JP2023152629A - Positive resist material and pattern forming process - Google Patents
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Landscapes
- Materials For Photolithography (AREA)
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Abstract
Description
本発明は、ポジ型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 positive 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。5Gの高速通信と人工知能(artificial intelligence、AI)の普及が進み、これを処理するための高性能デバイスが必要とされているためである。最先端の微細化技術としては、波長13.5nmの極端紫外線(EUV)リソグラフィーによる5nmノードのデバイスの量産が行われている。更には、次世代の3nmノード、次次世代の2nmノードデバイスにおいてもEUVリソグラフィーを用いた検討が進められている。 As LSIs become more highly integrated and faster, pattern rules are rapidly becoming finer. This is because 5G high-speed communications and artificial intelligence (AI) are becoming more widespread, and high-performance devices are needed to process them. As the most advanced miniaturization technology, 5 nm node devices are being mass-produced using extreme ultraviolet (EUV) lithography with a wavelength of 13.5 nm. Furthermore, studies using EUV lithography are also underway for next-generation 3nm node and next-generation 2nm node devices.
微細化の進行とともに酸の拡散による像のぼけが問題になっている。寸法サイズ45nm以降の微細パターンでの解像性を確保するためには、従来提案されている溶解コントラストの向上だけでなく、酸拡散の制御が重要であることが提案されている(非特許文献1)。しかしながら、化学増幅レジスト材料は、酸の拡散によって感度とコントラストを上げているため、ポストエクスポージャーベーク(PEB)温度を下げたり、時間を短くしたりして酸拡散を極限まで抑えようとすると、感度とコントラストが著しく低下する。 As miniaturization progresses, image blurring due to acid diffusion has become a problem. In order to ensure the resolution of fine patterns with a dimension size of 45 nm or more, it has been proposed that it is important not only to improve dissolution contrast, which has been proposed in the past, but also to control acid diffusion (Non-patent Document 1). However, chemically amplified resist materials increase sensitivity and contrast by acid diffusion, so if you try to minimize acid diffusion by lowering the post-exposure bake (PEB) temperature or shortening the time, the sensitivity and contrast will increase. and the contrast decreases significantly.
感度、解像度及びエッジラフネス(LER、LWR)のトライアングルトレードオフの関係が示されている。解像度を向上させるためには酸拡散を抑えることが必要であるが、酸拡散距離が短くなると感度が低下する。 A triangle trade-off relationship between sensitivity, resolution, and edge roughness (LER, LWR) is shown. In order to improve resolution, it is necessary to suppress acid diffusion, but as the acid diffusion distance becomes shorter, sensitivity decreases.
バルキーな酸が発生する酸発生剤を添加して酸拡散を抑えることは有効である。そこで、重合性不飽和結合を有するオニウム塩に由来する繰り返し単位をポリマーに含ませることが提案されている。このとき、ポリマーは、酸発生剤としても機能する(ポリマーバウンド型酸発生剤)。特許文献1には、特定のスルホン酸を発生する重合性不飽和結合を有するスルホニウム塩やヨードニウム塩が提案されている。特許文献2には、スルホン酸が主鎖に直結したスルホニウム塩が提案されている。 It is effective to suppress acid diffusion by adding an acid generator that generates bulky acid. Therefore, it has been proposed that a repeating unit derived from an onium salt having a polymerizable unsaturated bond be included in a polymer. At this time, the polymer also functions as an acid generator (polymer bound acid generator). Patent Document 1 proposes a sulfonium salt or an iodonium salt having a polymerizable unsaturated bond that generates a specific sulfonic acid. Patent Document 2 proposes a sulfonium salt in which a sulfonic acid is directly linked to the main chain.
感度、解像度及びエッジラフネスのトライアングルトレードオフの関係が示されている。解像度を向上させるためには酸拡散を抑えることが必要であるが、酸拡散距離が短くなると感度が低下する。 A triangle trade-off relationship between sensitivity, resolution, and edge roughness is shown. In order to improve resolution, it is necessary to suppress acid diffusion, but as the acid diffusion distance becomes shorter, sensitivity decreases.
ポジ型レジスト材料の性能に寄与する成分として、ベースポリマーの酸不安定基の構造は重要である。ここで、フッ素原子で置換された芳香族基に結合する3級エステル型の酸不安定基が提案されている(特許文献3、4)。芳香族基に結合する3級エステル型の酸不安定基は、酸による脱離反応性が非常に高いために、酸拡散の制御が困難であったが、芳香族基にフッ素原子を導入することによって脱離反応性を適度に抑えたものである。 The structure of acid-labile groups in the base polymer is important as a component that contributes to the performance of positive resist materials. Here, a tertiary ester type acid-labile group bonded to an aromatic group substituted with a fluorine atom has been proposed (Patent Documents 3 and 4). Tertiary ester-type acid-labile groups that bind to aromatic groups have extremely high reactivity for elimination with acids, making it difficult to control acid diffusion; however, it is now possible to introduce fluorine atoms into aromatic groups. This suppresses the elimination reactivity to an appropriate level.
一方、特許文献5の段落[0036]に例示されているオレフィンを有する3級エステル型酸不安定基は、酸による脱離反応性が非常に高いため、酸拡散の制御が困難であった。また、特許文献6の段落[0188]に例示されているオレフィンを有する2級エステル型酸不安定基は、酸による脱離反応性が低いため、高い溶解コントラストを得ることができないという問題があった。 On the other hand, the tertiary ester type acid-labile group having an olefin, as exemplified in paragraph [0036] of Patent Document 5, has very high elimination reactivity with acids, so it has been difficult to control acid diffusion. In addition, the secondary ester type acid-labile group having an olefin as exemplified in paragraph [0188] of Patent Document 6 has a problem in that high dissolution contrast cannot be obtained because the acid-induced elimination reactivity is low. Ta.
本発明は、前記事情に鑑みなされたもので、従来のポジ型レジスト材料を上回る感度及び解像度を有し、エッジラフネスや寸法バラツキが小さく、露光後のパターン形状が良好であるポジ型レジスト材料、及びパターン形成方法を提供することを目的とする。 The present invention was made in view of the above-mentioned circumstances, and includes a positive resist material that has higher sensitivity and resolution than conventional positive resist materials, has small edge roughness and dimensional variations, and has a good pattern shape after exposure. and a pattern forming method.
本発明者らは、近年要望される高解像度であり、エッジラフネスや寸法バラツキが小さいポジ型レジスト材料を得るべく鋭意検討を重ねた結果、これには酸拡散距離を極限まで短くする必要があること、このとき、感度が低下すると同時に溶解コントラストの低下によってホールパターン等の二次元パターンの解像度が低下する問題が生じるが、二重結合や三重結合と、フッ素原子等のハロゲン原子で置換された芳香族基とを有する3級エステル基を有する繰り返し単位を含むポリマーをベースポリマーとすることによって、溶解コントラストを高めつつ、同時に酸拡散距離を極限まで抑えることができることを知見し、特に化学増幅ポジ型レジスト材料のベースポリマーとして用いれば極めて有効であることを知見した。 The inventors of the present invention have conducted extensive studies in order to obtain a positive resist material that has the high resolution that has been demanded in recent years and has small edge roughness and dimensional variations, and has found that this requires the shortest possible acid diffusion distance. At this time, a problem arises in that the resolution of two-dimensional patterns such as hole patterns decreases due to a decrease in sensitivity and a decrease in dissolution contrast, but the problem is that the resolution of two-dimensional patterns such as hole patterns decreases due to the decrease in sensitivity and the decrease in dissolution contrast. It was discovered that by using a polymer containing a repeating unit having a tertiary ester group with an aromatic group as the base polymer, it is possible to increase the dissolution contrast while simultaneously minimizing the acid diffusion distance. It was found that it is extremely effective when used as a base polymer for mold resist materials.
さらに、溶解コントラストを向上させるため、前記ベースポリマーにカルボキシ基又はフェノール性ヒドロキシ基の水素原子が酸不安定基で置換された繰り返し単位を導入することによって、高感度で、露光前後のアルカリ溶解速度コントラストが大幅に高く、酸拡散を抑える効果が高く、高解像度であり、露光後のパターン形状とエッジラフネスや寸法均一性(CDU)が良好である、特に超LSI製造用あるいはフォトマスクの微細パターン形成材料として好適なポジ型レジスト材料が得られることを知見し、本発明を完成させた。 Furthermore, in order to improve the dissolution contrast, by introducing into the base polymer a repeating unit in which the hydrogen atom of a carboxyl group or a phenolic hydroxyl group is replaced with an acid-labile group, high sensitivity and alkali dissolution rate before and after exposure can be achieved. Very high contrast, highly effective in suppressing acid diffusion, high resolution, and good pattern shape, edge roughness, and dimensional uniformity (CDU) after exposure, especially fine patterns for VLSI manufacturing or photomasks. The present invention was completed based on the discovery that a positive resist material suitable as a forming material can be obtained.
すなわち、本発明は、下記ポジ型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(a)で表される繰り返し単位を含むベースポリマーを含むポジ型レジスト材料。
X1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、エーテル結合及びラクトン環から選ばれる少なくとも1種を含む炭素数1~12の連結基である。
Rは、下記式(a1)で表される基である。
R3は、ハロゲン原子、シアノ基、フッ素原子で置換された炭素数1~4のアルキル基、フッ素原子で置換された炭素数1~4のアルコキシ基又はフッ素原子で置換された炭素数1~4のアルキルチオ基である。
R4は、炭素数1~4のアルキル基である。
mは、1~5の整数であり、nは、0~4の整数である。ただし、1≦m+n≦5である。
破線は、結合手である。)]
2.前記ベースポリマーが、更に、カルボキシ基の水素原子が式(a1)で表される基以外の酸不安定基で置換された繰り返し単位及びフェノール性ヒドロキシ基の水素原子が酸不安定基で置換された繰り返し単位から選ばれる少なくとも1種を含む1のポジ型レジスト材料。
3.カルボキシ基の水素原子が式(a1)で表される基以外の酸不安定基で置換された繰り返し単位が、下記式(b1)で表されるものであり、フェノール性ヒドロキシ基の水素原子が酸不安定基で置換された繰り返し単位が、下記式(b2)で表されるものである2のポジ型レジスト材料。
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、エーテル結合及びラクトン環から選ばれる少なくとも1種を含む炭素数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は、式(a1)で表される基以外の酸不安定基である。
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、シアノ基又は炭素数1~6の飽和ヒドロカルビル基である。
R14は、単結合又は炭素数1~6のアルカンジイル基であり、その-CH2-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。ただし、1≦a+b≦5である。)
4.前記ベースポリマーが、更に、ヒドロキシ基、カルボキシ基、ラクトン環、カーボネート結合、チオカーボネート結合、カルボニル基、環状アセタール基、エーテル結合、エステル結合、スルホン酸エステル結合、シアノ基、アミド結合、-O-C(=O)-S-及び-O-C(=O)-NH-から選ばれる密着性基を含む繰り返し単位を含むものである1~3のいずれかのポジ型レジスト材料。
5.前記ベースポリマーが、更に、下記式(d1)~(d3)のいずれかで表される繰り返し単位を含むものである1~4のいずれかのポジ型レジスト材料。
Z1は、単結合、若しくは炭素数1~6の脂肪族ヒドロカルビレン基、フェニレン基、ナフチレン基若しくはこれらを組み合わせて得られる炭素数7~18の基、又は-O-Z11-、-C(=O)-O-Z11-若しくは-C(=O)-NH-Z11-である。Z11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、ナフチレン基又はこれらを組み合わせて得られる炭素数7~18の基であり、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、単結合又はエステル結合である。
Z3は、単結合、-Z31-C(=O)-O-、-Z31-O-又は-Z31-O-C(=O)-である。Z31は、炭素数1~12の脂肪族ヒドロカルビレン基、フェニレン基又はこれらを組み合わせて得られる炭素数7~18の基であり、カルボニル基、エステル結合、エーテル結合、ヨウ素原子又は臭素原子を含んでいてもよい。
Z4は、メチレン基、2,2,2-トリフルオロ-1,1-エタンジイル基又はカルボニル基である。
Z5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、トリフルオロメチル基で置換されたフェニレン基、-O-Z51-、-C(=O)-O-Z51-又は-C(=O)-NH-Z51-である。Z51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、ハロゲン原子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、ハロゲン原子、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。また、R23及びR24又はR26及びR27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。
M-は、非求核性対向イオンである。)
6.更に、酸発生剤を含む1~5のいずれかのポジ型レジスト材料。
7.更に、有機溶剤を含む1~6のいずれかのポジ型レジスト材料。
8.更に、クエンチャーを含む1~7のいずれかのポジ型レジスト材料。
9.更に、界面活性剤を含む1~8のいずれかのポジ型レジスト材料。
10.1~9のいずれかのポジ型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。
11.前記高エネルギー線が、i線、KrFエキシマレーザー光、ArFエキシマレーザー光、電子線(EB)又は波長3~15nmのEUVである10のパターン形成方法。
That is, the present invention provides the following positive resist material and pattern forming method.
1. A positive resist material containing a base polymer containing a repeating unit represented by the following formula (a).
X 1 is a single bond, a phenylene group, a naphthylene group, or a linking group having 1 to 12 carbon atoms and containing at least one selected from an ester bond, an ether bond, and a lactone ring.
R is a group represented by the following formula (a1).
R 3 is a halogen atom, a cyano group, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms substituted with a fluorine atom, an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms substituted with a fluorine atom, or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms substituted with a fluorine atom; 4 is an alkylthio group.
R 4 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms.
m is an integer from 1 to 5, and n is an integer from 0 to 4. However, 1≦m+n≦5.
The broken lines are bonds. )]
2. The base polymer further comprises a repeating unit in which the hydrogen atom of the carboxy group is substituted with an acid-labile group other than the group represented by formula (a1), and a repeating unit in which the hydrogen atom of the phenolic hydroxy group is substituted with an acid-labile group. 1. A positive resist material containing at least one type of repeating unit selected from repeating units.
3. A repeating unit in which the hydrogen atom of the carboxy group is substituted with an acid-labile group other than the group represented by formula (a1) is represented by the following formula (b1), and the hydrogen atom of the phenolic hydroxy group is 2. A positive resist material according to 2, wherein the repeating unit substituted with an acid-labile group is represented by the following formula (b2).
Y 1 is a single bond, a phenylene group, a naphthylene group, or a linking group having 1 to 12 carbon atoms and containing at least one selected from an ester bond, an ether bond, and 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 is an acid-labile group other than the group represented by formula (a1).
R 12 is an acid labile group.
R 13 is a fluorine atom, a trifluoromethyl group, a cyano group, or a saturated hydrocarbyl group having 1 to 6 carbon atoms.
R 14 is a single bond or an alkanediyl group having 1 to 6 carbon atoms, and some of its -CH 2 - groups may be substituted with an ether bond or an ester bond.
a is 1 or 2. b is an integer from 0 to 4. However, 1≦a+b≦5. )
4. The base polymer further includes a hydroxy group, a carboxy group, a lactone ring, a carbonate bond, a thiocarbonate bond, a carbonyl group, a cyclic acetal group, an ether bond, an ester bond, a sulfonic acid ester bond, a cyano group, an amide bond, -O- The positive resist material according to any one of 1 to 3, which contains a repeating unit containing an adhesive group selected from C(=O)-S- and -OC(=O)-NH-.
5. 5. The positive resist material according to any one of 1 to 4, wherein the base polymer further contains a repeating unit represented by any of the following formulas (d1) to (d3).
Z 1 is a single bond, an aliphatic hydrocarbylene group having 1 to 6 carbon atoms, a phenylene group, a naphthylene group, or a group having 7 to 18 carbon atoms obtained by combining these, or -O-Z 11 -, - C(=O)-O-Z 11 - or -C(=O)-NH-Z 11 -. Z 11 is an aliphatic hydrocarbylene group having 1 to 6 carbon atoms, a phenylene group, a naphthylene group, or a group having 7 to 18 carbon atoms obtained by combining these, and is a carbonyl group, an ester bond, an ether bond, or a hydroxy group. May contain.
Z 2 is a single bond or an ester bond.
Z 3 is a single bond, -Z 31 -C(=O)-O-, -Z 31 -O- or -Z 31 -O-C(=O)-. Z 31 is an aliphatic hydrocarbylene group having 1 to 12 carbon atoms, a phenylene group, or a group having 7 to 18 carbon atoms obtained by combining these; a carbonyl group, an ester bond, an ether bond, an iodine atom or a bromine atom; May contain.
Z 4 is a methylene group, a 2,2,2-trifluoro-1,1-ethanediyl group, or a carbonyl group.
Z 5 is a single bond, a methylene group, an ethylene group, a phenylene group, a fluorinated phenylene group, a phenylene group substituted with a trifluoromethyl group, -O-Z 51 -, -C(=O)-O-Z 51 - or -C(=O)-NH-Z 51 -. Z 51 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, and is a carbonyl group, an ester bond, an ether bond, a halogen atom, or It may contain a hydroxy group.
R 21 to R 28 each independently represent a halogen atom or a hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms and which may contain a hetero atom. Furthermore, R 23 and R 24 or R 26 and R 27 may be bonded to each other to form a ring together with the sulfur atom to which they are bonded.
M - is a non-nucleophilic counterion. )
6. The positive resist material according to any one of 1 to 5, further comprising an acid generator.
7. Further, any one of positive resist materials 1 to 6 containing an organic solvent.
8. Further, any one of positive resist materials 1 to 7 containing a quencher.
9. The positive resist material according to any one of 1 to 8, further containing a surfactant.
10. A step of forming a resist film on a substrate using the positive resist material according to any one of 1 to 9, a step of exposing the resist film to high-energy radiation, and a step of treating the exposed resist film with a developer. A pattern forming method comprising:
11. 10. The pattern forming method according to 10, wherein the high-energy beam is i-line, KrF excimer laser light, ArF excimer laser light, electron beam (EB), or EUV with a wavelength of 3 to 15 nm.
本発明のポジ型レジスト材料は、酸発生剤の分解効率を高めることができるため、酸の拡散を抑える効果が高く、高感度で、高解像性を有し、露光後のパターン形状、エッジラフネス、CDUが良好である。したがって、これらの優れた特性を有することから実用性が極めて高く、特に超LSI製造用あるいはEB描画によるフォトマスクの微細パターン形成材料、EBあるいはEUV露光用のパターン形成材料として非常に有用である。本発明のポジ型レジスト材料は、例えば、半導体回路形成におけるリソグラフィーだけでなく、マスク回路パターンの形成、マイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド回路形成にも応用することができる。 The positive resist material of the present invention can improve the decomposition efficiency of the acid generator, so it has a high effect of suppressing acid diffusion, has high sensitivity, high resolution, and has a pattern shape and edge after exposure. Good roughness and CDU. Therefore, since it has these excellent properties, it has extremely high practicality, and is particularly useful as a fine pattern forming material for VLSI manufacturing or a photomask by EB writing, and a pattern forming material for EB or EUV exposure. The positive resist material of the present invention can be applied, for example, not only to lithography in the formation of semiconductor circuits, but also to the formation of mask circuit patterns, micromachines, and thin film magnetic head circuits.
[ポジ型レジスト材料]
本発明のポジ型レジスト材料は、下記式(a)で表される繰り返し単位(以下、繰り返し単位aともいう。)を含むものである。
The positive resist material of the present invention contains a repeating unit represented by the following formula (a) (hereinafter also referred to as repeating unit a).
式(a)中、RAは、水素原子又はメチル基である。X1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、エーテル結合及びラクトン環から選ばれる少なくとも1種を含む炭素数1~12の連結基である。 In formula (a), R A is a hydrogen atom or a methyl group. X 1 is a single bond, a phenylene group, a naphthylene group, or a linking group having 1 to 12 carbon atoms and containing at least one selected from an ester bond, an ether bond, and a lactone ring.
式(a)中、Rは、下記式(a1)で表される基である。
式(a1)中、R1は、酸素原子を含んでいてもよい直鎖状又は分岐状の炭素数1~6の脂肪族ヒドロカルビル基であり、R2は、酸素原子を含んでいてもよい直鎖状又は分岐状の炭素数2~6の不飽和脂肪族ヒドロカルビル基である。また、R1とR2とが、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5~12の環を形成してもよい。R3は、ハロゲン原子、シアノ基、フッ素原子で置換された炭素数1~4のアルキル基、フッ素原子で置換された炭素数1~4のアルコキシ基又はフッ素原子で置換された炭素数1~4のアルキルチオ基である。R4は、炭素数1~4のアルキル基である。mは、1~5の整数であり、nは、0~4の整数である。ただし、1≦m+n≦5である。破線は、結合手である。 In formula (a1), R 1 is a linear or branched aliphatic hydrocarbyl group having 1 to 6 carbon atoms which may contain an oxygen atom, and R 2 may contain an oxygen atom. It is a linear or branched unsaturated aliphatic hydrocarbyl group having 2 to 6 carbon atoms. Further, R 1 and R 2 may be bonded to each other to form a ring having 5 to 12 carbon atoms together with the carbon atoms to which they are bonded. R 3 is a halogen atom, a cyano group, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms substituted with a fluorine atom, an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms substituted with a fluorine atom, or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms substituted with a fluorine atom; 4 is an alkylthio group. R 4 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. m is an integer from 1 to 5, and n is an integer from 0 to 4. However, 1≦m+n≦5. The broken lines are bonds.
R1で表される炭素数1~6の脂肪族ヒドロカルビル基は、飽和でも不飽和でもよく、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、ペンチル基、ヘキシル基等の炭素数1~6のアルキル基;ビニル基、1-プロペニル基、2-プロペニル基、ブテニル基、ペンテニル基、ヘキセニル基等の炭素数2~6のアルケニル基;エチニル基、1-プロピニル基、2-プロピニル基、ブチニル基、ペンチニル基、ヘキシニル基等の炭素数2~6のアルキニル基等が挙げられる。R2で表される炭素数2~6の不飽和脂肪族ヒドロカルビル基の具体例としては、ビニル基、1-プロペニル基、2-プロペニル基、ブテニル基、ペンテニル基、ヘキセニル基等の炭素数1~6のアルケニル基;エチニル基、1-プロピニル基、2-プロピニル基、ブチニル基、ペンチニル基、ヘキシニル基等の炭素数1~6のアルキニル基等が挙げられる。 The aliphatic hydrocarbyl group having 1 to 6 carbon atoms represented by R 1 may be saturated or unsaturated, and specific examples thereof include methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, Alkyl groups having 1 to 6 carbon atoms such as isobutyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, pentyl group, hexyl group; vinyl group, 1-propenyl group, 2-propenyl group, butenyl group, pentenyl group, hexenyl group Alkenyl groups having 2 to 6 carbon atoms such as; alkynyl groups having 2 to 6 carbon atoms such as ethynyl group, 1-propynyl group, 2-propynyl group, butynyl group, pentynyl group, hexynyl group; Specific examples of the unsaturated aliphatic hydrocarbyl group having 2 to 6 carbon atoms represented by R 2 include those having 1 carbon number such as vinyl group, 1-propenyl group, 2-propenyl group, butenyl group, pentenyl group, hexenyl group, etc. -6 alkenyl group; Examples include alkynyl groups having 1 to 6 carbon atoms such as ethynyl group, 1-propynyl group, 2-propynyl group, butynyl group, pentynyl group, and hexynyl group.
R1とR2とが互いに結合してこれらが結合する炭素原子と共に形成し得る炭素数5~12の環としては、シクロペンテン環、メチルシクロペンテン環、ジメチルシクロペンテン環、エチルシクロペンテン環、エチルメチルシクロペンテン環、シクロヘキセン環、メチルシクロヘキセン環、ジメチルシクロヘキセン環、エチルメチルシクロヘキセン環、イソプロピルメチルシクロヘキセン環、シクロヘプテン環等が挙げられる。 Examples of the ring having 5 to 12 carbon atoms that can be formed by R 1 and R 2 together with the carbon atoms to which they are bonded include a cyclopentene ring, a methylcyclopentene ring, a dimethylcyclopentene ring, an ethylcyclopentene ring, and an ethylmethylcyclopentene ring. , cyclohexene ring, methylcyclohexene ring, dimethylcyclohexene ring, ethylmethylcyclohexene ring, isopropylmethylcyclohexene ring, cycloheptene ring, and the like.
R3で表されるハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられる。 Examples of the halogen atom represented by R 3 include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, and the like.
R3で表されるフッ素原子で置換された炭素数1~4のアルキル基としては、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、ヘキサフルオロイソプロピル基等が挙げられる。フッ素原子で置換された炭素数1~4のアルコキシ基としては、トリフルオロメトキシ基、ペンタフルオロエトキシ基、ヘキサフルオロイソプロポキシ基等が挙げられる。フッ素原子で置換された炭素数1~4のアルキルチオ基としては、トリフルオロメチルチオ基等が挙げられる。 Examples of the alkyl group having 1 to 4 carbon atoms substituted with a fluorine atom represented by R 3 include a trifluoromethyl group, a pentafluoroethyl group, a hexafluoroisopropyl group, and the like. Examples of the alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms substituted with a fluorine atom include a trifluoromethoxy group, a pentafluoroethoxy group, and a hexafluoroisopropoxy group. Examples of the alkylthio group having 1 to 4 carbon atoms substituted with a fluorine atom include a trifluoromethylthio group.
R4で表される炭素数1~4のアルキル基としては、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-ブチル基及びtert-ブチル基が挙げられる。 Examples of the alkyl group having 1 to 4 carbon atoms represented by R 4 include methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, sec-butyl group and tert-butyl group. It will be done.
式(a1)で表される基としては、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、破線は結合手である。
式(a)で表される繰り返し単位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Rは、前記と同じである。
繰り返し単位aは、二重結合や三重結合と電子吸引基で置換された芳香族基に結合する3級エステル基を有するものである。このような3級エステル基は、アルカリ現像液中の膨潤を抑える効果が高いため、繰り返し単位aを含むベースポリマーを用いることで溶解コントラストが高く、かつ低膨潤な特性のレジスト膜が得られる。 The repeating unit a has a tertiary ester group bonded to a double bond or triple bond and an aromatic group substituted with an electron-withdrawing group. Since such a tertiary ester group has a high effect of suppressing swelling in an alkaline developer, by using a base polymer containing the repeating unit a, a resist film with high dissolution contrast and low swelling characteristics can be obtained.
前記ベースポリマーは、更に溶解コントラストを高めるために、カルボキシ基の水素原子が式(a1)で表される基以外の酸不安定基で置換された繰り返し単位(以下、繰り返し単位b1ともいう。)及び/又はフェノール性ヒドロキシ基の水素原子が酸不安定基で置換された繰り返し単位(以下、繰り返し単位b2ともいう。)を含んでもよい。 The base polymer is a repeating unit (hereinafter also referred to as repeating unit b1) in which the hydrogen atom of a carboxy group is substituted with an acid-labile group other than the group represented by formula (a1) in order to further enhance the dissolution contrast. and/or a repeating unit in which the hydrogen atom of a phenolic hydroxy group is substituted with an acid-labile group (hereinafter also referred to as repeating unit b2).
繰り返し単位b1及びb2としては、それぞれ下記式(b1)及び(b2)で表されるものが挙げられる。
式(b1)及び(b2)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、エーテル結合及びラクトン環から選ばれる少なくとも1種を含む炭素数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は、式(a1)で表される基以外の酸不安定基である。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、シアノ基又は炭素数1~6の飽和ヒドロカルビル基である。R14は、単結合又は炭素数1~6のアルカンジイル基であり、その-CH2-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。ただし、1≦a+b≦5である。 In formulas (b1) and (b2), R A is each independently a hydrogen atom or a methyl group. Y 1 is a single bond, a phenylene group, a naphthylene group, or a linking group having 1 to 12 carbon atoms and containing at least one selected from an ester bond, an ether bond, and 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 is an acid-labile group other than the group represented by formula (a1). R 12 is an acid labile group. R 13 is a fluorine atom, a trifluoromethyl group, a cyano group, or a saturated hydrocarbyl group having 1 to 6 carbon atoms. R 14 is a single bond or an alkanediyl group having 1 to 6 carbon atoms, and some of its -CH 2 - groups may be substituted with an ether bond or an ester bond. a is 1 or 2. b is an integer from 0 to 4. However, 1≦a+b≦5.
繰り返し単位b1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b2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。
R11又はR12で表される酸不安定基としては、種々選定されるが、例えば、下記式(AL-1)~(AL-3)で表されるものが挙げられる。
式(AL-1)中、cは、0~6の整数である。RL1は、炭素数4~20、好ましくは4~15の第3級ヒドロカルビル基、各ヒドロカルビル基がそれぞれ炭素数1~6の飽和ヒドロカルビル基であるトリヒドロカルビルシリル基、カルボニル基、エーテル結合若しくはエステル結合を含む炭素数4~20の飽和ヒドロカルビル基、又は式(AL-3)で表される基である。なお、第3級ヒドロカルビル基とは、炭化水素の第3級炭素原子から水素原子が脱離して得られる基を意味する。 In formula (AL-1), c is an integer from 0 to 6. R L1 is a tertiary hydrocarbyl group having 4 to 20 carbon atoms, preferably 4 to 15 carbon atoms, a trihydrocarbylsilyl group in which each hydrocarbyl group is a saturated hydrocarbyl group having 1 to 6 carbon atoms, a carbonyl group, an ether bond, or an ester A saturated hydrocarbyl group having 4 to 20 carbon atoms containing a bond, or a group represented by formula (AL-3). Note that the tertiary hydrocarbyl group means a group obtained by removing a hydrogen atom from a tertiary carbon atom of a hydrocarbon.
RL1で表される第3級ヒドロカルビル基は、飽和でも不飽和でもよく、分岐状でも環状でもよい。その具体例としては、tert-ブチル基、tert-ペンチル基、1,1-ジエチルプロピル基、1-エチルシクロペンチル基、1-ブチルシクロペンチル基、1-エチルシクロヘキシル基、1-ブチルシクロヘキシル基、1-エチル-2-シクロペンテニル基、1-エチル-2-シクロヘキセニル基、2-メチル-2-アダマンチル基等が挙げられる。前記トリヒドロカルビルシリル基としては、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、ジメチル-tert-ブチルシリル基等が挙げられる。前記カルボニル基、エーテル結合又はエステル結合を含む飽和ヒドロカルビル基としては、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよいが、環状のものが好ましく、その具体例としては、3-オキソシクロヘキシル基、4-メチル-2-オキソオキサン-4-イル基、5-メチル-2-オキソオキソラン-5-イル基、2-テトラヒドロピラニル基、2-テトラヒドロフラニル基等が挙げられる。 The tertiary hydrocarbyl group represented by R L1 may be saturated or unsaturated, and may be branched or cyclic. Specific examples include tert-butyl group, tert-pentyl group, 1,1-diethylpropyl group, 1-ethylcyclopentyl group, 1-butylcyclopentyl group, 1-ethylcyclohexyl group, 1-butylcyclohexyl group, 1- Examples include ethyl-2-cyclopentenyl group, 1-ethyl-2-cyclohexenyl group, and 2-methyl-2-adamantyl group. Examples of the trihydrocarbylsilyl group include trimethylsilyl group, triethylsilyl group, dimethyl-tert-butylsilyl group, and the like. The saturated hydrocarbyl group containing a carbonyl group, ether bond, or ester bond may be linear, branched, or cyclic, but cyclic is preferable, and specific examples include 3-oxocyclohexyl group, 4 -Methyl-2-oxooxan-4-yl group, 5-methyl-2-oxooxolan-5-yl group, 2-tetrahydropyranyl group, 2-tetrahydrofuranyl group and the like.
式(AL-1)で表される酸不安定基としては、tert-ブトキシカルボニル基、tert-ブトキシカルボニルメチル基、tert-ペンチルオキシカルボニル基、tert-ペンチルオキシカルボニルメチル基、1,1-ジエチルプロピルオキシカルボニル基、1,1-ジエチルプロピルオキシカルボニルメチル基、1-エチルシクロペンチルオキシカルボニル基、1-エチルシクロペンチルオキシカルボニルメチル基、1-エチル-2-シクロペンテニルオキシカルボニル基、1-エチル-2-シクロペンテニルオキシカルボニルメチル基、1-エトキシエトキシカルボニルメチル基、2-テトラヒドロピラニルオキシカルボニルメチル基、2-テトラヒドロフラニルオキシカルボニルメチル基等が挙げられる。 Examples of the acid labile group represented by formula (AL-1) include a tert-butoxycarbonyl group, a tert-butoxycarbonylmethyl group, a tert-pentyloxycarbonyl group, a tert-pentyloxycarbonylmethyl group, and a 1,1-diethyl group. Propyloxycarbonyl group, 1,1-diethylpropyloxycarbonylmethyl group, 1-ethylcyclopentyloxycarbonyl group, 1-ethylcyclopentyloxycarbonylmethyl group, 1-ethyl-2-cyclopentenyloxycarbonyl group, 1-ethyl-2 -cyclopentenyloxycarbonylmethyl group, 1-ethoxyethoxycarbonylmethyl group, 2-tetrahydropyranyloxycarbonylmethyl group, 2-tetrahydrofuranyloxycarbonylmethyl group, and the like.
更に、式(AL-1)で表される酸不安定基として、下記式(AL-1)-1~(AL-1)-10で表される基も挙げられる。
式(AL-1)-1~(AL-1)-10中、cは、前記と同じである。RL8は、それぞれ独立に、炭素数1~10の飽和ヒドロカルビル基又は炭素数6~20のアリール基である。RL9は、水素原子又は炭素数1~10の飽和ヒドロカルビル基である。RL10は、炭素数2~10の飽和ヒドロカルビル基又は炭素数6~20のアリール基である。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い。 In formulas (AL-1)-1 to (AL-1)-10, c is the same as above. R L8 are each independently a saturated hydrocarbyl group having 1 to 10 carbon atoms or an aryl group having 6 to 20 carbon atoms. R L9 is a hydrogen atom or a saturated hydrocarbyl group having 1 to 10 carbon atoms. R L10 is a saturated hydrocarbyl group having 2 to 10 carbon atoms or an aryl group having 6 to 20 carbon atoms. The saturated hydrocarbyl group may be linear, branched, or cyclic.
式(AL-2)中、RL2及びRL3は、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数1~18、好ましくは1~10の飽和ヒドロカルビル基である。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、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、2-エチルヘキシル基、n-オクチル基等が挙げられる。 In formula (AL-2), R L2 and R L3 are each independently a hydrogen atom or a saturated hydrocarbyl group having 1 to 18 carbon atoms, preferably 1 to 10 carbon atoms. The saturated hydrocarbyl group may be linear, branched, or cyclic, and specific examples thereof include methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, and sec-butyl group. group, tert-butyl group, cyclopentyl group, cyclohexyl group, 2-ethylhexyl group, n-octyl group and the like.
式(AL-2)中、RL4は、ヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1~18、好ましくは1~10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。前記ヒドロカルビル基としては、炭素数1~18の飽和ヒドロカルビル基等が挙げられ、これらの水素原子の一部が、ヒドロキシ基、アルコキシ基、オキソ基、アミノ基、アルキルアミノ基等で置換されていてもよい。このような置換された飽和ヒドロカルビル基としては、以下に示すもの等が挙げられる。
RL2とRL3と、RL2とRL4と、又はRL3とRL4とは、互いに結合してこれらが結合する炭素原子と共に、又は炭素原子と酸素原子と共に環を形成してもよく、この場合、環の形成に関与するRL2及びRL3、RL2及びRL4、又はRL3及びRL4は、それぞれ独立に、炭素数1~18、好ましくは1~10のアルカンジイル基である。これらが結合して得られる環の炭素数は、好ましくは3~10、より好ましくは4~10である。 R L2 and R L3 , R L2 and R L4 , or R L3 and R L4 may be bonded to each other to form a ring with the carbon atom to which they are bonded, or with a carbon atom and an oxygen atom, In this case, R L2 and R L3 , R L2 and R L4 , or R L3 and R L4 involved in ring formation are each independently an alkanediyl group having 1 to 18 carbon atoms, preferably 1 to 10 carbon atoms. . The number of carbon atoms in the ring obtained by combining these is preferably 3 to 10, more preferably 4 to 10.
式(AL-2)で示される酸不安定基のうち、直鎖状又は分岐状のものとしては、下記式(AL-2)-1~(AL-2)-69で表される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、破線は、結合手である。
式(AL-2)で表される酸不安定基のうち、環状のものとしては、テトラヒドロフラン-2-イル基、2-メチルテトラヒドロフラン-2-イル基、テトラヒドロピラン-2-イル基、2-メチルテトラヒドロピラン-2-イル基等が挙げられる。 Among the acid-labile groups represented by formula (AL-2), cyclic ones include tetrahydrofuran-2-yl group, 2-methyltetrahydrofuran-2-yl group, tetrahydropyran-2-yl group, 2- Examples include methyltetrahydropyran-2-yl group.
また、酸不安定基として、下記式(AL-2a)又は(AL-2b)で表される基が挙げられる。前記酸不安定基によって、ベースポリマーが分子間又は分子内架橋されていてもよい。
式(AL-2a)又は(AL-2b)中、RL11及びRL12は、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数1~8の飽和ヒドロカルビル基である。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い。また、RL11とRL12とは、互いに結合してこれらが結合する炭素原子と共に環を形成してもよく、この場合、RL11及びRL12は、それぞれ独立に、炭素数1~8のアルカンジイル基である。RL13は、それぞれ独立に、炭素数1~10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。d及びeは、それぞれ独立に、0~10の整数、好ましくは0~5の整数であり、fは、1~7の整数、好ましくは1~3の整数である。 In formula (AL-2a) or (AL-2b), R L11 and R L12 are each independently a hydrogen atom or a saturated hydrocarbyl group having 1 to 8 carbon atoms. The saturated hydrocarbyl group may be linear, branched, or cyclic. Further, R L11 and R L12 may be bonded to each other to form a ring with the carbon atom to which they are bonded, and in this case, R L11 and R L12 each independently represent an alkane having 1 to 8 carbon atoms. It is a diyl group. R L13 are each independently a saturated hydrocarbylene group having 1 to 10 carbon atoms. The saturated hydrocarbylene group may be linear, branched, or cyclic. d and e are each independently an integer of 0 to 10, preferably an integer of 0 to 5, and f is an integer of 1 to 7, preferably an integer of 1 to 3.
式(AL-2a)又は(AL-2b)中、LAは、(f+1)価の炭素数1~50の脂肪族飽和炭化水素基、(f+1)価の炭素数3~50の脂環式飽和炭化水素基、(f+1)価の炭素数6~50の芳香族炭化水素基又は(f+1)価の炭素数3~50のヘテロ環基である。また、これらの基の-CH2-の一部がヘテロ原子を含む基で置換されていてもよく、これらの基の水素原子の一部が、ヒドロキシ基、カルボキシ基、アシル基又はフッ素原子で置換されていてもよい。LAとしては、炭素数1~20の飽和ヒドロカルビレン基、3価飽和炭化水素基、4価飽和炭化水素基等の飽和炭化水素基、炭素数6~30のアリーレン基等が好ましい。前記飽和炭化水素基は、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。LBは、-C(=O)-O-、-NH-C(=O)-O-又は-NH-C(=O)-NH-である。 In formula (AL-2a) or (AL-2b), L A is an (f+1) valent aliphatic saturated hydrocarbon group having 1 to 50 carbon atoms, or an (f+1) valent alicyclic group having 3 to 50 carbon atoms. A saturated hydrocarbon group, an (f+1) valent aromatic hydrocarbon group having 6 to 50 carbon atoms, or a (f+1) valent heterocyclic group having 3 to 50 carbon atoms. In addition, a part of -CH 2 - of these groups may be substituted with a group containing a hetero atom, and a part of the hydrogen atoms of these groups may be a hydroxy group, a carboxy group, an acyl group, or a fluorine atom. May be replaced. L A is preferably a saturated hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, such as a saturated hydrocarbylene group, a trivalent saturated hydrocarbon group, or a tetravalent saturated hydrocarbon group, or an arylene group having 6 to 30 carbon atoms. The saturated hydrocarbon group may be linear, branched, or cyclic. L B is -C(=O)-O-, -NH-C(=O)-O- or -NH-C(=O)-NH-.
式(AL-2a)又は(AL-2b)で表される架橋型アセタール基としては、下記式(AL-2)-70~(AL-2)-77で表される基等が挙げられる。
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。その具体例としては、炭素数1~20のアルキル基、炭素数3~20の環式飽和ヒドロカルビル基、炭素数2~20のアルケニル基、炭素数3~20の環式不飽和ヒドロカルビル基、炭素数6~10のアリール基等が挙げられる。また、RL5とRL6と、RL5とRL7と、又はRL6とRL7とは、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の脂環を形成してもよい。 In formula (AL-3), R L5 , R L6 and R L7 are each independently a hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms, and do not contain a hetero atom such as an oxygen atom, a sulfur atom, a nitrogen atom, or a fluorine atom. It's okay to stay. The hydrocarbyl group may be saturated or unsaturated, and may be linear, branched, or cyclic. Specific examples thereof include alkyl groups having 1 to 20 carbon atoms, cyclic saturated hydrocarbyl groups having 3 to 20 carbon atoms, alkenyl groups having 2 to 20 carbon atoms, cyclic unsaturated hydrocarbyl groups having 3 to 20 carbon atoms, Examples include six to ten aryl groups. Further, R L5 and R L6 , R L5 and R L7 , or R L6 and R L7 may be bonded to each other to form an alicyclic ring having 3 to 20 carbon atoms together with the carbon atoms to which they are bonded. .
式(AL-3)で表される基としては、tert-ブチル基、1,1-ジエチルプロピル基、1-エチルノルボニル基、1-メチルシクロペンチル基、1-エチルシクロペンチル基、1-イソプロピルシクロペンチル基、1-メチルシクロヘキシル基、2-(2-メチル)アダマンチル基、2-(2-エチル)アダマンチル基、tert-ペンチル基等が挙げられる。 Examples of the group represented by formula (AL-3) include tert-butyl group, 1,1-diethylpropyl group, 1-ethylnorbornyl group, 1-methylcyclopentyl group, 1-ethylcyclopentyl group, and 1-isopropylcyclopentyl group. 1-methylcyclohexyl group, 2-(2-methyl)adamantyl group, 2-(2-ethyl)adamantyl group, tert-pentyl group, and the like.
また、式(AL-3)で表される基として、下記式(AL-3)-1~(AL-3)-19で表される基も挙げられる。
式(AL-3)-1~(AL-3)-19中、RL14は、それぞれ独立に、炭素数1~8の飽和ヒドロカルビル基又は炭素数6~20のアリール基である。RL15及びRL17は、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数1~20の飽和ヒドロカルビル基である。RL16は、炭素数6~20のアリール基である。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い。また、前記アリール基としては、フェニル基等が好ましい。RFは、フッ素原子又はトリフルオロメチル基である。gは、1~5の整数である。 In formulas (AL-3)-1 to (AL-3)-19, R L14 is each independently a saturated hydrocarbyl group having 1 to 8 carbon atoms or an aryl group having 6 to 20 carbon atoms. R L15 and R L17 are each independently a hydrogen atom or a saturated hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms. R L16 is an aryl group having 6 to 20 carbon atoms. The saturated hydrocarbyl group may be linear, branched, or cyclic. Furthermore, the aryl group is preferably a phenyl group or the like. R F is a fluorine atom or a trifluoromethyl group. g is an integer from 1 to 5.
更に、酸不安定基として、下記式(AL-3)-20又は(AL-3)-21で表される基が挙げられる。前記酸不安定基によって、ポリマーが分子内あるいは分子間架橋されていてもよい。
式(AL-3)-20及び(AL-3)-21中、RL14は、前記と同じ。RL18は、炭素数1~20の(h+1)価の飽和ヒドロカルビレン基又は炭素数6~20の(h+1)価のアリーレン基であり、酸素原子、硫黄原子、窒素原子等のヘテロ原子を含んでいてもよい。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。hは、1~3の整数である。 In formulas (AL-3)-20 and (AL-3)-21, R L14 is the same as above. R L18 is a (h+1) valent saturated hydrocarbylene group having 1 to 20 carbon atoms or a (h+1) valent arylene group having 6 to 20 carbon atoms, and contains a hetero atom such as an oxygen atom, a sulfur atom, or a nitrogen atom. May contain. The saturated hydrocarbylene group may be linear, branched, or cyclic. h is an integer from 1 to 3.
式(AL-3)で表される酸不安定基を含む繰り返し単位を与えるモノマーとしては、下記式(AL-3)-22で表されるエキソ体構造を含む(メタ)アクリル酸エステルが挙げられる。
式(AL-3)-22中、RAは、前記と同じ。RLc1は、炭素数1~8の飽和ヒドロカルビル基又は置換されていてもよい炭素数6~20のアリール基である。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い。RLc2~RLc11は、それぞれ独立に、水素原子又はヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1~15のヒドロカルビル基である。前記ヘテロ原子としては、酸素原子等が挙げられる。前記ヒドロカルビル基としては、炭素数1~15のアルキル基、炭素数6~15のアリール基等が挙げられる。RLc2とRLc3と、RLc4とRLc6と、RLc4とRLc7と、RLc5とRLc7と、RLc5とRLc11と、RLc6とRLc10と、RLc8とRLc9と、又はRLc9とRLc10とは、互いに結合してこれらが結合する炭素原子と共に環を形成してもよく、この場合、結合に関与する基は炭素数1~15のヘテロ原子を含んでいてもよいヒドロカルビレン基である。また、RLc2とRLc11と、RLc8とRLc11と、又はRLc4とRLc6とは、隣接する炭素原子に結合するもの同士で何も介さずに結合し、二重結合を形成してもよい。なお、本式により、鏡像体も表す。 In formula (AL-3)-22, R A is the same as above. R Lc1 is a saturated hydrocarbyl group having 1 to 8 carbon atoms or an optionally substituted aryl group having 6 to 20 carbon atoms. The saturated hydrocarbyl group may be linear, branched, or cyclic. R Lc2 to R Lc11 each independently represent a hydrocarbyl group having 1 to 15 carbon atoms and which may contain a hydrogen atom or a hetero atom. Examples of the heteroatoms include oxygen atoms and the like. Examples of the hydrocarbyl group include an alkyl group having 1 to 15 carbon atoms, an aryl group having 6 to 15 carbon atoms, and the like. R Lc2 and R Lc3 , R Lc4 and R Lc6 , R Lc4 and R Lc7 , R Lc5 and R Lc7 , R Lc5 and R Lc11 , R Lc6 and R Lc10 , R Lc8 and R Lc9 , or R Lc9 and R Lc10 may be bonded to each other to form a ring with the carbon atom to which they are bonded, and in this case, the group involved in the bond may contain a heteroatom having 1 to 15 carbon atoms. It is a hydrocarbylene group. In addition, R Lc2 and R Lc11 , R Lc8 and R Lc11 , or R Lc4 and R Lc6 are bonded to adjacent carbon atoms without any intermediary, forming a double bond. Good too. Note that this formula also represents a mirror image.
ここで、式(AL-3)-22で表されるモノマーとしては、特開2000-327633号公報に記載されたもの等が挙げられる。具体的には、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。
式(AL-3)で表される酸不安定基を含む繰り返し単位を与えるモノマーとしては、下記式(AL-3)-23で表される、フランジイル基、テトラヒドロフランジイル基又はオキサノルボルナンジイル基を含む(メタ)アクリル酸エステルも挙げられる。
式(AL-3)-23中、RAは、前記と同じ。RLc12及びRLc13は、それぞれ独立に、炭素数1~10のヒドロカルビル基である。RLc12とRLc13とは、互いに結合してこれらが結合する炭素原子と共に脂環を形成してもよい。RLc14は、フランジイル基、テトラヒドロフランジイル基又はオキサノルボルナンジイル基である。RLc15は、水素原子又はヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1~10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い。その具体例としては、炭素数1~10の飽和ヒドロカルビル基等が挙げられる。 In formula (AL-3)-23, R A is the same as above. R Lc12 and R Lc13 are each independently a hydrocarbyl group having 1 to 10 carbon atoms. R Lc12 and R Lc13 may be bonded to each other to form an alicyclic ring together with the carbon atom to which they are bonded. R Lc14 is a furandiyl group, a tetrahydrofurandiyl group or an oxanorbornediyl group. R Lc15 is a hydrocarbyl group having 1 to 10 carbon atoms which may contain a hydrogen atom or a hetero atom. The hydrocarbyl group may be linear, branched, or cyclic. Specific examples thereof include saturated hydrocarbyl groups having 1 to 10 carbon atoms.
式(AL-3)-23で表され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、前記と同じであり、Acはアセチル基であり、Meはメチル基である。
前記ベースポリマーは、更に、ヒドロキシ基、カルボキシ基、ラクトン環、カーボネート結合、チオカーボネート結合、カルボニル基、環状アセタール基、エーテル結合、エステル結合、スルホン酸エステル結合、シアノ基、アミド結合、-O-C(=O)-S-及び-O-C(=O)-NH-から選ばれる密着性基を含む繰り返し単位cを含んでもよい。 The base polymer further includes a hydroxy group, a carboxy group, a lactone ring, a carbonate bond, a thiocarbonate bond, a carbonyl group, a cyclic acetal group, an ether bond, an ester bond, a sulfonic acid ester bond, a cyano group, an amide bond, -O- It may contain a repeating unit c containing an adhesive group selected from C(=O)-S- and -OC(=O)-NH-.
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、下記式(d1)で表される繰り返し単位(以下、繰り返し単位d1ともいう。)、下記式(d2)で表される繰り返し単位(以下、繰り返し単位d2ともいう。)及び下記式(d3)で表される繰り返し単位(以下、繰り返し単位d3ともいう。)から選ばれる少なくとも1種を含んでもよい。
式(d1)~(d3)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、炭素数1~6の脂肪族ヒドロカルビレン基、フェニレン基、ナフチレン基若しくはこれらを組み合わせて得られる炭素数7~18の基、又は-O-Z11-、-C(=O)-O-Z11-若しくは-C(=O)-NH-Z11-である。Z11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、ナフチレン基又はこれらを組み合わせて得られる炭素数7~18の基であり、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、単結合又はエステル結合である。Z3は、単結合、-Z31-C(=O)-O-、-Z31-O-又は-Z31-O-C(=O)-である。Z31は、炭素数1~12の脂肪族ヒドロカルビレン基、フェニレン基又はこれらを組み合わせて得られる炭素数7~18の基であり、カルボニル基、エステル結合、エーテル結合、臭素原子又はヨウ素原子を含んでいてもよい。Z4は、メチレン基、2,2,2-トリフルオロ-1,1-エタンジイル基又はカルボニル基である。Z5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、トリフルオロメチル基で置換されたフェニレン基、-O-Z51-、-C(=O)-O-Z51-又は-C(=O)-NH-Z51-である。Z51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、ハロゲン原子又はヒドロキシ基を含んでいてもよい。なお、Z1、Z11、Z31及びZ51で表される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。 In formulas (d1) to (d3), R A is each independently a hydrogen atom or a methyl group. Z 1 is a single bond, an aliphatic hydrocarbylene group having 1 to 6 carbon atoms, a phenylene group, a naphthylene group, or a group having 7 to 18 carbon atoms obtained by combining these, or -O-Z 11 -, -C (=O)-O-Z 11 - or -C(=O)-NH-Z 11 -. Z 11 is an aliphatic hydrocarbylene group having 1 to 6 carbon atoms, a phenylene group, a naphthylene group, or a group having 7 to 18 carbon atoms obtained by combining these, and is a carbonyl group, an ester bond, an ether bond, or a hydroxy group. May contain. Z 2 is a single bond or an ester bond. Z 3 is a single bond, -Z 31 -C(=O)-O-, -Z 31 -O- or -Z 31 -O-C(=O)-. Z 31 is an aliphatic hydrocarbylene group having 1 to 12 carbon atoms, a phenylene group, or a group having 7 to 18 carbon atoms obtained by combining these; a carbonyl group, an ester bond, an ether bond, a bromine atom or an iodine atom; May contain. Z 4 is a methylene group, a 2,2,2-trifluoro-1,1-ethanediyl group, or a carbonyl group. Z 5 is a single bond, a methylene group, an ethylene group, a phenylene group, a fluorinated phenylene group, a phenylene group substituted with a trifluoromethyl group, -O-Z 51 -, -C(=O)-O-Z 51 - or -C(=O)-NH-Z 51 -. Z 51 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, and is a carbonyl group, an ester bond, an ether bond, a halogen atom, or It may contain a hydroxy group. The aliphatic hydrocarbylene groups represented by Z 1 , Z 11 , Z 31 and Z 51 may be saturated or unsaturated, and may be linear, branched or cyclic.
式(d1)~(d3)中、R21~R28は、それぞれ独立に、ハロゲン原子、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。前記ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられる。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(1-1)及び(1-2)中のR101~R105の説明において例示するものと同様のものが挙げられる。また、前記ヒドロカルビル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を含む基で置換されていてもよく、前記ヒドロカルビル基の-CH2-の一部が、酸素原子、硫黄原子、窒素原子等のヘテロ原子を含む基で置換されていてもよく、その結果、ヒドロキシ基、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、シアノ基、ニトロ基、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(-C(=O)-O-C(=O)-)、ハロアルキル基等を含んでいてもよい。さらに、R23及びR24又はR26及びR27は、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、後述する式(1-1)の説明において、R101とR102と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するものと同様のものが挙げられる。 In formulas (d1) to (d3), R 21 to R 28 are each independently a halogen atom or a hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms and which may contain a hetero atom. Examples of the halogen atom include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, and the like. The hydrocarbyl group may be saturated or unsaturated, and may be linear, branched, or cyclic. Specific examples include those similar to those exemplified in the explanation of R 101 to R 105 in formulas (1-1) and (1-2) below. Further, some or all of the hydrogen atoms of the hydrocarbyl group may be substituted with a group containing a hetero atom such as an oxygen atom, a sulfur atom, a nitrogen atom, or a halogen atom, and the -CH 2 - of the hydrocarbyl group A portion may be substituted with a group containing a heteroatom such as an oxygen atom, a sulfur atom, or a nitrogen atom, resulting in a hydroxy group, a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, a cyano group, or a nitro group. , carbonyl group, ether bond, ester bond, sulfonic acid ester bond, carbonate bond, lactone ring, sultone ring, carboxylic acid anhydride (-C(=O)-O-C(=O)-), haloalkyl group, etc. May contain. Furthermore, R 23 and R 24 or R 26 and R 27 may be bonded to each other to form a ring with the sulfur atom to which they are bonded. In this case, the ring is similar to the ring that is exemplified as a ring that can be formed by combining R 101 and R 102 together with the sulfur atom to which they are bonded in the explanation of formula (1-1) below. Can be mentioned.
式(d1)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。 In formula (d1), M − is a non-nucleophilic counter ion. Examples of the non-nucleophilic counter ion include halide ions such as chloride ion and bromide ion, fluoroalkylsulfonate ions such as triflate ion, 1,1,1-trifluoroethanesulfonate ion, and nonafluorobutanesulfonate ion; Aryl sulfonate ions such as tosylate ion, benzenesulfonate ion, 4-fluorobenzenesulfonate ion, 1,2,3,4,5-pentafluorobenzenesulfonate ion, alkylsulfonate ion such as mesylate ion, butanesulfonate ion, bis Imide ions such as (trifluoromethylsulfonyl)imide ion, bis(perfluoroethylsulfonyl)imide ion, bis(perfluorobutylsulfonyl)imide ion, methide ions such as 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(d1-1)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(d1-2)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(d1-1)中、R31は、水素原子又は炭素数1~20のヒドロカルビル基であり、該ヒドロカルビル基は、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、後述する式(1A')中のR111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 (d1-1), R 31 is a hydrogen atom or a hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms, and the hydrocarbyl group may contain an ether bond, an ester bond, a carbonyl group, a lactone ring, or a fluorine atom. good. 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 111 in formula (1A') described below.
式(d1-2)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、該ヒドロカルビル基及びヒドロカルビルカルボニル基は、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、後述する式(1A')中のR111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 (d1-2), R 32 is a hydrogen atom, a hydrocarbyl group having 1 to 30 carbon atoms, or a hydrocarbyl carbonyl group having 2 to 30 carbon atoms, and the hydrocarbyl group and the hydrocarbyl carbonyl group have an ether bond or an ester bond. , a carbonyl group or a lactone ring. The hydrocarbyl group and the hydrocarbyl moiety of the hydrocarbyl carbonyl 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 111 in formula (1A') described below.
繰り返し単位d1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d2又d3を与えるモノマーのカチオンの具体例としては、後述する式(1-1)で表されるスルホニウム塩のカチオンとして例示するものと同様のものが挙げられる。 Specific examples of the cation of the monomer providing the repeating unit d2 or d3 include those similar to those exemplified as the cation of the sulfonium salt represented by formula (1-1) described below.
繰り返し単位d2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d3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d1~d3は、酸発生剤として機能する。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度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やCDUが改善される。なお、繰り返し単位d1~d3を含むベースポリマー(すなわち、ポリマーバウンド型酸発生剤)を用いる場合、後述する添加型酸発生剤の配合を省略し得る。 Repeating units d1 to d3 function as acid generators. By binding an acid generator to the polymer main chain, acid diffusion can be reduced and resolution can be prevented from deteriorating due to blurring of acid diffusion. Furthermore, LWR and CDU are improved by uniformly dispersing the acid generator. Note that when a base polymer containing repeating units d1 to d3 (ie, a polymer-bound acid generator) is used, the addition-type acid generator described later can be omitted.
前記ベースポリマーは、前述した繰り返し単位以外の繰り返し単位eを含んでもよい。繰り返し単位eとしては、スチレン、ビニルナフタレン、アセナフチレン、インデン、クマリン、クマロン等に由来するものが挙げられる。 The base polymer may include repeating units e other than the above-mentioned repeating units. Examples of the repeating unit e include those derived from styrene, vinylnaphthalene, acenaphthylene, indene, coumarin, coumaron, and the like.
前記ベースポリマーにおいて、繰り返し単位a、b1、b2、c、d1、d2、d3及びeの含有比率は、0<a<1.0、0≦b1≦0.9、0≦b2≦0.9、0≦b1+b2≦0.9、0≦c≦0.9、0≦d1≦0.5、0≦d2≦0.5、0≦d3≦0.5、0≦d1+d2+d3≦0.5及び0≦e≦0.5が好ましく、0.01≦a≦0.8、0≦b1≦0.8、0≦b2≦0.8、0≦b1+b2≦0.8、0≦c≦0.8、0≦d1≦0.4、0≦d2≦0.4、0≦d3≦0.4、0≦d1+d2+d3≦0.4及び0≦e≦0.4がより好ましく、0.02≦a≦0.7、0≦b1≦0.7、0≦b2≦0.7、0≦b1+b2≦0.7、0≦c≦0.7、0≦d1≦0.3、0≦d2≦0.3、0≦d3≦0.3、0≦d1+d2+d3≦0.3及び0≦e≦0.3が更に好ましい。ただし、a+b1+b2+c+d1+d2+d3+e=1.0である。 In the base polymer, the content ratio of repeating units a, b1, b2, c, d1, d2, d3 and e is 0<a<1.0, 0≦b1≦0.9, 0≦b2≦0.9 , 0≦b1+b2≦0.9, 0≦c≦0.9, 0≦d1≦0.5, 0≦d2≦0.5, 0≦d3≦0.5, 0≦d1+d2+d3≦0.5 and 0 ≦e≦0.5 is preferable, 0.01≦a≦0.8, 0≦b1≦0.8, 0≦b2≦0.8, 0≦b1+b2≦0.8, 0≦c≦0.8 , 0≦d1≦0.4, 0≦d2≦0.4, 0≦d3≦0.4, 0≦d1+d2+d3≦0.4 and 0≦e≦0.4, and 0.02≦a≦ 0.7, 0≦b1≦0.7, 0≦b2≦0.7, 0≦b1+b2≦0.7, 0≦c≦0.7, 0≦d1≦0.3, 0≦d2≦0. 3, 0≦d3≦0.3, 0≦d1+d2+d3≦0.3 and 0≦e≦0.3 are more preferable. However, a+b1+b2+c+d1+d2+d3+e=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。 To synthesize the base polymer, for example, a monomer providing the above-described repeating unit may be polymerized by adding a radical polymerization initiator in an organic solvent and heating the mixture.
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(THF)、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 during polymerization include toluene, benzene, tetrahydrofuran (THF), diethyl ether, and dioxane. As a polymerization initiator, 2,2'-azobisisobutyronitrile (AIBN), 2,2'-azobis(2,4-dimethylvaleronitrile), dimethyl-2,2-azobis(2-methylpropiodine) nate), benzoyl peroxide, lauroyl peroxide, and the like. The temperature during 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 substituted with an acetal group that is easily deprotected with an acid such as an ethoxyethoxy group during polymerization, and deprotection may be performed with a weak acid and water after the polymerization. Alkaline hydrolysis may be performed after polymerization by substituting with an acetyl group, formyl group, pivaloyl group, etc.
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 described above to form hydroxystyrene or hydroxyvinylnaphthalene. It may also 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, etc. can be used. Further, 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であり、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 preferably has a polystyrene equivalent weight average molecular weight (Mw) of 1,000 to 500,000, more preferably 2,000 to 30, as measured by gel permeation chromatography (GPC) using THF as a solvent. ,000. If Mw is too small, the resist material will have poor heat resistance, and if it is too large, the alkali solubility will decrease, making it easy to cause trailing after pattern formation.
また、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。 Furthermore, if the base polymer has a wide molecular weight distribution (Mw/Mn), the presence of low molecular weight or high molecular weight polymers may cause foreign matter to be seen on the pattern or the shape of the pattern to deteriorate after exposure. There is a risk of As pattern rules become finer, the influence of Mw and Mw/Mn tends to increase. Therefore, in order to obtain a resist material suitable for use in fine pattern dimensions, Mw/Mn of the base polymer should be 1.0. A narrow dispersion of ~2.0, particularly 1.0~1.5 is preferred.
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。また、繰り返し単位aを含むポリマーと、繰り返し単位aを含まず、繰り返し単位b1及び/又はb2を含むポリマーとをブレンドしてもよい。 The base polymer may include two or more polymers having different composition ratios, Mw, and Mw/Mn. Alternatively, a polymer containing repeating unit a and a polymer not containing repeating unit a but containing repeating units b1 and/or b2 may be blended.
[酸発生剤]
本発明のポジ型レジスト材料は、更に、強酸を発生する酸発生剤(以下、添加型酸発生剤ともいう。)を含んでもよい。ここでいう強酸とは、ベースポリマーの酸不安定基の脱保護反応を起こすのに十分な酸性度を有している化合物を意味する。
[Acid generator]
The positive resist material of the present invention may further contain an acid generator that generates a strong acid (hereinafter also referred to as an additive acid generator). The term "strong acid" as used herein means a compound having sufficient acidity to cause a deprotection reaction of the acid-labile groups of the base polymer.
前記酸発生剤としては、例えば、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特に限定されないが、スルホン酸、イミド酸又はメチド酸を発生するものが好ましい。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。光酸発生剤の具体例としては、特開2008-111103号公報の段落[0122]~[0142]に記載されているものが挙げられる。 Examples of the acid generator include compounds that generate acid in response to actinic rays or radiation (photoacid generators). The photoacid generator is not particularly limited as long as it is a compound that generates acid when irradiated with high-energy rays, but those that generate sulfonic acid, imide acid, or methide acid are preferred. Suitable photoacid generators include sulfonium salts, iodonium salts, sulfonyldiazomethane, N-sulfonyloximide, oxime-O-sulfonate type acid generators, and the like. Specific examples of photoacid generators include those described in paragraphs [0122] to [0142] of JP-A No. 2008-111103.
また、光酸発生剤として、下記式(1-1)で表されるスルホニウム塩や下記式(1-2)で表されるヨードニウム塩も好適に使用できる。
式(1-1)及び(1-2)中、R101~R105は、それぞれ独立に、ハロゲン原子、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。 In formulas (1-1) and (1-2), R 101 to R 105 are each independently a halogen atom or a hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms which may contain a hetero atom.
前記ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられる。 Examples of the halogen atom include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, and the like.
R101~R105で表される炭素数1~20の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、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、n-ヘキシル基、n-オクチル基、n-ノニル基、n-デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基、イコシル基等の炭素数1~20のアルキル基;シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロプロピルメチル基、4-メチルシクロヘキシル基、シクロヘキシルメチル基、ノルボルニル基、アダマンチル基等の炭素数3~20の環式飽和ヒドロカルビル基;ビニル基、プロペニル基、ブテニル基、ヘキセニル基等の炭素数2~20のアルケニル基;エチニル基、プロピニル基、ブチニル基等の炭素数2~20のアルキニル基;シクロヘキセニル基、ノルボルネニル基等の炭素数3~20の環式不飽和脂肪族ヒドロカルビル基;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の炭素数6~20のアリール基;ベンジル基、フェネチル基等の炭素数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。 The hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms represented by R 101 to R 105 may be saturated or unsaturated, and may be linear, branched, or cyclic. Specific examples include methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, n-pentyl group, n-hexyl group, n- Alkyl groups having 1 to 20 carbon atoms such as octyl group, n-nonyl group, n-decyl group, undecyl group, dodecyl group, tridecyl group, tetradecyl group, pentadecyl group, heptadecyl group, octadecyl group, nonadecyl group, icosyl group; Cyclic saturated hydrocarbyl groups having 3 to 20 carbon atoms such as cyclopropyl group, cyclopentyl group, cyclohexyl group, cyclopropylmethyl group, 4-methylcyclohexyl group, cyclohexylmethyl group, norbornyl group, adamantyl group; vinyl group, propenyl group, Alkenyl groups with 2 to 20 carbon atoms such as butenyl and hexenyl groups; alkynyl groups with 2 to 20 carbon atoms such as ethynyl, propynyl and butynyl groups; rings with 3 to 20 carbon atoms such as cyclohexenyl and norbornenyl groups Unsaturated aliphatic hydrocarbyl group; phenyl group, methylphenyl group, ethylphenyl group, n-propylphenyl group, isopropylphenyl group, n-butylphenyl group, isobutylphenyl group, sec-butylphenyl group, tert-butylphenyl group , naphthyl group, methylnaphthyl group, ethylnaphthyl group, n-propylnaphthyl group, isopropylnaphthyl group, n-butylnaphthyl group, isobutylnaphthyl group, sec-butylnaphthyl group, tert-butylnaphthyl group, etc. having 6 to 20 carbon atoms aryl groups; aralkyl groups having 7 to 20 carbon atoms such as benzyl groups and phenethyl groups; and groups obtained by combining these groups.
また、前記ヒドロカルビル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を含む基で置換されていてもよく、前記ヒドロカルビル基の-CH2-の一部が、酸素原子、硫黄原子、窒素原子等のヘテロ原子を含む基で置換されていてもよく、その結果、ヒドロキシ基、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、シアノ基、ニトロ基、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(-C(=O)-O-C(=O)-)、ハロアルキル基等を含んでいてもよい。 Further, some or all of the hydrogen atoms of the hydrocarbyl group may be substituted with a group containing a hetero atom such as an oxygen atom, a sulfur atom, a nitrogen atom, or a halogen atom, and the -CH 2 - of the hydrocarbyl group A portion may be substituted with a group containing a heteroatom such as an oxygen atom, a sulfur atom, or a nitrogen atom, resulting in a hydroxy group, a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, a cyano group, or a nitro group. , carbonyl group, ether bond, ester bond, sulfonic acid ester bond, carbonate bond, lactone ring, sultone ring, carboxylic acid anhydride (-C(=O)-O-C(=O)-), haloalkyl group, etc. May contain.
また、R101とR102とが、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、以下に示す構造のものが好ましい。
式(1-1)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(1-2)で表されるヨード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(1-1)及び(1-2)中、Xa-は、下記式(1A)~(1D)から選ばれるアニオンである。
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R111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 fluorine atom or a hydrocarbyl group having 1 to 40 carbon atoms which may contain 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 111 in formula (1A') described below.
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、RHF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。R111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い解像度を得る点から、特に炭素数6~30であるものが好ましい。 In formula (1A'), R HF is a hydrogen atom or a trifluoromethyl group, preferably a trifluoromethyl group. R 111 is a hydrocarbyl group having 1 to 38 carbon atoms which may contain a heteroatom. The hetero atom is preferably an oxygen atom, a nitrogen atom, a sulfur atom, a halogen atom, or the like, and more preferably an oxygen atom. The hydrocarbyl group is particularly preferably one having 6 to 30 carbon atoms in order to obtain high resolution in fine pattern formation.
R111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、n-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、イコサニル基等の炭素数1~38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炭素数3~38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炭素数2~38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-ナフチル基等の炭素数6~38のアリール基;ベンジル基、ジフェニルメチル基等の炭素数7~38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。 The hydrocarbyl group represented by R 111 may be saturated or unsaturated, and may be linear, branched, or cyclic. Specific examples include methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, butyl group, isobutyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, pentyl group, neopentyl group, hexyl group, heptyl group, 2- Alkyl groups having 1 to 38 carbon atoms such as ethylhexyl group, nonyl group, undecyl group, tridecyl group, pentadecyl group, heptadecyl group, icosanyl group; cyclopentyl group, cyclohexyl group, 1-adamantyl group, 2-adamantyl group, 1-adamantyl group Cyclic saturated hydrocarbyl group having 3 to 38 carbon atoms such as methyl group, norbornyl group, norbornylmethyl group, tricyclodecanyl group, tetracyclododecanyl group, tetracyclododecanylmethyl group, dicyclohexylmethyl group; allyl group , C2-38 unsaturated aliphatic hydrocarbyl groups such as 3-cyclohexenyl groups; C6-38 aryl groups such as phenyl, 1-naphthyl, 2-naphthyl groups; benzyl group, diphenylmethyl group Examples include aralkyl groups having 7 to 38 carbon atoms; groups obtained by combining these groups, and the like.
また、前記ヒドロカルビル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を含む基で置換されていてもよく、前記ヒドロカルビル基の-CH2-の一部が、酸素原子、硫黄原子、窒素原子等のヘテロ原子を含む基で置換されていてもよく、その結果、ヒドロキシ基、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、シアノ基、ニトロ基、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(-C(=O)-O-C(=O)-)、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。 Further, some or all of the hydrogen atoms of the hydrocarbyl group may be substituted with a group containing a hetero atom such as an oxygen atom, a sulfur atom, a nitrogen atom, or a halogen atom, and the -CH 2 - of the hydrocarbyl group A portion may be substituted with a group containing a heteroatom such as an oxygen atom, a sulfur atom, or a nitrogen atom, resulting in a hydroxy group, a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, a cyano group, or a nitro group. , carbonyl group, ether bond, ester bond, sulfonic acid ester bond, carbonate bond, lactone ring, sultone ring, carboxylic acid anhydride (-C(=O)-O-C(=O)-), haloalkyl group, etc. May contain. Hydrocarbyl groups containing heteroatoms include tetrahydrofuryl group, methoxymethyl group, ethoxymethyl group, methylthiomethyl group, acetamidomethyl group, trifluoroethyl group, (2-methoxyethoxy)methyl group, acetoxymethyl group, 2-carboxylic -1-cyclohexyl group, 2-oxopropyl group, 4-oxo-1-adamantyl group, 3-oxocyclohexyl group and the like.
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 formula (1A'), see JP-A No. 2007-145797, JP-A No. 2008-106045, JP-A No. 2009-7327, and JP-A No. 2009-258695. I am familiar with etc. Further, sulfonium salts described in JP-A No. 2010-215608, JP-A No. 2012-41320, JP-A No. 2012-106986, JP-A No. 2012-153644, etc. are also preferably used.
式(1A)で表されるアニオンとしては、特開2018-197853号公報の式(1A)で表されるアニオンとして例示されたものと同様のものが挙げられる。 Examples of the anion represented by formula (1A) include those similar to those exemplified as the anion represented by formula (1A) in JP-A-2018-197853.
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R111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 each independently a fluorine atom or a hydrocarbyl group having 1 to 40 carbon atoms which may contain a hetero atom. The hydrocarbyl group may be saturated or unsaturated, and may be linear, branched, or cyclic. Specific examples include those similar to those exemplified as the hydrocarbyl group represented by R 111 in formula (1A'). R fb1 and R fb2 are preferably a fluorine atom or a linear fluorinated alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. Furthermore, R fb1 and R fb2 may be bonded to each other to form a ring together with the group to which they are bonded (-CF 2 -SO 2 -N - -SO 2 -CF 2 -); in this case, R The group obtained by bonding fb1 and R fb2 to each other is preferably a fluorinated ethylene group or a fluorinated propylene 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R111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 formula (1C), R fc1 , R fc2 and R fc3 are each independently a fluorine atom or a hydrocarbyl group having 1 to 40 carbon atoms which may contain a hetero atom. The hydrocarbyl group may be saturated or unsaturated, and may be linear, branched, or cyclic. Specific examples include those similar to those exemplified as the hydrocarbyl group represented by R 111 in 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. Furthermore, R fc1 and R fc2 may be bonded to each other to form a ring together with the group to which they are bonded (-CF 2 -SO 2 -C - -SO 2 -CF 2 -); in this case, R The group obtained by bonding fc1 and R fc2 to each other is preferably a fluorinated ethylene group or a fluorinated propylene 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R111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 include those similar to those exemplified as the hydrocarbyl group represented by R 111 in 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。 Regarding the synthesis of a sulfonium salt containing an anion represented by formula (1D), see JP-A No. 2010-215608 and JP-A No. 2014-133723 for details.
式(1D)で表されるアニオンとしては、特開2018-197853号公報の式(1D)で表されるアニオンとして例示されたものと同様のものが挙げられる。 Examples of the anion represented by formula (1D) include those similar to those exemplified as the anion represented by formula (1D) in JP-A-2018-197853.
なお、式(1D)で表されるアニオンを含む光酸発生剤は、スルホ基のα位にフッ素原子を有していないが、β位に2つのトリフルオロメチル基を有していることに起因して、ベースポリマー中の酸不安定基を切断するのに十分な酸性度を有している。そのため、光酸発生剤として使用することができる。 Note that the photoacid generator containing the anion represented by formula (1D) does not have a fluorine atom at the α-position of the sulfo group, but has two trifluoromethyl groups at the β-position. As such, it has sufficient acidity to cleave acid-labile groups in the base polymer. Therefore, it can be used as a photoacid generator.
光酸発生剤として、下記式(2)で表されるものも好適に使用できる。
式(2)中、R201及びR202は、それぞれ独立に、ハロゲン原子、又はヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1~30のヒドロカルビル基である。R203は、ヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1~30のヒドロカルビレン基である。また、R201及びR202又はR201及びR203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(1-1)の説明において、R101及びR102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 formula (2), R 201 and R 202 each independently represent a halogen atom or a hydrocarbyl group having 1 to 30 carbon atoms and which may contain a hetero atom. R 203 is a hydrocarbylene group having 1 to 30 carbon atoms which may contain a heteroatom. Further, R 201 and R 202 or R 201 and R 203 may be bonded to each other to form a ring with the sulfur atom to which they are bonded. In this case, examples of the ring include those similar to those exemplified as the ring that can be formed with the sulfur atom to which R 101 and R 102 are bonded together in the explanation of formula (1-1).
R201及びR202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、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、tert-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-デシル基等の炭素数1~30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、アダマンチル基等の炭素数3~30の環式飽和ヒドロカルビル基;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、アントラセニル基等の炭素数6~30のアリール基;これらを組み合わせて得られる基等が挙げられる。また、前記ヒドロカルビル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を含む基で置換されていてもよく、前記ヒドロカルビル基の-CH2-の一部が、酸素原子、硫黄原子、窒素原子等のヘテロ原子を含む基で置換されていてもよく、その結果、ヒドロキシ基、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、シアノ基、ニトロ基、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(-C(=O)-O-C(=O)-)、ハロアルキル基等を含んでいてもよい。 The hydrocarbyl group represented by R 201 and R 202 may be saturated or unsaturated, and may be linear, branched, or cyclic. Specific examples include methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, n-pentyl group, tert-pentyl group, n- Alkyl groups having 1 to 30 carbon atoms such as hexyl group, n-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 group, norbornyl group, tricyclo[5.2.1.0 2,6 ]decanyl group, adamantyl group, etc. cyclic saturated hydrocarbyl group having 3 to 30 carbon atoms; phenyl group , methylphenyl group, ethylphenyl group, n-propylphenyl group, isopropylphenyl group, n-butylphenyl group, isobutylphenyl group, sec-butylphenyl group, tert-butylphenyl group, naphthyl group, methylnaphthyl group, ethylnaphthyl group Aryl groups having 6 to 30 carbon atoms such as n-propylnaphthyl group, isopropylnaphthyl group, n-butylnaphthyl group, isobutylnaphthyl group, sec-butylnaphthyl group, tert-butylnaphthyl group, anthracenyl group; combinations of these Examples include groups obtained by Further, some or all of the hydrogen atoms of the hydrocarbyl group may be substituted with a group containing a hetero atom such as an oxygen atom, a sulfur atom, a nitrogen atom, or a halogen atom, and the -CH 2 - of the hydrocarbyl group A portion may be substituted with a group containing a heteroatom such as an oxygen atom, a sulfur atom, or a nitrogen atom, resulting in a hydroxy group, a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, a cyano group, or a nitro group. , carbonyl group, ether bond, ester bond, sulfonic acid ester bond, carbonate bond, lactone ring, sultone ring, carboxylic acid anhydride (-C(=O)-O-C(=O)-), haloalkyl group, etc. May contain.
R203で表される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。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-1,3-ジイル基、ブタン-1,4-ジイル基、ペンタン-1,5-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、トリデカン-1,13-ジイル基、テトラデカン-1,14-ジイル基、ペンタデカン-1,15-ジイル基、ヘキサデカン-1,16-ジイル基、ヘプタデカン-1,17-ジイル基等の炭素数1~30のアルカンジイル基;シクロペンタンジイル基、シクロヘキサンジイル基、ノルボルナンジイル基、アダマンタンジイル基等の炭素数3~30の環式飽和ヒドロカルビレン基;フェニレン基、メチルフェニレン基、エチルフェニレン基、n-プロピルフェニレン基、イソプロピルフェニレン基、n-ブチルフェニレン基、イソブチルフェニレン基、sec-ブチルフェニレン基、tert-ブチルフェニレン基、ナフチレン基、メチルナフチレン基、エチルナフチレン基、n-プロピルナフチレン基、イソプロピルナフチレン基、n-ブチルナフチレン基、イソブチルナフチレン基、sec-ブチルナフチレン基、tert-ブチルナフチレン基等の炭素数6~30のアリーレン基;これらを組み合わせて得られる基等が挙げられる。また、前記ヒドロカルビレン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を含む基で置換されていてもよく、前記ヒドロカルビレン基の-CH2-の一部が、酸素原子、硫黄原子、窒素原子等のヘテロ原子を含む基で置換されていてもよく、その結果、ヒドロキシ基、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、シアノ基、ニトロ基、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(-C(=O)-O-C(=O)-)、ハロアルキル基等を含んでいてもよい。前記ヘテロ原子としては、酸素原子が好ましい。 The hydrocarbylene group represented by R 203 may be saturated or unsaturated, and may be linear, branched, or cyclic. Specific examples include methanediyl group, ethane-1,1-diyl group, ethane-1,2-diyl group, propane-1,3-diyl group, butane-1,4-diyl group, pentane-1,5-diyl group, -diyl group, hexane-1,6-diyl group, heptane-1,7-diyl group, octane-1,8-diyl group, nonane-1,9-diyl group, decane-1,10-diyl group, undecane -1,11-diyl group, dodecane-1,12-diyl group, tridecane-1,13-diyl group, tetradecane-1,14-diyl group, pentadecane-1,15-diyl group, hexadecane-1,16- Alkanediyl groups having 1 to 30 carbon atoms such as diyl group and heptadecane-1,17-diyl group; cyclic saturated groups having 3 to 30 carbon atoms such as cyclopentanediyl group, cyclohexanediyl group, norbornanediyl group, and adamantanediyl group Hydrocarbylene group; phenylene group, methylphenylene group, ethylphenylene group, n-propylphenylene group, isopropylphenylene group, n-butylphenylene group, isobutylphenylene group, sec-butylphenylene group, tert-butylphenylene group, naphthylene group , methylnaphthylene group, ethylnaphthylene group, n-propylnaphthylene group, isopropylnaphthylene group, n-butylnaphthylene group, isobutylnaphthylene group, sec-butylnaphthylene group, tert-butylnaphthylene group, and other arylene groups having 6 to 30 carbon atoms. ; Examples include groups obtained by combining these. Further, some or all of the hydrogen atoms of the hydrocarbylene group may be substituted with a group containing a hetero atom such as an oxygen atom, a sulfur atom, a nitrogen atom, or a halogen atom, and the - A part of CH 2 - may be substituted with a group containing a heteroatom such as an oxygen atom, a sulfur atom, a nitrogen atom, and as a result, a hydroxy group, a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, a cyano atom, etc. group, nitro group, carbonyl group, ether bond, ester bond, sulfonic acid ester bond, carbonate bond, lactone ring, sultone ring, carboxylic acid anhydride (-C(=O)-OC(=O)-), It may also contain a haloalkyl group or the like. The hetero atom is preferably an oxygen atom.
式(2)中、LCは、単結合、エーテル結合、又はヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1~20のヒドロカルビレン基である。前記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。その具体例としては、R203で表されるヒドロカルビレン基として例示したものと同様のものが挙げられる。 In formula (2), L C is a single bond, an ether bond, or a hydrocarbylene group having 1 to 20 carbon atoms and which may contain a hetero atom. The hydrocarbylene group may be saturated or unsaturated, and may be linear, branched, or cyclic. Specific examples thereof include those similar to those exemplified as the hydrocarbylene group represented by R203 .
式(2)中、XA、XB、XC及びXD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。ただし、XA、XB、XC及びXD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。 In formula (2), X A , X B , X C and X D are each independently a hydrogen atom, a fluorine atom or a trifluoromethyl group. However, at least one of X A , X B , X C and X D is a fluorine atom or a trifluoromethyl group.
式(2)中、kは、0~3の整数である。 In formula (2), k is an integer from 0 to 3.
式(2)で表される光酸発生剤としては、下記式(2')で表されるものが好ましい。
式(2')中、LCは、前記と同じ。RHF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。R301、R302及びR303は、それぞれ独立に、水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、式(1A')中のR111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。x及びyは、それぞれ独立に、0~5の整数であり、zは、0~4の整数である。 In formula (2'), L C is the same as above. R HF is a hydrogen atom or a trifluoromethyl group, preferably a trifluoromethyl group. R 301 , R 302 and R 303 are each independently a hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms which may contain a hydrogen atom or a hetero atom. The hydrocarbyl group may be saturated or unsaturated, and may be linear, branched, or cyclic. Specific examples include those similar to those exemplified as the hydrocarbyl group represented by R 111 in formula (1A'). x and y are each independently an integer of 0 to 5, and z is an integer of 0 to 4.
式(2)で表される光酸発生剤としては、特開2017-026980号公報の式(2)で表される光酸発生剤として例示されたものと同様のものが挙げられる。 Examples of the photoacid generator represented by formula (2) include those similar to those exemplified as the photoacid generator represented by formula (2) in JP-A No. 2017-026980.
前記光酸発生剤のうち、式(1A')又は(1D)で表されるアニオンを含むものは、酸拡散が小さく、かつ溶剤への溶解性にも優れており、特に好ましい。また、式(2')で表されるものは、酸拡散が極めて小さく、特に好ましい。 Among the photoacid generators, those containing an anion represented by formula (1A') or (1D) are particularly preferable because they have low acid diffusion and excellent solubility in solvents. Further, the compound represented by formula (2') has extremely low acid diffusion and is particularly preferable.
前記光酸発生剤として、ヨウ素原子又は臭素原子で置換された芳香環を有するアニオンを含むスルホニウム塩又はヨードニウム塩を用いることもできる。このような塩としては、下記式(3-1)又は(3-2)で表されるものが挙げられる。
式(3-1)及び(3-2)中、pは、1≦p≦3を満たす整数である。q及びrは、1≦q≦5、0≦r≦3及び1≦q+r≦5を満たす整数である。qは、1≦q≦3を満たす整数が好ましく、2又は3がより好ましい。rは、0≦r≦2を満たす整数が好ましい。 In formulas (3-1) and (3-2), p is an integer satisfying 1≦p≦3. q and r are integers satisfying 1≦q≦5, 0≦r≦3, and 1≦q+r≦5. q is preferably an integer satisfying 1≦q≦3, and more preferably 2 or 3. r is preferably an integer satisfying 0≦r≦2.
式(3-1)及び(3-2)中、XBIは、ヨウ素原子又は臭素原子であり、p及び/又はq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 formulas (3-1) and (3-2), X BI is an iodine atom or a bromine atom, and when p and/or q are 2 or more, they may be the same or different from each other.
式(3-1)及び(3-2)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 formulas (3-1) and (3-2), L 1 is a single bond, an ether bond or an ester bond, or a saturated hydrocarbylene group having 1 to 6 carbon atoms that may contain an ether bond or an ester bond. It is. The saturated hydrocarbylene group may be linear, branched, or cyclic.
式(3-1)及び(3-2)中、L2は、p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、pが2又は3のときは炭素数1~20の(p+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 formulas (3-1) and (3-2), when p is 1, L 2 is a single bond or a divalent linking group having 1 to 20 carbon atoms, and when p is 2 or 3, it is a carbon It is a (p+1) valent linking group having a number of 1 to 20, and the linking group may contain an oxygen atom, a sulfur atom, or a nitrogen atom.
式(3-1)及び(3-2)中、R401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のヒドロカルビル基、炭素数1~20のヒドロカルビルオキシ基、炭素数2~20のヒドロカルビルカルボニル基、炭素数2~20のヒドロカルビルオキシカルボニル基、炭素数2~20の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のヒドロカルビルスルホニルオキシ基、又は-N(R401A)(R401B)、-N(R401C)-C(=O)-R401D若しくは-N(R401C)-C(=O)-O-R401Dである。R401A及びR401Bは、それぞれ独立に、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。R401C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。R401Dは、炭素数1~16の脂肪族ヒドロカルビル基、炭素数6~12のアリール基又は炭素数7~15のアラルキル基であり、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。前記ヒドロカルビル基、ヒドロカルビルオキシ基、ヒドロカルビルカルボニル基、ヒドロカルビルオキシカルボニル基、ヒドロカルビルカルボニルオキシ基及び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。p及び/又はrが2以上のとき、各R401は互いに同一であっても異なっていてもよい。 In formulas (3-1) and (3-2), R 401 is 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, or an amino group. a hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms, a hydrocarbyloxy group having 1 to 20 carbon atoms, a hydrocarbylcarbonyl group having 2 to 20 carbon atoms, a hydrocarbyloxycarbonyl group having 2 to 20 carbon atoms, which may contain a group or an ether bond. , a hydrocarbylcarbonyloxy group having 2 to 20 carbon atoms, a hydrocarbylsulfonyloxy group having 1 to 20 carbon atoms, or -N(R 401A )(R 401B ), -N(R 401C )-C(=O)-R 401D or -N(R 401C )-C(=O)-OR 401D . R 401A and R 401B are each independently a hydrogen atom or a saturated hydrocarbyl group having 1 to 6 carbon atoms. R 401C 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 to 6 carbon atoms; It may contain up to 6 saturated hydrocarbylcarbonyloxy groups. R 401D is an aliphatic hydrocarbyl group having 1 to 16 carbon atoms, an aryl group having 6 to 12 carbon atoms, or an aralkyl group having 7 to 15 carbon atoms, a halogen atom, a hydroxy group, a saturated hydrocarbyloxy group having 1 to 6 carbon atoms; group, a saturated hydrocarbylcarbonyl group having 2 to 6 carbon atoms, 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 hydrocarbyl group, hydrocarbyloxy group, hydrocarbylcarbonyl group, hydrocarbyloxycarbonyl group, hydrocarbylcarbonyloxy group, and hydrocarbylsulfonyloxy group may be linear, branched, or cyclic. When p and/or r are 2 or more, each R 401 may be the same or different.
これらのうち、R401としては、ヒドロキシ基、-N(R401C)-C(=O)-R401D、-N(R401C)-C(=O)-O-R401D、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。 Among these, R 401 includes hydroxy group, -N(R 401C )-C(=O)-R 401D , -N(R 401C )-C(=O)-O-R 401D , fluorine atom, chlorine Atom, bromine atom, methyl group, methoxy group, etc. are preferable.
式(3-1)及び(3-2)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 formulas (3-1) and (3-2), Rf 1 to Rf 4 are each independently a hydrogen atom, a fluorine atom, or a trifluoromethyl group, and at least one of them is a fluorine atom or a trifluoromethyl group. It is a fluoromethyl group. Furthermore, 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(3-1)及び(3-2)中、R402~R406は、それぞれ独立に、ハロゲン原子、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、式(1-1)及び(1-2)の説明においてR101~R105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、前記ヒドロカルビル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、シアノ基、ニトロ基、メルカプト基、スルトン環、スルホ基又はスルホニウム塩含有基で置換されていてもよく、前記ヒドロカルビル基の-CH2-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、カーボネート結合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、R402及びR403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(1-1)の説明においてR101とR102と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 (3-1) and (3-2), R 402 to R 406 are each independently a halogen atom or a hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms which may contain 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 groups represented by R 101 to R 105 in the explanation of formulas (1-1) and (1-2). Further, some or all of the hydrogen atoms of the hydrocarbyl group may be substituted with a hydroxy group, a carboxy group, a halogen atom, a cyano group, a nitro group, a mercapto group, a sultone ring, a sulfo group, or a sulfonium salt-containing group. , a portion of --CH 2 -- of the hydrocarbyl group may be substituted with an ether bond, ester bond, carbonyl group, amide bond, carbonate bond or sulfonic acid ester bond. Furthermore, R 402 and R 403 may be bonded to each other to form a ring together with the sulfur atom to which they are bonded. In this case, examples of the ring include those similar to those exemplified as the ring that can be formed by R 101 and R 102 bonding together with the sulfur atom to which they are bonded in the explanation of formula (1-1).
式(3-1)で表されるスルホニウム塩のカチオンとしては、式(1-1)で表されるスルホニウム塩のカチオンとして例示したものと同様のものが挙げられる。また、式(3-2)で表されるヨードニウム塩のカチオンとしては、式(1-2)で表されるヨードニウム塩のカチオンとして例示したものと同様のものが挙げられる。 Examples of the cation of the sulfonium salt represented by formula (3-1) include those similar to those exemplified as the cation of the sulfonium salt represented by formula (1-1). Further, as the cation of the iodonium salt represented by the formula (3-2), the same cations as those exemplified as the cation of the iodonium salt represented by the formula (1-2) can be mentioned.
式(3-1)又は(3-2)で表されるオニウム塩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、XBIは、前記と同じである。
本発明のポジ型レジスト材料が添加型酸発生剤を含む場合、その含有量は、ベースポリマー100質量部に対し、0.1~50質量部が好ましく、1~40質量部がより好ましい。前記添加型酸発生剤は、1種単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。前記ベースポリマーが繰り返し単位d1~d3を含むことで、及び/又は添加型酸発生剤を含むことで、本発明のポジ型レジスト材料は、化学増幅ポジ型レジスト材料として機能することができる。 When the positive resist material of the present invention contains an additive acid generator, its content is preferably 0.1 to 50 parts by weight, more preferably 1 to 40 parts by weight, based on 100 parts by weight of the base polymer. The additive acid generators may be used alone or in combination of two or more. Since the base polymer contains repeating units d1 to d3 and/or contains an additive acid generator, the positive resist material of the present invention can function as a chemically amplified positive resist material.
[有機溶剤]
本発明のポジ型レジスト材料は、有機溶剤を含んでもよい。前記有機溶剤は、前述した各成分及び後述する各成分が溶解可能なものであれば、特に限定されない。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、2-ヘプタノン等のケトン類;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等が挙げられる。
[Organic solvent]
The positive resist material of the present invention may contain an organic solvent. The organic solvent is not particularly limited as long as it can dissolve each component mentioned above and each component described below. Examples of the organic solvent include ketones such as cyclohexanone, cyclopentanone, methyl-2-n-pentyl ketone, and 2-heptanone, which are described in paragraphs [0144] to [0145] of JP-A-2008-111103; -Alcohols such as methoxybutanol, 3-methyl-3-methoxybutanol, 1-methoxy-2-propanol, 1-ethoxy-2-propanol, diacetone alcohol; propylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monomethyl ether, propylene glycol mono Ethers such as ethyl ether, ethylene 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, Examples include esters such as ethyl 3-ethoxypropionate, tert-butyl acetate, tert-butyl propionate, and propylene glycol mono tert-butyl ether acetate; lactones such as γ-butyrolactone.
本発明のポジ型レジスト材料中、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。前記有機溶剤は、1種単独で使用してもよく、2種以上を混合して使用してもよい。 In the positive resist material of the present invention, the content of the organic solvent is preferably 100 to 10,000 parts by weight, more preferably 200 to 8,000 parts by weight, based on 100 parts by weight of the base polymer. The organic solvents may be used alone or in combination of two or more.
[クエンチャー]
本発明のポジ型レジスト材料は、クエンチャーを含んでもよい。なお、クエンチャーとは、レジスト材料中の酸発生剤より発生した酸をトラップすることで未露光部への拡散を防ぐことができる化合物を意味する。
[Quencher]
The positive resist material of the present invention may contain a quencher. Note that the quencher refers to a compound that can trap acid generated from an acid generator in the resist material and thereby prevent it from diffusing into unexposed areas.
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 quencher includes 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 include nitrogen-containing compounds having a hydroxyl group, nitrogen-containing compounds having a hydroxyphenyl group, alcoholic nitrogen-containing compounds, amides, imides, carbamates, and the like. In particular, primary, secondary, and tertiary amine compounds described in paragraphs [0146] to [0164] of JP-A No. 2008-111103, particularly hydroxy groups, ether bonds, ester bonds, lactone rings, An amine compound having a cyano group, a sulfonic acid ester bond, or a compound having a carbamate group described in Japanese Patent No. 3790649 is preferred. By adding such a basic compound, it is possible, for example, to further suppress the acid diffusion rate in the resist film or to correct the shape.
また、前記クエンチャーとして、特開2008-158339号公報に記載されている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、クエンチャーとして機能する。 Further, examples of the quencher include onium salts such as sulfonium salts, iodonium salts, and ammonium salts of sulfonic acids and carboxylic acids whose α-positions are not fluorinated, which are described in JP-A-2008-158339. Sulfonic acid, imide acid, or methide acid fluorinated at the α position is necessary to deprotect the acid-labile group of the carboxylic acid ester, but salt exchange with an onium salt that is not fluorinated at the α position is necessary. , a sulfonic acid or carboxylic acid that is not fluorinated at the α position is released. Sulfonic acids and carboxylic acids that are not fluorinated at the α-position do not undergo a deprotection reaction and therefore function as quenchers.
このようなクエンチャーとしては、例えば、下記式(4)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(5)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(4)中、R501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 formula (4), R 501 is a hydrocarbyl group having 1 to 40 carbon atoms which may contain a hydrogen atom or a hetero atom, but the hydrogen atom bonded to the carbon atom at the α-position of the sulfo group is a fluorine atom. or excluding those substituted with a fluoroalkyl group.
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、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、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-デシル基等の炭素数1~40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炭素数3~40の環式飽和ヒドロカルビル基;ビニル基、アリル基、プロペニル基、ブテニル基、ヘキセニル基等の炭素数2~40のアルケニル基;シクロヘキセニル基等の炭素数3~40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)等の炭素数6~40のアリール基;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炭素数7~40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 include methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, tert-pentyl group, n-pentyl group, n- Alkyl groups having 1 to 40 carbon atoms such as hexyl group, n-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 group, norbornyl group, tricyclo[5.2.1.0 2,6 ]decanyl group, adamantyl group, adamantylmethyl group, etc. cyclic saturated hydrocarbyl having 3 to 40 carbon atoms Group; Alkenyl group having 2 to 40 carbon atoms such as vinyl group, allyl group, propenyl group, butenyl group, hexenyl group; Cyclounsaturated aliphatic hydrocarbyl group having 3 to 40 carbon atoms such as cyclohexenyl group; Phenyl group, Naphthyl group, alkylphenyl group (2-methylphenyl group, 3-methylphenyl group, 4-methylphenyl group, 4-ethylphenyl group, 4-tert-butylphenyl group, 4-n-butylphenyl group, etc.), dialkyl group Phenyl groups (2,4-dimethylphenyl group, 2,4,6-triisopropylphenyl group, etc.), alkylnaphthyl groups (methylnaphthyl group, ethylnaphthyl group, etc.), dialkylnaphthyl groups (dimethylnaphthyl group, diethylnaphthyl group, etc.) ); and aralkyl groups having 7 to 40 carbon atoms such as benzyl, 1-phenylethyl, and 2-phenylethyl.
また、前記ヒドロカルビル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を含む基で置換されていてもよく、前記ヒドロカルビル基の-CH2-の一部が、酸素原子、硫黄原子、窒素原子等のヘテロ原子を含む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(-C(=O)-O-C(=O)-)、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、チエニル基、インドリル基等のヘテロアリール基;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 or all of the hydrogen atoms of the hydrocarbyl group may be substituted with a group containing a hetero atom such as an oxygen atom, a sulfur atom, a nitrogen atom, or a halogen atom, and the -CH 2 - of the hydrocarbyl group A portion may be substituted with a group containing a heteroatom 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, It may contain a carbonate bond, a lactone ring, a sultone ring, a carboxylic acid anhydride (-C(=O)-OC(=O)-), a haloalkyl group, and the like. Hydrocarbyl groups containing heteroatoms include heteroaryl groups such as thienyl group and indolyl group; 4-hydroxyphenyl group, 4-methoxyphenyl group, 3-methoxyphenyl group, 2-methoxyphenyl group, 4-ethoxyphenyl group, Alkoxyphenyl groups such as 4-tert-butoxyphenyl group and 3-tert-butoxyphenyl group; Alkoxynaphthyl groups such as methoxynaphthyl group, ethoxynaphthyl group, n-propoxynaphthyl group, and n-butoxynaphthyl group; dimethoxynaphthyl group, Dialkoxynaphthyl groups such as diethoxynaphthyl groups; 2-aryl groups such as 2-phenyl-2-oxoethyl groups, 2-(1-naphthyl)-2-oxoethyl groups, and 2-(2-naphthyl)-2-oxoethyl groups; Examples include aryloxoalkyl groups such as -2-oxoethyl group.
式(5)中、R502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。R502で表されるヒドロカルビル基としては、R501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、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が挙げられる。 In formula (5), R 502 is a hydrocarbyl group having 1 to 40 carbon atoms which may contain a hetero atom. Examples of the hydrocarbyl group represented by R 502 include those similar to those exemplified as the hydrocarbyl group represented by R 501 . Other specific examples include trifluoromethyl group, trifluoroethyl group, 2,2,2-trifluoro-1-methyl-1-hydroxyethyl group, 2,2,2-trifluoro-1-(trifluoro-1- Examples include fluorine-containing alkyl groups such as fluoromethyl)-1-hydroxyethyl group; fluorine-containing aryl groups such as pentafluorophenyl group and 4-trifluoromethylphenyl group.
式(4)及び(5)中、Mq+は、オニウムカチオンである。前記オニウムカチオンとしては、スルホニウムカチオン、ヨードニウムカチオン又はアンモニウムカチオンが好ましく、スルホニウムカチオン又はヨードニウムカチオンがより好ましい。前記スルホニウムカチオンとしては、式(1-1)で表されるスルホニウム塩のカチオンとして例示したものと同様のものが挙げられる。また、前記ヨードニウムカチオンとしては、式(1-2)で表されるヨードニウム塩のカチオンとして例示したものと同様のものが挙げられる。 In formulas (4) and (5), Mq + is an onium cation. The onium cation is preferably a sulfonium cation, an iodonium cation, or an ammonium cation, and more preferably a sulfonium cation or an iodonium cation. Examples of the sulfonium cation include those exemplified as the cation of the sulfonium salt represented by formula (1-1). In addition, examples of the iodonium cation include those similar to those exemplified as the cation of the iodonium salt represented by formula (1-2).
クエンチャーとして、下記式(6)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(6)中、R601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又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-N(R601A)-C(=O)-R601B若しくは-N(R601A)-C(=O)-O-R601Bである。R601A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。R601B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。 In formula (6), R 601 is 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 the hydrogen atom may be substituted with a halogen atom, A saturated hydrocarbyl group having 1 to 6 carbon atoms, a saturated hydrocarbyloxy group having 1 to 6 carbon atoms, a saturated hydrocarbylcarbonyloxy group having 2 to 6 carbon atoms, a saturated hydrocarbylsulfonyloxy group having 1 to 4 carbon atoms, or -N(R 601A )-C(=O)-R 601B or -N(R 601A )-C(=O)-O-R 601B . R 601A is a hydrogen atom or a saturated hydrocarbyl group having 1 to 6 carbon atoms. R 601B is a saturated hydrocarbyl group having 1 to 6 carbon atoms or an unsaturated aliphatic hydrocarbyl group having 2 to 8 carbon atoms.
式(6)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。L11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、カーボネート結合、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R601は互いに同一であっても異なっていてもよい。 In formula (6), x' is an integer from 1 to 5. y' is an integer from 0 to 3. z' is an integer from 1 to 3. L 11 is a single bond or a (z'+1)-valent linking group having 1 to 20 carbon atoms, such as an ether bond, a carbonyl group, an ester bond, an amide bond, a sultone ring, a lactam ring, a carbonate bond, a halogen atom, or a hydroxyl group. It may contain at least one selected from a group and a carboxy group. 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' is 2 or more, each R 601 may be the same or different.
式(6)中、R602、R603及びR604は、それぞれ独立に、ハロゲン原子、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、式(1-1)及び(1-2)中のR101~R105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、前記ヒドロカルビル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、スルトン環、スルホ基又はスルホニウム塩含有基で置換されていてもよく、前記ヒドロカルビル基の-CH2-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、カーボネート結合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、R602とR603とが、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 (6), R 602 , R 603 and R 604 are each independently a halogen atom or a hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms which may contain 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 groups represented by R 101 to R 105 in formulas (1-1) and (1-2). Further, some or all of the hydrogen atoms of the hydrocarbyl group may be substituted with a hydroxy group, a carboxy group, a halogen atom, an oxo group, a cyano group, a nitro group, a sultone ring, a sulfo group, or a sulfonium salt-containing group. , a portion of --CH 2 -- of the hydrocarbyl group may be substituted with an ether bond, ester bond, carbonyl group, amide bond, carbonate bond or sulfonic acid ester bond. Further, R 602 and R 603 may be bonded to each other to form a ring together with the sulfur atom to which they are bonded.
式(6)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。ヨウ素原子は、波長13.5nmのEUVの吸収が大きいので、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、感度を向上させることができる。 Specific examples of the compound represented by formula (6) include those described in JP-A No. 2017-219836. Iodine atoms have a large absorption of EUV with a wavelength of 13.5 nm, so secondary electrons are generated during exposure, and the energy of the secondary electrons is transferred to the acid generator, promoting the decomposition of the quencher and increasing the sensitivity. can be improved.
前記クエンチャーの他の例として、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、レジスト膜表面に配向することによってレジストパターンの矩形性を高める。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。 Other examples of the quencher include polymer-type quenchers described in JP-A-2008-239918. This improves the rectangularity of the resist pattern by being oriented on the surface of the resist film. The polymer type quencher also has the effect of preventing pattern thinning and pattern top rounding when a protective film for immersion exposure is applied.
本発明のポジ型レジスト材料が前記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。前記クエンチャーは、1種単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。 When the positive resist material of the present invention contains the quencher, its content is preferably 0 to 5 parts by weight, more preferably 0 to 4 parts by weight, based on 100 parts by weight of the base polymer. The quenchers may be used alone or in combination of two or more.
[その他の成分]
本発明のポジ型レジスト材料は、前述した成分に加えて、界面活性剤、溶解阻止剤、撥水性向上剤、アセチレンアルコール類等を含んでもよい。
[Other ingredients]
The positive resist material of the present invention may contain a surfactant, a dissolution inhibitor, a water repellency improver, acetylene alcohol, etc. in addition to the above-mentioned components.
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させ、あるいは制御することができる。本発明のポジ型レジスト材料が前記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。前記界面活性剤は、1種単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。 Examples of the surfactant include those described in paragraphs [0165] to [0166] of JP-A No. 2008-111103. By adding a surfactant, the coatability of the resist material can be further improved or controlled. When the positive resist material of the present invention contains the surfactant, the content thereof is preferably 0.0001 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the base polymer. The surfactants may be used alone or in combination of two or more.
本発明のポジ型レジスト材料に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。 By incorporating a dissolution inhibitor into the positive resist material of the present invention, the difference in dissolution rate between exposed areas and unexposed areas can be further increased, and resolution can be further improved. The dissolution inhibitor is a compound having a molecular weight of preferably 100 to 1,000, more preferably 150 to 800, and which contains two or more phenolic hydroxy groups in the molecule. Compounds substituted with unstable groups in an overall proportion of 0 to 100 mol%, or compounds containing carboxy groups in the molecule, in which the hydrogen atoms of the carboxy groups are replaced by acid-labile groups in an average proportion of 50 to 100 mol% as a whole. Examples include compounds substituted with Specific examples include bisphenol A, trisphenol, phenolphthalein, cresol novolak, naphthalenecarboxylic acid, adamantanecarboxylic acid, and compounds in which the hydrogen atoms of the hydroxy group and carboxy group of cholic acid are replaced with acid-labile groups. , for example, described in paragraphs [0155] to [0178] of JP-A No. 2008-122932.
本発明のポジ型レジスト材料が前記溶解阻止剤を含む場合、その含有量は、ベースポリマー100質量部に対し、0~50質量部が好ましく、5~40質量部がより好ましい。前記溶解阻止剤は、1種単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。 When the positive resist material of the present invention contains the dissolution inhibitor, its content is preferably 0 to 50 parts by weight, more preferably 5 to 40 parts by weight, based on 100 parts by weight of the base polymer. The dissolution inhibitors may be used alone or in combination of two or more.
前記撥水性向上剤は、レジスト膜表面の撥水性を向上させるものであり、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ポリマー、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ポリマー等が好ましく、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ポリマーは、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。本発明のポジ型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。前記撥水性向上剤は、1種単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。 The water repellency improver improves the water repellency of the resist film surface, and can be used in immersion lithography without using a top coat. The water repellency improver is preferably a polymer containing a fluorinated alkyl group, a polymer containing a 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-propanol residue with a specific structure, etc. More preferred are those exemplified in JP-A No. 297590, JP-A No. 2008-111103, and the like. The water repellency improver needs to be dissolved in an alkaline developer or an organic solvent developer. The aforementioned specific water repellency improver having a 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-propanol residue has good solubility in a developer. As a water repellency improver, a polymer containing a repeating unit containing an amino group or an amine salt is highly effective in preventing evaporation of the acid in PEB and preventing poor opening of the hole pattern after development. When the positive resist material of the present invention contains a water repellency improver, its content is preferably 0 to 20 parts by weight, more preferably 0.5 to 10 parts by weight, based on 100 parts by weight of the base polymer. The water repellency improver may be used alone or in combination of two or more.
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。本発明のポジ型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。前記アセチレンアルコール類は、1種単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。 Examples of the acetylene alcohols include those described in paragraphs [0179] to [0182] of JP-A No. 2008-122932. When the positive resist material of the present invention contains acetylene alcohol, the content thereof is preferably 0 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the base polymer. The acetylene alcohols may be used alone or in combination of two or more.
[パターン形成方法]
本発明のポジ型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。例えば、パターン形成方法としては、前述したポジ型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方法が挙げられる。
[Pattern formation method]
When using the positive resist material of the present invention for manufacturing various integrated circuits, known lithography techniques can be applied. For example, a pattern forming method includes a step of forming a resist film on a substrate using the above-mentioned positive resist material, a step of exposing the resist film to high-energy radiation, and a step of exposing the exposed resist film to a developer. A method including a step of developing using.
まず、本発明のポジ型レジスト材料を、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。 First, the positive resist material of the present invention is applied to 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.) using 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. Apply to. This is prebaked on a hot plate, preferably at 60 to 150°C for 10 seconds to 30 minutes, more preferably at 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。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、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、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、本発明のポジ型レジスト材料は、特に高エネルギー線の中でも、波長365nmのi線、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。 Next, the resist film is exposed to high energy radiation. Examples of the high-energy rays include ultraviolet rays, deep 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 using ultraviolet rays, deep ultraviolet rays, EUV, X-rays, soft The amount of irradiation is preferably about 1 to 200 mJ/cm 2 , more preferably about 10 to 100 mJ/cm 2 . When using EB as a high-energy beam, the exposure dose is preferably about 0.1 to 100 μC/cm 2 , more preferably about 0.5 to 50 μC/cm 2 , either directly or using a mask to form the desired pattern. Draw using The positive resist material of the present invention is particularly suitable for high-energy radiation such as i-rays with a wavelength of 365 nm, KrF excimer laser light, ArF excimer laser light, EB, EUV, X-rays, soft X-rays, γ-rays, and synchrotron radiation. It is suitable for fine patterning using radiation, and particularly suitable for fine patterning using EB or EUV.
露光後、ホットプレート上又はオーブン中で、好ましくは50~150℃、10秒~30分間、より好ましくは60~120℃、30秒~20分間PEBを行ってもよい。 After exposure, PEB may be performed on a hot plate or in an oven, preferably at 50 to 150°C for 10 seconds to 30 minutes, more preferably at 60 to 120°C for 30 seconds to 20 minutes.
露光後又はPEB後、好ましくは0.1~10質量%、より好ましくは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、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パターンが形成される。 After exposure or PEB, preferably 0.1 to 10% by weight, more preferably 2 to 5% by weight of tetramethylammonium hydroxide (TMAH), tetraethylammonium hydroxide (TEAH), tetrapropylammonium hydroxide (TPAH). , using an alkaline aqueous developer such as tetrabutylammonium hydroxide (TBAH) for 3 seconds to 3 minutes, preferably 5 seconds to 2 minutes, by dipping method, puddle method, or spray method. By developing the exposed resist film using a conventional method such as the above, the irradiated portions are dissolved in the developer, the unexposed portions are not dissolved, and a desired positive pattern is formed on the substrate.
前記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型パターンを得ることもできる。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種単独で使用してもよく、2種以上を混合して使用してもよい。 Using the positive resist material, a negative pattern can also be obtained by organic solvent development. The developing solutions used at this time include 2-octanone, 2-nonanone, 2-heptanone, 3-heptanone, 4-heptanone, 2-hexanone, 3-hexanone, diisobutyl ketone, methylcyclohexanone, acetophenone, methylacetophenone, and 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 pentenoate, 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 may be used alone or in combination 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。 At the end of development, rinse. The rinsing liquid is preferably a solvent that is mixed with the developer and does not dissolve the resist film. As such solvents, alcohols having 3 to 10 carbon atoms, ether compounds having 8 to 12 carbon atoms, alkanes, alkenes, alkynes, and aromatic solvents having 6 to 12 carbon atoms 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, 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, 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-pene Tanol, 2-methyl-2-pentanol, 2-methyl-3-pentanol, 3-methyl-1-pentanol, 3-methyl-2-pentanol, 3-methyl-3-pentanol, 4-methyl -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 ether compounds 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, di-tert-pentyl Examples include ether, di-n-hexyl ether, and the like.
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, etc. It will be done. Examples of alkenes having 6 to 12 carbon atoms include hexene, heptene, octene, cyclohexene, methylcyclohexene, dimethylcyclohexene, cycloheptene, and cyclooctene. Examples of alkynes having 6 to 12 carbon atoms include hexyne, heptyne, 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 aromatic solvents 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 collapse of the resist pattern and the occurrence of defects. Further, rinsing is not necessarily 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膜からの酸触媒の拡散によってレジスト膜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。 It is also possible to shrink the hole pattern or trench pattern after development using thermal flow, RELACS technology or DSA technology. A shrink agent is applied onto the hole pattern, and crosslinking of the shrink agent occurs on the surface of the resist film due to the diffusion of an acid catalyst from the resist film during baking, and the shrink agent adheres to the sidewalls of the hole pattern. The baking temperature is preferably 70 to 180°C, more preferably 80 to 170°C, and the baking time is preferably 10 to 300 seconds to remove excess shrink agent and reduce 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 explained by showing synthesis examples, examples, and comparative examples, but the present invention is not limited to the following examples.
[1]モノマーの合成
[合成例1-1]モノマーM-1の合成
反応容器内で、原料化合物C-1 9.20g、トリエチルアミン8.60g及び4-ジメチルアミノピリジン0.61gをアセトニトリル25mLに溶解し、反応容器内の温度(内部温度)を40~60℃を維持しながら、そこへメタクリル酸クロリド7.32gを滴下した。内部温度60℃にて19時間撹拌した後、反応液を冷却し、飽和重曹水20mLを加えて反応を停止させた。トルエン25mL、ヘキサン15mL及び酢酸エチル15mLの混合溶剤で目的物を抽出し、通常の水系後処理(aqueous work-up)を行い、溶剤を留去した後、減圧蒸留を行い、モノマーM-1を無色透明のオイルとして10.2gを得た。
[合成例1-2~1-13]モノマーM-2~M-13の合成
原料化合物を変えた以外は、合成例1-1と同様の方法で、下記モノマーM-2~M-13を合成した。
[2]ポリマーの合成
ポリマーの合成に用いたモノマーcM-1、cM-2、PM-1、PM-2及びAM-1~AM-4は、以下のとおりである。また、ポリマーのMwは、溶剤としてTHFを用いたGPCによるポリスチレン換算測定値である。
[合成例2-1]ポリマーP-1の合成
2Lフラスコに、モノマーM-1を15.2g、4-ヒドロキシスチレンを4.8g及び溶剤としてTHFを40g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下-70℃まで冷却し、減圧脱気及び窒素ブローを3回繰り返した。室温まで昇温した後、重合開始剤としてAIBNを1.2g加え、60℃まで昇温し、15時間反応させた。この反応溶液をイソプロピルアルコール1L中に加え、析出した白色固体を濾別した。得られた白色固体を60℃で減圧乾燥し、ポリマーP-1を得た。ポリマーP-1の組成は13C-NMR及び1H-NMRにより、Mw及びMw/MnはGPCにより確認した。
[合成例2-2]ポリマーP-2の合成
2Lフラスコに、モノマーM-2を6.6g、モノマーAM-1を5.1g、3-ヒドロキシスチレンを6.0g及び溶剤としてTHFを40g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下-70℃まで冷却し、減圧脱気及び窒素ブローを3回繰り返した。室温まで昇温した後、重合開始剤としてAIBNを1.2g加え、60℃まで昇温し、15時間反応させた。この反応溶液をイソプロピルアルコール1L中に加え、析出した白色固体を濾別した。得られた白色固体を60℃で減圧乾燥し、ポリマーP-2を得た。ポリマーP-2の組成は13C-NMR及び1H-NMRにより、Mw及びMw/MnはGPCにより確認した。
[合成例2-3]ポリマーP-3の合成
2Lフラスコに、モノマーM-3を13.2g、3-ヒドロキシスチレンを6.0g及び溶剤としてTHFを40g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下-70℃まで冷却し、減圧脱気及び窒素ブローを3回繰り返した。室温まで昇温した後、重合開始剤としてAIBNを1.2g加え、60℃まで昇温し、15時間反応させた。この反応溶液をイソプロピルアルコール1L中に加え、析出した白色固体を濾別した。得られた白色固体を60℃で減圧乾燥し、ポリマーP-3を得た。ポリマーP-3の組成は13C-NMR及び1H-NMRにより、Mw及びMw/MnはGPCにより確認した。
[合成例2-4]ポリマーP-4の合成
2Lフラスコに、モノマーM-4を13.6g、3-ヒドロキシスチレンを4.2g、モノマーPM-1を11.9g及び溶剤としてTHFを40g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下-70℃まで冷却し、減圧脱気及び窒素ブローを3回繰り返した。室温まで昇温した後、重合開始剤としてAIBNを1.2g加え、60℃まで昇温し、15時間反応させた。この反応溶液をイソプロピルアルコール1L中に加え、析出した白色固体を濾別した。得られた白色固体を60℃で減圧乾燥し、ポリマーP-4を得た。ポリマーP-4の組成は13C-NMR及び1H-NMRにより、Mw及びMw/MnはGPCにより確認した。
[合成例2-5]ポリマーP-5の合成
2Lフラスコに、モノマーM-5を2.8g、メタクリル酸1-(シクロプロピル-1-イル)-1-メチルエチルを5.2g、3-フルオロ-4-(メチルシクロへキシルオキシ)スチレンを3.5g、3-ヒドロキシスチレンを4.8g、モノマーPM-1を11.2g及び溶剤としてTHFを40g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下-70℃まで冷却し、減圧脱気及び窒素ブローを3回繰り返した。室温まで昇温した後、重合開始剤としてAIBNを1.2g加え、60℃まで昇温し、15時間反応させた。この反応溶液をイソプロピルアルコール1L中に加え、析出した白色固体を濾別した。得られた白色固体を60℃で減圧乾燥し、ポリマーP-5を得た。ポリマーP-5の組成は13C-NMR及び1H-NMRにより、Mw及びMw/MnはGPCにより確認した。
[合成例2-6]ポリマーP-6の合成
2Lフラスコに、モノマーM-6を3.6g、メタクリル酸1-メチル-1-シクロペンチルを6.4g、4-ヒドロキシスチレンを4.2g、モノマーPM-2を11.0g及び溶剤としてTHFを40g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下-70℃まで冷却し、減圧脱気及び窒素ブローを3回繰り返した。室温まで昇温した後、重合開始剤としてAIBNを1.2g加え、60℃まで昇温し、15時間反応させた。この反応溶液をイソプロピルアルコール1L中に加え、析出した白色固体を濾別した。得られた白色固体を60℃で減圧乾燥し、ポリマーP-6を得た。ポリマーP-6の組成は13C-NMR及び1H-NMRにより、Mw及びMw/MnはGPCにより確認した。
[合成例2-7]ポリマーP-7の合成
2Lフラスコに、モノマーM-7を4.6g、モノマーAM-2を8.7g、3-ヒドロキシスチレンを4.2g、モノマーPM-2を11.0g及び溶剤としてTHFを40g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下-70℃まで冷却し、減圧脱気及び窒素ブローを3回繰り返した。室温まで昇温した後、重合開始剤としてAIBNを1.2g加え、60℃まで昇温し、15時間反応させた。この反応溶液をイソプロピルアルコール1L中に加え、析出した白色固体を濾別した。得られた白色固体を60℃で減圧乾燥し、ポリマーP-7を得た。ポリマーP-7の組成は13C-NMR及び1H-NMRにより、Mw及びMw/MnはGPCにより確認した。
[合成例2-8]ポリマーP-8の合成
2Lフラスコに、モノマーM-8を3.7g、モノマーAM-2を8.7g、3-ヒドロキシスチレンを4.2g、モノマーPM-2を11.0g及び溶剤としてTHFを40g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下-70℃まで冷却し、減圧脱気及び窒素ブローを3回繰り返した。室温まで昇温した後、重合開始剤としてAIBNを1.2g加え、60℃まで昇温し、15時間反応させた。この反応溶液をイソプロピルアルコール1L中に加え、析出した白色固体を濾別した。得られた白色固体を60℃で減圧乾燥し、ポリマーP-8を得た。ポリマーP-8の組成は13C-NMR及び1H-NMRにより、Mw及びMw/MnはGPCにより確認した。
[合成例2-9]ポリマーP-9の合成
2Lフラスコに、モノマーM-9を13.9g、3-ヒドロキシスチレンを4.2g、モノマーPM-1を11.9g及び溶剤としてTHFを40g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下-70℃まで冷却し、減圧脱気及び窒素ブローを3回繰り返した。室温まで昇温した後、重合開始剤としてAIBNを1.2g加え、60℃まで昇温し、15時間反応させた。この反応溶液をイソプロピルアルコール1L中に加え、析出した白色固体を濾別した。得られた白色固体を60℃で減圧乾燥し、ポリマーP-9を得た。ポリマーP-9の組成は13C-NMR及び1H-NMRにより、Mw及びMw/MnはGPCにより確認した。
[合成例2-10]ポリマーP-10の合成
2Lフラスコに、モノマーM-10を11.6g、3-ヒドロキシスチレンを4.2g、モノマーPM-1を11.9g及び溶剤としてTHFを40g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下-70℃まで冷却し、減圧脱気及び窒素ブローを3回繰り返した。室温まで昇温した後、重合開始剤としてAIBNを1.2g加え、60℃まで昇温し、15時間反応させた。この反応溶液をイソプロピルアルコール1L中に加え、析出した白色固体を濾別した。得られた白色固体を60℃で減圧乾燥し、ポリマーP-10を得た。ポリマーP-10の組成は13C-NMR及び1H-NMRにより、Mw及びMw/MnはGPCにより確認した。
[合成例2-11]ポリマーP-11の合成
2Lフラスコに、モノマーM-3を6.6g、モノマーAM-3を4.5g、3-ヒドロキシスチレンを5.4g、スチレンを0.5g、及び溶剤としてTHFを40g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下-70℃まで冷却し、減圧脱気及び窒素ブローを3回繰り返した。室温まで昇温した後、重合開始剤としてAIBNを1.2g加え、60℃まで昇温し、15時間反応させた。この反応溶液をイソプロピルアルコール1L中に加え、析出した白色固体を濾別した。得られた白色固体を60℃で減圧乾燥し、ポリマーP-11を得た。ポリマーP-11の組成は13C-NMR及び1H-NMRにより、Mw及びMw/MnはGPCにより確認した。
[合成例2-12]ポリマーP-12の合成
2Lフラスコに、モノマーM-3を6.6g、モノマーAM-4を4.5g、3-ヒドロキシスチレンを5.4g、4-メトキシスチレンを0.6g、及び溶剤としてTHFを40g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下-70℃まで冷却し、減圧脱気及び窒素ブローを3回繰り返した。室温まで昇温した後、重合開始剤としてAIBNを1.2g加え、60℃まで昇温し、15時間反応させた。この反応溶液をイソプロピルアルコール1L中に加え、析出した白色固体を濾別した。得られた白色固体を60℃で減圧乾燥し、ポリマーP-12を得た。ポリマーP-12の組成は13C-NMR及び1H-NMRにより、Mw及びMw/MnはGPCにより確認した。
[合成例2-13]ポリマーP-13の合成
2Lフラスコに、モノマーM-3を6.6g、モノマーAM-4を4.5g、3-ヒドロキシスチレンを3.0g、2-スチレンを3.0g、及び溶剤としてTHFを40g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下-70℃まで冷却し、減圧脱気及び窒素ブローを3回繰り返した。室温まで昇温した後、重合開始剤としてAIBNを1.2g加え、60℃まで昇温し、15時間反応させた。この反応溶液をイソプロピルアルコール1L中に加え、析出した白色固体を濾別した。得られた白色固体を60℃で減圧乾燥し、ポリマーP-13を得た。ポリマーP-13の組成は13C-NMR及び1H-NMRにより、Mw及びMw/MnはGPCにより確認した。
[合成例2-14]ポリマーP-14の合成
2Lフラスコに、モノマーM-11を6.1g、モノマーAM-4を4.5g、3-ヒドロキシスチレンを6.0g、及び溶剤としてTHFを40g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下-70℃まで冷却し、減圧脱気及び窒素ブローを3回繰り返した。室温まで昇温した後、重合開始剤としてAIBNを1.2g加え、60℃まで昇温し、15時間反応させた。この反応溶液をイソプロピルアルコール1L中に加え、析出した白色固体を濾別した。得られた白色固体を60℃で減圧乾燥し、ポリマーP-14を得た。ポリマーP-14の組成は13C-NMR及び1H-NMRにより、Mw及びMw/MnはGPCにより確認した。
[合成例2-15]ポリマーP-15の合成
2Lフラスコに、モノマーM-12を12.5g、3-ヒドロキシスチレンを4.2g、モノマーPM-1を11.9g及び溶剤としてTHFを40g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下-70℃まで冷却し、減圧脱気及び窒素ブローを3回繰り返した。室温まで昇温した後、重合開始剤としてAIBNを1.2g加え、60℃まで昇温し、15時間反応させた。この反応溶液をイソプロピルアルコール1L中に加え、析出した白色固体を濾別した。得られた白色固体を60℃で減圧乾燥し、ポリマーP-15を得た。ポリマーP-15の組成は13C-NMR及び1H-NMRにより、Mw及びMw/MnはGPCにより確認した。
[合成例2-16]ポリマーP-16の合成
2Lフラスコに、モノマーM-13を12.5g、3-ヒドロキシスチレンを4.2g、モノマーPM-1を11.9g及び溶剤としてTHFを40g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下-70℃まで冷却し、減圧脱気及び窒素ブローを3回繰り返した。室温まで昇温した後、重合開始剤としてAIBNを1.2g加え、60℃まで昇温し、15時間反応させた。この反応溶液をイソプロピルアルコール1L中に加え、析出した白色固体を濾別した。得られた白色固体を60℃で減圧乾燥し、ポリマーP-16を得た。ポリマーP-16の組成は13C-NMR及び1H-NMRにより、Mw及びMw/MnはGPCにより確認した。
[比較合成例1]比較ポリマーcP-1の合成
モノマーM-1のかわりにモノマーcM-1を用いた以外は、合成例2-1と同様の方法で比較ポリマーcP-1を得た。比較ポリマーcP-1の組成は13C-NMR及び1H-NMRにより、Mw及びMw/MnはGPCにより確認した。
[比較合成例2]比較ポリマーcP-2の合成
モノマーM-1のかわりにモノマーcM-2を用いた以外は、合成例2-1と同様の方法で比較ポリマーcP-2を得た。比較ポリマーcP-2の組成は13C-NMR及び1H-NMRにより、Mw及びMw/MnはGPCにより確認した。
[比較合成例3]比較ポリマーcP-3の合成
モノマーM-1のかわりにメタクリル酸1-メチル-1-シクロペンチルを用いた以外は、合成例2-1と同様の方法で比較ポリマーcP-3を得た。比較ポリマーcP-3の組成は13C-NMR及び1H-NMRにより、Mw及びMw/MnはGPCにより確認した。
[3]ポジ型レジスト材料の調製及びその評価
[実施例1~16、比較例1~3]
(1)ポジ型レジスト材料の調製
界面活性剤としてオムノバ社製界面活性剤PolyFox PF-636を50ppm溶解させた溶剤に、表1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ポジ型レジスト材料を調製した。
[3] Preparation of positive resist material and evaluation thereof [Examples 1 to 16, Comparative Examples 1 to 3]
(1) Preparation of positive resist material A solution prepared by dissolving each component with the composition shown in Table 1 in a solvent containing 50 ppm of PolyFox PF-636, a surfactant manufactured by Omnova, as a surfactant, was added to a 0.2 μm size solution. A positive resist material was prepared by filtration through a filter.
表1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)
DAA(ジアセトンアルコール)
EL(乳酸エチル)
In Table 1, each component is as follows.
・Organic solvent: PGMEA (propylene glycol monomethyl ether acetate)
DAA (Diacetone Alcohol)
EL (ethyl lactate)
・酸発生剤:PAG-1、PAG-2
・クエンチャー:Q-1~Q-3
(2)EUVリソグラフィー評価
表1に示す各ポジ型レジスト材料を、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60nmのレジスト膜を作製した。ASML社製EUVスキャナーNXE3400(NA0.33、σ0.9/0.6、クアドルポール照明、ウェ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)を用いて前記レジスト膜を露光し、ホットプレート上で表1記載の温度で60秒間PEBを行い、2.38質量%のTMAH水溶液で30秒間現像を行って寸法23nmのホールパターンを得た。
ホール寸法がそれぞれ23nmで形成されるときの露光量を測定して、これを感度とした。また、(株)日立ハイテク製測長SEM(CG6300)を用いてホール50個の寸法を測定し、その結果から算出した標準偏差(σ)の3倍値(3σ)をCDUとして求めた。結果を表1に併記する。
(2) EUV lithography evaluation Each positive resist material shown in Table 1 was applied to a silicon-containing spin-on hard mask SHB-A940 (silicon content: 43% by mass) manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. with a film thickness of 20 nm. It was spin-coated onto a substrate and prebaked at 105° C. for 60 seconds using a hot plate to produce a resist film with a thickness of 60 nm. The resist film was exposed using an EUV scanner NXE3400 manufactured by ASML (NA 0.33, σ 0.9/0.6, quadruple pole illumination, 46 nm pitch on the wafer, +20% bias hole pattern mask), and was placed on a hot plate. PEB was performed for 60 seconds at the temperature listed in Table 1, and development was performed for 30 seconds with a 2.38% by mass TMAH aqueous solution to obtain a hole pattern with a size of 23 nm.
The exposure amount when each hole was formed with a size of 23 nm was measured, and this was defined as the sensitivity. In addition, the dimensions of 50 holes were measured using a length measurement SEM (CG6300) manufactured by Hitachi High-Technology Co., Ltd., and the three times the standard deviation (σ) calculated from the results (3σ) was determined as the CDU. The results are also listed in Table 1.
表1に示した結果より、式(a)で表される繰り返し単位を含むベースポリマーを含む本発明のポジ型レジスト材料は、高感度であり、CDUが良好であった。 From the results shown in Table 1, the positive resist material of the present invention containing a base polymer containing a repeating unit represented by formula (a) had high sensitivity and good CDU.
Claims (11)
X1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、エーテル結合及びラクトン環から選ばれる少なくとも1種を含む炭素数1~12の連結基である。
Rは、下記式(a1)で表される基である。
R3は、ハロゲン原子、シアノ基、フッ素原子で置換された炭素数1~4のアルキル基、フッ素原子で置換された炭素数1~4のアルコキシ基又はフッ素原子で置換された炭素数1~4のアルキルチオ基である。
R4は、炭素数1~4のアルキル基である。
mは、1~5の整数であり、nは、0~4の整数である。ただし、1≦m+n≦5である。
破線は、結合手である。)] A positive resist material containing a base polymer containing a repeating unit represented by the following formula (a).
X 1 is a single bond, a phenylene group, a naphthylene group, or a linking group having 1 to 12 carbon atoms and containing at least one selected from an ester bond, an ether bond, and a lactone ring.
R is a group represented by the following formula (a1).
R 3 is a halogen atom, a cyano group, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms substituted with a fluorine atom, an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms substituted with a fluorine atom, or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms substituted with a fluorine atom; 4 is an alkylthio group.
R 4 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms.
m is an integer from 1 to 5, and n is an integer from 0 to 4. However, 1≦m+n≦5.
The broken lines are bonds. )]
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、エーテル結合及びラクトン環から選ばれる少なくとも1種を含む炭素数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は、式(a1)で表される基以外の酸不安定基である。
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、シアノ基又は炭素数1~6の飽和ヒドロカルビル基である。
R14は、単結合又は炭素数1~6のアルカンジイル基であり、その-CH2-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。ただし、1≦a+b≦5である。) A repeating unit in which the hydrogen atom of the carboxy group is substituted with an acid-labile group other than the group represented by formula (a1) is represented by the following formula (b1), and the hydrogen atom of the phenolic hydroxy group is 3. The positive resist material according to claim 2, wherein the repeating unit substituted with an acid-labile group is represented by the following formula (b2).
Y 1 is a single bond, a phenylene group, a naphthylene group, or a linking group having 1 to 12 carbon atoms and containing at least one selected from an ester bond, an ether bond, and 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 is an acid-labile group other than the group represented by formula (a1).
R 12 is an acid labile group.
R 13 is a fluorine atom, a trifluoromethyl group, a cyano group, or a saturated hydrocarbyl group having 1 to 6 carbon atoms.
R 14 is a single bond or an alkanediyl group having 1 to 6 carbon atoms, and some of its -CH 2 - groups may be substituted with an ether bond or an ester bond.
a is 1 or 2. b is an integer from 0 to 4. However, 1≦a+b≦5. )
Z1は、単結合、若しくは炭素数1~6の脂肪族ヒドロカルビレン基、フェニレン基、ナフチレン基若しくはこれらを組み合わせて得られる炭素数7~18の基、又は-O-Z11-、-C(=O)-O-Z11-若しくは-C(=O)-NH-Z11-である。Z11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、ナフチレン基又はこれらを組み合わせて得られる炭素数7~18の基であり、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、単結合又はエステル結合である。
Z3は、単結合、-Z31-C(=O)-O-、-Z31-O-又は-Z31-O-C(=O)-である。Z31は、炭素数1~12の脂肪族ヒドロカルビレン基、フェニレン基又はこれらを組み合わせて得られる炭素数7~18の基であり、カルボニル基、エステル結合、エーテル結合、ヨウ素原子又は臭素原子を含んでいてもよい。
Z4は、メチレン基、2,2,2-トリフルオロ-1,1-エタンジイル基又はカルボニル基である。
Z5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、トリフルオロメチル基で置換されたフェニレン基、-O-Z51-、-C(=O)-O-Z51-又は-C(=O)-NH-Z51-である。Z51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、ハロゲン原子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、ハロゲン原子、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。また、R23及びR24又はR26及びR27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。
M-は、非求核性対向イオンである。) 5. The positive resist material according to claim 1, wherein the base polymer further contains a repeating unit represented by one of the following formulas (d1) to (d3).
Z 1 is a single bond, an aliphatic hydrocarbylene group having 1 to 6 carbon atoms, a phenylene group, a naphthylene group, or a group having 7 to 18 carbon atoms obtained by combining these, or -O-Z 11 -, - C(=O)-O-Z 11 - or -C(=O)-NH-Z 11 -. Z 11 is an aliphatic hydrocarbylene group having 1 to 6 carbon atoms, a phenylene group, a naphthylene group, or a group having 7 to 18 carbon atoms obtained by combining these, and is a carbonyl group, an ester bond, an ether bond, or a hydroxy group. May contain.
Z 2 is a single bond or an ester bond.
Z 3 is a single bond, -Z 31 -C(=O)-O-, -Z 31 -O- or -Z 31 -O-C(=O)-. Z 31 is an aliphatic hydrocarbylene group having 1 to 12 carbon atoms, a phenylene group, or a group having 7 to 18 carbon atoms obtained by combining these; a carbonyl group, an ester bond, an ether bond, an iodine atom or a bromine atom; May contain.
Z 4 is a methylene group, a 2,2,2-trifluoro-1,1-ethanediyl group, or a carbonyl group.
Z 5 is a single bond, a methylene group, an ethylene group, a phenylene group, a fluorinated phenylene group, a phenylene group substituted with a trifluoromethyl group, -O-Z 51 -, -C(=O)-O-Z 51 - or -C(=O)-NH-Z 51 -. Z 51 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, and is a carbonyl group, an ester bond, an ether bond, a halogen atom, or It may contain a hydroxy group.
R 21 to R 28 each independently represent a halogen atom or a hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms and which may contain a hetero atom. Furthermore, R 23 and R 24 or R 26 and R 27 may be bonded to each other to form a ring together with the sulfur atom to which they are bonded.
M - is a non-nucleophilic counterion. )
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