JP2005049695A - ポジ型レジスト組成物 - Google Patents

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Abstract

【課題】 160nm以下、特にF2エキシマレーザー光(157nm)の露光光源の使用に好適なポジ型レジスト組成物を提供することであり、具体的には157nmの光源使用時に十分な透過性を示し、トッププロファイルやスカム発生抑制が改良されたポジ型レジスト組成物を提供する。
【解決手段】 ポリマー骨格の主鎖及び/又は側鎖にフッ素原子が置換した構造を有し、且つ酸の作用により分解し、アルカリ現像液に対する溶解度を増大させる基を有するフッ素原子含有樹脂と、活性光線線の照射により酸を発生する化合物、及び特定の構造をもつ非ポリマー型溶解抑止剤を含有するポジ型レジスト組成物。
【選択図】なし

Description

本発明は、超LSI、高容量マイクロチップの製造などのマイクロリソグラフィープロセスや、その他のフォトファブリケーションプロセスに好適に用いられるポジ型レジスト組成物に関するものである。更に詳しくは、160nm以下の真空紫外光を使用して高精細化したパターンを形成し得るポジ型レジスト組成物に関するものである。
集積回路はその集積度を益々高めており、超LSIなどの半導体基板の製造においては、クオーターミクロン以下の線幅から成る超微細パターンの加工が必要とされるようになってきた。パターンの微細化を図る手段の一つとして、レジストのパターン形成の際に使用される露光光源の短波長化が知られている。
例えば64Mビットまでの集積度の半導体素子の製造には、現在まで高圧水銀灯のi線(365nm)が光源として使用されてきた。この光源に対応するポジ型レジストとしては、ノボラック樹脂と感光物としてのナフトキノンジアジド化合物を含む組成物が、数多く開発され、0.3μm程度までの線幅の加工においては十分な成果をおさめてきた。また256Mビット以上集積度の半導体素子の製造には、i線に代わりKrFエキシマレーザー光(248nm)が露光光源として採用されてきた。
更に1Gビット以上の集積度の半導体製造を目的として、近年より短波長の光源であるArFエキシマレーザー光(193nm)の使用、更には0.1μm以下のパターンを形成する為にF2エキシマレーザー光(157nm)の使用が検討されている。
これら光源の短波長化に合わせ、レジスト材料の構成成分及びその化合物構造も大きく変化している。
KrFエキシマレーザー光による露光用のレジスト組成物として、248nm領域での吸収の小さいポリ(ヒドロキシスチレン)を基本骨格とし酸分解基で保護した樹脂を主成分として用い、遠紫外光の照射で酸を発生する化合物(光酸発生剤)を組み合わせた組成物、所謂化学増幅型レジストが開発されてきた。
また、ArFエキシマレーザー光(193nm)露光用のレジスト組成物として、193nmに吸収を持たない脂環式構造をポリマーの主鎖又は側鎖に導入した酸分解性樹脂を使用した化学増幅型レジストが開発されてきている。
2エキシマレーザー光(157nm)に対しては、上記脂環型樹脂においても157nm領域の吸収が大きく、目的とする0.1μm以下のパターンを得るには不十分であることが判明し、これに対し、フッ素原子(パーフルオロ構造)を導入した樹脂が157nmに十分な透明性を有することが非特許文献1(Proc.SPIE.Vol.3678.13頁(1999))にて報告され、有効なフッ素樹脂の構造が非特許文献2(Proc.SPIE.Vol.3999.330頁(2000))、非特許文献3(Proc.SPIE.Vol.3999.357頁(2000))、非特許文献4(Proc. SPIE.Vol.3999.365頁(2000))、特許文献1(国際公開−00/17712号パンフレット)等に提案され、フッ素含有樹脂を含有するレシスト組成物の検討がなされてきている。
しかしながら、F2エキシマレーザー光露光用のフッ素樹脂を含有するレジスト組成物は、感度や、ラインアンドスペースパターンを形成する際、ラインの上端が丸くなる(ラウンドトップ)問題や、スペースの底に現像残渣(スカム)が大量に見られるなどの問題があり、これらの点で改良が望まれていた。
国際光工学会紀要(Proc.SPIE.)Vol.3678. 13頁. (1999) 国際光工学会紀要(Proc.SPIE.) Vol.3999. 330頁. (2000) 国際光工学会紀要(Proc.SPIE.) Vol.3999. 357頁. (2000) 国際光工学会紀要(Proc.SPIE.) Vol.3999. 365頁. (2000) WO−00/17712号パンフレット
従って、本発明の目的は、160nm以下、特にF2エキシマレーザー光(157nm)の露光光源の使用に好適なポジ型レジスト組成物を提供することであり、具体的には157nmの光源使用時に十分な透過性を示し、且つ塗布性、現像欠陥を満足するポジ型レジスト組成物を提供することである。
本発明者等は、上記諸特性に留意し鋭意検討した結果、本発明の目的が以下の特定の組成物を使用することで見事に達成されることを見出し、本発明に到達した。
即ち、本発明は下記構成である。
(1)
(A)ポリマー骨格の主鎖及び/又は側鎖にフッ素原子が置換した構造を有する樹脂、
(B)活性光線の照射により、酸を発生する化合物、および
(C)下記式(XA)または式(XB)で表される非ポリマー型溶解抑止剤
を含有することを特徴とするポジ型レジスト組成物。
Figure 2005049695
式(XA)および式(XB)中、
ARは各々独立に炭素原子数7以上の脂環式炭化水素基を表す。
81〜R86は各々独立に水素原子、フッ素原子またはアルキル基を表す。ただし、R81〜R86のうち少なくとも1つはフッ素原子である。
87およびR88は、各々独立にハロゲン原子、ヒドロキシ基、アルコキシ基、シアノ基またはアルキル基を表す。
3およびL4は、各々独立に単結合または2価の連結基を表す。
1およびZ2は、各々独立に水素原子、酸分解性基または非酸分解性基を表す。ただし、式(XA)および式(XB)で表される化合物は各々酸分解性基を2つ以上含む。
1は、単結合または2価の連結基を表す。
2は、(g+h)価の連結基を表す。
aおよびbは、各々独立に0以上5以下の整数を表す。ただし、2≦a+b≦10を満たす。
cは、0以上5以下の整数を表す。
dおよびeは、各々独立に0以上5以下の整数を表す。ただし、1≦d+e≦10を満たす。
fは、各々独立に0以上5以下の整数を表す。
gは、2以上6以下の整数を表す。
hは、0以上5以下の整数を表す。
(2)
(A)成分の樹脂が、アルカリ性現像液に可溶な樹脂であることを特徴とする請求項1に記載のポジ型レジスト組成物。
(3)
(A)成分の樹脂が、酸の作用により分解し、アルカリ現像液に対する溶解度が増大する樹脂であることを特徴とする、請求項1または2に記載のポジ型レジスト組成物。
(4)
(A)成分の樹脂が、下記一般式(a)で表される基を有する繰り返し単位を有する樹脂であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のポジ型レジスト組成物。
Figure 2005049695
一般式(a)中、
31〜R36は、各々独立に、水素原子、フッ素原子またはアルキル基を表す。ただし、R31〜R36の内の少なくとも1つは、フッ素原子または少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換されたアルキル基である。R31〜R36の内の1つが、単結合となって又は炭素鎖となって(A)成分の樹脂の主鎖につながっていてもよい。
0は、水素原子または有機基を表す。
(5)
(A)成分の樹脂が、カルボキシル基、またはカルボキシル基を酸分解性基で保護した基、を有する繰り返し単位を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のポジ型レジスト組成物。
(6)
(A)成分の樹脂が、下記一般式(I)〜(XII)で表される繰り返し単位の群から選ばれる少なくとも1種を有することを特徴とする請求項1に記載のポジ型レジスト組成物。
Figure 2005049695
一般式(I)〜(III)中、
0、R1は、同じでも異なっていても良く、水素原子、フッ素原子、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を表す。
2〜R4は、同じでも異なっていても良く、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を表す。
また、R0とR1、R0とR2、R3とR4が結合し環を形成しても良い。
Figure 2005049695
一般式(IV)〜(V)中、
5は、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アシル基、アルコキシカルボニル基又は酸分解性基を表す。
6は、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アシル基、アルコキシカルボニル基又は酸分解性基を表す。
7は、各々独立に、ハロゲン原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基を表す。
nは0又は1を表す。
n'は、0〜7の整数を表す。
m'は、1〜5の整数を表す。
1は、単結合、2価のアルキレン基、アルケニレン基、シクロアルキレン基もしくはアリーレン基、又は−O−CO−R22−、−CO−O−R23−、−CO−N(R24)−R25−を表す。
22、R23、R25は、単結合、又はエーテル基、エステル基、アミド基、ウレタン基もしくはウレイド基を有しても良い、2価のアルキレン基、アルケニレン基、シクロアルキレン基又はアリーレン基を表す。
24は、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アラルキル基又はアリール基を表す。
Figure 2005049695
一般式(VI)中、
Rx1〜Rx3は、各々独立に、水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基又は少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換されたアルキル基を表す。
61〜R66は、各々独立に、水素原子、フッ素原子、又はアルキル基を表す。ただし、R61〜R66のうちの少なくとも1つはフッ素原子である。
67〜R72は、各々独立に、水素原子、フッ素原子、又はアルキル基を表す。ただし、R67〜R72のうちの少なくとも1つはフッ素原子である。
3は、ベンゼン残基、シクロヘキサン残基、アダマンタン残基又はノルボルナン残基を表す。
1は、単結合又は2価の連結基を表す。
qは、0または1である。
q'は、1〜5の整数である。
2は水素原子または有機基を表す。
一般式(VII)中、
41は、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基又はアルキル基を表す。
42およびR43は、各々独立に、水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、シアノ基、アルコキシ基、アシル基、アルキル基、アルケニル基、アラルキル基またはアリール基を表す。
50〜R55は、それぞれ独立して、水素原子、フッ素原子、又はアルキル基を表す。ただし、R50〜R55のうち少なくとも1つはフッ素原子又は少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換されたアルキル基である。
kは、1以上5以下の整数を表す。
3は水素原子または有機基を表す。
一般式(VIII)中、
Ry1〜Ry3は、各々独立に、水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基又は少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換されたアルキル基を表す。
4は水素原子または有機基を表す。
Figure 2005049695
一般式(IX)〜(X)中、
15は、水素原子、ヒドロキシアルキル基、フッ素原子を有するアルキル基、フッ素原子を有するシクロアルキル基、フッ素原子を有するアルケニル基、フッ素原子を有するアラルキル基、フッ素原子を有するアリール基または酸分解性基を表す。
Zは、炭素原子とともに単環又は多環の脂環式基を構成する原子団を表す。
16、R17、R18は、同じでも異なっていても良く、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、アルキル基、アルコキシ基、−CO−O−R15を表す。
19、R20、R21は、同じでも異なっていても良く、水素原子、フッ素原子、フッ素原子を有するアルキル基、フッ素原子を有するシクロアルキル基、フッ素原子を有するアルケニル基、フッ素原子を有するアラルキル基、フッ素原子を有するアリール基、フッ素原子を有するアルコキシ基又はヒドロキシアルキル基を表す。但しR19、R20、R21の少なくとも一つは水素原子以外の基である。
nは0又は1を表し、x、y、zは0〜4の整数を表す。
Figure 2005049695
一般式(XI)中、
Ra1〜Ra3は、各々独立に、水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、シアノ基、アルキル基、アリール基、アルコキシ基またはアラルキル基を表す。
4は水素原子または有機基を表す。
mは1又は2を表す。
一般式(XII)中、
Ra4は、各々独立に、水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、シアノ基、アルキル基、アリール基、アルコキシ基またはアラルキル基を表す。
5は水素原子または有機基を表す。
4は単結合または2価の連結基を示す。
mは1又は2を表す。
m1は1〜5の整数を表す。
m2は0〜7の整数を表す。
(7)
前記式(XA)または式(XB)におけるARが、下記(a)〜(d)で表される構造をもつ非ポリマー型溶解抑止剤(C)であることを特徴とする、前記(1)〜(6)のいずれかに記載のポジ型レジスト組成物。
Figure 2005049695
(8)
さらに、(E)塩基性化合物を含有することを特徴とする、前記(1)〜(7)のいずれかに記載のポジ型レジスト組成物。
(9)
(B)成分として、(B1)活性光線または放射線の作用により有機スルホン酸を発生する化合物、を含有することを特徴とする、前記(1)〜(8)のいずれかに記載のポジ型レジスト組成物。
(10)
(B1)成分として、活性光線または放射線の作用により少なくとも1つのフッ素原子を含有する有機スルホン酸を発生する化合物と、活性光線または放射線の作用によりフッ素原子を含有しない有機スルホン酸を発生する化合物とを含有することを特徴とする、前記(9)に記載のポジ型レジスト組成物。
(11)
(B)成分として、(B2)活性光線または放射線の作用によりカルボン酸を発生する化合物をさらに含有することを特徴とする、前記(9)または(10)に記載のポジ型レジスト組成物。
(12)さらに、界面活性剤を含有することを特徴とする(1)〜(11)いずれかに記載のポジ型レジスト組成物
(13)さらに、溶剤を含有することを特徴とする(1)〜(12)いずれかに記載のポジ型レジスト組成物
(14)上記溶剤として、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを含有することを特徴とする(13)記載のポジ型レジスト組成物
(15)上記溶剤としてさらにプロピレングリコールモノメチルエーテルを含有することを特徴とする(14)記載のポジ型レジスト組成物
本発明により、157nmの光源使用時に充分な透過性を示し、トッププロファイルやスカム発生抑制が改良されたポジ型レジスト組成物を提供できる。
以下、本発明について詳細に説明する。
尚、本明細書における基(原子団)の表記において、置換及び無置換を記していない表記は置換基を有さないものと共に置換基を有するものをも包含するものである。例えば「アルキル基」とは、置換基を有さないアルキル基(無置換アルキル基)のみならず、置換基を有するアルキル基(置換アルキル基)をも包含するものである。
[1](A)フッ素原子含有樹脂
本発明(A)におけるフッ素原子含有樹脂は、フッ素原子が置換した構造をポリマーの主鎖及び/又は側鎖に有する樹脂である。以下、樹脂(A)、(A)成分とも呼ぶ。好ましくは、アルカリ現像液に可溶な樹脂(アルカリ可溶性樹脂)であり、更には、酸の作用により分解し、アルカリ現像液への溶解度を増大させる基を有する樹脂(酸分解性樹脂)であることが好ましい。
更に好ましくはパーフルオロアルキレン基、パーフルオロアリーレン基から選択される部位を、ポリマー骨格の主鎖に少なくとも一つ有するか、パーフルオロアルキル基、パーフルオロアリール基、ヘキサフルオロ−2−プロパノ−ル基、及びヘキサフルオロ−2−プロパノ−ル基のOH基を保護した基から選択される部位を、ポリマー骨格の側鎖に少なくとも一つ有するフッ素原子含有樹脂である。
本発明に於けるフッ素原子含有樹脂は、一般式(a)で表される基を有する繰り返し単位を有する樹脂が好ましい。
Figure 2005049695
一般式(a)中、
31〜R36は、各々独立に、水素原子、フッ素原子またはアルキル基を表す。ただし、R31〜R36の内の少なくとも1つは、フッ素原子または少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換されたアルキル基である。R31〜R36の内の1つが、単結合となって又は炭素鎖となって(A)成分の樹脂の主鎖につながっていてもよい。
0は、水素原子または有機基を表す。
一般式(a)に於いて、R31〜R36のアルキル基は、置換基を有していてもよく、例えば炭素数1〜8個のアルキル基であって、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、n-ブチル基、sec-ブチル基、t−ブチル基、ヘキシル基、2−エチルヘキシル基、オクチル基を好ましく挙げることができる。
31〜R36内の1つが、炭素鎖を介してフッ素原子含有樹脂の主鎖につながっていてもよい。このような炭素鎖としては、炭素数1〜10のアルキレン基が好ましく、例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ヘキシレン基、オクチレン基等を挙げることができる。
0は、水素原子又は有機基を示すが、有機基は酸分解性の有機基(酸分解性基)であっても良いし、非酸分解性の有機基であっても良い。
酸分解性基は、酸の作用により分解し、水酸基、カルボキシル基等の親水性基が形成され、アルカリ現像液に対する溶解度が増大するものであれば限定されないが、−C(R11a)(R12a)(R13a)、−C(R14a)(R15a)(OR16a)、−CO−O(R11a)(R12a)(R13a)で示される基が好ましい。
11a〜R13aは、それぞれ独立して、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アラルキル基またはアリール基を表す。R14aおよびR15aは、それぞれ独立して、水素原子またはアルキル基を表す。R16aは、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アラルキル基またはアリール基を表す。また、R11a、R12a、R13aのうちの2つ、またはR14a、R15a、R16aのうちの2つが結合して環を形成してもよい。
11a〜R13a、R14a、R15a、R16aのアルキル基は、置換基を有していてもよく、炭素数1〜8個のアルキル基が好ましく、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、n-ブチル基、sec-ブチル基、ヘキシル基、2−エチルヘキシル基、オクチル基等を挙げることができる。
11a〜R13a、R16aのシクロアルキル基としては、単環型でもよく、多環型でのよい。単環型としては、炭素数3〜8個のシクロアルキル基が好ましく、例えば、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロブチル基、シクロオクチル基等を挙げることができる。多環型としては、炭素数6〜20個のシクロアルキル基が好ましく、例えば、アダマンチル基、ノルボルニル基、イソボロニル基、カンファニル基、ジシクロペンチル基、α−ピネル基、トリシクロデカニル基、テトシクロドデシル基、アンドロスタニル基等を挙げることができる。尚、シクロアルキル基中の炭素原子の一部が、酸素原子等のヘテロ原子によって置換されていてもよい。
11a〜R13a、R16aのアリール基としては、炭素数6〜10個のアリール基が好ましく、例えば、フェニル基、トリル基、ジメチルフェニル基、2,4,6−トリメチルフェニル基、ナフチル基、アントリル基、9,10−ジメトキシアントリル基等を挙げることができる。
11a〜R13a、R16aのアラルキル基としては、炭素数7〜12のアラルキル基が好ましく、例えば、ベンジル基、フェネチル基、ナフチルメチル基等を挙げることができる。
11a〜R13a、R16aのアルケニル基としては、炭素数2〜8個のアルケニル基が好ましく、例えば、ビニル基、アリル基、ブテニル基、シクロヘキセニル基等を挙げることができる。
11a〜R13a、R14a、R15a、R16aが有していてもよい置換基としては、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アミノ基、アミド基、ウレイド基、ウレタン基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、ハロゲン原子、アルコキシ基、チオエーテル基、アシル基、アシロキシ基、アルコキシカルボニル基、シアノ基、ニトロ基等を挙げることができる。
酸分解性基の好ましい具体例としては、t−ブチル基、t−アミル基、1−アルキル−1−シクロヘキシル基、2−アルキル−2−アダマンチル基、2−アダマンチル−2−プロピル基、2−(4−メチルシクロヘキシル)−2−プロピル基等の3級アルキル基、1−アルコキシ−1−エトキシ基、1−アルコキシ−1−メトキシ基、テトラヒドロピラニル基等のアセタール基、t−アルキルカルボニル基、t−アルキルカルボニルメチル基等が好ましく挙げられる。
非酸分解性の有機基とは、酸の作用により分解することのない有機基であり、例えば、酸の作用により分解することのない、アルキル基、アリール基、アラルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アミド基、シアノ基等を挙げることができる。アルキル基は、炭素数1〜10個の直鎖状、分岐状、環状アルキル基が好ましく、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、n-ブチル基、sec-ブチル基、ヘキシル基、2−エチルヘキシル基、オクチル基、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロヘキシル基、アダマンチル基等を挙げることができる。アリール基は、炭素数6〜14のアリール基が好ましく、例えば、フェニル基、ナフチル基、アントラセニル基等を挙げることができる。アラルキル基は、炭素数6〜12個のアラルキル基が好ましく、例えば、ベンジル基、フェネチル基、クミル基等を挙げることができる。アルコキシ基及びアルコキシカルボニル基に於けるアルコキシ基は、炭素数1〜5のアルコキシ基が好ましく、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基等を挙げることができる。Zaのアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基は、水酸基等の置換基を有していてもよい。
一般式(a)で表される基は、例えば、一般式(IV)〜(VII)で表される繰り返し単位の中にもたせることができる。
本発明に於けるフッ素原子含有樹脂は、更に、カルボキシル基、または、酸分解性基でカルボキシル基を保護して基、を有する繰り返し単位を有することが好ましい。
本発明に於けるカルボキシル基を酸分解性基で保護した基としては、例えば、−COO−C(R36)(R37)(R38)、−COO−C(R36)(R37)(OR39)、−O−COO−C(R36)(R37)(R38)、−O−C(R01)(R02)COO−C(R36)(R37)(R38)等を挙げることができる。
カルボキシル基を酸分解性基で保護した基は、例えば、一般式(IV)〜(IX)で表される繰り返し単位の中にもたせることができる。
本発明に於けるフッ素原子含有樹脂は、更に好ましくは、一般式(I)〜(XII)で表される繰り返し単位の群から選ばれる少なくとも1種を有する樹脂であることが好ましい。
Figure 2005049695
一般式(I)〜(III)中、
0、R1は、同じでも異なっていても良く、水素原子、フッ素原子、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を表す。
2〜R4は、同じでも異なっていても良く、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を表す。
また、R0とR1、R0とR2、R3とR4が結合し環を形成しても良い。
Figure 2005049695
一般式(IV)〜(V)中、
5は、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アシル基、アルコキシカルボニル基又は酸分解性基を表す。
6は、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アシル基、アルコキシカルボニル基又は酸分解性基を表す。
7は、各々独立に、ハロゲン原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基を表す。
nは0又は1を表す。
n'は、0〜7の整数を表す。
m'は、1〜5の整数を表す。
1は、単結合、2価のアルキレン基、アルケニレン基、シクロアルキレン基もしくはアリーレン基、又は−O−CO−R22−、−CO−O−R23−、−CO−N(R24)−R25−を表す。
22、R23、R25は、単結合、又はエーテル基、エステル基、アミド基、ウレタン基もしくはウレイド基を有しても良い、2価のアルキレン基、アルケニレン基、シクロアルキレン基又はアリーレン基を表す。
24は、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アラルキル基又はアリール基を表す。
尚、式(V)において、R7で表される基やA1(CF32OR6で表される基は、炭素環構造の何れの位置に置換していても良いことを表す。
Figure 2005049695
一般式(VI)中、
Rx1〜Rx3は、各々独立に、水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基又は少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換されたアルキル基を表す。
61〜R66は、各々独立に、水素原子、フッ素原子、又はアルキル基を表す。ただし、R61〜R66のうちの少なくとも1つはフッ素原子である。
67〜R72は、各々独立に、水素原子、フッ素原子、又はアルキル基を表す。ただし、R67〜R72のうちの少なくとも1つはフッ素原子である。
3は、ベンゼン残基、シクロヘキサン残基、アダマンタン残基又はノルボルナン残基を表す。
1は、単結合又は2価の連結基を表す。
qは、0または1である。
q'は、1〜5の整数である。
2は水素原子または有機基を表す。
一般式(VII)中、
41は、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基又はアルキル基を表す。
42およびR43は、各々独立に、水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、シアノ基、アルコキシ基、アシル基、アルキル基、アルケニル基、アラルキル基またはアリール基を表す。
50〜R55は、それぞれ独立して、水素原子、フッ素原子、又はアルキル基を表す。ただし、R50〜R55のうち少なくとも1つはフッ素原子又は少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換されたアルキル基である。
kは、1以上5以下の整数を表す。
3は水素原子または有機基を表す。
一般式(VIII)中、
Ry1〜Ry3は、各々独立に、水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基又は少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換されたアルキル基を表す。
4は水素原子または有機基を表す。
Figure 2005049695
一般式(IX)〜(X)中、
15は、水素原子、ヒドロキシアルキル基、フッ素原子を有するアルキル基、フッ素原子を有するシクロアルキル基、フッ素原子を有するアルケニル基、フッ素原子を有するアラルキル基、フッ素原子を有するアリール基または酸分解性基を表す。
16、R17、R18は、同じでも異なっていても良く、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、アルキル基、アルコキシ基、−CO−O−R15を表す。
19、R20、R21は、同じでも異なっていても良く、水素原子、フッ素原子、フッ素原子を有するアルキル基、フッ素原子を有するシクロアルキル基、フッ素原子を有するアルケニル基、フッ素原子を有するアラルキル基、フッ素原子を有するアリール基、フッ素原子を有するアルコキシ基又はヒドロキシアルキル基を表す。但しR19、R20、R21の少なくとも一つは水素原子以外の基である。
nは0又は1を表し、x、y、zは0〜4の整数を表す。
Figure 2005049695
一般式(XI)中、
Ra1〜Ra3は、各々独立に、水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、シアノ基、アルキル基、アリール基、アルコキシ基またはアラルキル基を表す。Ra1〜Ra3は、水素原子またはハロゲン原子であることが好ましく、ハロゲン原子としては好ましくはフッ素原子が好ましい。特に、Ra1がフッ素原子であることが好ましい。
4は水素原子または有機基を表す。
mは1又は2を表す。
一般式(XII)中、
Ra4は、各々独立に、水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、シアノ基、アルキル基、アリール基、アルコキシ基またはアラルキル基を表す。
5は水素原子または有機基を表す。
4は単結合または2価の連結基を示す。
mは1又は2を表す。
m1は1〜5の整数を表す。
m2は0〜7の整数を表す。
尚、式(XII)において、Ra4で表される基やL4(CF32OY5で表される基は、炭素環構造の何れの位置に置換していても良いことを表す。
一般式(I)〜(XII)中、
アルキル基は、置換基を有していてもよく、例えば炭素数1〜8個のアルキル基であって、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、n-ブチル基、sec-ブチル基、t−ブチル基、ヘキシル基、2−エチルヘキシル基、オクチル基、またはハロアルキル基を好ましく挙げることができる。ハロアルキル基としては、例えば炭素数1〜4個のハロアルキル基であって、具体的にはクロロメチル基、クロロエチル基、クロロプロピル基、クロロブチル基、ブロモメチル基、ブロモエチル基、パーフルオロアルキル基等を好ましく挙げることができる。より好ましくはパーフルオロアルキル基であり、例えば炭素数4〜12個のものであって、具体的にはパーフルオロブチル基、パーフルオロヘキシル基、パーフルオロオクチル基、パーフルオロオクチルエチル基、パーフルオロドデシル基等を更に好ましい例としてあげられる。
シクロアルキル基としては単環型でも良く、多環型でも良い。単環型としては炭素数3〜8個のものであって、例えばシクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロへプチル基、シクロオクチル基を好ましく挙げることができる。多環型としては炭素数6〜20個のものであって、例えばアダマンチル基、ノルボルニル基、イソボロニル基、カンファニル基、ジシクロペンチル基、α−ピネル基、トリシクロデカニル基、テトシクロドデシル基、アンドロスタニル基等を好ましく挙げることができる。但し、上記の単環又は多環のシクロアルキル基中の炭素原子が、酸素原子等のヘテロ原子に置換されていても良い。
アリール基としては、例えば炭素数6〜15個のアリール基であって、具体的には、フェニル基、トリル基、ジメチルフェニル基、2,4,6−トリメチルフェニル基、ナフチル基、アントリル基、9,10−ジメトキシアントリル基等を好ましく挙げることができる。
アラルキル基としては、例えば炭素数7〜12個のアラルキル基であって、具体的には、ベンジル基、フェネチル基、ナフチルメチル基等を好ましく挙げることができる。
アルケニル基としては、例えば炭素数2〜8個のアルケニル基であって、具体的には、ビニル基、アリル基、ブテニル基、シクロヘキセニル基を好ましく挙げることができる。
アルコキシ基としては、例えば炭素数1〜8個のアルコキシ基であって、具体的には、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、iso−プロポキシ基、ブトキシ基、ペントキシ基、アリルオキシ基、オクトキシ基等を好ましく挙げることができる。
アシル基としては、例えば炭素数1〜10個のアシル基であって、具体的には、ホルミル基、アセチル基、プロパノイル基、ブタノイル基、ピバロイル基、オクタノイル基、ベンゾイル基等を好ましく挙げることができる。
アルキニル基としては、炭素数2〜5のアルキニル基が好ましく、例えばエチニル基、プロピニル基、ブチニル基等を挙げることができる。
アルコキシカルボニル基としては、i-プロポキシカルボニル基、t−ブトキシカルボニル基、t−アミロキシカルボニル基、1−メチル−1−シクロヘキシルオキシカルボニル基等、好ましくは2級、より好ましくは3級のアルコキシカルボニル基が挙げられる。
ハロゲン原子としては、例えばフッ素原子、塩素原子、臭素原子、沃素原子等を挙げることができる。
アルキレン基としては、好ましくは置換基を有していても良いメチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ヘキシレン基、オクチレン基等の炭素数1〜8個のものが挙げられる。
アルケニレン基としては、好ましくは置換基を有していても良いエテニレン基、プロペニレン基、ブテニレン基等の炭素数2〜6個のものが挙げられる。
シクロアルキレン基としては、好ましくは置換基を有していても良いシクロペンチレン基、シクロヘキシレン基等の炭素数5〜8個のものが挙げられる。
アリーレン基としては、好ましくは置換基を有していても良いフェニレン基、トリレン基、ナフチレン基等の炭素数6〜15個のものが挙げられる。
2価の連結基としては、アルキレン基、アリーレン基、エーテル基、チオエーテル基、カルボニル基、エステル基、アミド基、スルフォンアミド基、ウレタン基、又はウレア基よりなる群から選択される単独あるいは2つ以上の基の組み合わせを表す。上記Aにおけるアルキレン基としては、下記式で表される基を挙げることができる。
−〔C(Rb )(Rc )〕r −
式中、Rb 、Rc は、水素原子、アルキル基、ハロゲン原子、水酸基、アルコキシ基を表し、両者は同一でも異なっていてもよい。アルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基等の低級アルキル基が好ましく、更に好ましくはメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基から選択される。アルキル基が有する置換基としては、水酸基、ハロゲン原子、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜4)を挙げることができる。アルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等の炭素数1〜4個のものを挙げることができる。ハロゲン原子としては、塩素原子、臭素原子、フッ素原子、沃素原子等を挙げることができる。rは1〜10の整数を表す。
2価の連結基としては、単結合或いはメチレン基が特に好ましい。
有機基は、酸分解性の有機基(酸分解性基)であっても良いし、非酸分解性の有機基であっても良く、一般式(a)におけるZbのものと同様のものが挙げられる。
0とR1、R0とR2、R3とR4が結合して形成した環としては、例えば5〜7員環であり、具体的にはフッ素が置換したペンタン環、ヘキサン環、フラン環、ジオキソノール環、1,3−ジオキソラン環等が挙げられる。
36〜R38の内の2つ、又はR36〜R37とR39の内の2つが結合して形成した環としては、例えば3〜8員環であり、具体的にはシクロプロパン環、シクロペンタン環、シクロヘキサン環、フラン環、ピラン環等を好ましく挙げることができる。
上記のアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、アシル基、アルキニル基、アルコキシカルボニル基、アルキレン基、アルケニレン基、シクロアルキレン基、アリーレン基等は、置換基を有していなくともよいし、置換基を有していてもよい。アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、アシル基、アルキニル基、アルコキシカルボニル基、アルキレン基、アルケニレン基、シクロアルキレン基、アリーレン基等が有していてもよい置換基としては、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アミノ基、アミド基、ウレイド基、ウレタン基、ヒドロキシル基、カルボキシル基等の活性水素を有するものや、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、沃素原子)、アルコキシ基(メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等)、チオエーテル基、アシル基(アセチル基、プロパノイル基、ベンゾイル基等)、アシロキシ基(アセトキシ基、プロパノイルオキシ基、ベンゾイルオキシ基等)、アルコキシカルボニル基(メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、プロポキシカルボニル基等)、シアノ基、ニトロ基等が挙げられる。
ここで、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基は上記で示したものが挙げられるが、アルキル基は、更にフッソ原子、シクロアルキル基で置換されていても良い。
3はベンゼン残基、シクロヘキサン残基、アダマンタン残基又はノルボルナン残基を表す。これらの残基は置換基を有していてもよく、好ましい置換基としてはハロゲン原子、水酸基、アルコキシ基、シアノ基が挙げられる。これらのZ3が置換基を有する場合の置換基として、より好ましくはフッ素原子、水酸基があげられ、特に好ましくはフッ素原子が挙げられる。Z3が置換基としてフッ素を有する場合、各繰り返し単位中のフッ素原子の数は1〜5個が好ましく、より好ましくは1〜3個である。
q’は1〜5の整数を表し、1〜4が好ましく、より好ましくは1〜2である。
以下に、一般式(I)〜(III)で表される繰り返し単位の具体例を示すが、本発明はこれに限定されるものではない。
Figure 2005049695
Figure 2005049695
以下に一般式(IV)〜(X)で表される繰り返し構造単位の具体例を示すが、本発明がこれに限定されるものではない。
Figure 2005049695
Figure 2005049695
Figure 2005049695
Figure 2005049695
Figure 2005049695
Figure 2005049695
Figure 2005049695
Figure 2005049695
Figure 2005049695
Figure 2005049695
一般式(V)で表される繰り返し単位は、以下のものも好ましい例としてあげられる。
Figure 2005049695
Figure 2005049695
Figure 2005049695
Figure 2005049695
Figure 2005049695
一般式(VI)で表される繰り返し単位は、以下のものも好ましい例としてあげられる。
Figure 2005049695
Figure 2005049695
Figure 2005049695
Figure 2005049695
Figure 2005049695
Figure 2005049695
一般式(VII)で表される繰り返し単位は、以下のものが好ましい例としてあげられる。
Figure 2005049695
Figure 2005049695
Figure 2005049695
Figure 2005049695
Figure 2005049695
Figure 2005049695
一般式(VIII)で表される繰り返し単位は、以下のものも好ましい例としてあげられる。
Figure 2005049695
Figure 2005049695
一般式(IX)で表される繰り返し単位は、以下のものも好ましい例としてあげられる。
Figure 2005049695
Figure 2005049695
Figure 2005049695
一般式(X)で表される繰り返し単位は、以下のものも好ましい例としてあげられる。
Figure 2005049695
一般式(XI)で表される繰り返し単位は、以下のものが好ましい例としてあげられる。
Figure 2005049695
Figure 2005049695
一般式(XII)で表される繰り返し単位は、以下のものが好ましい例としてあげられる。
Figure 2005049695
Figure 2005049695
Figure 2005049695
Figure 2005049695
本発明において樹脂(A)は、更に他の繰り返し単位を含有してもよい。含有し得る他の繰り返し単位は、特に限定されないが、下記式(D)、(E)または(F)で表される繰り返し単位であることが好ましい。
Figure 2005049695
一般式(D)中、
ARは単環または多環の脂環式炭化水素基を表す。
3は単結合又は2価の連結基を表す。
Xdは複数ある場合には各々独立に、水酸基、シアノ基、アルコキシ基、シクロアルキル基またはアルキル基を表す。ただし、Xdの少なくとも1つは水酸基、シアノ基、アルコキシ基のいずれかである。
pは1〜4の整数を表す。
Figure 2005049695
一般式(E)中、
42は水素原子、ハロゲン原子、シアノ基またはアルキル基を表す。
43およびR44は、各々独立に、水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、シアノ基、アルコキシ基、アシル基、アルキル基、アルケニル基、アラルキル基またはアリール基を表す。
50〜R55は、各々独立に、水素原子、フッ素原子またはアルキル基を表わす。ただし、R50〜R55のうち少なくとも1つはフッ素原子または少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換されたアルキル基を表わす。
5は、水素原子または有機基を表す。
5、50〜R55が複数ある場合は、同じであっても異なっていてもよい。
tは、1〜5の整数を表す。
Figure 2005049695
一般式(F)中、
1〜R3は、各々独立に、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基又はアルキル基を表す。
21〜R26は、各々独立に、水素原子、フッ素原子又はアルキル基を表す。但し、R21〜R26の内の少なくとも1つはフッ素原子である。
27〜R32は、各々独立に、水素原子、フッ素原子又はアルキル基を表す。但し、R27〜R32の内の少なくとも1つはフッ素原子である。
f1及びLf2は、各々独立に、単結合又は2価の連結基を表す。
7は、水素原子又は有機基を表す。
nは、0又は1を表す。
一般式(D)中、
ARは、脂環式炭化水素基を表す。該脂環式炭化水素基は、樹脂の主鎖から連結基を介して結合されているか、または該脂環式炭化水素の環を構成する炭素原子自身が樹脂の主鎖を形成している。
2は、単結合又は2価の連結基を表す。
Xdは、複数ある場合には各々独立して、水酸基、シアノ基、アルコキシ基、シクロアルキル基またはアルキル基を表す。但し、Xdの少なくとも1つはアルキル基ではない。
pは、1〜4の整数を表す。
ARの脂環式炭化水素基は、単環でも、多環でもよく、具体的には、炭素数5以上のモノシクロ、ビシクロ、トリシクロ、テトラシクロ等の脂環構造を有するものを挙げることができる。その炭素数は6〜30個が好ましく、特に炭素数7〜25個が好ましい。
以下に、脂環構造の具体例を示す。
Figure 2005049695
Figure 2005049695
Figure 2005049695
ARの脂環式炭化水素基としては、例えば、アダマンチル基、ノルアダマンチル基、デカリン残基、トリシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、ノルボルニル基、セドロール基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロデカニル基、シクロドデカニル基等から更に水素原子を幾つか除いた残基を挙げることができる。好ましくは、ノルボルナン残基、アダマンタン残基、トリシクロデカン残基、テトラシクロドデカン残基から選択される基であり、より好ましくはアダマンタン残基である。
ARの脂環式炭化水素基は、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基等の他の置換基を有していてもよい。
Xdのアルキル基としては、好ましくは、炭素数1〜8個のアルキル基であって、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、n-ブチル基、sec-ブチル基、ヘキシル基、2−エチルヘキシル基、オクチル基、更に好ましくは炭素数1〜5のアルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基等)、特に好ましくは炭素数1〜3のアルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基)を挙げることができる。
シクロアルキル基としては、単環型でも良く、多環型でも良い。単環型としては炭素数3〜8個のものであって、例えばシクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロへプチル基、シクロオクチル基を好ましく挙げることができる。多環型としては炭素数6〜20個のものであって、例えばアダマンチル基、ノルボルニル基、イソボロニル基、カンファニル基、ジシクロペンチル基、α−ピネル基、トリシクロデカニル基、テトラシクロドデシル基、アンドロスタニル基等を好ましく挙げることができる。尚、シクロアルキル基は、環を構成する炭素原子の一部が酸素原子、硫黄原子、窒素原子等のヘテロ原子で置換されたものも含むものとする。
Xdのアルコキシ基としては、好ましくは炭素数1〜8個のアルコキシ基であって、具体的には、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、iso−プロポキシ基、ブトキシ基、ペントキシ基、アリルオキシ基、オクトキシ基等を挙げることができ、更に好ましくは、炭素数1〜4のアルコキシ基(メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等)を挙げることができる。
Xdのアルキル基及びアルコキシ基は、水酸基、ハロゲン原子、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜5)等の更なる置換基を有していてもよい。
Xdは、水酸基、アルコキシ基、シアノ基が現像性、感度の観点から好ましい。より好ましくは水酸基およびシアノ基、特に好ましくは水酸基である。
尚、Xdは、ARの脂環式炭化水素基を形成している炭素上に結合していてもよいし、ARの脂環式炭化水素基に結合している置換基の炭素上に結合していてもよい。
2は、単結合又は2価の連結基を表すが、2価の連結基としては、置換又は無置換のアルキレン基、置換又は無置換のアリーレン基、エーテル基、チオエーテル基、カルボニル基、エステル基、アミド基、スルフォンアミド基、ウレタン基、又はウレア基よりなる群から選択される単独あるいは2つ以上の基の組み合わせを表す。上記におけるアルキレン基としては、下記式で表される基を挙げることができる。
−〔C(Rb )(Rc )〕r
式中、Rb 、Rc は、水素原子、アルキル基、置換アルキル基、ハロゲン原子、水酸基、アルコキシ基を表し、両者は同一でも異なっていてもよい。アルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基等の低級アルキル基が好ましく、更に好ましくはメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基から選択される。置換アルキル基の置換基としては、水酸基、ハロゲン原子、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜4)を挙げることができる。アルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等の炭素数1〜4個のものを挙げることができる。ハロゲン原子としては、塩素原子、臭素原子、フッ素原子、沃素原子等を挙げることができる。rは1〜10の整数を表す。
2として、単結合或いはメチレン基が特に好ましい。
pは、1〜4の整数を表し、2または3であることが好ましい。
本発明において、一般式(D)で示される部分構造を有する繰り返し単位は、特に限定されるものではないが、下記一般式(A1)〜(A5)で示される繰り返し単位であることが好ましい。
Figure 2005049695
一般式(A−1)〜(A−5)中、
1〜R14は、各々独立に、水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基又はアルキル基を表す。
1は、単結合または連結基を表す。
Rb、Rb'は、各々独立に、水素原子、ハロゲン原子又は有機基を表す。
3は、単結合又は2価の連結基を表す。
mは、0又は1を表す。
1は、単結合、−O−又は−N(Ra)−を表す。Raは、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基又はアラルキル基を表す。
Raは、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基又はアラルキル基を表す。
3における2価の連結基は、上記L2と同様のものが挙げられる。
アルキル基、シクロアルキル基、アリール基は、上記一般式(I)〜(III)におけるものと同様のものがあげられる。
アラルキル基としては、炭素数7〜12のアラルキル基が好ましく、例えば、ベンジル基、フェネチル基、ナフチルメチル基等を挙げることができる。
以下に、一般式(D)で表される部分構造を含む繰り返し単位の好ましい具体例を以下に示すが、本発明はこれに限定されるものではない。
Figure 2005049695
Figure 2005049695
Figure 2005049695
式(E)中、アルキル基は、置換基を有していてもよく、直鎖でも分岐でもよく、好ましくは炭素数1〜5のアルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基等)、更に好ましくは炭素数1〜3のアルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基)である。置換基としては、フッ素原子等のハロゲン原子、水酸基、カルボキシル基、シアノ基などを挙げることができる。
5は、水素原子または有機基を表す。有機基は酸分解性の有機基(酸分解性基)であっても良いし、非酸分解性の有機基であっても良い。酸分解性基および非酸分解性としては、式(a)におけるY0と同様のものが挙げられる。
以下に、一般式(E)で表される繰り返し単位の具体例を示すが、本発明はこれに限定されるものではない。
Figure 2005049695
一般式(F)において、R1〜R3のハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、沃素原子を挙げることができる。
1〜R3、R21〜R26、R27〜R32のアルキル基としては、炭素数1〜4個の直鎖状若しくは分岐状アルキル基が好ましく、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、n-ブチル基、sec-ブチル基等を挙げることができる。
1〜R3、R21〜R26、R27〜R32のアルキル基は、ハロゲン原子等の更なる置換基を有していてもよい。
21〜R26、R27〜R32は、フッ素原子であることが好ましい。
1及びL2の2価の連結基としては、例えば、アルキレン基、シクロアルキレン基、アリーレン基及びこれらとエーテル基、チオエーテル基、カルボニル基、エステル基、アミド基、スルフォンアミド基、ウレタン基、ウレア基等との組み合わせを挙げることができる。アルキレン基は、炭素数1〜8個のアルキレン基が好ましく、例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ヘキシレン基、オクチレン基等を挙げることができる。シクロアルキレン基は、炭素数5〜15個のシクロアルキレン基が好ましく、例えば、シクロペンチレン基、シクロへキシレン基、ノルボルナン残基、アダマンタン残基、トリシクロデカン残基、テトラシクロドデカン残基等を挙げることができる。アリーレン基は、炭素数6〜15個のアリーレン基が好ましく、例えば、フェニレン基、トリレン基、ナフチレン基等を挙げることができる。
1は、単結合又はエチレン基等のアルキレン基が好ましい。
2は、シクロヘキシレン基、ノルボルナン残基、アダマンタン残基が好ましく、シクロヘキシレン基、アダマンタン残基がより好ましい。
6は、水素原子または有機基を表す。有機基は酸分解性の有機基(酸分解性基)であっても良いし、非酸分解性の有機基であっても良い。酸分解性基、非酸分解性基としては、上記一般式(a)におけるY0と同様のものが挙げられる。
一般式(F)は、下記一般式(F−1)で表されるのが好ましい。
Figure 2005049695
一般式(F−1)中、
1は、単結合又は2価の連結基を表す。
Zaは、水素原子または有機基を表す。有機基は酸分解性の有機基(酸分解性基)であっても良いし、非酸分解性の有機基であっても良い。酸分解性基、非酸分解性基としては、上記一般式(A)におけるZbまたは式(E)におけるY5のものと同様のものが挙げられる。
即ち、L1及びZaは、一般式(F)に於けるL1及びZaと同義である。
一般式(F)で表される繰り返し単位に相当する単量体(ビニルエーテル)は、例えば、市販のクロロエチルビニルエーテルと各種アルコールとの縮合反応や、入手容易なビニルエーテル及び各種アルコールと、Hg、Pd、Ir等の触媒を用いた交換反応により合成することができる。
以下、一般式(F)で表される繰り返し単位の具体例を挙げるが、本発明は、これに限定されるものではない。
Figure 2005049695
Figure 2005049695
本発明(A)の樹脂は、上記のような繰り返し構造単位以外にも、更に本発明のポジ型レジストの性能を向上させる目的で、他の重合性モノマーを共重合させても良い。
使用することができる共重合モノマーとしては、以下に示すものが含まれる。例えば、上記以外のアクリル酸エステル類、アクリルアミド類、メタクリル酸エステル類、メタクリルアミド類、アリル化合物、ビニルエーテル類、ビニルエステル類、スチレン類、クロトン酸エステル類などから選ばれる付加重合性不飽和結合を1個有する化合物である。
具体的には、例えばアクリル酸エステル類、例えばアルキル(アルキル基の炭素原子数は1〜10のものが好ましい)アクリレート(例えば、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸t−ブチル、アクリル酸アミル、アクリル酸エチルヘキシル、アクリル酸オクチル、アクリル酸−t−オクチル、クロルエチルアクリレート、2−ヒドロキシエチルアクリレート2,2−ジメチルヒドロキシプロピルアクリレート、5−ヒドロキシペンチルアクリレート、トリメチロールプロパンモノアクリレート、ペンタエリスリトールモノアクリレート、グリシジルアクリレート、フルフリルアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、など)アリールアクリレート(例えばフェニルアクリレートなど);
メタクリル酸エステル類、例えば、アルキル(アルキル基の炭素原子数は1〜10のものが好ましい)メタクリレート(例えば、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、プロピルメタクリレート、イソプロピルメタクリレート、t−ブチルメタクリレート、アミルメタクリレート、ヘキシルメタクリレート、オクチルメタクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、4−ヒドロキシブチルメタクリレート、5−ヒドロキシペンチルメタクリレート、2,2−ジメチル−3−ヒドロキシプロピルメタクリレート、トリメチロールプロパンモノメタクリレート、ペンタエリスリトールモノメタクリレート、グリシジルメタクリレート、フルフリルメタクリレート、テトラヒドロフルフリルメタクリレートなど)、アリールメタクリレート(例えば、フェニルメタクリレート、クレジルメタクリレート、ナフチルメタクリレートなど);
アクリルアミド類、例えば、アクリルアミド、N−アルキルアクリルアミド、(アルキル基としては、炭素原子数1〜10のもの、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、t−ブチル基、ヘプチル基、オクチル基、シクロヘキシル基、ベンジル基、ヒドロキシエチル基、ベンジル基などがある。)、N−アリールアクリルアミド(アリール基としては、例えばフェニル基、トリル基、ニトロフェニル基、ナフチル基、シアノフェニル基、ヒドロキシフェニル基、カルボキシフェニル基などがある。)、N,N−ジアルキルアクリルアミド(アルキル基としては、炭素原子数1〜10のもの、例えば、メチル基、エチル基、ブチル基、イソブチル基、エチルヘキシル基、シクロヘキシル基などがある。)、N,N−ジアリールアクリルアミド(アリール基としては、例えばフェニル基などがある。)、N−メチル−N−フェニルアクリルアミド、N−ヒドロキシエチル−N−メチルアクリルアミド、N−2−アセトアミドエチル−N−アセチルアクリルアミドなど;
メタクリルアミド類、例えば、メタクリルアミド、N−アルキルメタクリルアミド(アルキル基としては、炭素原子数1〜10のもの、例えば、メチル基、エチル基、t−ブチル基、エチルヘキシル基、ヒドロキシエチル基、シクロヘキシル基などがある。)、N−アリールメタクリルアミド(アリール基としては、フェニル基などがある。)、N,N−ジアルキルメタクリルアミド(アルキル基としては、エチル基、プロピル基、ブチル基などがある。)、N,N−ジアリールメタクリルアミド(アリール基としては、フェニル基などがある。)、N−ヒドロキシエチル−N−メチルメタクリルアミド、N−メチル−N−フェニルメタクリルアミド、N−エチル−N−フェニルメタクリルアミドなど;アリル化合物、例えば、アリルエステル類(例えば、酢酸アリル、カプロン酸アリル、カプリル酸アリル、ラウリン酸アリル、パルミチン酸アリル、ステアリン酸アリル、安息香酸アリル、アセト酢酸アリル、乳酸アリルなど)、アリルオキシエタノールなど;
ビニルエーテル類、例えば、アルキルビニルエーテル(例えば、ヘキシルビニルエーテル、オクチルビニルエーテル、デシルビニルエーテル、エチルヘキシルビニルエーテル、メトキシエチルビニルエーテル、エトキシエチルビニルエーテル、クロルエチルビニルエーテル、1−メチル−2,2−ジメチルプロピルビニルエーテル、2−エチルブチルビニルエーテル、ヒドロキシエチルビニルエーテル、ジエチレングリコールビニルエーテル、ジメチルアミノエチルビニルエーテル、ジエチルアミノエチルビニルエーテル、ブチルアミノエチルビニルエーテル、ベンジルビニルエーテル、テトラヒドロフルフリルビニルエーテルなど)、ビニルアリールエーテル(例えばビニルフェニルエーテル、ビニルトリルエーテル、ビニルクロルフェニルエーテル、ビニル−2,4−ジクロルフェニルエーテル、ビニルナフチルエーテル、ビニルアントラニルエーテルなど);
ビニルエステル類、例えば、ビニルブチレート、ビニルイソブチレート、ビニルトリメチルアセテート、ビニルジエチルアセテート、ビニルバレート、ビニルカプロエート、ビニルクロルアセテート、ビニルジクロルアセテート、ビニルメトキシアセテート、ビニルブトキシアセテート、ビニルフェニルアセテート、ビニルアセトアセテート、ビニルラクテート、ビニル−β−フェニルブチレート、ビニルシクロヘキシルカルボキシレート、安息香酸ビニル、サルチル酸ビニル、クロル安息香酸ビニル、テトラクロル安息香酸ビニル、ナフトエ酸ビニルなど;
スチレン類、例えば、スチレン、アルキルスチレン(例えば、メチルスチレン、ジメチルスチレン、トリメチルスチレン、エチルスチレン、ジエチルスチレン、イソプロピルスチレン、ブチルスチレン、ヘキシルスチレン、シクロヘキシルスチレン、デシルスチレン、ベンジルスチレン、クロルメチルスチレン、トリフルオルメチルスチレン、エトキシメチルスチレン、アセトキシメチルスチレンなど)、アルコキシスチレン(例えば、メトキシスチレン、4−メトキシ−3−メチルスチレン、ジメトキシスチレンなど)、ハロゲンスチレン(例えば、クロルスチレン、ジクロルスチレン、トリクロルスチレン、テトラクロルスチレン、ペンタクロルスチレン、ブロムスチレン、ジブロムスチレン、ヨードスチレン、フルオルスチレン、トリフルオルスチレン、2−ブロム−4−トリフルオルメチルスチレン、4−フルオル−3−トリフルオルメチルスチレンなど)、カルボキシスチレン、ビニルナフタレン;
クロトン酸エステル類、例えば、クロトン酸アルキル(例えば、クロトン酸ブチル、クロトン酸ヘキシル、グリセリンモノクロトネートなど);イタコン酸ジアルキル類(例えば、イタコン酸ジメチル、イタコン酸ジエチル、イタコン酸ジブチルなど);マレイン酸あるいはフマール酸のジアルキルエステル類(例えば、ジメチルマレレート、ジブチルフマレートなど)、無水マレイン酸、マレイミド、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、マレイロニトリル等がある。その他、一般的には共重合可能である付加重合性不飽和化合物であればよい。
樹脂(A)の添加量は組成物の全固形分を基準として、一般的に50〜99.5質量%、好ましくは60〜98質量%、更に好ましくは65〜95質量%の範囲で使用される。
樹脂(A)中、酸分解性基を有する繰り返し単位の含有量は、通常3〜95モル%、好ましくは5〜80モル%、より好ましくは7〜70モル%である。
樹脂(A)中、一般式(a)で表される部分構造を含む繰り返し単位の含有量は、通常3〜95モル%、好ましくは5〜80モル%、より好ましくは7〜70モル%である。
樹脂(A)中、一般式(I)〜(III)で表される繰り返し単位の含有量は、通常3〜90モル%、好ましくは5〜80モル%、より好ましくは7〜70モル%である。
樹脂(A)中、一般式(IV)〜(XII)で表される繰り返し単位の含有量は、通常1〜80モル%、好ましくは3〜65モル%、より好ましくは5〜50モル%である。
樹脂(A)の好ましい分子量は、重量平均で通常1,000〜200,000であり、更に好ましくは3,000〜200,000の範囲で使用される。最も好ましくは3,000より50,000である。分子量分布(分散度:Mw/Mn)は通常1〜10であり、好ましくは1〜3、更に好ましくは1〜2の範囲のものが使用される。最も好ましくは1〜1.7である。分子量分布の小さいものほど塗布性、感度、コントラストに優れる。本発明においては、分子量が1000以下の樹脂の割合が20%以下であることが好ましく、より好ましくは15%以下、さらに好ましくは10%以下である。また、樹脂(A)中の残存モノマーの割合は10%以下が好ましく、より好ましくは7%以下、さらに好ましくは5%以下である。
本発明に用いる酸分解性樹脂は、常法に従って(例えばラジカル重合)合成することができる。例えば、一般的合成方法としては、モノマー種を、一括であるいは反応途中で反応容器に仕込み、これを必要に応じ反応溶媒、例えばテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、ジイソプロピルエーテルなどのエーテル類やメチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンのようなケトン類、酢酸エチルのようなエステル溶媒、さらには後述のプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートのような、各種モノマーを溶解させ得る溶媒に溶解させ均一とした後、窒素やアルゴンなど不活性ガス雰囲気下で必要に応じ加熱、市販のラジカル開始剤(アゾ系開始剤、パーオキサイドなど)を用いて重合を開始させる。所望により開始剤を追加、あるいは分割で添加し、反応終了後、溶剤に投入して粉体あるいは固形回収等の方法で所望のポリマーを回収する。反応の濃度は20質量%以上であり、好ましくは30質量%以上、さらに好ましくは40質量%以上である。反応温度は10℃〜150℃であり、好ましくは30℃〜120℃、さらに好ましくは50〜100℃である。尚、モノマーによってはアニオン重合を利用した場合により好適に合成できる。重合法については、日本化学会編「実験化学講座28、高分子合成」(丸善)、日本化学会編「新実験化学講座19、高分子化学」(丸善)に記載されている。
樹脂(A)中に含まれるNa、K、Ca、Fe,Mg等のメタル成分は少量であることが好ましい。具体的には、樹脂中に含まれるメタル種含有量が各300ppb以下であることが好ましく、より好ましくは200ppb以下、さらに好ましくは100ppb以下である。
以下、本発明の樹脂(A)の具体例を示すが、本発明はこれに限定されるものではない。
Figure 2005049695
Figure 2005049695
Figure 2005049695
Figure 2005049695
Figure 2005049695
Figure 2005049695
Figure 2005049695
Figure 2005049695
Figure 2005049695
[2] 活性光線又は放射線の作用により酸を発生する化合物(B成分)
本発明のポジ型レジスト組成物は、活性光線または放射線、特にF2エキシマレーザー光の照射により酸を発生する化合物を含有し、これら化合物としては特に限定されるものではないが、活性光線または放射線、特にF2エキシマレーザー光の照射により有機スルホン酸を発生する化合物(B1成分)を含有するのが好ましい。
特に(B1)成分が、活性光線または放射線の作用により少なくとも1つのフッ素原子を含有する有機スルホン酸を発生する化合物と、活性光線または放射線の作用によりフッ素原子を含有しない有機スルホン酸を発生する化合物をそれぞれ1種以上含有するのが好ましい。
また、更に、(B2)成分活性光線または放射線の作用によりカルボン酸を発生する化合物を含有するのも好ましい。(B1)成分に対し、(B2)成分を組み合わせることで塗布性、コントラストを高めることがきる。
上記(B1)および(B2)の、有機スルホン酸およびカルボン酸は、脂肪族または芳香族のいずれでもよい。
(B1)成分の、スルホン酸は炭素数1〜20であるのが好ましく、より好ましくは2〜16であり、更に好ましくは3〜12である。
活性光線または放射線の照射により、酸を発生する化合物(B1成分)と(B2成分)は、一般に、活性光線または放射線の照射により分解して酸を発生する化合物(光酸発生剤)として使用されているものから選択することができる。
即ち、光カチオン重合の光開始剤、光ラジカル重合の光開始剤、色素類の光消色剤、光変色剤、あるいはマイクロレジスト等に使用されている公知の光(400〜200nmの紫外線、遠紫外線、特に好ましくは、g線、h線、i線、KrFエキシマレーザー光)、ArFエキシマレーザー光、F2エキシマレーザー光、電子線、X線、分子線またはイオンビームにより酸を発生する化合物およびそれらの混合物を適宜に選択して使用することができる。
このような化合物としては、たとえば S. I. Schlesinger, Photogr. Sci. Eng., 18, 387 (1974)、T.S.Baletal,Polymer,21,423(1980)等に記載のジアゾニウム塩、米国特許第4,069,055号、同4,069,056号、同Re27,992号、特開平3-140140号等に記載のアンモニウム塩、D.C.Neckeretal,Macromolecules,17,2468(1984)、C.S.Wen et al, Teh,Proc.Conf.Rad.CuringASIA,p478Tokyo,Oct(1988)、米国特許第4,069,055号、同4,069,056号等に記載のホスホニウム塩、J.V.Crivelloetal,Macromorecules,10(6),1307(1977)、Chem.
& Eng. News, Nov. 28, p31(1988)、欧州特許第104,143号、同339,049号、同第410,201号、特開平2-150848号、特開平2-296514号等に記載のヨードニウム塩、J.V.Crivelloetal,PolymerJ.17,73(1985)、J. V. Crivello etal., J.
Org. Chem., 43, 3055(1978)、W. R. Watt etal,J.PolymerSci.,PolymerChem.Ed.,22,1789(1984)、J. V. Crivello et al,PolymerBull.,14,279(1985)、J.V.Crivelloetal,Macromorecules, 14(5), 1141(1981)、J.V.Crivelloetal,J.PolymerSci.,PolymerChem. Ed., 17, 2877(1979)、欧州特許第370,693号、同161,811号、同410,201号、同339,049号、同233,567号、同297,443号、同297,442号、米国特許第4,933,377号、同3,902,114号、同4,760,013号、同4,734,444号、同2,833,827号、獨国特許第2,904,626号、同3,604,580号、同3,604,581号等に記載のスルホニウム塩、J.V.Crivelloetal,Macromorecules,10(6),1307(1977)、J.V.Crivello et al,J.PolymerSci.,PolymerChem. Ed., 17,1047(1979)等に記載のセレノニウム塩、C.S.Wenetal,Teh, Proc.Conf.Rad. CuringASIA, p478Tokyo, Oct(1988)等に記載のアルソニウム塩等のオニウム塩、米国特許第3,905,815号、特公昭46-4605号、特開昭48-36281号、特開昭55-32070号、特開昭60-239736号、特開昭61-169835号、特開昭61-169837号、特開昭62-58241号、特開昭62-212401号、特開昭63-70243号、特開昭63-298339号等に記載の有機ハロゲン化合物、K.Meieretal,J.Rad.Curing,13(4),26(1986)、T.P. Gill et al, Inorg.Chem.,19,3007(1980)、D.Astruc,Acc.Chem.Res.,19(12),377(1896)、特開平2-161445号等に記載の有機金属/有機ハロゲン化物、S.Hayaseetal,J.PolymerSci.,25,
753(1987)、E. Reichmanis et al, J.PholymerSci.,PolymerChem.Ed., 23,1(1985)、Q.Q.Zhuetal,J. Photochem., 36,85,39,317(1987)、B.Amitetal,TetrahedronLett.,(24)2205(1973)、D.H. R.Bartonetal, J. ChemSoc.,3571(1965)、P.M.Collins etal, J. Chem.Soc.,PerkinI,1695(1975)、M.
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Sci.Technol., 130(6)、F. M.Houlihan etal,Macromolcules,21,2001(1988)、欧州特許第0290,750号、同046,083号、同156,535号、同271,851号、同0,388,343号、米国特許第3,901,710号、同4,181,531号、特開昭60-198538号、特開昭53-133022号等に記載の0−ニトロベンジル型保護基を有する光酸発生剤、M.TUNOOKAetal,PolymerPreprintsJapan,35(8)、G.Berneretal,J. Rad. Curing, 13(4)、
W. J.Mijs etal,CoatingTechnol.,55(697),45(1983),Akzo、H.Adachietal,PolymerPreprints,Japan,37(3)、欧州特許第0199,672号、同84515号、同044,115号、同618,564号、同0101,122号、米国特許第4,371,605号、同4,431,774号、特開昭64-18143号、特開平2-245756号、特開平3-140109号等に記載のイミノスルフォネ−ト等に代表される光分解してスルホン酸を発生する化合物、特開昭61-166544号等に記載のジスルホン化合物等を挙げることができる。
B1成分とB2成分の組み合わせとしては、好ましくは、以下の組み合わせを挙げることができる。
B1成分として、活性光線または放射線の照射により、少なくとも1つのフッ素原子で置換された脂肪族あるいは芳香族のスルホン酸を発生する化合物と、アニオンとしてフッ素原子を含有しない脂肪族あるいは芳香族のスルホン酸を発生する化合物、
B2成分として、フッ素原子を有していてもよい脂肪族あるいは芳香族のカルボン酸を有するイオン性化合物である組み合わせ。
〔a〕活性光線または放射線の照射によりフッ素含有スルホン酸を発生する化合物(およびアニオンとしてフッ素含有スルホン酸を有するイオン性化合物)について説明する。
例えば、下記の一般式(PAG3)で表されるヨードニウム塩、または一般式(PAG4)で表されるスルホニウム塩を挙げることができる。
Figure 2005049695
式中、Ar1、Ar2は、各々独立に、アリール基を示す。R203、R204、R205は、各々独立に、アルキル基、アリール基を示す。
-は、少なくとも1つのフッ素原子を有するスルホン酸アニオンを示す。
またR203、R204、R205のうちの2つおよびAr1、Ar2はそれぞれの単結合または置換基を介して結合してもよい。
Ar1、Ar2、R203、R204、R205としてのアリール基としては、好ましくは、炭素数6〜14のアリール基、アルキル基としては、好ましくは炭素数1〜8のアルキル基である。
好ましい置換基としては、アリール基に対しては炭素数1〜8のアルコキシ基、炭素数1〜8のアルキル基、炭素数2〜9のアルコキシカルボニル基、炭素数2〜9のアルキルカルボニルアミノ基、ニトロ基、カルボキシル基、ヒドロキシ基、ハロゲン原子およびフェニルチオ基であり、アルキル基に対しては炭素数1〜8のアルコキシ基、炭素数5〜14のアリール基、炭素数6〜15のアリールカルボニル基、カルボキシル基およびハロゲン原子を挙げることができる。
-のスルホン酸アニオンとしては、好ましくは、少なくとも1つのフッ素原子を有する炭素数1〜20の脂肪族炭化水素および炭素数5〜20の芳香族炭化水素を挙げることができる。これらは置換基を有していてもよく、置換基としては、例えば、炭素数1〜10のフッ素置換していてもよいアルコキシ基、炭素数2〜11のフッ素置換していてもよいアルコキシカルボニル基、フェニルアミノ基、フェニルカルボニル基、ハロゲン原子、水酸基を挙げることができる。芳香族炭化水素に対しては、さらに炭素数1〜15のアルキル基を挙げることができる。
以下に具体例を挙げるが、これらに限定されるものではない。
Figure 2005049695
Figure 2005049695
Figure 2005049695
Figure 2005049695
Figure 2005049695
Figure 2005049695
〔b〕 活性光線または放射線の照射によりフッ素非含有スルホン酸を発生する化合物およびアニオンとしてフッ素非含有スルホン酸を有するイオン性化合物として、例えば、先の一般式(PAG3)および(PAG4)において、Z-がフッ素原子を有しないスルホン酸アニオンであるヨードニウム塩およびスルホニウム塩を挙げることができる。
具体例としては以下に示す化合物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
Figure 2005049695
Figure 2005049695
Figure 2005049695
また、下記一般式(PAG5)で表されるジスルホン誘導体または一般式(PAG6)で表されるイミノスルホネート誘導体も挙げることができる。
Figure 2005049695
式中、Ar3、Ar4は各々独立に置換もしくは未置換のアリール基を示す。R206は置換もしくは未置換のアルキル基、アリール基を示す。Aは置換もしくは未置換のアルキレン基、アルケニレン基、アリーレン基を示す。
具体例としては以下に示す化合物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
Figure 2005049695
Figure 2005049695
また、下記一般式(PAG7)で表されるジアゾジスルホン誘導体を挙げることができる。
Figure 2005049695
式中、Rは、アルキル基またはシクロアルキル基、あるいは置換していてもよいアリール基を表す。
具体例としては以下に示す化合物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
Figure 2005049695
上記〔a〕および〔b〕で説明した化合物は、過ヨウ素酸塩を用いて芳香族化合物を反応させ、得られたヨードニウム塩を対応するスルホン酸に塩交換することにより合成可能である。
また、アリールマグネシウムブロミドなどのアリールグリニャール試薬と置換または無置換のフェニルスルホキシドを反応させ、得られたトリアリールスルホニウムハライドを対応するスルホン酸と塩交換する方法で合成できる。また、置換または無置換のフェニルスルホキシドと対応する芳香族化合物をメタンスルホン酸/五酸化二リンあるいは塩化アルミニウムなどの酸触媒を用いて縮合、塩交換する方法、ジアリールヨードニウム塩とジアリールスルフィドを酢酸銅などの触媒を用いて縮合、塩交換する方法などによって合成できる。
塩交換は、いったんハライド塩に導いた後に酸化銀などの銀試薬を用いてスルホン酸塩に変換する方法、あるいはイオン交換樹脂を用いることでも塩交換できる。また、塩交換に用いるスルホン酸あるいはスルホン酸塩は、市販のものを用いるか、あるいは市販のスルホン酸ハライドの加水分解などによって得ることができる。
〔c〕活性光線または放射線の照射によりフッ素含有カルボン酸を発生する化合物およびアニオンとしてフッ素含有カルボン酸を有するイオン性化合物について説明する。
フッ素置換された脂肪族カルボン酸としては、酢酸、プロピオン酸、n−酪酸、イソ酪酸、バレリアン酸、トリメチル酢酸、カプロン酸、ヘプタン酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、カプリン酸、ラウリル酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、ウンデカン酸、ドデカン酸、トリデカン酸等の脂肪族カルボン酸のフッ素置換物が挙げられる。これらは、水酸基、アルコキシ基、ハロゲン原子を置換基として有していてもよい。また、その脂肪族鎖の中に酸素原子、硫黄原子、カルボニル基、カルボキシル基、スルホニル基などの連結基を含んでいるものが好ましい。
好ましいフッ素置換された脂肪族カルボン酸として、下記の一般式で表されるものを挙げることができる。
L−(CH2p(CF2q(CH2r−COOH
一般式中、Lは、水素原子またはフッ素原子を表す。pおよびrは、各々独立に0〜15の整数、qは1〜15の整数を表す。この一般式におけるアルキル鎖の水素原子またはフッ素原子は、フッ素原子で置換されていてもよいアルキル基(好ましくは炭素数1〜5)、フッ素原子で置換されていてもよいアルコキシ基(好ましくは炭素数1〜5)、または、水酸基で置換されていてもよい。
上記フッ素置換された脂肪族カルボン酸としては、好ましくはその炭素数が2〜20、より好ましくは4〜20である飽和脂肪族カルボン酸のフッ素置換物であることが好ましい。この炭素数を4個以上とすることで、発生するカルボン酸分解性の拡散性が低下し、露光から後加熱までの経時による線幅変化をより抑制できる。なかでも、炭素数4〜18個の直鎖または分岐飽和脂肪族カルボン酸のフッ素置換物が好ましい。
また、上記フッ素置換された芳香族族カルボン酸としては、炭素数が7〜20、より好ましくは7〜15であり、更に好ましくは7〜11である芳香族カルボン酸のフッ素置換物であることが好ましい。具体的には、安息香酸、置換安息香酸、ナフトエ酸、置換ナフトエ酸、アントラセンカルボン酸、置換アントラセンカルボン酸(ここで、置換基としてはアルキル基、アルコキシ基、水酸基、ハロゲン原子、アリール基、アシル基、アシルオキシ基、ニトロ基、アルキルチオ基、アリールチオ基が挙げられる)等の芳香族カルボン酸のフッ素置換物が挙げられる。なかでも、安息香酸、置換安息香酸のフッ素置換物が好ましい。
これらフッ素原子で置換された脂肪族あるいは芳香族のカルボン酸は、カルボキシル基以外の骨格に存在する水素原子の1個以上がフッ素原子で置換されたものであり、特に好ましくはカルボキシル基以外の骨格に存在する水素原子すべてがフッ素原子で置換された脂肪族あるいは芳香族のカルボン酸(パーフルオロ飽和脂肪族カルボン酸あるいはパーフルオロ芳香族カルボン酸)である。これにより、感度が一層優れるようになる。
好ましくは、上記のようなフッ素原子で置換された脂肪族あるいは芳香族のカルボン酸のアニオンをカウンターアニオンとして有するオニウム塩化合物(スルホニウム塩、ヨードニウム塩等)、カルボン酸エステル基を有するイミドカルボキシレート化合物あるいはニトロベンジルエステル化合物等が挙げられる。
より好ましくは下記一般式(I')〜(III')で表される化合物が挙げられる。これにより、感度、解像力、露光マージンが一層優れるようになる。この化合物に活性光線または放射線を照射することより、下記一般式(I')〜(III')のX-に相当する少なくとも1つのフッ素原子で置換された飽和脂肪族あるいは芳香族のカルボン酸を発生し、光酸発生剤として機能する。
Figure 2005049695
(上記式中、R1 〜R37は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、環状アルコキシ基、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、または−S−R38基を表す。ここでR38はアルキル基、シクロアルキル基またはアリール基を表す。X-は、少なくとも1つのフッ素原子で置換された脂肪族あるいは芳香族のカルボン酸のアニオンである。)
-は、好ましくはパーフルオロ脂肪族カルボン酸あるいはパーフルオロ芳香族カルボン酸のアニオンであり、特に好ましくは炭素数4個以上のフッ素置換アルキルカルボン酸のアニオンである。
上記一般式(I')〜(III')における、R1〜R38の直鎖、分岐アルキル基としては、置換基を有してもよい、メチル基、エチル基、プロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基のような炭素数1〜4個のものが挙げられる。環状アルキル基としては、置換基を有してもよい、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基のような炭素数3〜8個のものが挙げられる。
1〜R37のアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、ヒドロキシエトキシ基、プロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基、sec−ブトキシ基、t−ブトキシ基のような炭素数1〜4個のものが挙げられる。
1〜R37のハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、沃素原子を挙げることができる。
38のアリール基としては、フェニル基、トリル基、メトキシフェニル基、ナフチル基等の炭素数6〜14個のものが挙げられる。アリール基は置換基を有してもよい。
これらの置換基として好ましくは、炭素数1〜4個のアルコキシ基、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、沃素原子)、炭素数6〜10個のアリール基、炭素数2〜6個のアルケニル基、シアノ基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、アルコキシカルボニル基、ニトロ基等が挙げられる。
本発明で使用される一般式(I')〜(III')で表されるヨードニウム化合物あるいはスルホニウム化合物は、その対アニオンX-として、少なくとも1つのフッ素原子で置換された飽和脂肪族あるいは芳香族のカルボン酸のアニオンを有する。これらのアニオンは、該カルボン酸(−COOH)の水素原子が離脱したアニオン(−COO-)である。
以下に、具体例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
一般式(I')で表される光酸発生剤の具体例(I−1f)〜(I〜6f):
Figure 2005049695
一般式(II')で表される光酸発生剤の具体例(II−1f)〜(II〜13f):
Figure 2005049695
一般式(III')で表される光酸発生剤の具体例(III−1f)〜(III〜3f):
Figure 2005049695
その他の光酸発生剤の具体例(IV−1f)〜(V〜4f):
Figure 2005049695
上記一般式(I')で表される化合物は、過ヨウ素酸塩を用いて芳香族化合物を反応させ、得られたヨードニウム塩を対応するカルボン酸に塩交換することにより合成可能である。
一般式(II')、一般式(III')で表される化合物は、例えば、アリールマグネシウムブロミドなどのアリールグリニャール試薬と置換または無置換のフェニルスルホキシドを反応させ、得られたトリアリールスルホニウムハライドを対応するカルボン酸と塩交換する方法で合成できる。また、置換または無置換のフェニルスルホキシドと対応する芳香族化合物をメタンスルホン酸/五酸化二リンあるいは塩化アルミニウムなどの酸触媒を用いて縮合、塩交換する方法、ジアリールヨードニウム塩とジアリールスルフィドを酢酸銅などの触媒を用いて縮合、塩交換する方法などによって合成できる。
塩交換は、いったんハライド塩に導いた後に酸化銀などの銀試薬を用いてカルボン酸塩に変換する方法、あるいはイオン交換樹脂を用いることでも塩交換できる。また、塩交換に用いるカルボン酸あるいはカルボン酸塩は、市販のものを用いるか、あるいは市販のカルボン酸ハライドの加水分解などによって得ることができる。
アニオン部分としてのフッ素置換されたカルボン酸は、テロメリゼーション法(テロマー法ともいわれる)もしくはオリゴメリゼーション法(オリゴマー法ともいわれる)により製造されたフルオロ脂肪族化合物から導かれるものを用いたものも好ましい。これらのフルオロ脂肪族化合物の製造法に関しては、例えば、「フッ素化合物の合成と機能」(監修:石川延男、発行:株式会社シーエムシー、1987)の117〜118ページや、「ChemistryofOrganicFluorineCompoundsII」(Monograph187,EdbyMilosHudlicky and AttilaE. Pavlath,AmericanChemicalSociety1995)の747−752ページに記載されている。テロメリゼーション法とは、沃化物等の連鎖移動常数の大きいアルキルハライドをテローゲンとして、テトラフルオロエチレン等のフッ素含有ビニル化合物のラジカル重合を行い、テロマーを合成する方法である(Scheme-1に例を示した)。テロマー法による合成においては炭素鎖長の異なる複数の化合物の混合物が得られるが、これを混合物のまま使用してもよいし、精製して用いてもよい。
〔d〕 活性光線または放射線の照射によりフッ素非含有カルボン酸を発生する化合物およびアニオンとしてフッ素非含有カルボン酸を有するイオン性化合物の具体例を挙げるが、これらに限定するものではない。
例えば、下記一般式(AI)〜(AV)で示される化合物を挙げることができる。
Figure 2005049695
上記式において、R301 〜R337は、各々独立に水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、または−S−R0基を表す。R0はアルキル基、シクロアルキル基またはアリール基を表す。
上記式(AV)中のRa、Rbは、各々独立に水素原子、ニトロ基、ハロゲン原子、置換基を有していてもよい、アルキル基、アルコキシ基を表す。また、上記式(AIV)中のRc、Rdは、各々独立にハロゲン原子、置換基を有していてもよい、アルキル基またはアリール基を表す。RcとRdとが結合して芳香環、単環あるいは多環の環状炭化水素(これらの環内には酸素原子、窒素原子を含んでいてもよい)を形成してもよい。Y1、Y2は、炭素原子を表し、Y1−Y2結合は、単結合でも2重結合でもよい。上記X-は、下記式で示されるカルボン酸化合物がアニオンになったものを表す。X1、X2は、各々独立に、下記式で示されるカルボン酸化合物がカルボキシル基部分でエステル基となったものを表す。
Figure 2005049695
Figure 2005049695
上記式中、R338は、炭素数1〜30の直鎖状、分岐状あるいは環状のアルキル基(ここで、アルキル基の鎖中に酸素原子、窒素原子を含んでいてもよい)、炭素数1〜20の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルケニル基、炭素数1〜20の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキニル基、炭素数1〜20の直鎖状、分岐状あるいは環状のアルコキシル基、前記アルキル基の水素原子の少なくとも一部がハロゲン原子および/または水酸基で置換された基、前記アルケニル基の水素原子の少なくとも一部がハロゲン原子および/または水酸基で置換された基、あるいは炭素数6〜20の置換もしくは非置換のアリール基を示す。ここで、アリール基の置換基としてはアルキル基、ニトロ基、水酸基、アルコキシ基、アシル基、アルコキシカルボニル基、ハロゲン原子を挙げることができる。
339は、単結合あるいは、炭素数1〜20の直鎖状、分岐状あるいは環状のアルキレン基(ここで、アルキレン基の鎖中に酸素原子、窒素原子を含んでいてもよい)、炭素数1〜20の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルケニレン基、前記アルキレン基の水素原子の少なくとも一部がハロゲン原子および/または水酸基で置換された基、前記アルケニレン基の水素原子の少なくとも一部がハロゲン原子で置換された基、あるいは炭素数2〜20のアルコキアルキレン基を示し、複数存在するR338、R339は相互に同一でも異なってもよい。
340は水酸基またはハロゲン原子を示し、複数存在するR340は相互に同一でも異なってもよい。m、n、pおよびqは各々独立に、0〜3の整数で、m+n≦5、p+q≦5である。zは0または1である。
前記一般式(AI)〜(AV)における、R301〜R337、Ra、Rb、Rc、Rd、R0における直鎖、分岐アルキル基としては、置換基を有してもよい、メチル基、エチル基、プロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基のような炭素数1〜4個のものが挙げられる。環状アルキル基としては、置換基を有してもよい、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基のような炭素数3〜8個のものが挙げられる。
301〜R337、Ra、Rbのアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、ヒドロキシエトキシ基、プロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基、sec−ブトキシ基、t−ブトキシ基のような炭素数1〜4個のものが挙げられる。
301〜R337、Ra、Rb、Rc、Rdのハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、沃素原子を挙げることができる。
0、Rc、Rdのアリール基としては、フェニル基、トリル基、メトキシフェニル基、ナフチル基のような置換基を有してもよい炭素数6〜14個のものが挙げられる。
これらの置換基として好ましくは、炭素数1〜4個のアルコキシ基、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、沃素原子)、炭素数6〜10個のアリール基、炭素数2〜6個のアルケニル基、シアノ基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、アルコキシカルボニル基、ニトロ基等が挙げられる。
RcとRdとが結合して形成する、芳香環、単環あるいは多環の環状炭化水素(これらの環内には酸素原子、窒素原子を含んでいてもよい)としては、ベンゼン構造、ナフタレン構造、シクロヘキサン構造、ノルボルネン構造、オキサビシクロ構造等が挙げられる。
本発明で使用され得る一般式(AI)〜(AIII)で表されるスルホニウム、ヨードニウム化合物は、その対アニオンX-として、上記式(C1)〜(C10)で示されるカルボン酸化合物のうち少なくとも1種の化合物のカルボキシル基(−COOH)がアニオン(−COO-)となったものを含む。
本発明で使用される一般式(AIV)〜(AV)で表される化合物は、置換基X1、X2として、上記式(C1)〜(C10)で示されるカルボン酸化合物のうち少なくとも1種の化合物のカルボキシル基(−COOH)がエステル基(−COO−)となった置換基を含む。
338における、炭素数1〜30の直鎖状、分岐状あるいは環状のアルキル基(ここで、アルキル基の鎖中に酸素原子、窒素原子を含んでいてもよい)としては、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、シクロヘキシル、ドデシル、1−エトキシエチル、アダマンチル等が挙げられる。
炭素数1〜20の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルケニル基としては、エテニル、プロペニル、イソプロペニル、シクロヘキセン等が挙げられる。
炭素数1〜20の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキニル基としては、アセチレン、プロペニレン等が挙げられる。
炭素数1〜20の直鎖状、分岐状あるいは環状のアルコキシ基としては、メトキシ、エトキシ、プロピルオキシ、ブトキシ、シクロヘキシルオキシ、イソブトキシ、ドデシルオキシ等が挙げられる。
炭素数6〜20の置換もしくは非置換のアリール基としては、フェニル、ナフチル、アントラニル等が挙げられる。
アリール基の置換基としてはアルキル基、ニトロ基、水酸基、アルコキシ基、アシル基、アルコキシカルボニル基、ハロゲン原子を挙げることができる。
339における、炭素数1〜20の直鎖状、分岐状あるいは環状のアルキレン基(ここで、アルキレン基の鎖中に酸素原子、窒素原子を含んでいてもよい)、としては、メチレン、エチレン、プロピレン、ブチレン、イソブチレン、エトキシエチレン、シクロヘキシレン等が挙げられる。
炭素数1〜20の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルケニレン基としては、ビニレン、アリレン等が挙げられる。
具体例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
Figure 2005049695
Figure 2005049695
Figure 2005049695
上記光酸発生剤、すなわち一般式(AI)、一般式(AII)、一般式(AIII)で表される化合物は、米国特許第3,734,928号明細書に記載の方法、Macromolecules,vol.10,1307(1977),JournalofOrganicChemistry,vol.55, 4222(1990), J.Radiat.Curing,vol. 5(1),2(1978) に記載の方法などを用い、更にカウンターアニオンを交換することにより合成できる。一般式(AIV)、一般式(AV)で表される化合物は、N−ヒドロキシイミド化合物とカルボン酸クロリドを塩基性条件で反応させる、あるいはニトロベンジルアルコールとカルボン酸クロリドを塩基性条件下反応させることにより得られる。
B1成分とB2成分の添加量の質量比は、通常1/1〜50/1、好ましくは1/1〜10/1、特に好ましくは2/1〜5/1である。
B成分の合計量は、組成物全固形分に対し、通常0.5〜20質量%、好ましくは0.75〜15質量%、より好ましくは1〜10質量%の範囲である。
B成分は各々複数種含有してもよい。
[3]非ポリマー型溶解抑止剤(C)
本発明のポジ型レジスト組成物は、式(XA)または式(XB)で表される非ポリマー型溶解抑止剤を含有する。
ここで、非ポリマー型溶解抑止剤とは、3000以下の分子量を有する化合物に少なくとも2つ以上の酸分解性基が存在し、酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解性が増大する化合物のことである。
Figure 2005049695
式(XA)および式(XB)中、
ARは各々独立に炭素原子数7以上の脂環式炭化水素基を表す。
81〜R86は各々独立に水素原子、フッ素原子またはアルキル基を表す。ただし、R81〜R86のうち少なくとも1つはフッ素原子である。
87およびR88は、各々独立にハロゲン原子、ヒドロキシ基、アルコキシ基、シアノ基またはアルキル基を表す。
3およびL4は、各々独立に単結合または2価の連結基を表す。
1およびZ2は、各々独立に水素原子、酸分解性基または非酸分解性を表す。ただし、式(XA)および式(XB)で表される化合物は各々酸分解性基を2つ以上含む。
1は、単結合または2価の連結基を表す。
2は、(g+h)価の連結基を表す。
aおよびbは、各々独立に0以上5以下の整数を表す。ただし、2≦a+b≦10を満たす。
cは、0以上5以下の整数を表す。
dおよびeは、各々独立に0以上5以下の整数を表す。ただし、1≦d+e≦10を満たす。
fは、各々独立に0以上5以下の整数を表す。
gは、2以上6以下の整数を表す。
hは、0以上5以下の整数を表す。
アルキル基は、置換基を有していてもよく、例えば炭素数1〜8個のアルキル基であって、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、n-ブチル基、sec-ブチル基、t−ブチル基、ヘキシル基、2−エチルヘキシル基、オクチル基を好ましく挙げることができる。
ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、沃素原子を挙げることができる。
アルコキシ基としては、好ましくは炭素数1〜8個のアルコキシ基であって、具体的には、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、iso−プロポキシ基、ブトキシ基、ペントキシ基、アリルオキシ基、オクトキシ基等を挙げることができ、更に好ましくは、炭素数1〜4のアルコキシ基(メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等)を挙げることができる。
酸分解性基および非酸分解性基としては、樹脂(A)における式(a)のY0と同様のものが挙げられる。
2価の連結基としては、例えば、アルキレン基、シクロアルキレン基、アリーレン基及びこれらとエーテル基、チオエーテル基、カルボニル基、エステル基、アミド基、スルフォンアミド基、ウレタン基、ウレア基等との組み合わせを挙げることができる。アルキレン基は、炭素数1〜8個のアルキレン基が好ましく、例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ヘキシレン基、オクチレン基等を挙げることができる。シクロアルキレン基は、炭素数5〜15個のシクロアルキレン基が好ましく、例えば、シクロペンチレン基、シクロへキシレン基、ノルボルナン残基、アダマンタン残基、トリシクロデカン残基、テトラシクロドデカン残基等を挙げることができる。アリーレン基は、炭素数6〜15個のアリーレン基が好ましく、例えば、フェニレン基、トリレン基、ナフチレン基等を挙げることができる。
(g+h)価の連結基としては、好ましくは炭素数1〜20の直鎖状、分岐状あるいは環状の炭化水素残基、または炭素数6〜20の芳香環残基が挙げられる。これらの基は置換基を有していてもよく、また炭素−炭素結合間に−O−、−CO2−、−CO−、−SO2−、−SO−等を有していてもよい。
ARの脂環式炭化水素基は、単環でも、多環でもよく、具体的には、炭素数7以上のモノシクロ、ビシクロ、トリシクロ、テトラシクロ等の脂環構造を有するものを挙げることができる。その炭素数は7〜30個が好ましく、特に炭素数7〜20個が好ましい。
式(XA)または(XB)で表される化合物は、酸分解性基が各々2つ以上含まれることが好ましい。酸分解性基としては、樹脂(A)の一般式(a)におけるY0における酸分解性基と同様のものが挙げられる。
以下に、脂環構造の具体例を示すが、これに限定されるものではない。
Figure 2005049695
Figure 2005049695
これらの脂環構造のうち、(19)、(23)、(35)、および(40)が好ましく、(23)、(40)がより好ましい。
以下に、(XA)で表される化合物の具体例を以下に示すが、本発明はこれら具体例に限定されるものではない。
Figure 2005049695
以下に、(XB)で表される化合物の具体例を以下に示すが、本発明はこれら具体例に限定されるものではない。
Figure 2005049695
非ポリマー型溶解抑止剤(C)は、分子内にフッ素原子を含むことが好ましい。1分子中に含まれるフッ素原子の数は、好ましくは1〜40、より好ましくは3〜35、更に好ましくは5〜30である。
非ポリマー型溶解抑止剤(C)の添加量は、組成物中のポリマーに対して3〜50質量%が好ましく、より好ましくは5〜40質量%、さらに好ましくは7〜30質量%である。
非ポリマー型溶解抑止剤(C)は、1分子中に複数のアルカリ可溶性基を含有する入手容易な化合物を、常法により散分解性基で保護することによって合成できる。あるいは、1分子中に少なくとも1つのアルカリ可溶性基を含有する入手容易な化合物を常法により複数連結して母核分子を合成し、その後常法により酸分解性基で保護することによって合成できる。また、予めアルカリ可溶性基を酸分解性機で保護した化合物を複数連結することによっても合成できる。
[4]フッ素系及び/又はシリコン系界面活性剤(D)
本発明のポジ型レジスト組成物は、更に(D)フッ素系及び/又はシリコン系界面活性剤(フッ素系界面活性剤及びシリコン系界面活性剤、フッ素原子と珪素原子の両方を含有する界面活性剤)のいずれか、あるいは2種以上を含有することが好ましい。
本発明のポジ型レジスト組成物が上記(D)界面活性剤を含有することにより、250nm以下、特に220nm以下の露光光源の使用時に、良好な感度及び解像度で、密着性及び現像欠陥の少ないレジストパターンを与えることが可能となる。
これらの(D)界面活性剤として、例えば特開昭62−36663号公報、特開昭61−226746号公報、特開昭61−226745号公報、特開昭62−170950号公報、特開昭63−34540号公報、特開平7−230165号公報、特開平8−62834号公報、特開平9−54432号公報、特開平9−5988号公報、特開2002−277862号公報、米国特許第5405720号明細書、同5360692号明細書、同5529881号明細書、同5296330号明細書、同5436098号明細書、同5576143号明細書、同5294511号明細書、同5824451号明細書記載の界面活性剤を挙げることができ、下記市販の界面活性剤をそのまま用いることもできる。
使用できる市販の界面活性剤として、例えばエフトップEF301、EF303、(新秋田化成(株)製)、フロラードFC430、431(住友スリーエム(株)製)、メガファックF171、F173、F176、F189、R08(大日本インキ化学工業(株)製)、サーフロンS−382、SC101、102、103、104、105、106(旭硝子(株)製)、トロイゾルS−366(トロイケミカル(株)製)等のフッ素系界面活性剤又はシリコン系界面活性剤を挙げることができる。またポリシロキサンポリマーKP−341(信越化学工業(株)製)もシリコン系界面活性剤として用いることができる。
また、界面活性剤としては、上記に示すような公知のものの他に、テロメリゼーション法(テロマー法ともいわれる)もしくはオリゴメリゼーション法(オリゴマー法ともいわれる)により製造されたフルオロ脂肪族化合物から導かれたフルオロ脂肪族基を有する重合体を用いた界面活性剤を用いることが出来る。フルオロ脂肪族化合物は、特開2002−90991号公報に記載された方法によって合成することが出来る。
フルオロ脂肪族基を有する重合体としては、フルオロ脂肪族基を有するモノマーと(ポリ(オキシアルキレン))アクリレート及び/又は(ポリ(オキシアルキレン))メタクリレートとの共重合体が好ましく、不規則に分布しているものでも、ブロック共重合していてもよい。また、ポリ(オキシアルキレン)基としては、ポリ(オキシエチレン)基、ポリ(オキシプロピレン)基、ポリ(オキシブチレン)基などが挙げられ、また、ポリ(オキシエチレンとオキシプロピレンとオキシエチレンとのブロック連結体)やポリ(オキシエチレンとオキシプロピレンとのブロック連結体)基など同じ鎖長内に異なる鎖長のアルキレンを有するようなユニットでもよい。さらに、フルオロ脂肪族基を有するモノマーと(ポリ(オキシアルキレン))アクリレート(又はメタクリレート)との共重合体は2元共重合体ばかりでなく、異なる2種以上のフルオロ脂肪族基を有するモノマーや、異なる2種以上の(ポリ(オキシアルキレン))アクリレート(又はメタクリレート)などを同時に共重合した3元系以上の共重合体でもよい。
例えば、市販の界面活性剤として、メガファックF−178、F−470、F−473、F−475、F−476、F−472(大日本インキ化学工業(株)製)を挙げることができる。さらに、C613基を有するアクリレート(又はメタクリレート)と(ポリ(オキシアルキレン))アクリレート(又はメタクリレート)との共重合体、C613基を有するアクリレート(又はメタクリレート)と(ポリ(オキシエチレン))アクリレート(又はメタクリレート)と(ポリ(オキシプロピレン))アクリレート(又はメタクリレート)との共重合体、C817基を有するアクリレート(又はメタクリレート)と(ポリ(オキシアルキレン))アクリレート(又はメタクリレート)との共重合体、C817基を有するアクリレート(又はメタクリレート)と(ポリ(オキシエチレン))アクリレート(又はメタクリレート)と(ポリ(オキシプロピレン))アクリレート(又はメタクリレート)との共重合体、などを挙げることができる。
(D)界面活性剤の使用量は、ポジ型レジスト組成物全量(溶剤を除く)に対して、好ましくは0.0001〜2質量%、より好ましくは0.001〜1質量%である。
[5](E)酸拡散抑制剤
本発明の組成物には、活性光線又は放射線の照射後、加熱処理までの経時による性能変動(パターンのT−top形状形成、感度変動、パターン線幅変動等)や塗布後の経時による性能変動、更には活性光線又は放射線の照射後、加熱処理時の酸の過剰な拡散(解像度の劣化)を防止する目的で、酸拡散抑制剤を添加することが好ましい。酸拡散抑制剤としては、有機塩基性化合物であり、例えば塩基性窒素を含有する有機塩基化合物であり、共役酸のpKa値で4以上の化合物が好ましく使用される。
具体的には下記式(A)〜(E)の構造を挙げることができる。
Figure 2005049695
ここで、R250 、R251 及びR252 は、同一でも異なってもよく、水素原子、炭素数1〜20個のアルキル基、炭素数1〜20個のシクロアルキル基又は炭素数6〜20個の置換もしくは非置換のアリール基を表し、ここで、R251とR252は、互いに結合して環を形成してもよい。
上記アルキル基は無置換であっても置換基を有するものであってもよく、置換基を有するアルキル基としては、炭素数1〜6のアミノアルキル基、炭素数1〜6のヒドロキシアルキル基が好ましい。
253 、R254 、R255 及びR256 は、同一でも異なってもよく、炭素数1〜6個のアルキル基を表す。
更に好ましい化合物は、一分子中に異なる化学的環境の窒素原子を2個以上有する含窒素塩基性化合物であり、特に好ましくは、置換もしくは未置換のアミノ基と窒素原子を含む環構造の両方を含む化合物もしくはアルキルアミノ基を有する化合物である。
好ましい具体例としては、置換もしくは未置換のグアニジン、置換もしくは未置換のアミノピリジン、置換もしくは未置換のアミノアルキルピリジン、置換もしくは未置換のアミノピロリジン、置換もしくは未置換のインダゾール、イミダゾール、置換もしくは未置換のピラゾール、置換もしくは未置換のピラジン、置換もしくは未置換のピリミジン、置換もしくは未置換のプリン、置換もしくは未置換のイミダゾリン、置換もしくは未置換のピラゾリン、置換もしくは未置換のピペラジン、置換もしくは未置換のアミノモルフォリン、置換もしくは未置換のアミノアルキルモルフォリン等が挙げられる。好ましい置換基は、アミノ基、アミノアルキル基、アルキルアミノ基、アミノアリール基、アリールアミノ基、アルキル基、アルコキシ基、アシル基、アシロキシ基、アリール基、アリールオキシ基、ニトロ基、水酸基、シアノ基である。
特に好ましい化合物として、グアニジン、1,1−ジメチルグアニジン、1,1,3,3,−テトラメチルグアニジン、イミダゾール、2−メチルイミダゾール、4−メチルイミダゾール、N−メチルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール、4,5−ジフェニルイミダゾール、2,4,5−トリフェニルイミダゾール、2−アミノピリジン、3−アミノピリジン、4−アミノピリジン、2−ジメチルアミノピリジン、4−ジメチルアミノピリジン、2−ジエチルアミノピリジン、2−(アミノメチル)ピリジン、2−アミノ−3−メチルピリジン、2−アミノ−4−メチルピリジン、2−アミノ−5−メチルピリジン、2−アミノ−6−メチルピリジン、3−アミノエチルピリジン、4−アミノエチルピリジン、
3−アミノピロリジン、ピペラジン、N−(2−アミノエチル)ピペラジン、N−(2−アミノエチル)ピペリジン、4−アミノ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、4−ピペリジノピペリジン、2−イミノピペリジン、1−(2−アミノエチル)ピロリジン、ピラゾール、3−アミノ−5−メチルピラゾール、5−アミノ−3−メチル−1−p−トリルピラゾール、ピラジン、2−(アミノメチル)−5−メチルピラジン、ピリミジン、2,4−ジアミノピリミジン、4,6−ジヒドロキシピリミジン、2−ピラゾリン、3−ピラゾリン、N−アミノモルフォリン、N−(2−アミノエチル)モルフォリンなどが挙げられるがこれに限定されるものではない。
これらの含窒素塩基性化合物は、単独であるいは2種以上一緒に用いられる。
酸発生剤と有機塩基性化合物の組成物中の使用割合は、(酸発生剤)/(有機塩基性化合物)(モル比)=2.5〜300であることが好ましい。該モル比を2.5以上とすることにより、高感度となり、また、300以下とすることにより、露光後加熱処理までの経時でのレジストパターンの太りを小さくし、解像力を向上させることができる。(酸発生剤)/(有機塩基性化合物)(モル比)は、好ましくは5.0〜200、更に好ましくは7.0〜150である。
本発明の組成物は、上記各成分を溶解する溶媒に溶かして支持体上に塗布する。ここで使用する溶媒としては、エチレンジクロライド、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、2−ヘプタノン、γ−ブチロラクトン、メチルエチルケトン、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、2−メトキシエチルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、トルエン、酢酸エチル、乳酸メチル、乳酸エチル、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、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、ピルビン酸プロピル、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、N−メチルピロリドン、テトラヒドロフラン等が好ましく、これらの溶媒を単独あるいは混合して使用する。
精密集積回路素子の製造などにおいてレジスト膜上へのパターン形成工程は、基板(例:シリコン/二酸化シリコン皮覆、ガラス基板、ITO基板等の透明基板等)上に、本発明のポジ型レジスト組成物を塗布し、次に活性光線又は放射線描画装置を用いて照射を行い、加熱、現像、リンス、乾燥することにより良好なレジストパターンを形成することができる。
本発明のポジ型レジスト組成物のアルカリ現像液としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウム、アンモニア水等の無機アルカリ類、エチルアミン、n−プロピルアミン等の第一アミン類、ジエチルアミン、ジ−n−ブチルアミン等の第二アミン類、トリエチルアミン、メチルジエチルアミン等の第三アミン類、ジメチルエタノールアミン、トリエタノーアミン等のアルコ−ルアミン類、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、コリン等の第四級アンモニウム塩、ピロール、ピペリジン等の環状アミン類、等のアルカリ類の水溶液を使用することができる。更に、上記アルカリ類の水溶液にイソプロピルアルコール等のアルコール類、ノニオン系等の界面活性剤を適当量添加して使用することもできる。
これらのアルカリ現像液の中で好ましくは第四アンモニウム塩、更に好ましくは、テトラメチルアンモニウムヒドロオキシド、コリンの水溶液である。
アルカリ現像液のアルカリ濃度は、通常0.1〜20質量%である。
アルカリ現像液のpHは、通常10.0〜15.0である。
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明の内容がこれにより限定されるものではない。
樹脂合成例
合成例1(樹脂(A−1)の合成)
1Lオートクレーブ中にビス(ヒドロキシメチル)ノルボルネン15.4g(0.10モル)、ノルボルネン−2−カルボン酸t−ブチルエステル19.4g(0.10モル)の1,1,2−トリクロロ−トリフルオロエチレン150ml溶液を入れ、窒素雰囲気下200psiに加圧した。更にテトラフロオロエチレン20g(0.20モル)を注入し、攪拌下、50℃に加熱した。この反応液にジ(4−t−ブチルシクロヘキシル)パーオキシジカーボネート1.2gの1,1,2−トリクロロ−トリフルオロエチレン15ml溶液を20分かけて注入し、更に20時間攪拌を続けた。反応終了後、反応液をメタノール2L中に激しく攪拌しながら投入し、白色の樹脂を析出させた。析出した樹脂を濾別、真空下乾燥後、樹脂(1)23.5gを得た。GPC測定による樹脂(1)の分子量は重量平均(Mw)で8500、分子量1000以下の成分の含有量は15質量%であった。得られた樹脂(1)をアセトンに溶解した後にヘキサンを加えて樹脂を沈殿させた後、上澄み液を除去し、残った溶液を減圧下で乾燥させ、本発明の樹脂(A−1)を得た。樹脂(A−1)の分子量は重量平均で10000、分子量1000以下の成分の含有量は10質量%であった。
合成例2(樹脂(A−17)の合成)
2−トリフルオロメチルアクリル酸(2−ヒドロキシエチル)エステル11.05g(0.06mol)と5−ノルボルネン−2−カルボン酸tブチルエステル7.77g(0.04mol)を反応容器に仕込み、反応系中を窒素置換した後、重合開始剤V−65(和光純薬工業製)を0.248g(0.001mol)を添加し、反応系中に窒素を流しながら65℃で加熱攪拌した。その2時間後、4時間後、6時間後、8時間後にV−65をそれぞれ0.248gずつ添加し、合計20時間加熱攪拌を行った。その後室温まで冷却し、反応溶液をヘキサン2L中に滴下した。ろ過により粉体を取り出して50℃で減圧乾燥し、10.54gの粉体を得た(収率56%)。得られた粉体のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)測定による重量平均分子量は13400、分散度は1.51であった。また、1H−NMR、13C−NMR、19F−NMR解析による2−トリフルオロメチルアクリル酸(2−ヒドロキシエチル)エステル/5−ノルボルネン−2−カルボン酸tブチルエステルの組成比は60/40であった。
同様にして本発明の樹脂(A−2)〜(A−4)、(A−18)〜(A−19)、(A−26)、(A−39)、(A−41)〜(A−49)を得た。得られた樹脂の重量平均分子量、分散度を以下に示す。
Figure 2005049695
非ポリマー型溶解抑止剤合成例
合成例3(溶解抑止剤(XB−5)の合成)
(1)中間体(M−1)の合成
5−ノルボルネン−2−トリフルオロメチル−2−カルボン酸tブチルエステル 147.9g(0.564mol)をテトラヒドロフラン150gに攪拌溶解し、冷却しながらボラン−テトラヒドロフラン錯体(1.0M 溶液)750mlを1時間かけて滴下した。滴下後さらに2時間攪拌してから、水酸化ナトリウム水溶液(40wt%)282gを加え、過酸化水素(30wt%水溶液)241.2gを1時間かけて滴下した。滴下後さらに3時間攪拌した。その後HCl酸い溶液で中和し、酢酸エチル600gを加えて分液操作を行った。有機層を硫酸マグネシウム50gを用いて脱水、溶媒を留去した後、生成物をシリカゲルクロマトグラフィーにより精製し、中間体(M−1)を134.37g得た(収率85%)。
Figure 2005049695
(2)非ポリマー型溶解抑止剤(XB−5)の合成
乾燥、窒素置換した反応容器に脱水テトラヒドロフラン500ml、水酸化ナトリウム(60%)16g(0.4mol)を添加し、攪拌しながら0℃に冷却した。そこに中間体(M−1)112.11g(0.4mol)の脱水テトラヒドロフラン溶液(200ml)を1時間かけて滴下し、滴下後さらに1時間攪拌した。その後エピブロモヒドリン27.40g(0.2mol)の脱水テトラヒドロフラン溶液(200ml)を1時間かけて滴価し、滴下後反応溶液を室温まで昇温させながらさらに3時間攪拌した。その後HCl溶液を加えて中和し、酢酸エチル/水を加えて分液操作を行った。有機層を硫酸マグネシウムを用いて脱水、溶媒を留去した後、生成物をシリカゲルクロマトグラフィーにより精製し、非ポリマー型溶解抑止剤(XB−5)を77.70g得た(収率63%)。
同様にして本発明の各溶解抑止剤を作成した。
実施例1〜14及び比較例1
下記表2に示した樹脂:1.2g、酸発生剤:0.030g、界面活性剤:樹脂溶液に対して100ppm、有機塩基性化合物:0.0012g、非ポリマー型溶解抑止剤を、溶剤19.6に溶解したポリマー溶液を、0.1μmのテフロンフィルターで濾過し、ポジ型レジスト液を調製した。
露光評価(ArF)
上記のように調製したポジ方レジスト溶液を、スピンコーターを利用して反射防止膜(DUV42−6、BrewerScience.Inc.製)を塗布したシリコンウェハー上に塗布し、120℃、60秒間加熱乾燥して、膜厚0.1μmのポジ型レジスト膜を得た。得られたレジスト膜に対し、ArFμステッパーを用いラインアンドスペース用マスク(ライン/スペース=1/1)を使用してパターン露光し、露光後すぐに130℃90秒間ホットプレート上で加熱した。更に、2.38重量%のテトラメチルアンモニウムヒドロオキサイド水溶液で23℃にて60秒間現像し、30秒間純水にてリンスした後、乾燥した。 上記のようにして得られたレジストパターンについて、下記の方法でレジスト性能を評価した。
〔トッププロファイル評価〕
断面SEM(走査型電子顕微鏡)により、線幅0.15μmのラインパターンの上部を観察し、パターン上面のうち、基板に対して平行になっている部分の長さを測定した。この長さが0.15μmに近いほど好ましい。
〔スカム発生評価〕
線幅0.15μmのレジストパターンにおけるスカム(現像残渣)の残り具合で評価し、残渣が観察されなかったものをA,かなり観察されたものをC、その中間をBとした。
性能評価結果を表2に示した。
Figure 2005049695
表2において、各略号は下記のものを示す。
N−1:ヘキサメチレンテトラミン
N−2:1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]−5−ノネン
N−3:1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]−7−ウンデセン
D−1:メガファックF176(大日本インキ化学工業(株)製)(フッ素系)D−2:メガファックR08(大日本インキ化学工業(株)製)(フッ素及びシリコン系)
S−1:乳酸メチル
S−2:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
S−3:プロピレングリコールモノメチルエーテル
Figure 2005049695
表2の結果より、本発明の組成物は、トッププロファイルに優れ、スカムも発生しにくいことが判る。

Claims (6)

  1. (A)ポリマー骨格の主鎖及び/又は側鎖にフッ素原子が置換した構造を有する樹脂、
    (B)活性光線の照射により、酸を発生する化合物、および
    (C)下記式(XA)または式(XB)で表される非ポリマー型溶解抑止剤
    を含有することを特徴とするポジ型レジスト組成物。
    Figure 2005049695
    式(XA)および式(XB)中、
    ARは各々独立に炭素原子数7以上の脂環式炭化水素基を表す。
    81〜R86は各々独立に水素原子、フッ素原子またはアルキル基を表す。ただし、R81〜R86のうち少なくとも1つはフッ素原子である。
    87およびR88は、各々独立にハロゲン原子、ヒドロキシ基、アルコキシ基、シアノ基またはアルキル基を表す。
    3およびL4は、各々独立に単結合または2価の連結基を表す。
    1およびZ2は、各々独立に水素原子、酸分解性基または非酸分解性基を表す。ただし、式(XA)および式(XB)で表される化合物は各々酸分解性基を2つ以上含む。
    1は、単結合または2価の連結基を表す。
    2は、(g+h)価の連結基を表す。
    aおよびbは、各々独立に0以上5以下の整数を表す。ただし、2≦a+b≦10を満たす。
    cは、0以上5以下の整数を表す。
    dおよびeは、各々独立に0以上5以下の整数を表す。ただし、1≦d+e≦10を満たす。
    fは、各々独立に0以上5以下の整数を表す。
    gは、2以上6以下の整数を表す。
    hは、0以上5以下の整数を表す。
  2. (A)成分の樹脂が、アルカリ性現像液に可溶な樹脂であることを特徴とする請求項1に記載のポジ型レジスト組成物。
  3. (A)成分の樹脂が、酸の作用により分解し、アルカリ現像液に対する溶解度が増大する樹脂であることを特徴とする、請求項1または2に記載のポジ型レジスト組成物。
  4. (A)成分の樹脂が、下記一般式(a)で表される基を有する繰り返し単位を有する樹脂であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のポジ型レジスト組成物。
    Figure 2005049695
    一般式(a)中、
    31〜R36は、各々独立に、水素原子、フッ素原子またはアルキル基を表す。ただし、R31〜R36の内の少なくとも1つは、フッ素原子または少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換されたアルキル基である。R31〜R36の内の1つが、単結合となって又は炭素鎖となって(A)成分の樹脂の主鎖につながっていてもよい。
    0は、水素原子または有機基を表す。
  5. (A)成分の樹脂が、カルボキシル基、またはカルボキシル基を酸分解性基で保護した基、を有する繰り返し単位を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のポジ型レジスト組成物。
  6. (A)成分の樹脂が、下記一般式(I)〜(XII)で表される繰り返し単位の群から選ばれる少なくとも1種を有することを特徴とする請求項1に記載のポジ型レジスト組成物。
    Figure 2005049695
    一般式(I)〜(III)中、
    0、R1は、同じでも異なっていても良く、水素原子、フッ素原子、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を表す。
    2〜R4は、同じでも異なっていても良く、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を表す。
    また、R0とR1、R0とR2、R3とR4が結合し環を形成しても良い。
    Figure 2005049695
    一般式(IV)〜(V)中、
    5は、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アシル基、アルコキシカルボニル基又は酸分解性基を表す。
    6は、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アシル基、アルコキシカルボニル基又は酸分解性基を表す。
    7は、各々独立に、ハロゲン原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基を表す。
    nは0又は1を表す。
    n'は、0〜7の整数を表す。
    m'は、1〜5の整数を表す。
    1は、単結合、2価のアルキレン基、アルケニレン基、シクロアルキレン基もしくはアリーレン基、又は−O−CO−R22−、−CO−O−R23−、−CO−N(R24)−R25−を表す。
    22、R23、R25は、単結合、又はエーテル基、エステル基、アミド基、ウレタン基もしくはウレイド基を有しても良い、2価のアルキレン基、アルケニレン基、シクロアルキレン基又はアリーレン基を表す。
    24は、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アラルキル基又はアリール基を表す。
    Figure 2005049695
    一般式(VI)中、
    Rx1〜Rx3は、各々独立に、水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基又は少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換されたアルキル基を表す。
    61〜R66は、各々独立に、水素原子、フッ素原子、又はアルキル基を表す。ただし、R61〜R66のうちの少なくとも1つはフッ素原子である。
    67〜R72は、各々独立に、水素原子、フッ素原子、又はアルキル基を表す。ただし、R67〜R72のうちの少なくとも1つはフッ素原子である。
    3は、ベンゼン残基、シクロヘキサン残基、アダマンタン残基又はノルボルナン残基を表す。
    1は、単結合又は2価の連結基を表す。
    qは、0または1である。
    q’は、1〜5の整数である。
    2は水素原子または有機基を表す。
    一般式(VII)中、
    41は、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基又はアルキル基を表す。
    42およびR43は、各々独立に、水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、シアノ基、アルコキシ基、アシル基、アルキル基、アルケニル基、アラルキル基またはアリール基を表す。
    50〜R55は、それぞれ独立して、水素原子、フッ素原子、又はアルキル基を表す。ただし、R50〜R55のうち少なくとも1つはフッ素原子又は少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換されたアルキル基である。
    kは、1以上5以下の整数を表す。
    3は水素原子または有機基を表す。
    一般式(VIII)中、
    Ry1〜Ry3は、各々独立に、水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基又は少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換されたアルキル基を表す。
    4は水素原子または有機基を表す。
    Figure 2005049695
    一般式(IX)〜(X)中、
    15は、水素原子、ヒドロキシアルキル基、フッ素原子を有するアルキル基、フッ素原子を有するシクロアルキル基、フッ素原子を有するアルケニル基、フッ素原子を有するアラルキル基、フッ素原子を有するアリール基または酸分解性基を表す。
    Zは、炭素原子とともに単環又は多環の脂環式基を構成する原子団を表す。
    16、R17、R18は、同じでも異なっていても良く、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、アルキル基、アルコキシ基、−CO−O−R15を表す。
    19、R20、R21は、同じでも異なっていても良く、水素原子、フッ素原子、フッ素原子を有するアルキル基、フッ素原子を有するシクロアルキル基、フッ素原子を有するアルケニル基、フッ素原子を有するアラルキル基、フッ素原子を有するアリール基、フッ素原子を有するアルコキシ基又はヒドロキシアルキル基を表す。但しR19、R20、R21の少なくとも一つは水素原子以外の基である。
    nは0又は1を表し、x、y、zは0〜4の整数を表す。
    Figure 2005049695
    一般式(XI)中、
    Ra1〜Ra3は、各々独立に、水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、シアノ基、アルキル基、アリール基、アルコキシ基またはアラルキル基を表す。
    4は水素原子または有機基を表す。
    mは1又は2を表す。
    一般式(XII)中、
    Ra4は、各々独立に、水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、シアノ基、アルキル基、アリール基、アルコキシ基またはアラルキル基を表す。
    5は水素原子または有機基を表す。
    4は単結合または2価の連結基を示す。
    mは1又は2を表す。
    m1は1〜5の整数を表す。
    m2は0〜7の整数を表す。
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