JP2008163057A - コアシェル型ハイパーブランチポリマー及びレジスト組成物 - Google Patents

コアシェル型ハイパーブランチポリマー及びレジスト組成物 Download PDF

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薫 鈴木
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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等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提供する。
【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、スルホニル基、ホスホネート基、ホスフィネート基又はホスフェート基で表される極性基を有するモノマーからなる繰り返し単位の少なくとも1種を含有する。
【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。)。
上記リソグラフィ工程では、基板上に形成されるレジストパターンの微細化に伴い、基板に対するパターンの接地面積が減少するため、パターンの剥離やパターン倒れの問題が顕在化してきた。基板に対する密着性を改善するにはベースポリマーへの極性基の導入が有効とされている。
極性基が導入されたベースポリマーとしては、例えば、ラクトン構造を有する(メタ)アクリル酸エステルより誘導される繰り返し単位を有するポリマー(例えば、下記特許文献4を参照。)、スルホンやスルホン酸エステルを有するポリマー(例えば、下記特許文献5を参照。)が提案されている。
また、従来、密着性のみならずF2エキシマレーザー光に対する透明性を付与するために、スルホン酸エステル側鎖にフッ素含有アルキル基を導入したモノマーによって誘導される単位を有するポリマーが提案されている(例えば、下記特許文献6を参照。)。密着性に対する効果については言及してはいないが、従来、リン原子を含む極性基を有するポリマーとして、例えば、リン酸エステル基やホスホン酸エステル基を導入したモノマーより誘導される単位を有するポリマー(例えば、下記特許文献7を参照。)、リン酸エステル基、ホスホン酸エステル基、またはホスフィン酸エステル基を有するポリマー(例えば、下記特許文献8を参照。)などが提案されている。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記載例のみである。
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1を参照。)。非特許文献1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9、10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11〜13を参照。)が開示されているが、特許文献9〜13に記載された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14、15および下記非特許文献2、3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16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2003−255537号公報 特開2004−2720号公報 特開2004−244436号公報 特開7−191466号公報 特開8−29984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 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14、15および下記非特許文献2、3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16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ていた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等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。
上述した課題を解決し、目的を達成するため、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、シェル部に下記式(a)又は(b)で表される極性基を有す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。
Figure 2008163057
Figure 2008163057
前記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)又は(II)の少なくとも一方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 2008163057
ただし、前記式(I)中、R1は、水素原子、炭素数1〜3のアルキル基を表す。前記式(I)中、R2は、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、A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6〜30のアリーレン基、又は単結合を表す。
Figure 2008163057
ただし、前記式(II)中、R1は、水素原子、炭素数1〜3のアルキル基を表す。前記式(II)中、R3、R4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。前記式(II)中、Bは、エステル結合を含んでいてもよい、炭素数1〜30の直鎖状、分岐状、環状のアルキレン基、炭素数6〜30のアリーレン基、又は単結合を表す。前記式(II)中、l、nまたはmは、0または1を表し、同一でも異なっていてもよい。
Figure 2008163057
ただし、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のアルキレン基を表す。前記式(III)中、Zは、ハロゲン原子を表す。
本発明はまた、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のが好ましい。
本発明はまた、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、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によれば、微細パターン形成に優れ、超LSI等の半導体装置を得る事ができる。
以下に添付図面を参照して、この発明にかかるコアシェル型ハイパーブランチポリマー及びレジスト組成物の好適な実施の形態を詳細に説明する。
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、以下に示した式(a)または(b)の少なくとも一方で表される極性基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。
Figure 2008163057
Figure 2008163057
シェル部は、基板上に形成された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の微細パターンにおいて、基板とレジスト間の密着性を与えることができる。本発明のコアシェル型ハイパーブランチポリマーを32nm以下の微細加工で有望視されるEVU光を用いるリソグラフィに適用する場合、EUV光に対する透明性を高めるために、上記の極性基構造を有するモノマーは、フッ素原子を含有しないことが好ましい。
前記極性基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。前記極性基構造を有するモノマーとしては、例えば、前記式(I)または(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 2008163057
Figure 2008163057
ただし、上記式(I)中、R1は水素原子、炭素数1〜3のアルキル基を表す。このうち、上記式(I)中、R1としては、水素原子及びメチル基が好ましい。上記式(I)中、R2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のアリール基を表す。
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、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、シクロヘキシル基、1−メチルシクロヘキシル基、2-メチルシクロヘキシル基、3−メチルシクロヘキシル基、4−メチルシクロヘキシル基、1−エチルシクロヘキシル基、2−エチルシクロヘキシル基、4−エチルシクロヘキシル基、2−tert−ブチルシクロヘキシル基、4−tert−ブチルシクロヘキシル基、4−フェニルシクロヘキシル基、1−アダマンチル基、2−アダマンチル基、1−アダマンチルメチル基、1−アダマンチルエチル基などが挙げられる。
アリール基としては、フェニル基、4−メチルフェニル基、4−tert−ブチルフェニル基、2−メトキシフェニル基、4−メトキシフェニル基、2−エトキシフェニル基、4−エトキシフェニル基、ベンジル基、2−メトキシベンジル基、3−メトキシベンジル基、4−メトキシベンジル基、2−エトキシベンジル基、4−エトキシベンジル基、キシル基、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、シクロヘキシル基、4−メチルシクロヘキシル基、4−エチルシクロヘキシル基、4−フェニルシクロヘキシル基、1−アダマンチル基、2−アダマンチル基、1−アダマンチルメチル基、1−アダマンチルエチル基、フェニル基、ベンジル基、ナフチル基が好ましい。
上記式(I)中、A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のアリーレン基、又は単結合を表す。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、イソプロピレン基、ブチレン基、イソブチレン基、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、−C64CH2−、ナフチレン基、メチル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、−C64CH2−、ナフチレン基が好ましい。
前記式(II)中、R1は、水素原子、炭素数1〜3のアルキル基を表す。このうち、前記式(II)中、R1としては、水素原子及びメチル基が好ましい。上記式(II)中、R3、R4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、R3、R4は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、ペンチル基、ヘキシル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、シクロヘキシル基、1−メチルシクロヘキシル基、2-メチルシクロヘキシル基、3−メチルシクロヘキシル基、4−メチルシクロヘキシル基、1−エチルシクロヘキシル基、2−エチルシクロヘキシル基、4−エチルシクロヘキシル基、2−tert−ブチルシクロヘキシル基、4−tert−ブチルシクロヘキシル基、4−フェニルシクロヘキシル基、1−アダマンチル基、2−アダマンチル基、1−アダマンチルメチル基、1−アダマンチルエチル基などが挙げられる。
アリール基としては、フェニル基、4−メチルフェニル基、4−tert−ブチルフェニル基、2−メトキシフェニル基、4−メトキシフェニル基、2−エトキシフェニル基、4−エトキシフェニル基、ベンジル基、2−メトキシベンジル基、3−メトキシベンジル基、4−メトキシベンジル基、2−エトキシベンジル基、4−エトキシベンジル基、キシル基、ナフチル基などが挙げられる。また、R3、R4が互いに結合して環を形成したものとしては、下記式(i)〜(vii)などが挙げられる。
Figure 2008163057
Figure 2008163057
Figure 2008163057
Figure 2008163057
Figure 2008163057
Figure 2008163057
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このうち、メチル基、エチル基、シクロヘキシル基、4−メチルシクロヘキシル基、4−エチルシクロヘキシル基、4−フェニルシクロヘキシル基、1−アダマンチル基、2−アダマンチル基、1−アダマンチルメチル基、1−アダマンチルエチル基、フェニル基、ベンジル基、ナフチル基が好ましい。また、下記式(viii)〜(x)も好ましい。
Figure 2008163057
Figure 2008163057
Figure 2008163057
上記式(II)中、Bは、エステル結合を含んでいてもよい、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のアリーレン基、又は単結合を表す。
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、イソプロピレン基、ブチレン基、イソブチレン基、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、−C64CH2−、ナフチレン基、メチルナフチレン基が挙げられる。
上記式(II)中、Bがエステル結合を含む場合、エステル結合を含む基としては、例えば、−COOC64−、−COOCH2CH2−、−COOCH2CH2CH2−、−C64COOC64−、−C64COOCH2CH2−、−C64COOCH2CH2CH2−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、−C64CH2−、ナフチレン基、−COOC64−、−C64COOC64−、単結合が好ましい。
上記式(II)中、l、nまたはmは、結合に介在する酸素原子の数を表し、それぞれが0まは1を表す。l、n、mは、同一でもあってもよいし、異なっていてもよい。上記式(I)又は(II)の少なくとも一方で示される化合物は、上記式(I)又は(II)の少なくとも一方で示される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、(I)又は(II)の少なくとも一方であらわ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、0.1モル%〜90モル%である事が好ましく、1モル%〜70モル%である事がより好ましく、10モル%〜60モル%である事が更に好ましい。このような量で、(I)又は(II)の少なくとも一方であらわ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、レジストの感度やエッチング耐性に影響を与えることなく、基板に対する密着性に有利になるので好ましい。
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得るために必要な、上記式(a)又は(b)の少なくとも一方で表される極性基構造を合成する方法としては、例えば、ハロゲン化イオウ化合物類やハロゲン化リン化合物類と、アルコール類又はアルキルマグネシウムハライドの少なくとも一方と、を反応させて合成する方法などを挙げることができる。
スルホン酸エステル類の合成は既知であるため説明を省略するが、たとえば、Willet F. Whitmore,J.Am.Chem.Soc.,68,1797(1946)には2−ハロエタンスルホニルクロライドとアルコール類を反応させる方法や、Mun Hag Lee, Korean J.Chem.Eng.,23,309(2006)には、4−ビニルフェニルスルホン酸ナトリウムと塩化チオニル、ついでアルコール類を反応させる方法などが報告されている。
リン酸エステル類、ホスホン酸エステル類、ホスフィン酸エステル類、及びホスフィンオキサイド類の合成もまた既知である。このため、説明を省略するが、たとえば、リン酸エステル類の合成例としては、特開平03−204888号公報に記載されているように、オキシ塩化リンと異なる3種のアルコールを多段階で反応させる方法がある。
同様に、既知であるため、説明を省略するが、たとえば、ホスホン酸エステル類の合成例としては、特開平03−294388号公報に記載されているように、4−アセチルオキシフェニルホスホン酸ジクロライドと異なる2種のアルコールを段階的に反応させる方法や、特開昭57−48995号公報に記載されているように、亜リン酸ジエステルとハロゲン化ビニル化合物をパラジウム触媒存在下に反応させる方法、あるいは、特許第3007984号に記載されているように、亜リン酸ジエステルとアセチレン化合物をパラジウム錯体触媒存在下に反応させる方法などがある。
同様に、既知であるため、説明を省略するが、たとえば、ホスフィン酸エステル類の合成例としては、特開平03−294388号公報に記載されているように、4−アセチルオキシフェニルホスホン酸ジクロライドとアルコール、ついで3等量のアルキルマグネシウムハライドを反応させる方法がある。
同様に、既知であるため、説明を省略するが、たとえば、ホスフィンオキサイド類の合成例としては、特開平03−294388号公報に記載されているように、4−アセチルオキシフェニルホスホン酸ジクロライドと過剰量のアルキルマグネシウムハライドを反応させる方法がある。上記式(a)又は(b)の少なくとも一方で表される極性基構造を有するモノマーは、例えば、上記の特許文献を参考にして合成する事が可能である。
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。該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。
酸分解性基を有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、例えば、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、スチレン類の具体例としては、例えば、下記式(xi)〜(xiii)によってあらわされる化合物なども挙げられる。
Figure 2008163057
Figure 2008163057
Figure 2008163057
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、例えば、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、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際に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。高エネルギー線、EUV光、電子線等の作用により酸を発生することができるオニウム塩構造を有するモノマーもまた挙げられる。
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、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。
高エネルギー線、EUV光、電子線等の作用により酸を発生することができるオニウム塩構造を有するモノマーの具体例としては、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、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、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−アクリロキシフェニ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、4−アクリロ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、4−メタクリロキシフェニ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、4−メタクリロ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、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、4−メタ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、4−アクリロキシナフチ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−メタクリロキシナフチ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−アクリロキシフェニルジメチルスルホニウムノナフルオロブタンスルホネート、4−アクリロキシフェニルジフェニルスルホニウムノナフルオロブタンスルホネート、4−メタクリロキシフェニルジメチルスルホニウムノナフルオロブタンスルホネート、4−メタクリロキシフェニルジフェニルスルホニウムノナフルオロブタンスルホネート、4−アクリロキシナフチルジメチルスルホニウムノナフルオロブタンスルホネート、4−メタクリロキシナフチルジメチルスルホニウムノナフルオロブタンスルホネート、4−アクリロキシナフチルジフェニルスルホニウムノナフルオロブタンスルホネート、4−メタクリロキシナフチルジフェニルスルホニウムノナフルオロブタンスルホネート、4−アクリロキシフェニルジ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、4−アクリロキシフェニルジ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、4−アクリロキシフェニルジ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、4−アクリロキシフェニルジ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4−アクリロキシナフチルジメチルスルホニウムジ(パーフルオロメチルスルホン)イミデート、4−アクリロキシナフチルジメチルスルホニウムジ(パーフルオロブチルスルホン)イミデート、4−アクリロキシナフチルジメチ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、4−アクリロキシナフチルジメチ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。
<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、下記式(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。
Figure 2008163057
コア部を形成するモノマーとしては、前記式(I)及び(II)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、コア部を形成するモノマーとしては、上記式(III)で表されるモノマーの単独重合物、及び上記式(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。
上記式(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、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。上記式(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、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、式(III)の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。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、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、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、スチレン類の具体例としては、上記式(xi)〜(xiii)であらわ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、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、該コア部の周囲に前記式(a)及び又は前記式(b)で表される極性基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)
つぎに、コア部の合成工程について説明する。ここでは、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を例に説明する。通常、0〜200℃で、0.1〜30時間、クロロベンゼン等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、本発明のコアシェル型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、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(c)、2級炭素(d)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し、下記式(V)で表される4量体を形成する。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、下記式(V)で表される4量体では、1級炭素(e)及び(f)、2級炭素(g)及び(h)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、上記式(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 2008163057
Figure 2008163057
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)
つぎに、シェル部の導入工程について説明する。本発明のコアシェル型ハイパーブランチポリマーにおいて、シェル部の前記式(a)又は(b)の少なくとも一方で表される極性基構造は、既述のようにして合成できるコア部と、極性基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。コア部に極性基構造を有するシェル部を導入する方法は、以下に示した第一の方法と第二の方法とがある。
<第一の方法>
はじめに、第一の方法について説明する。コア部に極性基構造を有するシェル部を導入する第一の方法は、上述したコア部の合成工程で得られたコア部を単離した後、極性基構造を有するモノマーとして、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、クロロベンゼン等の溶媒中で、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、極性基構造を導入して、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前記式(I)で表されるモノマーを導入する反応式を反応式1に示す。
Figure 2008163057
ただし、前記反応式1において、y、o、p、qはそれぞれ0以上の数であり、y≧o≧0、y≧p≧0、y≧q≧0、ただしy≧o+p+q>0である。
<第二の方法>
つぎに、第二の方法について説明する。第二の方法は、コアシェル型ハイパーブランチポリマーのコア部の合成工程によってコア部を重合した後に、コア部を単離することなく、前記式(a)及び又は前記式(b)で表される極性基構造を有する化合物として例えば、前記式(I)及び又は(II)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該極性基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、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。
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、前記分岐度は、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°と、を用いて、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 2008163057
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。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。
(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、等が挙げられる。
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、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る。前記酸拡散抑制剤としては、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、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、現像性等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、基板との接着性等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る。アルカリ可溶性樹脂の重量平均分子量(Mw)は、通常、1000〜1000000であることが好ましく、2000〜100000であることがより好ましい。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、前記成分等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、炭酸プロピレン等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有するレジストパターンを得ることができる。
以下に、この発明にかかる上述した実施の形態について、以下に示す実施例を用いて具体的に明らかにする。なお、この発明は、以下に示す実施例によって、何等限定的に解釈されるものではない。
(合成例1)
はじめに、合成例1について説明する。合成例1においては、4−ビニルベンゼンスルホニルクロライドの合成について説明する。合成例1においては、「Mun Hag Lee, Korean J.Chem.Eng.,23,309(2006)」に掲載されている合成方法に従って、4−ビニルベンゼンスルホニルクロライドを合成した。
4−ビニルベンゼンスルホニルクロライドの合成に際しては、まず、アルゴン雰囲気下、4−ビニルベンゼンスルホン酸ナトリウム水和物のDMF分散液に塩化チオニルを加えて、0℃で24時間攪拌した。撹拌による反応終了後、撹拌した後の溶液に水を加えて、撹拌した後の溶液と水との混合溶液から、有機層をジクロロメタンで抽出した。
そして、抽出液を5重量%希釈塩酸及び水で洗浄してから、無水硫酸ナトリウムで脱水した。脱水後、脱水された抽出液から溶媒を減圧留去した。これによって、目的とする4−ビニルベンゼンスルホニルクロライドを得た。
(合成例2)
つぎに、合成例2について説明する。合成例2においては、2−アダマンチル メチル 4−ヒドロキシフェニルホスホネートの合成について説明する。合成例2においては、特開平03−294388号公報に開示されている合成方法を参考にして、2−アダマンチル メチル 4−ヒドロキシフェニルホスホネートを合成した。
2−アダマンチル メチル 4−ヒドロキシフェニルホスホネートの合成に際しては、まず、4−アセチルオキシフェニルホスホニックジクロライドをベンゼンに溶解した溶液を、0℃に冷却した。そして、冷却された溶液に、2−アダマンタノールとピリジンのベンゼン溶液とを滴下し、1時間加熱還流した。加熱還流した後、加熱還流した後の溶液を再び0℃に冷却した。
冷却後、冷却された溶液に、メタノールとピリジンのベンゼン溶液を滴下し1時間加熱還流した。加熱還流した後、加熱還流した溶液を放冷した。放冷後、放冷後の溶液に酢酸エチルを加えて抽出し、有機層を分離した。次に有機層を、飽和硫酸銅水溶液、水、飽和硫酸ナトリウム水溶液で順次洗浄した。
洗浄後、有機層を無水硫酸ナトリウムで脱水、減圧留去した残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィにて精製し中間体である2−アダマンチル メチル 4−アセチルオキシフェニルホスホネートを得た。次にこの2−アダマンチル メチル 4−アセチルオキシフェニルホスホネートに炭酸水素ナトリウム、メタノール、水を加え室温で24時間攪拌した。メタノールを減圧留去した後、酢酸エチルで抽出し無水硫酸ナトリウムで脱水した。溶媒を減圧留去して目的とする2−アダマンチル メチル 4−ヒドロキシフェニルホスホネートを得た。
(合成例3)
つぎに、合成例3について説明する。合成例3においては、2−アダマンチル 4−ヒドロキシフェニルメチルホスフィネートの合成について説明する。合成例3においては、特開平03−294388号公報に開示されている合成方法を参考にして、2−アダマンチル 4−ヒドロキシフェニルメチルホスフィネートを合成した。
2−アダマンチル 4−ヒドロキシフェニルメチルホスフィネートの合成に際しては、まず、4−アセチルオキシフェニルホスホニックジクロライドをベンゼンに溶解した溶液を、0℃に冷却した。そして、冷却された溶液に、2−アダマンタノールとピリジンのベンゼン溶液を滴下し、1時間加熱還流した。加熱還流した後、加熱還流した溶液を放冷した。放冷後、放冷後の溶液における不溶物を濾別した。
つづいて、濾別によって得られた濾液を減圧留去して、中間体である2−アダマンチル 4−ヒドロキシフェニルホスホニッククロライドを得た。次にこの2−アダマンチル 4−ヒドロキシフェニルホスホニッククロライドをジエチルエーテルに溶解した溶液を、0℃に冷却した。冷却した後、冷却した後の溶液に、ヨウ化メチルマグネシウムのジエチルエーテル溶液を滴下し、室温で24時間攪拌した。
その後、撹拌した溶液に1N塩酸を混合して、溶液における反応を停止してから、溶液中の反応物質を酢酸エチル抽出した。抽出された反応物質を無水硫酸ナトリウムで脱水した後、減圧留去した残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィにて精製し目的とする2−アダマンチル 4−ヒドロキシフェニルメチルホスフィネートを得た。
(合成例4)
つぎに、合成例4について説明する。合成例4においては、2−アダマンチル 4−ビニル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においては、Mun Hag Lee, Korean J.Chem.Eng.,23,309(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における2−アダマンチル 4−ビニルベンゼンスルホネートの合成に際しては、アルゴン雰囲気下にピリジンを溶媒とし、2−アダマンタノールと実施例1で得た4−ビニルベンゼンスルホニルクロライドを0℃で24時反応させ、下記式(xiv)に表される目的物である2−アダマンチル 4−ビニルベンゼンスルホネートを得た。
Figure 2008163057
(合成例5)
つぎに、合成例5について説明する。合成例5においては、2−アダマンチル メチル 4−アクリロキシフェニルホスホネートの合成について説明する。合成例5においては、合成例2で得た2−アダマンチル メチル 4−ヒドロキシフェニルホスホネートとピリジンとを1,2−ジクロロエタンに溶解し0℃に冷却した。これに塩化アクリロイルの1,2−ジクロロエタン溶液を滴下し0℃で24時間反応させ、下記式(xv)に表される目的物である2−アダマンチル メチル 4−アクリロキシフェニルホスホネートを得た。
Figure 2008163057
(合成例6)
つぎに、合成例6について説明する。合成例6においては、2−アダマンチル 4−アクリロキシフェニルメチルホスフィネートの合成について説明する。合成例6においては、合成例5で用いた2−アダマンチル メチル 4−ヒドロキシフェニルホスホネートの代わりに、実施例3で得た2−アダマンチル 4−ヒドロキシフェニルメチルホスフィネートを用いて、それ以外は合成例5と同様にして下記式(xvi)に表される目的物である2−アダマンチル 4−アクリロキシフェニルメチルホスフィネートを得た。
Figure 2008163057
(合成例7)
つぎに、実施例7について説明する。実施例7においては、2−アダマンチル 4−(4’−ビニルベンゾイルオキシ)フェニルメチルホスフィネートの合成について説明する。実施例7においては、合成例5で用いた2−アダマンチル メチル 4−ヒドロキシフェニルホスホネートと塩化アクリロイルとの代わりに、実施例3で得た2−アダマンチル 4−ヒドロキシフェニルメチルホスフィネートと4−ビニルベンゾイルクロライドとを用いて、それ以外は合成例5と同様にして下記式(xvii)に表される目的物である2−アダマンチル 4−(4’−ビニルベンゾイルオキシ)フェニルメチルホスフィネートを得た。
Figure 2008163057
(合成例8)
つぎに、合成例8について説明する。合成例8においては、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。合成例8においては、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を加えて、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加え撹拌し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。
再沈によっ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時間攪拌した。その後、固形分を再沈させてコア部Aを得た。再沈によって得られた下記式(xviii)に表される目的物であるコア部Aの収率は72%であった。GPC測定により測定したコア部Aの重量平均分子量は2000であり、1H−NMRにより測定したコア部Aの分岐度は0.48であった。
Figure 2008163057
(合成例9)
−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−
つぎに、合成例9について説明する。合成冷9においては、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。合成冷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。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8と同様にして、GPC測定によって測定した重量平均分子量は4000であり、1H−NMRによって測定した分岐度は0.48であった。
つづいて、実施例1〜8および比較例1〜2のコアシェル型ハイパーブランチポリマーについて説明する。実施例1〜8および比較例1〜2のコアシェル型ハイパーブランチポリマーは、上述した合成例4〜7で得たモノマー、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、以下に示したようにして合成した。
(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A6.8g、モノクロロベンゼン206g、合成例4で得られた2−アダマンチル−4−ビニルベンゼンスルホネート27.7g、アクリル酸tert−ブチル26g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。
加熱攪拌した後、反応混合物を急冷却してから、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を加えて固形分を再沈させ、再沈させた固形分を分離した。分離した固形分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。収量14g。1H−NMRより共重合物が得られていることを確認した。
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をもとに下記式を使って計算した。
Figure 2008163057
Figure 2008163057
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。
−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。
−レジスト膜の密着性の評価−
つぎに、上記波長245nmの紫外線を用い、シリコンウエハ上にコートしたレジスト膜の半面積を上記アルカリ水溶液で溶解性が示された露光量で紫外線照射した。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、露光部分のレジスト膜を溶解除去した。水洗、乾燥後、未露光部分のレジスト膜の状態を顕微鏡(ニコン社製、ECLIPSE L150)で観察し、下記基準で評価した。結果を表1に示した。
なお、表1における評価基準は、下記の通りとした。
〔評価基準〕
○・・・レジスト膜の剥離が無い状態
△・・・レジスト膜の表面に剥離によるしわがある状態
×・・・レジスト膜が剥離した状態
(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−
つぎに、実施例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。実施例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、2−アダマンチル−4−ビニルベンゼンスルホネートの代わりに、2−アダマンチル メチル 4−アクリロキシフェニルホスホネートを32.7g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、密着性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、2−アダマンチル−4−ビニルベンゼンスルホネートの代わりに、2−アダマンチル 4−アクリロキシフェニルメチルホスフィネートを31.4g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、密着性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、2−アダマンチル−4−ビニルベンゼンスルホネートの代わりに、2−アダマンチル 4−(4’−ビニルベンゾイルオキシ)フェニルメチルホスフィネートを38g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後、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、密着性についても同様に行った。結果を表1に示す。
(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、2−アダマンチル−4−ビニルベンゼンスルホネートを18.5g及び、アクリル酸tert−ブチル17.6g、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3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後、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、密着性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、塩化銅(I)0.
74mg、2,2’−ビピリジル 2.3g、2−アダマンチル 4−アクリロキシフェニルメチルホスフィネートを20.9g及び、アクリル酸tert−ブチル17.6g、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3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、密着性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−シクロ(パーフルオロプロパンジスルホン)イミデートを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、密着性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3>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−シクロ(パーフルオロプロパンジスルホン)イミデートを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、密着性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。
加熱攪拌による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9>を得た。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−
比較例1においては、<ポリマー9>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、密着性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。
加熱攪拌による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。
つぎに、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。そして、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2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、密着性についても同様に行った。結果を表1に示した。
Figure 2008163057
ただし、上記の表1において、(1)は2−アダマンチル−4−ビニルベンゼンスルホネート、(2)は2−アダマンチル メチル 4−アクリロキシフェニルホスホネート、(3)は2−アダマンチル 4−アクリロキシフェニルメチルホスフィネート、(4)は2−アダマンチル 4−(4’−ビニルベンゾイルオキシ)フェニルメチルホスフィネート、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、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、下記式(a)又は(b)で表される極性基を有す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。
    Figure 2008163057
    Figure 2008163057
  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 2008163057
    (式(I)中、R1は水素原子、炭素数1〜3のアルキル基を表す。R2は、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、A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6〜30のアリーレン基、又は単結合を表す。)
    Figure 2008163057
    (式(II)中、R1は水素原子、炭素数1〜3のアルキル基を表す。R3、R4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。Bはエステル結合を含んでいてもよい、炭素数1〜30の直鎖状、分岐状、環状のアルキレン基、炭素数6〜30のアリーレン基、又は単結合を表す。l、nまたはmは、0または1を表し、同一でも異なっていてもよい。)
    Figure 2008163057
    (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1〜2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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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015096932A (ja) * 2013-10-09 2015-05-21 Jsr株式会社 フォトレジスト組成物、レジストパターン形成方法、重合体及び化合物

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