JPH0995479A - オキシムスルホネート化合物及びレジスト用酸発生剤 - Google Patents
オキシムスルホネート化合物及びレジスト用酸発生剤Info
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- JPH0995479A JPH0995479A JP7254214A JP25421495A JPH0995479A JP H0995479 A JPH0995479 A JP H0995479A JP 7254214 A JP7254214 A JP 7254214A JP 25421495 A JP25421495 A JP 25421495A JP H0995479 A JPH0995479 A JP H0995479A
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- C07C2601/16—Systems containing only non-condensed rings with a six-membered ring the ring being unsaturated
Abstract
に使用する活性光に対する透明性が優れ、かつ発生する
酸の強度が高く、レジスト溶媒に対する溶解性の良好な
オキシムスルホネート化合物を提供することである。 【解決手段】 一般式 【化1】 (式中のR1及びR2は非芳香族性炭化水素基又はハロゲ
ン化非芳香族性炭化水素基である)とする。
Description
ホネート化合物、さらに詳しくは、シアノ基を有する新
規なオキシムスルホネート化合物及びそのレジスト用酸
発生剤としての用途に関するものである。
に関する技術としては、酸硬化性のアミノ樹脂とオキシ
ムスルホネートとを含有する熱硬化性塗布液(ヨーロッ
パ特許出願第44115A1号公報)、酸硬化性樹脂と
オキシムスルホネート化合物を含有する焼き付け仕上げ
材料を短波光で照射し硬化させる方法(特開昭60−6
5072号公報)、重合性エチレン型不飽和基、エポキ
シ基、水酸基などの置換基を有するオキシムスルホネー
ト化合物及びそのポリマー(特開昭61−251652
号公報)、フィルム形成性有機材料とオキシムスルホネ
ート基及び芳香族基を有する感光性物質とから成る組成
物を用いる画像形成方法(特開平1−124848号公
報)、アルカリ可溶性樹脂、オキシムスルホネート化合
物及び感度増強性架橋剤を含むレジスト組成物(特開平
2−154266号公報)、オキシムスルホネート化合
物を用いたネガ型パターンの形成方法(特開平2−16
1444号公報)、オキシムスルホネート化合物を含む
i線用レジスト(特開平6−67433号公報)などが
知られ、これらには以下のシアノ基を有するオキシムス
ルホネート化合物が記載されている。
シイミノ)‐フェニルアセトニトリル
ノ)‐フェニルアセトニトリル
ノ)‐フェニルアセトニトリル
ゼンスルホニルオキシイミノ)‐フェニルアセトニトリ
ル
クロロフェニルアセトニトリル
4‐ジクロロフェニルアセトニトリル
6‐ジクロロフェニルアセトニトリル
メトキシフェニルアセトニトリル
ノ)‐4‐メトキシフェニルアセトニトリル
チエニルアセトニトリル
ミノ)‐フェニルアセトニトリル
‐4‐メトキシフェニル]アセトニトリル
ノ)‐4‐メトキシフェニル]アセトニトリル
トニトリル
基を有するオキシスルホニル化合物は、いずれもフェニ
ル基、チエニル基のような芳香族性基を含んでいる。
は、248nmの光に対して高い吸収を有しており、こ
のフェニル基を有するオキシムスルホネート化合物を用
いたレジスト組成物においては、底部の基板まで光が十
分に到達せず、その結果、得られたレジストパターンは
ポジ型レジストであれば、テーパー形状となり、またネ
ガ型レジストであれば逆テーパー形状となって、レジス
トパターンの垂直性が不十分なものとなるのを免れな
い。また、コンタクトホールについても透明性の影響が
大きく、コンタクトホールの焦点深度幅が狭くなるとい
う欠点がある。
として、ビス(シクロヘキシルスルホニル)ジアゾメタ
ンが提案されているが(特開平4−210960号公
報)、このような酸発生剤は光に対する透明性は高くな
るものの、発生する酸の強度が弱く、これを用いたレジ
ストは感度が低かったり、耐熱性に劣るなどの欠点があ
る。
基を有するオキシムスルホネート化合物を酸発生剤に用
いたレジストは、形成されるレジストパターンの断面形
状が波打った形状となるという欠点がある上、いずれも
レジスト溶媒に対する溶解度が低いため、添加量が制限
される結果、感度が低いものになるし、あるいはレジス
トを調製する際、加熱などの工程が必要となって、レジ
スト調製の操作が煩雑になるという欠点を有していた。
酸発生剤として用いた場合、露光に使用する活性光に対
する透明性が高く、かつ発生する酸の強度が高い上、特
にレジスト溶媒に対する溶解性が優れた新規なオキシム
スルホネート化合物を提供することを目的としてなされ
たものである。
の酸発生剤として好適なオキシムスルホネート化合物に
ついて鋭意研究を重ねた結果、従来知られているオキシ
ムスルホネート化合物がいずれも芳香族性基を有してい
るのに対し、この芳香族性基を含まない構造のオキシム
スルホネート化合物は、レジスト用の酸発生剤としたと
きに活性光を透過しやすく、しかも酸強度の高い酸を発
生させることができ、従来のこの種の酸発生剤を用いた
ときよりもレジストの特性を向上しうることを見出し
た。
ン化非芳香族性炭化水素基である)で表わされるオキシ
ムスルホネート化合物及びそれから成るレジスト用酸発
生剤を提供するものである。
ゼン環、ナフタリン環、フラン環、チオフェン環、ピリ
ジン環のような芳香族性を示す環を有しない炭化水素
基、例えば脂肪族炭化水素基、脂環族炭化水素基を意味
する。
合物は、前記一般式(I)で表わされる文献未載の新規
な化合物であって、この一般式(I)におけるR1及び
R2はたがいに同じでも異なっていてもよく、それぞれ
アルキル基、アルケニル基、シクロアルキル基、シクロ
アルケニル基などの非芳香族性基を示す。このアルキル
基、アルケニル基は、直鎖状、枝分れ状のいずれでもよ
いが、炭素数1〜12のものが、またシクロアルキル
基、シクロアルケニル基は、炭素数4〜12のものが好
ましい。このアルキル基の例としては、メチル基、エチ
ル基、プロピル基、イソプロピル基、n‐ブチル基、s
ec‐ブチル基、tert‐ブチル基、n‐ペンチル
基、n‐オクチル基、n‐ドデシル基などを、アルケニ
ル基の例としては、エテニル基、プロペニル基、ブテニ
ル基、ブタジエニル基、ヘキセニル基、オクタジエニル
基などを、シクロアルキル基の例としては、シクロペン
チル基、シクロヘキシル基、シクロオクチル基、シクロ
ドデシル基を、シクロアルケニル基の例としては、1‐
シクロブテニル基、1‐シクロペンテニル基、1‐シク
ロヘキセニル基、1‐シクロヘプテニル基、1‐シクロ
オクテニル基などをそれぞれ挙げることができる。
の水素原子の1個又は2個以上がハロゲン原子、例えば
塩素原子、臭素原子、フッ素原子などで置換されたも
の、すなわちハロゲン化非芳香族性炭化水素基であって
もよい。このハロゲン化非芳香族性炭化水素基として
は、クロロメチル基、トリクロロメチル基、トリフルオ
ロメチル基、2‐ブロモプロピル基のような炭素数1〜
4のハロゲン化アルキル基が好適である。
キシムスルホネート化合物は、露光に用いる活性光、特
に遠紫外線に対する透明性が高く、レジストの酸発生剤
として使用すると、レジストパターンの垂直性及び焦点
深度幅特性の向上をもたらす。
いたビス(シクロヘキシルスルホニル)ジアゾメタン
は、シクロヘキシル基が導入されることにより、酸の強
度が弱くなり、感度の低下や耐熱性の低下がみられる
が、本発明の化合物においては、意外にも感度及び耐熱
性の低下はみられない。この原因については必ずしも明
らかではないが、おそらくシアノ基を有するオキシム基
によるものと考えられる。このような感度を考慮する
と、一般式(I)におけるR2としては、メチル基、エ
チル基、n‐プロピル基、イソプロピル基、ブチル基な
どの炭素数1〜4の低級アルキル基、トリクロロメチル
基、トリフルオロメチル基及びシクロヘキシル基が好ま
しい。
ルキル基又はシクロアルケニル基を導入したことによ
り、レジスト溶媒に対する溶解性が飛躍的に向上する。
このように溶解性が高くなることにより、レジスト調製
において加熱して溶解する必要もなく、また添加量を増
大しうるため、感度が高くなるなどの効果が発揮され
る。この溶解性を考慮すると、R1としては、エチル
基、プロピル基、ブチル基などの炭素数1〜4の低級ア
ルキル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、1‐
シクロブテニル基、1‐シクロペンテニル基、1‐シク
ロヘキセニル基及び1‐シクロヘプテニル基が好まし
い。
キシムスルホネート化合物の場合、レジスト断面パター
ンに定在波の影響が現われ、波打った形状となるが、本
発明のオキシムスルホネート化合物を用いることにより
意外にもこのような定在波の影響を受けにくくなり、パ
ターンの波打ちが少なくなる。これは、本発明の化合物
におけるR1及びR2の置換基の方が、露光後の加熱処理
の際に露光により発生した酸が拡散しやすいためではな
いかと考えられる。
のない断面形状が得られる点を考慮すると、R2として
は、メチル基、エチル基、n‐プロピル基、イソプロピ
ル基、ブチル基などの炭素数1〜4の低級アルキル基、
トリクロロメチル基、トリフルオロメチル基及びシクロ
ヘキシル基が好適である。
のオキシムスルホネート化合物としては、一般式(I)
におけるR1がシクロアルケニル基で、かつR2がアルキ
ル基であるものが好ましく、特にR1がシクロペンテニ
ル基又はシクロヘキセニル基で、かつR2が炭素数1〜
4の低級アルキル基であるものが好適である。
ムスルホネート化合物は、前記先行技術に開示されてい
る方法と同様の方法を参考にして、製造することができ
る。例えば、テトラヒドロフラン、N,N‐ジメチルホ
ルムアミド、N,N‐ジメチルアセトアミド、N‐メチ
ルピロリドンなどの有機溶媒中において、ピリジン、ト
リエチルアミンなどの塩基性触媒の存在下、オキシム基
含有化合物とスルホン酸クロリド基含有化合物とをエス
テル化反応させる。また、原料として用いられるオキシ
ム基含有化合物は、公知の方法[「ザ・システマティッ
ク・アイデンティフィケイション・オブ・オーガニック
・コンパウンズ(The Systematic Id
entification of Organic C
ompounds)」(John Wiley & S
ons)第181ページ(1980年)、「ディ・マク
ロモレキュラレ・ヘミー(Die Makromole
culare Chemie)」第108巻,第170
ページ(1967年)、「オーガニック・シンセシス
(Organic Synthesis)」第59巻,
第95ページ(1979年)]に記載されている方法に
よって製造することができる。
の化合物は、これをフィルム形成性物質と混合し、レジ
スト用感光性組成物を調製することができる。この際の
配合量としては、フィルム形成性物質100重量部に対
し、1〜30重量部が適当である。
は、文献未載の新規な化合物であって、レジストの酸発
生剤として有用である。すなわち、レジストの酸発生剤
として用いた場合、(1)露光に使用する活性光、特に
遠紫外線に対する透明性が高く、レジストパターンの垂
直性や焦点深度幅特性の向上をもたらす、(2)発生す
る酸の強度が強く、感度及び耐熱性が良好となり、
(3)レジスト溶媒に対する溶解性に優れているので、
レジスト調製時に加熱する必要がない上、添加量を増や
すことができ、感度を高めることができる、(4)レジ
ストパターンが定在波の影響を受けにくく、パターンの
波打ちを抑制できる、などの効果が発揮される。
明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定さ
れるものではない。
リウム80g(2モル)及び1‐シクロペンテニルアセ
トニトリル107g(1モル)を反応容器に入れ、混合
したのち、イソペンチルニトリト125g(1.07モ
ル)を40℃で2時間かけて滴下した。この反応混合物
を40℃にて2時間かきまぜたのち、さらに室温にて2
0時間かきまぜた。次に、反応混合物を水で希釈して乳
化液としたのち、水酸化ナトリウムを用いてpH14に
調整し、次いで有機層を分離した。塩酸を用いて水層を
酸性にしてから、ジエチルエーテルを用いて生成物を抽
出した。このエーテル層を乾燥後、エーテルを留去し、
次いでトルエンから再結晶することにより、理論量の8
8.5%の収率でα‐ヒドロキシイミノ‐1‐シクロペ
ンテニルアセトニトリル120gを得た。
た結果、1294cm-1、1363cm-1、1614c
m-1、2244cm-1、3317cm-1にピークが認め
られた。また、プロトン核磁気共鳴スペクトル(1H−
NMR)を測定した結果[溶媒:重メタノール(CD3
OD)]、2.02ppm、2.50〜2.60pp
m、4.89ppm、6.35ppmにピークが認めら
れた。
‐1‐シクロペンテニルアセトニトリル39.4g
(0.29モル)及びテトラヒドロフラン400ml中
のトリエチルアミン44.0g(0.43モル)を反応
容器に仕込んだのち、この溶液を−5℃に冷却した。次
いで、メシルクロリド36.5g(0.32モル)を2
時間かけて滴下したのち、反応混合物を−5℃で3時間
かきまぜ、さらに約10℃で2時間かきまぜた。次に、
テトラヒドロフランを減圧下30℃で留去したのち、得
られた生成物60gをアセトニトリルから繰り返し再結
晶し、融点96℃の白色結晶35g(理論量の50.4
%)を得た。
た結果、1189cm-1、1376cm-1、1610c
m-1、2242cm-1、2940cm-1にピークが認め
られた。また、1H−NMRを測定した結果[溶媒:重
クロロホルム(CDCl3)]、2.10ppm、2.
64〜2.70ppm、3.26ppm、6.90pp
mにピークが認められ、α‐(メチルスルホニルオキシ
イミノ)‐1‐シクロペンテニルアセトニトリルである
と同定された。さらに、紫外線吸収スペクトルを測定し
た結果(溶媒:プロピレングリコールモノメチルエーテ
ル)、λmax=214.5nm、ε=6010、λmax=
278.5nm、ε=10600であり、KrFレーザ
ー光の248nmにおける高い透明性が認められた。
キシ基で置換された重量平均分子量10,000のポリ
ヒドロキシスチレンと水酸基の39モル%がエトキシエ
トキシ基で置換された重量平均分子量10,000のポ
リヒドロキシスチレンとの重量比3:7の混合物100
重量部、上記実施例1で得たα‐(メチルスルホニルオ
キシイミノ)‐1‐シクロペンテニルアセトニトリル3
重量部、トリエチルアミン0.1重量部、サリチル酸
0.2重量部及びN,N‐ジメチルアセトアミド2重量
部を、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテ
ート500重量部に溶解したのち、このものを孔径0.
2μmのメンブランフィルターを用いてろ過し、ポジ型
レジスト溶液を調製した。このレジスト溶液をスピンナ
ーを用いてシリコンウエーハ上に塗布し、これをホット
プレート上で90℃、90秒間乾燥して膜厚0.7μm
のレジスト膜を得た。この膜に縮小投影露光装置NSR
−2005EX8A(ニコン社製)を用いて、1mJず
つドーズ量を加え露光したのち、110℃で90秒間加
熱し、次いで2.38重量%テトラメチルアンモニウム
ヒドロキシド水溶液で23℃にて65秒間現像処理し、
さらに30秒間水洗後、乾燥した。この際、現像後の露
光部の膜厚が0となる最小露光時間を感度としてmJ
(エネルギー量)単位で測定したところ、4mJであっ
た。
μmのレジストパターンの断面形状をSEM(走査型電
子顕微鏡)写真により観察したところ、基板に対して垂
直な矩形で、かつ波打ちのないレジストパターンであっ
た。さらに、0.3μmのコンタクトホールの焦点深度
幅は1.6μmであった。また、耐熱性として100μ
mのレジストパターンの角が崩れる温度を調べたとこ
ろ、130℃でも崩れなかった。
ニルオキシイミノ)‐1‐シクロペンテニルアセトニト
リルの代わりに、α‐(4‐トルエンスルホニルオキシ
イミノ)‐4‐メトキシフェニルアセトニトリルを用い
た以外は、実施例2と同様の操作を繰り返した。その結
果、感度は6mJであり、また形成された0.23μm
のレジストパターンの断面形状をSEM写真により観察
したところ、定在波の影響が現われ、波打ったテーパー
形状のレジストパターンであった。0.3μmのコンタ
クトホールの焦点深度幅は1.2μmであり、耐熱性に
ついては実施例2と同様であった。
ニルオキシイミノ)‐1‐シクロペンテニルアセトニト
リルの代わりに、ビス(シクロヘキシルスルホニル)ジ
アゾメタンを用いた以外は、実施例2と同様の操作を繰
り返した。その結果、感度は30mJであり、また形成
された0.23μmのレジストパターンの断面形状をS
EM写真により観察したところ、基板に対して垂直な矩
形で、かつ波打ちのないレジストパターンであった。
0.3μmのコンタクトホールの焦点深度幅は1.6μ
mであり、また、耐熱性については125℃でレジスト
パターンの角が崩れていた。
ンとの共重合体100重量部、尿素樹脂であるMx−2
90(三和ケミカル社製)10重量部及びメラミン樹脂
であるMx−750(三和ケミカル社製)0.3重量部
をプロピレングリコールモノメチルエーテル650重量
部に溶解し、これを実施例1で得たα‐(メチルスルホ
ニルオキシイミノ)‐1‐シクロペンテニルアセトニト
リル8.9重量部を溶解してネガ型レジスト溶液を調製
した。
いてシリコンウエーハ上に塗布し、ホットプレート上で
100℃にて90秒間乾燥することにより、膜厚0.7
μmのレジスト層を形成した。次いで、縮小投影露光装
置NSR−2005EX8A(ニコン社製)により、エ
キシマレーザー光を選択的に照射したのち、130℃で
90秒間加熱し、その後2.38重量%テトラメチルア
ンモニウムヒドロキシド水溶液で65秒間現像処理し、
30秒間水洗後乾燥した。この際、現像後の露光部が像
形成され始める最小露光時間を感度としてmJ(エネル
ギー量)単位で測定したところ、1mJであった。
ニルオキシイミノ)‐1‐シクロペンテニルアセトニト
リルの代わりに、トリス(2,3‐ジブロモプロピル)
イソシアヌレートを用いた以外は、実施例3と同様の操
作を繰り返した。その結果、感度は20mJであった。
リウム80g(2モル)及び1‐シクロヘキセニルアセ
トニトリル121g(1モル)を反応容器に入れ、混合
したのち、イソペンチルニトリト125g(1.07モ
ル)を40℃で2時間かけて滴下した。この反応混合物
を40℃にて2時間かきまぜたのち、さらに室温にて2
0時間かきまぜた。次に、反応混合物を水で希釈して乳
化液としたのち、水酸化ナトリウムを用いてpH14に
調整し、次いで有機層を分離した。塩酸を用いて水層を
酸性にしてから、ジエチルエーテルを用いて生成物を抽
出した。このエーテル層を乾燥後、エーテルを留去し、
次いでトルエンから再結晶することにより、理論量の7
0.2%の収率でα‐ヒドロキシイミノ‐1‐シクロヘ
キセニルアセトニトリル105gを得た。
た結果、1033cm-1、1633cm-1、2237c
m-1、2931m-1、3347cm-1にピークが認めら
れた。また、プロトン核磁気共鳴スペクトル(1H−N
MR)を測定した結果[溶媒:重クロロホルム(CDC
l3)]、1.66ppm、2.27ppm、6.55
ppmにピークが認められた。
‐1‐シクロヘキセニルアセトニトリル43.5g
(0.29モル)及びテトラヒドロフラン400ml中
のトリエチルアミン44.0g(0.43モル)を反応
容器に仕込んだのち、この溶液を−5℃に冷却した。次
いで、メシルクロリド36.5g(0.32モル)を2
時間かけて滴下したのち、反応混合物を−5℃で3時間
かきまぜ、さらに約10℃で2時間かきまぜた。次に、
テトラヒドロフランを減圧下30℃で留去したのち、得
られた生成物60gをアセトニトリルから繰り返し再結
晶し、融点72℃の白色結晶16.9g(理論量の2
5.6%)を得た。
た結果、840cm-1、1189cm-1、1629cm
-1、2240cm-1、2940cm-1にピークが認めら
れた。また、1H−NMRを測定した結果[溶媒:重ク
ロロホルム(CDCl3)]、1.70ppm、2.3
7ppm、3.22ppm、6.90ppmにピークが
認められた。さらに、紫外線吸収スペクトルを測定した
結果(溶媒:プロピレングリコールモノメチルエーテ
ル)、λmax=212nm、ε=5700、λmax=27
2nm、ε=11600であり、KrFレーザー光の2
48nmにおける高い透明性が認められた。
クロリドに代えた以外は実施例1と同様にしてα‐(エ
チルスルホニルオキシイミノ)‐1‐シクロペンテニル
アセトニトリルを得た。
ホニルクロリドに代えた以外は実施例1と同様にしてα
‐(イソプロピルスルホニルオキシイミノ)‐1‐シク
ロペンテニルアセトニトリルを得た。
ニルクロリドに代えた以外は実施例1と同様にしてα‐
(n‐ブチルスルホニルオキシイミノ)‐1‐シクロペ
ンテニルアセトニトリルを得た。
クロリドに代えた以外は実施例4と同様にしてα‐(エ
チルスルホニルオキシイミノ)‐1‐シクロヘキセニル
アセトニトリルを得た。
ホニルクロリドに代えた以外は実施例4と同様にしてα
‐(イソプロピルスルホニルオキシイミノ)‐1‐シク
ロヘキセニルアセトニトリルを得た。
ニルクロリドに代えた以外は実施例4と同様にしてα‐
(n‐ブチルスルホニルオキシイミノ)‐1‐シクロヘ
キセニルアセトニトリルを得た。
‐1‐シクロペンテニルアセトニトリル、実施例4で得
たα‐(メチルスルホニルオキシイミノ)‐1‐シクロ
ヘキセニルアセトニトリル、ビス(シクロヘキシルスル
ホニル)ジアゾメタン及びα‐[(4‐トルエンスルホ
ニルオキシイミノ)‐4‐メトキシフェニル]アセトニ
トリルをプロピレングリコールモノメチルエーテルアセ
テートに室温で溶解し、かきまぜて1重量%の均一な溶
液とするのに要する時間を測定した。その結果、実施例
1及び4で得た化合物は約1分間、ビスシクロヘキシル
スルホニルジアゾメタンは約10分間、α‐[(4‐ト
ルエンスルホニルオキシイミノ)‐4‐メトキシフェニ
ル]アセトニトリルは約5分間であった。
Claims (5)
- 【請求項1】 一般式 【化1】 (式中のR1及びR2は非芳香族性炭化水素基又はハロゲ
ン化非芳香族性炭化水素基である)で表わされるオキシ
ムスルホネート化合物。 - 【請求項2】 R1がシクロアルケニル基であり、かつ
R2がアルキル基である請求項1記載のオキシムスルホ
ネート化合物。 - 【請求項3】 R1がシクロペンテニル基又はシクロヘ
キセニル基である請求項2記載のオキシムスルホネート
化合物。 - 【請求項4】 R2が炭素数1〜4のアルキル基である
請求項2又は3記載のオキシムスルホネート化合物。 - 【請求項5】 一般式 【化2】 (式中のR1及びR2は非芳香族性炭化水素基又はハロゲ
ン化非芳香族性炭化水素基である)から成るレジスト用
酸発生剤。
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