KR102354196B1 - 술포네이트 화합물, 광산 발생제 및 포토리소그래피용 수지 조성물 - Google Patents

술포네이트 화합물, 광산 발생제 및 포토리소그래피용 수지 조성물 Download PDF

Info

Publication number
KR102354196B1
KR102354196B1 KR1020177010317A KR20177010317A KR102354196B1 KR 102354196 B1 KR102354196 B1 KR 102354196B1 KR 1020177010317 A KR1020177010317 A KR 1020177010317A KR 20177010317 A KR20177010317 A KR 20177010317A KR 102354196 B1 KR102354196 B1 KR 102354196B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
group
acid
carbon atoms
mol
resin
Prior art date
Application number
KR1020177010317A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20170080574A (ko
Inventor
마사아키 오카
유지 나카무라
Original Assignee
산아프로 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 산아프로 가부시키가이샤 filed Critical 산아프로 가부시키가이샤
Publication of KR20170080574A publication Critical patent/KR20170080574A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102354196B1 publication Critical patent/KR102354196B1/ko

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C309/00—Sulfonic acids; Halides, esters, or anhydrides thereof
    • C07C309/63—Esters of sulfonic acids
    • C07C309/72—Esters of sulfonic acids having sulfur atoms of esterified sulfo groups bound to carbon atoms of six-membered aromatic rings of a carbon skeleton
    • C07C309/73—Esters of sulfonic acids having sulfur atoms of esterified sulfo groups bound to carbon atoms of six-membered aromatic rings of a carbon skeleton to carbon atoms of non-condensed six-membered aromatic rings
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C309/00—Sulfonic acids; Halides, esters, or anhydrides thereof
    • C07C309/63—Esters of sulfonic acids
    • C07C309/64—Esters of sulfonic acids having sulfur atoms of esterified sulfo groups bound to acyclic carbon atoms
    • C07C309/65—Esters of sulfonic acids having sulfur atoms of esterified sulfo groups bound to acyclic carbon atoms of a saturated carbon skeleton
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D311/00—Heterocyclic compounds containing six-membered rings having one oxygen atom as the only hetero atom, condensed with other rings
    • C07D311/02—Heterocyclic compounds containing six-membered rings having one oxygen atom as the only hetero atom, condensed with other rings ortho- or peri-condensed with carbocyclic rings or ring systems
    • C07D311/04—Benzo[b]pyrans, not hydrogenated in the carbocyclic ring
    • C07D311/06—Benzo[b]pyrans, not hydrogenated in the carbocyclic ring with oxygen or sulfur atoms directly attached in position 2
    • C07D311/08—Benzo[b]pyrans, not hydrogenated in the carbocyclic ring with oxygen or sulfur atoms directly attached in position 2 not hydrogenated in the hetero ring
    • C07D311/12—Benzo[b]pyrans, not hydrogenated in the carbocyclic ring with oxygen or sulfur atoms directly attached in position 2 not hydrogenated in the hetero ring substituted in position 3 and unsubstituted in position 7
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C309/00—Sulfonic acids; Halides, esters, or anhydrides thereof
    • C07C309/63—Esters of sulfonic acids
    • C07C309/64—Esters of sulfonic acids having sulfur atoms of esterified sulfo groups bound to acyclic carbon atoms
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G59/00—Polycondensates containing more than one epoxy group per molecule; Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups
    • C08G59/18—Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups ; e.g. general methods of curing
    • C08G59/68—Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups ; e.g. general methods of curing characterised by the catalysts used
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/004—Photosensitive materials
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/004—Photosensitive materials
    • G03F7/0045—Photosensitive materials with organic non-macromolecular light-sensitive compounds not otherwise provided for, e.g. dissolution inhibitors
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/004—Photosensitive materials
    • G03F7/038—Macromolecular compounds which are rendered insoluble or differentially wettable

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Materials For Photolithography (AREA)
  • Pyrane Compounds (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

i 선에 높은 광 감도를 갖고, 내열 안정성이 우수하며, 소수성 재료에 대한 용해성이 우수한 술포네이트 화합물을 함유하는 비이온계 광산 발생제 및 이것을 포함하는 포토리소그래피용 수지 조성물을 제공한다. 본 발명은, 일반식 (1) 로 나타내는 것을 특징으로 하는 술포네이트 화합물이다.
Figure 112017036863637-pct00021

[식 (1) 중, R1 은 탄소수 6 ∼ 18 의 아릴기 혹은 탄소수 4 ∼ 20 의 복소 고리형 탄화수소기를 나타낸다. R2 는 수소 원자, 탄소수 1 ∼ 18 의 알킬기, 탄소수 2 ∼ 18 의 알케닐기, 탄소수 2 ∼ 18 의 알키닐기, 또는 탄소수 6 ∼ 18 의 아릴기를 나타낸다. R3 은 탄소수 1 ∼ 18 의 탄화수소기 (수소의 일부 또는 전부가 불소로 치환되어 있어도 된다) 를 나타낸다]

Description

술포네이트 화합물, 광산 발생제 및 포토리소그래피용 수지 조성물{SULFONATE COMPOUND, PHOTOACID GENERATOR, AND PHOTOLITHOGRAPHIC RESIN COMPOSITION}
본 발명은, 술포네이트 화합물, 광산 발생제 및 포토리소그래피용 수지 조성물에 관한 것이다. 더 상세하게는, 자외선 (i 선) 을 작용시켜 강산을 발생시키는 데에 적합한 비이온계의 광산 발생제, 및 그것을 함유하는 포토리소그래피용 수지 조성물에 관한 것이다.
종래부터, 반도체 제조로 대표되는 미세 가공 분야에서는, 노광광으로서 파장 365 ㎚ 의 i 선을 사용한 포토리소그래피 공정이 널리 이용되고 있다.
포토리소그래피 공정에 사용되는 레지스트 재료로는, 예를 들어 카르복실산의 tert-부틸에스테르기, 또는 페놀의 tert-부틸카보네이트기를 갖는 중합체와 광산 발생제를 함유하는 수지 조성물이 사용되고 있다. 광산 발생제로서, 트리아릴술포늄염 (특허문헌 1), 나프탈렌 골격을 갖는 페나실술포늄염 (특허문헌 2) 등의 이온계 광산 발생제, 및 옥심술포네이트 구조를 갖는 산 발생제 (특허문헌 3), 술포닐디아조메탄 구조를 갖는 산 발생제 (특허문헌 4) 등의 비이온계 산 발생제가 알려져 있다. 이 레지스트 재료에 자외선을 조사함으로써, 광산 발생제가 분해되어 강산을 발생한다. 또한 노광 후 가열 (PEB) 을 실시함으로써, 이 강산에 의해 중합체 중의 tert-부틸에스테르기, 또는 tert-부틸카보네이트기가 해리되고, 카르복실산, 또는 페놀성 수산기가 형성되고, 자외선 조사부가 알칼리 현상액에 용해 용이성이 된다. 이 현상을 이용하여 패턴 형성이 실시되고 있다.
그러나 포토리소그래피 공정이 보다 미세 가공으로 됨에 따라, 알칼리 현상액에 의해 미노광부의 패턴이 팽윤하는 부풀음의 영향이 커져, 레지스트 재료의 팽윤을 억제할 필요가 있다.
이들을 해결하기 위해서 레지스트 재료 중의 중합체에 지환식 골격, 또는 불소 함유 골격 등을 함유시켜 소수성으로 함으로써, 레지스트 재료의 팽윤을 억제하는 방법이 제안되어 있다.
그러나, 이온계 광산 발생제는 지환식 골격, 및 불소 함유 골격 등을 함유하는 소수성 재료에 대한 상용성이 부족하기 때문에, 레지스트 재료 중에서 상분리되므로 충분한 레지스트 성능을 발휘할 수 없어, 패턴 형성할 수 없는 문제가 있다. 한편, 비이온계 광산 발생제에서는 소수성 재료에 대한 상용성은 양호하지만, i 선에 대한 감도가 부족한 문제, 및 내열 안정성이 부족하기 때문에 노광 후 가열 (PEB) 에 의해 분해되므로 얼라우언스가 좁은 문제가 있다.
일본 공개특허공보 소50-151997호 일본 공개특허공보 평9-118663호 일본 공개특허공보 평06-77433호 일본 공개특허공보 평10-213899호
그래서 i 선에 높은 광감도를 갖고, 내열 안정성이 우수하며, 소수성 재료에 대한 용해성이 우수한 비이온계 광산 발생제를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 상기 목적을 달성하기 위해 검토를 실시한 결과, 본 발명에 도달하였다.
즉, 본 발명은, 일반식 (1) 로 나타내는 것을 특징으로 하는 술포네이트 화합물이다.
[화학식 1]
Figure 112017036863637-pct00001
[식 (1) 중, R1 은 탄소수 6 ∼ 18 의 아릴기 혹은 탄소수 4 ∼ 20 의 복소 고리형 탄화수소기를 나타낸다. R2 는 수소 원자, 탄소수 1 ∼ 18 의 알킬기, 탄소수 2 ∼ 18 의 알케닐기, 탄소수 2 ∼ 18 의 알키닐기, 또는 탄소수 6 ∼ 18 의 아릴기를 나타낸다. R3 은 탄소수 1 ∼ 18 의 탄화수소기 (수소의 일부 또는 전부가 불소로 치환되어 있어도 된다) 를 나타낸다.]
본 발명의 술포네이트 화합물 및 이것을 함유하는 비이온계 광산 발생제 (A) 는, 비이온계이고, 이온계 광산 발생제에 비하여 소수성 재료와의 상용성이 우수하다. 또, i 선을 흡수 부위인 이미드 골격을 가지므로, i 선을 조사함으로써 비이온계 광산 발생제 (A) 는 용이하게 분해되어, 강산인 술폰산을 발생할 수 있다. 또한 비이온계 광산 발생제 (A) 는, 이미드 골격을 갖기 때문에, 내열 안정성이 우수하다.
이 때문에 본 발명의 비이온계 광산 발생제 (A) 를 함유하는 포토리소그래피용 수지 조성물 (Q) 는, i 선에 대해 고감도이고, 또 노광 후 가열 (PEB) 에서의 얼라우언스가 넓기 때문에 작업성이 우수하다.
본 발명의 술포네이트 화합물은 상기 일반식 (1) 로 나타낸다.
식 (1) 에 있어서 R1 은, 탄소수 6 ∼ 18 의 아릴기 혹은 탄소수 4 ∼ 20 의 복소 고리형 탄화수소기이다.
상기 R1 의 탄소수 6 ∼ 18 의 아릴기로는, 페닐기, 나프틸기, 안트라세닐기, 비페닐기, 페난트릴기 및 피레닐기 등을 들 수 있다.
상기 R1 의 탄소수 4 ∼ 20 의 복소 고리형 탄화수소기로는, 푸릴기, 티에닐기, 피라닐기, 피리딜기, 티아졸기, 쿠마리닐기, 카르바졸기, 및 티옥산토닐기 등을 들 수 있다.
상기 R1 의 탄소수 6 ∼ 18 의 아릴기 및 탄소수 4 ∼ 20 의 복소 고리형 탄화수소기는, 치환기 (T) 를 가지고 있어도 된다. 치환기 (T) 로는, 예를 들어 알킬기, 하이드록시기, 알콕시기, 알킬카르보닐기, 아릴카르보닐기, 알콕시카르보닐기, 아릴옥시카르보닐기, 아릴티오카르보닐기, 아실옥시기, 아릴티오기, 알킬티오기, 아릴기, 복소 고리형 탄화수소기, 아릴옥시기, 알킬술피닐기, 아릴술피닐기, 알킬술포닐기, 아릴술포닐기 및 할로겐 원자를 들 수 있다. 치환기 (T) 는 1 종이어도 되고, 2 종 이상이어도 된다.
알킬기로는, 탄소수 1 ∼ 18 의 직사슬 알킬기 (메틸, 에틸, n-프로필, n-부틸, n-펜틸, n-옥틸, n-데실, n-도데실, n-테트라데실, n-헥사데실 및 n-옥타데실 등), 탄소수 1 ∼ 18 의 분기 사슬 알킬기 (이소프로필, 이소부틸, sec-부틸, tert-부틸, 이소펜틸, 네오펜틸, tert-펜틸, 이소헥실 및 이소옥타데실), 및 탄소수 3 ∼ 18 의 시클로알킬기 (시클로프로필, 시클로부틸, 시클로펜틸, 시클로헥실 및 4-데실시클로헥실 등), 탄소수 1 ∼ 3 의 직사슬 또는 분기의 플루오로알킬기 (트리플루오로메틸, 펜타플루오로에틸, 헵타플루오로부틸기 등) 등을 들 수 있다.
알콕시기로는, 탄소수 1 ∼ 18 의 직사슬 또는 분기 사슬 알콕시기 (메톡시, 에톡시, 프로폭시, 이소프로폭시, 부톡시, 이소부톡시, sec-부톡시, tert-부톡시, 헥실옥시, 데실옥시, 도데실옥시 및 옥타데실옥시 등) 등을 들 수 있다.
알킬카르보닐기로는, 탄소수 (카르보닐탄소를 포함한다) 2 ∼ 18 의 직사슬 또는 분기 사슬 알킬카르보닐기 (아세틸, 프로피오닐, 부타노일, 2-메틸프로피오닐, 헵타노일, 2-메틸부타노일, 3-메틸부타노일, 옥타노일, 데카노일, 도데카노일 및 옥타데카노일 등) 등을 들 수 있다.
아릴카르보닐기로는, 탄소수 (카르보닐탄소를 포함한다) 7 ∼ 11 의 아릴카르보닐기 (벤조일 및 나프토일 등) 등을 들 수 있다.
알콕시카르보닐기로는, 탄소수 (카르보닐 탄소를 포함한다) 2 ∼ 19 의 직사슬 또는 분기 사슬 알콕시카르보닐기 (메톡시카르보닐, 에톡시카르보닐, 프로폭시카르보닐, 이소프로폭시카르보닐, 부톡시카르보닐, 이소부톡시카르보닐, sec-부톡시카르보닐, tert-부톡시카르보닐, 옥틸옥시카르보닐, 테트라데실옥시카르보닐 및 옥타데실옥시카르보닐 등) 등을 들 수 있다.
아릴옥시카르보닐기로는, 탄소수 (카르보닐 탄소를 포함한다) 7 ∼ 11 의 아릴옥시카르보닐기 (페녹시카르보닐 및 나프톡시카르보닐 등) 등을 들 수 있다.
아릴티오카르보닐기로는, 탄소수 (카르보닐 탄소를 포함한다) 7 ∼ 11 의 아릴티오카르보닐기 (페닐티오카르보닐 및 나프톡시티오카르보닐 등) 등을 들 수 있다.
아실옥시기로는, 탄소수 2 ∼ 19 의 직사슬 또는 분기 사슬 아실옥시기 (아세톡시, 에틸카르보닐옥시, 프로필카르보닐옥시, 이소프로필카르보닐옥시, 부틸카르보닐옥시, 이소부틸카르보닐옥시, sec-부틸카르보닐옥시, tert-부틸카르보닐옥시, 옥틸카르보닐옥시, 테트라데실카르보닐옥시 및 옥타데실카르보닐옥시 등) 등을 들 수 있다.
아릴티오기로는, 탄소수 6 ∼ 20 의 아릴티오기 (페닐티오, 2-메틸페닐티오, 3-메틸페닐티오, 4-메틸페닐티오, 2-클로로페닐티오, 3-클로로페닐티오, 4-클로로페닐티오, 2-브로모페닐티오, 3-브로모페닐티오, 4-브로모페닐티오, 2-플루오로페닐티오, 3-플루오로페닐티오, 4-플루오로페닐티오, 2-하이드록시페닐티오, 4-하이드록시페닐티오, 2-메톡시페닐티오, 4-메톡시페닐티오, 1-나프틸티오, 2-나프틸티오, 4-[4-(페닐티오)벤조일]페닐티오, 4-[4-(페닐티오)페녹시]페닐티오, 4-[4-(페닐티오)페닐]페닐티오, 4-(페닐티오)페닐티오, 4-벤조일페닐티오, 4-벤조일-2-클로로페닐티오, 4-벤조일-3-클로로페닐티오, 4-벤조일-3-메틸티오페닐티오, 4-벤조일-2-메틸티오페닐티오, 4-(4-메틸티오벤조일)페닐티오, 4-(2-메틸티오벤조일)페닐티오, 4-(p-메틸벤조일)페닐티오, 4-(p-에틸벤조일)페닐티오, 4-(p-이소프로필벤조일)페닐티오 및 4-(p-tert-부틸벤조일)페닐티오 등) 등을 들 수 있다.
알킬티오기로는, 탄소수 1 ∼ 18 의 직사슬 또는 분기 사슬 알킬티오기 (메틸티오, 에틸티오, 프로필티오, 이소프로필티오, 부틸티오, 이소부틸티오, sec-부틸티오, tert-부틸티오, 펜틸티오, 이소펜틸티오, 네오펜틸티오, tert-펜틸티오, 옥틸티오, 데실티오, 도데실티오 및 이소옥타데실티오 등) 등을 들 수 있다.
아릴기로는, 탄소수 6 ∼ 10 의 아릴기 (페닐, 톨릴, 디메틸페닐 및 나프틸 등) 등을 들 수 있다.
복소 고리형 탄화수소기로는, 탄소수 4 ∼ 20 의 복소 고리형 탄화수소기 (티에닐, 푸라닐, 피라닐, 피롤릴, 옥사졸릴, 티아졸릴, 피리딜, 피리미딜, 피라지닐, 인돌릴, 벤조푸라닐, 벤조티에닐, 퀴놀릴, 이소퀴놀릴, 퀴녹살리닐, 퀴나졸리닐, 카르바졸릴, 아크리디닐, 페노티아지닐, 페나지닐, 크산테닐, 티안트레닐, 페녹사지닐, 페녹사티이닐, 크로마닐, 이소크로마닐, 디벤조티에닐, 크산토닐, 티옥산토닐 및 디벤조푸라닐 등) 등을 들 수 있다.
아릴옥시기로는, 탄소수 6 ∼ 10 의 아릴옥시기 (페녹시 및 나프틸옥시 등) 등을 들 수 있다.
알킬술피닐기로는, 탄소수 1 ∼ 18 의 직사슬 또는 분기 사슬 알킬술피닐기 (메틸술피닐, 에틸술피닐, 프로필술피닐, 이소프로필술피닐, 부틸술피닐, 이소부틸술피닐, sec-부틸술피닐, tert-부틸술피닐, 펜틸술피닐, 이소펜틸술피닐, 네오펜틸술피닐, tert-펜틸술피닐, 옥틸술피닐 및 이소옥타데실술피닐 등) 등을 들 수 있다.
아릴술피닐기로는, 탄소수 6 ∼ 10 의 아릴술피닐기 (페닐술피닐, 톨릴술피닐 및 나프틸술피닐 등) 등을 들 수 있다.
알킬술포닐기로는, 탄소수 1 ∼ 18 의 직사슬 또는 분기 사슬 알킬술포닐기 (메틸술포닐, 에틸술포닐, 프로필술포닐, 이소프로필술포닐, 부틸술포닐, 이소부틸술포닐, sec-부틸술포닐, tert-부틸술포닐, 펜틸술포닐, 이소펜틸술포닐, 네오펜틸술포닐, tert-펜틸술포닐, 옥틸술포닐 및 옥타데실술포닐 등) 등을 들 수 있다.
아릴술포닐기로는, 탄소수 6 ∼ 10 의 아릴술포닐기 {페닐술포닐, 톨릴술포닐 (토실기) 및 나프틸술포닐 등} 등을 들 수 있다.
할로겐 원자로는, 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자 및 요오드 원자 등을 들 수 있다.
이들 치환기 (T) 중 합성의 용이함, 흡수 파장 영역, 및 내열 안정성의 관점에서, 하이드록시기, 알킬기, 알콕시기, 아릴카르보닐기, 아릴옥시카르보닐기, 아릴티오기, 아릴기, 아릴옥시기, 아릴술피닐기, 아릴술포닐기, 불소 원자 및 염소 원자가 바람직하고, 하이드록시기, 알콕시기, 아릴티오기, 불소 원자 및 염소 원자가 특히 바람직하다.
R1 중, 바람직하게는 페닐기, 나프틸기, 안트라세닐기, 비페닐기, 페난트릴기, 피레닐기, 푸릴기, 티에닐기, 피라닐기, 피리딜기, 티아졸기, 쿠마리닐기, 카르바졸기, 및 티옥산토닐기이고, 더 바람직하게는 페닐기, 나프틸기, 안트라세닐기, 쿠마리닐기, 및 티옥산토닐기이다.
식 (1) 에 있어서 R2 는, 수소 원자, 탄소수 1 ∼ 18 의 알킬기, 탄소수 2 ∼ 18 의 알케닐기, 탄소수 2 ∼ 18 의 알키닐기, 탄소수 6 ∼ 18 의 아릴기이다.
상기 R2 의 탄소수 1 ∼ 18 의 알킬기로는, 탄소수 1 ∼ 18 의 직사슬 알킬기 (메틸, 에틸, n-프로필, n-부틸, n-펜틸, n-옥틸, n-데실, n-도데실, n-테트라데실, n-헥사데실 및 n-옥타데실 등), 탄소수 1 ∼ 18 의 분기 사슬 알킬기 (이소프로필, 이소부틸, sec-부틸, tert-부틸, 이소펜틸, 네오펜틸, tert-펜틸, 이소헥실 및 이소옥타데실), 및 탄소수 3 ∼ 18 의 시클로알킬기 (시클로프로필, 시클로부틸, 시클로펜틸, 시클로헥실 및 4-데실시클로헥실 등), 탄소수 1 ∼ 3 의 직사슬 또는 분기의 플루오로알킬기 (트리플루오로메틸, 펜타플루오로에틸, 헵타플루오로부틸기 등) 등을 들 수 있다.
상기 R2 의 탄소수 2 ∼ 18 의 알케닐기로는, 비닐, 알릴, 1-프로페닐, 이소프로페닐, 1-부테닐, 2-부테닐, 3-부테닐, 1-메틸-1-프로페닐, 1-메틸-2-프로페닐, 2-메틸-1-프로페닐, 2-메틸-2-프로페닐, 1-펜테닐, 2-펜테닐, 3-펜테닐, 4-펜테닐, 1-메틸-1-부테닐, 2-메틸-2-부테닐, 3-메틸-2-부테닐, 1,2-디메틸-1-프로페닐, 1-데세닐, 2-데세닐, 8-데세닐, 1-도데세닐, 2-도데세닐, 10-도데세닐 등의 직사슬 또는 분기상의 것을 들 수 있다.
상기 R2 의 탄소수 2 ∼ 18 의 알키닐기로는, 에티닐, 1-프로피닐, 2-프로피닐, 1-부티닐, 2-부티닐, 3-부티닐, 1-메틸-2-프로피닐, 1-펜티닐, 2-펜티닐, 3-펜티닐, 4-펜티닐, 1-메틸-2-부티닐, 1,2-디메틸-2-프로피닐, 1-데시닐, 2-데시닐, 8-데시닐, 1-도데시닐, 2-도데시닐, 10-도데시닐 등의 직사슬 또는 분기상의 것을 들 수 있다.
상기 R2 의 탄소수 6 ∼ 18 의 아릴기로는, 페닐, 톨릴, 디메틸페닐, 나프틸, 안트라세닐, 비페닐 및 펜타플루오로페닐 등을 들 수 있다.
R2 중, 바람직하게는 수소 원자 또는 탄소수 1 ∼ 18 의 알킬기이고, 특히 바람직하게는 수소 원자, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, sec-부틸기 또는 t-부틸기이다.
자외선 조사에 의해 술폰산에스테르 부분을 분해시키기 위한 필수 관능기인 R3 은, 치환기를 가져도 되는 탄소수 1 ∼ 18 의 탄화수소기 (수소의 일부 또는 전부가 불소로 치환되어 있어도 된다) 이다. 치환기로는, 치환기 (T) 로서 예시한 것을 사용할 수 있다. 탄소수 1 ∼ 18 의 탄화수소기로는, 알킬기, 아릴기 및 복소 고리형 탄화수소기를 들 수 있다.
알킬기로는, 탄소수 1 ∼ 18 의 직사슬 알킬기 (메틸, 에틸, n-프로필, n-부틸, n-펜틸, n-옥틸, n-데실, n-도데실, n-테트라데실, n-헥사데실 및 n-옥타데실 등), 탄소수 1 ∼ 18 의 분기 사슬 알킬기 (이소프로필, 이소부틸, sec-부틸, tert-부틸, 이소펜틸, 네오펜틸, tert-펜틸, 이소헥실 및 이소옥타데실), 및 탄소수 3 ∼ 18 의 시클로알킬기 (시클로프로필, 시클로부틸, 시클로펜틸, 시클로헥실 및 4-데실시클로헥실, 10-캄퍼일 등) 등을 들 수 있다.
아릴기로는, 탄소수 6 ∼ 10 의 아릴기 (페닐, 톨릴, 디메틸페닐, 나프틸 및 펜타플루오로페닐 등) 등을 들 수 있다.
복소 고리형 탄화수소기로는, 탄소수 4 ∼ 20 의 복소 고리형 탄화수소기 (티에닐, 푸라닐, 피라닐, 피롤릴, 옥사졸릴, 티아졸릴, 피리딜, 피리미딜, 피라지닐, 인돌릴, 벤조푸라닐, 벤조티에닐, 퀴놀릴, 이소퀴놀릴, 퀴녹살리닐, 퀴나졸리닐, 카르바졸릴, 아크리디닐, 페노티아지닐, 페나지닐, 크산테닐, 티안트레닐, 페녹사지닐, 페녹사티이닐, 크로마닐, 이소크로마닐, 디벤조티에닐, 크산토닐, 티옥산토닐 및 디벤조푸라닐 등) 등을 들 수 있다.
치환기를 가져도 되는 탄소수 1 ∼ 18 의 탄화수소기의 수소의 일부 또는 전부가 불소로 치환된 기로는, CxFy 로 나타내는 수소 원자가 불소 원자로 치환된 직사슬 알킬기 (RF1), 분기 사슬 알킬기 (RF2), 시클로알킬기 (RF3), 및 아릴기 (RF4) 를 들 수 있다.
수소 원자가 불소 원자로 치환된 직사슬 알킬기 (RF1) 로는, 예를 들어 트리플루오로메틸기 (x = 1, y = 3), 펜타플루오로에틸기 (x = 2, y = 5), 노나플루오로부틸기 (x = 4, y = 9), 퍼플루오로헥실기 (x = 6, y = 13), 및 퍼플루오로옥틸기 (x = 8, y = 17) 등을 들 수 있다.
수소 원자가 불소 원자로 치환된 분기 사슬 알킬기 (RF2) 로는, 예를 들어 퍼플루오로이소프로필기 (x = 3, y = 7), 퍼플루오로-tert-부틸기 (x = 4, y = 9), 및 퍼플루오로-2-에틸헥실기 (x = 8, y = 17) 등을 들 수 있다.
수소 원자가 불소 원자로 치환된 시클로알킬기 (RF3) 로는, 예를 들어 퍼플루오로시클로부틸기 (x = 4, y = 7), 퍼플루오로시클로펜틸기 (x = 5, y = 9), 퍼플루오로시클로헥실기 (x = 6, y = 11), 및 퍼플루오로(1-시클로헥실)메틸기 (x = 7, y = 13) 등을 들 수 있다.
수소 원자가 불소 원자로 치환된 아릴기 (RF4) 로는, 예를 들어 펜타플루오로페닐기 (x = 6, y = 5), 및 3-트리플루오로메틸테트라플루오로페닐기 (x = 7, y = 7) 등을 들 수 있다.
R3 중, 바람직하게는 탄소수 1 ∼ 18 의 직사슬 알킬기, 탄소수 1 ∼ 18 의 분기 사슬 알킬기, 탄소수 3 ∼ 18 의 시클로알킬기, 탄소수 6 ∼ 10 의 아릴기 또는 탄소수 4 ∼ 20 의 복소 고리형 탄화수소기이고, 특히 바람직하게는 메틸기, 에틸기, n-프로필기, n-부틸기, n-펜틸기, n-옥틸기, n-데실기, n-도데실기, 이소프로필기, 이소부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, 이소펜틸기, 네오펜틸기, tert-펜틸기, 이소헥실기, 이소옥타데실기, 시클로프로필기, 시클로부틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 4-데실시클로헥실 및 10-캄퍼일이다.
일반식 (1) 로 나타내는 술포네이트 화합물의 바람직한 구체예로서, 합성의 용이함, 흡수 파장 영역의 조정, 및 내열 안정성의 관점에서 하기를 들 수 있다. 또한, 화합물의 구조식 중, N-, O-, - 는 N-CH3, O-CH3,-CH3 을 나타낸다. 이하에 있어서도 동일하다.
[화학식 2]
Figure 112017036863637-pct00002
[화학식 3]
Figure 112017036863637-pct00003
[화학식 4]
Figure 112017036863637-pct00004
[화학식 5]
Figure 112017036863637-pct00005
[화학식 6]
Figure 112017036863637-pct00006
[화학식 7]
Figure 112017036863637-pct00007
[화학식 8]
Figure 112017036863637-pct00008
본 발명의 술포네이트 화합물의 합성 방법은 목적물을 합성할 수 있으면 특별히 한정은 되지 않지만, 예를 들어 전구체가 되는 N-하이드록시이미드 화합물 (P1) 과 (R3-SO2)2O 로 나타내는 술폰산 무수물의 반응, 또는 N-하이드록시이미드 화합물 (P1) 의 염과 R3-SO2Cl 로 나타내는 술폰산클로라이드의 반응에 의해 합성할 수 있다.
본 발명의 비이온계 광산 발생제 (A) 는, 레지스트 재료에 대한 용해를 용이하게 하기 위해, 미리 반응을 저해하지 않는 용제에 녹여 두어도 된다.
용제로는, 카보네이트 (프로필렌카보네이트, 에틸렌카보네이트, 1,2-부틸렌카보네이트, 디메틸카보네이트 및 디에틸카보네이트 등) ; 에스테르 (아세트산에틸, 락트산에틸, β-프로피오락톤, β-부티로락톤, γ-부티로락톤, δ-발레로락톤 및 ε-카프로락톤 등) ; 에테르 (에틸렌글리콜모노메틸에테르, 프로필렌글리콜모노에틸에테르, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르, 디프로필렌글리콜디메틸에테르, 트리에틸렌글리콜디에틸에테르, 트리프로필렌글리콜디부틸에테르 등) ; 및 에테르에스테르 (에틸렌글리콜모노메틸에테르아세트산에스테르, 프로필렌글리콜모노에틸에테르아세트산에스테르 및 디에틸렌글리콜모노부틸에테르아세트산에스테르 등) 등을 들 수 있다.
용제를 사용하는 경우, 용제의 사용 비율은, 본 발명의 광산 발생제 100 중량부에 대하여 15 ∼ 1000 중량부가 바람직하고, 더 바람직하게는 30 ∼ 500 중량부이다.
본 발명의 포토리소그래피용 수지 조성물 (Q) 는, 비이온계 광산 발생제 (A) 를 필수 성분으로서 함유하기 때문에, 자외선 조사 및 노광 후 가열 (PEB) 을 실시함으로써, 노광부와 미노광부의 현상액에 대한 용해성에 차가 생긴다. 비이온계 광산 발생제 (A) 는 1 종 단독, 또는 2 종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
포토리소그래피용 수지 조성물 (Q) 로는, 네거티브형 화학 증폭 수지 (QN) 과 비이온계 광산 발생제 (A) 의 혼합물 ; 및 포지티브형 화학 증폭 수지 (QP) 와 비이온계 광산 발생제 (A) 의 혼합물을 들 수 있다.
네거티브형 화학 증폭 수지 (QN) 으로는, 페놀성 수산기 함유 수지 (QN1) 과 가교제 (QN2) 로 구성된다.
페놀성 수산기 함유 수지 (QN1) 로는 페놀성 수산기를 함유하고 있는 수지이면 특별히 제한은 없고, 예를 들어 노볼락 수지, 폴리하이드록시스티렌, 하이드록시스티렌의 공중합체, 하이드록시스티렌과 스티렌의 공중합체, 하이드록시스티렌, 스티렌 및 (메트)아크릴산 유도체의 공중합체, 페놀-자일릴렌글리콜 축합 수지, 크레졸-자일릴렌글리콜 축합 수지, 페놀성 수산기를 함유하는 폴리이미드, 페놀성 수산기를 함유하는 폴리아믹산, 페놀-디시클로펜타디엔 축합 수지 등이 사용된다. 이들 중에서도, 노볼락 수지, 폴리하이드록시스티렌, 하이드록시스티렌의 공중합체, 하이드록시스티렌과 스티렌의 공중합체, 하이드록시스티렌, 스티렌 및 (메트)아크릴산 유도체의 공중합체, 페놀-자일릴렌글리콜 축합 수지가 바람직하다. 또한, 이들 페놀성 수산기 함유 수지 (QN1) 은, 1 종 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 혼합하여 사용해도 된다.
상기 노볼락 수지는, 예를 들어 페놀류와 알데하이드류를 촉매의 존재하에서 축합시킴으로써 얻을 수 있다.
상기 페놀류로는, 예를 들어 페놀, o-크레졸, m-크레졸, p-크레졸, o-에틸페놀, m-에틸페놀, p-에틸페놀, o-부틸페놀, m-부틸페놀, p-부틸페놀, 2,3-자일레놀, 2,4-자일레놀, 2,5-자일레놀, 2,6-자일레놀, 3,4-자일레놀, 3,5-자일레놀, 2,3,5-트리메틸페놀, 3,4,5-트리메틸페놀, 카테콜, 레조르시놀, 피로갈롤, α-나프톨, β-나프톨 등을 들 수 있다.
또한, 상기 알데하이드류로는 포름알데하이드, 파라포름알데하이드, 아세트알데하이드, 벤즈알데하이드 등을 들 수 있다.
구체적인 노볼락 수지로는, 예를 들어 페놀/포름알데하이드 축합 노볼락 수지, 크레졸/포름알데하이드 축합 노볼락 수지, 페놀-나프톨/포름알데하이드 축합 노볼락 수지 등을 들 수 있다.
또한, 상기 페놀성 수산기 함유 수지 (QN1) 에는, 성분의 일부로서 페놀성 저분자 화합물이 함유되어 있어도 된다.
상기 페놀성 저분자 화합물로는, 예를 들어 4,4'-디하이드록시디페닐메탄, 4,4'-디하이드록시디페닐에테르, 트리스(4-하이드록시페닐)메탄, 1,1-비스(4-하이드록시페닐)-1-페닐에탄, 트리스(4-하이드록시페닐)에탄, 1,3-비스[1-(4-하이드록시페닐)-1-메틸에틸]벤젠, 1,4-비스[1-(4-하이드록시페닐)-1-메틸에틸]벤젠, 4,6-비스[1-(4-하이드록시페닐)-1-메틸에틸]-1,3-디하이드록시벤젠, 1,1-비스(4-하이드록시페닐)-1-[4-[1-(4-하이드록시페닐)-1-메틸에틸]페닐]에탄, 1,1,2,2-테트라(4-하이드록시페닐)에탄, 4,4'-{1-[4-[1-(4-하이드록시페닐)-1-메틸에틸]페닐]에틸리덴}비스페놀 등을 들 수 있다. 이들 페놀성 저분자 화합물은, 1 종 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 혼합하여 사용해도 된다.
이 페놀성 저분자 화합물의 페놀성 수산기 함유 수지 (QN1) 중에 있어서의 함유 비율은, 페놀성 수산기 함유 수지 (QN1) 을 100 중량％ 로 한 경우, 40 중량％ 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1 ∼ 30 중량％ 이다.
페놀성 수산기 함유 수지 (QN1) 의 중량 평균 분자량은, 얻어지는 절연막의 해상성, 열충격성, 내열성, 잔막률 등의 관점에서 2000 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 2000 ∼ 20000 정도이다.
또한, 네거티브형 화학 증폭 수지 (QN) 중에 있어서의 페놀성 수산기 함유 수지 (QN1) 의 함유 비율은, 용제를 제외한 조성물의 전체를 100 중량％ 로 한 경우에, 30 ∼ 90 중량％ 인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 40 ∼ 80 중량％ 이다. 이 페놀성 수산기 함유 수지 (QN1) 의 함유 비율이 30 ∼ 90 중량％ 인 경우에는, 감광성 절연 수지 조성물을 사용하여 형성된 막이 알칼리 수용액에 의한 충분한 현상성을 갖고 있기 때문에 바람직하다.
가교제 (QN2) 로는, 비이온계 광산 발생제 (A) 로부터 발생한 강산에 의해 페놀성 수산기 함유 수지 (QN1) 을 가교할 수 있는 화합물이면 특별히 한정되지 않는다.
가교제 (QN2) 로는, 예를 들어 비스페놀 A 계 에폭시 화합물, 비스페놀 F 계 에폭시 화합물, 비스페놀 S 계 에폭시 화합물, 노볼락 수지계 에폭시 화합물, 레졸 수지계 에폭시 화합물, 폴리(하이드록시스티렌) 계 에폭시 화합물, 옥세탄 화합물, 메틸올기 함유 멜라민 화합물, 메틸올기 함유 벤조구아나민 화합물, 메틸올기 함유 우레아 화합물, 메틸올기 함유 페놀 화합물, 알콕시알킬기 함유 멜라민 화합물, 알콕시알킬기 함유 벤조구아나민 화합물, 알콕시알킬기 함유 우레아 화합물, 알콕시알킬기 함유 페놀 화합물, 카르복시메틸기 함유 멜라민 수지, 카르복시메틸기 함유 벤조구아나민 수지, 카르복시메틸기 함유 우레아 수지, 카르복시메틸기 함유 페놀 수지, 카르복시메틸기 함유 멜라민 화합물, 카르복시메틸기 함유 벤조구아나민 화합물, 카르복시메틸기 함유 우레아 화합물 및 카르복시메틸기 함유 페놀 화합물 등을 들 수 있다.
이들 가교제 (QN2) 중, 메틸올기 함유 페놀 화합물, 메톡시메틸기 함유 멜라민 화합물, 메톡시메틸기 함유 페놀 화합물, 메톡시메틸기 함유 글리콜우릴 화합물, 메톡시메틸기 함유 우레아 화합물 및 아세톡시메틸기 함유 페놀 화합물이 바람직하고, 더 바람직하게는 메톡시메틸기 함유 멜라민 화합물 (예를 들어 헥사메톡시메틸멜라민 등), 메톡시메틸기 함유 글리콜우릴 화합물 및 메톡시메틸기 함유 우레아 화합물 등이다. 메톡시메틸기 함유 멜라민 화합물은, CYMEL300, CYMEL301, CYMEL303, CYMEL305 (미츠이 사이아나미드 (주) 제조) 등의 상품명으로, 메톡시메틸기 함유 글리콜우릴 화합물은 CYMEL1174 (미츠이 사이아나미드 (주) 제조) 등의 상품명으로, 또한 메톡시메틸기 함유 우레아 화합물은, MX290 (미와 케미컬 (주) 제조) 등의 상품명으로 시판되고 있다.
가교제 (QN2) 의 함유량은, 잔막률의 저하, 패턴의 사행이나 팽윤 및 현상성의 관점에서, 페놀성 수산기 함유 수지 (QN1) 중의 전체 산성 관능기에 대하여 통상 5 ∼ 60 몰％, 바람직하게는 10 ∼ 50 몰％, 더 바람직하게는 15 ∼ 40 몰％ 이다.
포지티브형 화학 증폭 수지 (QP) 로는, 페놀성 수산기, 카르복실기, 또는 술포닐기 등의 1 종 이상의 산성 관능기를 함유하는 알칼리 가용성 수지 (QP1) 중의 산성 관능기의 수소 원자의 일부 또는 전부를, 산해리성 기로 치환한 보호기 도입 수지 (QP2) 를 들 수 있다.
또, 산해리성 기는 비이온계 광산 발생제 (A) 로부터 발생한 강산의 존재하에서 해리할 수 있는 기이다.
보호기 도입 수지 (QP2) 는, 그것 자체로는 알칼리 불용성 또는 알칼리 난용성이다.
알칼리 가용성 수지 (QP1) 로는, 예를 들어 페놀성 수산기 함유 수지 (QP11), 카르복실기 함유 수지 (QP12), 및 술폰산기 함유 수지 (QP13) 등을 들 수 있다.
페놀성 수산기 함유 수지 (QP11) 로는, 상기 페놀성 수산기 함유 수지 (QN1) 과 동일한 것을 사용할 수 있다.
카르복실기 함유 수지 (QP12) 로는, 카르복실기를 갖는 폴리머이면 특별히 제한은 없고, 예를 들어 카르복실기 함유 비닐 모노머 (Ba) 와, 필요에 따라 소수기 함유 비닐 모노머 (Bb) 를 비닐 중합함으로써 얻어진다.
카르복실기 함유 비닐 모노머 (Ba) 로는, 예를 들어 불포화 모노카르복실산 [(메트)아크릴산, 크로톤산 및 계피산 등], 불포화 다가 (2 ∼ 4 가) 카르복실산 [(무수)말레산, 이타콘산, 푸마르산 및 시트라콘산 등], 불포화 다가 카르복실산알킬 (탄소수 1 ∼ 10 의 알킬기) 에스테르 [말레산모노알킬에스테르, 푸마르산모노알킬에스테르 및 시트라콘산모노알킬에스테르 등], 그리고 이들의 염 [알칼리 금속염 (나트륨염 및 칼륨염 등), 알칼리 토금속염 (칼슘염 및 마그네슘염 등), 아민염 및 암모늄염 등] 을 들 수 있다.
이들 중 바람직한 것은 중합성, 및 입수 용이성의 관점에서 불포화 모노카르복실산, 더 바람직한 것은 (메트)아크릴산이다.
소수기 함유 비닐 모노머 (Bb) 로는, (메트)아크릴산에스테르 (Bb1), 및 방향족 탄화수소 모노머 (Bb2) 등을 들 수 있다.
(메트)아크릴산에스테르 (Bb1) 로는, 예를 들어 알킬기의 탄소수 1 ∼ 20 의 알킬(메트)아크릴레이트 [예를 들어 메틸(메트)아크릴레이트, 에틸(메트)아크릴레이트, n-프로필(메트)아크릴레이트, 이소프로필(메트)아크릴레이트, n-부틸(메트)아크릴레이트, n-헥실(메트)아크릴레이트 및 2-에틸헥실(메트)아크릴레이트 등] 및 지환기 함유 (메트)아크릴레이트 [디시클로펜타닐(메트)아크릴레이트, 디시클로펜테닐(메트)아크릴레이트 및 이소보르닐(메트)아크릴레이트 등] 등을 들 수 있다.
방향족 탄화수소 모노머 (Bb2) 로는, 예를 들어 스티렌 골격을 갖는 탄화수소 모노머 [예를 들어 스티렌, α-메틸스티렌, 비닐톨루엔, 2,4-디메틸스티렌, 에틸스티렌, 이소프로필스티렌, 부틸스티렌, 페닐스티렌, 시클로헥실스티렌 및 벤질스티렌] 및 비닐나프탈렌 등을 들 수 있다.
카르복실기 함유 수지 (QP12) 에 있어서의, (Ba)/(Bb) 의 주입 모노머 몰비는, 통상 10 ∼ 100/0 ∼ 90, 현상성의 관점에서, 바람직하게는 10 ∼ 80/20 ∼ 90, 더 바람직하게는 25 ∼ 85/15 ∼ 75 이다.
술폰산기 함유 수지 (QP13) 으로는, 술폰산기를 갖는 폴리머이면 특별히 제한은 없고, 예를 들어 술폰산기 함유 비닐 모노머 (Bc) 와, 필요에 따라 소수기 함유 비닐 모노머 (Bb) 를 비닐 중합함으로써 얻어진다.
소수기 함유 비닐 모노머 (Bb) 로는, 상기와 동일한 것을 사용할 수 있다.
술폰산기 함유 비닐 모노머 (Bc) 로는, 예를 들어 비닐술폰산, (메트)알릴술폰산, 스티렌술폰산, α-메틸스티렌술폰산, 2-(메트)아크릴로일아미드-2-메틸프로판술폰산 및 이들의 염을 들 수 있다. 염으로는 알칼리 금속 (나트륨 및 칼륨 등) 염, 알칼리 토금속 (칼슘 및 마그네슘 등) 염, 제 1 ∼ 3 급 아민염, 암모늄염 및 제 4 급 암모늄염 등을 들 수 있다.
술폰산기 함유 수지 (QP13) 에 있어서의, (Bc)/(Bb) 의 주입 모노머 몰비는, 통상 10 ∼ 100/0 ∼ 90, 현상성의 관점에서, 바람직하게는 10 ∼ 80/20 ∼ 90, 더 바람직하게는 25 ∼ 85/15 ∼ 75 이다.
알칼리 가용성 수지 (QP1) 의 HLB 값은, 알칼리 가용성 수지 (QP1) 의 수지 골격에 따라 바람직한 범위가 상이하지만, 바람직하게는 4 ∼ 19, 더 바람직하게는 5 ∼ 18, 특히 바람직하게는 6 ∼ 17 이다.
HLB 값이 4 이상이면 현상을 실시할 때에, 현상성이 더욱 양호하고, 19 이하이면 경화물의 내수성이 더욱 양호하다.
또, 본 발명에 있어서의 HLB 는, 오다법에 의한 HLB 값이고, 친수성-소수성 밸런스값이며, 유기 화합물의 유기성의 값과 무기성의 값의 비율로부터 계산할 수 있다.
HLB ≒ 10 × 무기성/유기성
또한, 무기성의 값 및 유기성의 값은, 문헌 「계면 활성제의 합성과 그 응용」(마키 서점 발행, 오다, 테라무라 저) 의 501 페이지 ; 또는 「신·계면 활성제 입문」(후지모토 타케히코 저, 산요 화성 공업 주식회사 발행) 의 198 페이지에 상세하게 기재되어 있다.
보호기 도입 수지 (QP2) 중의 산해리성 기로는, 예를 들어 치환 메틸기, 1-치환 에틸기, 1-분기 알킬기, 실릴기, 게르밀기, 알콕시카르보닐기, 아실기 및 고리형 산해리성 기 등을 들 수 있다. 이들은 1 종 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 조합하여 사용해도 된다.
치환 메틸기로는, 예를 들어 메톡시메틸기, 메틸티오메틸기, 에톡시메틸기, 에틸티오메틸기, 메톡시에톡시메틸기, 벤질옥시메틸기, 벤질티오메틸기, 페나실기, 브로모페나실기, 메톡시페나실기, 메틸티오페나실기, α-메틸페나실기, 시클로프로필메틸기, 벤질기, 디페닐메틸기, 트리페닐메틸기, 브로모벤질기, 니트로벤질기, 메톡시벤질기, 메틸티오벤질기, 에톡시벤질기, 에틸티오벤질기, 피페로닐기, 메톡시카르보닐메틸기, 에톡시카르보닐메틸기, n-프로폭시카르보닐메틸기, i-프로폭시카르보닐메틸기, n-부톡시카르보닐메틸기, tert-부톡시카르보닐메틸기 등을 들 수 있다.
1-치환 에틸기로는, 예를 들어 1-메톡시에틸기, 1-메틸티오에틸기, 1,1-디메톡시에틸기, 1-에톡시에틸기, 1-에틸티오에틸기, 1,1-디에톡시에틸기, 1-에톡시프로필기, 1-프로폭시에틸기, 1-시클로헥실옥시에틸기, 1-페녹시에틸기, 1-페닐티오에틸기, 1,1-디페녹시에틸기, 1-벤질옥시에틸기, 1-벤질티오에틸기, 1-시클로프로필에틸기, 1-페닐에틸기, 1,1-디페닐에틸기, 1-메톡시카르보닐에틸기, 1-에톡시카르보닐에틸기, 1-n-프로폭시카르보닐에틸기, 1-이소프로폭시카르보닐에틸기, 1-n-부톡시카르보닐에틸기, 1-tert-부톡시카르보닐에틸기 등을 들 수 있다.
1-분기 알킬기로는, 예를 들어 i-프로필기, sec-부틸기, tert-부틸기, 1,1-디메틸프로필기, 1-메틸부틸기, 1,1-디메틸부틸기 등을 들 수 있다.
실릴기로는, 예를 들어 트리메틸실릴기, 에틸디메틸실릴기, 메틸디에틸실릴기, 트리에틸실릴기, i-프로필디메틸실릴기, 메틸디-i-프로필실릴기, 트리-i-프로필실릴기, tert-부틸디메틸실릴기, 메틸디-tert-부틸실릴기, 트리-tert-부틸실릴기, 페닐디메틸실릴기, 메틸디페닐실릴기, 트리페닐실릴기 등의 트리카르빌실릴기를 들 수 있다.
게르밀기로는, 예를 들어 트리메틸게르밀기, 에틸디메틸게르밀기, 메틸디에틸게르밀기, 트리에틸게르밀기, 이소프로필디메틸게르밀기, 메틸디-i-프로필게르밀기, 트리-i-프로필게르밀기, tert-부틸디메틸게르밀기, 메틸디-tert-부틸게르밀기, 트리-tert-부틸게르밀기, 페닐디메틸게르밀기, 메틸디페닐게르밀기, 트리페닐게르밀기 등의 트리카르빌게르밀기를 들 수 있다.
알콕시카르보닐기로는, 예를 들어 메톡시카르보닐기, 에톡시카르보닐기, i-프로폭시카르보닐기, tert-부톡시카르보닐기 등을 들 수 있다.
아실기로는, 예를 들어 아세틸기, 프로피오닐기, 부티릴기, 헵타노일기, 헥사노일기, 발레릴기, 피발로일기, 이소발레릴기, 라우로일기, 미리스토일기, 팔미토일기, 스테아로일기, 옥살릴기, 말로닐기, 숙시닐기, 글루타릴기, 아디포일기, 피메로일기, 수베로일기, 아젤라오일기, 세바코일기, 아크릴로일기, 프로피올로일기, 메타크릴로일기, 크로토노일기, 올레오일기, 말레오일기, 푸마로일기, 메사콘오일기, 캄포로일기, 벤조일기, 프탈로일기, 이소프탈로일기, 테레프탈로일기, 나프토일기, 톨루오일기, 하이드로아트로포일기, 아트로포일기, 신나모일기, 푸로일기, 테노일기, 니코티노일기, 이소니코티노일기, p-톨루엔술포닐기, 메실기 등을 들 수 있다.
고리형 산해리성 기로는, 예를 들어 시클로프로필기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 시클로헥세닐기, 4-메톡시시클로헥실기, 테트라하이드로피라닐기, 테트라하이드로푸라닐기, 테트라하이드로티오피라닐기, 테트라하이드로티오푸라닐기, 3-브로모테트라하이드로피라닐기, 4-메톡시테트라하이드로피라닐기, 4-메톡시테트라하이드로티오피라닐기, 3-테트라하이드로티오펜-1,1-디옥사이드기 등을 들 수 있다.
이들 산해리성 기 중, tert-부틸기, 벤질기, 1-메톡시에틸기, 1-에톡시에틸기, 트리메틸실릴기, tert-부톡시카르보닐기, tert-부톡시카르보닐메틸기, 테트라하이드로피라닐기, 테트라하이드로푸라닐기, 테트라하이드로티오피라닐기 및 테트라하이드로티오푸라닐기 등이 바람직하다.
보호기 도입 수지 (QP2) 에 있어서의 산해리성 기의 도입률 {보호기 도입 수지 (QP2) 중의 보호되어 있지 않은 산성 관능기와 산해리성 기의 합계수에 대한 산해리성 기의 수의 비율} 은, 산해리성 기나 그 기가 도입되는 알칼리 가용성 수지의 종류에 따라 일률적으로는 규정할 수 없지만, 바람직하게는 10 ∼ 100 ％, 더 바람직하게는 15 ∼ 100 ％ 이다.
보호기 도입 수지 (QP2) 의 겔 퍼미에이션 크로마토그래피 (GPC) 로 측정한 폴리스티렌 환산 중량 평균 분자량 (이하, 「Mw」라고 한다.) 은, 바람직하게는 1,000 ∼ 150,000, 더 바람직하게는 3,000 ∼ 100,000 이다.
또한, 보호기 도입 수지 (QP2) 의 Mw 와 겔 퍼미에이션 크로마토그래피 (GPC) 로 측정한 폴리스티렌 환산 수평균 분자량 (이하, 「Mn」이라고 한다.) 의 비 (Mw/Mn) 는, 통상 1 ∼ 10, 바람직하게는 1 ∼ 5 이다.
포토리소그래피용 수지 조성물 (Q) 의 고형분의 중량에 기초하는 비이온계 광산 발생제 (A) 의 함유량은, 0.001 ∼ 20 중량％ 가 바람직하고, 더 바람직하게는 0.01 ∼ 15 중량％, 특히 바람직하게는 0.05 ∼ 7 중량％ 이다.
0.001 중량％ 이상이면 자외선에 대한 감도를 더욱 양호하게 발휘할 수 있고, 20 중량％ 이하이면 알칼리 현상액에 대하여 불용 부분의 물성을 더욱 양호하게 발휘할 수 있다.
본 발명의 포토리소그래피용 수지 조성물 (Q) 를 사용한 레지스트는, 예를 들어 소정의 유기 용제에 용해 (무기 미립자를 포함한 경우에는 용해와 분산) 한 수지 용액을, 스핀 코트, 커튼 코트, 롤 코트, 스프레이 코트, 스크린 인쇄 등 공지된 방법을 사용하여 기판에 도포 후, 가열 또는 열풍 분사에 의해 용제를 건조시킴으로써 형성할 수 있다.
포토리소그래피용 수지 조성물 (Q) 를 용해시키는 유기 용제로는, 수지 조성물을 용해시킬 수 있고, 수지 용액을 스핀 코트 등에 적용할 수 있는 물성 (점도 등) 으로 조정할 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, N-메틸피롤리돈, N,N-디메틸포름아미드, 디메틸술폭사이드, 톨루엔, 에탄올, 시클로헥산온, 메탄올, 메틸에틸케톤, 아세트산에틸, 아세트산부틸, 락트산에틸, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 아세톤 및 자일렌 등의 공지된 용매를 사용할 수 있다.
이들 용매 중, 건조 온도 등의 관점에서, 비점이 200 ℃ 이하인 것 (톨루엔, 에탄올, 시클로헥산온, 메탄올, 메틸에틸케톤, 아세트산에틸, 아세트산부틸, 락트산에틸, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 아세톤 및 자일렌) 이 바람직하고, 단독 또는 2 종류 이상 조합하여 사용할 수도 있다.
유기 용제를 사용하는 경우, 용제의 배합량은, 특별히 한정되지 않지만, 포토리소그래피용 수지 조성물 (Q) 의 고형분의 중량에 기초하여, 통상 30 ∼ 1,000 중량％ 가 바람직하고, 더 바람직하게는 40 ∼ 900 중량％, 특히 바람직하게는 50 ∼ 800 중량％ 이다.
도포 후의 수지 용액의 건조 조건은, 사용하는 용제에 따라 상이하지만 바람직하게는 50 ∼ 200 ℃ 에서 2 ∼ 30 분의 범위에서 실시되고, 건조 후의 포토리소그래피용 수지 조성물 (Q) 의 잔류 용제량 (중량％) 등으로 적절히 결정한다.
기판에 레지스트를 형성한 후, 배선 패턴 형상의 광조사를 실시한다. 그 후, 노광 후 가열 (PEB) 을 실시한 후에, 알칼리 현상을 실시하여, 배선 패턴을 형성한다.
광조사하는 방법으로는, 배선 패턴을 갖는 포토마스크를 통해 활성 광선에 의해, 레지스트의 노광을 실시하는 방법을 들 수 있다. 광조사에 사용하는 활성 광선으로는, 본 발명의 포토리소그래피용 수지 조성물 (Q) 중의 비이온계 광산 발생제 (A) 를 분해시킬 수 있으면 특별히 제한은 없다.
활성 광선으로는, 저압 수은등, 중압 수은등, 고압 수은등, 초고압 수은등, 크세논 램프, 메탈할로겐 램프, 전자선 조사 장치, X 선 조사 장치, 레이저 (아르곤 레이저, 색소 레이저, 질소 레이저, LED, 헬륨카드뮴 레이저 등) 등이 있다. 이들 중, 바람직하게는 고압 수은등 및 초고압 수은등이다.
노광 후 가열 (PEB) 의 온도로는, 통상 40 ∼ 200 ℃ 이고, 바람직하게는 50 ∼ 190 ℃, 더 바람직하게는 60 ∼ 180 ℃ 이다. 40 ℃ 미만에서는 탈보호 반응, 또는 가교 반응이 충분히 되지 않기 때문에, 자외선 조사부와 자외선 미조사부의 용해성에 차가 부족하여 패턴이 형성되지 않고, 200 ℃ 보다 높으면 생산성이 저하하는 문제가 있다.
가열 시간으로는, 통상 0.5 ∼ 120 분이고, 바람직하게는 1 ∼ 90 분, 더 바람직하게는 2 ∼ 90 분이다. 0.5 분 미만에서는 시간과 온도의 제어가 곤란하고, 120 분보다 크면 생산성이 저하하는 문제가 있다.
알칼리 현상하는 방법으로는, 알칼리 현상액을 사용하여 배선 패턴 형상으로 용해 제거하는 방법을 들 수 있다. 알칼리 현상액으로는, 포토리소그래피용 수지 조성물 (Q) 의 자외선 조사부와 자외선 미조사부의 용해성에 차가 생기는 조건이면 특별히 제한은 없다.
알칼리 현상액으로는 수산화나트륨 수용액, 수산화칼륨 수용액, 탄산수소나트륨 수용액 및 테트라메틸암모늄염 수용액 등이 있다.
이들 알칼리 현상액은 수용성 유기 용제를 첨가해도 된다. 수용성 유기 용제로는, 메탄올, 에탄올, 이소프로필알코올, 테트라하이드로푸란, N-메틸피롤리돈 등이 있다.
현상 방법으로는, 알칼리 현상액을 사용한 딥 방식, 샤워 방식, 및 스프레이 방식이 있지만, 스프레이 방식이 바람직하다.
현상액의 온도는, 바람직하게는 25 ∼ 40 ℃ 에서 사용된다. 현상 시간은, 레지스트의 두께에 따라 적절히 결정된다.
실시예
이하, 실시예 및 비교예에 의해 본 발명을 더욱 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다. 이하, 특별히 정하지 않는 한, ％ 는 중량％, 부는 중량부를 나타낸다.
실시예 1
＜비이온계 광산 발생제 (A-1) 의 합성＞
[화학식 9]
Figure 112017036863637-pct00009
N-메틸하이드록실암모늄염산염 8.3 g (0.100 ㏖) 을 메탄올 (50 ㎖) 에 용해시키고, 0 ℃ 에서 교반하면서, 수산화칼륨의 10 ％ 메탄올 용액 60 g 을 적하하여 첨가하였다. 또한, 2-나프토일클로라이드 9.5 g (0.050 ㏖) 을 THF (35 ㎖) 에 용해시킨 것을 첨가하고, 1 시간 교반하였다. 반응액을 실온으로 되돌리고, 추가로 1 시간 교반한 후, 이배퍼레이터로 반응 용액을 증류 제거하였다. 잔류물을 아세트산에틸과 포화 식염수로 추출하고, 유기층을 분리한 후, 이배퍼레이터로 용매를 증류 제거하여, 백색 고체를 회수하였다.
얻어진 고체 2.0 g 과, (＋)-10-캄퍼술포닐클로라이드 3.8 g (0.015 ㏖) 을 클로로포름 (50 ㎖) 에 용해하고, 0 ℃ 에서 교반하면서, 피리딘 3.4 g (0.015 ㏖) 을 적하 투입하였다. 50 ℃ 에서 8 시간 교반 후, 이 반응액을 클로로포름-물로 추출한 후, 유기층을 감압 제거하고 용제를 제거함으로써 갈색 유상물을 얻었다. 또한 메탄올로 재결정을 실시함으로써, 상기 식으로 나타내는 술포네이트 화합물 [비이온계 광산 발생제 (A-1)] 3.0 g (0.007 ㏖) 을 얻었다.
실시예 2
＜비이온계 광산 발생제 (A-2) 의 합성＞
[화학식 10]
Figure 112017036863637-pct00010
5-메톡시-2-나프토산 20.2 g (0.100 ㏖) 을, 염화티오닐 (100 ㎖) 중에 용해하고, 80 ℃ 에서 2 시간 교반하였다. 그 후, 80 ℃ 에서 감압으로 하여 염화티오닐과, 계 중에서 발생한 염산을 증류 제거하여, 5-메톡시-2-나프토일클로라이드 20.0 g (0.090 ㏖) 을 얻었다.
이후의 조작은, 2-나프토일클로라이드 9.5 g (0.050 ㏖) 을 5-메톡시-2-나프토일클로라이드 11.0 g (0.050 ㏖) 으로 변경한 것 이외, 실시예 1 과 동일하게 하여, 상기 식으로 나타내는 술포네이트 화합물 [비이온계 광산 발생제 (A-2)] 를 얻었다.
실시예 3
＜비이온계 광산 발생제 (A-3) 의 합성＞
[화학식 11]
Figure 112017036863637-pct00011
3,5-디하이드록시나프토산 10.3 g (0.100 ㏖) 을 아세톤 (120 ㎖) 에 용해하고, 탄산칼륨 83.6 g (0.605 ㏖), 디메틸황산 28.4 g (0.221 ㏖) 을 첨가하여, 50 ℃ 에서 12 시간 교반하였다. 반응액을 여과하고 고체를 제거한 후, 이배퍼레이터로 용매를 증류 제거한 후, 물 (50 ㎖), 메탄올 (50 ㎖), 수산화칼륨 (10 g) 을 첨가하고, 65 ℃ 에서 3 시간 교반하였다. 염산 100 g 을 첨가하고, 침전한 고체를 회수하여, 3,5-디메톡시-2-나프토산 20.0 g (0.087 ㏖) 을 얻었다.
여기서 얻어진 3,5-디메톡시-2-나프토산 20.0 g (0.087 ㏖) 을, 염화티오닐 (100 ㎖) 중에 용해하고, 80 ℃ 에서 2 시간 교반하였다. 그 후, 80 ℃ 에서 감압으로 하여 염화티오닐과, 계 중에서 발생한 염산을 증류 제거하여, 3,5-디메톡시-2-나프토일클로라이드 20.0 g (0.083 ㏖) 을 얻었다.
이후의 조작은, 2-나프토일클로라이드 9.5 g (0.050 ㏖) 을 3,5-디메톡시-2-나프토일클로라이드 11.8 g (0.050 ㏖) 으로 변경한 것 이외, 실시예 1 과 동일하게 하여, 상기 식으로 나타내는 술포네이트 화합물 [비이온계 광산 발생제 (A-3)] 을 얻었다.
실시예 4
＜비이온계 광산 발생제 (A-4) 의 합성＞
[화학식 12]
Figure 112017036863637-pct00012
3,5-디하이드록시나프토산 10.3 g (0.100 ㏖) 을 아세톤 (120 ㎖) 에 용해하고, 탄산칼륨 83.6 g (0.605 ㏖), 디메틸황산 28.4 g (0.221 ㏖) 을 첨가하고, 50 ℃ 에서 12 시간 교반하였다. 반응액을 여과하고 고체를 제거한 후, 이배퍼레이터로 용매를 증류 제거한 후, 물 (50 ㎖), 메탄올 (50 ㎖), 수산화칼륨 (10 g) 을 첨가하고, 65 ℃ 에서 3 시간 교반하였다. 염산 100 g 을 첨가하고, 침전한 고체를 회수하여, 3,5-디메톡시-2-나프토산 20.0 g (0.087 ㏖) 을 얻었다.
여기서 얻어진 3,5-디메톡시-2-나프토산 20.0 g (0.087 ㏖) 을, 염화티오닐 (100 ㎖) 중에 용해하고, 80 ℃ 에서 2 시간 교반하였다. 그 후, 80 ℃ 에서 감압으로 하고 염화티오닐과, 계 중에서 발생한 염산을 증류 제거하여, 3,5-디메톡시-2-나프토일클로라이드 20.0 g (0.083 ㏖) 을 얻었다.
N-메틸하이드록실암모늄염산염 8.3 g (0.100 ㏖) 을 메탄올 (50 ㎖) 에 용해시키고, 0 ℃ 에서 교반하면서, 수산화칼륨의 10 ％ 메탄올 용액 60 g 을 적하하여 첨가하였다. 또한, 2-나프토일클로라이드 9.5 g (0.050 ㏖) 을 THF (35 ㎖) 에 용해시킨 것을 첨가하여, 1 시간 교반하였다. 반응액을 실온으로 되돌리고, 추가로 1 시간 교반한 후, 이배퍼레이터로 반응 용액을 증류 제거하였다. 잔류물을 아세트산에틸과 포화 식염수로 추출하고, 유기층을 분리한 후, 이배퍼레이터로 용매를 증류 제거하여, 백색 고체를 회수하였다.
얻어진 백색 고체 2.0 g 과, 메탄술폰산클로라이드 1.8 g (0.015 ㏖) 을 클로로포름 (50 ㎖) 에 용해하고, 0 ℃ 에서 교반하면서, 피리딘 3.4 g (0.015 ㏖) 을 적하 투입하였다. 50 ℃ 에서 8 시간 교반 후, 이 반응액을 클로로포름-물로 추출한 후, 유기층을 감압 제거하고 용제를 제거함으로써 갈색 유상물을 얻었다. 또한 메탄올로 재결정을 실시함으로써, 상기 식으로 나타내는 술포네이트 화합물 [비이온계 광산 발생제 (A-4)](0.007 ㏖) 를 얻었다.
실시예 5
＜비이온계 광산 발생제 (A-5) 의 합성＞
[화학식 13]
Figure 112017036863637-pct00013
실시예 4 와 동일하게 처리하여 얻어진 백색 고체 2.0 g 과, 펜타플루오로벤젠술폰산클로라이드 4.1 g (0.015 ㏖) 을 클로로포름 (50 ㎖) 에 용해하고, 0 ℃ 에서 교반하면서, 피리딘 3.4 g (0.015 ㏖) 을 적하 투입하였다. 50 ℃ 에서 8 시간 교반 후, 이 반응액을 클로로포름-물로 추출한 후, 유기층을 감압 제거하고 용제를 제거함으로써 갈색 유상물을 얻었다. 또한 메탄올로 재결정을 실시함으로써, 상기 식으로 나타내는 술포네이트 화합물 [비이온계 광산 발생제 (A-5)](0.007 ㏖) 를 얻었다.
실시예 6
＜비이온계 광산 발생제 (A-6) 의 합성＞
[화학식 14]
Figure 112017036863637-pct00014
티오페놀 14.1 g (0.128 ㏖), 수산화칼륨 7.2 g (0.128 ㏖) 을 N,N-디메틸포름아미드 (340 ㎖) 에 용해시키고, 70 ℃ 에서 1 시간 교반하였다. 거기에 4-요오드벤조산메틸 32 g (0.122 ㏖), 요오드화구리 (I) 1.2 g (0.006 ㏖) 을 첨가하고, 160 ℃ 에서 12 시간 교반하였다. 반응액을 실온으로 되돌린 후, 염산을 첨가하고 침전한 고체를 회수하고, 2-프로판올로 세정함으로써, 4-티오페닐벤조산 24 g (0.104 ㏖) 을 얻었다.
아세틸클로라이드 9.8 g (0.125 ㏖), 염화알루미늄 33.3 g (0.250 ㏖) 을 디클로로메탄 (200 ㎖) 에 용해시키고, 0 ℃ 에서 교반하면서, 4-티오페닐벤조산 24 g (0.104 ㏖) 의 디클로로메탄 용액 (36 ㎖) 을 적하하였다. 실온에서 2 시간 교반한 후, 빙수에 투입하고, 추가로 1 시간 교반하였다. 침전한 고체를 회수하고, 수산화나트륨 수용액과 메탄올로 세정함으로써, 4-티오(4-아세틸페닐)벤조산 24 g (0.087 ㏖) 을 얻었다.
여기서 얻어진 4-티오(4-아세틸페닐)벤조산 24 g (0.087 ㏖) 을, 염화티오닐 (100 ㎖) 중에 용해하고, 80 ℃ 에서 2 시간 교반하였다. 그 후, 80 ℃ 에서 감압으로 하여 염화티오닐과, 계 중에서 발생한 염산을 증류 제거하여, 4-티오(4-아세틸페닐)벤조산클로라이드 23 g (0.083 ㏖) 을 얻었다.
이후의 조작은, 2-나프토일클로라이드 9.5 g (0.050 ㏖) 을 4-티오(4-아세틸페닐)벤조산클로라이드 14.3 g (0.050 ㏖) 으로 변경한 것 이외, 실시예 1 과 동일하게 하여, 상기 식으로 나타내는 술포네이트 화합물 [비이온계 광산 발생제 (A-6)] 을 얻었다.
실시예 7
＜비이온계 광산 발생제 (A-7) 의 합성＞
[화학식 15]
Figure 112017036863637-pct00015
2-하이드록시-4-메톡시벤즈알데하이드 19.0 g (0.125 ㏖) 을 물에 투입하고, 교반하면서, 멜드럼산 23.4 g (0.162 ㏖) 을 첨가하였다. 환류하면서 100 ℃ 에서 2 시간 교반한 후, 실온으로 되돌리고, 고체를 회수하였다. 이것을 물과 메탄올의 혼합 용매로 세정함으로써, 7-메톡시-3-쿠마르산 19.2 g (0.087 ㏖) 을 얻었다.
7-메톡시-3-쿠마르산 19.2 g (0.087 ㏖) 을, 염화티오닐 (100 ㎖) 중에 용해하고, 80 ℃ 에서 2 시간 교반하였다. 그 후, 80 ℃ 에서 감압으로 하여 염화티오닐과, 계 중에서 발생한 염산을 증류 제거하여, 7-메톡시-3-쿠마르산클로라이드 19.9 g (0.083 ㏖) 을 얻었다.
이후의 조작은, 2-나프토일클로라이드 9.5 g (0.050 ㏖) 을 7-메톡시-3-쿠마르산클로라이드 12.0 g (0.050 ㏖) 으로 변경한 것 이외, 실시예 1 과 마찬가지로 하여, 상기 식으로 나타내는 술포네이트 화합물 [비이온계 광산 발생제 (A-7)] 을 얻었다.
실시예 8
＜비이온계 광산 발생제 (A-8) 의 합성＞
[화학식 16]
Figure 112017036863637-pct00016
9-안트라센카르복실산 19.5 g (0.087 ㏖) 을, 염화티오닐 (100 ㎖) 중에 용해하고, 80 ℃ 에서 2 시간 교반하였다. 그 후, 80 ℃ 에서 감압으로 하여 염화티오닐과, 계 중에서 발생한 염산을 증류 제거하여, 9-안트라센카르복실산클로라이드 20.0 g (0.083 ㏖) 을 얻었다.
이후의 조작은, 2-나프토일클로라이드 9.5 g (0.050 ㏖) 을 9-안트라센카르복실산클로라이드 12.0 g (0.050 ㏖) 으로 변경한 것 이외, 실시예 1 과 동일하게 하여, 상기 식으로 나타내는 술포네이트 화합물 [비이온계 광산 발생제 (A-8)] 을 얻었다.
비교예 1
＜비이온계 광산 발생제 (A'-1) 의 합성＞
[화학식 17]
Figure 112017036863637-pct00017
나프탈산 무수물 (3.0 g, 0.050 m㏖), 염산하이드록실아민 4.9 g (0.070 ㏖), 피리딘 (50 ㎖) 의 혼합물을, 100 ℃ 에서 10 시간 교반하였다. 실온 냉각 후에 1 N 염산 중에 반응액을 투입하고, 석출물을 여과에 의해 회수하였다.
얻어진 석출물 3.0 g 을 피리딘 (20 ㎖) 에 용해하고, 0 ℃ 에서 교반하면서, (＋)-10-캄퍼술포닐클로라이드 37.5 g (0.150 m㏖) 을 적하 투입하였다. 25 ℃ 에서 8 시간 교반 후, 이 반응액을 디클로로메탄-물로 추출한 후, 유기층을 감압 제거하고 용제를 제거함으로써 등색 유상물을 얻었다. 또한 메탄올로 재결정을 실시함으로써, 상기 식으로 나타내는 화합물 [비이온계 광산 발생제 (A'-1)](4.3 g, 0.010 ㏖) 을 얻었다.
비교예 2
＜이온계 광산 발생제 (A'-2) 의 합성＞
[화학식 18]
Figure 112017036863637-pct00018
디페닐술폭사이드 12.1 부, 디페닐술파이드 9.3 부 및 (＋)-10-캄퍼술폰산 67.0 부를 교반하면서, 이것에 무수 아세트산 7.9 부를 적하하고, 40 ∼ 50 ℃ 에서 5 시간 반응시킨 후, 25 ℃ 까지 냉각하고, 이 반응 용액을 물 121 부 중에 투입하고, 50 ℃ 에서 8 시간 교반하여, 황색의 약간 점조인 유상물이 석출되었다. 이 유상물을 아세트산에틸로 추출하고, 유기층을 물로 수회 세정한 후, 유기층으로부터 용제를 증류 제거하고, 얻어진 잔류물에 톨루엔을 첨가하여 용해한 후, 헥산을 첨가하고, 10 ℃ 에서 1 시간 잘 교반한 후 가만히 정지시켰다. 1 시간 후, 용액은 2 층으로 분리되었기 때문에, 상층을 분액에 의해 제거하였다. 남은 하층에 헥산을 첨가하고, 25 ℃ 에서 잘 혼합하면 담황색의 결정이 석출되었다. 이것을 여과 분리하고, 감압 건조시켜, 상기 식으로 나타내는 화합물 [이온계 광산 발생제 (A'-2)] 를 얻었다.
＜성능 평가＞
광산 발생제의 성능 평가로서, 얻어진 비이온계 광산 발생제 (A-1) ∼ (A-8), 및 비이온계 광산 발생제 (A'-1) 및 이온계 광산 발생제 (A'-2) 의 몰 흡광 계수, 레지스트 경화성, 열분해 온도, 및 용제 용해성에 대해 이하의 방법으로 평가하였다.
＜몰 흡광 계수＞
합성한 광산 발생제를 아세토니트릴에 의해 0.25 m㏖/ℓ 로 희석하고, 자외 가시 분광 광도계 (시마즈 제작소사 제조, UV-2550) 를 이용하여, 200 ㎚ 내지 500 ㎚ 의 범위에서 1 ㎝ 의 셀 길이의 흡광도를 측정하였다. 하기 식으로부터, i 선 (365 ㎚) 의 몰 흡광 계수 (ε365) 를 산출하였다.
ε365 (L·㏖-1·㎝-1) = A365/(0.00025 ㏖/ℓ × 1 ㎝)
[식 중, A365 는 365 ㎚ 의 흡광도를 나타낸다.]
<레지스트 경화성>
페놀 수지 (DIC 사 제조, 「페노라이트 TD431」) 75 부, 멜라민 경화제 (미츠이 사이아나미드 (주) 사 제조, 「사이멜 300」) 25 부, 합성한 광산 발생제 1 부, 및 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 (이하, PGMEA 로 약기한다.) 200 부의 수지 용액을, 10 ㎝ 각의 유리 기판 상에 스핀코터를 사용하여 1000 rpm 으로 10 초의 조건으로 도포하였다. 이어서 25 ℃ 에서 5 분간 진공 건조시킨 후, 80 ℃ 의 핫플레이트 상에서 3 분간 건조시킴으로써, 막두께 약 3 ㎛ 의 레지스트를 형성하였다. 이 레지스트에 자외선 조사 장치 (주식회사 오크 제작소사 제조, HMW-661F-01) 를 사용하여, L-34 (주식회사 켄코 광학 제조, 340 ㎚ 미만의 광을 컷하는 필터) 필터에 의해서 파장을 한정한 자외광을 소정량 전체면에 노광하였다. 또 적산 노광량은 365 ㎚ 의 파장을 측정하였다. 이어서, 120 ℃ 의 순풍 건조기로 10 분간 노광 후 가열 (PEB) 을 실시한 후, 0.5 ％ 수산화칼륨 용액을 사용하여 30 초간 침지함으로써 현상하고, 바로 수세, 건조를 실시하였다. 이 레지스트의 막두께를 형상 측정 현미경 (초심도 형상 측정 현미경 VK-8550, 주식회사 키엔스 제조) 을 사용하여 측정하였다. 여기서 현상 전후의 레지스트의 막두께 변화가 10 ％ 이내가 되는 최저 노광량으로부터, 레지스트 경화성을 이하의 기준에 의해 평가하였다.
◎ : 최저 노광량이 200 mJ/㎠ 이하
○ : 최저 노광량이 200 mJ/㎠ 보다 크고, 300 mJ/㎠ 이하
△ : 최저 노광량이 300 mJ/㎠ 보다 크고, 500 mJ/㎠ 이하
× : 최저 노광량이 500 mJ/㎠ 보다 크다
＜열분해 온도＞
합성한 광산 발생제를 시차열·열중량 동시 측정 장치 (SII 사 제조, TG/DTA6200) 를 사용하여, 질소 분위기하, 30 ℃ 부터 500 ℃ 까지 10 ℃/분의 승온 조건으로 중량 변화를 측정하고, 2 ％ 중량이 감소한 점을 열분해 온도로 하였다.
<용제 용해성>
합성한 광산 발생제를 0.1 g 시험관에 취하고, 25 ℃ 온도 조정하에서 유기 용제 (아세트산부틸, 톨루엔, 및 PGMEA) 0.2 g 씩 첨가하고, 광산 발생제가 완전히 용해될 때까지 첨가하였다. 또 20 g 첨가해도 완전히 용해되지 않는 경우에는, 용해되지 않는 것으로 평가하였다.
실시예에서 제조한 본 발명의 비이온계 광산 발생제 (A-1) ∼ (A-8) 및 비교예 1 에서 제조한 비교를 위한 비이온계 광산 발생제 (A'-1) 과 비교예 2 에서 제조한 비교를 위한 이온계 광산 발생제 (A'-2) 의, 몰 흡광 계수, 열분해 온도, 및 용제 용해성을 전술한 방법으로 측정하였다. 그 결과를 표 1 에 나타낸다.
Figure 112017036863637-pct00019
표 1 로부터 분명한 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 ∼ 8 의 비이온계 광산 발생제 (A) 는, 레지스트 경화성, 용제에 대한 용해성이 우수하고, 열분해 온도도 200 ℃ 이상이며, 충분한 안정성을 가지고 있는 것을 알 수 있다.
한편, 종래부터 알려져 있는 비이온계 광산 발생제를 사용한 비교예 1 및 이온계의 광산 발생제를 사용한 비교예 2 는, 레지스트 경화성은 충분하다고는 할 수 없고, 또 용제에 대한 용해성도 부족한 것을 알 수 있다.
산업상 이용가능성
본 발명의 술포네이트 화합물은, 포지티브형 레지스트, 레지스트 필름, 액상 레지스트, 네거티브형 레지스트, MEMS 용 레지스트, 감광성 재료, 나노 임프린트 재료, 마이크로 광 조형용 재료 등에 사용되는 광산 발생제로서 바람직하다. 또, 본 발명의 포토리소그래피용 수지 조성물 (Q) 는, 상기 용도에 바람직하다.

Claims (6)

  1. 일반식 (1) 로 나타내는 것을 특징으로 하는 술포네이트 화합물.
    [화학식 1]
    Figure 112021122880413-pct00020

    [식 (1) 중, R1 은 나프틸기, 안트라세닐기, 또는 쿠마리닐기를 나타낸다. R1 은 알콕시기, 아릴티오기, 알킬티오기, 알콕시카르보닐기 또는 아릴옥시카르보닐기인 치환기를 갖는다. 안트라세닐기의 경우에는 무치환이어도 된다. R2 는 수소 원자, 탄소수 1 ∼ 18 의 알킬기, 탄소수 2 ∼ 18 의 알케닐기, 탄소수 2 ∼ 18 의 알키닐기, 또는 탄소수 6 ∼ 18 의 아릴기를 나타낸다. R3 은 탄소수 1 ∼ 18 의 탄화수소기 (수소의 일부 또는 전부가 불소로 치환되어 있어도 된다) 를 나타낸다.]
  2. 제 1 항에 있어서,
    일반식 (1) 에 있어서, R2 가, 수소 원자 또는 탄소수 1 ∼ 18 의 알킬기인 술포네이트 화합물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    일반식 (1) 에 있어서, R3 이, 탄소수 1 ∼ 18 의 직사슬 알킬기, 탄소수 1 ∼ 18 의 분기 사슬 알킬기, 탄소수 3 ∼ 18 의 시클로알킬기, 탄소수 6 ∼ 10 의 아릴기 또는 탄소수 4 ∼ 20 의 복소 고리형 탄화수소기인 술포네이트 화합물.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 술포네이트 화합물을 함유하는 비이온계 광산 발생제 (A).
  5. 제 4 항에 기재된 비이온계 광산 발생제 (A) 를 포함하는 포토리소그래피용 수지 조성물 (Q).
  6. 삭제
KR1020177010317A 2014-11-07 2015-10-13 술포네이트 화합물, 광산 발생제 및 포토리소그래피용 수지 조성물 KR102354196B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2014-226935 2014-11-07
JP2014226935 2014-11-07
PCT/JP2015/005178 WO2016072049A1 (ja) 2014-11-07 2015-10-13 スルホネート化合物、光酸発生剤及びフォトリソグラフィー用樹脂組成物

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170080574A KR20170080574A (ko) 2017-07-10
KR102354196B1 true KR102354196B1 (ko) 2022-01-20

Family

ID=55908797

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020177010317A KR102354196B1 (ko) 2014-11-07 2015-10-13 술포네이트 화합물, 광산 발생제 및 포토리소그래피용 수지 조성물

Country Status (7)

Country Link
US (1) US10450266B2 (ko)
EP (1) EP3216783B1 (ko)
JP (1) JP6622210B2 (ko)
KR (1) KR102354196B1 (ko)
CN (1) CN106795107B (ko)
TW (1) TWI698419B (ko)
WO (1) WO2016072049A1 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107501235B (zh) * 2017-08-21 2020-04-10 中山大学 一种磺酸酯基硫杂蒽酮类光产酸剂及其制备方法
CN115368341B (zh) * 2021-05-20 2024-01-26 常州强力先端电子材料有限公司 肟磺酸酯化合物、含其的抗蚀剂组合物、电子器件及应用
JP2023014435A (ja) * 2022-04-11 2023-01-30 サンアプロ株式会社 化合物、前記化合物を含む酸発生剤、フォトレジスト、及び前記フォトレジストを使用した電子デバイスの製造方法
JP2023007395A (ja) * 2022-04-18 2023-01-18 サンアプロ株式会社 化合物、前記化合物を含む酸発生剤、フォトレジスト、及び前記フォトレジストを使用した電子デバイスの製造方法

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1027984A (en) * 1910-05-04 1912-05-28 Ira S Brown Electric writing-machine.
US1027168A (en) * 1911-12-19 1912-05-21 Julia H Bartlett Paper bag.
US1243852A (en) * 1916-04-06 1917-10-23 David Lucifer Martyn Multitime separator and distributer.
GB1516512A (en) 1974-05-02 1978-07-05 Gen Electric Chalcogenium salts
US4371605A (en) * 1980-12-09 1983-02-01 E. I. Du Pont De Nemours And Company Photopolymerizable compositions containing N-hydroxyamide and N-hydroxyimide sulfonates
JPH01293339A (ja) * 1988-05-23 1989-11-27 Tosoh Corp フォトレジスト組成物
JP2547626B2 (ja) * 1988-10-07 1996-10-23 富士写真フイルム株式会社 モノマーの製造方法
JP2547627B2 (ja) * 1988-10-07 1996-10-23 富士写真フイルム株式会社 ポジ型感光性組成物
JP3024621B2 (ja) 1990-01-30 2000-03-21 和光純薬工業株式会社 レジスト材料用酸発生剤
DE69222637T2 (de) 1991-05-10 1998-02-26 Rhone Poulenc Rorer Int Bis mono- und bicyclische aryl- und heteroarylderivate mit inhibierender wirkung auf die egf und/oder pdgf-rezeptor tyrosinkinase
DE59309494D1 (de) 1992-05-22 1999-05-12 Ciba Geigy Ag Hochauflösender I-Linien Photoresist mit höherer Empfindlichkeit
JP3285618B2 (ja) 1992-08-25 2002-05-27 宮崎沖電気株式会社 半導体記憶装置の製造方法
JPH09118663A (ja) 1995-08-22 1997-05-06 Nippon Soda Co Ltd 新規スルホニウム塩化合物、重合開始剤、該化合物を含有する硬化性組成物および硬化方法
JPH09185160A (ja) 1995-12-28 1997-07-15 Fuji Photo Film Co Ltd ネガ型画像記録材料
JPH09239945A (ja) 1996-03-11 1997-09-16 Fuji Photo Film Co Ltd ネガ型画像記録材料
JP3636827B2 (ja) 1996-07-01 2005-04-06 富士写真フイルム株式会社 ネガ型画像記録材料
JPH1080994A (ja) 1996-07-17 1998-03-31 Fuji Photo Film Co Ltd ネガ型画像記録材料
JPH10142777A (ja) 1996-11-11 1998-05-29 Fuji Photo Film Co Ltd 遠紫外線露光用感光性樹脂組成物
JPH10228109A (ja) * 1997-02-14 1998-08-25 Fuji Photo Film Co Ltd ネガ型画像記録材料
JP3844851B2 (ja) 1997-07-15 2006-11-15 富士写真フイルム株式会社 ネガ型画像記録材料
JP2007031351A (ja) 2005-07-27 2007-02-08 Toyobo Co Ltd シラン誘導体および有機薄膜形成体
JP6171614B2 (ja) * 2013-06-21 2017-08-02 株式会社リコー 記憶媒体制御装置、ディスク型記憶装置及び記憶媒体の制御方法
TWI696891B (zh) * 2015-12-09 2020-06-21 日商住友化學股份有限公司 光阻組成物及光阻圖案之製造方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Journal of Organic Chemistry, Vol.59, pp.3530-3539, 1994*
Tetrahedron Letters, Vol.35, No.20, pp.3231-3234, 1994*

Also Published As

Publication number Publication date
EP3216783B1 (en) 2021-06-09
JPWO2016072049A1 (ja) 2017-08-10
JP6622210B2 (ja) 2019-12-18
TW201617312A (zh) 2016-05-16
US10450266B2 (en) 2019-10-22
EP3216783A4 (en) 2018-05-02
CN106795107B (zh) 2021-05-28
US20170233336A1 (en) 2017-08-17
KR20170080574A (ko) 2017-07-10
EP3216783A1 (en) 2017-09-13
WO2016072049A1 (ja) 2016-05-12
CN106795107A (zh) 2017-05-31
TWI698419B (zh) 2020-07-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2015001804A1 (ja) 光酸発生剤及びフォトリソグラフィー用樹脂組成物
WO2014061063A1 (ja) 光酸発生剤及びフォトリソグラフィー用樹脂組成物
JP5715892B2 (ja) 光酸発生剤及びフォトリソグラフィー用樹脂組成物
KR102354196B1 (ko) 술포네이트 화합물, 광산 발생제 및 포토리소그래피용 수지 조성물
TWI788602B (zh) 光酸產生劑及光微影用樹脂組成物
TWI704136B (zh) 非離子系光酸產生劑及光微影用樹脂組成物
KR102438543B1 (ko) 광산 발생제 및 포토리소그래피용 수지 조성물
WO2021029158A1 (ja) スルホンアミド化合物、非イオン系光酸発生剤、およびフォトリソグラフィー用樹脂組成物
JP6747990B2 (ja) 光酸発生剤及びフォトリソグラフィー用樹脂組成物
JP6205285B2 (ja) 光酸発生剤及びフォトリソグラフィー用樹脂組成物
JP2015152669A (ja) 光酸発生剤及びフォトリソグラフィー用樹脂組成物
JP6723914B2 (ja) 光酸発生剤及びフォトリソグラフィー用樹脂組成物
WO2022030107A1 (ja) 非イオン系光酸発生剤、及びフォトリソグラフィー用樹脂組成物
JPWO2015146053A1 (ja) イミドスルホネート化合物、光酸発生剤及びフォトリソグラフィー用樹脂組成物
JP6059953B2 (ja) 光酸発生剤及びフォトリソグラフィー用樹脂組成物

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant