JP2012088690A - レジスト組成物及びレジストパターンの製造方法 - Google Patents

レジスト組成物及びレジストパターンの製造方法 Download PDF

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Koji Ichikawa
幸司 市川
Masahiko Shimada
雅彦 嶋田
Takashi Nishimura
崇 西村
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Abstract

【課題】レジストパターン製造時のフォーカスマージン(DOF)を十分に満足するレジスト組成物の提供。
【解決手段】式(a)で表される構造単位とラクトン環を有する構造単位とを含む樹脂及び酸発生剤を含有するレジスト組成物。
Figure 2012088690

【選択図】なし

Description

本発明は、レジスト組成物及び該レジスト組成物を用いるレジストパターンの製造方法に関する。
近年、半導体の微細加工技術として、ArFエキシマレーザー(波長:193nm)等の短波長光を露光源とする光リソグラフィ技術が活発に検討されている。このような光リソグラフィ技術に用いられるレジスト組成物には、酸の作用によってアルカリ水溶液に対する溶解性が変化する樹脂と、光酸発生剤(以下、「酸発生剤」という。)とが含有されている。
例えば、特許文献1には、式(A)で表される構造単位、式(B)で表される構造単位及び式(C)で表される構造単位からなる樹脂と、式(B2)で表される酸発生剤とを含むレジスト組成物が記載されている。
Figure 2012088690

Figure 2012088690
特開2007−161707号公報
従来から知られる上記レジスト組成物は、レジストパターン製造時のフォーカスマージン(DOF)が必ずしも十分に満足できない場合があった。
本発明者等は前記課題を解決すべく鋭意検討した結果、本発明に至った。
すなわち、本発明は、以下の発明を含む。
〔1〕式(a)で表される構造単位とラクトン環を有する構造単位とを含む樹脂及び酸発生剤を含有するレジスト組成物。
Figure 2012088690
[式(a)中、
は、水素原子又はメチル基を表す。
及びRは、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜6の脂肪族炭化水素基を表し、該脂肪族炭化水素基を構成するメチレン基は、酸素原子に置き換わっていてもよい。
また、RとRとが互いに結合し、これらが結合している窒素原子とともに環を形成していてもよい。
は、水素原子、ヒドロキシ基又は−O−CO−NRで表される基(R及びRは前記と同じ意味であり、2つのRは互いに同一でも異なってもよく、2つのRは互いに同一でも異なってもよい。)を表す。
は、単結合、置換基を有していてもよい炭素数1〜6のアルカンジイル基又は式(a−1)
Figure 2012088690
(式(a−1)中、
sは0〜2の整数を表す。
10は、置換基を有していてもよい炭素数1〜5の脂肪族炭化水素基を表す。
11及びA12は、それぞれ独立に、単結合又は置換基を有していてもよい炭素数1〜5の脂肪族炭化水素基を表し、sが2である場合、2つのA11は互いに同一でも異なってもよい。
10及びX11は、それぞれ独立に、酸素原子、カルボニル基、カルボニルオキシ基又はオキシカルボニル基を表し、sが2である場合、2つのX10は互いに同一でも異なってもよい。
ただし、A10、A11、A12、X10及びX11の炭素数の合計は6以下である。)
で表される基を表す。]
〔2〕前記式(a)のAが、単結合又は−CH−CO−O−である前記〔1〕記載のレジスト組成物。
〔3〕前記式(a)のR及びRがともに水素原子である前記〔1〕又は〔2〕記載のレジスト組成物。
〔4〕前記式(a)のRが水素原子である前記〔1〕〜〔3〕のいずれか記載のレジスト組成物。
〔5〕前記ラクトン環を有する構造単位が、式(b−1)、式(b−2)及び式(b−3)のいずれかで表される構造単位を含む前記〔1〕〜〔4〕のいずれか記載のレジスト組成物。
Figure 2012088690
[式(b−1)、式(b−2)及び式(b−3)中、
a4、La5及びLa6は、それぞれ独立に、酸素原子又は*−O−(CH2k3−CO−O−(k3は1〜7の整数を表す。)を表し、*はカルボニル基(−CO−)との結合手を表す。
a18、Ra19及びRa20は、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基を表す。
p1は0〜5の整数を表す。
a21は、炭素数1〜4のアルキル基を表し、p1が2以上の場合、複数のRa21は互いに同一でも異なってもよい。
q1及びr1は、それぞれ独立に0〜3の整数を表す。
a22及びRa23は、それぞれ独立に、カルボキシ基、シアノ基又は炭素数1〜4のアルキル基を表し、q1が2以上の場合、複数のRa22は互いに同一でも異なってもよく、r1が2以上の場合、複数のRa23は互いに同一でも異なってもよい。]
〔6〕酸発生剤が、式(B1)で表される酸発生剤である前記〔1〕〜〔5〕のいずれか記載のポジ型レジスト組成物。
Figure 2012088690
[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、炭素数1〜17の脂肪族炭化水素基を表し、該脂肪族炭化水素基を構成するメチレン基は、酸素原子又はカルボニル基に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を表し、該脂肪族炭化水素基を構成するメチレン基は、酸素原子、スルホニル基又はカルボニル基に置き換わっていてもよい。
+は、有機カチオンを表す。]
〔7〕前記式(B1)のYが置換基を有していてもよい炭素数3〜18の脂環式炭化水素基である酸発生剤を含む前記〔6〕記載のポジ型レジスト組成物。
〔8〕(1)前記〔1〕〜〔7〕のいずれか記載のレジスト組成物を基板上に塗布する工程、
(2)塗布後の組成物を乾燥させて組成物層を形成する工程、
(3)組成物層を、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。
本発明のレジスト組成物によれば、レジストパターン製造時のフォーカスマージン(DOF)をより改善することができる。
本発明のレジスト組成物(以下、場合により「本レジスト組成物」という。)は、式(a)で表される構造単位とラクトン環を有する構造単位とを含む樹脂(以下、場合により、「樹脂(A)」という)、及び酸発生剤(以下、場合により、「酸発生剤(B)」という)を含む。さらに、溶剤及び/又は塩基性化合物を含むことが好ましい。
<樹脂(A)>
上述のとおり、樹脂(A)は、式(a)で表される構造単位(以下、場合により「構造単位(a)」という。)と、ラクトン環を有する構造単位(以下、場合により「構造単位(b)」という。)という。)とを含む。
<構造単位(a)>
構造単位(a)は前記式(a)で表される。
は、単結合、置換基を有していてもよい炭素数1〜6の脂肪族炭化水素基又は前記式(a−1)で表される基(以下、「基(a−1)」という場合がある。)である。Aが炭素数1〜6の脂肪族炭化水素基である場合、炭素数1〜6のアルカンジイル基であることが好ましい。該アルカンジイル基は、直鎖状であっても、分岐していてもよく、例えば、メチレン基、エチレン基、プロパンジイル基、プロパンジイル基、ブタンジイル基、ペンタンジイル基、ペンタンジイル基及びヘキサンジイル基などが挙げられる。該アルカンジイル基を構成する水素原子は、ヒドロキシ基又は炭素数1〜6のアルコキシ基に置換されていてもよい。
基(a−1)は、X10及びX11のように、酸素原子、カルボニル基、カルボニルオキシ基又はオキシカルボニル基といった酸素原子を含む部分構造を含む2価の基である。
基(a−1)のA10、A11及びA12における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−ブチル基及びtert−ブチル基等のアルキル基が挙げられる。
式(a−1)で表される基のうち、X11が酸素原子である基としては、
Figure 2012088690
などが挙げられる(*は結合手を表す)。
式(a−1)で表される基のうち、X11がカルボニル基である基としては、
Figure 2012088690
などが挙げられる(*は結合手を表す)。
式(a−1)で表される基のうち、X11がカルボニルオキシ基である基としては、
Figure 2012088690
などが挙げられる(*は結合手を表す)。
式(a−1)で表される基のうち、X11がオキシカルボニル基である基としては、
Figure 2012088690
などが挙げられる(*は結合手を表す)。
及びRは、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜6の脂肪族炭化水素基を表し、該脂肪族炭化水素基を構成するメチレン基は、酸素原子に置き換わっていてもよく、RとRが一緒になって環を形成してもよい。該脂肪族炭化水素基は、炭素炭素不飽和結合を有していてもよいが、炭素炭素不飽和結合を有さない飽和の脂肪族炭化水素基が好ましい。好ましい脂肪族炭化水素基としては、アルキル基(該アルキル基は直鎖でも分岐していてもよい。)及び脂環式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脂肪族炭化水素基でもよい。
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、ペンチル基及びヘキシル基などが挙げられる。また、脂環式炭化水素基としては例えば、シクロペンチル基及びシクロへキシル基などが挙げられる。
ここで、構造単位(a)の具体例を示す。
Figure 2012088690
Figure 2012088690
また、上記の式(a−1)〜式(a−10)で表される構造単位(a)の部分構造M(R=メチル基)を、部分構造A(R=水素原子)に置き換えたものも、構造単位(a)の具体例として挙げることができる。
Figure 2012088690
構造単位(a)は式(a’)で表される化合物(以下、場合により「化合物(a’)」という。)から誘導される。
Figure 2012088690
(式(a’)中、R、R、R、R及びAはそれぞれ上記と同じ意味を表す。)
ここで、Rが水素原子である場合(式(a’’)で表される化合物、以下、「化合物(a’’)」という。)を例にとり、化合物(a’)の製造方法を示す。当該製造方法は例えば、以下に示すような反応を実施することにより製造することができる。
Figure 2012088690
式(a’−1)で表される化合物と、式(a’−2)で表される化合物とを、触媒の存在下で反応させることにより化合物(a’’)を製造することができる。かかる反応は通常、溶媒の存在下で行われ、該溶媒としては、アセトニトリルなどが挙げられる。触媒としては、炭酸カリウム及びヨウ化カリウムなどが挙げられる。
式(a’−1)で表される化合物としては例えば、3−ヒドロキシアダマンタン−1−イル(メタ)アクリレートなどが挙げられる。この3−ヒドロキシアダマンタン−1−イル(メタ)アクリレートは、通常、市場から容易に入手できる。
式(a’−2)で表される化合物としては、ジメチルカルバミルクロライドなどが挙げられる。このジメチルカルバミルクロライドも市場から容易に入手できる。
化合物(a)の製造方法の具体例として、R、R及びRが水素原子である化合物(a’’2)の製造方法を説明する。この製造方法は、以下の反応式で示す反応により実施できる。
Figure 2012088690
式(a’−3)で表される化合物と式(a’−4)で表される化合物とを反応させることにより、化合物(a’’2)を製造することができる。かかる反応は通常、溶媒の存在下で行われ、該溶媒としては、ジクロロメタンなどが挙げられる。
式(a’−3)で表される化合物としては、3−ヒドロキシアダマンタン−1−イル(メタ)アクリレートなどが挙げられ、この3−ヒドロキシアダマンタン−1−イル(メタ)アクリレートは、通常、市場から容易に入手できる。
<構造単位(b)>
構造単位(b)はラクトン環を有するものである。当該ラクトン環は例えば、β−プロピオラクトン環、γ−ブチロラクトン環及びδ−バレロラクトン環のような単環式でもよく、単環式のラクトン環と他の環との縮合環などが挙げられる。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。
構造単位(b)は例えば、以下の式(b−1)、式(b−2)及び式(b−3)で表されるものが好ましい。樹脂(A)は、これらのうち1種のみを含んでいてもよく、2種以上を含んでいてもよい。なお、以下の説明においては、式(b−1)で示される構造単位を「構造単位(b−1)」という場合があり、式(b−2)で示される構造単位を「構造単位(b−2)」という場合があり、式(b−3)で示される構造単位を「構造単位(b−3)」という場合がある。
Figure 2012088690
式(b−1)中、
a4は、酸素原子又は*−O−(CH2k3−CO−O−(k3は1〜7の整数を表す。)を表し、*はカルボニル基(−CO−)との結合手を表す。
a18は、水素原子又はメチル基を表す。
p1は0〜5の整数を表す。
a21は、炭素数1〜4のアルキル基を表し、p1が2以上の場合、複数のRa21は互いに同一であっても異なってもよい。
式(b−2)中、
a5は、酸素原子又は*−O−(CH2k3−CO−O−(k3は前記と同義である。
)を表し、*はカルボニル基(−CO−)との結合手を表す。
a19は、水素原子又はメチル基を表す。
q1は、0〜3の整数を表す。
a22は、カルボキシ基、シアノ基又は炭素数1〜4のアルキル基を表し、q1が2以上の場合、複数のRa22は互いに同一であっても異なってもよい。
式(b−3)中、
a6は、酸素原子又は*−O−(CH2k3−CO−O−(k3は前記と同義である。
)を表し、*はカルボニル基(−CO−)との結合手を表す。
a20は、水素原子又はメチル基を表す。
r1は、0〜3の整数を表す。
a23は、カルボキシ基、シアノ基又は炭素数1〜4のアルキル基を表し、r1が2以上の場合、複数のRa23は互いに同一であっても異なってもよい。
a4、La5及びLa6はいずれも、酸素原子又は、k3が1〜4の整数である*−O−(CH2k3−CO−O−で表される基が好ましく、酸素原子又は、*−O−CH2−CO−O−がより好ましく、さらに好ましくは酸素原子である。
a18、Ra20及びRa21はいずれも、好ましくはメチル基である。
a22及びRa23はいずれも、好ましくはカルボキシ基、シアノ基又はメチル基である。
p1、q1及びr1はいずれも、好ましくは0〜2の整数であり、より好ましくは0又は1である。
構造単位(b−1)としては例えば、以下のものが挙げられる。
Figure 2012088690
Figure 2012088690
Figure 2012088690
構造単位(b−2)としては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012088690
Figure 2012088690
Figure 2012088690
Figure 2012088690
Figure 2012088690
Figure 2012088690
Figure 2012088690
構造単位(b−3)としては例えば、以下のものが挙げられる。
Figure 2012088690
Figure 2012088690
Figure 2012088690
Figure 2012088690
以上、構造単位(b−1)、構造単位(b−2)及び構造単位(b−3)においても、構造単位(a)の場合と同様に、部分構造Mを部分構造Aに置き換えたものも、構造単位(b)として挙げることができる。
これら構造単位(b)の具体例の中でも、(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)アクリル酸テトラヒドロ−2−オキソ−3−フリル、(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−オキソエチルといったメタクリレートエステル類に由来する構造単位(b)が好ましい。
樹脂(A)の製造方法は後述するが、樹脂(A)の全構造単位(100モル%)に対する構造単位(a)の含有割合は、1〜30モル%の範囲が好ましく、2〜20モル%の範囲がより好ましく、3〜15モル%の範囲がさらに好ましい。なお、このような含有割合で構造単位(a)を含む樹脂(A)は、樹脂(A)製造時に用いる全モノマーの総モル量に対する化合物(a’)の使用モル量を調節すればよい。樹脂(A)の全構造単位(100モル%)に対する構造単位(b)の含有割合は、5〜70モル%の範囲が好ましく、10〜65モル%の範囲がより好ましく、10〜60モル%の範囲がさらに好ましい。構造単位(a)の含有割合と構造単位(b)の含有割合との比は、〔構造単位(a)〕:〔構造単位(b)〕で表して、1:99〜50:50であると好ましく、5:95〜45:55であるとさらに好ましい。また、後述するように、樹脂(A)は構造単位(a)及び構造単位(b)以外の構造単位を含むこともある。その場合、構造単位(a)と構造単位(b)との合計は、樹脂(A)の全構造単位(100モル%)に対する含有割合は、5〜75モル%の範囲が好ましく、10〜70モル%の範囲がより好ましく、15〜65モル%の範囲がさらに好ましい。
次に、構造単位(a)及び構造単位(b)以外に樹脂(A)が含むこともある構造単位について説明する。
樹脂(A)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に可溶となる樹脂という特性を有する。なお、ここでいう「酸との作用によりアルカリ水溶液に可溶」となるとは、酸との接触前ではアルカリ水溶液に不溶又は難溶であるが、酸との接触後にはアルカリ水溶液に可溶となることを意味する。そのために、樹脂(A)は、構造単位(a)及び構造単位(b)に加えて、後述する酸不安定モノマーに由来する構造単位又は公知の酸不安定基を付与し得る構造単位を1種以上有することが好ましい。
なお、本明細書に示す種々の化合物において、官能基(基)を示すことがあるが、ここで共通する基を定義しておく。このような定義において、「C」に付して記載した数値は、各々の基の炭素数を示すものである。
本明細書において、「炭化水素基」とは、脂肪族炭化水素基及び芳香族炭化水素基をいう。該脂肪族炭化水素基はさらに鎖式及び脂環式に分類され、本明細書でいう脂肪族炭化水素基とは、鎖式及び脂環式の脂肪族炭化水素基が組み合わさった脂肪族炭化水素基を含む。
鎖式の脂肪族炭化水素基(鎖式脂肪族炭化水素基)のうち1価のものは、典型的にはアルキル基であり、当該アルキル基としては、メチル基(C)、エチル基(C)、プロピル基(C)、ブチル基(C)、ペンチル基(C)、ヘキシル基(C)、ヘプチル基(C)、オクチル基(C)、デシル基(C10)、ドデシル基(C12)、ヘキサデシル基(C14)、ペンタデシル基(C15)、ヘキシルデシル基(C16)、ヘプタデシル基(C17)及びオクタデシル基(C18)などが挙げられ、これらは直鎖でも分岐していてもよい。この鎖式脂肪族炭化水素基は特に限定しない限り、ここに例示したアルキル基の一部に炭素炭素二重結合を含んでいてもよいが、本明細書でいうアルキル基は、このような炭素炭素二重結合などを有さない、飽和のアルキル基であることが好ましい。2価の鎖式脂肪族炭化水素基は、ここに示したアルキル基から水素原子を1個取り去ったアルキレン基が該当する。
脂環式の脂肪族炭化水素基(以下、場合により「脂環式炭化水素基」という。)のうち1価のものは、例えば、脂環式炭化水素から水素原子1個を取り去った基である。当該脂環式炭化水素基には、炭素炭素不飽和結合1個程度を含む不飽和脂環式炭化水素基でもよく、このような炭素炭素不飽和結合を含まない飽和脂環式炭化水素基でもよいが、本明細書でいう脂環式炭化水素基は飽和であると好ましい。また、脂環式炭化水素基は単環式のものであっても、多環式のものであってもよい。ここでは、水素原子を取り去る前の脂環式炭化水素基としては例えば、単環式の脂環式炭化水素基が挙げられ、シクロアルカンが好ましい。例えば、
式(KA−1)で表されるシクロプロパン(C)、
式(KA−2)で表されるシクロブタン(C)、
式(KA−3)で表されるシクロペンタン(C)、
式(KA−4)で表されるシクロヘキサン(C)、
式(KA−5)で表されるシクロヘプタン(C)、
式(KA−6)で表されるシクロオクタン(C8)、及び、
式(KA−7)で表されるシクロドデカン(C12
Figure 2012088690
などが挙げられる。
多環式の脂環式炭化水素としては例えば、
式(KA−8)で示されるビシクロ〔2.2.1〕ヘプタン(以下「ノルボルナン」という場合がある。)(C)、
式(KA−9)で示されるアダマンタン(C10)、
式(KA−10)で示される脂環式炭化水素(C10)、
式(KA−11)で示される脂環式炭化水素(C14)、
式(KA−12)で示される脂環式炭化水素(C17)、
式(KA−13)で示される脂環式炭化水素(C10)、
式(KA−14)で示される脂環式炭化水素(C11)、
式(KA−15)で示される脂環式炭化水素(C15)、
式(KA−16)で示される脂環式炭化水素(C12)、
式(KA−17)で示される脂環式炭化水素(C14)、
式(KA−18)で示される脂環式炭化水素(C15)、
式(KA−19)で示される脂環式炭化水素(C17)、
式(KA−20)で示される脂環式炭化水素(C9)、
式(KA−21)で示される脂環式炭化水素(C8)及び、
式(KA−22)で示される脂環式炭化水素(C10
Figure 2012088690

Figure 2012088690

Figure 2012088690

Figure 2012088690
などが挙げられる。なお、ここに示した脂環式炭化水素を「式(KA−1)〜式(KA−22)の脂環式炭化水素」という場合がある。
2価の脂環式炭化水素基とは、式(KA−1)〜式(KA−22)の脂環式炭化水素から水素原子を2個取り去った基が挙げられる。
次に、芳香族炭化水素基について説明する。本明細書において、芳香族炭化水素基は1価の芳香族炭化水素基であり、典型的にはアリール基である。具体的にいえば、フェニル基(C)、ナフチル基(C10)、アントリル基(C14)、ビフェニル基(C12)、フェナントリル基(C14)及びフルオレニル基(C13)などを挙げることができる。
脂肪族炭化水素基は置換基を有することがある。該置換基としては、ハロゲン原子、アルコキシ基、アシル基、アリール基、アラルキル基及びアリールオキシ基を挙げることができる。
ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子が挙げられる。
アルコキシ基としては、メトキシ基(C)、エトキシ基(C)、プロポキシ基(C)、ブトキシ基(C)、ペンチルオキシ基(C)、ヘキシルオキシ基(C)、ヘプチルオキシ基(C7)、オクチルオキシ基(C8)、デシルオキシ基(C10)及びドデシルオキシ基(C12)などが挙げられ、該アルコキシ基は直鎖でも分岐していてもよい。
アシル基としては、アセチル基(C)、プロピオニル基(C)、ブチリル基(C)、バレイル基(C)、ヘキシルカルボニル基(C)、ヘプチルカルボニル基(C7)、オクチルカルボニル基(C8)、デシルカルボニル基(C10)及びドデシルカルボニル基(C12)などのアルキル基とカルボニル基とが結合したものに加え、ベンゾイル基(C7)などのようにアリール基とカルボニル基とが結合したものが挙げられる。該アシル基のうち、アルキル基とカルボニル基とが結合したものの該アルキル基は直鎖でも分岐していてもよい。
アリール基としては、上述の芳香族炭化水素基のアリール基として例示したものと同じであり、アリールオキシ基としては、該アリール基と酸素原子とが結合したものが挙げられる。
アラルキル基としては、ベンジル基(C7)、フェネチル基(C8)、フェニルプロピル基(C9)、ナフチルメチル基(C11)及びナフチルエチル基(C12)などが挙げられる。
芳香族炭化水素基も置換基を有することがある。該置換基としては、ハロゲン原子、アルコキシ基、アシル基、アルキル基及びアリールオキシ基が挙げられる。該アルキル基は、鎖式脂肪族炭化水素基として例示したものと同じであり、該アルキル基以外のものは、脂肪族炭化水素基の置換基として例示したものと同じものを含む。
上述したとおり、樹脂(A)は、酸不安定基を有する構造単位を含むと好ましい。かかる酸不安定基を有する構造単位を樹脂(A)に導入するためには、酸不安定基を有する製造用原料(モノマー)を、構造単位(a)を誘導するモノマー(化合物(a’))及び構造単位(b)を誘導するモノマーとともに用いて、樹脂(A)を製造すればよい。以下、酸不安定基を有するモノマー(以下、「モノマー(a1)」という。)を説明する。なお、かかる重合の際には、モノマー(a1)を1種のみ使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
<モノマー(a1)>
樹脂(A)は、酸不安定基を有する構造単位(ただし、構造単位(a)とは異なる。)(以下、場合により「構造単位(a1)」という。)を、構造単位(a)とともに有していてもよい。酸不安定基とは、酸との接触により脱離し得る保護基により保護されている親水性基のことをいう。構造単位(a1)を有する樹脂は、酸と接触すると、保護基が脱離して、アルカリ水溶液に可溶になる特性を有する。該親水性基としては、ヒドロキシ基及びカルボキシ基が挙げられ、カルボキシ基が好ましい。親水性基がカルボキシ基である場合の酸不安定基は、該カルボキシ基の水素原子が、有機残基に置き換わり、カルボキシ基の−O−と結合する該有機残基の原子が第三級炭素原子である基が挙げられる。
このような酸不安定基のうち、好ましい酸不安定基は例えば、以下の式(1)で表される基(以下、場合により「酸不安定基(1)」という。)である。
Figure 2012088690
式(1)中、Ra1、Ra2及びRa3(以下、場合により「Ra1〜Ra3」のように表記する。)は、それぞれ独立に、炭素数1〜8の脂肪族炭化水素基を表すか、Ra1及びRa2が互いに結合して、それらが結合する炭素原子とともに炭素数3〜20の環を形成する。Ra1及びRa2が互いに結合して形成される環、又は該脂肪族炭化水素基に含まれるメチレン基は、酸素原子、硫黄原子又はカルボニル基に置き換わっていてもよい。*は結合手を表す。
a1〜Ra3の脂肪族炭化水素基とはアルキル基又は脂環式炭化水素基である。このアルキル基の具体例は、すでに例示したアルキル基のうち、炭素数が1〜8のものが挙げられる。
a1〜Ra3の脂環式炭化水素基も、すでに例示したもののうち、炭素数が8以下の脂環式炭化水素基を挙げることができる。
a1及びRa2が互いに結合して環を形成する場合の−C(Ra1)(Ra2)(Ra3)で表される基としては、例えば、下記に示す基が挙げられる。このような環の炭素数は、好ましくは3〜12の範囲である。
Figure 2012088690
酸不安定基(1)としては、1,1−ジアルキルアルコキシカルボニル基(式(1)中、Ra1〜Ra3が全てアルキル基である基、このアルキル基のうち、1つはtert−ブトキシカルボニル基であると好ましい。)、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及びRa2が互いに結合し、これらが結合する炭素原子とともにアダマンチル環を形成し、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。
一方、親水性基がヒドロキシ基である場合の酸不安定基としては、該ヒドロキシ基の水素原子が、有機残基に置き換わり、アセタール構造又はケタール構造を含む基となったものが挙げられる。このような酸不安定基のうち、好ましい酸不安定基は例えば、以下の式(2)で表される基(以下、場合により「酸不安定基(2)」という。)である。
Figure 2012088690
式(2)中、Rb1及びRb2は、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜12の炭化水素基を表し、Rb3は、炭素数1〜20の炭化水素基を表すか、Rb2及びRb3は互いに結合して、それらが各々結合する炭素原子及び酸素原子とともに炭素数3〜20の環を形成する。該炭化水素基がメチレン基を含む場合、そのメチレン基は、酸素原子、硫黄原子又はカルボニル基に置き換わっていてもよく、Rb2及びRb3は互いに結合して形成される環に含まれるメチレン基も、酸素原子、硫黄原子又はカルボニル基に置き換わっていてもよい。*は結合手を表す。
b1〜Rb3の炭化水素基は、脂肪族炭化水素基及び芳香族炭化水素基のいずれでもよく、その具体例も炭素数の上限が20以下である範囲において、すでに例示したものと同じものを含む。Rb2及びRb3が互いに結合して形成する環は、Ra1及びRa2が互いに結合して形成する環と同様のものが挙げられる。酸不安定基(2)としては、Rb1及びRb2のうち、少なくとも1つは水素原子であるものが好ましい。
酸不安定基(2)としては、例えば、以下の基が挙げられる。
Figure 2012088690
酸不安定基を有するモノマー(a1)は、好ましくは、酸不安定基と炭素−炭素二重結合とを有するモノマー、より好ましくは酸不安定基を有する(メタ)アクリル系モノマーである。
当該モノマー(a1)は好ましくは、酸不安定基(1)及び/又は酸不安定基(2)と、炭素−炭素二重結合とをともに分子内に有するモノマーであり、より好ましくは酸不安定基(1)を有する(メタ)アクリル系モノマーである。
ここで、「(メタ)アクリル系モノマー」とは、「CH2=CH−CO−」又は「CH2=C(CH3)−CO−」の構造を有するモノマーの少なくとも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」及び「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。
酸不安定基(1)を有する(メタ)アクリル系モノマーの中でも、酸不安定基(1)が、炭素数5〜20の脂環式炭化水素構造を有する基が好ましい。立体的に嵩高い脂環式炭化水素構造を有する基を有するモノマー(a1)を重合して得られる樹脂(A)は、該樹脂(A)を含む本レジスト組成物を用いてレジストパターンを製造したとき、より良好な解像度でレジストパターンを製造することができる。
脂環式炭化水素構造を有する基である酸不安定基(1)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(以下、「モノマー(a1−1)」という場合がある。)又は式(a1−2)で表されるモノマー(以下、「モノマー(a1−2)」という場合がある。)が好ましい。樹脂(A)製造の際には、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 2012088690
式(a1−1)及び式(a1−2)中、
a1及びLa2は、それぞれ独立に、酸素原子又は−O−(CH2k1−CO−O−(k1は1〜7の整数を表す。)で表される基を表す。ここで、*はカルボニル基(−CO−)との結合手である。
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1〜10の脂肪族炭化水素基を表す。
m1は0〜14の整数を表し、n1は0〜10の整数を表す。
なお、式(a1−1)においてアダマンタン環にある「−(CHm1」の表記は、アダマンタン環に含まれるメチレン基及び/又はメチン基の水素原子が、メチル基に置き換わっており、アダマンタン環に結合しているメチル基の個数がm1個であることを意味する。同様に、式(a1−2)においてシクロヘキサン環にある「−(CHn1」の表記は、シクロヘキサン環に含まれるメチレン基の水素原子が、メチル基に置き換わっており、シクロヘキサン環に結合しているメチル基の個数がn1個であることを意味する。
a1及びLa2は、好ましくは、酸素原子又は、k1が1〜4の整数である*−O−(CH2k1−CO−O−で表される基であり、より好ましくは酸素原子又は、k1が1の*−O−(CH2k1−CO−O−で表される基であり、さらに好ましくは酸素原子である。
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のうち、好ましくは炭素数1〜8のアルキル基又は炭素数3〜10の脂環式炭化水素基である。Ra6及びRa7の脂肪族炭化水素基はそれぞれ独立に、好ましくは炭素数8以下のアルキル基又は炭素数8以下の脂環式炭化水素基であり、より好ましくは炭素数6以下のアルキル基又は炭素数6以下の脂環式炭化水素基である。
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。
モノマー(a1−1)としては、例えば、以下のものが挙げられる。
Figure 2012088690
Figure 2012088690
Figure 2012088690
Figure 2012088690
Figure 2012088690
Figure 2012088690
Figure 2012088690
Figure 2012088690
Figure 2012088690
これらの中でも、モノマー(a1−1)としては、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。
モノマー(a1−2)としては、例えば、以下のものが挙げられる。
Figure 2012088690

Figure 2012088690
これらの中でも、モノマー(a1−2)としては、1−エチルシクロヘキサン−1−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−1−イルメタクリレートがより好ましい。
樹脂(A)をモノマー(a1−1)及び/又はモノマー(a1−2)を用いて製造する場合、得られる樹脂(A)の全構造単位を100モル%としたとき、これらモノマーに由来する構造単位の含有割合(これらモノマーに由来する構造単位の含有量)の合計は、10〜95モル%の範囲が好ましく、15〜90モル%の範囲がより好ましく、20〜85モル%の範囲がさらに好ましい。モノマー(a1−1)に由来する構造単位及び/又はモノマー(a1−2)に由来する構造単位の含有量の合計を、このような範囲にするためには、樹脂(A)を製造する際に、全モノマーの使用量に対するモノマー(a1−1)及び/又はモノマー(a1−2)の使用量を調整すればよい。
樹脂(A)の製造には、該(メタ)アクリル系モノマー以外に、酸不安定基(1)と炭素−炭素二重結合とを分子内に有する他のモノマーを用いることもできる。
他のモノマーとして例えば、以下の式(a1−3)で表されるノルボルネン環を有するモノマー(以下、「モノマー(a1−3)」という場合がある。)が挙げられる。
Figure 2012088690
式(a1−3)中、
a9は、水素原子、ヒドロキシ基を有していてもよい炭素数1〜3のアルキル基、カルボキシル基、シアノ基又は−COORa13を表す。
a13は、炭素数1〜20の脂肪族炭化水素基を表し、該脂肪族炭化水素基に含まれる水素原子は、ヒドロキシ基で置換されていてもよく、該脂肪族炭化水素基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き換わっていてもよい。Ra10、Ra11及びRa12は、それぞれ独立に、炭素数1〜20の脂肪族炭化水素基を表すか、或いは、Ra10及びRa11が互いに結合して、これらが結合している炭素原子とともに、炭素数3〜20の環を形成し、該脂肪族炭化水素基及び環に含まれる水素原子は、ヒドロキシ基などで置換されていてもよく、該脂肪族炭化水素基及び環を構成するメチレン基は、酸素原子又はカルボニル基で置き換わっていてもよい。
a9のヒドロキシ基を有するアルキル基としては例えば、ヒドロキシメチル基及び2−ヒドロキシエチル基などが挙げられる。
a10〜Ra12の脂肪族炭化水素基としては、鎖式脂肪族炭化水素基及び脂環式炭化水素基が挙げられ、炭素数20以下の範囲において、すでに例示したものを含む。
a10及びRa11が互いに結合して形成される環は脂環が好ましく、シクロへキサン環及びアダマンタン環がより好ましい。
a13は、好ましくは、炭素数1〜8のアルキル基又は炭素数3〜20の脂環式炭化水素基である。Ra9の−COORa13としては例えば、メトキシカルボニル基(C)及びエトキシカルボニル基(C)など、すでに例示したアルコキシ基にカルボニル基がさらに結合した基が挙げられる。
モノマー(a1−3)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)エチル及び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。
モノマー(a1−3)を用いて製造された樹脂(A)にはモノマー(a1−3)に由来する、立体的に嵩高い構造単位が含まれることになる。このように立体的に嵩高い構造単位を有する樹脂()を含む本レジスト組成物により、レジストパターンを製造すれば、より良好な解像度でレジストパターンを得ることができる。さらにモノマー(a1−3)を用いることにより、樹脂(A)の主鎖に剛直なノルボルナン環を導入できるため、該樹脂(A)を含む本レジスト組成物は、ドライエッチング耐性に優れたレジストパターンが得られ易いという傾向がある。
上述のように、良好な解像度でレジストパターンを製造できることや、ドライエッチング耐性に優れたレジストパターンが得られ易いという点では、樹脂(A)の全構造単位(100モル%)に対する、モノマー(a1−3)に由来する構造単位の含有量は10〜95モル%の範囲が好ましく、15〜90モル%の範囲がより好ましく、20〜85モル%の範囲がさらに好ましい。
前記他のモノマーとしては、以下の式(a1−4)で表されるモノマー(以下、「モノマー(a1−4)」という場合がある。)も用いることができる。
Figure 2012088690
式(a1−4)中、
a32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。
a33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。
laは0〜4の整数を表す。laが2以上である場合、複数のRa33は同一であっても異なってもよい。
a34及びRa35はそれぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜12の炭化水素基を表す。
a2は、単結合又は炭素数1〜17の脂肪族炭化水素基を表し、該脂肪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1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数2〜4のアシル基又は炭素数2〜4のアシルオキシ基で置換されていてもよい。Xa2の脂肪族炭化水素基としては、鎖式脂肪族炭化水素基であると好ましく、飽和の脂肪族炭化水素基であるとより好ましい。なお、該脂肪族炭化水素基に含まれるメチレン基は、酸素原子、硫黄原子、カルボニル基、スルホニル基(−SO−)又は−N(R)−で示される基で置き換わっていてもよい。ここで、Rは、水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基を表す。
a3は、炭素数1〜18の炭化水素基であり、好ましくは、炭素数3〜18の脂環式炭化水素基又は炭素数6〜18の芳香族炭化水素基であり、該炭化水素基は、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のアシル基又は炭素数2〜4のアシルオキシ基を有していてもよい。
式(a1−4)のRa32、Ra33、Ra34、Ra35及びXa2の具体例を挙げる。
a32の「ハロゲン原子を有してもよいアルキル基」のうち、アルキル基としては、炭素数1〜6の範囲において、すでに例示したものを含み、ハロゲン原子を有するアルキル基としては、このアルキル基に含まれる水素原子がハロゲン原子に置き換わったものである。具体的にハロゲン原子を有するアルキル基を挙げると、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、トリクロロメチル基、トリブロモメチル基及びトリヨードメチル基などである。
a32及びRa33のハロゲン原子、アルコキシ基及びアシル基の具体例はすでに例示したものを含む。
a34及びRa35の炭化水素基は、鎖式脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基及び芳香族炭化水素基のいずれであってもよい。その具体例は、各々の炭素数の範囲において、すでに例示したものを含む。これらのうち、鎖式脂肪族炭化水素基としては、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−エチルヘキシル基が好ましく、脂環式炭化水素基としては、シクロヘキシル基、アダマンチル基、2−アルキルアダマンタン−2−イル基、1−(アダマンタン−1−イル)アルカン−1−イル基及びイソボルニル基が好ましい。該芳香族炭化水素基は、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、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、トリル基、キシリル基、クメニル基、メシチル基、ビフェニル基、フェナントリル基、2,6−ジエチルフェニル基及び2−メチル−6−エチルフェニルが好ましい。
a32及びRa33がアルキル基である場合、炭素数1〜4のアルキル基が好ましく、メチル基又はエチル基がより好ましく、メチル基が特に好ましい。
a33のアルコキシ基としては、メトキシ基又はエトキシ基がより好ましく、メトキシ基が特に好ましい。
上述したように、Xa2及びYa3は、これらに含まれる水素原子が、ハロゲン原子及びヒドロキシ基などの置換基に置き換わっていてもよいが、このように水素原子が置き換わっている場合、その置換基は好ましくはヒドロキシ基である。
モノマー(a1−4)としては、例えば、以下のものが挙げられる。
Figure 2012088690
Figure 2012088690
Figure 2012088690
Figure 2012088690
Figure 2012088690
Figure 2012088690
樹脂(A)が、モノマー(a1−4)に由来する構造単位を有する場合、その含有量は、樹脂(A)の全構造単位(100モル%)に対して、10〜95モル%の範囲が好ましく、15〜90モル%の範囲がより好ましく、20〜85モル%の範囲がさらに好ましい。
酸不安定基(2)を有するモノマー(a1)も(メタ)アクリル系モノマーが好ましく、例えば、式(a1−5)で表されるモノマー(以下、「モノマー(a1−5)」という場合がある。)が挙げられる。
Figure 2012088690
式(a1−5)中、
31は、水素原子、メチル基及びトリフルオロメチル基が好ましい。
は、酸素原子が好ましい。
及びLは、それぞれ独立に酸素原子又は硫黄原子である。L及びLは、一方が酸素原子、他方が硫黄原子であると好ましい。
s1は、1が好ましい。
s2は、0〜2の整数が好ましい。
は、単結合又は炭素数1〜6のアルキレン基であり、該アルキレン基に含まれるメチレン基は、酸素原子又はカルボニル基に置き換わっていてもよい。Zとしては、単結合又は−CH−CO−O−で表される基が好ましい。
モノマー(a1−5)としては、例えば、以下のモノマーが挙げられる。
Figure 2012088690
Figure 2012088690
Figure 2012088690
Figure 2012088690
Figure 2012088690
Figure 2012088690
樹脂(A)が、モノマー(a1−5)に由来する構造単位を有する場合、その含有割合は、樹脂(A)の全構造単位(100モル%)に対して、10〜95モル%の範囲が好ましく、15〜90モル%の範囲がより好ましく、20〜85モル%の範囲がさらに好ましい。
<酸安定モノマー>
樹脂(A)は、構造単位(a)及び構造単位(b)以外の、酸不安定基を有さない構造単位を含んでもよい。以下、酸不安定基を有さない構造単位を誘導するモノマー(以下、「酸安定モノマー」という場合がある。)について説明する。
酸安定モノマーを併用して樹脂(A)を製造する場合、モノマー(a1)の使用量を基準にして、酸安定性モノマーの使用量を定めるとよい。この場合の酸安定モノマーの使用量とは、後述する酸安定モノマーの使用量と、構造単位(b)を誘導するモノマーの使用量との合計である。モノマー(a1)の使用量と酸安定モノマーの使用量の割合は、〔モノマー(a1)〕/〔酸安定モノマー〕で表して、好ましくは10〜80モル%/90〜20モル%であり、より好ましくは20〜60モル%/80〜40モル%である。
また、アダマンチル基を有するモノマー(特に、モノマー(a1−1))を、モノマー(a1)に用いる場合、該モノマー(a1)の使用量の総量(100モル%)に対して、アダマンチル基を有するモノマーの使用量を15モル%以上とすることが好ましい。このようにすると、樹脂(A)を含む本レジスト組成物から得られるレジストパターンのドライエッチング耐性がより良好になる傾向がある。
酸安定モノマーとしては、ヒドロキシ基を分子内に有するもの(以下、「酸安定モノマー(a2)」という場合がある。)である。酸安定モノマー(a2)に由来する構造単位を有する樹脂(A)は、当該樹脂(A)を含むレジスト組成物を基板に塗布したとき、基板上に形成される塗布膜、又は塗布膜から得られる組成物層が基板との間に優れた密着性を発現し易くなり、この本レジスト組成物は良好な解像度で、レジストパターンを製造することができる。なお、本レジスト組成物を用いるレジストパターンの製造方法に関しては後述する。
<酸安定モノマー(a2)>
酸安定モノマー(a2)を樹脂(A)の製造に用いる場合、当該樹脂(A)を含む本レジスト組成物からレジストパターンを製造する際の露光源の種類によって、各々、好適な酸安定モノマー(a2)を挙げることができる。すなわち、本レジスト組成物を、KrFエキシマレーザ露光(波長: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には、酸安定モノマー(a2)として、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)〔例えば、ヒドロキシスチレン類等〕を樹脂(A)の製造に用いることが好ましい。短波長のArFエキシマレーザ露光(波長:193nm)を用いる場合は、酸安定モノマー(a2)として、後述の式(a2−1)で表される酸安定モノマーを樹脂(A)の製造に用いることが好ましい。このように、樹脂(A)製造に用いる酸安定モノマー(a2)は各々、レジストパターンを製造する際の露光源によって好ましいものを選ぶことができるが、当該酸安定モノマー(a2)は、露光源の種類に応じて好適なモノマー1種のみを用いて樹脂(A)を製造してもよく、露光源の種類に応じて好適なモノマー2種以上を用いて樹脂(A)を製造してもよく、或いは、露光源の種類に応じて好適なモノマーと、それ以外の酸安定モノマー(a2)とを組み合わせた2種以上を用いて樹脂(A)を製造してもよい。
酸安定モノマー(a2)としては、以下の式(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(以下、「酸安定モノマー(a2−0)」という場合がある。)が挙げられる。なお、この式(a2−0)は、フェノール性ヒドロキシ基が適当な保護基で保護されていない形式で示すものである。
Figure 2012088690
[式(a2−0)中、
a30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。
a31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Ra31は互いに同一であっても異なってもよい。]
a30のハロゲン原子及びハロゲン原子を有してもよい炭素数1〜6のアルキル基としては、式(a1−4)のRa32で例示したものと同じである。これらのうち、Ra30は、炭素数1〜4のアルキル基が好ましく、メチル基又はエチル基がより好ましく、メチル基が特に好ましい。
a31のアルキル基としては、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。
a31のアルコキシ基としては、式(a1−4)のRa33で例示したものと同じものを挙げることができる。これらのうち、Ra31は、炭素数1〜4のアルコキシ基が好ましく、メトキシ基又はエト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、1又は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。
このような酸安定モノマー(a2−0)に由来する構造単位を有する樹脂(A)を製造する場合は、酸安定モノマー(a2−0)にあるフェノール性ヒドロキシ基が適当な保護基で保護されているモノマー(保護フェノール性ヒドロキシ基を有するモノマー)を用いることもできる。ここでいう保護基としては、塩基との接触により脱離する保護基が好ましい。かかる保護基としては、例えば、アセチル基、ベンゾイル基等が挙げられ、アセチル基が好ましい。塩基としては、例えば、4−ジメチルアミノピリジン、トリエチルアミン等が挙げられる。
酸安定モノマー(a2−0)としては、例えば、以下のモノマーが挙げられる。なお、以下の例示でも、フェノール性ヒドロキシ基が適当な保護基で保護されていない形式で示す。
Figure 2012088690
Figure 2012088690
酸安定モノマー(a2−0)の中では、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。4−ヒドロキシスチレン又は4−ヒドロキシ−α−メチルスチレンを用いて、樹脂(A)を製造する際には、これらにあるフェノール性ヒドロキシ基が適当な保護基で保護したものを用いることが好ましい。
樹脂(A)が、酸安定モノマー(a2−0)に由来する構造単位を有する場合、その含有量は、樹脂(A)の全構造単位(100モル%)に対して、5〜95モル%の範囲から選ばれ、10〜80モル%の範囲がより好ましく、15〜80モル%の範囲がさらに好ましい。
酸安定モノマー(a2)としては、式(a2−1)で表されるモノマー(以下、場合により、「酸安定モノマー(a2−1)」という場合がある。)が挙げられる。
Figure 2012088690
式(a2−1)中、
a3は、酸素原子又は−O−(CH2k2−CO−O−(k2は1〜7の整数を表す。)を表し、*はカルボニル基(−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、酸素原子又は、k2が1〜4の整数である−O−(CH2k2−CO−O−で表される基であり、より好ましくは、酸素原子又は、k2が1である−O−(CH2k2−CO−O−で表される基であり、さらに好ましくは酸素原子である。
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。
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。これらの中でも、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 2012088690
Figure 2012088690
Figure 2012088690
Figure 2012088690
樹脂(A)が、酸安定モノマー(a2−1)に由来する構造単位を有する場合、その含有割合は、樹脂(A)の全構造単位(100モル%)に対して、3〜40モル%の範囲から選ばれ、5〜35モル%の範囲がより好ましく、5〜30モル%の範囲がさらに好ましく、5〜15モル%が特に好ましい。
酸安定モノマーは、化合物(a)及びモノマー(a1)と合わせて重合し、樹脂(A)を製造することができる。以下、酸安定モノマー(a2)以外の酸安定モノマーとして、酸安定モノマー(a3)、酸安定モノマー(a4)、酸安定モノマー(a5)、酸安定モノマー(a6)、酸安定モノマー(a7)及び酸安定モノマー(a8)などを挙げることができる。
<酸安定モノマー(a3)>
酸安定モノマー(a3)は以下の式(3)で表される基を有するものである。
Figure 2012088690
[式(3)中、R10は、炭素数1〜6のフッ化アルキル基を表す。*は結合手を表す。]
10のフッ化アルキル基とは、すでに例示したアルキル基に含まれる水素原子の一部又は全部がフッ素原子に置き換わったものであり、その具体例は、ジフルオロメチル基、トリフルオロメチル基、1,1−ジフルオロエチル基、2,2−ジフルオロエチル基、2,2,2−トリフルオロエチル基、ペルフルオロエチル基、1,1,2,2−テトラフルオロプロピル基、1,1,2,2,3,3−ヘキサフルオロプロピル基、ペルフルオロエチルメチル基、1−(トリフルオロメチル)−1,2,2,2−テトラフルオロエチル基、ペルフルオロプロピル基、1,1,2,2−テトラフルオロブチル基、1,1,2,2,3,3−ヘキサフルオロブチル基、1,1,2,2,3,3,4,4−オクタフルオロブチル基、ペルフルオロブチル基、1,1−ビス(トリフルオロ)メチル−2,2,2−トリフルオロエチル基、2−(ペルフルオロプロピル)エチル基、1,1,2,2,3,3,4,4−オクタフルオロペンチル基、ペルフルオロペンチル基、1,1,2,2,3,3,4,4,5,5−デカフルオロペンチル基、1,1−ビス(トリフルオロメチル)−2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピル基、ペルフルオロペンチル基、2−(ペルフルオロブチル)エチル基、1,1,2,2,3,3,4,4,5,5−デカフルオロヘキシル基、1,1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6−ドデカフルオロヘキシル基、ペルフルオロペンチルメチル基及びペルフルオロヘキシル基などが挙げられる。
10のフッ化アルキル基は、その炭素数が1〜4であると好ましく、トリフルオロメチル基、ペルフルオロエチル基及びペルフルオロプロピル基がより好ましく、トリフルオロメチル基が特に好ましい。
式(3)で表される基を有する酸安定モノマー(a3)としては、例えば、以下で表されるものが挙げられる。
Figure 2012088690
Figure 2012088690
Figure 2012088690
樹脂(A)が、酸安定モノマー(a3)に由来する構造単位を有する場合、その含有量は、樹脂(A)の全構造単位(100モル%)に対して、1〜30モル%の範囲から選ばれ、3〜25モル%の範囲が好ましく、5〜20モル%の範囲がさらに好ましい。
<酸安定モノマー(a4)>
酸安定モノマー(a4)は以下の式(4)で表される基を有するモノマーである。
Figure 2012088690
[式(4)中、R11は置換基を有してもよい炭素数6〜12の芳香族炭化水素基を表す。
12は、置換基を有してもよい炭素数1〜12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。
は、単結合、−(CHm10−SO−O−*又は−(CHm10−CO−O−*を表し、ここに示す該〔−(CHm10−〕に含まれるメチレン基は、酸素原子、カルボニル基又はスルホニル基に置き換わっていてもよく、該〔−(CHm10−〕にある水素原子は、フッ素原子に置き換わっていてもよい。
m10は、1〜12の整数を表す。]
11における炭素数6〜12の芳香族炭化水素基は、炭素数の上限が異なる以外は、式(2)のRb1〜Rb3におけるアリール基の例示と同じものを含む。これら芳香族炭化水素基が置換基を有する場合、その置換基は、炭素数1〜4のアルキル基、ハロゲン原子、フェニル基、ニトロ基、シアノ基、ヒドロキシ基、フェニルオキシ基及びtert−ブチルフェニル基などである。なお、炭素数1〜4のアルキル基が置換したアリール基とは、Rb1〜Rb3として例示したものと同じである。
11のうち、好適なものは以下に示される。なお、*は炭素原子との結合手である。
Figure 2012088690
12における炭素数1〜12の炭化水素基は、鎖式脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基及び芳香族炭化水素基のいずれでもよい。
脂肪族炭化水素基としては、典型的にはアルキル基であり、その具体例は式(a1−4)のRa34及びRa35として例示したものと同じである。脂環式炭化水素基としては、炭素数の上限が異なる以外は、式(1)のRa1〜Ra3で例示したものと同じある。
なお、R12が脂肪族炭化水素基又は脂環式炭化水素基である場合、これら脂肪族炭化水素基又は脂環式炭化水素基はヘテロ原子を含んでいてもよい。ヘテロ原子としては、ハロゲン原子、硫黄原子、酸素原子及び窒素原子などである〔連結基として、スルホニル基、カルボニル基を含む形態でもよい〕。
このようなヘテロ原子を含むR12としては、以下の基が挙げられる。
Figure 2012088690
12が芳香族炭化水素基である場合、その具体例は、R11の場合と同じである。
としては、下記に示す基が挙げられる。
Figure 2012088690
式(4)で表される基を含む酸安定モノマー(a4)としては、例えば、式(a4−1)で表される酸安定モノマー(a4−1)が挙げられる。
Figure 2012088690
[式(a4−1)中、R13は、水素原子又はメチル基を表す。
11、R12及びAは、それぞれ上記と同じ意味を表す。]
酸安定モノマー(a4−1)としては、例えば、以下で表されるものが挙げられる。
Figure 2012088690
樹脂(A)が、酸安定モノマー(a4−1)に由来する構造単位に由来する構造単位を有する場合、その含有割合は、樹脂(A)の全構造単位(100モル%)に対して、1〜30モル%が好ましく、3〜25モル%の範囲がより好ましく、5〜20モル%の範囲がさらに好ましい。
<酸安定モノマー(a5)>
酸安定モノマー(a5)は、以下の式(a5−1)で表されるモノマーのように分子内に脂環を有する(メタ)アクリル系モノマーである(以下、この式(a5−1)で表されるものを「酸安定モノマー(a5−1)」という場合がある。)。
Figure 2012088690
式(a5−1)中、
環Wは、炭素数3〜36の脂肪族環を表す。
は、単結合又は炭素数1〜17の脂肪族炭化水素基を表す。該脂肪族炭化水素基に含まれるメチレン基は、酸素原子又はカルボニル基に置き換わっていてもよいが、Aのうち、酸素原子に結合している原子は炭素原子である。
14は、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜6のアルキル基又は炭素数1〜6のハロゲン化アルキル基を表す。
15及びR16は、それぞれ独立に、炭素数1〜6のアルキル基又は炭素数1〜6のハロゲン化アルキル基を表す。
環Wは、単環式又は多環式の炭素数3〜36の脂肪族環であり、その炭素数は5〜18の範囲が好ましく、6〜12の範囲がより好ましい。より具体的には、すでに脂環式炭化水素基の説明において、式(KA−1)〜式(KA−22)で示した脂環式炭化水素の形式で示した脂肪族環を挙げることができる。すなわち、式(a5−1)において
Figure 2012088690
で示される部分構造は、式(KA−1)〜式(KA−22)で示した脂環式炭化水素に含まれる1個の水素原子がAとの結合手になり、脂環式炭化水素の環を構成する1つの炭素原子に結合している2つの水素原子が、−O−CO−R15及び−O−CO−R16との結合手に置き換わったものを挙げることができる。
環Wの脂環式炭化水素環は、シクロヘキサン環、アダマンタン環、ノルボルナン環及びノルボルネン環が特に好ましい。
の脂肪族炭化水素基は、炭素数が17以下の範囲において、すでに例示したアルキレン基及び2価の脂環式炭化水素基を挙げることができ、炭素数が17以下の範囲であれば、アルキレン基と脂環式炭化水素基とを組み合わせた脂肪族炭化水素基であってもよい。また、Aの脂肪族炭化水素基は置換基を有していてもよい。
ここで、アルキレン基と脂環式炭化水素基とを組み合わせた脂肪族炭化水素基の代表例を示しておく。かかる脂肪族炭化水素基としては、以下の式(X−A)、式(X−B)及び式(X−C)で表される基などが挙げられる。
Figure 2012088690
式中、
X1及びXX2は、それぞれ独立に、単結合又は置換基を有していてもよい炭素数1〜6のアルキレン基を表し、XX1及びXX2がともに単結合であることはなく、式(X−A)、式(X−B)及び式(X−C)で表される基の総炭素数は17以下である。
また、すでに述べたように、Aの脂肪族炭化水素基は、該脂肪族炭化水素基に含まれるメチレン基が、酸素原子又はカルボニル基に置き換わっていてもよい。このような基の代表例としては、例えば、基(a−1)で例示したものを含む。
は、単結合又は*−(CHs1−CO−O−(*は−O−との結合手を表し、s1は1〜6の整数を表す。)で表される基が好ましく、単結合又は*−CH−CO−O−(*は−O−との結合手を表す。)がより好ましい。
14は、水素原子又はメチル基が好ましい。
14、R15及びR16のアルキル基としては、炭素数が1〜6の範囲において、その具体例は、すでに例示したものを含む。ここでいうアルキル基に含まれる水素原子の一部又は全部がハロゲン原子に置き換わったものが、ハロゲン化アルキル基に該当する。かかるハロゲン原子としては、フッ素原子が特に好ましい。R15及びR16のハロゲン化アルキル基のうち、好ましいものとしては、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及びペルフルオロブチル基などが挙げられ、中でも、トリフルオロメチル基、ペルフルオロエチル基及びペルフルオロプロピル基が好ましい。
酸安定モノマー(a5−1)の好適例としては、以下に示すものである。なお、R14〜R16及びAは、それぞれ上記と同じ意味を表す。
Figure 2012088690
これらの中でも、
Figure 2012088690
で示される酸安定モノマー(a5−1)がより好ましい。
好ましい酸安定モノマー(a5−1)として、以下で表されるモノマーが挙げられる。
Figure 2012088690
好ましい酸安定モノマー(a5−1)は例えば、次のようにして製造できる。すなわち、酸安定モノマー(a5−1)は、式(a5−1−a)で表される化合物と、式(a5−1−b)で表される化合物とを反応させることにより製造する。式(a5−1−a)で表される化合物の代表例は例えば、特開2002−226436号公報に記載されている1−メタクリロイルオキシ−4−オキソアダマンタンなどが挙げられる。また、式(a5−1−b)で表される化合物としては、例えばペンタフルオロプロピオン酸無水物、ヘプタフルオロ酪酸無水物及びトリフルオロ酢酸無水物などが挙げられる。この反応は、用いる式(a5−1−b)で表される化合物の沸点温度付近で加温することにより、実施することが好ましい。
Figure 2012088690
[式(a5−1−a)及び式(a5−1−b)中、W、A、R14、R15及びR16は、それぞれ上記と同じ意味を表す。]
樹脂(A)が、酸安定モノマー(a5−1)に由来する構造単位に由来する構造単位を有する場合、その含有割合は、樹脂(A)の全構造単位(100モル%)に対して、1〜30モル%の範囲が好ましく、3〜25モル%の範囲がより好ましく、5〜20モル%の範囲がさらに好ましい。
<酸安定モノマー(a6)>
すでに、樹脂(A)製造に用いることのできる酸安定モノマーの第1好適例及び第2好適例として、酸安定モノマー(a2)、酸安定モノマー(a3)、酸安定モノマー(a4)及び酸安定モノマー(a5)について具体例を示しつつ説明したが、樹脂(A)製造には、これら以外の酸安定モノマーを用いることもできる。以下、このような酸安定モノマーを「酸安定モノマー(a6)」という場合がある。
酸安定モノマー(a6)の代表例としては、式(a6−1)で表される無水マレイン酸、式(a6−2)で表される無水イタコン酸、及び、式(a6−3)で表されるノルボルネン環を有する酸安定モノマー(以下、「酸安定モノマー(a6−3)」という場合がある。)などが挙げられる。
Figure 2012088690
式(a6−3)中、
a25及びRa26は、それぞれ独立に、水素原子、ヒドロキシ基を有していてもよい炭素数1〜3のアルキル基、シアノ基、カルボキシ基又は−COORa27を表すか、或いはRa25及びRa26は互いに結合して−CO−O−CO−を形成する。
a27は、炭素数1〜18の脂肪族炭化水素基を表し、該脂肪族炭化水素基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き換わっていてもよい。但し−COORa27が酸不安定基となるものは除く(例えばRa27は、第三級炭素原子が−O−と結合するものを含まない)。
式(a6−3)のRa25及びRa26において、ヒドロキシ基を有していてもよいアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ヒドロキシメチル基及び2−ヒドロキシエチル基などが好ましい。
a27の脂肪族炭化水素基は、好ましくは炭素数1〜8のアルキル基及び炭素数4〜18の脂環式炭化水素基であり、より好ましくは炭素数1〜6のアルキル基及び炭素数4〜12の脂環式炭化水素基であり、メチル基、エチル基、プロピル基、2−オキソ−オキソラン−3−イル基及び2−オキソ−オキソラン−4−イル基などがさらに好ましい。
ノルボルネン環を有する酸安定モノマー(a6−3)としては、例えば、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どが挙げられる。
樹脂(A)が、式(a6−1)で表される無水マレイン酸に由来する構造単位、式(a6−2)で表される無水イタコン酸に由来する構造単位及び酸安定モノマー(a6−3)に由来する構造単位からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造単位〔酸安定モノマー(a6)に由来する構造単位〕を有する場合、その合計含有割合は、樹脂(A)の全構造単位(100モル%)に対して、2〜40モル%の範囲から選ばれ、3〜30モル%の範囲が好ましく、5〜20モル%の範囲がさらに好ましい。
<酸安定モノマー(a7)>
さらに、酸安定モノマーとしては、例えば、式(a7)で表されるスルトン環を有する酸安定モノマー(以下、「酸安定モノマー(a7)」という場合がある)などが挙げられる。
Figure 2012088690
式(a7)中、
a7は、酸素原子又は−T−(CH2k2−CO−O−を(k2は1〜7の整数を表す。Tは酸素原子又はNHである。)表し、*はカルボニル基との結合手を表す。
a28は、水素原子又はメチル基を表す。
16は、置換基を有していてもよいスルトン環基を表す。
スルトン環基に含まれるスルトン環としては、脂環式炭化水素に含まれる隣り合うメチレン基のうち、一方が酸素原子、他方がスルホニル基に置き換わったものであり、下記に示すものなどが挙げられる。スルトン環基の代表例は、下記スルトン環にある水素原子の1つが、結合手に置き換わったものであり、式(a7−1)においてはLa7との結合手が該当する。
Figure 2012088690
置換基を有していてもよいスルトン環基とは、上述の結合手に置き換わった水素原子以外の水素原子がさらに置換基(水素原子以外の1価の基)で置き換わったものであり、該置換基は、ヒドロキシ基、シアノ基、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のフッ化アルキル基、炭素数1〜6のヒドロキシアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜7のアルコキシカルボニル基、炭素数1〜7のアシル基及び炭素数1〜8のアシルオキシ基からなる群より選ばれる。
酸安定モノマー(a7)としては、例えば、以下のものが挙げられる。
Figure 2012088690
Figure 2012088690
Figure 2012088690
Figure 2012088690
Figure 2012088690
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Figure 2012088690
Figure 2012088690
Figure 2012088690
Figure 2012088690
Figure 2012088690
樹脂(A)が、酸安定モノマー(a7)に由来する構造単位を有する場合、その含有割合は、樹脂(A)の全構造単位(100モル%)に対して、2〜40モル%の範囲が好ましく、3〜35モル%の範囲がより好ましく、5〜30モル%の範囲がさらに好ましい。
<酸安定モノマー(a8)>
また、樹脂(A)製造には、例えば、以下に示すようなフッ素原子を有するモノマー〔以下、「酸安定モノマー(a8)」という場合がある。〕も使用できる。
Figure 2012088690
このようなモノマーの中でも、単環式又は多環式の脂環基を有する(メタ)アクリル酸5−(3,3,3−トリフルオロ−2−ヒドロキシ−2−[トリフルオロメチル]プロピル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル、(メタ)アクリル酸6−(3,3,3−トリフルオロ−2−ヒドロキシ−2−[トリフルオロメチル]プロピル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル、(メタ)アクリル酸4,4−ビス(トリフルオロメチル)−3−オキサトリシクロ[4.2.1.02,5]ノニルが好ましい。
樹脂(A)が、酸安定モノマー(a8)に由来する構造単位を有する場合、その合計含有割合は、樹脂(A)の全構造単位(100モル%)に対して、1〜20モル%の範囲が好ましく、2〜15モル%の範囲がより好ましく、3〜10モル%の範囲がさらに好ましい。
<樹脂の製造方法>
樹脂(A)を製造するうえで、構造単位(a)を誘導するモノマー(化合物(a’))、及び構造単位(b)を誘導するモノマー(以下、「化合物(b’)」という。)に加えて用いることができる、モノマー(a1)及び酸安定モノマーについて説明してきたが、次に、これらを用いる樹脂(A)の製造方法について説明する。
樹脂(A)は、化合物(a’)と、化合物(b’)と、モノマー(a1)と、必要に応じて、酸安定モノマーとを共重合させたものが好ましく、より好ましくは、化合物(a’)と、化合物(b’)と、モノマー(a1)と、酸安定モノマー(a3)とを共重合させたものである。樹脂(A)を製造するうえでは、モノマー(a1)として、アダマンチル基を有するモノマー(a1−1)及びシクロへキシル基を有するモノマー(a1−2)のうち、少なくとも1種を用いることが好ましく、アダマンチル基を有するモノマー(モノマー(a1−1))を用いることがさらに好ましい。酸安定モノマーとしては、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)及び酸安定モノマー(a3)を用いることが好ましい。樹脂(A)は、これらのモノマーなどを用い、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。
樹脂(A)の全構造単位(100モル%)に対する、モノマー(a1)に由来する構造単位の含有量は、すでにモノマー(a1−1)及びモノマー(a1−2)の各々について説明したが、これらの合計、すなわちモノマー(a1)に由来する構造単位は、樹脂(A)の全構造単位(100モル%)に対して、好ましくは10〜80モル%の範囲であり、より好ましくは20〜60モル%の範囲である。
また、アダマンチル基を有するモノマー(特にモノマー(a1−1))を用いる場合には、該アダマンチル基を有するモノマーに由来する構造単位を、モノマー(a1)に由来する構造単位の合計(100モル%)に対して15モル%以上とすることが好ましい。このようにすると、樹脂(A)を含む本レジスト組成物から得られるレジストパターンのドライエッチング耐性がより良好になる傾向がある。
樹脂(A)の重量平均分子量は、2,500以上50,000以下であると好ましく、3,000以上30,000以下がさらに好ましい。なお、ここでいう重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー分析により、標準ポリスチレン基準の換算値として求められるものであり、該分析の詳細な分析条件は、本願の実施例で詳述する。
<本レジスト組成物>
本レジスト組成物は、樹脂(A)を含むことにより、レジストパターン製造時のフォーカスマージンをより改善できるという効果を発現する。本レジスト組成物は、樹脂(A)以外に、酸発生剤及び溶剤という構成成分を含有し、さらに必要に応じて、当技術分野でクエンチャーと呼ばれる塩基性化合物などの添加剤を含有することがある。以下、樹脂(A)以外の成分、すなわち、酸発生剤(B)、添加剤及び溶剤(D)の順で説明していく。なお、以下の説明において、本レジスト組成物から溶剤を取り除いたものを、本レジスト組成物の「固形分」ということがある。この固形分の本レジスト組成物総質量に対する含有割合は、液体クロマトグラフィー及び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。
<酸発生剤(B)>
本レジスト組成物に含有される酸発生剤(B)は、以下の式(B1)で表されるもの(以下、「酸発生剤(B1)」という。)が好ましい。なお、以下の説明において、この酸発生剤(B)のうち、正電荷を有するZは「有機カチオン」といい、該有機カチオンを除去してなる負電荷を有するものを「スルホン酸アニオン」ということがある。
Figure 2012088690
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、置換基を有していてもよい炭素数1〜17の脂肪族炭化水素基を表す。該脂肪族炭化水素基に含まれるメチレン基は、酸素原子又はカルボニル基に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を表し、該脂肪族炭化水素基に含まれるメチレン基は、酸素原子、カルボニル基又はスルホニル基に置き換わっていてもよい。
+は、有機カチオンを表す。
1及びQ2のペルフルオロアルキル基の具体例は、式(3)のR10の例示のうち、アルキル基に含まれる水素原子の全部がフッ素原子に置き換わったものである。
酸発生剤(B1)としては、Q1及びQ2は、それぞれ独立に、トリフルオロメチル基又はフッ素原子の酸発生剤(B1)が好ましく、Q1及びQ2がともにフッ素原子である酸発生剤(B1)がさらに好ましい。Q1及びQ2がともにフッ素原子である酸発生剤(B1)を含む本レジスト組成物は、より良好なフォーカスマージンでレジストパターンを製造することができる。
b1の脂肪族炭化水素基の具体例は、すでに例示したアルカンジイル基、及び、上述の式(KA−1)〜式(KA−22)の脂環式炭化水素から水素原子を2個取り去った基などである。
b1における前記脂肪族炭化水素基を構成するメチレン基が、酸素原子又はカルボニル基に置き換わったものとしては、例えば、以下の式(b1−1)、式(b1−2)、式(b1−3)、式(b1−4)、式(b1−5)及び式(b1−6)〔以下、「式(b1−1)〜式(b1−6)」のように表記する。〕のいずれかで示される基が挙げられる。Lb1は、好ましくは式(b1−1)〜式(b1−4)のいずれかで示される基であり、より好ましくは式(b1−1)で示される基又は式(b1−2)で示される基である。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、左側の結合手は、C(Q1)(Q2)と結合し、右側の結合手はYと結合している。以下の式(b1−1)〜式(b1−6)の具体例も同様である。なお、*は結合手を表し、一方はYと、他方はCQの炭素原子と結合している。
Figure 2012088690
式(b1−1)〜式(b1−6)中、
b2は、単結合又は炭素数1〜15の2価の脂肪族炭化水素基を表し、この脂肪族炭化水素基は脂肪族飽和炭化水素基が好ましい。
b3は、単結合又は炭素数1〜12の2価の脂肪族炭化水素基を表し、この脂肪族炭化水素基は脂肪族飽和炭化水素基が好ましい。
b4は、炭素数1〜13の2価の脂肪族炭化水素基を表し、これらの脂肪族炭化水素基は脂肪族飽和炭化水素基が好ましい。但しLb3及びLb4の合計炭素数の上限は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価の脂肪族炭化水素基を表し、これらの脂肪族炭化水素基は脂肪族飽和炭化水素基が好ましい。但しLb6及びLb7の合計炭素数の上限は16である。
b8は、炭素数1〜14の2価の脂肪族炭化水素基を表し、この脂肪族炭化水素基は脂肪族飽和炭化水素基が好ましい。
b9及びLb10は、それぞれ独立に、炭素数1〜11の2価の脂肪族炭化水素基を表し、これらの脂肪族炭化水素基は脂肪族飽和炭化水素基が好ましい。但しLb9及びLb10の合計炭素数の上限は12である。
本レジスト組成物に用いる酸発生剤(B)としては、これらの中でも、式(b1−1)で表される2価の基をLb1として有する酸発生剤(B1)が好ましく、Lb2が単結合又はメチレン基である式(b1−1)で表される2価の基をLb1として有する酸発生剤(B1)がより好ましい。
ここで、式(b1−1)〜式(b1−6)で表される2価の基の具体例を挙げる。なお、*は結合手を表す。
式(b1−1)で表される2価の基は例えば、以下のものが挙げられる。
Figure 2012088690
式(b1−2)で表される2価の基は例えば、以下のものが挙げられる。
Figure 2012088690
式(b1−3)で表される2価の基は例えば、以下のものが挙げられる。
Figure 2012088690
式(b1−4)で表される2価の基は例えば、以下のものが挙げられる。
Figure 2012088690
式(b1−5)で表される2価の基は例えば、以下のものが挙げられる。
Figure 2012088690
式(b1−6)で表される2価の基は例えば、以下のものが挙げられる。
Figure 2012088690
b1の脂肪族炭化水素基は、置換基を有していてもよい。この置換基は例えば、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のアシル基及びグリシジルオキシ基等が挙げられる。
芳香族炭化水素基、アラルキル基及びアシル基の具体例はすでに説明したとおりである。
式(B1)における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を表す。該脂肪族炭化水素基としては、アルキル基及び脂環式炭化水素基が好ましく、炭素数1〜6のアルキル基及び炭素数3〜12の脂環式炭化水素基がより好ましい。
Yの脂肪族炭化水素基が置換基を有する場合、該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、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で表される基(式中、Rb1は、炭素数1〜16の炭化水素基を表す。j2は、0〜4の整数を表す。)などが挙げられる。ここでいう芳香族炭化水素基及びアラルキル基には、例えば、アルキル基、ハロゲン原子又はヒドロキシ基をさらに有していてもよい。
Yの脂肪族炭化水素基を構成するメチレン基は、酸素原子、スルホニル基及びカルボニル基からなる群より選ばれる基(2価の基)に置き換わっていてもよい。脂環式炭化水素基を構成するメチレン基が、酸素原子、スルホニル基又はカルボニル基に置き換わった基としては例えば、環状エーテル基(脂環式炭化水素基を構成するメチレン基の1つ又は2つが酸素原子に置き換わった基)、環状ケトン基(脂環式炭化水素基を構成するメチレン基の1つ又は2つがカルボニル基に置き換わった基)、スルトン環基(すでに式(a7)で説明したとおり、脂環式炭化水素基を構成するメチレン基のうち隣り合う2つのメチレン基が、それぞれ、酸素原子及びスルホニル基に置き換わった基)及びラクトン環基(脂環式炭化水素基を構成するメチレン基のうち隣り合う2つのメチレン基が、それぞれ、酸素原子及びカルボニル基に置き換わった基)などが挙げられる。
Yの脂環式炭化水素基の好ましい基は、例えば、以下に示す式(Y1)、式(Y2)、式(Y3)、式(Y4)、式(Y5)のいずれかで表される基が挙げられ、なかでも、式(Y1)、式(Y2)、式(Y3)、式(Y5)のいずれかで表される基がより好ましく、それぞれ式(Y1)又は式(Y2)で表される基がさらに好ましい。該脂環式炭化水素基を構成する水素原子が置換基に置き換わっていてもよい。
Figure 2012088690
環を構成する原子の炭素原子にアルキル基が結合してなる脂環式炭化水素基としては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012088690
ヒドロキシ基を有する脂環式炭化水素基としては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012088690
芳香族炭化水素基を有する脂環式炭化水素基としては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012088690
−(CH2j2−O−CO−Rb1で表される基を有する脂環式炭化水素基としては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012088690
Yの脂環式炭化水素基としては、式(Y1)及び式(Y2)で示したようにアダマンタン環を有する基であると好ましく、これらが置換基を有する場合、該置換基はヒドロキシ基が好ましい。すなわち、置換基を有する脂環式炭化水素基としては、ヒドロキシアダマンチル基がYとして好ましい。
スルホン酸アニオンとしては、Lb1が式(b1−1)で表される基である、式(b1−1−1)〜式(b1−1−1−9)のいずれかで表されるスルホン酸アニオンが好ましい。この式(b1−1−1)〜式(b1−1−1−9)において、Lb2、Q1及びQ2は、上記と同じ意味を表す。また、Rb2及びRb3は、それぞれ独立に、Yの脂肪族炭化水素基が有していてもよい置換基として挙げたものと同じであり、炭素数1〜4の脂肪族炭化水素基及びヒドロキシ基が好ましく、メチル基及びヒドロキシ基がより好ましい。
Figure 2012088690
Yが鎖式脂肪族炭化水素基又は無置換の脂環式炭化水素基であり、Lb1が式(b1−1)で表される基である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 2012088690
Yが無置換の脂環式炭化水素基又は置換基として脂肪族炭化水素基を有する脂環式炭化水素基であり、Lb1が式(b1−1)で表される基である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 2012088690
Figure 2012088690
Figure 2012088690
Yが−(CH2j2−O−CO−Rb1で表される基を有する脂環式炭化水素基であり、Lb1が式(b1−1)で表される基である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 2012088690
Yが、ヒドロキシ基を有する脂環式炭化水素基であり、Lb1が式(b1−1)で表される基である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 2012088690
Figure 2012088690
Figure 2012088690
Figure 2012088690
Yが、芳香族炭化水素基又はアラルキル基を有する脂環式炭化水素基であり、Lb1が式(b1−1)で表される基である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 2012088690
Yが、前記環状エーテル基であり、Lb1が式(b1−1)で表される基である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 2012088690
Yが、前記ラクトン環基であり、Lb1が式(b1−1)で表される基である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 2012088690
Figure 2012088690
Yが、前記環状ケトン基であり、Lb1が式(b1−1)で表される基である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 2012088690
Yが、前記スルトン環基であり、Lb1が式(b1−1)で表される基である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 2012088690
Yが、鎖式脂肪族炭化水素基又は無置換の脂環式炭化水素基であり、Lb1が式(b1−2)で表される基である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 2012088690
Figure 2012088690
Figure 2012088690
Figure 2012088690
Figure 2012088690
Figure 2012088690
Yが、−(CH2j2−O−CO−Rb1で表される基を有する脂環式炭化水素基であり、Lb1が式(b1−2)で表される基である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 2012088690
Yが、ヒドロキシ基を有する脂環式炭化水素基であり、Lb1が式(b1−2)で表される基である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 2012088690
Figure 2012088690
Yが、芳香族炭化水素基を有する脂環式炭化水素基であり、Lb1が式(b1−2)で表される基である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 2012088690
Yが、前記環状エーテル基であり、Lb1が式(b1−2)で表される基である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 2012088690
Yが、前記ラクトン環基であり、Lb1が式(b1−2)で表される基である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 2012088690
Yが、前記環状ケトン基であり、Lb1が式(b1−2)で表される基である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 2012088690
Yが、前記スルトン環基であり、Lb1が式(b1−2)で表される基である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 2012088690
Yが、鎖式脂肪族炭化水素基であり、Lb1が式(b1−3)で表される2価の基である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 2012088690
Figure 2012088690
Yが、アルコキシ基を有する脂環式炭化水素基であり、Lb1が式(b1−3)で表される基である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 2012088690
Yが、ヒドロキシ基を有する脂環式炭化水素基であり、Lb1が式(b1−3)で表される2価の基である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 2012088690
Yが、前記環状ケトン基であり、Lb1が式(b1−3)で表される基である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 2012088690
Yが脂環式炭化水素基であり、Lb1が式(b1−4)で表される基である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 2012088690
Yが、アルコキシ基を有する脂環式炭化水素基であり、Lb1が式(b1−4)で表される基である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 2012088690
Yが、ヒドロキシ基を有する脂環式炭化水素基であり、Lb1が式(b1−4)で表される基である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 2012088690
Yが前記環状ケトン基であり、Lb1が式(b1−4)で表される2価の基である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 2012088690
以上例示したスルホン酸アニオンの中でも、Lb1が式(b1−1)で表される基であるものが好ましい。より好ましいスルホン酸アニオンを以下に示す。
Figure 2012088690
さらに好ましくは、Yが置換基を有していてもよい炭素数3〜18の脂環式炭化水素基であるスルホン酸アニオンである。
酸発生剤(B1)中の有機カチオン(Z+)は例えば、有機スルホニウムカチオン、有機ヨードニウムカチオン、有機アンモニウムカチオン、ベンゾチアゾリウムカチオン及び有機ホスホニウムカチオンなどの有機オニウムカチオンが挙げられる。これらの中でも、有機スルホニウムカチオン及び有機ヨードニウムカチオンが好ましく、有機スルホニウムカチオンがより好ましく、さらに好ましくは、以下の式(b2−1)、式(b2−2)、式(b2−3)、式(b2−4)〔以下、「式(b2−1)〜式(b2−4)」のように表記する。〕のいずれかで表される有機カチオン〔以下、各式の番号に応じて、「カチオン(b2−1)」、「カチオン(b2−2)」、「カチオン(b2−3)」、「カチオン(b2−4)」ということがある。〕である。
Figure 2012088690
式(b2−1)〜式(b2−4)において、
b4、Rb5及びRb6は、それぞれ独立に、炭素数1〜30の炭化水素基を表し、該炭化水素基としては、炭素数1〜30のアルキル基、炭素数3〜18の脂環式炭化水素基及び炭素数6〜18の芳香族炭化水素基が好ましい。該アルキル基は、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を有していてもよく、該脂環式炭化水素基は、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を有していてもよく、前記芳香族炭化水素基は、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、炭素数1〜18のアルキル基、炭素数3〜18の脂環式炭化水素基又は炭素数1〜12のアルコキシ基を有していてもよい。
b7及びRb8は、それぞれ独立に、ヒドロキシ基、炭素数1〜12のアルキル基又は炭素数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のアルキル基又は炭素数3〜18の脂環式炭化水素基を表す。また、Rb9及びRb10は、互いに結合して3員環〜12員環(好ましくは3員環〜7員環)の脂環式炭化水素環を形成していてもよく、該脂環式炭化水素環を構成するメチレン基は、酸素原子、硫黄原子又はカルボニル基で置き換わっていてもよい。
b11は、水素原子、炭素数1〜18のアルキル基、炭素数3〜18の脂環式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、Rb10及びRb11は、それぞれ独立に、脂肪族炭化水素基であり、この脂肪族炭化水素基がアルキル基である場合、その炭素数は1〜12であることが好ましく、この脂肪族炭化水素基が脂環式炭化水素基である場合、その炭素数は3〜18であることが好ましく、4〜12であることがさらに好ましい。
b12は、炭素数1〜18の炭化水素基を表す。該炭化水素基は炭素数1〜18のアルキル基、炭素数3〜18の脂環式炭化水素基及び表炭素数3〜18の芳香族炭化水素基を含み、芳香族炭化水素基は、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3〜18の脂環式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を有していてもよい。
また、Rb11及びRb12は、互いに結合して3員環〜12員環(好ましくは3員環〜7員環)の脂環式炭化水素環を形成していてもよく、該脂環式炭化水素環に含まれるメチレン基が、酸素原子、硫黄原子又はカルボニル基で置き換わっていてもよい。
b13、Rb14、Rb15、Rb16、Rb17及びRb18(以下、「Rb13〜Rb18」と表記することがある。)は、それぞれ独立に、ヒドロキシ基、炭素数1〜12のアルキル基又は炭素数1〜12のアルコキシ基を表す。
b11は、酸素原子又は硫黄原子を表す。
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以上であるとき、複数のRb13は互いに同一でも異なっていてもよく、p2が2以上であるとき、複数のRb14は互いに同一でも異なっていてもよく、s2が2以上であるとき、複数のRb15は互いに同一でも異なっていてもよく、t2が2以上であるとき、複数のRb18は互いに同一でも異なっていてもよい。
b12のアルキルカルボニルオキシ基としては、すでに例示したアシル基と酸素原子とが結合したものである。
b9〜Rb12のアルキル基の具体例は、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−エチルヘキシル基などである。特にRb9、Rb10及びRb11のアルキル基は、炭素数1〜12であることが好ましい。
b9〜Rb12の脂環式炭化水素基のうち好ましい基は例えば、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−アルキルアダマンタン−2−イル基、1−(アダマンタン−1−イル)アルカン−1−イル基及びイソボルニル基などである。特にRb9、Rb10及びRb11の脂環式炭化水素基は、炭素数3〜18であることが好ましく、4〜12であることがさらに好ましい。
b12の芳香族炭化水素基のうち好ましい基は例えば、フェニル基、4−メチルフェニル基、4−エチルフェニル基、4−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、ビフェニリル基及びナフチル基などである。
b12の芳香族炭化水素基と鎖式脂肪族炭化水素基が結合したものとしては、アラルキル基が挙げられ、具体的にはベンジル基等が挙げられる。
b9とRb10との組み合わせが結合して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−イウム環及び1,4−オキサチアン−4−イウム環などが挙げられる。
b11とRb12との組み合わせが結合して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及びオキソアダマンタン環などが挙げられる。
例示した有機カチオンの中でも、カチオン(b2−1)が好ましく、以下の式(b2−1−1)で表される有機カチオン〔以下、「カチオン(b2−1−1)」といういう場合がある。〕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である。)又はトリトリルスルホニウムカチオン(式(b2−1−1)中、v2=w2=x2=1であり、Rb19、Rb20及びR21がいずれもメチル基である。)がさらに好ましい。
Figure 2012088690
式(b2−1−1)中、
b19、Rb20及び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又は炭素数1〜12のアルコキシ基を表す。
該脂肪族炭化水素基としては、炭素数は1〜12の脂肪族炭化水素基が好ましく、炭素数1〜12のアルキル基及び炭素数4〜18の脂環式炭化水素基がより好ましい。
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以上のとき、複数のRb19は互いに同一でも異なっていてもよく、w2が2以上のとき、複数のRb20は互いに同一でも異なっていてもよく、x2が2以上のとき、複数のRb21は互いに同一でも異なっていてもよい。
なかでも、Rb19、Rb20及び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ことが好ましい。
カチオン(b2−1−1)としては、以下のものが挙げられる。
Figure 2012088690
Figure 2012088690
このような有機カチオンを有する酸発生剤(B1)を含む本レジスト組成物は、より良好なフォーカスマージンでレジストパターンを製造することができる。
既に好適な有機カチオンであるカチオン(b2−1−1)及びその具体例を示したが、カチオン(b2−2)、カチオン(b2−3)及びカチオン(b2−4)についても、その具体例を示しておく。
カチオン(b2−2)としては、以下のものが挙げられる。
Figure 2012088690
カチオン(b2−3)としては、以下のものが挙げられる。
Figure 2012088690
Figure 2012088690
カチオン(b2−4)としては、以下のものが挙げられる。
Figure 2012088690
Figure 2012088690
Figure 2012088690
Figure 2012088690
酸発生剤(B1)は上述のスルホン酸アニオン及び上述の有機カチオンの組合せであり、これら任意に組み合わせることができるが、式(b1−1−1)〜式(b1−1−9)のいずれかで表されるスルホン酸アニオンとカチオン(b2−1−1)との組合せである酸発生剤(B1)、並びに式(b1−1−3)〜式(b1−1−5)のいずれかで表されるスルホン酸アニオンとカチオン(b2−3)との組合せである酸発生剤(B1)が好ましい。
さらに好ましい酸発生剤(B1)を具体的に示す。このような酸発生剤(B1)は、以下の式(B1−1)、式(B1−2)、式(B1−3)、式(B1−4)、式(B1−5)、式(B1−6)、式(B1−7)、式(B1−8)、式(B1−9)、式(B1−10)、式(B1−11)、式(B1−12)、式(B1−13)、式(B1−14)、式(B1−15)、式(B1−16)、式(B1−17)のいずれかで表される塩である。酸発生剤(B)は、トリフェニルスルホニウムカチオンを含む塩及びトリトリルスルホニウムカチオンを含む塩が好ましく、式(B1−1)、式(B1−2)、式(B1−3)、式(B1−6)、式(B1−11)、式(B1−12)、式(B1−13)、(B1−14)のいずれかで表される塩がより好ましい。また、すでに述べたように、Yが置換基を有していてもよい脂環式炭化水素基が好ましいので、この点では、式(B1−1)、式(B1−2)、式(B1−3)、式(B1−6)、式(B1−11)、式(B1−12)のいずれかで表される塩がより好ましい。
Figure 2012088690
Figure 2012088690
Figure 2012088690
Figure 2012088690
Figure 2012088690
酸発生剤(B)は、酸発生剤(B1)とは異なる酸発生剤を含んでいてもよい。酸発生剤(B)の総量における酸発生剤(B1)の含有割合は、70質量%以上が好ましく、90質量%以上がより好ましく、実質的に酸発生剤(B1)のみであることがさらに好ましい。
<塩基性化合物(以下、「塩基性化合物(C)」という。)>
本レジスト組成物は、塩基性化合物(C)を含むことが好ましい。ここでいう「塩基性化合物」とは、酸を捕捉するという特性を有する化合物、特に、酸発生剤から発生する酸を捕捉するという特性を有する化合物を意味する。
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であり、例えば、アミン及びアンモニウム塩を挙げることができる。アミンは、脂肪族アミンでも、芳香族アミンでもよい。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、以下の式(C2)で表される芳香族アミン、特に、以下の式(C2−1)で表されるアニリン類が挙げられる。
Figure 2012088690
式(C2)及び式(C2−1)中、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、炭素数1〜6程度の鎖式脂肪族炭化水素基及び炭素数5〜10程度の脂環式炭化水素基である。
)又は芳香族炭化水素基(好ましくは、炭素数6〜10程度の芳香族炭化水素基である。
)を表す。但し、該脂肪族炭化水素基、該脂環式炭化水素基及び該芳香族炭化水素基に含まれる水素原子は、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、該アミノ基はさらに、炭素数1〜4のアルキル基を有していてもよい。
c7は、鎖式脂肪族炭化水素基(好ましくは、炭素数1〜6程度のアルキル基である。
)、炭素数1〜6程度のアルコキシ基、脂環式炭化水素基(好ましくは、炭素数5〜10程度の脂環式炭化水素基であり、より好ましくは、炭素数5〜10程度のシクロアルキル基である。)又は芳香族炭化水素基(好ましくは、炭素数6〜10程度の芳香族炭化水素基である。)を表す。但し、該脂肪族炭化水素基、該アルコキシ基、該脂環式炭化水素基及び該芳香族炭化水素基に含まれる水素原子も、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、該アミノ基はさらに、炭素数1〜4のアルキル基を有していてもよい。
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。
式(C2)で表される芳香族アミンは例えば、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。
式(C2−1)で表されるアニリン類は例えば、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−ジメチルアニリン及びジフェニルアミンなどが挙げられる。
また、以下の式(C3)、式(C4)、式(C5)、式(C6)、式(C7)、式(C8)、式(C9)、式(C10)及び式(C11)のいずれかで表される化合物(以下、ここでいう化合物を、式番号に応じて、「化合物(C3)」〜「化合物(C11)」のように表記する。)も用いることができる。
Figure 2012088690
式(C3)〜式(C11)中、
c8、Rc20、Rc21、Rc23、Rc24、Rc25、Rc26、Rc27及びRc28は、上記Rc7で説明したいずれかの基を表す。
c9、Rc10、Rc11、Rc12、Rc13、Rc14、Rc16、Rc17、Rc18、Rc19及びRc22は、上記のRc5及びRc6で説明したいずれかの基を表す。
c15は、脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基又はアルカノイル基を表す。
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、複数のRc20は互いに同一でも異なっていてもよく、p3が2以上であるとき、複数のRc21は互いに同一でも異なっていてもよく、q3が2以上であるとき、複数のRc24は互いに同一でも異なっていてもよく、r3が2以上であるとき、複数のRc25は互いに同一でも異なっていてもよく、s3が2以上であるとき、複数のRc26は互いに同一でも異なっていてもよく、t3が2以上であるとき、複数のRc27は互いに同一でも異なっていてもよく、u3が2以上であるとき、複数のRc28は互いに同一でも異なっていてもよい。
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いてもよい。
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、炭素数1〜6程度の脂肪族炭化水素基であり、より好ましくは、炭素数1〜6程度のアルキレン基である。)、カルボニル基、−C(=NH)−、−C(=NRc3)−(但し、Rc3は、炭素数1〜4のアルキル基を表す。)、硫黄原子、ジスルフィド結合(−S−S−)又はこれらの組合せを表す。
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、イミダゾール及び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’−ジピリジルアミン及び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。
塩基性化合物(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も用いることができる。
アンモニウム塩としては、例えば、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。
以上、塩基性化合物(C)の具体例を示したが、本レジスト組成物に用いる塩基性化合物(C)としては、これらの中でもジイソプロピルアニリンが好ましく、2,6−ジイソプロピルアニリンが特に好ましい。
<溶剤(以下、「溶剤(D)」という。)>
本レジスト組成物に含まれる溶剤(D)は、用いる化合物(a)に由来する構造単位を有する樹脂(A)の種類及びその量と、酸発生剤(B1)の種類及びその量などに応じ、さらに後述するレジストパターンの製造において、基板上に本レジスト組成物を塗布する際の塗布性が良好となるという点から適宜、最適なものを選ぶことができる。
好適な溶剤(D)の例としては、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などの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などの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などのエステル類;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などのケトン類;γ−ブチロラクトンなどの環状エステル類を挙げることができる。溶剤(D)は、1種のみを使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
<その他の成分>
本レジスト組成物は、必要に応じて、化合物(a)に由来する繰り返し単位を含む樹脂、酸発生剤(B1)並びに必要に応じて用いられる溶剤(D)及び塩基性化合物(C)以外の構成成分を含んでいてもよい。この構成成分を「成分(F)」という場合がある。かかる成分(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、安定剤及び染料などである。
<本レジスト組成物及びその調製方法>
本レジスト組成物は、樹脂(A)、酸発生剤(B)及び溶剤(D)を混合することで、又は、
樹脂(A)、酸発生剤(B)、塩基性化合物(C)及び溶剤(D)を混合することで調製することができる。かかる混合において、その混合順は任意であり、特に限定されるものではない。混合する際の温度は、10〜40℃の範囲から、用いる樹脂(A)などの種類や樹脂(A)などの溶剤(D)に対する溶解度等に応じて適切な温度範囲を選ぶことができる。混合時間は、混合温度に応じて選べばよく、0.5〜24時間が好ましい。なお、混合手段は特に限定されず、攪拌混合などを用いることができる。
本レジスト組成物を調製する際に用いる各成分の使用量により、本レジスト組成物中の各成分の含有量を調節することができる。
このように、各成分を好ましい含有量で混合した後は、孔径0.01〜0.2μm程度のフィルターを用いてろ過することが好ましい。
樹脂(A)の含有量は、本レジスト組成物の固形分の総質量に対して、80質量%以上99質量%以下がであると好ましい。
なお本明細書において「組成物の固形分」とは、後述する溶剤(D)を除いたレジスト組成物成分の合計を意味する。例えば、溶剤(D)の含有量が90質量%であるレジスト組成物において、組成物中の固形分は10質量%に相当する。組成物の固形分及びこれに対する各成分の含有量は、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(B)の含有質量は、樹脂(A)100質量部に対して、好ましくは1質量部以上であり、より好ましくは3質量部以上であり、好ましくは30質量部以下であり、より好ましくは25質量部以下である。
本レジスト組成物に塩基性化合物(C)を用いる場合、その含有量は本レジスト組成物の固形分の総質量に対して、0.01〜1質量%程度が好ましい。
溶剤(D)の含有量は、上述のとおり、樹脂(A)の種類などに応じて適宜調節できるが、本レジスト組成物総質量に対して90質量%以上が好ましく、より好ましくは92質量%以上であり、さらに好ましくは94質量%以上であり、99.9質量%以下が好ましく、より好ましくは99質量%以下である。溶剤(D)の含有量が上記範囲内であると、例えば後述するレジストパターンの製造方法において、厚み30〜300nm程度の組成物層を形成しやすい。
なお、成分(F)を本レジスト組成物に用いる場合には、当該成分(F)の種類に応じて、適切な含有量を調節することもできる。
このように、樹脂(A)、酸発生剤(B)及び溶剤(D)、並びに必要に応じて用いられる塩基性化合物(C)又は成分(F)の各々を好ましい含有量で混合した後は、孔径0.01〜0.2μm程度のフィルターを用いてろ過等することにより、本レジスト組成物は調製できる。
<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)本レジスト組成物を基板上に塗布する工程、
(2)塗布後の組成物を乾燥させて、該基板上に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
を含むものである。以下、ここに示す工程の各々を、「工程(1)」〜「工程(5)」のようにいう。
工程(1)における本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、半導体の微細加工のレジスト材料塗布用として広く用いられている塗布装置によって行うことができる。かくして基板上にレジスト組成物からなる塗布膜が形成される。当該塗布装置の条件(塗布条件)を種々調節することで、該塗布膜の膜厚は調整可能であり、適切な予備実験等を行うことにより、所望の膜厚の塗布膜になるように塗布条件を選ぶことができる。本レジスト組成物を塗布する前の基板は、微細加工を実施しようとする種々のものを選ぶことができる。なお、本レジスト組成物を塗布する前に、基板を洗浄したり、反射防止膜を形成してもよい。この反射防止膜の形成には例えば、市販の有機反射防止膜用組成物を用いることができる。
工程(2)においては、基板上に塗布された本レジスト組成物、すなわち塗布膜から溶剤〔溶剤(D)〕を除去する。このような溶剤除去は、例えば、ホットプレート等の加熱装置を用いた加熱手段(いわゆるプリベーク)、又は減圧装置を用いた減圧手段により、或いはこれらの手段を組み合わせて、該塗布膜から溶剤を蒸発させることにより行われる。加熱手段や減圧手段の条件は、本レジスト組成物に含まれる溶剤(D)の種類等に応じて選択でき、例えばホットプレートの場合、該ホットプレートの表面温度を50〜200℃程度の範囲にすることが好ましい。また、減圧手段では、適当な減圧機の中に、塗布膜が形成された基板を封入した後、該減圧機の内部圧力を1〜1.0×10Pa程度にすればよい。かくして塗布膜から溶剤を除去することにより、該基板上には組成物層が形成される。
工程(3)は該組成物層を露光する工程であり、好ましくは、露光機を用いて該組成物層を露光するものである。この際には、微細加工を実施しようとする所望のパターンパターンが形成されたマスク(フォトマスク)を介して露光が行われる。露光機の露光光源としては、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、該露光機は液浸露光機であってもよい。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。
上述のとおり、マスクを介して露光することにより、該組成物層には露光された部分(露光部)及び露光されていない部分(未露光部)が生じる。露光部の組成物層では該組成物層に含まれる酸発生剤(B1)が露光エネルギーを受けて酸を発生し、さらに発生した酸との作用により、樹脂(A)にある酸不安定基が脱保護反応により親水性基を生じ、結果として露光部の組成物層にある樹脂(A)はアルカリ水溶液に可溶なものとなる。一方、未露光部では露光エネルギーを受けていないため、樹脂(A)はアルカリ水溶液に対して不溶又は難溶のままとなる。かくして、露光部にある組成物層と未露光部にある組成物層とは、アルカリ水溶液に対する溶解性が著しく相違することとなる。
工程(4)においては、露光部で生じうる脱保護基反応を、さらにその進行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。かかる加熱処理は前記工程(2)で示したホットプレートを用いる加熱手段などが好ましい。なお、工程(4)におけるホットプレート加熱を行う場合、該ホットプレートの表面温度は50〜200℃程度が好ましく、70〜150℃程度がより好ましい。加熱処理により、上記脱保護反応が促進される。
工程(5)は、加熱後の組成物層を現像する工程であり、好ましくは、加熱後の組成物層を現像装置を用いて現像する工程である。現像する工程で、加熱後の組成物層をアルカリ水溶液と接触させると、露光部の組成物層は該アルカリ水溶液に溶解して除去され、未露光部の組成物層は基板上に残るため、当該基板上にレジストパターンが製造される。
前記アルカリ水溶液としては、「アルカリ現像液」と称される本技術分野で公知のものを用いることができる。該アルカリ水溶液としては例えば、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドの水溶液や(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)の水溶液などが挙げられる。
現像後、製造されたレジストパターンに、超純水等でリンス処理を行うことが好ましく、さらに基板及びレジストパターン上に残存している水分を除去することが好ましい。
以上のような工程(1)〜工程(5)を含むレジストパターン製造方法によれば、本レジスト組成物は、良好なフォーカスマージン(DOF)でレジストパターンを形成できる。
<用途>
本レジスト組成物は、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露光機用のレジスト組成物、さらに液浸露光用のレジスト組成物として好適である。
工に利用できる。
実施例を挙げて、本発明をさらに具体的に説明する。例中、含有量ないし使用量を表す「%」及び「部」は、特記しないかぎり質量基準である。
また重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより求めた値である。なお、ゲルパーミュエーションクロマトグラフィーの分析条件は下記のとおりである。
カラム:TSKgel Multipore HXL-M x 3+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)
合成例1(樹脂(A)の合成)
樹脂の合成において使用した化合物(モノマー)を下記に示す。
Figure 2012088690
以下、これらのモノマーを「モノマー(A)」〜「モノマー(E)」及び「モノマー(I)」という。
〔樹脂A1の合成〕
モノマーとして、モノマー(A)、モノマー(B)、モノマー(C)、モノマー(D)及びモノマー(I)を用い、そのモル比(モノマー(A):モノマー(B):モノマー(C):モノマー(D):モノマー(I))が40:5:20:30:5となるように混合し、全モノマー量の1.5質量倍のジオキサンを加えて溶液とした。当該溶液に、開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル及びアゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を全モノマー量に対して各々、1mol%及び3mol%添加し、これらを75℃で約5時間加熱した。得られた反応混合物を、大量のメタノール/水混合溶媒に注いで樹脂を沈殿させ、この樹脂をろ過した。かくして得られた樹脂を再び、ジオキサンに溶解させて得られる溶解液をメタノール/水混合溶媒に注いで樹脂を沈殿させ、この樹脂をろ過するという再沈殿操作を2回行い、重量平均分子量7.5×10の樹脂A1(共重合体)を収率65%で得た。この樹脂A1は、以下の構造単位を有するものである。
Figure 2012088690
〔樹脂A2の合成〕
モノマーとして、モノマー(A)、モノマー(E)、モノマー(B)、モノマー(C)、モノマー(D)及びモノマー(I)を用い、そのモル比(モノマー(A):モノマー(E):モノマー(B):モノマー(C):モノマー(D):モノマー(I))が32:7:8:10:38:5となるように混合し、全モノマー量の1.5質量倍のジオキサンを加えて溶液とした。当該溶液に、開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル及びアゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を全モノマー量に対して各々、1mol%及び3mol%添加し、これらを73℃で約5時間加熱した。得られた反応混合物を、大量のメタノール/水混合溶媒に注いで樹脂を沈殿させ、この樹脂をろ過した。かくして得られた樹脂を再び、ジオキサンに溶解させて得られる溶解液をメタノール/水混合溶媒に注いで樹脂を沈殿させ、この樹脂をろ過するという再沈殿操作を2回行い、重量平均分子量7.8×10の樹脂A2(共重合体)を収率62%で得た。この樹脂A2は、以下の構造単位を有するものである。
Figure 2012088690
〔樹脂A3の合成〕
モノマーとして、モノマー(A)、モノマー(B)、モノマー(C)及びモノマー(I)を用い、そのモル比(モノマー(A):モノマー(B):モノマー(C):モノマー(I))が50:15:25:10となるように混合し、全モノマー量の1.5質量倍のジオキサンを加えて溶液とした。当該溶液に、開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル及びアゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を全モノマー量に対して各々、1mol%及び3mol%添加し、これらを75℃で約5時間加熱した。得られた反応混合物を、大量のメタノール/水混合溶媒に注いで樹脂を沈殿させ、この樹脂をろ過した。かくして得られた樹脂を再び、ジオキサンに溶解させて得られる溶解液をメタノール/水混合溶媒に注いで樹脂を沈殿させ、この樹脂をろ過するという再沈殿操作を2回行い、重量平均分子量7.4×10の樹脂A3(共重合体)を収率66%で得た。この樹脂A3は、以下の構造単位を有するものである。
Figure 2012088690
〔樹脂A4の合成〕
モノマーとして、モノマー(A)、モノマー(B)及びモノマー(C)を用い、そのモル比(モノマー(A):モノマー(B):モノマー(C))が50:25:25となるように混合し、全モノマー量の1.5質量倍のジオキサンを加えて溶液とした。当該溶液に、開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル及びアゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を全モノマー量に対して各々、1mol%及び3mol%添加し、これらを80℃で約8時間加熱した。得られた反応混合物を、大量のメタノール/水混合溶媒に注いで樹脂を沈殿させ、この樹脂をろ過した。かくして得られた樹脂を再び、ジオキサンに溶解させて得られる溶解液をメタノール/水混合溶媒に注いで樹脂を沈殿させ、この樹脂をろ過するという再沈殿操作を2回行い、重量平均分子量9.2×10の樹脂A4(共重合体)を収率60%で得た。この樹脂A4は、以下の構造単位を有するものである。
Figure 2012088690
合成例5:〔樹脂A5の合成〕
モノマーとして、モノマー(F)、モノマー(E)、モノマー(B)、モノマー(C)、モノマー(D)及びモノマー(I)を用い、そのモル比(モノマー(F):モノマー(E):モノマー(B):モノマー(C):モノマー(D):モノマー(I))が、30:14:6:20:25:5となるように混合し、全モノマー量の1.5質量倍のジオキサンを加えて溶液とした。当該溶液に、開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル及びアゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を全モノマー量に対して各々、1mol%、3mol%添加し、これらを70℃で約5時間加熱した。得られた反応混合物を、大量のメタノール/水混合溶媒に注いで樹脂を沈殿させ、この樹脂をろ過した。かくして得られた樹脂を再び、ジオキサンに溶解させて得られる溶解液をメタノール/水混合溶媒に注いで樹脂を沈殿させ、この樹脂をろ過するという再沈殿操作を2回行い、重量平均分子量が7.3×10の樹脂A5(共重合体)を収率60%で得た。この樹脂A5は、以下の構造単位を有するものである。
Figure 2012088690
合成例6:〔樹脂A6の合成〕
モノマーとして、モノマー(F)、モノマー(G)、モノマー(B)、モノマー(C)、モノマー(D)及びモノマー(I)を用い、そのモル比(モノマー(F):モノマー(G):モノマー(B):モノマー(C):モノマー(D):モノマー(I))が、30:14:6:20:20:10となるように混合し、全モノマー量の1.5質量倍のジオキサンを加えて溶液とした。当該溶液に、開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル及びアゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を全モノマー量に対して各々、1mol%、3mol%添加し、これらを70℃で約5時間加熱した。得られた反応混合物を、大量のメタノール/水混合溶媒に注いで樹脂を沈殿させ、この樹脂をろ過した。かくして得られた樹脂を再び、ジオキサンに溶解させて得られる溶解液をメタノール/水混合溶媒に注いで樹脂を沈殿させ、この樹脂をろ過するという再沈殿操作を2回行い、重量平均分子量が7.5×10の樹脂A6(共重合体)を収率62%で得た。この樹脂A6は、以下の構造単位を有するものである。
Figure 2012088690
実施例1〜7及び比較例1
<レジスト組成物の調製>
合成例1で得られた樹脂A1〜A6;
以下に示す酸発生剤B1〜B2;
以下に示す塩基性化合物C1;
の各々を表1に示す質量部で、以下に示す溶剤に溶解し、さらに孔径0.2μmのフッ素樹脂製フィルターで濾過して、レジスト組成物を調製した。
Figure 2012088690
<樹脂>
A1〜A6:樹脂A1〜樹脂A6
<酸発生剤>
B1:
Figure 2012088690
B2:
Figure 2012088690
<塩基性化合物:クエンチャー>
C1:2,6−ジイソプロピルアニリン
<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 265.0部
プロピレングリコールモノメチルエーテル 20.0部
2−ヘプタノン 20.0部
γ−ブチロラクトン 3.5部
<レジストパターンの製造及びその評価>
実施例1〜5の本レジスト組成物及び比較例1のレジスト組成物は以下のようにして液浸露光によるフォーカスマージン(DOF)評価を行った。以下、本レジスト組成物及び比較例1のレジスト組成物を総称して、「レジスト組成物」ということがある。
<レジスト組成物の液浸露光評価>
以下のようにして、レジスト組成物の液浸露光を行い、フォーカスマージン(DOF)評価を実施した。
シリコンウェハーに、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、ウェハー上に膜厚780Åの有機反射防止膜を形成した。次いで、この有機反射防止膜の上に、上記のレジスト組成物を乾燥(プリベーク)後の膜厚が85nmとなるように塗布(スピンコート)した。塗布後、シリコンウェハーをダイレクトホットプレート上にて、表1の「PB」欄に記載された温度で60秒間プリベークして組成物層を形成した。組成物層が形成されたシリコンウェハーに、液浸露光用ArFエキシマレーザステッパー(XT:1900Gi;ASML社製、NA=1.35、3/4Annular X−Y偏光)で、コンタクトホールパターン(ホールピッチ100nm/ホール径70nm)を形成するためのマスクを用いて、露光量を段階的に変化させて露光した。尚、液浸媒体としては超純水を使用した。
露光後、前記シリコンウェハーを、ホットプレート上にて、表1の「PEB」欄に記載された温度で60秒間、加熱(ポストエキスポジャーベーク処理)した。次いでこのシリコンウェハを、2.38%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い、レジストパターンを得た。
現像後に得られたレジストパターンにおいて、前記マスクを用いて形成したホール径が55nmとなる露光量を実効感度とした。
(フォーカスマージン(DOF)評価)
実効感度において、フォーカスを段階的に変化させてレジストパターンを形成し、得られたレジストパターンのホール径が52.2nm以上57.7nm以下を保持するフォーカス範囲をDOF(μm)とした。結果を表2に示す。
Figure 2012088690
本レジスト組成物からは、優れたDOFのレジストパターンを製造することができた。一方、比較例1のレジスト組成物から得られるレジストパターンのDOFが不良であった。
本発明は、フォーカスマージン(DOF)に優れたレジストパターンを製造できるため、半導体の微細加工に有用である。

Claims (8)

  1. 式(a)で表される構造単位とラクトン環を有する構造単位とを含む樹脂及び酸発生剤を含有するレジスト組成物。
    Figure 2012088690
    [式(a)中、
    は、水素原子又はメチル基を表す。
    及びRは、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜6の脂肪族炭化水素基を表し、該脂肪族炭化水素基を構成するメチレン基は、酸素原子に置き換わっていてもよい。
    また、RとRとが互いに結合し、これらが結合している窒素原子とともに環を形成していてもよい。
    は、水素原子、ヒドロキシ基又は−O−CO−NRで表される基(R及びRは前記と同じ意味であり、2つのRは互いに同一でも異なってもよく、2つのRは互いに同一でも異なってもよい。)を表す。
    は、単結合、置換基を有していてもよい炭素数1〜6のアルカンジイル基又は式(a−1)
    Figure 2012088690
    (式(a−1)中、
    sは0〜2の整数を表す。
    10は、置換基を有していてもよい炭素数1〜5の脂肪族炭化水素基を表す。
    11及びA12は、それぞれ独立に、単結合又は置換基を有していてもよい炭素数1〜5の脂肪族炭化水素基を表し、sが2である場合、2つのA11は互いに同一でも異なってもよい。
    10及びX11は、それぞれ独立に、酸素原子、カルボニル基、カルボニルオキシ基又はオキシカルボニル基を表し、sが2である場合、2つのX10は互いに同一でも異なってもよい。
    ただし、A10、A11、A12、X10及びX11の炭素数の合計は6以下である。)
    で表される基を表す。]
  2. 前記式(a)のAが、単結合又は−CH−CO−O−である請求項1記載のレジスト組成物。
  3. 前記式(a)のR及びRがともに水素原子である請求項1又は2記載のレジスト組成物。
  4. 前記式(a)のRが水素原子である請求項1〜3のいずれか記載のレジスト組成物。
  5. 前記ラクトン環を有する構造単位が、式(b−1)、式(b−2)及び式(b−3)のいずれかで表される構造単位を含む請求項1〜4のいずれか記載のレジスト組成物。
    Figure 2012088690
    [式(b−1)、式(b−2)及び式(b−3)中、
    a4、La5及びLa6は、それぞれ独立に、酸素原子又は*−O−(CH2k3−CO−O−(k3は1〜7の整数を表す。)を表し、*はカルボニル基(−CO−)との結合手を表す。
    a18、Ra19及びRa20は、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基を表す。
    p1は0〜5の整数を表す。
    a21は、炭素数1〜4のアルキル基を表し、p1が2以上の場合、複数のRa21は互いに同一でも異なってもよい。
    q1及びr1は、それぞれ独立に0〜3の整数を表す。
    a22及びRa23は、それぞれ独立に、カルボキシ基、シアノ基又は炭素数1〜4のアルキル基を表し、q1が2以上の場合、複数のRa22は互いに同一でも異なってもよく、r1が2以上の場合、複数のRa23は互いに同一でも異なってもよい。]
  6. 酸発生剤が、式(B1)で表される酸発生剤である請求項1〜5のいずれか記載のレジスト組成物。
    Figure 2012088690
    [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、炭素数1〜17の脂肪族炭化水素基を表し、該脂肪族炭化水素基を構成するメチレン基は、酸素原子又はカルボニル基に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を表し、該脂肪族炭化水素基を構成するメチレン基は、酸素原子、スルホニル基又はカルボニル基に置き換わっていてもよい。
    +は、有機カチオンを表す。]
  7. 前記式(B1)のYが置換基を有していてもよい炭素数3〜18の脂環式炭化水素基である酸発生剤を含む請求項6記載のレジスト組成物。
  8. (1)請求項1〜7のいずれか記載のレジスト組成物を基板上に塗布する工程、
    (2)塗布後の組成物を乾燥させて組成物層を形成する工程、
    (3)組成物層を、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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JP2012137735A (ja) * 2010-12-07 2012-07-19 Tokyo Ohka Kogyo Co Ltd レジスト組成物及びレジストパターン形成方法

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