JPH1073919A - Photosensitive resin composition containing optical acid generating agent having crosslinked cyclic alkyl group - Google Patents

Photosensitive resin composition containing optical acid generating agent having crosslinked cyclic alkyl group

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JPH1073919A
JPH1073919A JP9116980A JP11698097A JPH1073919A JP H1073919 A JPH1073919 A JP H1073919A JP 9116980 A JP9116980 A JP 9116980A JP 11698097 A JP11698097 A JP 11698097A JP H1073919 A JPH1073919 A JP H1073919A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photosensitive resin composition usable for far ultraviolet ray having a wavelength of 220nm or less by containing an optical acid generating agent formed of a specified alkyl sulfonium salt compound as the component. SOLUTION: This photosensitive resin composition contains an optical acid generating agent formed of a specified alkyl sulfonium salt compound as the component. Namely, the alkyl sulfonium salt compound used in the optical acid generating agent is represented by the formula. In the formula, at least one of R<1> , R<2> represents an alkyl group having a crosslinked cyclic hydrocarbon group or a monocyclic alkyl group, and the remainder represents a straight chain, branched, or monocyclic alkyl group. R<3> represents a monocyclic alkyl group having an oxo group in β-position or a crosslinked cyclic alkyl group having an oxo group in β-position. Y represents a pair ion. In this pattern forming method, the photosensitive resin composition is used, and patterning is performed by light emission.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、新規なスルホニウ
ム塩化合物よりなる光酸発生剤を含有する感光性樹脂組
成物およびそれを用いたパターン形成方法に関するもの
であり、さらに詳しくは、波長が220nm以下180nm
以上の遠紫外線を露光光とする場合に好適な感光性組成
物に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photosensitive resin composition containing a photoacid generator comprising a novel sulfonium salt compound and a method for forming a pattern using the same. Below 180nm
The present invention relates to a photosensitive composition suitable for the case where far ultraviolet rays are used as exposure light.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体素子や集積回路などの微細
加工を必要とする各種電子デバイス製造の分野では、デ
バイスの高密度、高集積化の要求が高まっている。この
ため、パターンの微細化を実現するためのフォトリソグ
ラフィ技術に対する要求がますます厳しくなっている。
2. Description of the Related Art In recent years, in the field of manufacturing various electronic devices that require microfabrication of semiconductor elements, integrated circuits, and the like, demands for high density and high integration of devices are increasing. For this reason, the demand for photolithography technology for realizing pattern miniaturization is becoming increasingly severe.

【0003】パターンの微細化を図る方法の一つは、フ
ォトレジストのパターン形成の際に使用される露光光の
波長を短くする方法である。一般に、光学系の解像度
(線幅)Rはレイリーの式、R=k・λ/NA(ここで
λは露光光源の波長、NAはレンズの開口数、kはプロ
セスファクター)で表すことができる。この式から、よ
り高解像度を達成する、すなわちRの値を小さくするた
めにはリソグラフィにおける露光光の波長λを短くすれ
ば良い事がわかる。たとえば64Mまでの集積度のDR
AM(ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリー)
の製造には、最小パターン寸法0.35μm ラインアン
ドスペ−スの解像度が要求され、現在まで高圧水銀灯の
g線(438nm)、i線(365nm)が光源として使用
されてきた。しかしさらに微細な加工技術を必要とする
256M(加工寸法が0.25μm以下)以上の集積度
を持つDRAMの製造においては、エキシマレーザ(K
rF:248nm、KrCl:222nm、ArF:193
nm、F2:157nm)などのより短波長の光(ディープ
UV光、遠紫外光)の利用が有効であると考えられてお
り(上野 巧、岩柳隆夫、野々垣三郎、伊藤 洋、C.
グラント ウイルソン(C. Grant Wills
on)共著、「短波長フォトレジスト材料−ULSIに
向けた微細加工−」、172頁〜197頁、ぶんしん出
版、1988年)、現在ではKrFエキシマレーザリソ
グラフィが盛んに研究されている。
One method of miniaturizing a pattern is to shorten the wavelength of exposure light used in forming a pattern on a photoresist. Generally, the resolution (line width) R of an optical system can be represented by Rayleigh's formula, R = k · λ / NA (where λ is the wavelength of an exposure light source, NA is the numerical aperture of a lens, and k is a process factor). . From this equation, it can be seen that higher resolution can be achieved, that is, the value of R can be reduced by shortening the wavelength λ of the exposure light in lithography. For example, DR with an integration degree of up to 64M
AM (Dynamic Random Access Memory)
In the manufacture of, a minimum pattern size of 0.35 μm line-and-space resolution is required, and g-line (438 nm) and i-line (365 nm) of a high-pressure mercury lamp have been used as a light source until now. However, in the manufacture of a DRAM having a degree of integration of 256 M or more (processing size of 0.25 μm or less) requiring finer processing technology, an excimer laser (K
rF: 248 nm, KrCl: 222 nm, ArF: 193
It is considered that the use of shorter wavelength light (deep UV light, far ultraviolet light) such as F. nm, F2: 157 nm is effective (Takumi Ueno, Takao Iwayanagi, Saburo Nonogaki, Hiroshi Ito, Hiroshi Ito, C.I.
Grant Wilson (C. Grant Wills)
on) co-author, "Short Wavelength Photoresist Material-Microfabrication for ULSI", pp. 172 to 197, Bunshin Publishing, 1988), and KrF excimer laser lithography is currently being actively studied.

【0004】またフォトレジストに関しては、従来の単
層レジストに代わり多層(2層、あるいは3層)レジス
ト法の利用による高集積化の方法が検討されている。2
層レジストとしては、例えばジャーナル・オブ・バキュ
ーム・サイエンス・アンド・テクノロジー(Journ
al of Vacuum Science andT
echnology) B3巻, 306頁〜309頁
(1985年)に記載されているウィルキンス(Wil
kins)らの報告(シリル化したノボラック樹脂を上
層に用いた2層レジスト)が挙げられる。
As for the photoresist, a method of high integration by using a multi-layer (two-layer or three-layer) resist method instead of the conventional single-layer resist is being studied. 2
As the layer resist, for example, Journal of Vacuum Science and Technology (Journ)
al of Vacuum Science andT
Wilkins, described in B3, pp. 306-309 (1985).
Kins) et al. (a two-layer resist using a silylated novolak resin for the upper layer).

【0005】さらに、微細加工に用いられるレジスト材
料には、加工寸法の微細化に対応する高解像性に加え、
高感度化の要求も高まってきている。これは、光源であ
るエキシマレーザのガス寿命が短いこと、レーザ装置自
体が高価であるなどの理由から、レーザのコストパフォ
ーマンスの向上を実現する必要があるからである。レジ
ストの高感度化の方法として、感光剤である光酸発生剤
を利用した化学増幅型レジストの開発が、KrFエキシ
マレーザ用レジストとして詳細に検討されている[例え
ば、ヒロシ イトー、C.グラント ウイルソン(Gr
ant Willson)、アメリカン・ケミカル・ソ
サイアテイ・シンポジウム・シリーズ(America
n Chemical Society Sympos
iumSeries)、242巻、11頁〜23頁(1
984年)]。光酸発生剤とは、光照射により酸を発生
する物質である。化学増幅型レジストの特徴は、含有成
分の光酸発生剤が生成するプロトン酸を、露光後の加熱
処理(ポストエクスポウジャーベイク(Post Ex
posure Bake、以後PEB工程と略す)によ
りレジスト固相内を移動させ、当該酸によりレジスト樹
脂などの化学変化を触媒反応的に数百倍〜数千倍にも増
幅させることである。このようにして光反応効率(一光
子あたりの反応)が1未満の従来のレジストに比べて飛
躍的な高感度化を達成している。現在使用される光酸発
生剤の例としては、例えば、ジャーナル・オブ・ジ・オ
ーガニック・ケミストリー(Journal of t
heOrganic Chemistry)、43巻、
15号、3055頁〜3058頁(1978年)に記載
されているJ.V.クリベロ(J.V.Crivell
o)らのトリフェニルスルホニウム塩誘導体や、2、6
−ジニトロベンジルエステル類[T.X.ヌ−ナン
(T.X.Neenan)ら、SPIEプロシーディン
グ、1086巻、2〜10頁(1989年)(Proc
eeding of SPIE,vol 1086,p
p.2−10(1989))]、1、2、3−トリ(メ
タンスルホニルオキシ)ベンゼン[タクミ ウエノら、
プロシーディング・オブ・PME’89、講談社、41
3〜424頁(1990年)]などが報告されている。
[0005] Further, in addition to high resolution corresponding to miniaturization of processing dimensions, resist materials used for microprocessing are required.
The demand for higher sensitivity is increasing. This is because it is necessary to improve the cost performance of the laser because the gas life of the excimer laser, which is the light source, is short and the laser device itself is expensive. As a method for increasing the sensitivity of a resist, development of a chemically amplified resist using a photoacid generator as a photosensitive agent has been studied in detail as a resist for a KrF excimer laser [for example, Hiroshito, C.I. Grant Wilson (Gr
ant Willson), American Chemical Society Symposium Series (America)
n Chemical Society Sympos
iumSeries), 242, 11 to 23 (1
984)]. A photoacid generator is a substance that generates an acid upon irradiation with light. The characteristic of the chemically amplified resist is that the proton acid generated by the photoacid generator as a contained component is subjected to a heat treatment after exposure (post-exposure bake (Post Ex).
(Positive Bake, hereinafter abbreviated as PEB step) is to move in the resist solid phase, and to amplify the chemical change of the resist resin or the like by catalytic reaction several hundred times to several thousand times by the acid. In this way, the photoreaction efficiency (reaction per photon) is significantly higher than that of a conventional resist having less than 1. Examples of currently used photoacid generators include, for example, the Journal of the Organic Chemistry (Journal of the Organic Chemistry).
heOrganic Chemistry), 43 volumes,
No. 15, pages 3055 to 3058 (1978). V. Crivello (JV Crivell)
o) triphenylsulfonium salt derivatives, 2, 6
-Dinitrobenzyl esters [T. X. TX Neenan et al., SPIE Proceedings, 1086, 2-10 (1989) (Proc.
eating of SPIE, vol 1086, p
p. 2-10 (1989))], 1,2,3-tri (methanesulfonyloxy) benzene [Takumi Ueno et al.
Proceeding of PME '89, Kodansha, 41
3-424 (1990)].

【0006】現在では開発されるレジストの大半が化学
増幅型であり、露光光源の短波長化に対応した高感度材
料の開発には、化学増幅機構の採用が必須となってい
る。
At present, most of resists to be developed are of the chemical amplification type, and the use of a chemical amplification mechanism is indispensable for the development of a high-sensitivity material corresponding to a shorter wavelength of an exposure light source.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】この分野での現在の技
術的課題の一つは、220nm以下の遠紫外光に対して透
明性が高く、かつ光反応効率(光酸発生効率)が高い光
酸発生剤をもちいた化学増幅型のレジスト材料を開発
し、それを用いパターンを形成する方法を開発すること
である。
One of the current technical problems in this field is that light having high transparency to far ultraviolet light of 220 nm or less and high photoreaction efficiency (photoacid generation efficiency). An object of the present invention is to develop a chemically amplified resist material using an acid generator and to develop a method for forming a pattern using the resist material.

【0008】即ち、現在広く用いられている単層用化学
増幅型レジストを使用し、パターン微細化のため220
nmより短波長の露光光、たとえばArFエキシマレーザ
(193nm)を使用すると、レジストによる露光光の吸
収が極めて強くなることが一般的である。このため0.
7〜1.0μm付近の膜厚を持つ単層レジストの、露光
光入射側の表面近傍で大部分の光が吸収されてしまい、
基板に近いレジスト部位には光がほとんど到達し得な
い。このため、基板近傍の感光部位はほとんど感光せず
パターンが分離しないという問題が起こる。このため、
現在KrFの次世代の光源と予想されているArFエキ
シマレーザを光源とするリソグラフィにおいては、現行
のレジストが全くパターンを解像しない。
In other words, a chemically amplified resist for a single layer, which is widely used at present, is used, and 220 μm is used for pattern miniaturization.
When an exposure light having a wavelength shorter than nm, for example, an ArF excimer laser (193 nm) is used, it is general that the absorption of the exposure light by the resist becomes extremely strong. Therefore, 0.
Most light is absorbed in the vicinity of the surface on the exposure light incident side of the single-layer resist having a film thickness of about 7 to 1.0 μm,
Light hardly reaches the resist portion near the substrate. For this reason, there is a problem that the photosensitive portion near the substrate is hardly exposed to light and the pattern is not separated. For this reason,
In lithography using an ArF excimer laser as a light source, which is currently expected to be a next-generation light source of KrF, the current resist does not resolve a pattern at all.

【0009】レジストにおけるベース高分子化合物(樹
脂)の場合、現行のi線用レジストのほとんどに使用さ
れている高分子化合物であるノボラック樹脂、あるいは
現在KrFエキシマレーザ露光用化学増幅型レジストの
ベース高分子化合物として多用されているポリ(p−ビ
ニルフェノール)はいずれもその分子構造中に芳香環を
持ち、芳香環に基づくドライエッチング耐性を示す。こ
れらの樹脂はKrFエキシマレーザ(248nm)より短
波長の領域では強い吸収をもつ。このため、KrFエキ
シマレーザよりさらに短波長、詳しく言えば220nm以
下の波長の光を露光光としたリソグラフィ用のレジスト
には利用できない。220nm以下の波長に透明で且つド
ライエッチング耐性を有する樹脂として、脂環族高分子
(アダマンチルメタクリレートとtert−ブチルメタ
クリレートの共重合体)が最近報告されている[武智
ら、ジャーナル・オブ・フォトポリマー・サイエンス・
アンド・テクノロジー(Journal of Pho
topolymer Science and Tec
hnology)、5巻(3号)、439頁〜446頁
(1992年)]。
In the case of the base polymer compound (resin) in the resist, the base height of a novolak resin, which is a polymer compound used in most current i-line resists, or the base height of a chemically amplified resist currently used for KrF excimer laser exposure. Poly (p-vinylphenol), which is widely used as a molecular compound, has an aromatic ring in its molecular structure and exhibits dry etching resistance based on the aromatic ring. These resins have a strong absorption in a shorter wavelength region than the KrF excimer laser (248 nm). For this reason, it cannot be used as a lithography resist that uses light having a shorter wavelength than the KrF excimer laser, more specifically, light having a wavelength of 220 nm or less as exposure light. An alicyclic polymer (a copolymer of adamantyl methacrylate and tert-butyl methacrylate) has recently been reported as a resin having a wavelength of 220 nm or less and having dry etching resistance [Takechi et al., Journal of Photopolymer.・ Science ・
And Technology (Journal of Pho
toppolymer Science and Tec
hnology), 5 (3), 439-446 (1992)].

【0010】感光剤の場合にも同様な課題がある。Kr
Fエキシマレーザ光の波長以上の長波長の露光光を用い
る従来のリソグラフィで利用された感光剤は、220nm
以下の光吸収が強く、220nm以下のリソグラフィのレ
ジストには利用できないという同様な課題がある。例え
ば、化学増幅型レジストの代表的な感光剤(光酸発生
剤)であるクリベロらのトリフェニルスルホニウム塩誘
導体をはじめとする光酸発生剤は、いずれもその構造内
に芳香環を有しているため220nm以下の光を強く吸収
する。このため、上述の理由から現行の光酸発生剤は、
より高解像性が期待できる220nm以下の波長の光を露
光光とした化学増幅型レジストには利用できない。
There is a similar problem in the case of a photosensitive agent. Kr
The photosensitive agent used in conventional lithography using exposure light having a longer wavelength than the wavelength of the F excimer laser light is 220 nm.
There is a similar problem that the following light absorption is strong and cannot be used for a lithography resist of 220 nm or less. For example, photoacid generators such as the triphenylsulfonium salt derivative of Krivero et al., Which are typical photosensitizers (photoacid generators) of chemically amplified resists, each have an aromatic ring in their structure. Therefore, it strongly absorbs light of 220 nm or less. For this reason, the current photoacid generators for the above reasons are:
It cannot be used for a chemically amplified resist using light having a wavelength of 220 nm or less, which can be expected to have higher resolution, as exposure light.

【0011】このようにして220nm以下の波長におけ
るリソグラフィ用の高分子化合物に関しては件数が少な
いものの報告例があるが、これら高分子化合物と組み合
わせることが可能な、レーザのコストパフォーマンス向
上に必須である化学増幅作用の発現に必要不可欠な光酸
発生剤を開発した報告例はほとんどない。この課題を解
決するため発明者らは180nm〜220nmの波長領域に
於いて高透明性を有し、且つ高光反応性の新規な感光剤
(光酸発生剤)を既に開発し、出願した(特願平5−1
74528号明細書)。発明された化合物を含有する感
光性樹脂組成物はArFエキシマレーザを露光光とする
リソグラフィにおいて高解像性が実証されている(特願
平5−174532号明細書)。ところで化学増幅型感
光性樹脂組成物を用いるリソグラフィ工程に於いて一般
に利用されている各種プロセス(プリベイク(PB)工
程、PEB工程など)での加熱温度は通常80〜120
℃でありこれらの工程処理温度において感光性樹脂組成
物を構成する成分が安定であることが好ましい。工程処
理温度は一般に高い方が好ましい。PB工程においては
溶剤の加熱除去促進、PEB工程では化学増幅効率の増
大などが高温処理で期待できる。これらは、リソグラフ
ィにおけるレジスト高解像を達成するのみでなく、化学
増幅効率を高めることによる露光光(ArFエキシマレ
ーザ等)コストの低減という実用的な観点からも極めて
重要である。更に、半導体製造工程においてパターン形
成されたウエハに、エッチング工程前にレジスト中の水
分、溶媒除去のため100〜120℃の温度でベイク処
理を施すのが一般的である。このためパターン形成材料
である感光性樹脂組成物はこのベイク処理に対しても形
状を壊すことなく、安定性を示す必要がある。従って、
リソグラフィ工程においてより高い温度で処理できる感
光性樹脂組成物及びその成分材料(特に感光剤(光酸発
生剤))の開発が更に必要とされている。
Although there are few reports of polymer compounds for lithography at a wavelength of 220 nm or less as described above, there is a report of a small number of such compounds, but they are indispensable for improving the cost performance of lasers that can be combined with these polymer compounds. There have been few reports of developing photoacid generators indispensable for the expression of chemical amplification. In order to solve this problem, the present inventors have already developed and applied for a novel photosensitizer (photoacid generator) having high transparency and high photoreactivity in the wavelength region of 180 nm to 220 nm. 5-1
74528). The photosensitive resin composition containing the invented compound has been demonstrated to have high resolution in lithography using an ArF excimer laser as exposure light (Japanese Patent Application No. 5-174532). By the way, the heating temperature in various processes generally used in a lithography process using a chemically amplified photosensitive resin composition (a prebake (PB) process, a PEB process, etc.) is usually 80 to 120.
It is preferable that the components constituting the photosensitive resin composition are stable at these process temperatures. Generally, the higher the processing temperature, the better. The high temperature treatment can be expected to promote the removal of the solvent by heating in the PB step and to increase the chemical amplification efficiency in the PEB step. These are extremely important from the practical viewpoint of not only achieving high resist resolution in lithography but also reducing the cost of exposure light (such as an ArF excimer laser) by increasing the chemical amplification efficiency. Further, the wafer on which a pattern is formed in a semiconductor manufacturing process is generally subjected to a baking process at a temperature of 100 to 120 ° C. in order to remove moisture and a solvent in the resist before the etching process. For this reason, the photosensitive resin composition as the pattern forming material needs to exhibit stability without breaking the shape even in this baking treatment. Therefore,
There is a further need for the development of photosensitive resin compositions and their component materials (especially photosensitive agents (photoacid generators)) that can be processed at higher temperatures in the lithography process.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】発明者は鋭意研究の結
果、上記技術的課題は、以下に開示する構造のアルキル
スルホニウム塩化合物よりなる光酸発生剤を含有成分と
する感光性樹脂組成物および該感光性樹脂組成物を使用
し光照射によってパターニングを行うことを特徴とする
パターニング方法により解決されることを見い出し本発
明に至った。
The inventors of the present invention have made intensive studies and as a result, have found that the above technical problem has been solved by a photosensitive resin composition containing a photoacid generator comprising an alkylsulfonium salt compound having the structure disclosed below and The present invention has been found to be solved by a patterning method characterized in that patterning is performed by light irradiation using the photosensitive resin composition.

【0013】本発明の感光性樹脂組成物の光酸発生剤に
用いられるアルキルスルホニウム塩化合物は、下記一般
式(1)で表される。
The alkylsulfonium salt compound used for the photoacid generator of the photosensitive resin composition of the present invention is represented by the following general formula (1).

【0014】[0014]

【化4】 Embedded image

【0015】但し、一般式(1)において、R1 、R2
のうち少なくとも一つは炭素数7ないし10の橋かけ環
式炭化水素基を有する炭素数7ないし12のアルキル基
(より具体的には、ノルカラニル基(ビシクロ[5.
1.0]ヘプチル基)、ノルピナニル基(ビシクロ
[3.1.0]ヘプチル基)、ノルボルニル基(ビシク
ロ[2.2.1]ヘプチル基)、アダマンチル基、ビシ
クロ[2.2.2]オクチル基、ビシクロ[3.2.
1]オクチル基、トリシクロ[2.2.1.02,6 ]ヘ
プチル基、トリシクロ[5.2.1.02,6 ]デカニル
基、トリシクロ[5.3.1.12,6 ]ドデシル基、ト
リシクロ[4.4.1.11,5 ]ドデシル基、カラニル
基、ピナニル基、ボルニル基等を表す。)、残りが炭素
数1ないし7の直鎖状、分岐状あるいは単環式アルキル
基(より具体的には、メチル基、エチル基、n−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、ペンチル基、ヘキシル基、ヘ
プチル基、オクチル基、シクロペンチル基、シクロヘキ
シル基、シクロヘプチル基、シクロプロピルメチル基、
4−メチルシクロヘキシル基あるいはシクロヘキシルメ
チル基などを表す。)、R3は炭素数5ないし7のβ−
オキソ単環式アルキル基(より具体的には、原料の入手
の容易さあるいは安価性からβ−オキソシクロペンチル
基、β−オキソシクロヘキシル基あるいはβ−オキソシ
クロヘプチル基がより好ましい。)を表す。
However, in the general formula (1), R 1 and R 2
At least one of which is a C 7 to C 12 alkyl group having a C 7 to C 10 bridged cyclic hydrocarbon group (more specifically, a norcalanyl group (bicyclo [5.
1.0] heptyl group), norpinanyl group (bicyclo [3.1.0] heptyl group), norbornyl group (bicyclo [2.2.1] heptyl group), adamantyl group, bicyclo [2.2.2] octyl Group, bicyclo [3.2.
1] octyl group, tricyclo [2.2.1.0 2,6 ] heptyl group, tricyclo [5.2.1.0 2,6 ] decanyl group, tricyclo [5.3.1.1 2,6 ] A dodecyl group, a tricyclo [4.4.1.1 1,5 ] dodecyl group, a calanyl group, a pinanyl group, a bornyl group, and the like. ), The remainder being a linear, branched or monocyclic alkyl group having 1 to 7 carbon atoms (more specifically, a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, a sec- Butyl group, tert-butyl group, pentyl group, hexyl group, heptyl group, octyl group, cyclopentyl group, cyclohexyl group, cycloheptyl group, cyclopropylmethyl group,
Represents a 4-methylcyclohexyl group or a cyclohexylmethyl group. ), R 3 is β-C 5-7
An oxo monocyclic alkyl group (more specifically, a β-oxocyclopentyl group, a β-oxocyclohexyl group, or a β-oxocycloheptyl group is more preferable because of availability of raw materials or low cost).

【0016】あるいは、R1 、R2 の少なくとも一つは
炭素数5ないし7の単環式アルキル基(より具体的に
は、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプ
チル基、4−メチルシクロヘキシル基あるいはシクロヘ
キシルメチル基などを表す。)、残りが炭素数1ないし
8の直鎖状、分岐状あるいは単環式アルキル基(より具
体的には、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソ
プロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、ter
t−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、
オクチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シ
クロヘプチル基、シクロプロピルメチル基、4−メチル
シクロヘキシル基あるいはシクロヘキシルメチル基など
を表す。)、R3 はβ位にオキソ基を有する炭素数7な
いし10の橋かけ環式アルキル基(より具体的には、β
ーオキソノルカラニル基(β−オキソビシクロ[5.
1.0]ヘプチル基)、β−オキソノルピナニル基(β
−オキソビシクロ[3.1.0]ヘプチル基)、β−オ
キソノルボルニル基(β−オキソビシクロ[2.2.
1]ヘプチル基)、β−オキソアダマンチル基、β−オ
キソビシクロ[2.2.2]オクチル基、β−オキソビ
シクロ[3.2.1]オクチル基、β−オキソトリシク
ロ[2.2.1.02,6 ]ヘプチル基、β−オキソカラ
ニル基、β−オキソピナニル基、β−オキソボルニル基
等を表す。)を表す。
Alternatively, at least one of R 1 and R 2 is a monocyclic alkyl group having 5 to 7 carbon atoms (more specifically, a cyclopentyl group, a cyclohexyl group, a cycloheptyl group, a 4-methylcyclohexyl group or a cyclohexyl group). Represents a methyl group, etc.), and the remainder is a linear, branched or monocyclic alkyl group having 1 to 8 carbon atoms (more specifically, methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n -Butyl group, sec-butyl group, ter
t-butyl group, pentyl group, hexyl group, heptyl group,
Represents an octyl group, a cyclopentyl group, a cyclohexyl group, a cycloheptyl group, a cyclopropylmethyl group, a 4-methylcyclohexyl group, a cyclohexylmethyl group, or the like. ), R 3 is a bridged cyclic alkyl group having 7 to 10 carbon atoms having an oxo group at the β-position (more specifically,
-Oxonorcalanyl group (β-oxobicyclo [5.
1.0] heptyl group), β-oxonorpinanyl group (β
-Oxobicyclo [3.1.0] heptyl group), β-oxonorbornyl group (β-oxobicyclo [2.2.
1] heptyl group), β-oxoadamantyl group, β-oxobicyclo [2.2.2] octyl group, β-oxobicyclo [3.2.1] octyl group, β-oxotricyclo [2.2. 1.0 2,6 ] heptyl group, β-oxocaranyl group, β-oxopinanyl group, β-oxobornyl group and the like. ).

【0017】Y ̄は対イオンを表し、より具体的には、
BF4  ̄(テトラフルオロボラートイ オン)、AsF
6  ̄(ヘキサフルオロアルセナート イオン)、SbF
6  ̄(ヘキサフルオロアンチモナート イオン)、PF
6  ̄(ヘキサフルオロホスファート イオン)、CF3
SO3  ̄(トリフルオロメタンスルホナート イオ
ン)、CH3 SO3  ̄(メタンスルホナート イオ
ン)、ClO4  ̄(過塩素酸イオン)、Br ̄(臭素イ
オン)、Cl ̄(塩素イオン)、あるいはI ̄(沃素イ
オン)等を表わす[集積回路製造時に於ける不純イオン
混入の抑制、あるいはレジストパターン作製工程に於い
て適用される加熱処理(PEB)におけるプロトン酸の
レジストからの飛散・消失の抑制などの観点から、これ
らの対イオンのうちBF4  ̄(テトラフルオロボラート
イオン)、AsF6  ̄(ヘキサフルオロアルセナート
イオン)、SbF6  ̄(ヘキサフルオロアンチモナー
ト イオン)、PF6  ̄(ヘキサフルオロホスファート
イオン)、CF3 SO3  ̄(トリフルオロメタンスル
ホナート イオン)がより好ましい]。
Y ̄ represents a counter ion, and more specifically,
BF 4  ̄ (tetrafluoroborate ion), AsF
6 ¯ (hexafluoroarsenate ion), SbF
6 ¯ (hexafluoroantimonate ion), PF
6 ¯ (hexafluorophosphate ion), CF 3
SO 3 ¯ (trifluoromethanesulfonate ion), CH 3 SO 3 ¯ (methanesulfonate ion), ClO 4 ¯ (perchlorate ion), Br (bromine ion), Cl (chlorine ions) or I¯ [Iodine ion] etc. [Inhibition of contamination of impurity ions in the manufacture of integrated circuits or suppression of scattering and disappearance of protonic acid from the resist in the heat treatment (PEB) applied in the resist pattern forming process. From the viewpoint, BF 4  ̄ (tetrafluoroborate ion), AsF 6  ̄ (hexafluoroarsenate ion), SbF 6  ̄ (hexafluoroantimonate ion) and PF 6  ̄ (hexafluorophosphate) Ion) and CF 3 SO 3  ̄ (trifluoromethanesulfonate ion) are more preferred] .

【0018】特に本発明の感光性樹脂組成物の構成成分
であるスルホニウム塩のうちR1 をノルボルニル基、ア
ダマンチル基、もしくはβ−オキソノルボルナン−2−
イル基のうちより選ばれた一つ、R2 をメチル基、R3
をβ−オキソシクロヘキシル基もしくはシクロヘキシル
基としたスルホニウム塩化合物は、全く新規な化合物で
ある。
In particular, among the sulfonium salts which are constituents of the photosensitive resin composition of the present invention, R 1 is a norbornyl group, an adamantyl group, or β-oxonorbornane-2-.
One of the yl groups, R 2 is a methyl group, R 3
Are sulfonium salt compounds having a β-oxocyclohexyl group or a cyclohexyl group.

【0019】本発明の感光性樹脂組成物の構成成分であ
る光酸発生剤として用いられる一般式(1)で表される
スルホニウム塩物は、例えばジャーナル・オブ・ジ・ア
メリカン・ケミカル・ソサイエティ(Journal
of the American Chemical
Society) 108巻(7号),1579頁〜1
585頁(1986年)に記載されているスルホニウム
塩に関するデー・エヌ・ケビィル(D.N.Kevil
l)らの方法を応用して製造出来る。一般式(1)で表
される感光性化合物の場合、一般式(2)、一般式
(3)、一般式(4)で表されるスルフィド誘導体の例
えばニトロメタン溶液に一般式(5)または一般式
(6)または一般式(7)で表されるハロゲン化アルキ
ルを過剰量(スルフィド誘導体のスルフィド単位に対し
2ないし100倍モル(より好ましくは5ないし20倍
モル))加え室温で0.5〜5時間(好ましくは1〜2
時間)反応させる。その後、スルフィド誘導体のスルフ
ィド単位に対し等モル量の一般式(8)で表される有機
酸金属塩をニトロメタンに溶解した溶液を添加後、さら
に室温ないし50℃で3〜24時間反応させる。その
後、不溶な金属塩を濾別し、濾液を濃縮後、多量のジエ
チルエーテルなどの貧溶剤中に注下再沈する。得られた
結晶をアセトンに溶解しジエチルエーテル中に再沈する
操作を数回行うことにより目的とするスルホニウム塩化
合物(一般式(1))が得られる。
The sulfonium salt represented by the general formula (1) used as a photoacid generator, which is a component of the photosensitive resin composition of the present invention, is, for example, a journal of the American Chemical Society (Journal of the American Chemical Society). Journal
of the American Chemical
Society) 108 (7), 1579-1
DN Kevil for the sulfonium salts described on page 585 (1986).
1) It can be manufactured by applying the method of the above. In the case of the photosensitive compound represented by the general formula (1), a sulfide derivative represented by the general formula (2), the general formula (3), or the general formula (4), for example, a nitromethane solution is subjected to the general formula (5) or the general formula (5). An excess amount of the alkyl halide represented by the formula (6) or the general formula (7) (2 to 100 times (more preferably 5 to 20 times) the mol of the sulfide unit of the sulfide derivative) is added at room temperature to 0.5 mol. ~ 5 hours (preferably 1-2
Time) to react. Thereafter, a solution of an organic acid metal salt represented by the general formula (8) dissolved in nitromethane in an equimolar amount with respect to the sulfide unit of the sulfide derivative is added, and the mixture is further reacted at room temperature to 50 ° C. for 3 to 24 hours. Thereafter, the insoluble metal salt is separated by filtration, and the filtrate is concentrated, and then poured into a large amount of a poor solvent such as diethyl ether for reprecipitation. The target sulfonium salt compound (general formula (1)) can be obtained by repeating the operation of dissolving the obtained crystals in acetone and reprecipitating in diethyl ether several times.

【0020】R1 −S−R2 (2) (式中R1 、R2 は前記に同じ) R2 −S−R3 (3) (式中R2 、R3 は前記に同じ) R1 −S−R3 (4) (式中R1 、R3 は前記に同じ) R1 −W (5) (式中R1 は前記に同じ、Wは沃素、臭素等のハロゲン
原子) R2 −W (6) (式中R2 、Wはは前記に同じ) R3 −W (7) (式中R3 、Wは前記に同じ) M+- (8) (式中、M+ はAg+ 、Y- は前記に同じ)
R 1 -SR 2 (2) (wherein R 1 and R 2 are the same as above) R 2 -SR 3 (3) (where R 2 and R 3 are the same as above) R 1 -SR 3 (4) (wherein R 1 and R 3 are the same as above) R 1 -W (5) (where R 1 is the same as above, W is a halogen atom such as iodine and bromine) R 2 -W (6) (wherein R 2, W mother the same) R 3 -W (7) (wherein R 3, W have the same meanings as defined above) M + Y - (8) ( wherein, M + Is Ag + , Y - is the same as above)

【0021】このようにして得られた橋かけ環式アルキ
ル基を有するスルホニウム塩化合物は、既知の光酸発生
剤(クリベロらの上記文献記載のトリフェニルスルホニ
ウムトリフルオロメタンスルホナート(以後TPSと略
す))と比較した場合、180nm〜220nmの遠紫外領
域の光吸収が著しく少ないことを確認した。
The sulfonium salt compound having a bridged cyclic alkyl group obtained in this manner can be used as a known photoacid generator (triphenylsulfonium trifluoromethanesulfonate (hereinafter abbreviated as TPS) described in the above document by Krivero et al. ), It was confirmed that light absorption in the far ultraviolet region of 180 nm to 220 nm was remarkably small.

【0022】また、これらの橋かけ環式アルキル基を有
するスルホニウム塩化合物に遠紫外光、エキシマレーザ
等の放射線(波長220nm以下、好ましくは180nm〜
220nmの遠紫外光)を照射すると、プロトン酸が発生
することを確認した。
In addition, these sulfonium salt compounds having a bridged cyclic alkyl group may be irradiated with radiation such as deep ultraviolet light or excimer laser (wavelength of 220 nm or less, preferably 180 nm to 180 nm).
Irradiation with far ultraviolet light (220 nm) confirmed that a protonic acid was generated.

【0023】従って、橋かけ環式アルキル基を有するス
ルホニウム塩化合物は、フォトレジスト(感光性樹脂組
成物)の感光剤あるいは短波長光を利用した光カチオン
重合用開始剤として好適である。
Accordingly, a sulfonium salt compound having a bridged cyclic alkyl group is suitable as a photosensitizer for a photoresist (photosensitive resin composition) or an initiator for cationic photopolymerization utilizing short-wavelength light.

【0024】また、橋かけ環式アルキル基を有するスル
ホニウム塩化合物の分解開始温度は何れも150℃より
高く、このためこれを用いた感光性樹脂組成物のリソグ
ラフィ工程に於ける処理温度を150℃付近にまで高め
ることが可能である。
Further, the decomposition onset temperature of the sulfonium salt compound having a bridged cyclic alkyl group is higher than 150 ° C., and therefore, the processing temperature in the lithography step of the photosensitive resin composition using the compound is set to 150 ° C. It is possible to increase to near.

【0025】KrFエキシマレーザリソグラフィ用に開
発された光酸発生剤[クリベロらの上記文献記載のトリ
フェニルスルホニウム トリフルオロメタンスルホナー
ト(以後TPSと略す)]は220nm以下の遠紫外線領
域で極めて強い光吸収性を有する。よって、ArFエキ
シマレーザリソグラフィ用レジストに使用した場合、レ
ジストの透明性が著しく低下する。このTPSと比較し
た場合、本発明に記載した上記のスルホニウム塩誘導体
はいずれも185.5〜220nmの遠紫外領域の光吸収
が著しく少なく、露光光に対する透明性という点ではA
rFエキシマレーザリソグラフィ用レジストの構成成分
として好適であることは明らかである。
The photoacid generator [triphenylsulfonium trifluoromethanesulfonate (hereinafter abbreviated as TPS) described in the above document by Krivero et al.] Developed for KrF excimer laser lithography has extremely strong light absorption in the deep ultraviolet region of 220 nm or less. Has the property. Therefore, when used for a resist for ArF excimer laser lithography, the transparency of the resist is significantly reduced. When compared with this TPS, each of the above sulfonium salt derivatives described in the present invention has a remarkably low light absorption in the far ultraviolet region of 185.5 to 220 nm.
Obviously, it is suitable as a component of a resist for rF excimer laser lithography.

【0026】本発明の感光性樹脂組成物の基本的な構成
成分(構成要素)は、本発明に記載されたアルキルスル
ホニウム塩化合物、高分子化合物、溶媒である。
The basic constituents (components) of the photosensitive resin composition of the present invention are the alkylsulfonium salt compounds, polymer compounds and solvents described in the present invention.

【0027】一般式(1)で表される橋かけ環式アルキ
ルを有するスルホニウム塩および1μm 厚の薄膜におい
て180〜220nmの波長の光を40%以上透過しうる
高分子化合物を含有することを特徴とする本発明の感光
性樹脂組成物においては、一般式(1)で表されるアル
キルスルホニウム塩化合物は単独でも用いられるが、2
種以上を混合して用いても良い。本発明における感光性
樹脂組成物においては、一般式(1)で表されるアルキ
ルスルホニウム塩化合物の含有率は、それ自身を含む全
固形分100重量部に対して通常0.1から40重量
部、好ましくは0.5から25重量部である。この含有
率が0.1重量部未満では本発明の感度が著しく低下
し、パターンの形成が困難である。また40重量部を越
えると、均一な塗布膜の形成が困難になり、さらに現像
後には残さ(スカム)が発生し易くなるなどの問題が生
ずる。また、本発明の高分子化合物の含有率は、それ自
体を含む全固形分に対し60から99.9重量部、好ま
しくは75から99重量部である。
It is characterized by containing a sulfonium salt having a bridged cyclic alkyl represented by the general formula (1) and a polymer compound capable of transmitting at least 40% of light having a wavelength of 180 to 220 nm in a thin film having a thickness of 1 μm. In the photosensitive resin composition of the present invention, the alkylsulfonium salt compound represented by the general formula (1) may be used alone,
A mixture of more than one species may be used. In the photosensitive resin composition of the present invention, the content of the alkylsulfonium salt compound represented by the general formula (1) is usually 0.1 to 40 parts by weight based on 100 parts by weight of a total solid content including itself. , Preferably 0.5 to 25 parts by weight. If the content is less than 0.1 part by weight, the sensitivity of the present invention is remarkably reduced, and it is difficult to form a pattern. On the other hand, when the amount exceeds 40 parts by weight, it becomes difficult to form a uniform coating film, and there is a problem that a residue (scum) is easily generated after development. Further, the content of the polymer compound of the present invention is 60 to 99.9 parts by weight, preferably 75 to 99 parts by weight, based on the total solid content including itself.

【0028】本発明の構成要素である高分子化合物は、
220nm以下の遠紫外線領域において高透明性であり、
且つ官能基および酸に対して不安定な基を有する高分子
を適当に設定して使用することができる。即ち、例えば
一般式(9)または一般式(10)より表される高分子
化合物を用いることが出来る。
The high molecular compound which is a component of the present invention includes:
High transparency in the deep ultraviolet region of 220 nm or less,
In addition, a polymer having a functional group and a group unstable to an acid can be appropriately set and used. That is, for example, a polymer compound represented by the general formula (9) or (10) can be used.

【0029】[0029]

【化5】 Embedded image

【0030】[上式において、nは5ないし1000
(より好ましくは10ないし200)の正の整数、R4
は表1にて表される単環式あるいは有橋環式炭化水素1
価基(具体的には、トリシクロ[5.2.1.02,6
デカニル基、ノルボルニル基、アダマンチル基、あるい
はシクロヘキシル基等)、R5 はtert−ブチル基、
メチル基、エチル基、プロピル基、テトラヒドロピラン
−2−イル基、テトラヒドロフラン−2−イル基あるい
は3−オキソシクロヘキシル基、R6 、R7 、R8はそ
れぞれ独立して水素原子あるいはメチル基、x+y+z
=1、xは0.1ないし0.9(より好ましくは0.3
ないし0.7)、yは0.1ないし0.7(よりこのま
しくは0.3ないし0.5)、zは0.01ないし0.
7(よりこのましくは0.05ないし0.3)を表
す。]
[In the above formula, n is 5 to 1000.
A positive integer of (more preferably 10 to 200), R 4
Is a monocyclic or bridged cyclic hydrocarbon 1 shown in Table 1.
Valent group (specifically, tricyclo [5.2.1.0 2,6 ]
A decanyl group, a norbornyl group, an adamantyl group, or a cyclohexyl group), R 5 is a tert-butyl group,
A methyl group, an ethyl group, a propyl group, a tetrahydropyran-2-yl group, a tetrahydrofuran-2-yl group or a 3-oxocyclohexyl group, R 6 , R 7 and R 8 are each independently a hydrogen atom or a methyl group, x + y + z
= 1, x is 0.1 to 0.9 (more preferably 0.3 to 0.9)
To 0.7), y is 0.1 to 0.7 (more preferably 0.3 to 0.5), and z is 0.01 to 0.5.
7 (more preferably 0.05 to 0.3). ]

【0031】[0031]

【表1】 [Table 1]

【0032】さらには次式(10)をその構成要素とし
て複数含む高分子化合物混合物も使用することができ
る。
Further, a high molecular compound mixture containing a plurality of the following formulas (10) as constituents can also be used.

【0033】[0033]

【化6】 Embedded image

【0034】[上式において、R6 、R7 は前記に同
じ。R9 は水素原子、tert−ブトキシカルボニル
基、テトラヒドロピラン−2−イル基、テトラヒドロフ
ラン−2−イル基、メチル基、エチル基、プロピル基、
tert−ブチル基あるいは3−オキソシクロヘキシル
基、R10及びR11はそれぞれ独立して脂環式炭化水素基
を有する炭素数7ないし12の炭化水素残基、wは0.
1〜0.99(より好ましくは0.4〜0.8)、mは
5ないし1000(より好ましくは10ないし200)
の正の整数を表す。]
[In the above formula, R 6 and R 7 are the same as above. R 9 is a hydrogen atom, a tert-butoxycarbonyl group, a tetrahydropyran-2-yl group, a tetrahydrofuran-2-yl group, a methyl group, an ethyl group, a propyl group,
a tert-butyl group or a 3-oxocyclohexyl group, R 10 and R 11 are each independently a C 7 to C 12 hydrocarbon residue having an alicyclic hydrocarbon group;
1 to 0.99 (more preferably 0.4 to 0.8), m is 5 to 1000 (more preferably 10 to 200)
Represents a positive integer. ]

【0035】R10およびR11は表2に示したような有橋
環式炭化水素基を有する炭素数7ないし12の炭化水素
の2価基であるが、より具体的には、例えばトリシクロ
[5.2.1.02,6 ]デカン−4,8−ジメチレン
基、ノルボルナン−2,6−ジメチレン基、トリシクロ
[5.2.1.02,6 ]デカンジイル基、アダマンタン
ジイル基、ノルボルナン−2,3−ジイル基、ノルボル
ナン−2,3−ジメチレン基、ノルボルナン−2,5−
ジメチレン基、ビシクロ[2.2.2]オクテン−2,
3−ジメチレン基、などである。
R 10 and R 11 are a divalent group of a hydrocarbon having 7 to 12 carbon atoms having a bridged cyclic hydrocarbon group as shown in Table 2, and more specifically, for example, tricyclo [ 5.2.1.0 2,6 ] decane-4,8-dimethylene group, norbornane-2,6-dimethylene group, tricyclo [5.2.1.0 2,6 ] decanediyl group, adamantanediyl group, norbornane -2,3-diyl group, norbornane-2,3-dimethylene group, norbornane-2,5-
Dimethylene group, bicyclo [2.2.2] octene-2,
3-dimethylene group, and the like.

【0036】[0036]

【表2】 [Table 2]

【0037】さらには一般式(9)あるいは一般式(1
0)で表される高分子化合物をその構成要素として複数
含む高分子化合物混合物も使用することができる。
Further, the general formula (9) or the general formula (1)
A polymer compound mixture containing a plurality of the polymer compounds represented by the formula (0) as constituents can also be used.

【0038】本発明にて用いる溶剤として好ましいもの
は、高分子化合物とアルキルスルホニウム塩等からなる
成分が充分に溶解し、かつその溶液がスピンコート法で
均一な塗布膜が形成可能な有機溶媒であればいかなる溶
媒でもよい。また、単独でも2種類以上を混合して用い
ても良い。具体的には、n−プロピルアルコール、イソ
プロピルアルコール、n−ブチルアルコール、tert
−ブチルアルコール、メチルセロソルブアセテート、エ
チルセロソルブアセテート、プロピレングリコールモノ
エチルエーテルアセテート、乳酸メチル、乳酸エチル、
酢酸2−メトキシブチル、酢酸2−エトキシエチル、ピ
ルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、3−メトキシプロ
ピオン酸メチル、3−メトキシプロピオン酸エチル、N
−メチル−2−ピロリジノン、シクロヘキサノン、シク
ロペンタノン、シクロヘキサノール、メチルエチルケト
ン、1,4−ジオキサン、エチ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ア
セテート、エチ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イソプロピルエーテル、ジエチレ
ングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコー
ルジメチルエーテル、などが挙げられるが、もちろんこ
れらだけに限定されるものではない。
Preferred examples of the solvent used in the present invention are organic solvents in which components consisting of a polymer compound and an alkylsulfonium salt are sufficiently dissolved, and the solution is capable of forming a uniform coating film by spin coating. Any solvent may be used as long as it is used. Moreover, you may use individually or in mixture of 2 or more types. Specifically, n-propyl alcohol, isopropyl alcohol, n-butyl alcohol, tert
-Butyl alcohol, methyl cellosolve acetate, ethyl cellosolve acetate, propylene glycol monoethyl ether acetate, methyl lactate, ethyl lactate,
2-methoxybutyl acetate, 2-ethoxyethyl acetate, methyl pyruvate, ethyl pyruvate, methyl 3-methoxypropionate, ethyl 3-methoxypropionate, N
-Methyl-2-pyrrolidinone, cyclohexanone, cyclopentanone, cyclohexanol, methyl ethyl ketone, 1,4-dioxane, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monomethyl ether acetate, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monoisopropyl ether, diethylene glycol monomethyl ether , Diethylene glycol dimethyl ether, and the like, but are not limited thereto.

【0039】また本発明の感光性樹脂組成物の「基本的
な」構成成分は、上記のアルキルスルホニウム塩化合
物、高分子化合物、溶媒であるが、必要に応じて界面活
性剤、色素、安定剤、塗布性改良剤、染料などの他の成
分を添加しても構わない。
The "basic" constituents of the photosensitive resin composition of the present invention are the above-mentioned alkylsulfonium salt compounds, polymer compounds and solvents, but if necessary, surfactants, dyes and stabilizers Other components such as a coating improver and a dye may be added.

【0040】また、本発明を用いて微細パターンの形成
をおこなう場合の現像液としては、本発明で使用する高
分子化合物の溶解性に応じて適当な有機溶媒、またはそ
の混合溶媒、あるいは適度な濃度のアルカリ水溶液ある
いはその有機溶媒との混合物を選択すれば良い。また現
像液に必要に応じて界面活性剤など他の成分を添加して
も構わない。使用される有機溶媒としてはアセトン、メ
チルエチルケトン、メチルアルコール、エチルアルコー
ル、イソプロピルアルコール、テトラヒドロフラン、ジ
オキサンなどが挙げられる。また、使用されるアルカリ
溶液としては、たとえば、水酸化ナトリウム、水酸化カ
リウム、ケイ酸ナトリウム、アンモニアなどの無機アル
カリ類や、エチルアミン、プロピルアミン、ジエチルア
ミン、ジプロピルアミン、トリメチルアミン、トリエチ
ルアミン、などの有機アミン類、そしてテトラメチルア
ンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒ
ドロキシド、トリメチルヒドロキシメチルアンモニウム
ヒドロキシド、トリエチルヒドロキシメチルアンモニウ
ムヒドロキシド、トリメチルヒドロキシエチルアンモニ
ウムヒドロキシドなどの有機アンモニウム塩などを含む
溶液、水溶液が挙げられるが、これらだけに限定される
ものではない。
As a developer for forming a fine pattern using the present invention, an appropriate organic solvent or a mixed solvent thereof or an appropriate solvent depending on the solubility of the polymer compound used in the present invention is used. An alkaline aqueous solution having a concentration or a mixture thereof with an organic solvent may be selected. Further, other components such as a surfactant may be added to the developer as needed. Examples of the organic solvent used include acetone, methyl ethyl ketone, methyl alcohol, ethyl alcohol, isopropyl alcohol, tetrahydrofuran, dioxane and the like. Examples of the alkaline solution used include inorganic alkalis such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium silicate, and ammonia, and organic alkalis such as ethylamine, propylamine, diethylamine, dipropylamine, trimethylamine, and triethylamine. Solutions containing amines, and organic ammonium salts such as tetramethylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide, trimethylhydroxymethylammonium hydroxide, triethylhydroxymethylammonium hydroxide, and trimethylhydroxyethylammonium hydroxide, and aqueous solutions. However, the present invention is not limited to these.

【0041】[0041]

【作用】本発明の作用に付いて説明する。まず本発明で
ある感光性樹脂組成物の塗布膜を形成し、ArFエキシ
マレーザ等の遠紫外線で露光すると、塗布膜の露光部に
含有されている一般式(1)で表される化合物が、一般
式(11)にしたがって酸を発生する。
The operation of the present invention will be described. First, a coated film of the photosensitive resin composition of the present invention is formed, and exposed to far ultraviolet rays such as ArF excimer laser, the compound represented by the general formula (1) contained in the exposed portion of the coated film is An acid is generated according to the general formula (11).

【0042】[0042]

【化7】 Embedded image

【0043】(式中R1 、R2 、R3 は前記に同じ。R
12、R13、R14は、R1 、R2 およびR3 のいずれかあ
るいはそれに関連した残基。)
(Wherein R 1 , R 2 and R 3 are as defined above. R
12 , R 13 and R 14 are any of R 1 , R 2 and R 3 or residues related thereto. )

【0044】本発明において、例えば一般式(9)(こ
のときR5 はテトラヒドロピラン−2−イル基、R6
水素原子、R7 、R8 はメチル基)で表される樹脂を用
いたとき、光照射により発生したプロトン酸は下記式
(12)の反応式に従って樹脂のテトラヒドロピラニル
基の化学変化を引き起こし、カルボン酸基、3,4−ジ
ヒドロ−2H−ピランを生成し、結局、レジストの溶解
性の著しい変化を誘起する。
In the present invention, for example, a resin represented by the general formula (9) (where R 5 is a tetrahydropyran-2-yl group, R 6 is a hydrogen atom, and R 7 and R 8 are methyl groups) is used. At this time, the protonic acid generated by the light irradiation causes a chemical change of the tetrahydropyranyl group of the resin according to the reaction formula of the following formula (12) to generate a carboxylic acid group, 3,4-dihydro-2H-pyran, Induces significant changes in resist solubility.

【0045】[0045]

【化8】 Embedded image

【0046】露光に引き続く加熱処理(PEB工程)を
所定温度でおこなうと、この脱保護基反応が触媒反応的
に起こり、感度の増幅が起こる。この処理温度が高いほ
ど感度の増幅は著しい。この反応により官能基が水酸基
に変化した樹脂はアルカリ可溶性となるため、アルカリ
性の現像液を使用することにより樹脂が溶け出し、結果
として露光部が溶けてポジ型のパターンを形成する。
When a heat treatment (PEB step) subsequent to the exposure is performed at a predetermined temperature, the deprotection group reaction occurs catalytically, and the sensitivity is amplified. The higher the processing temperature, the more the sensitivity is amplified. Since the resin whose functional group has been changed to a hydroxyl group by this reaction becomes alkali-soluble, the resin is melted by using an alkaline developer, and as a result, the exposed portion is melted to form a positive pattern.

【0047】実施例に示すように、上記のアルキルスル
ホニウム塩に遠紫外光であるArFエキシマレーザ(波
長193nm)を照射すると、プロトン酸が発生すること
を確認した。
As shown in the examples, it was confirmed that when the above alkylsulfonium salt was irradiated with an ArF excimer laser (wavelength: 193 nm), which was far ultraviolet light, protonic acid was generated.

【0048】そしてさらに、実施例で示すように本発明
の感光性樹脂組成物を用いると、例えばArFエキシマ
レーザを露光光とした解像実験において良好な矩形状の
微細パターンが高感度で形成されることを確認した。
Further, as shown in Examples, when the photosensitive resin composition of the present invention is used, a good rectangular fine pattern is formed with high sensitivity in a resolution experiment using, for example, an ArF excimer laser as exposure light. I was sure that.

【0049】すなわち、本発明の橋かけ環式アルキルを
有するスルホニウム塩化合物を光酸発生剤として用いた
感光性樹脂組成物は、180nm〜220nmの遠紫外線を
露光光としたリソグラフィにおいて、微細パターン形成
用フォトレジストとして利用できる。
That is, the photosensitive resin composition using the sulfonium salt compound having a bridged cyclic alkyl of the present invention as a photoacid generator can be used to form a fine pattern in lithography using far ultraviolet rays of 180 nm to 220 nm as exposure light. It can be used as a photo resist.

【0050】[0050]

【実施例】次に合成例、実施例、参考例により本発明を
さらに詳しく説明するが、本発明はこれらの例によって
何ら制限されるものではない。
EXAMPLES The present invention will be described in more detail with reference to Synthesis Examples, Examples and Reference Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

【0051】(合成例1)β−オキソシクロヘキシルメ
チル(2−ノルボルニル)スルホニウム トリフルオロ
メタンスルホナートの合成
(Synthesis Example 1) Synthesis of β-oxocyclohexylmethyl (2-norbornyl) sulfonium trifluoromethanesulfonate

【0052】[0052]

【化9】 Embedded image

【0053】以下の合成操作はイエローランプ下で実施
した。
The following synthesis operation was performed under a yellow lamp.

【0054】ナス型フラスコ(300ml用)中で、2
−クロロシクロヘキサノン7.07g(0.053mo
l)をエタノール50ml中に溶解する。そこにメチル
メルカプタンナトリウム塩の15%水溶液25mlを滴
下ロートを用いて滴下し、室温で3時間攪拌する。反応
混合物を水300mlに注下し、有機層を塩化メチレン
で抽出する。硫酸マグネシウムで乾燥後、塩化メチレン
を留去する。これを減圧蒸留することによりメチルメル
カプト−2ークロロシクロヘキサノンを6.0g得た
(bp46.5−47.5℃/0.3mmHg,、収率
78%)。
In an eggplant type flask (for 300 ml), 2
7.07 g of chlorocyclohexanone (0.053 mol
1) is dissolved in 50 ml of ethanol. Then, 25 ml of a 15% aqueous solution of methyl mercaptan sodium salt was added dropwise using a dropping funnel, and the mixture was stirred at room temperature for 3 hours. The reaction mixture is poured into 300 ml of water, and the organic layer is extracted with methylene chloride. After drying over magnesium sulfate, methylene chloride is distilled off. This was distilled under reduced pressure to obtain 6.0 g of methylmercapto-2-chlorocyclohexanone (bp 46.5-47.5 ° C / 0.3 mmHg, yield 78%).

【0055】次にナス型フラスコ(300ml用)中
で、メチルメルカプト−2−シクロヘキサノン1g
(0.0078mol)をニトロメタン5mlに溶解
し、テフロン製攪拌子/マグネチックスターラーで攪拌
した。そこに2−ブロモノルボルナン10g(0.05
7mmol)を滴下ロートを用い加え、滴下後室温で1
時間攪拌した。次にトリフルオロメタンスルホン酸銀2
g(0.0078mol)をニトロメタン100mlに
溶解したものを滴下ロートを用い徐々に滴下した。3時
間攪拌後、析出した臭化銀をろ別し、ニトロメタン溶液
を20mlまで濃縮した。それをジエチルエーテル30
0ml中に加える。析出した結晶をジエチルエーテルで
数回洗浄した後、残渣をアセトンに溶解しエーテル中に
再沈する操作を3回繰り返すことにより白色結晶を1.
15g得た(収率38%)。目的物の構造は 1H−NM
R測定(ブルカー社製AMX−400型NMR装置)、
IR測定(島津製作所製IR−470)、元素分析等で
確認した。
Next, in an eggplant-shaped flask (for 300 ml), 1 g of methyl mercapto-2-cyclohexanone was added.
(0.0078 mol) was dissolved in 5 ml of nitromethane and stirred with a Teflon stirrer / magnetic stirrer. There 10 g of 2-bromonorbornane (0.05 g)
7 mmol) using a dropping funnel.
Stirred for hours. Next, silver trifluoromethanesulfonate 2
g (0.0078 mol) dissolved in 100 ml of nitromethane was gradually added dropwise using a dropping funnel. After stirring for 3 hours, the precipitated silver bromide was filtered off, and the nitromethane solution was concentrated to 20 ml. And put it in diethyl ether 30
Add in 0 ml. After washing the precipitated crystals several times with diethyl ether, the operation of dissolving the residue in acetone and reprecipitating in ether is repeated three times to obtain white crystals.
15 g was obtained (38% yield). The target structure is 1 H-NM
R measurement (AMX-400 type NMR apparatus manufactured by Bruker),
It was confirmed by IR measurement (IR-470 manufactured by Shimadzu Corporation), elemental analysis and the like.

【0056】融点:111−113℃ 分解開始温度:152℃1 H−NMR(CDCl3 、内部標準物質:テトラメチ
ルシラン):δ(ppm)1.35−2.28(m,16
H)、2.30−3.09(m,5H)、3.67−
3.78(m,1H)、4.95−5.31(m,1
H) IR(KBr錠剤、cm-1) 3020,2940(ν
C-H )、1746(νC= O )、1420(νC-H )、1
260(νC-F )、1160,1032(νS=O) 元素分析 C H S 実測値(重量%) 46.55 5.60 16.42 理論値(重量%) 46.62 5.48 16.59 (但し、理論値はC1521432 (MW 38
6.44)に対する計算値)
Melting point: 111-113 ° C. Decomposition starting temperature: 152 ° C. 1 H-NMR (CDCl 3 , internal standard substance: tetramethylsilane): δ (ppm) 1.35-2.28 (m, 16)
H) 2.30-3.09 (m, 5H), 3.67-
3.78 (m, 1H), 4.95-5.31 (m, 1
H) IR (KBr tablet, cm -1 ) 3020, 2940 (ν
CH ), 1746 (ν C = O ), 1420 (ν CH ), 1
260 (ν CF ), 1160, 1032 (ν S = O ) Elemental analysis C H S actual value (% by weight) 46.55 5.60 16.42 Theoretical value (% by weight) 46.62 5.48 16.59 (However, the theoretical value is C 15 H 21 O 4 F 3 S 2 (MW 38
Calculated value for 6.44))

【0057】(合成例2)シクロヘキシルメチル(β−
オキソノルボルニル)スルホニウム トリフルオロメタ
ンスルホナートの合成
Synthesis Example 2 Cyclohexylmethyl (β-
Synthesis of oxonorbornyl) sulfonium trifluoromethanesulfonate

【0058】[0058]

【化10】 Embedded image

【0059】以下の合成操作はイエローランプ下で実施
した。
The following synthesis operation was carried out under a yellow lamp.

【0060】還留冷却管付きナス型フラスコ(300m
l用)中で、シクロヘキシルメルカプタン8.03g
(0.069mol)、水酸化ナトリウム2.8g
(0.07mol)とエタノール80mlを加熱還流さ
せる。水酸化ナトリウムがすべて溶解したら室温まで冷
却する。そこに3−クロロノルボルナノン10g(0.
0695mol)を滴下ロートを用いて滴下し、さらに
50℃室温で1時間攪拌する。反応混合物を水300m
lに注下し、有機層を塩化メチレンで抽出する。硫酸マ
グネシウムで乾燥後、塩化メチレンを留去する。塩化メ
チレンを展開溶媒としてカラム分離することによりシク
ロヘキシルメルカプト−β−オキソノルボルナンを3.
8g得た(収率35%)。
An eggplant type flask with a reflux condenser (300 m
8.03 g of cyclohexyl mercaptan
(0.069 mol), 2.8 g of sodium hydroxide
(0.07 mol) and 80 ml of ethanol are heated to reflux. When all the sodium hydroxide has dissolved, cool to room temperature. There 10 g of 3-chloronorbornanone (0.
(069 mol) using a dropping funnel, and further stirred at 50 ° C. room temperature for 1 hour. 300 m of water in the reaction mixture
and extract the organic layer with methylene chloride. After drying over magnesium sulfate, methylene chloride is distilled off. 2. Cyclohexylmercapto-β-oxonorbornane was subjected to column separation using methylene chloride as a developing solvent.
8 g was obtained (35% yield).

【0061】次にナス型フラスコ(300ml用)中
で、シクロヘキシルメルカプト−β−オキソノルボルナ
ン2.0g(0.0093mol)をニトロメタン15
mlに溶解し、テフロン製攪拌子/マグネチックスター
ラーで攪拌した。そこにヨウ化メチル13.2g(0.
093mol)を滴下ロートを用い加え、滴下後室温で
3時間攪拌した。次にトリフルオロメタンスルホン酸銀
2.39g(0.0093mol)をニトロメタン10
0mlに溶解したものを滴下ロートを用い徐々に滴下し
た。3時間攪拌後、析出したヨウ化銀を濾別し、ニトロ
メタン溶液を20mlまで濃縮した。それをジエチルエ
ーテル200ml中に加える。析出した結晶をジエチル
エーテルで数回洗浄した後、残渣をアセトンに溶解しエ
ーテル中に再沈する操作を3回繰り返すことにより白色
結晶を1.28g得た(収率36%)。なお目的物の構
造は 1H−NMR測定(ブルカー社製AMX−400型
NMR装置)、IR測定(島津製作所製IR−47
0)、元素分析等で確認した。
Next, in an eggplant type flask (for 300 ml), 2.0 g (0.0093 mol) of cyclohexylmercapto-β-oxonorbornane was added to 15 ml of nitromethane.
The mixture was dissolved in the resulting solution and stirred with a Teflon stirrer / magnetic stirrer. 13.2 g of methyl iodide (0.
093 mol) was added using a dropping funnel, and after the addition, the mixture was stirred at room temperature for 3 hours. Next, 2.39 g (0.0093 mol) of silver trifluoromethanesulfonate was added to nitromethane 10
A solution dissolved in 0 ml was gradually dropped using a dropping funnel. After stirring for 3 hours, the precipitated silver iodide was separated by filtration and the nitromethane solution was concentrated to 20 ml. It is added in 200 ml of diethyl ether. After washing the precipitated crystals several times with diethyl ether, the operation of dissolving the residue in acetone and reprecipitating in ether was repeated three times to obtain 1.28 g of white crystals (36% yield). The structure of the target substance was measured by 1 H-NMR measurement (AMX-400 type NMR apparatus manufactured by Bruker) and IR measurement (IR-47 manufactured by Shimadzu Corporation).
0), and confirmed by elemental analysis and the like.

【0062】融点:110−113℃ 分解開始温度:151℃1 H−NMR(CDCl3 、内部標準物質:テトラメチ
ルシラン):δ(ppm) 1.35−2.28(m,1
7H)、2.30−3.09(m,4H)、3.67−
3.78(m,1H)、4.95−5.31(m,1
H) IR(KBr錠剤、cm-1) 3020,2940(ν
C-H )、1746(νC= O )、1420(νC-H )、1
260(νC-F )、1160,1032(νS=O) 元素分析 C H S 実測値(重量%) 46.41 5.71 6.22 理論値(重量%) 46.62 5.48 16.59 (但し、理論値はC1521432 (MW 38
6.44)に対する計算値)
Melting point: 110-113 ° C. Decomposition starting temperature: 151 ° C. 1 H-NMR (CDCl 3 , internal standard substance: tetramethylsilane): δ (ppm) 1.35-2.28 (m, 1
7H), 2.30-3.09 (m, 4H), 3.67-
3.78 (m, 1H), 4.95-5.31 (m, 1
H) IR (KBr tablet, cm -1 ) 3020, 2940 (ν
CH ), 1746 (ν C = O ), 1420 (ν CH ), 1
260 (ν CF ), 1160, 1032 (ν S = O ) Elemental analysis CH S observed (wt%) 46.41 5.71 6.22 theoretical (wt%) 46.62 5.48 16.59 (However, the theoretical value is C 15 H 21 O 4 F 3 S 2 (MW 38
Calculated value for 6.44))

【0063】(合成例3)アダマンチルメチル(β−オ
キソシクロヘキシル)スルホニウム トリフルオロメタ
ンスルホナートの合成
(Synthesis Example 3) Synthesis of adamantylmethyl (β-oxocyclohexyl) sulfonium trifluoromethanesulfonate

【0064】[0064]

【化11】 Embedded image

【0065】実施例1と同様にして但し、2−ブロモノ
ルボルナン10g(0.057mol)に代えて2−ブ
ロモアダマンタン12.13g(0.057mol)を
用いて合成した0.8g(収率24%)。
In the same manner as in Example 1, except that 10 g (0.057 mol) of 2-bromonorbornane was replaced by 12.13 g (0.057 mol) of 2-bromoadamantane to obtain 0.8 g (yield: 24%). ).

【0066】融点:113−115℃ 分解開始温度:155℃ IR(cm-1)(KBr錠剤) 3020,2940(ν
C-H )、1746(νC=O )、1420(νC-H )、1
260(νC-F )、1160,1032(νS= O ) 元素分析 C H S 実測値(重量%) 50.20 6.18 14.82 理論値(重量%) 50.45 6.36 14.94 (但し、理論値はC1827432 (MW 42
8.53)に対する計算値)
Melting point: 113-115 ° C. Decomposition starting temperature: 155 ° C. IR (cm −1 ) (KBr tablet) 3020, 2940 (ν
CH ), 1746 (ν C = O ), 1420 (ν CH ), 1
260 (ν CF ), 1160, 1032 (ν S = O ) Elemental analysis CH S observed value (% by weight) 50.20 6.18 14.82 Theoretical value (% by weight) 50.45 6.36 14.94 (However, the theoretical value is C 18 H 27 O 4 F 3 S 2 (MW 42
8.55)

【0067】(実施例1) アルキルスルホニウム塩含有樹脂膜の透過率の測定 エチルセルソルブアセテート6gにポリ(メチルメタク
リレート)(アルドリッチ・ケミカル・カンパニ−社
製、平均分子量12,000、以後PMMAと略す)
1.5gと合成例1で得られたアルキルスルホニウム塩
0.075g(アルキルスルホニウム塩はPMMAに対
し5重量%)を溶解し、さらに孔径0.2μmのメンブ
レンフィルターでろ過し、得られたろ液を石英基板上に
回転塗布し、ホットプレート上で、100℃、120秒
ベイクをおこなった。この操作で膜厚約1μm の薄膜を
得た。得られた膜の透過率の波長依存性を島津製作所の
UV−365型紫外可視分光光度計を用いて測定した。
結果を図1に示す。なお比較例としてPMMA単独の膜
とアルキルスルホニム塩の代わりに既知化合物であるト
リフェニルスルホニウム・トリフルオロメタンスルホナ
ート(以後TPSと略す)を用いた場合の同一条件での
測定スペクトルを併せて示す。
Example 1 Measurement of transmittance of an alkylsulfonium salt-containing resin film Poly (methyl methacrylate) (manufactured by Aldrich Chemical Company, Inc., average molecular weight 12,000, 6 g of ethylcellosolve acetate, hereinafter referred to as PMMA) )
1.5 g and 0.075 g of the alkylsulfonium salt obtained in Synthesis Example 1 (the alkylsulfonium salt was 5% by weight based on PMMA) were dissolved, and the solution was further filtered through a membrane filter having a pore size of 0.2 μm. It was spin-coated on a quartz substrate and baked on a hot plate at 100 ° C. for 120 seconds. By this operation, a thin film having a thickness of about 1 μm was obtained. The wavelength dependence of the transmittance of the obtained film was measured using a UV-365 UV-visible spectrophotometer manufactured by Shimadzu Corporation.
The results are shown in FIG. As a comparative example, a measured spectrum under the same conditions when a known compound, triphenylsulfonium trifluoromethanesulfonate (hereinafter abbreviated as TPS) is used instead of the PMMA-only film and the alkylsulfonium salt is also shown.

【0068】本実施例の結果から、TPS含有PMMA
膜では波長220nm以下領域では透過率が極端に減少し
ているが、本発明の含有成分である実施例1のアルキル
スルホニウム塩では高い透過率を保持しており、これら
の化合物は、露光波長220nm以下のリソグラフィ用化
学増幅型レジストの材料として有効であることが示され
た。
From the results of this example, it was found that TPS-containing PMMA
In the film, the transmittance is extremely reduced in the wavelength region of 220 nm or less. However, the alkylsulfonium salt of Example 1, which is a component of the present invention, has a high transmittance, and these compounds have an exposure wavelength of 220 nm. It was shown to be effective as a material for the following chemically amplified resist for lithography.

【0069】(実施例2)ArFエキシマレーザ光(1
93nm)を照射した場合のPMMA膜(膜厚1.0μ
m)中での合成例1で得られたアルキルスルホニウム塩
化合物の光酸発生量およびその効率を測定した。3イン
チシリコンウェハー上に実施例1と同様の膜を形成し、
中心波長が193.3nmのArFエキシマレーザ(ルモ
ニクス社製EX−700)光をこの薄膜に照射した。こ
のとき露光量は40mJ・cm-2、露光面積は20cm2
ある。照射後、薄膜をアセトニトリルに溶解し、その溶
液をテトラブロモフェノールブルーのナトリウム塩を含
むアセトニトリル溶液に加え、可視吸収スペクトルを測
定[発生した酸の定量は、アナリティカル・ケミストリ
ー(Analytical Chemistry)48
巻(2号),450頁〜451頁(1976年)に記載
されている方法に準じ、619nmの吸光度の変化から決
定した]することで発生酸量を定量した。発生酸量は3
0nmolとパターン解像には充分な値であることが確
認できた。
(Example 2) ArF excimer laser light (1
PMMA film (thickness: 1.0 μm)
In m), the amount of photoacid generated and the efficiency of the alkylsulfonium salt compound obtained in Synthesis Example 1 were measured. A film similar to that of Example 1 is formed on a 3-inch silicon wafer,
The thin film was irradiated with ArF excimer laser (EX-700 manufactured by Lumonics) light having a center wavelength of 193.3 nm. At this time, the exposure amount is 40 mJ · cm −2 and the exposure area is 20 cm 2 . After irradiation, the thin film was dissolved in acetonitrile, and the solution was added to an acetonitrile solution containing a sodium salt of tetrabromophenol blue, and the visible absorption spectrum was measured. [Quantification of the generated acid was determined by Analytical Chemistry 48]
Volume (No. 2), pages 450 to 451 (1976), and determined from the change in absorbance at 619 nm]. Generated acid amount is 3
0 nmol was confirmed to be a sufficient value for pattern resolution.

【0070】上記の結果から、実施例1で得られたアル
キルスルホニウム塩化合物は光酸発生剤として有効であ
ることが示された。
From the above results, it was shown that the alkylsulfonium salt compound obtained in Example 1 was effective as a photoacid generator.

【0071】(実施例3)実施例2と同様にして、但
し、合成例1で得られたアルキルスルホニウム塩化合物
に代えて合成例2で得られたアルキルスルホニウム塩化
合物を用い光酸発生量およびその効率を測定した。その
結果、発生酸量は28nmolとパターン解像には充分
な値であることが確認できた。
(Example 3) In the same manner as in Example 2, except that the alkylsulfonium salt compound obtained in Synthesis Example 2 was used instead of the alkylsulfonium salt compound obtained in Synthesis Example 1, the photoacid generation amount and The efficiency was measured. As a result, it was confirmed that the amount of generated acid was 28 nmol, which was a sufficient value for pattern resolution.

【0072】上記の結果から、実施例2で得られたアル
キルスルホニウム塩化合物は光酸発生剤として有効であ
ることが示された。
From the above results, it was shown that the alkylsulfonium salt compound obtained in Example 2 was effective as a photoacid generator.

【0073】(実施例4)実施例2と同様にして、但
し、合成例1で得られたアルキルスルホニウム塩化合物
に代えて実施例3で得られたアルキルスルホニウム塩化
合物を用い光酸発生量およびその効率を測定した。その
結果、発生酸量は25nmolとパターン解像には充分
な値であることが確認できた。
Example 4 In the same manner as in Example 2, except that the alkylsulfonium salt compound obtained in Example 3 was used in place of the alkylsulfonium salt compound obtained in Synthesis Example 1, the photoacid generation amount and The efficiency was measured. As a result, it was confirmed that the amount of generated acid was 25 nmol, which was a sufficient value for pattern resolution.

【0074】上記の結果から、実施例3で得られたアル
キルスルホニウム塩化合物は光酸発生剤として有効であ
ることが示された。
From the above results, it was shown that the alkylsulfonium salt compound obtained in Example 3 was effective as a photoacid generator.

【0075】(実施例5)本発明による感光性樹脂組成
物を用いたArFエキシマレーザ密着露光実験以下の実
験はイエローランプ下にておこなった。
(Example 5) ArF excimer laser contact exposure experiment using the photosensitive resin composition according to the present invention The following experiment was conducted under a yellow lamp.

【0076】下記の組成からなるレジスト材料を調製し
た。 (a)ポリ(トリシクロ[5.2.1.02,6 ]デカニ
ルアクリレート−co−テトラヒドロピラニルメタクリ
レート−co−メタクリル酸)(樹脂:参考例2の高分
子化合物)2.97g (b)β−オキソシクロヘキシルメチル(2−ノルボル
ニル)スルホニウム トリフルオロメタンスルホナート
(光酸発生剤:実施例1の化合物)0.03g (c)プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテ
ート(溶媒)12.00g
A resist material having the following composition was prepared. (A) 2.97 g of poly (tricyclo [5.2.1.0 2,6 ] decanyl acrylate-co-tetrahydropyranyl methacrylate-co-methacrylic acid) (resin: polymer compound of Reference Example 2) ) Β-oxocyclohexylmethyl (2-norbornyl) sulfonium trifluoromethanesulfonate (photoacid generator: compound of Example 1) 0.03 g (c) 12.00 g of propylene glycol monomethyl ether acetate (solvent)

【0077】上記混合物を0.2μm のテフロンフィル
タ−を用いてろ過し、レジストを調製した。以下にパタ
ーン形成方法を説明する(図2参照)。3インチシリコ
ン基板上に上記レジスト材料をスピンコート塗布し、1
05℃、60秒間ホットプレート上でベーキングをおこ
ない、膜厚が0.7μm の薄膜を形成した[図2
(a)]。なおこのときの膜厚1μm あたりの透過率は
73.2%と、単層レジストとして充分透明性の高いも
のであった。次に図3に示すように、窒素で充分パージ
された簡易露光実験機中に成膜したウェハーを静置し
た。石英板上にクロムでパターンを描いたマスクをレジ
スト膜上に密着させ、そのマスクを通してArFエキシ
マレーザ光を照射した[図2(b)]。その後すぐさま
120℃、40秒間ホットプレート上でベイクし、液温
23℃のアルカリ現像液(1.0重量%のテトラメチル
アンモニウムヒドロオキサイド水溶液)で60秒間現
像、引き続き60秒間純水でリンス処理をそれぞれおこ
なった。この結果、レジスト膜の露光部分のみが現像液
に溶解除去され、ポジ型のパターンが得られた[図2
(c)]。この実験において露光エネルギーが35mJ
/cm2 のとき0.25μm ラインアンドスペースの解
像性が得られた。
The above mixture was filtered using a 0.2 μm Teflon filter to prepare a resist. The pattern forming method will be described below (see FIG. 2). The above resist material is spin-coated on a 3-inch silicon substrate,
Baking was performed on a hot plate at 05 ° C. for 60 seconds to form a thin film having a thickness of 0.7 μm [FIG.
(A)]. At this time, the transmittance per 1 μm of film thickness was 73.2%, which was sufficiently high transparency as a single-layer resist. Next, as shown in FIG. 3, the formed wafer was allowed to stand in a simple exposure experiment machine sufficiently purged with nitrogen. A mask in which a pattern was drawn with chrome on a quartz plate was brought into close contact with the resist film, and ArF excimer laser light was irradiated through the mask [FIG. 2 (b)]. Immediately thereafter, bake on a hot plate at 120 ° C. for 40 seconds, develop with an alkaline developing solution (1.0% by weight aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide) at a liquid temperature of 23 ° C. for 60 seconds, and then rinse with pure water for 60 seconds. I did each. As a result, only the exposed portion of the resist film was dissolved and removed in the developing solution, and a positive pattern was obtained [FIG.
(C)]. In this experiment, the exposure energy was 35 mJ
/ Cm 2 , a resolution of 0.25 μm line and space was obtained.

【0078】(実施例6)合成例2で得られた本発明の
アルキルスルホニウム塩化合物をそれぞれ酸発生剤とし
た以外は、実施例5と同様にしてレジスト材料を調製し
た後、パターン形成をおこない0.25μm ラインアン
ドスペースの解像性が得られた。
Example 6 A resist material was prepared in the same manner as in Example 5 except that the alkylsulfonium salt compound of the present invention obtained in Synthesis Example 2 was used as an acid generator, and then a pattern was formed. A resolution of 0.25 μm line and space was obtained.

【0079】(実施例7)合成例3で得られた本発明の
アルキルスルホニウム塩化合物をそれぞれ酸発生剤とし
た以外は、実施例5と同様にしてレジスト材料を調製し
た後、パターン形成をおこない0.25μm ラインアン
ドスペースの解像性が得られた。
Example 7 A resist was prepared in the same manner as in Example 5 except that the alkylsulfonium salt compound of the present invention obtained in Synthesis Example 3 was used as an acid generator, and then a pattern was formed. A resolution of 0.25 μm line and space was obtained.

【0080】(参考例1)実施例5と同様に、ただし、
合成例1で合成したアルキルスルホニウム塩に代えて1
−アダマンチルジメチルスルホニウム トリフルオロメ
タンスルホナート(文献D.N.ケビル、S.W.アン
ダーソン(D.N.Kevill andS.W.An
derson), ジャーナル・オブ・ジ・アメリカン
・ケミカル・ソサイアテイ(Journal of t
he American Chemical Soci
ety), 108巻、1599頁〜1585頁、19
86年)を使用して酸発生量を測定した。プロトン酸生
成量は1nmolであり、同一条件下での実施例1の化
合物の場合の酸発生量の1/30という低い効率であっ
た。
(Reference Example 1) As in Example 5, except that
Instead of the alkylsulfonium salt synthesized in Synthesis Example 1, 1
-Adamantyl dimethylsulfonium trifluoromethanesulfonate (literature DN Kevil, SW Anderson (DN Kevil and SW An)
derson), Journal of the American Chemical Society (Journal of the
he American Chemical Soci
ety), 108, 1599-1585, 19
1986) was used to measure the amount of acid generated. The proton acid generation amount was 1 nmol, and the efficiency was as low as 1/30 of the acid generation amount in the case of the compound of Example 1 under the same conditions.

【0081】実施例5と本参考例の比較から、アルキル
スルホニウム化合物内のケトン基(橋かけ環式炭化水素
および単環式炭化水素のβ−オキソアルキル基)構造が
遠紫外光(この場合はArFエキシマレーザ光(193
nm))による光酸発生が効率を高めていることが明らか
である。
From the comparison between Example 5 and this Reference Example, it was found that the structure of the ketone group (β-oxoalkyl group of the bridged cyclic hydrocarbon and the monocyclic hydrocarbon) in the alkylsulfonium compound was far ultraviolet light (in this case, ArF excimer laser light (193
It is evident that the photoacid generation according to (nm)) increases the efficiency.

【0082】(参考例2)ポリ(トリシクロ[5.2.
1.02,6 ]デカニルアクリレート−co−テトラヒド
ロピラニルメタクリレート−co−メタクリル酸)の合
Reference Example 2 Poly (tricyclo [5.2.
1.0 2,6 ] decanyl acrylate-co-tetrahydropyranyl methacrylate-co-methacrylic acid)

【0083】三方活栓付き300mlなす型フラスコ中
にアルゴン雰囲気下で、乾燥テトラヒドロフラン(TH
F)80ml中にトリシクロ[5.2.1.02,6 ]デ
カンアクリレート14.0g(0.068mol)、テ
トラヒドロピラニルメタクリレート6.8g(0.04
mol)、メタクリル酸0.52g(0.006mo
l)を溶解した。そこへ、AIBN(開始剤)0.91
8g(0.015mol)のTHF溶液30mlを加
え、60〜65℃で1時間加熱した。その後、ヘキサン
500ml中に注加することにより、再沈を2回行っ
た。析出した沈澱をろ集し、減圧乾燥を1晩行うことに
より白色粉末を8.5gを得た。得られたトリシクロデ
カニルアクリレート単位とテトラヒドロピラニルメタク
リレート単位とメタクリル酸単位の割合は60:35:
5であった。GPC測定から、平均分子量は43000
(ポリスチレン換算)であった。
In a 300 ml eggplant type flask equipped with a three-way stopcock, dry tetrahydrofuran (TH
F) 14.0 g (0.068 mol) of tricyclo [5.2.1.0 2,6 ] decane acrylate and 6.8 g (0.04 mol) of tetrahydropyranyl methacrylate in 80 ml
mol), 0.52 g of methacrylic acid (0.006 mol)
l) was dissolved. There, AIBN (initiator) 0.91
8 g (0.015 mol) of a THF solution (30 ml) was added, and the mixture was heated at 60 to 65 ° C. for 1 hour. Thereafter, reprecipitation was performed twice by pouring into 500 ml of hexane. The deposited precipitate was collected by filtration and dried under reduced pressure overnight to obtain 8.5 g of a white powder. The ratio of the obtained tricyclodecanyl acrylate unit, tetrahydropyranyl methacrylate unit and methacrylic acid unit is 60:35:
It was 5. From GPC measurement, the average molecular weight was 43,000.
(In terms of polystyrene).

【0084】(参考例3)本発明による感光性樹脂組成
物を用いたArFエキシマレーザ密着露光実験以下の実
験はイエローランプ下にておこなった。
Reference Example 3 ArF Excimer Laser Contact Exposure Experiment Using the Photosensitive Resin Composition According to the Present Invention The following experiments were conducted under a yellow lamp.

【0085】下記の組成からなるレジスト材料を調製し
た。 (a)ポリ(トリシクロ[5.2.1.02,6 ]デカニ
ルアクリレート−co−テトラヒドロピラニルメタクリ
レート−co−メタクリル酸)(樹脂:参考例2の高分
子化合物)2.85g (b)2−オキソシクロヘキシル[メチル(2−シクロ
ヘキシル)スルホニウムトリフルオロメタンスルホナー
ト]の合成(光酸発生剤)0.15g (c)プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテ
ート(溶媒)12.00g
A resist material having the following composition was prepared. (A) 2.85 g of poly (tricyclo [5.2.1.0 2,6 ] decanyl acrylate-co-tetrahydropyranyl methacrylate-co-methacrylic acid) (resin: polymer compound of Reference Example 2) ) Synthesis of 2-oxocyclohexyl [methyl (2-cyclohexyl) sulfonium trifluoromethanesulfonate] (photoacid generator) 0.15 g (c) Propylene glycol monomethyl ether acetate (solvent) 12.00 g

【0086】上記混合物を0.2μm のテフロンフィル
ターを用いてろ過し、レジストを調製した。以下にパタ
ーン形成方法を説明する(図2参照)。3インチシリコ
ン基板上に上記レジスト材料をスピンコート塗布し、1
05℃、60秒間ホットプレート上でベーキングをおこ
ない、膜厚が0.7μm の薄膜を形成した[図2
(a)]。なおこのときの膜厚1μm あたりの透過率は
70%と、単層レジストとして充分透明性の高いもので
あった。次に図3に示すように、窒素で充分パージされ
た簡易露光実験機中に成膜したウェハーを静置した。石
英板上にクロムでパターンを描いたマスクをレジスト膜
上に密着させ、そのマスクを通してArFエキシマレー
ザ光を照射した[図2(b)]。その後すぐさま105
℃、90秒間ホットプレート上でベイクし、液温23℃
のアルカリ現像液(2.0重量%のテトラメチルアンモ
ニウムヒドロオキサイド水溶液)で60秒間現像、引き
続き60秒間純水でリンス処理をそれぞれおこなった。
この結果、パターンの解像はできなかった。
The above mixture was filtered using a 0.2 μm Teflon filter to prepare a resist. The pattern forming method will be described below (see FIG. 2). The above resist material is spin-coated on a 3-inch silicon substrate,
Baking was performed on a hot plate at 05 ° C. for 60 seconds to form a thin film having a thickness of 0.7 μm [FIG.
(A)]. At this time, the transmittance per 1 μm of film thickness was 70%, which was sufficiently high transparency as a single-layer resist. Next, as shown in FIG. 3, the formed wafer was allowed to stand in a simple exposure experiment machine sufficiently purged with nitrogen. A mask in which a pattern was drawn with chrome on a quartz plate was brought into close contact with the resist film, and ArF excimer laser light was irradiated through the mask [FIG. 2 (b)]. Immediately afterwards 105
Baking on a hot plate for 90 seconds at 23 ℃
Was developed for 60 seconds with an alkali developing solution (2.0% by weight of tetramethylammonium hydroxide aqueous solution), and then rinsed with pure water for 60 seconds.
As a result, the pattern could not be resolved.

【0087】[0087]

【発明の効果】以上に説明したことから明らかなよう
に、本発明のアルキルスルホニウム塩化合物を含有成分
とする感光性樹脂組成物は、180nm〜220nmの遠紫
外領域に対し高い透明性を有し、かつ遠紫外線の露光光
に対し高い感度、解像度を示し、180nm〜220nmの
遠紫外線を露光光とするフォトレジストとして有用であ
る。更に、本発明の感光性樹脂組成物を用いることで、
半導体素子製造に必要な微細パターン形成が可能であ
る。
As apparent from the above description, the photosensitive resin composition containing the alkylsulfonium salt compound of the present invention has high transparency in the far ultraviolet region of 180 nm to 220 nm. In addition, it exhibits high sensitivity and resolution to exposure light of far ultraviolet light, and is useful as a photoresist using far ultraviolet light of 180 nm to 220 nm as exposure light. Furthermore, by using the photosensitive resin composition of the present invention,
It is possible to form a fine pattern necessary for manufacturing a semiconductor device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】合成例1で得られた化合物、またはTPSを含
有するPMMA膜、さらにPMMA膜の紫外可視分光光
度測定の結果である。
FIG. 1 shows the results of ultraviolet-visible spectrophotometry of a compound obtained in Synthesis Example 1 or a PMMA film containing TPS, and a PMMA film.

【図2】本発明である感光性樹脂組成物によるポジ型パ
ターン形成方法の工程断面図である。
FIG. 2 is a process cross-sectional view of a positive pattern forming method using a photosensitive resin composition according to the present invention.

【図3】実施例5に示した露光実験に用いた簡易露光実
験機の略図である。
FIG. 3 is a schematic view of a simple exposure experiment machine used in an exposure experiment shown in a fifth embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 感光性樹脂組成物の薄膜 2a 本発明による樹脂パターン 3 パターンマスクのクロム材(遮光部) 4 パターンマスクの石英板部(透過部) 5 ArFエキシマレーザ光 6 グローブボックス 7 ホモジナイザ 8 マスク 9 ウェハ 10 窒素吸入口 11 窒素排気口、 12 X−Yステ−ジ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Thin film of photosensitive resin composition 2a Resin pattern according to the present invention 3 Chromium material of pattern mask (light shielding portion) 4 Quartz plate portion of transmission pattern mask (transmission portion) 5 ArF excimer laser beam 6 Glove box 7 Homogenizer 8 Mask 9 Wafer 10 Nitrogen suction port 11 Nitrogen exhaust port, 12 XY stage

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】一般式(I)で表される少なくとも置換基
の一つに橋かけ環式アルキル基を有するスルホニウム塩
化合物よりなる光酸発生剤、および樹脂よりなることを
特徴とする感光性樹脂組成物。 【化1】 (R1 、R2 のうち少なくとも一つは橋かけ環式炭化水
素基を有するアルキル基、残りが直鎖状、分岐状あるい
は単環式アルキル基を表し、R3 はβ位にオキソ基を有
する単環式アルキル基もしくはβ位にオキソ基を有する
橋かけ環式アルキル基を表し、Y ̄は対イオンを表
す。)
1. A photoacid generator comprising a sulfonium salt compound having a bridged cyclic alkyl group in at least one of the substituents represented by the general formula (I), and a resin comprising: Resin composition. Embedded image (At least one of R 1 and R 2 represents an alkyl group having a bridged cyclic hydrocarbon group, the rest represents a linear, branched or monocyclic alkyl group, and R 3 represents an oxo group at the β-position. A monocyclic alkyl group or a bridged cyclic alkyl group having an oxo group at the β-position, and Y ̄ represents a counter ion.)
【請求項2】一般式(II)で表される置換基の一つに
橋かけ環式アルキル基を有するスルホニウム塩化合物よ
りなる光酸発生剤、および樹脂よりなることを特徴とす
る感光性樹脂組成物。 【化2】 (R1 ’、R2 ’のうち少なくとも一つが単環式アルキ
ル基、残りが直鎖状、分岐状あるいは単環式アルキル基
を表し、R3 ’がβ位にオキソ基を有する橋かけ環式ア
ルキル基を表し、Y ̄は対イオンを表す。)
2. A photoacid generator comprising a sulfonium salt compound having a bridged cyclic alkyl group as one of the substituents represented by the general formula (II), and a photosensitive resin comprising a resin Composition. Embedded image (At least one of R 1 ′ and R 2 ′ represents a monocyclic alkyl group, the rest represents a linear, branched or monocyclic alkyl group, and R 3 ′ is a bridged ring having an oxo group at the β-position. Represents a formula alkyl group, and Y represents a counter ion.)
【請求項3】請求項1に記載の一般式(I)で表される
スルホニウム塩化合物よりなる光酸発生剤、および樹脂
よりなることを特徴とする感光性樹脂組成物(但し、一
般式(I)においてR1 、R2 のうち少なくとも一つは
炭素数7ないし10の橋かけ環式炭化水素基を有する炭
素数7ないし12のアルキル基、残りが炭素数1ないし
8の直鎖状、分岐状あるいは単環式アルキル基を表し、
3 はβ位にオキソ基を有する単環式アルキル基もしく
はβ位にオキソ基を有する橋かけ環式アルキル基を表
し、Y ̄は対イオンを表す。)。
3. A photosensitive resin composition comprising a photoacid generator comprising the sulfonium salt compound represented by the general formula (I) according to claim 1 and a resin (provided that the general formula (I) In I), at least one of R 1 and R 2 is an alkyl group having 7 to 12 carbon atoms having a bridged cyclic hydrocarbon group having 7 to 10 carbon atoms, and the rest is a linear chain having 1 to 8 carbon atoms; Represents a branched or monocyclic alkyl group,
R 3 represents a monocyclic alkyl group having an oxo group at the β-position or a bridged cyclic alkyl group having an oxo group at the β-position, and Y ̄ represents a counter ion. ).
【請求項4】請求項2に記載の一般式(II)で表され
るスルホニウム塩化合物よりなる光酸発生剤、および樹
脂よりなることを特徴とする感光性樹脂組成物(但し、
一般式(II)においてR1 ’,R2 ’のうち少なくと
も一つが炭素数5ないし7の単環式アルキル基、残りが
炭素数1ないし8の直鎖状、分岐状あるいは単環式アル
キル基、R3 ’が炭素数7ないし10のβ位にオキソ基
を有する橋かけ環式アルキル基を表し、Y ̄は対イオン
を表す。)。
4. A photosensitive resin composition comprising a photoacid generator comprising a sulfonium salt compound represented by the general formula (II) according to claim 2 and a resin (provided that:
In the general formula (II), at least one of R 1 ′ and R 2 ′ is a monocyclic alkyl group having 5 to 7 carbon atoms, and the rest is a linear, branched or monocyclic alkyl group having 1 to 8 carbon atoms. , R 3 'represents a bridged cyclic alkyl group having an oxo group at the β-position having 7 to 10 carbon atoms, and Y ̄ represents a counter ion. ).
【請求項5】一般式(III)で表される橋かけ環式ア
ルキル基を有するスルホニウム塩化合物よりなることを
特徴とする光酸発生剤、および樹脂からなることを特徴
とする感光性樹脂組成物(但し、一般式(III)にお
いてY ̄は対イオンであり、R1 ”はノルボルニル基、
アダマンチル基、もしくはβ−オキソノルボルナン−2
−イル基、R2 ”はメチル基、R3 ”はβ−オキソシク
ロヘキシル基もしくはシクロヘキシル基)。 【化3】
5. A photo-acid generator comprising a sulfonium salt compound having a bridged cyclic alkyl group represented by the general formula (III), and a photosensitive resin composition comprising a resin (However, in the general formula (III), Y ̄ is a counter ion, R 1 ″ is a norbornyl group,
An adamantyl group or β-oxonorbornane-2
-Yl group, R 2 ″ is a methyl group, R 3 ″ is a β-oxocyclohexyl group or a cyclohexyl group). Embedded image
【請求項6】Y ̄で表される対イオンがBF4  ̄、As
6  ̄、SbF6  ̄、PF6  ̄あるいはCF3 SO3
である請求項1ないし5記載の光酸発生剤と樹脂からな
ることを特徴とする感光性樹脂組成物。
6. A counter ion represented by Y ̄ is BF 4 }, As
F 6  ̄, SbF 6  ̄, PF 6  ̄ or CF 3 SO 3
A photosensitive resin composition comprising the photoacid generator according to any one of claims 1 to 5 and a resin.
【請求項7】樹脂が、1μm厚の薄膜において180nm
〜220nmの波長の光を40%以上透過しうる高分子化
合物であることを特徴とする請求項1ないし6記載の感
光性樹脂組成物。
7. A resin having a thickness of 180 nm in a thin film having a thickness of 1 μm.
7. The photosensitive resin composition according to claim 1, which is a polymer compound capable of transmitting 40% or more of light having a wavelength of about 220 nm.
【請求項8】光酸発生剤を0.1〜40重量部、樹脂を
60〜99.9重量部含有することを特徴とする請求項
1ないし7記載の感光性樹脂組成物。
8. The photosensitive resin composition according to claim 1, comprising 0.1 to 40 parts by weight of a photoacid generator and 60 to 99.9 parts by weight of a resin.
【請求項9】基板上に請求項1ないし8記載の感光性樹
脂組成物を用いて薄膜を形成し、180nm〜220nmの
波長の光で露光をし、現像過程を経てパターニングをお
こなうことを特徴とするパターン形成方法。
9. A thin film is formed on a substrate by using the photosensitive resin composition according to claim 1, exposed to light having a wavelength of 180 nm to 220 nm, and patterned by a developing process. Pattern forming method.
【請求項10】露光光がArFエキシマレーザ光である
ことを特徴とする請求項9記載のパターン形成方法。
10. The pattern forming method according to claim 9, wherein the exposure light is ArF excimer laser light.
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