JPH07138249A - Bis-t-butoxycarbonyl methyl thymolphthalein, its sinthesis and resist material containing the same - Google Patents

Bis-t-butoxycarbonyl methyl thymolphthalein, its sinthesis and resist material containing the same

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JPH07138249A
JPH07138249A JP5287449A JP28744993A JPH07138249A JP H07138249 A JPH07138249 A JP H07138249A JP 5287449 A JP5287449 A JP 5287449A JP 28744993 A JP28744993 A JP 28744993A JP H07138249 A JPH07138249 A JP H07138249A
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bis
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thymolphthalein
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稔 高見沢
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Abstract

PURPOSE:To provide the subject new compound useful as a dissolution inhibitor for e.g. positive-type resist materials sensitive to high-energy beams. CONSTITUTION:The objective bis-t-butoxycarbonylmethyl thymolphthalein of formula I, which can be obtained by reaction between thymolphthalein of formula II and a t-butoxycarbonylalpha-haloacetic acid. The other objective positive-type resist material capable of developing with an aqueous alkaline solution comprises (A) a poly(hydroxystyrene) resin, (B) the compound of the formula I as dissolution inhibitor and (C) an onium salt at the respective weight fractions: 0.55<=A, 0.07<=B<=0.40 and 0.005<=C<=0.15.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はポジ型レジスト材料に関
し、特に、遠紫外線、電子線及びX線等の高エネルギー
線に対して高い感度を有すると共に、アルカリ水溶液で
現像することのできる、微細加工に適したポジ型レジス
ト材料に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a positive resist material, and in particular, it has a high sensitivity to high-energy rays such as deep ultraviolet rays, electron beams and X-rays, and can be developed with an alkaline aqueous solution. The present invention relates to a positive resist material suitable for processing.

【0002】[0002]

【従来技術】従来から、LSI(高密度集積回路)の高
集積化と高速度化に伴い、パタンルールの微細化が求め
られているが、通常の光露光技術で用いる光源から放射
される光は波長が長い上単一波長ではないので、パタン
ルールの微細化には限度があった。そこで、超高圧水銀
灯から放射されるg線(波長436nm)或いはi線
(波長365nm)を光源として用いることも行われて
いる。
2. Description of the Related Art Conventionally, with the high integration and high speed of LSIs (high-density integrated circuits), miniaturization of pattern rules has been demanded, but light emitted from a light source used in a normal optical exposure technique is required. Has a long wavelength and is not a single wavelength, so there is a limit to the miniaturization of the pattern rule. Therefore, g-rays (wavelength 436 nm) or i-rays (wavelength 365 nm) emitted from an ultra-high pressure mercury lamp are also used as a light source.

【0003】しかしながら、この場合でも、約0.5μ
mの解像度のパタンルールが限界であり、製作され得る
LSIは、16MビットDRAM程度の集積度のものに
過ぎない。そこで、近年においては、g線やi線よりも
更に波長が短い、遠紫外線を光源として用いた遠紫外線
リソグラフィーが有望視されている。
However, even in this case, about 0.5 μ
The pattern rule of the resolution of m is the limit, and the LSI that can be manufactured is only the degree of integration of about 16 Mbit DRAM. Therefore, in recent years, far-ultraviolet lithography, which uses far-ultraviolet rays as a light source and has a shorter wavelength than g-line and i-line, is regarded as promising.

【0004】遠紫外線リソグラフィーによれば、0.1
〜0.3μmのパタンルールを形成することも可能であ
り、光吸収性の小さいレジスト材料を用いた場合には、
基板に対して垂直に近い側壁を有するパタンを形成する
ことが可能であり、また、一括してパタンを転写するこ
ともできるので、電子線を用いたリソグラフィーよりも
パタン形成処理効率(スループット)が高い点で優れて
いる。また、近年、遠紫外線用の光源として高輝度のK
rFエキシマレーザーを用いることができるようになっ
たことに伴い、該光源を用いてLSIを量産する観点か
ら、特に高感度のレジスト材料を用いることが必要とさ
れている。
According to deep ultraviolet lithography, it is 0.1
It is also possible to form a pattern rule of up to 0.3 μm, and when a resist material having low light absorption is used,
It is possible to form a pattern having a side wall that is nearly vertical to the substrate, and it is also possible to transfer the pattern at once, so that the pattern formation processing efficiency (throughput) is higher than that of lithography using an electron beam. Excellent in high points. Moreover, in recent years, high-intensity K
Since the use of the rF excimer laser has become possible, it is necessary to use a highly sensitive resist material from the viewpoint of mass-producing LSI using the light source.

【0005】そこで、近年、従来の高感度レジスト材料
と同等以上の感度を有する上、解像度及びドライエッチ
ング耐性の高い、酸を触媒として製造される化学増幅型
のレジスト材料が開発され(例えば、リュー(Liu)
等、ジャーナル・オブ・バキューム・サイエンス・アン
ド・テクノロジー(J.Vac.Techno.)、第
B6巻、第379頁、1988年)、既にシプリー(S
hipley)社によってノボラック樹脂とメラミン化
合物及び酸発生剤との三成分から成る、化学増幅型のネ
ガ型レジスト材料(SAL601ER7:シプリー社の
商品名)が商品化されている。
Therefore, in recent years, a chemically amplified resist material has been developed which has sensitivity equal to or higher than that of the conventional high-sensitivity resist material, and has high resolution and high dry etching resistance and which is produced by using an acid as a catalyst (for example, Ryu). (Liu)
Et al., Journal of Vacuum Science and Technology (J. Vac. Techno.), Volume B6, page 379, 1988, Already Shipley (S.
hipley) has commercialized a chemically amplified negative resist material (SAL601ER7: trade name of Shipley), which is composed of three components of a novolac resin, a melamine compound and an acid generator.

【0006】しかしながら、LSIの製造工程において
ネガ型レジスト材料を用いた場合には、配線やゲート部
分を形成させることは容易であるものの、微細加工が必
要とされるコンタクトホールを形成させることは困難で
あるという欠点があった。また、従来提案されている化
学増幅型のポジ型レジスト材料をそのまま用いて遠紫外
線や電子線或いはX線でパタン形成を行った場合には、
レジスト表面の溶解性が低下して現像後のパタンがオー
バーハング状になり易いために、パタンの寸法を制御す
ることが困難となって、ドライエッチングを用いた基板
加工の際の寸法制御性を損なうのみならず、パタンの倒
壊を招き易いという欠点があった〔ケー・ジー・チオン
(K.G.Chiong)等、ジャーナル・オブ・バキ
ューム・サイエンス・アンド・テクノロジー、第B7
巻、(6)、第1771頁、1989年〕。
However, when a negative resist material is used in the LSI manufacturing process, it is easy to form wirings and gate portions, but it is difficult to form contact holes that require fine processing. There was a drawback that was. In addition, when patterning is performed with deep ultraviolet rays, electron beams or X-rays using the conventionally proposed chemically amplified positive type resist material as it is,
Since the solubility of the resist surface decreases and the pattern after development tends to overhang, it becomes difficult to control the size of the pattern, and the dimensional controllability during substrate processing using dry etching is improved. It had a drawback that it not only damages but also easily causes the pattern to collapse [K. G. Chion et al., Journal of Vacuum Science and Technology, B7].
Vol., (6), p. 1771, 1989].

【0007】そこで、かかる欠点のない、高性能で化学
増幅型のポジ型レジスト材料の開発が強く望まれてい
た。かかる要望に答えて、イトー(Ito)等は、ポリ
ヒドロキシスチレンのOH基をt─ブトキシカルボニル
基で保護したポリ(ブトキシカルボニルオキシスチレ
ン)(PBOCSTという)樹脂にオニウム塩を加え
た、化学増幅型のポジ型レジスト材料を提案している
(ポリマース・イン・エレクトロニクス、エー・シー・
エス シンポジウムシリーズ〔Polymers in
Electoronics,ACS symposi
um Series 第242回(アメリカ化学会、ワ
シントンDC.1984年)、第11頁〕)。
Therefore, there has been a strong demand for the development of a high-performance, chemically-amplified positive resist material which does not have such drawbacks. In response to such a demand, Ito et al. Have proposed a chemically amplified type in which an onium salt is added to a poly (butoxycarbonyloxystyrene) (called PBOCST) resin in which the OH group of polyhydroxystyrene is protected by t-butoxycarbonyl group. Proposal of positive resist materials (Polymers in Electronics, AC
S symposium series [Polymers in
Electronics, ACS symposo
um Series 242 (American Chemical Society, Washington DC. 1984), p. 11]).

【0008】しかしながら、上記のオニウム塩はアンチ
モンを金属成分として含有しているために、基板を汚染
するという欠点があった。また、上野等は、ポリ(p─
スチレンオキシテトラヒドロピラニル)を主成分とし、
これに酸発生剤を添加してなる遠紫外線用ポジ型レジス
ト材料を提案している(第36回応用物理学会関連連合
講演会、1989年、1p─k─7)。しかしながら、
上記ポジ型レジスト材料は、遠紫外線、電子線又はX線
に対してポジ型からネガ型へ反転し易いという欠点があ
った。
However, since the above-mentioned onium salt contains antimony as a metal component, it has a drawback of contaminating the substrate. In addition, Ueno et al.
Styreneoxytetrahydropyranyl) as the main component,
A positive type resist material for deep ultraviolet rays obtained by adding an acid generator to this has been proposed (36th Joint Lecture Meeting of Japan Society of Applied Physics, 1989, 1p-k-7). However,
The positive resist material has a drawback that it is easy to invert from a positive type to a negative type with respect to deep ultraviolet rays, electron beams or X-rays.

【0009】上記したような、OH基を保護基で保護し
た樹脂と酸発生剤からなる2成分系のポジ型レジスト材
料には、上記の欠点の他に、更に現像液に溶解させるた
めには多くの保護基を分解する必要があるので、LSI
の製造工程において、レジストの膜厚が変化したり膜内
に応力や気泡を発生させ易いという欠点があった。そこ
で、上記2成分系のポジ型レジスト材料の欠点を改善し
た化学増幅型のポジ型レジスト材料として、アルカリ可
溶性樹脂、溶解阻害剤及び酸発生剤からなる3成分系の
ポジ型レジスト材料が開発されている。
In addition to the above-mentioned drawbacks, the two-component positive resist composition comprising a resin in which an OH group is protected by a protecting group and an acid generator as described above is required to be dissolved in a developing solution. Since it is necessary to decompose many protecting groups, LSI
In the manufacturing process, there is a drawback that the film thickness of the resist is changed and stress or bubbles are easily generated in the film. Therefore, a three-component positive resist material comprising an alkali-soluble resin, a dissolution inhibitor and an acid generator has been developed as a chemically amplified positive resist material that has improved the drawbacks of the above two-component positive resist material. ing.

【0010】このような3成分系のポジ型レジスト材料
としては、ノボラック樹脂、溶解阻害剤としてのアセタ
ール化合物及び酸発生剤を添加したレジスト材料(RA
Y/PFレジスト材料:ヘキスト社)が、X線リソグラ
フィー用として開発されている。しかしながら、このレ
ジスト材料は室温で化学増幅を行うので、レジスト感度
は、X線露光から現像するまでの時間に著しく依存す
る。従って、該時間を常時厳密にコントロールする必要
があるが、そのコントロールが困難であるために、パタ
ンの寸法を安定させることができないという欠点がある
上、KrFエキシマレーザー光(波長248nm)の吸
収が大きいために、該レーザーを用いたリソグラフィー
に使用することは不適当であるという欠点があった。
As such a three-component positive resist material, a resist material (RA containing a novolak resin, an acetal compound as a dissolution inhibitor and an acid generator) is added.
Y / PF resist material: Hoechst) has been developed for X-ray lithography. However, since this resist material undergoes chemical amplification at room temperature, the resist sensitivity remarkably depends on the time from X-ray exposure to development. Therefore, it is necessary to control the time strictly at all times, but it is difficult to control the time, so that the dimension of the pattern cannot be stabilized, and the absorption of the KrF excimer laser light (wavelength 248 nm) is not possible. Due to its large size, it has a drawback that it is unsuitable for use in lithography using the laser.

【0011】ところで、化学増幅するためには、一般
に、露光後に熱処理を必要とする場合が多い。この場合
には、室温で化学増幅を行うレジスト材料の場合よりも
工程が増加するものの、露光から現像するまでの間の時
間のコントロールを厳密に行う必要がないために、レジ
スト特性が安定である。また、化学増幅を行う過程で加
水分解を行う系の場合には、加水分解のために水を必要
とするので、レジスト材料中に水分を含ませることが必
要である。
By the way, in order to carry out chemical amplification, heat treatment is generally required after exposure in many cases. In this case, although the number of steps is increased as compared with the case of a resist material which is chemically amplified at room temperature, it is not necessary to strictly control the time from exposure to development, so that the resist characteristics are stable. . Further, in the case of a system in which hydrolysis is performed in the process of performing chemical amplification, water is required for hydrolysis, so it is necessary to incorporate water into the resist material.

【0012】しかしながら、レジスト材料を基板に塗布
する際に用いられる溶媒には、一般に、酢酸エトキシエ
チル等の水に溶解しない有機溶媒を用いる場合が多く、
またレジスト材料として用いられる樹脂自体も水と相溶
しないものが多いので、レジスト材料中に水分を含有さ
せることが難しい上、含有させたとしてもその水分のコ
ントロールが煩雑となる。
However, as the solvent used for coating the resist material on the substrate, an organic solvent which is not soluble in water, such as ethoxyethyl acetate, is generally used.
Further, since many resins themselves used as resist materials are not compatible with water, it is difficult to contain water in the resist material, and even if the resin is contained, the control of the water becomes complicated.

【0013】これに対し、t─ブトキシカルボニルオキ
シ基の分解反応は、t─ブトキシカルボニルオキシ基と
触媒である酸との2成分で反応が進行し、水分を必要と
しないので、化学増幅を行わせるためには好適である。
また、t─ブトキシカルボニルオキシ基を有する化合物
の多くが、ノボラック樹脂の溶解性を阻害する効果を有
することから、t─ブトキシカルボニルオキシ基がノボ
ラック樹脂に対して溶解阻害効果を有するということが
知られている。
On the other hand, in the decomposition reaction of the t-butoxycarbonyloxy group, the reaction proceeds with the two components of the t-butoxycarbonyloxy group and the acid which is the catalyst, and water is not required. Therefore, chemical amplification is performed. It is suitable for this purpose.
Further, since many compounds having a t-butoxycarbonyloxy group have an effect of inhibiting the solubility of the novolak resin, it is known that the t-butoxycarbonyloxy group has a dissolution inhibiting effect on the novolak resin. Has been.

【0014】このような観点から、シュレゲル(Sch
legel)等は、ノボラック樹脂、ビスフェノールA
にt─ブトキシカルボニル基を導入した溶解阻害剤、及
びピロガロールメタンスルホン酸エステルからなる3成
分系のポシ型レジスト材料を提案している(1990年
春李、第37回応用物理学会関連連合講演会、28p─
ZE─4)。しかしながら、この場合には、ノボラック
樹脂の光吸収が大きいために実用化することが困難であ
る。
From such a viewpoint, Schlegel (Sch
legel) is a novolac resin, bisphenol A
We have proposed a three-component posi type resist material consisting of a dissolution inhibitor with a t-butoxycarbonyl group introduced into it and pyrogallol methanesulfonate (Spring Lee 1990, The 37th Annual Meeting of the Japan Society for Applied Physics). , 28p-
ZE-4). However, in this case, it is difficult to put it into practical use because the light absorption of the novolac resin is large.

【0015】また、シュウォーム(Schwalm)等
は、溶解阻害剤と酸発生剤とを兼ねた材料としてビス
(p─t─ブトキシカルボニルオキシフェニル)ヨード
ニウムヘキサフルオロアンチモネートを開発し〔ポリマ
ー・フォア・マイクロエレクトロニクス(polyme
r for Microelectronics)、東
京、1989年、セッションA38〕、これをノボラッ
ク樹脂に混合した遠紫外線用ポジ型レジスト材料を提案
している。しかしながら、上記のポジ型レジスト材料
は、ノボラック樹脂の光吸収が大きい上金属を含有する
ことから、実用化が困難であるという欠点があった。
Further, Schwarm et al. Have developed bis (pt-butoxycarbonyloxyphenyl) iodonium hexafluoroantimonate as a material which serves as both a dissolution inhibitor and an acid generator [Polymer Fore Microelectronics
r for Microelectronics), Tokyo, 1989, Session A38], and proposes a positive resist material for deep ultraviolet rays in which this is mixed with a novolac resin. However, the above-mentioned positive resist material has a drawback that it is difficult to put into practical use because the novolac resin has a large light absorption and contains a metal.

【0016】ところで、樹脂、溶解阻害剤及び酸発生剤
からなる三成分系の化学増幅型ポジ型レジスト材料にお
いては、レジスト膜のアルカリ現像液に対する溶解速度
を溶解阻害剤によって制御する事〔(高エネルギー線を
照射した部分の溶解速度)/(非照射部分の溶解速度)
(以下溶解速度比という)を大きくする事〕が、レジス
ト材料としての性能に特に大きな影響を及ぼす事が知ら
れている。即ち、紫外線などの高エネルギー線を照射し
た場合のレジスト膜の部分を、アルカリ現像液に対して
速やかに溶解させるような物質(溶解阻害剤)をレジス
ト材料に添加した場合には、レジストパターンの形成効
率が極めて良好となる。
By the way, in a three-component chemically amplified positive resist composition comprising a resin, a dissolution inhibitor and an acid generator, the dissolution rate of the resist film in an alkaline developer should be controlled by the dissolution inhibitor [(high Dissolution rate of the part irradiated with energy rays) / (Dissolution rate of the non-irradiated part)
It is known that (increasing the dissolution rate ratio)] has a great influence on the performance as a resist material. That is, when a substance (dissolution inhibitor) that rapidly dissolves the portion of the resist film when exposed to high energy rays such as ultraviolet rays to the alkali developing solution is added to the resist material, The formation efficiency becomes extremely good.

【0017】このような溶解阻害剤として従来知られて
いるものの例としては、下記化3で表されるジ(t−ブ
トキシカルボニル)ビスフェノールA、下記化4で表さ
れるジ(t−ブトキシカルボニル)ビスフェノールF、
下記化5で表される4−t−ブトキシカルボニルビフェ
ニル、下記化6で表されるt−ブチルコレート、下記化
7で表されるt−ブチルデオキシコレートが挙げられ
る。
Examples of conventionally known such dissolution inhibitors include di (t-butoxycarbonyl) bisphenol A represented by the following chemical formula 3 and di (t-butoxycarbonyl) represented by the following chemical formula 4. ) Bisphenol F,
4-t-butoxycarbonylbiphenyl represented by the following chemical formula 5, t-butyl cholate represented by the following chemical formula 6, and t-butyl deoxycholate represented by the following chemical formula 7 are mentioned.

【0018】[0018]

【化3】 [Chemical 3]

【化4】 [Chemical 4]

【化5】 [Chemical 5]

【化6】 [Chemical 6]

【化7】 (但し、化3、化4及び化5中、t−Bu−tはt−ブ
チル基を表わす。)しかしながら、これらの何れの溶解
阻害剤も以下の欠点を有しているために、レジスト材料
として実用する事が困難であった。
[Chemical 7] (However, in Chemical formula 3, Chemical formula 4, and Chemical formula 5, t-Bu-t represents a t-butyl group.) However, since any of these dissolution inhibitors have the following defects, the resist material It was difficult to put it into practice.

【0019】上記の欠点は、ジ(t−ブトキシカルボニ
ル)ビスフェノールA、及びジ(t−ブトキシカルボニ
ル)ビスフェノールFの場合には、樹脂に対して大きな
溶解阻害効果を有し、紫外線吸収率も小さい上安価であ
るという特徴を有しているものの、溶解速度比が小さい
上、樹脂に対する相溶性が低いので添加量が制限される
という事であり、4−t−ブトキシカルボニルビフェニ
ルの場合には、溶解速度比は比較的大きいものの、紫外
線吸収率が大きいために、レジスト膜に対する光透過性
を制御する事が出来ないという事である。
The above-mentioned drawbacks are that, in the case of di (t-butoxycarbonyl) bisphenol A and di (t-butoxycarbonyl) bisphenol F, they have a great effect of inhibiting dissolution of the resin and have a small ultraviolet absorption rate. Although it has a characteristic that it is inexpensive, the addition rate is limited because the dissolution rate ratio is small and the compatibility with the resin is low, and in the case of 4-t-butoxycarbonylbiphenyl, Although the dissolution rate ratio is relatively large, it is impossible to control the light transmittance to the resist film due to the large ultraviolet absorption rate.

【0020】また、t−ブチルデオキシコレートの場合
には、紫外線吸収度が小さい上、ノボラック樹脂に対し
て用いた場合には相溶性が良好であって溶解阻害剤とし
て優れているものの、ポリ(ヒドロキシスチレン)に対
して用いた場合には、溶解阻害効果が不十分であるため
に、非照射部分のレジスト膜がアルカリ現像液に対して
溶解するという膜減り現象が生じるという事、また、原
料が天然物であるために供給が不安定であるという事で
ある。更に、フィルム形成用樹脂としてポリヒドロキシ
スチレンを用い、これまでに挙げてきた溶解阻害剤を組
み合わせた場合には、これらの溶解阻害剤のポリヒドロ
キシスチレンに対する溶解性が不十分な事と、アルカリ
溶解抑制効果が不十分である事のために、レジストの初
期膜減りを制御する事が困難であった。
Further, in the case of t-butyl deoxycholate, the ultraviolet absorption is small, and when it is used for a novolac resin, it has good compatibility and is excellent as a dissolution inhibitor. When it is used for (hydroxystyrene), the dissolution inhibiting effect is insufficient, so that the film loss phenomenon occurs in which the resist film in the non-irradiated part dissolves in the alkali developing solution. It means that the supply is unstable because is a natural product. Furthermore, when polyhydroxystyrene is used as the film-forming resin and the dissolution inhibitors mentioned so far are combined, the solubility of these dissolution inhibitors in polyhydroxystyrene is insufficient and alkali dissolution Due to insufficient suppression effect, it was difficult to control the initial film loss of the resist.

【0021】[0021]

【発明が解決しようとする課題】そこで、樹脂と溶解阻
害剤及び酸発生剤を組み合わせた化学増幅型ポジ型レジ
スト材料において、従来の溶解阻害剤の欠点を解決すべ
く鋭意検討した結果、本発明者等は、ポリ(ヒドロキシ
スチレン)樹脂に対して、新規な化合物であるビス−t
−ブトキシカルボニルメチルチモールフタレインを溶解
阻害剤として組み合わせることによって、従来にない高
感度、高解像性及び優れたプロセス適性を有する、高エ
ネルギー線用ポジ型レジスト材料とすることができるこ
とを見出し本発明に到達した。
Therefore, in a chemically amplified positive resist composition in which a resin is combined with a dissolution inhibitor and an acid generator, as a result of intensive studies to solve the drawbacks of the conventional dissolution inhibitors, the present invention was found. Have found that bis-t which is a novel compound for poly (hydroxystyrene) resin.
-By combining butoxycarbonylmethylthymolphthalein as a dissolution inhibitor, it has been found that a positive resist material for high energy rays having unprecedented high sensitivity, high resolution and excellent process suitability can be obtained. The invention was reached.

【0022】従って、本発明の第1の目的は、新規な化
合物であるビス−t−ブトキシカルボニルメチルチモー
ルフタレインを提供することにある。本発明の第2の目
的は、ビス−t−ブトキシカルボニルメチルチモールフ
タレインの製造方法を提供することにある。本発明の第
3の目的は、従来にない高感度、高解像性及び優れたプ
ロセス適性を有する高エネルギー線用ポジ型レジスト材
料を提供することにある。
Therefore, a first object of the present invention is to provide a novel compound, bis-t-butoxycarbonylmethylthymolphthalein. A second object of the present invention is to provide a method for producing bis-t-butoxycarbonylmethylthymolphthalein. A third object of the present invention is to provide a positive resist material for high energy rays having unprecedentedly high sensitivity, high resolution and excellent process suitability.

【0023】[0023]

【課題を解決するための手段】本発明の上記の諸目的
は、新規な化合物であるビス−t−ブトキシカルボニル
チモールフタレイン及びその製造方法、並びに、ポリ
(ヒドロキシスチレン)樹脂a、溶解阻害剤b及びオニ
ウム塩cを、夫々重量分率で0.55≦a、0.07≦
b≦0.40、0.005≦c≦0.15並びにa+b
+c=1となるように含有すると共に、アルカリ水溶液
で現像することが可能な、高エネルギー線に感応するポ
ジ型レジスト材料であって、前記溶解阻害剤bが下記化
8で表される、ビスt−ブトキシカルボニルメチルチモ
ールフタレインであることを特徴とするポジ型レジスト
材料によって達成された。
Means for Solving the Problems The above-mentioned objects of the present invention have been achieved by novel compounds such as bis-t-butoxycarbonylthymolphthalein, a method for producing the same, poly (hydroxystyrene) resin a, and a dissolution inhibitor. b and onium salt c in weight fractions of 0.55 ≦ a and 0.07 ≦
b ≦ 0.40, 0.005 ≦ c ≦ 0.15 and a + b
A positive resist material which is contained so that + c = 1 and which can be developed with an alkaline aqueous solution and is sensitive to high energy rays, wherein the dissolution inhibitor b is represented by the following chemical formula 8. Achieved by a positive resist material characterized by being t-butoxycarbonylmethylthymolphthalein.

【0024】[0024]

【化8】 尚、上記化8で表されるビスt−ブトキシカルボニルメ
チルチモールフタレインは、t−ブトキシカルボニルα
−ハロ酢酸と下記化9で表されるチモールフタレインを
反応させて生成した新規な化合物である。
[Chemical 8] It should be noted that bis-t-butoxycarbonylmethylthymolphthalein represented by the above chemical formula 8 is t-butoxycarbonyl α
-A novel compound formed by reacting haloacetic acid with thymolphthalein represented by the following chemical formula 9.

【化9】 [Chemical 9]

【0025】本化合物は、市販品として容易に入手可能
な、チモールフタレインを原料として合成することが可
能である。即ち、チモールフタレインと、α−ハロゲン
化酢酸第三級ブチルエステルを、溶媒中、適当な酸トラ
ップ剤の存在下で反応させる事によって製造することが
できる。α−ハロゲン化酢酸としては、α−クロロ酢酸
第三級ブチルエステルまたはα−ブロモ酢酸第三級ブチ
ルエステルが用いられ、酸トラップ剤としては、弱塩基
であれば特に限定されないが、炭酸ナトリウム、炭酸カ
リウム、炭化水素ナトリウム、炭化水素カリウム、等の
炭酸塩や、トリエチルアミン、ジメチルアニリンなどの
第三級アミンが好適に用いられる。
This compound can be synthesized using thymolphthalein, which is easily available as a commercial product, as a raw material. That is, it can be produced by reacting thymolphthalein with α-halogenated acetic acid tertiary butyl ester in a solvent in the presence of an appropriate acid trapping agent. As the α-halogenated acetic acid, α-chloroacetic acid tertiary butyl ester or α-bromoacetic acid tertiary butyl ester is used, and the acid trap agent is not particularly limited as long as it is a weak base, but sodium carbonate, Carbonates such as potassium carbonate, sodium hydrocarbon and potassium hydrocarbon, and tertiary amines such as triethylamine and dimethylaniline are preferably used.

【0026】反応溶媒は特に限定されないが、ジメチル
ホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホ
キシドなどの非プロトン性極性溶媒を用いる事が好まし
い。反応温度は室温から反応溶媒の沸点の範囲で良く、
反応時間は特に限定されないが、ほぼ1時間から10時
間の範囲で反応が完結する。このようにして合成された
本発明の化合物は若干の不純物を含むが、これは、残査
を溶媒で洗浄するか、あるいは、クロマトグラフィーを
行なう事によって容易に除去することが可能である。こ
のようにして製造された本化合物は、再結晶の操作を行
う事によって、純物質として単離される。
The reaction solvent is not particularly limited, but it is preferable to use an aprotic polar solvent such as dimethylformamide, dimethylacetamide or dimethylsulfoxide. The reaction temperature may range from room temperature to the boiling point of the reaction solvent,
The reaction time is not particularly limited, but the reaction is completed within a range of approximately 1 hour to 10 hours. The compound of the present invention thus synthesized contains some impurities, which can be easily removed by washing the residue with a solvent or performing chromatography. The present compound thus produced is isolated as a pure substance by performing a recrystallization operation.

【0027】レジスト材料中の溶解阻害剤bの含有量
は、レジストフィルムのアルカリ溶解性を制御するのに
十分な割合で用いられるが、一般には7〜40重量%の
範囲であることが好ましい。含有量が7重量%未満では
溶解阻害効果が小さく、40重量%以上ではレジスト膜
の機械強度や耐熱性が低下する。因みに、本発明のビス
−t−ブトキシカルボニルメチルチモールフタレインを
溶解阻害剤として添加した場合、フィルム形成用のベー
ス樹脂としてポリヒドロキシスチレンを用いた場合であ
っても、非照射部分のアルカリ現像時の膜減りを十分制
御する事が可能であり、しかも光照射を受けた部分につ
いては、アルカリ可溶性になるため、レジストとして極
めて優れた性能を発揮する。
The content of the dissolution inhibitor b in the resist material is used in a ratio sufficient to control the alkali solubility of the resist film, but it is generally preferably in the range of 7 to 40% by weight. If the content is less than 7% by weight, the dissolution inhibiting effect is small, and if it is 40% by weight or more, the mechanical strength and heat resistance of the resist film are lowered. By the way, when bis-t-butoxycarbonylmethylthymolphthalein of the present invention is added as a dissolution inhibitor, even when polyhydroxystyrene is used as a base resin for film formation, it is not It is possible to sufficiently control the film loss, and since the portion that has been irradiated with light becomes alkali-soluble, it exhibits extremely excellent performance as a resist.

【0028】即ち、この溶解阻害剤は、ポリヒドロキシ
スチレンに対する溶解阻害効果が十分である一方、酸発
生剤が光照射されて形成する酸性条件下で容易に保護基
の離脱が起こり、フェノール性水酸基を有するチモール
フタレイン及びカルボン酸基を有する化合物を生成す
る。この場合、特にカルボキシレートイオンを生成する
ので大きなアルカリ溶解速度が得られる。
That is, this dissolution inhibitor has a sufficient dissolution inhibitory effect on polyhydroxystyrene, while the protective group is easily removed under acidic conditions formed by irradiation of the acid generator with light, resulting in a phenolic hydroxyl group. And a compound having a carboxylic acid group. In this case, a large alkali dissolution rate can be obtained because carboxylate ions are generated in particular.

【0029】ラジカル重合で得られるような、分子量分
布の広いポリヒドロキシスチレンを用いた場合には、レ
ジスト材料中に、アルカリ水溶液に溶解し難い大きい分
子量のものまで含まれることとなるため、これがパタン
形成後の裾ひきの原因となる。従って、リビング重合に
よって得られるような単分散性のポリヒドロキシスチレ
ンを使用することが好ましい。
When polyhydroxystyrene having a wide molecular weight distribution, such as obtained by radical polymerization, is used, the resist material contains a large molecular weight that is difficult to dissolve in an alkaline aqueous solution. It will cause hem pulling after formation. Therefore, it is preferable to use monodisperse polyhydroxystyrene as obtained by living polymerization.

【0030】因みに、本発明において、リビング重合に
よって得られたポリヒドロキシスチレン(例えば、平均
分子量が1万で分子量分布が1.1のもの)を用いたレ
ジスト材料を使用して、0.2μmのラインとスペース
のパタンを形成させた場合には、裾ひきがなく良好な精
度のパタンを形成することができる。また、このように
して得られたパタンを150℃で10分間ベークして
も、パタンに何の変形も認められず、耐熱性が十分であ
る。
Incidentally, in the present invention, a resist material using polyhydroxystyrene obtained by living polymerization (for example, one having an average molecular weight of 10,000 and a molecular weight distribution of 1.1) is used, and a resist material having a thickness of 0.2 μm is used. When the pattern of the line and the space is formed, it is possible to form the pattern with good precision without the hem. Moreover, even if the pattern thus obtained is baked at 150 ° C. for 10 minutes, no deformation is observed in the pattern and the heat resistance is sufficient.

【0031】一方、ラジカル重合で得られたポリヒドロ
キシスチレン(例えば、平均分子量が1.2万で分子量
分布が3.0のもの)を用いたレジスト材料を使用し
て、0.5μmのラインとスペースのパタンを形成させ
た場合には、パタンの耐熱性は略同等であるものの、裾
ひきが見られるので、とても0.2μmの解像度は得ら
れない。
On the other hand, a resist material using polyhydroxystyrene obtained by radical polymerization (for example, one having an average molecular weight of 12,000 and a molecular weight distribution of 3.0) was used to obtain a line of 0.5 μm. When the space pattern is formed, the heat resistance of the pattern is almost the same, but since the hem is visible, a resolution of 0.2 μm cannot be obtained.

【0032】尚、単分散性とは分子量分布がMw/Mn
=1.05〜1.50であることを意味する。但し、M
wは高分子の重量平均分子量、Mnは数平均分子量であ
る。重量平均分子量は、リビング重合させる場合にあっ
てはモノマーの重量と開始剤のモル数から計算すること
により、又は光散乱法を用いて容易に求められる。ま
た、数平均分子量は膜浸透圧計を用いて、容易に測定さ
れる。
The monodispersity means that the molecular weight distribution is Mw / Mn.
= 1.05 to 1.50. However, M
w is the weight average molecular weight of the polymer, and Mn is the number average molecular weight. In the case of living polymerization, the weight average molecular weight can be easily calculated by calculating from the weight of the monomer and the number of moles of the initiator, or by using the light scattering method. Moreover, the number average molecular weight is easily measured using a membrane osmometer.

【0033】分子量分布の評価は、ゲルパーミェーショ
ンクロマトグラフィー(GPC)によって行うことがで
き、分子構造は赤外線吸収(IR)スペクトル又は1
─NMRスペクトルによって容易に確認することができ
る。単分散性のポリマーを得る方法としては、第1にラ
ジカル重合法等で重合して得られる広い分子量分布を有
するポリマーを分別処理する方法、第2にリビング重合
法により当初から単分散のポリマーを得る方法が挙げら
れるが、単分散化する工程が簡易であることから、リビ
ング重合法を採用することが好ましい。
The molecular weight distribution can be evaluated by gel permeation chromatography (GPC), the molecular structure of which is infrared absorption (IR) spectrum or 1 H.
-It can be easily confirmed by the NMR spectrum. As a method for obtaining a monodisperse polymer, firstly, a polymer having a wide molecular weight distribution obtained by polymerization by a radical polymerization method or the like is fractionated, and secondly, a monodisperse polymer is initially prepared by a living polymerization method. A method of obtaining the same is mentioned, but it is preferable to adopt the living polymerization method because the step of monodispersion is simple.

【0034】ところで、p−ヒドロキシスチレンモノマ
ーをそのままリビング重合させようとしても、モノマー
の水酸基と重合開始剤とが反応するので重合を開始しな
い。そこで、該水酸基を保護する保護基を導入したモノ
マーをリビング重合させた後、該保護基を脱離させて目
的のパラヒドロキシスチレンを得るという手法が用いら
れる。用いられる保護基としては、第三級ブチル基、ジ
メチルフェニルカルビルメチルシリル基、第三級ブトキ
シカルボニル基、テトラヒドロピラニル基、第三級ブチ
ルジメチルシリル基等が挙げられる。
By the way, even if the p-hydroxystyrene monomer is subjected to living polymerization as it is, polymerization does not start because the hydroxyl group of the monomer reacts with the polymerization initiator. Therefore, a method is used in which a monomer introduced with a protective group for protecting the hydroxyl group is subjected to living polymerization and then the protective group is eliminated to obtain the target parahydroxystyrene. Examples of the protective group used include a tertiary butyl group, a dimethylphenylcarbylmethylsilyl group, a tertiary butoxycarbonyl group, a tetrahydropyranyl group, and a tertiary butyldimethylsilyl group.

【0035】例えば、下記化10又は化11で表される
モノマーをリビングアニオン重合させた後、ジメチルフ
ェニルカルビルシリル基又はt─ブチル基を脱離させる
ことにより容易に得ることができる。
For example, it can be easily obtained by subjecting a monomer represented by the following Chemical formula 10 or Chemical formula 11 to living anionic polymerization and then eliminating a dimethylphenylcarbylsilyl group or a t-butyl group.

【化10】 [Chemical 10]

【化11】 [Chemical 11]

【0036】上記リビングアニオン重合に際しては、重
合開始剤として、有機金属化合物を用いることが好まし
い。好ましい有機金属化合物としては、例えばn−ブチ
ルリチウム、sec−ブチルリチウム、tert−ブチ
ルリチウム、ナトリウムナフタレン、アントラセンナト
リウム、α−メチルスチレンテトラマージナトリウム、
クミルカリウム、クミルセシウム等の有機アルカリ金属
化合物等が挙げられる。
In the above living anionic polymerization, it is preferable to use an organometallic compound as a polymerization initiator. Preferred organometallic compounds include, for example, n-butyllithium, sec-butyllithium, tert-butyllithium, sodium naphthalene, anthracene sodium, α-methylstyrenetetramage sodium,
Examples thereof include organic alkali metal compounds such as cumyl potassium and cumyl cesium.

【0037】リビングアニオン重合は有機溶媒中で行わ
れることが好ましい。この場合に用いられる有機溶媒は
芳香族炭化水素、環状エーテル、脂肪族炭化水素等の溶
媒であり、これらの具体例としては、例えばベンゼン、
トルエン、テトラヒドロフラン、ジオキサン、テトラヒ
ドロピラン、ジメトキシエタン、n−ヘキサン、シクロ
ヘキサン等が挙げられる。
Living anionic polymerization is preferably carried out in an organic solvent. The organic solvent used in this case is a solvent such as an aromatic hydrocarbon, a cyclic ether, or an aliphatic hydrocarbon, and specific examples thereof include benzene and
Examples thereof include toluene, tetrahydrofuran, dioxane, tetrahydropyran, dimethoxyethane, n-hexane and cyclohexane.

【0038】これらの有機溶媒は単独で使用しても混合
して使用しても良いが、特にテトラヒドロフランを使用
することが好ましい。重合に際するモノマーの濃度は1
〜50重量%、特に1〜30重量%が適切であり、反応
は高真空下、又はアルゴン、窒素等の不活性ガス雰囲気
下で攪拌して行うことが好ましい。
These organic solvents may be used alone or as a mixture, but tetrahydrofuran is particularly preferably used. Monomer concentration during polymerization is 1
Appropriately ˜50% by weight, especially 1-30% by weight, and the reaction is preferably carried out under high vacuum or under an atmosphere of an inert gas such as argon or nitrogen with stirring.

【0039】反応温度は−100℃乃至使用した有機溶
媒の沸点温度までの範囲で任意に選択することができ
る。特にテトラヒドロフラン溶媒を使用した場合には−
78℃〜0℃、ベンゼン溶媒を使用した場合には室温で
反応させることが好ましい。上記の如き条件で約10分
〜7時間反応を行うことにより、ビニル基のみが選択的
に反応して重合し、例えば下記化12又は化13で表さ
れるポリマーを得ることができる。
The reaction temperature can be arbitrarily selected within the range of -100 ° C to the boiling temperature of the organic solvent used. Especially when a tetrahydrofuran solvent is used
It is preferable to carry out the reaction at 78 ° C to 0 ° C and at room temperature when a benzene solvent is used. By carrying out the reaction for about 10 minutes to 7 hours under the above conditions, only the vinyl group selectively reacts and polymerizes, and for example, a polymer represented by the following Chemical formula 12 or Chemical formula 13 can be obtained.

【0040】[0040]

【化12】 [Chemical 12]

【化13】 所望の重合度に達した時点で、例えばメタノール、水、
メチルブロマイド等の重合反応停止剤を反応系に添加し
て重合反応を停止させることにより、所望の分子量を有
するリビングポリマーを得ることができる。
[Chemical 13] When the desired degree of polymerization is reached, for example methanol, water,
A living polymer having a desired molecular weight can be obtained by adding a polymerization reaction terminator such as methyl bromide to the reaction system to stop the polymerization reaction.

【0041】更に、得られた反応混合物を適当な溶剤
(例えばメタノール)を用いて沈澱せしめ、洗浄・乾燥
することによりリビングポリマーを精製・単離すること
ができる。重合反応においては、モノマーが100%反
応するので生成するリビングポリマーの収量は略100
%である。従って、モノマーの使用量と反応開始剤のモ
ル数を調整することにより、得られるリビングポリマー
の分子量を適宜調整することができる。
Further, the living polymer can be purified and isolated by precipitating the obtained reaction mixture with a suitable solvent (for example, methanol), washing and drying. In the polymerization reaction, the yield of living polymer produced is about 100 because the monomers react 100%.
%. Therefore, the molecular weight of the living polymer obtained can be appropriately adjusted by adjusting the amount of the monomer used and the number of moles of the reaction initiator.

【0042】このようにして得られたリビングポリマー
の分子量分布は単分散性(Mw/Mn=1.05〜1.
50)である。更に、化12又は化13で表されるポリ
マーの、ジメチルフェニルカルビニルビニルジメチルシ
リル基又はt─ブチル基のエーテル結合を切断すること
によって、下記化14で表されるポリ(p─ヒドロキシ
スチレン)を得ることができる。
The molecular weight distribution of the living polymer thus obtained is monodisperse (Mw / Mn = 1.05 to 1.
50). Furthermore, by cleaving the ether bond of the dimethylphenylcarbinylvinyldimethylsilyl group or t-butyl group of the polymer represented by Chemical formula 12 or Chemical formula 13, poly (p-hydroxystyrene) represented by the following Chemical formula 14 is obtained. Can be obtained.

【化14】 [Chemical 14]

【0043】上記のエーテル結合を切断する反応は、化
12又は化13で表されるポリマーをジオキサン、アセ
トン、アセトニトリル、ベンゼン等の溶媒又はこれらの
混合溶媒に溶解した後、塩酸、臭化水素酸又はパラトル
エンスルホン酸ピリジニウム塩等の酸を滴下することに
よって容易に行うことができる。上記の反応において
は、ポリマーの主鎖が切断されたり分子間に架橋反応が
生じるということがないので、得られるポリ(p−ヒド
ロキシスチレン)は単分散性である。
The above reaction for cleaving the ether bond is carried out by dissolving the polymer represented by Chemical formula 12 or Chemical formula 13 in a solvent such as dioxane, acetone, acetonitrile, benzene or a mixed solvent thereof, and then adding hydrochloric acid or hydrobromic acid. Alternatively, it can be easily carried out by adding an acid such as paratoluenesulfonic acid pyridinium salt dropwise. In the above reaction, the main chain of the polymer is not cleaved and the crosslinking reaction between the molecules does not occur, so that the obtained poly (p-hydroxystyrene) is monodisperse.

【0044】本発明で使用するオニウム塩cとしては、
従来の化学増幅型の光レジスト用のものであれば特に限
定されるものではないが、スルホニウム塩やヨードニウ
ム塩等のオニウム塩、ジ(フェニルスルホニル)ジアゾ
メタンやその置換体などのジアゾ化合物、2,6−ジニ
トロベンジルトシレート等のベンジルトシレート類、更
にベンゾイントシレートやトリアジン誘導体などが通常
用いられる。
The onium salt c used in the present invention is
It is not particularly limited as long as it is for a conventional chemically amplified photoresist, but it is an onium salt such as a sulfonium salt or an iodonium salt, a diazo compound such as di (phenylsulfonyl) diazomethane or a substitution product thereof, 2, Benzyl tosylate such as 6-dinitrobenzyl tosylate, benzoin tosylate and triazine derivative are usually used.

【0045】このようなオニウム塩としては、例えば、
下記化15〜19に示す化合物が挙げられる。
Examples of such onium salts include:
The compounds shown in Chemical formulas 15 to 19 below can be mentioned.

【化15】 [Chemical 15]

【化16】 [Chemical 16]

【化17】 [Chemical 17]

【化18】 [Chemical 18]

【化19】 [Chemical 19]

【0046】上記の式中におけるXは、p−トルエンス
ルホン酸陰イオン、トリフルオロメタンスルホン酸陰イ
オン、六フッ化アンチモン酸陰イオン、六フッ化リン酸
陰イオン、又は四フッ化ホウ酸陰イオンを表す。レジス
ト材料中のオニウム塩の含有量は、0.5〜15重量%
の範囲であることが好ましい。含有量が0.5重量%未
満ではレジスト材料の感度を向上させることができず、
15重量%以上では、レジスト材料のコストが上昇する
上レジスト膜の機械的強度が低下する。
X in the above formula is p-toluenesulfonate anion, trifluoromethanesulfonate anion, hexafluoroantimonate anion, hexafluorophosphate anion, or tetrafluoroborate anion. Represents The content of onium salt in the resist material is 0.5 to 15% by weight.
It is preferably in the range of. If the content is less than 0.5% by weight, the sensitivity of the resist material cannot be improved,
When it is 15% by weight or more, the cost of the resist material increases and the mechanical strength of the resist film decreases.

【0047】本発明のレジスト材料は、これらの成分を
有機溶剤に溶解して得られるものである。このときの有
機溶剤としては、それぞれの成分が十分溶解され、かつ
レジスト膜が均一に広がるようなものが望ましく、具体
的には酢酸ブチル、キシレン、アセトン、セロソルブア
セテート、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ジブチルエーテル、ジエチレングリ
コールジメチルエーテル、乳酸エチル、乳酸メチル、乳
酸プロピル、乳酸ブチル、プロピレングリコールメチル
エーテルアセテートなどを挙げることができる。
The resist material of the present invention is obtained by dissolving these components in an organic solvent. The organic solvent at this time is preferably one in which the respective components are sufficiently dissolved and the resist film is evenly spread, and specifically, butyl acetate, xylene, acetone, cellosolve acetate, ethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol diethylene. Examples thereof include butyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, ethyl lactate, methyl lactate, propyl lactate, butyl lactate, and propylene glycol methyl ether acetate.

【0048】本発明のレジスト材料を用いて基板にパタ
ンを形成することは、以下の方法によって容易に行うこ
とができる。即ち、レジスト材料溶液を基板上にスピン
塗布した後、プリベークを行って塗布基板を得る。得ら
れた塗布基板に高エネルギー線を照射すると、塗布膜中
の酸発生剤が分解して酸が生成する。
Pattern formation on a substrate using the resist material of the present invention can be easily performed by the following method. That is, a resist material solution is spin-coated on a substrate and then pre-baked to obtain a coated substrate. When the obtained coated substrate is irradiated with a high energy ray, the acid generator in the coated film decomposes to generate an acid.

【0049】次いで、該基板を露光した後熱処理を行う
と、生成した酸を触媒として溶解阻害剤及びポリ(ヒド
ロキシスチレン)樹脂のt─ブトキシカルボニルオキシ
基が分解し、レジストの溶解阻害効果が消失することに
よって形成された潜像を有する基板が得られる。次に、
該潜像を有する基板をアルカリ水溶液で現像処理し、水
洗することによってポジ型パタンを形成することができ
る。
Then, when the substrate is exposed to heat and then heat-treated, the dissolution inhibitor and the t-butoxycarbonyloxy group of the poly (hydroxystyrene) resin are decomposed using the generated acid as a catalyst, and the dissolution inhibiting effect of the resist disappears. By doing so, a substrate having a latent image formed is obtained. next,
A positive type pattern can be formed by developing the substrate having the latent image with an alkaline aqueous solution and washing with water.

【0050】[0050]

【発明の効果】本発明のビス−t−ブトキシカルボニル
メチルチモールフタレインは、特にポリ(ヒドロキシス
チレン)樹脂に対する大きな溶解性と、アルカリ現像液
に対する大きな溶解抑止効果を示すため、ポリ(ヒドロ
キシスチレン)樹脂を用いる化学増幅型ポジ型レジスト
材料の溶解阻害剤として用いた場合において、レジスト
膜の初期膜減りを十分に抑止することができる。
INDUSTRIAL APPLICABILITY The bis-t-butoxycarbonylmethylthymolphthalein of the present invention exhibits a large solubility especially in a poly (hydroxystyrene) resin and a large dissolution inhibiting effect in an alkali developing solution, so that it has a poly (hydroxystyrene) content. When used as a dissolution inhibitor for a chemically amplified positive resist material using a resin, it is possible to sufficiently suppress the initial film loss of the resist film.

【0051】又、本発明の上記溶解阻害剤を用いたポジ
型レジスト材料は、高エネルギー線に対する感度が高
く、特に波長の短い遠紫外線(KrFエキシマレーザー
等)に対する感度が高い上該遠紫外線の吸収が少ないの
で、LSI等に用いられる基板の微細加工に好適なレジ
スト材料である。また、本発明のポジ型レジスト材料
は、金属元素を含まないので基板を汚染することがない
上、露光後の経時依存性が少なく、又、化学増幅過程で
水分を必要としないので、工程上からも好適なポジ型レ
ジスト材料である。
Further, the positive resist material using the above-mentioned dissolution inhibitor of the present invention has high sensitivity to high energy rays, particularly to deep ultraviolet rays having a short wavelength (KrF excimer laser, etc.), and also has a high sensitivity to the deep ultraviolet rays. Since it absorbs little, it is a resist material suitable for fine processing of substrates used in LSI and the like. In addition, the positive resist composition of the present invention does not contaminate the substrate because it does not contain a metal element, has little time dependence after exposure, and does not require moisture in the chemical amplification process, so that the process Is also a preferable positive resist material.

【0052】[0052]

【実施例】以下、本発明を実施例に従って更に詳述する
が、本発明はこれによって限定されるものではない。
EXAMPLES The present invention will be described in more detail below with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto.

【0053】実施例1.チモールフタレイン25g
(0.058mol)、ブロモ酢酸−t−ブチル25.
7g(0.13mol)、硫酸水素テトラn−ブチルア
ンモニウム1.25g、及び炭酸カリウム50g(0.
36mol)を150mlのジメチルスルホキシドにケ
ン濁させ、60℃で6時間攪拌して反応させた。反応液
を放冷した後、300mlの冷水中に注ぎ、200ml
のクロロホルムで2回抽出した。有機層を300mlの
飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥した後
溶媒を留去した。得られた残渣をシリカゲルクロマトグ
ラフィーを用いて精製し、ヘキサンから再結晶する事に
よって29.4g(収率77%)の無色のプリズム晶を
得た。
Example 1. Thymolphthalein 25g
(0.058 mol), bromoacetate-t-butyl 25.
7 g (0.13 mol), tetra-n-butylammonium hydrogensulfate 1.25 g, and potassium carbonate 50 g (0.
36 mol) was suspended in 150 ml of dimethylsulfoxide and stirred at 60 ° C. for 6 hours for reaction. After allowing the reaction solution to cool, pour it into 300 ml of cold water to obtain 200 ml.
It was extracted twice with chloroform. The organic layer was washed with 300 ml of saturated saline and dried over anhydrous sodium sulfate, and then the solvent was distilled off. The obtained residue was purified by silica gel chromatography and recrystallized from hexane to obtain 29.4 g (yield 77%) of colorless prism crystals.

【0054】得られたプリズム晶の融点は、93〜94
℃であった。又、1 HNMR(CDCl3 )の測定値δ
は、1.03(6H,d)、1.68(6H、d)、
1.46(18H,s)、3.25(2H,m)、4.
51(4H,s)、6.46(2H,s)、6.84
(2H,s)、7.33(1H,d)、7.55(1
H,t)、7.69(1H,t)、7.94(1H,
d)であり、ビス−t−ブトキシカルボニルメチルチモ
ールフタレインであることが確認された。
The melting point of the obtained prism crystals is 93 to 94.
It was ℃. Also, the measured value of 1 HNMR (CDCl 3 ) δ
Is 1.03 (6H, d), 1.68 (6H, d),
1.46 (18H, s), 3.25 (2H, m), 4.
51 (4H, s), 6.46 (2H, s), 6.84
(2H, s), 7.33 (1H, d), 7.55 (1
H, t), 7.69 (1H, t), 7.94 (1H,
d), which was confirmed to be bis-t-butoxycarbonylmethylthymolphthalein.

【0055】実施例2.実施例1で使用したブロモ酢酸
t−ブチルの代わりにクロロ酢酸−t−ブチルを使用す
ると共に、60℃で12時間攪拌して反応させた他は、
実施例1と全く同様にして合成を行ったところ、ビス−
t−ブトキシカルボニルメチルチモールフタレインが2
7.3g(収率72%)得られた。
Example 2. Other than using t-butyl chloroacetate instead of t-butyl bromoacetate used in Example 1 and reacting by stirring at 60 ° C. for 12 hours,
When the synthesis was carried out in the same manner as in Example 1, the bis-
t-butoxycarbonylmethylthymolphthalein is 2
7.3 g (yield 72%) was obtained.

【0056】実施例3.ポリ−p−ヒドロキシスチレン
(数平均分子量1.4×10-4g/mol、分子量分布
1.10)81重量部、ビス−t−ブトキシカルボニル
メチルチモールフタレイン14重量部、ジフェニル(p
−メトキシフェニル)スルホニウムトリフルオロメタン
スルホネート5重量部、及びジグライム400重量部を
混合したレジスト溶液を、シリーコン基板上に2,00
0回転/分でスピン塗布し、ホットプレート上で85℃
で1分間プリペークして、レジスト膜の厚さが0.7μ
mのレジスト塗布基板を得た。
Example 3. 81 parts by weight of poly-p-hydroxystyrene (number average molecular weight 1.4 × 10 −4 g / mol, molecular weight distribution 1.10), 14 parts by weight of bis-t-butoxycarbonylmethylthymolphthalein, diphenyl (p
-Methoxyphenyl) sulfonium trifluoromethane sulfonate (5 parts by weight) and diglyme (400 parts by weight) were mixed on a silicon substrate to form a resist solution.
Spin coating at 0 rev / min, 85 ℃ on hot plate
Pre-paque for 1 minute and the resist film thickness is 0.7μ
m resist coated substrate was obtained.

【0057】得られた塗布基板の塗布側に、加速電圧3
0kVの電子線で描画した後、熱処理を85℃で2分間
行った。次いで、テトラメチルアンモニウムヒドロキシ
ド(TMAH)2.4重量%の水溶液を用いて1分間現
像を行い、30秒間水洗して、パタンが形成されたシリ
コーン基板(パタン基板)を得た。得られた基板のパタ
ンはポジ型の特性を示し、レジスト膜のD0 感度は3.
6μC/cm2 であった。
An accelerating voltage of 3 is applied to the coating side of the obtained coated substrate.
After drawing with an electron beam of 0 kV, heat treatment was performed at 85 ° C. for 2 minutes. Then, development was carried out for 1 minute using an aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide (TMAH) 2.4% by weight, followed by washing with water for 30 seconds to obtain a silicone substrate (pattern substrate) on which patterns were formed. The obtained pattern of the substrate shows positive type characteristics, and the D 0 sensitivity of the resist film is 3.
It was 6 μC / cm 2 .

【0058】また、電子線に代えて、遠紫外線であるK
rFエキシマレーザー光(波長248nm)を用いて評
価した場合のD0 感度は30mJ/cm2 であった。更
に、描画後の熱処理を85℃で5分間とした場合の電子
線感度は2.5μC/cm2であった。得られたパタン
の解像度は、電子線を用いた場合には0.25μmであ
った。
Further, instead of the electron beam, K which is far ultraviolet rays is used.
The D 0 sensitivity when evaluated using rF excimer laser light (wavelength 248 nm) was 30 mJ / cm 2 . Furthermore, the electron beam sensitivity was 2.5 μC / cm 2 when the heat treatment after drawing was performed at 85 ° C. for 5 minutes. The resolution of the obtained pattern was 0.25 μm when an electron beam was used.

【0059】実施例4〜9.実施例3で使用したオニウ
ム塩であるジフェニル(p−メトキシフェニル)スルホ
ニウムフルオロメタンスルホネートに代えて、下記表1
のオニウム塩を使用した他は、実施例3と全く同様にし
てレジスト溶液を調製し、レジスト塗布基板を得た。
Examples 4-9. Instead of the onium salt diphenyl (p-methoxyphenyl) sulfonium fluoromethanesulfonate used in Example 3, the following Table 1 was used.
A resist solution was prepared in the same manner as in Example 3 except that the onium salt of Example 1 was used to obtain a resist-coated substrate.

【0060】[0060]

【表1】 [Table 1]

【0061】それぞれで得られた塗布基板を、実施例3
と全く同様にして電子線で描画して、それぞれのパタン
基板を得た。得られたパタンは何れもポジ型の特性を示
し、そのレジスト膜のD0 感度は、上記表1に示す通り
であった。又、何れのパタンも、解像度は実施例3の場
合と同じく0.25μmであることが確認された。
The coated substrate obtained in each case was used in Example 3
Each pattern substrate was obtained by drawing with an electron beam in the same manner as in. The obtained patterns all showed positive characteristics, and the D 0 sensitivity of the resist film was as shown in Table 1 above. Also, it was confirmed that the resolution of each pattern was 0.25 μm as in the case of Example 3.

【0062】実施例10〜16.実施例3〜9で得られ
たそれぞれのレジスト塗布基板を使用して、電子線に代
えて、露光光源として小型超伝導リングから発生する軟
X線(SR光)を使用した他は、実施例3と全く同様に
してパタン基板を得た。得られたパタンは何れもポジ型
の特性を示し、そのレジスト膜のD0 感度は、下記表2
に示す通りであった。
Examples 10 to 16. Using the resist coated substrates obtained in Examples 3 to 9 and using soft X-rays (SR light) generated from a small superconducting ring as an exposure light source instead of the electron beam, A pattern substrate was obtained in exactly the same manner as in 3. The obtained patterns all showed positive characteristics, and the D 0 sensitivity of the resist film was as shown in Table 2 below.
It was as shown in.

【0063】[0063]

【表2】 [Table 2]

【0064】レジスト膜の感度は、何れも50mJ/c
2 以下と高く、解像度は、0.15μmであった。こ
れらの結果は、50mJ/cm2 の露光量で、6インチ
のウェーハーを1時間あたり20枚生産できることを示
すものであり、本発明のレジストを用いることによっ
て、X線リソグラフィーにおいても、フォトリソグラフ
ィーと同等の生産性を確保することができることを実証
するものである。
The sensitivity of each resist film is 50 mJ / c.
It was as high as m 2 or less, and the resolution was 0.15 μm. These results show that with an exposure dose of 50 mJ / cm 2 , 20 wafers of 6 inches can be produced per hour, and by using the resist of the present invention, photolithography can be performed even in X-ray lithography. It demonstrates that equal productivity can be ensured.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 淳 神奈川県川崎市高津区坂戸3丁目2番1号 信越化学工業株式会社コーポレートリサ ーチセンター内 (72)発明者 高見沢 稔 神奈川県川崎市高津区坂戸3丁目2番1号 信越化学工業株式会社コーポレートリサ ーチセンター内 (72)発明者 田中 啓順 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Jun Watanabe 3-2-1 Sakado, Takatsu-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture Corporate Research Center, Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. (72) Minoru Takamizawa Sakado, Takatsu-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture 3-2-1, Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Corporate Research Center (72) Inventor, Keijun Tanaka 1-1-6, Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo Nihon Telegraph and Telephone Corporation

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 下記化1で表される、ビス−t−ブトキ
シカルボニルメチルチモールフタレイン。 【化1】
1. Bis-t-butoxycarbonylmethylthymolphthalein represented by the following chemical formula 1. [Chemical 1]
【請求項2】 t−ブトキシカルボニルα−ハロ酢酸と
下記化2で表されるチモールフタレインを反応させる事
を特徴とする請求項1に記載されたビス−t−ブトキシ
カルボニルメチルチモールフタレインの製造方法。 【化2】
2. A bis-t-butoxycarbonylmethylthymolphthalein according to claim 1, wherein t-butoxycarbonyl α-haloacetic acid is reacted with thymolphthalein represented by the following chemical formula 2. Production method. [Chemical 2]
【請求項3】 ポリ(ヒドロキシスチレン)樹脂a、溶
解阻害剤b及びオニウム塩cを、夫々重量分率で0.5
5≦a、0.07≦b≦0.40、0.005≦c≦
0.15並びにa+b+c=1となるように含有すると
共に、アルカリ水溶液で現像することが可能な、高エネ
ルギー線に感応するポジ型レジスト材料であって、前記
溶解阻害剤bが請求項1に記載されたビス−t−ブトキ
シカルボニルメチルチモールフタレインであることを特
徴とするポジ型レジスト材料。
3. A poly (hydroxystyrene) resin a, a dissolution inhibitor b and an onium salt c are each added in a weight fraction of 0.5.
5 ≦ a, 0.07 ≦ b ≦ 0.40, 0.005 ≦ c ≦
A positive resist material containing 0.15 and a + b + c = 1 so that it can be developed with an aqueous alkaline solution and is sensitive to high energy rays, wherein the dissolution inhibitor b is the dissolution inhibitor b. Positive-type resist material, characterized in that it is bis-t-butoxycarbonylmethylthymolphthalein.
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