JP2024055412A - Negative resist material comprising silsesquioxane having a cage structure and negative resist composition containing silsesquioxane having a cage structure - Google Patents

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Abstract

【課題】電子線や極端紫外光(EUV)等の短波長の光源を使用した場合に、ドライエッチング耐性に優れ、微細なパターンを形成することができる、かご構造を有するシルセスキオキサンからなるネガ用レジスト材料を提供する。【解決手段】ネガ用レジスト材料は、下記式1で表されるかご構造を有するシルセスキオキサンからなることを特徴とする。(RmSiO1.5)n・・・(式1)(式1において、nは3~30の整数であり、Rmは下記式2で表される構造を含む。【化2】TIFF2024055412000013.tif37170R1はアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基のいずれかを示す。)【選択図】なし[Problem] To provide a negative resist material made of silsesquioxane with a cage structure, which has excellent dry etching resistance and is capable of forming fine patterns when using a short-wavelength light source such as an electron beam or extreme ultraviolet light (EUV). [Solution] The negative resist material is characterized in that it is made of silsesquioxane with a cage structure represented by the following formula 1: (RmSiO1.5)n...(Formula 1) (In formula 1, n is an integer of 3 to 30, and Rm includes a structure represented by the following formula 2. [Chemical 2]TIFF2024055412000013.tif37170R1 represents any one of an alkyl group, a cycloalkyl group, an aryl group, and an aralkyl group.) [Selected Figure] None

Description

本発明は、かご構造を有するシルセスキオキサンからなるネガ用レジスト材料及びかご構造を有するシルセスキオキサンを含むネガ用レジスト組成物に関する。 The present invention relates to a negative resist material comprising a silsesquioxane having a cage structure and a negative resist composition containing a silsesquioxane having a cage structure.

かご構造を有するシルセスキオキサンは、その硬直なポリシロキサン骨格と、サブナノレベルの分子サイズから、高い透明性、耐熱性、表面硬度・耐擦傷性、機械強度等を有しており、ハードコート材料、耐熱材料、レジスト材料等の用途が検討されている。
例えば、下記特許文献1には、かご構造を有するシルセスキオキサンを含む、リソグラフィー用のレジスト組成物が記載されている。
Silsesquioxanes with a cage structure have a rigid polysiloxane skeleton and a molecular size at the sub-nano level, which gives them high transparency, heat resistance, surface hardness, scratch resistance, mechanical strength, etc., and they are being investigated for use as hard coat materials, heat-resistant materials, resist materials, etc.
For example, Patent Document 1 listed below describes a resist composition for lithography that contains silsesquioxane having a cage structure.

特開2013-28743号公報JP 2013-28743 A

しかし、特許文献1記載のレジスト組成物では、近年の回路パターンの細線化に伴う、電子線や極端紫外光(EUV)等の短波長の光源を用いたリソグラフィーへの対応が不十分であった。
そこで、本発明はこれらの問題点を解決することを目的とし、新たなかご構造を有するシルセスキオキサンからなるネガ用レジスト材料及びかご構造を有するシルセスキオキサンを含むネガ用レジスト組成物を提供するものである。
However, the resist composition described in Patent Document 1 is insufficient for dealing with lithography using a short wavelength light source such as an electron beam or extreme ultraviolet light (EUV) in line with the recent trend toward thinner circuit patterns.
Therefore, an object of the present invention is to solve these problems and to provide a negative resist material comprising a silsesquioxane having a new cage structure, and a negative resist composition containing a silsesquioxane having a cage structure.

本発明は、以下の態様を有する。 The present invention has the following aspects:

[1] 下記式1で表されるかご構造を有するシルセスキオキサンからなるネガ用レジスト材料。
(RmSiO1.5 ・・・(式1)
(式1において、nは3~30の整数であり、Rmは下記式2で表される構造を含む。
[1] A negative resist material comprising a silsesquioxane having a cage structure represented by the following formula 1:
( RmSiO1.5 ) n (Formula 1)
(In formula 1, n is an integer of 3 to 30, and Rm includes a structure represented by formula 2 below.

Figure 2024055412000001

はアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基のいずれかを示す。)
Figure 2024055412000001

R1 represents an alkyl group, a cycloalkyl group, an aryl group, or an aralkyl group.

[2] 前記Rmとして極端紫外線及び電子線の少なくとも一方を吸収して2次電子を発生する基Rbを含む、[1]記載のネガ用レジスト材料。 [2] The negative resist material according to [1], in which Rm contains a group Rb that absorbs at least one of extreme ultraviolet light and an electron beam to generate secondary electrons.

[3] 前記Rmとしてラクトン骨格を有する基Rcを含む、[1]又は[2]記載のネガ用レジスト材料。 [3] The negative resist material according to [1] or [2], in which Rm contains a group Rc having a lactone skeleton.

[4] 前記Rmとして親水性基を有する基Rdを含む、[1]~[3]のいずれか記載のネガ用レジスト材料。 [4] A negative resist material according to any one of [1] to [3], in which Rm includes a group Rd having a hydrophilic group.

[5] 下記式1で表されるかご構造を有するシルセスキオキサンを含むネガ用レジスト組成物。
(RmSiO1.5 ・・・(式1)
(式1において、nは3~30の整数であり、Rmは下記式2で表される構造を含む。
[5] A negative resist composition comprising a silsesquioxane having a cage structure represented by the following formula 1:
( RmSiO1.5 ) n (Formula 1)
(In formula 1, n is an integer of 3 to 30, and Rm includes a structure represented by formula 2 below.

Figure 2024055412000002
はアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基のいずれかを示す。)
Figure 2024055412000002
R1 represents an alkyl group, a cycloalkyl group, an aryl group, or an aralkyl group.

[6] [5]に記載のネガ用レジスト組成物を用いたレジストパターン形成方法。 [6] A method for forming a resist pattern using the negative resist composition described in [5].

本発明のかご構造を有するシルセスキオキサンからなるネガ用レジスト材料は、例えば、異なる物性の官能基を2種類以上有することにより、種々の用途への展開が可能となる。特に、本発明のかご構造を有するシルセスキオキサンを含むネガ用レジスト組成物は、電子線や極端紫外光(EUV)等の短波長の光源を使用した場合に、ドライエッチング耐性に優れ、微細なパターンを形成することができる。 The negative resist material made of the cage-structured silsesquioxane of the present invention can be used in a variety of applications, for example, by having two or more types of functional groups with different physical properties. In particular, the negative resist composition containing the cage-structured silsesquioxane of the present invention has excellent dry etching resistance and can form fine patterns when using a short-wavelength light source such as an electron beam or extreme ultraviolet light (EUV).

本発明の一実施例のネガ用レジスト組成物を用いて形成したレジストパターンにおいて、露光量と残膜率との関係を示したグラフである。1 is a graph showing the relationship between exposure dose and film remaining rate in a resist pattern formed using a negative resist composition according to one embodiment of the present invention.

本発明を一実施形態に基づいて説明する。但し、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。 The present invention will be described based on one embodiment. However, the present invention is not limited to this embodiment.

[ネガ用レジスト材料]
本発明の一実施形態のかご構造を有するシルセスキオキサンからなるネガ用レジスト材料(以下、本レジスト材料ともいう。)は、下記式1で表されるものである。
(RmSiO1.5 ・・・(式1)
[Negative resist material]
A negative resist material (hereinafter, also referred to as the present resist material) made of a silsesquioxane having a cage structure according to one embodiment of the present invention is represented by the following formula 1.
( RmSiO1.5 ) n (Formula 1)

式1中、nは3~30の整数であり、Rmは下記式2で表される構造を含むものである。 In formula 1, n is an integer from 3 to 30, and Rm includes a structure represented by formula 2 below.

Figure 2024055412000003
Figure 2024055412000003

なお、式2において、Rはアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基のいずれかを表すものである。 In the formula 2, R 1 represents any one of an alkyl group, a cycloalkyl group, an aryl group, and an aralkyl group.

微細なパターンを形成するために、分子サイズが小さく分子鎖の絡まり合いが弱いのが好ましく、nは30以下が好ましく、20以下がより好ましい。また、構造の安定性の点から、nは3以上が好ましく、6以上がより好ましい。 In order to form a fine pattern, it is preferable that the molecular size is small and the molecular chains are weakly entangled, and n is preferably 30 or less, and more preferably 20 or less. In terms of structural stability, n is preferably 3 or more, and more preferably 6 or more.

本レジスト材料の質量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)(ゲル・パーミエーション・クロマトグラフィーによるポリスチレン換算)は、微細なパターンを形成できる点で1.0~2.0が好ましく、1.0~1.8がより好ましい。 The mass average molecular weight (Mw)/number average molecular weight (Mn) (polystyrene equivalent by gel permeation chromatography) of this resist material is preferably 1.0 to 2.0, more preferably 1.0 to 1.8, in order to be able to form fine patterns.

本レジスト材料のかご構造を有するシルセスキオキサンは、(SiO1.5で表現される頂点の数がn個のかご構造である。係るかご構造は、完全かご型シルセスキオキサン構造であっても、不完全かご型シルセスキオキサン構造であってもよい。例えば完全かご型シルセスキオキサン構造としては以下の化合物が挙げられる。 The silsesquioxane having a cage structure of the present resist material is a cage structure with n vertices, expressed as (SiO 1.5 ) n . Such a cage structure may be a complete cage silsesquioxane structure or an incomplete cage silsesquioxane structure. For example, the following compounds are examples of complete cage silsesquioxane structures:

Figure 2024055412000004
Figure 2024055412000004

ここで、各頂点は置換基をそれぞれ1個含有する珪素原子であり、各辺はSi-O-Si結合を表す。 Here, each vertex is a silicon atom containing one substituent, and each edge represents a Si-O-Si bond.

本レジスト材料では、剛直な化学構造を有する有機ケイ素化合物を含むことにより、例えば、ドライエッチング耐性に優れたものとなる。 The resist material contains an organosilicon compound with a rigid chemical structure, which gives it, for example, excellent resistance to dry etching.

本レジスト材料において、前記シルセスキオキサンのRmは、下記式2で表される構造を含むものである。 In this resist material, the Rm of the silsesquioxane contains a structure represented by the following formula 2:

Figure 2024055412000005
Figure 2024055412000005

なお、式2において、Rはアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基のいずれかを表すものである。 In the formula 2, R 1 represents any one of an alkyl group, a cycloalkyl group, an aryl group, and an aralkyl group.

前記式2で表される構造を有することにより、レジスト組成物として基板等に塗布してレジスト膜を形成し、前記レジスト膜に対して選択的に露光すると、露光部と未露光部との間で有機系現像液に対する溶解性の差が生じ、かかるレジスト膜を現像することでネガ型レジストパターンが形成される。 By having the structure represented by formula 2, the resist composition is applied to a substrate or the like to form a resist film, and when the resist film is selectively exposed to light, a difference in solubility in an organic developer occurs between the exposed and unexposed areas, and a negative resist pattern is formed by developing the resist film.

アルキル基は炭素数1~10が好ましく、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、s-ブチル基、t-ブチル基、ヘキシル基、オクチル基、デシル基等が挙げられる。なお、アルキル基中の少なくとも1つの炭素原子が酸素原子等のヘテロ原子によって置換されていてもよい。 The alkyl group preferably has 1 to 10 carbon atoms, and examples thereof include methyl, ethyl, propyl, isopropyl, n-butyl, s-butyl, t-butyl, hexyl, octyl, and decyl groups. At least one carbon atom in the alkyl group may be substituted with a heteroatom such as an oxygen atom.

シクロアルキル基は単環型でも、多環型でもよい。単環型としては、炭素数3~10のシクロアルキル基が好ましく、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロオクチル基、シクロデシル基等が挙げられる。
多環型としては、炭素数6~20のシクロアルキル基が好ましく、例えば、アダマンチル基、ノルボルニル基、イソボロニル基、カンファニル基、ジシクロペンチル基、α-ピネル基、トリシクロデカニル基、テトラシクロドデシル基、アンドロスタニル基等が挙げられる。
The cycloalkyl group may be a monocyclic or polycyclic group. As the monocyclic group, a cycloalkyl group having 3 to 10 carbon atoms is preferable, and examples thereof include a cyclopropyl group, a cyclobutyl group, a cyclopentyl group, a cyclohexyl group, a cyclooctyl group, and a cyclodecyl group.
The polycyclic group is preferably a cycloalkyl group having 6 to 20 carbon atoms, such as an adamantyl group, a norbornyl group, an isobornyl group, a camphanyl group, a dicyclopentyl group, an α-pinel group, a tricyclodecanyl group, a tetracyclododecyl group, and an androstanyl group.

なお、シクロアルキル基中の少なくとも1つの炭素原子が酸素原子等のヘテロ原子によって置換されていてもよい。 At least one carbon atom in the cycloalkyl group may be replaced by a heteroatom such as an oxygen atom.

アリール基は、炭素数6~20のアリール基が好ましく、例えば、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、フルオレニル基等が挙げられる。
アラルキル基は、炭素数7~12のアラルキル基が好ましく、例えば、ベンジル基、フェネチル基、ナフチルメチル基等が挙げられる。
The aryl group is preferably an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, and examples thereof include a phenyl group, a naphthyl group, an anthryl group, and a fluorenyl group.
The aralkyl group is preferably an aralkyl group having 7 to 12 carbon atoms, and examples thereof include a benzyl group, a phenethyl group, and a naphthylmethyl group.

アルケニル基は、炭素数2~10のアルケニル基が好ましく、例えばビニル基、アリル基、ブテニル基、シクロヘキセニル基等が挙げられる。 The alkenyl group is preferably an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, such as a vinyl group, an allyl group, a butenyl group, or a cyclohexenyl group.

Rmは、Rbを有していてもよい。Rbは極端紫外線及び電子線の少なくとも一方を吸収して2次電子を発生する基を有するのが好ましい。 Rm may have Rb. Rb preferably has a group that absorbs at least one of extreme ultraviolet radiation and an electron beam to generate secondary electrons.

また、本レジスト材料では、前記Rbが、極端紫外線及び電子線の少なくとも一方を吸収して2次電子を発生する基を有していることにより、電子線や極端紫外線を用いるレジストとして使用した場合、効率的に2次電子を発生させ、高感度化が達成される。
なお、「極端紫外線及び電子線の少なくとも一方を吸収して2次電子を発生する基」としては、スズ、アンチモン、テルル、キセノン、セシウム、バリウム等の金属元素やフッ素、ヨウ素等のハロゲン元素を含む基が挙げられる。
Furthermore, in the present resist material, Rb has a group that absorbs at least one of extreme ultraviolet radiation and an electron beam to generate secondary electrons, and therefore, when used as a resist that utilizes electron beams or extreme ultraviolet radiation, secondary electrons are generated efficiently, thereby achieving high sensitivity.
Examples of the "group that absorbs at least one of extreme ultraviolet radiation and an electron beam to generate secondary electrons" include groups containing metal elements such as tin, antimony, tellurium, xenon, cesium, and barium, and halogen elements such as fluorine and iodine.

Rbとしては、合成容易性および入手容易性の観点からフッ素原子を含む基が好ましく、2,2,3,3-テトラフルオロプロピル基、1H,1H,5H-オクタフルオロペンチル基、2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7-ドデカフルオロヘプチル基、2,2,2-トリフルオロエチル基、1H,1H-ペンタデカフルオロ-n-オクチル基、1H,1H,2H,2H-ノナフルオロヘキシル基、1H,1H,2H,2H-トリデカフルオロ-n-オクチル基、1H,1H,2H,2H-ヘプタデカフルオロデシル基、1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロイソプロピル基、ペンタフルオロフェニル基等を含む基が挙げられる。 From the viewpoint of ease of synthesis and availability, Rb is preferably a group containing a fluorine atom, such as a 2,2,3,3-tetrafluoropropyl group, a 1H,1H,5H-octafluoropentyl group, a 2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7-dodecafluoroheptyl group, a 2,2,2-trifluoroethyl group, a 1H,1H-pentadecafluoro-n-octyl group, a 1H,1H,2H,2H-nonafluorohexyl group, a 1H,1H,2H,2H-tridecafluoro-n-octyl group, a 1H,1H,2H,2H-heptadecafluorodecyl group, a 1,1,1,3,3,3-hexafluoroisopropyl group, or a pentafluorophenyl group.

本レジスト材料では、前記Rbはアミノ基を有する下記式3で表される構造を含むものが、容易にかご型シルセスキオキサンを得られる点でより好ましい。 In the present resist material, it is more preferable that Rb contains a structure represented by the following formula 3 having an amino group, since this makes it easier to obtain a cage silsesquioxane.

Figure 2024055412000006
Figure 2024055412000006

式3においてRは極端紫外線及び電子線の少なくとも一方を吸収して2次電子を発生する基を含む基である。 In formula 3, R2 is a group containing a group that absorbs at least one of extreme ultraviolet radiation and an electron beam to generate secondary electrons.

本レジスト材料におけるかご構造を有するシルセスキオキサンは、Rmとして、ラクトン骨格を有する基Rcを有していてもよい。
ラクトン環の例としては、4~20員環程度のラクトン環が挙げられる。ラクトン環は、ラクトン環のみの単環であってもよく、ラクトン環に脂肪族または芳香族の炭素環または複素環が縮合した縮合環であってもよい。
The silsesquioxane having a cage structure in the present resist material may have, as Rm, a group Rc having a lactone skeleton.
Examples of lactone rings include lactone rings having about 4 to 20 members. The lactone ring may be a monocyclic lactone ring or a condensed ring in which an aliphatic or aromatic carbocyclic or heterocyclic ring is condensed to the lactone ring.

Rcとしては、基板等への密着性に優れる点から、置換または無置換のδ-バレロラクトン環、および置換または無置換のγ-ブチロラクトン環からなる群から選ばれる少なくとも1種が好ましく、無置換のγ-ブチロラクトン環を有する基が特に好ましい。
ラクトン環の具体例としては、β-メチル-δ-バレロラクトン、4,4-ジメチル-2-メチレン-γ-ブチロラクトン、γ-ブチロラクトン、β-メチル-γ-ブチロラクトン、パントイルラクトン、2,6-ノルボルナンカルボラクトン、4-オキサトリシクロ[5.2.1.02,6]デカン-3-オン、4-オキサトリシクロ[5.2.1.02,6]デカン-3-オン等が挙げられる。
As Rc, from the viewpoint of excellent adhesion to a substrate or the like, at least one selected from the group consisting of a substituted or unsubstituted δ-valerolactone ring, and a substituted or unsubstituted γ-butyrolactone ring is preferable, and a group having an unsubstituted γ-butyrolactone ring is particularly preferable.
Specific examples of lactone rings include β-methyl-δ-valerolactone, 4,4-dimethyl-2-methylene-γ-butyrolactone, γ-butyrolactone, β-methyl-γ-butyrolactone, pantoyl lactone, 2,6-norbornane carbolactone, 4-oxatricyclo[5.2.1.02,6]decan-3-one, and 4-oxatricyclo[5.2.1.02,6]decan-3-one.

ラクトン骨格を有する基Rcは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
前記シルセスキオキサンがラクトン骨格を有する基Rcを含む場合、その含有量は、全構成単位に対して5モル%以上が好ましく、10モル%以上がより好ましい。また、感度および解像度の点から、80モル%以下が好ましく、70モル%以下がより好ましい。
The lactone skeleton-containing group Rc may be used alone or in combination of two or more kinds.
When the silsesquioxane contains a group Rc having a lactone skeleton, the content thereof is preferably 5 mol % or more, more preferably 10 mol % or more, based on the total constitutional units. From the viewpoint of sensitivity and resolution, the content is preferably 80 mol % or less, more preferably 70 mol % or less.

なお、前記ラクトン骨格を有する基Rcは極端紫外線及び電子線の少なくとも一方を吸収して2次電子を発生する基を有しないものである。 The group Rc having a lactone skeleton does not have a group that absorbs at least one of extreme ultraviolet rays and electron beams to generate secondary electrons.

本レジスト材料のかご構造を有するシルセスキオキサンは、Rmとして、親水性基を有する基Rdを有していてもよい。
「親水性基」とは、-C(CF-OHで表される1価基、ヒドロキシ基、シアノ基、メトキシ基、カルボキシ基およびアミノ基の少なくとも1種である。
The silsesquioxane having a cage structure in the present resist material may have, as Rm, a group Rd having a hydrophilic group.
The "hydrophilic group" is at least one of a monovalent group represented by --C( CF.sub.3 ) .sub.2-- OH, a hydroxy group, a cyano group, a methoxy group, a carboxy group, and an amino group.

前記Rdとしては、2-ヒドロキシエチル、3-ヒドロキシプロピル、2-ヒドロキシ-n-プロピル、4-ヒドロキシブチル、3-ヒドロキシアダマンチル、2-または3-シアノ-5-ノルボルニル、2-シアノメチル-2-アダマンチル基等が挙げられる。
基板等に対する密着性の点から、3-ヒドロキシアダマンチル、3,5-ジヒドロキシアダマンチル、2-または3-シアノ-5-ノルボルニル、2-シアノメチル-2-アダマンチル基が好ましい。
Examples of Rd include 2-hydroxyethyl, 3-hydroxypropyl, 2-hydroxy-n-propyl, 4-hydroxybutyl, 3-hydroxyadamantyl, 2- or 3-cyano-5-norbornyl, and 2-cyanomethyl-2-adamantyl groups.
From the viewpoint of adhesion to a substrate, etc., 3-hydroxyadamantyl, 3,5-dihydroxyadamantyl, 2- or 3-cyano-5-norbornyl, and 2-cyanomethyl-2-adamantyl groups are preferred.

前記Rdは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
なお、前記Rdは、極端紫外線及び電子線の少なくとも一方を吸収して2次電子を発生する基、及びラクトン骨格を有しないものである。
かご構造有するシルセスキオキサンが前記Rdを含む場合、その含有量は、レジストパターン矩形性の点から、全構成単位に対して5モル%以上が好ましく、10モル%以上がより好ましい。また、感度および解像度の点から、30モル%以下が好ましく、25モル%以下がより好ましい。
The Rd may be used alone or in combination of two or more.
The Rd does not have a group that absorbs at least one of extreme ultraviolet rays and electron beams to generate secondary electrons, and does not have a lactone skeleton.
When the silsesquioxane having a cage structure contains the Rd, the content of the Rd is preferably 5 mol % or more, more preferably 10 mol % or more, based on the total constitutional units in terms of the rectangularity of the resist pattern, and is preferably 30 mol % or less, more preferably 25 mol % or less, in terms of sensitivity and resolution.

次に、本レジスト材料の製造方法の一例を示す。
本レジスト材料のかご構造を有するシルセスキオキサン化合物は、Rmを有するシラン化合物を公知の方法により加水分解・共縮合することにより得られる。なお、本発明において、加水分解・共縮合とは、2種類以上のシラン化合物と所定量の水および触媒を混合し、アルコキシシリル基の加水分解と、これに続くシラノール基の縮合反応により、所望のシルセスキオキサン化合物を製造する一連の反応のことである。
Next, an example of a method for producing the resist material will be described.
The silsesquioxane compound having a cage structure of the resist material is obtained by hydrolysis and co-condensation of a silane compound having Rm by a known method. In the present invention, the hydrolysis and co-condensation refers to a series of reactions in which two or more kinds of silane compounds are mixed with a predetermined amount of water and a catalyst, and the desired silsesquioxane compound is produced by hydrolysis of the alkoxysilyl group and the subsequent condensation reaction of the silanol group.

Rmを有するシラン化合物の加水分解・共縮合の触媒としては、塩酸、硫酸、硝酸およびフッ化水素酸などの無機酸、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド、ベンジルトリメチルアンモニウムヒドロキシド、ベンジルトリエチルアンモニウムヒドロキシド、アンモニウムフルオリド、テトラブチルアンモニウムフルオリド、ベンジルトリメチルアンモニウムクロライドおよびベンジルトリエチルアンモニウムクロライドなどの第4級アンモニウム塩などが好適である。 Suitable catalysts for the hydrolysis and co-condensation of silane compounds having Rm include inorganic acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, and hydrofluoric acid, and quaternary ammonium salts such as tetramethylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide, tetrabutylammonium hydroxide, benzyltrimethylammonium hydroxide, benzyltriethylammonium hydroxide, ammonium fluoride, tetrabutylammonium fluoride, benzyltrimethylammonium chloride, and benzyltriethylammonium chloride.

これらの中でも、フッ化水素酸、アンモニウムフルオリドは、かご構造を特異的に生成するため、特に好ましい。
触媒量は、Rmを有するシラン化合物の加水分解性アルコキシ基モル数の理論量合計の0.001~1倍が好ましく、0.005~0.5倍がより好ましい。0.001倍以上では十分な触媒活性を得ることができる。また、1倍以下ならば、ゲル化を抑制することができる。
Among these, hydrofluoric acid and ammonium fluoride are particularly preferred since they specifically form a cage structure.
The amount of catalyst is preferably 0.001 to 1 times, more preferably 0.005 to 0.5 times, the theoretical total number of moles of hydrolyzable alkoxy groups of the silane compound having Rm. If it is 0.001 times or more, sufficient catalytic activity can be obtained. If it is 1 time or less, gelation can be suppressed.

Rmを有するシラン化合物の加水分解に使用する水量は、加水分解性アルコキシ基モル数の理論量合計の0.1~10倍が好ましく、1~3倍がより好ましい。
加水分解・共縮合の反応温度は、0~100℃が好ましく、20~50℃がより好ましい。0℃以上ならば十分に反応が進行する。100℃以下ならば副反応の誘発やゲル化の可能性が少ない。
The amount of water used for hydrolysis of the silane compound having Rm is preferably 0.1 to 10 times, more preferably 1 to 3 times, the theoretical total amount of the number of moles of hydrolyzable alkoxy groups.
The reaction temperature for hydrolysis and co-condensation is preferably 0 to 100° C., more preferably 20 to 50° C. If the reaction temperature is 0° C. or higher, the reaction proceeds sufficiently. If the reaction temperature is 100° C. or lower, there is little possibility of side reactions being induced or gelation being formed.

加水分解・共縮合時には、有機溶媒を使用することが好ましい。有機溶媒としては、Rmを有するシラン化合物を溶解できるものであれば特に限定はないが、例えばメチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、アセトン、メチルエチルケトン、テトラヒドロフラン、ジオキサン、1-メトキシ-2-プロパノール、アセトニトリルなどが挙げられる。これらの有機溶剤は、単独でも、2種類以上を混合して使用してもよい。 During hydrolysis and co-condensation, it is preferable to use an organic solvent. There are no particular limitations on the organic solvent as long as it can dissolve the silane compound having Rm, but examples include methyl alcohol, ethyl alcohol, isopropyl alcohol, acetone, methyl ethyl ketone, tetrahydrofuran, dioxane, 1-methoxy-2-propanol, and acetonitrile. These organic solvents may be used alone or in combination of two or more.

シラン化合物としては、前述したアミノ基を有する下記式2又は式3で表される構造を含むものが、容易にかご型シルセスキオキサンを得られる点でより好ましく、例えば、アミノ基を含有するシラン化合物と単官能アクリレート化合物とのマイケル付加反応により製造することができる。 As the silane compound, those containing the structure represented by the following formula 2 or 3 having the above-mentioned amino group are more preferable because they can easily produce a cage-type silsesquioxane. For example, they can be produced by a Michael addition reaction between a silane compound containing an amino group and a monofunctional acrylate compound.

Figure 2024055412000007
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Figure 2024055412000008
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アミノ基を含有するシラン化合物としては、3-(2-アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン、3-(2-アミノエチル)アミノプロピルトリエトキシシラン、3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルトリエトキシシランなどが挙げられ、特に、3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルトリエトキシシランが好適である。 Examples of silane compounds containing amino groups include 3-(2-aminoethyl)aminopropyltrimethoxysilane, 3-(2-aminoethyl)aminopropyltriethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, and 3-aminopropyltriethoxysilane, with 3-aminopropyltrimethoxysilane and 3-aminopropyltriethoxysilane being particularly preferred.

単官能アクリレート化合物としては、式2におけるRにアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基のいずれかを有するアクリレート化合物であり、メチルアクリレート、エチルアクリレート、プロピルアクリレート、イソプロピルアクリレート、ブチルアクリレート、s-ブチルアクリレート、ペンチルアクリレート、2-エチルヘキシルアクリレート、n-ヘキシルアクリレート、t-ブチルアクリレート、1-メチルシクロペンチルアクリレート、1-メチルシクロヘキシルアクリレート、シクロペンチルアクリレート、シクロへキシルアクリレート、イソボルニルアクリレート、ジシクロペンタニルアクリレート、フェニルアクリレート、4-メチルフェニルアクリレート、ジメチルフェニルアクリレート、ベンジルアクリレート、フェネチルアクリレートなどが挙げられる。かご構造を有するシルセスキオキサン化合物としたときの現像液溶解性および入手容易性の観点から、メチルアクリレート、エチルアクリレート、ブチルアクリレート、s-ブチルアクリレート、t-ブチルアクリレートが好適である。 The monofunctional acrylate compound is an acrylate compound having any one of an alkyl group, a cycloalkyl group, an aryl group, and an aralkyl group in R 1 in formula 2, and examples thereof include methyl acrylate, ethyl acrylate, propyl acrylate, isopropyl acrylate, butyl acrylate, s-butyl acrylate, pentyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, n-hexyl acrylate, t-butyl acrylate, 1-methylcyclopentyl acrylate, 1-methylcyclohexyl acrylate, cyclopentyl acrylate, cyclohexyl acrylate, isobornyl acrylate, dicyclopentanyl acrylate, phenyl acrylate, 4-methylphenyl acrylate, dimethylphenyl acrylate, benzyl acrylate, and phenethyl acrylate. From the viewpoints of developer solubility and availability when used as a silsesquioxane compound having a cage structure, methyl acrylate, ethyl acrylate, butyl acrylate, s-butyl acrylate, and t-butyl acrylate are preferred.

また、式3におけるRに極端紫外線及び電子線の少なくとも一方を吸収して2次電子を発生する基を有するアクリレート化合物は、特に入手容易性の観点から、2,2,3,3-テトラフルオロプロピルアクリレート、1H,1H,5H-オクタフルオロペンチルアクリレート、2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7-ドデカフルオロヘプチルアクリレート、2,2,2-トリフルオロエチルアクリレート、1H,1H-ペンタデカフルオロ-n-オクチルアクリレート、1H,1H,2H,2H-ノナフルオロヘキシルアクリレート、1H,1H,2H,2H-トリデカフルオロ-n-オクチルアクリレート、1H,1H,2H,2H-ヘプタデカフルオロデシルアクリレート、1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロイソプロピルアクリレート、ペンタフルオロフェニルアクリレートが好適である。 In addition, as the acrylate compound having a group that absorbs at least one of extreme ultraviolet rays and electron beams to generate secondary electrons in R 2 in formula 3, 2,2,3,3-tetrafluoropropyl acrylate, 1H,1H,5H-octafluoropentyl acrylate, 2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7-dodecafluoroheptyl acrylate, 2,2,2-trifluoroethyl acrylate, 1H,1H-pentadecafluoro-n-octyl acrylate, 1H,1H,2H,2H-nonafluorohexyl acrylate, 1H,1H,2H,2H-tridecafluoro-n-octyl acrylate, 1H,1H,2H,2H-heptadecafluorodecyl acrylate, 1,1,1,3,3,3-hexafluoroisopropyl acrylate, and pentafluorophenyl acrylate are particularly preferred from the viewpoint of availability.

本付加反応は無溶媒で行ってもよいし、溶媒を用いることもできる。溶媒の具体例としては、メチルアルコール、エチルアルコール、1-プロピルアルコール、2-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、ベンジルアルコール、2-メトキシエチルアルコール、2-エトキシエチルアルコール、2-(メトキシメトキシ)エタノール、2-ブトキシエタノール、フルフリルアルコール、テトラヒドロフルフリルアルコール、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、1-メトキシ-2-プロパノール、1-エトキシ-2-プロパノール、ジプロピレングリコール、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジアセトンアルコール、アセトン、メチルエチルケトン、2-ペンタノン、3-ペンタノン、2-ヘキサノン、メチルイソブチルケトン、2-ヘプタノン、4-ヘプタノン、ジイソブチルケトン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン、アセトフェノン、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、ジヘキシルエーテル、アニソール、フェネトール、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、1,2-ジメトキシエタン、1,2-ジエトキシエタン、1,2-ジブトキシエタン、ジエチ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エチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、グリセリンエーテル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、酢酸sec-ブチル、酢酸ペンチル、酢酸イソペンチル、3-メトキシブチルアセテート、2-エチルブチルアセテート、2-エチルヘキシルアセテート、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸ブチル、γ-ブチロラクトン、2-メトキシエチルアセテート、2-エトキシエチルアセテート、2-ブトキシエチルアセテート、2-フェノキシエチルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ベンゼン、トルエン、キシレンなどが挙げられる。
これらの溶媒は単独で、又は2種以上を併用して使用することができる。また、その使用量は適宜、決めればよい。
This addition reaction may be carried out without a solvent, or a solvent may be used. Specific examples of the solvent include methyl alcohol, ethyl alcohol, 1-propyl alcohol, 2-propyl alcohol, 1-butyl alcohol, 2-butyl alcohol, isobutyl alcohol, tert-butyl alcohol, benzyl alcohol, 2-methoxyethyl alcohol, 2-ethoxyethyl alcohol, 2-(methoxymethoxy)ethanol, 2-butoxyethanol, furfuryl alcohol, tetrahydrofurfuryl alcohol, diethylene glycol, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, 1-methoxy-2-propanol, 1-ethoxy-2-propanol, dipropylene glycol, dipropylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monoethyl ether, tripropylene glycol monomethyl ether, diacetone alcohol, acetone, methyl ethyl ketone, 2-pentanone, 3-pentanone, 2-hexanone, methyl isobutyl ketone, 2-heptanone, 4-heptanone, diisobutyl ketone, cyclohexanone, and methylcyclohexanone. acetophenone, diethyl ether, dipropyl ether, diisopropyl ether, dibutyl ether, dihexyl ether, anisole, phenetole, tetrahydrofuran, tetrahydropyran, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, 1,2-dibutoxyethane, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol dibutyl ether, glycerin ether, methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, isopropyl acetate, butyl acetate, isobutyl acetate, acetic acid Examples of the alkyl ether acetate include sec-butyl acetate, pentyl acetate, isopentyl acetate, 3-methoxybutyl acetate, 2-ethylbutyl acetate, 2-ethylhexyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, butyl propionate, γ-butyrolactone, 2-methoxyethyl acetate, 2-ethoxyethyl acetate, 2-butoxyethyl acetate, 2-phenoxyethyl acetate, diethylene glycol monoethyl ether acetate, diethylene glycol monobutyl ether acetate, benzene, toluene, and xylene.
These solvents can be used alone or in combination of two or more kinds. The amount of each solvent used can be appropriately determined.

アミノ基を含有するシラン化合物と単官能アクリレート化合物との反応モル比は、未反応物を少なくできることから、アミノ基を含有するシラン化合物1モルに対して単官能アクリレート化合物2~10モルが好ましく、2~5モルがより好ましい。
付加反応の温度は、20~100℃が好ましく、30~80℃がより好ましい。20℃以上ならば、付加反応を十分進行させることができる。また、100℃以下ならば、アクリレート化合物の重合を抑制することができる。
The reaction molar ratio of the amino group-containing silane compound to the monofunctional acrylate compound is preferably 2 to 10 moles, more preferably 2 to 5 moles, of the monofunctional acrylate compound per mole of the amino group-containing silane compound, because this makes it possible to reduce unreacted materials.
The temperature of the addition reaction is preferably 20 to 100° C., more preferably 30 to 80° C. If the temperature is 20° C. or higher, the addition reaction can proceed sufficiently. If the temperature is 100° C. or lower, the polymerization of the acrylate compound can be suppressed.

付加反応の時間は、1~60時間が好ましく、2~48時間がより好ましい。1時間以上ならば、付加反応を十分進行させることができる。60時間以内ならば、アクリレート化合物の重合を抑制することができる。
本付加反応は、触媒を用いることができる。触媒としては、マイケル付加反応に使用されるアミン類、アルカリ金属アルコキシドなどの公知のものを用いることができる。
アクリレート化合物の重合を抑制するため、反応系内に重合防止剤を添加してもよい。重合防止剤の種類は、特に限定されない。重合防止剤は1種を用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
重合防止剤としては、ハイドロキノン、p-メトキシフェノール、2,4-ジメチル-6-tert-ブチルフェノール、2,6-ジ-tert-ブチル-p-クレゾール、4-tert-ブチルカテコール、2,6-ジ-tert-ブチル-4-メチルフェノール、ペンタエリスリトールテトラキス(3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシヒドロシンナメイト)、2-sec-ブチル-4,6-ジニトロフェノール等のフェノール系化合物;N,N-ジイソプロピルパラフェニレンジアミン、N,N-ジ-2-ナフチルパラフェニレンジアミン、N-フェニレン-N-(1,3-ジメチルブチル)パラフェニレンジアミン、N,N’-ビス(1,4-ジメチルフェニル)-パラフェニレンジアミン、N-(1,4-ジメチルフェニル)-N’-フェニル-パラフェニレンジアミン等のアミン系化合物;4-ヒドロキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-N-オキシル、4-ベンゾイルオキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-N-オキシル、ビス(1-オキシル-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-4-イル)セバケイト等のN-オキシル系化合物;銅、塩化銅(II)、塩化鉄(III)等の金属化合物;等が例示できる。
重合防止剤の使用量は適宜設定できる。例えば、アクリレート化合物に対して20ppm以上が好ましく、充分な重合防止効果を得るには50ppm以上がより好ましい。一方、コストの観点から重合防止剤の使用量は、10000ppm以下が好ましく、5000ppm以下がより好ましい。
The time for the addition reaction is preferably 1 to 60 hours, and more preferably 2 to 48 hours. If it is 1 hour or more, the addition reaction can proceed sufficiently. If it is 60 hours or less, the polymerization of the acrylate compound can be suppressed.
In this addition reaction, a catalyst can be used, which may be any known catalyst used in the Michael addition reaction, such as amines or alkali metal alkoxides.
In order to suppress the polymerization of the acrylate compound, a polymerization inhibitor may be added to the reaction system. The type of the polymerization inhibitor is not particularly limited. One type of polymerization inhibitor may be used, or two or more types may be used in combination.
Examples of the polymerization inhibitor include phenolic compounds such as hydroquinone, p-methoxyphenol, 2,4-dimethyl-6-tert-butylphenol, 2,6-di-tert-butyl-p-cresol, 4-tert-butylcatechol, 2,6-di-tert-butyl-4-methylphenol, pentaerythritol tetrakis (3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyhydrocinnamate), and 2-sec-butyl-4,6-dinitrophenol; N,N-diisopropylparaphenylenediamine, N,N-di-2-naphthylparaphenylenediamine, N-phenylene-N-(1 ,3-dimethylbutyl)paraphenylenediamine, N,N'-bis(1,4-dimethylphenyl)-paraphenylenediamine, N-(1,4-dimethylphenyl)-N'-phenyl-paraphenylenediamine, and other amine compounds; 4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-N-oxyl, 4-benzoyloxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-N-oxyl, bis(1-oxyl-2,2,6,6-tetramethylpiperidin-4-yl)sebacate, and other N-oxyl compounds; copper, copper(II) chloride, iron(III) chloride, and other metal compounds; and the like.
The amount of the polymerization inhibitor used can be appropriately set. For example, it is preferably 20 ppm or more relative to the acrylate compound, and more preferably 50 ppm or more to obtain a sufficient polymerization inhibitory effect. On the other hand, from the viewpoint of cost, the amount of the polymerization inhibitor used is preferably 10,000 ppm or less, more preferably 5,000 ppm or less.

本付加反応終了後の精製方法については、生成物の物性、原料、溶剤の有無等を考慮して、分液、水洗、蒸留、晶析、濾過等の公知の精製方法を、適宜組み合わせることができる。 Regarding the purification method after the completion of this addition reaction, known purification methods such as separation, water washing, distillation, crystallization, and filtration can be appropriately combined, taking into consideration the physical properties of the product, the raw materials, the presence or absence of a solvent, etc.

[ネガ用レジスト組成物]
本発明の一実施形態のネガ用レジスト組成物(以下、本レジスト組成物ともいう。)は、本レジスト材料と、溶媒と、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物とを含むことが好ましい。
[Negative resist composition]
A negative resist composition (hereinafter also referred to as the present resist composition) according to one embodiment of the present invention preferably contains the present resist material, a solvent, and a compound that generates an acid upon irradiation with actinic rays or radiation.

かご構造を有するシルセスキオキサンは1種でもよく、2種以上を併用してもよい。
本レジスト組成物(溶剤を除く)に対して、かご構造を有するシルセスキオキサンの含有量は、特に限定されないが、70~100質量%が好ましい。
溶媒としては、例えば、メチルエチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)などが挙げられる。溶媒は1種でもよく、2種以上を併用してもよい。
The silsesquioxane having a cage structure may be used alone or in combination of two or more kinds.
The content of the silsesquioxane having a cage structure in the present resist composition (excluding the solvent) is not particularly limited, but is preferably from 70 to 100% by mass.
Examples of the solvent include methyl ethyl ketone, cyclopentanone, cyclohexanone, propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA), propylene glycol monomethyl ether (PGME), etc. The solvent may be used alone or in combination of two or more kinds.

溶媒の使用量は、形成するレジスト膜の厚みにもよるが、かご構造を有するシルセスキオキサン100質量部に対して100~10,000質量部の範囲が好ましい。
さらに本レジスト組成物は、必要に応じて、光酸発生剤、含窒素化合物、酸化合物(有機カルボン酸、リンのオキソ酸またはその誘導体)、界面活性剤、その他のクエンチャー、増感剤、ハレーション防止剤、保存安定剤、消泡剤等の各種添加剤を含んでいてもよい。前記添加剤は、当該分野で公知のものを使用できる。
The amount of the solvent used will vary depending on the thickness of the resist film to be formed, but is preferably in the range of 100 to 10,000 parts by mass per 100 parts by mass of the silsesquioxane having a cage structure.
Furthermore, the resist composition may contain various additives, such as a photoacid generator, a nitrogen-containing compound, an acid compound (an organic carboxylic acid, a phosphorus oxo acid or a derivative thereof), a surfactant, other quenchers, a sensitizer, an antihalation agent, a storage stabilizer, an antifoaming agent, etc. Any additives known in the art can be used.

[パターン形成方法]
本発明の一実施形態のパターン形成方法は、本レジスト組成物を基板に塗布し製膜する製膜工程と、製膜後の本レジスト組成物を露光する露光工程と、露光後の本レジスト組成物を現像する現像工程を含む。
[Pattern formation method]
A pattern formation method according to one embodiment of the present invention includes a film-forming step of applying the present resist composition to a substrate to form a film, an exposure step of exposing the present resist composition after the film formation, and a development step of developing the present resist composition after the exposure.

<製膜工程>
本レジスト組成物を基板に塗布する方法は、回転塗布、流延塗布、ロール塗布等の公知の方法を用いることができる。
前記基板としては、シリコンウエハ、SiNウエハ、AINウエハ、アルミニウムで被覆されたウエハ等が挙げられる。なお、本レジスト組成物の密着性、現像後の解像性等を改善するために、有機系、無機系の反射防止膜を基板上に形成してもよい。
<Film-forming process>
The resist composition can be applied to a substrate by any known method, such as spin coating, casting coating, or roll coating.
Examples of the substrate include a silicon wafer, a SiN wafer, an AlN wafer, a wafer coated with aluminum, etc. In order to improve the adhesion of the resist composition and the resolution after development, an organic or inorganic anti-reflective film may be formed on the substrate.

本工程で形成する膜の平均厚さは、1nm以上、500nm以下が好ましい。前記下限以下では、レジスト膜としての機能が損なわれ、前記上限以上ではパターン形成・現像後のパターン倒れなどが発生しやすくなる。
また、必要に応じて塗布後にプリベークを行ってもよい。プリベークの温度は、60℃以上、140℃以下が好ましい。プリベークの時間は、5秒以上、300秒以下が好ましい。
The average thickness of the film formed in this step is preferably 1 nm to 500 nm, because below the lower limit, the function as a resist film is impaired, and above the upper limit, pattern collapse after pattern formation and development is likely to occur.
If necessary, pre-baking may be performed after coating. The pre-baking temperature is preferably 60° C. or more and 140° C. or less. The pre-baking time is preferably 5 seconds or more and 300 seconds or less.

<露光工程>
前記製膜工程で得られた基板のレジスト層に、所定のパターンを有するマスクを介して、露光を行う。露光に用いる光源は、紫外線、遠紫外線、極端紫外線(EUV)、X線、ガンマ線等が挙げられる。
これらの中で、EUV、電子線が好ましい。
<Exposure process>
The resist layer on the substrate obtained in the film formation process is exposed through a mask having a predetermined pattern. Examples of light sources used for exposure include ultraviolet rays, far ultraviolet rays, extreme ultraviolet rays (EUV), X-rays, and gamma rays.
Of these, EUV and electron beams are preferred.

<現像工程>
露光後、適宜熱処理(露光後ベーク、PEB)し、レジスト膜に現像液を接触させてレジスト膜の一部を溶解する。ネガ型現像プロセスでは有機系現像液で未露光部を溶解して除去する。
本発明のかご構造を有するシルセスキオキサンは、露光により露光部の有機系現像液への溶解速度が低下する。
<Developing process>
After exposure, the resist film is subjected to an appropriate heat treatment (post-exposure bake, PEB) and a developer is brought into contact with the resist film to dissolve part of the resist film. In a negative development process, the unexposed areas are dissolved and removed using an organic developer.
In the silsesquioxane having a cage structure of the present invention, the dissolution rate of the exposed portion in an organic developer decreases upon exposure to light.

有機系現像液としては、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、アルコール系溶剤、アミド系溶剤、エーテル系溶剤等の極性溶剤及び炭化水素系溶剤を用いることができる。
ケトン系溶剤としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、アセチルアセトン、2-ヘプタノン、4-ヘプタノン、1-ヘキサノン、2-ヘキサノン、1-オクタノン、2-オクタノン、1-ノナノン、2-ノナノン、ジイソブチルケトン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノンなどが挙げられる。
エステル系溶剤としては、例えば、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、酢酸sec-ブチル、酢酸ペンチル、酢酸イソペンチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチル-3-エトキシプロピオネート、3-メトキシブチルアセテート、3-メチル-3-メトキシブチルアセテート、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸ブチル、などが挙げられる。
アルコール系溶剤としては、例えば、メチルアルコール、エチルアルコール、1-プロピルアルコール、2-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、ベンジルアルコール、2-メトキシエチルアルコール、2-エトキシエチルアルコール、2-(メトキシメトキシ)エタノール、2-ブトキシエタノール、フルフリルアルコール、テトラヒドロフルフリルアルコール、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、1-メトキシ-2-プロパノール、1-エトキシ-2-プロパノール、ジプロピレングリコール、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテルなどが挙げられる。
エーテル系溶剤としては、例えば、ジオキサン、テトラヒドロフランなどが挙げられる。
アミド系溶剤としては、例えば、N-メチル-2-ピロリドン、N,N-ジメチルアセトアミド、N,N-ジメチルホルムアミド、ヘキサメチルホスホリックトリアミド、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノンなどが挙げられる。
炭化水素系溶剤としては、例えば、トルエン、キシレン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカンなどが挙げられる。
これらの中で、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、アルコール系溶剤、アミド系溶剤及びエーテル系溶剤から選択される少なくとも1種類の溶剤を含有する現像液であることが好ましい。また、これらの溶剤は単独で、又は2種以上を併用して使用することができる。
As the organic developer, polar solvents such as ketone-based solvents, ester-based solvents, alcohol-based solvents, amide-based solvents, and ether-based solvents, and hydrocarbon-based solvents can be used.
Examples of ketone solvents include acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, acetylacetone, 2-heptanone, 4-heptanone, 1-hexanone, 2-hexanone, 1-octanone, 2-octanone, 1-nonanone, 2-nonanone, diisobutyl ketone, cyclohexanone, and methylcyclohexanone.
Examples of ester-based solvents include methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, isopropyl acetate, butyl acetate, isobutyl acetate, sec-butyl acetate, pentyl acetate, isopentyl acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate, ethylene glycol monoethyl ether acetate, diethylene glycol monobutyl ether acetate, diethylene glycol monoethyl ether acetate, ethyl-3-ethoxypropionate, 3-methoxybutyl acetate, 3-methyl-3-methoxybutyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, and butyl propionate.
Examples of alcohol-based solvents include methyl alcohol, ethyl alcohol, 1-propyl alcohol, 2-propyl alcohol, 1-butyl alcohol, 2-butyl alcohol, isobutyl alcohol, tert-butyl alcohol, benzyl alcohol, 2-methoxyethyl alcohol, 2-ethoxyethyl alcohol, 2-(methoxymethoxy)ethanol, 2-butoxyethanol, furfuryl alcohol, tetrahydrofurfuryl alcohol, diethylene glycol, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, 1-methoxy-2-propanol, 1-ethoxy-2-propanol, dipropylene glycol, dipropylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monoethyl ether, and tripropylene glycol monomethyl ether.
Examples of the ether solvent include dioxane and tetrahydrofuran.
Examples of the amide solvent include N-methyl-2-pyrrolidone, N,N-dimethylacetamide, N,N-dimethylformamide, hexamethylphosphoric triamide, and 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone.
Examples of the hydrocarbon solvent include toluene, xylene, hexane, heptane, octane, and decane.
Among these, a developer containing at least one solvent selected from ketone-based solvents, ester-based solvents, alcohol-based solvents, amide-based solvents, and ether-based solvents is preferred. These solvents may be used alone or in combination of two or more.

現像は、公知の方法で行えばよく、現像液が満たされた槽の中に基板を一定時間浸漬する方法、基板表面に現像液を表面張力によって盛り上げて一定時間静止する方法、基板表面に現像液を噴霧する方法、一定速度で回転させている基板上に一定速度でノズルを走査しながら現像液を吐出する方法等が挙げられる。
現像後、基板を純水等で適宜リンス処理する。このようにして被加工基板上にレジストパターンが形成される。
Development may be carried out by a known method, such as immersing the substrate in a tank filled with a developer for a fixed period of time, piling up the developer on the substrate surface by surface tension and leaving it there for a fixed period of time, spraying the developer onto the substrate surface, or discharging the developer by scanning a nozzle at a fixed speed over a substrate rotating at a fixed speed.
After development, the substrate is appropriately rinsed with pure water, etc. In this manner, a resist pattern is formed on the substrate to be processed.

レジストパターンが形成された基板は、適宜熱処理(ポストベーク)してレジストを強化し、レジストのない部分を選択的にドライエッチングする。
ドライエッチング後、レジストを剥離剤によって除去することによって、微細パターンが形成された基板が得られる。
The substrate on which the resist pattern has been formed is appropriately heat-treated (post-baked) to strengthen the resist, and the portions without resist are selectively dry-etched.
After the dry etching, the resist is removed with a stripping agent to obtain a substrate on which a fine pattern is formed.

以下、本発明の一実施例を説明する。本発明はその要旨を超えない限り以下の実施例に限定されるものではない。なお、実施例中「部」、「%」とあるのは特に断りのない限り重量基準である。
なお、シルセスキオキサン化合物の数平均分子量(Mn)および分子量分布(Mw/Mn)は、ゲル・パーミエーション・クロマトグラフィーにより、ポリスチレン換算で求めた。
An example of the present invention will be described below. The present invention is not limited to the following example as long as it does not deviate from the gist of the invention. In the example, "parts" and "%" are by weight unless otherwise specified.
The number average molecular weight (Mn) and molecular weight distribution (Mw/Mn) of the silsesquioxane compound were determined by gel permeation chromatography in terms of polystyrene.

<シラン化合物の合成(A1)>
撹拌子、温度計を備えたフラスコに、3-アミノプロピルトリエトキシシラン2.00g(9.0mmol)、2,6-ジ-tert-ブチル-p-クレゾール7mgを加えた。氷冷下、メチルアクリレート1.7mL(18mmol)を滴下した後、40℃で6時間反応後、50℃で7時間反応させた。さらにメチルアクリレート0.9mL(10mmol)を加えた後、50℃で7.5時間反応させた。反応終了後、濃縮、減圧乾燥して下記式4に示すシラン化合物(A1)3.12gを無色液体として収率88%で得た。1H-NMR(400MHz、CDCl3):δ3.80ppm(q、6H)、3.65ppm(s、3H)、2.76ppm(t、4H)、2.43ppm(m、6H)、1.51ppm(m、2H)、1.21ppm(t、9H)、0.55ppm(t、2H)。
<Synthesis of silane compound (A1)>
2.00 g (9.0 mmol) of 3-aminopropyltriethoxysilane and 7 mg of 2,6-di-tert-butyl-p-cresol were added to a flask equipped with a stirrer and a thermometer. After 1.7 mL (18 mmol) of methyl acrylate was added dropwise under ice cooling, the mixture was reacted at 40° C. for 6 hours and then at 50° C. for 7 hours. After 0.9 mL (10 mmol) of methyl acrylate was added, the mixture was reacted at 50° C. for 7.5 hours. After the reaction was completed, the mixture was concentrated and dried under reduced pressure to obtain 3.12 g of silane compound (A1) represented by the following formula 4 as a colorless liquid in a yield of 88%. 1H-NMR (400 MHz, CDCl3): δ 3.80 ppm (q, 6H), 3.65 ppm (s, 3H), 2.76 ppm (t, 4H), 2.43 ppm (m, 6H), 1.51 ppm (m, 2H), 1.21 ppm (t, 9H), 0.55 ppm (t, 2H).

Figure 2024055412000009
Figure 2024055412000009

<シルセスキオキサン化合物の合成>
撹拌子、温度計を備えたフラスコに、合成したシラン化合物(A1)1.00g(2.5mmol)、メチルアルコール3.3mlを加え溶解させ、3.2%アンモニウムフルオリド水溶液0.29gを滴下した。室温で5.5時間攪拌した後、濃縮した。酢酸エチル10mLを加え、水10mL、続いて水5mLで洗浄した。得られた有機層を濃縮、減圧乾燥して、下記式5に示すシルセスキオキサン(SQ1)0.71gを無色粘調液体として収率99%で得た。Mn1900、Mw/Mn1.05であり、下記化学式中、mは6~8と推測される。H-NMR(400MHz、CDCl3):δ3.64ppm(s、3H)、2.74ppm(brt、4H)、2.41ppm(brt、6H)、1.48ppm(m、2H)、0.55ppm(brt、2H)。
<Synthesis of Silsesquioxane Compound>
In a flask equipped with a stirrer and a thermometer, 1.00 g (2.5 mmol) of the synthesized silane compound (A1) and 3.3 ml of methyl alcohol were added and dissolved, and 0.29 g of 3.2% ammonium fluoride aqueous solution was added dropwise. After stirring at room temperature for 5.5 hours, the mixture was concentrated. 10 mL of ethyl acetate was added, and the mixture was washed with 10 mL of water and then with 5 mL of water. The obtained organic layer was concentrated and dried under reduced pressure to obtain 0.71 g of silsesquioxane (SQ1) represented by the following formula 5 as a colorless viscous liquid with a yield of 99%. Mn 1900, Mw/Mn 1.05, and m in the following chemical formula is estimated to be 6 to 8. 1H -NMR (400 MHz, CDCl3): δ 3.64 ppm (s, 3H), 2.74 ppm (brt, 4H), 2.41 ppm (brt, 6H), 1.48 ppm (m, 2H), 0.55 ppm (brt, 2H).

Figure 2024055412000010
Figure 2024055412000010

<実施例1>
前記シルセスキオキサン(SQ1)100質量部をメチルエチルケトン3900質量部に溶解させ均一溶液とした後、孔径0.2μmのメンブランフィルターでろ過し、レジスト組成物を調製した。
パターン形成基板としてヘキサメチルジシラザン処理を施したシリコンウエハを用い、調製したレジスト組成物を、パターン形成基板上にスピンコートし、ホットプレートを用いて90℃60秒間乾燥して、レジスト層厚130nmのレジスト層含有パターン形成基板を得た。これを電子線露光装置(エリオニクス社製「ELS-S50」)を用いて露光し、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)で60秒間現像を行った。露光量を変えて残膜率を測定した結果を図1に示す。
Example 1
100 parts by mass of the silsesquioxane (SQ1) was dissolved in 3,900 parts by mass of methyl ethyl ketone to prepare a homogeneous solution, which was then filtered through a membrane filter having a pore size of 0.2 μm to prepare a resist composition.
A silicon wafer treated with hexamethyldisilazane was used as a pattern-formed substrate, and the prepared resist composition was spin-coated onto the pattern-formed substrate and dried at 90°C for 60 seconds using a hot plate to obtain a resist layer-containing pattern-formed substrate having a resist layer thickness of 130 nm. This was exposed using an electron beam exposure device (Elionix's "ELS-S50") and developed with propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA) for 60 seconds. The results of measuring the remaining film ratio by changing the exposure dose are shown in Figure 1.

(結果)
図1の結果から、露光量増加に伴う残膜率増加が確認できたことにより、本発明で得られたシルセスキオキサンを含むネガ用レジスト組成物の塗膜は、光照射により塗膜の溶解性を光照射部のみ選択的に変化させることで、所望の精密パターンを基板上に形成することが可能であることが明らかとなった。なお、残膜率は光干渉式膜厚測定装置を用いて測定した。
(result)
From the results in Fig. 1, it was confirmed that the residual film rate increases with increasing exposure dose, and it was therefore made clear that the coating film of the negative resist composition containing the silsesquioxane obtained in the present invention can selectively change the solubility of the coating film only in the light irradiated area by light irradiation, thereby enabling the formation of a desired precise pattern on a substrate. The residual film rate was measured using an optical interference film thickness measuring device.

Claims (6)

下記式1で表されるかご構造を有するシルセスキオキサンからなるネガ用レジスト材料。
(RmSiO1.5 ・・・(式1)
(式1において、nは3~30の整数であり、Rmは下記式2で表される構造を含む。
Figure 2024055412000011
はアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基のいずれかを示す。)
A negative resist material comprising a silsesquioxane having a cage structure represented by the following formula 1:
( RmSiO1.5 ) n (Formula 1)
(In formula 1, n is an integer of 3 to 30, and Rm includes a structure represented by formula 2 below.
Figure 2024055412000011
R1 represents an alkyl group, a cycloalkyl group, an aryl group, or an aralkyl group.
前記Rmとして極端紫外線及び電子線の少なくとも一方を吸収して2次電子を発生する基Rbを含む、請求項1記載のネガ用レジスト材料。 The negative resist material according to claim 1, wherein Rm contains a group Rb that absorbs at least one of extreme ultraviolet light and an electron beam to generate secondary electrons. 前記Rmとしてラクトン骨格を有する基Rcを含む、請求項1記載のネガ用レジスト材料。 The negative resist material according to claim 1, wherein Rm includes a group Rc having a lactone skeleton. 前記Rmとして親水性基を有する基Rdを含む、請求項1記載のネガ用レジスト材料。 The negative resist material according to claim 1, wherein Rm includes a group Rd having a hydrophilic group. 下記式1で表されるかご構造を有するシルセスキオキサンを含むネガ用レジスト組成物。
(RmSiO1.5 ・・・(式1)
(式1において、nは3~30の整数であり、Rmは下記式2で表される構造を含む。
Figure 2024055412000012
はアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基のいずれかを示す。)
A negative resist composition comprising a silsesquioxane having a cage structure represented by the following formula 1:
( RmSiO1.5 ) n (Formula 1)
(In formula 1, n is an integer of 3 to 30, and Rm includes a structure represented by formula 2 below.
Figure 2024055412000012
R1 represents an alkyl group, a cycloalkyl group, an aryl group, or an aralkyl group.
請求項5に記載のネガ用レジスト組成物を用いたレジストパターン形成方法。 A method for forming a resist pattern using the negative resist composition according to claim 5.
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