JP2009029848A - 重合体及びその製造方法、レジスト組成物及びパターンが形成された基板の製造方法 - Google Patents

重合体及びその製造方法、レジスト組成物及びパターンが形成された基板の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】DUVエキシマレーザーリソグラフィー等においてレジスト組成物に用いた場合に、高感度、高解像度であり、現像時のディフェクトが少ない重合体を提供する。
【解決手段】α−エステル脂環式骨格を有する構成単位(A)と、ラクトン骨格を有する構成単位(B)、酸脱離性基を有する構成単位(C)、親水性基を有する構成単位(D)、ナフタレン骨格を有する構成単位(E)から選ばれる少なくとも1種を含有する重合体。
【選択図】なし

Description

本発明は重合体、その製造方法、それを含むレジスト組成物及びパターンが形成された基板の製造方法に関し、特に、エキシマレーザー及び電子線リソグラフィーを使用する微細加工に好適なレジスト組成物に関する。
近年、半導体素子や液晶素子の製造における微細加工の分野においては、リソグラフィー技術の進歩により急速に微細化が進んでいる。その微細化の手法としては、一般に、照射光の短波長化が図られている。具体的には、照射光が従来のg線(波長:438nm)及びi線(波長:365nm)に代表される紫外線から、より短波長のDUV(Deep Ultra Violet)へと変化してきている。
現在では、KrFエキシマレーザー(波長:248nm)リソグラフィー技術が市場に導入され、より短波長化を図ったArFエキシマレーザー(波長:193nm)リソグラフィー技術及びEUVエキシマレーザー(波長:13nm)リソグラフィー技術が研究されている。更に、最近ではこれらの液浸リソグラフィー技術も研究されている。また、これらとは異なるタイプのリソグラフィー技術として、電子線リソグラフィー技術についても精力的に研究されている。
このような短波長の照射光又は電子線を用いた高解像度のレジストとして、光酸発生剤を含有する化学増幅型レジストが提唱され、現在、この化学増幅型レジストの改良及び開発が進められている。
例えば、ArFエキシマレーザーリソグラフィーにおいて使用される化学増幅型レジスト樹脂として、波長193nmの光に対して透明なアクリル系樹脂が注目されている。このようなアクリル系樹脂としては、例えば、特許文献1及び特許文献2には、エステル部にアダマンタン骨格を有する(メタ)アクリル酸エステルとエステル部にラクトン骨格を有する(メタ)アクリル酸エステルの重合体が開示されている。
アクリル系樹脂以外にも、シクロオレフィン系樹脂が提唱されており、例えば、特許文献3には、側鎖に水酸基を有するノルボルネン重合体が開示されている。
しかしながら、これらのアクリル系樹脂及びシクロオレフィン系樹脂は、レジスト組成物として使用した場合、レジストパターンを製造するためのアルカリ現像液による現像処理の際に、ディフェクトと呼ばれる現像欠陥が生じることがある。また、このディフェクトにより得られるレジストのパターンに抜けが発生することがある。結果として、回路の断線や欠陥等が生じ、半導体製造工程での歩留まりが低下する恐れがある。
特開平10−319595号公報 特開平10−274852号公報 特開平10−153864号公報
一方、従来、ノルボルネンに代表される脂環式単量体の重合体は、耐熱性、低吸湿性に優れ、それらの共重合体は主に光学材料分野において有用であることは周知の事実である。例えば、特許文献4には、バナジウム金属化合物とアルミニウム金属助触媒を組み合わせた重合触媒により脂環式単量体を開環メタセシス重合せしめ、さらに得られた重合体に残存する二重結合を金属触媒により水素添加して脂環式単量体の重合体を製造する技術が開示されている。また、特許文献5には、Tiなど前周期遷移金属を中心金属として成る遷移金属化合物による脂環式単量体とエチレンの付加共重合によっても同様の性質を有する共重合体が得られることが開示されている。ここで得られる重合体は、エチレンと脂環式単量体の共重合体の構造となる。
さらに、特許文献6には、ラジカル重合によって、(メタ)アクリル酸エステルと脂環式単量体の共重合体を製造可能な系が開示されている。これらの重合体は、耐熱低吸湿材料として優れた物性を示し、透明光学樹脂材料として使用されつつある。
しかしながら、従来技術では脂環式単量体を重合するために、あるいは得られた脂環式単量体単位を含む重合体を水素添加するために金属触媒を使用する製造方法に限定されていた。この場合、得られる重合体の耐熱性や低吸湿性は優れているものの重合体中への金属触媒残渣により透明性や耐光性の低下を引き起こす。ラジカル重合においても、ノルボルネンに代表される脂環式単量体はアルミニウム化合物などのルイス酸触媒の存在下で効率的に重合が進行するが、上述のごとく製造する重合体中への金属触媒残渣により光学性能をはじめとする諸物性の低下を引き起こす可能性がある。従って、金属触媒を使用せずとも効率的にラジカル重合が可能となる脂環式単量体が望まれていた。
特開昭63−314220号公報 特開昭60−168708号公報 特開平7−242711号公報
本発明は、DUVエキシマレーザーリソグラフィー等においてレジスト組成物に用いた場合に、高感度、高解像度であり、現像時のディフェクトが少ない重合体、この重合体を含むレジスト組成物、および、このレジスト組成物を用いたパターンが形成された基板の製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、金属触媒を使用することなく重合可能となる脂環式単量体より得られる新規な重合体およびその製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、下記式(1)で表されるα−エステル脂環式骨格を有する構成単位(A)と、ラクトン骨格を有する構成単位(B)、酸脱離性基を有する構成単位(C)、親水性基を有する構成単位(D)、およびナフタレン骨格を有する構成単位(E)から選ばれる少なくとも1種を含有する重合体に関するものであり、この重合体を含むレジスト組成物に関するものであり、このレジスト組成物を用いたパターンが形成された基板の製造方法に関するものである。
Figure 2009029848
(式(1)中、R601、R602、R603、R604、R605、R606、R607、R608、A13及びA14はそれぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜6の直鎖若しくは分岐アルキル基、−C(CF3)2−OH、−C(CF3)2−OR610、ヒドロキシ基、シアノ基、カルボキシ基、スルホンアミド基、炭素数1〜6のアシル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜10のラクトン、炭素数1〜6のスルトン、炭素数1〜20のアルコールでエステル化されたカルボキシ基、アミノ基又はスルホンアミド基を表すか、或いはA13とA14とが一緒になって−O−、−S−、−NH−又は鎖長1〜6のメチレン鎖(−(CH2)j1−(j1は1〜6の整数を表す))を表す。
前記炭素数1〜6の直鎖又は分岐アルキル基は、置換基としてハロゲン原子、−C(CF3)2−OH、−C(CF3)2−OR610、ヒドロキシ基、シアノ基、カルボキシ基、スルホンアミド基、炭素数1〜6のアシル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜10のラクトン、炭素数1〜6のスルトン、炭素数1〜20のアルコールでエステル化されたカルボキシ基、アミノ基又はスルホンアミド基からなる群より選ばれる少なくとも1つの基を有していてもよい。
610は炭素数1〜20の直鎖、分岐、または環状の炭化水素基を表し、この炭化水素基はヘテロ原子、ハロゲン原子を有していてもよい。
11とA12は一緒になって−O−、−S−、−NH−又は鎖長1〜6のメチレン鎖(−(CH2)j2−(j2は1〜6の整数を表す))を表す。
600は炭素数1〜20の直鎖、分岐又は環状の炭化水素基を表す。この炭化水素基はヘテロ原子、ハロゲン原子を有していてもよい。
p11及びp12は独立に0または1である。)
なお、本発明において、「酸脱離性基」とは、酸の作用により分解または脱離する基をいう。
また、本発明は、金属触媒を使用することなく重合可能となる脂環式単量体より得られる新規な重合体およびその製造方法に関するものである。
下記式(1m)で表されるα−エステル脂環式骨格を有する単量体(a)と、ラクトン骨格を有する単量体(b)、酸脱離性基を有する単量体(c)、親水性基を有する単量体(d)、およびナフタレン骨格を有する単量体(e)から選ばれる少なくとも1種を、ラジカル重合することにより重合体を製造する方法。
Figure 2009029848
(式(1m)中、R601、R602、R603、R604、R605、R606、R607、R608、A13及びA14はそれぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜6の直鎖若しくは分岐アルキル基、−C(CF3)2−OH、−C(CF3)2−OR610、ヒドロキシ基、シアノ基、カルボキシ基、スルホンアミド基、炭素数1〜6のアシル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜10のラクトン、炭素数1〜6のスルトン、炭素数1〜20のアルコールでエステル化されたカルボキシ基、アミノ基又はスルホンアミド基を表すか、或いはA13とA14とが一緒になって−O−、−S−、−NH−又は鎖長1〜6のメチレン鎖(−(CH2)j1−(j1は1〜6の整数を表す))を表す。
前記炭素数1〜6の直鎖又は分岐アルキル基は、置換基としてハロゲン原子、−C(CF3)2−OH、−C(CF3)2−OR610、ヒドロキシ基、シアノ基、カルボキシ基、スルホンアミド基、炭素数1〜6のアシル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜10のラクトン、炭素数1〜6のスルトン、炭素数1〜20のアルコールでエステル化されたカルボキシ基、アミノ基又はスルホンアミド基からなる群より選ばれる少なくとも1つの基を有していてもよい。
610は炭素数1〜20の直鎖、分岐、または環状の炭化水素基を表し、この炭化水素基はヘテロ原子、ハロゲン原子を有していてもよい。
11とA12は一緒になって−O−、−S−、−NH−又は鎖長1〜6のメチレン鎖(−(CH2)j2−(j2は1〜6の整数を表す))を表す。
600は炭素数1〜20の直鎖、分岐又は環状の炭化水素基を表す。この炭化水素基はヘテロ原子、ハロゲン原子を有していてもよい。
p11及びp12は独立に0または1である。)
本発明の重合体を含有するレジスト組成物は、高感度、高解像度であり、現像時のディフェクトが少ない。そのため、本発明のレジスト用重合体およびレジスト組成物は、DUVエキシマレーザーリソグラフィー、これらの液浸リソグラフィーおよび電子線リソグラフィー、特にArFエキシマレーザーリソグラフィーおよびこの液浸リソグラフィーに好適に用いることができる。
さらに、本発明の製造方法により高精度の微細なパターンが形成された基板を製造することができる。
また、本発明によれば、脂環式単量体が炭素−炭素二重結合上にエステル構造を有していることで、金属触媒を使用することなく脂環式単量体を重合することができ、新規な重合体を得ることができる。
本発明の重合体について説明する。
本発明の重合体は、下記式(1)で表されるα−エステル脂環式骨格を有する構成単位(A)と、ラクトン骨格を有する構成単位(B)、酸脱離性基を有する構成単位(C)、親水性基を有する構成単位(D)、ナフタレン骨格を有する構成単位(E)から選ばれる少なくとも1種を含有する。
以下、α−エステル脂環式骨格を有する構成単位(A)、ラクトン骨格を有する構成単位(B)、酸脱離性基を有する構成単位(C)、親水性基を有する構成単位(D)、ナフタレン骨格を有する構成単位(E)について詳しく説明する。
[α−エステル脂環式骨格を有する構成単位(A)]
α−エステル脂環式骨格を有する構成単位(A)は、レジスト組成物のドライエッチング耐性を発現させる作用を奏することから、重合体の構成成分として用いることが好ましい。
式(1)中のA11、A12は、ドライエッチング耐性が高い点からは、一緒になって−CH2−、−CH2CH2−となることが好ましく、有機溶媒への溶解性が高い点からは、一緒になって−O−となることが好ましい。
式(1)中のA13、A14は、ドライエッチング耐性が高い点からは、一緒になって−CH2−、−CH2CH2−となることが好ましく、有機溶媒への溶解性が高い点からは、一緒になって−O−となることが好ましい。
式(1)中のR601、R602、R603、R604、R605、R606、R607及びR608としては、レジスト組成物の解像度が高い点から、それぞれ独立に水素原子、メチル基、エチル基、またはイソプロピル基であることが好ましい。
また、式(1)中のR601、R602、R603、R604、R605、R606、R607及びR608としては、レジスト組成物の感度が高い点から、少なくとも1つが−C(CF3)2−OR611、−C(=O)−OR611から選ばれる1種であるか、あるいは、炭素数1〜6の直鎖又は分岐アルキル基であって、置換基として−C(CF3)2−OR611又は−C(=O)−OR611のうち少なくとも1種を有するものが好ましい。R611は、−C(R621)(R622)(R623)、あるいは−C(R631)(R632)−O−R633で表される酸脱離性基である。
なお、本発明において、「酸脱離性基」とは、酸の作用により分解または脱離する基をいう。
621、R622、R623は、(i)それぞれ独立に、炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基もしくはその誘導体、または炭素数1〜4の直鎖もしくは分岐のアルキル基を表し、かつR621、R622、R623のうち少なくとも1つが該脂環式炭化水素基もしくはその誘導体であるか、あるいは(ii)R621、R622、R623のうち何れか2つが互いに結合して、それぞれが結合している炭素原子と共に、炭素数4〜20の2価の脂環式炭化水素基もしくはその誘導体を形成し、R621、R622、R623のうち結合に関与しなかった残りの1つは炭素数1〜4の直鎖もしくは分岐のアルキル基または炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基もしくはその誘導体を表す。
中でも、−C(R621)(R622)(R623)は、レジスト組成物のラインエッジラフネスに優れている点で、下記式(K−1)〜(K−6)で表される構造が好ましく、ドライエッチング耐性が高い点では、下記式(K−7)〜(K−17)で表される構造が好ましい。
Figure 2009029848
また、R633は、(i)炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基もしくはその誘導体または炭素数1〜4の直鎖もしくは分岐のアルキル基を表し、R631、R632は、それぞれ独立に水素原子あるいは炭素数1〜4の直鎖もしくは分岐のアルキル基を表すか、あるいは(ii)R631とR633またはR632とR633の2つが互いに結合して、それぞれが結合している炭素原子と共に、炭素数4〜20の2価の脂環式炭化水素基もしくはその誘導体を形成し、R631、R632のうち結合に関与しなかった残りの1つは水素原子を表す。
中でも、−C(R631)(R632)−O−R633は、ラインエッジラフネスに優れている点では、下記式(J−1)〜(J−24)で表される構造が好ましく、ドライエッチング耐性が高い点では、下記式(J−25)〜(J−52)で表される構造が好ましい。
Figure 2009029848
Figure 2009029848
Figure 2009029848
また、式(1)中のR601、R602、R603、R604、R605、R606、R607及びR608としては、レジスト組成物の基板表面等への密着性が高い点から、少なくとも1つが炭素数1〜10のラクトン、炭素数1〜6のスルトンから選ばれる1種であるか、あるいは、炭素数1〜6の直鎖又は分岐アルキル基であって、置換基として炭素数1〜10のラクトン又は炭素数1〜6のスルトンのうち少なくとも1種を有するものが好ましい。
中でも、レジスト組成物の解像度が高い点から、炭素数1〜10のラクトンとしては、γ−ブチロラクトン、δ−バレロラクトン、4−オキサトリシクロ[4.2.1.03,7]ノナン−5−オン、4−オキサトリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−3−オン、4,8−ジオキサトリシクロ[4.2.1.03,7]ノナン−5−オン、4,10−ジオキサトリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−3−オンがさらに好ましく、炭素数1〜6のスルトンとしては、γ−ブチロスルトン、δ−スルトンがさらに好ましい。
また、式(1)中のR601、R602、R603、R604、R605、R606、R607及びR608としては、レジスト組成物のパターン形状の矩形性に優れる点から、少なくとも1つがヒドロキシ基、シアノ基、カルボキシ基、スルホンアミド基、アミノ基、炭素数1〜6のアルコキシ基、−C(CF3)2−OHから選ばれる1種であるか、あるいは、炭素数1〜6の直鎖又は分岐アルキル基であって、置換基としてヒドロキシ基、シアノ基、カルボキシ基、スルホンアミド基、アミノ基、炭素数1〜6のアルコキシ基、−C(CF3)2−OHのうち少なくとも1種を有するものが好ましく、ヒドロキシ基、シアノ基、メトキシ基、カルボキシ基、アミノ基、スルホンアミド基、−C(CF3)2−OHから選ばれる1種であることがさらに好ましい。
600は、有機溶媒への溶解性が高い点からは、メチル基、エチル基、またはイソプロピル基であることが好ましい。
また、R600は、レジスト組成物の感度が高い点から、−C(R621)(R622)(R623)、あるいは−C(R631)(R632)−O−R633で表される酸脱離性基が好ましい。
中でも、−C(R621)(R622)(R623)は、レジスト組成物のラインエッジラフネスに優れている点で、下記式(K−1)〜(K−6)で表される構造が好ましく、ドライエッチング耐性が高い点では、下記式(K−7)〜(K−17)で表される構造が好ましく、−C(R631)(R632)−O−R633は、ラインエッジラフネスに優れている点では、下記式(J−1)〜(J−24)で表される構造が好ましく、ドライエッチング耐性が高い点では、下記式(J−25)〜(J−52)で表される構造が好ましい。
また、R600は、レジスト組成物の基板表面等への密着性が高い点から、炭素数1〜10のラクトン、炭素数1〜6のスルトンから選ばれる1種であるか、あるいは、炭素数1〜6の直鎖又は分岐アルキル基であって、置換基として炭素数1〜10のラクトン又は炭素数1〜6のスルトンのうち少なくとも1種を有するものが好ましい。
中でも、レジスト組成物の解像度が高い点から、炭素数1〜10のラクトンとしては、γ−ブチロラクトン、δ−バレロラクトン、4−オキサトリシクロ[4.2.1.03,7]ノナン−5−オン、4−オキサトリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−3−オン、4,8−ジオキサトリシクロ[4.2.1.03,7]ノナン−5−オン、4,10−ジオキサトリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−3−オンがさらに好ましく、炭素数1〜6のスルトンとしては、γ−ブチロスルトン、δ−スルトンがさらに好ましい。
また、R600は、レジスト組成物のパターン形状の矩形性に優れる点から、炭素数1〜6の直鎖又は分岐アルキル基であって、置換基としてヒドロキシ基、シアノ基、カルボキシ基、スルホンアミド基、炭素数1〜6のアルコキシ基、−C(CF3)2−OHのうち少なくとも1種を有するものが好ましい。
式(1)で表されるα−エステル脂環式骨格を有する構成単位(A)は、1種、あるいは、必要に応じて2種以上を組み合わせて使用することができる。
式(1)で表されるα−エステル脂環式骨格を有する構成単位(A)の含有量は、特に制限されないが、レジスト組成物のドライエッチング耐性が高い点から、重合体の構成単位中、10モル%以上が好ましく、15モル%以上がより好ましい。また、レジスト組成物の現像液への溶解性が良好な点から、50モル%以下が好ましく、40モル%以下がより好ましい。
式(1)で表されるα−エステル脂環式骨格を有する構成単位(A)を含有する重合体は、α−エステル脂環式骨格を有する構成単位(A)を与える、下記式(1m)で表されるα−エステル脂環式骨格を有する単量体(a)を含む単量体を重合することによって製造することができる。
Figure 2009029848
(式(1m)中、R600、R601、R602、R603、R604、R605、R606、R607、R608、A11、A12、A13、A14、p11及びp12は、式(1)と同義である。)
式(1m)で表される単量体(a)は、特に制限されないが、例えば、下記式(1−1)〜(1−161)で表される単量体が挙げられる。
Figure 2009029848
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Figure 2009029848
Figure 2009029848
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Figure 2009029848
Figure 2009029848
Figure 2009029848
Figure 2009029848
Figure 2009029848
中でも、レジスト組成物の感度の点から、上記式(1−16)〜(1−24)、(1−33)、(1−34)、(1−43)〜(1−45)、(1−47)、(1−69)、(1−70)、(1−87)〜(1−90)、(1−102)〜(1−104)、(1−106)、(1−117)、(1−118)、(1−126)〜(1−129)、(1−133)、(1−139)、(1−140)、(1−143)、(1−149)、(1−150)、(1−152)、(1−157)〜(1−161)で表される単量体、ならびにこれらの幾何異性体および光学異性体がより好ましい。
また、レジスト組成物のパターン形状の矩形性に優れる点から、上記式(1−25)〜(1−31)、(1−42)、(1−48)、(1−68)、(1−71)〜(1−76)、(1−78)、(1−79)、(1−82)〜(1−84)、(1−91)〜(1−94)、(1−101)、(1−105)、(1−107)、(1−116)、(1−119)〜(1−123)、(1−130)〜(1−132)、(1−138)、(1−142)、(1−147)、(1−148)、(1−153)、(1−159)、(1−161)で表される単量体、ならびにこれらの幾何異性体および光学異性体がより好ましい。
さらに、レジスト組成物の基板表面等への密着性が高い点から、上記式(1−33)〜(1−39)、(1−95)〜(1−98)、(1−133)〜(1−135)、(1−154)、(1−158)で表される単量体、ならびにこれらの幾何異性体および光学異性体がより好ましい。
なお、構成単位(A)がラクトン骨格を有している場合には、構成単位(A)は、後述する構成単位(B)にも該当することになるが、本発明においては、このような構成単位は構成単位(A)であるとみなす。
また、構成単位(A)が酸脱離性基を有している場合には、構成単位(A)は、後述する構成単位(C)にも該当することになるが、本発明においては、このような構成単位は構成単位(A)であるとみなす。
さらに、構成単位(A)が親水性基を有している場合には、構成単位(A)は、後述する構成単位(D)にも該当することになるが、本発明においては、このような構成単位は構成単位(A)であるとみなす。
そして、構成単位(A)がナフタレン骨格を有している場合には、構成単位(A)は、後述する構成単位(E)にも該当することになるが、本発明においては、このような構成単位は構成単位(A)であるとみなす。
公知の脂環式骨格を有する単量体と異なる点は、重合性の炭素−炭素二重結合上にエステル構造を有している点である。これにより、炭素−炭素二重結合の重合性、特にラジカルまたはイオン重合性が向上し、例えば、ラジカル重合においては上述のごとく従来金属触媒を使用しないと重合が進行しにくいが、本発明のα−エステル脂環式骨格を有する単量体(a)は金属触媒を使用せずとも高い重合性を発現できる点に特徴がある。
α−エステル脂環式骨格を有する単量体(a)の合成法は特に限定されないが、例えば、上記式(1−1)などのビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エニル基を脂環式骨格として有するものの合成法は、Recueil des Travaux Chimiques des Pays-Bas、105(2)巻、66頁、1986年、などが挙げられる。
[ラクトン骨格を有する構成単位(B)]
ラクトン骨格を有する構成単位(B)は、レジスト組成物の基板への密着性を発現させる作用を奏することから、レジスト用重合体の構成成分として用いることが好ましい。
構成単位(B)の含有量は、特に制限されないが、基板への密着性の点から、レジスト用重合体の構成単位中、30モル%以上が好ましく、35モル%以上がより好ましい。また、レジストの感度および解像度の点から、60モル%以下が好ましく、55モル%以下がより好ましく、50モル%以下がさらに好ましい。
また、構成単位(B)が酸脱離性基を有する場合、より優れた感度を有する傾向にある。なお、この場合、構成単位(B)は、後述する構成単位(C)にも該当することになるが、本発明においては、このような構成単位は構成単位(B)であるとみなす。
さらに、構成単位(B)が親水性基を有している場合、レジストパターン矩形性が良好となる傾向にある。なお、この場合、構成単位(B)かつ(E)は、後述する構成単位(D)にも該当することになるが、本発明においては、このような構成単位は構成単位(B)であるとみなす。
ラクトン骨格を有する構成単位(B)としては、特に制限されないが、感度あるいはドライエッチング耐性の点から、下記式(4−1)〜(4−6)からなる群より選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。
Figure 2009029848
式(4−1)中、R41は水素原子またはメチル基を表し、R401、R402はそれぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、または炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基を表すか、あるいは、R401とR402とが一緒になって−O−、−S−、−NH−または鎖長1〜6のメチレン鎖[−(CH2)j−(jは1〜6の整数を表す)]を表す。
iは0または1を表し、X5は、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、炭素数1〜6のアシル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基、またはアミノ基を表す。前記炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基は、置換基としてヒドロキシ基、カルボキシ基、炭素数1〜6のアシル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基、シアノ基、およびアミノ基からなる群より選ばれる少なくとも一つの基を有していてもよい。
n5は0〜4の整数を表し、mは1または2を表す。なお、n5が2以上の場合にはX5として複数の異なる基を有することも含む。
式(4−2)中、R42は水素原子またはメチル基を表し、R201、R202はそれぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、または炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基を表す。
1、A2はそれぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、または炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基を表すか、あるいは、A1とA2とが一緒になって−O−、−S−、−NH−または鎖長1〜6のメチレン鎖[−(CH2)k−(kは1〜6の整数を表す)]を表す。
6は、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、炭素数1〜6のアシル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基、シアノ基またはアミノ基を表す。前記炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基は、置換基としてヒドロキシ基、カルボキシ基、炭素数1〜6のアシル基、炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基、シアノ基、およびアミノ基からなる群より選ばれる少なくとも一つの基を有していてもよい。
n6は0〜4の整数を表す。なお、n6が2以上の場合にはX6として複数の異なる基を有することも含む。
式(4−3)中、R43は水素原子またはメチル基を表し、R203、R204はそれぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、または炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基を表す。
3、A4はそれぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、または炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基を表すか、あるいは、A3とA4とが一緒になって−O−、−S−、−NH−または鎖長1〜6のメチレン鎖[−(CH2)l−(lは1〜6の整数を表す)]を表す。
7は、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、炭素数1〜6のアシル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基、シアノ基、またはアミノ基を表す。前記炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基は、置換基としてヒドロキシ基、カルボキシ基、炭素数1〜6のアシル基、炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基、シアノ基およびアミノ基からなる群より選ばれる少なくとも一つの基を有していてもよい。
n7は0〜4の整数を表す。なお、n7が2以上の場合にはX7として複数の異なる基を有することも含む。
式(4−4)中、R44は水素原子またはメチル基を表し、R205、R206、R207はそれぞれ独立に、水素原子またはメチル基を表す。Y11、Y12、Y13はそれぞれ独立に−CH2−または−C(=O)−O−を表し、そのうち少なくとも一つは−C(=O)−O−を表す。
8は、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、炭素数1〜6のアシル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基、シアノ基、またはアミノ基を表す。前記炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基は、置換基としてヒドロキシ基、カルボキシ基、炭素数1〜6のアシル基、炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基、シアノ基、およびアミノ基からなる群より選ばれる少なくとも一つの基を有していてもよい。
n8は0〜4の整数を表す。なお、n8が2以上の場合にはX8として複数の異なる基を有することも含む。
式(4−5)中、R91、R92、R93、R94はそれぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、または炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基を表すか、あるいは、R91とR92とが一緒になって−O−、−S−、−NH−、または鎖長1〜6のメチレン鎖[−(CH2)t−(tは1〜6の整数を表す)]を表し、m1は1または2を表す。)
式(4−6)中、R45は水素原子またはメチル基を表し、R208、R209はそれぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、または炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基を表す。
210、R211はそれぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基を表す。A5、A6はそれぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、または炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基を表すか、あるいは、A5とA6とが一緒になって−O−、−S−、−NH−または鎖長1〜6のメチレン鎖[−(CH2)k1−(k1は1〜6の整数を表す)]を表す。Y21、Y22はそれぞれ独立に−CH2−または−C(=O)−を表し、そのうち少なくとも一つは−C(=O)−を表す。
9は、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、炭素数1〜6のアシル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基、シアノ基、またはアミノ基を表す。前記炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基は、置換基としてヒドロキシ基、カルボキシ基、炭素数1〜6のアシル基、炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基、シアノ基、およびアミノ基からなる群より選ばれる少なくとも一つの基を有していてもよい。n9は0〜4の整数を表す。なお、n9が2以上の場合にはX9として複数の異なる基を有することも含む。
式(4−1)中のn5は、ドライエッチング耐性が高い点からは、0であることが好ましい。
式(4−1)中のmは、感度および解像度の点からは、1であることが好ましい。
式(4−2)中のA1、A2は、ドライエッチング耐性が高い点からは、一緒になって−CH2−、−CH2CH2−となることが好ましく、有機溶媒への溶解性が高い点からは、一緒になって−O−となることが好ましい。
式(4−2)中のR201およびR202としては、有機溶媒への溶解性が高い点から、それぞれ独立に水素原子、メチル基、エチル基、またはイソプロピル基であることが好ましい。
式(4−2)中のn6は、ドライエッチング耐性が高い点からは、0であることが好ましい。
式(4−3)中のA3およびA4としては、ドライエッチング耐性が高い点からは、一緒になって−CH2−または−CH2CH2−となることが好ましく、有機溶媒への溶解性が高い点からは、一緒になって−O−となることが好ましい。
式(4−3)中のR203およびR204としては、有機溶媒への溶解性が高い点から、それぞれ独立に水素原子、メチル基、エチル基、またはイソプロピル基であること好ましい。
式(4−3)中のn7は、ドライエッチング耐性が高い点からは、0であることが好ましい。
式(4−4)中のR205、R206、およびR207は、有機溶媒への溶解性が高い点から、水素原子であることが好ましい。
式(4−4)中のY11、Y12、Y13は、基板表面等への密着性が高い点から、一つが−C(=O)−O−であり、残りの二つが−CH2−であることが好ましい。
式(4−4)中のn8は、ドライエッチング耐性が高い点から、0であることが好ましい。
式(4−5)中、R91、R92、R93、およびR94としては、有機溶媒への溶解性が高い点からそれぞれ独立に水素原子またはメチル基であることが好ましい。
式(4−5)中のm1は、感度および解像度の点から、1であることが好ましい。
式(4−6)中のA5およびA6としては、ドライエッチング耐性が高い点からは、一緒になって−CH2−または−CH2CH2−となることが好ましく、有機溶媒への溶解性が高い点からは、一緒になって−O−となることが好ましい。
式(4−6)中のR208およびR209としては、有機溶媒への溶解性が高い点から、それぞれ独立に水素原子、メチル基、エチル基、またはイソプロピル基であることが好ましい。
式(4−6)中のR210およびR211としては、有機溶媒への溶解性が高い点から、それぞれ独立に水素原子、メチル基、エチル基、またはイソプロピル基であることが好ましい。
式(4−6)中のY21、Y22は、基板表面等への密着性が高い点から、1つが−C(=O)−であり、残りの1つが−CH2−であることが好ましい。
式(4−6)中のn9は、ドライエッチング耐性が高い点からは、0であることが好ましい。
ラクトン骨格を有する構成単位(B)は、1種、あるいは、必要に応じて2種以上を組み合わせて使用することができる。
ラクトン骨格を有する構成単位(B)を有する重合体は、ラクトン骨格を有する構成単位(B)を与える単量体(b)を含む単量体を重合することによって製造することができる。
この単量体(b)は、特に制限されないが、例えば、下記式(10−1)〜(10−29)で表される単量体が挙げられる。式(10−1)〜(10−29)中、Rは水素原子またはメチル基を表す。
Figure 2009029848
Figure 2009029848
中でも、感度の点から、上記式(10−1)〜(10−3)、および上記式(10−5)で表される単量体、ならびにこれらの幾何異性体および光学異性体がより好ましく、ドライエッチング耐性の点から、上記式(10−7)、(10−9)、(10−10)、(10−12)、(10−14)、(10−24)〜(10−26)、および(10−29)で表される単量体、ならびに、これらの幾何異性体、および光学異性体がより好ましく、レジスト溶媒への溶解性の点から、上記式(10−8)、(10−13)、(10−16)〜(10−23)、および(10−28)で表される単量体、ならびに、これらの幾何異性体、および光学異性体がより好ましい。
[酸脱離性基を有する構成単位(C)]
酸脱離性基を有する構成単位(C)は、酸によってアルカリに可溶となる成分であり、レジストパターン形成を可能とする作用を奏するため、レジスト用重合体の構成成分として用いることが好ましい。
構成単位(C)の含有量は、特に制限されないが、感度および解像度の点から、レジスト用重合体の構成単位中、20モル%以上が好ましく、25モル%以上がより好ましい。また、基板表面等への密着性の点から、60モル%以下が好ましく、55モル%以下がより好ましく、50モル%以下がさらに好ましい。
構成単位(C)がラクトン骨格を有する場合、基板密着性が良好となる傾向にある。なお、この場合、構成単位(C)は、構成単位(B)にも該当することになるが、本発明においては、このような構成単位は構成単位(B)であるとみなす。
また、構成単位(C)が親水性基を有する場合、より優れた感度を有する傾向にある。なお、この場合、構成単位(C)は、後述する構成単位(D)にも該当することになるが、本発明においては、このような構成単位は構成単位(C)であるとみなす。
さらに、構成単位(C)がナフタレン骨格を有する場合、より優れたドライエッチング耐性を有する傾向にある。なお、この場合、構成単位(C)は、後述する構成単位(E)にも該当することになるため、本発明においては、このような構成単位は構成単位(E)であるとみなす。
酸脱離性基を有する構成単位(C)としては、特に制限されないが、レジストに必要とされるドライエッチング耐性が高い点から、下記式(3−1−1)、(3−2−1)、(3−3−1)、(3−4−1)、(3−5−1)、(3−6−1)、(3−7−1)および(3−8−1)からなる群より選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。
Figure 2009029848
式(3−1−1)中、R31は水素原子またはメチル基を表し、R1は炭素数1〜3のアルキル基を表し、X1は炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基を表し、n1は0〜4の整数を表す。なお、n1が2以上の場合にはX1として複数の異なる基を有することも含む。
式(3−2−1)中、R32は水素原子またはメチル基を表し、R2、R3はそれぞれ独立に炭素数1〜3のアルキル基を表し、X2は、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基を表し、n2は0〜4の整数を表す。なお、n2が2以上の場合にはX2として複数の異なる基を有することも含む。
式(3−3−1)中、R33は水素原子またはメチル基を表し、R4は炭素数1〜3のアルキル基を表し、R331、R332、R333、R334はそれぞれ独立に水素原子、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基を表し、V1、V2はそれぞれ独立に−O−、−S−、−NH−または鎖長1〜6のメチレン鎖[−(CH2)u1−(u1は1〜6の整数を表す)]を表し、X3は、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基を表し、n3は0〜4の整数を表し、qは0または1を表す。なお、n3が2以上の場合にはX3として複数の異なる基を有することも含む。
式(3−4−1)中、R34は水素原子またはメチル基を表し、R5は炭素数1〜3のアルキル基を表し、X4は、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基を表し、n4は0〜4の整数を表し、rは0〜2の整数を表す。なお、n4が2以上の場合にはX4として複数の異なる基を有することも含む。
式(3−5−1)中、R35は水素原子またはメチル基を表し、R351、R352、R353、R354はそれぞれ独立に水素原子、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基を表し、V3、V4はそれぞれ独立に−O−、−S−、−NH−または鎖長1〜6のメチレン鎖[−(CH2)u11−(u11は1〜6の整数を表す)]を表し、X51は、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基を表し、n51は0〜4の整数を表し、q3は0または1を表す。
355、R356、R357はそれぞれ独立に炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基もしくはその誘導体または炭素数1〜4の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基を表し、かつR355、R356、R357のうち少なくとも1つが該脂環式炭化水素基もしくはその誘導体であるか、あるいはR355、R356、R357のうち何れか2つが互いに結合して、それぞれが結合している炭素原子と共に、炭素数4〜20の2価の脂環式炭化水素基もしくはその誘導体を形成し、R355、R356、R357のうち結合に関与しなかった残りの1つは炭素数1〜4の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基または炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基もしくはその誘導体を表す。なお、n51が2以上の場合にはX51として複数の異なる基を有することも含む。
式(3−6−1)中、R36は水素原子またはメチル基を表し、R361、R362、R363、R364はそれぞれ独立に水素原子、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基を表し、V5、V6はそれぞれ独立に−O−、−S−、−NH−または鎖長1〜6のメチレン鎖[−(CH2)u12−(u12は1〜6の整数を表す)]を表し、X61は、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基を表し、n61は0〜4の整数を表し、q4は0または1を表す。
367は炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基もしくはその誘導体または炭素数1〜4の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基を表し、R365、R366はそれぞれ独立に水素原子あるいは炭素数1〜4の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基を表すか、あるいはR365とR367またはR366とR367の2つが互いに結合して、それぞれが結合している炭素原子と共に、炭素数4〜20の2価の脂環式炭化水素基もしくはその誘導体を形成し、R365、R366のうち結合に関与しなかった残りの1つは水素原子を表す。なお、n61が2以上の場合にはX61として複数の異なる基を有することも含む。
式(3−7−1)中、R37は水素原子またはメチル基を表す。R373は炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基もしくはその誘導体または炭素数1〜4の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基を表し、R371、R372はそれぞれ独立に水素原子あるいは炭素数1〜4の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基を表すか、あるいはR371とR373またはR372とR373の2つが互いに結合して、それぞれが結合している炭素原子と共に、炭素数4〜20の2価の脂環式炭化水素基もしくはその誘導体を形成し、R371、R372のうち結合に関与しなかった残りの1つは水素原子を表す。
式(3−8−1)中、R38は水素原子またはメチル基を表す。R381、R382、R383はそれぞれ独立に炭素数1〜4の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基を表す。)
式(3−1−1)中のR1は、感度および解像度の点からは、メチル基、エチル基、またはイソプロピル基であることが好ましい。
式(3−1−1)中のn1は、ドライエッチング耐性が高い点からは、0であることが好ましい。
式(3−2−1)中のR2およびR3は、感度および解像度の点から、それぞれ独立にメチル基、エチル基、またはイソプロピル基であることが好ましい。
式(3−2−1)中のn2は、ドライエッチング耐性が高い点からは、0であることが好ましい。
式(3−3−1)中のR4は、感度および解像度の点から、メチル基、エチル基、またはイソプロピル基であることが好ましい。
式(3−3−1)中のV1およびV2は、ドライエッチング耐性が高い点から、それぞれ独立に−CH2−または−CH2CH2−であることが好ましい。
式(3−3−1)中のR331、R332、R333、およびR334は、有機溶媒への溶解性が高い点から、それぞれ独立に水素原子、メチル基、エチル基、またはイソプロピル基であることが好ましい。
式(3−3−1)中のn3は、ドライエッチング耐性が高い点からは、0であることが好ましい。
式(3−3−1)中のqは、ドライエッチング耐性が高い点では、1であることが好ましく、有機溶媒への溶解性が良い点では、0であることが好ましい。
式(3−4−1)中のR5としては、感度および解像度の点から、メチル基、エチル基、またはイソプロピル基であることが好ましい。
式(3−4−1)中のn4は、ドライエッチング耐性が高い点からは、0であることが好ましい。
式(3−4−1)中のrは、ドライエッチング耐性が高い点では、1であることが好ましく、有機溶媒への溶解性が良い点では、0であることが好ましい。
式(3−5−1)中のV3およびV4は、ドライエッチング耐性が高い点から、それぞれ独立に−CH2−または−CH2CH2−であることが好ましい。
式(3−5−1)中のR351、R352、R353、およびR354は、有機溶媒への溶解性が高い点から、それぞれ独立に水素原子、メチル基、エチル基、またはイソプロピル基であることが好ましい。
式(3−5−1)中のn51は、ドライエッチング耐性が高い点からは、0であることが好ましい。
式(3−5−1)中のq3は、ドライエッチング耐性が高い点では、1であることが好ましく、有機溶媒への溶解性が良い点では、0であることが好ましい。
式(3−5−1)中の−C(R355)(R356)(R357)は、ラインエッジラフネスに優れている点では、前記式(K−1)〜(K−6)で表される構造が好ましく、ドライエッチング耐性が高い点では、前記式(K−7)〜(K−17)で表される構造が好ましい。
式(3−6−1)中のV5およびV6は、ドライエッチング耐性が高い点から、それぞれ独立に−CH2−または−CH2CH2−であることが好ましい。
式(3−6−1)中のR361、R362、R363、およびR364は、有機溶媒への溶解性が高い点から、それぞれ独立に水素原子、メチル基、エチル基、またはイソプロピル基であることが好ましい。
式(3−6−1)中のn61は、ドライエッチング耐性が高い点から、0であることが好ましい。
式(3−6−1)中のq4は、ドライエッチング耐性が高い点では、1であることが好ましく、有機溶媒への溶解性が良い点では、0であることが好ましい。
式(3−6−1)中の−C(R365)(R366)−O−R367は、ラインエッジラフネスに優れている点では、前記式(J−1)〜(J−24)で表される構造が好ましく、ドライエッチング耐性が高い点では、前記式(J−25)〜(J−52)で表される構造が好ましい。
式(3−7−1)中の−C(R371)(R372)−O−R373は、ラインエッジラフネスに優れている点では、前記式(J−1)〜(J−24)で表される構造が好ましく、ドライエッチング耐性が高い点では、前記式(J−25)〜(J−52)で表される構造が好ましい。
酸脱離性基を有する構成単位(C)は、1種、あるいは、必要に応じて2種以上を組み合わせて使用することができる。
酸脱離性基を有する構成単位(C)を有する重合体は、酸脱離性基を有する構成単位(C)を与える単量体(c)を含む単量体を重合することによって製造することができる。
この単量体(c)は、特に制限されないが、例えば、下記式(9−1)〜(9−224)で表される単量体が挙げられる。式(9−1)〜(9−224)中、RおよびR’は、それぞれ独立に水素原子またはメチル基を表す。
Figure 2009029848
Figure 2009029848
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Figure 2009029848
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Figure 2009029848
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また、上記単量体の他に、(メタ)アクリル酸メトキシメチル、(メタ)アクリル酸1−エトキシエチルが挙げられる。
中でも、感度および解像度の点から、上記式(9−1)〜(9−3)、上記式(9−5)、上記式(9−16)、上記式(9−19)、上記式(9−20)、上記式(9−22)、上記式(9−23)、上記式(9−25)〜(9−28)、上記式(9−30)、上記式(9−31)、上記式(9−33)、上記式(9−34)および上記式(9−102)〜(9−129)で表される単量体、並びにこれらの幾何異性体および光学異性体がより好ましく、上記式(9−1)、上記式(9−2)、上記式(9−16)、上記式(9−20)、上記式(9−23)、上記式(9−28)、上記式(9−31)、上記式(9−34)、上記式(9−109)、上記式(9−111)、上記式(9−114)〜(9−117)、上記式(9−125)、上記式(9−128)および上記式(9−129)で表される単量体が特に好ましい。
また、ラインエッジラフネスに優れている点から、上記式(9−35)〜(9−40)で表される単量体、上記式(9−52)〜(9−62)で表される単量体、上記式(9−76)〜(9−88)で表される単量体、上記式(9−130)〜(9−135)で表される単量体、上記式(9−147)〜(9−157)で表される単量体、上記式(9−171)〜(9−183)で表される単量体、並びにこれらの幾何異性体および光学異性体がより好ましい。
また、ドライエッチング耐性に優れている点から、上記式(9−41)〜(9−51)で表される単量体、上記式(9−63)〜(9−75)で表される単量体、上記式(9−89)〜(9−101)で表される単量体、上記式(9−136)〜(9−146)で表される単量体、上記式(9−158)〜(9−170)で表される単量体、上記式(9−184)〜(9−196)で表される単量体、並びにこれらの幾何異性体および光学異性体がより好ましい。
また、パターン矩形性が良好な点から、上記式(9−197)〜(9−224)で表される単量体、並びにこれらの幾何異性体および光学異性体がより好ましい。
また、酸脱離性基を有する構成単位(C)としては、特に制限されないが、レジスト組成物のラインエッジラフネスに優れる点から、下記式(3−11−1)で表される酸分解性架橋構造を有する構成単位(C1)も好ましい。
Figure 2009029848
式(3−11−1)中、K1およびK2はそれぞれ独立してアルキレン、シクロアルキレン、オキシアルキレン、アリーレン、2価のチアゾリン環、2価のオキサゾリン環、および2価のイミダゾリン環からなる群の少なくとも一種を表し、J1およびJ2はそれぞれ独立して−C(=O)O−、−C(=O)−、および−OC(=O)−からなる群の少なくとも一種を表し、M1、M2、M3はそれぞれ独立してアルキレン、シクロアルキレン、オキシアルキレン、およびアリーレンからなる群の少なくとも一種を表し、Y111およびY112はそれぞれ独立して酸分解性結合を表す。k1、k2、j1、j2、m1、m2、m3およびy1はそれぞれK1、K2、J1、J2、M1、M2、M3、およびY112の数を表し、独立して0または1である。また、R191およびR192はそれぞれ独立して水素原子またはメチル基を表す。
式(3−11−1)中のK1およびK2は、レジスト組成物の解像度の点で、アルキレン、シクロアルキレン、アリーレンが好ましい。
式(3−11−1)中のJ1およびJ2は、レジスト組成物の感度の点で、−C(=O)O−または−OC(=O)−が好ましい。
式(3−11−1)中のM1、M2およびM3は、レジスト組成物の解像度の点で、アルキレン、シクロアルキレン、アリーレンが好ましい。
式(3−11−1)中のY111およびY112の酸分解性結合としては、特に制限されないが、例えば、下記式(23−1)〜(23−4)が挙げられる。
Figure 2009029848
式(23−1)〜(23−4)中、R701、R702、R703、R704はそれぞれ独立に炭素数1〜18の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基またはアルケニル基またはアリール基を表す。あるいは、R701、R702、R703、R704はそれらが結合している炭素原子とともに環状の炭化水素基を表す。
705、R706はそれぞれ独立に水素原子または炭素数1〜18の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基またはアルケニル基またはアリール基を表す。
707は水素原子または炭素数1〜4の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基またはアルケニル基またはアリール基を表す。また、v1は1〜5の整数である。
酸分解性架橋構造を有する構成単位(C1)は、1種、あるいは、必要に応じて2種以上を組み合わせて使用することができる。
酸分解性架橋構造を有する構成単位(C1)を有する重合体は、酸分解性架橋構造を有する構成単位(C1)を与える単量体(c1)を含む単量体を重合することによって製造することができる。
この単量体(c1)は、特に制限されないが、例えば、下記式(40−1)〜(40−11)で表される単量体が挙げられる。式(40−1)〜(40−11)中、R、RC1およびRC2は、それぞれ独立に水素原子またはメチル基を表す。
Figure 2009029848
Figure 2009029848
中でも、レジスト組成物の保存安定性の点から、上記式(40−1)、(40−2)で表される単量体がより好ましく、レジスト組成物のラインエッジラフネスの点から、上記式(40−5)におけるRC1とRC2がともにメチル基で表される単量体、上記式(40−6)におけるRC1がメチル基で表される単量体がより好ましい。
[親水性基を有する構成単位(D)]
ここで「親水性基」とは、−C(CF3)2−OH、ヒドロキシ基、シアノ基、メトキシ基、カルボキシ基、スルホンアミド基およびアミノ基の少なくとも1種である。
親水性基を有する構成単位(D)は、レジスト組成物のディフェクト低減、パターン矩形性の改善に効果を奏するため、レジスト用重合体の構成単位として用いることが好ましい。
構成単位(D)の含有量は、パターン矩形性の点から、レジスト用重合体の構成単位中、5〜30モル%が好ましく、10〜25モル%がより好ましい。
構成単位(D)が酸脱離性基を有する場合、より優れた感度を有する傾向にある。なお、この場合、構成単位(D)は、構成単位(C)にも該当することになるが、本発明においては、このような構成単位は構成単位(C)であるとみなす。
また、構成単位(D)がラクトン骨格を有する場合、より優れた感度を有する傾向にある。なお、この場合、構成単位(D)は、構成単位(B)にも該当することになるが、本発明においては、このような構成単位は構成単位(B)であるとみなす。
さらに、構成単位(D)がナフタレン骨格を有する場合、より優れたドライエッチング耐性を有する傾向にある。なお、この場合、構成単位(D)は、後述する構成単位(E)にも該当することになるため、本発明においては、このような構成単位は構成単位(E)であるとみなす。
親水性基を有する構成単位(D)は、特に制限されないが、レジストに必要とされるドライエッチング耐性が高い点から、下記式(5−1)〜(5−7)からなる群より選ばれる少なくとも1種であるものが好ましい。
Figure 2009029848
式(5−1)中、R51は水素原子またはメチル基を表し、R501は水素原子または炭素数1〜3のアルキル基を表し、X51は、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基、−C(CF3)2−OH、ヒドロキシ基、シアノ基、カルボキシ基、スルホンアミド基、炭素数1〜6のアシル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基、スルホンアミド基、またはアミノ基を表す。
前記炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基は、置換基として−C(CF3)2−OH、ヒドロキシ基、シアノ基、カルボキシ基、スルホンアミド基、炭素数1〜6のアシル基、炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基、スルホンアミド基、およびアミノ基からなる群より選ばれる少なくとも一つの基を有していてもよい。n51は1〜4の整数を表す。なお、n51が2以上の場合にはX51として複数の異なる基を有することも含む。
式(5−2)中、R52は水素原子またはメチル基を表し、X52は、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基、−C(CF3)2−OH、ヒドロキシ基、シアノ基、カルボキシ基、スルホンアミド基、炭素数1〜6のアシル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基、スルホンアミド基、またはアミノ基を表す。前記炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基は、置換基として−C(CF3)2−OH、ヒドロキシ基、シアノ基、カルボキシ基、スルホンアミド基、炭素数1〜6のアシル基、炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基、スルホンアミド基、およびアミノ基からなる群より選ばれる少なくとも一つの基を有していてもよい。n52は1〜4の整数を表す。なお、n52が2以上の場合にはX52として複数の異なる基を有することも含む。
式(5−3)中、R53は水素原子またはメチル基を表し、R502は水素原子または炭素数1〜3のアルキル基を表し、R531〜R534はそれぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基を表し、W1、W2はそれぞれ独立に−O−、−S−、−NH−または鎖長1〜6のメチレン鎖[−(CH2)u2−(u2は1〜6の整数を表す)]を表す。
53は、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基、−C(CF3)2−OH、ヒドロキシ基、シアノ基、カルボキシ基、スルホンアミド基、炭素数1〜6のアシル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基、スルホンアミド基、またはアミノ基を表し、n53は1〜4の整数を表す。前記炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基は、置換基として−C(CF3)2−OH、ヒドロキシ基、シアノ基、カルボキシ基、スルホンアミド基、炭素数1〜6のアシル基、炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基、スルホンアミド基、およびアミノ基からなる群より選ばれる少なくとも一つの基を有していてもよい。q1は0または1を表す。なお、n53が2以上の場合にはX53として複数の異なる基を有することも含む。
式(5−4)中、R54は水素原子またはメチル基を表し、R503は水素原子または炭素数1〜3のアルキル基を表し、X54は、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基、−C(CF3)2−OH、ヒドロキシ基、シアノ基、カルボキシ基、スルホンアミド基、炭素数1〜6のアシル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基、スルホンアミド基、またはアミノ基を表す。
前記炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基は、置換基として−C(CF3)2−OH、ヒドロキシ基、シアノ基、カルボキシ基、スルホンアミド基、炭素数1〜6のアシル基、炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基、スルホンアミド基、およびアミノ基からなる群より選ばれる少なくとも一つの基を有していてもよい。n54は1〜4の整数を表し、r1は0〜2の整数を表す。なお、n54が2以上の場合にはX54として複数の異なる基を有することも含む。
式(5−5)中、R55は水素原子またはメチル基を表し、R504、R505はそれぞれ独立に炭素数1〜3のアルキル基を表し、X55は、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基、−C(CF3)2−OH、ヒドロキシ基、シアノ基、カルボキシ基、スルホンアミド基、炭素数1〜6のアシル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基、スルホンアミド基、またはアミノ基を表す。前記炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基置換基として−C(CF3)2−OH、ヒドロキシ基、シアノ基、カルボキシ基、スルホンアミド基、炭素数1〜6のアシル基、炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基、スルホンアミド基、およびアミノ基からなる群より選ばれる少なくとも一つの基を有していてもよい。n55は1〜4の整数を表す。なお、n55が2以上の場合にはX55として複数の異なる基を有することも含む。
式(5−6)中、R56は水素原子またはメチル基を表し、R506は水素原子または炭素数1〜3のアルキル基を表し、R535〜R536はそれぞれ独立に水素原子、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基を表し、W3は−O−、−S−、−NH−または鎖長1〜6のメチレン鎖[−(CH2)u3−(u3は1〜6の整数を表す)]を表す。
56は、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基、−C(CF3)2−OH、ヒドロキシ基、シアノ基、カルボキシ基、スルホンアミド基、炭素数1〜6のアシル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基、スルホンアミド基、またはアミノ基を表す。前記炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基は、置換基として−C(CF3)2−OH、ヒドロキシ基、シアノ基、カルボキシ基、スルホンアミド基、炭素数1〜6のアシル基、炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基およびアミノ基からなる群より選ばれる少なくとも一つの基を有していてもよい。n56は1〜4の整数を表し、q2は0または1を表す。なお、n56が2以上の場合にはX56として複数の異なる基を有することも含む。
式(5−7)中、R57は水素原子またはメチル基を表し、R571は水素原子、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基、炭素数4〜16の橋かけ環式炭化水素基、または炭素数4〜16の橋かけ環式炭化水素基を有する炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基を示し、R572は、水素原子、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基を示すか、あるいはR571とR572とが一緒になって、それぞれが結合している炭素原子とともに炭素数4〜16の橋かけ環式炭化水素基を形成していてもよい。
ここで前記アルキル基は、ヒドロキシ基、カルボキシ基、スルホンアミド基、炭素数2〜6のアシル基、または炭素数1〜6のアルコールとエステル化されたカルボキシ基、またはスルホンアミド基を有していても良い。また、前期橋かけ環式炭化水素基は、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基を有していてもよく、該アルキル基はヒドロキシ基、カルボキシ基、スルホンアミド基、炭素数2〜6のアシル基、または炭素数1〜6のアルコールとエステル化されたカルボキシ基、またはスルホンアミド基を有していてもよい。
57は、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基、−C(CF3)2−OH、ヒドロキシ基、シアノ基、カルボキシ基、スルホンアミド基、炭素数1〜6のアシル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基、スルホンアミド基、またはアミノ基を表す。前記炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基は、置換基として−C(CF3)2−OH、ヒドロキシ基、シアノ基、カルボキシ基、スルホンアミド基、炭素数1〜6のアシル基、炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基、スルホンアミド基、およびアミノ基からなる群より選ばれる少なくとも一つの基を有していてもよい。
式(5−1)中のR501は、感度および解像度の点から、メチル基、エチル基、イソプロピル基であることが好ましく、有機溶媒への溶解性が良い点から、水素原子であることが好ましい。
式(5−1)中のn51は、ドライエッチング耐性が高い点から、1であることが好ましい。
式(5−1)中のX51は、パターン形状が良好な点から、−C(CF3)2−OH、ヒドロキシ基、シアノ基、メトキシ基、スルホンアミド基であることが好ましい。
式(5−2)中のn52は、ドライエッチング耐性が高い点から、1であることが好ましい。
式(5−2)中のX52は、パターン形状が良好な点から、−C(CF3)2−OH、ヒドロキシ基、シアノ基、メトキシ基、スルホンアミド基であることが好ましい。
式(5−3)中のR502は、感度および解像度の点から、メチル基、エチル基、イソプロピル基であることが好ましく、有機溶媒への溶解性が良い点から、水素原子であることが好ましい。
式(5−3)中のW1、W2は、ドライエッチング耐性が高い点から、−CH2−、−CH2CH2−であることが好ましい。
式(5−3)中のR531、R532、R533、およびR534は、有機溶媒への溶解性が高い点から、それぞれ独立して水素原子、メチル基、エチル基、またはイソプロピル基であることが好ましい。
式(5−3)中のn53は、ドライエッチング耐性が高い点から、1であることが好ましい。
式(5−3)中のX53は、パターン形状が良好な点から、−C(CF3)2−OH、ヒドロキシ基、シアノ基、メトキシ基、スルホンアミド基であることが好ましい。
式(5−3)中のq1は、ドライエッチング耐性が高い点から、1であることが好ましく、有機溶媒への溶解性が良い点から、0であることが好ましい。
式(5−4)中のR503は、感度および解像度の点から、メチル基、エチル基、イソプロピル基であることが好ましく、有機溶媒への溶解性が良い点から、水素原子であることが好ましい。
式(5−4)中のn54は、ドライエッチング耐性が高い点から、1であることが好ましい。
式(5−4)中のX54は、パターン形状が良好な点から、−C(CF3)2−OH、ヒドロキシ基、シアノ基、メトキシ基、スルホンアミド基であることが好ましい。
式(5−4)中のr1は、ドライエッチング耐性が高い点から、1であることが好ましく、有機溶媒への溶解性が良い点から、0であることが好ましい。
式(5−5)中のR504およびR505は、感度および解像度の点から、それぞれ独立にメチル基、エチル基、またはイソプロピル基であることが好ましい。
式(5−5)中のn55は、ドライエッチング耐性が高い点から、1であることが好ましい。
式(5−5)中のX55は、パターン形状が良好な点から、−C(CF3)2−OH、ヒドロキシ基、シアノ基、メトキシ基、スルホンアミド基であることが好ましい。
式(5−6)中のR506は、感度および解像度の点から、メチル基、エチル基、イソプロピル基であることが好ましく、有機溶媒への溶解性が良い点から、水素原子であることが好ましい。
式(5−6)中のW3は、ドライエッチング耐性が高い点から、−CH2−、−CH2CH2−であることが好ましい。
式(5−6)中のR535およびR536は、有機溶媒への溶解性が高い点から、水素原子、メチル基、エチル基、またはイソプロピル基であることが好ましい。
式(5−6)中のn56は、ドライエッチング耐性が高い点から、1であることが好ましい。
式(5−6)中のX56は、パターン形状が良好な点から、−C(CF3)2−OH、ヒドロキシ基、シアノ基、メトキシ基、スルホンアミド基であることが好ましい。
式(5−6)中のq2は、ドライエッチング耐性が高い点から、1であることが好ましく、有機溶媒への溶解性が良い点から、0であることが好ましい。
式(5−7)中のR571およびR572は、ドライエッチング耐性が高い点から、R571とR572とが一緒になって、それぞれが結合している炭素原子とともに炭素数4〜16の橋かけ環式炭化水素基を形成している構造が好ましい。また、耐熱性、安定性に優れる点から、R571とR572とが一緒になって、それぞれが結合している炭素原子とともに形成する橋かけ環式炭化水素基に含まれる環が、ショウノウ環、アダマンタン環、ノルボルナン環、ピナン環、ビシクロ[2.2.2]オクタン環、テトラシクロドデカン環、トリシクロデカン環、デカヒドロナフタレン環を有していることが好ましい。
式(5−7)中のX57は、パターン形状が良好な点から、−CH2−C(CF3)2−OH、−CH2−OH基、−CH2−CN基、−CH2−O−CH3基、−(CH2)2−O−CH3基、スルホンアミド基であることが好ましい。
なお、式(5−1)〜(5−7)において、X51、X52、X53、X54、X55、X56およびX57で置換される位置は、環状構造のどの位置であってもよい。
親水性基を有する構成単位(D)は、1種、あるいは、必要に応じて2種以上を組み合わせて使用することができる。
親水性基を有する構成単位(D)を有する重合体は、親水性基を有する構成単位(D)を与える単量体(d)を含む単量体を重合することによって製造することができる。
この単量体(d)は、特に制限されないが、例えば、下記式(13−1)〜(13−83)で表される単量体が挙げられる。式(13−1)〜(13−83)中、Rは水素原子またはメチル基を表す。
Figure 2009029848
Figure 2009029848
Figure 2009029848
Figure 2009029848
Figure 2009029848
中でも、レジスト溶媒への溶解性が良好な点から、上記式(13−1)〜(13−9)、上記式(13−13)〜(13−16)、上記式(13−21)〜(13−24)、上記式(13−30)〜(13−34)、上記式(13−37)〜(13−43)、上記式(13−56)〜(13−59)、上記式(13−62)〜(13−63)、上記式(13−66)〜(13−69)、上記式(13−72)、上記式(13−76)〜(13−83)で表される単量体、およびこれらの幾何異性体、ならびに、これらの光学異性体がより好ましい。
また、ドライエッチング耐性が高い点から、上記式(13−25)〜(13−30)、上記式(13−44)〜(13−55)、上記式(13−60)〜(13−61)、上記式(13−64)〜(13−65)、上記式(13−71)、上記式(13−73)〜(13−75)で表される単量体、ならびにこれらの幾何異性体およびこれらの光学異性体がより好ましい。
また、上記単量体の他に、(メタ)アクリル酸、マレイン酸、イタコン酸等の不飽和カルボン酸が挙げられる。
[ナフタレン骨格を有する構成単位(E)]
ナフタレン骨格を有する構成単位(E)は、レジスト組成物のドライエッチング耐性の向上に効果を奏するため、重合体の構成単位として用いることが好ましい。
構成単位(E)の含有量は、特に制限されないが、ドライエッチング耐性の点から、レジスト用重合体の構成単位中、3モル%以上が好ましく、5モル%以上がより好ましい。また、感度および解像度の点から、50モル%以下が好ましく、40モル%以下がより好ましく、30モル%以下がさらに好ましい。
構成単位(E)が酸脱離性基を有している場合には、構成単位(E)は、構成単位(C)にも該当することになるが、本発明においては、このような構成単位は構成単位(E)であるとみなす。
また、構成単位(E)が親水性基を有している場合、レジストパターン矩形性が良好となる傾向にある。なお、この場合、構成単位(E)は、構成単位(D)にも該当することになるが、本発明においては、このような構成単位は構成単位(E)であるとみなす。
ナフタレン骨格を有する構成単位(E)は、特に制限されないが、193nmにおける光線透過率が高い点から、下記式(2)が好ましい。
Figure 2009029848
式(2)中、R10は水素原子またはメチル基を表し、Gは−C(=O)−O−、−O−、または−O−C(=O)−のいずれかを表す。L1、L2は、それぞれ独立して、単結合、または炭素数1〜20の直鎖、分岐、もしくは環状の2価の炭化水素基を表し、この2価の炭化水素基は置換基および/またはヘテロ原子を有していてもよい。
11、R12はそれぞれ独立に水素原子、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、または炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基を表すか、あるいは、R11とR12とが一緒になって−O−、−S−、−NH−または鎖長1〜6のメチレン鎖を表す。Yは、−C(=O)−OH、−OH、−C(=O)−OR13、または、−OR13を表し、R13は炭素数1〜20の直鎖、分岐、または環状の炭化水素基を表し、この炭化水素基はヘテロ原子を有していてもよい。
1は、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、スルホンアミド基、炭素数1〜6のアシル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基、スルホンアミド基、またはアミノ基を表す。前記X1の炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基は、置換基としてヒドロキシ基、カルボキシ基、スルホンアミド基、炭素数1〜6のアシル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基、スルホンアミド基、シアノ基およびアミノ基からなる群より選ばれる少なくとも一つの基を有していてもよい。
h11は0〜4の整数を表す。なお、h11が2以上の場合にはX1として複数の異なる基を有することも含む。h2は1〜4の整数を表す。また、h2が2以上の場合には−[(L2)g4−Y]として複数の異なる基を有することも含む。h11+h2≦7である。h1、g1、g3、g4はそれぞれ独立して0または1であり、g2は0〜20の整数である。
式(2)中のh1は、0または1である。解像性の点からは、h1は0が好ましく、ディフェクトやレジスト感度の点からは、h1は1が好ましい。
式(2)中のh2は、1〜4の整数を表す。解像性の点からは、h2は1が好ましく、ディフェクトやレジスト感度の点からは、h2は2〜4が好ましい。
式(2)中のg1は0または1であり、g2は0〜20の整数である。
また、h1=1の場合、解像性の点から、g2は1〜4が好ましい。
式(2)中のg3は、0または1である。
式(2)中のR10は、水素原子またはメチル基を表す。
式(2)中のGは、Gは−C(=O)−O−、−O−、または−O−C(=O)−のいずれかを表す。中でも、重合性の点から、−C(=O)−O−、または−O−C(=O)−が好ましい。
式(2)中のL1は、単結合、または炭素数1〜20の直鎖、分岐、もしくは環状の2価の炭化水素基を表し、この2価の炭化水素基は置換基および/またはヘテロ原子を有していてもよい。
ヘテロ原子としては、特に制限されないが、例えば、窒素原子、酸素原子、硫黄原子、リン原子等が挙げられる。
炭素数1〜20の直鎖、分岐、または環状の2価の炭化水素基としては、特に制限されないが、例えば下記式(2−1)〜(2−33)が例示できる。なお、本発明はこれらの例示に限定されない。
Figure 2009029848
Figure 2009029848
式(2)中のL1は、有機溶剤への溶解性の点から、炭素数1〜4の直鎖もしくは分岐の2価の炭化水素基、−(CH2CH2O)g21−、または−(CH2CH(CH3)O)g22−が好ましい。ここで、g21、g22はそれぞれ1〜5の整数を表し、解像性の点から、g21、g22は1または2が好ましい。
また、式(2)中のL1は、ドライエッチング耐性の点から、下記式(2−51)〜(2−54)から選ばれる少なくとも1種が好ましい。
Figure 2009029848
式(2−51)中、R111は、水素原子または炭素数1〜3のアルキル基を表し、Zは、Gに結合している炭素原子、および酸素原子に結合している炭素原子とともに、環式炭化水素基を構成する原子団を表す。
式(2−52)中、R112、R113はそれぞれ独立に水素原子または炭素数1〜3のアルキル基を表し、Zは、Gに結合している炭素原子、および酸素原子に結合している炭素原子とともに、環式炭化水素基を構成する原子団を表す。
式(2−53)中、R114は、水素原子または炭素数1〜3のアルキル基を表し、Zは、Gに結合している炭素原子、および酸素原子に結合している炭素原子とともに、環式炭化水素基を構成する原子団を表す。
式(2−54)中、R115、R116は、それぞれ独立に水素原子または炭素数1〜3のアルキル基を表し、Zは、Gに結合している炭素原子、および酸素原子に結合している炭素原子とともに、環式炭化水素基を構成する原子団を表す。
なお、式(2−51)〜(2−54)中、左上の結合手はGへ、右下の結合手は酸素原子へそれぞれ結合する。
さらに、Gが−C(=O)−O−の場合、レジスト感度の点から、式(2)中のL1は、−C(CH3)2−、−C(CH3)2−CH2−、−C(CH3)(CH2CH3)−、前記式(2−51)、および前記式(2−52)の中から選ばれる少なくとも1種がより好ましい。
また、h1=1の場合、レジスト感度の点から、式(2)中のL1は、−C(CH3)2−、−CH2−C(CH3)2−、−C(CH3)(CH2CH3)−、前記式(2−53)、および前記式(2−54)の中から選ばれる少なくとも1種がより好ましい。
式(2)のR11、R12はそれぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、または炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基を表すか、あるいは、R11とR12とが一緒になって−O−、−S−、−NH−または鎖長1〜6のメチレン鎖を表す。
h1=1の場合、エキシマレーザー光に対する透明性や解像性の点から、式(2)中のR11、R12は、それぞれ独立に、水素原子または炭素数1〜4の直鎖もしくは分岐アルキル基が好ましい。
式(2)中のYは、−C(=O)−OH、−OH、−C(=O)−OR13、または、−OR13を表し、R13は炭素数1〜20の直鎖、分岐、または環状の炭化水素基を表し、この炭化水素基はヘテロ原子を有していてもよい。
193nm透過率の点から、Yは−OH、−OR13が好ましく、−OHが特に好ましい。R13は炭素数1〜20の直鎖、分岐、または環状の炭化水素基を表し、この炭化水素基はヘテロ原子を有していてもよい。
13としては、特に制限されないが、例えば、下記の式(3−1)〜(3−27)が例示できる。なお、本発明はこれらの例示に限定されない。
Figure 2009029848
Figure 2009029848
また、式(2)中のYは、ディフェクト、ラインエッジラフネス、およびレジスト感度の点からは、−C(=O)−OHまたは−OHが好ましく、レジスト組成物の保存安定性の点からは、下記式(2−61)〜(2−64)で表される酸脱離性基が好ましい。
本発明において、「酸脱離性基」とは、酸の作用により分解または脱離する基をいう。
Figure 2009029848
(式(2−61)中、R121、R122、R123は、(i)それぞれ独立に、炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基もしくはその誘導体、または炭素数1〜4の直鎖もしくは分岐のアルキル基を表し、かつR121、R122、R123のうち少なくとも1つが該脂環式炭化水素基もしくはその誘導体であるか、あるいは(ii)R121、R122、R123のうち何れか2つが互いに結合して、それぞれが結合している炭素原子と共に、炭素数4〜20の2価の脂環式炭化水素基もしくはその誘導体を形成し、R121、R122、R123のうち結合に関与しなかった残りの1つは炭素数1〜4の直鎖もしくは分岐のアルキル基または炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基もしくはその誘導体を表す。
式(2−62)中、R133は、(i)炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基もしくはその誘導体または炭素数1〜4の直鎖もしくは分岐のアルキル基を表し、R131、R132は、それぞれ独立に水素原子あるいは炭素数1〜4の直鎖もしくは分岐のアルキル基を表すか、あるいは(ii)R131とR133またはR132とR133の2つが互いに結合して、それぞれが結合している炭素原子と共に、炭素数4〜20の2価の脂環式炭化水素基もしくはその誘導体を形成し、R131、R132のうち結合に関与しなかった残りの1つは水素原子を表す。
式(2−63)中、R141、R142、R143は、(i)それぞれ独立に炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基もしくはその誘導体、または炭素数1〜4の直鎖もしくは分岐のアルキル基を表し、かつR141、R142、R143のうち少なくとも1つが該脂環式炭化水素基もしくはその誘導体であるか、あるいは(ii)R141、R142、R143のうち何れか2つが互いに結合して、それぞれが結合している炭素原子と共に、炭素数4〜20の2価の脂環式炭化水素基もしくはその誘導体を形成し、R141、R142、R143のうち結合に関与しなかった残りの1つは炭素数1〜4の直鎖もしくは分岐のアルキル基または炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基もしくはその誘導体を表す。
式(2−64)中、R153は、(i)炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基もしくはその誘導体または炭素数1〜4の直鎖もしくは分岐のアルキル基を表し、R151、R152はそれぞれ独立に水素原子あるいは炭素数1〜4の直鎖もしくは分岐のアルキル基を表すか、あるいは(ii)R151とR153またはR152とR153の2つが互いに結合して、それぞれが結合している炭素原子と共に、炭素数4〜20の2価の脂環式炭化水素基もしくはその誘導体を形成し、R151、R152のうち結合に関与しなかった残りの1つは水素原子を表す。)
式(2)中のg4は、Yが前記式(2−61)〜(2−63)のいずれか1種の場合、エキシマレーザー光に対する透明性やレジスト感度の点から1が好ましく、Yが前記式(2−64)の場合、エキシマレーザー光に対する透明性やレジスト感度の点から0が好ましい。
式(2)中のL2は、単結合、または炭素数1〜20の直鎖、分岐、もしくは環状の2価の炭化水素基を表し、この2価の炭化水素基は置換基および/またはヘテロ原子を有していてもよい。
式(2)中のL2は、g4=1の場合、有機溶剤への溶解性の点から、炭素数1〜4の直鎖または分岐の2価の炭化水素基、−(OCH2CH2)g31−、または−(OCH2CH(CH3))g32−が好ましい。ここで、g31、g32はそれぞれ1〜5の整数を表し、解像性の点から、g31、g32は1または2が好ましい。
1は、レジスト組成物のディフェクト低減、パターン矩形性の改善の点から、ヒドロキシ基、置換基としてヒドロキシ基あるいはシアノ基を有する炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基が好ましい。
h11は、解像度の点から、0が好ましい。
式(2)で表されるナフタレン骨格を有する構成単位(E)は、1種でも2種以上でも構わない。
式(2)で表されるナフタレン骨格を有する構成単位(E)は、193nmエキシマレーザー光に対する透明性の点から、下記式(7−1)であることが好ましい。
Figure 2009029848
式(7−1)中、R10、R11、R12、G、L1、L2、X1、Y、h1、h2、h11、g1、g2、g3、g4は、それぞれ式(2)と同義である。
式(7−1)で表されるナフタレン骨格を有する構成単位(E)は、1種、あるいは、必要に応じて2種以上を組み合わせて使用することができる。
式(2)で表されるナフタレン骨格を有する構成単位(E)を含有する重合体は、ナフタレン骨格を有する構成単位(E)を与える、下記式(7−2)で表される単量体(e)を含む単量体を重合することによって製造することができる。
Figure 2009029848
(式(7−2)中、R10、R11、R12、G、L1、L2、X1、Y、g1、g2、g3、g4、h1、h2、およびh11は、式(2)と同義である。)
式(7−2)で表される単量体(e)は、特に制限されないが、例えば、下記式(8−1)〜(8−78)で表される単量体が挙げられる。式(8−1)〜(8−78)中、Rは水素原子またはメチル基を表す。
Figure 2009029848
Figure 2009029848
Figure 2009029848
Figure 2009029848
Figure 2009029848
Figure 2009029848
Figure 2009029848
Figure 2009029848
Figure 2009029848
Figure 2009029848
中でも、ディフェクトやラインエッジラフネスの点から、上記式(8−1)〜(8−30)、上記式(8−38)〜(8−52)、上記式(8−60)〜(8−70)で表される単量体、ならびにこれらの幾何異性体および光学異性体がより好ましく、これらの中でも、レジスト感度の点から、上記式(8−11)〜(8−12)、上記式(8−15)〜(8−20)、上記式(8−23)〜(8−28)、上記式(8−46)〜(8−47)、上記式(8−49)〜(8−52)、上記式(8−69)で表される単量体、ならびにこれらの幾何異性体および光学異性体がさらに好ましい。
また、レジスト組成物の保存安定性の点から、上記式(8−31)〜(8−37)、上記式(8−53)〜(8−59)、上記式(8−71)〜(8−78)で表される単量体、ならびにこれらの幾何異性体および光学異性体がより好ましい。
式(2)で表されるナフタレン骨格を有する構成単位の中でも、193nmエキシマレーザー光に対する透明性、ディフェクト、あるいはラインエッジラフネスの点から、下記式(7−3)で表されるナフタレン骨格を有する構成単位が好ましく、下記式(7−4)で表されるナフタレン骨格を有する構成単位がより好ましく、下記式(7−5)で表されるナフタレン骨格を有する構成単位がさらに好ましく、下記式(7−6)で表されるナフタレン骨格を有する構成単位が特に好ましい。
Figure 2009029848
式(7−3)〜(7−6)中、R10、G、L1、Y、g3、およびh2は、式(2)と同義である。
式(7−4)中、L1’は炭素数1〜20の直鎖、分岐、もしくは環状の2価の炭化水素基を表し、この2価の炭化水素基はヘテロ原子を有していてもよい。
式(7−5)および(7−6)中、L1”は炭素数1〜4の直鎖炭化水素基を表す。
本発明のレジスト用重合体は、式(2)で表されるナフタレン骨格を有する構成単位(E)を含有することにより、レジスト組成物の屈折率を高くすることができ、特に浸漬液が純水の場合はレジスト組成物のディフェクトを低減するという作用を奏する。
構成単位(E)を含むレジスト用重合体は、構成単位(E)が酸脱離性基を有している場合(Yが酸脱離性基である場合)は、酸脱離性基が脱離することによってアルカリに可溶となり、レジストパターン形成を可能とする。また、構成単位(E)が酸脱離性基を有していない場合(Yが−C(=O)−OHまたは−OHである場合)には、構成単位(E)自体が酸性であるため、構成単位(E)を含むレジスト用重合体は、アルカリに可溶となり、レジストパターン形成を可能とする。
本発明の重合体は、上述の構成単位(A)〜(E)以外にも、必要に応じてこれらの構成単位以外の構成単位(F)を含有してもよい。
このような構成単位(F)としては、例えば、酸脱離性基および親水性基を有しない脂環式骨格(非極性脂環式骨格)を有する構成単位(F1)を含有することができる。ここで脂環式骨格とは、環状の飽和炭化水素基を1個以上有する骨格である。構成単位(F1)は、1種、あるいは、必要に応じて2種以上を組み合わせて使用することができる。
構成単位(F1)は、レジスト組成物のドライエッチング耐性を発現する作用を奏する傾向にある。
構成単位(F1)としては、特に制限されないが、レジストに必要とされるドライエッチング耐性が高い点から、下記式(11−1)〜(11−4)で表される構成単位が好ましい。
Figure 2009029848
式(11−1)中、R301は水素原子またはメチル基を表し、X301は、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基を表し、n301は0〜4の整数を表す。なお、n301が2以上の場合にはX301として複数の異なる基を有することも含む。
式(11−2)中、R302は水素原子またはメチル基を表し、X302は、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基を表し、n302は0〜4の整数を表す。なお、n302が2以上の場合にはX302として複数の異なる基を有することも含む。
式(11−3)中、R303は水素原子またはメチル基を表し、X303は、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基を表し、n303は0〜4の整数を表す。なお、n303が2以上の場合にはX303として複数の異なる基を有することも含む。また、pは0〜2の整数を表す。
式(11−4)中、R304は水素原子またはメチル基を表し、X304は、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基を表し、n304は0〜4の整数を表す。なお、n304が2以上の場合にはX304として複数の異なる基を有することも含む。また、p1は0〜2の整数を表す。)
なお、式(11−1)〜(11−4)において、X301、X302、X303およびX304が結合する位置は、環状構造のどこであってもよい。
式(11−1)中のn301は、ドライエッチング耐性が高い点から、0であることが好ましい。
式(11−2)中のn302は、ドライエッチング耐性が高い点から、0であることが好ましい。
式(11−3)中のn303は、ドライエッチング耐性が高い点から、0であることが好ましい。
式(11−3)中のpは、有機溶媒への溶解性が高い点から、0であることが好ましく、ドライエッチング耐性が高い点から、1であることが好ましい。
式(11−4)中のn304は、ドライエッチング耐性が高い点から、0であることが好ましい。
式(11−4)中のp1は、有機溶媒への溶解性が高い点から、0であることが好ましく、ドライエッチング耐性が高い点から、1であることが好ましい。
非極性脂環式骨格を有する構成単位(F1)を含有する重合体は、非極性脂環式骨格を有する単量体(f1)を含む単量体を重合することによって製造することができる。
非極性脂環式骨格を有する単量体(f1)としては、特に制限されないが、例えば、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸イソボルニル、(メタ)アクリル酸ノルボルニル、(メタ)アクリル酸アダマンチル、(メタ)アクリル酸トリシクロデカニル、(メタ)アクリル酸ジシクロペンタジエニル、および、これらの化合物の脂環式骨格上に炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基を有する誘導体が好ましい。
具体的には、下記式(14−1)〜(14−5)で表される単量体が挙げられる。式(14−1)〜(14−5)中、Rは水素原子またはメチル基を表す。
Figure 2009029848
また、上記単量体の他に、脂環式骨格としてノルボルネン等のシクロオレフィン構造を有するものが挙げられる。
レジスト用重合体は、さらに、上記以外の構成単位(F2)を含有してもよい。
構成単位(F2)を含有する重合体は、単量体(f2)を含む単量体を重合することによって製造することができる。
単量体(f2)としては、特に制限されないが、例えば、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸n−プロピル、(メタ)アクリル酸イソプロピル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸イソブチル、(メタ)アクリル酸n−プロポキシエチル、(メタ)アクリル酸iso−プロポキシエチル、(メタ)アクリル酸n−ブトキシエチル、(メタ)アクリル酸iso−ブトキシエチル、(メタ)アクリル酸tert−ブトキシエチル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸3−ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシ−n−プロピル、(メタ)アクリル酸4−ヒドロキシ−n−ブチル、(メタ)アクリル酸2−エトキシエチル、(メタ)アクリル酸2,2,2−トリフルオロエチル、(メタ)アクリル酸2,2,3,3−テトラフルオロ−n−プロピル、(メタ)アクリル酸2,2,3,3,3−ペンタフルオロ−n−プロピル、α−(トリ)フルオロメチルアクリル酸メチル、α−(トリ)フルオロメチルアクリル酸エチル、α−(トリ)フルオロメチルアクリル酸2−エチルヘキシル、α−(トリ)フルオロメチルアクリル酸n−プロピル、α−(トリ)フルオロメチルアクリル酸iso−プロピル、α−(トリ)フルオロメチルアクリル酸n−ブチル、α−(トリ)フルオロメチルアクリル酸iso−ブチル、α−(トリ)フルオロメチルアクリル酸tert−ブチル、α−(トリ)フルオロメチルアクリル酸メトキシメチル、α−(トリ)フルオロメチルアクリル酸エトキシエチル、α−(トリ)フルオロメチルアクリル酸n−プロポキシエチル、α−(トリ)フルオロメチルアクリル酸iso−プロポキシエチル、α−(トリ)フルオロメチルアクリル酸n−ブトキシエチル、α−(トリ)フルオロメチルアクリル酸iso−ブトキシエチル、α−(トリ)フルオロメチルアクリル酸tert−ブトキシエチル等の直鎖もしくは分岐構造を持つ(メタ)アクリル酸エステル;
スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、p−ヒドロキシスチレン、p−tert−ブトキシカルボニルヒドロキシスチレン、3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシスチレン、3,5−ジメチル−4−ヒドロキシスチレン、p−tert−ぺルフルオロブチルスチレン、p−(2−ヒドロキシ−iso−プロピル)スチレン等の芳香族アルケニル化合物;
(メタ)アクリル酸二量体無水物、無水マレイン酸、無水イタコン酸等の不飽和カルボン酸無水物;
エチレン、プロピレン、ノルボルネン、テトラフルオロエチレン、アクリルアミド、N−メチルアクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、塩化ビニル、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン、ビニルピロリドン等が挙げられる。
構成単位(F1)および構成単位(F2)の含有量は、特に制限されないが、レジスト用重合体の構成単位中、20モル%以下の範囲が好ましい。
本発明の重合体の質量平均分子量(Mw)は、特に限定されないが、ドライエッチング耐性およびレジストパターン形状の点から、1,000以上であることが好ましく、1,500以上であることがより好ましく、2,000以上であることが特に好ましく、3,000以上であることが更に好ましい。また、本発明のレジスト用重合体の質量平均分子量は、レジスト溶液に対する溶解性および解像度の点から、100,000以下であることが好ましく、50,000以下であることがより好ましく、30,000以下であることが特に好ましく、20,000以下が更に好ましい。
本発明のレジスト用重合体の分子量分布は、特に限定されないが、レジスト溶液に対する溶解性および解像度の点から、多分数度(質量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn))が2.5以下であることが好ましく、2.0以下であることがより好ましく、1.8以下であることが特に好ましい。
なお、Mw及びMnはゲルパーシエーションクロマトグラフィー(GPC)によって、標準品としてポリスチレンを用いて測定されたものである。
次に、本発明の重合体の製造方法について説明する。
本発明における重合方法としては、特に制限はなく、公知の重合方法を採用することができる。例えば、熱ラジカル重合方法、光ラジカル重合方法、イオン重合方法、配位重合方法(チグラーナッタ重合触媒、メタロセン重合触媒、メタセシス重合触媒等の公知の金属重合触媒等を用いる重合方法)、光カチオン重合方法、リビングラジカル重合方法、リビングイオン重合方法、リビング配位重合方法等が挙げられるが、重合反応の効率、工程操作性の点から、熱ラジカル重合方法、光ラジカル重合方法、イオン重合方法、配位重合方法の重合方法が好ましい。また、最終的に得られる重合体への金属残存によるリソグラフィー性能の低下を回避する点においては、金属触媒を用いない熱ラジカル重合方法、光ラジカル重合方法が好ましい。金属触媒を用いた場合は、金属残存によりリソグラフィー性能が大幅に低下するため、本発明の重合体中に残存する金属濃度は1ppm以下、好ましくは100ppb以下、さらには10ppb以下とすることが好ましい。
また、本発明の重合体を製造する方法は、溶液重合で行われれば特に限定されない。また、溶液重合の重合方法については、特に制限されず、一括重合でも、滴下重合でも、連続重合でもよい。中でも、組成分布および/または分子量分布の狭い重合体が簡便に得られる点から、単量体を重合容器中に滴下する滴下重合、または、単量体を流通管などへ連続的に導入する連続重合と呼ばれる重合方法が好ましい。重合容器中に滴下する、あるいは流通管などへ導入する単量体は、単量体のみであっても、単量体を有機溶媒に溶解させた溶液であってもよい。
滴下重合法においては、例えば、有機溶媒をあらかじめ重合容器に仕込み(この有機溶媒を「仕込み溶媒」ともいう)、所定の重合温度まで加熱した後、単量体や重合開始剤を、それぞれ独立または任意の組み合わせで、有機溶媒に溶解させた溶液(この有機溶媒を「滴下溶媒」とも言う。)を、仕込み溶媒中に滴下する。単量体は滴下溶媒に溶解させずに滴下してもよく、その場合、重合開始剤は、単量体に溶解させてもよいし、重合開始剤だけを有機溶媒へ溶解させた溶液を有機溶媒中に滴下してもよい。また、仕込み溶媒が重合容器内にない状態で単量体あるいは重合開始剤を重合容器中に滴下してもよい。
単量体と重合開始剤は、それぞれ独立した貯槽から所定の重合温度まで加熱された仕込み溶媒へ直接滴下してもよいし、それぞれ独立した貯槽から所定の重合温度まで加熱された仕込み溶媒へ滴下する直前で混合し、前記仕込み溶媒へ滴下してもよい。
さらに、単量体あるいは重合開始剤を、前記仕込み溶媒へ滴下するタイミングは、単量体を先に滴下した後、遅れて重合開始剤を滴下してもよいし、重合開始剤を先に滴下した後、遅れて単量体を滴下してもよいし、単量体と重合開始剤を同じタイミングで滴下してもよい。また、これらの滴下速度は、滴下終了まで一定の速度であってもよいし、単量体や重合開始剤の消費速度に応じて、多段階に速度を変化させてもよいし、あるいは間欠的に滴下を停止させたり、開始してもよい。
また、連続重合法においては、例えば、単量体と重合開始剤を予備混合した後、所定の重合温度に加熱された流通管へ導入してもよいし、単量体あるいは重合開始剤のいずれか一方を所定の重合温度に加熱された流通管へ導入した後、流通管の途中から、残りの一方を導入してもよい。また、単量体や重合開始剤は有機溶媒に溶解した状態で使用してもよい。
滴下重合法あるいは連続重合法における重合温度は特に限定されないが、通常、50〜150℃の範囲内であることが好ましい。
滴下重合法あるいは連続重合法において用いられる有機溶剤としては、重合溶媒としては公知の溶媒を使用でき、例えば、エーテル(ジエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル(以下「PGME」とも言う。)等の鎖状エーテル、テトラヒドロフラン(以下「THF」とも言う。)、1,4−ジオキサン等の環状エーテルなど)、エステル(酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、乳酸ブチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(以下「PGMEA」とも言う。)、γ−ブチロラクトンなど)、ケトン(アセトン、メチルエチルケトン(以下「MEK」とも言う。)、メチルイソブチルケトン(以下「MIBK」とも言う。)、シクロヘキサノンなど)、アミド(N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミドなど)、スルホキシド(ジメチルスルホキシドなど)、炭化水素(ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素、ヘキサン等の脂肪族炭化水素、シクロヘキサン等の脂環式炭化水素など)、これらの混合溶剤などが挙げられる。
また、これらの溶媒は、1種を用いても、2種以上を併用してもよい。
さらに、上記有機溶媒の中で、低分子量の重合体を得る場合は、乳酸エチル等の水酸基含有エステルが好ましい。
重合溶媒の使用量は特に限定されず、適宜決めればよい。通常は、共重合に使用する単量体全量100質量部に対して30〜700質量部の範囲内で使用することが好ましい。
滴下重合法においては、重合溶媒を2種以上使用する場合、滴下溶媒と仕込み溶媒における重合溶媒の混合比は任意の割合で設定することができる。
有機溶媒中に滴下する単量体溶液の単量体濃度は特に限定されないが、5〜50質量%の範囲内であることが好ましい。
なお、仕込み溶媒の量は特に限定されず、適宜決めればよい。通常は、共重合に使用する単量体全量100質量部に対して30〜700質量部の範囲内で使用することが好ましい。
本発明の重合体は、通常、重合開始剤の存在下で、前記式(1)で現されるα−エステル脂環式骨格を有する単量体(a)の1種以上と、ラクトン骨格を有する単量体(b)、酸脱離性基を有する単量体(c)、親水性基を有する単量体(d)、ナフタレン骨格を有する単量体(e)から選ばれる少なくとも1種以上を含む単量体組成物を重合して得られる。
重合開始剤は、熱あるいは光により効率的にラジカルを発生するものが好ましい。
このような重合開始剤としては、例えば、ジセチルパーオキサイド、ジベンゾイルパーオキサイド、ジイソブチロイルパーオキサイド、ジ(2,4−ジクロロベンゾイル)パーオキサイド、ジ(3,5,5−トリメチルヘキサノイル)パーオキサイド、ジオクタノイルパーオキサオド、ジラウロイルパーオキサイド、ジステアロイルパーオキサイド、ビス{4−(m−トルオイル)ベンゾイル}パーオキサイド、などのジアシルパーオキサイド類;
メチルエチルケトンパーオキサイド、シクロヘキサノンパーオキサイド、メチルシクロヘキサノンパーオキサイド、アセチルアセトンパーオキサイドなどのケトンパーオキサイド類;
過酸化水素、t−ブチルハイドロパーオキサイド、α−クメンハイドロパーオキサイド、p−メンタンハイドロパーオキサイド、ジイソプロピルベンゼンハイドロパーオキサイド、1,1,3,3−テトラメチルブチルハイドロパーオキサイド、t−ヘキシルハイドロパーオキサイドなどのハイドロパーオキサイド類;
ジ−t−ブチルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、ジラウリルパーオキサイド、α,α’−ビス(t−ブチルパーオキシ)ジイソプロピルベンゼン、2,5−ジメチル−2,5−ビス(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン、t−ブチルクミルパーオキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ビス(t−ブチルパーオキシ)ヘキシン−3などのジアルキルパーオキサイド類;t−ブチルパーオキシアセテート、t−ブチルパーオキシピバレート、t−ヘキシルパーオキシピバレート、1,1,3,3−テトラメチルブチルパーオキシ2−エチルヘキサノエート、2,5−ジメチル−2,5−ビス(2−エチルヘキサノイルパーオキシ)ヘキサン、1−シクロヘキシル−1−メチルエチルパーオキシ2−エチルヘキサノエート、t−ヘキシルパーオキシ2−エチルヘキサノエート、t−ブチルパーオキシ2−エチルヘキサノエート、t−ブチルパーオキシイソブチレート、t−ブチルパーオキシマレエート、t−ブチルパーオキシ3,5,5−トリメチルヘキサノエート、t−ブチルパーオキシラウレート、2,5−ジメチル−2,5−ビス(m−トルオイルパーオキシ)ヘキサン、α,α’−ビス(ネオデカノイルパーオキシ)ジイソプロピルベンゼン、クミルパーオキシネオデカノエート、1,1,3,3−テトラメチルブチルパーオキシネオデカノエート、1−シクロヘキシル−1−メチルエチルパーオキシネオデカノエート、t−ヘキシルパーオキシネオデカノエート、t−ブチルパーオキシネオドデカノエート、t−ブチルパーオキシベンゾエート、t−ヘキシルパーオキシベンゾエート、ビス(t−ブチルパーオキシ)イソフタレート、2,5−ジメチル−2,5−ビス(ベンゾイルパーオキシ)ヘキサン、t−ブチルパーオキシm−トルオイルベンゾエート、3,3’,4,4’−テトラ(t−ブチルパーオキシカルボニル)ベンゾフェノンなどのパーオキシエステル類;
1,1−ビス(t−ヘキシルパーオキシ)3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、1,1−ビス(t−ヘキシルパーオキシ)シクロヘキサン、1,1−ビス(t−ブチルパーオキシ)3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、1,1−ビス(t−ブチルパーオキシ)シクロヘキサン、1,1−ビス(t−ブチルパーオキシ)シクロドデカン、2,2−ビス(t−ブチルパーオキシ)ブタン、n−ブチル4,4−ビス(t−ブチルパーオキシ)ピバレート、2,2−ビス(4,4−ジ−t−ブチルパーオキシシクロヘキシル)プロパンなどのパーオキシケタール類;
t−ヘキシルパーオキシイソプロピルモノカーボネート、t−ブチルパーオキシイソプロピルモノカーボネート、t−ブチルパーオキシ2−エチルヘキシルモノカーボネート、t−ブチルパーオキシアリルモノカーボネートなどのパーオキシモノカーボネート類;
ジ−sec−ブチルパーオキシジカーボネート、ジ−n−プロピルパーオキシジカーボネート、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ビス(4−t−ブチルシクロヘキシル)パーオキシジカーボネート、ジ−2−エトキシエチルパーオキシジカーボネート、ジ−2−エチルヘキシルパーオキシジカーボネート、ジ−2−メトキシブチルパーオキシジカーボネート、ジ(3−メチル−3−メトキシブチル)パーオキシジカーボネートなどのパーオキシジカーボネート類、その他、t−ブチルトリメチルシリルパーオキサイドなどが挙げられる。
アゾ系ラジカル重合開始剤の具体例としては、以下に挙げる化合物を例示できるが、本発明はこれらの例示化合物に限定されるものではない。
2,2’−アゾビスイソブチロニトリル(以下、AIBNとも言う。)、アゾビスイソバレロニトリル、2,2’−アゾビス(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)、1,1’−アゾビス(シクロヘキサン−1−カルボニトリル)、2−(カルバモイルアゾ)イソブチロニトリル、2,2’−アゾビス[2−メチル−N−{1,1−ビス(ヒドロキシメチル)−2−ヒドロキシエチル}プロピオンアミド]、2,2’−アゾビス[2−メチル−N−{2−(1−ヒドロキシブチル)}プロピオンアミド]、2,2’−アゾビス[2−メチル−N−(2−ヒドロキシエチル)−プロピオンアミド]、2,2’−アゾビス[N−(2−プロペニル)−2−メチルプロピオンアミド]、2,2’−アゾビス(N−ブチル−2−メチルプロピオンアミド)、2,2’−アゾビス(N−シクロヘキシル−2−メチルプロピオンアミド)、2,2’−アゾビス[2−(5−メチル−2−イミダゾリン−2−イル)プロパン]ジハイドロクロライド、2,2’−アゾビス[2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン]ジハイドロクロライド、2,2’−アゾビス[2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン]ジサルフェート・ジハイドレート、2,2’−アゾビス[2−(3,4,5,6−テトラヒドロピリミジン−2−イル)プロパン]ジハイドロクロライド、2,2’−アゾビス[2−{1−(2−ヒドロキシエチル)−2−イミダゾリン−2−イル}プロパン]ジハイドロクロライド、2,2’−アゾビス[2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン]、2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオンアミジン)ジハイドロクロライド、2,2’−アゾビス[N−(2−カルボキシエチル)−2−メチル−プロピオンアミジン]、2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオンアミドキシム)、ジメチル−2,2’−アゾビスイソブチレート(以下、DAIBとも言う。)、4,4’−アゾビス(4−シアノペンタノイックアシッド)、2,2’−アゾビス(2,4,4−トリメチルペンタン)などが挙げられる。
上記重合開始剤の中で、レジスト組成物の感度の点で、DAIBが好ましい。
また、ArFエキシマレーザー(波長:193nm)リソグラフィーにおいて使用される重合体を製造する場合、得られる重合体の光線透過率(波長193nmの光に対する透過率)をできるだけ低下させない点から、重合開始剤は、分子構造中に芳香環を有しないものが好ましい。さらに、重合時の安全性等を考慮すると、重合開始剤は、10時間半減期温度が60℃以上のものが好ましい。
重合開始剤の使用量は、特に限定されないが、共重合体の収率を高くさせる点から、共重合に使用する単量体全量100モル部に対して0.3モル部以上が好ましく、1モル部以上がより好ましく、共重合体の分子量分布を狭くさせる点から、共重合に使用する単量体全量100モル部に対して30モル部以下が好ましい。
本発明の重合体を製造する際には、レジスト組成物の保存安定性を妨げない範囲で連鎖移動剤(以下、連鎖移動剤という)を使用してもよい。このような連鎖移動剤としては、例えば、1−ブタンチオール、2−ブタンチオール、1−オクタンチオール、1−デカンチオール、1−テトラデカンチオール、シクロヘキサンチオール、2−メチル−1−プロパンチオール、2−ヒドロキシエチルメルカプタンなどが挙げられる。
ArFエキシマレーザー(波長:193nm)リソグラフィーにおいて使用されるレジスト用重合体を製造する場合、得られるレジスト用重合体の光線透過率(波長193nmの光に対する透過率)をできるだけ低下させない点から、連鎖移動剤は、芳香環を有しないものが好ましい。
溶液重合によって製造された重合体溶液は、必要に応じて、1,4−ジオキサン、アセトン、THF、MEK、MIBK、γ−ブチロラクトン、PGMEA、PGME等の良溶媒で適当な溶液粘度に希釈した後、メタノール、水、ヘキサン、ヘプタン等の多量の貧溶媒中に滴下して重合体を析出させる。この工程は一般に再沈殿と呼ばれ、重合溶液中に残存する未反応の単量体や重合開始剤等を取り除くために非常に有効である。これらの未反応物は、そのまま残存しているとレジスト性能に悪影響を及ぼす可能性があるので、できるだけ取り除くことが好ましい。再沈殿工程は、場合により不要となることもある。その後、その析出物を濾別し、十分に乾燥して本発明の重合体を得る。また、濾別した後、乾燥せずに湿粉のまま使用することもできる。
また、製造された重合体溶液はそのまま、あるいは、適当な溶媒で希釈してレジスト組成物として用いてもよく、重合体溶液を濃縮してレジスト組成物として用いてもよい。その際、保存安定剤などの添加剤を適宜添加してもよい。
次に、本発明のレジスト組成物について説明する。
本発明のレジスト組成物は、本発明のレジスト用重合体を溶媒に溶解したものである。また、本発明の化学増幅型レジスト組成物は、本発明のレジスト用重合体および光酸発生剤を溶媒に溶解したものである。本発明のレジスト用重合体は、1種を用いても、2種以上を併用してもよい。なお、溶液重合等によって得られた重合体溶液から重合体を分離することなく、この重合体溶液をそのままレジスト組成物に使用し、または、この重合体溶液を適当な溶媒で希釈して、または濃縮してレジスト組成物に使用することもできる。
溶媒としては、例えば、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、2−ペンタノン、2−ヘキサノン等の直鎖もしくは分岐鎖ケトン類;シクロペンタノン、シクロヘキサノン等の環状ケトン類;プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート等のプロピレングリコールモノアルキルアセテート類;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等のエチレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類;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等のプロピレングリコールモノアルキルエーテル類;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等のエチレングリコールモノアルキルエーテル類;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モノメチルエーテル等のジエチレングリコールアルキルエーテル類;酢酸エチル、乳酸エチル等のエステル類;n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、n−ブチルアルコール、シクロヘキサノール、1−オクタノール等のアルコール類;1,4−ジオキサン、炭酸エチレン、γ−ブチロラクトン等が挙げられる。これらの溶媒は、1種を用いても、2種以上を併用してもよい。
溶媒の含有量は、通常、レジスト用重合体100質量部に対して、200〜5000質量部であり、300〜2000質量部であることがより好ましい。
本発明のレジスト用重合体を化学増幅型レジストに使用する場合は、光酸発生剤を用いることが必要である。
本発明の化学増幅型レジスト組成物に含有される光酸発生剤は、化学増幅型レジスト組成物の酸発生剤として使用可能なものの中から任意に選択することができる。光酸発生剤は、1種を用いても、2種以上を併用してもよい。
このような光酸発生剤としては、例えば、オニウム塩化合物、スルホンイミド化合物、スルホン化合物、スルホン酸エステル化合物、キノンジアジド化合物、ジアゾメタン化合物等が挙げられる。光酸発生剤としては、中でも、スルホニウム塩、ヨードニウム塩、ホスホニウム塩、ジアゾニウム塩、ピリジニウム塩等のオニウム塩化合物が好ましく、具体的には、トリフェニルスルホニウムトリフレート、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ナフタレンスルホネート、(ヒドロキシフェニル)ベンジルメチルスルホニウムトルエンスルホネート、ジフェニルヨードニウムトリフレート、ジフェニルヨードニウムピレンスルホネート、ジフェニルヨードニウムドデシルベンゼンスルホネート、ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロアンチモネート、p−メチル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、トリ(tert−ブチルフェニル)スルホニウムトリフルオロメタンスルホネート等が挙げられる。
光酸発生剤の含有量は、選択された光酸発生剤の種類により適宜決められるが、通常、レジスト用重合体100質量部に対して0.1質量部以上であり、0.5質量部以上であることがより好ましい。光酸発生剤の含有量をこの範囲にすることにより、露光により発生した酸の触媒作用による化学反応を十分に生起させることができる。また、光酸発生剤の含有量は、通常、レジスト用重合体100質量部に対して20質量部以下であり、10質量部以下であることがより好ましい。光酸発生剤の含有量をこの範囲にすることにより、レジスト組成物の安定性が向上し、組成物を塗布する際の塗布むらや現像時のスカム等の発生が十分に少なくなる。
さらに、本発明の化学増幅型レジスト組成物には、含窒素化合物を配合することもできる。含窒素化合物を含有させることにより、レジストパターン形状、引き置き経時安定性などがさらに向上する。つまり、レジストパターンの断面形状が矩形により近くなり、また、レジスト膜を露光し、露光後ベーク(PEB)して、次の現像処理までの間に数時間放置されることが半導体の量産ラインではあるが、そのような放置(経時)したときにレジストパターンの断面形状の劣化の発生がより抑制される。
含窒素化合物は、公知のものいずれも使用可能であるが、アミンが好ましく、中でも、第2級低級脂肪族アミン、第3級低級脂肪族アミンがより好ましい。
ここで「低級脂肪族アミン」とは、炭素数5以下のアルキルまたはアルキルアルコールのアミンのことをいう。
第2級低級脂肪族アミン、第3級低級脂肪族アミンとしては、例えば、トリメチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、ジ−n−プロピルアミン、トリ−n−プロピルアミン、トリペンチルアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミンなどが挙げられる。含窒素化合物としては、中でも、トリエタノールアミンなどの第3級アルカノールアミンがより好ましい。
含窒素化合物は、1種を用いても、2種以上を併用してもよい。
含窒素化合物の含有量は、選択された含窒素化合物の種類などにより適宜決められるが、通常、レジスト用重合体100質量部に対して0.01質量部以上であることが好ましい。含窒素化合物の含有量をこの範囲にすることにより、レジストパターン形状をより矩形にすることができる。また、含窒素化合物の含有量は、通常、レジスト用重合体100質量部に対して2質量部以下であることが好ましい。含窒素化合物の含有量をこの範囲にすることにより、感度の劣化を抑制することができる。
また、本発明の化学増幅型レジスト組成物には、有機カルボン酸、リンのオキソ酸、または、その誘導体を配合することもできる。これらの化合物を含有させることにより、含窒素化合物の配合による感度劣化を防止することができ、また、レジストパターン形状、引き置き経時安定性などがさらに向上する。
有機カルボン酸としては、例えば、マロン酸、クエン酸、リンゴ酸、コハク酸、安息香酸、サリチル酸などが好ましい。
リンのオキソ酸、または、その誘導体としては、例えば、リン酸、リン酸ジ−n−ブチルエステル、リン酸ジフェニルエステル等のリン酸およびそれらのエステルのような誘導体;ホスホン酸、ホスホン酸ジメチルエステル、ホスホン酸ジ−n−ブチルエステル、フェニルホスホン酸、ホスホン酸ジフェニルエステル、ホスホン酸ジベンジルエステル等のホスホン酸およびそれらのエステルのような誘導体;ホスフィン酸、フェニルホスフィン酸等のホスフィン酸およびそれらのエステルのような誘導体などが挙げられ、中でも、ホスホン酸が好ましい。
これらの化合物(有機カルボン酸、リンのオキソ酸、または、その誘導体)は、1種を用いても、2種以上を併用してもよい。
これらの化合物(有機カルボン酸、リンのオキソ酸、または、その誘導体)の含有量は、選択された化合物の種類などにより適宜決められるが、通常、レジスト用重合体100質量部に対して0.01質量部以上であることが好ましい。これらの化合物の含有量をこの範囲にすることにより、レジストパターン形状をより矩形にすることができる。また、これらの化合物(有機カルボン酸、リンのオキソ酸、または、その誘導体)の含有量は、通常、レジスト用重合体100質量部に対して5質量部以下であることが好ましい。これらの化合物の含有量をこの範囲にすることにより、レジストパターンの膜減りを小さくすることができる。
なお、含窒素化合物と有機カルボン酸、リンのオキソ酸、または、その誘導体との両方を本発明の化学増幅型レジスト組成物に含有させることもできるし、いずれか片方のみを含有させることもできる。
さらに、本発明のレジスト組成物には、必要に応じて、界面活性剤、その他のクエンチャー、増感剤、ハレーション防止剤、保存安定剤、消泡剤等の各種添加剤を配合することもできる。これらの添加剤は、当該分野で公知のものであればいずれも使用可能である。また、これらの添加剤の配合量は特に限定されず、適宜決めればよい。
本発明のレジスト用重合体は、金属エッチング用、フォトファブリケーション用、製版用、ホログラム用、カラーフィルター用、位相差フィルム用等のレジスト組成物として使用してもよい。
次に、本発明のパターンが形成された基板の製造方法の一例について説明する。
最初に、パターンを形成するシリコンウエハー等の被加工基板の表面に、本発明のレジスト組成物をスピンコート等により塗布する。そして、このレジスト組成物が塗布された被加工基板は、ベーキング処理(プリベーク)等で乾燥し、基板上にレジスト膜を製造する。
次いで、このようにして得られたレジスト膜に、フォトマスクを介して、光を照射する(露光)。露光に用いる光は、KrFエキシマレーザー、ArFエキシマレーザー、F2エキシマレーザー、またはEUVエキシマレーザーであることが好ましく、特にArFエキシマレーザーであることが好ましい。また、電子線で露光することも好ましい。
一方で、該レジスト膜と露光装置の最終レンズとの間に、純水やパーフルオロ−2−ブチルテトラヒドロフラン、パーフルオロトリアルキルアミン、パーヒドロナフタレン、パーヒドロピレンなどの高屈折率液体を介在させた状態で露光する液浸露光を行ってもよい。
露光後、適宜熱処理(露光後ベーク、PEB)し、基板をアルカリ現像液に浸漬し、露光部分を現像液に溶解除去する(現像)。アルカリ現像液は公知のものいずれを用いてもよい。そして、現像後、基板を純水等で適宜リンス処理する。このようにして被加工基板上にレジストパターンが製造される。
そして、レジストパターンが製造された被加工基板は、適宜熱処理(ポストベーク)してレジストを強化し、レジストのない部分を選択的にエッチングする。エッチングを行った後、レジストを剥離剤によって除去することによって、パターンが形成された基板が得られる。
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。また、各実施例、比較例中「部」とあるのは、特に断りのない限り「質量部」を示す。
また、以下のようにして、レジスト用重合体の共重合性、レジスト用重合体およびレジスト組成物を評価した。
1.重合体の評価
<各構成単位の含有量>
重合体の各構成単位の含有量は、1H−NMR測定で求めることができる場合には1H−NMR測定により求め、プロトンピークの重なり等により1H−NMR測定で求めることができない場合には、13C−NMR測定により求めた。
1H−NMRの測定は、日本電子(株)製、JNM−GX270型FT−NMR(商品名)を用いて、約5質量%のレジスト用重合体試料の溶液(重水素化クロロホルム溶液または重水素化ジメチルスルホキシド溶液)を直径5mmφの試験管に入れ、観測周波数270MHz、シングルパルスモードにて、64回の積算で行った。なお、測定温度は、重水素化クロロホルムを溶媒とした場合は40℃、重水素化ジメチルスルホキシドを溶媒とした場合は60℃で行った。
<質量平均分子量>
約20mgのレジスト用重合体を5mLのTHFに溶解し、0.5μmメンブレンフィルターで濾過して試料溶液を調製し、この試料溶液を東ソー製ゲル・パーミエーション・クロマトグラフィー(GPC)を用いて測定した。この測定は、分離カラムは昭和電工製、Shodex GPC K−805L(商品名)を3本直列にしたものを用い、溶媒はTHF、流量1.0mL/min、検出器は示差屈折計、測定温度40℃、注入量0.1mLで、標準ポリマーとしてポリスチレンを使用して測定した。
2.レジスト組成物の評価
製造した重合体を用い、以下のようにしてレジスト組成物を調製して、その性能を評価した。
<レジスト組成物の調製>
製造した重合体10部と、光酸発生剤であるトリフェニルスルホニウムトリフレート0.2部と、溶媒であるPGMEA72部および乳酸エチル18部を混合して均一溶液とした後、孔径0.1μmのメンブレンフィルターで濾過し、レジスト組成物溶液を調製した。
<感度>
調製したレジスト組成物溶液をシリコンウエハー上にスピンコートし、ホットプレートを用いて120℃、60秒間プリベークを行い、膜厚0.3μmのレジスト膜を製造した。次いで、ニコン製ArFエキシマレーザー露光機SP−193(製品名)を使用して、露光量を1〜50mJ/cm2の間で18点変化させて露光した後、ホットプレートを用いて110℃、60秒間露光後ベークを行った。
次いで、リソテックジャパン製現像速度アナライザーRDA−790EB(製品名)を用いて、23.5℃に保たれた2.38質量%水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液へ、露光された上記ウエハーを投入し、60秒間保持した。
上記測定にて得られたデータから、抜け始め露光量(Eth)(mJ/cm2)を感度とした。
<露光されたレジスト用重合体の現像液への溶解性>
レジスト組成物が溶解した現像液の粒径分布(水で希釈する前の現像液の粒径分布)、およびレジスト組成物が溶解した現像液を水で希釈した溶液の粒径分布(水で希釈する後の現像液の粒径分布)を求めた。
水で希釈する前の現像液の粒径分布と、水で希釈した後の現像液の粒径分布が、同じような分布である場合は、露光されたレジスト用重合体の現像液への溶解性が良好であることを表しており、これまでの検討から、このような場合には、ディフェクトなどの現像欠陥が少ないことを見出している。
一方、水で希釈する前の現像液の粒径分布と比較して、水で希釈した後の現像液の粒径分布が、大粒径側にピークが出現したり、あるいは大粒径側のピーク面積の割合が相対的に大きくなったりした場合は、露光されたレジスト用重合体の現像液への溶解性が悪いことを表しており、これまでの検討から、このような場合には、ディフェクトなどの現像欠陥が多いことを見出している。
したがって、水で希釈する前の現像液の粒径分布と水で現像した後の粒径分布を比較することによって、ディフェクトなどの現像欠陥を予想することができる。
具体的な測定方法は、調製したレジスト組成物溶液を6インチのシリコンウエハー上にスピンコートし、ホットプレートを用いて120℃、60秒間プリベークを行い、膜厚0.3μmのレジスト膜を製造した。
次いで、アズワン製ハンディーUVランプSUV−4(商品名)(波長254nm)を用いて、照射面とウエハーの間隔を5cmに設定し、20秒間露光した後、ホットプレートを用いて110℃、60秒間露光後ベークを行った。
そして、23℃に保たれた2.38質量%水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液100部の入ったガラスシャーレの中へ、レジスト膜が製膜されたシリコンウエハーを60秒間浸漬し、現像処理した。
上記の現像液を用いて、上記と同じ条件でレジスト膜の製膜、加熱処理、露光、現像を繰り返し、15枚のレジスト膜が製膜されたシリコンウエハーを現像し、重合体が溶解した現像液を調製した。
この現像液の原液と、この現像液の10質量%水溶液の粒径分布測定を行った。装置は大塚電子製濃厚系粒径アナラーザーFPAR−1000(高感度タイプ)(商品名)を用いた。測定温度を25℃、測定時間を120秒とした。
また、データ処理方法は、粒子径10nm〜100000nm(=100μm)の範囲で、マルカッド法を用いて行い、平均粒子径(nm)、10%累積粒子径(nm)、50%累積粒子径(nm)、90%累積粒子径(nm)を求めた。なお、10%累積粒子径(nm)とは、粒子径と散乱強度の積分分布曲線において、積分散乱強度が10%での粒子径のことを言う。同様に、50%累積粒子径(nm)、90%累積粒子径(nm)は、粒子径と散乱強度の積分分布曲線において、積分散乱強度がそれぞれ50%、90%での粒子径のことを言う。つまり、10%累積粒子径(nm)、50%累積粒子径(nm)、90%累積粒子径(nm)の差が小さいほど、粒径分布が狭いと言える。
<製造例1>
式(1−1)の単量体(MNB)の合成
窒素雰囲気下、ヘキサン1.4Lにカリウムt−ブトキシド(148g、1.32mol)を懸濁させた。そこに0℃でノルマルブチルリチウム(1.6Mへキサン溶液、755mL、1.21mol)を加え、1時間攪拌した。この懸濁液を、別の反応容器中のビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン(103.5g、1.10mol)のヘキサン溶液(2L)に0℃で加え、室温で4時間攪拌し、ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エンをリチオ化した。この反応混合物を−78℃に冷却し、クロロ炭酸メチル(135g、1.43mol)を加え、−78℃で13.5時間攪拌した後、−78℃でメタノールを加えた。徐々に室温に戻した後、クロロホルムと飽和炭酸水素ナトリウム水溶液で分液処理を行った。硫酸ナトリウムで乾燥した有機層から、揮発性成分を減圧除去した。残渣の液体をシリカゲルの中圧液体クロマトグラフィーによって精製し、110g(収率37%)の式(1−1)の単量体(MNB)を得た。
1H−NMR(クロロホルム);6.92ppm(d、1H、vinyl−H、J=3.2Hz)、3.72ppm(s、3H、OMe)、3.26ppm(s、1H、tert−H)、3.02ppm(s、1H、tert−H)、1.75ppm(m、2H、CH2)、1.48ppm(m、1H、橋頭位CH2)、1.20ppm(d、1H、橋頭位CH2、J=8.4Hz)、1.08ppm(m、2H、CH2
<実施例1>
窒素導入口、攪拌機、コンデンサー及び温度計を備えたフラスコに、室温にてPGMEAを31.1部添加した後、ボールフィルターを用いて30分間PGMEA内に、200mL/分で窒素を吹き込んだ。その後、100mL/分の窒素雰囲気下で攪拌しながらフラスコ内の温度を80℃に上げた。
次いで、式(1−1)の単量体(以下、「MNB」という)9.24部、式(51)で表されるα−アクリロイルオキシ−γ−ブチロラクトン(以下、「GBLA」という)9.36部、式(52)で表される2−メタクリロイルオキシ−2−メチルアダマンタン(以下、「MAdMA」という)18.72部、PGMEAを56.0部及びジメチル−2,2’−アゾビスイソブチレート(DAIB)0.46部を混合した単量体溶液を調製した。この単量体溶液を滴下装置に入れ、一定速度で4時間かけてフラスコ中へ滴下した。滴下終了後、内温80℃で5時間保持し、重合体(A−1)溶液を得た。
Figure 2009029848
次いで、析出溶媒である攪拌状態の約10倍量のメタノール中に重合体(A−1)溶液を滴下し、白色の析出物を得た。この析出物を濾別した後、再度、約10倍量のメタノール中に投入し、撹拌しながら析出物を洗浄した。この後、析出物を濾別し、減圧下60℃で約40時間乾燥した。得られた重合体(A−1)の評価を実施し、結果を表1に示した。
<実施例2>
窒素導入口、攪拌機、コンデンサー及び温度計を備えたフラスコに、室温にてPGMEAを42.1部、MNBを9.24部添加した後、ボールフィルターを用いて30分間PGMEA内に、200mL/分で窒素を吹き込んだ。その後、100mL/分の窒素雰囲気下で攪拌しながらフラスコ内の温度を80℃に上げた。
次いで、GBLAを9.36部、MAdMAを18.72部、PGMEAを56.0部及びDAIBを0.46部混合した単量体溶液を調製した。この単量体溶液を滴下装置に入れ、一定速度で4時間かけてフラスコ中へ滴下した。滴下終了後、内温80℃で5時間保持し、重合体(A−2)溶液を得た。
次いで、実施例1と同様にして析出、濾別、乾燥し、重合体(A−2)を得た。得られた重合体(A−2)の評価を実施し、結果を表1に示した。
<比較例1>
実施例1において、MNBに替えて、ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エンを5.76部用いたこと以外は実施例1と同様に行い、重合体(B−1)を得た。得られた重合体(B−1)の評価を実施し、結果を表1に示した。
Figure 2009029848
表1より明らかなように、α−エステル脂環式骨格を有する構成単位(A)を含有する実施例1および2の重合体は、構成単位(A)を含有しない比較例1の重合体と比べて、レジスト組成物の感度に優れ、ディフェクトも少なかった。
本発明の重合体を用いたレジスト組成物は、DUVエキシマレーザーリソグラフィー、これらの液浸リソグラフィーおよび電子線リソグラフィー、特にArFエキシマレーザーリソグラフィーおよびこの液浸リソグラフィーに好適に用いることができる。

Claims (5)

  1. 下記式(1)で表されるα−エステル脂環式骨格を有する構成単位(A)と、ラクトン骨格を有する構成単位(B)、酸脱離性基を有する構成単位(C)、親水性基を有する構成単位(D)、およびナフタレン骨格を有する構成単位(E)から選ばれる少なくとも1種を含有する重合体。
    Figure 2009029848
    (式(1)中、R601、R602、R603、R604、R605、R606、R607、R608、A13及びA14はそれぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜6の直鎖若しくは分岐アルキル基、−C(CF3)2−OH、−C(CF3)2−OR610、ヒドロキシ基、シアノ基、カルボキシ基、スルホンアミド基、炭素数1〜6のアシル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜10のラクトン、炭素数1〜6のスルトン、炭素数1〜20のアルコールでエステル化されたカルボキシ基、アミノ基又はスルホンアミド基を表すか、或いはA13とA14とが一緒になって−O−、−S−、−NH−又は鎖長1〜6のメチレン鎖(−(CH2)j1−(j1は1〜6の整数を表す))を表す。
    前記炭素数1〜6の直鎖又は分岐アルキル基は、置換基としてハロゲン原子、−C(CF3)2−OH、−C(CF3)2−OR610、ヒドロキシ基、シアノ基、カルボキシ基、スルホンアミド基、炭素数1〜6のアシル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜10のラクトン、炭素数1〜6のスルトン、炭素数1〜20のアルコールでエステル化されたカルボキシ基、アミノ基又はスルホンアミド基からなる群より選ばれる少なくとも1つの基を有していてもよい。
    610は炭素数1〜20の直鎖、分岐、または環状の炭化水素基を表し、この炭化水素基はヘテロ原子、ハロゲン原子を有していてもよい。
    11とA12は一緒になって−O−、−S−、−NH−又は鎖長1〜6のメチレン鎖(−(CH2)j2−(j2は1〜6の整数を表す))を表す。
    600は炭素数1〜20の直鎖、分岐又は環状の炭化水素基を表す。この炭化水素基はヘテロ原子、ハロゲン原子を有していてもよい。
    p11及びp12は独立に0または1である。)
  2. 下記式(1m)で表されるα−エステル脂環式骨格を有する単量体(a)と、ラクトン骨格を有する単量体(b)、酸脱離性基を有する単量体(c)、親水性基を有する単量体(d)、およびナフタレン骨格を有する単量体(e)から選ばれる少なくとも1種を、ラジカル重合することにより重合体を製造する方法。
    Figure 2009029848
    (式(1m)中、R601、R602、R603、R604、R605、R606、R607、R608、A13及びA14はそれぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜6の直鎖若しくは分岐アルキル基、−C(CF3)2−OH、−C(CF3)2−OR610、ヒドロキシ基、シアノ基、カルボキシ基、スルホンアミド基、炭素数1〜6のアシル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜10のラクトン、炭素数1〜6のスルトン、炭素数1〜20のアルコールでエステル化されたカルボキシ基、アミノ基又はスルホンアミド基を表すか、或いはA13とA14とが一緒になって−O−、−S−、−NH−又は鎖長1〜6のメチレン鎖(−(CH2)j1−(j1は1〜6の整数を表す))を表す。
    前記炭素数1〜6の直鎖又は分岐アルキル基は、置換基としてハロゲン原子、−C(CF3)2−OH、−C(CF3)2−OR610、ヒドロキシ基、シアノ基、カルボキシ基、スルホンアミド基、炭素数1〜6のアシル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜10のラクトン、炭素数1〜6のスルトン、炭素数1〜20のアルコールでエステル化されたカルボキシ基、アミノ基又はスルホンアミド基からなる群より選ばれる少なくとも1つの基を有していてもよい。
    610は炭素数1〜20の直鎖、分岐、または環状の炭化水素基を表し、この炭化水素基はヘテロ原子、ハロゲン原子を有していてもよい。
    11とA12は一緒になって−O−、−S−、−NH−又は鎖長1〜6のメチレン鎖(−(CH2)j2−(j2は1〜6の整数を表す))を表す。
    600は炭素数1〜20の直鎖、分岐又は環状の炭化水素基を表す。この炭化水素基はヘテロ原子、ハロゲン原子を有していてもよい。
    p11及びp12は独立に0または1である。)
  3. 重合に金属化合物を使用しない請求項2に記載の重合体の製造方法。
  4. 請求項1に記載の重合体を含有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基板上に塗布してレジスト膜を形成する工程、250nm以下の波長の光で露光する工程及び現像液で現像する工程を有するパターンが形成された基板の製造方法。
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