JP2012041523A - 化合物、樹脂及びレジスト組成物 - Google Patents

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Abstract

【課題】優れた解像度を有するパターンを形成することが可能なレジスト組成物の樹脂用のモノマーを提供する。
【解決手段】式(I)で表される化合物。[式(I)中、Rは、水素原子又はメチル基を表す。Aは、2価の連結基を表す。R、R、R、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子又はヒドロキシ基を表すか、ベンゼン環上の結合位置において互いに隣接し合う2つの基が結合して非芳香環を形成する。ただし、R、R、R、R及びRからなる群から選ばれる少なくとも1つの基はヒドロキシ基を表し、且つ、少なくとも他の2つの基は、それらが結合する互いに隣接し合うベンゼン環上の炭素原子と共に、非芳香環を形成する。]
Figure 2012041523

【選択図】なし

Description

本発明は、新規な化合物と、該化合物に由来する構造単位を有する樹脂と、該樹脂を含有するレジスト組成物等に関する。
特許文献1には、メタクリル酸2−エチル−2−アダマンチル及びヒドロキシスチレンと、メタクリル酸2−エチル−2−アダマンチルに由来する構造単位及びヒドロキシスチレンに由来する構造単位を有する樹脂と、該樹脂を含むレジスト組成物とが記載されている。
特開2005−274877号公報
従来の化合物では、該化合物に由来する構造単位を有する樹脂を含むレジスト組成物により形成されるレジストパターンの解像度が必ずしも満足できない場合があった。
本発明は、以下の発明を含む。
〔1〕 式(I)で表される化合物。
Figure 2012041523
[式(I)中、Rは、水素原子又はメチル基を表す。
は、2価の連結基を表す。
、R、R、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子又はヒドロキシ基を表すか、ベンゼン環上の結合位置において互いに隣接し合う2つの基が結合して非芳香環を形成する。ただし、R、R、R、R及びRからなる群から選ばれる少なくとも1つの基はヒドロキシ基を表し、且つ、少なくとも他の2つの基は、それらが結合する互いに隣接し合うベンゼン環上の炭素原子と共に、非芳香環を形成する。]
〔2〕 〔1〕記載の化合物に由来する構造単位を有する樹脂。
〔3〕 〔2〕記載の樹脂を含むレジスト組成物。
〔4〕 さらに酸発生剤を含む〔3〕記載のレジスト組成物。
〔5〕 さらに溶剤を含む〔3〕又は〔4〕記載のレジスト組成物。
〔6〕(1)〔5〕記載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、
を含むレジストパターンの製造方法。
さらに、本発明は、以下の発明を含む。
〔7〕 さらに塩基性化合物を含む〔3〕又は〔4〕記載のレジスト組成物。
本発明の化合物によれば、該化合物に由来する構造単位を有する樹脂を含むレジスト組成物は、優れた解像度を有するレジストパターンを形成することができる。
本発明の化合物は、式(I)で表される化合物である。
Figure 2012041523
[式(I)中、Rは、水素原子又はメチル基を表す。
は、2価の連結基を表す。
、R、R、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子又はヒドロキシ基を表すか、ベンゼン環上の結合位置において互いに隣接し合う2つの基が結合して非芳香環を形成する。ただし、R、R、R、R及びRからなる群から選ばれる少なくとも1つの基はヒドロキシ基を表し、且つ、少なくとも他の2つの基は、それらが結合する互いに隣接し合うベンゼン環上の炭素原子と共に、非芳香環を形成する。]
における2価の連結基としては、単結合又は*−CO−T−[−(CH−CO−T−](*はCH=C(R)−との結合手を表し、T及びTはそれぞれ独立に−O−又は−NH−を表し、mは1〜4の整数を表し、nは0又は1の整数を表す。)が挙げられる。T及びTは−O−であることが好ましく、mは1であることが好ましく、nは0であることが好ましい。
ベンゼン環上の結合位置において互いに隣接し合う2つの基が互いに結合してベンゼン環上の炭素原子と共に形成する非芳香環の炭素数は、例えば5〜11であり、5〜9であることが好ましく、6〜8であることがより好ましい。
また、非芳香環は、脂環式炭化水素環であることが好ましい。
式(I)で表される化合物としては、式(II)で表される化合物が好ましい。
Figure 2012041523
[式(II)中、R及びAは、上記と同じ意味を表す。
2’、R3’及びR4’は、それぞれ独立に、水素原子又はヒドロキシ基を表す。ただし、R2’、R3’及びR4’からなる群から選ばれる少なくとも1つの基はヒドロキシ基を表す。
環Wは、炭素数5〜11の非芳香環を表す。]
環Wの炭素数には、環Wを構成するベンゼン環上の炭素原子も含まれる。
式(I)で表される化合物としては、例えば、以下の化合物が挙げられる。
Figure 2012041523
式(I)で表される化合物は、例えば、アクリル酸クロライドと該当するアリールジオールを塩基の存在下反応させることにより製造することができる。
反応は、−10〜30℃程度で行うことが好ましい。
反応は、溶媒中で行うことが好ましく、例えばテトラヒドロフランやジメチルホルムアミド中で行うことが好ましい。
本発明の樹脂は、式(I)で表される化合物に由来する構造単位を有する。
また、本発明の樹脂は、式(I)で表される化合物に由来する構造単位に加えて、式(I)で表される化合物とは異なるモノマーに由来する構造単位を有していてもよい。
式(I)で表される化合物に由来する構造単位に加えて、式(I)で表される化合物とは異なるモノマーに由来する構造単位を有する樹脂における、式(I)で表される化合物に由来する構造単位の含有量は、該樹脂の全構造単位に対して、通常1〜80モル%であり、好ましくは10〜80モル%であり、より好ましくは10〜70モル%であり、さらに好ましくは10〜60モル%である。
式(I)で表される化合物とは異なるモノマーとしては、酸に不安定な基を有するモノマーや、酸に不安定な基を有さない酸安定モノマー等が挙げられる。
〈酸に不安定な基を有するモノマー(a1)〉
「酸に不安定な基」とは、脱離基を有し、酸と接触すると該脱離基が開裂して、親水性基(例えば、ヒドロキシ基又はカルボキシ基)を形成する基を意味する。酸に不安定な基としては、例えば、−O−が第三級炭素原子と結合した式(1)で表されるアルコキシカルボニル基が挙げられる。なお以下では、式(1)で表される基を「酸に不安定な基(1)」という場合がある。酸に不安定な基を有するモノマーに由来する構造単位を含有している樹脂は、アルカリ水溶液に不溶又は難溶な樹脂であり、酸との作用によりアルカリ水溶液で溶解し得る樹脂である。
Figure 2012041523
式(1)中、Ra1〜Ra3は、それぞれ独立に、炭素数1〜8の脂肪族炭化水素基又は炭素数3〜20の飽和環状炭化水素基を表すか或いはRa1及びRa2は互いに結合して炭素数3〜20の環を形成する。*は結合手を表す(以下同じ)。
脂肪族炭化水素基としては、例えばアルキル基が挙げられ、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基等が挙げられる。
飽和環状炭化水素基としては、単環式又は多環式のいずれでもよく、単環式の飽和環状炭化水素基としては、例えば、シクロペンチル基、シクロへキシル基、メチルシクロヘキシル基、ジメチルシクロへキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基などのシクロアルキル基が挙げられる。多環式の飽和炭化水素基としては、デカヒドロナフチル基、アダマンチル基、ノルボルニル基、メチルノルボルニル基、下記のような基等が挙げられる。
Figure 2012041523
式(1)における飽和環状炭化水素基の炭素数は、好ましくは3〜16である。
a1及びRa2が互いに結合して環を形成する場合、−C(Ra1)(Ra2)(Ra3)基としては、下記の基が挙げられる。環の炭素数は、好ましくは3〜12である。
Figure 2012041523
酸に不安定な基(1)としては、例えば、1,1−ジアルキルアルコキシカルボニル基(式(1)中、Ra1〜Ra3がアルキル基である基、好ましくはtert−ブトキシカルボニル基)、2−アルキルアダマンタン−2−イルオキシカルボニル基(式(1)中、Ra1、Ra2及び炭素原子がアダマンチル基を形成し、Ra3がアルキル基である基)及び1−(アダマンタン−1−イル)−1−アルキルアルコキシカルボニル基(式(1)中、Ra1及びRa2がアルキル基であり、Ra3がアダマンチル基である基)などが挙げられる。
酸に不安定な基を有するモノマー(a1)は、好ましくは、酸に不安定な基(1)と炭素−炭素二重結合とを有するモノマー、より好ましくは酸に不安定な基(1)を有する(メタ)アクリル系モノマーである。
本明細書において、「(メタ)アクリル」とは、「CH2=CH−CO−」又は「CH2=C(CH3)−CO−」の構造を有する少なくとも1種を意味する。同様に「(メタ)アクリレート」及び「(メタ)アクリル酸」とは、それぞれ「アクリレート及びメタクリレートの少なくとも1種」並びに「アクリル酸及びメタクリル酸の少なくとも1種」を意味する。
酸に不安定な基(1)を有する(メタ)アクリル系モノマーの中でも、炭素数5〜20の飽和環状炭化水素基を有するものが好ましい。飽和環状炭化水素基のような嵩高い構造を有するモノマー(a1)を重合して得られる樹脂を使用すれば、レジストの解像度を向上させることができる。
酸に不安定な基(1)と飽和環状炭化水素基とを有する(メタ)アクリル系モノマーの中でも、式(a1−1)で表されるモノマー又は式(a1−2)で表されるモノマーが好ましい。これらは単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
Figure 2012041523
[式(a1−1)及び式(a1−2)中、
a1及びLa2は、それぞれ独立に、−O−又は−O−(CH2k1−CO−O−を表す。
k1は1〜7の整数を表す。*は−CO−との結合手を表す。
a4及びRa5は、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基を表す。
a6及びRa7は、それぞれ独立に、炭素数1〜8の脂肪族炭化水素基又は炭素数3〜10の飽和環状炭化水素基を表す。
m1は0〜14の整数を表す。
n1は0〜10の整数を表す。
n1’は0又は1の整数を表す。]
a1及びLa2は、好ましくは、−O−又は−O−(CH2f1−CO−O−であり(前記f1は、1〜4の整数を表す)、より好ましくは−O−である。k1は、好ましくは1〜4の整数、より好ましくは1である。
a4及びRa5は、好ましくはメチル基である。
a6及びRa7の脂肪族炭化水素基としては、例えばアルキル基が挙げられ、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基等が挙げられる。Ra6及びRa7の脂肪族炭化水素基は、好ましくは炭素数6以下である。飽和環状炭化水素基は、好ましくは炭素数8以下、より好ましくは6以下である。
a6及びRa7の飽和環状炭化水素基としては、単環式又は多環式のいずれでもよく、単環式の飽和環状炭化水素基としては、例えば、シクロペンチル基、シクロへキシル基、メチルシクロヘキシル基、ジメチルシクロへキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基などのシクロアルキル基が挙げられる。多環式の飽和炭化水素基としては、デカヒドロナフチル基、アダマンチル基、ノルボルニル基、メチルノルボルニル基、下記のような基等が挙げられる。
Figure 2012041523
m1は、好ましくは0〜3の整数、より好ましくは0又は1である。
n1は、好ましくは0〜3の整数、より好ましくは0又は1である。
式(a1−1)で表されるモノマーとしては、例えば、以下のものが挙げられる。中でも、2−メチルアダマンタン−2−イル(メタ)アクリレート、2−エチルアダマンタン−2−イル(メタ)アクリレート及び2−イソプロピルアダマンタン−2−イル(メタ)アクリレートが好ましく、2−メチルアダマンタン−2−イルメタクリレート、2−エチルアダマンタン−2−イルメタクリレート及び2−イソプロピルアダマンタン−2−イルメタクリレートがより好ましい。
Figure 2012041523
Figure 2012041523
Figure 2012041523
Figure 2012041523
Figure 2012041523
Figure 2012041523
Figure 2012041523
Figure 2012041523
Figure 2012041523
式(a1−2)で表されるモノマーとしては、例えば、以下のものが挙げられる。中でも、1−エチルシクロヘキサン−2−イル(メタ)アクリレート、1−エチルシクロペンタン−2−イル(メタ)アクリレートが好ましく、1−エチルシクロヘキサン−2−イルメタクリレート、1−エチルシクロペンタン−2−イルメタクリレートがより好ましい。
Figure 2012041523
Figure 2012041523
本発明の樹脂が式(a1−1)で表されるモノマー又は式(a1−2)で表されるモノマーに由来する構造単位を有する場合、これらの含有量は、本発明の樹脂の全構造単位に対して、それぞれ通常10〜95モル%であり、好ましくは15〜90モル%であり、より好ましくは20〜85モル%である。
酸に不安定な基を有さないモノマー(以下「酸安定モノマー」という場合がある)としては、ヒドロキシ基、ラクトン環、式(a5)で表される基又は式(a6)で表される基を有するものが好ましい。酸安定モノマーは、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。ヒドロキシ基を有する酸安定モノマー(以下「ヒドロキシ基を有する酸安定モノマー(a2)」という)又はラクトン環を含有する酸安定モノマー(以下「ラクトン環を有する酸安定モノマー(a3)」という)に由来する構造単位を有する樹脂を使用すれば、レジストの解像度及び基板への密着性を向上させることができる。
〈ヒドロキシ基を有する酸安定モノマー(a2)〉
レジスト組成物をKrFエキシマレーザ露光(248nm)、電子線あるいはEUV光などの高エネルギー線露光に用いる場合、ヒドロキシ基を有する酸安定モノマー(a2)として、ヒドロキシスチレン類であるフェノール性ヒドロキシ基を有する酸安定モノマー(a2−0)を使用することが好ましい。短波長のArFエキシマレーザ露光(193nm)などを用いる場合は、ヒドロキシ基を有する酸安定モノマー(a2)として、式(a2−1)で表されるヒドロキシアダマンチル基を有する酸安定モノマーを使用することが好ましい。ヒドロキシ基を有する酸安定モノマー(a2)は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
フェノール性ヒドロキシ基を有するモノマー(a2−0)として、式(a2−0)で表されるp−又はm−ヒドロキシスチレンなどのスチレン系モノマーが挙げられる。
Figure 2012041523
[式(a2−0)中、
は、水素原子、ハロゲン原子又はハロゲン原子を有してもよい炭素数1〜6のアルキル基を表す。
は、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数2〜4のアシル基、炭素数2〜4のアシルオキシ基、アクリロイル基又はメタクリロイル基を表す。
maは0〜4の整数を表す。maが2以上の整数である場合、複数のRは同一であっても異なってもよい。]
におけるアルキル基としては、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、n−ペンチル基、n−ヘキシル基が挙げられ、炭素数1〜4のアルキル基が好ましく、炭素数1又は2のアルキル基がより好ましく、メチル基が特に好ましい。
また、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−ヘキトキシ基等が挙げられ、炭素数1〜4のアルコキシ基が好ましく、炭素数1又は2のアルコキシ基がより好ましく、メトキシ基が特に好ましい。
maは0〜2が好ましく、0又は1がより好ましく、0が特に好ましい。
このようなフェノール性ヒドロキシ基を有するモノマーに由来する構造単位を有する共重合樹脂を得る場合は、該モノマーが有するフェノール性ヒドロキシ基を保護したモノマー及び共重合させるモノマーをラジカル重合した後、酸又は塩基によって脱保護することによって得ることができる。フェノール性ヒドロキシ基の保護基としては、アセチル基や1−エトキシエタン−1−イル基等が挙げられる。
フェノール性ヒドロキシ基を有するモノマーとしては、例えば、以下のモノマーが挙げられる。
Figure 2012041523
Figure 2012041523
以上のモノマーのうち、4−ヒドロキシスチレン又は4−ヒドロキシ−α−メチルスチレンが特に好ましい。
本発明の樹脂が式(a2−0)で表されるモノマーに由来する構造単位を有する場合、その含有量は、本発明の樹脂の全構造単位に対して、通常5〜90モル%であり、好ましくは10〜85モル%であり、より好ましくは15〜80モル%である。
ヒドロキシアダマンチル基を有する酸安定モノマーとして、式(a2−1)で表されるモノマーが挙げられる。
Figure 2012041523
式(a2−1)中、
a3は、−O−又は−O−(CH2k2−CO−O−を表し、
k2は1〜7の整数を表す。*は−CO−との結合手を表す。
a14は、水素原子又はメチル基を表す。
a15及びRa16は、それぞれ独立に、水素原子、メチル基又はヒドロキシ基を表す。
o1は、0〜10の整数を表す。
式(a2−1)では、La3は、好ましくは、−O−、−O−(CH2f1−CO−O−であり(前記f1は、1〜4の整数である)、より好ましくは−O−である。
a14は、好ましくはメチル基である。
a15は、好ましくは水素原子である。
a16は、好ましくは水素原子又はヒドロキシ基である。
o1は、好ましくは0〜3の整数、より好ましくは0又は1である。
ヒドロキシアダマンチル基を有する酸安定モノマー(a2−1)としては、例えば、以下のものが挙げられる。中でも、3−ヒドロキシアダマンタン−1−イル(メタ)アクリレート、3,5−ジヒドロキシアダマンタン−1−イル(メタ)アクリレート及び(メタ)アクリル酸1−(3,5−ジヒドロキシアダマンタン−1−イルオキシカルボニル)メチルが好ましく、3−ヒドロキシアダマンタン−1−イル(メタ)アクリレート及び3,5−ジヒドロキシアダマンタン−1−イル(メタ)アクリレートがより好ましく、3−ヒドロキシアダマンタン−1−イルメタクリレート及び3,5−ジヒドロキシアダマンタン−1−イルメタクリレートがさらに好ましい。
Figure 2012041523
Figure 2012041523
Figure 2012041523
Figure 2012041523
本発明の樹脂が式(a2−1)で表されるモノマーに由来する構造単位を有する場合、その含有量は、本発明の樹脂の全構造単位に対して、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。
〈ラクトン環を有する酸安定モノマー(a3)〉
酸安定モノマー(a3)が有するラクトン環は、例えば、β−プロピオラクトン環、γ−ブチロラクトン環、δ−バレロラクトン環のような単環でもよく、単環式のラクトン環と他の環との縮合環でもよい。これらラクトン環の中で、γ−ブチロラクトン環及びγ−ブチロラクトン環と他の環との縮合環が好ましい。
ラクトン環を有する酸安定モノマー(a3)の中でも、(メタ)アクリル酸テトラヒドロ−2−オキソ−3−フリル等のγ−ブチロラクトン環を有する酸安定モノマー(a3−1)、(メタ)アクリル酸(5−オキソ−4−オキサトリシクロ[4.2.1.03,7]ノナン−2−イル、(メタ)アクリル酸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−オキソエチル等のγ−ブチロラクトン環とノルボルナン環との縮合環を有する酸安定モノマー(a3−2)が好ましく、メタクリレート形態のものがより好ましい。
本発明の樹脂がラクトン環を有する酸安定モノマーに由来する構造単位を有する場合、その含有量は、本発明の樹脂の全構造単位に対して、通常5〜50モル%であり、好ましくは10〜45モル%であり、より好ましくは15〜40モル%である。
本発明の樹脂が、式(I)で表される化合物に由来する構造単位及び酸に不安定な基を有するモノマーに由来する構造単位を有する場合、該樹脂は、アルカリ水溶液に不溶又は難溶であり、酸との作用によりアルカリ水溶液で溶解し得る樹脂であり、レジスト組成物用の樹脂として有用である。
本発明の樹脂は、好ましくは、式(I)で表される化合物と、酸に不安定な基を有するモノマー(a1)と、酸安定モノマーとを重合させた共重合体であり、より好ましくは、少なくとも、式(I)で表される化合物、酸に不安定な基を有するモノマー(a1)、ヒドロキシ基を有する酸安定モノマー(a2)及び/又はラクトン環を有する酸安定モノマー(a3)を重合させた共重合体である。
好ましい共重合体において、酸に不安定な基を有するモノマー(a1)は、より好ましくはモノマー(a1−1)及びモノマー(a1−2)の少なくとも1種(さらに好ましくはモノマー(a1−1))であり、ヒドロキシ基を有する酸安定モノマー(a2)は、好ましくはヒドロキシアダマンチル基を有する酸安定モノマー(a2−1)であり、ラクトン環を有する酸安定モノマー(a3)は、より好ましくはγ−ブチロラクトン環を有する酸安定モノマー(a3−1)及びγ−ブチロラクトン環とノルボルナン環との縮合環を有する酸安定モノマー(a3−2)の少なくとも1種である。樹脂は、公知の重合法(例えばラジカル重合法)によって製造できる。
本発明の樹脂が、式(I)で表される化合物に由来する構造単位と、酸に不安定な基を有するモノマー(a1)に由来する構造単位とからなる樹脂である場合、これらの含有量は、本発明の樹脂を構成する全構造単位中、以下の範囲にあることが好ましい。
式(I)で表される化合物に由来する構造単位:好ましくは1〜80モル%、より好ましくは10〜60モル%
酸に不安定な基を有するモノマー(a1)に由来する構造単位:好ましくは20〜99モル%、より好ましくは40〜90モル%
本発明の樹脂が、式(I)で表される化合物に由来する構造単位と、酸に不安定な基を有するモノマー(a1)に由来する構造単位と、酸安定モノマーに由来する構造単位からなる樹脂である場合、これらの含有量は、本発明の樹脂を構成する全構造単位中、以下の範囲にあることが好ましい。
式(I)で表される化合物に由来する構造単位:好ましくは1〜80モル%、より好ましくは10〜60モル%
酸に不安定な基を有するモノマー(a1)に由来する構造単位:好ましくは20〜90モル%、より好ましくは30〜80モル%
酸安定モノマーに由来する構造単位:好ましくは3〜70モル%、より好ましくは5〜60モル
また、アダマンチル基を有するモノマー(特に酸に不安定な基を有するモノマー(a1−1))に由来する構造単位を、酸に不安定な基を有するモノマー(a1)100モル%に対して15モル%以上とすることが好ましい。アダマンチル基を有するモノマーの比率が増えると、レジストのドライエッチング耐性が向上する。
本発明の樹脂の重量平均分子量は、好ましくは、2,500以上(より好ましくは3,000以上)、50,000以下(より好ましくは30,000以下)である。樹脂の重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーなどの分析手段で測定できる。
レジスト組成物は、樹脂と酸発生剤とを含むことが好ましく、さらに塩基性化合物及び後述の式(V)で表される化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種を含むことが好ましく、また、さらに溶剤を含むことが好ましい。
樹脂の含有量は、レジスト組成物の固形分中80質量%以上99質量%以下であることが好ましい。
なお本明細書において「組成物中の固形分」とは、後述する溶剤(E)を除いたレジスト組成物成分の合計を意味する。組成物中の固形分及びこれに対する樹脂の含有量は、例えば、液体クロマトグラフィー又はガスクロマトグラフィーなどの公知の分析手段で測定することができる。
〈酸発生剤(以下「酸発生剤(B)」という場合がある)〉
酸発生剤(B)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、ジアゾナフトキノン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(B)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(B)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(B1)で表されるスルホン酸塩である。
Figure 2012041523
[式(B1)中、
1及びQ2は、それぞれ独立に、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。
b1は、単結合又は炭素数1〜17の2価の飽和炭化水素基を表し、該2価の飽和炭化水素基に含まれる−CH−は、−O−又は−CO−で置き換わっていてもよい。
Yは、置換基を有していてもよい炭素数1〜18の脂肪族炭化水素基又は置換基を有していてもよい炭素数3〜18の飽和環状炭化水素基を表し、該脂肪族炭化水素基及び該飽和環状炭化水素基に含まれる−CH−は、−O−、−SO−又は−CO−で置き換わっていてもよい。
+は、有機カチオンを表す。]
ペルフルオロアルキル基としては、例えば、トリフルオロメチル基、ペルフルオロエチル基、ペルフルオロプロピル基、ペルフルオロイソプロピル基、ペルフルオロブチル基、ペルフルオロsec−ブチル基、ペルフルオロtert−ブチル基、ペルフルオロペンチル基、ペルフルオロヘキシル基などが挙げられる。
式(B1)では、Q1及びQ2は、それぞれ独立に、好ましくはトリフルオロメチル基又はフッ素原子であり、より好ましくはフッ素原子である。
2価の飽和炭化水素基としては、直鎖状アルカンジイル基、分岐状アルカンジイル基、単環式又は多環式の飽和環状炭化水素基が挙げられ、これらの基のうち2種以上を組み合わせたものでもよい。
具体的には、メチレン基、エチレン基、プロパン−1,3−ジイル基、プロパン−1,2−ジイル基、ブタン−1,4−ジイル基、ペンタン−1,5−ジイル基、ヘキサン−1,6−ジイル基、ヘプタン−1,7−ジイル基、オクタン−1,8−ジイル基、ノナン−1,9−ジイル基、デカン−1,10−ジイル基、ウンデカン−1,11−ジイル基、ドデカン−1,12−ジイル基、トリデカン−1,13−ジイル基、テトラデカン−1,14−ジイル基、ペンタデカン−1,15−ジイル基、ヘキサデカン−1,16−ジイル基、ヘプタデカン−1,17−ジイル基、エタン−1,1−ジイル基、プロパン−1,1−ジイル基等の直鎖状アルカンジイル基;
直鎖状アルカンジイル基に、アルキル基(特に、炭素数1〜4のアルキル基、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基等)の側鎖を有したもの、例えば、プロパン−2,2−ジイル基、ブタン−1,3−ジイル基、2−メチルプロパン−1,3−ジイル基、2−メチルプロパン−1,2−ジイル基、ペンタン−1,4−ジイル基、2−メチルブタン−1,4−ジイル基等の分岐状アルカンジイル基;
シクロブタン−1,3−ジイル基、1,3−シクロペンタン−1,3−ジイル基、シクロヘキサン−1,4−ジイル基、シクロオクタン−1,5−ジイル基等のシクロアルカンジイル基である単環式の飽和環状炭化水素基;
ノルボルナン−1,4−ジイル基、ノルボルナン−2,5−ジイル基、1,5−アダマンタン−1,5−ジイル基、アダマンタン−2,6−ジイル基等の多環式の飽和環状炭化水素基等が挙げられる。
b1の飽和炭化水素基に含まれる−CH−が−O−又は−CO−で置き換わった基としては、例えば、式(b1−1)〜式(b1−6)が挙げられる。Lb1は、好ましくは式(b1−1)〜式(b1−4)のいずれか、さらに好ましくは式(b1−1)又は式(b1−2)が挙げられる。なお、式(b1−1)〜式(b1−6)は、その左右を式(B1)に合わせて記載しており、左側でC(Q1)(Q2)−と結合し、右側で−Yと結合する。以下の式(b1−1)〜式(b1−6)の具体例も同様である。
Figure 2012041523
式(b1−1)〜式(b1−6)中、
b2は、単結合又は炭素数1〜15の2価の飽和炭化水素基を表す。
b3は、単結合又は炭素数1〜12の2価の飽和炭化水素基を表す。
b4は、炭素数1〜13の2価の飽和炭化水素基を表す。但しLb3及びLb4の合計炭素数上限は13である。
b5は、炭素数1〜15の2価の飽和炭化水素基を表す。
b6及びLb7は、それぞれ独立に、炭素数1〜15の2価の飽和炭化水素基を表す。但しLb6及びLb7の合計炭素数上限は16である。
b8は、炭素数1〜14の2価の飽和炭化水素基を表す。
b9及びLb10は、それぞれ独立に、炭素数1〜11の2価の飽和炭化水素基を表す。但しLb9及びLb10の合計炭素数上限は12である。
中でも、式(b1−1)で表される2価の基が好ましく、Lb2が単結合又は−CH−である式(b1−1)で表される2価の基がより好ましい。
式(b1−1)で表される2価の基としては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012041523
式(b1−2)で表される2価の基としては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012041523
式(b1−3)で表される2価の基としては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012041523
式(b1−4)で表される2価の基としては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012041523
式(b1−5)で表される2価の基としては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012041523
式(b1−6)で表される2価の基としては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012041523
b1の飽和炭化水素基は、置換基を有していてもよい。置換基としては、例えば、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、カルボキシ基、炭素数6〜18の芳香族炭化水素基、炭素数7〜21のアラルキル基、炭素数2〜4のアシル基又はグリシジルオキシ基などが挙げられる。
アラルキル基としては、例えば、ベンジル基、フェネチル基、フェニルプロピル基、トリチル基、ナフチルメチル基、ナフチルエチル基等が挙げられる。
Yの脂肪族炭化水素基としては、炭素数1〜6のアルキル基が好ましい。
脂肪族炭化水素基及び飽和環状炭化水素基の置換基としては、例えば、ハロゲン原子(但しフッ素原子を除く)、ヒドロキシ基、オキソ基、炭素数1〜12の脂肪族炭化水素基、ヒドロキシ基含有炭素数1〜12の脂肪族炭化水素基、炭素数3〜16の飽和環状炭化水素基、炭素数1〜12のアルコキシ基、炭素数6〜18の芳香族炭化水素基、炭素数7〜21のアラルキル基、炭素数2〜4のアシル基、グリシジルオキシ基又は−(CH2j2−O−CO−Rb1基(式中、Rb1は、炭素数1〜16の脂肪族炭化水素基、炭素数3〜16の飽和環状炭化水素基又は炭素数6〜18の芳香族炭化水素基を表す。j2は、0〜4の整数を表す。)などが挙げられる。Yの置換基である脂肪族炭化水素基、飽和環状炭化水素基、芳香族炭化水素基及びアラルキル基等は、さらに置換基を有していてもよい。ここでの置換基は、例えば、アルキル基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、オキソ基等が挙げられる。
ヒドロキシ基含有脂肪族炭化水素基としては、例えば、ヒドロキシメチル基、ヒドロキシエチル基などが挙げられる。
Yの脂肪族炭化水素基及び飽和環状炭化水素基における−CH−が−O−、−SO−又は−CO−で置き換わった基としては、例えば、環状エーテル基(−CH−が−O−で置き換わった基)、オキソ基を有する飽和環状炭化水素基(−CH−が−CO−で置き換わった基)、スルトン環基(隣り合う2つの−CH−が、それぞれ、−O−又は−SO−で置き換わった基)又はラクトン環基(隣り合う2つの−CH−が、それぞれ、−O−又は−CO−で置き換わった基)等が挙げられる。
特に、Yの飽和環状炭化水素基としては、式(Y1)〜式(Y26)で表される基が挙げられる。
Figure 2012041523
なかでも、好ましくは式(Y1)〜式(Y19)のいずれかで表される基であり、より好ましくは式(Y11)、式(Y14)、式(Y15)又は式(Y19)で表される基であり、さらに好ましくは式(Y11)又は式(Y14)で表される基である。
脂肪族炭化水素基で置換された飽和環状炭化水素基であるYとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012041523
ヒドロキシ基又はヒドロキシ基含有脂肪族炭化水素基で置換された飽和環状炭化水素基であるYとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012041523
芳香族炭化水素基で置換された飽和環状炭化水素基であるYとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012041523
−(CH2j2−O−CO−Rb1基で置換された飽和環状炭化水素基であるYとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012041523
Yは、好ましくは置換基(例えば、オキソ基等)を有していてもよいアダマンチル基であり、より好ましくはアダマンチル基又はオキソアダマンチル基である。
式(B1)で表される塩におけるスルホン酸アニオンとしては、例えば、置換基Lb1が式(b1−1)である以下の式(b1−1−1)〜式(b1−1−9)で表されるアニオンが好ましい。以下の式においては、Q、Q及びLb2は上記と同じ意味を表し、Rb2及びRb3は、それぞれ独立に炭素数1〜4の脂肪族炭化水素基(好ましくは、メチル基)を表す。
Figure 2012041523
脂肪族炭化水素基又は無置換の飽和環状炭化水素基であるYと式(b1−1)で表される2価の基とを含むスルホン酸アニオン又は脂肪族炭化水素基が置換された飽和環状炭化水素基であるYと式(b1−1)で表される2価の基とを含むスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012041523
Figure 2012041523
Figure 2012041523
Figure 2012041523
−(CH2j2−O−CO−Rb1基が置換された飽和環状炭化水素基であるYと式(b1−1)で表される2価の基とを含むスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012041523
ヒドロキシ基又はヒドロキシ基含有脂肪族炭化水素基が置換された飽和環状炭化水素基であるYと式(b1−1)で表される2価の基とを含むスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012041523
Figure 2012041523
Figure 2012041523
Figure 2012041523
芳香族炭化水素基又はアラルキル基が置換された飽和環状炭化水素基であるYと式(b1−1)で表される2価の基とを含むスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012041523
環状エーテルであるYと式(b1−1)で表される2価の基とを含むスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012041523
ラクトン環であるYと式(b1−1)で表される2価の基とを含むスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012041523
Figure 2012041523
オキソ基を有する飽和環状炭化水素であるYと式(b1−1)で表される2価の基とを含むスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012041523
スルトン環であるYと式(b1−1)で表される2価の基とを含むスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012041523
脂肪族炭化水素基又は無置換の飽和環状炭化水素基であるYと式(b1−2)で表される2価の基とを含むスルホン酸アニオン又は脂肪族炭化水素基が置換された飽和環状炭化水素基であるYと式(b1−2)で表される2価の基とを含むスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012041523
Figure 2012041523
Figure 2012041523
Figure 2012041523
Figure 2012041523
Figure 2012041523
−(CH2j2−O−CO−Rb1基が置換された飽和環状炭化水素基であるYと式(b1−2)で表される2価の基とを含むスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012041523
ヒドロキシ基又はヒドロキシ基含有脂肪族炭化水素基が置換された飽和環状炭化水素基であるYと式(b1−2)で表される2価の基とを含むスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012041523
Figure 2012041523
芳香族炭化水素基が置換された飽和環状炭化水素基であるYと式(b1−2)で表される2価の基とを含むスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012041523
環状エーテルであるYと式(b1−2)で表される2価の基とを含むスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012041523
ラクトン環であるYと式(b1−2)で表される2価の基とを含むスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012041523
オキソ基を有するYと式(b1−2)で表される2価の基とを含むスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012041523
スルトン環であるYと式(b1−2)で表される2価の基とを含むスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012041523
脂肪族炭化水素基又は無置換のYと式(b1−3)で表される2価の基とを含むスルホン酸アニオン又は脂肪族炭化水素基が置換された飽和環状炭化水素基であるYと式(b1−3)で表される2価の基とを含むスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012041523
Figure 2012041523
アルコキシ基が置換された飽和環状炭化水素基であるYと式(b1−3)で表される2価の基とを含むスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012041523
ヒドロキシ基又はヒドロキシ基含有脂肪族炭化水素基が置換された飽和環状炭化水素基であるYと式(b1−3)で表される2価の基とを含むスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012041523
オキソ基を有するYと式(b1−3)で表される2価の基とを含むスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012041523
脂肪族炭化水素基が置換された飽和環状炭化水素基であるYと式(b1−4)で表される2価の基とを含むスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012041523
アルコキシ基が置換された飽和環状炭化水素基であるYと式(b1−4)で表される2価の基とを含むスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012041523
ヒドロキシ基又はヒドロキシ基含有脂肪族炭化水素基が置換された飽和環状炭化水素基であるYと式(b1−4)で表される2価の基とを含むスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012041523
オキソ基を有する飽和環状炭化水素基であるYと式(b1−4)で表される2価の基とを含むスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012041523
なかでも、式(b1−1)で表される2価の基を有する以下のスルホン酸アニオンがより好ましい。
Figure 2012041523
酸発生剤(B)に含まれるカチオンは、オニウムカチオン、例えば、スルホニウムカチオン、ヨードニウムカチオン、アンモニウムカチオン、ベンゾチアゾリウムカチオン、ホスホニウムカチオンなどが挙げられる。これらの中でも、スルホニウムカチオン及びヨードニウムカチオンが好ましく、アリールスルホニウムカチオンがより好ましい。
式(B1)中のZ+は、好ましくは式(b2−1)〜式(b2−4)のいずれかで表されるカチオンである。
Figure 2012041523
これらの式(b2−1)〜式(b2−4)において、
b4〜Rb6は、それぞれ独立に、炭素数1〜30の脂肪族炭化水素基、炭素数3〜18の飽和環状炭化水素基又は炭素数6〜18の芳香族炭化水素基を表す。該脂肪族炭化水素基に含まれる水素原子は、ヒドロキシ基、炭素数1〜12のアルコキシ基又は炭素数6〜18の芳香族炭化水素基で置換されていてもよく、該飽和環状炭化水素基に含まれる水素原子は、ハロゲン原子、炭素数2〜4のアシル基又はグリシジルオキシ基で置換されていてもよく、前記芳香族炭化水素基に含まれる水素原子は、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、炭素数1〜18の脂肪族炭化水素基、炭素数3〜18の飽和環状炭化水素基又は炭素数1〜12のアルコキシ基で置換されていてもよい。
b7及びRb8は、それぞれ独立に、ヒドロキシ基、炭素数1〜12の脂肪族炭化水素基又は炭素数1〜12のアルコキシ基を表す。
m2及びn2は、それぞれ独立に0〜5の整数を表す。
b9及びRb10は、それぞれ独立に、炭素数1〜18の脂肪族炭化水素基又は炭素数3〜18の飽和環状炭化水素基を表す。
b11は、水素原子、炭素数1〜18の脂肪族炭化水素基、炭素数3〜18の飽和環状炭化水素基又は炭素数6〜18の芳香族炭化水素基を表す。
b9〜Rb11の脂肪族炭化水素基は、好ましくは炭素数1〜12であり、飽和環状炭化水素基は、好ましくは炭素数3〜18、より好ましくは炭素数4〜12である。
b12は、炭素数1〜12の脂肪族炭化水素基、炭素数3〜18の飽和環状炭化水素基又は炭素数6〜18の芳香族炭化水素基を表す。前記芳香族炭化水素基は、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、炭素数3〜18の飽和環状炭化水素基又は炭素数1〜12のアルキルカルボニルオキシ基で置換されていてもよい。
b9とRb10と、及びRb11とRb12とは、それぞれ独立に、互いに結合して3員環〜12員環(好ましくは3員環〜7員環)を形成していてもよく、これらの環の−CH−は、−O−、−S−又は−CO−で置き換わっていてもよい。
b13〜Rb18は、それぞれ独立に、ヒドロキシ基、炭素数1〜12の脂肪族炭化水素基又は炭素数1〜12のアルコキシ基を表す。
b11は、−S−又は−O−を表す。
o2、p2、s2、及びt2は、それぞれ独立に、0〜5の整数を表す。
q2及びr2は、それぞれ独立に、0〜4の整数を表す。
u2は0又は1を表す。
o2が2以上である場合、複数のRb13は互いに同一であっても異なってもよく、p2が2以上である場合、複数のRb14は互いに同一であっても異なってもよく、q2が2以上である場合、複数のRb15は互いに同一であっても異なってもよく、r2が2以上である場合、複数のRb16は互いに同一であっても異なってもよく、s2が2以上である場合、複数のRb17は互いに同一であっても異なってもよく、t2が2以上である場合、複数のRb18は互いに同一であっても異なってもよい。
アルキルカルボニルオキシ基としては、メチルカルボニルオキシ基、エチルカルボニルオキシ基、n−プロピルカルボニルオキシ基、イソプロピルカルボニルオキシ基、n−ブチルカルボニルオキシ基、sec−ブチルカルボニルオキシ基、tert−ブチルカルボニルオキシ基、ペンチルカルボニルオキシ基、ヘキシルカルボニルオキシ基、オクチルカルボニルオキシ基及び2−エチルヘキシルカルボニルオキシ基等が挙げられる。
好ましい脂肪族炭化水素基は、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、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基及び2−エチルヘキシル基である。
好ましい飽和環状炭化水素基は、シクロプロピル基、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、シクロデシル基、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である。
好ましい芳香族炭化水素基は、フェニル基、4−メチルフェニル基、4−エチルフェニル基、4−tert−ブチルフェニル基、4−シクロへキシルフェニル基、4−メトキシフェニル基、ビフェニリル基、ナフチル基である。
置換基が芳香族炭化水素基である脂肪族炭化水素基(アラルキル基)としては、ベンジル基などが挙げられる。
b9及びRb10が形成する環としては、例えば、チオラン−1−イウム環(テトラヒドロチオフェニウム環)、チアン−1−イウム環、1,4−オキサチアン−4−イウム環などが挙げられる。
b11及びRb12が形成する環としては、例えば、オキソシクロヘプタン環、オキソシクロヘキサン環、オキソノルボルナン環、オキソアダマンタン環などが挙げられる。
カチオン(b2−1)〜カチオン(b2−4)の中でも、カチオン(b2−1)が好ましく、式(b2−1−1)で表されるカチオンがより好ましく、トリフェニルスルホニウムカチオン(式(b2−1−1)中、v2=w2=x2=0)がさらに好ましい。
Figure 2012041523
式(b2−1−1)中、
b19〜Rb21は、それぞれ独立に、ハロゲン原子(より好ましくはフッ素原子)、ヒドロキシ基、炭素数1〜18の脂肪族炭化水素基、炭素数3〜18の飽和環状炭化水素基又は炭素数1〜12のアルコキシ基を表す。
脂肪族炭化水素基は、好ましくは炭素数1〜12であり、飽和環状炭化水素基は、好ましくは炭素数4〜18である。
前記脂肪族炭化水素基は、ヒドロキシ基、炭素数1〜12のアルコキシ基又は炭素数6〜18の芳香族炭化水素基で置換されていてもよい。
前記飽和環状炭化水素基は、ハロゲン原子、炭素数2〜4のアシル基又はグリシジルオキシ基で置換されていてもよい。
v2、w2及びx2は、それぞれ独立に0〜5の整数(好ましくは0又は1)を表す。v2が2以上である場合、複数のRb19は同一であっても異なってもよく、w2が2以上である場合、複数のRb20は同一であっても異なってもよく、x2が2以上である場合、複数のRb21は同一であっても異なってもよい。
なかでも、Rb19〜Rb21は、それぞれ独立に、好ましくは、ハロゲン原子(より好ましくはフッ素原子)、ヒドロキシ基、炭素数1〜12のアルキル基、又は炭素数1〜12のアルコキシ基である。
カチオン(b2−1−1)の具体例としては、以下のものが挙げられる。
Figure 2012041523
Figure 2012041523
カチオン(b2−2)の具体例としては、以下のものが挙げられる。
Figure 2012041523
カチオン(b2−3)の具体例としては、以下のものが挙げられる。
Figure 2012041523
Figure 2012041523
カチオン(b2−4)の具体例としては、以下のものが挙げられる。
Figure 2012041523
Figure 2012041523
Figure 2012041523
Figure 2012041523
酸発生剤(B1)は、上述のスルホン酸アニオン及び有機カチオンの組合せである。上述のアニオンとカチオンとは任意に組み合わせることができるが、アニオン(b1−1−1)〜アニオン(b1−1−9)のいずれかとカチオン(b2−1−1)との組合せ、並びにアニオン(b1−1−3)〜(b1−1−5)のいずれかとカチオン(b2−3)との組合せが好ましい。
好ましい酸発生剤(B1)は、式(B1−1)〜式(B1−17)で表されるものである。中でもトリフェニルスルホニウムカチオンを含む酸発生剤(B1−1)、(B1−2)、(B1−6)、(B1−11)、(B1−12)、(B1−13)及び(B1−14)がより好ましい。
Figure 2012041523
Figure 2012041523
Figure 2012041523
Figure 2012041523
Figure 2012041523
酸発生剤(B)の含有量は、本発明の樹脂100質量部に対して、好ましくは1質量部以上(より好ましくは3質量部以上)、好ましくは30質量部以下(より好ましくは25質量部以下)である。
<式(V)で表される化合物>
本発明のレジスト組成物は、式(V)で表される化合物を含んでいてもよい。
Figure 2012041523
[式(V)中、R31、R41、R51及びR61は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい炭素数1〜20のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数3〜30の飽和環状炭化水素基又は置換基を有していてもよい炭素数2〜20のアルケニル基を表す。
21は、置換基を有していてもよい炭素数1〜36の炭化水素基を表し、該炭化水素基はヘテロ原子を含んでいてもよい。]
31、R41、R51及びR61におけるアルキル基は、直鎖状又は分岐状のいずれであってもよい。
直鎖状のアルキル基は、炭素数が1〜15であることが好ましく、1〜10がより好ましい。具体的には、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デカニル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、イソトリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、イソヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基、イコシル基、ヘンイコシル基、ドコシル基等が挙げられる。
分岐状のアルキル基は、炭素数が3〜20であり、3〜15であることが好ましく、3〜10がより好ましい。具体的には、例えば、1−メチルエチル基、1−メチルプロピル基、2−メチルプロピル基、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−エチルブチル基、2−エチルブチル基、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−メチルペンチル基等が挙げられる。
31、R41、R51及びR61における飽和環状炭化水素基は、炭素数が5〜30であることが好ましく、5〜20がより好ましく、6〜15がさらに好ましく、6〜12が特に好ましい。具体的には、アダマンタン、ノルボルナン、イソボルナン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカンなどから1個の水素原子を除いた基などが挙げられる。
31、R41、R51及びR61におけるアルケニル基は、直鎖状または分岐状のいずれであってもよい。好ましくは、直鎖状のアルケニル基であり、上に例示したアルキル基の末端に−CH=CHが導入されたものがより好ましい。アルケニル基の炭素数は、2〜5が好ましく、4が特に好ましい。
31、R41、R51及びR61における上記の基は、置換基を有していてもよい。該置換基としては、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、アルキル基、アルキルオキシ基、ヒドロキシアルキルオキシ基、アルキルオキシアルキルオキシ基、アルキルオキシカルボニルオキシ基、アルコキシカルボニルアルキルオキシ基、アルキルオキシカルボニル基、アリール基、ヘテロアリール基、アリールアルキル基等が挙げられる。
ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられ、フッ素原子が好ましい。
ハロゲン化アルキル基としては、アルキル基の水素原子の一部または全部がハロゲン原子で置換された基が挙げられ、特にフッ素化アルキル基が好ましい。
アルキル基としては、R’〜R’におけるものと同じものが挙げられる。
アリール基としては、たとえば、フェニル基、ビフェニル基、フルオレニル基、ナフチル基、アントリル基、フェナントリル基等の基が挙げられる。
ヘテロアリール基としては、これらのアリール基の環を構成する炭素原子の一部が酸素原子、硫黄原子、窒素原子等のヘテロ原子で置換された基が挙げられる。
アリールアルキル基としては、ベンジル基、フェネチル基、1−ナフチルメチル基、2−ナフチルメチル基、1−ナフチルエチル基、2−ナフチルエチル基等が挙げられる。
アリールアルキル基中のアルキル鎖の炭素数は、1〜4であることが好ましく、1〜2であることがより好ましく、1であることが特に好ましい。
これらのアリール基、ヘテロアリール基、アリールアルキル基は、炭素数1〜10のアルキル基、ハロゲン化アルキル基、アルコキシ基、水酸基、ハロゲン原子等の置換基を有していてもよい。該置換基におけるアルキル基またはハロゲン化アルキル基は、炭素数が1〜8であることが好ましく、炭素数が1〜4であることがさらに好ましい。また、該ハロゲン化アルキル基は、フッ素化アルキル基であることが好ましい。該ハロゲン原子は、フッ素原子、塩素原子、ヨウ素原子、臭素原子などが挙げられ、フッ素原子であることが好ましい。
31、R41、R51及びR61は、直鎖状のアルキル基もしくはアルケニル基、または飽和環状炭化水素基が好ましく、直鎖状のアルキル基がより好ましい。
また、R31、R41、R51及びR61のうちの1つが炭素数4以上、好ましくは5〜10のアルキル基であることが好ましく、さらに、R31、R41、R51及びR61のうちの1つが炭素数3以下、好ましくは2以下のアルキル基であり、他の3つが、炭素数4以上のアルキル基であることが好ましい。
21における炭化水素基は、飽和炭化水素基、不飽和炭化水素基、芳香族炭化水素基、アリールアルキル基が挙げられる。
飽和炭化水素基としては、R31、R41、R51及びR61における炭素数1〜20のアルキル基、炭素数3〜20の飽和環状炭化水素基と同様のものが挙げられる。
不飽和炭化水素基の炭素数は、2〜5が好ましく、2〜4が好ましく、3が特に好ましい。
不飽和炭化水素基としては、例えば、ビニル基、プロペニル基(アリル基)、ブチニル基、1−メチルプロペニル基、2−メチルプロペニル基などが挙げられ、特にプロペニル基が好ましい。
芳香族炭化水素基は、炭素数は、6〜36であり、6〜30であることが好ましく、6〜20がより好ましく、6〜15がさらに好ましく、6〜12が特に好ましい。芳香族炭化水素基としては、アリール基が挙げられる。
アリール基としては、フェニル基、ビフェニル基、フルオレニル基、ナフチル基、アントリル基、フェナントリル基等が挙げられる。
アリールアルキル基としては、ベンジル基、フェネチル基、1−ナフチルメチル基、2−ナフチルメチル基、1−ナフチルエチル基、2−ナフチルエチル基等が挙げられる。アリールアルキル基中のアルキル鎖の炭素数は、1〜4であることが好ましく、1〜2であることがより好ましく、1であることが特に好ましい。
21における上記の基は、置換基を有していてもよい。該置換基としては、アルキル基、アリール基、アルコキシ基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、水酸基、オキソ基等などが挙げられ、特にハロゲン原子、水酸基が好ましい。また、A’はヘテロ原子を含んでいてもよく、ヘテロ原子としては、酸素原子、窒素原子及び硫黄原子等が挙げられる。
アルキル基としては、炭素数1〜5のアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基、n−ブチル基、tert−ブチル基であることが特に好ましい。
アリール基としては上記と同様のものが挙げられる。
アルコキシ基としては、炭素数1〜5のアルコキシ基が好ましく、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、iso−プロポキシ基、n−ブトキシ基、tert−ブトキシ基が好ましく、メトキシ基、エトキシ基が最も好ましい。
ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられ、特にフッ素原子が好ましい。
ハロゲン化アルキル基としては、前記アルキル基の水素原子の一部または全部が前記ハロゲン原子で置換された基が挙げられる。
式(V)で表される化合物が式(IV)で表される化合物であることが好ましい。
Figure 2012041523
[式(IV)中、Rd3、Rd4、Rd5及びRd6は、それぞれ独立に、炭素数1〜6のアルキル基を表す。
は、置換基を有していてもよい2価の炭素数3〜36の飽和環状炭化水素基又は置換基を有していてもよい2価の炭素数6〜20の芳香族炭化水素基を表し、該飽和環状炭化水素基及び該芳香族炭化水素基はヘテロ原子を含んでいてもよい。]
炭素数1〜6のアルキル基としては、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、イソブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、イソペンチル基、t−ペンチル基、ネオペンチル基、1−メチルブチル基、2−メチルブチル基、1,2−ジメチルプロピル基、1−エチルプロピル基、n−ヘキシル基、1−メチルペンチル基、n−ヘプチル基が挙げられる。
2価の炭素数3〜36の飽和環状炭化水素基としては、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、2−メチルシクロヘキシル基、3−メチルシクロヘキシル基、4−メチルシクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基等の炭素数3〜8のシクロアルキル基;
シクロブチルメチル基、シクロペンチルメチル基、シクロヘキシルメチル基、シクロヘプチルメチル基、シクロオクチルメチル基等の炭素数5〜12のシクロアルキルメチル基;
1−アダマンチル基、1−アダマンチルメチル基等の炭素数5〜12の他の飽和環状炭化水素基;
等の1価の基の水素原子を1つ結合手に置き換えた2価の基が挙げられる。
2価の炭素数6〜20の芳香族炭化水素基としては、フェニル基、2−メチルフェニル基、3−メチルフェニル基、4−メチルフェニル基、2−エチルフェニル基、3−エチルフェニル基、4−エチルフェニル基、4−t−ブチルフェニル基、2,3−ジメチルフェニル基、2,4−ジメチルフェニル基、2,5−ジメチルフェニル基、2,6−ジメチルフェニル基、3,4−ジメチルフェニル基、3,5−ジメチルフェニル基等の炭素数6〜12の(アルキル置換)フェニル基;
1−ナフチル基、2−ナフチル基、2−メチル−1−ナフチル基、3−メチル−1−ナフチル基、4−メチル−1−ナフチル基、5−メチル−1−ナフチル基、6−メチル−1−ナフチル基、7−メチル−1−ナフチル基、8−メチル−1−ナフチル基、1−メチル−2−ナフチル基、3−メチル−2−ナフチル基、4−メチル−2−ナフチル基、5−メチル−2−ナフチル基、6−メチル−2−ナフチル基、7−メチル−2−ナフチル基、8−メチル−2−ナフチル基等の炭素数10〜12の(アルキル置換)ナフチル基;
等の1価の基の水素原子を1つ結合手に置き換えた2価の基が挙げられる。
ヘテロ原子を含む2価の炭素数3〜36の飽和環状炭化水素基としては、ピロリジン、ピラゾリジン、イミダゾリジン、イソオキサゾリジン、イソチアゾリジン、ピペリジン、ピペラジン、モルホリン、チオモルホリン、ジアゾール、トリアゾール、テトラゾール等の複素環化合物の水素原子を2つ結合手に置き換えた2価の基が挙げられる。
ヘテロ原子を含む2価の炭素数6〜20の芳香族炭化水素基としては、ピリジル基、ジピリジル基等の1価の基の水素原子を1つ結合手に置き換えた2価の基が挙げられる。
該飽和環状炭化水素基及び該芳香族炭化水素基が有していてもよい置換基としては、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、アミノ基、チオール基、シロキサン基、さらに置換基を有していてもよい総炭素数30以下の炭化水素基若しくはO、N、S等のヘテロ原子を含む複素環基、又は、2価の置換基としてオキシ基(=O)等が挙げられる。
式(V)で表される化合物に含まれるカチオンとしては、式(IA−1)〜式(IA−8)で表されるカチオンが挙げられる。
Figure 2012041523
式(V)で表される化合物に含まれるアニオンとしては、式(IB−1)〜式(IB−11)で表されるカチオンが挙げられる。
Figure 2012041523
式(IV)で表される化合物としては、式(V−1)〜式(V−32)で表される化合物が挙げられ、式(IV)で表される化合物に相当する式(V−1)〜式(V−27)で表される化合物が好ましく、式(V−1)〜式(V−5)で表される化合物及び式(V−12)〜式(V−20)で表される化合物が好ましく、式(V−12)〜式(V−16)で表される化合物がより好ましい。
Figure 2012041523
レジスト組成物が式(V)で表される化合物を含む場合、式(V)で表される化合物の含有量は、レジスト組成物の固形分を基準に、0.001〜10質量%が好ましく、より好ましくは0.05〜8質量%、さらに好ましくは0.01〜5質量%である。
また、レジスト組成物が式(IV)で表される化合物を含む場合、式(IV)で表される化合物の含有量は、レジスト組成物の固形分を基準に、0.001〜10質量%が好ましく、より好ましくは0.05〜8質量%、さらに好ましくは0.01〜5質量%である。
式(V)で表される化合物は公知の方法で製造することができる。例えば、テトラメチルアンモニウムハイドライドとヒドロキシアダマンタンカルボン酸との中和反応によって製造することができる。
〈塩基性化合物(以下「塩基性化合物(C)」という場合がある)〉
本発明のレジスト組成物は、クエンチャーとして、塩基性化合物(C)を含んでいてもよい。
塩基性化合物(C)の含有量は、レジスト組成物の固形分を基準に、0.01〜1質量%程度であることが好ましい。
塩基性化合物(C)は、好ましくは塩基性の含窒素有機化合物(例えば、アミン)である。アミンは、脂肪族アミンでも、芳香族アミンでも、アンモニウム塩(ただし、式(V)で表される化合物及び式(IV)で表される化合物とは異なる。)でもよい。脂肪族アミンは、第一級アミン、第二級アミン及び第三級アミンのいずれも使用できる。芳香族アミンは、アニリンのような芳香族環にアミノ基が結合したものや、ピリジンのような複素芳香族アミンのいずれでもよい。好ましい塩基性化合物(C)として、式(C2)で表される芳香族アミンや式(C2−2)であらわされるアンモニウム塩、特に式(C2−2)で表されるアンモニウム塩が挙げられる。
Figure 2012041523
ここで、Arc1は、芳香族炭化水素基を表す。
c5及びRc6は、それぞれ独立に、水素原子、脂肪族炭化水素基(好ましくはアルキル基又はシクロアルキル基)、飽和環状炭化水素基又は芳香族炭化水素基を表す。但し該脂肪族炭化水素基、該飽和環状炭化水素基又は該芳香族炭化水素基の水素原子は、ヒドロキシ基、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く、該アミノ基は、炭素数1〜4のアルキル基で置換されていてもよい。
前記脂肪族炭化水素基は、好ましくは炭素数1〜6程度であり、該飽和環状炭化水素基は、好ましくは炭素数5〜10程度であり、該芳香族炭化水素基は、好ましくは炭素数6〜10程度である。
c7は、脂肪族炭化水素基(好ましくはアルキル基)、アルコキシ基、飽和環状炭化水素基(好ましくはシクロアルキル基)又は芳香族炭化水素基を表す。但し脂肪族炭化水素基、アルコキシ基、飽和環状炭化水素基及び芳香族炭化水素基の水素原子は、上記と同様の基で置換されていてもよい。
m3は0〜3の整数を表す。m3が2以上のとき、複数のRc7は、互いに同一でも異なってもよい。
c7の脂肪族炭化水素基、飽和環状炭化水素基及び芳香族炭化水素基の好ましい炭素数は、上記と同じであり、Rc7のアルコキシ基は、好ましくは炭素数1〜6程度である。
c8’、Rc9’、Rc10’及びRc11’はそれぞれ独立に脂肪族炭化水素基(好ましくはアルキル基)、飽和環状炭化水素基(好ましくはシクロアルキル基)又は芳香族炭化水素基を表す。但し該脂肪族炭化水素基、該飽和環状炭化水素基又は該芳香族炭化水素基の水素原子は、ヒドロキシ基、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く、該アミノ基は、炭素数1〜4のアルキル基で置換されていてもよい。
前記脂肪族炭化水素基は、好ましくは炭素数1〜8程度であり、前記飽和環状炭化水素基は、好ましくは炭素数5〜10程度であり、前記芳香族炭化水素基は、好ましくは炭素数6〜10程度である。
Anは対イオンを表し、好ましくはOHである。
芳香族アミン(C2)としては、例えば、1−ナフチルアミン及び2−ナフチルアミンなどが挙げられる。
アニリン(C2−1)としては、例えば、アニリン、ジイソプロピルアニリン、2−,3−又は4−メチルアニリン、4−ニトロアニリン、N−メチルアニリン、N,N−ジメチルアニリン、ジフェニルアミンなどが挙げられる。
中でもジイソプロピルアニリン(特に2,6−ジイソプロピルアニリン)が好ましい。
アンモニウム塩(C2−2)としては、例えば、テトラメチルアンモニウムハイドライド、テトラブチルアンモニウムハイドライドなどが挙げられる。
中でもテトラブチルアンモニウムサリチル酸塩が好ましい。
塩基性化合物(C)としては、式(C3)〜式(C11)で表される化合物が挙げられる。
Figure 2012041523
ここで、
c8は、上記Rc7で説明したいずれかの基を表す。
窒素原子と結合するRc9、Rc10、Rc11〜Rc14、Rc16〜Rc19及びRc22は、それぞれ独立に、Rc5及びRc6で説明したいずれかの基を表す。
芳香族炭素と結合するRc20、Rc21、Rc23〜Rc28は、それぞれ独立に、Rc7で説明したいずれかの基を表す。
o3、p3、q3、r3、s3、t3及びu3は、それぞれ独立に0〜3の整数を表す。o3が2以上であるとき、Rc20は互いに同一でも異なってもよい。p3、q3、r3、s3、t3及びu3も同様に、これらのいずれかが2以上であるとき、それぞれ、複数のRc21〜Rc28のいずれかは互いに同一でも異なってもよい。
c15は、脂肪族炭化水素基、飽和環状炭化水素基又はアルカノイル基を表す。
n3は0〜8の整数を表す。n3が2以上のとき、複数のRc15は、互いに同一でも異なってもよい。
c15の脂肪族炭化水素基は、好ましくは炭素数1〜6程度であり、飽和環状炭化水素基は、好ましくは炭素数3〜6程度であり、アルカノイル基は、好ましくは炭素数2〜6程度である。
c1及びLc2は、それぞれ独立に、2価の脂肪族炭化水素基(好ましくはアルキレン基)、−CO−、−C(=NH)−、−C(=NRc3)−、−S−、−S−S−又はこれらの組合せを表す。該2価の脂肪族炭化水素基は、好ましくは炭素数1〜6程度である。
c3は、炭素数1〜4のアルキル基を表す。
化合物(C3)としては、例えば、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、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、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などが挙げられる。
化合物(C4)としては、例えば、ピペラジンなどが挙げられる。
化合物(C5)としては、例えば、モルホリンなどが挙げられる。
化合物(C6)としては、例えば、ピペリジン及び特開平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などが挙げられる。
化合物(C7)としては、例えば、2,2’−メチレンビスアニリンなどが挙げられる。
化合物(C8)としては、例えば、イミダゾール、4−メチルイミダゾールなどが挙げられる。
化合物(C9)としては、例えば、ピリジン、4−メチルピリジンなどが挙げられる。
化合物(C10)としては、例えば、1,2−ジ(2−ピリジル)エタン、1,2−ジ(4−ピリジル)エタン、1,2−ジ(2−ピリジル)エテン、1,2−ジ(4−ピリジル)エテン、1,3−ジ(4−ピリジル)プロパン、1,2−ジ(4−ピリジルオキシ)エタン、ジ(2−ピリジル)ケトン、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、2,2’−ジピリジルアミン、2,2’−ジピコリルアミンなどが挙げられる。
化合物(C11)としては、例えば、ビピリジンなどが挙げられる。
アンモニウム塩としては、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、テトラヘキシルアンモニウムヒドロキシド、テトラ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、テトラ−n−ブチルアンモニウムサリチラート及びコリン等が挙げられる。
〈溶剤(以下「溶剤(E)」という場合がある〉
本発明のレジスト組成物は、溶剤(E)を、組成物中90質量%以上の量で含有していてもよい。溶剤(E)を含有する本発明のレジスト組成物は、薄膜レジストを製造するために適している。溶剤(E)の含有量は、組成物中90質量%以上(好ましくは92質量%以上、より好ましくは94質量%以上)、99.9質量%以下(好ましくは99質量%以下)である。
溶剤(E)の含有量は、例えば液体クロマトグラフィー又はガスクロマトグラフィーなどの公知の分析手段で測定できる。
溶剤(E)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;プロピレングリコールモノメチルエーテルのようなグリコールエーテル類;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、ジアセトンアルコール、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;などを挙げることができる。溶剤(E)は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
〈その他の成分(以下「その他の成分(F)」という場合がある)〉
本発明のレジスト組成物は、必要に応じて、その他の成分(F)を含有していてもよい。成分(F)に特に限定はなく、レジスト分野で公知の添加剤、例えば、増感剤、溶解抑止剤、界面活性剤、安定剤、染料などを利用できる。
〈レジストパターンの製造方法〉
本発明のレジストパターンの製造方法は、
(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板上への塗布は、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(いわゆるプリベーク)により行われるか、あるい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℃程度が好ましい。また、圧力は、1〜1.0×10Pa程度が好ましい。
得られた組成物層は、通常、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)、F2エキシマレーザ(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。また、露光機は、電子線、超紫外光(EUV)を照射するものであってもよい。本明細書において、これらの放射線を照射することを総称して「露光」という場合がある。
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(いわゆるポストエキスポジャーベーク)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。
〈用途〉
本発明のレジスト組成物は、化学増幅型レジスト組成物として有用であり、KrFエキシマレーザ露光用のレジスト組成物、ArFエキシマレーザ露光用のレジスト組成物、電子線(EB)照射用のレジスト組成物又はEUV露光用のレジスト組成物として好適であり、特にEB照射用のレジスト組成物又はEUV露光用のレジスト組成物として好適である。
以下、本発明を実施例によって詳細に説明する。例中、含有量及び使用量を表す%及び部は、特記ないかぎり質量基準である。
重量平均分子量は、以下の条件でゲルパーミエーションクロマトグラフィー(東ソー株式会社製HLC−8120GPC型)により求めた値である。
カラム:TSKgel Multipore HXL−M × 3本 + guardcolumn(東ソー社製)
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(東ソー社製)
また、化合物の構造はNMR(ECA−500型;日本電子製)、質量分析(JMS−700;日本電子製)で確認した。
実施例1:式(I−1)で表される化合物の合成
Figure 2012041523
冷却管、攪拌機を備えた四つ口フラスコに3、6−ジヒドロキシベンゾノルボルナン50部、 トリエチルアミン14.78部、テトラヒドロフラン400部を仕込み、系内温度が0℃となるよう冷却した。この中にメタクリル酸クロライド14.98部を15分かけて滴下した。滴下後、6時間反応を継続した。反応終了後、反応液に飽和炭酸水素ナトリウム水150部を加え、続いて酢酸エチル150部を入れて抽出した。有機層を飽和食塩水239.88部で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥した。乾燥後有機溶媒を除去し、淡褐色の油状物を79.59部得た。n-ヘプタンと酢酸エチルを展開溶媒でカラムクロマトグラフィーを実施し、収率50.3%で目的物を17.03部得た。
H−NMR(500.16MHz, CDCl):1.10(m, 2H), 1.41(d, 1H), 1.55(d, 1H), 1.80(m, 2H), 2.00(s, 3H), 3.18(s, 1H), 3.56(s, 1H), 5.84(t, 1H), 6.25(s, 1H), 6.51(d, 1H), 6.60(d, 1H).
FD−MS: 計算値 244.11、測定値 244
実施例及び比較例において使用した化合物を下記に示す。
Figure 2012041523
実施例2:樹脂A1の合成
冷却管、攪拌機を備えた四つ口フラスコに1,4−ジオキサンを8.43部仕込み、窒素置換後87℃まで昇温した。そこへ式(A)で表される化合物7.0部、式(B)で表される化合物5.69部、式(C)で表される化合物1.35部及びアゾビスイソブチロニトリル1.13部を1,4−ジオキサン4.47部に溶解した溶液を1時間かけて滴下した。その後87℃を保ったまま6時間攪拌を継続した。冷却したメタノール128部及び水55部の混合溶液に、得られた反応液を注ぎ樹脂を再沈させた。得られた樹脂を1,4−ジオキサンに溶解し、n-ヘプタン183部に注ぎ樹脂を析出させた。析出した樹脂をろ過後メタノール73部及び水18部の混合溶液でリパルプした。樹脂を濾取し減圧乾燥して、重量平均分子量約4.65×10の共重合体を7.37部得た。この共重合体は、次式の構造単位を有するものであり、これを樹脂A1とする。
Figure 2012041523
実施例3:樹脂A2の合成
冷却管、攪拌機を備えた四つ口フラスコに1,4−ジオキサンを14.00部仕込み、窒素置換後87℃まで昇温した。そこへ式(A)で表される化合物2.54部、式(B)で表される化合物10.33部、式(C)で表される化合物2.46部、式(E)で表される化合物8.00部及びアゾビスイソブチロニトリル1.54部を1,4−ジオキサン18.03部に溶解した溶液を1時間かけて滴下した。その後87℃を保ったまま6時間攪拌を継続した。冷却したメタノール212部及び水91部の混合溶液に、得られた反応液を注ぎ樹脂を再沈させた。得られた樹脂をメチルイソブチルケトン70.0部に溶解し、p−トルエンスルホン酸0.47部及び水46.67部の水溶液を加え6時間攪拌を行った。水47部で3回洗浄を実施し、その後有機層を濃縮した。この有機層をn−ヘプタン303部に注ぎ樹脂を析出させた。析出した樹脂を濾取し減圧乾燥して、重量平均分子量約4.16×10の共重合体を14.51部得た。この共重合体は、次式の構造単位を有するものであり、これを樹脂A2とする。
Figure 2012041523
実施例4:樹脂A3の合成
冷却管、攪拌機を備えた四つ口フラスコに1,4−ジオキサンを17.53部仕込み、窒素置換後87℃まで昇温した。そこへ式(A)で表される化合物4.77部、式(B)で表される化合物12.92部、式(C)で表される化合物1.54部、式(E)で表される化合物10.00部及びアゾビスイソブチロニトリル1.92部を1,4−ジオキサン25.72部に溶解した溶液を1時間かけて滴下した。その後87℃を保ったまま6時間攪拌を継続した。冷却したメタノール266部及び水114部の混合溶液に、得られた反応液を注ぎ樹脂を再沈させた。得られた樹脂をメチルイソブチルケトン88.0部に溶解し、p−トルエンスルホン酸0.58部及び水58.44部の水溶液を加え6時間攪拌を行った。有機層を分液後、水58部で3回洗浄を実施し、その後有機層を濃縮した。この有機層をn−ヘプタン380部に注ぎ樹脂を析出させた。析出した樹脂を濾取し減圧乾燥して、重量平均分子量約4.48×10の共重合体を19.65部得た。この共重合体は、次式の構造単位を有するものであり、これを樹脂A3とする。
Figure 2012041523
実施例5:樹脂A4の合成
冷却管、攪拌機を備えた四つ口フラスコに1,4−ジオキサンを17.09部仕込み、窒素置換後87℃まで昇温した。そこへ式(A)で表される化合物4.77部、式(D)で表される化合物12.19部、式(C)で表される化合物1.54部、式(E)で表される化合物10.00部及びアゾビスイソブチロニトリル1.92部を1,4−ジオキサン25.07部に溶解した溶液を1時間かけて滴下した。その後87℃を保ったまま6時間攪拌を継続した。冷却したメタノール259部及び水111部の混合溶液に、得られた反応液を注ぎ樹脂を再沈させた。得られた樹脂をメチルイソブチルケトン85.0部に溶解し、p−トルエンスルホン酸0.57部及び水56.98部の水溶液を加え6時間攪拌を行った。有機層を分液後、水57部で3回洗浄を実施し、その後有機層を濃縮した。この有機層をn−ヘプタン370部に注ぎ樹脂を析出させた。析出した樹脂を濾取し減圧乾燥して、重量平均分子量約4.90×10の共重合体を23.07部得た。この共重合体は、次式の構造単位を有するものであり、これを樹脂A4とする。
Figure 2012041523
〔比較用樹脂H1の合成〕
フラスコに、式(B)で表される化合物59.6部、p−アセトキシスチレン90.8部及びイソプロパノール279部を仕込んで窒素置換し、75℃まで昇温した。その溶液に、ジメチル2,2’2−アゾビス(2−メチルプロピオネート)11.05部をイソプロパノール22.11部に溶かした溶液を滴下した。混合溶液を75℃で約0.3時間、還流下で約12時間熟成した後、アセトンで希釈し、得られた希釈溶液をメタノール中に注いで、樹脂の粗結晶を析出させ、濾過により樹脂の粗結晶を取り出した。得られた樹脂の粗結晶は250部であった。
フラスコに、樹脂の粗結晶250部と4−ジメチルアミノピリジン10.8部とメタノール239部を仕込んで、還流下、20時間熟成した。冷却後、氷酢酸8.0部(0.133モル)で中和し、得られた溶液を水に注いで、結晶を析出させ、濾過により結晶を取り出した。その後、結晶をアセトンに溶かし、得られた溶液を水に注いで、結晶を析出させ、濾過により結晶を取り出す操作を計3回繰り返した後、得られた結晶を乾燥して、重量平均分子量は約8.2×10の共重合体を102.8部得た。この共重合体は、次式の構造単位を有するものであり、これを樹脂H1とする。
Figure 2012041523
実施例6〜12及び比較例1
〔レジスト組成物の調製〕
表2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、レジスト組成物を調製した。表中、「−」は、含有量が0であることを意味する。
Figure 2012041523
<樹脂>
A1:樹脂A1
H1:樹脂H1
<酸発生剤>
B1:
Figure 2012041523
<式(V)で表される化合物>
D1:
Figure 2012041523
D2:
Figure 2012041523
D3:
Figure 2012041523
<塩基性化合物>
C1:ジイソプロピルアミン
<溶剤>
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 370部
プロピレングリコールモノメチルエーテル 150部
γ−ブチロラクトン 5部
〔レジスト組成物の電子線露光評価〕
シリコンウェハーを、ダイレクトホットプレート上にて、ヘキサメチルジシラザンを用いて90℃で60秒処理した上で、表2記載のレジスト組成物を乾燥(プリベーク)後の膜厚が0.06μmとなるようにスピンコートした。レジスト組成物塗布後は、ダイレクトホットプレート上にて、表2記載の温度で60秒間プリベーク(PB)した。こうしてレジスト膜(組成物層)を形成したそれぞれのウェハーに、電子線描画機〔(株)日立製作所製の「HL−800D 50keV」を用い、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表2記載の温度で60秒間ポストエキスポジャーベーク(PEB)を行い、さらに2.38質量%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うことにより、レジストパターンを得た。
解像度評価:各レジスト組成物からのレジストパターン形成において、ラインアンドスペースパターンの線幅が1:1となる露光量を実効感度とした時、実効感度において形成されたレジストパターンを走査型電子顕微鏡で観察し、50nm以下の線幅を解像しているものを○、50nmを超え55nm以下の線幅を解像しているものを△、55nmを超える線幅を解像していないもの×とした。
Figure 2012041523
実施例13及び14
〔レジスト組成物の調製〕
表4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、レジスト組成物を調製した。表中、「−」は、含有量が0であることを意味する。
Figure 2012041523
〔レジスト組成物のEUV露光評価〕
シリコンウェハーを、ダイレクトホットプレート上にて、ヘキサメチルジシラザンを用いて90℃で60秒処理した上で、表4記載のレジスト組成物を乾燥(プリベーク)後の膜厚が0.04μmとなるようにスピンコートした。レジスト組成物塗布後は、ダイレクトホットプレート上にて、表4記載の温度で60秒間プリベーク(PB)した。こうしてレジスト膜(組成物層)を形成したそれぞれのウェハーに、EUV露光装置を用い、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表4記載の温度で60秒間ポストエキスポジャーベーク(PEB)を行い、さらに2.38質量%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うことにより、レジストパターンを得た。
解像度評価:各レジスト組成物からのレジストパターン形成において、ラインアンドスペースパターンの線幅が1:1となる露光量を実効感度とした時、実効感度において形成されたレジストパターンを走査型電子顕微鏡で観察し、26nm以下の線幅を解像しているものを○、26nmを超え30nm以下の線幅を解像しているものを△、30nmを超える線幅を解像していないもの×とした。結果を表5に示す。
Figure 2012041523
本発明の化合物によれば、該化合物に由来する構造単位を有する樹脂を含むレジスト組成物は、優れた解像度を有するレジストパターンを形成することができる。

Claims (6)

  1. 式(I)で表される化合物。
    Figure 2012041523
    [式(I)中、Rは、水素原子又はメチル基を表す。
    は、2価の連結基を表す。
    、R、R、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子又はヒドロキシ基を表すか、ベンゼン環上の結合位置において互いに隣接し合う2つの基が結合して非芳香環を形成する。ただし、R、R、R、R及びRからなる群から選ばれる少なくとも1つの基はヒドロキシ基を表し、且つ、少なくとも他の2つの基は、それらが結合する互いに隣接し合うベンゼン環上の炭素原子と共に、非芳香環を形成する。]
  2. 請求項1記載の化合物に由来する構造単位を有する樹脂。
  3. 請求項2記載の樹脂を含むレジスト組成物。
  4. さらに酸発生剤を含む請求項3記載のレジスト組成物。
  5. さらに溶剤を含む請求項3又は4記載のレジスト組成物。
  6. (1)請求項5記載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、
    を含むレジストパターンの製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2015049465A (ja) * 2013-09-04 2015-03-16 信越化学工業株式会社 ポジ型レジスト材料並びにこれを用いたパターン形成方法
JP2016069612A (ja) * 2014-09-29 2016-05-09 住友化学株式会社 樹脂、レジスト組成物及びレジストパターンの製造方法

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