JP6595166B2 - アリールアセテートオニウム材料 - Google Patents

アリールアセテートオニウム材料 Download PDF

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Description

一態様において、本発明は、少なくとも1つのアセテート部分により置換された炭素環式アリール基またはヘテロ芳香族基を含む新規のオニウム酸発生剤に関する。
フォトレジストは、基板への像の転写のための感光性膜である。それらは、ネガ型またはポジ型像を形成する。フォトレジストを基板上にコーティングした後、パターン形成したフォトマスクを通してコーティングを紫外線などの活性エネルギーの供給源に露光させ、フォトレジストコーティング中に潜像を形成させる。フォトマスクは、下層の基板に転写されることが望まれる像を画定する、活性放射線に不透過性および透過性の領域を有する。レジストコーティング中の潜像パターンの現像によってレリーフイメージが提供される。
公知のフォトレジストは、多くの既存の商業的用途に十分な解像度および寸法を有する特性を提供し得る。しかし他の多くの用途のために、高度に解像されたサブミクロンの寸法の像を提供し得る新規のフォトレジストの必要性がある。
フォトレジスト組成物の構成を変えて機能特性の性能を改善するために種々の試みがなされてきた。特に、フォトレジスト組成物における使用のために種々の光反応性化合物が報告されている。米国特許第20070224540号および欧州特許第1906241号を参照されたい。米国特許第8318403号および米国特許第2012/0015299号も参照されたい。193nmなどの短波長結像も利用されている。極端紫外線(EUV)および電子ビーム結像技術も用いられている。米国特許第7459260号も参照されたい。EUVは、典型的には1nmから40nmの間である短波長放射線を利用し、しばしば13.5nm放射線が用いられる。
EUVフォトレジストの開発は、引き続きEUVリソグラフィー(EUVL)技術の実現のための難しい課題である。低い線幅粗さ(linewidth roughness(LWR))、およびウエハーのスループットを提供する十分な感度を含めた、高度に解像された微細な特性を提供し得る材料の開発が求められる。
本明細書において、新規の酸発生剤および1つまたは複数のかかる酸発生剤を含むフォトレジスト組成物が見出された。
一態様において、少なくとも1つのアセテート部分により置換された炭素環式基またはヘテロ芳香族基を含む、酸発生剤が提供される。
特に好ましい酸発生剤は、式
−Y−C(=O)O(CX’X’’C(=O)OR
(式中、Yは1つまたは複数の炭素原子を含むリンカー(−CH−基等)であるが、但し、Yは非水素置換基(複数可)によって置換されず;
nは正の整数であり;
各々のX’およびX’’は独立して水素置換基または非水素置換基であり;
Rは、非水素置換基(任意に置換されたアルキル、任意に置換されたヘテロアルキル、任意に置換された脂環式、任意に置換されたヘテロ脂環式、任意に置換された炭素環式アリール、または任意に置換されたヘテロ芳香族等)である)
の構造によって表わされるジエステル部分を含むことができる。
特定の好ましい態様において、酸発生剤は、式(I)の構造
Figure 0006595166
(式中、
Zは、対アニオン(非求核性アニオン、例えばカルボキシレート、サルフェート、スルホネート、スルファメート、またはスルホンアミドもしくはスルホンイミドのアニオン等)であり;
Xは硫黄またはヨウ素であり;
Rは、水素置換基または非水素置換基(任意に置換されたアルキル、任意に置換されたヘテロアルキル、任意に置換された脂環式、任意に置換されたヘテロ脂環式、任意に置換された炭素環式アリール、または任意に置換されたヘテロ芳香族等)であり;
R’およびR’’は、同じかまたは異なる非水素置換基(任意に置換されたアルキル、任意に置換されたヘテロアルキル、任意に置換された脂環式、任意に置換されたヘテロ脂環式、任意に置換された炭素環式アリール、または任意に置換されたヘテロ芳香族等)であり、任意で環を形成することができるが、但し、Xがヨウ素ならば、R’およびR’’のうちの1つは存在せず;
Aは、任意に置換された炭素環式アリール基または任意に置換されたヘテロ芳香族基(例えばC6−14炭素環式アリール基またはヘテロ芳香族環系中にO、SおよびNから選択される1〜4のヘテロ原子を含む5〜14の原子を有する任意に置換されたヘテロ芳香族基)である)
を含む。
式(I)の特定の実施形態において、Xは硫黄である。
特定の好ましい態様において、酸発生剤は、式(II)の構造
Figure 0006595166
(式中、
Zは、対アニオン(非求核性アニオン、例えばカルボキシレート、サルフェート、スルホネート、スルファメート、またはスルホンアミドもしくはスルホンイミドのアニオン等)であり;
Rは水素置換基または非水素置換基であり;
各々のT、各々のT’および各々のT’’は同じかまたは異なる非水素置換基であり、そこでTおよびT’’またはTおよびT’のいずれかは、連結して環を形成することが可能であり;
nは0、1、2、3または4であり;
n’およびn’’は、各々独立して0、1、2、3、4または5であり;
Jは、BおよびCを共有結合で連結することができる化学結合または基を表わし;
A、BおよびCは、各々同じかまたは異なる任意に置換された炭素環式アリール基または任意に置換されたヘテロ芳香族基(例えばC6−14炭素環式アリール基またはヘテロ芳香族環系中にO、SおよびNから選択される1〜4のヘテロ原子を含む5〜14の原子を有するヘテロ芳香族基)である)
を含む。
特定の好ましい態様において、本酸発生剤はオニウム化合物(ヨードニウム材料またはスルホニウム材料等)であり、スルホニウム酸発生剤が一般的には好ましい。
特定の好ましい態様において、酸発生剤は、式(IIa)の構造
Figure 0006595166
(式中、Zは対アニオンであり;
Rは水素置換基または非水素置換基であり;
各々のT、各々のT’および各々のT’’は同じかまたは異なる非水素置換基であり、そこでTおよびT’’またはTおよびT’のいずれかは、連結して環を形成することが可能であり;
nは0、1、2、3または4であり;
n’およびn’’は、各々独立して0、1、2、3、4または5であり;
およびRは各々Hであるか、またはRおよびRは一緒になってBおよびCを共有結合で連結することができる化学結合もしくは基を表わし;
A、BおよびCは、各々同じかまたは異なる任意に置換された炭素環式アリール基または任意に置換されたヘテロ芳香族基である)
を含む。
特に好ましい酸発生剤には、下記の式IIIのもの
Figure 0006595166
(式中、T、T’、T’’、J、n、n’、n’’およびZは、式(II)について定義された通りであり、Aはフェニル環であり、Rは水素置換基または非水素置換基である)
が含まれる。
さらに好ましい酸発生剤には、下記の式IIIaのもの
Figure 0006595166
(式中、
Zは対アニオンであり;
各々のT、各々のT’および各々のT’’は同じかまたは異なる非水素置換基であり、そこでTおよびT’’またはTおよびT’のいずれかは、連結して環を形成することが可能であり;
nは0、1、2、3または4であり;
n’およびn’’は、各々独立して0、1、2、3、4または5であり;
およびRは各々Hであるか、またはRおよびRは一緒になってBおよびCを共有結合で連結することができる化学結合もしくは基を表わし;
BおよびCは同じかまたは異なる任意に置換された炭素環式アリール基である)
が含まれる。
さらに好ましい酸発生剤には、下記の式IVのもの
Figure 0006595166
(式中、T、T’、T’’、A、B、C、J、n、n’、n’’およびZは、式(II)について定義された通りであり;Rは酸不安定部分を含む基である)
が含まれる。
なおさらに好ましい酸発生剤には、下記の式Vのもの
Figure 0006595166
(式中、T、T’、T’’、A、B、C、J、n、n’、n’’およびZは、式(IV)について定義された通りであり、DおよびD’は同じかまたは異なり、各々は水素置換基または非水素置換基であり、任意で一緒になって環を形成することができ、Rは、H、または酸不安定部分を含む基である)
が含まれる。
本発明の好ましい酸発生剤およびフォトレジストは、短波長イメージング(193nmイメージングおよびEUVイメージング等)のために特に有用である。
好ましい態様において、フォトレジスト組成物は、(i)ポリマーと;(ii)本明細書において開示される酸発生剤とを含んで提供される。
好ましい態様において、酸発生剤は酸不安定であり、酸発生剤を含有するフォトレジストコーティング層のリソグラフィー加工(露光、露光後ベーク)の間に酸の存在下において反応する。
本発明の好ましいフォトレジストは、イメージングに効果的な量の本明細書において開示される1、2またはそれ以上の酸発生剤化合物および好適なポリマー成分を含むことができる。
本発明のフォトレジスト組成物のレリーフイメージ(50nm未満または20nm未満の寸法を備えたパターニングされた線を含む)を形成するための方法も提供される。本発明のフォトレジスト組成物をその上にコーティングした基板(マイクロエレクトロニクスウエハ等)も提供される。
本発明の他の態様を以下に開示する。
本明細書において参照されるとき、酸発生剤は、活性化照射(EUV照射、e−ビーム照射または193nm波長照射等の他の照射源等)に露光された場合、酸を生産することができる。酸発生剤は、本明細書において参照されるとき、光酸発生剤化合物とも称することができる。
酸発生剤
上で論じられるように、好ましい態様において、少なくとも1つのアセテート部分を含むイオン性光酸発生剤が提供され、上の式I〜Vの化合物が含まれる。
本明細書において使用される時、「ジエステル部分」という用語は、連結基によって連結される2つのエステル部分
−C(=O)O−L−C(=O)OR(式中、Lは連結基である)を有する部分を指す。好ましいジエステルは、式
−Y−C(=O)O(CX’X’’)C(=O)OR
(式中、Yは1つまたは複数の炭素原子(−CH−基等)を含むリンカーであるが、但し、Yは置換されず(すなわち、非水素置換基を有さず);
nは正の整数であり;
各々のX’およびX’’は独立して水素置換基または非水素置換基であり;
Rは、非水素置換基(任意に置換されたアルキル、任意に置換されたヘテロアルキル、任意に置換された脂環式、任意に置換されたヘテロ脂環式、任意に置換された炭素環式アリール、または任意に置換されたヘテロ芳香族等)である)
の構造によって表わすことができる。
少なくとも1つのアセテート部分を含む追加のイオン性光酸発生剤には、下記の式VIによって表わされる化合物
Figure 0006595166
(式中、
D、D’、T、T’、T’’、J、n、n’、n’’およびZは、式(V)について定義された通りであり、Rは水素置換基または非水素置換基であり、BおよびCは各々同じかまたは異なる任意に置換されたフェニル基である)
が含まれる。
少なくとも1つのアセテート部分を含む追加のイオン性光酸発生剤には、下記の式VIIによって表わされる化合物
Figure 0006595166
(式中、
T、T’、T’’、J、A、B、C、n、n’、n’’およびZは、式(V)について定義された通りであり;Rは水素置換基または非水素置換基であり;Qは、完全または部分的に飽和させることができるC−Cアルキレン基(炭素基のうちのいずれかは、カルボニル、酸素、窒素、硫黄またはカルボニル、酸素、窒素、硫黄の任意の組み合わせにより置換することができる);C−C30の脂肪族炭化水素基、C−C30の芳香族炭化水素基、C−C30の環式炭化水素基、C−C30の多環式炭化水素基、C−C30のヘテロ芳香族基である)
が含まれる。
少なくとも1つのアセテート部分を含むなおさらなるイオン性光酸発生剤には、下記の式VIIIの化合物
Figure 0006595166
(式中、
T、T’、T’’、A、B、C、J、n、n’、n’’およびRは、式(II)について定義された通りであり;W、W’、W’’およびW’’’は、水素、重水素、フッ素、シアノもしくはトリフルオロメチル、または水素、重水素、フッ素、シアノもしくはトリフルオロメチルの任意の組み合わせから採用することができ;R’’は非水素置換基である)が含まれる。
さらに好ましいものは、上記の式(式(I)、(II)、(IIa)、(III)、(IIIA)、(IV)、(V)、(VI)および(VII)が含まれる)の酸発生剤であり、そこでZは、式(IX)の構造
Figure 0006595166
(式中、
Yは、スルホネート、カルボキシレート、サルフェート、スルファメート、またはスルホンアミドもしくはスルホンイミドのアニオンであり;
R’’’は水素置換基または非水素置換基であり;
WおよびW’は、水素、フッ素、シアノ、任意に置換されたアルキルおよび任意に置換されたアリールから独立して選択され、そこで2つ以上のW、W’およびR’’’は一緒に任意で環を形成し;
但し、WおよびW’が各々独立してフッ素またはペルフルオロアルキルである場合、Yは、カルボキシレート、サルフェート、スルファメート、またはスルホンアミドもしくはスルホンイミドのアニオンから選択される)
を含む。
上記の式(II)〜(VIII)において、Jは、好適には、単結合、任意に置換されたアルキレン基、C=O、O、S、SO、SO、NHまたはNR(式中、Rは任意に置換されたアルキル等の非水素置換基である)であり得る。Jリンカー基は、様々なヘテロ基およびヘテロ部分(エーテル、エステル、アミド、カルボネート、スルホネート、スルホンまたはスルホンアミド等、例えば、CH(C=O)−O−、CH(C=O)−OCHCH−、CH(C=O)−OCHCHO−、CH(C=O)−OCH−、CH(C=O)−OCHO−、−O−、−S−、−O−C(=O)−、−C(=O)−O−、−O−C(=O)−O−、−OCH−(C=O)O−または−OCHC(=O)−)も含むことができる。
式(I)〜(VIII)の特定の実施形態において、対アニオンZは、カルボキシレートまたはスルファメートのアニオンである。特定の実施形態において、対アニオンZは重合可能部分を含有する。
イオン性酸発生剤の酸発生剤の特に好ましいカチオンには、以下が含まれる。
Figure 0006595166
Figure 0006595166
Figure 0006595166
本発明のイオン性酸発生剤の好ましいアニオン成分(上記の式中のZ)には、スルホン酸基、カルボキシレート基、炭素原子、窒素原子またはホウ素原子と共にアニオン電荷が存在するものが含まれる。例示的なZ基は、任意に置換されたアルキルスルホネートおよび任意に置換された炭素環式アリールスルホネートを含むことができる。
本発明のイオン性酸発生剤の好ましいアニオン成分(上記の式中のZ)には、下記の式のもの
A−(L)−(C(Rm1−(C(Rn2−SO
(式中、Aは、置換もしくは非置換の、単環式、多環式もしくは縮合多環式の、任意でO、S、N、Fもしくは前述のものの少なくとも1つを含む組み合わせを含む、Cもしくはそれ以上の脂肪族基または芳香族基、あるいは重合可能な二重結合もしくは三重結合を含有する、Cもしくはそれ以上の脂肪族基または脂環式基である)
が含まれる。好ましい基Aには、多環式脂肪族基(ヒドロキシ、エステル、ラクトン、アセチル、ケチルまたはこれらの基の組み合わせにより置換されたアダマンチル基、ノルボルネニル基およびシクロアルキレニル基等)が含まれる。
は、H、単結合、または置換もしくは非置換のC1−30アルキル基であり、そこでRが単結合である場合、RはAの炭素原子へ共有結合される。各々のRは、独立して、H、FまたはC1−4フルオロアルキルであり、そこで少なくとも1つのRは水素でない。Lは、−O−、−S−、−C(=O)−、カルボネート基、カルボキシレート基、スルホネート基、サルフェート基またはスルホンアミド基を含む連結基である。さらに、m1は、0以上、好ましくは0〜10、好ましくはさらに1〜5の整数であり、n2は、0以上、好ましくは1〜10、好ましくはさらに1〜5の整数である。
本発明のイオン性酸発生剤の例示的なアニオン成分(上記の式中のZ)には、下記のもの
Figure 0006595166
が含まれる。
上記のように、本発明の酸発生剤はより大きなポリマーへ共有結合させることができる。特定の実施形態において、樹脂またはマトリックスポリマーは少なくとも1つのアセテート部分を含むイオン性光酸発生剤を含有し、そこでイオン性光酸発生剤は、カチオンまたはアニオンによって樹脂またはマトリックスポリマーへ結合される。
イオン性酸発生剤のために、好適には、カチオン成分またはアニオン成分のいずれかはより大きなポリマーへ共有結合で連結されるか、またはカチオン成分およびアニオン成分の両方はポリマーへ共有結合される。
例えば、アニオン成分は、前形成されたポリマーまたは他のモノマーと反応させることができる重合可能な基(アクリレート、メタクリレート、ビニルエーテル等)を含み、ポリマー結合性酸発生剤を提供することができる。例示的な重合可能なアニオン成分には、以下の構造
Figure 0006595166
が含まれる。
上で論じられるように、本酸発生剤は酸不安定であり、酸発生剤を含むフォトレジストのリソグラフィー加工の間に結合破壊反応を受け得る。上で論じられるように、酸発生剤アセテート部分それ自体は光酸不安定であり、酸発生剤を含むフォトレジストのリソグラフィー加工下で反応することができる。酸発生剤は、光酸不安定である他の置換基も含むことができる。本明細書において参照されるとき、酸不安定性の部分または基(酸不安定性のエステルおよびアセタールを含む)は、任意の照射露光後の熱曝露を含む典型的なリソグラフィー加工の間に発生される酸(レジスト中の酸発生剤化合物から)の存在下において反応を受ける。酸不安定基は、本明細書において参照されるとき、光酸不安定基とも称することができる。
酸発生剤の好適な酸不安定基は、酸不安定性のエステルおよびアセタール(任意に置換されたエチルシクロペンチルエステル、メチルアダマンチルエステル、エチルアダマンチルエステル、t−ブチルエステル、フェニルエステル、ナフチルエステルおよび他のもの等)を含む多様な部分であり得る。酸発生剤の好適な酸不安定基には、下記の式(IX)の基および下記の式Xのエステル光酸不安定基が含まれ得る。
−O(CXY) (IX)
(式(IX)中、XおよびYは、独立して、水素置換基または非水素置換基(ハロゲン(F、Cl、Br、I)、C1−10アルキル、C1−10アルコキシ等)であり;Rは、酸不安定部分(カルバメート基、酸不安定性のエステル基またはアセタール基等)を提供する非水素置換基であり;nは正の整数(1〜20のいずれか等)であり、より典型的にはnは1〜10または1〜4のいずれかである)。例示的な好ましいR基は、t−ブチル、またはより好ましくはさらなるエステル結合(そこでRは−(CH(C=O)O−ALG等であり、式中、nは1〜12の整数であり、好ましくはnは1、2、3または4であり、ALGは、酸不安定部分(t−ブチルまたは1−エチルシクロペンチルもしくはメチルアダマンチル等の連結第四級炭素を備えた環系等)をもたらす基(例えばそれはエステルに連結された第四級炭素を提供する)である)を含む。
−(C=O)OR (X)
(式(X)中、Rは、酸不安定部分(カルバメート基、酸不安定性のエステル基またはアセタール基等)を提供する非水素置換基である)。例えば、例示的な好ましいR基は、t−ブチル、またはより好ましくはさらなるエステル結合(そこでRは−(CH(C=O)O−ALG等であり、式中、nは1〜12の整数であり、好ましくはnは1、2、3または4であり、ALGは、酸不安定部分(t−ブチルまたは1−エチルシクロペンチルもしくはメチルアダマンチル等の連結第四級炭素を備えた環系等)をもたらす基(例えばそれはエステルに連結された第四級炭素を提供する)である)を含む。
特定の態様において、本発明の酸発生剤はアセテート部分またはジエステル部分以外の酸不安定基を含有しないだろう。
上記の式中で、好適な非水素置換基は、ハロ(F、Cl、BrまたはI);重水素、シアノ、ニトロ、ヒドロキシ、任意に置換されたC1−20アルキル、任意に置換されたアルキル等の任意に置換されたC1−20アルコキシ(例えば任意に置換されたC1−10アルキル)、好ましくは2〜約20の炭素原子を有する任意に置換されたアルケニルまたはアルキニル(アリル等);好ましくは1〜約20の炭素原子を有する任意に置換されたケトン;好ましくは1〜約20の炭素原子を有する任意に置換されたアルキルチオ;好ましくは1〜約20の炭素原子を有する任意に置換されたアルキルスルフィニル;好ましくは1〜約20の炭素原子を有する任意に置換されたアルキルスルホニル;好ましくは1〜約20の炭素原子を有する任意に置換されたカルボキシ(それは光酸と実質的に非反応性のエステルを含む基(−COOR’等、式中、R’はHまたはC1−8アルキルである)を含む);任意に置換されたアルカリール(任意に置換されたベンジル等)、任意に置換されたC6−14炭素環式アリール(任意に置換されたフェニル、ナフチル、アセナフチル等)、または環系中にO、SおよびNから選択される1〜4のヘテロ原子を含む5〜14の原子を有する任意に置換されたヘテロ脂環式基もしくはヘテロ芳香族基(ピリジル、フラニル、ピロール、チオフェン、フラン、イミダゾール、ピラゾール、オキサゾール、イソオキサゾール、チアゾール、イソチアゾール、トリアゾール、フラザン(furanzan)、オキサジアゾール、チアジアゾール、ジチアゾール、テラゾール(terazole)、ピラン、チオピラン、ジアジン、オキサジン、チアジン、ダイオキシン、ジチン(dithine)およびトリアジンならびに1つまたは複数のかかる部分を含有するポリ芳香族基等)であり得る。
本発明の好ましい酸発生剤は1つまたは複数の電子求引部分を含むことができ、それは、好適には、例えばハロゲン(Cl、BrまたはF、好ましくはF、C1−20ハロアルキル、好ましくはペルフルオロアルキルを含むフルオロアルキル等);シアノ;ニトロ;C1−20アルキルスルホニル、−COOH;および>C=Oであり得る。イオン性酸発生剤のために、1つまたは複数の電子求引置換基がカチオン成分またはアニオン成分のいずれかの上に存在し得る。
論じられたように、酸発生剤および他の材料の様々な部分は任意に置換することができる。「置換された」置換基は、例えば、ハロゲン(特にF、ClまたはBr);シアノ;ニトロ;C1−8アルキル;C1−8アルコキシ;C1−8アルキルチオ;C1−8アルキルスルホニル;C2−8アルケニル;C2−8アルキニル;ヒドロキシル;ニトロ;アルカノイル(C1−6アルカノイル等、例えばアシル)、ハロアルキル、特にC1−8ハロアルキル(CF等);−CONHR、−CONRR’(式中、RおよびR’は任意に置換されたC1−8アルキルである);−COOH、COC、>C=O;および同種のもの等の1つまたは複数の好適な基によって、1つまたは複数の利用可能な位置、典型的には1、2または3つの位置で、置換することができる。
本発明の酸発生剤は容易に調製することができる。例示的な好ましい合成は、以下の実施例において説明される。
フォトレジスト組成物
上で論じられるように、本明細書において開示される酸発生剤は、ポジ型およびネガ型の化学増幅型レジスト組成物を含むフォトレジスト組成物中の照射感受性成分として有用である。本発明の酸発生剤は、カチオンもしくはアニオンを結合したマトリックス樹脂もしくはポリマーの一部;またはカチオンもしくはアニオンを結合した酸発生剤を含有または非含有のマトリックス樹脂もしくはポリマーの存在下において個別のブレンドされた酸発生剤の一部として使用することができる。
本発明のフォトレジストは、典型的には、本明細書において開示されるように、ポリマーおよび1つまたは複数の酸発生剤を含む。好ましくは、ポリマーは、レジスト組成物に対してアルカリ水溶液中での現像能力を与える官能基を有する。例えば、好ましいものは、極性官能基(ヒドロキシルまたはカルボキシレート等)またはリソグラフィー加工に際してかかる極性部分を遊離することができる酸不安定基を含むポリマーである。好ましくは、ポリマーは、レジストをアルカリ水溶液により現像可能にするのに十分な量でレジスト組成物中で使用される。
酸発生剤は、好適には、芳香族基(フェノールを含む任意に置換されたフェニル、任意に置換されたナフチルおよび任意に置換されたアントラセン等)を含有する反復単位を含むポリマーとも共に使用される。任意に置換されたフェニル(フェノールを含む)を含有するポリマーは、EUVおよびe−ビーム照射によりイメージ形成されるものを含む、多くのレジストシステムのために特に好適である。ポジ型レジストについては、ポリマーは好ましくは酸不安定基を含む1つまたは複数の反復単位も含有する。例えば、任意に置換されたフェニルまたは他の芳香族基を含有するポリマーの事例において、ポリマーは、1つまたは複数の酸不安定部分を含有する反復単位(酸不安定エステルを備えたアクリレート化合物またはメタクリレート化合物、例えばt−ブチルアクリレートまたはt−ブチルメタクリレートのモノマーの重合によって形成されるポリマー等)を含むことができる。かかるモノマーは、任意でフェニル等の芳香族基(複数可)を含む1つまたは複数の他のモノマー(例えばスチレンモノマーまたはビニルフェノールモノマー)と共に共重合することができる。
かかるポリマーの形成のために使用される好ましいモノマーは、以下の式(XI)を有する酸脱保護可能モノマー、以下の式(XII)のラクトン含有モノマー、アルカリ現像液中の溶解率を調整するための以下の式(XIII)の塩基可溶性モノマー、および以下の式(XIV)の光酸を発生させるモノマー、または前述のモノマーの少なくとも1つを含む組み合わせ
Figure 0006595166
(式中、各Rは、独立してH、F、−CN、C1−10アルキル、またはC1−10フルオロアルキルである)を含む。式(XI)の酸脱保護可能モノマーにおいて、Rは、独立してC1−20アルキル、C3−20シクロアルキル、C6−20アリール、またはC7−20アラルキルであり、各Rは分離しているか、または少なくとも1つのRは隣接するRへ結合されて環状構造を形成する。式(XII)のラクトン含有モノマーにおいて、Lは、単環、多環、または縮合多環のC4−20ラクトン含有基である。式(XIII)の塩基可溶性モノマーにおいて、Wは、12以下のpKaを有する、ハロゲン化または非ハロゲン化、芳香族または非芳香族のC2−50ヒドロキシル含有有機基である。式(XIV)の光酸発生モノマーにおいて、Qは、エステル含有または非エステル含有およびフッ素化または非フッ素化され、C1−20アルキル、C3−20シクロアルキル、C6−20アリール、またはC7−20アラルキル基であり、Aは、エステル含有または非エステル含有およびフッ素化または非フッ素化され、C1−20アルキル、C3−20シクロアルキル、C6−20アリール、またはC7−20アラルキルであり、Zは、カルボキシレート、スルホネート、スルホンアミドのアニオン、またはスルホンイミドのアニオンを含むアニオン部分であり、Gは、スルホニウムカチオンまたはヨードニウムカチオンである。
例示的な酸脱保護可能モノマーには、
Figure 0006595166
または前述のもののうちの少なくとも1つを含む組み合わせ(式中、RはH、F、−CN、C1−6アルキル、またはC1−6フルオロアルキルである)
が含まれるが、これらに限定されない。
好適なラクトンモノマーは、以下の式(XV)
Figure 0006595166
(式中、Rは、H、F、−CN、C1−6アルキル、またはC1−6フルオロアルキルであり、Rは、C1−10アルキル、シクロアルキル、またはヘテロシクロアルキルであり、wは0〜5の整数である)
であり得る。式(XV)において、Rはラクトン環へ直接付加されるか、または一般的にはラクトン環および/もしくは1つまたは複数のR基へ付加され、エステル部分はラクトン環へ直接またはRを介して間接的に付加される。
例示的なラクトン含有モノマーには、
Figure 0006595166
または前述のモノマーのうちの少なくとも1つを含む組み合わせ(式中、RはH、F、−CN、C1−10アルキル、またはC1−10フルオロアルキルである)が含まれる。
好適な塩基可溶性モノマーは、以下の式(XVI)
Figure 0006595166
(式中、各Rは、独立してH、F、−CN、C1−10アルキル、またはC1−10フルオロアルキルであり、Aはヒドロキシル含有または非ヒドロキシル含有、エステル含有または非エステル含有、フッ素化または非フッ素化のC1−20アルキレン、C3−20シクロアルキレン、C6−20アリーレン、またはC7−20アラルキレンであり、xは0〜4の整数であり、そこでxが0である場合、Aはヒドロキシル含有C6−20アリーレンである)
であり得る。
例示的な塩基可溶性モノマーには、以下の構造を有するもの
Figure 0006595166
または前述のもののうちの少なくとも1つを含む組み合わせ(式中、RはH、F、−CN、C1−6アルキル、またはC1−6フルオロアルキルである)
が含まれる。
好ましい光酸発生モノマーには、式(XVII)または(XVIII)のもの
Figure 0006595166
(式中、各Rは、独立して、H、F、−CN、C1−6アルキル、またはC1−6フルオロアルキルであり、Aは、フッ素置換C1−30アルキレン基、フッ素置換C3−30シクロアルキレン基、フッ素置換C6−30アリーレン基、またはフッ素置換C7−30アルキレンアリーレン基であり、Gは、スルホニウムカチオンまたはヨードニウムカチオンである)
が含まれる。
好ましくは、式(XVII)および(XVIII)において、Aは、−[(C(RC(=O)O]−C((R(CF−基、またはオルト置換、メタ置換もしくはパラ置換された−C−基であり、式中、各RおよびRは各々独立して、H、F、−CN、C1−6フルオロアルキル、またはC1−6アルキルであり、bは0または1であり、xは1〜10の整数であり、yおよびzは独立して0〜10の整数であり、y+zの合計は少なくとも1である。
例示的な好ましい光酸発生モノマーには、
Figure 0006595166
または前述のもののうちの少なくとも1つを含む組み合わせ(式中、各Rは、独立して、H、F、−CN、C1−6アルキル、またはC1−6フルオロアルキルであり、kは好適には0〜5の整数であり;Gは、スルホニウムカチオンまたはヨードニウムカチオンである)
が含まれる。
好ましい光酸発生モノマーはスルホニウムカチオンまたはヨードニウムカチオンを含むことができる。好ましくは、式(IV)において、Gは、式(XIX)
Figure 0006595166
(式中、XはSまたはIであり、各Rはハロゲン化または非ハロゲン化され、独立してC1−30アルキル基であり;多環または単環のC3−30シクロアルキル基;多環または単環のC4−30アリール基;または前述のもののうちの少なくとも1つを含む組み合わせであり、XがSである場合R基のうちの1つは1つの隣接するR基に単結合によって任意で付加され、aは2または3であるか、XがIである場合aは2であるか、またはXがSである場合aは3である)
である。
例示的な酸発生モノマーは、式
Figure 0006595166
を有するものを含む。
本発明のポジ型化学増幅型フォトレジストにおける使用のための酸不安定脱保護基を有する特に好適なポリマーは、米国特許出願第20130209934号、欧州特許出願第0829766A2号(アセタールおよびケタールのポリマーを備えたポリマー)および欧州特許出願第0783136A2号(1)スチレン;2)ヒドロキシスチレン;および3)酸不安定基、特にアルキルアクリレート酸不安定基の単位を含むターポリマーおよび他のコポリマー)中で開示された。
本発明のフォトレジストにおける使用のためのポリマーは、好適には分子量および多分散度(polydisperity)が広く変動し得る。好適なポリマーは、約3以下の分子量分布、典型的には約2以下の分子量分布を備えた、約1,000〜約50,000、典型的には約2,000〜約30,000のMwを有するものを含む。
本発明の好ましいネガ型組成物は、酸への露光に際して硬化、架橋または固化する材料、および本明細書において開示されるような1、2またはそれ以上の光酸発生剤の混合物を含む。好ましいネガ型組成物は、ポリマー結合剤(フェノール性ポリマーまたは非芳香族ポリマー等)、架橋剤成分および本発明の光活性成分を含む。かかる組成物およびその使用はThackeray et al.に帰属する欧州特許出願第0164248号および米国特許第5,128,232号中で開示された。ポリマー結合剤成分として使用される好ましいフェノール性ポリマーには、ノボラックおよびポリ(ビニルフェノール)(上で検討されたもの等)が含まれる。好ましい架橋剤には、アミンベースの材料(メラミン、グリコールウリル、ベンゾグアナミンベースの材料および尿素ベースの材料を含む)が含まれる。メラミン−ホルムアルデヒドポリマーは多くの場合特に好適である。かかる架橋剤は商業的に入手可能であり、例えばメラミンポリマー、グリコールウリルポリマー、尿素ベースのポリマー、ベンゾグアナミンポリマー(商品名Cymel 301、303、1170、1171、1172、1123および1125ならびにBeetle60、65および80下でCytecによって販売されるもの等)である。
本発明のフォトレジストは他の材料も含有することができる。例えば、他のオプションの添加剤には、化学線色素および造影剤、抗ストリエーション剤、可塑剤、速度促進剤ならびに感光剤が含まれる。かかるオプションの添加剤は典型的にはフォトレジスト組成物中でわずかな濃度で存在するだろう。
あるいはまたは加えて、他の添加剤には、非光分解性塩基であるクエンチャー(例えば水酸化物、カルボキシレート、アミン、イミンおよびアミドに基づくもの等)が含まれ得る。好ましくは、かかるクエンチャーには、C1−30有機アミン、イミンもしくはアミドを含まれるか、または強塩基(例えば水酸化物またはアルコキシド)または弱塩基(例えばカルボキシレート)のC1−30第四級アンモニウム塩であり得る。例示的なクエンチャーには、アミン(トリプロピルアミン、ドデシルアミン、トリス(2−ヒドロキシプロピル)アミン、(オルテトラキス(2−ヒドロキシプロピル)エチレンジアミン等);アリールアミン(ジフェニルアミン、トリフェニルアミン、アミノフェノールおよび2−(4−アミノフェニル)−2−(4−ヒドロキシフェニル)プロパン等)、Trogerの塩基、ヒンダードアミン(ジアザビシクロウンデケン(DBU)またはジアザビシクロノネン(DBN)等)、または第四級アルキルアンモニウム塩(水酸化テトラブチルアンモニウム(TBAH)または乳酸テトラブチルアンモニウム等)を含むイオン性クエンチャーが含まれる。
界面活性剤にはフッ素化界面活性剤および非フッ素化界面活性剤が含まれ、好ましくは非イオン性である。例示的なフッ素化非イオン性界面活性剤には、パーフルオロC界面活性剤(3M Corporationから入手可能なFC−4430およびFC−4432界面活性剤等);およびフルオロジオール(OmnovaからのPOLYFOX PF−636、PF−6320、PF−656およびPF−6520フッ素系界面活性剤等)が含まれる。
フォトレジストは、フォトレジスト中で使用される成分を溶解、調剤、およびコーティングするために一般的に好適な溶媒をさらに含む。例示的な溶媒には、アニソール、アルコール(乳酸エチル、1−メトキシ−2−プロパノールおよび1−エトキシ−2プロパノールを含む)、エステル(n−ブチルアセテート、1−メトキシ−2−プロピルアセテート、メトキシエトキシプロピオネート、エトキシエトキシプロピオネートを含む)、ケトン(シクロヘキサノンおよび−ヘプタノンを含む)、および前述の溶媒の少なくとも1つを含む組み合わせが含まれる。
かかるフォトレジストは、固形物の全重量に基づいて、50〜99重量%、具体的には55〜95重量%、より具体的には60〜90重量%、およびさらにより具体的には65〜90重量%の量でポリマーを含むことができる。光分解性塩基は、固形物の全重量に基づいて、0.01〜5重量%、具体的には0.1〜4重量%、およびさらにより具体的には0.2〜3重量%の量でフォトレジスト中に存在することができる。光分解性塩基は、光分解可能なカチオン、およびさらに好ましくは弱い(pKa>2)酸(例えばC1−20カルボン酸等)のアニオンとペアにしてPAGの調製に有用なものを含む。例示的なかかるカルボン酸には、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酒石酸、コハク酸、シクロヘキシルカルボキシル酸、安息香酸、サリチル酸および他のかかるカルボン酸が含まれる。界面活性剤は、固形物の全重量に基づいて、0.01〜5重量%、具体的には0.1〜4重量%、およびさらにより具体的には0.2〜3重量%の量で含まれ得る。クエンチャーは、比較的少量、例えば固形物の全重量に基づいて、0.03〜5重量%で含まれ得る。他の添加剤は、固形物の全重量に基づいて、50重量%以下、具体的には35%以下、またはより具体的には25%以下の量で含まれ得る。フォトレジスト組成物のための全固形物含有量は、固形物および溶媒の全重量に基づいて、0.5〜50重量%、具体的には1〜45重量%、より具体的には2〜40重量%、およびさらにより具体的には5〜30重量%であり得る。酸発生剤は、レジストのコーティング層中の潜像イメージの発生を可能にするのに十分な量で存在するべきである。より具体的には、光酸発生剤(複数可)は、レジストの全固体の約1〜50重量パーセントの量で好適には存在するだろう。固形物は、ポリマー、クエンチャー、界面活性剤および任意のオプションの添加剤(溶媒を除外する)を含むことが理解されるだろう。
コーティング基板は、酸発生剤(それはレジストおよび酸発生剤のコーティング層中の潜像イメージの発生を可能にするのに十分な量で存在するべきである)を含有するフォトレジストから形成することができる。かかるコーティング基板は、(a)その表面上にパターンニングされるべき1つまたは複数の層を有する基板と;(b)パターニングされるべき1つまたは複数の層を覆う酸発生剤を含むフォトレジスト組成物の層とを含む。EUVまたはe−ビームのイメージングのために、フォトレジストは、好適には、比較的より高い含有量の酸発生剤化合物(例えば1つまたは複数の酸発生剤がレジストの全固体の5から10〜約65の重量パーセントを構成する)を有することができる。典型的には、より低い量の光活性成分が化学増幅型レジストに好適であろう。
本発明のフォトレジストは、一般的に、かかるフォトレジストの配合中で使用される従来の光活性化合物を本発明の1つまたは複数の酸発生剤化合物で置換することを除いて、公知の手順に従って調製される。本発明のフォトレジストは公知の手順に従って使用することができる。
基板は任意の寸法および形状であり得、好ましくは、フォトリソグラフィーに有用なもの(シリコン、二酸化ケイ素、シリコン・オン・インシュレーター(SOI)、ストレインドシリコン、砒化ガリウム、コーティング基板(窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、窒化チタン、窒化タンタルによりコーティングしたものを含む)、極薄ゲート酸化膜(酸化ハフニウム等)、金属または金属コーティング基板(チタン、タンタル、銅、アルミニウム、タングステン、その合金によりコーティングしたものを含む)、およびその組み合わせ等)である。好ましくは、本明細書における基板の表面は、パターニングされる限界寸法層(例えば1つまたは複数のゲートレベル層を含む)または半導体製造のための基板上の他の限界寸法層を含む。かかる基板は、好ましくは、シリコン、SOI、ストレインドシリコンおよび他のかかる基板材料を含むことができ、これらは例えば直径で20cm、30cm、もしくはより大きいか、または他のウエハ製造生産のために有用な寸法等の寸法を有する環状ウエハとして形成される。
さらに、電子デバイスを形成する方法は、(a)基板の表面上に含まれるフォトレジスト組成物の層を塗布する工程と;(b)フォトレジスト組成物層をパターン様式で活性化照射へ露光する工程と;(c)露光したフォトレジスト組成物層を現像してレジストレリーフイメージを提供する工程とを含む。
塗布は、スピンコーティング、噴霧コーティング、浸漬コーティング、ドクターブレーディングまたは同種のものを含む任意の好適な方法によって遂行することができる。フォトレジストの層の塗布は、コーティングトラック(その中でフォトレジストはスピンしているウエハ上で分配される)を使用して、溶媒中のフォトレジストをスピンコーティングすることによって好ましくは遂行される。分配の間、ウエハは、4,000rpmまで、好ましくは約500〜3,000rpm、およびより好ましくは1,000〜2,500rpmの速度でスピンすることができる。コーティングしたウエハをスピンして溶媒を除去し、ホットプレート上でベークしてフィルムから残留溶媒および自由体積を除去して均一に稠密にする。
次いでパターン様式の露光は、ステッパー(その中でフィルムはパターンマスクを介して照射され、それによってパターン様式で露光される)等の露光ツールを使用して実行される。方法は、好ましくは、極紫外線(EUV)またはe−ビーム照射を含む高解像度が可能な波長で活性化照射を発生する進歩した露光ツールを使用する。活性化照射を使用する露光は露光された領域におけるPAGを分解し、酸および分解副産物を発生させること、次いで酸はポリマーにおける化学的変化(酸感受性基を脱保護して塩基可溶性基を発生させること、またはあるいは露光された領域における架橋反応を触媒すること)を達成することが認識されるだろう。かかる露光ツールの解像度は30nm未満であり得る。
次いで、露光されたフォトレジスト層の現像は、フィルムの露光されたポーションを選択的に除去(フォトレジストがポジティブトーンである場合)またはフィルムの露光されないポーションを除去(フォトレジストが露光された領域中で架橋可能、すなわちネガティブトーンである場合)できる好適な現像液で露光された層を処理することによって遂行される。好ましくは、フォトレジストは酸感受性(脱保護可能)基を有するポリマーに基づくポジティブトーンであり、現像液は金属イオン不含有水酸化テトラアルキルアンモニウム溶液(例えば0.26N水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液等)が好ましい。パターンは現像によって形成される。
加えて、ポジレジストについては、露光されない領域はネガティブトーン現像に好適な非極性溶媒による処理によって選択的に除去することができる。ポジフォトレジストのネガティブトーン現像に好適な手順については米国特許第2011/0294069号を参照されたい。ネガティブトーン現像のために典型的な非極性溶媒は、有機現像液(ケトン、エステル、炭化水素およびその混合物、例えばアセトン、2−ヘキサノン、酢酸メチル、酢酸ブチル、およびテトラヒドロフランから選択される溶媒等)である。
フォトレジストは、1つまたは複数のかかるパターン形成プロセス中で使用される場合に、電子デバイスおよび光電子デバイス(メモリーデバイス、プロセッサーチップ(CPUの)、グラフィックスチップおよび他のかかる装置等)を製造するために使用することができる。
実施例1
Figure 0006595166
5−(3−(カルボキシメチル)−4−メトキシフェニル)−ジベンゾチオフェニウムアイオダイド
Eatonの試薬(メタンスルホン酸中の五酸化リン溶液)(400mL)を、ジクロロメタン(400mL)中の2−メトキシフェニル酢酸(140g、0.843mol)およびジベンゾチオフェンオキシド(160g、0.800mol)の溶液へ添加し、25℃で18時間撹拌し、0℃まで冷却し、水(1L)により慎重にクエンチした。水溶性混合物をMTBE(3×500mL)により洗浄し、水相をヨウ化ナトリウム水溶液(3L中の300g)の上へ注ぎ、続いて1時間強く撹拌した。沈殿物を濾過し、水(3×1L)、アセトン(1L)およびMTBE(2×500mL)により洗浄して、白色固体(360g、94%)として表題化合物を得た。H NMR(500MHz,(CDSO)δ:12.30(brs,COOH),8.52(d,J=7.5Hz,2H),8.31(d,J=8.5Hz,2H),7.95(t,J=7Hz,2H),7.75(t,J=8Hz,2h),7.70(dd,J=9,2Hz,1H),7.31(d,J=2Hz,1H),7.23(d,J=8.5Hz,1H),3.82(s,3H),3.46(s,2H).
実施例2
Figure 0006595166
5−(4−メトキシ−3−(2−(2−((2−メチルアダマンタン−2−イル)オキシ)−2−オキソエトキシ)−2−オキソエチル)フェニル)−ジベンゾチオフェニウムクロライド
5−(3−(カルボキシメチル)−4−メトキシフェニル)−ジベンゾチオフェニウムアイオダイド(15.0g、31.5mmol)をDMF(100mL)中で溶解し、窒素により30分間脱気し、次いで2−メチルアダマンタン−2−イル2−クロロアセテート(7.49g、31.0mmol)および炭酸セシウム(14.4g、44.1mmol)を、連続して添加し、混合物を25℃で6時間撹拌した。溶液を水(200mL)により希釈し、DCM(2×150mL)により抽出し、合わせた有機層を水(5×150mL)により洗浄し、粘稠な油へ濃縮し、それをMTBE(1L)上に注ぎ、1時間強く撹拌した。沈殿物を濾過し、MTBE(2×250mL)により洗浄し、乾燥して、白固体として表題化合物(18.2g、99%)を得た。H NMR(300MHz,(CDSO)δ:8.51(d,J=8.1Hz,2H),8.29(d,J=8.1Hz,2H),7.95(t,J=7.5Hz,2H),7.70−7.81(m,3H),7.32(d,J=2.1Hz,1H),7.25(dd,J=7.5,2.1Hz,1H),4.56(s,2H),3.82(s,3H),3.65(s,2H),2.10−2.19(m,2H),1.61−1.95(m,11H),1.52(s,3H),1.39−1.50(m,2H).
実施例3
Figure 0006595166
5−(3−(2−(カルボキシメトキシ)−2−オキソエチル)−4−メトキシフェニル)−ジベンゾチオフェニウムクロライド
トリフル酸(トリフルオロメタンスルホン酸)(0.5mL)を、DCM(50mL)中の5−(4−メトキシ−3−(2−(2−((2−メチルアダマンタン−2−イル)オキシ)−2−オキソエトキシ)−2−オキソエチル)フェニル)−ジベンゾチオフェニウムクロライド(3.00g、5.07mmol)の溶液へ添加し、25℃で48時間撹拌した。沈殿物を濾過し、MTBE:アセトン(50mL)およびMTBE(2×100mL)により洗浄し、白固体として表題化合物(2.05g、91%)を得た。H NMR(300MHz,(CDSO)δ:12.5(brs,COOH),8.52(d,J=7.8Hz,2H),8.29(d,J=8.1Hz,2H),7.95(t,J=7.5Hz,2H),7.67−7.79(m,3H),7.38(viss,1H),7.22(d,J=8.1Hz,1H),4.51(s,2H),3.81(s,3H),3.66(s,2H).
実施例4
Figure 0006595166
5−(4−メトキシ−3−(2−(2−((2−メチルアダマンタン−2−イル)オキシ)−2−オキソエトキシ)−2−オキソエチル)フェニル)−ジベンゾチオフェニウム1,1,2,2−テトラフルオロ−4−((3−ヒドロキシアダマンタン−1−カルボニル)オキシ)ブタン−1−スルホネート
5−(4−メトキシ−3−(2−(2−((2−メチルアダマンタン−2−イル)オキシ)−2−オキソエトキシ)−2−オキソエチル)フェニル)−ジベンゾチオフェニウムクロライド(6.75g、11.4mmol)およびナトリウム3−ヒドロキシアダマンタン−アセトキシ−1,1,2,2−テトラフルオロブタン−1−スルホネート(11.4mmol、4.87g)を、DCM(150mL)および水(150mL)中で溶解し、25℃で一晩撹拌した。層を分離し、水相をジクロロメタン(70mL)により抽出し、合わせた有機層を水(10×150mL)により洗浄し、減圧下で濃縮して、白固体として表題化合物(8.86g、81%)を得た。H NMR(500MHz,(CDCO)δ:8.53(d,J=8Hz,2H),8.36(d,J=8Hz,2H),8.02(t,J=7.5Hz,2H),7.85(dd,J=9,2Hz,1H),7.82(t,J=7.5Hz,2H),7.63(d,J=2Hz,1H),7.31(d,J=9Hz,1H),4.58(s,2H),4.34(t,J=6.5Hz,2H),3.96(s,3H),3.70(s,2H),3.58(s,1OH),2.71(tt,J=18.5,7Hz,2H),2.14−2.28(m,4H),1.87−2.40(m,5H),1.50−1.83(m,23H).
実施例5:
Figure 0006595166
(4−(2−メトキシ−2−オキソエチル)ナフタレン−1−イル)ジフェニルスルホンイウムアイオダイド
トリフルオロメタンスルホン酸無水物(triflic anhydride)(16.6mL、0.099mmol)を、DCM(100mL)中のジフェニルスルホキシド(10.0g、49.4mmol)およびメチル2−(ナフタレン−1−イル)アセテート(10.9g、54.5mmol)の溶液へ−78℃で1滴ずつ添加し、3時間撹拌した。反応物を水(50mL)のゆっくりした添加によってクエンチし、室温まで徐々に暖めた。層を分離し、有機層を2Mヨウ化ナトリウム水溶液(10×100mL)および水(3×100mL)により洗浄し、次いで粘稠な油へ濃縮し、それをMTBE(600mL)から沈殿させて、薄茶色の含水性固体として表題化合物(18.7g、74%)を得た。H NMR(500MHz,(CDCO)δ:8.48−8.51(m,1H),8.30−8.33(m,1H),8.03−8.10(m,3H),7.75−7.99(m,8H),7.72(d,J=8Hz,1H).4.39(s,2H),3.68(s,3H).
実施例6:
Figure 0006595166
10−(4−メトキシ−3−(2−メトキシ−2−オキソエチル)フェニル)−9−オキソ−9,10−ジヒドロチオキサンチリウムトリフレート
トリフル酸(7.3mL、43.4mmol)を、DCM(60mL)中のチオキサントンオキシド(5.00g、21.7mmol)およびメチル2−(2−メトキシフェニル)アセテート(4.31g、23.9mmol)の溶液へ−78℃で1滴ずつ添加し、25℃へ一晩徐々に暖めた。反応混合物を水(100mL)によりクエンチし、層を分離し、水相層を水(4×100mL)により洗浄し、粗製固体へ濃縮した。粗製固体を最小のアセトン中で溶解し、MTBE(1L)の中へ沈殿させ、濾過し、白固体として表題化合物(10.0g、85%)を得た。H NMR(500MHz,(CDCO)δ:8.66−8.69(m,2H),8.19−8.22(m,3H),8.10−8.13(m,4H),7.91(d,J=2.5Hz,1H),7.37(d,J=9Hz,1H),3.96(s,3H),3.61(s,2H),3.57(s,3H).
実施例7:
Figure 0006595166
5−(4−メトキシ−3−(2−オキソ−2−(2−オキソ−2−(2−オキソ−2−((2−フェニルプロパン−2−イル)オキシ)エトキシ)エトキシ)エチル)フェニル)−ジベンゾチオフェニウムクロライド
5−(3−(2−(カルボキシメトキシ)−2−オキソエチル)−4−メトキシフェニル)ジベンゾチオフェニウムクロライド(25g、59.2mmol)、2−フェニルプロパン−2−イル2−ブロモアセテート(15.2g、59.2mmol)、ヨウ化ナトリウム(17.7g、0.118mmol)および炭酸セシウム(38.4g、0.118mmol)を、DMF(200mL)中で溶解し、25℃で4時間撹拌した。反応混合物を水(500mL)によりクエンチし、DCM(2×200mL)により抽出し、合わせた有機層を水(4×200mL)により洗浄し、粘稠な油へ濃縮し、MTBE(1L)から沈殿させて、白固体として表題化合物を得た。
実施例8:
Figure 0006595166
5−(4−メトキシ−3−(2−オキソ−2−((2−オキソテトラヒドロフラン−3−イル)オキシ)エチル)フェニル)−ジベンゾチオフェニウムアイオダイド
5−(3−(カルボキシメチル)−4−メトキシフェニル)−ジベンゾチオフェニウムアイオダイド(50g、105mmol)、3−ブロモジヒドロフラン−2(3H)−オン(17.3g、105mmol)および炭酸セシウム(68.3g、210mmol)を、DMF(400mL)中で溶解し、25℃で4時間撹拌した。反応混合物を水(1L)によりクエンチし、DCM(2×400mL)により抽出し、合わせた有機層を水(4×500mL)により洗浄し、粘稠な油へ濃縮し、MTBE(2L)から沈殿させて、白固体として表題化合物を得た。
実施例9:
Figure 0006595166
(4−(2−メトキシ−2−オキソエチル)ナフタレン−1−イル)ジフェニルスルホンイウム1,1−ジフルオロ−2−(メタクリロイルオキシ)エタンスルホネート
(4−(2−メトキシ−2−オキソエチル)ナフタレン−1−イル)ジフェニルスルホンイウムアイオダイド(5g、9.76mmol)およびトリエチルアンモニウム1,1−ジフルオロ−2−(メタクリロイルオキシ)エタンスルホネート(3.40g、10.2mmol)を、DCM(200mL)および水(200mL)中で溶解し、25℃で一晩撹拌した。層を分離し、有機層を水(10×150mL)により洗浄し、減圧下で濃縮して、白固体として表題化合物を得た。
実施例10:酸発生剤単位を備えたポリマーの調製
ヒール液(heel solution)は、2−フェニルプロパン−2−イルメタクリレート(0.39g)、2−オキソテトラヒドロフラン−3−イルメタクリレート(0.33g)、3,5−ビス(1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−ヒドロキシプロパン−2−イル)シクロヘキシルメタクリレート(0.57g)および5−(4−(2−(1−エチルシクロペンチロキシ)−2−オキソエトキシ)−3,5−ジメチルフェニル)−5H−ジベンゾ[b,d]チオフェニウム1,1−ジフルオロ−2−(メタクリロイルオキシ)エタンスルホネート(0.31g)の12.81gを、アセトニトリル/テトラヒドロフラン(2/1 v/v)中で溶解することによって作製した。供給溶液は、2−フェニルプロパン−2−イルメタクリレート(185.54g、0.967mol)、2−オキソテトラヒドロフラン−3−イルメタクリレート(204.27g、1.26mol)、3,5−ビス(1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−ヒドロキシプロパン−2−イル)シクロヘキシルメタクリレート(127.98g、0.29mol)および5−(4−(2−(1−エチルシクロペンチロキシ)−2−オキソエトキシ)−3,5−ジメチルフェニル)−5H−ジベンゾ[b,d]チオフェニウム1,1−ジフルオロ−2−(メタクリロイルオキシ)エタンスルホネート(81.5g、0.132mol)を、606gの乳酸エチル:γ−ブトリル(butryl)ラクトン(30/70 v/v)中で溶解することによって調製した。開始剤溶液は、665.96gの開始剤(V−65)を6gのアセトニトリル/テトラヒドロフラン(2/1 v/v)中で溶解することによって調製した。重合を水コンデンサーおよび温度計を取り付けた2Lの三つ首丸底フラスコ中で実行して、フラスコ中の反応をモニタリングした。内容物をオーバーヘッド撹拌器を使用して撹拌した。反応器にヒール液をチャージし、内容物を75℃まで加熱した。供給溶液および開始剤溶液をシリンジポンプを使用して4時間の期間にわたって反応器の中へ供給した。次いで内容物を追加の2時間撹拌し、そこで反応をヒドロキノン(2.0g)を使用してクエンチした。内容物を室温まで冷却し、10倍(重量で)のIPE/MeOH 95/5(w/w)から2回沈殿させた。得られたポリマーを、各々の沈殿工程後に50℃で24時間真空で乾燥させて、500gのポリマーを産出した。
実施例11:酸発生剤単位を備えたポリマーの調製
5−(4−(2−(1−エチルシクロペンチロキシ)−2−オキソエトキシ)−3,5−ジメチルフェニル)−5H−ジベンゾ[b,d]チオフェニウム1,1−ジフルオロ−2−(メタクリロイルオキシ)エタンスルホネートの代わりに、5−フェニル−5H−ジベンゾ[b,d]チオフェニウム1,1−ジフルオロ−2−(メタクリロイルオキシ)エタンスルホネートを使用したこと以外は、実施例10のために使用した同じプロセスを、ポリマーの調製において使用した。
実施例12:酸発生剤単位を備えたポリマーの調製
5−(4−(2−(1−エチルシクロペンチロキシ)−2−オキソエトキシ)−3,5−ジメチルフェニル)−5H−ジベンゾ[b,d]チオフェニウム1,1−ジフルオロ−2−(メタクリロイルオキシ)エタンスルホネートの代わりに、5−(4−(tert−ブチル)フェニル)−5H−ジベンゾ[b,d]チオフェン−5−イウム1,1−ジフルオロ−2−(メタクリロイルオキシ)エタンスルホネートを使用したこと以外は、実施例10のために使用した同じプロセスを、ポリマーの調製において使用した。
実施例13:フォトレジスト組成物の調製および加工
ポジティブトーンフォトレジスト組成物は、成分1(乳酸エチル中の実施例10からのポリマーの10重量%溶液を7.952g);成分2(乳酸エチル中の酸発生剤5−(4−(2−(1−エチルシクロペンチロキシ)−2−オキソエトキシ)−3,5−ジメチルフェニル)−5H−ジベンゾ[b,d]チオフェニウム3−ヒドロキシアダマンタン−アセトキシ−1,1,2,2−テトラフルオロブタン−1−スルホネートの2重量%溶液を9.289g);成分3(乳酸エチル中のテトラキス(2−ヒドロキシプロピル)エチレンジアミンの0.5重量%溶液を0.932g);成分4(乳酸エチル中の(1r,3s,5R,7S)−3−ヒドロキシアダマンタン−1−カルボン酸,5−(4−(2−((1−エチルシクロペンチル)オキシ)−2−オキソエトキシ)−3,5−ジメチルフェニル)−5H−ジベンゾ[b,d]チオフェン−5−イウム塩の2重量%溶液を0.680g);成分5(乳酸エチル中のフッ素化界面活性剤(Omnova PF656)の0.5重量%溶液を0.159g);成分6(乳酸エチルを9.287g);および成分7(2−ヒドロキシイソ酪酸メチルエステルを11.700g)を組み合わせることによって調製した。配合されたレジストは0.01μmのPTFEフィルターを通した。このようにして調製したレジストをシリコンウエハの上へスピンコーティングし、ソフトベークして担体溶媒を除去し、フォトマスクを介してEUV照射へ露光した。次いでイメージ形成されたレジスト層を110℃で60秒間ベークし、次いで水溶性アルカリ組成物により現像する。
実施例14〜20:フォトレジスト組成物
フォトレジスト組成物は、表1に従う適切な変化を用いて、実施例13に従って調製および加工した。
表1:フォトレジスト成分。表1において、参照される文字は、カッコ[ ]中の値(実施例13に従って成分のグラムでの量が添加されることを示す)で以下の表2に記載のものを示すか、またはやはりカッコ[ ]中の値(実施例13に従って成分のグラムでの量が添加されることを示す)で合成実施例を直接参照する。参照文字または対応する実施例がない場合、成分は実施例13の対応する成分と同じである。サンプルはすべて実施例13に従って加工した。
Figure 0006595166
Figure 0006595166
実施例21:リソグラフィーの評価
以下の表については、Eサイズ、CDU、LWRおよびEL%はすべて以下の手法において評価される。実験データセットの比較のために複数の比較実施例がある。実験データセットを1へ正規化し、結果として「◇」により表記し;非常に不良な測定(実験データよりも20%を超えて性能が下まわる比較実施例)は、「△」で表記し;不良な測定(それぞれの比較と比較して少なくとも10%の性能不足を表わすもの)は、「□」で表記し;適正な測定(それぞれの比較と比較して0%〜10%の間の性能不足を表わすもの)は、「■」で表記し;良好な測定(実験データと比較して<0%の改善を表わすもの)は、「●」で表記する。
E−サイズおよび露光寛容度%(EL%)は、100nmの焦点深度(DoF)に限定された10%の限界寸法(CD)境界で、露光量および焦点(FEM)を介して、CDデータから計算された。CDUは10のFOVについて計算された3シグマであり、各々のFOVにつき36CHを測定し、すべて最良の露光/最良の焦点内で採取した。
Figure 0006595166
Figure 0006595166
表3および4中で参照されるように、本発明の光酸発生剤(PAG)を含むフォトレジストは改善されたリソグラフィー性能を示す。

Claims (10)

  1. 式(I)の構造
    Figure 0006595166
    (式中、
    Zは対アニオンであり;
    Xは硫黄またはヨウ素であり;
    Rは任意に置換された1−エチルシクロペンチル基、任意に置換されたメチルアダマンチル基、任意に置換されたエチルアダマンチル基、任意に置換されたt−ブチル基、任意に置換されたフェニル基、任意に置換されたナフチル及び−(CH (C=O)O−ALG(式中、nは1〜12の整数であり、ALGは、任意に置換された1−エチルシクロペンチル基、任意に置換されたメチルアダマンチル基、任意に置換されたエチルアダマンチル基及び任意に置換されたt−ブチル基からなる群から選択される。)からなる群から選択される基であり;
    R’およびR’’は、同じかまたは異なる非水素置換基であり、任意で環を形成することができるが、但し、Xがヨウ素ならば、R’およびR’’のうちの1つは存在せず;
    Aは、任意に置換された炭素環式アリール基または任意に置換されたヘテロ芳香族基である)
    を含む、酸発生剤。
  2. が、式(II)の構造
    Figure 0006595166
    (式中、
    Yは、スルホネート、カルボキシレート、サルフェート、スルファメート、またはスルホンアミドもしくはスルホンイミドのアニオンであり;
    R’’’は水素置換基または非水素置換基であり;
    WおよびW’は、水素、フッ素、シアノ、任意に置換されたアルキルおよび任意に置換されたアリールから独立して選択され、そこで2つ以上のW、W’およびR’’’は一緒に任意で環を形成し;
    但し、WおよびW’が各々独立してフッ素またはペルフルオロアルキルである場合、Yは、カルボキシレート、サルフェート、スルファメート、またはスルホンアミドもしくはスルホンイミドのアニオンから選択される)
    を含む、請求項1に記載の酸発生剤。
  3. 前記酸発生剤が、式(III)の構造
    Figure 0006595166
    (式中、
    Zは対アニオンであり;
    Rは任意に置換された1−エチルシクロペンチル基、任意に置換されたメチルアダマンチル基、任意に置換されたエチルアダマンチル基、任意に置換されたt−ブチル基、任意に置換されたフェニル基、任意に置換されたナフチル及び−(CH (C=O)O−ALG(式中、nは1〜12の整数であり、ALGは、任意に置換された1−エチルシクロペンチル基、任意に置換されたメチルアダマンチル基、任意に置換されたエチルアダマンチル基及び任意に置換されたt−ブチル基からなる群から選択される。)からなる群から選択される基であり;
    各々のT、各々のT’および各々のT’’は同じかまたは異なる非水素置換基であり、そこでTおよびT’’またはTおよびT’のいずれかは、連結して環を形成することが可能であり;
    nは0、1、2、3または4であり;
    n’およびn’’は、各々独立して0、1、2、3、4または5であり;
    Jは、BおよびCを共有結合で連結する化学結合または基を表わし;
    A、BおよびCは、同じかまたは異なる任意に置換された炭素環式アリール基または任意に置換されたヘテロ芳香族基である)
    を含む、請求項1に記載の酸発生剤。
  4. 前記酸発生剤が、式(IIa)の構造
    Figure 0006595166
    (式中、
    Zは対アニオンであり;
    Rは任意に置換された1−エチルシクロペンチル基、任意に置換されたメチルアダマンチル基、任意に置換されたエチルアダマンチル基、任意に置換されたt−ブチル基、任意に置換されたフェニル基、任意に置換されたナフチル及び−(CH (C=O)O−ALG(式中、nは1〜12の整数であり、ALGは、任意に置換された1−エチルシクロペンチル基、任意に置換されたメチルアダマンチル基、任意に置換されたエチルアダマンチル基及び任意に置換されたt−ブチル基からなる群から選択される。)からなる群から選択される基であり;
    各々のT、各々のT’および各々のT’’は同じかまたは異なる非水素置換基であり、そこでTおよびT’’またはTおよびT’のいずれかは、連結して環を形成することが可能であり;
    nは0、1、2、3または4であり;
    n’およびn’’は、各々独立して0、1、2、3、4または5であり;
    およびRは各々Hであるか、またはRおよびRは一緒になってBおよびCを共有結合で連結することができる化学結合もしくは基を表わし;
    A、BおよびCは、同じかまたは異なる任意に置換された炭素環式アリール基または任意に置換されたヘテロ芳香族基である)
    を含む、請求項1に記載の酸発生剤。
  5. 前記酸発生剤が、式(IIIa)の構造
    Figure 0006595166
    (式中、
    Zは対アニオンであり;
    Rは任意に置換された1−エチルシクロペンチル基、任意に置換されたメチルアダマンチル基、任意に置換されたエチルアダマンチル基、任意に置換されたt−ブチル基、任意に置換されたフェニル基、任意に置換されたナフチル及び−(CH (C=O)O−ALG(式中、nは1〜12の整数であり、ALGは、任意に置換された1−エチルシクロペンチル基、任意に置換されたメチルアダマンチル基、任意に置換されたエチルアダマンチル基及び任意に置換されたt−ブチル基からなる群から選択される。)からなる群から選択される基であり;
    各々のT、各々のT’および各々のT’’は同じかまたは異なる非水素置換基であり、そこでTおよびT’’またはTおよびT’のいずれかは、連結して環を形成することが可能であり;
    nは0、1、2、3または4であり;
    n’およびn’’は、各々独立して0、1、2、3、4または5であり;
    およびRは各々Hであるか、またはRおよびRは一緒になってBおよびCを共有結合で連結することができる化学結合もしくは基を表わし;
    BおよびCは同じかまたは異なる任意に置換された炭素環式アリール基である)
    を含む、請求項1に記載の酸発生剤。
  6. (V)の構造
    Figure 0006595166
    (式中、
    Zは対アニオンであり;
    はHであるかまたは任意に置換された1−エチルシクロペンチル基、任意に置換されたメチルアダマンチル基、任意に置換されたエチルアダマンチル基、任意に置換されたt−ブチル基、任意に置換されたフェニル基、任意に置換されたナフチル及び−(CH (C=O)O−ALG(式中、nは1〜12の整数であり、ALGは、任意に置換された1−エチルシクロペンチル基、任意に置換されたメチルアダマンチル基、任意に置換されたエチルアダマンチル基及び任意に置換されたt−ブチル基からなる群から選択される。)からなる群から選択される基であり;
    各々のT、各々のT’および各々のT’’は同じかまたは異なる非水素置換基であり、そこでTおよびT’’またはTおよびT’のいずれかは、連結して環を形成することが可能であり;
    nは0、1、2、3または4であり;
    n’およびn’’は、各々独立して0、1、2、3、4または5であり;
    Jは、BおよびCを共有結合で連結することができる化学結合または基を表わし;
    DおよびD’は同じかまたは異なり、各々は水素置換基または非水素置換基であり、任意で一緒になって環を形成することができ;
    A、BおよびCは、同じかまたは異なる任意に置換された炭素環式アリール基または任意に置換されたヘテロ芳香族基である)
    を含む、酸発生剤。
  7. (VII)の構造
    Figure 0006595166
    (式中、
    Zは対アニオンであり;
    は水素置換基または非水素置換基であり;各々のT、各々のT’および各々のT’’は同じかまたは異なる非水素置換基であり、そこでTおよびT’’またはTおよびT’のいずれかは、連結して環を形成することが可能であり;
    nは0、1、2、3または4であり;
    n’およびn’’は、各々独立して0、1、2、3、4または5であり;
    Jは、BおよびCを共有結合で連結することができる化学結合または基を表わし;
    Qは、完全または部分的に飽和させることができるC−Cアルキレン基(炭素基のうちのいずれかは、カルボニル、酸素、窒素、硫黄またはカルボニル、酸素、窒素、硫黄の任意の組み合わせにより置換することができる);C−C30の脂肪族炭化水素基、C−C30の芳香族炭化水素基、C−C30の環式炭化水素基、C−C30の多環式炭化水素基、またはC−C30のヘテロ芳香族基であり;
    A、BおよびCは、同じかまたは異なる任意に置換された炭素環式アリール基または任意に置換されたヘテロ芳香族基である)
    を含む、酸発生剤。
  8. 前記酸発生剤が、重合可能部分を含む、請求項1〜7のいずれか一項に記載の酸発生剤。
  9. 請求項1〜8のいずれか一項に記載の1種または複数の酸発生剤を含む、フォトレジスト組成物。
  10. フォトレジストレリーフイメージを提供するための方法であって、
    a)請求項1〜8のいずれか一項に記載のフォトレジスト組成物のコーティング層を基板上に塗布する工程と;
    b)前記フォトレジスト組成物層を活性化照射に露光し、露光したフォトレジスト組成物コーティング層を現像する工程と
    を含む方法。
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