JP4822010B2 - レジスト材料及びパターン形成方法 - Google Patents
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Description
特開平4−230645号公報、特開2005−84365号公報、特開2006−045311号公報(非特許文献1〜3)には重合性オレフィンを有するオニウム塩が提案されている。
酸発生剤をベースポリマーとすることで、液浸露光における酸発生剤の水への溶解を防ぐことができると考えられる。
次世代の露光技術として期待されている波長13.5nmの極真空紫外線(EUV)リソグラフィーにおていは、レジスト膜のエッジラフネスの低減と感度の向上が求められている。これらの特性向上のために酸発生剤を大量に添加されたレジスト材料が検討されているが、酸発生剤の大量添加はレジスト膜の軟化点低下による酸拡散の増大によって解像性が低下し、エッジラフネスが増大している。膜の軟化点の低下が無く、酸発生剤を大量に添加する方法として、酸発生剤をポリマー化してしまう方法が効果的である。更に、ラクトンを有する密着性基の繰り返し単位との共重合によってポリマーの軟化点を上げ、酸拡散を抑えることによって解像性が向上する。
[I]下記一般式(3)で示されるスルホニウム塩を持つ繰り返し単位を有する高分子化合物を添加してなるレジスト材料。
[II]下記一般式(4)で示されるスルホニウム塩を持つ繰り返し単位を有する高分子化合物を添加してなるレジスト材料。
[III][I]又は[II]記載の高分子化合物をベース樹脂として含有すると共に、有機溶剤を含有し、上記ベース樹脂が現像液に不溶もしくは難溶であって、酸によって現像液に可溶となる化学増幅ポジ型レジスト材料。
[IV]更に、塩基性化合物を添加してなることを特徴とする[III]記載の化学増幅ポジ型レジスト材料。
[V]更に、溶解阻止剤を含有することを特徴とする[III]又は[IV]記載の化学増幅ポジ型レジスト材料。
[VI][I]乃至[V]のいずれか1項記載のレジスト材料を基板上に塗布する工程と、加熱処理後フォトマスクを介して波長300nm以下の高エネルギー線で露光する工程と、必要に応じて加熱処理した後、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。
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。
0.01≦a≦0.5、特に0.02≦a≦0.4、
0≦b≦0.8、特に0≦b≦0.7、
0.05≦c≦0.8、特に0.1≦c≦0.7、
0≦e≦0.8、特に0≦e≦0.7
であることが好ましい。
なお、a+b+c+e=1とは、これらの繰り返し単位を含む高分子化合物において、繰り返し単位a、b、c、eの合計量が全繰り返し単位の合計量に対して100モル%であることを示す。
0<a<1.0、0<b1<0.8、0.05<c<0.8
好ましくは
0.01≦a≦0.5、特に0.02≦a≦0.4
0.1≦b1≦0.8、特に0.2≦b1≦0.7
0.05≦c≦0.8、特に0.1≦c≦0.7
であることが好ましい。また、この式(3)の高分子化合物は、更にその他の繰り返し単位eを含んでいてもよく、この場合、0≦e≦0.8、特に0≦e≦0.7であることが好ましく、a+b+c+e=1である。
0<a<1.0、0<d<0.8、0.05<c<0.8
好ましくは
0.01≦a≦0.5、特に0.02≦a≦0.4
0.1≦d≦0.8、特に0.2≦d≦0.7
0.05≦c≦0.8、特に0.1≦c≦0.7
であることが好ましい。また、この式(4)の高分子化合物は、更にその他の繰り返し単位eを含んでいてもよく、この場合、0≦e≦0.8、特に0≦e≦0.7であることが好ましく、a+d+c+e=1である。
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。
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、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。
N(X)n(Y)3-n (B)−1
(上記式中、nは1、2又は3である。側鎖Xは同一でも異なっていてもよく、下記一般式(X)−1〜(X)−3で表すことができる。側鎖Yは同一又は異種の、水素原子もしくは直鎖状、分岐状又は環状の炭素数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よい。)
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−バレロラクトンを例示できるが、これらに制限されない。
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号公報、特開2002−6481号公報に示されるように、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。
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)とビス(パーフルオロエチルスルホニル)イミド酸カリウム16.7g(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。不溶物を濾過し、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30gにジエチルエーテルを加えて再結晶を行った。減圧濾過、減圧乾燥を行い、白色結晶の目的物を21.5g得た(収率75%)。
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-280((C2F5SO2)2N-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)
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 ビス(パーフルオロエチルスルホニル)イミド20g(0.028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0.65g(0.0028モル)を加えて40℃で加熱撹拌を4時間行った。反応液を氷冷し、メタクロイルクロリド2.9g(0.028モル)を加えて10℃を超えない温度でトリエチルアミン3.1g(0.031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った。減圧濾過、減圧乾燥を行い、白色結晶の目的物を8.5g得た(収率42%)。
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-280((C2F5SO2)2N-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)
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)とトリス(トリフルオロメチルスルホニル)メチド酸水溶液(0.040モル相当)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。不溶物を濾過し、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30gをシリカゲルカラムクロマト(溶出液:ジクロロメタン−メタノール混合溶剤)処理、及びジエチルエーテルによる再結晶を行った。減圧濾過、減圧乾燥を行い、白色結晶の目的物を28.3g得た(収率95%)。
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-410((CF3SO2)3C-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)
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 トリス(トリフルオロメチルスルホニル)メチド20.9g(0.028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時間行った。反応液を氷冷し、メタクロイルクロリド2.9g(0.028モル)を加えて10℃を超えない温度でトリエチルアミン3.1g(0.031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16gをシリカゲルカラムクロマト(溶出液:ジクロロメタン−メタノール混合溶剤)を行った。濃縮、減圧乾燥を行い、オイル状の目的物を11.0g得た(収率52%)。
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-410((CF3SO2)3C-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)
合成例1で用いたビス(パーフルオロエチルスルホニル)イミド酸カリウムの代わりに、1,1,2,2,3,3−ヘキサフルオロ−1,3−ブチレンビススルホニルイミド酸カリウムを用いる以外は合成例1,2と同様にして目的物を得た(収率53%)。
100mLのフラスコに4−アクリル酸オキシフェニルジフェニルスルホニウム ビス(パーフルオロエチルスルホニル)イミド3.6g、メタクリル酸−2−アダマンチルエチル7.9g、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6.7g、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(アゾビスイソブチロニトリル)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、白色重合体を得た。
得られた重合体を13C,1H−NMR、及び、GPC測定したところ、下記ポリマー1の分析結果となった。
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 ビス(パーフルオロエチルスルホニル)イミド3.6g、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6.9g、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6.7g、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5−[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、白色重合体を得た。
得られた重合体を13C,1H−NMR、及び、GPC測定したところ、下記ポリマー2の分析結果となった。
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 トリス(トリフルオロメチルスルホニル)メチド3.7g、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6.9g、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、白色重合体を得た。
得られた重合体を13C,1H−NMR、及び、GPC測定したところ、下記ポリマー3の分析結果となった。
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 トリス(トリフルオロメチルスルホニル)メチド3.7g、メタクリル酸2−(7−オキサノルボルナン−2−イル)シクロペンチル6.3g、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、白色重合体を得た。
得られた重合体を13C,1H−NMR、及び、GPC測定したところ、下記ポリマー4の分析結果となった。
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 トリス(トリフルオロメチルスルホニル)メチド3.7g、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6.9g、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、2−ビニル−6−エトキシエトキシナフタレン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、メチルエチルケトン200mLに再度溶解し、シュウ酸5g、水3gを加え、60℃で5時間エトキシエトキシ基の脱保護反応を行い、500mLの水で分液洗浄を3回行った。反応溶液を濃縮後、アセトン100mLに溶解し、上記と同様の沈殿、濾過、60℃で乾燥を行い、白色重合体を得た。
得られた重合体を13C,1H−NMR、及び、GPC測定したところ、下記ポリマー5の分析結果となった。
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 ビス(パーフルオロエチルスルホニル)イミド7.3g、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6.9g、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6.7g、4−エトキシエトキシスチレン6.7g、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、メチルエチルケトン200mLに再度溶解し、シュウ酸5g、水3gを加え、60℃で5時間エトキシエトキシ基の脱保護反応を行い、500mLの水で分液洗浄を3回行った。反応溶液を濃縮後、アセトン100mLに溶解し、上記と同様の沈殿、濾過、60℃で乾燥を行い、白色重合体を得た。
得られた重合体を13C,1H−NMR、及び、GPC測定したところ、下記ポリマー6の分析結果となった。
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 トリス(トリフルオロメチルスルホニル)メチド7.4g、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6.9g、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6.7g、4−エトキシエトキシスチレン6.7g、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、メチルエチルケトン200mLに再度溶解し、シュウ酸5g、水3gを加え、60℃で5時間エトキシエトキシ基の脱保護反応を行い、500mLの水で分液洗浄を3回行った。反応溶液を濃縮後、アセトン100mLに溶解し、上記と同様の沈殿、濾過、60℃で乾燥を行い、白色重合体を得た。
得られた重合体を13C,1H−NMR、及び、GPC測定したところ、下記ポリマー7の分析結果となった。
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 1,1,2,2,3,3−ヘキサフルオロ−1,3−ブチレンビススルホニルイミド6.3g、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6.9g、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6.7g、4−エトキシエトキシスチレン6.7g、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、メチルエチルケトン200mLに再度溶解し、シュウ酸5g、水3gを加え、60℃で5時間エトキシエトキシ基の脱保護反応を行い、500mLの水で分液洗浄を3回行った。反応溶液を濃縮後、アセトン100mLに溶解し、上記と同様の沈殿、濾過、60℃で乾燥を行い、白色重合体を得た。
得られた重合体を13C,1H−NMR、及び、GPC測定したところ、下記ポリマー8の分析結果となった。
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 ビス(パーフルオロエチルスルホニル)イミド7.3g、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6.9g、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6.7g、2−ビニル−6−エトキシエトキシナフタレン8.5g、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、メチルエチルケトン200mLに再度溶解し、シュウ酸5g、水3gを加え、60℃で5時間エトキシエトキシ基の脱保護反応を行い、500mLの水で分液洗浄を3回行った。反応溶液を濃縮後、アセトン100mLに溶解し、上記と同様の沈殿、濾過、60℃で乾燥を行い、白色重合体を得た。
得られた重合体を13C,1H−NMR、及び、GPC測定したところ、下記ポリマー9の分析結果となった。
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 ビス(パーフルオロエチルスルホニル)イミド7.3g、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5.5g、2−ビニル−6−エトキシエトキシナフタレン16.9g、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、メチルエチルケトン200mLに再度溶解し、シュウ酸5g、水3gを加え、60℃で5時間エトキシエトキシ基の脱保護反応を行い、500mLの水で分液洗浄を3回行った。反応溶液を濃縮後、アセトン100mLに溶解し、上記と同様の沈殿、濾過、60℃で乾燥を行い、白色重合体を得た。
得られた重合体を13C,1H−NMR、及び、GPC測定したところ、下記ポリマー10の分析結果となった。
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 ビス(パーフルオロエチルスルホニル)イミド7.3g、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6.9g、メタクリル酸−2,7−ジヒドロ−2−オキソベンゾ[C]フラン−5−イル6.6g、4−エトキシエトキシスチレン6.7g、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、メチルエチルケトン200mLに再度溶解し、シュウ酸5g、水3gを加え、60℃で5時間エトキシエトキシ基の脱保護反応を行い、500mLの水で分液洗浄を3回行った。反応溶液を濃縮後、アセトン100mLに溶解し、上記と同様の沈殿、濾過、60℃で乾燥を行い、白色重合体を得た。
得られた重合体を13C,1H−NMR、及び、GPC測定したところ、下記ポリマー11の分析結果となった。
100mLのフラスコに2−アダマンチルエチル7.9g、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6.7g、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、白色重合体を得た。
得られた重合体を13C,1H−NMR、及び、GPC測定したところ、下記比較例ポリマー1の分析結果となった。
100mLのフラスコに2−アダマンチルエチル6.2g、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4.2g、4−エトキシエトキシスチレン11.5g、溶媒としてテトラヒドロフランを30g添加した。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、メチルエチルケトン200mLに再度溶解し、シュウ酸5g、水3gを加え、60℃で5時間エトキシエトキシ基の脱保護反応を行い、500mLの水で分液洗浄を3回行った。反応溶液を濃縮後、アセトン100mLに溶解し、上記と同様の沈殿、濾過、60℃で乾燥を行い、白色重合体を得た。
得られた重合体を13C,1H−NMR、及び、GPC測定したところ、下記比較例ポリマー2の分析結果となった。
レジストのArFエキシマレーザー露光による解像性の評価
上記合成例1〜5で得られたポリマー1〜5、比較例ポリマー合成例1で得られた比較例ポリマー1、下記式で示される酸発生剤(PAG1,2)、下記式で示される塩基性化合物(クエンチャー1〜3)を表1,2に示す組成でFC−4430(住友スリーエム社製)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。
レジストの評価は、0.08μm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、(株)日立製作所製測長SEM(S−9380)を用いて、この露光量でのラインエッジラフネスを測定した。その評価結果を表1,2に示す。
レジストのEB露光による解像性の評価
電子線(EB)描画評価では、上記合成例6〜11で得られたポリマー6〜11を用いて、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ヘキサメチルジシラザン(HMDS)ベーパープライムを60秒間行った直径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(株)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、(株)日立製作所製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(株)製)を用いてホットプレート上で80℃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。
Claims (6)
- 下記一般式(3)で示されるスルホニウム塩を持つ繰り返し単位を有する高分子化合物を添加してなるレジスト材料。
(式中、R1は水素原子又はメチル基、R2はフェニレン基、−O−R6−、又は−C(=O)−Y 1 −R6−である。Y 1 は酸素原子又はNH、R6は炭素数1〜6の直鎖状、分岐状又は環状のアルキレン基又はアルケニレン基、又はフェニレン基であり、カルボニル基、エステル基、エーテル基又はヒドロキシ基を含んでいてもよい。R3、R4は同一又は異種のカルボニル基、エステル基又はエーテル基を含んでいてもよい炭素数1〜12の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、又は炭素数6〜12のアリール基、炭素数7〜20のアラルキル基又はチオフェニル基を表す。X-は炭素数1〜20の少なくとも1個のフッ素原子を有するイミド酸アニオン又はメチド酸アニオンである。式中、Y 2 は−CH2−、−O−又は−S−であるが、R5〜R7のすべてが水素原子の場合、−CH2−とはならない。R5〜R7は水素原子、メチル基、トリフルオロメチル基、又は−CO2R8であり、R8は水素原子、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基又はフッ素化されたアルキル基、又は酸不安定基であり、R9は酸不安定基である。nは1〜3の整数、a、b1、cは0<a<1.0、0<b1≦0.8、0.05<c<0.8の範囲である。) - 下記一般式(4)で示されるスルホニウム塩を持つ繰り返し単位を有する高分子化合物を添加してなるレジスト材料。
(式中、R1は水素原子又はメチル基、R2はフェニレン基、−O−R6−、又は−C(=O)−Y 1 −R6−である。Y 1 は酸素原子又はNH、R6は炭素数1〜6の直鎖状、分岐状又は環状のアルキレン基又はアルケニレン基、又はフェニレン基であり、カルボニル基、エステル基、エーテル基又はヒドロキシ基を含んでいてもよい。R3、R4は同一又は異種のカルボニル基、エステル基又はエーテル基を含んでいてもよい炭素数1〜12の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、又は炭素数6〜12のアリール基、炭素数7〜20のアラルキル基又はチオフェニル基を表す。X-は炭素数1〜20の少なくとも1個のフッ素原子を有するイミド酸アニオン又はメチド酸アニオンである。Rは炭素数1〜18のアルキレン基又はアルケニレン基であり、RとRが結合するベンゼン環の2個の炭素原子とで炭素数3〜20の環を形成するが、該環は少なくともエーテル基、カルボニル基、エステル基の内の1つを有し、R9は酸不安定基であり、R10は単結合、又は炭素数1〜4の直鎖状又は分岐状のアルキレン基であり、エステル基、エーテル基又はカルボニル基を有していてもよく、R11は炭素数1〜4のアルキル基である。mは0〜2の整数であり、a、d、cは、0<a<1.0、0<d≦0.8、0.05<c<0.8の範囲である。) - 請求項1又は2記載の高分子化合物をベース樹脂として含有すると共に、有機溶剤を含有し、上記ベース樹脂が現像液に不溶もしくは難溶であって、酸によって現像液に可溶となる化学増幅ポジ型レジスト材料。
- 更に、塩基性化合物を添加してなることを特徴とする請求項3記載の化学増幅ポジ型レジスト材料。
- 更に、溶解阻止剤を含有することを特徴とする請求項3又は4記載の化学増幅ポジ型レジスト材料。
- 請求項1乃至5のいずれか1項記載のレジスト材料を基板上に塗布する工程と、加熱処理後フォトマスクを介して波長300nm以下の高エネルギー線で露光する工程と、必要に応じて加熱処理した後、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。
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