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JP4249096B2 - Substrate for pattern forming material, positive resist composition, and resist pattern forming method - Google Patents

Substrate for pattern forming material, positive resist composition, and resist pattern forming method Download PDF

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JP4249096B2 JP2004182301A JP2004182301A JP4249096B2 JP 4249096 B2 JP4249096 B2 JP 4249096B2 JP 2004182301 A JP2004182301 A JP 2004182301A JP 2004182301 A JP2004182301 A JP 2004182301A JP 4249096 B2 JP4249096 B2 JP 4249096B2
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Description

本発明は、パターン形成材料用基材、ポジ型レジスト組成物およびレジストパターン形成方法に関するものである。   The present invention relates to a substrate for a pattern forming material, a positive resist composition, and a resist pattern forming method.

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、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。
レジスト等のパターン形成材料の主たる基材成分としては、従来、質量平均分子量が約5000以上のポリマーが用いられている。
In recent years, in the manufacture of semiconductor elements and liquid crystal display elements, pattern miniaturization has rapidly progressed due to advances in lithography technology. As a technique for miniaturization, the wavelength of an exposure light source is generally shortened. Specifically, conventionally, ultraviolet rays typified by g-line and i-line have been used, but at present, mass production of semiconductor elements using a KrF excimer laser or an ArF excimer laser has started. Further, F 2 excimer laser having a shorter wavelength than these excimer lasers, electron beams, also consider such extreme ultraviolet radiation and X-rays have been made.
Further, as one of pattern forming materials capable of forming a pattern with fine dimensions, a chemically amplified resist containing a base material component having a film forming ability and an acid generator component that generates an acid upon exposure is known. ing. Chemically amplified resists include a negative type in which alkali solubility is reduced by exposure and a positive type in which alkali solubility is increased by exposure.
Conventionally, a polymer having a mass average molecular weight of about 5000 or more is used as a main base material component of a pattern forming material such as a resist.

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。
このようなラフネスは、従来はあまり問題となっていなかった。しかし、近年、半導体素子等の急激な微細化に伴い、いっそうの高解像度、例えば寸法幅90nm以下の解像度が求められており、それに伴って、ラフネスが深刻な問題となってきている。例えばラインパターンを形成する場合、パターン側壁表面の荒れ、すなわちLER(ラインエッジラフネス)により、形成される線幅にばらつきが生じるが、その線幅のばらつきの管理幅は、寸法幅の10%程度以下とすることが望まれており、パターン寸法が小さいほどLERの影響は大きい。例えば90nm程度の寸法を持つラインパターンを形成する場合、その線幅のばらつきの管理幅は、10nm程度以下とすることが望まれている。
しかし、一般的に基材として用いられているポリマーは、一分子当たりの平均自乗半径が数nm前後と大きく、上記の管理幅はポリマー数個分程度の幅でしかない。そのため、基材成分としてポリマーを使う限り、LERの低減は非常に困難である。
However, when a pattern is formed using such a pattern forming material, there is a problem that roughness is generated on the upper surface of the pattern and the surface of the side wall.
Such roughness has not been a problem in the past. However, in recent years, with the rapid miniaturization of semiconductor elements and the like, a higher resolution, for example, a resolution with a dimension width of 90 nm or less, has been demanded, and accordingly, roughness has become a serious problem. For example, when forming a line pattern, the line width to be formed varies due to roughness of the pattern side wall surface, that is, LER (line edge roughness), and the management width of the variation in the line width is about 10% of the dimension width. The following is desired, and the smaller the pattern dimension, the greater the influence of LER. For example, when forming a line pattern having a dimension of about 90 nm, it is desired that the management width of the variation in the line width is about 10 nm or less.
However, a polymer generally used as a base material has a large mean square radius per molecule of around several nanometers, and the above management width is only about several polymers. Therefore, as long as a polymer is used as the base material component, it is very difficult to reduce LER.

一方、基材として、水酸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を用いることが提案されている(例えば特許文献1,2参照)。このような低分子材料は、低分子量であるが故に自乗平均半径が小さく、LER増大への寄与は小さいものと予想される。
特開2002−099088号公報 特開2002−099089号公報
On the other hand, it has been proposed to use a low-molecular material having an alkali-soluble group such as a hydroxyl group and partially or entirely protected with an acid-dissociable, dissolution-inhibiting group as a substrate (for example, Patent Documents 1 and 2). reference). Such a low molecular weight material is expected to have a small mean square radius because of its low molecular weight, and a small contribution to LER increase.
JP 2002-099088 A JP 2002-099089 A

しかし、これらの低分子材料を使用しても、LERを充分に改善することは困難であり、LERのさらなる低減が求められている。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、LERの低減された高解像性のパターンが形成できるパターン形成材料用基材、ポジ型レジスト組成物およびレジストパターン形成方法を提供することを目的とする。
However, even if these low molecular weight materials are used, it is difficult to sufficiently improve LER, and further reduction of LER is required.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a substrate for a pattern forming material, a positive resist composition, and a resist pattern forming method capable of forming a high-resolution pattern with reduced LER. For the purpose.

本発明者らは、鋭意検討の結果、特定の分子量、特定の分子量分散度を有し、スピンコート法によりアモルファスな膜を形成しうる多価フェノール化合物について、そのフェノール性水酸基が酸解離性溶解抑制基で保護された低分子化合物を用いることにより上記課題が解決されることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明の第1の態様は、酸解離性溶解抑制基を有し、酸の作用によりアルカリ可溶性が増大する基材成分(A)と、露光により酸を発生する酸発生剤成分(B)とを含み、ポリマーを含まないポジ型レジスト組成物であって、
前記基材成分(A)が、2以上のフェノール性水酸基を有し、下記(1)、(2)および(3)を満たす多価フェノール化合物(x)における前記フェノール性水酸基の一部が酸解離性溶解抑制基で保護されている低分子化合物(X1)からなるパターン形成材料用基材であり、前記パターン形成材料用基材中のフェノール性水酸基の保護率が5〜50モル%であることを特徴とするポジ型レジスト組成物である。
(1)分子量が500〜1500
(2)分子量の分散度が1.5以下
(3)スピンコート法によりアモルファスな膜を形成しうる
また、本発明の第2の態様は、前記第1の態様のポジ型レジスト組成物を基板上に塗布し、プレべークし、選択的に露光した後、PEB(露光後加熱)を施し、アルカリ現像してレジストパターンを形成することを特徴とするレジストパターン形成方法である。
As a result of intensive studies, the present inventors have determined that a phenolic hydroxyl group has an acid dissociable dissolution with respect to a polyhydric phenol compound having a specific molecular weight and a specific molecular weight dispersibility and capable of forming an amorphous film by spin coating. The present inventors have found that the above problems can be solved by using a low molecular weight compound protected with an inhibitory group, and completed the present invention.
That is, the first aspect of the present invention includes a base material component (A) having an acid dissociable, dissolution inhibiting group and increasing alkali solubility by the action of an acid, and an acid generator component (B) that generates an acid upon exposure. And a positive resist composition not containing a polymer ,
Said base component (A) has two or more phenolic hydroxyl groups, the following (1), (2) and part acid of the phenolic hydroxyl group in (3) satisfy the polyhydric phenol compound (x) low molecular weight compounds that are protected by dissociable (X1) forming material for substrate der consisting is, the protection rate of the phenolic hydroxyl groups of the pattern forming material for the substrate in the 5 to 50 mol% There is a positive resist composition.
(1) Molecular weight is 500-1500
(2) The molecular weight dispersity is 1.5 or less. (3) An amorphous film can be formed by a spin coating method. The second aspect of the present invention is the substrate of the positive resist composition of the first aspect. The resist pattern forming method is characterized in that a resist pattern is formed by applying PEB (post-exposure heating), applying alkali, and developing after pre-baking and selective exposure.

なお、本発明において、「露光」は放射線の照射、電子線の描画又は照射を意味する。   In the present invention, “exposure” means radiation irradiation, electron beam drawing or irradiation.

本発明のパターン形成材料用基材、ポジ型レジスト組成物およびレジストパターン形成方法により、LERの低減された高解像性のパターンが形成できる。   The pattern forming material substrate, the positive resist composition, and the resist pattern forming method of the present invention can form a high-resolution pattern with reduced LER.

以下、本発明をより詳細に説明する。
≪パターン形成材料用基材≫
本発明のパターン形成材料用基材は、2以上のフェノール性水酸基を有し、上記(1)乃至(3)の条件を満たす多価フェノール化合物(x)における前記フェノール性水酸基の一部または全部が酸解離性溶解抑制基で保護されている低分子化合物(X1)を含有することを特徴とする。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
≪Pattern for pattern forming material≫
The substrate for a pattern forming material of the present invention has two or more phenolic hydroxyl groups, and part or all of the phenolic hydroxyl groups in the polyhydric phenol compound (x) satisfying the conditions (1) to (3) above. Contains a low molecular compound (X1) protected with an acid dissociable, dissolution inhibiting group.

<多価フェノール化合物(x)>
低分子化合物(X1)を構成する多価フェノール化合物(x)としては、2以上のフェノール性水酸基を有し、分子量が300〜2500であり、分子量の分散度が1.5以下であり、スピンコート法によりアモルファスな膜を形成しうる多価フェノール化合物であれば特に限定されず、例えば、非化学増幅型のg線やi線レジストにおける増感剤や耐熱性向上剤として知られている多価フェノール化合物を用いることができる。そのような多価フェノール化合物としては、例えば、次のようなものが挙げられる。
ビス(2,3,4−トリヒドロキシフェニル)メタン、2−(4−ヒドロキシフェニル)−2−(4’−ヒドロキシフェニル)プロパン、2−(2,3,4−トリヒドロキシフェニル)−2−(2’,3’,4’−トリヒドロキシフェニル)プロパン、ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジメチルフェニル)−2−ヒドロキシフェニルメタン、ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジメチルフェニル)−4−ヒドロキシフェニルメタン、ビス(4−ヒドロキシ−2,5−ジメチルフェニル)−2−ヒドロキシフェニルメタン、ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジメチルフェニル)−3,4−ジヒドロキシフェニルメタン、ビス(4−ヒドロキシ−2,5−ジメチルフェニル)−3,4−ジヒドロキシフェニルメタン、ビス(4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル)−3,4−ジヒドロキシフェニルメタン、ビス(4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル)−2−ヒドロキシフェニルメタン、ビス(3−シクロヘキシル−4−ヒドロキシ−6−メチルフェニル)−2−ヒドロキシフェニルメタン、ビス(3−シクロヘキシル−4−ヒドロキシ−6−メチルフェニル)−4−ヒドロキシフェニルメタン、ビス(3−シクロヘキシル−4−ヒドロキシ−6−メチルフェニル)−3,4−ジヒドロキシフェニルメタン、ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジメチルフェニル)−2−ヒドロキシフェニルメタン、ビス(4−ヒドロキシ−2,3,5−トリメチルフェニル)−2−ヒドロキシフェニルメタン、ビス(4−ヒドロキシ−2,3,5−トリメチルフェニル)−3−ヒドロキシフェニルメタン、ビス(4−ヒドロキシ−2,3,5−トリメチルフェニル)−4−ヒドロキシフェニルメタン、1−[1−(4−ヒドロキシフェニル)イソプロピル]−4−[1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)エチル]ベンゼン、フェノール、m−クレゾール、p−クレゾールまたはキシレノールなどのフェノール類のホルマリン縮合物の4核体などが挙げられる。
<Polyphenol compound (x)>
The polyhydric phenol compound (x) constituting the low molecular compound (X1) has two or more phenolic hydroxyl groups, a molecular weight of 300 to 2500, a molecular weight dispersity of 1.5 or less, a spin Any polyhydric phenol compound capable of forming an amorphous film by a coating method is not particularly limited. For example, many known as sensitizers and heat resistance improvers in non-chemically amplified g-line and i-line resists. A polyhydric phenol compound can be used. Examples of such polyhydric phenol compounds include the following.
Bis (2,3,4-trihydroxyphenyl) methane, 2- (4-hydroxyphenyl) -2- (4′-hydroxyphenyl) propane, 2- (2,3,4-trihydroxyphenyl) -2- (2 ′, 3 ′, 4′-trihydroxyphenyl) propane, bis (4-hydroxy-3,5-dimethylphenyl) -2-hydroxyphenylmethane, bis (4-hydroxy-3,5-dimethylphenyl)- 4-hydroxyphenylmethane, bis (4-hydroxy-2,5-dimethylphenyl) -2-hydroxyphenylmethane, bis (4-hydroxy-3,5-dimethylphenyl) -3,4-dihydroxyphenylmethane, bis ( 4-hydroxy-2,5-dimethylphenyl) -3,4-dihydroxyphenylmethane, bis (4-hydroxy-3-methylphenyl) Enyl) -3,4-dihydroxyphenylmethane, bis (4-hydroxy-3-methylphenyl) -2-hydroxyphenylmethane, bis (3-cyclohexyl-4-hydroxy-6-methylphenyl) -2-hydroxyphenylmethane Bis (3-cyclohexyl-4-hydroxy-6-methylphenyl) -4-hydroxyphenylmethane, bis (3-cyclohexyl-4-hydroxy-6-methylphenyl) -3,4-dihydroxyphenylmethane, bis (4 -Hydroxy-3,5-dimethylphenyl) -2-hydroxyphenylmethane, bis (4-hydroxy-2,3,5-trimethylphenyl) -2-hydroxyphenylmethane, bis (4-hydroxy-2,3,5) -Trimethylphenyl) -3-hydroxyphenylmethane, bis ( -Hydroxy-2,3,5-trimethylphenyl) -4-hydroxyphenylmethane, 1- [1- (4-hydroxyphenyl) isopropyl] -4- [1,1-bis (4-hydroxyphenyl) ethyl] benzene , Tetranuclear form of a formalin condensate of phenols such as phenol, m-cresol, p-cresol or xylenol.

本発明においては、特に、下記一般式(I)、(II)、または(III)で表される多価フェノール化合物からなる群から選択される少なくとも1種であると、スピンコート法によりアモルファスな膜を形成でき、本発明の効果に優れることから、好ましい。   In the present invention, in particular, when it is at least one selected from the group consisting of polyhydric phenol compounds represented by the following general formula (I), (II), or (III), it is amorphous by spin coating. It is preferable because a film can be formed and the effect of the present invention is excellent.

Figure 0004249096
Figure 0004249096

Figure 0004249096
Figure 0004249096

Figure 0004249096
Figure 0004249096

上記一般式(I)中、R11〜R17は、それぞれ独立に、直鎖状、分岐状または環状の、炭素数1〜10、好ましくは1〜5の低級アルキル基、5〜6の環状アルキル基または芳香族炭化水素基である。該アルキル基または芳香族炭化水素基は、その構造中に、酸素原子、窒素原子、硫黄原子等のヘテロ原子を含んでもよい。芳香族炭化水素基としては、フェニル基、トリル基、キシリル基、メシチル基、フェネチル基、ナフチル基などが挙げられる。
g、jはそれぞれ独立に1以上、好ましくは1〜2の整数であり、k、qはそれぞれ独立に0または1以上、好ましくは2を超えない整数であり、かつg+j+k+qが5以下である。
hは1以上、好ましくは1〜2の整数であり、l、mはそれぞれ独立に0または1以上、好ましくは2を超えない整数であり、かつh+l+mが4以下である。
iは1以上、好ましくは1〜2の整数であり、n、oはそれぞれ独立に0または1以上、好ましくは2を超えない整数であり、かつi+n+oが4以下である。
pは0または1であり、好ましくは1である。
これらの中でも、R11がシクロアルキル基であり、jの数が1、かつR12が低級アルキル基であり、kの数が1、かつgの数が1のものが、好ましい。
さらに、好ましくは、R11がシクロアルキル基であり、jの数が1、かつR12が低級アルキル基であり、kの数が1、かつgの数が1であり、かつqとlとmとnとoが0であり、hとiがともに1である化合物が、LERの低減された高解像性で微細なパターンが形成できるので好ましい。
In the general formula (I), R 11 to R 17 are each independently a linear, branched or cyclic lower alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, preferably 1 to 5 carbon atoms, and cyclic 5 to 6 carbon atoms. An alkyl group or an aromatic hydrocarbon group; The alkyl group or aromatic hydrocarbon group may contain a hetero atom such as an oxygen atom, a nitrogen atom, or a sulfur atom in the structure. Examples of the aromatic hydrocarbon group include a phenyl group, a tolyl group, a xylyl group, a mesityl group, a phenethyl group, and a naphthyl group.
g and j are each independently an integer of 1 or more, preferably 1 or 2, k and q are each independently 0 or 1 or more, preferably an integer not exceeding 2, and g + j + k + q is 5 or less.
h is an integer of 1 or more, preferably 1 to 2, l and m are each independently 0 or 1 or more, preferably an integer not exceeding 2, and h + 1 + m is 4 or less.
i is an integer of 1 or more, preferably 1 to 2, n and o are each independently 0 or 1 or more, preferably an integer not exceeding 2, and i + n + o is 4 or less.
p is 0 or 1, preferably 1.
Among these, those in which R 11 is a cycloalkyl group, j is 1, and R 12 is a lower alkyl group, k is 1 and g is 1 are preferable.
Further preferably, R 11 is a cycloalkyl group, the number of j is 1, and R 12 is a lower alkyl group, the number of k is 1, the number of g is 1, and q and l are A compound in which m, n, and o are 0 and h and i are both 1 is preferable because a fine pattern can be formed with high resolution with reduced LER.

上記一般式(I)で表される多価フェノール化合物のなかでも、最も好ましいものは、下記式(I−1)及び(I−2)で表される多価フェノール化合物が好ましい。これは、これらの多価フェノール化合物が、アモルファスな膜を形成しやすいためである。   Among the polyhydric phenol compounds represented by the above general formula (I), the most preferred are polyhydric phenol compounds represented by the following formulas (I-1) and (I-2). This is because these polyhydric phenol compounds easily form an amorphous film.

Figure 0004249096
Figure 0004249096

上記一般式(II)中、R21〜R26は、それぞれ独立に、直鎖状、分岐状または環状の、炭素数1〜10、好ましくは1〜5の低級アルキル基、5〜6の環状アルキル基または芳香族炭化水素基である。該アルキル基または芳香族炭化水素基は、その構造中に、酸素原子、窒素原子、硫黄原子等のヘテロ原子を含んでもよい。芳香族炭化水素基としては、フェニル基、トリル基、キシリル基、メシチル基、フェネチル基、ナフチル基などが挙げられる。これらの中でもR21〜R26は全て低級アルキル基が好ましい。
d、gはそれぞれ独立に1以上、好ましくは1〜2の整数であり、hは0または1以上、好ましくは2を超えない整数であり、かつd+g+hが5以下である。
e、iはそれぞれ独立に1以上、好ましくは1〜2の整数であり、jは0または1以上、好ましくは2を超えない整数であり、かつe+i+jが4以下である。
f、kはそれぞれ独立に1以上、好ましくは1〜2の整数であり、lは0または1以上、好ましくは2を超えない整数であり、かつf+k+lが5以下である。
mは1〜20、好ましくは2〜10の整数である。
In the general formula (II), R 21 to R 26 are each independently a linear, branched or cyclic lower alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, preferably 1 to 5 carbon atoms, and cyclic 5 to 6 carbon atoms. An alkyl group or an aromatic hydrocarbon group; The alkyl group or aromatic hydrocarbon group may contain a hetero atom such as an oxygen atom, a nitrogen atom, or a sulfur atom in the structure. Examples of the aromatic hydrocarbon group include a phenyl group, a tolyl group, a xylyl group, a mesityl group, a phenethyl group, and a naphthyl group. Among these, R 21 to R 26 are all preferably lower alkyl groups.
d and g are each independently an integer of 1 or more, preferably 1 or 2, h is 0 or 1 or more, preferably an integer not exceeding 2, and d + g + h is 5 or less.
e and i are each independently an integer of 1 or more, preferably 1 or 2, j is 0 or 1 or more, preferably an integer not exceeding 2, and e + i + j is 4 or less.
f and k are each independently an integer of 1 or more, preferably 1 or 2, l is 0 or 1 or more, preferably an integer not exceeding 2, and f + k + 1 is 5 or less.
m is an integer of 1 to 20, preferably 2 to 10.

上記一般式(III)中、R31〜R36は、それぞれ独立に、直鎖状、分岐状または環状の、炭素数1〜10、好ましくは1〜5の低級アルキル基、5〜6の環状アルキル基または芳香族炭化水素基である。該アルキル基または芳香族炭化水素基は、その構造中に、酸素原子、窒素原子、硫黄原子等のヘテロ原子を含んでもよい。芳香族炭化水素基としては、フェニル基、トリル基、キシリル基、メシチル基、フェネチル基、ナフチル基などが挙げられる。これらの中でもR31〜R36は全て低級アルキル基が好ましい。
a、eはそれぞれ独立に1以上、好ましくは1〜2の整数であり、fは0または1以上、好ましくは2を超えない整数であり、かつa+e+fが5以下である。
b、hはそれぞれ独立に1以上、好ましくは1〜2の整数であり、gは0または1以上、好ましくは2を超えない整数であり、かつb+h+gが5以下である。
c、iはそれぞれ独立に1以上、好ましくは1〜2の整数であり、jは0または1以上、好ましくは2を超えない整数であり、かつc+i+jが5以下である。
dは1以上、好ましくは1〜2の整数であり、k、lはそれぞれ独立に0または1以上、好ましくは2を超えない整数であり、かつd+k+lが3以下である。
In the general formula (III), R 31 to R 36 are each independently a linear, branched or cyclic lower alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, preferably 1 to 5 carbon atoms, and cyclic 5 to 6 carbon atoms. An alkyl group or an aromatic hydrocarbon group; The alkyl group or aromatic hydrocarbon group may contain a hetero atom such as an oxygen atom, a nitrogen atom, or a sulfur atom in the structure. Examples of the aromatic hydrocarbon group include a phenyl group, a tolyl group, a xylyl group, a mesityl group, a phenethyl group, and a naphthyl group. Among these, all of R 31 to R 36 are preferably lower alkyl groups.
a and e are each independently an integer of 1 or more, preferably 1 or 2, f is 0 or 1 or more, preferably an integer not exceeding 2, and a + e + f is 5 or less.
b and h are each independently an integer of 1 or more, preferably 1 or 2, g is 0 or 1 or more, preferably an integer not exceeding 2, and b + h + g is 5 or less.
c and i are each independently an integer of 1 or more, preferably 1 or 2, j is 0 or 1 or more, preferably an integer not exceeding 2, and c + i + j is 5 or less.
d is an integer of 1 or more, preferably 1 to 2, k and l are each independently 0 or 1 or more, preferably an integer not exceeding 2, and d + k + 1 is 3 or less.

本発明において、多価フェノール化合物(x)は、分子量が300〜2500である必要があり、好ましくは450〜1500、より好ましくは500〜1200である。分子量が上限値以下であることにより、LERの低減効果が充分なものとなる。また、解像性も向上する。また、下限値以上であることにより、良好なプロファイル形状のレジストパターンが形成できる。   In the present invention, the polyphenol compound (x) needs to have a molecular weight of 300 to 2500, preferably 450 to 1500, more preferably 500 to 1200. When the molecular weight is not more than the upper limit value, the effect of reducing LER is sufficient. Also, the resolution is improved. Moreover, when it is at least the lower limit value, a resist pattern having a good profile shape can be formed.

また、多価フェノール化合物(x)は、本発明の効果のためには、分子量の分散度(Mw/Mn)が1.5以下である必要がある。これは、多価フェノール化合物(x)が、分散度が1.5以下という狭い分子量分布を有することにより、多価フェノール材料中に、酸解離性溶解抑制基で保護されているフェノール性水酸基の数(保護数)が異なる複数の低分子化合物(X1)が含まれていても、各低分子化合物(X1)のアルカリ溶解性が比較的均一になるためと考えられる。分散度は小さいほど好ましく、より好ましくは1.4以下、最も好ましくは1.3以下である。
なお、分散度とは通常、ポリマー等の多分散系の化合物に用いられるものであるが、単分散の化合物であっても、製造時における副生物や残留する出発物質などの不純物の存在により、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)等で分析した際に、見かけ上、その分子量に分布が生じる場合がある。つまり、単分散の化合物の場合に分散度が1であるとは純度が100%であることを意味し、分散度が大きいほど不純物の量が多い。本発明において、分散度は、このような見かけ上の分子量分布を示す化合物について、一般的に用いられているポリマーの質量平均分子量(Mw)および数平均分子量(Mn)の測定方法、例えばGPC等によりMwおよびMnを測定し、Mw/Mn比を求めることにより算出できる。
分散度は、最終目的生成物である多価フェノール化合物(x)を合成後、反応副生成物や不純物を精製除去したり、分子量分別処理等の公知の方法により不要な分子量部分を除去して調節することができる。
In addition, the polyphenol compound (x) needs to have a molecular weight dispersity (Mw / Mn) of 1.5 or less for the effect of the present invention. This is because the polyhydric phenol compound (x) has a narrow molecular weight distribution with a dispersity of 1.5 or less, so that the phenolic hydroxyl group protected by the acid dissociable, dissolution inhibiting group in the polyhydric phenol material. Even if a plurality of low molecular compounds (X1) having different numbers (protection numbers) are included, it is considered that the alkali solubility of each low molecular compound (X1) becomes relatively uniform. The degree of dispersion is preferably as small as possible, more preferably 1.4 or less, and most preferably 1.3 or less.
The dispersity is usually used for polydisperse compounds such as polymers, but even monodisperse compounds, due to the presence of impurities such as by-products during production and residual starting materials, When analyzed by gel permeation chromatography (GPC) or the like, a distribution may appear in the molecular weight apparently. That is, in the case of a monodispersed compound, a degree of dispersion of 1 means that the purity is 100%, and the greater the degree of dispersion, the greater the amount of impurities. In the present invention, the degree of dispersion is a method for measuring a mass average molecular weight (Mw) and a number average molecular weight (Mn) of a polymer that is generally used for a compound showing such an apparent molecular weight distribution, such as GPC. Can be calculated by measuring Mw and Mn and determining the Mw / Mn ratio.
The degree of dispersion is determined by synthesizing the polyphenol compound (x), which is the final target product, and then purifying and removing reaction by-products and impurities, or removing unnecessary molecular weight portions by known methods such as molecular weight fractionation. Can be adjusted.

また、多価フェノール化合物(x)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必要がある。
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、多価フェノール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、当該多価フェノール材料に、一般的にレジスト溶剤に用いられている溶剤を用いて、例えば乳酸エチル/プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート=40/60(質量比)の混合溶剤(以下、EMと略記する)を、濃度が14質量%となるよう溶解し、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、多価フェノール材料(x)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。
Further, the polyhydric phenol compound (x) needs to be a material capable of forming an amorphous film by a spin coating method.
Here, the amorphous film means an optically transparent film that does not crystallize.
The spin coating method is one of the commonly used thin film forming methods. Whether a polyphenol compound is a material capable of forming an amorphous film by the spin coating method is determined on an 8-inch silicon wafer. It can be discriminated by whether or not the coating film formed by the spin coating method is entirely transparent. More specifically, for example, the determination can be made as follows.
First, for the polyhydric phenol material, using a solvent generally used as a resist solvent, for example, a mixed solvent of ethyl lactate / propylene glycol monoethyl ether acetate = 40/60 (mass ratio) (hereinafter referred to as EM and (Abbreviated) is dissolved to a concentration of 14% by mass, subjected to ultrasonic treatment (dissolution treatment) using an ultrasonic cleaner, and spin-coated at 1500 rpm on the wafer, Optionally, dry baking (PAB, Post Applied Bake) is performed at 110 ° C. for 90 seconds, and in this state, it is visually confirmed whether an amorphous film is formed depending on whether it is transparent. A cloudy film that is not transparent is not an amorphous film.
In the present invention, the polyphenolic material (x) preferably has good stability of the amorphous film formed as described above. For example, after the PAB, the polyphenolic material (x) is allowed to stand at room temperature for 2 weeks. The amorphous state is preferably maintained.

<低分子化合物(X1)>
低分子化合物(X1)は、上記多価フェノール化合物(x)のフェノール性水酸基の水酸基の一部または全部を酸解離性溶解抑制基で置換することにより保護したものである。
酸解離性溶解抑制基としては、特に制限はなく、KrFやArF用の化学増幅型レジスト組成物に用いられるヒドロキシスチレン系樹脂、(メタ)アクリル酸系樹脂等において提案されているもののなかから適宜選択して用いることができる。
具体的には、鎖状アルコキシアルキル基、第3級アルキルオキシカルボニル基、第3級アルキル基、第3級アルコキシカルボニルアルキル基及び環状エーテル基等が挙げられる。
<Low molecular compound (X1)>
The low molecular compound (X1) is obtained by protecting a part or all of the hydroxyl groups of the phenolic hydroxyl group of the polyhydric phenol compound (x) with an acid dissociable, dissolution inhibiting group.
The acid dissociable, dissolution inhibiting group is not particularly limited, and is appropriately selected from among those proposed for hydroxystyrene resins, (meth) acrylic acid resins and the like used in chemically amplified resist compositions for KrF and ArF. It can be selected and used.
Specific examples include a chain alkoxyalkyl group, a tertiary alkyloxycarbonyl group, a tertiary alkyl group, a tertiary alkoxycarbonylalkyl group, and a cyclic ether group.

鎖状アルコキシアルキル基としては、1−エトキシエチル基、1−エトキシメチル基、1−メトキシメチルエチル基、1−メトキシメチル基、1−イソプロポキシエチル基、1−メトキシプロピル基、1−エトキシプロピル基、1−n−ブトキシエチル基等が挙げられる。
第3級アルキルオキシカルボニル基としては、tert−ブチルオキシカルボニル基、tert−アミルオキシカルボニル基等が挙げられる。
第3級アルキル基としては、tert−ブチル基、tert−アミル基などのような鎖状第3級アルキル基、2−メチル−アダマンチル基、2−エチルアダマンチル基などのような脂肪族多環式基を含む第3級アルキル基等が挙げられる。
第3級アルコキシカルボニルアルキル基としては、tert−ブチルオキシカルボニルメチル基、tert−アミルオキシカルボニルメチル基等が挙げられる。
環状エーテル基としては、テトラヒドロピラニル基、テトラヒドロフラニル基等が挙げられる。
これらの中でも、解離性に優れ、低分子化合物(X1)の均一性を高め、LERを向上させることが可能な点から、鎖状アルコキシアルキル基が好ましく、1−エトキシエチル基や1−エトキシメチル基がより好ましい。
Examples of the chain alkoxyalkyl group include 1-ethoxyethyl group, 1-ethoxymethyl group, 1-methoxymethylethyl group, 1-methoxymethyl group, 1-isopropoxyethyl group, 1-methoxypropyl group, 1-ethoxypropyl group. Group, 1-n-butoxyethyl group and the like.
Examples of the tertiary alkyloxycarbonyl group include a tert-butyloxycarbonyl group and a tert-amyloxycarbonyl group.
The tertiary alkyl group includes an aliphatic polycyclic group such as a chain tertiary alkyl group such as a tert-butyl group and a tert-amyl group, a 2-methyl-adamantyl group, and a 2-ethyladamantyl group. And tertiary alkyl groups containing a group.
Examples of the tertiary alkoxycarbonylalkyl group include a tert-butyloxycarbonylmethyl group and a tert-amyloxycarbonylmethyl group.
Examples of the cyclic ether group include a tetrahydropyranyl group and a tetrahydrofuranyl group.
Among these, a chain alkoxyalkyl group is preferable because it is excellent in dissociation, can improve the uniformity of the low molecular compound (X1), and can improve LER, and is preferably a 1-ethoxyethyl group or 1-ethoxymethyl group. Groups are more preferred.

またパターン形成材料用基材中に、酸解離性溶解抑制基により保護されているフェノール性水酸基の数(保護数)が異なる複数の低分子化合物(X1)(以下、異性体ということがある)が含まれている場合、各異性体の保護数が近いほど、本発明の効果に優れ、好ましい。   Also, a plurality of low molecular compounds (X1) having different numbers of phenolic hydroxyl groups protected by acid dissociable, dissolution inhibiting groups (protection number) (hereinafter sometimes referred to as isomers) in the pattern forming material substrate Is included, the closer the number of protected isomers is, the better the effect of the present invention is.

パターン形成材料用基材中、低分子化合物(X1)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。   In the substrate for pattern forming material, the proportion of the low molecular compound (X1) is preferably more than 40% by mass, more preferably more than 50% by mass, still more preferably more than 80% by mass, most preferably 100% by mass.

<未保護体(X2)>
本発明において、パターン形成材料用基材中において、上記多価フェノール化合物(x)におけるフェノール性水酸基が、酸解離性溶解抑制基により全く保護されていないもの(以下、未保護体(X2)という)はなるべく少ない方が好ましい。
本発明のパターン形成材料用基材中、未保護体(X2)の割合は、60質量%以下であることが好ましい。未保護体(X2)の割合は少ないほど好ましく、より好ましくは50質量%以下であり、さらに好ましくは10質量%以下であり、最も好ましくは0質量%である。未保護体(X2)が60質量%以下であると、パターンを形成した際、LERをさらに低減できる。また、解像性にも優れる。
<Unprotected body (X2)>
In the present invention, in the substrate for pattern forming material, the phenolic hydroxyl group in the polyhydric phenol compound (x) is not protected at all by the acid dissociable, dissolution inhibiting group (hereinafter referred to as unprotected body (X2)). ) Is preferably as small as possible.
In the substrate for pattern forming material of the present invention, the proportion of the unprotected body (X2) is preferably 60% by mass or less. The proportion of the unprotected body (X2) is preferably as small as possible, more preferably 50% by mass or less, still more preferably 10% by mass or less, and most preferably 0% by mass. When the unprotected body (X2) is 60% by mass or less, LER can be further reduced when a pattern is formed. Also, the resolution is excellent.

パターン形成材料用基材は、例えば、一種または2種以上の多価フェノール化合物(x)について、そのフェノール性水酸基の全部または一部を、周知の手法により酸解離性溶解抑制基で保護する方法等により製造することができる。
未保護体(X2)の割合を60質量%以下とする方法としては、例えば、一種または2種以上の多価フェノール化合物(x)について、そのフェノール性水酸基の全部または一部を、周知の手法により酸解離性溶解抑制基で保護する方法等により製造した後、未保護体(X2)をゲルパーミュエーションクロマトグラフ(GPC)により、分取することや上記酸解離性溶解抑制基で保護する方法により調節できる。
また、低分子化合物(X1)において、各異性体の保護数は、上記酸解離性溶解抑制基で保護する方法により調節できる。
パターン形成材料用基材中の低分子化合物(X1)と該低分子化合物(X1)における各異性体、および未保護体(X2)の割合は、逆相クロマトグラフィー等の手段により測定することができる。
The pattern forming material substrate is, for example, a method of protecting all or part of the phenolic hydroxyl groups with an acid dissociable, dissolution inhibiting group by a known method for one or more polyphenol compounds (x). Etc. can be manufactured.
Examples of the method for setting the proportion of the unprotected body (X2) to 60% by mass or less include, for example, all or part of the phenolic hydroxyl groups of one or two or more polyphenol compounds (x), a well-known technique. After preparing by a method of protecting with an acid dissociable dissolution inhibiting group, etc., the unprotected body (X2) is separated by gel permeation chromatography (GPC) or protected with the acid dissociable dissolution inhibiting group. It can be adjusted by the method.
In the low molecular compound (X1), the number of protected isomers can be adjusted by a method of protecting with the acid dissociable, dissolution inhibiting group.
The ratio of each of the low molecular compound (X1) and each isomer in the low molecular compound (X1) and the unprotected body (X2) in the substrate for pattern forming material can be measured by means such as reverse phase chromatography. it can.

また、パターン形成材料用基材中のフェノール性水酸基の保護率、すなわち、酸解離性溶解抑制基で保護されたフェノール性水酸基および保護されていないフェノール性水酸基の合計量に対する酸解離性溶解抑制基で保護されたフェノール性水酸基の割合は、解像性、LER低減効果を考慮すると、5〜50モル%が好ましく、7〜30モル%がより好ましい。   Further, the protection rate of the phenolic hydroxyl group in the substrate for the pattern forming material, that is, the acid dissociable dissolution inhibiting group with respect to the total amount of the phenolic hydroxyl group protected with the acid dissociable dissolution inhibiting group and the unprotected phenolic hydroxyl group. The ratio of the phenolic hydroxyl group protected with is preferably 5 to 50 mol%, more preferably 7 to 30 mol% in view of resolution and LER reduction effect.

本発明のパターン形成材料用基材は、後述するポジ型レジスト組成物の基材として好適である。   The base material for pattern forming materials of this invention is suitable as a base material of the positive resist composition mentioned later.

≪ポジ型レジスト組成物≫
本発明のポジ型レジスト組成物は、酸解離性溶解抑制基を有し、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)成分ということがある。)と、露光により酸を発生する酸発生剤成分(B)(以下、(B)成分ということがある。)とを含む。
前記(A)成分においては、露光により前記(B)成分から発生した酸が作用すると、酸解離性溶解抑制基が解離し、これによって(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。
≪Positive resist composition≫
The positive resist composition of the present invention has a base component (A) (hereinafter sometimes referred to as component (A)) having an acid dissociable, dissolution inhibiting group and increasing alkali solubility by the action of an acid; An acid generator component (B) that generates an acid upon exposure (hereinafter also referred to as component (B)).
In the component (A), when an acid generated from the component (B) acts upon exposure, the acid dissociable, dissolution inhibiting group is dissociated, thereby changing the entire component (A) from alkali-insoluble to alkali-soluble.
Therefore, in the formation of the resist pattern, when the resist film made of the positive resist composition is selectively exposed or heated after exposure in addition to the exposure, the exposed portion turns into alkali-soluble while the unexposed portion becomes alkali-insoluble. Thus, a positive resist pattern can be formed by alkali development.

<(A)成分>
(A)成分は、前記本発明のパターン形成材料用基材(以下、多価フェノール系基材材料(A1)という)である。
本発明のポジ型レジスト組成物における(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。一般的には、固形分濃度にして、3〜25質量%、より好ましくは10〜20質量%である。
<(A) component>
(A) A component is the base material for pattern formation materials of the said this invention (henceforth a polyhydric phenol type base material (A1)).
The content of the component (A) in the positive resist composition of the present invention may be adjusted according to the resist film thickness to be formed. Generally, the solid concentration is 3 to 25% by mass, more preferably 10 to 20% by mass.

<(B)成分>
本発明において、(B)成分は、従来の化学増幅型レジスト組成物において使用されている公知の酸発生剤から特に限定せずに用いることができる。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、ジアゾメタンニトロベンジルスルホネート類などのジアゾメタン系酸発生剤、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。
<(B) component>
In the present invention, the component (B) can be used without particular limitation from known acid generators used in conventional chemically amplified resist compositions. Examples of such acid generators include onium salt acid generators such as iodonium salts and sulfonium salts, oxime sulfonate acid generators, bisalkyl or bisarylsulfonyldiazomethanes, poly (bissulfonyl) diazomethanes, There are various known diazomethane acid generators such as diazomethane nitrobenzyl sulfonates, imino sulfonate acid generators and disulfone acid generators.

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ン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などが挙げられる。これらのなかでもフッ素化アルキルスルホン酸イオンをアニオンとするオニウム塩が好ましい。   Specific examples of the onium salt-based acid generator include diphenyliodonium trifluoromethanesulfonate or nonafluorobutanesulfonate, bis (4-tert-butylphenyl) iodonium trifluoromethanesulfonate or nonafluorobutanesulfonate, and triphenylsulfonium trifluoromethane. Sulfonate, its heptafluoropropane sulfonate or its nonafluorobutane sulfonate, tri (4-methylphenyl) sulfonium trifluoromethane sulfonate, its heptafluoropropane sulfonate or its nonafluorobutane sulfonate, dimethyl (4-hydroxynaphthyl) sulfonium trifluoromethane Sulfonate, its heptafluoropropane sulphonate or its Nafluorobutane sulfonate, trifluoromethane sulfonate of monophenyldimethylsulfonium, its heptafluoropropane sulfonate or its nonafluorobutane sulfonate, trifluoromethane sulfonate of diphenylmonomethylsulfonium, its heptafluoropropane sulfonate or its nonafluorobutane sulfonate . Of these, onium salts having a fluorinated alkyl sulfonate ion as an anion are preferable.

オキシムスルホネート系酸発生剤の具体例としては、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。これらの中で、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が好ましい。   Specific examples of the oxime sulfonate acid generator include α- (methylsulfonyloxyimino) -phenylacetonitrile, α- (methylsulfonyloxyimino) -p-methoxyphenylacetonitrile, α- (trifluoromethylsulfonyloxyimino)- Phenylacetonitrile, α- (trifluoromethylsulfonyloxyimino) -p-methoxyphenylacetonitrile, α- (ethylsulfonyloxyimino) -p-methoxyphenylacetonitrile, α- (propylsulfonyloxyimino) -p-methylphenylacetonitrile, α- (methylsulfonyloxyimino) -p-bromophenylacetonitrile and the like can be mentioned. Of these, α- (methylsulfonyloxyimino) -p-methoxyphenylacetonitrile is preferred.

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、ポリ(ビススルホニル)ジアゾメタン類としては、例えば、以下に示す構造をもつ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(化合物A、分解点135℃)、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(化合物B、分解点147℃)、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(化合物C、融点132℃、分解点145℃)、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(化合物D、分解点147℃)、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(化合物E、分解点149℃)、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(化合物F、分解点153℃)、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(化合物G、融点109℃、分解点122℃)、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(化合物H、分解点116℃)などを挙げることができる。
Among diazomethane acid generators, specific examples of bisalkyl or bisarylsulfonyldiazomethanes include bis (isopropylsulfonyl) diazomethane, bis (p-toluenesulfonyl) diazomethane, bis (1,1-dimethylethylsulfonyl) diazomethane, Examples include bis (cyclohexylsulfonyl) diazomethane, bis (2,4-dimethylphenylsulfonyl) diazomethane, and the like.
Examples of poly (bissulfonyl) diazomethanes include 1,3-bis (phenylsulfonyldiazomethylsulfonyl) propane (Compound A, decomposition point 135 ° C.), 1,4-bis (phenyl) having the following structure. Sulfonyldiazomethylsulfonyl) butane (compound B, decomposition point 147 ° C.), 1,6-bis (phenylsulfonyldiazomethylsulfonyl) hexane (compound C, melting point 132 ° C., decomposition point 145 ° C.), 1,10-bis (phenyl) Sulfonyldiazomethylsulfonyl) decane (compound D, decomposition point 147 ° C.), 1,2-bis (cyclohexylsulfonyldiazomethylsulfonyl) ethane (compound E, decomposition point 149 ° C.), 1,3-bis (cyclohexylsulfonyldiazomethylsulfonyl) ) Propane (Compound F, decomposition point 153 ° C.), , 6-bis (cyclohexylsulfonyldiazomethylsulfonyl) hexane (Compound G, melting point 109 ° C., decomposition point 122 ° C.), 1,10-bis (cyclohexylsulfonyldiazomethylsulfonyl) decane (Compound H, decomposition point 116 ° C.), etc. Can be mentioned.

Figure 0004249096
Figure 0004249096

(B)成分としては、1種の酸発生剤を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。
(B)成分の含有量は、(A)成分100質量部に対し、0.5〜30質量部、好ましくは1〜10質量部とされる。上記範囲より少ないとパターン形成が十分に行われないおそれがあり、上記範囲を超えると均一な溶液が得られにくく、保存安定性が低下する原因となるおそれがある。
As the component (B), one type of acid generator may be used alone, or two or more types may be used in combination.
(B) Content of a component is 0.5-30 mass parts with respect to 100 mass parts of (A) component, Preferably it is 1-10 mass parts. If the amount is less than the above range, pattern formation may not be sufficiently performed, and if the amount exceeds the above range, a uniform solution is difficult to obtain, which may cause a decrease in storage stability.

<有機溶剤(C)>
本発明のポジ型レジスト組成物は、上述した(A)成分、(B)成分、および後述する任意の各成分を、有機溶剤(C)に溶解させて製造することができる。
有機溶剤(C)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、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、メチルイソアミルケトン、2−ヘプタノンなどのケトン類や、エチレングリコール、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、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、プロピレングリコールモノアセテート、ジプロピレングリコール、またはジプロピレングリコールモノアセテート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またはモノフェニルエーテルなどの多価アルコール類およびその誘導体や、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(C)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。
また、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)と極性溶剤とを混合した混合溶媒は好ましいが、その配合比は、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の質量比が好ましくは2:8〜8:2、より好ましくは3:7〜7:3であると好ましい。
また、有機溶剤(C)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。
有機溶剤(C)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2〜20質量%、好ましくは5〜15質量%の範囲内とされる。
<Organic solvent (C)>
The positive resist composition of the present invention can be produced by dissolving the above-described component (A), component (B), and any of the components described below in an organic solvent (C).
As the organic solvent (C), any solvent can be used as long as it can dissolve each component used to form a uniform solution, and any one of conventionally known solvents for chemically amplified resists can be used. Or it can select and use 2 or more types suitably.
For example, ketones such as γ-butyrolactone, acetone, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, methyl isoamyl ketone, 2-heptanone, ethylene glycol, ethylene glycol monoacetate, diethylene glycol, diethylene glycol monoacetate, propylene glycol, propylene glycol monoacetate, dipropylene glycol Or polyhydric alcohols such as monomethyl ether, monoethyl ether, monopropyl ether, monobutyl ether or monophenyl ether of dipropylene glycol monoacetate and derivatives thereof, cyclic ethers such as dioxane, methyl lactate, lactic acid Ethyl (EL), methyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate, methyl pyruvate, ethyl pyruvate, methoxy Methyl propionate, esters such as ethyl ethoxypropionate can be exemplified.
These organic solvents (C) may be used alone or as a mixed solvent of two or more.
Further, a mixed solvent in which propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA) and a polar solvent are mixed is preferable, but the mixing ratio may be appropriately determined in consideration of the compatibility between PGMEA and the polar solvent. It is preferable to be within a range of 1: 9 to 9: 1, more preferably 2: 8 to 8: 2.
More specifically, when EL is blended as a polar solvent, the mass ratio of PGMEA: EL is preferably 2: 8 to 8: 2, more preferably 3: 7 to 7: 3.
In addition, as the organic solvent (C), a mixed solvent of at least one selected from PGMEA and EL and γ-butyrolactone is also preferable. In this case, the mixing ratio of the former and the latter is preferably 70:30 to 95: 5.
The amount of the organic solvent (C) used is not particularly limited, but is a concentration that can be applied to a substrate and the like, and is appropriately set according to the coating film thickness. In general, the solid content concentration of the resist composition is 2 It is made into the range of -20 mass%, Preferably it is 5-15 mass%.

<(D)成分>
本発明の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いが、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、脂肪族アミンとは炭素数15以下のアルキルまたはアルキルアルコールのアミンを言い、この第2級や第3級アミンの例としては、トリメチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、ジ−n−プロピルアミン、トリ−n−プロピルアミン、トリペンチルアミン、トリ−n−オクチルアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミンなどが挙げられるが、特にトリエタノールアミンのような第3級アルカノールアミンやトリ−n−オクチルアミンのような第3級アミンが好ましい。
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。
<(D) component>
In the positive resist composition of the present invention, a nitrogen-containing organic compound (D) (hereinafter referred to as “component (D)”) is further added as an optional component in order to improve the resist pattern shape, stability over time and the like. Can be blended.
Since a wide variety of components (D) have already been proposed, any known one may be used, but amines, particularly secondary aliphatic amines and tertiary aliphatic amines are preferred.
Here, the aliphatic amine refers to an alkyl or alkyl alcohol amine having 15 or less carbon atoms, and examples of the secondary and tertiary amines include trimethylamine, diethylamine, triethylamine, di-n-propylamine, -N-propylamine, tripentylamine, tri-n-octylamine, diethanolamine, triethanolamine, etc., but especially tertiary alkanolamines such as triethanolamine and tri-n-octylamine Tertiary amines are preferred.
These may be used alone or in combination of two or more.
(D) component is normally used in 0.01-5.0 mass parts with respect to 100 mass parts of (A) component.

<(E)成分>
また、前記(D)成分との配合による感度劣化を防ぎ、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。
<(E) component>
In addition, for the purpose of preventing sensitivity deterioration due to the blending with the component (D) and improving the resist pattern shape, retention stability, etc., an organic carboxylic acid or an oxo acid of phosphorus or a derivative thereof (optional) E) (hereinafter referred to as component (E)) can be contained. In addition, (D) component and (E) component can also be used together, and any 1 type can also be used.
As the organic carboxylic acid, for example, malonic acid, citric acid, malic acid, succinic acid, benzoic acid, salicylic acid and the like are suitable.
Phosphorus oxoacids or derivatives thereof include phosphoric acid, phosphoric acid di-n-butyl ester, phosphoric acid diphenyl ester and other phosphoric acid or derivatives thereof such as phosphonic acid, phosphonic acid dimethyl ester, phosphonic acid- Like phosphonic acids such as di-n-butyl ester, phenylphosphonic acid, phosphonic acid diphenyl ester, phosphonic acid dibenzyl ester and derivatives thereof, phosphinic acids such as phosphinic acid, phenylphosphinic acid and their esters Among these, phosphonic acid is particularly preferable.
(E) A component is used in the ratio of 0.01-5.0 mass parts per 100 mass parts of (A) component.

<その他の任意成分>
本発明の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などを適宜、添加含有させることができる。
付加的樹脂としては、例えば、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。付加的樹脂の割合は、本発明の効果を損なわない範囲とし、ポジ型レジスト組成物の総固形分に対し、20質量%以下であることが好ましく、10質量%以下であることがより好ましい。
<Other optional components>
The positive resist composition of the present invention further contains miscible additives as desired, for example, additional resins for improving the performance of the resist film, surfactants for improving coating properties, dissolution inhibitors, A plasticizer, a stabilizer, a colorant, an antihalation agent, and the like can be appropriately added and contained.
Examples of the additional resin include those proposed as base resins such as conventional chemically amplified KrF positive resist compositions and ArF positive resist compositions. It can be suitably selected according to the type of light source. The ratio of the additional resin is within a range that does not impair the effects of the present invention, and is preferably 20% by mass or less, more preferably 10% by mass or less, based on the total solid content of the positive resist composition.

≪レジストパターン形成方法≫
本発明のポジ型レジスト組成物を用いて、例えば以下の様なレジストパターン形成方法によりレジストパターンを形成することができる。
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、80〜150℃の温度条件下、プレベーク(PAB)を40〜120秒間、好
ましくは60〜90秒間施し、これに例えば電子線描画装置などにより、電子線や極紫外線等を選択的に露光する。すなわちマスクパターンを介して露光する、またはマスクパターンを介さずに電子線を直接照射して描画した後、70〜150℃の温度条件下、PEB(露光後加熱)を40〜500秒間、好ましくは60〜300秒間施す。次いでこれをアル
カリ現像液、例えば0.1〜10質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液を用いて現像処理する。このようにして、マスクパターンに忠実なレジストパターンを得ることができる。
なお、基板とレジスト組成物の塗布層との間には、有機系または無機系の反射防止膜を設けることもできる。
露光に用いる波長は、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)、EB(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、本発明にかかるポジ型レジスト組成物は、EBおよびEUV、特にEBに対して有効である。
≪Resist pattern formation method≫
Using the positive resist composition of the present invention, a resist pattern can be formed by, for example, the following resist pattern forming method.
That is, first, the positive resist composition is applied onto a substrate such as a silicon wafer with a spinner, and prebaking (PAB) is performed at a temperature of 80 to 150 ° C. for 40 to 120 seconds, preferably 60 to 90 seconds. Then, this is selectively exposed to an electron beam, extreme ultraviolet rays, or the like, for example, by an electron beam drawing apparatus. That is, after exposing through a mask pattern or drawing by directly irradiating an electron beam without passing through a mask pattern, PEB (post-exposure heating) is performed at a temperature of 70 to 150 ° C. for 40 to 500 seconds, preferably Apply for 60-300 seconds. Next, this is developed using an alkali developer, for example, an aqueous solution of 0.1 to 10% by mass of tetramethylammonium hydroxide. In this way, a resist pattern faithful to the mask pattern can be obtained.
An organic or inorganic antireflection film can be provided between the substrate and the coating layer of the resist composition.
The wavelength used for the exposure is not particularly limited, and ArF excimer laser, KrF excimer laser, F 2 excimer laser, EUV (extreme ultraviolet), VUV (vacuum ultraviolet), EB (electron beam), X-ray, soft X-ray, etc. Can be done using radiation. In particular, the positive resist composition according to the present invention is effective for EB and EUV, particularly EB.

上述のように、本発明のパターン形成材料用基材および多価フェノール系基材(A1)を基剤成分として含有するポジ型レジスト組成物により、LERの低減された高解像性の微細なパターンが形成できる。
LERが低減される理由としては、定かではないが、以下の理由が考えられる。すなわち、レジストパターンを形成した際のレジスト膜表面における荒れ(LER)は、例えば以下の1.、2.のような、レジスト膜の基材成分を構成するマトリクス分子ごとのアルカリ現像液に対する溶解性のばらつきにその原因のひとつを求めることができる。
1.酸解離性溶解抑制基で部分あるいは全保護されたアルカリ可溶性基を有するマトリクス分子を含有する基材中、各マトリクス分子が有する酸解離性溶解抑制基の数や、未保護のアルカリ可溶性基の数、各マトリクス分子の分子量分布の広さ(多分散)などがもたらす、基材自体のアルカリ溶解性のばらつき
2.露光時に化学増幅型アルカリ可溶性マトリクスに付加された酸解離性保護基の脱保護反応のばらつき
As described above, the positive resist composition containing the pattern forming material substrate of the present invention and the polyphenol-based substrate (A1) as a base component enables high resolution and fine resolution with reduced LER. A pattern can be formed.
The reason why LER is reduced is not clear, but the following reasons are conceivable. That is, the roughness (LER) on the resist film surface when the resist pattern is formed is, for example, the following 1. 2. As described above, one of the causes can be found in the variation in solubility in the alkaline developer for each matrix molecule constituting the substrate component of the resist film.
1. The number of acid dissociable, dissolution-inhibiting groups of each matrix molecule and the number of unprotected alkali-soluble groups in a substrate containing matrix molecules having alkali-soluble groups partially or wholly protected with acid-dissociable, dissolution-inhibiting groups 1. Variation in alkali solubility of the substrate itself caused by the broad molecular weight distribution (polydispersion) of each matrix molecule Variation in deprotection reaction of acid-dissociable protecting group added to chemically amplified alkali-soluble matrix during exposure

このような考えに基づいたとき、従来よりレジストの基材成分として用いられているポリマーの場合、少なくとも上記要因のうちの1.を制御することが困難である。すなわち、ポリマーは、重合などの手法により得られるが、得られるポリマーの分子量を均一にすることは非常に困難である。例えば比較的均一な分子量分布のポリマーが得られるプロセスとしてリビング重合があるが、リビング重合を適用するためには、使用できるモノマーの骨格、重合溶媒などに多くの制限があり、実際には、均一な分子量のポリマーを得ることは困難である。さらに、通常パターン形成材料に使用されるポリマーとしては、構造やアルカリ可溶性等の機能性が異なる2種類以上のモノマーを用いた共重合体が用いられているが、異なる側鎖構造を有するモノマーを各共重合体に均一に導入すること、すなわち得られる共重合体のモノマー組成を、各共重合体ごとに完全に一致させること、および各共重合体中での各モノマーの分布を均一にすることは極めて困難である。
このように、ミクロな視点で見た場合に分子量分布やモノマー組成比が不均一であるポリマーをパターン形成材料の基材として用いるために、リソグラフィ過程において多くの問題が生じると考えられる。例えば、レジスト膜を形成するためのスピンコーティング過程において、親水性の高いポリマー同士、疎水性の高いポリマー同士がそれぞれドメインを形成し、それによって酸発生剤等の分布にもばらつきが生じる。その結果、露光部と未露光部と界面において、発生した酸による酸解離性溶解抑制基の解離(脱保護反応)が進行する際の進行度が均一でなく、脱保護反応後の各ポリマーのアルカリ溶解性にばらつきが生じ、レジスト膜の溶解速度にもばらつきが生じる。
そして、このようなレジスト中の各ポリマーの溶解性のわずかな差がLERを増大させてしまう。したがって、LERを低減するためには各ポリマーのアルカリ溶解挙動を制御しなければならないが、上述のように、ポリマー自体のアルカリ溶解性を均一にすることは難しく、LERの低減は困難である。
Based on such an idea, in the case of a polymer conventionally used as a base material component of a resist, at least one of the above factors. Is difficult to control. That is, the polymer can be obtained by a technique such as polymerization, but it is very difficult to make the molecular weight of the obtained polymer uniform. For example, there is living polymerization as a process for obtaining a polymer with a relatively uniform molecular weight distribution. However, there are many restrictions on the monomer skeleton and polymerization solvent that can be used to apply living polymerization. It is difficult to obtain a polymer having a high molecular weight. Furthermore, as a polymer that is usually used as a pattern forming material, a copolymer using two or more types of monomers having different functions such as structure and alkali solubility is used, but monomers having different side chain structures are used. Introduce uniformly into each copolymer, that is, make the monomer composition of the resulting copolymer perfectly match for each copolymer, and make the distribution of each monomer in each copolymer uniform. It is extremely difficult.
Thus, it is considered that many problems occur in the lithography process because a polymer having a non-uniform molecular weight distribution and monomer composition ratio as a substrate for a pattern forming material is used from a microscopic viewpoint. For example, in a spin coating process for forming a resist film, highly hydrophilic polymers and highly hydrophobic polymers each form a domain, thereby causing variations in the distribution of acid generators and the like. As a result, the degree of progress when the dissociation (deprotection reaction) of the acid dissociable, dissolution inhibiting group by the generated acid proceeds at the interface between the exposed part and the unexposed part is not uniform. The alkali solubility varies, and the dissolution rate of the resist film also varies.
And a slight difference in the solubility of each polymer in such a resist will increase LER. Therefore, in order to reduce LER, it is necessary to control the alkali dissolution behavior of each polymer. However, as described above, it is difficult to make the alkali solubility of the polymer itself uniform, and it is difficult to reduce LER.

また、上述した特許文献1,2等において提案されている低分子材料の場合、ポリマーに比べて自乗平均半径が小さい点でLERを増大させにくいと考えられるが、保護体と未保護体のアルカリ溶解性の差については全く考慮されておらず、また、その材料自体がアモルファスな膜を形成できる材料であるかどうかについても全く考慮されておらず、そのため、LERを充分に低減させることができなかったと考えられる。
すなわち、LERの悪化の原因として、ストレージ中にレジスト組成物中に経時的に異物が生じる異物経時の問題や、パターン形成時にパターン表面に見られる現像欠陥(ディフェクト)の問題が考えられるが、本発明者らの検討によれば、定かではないが、これらの問題は、上記低分子化合物が結晶性の高い材料であるため、それ自体でアモルファスな膜を形成できないことがその一因であると推測される。つまり、LERの低減のためには、マトリクス自体がアモルファスで安定な膜を形成できる必要があると考えられる。
なお、従来のレジスト組成物において、マトリクス自体が結晶性の高い材料であったとしても、一般的に、物質の結晶性は、構造を異にする物質、いわゆる不純物が混入することにより低下することが知られており、そのことから、酸解離性の保護基を付与されたアルカリ可溶性のマトリクスに、酸発生剤、クエンチャ、溶媒など複数の構成物を加えたレジスト組成物全体としては、アモルファスな膜を提供できる材料であると考えられる。
In addition, in the case of the low molecular weight materials proposed in the above-mentioned Patent Documents 1 and 2, etc., it is considered that LER is difficult to increase because the root mean square radius is smaller than that of the polymer. The difference in solubility is not taken into consideration at all, and whether the material itself is a material capable of forming an amorphous film is not taken into consideration at all, so that LER can be sufficiently reduced. Probably not.
That is, as a cause of the deterioration of LER, there may be a problem of foreign matter aging in which a foreign substance is generated in the resist composition during storage and a development defect (defect) seen on the pattern surface during pattern formation. According to the study by the inventors, these problems are not certain, but the low molecular weight compound is a highly crystalline material, so that it is partly because an amorphous film cannot be formed by itself. Guessed. That is, in order to reduce LER, it is considered that the matrix itself must be able to form an amorphous and stable film.
In the conventional resist composition, even if the matrix itself is a material having high crystallinity, generally, the crystallinity of the substance is lowered by mixing a substance having a different structure, that is, a so-called impurity. Therefore, as a whole resist composition obtained by adding a plurality of components such as an acid generator, a quencher, and a solvent to an alkali-soluble matrix provided with an acid-dissociable protecting group, the resist composition is amorphous. It is considered that the material can provide a film.

これに対し、本発明のパターン形成材料用基材は、特定の分子量、分子量の分散度を有し、アモルファスな膜を形成しうる多価フェノール化合物(x)、特に特定の構造(I)〜(III)を有する多価フェノール化合物のフェノール性水酸基(アルカリ可溶性基)を酸解離性溶解抑制基で保護した低分子化合物(X1)を含有することにより、材料全体のアルカリ溶解性が比較的均一となっており、それによってLERが改善されると考えられる。
また、特定範囲の低分子であるが故に、一分子内のアルカリ可溶性基の保護数が少数であっても、基材全体としては充分な保護数となるため、露光後の溶解コントラストを充分に得ることができ、解像性も向上する。
さらに、本発明においては、現在のリソグラフィプロセスにおいて問題となっている問題の1つであるディフェクト(現像欠陥)も改善される。すなわち、ディフェクトは、様々な要因により様々な様態で現出するものであるが、レジスト組成物中、さらに言えば基材中の、極度に溶解挙動の異なるポリマーが主たる原因と一つとして認識されている。現行のポリマー系で言えば、アルカリ溶解性を持たない非酸解離性溶解抑制基を有するモノマーが高い割合で導入されたようなポリマーは、露光部においても酸による極性変化度合いが極端に低く、現像のこりとして観察されたり、あるいは周りの高分子が溶解するために現像プロセス中に一度は溶解してもその後の純水によるリンスプロセスへの移行の際に再析出してレジスト薄膜表面に付着することなどが予想される。しかし、本発明においては、上述したように、材料中の各分子のアルカリ溶解性が比較的均一であるため、ディフェクトについても改善されると考えられる。
On the other hand, the substrate for a pattern forming material of the present invention has a specific molecular weight, a polydispersity of molecular weight, and a polyhydric phenol compound (x) capable of forming an amorphous film, particularly a specific structure (I) to By containing the low molecular weight compound (X1) in which the phenolic hydroxyl group (alkali-soluble group) of the polyhydric phenol compound having (III) is protected with an acid dissociable, dissolution inhibiting group, the alkali solubility of the entire material is relatively uniform. Thus, LER is considered to be improved.
In addition, because of the low molecular weight within a specific range, even if the number of protected alkali-soluble groups in one molecule is small, the number of protections is sufficient for the whole substrate, so that the dissolution contrast after exposure is sufficiently high. Can be obtained, and the resolution is also improved.
Furthermore, in the present invention, defects (development defects), which is one of the problems that are a problem in the current lithography process, are also improved. In other words, the defect appears in various forms due to various factors, but it is recognized as one of the main causes of the polymer having extremely different dissolution behavior in the resist composition, more specifically in the base material. ing. Speaking of the current polymer system, a polymer in which a monomer having a non-acid dissociable, dissolution inhibiting group that does not have alkali solubility is introduced at a high ratio has an extremely low degree of polarity change due to acid in the exposed area, It is observed as a development scrap, or the surrounding polymer dissolves, but even if it dissolves once during the development process, it re-deposits and adheres to the resist thin film surface during the transition to the rinse process with pure water. That is expected. However, in the present invention, as described above, since the alkali solubility of each molecule in the material is relatively uniform, it is considered that the defect is also improved.

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。
参考例1
下記式で表される多価フェノール化合物No.01〜19について、下記の手順で溶解性およびアモルファス性を評価した。
Examples of the present invention will be described below, but the scope of the present invention is not limited to these examples.
Reference example 1
A polyhydric phenol compound represented by the following formula: About 01-19, the solubility and amorphous property were evaluated in the following procedure.

Figure 0004249096
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[溶解性]
各化合物No.01〜19に対し、乳酸エチル/プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート=40/60(質量比)の混合溶剤(以下、EMと略記する)を、濃度が14質量%となる量添加し、超音波洗浄器を用いて超音波処理(溶解処理)を施してサンプルとした。超音波処理後、各サンプルを一昼夜室温で静置して、その溶解状態を目視にて確認した。
次いで、上記EMへの溶解性の評価において、完全に溶解しなかったものについて、EMに代えてテトラヒドロフラン(THF)、メチルエチルケトン(MEK)を用いて同様の評価を行った。
その結果を表1に示す。表1中、○は完全に溶解していたことを示し、△は完全には溶解せず、不溶物が見られたことを示し、×は超音波処理後は溶解したが静置後に再結晶したか、あるいは超音波処理直後でも溶解していなかったことを示す。
[Solubility]
Each compound No. For 01 to 19, a mixed solvent of ethyl lactate / propylene glycol monoethyl ether acetate = 40/60 (mass ratio) (hereinafter abbreviated as EM) was added in an amount of 14% by mass, and ultrasonic cleaning was performed. The sample was subjected to ultrasonic treatment (dissolution treatment) using a vessel. After sonication, each sample was allowed to stand at room temperature all day and night, and its dissolved state was visually confirmed.
Subsequently, in the evaluation of the solubility in EM, those that were not completely dissolved were subjected to the same evaluation using tetrahydrofuran (THF) and methyl ethyl ketone (MEK) instead of EM.
The results are shown in Table 1. In Table 1, ◯ indicates that it was completely dissolved, △ indicates that it was not completely dissolved and insoluble matter was observed, and X was dissolved after sonication but recrystallized after standing. Or it was not dissolved immediately after sonication.

[アモルファス性]
上記溶解性の評価が×でなかったサンプル(14質量%EM溶液)を、0.45ミクロンのポアサイズのディスクフィルタにてろ過処理した後、シリコンウェハ上に1500rpmにて2mLスピンコートし450nmの膜を設けた。この状態で、目視にて、アモルファス(非晶質)な膜(光学的に透明な膜)が形成されているかどうかを確認した。
上記スピンコート後、アモルファスな膜が形成されていたウェハについて、乾燥ベーク(PAB,Post Applied Bake)を110℃、90秒の条件で施した。この状態で、目視にて、アモルファスな膜が形成されているかどうかを確認した。
上記スピンコート後、アモルファスな膜が形成されていたウェハについて、ウェハカセットケース内で、室温環境下で2週間放置した。この状態で、目視にて、アモルファスな膜が形成されているかどうかを確認した。
その結果を表1に示す。表1中、○はアモルファスな膜が形成されていたことを示し、Crystはウェハ上に、部分的にまたは全面的に結晶化部分が形成されたことを示す。なお、「Coat後」はスピンコート後、PAB処理する前を、「PAB後」はPABを開始してから、PAB処理後にウェハが室温に戻るまでを意味する。
なお、表1中、*1は、乳酸エチル、トルエン、酢酸ブチル、2−ヘプタノンにも不溶であったことを意味する。
[Amorphous]
A sample (14% by mass EM solution) for which the solubility evaluation was not x was filtered through a 0.45 micron pore size disk filter, and then spin-coated at 1500 rpm on a silicon wafer at 2 mL to form a 450 nm film. Was provided. In this state, it was visually confirmed whether an amorphous film (an optically transparent film) was formed.
After the spin coating, the wafer on which the amorphous film was formed was subjected to dry baking (PAB, Post Applied Bake) at 110 ° C. for 90 seconds. In this state, it was visually confirmed whether or not an amorphous film was formed.
After the spin coating, the wafer on which the amorphous film was formed was left in a wafer cassette case for 2 weeks in a room temperature environment. In this state, it was visually confirmed whether or not an amorphous film was formed.
The results are shown in Table 1. In Table 1, ◯ indicates that an amorphous film is formed, and Cryst indicates that a crystallized portion is formed on the wafer partially or entirely. “After coating” means after spin coating and before PAB processing, and “after PAB” means from the start of PAB until the wafer returns to room temperature after PAB processing.
In Table 1, * 1 means insoluble in ethyl lactate, toluene, butyl acetate, and 2-heptanone.

Figure 0004249096
Figure 0004249096

表1の結果から、No.03〜09、12〜14、17〜19の化合物は、EMに対する溶解性が良好であった。また、Coat後、PAB後のいずれにおいてもアモルファスな膜が形成できた。さらに、膜の安定性もよく、2週間後においてもアモルファスな状態を維持していた。   From the results in Table 1, No. The compounds of 03-09, 12-14, and 17-19 had good solubility in EM. Also, an amorphous film could be formed both after Coat and after PAB. Furthermore, the stability of the film was good and the amorphous state was maintained even after 2 weeks.

[製造例1]
上記参考例1におけるNo.18の多価フェノール化合物(分子量981:以下、MBSAと略す)、10gをテトラヒドロフラン33gに溶解し、これにエチルビニルエーテル1.8gを添加して攪拌しながら室温にて12時間反応させた。反応終了後、水/酢酸エチル系にて抽出精製を行った。これによりパターン形成材料用基材(a1)10.1gを得た。
[Production Example 1]
No. in Reference Example 1 above. 18 polyphenol compounds (molecular weight 981: hereafter, abbreviated as MBSA), 10 g was dissolved in 33 g of tetrahydrofuran, and 1.8 g of ethyl vinyl ether was added thereto and reacted at room temperature for 12 hours with stirring. After completion of the reaction, extraction and purification were performed in a water / ethyl acetate system. This obtained 10.1 g of base materials for pattern forming materials (a1).

得られたパターン形成材料用基材(a1)について、JEOL社製の400MHzのプロトンNMRにより、パターン形成材料用基材(a1)中のフェノール性水酸基の数および1−エトキシエチル基で保護されたフェノール性水酸基の数を測定し、下記式により多価フェノール材料(a1)の保護率(モル%)を求めたところ、保護率は19.9モル%であった。
{1−エトキシエチル基で保護されたフェノール性水酸基の数/(フェノール性水酸基の数+1−エトキシエチル基で保護されたフェノール性水酸基の数)}×100
About the obtained base material for pattern formation materials (a1), it was protected by the number of phenolic hydroxyl groups and 1-ethoxyethyl group in the base material for pattern formation materials (a1) by 400 MHz proton NMR made by JEOL. When the number of phenolic hydroxyl groups was measured and the protection rate (mol%) of the polyhydric phenol material (a1) was determined by the following formula, the protection rate was 19.9 mol%.
{Number of phenolic hydroxyl groups protected with 1-ethoxyethyl group / (number of phenolic hydroxyl groups + 1) (number of phenolic hydroxyl groups protected with 1-ethoxyethyl group)} × 100

[製造例2]
上記参考例1におけるNo.19の多価フェノール化合物(分子量708:以下、MBSA−2と略す)、10gをテトラヒドロフラン33gに溶解し、これにエチルビニルエーテル4.9gを添加して攪拌しながら室温にて12時間反応させた。反応終了後、水/酢酸エチル系にて抽出精製を行った。これによりパターン形成材料用基材(a2)を得た。
[Production Example 2]
No. in Reference Example 1 above. 19 g of polyhydric phenol compound (molecular weight 708: hereinafter abbreviated as MBSA-2) was dissolved in 33 g of tetrahydrofuran, and 4.9 g of ethyl vinyl ether was added thereto and reacted at room temperature for 12 hours with stirring. After completion of the reaction, extraction and purification were performed in a water / ethyl acetate system. This obtained the base material (a2) for pattern formation materials.

得られたパターン形成材料用基材(a2)について、JEOL社製の400MHzのプロトンNMRにより、パターン形成材料用基材(a2)中のフェノール性水酸基の数および1−エトキシエチル基で保護されたフェノール性水酸基の数を測定し、下記式により多価フェノール材料(a2)の保護率(モル%)を求めたところ、保護率は50.1モル%であった。   About the obtained base material for pattern formation materials (a2), it was protected by the number of phenolic hydroxyl groups and 1-ethoxyethyl group in the base material for pattern formation materials (a2) by proton NMR of 400 MHz made by JEOL. When the number of phenolic hydroxyl groups was measured and the protection rate (mol%) of the polyhydric phenol material (a2) was determined by the following formula, the protection rate was 50.1 mol%.

[実施例1]
製造例1で得たパターン形成材料用基材(a1)と、その合計固形分量に対して、10質量%のトリフェニルスルホニウムノナフルオロブタンスルホネートと、1質量%のトリ−n−オクチルアミンとを乳酸エチル/プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート=40/60(質量比)に溶解し、固形分濃度が6質量%のポジ型レジスト組成物溶液を得た。
[Example 1]
10% by mass of triphenylsulfonium nonafluorobutanesulfonate and 1% by mass of tri-n-octylamine based on the substrate for pattern forming material (a1) obtained in Production Example 1 and the total solid content thereof Dissolved in ethyl lactate / propylene glycol monomethyl ether acetate = 40/60 (mass ratio) to obtain a positive resist composition solution having a solid content concentration of 6 mass%.

参考例2]
実施例1において用いた多価フェノール材料(a1)を、多価フェノール材料(a2)に変えた以外は実施例1と同様にしてポジ型レジスト組成物溶液を得た。
[ Reference Example 2]
A positive resist composition solution was obtained in the same manner as in Example 1 except that the polyhydric phenol material (a1) used in Example 1 was changed to the polyhydric phenol material (a2).

[比較例1]
実施例1において用いた多価フェノール材料(a1)を、ポリヒドロキシスチレン樹脂(GPCによるポリスチレン換算のMwが8000、分散度が2.65)のフェノール性水酸基が1−エトキシエチル基により保護された樹脂(保護率30.7モル%)に変えた以外は実施例1と同様にしてポジ型レジスト組成物溶液を得た。
[Comparative Example 1]
In the polyhydric phenol material (a1) used in Example 1, the phenolic hydroxyl group of the polyhydroxystyrene resin (polystyrene equivalent Mw by GPC is 8000, the dispersity is 2.65) was protected by 1-ethoxyethyl group. A positive resist composition solution was obtained in the same manner as in Example 1 except that the resin (protection rate: 30.7 mol%) was changed.

[評価試験]
実施例1、参考例2および比較例1で得られたポジ型レジスト組成物を用いて以下の評価を行った。
『解像度』
ポジ型レジスト組成物溶液を、ヘキサメチルジシラザン処理を施した8インチシリコン基板上にスピンナーを用いて均一に塗布し、110℃にて90秒ベーク処理(PAB)を行ってレジスト膜(膜厚150nm)を成膜した。該レジスト膜に対し、電子線描画機(日立製HL−800D、70kV加速電圧)にて描画を行い、110℃にて90秒ベーク処理(PEB)、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)の2.38質量%水溶液にて60秒現像、純水にて30秒リンスして、ラインアンドスペース(L/S)パターンを形成した。
得られたレジストパターンを測長SEMにより観察し、解像度を求めた。
参考例2においては、PABを80℃で90秒間、PEBを70℃で300秒間に変更した。
その結果、実施例1は50nmのラインアンドスペース、参考例2は80nmのラインアンドスペース、が形成され、比較例1は70nmのラインアンドスペースが形成された。
[Evaluation test]
The following evaluation was performed using the positive resist compositions obtained in Example 1, Reference Example 2 and Comparative Example 1.
"resolution"
A positive resist composition solution is uniformly applied on an 8-inch silicon substrate subjected to hexamethyldisilazane treatment using a spinner and baked (PAB) at 110 ° C. for 90 seconds to form a resist film (film thickness) 150 nm) was formed. The resist film is drawn by an electron beam drawing machine (Hitachi HL-800D, 70 kV acceleration voltage) and subjected to 90 seconds baking treatment (PEB) at 110 ° C. and tetramethylammonium hydroxide (TMAH) 2. A line and space (L / S) pattern was formed by developing for 60 seconds with a 38 mass% aqueous solution and rinsing with pure water for 30 seconds.
The obtained resist pattern was observed with a length measurement SEM, and the resolution was determined.
In Reference Example 2, PAB was changed to 80 ° C. for 90 seconds and PEB was changed to 70 ° C. for 300 seconds.
As a result, Example 1 formed 50 nm line and space, Reference Example 2 formed 80 nm line and space, and Comparative Example 1 formed 70 nm line and space.

『表面ラフネス』
ポジ型レジスト溶液を、ヘキサメチルジシラザン処理を施した8インチシリコン基板上にスピンナーを用いて均一に塗布し、110℃にて90秒ベーク処理を行ってレジスト膜(膜厚160nm)を成膜した。
該レジスト膜に対し、電子線描画機(日立製HL−800D、70kV加速電圧)にて、10μC/cmの露光量で露光し、110℃にて90秒ベーク処理、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)の2.38質量%水溶液にて現像後膜厚が初期膜厚の約90%になる現像時間にて現像したあと(実施例1と参考2は60秒現像、比較例1は15秒現像)、純水にて30秒リンスした。
リンス後、レジスト膜の表面を、AFM(原子間力顕微鏡:Veeco Instrument Inc.社製di NanoScope IV/D5000)により観察し、1μm角あたりの自乗平均面粗さ(Rms)を求めた。
"Surface roughness"
A positive resist solution is uniformly applied on an 8-inch silicon substrate subjected to hexamethyldisilazane treatment using a spinner and baked at 110 ° C. for 90 seconds to form a resist film (film thickness 160 nm). did.
The resist film is exposed with an electron beam drawing machine (Hitachi HL-800D, 70 kV acceleration voltage) at an exposure amount of 10 μC / cm 2 and baked at 110 ° C. for 90 seconds, tetramethylammonium hydroxide ( After development with a 2.38 mass% aqueous solution of TMAH for a development time in which the film thickness after development is about 90% of the initial film thickness (Example 1 and Reference 2 are developed for 60 seconds, Comparative Example 1 is 15 seconds) Development) and rinsed with pure water for 30 seconds.
After rinsing, the surface of the resist film was observed with an AFM (atomic force microscope: di NanoScope IV / D5000 manufactured by Veeco Instrument Inc.), and the root mean square roughness (Rms) per 1 μm square was determined.

その結果、実施例1は1.98nm、参考例2は0.90nm、比較例1は5.36nmであった。 As a result, Example 1 was 1.98 nm, Reference Example 2 was 0.90 nm, and Comparative Example 1 was 5.36 nm.

このように、実施例1のポジ型レジスト組成物は、解像性が高く、かつ表面ラフネスが小さかった。これに対し、Mw8000、分散度2.65のポリヒドロキシスチレン樹脂を用いた比較例1は、解像性は高いものの、実施例1、参考例2と比べて表面ラフネスが非常に大きかった。
表面ラフネスとパターンのLERとの間に正の相関があることは、山口らの報告(T.Yamaguchi et al.,J.Photopolymer.Sci.Technol.,10(1997)635など)によって指摘されており、上記結果から、実施例1および参考例2のポジ型レジスト組成物を用いて得られるパターンのLERが良好であることがわかる。また、リンス後のレジスト膜表面の粗さの改善により、ディフェクトについても改善されることが十分予想される。
As described above, the positive resist composition of Example 1 had high resolution and low surface roughness. On the other hand, Comparative Example 1 using a polyhydroxystyrene resin having an Mw of 8000 and a dispersity of 2.65 had a very large surface roughness as compared with Example 1 and Reference Example 2, although the resolution was high.
A positive correlation between surface roughness and pattern LER was pointed out by Yamaguchi et al. (T. Yamaguchi et al., J. Photopolymer. Sci. Technol., 10 (1997) 635, etc.). From the above results, it can be seen that the LER of the patterns obtained using the positive resist compositions of Example 1 and Reference Example 2 is good. In addition, it is fully expected that defects will be improved by improving the roughness of the resist film surface after rinsing.

Claims (5)

酸解離性溶解抑制基を有し、酸の作用によりアルカリ可溶性が増大する基材成分(A)と、露光により酸を発生する酸発生剤成分(B)とを含み、ポリマーを含まないポジ型レジスト組成物であって、
前記基材成分(A)が、2以上のフェノール性水酸基を有し、下記(1)、(2)および(3)を満たす多価フェノール化合物(x)における前記フェノール性水酸基の一部が酸解離性溶解抑制基で保護されている低分子化合物(X1)からなるパターン形成材料用基材であり、前記パターン形成材料用基材中のフェノール性水酸基の保護率が5〜50モル%であることを特徴とするポジ型レジスト組成物。
(1)分子量が500〜1500
(2)分子量の分散度が1.5以下
(3)スピンコート法によりアモルファスな膜を形成しうる
A positive type containing an acid dissociable, dissolution inhibiting group, a base component (A) whose alkali solubility is increased by the action of an acid, and an acid generator component (B) which generates an acid upon exposure and no polymer A resist composition comprising:
Said base component (A) has two or more phenolic hydroxyl groups, the following (1), (2) and part acid of the phenolic hydroxyl group in (3) satisfy the polyhydric phenol compound (x) low molecular weight compounds that are protected by dissociable (X1) forming material for substrate der consisting is, the protection rate of the phenolic hydroxyl groups of the pattern forming material for the substrate in the 5 to 50 mol% the positive resist composition characterized in that there is.
(1) Molecular weight is 500-1500
(2) Molecular weight dispersity is 1.5 or less (3) Amorphous film can be formed by spin coating
前記多価フェノール化合物(x)が、下記一般式(I)、(II)または(III)で表される多価フェノール化合物からなる群から選択される少なくとも1種である請求項1記載のポジ型レジスト組成物。
Figure 0004249096
[式(I)中、R11〜R17はそれぞれ独立に炭素数1〜10のアルキル基または芳香族炭化水素基であって、その構造中にヘテロ原子を含んでもよく;g、jはそれぞれ独立に1以上の整数であり、k、qは0または1以上の整数であり、かつg+j+k+qが5以下であり;hは1以上の整数であり、l、mはそれぞれ独立に0または1以上の整数であり、かつh+l+mが4以下であり;iは1以上の整数であり、n、oはそれぞれ独立に0または1以上の整数であり、かつi+n+oが4以下であり;pは0または1である]
Figure 0004249096
[式(II)中、R21〜R26はそれぞれ独立に炭素数1〜10のアルキル基または芳香族炭化水素基であって、その構造中にヘテロ原子を含んでもよく;d、gはそれぞれ独立に1以上の整数であり、hは0または1以上の整数であり、かつd+g+hが5以下であり;eは1以上の整数であり、i、jはそれぞれ独立に0または1以上の整数であり、かつe+i+jが4以下であり;f、kはそれぞれ独立に1以上の整数であり、lは0または1以上の整数であり、かつf+k+lが5以下であり;mは2〜20の整数である]
Figure 0004249096
[式(III)中、R31〜R38はそれぞれ独立に炭素数1〜10のアルキル基または芳香族炭化水素基であって、その構造中にヘテロ原子を含んでもよく;a、eはそれぞれ独立に1以上の整数であり、fは0または1以上の整数であり、かつa+e+fが5以下であり;b、hはそれぞれ独立に1以上の整数であり、gは0または1以上の整数であり、かつb+h+gが5以下であり;c、iはそれぞれ独立に1以上の整数であり、jは0または1以上の整数であり、かつc+i+jが5以下であり;dは1以上の整数であり、k、lはそれぞれ独立に0または1以上の整数であり、かつd+k+lが3以下である]
The positive electrode according to claim 1, wherein the polyhydric phenol compound (x) is at least one selected from the group consisting of polyhydric phenol compounds represented by the following general formula (I), (II) or (III). Type resist composition.
Figure 0004249096
[In the formula (I), R 11 to R 17 are each independently an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms or an aromatic hydrocarbon group, and may contain a hetero atom in the structure thereof; Are independently an integer of 1 or more, k and q are 0 or an integer of 1 or more, and g + j + k + q is 5 or less; h is an integer of 1 or more, and l and m are each independently 0 or 1 or more And h + 1 + m is 4 or less; i is an integer of 1 or more, n and o are each independently 0 or an integer of 1 or more, and i + n + o is 4 or less; p is 0 or 1]
Figure 0004249096
[In the formula (II), R 21 to R 26 are each independently an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms or an aromatic hydrocarbon group, and the structure thereof may contain a hetero atom; Is independently an integer of 1 or more, h is 0 or an integer of 1 or more, and d + g + h is 5 or less; e is an integer of 1 or more, and i and j are each independently an integer of 0 or 1 or more And e + i + j is 4 or less; f and k are each independently an integer of 1 or more, l is 0 or an integer of 1 or more, and f + k + l is 5 or less; m is 2 to 20 Is an integer]
Figure 0004249096
[In the formula (III), R 31 to R 38 are each independently an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms or an aromatic hydrocarbon group, and may contain a hetero atom in the structure thereof; Independently an integer of 1 or more, f is 0 or an integer of 1 or more, and a + e + f is 5 or less; b and h are each independently an integer of 1 or more, and g is an integer of 0 or 1 or more And b + h + g is 5 or less; c and i are each independently an integer of 1 or more, j is 0 or an integer of 1 or more, and c + i + j is 5 or less; d is an integer of 1 or more And k and l are each independently 0 or an integer of 1 or more, and d + k + 1 is 3 or less.]
前記酸解離性溶解抑制基が、鎖状アルコキシアルキル基、第3級アルキルオキシカルボニル基、第3級アルキル基、第3級アルコキシカルボニルアルキル基及び環状エーテル基からなる群から選択される請求項1または2に記載のポジ型レジスト組成物。 Said acid dissociable, dissolution inhibiting groups, chain-like alkoxyalkyl groups, tertiary alkyloxycarbonyl group, tertiary alkyl group, claims are selected from tertiary alkoxycarbonylalkyl group and a group consisting of a cyclic ether group 1 Or the positive resist composition of 2. さらに、含窒素有機化合物(D)を含有する請求項1〜のいずれか一項に記載のポジ型レジスト組成物。 Furthermore, the positive resist composition as described in any one of Claims 1-3 containing a nitrogen-containing organic compound (D). 請求項1〜のいずれか一項に記載のポジ型レジスト組成物を基板上に塗布し、プレべークし、選択的に露光した後、PEB(露光後加熱)を施し、アルカリ現像してレジストパターンを形成することを特徴とするレジストパターン形成方法。 The positive resist composition according to any one of claims 1 to 4 is applied on a substrate, pre-baked, selectively exposed, subjected to PEB (post-exposure heating), and alkali-developed. And forming a resist pattern.
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