JPH0977720A - ビスフェノールカルボン酸第三級エステル誘導体及び化学増幅ポジ型レジスト材料 - Google Patents
ビスフェノールカルボン酸第三級エステル誘導体及び化学増幅ポジ型レジスト材料Info
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- JPH0977720A JPH0977720A JP7263457A JP26345795A JPH0977720A JP H0977720 A JPH0977720 A JP H0977720A JP 7263457 A JP7263457 A JP 7263457A JP 26345795 A JP26345795 A JP 26345795A JP H0977720 A JPH0977720 A JP H0977720A
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- C07C69/73—Esters of carboxylic acids having esterified carboxylic groups bound to acyclic carbon atoms and having any of the groups OH, O—metal, —CHO, keto, ether, acyloxy, groups, groups, or in the acid moiety of unsaturated acids
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Abstract
ノールカルボン酸第三級エステル誘導体、及びこれを溶
解阻止剤として含有してなる化学増幅ポジ型レジスト材
料。 (式中、R1,R3は水素原子、アルキル基等、R2は
アルキレン基、R4は3級アルキル基、R5は−CR6
R7OR8で表わされるアセタール置換基である。R6
は水素原子、アルキル基等、分子鎖中にカルボニル基を
含んでいてもよい。R7はアルキル基等、であり、分子
鎖中にカルボニル基を含んでいてもよい。R8はアルキ
ル基又はアルコキシアルキル基であり、分子鎖中にカル
ボニル基を含んでいてもよい。pは0〜5の整数、qは
1又は2、m,nはm≧0、n≧1、m+n≦5を満た
す整数である。) 【効果】 上記式(1)で表わされるビスフェノールカ
ルボン酸第三級エステル誘導体からなる溶解阻止剤を含
有するレジスト材料は、大きな溶解コントラストを得る
ことができる。
Description
線、X線などの高エネルギー線に対して高い感度を有
し、アルカリ水溶液で現像することによりパターン形成
できる、微細加工技術に適した化学増幅ポジ型レジスト
材料の溶解阻止剤として好適なビスフェノールカルボン
酸第三級エステル及び該ビスフェノールカルボン酸第三
級エステルを溶解阻止剤として含有する化学増幅ポジ型
レジスト材料に関する。
の高集積化と高速度化に伴い、パターンルールの微細化
が求められているなか、現在汎用技術として用いられて
いる光露光では、光源の波長に由来する本質的な解像度
の限界に近づきつつある。g線(436nm)もしくは
i線(365nm)を光源とする光露光では、おおよそ
0.5μmのパターンルールが限界とされており、これ
を用いて製作したLSIの集積度は、16MビットDR
AM相当までとなる。しかし、LSIの試作は既にこの
段階まできており、更なる微細加工技術の開発が急務と
なっている。
技術として遠紫外線リソグラフィーが有望視されてい
る。遠紫外線リソグラフィーは、0.3〜0.4μmの
加工も可能であり、光吸収の低いレジスト材料を用いた
場合、基板に対して垂直に近い側壁を有したパターン形
成が可能になる。近年、遠紫外線の光源として高輝度な
KrFエキシマレーザーを利用する技術が注目されてお
り、これが量産技術として用いられるには、光吸収が低
く、高感度なレジスト材料が要望されている。
とした化学増幅ポジ型レジスト材料(特公平2−276
60号、特開昭63−27829号公報等)は、感度、
解像性、ドライエッチング耐性が高く、優れた特徴を有
した遠紫外線リソグラフィーに特に有望なレジスト材料
である。
用いる溶解阻止剤が、化学増幅ポジ型レジスト材料とし
ての機能に特に大きな影響を及ぼすことが知られている
が、このような溶解阻止剤の代表的なものとしては、下
記に示す化合物が挙げられる。
物であるため、レジスト材料の成分として配合したとき
にレジスト材料のアルカリ水溶液に対する溶解度を低下
させると共に、現像時の膜減りを抑え、かつ露光部にお
いては発生した酸により酸不安定基が脱離し、アルカリ
現像液に可溶となり露光部の溶解速度を高める効果を有
する。
して用いた化学増幅ポジ型レジスト材料は、アルカリ現
像に際して高い解像性が得られず、またスカムの発生に
よるプロファイル劣化を生じるという欠点があった。そ
の理由としては次の二点が挙げられる。
でない点である。上記化合物においてフェノールを保護
する酸不安定基はtert−ブトキシカルボニル基であ
るが、この保護基は酸不安定性が比較的小さく、従って
他のレジスト材料との組み合わせによっては露光後も酸
分解が不十分となる。
の間のアルカリ溶解速度の比(溶解コントラストとい
う)がそれほど大きくない点である。その理由は上記化
合物の酸分解生成物はフェノール誘導体であり、例えば
カルボン酸誘導体に比べてアルカリ水溶液に対する溶解
速度の増大が不十分であるためである。
ボン酸の水素原子がアルコキシアルキル、環式エーテ
ル、ビニルオキシアルキル、tert−アルコキシカル
ボニルアルキルのいずれかで置換された溶解阻止剤が既
に提案されている(特開平6−167811号公報)
が、これらについてはフェノール性のアルカリ可溶性樹
脂存在下(微酸性条件下)にあるレジスト材料中では不
安定であるという欠点がある。
微細加工技術に適した高解像性を有する化学増幅ポジ型
レジスト材料の成分として好適な新規なビスフェノール
カルボン酸第三級エステル及びこれを溶解阻止剤として
含有する化学増幅ポジ型レジスト材料を提供することを
目的とする。
発明者らは上記目的を達成するため鋭意検討を行った結
果、2つの酸不安定基で置換された芳香族エーテル基の
ほかにさらに酸不安定基で置換されたエステル基を有す
る下記一般式(1)で表わされる新規なビスフェノール
カルボン酸第三級エステルが微細加工技術に適した高解
像性を有する化学増幅ポジ型レジスト材料の溶解阻止剤
として好適で、特に遠紫外線リソグラフィーにおいて大
いに威力を発揮し得ることを見い出した。
第三級エステル(溶解阻止剤)はフェノール保護基の酸
不安定性が大きいために、高エネルギー照射によって生
成する酸及びPEB(Post Exposure B
ake)の作用で効率よく酸不安定基が分解する。ま
た、溶解阻止剤自体のアルカリ溶解性は低い一方で、酸
分解生成物はアルカリ溶解性の高いカルボン酸基を持つ
フェノール誘導体であるために、大きな溶解コントラス
トを得ることができる。このように、本発明の新規な溶
解阻止剤は、化学増幅ポジ型レジスト材料の溶解阻止剤
として優れた性能を発揮することができ、高解像度、広
範囲の焦点深度を有するレジスト像を得ることができ
る。
と、本発明の新規なビスフェノールカルボン酸第三級エ
ステルは下記一般式(1)で表わされる化合物である。
キル基としては、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、tert−ブチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル
基等の炭素数1〜8のものが好適であり、中でもメチル
基、エチル基、イソプロピル基、tert−ブチル基が
より好ましく用いられる。
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、sec−ブトキシ
基、tert−ブトキシ基、ヘキシロキシ基、シクロヘ
キシロキシ基、ピラニロキシ基等の炭素数1〜8のもの
が好適であり、中でもメトキシ基、エトキシ基、イソプ
ロポキシ基、tert−ブトキシ基、ピラニロキシ基が
より好ましく用いられる。
としては、例えば、メトキシメチル基、メトキシエチル
基、エトキシプロピル基、プロポキシエチル基、ter
t−ブトキシエチル基、アセトキシエチル基、tert
−ブトキシカルボニルオキシエチル基等の炭素数1〜1
0のものが好適であり、中でもメトキシメチル基、メト
キシエチル基、エトキシプロピル基、プロポキシエチル
基がより好ましく用いられる。
は、例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、
ブチレン基、2−メチルプロピレン基、2−メチル−3
−エトキシ−ブチレン基等の炭素数1〜8のものが好適
であり、中でもメチレン基、エチレン基、プロピレン基
がより好ましく用いられる。
t−ブチル基、tert−ペンチル基、tert−ヘキ
シル基等の炭素数4〜8のものが好適である。
えば、1−メトキシエチル基、1−エトキシエチル基、
1−n−プロポキシエチル基、1−tert−ブトキシ
エチル基、1−n−ブトキシエチル基、1−イソブトキ
シエチル基、1−tert−ペントキシエチル基、1−
シクロヘキシルオキシエチル基、1−(2’−n−ブト
キシ)エトキシエチル基、1−{n−(2’−エチル)
ヘキシル}オキシエチル基、1−(4’−アセトキシメ
チルシクロヘキシルメチルオキシ)エチル基、1−
{4’−(tert−ブトキシカルボニルオキシメチ
ル)シクロヘキシルメチルオキシ}エチル基、2−メト
キシ−2−プロピル基、ジメトキシメチル基、ジエトキ
シメチル基等の炭素数2〜8のものが好適である。
と4,4−ビス{4’−(1”−エトキシエトキシ)フ
ェニル}吉草酸tert−ブチル、4,4−ビス{4’
−(1”−tert−ブトキシエトキシ)フェニル}吉
草酸tert−ブチル、4,4−ビス{4’−(2”−
メトキシ−2”プロポキシ)フェニル}吉草酸tert
−ブチル、4,4−ビス(4’−1”−n−ブトキシエ
トキシフェニル)吉草酸tert−ブチル、4,4−ビ
ス(4’−1”−イソブトキシエトキシフェニル)吉草
酸tert−ブチル、4,4−ビス(4’−ジメトキシ
メトキシフェニル)吉草酸tert−ブチル、4,4−
ビス(4’−ジエトキシメトキシフェニル)吉草酸te
rt−ブチル、3,3−ビス(4’−1”−エトキシエ
トキシフェニル)酪酸tert−ブチル、3,3−ビス
(4’−1”−エトキシエトキシフェニル)吉草酸te
rt−ブチル、2,2−ビス(4−tert−ブトキシ
フェニル)プロピオン酸tert−ブチル、4,4−ビ
ス{4’−(1”−エトキシエトキシ)フェニル}吉草
酸tert−ペンチル、3,3−ビス(4’−1”−エ
トキシエトキシフェニル)酪酸tert−ペンチルなど
が挙げられる。
(3)で表わされるカルボキシル基が保護されたフェノ
ール誘導体に、酸触媒下、下記式(4)で表わされるビ
ニルエーテルを反応させることにより、一工程で容易に
安価で合成することができる。
同様であり、R9は前記R7から水素原子一個をのぞいた
二価の基である。
F等の有機溶媒中で行うことが好ましい。式(3)で表
わされるカルボン酸基を有するフェノール誘導体に式
(4)で表わされるビニルエーテルを反応させる際は、
カルボン酸基を有するフェノール誘導体中のOH基1モ
ルに対してビニルエーテルを1〜20モルの割合で添加
し、酸触媒はカルボン酸基を有するフェノール誘導体中
のOH基1モルに対して0.001〜1モルの割合で添
加することが望ましい。酸触媒としてはトリフルオロメ
タンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸、硫酸、塩
酸、p−トルエンスルホン酸ピリジニウム、m−ニトロ
ベンゼンスルホン酸ピリジニウム、スルホン酸ピリジニ
ウム等が挙げられる。その反応条件は0℃〜室温で1〜
10時間とすることが好適である。
し、溶媒層を水洗・濃縮した後、再結晶ないしカラム分
取を行うことで、目的とする式(1)の化合物を得るこ
とができる。
スフェノールカルボン酸第三級エステルは、三成分系化
学増幅ポジ型レジスト材料の溶解阻止剤として好適に用
いられる。ここで、式(1)の化合物からなる溶解阻止
剤を含有する三成分系化学増幅ポジ型レジスト材料の具
体的態様としては下記の通りである。 (A)有機溶剤、(B)アルカリ可溶性樹脂、(C)酸
発生剤、(D)上記一般式(1)で表されるビスフェノ
ールカルボン酸第三級エステルからなる溶解阻止剤、必
要により(E)(D)成分以外の溶解阻止剤を含有する
化学増幅ポジ型レジスト材料。
シクロヘキサノン、メチル−2−n−アミルケトンなど
のケトン類、3−メトキシブタノール、3−メチル−3
−メトキシブタノール、1−メトキシ−2−プロパノー
ル、1−エトキシ−2−プロパノールなどのアルコール
類、プロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレ
ングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコー
ルモノエチルエーテル、エチレングリコールモノエチル
エーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、ジ
エチレングリコールジメチルエーテルなどのエーテル
類、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテー
ト、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテー
ト、乳酸エチル、ピルビン酸エチル、酢酸ブチル、メチ
ル−3−メトキシプロピオネート、エチル−3−エトキ
シプロピオネートなどのエステル類が挙げられ、これら
の1種を単独で又は2種以上を混合して使用することが
できる。
カリ可溶性樹脂としては、ポリヒドロキシスチレン又は
その誘導体が挙げられる。ポリヒドロキシスチレンの誘
導体としては、ポリヒドロキシスチレンの水酸基の水素
原子を部分的に酸に不安定な基で置換したものが好適で
あるが、ヒドロキシスチレンの共重合体も用いることが
できる。
tert−ブチル基、tert−ブトキシカルボニル
基、tert−ブトキシカルボニルメチル基等のter
t−ブチル誘導体の置換基、1−エトキシエチル基、1
−プロポキシエチル基、1−n−ブトキシエチル基、1
−イソブトキシエチル基、1−tert−ブトキシエチ
ル基、1−tert−ペントキシエチル基等の直鎖状も
しくは分枝鎖状アセタール基、テトラヒドロフラニル
基、テトラヒドロピラニル基、2−メトキシ−テトラヒ
ドロピラニル基等の環状アセタール基が好ましい。
体としては、ヒドロキシスチレンとスチレンとの共重合
体、ヒドロキシスチレンとアクリル酸−tert−ブチ
ルとの共重合体、ヒドロキシスチレンとメタクリル酸−
tert−ブチルとの共重合体、ヒドロキシスチレンと
無水マレイン酸との共重合体、ヒドロキシスチレンとマ
レイン酸−ジ−tert−ブチルとの共重合体が挙げら
れる。
導体の重量平均分子量は、3,000〜100,000
とすることが好ましく、3,000に満たないと成膜
性、解像性に劣る場合があり、100,000を超える
と解像性に劣る場合がある。
を使用し得、例えば下記一般式(5) (R )aMY …(5) (但し、式中Rは同種又は異種の置換又は非置換芳香族
基で、例えば、フェニル基、tert−ブトキシフェニ
ル基、tert−ブチルフェニル基、tert−ブトキ
シカルボニルオキシフェニル基、tert−ブトキシカ
ルボニルメトキシフェニル基、tert−ブチルジメチ
ルシリルオキシフェニル基、テトラヒドロフラニルオキ
シフェニル基、1−エトキシエトキシフェニル基、1−
プロポキシエトキシフェニル基、1−tert−ブトキ
シエトキシフェニル基などであり、Mはスルホニウム又
はヨードニウム、Yはp−トルエンスルホネート、トリ
フルオロメタンスルホネート又は炭素数1〜20の直鎖
状、分枝状、或いは環状のアルキルスルホネートであ
り、aは2又は3である。)で表わされるオニウム塩の
ほか、1,2,3−トリス(メタンスルホニルオキシ)
ベンゼン、1,2,3−トリス(トリフルオロメタンス
ルホニルオキシ)ベンゼン、1,2,3−トリス(n−
ブタンスルホニルオキシ)ベンゼン、1,2,3−トリ
ス(p−トルエンスルホニルオキシ)ベンゼン、1,
2,3−トリス((+)10−カンファースルホニルオ
キシ)ベンゼンなどのピロガロールのスルホン酸エステ
ル誘導体、2−ニトロベンジルトシレート、2,6−ジ
ニトロベンジルトシレート、2,4−ジニトロベンジル
トシレートなどのニトロベンジルスルホン酸誘導体、
3,4,5−トリス(5−ジアゾナフトキノンスルホニ
ルオキシ)ベンゾフェノン、3,4,5−トリス(4−
ジアゾナフトキノンスルホニルオキシ)ベンゾフェノン
などのジアゾナフトキノンスルホン酸エステル誘導体、
α,α’−ビスフェニルスルホニルジアゾメタン、α,
α’−ビス(p−tert−ブチルフェニルスルホニ
ル)ジアゾメタン、α,α’−ビス(p−tert−ブ
トキシフェニルスルホニル)ジアゾメタン、α,α’−
ビスシクロヘキシルスルホニルジアゾメタンなどのα,
α’−ビスアリール又はビスアルキルスルホニルジアゾ
メタン誘導体、更にN−トリフルオロメタンスルホニル
フタルイミド、N−(p−トルエンスルホニルオキシ)
フタルイミド、N−トリフルオロメタンスルホニルオキ
シスクシンイミド、N−(p−トルエンスルホニルオキ
シ)スクシンイミド、N−カンファースルホニルオキシ
ナフタリミドなどのN−スルホニルオキシイミド誘導体
などを挙げることができる。具体的には下記化合物が好
ましく用いられる。
(1)のビスフェノールカルボン酸第三級エステルを溶
解阻止剤として配合するものであるが、必要によりこの
式(1)の溶解阻止剤以外に(E)成分として他の溶解
阻止剤も配合することができる。(E)成分の他の溶解
阻止剤としては、分子内に一つ以上酸によって分解する
基を持つものであって、低分子量の化合物やポリマーの
何れであっても良い。低分子量の化合物の例としては、
ビスフェノールA誘導体、炭酸エステル誘導体が挙げら
れるが、特にビスフェノールAの水酸基の水素原子をt
ert−ブトキシ基、tert−ブトキシカルボニル
基、tert−ブトキシカルボニルメチル基等のter
t−ブチル誘導体の置換基、1−エトキシエチル基、1
−プロポキシエチル基、1−n−ブトキシエチル基、1
−イソブトキシエチル基、1−tert−ブトキシエチ
ル基、1−tert−アミロキシエチル基等の直鎖状も
しくは分枝鎖状アセタール基、テトラヒドロフラニル
基、テトラヒドロピラニル基等の環状アセタール基で置
換した化合物が好ましい。ポリマーの溶解阻止剤の例と
しては、p−ブトキシスチレンとtert−ブチルアク
リレートのコポリマーやp−ブトキシスチレンと無水マ
レイン酸のコポリマーなどが挙げられる。この場合、重
量平均分子量は、500〜10,000が好ましい。
材料は、(A)成分の有機溶剤を150〜700部(重
量部、以下同様)、特に250〜500部、(B)成分
のアルカリ可溶性樹脂を70〜90部、特に75〜85
部、(C)成分の酸発生剤を0.5〜15部、特に2〜
8部配合することが好ましい。
溶解阻止剤の配合量は、5〜40部、特に10〜25部
とすることが好ましく、5部に満たないと十分な溶解阻
止効果が得られず、40部を超えるとレジスト膜の耐熱
性が低下する場合がある。
剤以外に(E)成分として他の溶解阻止剤を配合する場
合は、(E)成分の溶解阻止剤の配合量を5〜40部、
特に10〜25部の範囲とすることが好適である。
法精度のためのカルボン酸誘導体、窒素含有化合物、塗
布性を向上させるための界面活性剤、基板よりの乱反射
を少なくするための吸光性材料などの添加剤を添加する
ことができる。
ヒドロキシフェニル酢酸、3−ヒドロキシフェニル酢
酸、2−ヒドロキシフェニル酢酸、3−(4−ヒドロキ
シフェニル)プロピオン酸、3−(2−ヒドロキシフェ
ニル)プロピオン酸、2,5−ジヒドロキシフェニル酢
酸、3,4−ジヒドロキシフェニル酢酸、1,2−フェ
ニレン二酢酸、1,3−フェニレン二酢酸、1,4−フ
ェニレン二酢酸、1,2−フェニレンジオキシ二酢酸、
1,4−フェニレンジプロパン酸、安息香酸、4,4−
(4−ヒドロキシフェニル)吉草酸、4−tert−ブ
トキシフェニル酢酸、4−(4−ヒドロキシフェニル)
酪酸、3,4−ジヒドロキシマンデル酸、4−ヒドロキ
シマンデル酸等が挙げられる。本発明のレジスト材料に
おけるカルボン酸誘導体の配合量は0.1〜15部、特
に1〜10部とすることが好ましい。
上のアミン化合物又はアミド化合物等が好適であり、具
体的には、アニリン、N−メチルアニリン、N,N−ジ
メチルアニリン、o−トルイジン、m−トルイジン、p
−トルイジン、2,4−ルチジン、キノリン、イソキノ
リン、ホルムアミド、N−メチルホルムアミド、N,N
−ジメチルホルムアミド、アセトアミド、N−メチルア
セトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、2−ピロ
リドン、N−メチルピロリドン、イミダゾール、α−ピ
コリン、β−ピコリン、γ−ピコリン、o−アミノ安息
香酸、m−アミノ安息香酸、p−アミノ安息香酸、1,
2−フェニレンジアミン、1,3−フェニレンジアミ
ン、1,4−フェニレンジアミン、2−キノリンカルボ
ン酸、2−アミノ−4−ニトロフェノール、2−(p−
クロロフェニル)−4,6−トリクロロメチル−s−ト
リアジン等のトリアジン化合物が挙げられる。これらの
中では、ピロリドン、N−メチルピロリドン、o−アミ
ノ安息香酸、m−アミノ安息香酸、p−アミノ安息香
酸、1,2−フェニレンジアミン、1,3−フェニレン
ジアミン、1,4−フェニレンジアミンが好ましく用い
られる。本発明のレジスト材料における窒素含有化合物
の配合量は、0.05〜4部、特に0.1〜1部とする
ことが好ましい。
アルキルポリオキシエチレンエタノール、フッ素化アル
キルエステル、パーフルオロアミンオキサイド、パーフ
ルオロアルキルEO付加物などが挙げられる。
ルホキシド、ジアリールスルホン、9,10−ジメチル
アントラセン、9−フルオレノン等が挙げられる。
などは公知のリソグラフィー技術を採用して行うことが
できるが、特に上記レジスト材料は254〜193nm
の遠紫外線及び電子線による微細パターニングに最適で
ある。
フェノールカルボン酸第三級エステルからなる溶解阻止
剤を含有するレジスト材料は、酸不安定基として高反応
性のアセタール基を有することにより、露光後の脱離が
速やかに進行し、また、溶解阻止剤自体のアルカリ溶解
性は低い一方で、酸分解生成物はアルカリ溶解性の高い
カルボン酸基を持つフェノール誘導体であるために、大
きな溶解コントラストを得ることができる。従って、本
発明の上記式(1)で表わされるビスフェノールカルボ
ン酸第三級エステルを溶解阻止剤として含有するレジス
ト材料は、化学増幅ポジ型レジスト材料として遠紫外
線、電子線、X線等の高エネルギー線、特にKrFエキ
シマレーザーに対して高い感度を有し、アルカリ水溶液
で現像することによりパターン形成でき、感度、解像
度、プラズマエッチング耐性に優れ、しかもレジストパ
ターンの耐熱性にも優れている。
発明を具体的に説明するが、本発明は下記実施例に限定
されるものではない。なお、各例中の部はいずれも重量
部である。
ニル)吉草酸tert−ブチルの合成 4,4−ビス(4’−ヒドロキシフェニル)吉草酸te
rt−ブチル30.9g(0.09モル)をTHF75
gと塩化メチレン75gの混合溶媒に溶解した。混合液
を氷浴で冷却しつつ、温度が10℃を超えないようにエ
チルビニルエーテル38.9g(0.54モル)を撹拌
しながら滴下した。更に20分間撹拌した後、反応温度
が10℃を超えないようにp−トルエンスルホン酸1水
和物2.0g(8ミリモル)を加えて溶解した。次いで
氷浴をはずし、反応温度を室温として1.5時間撹拌し
た。反応液を氷冷し、0.6%炭酸水素ナトリウム水溶
液201gを加えて酸を中和し、反応を停止した。分液
した有機層から溶媒を減圧留去して油状物を得た。この
油状物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶出溶
媒:クロロホルム)で精製することにより、4,4−ビ
ス(4’−(1”−エトキシエトキシ)フェニル)吉草
酸tert−ブチルを単離した〔収量31.5g(収率
54.9%)、純度95.7%〕。
トキシエトキシ)フェニル)吉草酸tert−ブチルの
核磁気共鳴スペクトル(NMR)、赤外スペクトル(I
R)、及び元素分析値の結果を下記に示す。
1608,1508,1369,1365,1297,
1295,1243,1182,1151,1078,
1047,943,902,837 <元素分析値:(%)C29H42O6> 理論値 C:71.6 H:8.7 実測値 C:71.7 H:8.7
エンスルホン酸1水和物の代わりにp−トルエンスルホ
ン酸ピリジニウムを用い、常温で8時間反応した以外は
合成例1と同様に反応を行ったところ、合成例1の4,
4−ビス(4’−ヒドロキシフェニル)吉草酸tert
−ブチルが純度95.7%、収率71.9%で得られ
た。
ルエーテルの代わりにn−プロピルビニルエーテルを用
いる以外は合成例1と同様に反応を行ったところ、4,
4−ビス(4’−(1”−n−プロポキシエトキシ)フ
ェニル)吉草酸tert−ブチルが純度98.6%、収
率78.3%で得られた。
ルエーテルの代わりにtert−ブチルビニルエーテル
を用いる以外は合成例1と同様に反応を行ったところ、
4,4−ビス(4’−(1”−tert−ブトキシエト
キシ)フェニル)吉草酸tert−ブチルが純度98.
4%、収率76.6%で得られた。得られた4,4−ビ
ス(4’−(1”−tert−ブトキシエトキシ)フェ
ニル)吉草酸tert−ブチルの核磁気共鳴スペクトル
(NMR)、赤外スペクトル(IR)、及び元素分析値
の結果を下記に示す。
1608,1578,1508,1473,1458,
1392,1367,1248,1151,1124,
1068,1012,970,903,850,756 <元素分析値:(%)C33H50O6> 理論値 C:73.0 H:9.3 実測値 C:73.0 H:9.3
ルエーテルの代わりにn−ブチルビニルエーテルを用い
る以外は合成例1と同様に反応を行ったところ、4,4
−ビス(4’−(1”−n−ブトキシエトキシ)フェニ
ル)吉草酸tert−ブチルが純度95.9%、収率5
5.5%で得られた。
−ブトキシエトキシ)フェニル)吉草酸tert−ブチ
ルの核磁気共鳴スペクトル(NMR)、赤外スペクトル
(IR)、及び元素分析値の結果を下記に示す。
1729,1608,1579,1508,1458,
1367,1365,1298,1296,1244,
1151,1080,1031,1012,976,9
52,923,835,756 <元素分析値:(%)C33H50O6> 理論値 C:73.0 H:9.3 実測値 C:73.2 H:9.1
ルエーテルの代わりにイソブチルビニルエーテルを用い
る以外は合成例1と同様に反応を行ったところ、4,4
−ビス(4’−(1”−イソブトキシエトキシ)フェニ
ル)吉草酸tert−ブチルが純度96.9%、収率3
7.4%で得られた。
ソブトキシエトキシ)フェニル)吉草酸tert−ブチ
ルの核磁気共鳴スペクトル(NMR)、赤外スペクトル
(IR)、及び元素分析値の結果を下記に示す。
1608,1579,1508,1469,1384,
1367,1295,1243,1151,1080,
1034,1014,1012,927,910,83
5,756 <元素分析値:(%)C33H50O6> 理論値 C:73.0 H:9.3 実測値 C:72.9 H:9.3
ルエーテルの代わりに2−メトキシプロペンを用いる以
外は合成例1と同様に反応を行ったところ、4,4−ビ
ス(4’−(1”−メトキシ−1”−メチルエトキシ)
フェニル)吉草酸tert−ブチルが純度97.2%、
収率45.2%で得られた。
草酸tert−ブチルの合成 ジムロート冷却管を接続した四つ口フラスコに4,4−
ビス(4’−ヒドロキシフェニル)吉草酸tert−ブ
チル45.5g(0.13モル)とオルト蟻酸メチル3
88g(3.6モル)を仕込み、トシル酸0.6gを加
えて130℃に加熱し、副生するメタノールをジムロー
ト冷却管からの留出により除きつつ3時間反応させた。
反応液を室温まで冷却したあと0.5%炭酸カリウム水
溶液410gを加えて撹拌し、これにジエチルエーテル
200gを加えて有機層を抽出した。溶媒を留去しシリ
カゲルクロマトグラフィー(溶出溶媒:クロロホルム)
で精製することにより、4,4−ビス(4’−ジメトキ
シメトキシフェニル)吉草酸tert−ブチルを無色透
明の液体として単離した〔収量57.5g(収率90.
2%)、純度98.2%〕。
メチルの代わりにオルト蟻酸エチルを用いる以外は合成
例2と同様に反応を行ったところ、4,4−ビス(4’
−ジエトキシメトキシフェニル)吉草酸tert−ブチ
ルが純度97.2%、収率89.5%で得られた。
式(Polym.l)で示される部分的に水酸基の水素
原子をtert−ブトキシカルボニル基で保護したポリ
ヒドロキシスチレン、下記式(Polym.2)で示さ
れる部分的に水酸基の水素原子をテトラヒドロフラニル
基で保護したポリヒドロキシスチレン又は下記式(Po
lym.3)で表わされる部分的に水酸基の水素原子を
1−エトキシエチル基で保護したポリヒドロキシスチレ
ンと、オニウム塩、ピロガロールのスルホン酸誘導体、
ベンジルスルホン酸誘導体、ビスアルキルスルホニルジ
アゾメタン誘導体及びN−スルホニルオキシイミド誘導
体から選ばれる下記式(PAG.1)〜(PAG.5)
で表わされる酸発生剤と、4,4’−ビス(4−ヒドロ
キシフェニル)吉草酸誘導体、2,2’−ビス(4−t
ert−ブトキシカルボニルオキシフェニル)プロパン
及び4,4’−ビス(4−ヒドロキシフェニル)酢酸誘
導体から選ばれる下記式(DRI.1)〜(DRI.
7)で表わされる溶解阻止剤を溶剤に溶解し、表1,2
に示す各種組成のレジスト材料を調製した。
ロン製フィルターで濾過することによりレジスト液を調
製した後、このレジスト液をシリコンウェハー上へスピ
ンコーティングし、0.7μmに塗布した。
のホットプレートで120秒間ベークした。更に、エキ
シマレーザーステッパー(ニコン社、NSR 2005E
XNA=0.5)を用いて露光し、90℃で90秒間ベ
ークを施し、2.38%のテトラメチルアンモニウムヒ
ドロキシドの水溶液で現像を行うと、ポジ型のパターン
を得ることができた。
価した。レジストパターン評価方法: まず、感度(Eth)を求
めた。次に、0.30μmのラインアンドスペースのト
ップとボトムを1:1で解像する露光量を最適露光量
(感度:Eop)として、この露光量における分離して
いるラインアンドスペースの最小線幅を評価レジスト材
料の解像度とした。また解像したレジストパターンの形
状は走査型電子顕微鏡を用いて観察した。スカム発生の
有無も走査型電子顕微鏡を用いて観察することにより確
認した。更にレジスト材料の感度安定性は、室温(23
℃)で放置してEthの変化が初期値の10%を超える
日数を調べ、これが長いほど安定性に富むものとして評
価した。以上の結果を表1,2に示す。
テル誘導体及び化学増幅ポジ型レジスト材料
又は分枝状のアルキル基、直鎖状又は分枝状のアルコキ
シ基又は直鎖状又は分枝状のアルコキシアルキル基であ
り、R2は直鎖状又は分枝状のアルキレン基であり、R
4は3級アルキル基である。R5は下記一般式(2)で
表わされるアセタール置換基である。
基、直鎖状又は分枝状のアルコキシ基又は直鎖状又は分
枝状のアルコキシアルキル基であり、分子鎖中にカルボ
ニル基を含んでいてもよい。R7は直鎖状又は分枝状の
アルキル基、直鎖状又は分枝状のアルコキシ基又は直鎖
状又は分枝状のアルコキシアルキル基であり、分子鎖中
にカルボニル基を含んでいてもよい。R8は直鎖状又は
分枝状のアルキル基又は直鎖状又は分枝状のアルコキシ
アルキル基であり、分子鎖中にカルボニル基を含んでい
てもよい。pは0〜5の整数、qは1又は2、m,nは
m≧0、n≧1、m+n≦5を満たす整数である。)
線、X線などの高エネルギー線に対して高い感度を有
し、アルカリ水溶液で現像することによりパターン形成
できる、微細加工技術に適した化学増幅ポジ型レジスト
材料の溶解阻止剤として好適なビスフェノールカルボン
酸第三級エステル誘導体及び該ビスフェノールカルボン
酸第三級エステル誘導体を溶解阻止剤として含有する化
学増幅ポジ型レジスト材料に関する。
微細加工技術に適した高解像性を有する化学増幅ポジ型
レジスト材料の成分として好適な新規なビスフェノール
カルボン酸第三級エステル誘導体及びこれを溶解阻止剤
として含有する化学増幅ポジ型レジスト材料を提供する
ことを目的とする。
発明者らは上記目的を達成するため鋭意検討を行った結
果、2つの酸不安定基で置換された芳香族エーテル基の
ほかにさらに酸不安定基で置換されたエステル基を有す
る下記一般式(1)で表わされる新規なビスフェノール
カルボン酸第三級エステル誘導体が微細加工技術に適し
た高解像性を有する化学増幅ポジ型レジスト材料の溶解
阻止剤として好適で、特に遠紫外線リソグラフィーにお
いて大いに威力を発揮し得ることを見い出した。
第三級エステル誘導体(溶解阻止剤)はフェノール保護
基の酸不安定性が大きいために、高エネルギー照射によ
って生成する酸及びPEB(Post Exposur
e Bake)の作用で効率よく酸不安定基が分解す
る。また、溶解阻止剤自体のアルカリ溶解性は低い一方
で、酸分解生成物はアルカリ溶解性の高いカルボン酸基
を持つフェノール誘導体であるために、大きな溶解コン
トラストを得ることができる。このように、本発明の新
規な溶解阻止剤は、化学増幅ポジ型レジスト材料の溶解
阻止剤として優れた性能を発揮することができ、高解像
度、広範囲の焦点深度を有するレジスト像を得ることが
できる。
と、本発明の新規なビスフェノールカルボン酸第三級エ
ステル誘導体は下記一般式(1)で表わされる化合物で
ある。
スフェノールカルボン酸第三級エステル誘導体は、三成
分系化学増幅ポジ型レジスト材料の溶解阻止剤として好
適に用いられる。ここで、式(1)の化合物からなる溶
解阻止剤を含有する三成分系化学増幅ポジ型レジスト材
料の具体的態様としては下記の通りである。 (A)有機溶剤、(B)アルカリ可溶性樹脂、(C)酸
発生剤、(D)上記一般式(1)で表されるビスフェノ
ールカルボン酸第三級エステル誘導体からなる溶解阻止
剤、必要により(E)(D)成分以外の溶解阻止剤を含
有する化学増幅ポジ型レジスト材料。
(1)のビスフェノールカルボン酸第三級エステル誘導
体を溶解阻止剤として配合するものであるが、必要によ
りこの式(1)の溶解阻止剤以外に(E)成分として他
の溶解阻止剤も配合することができる。(E)成分の他
の溶解阻止剤としては、分子内に一つ以上酸によって分
解する基を持つものであって、低分子量の化合物やポリ
マーの何れであっても良い。低分子量の化合物の例とし
ては、ビスフェノールA誘導体、炭酸エステル誘導体が
挙げられるが、特にビスフェノールAの水酸基の水素原
子をtert−ブトキシ基、tert−ブトキシカルボ
ニル基、tert−ブトキシカルボニルメチル基等のt
ert−ブチル誘導体の置換基、1−エトキシエチル
基、1−プロポキシエチル基、1−n−ブトキシエチル
基、1−イソブトキシエチル基、1−tert−ブトキ
シエチル基、1−tert−アミロキシエチル基等の直
鎖状もしくは分枝鎖状アセタール基、テトラヒドロフラ
ニル基、テトラヒドロピラニル基等の環状アセタール基
で置換した化合物が好ましい。ポリマーの溶解阻止剤の
例としては、p−ブトキシスチレンとtert−ブチル
アクリレートのコポリマーやp−ブトキシスチレンと無
水マレイン酸のコポリマーなどが挙げられる。この場
合、重量平均分子量は、500〜10,000が好まし
い。
フェノールカルボン酸第三級エステル誘導体からなる溶
解阻止剤を含有するレジスト材料は、酸不安定基として
高反応性のアセタール基を有することにより、露光後の
脱離が速やかに進行し、また、溶解阻止剤自体のアルカ
リ溶解性は低い一方で、酸分解生成物はアルカリ溶解性
の高いカルボン酸基を持つフェノール誘導体であるため
に、大きな溶解コントラストを得ることができる。従っ
て、本発明の上記式(1)で表わされるビスフェノール
カルボン酸第三級エステル誘導体を溶解阻止剤として含
有するレジスト材料は、化学増幅ポジ型レジスト材料と
して遠紫外線、電子線、X線等の高エネルギー線、特に
KrFエキシマレーザーに対して高い感度を有し、アル
カリ水溶液で現像することによりパターン形成でき、感
度、解像度、プラズマエッチング耐性に優れ、しかもレ
ジストパターンの耐熱性にも優れている。
ニル)吉草酸tert−ブチルの合成 4,4−ビス(4’−ヒドロキシフェニル)吉草酸te
rt−ブチル30.9g(0.09モル)をTHF75
gと塩化メチレン75gの混合溶媒に溶解した。混合液
を氷浴で冷却しつつ、温度が10℃を超えないようにエ
チルビニルエーテル38.9g(0.54モル)を撹拌
しながら滴下した。更に20分間撹拌した後、反応温度
が10℃を超えないようにp−トルエンスルホン酸1水
和物2.0g(8ミリモル)を加えて溶解した。次いで
氷浴をはずし、反応温度を室温として1.5時間撹拌し
た。反応液を氷冷し、0.6%炭酸水素ナトリウム水溶
液201gを加えて酸を中和し、反応を停止した。分液
した有機層から溶媒を減圧留去して油状物を得た。この
油状物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶出溶
媒:クロロホルム)で精製することにより、4,4−ビ
ス(4’−(1”−エトキシエトキシ)フェニル)吉草
酸tert−ブチルを単離した〔収量24.1g(収率
54.9%)、純度95.7%〕。
としては、例えば、メトキシエチル基、エトキシプロピ
ル基、プロポキシエチル基、tert−ブトキシエチル
基、アセトキシエチル基、tert−ブトキシカルボニ
ルオキシエチル基等の炭素数3〜10のものが好適であ
り、中でもメトキシエチル基、エトキシプロピル基、プ
ロポキシエチル基がより好ましく用いられる。
アルキルポリオキシエチレンエタノール、フッ素化アル
キルエステル、パーフルオロアルキルアミンオキサイ
ド、パーフルオロアルキルEO付加物などが挙げられ
る。
エンスルホン酸1水和物の代わりにp−トルエンスルホ
ン酸ピリジニウムを用い、常温で8時間反応した以外は
合成例1と同様に反応を行ったところ、合成例1の4,
4−ビス(1”−エトキシエトキシ)吉草酸tert−
ブチルが純度95.7%、収率71.9%で得られた。
Claims (5)
- 【請求項1】 下記一般式(1)で表わされるビスフェ
ノールカルボン酸第三級エステル。 【化1】 (式中、R1,R3はそれぞれ独立に水素原子、直鎖状又
は分枝状のアルキル基、直鎖状又は分枝状のアルコキシ
基又は直鎖状又は分枝状のアルコキシアルキル基であ
り、R2は直鎖状又は分枝状のアルキレン基であり、R4
は3級アルキル基である。R5は下記一般式(2)で表
わされるアセタール置換基である。 【化2】 ここで、R6は水素原子、直鎖状又は分枝状のアルキル
基、直鎖状又は分枝状のアルコキシ基又は直鎖状又は分
枝状のアルコキシアルキル基であり、分子鎖中にカルボ
ニル基を含んでいてもよい。R7は直鎖状又は分枝状の
アルキル基、直鎖状又は分枝状のアルコキシ基又は直鎖
状又は分枝状のアルコキシアルキル基であり、分子鎖中
にカルボニル基を含んでいてもよい。R8は直鎖状又は
分枝状のアルキル基又は直鎖状又は分枝状のアルコキシ
アルキル基であり、分子鎖中にカルボニル基を含んでい
てもよい。pは0〜5の整数、qは1又は2、m,nは
m≧0、n≧1、m+n≦5を満たす整数である。) - 【請求項2】 請求項1のビスフェノールカルボン酸第
三級エステルを溶解阻止剤として含有してなることを特
徴とする化学増幅ポジ型レジスト材料。 - 【請求項3】 (A)有機溶剤 (B)アルカリ可溶性樹脂 (C)酸発生剤 (D)請求項1記載のビスフェノールカルボン酸第三級
エステルからなる溶解阻止剤 を含有してなることを特徴とする化学増幅ポジ型レジス
ト材料。 - 【請求項4】 (A)有機溶剤 (B)アルカリ可溶性樹脂 (C)酸発生剤 (D)請求項1記載のビスフェノールカルボン酸第三級
エステルからなる溶解阻止剤 (E)請求項1記載のビスフェノールカルボン酸第三級
エステル以外の溶解阻止剤を少なくとも1種類以上を含
有してなることを特徴とする化学増幅ポジ型レジスト材
料。 - 【請求項5】 (B)成分のアルカリ可溶性樹脂とし
て、一部の水酸基の水素原子が酸不安定基で置換された
重量平均分子量3,000〜100,000のポリヒド
ロキシスチレンを用いた請求項3又は4記載の化学増幅
ポジ型レジスト材料。
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