JP2010256874A - 化学増幅型フォトレジスト組成物 - Google Patents

化学増幅型フォトレジスト組成物 Download PDF

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Abstract

【課題】優れた解像度、ラインエッジラフネス及びフォーカスマージンを有するパターンを形成することができる化学増幅型フォトレジスト組成物等を提供することを目的とする。
【解決手段】酸発生剤と樹脂とを含有する化学増幅型フォトレジスト組成物であって、前記樹脂が、酸に不安定な基及びラクトン環を有するモノマーに由来する構造単位(b3−2)を含む樹脂である化学増幅型フォトレジスト組成物。構造単位(b3−2)の好ましい例は、酸の作用によりカルボキシ基を生じ且つラクトン環を有するモノマーに由来する構造単位である。
【選択図】なし

Description

本発明は、半導体の微細加工に用いられる化学増幅型フォトレジスト組成物、化学増幅型フォトレジスト組成物を用いたパターン形成方法及び新規化合物に関する。
特許文献1には、メタクリル酸2−エチル−2−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、及びα−メタクリロイロキシ−γ−ブチロラクトンを、50:25:25のモル比で仕込み、重合させてなる樹脂と、トリフェニルスルホニウム1−((3−ヒドロキシアダマンチル)メトキシカルボニル)ジフルオロメタンスルホナートからなる酸発生剤と、2,6−ジイソプロピルアニリンからなるクエンチャーと溶剤とからなる化学増幅型ポジ型レジスト組成物が記載されている。
特開2006−257078号公報
従来の化学増幅型ポジ型レジスト組成物では、得られるパターンの解像度、ラインエッジラフネス及びフォーカスマージンが十分に満足できるものではない場合があった。
本発明は、以下の発明を含む。
〔1〕酸発生剤と樹脂とを含有する化学増幅型フォトレジスト組成物であって、
前記樹脂が、酸に不安定な基及びラクトン環を有するモノマーに由来する構造単位(b3−2)を含む樹脂である化学増幅型フォトレジスト組成物。
〔2〕構造単位(b3−2)が、酸の作用によりカルボキシ基を生じ且つラクトン環を有するモノマーの由来する構造単位である〔1〕記載の組成物。
〔3〕酸に不安定な基及びラクトン環を有するモノマーが、式(Xb)で表されるモノマーである〔1〕又は〔2〕記載の組成物。
Figure 2010256874
[式(Xb)中、Rは、水素原子又はメチル基を表す。
Z’は、単結合又は−CH−CO−O−を表す。*は−O−との結合手を表す。
40及びX41は、それぞれ独立に、単結合又は2価の連結基を表す。
mは、0〜2の整数を表す。
c1〜Rc5は、互いに独立に、炭素数1〜12の脂肪族炭化水素基又は炭素数3〜36の脂環式炭化水素基を表すか、Rc1及びRc2、Rc1及びX41並びにRc3及びRc4が結合して置換基を有していてもよい炭素数3〜18の環を形成する。
10は、カルボキシル基、シアノ基又は炭素数1〜4の炭化水素基を表す。l’は、0〜3の整数を表す。l’が2以上のとき、複数のR10は、互いに同一でも異なってもよい。]
〔4〕前記樹脂が、さらに、−OX基(ただし、Xは、水素原子又は酸に不安定な基を表す。)を有するモノマーに由来する構造単位(b2)を含有する樹脂である〔1〕〜〔3〕のいずれか記載の組成物。
〔5〕前記構造単位(b2)が、式(III)で表される構造単位である〔4〕記載の組成物。
Figure 2010256874
[式(III)中、
は、水素原子又はメチル基を表す。
Z”は、単結合又は−[CH−を表し、該−[CH−に含まれるメチレン基は、酸素原子及び/又はカルボニル基で置換されていてもよい。qは、1〜8の整数を表す。
は、メチル基を表す。tは、0〜5の整数を表す。
は、水素原子又は酸に不安定な基を表す。t’は、0〜10の整数を表す。]
〔6〕前記樹脂が、さらに、構造単位(b3−2)とは異なり、ラクトン環を有するモノマーに由来する構造単位(b3)を含有する樹脂である〔1〕〜〔5〕のいずれか記載の組成物。
〔7〕前記構造単位(b3)が、式(IVa)で表される構造単位又は式(IVb)で表される構造単位である〔6〕記載の組成物。
Figure 2010256874
[式(IVa)及び式(IVb)中、Rは、水素原子又はメチル基を表す。
は、メチル基を表す。lは、0〜5の整数を表す。
10は、カルボキシル基、シアノ基又は炭素数1〜4の炭化水素基を表す。l’は、0〜3の整数を表す。l’が2以上のとき、複数のR10は、互いに同一でも異なってもよい。
Z”は、単結合又は−[CH−を表し、該−[CH−に含まれるメチレン基は、酸素原子及び/又はカルボニル基で置換されていてもよい。
qは、1〜8の整数を表す。]
〔8〕前記樹脂が、さらに、式(IIa)で表される構造単位を含む樹脂である〔1〕〜〔7〕のいずれか記載の組成物。
Figure 2010256874
[式(IIa)中、
は、水素原子又はメチル基を表す。
は、炭素数1〜10の脂肪族炭化水素基を表す。
は、メチル基を表す。
nは、0〜14の整数を表す。
Z”は、単結合又は−[CH−を表し、該−[CH−に含まれるメチレン基は、酸素原子及び/又はカルボニル基で置換されていてもよい。
qは、1〜8の整数を表す。]
〔9〕前記樹脂の含有量が、化学増幅型フォトレジスト組成物の固形分100質量部に対して、80〜99質量部である〔1〕〜〔8〕のいずれか記載の組成物。
〔10〕前記酸発生剤が、式(I)で表される酸発生剤である〔1〕〜〔9〕のいずれか記載の組成物。
Figure 2010256874
[式(I)中、Q及びQは、互いに独立に、フッ素原子又は炭素数1〜6のペルフルオロアルキル基を表す。
は、単結合又は−[CH−を表し、該−[CH−に含まれるメチレン基は酸素原子及び/又はカルボニル基で置換されていてもよく、該−[CH−に含まれる水素原子は炭素数1〜4の脂肪族炭化水素基で置換されていてもよい。jは、1〜17の整数を表す。
は、置換基を有してもよい炭素数3〜36の脂環式炭化水素基を表し、前記脂環式炭化水素基に含まれるメチレン基は、酸素原子及び/又はカルボニル基で置換されていてもよい。
は、有機カチオンを表す。]
〔11〕前記酸発生剤の含有量が、前記樹脂の合計量100質量部に対して、1〜20質量部である〔1〕〜〔10〕のいずれか記載の組成物。
〔12〕さらに、窒素含有塩基性化合物を含む〔1〕〜〔11〕のいずれか記載の組成物。
〔13〕(1)上記〔1〕〜〔12〕のいずれか記載の化学増幅型フォトレジスト組成物を基板上に塗布する工程、
(2)塗布後の組成物から溶剤を除去して組成物層を形成する工程、
(3)組成物層に露光機を用いて露光する工程、
(4)露光後の組成物層を加熱する工程、
(5)加熱後の組成物層を、現像装置を用いて現像する工程を含むパターン形成方法。
〔14〕式(Xb)で表されるモノマー。
Figure 2010256874
[式(Xb)中、Rは、水素原子又はメチル基を表す。
Z’は、単結合又は−CH−CO−O−を表す。*は−O−との結合手を表す。
40及びX41は、それぞれ独立に、単結合又は2価の連結基を表す。
mは、0〜2の整数を表す。
c1〜Rc5は、互いに独立に、炭素数1〜12の脂肪族炭化水素基又は炭素数3〜36の脂環式炭化水素基を表すか、Rc1及びRc2、Rc1及びX41並びにRc3及びRc4が結合して置換基を有していてもよい炭素数3〜18の環を形成する。
10は、カルボキシル基、シアノ基又は炭素数1〜4の炭化水素基を表す。l’は、0〜3の整数を表す。l’が2以上のとき、複数のR10は、互いに同一でも異なってもよい。]
〔15〕上記〔14〕記載のモノマーに由来する構造単位を含む樹脂。
本発明の化学増幅型フォトレジスト組成物によれば、優れた解像度、ラインエッジラフネス及びフォーカスマージンを有するパターンを形成することができる。
本発明の化学増幅型フォトレジスト組成物(以下、単に「レジスト組成物」という場合がある)は、酸発生剤(A)と、樹脂(B)とを含む。
なお、本明細書では、特に断りのない限り、炭素数を適宜選択しながら、各置換基の例示は、同様の置換基を有するいずれの化学構造式においても適用される。直鎖状、分岐状若しくは環状のいずれをもとることができるものは、特記ない限り、そのいずれをも含み、さらに、それらは同一の基の中で混在することができる。
また、(メタ)アクリル酸の記載は、アクリル酸及び/又はメタクリル酸を表す。
樹脂(B)は、酸に不安定な基及びラクトン環を有するモノマーに由来する構造単位(b3−2)(以下「構造単位(b3−2)」という場合がある。他の構造単位についても同様。)を含む。構造単位(b3−2)は、酸の作用によりカルボキシル基を生じ且つラクトン環を有するモノマーに由来する構造単位であることが好ましい。
構造単位(b3−2)としては、式(X1a)又は式(X1b)で表されるモノマーに由来する構造単位が挙げられる。
Figure 2010256874
[式(X1a)及び式(X1b)中、
は、水素原子又はメチル基を表す。
Z’は、単結合又は−CH−CO−O−を表す。*は−O−との結合手を表す。
は、置換基を有していてもよい2価の炭素数4〜20のラクトン環を表す。
40〜X43は、それぞれ独立に、単結合又は2価の連結基を表す。
は、置換基を有していてもよい炭素数4〜20のラクトン環を表す。
m及びnは、互いに独立に、0〜2の整数を表す。
c1〜Rc9は、互いに独立に、炭素数1〜12の脂肪族炭化水素基又は炭素数3〜36の脂環式炭化水素基を表すか、Rc1及びRc2、Rc1及びX41、Rc3及びRc4、Rc6及びRc7、Rc6及びX42、Rc8及びRc9並びにRc8及びX43が結合して置換基を有していてもよい炭素数3〜18の環を形成する。]
及びBにおける置換基としては、カルボキシル基、シアノ基又は炭素数1〜4の炭化水素基が挙げられる。
炭素数1〜4の炭化水素基としては、炭素数1〜4の脂肪族炭化水素基が挙げられる。例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基等のアルキル基等が挙げられる。
としては、例えば、以下の式(A−1)〜式(A−4)で表される2価の基が挙げられ、好ましくは式(A−1)または式(A−2)で表される基が挙げられ、さらに好ましくは式(A−2)で表される基が挙げられる。
Figure 2010256874
[式中、Rは、メチル基を表す。lは、0〜5の整数を表す。
10、R11及びR12は、互いに独立に、カルボキシル基、シアノ基又は炭素数1〜4の炭化水素基を表す。l’、l”及びl'''は、互いに独立に、0〜3の整数を表す。l’、l”及びl'''が2以上のとき、複数のR10、R11及びR12は、互いに同一でも異なってもよい。]
2価の連結基としては、単結合、炭素数1〜4のアルキレン基、−CO−O−、−CH−CO−O−、−C−CO−O−、−CO−O−CH−CO−O−等が挙げられる。
炭素数1〜4のアルキレン基としては、メチレン基、ジメチレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基、エチレン基、プロピレン基、プロピリデン基などが挙げられる。好ましくはメチレン基、エチレン基、ジメチレン基が挙げられ、より好ましくはメチレン基である。
としては、例えば、以下の基が挙げられる。
Figure 2010256874
[式中、Rは、メチル基を表す。lは、0〜5の整数を表す。
10、R11及びR12は、互いに独立に、カルボキシル基、シアノ基又は炭素数1〜4の炭化水素基を表す。l’、l”及びl'''は、互いに独立に、0〜3の整数を表す。l’、l”及びl'''が2以上のとき、複数のR10、R11及びR12は、互いに同一でも異なってもよい。]
炭素数1〜12の脂肪族炭化水素基としては、上記の脂肪族炭化水素基に加え、n−ペンチル基、1−メチルブチル基、2−メチルブチル基、3−メチルブチル基、1−エチルプロピル基、2−エチルプロピル基、n−ヘキシル基、1−メチルペンチル基、2−メチルペンチル基、3−メチルペンチル基、4−メチルペンチル基、1−エチルブチル基、2−エチルブチル基、3−エチルブチル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−ノニル基、n−デシル基、n−ウンデシル基、n−ドデシル基、イソプロピル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、2−エチルヘキシル基、tert−オクチル基等のアルキル基等が挙げられる。
炭素数3〜36の脂環式炭化水素基としては、単環、多環、縮合環、環集合を含み、例えば、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロノニル基、シクロデシル基、1−アダマンチル基、2−アダマンチル基、イソボルニル基、
Figure 2010256874
などが挙げられる。
m及びnが1であることが好ましい。
40は−CO−O−又は−CO−O−CH−CO−O−がより好ましく、X41は−CH−CO−O−がより好ましく、X42は−CH−CO−O−がより好ましく、X43は−CH−CO−O−がより好ましい。また、X42はRc6と結合して、以下で表される基であることがより好ましい。
Figure 2010256874
炭素数3〜18の環としては、下記の環が挙げられる。
Figure 2010256874
炭素数3〜18の環の炭素数は、炭素数3〜17が好ましく、3〜15がより好ましく、3〜12が特に好ましい。
*1−CRc1c2−基、*1−CRc6c7*2基及び*1−CRc8c9*2基としては、例えば、以下の式(A−1)で表される基〜式(A−7)で表される基が挙げられ、好ましくは式(A−1)で表される基〜式(A−2)で表される基が挙げられ、さらに好ましくは式(A−1)で表される基が挙げられる。
Figure 2010256874
*1−CRc1c2−X41*2基、*1−CRc6c7−X42*2基及び*1−CRc8c9−X43*2基としては、例えば、以下の式(A−8)で表される基〜式(A−13)で表される基が挙げられ、好ましくは式(A−8)で表される基〜式(A−9)で表される基、式(A−11)で表される基〜式(A−12)で表される基が挙げられ、さらに好ましくは式(A−8)で表される基又は式(A−11)で表される基が挙げられる。
Figure 2010256874
−CRc3c4c5基としては、例えば、以下の基が挙げられる。
Figure 2010256874
構造単位(b3−2)は、例えば、式(Xa)、式(Xb)、式(Xc)、式(Xa’)、式(Xb’)又は式(Xc’)で表されるモノマーに由来する構造単位であることが好ましい。
Figure 2010256874
[式(Xa)、式(Xb)、式(Xc)、式(Xa’)、式(Xb’)、式(Xc’)中、R、R〜R11、Rc1〜Rc9、Z’、m、n、l’、l”及びX40〜X43は上記と同じ意味を表す。]
式(Xa)、式(Xb)、式(Xc)、式(Xa’)、式(Xb’)及び式(Xc’)のうち、式(Xb)及び式(Xb’)で表されるモノマーが好ましく、式(Xb)で表されるモノマーがより好ましい。
式(Xa)で表されるモノマーの具体例としては、以下のモノマーが挙げられる。
Figure 2010256874
式(Xa’)で表されるモノマーの具体例としては、以下のモノマーが挙げられる。
Figure 2010256874
式(Xb)で表されるモノマーの具体例としては、以下のモノマーが挙げられる。
Figure 2010256874
Figure 2010256874
式(Xb’)で表されるモノマーの具体例としては、以下のモノマーが挙げられる。
Figure 2010256874
式(Xc)で表されるモノマーの具体例としては、以下のモノマーが挙げられる。
Figure 2010256874
式(Xc’)で表されるモノマーの具体例としては、以下のモノマーが挙げられる。
Figure 2010256874
これらの中でも、式(Xb)及び(Xb’)が好ましく、アダマンタン環を有するものが好ましい
酸に不安定な基及びラクトン環を有するモノマーは、当該分野で公知の方法によって製造することができる。例えば、末端に酸に不安定な基を含有する場合、アルコール化合物をクロロアセチル化した後、水酸基とカルボキシル基含有ラクトンと反応させることにより、酸に不安定な基を含む部分を縮合した水酸基含有ラクトンを得ることができる。水酸基をメタクリロイルクロリドと反応させることにより、目的のモノマーを得ることができる。
Figure 2010256874
式(X1a−a)で表される化合物をクロロアセチルクロライドと反応させることにより、式(X1a−b)で表される化合物を得、式(X1a−b)で表される化合物と式(X1a−c)で表される化合物とを反応させることにより、式(X1a−d)で表される化合物を得、得られる式(X1a−d)で表される化合物とメタクリロイルクロリドとを反応させることにより、式(X1a−e)で表される化合物を得ることができる。式(X1a−e)で表される化合物は、式(XIa)において、Z’が単結合であり、X40が−CO−O−CH−であり、mが0である化合物である。
Figure 2010256874
式(X1a)においてmが1である化合物は、式(X1a−b)で表される化合物と式(X1a−f)で表される化合物とを反応させることにより式(X1a−g)で表される化合物を得、式(XIa−g)で表される化合物をクロロアセチルクロライドと反応させ、式(X1a−c)で表される化合物と反応させ、さらにメタクリロイルクロリドと反応させることにより得ることができる。
Figure 2010256874
式(X1b−a)で表される化合物と式(XIb−b)で表される化合物とを反応させることにより、式(X1b)においてX40が−O−CH−CO−O−でありnが0である式(X1b−c)で表される化合物を得ることができる。
Figure 2010256874
あるいは、式(X1b−d)で表される化合物と式(X1b−b)で表される化合物とを反応させ、得られた式(X1b−e)で表される化合物とメタクリロイルクロリドと反応させることにより、式(X1b)においてX40が−O−CH−CO−O−でありnが1である式(X1b−c)で表される化合物を得ることができる。
Figure 2010256874
式(X1b)においてnが1である化合物は、まず、式(XIb−d)で表される化合物をクロロアセチルクロライドと反応させることにより、式(XIb−f)で表される化合物を得、式(XIb−f)で表される化合物と式(XIb−g)で表される化合物とを反応させ式(XIb−h)で表される化合物を得、式(XIb−h)で表される化合物と式(X1b−b)で表される化合物とを反応させ、さらにメタクリロイルクロリドと反応させることによりを得ることができる。
樹脂における構造単位(b3−2)の含有量は、樹脂の全単位において、通常1〜100モル%であり、好ましくは3〜80モル%であり、より好ましくは5〜60モル%である。
樹脂(B)は、さらに構造単位(b3−2)以外の、酸に不安定な基を有し、ラクトン環を有さないモノマーに由来する構造単位(b1)を含んでいてもよく、構造単位(b1)としては、例えば、式(IIa)で表される構造単位、式(IIb)で表される構造単位、式(IIc)で表される構造単位又は式(IId)で表される構造単位が好ましい。
Figure 2010256874
[式(IIa)、式(IIb)、式(IIc)及び式(IId)中、
は、水素原子又はメチル基を表す。
は、炭素数1〜10の脂肪族炭化水素基を表す。
は、メチル基を表す。
及びRは、互いに独立に、水素原子又は炭素数1〜8のヘテロ原子を含んでもよい1価の炭化水素基を表すか、RとRとが結合して炭素数3〜8の環を形成するか、Rが結合する炭素原子とRが結合する炭素原子とが直接結合して二重結合を形成する。
nは、0〜14の整数を表す。n’は、0〜3の整数を表す。n”は、1〜3の整数を表す。
Z”は、単結合又は−[CH−を表し、該−[CH−に含まれるメチレン基は、酸素原子又はカルボニル基で置換されていてもよい。qは、1〜8の整数を表す。]
炭素数1〜10の脂肪族炭化水素基としては、上記の炭素数1〜12の脂肪族炭化水素基のうち、炭素数1〜10のものが挙げられる。
ヘテロ原子を含んでもよい1価の炭化水素基としては、1価の複素環基が挙げられ、例えば、オキセタニル、テトラヒドロフラニル、テトラヒドロピラニル、フリル、チエニル、プロリルピリジニル、インドリル、ベンゾジオキソリル等が挙げられる。
とRとが結合して形成する環としては、下記の環が挙げられる。
Figure 2010256874
Z”としては、単結合、−CH−、−C−、−C−、−C−、−C10−、−C12−、−C14−、−C16−、−CH−CO−O−、−C−CO−O−、−C−CO−O−、−C−CO−O−、−C10−CO−O−、−C12−CO−O−、−C14−CO−O−及び−C16−CO−O−が挙げられ、単結合又は−CH−CO−O−が好ましい。*は−O−との結合手を表す。
式(IIa)で表される構造単位を導くモノマーとしては、例えば、下記のもの等が挙げられる。
Figure 2010256874

Figure 2010256874
Figure 2010256874
Figure 2010256874
Figure 2010256874
Figure 2010256874
Figure 2010256874
Figure 2010256874
Figure 2010256874
式(IIa)で表される構造単位を導くモノマーとしては、2−メチル−2−アダマンチルアクリレート、2−メチル−2−アダマンチルメタクリレート、2−エチル−2−アダマンチルアクリレート、2−エチル−2−アダマンチルメタクリレート、2−イソプロピル−2−アダマンチルアクリレート、2−イソプロピル−2−アダマンチルメタクリレート、1−(メチル−2−アダマンチルオキシカルボニル)メチルアクリレート又は1−(メチル−2−アダマンチルオキシカルボニル)メチルメタクリレートが好ましい。
式(IIb)で表される構造単位を導くモノマーとしては、例えば、下記のもの等が挙げられる。
Figure 2010256874

Figure 2010256874
Figure 2010256874
Figure 2010256874
式(IIc)で表される構造単位を導くモノマーとしては、例えば、下記のもの等が挙げられる。
Figure 2010256874
式(IIc)で表される構造単位を導くモノマーとしては、1−エチル−1−シクロヘキシルアクリレート又は1−エチル−1−シクロヘキシルメタクリレートが好ましい。
式(IId)で表される構造単位を導くモノマーとしては、例えば、下記のもの等が挙げられる。
Figure 2010256874
Figure 2010256874
構造単位(b1)としては、式(IIa)で表される構造単位又は式(IIc)で表される構造単位が好ましい。
樹脂における構造単位(b1)と構造単位(b3−2)の合計含有量は、樹脂の全単位において、通常1〜100モル%であり、好ましくは10〜80モル%であり、より好ましくは20〜60モル%である。
樹脂(B)は、さらに、−OX基(Xは、水素原子又は酸に不安定な基を表す。)を有するモノマーに由来する構造単位(b2)を含有していてもよい。
構造単位(b2)としては、例えば、カルボン酸の各種エステル、例えば、シクロペンチルエステル、シクロヘキシルエステルに代表される環状アルキルエステル;ノルボルニルエステル、1−アダマンチルエステル、2−アダマンチルエステルのような多環式エステルの一部が水酸基及び水酸基が酸に不安定な基で置換された構造等が挙げられる。
例えば、構造単位(b2)としては、以下の構造単位が挙げられる。
Figure 2010256874
[式(III)中、
は、水素原子又はメチル基を表す。
Z”は、単結合又は−[CH−を表し、該−[CH−に含まれるメチレン基は、酸素原子及び/又はカルボニル基で置換されていてもよい。qは、1〜8の整数を表す。
は、メチル基を表す。tは、0〜5の整数を表す。
は、水素原子又は酸に不安定な基を表す。t’は、0〜10の整数を表す。]
酸に不安定な基の具体例としては、以下の式(III−1)で表される基〜式(III−28)で表される基が挙げられる。
Figure 2010256874
中でも、第三級脂肪族炭化水素基含有基が好ましく、tert−ブチルオキシカルボニル基が特に好ましい。
−OX基(ただし、Xは、水素原子又は酸に不安定な基を表す。)を有するモノマーは、当該分野で公知の方法を利用して製造することができる。つまり、式(III)で表される構造単位を導くモノマーにおいて、Xが水素原子であるモノマーに、酸に不安定な基を反応させる(保護する)方法等が挙げられる。例えば、メタクリル酸3−ヒドロキシ−1−アダマンチルをアルカリ存在下で、ジ−tert−ブチルジカーボネートと反応させることにより、メタクリル酸3−ヒドロキシ−1−アダマンチル中の水酸基の水素をtert−ブトキシカーボネート基に置き換えることができる。あるいは、特開2007−114613号公報に記載された製造方法に準じて製造することができる。
式(III)で表される構造単位を導くモノマーの具体例としては、例えば、下記のもの等が挙げられる。
Figure 2010256874
Figure 2010256874
Figure 2010256874
Figure 2010256874
Figure 2010256874
Figure 2010256874
中でも、例えば、3−ヒドロキシ−1−アダマンチル(メタ)アクリレート、3,5−ジヒドロキシ−1−アダマンチル(メタ)アクリレート、1−(3−ヒドロキシ−1−アダマンチルオキシカルボニル)メチル(メタ)アクリレート等が好ましい。
樹脂における構造単位(b2)の含有量は、樹脂の全単位において、通常3〜40モル%であり、好ましくは5〜35モル%であり、より好ましくは5〜30モル%である。
樹脂(B)は、さらに、構造単位(b3−2)以外の、ラクトン環を有するモノマーに由来する構造単位(b3)を含んでいてもよい。
構造単位(b3)は、ラクトン構造を側鎖に有するモノマーに由来する構造単位であることが好ましい。
構造単位(b3)を導くモノマーとしては、例えば、β−ブチロラクトン構造を有するモノマー、γ−ブチロラクトン構造を有するモノマー、シクロアルキル骨格やノルボルナン骨格にラクトン構造が付加したモノマー等が挙げられる。
このような構造単位(b3)としては、例えば、式(IVa)、式(IVb)又は式(IVc)で表される構造単位等を好ましく挙げることができる。
Figure 2010256874
[式(IVa)、式(IVb)及び式(IVc)中、
は、水素原子又はメチル基を表す。
Z”は、単結合又は−[CH−を表し、該−[CH−に含まれるメチレン基は、酸素原子及び/又はカルボニル基で置換されていてもよい。qは、1〜8の整数を表す。
は、メチル基を表す。lは、0〜5の整数を表す。
10及びR11は、互いに独立に、カルボキシル基、シアノ基又は炭素数1〜4の炭化水素基を表す。l’及びl”は、互いに独立に、0〜3の整数を表す。l’及びl”が2以上のとき、複数のR10及びR11は、互いに同一でも異なってもよい。]
ラクトン環のZ”への結合部位には、R、R10及びR11のいずれも結合していないことが好ましい。従って、l、l’及びl”は、0〜4であることがより好ましい。
Z”としては、上記と同じものが挙げられる。
炭素数1〜4の炭化水素基としては、炭素数1〜4のアルキル基が挙げられ、炭素数1〜4のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基が挙げられ、メチル基が好ましい。
式(IVa)で表される構造単位を導くモノマーの具体例としては、例えば、下記のもの等が挙げられる。

Figure 2010256874
また、式(IVb)で表される構造単位を導くモノマーの具体例としては、例えば、下記のもの等が挙げられる。
Figure 2010256874
Figure 2010256874
また、式(IVc)で表される構造単位を導くモノマーの具体例としては、例えば、下記のもの等が挙げられる。
Figure 2010256874

Figure 2010256874
これらの中でも、例えば、ヘキサヒドロ−2−オキソ−3,5−メタノ−2H−シクロペンタ[b]フラン−6−イル(メタ)アクリレート、テトラヒドロ−2−オキソ−3−フリル(メタ)アクリレート又は2−(5−オキソ−4−オキサトリシクロ[4.2.1.03.7]ノナン−2−イルオキシ)−2−オキソエチル(メタ)アクリレートが好ましい。
樹脂における構造単位(b3)の含有量は、樹脂の全単位において、通常5〜60モル%であり、好ましくは10〜55モル%であり、より好ましくは15〜55モル%である。
樹脂(B)は、さらに、上述した構造単位以外に、以下の構造単位を含んでいてもよい。
その他の構造単位としては、例えば、2−ノルボルネンに由来する構造単位等が挙げられる。2−ノルボルネンは、重合の際に、例えば対応する2−ノルボルネンの他に無水マレイン酸や無水イタコン酸のような脂肪族不飽和ジカルボン酸無水物を併用したラジカル重合により主鎖へ導入してもよい。2−ノルボルネンに由来する構造単位は、ノルボルネン構造の二重結合が開いて形成され、式(d)で表すことができる。また、無水マレイン酸及び無水イタコン酸に由来する構造単位は、無水マレイン酸及び無水イタコン酸の二重結合が開いて形成され、それぞれ式(e)及び式(f)で表すことができる。
Figure 2010256874
ここで、式(d)中のR25及びR26は、互いに独立に、水素原子、炭素数1〜3の脂肪族炭化水素基、カルボキシル基、シアノ基又は−COOU(Uはアルコール残基である)を表すか、R25及びR26が互いに結合して、−C(=O)OC(=O)−で表されるカルボン酸無水物残基を表す。
前記−COOUは、カルボキシル基がエステルとなったものであり、Uに相当するアルコール残基としては、例えば、置換基を有していてもよい炭素数1〜8の脂肪族炭化水素基、2−オキソオキソラン−3−又は−4−イル基などを挙げることができる。ここで、脂肪族炭化水素基の置換基として、水酸基や炭素数4〜36の脂環式炭化水素残基などが結合していてもよい。
25及びR26における脂肪族炭化水素基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基などが挙げられ、水酸基が結合した脂肪族炭化水素基としては、ヒドロキシメチル基、2−ヒドロキシエチル基などが挙げられる。
式(d)で表されるノルボネン構造を導くモノマーの具体例としては、例えば、下記のもの等が挙げられる。
2−ノルボルネン、
2−ヒドロキシ−5−ノルボルネン、
5−ノルボルネン−2−カルボン酸、
5−ノルボルネン−2−カルボン酸メチル、
5−ノルボルネン−2−カルボン酸2−ヒドロキシ−1−エチル、
5−ノルボルネン−2−メタノール、
5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸無水物。
なお、式(d)中の前記−COOUのUについて、カルボキシル基の酸素側に結合する炭素原子が4級炭素原子である脂環式エステルなどの酸に不安定な基であれば、式(d)で表される構造単位は、酸に不安定な基を有する構造単位である。ノルボルネン構造と酸に不安定な基とを含むモノマーとしては、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1−シクロヘキシル−1−メチルエチル、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1−(4−メチルシクロヘキシル)−1−メチルエチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸1−(4−ヒドロキシシクロヘキシル)−1−メチルエチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸1−メチル−1−(4−オキソシクロヘキシル)エチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸1−(1−アダマンチル)−1−メチルエチルなどが挙げられる。
樹脂における2−ノルボルネンに由来する構造単位の含有量は、樹脂の全単位において、通常1〜40モル%であり、好ましくは3〜30モル%であり、より好ましくは5〜20モル%である。
樹脂(B)を構成する上述した構造単位は、1種のみ又は2種以上を、任意に組合せることができる。
樹脂(B)を含有する化学増幅型フォトレジスト組成物によれば、優れた形状及び露光マージンを有するパターンを形成することができる。
樹脂(B)は、重量平均分子量が、好ましくは1,000以上100,000以下であり、より好ましくは2,000以上50,000以下であり、さらに好ましくは2,500以上30,000以下である。なお、重量平均分子量は、例えば、GPC法によって測定した値であり、具体的には実施例において記載した測定条件により測定されたものなどが挙げられる。
酸発生剤(A)は、非イオン系とイオン系とに分類される。非イオン系酸発生剤には、有機ハロゲン化物、スルホネートエステル類(例えば2−ニトロベンジルエステル、芳香族スルホネート、オキシムスルホネート、N−スルホニルオキシイミド、N−スルホニルオキシイミド、スルホニルオキシケトン、DNQ 4−スルホネート)、スルホン類(例えばジスルホン、ケトスルホン、スルホニルジアゾメタン)等が含まれる。イオン系酸発生剤は、オニウムカチオンを含むオニウム塩(例えばジアゾニウム塩、ホスホニウム塩、スルホニウム塩、ヨードニウム塩)が代表的である。オニウム塩のアニオンとしては、スルホン酸アニオン、スルホニルイミドアニオン、スルホニルメチドアニオン等がある。
酸発生剤(A)としては、レジスト分野で使用される酸発生剤(特に光酸発生剤)だけでなく、光カチオン重合の光開始剤、色素類の光消色剤、又は光変色剤等の放射線(光)によって酸を発生する公知化合物及びそれらの混合物も、適宜、使用できる。例えば特開昭63−26653号、特開昭55−164824号、特開昭62−69263号、特開昭63−146038号、特開昭63−163452号、特開昭62−153853号、特開昭63−146029号や、米国特許第3,779,778号、米国特許第3,849,137号、独国特許第3914407号、欧州特許第126,712号等に記載の放射線によって酸を発生する化合物を使用できる。
酸発生剤(A)は、好ましくはフッ素含有酸発生剤であり、より好ましくは式(I)で表されるスルホン酸塩である。
Figure 2010256874
[式(I)中、Q及びQは、互いに独立に、フッ素原子又は炭素数1〜6のペルフルオロアルキル基を表す。
は、単結合又は−[CH−を表し、該−[CH−に含まれるメチレン基は酸素原子及び/又はカルボニル基で置換されていてもよく、該−[CH−に含まれる水素原子は炭素数1〜4の脂肪族炭化水素基で置換されていてもよい。jは、1〜17の整数を表す。
は、置換基を有してもよい炭素数3〜36の脂環式炭化水素基を表し、前記脂環式炭化水素基に含まれるメチレン基は、酸素原子及び/又はカルボニル基で置換されていてもよい。
は、有機カチオンを表す。]
炭素数1〜6のペルフルオロアルキル基としては、ペルフルオロメチル基、ペルフルオロエチル基、ペルフルオロ−n−プロピル基、ペルフルオロイソプロピル基、ペルフルオロ−n−ブチル基、ペルフルオロ−sec−ブチル基、ペルフルオロ−tert−ブチル基、ペルフルオロ−n−ペンチル基、ペルフルオロ−n−ヘキシル基などが挙げられる。
−[CH−としては、例えば−CO−O−X10−、−CO−O−X11−CO−O−、−X11−O−CO−、−X11−O−X12−(X10は、単結合又は炭素数1〜15のアルキレン基を表し、X11及びX12は、互いに独立に、炭素数1〜15のアルキレン基を表す。)等が挙げられる。*は−CQ−との結合手を表す。
ここで、炭素数1〜15のアルキレン基としては、メチレン、エチレン、n−プロピレン基、イソプロピレン基、n−ブチレン基、sec−ブチレン基、tert−ブチレン基、n−ペンチレン基、n−ヘキシレン基などが挙げられる。
10は、好ましくは単結合である。
炭素数1〜4の脂肪族炭化水素基としては、上記の炭素数1〜12の脂肪族炭化水素基における炭素数1〜4のものが挙げられる。炭素数3〜36の脂環式炭化水素基としては、上記と同じものが挙げられ、脂環式炭化水素基に含まれるメチレン基が1以上の酸素原子及び/又はカルボニル基で置換されていてもよい。
置換基を有してもよい脂環式炭化水素基における置換基としては、ハロゲン原子、炭素数1〜12の脂肪族炭化水素基、炭素数6〜20の芳香族炭化水素基、炭素数1〜12のアルコキシ基、炭素数7〜21のアラルキル基、グリシドキシ基及び炭素数2〜4のアシル基が挙げられる。
ハロゲン原子としては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素原子が挙げられる。
炭素数1〜12の脂肪族炭化水素基、炭素数1〜12のアルコキシ基は、上記と同じものが挙げられる。
炭素数1〜12のアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、n−プロピポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、sec−ブトキシ基、tert−ブトキシ基、n−ペントキシ基、n−ヘキトキシ基、ヘプトキシ基、オクトキシ基、2−エチルヘキトキシ基、ノニルオキシ基、デシルオキシ基、ウンデシルオキシ基、ドデシルオキシ基等が挙げられる。
炭素数6〜20の芳香族炭化水素基としては、フェニル基、ナフチル基、アントラニル基、p−メチルフェニル基、p−tert−ブチルフェニル基、p−アダマンチルフェニル基などが挙げられる。
炭素数7〜21のアラルキルとしては、例えば、ベンジル、フェネチル、フェニルプロピル、トリチル、ナフチルメチル基、ナフチルエチル基等が挙げられる。
炭素数2〜4のアシル基としては、アセチル、プロピオニル、ブチリル等が挙げられる。
としては、好ましくは式(Y1)で表される基が挙げられる。
Figure 2010256874
[式(Y1)中、環Wは、炭素数3〜36の脂環式炭化水素基を表し、前記脂環式炭化水素基に含まれるメチレン基は、カルボニル基及び/又は酸素原子で置き換わっていてもよい。
は、水素原子又は炭素数1〜6の炭化水素基を表す。
は、ハロゲン原子、炭素数1〜12の脂肪族炭化水素基、炭素数6〜20の芳香族炭化水素基、炭素数1〜12のアルコキシ基、炭素数7〜21のアラルキル基、グリシドキシ基又は炭素数2〜4のアシル基を表す。
xは、0〜8の整数を表す。xが2以上の場合、複数のRは、同一でも異なってもよい。]
炭素数1〜6の炭化水素基としては、炭素数1〜6の脂肪族炭化水素基が挙げられ、炭素数1〜6の脂肪族炭化水素基としては、上記の炭素数1〜12の脂肪族炭化水素基のうち炭素数1〜6のものが挙げられる。
は、メチル基、エチル基又はイソプロピル基であることが好ましい。
前記の環Wとしては、例えば、式(W1)〜式(W25)で表される基が挙げられる。
Figure 2010256874
中でも、式(W4)、式(W12)、式(W15)、式(W16)及び式(W20)等が好ましい。Yとして、シクロヘキシル基、アダマンタン基又はオキソ−アダマンタン基を有するものが好ましい。
としては、さらに、環Wに含まれる水素原子が置換されていないか又は炭化水素基のみで置換された基(ただし、該環Wに含まれるメチレン基は、酸素原子で置換されていてもよい。)、水酸基又は水酸基を含む基で置換された基(ただし、ラクトン構造を有するものを除く)、環Wに含まれる隣接する2つのメチレン基が酸素原子とカルボニル基とで置換されたラクトン構造を有する基、環Wに含まれる1つのメチレン基がカルボニル基で置換されたケトン構造を有する基、並びに環Wに含まれる水素原子が芳香族炭化水素基で置換された基などが挙げられる。
環Wに含まれる水素原子が置換されていないか又は脂肪族炭化水素基のみで置換された(該炭化水素基に含まれるメチレン基は、酸素原子で置換されていてもよい。)Yとしては、例えば、以下の基が挙げられる。なお、結合手は以下に示した位置以外の任意の位置とすることができる(以下同じ)
Figure 2010256874
環Wに含まれる水素原子が芳香族炭化水素基で置換されたYとしては、例えば、以下の基が挙げられる。
Figure 2010256874
環Wに含まれる水素原子が水酸基又は水酸基を含む基で置換されたY(ただし、ラクトン構造を有さない。)としては、例えば、以下の基が挙げられる。
Figure 2010256874
環Wに含まれる1つのメチレン基が酸素原子で置換されたエーテル構造を有するYとしては、例えば、以下の基が挙げられる。
Figure 2010256874
環Wに含まれる隣接する2つのメチレン基がカルボニル基と酸素原子とで置換されたラクトン構造を有するYとしては、例えば、以下の基が挙げられる。
Figure 2010256874
環Wに含まれる1つのメチレン基がカルボニル基で置換されたケトン構造を有するYとしては、例えば、以下の基が挙げられる。
Figure 2010256874
式(I)で表される酸発生剤(A)のアニオン部としては、例えば、以下の式(IA)〜式(ID)で表されるアニオン等が挙げられる。
Figure 2010256874
[式(IA)〜(ID)中、Q、Q及びYは、上記と同じ意味を表す。
10は、単結合又は炭素数1〜15のアルキレン基を表す。
11及びX12は、互いに独立に、炭素数1〜15のアルキレン基を表す。]
式(IA)中、環Wに含まれる水素原子が炭化水素基のみで置換された(該炭化水素基に含まれるメチレン基は酸素原子で置換されていてもよい。)アニオンの具体例としては、例えば、下記のもの等が挙げられる。
Figure 2010256874
Figure 2010256874
Figure 2010256874
Figure 2010256874
式(IA)中、環Wに含まれる水素原子が芳香族炭化水素基で置換されたアニオンの具体例としては、例えば、下記のもの等が挙げられる。
Figure 2010256874
Figure 2010256874
式(IA)中、環Wに含まれる水素原子が水酸基又は水酸基を含む基で置換されたアニオン(ただし、ラクトン構造を有さない。)の具体例としては、例えば、下記のもの等が挙げられる。
Figure 2010256874
Figure 2010256874
Figure 2010256874
式(IA)中、環Wに含まれるメチレン基が酸素原子で置換されたエーテル構造を有するアニオンの具体例としては、例えば、下記のもの等が挙げられる。
Figure 2010256874
式(IA)中、環Wに含まれる隣接する2つのメチレン基が酸素原子とカルボニル基とで置換されたラクトン構造を有するアニオンの具体例としては、例えば、下記のもの等が挙げられる。
Figure 2010256874
式(IA)中、環Wに含まれるメチレン基がカルボニル基で置換されたケトン構造を有するアニオンの具体例としては、例えば、下記のもの等が挙げられる。
Figure 2010256874
式(IB)中、環Wに含まれる水素原子が置換されていないか又は炭化水素基のみで置換された(環Wに含まれるメチレン基は酸素原子で置換されていてもよい。)アニオンの具体例としては、例えば、下記のもの等が挙げられる。
Figure 2010256874
Figure 2010256874
Figure 2010256874
Figure 2010256874
式(IB)中、環Wに含まれる水素原子が水酸基又は水酸基を含む基で置換されたアニオンの具体例としては、例えば、下記のもの等が挙げられる。
Figure 2010256874
式(IB)中、環Wに含まれる隣接する2つのメチレン基が酸素原子とカルボニル基とで置換されたラクトン構造を有するアニオンの具体例としては、例えば、下記のもの等が挙げられる。
Figure 2010256874
式(IB)中、環Wに含まれる1つのメチレン基がカルボニル基で置換されたケトン構造を有するアニオンの具体例としては、例えば、下記のもの等が挙げられる。
Figure 2010256874
式(IB)中、環Wに含まれる水素原子が芳香族炭化水素基で置換されたアニオンの具体例としては、例えば、下記のもの等が挙げられる。
Figure 2010256874
式(IC)中、環Wに含まれる水素原子が置換されていないか又は炭化水素基のみで置換された(環Wに含まれるメチレン基は酸素原子で置換されていてもよい。)アニオンの具体例としては、例えば、下記のもの等が挙げられる。
Figure 2010256874
式(IC)中、環Wに含まれる水素原子が水酸基又は水酸基を含む基で置換されたアニオンの具体例としては、例えば、下記のもの等が挙げられる。
Figure 2010256874
式(IC)中、環Wに含まれる1つのメチレン基がカルボニル基で置換されたケトン構造を有するアニオンの具体例としては、例えば、下記のもの等が挙げられる。
Figure 2010256874
式(ID)中、環Wに含まれる水素原子が置換されていないか又は炭化水素基のみで置換された(環Wに含まれるメチレン基は酸素原子で置換されていてもよい。)アニオンの具体例としては、例えば、下記のもの等が挙げられる。
Figure 2010256874
式(ID)中、環Wに含まれる水素原子が水酸基又は水酸基を含む基で置換されたアニオンの具体例としては、例えば、下記のもの等が挙げられる。
Figure 2010256874
式(ID)中、環Wに含まれる1つのメチレン基がカルボニル基で置換されたケトン構造を有するアニオンの具体例としては、例えば、下記のもの等が挙げられる。
Figure 2010256874
これらのアニオンのうち、好ましくは下記のアニオンが挙げられる。
Figure 2010256874
式(I)におけるZで表される有機カチオンとしては、例えば、式(IXz)、式(IXb)、式(IXc)又は式(IXd)などで表されるカチオン等が挙げられる。
Figure 2010256874
[式(IXa)中、P、P及びPは、互いに独立に、炭素数1〜30のアルキル基又は炭素数3〜30の環状の炭化水素基を表す。前記アルキル基に含まれる水素原子は、水酸基、炭素数1〜12のアルコキシ基又は炭素数3〜12の置換基を有していてもよい脂環式炭化水素基で置換されていてもよく、前記環状の炭化水素基に含まれる水素原子は、水酸基、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数1〜12のアルコキシ基又は炭素数3〜12の脂環式炭化水素基で置換されていてもよい。
式(IXb)中、P及びPは、互いに独立に、水素原子、水酸基、炭素数1〜12のアルキル基又は炭素数1〜12のアルコキシ基を表す。
式(IXc)中、P及びPは、互いに独立に、炭素数1〜12のアルキル基又は炭素数3〜12のシクロアルキル基を表すか、PとPとが一緒になって、炭素数3〜12の環を形成する。
は、水素原子を表し、Pは、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数3〜12のシクロアルキル基又は置換基を有していてもよい炭素数6〜20の芳香族炭化水素基を表すか、PとPとが一緒になって、炭素数3〜12の環を形成する。
式(IXd)中、P10〜P21は、互いに独立に、水素原子、水酸基、炭素数1〜12のアルキル基又は炭素数1〜12のアルコキシ基を表す。
Eは、硫黄原子又は酸素原子を表す。mは、0又は1を表す。]
炭素数1〜30のアルキル基としては、炭素数1〜12のアルキル基が好ましい。
炭素数3〜30の環状の炭化水素基としては、炭素数3〜36の脂環式炭化水素基及び炭素数6〜20の芳香族炭化水素基のうち、炭素数が3〜30のものが挙げられる。
炭素数1〜12のアルキル基又は炭素数1〜12のアルコキシ基としては、上記と同じものが挙げられる。
炭素数3〜12の脂環式炭化水素基としては、上述した炭素数3〜36の脂環式炭化水素基のうちの炭素数3〜12の脂環式炭化水素基と同様のものが例示される。
炭素数3〜12の脂環式炭化水素基が有してもよい置換基としては、ハロゲン原子、水酸基、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数1〜12のアルコキシ基、炭素数6〜12のアリール基、炭素数7〜12のアラルキル基、グリシドキシ基及び炭素数2〜4のアシル基が挙げられる。
ハロゲン原子、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数1〜12のアルコキシ基及び炭素数2〜4のアシル基は、上記と同じものが挙げられる。
炭素数1〜12のアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、n−プロピポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、sec−ブトキシ基、tert−ブトキシ基、n−ペントキシ基、n−ヘキトキシ基、ヘプトキシ基、オクトキシ基、2−エチルヘキトキシ基、ノニルオキシ基、デシルオキシ基、ウンデシルオキシ基、ドデシルオキシ基等が挙げられる。
炭素数6〜12のアリール基としては、炭素数6〜20の芳香族炭化水素基のうちの炭素数6〜12のものが挙げられる。
炭素数7〜12のアラルキル基としては、炭素数7〜21のアラルキル基のうちの炭素数7〜12のものが挙げられる。
とPとが一緒になって形成する環としては、テトラヒドロチオフェニウム基などが挙げられる。
における炭素数6〜20の芳香族炭化水素基の置換基としては、炭素数1〜12のアルキル基等が挙げられる。
とPとが一緒になって形成する環としては、上述した式(W13)〜式(W15)で表される基などが挙げられる。
前記の式(IXa)で表されるカチオンの中でも、例えば、式(IXaa)で表されるカチオン等が好ましく挙げられる。
Figure 2010256874
[式(IXaa)中、P〜Pは、互いに独立に、水素原子、水酸基、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数1〜12のアルコキシ基又は炭素数3〜12の脂環式炭化水素基を表し、該脂環式炭化水素基に含まれる水素原子は、ハロゲン原子、水酸基、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数1〜12のアルコキシ基、炭素数6〜12のアリール基、炭素数7〜12のアラルキル基、グリシドキシ基又は炭素数2〜4のアシル基で置換されていてもよい。]
炭素数3〜12の脂環式炭化水素基としては、アダマンチル骨格、イソボルニル骨格を含むものなどが挙げられ、好ましくは2−アルキル−2−アダマンチル基、1−(1−アダマンチル)−1−アルキル基及びイソボルニル基などが好ましい。
式(IXaa)で表されるカチオンの具体例としては、例えば、下記のもの等が挙げられる。
Figure 2010256874
Figure 2010256874
式(IXaa)で表されるカチオンの中でも、式(IXaaa)で表されるカチオンが、その製造が容易であること等の理由により、好ましく挙げられる。
Figure 2010256874
[式(IXe)中、P22、P23及びP24は、互いに独立に、水素原子、水酸基、炭素数1〜12のアルキル基又は炭素数1〜12のアルコキシ基を表す。]
前記式(IXb)で表されるカチオンの具体例としては、例えば、下記のもの等が挙げられる。
Figure 2010256874
前記式(IXc)で表されるカチオンの具体例としては、例えば、下記のもの等が挙げられる。
Figure 2010256874
前記式(IXd)で表されるカチオンの具体例としては、例えば、下記のもの等が挙げられる。
Figure 2010256874
Figure 2010256874
Figure 2010256874
Figure 2010256874
上記カチオンのうち、トリアリールスルホニウムカチオンが好ましい。
前記のアニオン及びカチオンは、任意に組合せることができる。
例えば、以下の酸発生剤が好ましい。
Figure 2010256874
中でも、カチオンとして式(IXe)で表されるカチオンにおいて、P22、P23及びP24がいずれも水素原子であるトリフェニルスルホニウムカチオンと、式(IB)で表されるアニオンの具体的例示に挙げられたものとを組合せた酸発生剤が好ましい。
式(I)で表される酸発生剤は、単独で又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。
式(I)で表される酸発生剤は、例えば、式(1)で表される塩と、式(3)で表されるオニウム塩とを、例えば、アセトニトリル、水、メタノール等の不活性溶媒中にて、0〜150℃程度の温度範囲、好ましくは0〜100℃程度の温度範囲で攪拌して反応させて、酸発生剤(A)を塩として得る方法などにより製造することができる。
Figure 2010256874
[式(1)中、Q、Q、X、Y及びZは、上記と同じ意味であり、
は、Li、Na、K又はAgを表す。
式(3)中、Z1−は、F、Cl、Br、I、BF 、AsF 、SbF 、PF 又はClO を表す。]
式(3)で表されるオニウム塩の使用量は、通常、式(1)で表される塩1モルに対して、0.5〜2モル程度である。該塩は再結晶で取り出してもよいし、水洗して精製してもよい。
式(1)で表される塩は、例えば、先ず、式(4)で表されるアルコールと、式(6)で表されるカルボン酸とをエステル化反応させて得ることができる。
Figure 2010256874
[式中、Q、Q、X、Y及びMは上記と同じ意味である。]
エステル化反応における式(6)で表されるカルボン酸の使用量は、通常、式(4)で表されるアルコール1モルに対して、0.2〜3モル程度、好ましくは0.5〜2モル程度である。エステル化反応における酸触媒の使用量は、触媒量でも溶媒に相当する量でもよく、通常、0.001〜5モル程度である。
また、例えば、式(4)で表されるアルコールと式(7)で表されるカルボン酸とをエステル化反応した後、MOHで加水分解するなどによっても製造することができる。
Figure 2010256874
[式中、Q、Q、X及びYは上記と同じ意味である。]
前記エステル化反応は、通常、ジクロロエタン、トルエン、エチルベンゼン、モノクロロベンゼン、アセトニトリル等の非プロトン性溶媒中にて、20〜200℃程度の温度範囲、好ましくは、50〜150℃程度の温度範囲で攪拌して行えばよい。エステル化反応においては、通常、酸触媒としてp−トルエンスルホン酸などの有機酸及び/又は硫酸等の無機酸を添加してもよい。
また、エステル化反応は、ディーンスターク装置を用いるなどして、脱水しながら実施してもよい。
さらに、式(1)で表される塩のうち、前記式(IA)で表されるアニオンを有する塩は、例えば、先ず、式(8)で表されるカルボン酸と、式(9)で表されるアルコールとをエステル化反応させて得ることができる。
Figure 2010256874
[式(8)および式(9)中、Q、Q、X、Y及びMは上記と同じ意味である。]
前記の反応は、式(IB)で表されるアニオンを有する塩の製造においても、同様に適用できる。
前記(IC)で表されるアニオンを有する酸発生剤の製造方法としては、例えば、以下記載の式(II’)で表される塩の製造方法が挙げられる。
Figure 2010256874
[式(II’)中、Q、Q、Y及びZは、上記と同じ意味を表す。
11は、炭素数1〜15のアルキレン基を表す。]
式(II’)で表される塩の製造方法としては、例えば、式(IIa’)で表される塩と式(IIb’)で表されるオニウム塩とを、例えば、アセトニトリル、水、メタノール、クロロホルム、塩化メチレン等の不活性溶媒中にて、又はそれらの混合溶媒中にて、0〜150℃程度の温度範囲、好ましくは0〜100℃程度の温度範囲にて攪拌して反応させる方法などが挙げられる。
Figure 2010256874
[式(IIa’)中、Q、Q、X11及びYは、上記と同じ意味を表す。
は、Li、Na又はKを表す。
式(IIb)中、Zは、上記と同じ意味を表す。
は、Br又はIを表す。]
式(IIb’)で表されるオニウム塩の使用量としては、通常、式(IIa’)で表される塩1モルに対して、0.5〜2モル程度である。
式(II’)で表される塩は再結晶によって取り出してもよいし、水洗して精製してもよい。
式(II’)で表される塩の製造に用いられる式(IIa’)で表される塩の製造方法としては、例えば、先ず、式(IIa’−1)で表される塩と式(IIa’−2)で表されるカルボン酸とをエステル化反応させる方法などが挙げられる。
Figure 2010256874
[式(IIa’−1)中、M、X11、Q及びQは、上記と同じ意味を表す。
式(IIa’−2)中、Yは、上記と同じ意味を表す。]
別法としては、式(IIa’−3)で表されるアルコールと式(IIa’−2)で表されるカルボン酸とをエステル化反応させた後、MOHで表されるアルカリ金属水酸化物で加水分解して式(IIa’)で表される塩を得る方法もある。ここで、該アルカリ金属水酸化物のアルカリ金属は、式(IIa’−1)においてMで表されるアルカリ金属カチオンのアルカリ金属と同一である。
Figure 2010256874
[式(IIa’−3)中、X11、Q及びQは、上記と同じ意味を表す。
式(IIa’−2)中、Yは、上記と同じ意味を表す。]
アルカリ金属水酸化物としては、例えば、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム及び水酸化カリウムなどが挙げられ、好ましくは水酸化リチウム及び水酸化ナトリウムが挙げられる。
式(IIa’−2)で表されるカルボン酸と式(IIa’−1)で表される塩とのエステル化反応は、通常、ジクロロエタン、トルエン、エチルベンゼン、モノクロロベンゼン、アセトニトリル、N,N−ジメチルホルムアミド等の非プロトン性溶媒中にて、20〜200℃程度の温度範囲、好ましくは、50〜150℃程度の温度範囲で攪拌して行えばよい。
エステル化反応においては、通常、酸触媒が添加される。前記の酸触媒としては、例えば、p−トルエンスルホン酸などの有機酸や硫酸等の無機酸などが用いられる。さらに、前記のエステル化反応においては、脱水剤を添加してもよく、該脱水剤として、例えば、ジシクロヘキシルカルボジイミド、1−アルキル−2−ハロピリジニウム塩、1,1−カルボニルジイミダゾール、ビス(2−オキソ−3−オキサゾリジニル)ホスフィン酸塩化物、1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド塩酸塩、ジ−2−ピリジル炭酸塩、ジ−2−ピリジルチオノ炭酸塩、4−(ジメチルアミノ)ピリジン存在下での6−メチル−2−ニトロ安息香酸無水物等を添加してもよい。
酸触媒を用いたエステル化反応は、ディーンスターク装置を用いるなどして、脱水しながら実施すると、反応時間が短縮化される傾向があることから好ましい。
エステル化反応における式(IIa’−1)で表される塩の使用量としては、式(IIa’−2)で表されるカルボン酸1モルに対して、0.5〜3モル程度、好ましくは1〜2モル程度である。エステル化反応における酸触媒は式(IIa’−2)で表されるカルボン酸1モルに対して、触媒量でも溶媒に相当する量でもよく、通常、0.001〜5モル程度である。エステル化反応における脱水剤は式(IIa’−2)で表されるカルボン酸1モルに対して、0.5〜5モル程度、好ましくは1〜3モル程度である。
式(IIa’−2)で表されるカルボン酸と式(IIa’−1)で表される塩とのエステル化反応は、式(IIa’−2)で表されるカルボン酸を対応する酸ハライドに変換して、式(IIa’−1)で表される塩と反応させることにより行うこともでき、その反応により式(IIa’)で表される化合物を得ることもできる。酸ハライドに変換する試薬としては、塩化チオニル、臭化チオニル、三塩化リン、五塩化リン、三臭化リン等が挙げられる。酸ハライド化反応に用いられる溶媒としては、例えば、ジクロロエタン、トルエン、エチルベンゼン、モノクロロベンゼン、N,N−ジメチルホルムアミド等の非プロトン性溶媒が挙げられる。反応は、20〜200℃程度の温度範囲、好ましくは、50〜150℃程度の温度範囲で、攪拌して行えばよい。
前記の反応において、触媒として、アミン化合物を添加することも可能である。
得られた酸ハライドは、式(IIa’−1)で表される塩と不活性溶媒(例えば、ジクロロエタン、トルエン、エチルベンゼン、モノクロロベンゼン、N,N−ジメチルホルムアミド等の非プロトン性溶媒等が挙げられる。)中で反応させることにより、式(IIa’)で表される塩を得ることができる。反応は、20〜200℃程度の温度範囲、好ましくは、50〜150℃程度の温度範囲で行い、好ましくは脱酸剤を用いる方がよい。脱酸剤としては、トリエチルアミン、ピリジン等の有機塩基又は水酸化ナトリウム、炭酸カリウム、水素化ナトリウム等の無機塩基が挙げられる。用いる塩基の量は、酸ハライド1モルに対して、溶媒に相当する量でもよく、通常、0.001〜5モル程度で、好ましくは1〜3モル程度である。
前記式(ID)で表されるアニオンを有する酸発生剤の製造方法としては、例えば、以下記載の式(II”)で表される塩の製造方法が挙げられる。
Figure 2010256874
[式(II”)中、Q、Q及び、Zは、上記と同じ意味を表す。
11は、互いに独立に、炭素数1〜15のアルキレン基を表す。]
式(II”)で表される塩の製造方法としては、例えば、式(IIa”)で表される塩と式(IIb”)で表されるオニウム塩とを、例えば、アセトニトリル、水、メタノール、クロロホルム、塩化メチレン等の不活性溶媒中にて、又はそれらの混合溶媒中にて、0〜150℃程度の温度範囲、好ましくは0〜100℃程度の温度範囲にて攪拌して反応させる方法などが挙げられる。
Figure 2010256874
[式(IIa”)中、Q、Q、X11及びYは、上記と同じ意味を表す。
は、Li、Na又はKを表す。
式(IIb”)中、Zは、上記と同じ意味を表す。
は、Br又はIを表す。]
式(IIb”)で表されるオニウム塩の使用量としては、通常、式(IIa”)で表される塩1モルに対して、0.5〜2モル程度である。得られた式(II”)で表される塩は再結晶によって取り出してもよいし、水洗して精製してもよい。
式(II’)で表される塩の製造に用いられる式(IIa”)で表される塩の製造方法としては、例えば、先ず、式(IIa”−1)で表される塩と式(IIa”−2)で表されるアルコールとをエステル化反応させる方法などが挙げられる。
Figure 2010256874
[式(IIa”−1)中、M、X11、Q及びQは、上記と同じ意味を表す。
式(IIa”−2)中、Yは、上記と同じ意味を表す。]
別法としては、式(IIa”−3)で表されるアルコールと式(IIa”−2)で表されるアルコールとを反応させた後、MOHで表されるアルカリ金属水酸化物で脱水縮合して式(IIa”)で表される塩を得る方法もある。
Figure 2010256874
[式(IIa”−3)中、X11、Q及びQは、上記と同じ意味を表す。
式(IIa”−2)中、Yは、上記と同じ意味を表す。]
式(IIa”−2)で表されるアルコールと式(IIa”−1)で表されるアルコールとのエーテル化反応は、通常、ジクロロエタン、トルエン、エチルベンゼン、モノクロロベンゼン、アセトニトリル、N,N−ジメチルホルムアミド等の非プロトン性溶媒中にて、20〜200℃程度の温度範囲、好ましくは、50〜150℃程度の温度範囲で攪拌して行えばよい。
前記エーテル化反応においては、通常は、酸触媒としてp−トルエンスルホン酸などの有機酸や硫酸等の無機酸を添加する。さらに、前記のエーテル化反応においては、脱水剤を添加してもよく、該脱水剤として、1,1’−カルボニルジイミダゾール、N,N’−ジシクロヘキシルカルボジイミド等を添加してもよい。
酸触媒を用いたエーテル化反応は、ディーンスターク装置を用いるなどして、脱水しながら実施すると、反応時間が短縮化される傾向があることから好ましい。
前記エーテル化反応における式(IIa”−1)で表されるアルコールの使用量としては、式(IIa”−2)で表されるアルコール1モルに対して、0.5〜3モル程度、好ましくは1〜2モル程度である。エーテル化反応における酸触媒は、式(IIa”−2)で表されるアルコール1モルに対して、触媒量でも溶媒に相当する量でもよく、通常、0.001〜5モル程度である。エーテル化反応における脱水剤は式(IIa”−2)で表されるアルコール1モルに対して、0.5〜5モル程度、好ましくは1〜3モル程度である。
式(IIa”−2)で表される化合物と式(IIa”−1)で表されるアルコールとのエーテル化反応は、式(IIa”−2)で表されるアルコールを式(IIa”−4)で表される化合物に変換して、得られた式(IIa”−4)で表される化合物と式(IIa”−1)で表されるアルコールとを反応させるなどの方法であってもよく、これにより、式(IIa”)で表される化合物を得ることもできる。
Figure 2010256874
[式(IIa”−1)中、M、X11、Q及びQは、上記と同じ意味を表す。
式(IIa”−2)及び式(IIa”−4)中、Yは、上記と同じ意味を表す。
Lは、塩素、臭素、ヨウ素、メシルオキシ基、トシルオキシ基又はトリフルオロメタンスルホニルオキシ基を表す。]
式(IIa”−2)で表されるアルコールを式(IIa”−4)で表される化合物に変換させるに、例えば、塩化チオニル、臭化チオニル、三塩化リン、五塩化リン、三臭化リン、メシルクロリド、トシルクロリド、トリフルオロメタンスルホン酸無水物等を式(IIa”−2)で表されるアルコールに反応させる。前記の反応は、不活性溶媒、例えば、ジクロロエタン、トルエン、エチルベンゼン、モノクロロベンゼン、N,N−ジメチルホルムアミド等の非プロトン性溶媒中で行うことが適している。また、前記の反応は、−70〜200℃程度の温度範囲、好ましくは、−50〜150℃程度の温度範囲で攪拌して行われ、好ましくは脱酸剤を用いる方がよい。脱酸剤としては、トリエチルアミン、ピリジン等の有機塩基又は水酸化ナトリウム、炭酸カリウム、水素化ナトリウム等の無機塩基が挙げられる。
用いる塩基の量は、式(IIa”−2)で表されるアルコール1モルに対して、溶媒に相当する量でもよく、通常、0.001〜5モル程度で、好ましくは1〜3モル程度である。
得られた式(IIa”−4)で表される化合物は、式(IIa”−1)で表される塩と不活性溶媒、例えば、ジクロロエタン、トルエン、エチルベンゼン、モノクロロベンゼン、N,N−ジメチルホルムアミド等の非プロトン性溶媒中で反応させることにより、式(IIa”)で表される塩を得ることができる。
反応は、20〜200℃程度の温度範囲、好ましくは、50〜150℃程度の温度範囲で行われる。
前記の反応において、好ましくは脱酸剤が用いられる。
脱酸剤としては、トリエチルアミン、ピリジン等の有機塩基、及び水酸化ナトリウム、炭酸カリウム、水素化ナトリウム等の無機塩基が挙げられる。脱酸剤を用いる場合、その量は、式(IIa”−4)で表される化合物1モルに対して、溶媒に相当する量でもよく、通常、0.001〜5モル程度で、好ましくは1〜3モル程度である。
本発明レジスト組成物において、樹脂(B)は、本発明レジスト組成物の固形分100質量部に対して、80〜99質量部含有されることが好ましく、85〜97質量部含有されることがより好ましい。
本発明レジスト組成物において、酸発生剤(A)は、樹脂(B)100質量部に対して、1〜20質量部含有されることが好ましく、さらに1〜15質量部含有されることがより好ましい。
また、本発明レジスト組成物は、酸発生剤(A)及び樹脂(B)とともに、塩基性化合物、好ましくは、塩基性含窒素有機化合物、とりわけ好ましくはアミン又はアンモニウム塩を含有させることができる。塩基性化合物を、例えば、クエンチャーとして添加することにより、露光後の引き置きに伴う酸の失活による性能劣化を改良することができる。
クエンチャーに用いられる塩基性化合物としては、例えば、下記のもの等が挙げられる。
Figure 2010256874
式中、T、T及びTは、互いに独立に、水素原子、炭素数1〜6の脂肪族炭化水素基、炭素数5〜10の脂環式炭化水素基又は炭素数6〜20の芳香族炭化水素基を表す。該脂肪族炭化水素基の水素原子、該脂環式炭化水素基の水素原子及び芳香族炭化水素基の水素原子は、水酸基、アミノ基又は炭素数1〜6のアルコキシ基で置換されていてもよい。該アミノ基の水素原子は、炭素数1〜4の脂肪族炭化水素基で置換されていてもよい。
〜Tは、互いに独立に、水素原子、炭素数1〜6の脂肪族炭化水素基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数5〜10の脂環式炭化水素基又は炭素数6〜20の芳香族炭化水素基を表す。該脂肪族炭化水素基の水素原子、該脂環式炭化水素基の水素原子、該芳香族炭化水素基の水素原子及び該アルコキシ基の水素原子は、互いに独立に、水酸基、アミノ基又は炭素数1〜6のアルコキシ基で置換されていてもよい。該アミノ基の水素原子は、炭素数1〜4の脂肪族炭化水素基で置換されていてもよい。
は、炭素数1〜6の脂肪族炭化水素基又は炭素数5〜10の脂環式炭化水素基を表す。該脂肪族炭化水素基の水素原子又は該脂環式炭化水素基の水素原子は、互いに独立に、水酸基、アミノ基又は炭素数1〜6のアルコキシ基で置換されていてもよい。該アミノ基の水素原子は、炭素数1〜4の脂肪族炭化水素基で置換されていてもよい。
Aは、炭素数2〜6のアルキレン基、カルボニル基、イミノ基、スルフィド基又はジスルフィド基を表す。
炭素数1〜6の脂肪族炭化水素基、炭素数5〜10の脂環式炭化水素基、炭素数6〜20の芳香族炭化水素基、炭素数1〜4の脂肪族炭化水素基、炭素数1〜6のアルコキシ基及び炭素数2〜6のアルキレン基としては、上述した該当する基の該当炭素数と同じものが挙げられる。
このような化合物として、例えば、ジイソプロピルアニリン、ヘキシルアミン、ヘプチルアミン、オクチルアミン、ノニルアミン、デシルアミン、アニリン、2−,3−又は4−メチルアニリン、4−ニトロアニリン、1−又は2−ナフチルアミン、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−1,2−ジフェニルエタン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジメチルジフェニルメタン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジエチルジフェニルメタン、ジブチルアミン、ジペンチルアミン、ジヘキシルアミン、ジヘプチルアミン、ジオクチルアミン、ジノニルアミン、ジデシルアミン、N−メチルアニリン、ピペリジン、ジフェニルアミン、トリエチルアミン、トリメチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、トリペンチルアミン、トリヘキシルアミン、トリヘプチルアミン、トリオクチルアミン、トリノニルアミン、トリデシルアミン、メチルジブチルアミン、メチルジペンチルアミン、メチルジヘキシルアミン、メチルジシクロヘキシルアミン、メチルジヘプチルアミン、メチルジオクチルアミン、メチルジノニルアミン、メチルジデシルアミン、エチルジブチルアミン、エチルジペンチルアミン、エチルジヘキシルアミン、エチルジヘプチルアミン、エチルジオクチルアミン、エチルジノニルアミン、エチルジデシルアミン、ジシクロヘキシルメチルアミン、トリス〔2−(2−メトキシエトキシ)エチル〕アミン、トリイソプロパノールアミン、N,N−ジメチルアニリン、2,6−イソプロピルアニリン、イミダゾール、ピリジン、4−メチルピリジン、4−メチルイミダゾール、ビピリジン、2,2’−ジピリジルアミン、ジ−2−ピリジルケトン、1,2−ジ(2−ピリジル)エタン、1,2−ジ(4−ピリジル)エタン、1,3−ジ(4−ピリジル)プロパン、1,2−ビス(2−ピリジル)エチレン、1,2−ビス(4−ピリジル)エチレン、1,2−ビス(4−ピリジルオキシ)エタン、4,4’−ジピリジルスルフィド、4,4’−ジピリジルジスルフィド、1,2−ビス(4−ピリジル)エチレン、2,2’−ジピコリルアミン、3,3’−ジピコリルアミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトライソプロピルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド、テトラ−n−ヘキシルアンモニウムヒドロキシド、テトラ−n−オクチルアンモニウムヒドロキシド、フェニルトリメチルアンモニウムヒドロキシド、3−(トリフルオロメチル)フェニルトリメチルアンモニウムヒドロキシド及びコリンなどを挙げることができる。
さらに、特開平11−52575号公報に記載されているピペリジン骨格を有するヒンダードアミン化合物をクエンチャーとして用いてもよい。
中でも、ジイソプロピルアニリン及び上記式で例示した4級アンモニウム塩が適している。例えば、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド、テトラブチルアンモニウムハイドロオキサイド、テトラヘキシルアンモニウムハイドロオキサイド、テトラオクチルアンモニウムハイドロオキサイド、フェニルトリメチルアンモニウムハイドロオキサイド、3−トリフルオロメチル−フェニルトリメチルアンモニウムハイドロオキサイドなどが挙げられる。
本発明レジスト組成物が、クエンチャーとして塩基性化合物を含有する場合、塩基性化合物の含有量は、樹脂100質量部に対して、好ましくは0.01〜5質量部であり、より好ましくは0.03〜3質量部である
本発明レジスト組成物は、溶剤を含むことが好ましい。
溶剤としては、例えば、エチルセロソルブアセテート、メチルセロソルブアセテート及びプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートのようなグリコールエーテルエステル類、乳酸エチル、酢酸ブチル、酢酸アミル及びピルビン酸エチルのようなエステル類、アセトン、メチルイソブチルケトン、2−ヘプタノン及びシクロヘキサノンのようなケトン類、γ−ブチロラクトンのような環状エステル類、プロピレングリコールモノメチルエーテルなどを挙げることができる。これらは単独で又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。
また、本発明レジスト組成物は、さらに、必要に応じて、増感剤、溶解抑止剤、他の樹脂、界面活性剤、安定剤、染料など、各種の添加剤を含有していてもよい。これらの添加剤は、当該分野で公知の添加剤の全てを利用することができる。
本発明のパターン形成方法は、
(1)上述した本発明のレジスト組成物を基板上に塗布する工程、
(2)塗布後の組成物から溶剤を除去して組成物層を形成する工程、
(3)組成物層に露光機を用いて露光する工程、
(4)露光後の組成物層を加熱する工程、
(5)加熱後の組成物層を、現像装置を用いて現像する工程を含む。
レジスト組成物の基体上への塗布は、スピンコーターなど、通常、用いられる装置によって行うことができる。
溶剤の除去は、例えば、ホットプレート等の加熱装置を用いて溶剤を蒸発させることにより行われるか、又は減圧装置を用いて行われ、溶剤が除去された組成物層が形成される。この場合の温度は、例えば、50〜200℃程度が例示される。また、圧力は、1〜1.0×10Pa程度が例示される。
得られた組成物層は、露光機を用いて露光する。露光機は液浸露光機であってもよい。この際、通常、求められるパターンに相当するマスクを介して露光が行われる。露光光源としては、KrFエキシマレーザ(波長248nm)、ArFエキシマレーザ(波長193nm)、Fレーザ(波長157nm)のような紫外域のレーザ光を放射するもの、固体レーザ光源(YAG又は半導体レーザ等)からのレーザ光を波長変換して遠紫外域または真空紫外域の高調波レーザ光を放射するもの等、種々のものを用いることができる。
露光後の組成物層は、脱保護基反応を促進するための加熱処理が行われる。加熱温度としては、通常50〜200℃程度、好ましくは70〜150℃程度である。
加熱後の組成物層を、現像装置を用いて、通常、アルカリ現像液を利用して現像する。
ここで用いられるアルカリ現像液は、この分野で用いられる各種のアルカリ性水溶液であればよい。例えば、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドや(2−ヒドロキシエチル)トリメチルアンモニウムヒドロキシド(通称コリン)の水溶液等が挙げられる。
現像後、超純水でリンスし、基板及びパターン上に残った水を除去することが好ましい。
本発明のレジスト組成物は、好ましくはポジ型の化学増幅型フォトレジスト組成物として、ドライ露光や液浸露光、さらにはダブルイメージング用にも用いることができる。
以下、本発明を実施例によって詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
実施例及び比較例の中、含有量ないし使用量を表す%及び部は、特記ないかぎり質量基準である。
樹脂の重量平均分子量は、ゲルパーミュエーションクロマトグラフィーにより求めた値である。
装置;HLC−8120GPC(東ソー(株)製)
カラム:TSKgel Multipore HXL−M 3本+ ガードカラム(東ソー(株)製)
溶離液:テトラヒドロフラン
流量:1.0mL/min
検出器:RI検出器
カラム温度:40℃
注入量:100μL
分子量標準:標準ポリスチレン(東ソー(株)製)
また、化合物の構造は、NMR(GX−270型又はEX−270型;日本電子(株)製)、質量分析(LC;1100型;Agilent製、MASS;LC/MSD型又はLC/MSD TOF型;Agilent製)を用いて確認した。
実施例1:式(E)で表される化合物の合成
Figure 2010256874
温度計及び攪拌装置を備えたフラスコに、式(E−a)で表される化合物(クラレ製)25.43部、テトラヒドロフラン(以下、THFと略すことがある)100.00部及びトリフルオロ酢酸1.14部を仕込み、50℃で2時間攪拌した。その後、ヨウ化カリウム0.42部を添加し、50℃で10時間攪拌した。得られた混合物にイオン交換水30部及び酢酸エチル60部を添加し、攪拌した後、分液を行い、有機層を回収した。回収された有機層にイオン交換水30部を添加して洗浄し、分液を行って有機層を回収した。
この分液水洗操作を3回繰り返して行った。回収された有機層を濃縮後、以下の条件でカラム分取することにより、式(E−b)表される化合物18.9部を収率95.4%で得た。
展開媒体;シリカゲル60−200メッシュ;メルク社製
展開溶媒:n−ヘプタン/酢酸エチル=10/1(容量比)
Figure 2010256874
2−メチル−2−アダマンタノール250部及びTHF2000部を仕込み、室温で攪拌し、2−メチル−2−アダマンタノールの溶解確認後、ピリジン142.73部を仕込み、40℃に昇温した。さらに、クロロアセチルクロリド254.74部及びTHF509部の混合溶液を80分かけて滴下した。滴下後、40℃で8時間攪拌し、5℃に温度を下げた。5℃に冷却したイオン交換水1052部を添加、攪拌し、分液により水層を回収した。回収された水層に酢酸エチル631部を添加し、分液して有機層を回収した。回収された有機層に、5℃の10%炭酸カリウム水溶液631部を添加して洗浄し、分液して有機層を回収した後、回収された有機層にさらに、イオン交換水631部を添加して水洗し、分液を行って有機層を回収した。この水洗操作を3回繰り返して行った。回収された有機層を濃縮し、得られた濃縮物にn−ヘプタン500部を添加し、攪拌した後、ろ過後、乾燥して、式(E−c)表される化合物195部を、純度96%、収率53%で得た。
Figure 2010256874
式(E−b)で表される化合物10.20部及びDMF102.05部を仕込み、室温で攪拌し、式(E−b)で表される化合物を溶解した。その後、炭酸カリウム3.56部及びヨウ化カリウム0.89部を添加し、50℃に昇温した。さらに1時間攪拌した後、100℃に昇温した。得られた混合物に式(E−c)で表される化合物12.50部及びDMF37.50部の混合溶解液を60分かけて添加し、100℃で3時間攪拌した。得られた混合物を室温に戻した後、イオン交換水166.70部及び酢酸エチル333.40部を添加した後、攪拌し、分液を行って有機層を回収した。回収された有機層に、5%炭酸カリウム水溶液83.35部を添加して洗浄し、分液を行って有機層を回収した。回収された有機層に、さらにイオン交換水166.70部を添加して洗浄し、分液を行って有機層を回収した。この水洗操作を5回繰り返して行った。
回収された有機層に、硫酸マグネシウム1部を添加し、攪拌した後、ろ過して有機層を回収した。回収された有機層を濃縮した後、n−ヘプタン55.5部を添加し、室温で1時間攪拌した後、析出物をろ過して取り出し、乾燥して、式(E−d)で表される化合物16.80部を純度100%、収率80.7%で得た。
Figure 2010256874
式(E−d)で表される化合物1.0部、N−メチルピロリジン0.63部及びTHF10.00部を仕込み、攪拌下、25℃でメタクリロイルクロリド0.52部を20分かけて滴下し、23℃で4時間攪拌した。得られた混合物にイオン交換水12.15部を仕込み、濃縮した。その後、得られた濃縮液に、酢酸エチル36.45部を添加し、攪拌した後、分液を行って有機層を回収した。回収された有機層に、イオン交換水12.15部を添加して洗浄し、分液を行って有機層を回収した。この水洗操作を5回繰り返して行った。回収された有機層に、硫酸マグネシウム1部及び活性炭1部を添加し、攪拌した後、ろ過して有機層を回収した。回収された有機層を濃縮した後、メチル−tert−ブチルエーテル0.86部を添加し溶解した。さらに30分攪拌した後、n−ヘプタン1.68部を添加し、23℃で1時間攪拌した後、析出物をろ過して取り出し、これを乾燥して、式(E)で表される化合物0.63部を純度99.3%、収率53.9%で得た。
MASS:472
H−NMR(クロロホルム−d、内部標準物質テトラメチルシラン):δ(ppm)1.55−2.05(m,19H)、2.10−2.20(m,1H)、2.25−2.35(m,2H)、2.82−2.93(m,2H)、3.20−3.40(m,2H)、4.45−4.80(m,3H)、5.25(s,1H)、5.57(s,1H)、6.05(s,1H)
実施例2:式(G)で表される化合物の合成
Figure 2010256874
温度計及び攪拌装置を備えたフラスコに、式(G−a)で表される化合物(クラレ製)16.42部及びTHF53.29部を仕込み、23℃で攪拌溶解した。得られた混合物に、23℃でジメチルアミノピリジン2.44部を添加した後、50℃で30分間攪拌した。得られた混合物に、さらに、2−メチル−2−アダマンタノール16.63部及びTHF53.29部の混合溶液を1時間かけて滴下し、50℃で10時間攪拌した。得られた混合物にイオン交換水30部及び酢酸エチル60部を添加して洗浄し、分液を行って有機層を回収した。回収された有機層にイオン交換水30部を添加して洗浄し、分液を行って有機層を回収した。この分液水洗操作を3回繰り返して行った。回収された有機層を濃縮後、以下の条件でカラム分取することにより、式(G−b)で表される化合物25.2部を収率76.4%で得た。
展開媒体;シリカゲル60−200メッシュ;メルク社製
展開溶媒:n−ヘプタン/酢酸エチル=20/1(容量比)
Figure 2010256874
式(G−b)で表される化合物16.50部及びクロロホルム200.00部を仕込み、23℃で攪拌し、式(G−b)で表される化合物を溶解した後、23℃でm−クロロ過安息香酸17.30部を添加し、23℃で6時間攪拌した。得られた混合物にイオン交換水30部及び酢酸エチル60部を添加して洗浄し、分液を行って有機層を回収した。回収された有機層にイオン交換水30部を添加して洗浄し、分液を行って有機層を回収した。この分液水洗操作を3回繰り返して行った。回収された有機層を濃縮した後、以下の条件でカラム分取することにより、式(G−c)で表される化合物14.7部を収率84.9%で得た。
展開媒体;シリカゲル60−200メッシュ;メルク社製
展開溶媒:n−ヘプタン/酢酸エチル=20/1(容量比)
Figure 2010256874
式(G−c)で表される化合物0.86部、N−メチルピロリジン0.63部及びTHF10.00部を仕込み、攪拌下、25℃でメタクリロイルクロリド0.52部を20分かけて滴下し、室温で4時間攪拌した。得られた混合物に、イオン交換水12.15部を仕込み、THFを濃縮した。得られた濃縮液に、酢酸エチル36.45部を添加して洗浄し、分液を行って有機層を回収した。回収された有機層にイオン交換水12.15部を添加して洗浄し、分液を行って有機層を回収した。水洗操作を5回行った。回収された有機層に、硫酸マグネシウム1部及び活性炭1部を添加し、攪拌した後、ろ過した。回収されたろ液層を濃縮し、得られた濃縮物に、メチル−tert−ブチルエーテル0.86部を添加し溶解した。得られた混合物を30分攪拌した後、さらに、n−ヘプタン1.68部を添加し、23℃で1時間攪拌した後、析出物をろ過後、乾燥して、式(E)で表される化合物0.52部を、純度98.6%、収率50.5%で得た。
MASS:414
H−NMR(クロロホルム−d、内部標準物質テトラメチルシラン):δ(ppm)1.15−2.00(m,20H)、2.13−2.25(m,2H)、2.87−2.94(m,2H)、3.20−3.40(m,2H)、4.45(m,1H)、5.55(s,1H)、5.95(s,1H)、6.05(s,1H)
実施例3:式(H)で表される化合物の合成
Figure 2010256874

式(H−a)で表される化合物2.64部、式(A5−b)で表される化合物2.31部及びジクロロエタン40.00部を仕込み、攪拌して式(H−a)で表される化合物及び(A5−b)で表される化合物を溶解させた。得られた混合物に水素化ナトリウム0.24部を仕込み、23℃で30分間攪拌した。得られた混合物を、さらに、15時間撹拌した後、イオン交換水40.00部を仕込み、攪拌後、分液して有機層を回収した。回収された有機層を、水洗する操作を3回繰り返して行った。回収された有機層に、活性炭1.00部を添加し、これを攪拌した後、濾過して濾液を回収した。回収された濾液を濃縮することにより、淡黄色オイル7.90部を得た。
得られた淡黄色オイルを、以下の条件でカラム分取することにより、式(H)で表される化合物2.86部を収率62.3%で得た。
展開媒体;シリカゲル60−200メッシュ;メルク社製
展開溶媒:n−ヘプタン/酢酸エチル=20/1(容量比)
MASS:458
H−NMR(クロロホルム−d、内部標準物質テトラメチルシラン):δ(ppm)0.93(t,3H)、0.95−2.30(m,24H)、2.63(m,1H)、4.10(s,2H)、4.45−4.60(m,2H)、5.57(s,1H)、6.07(s,1H)
Figure 2010256874
実施例4:樹脂B1の合成
温度計及び攪拌装置を備えたフラスコに、式(E)で表される化合物、式(B)で表される化合物及び式(C)で表される化合物を、モル比50:25:25の割合で仕込み、次いで、全化合物の合計質量に対して、1.5質量倍のジオキサンを加えた。得られた混合物に、開始剤としてアゾビスイソブチロニトリルとアゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)とを全化合物の合計モル数に対して、それぞれ、1mol%と3mol%との割合で添加し、これを75℃で約5時間加熱した。その後、反応液を、メタノールと水との容量比3:1の混合溶媒の大過剰量中に注いで沈殿させる操作を3回行うことにより精製し、重量平均分子量が約7900である樹脂B1を収率73%で得た。
実施例5:樹脂B2の合成
Figure 2010256874
温度計及び攪拌装置を備えたフラスコに、式(E)で表される化合物、式(D)で表される化合物、式(B)で表される化合物及び式(C)で表される化合物を、モル比40:10:25:25の割合で仕込み、次いで、全化合物の合計質量に対して、1.5質量倍のジオキサンを加えた。得られた混合物に、開始剤としてアゾビスイソブチロニトリルとアゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)とを全化合物の合計モル数に対して、それぞれ、1mol%と3mol%との割合で添加し、これを74℃で約5時間加熱した。その後、反応液を、メタノールと水との容量比3:1の混合溶媒の大過剰量中に注いで沈殿させる操作を3回行うことにより精製し、重量平均分子量が約7900である樹脂B2を収率75%で得た。
実施例6:樹脂B3の合成
Figure 2010256874
温度計及び攪拌装置を備えたフラスコに、式(E)で表される化合物、式(D)で表される化合物、式(B)で表される化合物、式(C)で表される化合物及び式(F)で表される化合物を、モル比40:10:25:15:10の割合で仕込み、次いで、全化合物の合計質量に対して、1.5質量倍のジオキサンを加えた。得られた混合物に、開始剤としてアゾビスイソブチロニトリルとアゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)とを全化合物の合計モル数に対して、それぞれ、1mol%と3mol%との割合で添加し、これを74℃で約5時間加熱した。その後、反応液を、メタノールと水との容量比3:1の混合溶媒の大過剰量中に注いで沈殿させる操作を3回行うことにより精製し、重量平均分子量が約8000である樹脂B3を収率79%で得た。
合成例1:樹脂B4の合成
Figure 2010256874
温度計及び攪拌装置を備えたフラスコに、式(D)で表される化合物、式(B)で表される化合物及び式(C)で表される化合物を、モル比50:25:25の割合で仕込み、次いで、全化合物の合計質量に対して、1.5質量倍のジオキサンを加えた。得られた混合物に、開始剤としてアゾビスイソブチロニトリルとアゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)とを全化合物の合計モル数に対して、それぞれ、1mol%と3mol%との割合で添加し、これを76℃で約5時間加熱した。その後、反応液を、メタノールと水との容量比3:1の混合溶媒の大過剰量中に注いで沈殿させる操作を3回行うことにより精製し、重量平均分子量が約8300である樹脂B4を収率74%で得た。
合成例2:樹脂B5の合成
Figure 2010256874
温度計及び攪拌装置を備えたフラスコに、式(A)で表される化合物、式(B)で表される化合物及び式(C)で表される化合物を、モル比50:25:25の割合で仕込み、次いで、全化合物の合計質量に対して、1.5質量倍のジオキサンを加えた。得られた混合物に、開始剤としてアゾビスイソブチロニトリルとアゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)とを全化合物の合計モル数に対して、それぞれ、1mol%と3mol%との割合で添加し、これを77℃で約5時間加熱した。その後、反応液を、メタノールと水との容量比3:1の混合溶媒の大過剰量中に注いで沈殿させる操作を3回行うことにより精製し、重量平均分子量が約8000である樹脂B5を収率60%で得た。
実施例7:樹脂B6の合成
Figure 2010256874
温度計及び攪拌装置を備えたフラスコに、式(G)で表される化合物、式(B)で表される化合物及び式(C)で表される化合物を、モル比50:25:25の割合で仕込み、次いで、全化合物の合計質量に対して、1.5質量倍のジオキサンを加えた。得られた混合物に、開始剤としてアゾビスイソブチロニトリルとアゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)とを全化合物の合計モル数に対して、それぞれ、1mol%と3mol%との割合で添加し、これを75℃で約5時間加熱した。その後、反応液を、メタノールと水との容量比3:1の混合溶媒の大過剰量中に注いで沈殿させる操作を3回行うことにより精製し、重量平均分子量が約8200である樹脂B6を収率63%で得た。
実施例8:樹脂B7の合成

Figure 2010256874
温度計及び攪拌装置を備えたフラスコに、式(H)で表される化合物、式(B)で表される化合物及び式(C)で表される化合物を、モル比50:25:25の割合で仕込み、次いで、全化合物の合計質量に対して、1.5質量倍のジオキサンを加えた。得られた混合物に、開始剤としてアゾビスイソブチロニトリルとアゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)とを全化合物の合計モル数に対して、それぞれ、1mol%と3mol%との割合で添加し、これを75℃で約5時間加熱した。その後、反応液を、メタノールと水との容量比3:1の混合溶媒の大過剰量中に注いで沈殿させる操作を3回行うことにより精製し、重量平均分子量が約8000である樹脂(B7)を収率60%で得た。
実施例9:式(I)で表される化合物の合成
Figure 2010256874
温度計及び攪拌装置を備えたフラスコに、式(G−a)で表される化合物(クラレ製)16.42部及びTHF53.29部を仕込み、23℃で攪拌溶解した。得られた混合物に、23℃でジメチルアミノピリジン2.44部を添加した後、50℃で30分間攪拌した。得られた混合物に、さらに、2−エチル−2−アダマンタノール16.80部及びTHF54.00部の混合溶液を1時間かけて滴下し、50℃で10時間攪拌した。得られた混合物にイオン交換水30部及び酢酸エチル60部を添加して洗浄し、分液を行って有機層を回収した。回収された有機層にイオン交換水30部を添加して洗浄し、分液を行って有機層を回収した。この分液水洗操作を3回繰り返して行った。回収された有機層を濃縮後、以下の条件でカラム分取することにより、式(I−b)で表される化合物25.24部を得た。
展開媒体;シリカゲル60−200メッシュ;メルク社製
展開溶媒:n−ヘプタン/酢酸エチル=20/1(容量比)
Figure 2010256874
式(G−b)で表される化合物16.58部及びクロロホルム200.00部を仕込み、23℃で攪拌し、式(G−b)で表される化合物を溶解した後、23℃でm−クロロ過安息香酸17.30部を添加し、23℃で6時間攪拌した。得られた混合物にイオン交換水30部及び酢酸エチル60部を添加して洗浄し、分液を行って有機層を回収した。回収された有機層にイオン交換水30部を添加して洗浄し、分液を行って有機層を回収した。この分液水洗操作を3回繰り返して行った。回収された有機層を濃縮した後、以下の条件でカラム分取することにより、式(I−c)で表される化合物14.65部を得た。
展開媒体;シリカゲル60−200メッシュ;メルク社製
展開溶媒:n−ヘプタン/酢酸エチル=20/1(容量比)
Figure 2010256874
式(I−c)で表される化合物0.87部、N−メチルピロリジン0.63部及びTHF10.00部を仕込み、攪拌下、25℃でメタクリロイルクロリド0.52部を20分かけて滴下し、室温で4時間攪拌した。得られた混合物に、イオン交換水12部を仕込み、THFを濃縮した。得られた濃縮液に、酢酸エチル36部を添加して洗浄し、分液を行って有機層を回収した。回収された有機層にイオン交換水12部を添加して洗浄し、分液を行って有機層を回収した。水洗操作を5回行った。回収された有機層に、硫酸マグネシウム1部及び活性炭1部を添加し、攪拌した後、ろ過した。回収されたろ液層を濃縮し、得られた濃縮物に、メチル−tert−ブチルエーテル1.00部を添加し溶解した。得られた混合物を30分攪拌した後、さらに、n−ヘプタン1.50部を添加し、23℃で1時間攪拌した後、析出物をろ過後、乾燥して、式(I)で表される化合物0.58部をで得た。
MASS:428
H−NMR(クロロホルム−d、内部標準物質テトラメチルシラン):δ(ppm)
1.15−2.00(m,20H)、2.13−2.40(m,4H)、2.87−2.94(m,2H)、3.20−3.40(m,2H)、4.45(m,1H)、5.55(s,1H)、5.95(s,1H)、6.05(s,1H)
実施例10:樹脂B8の合成
Figure 2010256874
温度計及び攪拌装置を備えたフラスコに、式(E)で表される化合物、式(J)で表される化合物、式(B)で表される化合物、式(C)で表される化合物及び式(F)で表される化合物を、モル比10:30:10:20:30の割合で仕込み、次いで、全化合物の合計質量に対して、1.5質量倍のジオキサンを加えた。得られた混合物に、開始剤としてアゾビスイソブチロニトリルとアゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)とを全化合物の合計モル数に対して、それぞれ、1mol%と3mol%との割合で添加し、これを75℃で約5時間加熱した。その後、反応液を、メタノールと水との容量比3:1の混合溶媒の大過剰量中に注いで沈殿させる操作を3回行うことにより精製し、重量平均分子量が約7500である樹脂B8を収率70%で得た。
実施例11:樹脂B9の合成
Figure 2010256874
温度計及び攪拌装置を備えたフラスコに、式(G)で表される化合物、式(J)で表される化合物、式(B)で表される化合物、式(C)で表される化合物及び式(F)で表される化合物を、モル比10:30:10:20:30の割合で仕込み、次いで、全化合物の合計質量に対して、1.5質量倍のジオキサンを加えた。得られた混合物に、開始剤としてアゾビスイソブチロニトリルとアゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)とを全化合物の合計モル数に対して、それぞれ、1mol%と3mol%との割合で添加し、これを75℃で約5時間加熱した。その後、反応液を、メタノールと水との容量比3:1の混合溶媒の大過剰量中に注いで沈殿させる操作を3回行うことにより精製し、重量平均分子量が約7300である樹脂B9を収率65%で得た。
実施例12:樹脂B10の合成
Figure 2010256874
温度計及び攪拌装置を備えたフラスコに、式(H)で表される化合物、式(J)で表される化合物、式(B)で表される化合物、式(C)で表される化合物及び式(F)で表される化合物を、モル比10:30:10:20:30の割合で仕込み、次いで、全化合物の合計質量に対して、1.5質量倍のジオキサンを加えた。得られた混合物に、開始剤としてアゾビスイソブチロニトリルとアゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)とを全化合物の合計モル数に対して、それぞれ、1mol%と3mol%との割合で添加し、これを75℃で約5時間加熱した。その後、反応液を、メタノールと水との容量比3:1の混合溶媒の大過剰量中に注いで沈殿させる操作を3回行うことにより精製し、重量平均分子量が約7000である樹脂B10を収率72%で得た。
実施例13:樹脂B11の合成
Figure 2010256874
温度計及び攪拌装置を備えたフラスコに、式(I)で表される化合物、式(J)で表される化合物、式(B)で表される化合物、式(C)で表される化合物及び式(F)で表される化合物を、モル比10:30:10:20:30の割合で仕込み、次いで、全化合物の合計質量に対して、1.5質量倍のジオキサンを加えた。得られた混合物に、開始剤としてアゾビスイソブチロニトリルとアゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)とを全化合物の合計モル数に対して、それぞれ、1mol%と3mol%との割合で添加し、これを75℃で約5時間加熱した。その後、反応液を、メタノールと水との容量比3:1の混合溶媒の大過剰量中に注いで沈殿させる操作を3回行うことにより精製し、重量平均分子量が約6900である樹脂B11を収率75%で得た。
実施例14:式(J)で表される化合物の合成
Figure 2010256874
式(J−b)で表される化合物(2−ブロモイソ酪酸 東京化成製)10.15部、モノクロロベンゼン40部及び式(J−a)で表される化合物10.00部を仕込み23℃で30分間攪拌した。次いで、硫酸0.29部を23℃で滴下し、その後、140℃で水を留去しながら2時間攪拌した。得られた反応液に、モレキュラーシーブ(MS(4A) 和光製)2.50部を添加し、130℃で3時間攪拌した。得られた反応液を、23℃まで冷却後、ろ過し、得られたろ液を濃縮した。得られた濃縮物に、クロロホルム60部及びイオン交換水30部を仕込み、分液水洗を行った。この分液水洗を6回行った。得られた有機層を濃縮し、得られた濃縮物をカラム(メルク シリカゲル60−200メッシュ 展開溶媒:n−ヘプタン/酢酸エチル=3/1)分取することにより、式(J−c)で表される化合物9.86部を得た。
Figure 2010256874
式(J−d)で表される化合物3.83部及びN,N’−ジメチルホルムアミド38.30部を仕込み、23℃で30分間攪拌した。得られた混合物に、炭酸カリウム3.69部及びヨウ化カリウム1.11部を仕込み、50℃で1時間攪拌した。得られた混合物を、23℃まで冷却し、式(J−c)で表される化合物9.00部をN,N’−ジメチルホルムアミド18.00部に溶解した溶液を1時間かけて滴下し、23℃で2時間攪拌した。得られた混合物に、酢酸エチル100部及びイオン交換水50.00部を仕込み、分液水洗を行った。この分液水洗を3回行った。得られた有機層を濃縮し、得られた濃縮物をカラム(メルク シリカゲル60−200メッシュ 展開溶媒:n−ヘプタン/酢酸エチル=1/3)分取することにより、式(J)で表される化合物4.82部を得た。
実施例15:樹脂B12の合成
Figure 2010256874
温度計及び攪拌装置を備えたフラスコに、式(D)で表される化合物及び式(J)で表される化合物を、モル比50:50の割合で仕込み、次いで、全化合物の合計質量に対して、1.5質量倍のジオキサンを加えた。得られた混合物に、開始剤としてアゾビスイソブチロニトリルとアゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)とを全化合物の合計モル数に対して、それぞれ、1mol%と3mol%との割合で添加し、これを75℃で約5時間加熱した。その後、反応液を、メタノールと水との容量比3:1の混合溶媒の大過剰量中に注いで沈殿させる操作を3回行うことにより精製し、重量平均分子量が約6500である樹脂B12を収率72%で得た。
実施例16:樹脂B13の合成

Figure 2010256874
温度計及び攪拌装置を備えたフラスコに、式(D)で表される化合物、式(B)で表される化合物及び式(J)で表される化合物を、モル比40:20:40の割合で仕込み、次いで、全化合物の合計質量に対して、1.5質量倍のジオキサンを加えた。得られた混合物に、開始剤としてアゾビスイソブチロニトリルとアゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)とを全化合物の合計モル数に対して、それぞれ、1mol%と3mol%との割合で添加し、これを75℃で約5時間加熱した。その後、反応液を、メタノールと水との容量比3:1の混合溶媒の大過剰量中に注いで沈殿させる操作を3回行うことにより精製し、重量平均分子量が約7000である樹脂B13を収率65%で得た。
合成例3:酸発生剤A1の合成
ジフルオロ(フルオロスルホニル)酢酸メチルエステル100部及びイオン交換水150部に、氷浴下、30%水酸化ナトリウム水溶液230部を滴下した。得られた混合物を100℃で3時間還流し、冷却後、これを濃塩酸88部で中和した。得られた溶液を濃縮することによりジフルオロスルホ酢酸ナトリウム塩164.4部(無機塩含有、純度62.7%)を得た。得られたジフルオロスルホ酢酸ナトリウム塩1.9部(純度62.7%)及びN,N−ジメチルホルムアミド9.5部に、1,1’−カルボニルジイミダゾール1.0部を添加し、2時間撹拌して混合物を調製した。
一方、3−ヒドロキシアダマンチルメタノール1.1部及びN,N−ジメチルホルムアミド5.5部に、水素化ナトリウム0.2部を添加し、2時間撹拌した。この溶液に、前記の混合物を添加した。得られた混合物を15時間撹拌した後、生成したジフルオロスルホ酢酸−3−ヒドロキシ−1−アダマンチルメチルエステルナトリウム塩を含む溶液をそのまま次の反応に用いた。
得られたジフルオロスルホ酢酸−3−ヒドロキシ−1−アダマンチルメチルエステルナトリウム塩を含む溶液に、クロロホルム17.2部及び14.8%トリフェニルスルホニウムクロライド水溶液2.9部を添加した。15時間撹拌した後、分液して有機層を回収した。次いで、残った水層をクロロホルム6.5部で抽出することにより有機層を回収した。さらに残った水層に、前記の抽出操作を繰り返して行い、さらに有機層を回収した。
前記の各有機層を合せた後、イオン交換水で洗浄した。その後、得られた有機層を濃縮した。濃縮物にtert−ブチルメチルエーテル5.0部を添加し、撹拌後、濾過することにより白色固体としてトリフェニルスルホニウム1−((3−ヒドロキシアダマンチル)メトキシカルボニル)ジフルオロメタンスルホナート(酸発生剤A1)0.2部を得た。
Figure 2010256874
合成例4:酸発生剤A2の合成
ジフルオロ(フルオロスルホニル)酢酸メチルエステル100部及びイオン交換水250部に、氷浴下、30%水酸化ナトリウム水溶液230部を滴下した。得られた混合物を100℃で3時間還流し、冷却した後、これを濃塩酸88部で中和した。得られた溶液を濃縮することによりジフルオロスルホ酢酸ナトリウム塩164.8部(無機塩含有、純度62.6%)を得た。得られたジフルオロスルホ酢酸ナトリウム塩5.0部(純度62.6%)、4−オキソ−1−アダマンタノール2.6部及びエチルベンゼン100部の混合物に、濃硫酸0.8部を加え、30時間加熱還流した。
得られた混合物を冷却し、濾過し、濾過残渣をtert−ブチルメチルエーテルで洗浄することにより、ジフルオロスルホ酢酸−4−オキソ−1−アダマンチルエステルナトリウム塩5.5部を得た。H−NMRによる純度分析の結果、その純度は35.6%であった。得られたジフルオロスルホ酢酸−4−オキソ−1−アダマンチルエステルナトリウム塩5.4部(純度35.6%)に、アセトニトリル16部及びイオン交換水16部を加えた。得られた混合物に、トリフェニルスルホニウムクロライド1.7部、アセトニトリル5部及びイオン交換水5部を添加した。得られた混合物を15時間撹拌した後、濃縮し、得られた混合物をクロロホルム142部で抽出することにより有機層を回収した。回収された有機層をイオン交換水で洗浄した後、得られた有機層を濃縮した。濃縮物をtert−ブチルメチルエーテル24部でリパルプすることにより、白色固体としてトリフェニルスルホニウム−4−オキソ−1−アダマンチルオキシカルボニルジフルオロメタンスルホナート(酸発生剤A2)1.7部を得た。
Figure 2010256874
合成例5:酸発生剤A3の合成
Figure 2010256874
リチウムアルミニウムハイドライド10.4部、無水テトラヒドロフラン120部を仕込み23℃で30分間攪拌した。次いで、式(A3−a)で表される化合物62.2部を無水THF900部に溶かした溶液を氷冷下で滴下し、23℃で5時間攪拌した。反応マスに酢酸エチル50.0部、6N塩酸50.00部を添加、攪拌後、分液を行った。有機層を濃縮後、カラム(メルク シリカゲル60−200メッシュ 展開溶媒:クロロホルム/メタノール=5/1)分取することにより、式(A3−b)で表される化合物を84.7g(純度60%)を得た。
また、式(A3−c)で表される化合物4.5部、無水THF90部を添加し室温で30分間攪拌し溶解した。この溶液にカルボニルジイミダゾール3.77部、無水THF45部の混合溶液を室温で滴下し、23℃で4時間攪拌した。得られた反応溶液を、(A3−b)7.87部(純度60%)、無水THF50部の混合中に、54℃〜60℃で30分間で滴下した。反応溶液を65℃で18時間加熱し、冷却後、ろ過した。得られたろ液を濃縮し、濃縮物をカラム(メルク シリカゲル60−200メッシュ 展開溶媒:クロロホルム/メタノール=5/1)分取することにより、式(A3−d)で表される化合物4.97部を得た。
Figure 2010256874
次いで、式(A3−d)で表される化合物1.0部、クロロホルム20部を仕込み、23℃で30分間攪拌後、更に式(A3−e)で表される化合物(13.1%水溶液)6.3部を23℃で加えた。12時間室温で攪拌した後、分液を行った。有機層にイオン交換水10部を添加、分液水洗を行った。この操作を5回行った。その後、硫酸マグネシウム1部を添加、23℃で30分間攪拌後、ろ過し、ろ液を濃縮して、式(A3)で表される化合物(酸発生剤A3)1.36部を得た。
Figure 2010256874
合成例6:酸発生剤A4の合成
Figure 2010256874
リチウムアルミニウムハイドライド10.4部、無水テトラヒドロフラン120部を仕込み23℃で30分間攪拌した。次いで、式(A4−a)で表される化合物62.2部を無水THF900部に溶かした溶液を氷冷下で滴下し、23℃で5時間攪拌した。反応マスに酢酸エチル50.0部、6N塩酸50.00部を添加、攪拌後、分液を行った。有機層を濃縮後、カラム(メルク シリカゲル60−200メッシュ 展開溶媒:クロロホルム/メタノール=5/1)分取することにより、式(A4−b)で表される化合物を84.7g(純度60%)を得た。
式(A4−c)で表される化合物3.51部、無水THF75部を仕込み23℃で30分間攪拌した。次いで、カルボニルジイミダゾール2.89部、無水THF50部の混合溶液を23℃で滴下し、23℃で4時間攪拌した。得られた反応液を、式(A4−b)で表される化合物6.04部(純度60%)、無水THF50部の混合液中に54〜60℃で、25分間で滴下し、65℃で18時間加熱し、冷却後、ろ過した。得られたろ液を濃縮し、濃縮物をカラム(メルク シリカゲル60−200メッシュ 展開溶媒:クロロホルム/メタノール=5/1)分取することにより、式(A4−d)で表される化合物2.99部を得た。
Figure 2010256874
式(A4−d)で表される化合物1.0部、クロロホルム30部を仕込み23℃で30分間攪拌した。次いで、式(A4−e)で表される化合物(13.1%水溶液)6.3部を23℃で12時間攪拌した後、分液を行った。有機層にイオン交換水10部を添加、分液水洗を行った。この操作を3回行った。その後、硫酸マグネシウム1部を添加、23℃で30分間攪拌後、ろ過し、ろ液を濃縮して、式(A4)で表される化合物(酸発生剤A4)1.6部を得た。
Figure 2010256874
実施例14〜29及び比較例1
表1に示すように、以下の各成分を混合して溶解することにより得られた混合物を孔径0.2μmのフッ素樹脂製フィルタで濾過することにより、化学増幅型フォトレジスト組成物を調製した。
Figure 2010256874
表1におけるクエンチャーは、Q1:2,6−ジイソプロピルアニリンである。
酸発生剤C1はトリフェニススルホニウム パーフルオロオクタンスルホネートである。
また、溶剤として以下の溶剤を用いた。
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 265 部
2−ヘプタノン 20.0部
プロピレングリコールモノメチルエーテル 20.0部
γ−ブチロラクトン 3.5部
シリコンウェハに、有機反射防止膜用組成物(ARC−29;日産化学(株)製)を塗布して、205℃、60秒の条件でベークすることによって、厚さ78nmの有機反射防止膜を形成した。
次いで、前記の有機反射防止膜の上に、上記の化学増幅型フォトレジスト組成物を乾燥後の膜厚が85nmとなるようにスピンコートした。
塗布後、得られたシリコンウェハをダイレクトホットプレート上にて、100℃で60秒間プリベークした。
このようにして化学増幅型フォトレジスト組成物の膜が形成されたシリコンウェハに、ArFエキシマステッパー〔FPA5000−AS3;(株)キャノン製、NA=0.75、2/3Annular〕用いて、露光量を段階的に変化させてラインアンドスペースパターンを露光した。
露光後は、ホットプレート上にて95℃で60秒間ポストエキスポジャーベークを行い、さらに2.38重量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液で60秒間のパドル現像を行った。
有機反射防止膜基板上のもので現像後のダークフィールドパターンを走査型電子顕微鏡で観察し、その結果を表2に示した。
なお、ここでいうダークフィールドパターンとは、外側にクロム層(遮光層)をベースとしてライン状にガラス面(透光部)が形成されたレチクルを介した露光及び現像によって得られ、したがって露光現像後は、ラインアンドスペースパターンの周囲のレジスト層が残されるパターンである。実効感度:100nmのラインアンドスペースパターンが1:1となる露光量で示した。
解像性評価:100nmのラインアンドスペースパターンが1:1となる露光量で露光し、レジストパターンを走査型電子顕微鏡で観察し、比較例1を基準(△で表記)とし、これと比べて、より解像しているものを良好なものとして○で表記し、同等であるものを△で表記し、悪化しているものを不良なものとして×で表記した。
ラインエッジラフネス評価(LER):リソグラフィプロセス後のレジストパターンの壁面を走査型電子顕微鏡で観察し、比較例1を基準(△で表記)とし、これと比べて、滑らかになっているものを良好なものとして○で表記し、同等であるものを△で表記した。
フォーカスマージン評価(DOF):リソグラフィプロセス後のラインアンドスペースパターンの線幅を測定(85nm線幅に対し、±5%の間にあるもの:○)し、比較例1を基準(△で表記)とし、これと比べて、広くなっているものを良好なものとして○で表記し、同等であるものを△で表記した。
Figure 2010256874
本発明の化学増幅型フォトレジスト組成物によれば、優れた解像度、ラインエッジラフネス及びフォーカスマージンを有するパターンを形成することができる。

Claims (15)

  1. 酸発生剤と樹脂とを含有する化学増幅型フォトレジスト組成物であって、
    前記樹脂が、酸に不安定な基及びラクトン環を有するモノマーに由来する構造単位(b3−2)を含む樹脂である化学増幅型フォトレジスト組成物。
  2. 構造単位(b3−2)が、酸の作用によりカルボキシ基を生じ且つラクトン環を有するモノマーに由来する構造単位である請求項1記載の組成物。
  3. 酸に不安定な基及びラクトン環を有するモノマーが、式(Xb)で表されるモノマーである請求項1又は2記載の組成物。
    Figure 2010256874
    [式(Xb)中、Rは、水素原子又はメチル基を表す。
    Z’は、単結合又は−CH−CO−O−を表す。*は−O−との結合手を表す。
    40及びX41は、それぞれ独立に、単結合又は2価の連結基を表す。
    mは、0〜2の整数を表す。
    c1〜Rc5は、互いに独立に、炭素数1〜12の脂肪族炭化水素基又は炭素数3〜36の脂環式炭化水素基を表すか、Rc1及びRc2、Rc1及びX41並びにRc3及びRc4が結合して置換基を有していてもよい炭素数3〜18の環を形成する。
    10は、カルボキシル基、シアノ基又は炭素数1〜4の炭化水素基を表す。l’は、0〜3の整数を表す。l’が2以上のとき、複数のR10は、互いに同一でも異なってもよい。]
  4. 前記樹脂が、さらに、−OX基(ただし、Xは、水素原子又は酸に不安定な基を表す。)を有するモノマーに由来する構造単位(b2)を含有する樹脂である請求項1〜3のいずれか記載の組成物。
  5. 前記構造単位(b2)が、式(III)で表される構造単位である請求項4記載の組成物。
    Figure 2010256874
    [式(III)中、
    は、水素原子又はメチル基を表す。
    Z”は、単結合又は−[CH−を表し、該−[CH−に含まれるメチレン基は、酸素原子及び/又はカルボニル基で置換されていてもよい。qは、1〜8の整数を表す。
    は、メチル基を表す。tは、0〜5の整数を表す。
    は、水素原子又は酸に不安定な基を表す。t’は、0〜10の整数を表す。]
  6. 前記樹脂が、さらに、構造単位(b3−2)とは異なり、ラクトン環を有するモノマーに由来する構造単位(b3)を含有する樹脂である請求項1〜5のいずれか記載の組成物。
  7. 前記構造単位(b3)が、式(IVa)で表される構造単位又は式(IVb)で表される構造単位である請求項6記載の組成物。
    Figure 2010256874
    [式(IVa)及び式(IVb)中、Rは、水素原子又はメチル基を表す。
    は、メチル基を表す。lは、0〜5の整数を表す。
    10は、カルボキシル基、シアノ基又は炭素数1〜4の炭化水素基を表す。l’は、0〜3の整数を表す。l’が2以上のとき、複数のR10は、互いに同一でも異なってもよい。
    Z”は、単結合又は−[CH−を表し、該−[CH−に含まれるメチレン基は、酸素原子及び/又はカルボニル基で置換されていてもよい。
    qは、1〜8の整数を表す。]
  8. 前記樹脂が、さらに、式(IIa)で表される構造単位を含む樹脂である請求項1〜7のいずれか記載の組成物。
    Figure 2010256874
    [式(IIa)中、
    は、水素原子又はメチル基を表す。
    は、炭素数1〜10の脂肪族炭化水素基を表す。
    は、メチル基を表す。
    nは、0〜14の整数を表す。
    Z”は、単結合又は−[CH−を表し、該−[CH−に含まれるメチレン基は、酸素原子及び/又はカルボニル基で置換されていてもよい。
    qは、1〜8の整数を表す。]
  9. 前記樹脂の含有量が、化学増幅型フォトレジスト組成物の固形分100質量部に対して、80〜99質量部である請求項1〜8のいずれか記載の組成物。
  10. 前記酸発生剤が、式(I)で表される酸発生剤である請求項1〜9のいずれか記載の組成物。
    Figure 2010256874
    [式(I)中、Q及びQは、互いに独立に、フッ素原子又は炭素数1〜6のペルフルオロアルキル基を表す。
    は、単結合又は−[CH−を表し、該−[CH−に含まれるメチレン基は酸素原子及び/又はカルボニル基で置換されていてもよく、該−[CH−に含まれる水素原子は炭素数1〜4の脂肪族炭化水素基で置換されていてもよい。jは、1〜17の整数を表す。
    は、置換基を有してもよい炭素数3〜36の脂環式炭化水素基を表し、前記脂環式炭化水素基に含まれるメチレン基は、酸素原子及び/又はカルボニル基で置換されていてもよい。
    は、有機カチオンを表す。]
  11. 前記酸発生剤の含有量が、前記樹脂の合計量100質量部に対して、1〜20質量部である請求項1〜10のいずれか記載の組成物。
  12. さらに、窒素含有塩基性化合物を含む請求項1〜11のいずれか記載の組成物。
  13. (1)請求項1〜12のいずれか記載の化学増幅型フォトレジスト組成物を基板上に塗布する工程、
    (2)塗布後の組成物から溶剤を除去して組成物層を形成する工程、
    (3)組成物層に露光機を用いて露光する工程、
    (4)露光後の組成物層を加熱する工程、
    (5)加熱後の組成物層を、現像装置を用いて現像する工程を含むパターン形成方法。
  14. 式(Xb)で表されるモノマー。
    Figure 2010256874
    [式(Xb)中、Rは、水素原子又はメチル基を表す。
    Z’は、単結合又は−CH−CO−O−を表す。*は−O−との結合手を表す。
    40及びX41は、それぞれ独立に、単結合又は2価の連結基を表す。
    mは、0〜2の整数を表す。
    c1〜Rc5は、互いに独立に、炭素数1〜12の脂肪族炭化水素基又は炭素数3〜36の脂環式炭化水素基を表すか、Rc1及びRc2、Rc1及びX41並びにRc3及びRc4が結合して置換基を有していてもよい炭素数3〜18の環を形成する。
    10は、カルボキシル基、シアノ基又は炭素数1〜4の炭化水素基を表す。l’は、0〜3の整数を表す。l’が2以上のとき、複数のR10は、互いに同一でも異なってもよい。]
  15. 請求項14記載のモノマーに由来する構造単位を含む樹脂。
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