JP4579811B2 - レジスト材料及びこれを用いたパターン形成方法 - Google Patents

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Description

本発明は、(1)酸発生剤としてポリマー型のスルホニウム塩、(2)およびこれを含有して高エネルギー線、好ましくは波長300nmあるいは200nm以下の、特にArFエキシマレーザー、F2エキシマレーザー、EUV、X線、EB用のレジスト材料、及び(3)このレジスト材料を用いたパターン形成方法に関する。
近年、LSIの高集積化と高速度化に伴い、パターンルールの微細化が求められているなか、次世代の微細加工技術として遠紫外線リソグラフィー及び真空紫外線リソグラフィーが有望視されている。中でもArFエキシマレーザー光を光源としたフォトリソグラフィーは、0.13μm以下の超微細加工に不可欠な技術である。
ArFエキシマレーザー光を光源としたフォトリソグラフィーでは、精密かつ高価な光学系材料の劣化を防ぐために、少ない露光量で十分な解像性を発揮できる、感度の高いレジスト材料が求められている。このような高感度レジスト材料を実現する方策としては、その各組成物として波長193nmにおいて高透明なものを選択するのが最も一般的である。例えばベース樹脂については、ポリアクリル酸及びその誘導体、ノルボルネン−無水マレイン酸交互重合体、ポリノルボルネン及びメタセシス開環重合体等が提案されており、樹脂単体の透明性を上げるという点ではある程度の成果を得ている。
ArFリソグラフィーは、130nmノードのデバイス製作から部分的に使われ初め、90nmノードデバイスからはメインのリソグラフィー技術となった。次の45nmノードのリソグラフィー技術として、当初Fレーザーを用いた157nmリソグラフィーが有望視されたが、投影レンズに用いられるCaF単結晶の品質、ハードペリクルを使用しなければならないことによる光学系の設計変更、レジストのエッチング耐性低下などの諸問題による開発遅延が指摘されたため、ArF液浸リソグラフィーが急浮上してきた(例えば、非特許文献1参照)。
パターンの像を基板上に投影する投影レンズの解像度は、その開口数(NA)が大きくなるほど高くなる。上記液浸リソグラフィーでは、投影レンズとウェーハの間に空気より屈折率の高い液体を挿入することによって、投影レンズのNAを1.0以上に設計でき、高解像度を達成することができる。液体としては屈折率1.4366の水が検討されている。
しかし、液浸露光によって現像後のレジストパターンが崩壊したり、T−top形状になるという問題が生じた。そのため、液浸リソグラフィーにおいて、良好な現像後のレジストパターンを得られるパターン形成方法が求められている。
Journal of photopolymer Science and Technology Vol.17,No.4,p587(2004)
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、レジスト材料であって、高エネルギー線、特にはArFエキシマレーザー、F2エキシマレーザー、EUV、X線、EB等に対して高感度、高解像でラインエッジラフネスが小さく、水への溶解がないため液浸リソグラフィーに好適なポリマー型の酸発生剤を含有する高解像性レジスト材料、及び該レジスト材料を用いたパターン形成方法を提供することを目的とする。
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、少なくとも、重合性不飽和結合を有するスルホニウム塩、ラクトンまたはヒドロキシ基を密着性基として有する(メタ)アクリレート、酸不安定基で置換されたエステルを有する(メタ)アクリレートを共重合したものである高分子化合物を含むことを特徴とするレジスト材料を提供する。
この場合、前記重合性不飽和結合を有するスルホニウム塩を重合したものである繰り返し単位が下記一般式(1)で表されることが好ましい。
Figure 0004579811
(式中、Rは水素原子、メチル基、Rはフェニレン基、−O−R−、−C(=O)−X−R−、−C(=O)−O−C−O−Y−、−C(=O)−O−Z−C(=O)−CH−、−Z−C(=O)−CH−、−C(=O)−O−Z−CH−、−C(=O)−O−CH−C(=O)−O−Z−、−C(=O)−O−C−C(=O)−O−Z−のいずれかである。Xは酸素原子またはNH、Rは炭素数1〜6の直鎖状、分岐状、環状のアルキレン基、フェニレン基であり、カルボニル基、エステル基又はエーテル基を含んでいてもよい。Yはフェニレン基、ナフチレン基、アントリレン基のいずれかである。Zはフェニレン基である。R、Rは同一又は異種の炭素数1〜12の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基であり、カルボニル基、エステル基又はエーテル基を含んでいてもよく、又は炭素数6〜12のアリール基又は炭素数7〜20のアラルキル基、チオフェニル基を表す。また、R、Rは結合して環を形成してもよい。Rは一部又は全ての水素原子がフッ素原子で置換された、炭素数4〜20の直鎖状、分岐状、環状、あるいは環を含むアルキル基、アルケニル基であり、ベンゼン環、エーテル基を1以上有していてもよい、または一部又は全ての水素原子がフッ素原子で置換された炭素数4〜20のアリール基である。)
このような本発明に係る高分子化合物を含むレジスト材料は、高エネルギー線、特にはArFエキシマレーザー、F2エキシマレーザー、EUV、X線、EB等に対して高感度、高解像でラインエッジラフネスが小さく、水への溶解がなく、十分な熱安定性、保存安定性を有するポリマー型の酸発生剤を含むものである。さらに、密着性基としてラクトンまたはヒドロキシ基を有する(メタ)アクリレートを共重合したことにより良好な基板密着性を有する。さらに、酸不安定基で置換されたエステルを有する(メタ)アクリレートを共重合したことにより、露光時にポリマー型の酸発生剤から発生した酸が酸脱離基を脱離させる系を利用して、高精度のパターンを形成することができる。従って、高エネルギー線を用いた超LSI製造用等の微細パターン形成材料として好適であり、中でもArF液浸リソグラフィーに用いるレジスト材料として特に好適に用いられる。
この場合、本発明のレジスト材料を、化学増幅ポジ型レジスト材料とするのが好ましい。
このように、前記高分子化合物を含むレジスト材料は、ポリマー型の酸発生剤を有し、これが露光時に発生する酸により酸脱離基を脱離させて、レジスト露光部を現像液に溶解させるように変換することにより、極めて高精度なパターンを得られる化学増幅ポジ型レジスト材料とすることができる。
この場合、本発明のレジスト材料では、さらに、有機溶剤、塩基性化合物、溶解阻止剤のいずれか1つ以上を含有することができる。
このように、さらに有機溶剤を配合することによって、例えば、レジスト材料の基板等への塗布性を向上させることができるし、塩基性化合物を配合することによって、レジスト膜中での酸の拡散速度を抑制し、解像度を一層向上させることができるし、溶解阻止剤を配合することによって、露光部と未露光部との溶解速度の差を一層大きくすることができ、解像度を一層向上させることができる。
このような本発明のレジスト材料は、少なくとも、該レジスト材料を基板上に塗布する工程と、加熱処理後、高エネルギー線で露光する工程と、現像液を用いて現像する工程とを行うことによって、半導体基板やマスク基板等にパターンを形成する方法として用いることができる。
もちろん、露光後加熱処理を加えた後に現像してもよいし、エッチング工程、レジスト除去工程、洗浄工程等その他の各種の工程が行われてもよいことは言うまでもない。
この場合、高エネルギー線で露光する工程において、波長193nmのArFエキシマレーザーを光源に用い、前記レジスト材料を塗布した基板と投影レンズの間に液体を挿入し、該液体を介して前記基板を露光する液浸露光を行うことができる。

本発明のレジスト材料は、ArFエキシマレーザー光に対して高感度、高解像でラインエッジラフネスが小さく、水への溶解がなく、十分な熱安定性、保存安定性を有するポリマー型の酸発生剤を有する。従って、ArF液浸リソグラフィーにおいてパターン形成材料として用いれば、パターン形状の劣化もなく高精度なレジストパターンを得られる。
以上説明したように、本発明によれば、レジスト材料であって、高エネルギー線、特にはArFエキシマレーザー、F2エキシマレーザー、EUV、X線、EB等に対して高感度であり、解像性に優れ、孤立パターンと密集パターンの寸法差が小さく、ラインエッジラフネスも小さく、また、発生酸の水への溶解性が全くないために水中露光(液浸露光)によってもパターン形状の変化がほとんどない、精密な微細加工に極めて有効なレジスト材料を得ることができる。
以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
近年、LSIの高集積化と高速度化に伴い、パターンルールの微細化が求められているなか、次世代の微細加工技術として遠紫外線リソグラフィー及び真空紫外線リソグラフィーが有望視されている。中でもArFエキシマレーザー光を光源としたフォトリソグラフィーは、0.13μm以下の超微細加工に不可欠な技術である。
このArFエキシマレーザー光を光源としたフォトリソグラフィーの中でも、ArF液浸リソグラフィーが注目されている。液浸リソグラフィーは、投影光学系と基板との間に液体を満たして露光を行うことで高解像度を達成する。しかし、この液浸露光によって現像後のレジストパターンが崩壊したり、T−top形状になる問題が生じていた。
そこで、液浸水の分析したところ、酸発生剤や酸発生剤の光分解によって生じたアニオンが水に溶解していることが確かめられた。これに対して、酸発生剤や酸発生剤の光分解によって生じたアニオンの水への溶出を防ぐためにレジスト保護膜を適用することが提案されている。現像可能なレジスト保護膜の開発によって保護膜プロセスが現実的になってきたが、保護膜を付けるためのプロセスステップ増加を嫌うデバイスメーカーもあり、保護膜を使わないためのレジストからの改良が求められている。そのために水に溶解しない酸発生剤、アニオン種の開発が望まれていた。
また、EBやEUVリソグラフィーにおいては、高感度で高解像なレジストが望まれている。高感度レジストには、酸発生効率の高い酸発生剤を大量に添加することが効果的であるが、モノマー成分の酸発生剤の大量添加は膜の剛直性が低下するために酸拡散距離が増大して解像性が低下する問題が生じる。このため、高感度レジストに添加しても解像性を低下させない酸発生剤が求められていた。
ここで、Mat.Res.Soc.Symp.Proc.Vol.636,D6.5.1(2001)においてメタクリルペンダントスルホニウム塩を共重合したシリコーン含有バイレイヤーレジストが提案されている。
また、特開平4−230645号、特開2005−084365号には重合性のオニウム塩が提案されている。
そこで、本発明者はこのような知見をもとに上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、重合性不飽和結合を有するスルホニウム塩を重合してなる酸発生剤、特に下記一般式(1)で示されるスルホニウム塩を重合して得られる繰り返し単位を有する高分子化合物がArFエキシマレーザー光に対して高感度であり、かつ水への溶解性が全くないためArF液浸露光に対応でき、十分な熱安定性と保存安定性を有していること、このものを配合したレジスト材料が高解像性を有し、かつラインエッジラフネスと疎密依存性を改善することができ、精密な微細加工に極めて有効であることを知見し、本発明をなすに至った。
すなわち、本発明に係るレジスト材料は、少なくとも、重合性不飽和結合を有するスルホニウム塩、ラクトンまたはヒドロキシ基を密着性基として有する(メタ)アクリレート、酸不安定基で置換されたエステルを有する(メタ)アクリレートを共重合したものである高分子化合物を含むことを特徴とするレジスト材料である。
そしてこの場合、前記重合性不飽和結合を有するスルホニウム塩を重合したものである繰り返し単位が下記一般式(1)で表されるのが好ましい。
Figure 0004579811
(式中、Rは水素原子、メチル基、Rはフェニレン基、−O−R−、−C(=O)−X−R−、−C(=O)−O−C−O−Y−、−C(=O)−O−Z−C(=O)−CH−、−Z−C(=O)−CH−、−C(=O)−O−Z−CH−、−C(=O)−O−CH−C(=O)−O−Z−、−C(=O)−O−C−C(=O)−O−Z−のいずれかである。Xは酸素原子またはNH、Rは炭素数1〜6の直鎖状、分岐状、環状のアルキレン基、フェニレン基であり、カルボニル基、エステル基又はエーテル基を含んでいてもよい。Yはフェニレン基、ナフチレン基、アントリレン基のいずれかである。Zはフェニレン基である。R、Rは同一又は異種の炭素数1〜12の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基であり、カルボニル基、エステル基又はエーテル基を含んでいてもよく、又は炭素数6〜12のアリール基又は炭素数7〜20のアラルキル基、チオフェニル基を表す。また、R、Rは結合して環を形成してもよい。Rは一部又は全ての水素原子がフッ素原子で置換された、炭素数4〜20の直鎖状、分岐状、環状、あるいは環を含むアルキル基、アルケニル基であり、ベンゼン環、エーテル基を1以上有していてもよい、または一部又は全ての水素原子がフッ素原子で置換された炭素数4〜20のアリール基である。)
このような、重合性不飽和結合を有するスルホニウム塩、ラクトンまたはヒドロキシ基を密着性基として有する(メタ)アクリレート、酸不安定基で置換されたエステルを有する(メタ)アクリレートを共重合したものである高分子化合物、特には、前記重合性不飽和結合を有するスルホニウム塩を重合して得られる繰り返し単位として上記一般式(1)で示される繰り返し単位を有する高分子化合物は、特に波長300nmあるいは200nm以下の高エネルギー線、特にはArFエキシマレーザー、F2エキシマレーザー、EUV、X線、EB等に対して高感度であり、かつこのようなポリマー型の酸発生剤は水への溶解性が全くないため液浸露光(特にArFエキシマレーザー光を用いた液浸露光)に対応でき、十分な熱安定性と保存安定性を有している。
そしてこのような、スルホニウム塩共重合体を配合したレジスト材料は、高解像性を有し、ラインエッジラフネスと疎密依存性を改善することができ、精密な微細加工に極めて有効である。
すなわち、このようなポリマー型の酸発生剤を有するレジスト材料であれば、酸発生剤のアニオンが液浸水に溶解することがないため、現像後のレジストパターンが崩壊したり、T−top形状になる恐れもなく、液浸リソグラフィー、特にArF液浸リソグラフィーに好適に用いて、高精度のパターンを得ることができる。
また、EBやEUVリソグラフィーにおける高感度レジストに添加しても、解像性の低下を効率的に抑えることができ、このため高精度のパターンを得ることができる。
以上のような本発明に係る高分子化合物を得るために必要な重合性2重結合を有するスルホニウム塩としては、下記一般式(2)で示されるスルホニウム塩が例示される。
Figure 0004579811
(式中、Rは水素原子、メチル基、Rはフェニレン基、−O−R−、−C(=O)−X−R−、−C(=O)−O−C−O−Y−、−C(=O)−O−Z−C(=O)−CH−、−Z−C(=O)−CH−、−C(=O)−O−Z−CH−、−C(=O)−O−CH−C(=O)−O−Z−、−C(=O)−O−C−C(=O)−O−Z−のいずれかである。Xは酸素原子またはNH、Rは炭素数1〜6の直鎖状、分岐状、環状のアルキレン基、フェニレン基であり、カルボニル基、エステル基又はエーテル基を含んでいてもよい。Yはフェニレン基、ナフチレン基、アントリレン基のいずれかである。Zはフェニレン基である。R、Rは同一又は異種の炭素数1〜12の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基であり、カルボニル基、エステル基又はエーテル基を含んでいてもよく、又は炭素数6〜12のアリール基又は炭素数7〜20のアラルキル基、チオフェニル基を表す。また、R、Rは結合して環を形成してもよい。Rは一部又は全ての水素原子がフッ素原子で置換された、炭素数4〜20の直鎖状、分岐状、環状、あるいは環を含むアルキル基、アルケニル基であり、ベンゼン環、エーテル基を1以上有していてもよい、または一部又は全ての水素原子がフッ素原子で置換された炭素数4〜20のアリール基である。)
、Rは同一又は異種の炭素数1〜12の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基であり、カルボニル基(=C=O)、エステル基(−COO−)又はエーテル基(−O−)等を含んでいてもよい。また、R、Rは同一又は異種のフェニル基、キシリル基、トリル基、ナフチル基等の炭素数6〜12、特に6〜10のアリール基、ベンジル基、フェニルエチル基、フェニルプロピル基等の炭素数7〜20、特に7〜12のアラルキル基、チオフェニル基としては、チオフェン−2−イル、チオフェン−3−イルであり、2−置換−2−オキソエチル基であってもよい。
上記一般式(2)におけるスルホニウム塩は、具体的には下記のものを例示することができる。
Figure 0004579811
Figure 0004579811
Figure 0004579811
Figure 0004579811
上記式中、Rは前記と同様である。
上記一般式(1)および(2)におけるスルホニウム塩のアニオン側は、ベンゼン環、エーテル基を1以上有していてもよく、一部又は全ての水素原子がフッ素原子で置換された、炭素数4〜20の直鎖状、分岐状、環状、あるいは環を含むアルキル基、アルケニル基のスルホン酸、または一部又は全ての水素原子がフッ素原子で置換された、炭素数4〜20のアリール基のスルホン酸であり、具体的に下記に例示できる。
Figure 0004579811
Figure 0004579811
上記具体例で示したメタクリルペンダントスルホニウム塩の合成方法は、特に限定されないが、たとえば、Mat.Res.Soc.Symp.Proc.Vol.636,D6.5.1(2001)に示されているように、下記に示されるフェノール基を有するスルホニウム塩とメタクリルクロリドとを反応させる方法が挙げられる。
Figure 0004579811
上記式中、Rは前記と同様である。
以上のようにして、重合性不飽和結合を有するスルホニウム塩を得ることができる。
本発明に係るレジスト材料は、少なくとも、このような重合性不飽和結合を有するスルホニウム塩、ラクトンまたはヒドロキシ基を密着性基として有する(メタ)アクリレート、酸不安定基で置換されたエステルを有する(メタ)アクリレートを共重合したものである高分子化合物を含むものであり、このような高分子化合物をベース樹脂として好適に用いることができる。
このような本発明に係る高分子化合物の合成方法は特に限定されないが、たとえば有機溶媒中に、上記で得られた重合性不飽和結合を有するスルホニウム塩、密着性基としてラクトンまたはヒドロキシ基を有する(メタ)アクリレート、酸不安定基で置換されたエステルを有する(メタ)アクリレートあるいは加えてこれらと共重合可能なモノマーを存在させ、これにラジカル開始剤を加え加熱重合を行い合成することができる。この重合時に使用する有機溶剤としてはトルエン、ベンゼン、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、ジオキサン等が例示できる。また、重合開始剤としては、2,2´−アゾビスイソブチロニトリル、2,2´−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、ジメチル2,2−アゾビス(2−メチルプロピオネート)、ベンゾイルパーオキシド、ラウロイルパーオキシド等が例示でき、好ましくは50℃から80℃に加熱して重合できる。反応時間としては好ましくは2〜100時間、より好ましくは5〜20時間である。
このようにして得られた高分子化合物中、上記式(1)のスルホニウム塩の繰り返し単位は、全繰り返し単位の90モル%以下であるのが好ましく、より好ましくは80モル%以下、さらに好ましくは60モル%以下である。
また、このような本発明に係る高分子化合物以外に重合性不飽和結合を有するスルホン酸のオニウム塩が共重合されていない従来型のポリマー、具体的にはポリアクリル酸及びその誘導体、シクロオレフィン誘導体−無水マレイン酸交互重合体及びポリアクリル酸又はその誘導体との3あるいは4元以上の共重合体、シクロオレフィン誘導体−αトリフルオロメチルアクリル共重合体、ポリノルボルネン、並びにメタセシス開環重合体から選択される1種又は2種以上の高分子重合体をブレンドしてもよい。
また、上記レジスト材料を化学増幅ポジ型に調製する場合、ベース樹脂としては、現像液(通常、アルカリ現像液)に不溶又は難溶であって、酸によって現像液に可溶となるものが使用される。このため、ベース樹脂としては、酸によって開裂し得る酸不安定基(酸脱離基)を有するものが用いられる。
ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸は、そのカルボキシル基の水素原子を酸不安定基に置換することによって、アルカリ現像液に不溶又は難溶とすることができる。本発明に係る高分子化合物は、酸不安定基で置換されたエステルを有する(メタ)アクリレートを繰り返し単位として有するため、この高分子化合物をベース樹脂としたレジスト材料であれば、化学増幅ポジ型レジスト材料として好適に用いることができる。
この場合に用いられる酸不安定基は種々選定され特に限定されないが、同一でも異なっていてもよく、特に下記式(A−1)〜(A−3)で置換された基で示されるものが挙げられる。
Figure 0004579811
式(A−1)において、R30は炭素数4〜20、好ましくは4〜15の3級アルキル基、各アルキル基がそれぞれ炭素数1〜6のトリアルキルシリル基、炭素数4〜20のオキソアルキル基又は上記一般式(A−3)で示される基を示し、3級アルキル基として具体的には、tert−ブチル基、tert−アミル基、1,1−ジエチルプロピル基、1−エチルシクロペンチル基、1−ブチルシクロペンチル基、1−エチルシクロヘキシル基、1−ブチルシクロヘキシル基、1−エチル−2−シクロペンテニル基、1−エチル−2−シクロヘキセニル基、2−メチル−2−アダマンチル基等が挙げられ、トリアルキルシリル基として具体的には、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、ジメチル−tert−ブチルシリル基等が挙げられ、オキソアルキル基として具体的には、3−オキソシクロヘキシル基、4−メチル−2−オキソオキサン−4−イル基、5−メチル−2−オキソオキソラン−5−イル基等が挙げられる。a1は0〜6の整数である。
上記式(A−1)の酸不安定基としては、具体的にはtert−ブトキシカルボニル基、tert−ブトキシカルボニルメチル基、tert−アミロキシカルボニル基、tert−アミロキシカルボニルメチル基、1,1−ジエチルプロピルオキシカルボニル基、1,1−ジエチルプロピルオキシカルボニルメチル基、1−エチルシクロペンチルオキシカルボニル基、1−エチルシクロペンチルオキシカルボニルメチル基、1−エチル−2−シクロペンテニルオキシカルボニル基、1−エチル−2−シクロペンテニルオキシカルボニルメチル基、1−エトキシエトキシカルボニルメチル基、2−テトラヒドロピラニルオキシカルボニルメチル基、2−テトラヒドロフラニルオキシカルボニルメチル基等が例示できる。
更に、下記式(A−1)−1〜(A−1)−8で示される置換基を挙げることもできる。
Figure 0004579811
ここで、R37は互いに同一又は異種の炭素数1〜10の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基、又は炭素数6〜20のアリール基、R38は水素原子、又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基である。
また、R39は互いに同一又は異種の炭素数2〜10の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基、又は炭素数6〜20のアリール基である。
また、a1は0〜6の整数である。
上記式(A−2)において、R31、R32は水素原子又は炭素数1〜18、好ましくは1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基を示し、具体的にはメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、2−エチルヘキシル基、n−オクチル基等を例示できる。R33は炭素数1〜18、好ましくは1〜10の酸素原子等のヘテロ原子を有してもよい1価の炭化水素基を示し、直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基、これらの水素原子の一部が水酸基、アルコキシ基、オキソ基、アミノ基、アルキルアミノ基等に置換されたものを挙げることができ、具体的には下記の置換アルキル基等が例示できる。
Figure 0004579811
31とR32、R31とR33、R32とR33とは結合してこれらが結合する炭素原子と共に環を形成してもよく、環を形成する場合にはR31、R32、R33はそれぞれ炭素数1〜18、好ましくは1〜10の直鎖状又は分岐状のアルキレン基を示し、好ましくは環の炭素数は3〜10、特に4〜10である。
上記式(A−2)で示される酸不安定基のうち、直鎖状又は分岐状のものとしては、下記式(A−2)−1〜(A−2)−35のものを例示することができる。
Figure 0004579811
Figure 0004579811
上記式(A−2)で示される酸不安定基のうち、環状のものとしては、テトラヒドロフラン−2−イル基、2−メチルテトラヒドロフラン−2−イル基、テトラヒドロピラン−2−イル基、2−メチルテトラヒドロピラン−2−イル基等が挙げられる。
また、一般式(A−2a)あるいは(A−2b)で表される酸不安定基によって分子間あるいは分子内架橋されていてもよい。
Figure 0004579811
式中、R40、R41は水素原子又は炭素数1〜8の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基を示す。又は、R40とR41は結合してこれらが結合する炭素原子と共に環を形成してもよく、環を形成する場合にはR40、R41は炭素数1〜8の直鎖状又は分岐状のアルキレン基を示す。R42は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキレン基、b1、d1は0又は1〜10、好ましくは0又は1〜5の整数、c1は1〜7の整数である。Aは、(c1+1)価の炭素数1〜50の脂肪族もしくは脂環式飽和炭化水素基、芳香族炭化水素基又はヘテロ環基を示し、これらの基はヘテロ原子を介在してもよく、又はその炭素原子に結合する水素原子の一部が水酸基、カルボキシル基、カルボニル基又はフッ素原子によって置換されていてもよい。Bは−CO−O−、−NHCO−O−又は−NHCONH−を示す。
この場合、好ましくは、Aは2〜4価の炭素数1〜20の直鎖状、分岐状又は環状のアルキレン基、アルキルトリイル基、アルキルテトライル基、炭素数6〜30のアリーレン基であり、これらの基はヘテロ原子を介在していてもよく、またその炭素原子に結合する水素原子の一部が水酸基、カルボキシル基、アシル基又はハロゲン原子によって置換されていてもよい。また、c1は好ましくは1〜3の整数である。
上記一般式(A−2a)、(A−2b)で示される架橋型アセタール基は、具体的には下記式(A−2)−36〜(A−2)−43のものが挙げられる。
Figure 0004579811
次に、上記式(A−3)においてR34、R35、R36は炭素数1〜20の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基等の1価炭化水素基であり、酸素、硫黄、窒素、フッ素などのヘテロ原子を含んでもよく、R34とR35、R34とR36、R35とR36とは互いに結合してこれらが結合する炭素原子と共に、炭素数3〜20の環を形成してもよい。
上記式(A−3)に示される3級アルキル基としては、tert−ブチル基、トリエチルカルビル基、1−エチルノルボニル基、1−メチルシクロヘキシル基、1−エチルシクロペンチル基、2−(2−メチル)アダマンチル基、2−(2−エチル)アダマンチル基、tert−アミル基等を挙げることができる。
また、3級アルキル基としては、下記に示す式(A−3)−1〜(A−3)−18を具体的に挙げることもできる。
Figure 0004579811
式(A−3)−1〜(A−3)−18中、R43は同一又は異種の炭素数1〜8の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、又は炭素数6〜20のフェニル基等のアリール基を示す。R44、R46は水素原子、又は炭素数1〜20の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基を示す。R45は炭素数6〜20のフェニル基等のアリール基を示す。
更に、下記式(A−3)−19、(A−3)−20に示すように、2価以上のアルキレン基、アリーレン基であるR47を含んで、ポリマーの分子内あるいは分子間が架橋されていてもよい。
Figure 0004579811
式(A−3)−19、(A−3)−20中、R43は前述と同様、R47は炭素数1〜20の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキレン基、又はフェニレン基等のアリーレン基を示し、酸素原子や硫黄原子、窒素原子などのヘテロ原子を含んでいてもよい。e1は1〜3の整数である。
ここで前記(A−3)−6〜(A−3)−9はendo、exoの立体異性体があり、exo異性体が脱離反応の中間体の安定性が高い分だけ、脱離性反応速度が高く、脱離の活性化エネルギーが低い特徴がある。脱離反応速度が早いことは、脱保護のコントラストが高く、高い溶解コントラストを得ることができ、活性化エネルギーが低いことはポストエクスポジュアーベーク(PEB)温度を変化させたときの寸法変化(PEB依存性)が小さいことにつながる。exo体の酸不安定基は下記に例示される。
Figure 0004579811
また、式(A−1)、(A−2)、(A−3)中のR30、R33、R36は、フェニル基、p−メチルフェニル基、p−エチルフェニル基、p−メトキシフェニル基等のアルコキシ置換フェニル基等の非置換又は置換アリール基、ベンジル基、フェネチル基等のアラルキル基等や、これらの基に酸素原子を有する、あるいは炭素原子に結合する水素原子が水酸基に置換されたり、2個の水素原子が酸素原子で置換されてカルボニル基を形成する下記式で示されるようなアルキル基、あるいはオキソアルキル基であってもよい。
Figure 0004579811
更には、3級アルキル基として酸素原子を有する酸不安定基を挙げることができる。具体的には下記に例示することができる。
Figure 0004579811
Figure 0004579811
上記式中、Meはメチル基を、Acはアセチル基を示す。
次に、本発明に係る高分子化合物が含む、密着性基としてラクトンを有する(メタ)アクリレートの繰り返し単位を具体的に下記に例示する。
Figure 0004579811
上記式中、R15は水素原子、メチル基である。
次に、本発明に係る高分子化合物が含む、密着性基としてヒドロキシ基を有する(メタ)アクリレートの繰り返し単位を具体的に下記に例示する。
Figure 0004579811
Figure 0004579811
上記式中、R15は水素原子、メチル基である。
本発明に係る高分子化合物は、少なくとも、重合性不飽和結合を有するスルホニウム塩、ラクトンまたはヒドロキシ基を密着性基として有する(メタ)アクリレート、酸不安定基で置換されたエステルを有する(メタ)アクリレートを共重合した共重合体であるが、さらに、下記に示される密着性基を有する(メタ)アクリレートの繰り返し単位を含んでもよい。
Figure 0004579811
上記式中、R15は水素原子、メチル基である。
さらに本発明に係る高分子化合物は、下記に示すスチレン系の繰り返し単位を含んでもよい。
Figure 0004579811
上記式中、R15は水素原子、メチル基であり、pは0〜2の整数である。
更には、本発明に係る高分子化合物は、ノルボルネン誘導体と無水マレイン酸を重合して得られる密着性基を有する繰り返し単位を有していてもよい。ノルボルネン誘導体を重合して得られる密着性基は下記に例示される。
Figure 0004579811
Figure 0004579811
Figure 0004579811
Figure 0004579811
Figure 0004579811
上記式中、nは0または1である。
ノルボルネン類と共重合する無水マレイン酸あるいはマレイミド類は、たとえば下記に挙げることができる。
Figure 0004579811
本発明のレジスト材料は重合性不飽和結合を有するスルホニウム塩を重合してなるポリマー型のスルホニウム塩の酸発生剤を提案するものであるが、さらに従来型の酸発生剤を添加することもできる。
本発明のレジスト材料で使用される酸発生剤としては、
i. 下記一般式(P1a−1)、(P1a−2)又は(P1b)のオニウム塩、
ii. 下記一般式(P2)のジアゾメタン誘導体、
iii. 下記一般式(P3)のグリオキシム誘導体、
iv. 下記一般式(P4)のビススルホン誘導体、
v. 下記一般式(P5)のN−ヒドロキシイミド化合物のスルホン酸エステル、
vi. β−ケトスルホン酸誘導体、
vii. ジスルホン誘導体、
viii. ニトロベンジルスルホネート誘導体、
ix. スルホン酸エステル誘導体
等が挙げられる。
Figure 0004579811
(式中、R101a、R101b、R101cはそれぞれ炭素数1〜12の直鎖状、分岐状、環状のアルキル基、アルケニル基、オキソアルキル基、オキソアルケニル基、又は炭素数6〜20のアリール基、炭素数7〜12のアラルキル基又はアリールオキソアルキル基、を示し、これらの基の水素原子の一部又は全部がアルコキシ基等によって置換されていてもよい。また、R101bとR101cとは環を形成してもよく、環を形成する場合には、R101b、R101cはそれぞれ炭素数1〜6のアルキレン基を示す。K-は非求核性対向イオンを表す。)
上記R101a、R101b、R101cは互いに同一であっても異なっていてもよく、具体的にはアルキル基として、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、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、シクロヘキシルメチル基、ノルボルニル基、アダマンチル基等が挙げられる。アルケニル基としては、ビニル基、アリル基、プロぺニル基、ブテニル基、ヘキセニル基、シクロヘキセニル基等が挙げられる。オキソアルキル基としては、2−オキソシクロペンチル基、2−オキソシクロヘキシル基等が挙げられ、2−オキソプロピル基、2−シクロペンチル−2−オキソエチル基、2−シクロヘキシル−2−オキソエチル基、2−(4−メチルシクロヘキシル)−2−オキソエチル基等を挙げることができる。オキソアルケニル基としては、2−オキソ−4−シクロヘキセニル基、2−オキソ−4−プロペニル基等が挙げられる。アリール基としては、フェニル基、ナフチル基等や、p−メトキシフェニル基、m−メトキシフェニル基、o−メトキシフェニル基、エトキシフェニル基、p−tert−ブトキシフェニル基、m−tert−ブトキシフェニル基等のアルコキシフェニル基、2−メチルフェニル基、3−メチルフェニル基、4−メチルフェニル基、エチルフェニル基、4−tert−ブチルフェニル基、4−ブチルフェニル基、ジメチルフェニル基等のアルキルフェニル基、メチルナフチル基、エチルナフチル基等のアルキルナフチル基、メトキシナフチル基、エトキシナフチル基等のアルコキシナフチル基、ジメチルナフチル基、ジエチルナフチル基等のジアルキルナフチル基、ジメトキシナフチル基、ジエトキシナフチル基等のジアルコキシナフチル基等が挙げられる。アラルキル基としてはベンジル基、フェニルエチル基、フェネチル基等が挙げられる。アリールオキソアルキル基としては、2−フェニル−2−オキソエチル基、2−(1−ナフチル)−2−オキソエチル基、2−(2−ナフチル)−2−オキソエチル基等の2−アリール−2−オキソエチル基等が挙げられる。K-の非求核性対向イオンとしては塩化物イオン、臭化物イオン等のハライドイオン、トリフレート、1,1,1−トリフルオロエタンスルホネート、ノナフルオロブタンスルホネート等のフルオロアルキルスルホネート、トシレート、ベンゼンスルホネート、4−フルオロベンゼンスルホネート、1,2,3,4,5−ペンタフルオロベンゼンスルホネート等のアリールスルホネート、メシレート、ブタンスルホネート等のアルキルスルホネート等が挙げられる。
Figure 0004579811
(式中、R102a、R102bはそれぞれ炭素数1〜8の直鎖状、分岐状、環状のアルキル基を示す。R103は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状、環状のアルキレン基を示す。R104a、R104bはそれぞれ炭素数3〜7の2−オキソアルキル基を示す。K-は非求核性対向イオンを表す。)
上記R102a、R102bとして具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、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、シクロプロピルメチル基、4−メチルシクロヘキシル基、シクロヘキシルメチル基等が挙げられる。R103としては、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ペンチレン基、へキシレン基、へプチレン基、オクチレン基、ノニレン基、1,4−シクロへキシレン基、1,2−シクロへキシレン基、1,3−シクロペンチレン基、1,4−シクロオクチレン基、1,4−シクロヘキサンジメチレン基等が挙げられる。R104a、R104bとしては、2−オキソプロピル基、2−オキソシクロペンチル基、2−オキソシクロヘキシル基、2−オキソシクロヘプチル基等が挙げられる。K-は式(P1a−1)、(P1a−2)で説明したものと同様のものを挙げることができる。
Figure 0004579811
(式中、R105、R106は炭素数1〜12の直鎖状、分岐状、環状のアルキル基又はハロゲン化アルキル基、炭素数6〜20のアリール基又はハロゲン化アリール基、又は炭素数7〜12のアラルキル基を示す。)
105、R106のアルキル基としてはメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、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、アミル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、ノルボルニル基、アダマンチル基等が挙げられる。ハロゲン化アルキル基としてはトリフルオロメチル基、1,1,1−トリフルオロエチル基、1,1,1−トリクロロエチル基、ノナフルオロブチル基等が挙げられる。アリール基としてはフェニル基、p−メトキシフェニル基、m−メトキシフェニル基、o−メトキシフェニル基、エトキシフェニル基、p−tert−ブトキシフェニル基、m−tert−ブトキシフェニル基等のアルコキシフェニル基、2−メチルフェニル基、3−メチルフェニル基、4−メチルフェニル基、エチルフェニル基、4−tert−ブチルフェニル基、4−ブチルフェニル基、ジメチルフェニル基等のアルキルフェニル基が挙げられる。ハロゲン化アリール基としてはフルオロフェニル基、クロロフェニル基、1,2,3,4,5−ペンタフルオロフェニル基等が挙げられる。アラルキル基としてはベンジル基、フェネチル基等が挙げられる。
Figure 0004579811
(式中、R107、R108、R109は炭素数1〜12の直鎖状、分岐状、環状のアルキル基又はハロゲン化アルキル基、炭素数6〜20のアリール基又はハロゲン化アリール基、又は炭素数7〜12のアラルキル基を示す。R108、R109は互いに結合して環状構造を形成してもよく、環状構造を形成する場合、R108、R109はそれぞれ炭素数1〜6の直鎖状又は分岐状のアルキレン基を示す。)
107、R108、R109のアルキル基、ハロゲン化アルキル基、アリール基、ハロゲン化アリール基、アラルキル基としては、R105、R106で説明したものと同様の基が挙げられる。なお、R108、R109のアルキレン基としてはメチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ヘキシレン基等が挙げられる。
Figure 0004579811
(式中、R101a、R101bは前記と同様である。)
Figure 0004579811
(式中、R110は炭素数6〜10のアリーレン基、炭素数1〜6のアルキレン基又は炭素数2〜6のアルケニレン基を示し、これらの基の水素原子の一部又は全部は更に炭素数1〜4の直鎖状又は分岐状のアルキル基又はアルコキシ基、ニトロ基、アセチル基、又はフェニル基で置換されていてもよい。R111は炭素数1〜8の直鎖状、分岐状又は置換のアルキル基、アルケニル基又はアルコキシアルキル基、フェニル基、又はナフチル基を示し、これらの基の水素原子の一部又は全部は更に炭素数1〜4のアルキル基又はアルコキシ基;炭素数1〜4のアルキル基、アルコキシ基、ニトロ基又はアセチル基で置換されていてもよいフェニル基;炭素数3〜5のヘテロ芳香族基;又は塩素原子、フッ素原子で置換されていてもよい。)
ここで、R110のアリーレン基としては、1,2−フェニレン基、1,8−ナフチレン基等が、アルキレン基としては、メチレン基、1,2−エチレン基、1,3−プロピレン基、1,4−ブチレン基、1−フェニル−1,2−エチレン基、ノルボルナン−2,3−ジイル基等が、アルケニレン基としては、1,2−ビニレン基、1−フェニル−1,2−ビニレン基、5−ノルボルネン−2,3−ジイル基等が挙げられる。R111のアルキル基としては、R101a〜R101cと同様のものが、アルケニル基としては、ビニル基、1−プロペニル基、アリル基、1−ブテニル基、3−ブテニル基、イソプレニル基、1−ペンテニル基、3−ペンテニル基、4−ペンテニル基、ジメチルアリル基、1−ヘキセニル基、3−ヘキセニル基、5−ヘキセニル基、1−ヘプテニル基、3−ヘプテニル基、6−ヘプテニル基、7−オクテニル基等が、アルコキシアルキル基としては、メトキシメチル基、エトキシメチル基、プロポキシメチル基、ブトキシメチル基、ペンチロキシメチル基、ヘキシロキシメチル基、ヘプチロキシメチル基、メトキシエチル基、エトキシエチル基、プロポキシエチル基、ブトキシエチル基、ペンチロキシエチル基、ヘキシロキシエチル基、メトキシプロピル基、エトキシプロピル基、プロポキシプロピル基、ブトキシプロピル基、メトキシブチル基、エトキシブチル基、プロポキシブチル基、メトキシペンチル基、エトキシペンチル基、メトキシヘキシル基、メトキシヘプチル基等が挙げられる。
なお、更に置換されていてもよい炭素数1〜4のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基等が、炭素数1〜4のアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基、tert−ブトキシ基等が、炭素数1〜4のアルキル基、アルコキシ基、ニトロ基又はアセチル基で置換されていてもよいフェニル基としては、フェニル基、トリル基、p−tert−ブトキシフェニル基、p−アセチルフェニル基、p−ニトロフェニル基等が、炭素数3〜5のヘテロ芳香族基としては、ピリジル基、フリル基等が挙げられる。
酸発生剤は、具体的には、オニウム塩としては、例えばトリフルオロメタンスルホン酸ジフェニルヨードニウム、トリフルオロメタンスルホン酸(p−tert−ブトキシフェニル)フェニルヨードニウム、p−トルエンスルホン酸ジフェニルヨードニウム、p−トルエンスルホン酸(p−tert−ブトキシフェニル)フェニルヨードニウム、トリフルオロメタンスルホン酸トリフェニルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸(p−tert−ブトキシフェニル)ジフェニルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸ビス(p−tert−ブトキシフェニル)フェニルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸トリス(p−tert−ブトキシフェニル)スルホニウム、p−トルエンスルホン酸トリフェニルスルホニウム、p−トルエンスルホン酸(p−tert−ブトキシフェニル)ジフェニルスルホニウム、p−トルエンスルホン酸ビス(p−tert−ブトキシフェニル)フェニルスルホニウム、p−トルエンスルホン酸トリス(p−tert−ブトキシフェニル)スルホニウム、ノナフルオロブタンスルホン酸トリフェニルスルホニウム、ブタンスルホン酸トリフェニルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸トリメチルスルホニウム、p−トルエンスルホン酸トリメチルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸シクロヘキシルメチル(2−オキソシクロヘキシル)スルホニウム、p−トルエンスルホン酸シクロヘキシルメチル(2−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ン酸ジメチルフェニルスルホニウム、p−トルエンスルホン酸ジメチルフェニルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸ジシクロヘキシルフェニルスルホニウム、p−トルエンスルホン酸ジシクロヘキシルフェニルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸トリナフチルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸(2−ノルボニル)メチル(2−オキソシクロヘキシル)スルホニウム、エチレンビス[メチル(2−オキソシクロペンチル)スルホニウムトリフルオロメタンスルホナート]、1,2’−ナフチルカルボニルメチルテトラヒドロチオフェニウムトリフレート等のオニウム塩を挙げることができる。
ジアゾメタン誘導体としては、ビス(ベンゼンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(p−トルエンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(キシレンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(シクロヘキシルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(シクロペンチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(n−ブチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(イソブチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(sec−ブチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(n−プロピルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(イソプロピルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(tert−ブチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(n−アミルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(イソアミルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(sec−アミルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(tert−アミルスルホニル)ジアゾメタン、1−シクロヘキシルスルホニル−1−(tert−ブチルスルホニル)ジアゾメタン、1−シクロヘキシルスルホニル−1−(tert−アミルスルホニル)ジアゾメタン、1−tert−アミルスルホニル−1−(tert−ブチルスルホニル)ジアゾメタン等のジアゾメタン誘導体を挙げることができる。
グリオキシム誘導体としては、ビス−O−(p−トルエンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−O−(p−トルエンスルホニル)−α−ジフェニルグリオキシム、ビス−O−(p−トルエンスルホニル)−α−ジシクロヘキシルグリオキシム、ビス−O−(p−トルエンスルホニル)−2,3−ペンタンジオングリオキシム、ビス−O−(p−トルエンスルホニル)−2−メチル−3,4−ペンタンジオングリオキシム、ビス−O−(n−ブタンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−O−(n−ブタンスルホニル)−α−ジフェニルグリオキシム、ビス−O−(n−ブタンスルホニル)−α−ジシクロヘキシルグリオキシム、ビス−O−(n−ブタンスルホニル)−2,3−ペンタンジオングリオキシム、ビス−O−(n−ブタンスルホニル)−2−メチル−3,4−ペンタンジオングリオキシム、ビス−O−(メタンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−O−(トリフルオロメタンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−O−(1,1,1−トリフルオロエタンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−O−(tert−ブタンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−O−(パーフルオロオクタンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−O−(シクロヘキサンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−O−(ベンゼンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−O−(p−フルオロベンゼンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−O−(p−tert−ブチルベンゼンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−O−(キシレンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−O−(カンファースルホニル)−α−ジメチルグリオキシム等のグリオキシム誘導体を挙げることができる。
ビススルホン誘導体としては、ビスナフチルスルホニルメタン、ビストリフルオロメチルスルホニルメタン、ビスメチルスルホニルメタン、ビスエチルスルホニルメタン、ビスプロピルスルホニルメタン、ビスイソプロピルスルホニルメタン、ビス−p−トルエンスルホニルメタン、ビスベンゼンスルホニルメタン等のビススルホン誘導体を挙げることができる。
β−ケトスルホン誘導体としては、2−シクロヘキシルカルボニル−2−(p−トルエンスルホニル)プロパン、2−イソプロピルカルボニル−2−(p−トルエンスルホニル)プロパン等のβ−ケトスルホン誘導体を挙げることができる。
ジスルホン誘導体としては、ジフェニルジスルホン、ジシクロヘキシルジスルホン等のジスルホン誘導体を挙げることができる。
ニトロベンジルスルホネート誘導体としては、p−トルエンスルホン酸2,6−ジニトロベンジル、p−トルエンスルホン酸2,4−ジニトロベンジル等のニトロベンジルスルホネート誘導体を挙げることができる。
スルホン酸エステル誘導体としては、1,2,3−トリス(メタンスルホニルオキシ)ベンゼン、1,2,3−トリス(トリフルオロメタンスルホニルオキシ)ベンゼン、1,2,3−トリス(p−トルエンスルホニルオキシ)ベンゼン等のスルホン酸エステル誘導体を挙げることができる。
N−ヒドロキシイミド化合物のスルホン酸エステル誘導体としては、N−ヒドロキシスクシンイミドメタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミドトリフルオロメタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミドエタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミド1−プロパンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミド2−プロパンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミド1−ペンタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミド1−オクタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミドp−トルエンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミドp−メトキシベンゼンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミド2−クロロエタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミドベンゼンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミド−2,4,6−トリメチルベンゼンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミド1−ナフタレンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミド2−ナフタレンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシ−2−フェニルスクシンイミドメタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシマレイミドメタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシマレイミドエタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシ−2−フェニルマレイミドメタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシグルタルイミドメタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシグルタルイミドベンゼンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシフタルイミドメタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシフタルイミドベンゼンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシフタルイミドトリフルオロメタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシフタルイミドp−トルエンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシナフタルイミドメタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシナフタルイミドベンゼンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシ−5−ノルボルネン−2,3−ジカルボキシイミドメタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシ−5−ノルボルネン−2,3−ジカルボキシイミドトリフルオロメタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシ−5−ノルボルネン−2,3−ジカルボキシイミドp−トルエンスルホン酸エステル等のN−ヒドロキシイミド化合物のスルホン酸エステル誘導体が挙げられる。又、WO2004/074242 A2記載のオキシム系の酸発生剤を挙げることもできる。
特に、トリフルオロメタンスルホン酸トリフェニルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸(p−tert−ブトキシフェニル)ジフェニルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸トリス(p−tert−ブトキシフェニル)スルホニウム、p−トルエンスルホン酸トリフェニルスルホニウム、p−トルエンスルホン酸(p−tert−ブトキシフェニル)ジフェニルスルホニウム、p−トルエンスルホン酸トリス(p−tert−ブトキシフェニル)スルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸トリナフチルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸シクロヘキシルメチル(2−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ン酸(2−ノルボニル)メチル(2−オキソシクロヘキシル)スルホニウム、1,2’−ナフチルカルボニルメチルテトラヒドロチオフェニウムトリフレート等のオニウム塩、
ビス(ベンゼンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(p−トルエンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(シクロヘキシルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(n−ブチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(イソブチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(sec−ブチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(n−プロピルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(イソプロピルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(tert−ブチルスルホニル)ジアゾメタン等のジアゾメタン誘導体、
ビス−O−(p−トルエンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−O−(n−ブタンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム等のグリオキシム誘導体、
ビスナフチルスルホニルメタン等のビススルホン誘導体、
N−ヒドロキシスクシンイミドメタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミドトリフルオロメタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミド1−プロパンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミド2−プロパンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミド1−ペンタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミドp−トルエンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシナフタルイミドメタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシナフタルイミドベンゼンスルホン酸エステル等のN−ヒドロキシイミド化合物のスルホン酸エステル誘導体等が好ましく用いられる。
なお、上記酸発生剤は1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。オニウム塩は矩形性向上効果に優れ、ジアゾメタン誘導体及びグリオキシム誘導体は定在波低減効果に優れるため、両者を組み合わせることによりプロファイルの微調整を行うことが可能である。
このような酸発生剤の添加量は、ポリマー型の酸を発生する酸発生剤、特に上記式(1)のスルホニウム塩との合計量として、ポリマー型の酸発生剤を有するベース樹脂100部(質量部、以下同様)に対して好ましくは0〜15部、より好ましくは0〜8部である。15部以下であれば透明性が低下したり、レジスト材料の解像性能が低下したり、液浸露光において酸発生剤の水への溶出量が増加するといった恐れが低い。
本発明に係るレジスト材料において使用可能な有機溶剤としては、ベース樹脂、酸発生剤、その他添加剤等が溶解するものであれば特に制限はない。このような有機溶剤としては、例えば、シクロヘキサノン、メチル−2−アミルケトン等のケトン類;3−メトキシブタノール、3−メチル−3−メトキシブタノール、1−メトキシ−2−プロパノール、1−エトキシ−2−プロパノール等のアルコール類;プロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類;プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、乳酸エチル、ピルビン酸エチル、酢酸ブチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸エチル、酢酸tert−ブチル,プロピオン酸tert−ブチル、プロピレングリコールモノtert−ブチルエーテルアセテート等のエステル類等が挙げられ、これらの1種又は2種以上を混合使用できるが、これらに限定されるものではない。
本発明のレジスト材料においては、これら有機溶剤の中でもレジスト成分中のベースポリマーや酸発生剤の溶解性が最も優れているジエチレングリコールジメチルエーテルや1−エトキシ−2−プロパノールの他、安全溶剤であるプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート及びこれらの混合溶剤が好ましく使用される。
有機溶剤の配合量は、ベース樹脂100部に対して200〜1,000部が好ましく、特に400〜800部とすることが好ましい。
本発明のレジスト材料には、更に溶解阻止剤を添加することができる。溶解阻止剤としては、平均分子量が100〜1,000、好ましくは150〜800で、かつ分子内にフェノール性水酸基を2つ以上有する化合物の該フェノール性水酸基の水素原子を酸不安定基により全体として平均0〜100モル%の割合で置換した化合物又は分子内にカルボキシ基を有する化合物の該カルボキシ基の水素原子を酸不安定基により全体として平均80〜100モル%の割合で置換した化合物が好ましい。
なお、フェノール性水酸基又はカルボキシ基の水素原子の酸不安定基による置換率は、平均でフェノール性水酸基又はカルボキシ基全体の0モル%以上、好ましくは30モル%以上であり、その上限は100モル%、より好ましくは80モル%である。
この場合、かかるフェノール性水酸基を2つ以上有する化合物又はカルボキシ基を有する化合物としては、下記式(D1)〜(D14)で示されるものが好ましい。
Figure 0004579811
(但し、上記式中R201、R202はそれぞれ水素原子、又は炭素数1〜8の直鎖状又は分岐状のアルキル基又はアルケニル基を示す。R203は水素原子、又は炭素数1〜8の直鎖状又は分岐状のアルキル基又はアルケニル基、あるいは−(R207)COOHを示す。R204は−(CH−(i=2〜10)、炭素数6〜10のアリーレン基、カルボニル基、スルホニル基、酸素原子又は硫黄原子を示す。R205は炭素数1〜10のアルキレン基、炭素数6〜10のアリーレン基、カルボニル基、スルホニル基、酸素原子又は硫黄原子を示す。R206は水素原子、炭素数1〜8の直鎖状又は分岐状のアルキル基、アルケニル基又はそれぞれ水酸基で置換されたフェニル基又はナフチル基を示す。R207は炭素数1〜10の直鎖状又は分岐状のアルキレン基を示す。R208は水素原子又は水酸基を示す。jは0〜5の整数である。u、hは0又は1である。s、t、s´、t´、s´´、t´´はそれぞれs+t=8、s´+t´=5、s´´+t´´=4を満足し、かつ各フェニル骨格中に少なくとも1つの水酸基を有するような数である。αは式(D8)、(D9)の化合物の分子量を100〜1,000とする数である。)
上記式中R201、R202としては、例えば水素原子、メチル基、エチル基、ブチル基、プロピル基、エチニル基、シクロヘキシル基、R203としては、例えばR201、R202と同様なもの、あるいは−COOH、−CH2COOH、R204としては、例えばエチレン基、フェニレン基、カルボニル基、スルホニル基、酸素原子、硫黄原子等、R205としては、例えばメチレン基、あるいはR204と同様なもの、R206としては例えば水素原子、メチル基、エチル基、ブチル基、プロピル基、エチニル基、シクロヘキシル基、それぞれ水酸基で置換されたフェニル基、ナフチル基等が挙げられる。
溶解阻止剤の酸不安定基としては、種々用いることができるが、具体的には下記一般式(L1)〜(L5)で示される基、炭素数4〜20の三級アルキル基、各アルキル基の炭素数がそれぞれ1〜6のトリアルキルシリル基、炭素数4〜20のオキソアルキル基等を挙げることができる。
Figure 0004579811
(上記式中、RL01、RL02は水素原子又は炭素数1〜18の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基を示す。RL03は炭素数1〜18の酸素原子等のヘテロ原子を有してもよい1価の炭化水素基を示す。RL01とRL02、RL01とRL03、RL02とRL03とは環を形成してもよく、環を形成する場合にはRL01、RL02、RL03はそれぞれ炭素数1〜18の直鎖状又は分岐状のアルキレン基を示す。RL04は炭素数4〜20の三級アルキル基、各アルキル基がそれぞれ炭素数1〜6のトリアルキルシリル基、炭素数4〜20のオキソアルキル基又は上記一般式(L1)で示される基を示す。RL05は炭素数1〜8のヘテロ原子を含んでもよい1価の炭化水素基又は炭素数6〜20の置換されていてもよいアリール基を示す。RL06は炭素数1〜8のヘテロ原子を含んでもよい1価の炭化水素基又は炭素数6〜20の置換されていてもよいアリール基を示す。RL07〜RL16はそれぞれ独立に水素原子又は炭素数1〜15のヘテロ原子を含んでもよい1価の炭化水素基を示す。RL07〜RL16は互いに環を形成していてもよく、その場合には炭素数1〜15のヘテロ原子を含んでもよい2価の炭化水素基を示す。また、RL07〜RL16は隣接する炭素に結合するもの同士で何も介さずに結合し、二重結合を形成してもよい。aは0〜6の整数である。mは0又は1、nは0、1、2、3のいずれかであり、2m+n=2又は3を満足する数である。)
上記溶解阻止剤の配合量は、ベース樹脂100部に対し、0〜50部、好ましくは5〜50部、より好ましくは10〜30部であり、単独又は2種以上を混合して使用できる。
配合量が5部以上であれば解像性がより向上し、50部以下であればパターンの膜減りが生じたり、解像度が低下するといった恐れが少ない。
なお、上記のような溶解阻止剤は、フェノール性水酸基又はカルボキシ基を有する化合物に対し、有機化学的処方を用いて酸不安定基を導入することにより合成される。
更に、本発明のレジスト材料には、保存安定性を向上させるための塩基性化合物を配合することができる。
塩基性化合物としては、酸発生剤より発生する酸がレジスト膜中に拡散する際の拡散速度を抑制することができる化合物が適している。塩基性化合物の配合により、レジスト膜中での酸の拡散速度が抑制されて解像度が向上し、露光後の感度変化を抑制したり、基板や環境依存性を少なくし、露光余裕度やパターンプロファイル等を向上することができる。
このような塩基性化合物としては、第一級、第二級、第三級の脂肪族アミン類、混成アミン類、芳香族アミン類、複素環アミン類、カルボキシ基を有する含窒素化合物、スルホニル基を有する含窒素化合物、水酸基を有する含窒素化合物、ヒドロキシフェニル基を有する含窒素化合物、アルコール性含窒素化合物、アミド誘導体、イミド誘導体等が挙げられる。
具体的には、第一級の脂肪族アミン類として、アンモニア、メチルアミン、エチルアミン、n−プロピルアミン、イソプロピルアミン、n−ブチルアミン、イソブチルアミン、sec−ブチルアミン、tert−ブチルアミン、ペンチルアミン、tert−アミルアミン、シクロペンチルアミン、ヘキシルアミン、シクロヘキシルアミン、ヘプチルアミン、オクチルアミン、ノニルアミン、デシルアミン、ドデシルアミン、セチルアミン、メチレンジアミン、エチレンジアミン、テトラエチレンペンタミン等が例示され、第二級の脂肪族アミン類として、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジ−n−プロピルアミン、ジイソプロピルアミン、ジ−n−ブチルアミン、ジイソブチルアミン、ジ−sec−ブチルアミン、ジペンチルアミン、ジシクロペンチルアミン、ジヘキシルアミン、ジシクロヘキシルアミン、ジヘプチルアミン、ジオクチルアミン、ジノニルアミン、ジデシルアミン、ジドデシルアミン、ジセチルアミン、N,N−ジメチルメチレンジアミン、N,N−ジメチルエチレンジアミン、N,N−ジメチルテトラエチレンペンタミン等が例示され、第三級の脂肪族アミン類として、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリ−n−プロピルアミン、トリイソプロピルアミン、トリ−n−ブチルアミン、トリイソブチルアミン、トリ−sec−ブチルアミン、トリペンチルアミン、トリシクロペンチルアミン、トリヘキシルアミン、トリシクロヘキシルアミン、トリヘプチルアミン、トリオクチルアミン、トリノニルアミン、トリデシルアミン、トリドデシルアミン、トリセチルアミン、N,N,N’,N’−テトラメチルメチレンジアミン、N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン、N,N,N’,N’−テトラメチルテトラエチレンペンタミン等が例示される。
また、混成アミン類としては、例えばジメチルエチルアミン、メチルエチルプロピルアミン、ベンジルアミン、フェネチルアミン、ベンジルジメチルアミン等が例示される。
芳香族アミン類及び複素環アミン類の具体例としては、アニリン誘導体(例えばアニリン、N−メチルアニリン、N−エチルアニリン、N−プロピルアニリン、N,N−ジメチルアニリン、2−メチルアニリン、3−メチルアニリン、4−メチルアニリン、エチルアニリン、プロピルアニリン、トリメチルアニリン、2−ニトロアニリン、3−ニトロアニリン、4−ニトロアニリン、2,4−ジニトロアニリン、2,6−ジニトロアニリン、3,5−ジニトロアニリン、N,N−ジメチルトルイジン等)、ジフェニル(p−トリル)アミン、メチルジフェニルアミン、トリフェニルアミン、フェニレンジアミン、ナフチルアミン、ジアミノナフタレン、ピロール誘導体(例えばピロール、2H−ピロール、1−メチルピロール、2,4−ジメチルピロール、2,5−ジメチルピロール、N−メチルピロール等)、オキサゾール誘導体(例えばオキサゾール、イソオキサゾール等)、チアゾール誘導体(例えばチアゾール、イソチアゾール等)、イミダゾール誘導体(例えばイミダゾール、4−メチルイミダゾール、4−メチル−2−フェニルイミダゾール等)、ピラゾール誘導体、フラザン誘導体、ピロリン誘導体(例えばピロリン、2−メチル−1−ピロリン等)、ピロリジン誘導体(例えばピロリジン、N−メチルピロリジン、ピロリジノン、N−メチルピロリドン等)、イミダゾリン誘導体、イミダゾリジン誘導体、ピリジン誘導体(例えばピリジン、メチルピリジン、エチルピリジン、プロピルピリジン、ブチルピリジン、4−(1−ブチルペンチル)ピリジン、ジメチルピリジン、トリメチルピリジン、トリエチルピリジン、フェニルピリジン、3−メチル−2−フェニルピリジン、4−tert−ブチルピリジン、ジフェニルピリジン、ベンジルピリジン、メトキシピリジン、ブトキシピリジン、ジメトキシピリジン、1−メチル−2−ピリドン、4−ピロリジノピリジン、1−メチル−4−フェニルピリジン、2−(1−エチルプロピル)ピリジン、アミノピリジン、ジメチルアミノピリジン等)、ピリダジン誘導体、ピリミジン誘導体、ピラジン誘導体、ピラゾリン誘導体、ピラゾリジン誘導体、ピペリジン誘導体、ピペラジン誘導体、モルホリン誘導体、インドール誘導体、イソインドール誘導体、1H−インダゾール誘導体、インドリン誘導体、キノリン誘導体(例えばキノリン、3−キノリンカルボニトリル等)、イソキノリン誘導体、シンノリン誘導体、キナゾリン誘導体、キノキサリン誘導体、フタラジン誘導体、プリン誘導体、プテリジン誘導体、カルバゾール誘導体、フェナントリジン誘導体、アクリジン誘導体、フェナジン誘導体、1,10−フェナントロリン誘導体、アデニン誘導体、アデノシン誘導体、グアニン誘導体、グアノシン誘導体、ウラシル誘導体、ウリジン誘導体等が例示される。
更に、カルボキシ基を有する含窒素化合物としては、例えばアミノ安息香酸、インドールカルボン酸、アミノ酸誘導体(例えばニコチン酸、アラニン、アルギニン、アスパラギン酸、グルタミン酸、グリシン、ヒスチジン、イソロイシン、グリシルロイシン、ロイシン、メチオニン、フェニルアラニン、スレオニン、リジン、3−アミノピラジン−2−カルボン酸、メトキシアラニン)等が例示され、スルホニル基を有する含窒素化合物として3−ピリジンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸ピリジニウム等が例示され、水酸基を有する含窒素化合物、ヒドロキシフェニル基を有する含窒素化合物、アルコール性含窒素化合物としては、2−ヒドロキシピリジン、アミノクレゾール、2,4−キノリンジオール、3−インドールメタノールヒドレート、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、N−エチルジエタノールアミン、N,N−ジエチルエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン、2,2’−イミノジエタノール、2−アミノエタノ−ル、3−アミノ−1−プロパノール、4−アミノ−1−ブタノール、4−(2−ヒドロキシエチル)モルホリン、2−(2−ヒドロキシエチル)ピリジン、1−(2−ヒドロキシエチル)ピペラジン、1−[2−(2−ヒドロキシエトキシ)エチル]ピペラジン、ピペリジンエタノール、1−(2−ヒドロキシエチル)ピロリジン、1−(2−ヒドロキシエチル)−2−ピロリジノン、3−ピペリジノ−1,2−プロパンジオール、3−ピロリジノ−1,2−プロパンジオール、8−ヒドロキシユロリジン、3−クイヌクリジノール、3−トロパノール、1−メチル−2−ピロリジンエタノール、1−アジリジンエタノール、N−(2−ヒドロキシエチル)フタルイミド、N−(2−ヒドロキシエチル)イソニコチンアミド等が例示される。
アミド誘導体としては、ホルムアミド、N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、アセトアミド、N−メチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、プロピオンアミド、ベンズアミド等が例示される。
イミド誘導体としては、フタルイミド、サクシンイミド、マレイミド等が例示される。
更に下記一般式(B)−1で示される塩基性化合物から選ばれる1種または2種以上を添加することもできる。
N(X)(Y)3−n (B)−1
(上記式中、n=1、2、3である。側鎖Xは同一でも異なっていても良く、下記一般式(X)−1〜(X)−3で表すことができる。側鎖Yは同一または異種の、水素原子もしくは直鎖状、分岐状、環状の炭素数1〜20のアルキル基を示し、エーテル基もしくはヒドロキシル基を含んでもよい。また、X同士が結合して環を形成しても良い。)
Figure 0004579811
ここでR300、R302、R305は炭素数1〜4の直鎖状、分岐状のアルキレン基であり、R301、R304は水素原子、炭素数1〜20の直鎖状、分岐状、環状のアルキル基または炭素数6〜20のアリール基であり、ヒドロキシ基、エーテル基、エステル基、ラクトン環を1あるいは複数含んでいても良い。
303は単結合、炭素数1〜4の直鎖状、分岐状のアルキレン基であり、R306は炭素数1〜20の直鎖状、分岐状、環状のアルキル基であり、ヒドロキシ基、エーテル、エステル基、ラクトン環を1あるいは複数含んでいても良い。
一般式(B)−1で表される化合物は具体的には下記に例示される。
トリス(2−メトキシメトキシエチル)アミン、トリス{2−(2−メトキシエトキシ)エチル}アミン、トリス{2−(2−メトキシエトキシメトキシ)エチル}アミン、トリス{2−(1−メトキシエトキシ)エチル}アミン、トリス{2−(1−エトキシエトキシ)エチル}アミン、トリス{2−(1−エトキシプロポキシ)エチル}アミン、トリス[2−{2−(2−ヒドロキシエトキシ)エトキシ}エチル]アミン、4,7,13,16,21,24−ヘキサオキサ−1,10−ジアザビシクロ[8.8.8]ヘキサコサン、4,7,13,18−テトラオキサ−1,10−ジアザビシクロ[8.5.5]エイコサン、1,4,10,13−テトラオキサ−7,16−ジアザビシクロオクタデカン、1−アザ−12−クラウン−4、1−アザ−15−クラウン−5、1−アザ−18−クラウン−6、トリス(2−フォルミルオキシエチル)アミン、トリス(2−ホルミルオキシエチル)アミン、トリス(2−アセトキシエチル)アミン、トリス(2−プロピオニルオキシエチル)アミン、トリス(2−ブチリルオキシエチル)アミン、トリス(2−イソブチリルオキシエチル)アミン、トリス(2−バレリルオキシエチル)アミン、トリス(2−ピバロイルオキシエチル)アミン、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)2−(アセトキシアセトキシ)エチルアミン、トリス(2−メトキシカルボニルオキシエチル)アミン、トリス(2−tert−ブトキシカルボニルオキシエチル)アミン、トリス[2−(2−オキソプロポキシ)エチル]アミン、トリス[2−(メトキシカルボニルメチル)オキシエチル]アミン、トリス[2−(tert−ブトキシカルボニルメチルオキシ)エチル]アミン、トリス[2−(シクロヘキシルオキシカルボニルメチルオキシ)エチル]アミン、トリス(2−メトキシカルボニルエチル)アミン、トリス(2−エトキシカルボニルエチル)アミン、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)2−(メトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)2−(メトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)2−(エトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)2−(エトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)2−(2−メトキシエトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)2−(2−メトキシエトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)2−(2−ヒドロキシエトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)2−(2−アセトキシエトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)2−[(メトキシカルボニル)メトキシカルボニル]エチルアミン、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)2−[(メトキシカルボニル)メトキシカルボニル]エチルアミン、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)2−(2−オキソプロポキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)2−(2−オキソプロポキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)2−(テトラヒドロフルフリルオキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)2−(テトラヒドロフルフリルオキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)2−[(2−オキソテトラヒドロフラン−3−イル)オキシカルボニル]エチルアミン、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)2−[(2−オキソテトラヒドロフラン−3−イル)オキシカルボニル]エチルアミン、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)2−(4−ヒドロキシブトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−ホルミルオキシエチル)2−(4−ホルミルオキシブトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−ホルミルオキシエチル)2−(2−ホルミルオキシエトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−メトキシエチル)2−(メトキシカルボニル)エチルアミン、N−(2−ヒドロキシエチル)ビス[2−(メトキシカルボニル)エチル]アミン、N−(2−アセトキシエチル)ビス[2−(メトキシカルボニル)エチル]アミン、N−(2−ヒドロキシエチル)ビス[2−(エトキシカルボニル)エチル]アミン、N−(2−アセトキシエチル)ビス[2−(エトキシカルボニル)エチル]アミン、N−(3−ヒドロキシ−1−プロピル)ビス[2−(メトキシカルボニル)エチル]アミン、N−(3−アセトキシ−1−プロピル)ビス[2−(メトキシカルボニル)エチル]アミン、N−(2−メトキシエチル)ビス[2−(メトキシカルボニル)エチル]アミン、N−ブチルビス[2−(メトキシカルボニル)エチル]アミン、N−ブチルビス[2−(2−メトキシエトキシカルボニル)エチル]アミン、N−メチルビス(2−アセトキシエチル)アミン、N−エチルビス(2−アセトキシエチル)アミン、N−メチルビス(2−ピバロイルオキシエチル)アミン、N−エチルビス[2−(メトキシカルボニルオキシ)エチル]アミン、N−エチルビス[2−(tert−ブトキシカルボニルオキシ)エチル]アミン、トリス(メトキシカルボニルメチル)アミン、トリス(エトキシカルボニルメチル)アミン、N−ブチルビス(メトキシカルボニルメチル)アミン、N−ヘキシルビス(メトキシカルボニルメチル)アミン、β−(ジエチルアミノ)−δ−バレロラクトン等を例示できるが、これらに制限されない。
更に下記一般式(B)−2に示される環状構造を持つ塩基性化合物の1種あるいは2種以上を添加することもできる。
Figure 0004579811
(式中、Xは前述の通り、R307は炭素数2〜20の直鎖状、分岐状のアルキレン基であり、カルボニル基、エーテル基、エステル基、スルフィドを1個あるいは複数個含んでいても良い。)
(B)−2は具体的には、1−[2−(メトキシメトキシ)エチル]ピロリジン、1−[2−(メトキシメトキシ)エチル]ピペリジン、4−[2−(メトキシメトキシ)エチル]モルホリン、1−[2−[(2−メトキシエトキシ)メトキシ]エチル]ピロリジン、1−[2−[(2−メトキシエトキシ)メトキシ]エチル]ピペリジン、4−[2−[(2−メトキシエトキシ)メトキシ]エチル]モルホリン、酢酸2−(1−ピロリジニル)エチル、酢酸2−ピペリジノエチル、酢酸2−モルホリノエチル、ギ酸2−(1−ピロリジニル)エチル、プロピオン酸2−ピペリジノエチル、アセトキシ酢酸2−モルホリノエチル、メトキシ酢酸2−(1−ピロリジニル)エチル、4−[2−(メトキシカルボニルオキシ)エチル]モルホリン、1−[2−(t−ブトキシカルボニルオキシ)エチル]ピペリジン、4−[2−(2−メトキシエトキシカルボニルオキシ)エチル]モルホリン、3−(1−ピロリジニル)プロピオン酸メチル、3−ピペリジノプロピオン酸メチル、3−モルホリノプロピオン酸メチル、3−(チオモルホリノ)プロピオン酸メチル、2−メチル−3−(1−ピロリジニル)プロピオン酸メチル、3−モルホリノプロピオン酸エチル、3−ピペリジノプロピオン酸メトキシカルボニルメチル、3−(1−ピロリジニル)プロピオン酸2−ヒドロキシエチル、3−モルホリノプロピオン酸2−アセトキシエチル、3−(1−ピロリジニル)プロピオン酸2−オキソテトラヒドロフラン−3−イル、3−モルホリノプロピオン酸テトラヒドロフルフリル、3−ピペリジノプロピオン酸グリシジル、3−モルホリノプロピオン酸2−メトキシエチル、3−(1−ピロリジニル)プロピオン酸2−(2−メトキシエトキシ)エチル、3−モルホリノプロピオン酸ブチル、3−ピペリジノプロピオン酸シクロヘキシル、α−(1−ピロリジニル)メチル−γ−ブチロラクトン、β−ピペリジノ−γ−ブチロラクトン、β−モルホリノ−δ−バレロラクトン、1−ピロリジニル酢酸メチル、ピペリジノ酢酸メチル、モルホリノ酢酸メチル、チオモルホリノ酢酸メチル、1−ピロリジニル酢酸エチル、モルホリノ酢酸2−メトキシエチル等を挙げることができる。
更に、一般式(B)−3〜(B)−6で表されるシアノ基を含む塩基性化合物を添加することができる。
Figure 0004579811
(式中、X、R307、nは前述の通り、R308、R309は同一又は異種の炭素数1〜4の直鎖状、分岐状のアルキレン基である。)
シアノ基を含む塩基は、具体的には3−(ジエチルアミノ)プロピオノニトリル、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)−3−アミノプロピオノニトリル、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)−3−アミノプロピオノニトリル、N,N−ビス(2−ホルミルオキシエチル)−3−アミノプロピオノニトリル、N,N−ビス(2−メトキシエチル)−3−アミノプロピオノニトリル、N,N−ビス[2−(メトキシメトキシ)エチル]−3−アミノプロピオノニトリル、N−(2−シアノエチル)−N−(2−メトキシエチル)−3−アミノプロピオン酸メチル、N−(2−シアノエチル)−N−(2−ヒドロキシエチル)−3−アミノプロピオン酸メチル、N−(2−アセトキシエチル)−N−(2−シアノエチル)−3−アミノプロピオン酸メチル、N−(2−シアノエチル)−N−エチル−3−アミノプロピオノニトリル、N−(2−シアノエチル)−N−(2−ヒドロキシエチル)−3−アミノプロピオノニトリル、N−(2−アセトキシエチル)−N−(2−シアノエチル)−3−アミノプロピオノニトリル、N−(2−シアノエチル)−N−(2−ホルミルオキシエチル)−3−アミノプロピオノニトリル、N−(2−シアノエチル)−N−(2−メトキシエチル)−3−アミノプロピオノニトリル、N−(2−シアノエチル)−N−[2−(メトキシメトキシ)エチル]−3−アミノプロピオノニトリル、N−(2−シアノエチル)−N−(3−ヒドロキシ−1−プロピル)−3−アミノプロピオノニトリル、N−(3−アセトキシ−1−プロピル)−N−(2−シアノエチル)−3−アミノプロピオノニトリル、N−(2−シアノエチル)−N−(3−ホルミルオキシ−1−プロピル)−3−アミノプロピオノニトリル、N−(2−シアノエチル)−N−テトラヒドロフルフリル−3−アミノプロピオノニトリル、N,N−ビス(2−シアノエチル)−3−アミノプロピオノニトリル、ジエチルアミノアセトニトリル、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)アミノアセトニトリル、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)アミノアセトニトリル、N,N−ビス(2−ホルミルオキシエチル)アミノアセトニトリル、N,N−ビス(2−メトキシエチル)アミノアセトニトリル、N,N−ビス[2−(メトキシメトキシ)エチル]アミノアセトニトリル、N−シアノメチル−N−(2−メトキシエチル)−3−アミノプロピオン酸メチル、N−シアノメチル−N−(2−ヒドロキシエチル)−3−アミノプロピオン酸メチル、N−(2−アセトキシエチル)−N−シアノメチル−3−アミノプロピオン酸メチル、N−シアノメチル−N−(2−ヒドロキシエチル)アミノアセトニトリル、N−(2−アセトキシエチル)−N−(シアノメチル)アミノアセトニトリル、N−シアノメチル−N−(2−ホルミルオキシエチル)アミノアセトニトリル、N−シアノメチル−N−(2−メトキシエチル)アミノアセトニトリル、N−シアノメチル−N−[2−(メトキシメトキシ)エチル]アミノアセトニトリル、N−(シアノメチル)−N−(3−ヒドロキシ−1−プロピル)アミノアセトニトリル、N−(3−アセトキシ−1−プロピル)−N−(シアノメチル)アミノアセトニトリル、N−シアノメチル−N−(3−ホルミルオキシ−1−プロピル)アミノアセトニトリル、N,N−ビス(シアノメチル)アミノアセトニトリル、1−ピロリジンプロピオノニトリル、1−ピペリジンプロピオノニトリル、4−モルホリンプロピオノニトリル、1−ピロリジンアセトニトリル、1−ピペリジンアセトニトリル、4−モルホリンアセトニトリル、3−ジエチルアミノプロピオン酸シアノメチル、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)−3−アミノプロピオン酸シアノメチル、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)−3−アミノプロピオン酸シアノメチル、N,N−ビス(2−ホルミルオキシエチル)−3−アミノプロピオン酸シアノメチル、N,N−ビス(2−メトキシエチル)−3−アミノプロピオン酸シアノメチル、N,N−ビス[2−(メトキシメトキシ)エチル]−3−アミノプロピオン酸シアノメチル、3−ジエチルアミノプロピオン酸(2−シアノエチル)、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)−3−アミノプロピオン酸(2−シアノエチル)、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)−3−アミノプロピオン酸(2−シアノエチル)、N,N−ビス(2−ホルミルオキシエチル)−3−アミノプロピオン酸(2−シアノエチル)、N,N−ビス(2−メトキシエチル)−3−アミノプロピオン酸(2−シアノエチル)、N,N−ビス[2−(メトキシメトキシ)エチル]−3−アミノプロピオン酸(2−シアノエチル)、1−ピロリジンプロピオン酸シアノメチル、1−ピペリジンプロピオン酸シアノメチル、4−モルホリンプロピオン酸シアノメチル、1−ピロリジンプロピオン酸(2−シアノエチル)、1−ピペリジンプロピオン酸(2−シアノエチル)、4−モルホリンプロピオン酸(2−シアノエチル)等が例示される。
なお、塩基性化合物の配合量は、酸発生剤1部に対して0.001〜10部、特に0.01〜1部が好適である。配合量が0.001部以上であれば十分な配合効果が得られ、10部以下であれば解像度や感度が低下する恐れが少ない。
本発明のレジスト組成物として、さらに、溶解促進剤を添加することができる。溶解促進剤としては、ヘキサフルオロアルコールなどのようなフルオロアルコール基を有する化合物が好ましく用いられる。具体的には下記に挙げることができる。
また、本発明のレジスト組成物として、さらに、溶解阻止剤を添加することができる。溶解阻止剤としては、下記溶解促進剤のアルコールのヒドロキシ基を酸不安定基で置換した化合物が好適に用いられる。酸不安定基としては前述のものを用いることができる。
Figure 0004579811
Figure 0004579811
更に、本発明のレジスト材料には、添加剤としてアセチレンアルコール誘導体を配合することができ、これにより保存安定性を向上させることができる。
アセチレンアルコール誘導体としては、下記一般式(S1)、(S2)で示されるものを好適に使用することができる。
Figure 0004579811
(式中、R501、R502、R503、R504、R505はそれぞれ水素原子、又は炭素数1〜8の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基であり、X、Yは0又は正数を示し、下記値を満足する。0≦X≦30、0≦Y≦30、0≦X+Y≦40である。)
アセチレンアルコール誘導体として好ましくは、サーフィノール61、サーフィノール82、サーフィノール104、サーフィノール104E、サーフィノール104H、サーフィノール104A、サーフィノールTG、サーフィノールPC、サーフィノール440、サーフィノール465、サーフィノール485(Air Products and Chemicals Inc.製)、サーフィノールE1004(日信化学工業(株)製)等が挙げられる。
上記アセチレンアルコール誘導体の添加量は、レジスト組成物100質量%中0.01〜2質量%、より好ましくは0.02〜1質量%である。0.01質量%以上であれば塗布性及び保存安定性の改善効果が十分に得られ、2質量%以下であればレジスト材料の解像性が低下する恐れが少ない。
本発明のレジスト材料には、上記成分以外に任意成分として塗布性を向上させるために慣用されている界面活性剤を添加することができる。なお、任意成分の添加量は、本発明の効果を妨げない範囲で通常量とすることができる。
ここで、界面活性剤としては非イオン性のものが好ましく、パーフルオロアルキルポリオキシエチレンエタノール、フッ素化アルキルエステル、パーフルオロアルキルアミンオキサイド、パーフルオロアルキルEO付加物、含フッ素オルガノシロキサン系化合物等が挙げられる。例えばフロラード「FC−430」、「FC−431」、「FC−4430」(いずれも住友スリーエム(株)製)、サーフロン「S−141」、「S−145」、「KH−20」、「KH−40」(いずれも旭硝子(株)製)、ユニダイン「DS−401」、「DS−403」、「DS−451」(いずれもダイキン工業(株)製)、メガファック「F−8151」(大日本インキ工業(株)製)、「X−70−092」、「X−70−093」(いずれも信越化学工業(株)製)等を挙げることができる。好ましくは、フロラード「FC−430」、「FC−4430」(住友スリーエム(株)製)、「X−70−093」(信越化学工業(株)製)、「KH−20」(旭硝子(株)製)、が挙げられる。
本発明のレジスト材料には、さらに酸増殖剤を添加することができる。ポリマー型の酸発生剤は酸拡散が非常に制限されているために、ポジ型レジストでは脱保護反応のコントラストが低下しやすい欠点がある。そこで、特開2000−34272号、特開2002−6481号に示されるように酸増殖剤を添加することによってコントラストを向上させることは効果的である。
このような酸増殖剤の添加量としては、ポリマー型酸発生剤の添加量100重量部に対して好ましくは0〜20重量部、より好ましくは0〜15重量部である。添加量が20部以下であれば、透明性が低下したり酸拡散が増大して解像度が低下したりする恐れが少ない。
本発明のレジスト材料を使用してパターンを形成するには、公知のリソグラフィー技術を採用して行うことができる。
例えば、レジスト材料を、シリコンウエーハ等の基板上にスピンコーティング等の手法で膜厚が0.03〜1.0μmとなるように塗布し、これをホットプレート上で60〜180℃、20秒〜10分間、好ましくは80〜150℃、30秒〜5分間プリベークして、レジスト膜を形成する。次いで目的のパターンを形成するためのマスクを上記のレジスト膜上にかざし、ArFエキシマレーザー、遠紫外線、X線、電子線等の高エネルギー線を露光量1〜100mJ/cm2程度、好ましくは5〜80mJ/cm2程度となるように照射した後、ホットプレート上で60〜150℃、20秒〜5分間、好ましくは80〜130℃、30秒〜3分間ポストエクスポージャベーク(PEB)する。
更に、0.1〜5%、好ましくは2〜3%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)等のアルカリ水溶液の現像液を用い、10秒〜3分間、好ましくは15秒〜2分間、浸漬(dip)法、パドル(puddle)法、スプレー(spray)法等の常法により現像することにより基板上に目的のパターンが形成される。なお、本発明材料は、特に高エネルギー線の中でも193nmのArFエキシマレーザーによる微細パターンニングに最適である。
また、本発明のレジスト材料は液浸リソグラフィーに適用可能である。液浸リソグラフィーでは、投影レンズとウェーハの間に屈折率の高い液体を挿入して、この液体を介して基板を露光する。ArFエキシマレーザー光を用いた液浸リソグラフィーにおいては、液体として水が検討されている。更に高屈折率の液体としてエチレングリコールのようなアルコール類、リン酸やアルミナ分散水などが検討されている。本発明に係るポリマー型スルホニウム塩をベースポリマーとするレジスト材料は、酸発生剤の水への溶解性がないため、良好なレジストパターンを得ることができ、液浸リソグラフィーに特に好適に用いることができる。
以下、合成例、ポリマー合成例、実施例、比較例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの記載によって限定されるものではない。
[合成例1]4-tert-ブトキシフェニルジフェニルスルホニウム パーフルオロ-4-エチルシクロヘキシルスルホネートの合成
4-tert-ブトキシフェニルジフェニルスルホニウム p-トルエンスルホネート20.1g(0.040モル)とパーフルオロ-4-エチルシクロヘキサンスルホン酸カリウム19.8g(0.040モル)をジクロロメタン200gと水200gに加えて室温で2時間撹拌した。不溶物をろ過し、有機層を分取した。次いで有機層を水200gで5回洗浄した。ロータリーエバポレーターにてジクロロメタンを減圧留去し、得られた残渣36gにジエチルエーテルを加えて再結晶を行なった。減圧濾過、減圧乾燥を行ない、白色結晶の目的物を22.5g得た(収率71.2%)。
得られた化合物の飛行時間型質量分析(TOFMS)と核磁気共鳴スペクトル(1H-NMR) の結果を示す。
TOFMS(MALDI)
POSITIVE M+335(4-tert-BuOPhS+(Ph)2相当)
M+279(4-HOPhS+(Ph)2相当;分析時tert-ブトキシ基の切断進行)
NEGATIVE M-461(4-C2F5-C6F10-SO3- 相当)
1H-NMR(CDCl3:ppm)
1.48(9H、一重線、Ha)、7.22〜7.25(2H、二重線、Hb)、7.65〜7.76(12H、多重線、Hc)
Figure 0004579811
[合成例2]4-メタクリル酸オキシフェニルジフェニルスルホニウム、パーフルオロ-4-エチルシクロヘキシルスルホネートの合成
合成例1で得た4-tert-ブトキシフェニルジフェニルスルホニウム パーフルオロ-4-エチルシクロヘキシルスルホネート20g(0.025モル)をジクロロメタン200gに溶解し、更に10-カンファースルホン酸0.6g(0.0025モル)を加えて40℃で加熱撹拌を4時間行なった。反応液を氷冷し、メタクリロイルクロリド2.7g(0.026モル)を加えて10℃を超えない温度でトリエチルアミン2.8g(0.028モル)を添加した。反応液に10-カンファースルホン酸2.0g、更に水100gを加えて有機層を分取した。次いで有機層を水200gで5回洗浄した。ロータリーエバポレーターにてジクロロメタンを減圧留去し、得られた残渣にジエチルエーテルを加えて再結晶を行なった。減圧濾過、減圧乾燥を行ない、白色結晶の目的物を9.6g得た(収率47%)。
得られた目的物の飛行時間型質量分析(TOFMS)と核磁気共鳴スペクトル(1H-NMR) の結果を示す。
TOFMS(MALDI)
POSITIVE M+347(4-(CH2=C(CH3)-CO-O PhS+(Ph)2相当)
NEGATIVE M-461(4-C2F5-C6F10-SO3- 相当)
1H-NMR(CDCl3:ppm)
2.046〜2.050(3H、三重線、Ha)、5.840〜5.859(1H、多重線、Hb)、6.373〜6.387(1H、多重線、Hc)、7.482〜7.512(2H、二重線、Hd)、7.65〜7.86(12H、多重線、He)
Figure 0004579811
合成例2で得た重合性不飽和結合を有するスルホニウム塩を用いて、以下で本発明に係る高分子化合物を合成する。
[ポリマー合成例1]
100mLのフラスコに合成例2で得た4-メタクリル酸オキシフェニルジフェニルスルホニウム、パーフルオロ-4-エチルシクロヘキシルスルホネート4.0g、メタクリル酸−2−アダマンチルエチル7.4g、メタクリル酸5−オキソ−4−オキサトリシクロ[4.2.1.03,7]ノナン−2−イル9.7g、メタクリル酸−3−ヒドロキシ−1−アダマンチル4.2g、溶媒としてテトラヒドロフランを30g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素フローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤としてAIBNを0.2g加え、60℃まで昇温後、15時間反応させた。この反応溶液をイソプロピルアルコール500mL溶液中に沈殿させ、得られた白色固体を濾過後、60℃で減圧乾燥し、白色重合体18.1gを得た。
得られた重合体を13C,1H−NMR、及び、GPC測定したところ、以下の分析結果となった。
共重合組成比
a11:b11:c11:d11=0.05:0.30:0.45:0.20
質量平均分子量(Mw)=9,200
この重合体をポリマー1とする。
Figure 0004579811
[ポリマー合成例2]
100mLのフラスコに合成例2で得た4-メタクリル酸オキシフェニルジフェニルスルホニウム、パーフルオロ-4-エチルシクロヘキシルスルホネート4.0g、メタクリル酸−2−アダマンチルエチル7.4g、メタクリル酸5−オキソ−4−オキサトリシクロ[4.2.1.03,7]ノナン−2−イル7.6g、メタクリル酸−3−ヒドロキシ−1−アダマンチル4.2g、メタクリル酸3,5−ビス[3,3,3−トリフルオロ−2−ヒドロキシ−2−トリフルオロエチルプロピル]シクロヘキシル5.0g、溶媒としてテトラヒドロフランを30g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素フローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤としてAIBNを0.2g加え、60℃まで昇温後、15時間反応させた。この反応溶液をイソプロピルアルコール500mL溶液中に沈殿させ、得られた白色固体を濾過後、60℃で減圧乾燥し、白色重合体19.9gを得た。
得られた重合体を13C,1H−NMR、及び、GPC測定したところ、以下の分析結果となった。
共重合組成比
a11:b11:c11:d11:d12=0.050:0.30:0.35:0.20:0.10
質量平均分子量(Mw)=8,700
この重合体をポリマー2とする。
Figure 0004579811
[ポリマー合成例3]
100mLのフラスコに4-メタクリル酸オキシフェニルジフェニルスルホニウム、パーフルオロ-4-エチルシクロヘキシルスルホネート4.0g、メタクリル酸−2−アダマンチルエチル7.4g、メタクリル酸5−オキソ−4−オキサトリシクロ[4.2.1.03,7]ノナン−2−イル6.5g、メタクリル酸−3−ヒドロキシ−1−アダマンチル4.2g、メタクリル酸5,6−[3,3,3−トリフルオロ−2−ヒドロキシ−2−トリフルオロメチルプロピル]ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル5.4g、溶媒としてテトラヒドロフランを30g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素フローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤としてAIBNを0.2g加え、60℃まで昇温後、15時間反応させた。この反応溶液をイソプロピルアルコール500mL溶液中に沈殿させ、得られた白色固体を濾過後、60℃で減圧乾燥し、白色重合体17.5gを得た。
得られた重合体を13C,1H−NMR、及び、GPC測定したところ、以下の分析結果となった。
共重合組成比
a11:b11:c11:d11:d13=0.05:0.30:0.30:0.20:0.15
質量平均分子量(Mw)=9,800
この重合体をポリマー3とする。
Figure 0004579811
[ポリマー合成例4]
100mLのフラスコに4-メタクリル酸オキシフェニルジフェニルスルホニウム、パーフルオロ-4-エチルシクロヘキシルスルホネート4.0g、メタクリル酸−3−エチル−3−エキソテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカニル8.2g、メタクリル酸3−オキソ−2,7−ジオキサトリシクロ[4.2.1.04,8]−9−ノニル8.9g、メタクリル酸−3−ヒドロキシ−1−アダマンチル5.9g、溶媒としてテトラヒドロフランを30g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素フローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤としてAIBNを0.2g加え、60℃まで昇温後、15時間反応させた。この反応溶液をイソプロピルアルコール500mL溶液中に沈殿させ、得られた白色固体を濾過後、60℃で減圧乾燥し、白色重合体19.4gを得た。
得られた重合体を13C,1H−NMR、及び、GPC測定したところ、以下の分析結果となった。
共重合組成比
a11:b12:c12:d11=0.05:0.30:0.40:0.25
質量平均分子量(Mw)=7,600
この重合体をポリマー4とする。
Figure 0004579811
[ポリマー合成例5]
100mLのフラスコに4-メタクリル酸オキシフェニルジフェニルスルホニウム、パーフルオロ-4-エチルシクロヘキシルスルホネート8.0g、メタクリル酸−3−エチル−3−エキソテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカニル8.2g、メタクリル酸3−オキソ−2,7−ジオキサトリシクロ[4.2.1.04,8]−9−ノニル7.8g、メタクリル酸−3−ヒドロキシ−1−アダマンチル5.1g、溶媒としてテトラヒドロフランを30g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素フローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤としてAIBNを0.2g加え、60℃まで昇温後、15時間反応させた。この反応溶液をイソプロピルアルコール500mL溶液中に沈殿させ、得られた白色固体を濾過後、60℃で減圧乾燥し、白色重合体20.9gを得た。
得られた重合体を13C,1H−NMR、及び、GPC測定したところ、以下の分析結果となった。
共重合組成比
a11:b12:c12:d11=0.10:0.30:0.40:0.20
質量平均分子量(Mw)=8,400
この重合体をポリマー5とする。
Figure 0004579811
[ポリマー合成例6]
100mLのフラスコにメタクリル酸−3−エチル−3−エキソテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカニル8.2g、メタクリル酸3−オキソ−2,7−ジオキサトリシクロ[4.2.1.04,8]−9−ノニル7.8g、メタクリル酸−3−ヒドロキシ−1−アダマンチル5.9g、メタクリル酸3,5−ビス[3,3,3−トリフルオロ−2−ヒドロキシ−2−トリフルオロエチルプロピル]シクロヘキシル5.0g、溶媒としてテトラヒドロフランを30g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素フローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤としてAIBNを0.2g加え、60℃まで昇温後、15時間反応させた。この反応溶液をイソプロピルアルコール500mL溶液中に沈殿させ、得られた白色固体を濾過後、60℃で減圧乾燥し、白色重合体19.3gを得た。
得られた重合体を13C,1H−NMR、及び、GPC測定したところ、以下の分析結果となった。
共重合組成比
b12:c12:d11:d12=0.30:0.35:0.25:0.10
質量平均分子量(Mw)=8,300
この重合体をポリマー6とする。
Figure 0004579811
[ポリマー7]
三井化学製メタセシスポリマー(ROMP−E)をポリマー7とする。
共重合組成比
h1:i1:j1=0.35:0.15:0.50
質量平均分子量(Mw)=8,100
Figure 0004579811
[ポリマー合成例8]
100mLのフラスコに4-メタクリル酸オキシフェニルジフェニルスルホニウム、パーフルオロ-4-エチルシクロヘキシルスルホネート8.0g、メタクリル酸−2−アダマンチルエチル7.4g、メタクリル酸−3−ヒドロキシ−1−アダマンチル9.2g、
メタクリル酸3,5−ビス[3,3,3−トリフルオロ−2−ヒドロキシ−2−トリフルオロエチルプロピル]シクロヘキシル11.0g、溶媒としてテトラヒドロフランを30g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素フローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤としてAIBNを0.2g加え、60℃まで昇温後、15時間反応させた。この反応溶液をイソプロピルアルコール500mL溶液中に沈殿させ、得られた白色固体を濾過後、60℃で減圧乾燥し、白色重合体39.8gを得た。
得られた重合体を13C,1H−NMR、及び、GPC測定したところ、以下の分析結果となった。
共重合組成比
a11:b11:d11:d12=0.10:0.30:0.40:0.20
質量平均分子量(Mw)=8,500
この重合体をポリマー8とする。
Figure 0004579811
[ポリマー合成例9]
100mLのフラスコに4-メタクリル酸オキシフェニルジフェニルスルホニウム、パーフルオロブタンスルホネート12.0g、メタクリル酸−2−アダマンチルエチル7.4g、メタクリル酸3−オキソ−2,7−ジオキサトリシクロ[4.2.1.04,8]−9−ノニル9.8g、4−ヒドロキシスチレン15.0g、溶媒としてテトラヒドロフランを30g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素フローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤としてAIBNを0.2g加え、60℃まで昇温後、15時間反応させた。この反応溶液をイソプロピルアルコール500mL溶液中に沈殿させ、得られた白色固体を濾過後、60℃で減圧乾燥し、白色重合体39.8gを得た。
得られた重合体を13C,1H−NMR、及び、GPC測定したところ、以下の分析結果となった。
共重合組成比
a12:b11:c12:d14=0.15:0.25:0.20:0.40
質量平均分子量(Mw)=7,900
この重合体をポリマー9とする。
Figure 0004579811
[ポリマー合成例10]
100mLのフラスコにメタクリル酸−2−アダマンチルエチル7.4g、メタクリル酸3−オキソ−2,7−ジオキサトリシクロ[4.2.1.04,8]−9−ノニル9.8g、4−ヒドロキシスチレン19.0g、溶媒としてテトラヒドロフランを30g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素フローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤としてAIBNを0.2g加え、60℃まで昇温後、15時間反応させた。この反応溶液をイソプロピルアルコール500mL溶液中に沈殿させ、得られた白色固体を濾過後、60℃で減圧乾燥し、白色重合体39.8gを得た。
得られた重合体を13C,1H−NMR、及び、GPC測定したところ、以下の分析結果となった。
共重合組成比
b11:c12:d14=0.25:0.30:0.45
質量平均分子量(Mw)=7,800
この重合体をポリマー10とする。
Figure 0004579811
(実施例、比較例)
[レジスト材料の調製]
上記のポリマー合成例1〜8で示される重合体、下記式で示される酸発生剤(PAG1、PAG2、PAG3)、酸増殖剤(PAAG1)、溶解阻止剤(DRI−1)、溶解促進剤(DRR−1)、塩基性化合物(2NapMp、AdMp)、を表1に示す組成でFC−430(住友スリーエム製)0.01質量%を含む溶媒中に溶解してレジスト材料を調合し、更に各組成物を0.2μmのテフロン(登録商標)製フィルターで濾過することにより、レジスト液をそれぞれ調製した。
表1中の各組成は次の通りである。
ポリマー1〜8: ポリマー合成例1〜8より
酸発生剤: PAG1、PAG2、PAG3(下記構造式参照)
Figure 0004579811
酸増殖剤: PAAG1(下記構造式参照)
Figure 0004579811
溶解阻止剤: DRI−1(下記構造式参照)
Figure 0004579811
溶解促進剤: DRR−1(下記構造式参照)
Figure 0004579811
塩基性化合物: 2NapMp、AdMp(下記構造式参照)
Figure 0004579811
有機溶剤: PGMEA(プロピレングリコールメチルエーテルアセテート)、CyHO(シクロヘキサノン)
[露光パターニング評価]
このように調製したレジスト材料の溶液(実施例1〜13、比較例1〜3)を、シリコン基板上に反射防止膜溶液(日産化学工業製ARC−29A)を塗布し、200℃で60秒間ベークして作成した反射防止膜(78nm膜厚)基板上にスピンコーティングし、ホットプレートを用いて120℃で60秒間ベーク(プリベーク)し、200nm膜厚のレジスト膜を作成した。
これをArFエキシマレーザーマイクロステッパー(ニコン社製S305B、NA=0.68、σ0.85、2/3輪帯照明、Crマスク)を用いて露光し、120℃で90秒間ベーク(PEB)を施し、2.38%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシドの水溶液で60秒間現像を行って、ポジ型のパターン(実施例1〜13、比較例1〜3)を得た。
得られたレジストパターンを次のように評価し、結果を表1に示した。
0.12μmのグループのラインアンドスペースを1:1で解像する露光量を最適露光量(Eop、mJ/cm2)として、この露光量における分離しているラインアンドスペースの最小線幅(μm)を評価レジストの解像度とした。
Figure 0004579811
[擬似的液浸露光によるレジストパターン形状の観察]
次に、上記で調製したレジスト材料の溶液(実施例1〜13、比較例1〜3)を用いて、上記と同様にしてレジスト膜の作製、露光、現像を行い、現像後の110nmラインアンドスペースパターンの形状を観察した。
さらに、プリベークと露光の間(露光前)、および/または、露光とPEBの間(露光後)に300秒の純水リンスを行うことで、疑似的な液浸露光を行う以外は、上記と同様にしてレジスト膜の作製、露光、現像を行い、現像後の110nmラインアンドスペースパターンの形状を観察した。
得られた結果を表2にまとめた。
Figure 0004579811
[電子ビーム描画評価]
描画評価では、上記ポリマー合成例9および10で示される重合体を、表3に示される組成で溶解させた溶液を、0.2μmサイズのフィルターで濾過してポジ型レジスト材料を調製した。
得られたポジ型レジスト材料を直径6インチφのSi基板上に、クリーントラックMark5(東京エレクトロン社製)を用いてスピンコートし、ホットプレート上で110℃で90秒間プリベークして100nmのレジスト膜を作製した。これに、日立製作所HL−800Dを用いてHV電圧50keVで真空チャンバー内描画を行った。
描画後直ちにクリーントラックMark5(東京エレクトロン社製)を用いてホットプレート上で110℃で90秒間ポストエクスポージャベーク(PEB)を行い、2.38質量%のTMAH水溶液で30秒間パドル現像を行い、ポジ型のパターンを得た。
得られたレジストパターンを次のように評価した。
0.12μmのラインアンドスペースを1:1で解像する露光量をレジストの感度とし、この時に解像している最小寸法を解像度とした。
レジスト組成とEB露光における感度、解像度の結果を表3に示す。
Figure 0004579811
表3中の酸発生剤PAG3および有機溶剤PGMEAについては、上記表1と同様である。
表1および2の結果より、本発明のレジスト材料(実施例1〜13)が高感度及び高解像性で、比較例1〜3に比べて水による長時間のリンスに対しても形状変化が無く、液浸露光に十分対応できることが確認された。
表3の結果より、本発明のレジスト材料(実施例14)がEB露光において高感度及び高解像で、モノマー型の酸発生剤のみを添加した場合(比較例4)よりも優れていることが確認された。
尚、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

Claims (5)

  1. 少なくとも、重合性不飽和結合を有するスルホニウム塩、ラクトンまたはヒドロキシ基を密着性基として有する(メタ)アクリレート、下記式(A−3)−1〜(A−3)−18に示される酸不安定基で置換されたエステルを有する(メタ)アクリレートを共重合したものである高分子化合物を含み、前記重合性不飽和結合を有するスルホニウム塩を重合したものである繰り返し単位が下記一般式(1)で表されることを特徴とするレジスト材料。
    Figure 0004579811
    (式(A−3)−1〜(A−3)−18中、R43は同一又は異種の炭素数1〜8の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、又は炭素数6〜20のアリール基を示す。R44、R46は水素原子、又は炭素数1〜20の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基を示す。R45は炭素数6〜20のアリール基を示す。)
    Figure 0004579811
    (式中、Rは水素原子、メチル基、Rはフェニレン基、−O−R−、−C(=O)−X−R−、−C(=O)−O−C−O−Y−、−C(=O)−O−Z−C(=O)−CH−、−Z−C(=O)−CH−、−C(=O)−O−Z−CH−、−C(=O)−O−CH−C(=O)−O−Z−、−C(=O)−O−C−C(=O)−O−Z−のいずれかである。Xは酸素原子またはNH、Rは炭素数1〜6の直鎖状、分岐状、環状のアルキレン基、フェニレン基であり、カルボニル基、エステル基又はエーテル基を含んでいてもよい。Yはフェニレン基、ナフチレン基、アントリレン基のいずれかである。Zはフェニレン基である。R、Rは同一又は異種の炭素数1〜12の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基であり、カルボニル基、エステル基又はエーテル基を含んでいてもよく、又は炭素数6〜12のアリール基又は炭素数7〜20のアラルキル基、チオフェニル基を表す。また、R、Rは結合して環を形成してもよい。Rは一部又は全ての水素原子がフッ素原子で置換された、炭素数4〜20の環状、あるいは環を含むアルキル基、炭素数4〜20の直鎖状、分岐状、環状、あるいは環を含むアルケニル基であり、ベンゼン環、エーテル基を1以上有していてもよい、または一部又は全ての水素原子がフッ素原子で置換された炭素数4〜20のアリール基である。)
  2. 前記レジスト材料が、化学増幅ポジ型レジスト材料であることを特徴とする請求項に記載のレジスト材料。
  3. 前記レジスト材料が、さらに、有機溶剤、塩基性化合物、溶解阻止剤のいずれか1つ以上を含有するものであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のレジスト材料。
  4. 少なくとも、請求項1乃至請求項のいずれか1項に記載のレジスト材料を基板上に塗布する工程と、加熱処理後、高エネルギー線で露光する工程と、現像液を用いて現像する工程とを含むことを特徴とするパターン形成方法。
  5. 前記高エネルギー線で露光する工程において、波長193nmのArFエキシマレーザーを光源に用い、前記レジスト材料を塗布した基板と投影レンズの間に液体を挿入し、該液体を介して前記基板を露光する液浸露光を行うことを特徴とする請求項に記載のパターン形成方法。
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