JP5116311B2 - Sulfonium salt - Google Patents
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Description
本発明は、ディープUV、電子線、X線又はEUV(極端紫外線)等の活性放射線の照射により容易に分解して酸を発生する光酸発生剤、特に化学増幅型フォトレジスト材料用光酸発生剤として有用なスルホニウム塩に関する。 The present invention is a photoacid generator that decomposes easily upon irradiation with actinic radiation such as deep UV, electron beam, X-ray or EUV (extreme ultraviolet) to generate an acid, particularly a photoacid generator for a chemically amplified photoresist material. The present invention relates to a sulfonium salt useful as an agent.
半導体デバイス、例えば、DRAM等に代表される高集積回路素子では、一層の高密度化、高集積化、あるいは高速化の要望が高い。それに伴い、各種電子デバイス製造分野では、ハーフミクロンオーダーの微細加工技術の確立、例えば、微細パターン形成のためのフォトリソグラフィー技術開発に対する要求がますます厳しくなっている。フォトリソグラフィー技術において、パターンの微細化を図る手段の一つとして、フォトレジストのパターン形成の際に使用する活性放射線(露光光)の波長を短くする方法がある。ここで、縮小投影露光装置の解像度(R)はレイリーの式R=k・λ/NA(λは露光光の波長、NAはレンズの開口数、kはプロセスファクター。)で表されるため、レジストのパターン形成の際に使用する活性放射線(露光光)の波長λを短波長化することにより解像度を向上させることができる。 In a highly integrated circuit element typified by a semiconductor device such as a DRAM, there is a strong demand for higher density, higher integration, or higher speed. Along with this, in various electronic device manufacturing fields, there is an increasing demand for the establishment of fine processing technology on the order of half a micron, for example, the development of photolithography technology for forming fine patterns. In the photolithography technique, as one of means for miniaturizing a pattern, there is a method of shortening the wavelength of actinic radiation (exposure light) used in forming a photoresist pattern. Here, the resolution (R) of the reduction projection exposure apparatus is expressed by the Rayleigh equation R = k · λ / NA (λ is the wavelength of exposure light, NA is the numerical aperture of the lens, and k is a process factor). The resolution can be improved by shortening the wavelength λ of the actinic radiation (exposure light) used in forming the resist pattern.
短波長に適したフォトレジストとして、化学増幅型のものが提案されている(特許文献1参照)。化学増幅型フォトレジストの特徴は、含有成分である光酸発生剤から露光光の照射によりプロトン酸が発生し、このプロトン酸が露光後の加熱処理によりレジスト樹脂等のポリマーと酸触媒反応を起こすことであり、現在開発されているフォトレジストの大半は、化学増幅型である。 As a photoresist suitable for a short wavelength, a chemically amplified type has been proposed (see Patent Document 1). A characteristic of chemically amplified photoresists is that proton acid is generated by exposure to exposure light from a photoacid generator, which is a component, and this protonic acid undergoes an acid-catalyzed reaction with a polymer such as resist resin by heat treatment after exposure. That is, most of the photoresists currently developed are chemically amplified.
このような化学増幅型フォトレジスト用の光酸発生剤として、種々のスルホニウム塩が知られている。しかしながら、従来のスルホニウム塩系の光酸発生剤はフォトレジストの主成分である酸解離基(酸で解離・分解する基)を有するポリマーとの相溶性が悪い等の問題点がある。当然のことながら、その問題点に起因して、その光酸発生剤を含んでいるフォトレジストに活性放射線でパターン露光した場合、得られるパターン形状が所望の形状にならない等悪影響を及ぼすという問題が生じる。 Various sulfonium salts are known as photoacid generators for such chemically amplified photoresists. However, conventional sulfonium salt photoacid generators have problems such as poor compatibility with polymers having acid dissociable groups (groups that dissociate and decompose with acid), which are the main components of photoresists. As a matter of course, due to the problem, when the photoresist containing the photoacid generator is subjected to pattern exposure with actinic radiation, there is a problem in that the obtained pattern shape does not become a desired shape and has an adverse effect. Arise.
本発明は、このような事情に鑑み、酸発生剤とフォトレジストの主成分である酸解離基を有するポリマーとの相溶性が悪いという問題点を伴うことがなく、光酸発生剤としての機能を有するスルホニウム塩を提供することを課題とする。 In view of such circumstances, the present invention is not accompanied by the problem of poor compatibility between the acid generator and the polymer having an acid dissociable group, which is the main component of the photoresist, and functions as a photoacid generator. It is an object of the present invention to provide a sulfonium salt having
前記課題を解決するための本発明の第1の態様は、下記式(1)で表されることを特徴とするスルホニウム塩にある。 A first aspect of the present invention for solving the above problem is a sulfonium salt represented by the following formula (1).
本発明の第2の態様は、前記X−で表される陰イオンが、下記式(5)で表される陰イオンであることを特徴とする第1の態様に記載のスルホニウム塩にある。 A second aspect of the present invention is the sulfonium salt according to the first aspect, wherein the anion represented by X − is an anion represented by the following formula (5).
本発明の第3の態様は、前記X−で表される陰イオンが、下記式(6)で表されるビス(パーフルオロアルキルスルホン)イミドイオンであることを特徴とする第1の態様に記載のスルホニウム塩にある。 According to a third aspect of the present invention, in the first aspect, the anion represented by X − is a bis (perfluoroalkylsulfone) imide ion represented by the following formula (6). Of the sulfonium salt.
本発明の第4の態様は、前記X−で表される陰イオンが、下記式(7)で表される陰イオンであることを特徴とする第1の態様に記載のスルホニウム塩にある。 A fourth aspect of the present invention is the sulfonium salt according to the first aspect, wherein the anion represented by X − is an anion represented by the following formula (7).
本発明の第5の態様は、前記X−で表される陰イオンが、Cl−、Br−、I−、BF4 −、AsF6 −、SbF6 −又はPF6 −であることを特徴とする第1の態様に記載のスルホニウム塩にある。 According to a fifth aspect of the present invention, the anion represented by X − is Cl − , Br − , I − , BF 4 − , AsF 6 − , SbF 6 − or PF 6 −. In the sulfonium salt according to the first embodiment.
本発明によれば、光酸発生剤としての機能を有する構造と酸解離基とを有するスルホニウム塩を提供することができる。このスルホニウム塩は、溶媒に溶解させることにより酸発生剤を含有させずに単独で化学増幅型の感光性組成物とすることができるため、酸発生剤と酸解離基を有するポリマーとの相溶性が悪いという問題点を伴うことがなく、良好な形状のパターンを得ることができるという効果を奏する。 According to the present invention, it is possible to provide a sulfonium salt having a structure having a function as a photoacid generator and an acid dissociation group. Since this sulfonium salt can be made into a chemically amplified photosensitive composition by itself in a solvent without containing an acid generator, the compatibility between the acid generator and a polymer having an acid-dissociable group There is no problem of being bad, and there is an effect that a pattern having a good shape can be obtained.
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明のスルホニウム塩は、上記式(1)で表される化合物である。式(1)において、R1及びR2はそれぞれ独立して、水素原子、又は、直鎖、分岐、脂環式もしくは芳香族の炭素数1〜12の有機基又はアルコキシ基を表す。特に好ましい有機基として、メチル基、イソプロピル基、t−ブチル基及びシクロヘキシル基が挙げられる。また、D1及びD2は互いに独立で、少なくとも1個は上記式(2)で表される基であり、残りは水素原子、上記式(3)で表される基又は上記式(4)で表される基である。また、a、b、c及びdは、それぞれa+b≦5、c+d≦5、a+c≧1を満たす0以上の整数である。式(2)で表される基は、活性放射線の露光により酸を発生する光酸発生剤としての機能を有する構造と、この酸発生剤から発生した酸で解離しうる基(酸解離基)を有するため、式(1)で表されるスルホニウム塩は、溶媒に溶解させることにより化学増幅型の感光性組成物とすることができる。式(1)で表されるスルホニウム塩は、式(3)で表される基や式(4)で表される基が導入されていなくてもよいが、式(3)で表される基や式(4)で表される基を導入することにより、溶解度を調整することができる。式(3)で表される基や式(4)で表される基を導入する場合は、式(1)で表されるスルホニウム塩に対してそれぞれ1〜3当量程度が好ましい。Wは、CO、SO2又はエーテル結合を表す。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The sulfonium salt of the present invention is a compound represented by the above formula (1). In Formula (1), R 1 and R 2 each independently represent a hydrogen atom, a linear, branched, alicyclic or aromatic organic group having 1 to 12 carbon atoms or an alkoxy group. Particularly preferred organic groups include a methyl group, an isopropyl group, a t-butyl group, and a cyclohexyl group. D 1 and D 2 are independent of each other, and at least one is a group represented by the above formula (2), and the rest is a hydrogen atom, a group represented by the above formula (3) or the above formula (4). It is group represented by these. Further, a, b, c, and d are integers of 0 or more that satisfy a + b ≦ 5, c + d ≦ 5, and a + c ≧ 1, respectively. The group represented by the formula (2) is a structure having a function as a photoacid generator that generates an acid upon exposure to actinic radiation, and a group that can be dissociated by an acid generated from the acid generator (acid dissociation group) Therefore, the sulfonium salt represented by the formula (1) can be made into a chemically amplified photosensitive composition by dissolving in a solvent. In the sulfonium salt represented by the formula (1), the group represented by the formula (3) or the group represented by the formula (4) may not be introduced, but the group represented by the formula (3) And solubility can be adjusted by introduce | transducing group represented by Formula (4). When introducing the group represented by the formula (3) or the group represented by the formula (4), about 1 to 3 equivalents are respectively preferable with respect to the sulfonium salt represented by the formula (1). W represents CO, SO 2 or an ether bond.
そして、上記式(2)で表される基において、R3は直鎖もしくは分岐の炭素数2〜9の2価の有機基で、R4〜R7はそれぞれ独立に水素原子、又は、直鎖もしくは分岐の炭素数1〜3の有機基である。また、R8及びR9はそれぞれ独立に有機基である。この有機基の例として、直鎖、分岐もしくは脂環式の構造のアルキル基が挙げられる。また有機基の例として、炭素環式アリール基や複素環式アリール基が挙げられる。好ましい有機基は炭素環式アリール基であり、特に好ましい有機基はフェニル基、メチルフェニル基及びt−ブチルフェニル基である。上記の炭素環式アリール基や複素環式アリール基は、炭素数1〜30の置換基を有するものであってもよい。炭素数1〜30の置換基としては、炭素数1〜30の有機基又はアルコキシ基が好ましい。置換基である炭素数1〜30の有機基としては、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、sec−ブチル基、t−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、t−アミル基、デカニル基、ドデカニル基、ヘキサデカニル基等のアルキル基や、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロオクチル基、シクロドデカニル基及びシクロヘキサデカニル基及びアダマンチル基等の脂環式アルキル基や、フェニル基及びナフチル基等のアリール基が挙げられる。また、置換基である炭素数1〜30のアルコキシ基としては、例えばメトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基、sec−ブトキシ基、t−ブトキシ基、ペンチルオキシ基、t−アミロキシ基、n−ヘキシロキシ基、n−オクチルオキシ基、n−ドデカンオキシ基及び1−アダマンチルオキシ基等が挙げられる。 In the group represented by the formula (2), R 3 is a linear or branched divalent organic group having 2 to 9 carbon atoms, and R 4 to R 7 are each independently a hydrogen atom or a direct group. It is a chain or branched organic group having 1 to 3 carbon atoms. R 8 and R 9 are each independently an organic group. Examples of the organic group include a linear, branched or alicyclic alkyl group. Examples of organic groups include carbocyclic aryl groups and heterocyclic aryl groups. Preferred organic groups are carbocyclic aryl groups, and particularly preferred organic groups are phenyl group, methylphenyl group and t-butylphenyl group. Said carbocyclic aryl group and heterocyclic aryl group may have a C1-C30 substituent. As a C1-C30 substituent, a C1-C30 organic group or an alkoxy group is preferable. Examples of the organic group having 1 to 30 carbon atoms as a substituent include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, a sec-butyl group, a t-butyl group, a pentyl group, a hexyl group, and a heptyl group. Group, octyl group, t-amyl group, decanyl group, dodecanyl group, hexadecanyl group and other alkyl groups, cyclopropyl group, cyclopentyl group, cyclohexyl group, cyclooctyl group, cyclododecanyl group, cyclohexadecanyl group and adamantyl And alicyclic alkyl groups such as a group, and aryl groups such as a phenyl group and a naphthyl group. Examples of the alkoxy group having 1 to 30 carbon atoms as a substituent include a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, an isopropoxy group, an n-butoxy group, an isobutoxy group, a sec-butoxy group, a t-butoxy group, and pentyl. Examples thereof include an oxy group, a t-amyloxy group, an n-hexyloxy group, an n-octyloxy group, an n-dodecanoxy group, and a 1-adamantyloxy group.
また、R8及びR9は、互いに結合して環を形成してもよく、この場合には、上記炭素骨格を含む2価の有機基:−R8−R9−となる。このような2価の有機基としては、R8及びR9が飽和炭素骨格を有してつながった炭素数3〜9の脂環式アルキル基が挙げられる。その脂環式アルキル基のうち好ましいものの例として、テトラメチレン基、ペンタメチレン基等のポリメチレン基が挙げられる。一般に、2価の有機基−R8−R9−がSとともに形成する環は、好ましくは4員環〜8員環、より好ましくは5員環〜6員環を構成するとよい。 R 8 and R 9 may be bonded to each other to form a ring. In this case, the divalent organic group containing the carbon skeleton is —R 8 —R 9 —. Examples of such a divalent organic group include an alicyclic alkyl group having 3 to 9 carbon atoms in which R 8 and R 9 are connected with a saturated carbon skeleton. Preferred examples of the alicyclic alkyl group include polymethylene groups such as a tetramethylene group and a pentamethylene group. In general, the ring formed by the divalent organic group —R 8 —R 9 — together with S is preferably a 4- to 8-membered ring, more preferably a 5- to 6-membered ring.
また、式(3)のR10は、直鎖、環状もしくは分岐の炭素数1〜20のアルキル基、又は、置換基を有してよい炭素数6〜30の芳香族基を表す。それらのアルキル基及び芳香族基のうち好ましいものは、脂環式アルキル基及び炭素環式アリール基であり、特に好ましいものは、シクロヘキシル基、トリシクロデカニル基、アダマンチル基、フェニル基、ナフチル基及びジフェニルメチル基が挙げられる。上記の炭素環式アリール基は、炭素数1〜24の置換基を有するものであってもよい。炭素数1〜24の置換基としては、炭素数1〜24の有機基又はアルコキシ基が好ましい。置換基である炭素数1〜24の有機基としては、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、sec−ブチル基、t−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、t−アミル基、デカニル基、ドデカニル基及びヘキサデカニル基等のアルキル基や、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロオクチル基、シクロドデカニル基、シクロヘキサデカニル基及びアダマンチル基等の脂環式アルキル基や、フェニル基及びナフチル基等のアリール基が挙げられる。また、置換基である炭素数1〜24のアルコキシ基としては、例えばメトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基、sec−ブトキシ基、t−ブトキシ基、ペンチルオキシ基、t−アミロキシ基、n−ヘキシロキシ基、n−オクチルオキシ基、n−ドデカンオキシ基及び1−アダマンチルオキシ基等が挙げられる。 R 10 in the formula (3) represents a linear, cyclic or branched alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, or an aromatic group having 6 to 30 carbon atoms which may have a substituent. Among these alkyl groups and aromatic groups, preferred are alicyclic alkyl groups and carbocyclic aryl groups, and particularly preferred are cyclohexyl group, tricyclodecanyl group, adamantyl group, phenyl group, naphthyl group. And a diphenylmethyl group. The carbocyclic aryl group may have a substituent having 1 to 24 carbon atoms. As a C1-C24 substituent, a C1-C24 organic group or an alkoxy group is preferable. Examples of the substituted organic group having 1 to 24 carbon atoms include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, a sec-butyl group, a t-butyl group, a pentyl group, a hexyl group, and a heptyl group. Group, octyl group, t-amyl group, decanyl group, dodecanyl group, hexadecanyl group and other alkyl groups, cyclopropyl group, cyclopentyl group, cyclohexyl group, cyclooctyl group, cyclododecanyl group, cyclohexadecanyl group and adamantyl group And alicyclic alkyl groups such as a group, and aryl groups such as a phenyl group and a naphthyl group. Examples of the substituted alkoxy group having 1 to 24 carbon atoms include methoxy group, ethoxy group, propoxy group, isopropoxy group, n-butoxy group, isobutoxy group, sec-butoxy group, t-butoxy group, and pentyl. Examples thereof include an oxy group, a t-amyloxy group, an n-hexyloxy group, an n-octyloxy group, an n-dodecanoxy group, and a 1-adamantyloxy group.
式(2)中、X−で表される陰イオンは特に限定されず、従来から光酸発生剤に用いられている陰イオンとすることができる。陰イオンの例として、上記式(5)で表される陰イオン、上記式(6)で表される陰イオン又は上記式(7)で表される陰イオン(シクロ1,3−パーフルオロプロパンジスルホンイミドイオン)が挙げられる。また、その他のX−で表される陰イオンとしては、Cl−、Br−及びI−等のハロゲン化物イオン、BF4 −(テトラフルオロボレートイオン)、AsF6 −(ヘキサフルオロアルセネートイオン)、SbF6 −(ヘキサフルオロアンチモネートイオン)及びPF6 −(ヘキサフルオロホスフェートイオン)等のフッ素化物イオン等の無機陰イオンが挙げられる。 In formula (2), the anion represented by X − is not particularly limited, and can be an anion conventionally used for a photoacid generator. Examples of the anion include an anion represented by the above formula (5), an anion represented by the above formula (6), or an anion represented by the above formula (7) (cyclo 1,3-perfluoropropane. Disulfonimide ion). Other anions represented by X − include halide ions such as Cl − , Br − and I − , BF 4 − (tetrafluoroborate ion), AsF 6 − (hexafluoroarsenate ion), SbF 6 - (hexafluoroantimonate ion) and PF 6 - (hexafluorophosphate ion) inorganic anions of fluoride ions, etc., and the like.
式(5)において、k、m及びnはそれぞれ独立に0以上の整数を表し、mが0の場合には、kは1〜8の整数、nは2k+1であり、式(5)はパーフルオロアルキルスルホネートイオンである。好適なパーフルオロアルキルスルホネートイオンの例として、CF3SO3 −(トリフルオロメタンスルホネートイオン)、C4F9SO3 −(ノナフルオロブタンスルホネートイオン)及びC8F17SO3 −(ヘプタデカフルオロオクタンスルホネートイオン)等が挙げられる。 In Formula (5), k, m, and n each independently represent an integer of 0 or more. When m is 0, k is an integer of 1 to 8, n is 2k + 1, and Formula (5) It is a fluoroalkylsulfonate ion. Examples of suitable perfluoroalkyl sulfonate ion, CF 3 SO 3 - (trifluoromethanesulfonate ion), C 4 F 9 SO 3 - ( nonafluorobutanesulfonate ion) and C 8 F 17 SO 3 - (heptadecafluorooctanesulfonic Sulfonate ion) and the like.
また、式(5)において、nが0の場合には、kは1〜15の整数、mは1以上の整数であり、式(5)はアルキルスルホネートイオン、ベンゼンスルホネートイオン又はアルキルベンゼンスルホネートイオンである。アルキルスルホネートイオンの場合には、mは2k+1で示される。好適なアルキルスルホネートイオンの例として、CH3SO3 −(メタンスルホネートイオン)、C2H5SO3 −(エタンスルホネートイオン)、C9H19SO3 −(1−ノナンスルホネートイオン)等や、橋架け環式アルキルスルホネートイオン、例えば、10−カンファースルホネートイオン等が挙げられる。また、好適なアルキルベンゼンスルホネートイオンの例として、4―メチルベンゼンスルホネートイオンや2,4,6−トリイソプロピルベンゼンスルホネートイオン等が挙げられる。 In the formula (5), when n is 0, k is an integer of 1 to 15, m is an integer of 1 or more, and the formula (5) is an alkyl sulfonate ion, a benzene sulfonate ion or an alkyl benzene sulfonate ion. is there. In the case of alkyl sulfonate ions, m is represented by 2k + 1. Examples of suitable alkyl sulfonate ion, CH 3 SO 3 - (methanesulfonate ion), C 2 H 5 SO 3 - or (1-nonanoic sulfonate ion), etc., - (ethane sulfonate ion), C 9 H 19 SO 3 Examples include bridged cyclic alkyl sulfonate ions such as 10-camphor sulfonate ions. Examples of suitable alkylbenzenesulfonate ions include 4-methylbenzenesulfonate ion and 2,4,6-triisopropylbenzenesulfonate ion.
さらに、式(5)において、m及びnがそれぞれ独立に1以上の整数の場合には、kは1〜10の整数であり、式(5)はフッ素置換ベンゼンスルホネートイオン、フッ素置換アルキルベンゼンスルホネートイオン又はフッ素置換アルキルスルホネートイオンである。好適なフッ素置換ベンゼンスルホネートイオンの例として、2−フルオロベンゼンスルホネートイオン、4−フルオロベンゼンスルホネートイオン、2,4−ジフルオロベンゼンスルホネートイオン及びペンタフルオロベンゼンスルホネートイオン等が挙げられる。また、好適なフッ素置換アルキルベンゼンスルホネートイオンの例として、2−トリフルオロメチルベンゼンスルホネートイオン、4−トリフルオロメチルベンゼンスルホネートイオン、2,4−ビス(トリフルオロメチル)ベンゼンスルホネートイオン及び3,5−ビス(トリフルオロメチル)ベンゼンスルホネートイオン等を挙げることができる。さらに、フッ素置換アルキルスルホネートの好適な例として、1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロパンスルホネートイオンが挙げられる。 Further, in the formula (5), when m and n are each independently an integer of 1 or more, k is an integer of 1 to 10, and the formula (5) is a fluorine-substituted benzenesulfonate ion or a fluorine-substituted alkylbenzenesulfonate ion. Or a fluorine-substituted alkylsulfonate ion. Examples of suitable fluorine-substituted benzenesulfonate ions include 2-fluorobenzenesulfonate ion, 4-fluorobenzenesulfonate ion, 2,4-difluorobenzenesulfonate ion, and pentafluorobenzenesulfonate ion. Also, examples of suitable fluorine-substituted alkylbenzenesulfonate ions include 2-trifluoromethylbenzenesulfonate ion, 4-trifluoromethylbenzenesulfonate ion, 2,4-bis (trifluoromethyl) benzenesulfonate ion, and 3,5-bis (Trifluoromethyl) benzenesulfonate ion and the like can be mentioned. Furthermore, as a suitable example of the fluorine-substituted alkyl sulfonate, 1,1,2,3,3,3-hexafluoropropane sulfonate ion may be mentioned.
一方、式(6)で表される陰イオンは、ビス(パーフルオロアルキルスルホン)イミドイオンであり、式中、pは1〜8の整数である。好適なビス(パーフルオロアルキルスルホン)イミドイオンの例として、ビス(トリフルオロメタンスルホン)イミドイオン及びビス(ペンタフルオロエタンスルホン)イミドイオン等が挙げられる。 On the other hand, the anion represented by Formula (6) is a bis (perfluoroalkylsulfone) imide ion, and p is an integer of 1 to 8. Examples of suitable bis (perfluoroalkylsulfone) imide ions include bis (trifluoromethanesulfone) imide ions and bis (pentafluoroethanesulfone) imide ions.
以上説明した本発明のスルホニウム塩は、活性放射線(例えば、ディープUV、電子線、X線、EUV)の照射により効率よく酸を発生する光酸発生剤としての機能を有する構造と、この酸発生剤から発生した酸で解離・分解する基とを有するため、式(1)で表されるスルホニウム塩は、有機溶媒に溶解させることにより容易に化学増幅型の感光性組成物とすることができる。したがって、酸発生剤とフォトレジストの主成分である酸解離基を有するポリマーとの相溶性が悪いという問題を生じずに、良好な形状のパターンを得ることができるという効果を奏する。 The sulfonium salt of the present invention described above has a structure having a function as a photoacid generator that efficiently generates an acid upon irradiation with actinic radiation (for example, deep UV, electron beam, X-ray, EUV), and the acid generation. The sulfonium salt represented by formula (1) can be easily made into a chemically amplified photosensitive composition by dissolving it in an organic solvent. . Therefore, there is an effect that a pattern having a good shape can be obtained without causing the problem of poor compatibility between the acid generator and the polymer having an acid dissociable group which is the main component of the photoresist.
本発明のスルホニウム塩の製造方法は特に限定されないが、例えば、下記式(A)で表されるフェノール化合物と下記式(12)とを反応させることにより製造することができる。以下に製造方法の一例を示す。 Although the manufacturing method of the sulfonium salt of this invention is not specifically limited, For example, it can manufacture by making the phenolic compound represented by following formula (A) react with following formula (12). An example of a manufacturing method is shown below.
まず、下記反応式に示すように、メタンスルホン酸(CH3SO3H)中で、五酸化ニリン(P2O5)を触媒として、式(8)で表される化合物にジアルキルスルホキシドを反応させ、式(9)で表される化合物(メタンスルホン酸塩)を得る。なお、ジアルキルスルホキシドは、ジアルキルスルフィドを過酸化水素で酸化することにより容易に得ることができる。また、触媒である五酸化ニリンは、式(8)で表される化合物1モルに対して、0.1〜3.0モル、好ましくは0.5〜1.5モル用いる。メタンスルホン酸は、式(8)で表される化合物1モルに対して、1〜10モル、好ましくは4〜6モル用いる。反応温度は、通常0〜50℃、好ましくは10〜30℃であり、反応時間は、通常1〜15時間、好ましくは3〜8時間である。反応終了後、水を添加することにより反応を停止させる。 First, as shown in the following reaction formula, a compound represented by formula (8) is reacted with dialkyl sulfoxide in methanesulfonic acid (CH 3 SO 3 H) using niline pentoxide (P 2 O 5 ) as a catalyst. To obtain a compound (methanesulfonate) represented by the formula (9). Dialkyl sulfoxide can be easily obtained by oxidizing a dialkyl sulfide with hydrogen peroxide. In addition, niline pentoxide as a catalyst is used in an amount of 0.1 to 3.0 mol, preferably 0.5 to 1.5 mol, per 1 mol of the compound represented by the formula (8). Methanesulfonic acid is used in an amount of 1 to 10 mol, preferably 4 to 6 mol, per 1 mol of the compound represented by formula (8). The reaction temperature is usually 0 to 50 ° C., preferably 10 to 30 ° C., and the reaction time is usually 1 to 15 hours, preferably 3 to 8 hours. After completion of the reaction, the reaction is stopped by adding water.
次に、下記反応式に示すように、式(9)で表される化合物のCH3SO3 −をX−で塩交換する。なお、下記反応式中、M+は一価の金属イオンを表す。具体的には、式(9)で表される化合物の水溶液に、X−、例えば、上記式(5)、式(6)又は式(7)を含む各種酸H+X−あるいは塩M+X−を、式(8)で表される化合物1モルに対して1〜2モル、好ましくは1.05〜1.2モルを加える。反応溶媒としては、塩素系溶媒、例えばジクロロメタン、クロロホルム等を用いるのが好ましい。また、反応温度は、通常10〜50℃、好ましくは20〜30℃である。反応終了後、水層を分離し、更に有機層を水で洗浄する。洗浄終了後、適当な溶媒で結晶化させることにより、式(9)で表される化合物を得ることができる。なお、式(8)で表される化合物を生成した後反応溶液にヨウ化カリウムを加え、式(9)で表される化合物をヨウ素イオンに塩交換することにより固体として取り出し、精製後、精製物についてX−で塩交換してもよく、また精製物について、スルホン酸エステルを用いて塩交換してもよい。 Next, as shown in the following reaction formula, CH 3 SO 3 — of the compound represented by formula (9) is subjected to salt exchange with X − . In the following reaction formula, M + represents a monovalent metal ion. Specifically, in an aqueous solution of the compound represented by the formula (9), X − , for example, various acids H + X − or the salt M + containing the above formula (5), formula (6) or formula (7). X - a, 1-2 moles per mole of the compound represented by the formula (8), preferably added 1.05-1.2 mole. As the reaction solvent, it is preferable to use a chlorinated solvent such as dichloromethane or chloroform. Moreover, reaction temperature is 10-50 degreeC normally, Preferably it is 20-30 degreeC. After completion of the reaction, the aqueous layer is separated and the organic layer is washed with water. After completion of washing, the compound represented by the formula (9) can be obtained by crystallization with an appropriate solvent. In addition, after producing | generating the compound represented by Formula (8), potassium iodide was added to the reaction solution, and the compound represented by Formula (9) was taken out as a solid by carrying out salt exchange to an iodine ion, and refine | purified after refinement | purification for X objects - in may be salt exchange, also for the purified product may be salt exchange with a sulfonic acid ester.
その後、下記反応式に示すように、式(10)で表される化合物と式(11)で表される化合物とを用いて脱ハロゲン化水素反応を行わせることにより、式(12)で表される化合物を得ることができる。なお、下記反応式中YはCl及びBr等のハロゲン原子を表す。具体的には、例えば、極性溶媒中で炭酸カリウム(K2O3)等の塩基性触媒の存在下で式(10)で表される化合物と式(11)で表される化合物とを反応させる。反応温度は通常60〜90℃とする。反応終了後、溶媒を留去することにより、式(12)で表される化合物を得ることができる。なお、式(8)〜式(11)の化合物は、市販されているものを用いることもできる。 Thereafter, as shown in the following reaction formula, a dehydrohalogenation reaction is performed using the compound represented by the formula (10) and the compound represented by the formula (11), thereby expressing the formula (12). Can be obtained. In the following reaction formula, Y represents a halogen atom such as Cl and Br. Specifically, for example, a compound represented by formula (10) and a compound represented by formula (11) are reacted in the presence of a basic catalyst such as potassium carbonate (K 2 O 3 ) in a polar solvent. Let The reaction temperature is usually 60 to 90 ° C. The compound represented by Formula (12) can be obtained by distilling a solvent off after completion | finish of reaction. In addition, what is marketed can also be used for the compound of Formula (8)-Formula (11).
この式(12)で表される化合物と、下記式(A)で表されるフェノール化合物とを有機溶媒中において酸性触媒下で反応させると、式(A)で表されるフェノール化合物の−OHと式(12)で表される化合物の二重結合部位とが反応して、上記式(1)で表されるスルホニウム塩を製造することができる。酸性触媒としては、塩酸、硫酸、ギ酸、酢酸、シュウ酸及びトリフルオロ酢酸等を用いることができる。有機溶媒としては、テトラヒドロフラン(THF)、1,3―ジオキソラン及び1,3―ジオキサン等のエーテル類や、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のプロピレングリコールモノアルキルエーテル類を用いることができる。また、上記式(A)で表されるフェノール化合物の具体例としては、下記式(a−1)〜(a−21)に表されるフェノール化合物が挙げられる。 When the compound represented by the formula (12) and the phenol compound represented by the following formula (A) are reacted in an organic solvent under an acidic catalyst, —OH of the phenol compound represented by the formula (A) Can react with the double bond site of the compound represented by the formula (12) to produce the sulfonium salt represented by the above formula (1). As the acidic catalyst, hydrochloric acid, sulfuric acid, formic acid, acetic acid, oxalic acid, trifluoroacetic acid and the like can be used. As the organic solvent, ethers such as tetrahydrofuran (THF), 1,3-dioxolane and 1,3-dioxane, and propylene glycol monoalkyl ethers such as propylene glycol monomethyl ether acetate can be used. Specific examples of the phenol compound represented by the above formula (A) include phenol compounds represented by the following formulas (a-1) to (a-21).
また、式(3)で表される基は、上記式(A)で表されるフェノール化合物に下記式(13)で表されるビニルエーテルを、1,3−ジオキソラン、プロピレングリコールモノメチルエーテル等の有機溶媒中において酸性触媒の存在下で付加反応させることにより導入することができる。酸性触媒としては、塩酸、硫酸、ギ酸、酢酸、シュウ酸及びトリフルオロ酢酸等を用いることができる。 In addition, the group represented by the formula (3) is an organic compound such as 1,3-dioxolane, propylene glycol monomethyl ether, or the like, by adding a vinyl ether represented by the following formula (13) to the phenol compound represented by the above formula (A). It can introduce | transduce by carrying out an addition reaction in presence of an acidic catalyst in a solvent. As the acidic catalyst, hydrochloric acid, sulfuric acid, formic acid, acetic acid, oxalic acid, trifluoroacetic acid and the like can be used.
また、式(4)で表される基は、下記式(14)で表されるジ−t−ブチルジカーボネートと上記式(A)で表されるフェノール化合物とを、1,3−ジオキソラン等の有機溶媒中において塩基性触媒存在下で反応させることにより導入することができる。塩基性触媒としては、トリエチルアミン、ピリジン及び4−ジメチルアミノピリジン等が挙げられる。なお、上記式(12)で表される化合物と、必要に応じて上記式(13)で表される化合物や下記式(14)で表される化合物と、上記式(A)で表されるフェノール化合物とを反応させる順番は特に限定されず、また、同時に反応させてもよい。 In addition, the group represented by the formula (4) includes di-t-butyl dicarbonate represented by the following formula (14) and a phenol compound represented by the above formula (A), 1,3-dioxolane, etc. It can introduce | transduce by making it react in an organic solvent in presence of a basic catalyst. Examples of the basic catalyst include triethylamine, pyridine, 4-dimethylaminopyridine and the like. The compound represented by the above formula (12), the compound represented by the above formula (13) or the compound represented by the following formula (14), if necessary, and the above formula (A). The order in which the phenol compound is reacted is not particularly limited, and may be reacted simultaneously.
以下に、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこれらの例によって何ら限定されるものではない。
(合成例1)
下記式で表される化合物(4−ビニロキシエトキシフェニルジフェニルスルホニウムパーフルオロブタンスルホン酸塩)の合成:
Hereinafter, the present invention will be described based on examples, but the present invention is not limited to these examples.
(Synthesis Example 1)
Synthesis of a compound represented by the following formula (4-vinyloxyethoxyphenyldiphenylsulfonium perfluorobutanesulfonate):
五酸化二リン1.55g及びジフェニルスルホキシド4.28gをメタンスルホン酸20.3gに溶解した後、フェノール3.00gを加えて室温で15時間攪拌した。30℃以下の温度を保ちながら水を65g滴下し、t−ブチルメチルエーテル22gで3回水層を洗浄した後、メチルイソブチルケトン22g及びパーフルオロブタンスルホン酸カリウム7.87gを加えて2時間攪拌した。攪拌を止め、分離した水層を取り除いた後、0.1重量%アンモニア水溶液22gを加え攪拌した。次に有機層を純水で洗浄し、これを分離した水層のpHが7になるまで繰り返した。ロータリーエバポレーターで溶剤を留去することにより、4−ヒドロキシフェニルジフェニルスルホニウム パーフルオロブタンスルホン酸塩10.0gを得た。 After dissolving 1.55 g of diphosphorus pentoxide and 4.28 g of diphenyl sulfoxide in 20.3 g of methanesulfonic acid, 3.00 g of phenol was added and stirred at room temperature for 15 hours. 65 g of water was dropped while maintaining the temperature at 30 ° C. or lower, and the aqueous layer was washed 3 times with 22 g of t-butyl methyl ether. did. After stirring was stopped and the separated aqueous layer was removed, 22 g of a 0.1 wt% aqueous ammonia solution was added and stirred. Next, the organic layer was washed with pure water, and this was repeated until the pH of the separated aqueous layer reached 7. By distilling off the solvent with a rotary evaporator, 10.0 g of 4-hydroxyphenyldiphenylsulfonium perfluorobutanesulfonate was obtained.
次に、4−ヒドロキシフェニルジフェニルスルホニウム パーフルオロブタンスルホン酸塩10.0g、炭酸カリウム3.45g及びN,N,N´,N´−テトラメチルエチレンジアミン0.2gをジメチルスルホキシド50gに溶解した。その後クロロエチルビニルエーテルを2.66g添加し80℃まで昇温した。15時間撹拌し、反応液を30℃以下に冷却した。濾過により固形分を取り除いた後、濾液に水を25g加えた。ヘキサン30gを用いて水層を3回洗浄し、ジクロロメタン40g及び水50gを加え攪拌し、ジクロロメタン層に目的物を抽出した。分離した水層のpHが7になるまで純水で有機層の洗浄を繰り返した。ロータリーエバポレーターで溶剤を留去することにより、油状の物質9.00gを得た。この物質は、1H NMR及びイオンクロマトグラフィによる測定結果から、4−ビニロキシエトキシフェニルジフェニルスルホニウム パーフルオロブタンスルホン酸塩であることを確認した。
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ4.05−4.08(m,3H),4.24(d,J=7.4,2.4Hz,1H),4.31−4.33(m,2H),6.49(dd,J=14.4,7.4Hz,1H),7.24(d,J=6.8Hz,2H),7.64−7.74(m,12H)
Next, 10.0 g of 4-hydroxyphenyldiphenylsulfonium perfluorobutanesulfonate, 3.45 g of potassium carbonate, and 0.2 g of N, N, N ′, N′-tetramethylethylenediamine were dissolved in 50 g of dimethyl sulfoxide. Thereafter, 2.66 g of chloroethyl vinyl ether was added and the temperature was raised to 80 ° C. The mixture was stirred for 15 hours, and the reaction solution was cooled to 30 ° C or lower. After removing the solid content by filtration, 25 g of water was added to the filtrate. The aqueous layer was washed 3 times with 30 g of hexane, 40 g of dichloromethane and 50 g of water were added and stirred, and the target product was extracted into the dichloromethane layer. The organic layer was repeatedly washed with pure water until the pH of the separated aqueous layer reached 7. The solvent was distilled off with a rotary evaporator to obtain 9.00 g of an oily substance. This substance was confirmed to be 4-vinyloxyethoxyphenyldiphenylsulfonium perfluorobutanesulfonate from the results of measurement by 1 H NMR and ion chromatography.
1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ) δ 4.05-4.08 (m, 3H), 4.24 (d, J = 7.4, 2.4 Hz, 1H), 4.31-4.33 (m , 2H), 6.49 (dd, J = 14.4, 7.4 Hz, 1H), 7.24 (d, J = 6.8 Hz, 2H), 7.64-7.74 (m, 12H)
(合成例2)
下記式で表される化合物(4−ビニロキシエトキシ−3,5−ジメチルフェニルジ(4−t−ブチルフェニル)スルホニウム シクロ(1,3−パーフルオロプロパンジスルホン)イミド塩)の合成:
(Synthesis Example 2)
Synthesis of a compound represented by the following formula (4-vinyloxyethoxy-3,5-dimethylphenyldi (4-t-butylphenyl) sulfonium cyclo (1,3-perfluoropropanedisulfone) imide salt):
五酸化二リン3.10g及びビス(4−t−ブチルフェニル)スルホキシド13.3gをメタンスルホン酸40.5gに溶解した後、2,6−キシレノール7.76gを加えて室温で15時間攪拌した。30℃以下の温度を保ちながら水130gを滴下し、t−ブチルメチルエーテル45gで3回水層を洗浄した後、メチルイソブチルケトン45g及びシクロ1,3−パーフルオロプロパンジスルホンイミドカリウム塩15.4gを加えて2時間攪拌した。攪拌を止め、分離した水層を取り除いた後、0.1重量%アンモニア水溶液45gを加え攪拌した。次に有機層を純水で洗浄し、これを分離した水層のpHが7になるまで繰り返した。ロータリーエバポレーターで溶剤を留去することにより、4−ヒドロキシ−3,5−ジメチルフェニルジ(4−t−ブチルフェニル)スルホニウム シクロ(1,3−パーフルオロプロパンジスルホン)イミド塩23.2gを得た。 After dissolving 3.10 g of diphosphorus pentoxide and 13.3 g of bis (4-t-butylphenyl) sulfoxide in 40.5 g of methanesulfonic acid, 7.76 g of 2,6-xylenol was added and stirred at room temperature for 15 hours. . While maintaining a temperature of 30 ° C. or less, 130 g of water was added dropwise, and the aqueous layer was washed three times with 45 g of t-butyl methyl ether, and then 45 g of methyl isobutyl ketone and 15.4 g of cyclo1,3-perfluoropropane disulfonimide potassium salt. And stirred for 2 hours. After stirring was stopped and the separated aqueous layer was removed, 45 g of a 0.1 wt% aqueous ammonia solution was added and stirred. Next, the organic layer was washed with pure water, and this was repeated until the pH of the separated aqueous layer reached 7. By distilling off the solvent with a rotary evaporator, 23.2 g of 4-hydroxy-3,5-dimethylphenyldi (4-t-butylphenyl) sulfonium cyclo (1,3-perfluoropropanedisulfone) imide salt was obtained. .
この褐色油状の4−ヒドロキシ−3,5−ジメチルフェニルジ(4−t−ブチルフェニル)スルホニウム シクロ(1,3−パーフルオロプロパンジスルホン)イミド塩16.0g、炭酸カリウム4.7g及びN,N,N´,N´−テトラメチルエチレンジアミン0.33gをジメチルスルホキシド80gに溶解した。その後クロロエチルビニルエーテルを3.66g添加し80℃まで昇温した。15時間撹拌し、反応液を30℃以下に冷却した。濾過により固形分を取り除いた後、水を40g加え、ヘキサン30gを用いて水層を3回洗浄した。ジクロロメタン60g及び水120gを加え攪拌し、ジクロロメタン層に目的物を抽出した。分離した水層のpHが7になるまで純水で有機層の洗浄を繰り返した。ロータリーエバポレーターで溶剤を留去することにより、油状の物質14.4gを得た。この物質は、1H NMR及びイオンクロマトグラフィによる測定結果から、4−ビニロキシエトキシ−3,5−ジメチルフェニルジ(4−t−ブチルフェニル)スルホニウム シクロ(1,3−パーフルオロプロパンジスルホン)イミド塩であることが確認された。
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ1.35(s,18H),2.36(s,6H),4.02−4.08(m,3H),4.12−4.14(m,2H),4.25(d,J=14.3,6.1Hz,1H),6.50(dd,J=14.3,6.6Hz,1H),7.35(s,2H),7.59−7.75(m,8H)
This brown oily 4-hydroxy-3,5-dimethylphenyldi (4-t-butylphenyl) sulfonium cyclo (1,3-perfluoropropanedisulfone) imide salt 16.0 g, potassium carbonate 4.7 g and N, N , N ′, N′-tetramethylethylenediamine was dissolved in 80 g of dimethyl sulfoxide. Thereafter, 3.66 g of chloroethyl vinyl ether was added and the temperature was raised to 80 ° C. The mixture was stirred for 15 hours, and the reaction solution was cooled to 30 ° C or lower. After removing the solid content by filtration, 40 g of water was added, and the aqueous layer was washed 3 times with 30 g of hexane. 60 g of dichloromethane and 120 g of water were added and stirred, and the target product was extracted into the dichloromethane layer. The organic layer was repeatedly washed with pure water until the pH of the separated aqueous layer reached 7. The solvent was distilled off with a rotary evaporator to obtain 14.4 g of an oily substance. This substance was obtained from the measurement results by 1 H NMR and ion chromatography, based on 4-vinyloxyethoxy-3,5-dimethylphenyldi (4-t-butylphenyl) sulfonium cyclo (1,3-perfluoropropanedisulfone) imide salt. It was confirmed that.
1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ) δ 1.35 (s, 18H), 2.36 (s, 6H), 4.02-4.08 (m, 3H), 4.12-4.14 (m, 2H), 4.25 (d, J = 14.3, 6.1 Hz, 1H), 6.50 (dd, J = 14.3, 6.6 Hz, 1H), 7.35 (s, 2H), 7.59-7.75 (m, 8H)
(合成例3)
下記式で表される化合物(4−ビニロキシオクトキシフェニルジフェニルスルホニウムビス(パーフルオロメタンスルホン)イミド塩)の合成:
(Synthesis Example 3)
Synthesis of a compound represented by the following formula (4-vinyloxyoctoxyphenyldiphenylsulfonium bis (perfluoromethanesulfone) imide salt):
五酸化二リン1.55g、ジフェニルスルホキシド4.28gをメタンスルホン酸20.3gに溶解した後、フェノール3.00gを加えて室温で15時間攪拌した。30℃以下の温度を保ちながら水を65g滴下し、t−ブチルメチルエーテル22gで3回水層を洗浄した後、メチルイソブチルケトン22g及びビス(パーフルオロメタンスルホン)イミドカリウム塩7.43gを加えて2時間攪拌した。攪拌を止め、分離した水層を取り除いた後、0.1重量%アンモニア水溶液22gを加え攪拌した。次に有機層を純水で洗浄し、これを分離した水層のpHが7になるまで繰り返した。ロータリーエバポレーターで溶剤を留去することにより、4−ヒドロキシフェニルジフェニルスルホニウム ビス(パーフルオロメタンスルホン)イミド塩11.0gを得た。 After dissolving 1.55 g of diphosphorus pentoxide and 4.28 g of diphenyl sulfoxide in 20.3 g of methanesulfonic acid, 3.00 g of phenol was added and stirred at room temperature for 15 hours. 65 g of water was dropped while maintaining the temperature at 30 ° C. or lower, and after washing the aqueous layer 3 times with 22 g of t-butyl methyl ether, 22 g of methyl isobutyl ketone and 7.43 g of bis (perfluoromethanesulfone) imide potassium salt were added. And stirred for 2 hours. After stirring was stopped and the separated aqueous layer was removed, 22 g of a 0.1 wt% aqueous ammonia solution was added and stirred. Next, the organic layer was washed with pure water, and this was repeated until the pH of the separated aqueous layer reached 7. By distilling off the solvent with a rotary evaporator, 11.0 g of 4-hydroxyphenyldiphenylsulfonium bis (perfluoromethanesulfone) imide salt was obtained.
次に、8−クロロ−1−オクタノール1.23g、炭酸ナトリウム0.47g、ジ−μ−クロロビス[η−シクロオクタジエンイリジウム(I)]0.47g及び酢酸ビニル1.31gをトルエン6.15gに加え100℃で4時間攪拌した。室温まで冷却後、溶媒を留去し、溶媒としてヘキサンとジクロロメタンとの混合溶媒(ヘキサンとジクロロメタンとの体積比は2:1)を用いたカラムクロマトグラフィーで精製することにより、無色透明液体の8−クロロオクチルビニルエーテル1.16gを得た。 Next, 1.23 g of 8-chloro-1-octanol, 0.47 g of sodium carbonate, 0.47 g of di-μ-chlorobis [η-cyclooctadieniridium (I)] and 1.31 g of vinyl acetate were added to 6.15 g of toluene. And stirred at 100 ° C. for 4 hours. After cooling to room temperature, the solvent was distilled off and purified by column chromatography using a mixed solvent of hexane and dichloromethane (volume ratio of hexane and dichloromethane is 2: 1) as a solvent to obtain 8 -1.16 g of chlorooctyl vinyl ether was obtained.
得られた4−ヒドロキシフェニルジフェニルスルホニウム ビス(パーフルオロメタンスルホン)イミド塩2.60g、炭酸カリウム0.78g及びN,N,N´,N´−テトラメチルエチレンジアミン0.05gをジメチルスルホキシド13.3gに溶解した。その後8−クロロオクチルビニルエーテル1.05gを添加し80℃まで昇温した。15時間撹拌し、反応液を30℃以下に冷却した。濾過により固形分を取り除いた後、水を13.3g加え、ヘキサン7.96gを用いて水層を3回洗浄した。ジクロロメタン10.6g及び水10gを加え攪拌し、ジクロロメタン層に目的物を抽出した。分離した水層のpHが7になるまで純水で有機層の洗浄を繰り返した。ロータリーエバポレーターで溶剤を留去することにより、褐色油状の物質2.53gを得た。この物質は、1H NMR及びイオンクロマトグラフィによる測定結果から、4−ビニロキシオクトキシフェニルジフェニルスルホニウムビス(パーフルオロメタンスルホン)イミド塩であることが確認された。
1H NMR(400MHz,CDCl3) δ1.36−1.47(m,8H),1.64−1.67(m,2H),1.78−1.83(m,2H),3.67(t,J=6.6 Hz,2H),3.96(dd,J=6.8,2.0Hz,1H),4.04(t,J=6.6Hz,2H).4.16(dd,J=14.4,2.0Hz,1H),6.46(dd,J=14.4,6.8Hz,1H),7.16−7.19(m,2H),7.65−7.76(m,12H)
The resulting 4-hydroxyphenyldiphenylsulfonium bis (perfluoromethanesulfone) imide salt 2.60 g, potassium carbonate 0.78 g and N, N, N ′, N′-tetramethylethylenediamine 0.05 g were added to 13.3 g of dimethyl sulfoxide. Dissolved in. Thereafter, 1.05 g of 8-chlorooctyl vinyl ether was added and the temperature was raised to 80 ° C. The mixture was stirred for 15 hours, and the reaction solution was cooled to 30 ° C or lower. After removing the solid content by filtration, 13.3 g of water was added, and the aqueous layer was washed three times with 7.96 g of hexane. Dichloromethane (10.6 g) and water (10 g) were added and stirred, and the desired product was extracted into the dichloromethane layer. The organic layer was repeatedly washed with pure water until the pH of the separated aqueous layer reached 7. The solvent was distilled off with a rotary evaporator to obtain 2.53 g of a brown oily substance. This substance was confirmed to be 4-vinyloxyoctoxyphenyldiphenylsulfonium bis (perfluoromethanesulfone) imide salt from the measurement results by 1 H NMR and ion chromatography.
1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ) δ 1.36-1.47 (m, 8H), 1.64-1.67 (m, 2H), 1.78-1.83 (m, 2H), 3. 67 (t, J = 6.6 Hz, 2H), 3.96 (dd, J = 6.8, 2.0 Hz, 1H), 4.04 (t, J = 6.6 Hz, 2H). 4.16 (dd, J = 14.4, 2.0 Hz, 1H), 6.46 (dd, J = 14.4, 6.8 Hz, 1H), 7.16-7.19 (m, 2H) , 7.65-7.76 (m, 12H)
(実施例1)下記式(15)で表されるスルホニウム塩の合成 Example 1 Synthesis of a sulfonium salt represented by the following formula (15)
窒素雰囲気下、上記式(a−15)で表される2,3,4,4´−テトラヒドロキシベンゾフェノン3.00gと合成例1で得られた4−ビニロキシエトキシフェニルジフェニルスルホニウム パーフルオロブタンスルホン酸塩8.22gとをプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート60gに溶解し、共沸脱水をした。次いで、エチルビニルエーテル1.80gとトリフルオロ酢酸54μLとを添加して、30℃で18時間撹拌した。反応後、アンモニア水で中和し、酢酸エチル30gと純水30gとを加えて分液水洗を行った。同様の操作を3回行い、有機層を減圧留去で溶媒を除いた。濃縮物を、シリカゲルでカラム精製を行い、10.8gの粘性のある化合物を得た。1H−NMRの結果から、D1及びD2がH、上記式(16)又は上記式(17)で表される基の何れかである上記式(15)で表されるスルホニウム塩が得られ、2,3,4,4´−テトラヒドロキシベンゾフェノンに対して、上記式(17)で表される酸発生剤基が1.0当量、上記式(16)で表される基が1.8当量であることが確認された。 Under nitrogen atmosphere, 3.00 g of 2,3,4,4′-tetrahydroxybenzophenone represented by the above formula (a-15) and 4-vinyloxyethoxyphenyldiphenylsulfonium perfluorobutanesulfone obtained in Synthesis Example 1 The acid salt 8.22 g was dissolved in 60 g of propylene glycol monomethyl ether acetate and subjected to azeotropic dehydration. Next, 1.80 g of ethyl vinyl ether and 54 μL of trifluoroacetic acid were added, and the mixture was stirred at 30 ° C. for 18 hours. After the reaction, the reaction solution was neutralized with aqueous ammonia, and 30 g of ethyl acetate and 30 g of pure water were added to perform separation and washing with water. The same operation was performed 3 times, and the solvent was removed by distilling off the organic layer under reduced pressure. The concentrate was subjected to column purification with silica gel to obtain 10.8 g of a viscous compound. From the results of 1 H-NMR, a sulfonium salt represented by the above formula (15) in which D 1 and D 2 are H and is any one of the groups represented by the above formula (16) or the above formula (17) is obtained. The acid generator group represented by the above formula (17) is 1.0 equivalent with respect to 2,3,4,4′-tetrahydroxybenzophenone, and the group represented by the above formula (16) is 1. It was confirmed to be 8 equivalents.
(実施例2)下記式(18)で表されるスルホニウム塩の合成 (Example 2) Synthesis of a sulfonium salt represented by the following formula (18)
窒素雰囲気下、上記式(a−14)で表される2,3,4−トリヒドロキシベンゾフェノン2.30gと合成例2で得た4−ビニロキシエトキシ−3,5−ジメチルフェニルジ(4−t−ブチルフェニル)スルホニウム シクロ(1,3−パーフルオロプロパンジスルホン)イミド塩10.2gとをプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート70gに溶解し、共沸脱水で系中の水分を低減した。次いで、トリフルオロ酢酸70μLを添加して、30℃で4時間撹拌した。反応後、4−ジメチルアミノピリジン0.20gを添加し、ジ−t−ブチルジカーボネート3.36gを加えて30℃で12時間撹拌した。この反応液に、ジクロロメタン35gと純水35gとを加えて分液水洗を行った。同様の操作を3回行い、有機層を減圧留去で溶媒を除いた。濃縮物を、シリカゲルでカラム精製を行い、11.6gの粘性のある化合物を得た。1H−NMRの結果から、D1がH、上記式(19)で表される基及び上記式(20)で表される基の何れかである上記式(18)で表されるスルホニウム塩が得られ、2,3,4−トリヒドロキシベンゾフェノンに対して、上記式(20)で表される酸発生剤基が1.1当量、上記式(19)で表される基が1.4当量であることが確認された。 Under a nitrogen atmosphere, 2.30 g of 2,3,4-trihydroxybenzophenone represented by the above formula (a-14) and 4-vinyloxyethoxy-3,5-dimethylphenyldi (4- 10.2 g of t-butylphenyl) sulfonium cyclo (1,3-perfluoropropanedisulfone) imide salt was dissolved in 70 g of propylene glycol monomethyl ether acetate, and water in the system was reduced by azeotropic dehydration. Next, 70 μL of trifluoroacetic acid was added and stirred at 30 ° C. for 4 hours. After the reaction, 0.20 g of 4-dimethylaminopyridine was added, 3.36 g of di-t-butyl dicarbonate was added, and the mixture was stirred at 30 ° C. for 12 hours. To this reaction liquid, 35 g of dichloromethane and 35 g of pure water were added, followed by liquid separation and washing. The same operation was performed 3 times, and the solvent was removed by distilling off the organic layer under reduced pressure. The concentrate was subjected to column purification with silica gel to obtain 11.6 g of a viscous compound. From the result of 1 H-NMR, D 1 is H, the sulfonium salt represented by the above formula (18), which is any one of the group represented by the above formula (19) and the group represented by the above formula (20). The acid generator group represented by the above formula (20) is 1.1 equivalents relative to 2,3,4-trihydroxybenzophenone, and the group represented by the above formula (19) is 1.4. It was confirmed to be equivalent.
(実施例3)下記式(21)で表されるスルホニウム塩の合成 Example 3 Synthesis of a sulfonium salt represented by the following formula (21)
窒素雰囲気下、上記式(a−16)で表される2,3,4,2´,4´−ペンタヒドロキシベンゾフェノン3.17gと合成例3で得られた4−ビニロキシオクトキシフェニルジフェニルスルホニウムビス(パーフルオロメタンスルホン)イミド塩17.3gとをプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート65gに溶解し、共沸脱水をした。次いで、トリフルオロ酢酸70μLを添加して、30℃で28時間撹拌した。反応後、アンモニア水で中和し、ジクロロメタン32gと純水32gとを加えて分液水洗を行った。同様の操作を3回行い、有機層を減圧留去で溶媒を除いた。濃縮物を、シリカゲルでカラム精製を行い、15.4gの粘性のある化合物を得た。1H−NMRの結果から、D1及びD2がH又は上記式(22)で表される基である上記式(21)で表されるスルホニウム塩が得られ、2,3,4,2´,4´−ペンタヒドロキシベンゾフェノンに対して、上記式(22)で表される酸発生剤基が1.8当量であることが確認された。 Under a nitrogen atmosphere, 3.17 g of 2,3,4,2 ′, 4′-pentahydroxybenzophenone represented by the above formula (a-16) and 4-vinyloxyoctoxyphenyldiphenylsulfonium obtained in Synthesis Example 3 Bis (perfluoromethanesulfone) imide salt (17.3 g) was dissolved in propylene glycol monomethyl ether acetate (65 g) and subjected to azeotropic dehydration. Next, 70 μL of trifluoroacetic acid was added and stirred at 30 ° C. for 28 hours. After the reaction, the reaction solution was neutralized with aqueous ammonia, and 32 g of dichloromethane and 32 g of pure water were added to perform separation and water washing. The same operation was performed 3 times, and the solvent was removed by distilling off the organic layer under reduced pressure. The concentrate was subjected to column purification with silica gel to obtain 15.4 g of a viscous compound. From the result of 1 H-NMR, a sulfonium salt represented by the above formula (21) in which D 1 and D 2 are H or a group represented by the above formula (22) is obtained. It was confirmed that the acid generator group represented by the above formula (22) was 1.8 equivalents relative to ', 4'-pentahydroxybenzophenone.
(フォトレジストの調製と特性評価)
上記の実施例1〜3で得たスルホニウム塩100重量部とトリエタノールアミン3重量部とをプロピレングリコールモノメチルアセテート400重量部に溶解し、フィルター(PTFEフィルター)で濾過した。この溶液を、スピナーを用いて、シリコンウエハ(直径:4インチ)に塗布し、120℃で90秒間プレベークし、膜厚300nmのレジスト膜を得た。この膜に、キセノンランプ(波長:248nm)により露光し、次いで100℃で60秒間ポストベークを行った。その後、23℃で現像液(2.38重量%のテトラメチルアンモニウムハイドロキサイドの水溶液)を用いて、ブレークスルータイム(一定のエネルギーを照射した後、現像により残膜が皆無になる秒数)を測定した。
この結果、実施例1〜3で得たスルホニウム塩のブレークスルータイムが、100mJではすべて1秒以下であった。このことから、実施例1〜3で得られた感光性化合物は、キセノンランプによる露光で、本発明のスルホニウム塩から由来した構造部分から酸が発生し、この酸によりそのスルホニウム塩における式(2)で表される基、式(3)で表される基及び式(4)で表される基が分解し、現像液に対して難溶解性から可溶性になったことが判った。
(Preparation and characterization of photoresist)
100 parts by weight of the sulfonium salt obtained in Examples 1 to 3 above and 3 parts by weight of triethanolamine were dissolved in 400 parts by weight of propylene glycol monomethyl acetate and filtered through a filter (PTFE filter). This solution was applied to a silicon wafer (diameter: 4 inches) using a spinner and prebaked at 120 ° C. for 90 seconds to obtain a resist film having a thickness of 300 nm. This film was exposed with a xenon lamp (wavelength: 248 nm) and then post-baked at 100 ° C. for 60 seconds. After that, using a developer (2.38 wt% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution) at 23 ° C., breakthrough time (seconds in which there is no residual film by development after irradiation with a certain energy) Was measured.
As a result, the breakthrough times of the sulfonium salts obtained in Examples 1 to 3 were all 1 second or less at 100 mJ. From this, the photosensitive compounds obtained in Examples 1 to 3 generate an acid from the structural portion derived from the sulfonium salt of the present invention upon exposure with a xenon lamp, and this acid causes the formula (2 ), The group represented by formula (3), and the group represented by formula (4) were decomposed, and it was found that the group became difficult to soluble in the developer.
(レジスト溶媒に対する溶解性)
実施例1〜3のスルホニウム塩は、フェノール化合物を母体とし、任意に式(3)、式(4)の基を導入できるため、従来のスルホニウム塩よりもレジスト溶媒への溶解性が高いという特徴が挙げられる。実施例1〜3のスルホニウム塩は、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートに20重量%以上溶解することが確認された。
(Solubility in resist solvent)
The sulfonium salts of Examples 1 to 3 are characterized by having higher solubility in a resist solvent than conventional sulfonium salts because the group of formulas (3) and (4) can be arbitrarily introduced using a phenol compound as a base. Is mentioned. It was confirmed that the sulfonium salts of Examples 1 to 3 were dissolved in propylene glycol monomethyl ether acetate by 20% by weight or more.
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