JP2005250211A - ポジ型レジスト組成物及びそれを用いたパターン形成方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 超LSIや高容量マイクロチップ製造等の超マイクロリソグラフィ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於いて好適に使用することができ、PEB温度依存性が改善されたポジ型レジスト組成物及びそれを用いたパターン形成方法を提供する。
【解決手段】 酸の作用により分解しアルカリ現像液への溶解性を増加させる基を含有する樹脂2種と活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物を含有するポジ型レジスト組成物であって、当該2種の樹脂が、いずれも、アクリル酸誘導体モノマーに由来する繰り返し単位及びメタクリル酸誘導体モノマーに由来する繰り返し単位の少なくともいずれかを含有するとともに脂環構造を含有し、重量平均分子量が4500以上であり、当該2種の樹脂の重量平均分子量の差が2000以上であることを特徴とするポジ型レジスト組成物。
【選択図】 なし

Description

本発明は、超LSIや高容量マイクロチップの製造等の超マイクロリソグラフィプロセスやその他のフォトファブリケ−ションプロセスに使用するポジ型レジスト組成物及びそれを用いたパターン形成方法に関するものである。
近年、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於いてはハーフ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。その必要性を満たすためにフォトリソグラフィーに用いられる露光装置の使用波長は益々短波化し、今では、遠紫外線の中でも短波長のエキシマレーザー光(XeCl、KrF、ArFなど)を用いることが検討されるまでになってきている。
この波長領域におけるリソグラフィーのパターン形成に用いられるものとして、化学増幅系レジストがある。
一般に化学増幅系レジストは、通称2成分系、2.5成分系、3成分系の3種類に大別することができる。2成分系は、光分解により酸を発生する化合物(以後、光酸発生剤という)とバインダー樹脂とを組み合わせている。該バインダー樹脂は、酸の作用により分解して、樹脂のアルカリ現像液中での溶解性を増加させる基(酸分解性基ともいう)を分子内に有する樹脂である。2.5成分系はこうした2成分系に更に酸分解性基を有する低分子化合物を含有する。3成分系は光酸発生剤とアルカリ可溶性樹脂と上記低分子化合物を含有するものである。
上記化学増幅系レジストは紫外線や遠紫外線照射用のフォトレジストに適しているが最近のArFレジストプロセスでは露光波長より小さな120nm以下のラインパターンおよびホールパターンの形成が望まれている。この微細化に伴いデバイス製造工程におけるPEB温度依存性能が問題となってきている。化学増幅型レジストによる画像形成は露光により発生した酸を、露光後の加熱(PEB:Post Exposure Bake)により熱拡散させ、バインダー樹脂中の酸分解性基を分解させ、樹脂のアルカリ現像液中での溶解性を増加させる反応機構を用いている。この為、デバイス製造工程でPEBに用いるホットプレートの面内及び装置間温度バラツキに対して仕上がりパターンのサイズ変化が小さなレジスト特性(PEB温度依存性)が要求されている。
特許文献1(特開2003−84438号公報)は、解像性、エッチング耐性、加熱処理温度の幅に余裕があるレジスト材料のための樹脂として、アダマンタンを有する繰り返し単位とノルボルナンを有する繰り返し単位を含有する樹脂を提案している。
しかしながら、PEB温度依存性の更なる低減が望まれている。
従って、本発明の目的は超LSIや高容量マイクロチップ製造等の超マイクロリソグラフィ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於いて好適に使用することができ、PEB温度依存性が改善されたポジ型レジスト組成物及びそれを用いたパターン形成方法を提供することにある。
特開2003−84438号公報
下記構成のポジ型レジスト組成物及びそれを用いたパターン形成方法により、上記目的が達成される。
(1) 酸の作用により分解しアルカリ現像液への溶解性を増加させる基を含有する樹脂2種と活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物を含有するポジ型レジスト組成物であって、
当該2種の樹脂が、いずれも、アクリル酸誘導体モノマーに由来する繰り返し単位及びメタクリル酸誘導体モノマーに由来する繰り返し単位の少なくともいずれかを含有するとともに脂環構造を含有し、重量平均分子量が4500以上であり、当該2種の樹脂の重量平均分子量の差が2000以上であることを特徴とするポジ型レジスト組成物。
(2) 当該2種の樹脂の少なくともいずれかの樹脂が、一般式(A1)で表される繰り返し単位及び一般式(A2)で表される繰り返し単位の少なくとも1種を含有することを特徴とする上記(1)に記載のポジ型レジスト組成物。
Figure 2005250211
Rは、水素原子、水酸基、ハロゲン原子又はアルキル基を示す。複数のRは同じでも異なっていても良い。
Aは、単結合、アルキレン基、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、ウレタン基及びウレア基よりなる群から選択される単独あるいは2つ以上の基の組合せを表す。
1はアルキレン基を表す。
(3)当該2種の樹脂の少なくともいずれかの樹脂が、下記一般式(A3)で表わされる繰り返し単位を含有することを特徴とする上記(1)又は(2)に記載のポジ型レジスト組成物。
Figure 2005250211
3及び4は、各々独立に、水素原子又はメチル基を表わす。
(4) 上記(1)〜(3)のいずれかに記載のポジ型レジスト組成物によりレジスト膜を形成し、当該レジスト膜を露光、現像することを特徴とするパターン形成方法。
本発明により、デバイス製造工程でPEBに用いるホットプレートの面内及び装置間温度バラツキに対して仕上がりパターンのサイズ変化が小さなPEB温度依存性に優れたポジ型レジスト組成物を提供することができる。
以下、本発明に使用する化合物について詳細に説明する。
尚、本明細書に於ける基(原子団)の表記に於いて、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〕樹脂(A成分)
本発明のレジスト組成物は、酸の作用により分解しアルカリ現像液への溶解性を増加させる基(酸分解性基)を含有する樹脂(酸分解性樹脂)2種を含有する。
この2種の酸分解性樹脂は、脂環構造を有し、且つアクリル酸誘導体モノマーに由来する繰り返し単位及びメタクリル酸誘導体モノマーに由来する繰り返し単位の少なくともいずれかを含有する。そして、当該2種の酸分解性樹脂の重量平均分子量が4500以上であり、その差が2000以上である。
ここで、「アクリル酸誘導体モノマー」及び「メタアクリル酸誘導体モノマー」は、各々アクリル酸モノマー及びメタアクリル酸モノマーを包含する意味で使用している。
樹脂が含有する脂環構造として、下記一般式(pI)〜一般式(pVI)で示される脂環式炭化水素を含む部分構造を有する繰り返し単位を挙げることができる。
Figure 2005250211
式中、R11は、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基又はsec−ブチル基を表し、Zは、炭素原子とともに脂環式炭化水素基を形成するのに必要な原子団を表す。
12〜R16は、各々独立に、炭素数1〜4個の、直鎖もしくは分岐のアルキル基又は脂環式炭化水素基を表し、但し、R12〜R14のうち少なくとも1つ、もしくはR15、R16のいずれかは脂環式炭化水素基を表す。
17〜R21は、各々独立に、水素原子、炭素数1〜4個の、直鎖もしくは分岐のアルキル基又は脂環式炭化水素基を表し、但し、R17〜R21のうち少なくとも1つは脂環式炭化水素基を表す。また、R19、R21のいずれかは炭素数1〜4個の、直鎖もしくは分岐のアルキル基又は脂環式炭化水素基を表す。
22〜R25は、各々独立に、水素原子、炭素数1〜4個の、直鎖もしくは分岐のアルキル基又は脂環式炭化水素基を表し、但し、R22〜R25のうち少なくとも1つは脂環式炭化水素基を表す。また、R23とR24は、互いに結合して環を形成していてもよい。
一般式(pI)〜(pVI)において、R12〜R25におけるアルキル基としては、置換もしくは非置換のいずれであってもよい、1〜4個の炭素原子を有する直鎖もしくは分岐のアルキル基を表す。そのアルキル基としては、例えばメチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基等が挙げられる。
また、上記アルキル基の更なる置換基としては、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、臭素原子、ヨウ素原子)、アシル基、アシロキシ基、シアノ基、水酸基、カルボキシ基、アルコキシカルボニル基、ニトロ基等を挙げることができる。
11〜R25における脂環式炭化水素基あるいはZと炭素原子が形成する脂環式炭化水素基としては、単環式でも、多環式でもよい。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、テトラシクロ構造等を有する基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。これらの脂環式炭化水素基は置換基を有していてもよい。
以下に、脂環式炭化水素基のうち、脂環式部分の構造例を示す。
Figure 2005250211
Figure 2005250211
Figure 2005250211
本発明においては、上記脂環式部分の好ましいものとしては、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を挙げることができる。より好ましくは、アダマンチル基、デカリン残基、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である。
これらの脂環式炭化水素基が有してもよい置換基としては、アルキル基、ハロゲン原子、水酸基、アルコキシ基、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基が挙げられる。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、イソプロピル基を挙げることができる。上記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。置換基としてのアルキル基及びアルコキシ基は、更に、水酸基、ハロゲン原子、アルコキシ基等の置換基を有していてもよい。
上記樹脂における一般式(pI)〜(pVI)で示される構造は、アルカリ可溶性基の保護に使用することができる。アルカリ可溶性基としては、この技術分野において公知の種々の基が挙げられる。
具体的には、カルボン酸基、スルホン酸基、フェノール基、チオール基などが挙げられ、好ましくはカルボン酸基、スルホン酸基である。
一般式(pI)〜(pVI)で示される構造で保護されたアルカリ可溶性基(酸分解性基)としては、好ましくは下記一般式(pVII)〜(pXI)で表される基が挙げられる。
即ち、下記一般式(pVII)〜(pXI)で表される基は、脂環構造を有するとともに、酸分解性基でもある。
Figure 2005250211
ここで、R11〜R25ならびにZは、それぞれ前記定義に同じである。
本発明で使用される樹脂において、一般式(pI)〜(pVI)で示される脂環構造を有する基で保護されたアルカリ可溶性基を有する繰り返し単位、即ち、脂環構造及び酸分
解性基を有する繰り返し単位を含有することが好ましい。
このような繰り返し単位として、下記一般式(pA)で示される繰り返し単位を挙げることができる。
Figure 2005250211
ここで、Rは、各々独立に、水素原子、ハロゲン原子又は1〜4個の炭素原子を有するアルキル基を表す。
Aは、単結合、アルキレン基、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。
Raは、上記式(pI)〜(pVI)のいずれかの基を表す。
以下、一般式(pA)で示される繰り返し単位に相当するモノマーの具体例を示す。
Figure 2005250211
Figure 2005250211
本発明に係わる樹脂は、酸分解性基を、前記一般式(pI)〜一般式(pVI)で示される脂環式炭化水素を含む部分構造を有する繰り返し単位中に有してもよいし、後記共重合成分の繰り返し単位のうち少なくとも1種の繰り返し単位中に有してもよい。
酸分解性基としては、上述した一般式(pI)〜(pVI)で示される構造で保護されたアルカリ可溶性基(酸分解性基)に加えて、例えば、−C(=O)−X1−R0 で表されるものを挙げることができる。
式中、R0 としては、t−ブチル基、t−アミル基等の3級アルキル基、イソボロニル基、1−エトキシエチル基、1−ブトキシエチル基、1−イソブトキシエチル基、1−シクロヘキシロキシエチル基等の1−アルコキシエチル基、1−メトキシメチル基、1−エ
トキシメチル基等のアルコキシメチル基、3−オキソアルキル基、テトラヒドロピラニル基、テトラヒドロフラニル基、トリアルキルシリルエステル基、3−オキソシクロヘキシルエステル基、2−メチル−2−アダマンチル基、メバロニックラクトン残基等を挙げることができる。X1は、酸素原子、硫黄原子、−NH−、−NHSO2−又は−NHSO2NH−を表す。
本発明においては、特に2種の樹脂のうち少なくとも一方が下記一般式(A1)及び(A2)で表される繰り返し単位の少なくともいずれかを含有することが好ましい。
Figure 2005250211
Rは、水素原子、水酸基、ハロゲン原子又はアルキル基(好ましくは炭素数1〜4個、例えば、メチル基、エチル基)を示す。複数のRは同じでも異なっていても良い。
Aは、単結合、アルキレン基、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、ウレタン基及びウレア基よりなる群から選択される単独あるいは2つ以上の基の組合せを表す。
1はアルキレン基を表す。
A及びW1の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(Rf)(Rg)〕r1
式中、Rf、Rg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。アルキル基が有してもよい置換基としては、水酸基、ハロゲン原子、アルコキシ基等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。r1は1〜10の整数である。
一般式(A1)及び(A2)で表される繰り返し単位の具体例を、対応するモノマーとして、以下に挙げるがこれらに限定されるものではない。
Figure 2005250211
Figure 2005250211

本発明のポジ型レジスト組成物が含有する当該2種の樹脂の少なくとも一つが、一般式(A3)で表わされる繰り返し単位を含有することをが好ましい。
Figure 2005250211
3及び4は、各々独立に、水素原子又はメチル基を表わす。
また、樹脂は、下記一般式(I)で表される基を有する繰り返し単位を含有することが好ましい。
Figure 2005250211
一般式(I)中、R2c〜R4cは、各々独立に水素原子又は水酸基を表す。ただし、R2c〜R4cのうち少なくとも1つは水酸基を表す。
一般式(I)で表される基は、好ましくはジヒドロキシ体、モノヒドロキシ体であり、特に好ましくはジヒドロキシ体である。
一般式(I)で表される基を有する繰り返し単位としては、下記一般式(AII)で表される繰り返し単位等を挙げることができる。
Figure 2005250211
一般式(AII)中、R1cは水素原子を表す。
2c〜R4cは、各々独立に水素原子又は水酸基を表す。ただし、R2c〜R4cのうち少なくとも1つは水酸基を表す。
以下に、一般式(AII)で表される構造を有する繰り返し単位の具体例を挙げるが、これらに限定されるものではない。
Figure 2005250211
また、樹脂は、更に下記一般式(IV)で表されるラクトン構造を有する繰り返し単位を含有することができる。
Figure 2005250211
一般式(IV)中、R1aは、水素原子又はメチル基を表す。
1は、単結合、アルキレン基、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。
Ra1,Rb1、Rc1、Rd1及びRe1は、各々独立に、水素原子又は炭素数1〜4のアルキル基を表す。m及びnは、各々独立に0〜3の整数を表し、m+nは、2以上6以下である。
Ra1〜Re1の炭素数1〜4のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基等を挙げることができる。
上記アルキル基が有してもよい置換基としては、カルボキシル基、アシルオキシ基、シアノ基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、水酸基、アルコキシ基、アセチルアミド基、アルコキシカルボニル基、アシル基が挙げられる。ここで、シクロアルキル基としては、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基等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のものを挙げることができる。
アシルオキシ基としては、アセトキシ基等が挙げられる。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。
1の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(Rf)(Rg)〕r1
上記式中、Rf、Rg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。アルキル基が有してもよい置換基としては、水酸基、ハロゲン原子、アルコキシ基等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。r1は1〜10の整数である。
以下、一般式(IV)で示される繰り返し単位に相当するモノマーの具体例を示すが、これらに限定されるものではない。
Figure 2005250211
Figure 2005250211
上記一般式(IV)の具体例において、露光マージンがより良好になるという点から(IV−17)〜(IV−36)が好ましい。
更に一般式(IV)の構造としては、エッジラフネスが良好になるという点からアクリレート構造を有するものが好ましい。
また、下記一般式(V−1)〜(V−4)のいずれかで表される基を有する繰り返し単位を含有しても良いが、一般式(V−1)で表される基を有する繰り返し単位が特に好ましい。
Figure 2005250211
一般式(V−1)〜(V−4)において、R1b〜R5bは、各々独立に水素原子、アルキル基、シクロアルキル基又はアルケニル基を表す。R1b〜R5bの内の2つは、結合して環を形成してもよい。
一般式(V−1)〜(V−4)において、R1b〜R5bにおけるアルキル基としては、直鎖状、分岐状のアルキル基が挙げられ、置換基を有していてもよい。
直鎖状、分岐状のアルキル基としては、炭素数1〜12個の直鎖状あるいは分岐状アルキル基が好ましく、より好ましくは炭素数1〜10個の直鎖状あるいは分岐状アルキル基であり、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、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基である。
1b〜R5bにおけるシクロアルキル基としては、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基等の炭素数3〜8個のものが好ましい。
1b〜R5bにおけるアルケニル基としては、ビニル基、プロペニル基、ブテニル基、ヘキセニル基等の炭素数2〜6個のものが好ましい。
また、R1b〜R5bの内の2つが結合して形成する環としては、シクロプロパン環、シクロブタン環、シクロペンタン環、シクロヘキサン環、シクロオクタン環等の3〜8員環が挙げられる。
なお、一般式(V−1)〜(V−4)におけるR1b〜R5bは、環状骨格を構成している炭素原子のいずれに連結していてもよい。
また、上記アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基が有してもよい好ましい置換基としては、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、臭素原子、ヨウ素原子)、炭素数2〜5のアシル基、炭素数2〜5のアシロキシ基、シアノ基、水酸基、カルボキシ基、炭素数2〜5のアルコキシカルボニル基、ニトロ基等を挙げることができる。
一般式(V−1)〜(V−4)で表される基を有する繰り返し単位としては、下記一般式(V)で表される繰り返し単位等を挙げることができる。
Figure 2005250211
一般式(V)中、R0bは、水素原子、ハロゲン原子、又は炭素数1〜4のアルキル基を表す。R0bのアルキル基が有していてもよい好ましい置換基としては、前記一般式(V−1)〜(V−4)におけるR1b〜R5bとしてのアルキル基が有していてもよい好ましい置換基として先に例示したものが挙げられる。
0b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。R0bは水素原子が好ましい。
bは、単結合、エーテル基、エステル基、カルボニル基、アルキレン基、又はこれらを組み合わせた2価の基を表す。
Vは、一般式(V−1)〜(V−4)のうちのいずれかで示される基を表す。Abはにおいて、該組み合わせた2価の基としては、例えば下記式のものが挙げられる。
Figure 2005250211
上記式において、Rab及びRbb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。アルキル基が有してもよい置換基としては、水酸基、ハロゲン原子、炭素数1〜4のアルコキシ基等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。r1は1〜10の整数、好ましくは1〜4の整数を表す。mは1〜3の整数、好ましくは1又は2を表す。
以下に、一般式(V)で表される繰り返し単位の具体例を挙げるが、本発明の内容がこれらに限定されるものではない。
Figure 2005250211
Figure 2005250211
また、樹脂は、更に下記一般式(VI)で表される繰り返し単位を含有することができる。
Figure 2005250211
一般式(VI)において、A6は単結合、アルキレン基、シクロアルキレン基、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。
6aは水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、シアノ基、又はハロゲン原子を表す。
一般式(VI)において、A6の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(Rnf)(Rng)〕r−
上記式中、Rnf、Rng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。ここでアルキル基及びアルコキシ基は、更に水酸基、ハロゲン原子、アルコキシ基等の置換基を有していてもよい。
rは1〜10の整数である。
一般式(VI)において、A6のシクロアルキレン基としては、炭素数3から10個のものが挙げられ、シクロペンチレン基、シクロヘキシレン基、シクロオクチレン基等を挙げることができる。
6を含む有橋式脂環式環は、置換基を有していてもよい。置換基としては、例えば、ハロゲン原子、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜4)、アルコキシカルボニル基(好ましくは炭素数1〜5)、アシル基(例えば、ホルミル基、ベンゾイル基)、アシロキシ基(例えば、プロピルカルボニルオキシ基、ベンゾイルオキシ基)、アルキル基(好ましくは炭素数1〜4)、カルボキシル基、水酸基、アルキルスルホニルスルファモイル基(-CONHSO2CH3等)が挙げられる。尚、置換基としてのアルキル基は、更に水酸基、ハロゲン原子、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜4)等で置換されていてもよい。
一般式(VI)において、A6に結合しているエステル基の酸素原子は、Z6を含む有橋式脂環式環構造を構成する炭素原子のいずれの位置で結合してもよい。
以下に、一般式(VI)で表される繰り返し単位の具体例を挙げるが、これらに限定されるものではない。
Figure 2005250211
樹脂は、上記の繰り返し単位以外に、ドライエッチング耐性や標準現像液適性、基板密着性、レジストプロファイル、さらにレジストの一般的な必要な特性である解像力、耐熱性、感度等を調節する目的で様々な繰り返し単位を含有することができる。
このような繰り返し単位としては、下記の単量体に相当する繰り返し単位を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
これにより、樹脂に要求される性能、特に、
(1)塗布溶剤に対する溶解性、
(2)製膜性(ガラス転移点)、
(3)アルカリ現像性、
(4)膜べり(親疎水性、アルカリ可溶性基選択)、
(5)未露光部の基板への密着性、
(6)ドライエッチング耐性、
等の微調整が可能となる。
このような単量体として、例えばアクリル酸エステル類、メタクリル酸エステル類、アクリルアミド類、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
ル類等から選ばれる付加重合性不飽和結合を1個有する化合物等を挙げることができる。
具体的には、以下の単量体を挙げることができる。
アクリル酸エステル類(好ましくはアルキル基の炭素数が1〜10のアルキルアクリレート):
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、アクリル酸アミル、アクリル酸シクロヘキシル、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、ベンジルアクリレート、メトキシベンジルアクリレート、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等。
メタクリル酸エステル類(好ましくはアルキル基の炭素数が1〜10のアルキルメタアクリレート):
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、アミルメタクリレート、ヘキシルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、クロルベンジルメタクリレート、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、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等。
アクリルアミド類:
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、ヒドロキシエチル基等がある。)、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、シクロヘキシル基等がある)、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等。
メタクリルアミド類:
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、シクロヘキシル基等がある)、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、ブチル基等がある)、N−ヒドロキシエチル−N−メチルメタクリルアミド等。
アリル化合物:
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、乳酸アリル等)、アリルオキシエタノール等。
ビニルエーテル類:
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等。
ビニルエステル類:
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等。
イタコン酸ジアルキル類:
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等。
フマール酸のジアルキルエステル類又はモノアルキルエステル類;ジブチルフマレート等。
その他クロトン酸、イタコン酸、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。
その他にも、上記種々の繰り返し単位に相当する単量体と共重合可能である付加重合性の不飽和化合物であれば、共重合されていてもよい。
樹脂において、各繰り返し単位の含有モル比はレジストのドライエッチング耐性や標準現像液適性、基板密着性、レジストプロファイル、さらにはレジストの一般的な必要性能である解像力、耐熱性、感度等を調節するために適宜設定される。
脂環構造を有する繰り返し単位の含有量は、樹脂を構成する全繰り返し単位中30〜100モル%が好ましく、より好ましくは35〜100モル%、更に好ましくは40〜100モル%である。
酸分解性基を有する繰り返し単位の含有量は、樹脂を構成する全繰り返し単位中15〜70モル%が好ましく、より好ましくは20〜65モル%、更に好ましくは25〜60モル%である。
アクリル酸誘導体モノマーに由来する繰り返し単位の含有量は、樹脂を構成する全繰り返し単位中、5〜70モル%が好ましく、より好ましくは10〜60モル%、更に好ましくは15〜50モル%である。
メタアクリル酸誘導体モノマーに由来する繰り返し単位の含有量は、樹脂を構成する全繰り返し単位中、30〜95モル%が好ましく、より好ましくは40〜90モル%、更に好ましくは50〜85モル%である。
一般式(A1)及び(A2)で表される繰り返し単位の含有量は、総量として、全繰り返し単位中5〜95モル%が好ましく、より好ましくは10〜85モル%、更に好ましくは15〜75モル%である。
一般式(A3)で表される繰り返し単位の含有量は、全繰り返し単位中10〜80モル%が好ましく、より好ましくは15〜75モル%、更に好ましくは20〜70モル%である。
式(I)で表される基を有する繰り返し単位の含有量は、全繰り返し単位中、5〜50モル%が好ましく、より好ましくは10〜40モル%、更に好ましくは15〜35モル%である。
また、上記更なる共重合成分の単量体に基づく繰り返し単位の樹脂中の含有量も、所望のレジストの性能に応じて適宜設定することができる。
本発明の組成物がArF露光用であるとき、ArF光への透明性の点から樹脂は芳香族基を有さないことが好ましい。
本発明に用いる樹脂は、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本発明の組成物を溶解す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。
反応の濃度は通常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。反応温度は通常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。
上記具体例で表される繰り返し構造単位は、各々1種で使用してもよいし、複数を混合して用いてもよい。
本発明に係る樹脂の重量平均分子量は、ガスパーミエショーンクロマログラフィー(GPC)法によりポリスチレン換算値として、好ましくは4,500〜200,000であり、更に好ましくは5,000〜20,000である。耐熱性やドライエッチング耐性の点から、重量平均分子量は4,500以上が好ましく、現像性、粘度、製膜性の点から200,000以下が好ましい。
分散度(Mw/Mn)は通常1〜10であり、好ましくは1〜5、更に好ましくは1〜4の範囲のものが使用される。分散度の小さいものほど、解像度、レジスト形状、及びレジストパターンの側壁がスムーズであり、ラフネス性に優れる。
本発明のレジスト組成物が含有する2種の樹脂は平均重量分子量差が2000以上、より好ましくは2500以上、特に好ましくは3000以上差のある樹脂である。
なお、その平均重量分子量差の上限としては、20000以下が好ましく、17000以下がより好ましく、14000以下が更に好ましい。
本発明のレジスト組成物が含有する2種の樹脂の総量に対して、平均重量分子量の高い樹脂が10〜90質量%であることが好ましく、20〜80質量%であることがより好ましく、30〜70質量%であることが特に好ましい。
本発明のレジスト組成物が含有する樹脂総量に対して、当該2種の樹脂総量は50〜100質量%が好ましく、70〜100質量%がより好ましい。
本発明のポジ型レジスト組成物において、樹脂の総量は、全レジスト固形分中40〜99質量%が好ましく、より好ましくは50〜98質量%である。
〔2〕活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物(B成分)
本発明の組成物は、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物(光酸発生剤)を含有する。
そのような光酸発生剤としては、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、ArFエキシマレーザー(193nm)、F2エキシマレーザー(157nm)、放射線、電子線、X線、イオンビーム等の活性光線又は放射線の照射により酸を発生する公知の化合
物及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。
たとえば、ジアゾニウム塩、アンモニウム塩、ホスホニウム塩、ヨードニウム塩、スルホニウム塩、セレノニウム塩、アルソニウム塩等のオニウム塩、有機ハロゲン化合物、有機金属/有機ハロゲン化物、o−ニトロベンジル型保護基を有する光酸発生剤、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、ジスルホン化合物を挙げることができる。
また、これらの活性光線又は放射線の照射により酸を発生する基、あるいは化合物をポリマーの主鎖又は側鎖に導入した化合物、たとえば、米国特許第3,849,137号、独国特許第3914407号、特開昭63-26653号、特開昭55-164824号、特開昭62-69263号、特開昭63-146038 号、特開昭63-163452 号、特開昭62-153853号、特開昭63-146029号等に記載の化合物を用いることができる。
さらに米国特許第3,779,778号、欧州特許第126,712号等に記載の光により酸を発生する化合物も使用することができる。
上記活性光線又は放射線の照射により分解して酸を発生する化合物の中で、特に有効に用いられる一般式(PAG1)又は(PAG2)で表される化合物について以下に説明する。
(1)下記の一般式(PAG1)で表される化合物又は一般式(PAG2)で表される化合物。
Figure 2005250211
式(PAG1)において、Ar1及びAr2は、各々独立に、アリール基を示す。Ar1及びAr2としてのアリール基は、置換基を有していてもよく、好ましい置換基としては、アルキル基(置換アルキル基として特にハロアルキル基)、シクロアルキル基、アリール基、アルコキシ基、ニトロ基、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基、ヒロドキシ基、メルカプト基及びハロゲン原子が挙げられる。
式(PAG2)において、R203、R204及びR205は、各々独立に、アルキル基又はアリール基を示す。
203、R204及びR205としてのアルキル基又はアリール基は、置換基を有していてもよく、好ましくは、炭素数6〜14のアリール基、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アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜8)、アルキル基(好ましくは炭素数1〜8)、ニトロ基、カルボキシル基、ヒロドキシ基及びハロゲン原子であり、アルキル基に対しては炭素数1〜8のアルコキシ基(好ましくは炭素数1〜8)、カルボキシル基、アルコシキカルボニル基(好ましくは炭素数2〜
9)である。
-は対アニオンを示し、後述する一般式(PAG6)におけるZ-と同様である。
また、R203、R204、R205のうちの2つ、Ar1及びAr2は、それぞれの単結合又は置換基を介して結合してもよい。
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 2005250211
Figure 2005250211
Figure 2005250211
一般式(PAG1)及び(PAG2)で示される上記オニウム塩は公知であり、例えば米国特許第2,807,648 号及び同4,247,473号、特開昭53-101,331号等に記載の方法により合成することができる。
(2)下記一般式(PAG3)で表されるジスルホン誘導体又は一般式(PAG4)で表されるイミノスルホネート誘導体。
Figure 2005250211
式(PAG3)において、Ar3及びAr4は、各々独立に、アリール基を示す。
206アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を示す。Aはアルキレン基、アルケニレン基又はアリーレン基を示す。
これらの基が有してもよい好ましい置換基としては、好ましい置換基としては、アリール基に対してはアルコキシ基(好ましくは炭素数1〜8)、アルキル基(好ましくは炭素数1〜8)、ニトロ基、カルボキシル基、ヒロドキシ基及びハロゲン原子であり、アルキル基及びシクロアルキル基に対しては炭素数1〜8のアルコキシ基(好ましくは炭素数1〜8)、カルボキシル基、アルコシキカルボニル基(好ましくは炭素数2〜9)である。
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 2005250211
Figure 2005250211
(3)下記一般式(PAG5)で表されるジアゾジスルホン誘導体。
Figure 2005250211
Rは、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を表す。
これらの基が有してもよい好ましい置換基としては、アリール基に対してはアルコキシ基(好ましくは炭素数1〜8)、アルキル基(好ましくは炭素数1〜8)、ニトロ基、カルボキシル基、ヒロドキシ基及びハロゲン原子であり、アルキル基及びシクロアルキル基に対しては炭素数1〜8のアルコキシ基(好ましくは炭素数1〜8)、カルボキシル基、アルコシキカルボニル基(好ましくは炭素数2〜9)である。
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 2005250211
(4) 下記一般式(PAG6)で表される化合物。
Figure 2005250211
Rは、アルキル基、シクロアルキル基又は芳香族基を表す。
3は、単結合または2価の連結基を表す。
6及びR7は、水素原子、シアノ基、アルキル基又はアリール基を表す。R6とR7とが結合して環を形成してもよい。
1及びY2は、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基又はヘテロ原子を含む芳香族基を表し、Y1とY2とが結合して環を形成してもよい。
-は対アニオンを表す。
Rとしてのアルキル基、シクロアルキル基又は芳香族基は炭素数20以下が好ましい。
Rとしての芳香族基は、下記式(Va)で表される基またはナフチル基が好ま
しい。
Figure 2005250211
式(PAG6)中、
1〜R5は、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、ニトロ基、ハロゲン原子、アルキルオキシカルボニル基又はアリール基を表し、R1〜R5のうち少なくとも2つ以上が結合して環構造を形成してもよい。
但し、R1からR5の少なくとも1つとY1又はY2の少なくとも一つが結合して環を形成するか、若しくは、R1からR5の少なくとも1つとR6又はR7の少なくとも1つが結合して環を形成する。
尚、R1からR7のいずれか、若しくは、Y1又はY2のいずれかの位置で、連結基を介して結合し、式(PAG6)の構造を2つ以上有していてもよい。
6とR7とが結合して形成する基としては、例えば、アルキレン基(好ましくは4〜10)であり、好ましくは、ブチレン基、ペンチレン基、ヘキシレン基を挙げることができる。また、形成される環は、置換基を有していてもよく、また、環骨格にヘテロ原子を含んでいてもよい。
1〜R7のアルキル基は、置換あるいは無置換のアルキル基であり、好ましくは炭素数1〜5のアルキル基であり、無置換のアルキル基としては、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、t−ブチル基等を挙げることができる。
1〜R5のアルコキシ基及びアルキルオキシカルボニル基におけるアルコキシ基は、置換あるいは無置換のアルコキシ基であり、好ましくは炭素数1〜5のアルコキシ基であり、無置換のアルコキシ基としては、例えば、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。
1〜R7、Y1、Y2のアリール基は、置換あるいは無置換のアリール基であり、好ましくは炭素数6〜14のアリール基であり、無置換のアリール基としては、例えば、フェニル基、トリル基、ナフチル基等を挙げることができる。
1〜R5の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。
1及びY2のアルキル基は、置換あるいは無置換のアルキル基であり、好ましくは炭素数1〜30のアルキル基であリ、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、t−ブチル基等の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基を挙げることができる。
1及びY2のシクロアルキル基は、置換あるいは無置換のシクロアルキル基であり、好ましくは炭素数3〜30のアルキル基であリ、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、アダマンチル基、ノルボニル基、ボロニル基等のシクロアルキル基を挙げることができる。
1及びY2のアラルキル基は、置換あるいは無置換のアラルキル基であり、好ましくは炭素数7〜12のアラルキル基であり、無置換のアラルキル基としては、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。
ヘテロ原子を含む芳香族基とは、例えば炭素数6〜14のアリール基等の芳香族基に、ヘテロ原子、例えば、窒素原子、酸素原子、硫黄原子等を有する基を表す。
1及びY2のヘテロ原子を含む芳香族基としては、置換あるいは無置換のヘテロ原子を含む芳香族基であり、無置換のものとしては、例えば、フラン、チオフェン、ピロール、ピリジン、インドール等の複素環式芳香族炭化水素基が挙げられる。
1とY2とは結合して、式(PAG6)中のS+とともに、環を形成してもよい。
この場合、Y1とY2とが結合して形成する基としては、例えば、炭素数4〜10のアルキレン基、好ましくはブチレン基、ペンチレン基、ヘキシレン基、特に好ましくはブチレン基、ペンチレン基を挙げることができる。
また、Y1とY2と結合して、式(PAG6)中のS+とともに形成した環の中に、ヘテロ原子を含んでいても良い。
上記のアルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アリール基、アラルキル基及びアルキレン基の各々は、例えば、ニトロ基、ハロゲン原子、カルボキシル基、水酸基、アミノ基、シアノ基、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜5)等で置換されていてもよい。更にアリール基、アラルキル基については、アルキル基(好ましくは炭素数1〜5)で置換されていてもよい。
3は、単結合または2価の連結基を表し、2価の連結基としては、置換していてもよいアルキレン基、アルケニレン基、−O−、−S−、−CO−、−CONR−(Rは、水素、アルキル基、アシル基である。)、及びこれらのうち2つ以上を含んでもよい連結基が好ましい。
-は、非求核性アニオンであることが好ましく、例えば、スルホン酸アニオン、カルボン酸アニオン等を挙げることができる。
非求核性アニオンとは、求核反応を起こす能力が著しく低いアニオンであり、分子内求核反応による経時分解を抑制することができるアニオンである。これによりレジストの経時安定性が向上する。
スルホン酸アニオンとしては、例えば、アルキルスルホン酸アニオン、シクロアルキルスルホン酸アニオン、アリールスルホン酸アニオン、カンファースルホン酸アニオンなどが挙げられる。
カルボン酸アニオンとしては、例えば、アルキルカルボン酸アニオン、シクロアルキルカルボン酸アニオン、アリールカルボン酸アニオン、アラルキルカルボン酸アニオンなどが挙げられる。
アルキルスルホン酸アニオンにおけるアルキル基としては、好ましくは炭素数1〜30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、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基、エイコシル基を挙げることができる。
シクロアルキルスルホン酸アニオンにおけるシクロアルキル基としては、好ましくは炭素数1〜30のアルキル基、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、アダマンチル基、ノルボニル基、ボロニル基等を挙げることができる。
アリールスルホン酸アニオンにおける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、例えば、フェニル基、トリル基、ナフチル基等を挙げることができる。
上記アルキルスルホン酸アニオン、シクロアルキルスルホン酸アニオン及びアリールスルホン酸アニオンにおけるアルキル基、シクロアルキル基及びアリール基は、置換基を有していてもよい。
置換基としては、例えば、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基等を挙げることができる。
ハロゲン原子としては、例えば、塩素原子、臭素原子、弗素原子、沃素原子等を挙げることができる。
アルキル基としては、例えば、好ましくは炭素数1〜15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、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基、エイコシル基等を挙げることができる。
アルコキシ基としては、例えば、好ましくは炭素数1〜5のアルコキシ基、例えば、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。
アルキルチオ基としては、例えば、好ましくは炭素数1〜15のアルキルチオ基、例えば、メチルチオ基、エチルチオ基、プロピルチオ基、イソプロピルチオ基、n−ブチルチオ基、イソブチルチオ基、sec−ブチルチオ基、ペンチルチオ基、ネオペンチルチオ基、ヘキシルチオ基、ヘプチルチオ基、オクチルチオ基、ノニルチオ基、デシルチオ基、ウンデシルチオ基、ドデシルチオ基、トリデシルチオ基、テトラデシルチオ基、ペンタデシルチオ基、ヘキサデシルチオ基、ヘプタデシルチオ基、オクタデシルチオ基、ノナデシルチオ基、エイコシルチオ基等を挙げることができる。尚、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基は、更にハロゲン原子(好ましくはフッ素原子)で置換されていてもよい。
アルキルカルボン酸アニオンにおけるアルキル基としては、アルキルスルホン酸アニオンにおけるアルキル基と同様のものを挙げることができる。
上記シクロアルキルカルボン酸アニオンにおけるシクロアルキル基としては、シクロアルキルスルホン酸アニオンにおけるシクロアルキル基と同様のものを挙げることができる。
シクロアルキルカルボン酸アニオンにおけるシクロアルキル基としては、シクロアルキルスルホン酸アニオンにおけるシクロアルキル基と同様のものを挙げることができる。
アリールカルボン酸アニオンにおけるアリール基としては、アリールスルホン酸アニオンにおけるアリール基と同様のものを挙げることができる。
アラルキルカルボン酸アニオンにおけるアラルキル基としては、好ましくは炭素数6〜12のアラルキル基、例えば、ベンジル基、フェネチル基、ナフチルメチル基、ナフチルエチル基、ナフチルメチル基等を挙げることができる。
アルキルカルボン酸アニオン、シクロアルキルカルボン酸アニオン、アリールカルボン酸アニオン及びアラルキルカルボン酸アニオンにおけるアルキル基、シクロアルキル基、アリール基及びアラルキル基は置換基を有していてもよく、置換基としては、例えば、アリールスルホン酸アニオンにおけると同様のハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基等を挙げることができる。
その他の非求核性アニオンとしては、例えば、弗素化燐、弗素化硼素、弗素化アンチモン等を挙げることができる。
尚、本発明の式(PAG6)において、R1からR5の少なくとも1つとY1又はY2の少
なくとも一つが結合して環が形成されるか、若しくは、R1からR5の少なくとも1つとR6又はR7の少なくとも1つが結合して環が形成されている。
式(PAG6)に示す化合物は、環を形成することにより、立体構造が固定され、光分解能が向上する。
また、R1からR7のいずれか、若しくは、Y1又はY2のいずれかの位置で、連結基を介して結合し、式(PAG6)の構造を2つ以上有していてもよい。
以下に、上記式(PAG6)で表される化合物の具体例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
Figure 2005250211
Figure 2005250211
Figure 2005250211
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Figure 2005250211
Figure 2005250211
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本発明の組成物は、一般式(PAG1)、(PAG2)及び(PAG6)で表される化合物の少なくとも1種を含有することが好ましい。
本発明に於いては、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物として、前記一般式(PAG1)又は(PAG2)で表されるようなオニウム塩化合物と、それ以外の非オニウム塩化合物とを併用することが好ましい。
本発明に於いては、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物として、波長193nmの露光に対する透過率が異なる2種以上の化合物を併用することが好ましい。
本発明に於いては、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物として、活性光線又は放射線の照射により発生する酸の炭素鎖長が異なる2種以上の化合物を併用することが好ましい。
本発明に於いては、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物として、活性光線又は放射線の照射により発生する酸の強度が異なる2種以上の化合物を併用することが好ましい。
上記一般式(PAG6)で表される酸発生剤の具体例において、(PAG6A−1)〜(PAG6A−30)及び(PAG6B−1)〜(PAG6B−12)がより好ましい。
酸発生剤は、1種単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
酸発生剤の本発明のポジ型レジスト組成物中の含量は、組成物の固形分を基準として、0.1〜20質量%が好ましく、より好ましくは0.5〜20質量%、更に好ましくは1〜15質量%である。
本発明に使用される酸発生剤の中で、特に好ましいものの例を以下に挙げる。
Figure 2005250211
Figure 2005250211
Figure 2005250211
Figure 2005250211
本発明においては、光酸発生剤が、パーフルオロブタンスルホン酸又はパーフルオロオクタンスルホン酸を発生する化合物であることが特に好ましい。
〔3〕溶剤(D成分)
本発明のレジスト組成物は、上述した各成分を溶剤に溶解させてなるものである。
溶剤としては、例えば、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、3−メトキシ−1−ブタノール、及びプロピレンカーボネート等の有機溶剤を挙げることができる。これら溶剤は、単独で使用しても複数を混合して使用してもよい。
本発明においては、特に、プロピレングリコールモノアルキルエーテルカルボキシレート、プロピレングリコールモノアルキルエーテル、鎖状又は環状ケトン、乳酸アルキル、環状ラクトン、3−メトキシ−1−ブタノール、及びプロピレンカーボネートから選ばれる少なくとも2種を含有する混合溶剤を使用することが好ましい。
この特定の混合溶剤においては、各特定の溶剤を3質量%以上含有することが好ましい。
〔4〕含窒素塩基性化合物
本発明のレジスト組成物は、更に、含窒素塩基性化合物を含有することが好ましい。
含窒素塩基性化合物としては、有機アミン、塩基性のアンモニウム塩、塩基性のスルホニウム塩などが用いられ、昇華やレジスト性能を劣化させないものであればよい。
これらの含窒素塩基性化合物の中でも、有機アミンが画像性能が優れる点で好ましい。
例えば特開昭63-149640号、特開平5-249662号、特開平5-127369号、特開平5-289322号、特開平5-249683号、特開平5-289340号、特開平5-232706号、特開平5-257282号、特開平6-242605号、特開平6-242606号、特開平6-266100号、特開平6-266110 号、特開平6-317902号、特開平7-120929号、特開平7-146558号、特開平7-319163号、特開平7-508840号、特開平7-333844号、特開平7-219217号、特開平7-92678号、 特開平7-28247号、特開平8-22120号、特開平8-110638号、特開平8-123030号、特開平9-274312号、特開平9-166871号、特開平9-292708号、特開平9-325496号、特表平7-508840号、USP5525453号、USP5629134号、USP5667938号等に記載の塩基性化合物を用いることができる。
含窒素塩基性化合物は、具体的には下記式(A)〜(E)の構造を挙げることができる。
Figure 2005250211
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3〜20個のシキロアルキル基又は炭素数6〜20個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。
250、R251及びR252のアルキル基、シクロアルキル基及びアリール基は、置換基を有していてもよい。置換基を有していてもよいアルキル基及びシクロアルキル基としては、炭素数1〜20のアミノアルキル基、炭素数3〜0のアミノシクロアルキル基、炭素数1〜20のヒドロキシアルキル基、炭素数3〜20のヒドロキシシクロアルキル基等を挙げることができる。
253 、R254 、R255 及びR256 は、同一でも異なってもよく、炭素数1〜20個のアルキル基又は3〜20個のシクロアルキル基を表す。
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か、又は脂肪族3級アミンである。
含窒素塩基性化合物としては、好ましくは、1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]−5−ノネン、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]−7−ウンデセン、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン、4−ジメチルアミノピリジン、1−ナフチルアミン、ピペリジン類、ヘキサメチレンテトラミン、イミダゾール類、ヒドロキシピリジン類、ピリジン類、アニリン類、ヒドロキシアルキルアニリン類、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、ピリジニウムp−トルエンスルホナート、2,4,6−トリメチルピリジニウムp−トルエンスルホナート、テトラメチルアンモニウムp−トルエンスルホナート、及びテトラブチルアンモニウムラクテート、トリエチルアミン、トリブチルアミン、トリペンチルアミン、トリ−n−オクチルアミン、トリ−i−オクチルアミン、トリス(エチルヘキシル)アミン、トリデシルアミン、トリドデシルアミン等が挙げられる。
これらの中でも、1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]−5−ノネン、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]−7−ウンデセン、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン、4−ジメチルアミノピリジン、1−ナフチルアミン、ピペリジン、4−ヒドロキシピペリジン、2,2,6,6−テトラメチル−4−ヒドロキシピペリジン、ヘキサメチレンテトラミン、イミダゾール類、ヒドロキシピリジン類、ピリジン類、アニリン類、4
,4’−ジアミノジフェニルエーテル、トリエチルアミン、トリブチルアミン、トリペンチルアミン、トリ−n−オクチルアミン、トリス(エチルヘキシル)アミン、トリドデシルアミン、N,N−ジ−ヒドロキシエチルアニリン、N−ヒドロキシエチル−N−エチルアニリン等の有機アミンが好ましい。
酸発生剤と含窒素塩基性化合物とのポジ型レジスト組成物中の使用割合は、通常(酸発生剤)/(含窒素塩基性化合物)(モル比)=2.5〜300であり、好ましくは5.0〜200、より好ましくは7.0〜150である。
本発明のポジ型レジスト組成物には、必要に応じて、低分子酸分解性化合物、界面活性剤、現像液に対する溶解促進性化合物、ハレーション防止剤、可塑剤、光増感剤、界面活性剤、接着助剤、架橋剤、光塩基発生剤等を含有することができる。
本発明のポジ型レジスト組成物は、必要に応じて、分子量が2000以下であって、酸の作用により分解し得る基を有し、アルカリ溶解性が酸の作用により増大する低分子酸分解性化合物や低分子脂環化合物を含むことができる。
例えばProc.SPIE,2724, 355(1996)、特開平8-15865号、米国特許第5310619号、米国特許第5372912号、J.Photopolym.Sci.,Tech.,Vol.10,No.3,511(1997))に記載されている酸分解性基を含有する、コール酸誘導体、デヒドロコール酸誘導体、デオキシコール酸誘導体、リトコール酸誘導体、ウルソコール酸誘導体、アビエチン酸誘導体等の脂環族化合物、酸分解性基を含有するナフタレン誘導体などの芳香族化合物を上記低分子酸分解性化合物として用いることができる。
さらに、特開平6-51519号記載の低分子の酸分解性溶解阻止化合物も220nmの透過性を悪化させないレベルの添加範囲で用いることもできるし、1,2−ナフトキノンジアジト化合物も使用できる。
低分子脂環化合物が有する脂環部分としては、先に一般式(pI)〜(pVI)で示される脂環式炭化水素を含む部分構造を有する繰り返し単位について、脂環式炭化水素基の脂環式部分として例示した(1)〜(50)を挙げることができる。これらの脂環部分は置換基を有していてもよく、置換基としては、アルキル基(好ましくは炭素数1〜10)、ハロゲン原子、水酸基、カルボキシル基、アルコキシ基等を挙げることができる。
本発明のレジスト組成物に上記低分子酸分解性溶解阻止化合物を使用する場合、その含有量はレジスト組成物の100質量部(固形分)を基準として、通常0.5〜50質量部の範囲で用いられ、好ましくは0.5〜40質量部、更に好ましくは0.5〜30質量部、特に好ましくは0.5〜20.0質量部の範囲で使用される。
これらの低分子酸分解性溶解阻止化合物や低分子脂環化合物を添加すると、前記現像欠陥がさらに改良されるばかりか耐ドライエッチング性が改良される。
本発明で使用できる現像液に対する溶解促進性化合物の例としては、例えば特開平3−206458号記載のフェノール性水酸基を2個以上含有する化合物、1−ナフトールなどのナフトール類又はカルボキシル基を1個以上有する化合物、カルボン酸無水物、スルホンアミド化合物やスルホニルイミド化合物などの分子量1000以下の低分子化合物等を挙げることができる。
これらの溶解促進性化合物の配合量としては、組成物全質量(固形分)に対して、好ましくは30質量%以下、より好ましくは20質量%以下である。
好適なハレーション防止剤としては、照射する放射線を効率よく吸収する化合物が好ましく、フルオレン、9−フルオレノン、ベンゾフェノンのような置換ベンゼン類;アントラセン、アントラセン−9−メタノール、アントラセン−9−カルボキシエチル、フェナ
ントレン、ペリレン、アジレンのような多環式芳香族化合物などが挙げられる。なかでも、多環式芳香族化合物が特に好ましい。これらのハレーション防止剤は基板からの反射光を低減し、レジスト膜内の多重反射の影響を少なくさせることで、定在波改良の効果を発現する。
また露光による酸発生率を向上させるために、光増感剤を添加することができる。好適な光増感剤として、ベンゾフェノン、p,p'−テトラメチルジアミノベンゾフェノン、2−クロロチオキサントン、アントロン、9−エトキシアントラセン、ピレン、フェノチアジン、ベンジル、ベンゾフラビン、アセトフェノン、フェナントレン、ベンゾキノン、アントラキノン、1,2−ナフトキノン等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。これらの光増感剤は前記ハレーション防止剤としても使用可能である。
本発明のポジ型レジスト組成物は、界面活性剤、特にフッ素系及び/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フッ素系及び/又はシリコン系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F178、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。
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。
≪使用方法≫
本発明のポジ型レジスト組成物は、上記の成分を溶剤、好ましくは前記混合溶剤に溶解し、次のように所定の支持体上に塗布して用いる。
すなわち、上記ポジ型レジスト組成物を精密集積回路素子の製造に使用されるような基板(例:シリコン/二酸化シリコン被覆)上にスピナー、コーター等の適当な塗布方法により塗布、乾燥又はベークし、レジスト膜を形成する。
このレジスト膜に対し、所定のマスクを通して露光し、好ましくはベークを行い、現像する。このようにして良好なレジストパターンを得ることができる。ここで露光光としては、好ましくは200nm以下の波長の遠紫外線であり、具体的には、ArFエキシマレーザー(193nm)、F2エキシマレーザー(157nm)、放射線、電子線、X線、イオンビーム等が挙げられる。
現像において用いる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、トリエタノールアミン等のアルコールアミン類、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等の第四級アンモニウム塩、ピロール、ピヘリジン等の環状アミン類等のアルカリ性水溶液(通常0.1〜10質量%)を使用することができる。
さらに、上記アルカリ性水溶液にアルコール類、界面活性剤を適当量添加して使用することもできる。
以下、本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。以下の合成例において、複数使用の溶剤の比は質量比、モノマー比、ポリマー組成比はモル比である。
合成例(1)樹脂(1−1)の合成
2−アダマンチル−2−プロピルメタクリレート、ジヒドロキシアダマンタンメタクリレート、ノルボルナンラクトンアクリレートを40/20/40の割合で仕込み、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート/プロピレングリコールモノメチルエーテル=60/40に溶解し、固形分濃度22質量%の溶液450gを調製した。この溶液に和光純薬工業(株)製重合開始剤V−601を8mol%加え、これを窒素雰囲気下、6
時間かけて100℃に加熱し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/プロピレングリコールモノメチルエーテル=60/40の混合溶液50gに滴下した。滴下終了後、反応液を2時間攪拌した。反応終了後、反応液を室温まで冷却し、ヘキサン/酢酸エチル=9/1の混合溶媒5Lに晶析、析出した白色粉体を濾取し、目的物である樹脂(1−1)を回収した。
13CNMRから求めたポリマー組成比はa/b/c=39/22/39あった。また、GPC測定により求めた標準ポリスチレン換算の重量平均分子量は5190、分散度は1.8であった。また、示差走査熱量計(DSC)にて測定を行った結果、樹脂(1−1)のガラス転移点は152℃であった。
合成例(2)樹脂(1−2)の合成
2−アダマンチル−2−プロピルメタクリレート、ジヒドロキシアダマンタンメタクリレート、ノルボルナンラクトンアクリレートを40/20/40の割合で仕込み、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート/3−メトキシ−1−ブタノール=60/40に溶解し、固形分濃度22%の溶液450gを調製した。この溶液に和光純薬工業(株)製V−601を8mol%加え、これを窒素雰囲気下、6時間かけて120℃に加熱し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/3−メトキシ−1−ブタノール=60/40の混合溶液50gに滴下した。滴下終了後、反応液を2時間攪拌した。反応終了後、反応液を室温まで冷却し、ヘキサン/酢酸エチル=9/1の混合溶媒5Lに晶析、析出した白色粉体を濾取し、目的物である樹脂(1−2)を回収した。
13CNMRから求めたポリマー組成比はa/b/c=36/23/41あった。また、GPC測定により求めた標準ポリスチレン換算の重量平均分子量は3270、分散度は1.5であった。また、DSC測定を行った結果、樹脂(1−2)のガラス転移点は119℃であった。
合成例(3)樹脂(1−3)の合成
2−アダマンチル−2−プロピルメタクリレート、ジヒドロキシアダマンタンメタクリレート、ノルボルナンラクトンアクリレートを40/20/40の割合で仕込み、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート/3−メトキシ−1−ブタノール=60/40に溶解し、固形分濃度22%の溶液450gを調製した。この溶液に和光純薬工業(株)製V−601を6mol%加え、これを窒素雰囲気下、6時間かけて120℃に加熱し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/3−メトキシ−1−ブタノール=60/40の混合溶液50gに滴下した。滴下終了後、反応液を2時間攪拌した。反応終了後、反応液を室温まで冷却し、ヘキサン/酢酸エチル=9/1の混合溶媒5Lに晶析、析出した白色粉体を濾取し、目的物である樹脂(1−3)を回収した。
13CNMRから求めたポリマー組成比はa/b/c=36/23/41あった。また、GPC測定により求めた標準ポリスチレン換算の重量平均分子量は4100、分散度は1.6であった。また、DSC測定を行った結果、樹脂(1−3)のガラス転移点は139℃であった。
合成例(4)樹脂(1−4)の合成
2−アダマンチル−2−プロピルメタクリレート、ノルボルナンラクトンアクリレート、ジヒドロキシアダマンタンメタクリレートを35/45/20の割合で仕込み、THF溶媒に溶解し、固形分濃度22%の溶液450gを調製した。
この溶液に和光純薬工業(株)製V−601を9mol%加え、これを窒素雰囲気下、6時間かけて65℃に加熱したTHF溶媒50gに滴下した。滴下終了後、反応液を2時間攪拌した。反応終了後、反応液を室温まで冷却し、ヘプタン/酢酸エチル=9/1の混合溶媒5Lに晶析、析出した白色粉体を濾取目的物である樹脂(1−4)を回収した。
NMRから求めたポリマー組成比は35/44/21あった。また、GPC測定により求めた標準ポリスチレン換算の重量平均分子量は7700、分散度は2.0であった。得
られた樹脂(1−4)のガラス転移点温度は168℃であった。
合成例(5)樹脂(1−5)の合成
2−アダマンチル−2−プロピルメタクリレート、ノルボルナンラクトンアクリレート、ジヒドロキシアダマンタンメタクリレートを35/45/20の割合で仕込み、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート/プロピレングリコールモノメチルエーテル=7/3混合溶媒に溶解し、固形分濃度22%の溶液450gを調製した。この溶液に和光純薬工業(株)製V−601を8mol%加え、これを窒素雰囲気下、6時間かけて80℃に加熱し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/プロピレングリコールモノメチルエーテル=7/3混合溶媒50gに滴下した。滴下終了後、反応液を2時間攪拌した。反応終了後、反応液を室温まで冷却し、ヘプタン/酢酸エチル=9/1の混合溶媒5Lに晶析、析出した白色粉体を濾取目的物である樹脂(1−5)を回収した。
NMRから求めたポリマー組成比は35/44/21あった。また、GPC測定により求めた標準ポリスチレン換算の重量平均分子量は8500、分散度は2.0であった。得られた樹脂(1−5)のガラス転移点温度は183℃であった。
合成例(6)樹脂(2−1)の合成
2−エチル−2−アダマンチルメタクリレート、3−ヒドロキシ−1−アダマンタンアクリレート、γ−ラクトンアクリレートを40/20/40の割合で仕込み、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート/プロピレングリコールモノメチルエーテル=60/40(質量比)に溶解し、固形分濃度22質量%の溶液450gを調製した。この溶液に和光純薬工業(株)製V−601を1mol%加え、これを窒素雰囲気下、6時間かけて100℃に加熱し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/プロピレングリコールモノメチルエーテル=60/40の混合溶液50gに滴下した。滴下終了後、反応液を2時間攪拌した。反応終了後、反応液を室温まで冷却し、ヘキサン/酢酸エチル=9/1(質量比)の混合溶媒5Lに晶析、析出した白色粉体を濾取し、目的物である樹脂(2−1)を回収した。
13CNMRから求めたポリマー組成比はa/b/c=35/27/28あった。また、GPC測定により求めた標準ポリスチレン換算の重量平均分子量は9910、分散度は2.2であった。また、DSC測定を行った結果、樹脂(2−1)のガラス転移点は122℃であった。
合成例(7)樹脂(3−1)の合成
合成例(1)と同様の方法で重合を行い、目的物である樹脂(3−1)を得た。
13CNMRから求めたポリマー組成比はa/b/c/d=30/22/39/9あった。また、GPC測定により求めた標準ポリスチレン換算の重量平均分子量は5840、分散度は1.7であった。また、DSC測定を行った結果、樹脂(3−1)のガラス転移点は152℃であった。
合成例(8)樹脂(3−2)の合成
合成例(3)と同様の方法で重合を行い、目的物である樹脂(3−2)を得た。
13CNMRから求めたポリマー組成比はa/b/c/d=30/22/39/9あった。また、GPC測定により求めた標準ポリスチレン換算の重量平均分子量は3890、分散度は1.6であった。また、DSC測定を行った結果、樹脂(3−2)のガラス転移点は134℃であった。
合成例(9)樹脂(4−1)の合成
2−アダマンチル−2−プロピルメタクリレート、2−アダマンチル−2−プロピルアクリレート、ジヒドロキシアダマンタンメタクリレート、ノルボルナンラクトンアクリレートを20/20/20/40の割合で仕込み、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート/プロピレングリコールモノメチルエーテル=60/40に溶解し、固形分濃度22%の溶液450gを調製した。この溶液に和光純薬工業(株)製V−601を9mol%加え、これを窒素雰囲気下、6時間かけて80℃に加熱し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/プロピレングリコールモノメチルエーテル=60/40の混合溶液50gに滴下した。滴下終了後、反応液を2時間攪拌した。反応終了後、反応液を室温まで冷却し、ヘキサン/酢酸エチル=9/1の混合溶媒5Lに晶析、析出した白色粉体を濾取し、目的物である樹脂(4−1)を回収した。
13CNMRから求めたポリマー組成比はa/b/c/d=20/20/21/39あった。また、GPC測定により求めた標準ポリスチレン換算の重量平均分子量は7980、分散度は2.3であった。また、DSC測定を行った結果、樹脂(4−1)のガラス転移点は155℃であった。
合成例(10)樹脂(4−2)の合成
2−アダマンチル−2−プロピルメタクリレート、2−アダマンチル−2−プロピルアクリレート、ジヒドロキシアダマンタンメタクリレート、ノルボルナンラクトンアクリレートを20/20/20/40の割合で仕込み、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート/プロピレングリコールモノメチルエーテル=60/40に溶解し、固形分濃度22%の溶液450gを調製した。この溶液に和光純薬工業(株)製V−601を5mol%加え、これを窒素雰囲気下、6時間かけて80℃に加熱し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/プロピレングリコールモノメチルエーテル=60/40の混合溶液50gに滴下した。滴下終了後、反応液を2時間攪拌した。反応終了後、反応液を室温まで冷却し、ヘキサン/酢酸エチル=9/1の混合溶媒5Lに晶析、析出した白色粉体を濾取し、目的物である樹脂(4−2)を回収した。
13CNMRから求めたポリマー組成比はa/b/c/d=20/20/21/39あった。また、GPC測定により求めた標準ポリスチレン換算の重量平均分子量は9370、分散度は2.2であった。また、DSC測定を行った結果、樹脂(4−2)のガラス転移点は161℃であった。
合成例(11)樹脂(5−1)の合成
合成例(6)と同様の方法で重合を行い、目的物である樹脂(5−1)を得た。
13CNMRから求めたポリマー組成比はa/b/c/d=37/19/2/42あった。また、GPC測定により求めた標準ポリスチレン換算の重量平均分子量は8350、分散度は2.1であった。また、DSC測定を行った結果、樹脂(5−1)のガラス転移点は156℃であった。
合成例(12)樹脂(5−2)の合成
合成例(6)と同様の方法で重合を行い、目的物である樹脂(5−2)を得た。
13CNMRから求めたポリマー組成比はa/b/c/d=35/19/5/41あった。また、GPC測定により求めた標準ポリスチレン換算の重量平均分子量は7630、分散度は2.0であった。また、DSC測定を行った結果、樹脂(5−2)のガラス転移点は139℃であった。
合成例(13)樹脂(6−1)の合成
合成例(6)と同様の方法で重合を行い、目的物である樹脂(6−1)を得た。
13CNMRから求めたポリマー組成比はa/b/c/d=39/16/40/5あった。また、GPC測定により求めた標準ポリスチレン換算の重量平均分子量は8670、分散度は2.2であった。また、DSC測定を行った結果、樹脂(6−1)のガラス転移点は147℃であった。
合成例(14)樹脂(7−1)の合成
合成例(6)と同様の方法で重合を行い、目的物である樹脂(7−1)を得た。
13CNMRから求めたポリマー組成比はa/b/c/d=37/19/39/5であった。また、GPC測定により求めた標準ポリスチレン換算の重量平均分子量は7560、分散度1.9であった。また、DSC測定を行った結果、樹脂(7−1)のガラス転移点は139℃であった。
合成例(15)樹脂(8−1)の合成
2−エチル−2−アダマンチルアクリレート、3−ヒドロキシ−1−アダマンタンアクリレート、ノルボルナンラクトンアクリレートを40/20/40の割合で仕込み、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート/プロピレングリコールモノメチルエーテル=60/40に溶解し、固形分濃度22%の溶液450gを調製した。この溶液に和光純薬製V−601を1mol%加え、これを窒素雰囲気下、6時間かけて80℃に加熱し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/プロピレングリコールモノメチルエーテル=60/40の混合溶液50gに滴下した。滴下終了後、反応液を2時間攪拌した。反応終了後、反応液を室温まで冷却し、ヘキサン/酢酸エチル=10/1の混合溶媒5Lに晶析、析出した白色粉体を濾取し、目的物である樹脂(8−1)を回収した。
13CNMRから求めたポリマー組成比はa/b/c=36/22/42あった。また、GPC測定により求めた標準ポリスチレン換算の重量平均分子量は7900、分散度は2.2であった。また、DSC測定を行った結果、樹脂(8−1)のガラス転移点は83℃であった。
合成例(16)樹脂(8−2)の合成
樹脂(8−1)10gをテトラヒドロフラン90mLに溶解し、撹拌しながら、この溶液にヘキサン80mLを加えた。析出した白色固体を濾取し、目的物である樹脂(8−2)を回収した。
13CNMRから求めたポリマー組成比はa/b/c=35/23/42あった。また、GPC測定により求めた標準ポリスチレン換算の重量平均分子量は11540、分散度は1.5であった。また、DSC測定を行った結果、樹脂(8−2)のガラス転移点は141℃であった。
合成例(17)樹脂(1−6)の合成
2−アダマンチル−2−プロピルメタクリレート、ノルボルナンラクトンアクリレート、ジヒドロキシアダマンタンメタクリレートを35/45/20の割合で仕込み、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート/プロピレングリコールモノメチルエーテル=7/3混合溶媒に溶解し、固形分濃度22%の溶液450gを調製した。この溶液に和光純薬工業(株)製V−601を9mol%加え、これを窒素雰囲気下、6時間かけて100℃に加熱し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/プロピレングリコールモノメチルエーテル=7/3混合溶媒50gに滴下した。滴下終了後、反応液を2時間攪拌した。反応終了後、反応液を室温まで冷却し、ヘプタン/酢酸エチル=9/1の混合溶媒5Lに晶析、析出した白色粉体を濾取目的物である樹脂(1−6)を回収した。
NMRから求めたポリマー組成比は36/22/42あった。また、GPC測定により求めた標準ポリスチレン換算の重量平均分子量は6700、分散度は1.9であった。得られた樹脂(1−6)のガラス転移点温度は183℃であった。
Figure 2005250211
Figure 2005250211
Figure 2005250211
Figure 2005250211
Figure 2005250211
Figure 2005250211
Figure 2005250211
〔実施例1〕
50質量部の合成例1−5のポリマーと50質量部の合成例1−1のポリマー、4.0質量部の光酸発生剤PAG2−4、0.25質量部の添加剤N−1、0.7質量部の界面活性剤W−1、540質量部の溶剤SL−1、360質量部の溶剤SL−2を混合し充分撹拌して溶解させた後、0.1μmのフィルターにて濾過しレジスト溶液を調製した。
BareSi基板に反射防止膜としてARC29A(日産化学工業(株)製)をスピン塗布し205℃のホットプレートで60秒間加熱し、78nmのARC29aの膜を基板上に形成した。この基板に上記で調整したレジスト溶液をスピン塗布し、115℃のホットプレートで60秒間加熱し、260nmのレジスト膜を形成した。このウエハーをNA=0.75のArFスキャナー(ASML社製PAS5500/1100)で露光後、120℃のホットプレートで60秒間のPEB処理を行った。続いて2.38質量%テトラメチルアンモニウムハイドロオキサドの水溶液で30秒間現像、純水で15秒間リンスを行った後基板をスピン乾燥してレジストパターンを形成した(基板A)。
また、PEB処理温度を115℃及び125℃に変更した以外は基板Aと同様にしてレジストパターンを形成した基板B及びCを作成した。
形成されたラインパターンを測長SEM(日立製S9260)で観察し、上記基板Aに形成した100nmのラインアンドスペースパターン(1:1)を再現する露光量を求め、この露光量での基板B及びCにおける100nmのラインアンドスペースパターンの幅を測長した。
基板Aにおける100nmのラインアンドスペースパターン(ライン:スペース=1:1)を再現する露光量で、100nmのラインアンドスペースパターン(ライン:スペース=1:1)について、基板Bにおける幅と基板Cにおける幅の差(nm)をPEB温度差10(℃)で除した値(nm/℃)をPEB温度依存性の指標とした。
その結果、実施例1の組成では、基板Bでは115nm及び基板Cでは85nmであった。従って、PEB温度依存性は、(115−85)nm/10℃=3nm/℃ であった。
〔実施例2〜11〕
表2に示す実施例2〜11の組成についても、実施例1と同様な評価を行った。
〔比較例1〜4〕
表2における比較例1〜4の組成についても、実施例1と同様に評価を行った。
〔PEB温度依存性の評価結果〕
上記実施例1〜11及び比較例1〜4についてのPEB温度依存性の評価結果は、以下のようにして、表2に示した。
A: 5nm/℃未満
B: 5nm/℃以上〜10nm/℃未満
C: 10nm/℃以上
表2に記載の各成分のついての記号は以下のとおりである。
〔光酸発生剤〕
Figure 2005250211
Figure 2005250211
Figure 2005250211
〔塩基性化合物〕
N−1:1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]―5−ノネン
N−2:1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]―7−ウンデセン
N−3:4−ジメチルアミノピリジン
N−4:トリフェニルイミダゾール
N−5:2,6−ジイソプロピルアニリン
N−6:トリブチルアミン
N−7:N,N−ジブチルアニリン
N−8:N,N−ジエターノールアニリン
〔界面活性剤〕
W−1:メガファックF176(大日本インキ化学工業(株)製)
W−2:メガファックR08(大日本インキ化学工業(株)製)
W−3:トロイゾルS−366(トロイケミカル(株)製)
〔溶剤〕
SL−1:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
SL−2:プロピレングリコールモノメチルエーテル
SL−3:3−メトキシー1−ブタノール
SL−4:プロピレンカーボネート
SL−5:シクロヘキサノン
Figure 2005250211
表2の結果より、本発明の組成物がPEB温度依存性が低いことがわかる。

Claims (4)

  1. 酸の作用により分解しアルカリ現像液への溶解性を増加させる基を含有する樹脂2種と活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物を含有するポジ型レジスト組成物であって、
    当該2種の樹脂が、いずれも、アクリル酸誘導体モノマーに由来する繰り返し単位及びメタクリル酸誘導体モノマーに由来する繰り返し単位の少なくともいずれかを含有するとともに脂環構造を含有し、重量平均分子量が4500以上であり、当該2種の樹脂の重量平均分子量の差が2000以上であることを特徴とするポジ型レジスト組成物。
  2. 当該2種の樹脂の少なくともいずれかの樹脂が、一般式(A1)で表される繰り返し単位及び一般式(A2)で表される繰り返し単位の少なくとも1種を含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 2005250211
    Rは、水素原子、水酸基、ハロゲン原子又はアルキル基を示す。複数のRは同じでも異なっていても良い。
    Aは、単結合、アルキレン基、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、ウレタン基及びウレア基よりなる群から選択される単独あるいは2つ以上の基の組合せを表す。
    1はアルキレン基を表す。
  3. 当該2種の樹脂の少なくともいずれかの樹脂が、下記一般式(A3)で表わされる繰り返し単位を含有することを特徴とする請求項1又は2に記載のポジ型レジスト組成物。
    Figure 2005250211
    3及び4は、各々独立に、水素原子又はメチル基を表わす。
  4. 請求項1〜3のいずれかに記載のポジ型レジスト組成物によりレジスト膜を形成し、当該レジスト膜を露光、現像することを特徴とするパターン形成方法。
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