JP2008163056A - ハイパーブランチポリマーの合成方法、ハイパーブランチポリマー、レジスト組成物、半導体集積回路、および半導体集積回路の製造方法 - Google Patents

ハイパーブランチポリマーの合成方法、ハイパーブランチポリマー、レジスト組成物、半導体集積回路、および半導体集積回路の製造方法 Download PDF

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彰記 宇野
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Abstract

【課題】光リソグラフィを中心としたナノファブリケーション、特に電子線、EUVリソグラフィに好適な、密着性、感度、及び表面平滑性を向上させたコアシェル型ハイパーブランチポリマーをベースポリマーとして含み、超LSIなどの半導体装置製造用の微細パターンを形成することが可能なレジスト組成物を得ること。
【解決手段】コアシェル型ハイパーブランチポリマーにおけるシェル部に、オニウム塩構造を有するモノマーから誘導される繰り返し単位を含有するようにした。
【選択図】なし

Description

本発明はコアシェル型ハイパーブランチポリマー、レジスト組成物、半導体装置の製造方法、及び半導体装置に関する。
従来、LSIやメモリーなどの半導体デバイス製造ではレジスト組成物を使用するリソグラフィによる微細加工が行なわれている。近年、デバイスの高集積化や高容量化に伴ってナノメートル領域の超微細加工が要求されてきており、リソグラフィ工程で使用される露光光源の短波長化が図られている。現在、リソグラフィ工程で使用される露光光源として、例えば、KrFエキシマレーザー光(波長248nm)やArFエキシマレーザー光(波長193nm)が使用されている。また、32nm以下の微細加工をおこなうリソグラフィ工程で使用される露光光源としては、電子線やEVU光(波長13.5nm)が有望視されている。
微細加工を可能とするレジスト組成物には、各光源に対して透明な化学構造を持つベースポリマーと露光により酸を発生する酸発生剤とを含有する化学増幅型レジスト組成物が知られている。化学増幅型レジスト組成物に適用されるベースポリマーとしては、例えば、リソグラフィ工程に際してKrFエキシマレーザー光を発する露光光源を用いる場合、ノボラック型ポリフェノールを基本骨格としたポリマーが挙げられる(例えば、下記特許文献1を参照。)。
化学増幅型レジスト組成物に適用されるベースポリマーとしては、例えば、リソグラフィ工程に際してArFエキシマレーザー光を発する露光光源を用いる場合、ポリ(メタ)アクリル酸エステルが挙げられる(例えば、下記特許文献2を参照。)。化学増幅型レジスト組成物に適用されるベースポリマーとしては、例えば、リソグラフィ工程に際してF2エキシマレーザー光(波長157nm)を発する露光光源を用いる場合、フッ素原子(パーフルオロ構造)を導入したポリマーが挙げられる(例えば、下記特許文献3を参照。)。
近年、上述した各種のベースポリマーを32nm以細の超微細パターンを形成する際に用いるレジスト組成物に適用した場合、ラインエッジラフネスを指標とするパターン側壁の凹凸が問題となってきた。例えば、PMMA(ポリメチルメタクリレート)、及びPHS(ポリヒドロキシスチレン)を主とした従来のレジスト組成物に対して電子線や極紫外線(EUV)露光を行って、超微細のパターンを形成するためには、表面平滑性をナノレベルで制御することが課題となることが指摘されている(例えば、下記非特許文献1を参照。)。
従来、ラインエッジラフネスの低減には、酸発生剤から露光により発生する酸の拡散を制御する重要性が示され、ポリマー状の酸発生剤の有効性が報告されている(例えば、下記非特許文献2を参照。)。また、従来、酸発生剤構造がポリマー骨格に結合したベースポリマーが開示されている(例えば、下記特許文献4〜9および下記非特許文献3を参照。)。上述した各種のベースポリマーは、いずれも線状ポリマーの例のみが記載されている。
リソグラフィ工程におけるパターン側壁の凹凸は、当該リソグラフィ工程で使用されるレジストを構成する線状ポリマーの会合体によるものとされており、従来、ポリマーの分子集合を抑制する技術について数多くの報告がなされている(例えば、下記非特許文献4を参照。)。非特許文献4においては、例えば、ポジ型電子線レジストの表面平滑性を向上させる手段として、線状ポリマーへの架橋構造の導入が有効であることが報告されている。
線状ポリマーに比べてラインエッジラフネスが向上するとされる分岐型ポリマーの例としては、直鎖フェノール誘導体主鎖をクロロメチルスチレンにより分岐結合連鎖したポリマーを含むレジスト組成物や(例えば、下記特許文献10、11を参照。)、低級アルキル分子に複数の線状ポリマー鎖が結合した星型分岐ポリマーを含むレジスト組成物(例えば、下記特許文献12〜14を参照。)が開示されているが、これらの分岐ポリマーの露光感度は数十mJ/cm2と低い。
リソグラフィの主体となる高分子であるスチレン誘導体の高分岐化については、従来、クロロメチルスチレンのリビングラジカル重合による分岐度、重量平均分子量の制御が可能であることが報告されている(例えば、下記特許文献15、16および下記非特許文献5、6を参照。)。また、従来、高度に分岐化したポリクロロメチルスチレンの分子末端に酸分解性基を有するベースポリマーが開示されている(例えば、下記特許文献17を参照。)
特開2004−231858号公報 特開2004−359929号公報 特開2005−91428号公報 特開2006−4531号公報 特開2006−171656号公報 特開2006−178317号公報 特開2006−215526号公報 特開2006−259508号公報 特開2006−259509号公報 特開2000−347412号公報 特開2001−324813号公報 特開2005−53996号公報 特開2005−70742号公報 特開2006−4550号公報 特表2000−500516号公報 特表2000−514479号公報 WO2005/061566号公報 Franco Cerrina, Vac.Sci.Tech.B,19,62890(2001) Michael.D.Stewart, J.Vac.Sci.Tech.B,20,2946(2001) Takeo Watanabe, J.Photopolym.Sci.Technol.,19,521,(2006) Toru Yamaguti, Jpn.J.Appl.Phys., 38,7114(1999) Krzysztof Matyjaszewski, Macromolecules 29,1079(1996) Jean M.J.Frecht,J.Poly.Sci.,36、955(1998)
しかしながら、上述した下記特許文献15、16および下記非特許文献5、6に記載された技術では、現在までのところ、レジストに必要な、露光による加工性を付与するための分子設計は成されてはいなという問題があった。また、上述した特許文献17に記載された技術では、デザインルールの微細化に伴い、密着性の向上と高感度化、及び表面平滑性に関する改善が求められるという問題があった。
本発明は、上記事情に鑑み成されたもので、光リソグラフィを中心としたナノファブリケーション、特に電子線、EUVリソグラフィに好適な、密着性、感度、及び表面平滑性を向上させたコアシェル型ハイパーブランチポリマーをベースポリマーとして含み、超LSIなどの半導体装置製造用の微細パターンを形成することが可能なレジスト組成物を得ることを目的とする。
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、本発明に至った。すなわち、本発明は、コアシェル型ハイパーブランチポリマーであって、シェル部にオニウム塩構造を有するモノマーから誘導される繰り返し単位を含有する事を特徴とするコアシェル型ハイパーブランチポリマーを提供する。
本発明のコアシェル型ハイパーブランチポリマーにおけるシェル部は、下記式(I)及び又は(II)で表されるモノマーから誘導される繰り返し単位の少なくとも1種を含有し、且つコア部に下記式(III)から誘導される繰り返し単位の少なくとも1種を含有するのが好ましい。
Figure 2008163056
ただし、式(I)中、R1は水素原子、炭素数1〜3のアルキル基を表す。式(I)中、R2、R3は同一又は異種の、炭素数1〜30の直鎖状、分岐状、環状のアルキル基、又は炭素数6〜30のアリール基を表し、互いに結合して環を形成してもよい。式(I)中、Aは−COO−、−C64COO−、−C64−を表す。式(I)中、Bは炭素数1〜30の直鎖状、分岐状、環状のアルキレン基、炭素数1〜30のアリーレン基、又は単結合基を表す。式(I)中、W-はR4SO3 -(R4は炭素数1〜15の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基、又は炭素数6から15のアリール基であり、一部若しくはすべての水素原子がフッ素原子で置換されていてもよい)、又は下記式(a)、(b)に示される基を表す。
Figure 2008163056
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ただし、式(a)中、R5及びR6は同一又は異種の、炭素数1〜6の直鎖状、分岐状もしくは環状の少なくとも1個以上のフッ素原子を含むアルキル基であり、少なくとも1個以上のフッ素原子を含むアルキル基のまま、互いに結合して環を形成してもよい。式(b)中、R7〜R9は同一又は異種の、炭素数1〜6の直鎖状、分岐状もしくは環状の少なくとも1個以上のフッ素原子を含むアルキル基であり、少なくとも1個以上のフッ素原子を含むアルキル基のまま、互いに結合して環を形成してもよい。
Figure 2008163056
ただし、式(II)中、Dは−COO−、−C64COO−、−C64−、−C64O−を表す。式(II)中、Eは炭素数1〜30の直鎖状、分岐状、環状のアルキレン基、炭素数1〜30のアリーレン基、又は単結合基を表し、一部若しくはすべての水素原子がフッ素原子で置換されていてもよい)。式(II)中、X+は下記式(c)又は(d)に示される基を表す。
Figure 2008163056
Figure 2008163056
ただし、式(c)中、R10、R11及びR12は同一又は異種の、炭素数1〜30の直鎖状、分岐状、環状のアルキル基、又は炭素数6〜30のアリール基を表し、互いに結合して環を形成してもよい。式(d)中、R13、R14は同一又は異種の、炭素数6〜20のアリール基を表す。
Figure 2008163056
ただし、式(III)中、Yは、ヒドロキシル基又はカルボキシル基を含んでいてもよい炭素数1〜10のアルキレン基を表す。Zは、ハロゲン原子を表す。
本発明の前記コアシェル型ハイパーブランチポリマーは、更に、酸分解性基を有するモノマーから誘導される繰り返し単位をシェル部に含有するのが好ましい。
また、本発明は、前記コアシェル型ハイパーブランチポリマーを含有するレジスト組成物を提供する。
また本発明にかかる、半導体装置の製造方法は、前記レジスト組成物を用いて半導体基板上にレジストパターンを形成する工程を含む事を特徴とする。
また本発明にかかる、半導体装置は、前記製造方法により製造される事を特徴とする。
本発明によれば、光リソグラフィを中心としたナノファブリケーションのひとつであるEUV(極端紫外線)リソグラフィや電子線リソグラフィのための高分子素材として利用可能な、感度、及び、表面平滑性を向上させたコアシェル型ハイパーブランチポリマーを提供できる。本発明のコアシェル型ハイパーブランチポリマーを含有するレジスト組成物は、微細パターン形成に優れ、超LSIなどの半導体装置を得る事ができる。
本発明のコアシェル型ハイパーブランチポリマーは、コア部とその周囲に存在するシェル部とから構成される。
<シェル部>
本発明のコアシェル型ハイパーブランチポリマーのシェル部は、オニウム塩構造を有するモノマーから誘導される繰り返し単位を含有する。該オニウム塩構造は高エネルギー線、EUV光、電子線などの作用により酸を発生するのが好ましい。
前記オニウム塩構造を有するモノマーとしてはラジカル重合が可能であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、以下に示した式(I)又は(II)の少なくとも一方で表されるモノマーを挙げる事ができる。
Figure 2008163056
Figure 2008163056
前記式(I)において、R1は、水素原子、炭素数1〜3のアルキル基を表す。このうち、水素原子及びメチル基が好ましい。前記式(I)において、R2、R3は、同一又は異種の、炭素数1〜30、好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜10の直鎖状、分岐状、環状のアルキル基、又は炭素数6〜30、好ましくは炭素数6〜20、より好ましくは炭素数6〜15のアリール基を表し、互いに結合して環を形成してもよい。直鎖状、分岐状、環状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、ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、シクロヘキシル基などが挙げられ、アリール基としては、フェニル基、キシル基、4−メチルフェニル基、4−メトキシフェニル基、4−tert−ブチルフェニル基、ナフチル基などが挙げられる。このうち、メチル基、エチル基、フェニル基、ナフチル基が好ましい。
前記式(I)において、Aは、−COO−、−C64COO−、−C64−を表す。このうち、−COO−、−C64COO−が好ましい。前記式(I)において、Bは、炭素数1〜30、好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜10の直鎖状、分岐状、環状のアルキレン基、又は炭素数1〜30、好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜15のアリーレン基、又は単結合基を表す。直鎖状、分岐状、環状のアルキレン基としては、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、シクロヘキシレン基などが挙げられ、アリーレン基としては、フェニレン基、メチルフェニレン基、ジメチルフェニレン基、ナフチレン基、メチルナフチレン基、ジメチルナフチレン基、ヒドロキシナフチレン基などが挙げられる。このうち、エチレン基、シクロへキシレン基、フェニレン基、ナフチレン基、ヒドロキシナフチレン基が好ましい。
前記式(I)において、W-は、R4SO3 -、又は以下に示した式(a)、(b)に示される基を表す。前記R4SO3 -において、R4は、炭素数1〜15、好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは炭素数1〜8の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基、又は炭素数6から15、好ましくは炭素数6〜12、より好ましくは炭素数6〜10のアリール基であり、前記R4の一部若しくはすべての水素原子がフッ素原子で置換されていてもよい。
前記R4SO3 -におけるR4としての直鎖状、分岐状もしくは環状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、ブチル基、tert−ブチル基、シクロヘキシル基などが挙げられ、アリール基としてはフェニル基、トリル基、ナフチル基などが挙げられる。また、一部若しくはすべての水素原子がフッ素原子で置換されていてもよいアルキル基やアリール基としては、モノフルオロメチル基、ジフルオロメチル基、トリフルオロメチル基、トリフルオロエチル基、テトラフルオロエチル基、パーフルオロエチル基、ペンタフルオロプロピル基、ペンタフルオロイソプロピル基、ヘキサフルオロプロピル基、ヘキサフルオロイソプロピル基、パーフルオロプロピル基、パーフルオロイソプロピル基、ヘプタフルオロブチル基、ヘプタフルオロイソブチル基、ヘプタフルオロ−tert−ブチル基、オクタフルオロブチル基、オクタフルオロイソブチル基、オクタフルオロ−tert−ブチル基、パーフルオロブチル基、パーフルオロイソブチル基、パーフルオロ−tert−ブチル基、パーフルオロシクロヘキシル基、パーフルオロオクチル基、4−トリフルオロメチルフェニル基、パーフルオロフェニル基などが挙げられる。このうちトリフルオロメチル基、パーフルオロブチル基、パーフルオロオクチル基、パーフルオロフェニル基が好ましい。
Figure 2008163056
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前記式(a)において、R5及びR6は同一又は異種の、炭素数1〜6の直鎖状、分岐状もしくは環状の少なくとも1個以上のフッ素原子を含むアルキル基であり、少なくとも1個以上のフッ素原子を含むアルキル基のまま、互いに結合して環を形成してもよい。前記式(b)において、R7〜R9は同一又は異種の、炭素数1〜6の直鎖状、分岐状もしくは環状の少なくとも1個以上のフッ素原子を含むアルキル基であり、少なくとも1個以上のフッ素原子を含むアルキル基のまま、互いに結合して環を形成してもよい。
前記R5〜R9において、直鎖状、分岐状、環状の少なくとも1個以上のフッ素原子を含むアルキル基としては、モノフルオロメチル基、ジフルオロメチル基、トリフルオロメチル基、トリフルオロエチル基、テトラフルオロエチル基、パーフルオロエチル基、ペンタフルオロプロピル基、ペンタフルオロイソプロピル基、ヘキサフルオロプロピル基、ヘキサフルオロイソプロピル基、パーフルオロプロピル基、パーフルオロイソプロピル基、ヘプタフルオロブチル基、ヘプタフルオロイソブチル基、ヘプタフルオロ−tert−ブチル基、オクタフルオロブチル基、オクタフルオロイソブチル基、オクタフルオロ−tert−ブチル基、パーフルオロブチル基、パーフルオロイソブチル基、パーフルオロ−tert−ブチル基、パーフルオロシクロヘキシル基などが挙げられる。このうち、トリフルオロメチル基、パーフルオロブチル基が好ましい。また、前記式(a)において、少なくとも1個以上のフッ素原子を含むアルキル基のまま互いに一緒になって環を形成したものとしては、以下に示した式(i)〜(iii)および(vi)〜(vii)であらわされる基などが挙げられる。前記式(b)において、少なくとも1個以上のフッ素原子を含むアルキル基のまま互いに一緒になって環を形成したものとしては、以下に示した式(iv)〜(v)であらわされる基などが挙げられる。
Figure 2008163056
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上述した各種の基の中では、パーフルオロ基が好ましく、また式(viii)〜(x)式で示される基も好ましい。
Figure 2008163056
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前記式(II)において、R1は、水素原子、炭素数1〜3のアルキル基を表す。このうち、水素原子及びメチル基が好ましい。前記式(II)において、Dは、−COO−、−C64COO−、−C64−、−C64O−を表す。このうち、前記式(II)におけるDとしては、−COO−、−C64COO−、−C64−が好ましい。
前記式(II)において、Eは、炭素数1〜30、好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜10の直鎖状、分岐状、環状のアルキレン基、又は炭素数1〜30、好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜15のアリーレン基、又は単結合基を表し、一部若しくはすべての水素原子がフッ素原子で置換されていてもよい。
前記式(II)におけるEとしての直鎖状、分岐状、環状のアルキレン基としては、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、シクロヘキシレン基などが挙げられ、アリーレン基としては、フェニレン基、メチルフェニレン基、ジメチルフェニレン基、ナフチレン基、メチルナフチレン基、ジメチルナフチレン基、ヒドロキシナフチレン基などが挙げられる。
また、一部若しくはすべての水素原子がフッ素原子で置換されていてもよいアルキレン基やアリーレン基としては、モノフルオロメチレン基、ジフルオロメチレン基、ジフルオロエチレン基、トリフルオロエチレン基、テトラフルオロエチレン基、ペンタフルオロプロピレン基、ヘキサフルオロプロピレン基、ヘキサフルオロイソプロピレン基、ヘプタフルオロブチレン基、ヘプタフルオロイソブチレン基、オクタフルオロブチレン基、オクタフルオロイソブチレン基、オクタフルオロシクロヘキシル基、パーフルオロオクチレン基、モノフルオロフェニレン基、ジフルオロフェニレン基、トリフルオロフェニレン基、テトラフルオロフェニレン基、トリフルオロメチルフェニレン基、パーフルオロナフチレン基などが挙げられる。このうち、エチレン基、シクロヘキシレン基、フェニレン基、テトラフルオロエチレン基、ヘプタフルオロブチレン基、オクタフルオロシクロヘキシル基、パーフルオロオクチレン基、モノフルオロフェニレン基、ジフルオロフェニレン基、テトラフルオロフェニレン基、トリフルオロメチルフェニレン基、パーフルオロナフチレン基、単結合基が好ましい。
前記式(II)において、X+は、以下に示した式(c)又は(d)で示される基を表す。
Figure 2008163056
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上記式(c)において、R10、R11及びR12は、同一又は異種の、炭素数1〜30、好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜10の直鎖状、分岐状、環状のアルキル基、又は炭素数6〜30、好ましくは炭素数6〜20、より好ましくは炭素数6〜15のアリール基を表し、互いに結合して環を形成してもよい。
上記式(c)におけるR10、R11及びR12としての直鎖状、分岐状、環状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、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、シクロヘキシル基などが挙げられ、アリール基としては、例えば、フェニル基、キシル基、4−メチルフェニル基、フェニル基、4−tert−ブチルフェニル基、ナフチル基、ヒドロキシナフチル基、ジヒドロキシナフチル基などが挙げられる。このうち、上記式(c)におけるR10、R11及びR12としては、メチル基、エチル基、フェニル基、4−tert−ブチルフェニル基、ナフチル基、ヒドロキシナフチル基、ジヒドロキシナフチル基が好ましい。
上記式(d)において、R13、R14は、同一又は異種の、炭素数6〜20、好ましくは炭素数1〜15、より好ましくは炭素数1〜10のアリール基を表す。上記式(d)におけるR13、R14としてのアリール基としては、例えば、フェニル基、4−メチルフェニル基、4−エチルフェニル基、4−プロピルフェニル基、4−イソプロピルフェニル基、4−ブチルフェニル基、4−tert−ブチルフェニル基、4−メトキシフェニル基、ナフチル基、tert−ブチルナフチル基、メトキシナフチル基などが挙げられる。このうち、フェニル基、4−メチルフェニル基、4−tert−ブチルフェニル基、4−メトキシフェニル基が好ましい。前記式(I)又は(II)の少なくとも一方で表される化合物は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
シェル部中、前記式(I)又は(II)の少なくとも一方で表される化合物から誘導される繰り返し単位の割合は、シェル部を構成する全繰り返し単位に対し、0.01モル%〜80モル%である事が好ましく、0.1モル%〜60モル%である事がより好ましく、1モル%〜40モル%である事が更に好ましい。このような量で前記式(I)又は(II)の少なくとも一方で表される化合物から誘導される繰り返し単位が含まれると、露光工程におけるレジストの高感度化に有利になるので好ましい。
本発明のコアシェル型ハイパーブランチポリマーのシェル部には、更に、酸分解性基を有するモノマーから誘導される繰り返し単位を含有することができる。酸分解性基を有するモノマーは、重合性の不飽和結合を有する構造であれば、シェル部に酸分解性部を形成するモノマーとして使用することができる。シェル部に酸分解性部を形成するモノマーとして使用することができるモノマーとしては、例えば、スチレン類及びアクリル酸エステル類、メタクリル酸エステル類、p−又はm−ビニル安息香酸エステル類、5−ノルボルネン−2−カルボン酸エステル類、及び3−テトラシクロドデセン−8−カルボン酸エステル類などから選ばれる重合性の不飽和結合を有する化合物などが挙げられる。
スチレン類の具体例としては、p−又はm−tert−ブトキシスチレン、p−又はm−2−メチル−2−アダマンチルオキシスチレン、p−又はm−2−エチル−2−アダマンチルオキシスチレン、p−又はm−2−プロピル−2−アダマンチルオキスチレン、p−又はm−2−ブチル−2−アダマンチルオキシスチレン、p−又はm−1−メチルシクロペンチルオキシスチレン、p−又はm−1−エチルシクロペンチルオキシスチレン、p−又はm−1−メチルシクロヘキシルオキシスチレン、p−又はm−1−エチルシクロヘキシルオキシスチレン、p−又はm−1−メトキシエトキシスチレン、p−又はm−1−エトキシエトキシスチレン、p−又はm−1−メトキシ−1−メチルエトキシスチレン、p−又はm−1−メトキシ−1−エチルエトキシスチレン、p−又はm−テトラヒドロピラニルオキシスチレン、p−又はm−テトラヒドロフラニルオキシスチレン、p−又はm−メトキシカルボニルオキシスチレン、p−又はm−エトキシカルボニルオキシスチレン、p−又はm−イソプロポキシカルボニルオキシスチレン、p−又はm−イソブトキシカルボニルオキシスチレン、p−又はm−sec−ブトキシカルボニルオキシスチレン、p−又はm−tert−ブトキシカルボニルオキシスチレン、p−又はm−イソペンチルオキシカルボニルオキシスチレン、p−又はm−tert−ペンチルオキシカルボニルオキシスチレン、p−又はm−ビニルフェノキシ酢酸1−メチルシクロペンチル、p−又はm−ビニルフェノキシ酢酸1−メチルシクロヘキシル、p−又はm−ビニルフェノキシ酢酸テトラヒドロピラニル、p−又はm−ビニルフェノキシ酢酸tert−ブチル、p−又はm−ビニルフェノキシ酢酸2−メチル−2−アダマンチル、p−又はm−ビニルフェノキシ酢酸2−エチル−2−アダマンチル、p−又はm−トリメチルシリルオキシスチレン、p−又はm−ジメチル−tert−ブチルシリルオキシスチレン、α−メチル−p−tert−ブトキシスチレン、α−メチル−p−2−メチル−2−アダマンチルオキシスチレン、α−メチル−p−2−エチル−2−アダマンチルオキシスチレン、α−メチル−p−1−メトキシエトキシスチレン、α−メチル−p−1−エトキシエトキシスチレン、α−メチル−p−テトラヒドロピラニルオキシスチレン、α−メチル−p−tert−ブトキシカルボニルオキシスチレン、α−メチル−p−ビニルフェノキシ酢酸tert−ブチル、α−メチル−p−ビニルフェノキシ酢酸2−メチル−2−アダマンチル、α−メチル−p−ビニルフェノキシ酢酸2−エチル−2−アダマンチルなどが挙げられる。また、下記式になども挙げられる。
Figure 2008163056
Figure 2008163056
Figure 2008163056
アクリル酸エステル類の具体例としては、例えば、アクリル酸tert−ブチル、アクリル酸2−メチル−2−アダマンチル、アクリル酸2−エチル−2−アダマンチル、アクリル酸2−プロピル−2−アダマンチル、アクリル酸2−ブチル−2−アダマンチル、アクリル酸1−メチルシクロペンチル、アクリル酸1−エチルシクロペンチル、アクリル酸1−メチルシクロヘキシル、アクリル酸1−エチルシクロヘキシル、アクリル酸1−メトキシエチル、アクリル酸1−エトキシエチル、アクリル酸1−メトキシ−1−メチルエチル、アクリル酸1−メトキシ−1−エチルエテル、アクリル酸テトラヒドロピラニル、アクリル酸テトラヒドロフラニル、アクリロイロキシ酢酸1−メチルシクロペンチル、アクリロイロキシ酢酸1−メチルシクロヘキシル、アクリロイロキシ酢酸テトラヒドロピラニル、アクリロイロキシ酢酸tert−ブチル、アクリロイロキシ酢酸2−メチル−2−アダマンチル、アクリロイロキシ酢酸2−エチル−2−アダマンチル、アクリル酸トリメチルシリル、アクリル酸ジメチル−tert−ブチルシリル、α−メチル−α―(アクロイル)オキシ−γ−ブチロラクトン、β−メチル−β−(アクロイル)オキシ−γ−ブチロラクトン、γ−メチル−γ−(アクロイル)オキシ−γ−ブチロラクトン、α−エチル−α―(アクロイル)オキシ−γ−ブチロラクトン、β−エチル−β−(アクロイル)オキシ−γ−ブチロラクトン、γ−エチル−γ−(アクロイル)オキシ−γ−ブチロラクトン、β−メチル−β−(アクロイル)オキシ−δ−バレロラクトン、γ−メチル−γ−(アクロイル)オキシ−δ−バレロラクトン、δ−メチル−δ−(アクロイル)オキシ−δ−バレロラクトン、α−エチル−α―(アクロイル)オキシ−δ−バレロラクトン、β−エチル−β−(アクロイル)オキシ−δ−バレロラクトン、γ−エチル−γ−(アクロイル)オキシ−δ−バレロラクトン、δ−エチル−δ−(アクロイル)オキシ−δ−バレロラクトンなどが挙げられる。
メタクリル酸エステル類の具体例としては、たとえば、メタクリル酸tert−ブチル、メタクリル酸2−メチル−2−アダマンチル、メタクリル酸2−エチル−2−アダマンチル、メタクリル酸2−プロピル−2−アダマンチル、メタクリル酸2−ブチル−2−アダマンチル、メタクリル酸1−メチルシクロペンチル、メタクリル酸1−エチルシクロペンチル、メタクリル酸1−メチルシクロヘキシル、メタクリル酸1−エチルシクロヘキシル、メタクリル酸1−メトキシエチル、メタクリル酸1−エトキシエチル、メタクリル酸1−メトキシ−1−メチルエチル、メタクリル酸1−メトキシ−1−エチルエテル、メタクリル酸テトラヒドロピラニル、メタクリル酸テトラヒドロフラニル、メタクリロイロキシ酢酸1−メチルシクロペンチル、メタクリロイロキシ酢酸1−メチルシクロヘキシル、メタクリロイロキシ酢酸テトラヒドロピラニル、メタクリロイロキシ酢酸tert−ブチル、メタクリロイロキシ酢酸2−メチル−2−アダマンチル、メタクリロイロキシ酢酸2−エチル−2−アダマンチル、メタクリル酸トリメチルシリル、メタクリル酸ジメチル−tert−ブチルシリル、α−メチル−α―(メタクロイル)オキシ−γ−ブチロラクトン、β−メチル−β−(メタクロイル)オキシ−γ−ブチロラクトン、γ−メチル−γ−(メタクロイル)オキシ−γ−ブチロラクトン、α−エチル−α―(メタクロイル)オキシ−γ−ブチロラクトン、β−エチル−β−(メタクロイル)オキシ−γ−ブチロラクトン、γ−エチル−γ−(メタクロイル)オキシ−γ−ブチロラクトン、β−メチル−β−(メタクロイル)オキシ−δ−バレロラクトン、γ−メチル−γ−(メタクロイル)オキシ−δ−バレロラクトン、δ−メチル−δ−(メタクロイル)オキシ−δ−バレロラクトン、α−エチル−α―(メタクロイル)オキシ−δ−バレロラクトン、β−エチル−β−(メタクロイル)オキシ−δ−バレロラクトン、γ−エチル−γ−(メタクロイル)オキシ−δ−バレロラクトン、δ−エチル−δ−(メタクロイル)オキシ−δ−バレロラクトンなどが挙げられる。
p−又はm−ビニル安息香酸エステル類の具体例としては、例えば、p−又はm−ビニル安息香酸tert−ブチル、p−又はm−ビニル安息香酸2−メチル−2−アダマンチル、p−又はm−ビニル安息香酸2−エチル−2−アダマンチル、p−又はm−ビニル安息香酸2−プロピル−2−アダマンチル、p−又はm−ビニル安息香酸2−ブチル−2−アダマンチル、p−又はm−ビニル安息香酸1−メチルシクロペンチル、p−又はm−ビニル安息香酸1−エチルシクロペンチル、p−又はm−ビニル安息香酸1−メチルシクロヘキシル、p−又はm−ビニル安息香酸1−エチルシクロヘキシル、p−又はm−ビニル安息香酸1−メトキシエチル、p−又はm−ビニル安息香酸1−エトキシエチル、p−又はm−ビニル安息香酸1−メトキシ−1−メチルエチル、p−又はm−ビニル安息香酸1−メトキシ−1−エチルエテル、p−又はm−ビニル安息香酸テトラヒドロピラニル、p−又はm−ビニル安息香酸テトラヒドロフラニル、p−又はm−ビニルフェニルカルボニルオキシ酢酸1−メチルシクロペンチル、p−又はm−ビニルフェニルカルボニルオキシ酢酸1−メチルシクロヘキシル、p−又はm−ビニルフェニルカルボニルオキシ酢酸テトラヒドロピラニル、p−又はm−ビニルフェニルカルボニルオキシ酢酸tert−ブチル、p−又はm−ビニルフェニルカルボニルオキシ酢酸2−メチル−2−アダマンチル、p−又はm−ビニルフェニルカルボニルオキシ酢酸2−エチル−2−アダマンチル、p−又はm−ビニル安息香酸トリメチルシリル、p−又はm−ビニル安息香酸ジメチル−tert−ブチルシリル、α−メチル−α―(4−ビニルベンゾイル)オキシ−γ−ブチロラクトン、β−メチル−β−(4−ビニルベンゾイル)オキシ−γ−ブチロラクトン、γ−メチル−γ−(4−ビニルベンゾイル)オキシ−γ−ブチロラクトン、α−エチル−α―(4−ビニルベンゾイル)オキシ−γ−ブチロラクトン、β−エチル−β−(4−ビニルベンゾイル)オキシ−γ−ブチロラクトン、γ−エチル−γ−(4−ビニルベンゾイル)オキシ−γ−ブチロラクトン、β−メチル−β−(4−ビニルベンゾイル)オキシ−δ−バレロラクトン、γ−メチル−γ−(4−ビニルベンゾイル)オキシ−δ−バレロラクトン、δ−メチル−δ−(4−ビニルベンゾイル)オキシ−δ−バレロラクトン、α−エチル−α―(4−ビニルベンゾイル)オキシ−δ−バレロラクトン、β−エチル−β−(4−ビニルベンゾイル)オキシ−δ−バレロラクトン、γ−エチル−γ−(4−ビニルベンゾイル)オキシ−δ−バレロラクトン、δ−エチル−δ−(4−ビニルベンゾイル)オキシ−δ−バレロラクトンなどが挙げられる。
5−ノルボルネン−2−カルボン酸エステル類の具体例としては、例えば、5−ノルボルネン−2−カルボン酸tert−ブチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸2−メチル−2−アダマンチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸2−エチル−2−アダマンチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸2−プロピル−2−アダマンチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸2−ブチル−2−アダマンチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸1−メチルシクロペンチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸1−エチルシクロペンチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸1−メチルシクロヘキシル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸1−エチルシクロヘキシル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸1−メトキシエチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸1−エトキシエチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸1−メトキシ−1−メチルエチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸1−メトキシ−1−エチルエテル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸テトラヒドロピラニル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸テトラヒドロフラニル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸2−(1−メチルシクロペンチルオキシ)−2−オキソエチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸2−(1−メチルシクロヘキシルオキシ)−2−オキソエチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸2−テトラヒドロピラニルオキシ−2−オキソエチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸2−(2−メチル−2−アダマンチルオキシ)−2−オキソエチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸2−(2−エチル−2−アダマンチルオキシ)−2−オキソエチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸2−tert−ブトキシ−2−オキソエチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸トリメチルシリル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸ジメチル−tert−ブチルシリルなどが挙げられる。
3−テトラシクロドデセン−8−カルボン酸エステル類の具体例としては、例えば、3−テトラシクロドデセン−8−カルボン酸tert−ブチル、3−テトラシクロドデセン−8−カルボン酸2−メチル−2−アダマンチル、3−テトラシクロドデセン−8−カルボン酸2−エチル−2−アダマンチル、3−テトラシクロドデセン−8−カルボン酸2−プロピル−2−アダマンチル、3−テトラシクロドデセン−8−カルボン酸2−ブチル−2−アダマンチル、3−テトラシクロドデセン−8−カルボン酸1−メチルシクロペンチル、3−テトラシクロドデセン−8−カルボン酸1−エチルシクロペンチル、3−テトラシクロドデセン−8−カルボン酸1−メチルシクロヘキシル、3−テトラシクロドデセン−8−カルボン酸1−エチルシクロヘキシル、3−テトラシクロドデセン−8−カルボン酸1−メトキシエチル、3−テトラシクロドデセン−8−カルボン酸1−エトキシエチル、3−テトラシクロドデセン−8−カルボン酸1−メトキシ−1−メチルエチル、3−テトラシクロドデセン−8−カルボン酸1−メトキシ−1−エチルエテル、3−テトラシクロドデセン−8−カルボン酸テトラヒドロピラニル、3−テトラシクロドデセン−8−カルボン酸テトラヒドロフラニル、3−テトラシクロドデセン−8−カルボン酸2−(1−メチルシクロペンチルオキシ)−2−オキソエチル、3−テトラシクロドデセン−8−カルボン酸2−(1−メチルシクロヘキシルオキシ)−2−オキソエチル、3−テトラシクロドデセン−8−カルボン酸2−テトラヒドロピラニルオキシ−2−オキソエチル、3−テトラシクロドデセン−8−カルボン酸2−(2−メチル−2−アダマンチルオキシ)−2−オキソエチル、3−テトラシクロドデセン−8−カルボン酸2−(2−エチル−2−アダマンチルオキシ)−2−オキソエチル、3−テトラシクロドデセン−8−カルボン酸2−tert−ブトキシ−2−オキソエチル、3−テトラシクロドデセン−8−カルボン酸トリメチルシリル、3−テトラシクロドデセン−8−カルボン酸ジメチル−tert−ブチルシリルなどが挙げられる。
このうち、このうち、スチレン類、アクリル酸エステル類、メタクリル酸エステル類、p−又はm−ビニル安息香酸エステル類が好ましい。酸分解性基を有するモノマーは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
シェル部中、酸分解性基を有するモノマーから誘導される繰り返し単位の割合は、シェル部を構成する全繰り返し単位に対し、5モル%〜90モル%である事が好ましく、10モル%〜80モル%である事がより好ましく、15モル%〜70モル%である事が更に好ましい。このような量で、酸分解性基を有するモノマーから誘導される繰り返し単位が含まれると、現像工程において露光部が効率よくアルカリ溶液に溶解し除去されるので好ましい。
本発明のコアシェル型ハイパーブランチポリマーのシェル部には、上記式(I)、(II)及び酸分解性基を有するモノマー以外のモノマーも、重合性の不飽和結合を有する構造であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
シェル部を形成するモノマーとして使用することができるモノマーとしては、例えば、p−又はm−ヒドロキシスチレン、α−メチル−ヒドロキシスチレン、アクリル酸、メタクリル酸、p−又はm−ビニル安息香酸、5−ノルボルネン−2−カルボン酸、及び3−テトラシクロドデセン−8−カルボン酸などが挙げられる。また、上記以外のスチレン類及びアクリル酸エステル類、メタクリル酸エステル類、p−又はm−ビニル安息香酸エステル類、及びアリル化合物、ビニルエーテル類、ビニルエステル類、クロトン酸エステル類などから選ばれる重合性の不飽和結合を有する化合物などが挙げられる。
スチレン類の具体例としては、例えば、スチレン、p−又はm−メチルスチレン、p−又はm−エチルシスチレン、p−又はm−プロピルスチレン、p−又はm−ブチルスチレン、p−又はm−tert−ブチルスチレン、p−又はm−クロロメチルスチレン、p−又はm−アセトキシスチレン、p−又はm−メトキシスチレン、p−又はm−エトキシスチレン、p−又はm−プロピルオキシスチレン、p−又はm−n−ブトキシスチレンなどが挙げられる。
アクリル酸エステル類の具体例としては、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n−ブチル、アクリル酸フェニル、アクリル酸ベンジル、アクリル酸ナフチル、アクリル酸アダマンチル、アクリル酸3−ヒドロキシ−1−アダマンチル、α−(アクロイル)オキシ−γ−ブチロラクトン、β−(アクロイル)オキシ−γ−ブチロラクトン、γ−(アクロイル)オキシ−γ−ブチロラクトン、α−(アクロイル)オキシ−δ−バレロラクトン、β−(アクロイル)オキシ−δ−バレロラクトン、γ−(アクロイル)オキシ−δ−バレロラクトン、δ−(アクロイル)オキシ−δ−バレロラクトン、アクリル酸クロルエチル、アクリル酸2−ヒドロキシエチル、アクリル酸2,2−ジメチルヒドロキシプロピル、アクリル酸5−ヒドロキシペンチル、アクリル酸トリメチロールプロパン、アクリル酸グリシジル、ノルボルナンラクトンアクリレートなどが挙げられる。
メタクリル酸エステル類の具体例としては、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸フェニル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸ナフチル、メタクリル酸アダマンチル、メタクリル酸3−ヒドロキシ−1−アダマンチル、α−(メタクロイル)オキシ−γ−ブチロラクトン、β−(メタクロイル)オキシ−γ−ブチロラクトン、γ−(メタクロイル)オキシ−γ−ブチロラクトン、α−(メタクロイル)オキシ−δ−バレロラクトン、β−(メタクロイル)オキシ−δ−バレロラクトン、γ−(メタクロイル)オキシ−δ−バレロラクトン、δ−(メタクロイル)オキシ−δ−バレロラクトン、メタクリル酸クロルエチル、メタクリル酸2−ヒドロキシエチル、メタクリル酸2,2−ジメチルヒドロキシプロピル、メタクリル酸5−ヒドロキシペンチル、メタクリル酸トリメチロールプロパン、メタクリル酸グリシジル、ノルボルナンラクトンメタクリレートなどが挙げられる。
p−又はm−ビニル安息香酸エステル類の具体例としては、例えば、p−又はm−ビニル安息香酸メチル、p−又はm−ビニル安息香酸エチル、p−又はm−ビニル安息香酸プロピル、p−又はm−ビニル安息香酸n−ブチル、p−又はm−ビニル安息香酸フェニル、p−又はm−ビニル安息香酸ベンジル、p−又はm−ビニル安息香酸ナフチル、p−又はm−ビニル安息香酸アダマンチル、p−又はm−ビニル安息香酸3−ヒドロキシ−1−アダマンチル、α−(4−ビニルベンゾイル)オキシ−γ−ブチロラクトン、β−(4−ビニルベンゾイル)オキシ−γ−ブチロラクトン、γ−(4−ビニルベンゾイル)オキシ−γ−ブチロラクトン、α−(4−ビニルベンゾイル)オキシ−δ−バレロラクトン、β−(4−ビニルベンゾイル)オキシ−δ−バレロラクトン、γ−(4−ビニルベンゾイル)オキシ−δ−バレロラクトン、δ−(4−ビニルベンゾイル)オキシ−δ−バレロラクトン、p−又はm−ビニル安息香酸クロルエチル、p−又はm−ビニル安息香酸2−ヒドロキシエチル、p−又はm−ビニル安息香酸2,2−ジメチルヒドロキシプロピル、p−又はm−ビニル安息香酸5−ヒドロキシペンチル、p−又はm−ビニル安息香酸トリメチロールプロパン、p−又はm−ビニル安息香酸グリシジル、p−又はm−ビニル安息香酸ノルボルナンラクトンなどが挙げられる。
アリル化合物の具体例としては、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、アリルオキシエタノールなどが挙げられる。
ビニルエーテル類の具体例としては、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、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が挙げられる。
ビニルエステル類の具体例としては、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などが挙げられる。
クロトン酸エステル類の具体例としては、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、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、ジメチルマレレート、ジブチルフマレート、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、マレイロニトリルなどが挙げられる。
<コア部>
本発明のコアシェル型ハイパーブランチポリマーのコア部を形成するモノマーとしては、ラジカル重合が可能であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、以下に示した式(III)で表されるモノマーや、ラジカル重合性の不飽和結合を有する他のモノマーを挙げることができる。前記式(I)又は前記式(II)の少なくとも一方で表されるモノマーもまた使用することもできる。このうち、前記式(III)で表されるモノマーの単独重合物、及び前記式(III)で表されるモノマーとラジカル重合性の不飽和結合を有する他のモノマーとの共重合物が好ましい。
前記式(III)中、Yは、ヒドロキシル基又はカルボキシル基を含んでいてもよい炭素数1〜10、好ましくは炭素数1〜8、より好ましくは炭素数1〜6の直鎖状、分岐状又は環状のアルキレン基を表し、例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、イソプロピレン基、ブチレン基、イソブチレン基、アミレン基、ヘキシレン基、シクロヘキシレン基等などや、これらが結合した基、或いはこれらに−O−、−CO−、−COO−が介在した基が挙げられる。
このうち、前記式(III)中のYとしては、ヒドロキシル基炭素数1〜8のアルキレン基が好ましく、炭素数1〜8の直鎖アルキレン基がより好ましく、メチレン基、エチレン基、−OCH2−基、−OCH2CH2−基がさらに好ましい。前記式(III)中、Zは、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素などのハロゲン原子を示す。このうち、前記式(III)中のZとしては、塩素原子、臭素原子が好ましい。
本発明において使用できる前記式(III)で表される繰り返し単位を与えるモノマーとしては、例えば、クロロメチルスチレン、ブロモメチルスチレン、p−(1−クロロエチル)スチレン、ブロモ(4−ビニルフェニル)フェニルメタン、1−ブロモ−1−(4−ビニルフェニル)プロパン−2−オン、3−ブロモ−3−(4−ビニルフェニル)プロパノール、などが挙げられる。このうち、クロロメチルスチレン、ブロモメチルスチレン、p−(1−クロロエチル)スチレンが好ましい。
コア部中、前記式(III)で表されるモノマーから誘導される繰り返し単位の割合は、コア部を構成する全繰り返し単位に対し、5〜100モル%、好ましくは20〜100モル%、より好ましくは50〜100モル%の量で含まれるのが好適である。このような量で、式(III)のモノマーから誘導される繰り返し単位が含まれると、コア部は分子間の絡まり抑制に有利な球状形態をとるので好ましい。
本発明のコアシェル型ハイパーブランチポリマーのコア部を形成するモノマーとしては、前記式(III)で表されるモノマーの他に、ラジカル重合が可能であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。本発明のコアシェル型ハイパーブランチポリマーのコア部を形成するモノマーとしては、例えば、p−又はm−ヒドロキシスチレン、α−メチル−ヒドロキシスチレン、アクリル酸、メタクリル酸、p−又はm−ビニル安息香酸、5−ノルボルネン−2−カルボン酸、及び3−テトラシクロドデセン−8−カルボン酸、スチレン類、アクリル酸エステル類、メタクリル酸エステル類、p−又はm−ビニル安息香酸エステル類、5−ノルボルネン−2−カルボン酸エステル類、及び3−テトラシクロドデセン−8−カルボン酸エステル類、及びアリル化合物、ビニルエーテル類、ビニルエステル類、クロトン酸エステル類などから選ばれる重合性の不飽和結合を有する化合物などが挙げられる。
スチレン類の具体例としては、たとえば、スチレン、p−又はm−メチルスチレン、p−又はm−エチルシスチレン、p−又はm−プロピルスチレン、p−又はm−ブチルスチレン、p−又はm−tert−ブチルスチレン、p−又はm−クロロメチルスチレン、p−又はm−アセトキシスチレン、p−又はm−メトキシスチレン、p−又はm−エトキシスチレン、p−又はm−プロピルオキシスチレン、p−又はm−n−ブトキシスチレン、p−又はm−tert−ブトキシスチレン、p−又はm−2−メチル−2−アダマンチルオキシスチレン、p−又はm−2−エチル−2−アダマンチルオキシスチレン、p−又はm−2−プロピル−2−アダマンチルオキスチレン、p−又はm−2−ブチル−2−アダマンチルオキシスチレン、p−又はm−1−メチルシクロペンチルオキシスチレン、p−又はm−1−エチルシクロペンチルオキシスチレン、p−又はm−1−メチルシクロヘキシルオキシスチレン、p−又はm−1−エチルシクロヘキシルオキシスチレン、p−又はm−1−メトキシエトキシスチレン、p−又はm−1−エトキシエトキシスチレン、p−又はm−1−メトキシ−1−メチルエトキシスチレン、p−又はm−1−メトキシ−1−エチルエトキシスチレン、p−又はm−テトラヒドロピラニルオキシスチレン、p−又はm−テトラヒドロフラニルオキシスチレン、p−又はm−メトキシカルボニルオキシスチレン、p−又はm−エトキシカルボニルオキシスチレン、p−又はm−イソプロポキシカルボニルオキシスチレン、p−又はm−イソブトキシカルボニルオキシスチレン、p−又はm−sec−ブトキシカルボニルオキシスチレン、p−又はm−tert−ブトキシカルボニルオキシスチレン、p−又はm−イソペンチルオキシカルボニルオキシスチレン、p−又はm−tert−ペンチルオキシカルボニルオキシスチレン、p−又はm−ビニルフェノキシ酢酸1−メチルシクロペンチル、p−又はm−ビニルフェノキシ酢酸1−メチルシクロヘキシル、p−又はm−ビニルフェノキシ酢酸テトラヒドロピラニル、p−又はm−ビニルフェノキシ酢酸tert−ブチル、p−又はm−ビニルフェノキシ酢酸2−メチル−2−アダマンチル、p−又はm−ビニルフェノキシ酢酸2−エチル−2−アダマンチル、p−又はm−トリメチルシリルオキシスチレン、p−又はm−ジメチル−tert−ブチルシリルオキシスチレン、α−メチル−p−tert−ブトキシスチレン、α−メチル−p−2−メチル−2−アダマンチルオキシスチレン、α−メチル−p−2−エチル−2−アダマンチルオキシスチレン、α−メチル−p−1−メトキシエトキシスチレン、α−メチル−p−1−エトキシエトキシスチレン、α−メチル−p−テトラヒドロピラニルオキシスチレン、α−メチル−p−tert−ブトキシカルボニルオキシスチレン、α−メチル−p−ビニルフェノキシ酢酸tert−ブチル、α−メチル−p−ビニルフェノキシ酢酸2−メチル−2−アダマンチル、α−メチル−p−ビニルフェノキシ酢酸2−エチル−2−アダマンチルなどが挙げられる。また、たとえば、上記式(xi)〜(xiii)で表される化合物なども挙げられる。
アクリル酸エステル類の具体例としては、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n−ブチル、アクリル酸フェニル、アクリル酸ベンジル、アクリル酸ナフチル、アクリル酸アダマンチル、アクリル酸3−ヒドロキシ−1−アダマンチル、α−(アクロイル)オキシ−γ−ブチロラクトン、β−(アクロイル)オキシ−γ−ブチロラクトン、γ−(アクロイル)オキシ−γ−ブチロラクトン、α−(アクロイル)オキシ−δ−バレロラクトン、β−(アクロイル)オキシ−δ−バレロラクトン、γ−(アクロイル)オキシ−δ−バレロラクトン、δ−(アクロイル)オキシ−δ−バレロラクトン、アクリル酸クロルエチル、アクリル酸2−ヒドロキシエチル、アクリル酸2,2−ジメチルヒドロキシプロピル、アクリル酸5−ヒドロキシペンチル、アクリル酸トリメチロールプロパン、アクリル酸グリシジル、ノルボルナンラクトンアクリレート、アクリル酸tert−ブチル、アクリル酸2−メチル−2−アダマンチル、アクリル酸2−エチル−2−アダマンチル、アクリル酸2−プロピル−2−アダマンチル、アクリル酸2−ブチル−2−アダマンチル、アクリル酸1−メチルシクロペンチル、アクリル酸1−エチルシクロペンチル、アクリル酸1−メチルシクロヘキシル、アクリル酸1−エチルシクロヘキシル、アクリル酸1−メトキシエチル、アクリル酸1−エトキシエチル、アクリル酸1−メトキシ−1−メチルエチル、アクリル酸1−メトキシ−1−エチルエテル、アクリル酸テトラヒドロピラニル、アクリル酸テトラヒドロフラニル、アクリロイロキシ酢酸1−メチルシクロペンチル、アクリロイロキシ酢酸1−メチルシクロヘキシル、アクリロイロキシ酢酸テトラヒドロピラニル、アクリロイロキシ酢酸tert−ブチル、アクリロイロキシ酢酸2−メチル−2−アダマンチル、アクリロイロキシ酢酸2−エチル−2−アダマンチル、アクリル酸トリメチルシリル、アクリル酸ジメチル−tert−ブチルシリル、α−メチル−α―(アクロイル)オキシ−γ−ブチロラクトン、β−メチル−β−(アクロイル)オキシ−γ−ブチロラクトン、γ−メチル−γ−(アクロイル)オキシ−γ−ブチロラクトン、α−エチル−α―(アクロイル)オキシ−γ−ブチロラクトン、β−エチル−β−(アクロイル)オキシ−γ−ブチロラクトン、γ−エチル−γ−(アクロイル)オキシ−γ−ブチロラクトン、β−メチル−β−(アクロイル)オキシ−δ−バレロラクトン、γ−メチル−γ−(アクロイル)オキシ−δ−バレロラクトン、δ−メチル−δ−(アクロイル)オキシ−δ−バレロラクトン、α−エチル−α―(アクロイル)オキシ−δ−バレロラクトン、β−エチル−β−(アクロイル)オキシ−δ−バレロラクトン、γ−エチル−γ−(アクロイル)オキシ−δ−バレロラクトン、δ−エチル−δ−(アクロイル)オキシ−δ−バレロラクトンなどが挙げられる。
メタクリル酸エステル類の具体例としては、例えば、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸フェニル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸ナフチル、メタクリル酸アダマンチル、メタクリル酸3−ヒドロキシ−1−アダマンチル、α−(メタクロイル)オキシ−γ−ブチロラクトン、β−(メタクロイル)オキシ−γ−ブチロラクトン、γ−(メタクロイル)オキシ−γ−ブチロラクトン、α−(メタクロイル)オキシ−δ−バレロラクトン、β−(メタクロイル)オキシ−δ−バレロラクトン、γ−(メタクロイル)オキシ−δ−バレロラクトン、δ−(メタクロイル)オキシ−δ−バレロラクトン、メタクリル酸クロルエチル、メタクリル酸2−ヒドロキシエチル、メタクリル酸2,2−ジメチルヒドロキシプロピル、メタクリル酸5−ヒドロキシペンチル、メタクリル酸トリメチロールプロパン、メタクリル酸グリシジル、ノルボルナンラクトンメタクリレート、メタクリル酸tert−ブチル、メタクリル酸2−メチル−2−アダマンチル、メタクリル酸2−エチル−2−アダマンチル、メタクリル酸2−プロピル−2−アダマンチル、メタクリル酸2−ブチル−2−アダマンチル、メタクリル酸1−メチルシクロペンチル、メタクリル酸1−エチルシクロペンチル、メタクリル酸1−メチルシクロヘキシル、メタクリル酸1−エチルシクロヘキシル、メタクリル酸1−メトキシエチル、メタクリル酸1−エトキシエチル、メタクリル酸1−メトキシ−1−メチルエチル、メタクリル酸1−メトキシ−1−エチルエテル、メタクリル酸テトラヒドロピラニル、メタクリル酸テトラヒドロフラニル、メタクリロイロキシ酢酸1−メチルシクロペンチル、メタクリロイロキシ酢酸1−メチルシクロヘキシル、メタクリロイロキシ酢酸テトラヒドロピラニル、メタクリロイロキシ酢酸tert−ブチル、メタクリロイロキシ酢酸2−メチル−2−アダマンチル、メタクリロイロキシ酢酸2−エチル−2−アダマンチル、メタクリル酸トリメチルシリル、メタクリル酸ジメチル−tert−ブチルシリル、α−メチル−α―(メタクロイル)オキシ−γ−ブチロラクトン、β−メチル−β−(メタクロイル)オキシ−γ−ブチロラクトン、γ−メチル−γ−(メタクロイル)オキシ−γ−ブチロラクトン、α−エチル−α―(メタクロイル)オキシ−γ−ブチロラクトン、β−エチル−β−(メタクロイル)オキシ−γ−ブチロラクトン、γ−エチル−γ−(メタクロイル)オキシ−γ−ブチロラクトン、β−メチル−β−(メタクロイル)オキシ−δ−バレロラクトン、γ−メチル−γ−(メタクロイル)オキシ−δ−バレロラクトン、δ−メチル−δ−(メタクロイル)オキシ−δ−バレロラクトン、α−エチル−α―(メタクロイル)オキシ−δ−バレロラクトン、β−エチル−β−(メタクロイル)オキシ−δ−バレロラクトン、γ−エチル−γ−(メタクロイル)オキシ−δ−バレロラクトン、δ−エチル−δ−(メタクロイル)オキシ−δ−バレロラクトンなどが挙げられる。
p−又はm−ビニル安息香酸エステル類の具体例としては、例えば、p−又はm−ビニル安息香酸メチル、p−又はm−ビニル安息香酸エチル、p−又はm−ビニル安息香酸プロピル、p−又はm−ビニル安息香酸n−ブチル、p−又はm−ビニル安息香酸フェニル、p−又はm−ビニル安息香酸ベンジル、p−又はm−ビニル安息香酸ナフチル、p−又はm−ビニル安息香酸アダマンチル、p−又はm−ビニル安息香酸3−ヒドロキシ−1−アダマンチル、α−(4−ビニルベンゾイル)オキシ−γ−ブチロラクトン、β−(4−ビニルベンゾイル)オキシ−γ−ブチロラクトン、γ−(4−ビニルベンゾイル)オキシ−γ−ブチロラクトン、α−(4−ビニルベンゾイル)オキシ−δ−バレロラクトン、β−(4−ビニルベンゾイル)オキシ−δ−バレロラクトン、γ−(4−ビニルベンゾイル)オキシ−δ−バレロラクトン、δ−(4−ビニルベンゾイル)オキシ−δ−バレロラクトン、p−又はm−ビニル安息香酸クロルエチル、p−又はm−ビニル安息香酸2−ヒドロキシエチル、p−又はm−ビニル安息香酸2,2−ジメチルヒドロキシプロピル、p−又はm−ビニル安息香酸5−ヒドロキシペンチル、p−又はm−ビニル安息香酸トリメチロールプロパン、p−又はm−ビニル安息香酸グリシジル、p−又はm−ビニル安息香酸tert−ブチル、p−又はm−ビニル安息香酸2−メチル−2−アダマンチル、p−又はm−ビニル安息香酸2−エチル−2−アダマンチル、p−又はm−ビニル安息香酸2−プロピル−2−アダマンチル、p−又はm−ビニル安息香酸2−ブチル−2−アダマンチル、p−又はm−ビニル安息香酸1−メチルシクロペンチル、p−又はm−ビニル安息香酸1−エチルシクロペンチル、p−又はm−ビニル安息香酸1−メチルシクロヘキシル、p−又はm−ビニル安息香酸1−エチルシクロヘキシル、p−又はm−ビニル安息香酸1−メトキシエチル、p−又はm−ビニル安息香酸1−エトキシエチル、p−又はm−ビニル安息香酸1−メトキシ−1−メチルエチル、p−又はm−ビニル安息香酸1−メトキシ−1−エチルエテル、p−又はm−ビニル安息香酸テトラヒドロピラニル、p−又はm−ビニル安息香酸テトラヒドロフラニル、p−又はm−ビニルフェニルカルボニルオキシ酢酸1−メチルシクロペンチル、p−又はm−ビニルフェニルカルボニルオキシ酢酸1−メチルシクロヘキシル、p−又はm−ビニルフェニルカルボニルオキシ酢酸テトラヒドロピラニル、p−又はm−ビニルフェニルカルボニルオキシ酢酸tert−ブチル、p−又はm−ビニルフェニルカルボニルオキシ酢酸2−メチル−2−アダマンチル、p−又はm−ビニルフェニルカルボニルオキシ酢酸2−エチル−2−アダマンチル、p−又はm−ビニル安息香酸トリメチルシリル、p−又はm−ビニル安息香酸ジメチル−tert−ブチルシリル、α−メチル−α―(4−ビニルベンゾイル)オキシ−γ−ブチロラクトン、β−メチル−β−(4−ビニルベンゾイル)オキシ−γ−ブチロラクトン、γ−メチル−γ−(4−ビニルベンゾイル)オキシ−γ−ブチロラクトン、α−エチル−α―(4−ビニルベンゾイル)オキシ−γ−ブチロラクトン、β−エチル−β−(4−ビニルベンゾイル)オキシ−γ−ブチロラクトン、γ−エチル−γ−(4−ビニルベンゾイル)オキシ−γ−ブチロラクトン、β−メチル−β−(4−ビニルベンゾイル)オキシ−δ−バレロラクトン、γ−メチル−γ−(4−ビニルベンゾイル)オキシ−δ−バレロラクトン、δ−メチル−δ−(4−ビニルベンゾイル)オキシ−δ−バレロラクトン、α−エチル−α―(4−ビニルベンゾイル)オキシ−δ−バレロラクトン、β−エチル−β−(4−ビニルベンゾイル)オキシ−δ−バレロラクトン、γ−エチル−γ−(4−ビニルベンゾイル)オキシ−δ−バレロラクトン、δ−エチル−δ−(4−ビニルベンゾイル)オキシ−δ−バレロラクトンなどが挙げられる。
5−ノルボルネン−2−カルボン酸エステル類の具体例としては、例えば、5−ノルボルネン−2−カルボン酸tert−ブチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸2−メチル−2−アダマンチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸2−エチル−2−アダマンチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸2−プロピル−2−アダマンチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸2−ブチル−2−アダマンチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸1−メチルシクロペンチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸1−エチルシクロペンチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸1−メチルシクロヘキシル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸1−エチルシクロヘキシル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸1−メトキシエチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸1−エトキシエチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸1−メトキシ−1−メチルエチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸1−メトキシ−1−エチルエテル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸テトラヒドロピラニル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸テトラヒドロフラニル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸2−(1−メチルシクロペンチルオキシ)−2−オキソエチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸2−(1−メチルシクロヘキシルオキシ)−2−オキソエチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸2−テトラヒドロピラニルオキシ−2−オキソエチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸2−(2−メチル−2−アダマンチルオキシ)−2−オキソエチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸2−(2−エチル−2−アダマンチルオキシ)−2−オキソエチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸2−tert−ブトキシ−2−オキソエチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸トリメチルシリル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸ジメチル−tert−ブチルシリルなどが挙げられる。
3−テトラシクロドデセン−8−カルボン酸エステル類の具体例としては、例えば、3−テトラシクロドデセン−8−カルボン酸tert−ブチル、3−テトラシクロドデセン−8−カルボン酸2−メチル−2−アダマンチル、3−テトラシクロドデセン−8−カルボン酸2−エチル−2−アダマンチル、3−テトラシクロドデセン−8−カルボン酸2−プロピル−2−アダマンチル、3−テトラシクロドデセン−8−カルボン酸2−ブチル−2−アダマンチル、3−テトラシクロドデセン−8−カルボン酸1−メチルシクロペンチル、3−テトラシクロドデセン−8−カルボン酸1−エチルシクロペンチル、3−テトラシクロドデセン−8−カルボン酸1−メチルシクロヘキシル、3−テトラシクロドデセン−8−カルボン酸1−エチルシクロヘキシル、3−テトラシクロドデセン−8−カルボン酸1−メトキシエチル、3−テトラシクロドデセン−8−カルボン酸1−エトキシエチル、3−テトラシクロドデセン−8−カルボン酸1−メトキシ−1−メチルエチル、3−テトラシクロドデセン−8−カルボン酸1−メトキシ−1−エチルエテル、3−テトラシクロドデセン−8−カルボン酸テトラヒドロピラニル、3−テトラシクロドデセン−8−カルボン酸テトラヒドロフラニル、3−テトラシクロドデセン−8−カルボン酸2−(1−メチルシクロペンチルオキシ)−2−オキソエチル、3−テトラシクロドデセン−8−カルボン酸2−(1−メチルシクロヘキシルオキシ)−2−オキソエチル、3−テトラシクロドデセン−8−カルボン酸2−テトラヒドロピラニルオキシ−2−オキソエチル、3−テトラシクロドデセン−8−カルボン酸2−(2−メチル−2−アダマンチルオキシ)−2−オキソエチル、3−テトラシクロドデセン−8−カルボン酸2−(2−エチル−2−アダマンチルオキシ)−2−オキソエチル、3−テトラシクロドデセン−8−カルボン酸2−tert−ブトキシ−2−オキソエチル、3−テトラシクロドデセン−8−カルボン酸トリメチルシリル、3−テトラシクロドデセン−8−カルボン酸ジメチル−tert−ブチルシリルなどが挙げられる。
アリル化合物の具体例としては、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、アリルオキシエタノールなどが挙げられる。
ビニルエーテル類の具体例としては、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、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が挙げられる。
ビニルエステル類の具体例としては、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などが挙げられる。
クロトン酸エステル類の具体例としては、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、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、ジメチルマレレート、ジブチルフマレート、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、マレイロニトリルなどが挙げられる。このうち、p−又はm−ヒドロキシスチレン、α−メチル−ヒドロキシスチレン、アクリル酸、メタクリル酸、p−又はm−ビニル安息香酸、スチレン類、アクリル酸エステル類、メタクリル酸エステル類、p−又はm−ビニル安息香酸エステル類が好ましい。
本発明のコアシェル型ハイパーブランチポリマーは、ラジカル重合可能なモノマーからハイパーブランチポリマーを合成するコア部合成工程と、該合成されたハイパーブランチポリマーと、少なくとも前記式(I)及び又は(II)で表されるモノマーとを反応させて、該コア部の周囲にオニウム塩構造を有するシェル部を形成することにより製造することができる。
−コア部の合成工程−
コア部を構成するモノマーとして、前記式(III)で表される繰り返し単位を与えるモノマーを使用する場合のコア部の合成工程を例に説明する。通常、0〜200℃で、0.1〜30時間、クロロベンゼンなどの溶媒中で原料モノマーを原子移動ラジカル重合反応させることにより、本発明のハイパーブランチポリマーのコア部を製造することが出来る。前記式(III)におけるY−Z結合は、遷移金属錯体によって可逆的にラジカル解離し、2分子停止が抑制されることにより原子移動ラジカル重合が進行する。
例えば、前記式(III)で表される繰り返し単位を与えるモノマーとしてクロロメチルスチレン、触媒として銅(I価)ビピリジル錯体を用いる場合には、クロロメチルスチレンにおけるクロル原子が、銅(I価)錯体を銅(II価)に酸化した状態で付加体を中間体として形成し、クロル原子のはずれた側にメチレンラジカルが発生する(Krzysztof Matyjaszewski, Macromolecules 29,1079(1996)及び、Jean M.J. Frecht, J.Poly.Sci., 36, 955(1998)参照)。
このラジカル中間体は、他のクロロメチルスチレンのエチレン性二重結合と反応し、下記式(IV)で表される2量体を形成する。このとき、分子内に生成する1級炭素(e)、2級炭素(f)はクロル基を置換基として有しているので、各々がさらに他のクロロメチルスチレンのエチレン性二重結合と反応する。以下同様にして、逐次クロロメチルスチレンと重合を起こす。
また、以下に示した式(V)で表される4量体では、1級炭素(g)及び(h)、2級炭素(i)及び(j)がクロル基を置換基として有しているので、各々がさらに他のクロロメチルスチレンのエチレン性二重結合と反応する。以下同様に反応を繰り返すことで、高度に分岐した高分子が生成する。
なお、このとき触媒となる銅錯体の量を増すと分岐度は更に上昇する。好ましくは、前記式(III)で表されるモノマーの全量に対し、触媒の量を、0.1〜60モル%となるように使用するのが好ましく、1〜40モル%となるように使用するのがより好ましい。このような量で触媒を使用すると、後述するコアシェル型ハイパーブラントポリマーの好適な分岐度を有するコア部を得ることができる。
Figure 2008163056
Figure 2008163056
コア部が、前記式(III)で表されるモノマーとラジカル重合性の不飽和結合を有する他のモノマーとの共重合物である場合においても前記式(III)で表されるモノマーの単独重合と同様な手法により、遷移金属錯体を用いて原子移動ラジカル重合することにより製造することができる。
−シェル部の導入工程−
本発明のコアシェル型ハイパーブランチポリマーにおいて、シェル部のオニウム塩構造は、既述のようにして合成できるコア部と、オニウム塩構造を有するモノマーとを反応させることにより導入することができる。
<第一の方法>
前記コア部にオニウム塩構造を有するシェル部を導入する第一の方法は、前記コア部合成工程で得られたコア部を単離した後、オニウム塩構造を有するモノマーとして、例えば前記式(I)及び又は(II)で表されるモノマーを用いて導入することができる方法である。
触媒として、コア部の合成に用いた触媒と同様の遷移金属錯体触媒、例えば、銅(I価)ビピリジル錯体を用い、前記コア部の末端に多数存在するハロゲン化炭素を開始点として、前記式(I)及び又は(II)で表されるモノマーの二重結合との原子移動ラジカル重合によって直鎖状に付加重合させるものである。
具体的には、通常、0〜200℃で、0.1〜30時間、クロロベンゼンなどの溶媒中で、コア部と、前記式(I)及び又は(II)で表されるモノマーとを反応させることにより、オニウム塩構造を導入して、本発明のコアシェル型ハイパーブランチポリマーを製造することが出来る。一例として、クロロメチルスチレンより形成されたハイパーブランチポリマーのコア部にオニウム塩構造を導入する反応式を反応式1に示す。
Figure 2008163056
ただし、前記反応式1において、y、k、l、mは、それぞれ0以上の数であり、y≧k≧0、y≧l≧0、y≧m≧0、ただしy≧k+l+m>0である。
<第2の方法>
前記コアシェル型ハイパーブランチポリマーのコア部合成工程を用い、コア部を重合した後に、コア部を単離することなく、オニウム塩構造を有する化合物として例えば、前記式(I)又は(II)の少なくとも一方で表されるモノマーとの原子移動ラジカル重合によってオニウム塩構造を導入することができる方法である。
本発明のコアシェル型ハイパーブランチポリマーにおいて、シェル部を構成する繰り返し単位として酸分解性基を有するモノマーから誘導される繰り返し単位がある場合、該酸分解性基を有するモノマーから誘導される繰り返し単位は、触媒を用いた部分的な分解反応により、例えば脱エステル化反応により、カルボキシル基又はフェノール性水酸基などの酸性基に変換されても良い。この場合、分解反応は、全酸分解性基の80モル%程度まで行うことができる。
上記触媒の具体例としては、塩酸、硫酸、リン酸、臭化水素酸、パラトルエンスルホン酸、酢酸、トリフルオロ酢酸、トリフルオロメタンスルホン酸、ギ酸などの酸触媒、又は水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ触媒が挙げられる。好ましくは酸触媒、より好ましくは塩酸、硫酸、パラトルエンスルホン酸、酢酸、トリフルオロ酢酸、ギ酸が好適である。
前記酸分解性基を有する繰り返し単位の分解反応により、カルボキシル基又はフェノール性水酸基などの酸性基に変換された繰り返し単位の構成モルパーセントは、シェル部を構成する全繰り返し単位に対して0〜80%、好ましくは0〜70%、より好ましくは0〜60%が好適である。このような範囲にあると、ポリマーの親水性が高まり基板に対する密着性に有利になるので好ましい。
前記コアシェル型ハイパーブランチポリマーにおけるコア部の分岐度(Br)は、0.1〜0.9であるのが好ましく、0.3〜0.7であるのがより好ましく、0.4〜0.5であるのがさらに好ましく、0.5であるのが最も好ましい。コア部の分岐度がこのような範囲にあると、ポリマー分子間での絡まりが小さく、パターン側壁における表面ラフネスが抑制されるので好ましい。
ここで、前記コアシェル型ハイパーブランチポリマーにおけるコア部の分岐度(Br)は、生成物の1H−NMRを測定し、以下のようにして求めることができる。即ち、4.6ppmに現われる−CH2Cl部位のプロトンの積分比H1°と、4.8ppmに現われるCHCl部位のプロトンの積分比H2°を用い、下記数式(A)により算出できる。なお、−CH2Cl部位とCHCl部位との両方で重合が進行し、分岐が高まると、Br値は0.5に近づく。
Figure 2008163056
本発明のコアシェル型ハイパーブランチポリマーにおけるコア部の重量平均分子量は、300〜100,000であるのが好ましく、500〜80,000であるのもまた好ましく、1,000〜100、000であるのがより好ましく、1、000〜50,000であるのがさらに好ましく、1,000〜30,000であるのが最も好ましい。コア部の分子量がこのような範囲にあると、コア部は球状形態をとり、又シェル部導入反応において、コア部の反応溶媒への溶解性を確保できるので好ましい。
本発明のコアシェル型ハイパーブランチポリマーの重量平均分子量(M)は、500〜150,000が好ましく、2,000〜150,000がより好ましく、さらに好ましくは1,000〜100,000、さらに好ましくは2,000〜60,000、最も好ましくは3,000〜60,000である。コアシェル型ハイパーブランチポリマーの重量平均分子量(M)がこのような範囲にあると、該コアシェル型ハイパーブランチポリマーを含有するレジストは、成膜性が良好であり、リソグラフィ工程で形成された加工パターンの強度があるため形状を保つことができる。またドライエッチング耐性にも優れ、表面ラフネスも良好である。
ここで、本発明のコアシェル型ハイパーブランチポリマーの重量平均分子量(Mw)は、0.05質量%のテトラヒドロフラン溶液を調製し、温度40℃でGPC測定を行って求めることができる。移動溶媒としてはテトラヒドロフランを用い、標準物質としてはポリスチレンを使用することができる。
触媒として遷移金属錯体を使用して本発明のコアシェル型ハイパーブランチポリマーを合成すると、得られるコアシェル型ハイパーブランチポリマーが遷移金属を含む場合がある。その量は、使用する触媒の種類や量にも依るが、通常、7〜5ppmの量でコアシェル型ハイパーブランチポリマー中に含まれ得る。
このとき、本発明のコアシェル型ハイパーブランチポリマー中に含まれる触媒由来の金属を、その量が100ppb未満、好ましくは80ppb未満、より好ましくは60ppb未満になるまで除去するのが好ましい。触媒由来の金属量が100ppb以上であると、露光工程において、混入金属元素により照射光が吸収されレジスト感度が低下し、スループットに弊害を及ぼすことがある。さらにドライエッチング処理されたレジストを酸素プラズマなどによるドライアッシングによって除去する工程において、プラズマによって混入金属元素が基板上に付着または拡散し、後工程において様々な弊害をもたらすことがある。
なお、金属元素量は、ICPMAS(例えば、日立製作所製 P-6000型MIP-MS)で測定することができる。除去する手段としては、例えば、ポリマーまたは、有機溶剤のポリマー溶液を酸性水溶液、及び又は、超純水で洗浄する。イオン交換膜(例えば、日本マイクロリス(株)製、プロテゴCP)を使用する。メンブレン膜(例えば、ミリポア社製、ミリポアフィルター)を使用する。濾過時には加圧してもよく、例えばポリマー溶液の流速が0.5〜10ml/分になるようにすると、金属元素除去効果に有利に作用するので好ましい。上記手法を単独で使用するか又は併用して行うことが好ましい。
感度は、例えば、紫外線または、極端紫外光(EUV)を用い、シリコンウエハ上に所定厚さに製膜した試料薄膜に対し、所定大きさ部分にエネルギー0〜200mJ/cm2の光を照射して露光し、熱処理後、アルカリ水溶液に浸漬させて現像し、水洗、乾燥後の膜厚を薄膜測定装置で測定し、露光部の膜厚減少が100%になる最小の照射量(mJ/cm2)を感度とすることにより求めることができる。
露光面の表面ラフネスは、例えば、永瀬雅夫,早稲田大学審査学位論文2475号,「原子間力顕微鏡によるナノ構造計測とそのデバイス・プロセスへの応用に関する研究」,pp99−107(1996)記載の方法に従って測定できる。具体的には、電子線、紫外線、EUV光を用い、上記アルカリ水溶液で溶解性を示した電子線、紫外線または、EUV露光量の30%の表面について行うことができる。アルカリ水溶液への溶解性について記載したのと同様の方法で作成した評価試料について、原子間力顕微鏡を用い、表面粗さの指標であるJIS B0601−1994の十点平均粗さの求め方に従って測定できる。
エッチングレイト測定は、例えば、ドライエッチング装置(LAM Research社製 TCP9400 Type)を用い、ドライエッチングを行い、ドライエッチング前後の膜厚差を求めることにより測定できる。
(レジスト組成物)
本発明のレジスト組成物は、前記本発明のコアシェル型ハイパーブランチポリマーを少なくとも含み、光酸発生剤、更に必要に応じて、酸拡散抑制剤(酸捕捉剤)、界面活性剤、その他の成分、及び溶剤を含むことができる。前記本発明のコアシェル型ハイパーブランチポリマーの配合量は、レジスト組成物の全量に対し、1〜40質量%が好ましく、1〜20質量%がより好ましい。
前記光酸発生剤としては、紫外線、X線、電子線などの照射によって酸を発生するものであれば特に制限はなく、公知のものの中から目的に応じて適宜選択することができ、例えば、オニウム塩、スルホニウム塩、ハロゲン含有トリアジン化合物、スルホン化合物、スルホネート化合物、芳香族スルホネート化合物、N−ヒドロキシイミドのスルホネート化合物、などが挙げられる。
前記オニウム塩としては、例えば、ジアリールヨードニウム塩、トリアリールセレノニウム塩、トリアリールスルホニウム塩、などが挙げられる。前記ジアリールヨードニウム塩としては、例えば、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、ビス4−tert−ブチルフェニルヨードニウムノナフルオロメタンスルホネート、ビス4−tert−ブチルフェニルヨードニウムカンファースルフォネート、4−メトキシフェニルフェニルヨードニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−メトキシフェニ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−tert−ブチルフェニル)ヨードニウムテトラフルオロボレート、ビス(4−tert−ブチルフェニル)ヨードニウムヘキサフルオロホスフェート、ビス(4−tert−ブチルフェニル)ヨードニウムヘキサフルオロアンチモネート、ビス(4−tert−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−tert−ブチルフェニル−)ヨードニウムジ(パーフルオロメチルスルホン)イミデート、ビス(4−tert−ブチルフェニル)ヨードニウム−トリ(パーフルオロメチルスルホン)メタニドなどが挙げられる。前記トリアリールセレノニウム塩としては、例えば、トリフェニルセレノニウムヘキサフロロホスホニウム塩、トリフェニルセレノニウムホウフッ化塩、トリフェニルセレノニウムヘキサフロロアンチモネート塩、などが挙げられる。
前記トリアリールスルホニウム塩としては、例えば、トリフェニルスルホニウムヘキサフロロホスホニウム塩、トリフェニルスルホニウムヘキサフロロアンチモネート塩、ジフェニル−4−チオフェノキシフェニルスルホニウムヘキサフロロアンチモネート塩、ジフェニル−4−チオフェノキシフェニルスルホニウムペンタフロロヒドロキシアンチモネート塩、などが挙げられる。
前記スルホニウム塩としては、例えば、トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロホスフェート、トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、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メタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムp−トルエンスルホネート、4−メトキシフェニルジフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−メトキシフェニルジ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、p−トリルジ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、2,4,6−トリメチルフェニルジ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、4−tert−ブチルフェニルジ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、4−フェニルチオフェニルジフェニルスルホニウムヘキサフルオロホスフェート、4−フェニルチオフェニルジフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、1−(2−ナフトイルメチル)チオラニウムヘキサフルオロアンチモネート、1−(2−ナフトイルメチル)チオラニウムトリフルオロメタンスルホネート、4−ヒドロキシ−1−ナフチルジメチルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−ヒドロキシ−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、トリフェニルスルホニウム−ジ(パーフルオロメチルスルホン)イミデート、トリフェニルスルホニウム−ジ(パーフルオロブチルスルホン)イミデート、トリフェニルスルホニウム−シクロ(パーフルオロプロパンジスルホン)イミデート、トリフェニルスルホニウム−トリ(パーフルオロメチルスルホン)メタニド、などが挙げられる。
前記ハロゲン含有トリアジン化合物としては、例えば、2−メチル−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2,4,6−トリス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−フェニル−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−(4−クロロフェニル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−(4−メトキシフェニル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−(4−メトキシ−1−ナフチル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−(ベンゾ[d][1,3]ジオキソラン−5−イル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−(4−メトキシスチリル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−(3,4,5−トリメトキシスチリル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−(3,4−ジメトキシスチリル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−(2,4−ジメトキシスチリル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−(2−メトキシスチリル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−(4−ブトキシスチリル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−(4−ペンチルオキシスチリル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、などが挙げられる。
前記スルホン化合物としては、例えば、ジフェニルジスルホン、ジ−p−トリルジスルホン、ビス(フェニルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(4−クロロフェニルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(p−トリルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(4−tert−ブチルフェニルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(2,4−キシリルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(シクロヘキシルスルホニル)ジアゾメタン、(ベンゾイル)(フェニルスルホニル)ジアゾメタン、フェニルスルホニルアセトフェノン、などが挙げられる。
前記芳香族スルホネート化合物としては、例えば、α−ベンゾイルベンジルp−トルエンスルホネート(通称ベンゾイントシレート)、β−ベンゾイル−β−ヒドロキシフェネチルp−トルエンスルホネート(通称α−メチロールベンゾイントシレート)、1,2,3−ベンゼントリイルトリスメタンスルホネート、2,6−ジニトロベンジルp−トルエンスルホネート、2−ニトロベンジルp−トルエンスルホネート、4−ニトロベンジルp−トルエンスルホネート、ピロガロールトリメシレートなどが挙げられる。
前記N−ヒドロキシイミドのスルホネート化合物としては、例えば、N−(フェニルスルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(p−クロロフェニルスルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(シクロヘキシルスルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(1−ナフチルスルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(ベンジルスルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(10−カンファースルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)フタルイミド、N−(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)−5−ノルボルネン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)ナフタルイミド、N−(10−カンファースルホニルオキシ)ナフタルイミド、などが挙げられる。
前記光酸発生剤としては、例えば、スルホニウム塩、特に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メタンスルホネート、トリフェニルスルホニウム−ジ(パーフルオロメチルスルホン)イミデート、トリフェニルスルホニウム−ジ(パーフルオロブチルスルホン)イミデート、トリフェニルスルホニウム−シクロ(パーフルオロプロパンジスルホン)イミデート、トリフェニルスルホニウム−トリ(パーフルオロメチルスルホン)メタニド;スルホン化合物、特にビス(4−tert−ブチルフェニルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(シクロヘキシルスルホニル)ジアゾメタンが好ましい。
前記光酸発生剤は単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。前記光酸発生剤の配合量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記本発明のコアシェル型ハイパーブランチポリマー100質量部に対し0.1〜30質量部が好ましく、0.1〜20質量部がより好ましい。
また、前記酸拡散抑制剤としては、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れば特に制限はなく、公知のものの中から目的に応じて適宜選択することができ、例えば、同一分子内に窒素原子を1個有する含窒素化合物、同一分子内に窒素原子を2個有する化合物、窒素原子を3個以上有するポリアミノ化合物や重合体、アミド基含有化合物、ウレア化合物、含窒素複素環化合物、などが挙げられる。
前記同一分子内に窒素原子を1個有する含窒素化合物としては、例えば、モノ(シクロ)アルキルアミン、ジ(シクロ)アルキルアミン、トリ(シクロ)アルキルアミン、芳香族アミン、などが挙げられる。前記モノ(シクロ)アルキルアミンとしては、例えば、2−シクロヘキシル−2−ピロリジノン、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、などが挙げられる。前記ジ(シクロ)アルキルアミンとしては、例えば、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、などが挙げられる。
前記トリ(シクロ)アルキルアミンとしては、例えば、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、などが挙げられる。前記芳香族アミンとしては、例えば、2−ベンジルピリジン、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、などが挙げられる。
前記同一分子内に窒素原子を2個有する含窒素化合物としては、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、などが挙げられる。
前記同一分子内に窒素原子を3個以上有するポリアミノ化合物や重合体としては、例えば、ポリエチレンイミン、ポリアリルアミン、N−(2−ジメチルアミノエチル)アクリルアミドの重合体、などが挙げられる。
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、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、などが挙げられる。
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、などが挙げられる。
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、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、ピペラジン、1−(2−ヒドロキシエチル)ピペラジン、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、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、などが挙げられる。
前記酸拡散抑制剤は、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。前記酸拡散抑制剤の配合量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記光酸発生剤100質量部に対し0.1〜1000質量部が好ましく、0.5〜100質量部がより好ましい。
また、前記界面活性剤としては、塗布性、ストリエーション、現像性などを改良する作用を示す成分であれば特に制限はなく、公知のものの中から目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステルのノニオン系界面活性剤、フッ素系界面活性剤、シリコン系界面活性剤、などが挙げられる。
前記ポリオキシエチレンアルキルエーテルとしては、例えば、ポリオキシエチレンの平均付加モル数が、1〜50の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セチルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、などが挙げられる。前記ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテルとしては、例えば、ポリオキシエチレンの平均付加モル数が、1〜50のポリオキシエチレンオクチルフェノールエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェノールエーテル、などが挙げられる。
前記ソルビタン脂肪酸エステルとしては、例えば、ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノパルミテート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタンモノオレエート、ソルビタントリオレエート、ソルビタントリステアレート、などが挙げられる。
前記ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステルのノニオン系界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンの平均付加モル数が、1〜50のポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノパルミテ−ト、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート、ポリオキシエチレンソルビタントリオレエート、ポリオキシエチレンソルビタントリステアレート、などが挙げられる。
前記フッ素系界面活性剤としては、例えば、エフトップEF301、EF303、EF352(新秋田化成(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)、フロラ−ドFC430、FC431(住友スリーエム(株)製)、アサヒガードAG710、サーフロンS−382、SC101、SC102、SC103、SC104、SC105、SC106(旭硝子(株)製)、などが挙げられる。
前記シリコン系界面活性剤としては、例えば、オルガノシロキサンポリマーKP341(信越化学工業(株)製)、などが挙げられる。前記界面活性剤は単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。前記界面活性剤の配合量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記本発明のコアシェル型ハイパーブランチポリマー100質量部に対し、0.0001〜5質量部が好ましく、0.0002〜2質量部がより好ましい。
前記その他の成分としては、例えば、増感剤、溶解制御剤、酸解離性基を有する添加剤、アルカリ可溶性樹脂、染料、顔料、接着助剤、消泡剤、安定剤、ハレーション防止剤、などが挙げられる。
前記増感剤としては、放射線のエネルギーを吸収して、そのエネルギーを光酸発生剤に伝達し、それにより酸の生成量を増加する作用を示し、レジスト組成物のみかけの感度を向上させる効果を有するものであれば特に制限はなく、例えば、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、などが挙げられる。これらの増感剤は単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
前記溶解制御剤としては、レジストとしたときの溶解コントラストおよび溶解速度をより適切に制御するものであれば特に制限はなく、例えば、ポリケトン、ポリスピロケタール、などが挙げられる。これらの溶解制御剤は単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
前記酸解離性基を有する添加剤としては、ドライエッチング耐性、パターン形状、基板との接着性などをさらに改善するものであれば特に制限はなく、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、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、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、などが挙げられる。これらの溶解制御剤は単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
前記アルカリ可溶性樹脂としては、本発明のレジスト組成物のアルカリ可溶性を向上させるものであれば特に制限はなく、例えば、ポリ(4−ヒドロキシスチレン)、部分水素添加ポリ(4−ヒドロキシスチレン)、ポリ(3−ヒドロキシスチレン)、ポリ(3−ヒドロキシスチレン)、4−ヒドロキシスチレン/3−ヒドロキシスチレン共重合体、4−ヒドロキシスチレン/スチレン共重合体、ノボラック樹脂、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸などが挙げられ、Mwは、通常、1000−1000000、好ましくは2000−100000である。これらのアルカリ可溶性樹脂は単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
前記染料あるいは顔料は、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る。また、前記接着助剤は、基板との接着性を改善することができる。前記溶剤としては、前記成分などを溶解することができる限り特に制限はなく、レジスト組成物に安全に使用可能なものの中から適宜選択することができ、例えば、ケトン、環状ケトン、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、2−ヒドロキシプロピオン酸アルキル、3−アルコキシプロピオン酸アルキル、その他の溶剤などが挙げられる。
前記ケトンとしては、例えば、メチルイソブチルケトン、メチルエチルケトン、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、などが挙げられる。前記環状ケトンとしては、例えば、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、3−メチルシクロペンタノン、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、などが挙げられる。
前記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としては、例えば、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、などが挙げられる。
前記2−ヒドロキシプロピオン酸アルキルとしては、例えば、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、などが挙げられる。前記3−アルコキシプロピオン酸アルキルとしては、例えば、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、などが挙げられる。
前記その他の溶剤としては、例えば、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、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、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、γ−ブチロラクトン、トルエン、キシレン、カプロン酸、カプリル酸、オクタン、デカン、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、炭酸エチレン、炭酸プロピレンなどを挙げることができる。これらの溶剤は、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
本発明のレジスト組成物は、パターン上に露光された後、現像を行ってパターニング処理することができる。本発明のレジスト組成物は、表面平滑性がナノオーダーで求められる電子線、遠紫外線(DUV)及び、極紫外線(EUV)光源に対し、半導体装置製造用の微細パターンを形成できるので各種分野で好適に用いることができる。本発明のレジスト組成物は、露光及び、加熱によりアルカリ現像液中に溶解させて水洗等することにより、露光面に溶け残りが無く、ほぼ垂直なエッジを得ることができる。
以下、本発明にかかる上述した実施の形態の実施例について説明する。なお、本発明の範囲は、以下に説明する実施例に限定されるものではない。
(合成例1)
はじめに、実施例における合成例1について説明する。実施例における合成例1では、ナトリウム4−(アクリロキシ)−2,3,5,6−テトラフルオロベンゼンスルホネートの合成について説明する。合成例1におけるナトリウム4−(アクリロキシ)−2,3,5,6−テトラフルオロベンゼンスルホネートの合成に際しては、K.E.Gonsalves,J.Mater.Chem.,16,3701(2006)に掲載されている合成方法を参考に合成した。
合成例1においては、アルゴン雰囲気下、トリフルオロ酢酸と無水トリフルオロ酢酸の混合溶媒中、アクリル酸とナトリウム4−ヒドロキシ−2,3,5,6−テトラフルオロベンゼンスルホネートを室温で24時間反応させた。これによって、目的とするナトリウム4−(アクリロキシ)−2,3,5,6−テトラフルオロベンゼンスルホネートを得た。
(合成例2)
つぎに、実施例における合成例2について説明する。実施例における合成例2では、ナトリウム4−(メタクリロキシ)−2,3,5,6−テトラフルオロベンゼンスルホネートの合成について説明する。合成例2におけるナトリウム4−(メタクリロキシ)−2,3,5,6−テトラフルオロベンゼンスルホネートの合成に際しては、合成例1で用いたアクリル酸の代わりに、メタクリル酸を用いて、それ以外は合成例1と同様にして目的物であるナトリウム4−(4−メタクリロキシ)−2,3,5,6−テトラフルオロベンゼンスルホネートを得た。
(合成例3)
つぎに、実施例における合成例3について説明する。実施例における合成例3では、ナトリウム4−(4−ビニルベンゾイルオキシ)−2,3,5,6−テトラフルオロベンゼンスルホネートの合成について説明する。合成例3におけるナトリウム4−(4−ビニルベンゾイルオキシ)−2,3,5,6−テトラフルオロベンゼンスルホネートの合成に際しては、合成例1で用いたアクリル酸の代わりに、4−ビニル安息香酸を用いて、それ以外は合成例1と同様にして目的物であるナトリウム4−(4−ビニルベンゾイルオキシ)−2,3,5,6−テトラフルオロベンゼンスルホネートを得た。
(合成例4)
つぎに、実施例における合成例4について説明する。実施例における合成例4では、トリフェニルスルホニウム4−(アクリロキシ)−2,3,5,6−テトラフルオロベンゼンスルホネートの合成について説明する。合成例4におけるトリフェニルスルホニウム4−(アクリロキシ)−2,3,5,6−テトラフルオロベンゼンスルホネートの合成に際しては、K.E.Gonsalves,J.Mater.Chem.,16,3701(2006)に掲載されている合成方法を参考に合成した。
合成例4においては、合成例1で得たナトリウム4−(アクリロキシ)−2,3,5,6−テトラフルオロベンゼンスルホネートにトリフェニルスルホニウムクロリド水溶液とジクロロメタンを加え、目的物をジクロロメタン層に抽出した。ジクロロメタン層を水洗後、減圧留去し目的とするトリフェニルスルホニウム4−(アクリロキシ)−2,3,5,6−テトラフルオロベンゼンスルホネート(下記表1中(1)と記載。)を得た。
(合成例5)
つぎに、実施例における合成例5について説明する。実施例における合成例5では、トリフェニルスルホニウム4−(メタクリロキシ)−2,3,5,6−テトラフルオロベンゼンスルホネートの合成について説明する。合成例5におけるトリフェニルスルホニウム4−(メタクリロキシ)−2,3,5,6−テトラフルオロベンゼンスルホネートの合成に際しては、合成例4で用いたナトリウム4−(アクリロキシ)−2,3,5,6−テトラフルオロベンゼンスルホネートの代わりに、合成例2で得たナトリウム4−(メタクリロキシ)−2,3,5,6−テトラフルオロベンゼンスルホネートを用いて、それ以外は合成例4と同様にして、目的とするトリフェニルスルホニウム4−(メタクリロキシ)−2,3,5,6−テトラフルオロベンゼンスルホネート(下記表1中(2)と記載。)を得た。
(合成例6)
つぎに、実施例における合成例6について説明する。実施例における合成例6では、トリフェニルスルホニウム4−(4−ビニルベンゾイルオキシ)−2,3,5,6−テトラフルオロベンゼンスルホネートの合成について説明する。実施例6におけるトリフェニルスルホニウム4−(4−ビニルベンゾイルオキシ)−2,3,5,6−テトラフルオロベンゼンスルホネートの合成に際しては、合成例4で用いたナトリウム4−(アクリロキシ)−2,3,5,6−テトラフルオロベンゼンスルホネートの代わりに、合成例3で得たナトリウム4−(4−ビニルベンゾイルオキシ)−2,3,5,6−テトラフルオロベンゼンスルホネートを用いて、それ以外は合成例4と同様にして目的とするトリフェニルスルホニウム4−(4−ビニルベンゾイルオキシ)−2,3,5,6−テトラフルオロベンゼンスルホネート(下記表1中(3)と記載。)を得た。
(合成例7)
つぎに、実施例における合成例7について説明する。実施例における合成例7では、4−アクリ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の合成について説明する。合成例6における4−アクリ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の合成に際しては、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を乾燥ジクロロメタンに溶解し、氷冷しながらアクリル酸クロリドとトリエチルアミンを加えて24時間攪拌した。
その後、反応液に水を加えてジクロロメタン層を分取した。分取したジクロロメタン層を水洗し減圧留去して、目的とする4−アクリ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(下記表1中(4)と記載。)を得た。
(合成例8)
つぎに、実施例における合成例8について説明する。実施例における合成例8では、ハイパーブランチポリクロロメチルスチレン(コア部A)の合成について説明する。実施例8におけるハイパーブランチポリクロロメチルスチレン(コア部A)の合成に際しては、Krzysztof Matyjaszewski, Macromolecules 29,1079(1996)及びJean M.J.Frecht,J.Poly.Sci.,36、955(1998)に掲載されている合成法方を参考にし、合成を行った。
ハイパーブランチポリクロロメチルスチレン(コア部A)の合成に際しては、攪拌機及び、冷却管を取り付けた1,000mLの4つ口反応容器にアルゴンガス雰囲気下で、2.2’−ビピリジル49.2gと塩化銅(I)15.6gを採り、反応溶媒のクロロベンゼン480mLを加え、クロロメチルスチレン 96.6gを5分間で滴下し、内部温度を125℃一定に保ちながら加熱攪拌した。滴下時間を含めた反応時間は、27分とした。
加熱攪拌による反応終了後、反応混合物にTHFを300mL加えて撹拌することによりポリマー生成物を溶解し、アルミナ400g(100g×4回)を濾剤に用いて吸引濾過して塩化銅を濾別し、濾液は減圧留去した。得られた濾液にメタノール700mLを加えることで再沈させ、粘性の高い褐色の粗製物ポリマーを得た。
上述のようにして得られた粗製物ポリマー80gにTHF:メタノール= 2:8の混合溶媒を500mL加え、3時間攪拌しその後、再沈させコア部Aを得た(収率72%)。GPC測定より重量平均分子量は2000、及び1H−NMR測定より分岐度は0.48であった。得られたコア部Aの構造概要を、以下に示した式(xiv)によって表した。
Figure 2008163056
(合成例9)
つぎに、実施例における合成例9について説明する。実施例における合成例9では、ハイパーブランチポリクロロメチルスチレン(コア部B)の合成について説明する。合成例9におけるハイパーブランチポリクロロメチルスチレン(コア部B)の合成に際しては、反応時間を40分として重合した以外は合成例8と同様にしてハイパーブランチポリマーコア部Bを合成した。合成例9におけるハイパーブランチポリクロロメチルスチレン(コア部B)の収率は、70%であった。
合成例9においては、合成例8と同様にして、GPC測定により重量平均分子量を測定し、1H−NMR測定により分岐度を測定した。その結果、合成れ9におけるハイパーブランチポリクロロメチルスチレン(コア部B)の重量平均分子量は4000であり、分岐度は0.48であった。
合成例4〜7で得たオニウム塩構造を有するモノマー、及び合成例8〜9で得たハイパーブランチポリクロロメチルスチレンを用いて、以下で本発明にかかわるコアシェル型ハイパーブランチポリマーを合成した。
(実施例1)
−コアシェル型ハイパーブランチポリマーの合成−
はじめに、実施例1におけるコアシェル型ハイパーブランチポリマーの合成について説明する。実施例1におけるコアシェル型ハイパーブランチポリマーの合成に際しては、塩化銅(I)1.1g、2,2’−ビピリジル3.5g及び、原料ポリマーとして合成例8で得られたコア部A 6.8g、モノクロロベンゼン206g、合成例4で得られたトリフェニルスルホニウム4−(アクリロキシ)−2,3,5,6−テトラフルオロベンゼンスルホネート10.1g、アクリル酸tert−ブチル9.2gを、アルゴンガス雰囲気下で反応容器に入れ、125℃で3時間加熱攪拌した。
反応混合物を急冷却後、酸化アルミニウムを濾剤に用いた吸引濾過にて触媒を除去した。得られた短黄色の濾液を減圧留去し、粗生成物ポリマーを得た。粗生成物ポリマーをテトラヒドロフラン10mLに溶解させた後、メタノール500mLを加え再沈し、固形分を分離した。沈殿物をメタノールで洗浄することで、精製物である淡黄色の<ポリマー1>を得た。<ポリマー1>の収量は10.3gであった。1H−NMRにより共重合物が得られていることを確認した。
つづいて、得られた<ポリマー1>の各構成単位の導入比率(構成比)を1H−NMR及び13C−NMRにより求めた。<ポリマー1>の重量平均分子量(Mw)は、コア部分Aの重量平均分子量(Mw)をもとにして、各構成単位の導入比率及び、各構成単位の分子量は下記式(B)および(C)を使って計算した。結果を表1に示した。
Figure 2008163056
Figure 2008163056
ただし、前記式(B)、(C)において、A:得られたコア部のモル数、B:NMRより求めたクロロメチルスチレン部のモル比、C:NMRより求めたトリフェニルスルホニウム4−(アクリロキシ)−2,3,5,6−テトラフルオロベンゼンスルホネート部のモル比、D:NMRより求めたアクリル酸tert−ブチル部のモル比、b:クロロメチルスチレン部の分子量、c :トリフェニルスルホニウム4−(アクリロキシ)−2,3,5,6−テトラフルオロベンゼンスルホネート部の分子量、d:アクリル酸tert−ブチル部の分子量、Mw:コア部の重量平均分子量、M:コアシェル型ハイパーブランチポリマーの重量平均分子量を表す。
−レジスト組成物の調製−
つぎに、上述した<ポリマー1>を用いたレジスト組成物の調整について説明する。レジスト組成物は、<ポリマー1>を4.0質量%含有するプロピレングリコールモノメチルアセテート(PEGMEA)溶液を作成し、細孔径0.45μmのフィルターで濾過することによって調製した。得られたレジスト組成物をシリコンウエハ上にスピンコートし、90℃にて1分間の熱処理で溶媒を蒸発させて、厚さ100nmの薄膜を作成した。
−紫外線照射感度測定−
つぎに、上述したレジスト組成物の紫外線照射感度測定について説明する。上述したレジスト組成物の紫外線照射感度測定に際しては、光源として、放電管式紫外線照射装置(アトー株式会社製、DF−245型ドナフィックス)を用いた。
上述したレジスト組成物の紫外線照射感度測定に際しては、シリコンウエハ上に製膜した厚さ約100nmの試料薄膜に対し、縦10mm×横3mmの長方形の部分に、波長245nmの紫外線を、エネルギー量を0mJ/cm2から50mJ/cm2まで変化させて照射することにより露光した。
100℃にて4分間の熱処理後、アルカリ剤としてのテトラメチルアンモニウムヒドロキサイド(TMAH)2.4質量%水溶液中に25℃にて2分間浸漬させて現像した。水洗、乾燥後の膜厚を、Filmetrics株式会社製薄膜測定装置F20で測定し、現像後の膜厚みがゼロになったときの最小エネルギー量を感度として測定した(表1を参照。)。
−表面ラフネスの測定−
つぎに、シリコンウエハ上に製膜したレジスト組成物の表面ラフネスの測定について説明する。表面ラフネスの測定に際しては、露光面の表面ラフネスは、永瀬雅夫,早稲田大学審査学位論文2475号,「原子間力顕微鏡によるナノ構造計測とそのデバイス・プロセスへの応用に関する研究」,pp99−107(1996)記載の方法を参考に、上記波長245nmの紫外線を用い、上記アルカリ水溶液で溶解性が示された露光量の30%の表面について行った。
紫外線照射は、シリコンウエハ上に成膜した厚さ約500nmの試料薄膜に対して、縦10mm×横3mmの長方形の部分に行い、100℃にて4分の熱処理後、テトラメチルアンモニウムヒドロオキサイド(TMAH)2.4質量%水溶液に25℃にて2分浸漬し、水洗、乾燥した表面を評価試料とした。得られた評価試料について、原子間力顕微鏡(島津製作所社製、SPM−9500J3)を用い、表面粗さの指標であるJIS B0601−1994の十点平均粗さの求め方に従って測定した。結果を表1に示した。
(実施例2)
−コアシェル型ハイパーブランチポリマーの合成−
トリフェニルスルホニウム4−(アクリロキシ)−2,3,5,6−テトラフルオロベンゼンスルホネートの代わりに、トリフェニルスルホニウム4−(メタクリロキシ)−2,3,5,6−テトラフルオロベンゼンスルホネートを10.4g使用して重合した以外は実施例1と同様にして目的の<ポリマー2>を合成した。得られた<ポリマー2>の構成比および分子量は、実施例1と同様にして求めた。結果を表1に示した。
−レジスト組成物の調製−
実施例2においては、<ポリマー2>を用いた以外は、実施例1と同様にしてレジスト組成物を調製し、調整したレジスト組成物の評価試料を作製した。
−評価−
実施例2のレジスト組成物の評価は、実施例1と同様に、紫外線(254nm)露光実験の感度を測定し、表面ラフネスについても同様に行った。結果を表1に示した。
(実施例3)
−コアシェル型ハイパーブランチポリマーの合成−
つぎに、実施例3のコアシェル型ハイパーブランチポリマーの合成について説明する。実施例3のコアシェル型ハイパーブランチポリマーの合成に際しては、トリフェニルスルホニウム4−(アクリロキシ)−2,3,5,6−テトラフルオロベンゼンスルホネートの代わりに、トリフェニルスルホニウム4−(4−ビニルベンゾイルオキシ)−2,3,5,6−テトラフルオロベンゼンスルホネートを11.5g使用して重合した以外は実施例1と同様にして目的の<ポリマー3>を合成した。得られた<ポリマー3>の構成比および分子量は、実施例1と同様にして求めた。結果を表1に示した。
−レジスト組成物の調製−
実施例3においては、<ポリマー3>を用いた以外は、実施例1と同様にして、レジスト組成物を調製し、調整したレジスト組成物の評価試料を作製した。
−評価−
実施例3のレジスト組成物の評価は、実施例1と同様に、紫外線(254nm)露光実験の感度を測定し、表面ラフネスについても同様に行った。結果を表1に示した。
(実施例4)
−コアシェル型ハイパーブランチポリマーの合成−
つぎに、実施例4のコアシェル型ハイパーブランチポリマーの合成について説明する。実施例4のコアシェル型ハイパーブランチポリマーの合成に際しては、トリフェニルスルホニウム4−(アクリロキシ)−2,3,5,6−テトラフルオロベンゼンスルホネートの代わりに、4−アクリ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を7.4g使用して重合した以外は実施例1と同様にして目的の<ポリマー4>を合成した。得られた<ポリマー4>の構成比および分子量は、実施例1と同様にして求めた。結果を表1に示した。
−レジスト組成物の調製−
実施例4においては、<ポリマー4>を用いた以外は、実施例1と同様にして、レジスト組成物を調製し、調整した評価試料を作製した。
−評価−
実施例4のレジスト組成物の評価は、実施例1と同様に、紫外線(254nm)露光実験の感度を測定し、表面ラフネスについても同様に行った。結果を表1に示した。
(実施例5)
−コアシェル型ハイパーブランチポリマーの合成−
つぎに、実施例5のコアシェル型ハイパーブランチポリマーの合成について説明する。実施例5のコアシェル型ハイパーブランチポリマーの合成に際しては、塩化銅(I)0.74mg、2,2’−ビピリジル 2.3g及び、コア部Aの代わりに、コア部B 4.6gを使用して重合した以外は実施例1と同様にして目的の<ポリマー5>を合成した。得られた<ポリマー5>の構成比および分子量は、実施例1と同様にして求めた。結果を表1に示した。
−レジスト組成物の調製−
実施例5においては、<ポリマー5>を用いた以外は、実施例1と同様にして、レジスト組成物を調製し、調整した評価試料を作製した。
−評価−
実施例5のレジスト組成物の評価は、実施例1と同様に、紫外線(254nm)露光実験の感度を測定し、表面ラフネスについても同様に行った。結果を表1に示した。
(実施例6)
−コアシェル型ハイパーブランチポリマーの合成−
つぎに、実施例6のコアシェル型ハイパーブランチポリマーの合成について説明する。実施例6のコアシェル型ハイパーブランチポリマーの合成に際しては、トリフェニルスルホニウム4−(アクリロキシ)−2,3,5,6−テトラフルオロベンゼンスルホネートの代わりに、トリフェニルスルホニウム4−(メタクリロキシ)−2,3,5,6−テトラフルオロベンゼンスルホネートを10.4g使用して重合した以外は実施例5と同様にして目的の<ポリマー6>を合成した。得られた<ポリマー6>の構成比および分子量は、実施例1と同様にして求めた。結果を表1に示した。
−レジスト組成物の調製−
実施例6においては、<ポリマー6>を用いた以外は、実施例1と同様にして、レジスト組成物を調製後、評価試料を作製した。
−評価−
実施例6のレジスト組成物の評価は、実施例1と同様に、紫外線(254nm)露光実験の感度を測定し、表面ラフネスについても同様に行った。結果を表1に示した。
(実施例7)
−レジスト組成物の調製−
つぎに、実施例7のレジスト組成物の調製について説明する。実施例7のレジスト組成物の調製に際しては、<ポリマー1>を4.0質量%、光酸発生剤としてトリフェニルスルホニウムノナフルオロメタンスルホネートを0.24質量%含有するプロピレングリコールモノメチルアセテート(PEGMEA)溶液を作成し、細孔径0.45μmのフィルターで濾過してレジスト組成物を調製した。
−評価−
実施例7のレジスト組成物の評価は、実施例1と同様に、紫外線(254nm)露光実験の感度を測定し、表面ラフネスについても同様に行った。結果を表1に示した。
(実施例8)
−レジスト組成物の調製−
つぎに、実施例8のレジスト組成物の調製について説明する。実施例8のレジスト組成物の調製に際しては、<ポリマー4>を4.0質量%、酸拡散抑制剤としてトリ−n−オクチルアミンを<ポリマー4>に対し1.0質量%含有するプロピレングリコールモノメチルアセテート(PEGMEA)溶液を作成し、細孔径0.45μmのフィルターで濾過してレジスト組成物を調製した。
−評価−
実施例8のレジスト組成物の評価は、実施例1と同様に、紫外線(254nm)露光実験の感度を測定し、表面ラフネスについても同様に行った。結果を表1に示した。
(実施例9)
−コアシェル型ハイパーブランチポリマーの合成−
つぎに、実施例9のコアシェル型ハイパーブランチポリマーの合成について説明する。実施例9のコアシェル型ハイパーブランチポリマーの合成に際しては、トリフェニルスルホニウム4−(アクリロキシ)−2,3,5,6−テトラフルオロベンゼンスルホネートの代わりに、トリフェニルスルホニウム4−(メタクリロキシ)−2,3,5,6−テトラフルオロベンゼンスルホネートを10.4g、アクリル酸tert−ブチルの代わりに、α−(メタクロイル)オキシ−γ−ブチロラクトン(GBLMA)6.9g、及びメタクリル酸2−メチル−2−アダマンチル(EAMA)10.1gを使用して重合した以外は実施例1と同様にして目的の<ポリマー9>を合成した。得られた<ポリマー9>の構成比および分子量は、実施例1と同様にして求めた。結果を表1に示した。
−レジスト組成物の調製−
実施例9においては、<ポリマー9>を用いた以外は、実施例1と同様にして、レジスト組成物を調製し、調整した評価試料を作製した。
−評価−
実施例9のレジスト組成物の評価は、実施例1と同様に、紫外線(254nm)露光実験の感度を測定し、表面ラフネスについても同様に行った。結果を表1に示した。
(比較例1)
−コアシェル型ハイパーブランチポリマーの合成−
つぎに、比較例1のコアシェル型ハイパーブランチポリマーの合成について説明する。比較例1のコアシェル型ハイパーブランチポリマーの合成に際しては、塩化銅(I)1.1g、2,2’−ビピリジル 3.5g及び、原料ポリマーとして合成例8で得られたコア部A 6.8g、モノクロロベンゼン 186g、アクリル酸tert−ブチル28.5gをアルゴンガス雰囲気下で反応容器に入れ、125℃で5時間加熱攪拌した。
反応混合物を急冷却後、酸化アルミニウムを濾剤に用いた吸引濾過にて触媒を除去した。得られた濾液を減圧留去し粗生成物ポリマーを得た。粗生成物ポリマーをテトラヒドロフランに溶解させた後、メタノールを加え再沈し、固形分を分離した。沈殿物をメタノールで洗浄することで、精製物である<ポリマー10>を得た。得られた<ポリマー10>の構成比および分子量は、実施例1と同様にして求めた。結果を表1に示した。
−レジスト組成物の調製−
比較例1においては、<ポリマー10>を4.0質量%、光酸発生剤として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を0.24質量%含有するプロピレングリコールモノメチルアセテート(PEGMEA)溶液を作成し、細孔径0.45μmのフィルターで濾過してレジスト組成物を調製した。
−評価−
比較例1のレジスト組成物の評価は、実施例1と同様に、紫外線(254nm)露光実験の感度を測定し、表面ラフネスについても同様に行った。結果を表1に示した。
(比較例2)
−コアシェル型ハイパーブランチポリマーの合成−
つぎに、比較例2のコアシェル型ハイパーブランチポリマーの合成について説明する。比較例2のコアシェル型ハイパーブランチポリマーの合成に際しては、塩化銅(I)1.1g、2,2’−ビピリジル 3.5g及び、原料ポリマーとして合成例9で得られたコア部A 6.8g、モノクロロベンゼン 186g、アクリル酸tert−ブチル28.5gをアルゴンガス雰囲気下で反応容器に入れ、125℃で5時間加熱攪拌した。
反応混合物を急冷却後、酸化アルミニウムを濾剤に用いた吸引濾過にて触媒を除去した。得られた濾液を減圧留去し粗生成物ポリマーを得た。粗生成物ポリマーをテトラヒドロフランに溶解させた後、メタノールを加え再沈し、固形分を分離した。沈殿物をメタノールで洗浄することで、精製物である共重合体を得た。
つづいて、該共重合体6.9gを1,4−ジオキサン 40mLに溶解し、硫酸50%水溶液4.4gを加えて、45分間加熱還流した。次に、反応液を300mLの超純水に注ぎ、固形分を分離した。その後、固形物に1,4−ジオキサン30mLを加えて溶解させ、再び300mLの超純水に注ぎ、吸引濾過で濾別し、得られた固形分を乾燥し<ポリマー11>を得た。得られた<ポリマー11>の構成比および分子量は、実施例1と同様にして求めた。結果を表1に示した。
−レジスト組成物の調製−
比較例2においては、<ポリマー11>を4.0質量%、光酸発生剤として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を0.24質量%含有するプロピレングリコールモノメチルアセテート(PEGMEA)溶液を作成し、細孔径0.45μmのフィルターで濾過してレジスト組成物を調製した。
−評価−
比較例2のレジスト組成物の評価は、実施例1と同様に、紫外線(254nm)露光実験の感度を測定し、表面ラフネスについても同様に行った。結果を表1に示した。
Figure 2008163056
ただし、上記の表1において、(1)はトリフェニルスルホニウム4−(アクリロキシ)−2,3,5,6−テトラフルオロベンゼンスルホネート、(2)はトリフェニルスルホニウム4−(メタクリロキシ)−2,3,5,6−テトラフルオロベンゼンスルホネート、(3)はトリフェニルスルホニウム4−(4−ビニルベンゾイルオキシ)−2,3,5,6−テトラフルオロベンゼンスルホネート、(4)は4−アクリ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、CMSはクロロメチルスチレン、tBAはアクリル酸tert−ブチル、AAはアクリル酸、GBLMAはα−(メタクロイル)オキシ−γ−ブチロラクトン、EAMAはメタクリル酸2−メチル−2−アダマンチル、を表している。

Claims (6)

  1. コアシェル型ハイパーブランチポリマーであって、シェル部にオニウム塩構造を有するモノマーから誘導される繰り返し単位を含有する事を特徴とするコアシェル型ハイパーブランチポリマー。
  2. コアシェル型ハイパーブランチポリマーであって、シェル部に下記式(I)及び又は(II)で表されるモノマーから誘導される繰り返し単位の少なくとも1種を含有し、且つコア部に下記式(III)から誘導される繰り返し単位を含有する事を特徴とする請求項1に記載のコアシェル型ハイパーブランチポリマー。
    Figure 2008163056
    (式(I)中、R1は水素原子、炭素数1〜3のアルキル基を表す。R2、R3は同一又は異種の、炭素数1〜30の直鎖状、分岐状、環状のアルキル基、又は炭素数6〜30のアリール基を表し、互いに結合して環を形成してもよい。Aは−COO−、−C64COO−、−C64−を表す。Bは炭素数1〜30の直鎖状、分岐状、環状のアルキレン基、炭素数1〜30のアリーレン基、又は単結合基を表す。W-はR4SO3 -(R4は炭素数1〜15の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基、又は炭素数6から15のアリール基であり、一部若しくはすべての水素原子がフッ素原子で置換されていてもよい)、又は下記式(a)、(b)に示される基を表す。
    Figure 2008163056
    Figure 2008163056
    (式(a)中、R5及びR6は同一又は異種の、炭素数1〜6の直鎖状、分岐状もしくは環状の少なくとも1個以上のフッ素原子を含むアルキル基であり、少なくとも1個以上のフッ素原子を含むアルキル基のまま、互いに結合して環を形成してもよい。式(b)中、R7〜R9は同一又は異種の、炭素数1〜6の直鎖状、分岐状もしくは環状の少なくとも1個以上のフッ素原子を含むアルキル基であり、少なくとも1個以上のフッ素原子を含むアルキル基のまま、互いに結合して環を形成してもよい。)
    Figure 2008163056
    (式(II)中Dは−COO−、−C64COO−、−C64−、−C64O−を表す。Eは炭素数1〜30の直鎖状、分岐状、環状のアルキレン基、炭素数1〜30のアリーレン基、又は単結合基を表し、一部若しくはすべての水素原子がフッ素原子で置換されていてもよい)。X+は下記式(c)又は(d)に示される基を表す。
    Figure 2008163056
    Figure 2008163056
    (式(c)中、R10、R11及びR12は同一又は異種の、炭素数1〜30の直鎖状、分岐状、環状のアルキル基、又は炭素数6〜30のアリール基を表し、互いに結合して環を形成してもよい。式(d)中、R13、R14は同一又は異種の、炭素数6〜20のアリール基を表す。)
    Figure 2008163056
    (式(III)中、Yは、ヒドロキシル基又はカルボキシル基を含んでいてもよい炭素数1〜10のアルキレン基を表す。Zは、ハロゲン原子を表す。)
  3. 前記コアシェル型ハイパーブランチポリマーが、更に、酸分解性基を有するモノマーから誘導される繰り返し単位をシェル部に含有する事を特徴とする請求項1又は請求項2に記載のコアシェル型ハイパーブランチポリマー。
  4. 請求項1〜3のいずれか一つに記載のコアシェル型ハイパーブランチポリマーを含有する事を特徴とするレジスト組成物。
  5. 請求項4に記載のレジスト組成物を用いて半導体基板上にレジストパターンを形成する工程を含む事を特徴とする半導体装置の製造方法。
  6. 請求項5に記載の製造方法で製造される事を特徴とする半導体装置。
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