説明

化合物およびその製造方法

【課題】レジスト組成物用としての利用が期待される低分子化合物の製造に好適に使用できる化合物、および該化合物の製造方法を提供する。
【解決手段】下記一般式(I)で表される化合物[式(I)中、R11〜R13はそれぞれ独立して炭素数1〜10のアルキル基;sは1〜2の整数;tは1〜3の整数;uは1〜3の整数;s+t+uは3〜5の整数;qは0〜2の整数;pは1または2である。]。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、レジスト組成物用としての利用が可能な低分子化合物の製造に好適に使用できる化合物、および該化合物の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、半導体素子や液晶表示素子の製造においては、リソグラフィー技術の進歩により急速にパターンの微細化が進んでいる。
微細化の手法としては、一般に、露光光源の短波長化が行われている。具体的には、従来は、g線、i線に代表される紫外線が用いられていたが、現在では、KrFエキシマレーザーや、ArFエキシマレーザーを用いた半導体素子の量産が開始されている。また、これらエキシマレーザーより短波長のFエキシマレーザー、電子線、EUV(極紫外線)やX線などについても検討が行われている。
また、微細な寸法のパターンを形成可能なパターン形成材料の1つとして、膜形成能を有する基材成分と、露光により酸を発生する酸発生剤成分とを含有する化学増幅型レジストが知られている。化学増幅型レジストには、露光によりアルカリ可溶性が低下するネガ型と、露光によりアルカリ可溶性が増大するポジ型とがある。
【0003】
従来、このような化学増幅型レジストの基材成分としてはポリマーが用いられており、例えばポリヒドロキシスチレン(PHS)やその水酸基の一部を酸解離性溶解抑制基で保護した樹脂等のPHS系樹脂、(メタ)アクリル酸エステルから誘導される共重合体やそのカルボキシ基の一部を酸解離性溶解抑制基で保護した樹脂等が用いられている。
しかし、このようなパターン形成材料を用いてパターンを形成した場合、パターンの上面や側壁の表面に荒れ(ラフネス)が生じる問題がある。たとえばレジストパターン側壁表面のラフネス、すなわちラインエッジラフネス(LER)は、ホールパターンにおけるホール周囲の歪みや、ラインアンドスペースパターンにおけるライン幅のばらつき等の原因となるため、微細な半導体素子の形成等に悪影響を与えるおそれがある。
かかる問題は、パターン寸法が小さいほど重大となってくる。そのため、例えば電子線やEUVによるリソグラフィーでは、数10nmの微細なパターン形成を目標としていることから、現状のパターンラフネスを越える極低ラフネスが求められている。
しかし、一般的に基材として用いられているポリマーは、分子サイズ(一分子当たりの平均自乗半径)が数nm前後と大きい。パターン形成の現像工程において、現像液に対するレジストの溶解挙動は通常、基材成分1分子単位で行われるため、基材成分としてポリマーを使う限り、さらなるラフネスの低減は極めて困難である。
【0004】
このような問題に対し、極低ラフネスを目指した材料として、基材成分として低分子材料を用いるレジストが提案されている。たとえば非特許文献1,2には、水酸基、カルボキシ基等のアルカリ可溶性基を有し、その一部または全部が酸解離性溶解抑制基で保護された低分子材料が提案されている。
【非特許文献1】T.Hirayama,D.Shiono,H.Hada and J.Onodera:J.Photopolym.Sci.Technol.17(2004)、p435
【非特許文献2】Jim−Baek Kim,Hyo−Jin Yun,Young−Gil Kwon:Chemistry Letters(2002)、p1064〜1065
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
低分子材料は、低分子量であるが故に分子サイズが小さく、ラフネスを低減できると予想される。そのため、レジスト組成物とした際に、実際に使用できるレベルでレジストパターンを形成できる低分子材料に対する要求が高まっている。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、レジスト組成物用としての利用が可能な低分子化合物の製造に好適に使用できる化合物、および該化合物の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決する本発明の第一の態様は、下記一般式(I)で表される化合物である。
【0007】
【化1】

[式(I)中、R11〜R13はそれぞれ独立して炭素数1〜10のアルキル基であり;sは1〜2の整数であり;tは1〜3の整数であり;uは1〜3の整数であり;s+t+uは3〜5の整数であり;qは0〜2の整数であり;pは1または2である。]
【0008】
また、本発明の第二の態様は、下記一般式(1)で表される化合物(1)と下記一般式(2)で表される化合物(2)とを酸性条件下で反応させて下記一般式(I)で表される化合物を得る工程を有することを特徴とする化合物の製造方法である。
【0009】
【化2】

[式中、R11〜R13はそれぞれ独立して炭素数1〜10のアルキル基であり;sは1〜2の整数であり;tは1〜3の整数であり;uは1〜3の整数であり;s+t+uは3〜5の整数であり;qは0〜2の整数であり;pは1または2である。]
【0010】
ここで、本特許請求の範囲及び明細書における「アルキル基」は、特に記載のない限り、直鎖状、分岐状および環状の1価の飽和炭化水素基を包含するものとする。
【発明の効果】
【0011】
本発明により、レジスト組成物用としての利用が可能な低分子化合物の製造に好適に使用できる化合物、および該化合物の製造方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
≪化合物≫
本発明の化合物(以下、化合物(I)という。)は、上記一般式(I)で表されるように、トリフェニルメタン骨格のフェニル基の2つに水酸基とR11とR12とが結合し、残りの1つのフェニル基に、カルボキシ基[−COOH]、および任意にR13が結合した構造を有するトリス(ヒドロキシフェニル)メタン誘導体である。
【0013】
式(I)中、R11〜R13はそれぞれ独立して炭素数1〜10の直鎖状、分岐状または環状のアルキル基である。前記アルキル基としては、炭素数1〜5の直鎖状または分岐状の低級アルキル基、または炭素数5〜6の環状アルキル基が好ましい。
前記低級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、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基などの直鎖状または分岐状のアルキル基が挙げられ、これらの中でも、メチル基が好ましい。
前記環状アルキル基としてはシクロヘキシル基、シクロペンチル基等が挙げられる。
【0014】
pは1または2である。本発明においては、特に、該化合物を用いて製造される化合物がレジスト組成物用として好適であるため、pが1であることが好ましい。すなわち、化合物(I)は、下記一般式(I−1)で表される化合物であることが好ましい。
【0015】
【化3】

[式(I−1)中、R11〜R13,s,t,u,qは式(I)と同様である。]
【0016】
qは0〜2の整数であり、好ましくは0または1であり、最も好ましくは0である。
カルボキシ基の結合位置は、特に限定されないが、得られる化合物を用いて製造される化合物がレジスト組成物用として好適であること、合成しやすさ等の点で、少なくとも1つが、フェニル基のパラ位(4位)に結合していることが好ましい。
13の結合位置は、特に限定されないが、合成のしやすさ等の点で、カルボキシアルキルオキシ基が結合した炭素原子に隣接する炭素原子の少なくとも一方に結合していることが好ましい。
【0017】
sは1〜2の整数であり、好ましくは1である。
tは1〜3の整数であり、好ましくは1または2であり、最も好ましくは1である。
uは1〜3の整数であり、好ましくは1または2であり、最も好ましくは1である。
s+t+uは3〜5の整数であり、好ましくは3または4であり、最も好ましくは3である。
水酸基の結合位置は、特に限定されないが、得られる化合物を用いて製造される化合物がレジスト組成物用として好適であること、合成しやすさ等の点で、少なくとも1つが、フェニル基のパラ位(4位)に結合していることが好ましい。
11〜R12の結合位置は、特に限定されないが、合成のしやすさ等の点で、水酸基が結合した炭素原子に隣接する炭素原子の少なくとも一方に、R11またはR12が結合していることが好ましく、特に、水酸基が結合した炭素原子に隣接する炭素原子の両方にR11またはR12が結合していることが好ましい。
【0018】
本発明の化合物(I)としては、特に、下記一般式(II)で表される化合物が、該化合物を用いて製造される化合物がレジスト組成物用として好適であるため好ましい。
【0019】
【化4】

[式(II)中、R11〜R12はそれぞれ独立して炭素数1〜10のアルキル基であり;pは1または2である。]
【0020】
式(II)中、R11〜R12およびpは式(I)中のR11〜R12およびpと同様である。
なかでも、pが1である化合物が好ましく、特に、カルボキシ基が当該フェニル基のパラ位に結合した下記一般式(II−1)で表される化合物が好ましい。
【0021】
【化5】

[式中、R11〜R12は上記と同様である。]
【0022】
式(II)で表される化合物としては、特に、合成しやすさ等の点で、下記一般式(II−2)または(II−3)で表される化合物が好ましい。
【0023】
【化6】

[式中、R11〜R12およびpは上記と同様である。]
【0024】
化合物(I)は、置換基R11〜R13の種類を選択することにより、種々の特性、たとえばアルカリ溶解性等を調節することができる。たとえば、上記式(II)中の、フェノール性水酸基のオルト位に結合した置換基R11がシクロヘキシル基等の嵩高い基である化合物は、他の構造が同じであって、R11がメチル基等の嵩高くない基である化合物に比べ、アルカリ溶解性が小さい。このように、化合物(I)のアルカリ溶解性を調節することにより、たとえば後述するような、当該化合物(I)を用いて得られる低分子化合物(A1)のアルカリ溶解性を調節することができる。つまり、低分子化合物(A1)を含有するポジ型レジスト組成物のアルカリ現像液に対する溶解性を調節することができる。
【0025】
化合物(I)は、従来公知の方法を適用することにより製造できる。また、下記本発明の化合物(I)の製造方法に示すように、置換基を有していてもよいカルボキシベンズアルデヒドと、置換基を有するフェノール化合物とを、酸性条件下で反応(脱水縮合)させることにより製造できる。
【0026】
≪化合物(I)の製造方法≫
本発明の化合物(I)の製造方法は、上記一般式(1)で表される化合物(1)と上記一般式(2)で表される化合物(2)とを酸性条件下で反応させて本発明の化合物(I)を得る工程(以下、化合物(I)形成工程という)を有する。
【0027】
<化合物(I)形成工程>
一般式(1)、(2)中のR11〜R13、s、t、u、q、pは、上記一般式(I)中のR11〜R13、s、t、u、q、pと同様である。
化合物(1)と化合物(2)との反応は、酸性条件下で行われる。これにより、化合物(1)のホルミル基(−CHO)と化合物(2)とが反応し、化合物(I)が形成される。
具体的には、例えば、化合物(1)をメタノール等の有機溶剤に溶解し、該溶液中に、化合物(1)に対して約2当量倍の化合物(2)を添加し、さらに塩酸等の酸を添加することにより反応させることができる。
【0028】
このとき使用する有機溶剤としては、化合物(1)〜(2)を溶解するものであればよく、一般的な有機溶剤から任意のものを選択すればよく、たとえばメタノール、エタノール等の炭素数1〜4のアルコール、テトラヒドロフラン(THF)等が挙げられる。これらの有機溶剤は、いずれか1種を単独で用いてもよく、2種類以上混合して用いてもよい。
このとき使用する酸としては、化合物(1)と化合物(2)との反応を生じさせるものであれば特に制限はない。好ましくは塩酸(塩化水素水溶液)、硫酸、無水硫酸、p−トルエンスルホン酸、メタンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、シュウ酸、ギ酸、リン酸、トリクロロ酢酸、トリフルオロ酢酸等を好ましい具体例として挙げることができる。特に、塩酸が好ましく用いられる。これらの酸は、いずれか1種を単独で用いてもよく、2種類以上混合して用いてもよい。
酸の添加量は、化合物(1)と化合物(2)との反応を生じさせる量であればよく、例えば、35%質量塩酸の場合は、化合物(1)100質量部に対して、好ましくは1〜700質量部、より好ましくは100〜600質量部の範囲で用いられる。
反応温度は、20〜80℃が好ましく、30〜65℃がより好ましい。
反応時間は、2〜96時間が好ましく、5〜72時間がより好ましい。
【0029】
反応終了後、反応液に水酸化ナトリウム等の塩基を添加して、反応液中の酸を中和する。このとき、たとえば反応液に用いる有機溶剤としてメタノール等のアルコールを用いた場合、カルボキシ基が該アルコールにより若干エステル化している場合がある。そのため、エステルを加水分解させるために、過剰の塩基を加えることが好ましい。
このようにして得られる反応液中には、化合物(I)が、塩となって溶解している。そのため、たとえば反応液を分液ロートに移し、水/ジエチルエーテル等で洗浄して原料(反応に用いた化合物等)を除去し、次いで水層を抜き取り、塩酸水溶液で中和すると、沈殿が生じる。この沈殿物をろ過等によって回収することにより、化合物(I)が得られる。
このようにして得られる化合物(I)に対して、さらに、水洗浄、再沈等の精製処理を行ってもよい。
【0030】
<低分子化合物>
上記本発明の化合物(I)は、レジスト組成物用としての利用が可能な低分子化合物の製造に好適に使用できる。
たとえば、上記一般式(I−1)で表される化合物(以下、化合物(I−1)という。)は、下記一般式(A−1)または(A−2)で表される低分子化合物(A1)の製造に好適に使用できる。
【0031】
【化7】

[式中、R〜R,R〜Rはそれぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子、アルキル基またはハロゲン化アルキル基であり;R〜R,R〜R10はそれぞれ独立して下記一般式(I−11)で表される基であり;l,m,l’,m’はそれぞれ独立して1〜3の整数であり;n,n’は1〜3の整数であり;Yは(n+1)価の有機基であり;Zは(n’+1)価の有機基である。]
【0032】
【化8】

[式中、R11〜R13,s,t,u,qは式(I)と同様である。]
【0033】
低分子化合物(A1)は、上記のような構造を有することにより、たとえばポジ型レジスト組成物に酸発生剤成分とともに配合された場合、露光により酸発生剤成分から発生した酸の作用により、R〜RおよびR〜R10に隣接するカルボニル基の炭素原子に結合した酸素原子と、該酸素原子に結合した炭素原子(R〜R、R〜R等が結合した炭素原子)との間の結合が切れて分解する。この分解により、分子量が小さくなると同時にR−COOH、R−COOH等のカルボン酸(すなわち化合物(I−1))が分解物として生じるため、レジストの露光部分においてアルカリ可溶性が増大する。そのため、アルカリ現像を行うことによりポジ型のレジストパターンが形成できる。
このとき、分解物としては、たとえば下記一般式(A−1)で表される化合物の場合、末端部分が分解して生じる(n+1)個のカルボン酸(1個のR−COOHおよびn個のR−COOH)と、中心部分(Y等を含む部分)に由来する1個の化合物が生じると考えられる。また、一般式(A−2)で表される化合物の場合、末端部分が分解して生じる(n’+1)個のカルボン酸(1個のR−COOHおよびn’個のR10−COOH)と、中心部分(Z等を含む部分)に由来する1個の化合物が生じると考えられる。
【0034】
一般式(A−1)中、R〜Rはそれぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、ハロゲン化アルキル基である。
ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられ、特にフッ素原子が好ましい。
〜Rのアルキル基としては、特に制限はなく、例えば炭素数1〜10の直鎖状、分岐状または環状のアルキル基等が挙げられる。アルキル基としては、1〜5の直鎖状または分岐状の低級アルキル基または炭素数5〜6の環状アルキル基が好ましい。直鎖状または分岐状の低級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、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基等が挙げられる。環状アルキル基としては、シクロヘキシル基、シクロペ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、上記で挙げたアルキル基の水素原子の一部または全部がハロゲン原子で置換されたアルキル基が挙げられる。
〜Rとしては、特に、水素原子が好ましい。
【0035】
〜Rは、それぞれ独立に一般式(I−11)で表される基であり、一般式(I−11)中のR11〜R13,s,t,u,qは式(I)中のR11〜R13,s,t,u,qと同様である。
〜Rは、それぞれ同一であっても異なっていてもよいが、合成のしやすさの点で、同一であることが好ましい。
【0036】
l,mはそれぞれ独立して1〜3の整数であり、好ましくは1または2であり、最も好ましくは1である。
nは1〜3の整数であり、好ましくは1または2であり、最も好ましくは1である。
なお、nが2以上の整数である場合、つまり化合物(A1)が、R−COO−[C(R)H]−O−で表される基を2以上有する場合、これらは相互に同一であってもよく、相互に異なっていてもよい。
【0037】
Yは(n+1)価の有機基である。
Yにおいて、有機基としては、直鎖、分岐または環状の飽和炭化水素基が好ましく、直鎖または分岐の飽和炭化水素基がより好ましい。また、該飽和炭化水素基は、炭素数が1〜15であることが好ましく、炭素数1〜10がより好ましく、炭素数1〜6がさらに好ましい。
飽和炭化水素基は置換基を有していても良い。該置換基としては、特に制限はなく、たとえばフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等のハロゲン原子、炭素数1〜6の直鎖、分岐または環状のアルキル基等が挙げられる。ここで、「置換基を有する」とは、飽和炭化水素基の水素原子の一部または全部が置換基で置換されていることを意味する。
また、Yとしては、上述のような飽和炭化水素基の炭素原子の一部が、酸素原子、窒素原子、硫黄原子等のヘテロ原子で置換された基も挙げられる。
【0038】
Yとしては、特に、2価又は3価の飽和炭化水素基が好ましく、特には2価の飽和炭化水素基(アルキレン基)が好ましい。飽和炭化水素基としては、直鎖、分岐または環状のいずれでもよい。
3価の直鎖または分岐の飽和炭化水素基としては、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン等から3個の水素原子を除いた基が挙げられる。
3価の環状の飽和炭化水素基としては、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、ノルボルナン、イソボルナン、アダマンタン、トリシクロデカンン、テトラシクロドデカン等の飽和炭化水素環から水素原子を3個除いた環式基、該環式基に直鎖または分岐のアルキレン基が結合した基などが挙げられる。
直鎖または分岐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、イソプロピレン基、n−ブチレン基、イソブチレン基、tert−ブチレン基、ペンチレン基、イソペンチレン基、ネオペンチレン基等が挙げられる。
環状のアルキレン基としては、シクロペンタン、シクロヘキサン、ノルボルナン、イソボルナン、アダマンタン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカン等の飽和炭化水素環から水素原子を2個除いた環式基、該環式基に直鎖または分岐のアルキレン基が結合した基などが挙げられる。
Yとしては、直鎖または分岐のアルキレン基が好ましく、直鎖のアルキレン基がより好ましく、エチレン基またはプロピレン基が特に好ましい。
【0039】
一般式(A−2)中、R〜Rのアルキル基、ハロゲン化アルキル基としては、一般式(A−1)におけるR〜Rのアルキル基、ハロゲン化アルキル基と同様のものが挙げられる。
〜R10としては、一般式(A−1)におけるR〜Rと同様のものが挙げられる。
l’、m’、n’、Zとしては、それぞれ、一般式(A−1)中のl、m、n、Yと同様のものが挙げられる。
【0040】
低分子化合物(A1)は、そのRとRとの間、またはRとR10との間の鎖の構造(長さや分岐の度合い等)を調節することにより、種々の特性、たとえばガラス転移点(Tg)等を調節することができる。たとえば、nまたはn’が1である場合(鎖が直鎖状である場合)、鎖の長さが短い(炭素数が少ない)化合物ほど、Tgは低くなる。
【0041】
低分子化合物(A1)は、スピンコート法によりアモルファス(非晶質)な膜を形成しうる材料である。ここで、アモルファスな膜とは、結晶化しない光学的に透明な膜を意味する。スピンコート法は、一般的に用いられている薄膜形成手法の1つであり、当該化合物がスピンコート法によりアモルファスな膜を形成しうる材料であるかどうかは、8インチシリコンウエーハ上にスピンコート法により形成した塗膜が全面透明であるか否かにより判別できる。より具体的には、例えば以下のようにして判別できる。まず、当該化合物に、一般的にレジスト溶剤に用いられている溶剤を用いて、例えば低分子化合物(A1)100質量部をプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート1570質量部の有機溶剤に溶解し、超音波洗浄器を用いて超音波処理(溶解処理)を施して溶解させ、該溶液を、ウェハ上に1500rpmにてスピンコートし、任意に乾燥ベーク(PAB,Post Applied Bake)を110℃、90秒の条件で施し、この状態で、目視にて、透明かどうかによりアモルファスな膜が形成されているかどうかを確認する。なお、透明でない曇った膜はアモルファスな膜ではない。
本発明において、低分子化合物(A1)は、上述のようにして形成されたアモルファスな膜の安定性が良好であることが好ましく、例えば上記PAB後、室温環境下で2週間放置した後でも、アモルファスな状態が維持されていることが好ましい。
【0042】
低分子化合物(A1)は、たとえば、1種または2種以上の化合物(I−1)を、テトラヒドロフラン等の溶媒に溶解し、トリエチルアミン等の触媒の存在下で、下記一般式(a−1)または(a−2)で表されるビスクロロ化合物と反応させることにより合成できる。
【0043】
【化9】

[式中、R〜R、R〜R、Y、Z、l、m、l’、m’は上記と同様である。]
【0044】
上記低分子化合物(A1)は、酸の作用によりアルカリ可溶性が増大する基材成分(A)、および放射線の照射により酸を発生する酸発生剤成分(B)を含有するポジ型レジスト組成物において、前記基材成分(A)として好適に使用できる。
低分子化合物(A1)を含有するポジ型レジスト組成物を用いることにより、高解像性のレジストパターンを形成できる。また、ラフネスも低減できる。
これは、低分子化合物(A1)の均一性によると推測される。すなわち、レジスト材料の基材成分として高分子量の重合体(樹脂)を用いる従来のレジストは、分子量分散やアルカリ溶解性分散を制御することが難しい。そのため、これらの分散や、その分子サイズそのものが原因となるLERなどの低減には限界がある。
また、上記問題の解決策として考えられている低分子化合物も、上述した非特許文献1,2等に記載されているように、アルカリ可溶性基を酸解離性溶解抑制基で保護することから、保護されるアルカリ可溶性基の位置やその保護率などにバラツキが発生し、結果、その性質にもバラツキが生じて上記と同様の問題が生じる。
一方、低分子化合物(A1)は、低分子量の非重合体であり、また、従来化学増幅型ポジ型レジストに用いられている樹脂や、上述した非特許文献1,2等で提案されている低分子化合物のように、アルカリ可溶性基を酸解離性溶解抑制基により保護しなくてよいため、その構造が明確で、分子量にもムラが少ない。そのため、アルカリ溶解性や親水性・疎水性等の性質が均一であり、そのため、均一な性質のレジスト膜が形成できる。
そして、該レジスト膜中において、低分子化合物(A1)は、露光により発生した酸の作用によって分解して分解物を2〜4個生じ、アルカリ溶解性が増大するが、この分解後においても、突出して大きな分子量のものが残らず、相対的に、生じる分解物の個々の分子量の差が小さくなる。そのため、分解物もレジスト膜中で均一に分布し、また分解物間のアルカリ現像液に対する溶解挙動の差も小さい。
このように、低分子化合物(A1)を用いることにより、露光前、露光後とも均一な性質のレジスト膜を形成でき、それによって高解像性のレジストパターンを形成でき、また、ラフネスも低減できると推測される。
【0045】
さらに、上述したように、低分子化合物(A1)の性質が均一で、均一な性質(アルカリ性や親水性・疎水性等)のレジスト膜を形成できると考えられることから、低分子化合物(A1)を用いることにより、ディフェクトも低減できる。ここで、ディフェクトとは、例えば、KLAテンコール社の表面欠陥観察装置(商品名「KLA」)により、現像後のレジストパターンを真上から観察した際に検知される不具合全般のことである。この不具合とは、例えば現像後のスカム、泡、ゴミ、レジストパターン間のブリッジ、色むら、析出物等である。
また、低分子化合物(A1)の性質が均一で、有機溶剤等に対する溶解性も均一であると考えられることから、低分子化合物(A1)を含有するポジ型レジスト組成物の保存安定性も向上する。
以下に、低分子化合物(A1)を用いたポジ型レジスト組成物の一実施態様を示す。
【0046】
<ポジ型レジスト組成物>
本実施態様のポジ型レジスト組成物は、酸の作用によりアルカリ可溶性が増大する基材成分(A)(以下、(A)成分という。)、および放射線の照射により酸を発生する酸発生剤成分(B)(以下、(B)成分という。)を含有するポジ型レジスト組成物であって、前記(A)成分として低分子化合物(A1)を含有することを特徴とする。
(A)成分および(B)成分を含有するポジ型レジスト組成物においては、露光により前記(B)成分から発生した酸が前記(A)成分に作用すると、(A)成分全体がアルカリ不溶性からアルカリ可溶性に変化する。そのため、レジストパターンの形成において、該ポジ型レジスト組成物からなるレジスト膜を選択的に露光すると、または露光に加えて露光後加熱すると、露光部はアルカリ可溶性へ転じる一方で未露光部はアルカリ不溶性のまま変化しないので、アルカリ現像することによりポジ型のレジストパターンが形成できる。
【0047】
[(A)成分]
(A)成分は、上記低分子化合物(A1)を含有する。
低分子化合物(A1)は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
(A)成分中、低分子化合物(A1)の割合は、40質量%超であることが好ましく、50質量%超であることがより好ましく、80質量%超がさらに好ましく、最も好ましくは100質量%である。
(A)成分中の低分子化合物(A1)の割合は、逆相クロマトグラフィー等の手段により測定できる。
【0048】
(A)成分は、さらに、低分子化合物(A1)を用いることによる効果を損なわない範囲で、これまで化学増幅型レジスト層の基材成分として提案されている任意の樹脂成分(以下、(A2)成分ということがある)を含有していてもよい。
かかる(A2)成分としては、例えば従来の化学増幅型のKrF用ポジ型レジスト組成物、ArF用ポジ型レジスト組成物等のベース樹脂として提案されているものが挙げられ、レジストパターン形成時に用いる露光光源の種類に応じて適宜選択できる。
【0049】
ポジ型レジスト組成物中の(A)成分の含有量は、形成しようとするレジスト膜厚に応じて調整すればよい。
【0050】
[(B)成分]
(B)成分としては、特に限定されず、これまで化学増幅型レジスト用の酸発生剤として提案されているものを使用することができる。このような酸発生剤としては、これまで、ヨードニウム塩やスルホニウム塩などのオニウム塩系酸発生剤、オキシムスルホネート系酸発生剤、ビスアルキルまたはビスアリールスルホニルジアゾメタン類、ポリ(ビススルホニル)ジアゾメタン類などのジアゾメタン系酸発生剤、ニトロベンジルスルホネート系酸発生剤、イミノスルホネート系酸発生剤、ジスルホン系酸発生剤など多種のものが知られている。
【0051】
オニウム塩系酸発生剤として、例えば下記一般式(b−0)で表される酸発生剤を好適に用いることができる。
【0052】
【化10】

[式中、R51は、直鎖、分岐鎖若しくは環状のアルキル基、または直鎖、分岐鎖若しくは環状のフッ素化アルキル基を表し;R52は、水素原子、水酸基、ハロゲン原子、直鎖若しくは分岐鎖状のアルキル基、直鎖若しくは分岐鎖状のハロゲン化アルキル基、または直鎖若しくは分岐鎖状のアルコキシ基であり;R53は置換基を有していてもよいアリール基であり;u’’は1〜3の整数である。]
【0053】
一般式(b−0)において、R51は、直鎖、分岐鎖若しくは環状のアルキル基、または直鎖、分岐鎖若しくは環状のフッ素化アルキル基を表す。
前記直鎖若しくは分岐鎖状のアルキル基としては、炭素数1〜10であることが好ましく、炭素数1〜8であることがさらに好ましく、炭素数1〜4であることが最も好ましい。
前記環状のアルキル基としては、炭素数4〜12であることが好ましく、炭素数5〜10であることがさらに好ましく、炭素数6〜10であることが最も好ましい。
前記フッ素化アルキル基としては、炭素数1〜10であることが好ましく、炭素数1〜8であることがさらに好ましく、炭素数1〜4であることが最も好ましい。また。該フッ化アルキル基のフッ素化率(アルキル基中全水素原子の個数に対する置換したフッ素原子の個数の割合)は、好ましくは10〜100%、さらに好ましくは50〜100%であり、特に水素原子をすべてフッ素原子で置換したものが、酸の強度が強くなるので好ましい。
51としては、直鎖状のアルキル基またはフッ素化アルキル基であることが最も好ましい。
【0054】
52は、水素原子、水酸基、ハロゲン原子、直鎖若しくは分岐鎖状のアルキル基、直鎖若しくは分岐鎖状のハロゲン化アルキル基、または直鎖若しくは分岐鎖状のアルコキシ基である。
52において、ハロゲン原子としては、フッ素原子、臭素原子、塩素原子、ヨウ素原子などが挙げられ、フッ素原子が好ましい。
52において、アルキル基は、直鎖または分岐鎖状であり、その炭素数は好ましくは1〜5、特に1〜4、さらには1〜3であることが望ましい。
52において、ハロゲン化アルキル基は、アルキル基中の水素原子の一部または全部がハロゲン原子で置換された基である。ここでのアルキル基は、前記R52における「アルキル基」と同様のものが挙げられる。置換するハロゲン原子としては上記「ハロゲン原子」について説明したものと同様のものが挙げられる。ハロゲン化アルキル基において、水素原子の全個数の50〜100%がハロゲン原子で置換されていることが望ましく、全て置換されていることがより好ましい。
52において、アルコキシ基としては、直鎖状または分岐鎖状であり、その炭素数は好ましくは1〜5、特に1〜4、さらには1〜3であることが望ましい。
52としては、これらの中でも水素原子が好ましい。
【0055】
53は置換基を有していてもよいアリール基であり、置換基を除いた基本環(母体環)の構造としては、ナフチル基、フェニル基、アントラセニル基などが挙げられ、本発明の効果やArFエキシマレーザーなどの露光光の吸収の観点から、フェニル基が望ましい。
置換基としては、水酸基、低級アルキル基(直鎖または分岐鎖状であり、その好ましい炭素数は5以下であり、特にメチル基が好ましい)などを挙げることができる。
53のアリール基としては、置換基を有しないものがより好ましい。
u’’は1〜3の整数であり、2または3であることが好ましく、特に3であることが望ましい。
【0056】
一般式(b−0)で表される酸発生剤の好ましいものは以下の様なものを挙げることができる。
【0057】
【化11】

【0058】
また一般式(b−0)で表される酸発生剤の他のオニウム塩系酸発生剤として、例えば下記一般式(b−1)または(b−2)で表される化合物も好適に用いられる。
【0059】
【化12】

[式中、R”〜R”,R”〜R”は、それぞれ独立に、アリール基またはアルキル基を表し;R”は、直鎖、分岐または環状のアルキル基またはフッ素化アルキル基を表し;R”〜R”のうち少なくとも1つはアリール基を表し、R”〜R”のうち少なくとも1つはアリール基を表す。]
【0060】
式(b−1)中、R”〜R”はそれぞれ独立にアリール基またはアルキル基を表す。R”〜R”のうち、少なくとも1つはアリール基を表す。R”〜R”のうち、2以上がアリール基であることが好ましく、R”〜R”のすべてがアリール基であることが最も好ましい。
”〜R”のアリール基としては、特に制限はなく、例えば、炭素数6〜20のアリール基であって、該アリール基は、その水素原子の一部または全部がアルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子等で置換されていてもよく、されていなくてもよい。アリール基としては、安価に合成可能なことから、炭素数6〜10のアリール基が好ましい。具体的には、たとえばフェニル基、ナフチル基が挙げられる。
前記アリール基の水素原子が置換されていても良いアルキル基としては、炭素数1〜5のアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基、n‐ブチル基、tert‐ブチル基であることが最も好ましい。
前記アリール基の水素原子が置換されていても良いアルコキシ基としては、炭素数1〜5のアルコキシ基が好ましく、メトキシ基、エトキシ基が最も好ましい。
前記アリール基の水素原子が置換されていても良いハロゲン原子としては、フッ素原子であることが好ましい。
”〜R”のアルキル基としては、特に制限はなく、例えば炭素数1〜10の直鎖状、分岐状または環状のアルキル基等が挙げられる。解像性に優れる点から、炭素数1〜5であることが好ましい。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、イソブチル基、n−ペンチル基、シクロペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、ノニル基、デカニル基等が挙げられ、解像性に優れ、また安価に合成可能なことから好ましいものとして、メチル基を挙げることができる。
これらの中で、R”〜R”は、それぞれ、フェニル基またはナフチル基であることが最も好ましい。
【0061】
”は、直鎖、分岐または環状のアルキル基またはフッ素化アルキル基を表す。
前記直鎖のアルキル基としては、炭素数1〜10であることが好ましく、炭素数1〜8であることがさらに好ましく、炭素数1〜4であることが最も好ましい。
前記環状のアルキル基としては、前記R”で示したような環式基であって、炭素数4〜15であることが好ましく、炭素数4〜10であることがさらに好ましく、炭素数6〜10であることが最も好ましい。
前記フッ素化アルキル基としては、炭素数1〜10であることが好ましく、炭素数1〜8であることがさらに好ましく、炭素数1〜4であることが最も好ましい。また。該フッ化アルキル基のフッ素化率(アルキル基中のフッ素原子の割合)は、好ましくは10〜100%、さらに好ましくは50〜100%であり、特に水素原子をすべてフッ素原子で置換したものが、酸の強度が強くなるので好ましい。
”としては、直鎖または環状のアルキル基、またはフッ素化アルキル基であることが最も好ましい。
【0062】
式(b−2)中、R”〜R”はそれぞれ独立にアリール基またはアルキル基を表す。R”〜R”のうち、少なくとも1つはアリール基を表す。R”〜R”のうち、2以上がアリール基であることが好ましく、R”〜R”のすべてがアリール基であることが最も好ましい。
”〜R”のアリール基としては、R”〜R”のアリール基と同様のものが挙げられる。
”〜R”のアルキル基としては、R”〜R”のアルキル基と同様のものが挙げられる。
これらの中で、R”〜R”はすべてフェニル基であることが最も好ましい。
式(b−2)中のR”としては上記式(b−1)のR”と同様のものが挙げられる。
【0063】
式(b−1)、(b−2)で表されるオニウム塩系酸発生剤の具体例としては、ジフェニルヨードニウムのトリフルオロメタンスルホネートまたはノナフルオロブタンスルホネート、ビス(4−tert−ブチルフェニル)ヨードニウムのトリフルオロメタンスルホネートまたはノナフルオロブタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムのトリフルオロメタンスルホネート、そのヘプタフルオロプロパンスルホネートまたはそのノナフルオロブタンスルホネート、トリ(4−メチルフェニル)スルホニウムのトリフルオロメタンスルホネート、そのヘプタフルオロプロパンスルホネートまたはそのノナフルオロブタンスルホネート、ジメチル(4−ヒドロキシナフチル)スルホニウムのトリフルオロメタンスルホネート、そのヘプタフルオロプロパンスルホネートまたはそのノナフルオロブタンスルホネート、モノフェニルジメチルスルホニウムのトリフルオロメタンスルホネート、そのヘプタフルオロプロパンスルホネートまたはそのノナフルオロブタンスルホネート、ジフェニルモノメチルスルホニウムのトリフルオロメタンスルホネート、そのヘプタフルオロプロパンスルホネートまたはそのノナフルオロブタンスルホネート、(4−メチルフェニル)ジフェニルスルホニウムのトリフルオロメタンスルホネート、そのヘプタフルオロプロパンスルホネートまたはそのノナフルオロブタンスルホネート、(4−メトキシフェニル)ジフェニルスルホニウムのトリフルオロメタンスルホネート、そのヘプタフルオロプロパンスルホネートまたはそのノナフルオロブタンスルホネート、トリ(4−tert−ブチル)フェニルスルホニウムのトリフルオロメタンスルホネート、そのヘプタフルオロプロパンスルホネートまたはそのノナフルオロブタンスルホネート、ジフェニル(1−(4−メトキシ)ナフチル)スルホニウムのトリフルオロメタンスルホネート、そのヘプタフルオロプロパンスルホネートまたはそのノナフルオロブタンスルホネート、ジ(1−ナフチル)フェニルスルホニウムのトリフルオロメタンスルホネート、そのヘプタフルオロプロパンスルホネートまたはそのノナフルオロブタンスルホネートなどが挙げられる。また、これらのオニウム塩のアニオン部がメタンスルホネート、n−プロパンスルホネート、n−ブタンスルホネート、n−オクタンスルホネートに置き換えたオニウム塩も用いることができる。
【0064】
また、前記一般式(b−1)又は(b−2)において、アニオン部を下記一般式(b−3)又は(b−4)で表されるアニオン部に置き換えたオニウム塩系酸発生剤も用いることができる(カチオン部は(b−1)又は(b−2)と同様)。
【0065】
【化13】

[式中、X”は、少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換された炭素数2〜6のアルキレン基を表し;Y”、Z”は、それぞれ独立に、少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換された炭素数1〜10のアルキル基を表す。]
【0066】
X”は、少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換された直鎖状または分岐状のアルキレン基であり、該アルキレン基の炭素数は2〜6であり、好ましくは炭素数3〜5、最も好ましくは炭素数3である。
Y”、Z”は、それぞれ独立に、少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換された直鎖状または分岐状のアルキル基であり、該アルキル基の炭素数は1〜10であり、好ましくは炭素数1〜7、より好ましくは炭素数1〜3である。
X”のアルキレン基の炭素数またはY”、Z”のアルキル基の炭素数は、上記炭素数の範囲内において、レジスト溶媒への溶解性も良好である等の理由により、小さいほど好ましい。
また、X”のアルキレン基またはY”、Z”のアルキル基において、フッ素原子で置換されている水素原子の数が多いほど、酸の強度が強くなり、また200nm以下の高エネルギー光や電子線に対する透明性が向上するので好ましい。該アルキレン基またはアルキル基中のフッ素原子の割合、すなわちフッ素化率は、好ましくは70〜100%、さらに好ましくは90〜100%であり、最も好ましくは、全ての水素原子がフッ素原子で置換されたパーフルオロアルキレン基またはパーフルオロアルキル基である。
【0067】
本明細書において、オキシムスルホネート系酸発生剤とは、下記一般式(B−1)で表される基を少なくとも1つ有する化合物であって、放射線の照射によって酸を発生する特性を有するものである。この様なオキシムスルホネート系酸発生剤は、化学増幅型レジスト組成物用として多用されているので、任意に選択して用いることができる。
【0068】
【化14】

(式(B−1)中、R31、R32はそれぞれ独立に有機基を表す。)
【0069】
31、R32の有機基は、炭素原子を含む基であり、炭素原子以外の原子(たとえば水素原子、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子等)等)を有していてもよい。
31の有機基としては、直鎖、分岐または環状のアルキル基またはアリール基が好ましい。これらのアルキル基、アリール基は置換基を有していても良い。該置換基としては、特に制限はなく、たとえばフッ素原子、炭素数1〜6の直鎖、分岐または環状のアルキル基等が挙げられる。ここで、「置換基を有する」とは、アルキル基またはアリール基の水素原子の一部または全部が置換基で置換されていることを意味する。
アルキル基としては、炭素数1〜20が好ましく、炭素数1〜10がより好ましく、炭素数1〜8がさらに好ましく、炭素数1〜6が特に好ましく、炭素数1〜4が最も好ましい。アルキル基としては、特に、部分的または完全にハロゲン化されたアルキル基(以下、ハロゲン化アルキル基ということがある)が好ましい。なお、部分的にハロゲン化されたアルキル基とは、水素原子の一部がハロゲン原子で置換されたアルキル基を意味し、完全にハロゲン化されたアルキル基とは、水素原子の全部がハロゲン原子で置換されたアルキル基を意味する。ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられ、特にフッ素原子が好ましい。すなわち、ハロゲン化アルキル基は、フッ素化アルキル基であることが好ましい。
アリール基は、炭素数4〜20が好ましく、炭素数4〜10がより好ましく、炭素数6〜10が最も好ましい。アリール基としては、特に、部分的または完全にハロゲン化されたアリール基が好ましい。なお、部分的にハロゲン化されたアリール基とは、水素原子の一部がハロゲン原子で置換されたアリール基を意味し、完全にハロゲン化されたアリール基とは、水素原子の全部がハロゲン原子で置換されたアリール基を意味する。
31としては、特に、置換基を有さない炭素数1〜4のアルキル基、または炭素数1〜4のフッ素化アルキル基が好ましい。
【0070】
32の有機基としては、直鎖、分岐または環状のアルキル基、アリール基またはシアノ基が好ましい。R32のアルキル基、アリール基としては、前記R31で挙げたアルキル基、アリール基と同様のものが挙げられる。
32としては、特に、シアノ基、置換基を有さない炭素数1〜8のアルキル基、または炭素数1〜8のフッ素化アルキル基が好ましい。
【0071】
オキシムスルホネート系酸発生剤として、さらに好ましいものとしては、下記一般式(B−2)または(B−3)で表される化合物が挙げられる。
【0072】
【化15】

[式(B−2)中、R33は、シアノ基、置換基を有さないアルキル基またはハロゲン化アルキル基である。R34はアリール基である。R35は置換基を有さないアルキル基またはハロゲン化アルキル基である。]
【0073】
【化16】

[式(B−3)中、R36はシアノ基、置換基を有さないアルキル基またはハロゲン化アルキル基である。R37は2または3価の芳香族炭化水素基である。R38は置換基を有さないアルキル基またはハロゲン化アルキル基である。p’’は2または3である。]
【0074】
前記一般式(B−2)において、R33の置換基を有さないアルキル基またはハロゲン化アルキル基は、炭素数が1〜10であることが好ましく、炭素数1〜8がより好ましく、炭素数1〜6が最も好ましい。
33としては、ハロゲン化アルキル基が好ましく、フッ素化アルキル基がより好ましい。
33におけるフッ素化アルキル基は、アルキル基の水素原子が50%以上フッ素化されていることが好ましく、より好ましくは70%以上、さらに好ましくは90%以上フッ素化されていることが好ましい。
【0075】
34のアリール基としては、フェニル基、ビフェニル(biphenyl)基、フルオレニル(fluorenyl)基、ナフチル基、アントラセル(anthracyl)基、フェナントリル基等の、芳香族炭化水素の環から水素原子を1つ除いた基、およびこれらの基の環を構成する炭素原子の一部が酸素原子、硫黄原子、窒素原子等のヘテロ原子で置換されたヘテロアリール基等が挙げられる。これらのなかでも、フルオレニル基が好ましい。
34のアリール基は、炭素数1〜10のアルキル基、ハロゲン化アルキル基、アルコキシ基等の置換基を有していても良い。該置換基におけるアルキル基またはハロゲン化アルキル基は、炭素数が1〜8であることが好ましく、炭素数1〜4がさらに好ましい。また、該ハロゲン化アルキル基は、フッ素化アルキル基であることが好ましい。
【0076】
35の置換基を有さないアルキル基またはハロゲン化アルキル基は、炭素数が1〜10であることが好ましく、炭素数1〜8がより好ましく、炭素数1〜6が最も好ましい。
35としては、ハロゲン化アルキル基が好ましく、フッ素化アルキル基がより好ましく、部分的にフッ素化されたアルキル基が最も好ましい。
35におけるフッ素化アルキル基は、アルキル基の水素原子が50%以上フッ素化されていることが好ましく、より好ましくは70%以上、さらに好ましくは90%以上フッ素化されていることが、発生する酸の強度が高まるため好ましい。最も好ましくは、水素原子が100%フッ素置換された完全フッ素化アルキル基である。
【0077】
前記一般式(B−3)において、R36の置換基を有さないアルキル基またはハロゲン化アルキル基としては、上記R33の置換基を有さないアルキル基またはハロゲン化アルキル基と同様のものが挙げられる。
37の2または3価の芳香族炭化水素基としては、上記R34のアリール基からさらに1または2個の水素原子を除いた基が挙げられる。
38の置換基を有さないアルキル基またはハロゲン化アルキル基としては、上記R35の置換基を有さないアルキル基またはハロゲン化アルキル基と同様のものが挙げられる。
p’’は好ましくは2である。
【0078】
オキシムスルホネート系酸発生剤の具体例としては、α−(p−トルエンスルホニルオキシイミノ)−ベンジルシアニド、α−(p−クロロベンゼンスルホニルオキシイミノ)−ベンジルシアニド、α−(4−ニトロベンゼンスルホニルオキシイミノ)−ベンジルシアニド、α−(4−ニトロ−2−トリフルオロメチルベンゼンスルホニルオキシイミノ)−ベンジルシアニド、α−(ベンゼンスルホニルオキシイミノ)−4−クロロベンジルシアニド、α−(ベンゼンスルホニルオキシイミノ)−2,4−ジクロロベンジルシアニド、α−(ベンゼンスルホニルオキシイミノ)−2,6−ジクロロベンジルシアニド、α−(ベンゼンスルホニルオキシイミノ)−4−メトキシベンジルシアニド、α−(2−クロロベンゼンスルホニルオキシイミノ)−4−メトキシベンジルシアニド、α−(ベンゼンスルホニルオキシイミノ)−チエン−2−イルアセトニトリル、α−(4−ドデシルベンゼンスルホニルオキシイミノ)−ベンジルシアニド、α−[(p−トルエンスルホニルオキシイミノ)−4−メトキシフェニル]アセトニトリル、α−[(ドデシルベンゼンスルホニルオキシイミノ)−4−メトキシフェニル]アセトニトリル、α−(トシルオキシイミノ)−4−チエニルシアニド、α−(メチルスルホニルオキシイミノ)−1−シクロペンテニルアセトニトリル、α−(メチルスルホニルオキシイミノ)−1−シクロヘキセニルアセトニトリル、α−(メチルスルホニルオキシイミノ)−1−シクロヘプテニルアセトニトリル、α−(メチルスルホニルオキシイミノ)−1−シクロオクテニルアセトニトリル、α−(トリフルオロメチルスルホニルオキシイミノ)−1−シクロペンテニルアセトニトリル、α−(トリフルオロメチルスルホニルオキシイミノ)−シクロヘキシルアセトニトリル、α−(エチルスルホニルオキシイミノ)−エチルアセトニトリル、α−(プロピルスルホニルオキシイミノ)−プロピルアセトニトリル、α−(シクロヘキシルスルホニルオキシイミノ)−シクロペンチルアセトニトリル、α−(シクロヘキシルスルホニルオキシイミノ)−シクロヘキシルアセトニトリル、α−(シクロヘキシルスルホニルオキシイミノ)−1−シクロペンテニルアセトニトリル、α−(エチルスルホニルオキシイミノ)−1−シクロペンテニルアセトニトリル、α−(イソプロピルスルホニルオキシイミノ)−1−シクロペンテニルアセトニトリル、α−(n−ブチルスルホニルオキシイミノ)−1−シクロペンテニルアセトニトリル、α−(エチルスルホニルオキシイミノ)−1−シクロヘキセニルアセトニトリル、α−(イソプロピルスルホニルオキシイミノ)−1−シクロヘキセニルアセトニトリル、α−(n−ブチルスルホニルオキシイミノ)−1−シクロヘキセニルアセトニトリル、α−(メチルスルホニルオキシイミノ)−フェニルアセトニトリル、α−(メチルスルホニルオキシイミノ)−p−メトキシフェニルアセトニトリル、α−(トリフルオロメチルスルホニルオキシイミノ)−フェニルアセトニトリル、α−(トリフルオロメチルスルホニルオキシイミノ)−p−メトキシフェニルアセトニトリル、α−(エチルスルホニルオキシイミノ)−p−メトキシフェニルアセトニトリル、α−(プロピルスルホニルオキシイミノ)−p−メチルフェニルアセトニトリル、α−(メチルスルホニルオキシイミノ)−p−ブロモフェニルアセトニトリルなどが挙げられる。
また、特開平9−208554号公報(段落[0012]〜[0014]の[化18]〜[化19])に開示されているオキシムスルホネート系酸発生剤、WO2004/074242A2(65〜85頁目のExample1〜40)に開示されているオキシムスルホネート系酸発生剤も好適に用いることができる。
また、好適なものとして以下のものを例示することができる。
【0079】
【化17】

【0080】
上記例示化合物の中でも、下記の4つの化合物が好ましい。
【0081】
【化18】

【0082】
ジアゾメタン系酸発生剤のうち、ビスアルキルまたはビスアリールスルホニルジアゾメタン類の具体例としては、ビス(イソプロピルスルホニル)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(1,1−ジメチルエチルスルホニル)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(2,4−ジメチルフェニルスルホニル)ジアゾメタン等が挙げられる。
また、特開平11−035551号公報、特開平11−035552号公報、特開平11−035573号公報に開示されているジアゾメタン系酸発生剤も好適に用いることができる。
また、ポリ(ビススルホニル)ジアゾメタン類としては、例えば、特開平11−322707号公報に開示されている、1,3−ビス(フェニルスルホニルジアゾメチルスルホニル)プロパン、1,4−ビス(フェニルスルホニルジアゾメチルスルホニル)ブタン、1,6−ビス(フェニルスルホニルジアゾメチルスルホニル)ヘキサン、1,10−ビス(フェニルスルホニルジアゾメチルスルホニル)デカン、1,2−ビス(シクロヘキシルスルホニルジアゾメチルスルホニル)エタン、1,3−ビス(シクロヘキシルスルホニルジアゾメチルスルホニル)プロパン、1,6−ビス(シクロヘキシルスルホニルジアゾメチルスルホニル)ヘキサン、1,10−ビス(シクロヘキシルスルホニルジアゾメチルスルホニル)デカンなどを挙げることができる。
【0083】
(B)成分としては、これらの酸発生剤を1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
ポジ型レジスト組成物における(B)成分の含有量は、(A)成分100質量部に対し、0.5〜30質量部が好ましく、1〜15質量部がより好ましい。上記範囲とすることでパターン形成が十分に行われる。また、均一な溶液が得られ、保存安定性が良好となるため好ましい。
【0084】
[任意成分]
ポジ型レジスト組成物には、レジストパターン形状、引き置き経時安定性などを向上させるために、さらに任意の成分として、含窒素有機化合物(D)(以下、(D)成分という)を配合させることができる。
この(D)成分は、既に多種多様なものが提案されているので、公知のものから任意に用いれば良く、なかでも脂肪族アミン、特に第2級脂肪族アミンや第3級脂肪族アミンが好ましい。ここで、本特許請求の範囲及び明細書における「脂肪族」とは、芳香族に対する相対的な概念であって、芳香族性を持たない基、化合物等を意味するものと定義する。「脂肪族環式基」は、芳香性を持たない単環式基または多環式基であることを示す。
脂肪族アミンとしては、アンモニアNHの水素原子の少なくとも1つを、炭素数12以下のアルキル基またはヒドロキシアルキル基で置換したアミン(アルキルアミンまたはアルキルアルコールアミン)又は環式アミンが挙げられる。
アルキルアミンおよびアルキルアルコールアミンの具体例としては、n−ヘキシルアミン、n−ヘプチルアミン、n−オクチルアミン、n−ノニルアミン、n−デシルアミン等のモノアルキルアミン;ジエチルアミン、ジ−n−プロピルアミン、ジ−n−ヘプチルアミン、ジ−n−オクチルアミン、ジシクロヘキシルアミン等のジアルキルアミン;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−n−ブチルアミン、トリ−n−ヘキシルアミン、トリ−n−ペンチルアミン、トリ−n−ヘプチルアミン、トリ−n−オクチルアミン、トリ−n−ノニルアミン、トリ−n−デカニルアミン、トリ−n−ドデシルアミン等のトリアルキルアミン;ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン、トリイソプロパノールアミン、ジ−n−オクタノールアミン、トリ−n−オクタノールアミン等のアルキルアルコールアミンが挙げらる。これらの中でも、炭素数5〜10のトリアルキルアミンがさらに好ましく、トリ−n−オクチルアミンが最も好ましい。
環式アミンとしては、たとえば、ヘテロ原子として窒素原子を含む複素環化合物が挙げられる。該複素環化合物としては、単環式のもの(脂肪族単環式アミン)であっても多環式のもの(脂肪族多環式アミン)であってもよい。
脂肪族単環式アミンとして、具体的には、ピペリジン、ピペラジン等が挙げられる。
脂肪族多環式アミンとしては、炭素数が6〜10のものが好ましく、具体的には、1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]−5−ノネン、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]−7−ウンデセン、ヘキサメチレンテトラミン、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン等が挙げられる。
これらは単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
(D)成分は、(A)成分100質量部に対して、通常0.01〜5.0質量部の範囲で用いられる。
【0085】
ポジ型レジスト組成物には、前記(D)成分の配合による感度劣化の防止、またレジストパターン形状、引き置き安定性等の向上の目的で、さらに任意の成分として、有機カルボン酸又はリンのオキソ酸若しくはその誘導体(E)(以下、(E)成分という)を含有させることができる。なお、(D)成分と(E)成分は併用することもできるし、いずれか1種を用いることもできる。
有機カルボン酸としては、例えば、マロン酸、クエン酸、リンゴ酸、コハク酸、安息香酸、サリチル酸などが好適である。リンのオキソ酸若しくはその誘導体としては、リン酸、リン酸ジ−n−ブチルエステル、リン酸ジフェニルエステルなどのリン酸又はそれらのエステルのような誘導体、ホスホン酸、ホスホン酸ジメチルエステル、ホスホン酸−ジ−n−ブチルエステル、フェニルホスホン酸、ホスホン酸ジフェニルエステル、ホスホン酸ジベンジルエステルなどのホスホン酸及びそれらのエステルのような誘導体、ホスフィン酸、フェニルホスフィン酸などのホスフィン酸及びそれらのエステルのような誘導体が挙げられ、これらの中で特にホスホン酸が好ましい。
(E)成分は、(A)成分100質量部当り0.01〜5.0質量部の割合で用いられる。
【0086】
ポジ型レジスト組成物には、さらに所望により混和性のある添加剤、例えばレジスト膜の性能を改良するための付加的樹脂、塗布性を向上させるための界面活性剤、溶解抑制剤、可塑剤、安定剤、着色剤、ハレーション防止剤、染料などを適宜、添加含有させることができる。
【0087】
ポジ型レジスト組成物は、材料を有機溶剤(以下、「(S)成分」ということがある。)に溶解させて製造することができる。
(S)成分としては、使用する各成分を溶解し、均一な溶液とすることができるものであればよく、従来、化学増幅型レジストの溶剤として公知のものの中から任意のものを1種または2種以上適宜選択して用いることができる。
例えば、γ−ブチロラクトン等のラクトン類;
アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、メチル−n−アミルケトン、メチルイソアミルケトン、2−ヘプタノンなどのケトン類;
エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコールなどの多価アルコール類及びその誘導体;
エチレングリコールモノアセテート、ジエチレングリコールモノアセテート、プロピレングリコールモノアセテート、またはジプロピレングリコールモノアセテート等のエステル結合を有する化合物、前記多価アルコール類または前記エステル結合を有する化合物のモノメチルエーテル、モノエチルエーテル、モノプロピルエーテル、モノブチルエーテル等のモノアルキルエーテルまたはモノフェニルエーテル等のエーテル結合を有する化合物等の多価アルコール類の誘導体;
ジオキサンのような環式エーテル類や、乳酸メチル、乳酸エチル(EL)、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、メトキシプロピオン酸メチル、エトキシプロピオン酸エチルなどのエステル類などを挙げることができる。
これらの有機溶剤は単独で用いてもよく、2種以上の混合溶剤として用いてもよい。
中でも、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)、ELが好ましい。
また、PGMEAと極性溶剤とを混合した混合溶媒は好ましい。その配合比(質量比)は、PGMEAと極性溶剤との相溶性等を考慮して適宜決定すればよいが、好ましくは1:9〜9:1、より好ましくは2:8〜8:2の範囲内とすることが好ましい。
より具体的には、極性溶剤としてELを配合する場合は、PGMEA:ELの質量比は、好ましくは1:9〜9:1、より好ましくは2:8〜8:2である。また、極性溶剤としてPGMEを配合する場合は、PGMEA:PGMEの質量比は、好ましくは1:9〜9:1、より好ましくは2:8〜8:2、さらに好ましくは3:7〜7:3である。
また、(S)成分として、その他には、PGMEA及びELの中から選ばれる少なくとも1種とγ−ブチロラクトンとの混合溶剤も好ましい。この場合、混合割合としては、前者と後者の質量比が好ましくは70:30〜95:5とされる。
(S)成分の使用量は特に限定しないが、基板等に塗布可能な濃度で、塗布膜厚に応じて適宜設定されるものであるが、一般的にはレジスト組成物の固形分濃度が2〜20質量%、好ましくは5〜15質量%の範囲内となる様に用いられる。
【0088】
<レジストパターン形成方法>
上記ポジ型レジスト組成物は、ポジ型レジスト組成物を用いて基板上にレジスト膜を形成する工程、前記レジスト膜を露光する工程、および前記レジスト膜を現像してレジストパターンを形成する工程を含むレジストパターン形成方法に使用できる。
該レジストパターン形成方法は、たとえば以下のようにして実施できる。すなわち、まずシリコンウェーハのような基板上に、上記ポジ型レジスト組成物をスピンナーなどで塗布し、任意にプレベーク(PAB)を施してレジスト膜を形成する。形成されたレジスト膜を、例えばArF露光装置、電子線描画装置、EUV露光装置等の露光装置を用いて、マスクパターンを介した露光、またはマスクパターンを介さない電子線の直接照射による描画等により選択的に露光した後、PEB(露光後加熱)を施す。続いて、アルカリ現像液を用いて現像処理した後、リンス処理を行って、基板上の現像液および該現像液によって溶解したレジスト組成物を洗い流し、乾燥させて、レジストパターンを得る。
これらの工程は、周知の手法を用いて行うことができる。操作条件等は、使用するポジ型レジスト組成物の組成や特性に応じて適宜設定することが好ましい。
露光光源は、特に限定されず、ArFエキシマレーザー、KrFエキシマレーザー、Fエキシマレーザー、EUV(極紫外線)、VUV(真空紫外線)、電子線、X線、軟X線などの放射線を用いて行うことができる。特に、上記ポジ型レジスト組成物は、ArFエキシマレーザー、電子線またはEUV、特にArFエキシマレーザーまたは電子線に対して有効である。
なお、場合によっては、上記アルカリ現像後ポストベーク工程を含んでもよいし、基板とレジスト膜との間には、有機系または無機系の反射防止膜を設けてもよい。
【0089】
<溶解抑制剤>
上記低分子化合物(A1)は、ポジ型レジスト組成物用の溶解抑制剤としても好適に用いることができる。低分子化合物(A1)からなる溶解抑制剤を用いることにより、該溶解抑制剤を含有するポジ型レジスト組成物を用いて得られるレジスト膜(露光前)のアルカリ溶解性が抑制される。そのため、該レジスト膜を選択的に露光した際に、露光部と未露光部との間のアルカリ溶解性の差(溶解コントラスト)が大きくなり、解像性や形状が良好なレジストパターンが形成できる。
かかる溶解抑制剤は、酸解離性溶解抑制基を有する樹脂成分と酸発生剤成分とを含む2成分系の化学増幅型レジスト組成物に添加して用いることができ、また、酸解離性溶解抑制基を有さない樹脂成分と酸発生剤成分と溶解抑制剤とを用いる、いわゆる3成分系の化学増幅型のレジスト組成物としても用いることができる。
【実施例】
【0090】
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。
実施例1(化合物(3)の合成)
17gの4−カルボキシベンズアルデヒド(1)を40gのメタノールに溶かし、30.43gの2,5−ジメチルフェノール(2)を加え、そこへ35gの35質量%塩化水素水溶液(HClaq.)を加え、60℃で3日間反応させた。
反応終了後、反応液を室温に戻し、次いで水酸化カリウム水溶液を添加して反応液をアルカリ性にして10時間撹拌を行った。
その後、反応液を塩化水素水溶液にて中和(pH試験紙で中性を確認)し、沈殿物を得た。この沈殿物をろ過し、水洗浄を行い、乾燥させることにより、31gの化合物(3)を得た。
【0091】
【化19】

【0092】
化合物(3)について、H−NMR、IR、LC/MSによる分析を行った。その結果を以下に示した。
H−NMRデータ(重ジメチルスルホキシド(DMSO)、内部標準:テトラメチルシラン、400MHz):δ(ppm)=9.02 brs(H),7.88 d 2H Jbc=8.4Hz(H),7.11 d Jcb=8.4Hz(H),6.60 s 2H(H),6.31 s 2H(H),5.51 s 1H(H),1.99 s 6H(H),1.92 s 6H(H)。
IRデータ:3359、2977、1691、1609、1509、1285cm−1
LC/MSデータ:m/z(−H)375.2(Exact Mass:376.2)。
この結果から、化合物(3)が下記に示す構造を有することが確認できた。
【0093】
【化20】

【0094】
実施例2(化合物(5)の合成)
7.51gの4−カルボキシベンズアルデヒド(1)を20gのメタノールに溶かし、20gの2−シクロヘキシル−5−メチルフェノール(4)を加え、そこへ17gの35質量%塩化水素水溶液(HClaq.)を加え、60℃で3日間反応させた。
反応終了後、反応液を室温に戻し、次いで水酸化カリウム水溶液を添加して反応液をアルカリ性にして10時間撹拌を行った。
その後、反応液を塩化水素水溶液にて中和(pH試験紙で中性を確認)し、沈殿物を得た。この沈殿物をろ過し、水洗浄を行い、乾燥させることにより、15gの化合物(5)を得た。
【0095】
【化21】

【0096】
化合物(5)について、H−NMR、IR、LC/MSによる分析を行った。その結果を以下に示した。
H−NMRデータ(重ジメチルスルホキシド(DMSO)、内部標準:テトラメチルシラン、400MHz):δ(ppm)=12.80 brs 1H(H),8.91 s 2H(H),7.85 d 2H Jcd=8.1Hz(H),7.06 d 2H Jdc=8.1Hz(H),6.58 s 2H(H),6.46 s 2H(H),5.55 s 1H(H),2.65−2.78 m 2H(H),2.01 s 6H(H),0.96−1.78 m 20H(H)。
IRデータ:3357、2926、2852、1692、1609、1416、1283cm−1
LC/MSデータ:m/z(−H)511.4(Exact Mass:512.3)。
この結果から、化合物(5)が下記に示す構造を有することが確認できた。
【0097】
【化22】


【特許請求の範囲】
【請求項1】
下記一般式(I)で表される化合物。
【化1】

[式(I)中、R11〜R13はそれぞれ独立して炭素数1〜10のアルキル基であり;sは1〜2の整数であり;tは1〜3の整数であり;uは1〜3の整数であり;s+t+uは3〜5の整数であり;qは0〜2の整数であり;pは1または2である。]
【請求項2】
下記一般式(II)で表される請求項1記載の化合物。
【化2】

[式(II)中、R11〜R12はそれぞれ独立して炭素数1〜10のアルキル基であり;pは1または2である。]
【請求項3】
下記一般式(1)で表される化合物(1)と下記一般式(2)で表される化合物(2)とを酸性条件下で反応させて下記一般式(I)で表される化合物を得る工程を有することを特徴とする化合物の製造方法。
【化3】

[式中、R11〜R13はそれぞれ独立して炭素数1〜10のアルキル基であり;sは1〜2の整数であり;tは1〜3の整数であり;uは1〜3の整数であり;s+t+uは3〜5の整数であり;qは0〜2の整数であり;pは1または2である。]


【公開番号】特開2007−99727(P2007−99727A)
【公開日】平成19年4月19日(2007.4.19)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−294531(P2005−294531)
【出願日】平成17年10月7日(2005.10.7)
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】(出願人による申告)平成15年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「基盤技術研究促進事業(民間基盤技術研究支援制度)/50nm以降に対応する分子制御ナノリソグラフィ材料」に係る委託研究、産業活力再生特別措置法第30条の適用を受けるもの
【出願人】(000220239)東京応化工業株式会社 (1,407)
【Fターム(参考)】