JP2007191566A - 新規樹脂及びそれを用いた感放射線性樹脂組成物 - Google Patents

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Abstract

【課題】ドライエッチング耐性が優れ且つLWRが小さい化学増幅型レジストとして有用な感放射線性樹脂組成物。
【解決手段】下記式で表される繰り返し単位(1)を含有し、酸の作用によりアルカリ可溶性となるアルカリ不溶性又はアルカリ難溶性の樹脂。
Figure 2007191566

【選択図】 なし

Description

本発明は、KrFエキシマレーザーあるいはArFエキシマレーザーに代表される遠紫外線、シンクロトロン放射線等のX線、電子線等の荷電粒子線の如き各種の放射線を使用する微細加工に有用な化学増幅型レジスト用として好適に使用することができる新規樹脂及びそれを用いた感放射線性樹脂組成物に関する。
集積回路素子の製造に代表される微細加工の分野においては、より高い集積度を得るために、最近では0.10μm以下のレベルでの微細加工が可能なリソグラフィー技術が必要とされている。しかし、従来のリソグラフィープロセスでは、一般に放射線としてi線等の近紫外線が用いられているが、この近紫外線では、サブクオーターミクロンレベルの微細加工が極めて困難であると言われている。そこで、0.10μm以下のレベルでの微細加工を可能とするために、より波長の短い放射線の利用が検討されている。このような短波長の放射線としては、例えば、水銀灯の輝線スペクトル、エキシマレーザーに代表される遠紫外線、X線、電子線等を挙げることができるが、これらのうち、特にKrFエキシマレーザー(波長248nm)あるいはArFエキシマレーザー(波長193nm)が注目されている。このようなエキシマレーザーによる照射に適したレジストとして、酸解離性官能基を有する成分と、放射線の照射(以下、「露光」という。)により酸を発生する成分(以下、「酸発生剤」という。)とによる化学増幅効果を利用したレジスト(以下、「化学増幅型レジスト」という。)が数多く提案されている。化学増幅型レジストとしては、例えば、特公平2−27660号公報には、カルボン酸のt−ブチルエステル基又はフェノールのt−ブチルカーボナート基を有する樹脂と酸発生剤とを含有するレジストが提案されている。このレジストは、露光により発生した酸の作用により、樹脂中に存在するt−ブチルエステル基あるいはt−ブチルカーボナート基が解離して、該樹脂がカルボキシル基あるいはフェノール性水酸基からなる酸性基を有するようになり、その結果、レジスト被膜の露光領域がアルカリ現像液に易溶性となる現象を利用したものである。
ところで、解像度を向上させるためには、レジスト被膜を薄くする必要がある。例えば、厚み200nmのレジスト被膜に100nm幅のパターンを作製した場合を考えると、パターンは、高さ200nmで幅100nmとなり、高さ:幅=2:1となる。一方、厚み200nmのレジスト被膜に50nm幅のパターンを作製した場合、パターンは、高さ200nmで幅50nmとなり、高さ:幅=4:1となる。前者では、高さ:幅=2:1であり、後者では高さ:幅=4:1であるから、後者のパターンの方が細長く倒れやすくなってしまう。よって、解像度を向上させつつ倒れにくくするためには、高さと幅との比を小さくする必要があり、レジスト被膜を薄くする必要があるのである。例えば、50nm幅のパターンを作製する場合には、レジスト被膜の膜厚を100nmとし、パターンを、高さ100nmで幅50nmとし、高さ:幅=2:1としなければならないのである。
ところが、レジスト被膜を薄くすると、プラズマやレーザーを用いたドライエッチングに対する耐性が低くなってしまうという問題点がある。従来用いられている樹脂(例えば、特許文献1や特許文献2に記載の樹脂)を用いたレジストでは、ドライエッチング耐性は必ずしも十分とは言えず、ドライエッチング特性の更なる向上が切望されていた。
特開2000−26446号公報 特開2001−109154号公報
本発明の課題は、ドライエッチング耐性が優れ、且つLWR(Line Width Roughness)が小さい、化学増幅型レジストとして有用な感放射線性樹脂組成物及びそれに用いる新規樹脂を提供することにある。
上記の目的を達成するための手段として、請求項1の発明は、一般式(1)で表される繰り返し単位(1)を含有し、酸の作用によりアルカリ可溶性となるアルカリ不溶性又はアルカリ難溶性の樹脂である。
Figure 2007191566

〔一般式(1)において、Rは水素原子、メチル基、又はトリフルオロメチル基を示す。〕
請求項2の発明は、さらに、一般式(2)で表される繰り返し単位(2)を含有する請求項1に記載の樹脂である。
Figure 2007191566

〔一般式(2)において、Rは水素原子、メチル基、又はトリフルオロメチル基を示す。各々のRは相互に独立に炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基もしくはその誘導体、又は炭素数1〜4の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基を示し、且つ、Rは以下の(1)又は(2)の条件を満たす。
(1)Rのうちの少なくとも1つは炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基若しくはその誘導体である。
(2)いずれか2つのRが相互に結合して、それぞれが結合している炭素原子と共に炭素数4〜20の2価の脂環式炭化水素基若しくはその誘導体を形成している。〕
請求項3の発明は、一般式(2)中の基−COOC(Rが下記式(a)、式(b)又は式(c)で表される基である請求項2に記載の樹脂である。
Figure 2007191566

〔式(a)、式(b)及び式(c)において、各Rは相互に独立に炭素数1〜4の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基を示し、mは0又は1である。〕
請求項4の発明は、さらに、一般式(3)で表される繰り返し単位を含有する請求項1乃至3のいずれかに記載の樹脂である。
Figure 2007191566

〔一般式(3)において、Rは水素原子、メチル基、トリフルオロメチル基を示し、Rは炭素数1〜4の直鎖状又は分岐状のアルキル基を示し、qは1〜2の整数である。〕
請求項5の発明は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)によるポリスチレン換算重量平均分子量が1000〜100000であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の樹脂である。
請求項6の発明は、請求項1乃至4のいずれかに記載の樹脂を含有することを特徴とする感放射線性樹脂組成物である。
請求項7の発明は、さらに感放射線性酸発生剤を含有することを特徴とする請求項6に記載の感放射線性樹脂組成物である。
請求項8の発明は、さらに酸拡散制御剤を含有することを特徴とする請求項6に記載の感放射線性樹脂組成物である。
以下、本発明を詳細に説明する。
<樹脂>
本発明における樹脂は、前記一般式(1)で表される繰り返し単位(以下、「繰り返し単位(1)」という。)を含有し、酸の作用によりアルカリ可溶性となるアルカリ不溶性又はアルカリ難溶性の樹脂〔以下、「樹脂(A)」ともいう。〕である。ここでいう「アルカリ不溶性又はアルカリ難溶性」とは、樹脂(A)を含有する感放射線性樹脂組成物から形成されたレジスト被膜からレジストパターンを形成する際に採用されるアルカリ現像条件下で、当該レジスト被膜の代わりに樹脂(A)のみを用いた被膜を現像した場合に、当該被膜の初期膜厚の50%以上が現像後に残存する性質を意味する。
一般式(1)において、ラクトン環部分の構成炭素原子数は5つである。
一方、上述の特許文献1及び2に開示された樹脂ではラクトン環部分の構成炭素原子数は4つとなっている。
従って、本願発明の樹脂の繰り返し単位(1)のラクトン環部分の炭素原子数は、従来の樹脂のラクトン環部分の炭素原子数よりも多くなっていることが分かる。
本願の樹脂では、従来の樹脂よりもドライエッチング耐性が優れているのであるが、これは、ラクトン環部分の炭素原子数が従来知られている樹脂よりも多いためであると推測される。
すなわち、以下の式で示すパラメータ(いわゆる大西パラメータ)の値が、本願発明の樹脂では、特許文献1及び2に開示された樹脂の値よりも小さいためにドライエッチング耐性が優れていると推測される。

パラメータ=(ラクトン環に含まれる全原子数−酸素の原子数)/(ラクトン環に含まれる全原子数)

また、本願発明の樹脂の繰り返し単位(1)において、ラクトン環は酸素原子を含めて6員環(炭素原子5+酸素原子1)である。
一方、上述の特許文献1及び2に開示された樹脂ではラクトン環は5員環(炭素原子4+酸素原子1)となっている。
本願の樹脂を使用した感放射線性樹脂組成物では、特許文献1及び2の樹脂を使用した該組成物よりもドライエッチング耐性が優れている他にLWRが小さいという特徴を有している。特許文献1及び2の樹脂では、ラクトン環が5員環であるため歪があると考えられる。本願発明の樹脂はラクトン環が6員環であるため、ラクトン環が5員環である場合より安定である。ラクトン環が5員環の場合、この歪みのために感放射線性樹脂組成物を用いてパターンを形成する際に、ごく一部のラクトン環が開環し、カルボキシル基が生成されることにより未露光部の膨潤を引き起こしLWRが大きくなると推察される。
前記樹脂(A)は、さらに、前記一般式(2)で表される繰り返し単位(2)を含有していてもよい。
一般式(2)において、Rの炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基、及び何れか2つのRが相互に結合して形成した炭素数4〜20の2価の脂環式炭化水素基としては、例えば、ノルボルナン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカン、アダマンタンや、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン等のシクロアルカン類等に由来する脂環族環からなる基;これらの脂環族環からなる基を、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基等の炭素数1〜4の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基の1種以上あるいは1個以上で置換した基等を挙げることができる。これらの脂環式炭化水素基のうち、ノルボルナン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカン、アダマンタン、シクロペンタン又はシクロヘキサンに由来する脂環族環からなる基や、これらの脂環族環からなる基を前記アルキル基で置換した基等が好ましい。
また、前記脂環式炭化水素基の誘導体としては、例えば、ヒドロキシル基;カルボキシル基;オキソ基(即ち、=O基);ヒドロキシメチル基、1−ヒドロキシエチル基、2−ヒドロキシエチル基、1−ヒドロキシプロピル基、2−ヒドロキシプロピル基、3−ヒドロキシプロピル基、1−ヒドロキシブチル基、2−ヒドロキシブチル基、3−ヒドロキシブチル基、4−ヒドロキシブチル基等の炭素数1〜4のヒドロキシアルキル基;メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、i−プロポキシ基、n−ブトキシ基、2−メチルプロポキシ基、1−メチルプロポキシ基、t−ブトキシ基等の炭素数1〜4のアルコキシル基;シアノ基;シアノメチル基、2−シアノエチル基、3−シアノプロピル基、4−シアノブチル基等の炭素数2〜5のシアノアルキル基等の置換基を1種以上あるいは1個以上有する基を挙げることができる。これらの置換基のうち、ヒドロキシル基、カルボキシル基、ヒドロキシメチル基、シアノ基、シアノメチル基等が好ましい。
また、Rの炭素数1〜4の直鎖状もしくは分岐状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、i−プロピル基、n−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基等を挙げることができる。これらのアルキル基のうち、メチル基、エチル基が好ましい。
一般式(2)における基−COOC(Rは、酸の作用により解離してカルボキシル基を形成する酸解離性基をなしている。以下、基−COOC(Rを「酸解離性基(i)」という。
好ましい酸解離性基(i)としては、例えば、下記式(a)、式(b)又は式(c)で表される基が好ましい。
Figure 2007191566

〔式(a)、式(b)及び式(c)において、各Rは相互に独立に炭素数1〜4の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基を示し、mは0又は1である。〕
式(a)、式(b)及び式(c)において、Rの炭素数1〜4の直鎖状もしくは分岐状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、i−プロピル基、n−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基等を挙げることができる。これらのアルキル基のうち、メチル基、エチル基が好ましい。
式(a)で表される基としては、特に、2つのRがともにメチル基である基が好ましい。また、式(b)で表される基としては、特に、Rがメチル基である基、Rがエチル基である基が好ましい。また、式(c)で表される基としては、特に、mが0でRがメチル基である基、mが0でRがエチル基である基、mが1でRがメチル基である基、mが1でRがエチル基である基が好ましい。
また、前記以外の酸解離性基(i)としては、例えば、t−ブチル基、t−ブトキシカルボニル基や、下記式(d−1)〜(d−48)の基等を挙げることができる。
Figure 2007191566
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Figure 2007191566
Figure 2007191566
Figure 2007191566
樹脂(A)は、繰り返し単位(1)を2種以上含有してもよいし、繰り返し単位(2)を2種以上含有していてもよい。なお、繰り返し単位(1)及び繰り返し単位(2)は、それぞれ対応する(メタ)アクリル酸誘導体に由来する繰り返し単位である(なお、明細書中、「(メタ)アクリル酸エステル」とはアクリル酸エステル及びメタクリル酸エステルの双方を意味するものとする)。
樹脂(A)は、さらに、繰り返し単位(1)及び繰り返し単位(2)以外の繰り返し単位(以下、「他の繰り返し単位」という。)を1種以上含有することができる。樹脂(A)は、他の繰り返し単位として、下記一般式(3)で表される単位(以下、「他の繰り返し単位(3)」という。)を含有することが好ましい。
Figure 2007191566

〔一般式(3)において、Rは水素原子、メチル基、トリフルオロメチル基を示し、Rは炭素数1〜4の直鎖状又は分岐状のアルキル基を示し、qは1〜2の整数である。〕
他の繰り返し単位(3)としては、特に、下記式で表される単位(3−1)が樹脂の溶解性が優れるため好ましい。
Figure 2007191566

〔一般式(3−1)において、Rは水素原子、メチル基、トリフルオロメチル基、又はヒドロキシメチル基を示す。〕
また、他の繰り返し単位(3)以外の他の繰り返し単位としては、酸解離性基を有さない下記一般式(4)〜(6)で表される繰り返し単位(以下、一般式(4)の繰り返し単位を「他の繰り返し単位(4)」、一般式(5)の繰り返し単位を「他の繰り返し単位(5)」、一般式(6)の繰り返し単位を「他の繰り返し単位(6)」という。)から選ばれる少なくとも1種の繰り返し単位を含有することが好ましい。
他の繰り返し単位(4)
Figure 2007191566
一般式(4)において、Rは水素原子、メチル基、又はトリフルオロメチル基を示し、Xは下記(4−1)又は(4−2)で表される炭素数7〜20の多環型脂環式炭化水素基である。下記(4−1)における2つのRは、相互に結合して、それぞれが結合している炭素原子と共に炭素数7〜20の2価の脂環式炭化水素基を形成している。また、下記(4−2)における3つのRは相互に結合して、それぞれが結合している炭素原子と共に炭素数7〜20の2価の多環型脂環式炭化水素基を形成している。これらの炭素数7〜20の多環型脂環式炭化水素基は、炭素数1〜4のアルキル基、ヒドロキシル基、シアノ基、炭素数1〜10のヒドロキシアルキル基で置換されていても、置換されていなくてもよい。
Figure 2007191566
一般式(4−1)または(4−2)で表される他の繰り返し単位(4)の炭素数7〜20の多環型脂環式炭化水素基としては、例えば、下記式に示すように、ビシクロ[2.2.1]ヘプタン(4a)、ビシクロ[2.2.2]オクタン(4b)、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン(4c)、テトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカン(4d)、アダマンタン(4e)等のシクロアルカン類に由来する脂環族環からなる炭化水素基が挙げられる。
Figure 2007191566
これらのシクロアルカン由来の脂環族環は、置換基を有していてもよく、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基等の炭素数1〜4の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基の1種以上あるいは1個以上で置換してもよい。これらは例えば、以下の様な具体例で表されるが、これらのアルキル基によって置換されたものに限定されるものではなく、ヒドロキシル基、シアノ基、炭素数1〜10のヒドロキシアルキル基で置換されたものであってもよい。また、これらの他の繰り返し単位(4)は1種又は2種以上を含有することができる。
Figure 2007191566
他の繰り返し単位(5)
Figure 2007191566
一般式(5)で表される他の繰り返し単位(5)のRは水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、トリフルオロメチル基、又はヒドロキシメチル基を示し、Rは、2価の有機基を示す。前記炭素数1〜4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、i−プロピル基、n−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基等のアルキル基が挙げられる。
一般式(5)で表される他の繰り返し単位(5)のRとしての2価の有機基は、好ましくは2価の炭化水素基であり、2価の炭化水素基の中でも好ましくは鎖状又は環状の炭化水素基が好ましく、アルキレングリコール基、アルキレンエステル基であってもよい。
好ましいRとしては、メチレン基、エチレン基、1,3−プロピレン基もしくは1,2−プロピレン基などのプロピレン基、テトラメチレン基、ペンタメチレン基、ヘキサメチレン基、ヘプタメチレン基、オクタメチレン基、ノナメチレン基、デカメチレン基、ウンデカメチレン基、ドデカメチレン基、トリデカメチレン基、テトラデカメチレン基、ペンタデカメチレン基、ヘキサデカメチレン基、ヘプタデカメチレン基、オクタデカメチレン基、ノナデカメチレン基、インサレン基、1−メチル−1,3−プロピレン基、2−メチル1,3−プロピレン基、2−メチル−1,2−プロピレン基、1−メチル−1,4−ブチレン基、2−メチル−1,4−ブチレン基、メチリデン基、エチリデン基、プロピリデン基、又は、2−プロピリデン基等の飽和鎖状炭化水素基、1,3−シクロブチレン基などのシクロブチレン基、1,3−シクロペンチレン基などのシクロペンチレン基、1,4−シクロヘキシレン基などのシクロヘキシレン基、1,5−シクロオクチレン基などのシクロオクチレン基等の炭素数3〜10のシクロアルキレン基などの単環式炭化水素環基、1,4−ノルボルニレン基もしくは2,5−ノルボルニレン基などのノルボルニレン基、1,5−アダマンチレン基、2,6−アダマンチレン基などのアダマンチレン基等の2〜4環式炭素数4〜30の炭化水素環基などの架橋環式炭化水素環基等が挙げられる。
特にRとして2価の脂肪族環状炭化水素基を含むときは、ビストリフルオロメチル−ヒドロキシ−メチル基と該脂肪族環状炭化水素基との間にスペーサーとして炭素数1〜4のアルキレン基を挿入することが好ましい。
また、Rとしては、2,5−ノルボルニレン基を含む炭化水素基、1,2−エチレン基、プロピレン基が好ましい。
特に好ましい他の繰り返し単位(5)は、以下に示す式(5−1)〜(5−4)である。
Figure 2007191566
他の繰り返し単位(6)
Figure 2007191566
一般式(6)で表される他の繰り返し単位(6)において、Rは水素原子、メチル基、エチル基を表し、Xは2価の有機基を表し、RはRfSONHCH−基(ここでRfは、炭素数1〜4のパーフルオロアルキル基を表わす。)である。
前記Xで表わされる2価の有機基としては、炭素数1〜4のアルキレン基、炭素数5〜10の脂環式炭化水素基が挙げられる。Rfで表わされる炭素数1〜4のパーフルオロアルキル基としては、トリフルオロメチル基、パーフルオロエチル基、パーフルオロプロピル基、パーフルオロブチル基が挙げられる。これらのうち、トリフルオロメチル基、パーフルオロエチル基が好ましく、特にトリフルオロメチル基が好ましい。
前記Xにおける、上記炭素数1〜4の直鎖状もしくは分岐状のアルキレン基としては、メチレン基、エチレン基、n−プロピレン基、i−プロピレン基、n−ブチレン基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基を例示できる。これらのうち、メチレン基が好ましい。また、Xにおける、上記炭素数5〜10の脂環式炭化水素基としては、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボルナン基が挙げられる。これらのうち、ノルボルナン基が好ましい。
一般式(6)で表される他の繰り返し単位(6)を生じさせる単量体の中で好ましい単量体としては、例えば、下記一般式(6−1)、一般式(6−2)で表されるものが挙げられる。
Figure 2007191566

〔一般式(6−1)及び(6−2)において、Rは水素原子、メチル基、又はエチル基を示す。〕
上記一般式(1)〜(6)以外の繰り返し単位として、例えば、(メタ)アクリル酸カルボキシノルボルニル、(メタ)アクリル酸カルボキシトリシクロデカニル、(メタ)アクリル酸カルボキシテトラシクロデカニル等の不飽和カルボン酸の有橋式炭化水素骨格を有するカルボキシル基含有エステル類;
(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸n−プロピル、(メタ)アクリル酸n−ブチル、(メタ)アクリル酸2−メチルプロピル、(メタ)アクリル酸1−メチルプロピル、(メタ)アクリル酸t−ブチル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸3−ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸シクロプロピル、(メタ)アクリル酸シクロペンチル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸4−メトキシシクロヘキシル、(メタ)アクリル酸2−シクロペンチルオキシカルボニルエチル、(メタ)アクリル酸2−シクロヘキシルオキシカルボニルエチル、(メタ)アクリル酸2−(4−メトキシシクロヘキシル)オキシカルボニルエチル等の有橋式炭化水素骨格をもたない(メタ)アクリル酸エステル類;
1,2−アダマンタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,3−アダマンタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,4−アダマンタンジオールジ(メタ)アクリレート、トリシクロデカニルジメチロールジ(メタ)アクリレート等の有橋式炭化水素骨格を有する多官能性単量体;
メチレングリコールジ(メタ)アクリレート、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、2,5−ジメチル−2,5−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、1,8−オクタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,9−ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、1,4−ビス(2−ヒドロキシプロピル)ベンゼンジ(メタ)アクリレート、1,3−ビス(2−ヒドロキシプロピル)ベンゼンジ(メタ)アクリレート等の有橋式炭化水素骨格をもたない多官能性単量体等の多官能性単量体の重合性不飽和結合が開裂した単位を挙げることができる。
これらの一般式(1)〜(6)以外の繰り返し単位のうち、有橋式炭化水素骨格を有する(メタ)アクリル酸エステル類の重合性不飽和結合が開裂した単位等が好ましい。
樹脂(A)において、繰り返し単位(1)の含有率は、全繰り返し単位に対して、通常80モル%以下、好ましくは10〜80モル%、より好ましくは15〜75モル%、さらに好ましくは20〜70モル%である。この場合、繰り返し単位(1)の含有率が80モル%を超えると、レジストの溶剤への溶解性が低くなり、解像度が低下するおそれがある。また、10〜80モル%であれば、アルカリ現像液に対する溶解性が良好であり、現像欠陥の発生を十分に抑制することができ、レジストとしての十分な解像度を得ることができる。
また、繰り返し単位(2)の含有率は、全繰り返し単位に対して、通常、80モル%以下、好ましくは10〜80モル%、より好ましくは15〜70モル%、さらに好ましくは20〜60モル%である。この場合、繰り返し単位(2)の含有率が80モル%を超えると、露光部のアルカリ現像液に対する溶解性が低下したり、解像度が低下したりするおそれがある。また、10〜80モル%であれば、レジストとしての十分な解像度を得ることができる。
また、他の繰り返し単位(3)の含有率は、全繰り返し単位に対して、通常、30モル%以下、好ましくは5〜25モル%である。この場合、他の繰り返し単位(3)の含有率が30モル%を超えると、得られるレジスト被膜がアルカリ現像液により膨潤しやすくなったり、アルカリ現像液に対する溶解性が低下したりする傾向がある。
また、他の繰り返し単位(4)の含有率は、全繰り返し単位に対して、通常、30モル%以下、好ましくは5〜25モル%である。この場合、他の繰り返し単位(4)の含有率が30モル%を超えると、得られるレジスト被膜がアルカリ現像液により膨潤しやすくなったり、アルカリ現像液に対する溶解性が低下したりするおそれがある。
また、他の繰り返し単位(5)の含有率は、全繰り返し単位に対して、通常、30モル%以下、好ましくは5〜25モル%である。この場合、他の繰り返し単位(5)の含有率が30モル%を超えると、得られるレジスト被膜がアルカリ現像液により膨潤しやすくなったり、アルカリ現像液に対する溶解性が低下したりするおそれがある。
また、他の繰り返し単位(6)の含有率は、全繰り返し単位に対して、通常、30モル%以下、好ましくは5〜25モル%である。この場合、他の繰り返し単位(6)の含有率が30モル%を超えると、得られるレジスト被膜がアルカリ現像液により膨潤しやすくなったり、アルカリ現像液に対する溶解性が低下したりするおそれがある。
さらに、一般式(1)〜(6)以外の繰り返し単位の含有率は、全繰り返し単位に対して、通常、50モル%以下、好ましくは40モル%以下である。
樹脂(A)は、例えば、その各繰り返し単位に対応する重合性不飽和単量体を、ヒドロパーオキシド類、ジアルキルパーオキシド類、ジアシルパーオキシド類、アゾ化合物等のラジカル重合開始剤を使用し、必要に応じて連鎖移動剤の存在下、適当な溶媒中で重合することにより製造することができる。前記重合に使用される溶媒としては、例えば、n−ペンタン、n−ヘキサン、n−ヘプタン、n−オクタン、n−ノナン、n−デカン等のアルカン類;シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、デカリン、ノルボルナン等のシクロアルカン類;ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、クメン等の芳香族炭化水素類;クロロブタン類、ブロモヘキサン類、ジクロロエタン類、ヘキサメチレンジブロミド、クロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素類;酢酸エチル、酢酸n−ブチル、酢酸i−ブチル、プロピオン酸メチル等の飽和カルボン酸エステル類;2−ブタノン、4−メチル−2−ペンタノン、2−ヘプタノン等のケトン類;テトラヒドロフラン、ジメトキシエタン類、ジエトキシエタン類等のエーエル類等を挙げることができる。これらの溶媒は、単独で又は2種以上を混合して使用することができる。また、前記重合における反応温度は、通常、40〜120℃、好ましくは50〜90℃であり、反応時間は、通常、1〜48時間、好ましくは1〜24時間である。
樹脂(A)のゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)によるポリスチレン換算重量平均分子量(以下、「Mw」という。)は、特に限定されないが、好ましくは1000〜100000、さらに好ましくは5000〜30000、さらに好ましくは5000〜20000である。この場合、樹脂(A)のMwが1000未満では、レジストとしたときの耐熱性が低下する傾向があり、一方100000を超えると、レジストとしたときの現像性が低下する傾向がある。また、樹脂(A)のMwとゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)によるポリスチレン換算数平均分子量(以下、「Mn」という。)との比(Mw/Mn)は、通常、1〜5、好ましくは1〜3である。
なお、樹脂(A)は、ハロゲン、金属等の不純物が少ないほど好ましく、それにより、レジストとしたときの感度、解像度、プロセス安定性、パターン形状等をさらに改善することができる。樹脂(A)の精製法としては、例えば、水洗、液々抽出等の化学的精製法や、これらの化学的精製法と限外ろ過、遠心分離等の物理的精製法との組み合わせ等を挙げることができる。本発明において、樹脂(A)は、単独で又は2種以上を混合して使用することができる。
<感放射線性酸発生剤>
本発明の感放射線性樹脂組成物は、上述の樹脂を含有するが、さらに感放射線性酸発生剤(以下、「酸発生剤」という。)を含有していてもよい。
本発明における酸発生剤は、露光により酸を発生する。酸発生剤は、露光により発生した酸の作用によって、上述の樹脂中に存在する酸解離性基を解離させ、その結果レジスト被膜の露光部がアルカリ現像液に易溶性となり、ポジ型のレジストパターンを形成する作用を有するものである。本発明における酸発生剤としては、下記一般式(7)で表される化合物(以下、「酸発生剤(B)」という。)を含むものが好ましい。
Figure 2007191566
〔一般式(7)において、Rは水素原子、水酸基、炭素数1〜10の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、炭素数1〜10の直鎖状もしくは分岐状のアルコキシル基、炭素数2〜11の直鎖状もしくは分岐状のアルコキシカルボニル基を示し、Rは水素原子又は炭素数1〜10の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基を示し、jは0〜3の整数であり、各R10は相互に独立に炭素数1〜10の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、置換されていてもよいフェニル基又は置換基されていてもよいナフチル基を示すか、あるいは2個のR10が互いに結合して炭素数2〜10の2価の基を形成しており、該2価の基は置換されていてもよく、kは0〜2の整数であり、XはC2n+1SO の構造を有するアニオンを示し、nは1〜10の整数である。〕
一般式(7)において、R、R及びR10の炭素数1〜10の直鎖状もしくは分岐状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、i−プロピル基、n−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、ネオペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、2−エチルヘキシル基、n−ノニル基、n−デシル基等を挙げることができる。これらのアルキル基のうち、メチル基、エチル基、n−ブチル基、t−ブチル基等が好ましい。
また、Rの炭素数1〜10の直鎖状もしくは分岐状のアルコキシル基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、i−プロポキシ基、n−ブトキシ基、2−メチルプロポキシ基、1−メチルプロポキシ基、t−ブトキシ基、n−ペンチルオキシ基、ネオペンチルオキシ基、n−ヘキシルオキシ基、n−ヘプチルオキシ基、n−オクチルオキシ基、2−エチルヘキシルオキシ基、n−ノニルオキシ基、n−デシルオキシ基等を挙げることができる。これらのアルコキシル基のうち、メトキシ基、エトキシ基、n−ブトキシ基等が好ましい。
また、Rの炭素数2〜11の直鎖状もしくは分岐状のアルコキシカルボニル基としては、例えば、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、n−プロポキシカルボニル基、i−プロポキシカルボニル基、n−ブトキシカルボニル基、2−メチルプロポキシカルボニル基、1−メチルプロポキシカルボニル基、t−ブトキシカルボニル基、n−ペンチルオキシカルボニル基、ネオペンチルオキシカルボニル基、n−ヘキシルオキシカルボニル基、n−ヘプチルオキシカルボニル基、n−オクチルオキシカルボニル基、2−エチルヘキシルオキシカルボニル基、n−ノニルオキシカルボニル基、n−デシルオキシカルボニル基等を挙げることができる。これらのアルコキシカルボニル基のうち、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、n−ブトキシカルボニル基等が好ましい。
一般式(7)におけるRとしては、水素原子、水酸基、メトキシ基、エトキシ基、n−ブトキシ基等が好ましい。また、一般式(7)におけるRとしては、水素原子、メチル基、エチル基、t−ブチル基等が好ましい。また、一般式(7)におけるjとしては、0又は1が好ましい。
一般式(7)において、R10の置換されていてもよいフェニル基としては、例えば、フェニル基、o−トリル基、m−トリル基、p−トリル基、2,3−ジメチルフェニル基、2,4−ジメチルフェニル基、2,5−ジメチルフェニル基、2,6−ジメチルフェニル基、3,4−ジメチルフェニル基、3,5−ジメチルフェニル基、2,4,6−トリメチルフェニル基、4−エチルフェニル基等のフェニル基又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基で置換されたフェニル基;これらのフェニル基又はアルキル置換フェニル基を、ヒドロキシル基、カルボキシル基、シアノ基、ニトロ基、アルコキシル基、アルコキシアルキル基、アルコキシカルボニル基、アルコキシカルボニルオキシ基等の1個以上あるいは1種以上で置換した基等を挙げることができる。
フェニル基及びアルキル置換フェニル基に対する置換基のうち、前記アルコキシル基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、i−プロポキシ基、n−ブトキシ基、2−メチルプロポキシ基、1−メチルプロポキシ基、t−ブトキシ基、シクロペンチルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基等の炭素数1〜20の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルコキシル基等を挙げることができる。
また、前記アルコキシアルキル基としては、例えば、メトキシメチル基、エトキシメチル基、1−メトキシエチル基、2−メトキシエチル基、1−エトキシエチル基、2−エトキシエチル基等の炭素数2〜21の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルコキシアルキル基等を挙げることができる。
また、前記アルコキシカルボニル基としては、例えば、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、n−プロポキシカルボニル基、i−プロポキシカルボニル基、n−ブトキシカルボニル基、2−メチルプロポキシカルボニル基、1−メチルプロポキシカルボニル基、t−ブトキシカルボニル基、シクロペンチルオキシカルボニル基、シクロヘキシルオキシカルボニル等の炭素数2〜21の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルコキシカルボニル基等を挙げることができる。
また、前記アルコキシカルボニルオキシ基としては、例えば、メトキシカルボニルオキシ基、エトキシカルボニルオキシ基、n−プロポキシカルボニルオキシ基、i−プロポキシカルボニルオキシ基、n−ブトキシカルボニルオキシ基、t−ブトキシカルボニルオキシ基、シクロペンチルオキシカルボニル基、シクロヘキシルオキシカルボニル等の炭素数2〜21の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルコキシカルボニルオキシ基等を挙げることができる。
一般式(7)におけるR10の置換されていてもよいフェニル基としては、フェニル基、4−メトキシフェニル基、4−t−ブトキシフェニル基等が好ましい。
また、R10の置換されていてもよいナフチル基としては、例えば、1−ナフチル基、2−メチル−1−ナフチル基、3−メチル−1−ナフチル基、4−メチル−1−ナフチル基、4−メチル−1−ナフチル基、5−メチル−1−ナフチル基、6−メチル−1−ナフチル基、7−メチル−1−ナフチル基、8−メチル−1−ナフチル基、2,3−ジメチル−1−ナフチル基、2,4−ジメチル−1−ナフチル基、2,5−ジメチル−1−ナフチル基、2,6−ジメチル−1−ナフチル基、2,7−ジメチル−1−ナフチル基、2,8−ジメチル−1−ナフチル基、3,4−ジメチル−1−ナフチル基、3,5−ジメチル−1−ナフチル基、3,6−ジメチル−1−ナフチル基、3,7−ジメチル−1−ナフチル基、3,8−ジメチル−1−ナフチル基、4,5−ジメチル−1−ナフチル基、5,8−ジメチル−1−ナフチル基、4−エチル−1−ナフチル基2−ナフチル基、1−メチル−2−ナフチル基、3−メチル−2−ナフチル基、4−メチル−2−ナフチル基等のナフチル基又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基で置換されたナフチル基;これらのナフチル基又はアルキル置換ナフチル基を、ヒドロキシル基、カルボキシル基、シアノ基、ニトロ基、アルコキシル基、アルコキシアルキル基、アルコキシカルボニル基、アルコキシカルボニルオキシ基等の1個以上あるいは1種以上で置換した基等を挙げることができる。
ナフチル基及びアルキル置換ナフチル基に対する置換基であるアルコキシル基、アルコキシアルキル基、アルコキシカルボニル基及びアルコキシカルボニルオキシ基としては、例えば、前記フェニル基及びアルキル置換フェニル基について例示したそれぞれ対応する基と同様のものを挙げることができる。一般式(7)におけるR10の置換されていてもよいナフチル基としては、1−ナフチル基、1−(4−メトキシナフチル)基、1−(4−エトキシナフチル)基、1−(4−n−ブトキシナフチル)基等が好ましい。
また、2個のR10が互いに結合して形成した炭素数2〜10の2価の基としては、式中の硫黄原子と共に5員又は6員の環状構造、特に好ましくは5員の環状構造(即ち、テトラヒドロチオフェン環構造)を形成する基が望ましい。また、前記2価の基に対する置換基としては、例えば、前記フェニル基及びアルキル置換フェニル基に対する置換基として例示したヒドロキシル基、カルボキシル基、シアノ基、ニトロ基、アルコキシル基、アルコキアルキル基、アルコキシカルボニル基、アルコキシカルボニルオキシ基等を挙げることができる。
一般式(7)におけるR10としては、メチル基、エチル基、フェニル基、4−メトキシフェニル基、1−ナフチル基、2個のR10が互いに結合して硫黄原子と共にテトラヒドロチオフェン環構造を形成する2価の基等が好ましい。
一般式(7)において、kとしては、0又は1が好ましい。また、XのC2n+1SO 中のC2n+1−基は、炭素数nのパーフルオロアルキル基であるが、該基は直鎖状もしくは分岐状であることができる。Xにおけるnとしては、4又は8が好ましい。
酸発生剤(B)の具体例としては、トリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、1−ナフチルジメチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、1−ナフチルジメチルスルホニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、1−ナフチルジメチルスルホニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、1−ナフチルジエチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、1−ナフチルジエチルスルホニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、1−ナフチルジエチルスルホニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、
1−(4−ヒドロキシナフチル)ジメチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、1−(4−ヒドロキシナフチル)ジメチルスルホニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、1−(4−ヒドロキシナフチル)ジメチルスルホニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、1−(4−ヒドロキシナフチル)ジエチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、1−(4−ヒドロキシナフチル)ジエチルスルホニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、1−(4−ヒドロキシナフチル)ジエチルスルホニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、1−(4−シアノナフチル)ジメチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、1−(4−シアノナフチル)ジメチルスルホニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、1−(4−シアノナフチル)ジメチルスルホニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、1−(4−シアノナフチル)ジエチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、1−(4−シアノナフチル)ジエチルスルホニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、1−(4−シアノナフチル)ジエチルスルホニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、
1−(4−ニトロナフチル)ジメチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、1−(4−ニトロナフチル)ジメチルスルホニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、1−(4−ニトロナフチル)ジメチルスルホニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、1−(4−ニトロナフチル)ジエチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、1−(4−ニトロナフチル)ジエチルスルホニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、1−(4−ニトロナフチル)ジエチルスルホニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、1−(4−メチルナフチル)ジメチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、1−(4−メチルナフチル)ジメチルスルホニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、1−(4−メチルナフチル)ジメチルスルホニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、1−(4−メチルナフチル)ジエチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、1−(4−メチルナフチル)ジエチルスルホニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、1−(4−メチルナフチル)ジエチルスルホニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、
1−(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)テトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、1−(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)テトラヒドロチオフェニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、1−(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)テトラヒドロチオフェニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、1−(4−メトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、1−(4−メトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、1−(4−メトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、1−(4−エトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、1−(4−エトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、1−(4−エトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、1−(4−n−ブトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、1−(4−n−ブトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、1−(4−n−ブトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート等を挙げることができる。
これらの酸発生剤(B)のうち、トリフェニルスルホニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、1−(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)テトラヒドロチオフェニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、1−(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)テトラヒドロチオフェニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、1−(4−n−ブトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、1−(4−n−ブトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、1−(4−n−ブトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート等が好ましい。本発明において、酸発生剤(B)は、単独で又は2種以上を混合して使用することができる。
また、本発明においては、酸発生剤(B)と共に、他の感放射線性酸発生剤(以下、「他の酸発生剤」という。)を併用することができる。他の酸発生剤としては、例えば、オニウム塩化合物、ハロゲン含有化合物、ジアゾケトン化合物、スルホン化合物、スルホン酸化合物等を挙げることができる。これらの他の酸発生剤としては、例えば、下記のものを挙げることができる。
オニウム塩化合物:オニウム塩化合物としては、例えば、ヨードニウム塩、スルホニウム塩、ホスホニウム塩、ジアゾニウム塩、ピリジニウム塩等を挙げることができる。オニウム塩化合物の具体例としては、ジフェニルヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、シクロヘキシル・2−オキソシクロヘキシル・メチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、ジシクロヘキシル・2−オキソシクロヘキシルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、2−オキソシクロヘキシルジメチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート等を挙げることができる。
ハロゲン含有化合物:ハロゲン含有化合物としては、例えば、ハロアルキル基含有炭化水素化合物、ハロアルキル基含有複素環式化合物等を挙げることができる。ハロゲン含有化合物の具体例としては、フェニルビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、4−メトキシフェニルビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、1−ナフチルビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン等の(トリクロロメチル)−s−トリアジン誘導体や、1,1−ビス(4−クロロフェニル)−2,2,2−トリクロロエタン等を挙げることができる。
ジアゾケトン化合物:ジアゾケトン化合物としては、例えば、1,3−ジケト−2−ジアゾ化合物、ジアゾベンゾキノン化合物、ジアゾナフトキノン化合物等を挙げることができる。ジアゾケトンの具体例としては、1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホニルクロリド、1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホニルクロリド、2,3,4,4’−テトラヒドロキシベンゾフェノンの1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホン酸エステル又は1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸エステル、1,1,1−トリス(4−ヒドロキシフェニル)エタンの1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホン酸エステル又は1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸エステル等を挙げることができる。
スルホン化合物:スルホン化合物としては、例えば、β−ケトスルホン、β−スルホニルスルホンや、これらの化合物のα−ジアゾ化合物等を挙げることができる。スルホン化合物の具体例としては、4−トリスフェナシルスルホン、メシチルフェナシルスルホン、ビス(フェニルスルホニル)メタン等を挙げることができる。
スルホン酸化合物:スルホン酸化合物としては、例えば、アルキルスルホン酸エステル、アルキルスルホン酸イミド、ハロアルキルスルホン酸エステル、アリールスルホン酸エステル、イミノスルホネート等を挙げることができる。スルホン酸化合物の具体例としては、ベンゾイントシレート、ピロガロールのトリス(トリフルオロメタンスルホネート)、ニトロベンジル−9,10−ジエトキシアントラセン−2−スルホネート、トリフルオロメタンスルホニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボジイミド、ノナフルオロ−n−ブタンスルホニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボジイミド、パーフルオロ−n−オクタンスルホニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボジイミド、N−ヒドロキシスクシイミドトリフルオロメタンスルホネート、N−ヒドロキシスクシイミドノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、N−ヒドロキシスクシイミドパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、1,8−ナフタレンジカルボン酸イミドトリフルオロメタンスルホネート、1,8−ナフタレンジカルボン酸イミドノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、1,8−ナフタレンジカルボン酸イミドパーフルオロ−n−オクタンスルホネート等を挙げることができる。
これらの他の酸発生剤のうち、ジフェニルヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、シクロヘキシル・2−オキソシクロヘキシル・メチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、ジシクロヘキシル・2−オキソシクロヘキシルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、2−オキソシクロヘキシルジメチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、
トリフルオロメタンスルホニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボジイミド、ノナフルオロ−n−ブタンスルホニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボジイミド、パーフルオロ−n−オクタンスルホニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボジイミド、N−ヒドロキシスクシイミドトリフルオロメタンスルホネート、N−ヒドロキシスクシイミドノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、N−ヒドロキシスクシイミドパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、1,8−ナフタレンジカルボン酸イミドトリフルオロメタンスルホネート等が好ましい。前記他の酸発生剤は、単独で又は2種以上を混合して使用することができる。
本発明において、酸発生剤(B)と他の酸発生剤の合計使用量は、レジストとしての感度及び現像性を確保する観点から、樹脂100質量部に対して、通常、0.1〜20質量部、好ましくは0.5〜10質量部である。この場合、前記合計使用量が0.1質量部未満では、感度及び現像性が低下する傾向があり、一方20質量部を超えると、放射線に対する透明性が低下して、矩形のレジストパターンを得られ難くなる傾向がある。また、他の酸発生剤の使用割合は、酸発生剤(B)と他の酸発生剤との合計に対して、通常、80質量%以下、好ましくは60質量%以下である。
<添加剤>
本発明の感放射線性樹脂組成物には、必要に応じて、酸拡散制御剤、酸解離性基を有する脂環族添加剤、界面活性剤、増感剤等の各種の添加剤を配合することができる。前記酸拡散制御剤は、露光により酸発生剤から生じる酸のレジスト被膜中における拡散現象を制御し、非露光領域における好ましくない化学反応を抑制する作用を有する成分である。このような酸拡散制御剤を配合することにより、得られる感放射線性樹脂組成物の貯蔵安定性が向上し、またレジストとしての解像度がさらに向上するとともに、露光から露光後の加熱処理までの引き置き時間(PED)の変動によるレジストパターンの線幅変化を抑えることができ、プロセス安定性に極めて優れた組成物が得られる。酸拡散制御剤としては、レジストパターンの形成工程中の露光や加熱処理により塩基性が変化しない含窒素有機化合物が好ましい。このような含窒素有機化合物としては、例えば、下記一般式(8)で表される化合物(以下、「含窒素化合物(イ)」という。)、同一分子内に窒素原子を2個有する化合物(以下、「含窒素化合物(ロ)」という。)、窒素原子を3個以上有するポリアミノ化合物や重合体(以下、これらをまとめて「含窒素化合物(ハ)」という。)、アミド基含有化合物、ウレア化合物、含窒素複素環化合物等を挙げることができる。
Figure 2007191566
〔一般式(8)において、各R11は相互に独立に水素原子、置換もしくは非置換の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基、置換もしくは非置換のアリール基又は置換もしくは非置換のアラルキル基を示す。〕
含窒素化合物(イ)としては、例えば、n−ヘキシルアミン、n−ヘプチルアミン、n−オクチルアミン、n−ノニルアミン、n−デシルアミン、シクロヘキシルアミン等のモノ(シクロ)アルキルアミン類;ジ−n−ブチルアミン、ジ−n−ペンチルアミン、ジ−n−ヘキシルアミン、ジ−n−ヘプチルアミン、ジ−n−オクチルアミン、ジ−n−ノニルアミン、ジ−n−デシルアミン、シクロヘキシルメチルアミン、ジシクロヘキシルアミン等のジ(シクロ)アルキルアミン類;トリエチルアミン、トリ−n−プロピルアミン、トリ−n−ブチルアミン、トリ−n−ペンチルアミン、トリ−n−ヘキシルアミン、トリ−n−ヘプチルアミン、トリ−n−オクチルアミン、トリ−n−ノニルアミン、トリ−n−デシルアミン、シクロヘキシルジメチルアミン、メチルジシクロヘキシルアミン、トリシクロヘキシルアミン等のトリ(シクロ)アルキルアミン類;アニリン、N−メチルアニリン、N,N−ジメチルアニリン、2−メチルアニリン、3−メチルアニリン、4−メチルアニリン、4−ニトロアニリン、ジフェニルアミン、トリフェニルアミン、ナフチルアミン等の芳香族アミン類を挙げることができる。
含窒素化合物(ロ)としては、例えば、エチレンジアミン、N,N,N',N’−テトラメチルエチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ジアミノベンゾフェノン、4,4’−ジアミノジフェニルアミン、2,2−ビス(4−アミノフェニル)プロパン、2−(3−アミノフェニル)−2−(4−アミノフェニル)プロパン、2−(4−アミノフェニル)−2−(3−ヒドロキシフェニル)プロパン、2−(4−アミノフェニル)−2−(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、1,4−ビス〔1−(4−アミノフェニル)−1−メチルエチル〕ベンゼン、1,3−ビス〔1−(4−アミノフェニル)−1−メチルエチル〕ベンゼン、ビス(2−ジメチルアミノエチル)エーテル、ビス(2−ジエチルアミノエチル)エーテル等を挙げることができる。含窒素化合物(ハ)としては、例えば、ポリエチレンイミン、ポリアリルアミン、2−ジメチルアミノエチルアクリルアミドの重合体等を挙げることができる。
前記アミド基含有化合物としては、例えば、N−t−ブトキシカルボニルジ−n−オクチルアミン、N−t−ブトキシカルボニルジ−n−ノニルアミン、N−t−ブトキシカルボニルジ−n−デシルアミン、N−t−ブトキシカルボニルジシクロヘキシルアミン、N−t−ブトキシカルボニル−1−アダマンチルアミン、N−t−ブトキシカルボニル−N−メチル−1−アダマンチルアミン、N,N−ジ−t−ブトキシカルボニル−1−アダマンチルアミン、N,N−ジ−t−ブトキシカルボニル−N−メチル−1−アダマンチルアミン、N−t−ブトキシカルボニル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、N,N’−ジ−t−ブトキシカルボニルヘキサメチレンジアミン、N,N,N’N’−テトラ−t−ブトキシカルボニルヘキサメチレンジアミン、N,N’−ジ−t−ブトキシカルボニル−1,7−ジアミノヘプタン、N,N’−ジ−t−ブトキシカルボニル−1,8−ジアミノオクタン、N,N’−ジ−t−ブトキシカルボニル−1,9−ジアミノノナン、N,N’−ジ−t−ブトキシカルボニル−1,10−ジアミノデカン、N,N’−ジ−t−ブトキシカルボニル−1,12−ジアミノドデカン、N,N’−ジ−t−ブトキシカルボニル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、N−t−ブトキシカルボニルベンズイミダゾール、N−t−ブトキシカルボニル−2−メチルベンズイミダゾール、N−t−ブトキシカルボニル−2−フェニルベンズイミダゾール等のN−t−ブトキシカルボニル基含有アミノ化合物のほか、ホルムアミド、N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、アセトアミド、N−メチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、プロピオンアミド、ベンズアミド、ピロリドン、N−メチルピロリドン等を挙げることができる。
前記ウレア化合物としては、例えば、尿素、メチルウレア、1,1−ジメチルウレア、1,3−ジメチルウレア、1,1,3,3−テトラメチルウレア、1,3−ジフェニルウレア、トリ−n−ブチルチオウレア等を挙げることができる。前記含窒素複素環化合物としては、例えば、イミダゾール、4−メチルイミダゾール、4−メチル−2−フェニルイミダゾール、ベンズイミダゾール、2−フェニルベンズイミダゾール、N−t−ブトキシカルボニル−2−フェニルベンズイミダゾール等のイミダゾール類;ピリジン、2−メチルピリジン、4−メチルピリジン、2−エチルピリジン、4−エチルピリジン、2−フェニルピリジン、4−フェニルピリジン、2−メチル−4−フェニルピリジン、ニコチン、ニコチン酸、ニコチン酸アミド、キノリン、4−ヒドロキシキノリン、8−オキシキノリン、アクリジン等のピリジン類;ピペラジン、1−(2−ヒドロキシエチル)ピペラジン等のピペラジン類のほか、ピラジン、ピラゾール、ピリダジン、キノザリン、プリン、ピロリジン、(R)−(+)−1−(t−ブトキシカルボニル)−2−ピロリジンメタノール、ピペリジン、3−ピペリジノ−1,2−プロパンジオール、モルホリン、4−メチルモルホリン、1,4−ジメチルピペラジン、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン等を挙げることができる。
これらの含窒素有機化合物のうち、含窒素化合物(イ)、アミド基含有化合物、含窒素複素環化合物等が好ましい。前記酸拡散制御剤は、単独で又は2種以上を混合して使用することができる。
また、前記酸解離性基を有する脂環族添加剤は、ドライエッチング耐性、パターン形状、基板との接着性等をさらに改善する作用を示す成分である。このような脂環族添加剤としては、例えば、1−アダマンタンカルボン酸t−ブチル、1−アダマンタンカルボン酸t−ブトキシカルボニルメチル、1,3−アダマンタンジカルボン酸ジ−t−ブチル、1−アダマンタン酢酸t−ブチル、1−アダマンタン酢酸t−ブトキシカルボニルメチル、1,3−アダマンタンジ酢酸ジ−t−ブチル等のアダマンタン誘導体類;デオキシコール酸t−ブチル、デオキシコール酸t−ブトキシカルボニルメチル、デオキシコール酸2−エトキシエチル、デオキシコール酸2−シクロヘキシルオキシエチル、デオキシコール酸3−オキソシクロヘキシル、デオキシコール酸テトラヒドロピラニル、デオキシコール酸メバロノラクトンエステル等のデオキシコール酸エステル類;リトコール酸t−ブチル、リトコール酸t−ブトキシカルボニルメチル、リトコール酸2−エトキシエチル、リトコール酸2−シクロヘキシルオキシエチル、リトコール酸3−オキソシクロヘキシル、リトコール酸テトラヒドロピラニル、リトコール酸メバロノラクトンエステル等のリトコール酸エステル類等を挙げることができる。これらの脂環族添加剤は、単独で又は2種以上を混合して使用することができる。
また、前記界面活性剤は、塗布性、ストリエーション、現像性等を改良する作用を示す成分である。このような界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンn−オクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンn−ノニルフェニルエーテル、ポリエチレングリコールジラウレート、ポリエチレングリコールジステアレート等のノニオン系界面活性剤のほか、以下商品名で、KP341(信越化学工業(株)製)、ポリフローNo.75、同No.95(共栄社化学(株)製)、エフトップEF301、同EF303、同EF352(トーケムプロダクツ(株)製)、メガファックスF171、同F173(大日本インキ化学工業(株)製)、フロラードFC430、同FC431(住友スリーエム(株)製)、アサヒガードAG710、サーフロンS−382、同SC−101、同SC−102、同SC−103、同SC−104、同SC−105、同SC−106(旭硝子(株)製)等を挙げることができる。これらの界面活性剤は、単独で又は2種以上を混合して使用することができる。
また、前記増感剤は、放射線のエネルギーを吸収して、そのエネルギーを酸発生剤(B)に伝達し、それにより酸の生成量を増加する作用を示すもので、感放射線性樹脂組成物のみかけの感度を向上させる効果を有する。このような増感剤としては、アセトフェノン類、ベンゾフェノン類、ナフタレン類、ビアセチル、エオシン、ローズベンガル、ピレン類、アントラセン類、フェノチアジン類等を挙げることができる。これらの増感剤は、単独で又は2種以上を混合して使用することができる。また、染料あるいは顔料を配合することにより、露光部の潜像を可視化させて、露光時のハレーションの影響を緩和でき、接着助剤を配合することにより、基板との接着性を改善することができる。さらに、前記以外の添加剤としては、アルカリ可溶性樹脂、酸解離性の保護基を有する低分子のアルカリ溶解性制御剤、ハレーション防止剤、保存安定化剤、消泡剤等を挙げることができる。
<組成物溶液の調製>
本発明の感放射線性樹脂組成物は、普通、その使用に際して、全固形分濃度が、通常、5〜50質量%、好ましくは10〜25質量%となるように、溶剤に溶解したのち、例えば孔径0.2μm程度のフィルターでろ過することによって、組成物溶液として調製される。前記組成物溶液の調製に使用される溶剤としては、例えば、2−ブタノン、2−ペンタノン、3−メチル−2−ブタノン、2−ヘキサノン、4−メチル−2−ペンタノン、3−メチル−2−ペンタノン、3,3−ジメチル−2−ブタノン、2−ヘプタノン、2−オクタノン等の直鎖状もしくは分岐状のケトン類;シクロペンタノン、3−メチルシクロペンタノン、シクロヘキサノン、2−メチルシクロヘキサノン、2,6−ジメチルシクロヘキサノン、イソホロン等の環状のケトン類;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エチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノ−n−プロピルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノ−i−プロピルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノ−n−ブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノ−i−ブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノ−sec−ブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノ−t−ブチルエーテルアセテート等のプロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類;2−ヒドロキシプロピオン酸メチル、2−ヒドロキシプロピオン酸エチル、2−ヒドロキシプロピオン酸n−プロピル、2−ヒドロキシプロピオン酸i−プロピル、2−ヒドロキシプロピオン酸n−ブチル、2−ヒドロキシプロピオン酸i−ブチル、2−ヒドロキシプロピオン酸sec−ブチル、2−ヒドロキシプロピオン酸t−ブチル等の2−ヒドロキシプロピオン酸アルキル類;3−メトキシプロピオン酸メチル、3−メトキシプロピオン酸エチル、3−エトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸エチル等の3−アルコキシプロピオン酸アルキル類のほか、
n−プロピルアルコール、i−プロピルアルコール、n−ブチルアルコール、t−ブチルアルコール、シクロヘキサノール、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、エチレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、エチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジ−n−プロピルエーテル、ジエチレングリコールジ−n−ブチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノ−n−プロピ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−n−プロピルエーテル、トルエン、キシレン、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオン酸エチル、エトキシ酢酸エチル、ヒドロキシ酢酸エチル、2−ヒドロキシ−3−メチル酪酸メチル、3−メトキシブチルアセテート、3−メチル−3−メトキシブチルアセテート、3−メチル−3−メトキシブチルプロピオネート、3−メチル−3−メトキシブチルブチレート、酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸n−ブチル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、N−メチルピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ベンジルエチルエーテル、ジ−n−ヘキシルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、カプロン酸、カプリル酸、1−オクタノール、1−ノナノール、ベンジルアルコール、酢酸ベンジル、安息香酸エチル、しゅう酸ジエチル、マレイン酸ジエチル、γ−ブチロラクトン、炭酸エチレン、炭酸プロピレン等を挙げることができる。
これらの溶剤は、単独で又は2種以上を混合して使用することができるが、就中、直鎖状もしくは分岐状のケトン類、環状のケトン類、プロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類、2−ヒドロキシプロピオン酸アルキル類、3−アルコキシプロピオン酸アルキル類等が好ましい。
<レジストパターンの形成方法>
本発明の感放射線性樹脂組成物は、特に化学増幅型レジストとして有用である。前記化学増幅型レジストにおいては、露光により酸発生剤(B)から発生した酸の作用によって、樹脂(A)中の酸解離性基が解離して、カルボキシル基を生じ、その結果、レジストの露光部のアルカリ現像液に対する溶解性が高くなり、該露光部がアルカリ現像液によって溶解、除去され、ポジ型のレジストパターンが得られる。本発明の感放射線性樹脂組成物からレジストパターンを形成する際には、組成物溶液を、回転塗布、流延塗布、ロール塗布等の適宜の塗布手段によって、例えば、シリコンウエハー、アルミニウムで被覆されたウエハー等の基板上に塗布することにより、レジスト被膜を形成し、場合により予め加熱処理(以下、「PB」という。)を行ったのち、所定のレジストパターンを形成するように該レジスト被膜に露光する。その際に使用される放射線としては、使用される酸発生剤の種類に応じて、可視光線、紫外線、遠紫外線、X線、荷電粒子線等を適宜選定して使用されるが、ArFエキシマレーザー(波長193nm)あるいはKrFエキシマレーザー(波長248nm)で代表される遠紫外線が好ましく、特にArFエキシマレーザー(波長193nm)が好ましい。本発明においては、露光後に加熱処理(以下、「PEB」という。)を行うことが好ましい。このPEBにより、樹脂(A)中の酸解離性基の解離反応が円滑に進行する。PEBの加熱条件は、感放射線性樹脂組成物の配合組成によって変わるが、通常、30〜200℃、好ましくは50〜170℃である。
本発明においては、感放射線性樹脂組成物の潜在能力を最大限に引き出すため、例えば特公平6−12452号公報等に開示されているように、使用される基板上に有機系あるいは無機系の反射防止膜を形成しておくこともでき、また環境雰囲気中に含まれる塩基性不純物等の影響を防止するため、例えば特開平5−188598号公報等に開示されているように、レジスト被膜上に保護膜を設けることもでき、あるいはこれらの技術を併用することもできる。次いで、露光されたレジスト被膜を現像することにより、所定のレジストパターンを形成する。現像に使用される現像液としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、けい酸ナトリウム、メタけい酸ナトリウム、アンモニア水、エチルアミン、n−プロピルアミン、ジエチルアミン、ジ−n−プロピルアミン、トリエチルアミン、メチルジエチルアミン、エチルジメチルアミン、トリエタノールアミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、ピロール、ピペリジン、コリン、1,8−ジアザビシクロ−[5.4.0]−7−ウンデセン、1,5−ジアザビシクロ−[4.3.0]−5−ノネン等のアルカリ性化合物の少なくとも1種を溶解したアルカリ性水溶液が好ましい。前記アルカリ性水溶液の濃度は、通常、10質量%以下である。この場合、アルカリ性水溶液の濃度が10質量%を超えると、非露光部も現像液に溶解するおそれがあり好ましくない。
また、前記アルカリ性水溶液からなる現像液には、例えば有機溶媒を添加することもできる。前記有機溶媒としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルi−ブチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、3−メチルシクロペンタノン、2,6−ジメチルシクロヘキサノン等のケトン類;メチルアルコール、エチルアルコール、n−プロピルアルコール、i−プロピルアルコール、n−ブチルアルコール、t−ブチルアルコール、シクロペンタノール、シクロヘキサノール、1,4−ヘキサンジオール、1,4−ヘキサンジメチロール等のアルコール類;テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類;酢酸エチル、酢酸n−ブチル、酢酸i−アミル等のエステル類;トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類や、フェノール、アセトニルアセトン、ジメチルホルムアミド等を挙げることができる。これらの有機溶媒は、単独で又は2種以上を混合して使用することができる。有機溶媒の使用量は、アルカリ性水溶液に対して、100容量%以下が好ましい。この場合、有機溶媒の使用量が100容量%を超えると、現像性が低下して、露光部の現像残りが多くなるおそれがある。また、アルカリ性水溶液からなる現像液には、界面活性剤等を適量添加することもできる。なお、アルカリ性水溶液からなる現像液で現像したのちは、一般に、水で洗浄して乾燥する。
本発明の樹脂を用いた感放射線性樹脂組成物を用いれば、活性光線、例えばKrFエキシマレーザー(波長248nm)あるいはArFエキシマレーザー(波長193nm)に代表される遠紫外線に感応する化学増幅型レジストとして、ドライエッチング耐性が優れる。
以下、実施例を挙げて、本発明の実施の形態をさらに具体的に説明する。但し、本発明は、これらの実施例に何ら制約されるものではない。ここで、部は、特記しない限り質量基準である。
合成例における各測定・評価は、下記の要領で行った。
東ソー(株)製GPCカラム(G2000HXL2本、G3000HXL1本、G4000HXL1本)を用い、流量1.0ミリリットル/分、溶出溶媒テトラヒドロフラン、カラム温度40℃の分析条件で、単分散ポリスチレンを標準とするゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)により測定した。分散度Mw/Mnは測定結果より算出した。各重合体の13C−NMR分析は、日本電子(株)製「JNM−EX270」を用い、測定溶媒としてCDClを使用して実施した。
以下合成例1〜合成例26について説明する。なお、各合成例でのモノマーの仕込み比を下記表1に記載する。また、各モノマー[(M−1)〜(M−15)及び(L−1)]の詳細を下記に示す。
Figure 2007191566
Figure 2007191566
Figure 2007191566
<合成例1>
化合物(M−1)49.75g(48モル%)、化合物(M−2)11.19g(14モル%)、化合物(M−6)39.06g(38モル%)、を2−ブタノン200gに溶解し、さらに2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)3.60gを投入した単量体溶液を調製した。1000ミリリットル三口フラスコに2−ブタノン100gを入れ攪拌し均一溶液とした後、フラスコ内を30分間窒素でパージした後、フラスコ内を攪拌しながら80℃に加熱し、前記単量体溶液を滴下漏斗から3時間かけて滴下した。滴下終了後、反応液を3時間80℃にて加熱しながら攪拌した。反応終了後、反応液を室温まで冷却し、2000gのメタノールへ投入し、析出した白色粉末を濾取した。ろ別された白色粉末を2度400gのメタノールにてスラリー状で洗浄した後、濾別し、60℃にて15時間乾燥し、白色粉末の重合体を得た(76g、収率76%)。この樹脂は分子量が5500であり、13C−NMR分析の結果、化合物(M−1)、化合物(M−2)、化合物(M−6)に由来する各繰り返し単位の含有率が50.2:12.9:36.9(モル%)の共重合体であった。この重合体を樹脂(A−1)とする。
<合成例2>
単量体溶液を化合物(M−1)50.18g(48モル%)、化合物(M−3)10.42g(14モル%)、化合物(M−6)39.40g(38モル%)、を2−ブタノン200gに溶解し、さらに2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)3.63gを投入した溶液とした以外は、合成例1と同様にして樹脂を合成した。この樹脂は分子量が6500であり、13C−NMR分析の結果、化合物(M−1)、化合物(M−3)、化合物(M−6)に由来する各繰り返し単位の含有率が52.1:12.0:35.9(モル%)の共重合体であった。この重合体を樹脂(A−2)とする。
<合成例3>
単量体溶液を化合物(M−1)49.32g(41モル%)、化合物(M−4)11.95g(17モル%)、化合物(M−6)38.73g(42モル%)、を2−ブタノン200gに溶解し、さらに2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)3.57gを投入した溶液とした以外は、合成例1と同様にして樹脂を合成した。この樹脂は分子量が5000であり、13C−NMR分析の結果、化合物(M−1)、化合物(M−4)、化合物(M−6)に由来する各繰り返し単位の含有率が45.1:14.6:40.3(モル%)の共重合体であった。この重合体を樹脂(A−3)とする。
<合成例4>
単量体溶液を化合物(M−1)50.18g(48モル%)、化合物(M−5)10.42g(14モル%)、化合物(M−6)39.40g(38モル%)、を2−ブタノン200gに溶解し、さらに2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)3.63gを投入した溶液とした以外は、合成例1と同様にして樹脂を合成した。この樹脂は分子量が6000であり、13C−NMR分析の結果、化合物(M−1)、化合物(M−5)、化合物(M−6)に由来する各繰り返し単位の含有率が51.1:12.5:36.4(モル%)の共重合体であった。この重合体を樹脂(A−4)とする。
<合成例5>
下記化合物(M−1)41.75g(42モル%)、下記化合物(M−6)39.44g(40モル%)を2−ブタノン200gに溶解し、更にジメチル2,2'−アゾビス(2−メチルプロピオネート)4.84gを投入した単量体溶液を調製した。1000mlの三口フラスコに下記化合物(M−7)18.81g(18モル%)と2−ブタノン100gを入れ攪拌し均一溶液とした後、フラスコ内を30分間窒素でパージした後、フラスコ内を攪拌しながら80℃に加熱し、前記単量体溶液を滴下漏斗から3時間かけて滴下した。滴下終了後、反応液を3時間80℃にて加熱しながら攪拌した。重合終了後、重合溶液は水冷することにより30℃以下に冷却し、2000gのメタノールへ投入し、析出した白色粉末をろ別した。ろ別された白色粉末を2度400gのメタノールにてスラリー上で洗浄した後、ろ別し、50℃にて17時間乾燥し、白色粉末の重合体を得た(71g、収率71%)。この樹脂は分子量が8800であり、13C−NMR分析の結果、化合物(M−1)、化合物(M−6)、化合物(M−7)に由来する各繰り返し単位の含有率が51.5:34.8:13.7(モル%)の共重合体であった。この重合体を樹脂(A−5)とする。
<合成例6>
下記化合物(M−1)42.60g(42モル%)、下記化合物(M−6)40.24g(40モル%)を2−ブタノン200gに溶解し、更にジメチル2,2'−アゾビス(2−メチルプロピオネート)3.62gを投入した単量体溶液を調製した。1000mlの三口フラスコに下記化合物(M−8)17.17g(18モル%)と2−ブタノン100gを入れ攪拌し均一溶液とした後、フラスコ内を30分間窒素でパージした後、フラスコ内を攪拌しながら80℃に加熱し、前記単量体溶液を滴下漏斗から3時間かけて滴下した。滴下終了後、反応液を3時間80℃にて加熱しながら攪拌した。重合終了後、重合溶液は水冷することにより30℃以下に冷却し、2000gのメタノールへ投入し、析出した白色粉末をろ別した。ろ別された白色粉末を2度400gのメタノールにてスラリー上で洗浄した後、ろ別し、50℃にて17時間乾燥し、白色粉末の重合体を得た(78g、収率78%)。この樹脂は分子量が8000であり、13C−NMR分析の結果、化合物(M−1)、化合物(M−6)、化合物(M−8)に由来する各繰り返し単位の含有率が48.5:36.3:15.2(モル%)の共重合体であった。この重合体を樹脂(A−6)とする。
<合成例7>
単量体溶液を化合物(M−1)38.74g(40モル%)、化合物(M−6)61.26g(60モル%)を2−ブタノン100gに溶解し、さらに2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)3.58gを投入した溶液とした以外は、合成例1と同様にして樹脂を合成した。この樹脂は分子量が5000であり、13C−NMR分析の結果、化合物(M−1)、化合物(M−6)に由来する各繰り返し単位の含有率が43.2:56.8(モル%)の共重合体であった。この重合体を樹脂(A−7)とする。
<合成例8>
単量体溶液を化合物(M−1)55.44g(50モル%)、化合物(M−2)34.22g(40モル%)、化合物(M−9)10.34g(10モル%)、を2−ブタノン200gに溶解し、さらにジメチル2,2’−アゾビス(イソプロピオネート)5.40gを投入した溶液とした以外は、合成例1と同様にして樹脂を合成した。この樹脂は分子量が8600であり、13C−NMR分析の結果、化合物(M−1)、化合物(M−2)、化合物(M−9)に由来する各繰り返し単位の含有率が54.6:34.2:11.2(モル%)の共重合体であった。この重合体を樹脂(A−8)とする。
<合成例9>
単量体溶液を化合物(M−1)56.94g(50モル%)、化合物(M−3)32.44g(40モル%)、化合物(M−9)10.62g(10モル%)、を2−ブタノン200gに溶解し、さらにジメチル2,2’−アゾビス(イソプロピオネート)5.55gを投入した溶液とした以外は、合成例1と同様にして樹脂を合成した。この樹脂は分子量が6000であり、13C−NMR分析の結果、化合物(M−1)、化合物(M−3)、化合物(M−9)に由来する各繰り返し単位の含有率が51.0:38.0:11.0(モル%)の共重合体であった。この重合体を樹脂(A−9)とする。
<合成例10>
単量体溶液を化合物(M−1)54.02g(50モル%)、化合物(M−4)35.91g(40モル%)、化合物(M−9)10.07g(10モル%)、を2−ブタノン200gに溶解し、さらにジメチル2,2’−アゾビス(イソプロピオネート)5.26gを投入した溶液とした以外は、合成例1と同様にして樹脂を合成した。この樹脂は分子量が7000であり、13C−NMR分析の結果、化合物(M−1)、化合物(M−4)、化合物(M−9)に由来する各繰り返し単位の含有率が50.9:38.0:11.1(モル%)の共重合体であった。この重合体を樹脂(A−10)とする。
<合成例11>
単量体溶液を化合物(M−1)50.14g(50モル%)、化合物(M−6)34.8g(35モル%)、化合物(M−10)15.05g(15モル%)、を2−ブタノン200gに溶解し、さらにジメチル2,2’−アゾビス(イソプロピオネート)4.89gを投入した溶液とした以外は、合成例1と同様にして樹脂を合成した。この樹脂は分子量が9000であり、13C−NMR分析の結果、化合物(M−1)、化合物(M−6)、化合物(M−10)に由来する各繰り返し単位の含有率が46.9:37.2:15.9(モル%)の共重合体であった。この重合体を樹脂(A−11)とする。
<合成例12>
下記化合物(M−1)51.07g(50モル%)、下記化合物(M−10)15.32g(15モル%)を2−ブタノン200gに溶解し、更にジメチル2,2'−アゾビス(2−メチルプロピオネート)4.98gを投入した単量体溶液を調製した。1000mlの三口フラスコに下記化合物(M−8)33.61g(35モル%)と2−ブタノン100gを入れ攪拌し均一溶液とした後、フラスコ内を30分間窒素でパージした後、フラスコ内を攪拌しながら80℃に加熱し、前記単量体溶液を滴下漏斗から3時間かけて滴下した。滴下終了後、反応液を3時間80℃にて加熱しながら攪拌した。重合終了後、重合溶液は水冷することにより30℃以下に冷却し、2000gのメタノールへ投入し、析出した白色粉末をろ別した。ろ別された白色粉末を2度400gのメタノールにてスラリー上で洗浄した後、ろ別し、50℃にて17時間乾燥し、白色粉末の重合体を得た(78g、収率78%)。この樹脂は分子量が9000であり、13C−NMR分析の結果、化合物(M−1)、化合物(M−8)、化合物(M−10)に由来する各繰り返し単位の含有率が47.0:37.3:15.7(モル%)の共重合体であった。この重合体を樹脂(A−12)とする。
<合成例13>
単量体溶液を化合物(M−1)40.99g(40モル%)、化合物(M−2)35.57g(45モル%)、化合物(M−11)23.44g(15モル%)、を2−ブタノン200gに溶解し、さらにジメチル2,2'−アゾビス(2−メチルプロピオネート)4.99gを投入した溶液とした以外は、合成例1と同様にして樹脂を合成した。この樹脂は分子量が9000であり、13C−NMR分析の結果、化合物(M−1)、化合物(M−2)、化合物(M−11)に由来する各繰り返し単位の含有率が42.0:40.5:17.5(モル%)の共重合体であった。この重合体を樹脂(A−13)とする。
<合成例14>
単量体溶液を化合物(M−1)42.14g(40モル%)、化合物(M−3)331.76g(45モル%)、化合物(M−11)24.10g(15モル%)、を2−ブタノン200gに溶解し、さらにジメチル2,2'−アゾビス(2−メチルプロピオネート)5.13gを投入した溶液とした以外は、合成例1と同様にして樹脂を合成した。この樹脂は分子量が7500であり、13C−NMR分析の結果、化合物(M−1)、化合物(M−3)、化合物(M−11)に由来する各繰り返し単位の含有率が40.7:42.8:16.5(モル%)の共重合体であった。この重合体を樹脂(A−14)とする。
<合成例15>
単量体溶液を化合物(M−1)37.21g(40モル%)、化合物(M−6)41.52g(45モル%)、化合物(M−11)21.28g(15モル%)、を2−ブタノン200gに溶解し、さらにジメチル2,2'−アゾビス(2−メチルプロピオネート)4.535gを投入した溶液とした以外は、合成例1と同様にして樹脂を合成した。この樹脂は分子量が7000であり、13C−NMR分析の結果、化合物(M−1)、化合物(M−6)、化合物(M−11)に由来する各繰り返し単位の含有率が40.1:19.5:40.4(モル%)の共重合体であった。この重合体を樹脂(A−15)とする。
<合成例16>
単量体溶液を化合物(M−1)42.83g(40モル%)、化合物(M−2)37.17g(45モル%)、化合物(M−12)20.00g(15モル%)、を2−ブタノン200gに溶解し、さらにジメチル2,2'−アゾビス(2−メチルプロピオネート)5.22gを投入した溶液とした以外は、合成例1と同様にして樹脂を合成した。この樹脂は分子量が10000であり、13C−NMR分析の結果、化合物(M−1)、化合物(M−2)、化合物(M−12)に由来する各繰り返し単位の含有率が42.9:42.8:14.3(モル%)の共重合体であった。この重合体を樹脂(A−16)とする。
<合成例17>
単量体溶液を化合物(M−1)38.72g(40モル%)、化合物(M−6)43.20g(45モル%)、化合物(M−12)18.083g(15モル%)、を2−ブタノン200gに溶解し、さらにジメチル2,2'−アゾビス(2−メチルプロピオネート)4.72gを投入した溶液とした以外は、合成例1と同様にして樹脂を合成した。この樹脂は分子量が6000であり、13C−NMR分析の結果、化合物(M−1)、化合物(M−6)、化合物(M−12)に由来する各繰り返し単位の含有率が48.8:37.1:14.1(モル%)の共重合体であった。この重合体を樹脂(A−17)とする。
<合成例18>
単量体溶液を化合物(M−1)43.81g(40モル%)、化合物(M−2)38.02g(45モル%)、化合物(M−13)18.17g(15モル%)、を2−ブタノン200gに溶解し、さらにジメチル2,2'−アゾビス(2−メチルプロピオネート)5.34gを投入した溶液とした以外は、合成例1と同様にして樹脂を合成した。この樹脂は分子量が8500であり、13C−NMR分析の結果、化合物(M−1)、化合物(M−2)、化合物(M−13)に由来する各繰り返し単位の含有率が43.0:44.3:12.7(モル%)の共重合体であった。この重合体を樹脂(A−18)とする。
<合成例19>
単量体溶液を化合物(M−1)39.52g(40モル%)、化合物(M−6)441.10g(45モル%)、化合物(M−13)16.39g(15モル%)、を2−ブタノン200gに溶解し、さらジメチル2,2'−アゾビス(2−メチルプロピオネート)4.81gを投入した溶液とした以外は、合成例1と同様にして樹脂を合成した。この樹脂は分子量が6000であり、13C−NMR分析の結果、化合物(M−1)、化合物(M−6)、化合物(M−13)に由来する各繰り返し単位の含有率が40.4:40.1:19.5(モル%)の共重合体であった。この重合体を樹脂(A−19)とする。
<合成例20>
単量体溶液を化合物(M−1)41.50g(40モル%)、化合物(M−2)36.01(45モル%)、化合物(M−14)22.49g(15モル%)、を2−ブタノン200gに溶解し、さらにジメチル2,2'−アゾビス(2−メチルプロピオネート)5.06gを投入した溶液とした以外は、合成例1と同様にして樹脂を合成した。この樹脂は分子量が6000であり、13C−NMR分析の結果、化合物(M−1)、化合物(M−2)、化合物(M−14)に由来する各繰り返し単位の含有率が44.6:42.1:13.3(モル%)の共重合体であった。この重合体を樹脂(A−20)とする。
<合成例21>
単量体溶液を化合物(M−1)37.63g(40モル%)、化合物(M−6)41.98g(45モル%)、化合物(M−14)20.39g(15モル%)、を2−ブタノン200gに溶解し、さらにジメチル2,2'−アゾビス(2−メチルプロピオネート)4.58gを投入した溶液とした以外は、合成例1と同様にして樹脂を合成した。この樹脂は分子量が65000であり、13C−NMR分析の結果、化合物(M−1)、化合物(M−6)、化合物(M−14)に由来する各繰り返し単位の含有率が44.2:41.9:13.9(モル%)の共重合体であった。この重合体を樹脂(A−21)とする。
<合成例22>
単量体溶液を化合物(M−1)56.02g(50モル%)、化合物(M−2)34.58g(40モル%)、化合物(M−15)9.402g(10モル%)、を2−ブタノン200gに溶解し、さらにジメチル2,2'−アゾビス(2−メチルプロピオネート)5.46gを投入した溶液とした以外は、合成例1と同様にして樹脂を合成した。この樹脂は分子量が7000であり、13C−NMR分析の結果、化合物(M−1)、化合物(M−2)、化合物(M−15)に由来する各繰り返し単位の含有率が51.6:38.9:9.5(モル%)の共重合体であった。この重合体を樹脂(A−22)とする。
<合成例23>
単量体溶液を化合物(M−1)50.99g(50モル%)、化合物(M−6)40.46g(40モル%)、化合物(M−15)8.56g(10モル%)、を2−ブタノン200gに溶解し、さらにジメチル2,2'−アゾビス(2−メチルプロピオネート)4.97gを投入した溶液とした以外は、合成例1と同様にして樹脂を合成した。この樹脂は分子量が6000であり、13C−NMR分析の結果、化合物(M−1)、化合物(M−6)、化合物(M−15)に由来する各繰り返し単位の含有率が52.1:37.8:9.1(モル%)の共重合体であった。この重合体を樹脂(A−23)とする。
<合成例24>
化合物(M−1)49.75g(48モル%)、化合物(M−2)11.19g(14モル%)、化合物(M−6)39.06g(38モル%)を2−ブタノン200gに溶解し、さらにジメチル2,2'−アゾビス(2−メチルプロピオネート)5.05gを投入した単量体溶液を準備し、200gの2−ブタノンを投入した1000ミリリットルの三口フラスコを30分窒素パージする。窒素パージの後、反応釜を攪拌しながら80℃に加熱し、事前に準備した上記単量体溶液を、滴下漏斗を用いて3時間かけて滴下した。滴下開始を重合開始時間とし、重合反応を6時間実施した。重合終了後、重合溶液は水冷することにより30℃以下に冷却し、2000gのメタノールへ投入し、析出した白色粉末をろ別する。ろ別された白色粉末を2度400gのメタノールにてスラリー上で洗浄した後、ろ別し、50℃にて17時間乾燥し、白色粉末の重合体を得た(72g、収率72%)。この重合体はMwが6800であり、13C−NMR分析の結果、化合物(M−1)、化合物(M−2)、化合物(M−6)に由来する各繰り返し単位の含有率が50.0:13.8:36.2(モル%)の共重合体であった。この重合体を樹脂(A−24)とする。
<合成例25>
単量体溶液を化合物(M−1)50.18g(48モル%)、化合物(M−3)10.42g(14モル%)、化合物(M−6)39.40g(38モル%)、を2−ブタノン200gに溶解し、さらにジメチル2,2'−アゾビス(2−メチルプロピオニトリル)5.09gを投入した溶液とした以外は、合成例24と同様にして樹脂を合成した。この樹脂は分子量が7000であり、13C−NMR分析の結果、化合物(M−1)、化合物(M−3)、化合物(M−6)に由来する各繰り返し単位の含有率が52.0:12.8:35.2(モル%)の共重合体であった。この重合体を樹脂(A−25)とする。
<合成例26>
化合物(L−1)48.22g(48モル%)、化合物(M−2)11.53g(14モル%)、化合物(M−6)40.25g(38モル%)、を2−ブタノン200gに溶解し、さらに2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)5.20gを投入した単量体溶液を調製した。これを窒素雰囲気下、80℃に加熱した2−ブタノン100gに3時間かけて滴下した。滴下終了後、反応液を3時間80℃にて加熱しながら攪拌した。反応終了後、反応液を室温まで冷却し、2000gのメタノールへ投入し、析出した白色粉末を濾取した。ろ別された白色粉末を2度400gのメタノールにてスラリー上で洗浄した後、濾別し、60℃にて15時間乾燥し、白色粉末の重合体を得た(78g、収率78%)。この重合体は分子量が6100であり、13C−NMR分析の結果、化合物(L−1)、化合物(M−2)、化合物(M−6)に由来する各繰り返し単位の含有率が48.9:13.2:37.9(モル%)の共重合体であった。この重合体を樹脂(a−1)とする。
<<感放射線性樹脂組成物の評価>>
表2、3に示す成分からなる各組成物について各種評価を行った。評価結果は表4に示した。なお、表2、3に示す樹脂以外の成分は以下の通りであり、表中、「部」は、特記しない限り質量基準である。
<酸発生剤(B)>
(B−1):トリフェニルスルホニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート
(B−2):1−(4−n−ブトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート
<酸拡散抑制剤(C)>
(C−1):(R)−(+)−1−(t−ブトキシカルボニル)−2−ピロリジンメタノール
<溶剤(D)>
(D−1):プロピレングリコールメチルエーテルアセテート
(D−2):γ−ブチロラクトン
また、評価方法は以下の通りである。
評価方法
(1)感度:
基板として、表面に膜厚77nmの反射防止膜〔ブルワー・サイエンス(Brewer Science)社製、「ARC29」〕を形成したシリコンウエハーを用いた。各組成物溶液を基板上にスピンコートにより塗布し、ホットプレート上にて、120℃で90秒間PBを行って膜厚150nmのレジスト被膜を形成した。このレジスト被膜にニコン製ArFエキシマレーザー露光装置(開口数0.75、露光波長193nm)により、マスクパターンを介して露光した。その後、115℃で90秒間表4に示す条件でPEBを行った後、2.38質量%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液により、23℃で30秒間現像し、水洗し、乾燥して、ポジ型のレジストパターンを形成した。このとき、線幅90nmのライン・アンド・スペースパターン(1L1S)を1対1の線幅に形成する露光量を最適露光量とし、この最適露光量を感度とした。
(2)解像度:
最適露光量で解像される最小のライン・アンド・スペースパターンの寸法を解像度とした。
(3)焦点深度
90nmのライン・アンド・スペースパターン(1L1S)を最適放射線照射量で焦点深度を−1.0μmから+1.0μmまで0.05μm刻みでオフセットした条件でそれぞれ露光し、線幅が80nm(約−10%)から100nm(約+10%)になる範囲(nm)を焦点深度余裕とした。
(4)ドライエッチング耐性
感光性樹脂組成物溶液をシリコンウエハー上にスピンコートにより塗布し、乾燥して形成した膜厚150nmのレジスト被膜に対して、神港精機株式会社製プラズマエッチング装置EXAMを用いて測定した。エッチングガスとしてCF/O/Arをそれぞれ40/20/5(ml/min)のガス流量、圧力20Pa、出力200Wの条件でドライエッチングを行って、エッチング速度を測定した。表3の比較例1の組成物溶液から形成したレジスト被膜のエッチング速度を1.0として、これに対する相対エッチング速度を評価した。エッチング速度が小さいほど、ドライエッチング耐性に優れることを意味する。
(5)LWRの評価
最適露光量にて解像した90nm1L/1Sパターンの観測において、日立製測長SEM:S9380にてパターン上部から観察する際、線幅を任意のポイントで観測し、その測定ばらつきを3σで評価した。
Figure 2007191566
Figure 2007191566
Figure 2007191566
表4から明らかなように、本発明の樹脂を用いるとドライエッチング耐性及びLWR特性が向上することが分かった。

Claims (8)

  1. 一般式(1)で表される繰り返し単位(1)を含有し、酸の作用によりアルカリ可溶性となるアルカリ不溶性又はアルカリ難溶性の樹脂。
    Figure 2007191566

    〔一般式(1)において、Rは水素原子、メチル基、又はトリフルオロメチル基を示す。〕
  2. さらに、一般式(2)で表される繰り返し単位(2)を含有する請求項1に記載の樹脂。
    Figure 2007191566

    〔一般式(2)において、Rは水素原子、メチル基、又はトリフルオロメチル基を示す。各々のRは相互に独立に炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基もしくはその誘導体、又は炭素数1〜4の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基を示し、且つ、Rは以下の(1)又は(2)の条件を満たす。
    (1)Rのうちの少なくとも1つは炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基若しくはその誘導体である。
    (2)いずれか2つのRが相互に結合して、それぞれが結合している炭素原子と共に炭素数4〜20の2価の脂環式炭化水素基若しくはその誘導体を形成している。〕
  3. 一般式(2)中の基−COOC(Rが下記式(a)、式(b)又は式(c)で表される基である請求項2に記載の樹脂。
    Figure 2007191566

    〔式(a)、式(b)及び式(c)において、各Rは相互に独立に炭素数1〜4の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基を示し、mは0又は1である。〕
  4. さらに、一般式(3)で表される繰り返し単位を含有する請求項1乃至3のいずれかに記載の樹脂。
    Figure 2007191566

    〔一般式(3)において、Rは水素原子、メチル基、トリフルオロメチル基を示し、Rは炭素数1〜4の直鎖状又は分岐状のアルキル基を示し、qは1〜2の整数である。〕
  5. ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)によるポリスチレン換算重量平均分子量が1000〜100000であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の樹脂。
  6. 請求項1乃至4のいずれかに記載の樹脂を含有することを特徴とする感放射線性樹脂組成物。
  7. さらに、感放射線性酸発生剤を含有することを特徴とする請求項6に記載の感放射線性樹脂組成物。
  8. さらに、酸拡散制御剤を含有することを特徴とする請求項6に記載の感放射線性樹脂組成物。
JP2006010401A 2006-01-18 2006-01-18 新規樹脂及びそれを用いた感放射線性樹脂組成物 Active JP4892698B2 (ja)

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