JP2012093737A - 感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物、並びに、それを用いた感活性光線性又は感放射線性膜、及び、パターン形成方法 - Google Patents

感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物、並びに、それを用いた感活性光線性又は感放射線性膜、及び、パターン形成方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 感度、ラフネス特性、孤立スペースパターンの解像性に優れ、かつ良好な形状のパターンを形成可能とする感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物、並びに、それを用いた感活性光線性又は感放射線性膜、及び、パターン形成方法を提供すること。
【解決手段】 酸の作用により分解してアルカリ可溶性基を発生する構造部位(S1)と、アルカリ現像液の作用により分解してアルカリ現像液中への溶解速度が増大する構造部位(S2)とを備えた繰り返し単位(A)と、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する繰り返し単位(B)とを備えた樹脂を含む感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
【選択図】 なし

Description

本発明は、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物、並びに、それを用いた感活性光線性又は感放射線性膜、及び、パターン形成方法に関する。より詳細には、本発明は、超LSI及び高容量マイクロチップの製造プロセス、ナノインプリント用モールド作成プロセス並びに高密度情報記録媒体の製造プロセス等に適用可能な超マイクロリソグラフィプロセス、並びにその他のフォトファブリケーションプロセスに好適に用いられる感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物、並びに、それを用いた感活性光線性又は感放射線性膜、及び、パターン形成方法に関する。
従来、ICやLSIなどの半導体デバイスの製造プロセスにおいては、フォトレジスト組成物を用いたリソグラフィーによる微細加工が行われている。近年、集積回路の高集積化に伴い、サブミクロン領域やクオーターミクロン領域の超微細パターン形成が要求されるようになってきている。それに伴い、露光波長もg線からi線に、更にKrFエキシマレーザー光に、というように短波長化の傾向が見られる。更には、現在では、エキシマレーザー光以外にも、電子線、X線及びEUV光等を用いたリソグラフィーも開発が進んでいる。
最近のロジック系デバイスなどにおいては孤立パターンが多く用いられている。孤立パターンには孤立ラインパターン(孤立残しパターン)と、孤立スペースパターン(孤立抜きパターン)があり、いずれにおいても微細化が進行している。特に、微細な孤立スペースパターンを形成するには、解像性の観点から、よりアルカリ現像液に対する溶解コントラストを高くすることが好ましい。しかし、レジストとしての総合性能の観点から、ラフネス特性、露光ラチチュード(Exposure Latitude)、パターン形状、プロセスで許容できるフォーカスの変動幅(焦点深度:Depth Of Focus)等も確保しなければならず、解像性とこれらを同時に満たすことは極めて困難であった。
更には、特に電子線リソグラフィーは、次世代若しくは次々世代のパターン形成技術として位置付けられ、高感度、高解像性のポジ型レジストが望まれている。特にウェハー処理時間の短縮化のために高感度化は非常に重要な課題であるが、電子線用ポジ型レジストにおいては、高感度化を追求しようとすると、解像力の低下のみならず、ラインエッジラフネスの悪化が起こり、これらの特性を同時に満足するレジストの開発が強く望まれている。ここで、ラインエッジラフネスとは、レジストのパターンと基板界面のエッジがレジストの特性に起因して、ライン方向と垂直な方向に不規則に変動するために、パターンを真上から見たときにエッジが凹凸に見えることを言う。この凹凸がレジストをマスクとするエッチング工程により転写され、電気特性を劣化させるため、歩留りを低下させる。特に0.25μm以下の超微細領域ではラインエッジラフネスは極めて重要な改良課題となっている。高感度と良好なパターン形状、良好なラインエッジラフネスはトレードオフの関係にあり、これを如何にして同時に満足させるかが非常に重要である。
また、X線及びEUV光等を用いるリソグラフィーにおいても同様に、高感度、良好なパターン形状、良好なラインエッジラフネス、孤立スペースパターンの解像性を同時に満足させることが重要な課題となっており、これらの解決が必要である。
光の照射により酸を発生する部位(光酸発生基とも言う)を主鎖又は側鎖に有する樹脂の使用が検討されている(例えば、特許文献1〜6)が、高感度、良好なパターン形状、良好なラインエッジラフネスを同時に十分に満足できないのが現状である。
中でも、特許文献2〜6には、光酸発生基及び酸分解によりアルカリ現像液への溶解性
が増大する基を同一分子内に有する樹脂が開示されているが、電子線、X線又はEUV光に対する感度について十分とはいい難かった。
しかしながら、現在知られている公知技術の組み合わせでは、電子線、X線又はEUV光リソグラフィーにおいて、高感度、高解像性、良好なパターン形状及び良好なラインエッジラフネス等を同時に十分に満足できないのが現状である。
特開平9−325497号公報 特開平10−221852号公報 特開2006−178317号公報 特開2007−197718号公報 国際公開第06/121096号 米国特許出願公開第2006/121390号明細書
本発明の目的は、感度、ラフネス特性、孤立スペースパターンの解像性に優れ、かつ良好な形状のパターンを形成可能とする感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物、並びに、それを用いた感活性光線性又は感放射線性膜、及び、パターン形成方法を提供することである。
本発明は、一態様において、下記の通りである。
〔1〕 酸の作用により分解してアルカリ可溶性基を発生する構造部位(S1)と、アルカリ現像液の作用により分解してアルカリ現像液中への溶解速度が増大する構造部位(S2)とを備えた繰り返し単位(A)と、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する繰り返し単位(B)とを備えた樹脂を含む感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
〔2〕 前記構造部位(S2)はラクトン構造を含んでいる〔1〕に記載の組成物。
〔3〕 前記構造部位(S1)は、前記ラクトン構造を構成しているエステル基に隣接した2つの炭素原子の少なくとも一方に結合している〔2〕に記載の組成物。
〔4〕 前記繰り返し単位(A)は、下記一般式(1α)により表される構造を備えている請求項1〜3の何れか1項に記載の組成物。
Figure 2012093737
式中、
は、k≧2の場合には各々独立に、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。k≧2の場合、前記Rの少なくとも2つが互いに結合して、環を形成していてもよい。
Xは、アルキレン基、酸素原子又は硫黄原子を表す。
Yは、m≧2の場合には各々独立に、前記構造単位(S1)を表す。
kは、0〜5の整数を表す。
mは、m+k≦6なる関係を満たす1〜5の整数を表す。
〔5〕 前記繰り返し単位(A)は下記一般式(1)により表される構造を備えている〔4〕に記載の組成物。
Figure 2012093737
一般式(1)中、
は、n≧2の場合には各々独立に、アルキレン基又はシクロアルキレン基を表す。
Zは、n≧2の場合には各々独立に、単結合、エーテル結合、エステル結合、アミド結合、ウレタン結合又はウレア結合を表す。
nは、0〜5の整数を表す。
、X、Y、k及びmは、一般式(1α)における各基と同義である。
〔6〕 前記繰り返し単位(A)は下記一般式(PL−1)により表される〔4〕に記載の組成物。
Figure 2012093737
一般式(PL−1)中、
11は、各々独立に、水素原子、アルキル基又はハロゲン原子を表す。
12は、n≧2の場合には各々独立に、アルキレン基又はシクロアルキレン基を表す。
は、単結合、アルキレン基、アルケニレン基、シクロアルキレン基、2価の芳香環基、又はこれらの2以上を組み合わせた基を表す。前記組み合わせた基において、組み合わされる2以上の基は、互いに同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。また、前記2以上の基は、−O−、−S−、−CO−、−SO−、−NR−(Rは水素原子又はアルキル基)、2価の窒素含有非芳香族複素環基、及びこれらを組み合わせた基からなる群より選択される連結基を介して連結されていてもよい。
11及びZ12は、各々独立に、単結合、−O−、−S−、−CO−、−SO−、−NR−(Rは水素原子若しくはアルキル基)、2価の窒素含有非芳香族複素環基、又は、これらを組み合わせた基を表す。
13は、n≧2の場合には各々独立に、単結合、−O−、−S−、−CO−、−SO−、−NR−(Rは水素原子若しくはアルキル基)、2価の窒素含有非芳香族複素環基、又は、これらを組み合わせた基を表す。
nは、0〜5の整数を表す。
、X、Y、k及びmは、一般式(1α)における各基と同義である。
〔7〕 前記繰り返し単位(A)は下記一般式(2)により表される〔5〕に記載の組成物。
Figure 2012093737
一般式(2)中、
は、水素原子、アルキル基又はハロゲン原子を表す。
、R、X、Y、Z、k、m及びnは、一般式(1)における各基と同義である。
〔8〕 前記繰り返し単位(A)は下記一般式(2A)により表される請求項7に記載の組成物。
Figure 2012093737
一般式(2A)中、R、R、R、X、Y、Z、k及びnは、一般式(2)における各基と同義である。
〔9〕 前記Rは水素原子又はアルキル基である〔7〕又は〔8〕に記載の組成物。
〔10〕 前記Yは下記一般式(Y1)により表される基である〔4〕〜〔9〕の何れか1項に記載の組成物。
Figure 2012093737
式(Y1)中、
21は、単結合、−O−、−S−、−CO−、−SO−、−NR−(Rは水素原子若しくはアルキル基)、2価の窒素含有非芳香族複素環基、又は、これらを組み合わせた基を表す。
は、単結合、アルキレン基、アルケニレン基、シクロアルキレン基、2価の芳香環基、又はこれらの2以上を組み合わせた基を表す。前記組み合わせた基において、組み合わされる2以上の基は、互いに同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。また、前記2以上の基は、−O−、−S−、−CO−、−SO−、−NR−(Rは水素原子又はアルキル基)、2価の窒素含有非芳香族複素環基、及びこれらを組み合わせた基からなる群より選択される連結基を介して連結されていてもよい。
は、アルキル基を表す。
及びRは、各々独立に、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。RとRとは、互いに結合して、環を形成していてもよい。
〔11〕 前記Yは下式(Y2)により表される基である〔4〕〜〔9〕の何れか1項に記載の組成物。
Figure 2012093737
式(Y2)中、
は、アルキル基を表す。
及びRは、各々独立に、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。RとRとは、互いに結合して、環を形成していてもよい。
〔12〕 前記Z又はZ13はエステル結合である〔4〕〜〔11〕の何れか1項に記載の組成物。
〔13〕 前記繰り返し単位(A)は下記一般式(PL−2)により表される〔8〕に記載の組成物。
Figure 2012093737
一般式(PL−2)中、
1aは、水素原子又はアルキル基を表す。
lは、1〜5の整数を表す。
21は、単結合、−O−、−S−、−CO−、−SO−、−NR−(Rは水素原子若しくはアルキル基)、2価の窒素含有非芳香族複素環基、又は、これらを組み合わせた基を表す。
は、単結合、アルキレン基、アルケニレン基、シクロアルキレン基、2価の芳香環基、又はこれらの2以上を組み合わせた基を表す。前記組み合わせた基において、組み合わされる2以上の基は、互いに同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。また、前記2以上の基は、−O−、−S−、−CO−、−SO−、−NR−(Rは水素原子又はアルキル基)、2価の窒素含有非芳香族複素環基、及びこれらを組み合わせた基からなる群より選択される連結基を介して連結されていてもよい。
は、アルキル基を表す。
及びRは、各々独立に、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。RとRとは、互いに結合して、環を形成していてもよい。
、X、k及びnは、一般式(2A)における各基と同義である。
〔14〕 前記繰り返し単位(A)は下記一般式(3)により表される〔8〕に記載の組成物。
Figure 2012093737
一般式(3)中、
1aは、水素原子又はアルキル基を表す。
は、アルキル基を表す。
及びRは、各々独立に、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。RとRとは、互いに結合して、環を形成していてもよい。
lは、1〜5の整数を表す。
、X、k及びnは、一般式(2A)における各基と同義である。
〔15〕 前記繰り返し単位(B)が、下記一般式(B1)、(B2)及び(B3)で表される繰り返し単位からなる群より選択される少なくとも1つである〔1〕〜〔14〕のいずれか1項に記載の組成物。
Figure 2012093737
一般式(B1)、(B2)および(B3)中、
Aは、活性光線又は放射線の照射により分解して酸アニオンを発生する構造部位を表す。
04、R05及びR07〜R09は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。
06は、シアノ基、カルボキシ基、−CO−OR25又は−CO−N(R26)(R27)を表す。R25は、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アリール基又はアラルキル基を表す。R26及びR27は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アリール基又はアラルキル基を表す。R26とR27とは、互いに結合して、窒素原子と共に環を形成していてもよい。
〜Xは、各々独立に、単結合、アリーレン基、アルキレン基、シクロアルキレン基、−O−、−SO−、−CO−、−N(R33)−又はこれらの複数を組み合わせた2価の連結基を表す。R33は、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アリール基又はアラルキル基を表す。
〔16〕 前記Aは、スルホニウム塩構造又はヨードニウム塩構造を備えたイオン性構造部位である〔15〕に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
〔17〕 繰り返し単位(B)は、活性光線又は放射線の照射により分解して前記樹脂の側鎖に酸アニオンを発生する構造部位を有する繰り返し単位である〔1〕〜〔16〕のいずれか1項に記載の組成物。
〔18〕 前記樹脂は、下記一般式(A1)により表される繰り返し単位及び一般式(A2)により表される繰り返し単位から選択される少なくとも1種の繰り返し単位を更に含んでいる〔1〕〜〔17〕のいずれか1項に記載の組成物。
Figure 2012093737
一般式(A1)中、
mは、0〜4の整数を表す。
nは、m+n≦5なる関係を満足する1〜5の整数を表す。
は、置換基を表し、m≧2の場合には、複数の前記Sは、互いに同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。
は、水素原子、又は酸の作用により脱離する基を表し、n≧2の場合には、複数の前記Aは、互いに同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。
一般式(A2)中、
Xは、水素原子、アルキル基、水酸基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、アシル基、アシロキシ基、シクロアルキル基、シクロアルキルオキシ基、アリール基、カルボキシ基、アルキルオキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基又はアラルキル基を表す。
は、酸の作用により脱離する基を表す。
〔19〕 KrFエキシマレーザー、電子線、X線又はEUV光用である〔1〕〜〔18〕のいずれか1項に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
〔20〕 〔1〕〜〔19〕のいずれか1項に記載の組成物を用いて形成された感活性光線性又は感放射線性膜。
〔21〕 〔1〕〜〔19〕のいずれか1項に記載の組成物を用いて膜を形成すること、該膜を露光すること、露光した膜を現像することを含むパターン形成方法。
〔22〕 KrFエキシマレーザー、電子線、X線又はEUV光により露光される〔21〕に記載のパターン形成方法。
本発明は、更に、下記構成であることも好ましい。
〔23〕 前記樹脂の重量平均分子量が、1000〜200000の範囲内にある、上記〔1〕〜〔19〕のいずれか1項に記載の組成物。
〔24〕 前記樹脂の重量平均分子量が、1000〜100000の範囲内にある、上記〔1〕〜〔19〕のいずれか1項に記載の組成物。
〔25〕 前記樹脂の重量平均分子量が、1000〜50000の範囲内にある上記〔1〕〜〔19〕のいずれか1項に記載の組成物。
〔26〕 前記樹脂の重量平均分子量が、1000〜25000の範囲内にある上記〔1〕〜〔19〕のいずれか1項に記載の組成物。
〔27〕 更に、塩基性化合物を含有する、上記〔1〕〜〔19〕、〔23〕〜〔26〕のいずれか1項に記載の組成物。
〔28〕 前記塩基性化合物が、プロトンアクセプター性官能基を有し、かつ、活性光線又は放射線の照射により分解してプロトンアクセプター性が低下、消失、又はプロトンアクセプター性から酸性に変化した化合物を発生する化合物である上記〔27〕に記載の組成物。
〔29〕 更に、界面活性剤を含有する、上記〔1〕〜〔19〕、〔23〕〜〔28〕のいずれかに記載の組成物。
〔30〕 更に、溶剤を含有する、上記〔1〕〜〔19〕、〔23〕〜〔29〕のいずれかに記載の組成物。
〔31〕 前記溶剤が、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを含む、上記〔30〕に記載の組成物。
〔32〕 前記溶剤が、更に、プロピレングリコールモノメチルエーテルを含む、〔31〕に記載の組成物。
〔33〕 下記一般式(1α)により表される構造を備える繰り返し単位(A)と、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する繰り返し単位(B)とを備えた樹脂。
Figure 2012093737
式中、
は、k≧2の場合には各々独立に、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。k≧2の場合、前記Rの少なくとも2つが互いに結合して、環を形成していてもよい。
Xは、アルキレン基、酸素原子又は硫黄原子を表す。
Yは、m≧2の場合には各々独立に、前記構造単位(S1)を表す。
kは、0〜5の整数を表す。
mは、m+k≦6なる関係を満たす1〜5の整数を表す。
〔34〕 〔21〕又は〔22〕に記載のパターン形成方法を含む、電子デバイスの製造方法。
〔35〕 〔34〕に記載の電子デバイスの製造方法により製造された電子デバイス。
本発明によれば、感度、ラフネス特性、孤立スペースパターンの解像性に優れ、かつ良好な形状のパターンを形成可能とする感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物、並びに、それを用いた感活性光線性又は感放射線性膜、及び、パターン形成方法を提供することが可能となる。
以下、本発明について詳細に説明する。
なお、本明細書に於ける基(原子団)の表記において、置換又は無置換を明示していない表記は、置換基を有していないものと置換基を有しているものとの双方が含まれることとする。例えば、置換又は無置換を明示していない「アルキル基」は、置換基を有していないアルキル基(無置換アルキル基)のみならず、置換基を有しているアルキル基(置換アルキル基)をも包含することとする。
本明細書における「活性光線」又は「放射線」とは、例えば、水銀灯の輝線スペクトル、エキシマレーザーに代表される遠紫外線、極紫外(EUV)線、X線又は電子線(EB)を意味している。また、本発明において「光」とは、活性光線又は放射線を意味している。
また、本発明における「露光」とは、特に断らない限り、水銀灯、エキシマレーザーに代表される遠紫外線、X線及びEUV光等による露光のみならず、電子線及びイオンビーム等の粒子線による描画も露光に含める。
本発明に係る感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物は、以下に説明する繰り返し単位(A)と繰り返し単位(B)とを含む樹脂(以下、「樹脂(P)」という。)を含有している。これにより、感度、ラフネス特性、孤立スペースパターンの解像性に優れ、かつ良好な形状のパターンを形成することができる。
本発明に係る感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物は、例えばポジ型の組成物であり、典型的にはポジ型のレジスト組成物である。以下、この組成物の構成成分を説明する。
[1]樹脂(P)
本発明に係る感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物は、酸の作用により分解してアルカリ可溶性基を発生する構造部位(S1)と、アルカリ現像液の作用により分解してアルカリ現像液中への溶解速度が増大する構造部位(S2)とを備えた繰り返し単位(A)と、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する繰り返し単位(B)とを備えた樹脂(P)を含有している。
〔繰り返し単位(A)〕
繰り返し単位(A)が備えている構造部位(S2)は、特に限定されないが、例えば、アリールエステル構造又はラクトン構造を含んでいる。構造部位(S2)は、ラクトン構造を含んでいることがより好ましい。構造部位(S2)としてラクトン構造を含んだ構成を採用することにより、例えば、基板密着性を更に改善することが可能となる。
構造単位(S2)がラクトン構造を含んでいる場合、構造部位(S1)は、下記一般式(4)に示すように、ラクトン構造を含んだ環(以下、ラクトン環ともいう)に結合していることが好ましい。このような構成を採用すると、例えば、樹脂の加水分解性及び組成物の現像欠陥性能を向上させることができる。
Figure 2012093737
式中、S1は、構造部位(S1)に対応した基を表す。破線部は、エステル基と共にラクトン環を形成するために必要な原子団を表す。
構造部位(S2)がラクトン構造を含んでいる場合、構造部位(S1)は、上記ラクトン構造を構成しているエステル基に隣接した2つの炭素原子の少なくとも一方に結合していることが好ましい。即ち、繰り返し単位(A)は、下記一般式(4−1)又は一般式(4−2)により表される構造を含んでいることが好ましい。なお、繰り返し単位(A)は、下記一般式(4−1)により表される構造を含んでいることがより好ましい。
Figure 2012093737
式中、S1は、構造部位(S1)に対応した基を表す。破線部は、エステル基と共にラクトン環を形成するために必要な原子団を表す。
以上のような構成を採用することにより、例えば、樹脂の加水分解性及び組成物の現像欠陥性能を更に向上させることが可能となる。
構造部位(S1)は、例えば、「−(連結基)−(酸分解性基)」により表される。ここで、酸分解性基は、「−(アルカリ可溶性基から水素原子を除いた基)−(酸の作用により脱離する基)」で表される基が好ましい。
アルカリ可溶性基としては、例えば、フェノール性水酸基、カルボキシ基、フッ素化アルコール基、スルホン酸基、スルホンアミド基、スルホニルイミド基、(アルキルスルホニル)(アルキルカルボニル)メチレン基、(アルキルスルホニル)(アルキルカルボニル)イミド基、ビス(アルキルカルボニル)メチレン基、ビス(アルキルカルボニル)イミド基、ビス(アルキルスルホニル)メチレン基、ビス(アルキルスルホニル)イミド基、トリス(アルキルカルボニル)メチレン基及びトリス(アルキルスルホニル)メチレン基が挙げられる。
好ましいアルカリ可溶性基としては、カルボキシ基、フッ素化アルコール基及びスルホン酸基が挙げられる。フッ素化アルコール基としては、ヘキサフルオロイソプロパノール基が特に好ましい。
酸の作用により脱離する基としては、例えば、−C(R36)(R37)(R38)、−C(R36)(R37)(OR39)及び−C(R01)(R02)(OR39)により表される基が挙げられる。
式中、R36〜R39は、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基又はアルケニル基を表す。R36とR37とは、互いに結合して環を形成していてもよい。R01及びR02は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基又はアルケニル基を表す。
好ましい酸分解性基としては、例えば、クミルエステル基、エノールエステル基、アセタールエステル基及び第3級のアルキルエステル基が挙げられる。更に好ましくは、第3級アルキルエステル基が挙げられる。
酸分解性基は、脂環構造を含んでいることが好ましい。即ち、樹脂(P)は、脂環構造を含んだ酸分解性基を備えた繰り返し単位(A)を含んでいることが好ましい。このような構成を採用すると、例えば、エッチング耐性及び解像性を更に向上させることが可能となる。なお、この脂環構造は、単環式であってもよく、多環式であってもよい。
構造部位(S1)としては、特に限定されないが、下記一般式(Y1)で表される基がより好ましい。
Figure 2012093737
式中、
21は、単結合、−O−、−S−、−CO−、−SO−、−NR−(Rは水素原子若しくはアルキル基)、2価の窒素含有非芳香族複素環基、又は、これらを組み合わせた基を表す。
は、単結合、アルキレン基、アルケニレン基、シクロアルキレン基、2価の芳香環基、又はこれらの2以上を組み合わせた基を表す。上記組み合わせた基において、組み合わされる2以上の基は、互いに同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。また、上記2以上の基は、−O−、−S−、−CO−、−SO−、−NR−(Rは水素原子又はアルキル基)、2価の窒素含有非芳香族複素環基、及びこれらを組み合わせた基からなる群より選択される連結基を介して連結されていてもよい。
は、アルキル基を表す。
及びRは、各々独立に、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。RとRとは、互いに結合して、環を形成していてもよい。
21としての−NR−において、Rにより表されるアルキル基は、直鎖状であってもよく、分岐鎖状であってもよい。また、このアルキル基は、置換基を有していてもよい。Rにより表されるアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、ヘキシル基、2−エチルヘキシル基、オクチル基及びドデシル基などの炭素数20以下のアルキル基が挙げられ、より好ましくは炭素数8以下のアルキル基、特に好ましくは炭素数3以下のアルキル基が挙げられる。Rとしては、水素原子、メチル基又はエチル基が特に好ましい。
また、2価の窒素含有非芳香族複素環基とは、少なくとも1個の窒素原子を有する、好ましくは3〜8員の非芳香族複素環基を意味する。具体的には、例えば、下記構造の2価の連結基が挙げられる。
Figure 2012093737
21としては、単結合、−O−、−OCO−、−COO−、−OSO−、−SO−、−CONR−、又は、−CO−と2価の窒素含有非芳香族複素環基とを組み合わせた基が好ましく、単結合、−COO−、−SO−又は−CONR−がより好ましく、単結合又は−COO−が特に好ましい。
におけるアルキレン基は、直鎖状であってもよく、分岐鎖状であってもよい。このアルキレン基としては、好ましくは、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ヘキシレン基及びオクチレン基などの炭素数1〜8のものが挙げられる。Lにおけるアルキレン基は、炭素数1〜6のアルキレン基であることがより好ましく、炭素数1〜4のアルキレン基であることが特に好ましい。
におけるアルケニレン基としては、上で説明したアルキレン基の任意の位置に二重結合を有する基が挙げられる。
におけるシクロアルキレン基は、単環式であってもよく、多環式であってもよい。このシクロアルキレン基としては、好ましくは、シクロブチレン基、シクロペンチレン基、シクロヘキシレン基、ノルボルナニレン基、アダマンチレン基及びジアマンタニレン基などの炭素数3〜17のものが挙げられる。Lにおけるシクロアルキレン基は、炭素数5〜12のシクロアルキレン基であることがより好ましく、炭素数6〜10のシクロアルキレン基であることが特に好ましい。
における2価の芳香環基としては、フェニレン基、トリレン基及びナフチレン基などの炭素数6〜14のアリーレン基、又は、チオフェン、フラン、ピロール、ベンゾチオフェン、ベンゾフラン、ベンゾピロール、トリアジン、イミダゾール、ベンゾイミダゾール、トリアゾール、チアジアゾール及びチアゾールなどのヘテロ環を含んだ2価の芳香環基が挙げられる。これら2価の芳香環基は、置換基を有していてもよい。
としては、単結合、アルキレン基、シクロアルキレン基、アルキレン基とシクロアルキレン基とを組み合わせた基、又はアルキレン基と2価の芳香環基とを組み合わせた基が好ましく、単結合、アルキレン基又はシクロアルキレン基がより好ましく、単結合又はアルキレン基が特に好ましい。
一般式(Y1)において、Z21及びLの双方が単結合であることも好ましい。即ち、構造部位(S1)は、下式(Y2)により表される基であることも好ましい。このような構成を採用すると、樹脂のガラス転移温度(Tg)が高くなり、例えば、露光ラチチュードを更に向上させることが可能となる。
Figure 2012093737
式(Y2)中、R、R及びRの各々は、先に一般式(Y1)について説明したものと同義である。
以下、式(Y1)及び(Y2)におけるR乃至Rについて説明する。
、R又はRにおけるアルキル基は、直鎖状であってもよく、分岐鎖状であってもよい。また、これらアルキル基は、置換基を有していてもよい。R又はRにおけるアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、ヘキシル基、2−エチルヘキシル基、オクチル基、及びドデシル基などの炭素数20以下のアルキル基、より好ましくは炭素数8以下のアルキル基、特に好ましくは炭素数3以下のアルキル基が挙げられる。
又はRのシクロアルキル基は、単環式であってもよく、多環式であってもよい。シクロアルキル基としては、例えば、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロへプチル基、アダマンチル基、ジアダマンチル基、テトラシクロデカニル基、及びテトラシクロドデカニル基が挙げられる。シクロアルキル基としては、炭素数3〜20のものが好ましく、炭素数5〜10のものがより好ましい。
とRとが互いに結合して形成し得る環としては、炭素数3〜20のものが好ましく、シクロペンチル基及びシクロヘキシル基などの単環式のものであってもよいし、ノルボニル基、アダマンチル基、テトラシクロデカニル基及びテトラシクロドデカニル基などの多環式のものであってもよい。RとRとが互いに結合して環を形成する場合、Rは炭素数1〜3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い。
及びRの一方は、アダマンチル基であることが好ましい。即ち、構造部位(S1)は、下式により表される構造を有していることが好ましい。なお、下式は、Rがアダマンチル基である場合の構造を示している。
Figure 2012093737
式中、R及びRは、一般式(Y1)及び(Y2)における各々と同義である。
とRとは、互いに結合して環を形成していることも好ましい。この環は、例えば、下式により表される構造を有している。
Figure 2012093737
式中、Rは、一般式(Y1)及び(Y2)におけるRと同義である。
nは、1〜5の整数である。nは、好ましくは、3又は4である。即ち、RとRとが互いに結合して形成される環は、5員環又は6員環であることが好ましい。
構造部位(S1)の具体例を以下に示す。
Figure 2012093737
Figure 2012093737
構造部位(S2)がラクトン構造を含んでいる場合、このラクトン構造は、好ましくは5〜7員環ラクトン構造である。また、この5〜7員環ラクトン構造に、ビシクロ構造又はスピロ構造を形成する形で、他の環構造が縮環していてもよい。
ラクトン構造としては、例えば、下記一般式(LC1−1)〜(LC1−17)で表される構造が挙げられる。これらのうち、(LC1−1)、(LC1−4)、(LC1−5)、(LC1−6)、(LC1−13)又は(LC1−14)で表される構造がより好ましく、(LC1−4)又は(LC1−5)により表される構造が特に好ましい。
Figure 2012093737
上記ラクトン構造は、構造部位(S1)以外の置換基を更に有していてもよい。好ましい置換基としては、例えば、炭素数1〜8のアルキル基、炭素数3〜7のシクロアルキル基、炭素数1〜8のアルコキシ基、炭素数1〜8のアルコキシカルボニル基、カルボキシ基、ハロゲン原子、水酸基、及びシアノ基が挙げられる。
なお、ラクトン構造を備えた繰り返し単位には、通常は光学異性体が存在するが、何れの光学異性体を用いてもよい。また、1種の光学異性体を単独で用いても、複数の光学異性体を混合して用いてもよい。1種の光学異性体を主に用いる場合、その光学純度が90%ee以上のものが好ましく、95%ee以上のものがより好ましい。
繰り返し単位(A)は、下記一般式 (1α)により表される構造を備えていることが好ましい。
Figure 2012093737
式中、Rは、k≧2の場合には各々独立に、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。k≧2の場合、前記Rの少なくとも2つが互いに結合して、環を形成していてもよい。
Xは、アルキレン基、酸素原子又は硫黄原子を表す。
Yは、m≧2の場合には各々独立に、先に説明した構造単位(S1)を表す。
kは、0〜5の整数を表す。
mは、m+k≦6なる関係を満たす1〜5の整数を表す。
は、上述した通り、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。これらアルキル基又はシクロアルキル基は、置換基を更に有していてもよい。
のアルキル基としては、炭素数が1〜30であることが好ましく、炭素数が1〜15であることがより好ましい。Rのアルキル基は、直鎖状であってもよく、分岐鎖状であってもよい。
直鎖アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−オクチル基、n−ドデシル基、n−テトラデシル基及びn−オクタデシル基が挙げられる。
分岐鎖アルキル基としては、例えば、イソプロピル基、イソブチル基、t−ブチル基、ネオペンチル基及び2−エチルヘキシル基が挙げられる。
のシクロアルキル基は、単環式であってもよく、多環式であってもよい。また、Rのシクロアルキル基中の炭素原子の一部は、酸素原子等のヘテロ原子によって置換されていてもよい。
のシクロアルキル基は、炭素数が3〜20であることが好ましい。このようなシクロアルキル基としては、例えば、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボルニル基及びアダマンチル基が挙げられる。
のアルキル基又はシクロアルキル基が有し得る置換基としては、例えば、フッ素原子、塩素原子及び臭素原子等のハロゲン原子;メルカプト基;ヒドロキシ基;メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、t−ブトキシ基及びベンジルオキシ基のアルコキシ基;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、t−ブチル基、ペンチル基及びヘキシル基等のアルキル基;シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基及びシクロヘプチル基等のシクロアルキル基;シアノ基;ニトロ基;スルホニル基;シリル基;エステル基;アシル基;ビニル基;及びアリール基が挙げられる。
なお、k≧2の場合、Rの少なくとも2つが互いに結合して、環を形成していてもよい。Rの少なくとも2つが互いに結合することにより形成される基は、好ましくは、シクロアルキレン基である。
Xは、上述した通り、アルキレン基、酸素原子又は硫黄原子を表す。このアルキレン基は、置換基を更に有していてもよい。Xは、アルキレン基又は酸素原子が好ましく、アルキレン基がより好ましい。
Xのアルキレン基としては、炭素数が1又は2のものが好ましい。即ち、Xのアルキレン基は、メチレン基又はエチレン基であることが好ましい。
Xのアルキレン基が有し得る置換基としては、例えば、フッ素原子、塩素原子及び臭素原子等のハロゲン原子;メルカプト基;ヒドロキシ基;メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、t−ブトキシ基及びベンジルオキシ基のアルコキシ基;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、t−ブチル基、ペンチル基及びヘキシル基等のアルキル基;シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基及びシクロヘプチル基等のシクロアルキル基;シアノ基;ニトロ基;スルホニル基;シリル基;エステル基;アシル基;ビニル基;及びアリール基が挙げられる。
Yは、先に説明した構造部位(S1)を表す。構造部位(S1)は、上述した通り、一般式(Y1)又は(Y2)により表されることが好ましい。
kは、上述した通り、0〜5の整数を表す。kは、好ましくは、0〜3の整数である。
mは、上述した通り、m+k≦6なる関係を満たす1〜5の整数を表す。mは、好ましくは1〜3の整数であり、特に好ましくは1である。
なお、上記一般式 (1α)により表される構造において、Yは、ラクトン構造を構成しているエステル基に隣接した2つの炭素原子の少なくとも一方に結合していることが好ましい。特には、Yの少なくとも1つは、上記エステル基のカルボニル炭素のα位に結合していることが好ましい。即ち、上記一般式(1α)により表される構造は、下記一般式 (1β)により表されることが特に好ましい。
Figure 2012093737
一般式(1β)中、R、X、Y、k及びmは、一般式(1α)における各々と同義である。
一般式(1α)により表される構造を備える繰り返し単位(A)は、一態様において、下記一般式(1)により表される構造を備える繰り返し単位であることが好ましい。
Figure 2012093737
一般式(1)中、R2は、n≧2の場合には各々独立に、アルキレン基又はシクロアルキレン基を表す。
Zは、n≧2の場合には各々独立に、単結合、エーテル結合、エステル結合、アミド結合、ウレタン結合又はウレア結合を表す。
nは、0〜5の整数を表す。
、X、Y、k及びmは、一般式(1α)における各基と同義であり、それぞれの好ましい例も同様である。
は、上述した通り、アルキレン基又はシクロアルキレン基である。Rは、好ましくは、アルキレン基である。これらアルキレン基又はシクロアルキレン基は、置換基を更に有していてもよい。
2のアルキレン基としては、炭素数が1〜10のものが好ましく、炭素数が1〜5のものがより好ましい。このようなアルキレン基としては、例えば、メチレン基、エチレン基及びプロピレン基が挙げられる。
のシクロアルキレン基としては、炭素数が3〜20のものが好ましい。このようなシクロアルキレン基としては、例えば、シクロヘキシレン基、シクロペンチレン基、ノルボルニレン基、及びアダマンチレン基が挙げられる。
アルキレン基又はシクロアルキレン基が有し得る置換基としては、例えば、フッ素原子、塩素原子及び臭素原子等のハロゲン原子;メルカプト基;ヒドロキシ基;メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、t−ブトキシ基及びベンジルオキシ基のアルコキシ基;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、t−ブチル基、ペンチル基及びヘキシル基等のアルキル基;シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基及びシクロヘプチル基等のシクロアルキル基;シアノ基;ニトロ基;スルホニル基;シリル基;エステル基;アシル基;ビニル基;及びアリール基が挙げられる。
Zは、上述した通り、単結合、エーテル結合、エステル結合、アミド結合、ウレタン結合又はウレア結合を表す。Zは、より好ましくは、単結合、エーテル結合、エステル結合であり、特に好ましくは、エステル結合である。なお、Zは、ノルボルナン骨格のエンド側及びエキソ側の何れに位置していてもよい。
nは、上述した通り、0〜5の整数を表す。nは、好ましくは、0〜2の整数である。
nは、0であってもよく、1〜5の整数であってもよい。前者の場合、樹脂のガラス転移温度(Tg)が高くなり、例えば、露光ラチチュードを更に向上させることが可能となる。後者の場合、樹脂の現像液に対する溶解性を更に向上させることが可能となる。
繰り返し単位(A)は、好ましくは、下記一般式(PL−1)により表される繰り返し単位である。
Figure 2012093737
一般式(PL−1)中、
11は、各々独立に、水素原子、アルキル基又はハロゲン原子を表す。
12は、n≧2の場合には各々独立に、アルキレン基又はシクロアルキレン基を表す。
は、単結合、アルキレン基、アルケニレン基、シクロアルキレン基、2価の芳香環基、又はこれらの2以上を組み合わせた基を表す。上記組み合わせた基において、組み合わされる2以上の基は、互いに同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。また、上記2以上の基は、−O−、−S−、−CO−、−SO−、−NR−(Rは水素原子又はアルキル基)、2価の窒素含有非芳香族複素環基、及びこれらを組み合わせた基からなる群より選択される連結基を介して連結されていてもよい。
は、k≧2の場合には各々独立に、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。k≧2の場合、前記Rの少なくとも2つが互いに結合して、環を形成していてもよい。
Xは、アルキレン基、酸素原子又は硫黄原子を表す。
Yは、m≧2の場合には各々独立に、上記構造部位(S1)を表す。
11及びZ12は、各々独立に、単結合、−O−、−S−、−CO−、−SO−、−NR−(Rは水素原子若しくはアルキル基)、2価の窒素含有非芳香族複素環基、又は、これらを組み合わせた基を表す。
13は、n≧2の場合には各々独立に、単結合、−O−、−S−、−CO−、−SO−、−NR−(Rは水素原子若しくはアルキル基)、2価の窒素含有非芳香族複素環基、又は、これらを組み合わせた基を表す。
kは、0〜5の整数を表す。
mは、m+k≦6なる関係を満たす1〜5の整数を表す。
nは、0〜5の整数を表す。
一般式(PL−1)中のR11におけるアルキル基としては、炭素数が1〜5のものが好ましく、メチル基が特に好ましい。R11のアルキル基は、置換基を更に有していてもよい。この置換基としては、例えば、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、並びに、メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、t−ブトキシ基及びベンジルオキシ基等のアルコキシ基が挙げられる。R11は、水素原子又はアルキル基であることが好ましく、水素原子、メチル基、ヒドロキシメチル基又はトリフルオロメチル基であることがより好ましい。
一般式(PL−1)中のR12におけるアルキレン基又はシクロアルキレン基としては、例えば、一般式(1)におけるRについて説明したのと同様のものが挙げられる。
一般式(PL−1)中のLにおけるアルキレン基は、直鎖状であってもよく、分岐鎖状であってもよい。このアルキレン基としては、好ましくは、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ヘキシレン基及びオクチレン基などの炭素数1〜8のものが挙げられる。Lにおけるアルキレン基は、炭素数1〜6のアルキレン基であることがより好ましく、炭素数1〜4のアルキレン基であることが特に好ましい。
におけるアルケニレン基としては、上で説明したアルキレン基の任意の位置に二重結合を有する基が挙げられる。
におけるシクロアルキレン基は、単環式であってもよく、多環式であってもよい。このシクロアルキレン基としては、好ましくは、シクロブチレン基、シクロペンチレン基、シクロヘキシレン基、ノルボルナニレン基、アダマンチレン基及びジアマンタニレン基などの炭素数3〜17のものが挙げられる。Lにおけるシクロアルキレン基は、炭素数5〜12のシクロアルキレン基であることがより好ましく、炭素数6〜10のシクロアルキレン基であることが特に好ましい。
における2価の芳香環基としては、フェニレン基、トリレン基及びナフチレン基などの炭素数6〜14のアリーレン基、又は、チオフェン、フラン、ピロール、ベンゾチオフェン、ベンゾフラン、ベンゾピロール、トリアジン、イミダゾール、ベンゾイミダゾール、トリアゾール、チアジアゾール及びチアゾールなどのヘテロ環を含んだ2価の芳香環基が挙げられる。これら2価の芳香環基は、置換基を有していてもよい。
としては、単結合、シクロアルキレン基、シクロアルキレン基とアルキレン基とを組み合わせた基、2価の芳香環基、又は、2価の芳香環基とアルキレン基とを組み合わせた基が好ましく、単結合、シクロアルキレン基又は2価の芳香環基がより好ましく、単結合又はシクロアルキレン基が特に好ましい。
11、Z12及びZ13としての−NR−において、Rにより表されるアルキル基は、直鎖状であってもよく、分岐鎖状であってもよい。また、このアルキル基は、置換基を有していてもよい。Rとしては、水素原子、メチル基又はエチル基が特に好ましい。
また、2価の窒素含有非芳香族複素環基とは、少なくとも1個の窒素原子を有する、好ましくは3〜8員の非芳香族複素環基を意味する。具体的には、例えば、先にZ21について挙げたのと同様の2価の連結基が挙げられる。
11としては、単結合、−COO−、−OCO−、−SO−、−CONR−、又は、−CO−と2価の窒素含有非芳香族複素環基とを組み合わせた基が好ましく、単結合、−COO−、−CONR−、又は、−CO−と2価の窒素含有非芳香族複素環基とを組み合わせた基がより好ましく、−COO−又は−CONR−が特に好ましい。
12及びZ13としては、単結合、−O−、−OCO−、−COO−、−OSO−、−CONR−、又は−NRCO−が好ましく、単結合、−O−、−OCO−、−COO−又は−CONR−がより好ましく、単結合、−O−、−OCO−又は−COO−が特に好ましい。
X、R、Y、k、m及びnは、先に一般式(1)において説明した各々と同義であり、それぞれの好ましい例も同様である。
繰り返し単位(A)は、より好ましくは、下記一般式(2)により表される繰り返し単位である。
Figure 2012093737
一般式(2)中、
は、水素原子、アルキル基又はハロゲン原子を表す。
、R、X、Y、Z、k、m及びnは、一般式(1)における各々と同義である。
のアルキル基としては、炭素数が1〜5のものが好ましく、メチル基が特に好ましい。Rのアルキル基は、置換基を更に有していてもよい。この置換基としては、例えば、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、並びに、メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、t−ブトキシ基及びベンジルオキシ基等のアルコキシ基が挙げられる。Rは、水素原子又はアルキル基であることが好ましく、水素原子、メチル基、ヒドロキシメチル基又はトリフルオロメチル基であることがより好ましい。
繰り返し単位(A)は、下記一般式(2A)により表されることがより好ましい。このような構成を採用すると、例えば、ラクトンの加水分解性を更に向上させることが可能となる。
Figure 2012093737
一般式(2A)中、R、R、R、X、Y、Z、k及びnは、一般式(2)における各々と同義である。
繰り返し単位(A)は、下記一般式(PL−2)により表されることが更に好ましい。このような構成を採用すると、樹脂のアルカリ溶解性が大きくなり、例えば、ラフネス特性を更に向上させることができる。
Figure 2012093737
一般式(PL−2)中、
1aは、水素原子又はアルキル基を表す。
、X、k及びnは、一般式(1)における各々と同義である。
lは、1〜5の整数を表す。lは、1であることが好ましい。
21、L、R、R及びRは、式(Y1)における各々と同義である。
1aは、上述した通り、水素原子又はアルキル基を表す。R1aのアルキル基としては、炭素数が1〜5のものが好ましく、メチル基が特に好ましい。R1aのアルキル基は、置換基を更に有していてもよい。この置換基としては、例えば、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、並びに、メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、t−ブトキシ基及びベンジルオキシ基等のアルコキシ基が挙げられる。R1aは、好ましくは、水素原子、メチル基、ヒドロキシメチル基又はトリフルオロメチル基である。
繰り返し単位(A)は、下記一般式(3)により表されることが特に好ましい。即ち、一般式(PL−2)において、Z21及びLの双方が単結合であることが特に好ましい。このような構成を採用すると、樹脂のアルカリ溶解性及びガラス転移温度(Tg)が高くなり、例えば、露光ラチチュード及びラフネス特性を更に向上させることができる。
Figure 2012093737
一般式(3)中、
1a及びlは、一般式(PL−2)におけるものと同義である。
、X、k及びnは、一般式(1)における各々と同義である。
乃至Rは、式(Y2)における各々と同義である。
nが1〜5の整数である場合、lは1であることが好ましい。
樹脂(P)は、例えば、下記一般式(3M)により表される化合物を重合させるか、又は、この化合物と他の単量体とを共重合させることにより得られる。
Figure 2012093737
一般式(3M)中、R1a、R、R、R、R、X、k、l及びnは、一般式(3)における各々と同義である。
一般式(3M)により表される化合物は、例えば、以下のスキームにより合成できる。
Figure 2012093737
まず、上式により表されるシアノラクトンを加水分解することにより、シアノ基をカルボキシ基に変換する。これにより、一般式(3M−1)により表されるカルボン酸を得る。
次に、一般式(3M−1)により表されるカルボン酸とアルコールとを反応させることにより、一般式(3M−2)により表される化合物を得る。
この反応は、例えば、溶媒中、一般式(3M−1)により表されるカルボン酸と、アルコールと、塩基と、縮合剤とを順次又は同時に加えることにより行う。この際、必要に応じて、反応系を冷却又は加熱してもよい。
この反応の溶媒としては、例えば、テトラヒドロフラン、クロロホルム、ジクロロエタン、酢酸エチル及びアセトニトリルが挙げられる。塩基としては、例えば、4-ジメチルアミノピリジンが挙げられる。縮合剤としては、例えば、N,N'-ジシクロヘキシルカルボジイミド、1-エチル-3-(3-ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド塩酸塩、N,N'-ジイソプロピルカルボジイミド、N-(tert-ブチル)-N'-エチルカルボジイミド、及び、N,N'-ジ(ter-ブチル) カルボジイミドが挙げられる。
続いて、一般式(3M−2)により表されるアルコールと重合性部位とを反応させることにより、一般式(3M−3)により表されるエステルを得る。この重合性部位は、公知の方法により容易に導入できる。
例えば、重合性部位がメタクリル酸クロリド及びノルボルネンカルボン酸クロリド等の酸クロリドである場合、上記の反応は、例えば、以下のようにして行う。即ち、上記の反応は、例えば、溶媒中、一般式(3M−2)により表されるアルコールと、上記の酸クロリドと、塩基とを順次又は同時に加えることにより行う。この際、必要に応じて、反応系を冷却又は加熱してもよい。
この反応の溶媒としては、例えば、テトラヒドロフラン、アセトニトリル、酢酸エチル、ジイソプロピルエーテル及びメチルエチルケトンが挙げられる。塩基としては、例えば、トリエチルアミン、ピリジン、及び4-ジメチルアミノピリジンが挙げられる。
或いは、重合性部位がメタクリル酸及びノルボルネンカルボン酸等のカルボン酸である場合、上記の反応は、例えば、以下のようにして行う。即ち、上記の反応は、例えば、溶媒中、一般式(3M−2)により表されるアルコールと、上記のカルボン酸と、無機酸及び/又は有機酸とを混合して加熱することにより行う。この反応は、反応により生じる水を系外に除きながら行ってもよい。
この反応の溶媒としては、例えば、トルエン及びヘキサンが挙げられる。無機酸としては、例えば、塩酸、硫酸、硝酸及び過塩素酸が挙げられる。有機酸としては、例えば、p-トルエンスルホン酸及びベンゼンスルホン酸が挙げられる。
次いで、一般式(3M−3)により表されるエステルを加水分解する。このようにして、一般式(3M−4)により表されるカルボン酸が得られる。
この加水分解反応は、例えば、溶媒中、一般式(3M−3)により表されるエステルと塩基とを順次又は同時に加えることにより行う。この際、必要に応じて、反応系を冷却又は加熱してもよい。
この反応の溶媒としては、例えば、アセトン、テトラヒドロフラン、アセトニトリル及び水が挙げられる。塩基としては、例えば、水酸化ナトリウム及び炭酸カリウムが挙げられる。
その後、一般式(3M−4)により表されるカルボン酸の酸部位を酸クロリドに変換させて、一般式(3M−5)により表される酸クロリドを得る。この反応は、例えば、一般式(3M−4)により表されるカルボン酸と、塩化チオニルとを順次又は同時に加えることにより行う。この際、必要に応じて、反応系を冷却又は加熱してもよい。また、ベンゼン及びジクロロメタン等の溶媒、及び/又は、ジメチルホルムアミド、ヘキサメチルリン酸トリアミド及びピリジン等の触媒を更に加えてもよい。
最後に、一般式(3M−5)により表される酸クロリドと対応するアルコールとを反応させて、一般式(3M)により表される化合物を得る。この酸クロリドとアルコールとの反応は、先に説明した一般式(3M−3)により表される化合物の合成と同様にして行うことができる。
樹脂(P)は、下記一般式(PL−2M)により表される化合物を重合させるか、又は、この化合物と他の単量体とを共重合させることにより製造してもよい。この化合物は、例えば、先に一般式(3M)により表される化合物について説明したのと同様の方法により合成することができる。
Figure 2012093737
一般式(PL−2M)中、R1a、R、X、k、l、n、Z21、L、R、R及びRは、一般式(PL−2)における各々と同義である。
繰り返し単位(A)の含有率は、樹脂(P)中の全繰り返し単位に対し、5〜95mol%であることが好ましく、15〜85mol%であることがより好ましく、25〜75mol%であることが更に好ましい。
一般式(1α)により表されるラクトン構造を備えた繰り返し単位(A)としては、例えば、一般式(1)により表される構造を備えた(メタ)アクリル酸エステル誘導体、(メタ)アクリルアミド誘導体、ビニルエーテル誘導体、オレフィン誘導体、及びスチレン誘導体が挙げられる。この繰り返し単位(A)は、好ましくは、一般式(1α)により表される構造を備えた(メタ)アクリル酸エステル誘導体からなる繰り返し単位である。
以下に、繰り返し単位(A)の具体例を挙げる。下記具体例中、Rは、水素原子、置換基を有していてもよいアルキル基、又はハロゲン原子を表す。Rは、好ましくは、水素原子、メチル基、ヒドロキシメチル基、トリフルオロメチル基又はハロゲン原子である。
Figure 2012093737
Figure 2012093737
Figure 2012093737
Figure 2012093737
〔繰り返し単位(B)〕
樹脂(P)は、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する繰り返し単位(B)を備える。
繰り返し単位(B)は、下記一般式(B1)、(B2)及び(B3)で表される繰り返し単位からなる群より選択される少なくとも1つであることが好ましい。これらのうち、下記一般式(B1)又は(B3)により表される繰り返し単位がより好ましく、下記一般式(B1)により表される繰り返し単位が特に好ましい。
Figure 2012093737
式中、Aは、活性光線又は放射線の照射により分解して酸アニオンを発生する構造部位を表す。
04、R05及びR07〜R09は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。
06は、シアノ基、カルボキシ基、−CO−OR25又は−CO−N(R26)(R27)を表す。R25は、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アリール基又はアラルキル基を表す。R26とR27とは、互いに結合して、窒素原子と共に環を形成していてもよい。R26及びR27は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アリール基又はアラルキル基を表す。
〜Xは、各々独立に、単結合、アリーレン基、アルキレン基、シクロアルキレン基、−O−、−SO−、−CO−、−N(R33)−又はこれらの複数を組み合わせた2価の連結基を表す。R33は、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アリール基又はアラルキル基を表す。
04、R05及びR07〜R09のアルキル基としては、炭素数が20以下のものが好ましく、炭素数が8以下のものがより好ましい。このようなアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、ヘキシル基、2−エチルヘキシル基、オクチル基、及びドデシル基が挙げられる。なお、これらアルキル基は、置換基を更に有していてもよい。
04、R05及びR07〜R09のシクロアルキル基は、単環型であっても、多環型であってもよい。このシクロアルキル基としては、炭素数が3〜8のものが好ましい。このようなシクロアルキル基としては、例えば、シクロプロピル基、シクロペンチル基及びシクロヘキシル基が挙げられる。
04、R05及びR07〜R09の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。これらのうち、フッ素原子が特に好ましい。
04、R05及びR07〜R09のアルコキシカルボニル基に含まれるアルキル基としては、例えば、先にR04、R05及びR07〜R09のアルキル基として挙げたものが好ましい。
25〜R27及びR33のアルキル基としては、例えば、先にR04、R05及びR07〜R09のアルキル基として挙げたものが好ましい。
25〜R27及びR33のシクロアルキル基としては、例えば、先にR04、R05及びR07〜R09のシクロアルキル基として挙げたものが好ましい。
25〜R27及びR33のアルケニル基としては、炭素数が2〜6のものが好ましい。このようなアルケニル基としては、例えば、ビニル基、プロペニル基、アリル基、ブテニル基、ペンテニル基及びヘキセニル基が挙げられる。
25〜R27及びR33のシクロアルケニル基としては、炭素数が3〜6のものが好ましい。このようなシクロアルケニル基としては、例えば、シクロヘキセニル基が挙げられる。
25〜R27及びR33のアリール基は、単環の芳香族基であってもよく、多環の芳香族基であってもよい。このアリール基としては、炭素数が6〜14のものが好ましい。このアリール基は、置換基を更に有していてもよい。また、アリール基同士が互いに結合して、複環を形成していてもよい。R25〜R27及びR33のアリール基としては、例えば、フェニル基、トリル基、クロロフェニル基、メトキシフェニル基及びナフチル基が挙げられる。
25〜R27及びR33のアラルキル基としては、炭素数が7〜15のものが好ましい。このアラルキル基は、置換基を更に有していてもよい。R25〜R27及びR33のアラルキル基としては、例えば、ベンジル基、フェネチル基及びクミル基が挙げられる。
26とR27とが互いに結合して窒素原子と共に形成する環としては、5〜8員環が好ましく、具体的には、例えば、ピロリジン、ピペリジン及びピペラジンが挙げられる。
〜Xのアリーレン基としては、炭素数が6〜14のものが好ましい。このようなアリーレン基としては、例えば、フェニレン基、トリレン基及びナフチレン基が挙げられる。これらアリーレン基は、置換基を更に有していてもよい。
〜Xのアルキレン基としては、炭素数が1〜8のものが好ましい。このようなアルキレン基としては、例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ヘキシレン基及びオクチレン基が挙げられる。これらアルキレン基は、置換基を更に有していてもよい。
〜Xのシクロアルキレン基としては、炭素数が5〜8のものが好ましい。このようなシクロアルキレン基としては、例えば、シクロペンチレン基及びシクロヘキシレン基が挙げられる。これらシクロアルキレン基は、置換基を更に有していてもよい。
上記一般式(B1)〜(B3)における各基が有し得る好ましい置換基としては、例えば、水酸基;ハロゲン原子(フッ素、塩素、臭素、ヨウ素);ニトロ基;シアノ基;アミド基;スルホンアミド基;先にR04、R05及びR07〜R09として挙げたアルキル基;メトキシ基、エトキシ基、ヒドロキシエトキシ基、プロポキシ基、ヒドロキシプロポキシ基、及びブトキシ基等のアルコキシ基;メトキシカルボニル基及びエトキシカルボニル基等のアルコキシカルボニル基;ホルミル基、アセチル基及びベンゾイル基等のアシル基;アセトキシ基及びブチリルオキシ基等のアシロキシ基、並びにカルボキシ基が挙げられる。これら置換基は、炭素数が8以下であることが好ましい。
Aは、活性光線又は放射線の照射により分解して酸アニオンを発生する構造部位を表し、具体的には、光カチオン重合の光開始剤、光ラジカル重合の光開始剤、色素類の光消色剤、光変色剤、及びマイクロレジスト等に使用されている公知の光により酸を発生する化合物が有する構造部位が挙げられる。
Aとしては、スルホニウム塩構造又はヨードニウム塩構造を備えたイオン性構造部位がより好ましい。より具体的には、Aとして、下記一般式(ZI)又は(ZII)で表される基が好ましい。
Figure 2012093737
一般式(ZI)中、
201、R202及びR203は、各々独立に、有機基を表す。
201、R202及びR203としての有機基の炭素数は、一般的には1〜30であり、好ましくは1〜20である。また、R201〜R203のうち2つが結合して環構造を形成してもよく、環内に酸素原子、硫黄原子、エステル結合、アミド結合、カルボニル基を含んでいてもよい。R201〜R203の内の2つが結合して形成する基としては、例えば、ブチレン基及びペンチレン基等のアルキレン基が挙げられる。
は、活性光線又は放射線の照射により分解して発生する酸アニオンを表す。Zは、非求核性アニオンであることが好ましい。非求核性アニオンとしては、例えば、スルホン酸アニオン、カルボン酸アニオン、スルホニルイミドアニオン、ビス(アルキルスルホニル)イミドアニオン、及びトリス(アルキルスルホニル)メチルアニオンが挙げられる。
なお、非求核性アニオンとは、求核反応を起こす能力が著しく低いアニオンを意味している。非求核性アニオンを用いると、分子内求核反応による経時分解を抑制することができる。これにより樹脂及び組成物の経時安定性を向上させることが可能となる。
201、R202及びR203の有機基としては、例えば、後述する(ZI−1)、(ZI−2)、(ZI−3)で表される基における対応する基が挙げられる。
更に好ましい(ZI)で表される基として、以下に説明する(ZI−1)基、(ZI−2)基、(ZI−3)基及び(ZI−4)基を挙げることができる。
(ZI−1)基は、上記一般式(ZI)におけるR201〜R203の少なくとも1つがアリール基である、アリールスルホニウムをカチオンとする基である。
201〜R203の全てがアリール基でもよいし、R201〜R203の一部がアリール基で、残りがアルキル基又はシクロアルキル基でもよい。
(ZI−1)基としては、例えば、トリアリールスルホニウム、ジアリールアルキルスルホニウム、アリールジアルキルスルホニウム、ジアリールシクロアルキルスルホニウム、及びアリールジシクロアルキルスルホニウムのそれぞれに相当する基が挙げられる。
アリールスルホニウムにおけるアリール基としては、フェニル基又はナフチル基が好ましく、フェニル基がより好ましい。アリール基は、酸素原子、窒素原子及び硫黄原子等のヘテロ原子を含んだ複素環構造を有していてもよい。この複素環構造としては、例えば、ピロール、フラン、チオフェン、インドール、ベンゾフラン及びベンゾチオフェンが挙げられる。アリールスルホニウムが2つ以上のアリール基を有する場合、これらアリール基は、互いに同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。
アリールスルホニウムが必要に応じて有しているアルキル基又はシクロアルキル基は、炭素数1〜15の直鎖若しくは分岐アルキル基、又は、炭素数3〜15のシクロアルキル基が好ましい。このようなアルキル基又はシクロアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、シクロプロピル基、シクロブチル基及びシクロヘキシル基が挙げられる。
201〜R203のアリール基、アルキル基又はシクロアルキル基は、アルキル基(例えば炭素数1〜15)、シクロアルキル基(例えば炭素数3〜15)、アリール基(例えば炭素数6〜14)、アルコキシ基(例えば炭素数1〜15)、ハロゲン原子、水酸基又はフェニルチオ基を置換基として有してもよい。
好ましい置換基としては、例えば、炭素数1〜12の直鎖又は分岐アルキル基、炭素数3〜12のシクロアルキル基、及び、炭素数1〜12の直鎖、分岐又は環状のアルコキシ基が挙げられる。より好ましい置換基としては、例えば、炭素数1〜4のアルキル基、及び、炭素数1〜4のアルコキシ基が挙げられる。置換基は、3つのR201〜R203のうちの何れか1つに置換していてもよいし、これらの2つ以上に置換していてもよい。また、R201〜R203がフェニル基の場合、これら置換基は、フェニル基のp−位に置換していることが好ましい。
次に、(ZI−2)基について説明する。
(ZI−2)基は、一般式(ZI)におけるR201〜R203が、各々独立に、芳香環を有さない有機基を表す基である。ここで、芳香環には、ヘテロ原子を含んだ複素環も含まれる。
201〜R203としての芳香環を含有しない有機基は、炭素数が一般的には1〜30であり、好ましくは1〜20である。
201〜R203は、各々独立に、好ましくは、アルキル基、シクロアルキル基、アリル基、又はビニル基であり、より好ましくは、直鎖若しくは分岐鎖の2−オキソアルキル基、2−オキソシクロアルキル基又はアルコキシカルボニルメチル基であり、更に好ましくは、直鎖又は分岐鎖の2−オキソアルキル基である。
201〜R203のアルキル基及びシクロアルキル基としては、好ましくは、炭素数1〜10の直鎖又は分岐アルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基若しくはペンチル基)、及び、炭素数3〜10のシクロアルキル基(例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基若しくはノルボニル基)が挙げられる。このアルキル基としては、より好ましくは、2−オキソアルキル基及びアルコキシカルボニルメチル基が挙げられる。シクロアルキル基としては、より好ましくは、2−オキソシクロアルキル基が挙げられる。
2−オキソアルキル基は、直鎖状であってもよく、分岐鎖状であってもよい。2−オキソアルキル基としては、好ましくは、上記のアルキル基の2位に>C=Oを有する基が挙げられる。2−オキソシクロアルキル基としては、好ましくは、上記のシクロアルキル基の2位に>C=Oを有する基が挙げられる。
アルコキシカルボニルメチル基におけるアルコキシ基としては、好ましくは、炭素数1〜5のアルコキシ基(例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基又はペントキシ基)が挙げられる。
201〜R203は、例えば、ハロゲン原子、アルコキシ基(例えば炭素数1〜5)、水酸基、シアノ基又はニトロ基によって更に置換されていてもよい。
次いで、(ZI−3)基について説明する。
(ZI−3)基とは、以下の一般式(ZI−3)で表される基であり、フェナシルスルフォニウム塩構造を有する基である。
Figure 2012093737
一般式(ZI−3)中、R1c〜R5cは、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基又はハロゲン原子を表す。
6c及びR7cは、各々独立に、水素原子、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。
及びRは、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基、アリル基又はビニル基を表す。
1c〜R5cのうちの2以上、R6c及びR7c、並びに、R及びRは、それぞれ、互いに結合して、環構造を形成していてもよい。この環構造は、酸素原子、硫黄原子、エステル結合及び/又はアミド結合を含んでいてもよい。これらが互いに結合して形成する基としては、例えば、ブチレン基及びペンチレン基が挙げられる。
Zcは、非求核性アニオンを表し、例えば、一般式(ZI)におけるZと同様のものが挙げられる。
一般式(ZI−3)のカチオン部の具体的構造としては、特開2004−233661号公報の段落0047及び0048、並びに、特開2003−35948号公報の段落0040〜0046に例示されている酸発生剤のカチオン部の構造を参照されたい。
続いて、(ZI−4)基について説明する。
(ZI−4)基とは、以下の一般式(ZI−4)により表される基である。この基は、アウトガスの抑制に有効である。
Figure 2012093737
一般式(ZI−4)中、R〜R13は、各々独立に、水素原子又は置換基を表す。R〜R13のうち少なくとも1つは、アルコール性水酸基を含む置換基であることが好ましい。なお、ここで「アルコール性水酸基」とは、アルキル基の炭素原子に結合した水酸基を意味している。
Zは、単結合又は2価の連結基である。
Zcは、非求核性アニオンを表し、例えば、一般式(ZI)におけるZと同様のものが挙げられる。
〜R13がアルコール性水酸基を含む置換基である場合、R〜R13は−(W−Y)により表される基であることが好ましい。ここで、Yは水酸基で置換されたアルキル基であり、Wは単結合又は2価の連結基である。
Yにより表されるアルキル基の好ましい例としては、エチル基、プロピル基及びイソプロピル基が挙げられる。Yは、特に好ましくは、−CHCHOHにより表される構造を含んでいる。
Wにより表される2価の連結基としては、特に制限は無いが、好ましくは単結合、アルコキシ基、アシルオキシ基、アシルアミノ基、アルキル及びアリールスルホニルアミノ基、アルキルチオ基、アルキルスルホニル基、アシル基、アルコキシカルボニル基又はカルバモイル基における任意の水素原子を単結合で置き換えた2価の基であり、更に好ましくは、単結合、アシルオキシ基、アルキルスルホニル基、アシル基又はアルコキシカルボニル基における任意の水素原子を単結合で置き換えた2価の基である。
〜R13がアルコール性水酸基を含む置換基である場合、含まれる炭素数は、好ましくは2〜10であり、更に好ましくは2〜6であり、特に好ましくは2〜4である。
〜R13としてのアルコール性水酸基を含む置換基は、アルコール性水酸基を2つ以上有していてもよい。R〜R13としてのアルコール性水酸基を含む置換基の有するアルコール性水酸基の数は、1〜6であり、好ましくは1〜3であり、更に好ましくは1である。
(ZI−4)基が含んでいるアルコール性水酸基の数は、R〜R13すべて合わせて1〜10であり、好ましくは1〜6であり、更に好ましくは1〜3である。
〜R13がアルコール性水酸基を含有しない場合、R〜R13は、好ましくは、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、シクロアルキル基、シアノ基、アルコキシ基、アシルオキシ基、アシルアミノ基、アミノカルボニルアミノ基、アルコキシカルボニルアミノ基、アルキル及びアリールスルホニルアミノ基、アルキルチオ基、スルファモイル基、アルキル及びアリールスルホニル基、アルコキシカルボニル基又はカルバモイル基である。
〜R13がアルコール性水酸基を含有しない場合、R〜R13は、特に好ましくは水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子又はアルコキシ基である。
〜R13のうちの隣接する2つが互いに結合して、環構造を形成してもよい。この環構造には、芳香族及び非芳香族の炭化水素環並びに複素環が含まれる。これら環構造は、更に組み合わされて、縮合環を形成していてもよい。
(ZI−4)基は、好ましくは、R〜R13のうち少なくとも1つがアルコール性水酸基を含んだ構造を有しており、更に好ましくは、R〜R13のうち少なくとも1つがアルコール性水酸基を含んだ構造を有している。
Zは、上述したように、単結合又は2価の連結基を表している。この2価の連結基としては、例えば、アルキレン基、アリーレン基、カルボニル基、スルホニル基、カルボニルオキシ基、カルボニルアミノ基、スルホニルアミド基、エーテル結合、チオエーテル結合、アミノ基、ジスルフィド基、アシル基、アルキルスルホニル基、−CH=CH−、アミ
ノカルボニルアミノ基及びアミノスルホニルアミノ基が挙げられる。
この2価の連結基は、置換基を有していてもよい。これらの置換基としては、例えば、先にR〜R13について列挙したのと同様のものが挙げられる。
Zは、好ましくは、単結合、エーテル結合又はチオエーテル結合であり、特に好ましくは、単結合である。
次に、一般式(ZII)について説明する。
一般式(ZII)中、R204及びR205は、各々独立に、アリール基、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。
204及びR205のアリール基、アルキル基、シクロアルキル基の具体例及び好ましい態様等は、前述の化合物(ZI−1)におけるR201〜R203について説明したものと同様である。
204及びR205のアリール基、アルキル基、シクロアルキル基は、置換基を有していてもよい。この置換基としても、前述の化合物(ZI−1)におけるR201〜R203について説明したものと同様のものが挙げられる。
は、活性光線又は放射線の照射により分解して発生する酸アニオンを示し、非求核性アニオンが好ましく、例えば、一般式(ZI)におけるZと同様のものが挙げられる。
Aの好ましい他の例としては、下記一般式(ZCI)又は(ZCII)で表される基も挙げられる。
Figure 2012093737
上記一般式(ZCI)及び(ZCII)中、
301及びR302は、各々独立に、有機基を表す。この有機基の炭素数は、一般的には1〜30であり、好ましくは1〜20である。R301及びR302は、互いに結合して、環構造を形成していてもよい。この環構造は、環内に酸素原子、硫黄原子、エステル結合、アミド結合及びカルボニル基の少なくとも1つを含んでいてもよい。R301とR302とが互いに結合して形成し得る基としては、ブチレン基及びペンチレン基等のアルキレン基が挙げられる。
301及びR302の有機基としては、例えば、一般式(ZI)におけるR201〜R203の例として挙げたアリール基、アルキル基及びシクロアルキル基が挙げられる。
Mは、プロトンが付加されることにより酸を形成する原子団を表す。より具体的には、後述する「[2]光酸発生剤」の項において説明する、一般式AN1〜AN3の何れかにより表される構造が挙げられる。これらのうち、一般式AN1により表される構造が特に好ましい。
303は有機基を表す。R303としての有機基の炭素数は、一般的に1〜30、好ましくは1〜20である。R303の有機基として具体的には、例えば前記一般式(ZII)におけるR204、R205の具体例として挙げたアリール基、アルキル基、シクロアルキル基等を挙げることができる。
また、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する構造部位としては、例えば、下記光酸発生剤が有しているスルホン酸前駆体となる構造部位を挙げることができる。この光酸発生剤としては、例えば、以下の(1)〜(3)の化合物が挙げられる。
(1)M.TUNOOKA et al.,Polymer Preprints Japan,35(8);G.Berner et al.,J.Rad.Curing,13(4);W.J.Mijs et al.,Coating Technol.,55(697),45(1983);H.Adachi et al.,Polymer Preprints,Japan,37(3);欧州特許第0199,672号、同84515号、同199,672号、同044,115号、同0101,122号、米国特許第618,564号、同4,371,605号、同4,431,774号の各明細書、特開昭64−18143号、特開平2−245756号、及び特開平4−365048号等の各公報に記載のイミノスルフォネ−ト等に代表される光分解してスルホン酸を発生する化合物。
(2)特開昭61−166544号公報等に記載のジスルホン化合物。
(3)V.N.R.Pillai,Synthesis,(1),1(1980);A.Abad et al,Tetrahedron Lett.,(47)4555(1971);D.H.R.Barton et al.,J.Chem.Soc.,(C),329(1970);米国特許第3,779,778号明細書;及び欧州特許第126,712号明細書等に記載の光により酸を発生する化合物。
繰り返し単位(B)は、活性光線又は放射線の照射により酸アニオンへと変換される構造部位を備えていることが好ましい。例えば、上記一般式(B1)〜(B3)におけるAは、活性光線又は放射線の照射により酸アニオンへと変換される構造部位であることが好ましい。
即ち、繰り返し単位(B)は、活性光線又は放射線の照射により樹脂の側鎖に酸アニオンを生じる構造であることがより好ましい。このような構造を採用すると、発生した酸アニオンの拡散が抑制され、解像度及びラフネス特性等を更に向上させることが可能となる。
一般式(B1)における部位−X−A、一般式(B2)における部位−X−A、及び一般式(B3)における部位−X−Aの各々は、下記一般式(L1)、(L2)及び(L3)の何れかにより表されることが好ましい。
−X11−L11−X12−Ar−X13−L12−Z (L1)
−Ar−X21−L21−X22−L22−Z (L2)
−X31−L31−X32−L32−Z (L3)
まず、一般式(L1)により表される部位について説明する。
11は、−O−、−S−、−CO−、−SO−、−NR−(Rは水素原子若しくはアルキル基)、2価の窒素含有非芳香族複素環基、又は、これらを組み合わせた基を表す。
12及びX13は、各々独立に、単結合、−O−、−S−、−CO−、−SO−、−NR−(Rは水素原子若しくはアルキル基)、2価の窒素含有非芳香族複素環基、又は、これらを組み合わせた基を表す。
Rのアルキル基は、直鎖状であってもよく、分岐鎖状であってもよい。また、Rのアルキル基は、置換基を更に有していてもよい。Rとしては、水素原子、メチル基又はエチル基が特に好ましい。
なお、2価の窒素含有非芳香族複素環基とは、少なくとも1個の窒素原子を有する、好ましくは3〜8員の非芳香族複素環基を意味する。
11は、−O−、−CO−、−NR−(Rは水素原子若しくはアルキル基)、又は、これらを組み合わせた基であることがより好ましく、−COO−又は−CONR−(Rは水素原子若しくはアルキル基)であることが特に好ましい。
11は、アルキレン基、アルケニレン基、2価の脂肪族炭化水素環基、又はこれらの2以上を組み合わせた基を表す。上記の組み合わせた基において、組み合わされる2以上の基は、互いに同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。また、これら基は、−O−、−S−、−CO−、−SO−、−NR−(Rは水素原子若しくはアルキル基)、2価の窒素含有非芳香族複素環基、2価の芳香環基、又は、これらを組み合わせた基を介して連結されていてもよい。
11のアルキレン基は、直鎖状であってもよく、分岐鎖状であってもよい。このアルキレン基としては、炭素数が1〜8のものが好ましく、炭素数1〜6のものがより好ましく、炭素数が1〜4のものが更に好ましい。
11のアルケニレン基としては、例えば、上記のアルキレン基の任意の位置に二重結合を備えた基が挙げられる。
11としての2価の脂肪族炭化水素環基は、単環型であってもよく、多環型であってもよい。この2価の脂肪族炭化水素環基としては、炭素数が5〜12のものが好ましく、炭素数が6〜10のものがより好ましい。
連結基としての2価の芳香環基は、アリーレン基であってもよく、ヘテロアリーレン基であってもよい。この芳香環基は、炭素数が6〜14であることが好ましい。この芳香環基は、置換基を更に有していてもよい。
また、連結基としての−NR−及び2価の窒素含有非芳香族複素環基は、例えば、上述したX11における各々と同様である。
11としては、アルキレン基、2価の脂肪族炭化水素環基、又は、−OCO−、−O−若しくは−CONH−を介してアルキレン基と2価の脂肪族炭化水素環基とを組み合わせた基(例えば、−アルキレン基−O−アルキレン基−、−アルキレン基−OCO−アルキレン基−若しくは−2価の脂肪族炭化水素環基−O−アルキレン基−、−アルキレン基−CONH−アルキレン基−)が特に好ましい。
12及びX13における−NR−及び2価の窒素含有非芳香族複素環基としては、上述したX11における各々と同様の具体例が挙げられ、好ましい例も同様である。
12としては、単結合、−S−、−O−、−CO−、−SO−、又はこれらを組み合わせた基がより好ましく、単結合、−S−、−OCO−又は−OSO−が特に好ましい。
13としては、−O−、−CO−、−SO−、又は、これらを組み合わせた基がより好ましく、−OSO−が特に好ましい。
Arは、2価の芳香環基を表す。2価の芳香環基は、アリーレン基であってもよく、ヘテロアリーレン基であってもよい。この2価の芳香環基は、置換基を更に有していてもよい。この置換基としては、例えば、アルキル基、アルコキシ基及びアリール基が挙げられる。
Arとしては、置換基を有していてもよい炭素数6〜18のアリーレン基、又は、炭素数6〜18のアリーレン基と炭素数1〜4のアルキレンとを組み合わせたアラルキレン基がより好ましく、フェニレン基、ナフチレン基、ビフェニレン基、又は、フェニル基で置換されたフェニレン基が特に好ましい。
12は、アルキレン基、アルケニレン基、2価の脂肪族炭化水素環基、2価の芳香環基、又はこれらの2以上を組み合わせた基を表し、これらの基は、水素原子の一部又は全部が、フッ素原子、フッ化アルキル基、ニトロ基、及びシアノ基から選択される置換基で置換されている。上記の組み合わせた基において、組み合わされる2以上の基は、互いに同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。また、これら基は、−O−、−S−、−CO−、−SO−、−NR−(Rは水素原子若しくはアルキル基)、2価の窒素含有非芳香族複素環基、2価の芳香環基、又は、これらを組み合わせた基を介して連結されていてもよい。
12としては、水素原子の一部又は全部が、フッ素原子若しくはフッ化アルキル基(より好ましくはペルフルオロアルキル基)で置換された、アルキレン基、2価の芳香環基、又は、これらを組み合わせた基がより好ましく、水素原子の一部又は全部がフッ素原子で置換された、アルキレン基又は2価の芳香環基が特に好ましい。L12としては、水素原子数の30〜100%がフッ素原子で置換されたアルキレン基又は2価の芳香環基が特に好ましい。
12のアルキレン基は、直鎖状であってもよく、分岐鎖状であってもよい。このアルキレン基は、炭素数が1〜6であることが好ましく、炭素数が1〜4であることがより好ましい。
12のアルケニレン基としては、例えば、上記アルキレン基の任意の位置に二重結合を備えた基が挙げられる。
12の2価の脂肪族炭化水素環基は、単環型であってもよく、多環型であってもよい。この2価の脂肪族炭化水素環基としては、炭素数が3〜17のものが好ましい。
12の2価の芳香環基としては、例えば、先にL11における連結基として説明したのと同様のものが挙げられる。
また、L12における連結基の−NR−及び2価の窒素含有非芳香族複素環基としては、上述したX11における各々と同様の具体例が挙げられ、好ましい例も同様である。
は、活性光線又は放射線の照射によりスルホン酸基となる部位を表し、具体的には、例えば、上記式(ZI)により表される構造が挙げられる。
次に、一般式(L2)により表される部位について説明する。
Arは、2価の芳香環基を表す。2価の芳香環基は、アリーレン基であってもよく、ヘテロアリーレン基であってもよい。これら2価の芳香環基は、炭素数が6〜18であることが好ましい。これら2価の芳香環基は、置換基を更に有していてもよい。
21は、−O−、−S−、−CO−、−SO−、−NR−(Rは水素原子若しくはアルキル基)、2価の窒素含有非芳香族複素環基、又は、これらを組み合わせた基を表す。
21における−NR−及び2価の窒素含有非芳香族複素環基としては、例えば、先にX11について説明したのと同様のものが挙げられる。
21としては、−O−、−S−、−CO−、−SO−、又は、これらを組み合わせた基がより好ましく、−O−、−OCO−又は−OSO−が特に好ましい。
22は、単結合、−O−、−S−、−CO−、−SO−、−NR−(Rは水素原子若しくはアルキル基)、2価の窒素含有非芳香族複素環基、又は、これらを組み合わせた基を表す。X22における−NR−及び2価の窒素含有非芳香族複素環基としては、例えば、先にX11について説明したのと同様のものが挙げられる。
22としては、−O−、−S−、−CO−、−SO−、又は、これらを組み合わせた基がより好ましく、−O−、−OCO−又は−OSO−が特に好ましい。
21は、単結合、アルキレン基、アルケニレン基、2価の脂肪族炭化水素環基、2価の芳香環基、又はこれらの2以上を組み合わせた基を表す。上記の組み合わせた基において、組み合わされる2以上の基は、互いに同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。また、これら基は、−O−、−S−、−CO−、−SO−、−NR−(Rは水素原子若しくはアルキル基)、2価の窒素含有非芳香族複素環基、2価の芳香環基、又は、これらを組み合わせた基を介して連結されていてもよい。
21のアルキレン基、アルケニレン基、及び2価の脂肪族炭化水素環基としては、例えば、先にL11における各々について説明したのと同様のものが挙げられる。
21の2価の芳香環基は、アリーレン基であってもよく、ヘテロアリーレン基であってもよい。この2価の芳香環基は、炭素数が6〜14であることが好ましい。
21における−NR−及び2価の窒素含有非芳香族複素環基としては、例えば、先にX11について説明したのと同様のものが挙げられる。
21としては、単結合、アルキレン基、2価の脂肪族炭化水素環基、2価の芳香環基、これらの2以上を組み合わせた基(例えば、−アルキレン基−2価の芳香環基−若しくは−2価の脂肪族炭化水素環基−アルキレン基−)、又は、−OCO−、−COO−、−O−及び−S−等の連結基を介してこれらの2以上を組み合わせた基(例えば、−アルキレン基−OCO−2価の芳香環基−、−アルキレン基−S−2価の芳香環基−、若しくは、−アルキレン基−O−アルキレン基−2価の芳香環基−)が特に好ましい。
22は、アルキレン基、アルケニレン基、2価の脂肪族炭化水素環基、2価の芳香環基、又はこれらの2以上を組み合わせた基を表し、これらの基は、水素原子の一部又は全部が、フッ素原子、フッ化アルキル基、ニトロ基、及びシアノ基から選択される置換基で置換されていてもよい。上記の組み合わせた基において、組み合わされる2以上の基は、互いに同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。また、これら基は、−O−、−S−、−CO−、−SO−、−NR−(Rは水素原子若しくはアルキル基)、2価の窒素含有非芳香族複素環基、2価の芳香環基、又は、これらを組み合わせた基を介して連結されていてもよい。
22としては、水素原子の一部又は全部が、フッ素原子又はフッ化アルキル基(より好ましくはペルフルオロアルキル基)で置換された、アルキレン基、2価の芳香環基、又はこれらを組み合わせた基がより好ましく、水素原子の一部又は全部がフッ素原子で置換された、アルキレン基又は2価の芳香環基が特に好ましい。
22により表わされるアルキレン基、アルケニレン基、基脂肪族炭化水素環基、2価の芳香環基、及び、これらの2以上を組み合わせた基の具体例としては、一般式(L1)においてL12として先に例示した具体例と同様の基が挙げられる。
また、L22における連結基の−NR−及び2価の窒素含有非芳香族複素環基としては、上述したX11における各々と同様の具体例が挙げられ、好ましい例も同様である。
は、活性光線又は放射線の照射によりスルホン酸基となる部位を表す。Zの具体例としては、先にZについて説明したのと同様のものが挙げられる。
続いて、一般式(L3)により表される部位について説明する。
31及びX32は、各々独立に、単結合、−O−、−S−、−CO−、−SO−、−NR−(Rは水素原子若しくはアルキル基)、2価の窒素含有非芳香族複素環基、又は、これらを組み合わせた基を表す。
31及びX32の各々における−NR−及び2価の窒素含有非芳香族複素環基としては、例えば、先にX11について説明したのと同様のものが挙げられる。
31としては、単結合、−O−、−CO−、−NR−(Rは水素原子若しくはアルキル基)、又は、これらを組み合わせた基がより好ましく、単結合、−COO−又は−CONR−(Rは水素原子若しくはアルキル基)が特に好ましい。
32としては、−O−、−S−、−CO−、−SO−、2価の窒素含有非芳香族複素環基、又は、これらを組み合わせた基がより好ましく、−O−、−OCO−又は−OSO−が特に好ましい。
31は、単結合、アルキレン基、アルケニレン基、2価の脂肪族炭化水素環基、2価の芳香環基、又はこれらの2以上を組み合わせた基を表す。上記の組み合わせた基において、組み合わされる2以上の基は、互いに同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。また、これら基は、−O−、−S−、−CO−、−SO−、−NR−(Rは水素原子若しくはアルキル基)、2価の窒素含有非芳香族複素環基、2価の芳香環基、又は、これらを組み合わせた基を介して連結されていてもよい。
31のアルキレン基、アルケニレン基、2価の脂肪族炭化水素環基、及び2価の芳香環基としては、例えば、先にL21について説明したのと同様のものが挙げられる。
また、L31における連結基の−NR−及び2価の窒素含有非芳香族複素環基としては、上述したX11における各々と同様の具体例が挙げられ、好ましい例も同様である。
32は、アルキレン基、アルケニレン基、2価の脂肪族炭化水素環基、2価の芳香環基、又は、これらの2以上を組み合わせた基を表す。上記の組み合わせた基において、組み合わされる2以上の基は、互いに同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。また、これら基は、−O−、−S−、−CO−、−SO−、−NR−(Rは水素原子若しくはアルキル基)、2価の窒素含有非芳香族複素環基、2価の芳香環基、又は、これらを組み合わせた基を介して連結されていてもよい。
32のアルキレン基、アルケニレン基、2価の脂肪族炭化水素環基、2価の芳香環基、又は、これらの2以上を組み合わせた基は、水素原子の一部又は全部が、フッ素原子、フッ化アルキル基、ニトロ基、及びシアノ基から選択される置換基で置換されていることが好ましい。
32としては、水素原子の一部又は全部が、フッ素原子若しくはフッ化アルキル基(より好ましくはペルフルオロアルキル基)で置換された、アルキレン基、2価の芳香環基、又はこれらを組み合わせた基がより好ましく、水素原子の一部又は全部がフッ素原子で置換された、アルキレン基又は2価の芳香環基が特に好ましい。
32のアルキレン基、アルケニレン基、2価の脂肪族炭化水素環基、2価の芳香環基、及び、これらの2以上を組み合わせた基としては、例えば、先にL12について説明したのと同様のものが挙げられる。L32における連結基の−NR−及び2価の窒素含有非芳香族複素環基としては、上述したX11における各々と同様の具体例が挙げられ、好ましい例も同様である。
また、X21が単結合でありかつL31が芳香環基である場合において、R32がL31の芳香環基と環を形成する場合、R32により表わされるアルキレン基は、炭素数が1〜8であることが好ましく、炭素数が1〜4のものがより好ましく、炭素数が1〜2のものが更に好ましい。
は、活性光線又は放射線の照射により、イミド酸基又はメチド酸基となるオニウム塩を表す。Zにより表わされるオニウム塩としては、スルホニウム塩あるいはヨードニウム塩が好ましく、下記一般式(ZIII)又は(ZIV)により表される構造が好ましい。
Figure 2012093737
一般式(ZIII)及び(ZIV)中、Z、Z、Z、Z、Zは、各々独立に、−CO−又は−SO−を表し、より好ましくは、−SO−である。
Rz、Rz及びRzは、各々独立に、アルキル基、1価の脂肪族炭化水素環基、アリール基、又はアラルキル基を表す。水素原子の一部又は全部がフッ素原子又はフルオロアルキル基(より好ましくはペルフルオロアルキル基)で置換された態様がより好ましい。
Rz、Rz及びRzのアルキル基は、直鎖状であってもよく、分岐鎖状であってもよい。このアルキル基は、炭素数が1〜8であることが好ましく、炭素数が1〜6であることがより好ましく、炭素数が1〜4であることが更に好ましい。
Rz、Rz及びRzの1価の脂肪族炭化水素環基は、炭素数が3〜10であることが好ましく、炭素数が3〜6であることがより好ましい。
Rz、Rz及びRzのアリール基は、炭素数が6〜18であることが好ましく、炭素数が6〜10のアリール基であることがより好ましい。このアリール基としては、フェニル基が特に好ましい。
Rz、Rz及びRzのアラルキル基の好ましい例としては、炭素数1〜8のアルキレン基と上記アリール基とが結合したものが挙げられる。炭素数1〜6のアルキレン基と上記アリール基とが結合してなるアラルキル基がより好ましく、炭素数1〜4のアルキレン基と上記アリール基とが結合してなるアラルキル基が特に好ましい。
は、スルホニウムカチオン又はヨードニウムカチオンを表す。Aの好ましい例としては、一般式(ZI)におけるスルホニウムカチオン又は一般式(ZII)におけるヨードニウムカチオン構造が挙げられる。
繰り返し単位(B)の含有率は、樹脂(P)中の全繰り返し単位に対し、1〜70mol%であることが好ましく、1〜50mol%であることがより好ましく、1〜30mol%であることが更に好ましい。
以下に繰り返し単位(B)の具体例を挙げるが、本発明の範囲は、これらに限定されるものではない。
Figure 2012093737
Figure 2012093737
Figure 2012093737
Figure 2012093737
〔繰り返し単位(A1)及び繰り返し単位(A2)〕
樹脂(P)は、下記一般式(A1)により表される繰り返し単位(A1)及び一般式(A2)により表される繰り返し単位(A2)から選択される少なくとも1種の繰り返し単位を更に含んでいてもよい。
Figure 2012093737
一般式(A1)中、mは、0〜4の整数を表す。nは、m+n≦5なる関係を満足する1〜5の整数を表す。Sは、置換基(水素原子を除く)を表し、m≧2の場合には、複数の前記Sは、互いに同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。Aは、水素原子又は酸の作用により脱離する基を表し、n≧2の場合には、複数の前記Aは、互いに同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。
一般式(A2)中、Xは、水素原子、アルキル基、水酸基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、アシル基、アシロキシ基、シクロアルキル基、シクロアルキルオキシ基、アリール基、カルボキシ基、アルキルオキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基又はアラルキル基を表す。Aは、酸の作用により脱離する基を表す。
まず、一般式(A1)により表される繰り返し単位について説明する。
mは、上述したように、0〜4の整数である。mは、好ましくは0〜2であり、より好ましくは0又は1であり、特に好ましくは0である。
nは、上述したように、m+n≦5なる関係を満足する1〜5の整数である。nは、好ましくは1又は2であり、特に好ましくは1である。
は、上述したように、置換基(水素原子を除く)を表す。この置換基としては、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、アシル基、アシロキシ基、アリール基、アリールオキシ基、アラルキル基、アラルキルオキシ基、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、スルホニルアミノ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、アラルキルチオ基、アルキルオキシカルボニル基等が挙げられる。
アルキル基は、直鎖状であってもよく、分岐鎖状であってもよい。上記アルキル基及びシクロアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、ペンチル基、シクロペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、オクチル基及びドデシル基等の炭素数1〜20のものが好ましい。
アリール基としては、例えば、フェニル基、キシリル基、トルイル基、クメニル基、ナフチル基及びアントリル基等の炭素数が6〜14のものが挙げられる。
アラルキル基としては、例えば、ベンジル基が挙げられる。
これら基は、置換基を更に有していてもく、この置換基の炭素数は、好ましくは12以下である。
は、上述したように、水素原子又は酸の作用により脱離する基を表す。A(n≧2の場合は、少なくとも一つのA)が酸の作用により脱離する基である場合、一般式(A1)により表される繰り返し単位は、酸分解性基を含んだ繰り返し単位である。A(n≧2の場合は、すべてのA)が水素原子である場合、この繰り返し単位は、酸分解性基を含まない繰り返し単位である。
酸の作用により脱離する基としては、例えば、t−ブチル基及びt−アミル基等の3級アルキル基、t−ブトキシカルボニル基、t−ブトキシカルボニルメチル基、並びに、式−C(L)(L)−O−Zにより表されるアセタール基が挙げられる。
以下、式−C(L)(L)−O−Zにより表されるアセタール基について説明する。式中、L及びLは、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基又はアラルキル基を表す。Zは、アルキル基、シクロアルキル基又はアラルキル基を表す。なお、ZとLとは、互いに結合して、5員又は6員環を形成していてもよい。
、L及びZにおけるアルキル基は、直鎖アルキル基であってもよく、分岐鎖アルキル基であってもよく、また、置換基を有していてもよい。
アルキル基としては、エチル基、イソプロピル基、イソブチル基、シクロヘキシルエチル基が特に好ましい。
、L及びZにおけるシクロアルキル基は、単環型であってもよく、多環型であってもよい。後者の場合、シクロアルキル基は、有橋式であってもよい。即ち、この場合、シクロアルキル基は、橋かけ構造を有していてもよい。なお、シクロアルキル基中の炭素原子の一部は、酸素原子等のヘテロ原子によって置換されていてもよい。
単環型のシクロアルキル基としては、炭素数3〜8のものが好ましい。このようなシクロアルキル基としては、例えば、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロブチル基及びシクロオクチル基が挙げられる。
多環型のシクロアルキル基としては、例えば、ビシクロ、トリシクロ又はテトラシクロ構造を有する基が挙げられる。多環型のシクロアルキル基としては、炭素数が6〜20のものが好ましい。このようなシクロアルキル基としては、例えば、アダマンチル基、ノルボルニル基、イソボロニル基、カンファニル基、ジシクロペンチル基、α−ピネル基、トリシクロデカニル基、テトシクロドデシル基及びアンドロスタニル基が挙げられる。
、L及びZにおけるアラルキル基としては、例えば、ベンジル基及びフェネチル基等の炭素数が7〜15のものが挙げられる。
とLとが互いに結合して形成し得る5員又は6員環としては、例えば、テトラヒドロピラン環及びテトラヒドロフラン環が挙げられる。これらのうち、テトラヒドロピラン環が特に好ましい。
は、直鎖又は分岐鎖状のアルキル基であることが好ましい。これにより、本発明の効果が一層顕著になる。
樹脂(P)が繰り返し単位(A1)を含有している場合、繰り返し単位(A1)の好ましい含有率は、樹脂(P)中の全繰り返し単位に対し、5〜90mol%であり、15〜80mol%であることがより好ましく、25〜70mol%であることが更に好ましい。
以下に、一般式(A1)により表される繰り返し単位の具体例を挙げるが、これらに限定されるものではない。
Figure 2012093737
Figure 2012093737
次に、一般式(A2)により表される繰り返し単位について説明する。この繰り返し単位は、後述するように、酸分解性基を備えている。
Xは、上述したように、水素原子、アルキル基、水酸基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、アシル基、アシロキシ基、シクロアルキル基、シクロアルキルオキシ基、アリール基、カルボキシ基、アルキルオキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基又はアラルキル基を表す。
Xのアルキル基は直鎖アルキル基であってもよく、分岐鎖アルキル基であってもよい。このアルキル基としては、好ましくは、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、オクチル基及びドデシル基等の炭素数が1〜20のものが挙げられる。Xのアルキル基は、炭素数1〜5のものが好ましく、炭素数1〜3のものがより好ましい。
Xのシクロアルキル基としては、例えば、シクロペンチル基及びシクロヘキシル基等の炭素数が3〜15のものが挙げられる。
Xが置換基を有するアルキル基又はシクロアルキル基である場合、特に好ましいXとしては、例えば、トリフルオロメチル基、アルキルオキシカルボニルメチル基、アルキルカルボニルオキシメチル基、ヒドロキシメチル基、及びアルコキシメチル基が挙げられる。
Xの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。中でも、フッ素原子が特に好ましい。
Xのアリール基としては、例えば、フェニル基、キシリル基、トルイル基、クメニル基、ナフチル基及びアントリル基等の炭素数が6〜14のものが好ましい。
Xのアルキルオキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基及びアルコキシ基に含まれるアルキル基部分としては、例えば、先にXのアルキル基として挙げた具体例が挙げられる。
Xのシクロアルキルオキシ基に含まれるシクロアルキル基部分としては、例えば、先にXのシクロアルキル基として挙げた具体例が挙げられる。
Xのアシル基としては、炭素数2〜8のものが好ましい。このようなアシル基としては、例えば、ホルミル基、アセチル基、プロパノイル基、ブタノイル基、ピバロイル基及びベンゾイル基等が挙げられる。
Xのアラルキル基としては、炭素数が7〜16のものが好ましい。このようなアラルキル基としては、例えば、ベンジル基等が挙げられる。
は、上述したように、酸の作用により脱離する基を表す。即ち、(A2)により表される繰り返し単位は、酸分解性基として、「−COOA」により表される基を備えている。Aとしては、例えば、先に一般式(A1)におけるAについて説明したのと同様のものが挙げられる。
一般式(A2)により表される繰り返し単位は、下記一般式(A2−1)で表される繰り返し単位であってもよい。このとき、酸の作用により脱離する基としてのAは、−C(Rn)(AR)Hで表される。
Figure 2012093737
一般式(A2−1)中、
ARは、アリール基を表す。Rnは、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を表す。RnとARとは互いに結合して非芳香族環を形成してもよい。
Xは、一般式(A2)中のXと同義である。
ARのアリール基としては、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、又は、フルオレン基等の炭素数6〜20のものが好ましく、炭素数6〜15のものがより好ましい。
ARがナフチル基、アントリル基又はフルオレン基である場合、Rnが結合している炭素原子とARとの結合位置には、特に制限はない。例えば、ARがナフチル基である場合、この炭素原子は、ナフチル基のα位に結合していてもよく、β位に結合していてもよい。或いは、ARがアントリル基である場合、この炭素原子は、アントリル基の1位に結合していてもよく、2位に結合していてもよく、9位に結合していてもよい。
ARとしてのアリール基は、それぞれ、1以上の置換基を有していてもよい。このような置換基の具体例としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基及びドデシル基等の炭素数が1〜20の直鎖又は分岐鎖アルキル基、これらアルキル基部分を含んだアルコキシ基、シクロペンチル基及びシクロヘキシル基等のシクロアルキル基、これらシクロアルキル基部分を含んだシクロアルコキシ基、水酸基、ハロゲン原子、アリール基、シアノ基、ニトロ基、アシル基、アシルオキシ基、アシルアミノ基、スルホニルアミノ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、アラルキルチオ基、チオフェンカルボニルオキシ基、チオフェンメチルカルボニルオキシ基、及びピロリドン残基等のヘテロ環残基が挙げられる。この置換基としては、炭素数1〜5の直鎖若しくは分岐鎖アルキル基、これらアルキル基部分を含んだアルコキシ基が好ましく、パラメチル基又はパラメトキシ基がより好ましい。
ARとしてのアリール基が、複数の置換基を有する場合、複数の置換基のうちの少なくとも2つが互いに結合して環を形成しても良い。環は、5〜8員環であることが好ましく、5又は6員環であることがより好ましい。また、この環は、環員に酸素原子、窒素原子、硫黄原子等のヘテロ原子を含むヘテロ環であってもよい。
更に、この環は、置換基を有していてもよい。この置換基としては、Rnが有していてもよい更なる置換基について後述するものと同様のものが挙げられる。
また、一般式(A2−1)により表される繰り返し単位(A2)は、ラフネス性能の観点から、2個以上の芳香環を含有ことが好ましい。繰り返し単位(A2)が有する芳香環の個数は、通常、5個以下であることが好ましく、3個以下であることがより好ましい。
また、一般式(A2−1)により表される繰り返し単位(A2)において、ラフネス性能の観点から、ARは2個以上の芳香環を含有することがより好ましく、ARがナフチル基又はビフェニル基であることが更に好ましい。ARが有する芳香環の個数は、通常、5個以下であることが好ましく、3個以下であることがより好ましい。
Rnは、上述したように、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を表す。
Rnのアルキル基は、直鎖アルキル基であってもよく、分岐鎖アルキル基であってもよい。このアルキル基としては、好ましくは、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、オクチル基及びドデシル基等の炭素数が1〜20のものが挙げられる。Rnのアルキル基は、炭素数1〜5のものが好ましく、炭素数1〜3のものがより好ましい。
Rnのシクロアルキル基としては、例えば、シクロペンチル基及びシクロヘキシル基等の炭素数が3〜15のものが挙げられる。
Rnのアリール基としては、例えば、フェニル基、キシリル基、トルイル基、クメニル基、ナフチル基及びアントリル基等の炭素数が6〜14のものが好ましい。
Rnとしてのアルキル基、シクロアルキル基及びアリール基の各々は、置換基を更に有していてもよい。この置換基としては、例えば、アルコキシ基、水酸基、ハロゲン原子、ニトロ基、アシル基、アシルオキシ基、アシルアミノ基、スルホニルアミノ基、ジアルキルアミノ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、アラルキルチオ基、チオフェンカルボニルオキシ基、チオフェンメチルカルボニルオキシ基、及びピロリドン残基等のヘテロ環残基が挙げられる。中でも、アルコキシ基、水酸基、ハロゲン原子、ニトロ基、アシル基、アシルオキシ基、アシルアミノ基及びスルホニルアミノ基が特に好ましい。
RnとARとが互いに結合して非芳香族環を形成することが好ましく、これにより、特に、ラフネス性能をより向上させることができる。
RnとARとは互いに結合して形成しても良い非芳香族環としては、5〜8員環であることが好ましく、5又は6員環であることがより好ましい。
非芳香族環は、脂肪族環であっても、環員として酸素原子、窒素原子、硫黄原子等のヘテロ原子を含むヘテロ環であってもよい。
非芳香族環は、置換基を有していてもよい。この置換基としては、例えば、Rnが有していてもよい更なる置換基について先に説明したのと同様のものが挙げられる。
樹脂(P)が繰り返し単位(A2)を含有している場合、繰り返し単位(A2)の好ましい含有率は、樹脂(P)中の全繰り返し単位に対し、1〜90mol%が好ましく、5〜75mol%であることがより好ましく、10〜60mol%であることが更に好ましい。
以下に、一般式(A2)により表される繰り返し単位に対応したモノマーの具体例を挙げるが、これらに限定されるものではない。
Figure 2012093737
Figure 2012093737
Figure 2012093737
Figure 2012093737
Figure 2012093737
Figure 2012093737
Figure 2012093737
Figure 2012093737
Figure 2012093737
Figure 2012093737
Figure 2012093737
一般式(A2−1)により表される繰り返し単位としては、下記に示す繰り返し単位がより好ましい。
Figure 2012093737
Figure 2012093737
一般式(A2)により表される繰り返し単位は、t−ブチルメタクリレート又はエチルシクロペンチルメタクリレートの繰り返し単位であることが好ましい。
なお、樹脂(P)は、酸の作用により分解してアルカリ可溶性基を発生する基を含む繰り返し単位として、上述した繰り返し単位(A)、並びに、一般式(A1)及び(A2)で表される繰り返し単位とは異なる繰り返し単位を更に含んでいてもよい。
〔繰り返し単位(A4)〕
樹脂(P)は、一態様において、繰り返し単位(A)及び繰り返し単位(B)の他に、下記一般式(A4)により表される繰り返し単位(A4)を更に含んでいることが好ましい。このような構成を採用すると、例えば、膜質を更に向上させること及び未露光部の膜減りを更に抑制することが可能となる。
Figure 2012093737
一般式(A4)中、Rは、水素原子、メチル基、シアノ基、ハロゲン原子又は炭素数1〜4のペルフルオロ基を表す。Rは、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、アリール基、アルコキシ基又はアシル基を表す。qは、0〜4の整数を表す。Wは、酸の作用により分解しない基(以下、酸安定基ともいう)を表す。
Wの酸安定基としては、例えば、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アリール基、アシル基、アルキルアミド基、アルキルカルボニルオキシ基、アルキルオキシ基、シクロアルキルオキシ基及びアリールオキシ基が挙げられる。Wは、好ましくはアシル基、アルキルカルボニルオキシ基、アルキルオキシ基、シクロアルキルオキシ基又はアリールオキシ基である。
Wのアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基及びt−ブチル基等の炭素数が1〜4のものが好ましい。
Wのシクロアルキル基としては、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロヘキシル基及びアダマンチル基等の炭素数が3〜10のものが好ましい。
Wのアルケニル基としては、ビニル基、プロペニル基、アリル基及びブテニル基等の炭素数が2〜4のものが好ましい。
Wのアリール基としては、フェニル基、キシリル基、トルイル基、クメニル基、ナフチル基及びアントリル基等の炭素数が6〜14のものが好ましい。
Wのアシル基、アルキルアミド基、アルキルカルボニルオキシ基及びアルキルオキシ基におけるアルキル基としては、上記Wのアルキル基で挙げたものと同様のものを挙げることができる。
Wのシクロアルキルオキシ基におけるシクロアルキル基としては、上記Wのシクロアルキル基で挙げたものと同様のものを挙げることができる。
Wのアリールオキシ基におけるアリール基としては、上記Wのアリール基で挙げたものと同様のものを挙げることができる。
Wは、一般式(A4)に示したように、スチレン骨格中のベンゼン環に含まれる任意の水素原子を置換し得る。Wの置換位置は特に制限されないが、好ましくはメタ位又はパラ位であり、特に好ましくはパラ位である。
樹脂(P)が繰り返し単位(A4)を含有する場合、繰り返し単位(A4)の含有率は、樹脂(P)中の全繰り返し単位に対し、1〜50mol%であることが好ましく、1〜40mol%であることがより好ましく、1〜30mol%であることが更に好ましい。
以下に、一般式(A4)により表される繰り返し単位の具体例を挙げるが、これらに限定するものではない。
Figure 2012093737
Figure 2012093737
〔酸の作用により分解しない(メタ)アクリル酸誘導体からなる繰り返し単位(A3)〕
樹脂(P)は、一態様において、繰り返し単位(A)及び繰り返し単位(B)の他に、酸の作用により分解しない(メタ)アクリル酸誘導体からなる繰り返し単位(A3)を更に含んでいてもよい。以下にその具体例を挙げるが、これらに限定するものではない。
Figure 2012093737
〔繰り返し単位(C)〕
樹脂(P)は、繰り返し単位(A)とは異なる、アルカリ現像液の作用で分解しアルカリ現像液中への溶解速度が増大する基を有する繰り返し単位(C)を有していてもよい。
アルカリ現像液の作用で分解しアルカリ現像液中への溶解速度が増大する基としては、ラクトン構造、フェニルエステル構造などが挙げられる。
繰り返し単位(C)としては、下記一般式(AII)で表される繰り返し単位がより好ましい。
Figure 2012093737
一般式(AII)中、
Rbは、水素原子、ハロゲン原子又は置換基を有していてもよいアルキル基(好ましくは炭素数1〜4)を表す。
Rbのアルキル基が有していてもよい好ましい置換基としては、水酸基、ハロゲン原子が挙げられる。Rbのハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、沃素原子を挙げることができる。Rbとして、好ましくは、水素原子、メチル基、ヒドロキシメチル基、トリフルオロメチル基であり、水素原子、メチル基が特に好ましい。
Abは、単結合、アルキレン基、単環または多環のシクロアルキル構造を有する2価の連結基、エーテル基、エステル基、カルボニル基、又はこれらを組み合わせた2価の連結基を表す。好ましくは、単結合、−Ab−CO−で表される2価の連結基である。
Abは、直鎖又は分岐アルキレン基、単環または多環のシクロアルキレン基であり、好ましくはメチレン基、エチレン基、シクロヘキシレン基、アダマンチレン基、ノルボルニレン基である。
Vは、アルカリ現像液の作用で分解しアルカリ現像液中への溶解速度が増大する基を表す。好ましくはエステル結合を有する基であり、中でもラクトン構造を有する基がより好ましい。
ラクトン構造を有する基としては、ラクトン構造を有していればいずれでも用いることができるが、好ましくは5〜7員環ラクトン構造であり、5〜7員環ラクトン構造にビシクロ構造、スピロ構造を形成する形で他の環構造が縮環しているものが好ましい。Vとしては、先に挙げた一般式(LC1−1)〜(LC1−17)のいずれかで表されるラクトン構造を有する基がより好ましい。また、樹脂(P)は、繰り返し単位(C)以外に更にラクトン構造が主鎖に直接結合した繰り返し単位を含有していてもよい。好ましいラクトン構造としては(LC1−1)、(LC1−4)、(LC1−5)、(LC1−6)、(LC1−13)、(LC1−14)である。特定のラクトン構造を用いることでラインエッジラフネス、現像欠陥性能が良好になる。
なお、上記ラクトン構造は、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシカルボニル基、シアノ基、水酸基、及びアルコキシ基などを置換基として有していてもよい。
一般式(AII)により表される繰り返し単位は、下記一般式(III−1)で表される繰り返し単位であることが好ましい。
Figure 2012093737
一般式(III−1)に於いて、
は、複数個ある場合にはそれぞれ独立にアルキレン基、シクロアルキレン基、又はその組み合わせを表す。
Zは、複数個ある場合にはそれぞれ独立に、エーテル結合、エステル結合、アミド結合、ウレタン結合
Figure 2012093737
又はウレア結合
Figure 2012093737
を表す。ここで、Rは、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基を表す。
nは、−R−Z−で表される構造の繰り返し数であり、0〜5の整数を表す。
7は、水素原子、ハロゲン原子又はアルキル基を表す。
のアルキレン基、シクロアルキレン基は置換基を有してよい。
Zは好ましくは、エーテル結合、エステル結合であり、特に好ましくはエステル結合である。
9は、複数個ある場合にはそれぞれ独立に、アルキル基、シクロアルキル基、アルコ
キシカルボニル基、シアノ基、水酸基又はアルコキシ基を表し、複数個ある場合には2つのR9が結合し、環を形成していてもよい。
Xは、アルキレン基、酸素原子または硫黄原子を表す。
mは、置換基数であって、0〜5の整数を表す。mは0または1であることが好ましい。
9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、メチル基、エチル基、がより好ましく、メチル基が最も好ましい。シクロアルキル基としては、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル基を挙げることができる。アルコキシカルボニル基としてはメトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、n−ブトキシカルボニル基、t−ブトキシカルボニル基等を挙げることができる。アルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、ブトキシ基等を挙げることができる。これらの基は置換基を有していてもよく、該置換基としてはヒドロキシ基、メトキシ基、エトキシ基などのアルコキシ基、シアノ基、フッ素原子などのハロゲン原子を挙げることができる。R9はメチル基、シアノ基又はアルコキシカルボニル基であることがより好ましく、シアノ基であることがさらに好ましい。
Xのアルキレン基としてはメチレン基、エチレン基等が挙げられる。Xは酸素原子またはメチレン基であることが好ましく、メチレン基であることがさらに好ましい。
mが1以上である場合、少なくとも1つのRはラクトンのカルボニル基のα位またはβ位に置換することが好ましく、特にα位に置換することが好ましい。
樹脂(P)が繰り返し単位(C)を含んでいる場合、樹脂(P)中の繰り返し単位(C)の含有率は、全繰り返し単位に対して、1〜60モル%の範囲が好ましく、より好ましくは2〜50モル%の範囲であり、さらに好ましくは5〜50モル%の範囲である。繰り返し単位(C)は1種類であってもよいし、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
以下に、樹脂(P)中の繰り返し単位(C)の具体例を示すが、本発明はこれに限定されるものではない。式中、Rxは、H,CH,CHOH,またはCFを表す。
Figure 2012093737
Figure 2012093737
〔繰り返し単位(D)〕
樹脂(P)は、前述の繰り返し単位(A)、繰り返し単位(B)、繰り返し単位(A1)、繰り返し単位(A2)、繰り返し単位(A3)、繰り返し単位(A4)、繰り返し単位(C)以外の水酸基又はシアノ基を有する繰り返し単位(D)を更に有していても良い。これにより基板密着性、現像液親和性を向上させることができる。
繰り返し単位(D)は、水酸基又はシアノ基で置換された脂環炭化水素構造を有する繰り返し単位であることが好ましく、酸分解性基を有さないことが好ましい。水酸基又はシアノ基で置換された脂環炭化水素構造に於ける、脂環炭化水素構造としては、アダマンチル基、ジアマンチル基、ノルボルナン基が好ましい。水酸基又はシアノ基で置換された脂環炭化水素構造としては、下記一般式(VIIa)〜(VIId)で表される部分構造が好ましい。
Figure 2012093737
一般式(VIIa)〜(VIIc)に於いて、R2c〜R4cは、各々独立に、水素原子、水酸基又はシアノ基を表す。ただし、R2c〜R4cの内の少なくとも1つは、水酸基又はシアノ基を表す。好ましくは、R2c〜R4cの内の1つ又は2つが水酸基で、残りが水素原子である。一般式(VIIa)に於いて、更に好ましくは、R2c〜R4cの内の2つが水酸基で、残りが水素原子である。
一般式(VIIa)〜(VIId)で表される部分構造を有する繰り返し単位としては、下記一般式(AIIa)〜(AIId)で表される繰り返し単位を挙げることができる。
Figure 2012093737
一般式(AIIa)〜(AIId)に於いて、R1cは、水素原子、メチル基、トリフロロメチル基又はヒドロキシメチル基を表す。
2c〜R4cは、一般式(VIIa)〜(VIIc)に於ける、R2c〜R4cと同義である。
樹脂(P)が繰り返し単位(D)を含んでいる場合、水酸基又はシアノ基を有する繰り返し単位(D)の含有率は、樹脂(P)中の全繰り返し単位に対し、1〜40mol%が好ましく、より好ましくは2〜30mol%、更に好ましくは5〜25mol%である。
水酸基又はシアノ基を有する繰り返し単位(D)の具体例を以下に挙げるが、本発明はこれらに限定されない。
Figure 2012093737
本発明の樹脂(P)は、アルカリ可溶性基を有する繰り返し単位を有してもよい。アルカリ可溶性基としてはフェノール性水酸基、カルボキシル基、スルホンアミド基、スルホニルイミド基、ビスルスルホニルイミド基、α位が電子求引性基で置換された脂肪族アルコール(例えばヘキサフロロイソプロパノール基)が挙げられる。
ArFエキシマレーザーで露光する場合には、カルボキシル基を有する繰り返し単位を有することがより好ましい。アルカリ可溶性基を有する繰り返し単位を含有することによりコンタクトホール用途での解像性が増す。アルカリ可溶性基を有する繰り返し単位としては、アクリル酸、メタクリル酸による繰り返し単位のような樹脂の主鎖に直接アルカリ可溶性基が結合している繰り返し単位、あるいは連結基を介して樹脂の主鎖にアルカリ可溶性基が結合している繰り返し単位、更にはアルカリ可溶性基を有する重合開始剤や連鎖移動剤を重合時に用いてポリマー鎖の末端に導入、のいずれも好ましく、連結基は単環又は多環の環状炭化水素構造を有していてもよい。特に好ましくはアクリル酸、メタクリル酸による繰り返し単位である。
樹脂(P)がアルカリ可溶性基を有する繰り返し単位を含んでいる場合、この繰り返し単位の含有率は、樹脂(P)中の全繰り返し単位に対し、1〜20mol%が好ましく、より好ましくは1〜15mol%、更に好ましくは2〜10mol%である。
アルカリ可溶性基を有する繰り返し単位の具体例を以下に示すが、本発明は、これに限定されるものではない。
具体例中、RxはH、CH、CHOH,又はCFを表す。
Figure 2012093737
KrFエキシマレーザー光、電子線、X線、波長50nm以下の高エネルギー光線(EUVなど)で露光する場合には、芳香環基とアルカリ可溶性基を有する繰り返し単位であることが好ましく、下記一般式(IV)で表される構造がより好ましい。
Figure 2012093737
ここで、R41、R42及びR43は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。R42はAr4と結合して環(好ましくは5員又は6員環)を形成していてもよく、その場合のR42はアルキレン基を表わす。
Arは、2価の芳香環基を表す。nは、1〜4の整数を表す。
式(IV)におけるR41、R42、R43のアルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、及びアルコキシカルボニル基及びこれらの基が有し得る置換基の具体例としては、一般式(V)における各基と同様の具体例が挙げられる。
Arとしての2価の芳香環基は、置換基を有していてもよく、例えば、フェニレン基
、トリレン基、ナフチレン基、アントラセニレン基などの炭素数6〜18のアリーレン基、あるいは、例えば、チオフェン、フラン、ピロール、ベンゾチオフェン、ベンゾフラン、ベンゾピロール、トリアジン、イミダゾール、ベンゾイミダゾール、トリアゾール、チアジアゾール、チアゾール等のヘテロ環を含む2価の芳香環基を好ましい例として挙げることができる。
上記各基における好ましい置換基としては、一般式(V)におけるR51〜R53で挙げたアルキル基、メトキシ基、エトキシ基、ヒドロキシエトキシ基、プロポキシ基、ヒドロキシプロポキシ基、ブトキシ基等のアルコキシ基、フェニル基等のアリール基が挙げられる。
Arとしては、置換基を有していても良い炭素数6〜18のアリーレン基がより好ましく、フェニレン基、ナフチレン基、ビフェニレン基が特に好ましい。
以下に、芳香環基とアルカリ可溶性基を有する繰り返し単位の具体例を示すが、本発明はこれに限定されるものではない。式中、aは0〜2の整数を表す。
Figure 2012093737
樹脂(P)は、極性基を持たない脂環炭化水素構造を有し、酸分解性を示さない繰り返し単位を更に有していてもよい。このような繰り返し単位としては、例えば、一般式(VII)で表される繰り返し単位が挙げられる。
Figure 2012093737
一般式(VII)中、Rは少なくとも一つの脂環炭化水素構造を有し、水酸基及びシアノ基のいずれも有さない炭化水素基を表す。
Raは水素原子、アルキル基又は−CH−O−Ra基を表す。式中、Raは、水素原子、アルキル基又はアシル基を表す。Raは、水素原子、メチル基、ヒドロキシメチル基、トリフルオロメチル基が好ましく、水素原子、メチル基が特に好ましい。
が有する脂環炭化水素構造には、単環式炭化水素基及び多環式炭化水素基が含まれる。単環式炭化水素基としては、炭素数3から7の単環式炭化水素基が好ましく、より好ましくは、シクロペンチル基、シクロヘキシル基が挙げられる。
多環式炭化水素基には環集合炭化水素基、架橋環式炭化水素基が含まれ、環集合炭化水素基の例としては、ビシクロヘキシル基、パーヒドロナフタレニル基などが含まれる。架橋環式炭化水素環として、例えば、ピナン、ボルナン、ノルピナン、ノルボルナン、ビシクロオクタン環(ビシクロ[2.2.2]オクタン環、ビシクロ[3.2.1]オクタン環等)などの2環式炭化水素環及び、ホモブレダン、アダマンタン、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン、トリシクロ[4.3.1.12,5]ウンデカン環などの3環式炭化水素環、テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカン、パーヒドロ−1,4−メタノ−5,8−メタノナフタレン環などの4環式炭化水素環などが挙げられる。また、架橋環式炭化水素環には、縮合環式炭化水素環、例えば、パーヒドロナフタレン(デカリン)、パーヒドロアントラセン、パーヒドロフェナントレン、パーヒドロアセナフテン、パーヒドロフルオレン、パーヒドロインデン、パーヒドロフェナレン環などの5〜8員シクロアルカン環が複数個縮合した縮合環も含まれる。
好ましい架橋環式炭化水素環として、ノルボルニル基、アダマンチル基、ビシクロオクタニル基、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカニル基、などが挙げられる。より好ましい架橋環式炭化水素環としてノルボニル基、アダマンチル基が挙げられる。
これらの脂環式炭化水素基は置換基を有していても良く、好ましい置換基としてはハロゲン原子、アルキル基、保護基で保護された水酸基、保護基で保護されたアミノ基などが挙げられる。好ましいハロゲン原子としては臭素、塩素、フッ素原子、好ましいアルキル基としてはメチル、エチル、ブチル、t−ブチル基が挙げられる。上記のアルキル基は更に置換基を有していても良く、更に有していてもよい置換基としては、ハロゲン原子、アルキル基、保護基で保護された水酸基、保護基で保護されたアミノ基を挙げることができる。
保護基としては、たとえばアルキル基、シクロアルキル基、アラルキル基、置換メチル基、置換エチル基、アルコキシカルボニル基、アラルキルオキシカルボニル基が挙げられる。好ましいアルキル基としては、炭素数1〜4のアルキル基、好ましい置換メチル基としてはメトキシメチル、メトキシチオメチル、ベンジルオキシメチル、t−ブトキシメチル、2−メトキシエトキシメチル基、好ましい置換エチル基としては、1−エトキシエチル、1−メチル−1−メトキシエチル、好ましいアシル基としては、ホルミル、アセチル、プロピオニル、ブチリル、イソブチリル、バレリル、ピバロイル基などの炭素数1〜6の脂肪族アシル基、アルコキシカルボニル基としては炭素数1〜4のアルコキシカルボニル基などが挙げられる。
樹脂(P)が、極性基を持たない脂環炭化水素構造を有し、酸分解性を示さない繰り返し単位を含有する場合、この繰り返し単位の含有率は、樹脂(P)中の全繰り返し単位に対し、1〜40モル%が好ましく、より好ましくは2〜20モル%である。
極性基を持たない脂環炭化水素構造を有し、酸分解性を示さない繰り返し単位の具体例を以下に挙げるが、本発明はこれらに限定されない。式中、Raは、H、CH、CHOH、又はCFを表す。
Figure 2012093737
本発明の樹脂(P)は、上記の繰り返し構造単位以外に、ドライエッチング耐性や標準現像液適性、基板密着性、レジストプロファイル、更にレジストの一般的に必要な特性である解像力、耐熱性、感度等を調節する目的で様々な繰り返し構造単位を有することができる。
このような繰り返し構造単位としては、下記の単量体に相当する繰り返し構造単位を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
これにより、本発明の組成物に用いられる樹脂に要求される性能、特に、
(1)塗布溶剤に対する溶解性、
(2)製膜性(ガラス転移点)、
(3)アルカリ現像性、
(4)膜べり(親疎水性、アルカリ可溶性基選択)、
(5)未露光部の基板への密着性、
(6)ドライエッチング耐性、
等の微調整が可能となる。
このような単量体として、例えばアクリル酸エステル類、メタクリル酸エステル類、アクリルアミド類、メタクリルアミド類、アリル化合物、ビニルエーテル類、ビニルエステル類等から選ばれる付加重合性不飽和結合を1個有する化合物等を挙げることができる。
その他にも、上記種々の繰り返し構造単位に相当する単量体と共重合可能である付加重合性の不飽和化合物であれば、共重合されていてもよい。
本発明の組成物に用いられる樹脂(P)において、各繰り返し構造単位の含有モル比はレジストのドライエッチング耐性や標準現像液適性、基板密着性、レジストプロファイル、更にはレジストの一般的な必要性能である解像力、耐熱性、感度等を調節するために適宜設定される。
本発明の樹脂(P)の形態としては、ランダム型、ブロック型、クシ型、スター型のいずれの形態でもよい。
樹脂(P)は、例えば、各構造に対応する不飽和モノマーのラジカル、カチオン、又はアニオン重合により合成することができる。また各構造の前駆体に相当する不飽和モノマ
ーを用いて重合した後に、高分子反応を行うことにより目的とする樹脂を得ることも可能である。
例えば、一般的合成方法としては、不飽和モノマー及び重合開始剤を溶剤に溶解させ、加熱することにより重合を行う一括重合法、加熱溶剤に不飽和モノマーと重合開始剤の溶液を1〜10時間かけて滴下して加える滴下重合法などが挙げられ、滴下重合法が好ましい。
重合に使用される溶媒としては、例えば、後述の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を調製する際に使用することができる溶剤等を挙げることができ、より好ましくは本発明の組成物に用いられる溶剤と同一の溶剤を用いて重合することが好ましい。これにより保存時のパーティクルの発生が抑制できる。
重合反応は窒素やアルゴンなど不活性ガス雰囲気下で行われることが好ましい。重合開始剤としては市販のラジカル開始剤(アゾ系開始剤、パーオキサイドなど)を用いて重合を開始させる。ラジカル開始剤としてはアゾ系開始剤が好ましく、エステル基、シアノ基、カルボキシル基を有するアゾ系開始剤が好ましい。好ましい開始剤としては、アゾビスイソブチロニトリル、アゾビスジメチルバレロニトリル、ジメチル2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)などが挙げられる。必要に応じて連鎖移動剤(例えば、アルキルメルカプタンなど)の存在下で重合を行ってもよい。
反応の濃度は通常5〜70質量%であり、好ましくは10〜50質量%である。反応温度は、通常10℃〜150℃であり、好ましくは30℃〜120℃、更に好ましくは40〜100℃である。
反応時間は、通常1〜48時間であり、好ましくは1〜24時間、更に好ましくは1〜12時間である。
反応終了後、室温まで放冷し、精製する。精製は、水洗や適切な溶媒を組み合わせることにより残留単量体やオリゴマー成分を除去する液々抽出法、特定の分子量以下のもののみを抽出除去する限外ろ過等の溶液状態での精製方法や、樹脂溶液を貧溶媒へ滴下することで樹脂を貧溶媒中に凝固させることにより残留単量体等を除去する再沈澱法やろ別した樹脂スラリーを貧溶媒で洗浄する等の固体状態での精製方法等の通常の方法を適用できる。たとえば、上記樹脂が難溶あるいは不溶の溶媒(貧溶媒)を、該反応溶液の10倍以下の体積量、好ましくは10〜5倍の体積量で、接触させることにより樹脂を固体として析出させる。
ポリマー溶液からの沈殿又は再沈殿操作の際に用いる溶媒(沈殿又は再沈殿溶媒)としては、該ポリマーの貧溶媒であればよく、ポリマーの種類に応じて、炭化水素、ハロゲン化炭化水素、ニトロ化合物、エーテル、ケトン、エステル、カーボネート、アルコール、カルボン酸、水、これらの溶媒を含む混合溶媒等の中から適宜選択して使用できる。これらの中でも、沈殿又は再沈殿溶媒として、少なくともアルコール(特に、メタノールなど)又は水を含む溶媒が好ましい。
沈殿又は再沈殿溶媒の使用量は、効率や収率等を考慮して適宜選択できるが、一般には、ポリマー溶液100質量部に対して、100〜10000質量部、好ましくは200〜2000質量部、更に好ましくは300〜1000質量部である。
沈殿又は再沈殿する際の温度としては、効率や操作性を考慮して適宜選択できるが、通常0〜50℃程度、好ましくは室温付近(例えば20〜35℃程度)である。沈殿又は再沈殿操作は、攪拌槽などの慣用の混合容器を用い、バッチ式、連続式等の公知の方法により行うことができる。
沈殿又は再沈殿したポリマーは、通常、濾過、遠心分離等の慣用の固液分離に付し、乾燥して使用に供される。濾過は、耐溶剤性の濾材を用い、好ましくは加圧下で行われる。乾燥は、常圧又は減圧下(好ましくは減圧下)、30〜100℃程度、好ましくは30〜50℃程度の温度で行われる。
なお、一度、樹脂を析出させて、分離した後に、再び溶媒に溶解させ、該樹脂が難溶あるいは不溶の溶媒と接触させてもよい。即ち、上記ラジカル重合反応終了後、該ポリマーが難溶あるいは不溶の溶媒を接触させ、樹脂を析出させ(工程a)、樹脂を溶液から分離し(工程b)、改めて溶媒に溶解させ樹脂溶液Aを調製(工程c)、その後、該樹脂溶液Aに、該樹脂が難溶あるいは不溶の溶媒を、樹脂溶液Aの10倍未満の体積量(好ましくは5倍以下の体積量)で、接触させることにより樹脂固体を析出させ(工程d)、析出した樹脂を分離する(工程e)ことを含む方法でもよい。
樹脂(P)は、金属等の不純物が少ないのは当然のことながら、単量体およびオリゴマー成分の残存量が0〜10質量%であることが好ましく、0〜5質量%であることがより好ましく、0〜1質量%であることが更に好ましい。これにより、液中異物の量を減少させ、感度等の経時変化を低減することが可能となる。
本発明に係わる樹脂(P)の分子量は、特に制限されないが、重量平均分子量が1000〜200000の範囲であることが好ましく、2000〜60000の範囲であることがより好ましく、2000〜30000の範囲であることが特に好ましい。重量平均分子量を1000〜200000の範囲とすることにより、耐熱性やドライエッチング耐性の劣化を防ぐことができ、且つ現像性が劣化したり、粘度が高くなって製膜性が劣化することを防ぐことができる。ここで、樹脂の重量平均分子量は、GPC(キャリア:テトラヒドロフラン(THF))によって測定したポリスチレン換算分子量を示す。
また分散度(Mw/Mn)は、好ましくは1.00〜5.00、より好ましくは1.03〜3.50であり、更に好ましくは、1.05〜2.50である。分子量分布の小さいものほど、解像度、レジスト形状が優れ、且つレジストパターンの側壁がスムーズであり、ラフネス性に優れる。
本発明の樹脂(P)は、1種類単独で、又は2種類以上を組み合わせて使用することができる。樹脂(P)の含有率は、本発明の感活性光線性または感放射線性樹脂組成物中の全固形分を基準にして、通常10〜99質量%であり、20〜99質量%が好ましく、30〜99質量%がより好ましい。
樹脂(P)のより好ましい具体例を以下に示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
Figure 2012093737
Figure 2012093737
Figure 2012093737
Figure 2012093737
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Figure 2012093737
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Figure 2012093737
Figure 2012093737
Figure 2012093737
<その他の成分>
本発明に係る組成物は、光酸発生剤、塩基性化合物、界面活性剤、溶剤、染料、光塩基発生剤、酸化防止剤及び溶剤等を更に含んでいてもよい。以下、これら成分について説明する。
[2]光酸発生剤
光酸発生剤は、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物である。光酸発生剤としては、例えば、光カチオン重合の光開始剤、光ラジカル重合の光開始剤、光消色剤、光変色剤、マイクロレジスト等に使用されている活性光線又は放射線の照射により酸を発生する公知の化合物、及びそれらの混合物を適宜に選択して使用することができる。これらの例としては、スルホニウム塩及びヨードニウム塩等のオニウム塩、並びに、ビス(アルキルスルホニルジアゾメタン)等のジアゾジスルホン化合物が挙げられる。
光酸発生剤の好ましい例としては、下記一般式(ZI)、(ZII)及び(ZIII)により表される化合物が挙げられる。
Figure 2012093737
上記一般式(ZI)及び(ZII)中、R201’、R202’、R203’、R204’及びR205’は、各々独立に、有機基を表す。R201’、R202’、R203’、R204’及びR205’の具体例は、それぞれ、先に活性光線又は放射線の照射により分解して酸アニオンを発生する構造部位におけるR201、R202、R203、R204及びR205の説明において挙げたものと同様である。
は、非求核性アニオンを表す。Xとしては、例えば、スルホン酸アニオン、ビス(アルキルスルホニル)アミドアニオン、トリス(アルキルスルホニル)メチドアニオン、BF 、PF 及びSbF が挙げられる。Xは、好ましくは、炭素原子を含んだ有機アニオンである。好ましい有機アニオンとしては、例えば、下記AN1〜AN3に示す有機アニオンが挙げられる。
Figure 2012093737
式AN1〜AN3中、Rc〜Rcは、各々独立に、有機基を表す。この有機基としては、例えば、炭素数1〜30のものが挙げられ、好ましくは、アルキル基、アリール基、又はこれらの複数が単結合又は連結基を介して連結された基である。なお、この連結基としては、例えば、−O−、−CO−、−S−、−SO−及び−SON(Rd)−が挙げられる。ここで、Rdは水素原子又はアルキル基を表し、結合しているアルキル基又はアリール基と環構造を形成してもよい。
Rc〜Rcの有機基は、1位がフッ素原子又はフロロアルキル基で置換されたアルキル基、又は、フッ素原子若しくはフロロアルキル基で置換されたフェニル基であってもよい。フッ素原子又はフロロアルキル基を含有させることにより、光照射によって発生する酸の酸性度を上昇させることが可能となる。これにより、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物の感度を向上させることができる。なお、Rc〜Rcは、他のアルキル基及びアリール基等と結合して、環構造を形成していてもよい。
光酸発生剤としては、一般式(ZI)により表される構造を複数有する化合物を使用してもよい。例えば、一般式(ZI)により表される化合物のR201’〜R203’の少なくとも1つが、一般式(ZI)により表されるもう1つの化合物のR201’〜R203’の少なくとも1つと結合した構造を有する化合物であってもよい。
以下、一般式(ZIII)について説明する。
一般式(ZIII)中、R206〜R207は、各々独立に、アリール基、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。これらアリール基、アルキル基及びシクロアルキル基は、置換基を有していてもよい。
206及びR207としてのアリール基の好ましい例としては、先に活性光線又は放射線の照射により分解して酸アニオンを発生する(ZI−1)基におけるR201〜R203について列挙したのと同様の基が挙げられる。
206及びR207としてのアルキル基及びシクロアルキル基の好ましい例としては、先に活性光線又は放射線の照射により分解して酸アニオンを発生する(ZI−2)基におけるR201〜R203について列挙した直鎖、分岐又はシクロアルキル基が挙げられる。
206及びR207のアリール基、アルキル基、シクロアルキル基は、置換基を有していてもよい。R206及びR207のアリール基、アルキル基、シクロアルキル基が有していてもよい置換基としては、例えば、アルキル基(例えば炭素数1〜15)、シクロアルキル基(例えば炭素数3〜15)、アリール基(例えば炭素数6〜15)、アルコキシ基(例えば炭素数1〜15)、ハロゲン原子、水酸基、フェニルチオ基等を挙げることができる。
なお、一般式(ZIII)におけるXは、一般式(ZI)におけるXと同義である。
光酸発生剤の他の好ましい例として、下記一般式(ZIV)、(ZV)又は(ZVI)により表される化合物が挙げられる。
Figure 2012093737
一般式(ZIV)〜(ZVI)中、
Ar及びArは、各々独立に、置換又は無置換のアリール基を表す。
208は、一般式(ZV)と(ZVI)とで各々独立して、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を表している。これらアルキル基、シクロアルキル基及びアリール基は、置換されていてもよく、置換されていなくてもよい。
これら基は、フッ素原子により置換されていることが好ましい。こうすると、光酸発生剤が発生する酸の強度を高めることが可能となる。
209及びR210は、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基又は電子求引性基を表す。これらアルキル基、シクロアルキル基、アリール基及び電子求引性基は、置換されていてもよく、置換されていなくてもよい。アルキル基、シクロアルキル基、アリール基及び電子吸引性基が有していても良い置換基としては、例えば、ハロゲン原子、アルコキシ基(例えば炭素数1〜5)、水酸基、シアノ基、及び、ニトロ基が挙げられる。
好ましいR209としては、置換又は無置換のアリール基が挙げられる。
好ましいR210としては、電子求引性基が挙げられる。この電子求引性基としては、好ましくは、シアノ基及びフロロアルキル基が挙げられる。
Aは、アルキレン基、アルケニレン基又はアリーレン基を表す。これらアルキレン基、アルケニレン基及びアリーレン基は、置換基を有していてもよい。
Ar、Ar、R208、R209及びR210のアリール基の具体例としては、上記一般式(ZI−1)におけるR201、R202及びR203としてのアリール基の具体例と同様のものを挙げることができる。
208、R209及びR210のアルキル基及びシクロアルキル基の具体例としては、それぞれ、上記一般式(ZI−2)におけるR201、R202及びR203としてのアルキル基及びシクロアルキル基の具体例と同様のものを挙げることができる。
Aのアルキレン基としては、炭素数1〜12のアルキレン(例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、イソプロピレン基、ブチレン基、イソブチレン基など)を、Aのアルケニレン基としては、炭素数2〜12のアルケニレン基(例えば、エチニレン基、プロペニレン基、ブテニレン基など)を、Aのアリーレン基としては、炭素数6〜10のアリーレン基(例えば、フェニレン基、トリレン基、ナフチレン基など)を、それぞれ挙げることができる。
なお、光酸発生剤として、一般式(ZVI)により表される構造を複数有する化合物も好ましい。このような化合物としては、例えば、一般式(ZVI)により表される化合物のR209又はR210と、一般式(ZVI)により表されるもう一つの化合物のR209又はR210とが互いに結合した構造を有する化合物が挙げられる。
光酸発生剤としては、一般式(ZI)〜(ZIII)により表される化合物がより好ましく、一般式(ZI)により表される化合物が更に好ましい。
光酸発生剤の具体例を以下に示すが、これらに限定されるものではない。
Figure 2012093737
Figure 2012093737
Figure 2012093737
Figure 2012093737
Figure 2012093737
Figure 2012093737
Figure 2012093737
Figure 2012093737
Figure 2012093737
Figure 2012093737
Figure 2012093737
Figure 2012093737
Figure 2012093737
Figure 2012093737
Figure 2012093737
Figure 2012093737
また、本発明に係る組成物は、光酸発生剤として、活性光線又は放射線の照射によりカルボン酸を発生する化合物を更に含んでいてもよい。このような化合物としては、例えば、以下のものが挙げられる。
Figure 2012093737
Figure 2012093737
Figure 2012093737
これら光酸発生剤の分子量は、例えば100〜1500の範囲内にあり、典型的には200〜1000の範囲内にある。
なお、光酸発生剤は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。後者の場合、水素原子を除く全原子数が2以上異なる2種の有機酸を発生する化合物を組み合わせることが好ましい。
本発明に係る組成物が光酸発生剤を更に含んでいる場合、その含有率は、組成物の全固形分を基準として、好ましくは0.1〜40質量%であり、より好ましくは0.5〜30質量%であり、更に好ましくは1〜20質量%である。
[3]塩基性化合物
本発明に係る組成物は、塩基性化合物を更に含んでいてもよい。塩基性化合物は、好ましくは、フェノールと比較して塩基性がより強い化合物である。また、この塩基性化合物は、有機塩基性化合物であることが好ましく、含窒素塩基性化合物であることが更に好ましい。
使用可能な含窒素塩基性化合物は特に限定されないが、例えば、以下の(1)〜(5)に分類される化合物を用いることができる。
(1)下記一般式(BS−1)により表される化合物
Figure 2012093737
一般式(BS−1)中、
Rは、各々独立に、水素原子又は有機基を表す。但し、3つのRのうち少なくとも1つは有機基である。この有機基は、直鎖若しくは分岐鎖のアルキル基、単環若しくは多環のシクロアルキル基、アリール基又はアラルキル基である。
Rとしてのアルキル基の炭素数は、特に限定されないが、通常1〜20であり、好ましくは1〜12である。
Rとしてのシクロアルキル基の炭素数は、特に限定されないが、通常3〜20であり、好ましくは5〜15である。
Rとしてのアリール基の炭素数は、特に限定されないが、通常6〜20であり、好ましくは6〜10である。具体的には、フェニル基及びナフチル基等が挙げられる。
Rとしてのアラルキル基の炭素数は、特に限定されないが、通常7〜20であり、好ましくは7〜11である。具体的には、ベンジル基等が挙げられる。
Rとしてのアルキル基、シクロアルキル基、アリール基及びアラルキル基は、水素原子が置換基により置換されていてもよい。この置換基としては、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルキルカルボニルオキシ基及びアルキルオキシカルボニル基等が挙げられる。
なお、一般式(BS−1)により表される化合物では、Rのうち少なくとも2つが有機基であることが好ましい。
一般式(BS−1)により表される化合物の具体例としては、トリ−n−ブチルアミン、トリ−n−ペンチルアミン、トリ−n−オクチルアミン、トリ−n−デシルアミン、トリイソデシルアミン、ジシクロヘキシルメチルアミン、テトラデシルアミン、ペンタデシルアミン、ヘキサデシルアミン、オクタデシルアミン、ジデシルアミン、メチルオクタデシルアミン、ジメチルウンデシルアミン、N,N−ジメチルドデシルアミン、メチルジオクタデシルアミン、N,N−ジブチルアニリン、N,N−ジヘキシルアニリン、2,6−ジイソプロピルアニリン、及び2,4,6−トリ(t−ブチル)アニリンが挙げられる。
また、一般式(BS−1)により表される好ましい塩基性化合物として、少なくとも1つのRがヒドロキシ基で置換されたアルキル基であるものが挙げられる。具体的には、例えば、トリエタノールアミン及びN,N−ジヒドロキシエチルアニリンが挙げられる。
なお、Rとしてのアルキル基は、アルキル鎖中に酸素原子を有していてもよい。即ち、オキシアルキレン鎖が形成されていてもよい。オキシアルキレン鎖としては、−CHCHO−が好ましい。具体的には、例えば、トリス(メトキシエトキシエチル)アミン、及び、US6040112号明細書のカラム3の60行目以降に例示されている化合物が挙げられる。
(2)含窒素複素環構造を有する化合物
この含窒素複素環は、芳香族性を有していてもよく、芳香族性を有していなくてもよい。また、窒素原子を複数有していてもよい。更に、窒素以外のヘテロ原子を含有していてもよい。具体的には、例えば、イミダゾール構造を有する化合物(2−フェニルベンゾイミダゾール、2,4,5−トリフェニルイミダゾールなど)、ピペリジン構造を有する化合物〔N−ヒドロキシエチルピペリジン及びビス(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル)セバケートなど〕、ピリジン構造を有する化合物(4−ジメチルアミノピリジンなど)、並びにアンチピリン構造を有する化合物(アンチピリン及びヒドロキシアンチピリンなど)が挙げられる。
また、環構造を2つ以上有する化合物も好適に用いられる。具体的には、例えば、1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]ノナ−5−エン及び1,8−ジアザビシクロ〔5.4.0〕−ウンデカ−7−エンが挙げられる。
(3)フェノキシ基を有するアミン化合物
フェノキシ基を有するアミン化合物とは、アミン化合物が含んでいるアルキル基のN原子と反対側の末端にフェノキシ基を備えた化合物である。フェノキシ基は、例えば、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、カルボキシ基、カルボン酸エステル基、スルホン酸エステル基、アリール基、アラルキル基、アシロキシ基及びアリールオキシ基等の置換基を有していてもよい。
この化合物は、より好ましくは、フェノキシ基と窒素原子との間に、少なくとも1つのオキシアルキレン鎖を有している。1分子中のオキシアルキレン鎖の数は、好ましくは3〜9個、更に好ましくは4〜6個である。オキシアルキレン鎖の中でも−CHCHO−が特に好ましい。
具体例としては、2−[2−{2―(2,2―ジメトキシ−フェノキシエトキシ)エチル}−ビス−(2−メトキシエチル)]−アミン、及び、US2007/0224539A1号明細書の段落[0066]に例示されている化合物(C1−1)〜(C3−3)が挙げられる。
フェノキシ基を有するアミン化合物は、例えば、フェノキシ基を有する1級又は2級アミンとハロアルキルエーテルとを加熱して反応させ、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム及びテトラアルキルアンモニウム等の強塩基の水溶液を添加した後、酢酸エチル及びクロロホルム等の有機溶剤で抽出することにより得られる。また、フェノキシ基を有するアミン化合物は、1級又は2級アミンと、末端にフェノキシ基を有するハロアルキルエーテルとを加熱して反応させ、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム及びテトラアルキルアンモニウム等の強塩基の水溶液を添加した後、酢酸エチル及びクロロホルム等の有機溶剤で抽出することによって得ることもできる。
(4)アンモニウム塩
塩基性化合物として、アンモニウム塩も適宜用いることができる。
アンモニウム塩のアニオンとしては、例えば、ハライド、スルホネート、ボレート及びフォスフェートが挙げられる。これらのうち、ハライド及びスルホネートが特に好ましい。
ハライドとしては、クロライド、ブロマイド及びアイオダイドが特に好ましい。
スルホネートとしては、炭素数1〜20の有機スルホネートが特に好ましい。有機スルホネートとしては、例えば、炭素数1〜20のアルキルスルホネート及びアリールスルホネートが挙げられる。
アルキルスルホネートに含まれるアルキル基は、置換基を有していてもよい。この置換基としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、アルコキシ基、アシル基及びアリール基が挙げられる。アルキルスルホネートとして、具体的には、メタンスルホネート、エタンスルホネート、ブタンスルホネート、ヘキサンスルホネート、オクタンスルホネート、ベンジルスルホネート、トリフルオロメタンスルホネート、ペンタフルオロエタンスルホネート及びノナフルオロブタンスルホネートが挙げられる。
アリールスルホネートに含まれるアリール基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基及びアントリル基が挙げられる。これらアリール基は、置換基を有していてもよい。この置換基としては、例えば、炭素数1〜6の直鎖若しくは分岐鎖アルキル基及び炭素数3〜6のシクロアルキル基が好ましい。具体的には、例えば、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、i−ブチル、t−ブチル、n−ヘキシル及びシクロヘキシル基が好ましい。他の置換基としては、炭素数1〜6のアルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ、ニトロ、アシル基及びアシロキシ基が挙げられる。
このアンモニウム塩は、ヒドロキシド又はカルボキシレートであってもよい。この場合、このアンモニウム塩は、炭素数1〜8のテトラアルキルアンモニウムヒドロキシド(テトラメチルアンモニウムヒドロキシド及びテトラエチルアンモニウムヒドロキシド、テトラ−(n−ブチル)アンモニウムヒドロキシド等のテトラアルキルアンモニウムヒドロキシドであることが特に好ましい。
好ましい塩基性化合物としては、例えば、グアニジン、アミノピリジン、アミノアルキルピリジン、アミノピロリジン、インダゾール、イミダゾール、ピラゾール、ピラジン、ピリミジン、プリン、イミダゾリン、ピラゾリン、ピペラジン、アミノモルフォリン及びアミノアルキルモルフォリンが挙げられる。これらは、置換基を更に有していてもよい。好ましい置換基としては、例えば、アミノ基、アミノアルキル基、アルキルアミノ基、アミノアリール基、アリールアミノ基、アルキル基、アルコキシ基、アシル基、アシロキシ基、アリール基、アリールオキシ基、ニトロ基、水酸基及びシアノ基が挙げられる。
特に好ましい塩基性化合物としては、例えば、グアニジン、1,1−ジメチルグアニジン、1,1,3,3,−テトラメチルグアニジン、イミダゾール、2−メチルイミダゾール、4−メチルイミダゾール、N−メチルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール、4,5−ジフェニルイミダゾール、2,4,5−トリフェニルイミダゾール、2−アミノピリジン、3−アミノピリジン、4−アミノピリジン、2−ジメチルアミノピリジン、4−ジメチルアミノピリジン、2−ジエチルアミノピリジン、2−(アミノメチル)ピリジン、2−アミノ−3−メチルピリジン、2−アミノ−4−メチルピリジン、2−アミノ−5−メチルピリジン、2−アミノ−6−メチルピリジン、3−アミノエチルピリジン、4−アミノエチルピリジン、3−アミノピロリジン、ピペラジン、N−(2−アミノエチル)ピペラジン、N−(2−アミノエチル)ピペリジン、4−アミノ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、4−ピペリジノピペリジン、2−イミノピペリジン、1−(2−アミノエチル)ピロリジン、ピラゾール、3−アミノ−5−メチルピラゾール、5−アミノ−3−メチル−1−p−トリルピラゾール、ピラジン、2−(アミノメチル)−5−メチルピラジン、ピリミジン、2,4−ジアミノピリミジン、4,6−ジヒドロキシピリミジン、2−ピラゾリン、3−ピラゾリン、N−アミノモルフォリン及びN−(2−アミノエチル)モルフォリンが挙げられる。
(5)プロトンアクセプター性官能基を有し、かつ、活性光線又は放射線の照射により分解してプロトンアクセプター性が低下、消失、又はプロトンアクセプター性から酸性に変化した化合物を発生する化合物(PA)
本発明に係る組成物は、塩基性化合物として、プロトンアクセプター性官能基を有し、かつ、活性光線又は放射線の照射により分解してプロトンアクセプター性が低下、消失、又はプロトンアクセプター性から酸性に変化した化合物を発生する化合物〔以下、化合物(PA)ともいう〕を更に含んでいてもよい。
プロトンアクセプター性官能基とは、プロトンと静電的に相互作用し得る基或いは電子を有する官能基であって、例えば、環状ポリエーテル等のマクロサイクリック構造を有する官能基や、π共役に寄与しない非共有電子対をもった窒素原子を有する官能基を意味する。π共役に寄与しない非共有電子対を有する窒素原子とは、例えば、下記一般式に示す部分構造を有する窒素原子である。
Figure 2012093737
プロトンアクセプター性官能基の好ましい部分構造として、例えば、クラウンエーテル、アザクラウンエーテル、1〜3級アミン、ピリジン、イミダゾール、ピラジン構造などを挙げることができる。
化合物(PA)は、活性光線又は放射線の照射により分解してプロトンアクセプター性が低下、消失、又はプロトンアクセプター性から酸性に変化した化合物を発生する。ここで、プロトンアクセプター性の低下、消失、又はプロトンアクセプター性から酸性への変化とは、プロトンアクセプター性官能基にプロトンが付加することに起因するプロトンアクセプター性の変化であり、具体的には、プロトンアクセプター性官能基を有する化合物(PA)とプロトンからプロトン付加体が生成する時、その化学平衡に於ける平衡定数が減少することを意味する。
プロトンアクセプター性は、pH測定を行うことによって確認することができる。
本発明においては、活性光線又は放射線の照射により化合物(PA)が分解して発生する化合物の酸解離定数pKaが、pKa<−1を満たすことが好ましく、より好ましくは−13<pKa<−1であり、更に好ましくは−13<pKa<−3である。
本発明に於いて、酸解離定数pKaとは、水溶液中での酸解離定数pKaのことを表し、例えば、化学便覧(II)(改訂4版、1993年、日本化学会編、丸善株式会社)に記載のものであり、この値が低いほど酸強度が大きいことを示している。水溶液中での酸解離定数pKaは、具体的には、無限希釈水溶液を用い、25℃での酸解離定数を測定することにより実測することができ、また、下記ソフトウェアパッケージ1を用いて、ハメットの置換基定数及び公知文献値のデータベースに基づいた値を、計算により求めることもできる。本明細書中に記載したpKaの値は、全て、このソフトウェアパッケージを用いて計算により求めた値を示している。
ソフトウェアパッケージ1: Advanced Chemistry Development (ACD/Labs) Software V8.14 for Solaris (1994−2007 ACD/Labs)
化合物(PA)は、活性光線又は放射線の照射により分解して発生する上記プロトン付加体として、例えば、下記一般式(PA−1)で表される化合物を発生する。一般式(PA−1)で表される化合物は、プロトンアクセプター性官能基とともに酸性基を有することにより、化合物(PA)に比べてプロトンアクセプター性が低下、消失、又はプロトンアクセプター性から酸性に変化した化合物である。
Figure 2012093737
一般式(PA−1)中、
Qは、−SOH、−COH、又は−XNHXを表す。ここで、Rは、アルキル基、シクロアルキル基若しくはアリール基を表し、X及びXは各々独立に、−SO−又は−CO−を表わす。
Aは、単結合又は2価の連結基を表す。
Xは、−SO−又は−CO−を表す。
nは、0又は1を表す。
Bは、単結合、酸素原子又は−N(Rx)Ry−を表す。Rxは、水素原子又は1価の有機基を表し、Ryは単結合又は2価の有機基を表す。Ryと結合して環を形成してもよく、又はRと結合して環を形成してもよい。
Rは、プロトンアクセプター性官能基を有する1価の有機基を表す。
一般式(PA−1)について更に詳細に説明する。
Aにおける2価の連結基としては、好ましくは炭素数2〜12の2価の連結基であり、例えば、アルキレン基、フェニレン基等が挙げられる。より好ましくは少なくとも1つのフッ素原子を有するアルキレン基であり、好ましい炭素数は2〜6、より好ましくは炭素数2〜4である。アルキレン鎖中に酸素原子、硫黄原子などの連結基を有していてもよい。アルキレン基は、特に水素原子数の30〜100%がフッ素原子で置換されたアルキレン基が好ましく、Q部位と結合した炭素原子がフッ素原子を有することがより好ましい。更にはパーフルオロアルキレン基が好ましく、パーフロロエチレン基、パーフロロプロピレン基、パーフロロブチレン基がより好ましい。
Rxにおける1価の有機基としては、好ましくは炭素数1〜30であり、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルケニル基などを挙げることができる。これら基は更に置換基を有していてもよい。
Rxにおけるアルキル基としては、置換基を有していてもよく、好ましくは炭素数1〜20の直鎖及び分岐アルキル基であり、アルキル鎖中に酸素原子、硫黄原子、窒素原子を有していてもよい。
Ryにおける2価の有機基としては、好ましくはアルキレン基を挙げることができる。
RxとRyとが互いに結合して形成してもよい環構造としては、窒素原子を含む5〜10員の環、特に好ましくは6員の環が挙げられる。
なお、置換基を有するアルキル基として、特に直鎖又は分岐アルキル基にシクロアルキル基が置換した基(例えば、アダマンチルメチル基、アダマンチルエチル基、シクロヘキシルエチル基、カンファー残基など)を挙げることができる。
Rxにおけるシクロアルキル基としては、置換基を有していてもよく、好ましくは炭素数3〜20のシクロアルキル基であり、環内に酸素原子を有していてもよい。
Rxにおけるアリール基としては、置換基を有していてもよく、好ましくは炭素数6〜14のアリール基である。
Rxにおけるアラルキル基としては、置換基を有していてもよく、好ましくは炭素数7〜20のアラルキル基が挙げられる。
Rxにおけるアルケニル基としては、置換基を有していてもよく、例えば、Rxとして挙げたアルキル基の任意の位置に2重結合を有する基が挙げられる。
Rにおけるプロトンアクセプター性官能基とは、上記の通りであり、アザクラウンエーテル、1〜3級アミン、ピリジンやイミダゾールといった窒素を含む複素環式芳香族構造などを有する基が挙げられる。
このような構造を有する有機基として、好ましい炭素数は4〜30であり、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルケニル基などを挙げることができる。
Rにおけるプロトンアクセプター性官能基又はアンモニウム基を含むアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルケニル基に於けるアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルケニル基は、前記Rxとして挙げたアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルケニル基と同様のものである。
上記各基が有してもよい置換基としては、例えば、ハロゲン原子、水酸基、ニトロ基、シアノ基、カルボキシ基、カルボニル基、シクロアルキル基(好ましくは炭素数3〜10)、アリール基(好ましくは炭素数6〜14)、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜10)、アシル基(好ましくは炭素数2〜20)、アシルオキシ基(好ましくは炭素数2〜10)、アルコキシカルボニル基(好ましくは炭素数2〜20)、アミノアシル基(好ましくは炭素数2〜20)などが挙げられる。アリール基、シクロアルキル基などにおける環状構造、及びアミノアシル基については、置換基としては更にアルキル基(好ましくは炭素数1〜20)を挙げることができる。
Bが−N(Rx)Ry−の時、RとRxが互いに結合して環を形成していることが好ましい。環構造を形成することによって、安定性が向上し、これを用いた組成物の保存安定性が向上する。環を形成する炭素数は4〜20が好ましく、単環式でも多環式でもよく、環内に酸素原子、硫黄原子、窒素原子を含んでいてもよい。
単環式構造としては、窒素原子を含む4員環、5員環、6員環、7員環、8員環等を挙げることができる。多環式構造としては、2又は3以上の単環式構造の組み合わせから成る構造を挙げることができる。単環式構造、多環式構造は、置換基を有していてもよく、例えば、ハロゲン原子、水酸基、シアノ基、カルボキシ基、カルボニル基、シクロアルキル基(好ましくは炭素数3〜10)、アリール基(好ましくは炭素数6〜14)、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜10)、アシル基(好ましくは炭素数2〜15)、アシルオキシ基(好ましくは炭素数2〜15)、アルコキシカルボニル基(好ましくは炭素数2〜15)、アミノアシル基(好ましくは炭素数2〜20)などが好ましい。アリール基、シクロアルキル基などにおける環状構造については、置換基としては更にアルキル基(好ましくは炭素数1〜15)を挙げることができる。アミノアシル基については、置換基として更にアルキル基(好ましくは炭素数1〜15)を挙げることができる。
Qにより表される−XNHXにおけるRとして、好ましくは炭素数1〜6のフッ素原子を有してもよいアルキル基であり、更に好ましくは炭素数1〜6のパーフルオロアルキル基である。また、X及びXとしては、少なくとも一方が−SO−であることが好ましく、より好ましくはX及びXの両方が−SO−である場合である。
一般式(PA−1)で表される化合物のうち、Q部位がスルホン酸である化合物は、一般的なスルホンアミド化反応を用いることで合成できる。例えば、ビススルホニルハライド化合物の一方のスルホニルハライド部を選択的にアミン化合物と反応させて、スルホンアミド結合を形成した後、もう一方のスルホニルハライド部分を加水分解する方法、あるいは環状スルホン酸無水物をアミン化合物と反応させ開環させる方法により得ることができる。
化合物(PA)は、イオン性化合物であることが好ましい。プロトンアクセプター性官能基はアニオン部、カチオン部のいずれに含まれていてもよいが、アニオン部位に含まれていることが好ましい。
化合物(PA)として、好ましくは下記一般式(4)〜(6)で表される化合物が挙げられる。
Figure 2012093737
一般式(4)〜(6)において、A、X、n、B、R、Rf、X及びXは、一般式(PA−1)における各々と同義である。
はカウンターカチオンを示す。
カウンターカチオンとしては、オニウムカチオンが好ましい。より詳しくは、光酸発生剤において、先に一般式(ZI)におけるS(R201’)(R202’)(R203’)として説明したスルホニウムカチオン、一般式(ZII)におけるI(R204’)(R205’)として説明したヨードニウムカチオンが好ましい例として挙げられる。
以下、化合物(PA)の具体例を示すが、これらに限定されるものではない。
Figure 2012093737
Figure 2012093737
Figure 2012093737
Figure 2012093737
Figure 2012093737
Figure 2012093737
Figure 2012093737
Figure 2012093737
また、本発明においては、一般式(PA−1)で表される化合物を発生する化合物以外の化合物(PA)も適宜選択可能である。例えば、イオン性化合物であって、カチオン部にプロトンアクセプター部位を有する化合物を用いてもよい。より具体的には、下記一般式(7)で表される化合物などが挙げられる。
Figure 2012093737
式中、Aは硫黄原子又はヨウ素原子を表す。
mは1又は2を表し、nは1又は2を表す。但し、Aが硫黄原子の時、m+n=3、Aがヨウ素原子の時、m+n=2である。
Rは、アリール基を表す。
は、プロトンアクセプター性官能基で置換されたアリール基を表す。
は、対アニオンを表す。
の具体例としては、上述した一般式(ZI)におけるXと同様のものが挙げられる。
R及びRのアリール基の具体例としては、フェニル基が好ましく挙げられる。
が有するプロトンアクセプター性官能基の具体例としては、前述の式(PA−1)で説明したプロトンアクセプター性官能基と同様である。 その他、本発明に係る組成物に使用可能なものとして、特開2002−363146号公報の実施例で合成されている塩基性化合物、及び特開2007−298569号公報の段落0108に記載の化合物等が挙げられる。
塩基性化合物として、感光性の塩基性化合物を用いてもよい。感光性の塩基性化合物としては、例えば、特表2003−524799号公報、及び、J.Photopolym.Sci&Tech. Vol.8,P.543−553(1995)等に記載の化合物を用いることができる。
塩基性化合物の分子量は、通常は100〜1500であり、好ましくは150〜1300であり、より好ましくは200〜1000である。
これらの塩基性化合物は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明に係る組成物が塩基性化合物を含んでいる場合、その含有量は、組成物の全固形分を基準として、0.01〜10質量%であることが好ましく、0.1〜8質量%であることがより好ましく、0.2〜5質量%であることが特に好ましい。
塩基性化合物の光酸発生剤に対するモル比は、好ましくは0.01〜10とし、より好ましくは0.05〜5とし、更に好ましくは0.1〜3とする。このモル比を過度に大きくすると、感度及び/又は解像度が低下する場合がある。このモル比を過度に小さくすると、露光と加熱(ポストベーク)との間において、パターンの細りを生ずる可能性がある。より好ましくは0.05〜5、更に好ましくは0.1〜3である。なお、上記モル比における光酸発生剤とは、上記樹脂(P)の繰り返し単位(B)と本発明の組成物が更に含んでいてもよい光酸発生剤との合計の量を基準とするものである。
[4]界面活性剤
本発明に係る組成物は、界面活性剤を更に含んでいてもよい。この界面活性剤としては、フッ素系及び/又はシリコン系界面活性剤が特に好ましい。
フッ素系及び/又はシリコン系界面活性剤としては、例えば、大日本インキ化学工業(株)製のメガファックF176及びメガファックR08、OMNOVA社製のPF656及びPF6320、トロイケミカル(株)製のトロイゾルS−366、住友スリーエム(株)製のフロラードFC430、並びに、信越化学工業(株)製のポリシロキサンポリマーKP−341が挙げられる。
フッ素系及び/又はシリコン系以外の界面活性剤を使用してもよい。この界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル類及びポリオキシエチレンアルキルアリールエーテル類等のノニオン系界面活性剤が挙げられる。
その他、公知の界面活性剤を適宜使用することができる。使用可能な界面活性剤としては、例えば、米国特許2008/0248425A1号明細書の[0273]以降に記載の界面活性剤が挙げられる。
界面活性剤は、1種類を単独で使用してもよいし、2種類以上を組み合わせて使用してもよい。
本発明に係る組成物が界面活性剤を更に含んでいる場合、その使用量は、組成物の全固形分を基準として、好ましくは0.0001〜2質量%とし、より好ましくは0.001〜1質量%とする。
[5]染料
本発明に係る組成物は、染料を更に含んでいてもよい。
好適な染料としては、例えば、油性染料及び塩基性染料が挙げられる。具体的には、例えば、オイルイエロー#101、オイルイエロー#103、オイルピンク#312、オイルグリーンBG、オイルブルーBOS、オイルブルー#603、オイルブラックBY、オイルブラックBS及びオイルブラックT−505(以上オリエント化学工業株式会社製)、並びに、クリスタルバイオレット(CI42555)、メチルバイオレット(CI42535)、ローダミンB(CI45170B)、マラカイトグリーン(CI42000)及びメチレンブルー(CI52015)が挙げられる。
[6]光塩基発生剤
本発明に係る組成物は、光塩基発生剤を更に含んでいてもよい。光塩基発生剤を含有させると、更に良好なパターンを形成することが可能となる。
光塩基発生剤としては、例えば、特開平4−151156号、同4−162040号、同5−197148号、同5−5995号、同6−194834号、同8−146608号、同10−83079号の各公報、及び欧州特許622682号明細書に記載の化合物が挙げられる。好ましい光塩基発生剤としては、具体的には、2−ニトロベンジルカルバメート、2,5−ジニトロベンジルシクロヘキシルカルバメート、N−シクロヘキシル−4−メチルフェニルスルホンアミド及び1,1−ジメチル−2−フェニルエチル−N−イソプロピルカーバメートが挙げられる。
[7]酸化防止剤
本発明に係る組成物は、酸化防止剤を更に含んでいてもよい。酸化防止剤を含有させると、酸素の存在下における有機材料の酸化を抑制することが可能となる。
酸化防止剤としては、例えば、フェノール系酸化防止剤、有機酸誘導体からなる酸化防止剤、硫黄含有酸化防止剤、リン系酸化防止剤、アミン系酸化防止剤、アミン−アルデヒド縮合物からなる酸化防止剤、及びアミン−ケトン縮合物からなる酸化防止剤が挙げられる。これら酸化防止剤のうち、フェノール系酸化防止剤及び有機酸誘導体からなる酸化防止剤を使用することが特に好ましい。こうすると、組成物の性能を低下させることなしに、酸化防止剤としての機能を発現させることができる。
フェノール系酸化防止剤としては、例えば、置換フェノール類、又は、ビス、トリス若しくはポリフェノール類を使用することができる。
酸化防止剤としては、好ましくは、2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノール、4−ヒドロキシメチル−2,6−ジ−t−ブチルフェノール、2、2’−メチレンビス(4−メチル−6−t−ブチルフェノール)、ブチルヒドロキシアニソール、t−ブチルヒドロキノン、2,4,5−トリヒドロキシブチロフェノン、ノルジヒドログアヤレチック酸、没食子酸プロピル、没食子酸オクチル、没食子酸ラウリル、及びクエン酸イソプロピルが挙げられる。これらのうち、2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノール、4−ヒドロキシメチル−2,6−ジ−t−ブチルフェノール、ブチルヒドロキシアニソール、t−ブチルヒドロキノンがより好ましく、2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノール又は4−ヒドロキシメチル−2,6−ジ−t−ブチルフェノールが更に好ましい。
酸化防止剤は、1種類を単独で使用してもよく、2種類以上を組み合わせて使用してもよい。
本発明に係る組成物に酸化防止剤を含有させる場合、その添加量は、好ましくは1ppm以上とし、より好ましくは5ppm以上とし、更に好ましくは10ppm以上とし、更により好ましくは50ppm以上とし、特に好ましくは100ppm以上とし、最も好ましくは100〜1000ppmとする。
[8]溶剤
本発明に係る組成物は、溶剤を更に含んでいてもよい。
この溶剤としては、典型的には、有機溶剤を使用する。この有機溶剤としては、例えば、アルキレングリコールモノアルキルエーテルカルボキシレート、アルキレングリコールモノアルキルエーテル、乳酸アルキルエステル、アルコキシプロピオン酸アルキル、環状ラクトン(好ましくは炭素数4〜10)、環を含有していてもよいモノケトン化合物(好ましくは炭素数4〜10)、アルキレンカーボネート、アルコキシ酢酸アルキル、及びピルビン酸アルキルが挙げられる。
溶剤としては、常温常圧下における沸点が130℃以上であるものを用いることが好ましい。具体的には、例えば、シクロペンタノン、γ−ブチロラクトン、シクロヘキサノン、乳酸エチル、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、PGMEA、3−エトキシプロピオン酸エチル、ピルビン酸エチル、酢酸−2−エトキシエチル、酢酸−2−(2−エトキシエトキシ)エチル及びプロピレンカーボネートが挙げられる。
これら溶剤は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を混合して用いてもよい。後者の場合、水酸基を含んだ溶剤と水酸基を含んでいない溶剤との混合溶剤を使用することが好ましい。
水酸基を含んだ溶剤としては、例えば、エチレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコール、PGME、プロピレングリコールモノエチルエーテル及び乳酸エチル等が挙げられる。これらのうち、PGME及び乳酸エチルが特に好ましい。
水酸基を含んでいない溶剤としては、例えば、PGMEA、エチルエトキシプロピオネート、2−ヘプタノン、γ−ブチロラクトン、シクロヘキサノン、酢酸ブチル、N−メチルピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド等を挙げることができ、これらの内で、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチルエトキシプロピオネート、2−ヘプタノン、γ−ブチロラクトン、シクロヘキサノン及び酢酸ブチルが挙げられる。これらのうち、PGMEA、エチルエトキシプロピオネート及び2−ヘプタノンが特に好ましい。
水酸基を含んだ溶剤と水酸基を含んでいない溶剤との混合溶剤を使用する場合、これらの質量比は、好ましくは1/99〜99/1とし、より好ましくは10/90〜90/10とし、更に好ましくは20/80〜60/40とする。
なお、水酸基を含んでいない溶剤を50質量%以上含んだ混合溶剤を用いると、特に優れた塗布均一性を達成し得る。また、溶剤は、PGMEAと他の1種以上の溶剤との混合溶剤であることが特に好ましい。
本発明の組成物中における溶剤の含有率は、所望の膜厚等に応じて適宜調整可能であるが、一般的には組成物の全固形分濃度が0.5〜30質量%、好ましくは1.0〜20質量%、より好ましくは1.5〜10質量%となるように調製される。
<パターン形成方法>
本発明に係る組成物は、典型的には、以下のようにして用いられる。即ち、本発明に係る組成物は、典型的には、基板等の支持体上に塗布されて、膜を形成する。
この膜の厚みは、0.02〜0.1μmが好ましい。基板上に塗布する方法としては、スピン塗布が好ましく、その回転数は1000〜3000rpmが好ましい。
この組成物は、例えば、精密集積回路素子やインプリント用モールドなどの製造等に使用される基板(例:シリコン/二酸化シリコン被覆、窒化シリコン及びクロム蒸着された石英基板など)上に、スピナー及びコーター等を用いて塗布される。その後、これを乾燥させて、感活性光線性又は感放射線性の膜(以下、レジスト膜ともいう)を形成する。なお、公知の反射防止膜を予め塗設することもできる。
次いで、上記の感活性光線性または感放射線性膜に活性光線又は放射線を照射し、好ましくはベーク(通常80〜150℃、より好ましくは90〜130℃)を行った後、現像する。ベークを行うことにより、更に良好なパターンを得ることが可能となる。
活性光線又は放射線としては、例えば、赤外光、可視光、紫外光、遠紫外光、X線、及び電子線が挙げられる。これら活性光線又は放射線としては、例えば250nm以下、特には220nm以下の波長を有したものがより好ましい。このような活性光線又は放射線としては、例えば、KrFエキシマレーザー(248nm)、ArFエキシマレーザー(193nm)、Fエキシマレーザー(157nm)、X線、及び電子線が挙げられる。好ましい活性光線又は放射線としては、例えば、KrFエキシマーレーザー、電子線、X線及びEUV光が挙げられる。より好ましくは、電子線、X線及びEUV光である。
すなわち、本発明は、KrFエキシマーレーザー、電子線、X線又はEUV光用(より好ましくは電子線、X線又はEUV光用)感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物にも関する。
現像工程では、通常、アルカリ現像液を用いる。
アルカリ現像液としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウム及びアンモニア水等の無機アルカリ類、エチルアミン及びn−プロピルアミン等の第一アミン類、ジエチルアミン及びジ−n−ブチルアミン等の第二アミン類、トリエチルアミン及びメチルジエチルアミン等の第三アミン類、ジメチルエタノールアミン及びトリエタノールアミン等のアルコールアミン類、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド及びテトラエチルアンモニウムヒドロキシド等の第四級アンモニウム塩、又は、ピロール及びピヘリジン等の環状アミン類を含んだアルカリ性水溶液が挙げられる。
アルカリ現像液には、適当量のアルコール類及び/又は界面活性剤を添加してもよい。
アルカリ現像液の濃度は、通常は0.1〜20質量%である。アルカリ現像液のpHは、通常は10.0〜15.0である。
なお、本発明に係る組成物を用いてインプリント用モールドを作製してもよく、その詳細については、例えば、特許第4109085号公報、特開2008−162101号公報、及び「ナノインプリントの基礎と技術開発・応用展開―ナノインプリントの基板技術と最新の技術展開―編集:平井義彦(フロンティア出版)」を参照されたい。
以下、本発明の態様を実施例により更に詳細に説明するが、本発明の内容がこれにより限定されるものではない。
<樹脂(P)の合成>
以下のようにして、先に挙げた樹脂P−1〜P−60を合成した。
<合成例1:モノマー1の合成>
以下のスキームに従って、モノマー(1)を合成した。
Figure 2012093737
まず、化合物(1)を、国際公開第07/037213号パンフレットに記載の方法で合成した。次いで、35.00質量部の化合物(1)に、150.00質量部の水を加えた後、27.30質量部のNaOHを更に加えた。得られた反応液を、加熱還流条件下、9時間に亘って攪拌した。これに塩酸を加えて酸性とした後、酢酸エチルを用いて生成物を抽出した。有機層を合わせ、濃縮することにより、36.90質量部の化合物(2)を得た(収率93%)。
50.87質量部の化合物(2)に300質量部の酢酸エチルを加えた。その後、51.76質量部の1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロイソプロピルアルコールと、3.18質量部の4−ジメチルアミノピリジンとを加えて攪拌した。得られた溶液中に、54.20質量部の1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド塩酸塩を加え、5時間に亘って攪拌した。200mLの1N塩酸中に反応溶液を加え、反応を停止させた。有機層を分離した後、1N塩酸を用いて洗浄し、水を用いて更に洗浄し、有機層を濃縮した。次いで、トルエンを用いて水を共沸脱水することにより、67.60質量部の化合物(3)を得た(収率76%)。
15.00質量部の化合物(3)を、67.5質量部の脱気処理したアセトニトリルに溶解させ、窒素ガスを用いてバブリングした後、反応液を10℃以下に冷却した。次いで、液温を10℃以下に維持しながら、8.11質量部のメタクリル酸クロライドを加え、7.85質量部のトリエチルアミンを滴下した。その後、反応液を室温で2時間に亘って更に攪拌した。反応終了後、9.0質量部の濃塩酸を675質量部の水で希釈して5℃まで冷却したものの中に、反応溶液を加えた。30分間に亘って攪拌した後、析出した沈殿をろ取し、水を用いて洗浄した。得られた粉体を45.6質量部のアセトニトリルに溶解させ、得られた溶液を、5℃まで冷却した304.0質量部の水中に滴下した。30分間に亘って攪拌した後、析出した沈殿をろ取し、水で洗浄した。得られた粉体に76.1質量部のヘプタンを加え、室温にて1時間に亘って攪拌した。固体をろ取し、乾燥させることにより、13.7質量部の化合物(4)を得た(収率77%)。
5.00質量部の化合物(4)を、50質量部のテトラヒドロフランに溶解させた。得られた溶液に50質量部の水と2.16質量部の炭酸カリウムとを加え、室温で1時間に亘って攪拌した。反応終了後、濃塩酸を加えて反応溶液のpHを1以下とした。これに100質量部の酢酸エチルを加えて、生成物を抽出した。分離した有機層を50質量部の1N塩酸を用いて洗浄し、有機層を濃縮することにより、3.01質量部の化合物(5)を得た(収率94%)。
2.00質量部の化合物(5)に、0.13質量部のジメチルホルムアミドと2.00質量部の塩化チオニルとを加えた。反応溶液を75℃まで加熱し、1時間に亘って攪拌した。反応終了後、減圧下で、未反応の塩化チオニルを除去した。これにより、化合物(6)を得た。
次いで、Journal of Medicinal Chemistry, 1975, Vol.18, No.11, 1065-1070 に記載の方法により、化合物(7)を合成した。0.86質量部の化合物(7)を4.0質量部のアセトニトリルに溶解させた。得られた溶液に、0.84質量部のトリエチルアミンと0.28質量部の4−ジメチルアミノピリジンとを加えた。反応溶液を10℃以下に冷却し、攪拌した。液温を10℃以下に維持しながら、先に合成した化合物(6)を3.5質量部のアセトニトリルに溶解させたものを滴下した。反応終了後、50質量部の酢酸エチルと25質量部の炭酸水素ナトリウム水溶液とを加えて生成物を抽出した。分離した有機層を、飽和重曹水を用いて洗浄し、その後、水を用いて更に洗浄した。有機層を濃縮し、濃縮物をカラムクロマトグラフィーで精製することにより、0.54質量部のモノマー(1)を得た(収率21%)。
1H-NMR(400 MHz in (CD3)2CO):δ(ppm)=0.83-1.00(3H),1.63-1.77(8H),1.85-2.15(8H),2.18-2.56(1H),2.64(1H),3.55-3.56(1H),4.63(1H),4.69-4.71(1H),5.67(1H),6.10(1H)。
<合成例2:モノマー2の合成>
以下のスキームに従って、モノマー2を合成した。
Figure 2012093737
30.00gの2−(1−アダマンチル)−2−プロパノールを、570gのN−メチルピロリドンに溶解させ、35.26gの1,8−ジアザビシクロ[5,4,0]ウンデカ−7−エンを加えて撹拌した。得られた溶液を5℃まで冷却し、77.91gのブロモアセチルブロミドを30分かけて滴下した。滴下終了後、室温まで昇温して、6時間に亘って撹拌した。反応終了後、5℃まで冷却し、300mLの蒸留水を加えた。これに酢酸エチルで3回抽出を行い、併せた有機層を炭酸水素ナトリウム飽和水溶液と蒸留水で洗浄した後、有機層に無水硫酸マグネシウムで乾燥し、溶媒を留去することにより、46.24gの化合物(6)を得た(収率95%)。
42.63gの化合物(6)を170gのN−メチルピロリドンに溶解させた。得られた溶液を5℃に冷却し、23.36gのK2CO3と、合成例1と同様にして合成した30.00gの化合物(5)を入れた。その後、室温で6時間撹拌した後、再び5℃まで冷却して、200gの蒸留水を30分かけて滴下した。反応溶液に酢酸エチルを加えて3回抽出し、併せた有機層を蒸留水で3回洗浄した後、有機層に10gの活性炭素を加えて、1時間撹拌した。その後、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、ろ液を取り出し、溶媒を留去し、49.04g(収率:87%)のモノマー2を得た。
1H-NMR(400 MHz in CDCl3):δ(ppm)=1.47(6H、s)、1.54−1.84(14H、m)、1.90−2.09(4H、m)、1.94(3H、s)、2.58−2.71(2H、m)、3.69(1H、d)、4.51(1H、d)、4.64(1H、d)、4.68(1H、brs)、4.73(1H、d)、5.62(1H、s)、6.10(1H、s)。
また、その他の必要なモノマーを、上記の合成例1及び2と同様にして合成した。
<合成例3:モノマー3の合成>
以下のスキームに従って、モノマー3を合成した。
Figure 2012093737
100.00gの化合物(5)を、400gの酢酸エチルに溶解させた。得られた溶液を0℃に冷却し、47.60gのナトリウムメトキシド(28質量%メタノール溶液)を30分かけて滴下した。その後、これを室温で5時間に亘って撹拌した。反応溶液に酢酸エチルを加えて、有機層を蒸留水で3回洗浄した後、無水硫酸ナトリウムで乾燥し、溶媒を留去した。このようにして、化合物(6)(54質量%酢酸エチル溶液)131.70gを得た。
18.52gの化合物(6)(54質量%酢酸エチル溶液)に、56.00gの酢酸エチルを加えた。これに、31.58gの1,1,2,2,3,3−ヘキサフルオロプロパン−1,3−ジスルホニルジフルオリドを加え、0℃に冷却した。12.63gのトリエチルアミンを25.00gの酢酸エチルに溶解させた溶液を30分かけて滴下し、液温を0℃に維持したまま4時間に亘って撹拌した。酢酸エチルを加えて、有機層を飽和食塩水で3回洗浄した後、無水硫酸ナトリウムで乾燥し、溶媒を留去した。このようにして、32.90gの化合物(7)を得た。
35.00gの化合物(7)を315gのメタノールに溶解させ、0℃に冷却し、245gの1規定水酸化ナトリウム水溶液を加えて、室温で2時間撹拌した。溶媒を留去した後、酢酸エチルを加えて、有機層を飽和食塩水で3回洗浄した後、無水硫酸ナトリウムで乾燥し、溶媒を留去した。このようにして、34.46gの化合物(8)を得た。
28.25gの化合物(8)を254.25gのメタノールに溶解させ、23.34gのトリフェニルスルホニウムブロミドを加え、室温で3時間撹拌した。溶媒を留去して、蒸留水を加えて、クロロホルムで3回抽出した。得られた有機層を蒸留水で3回洗浄した後、溶媒を留去した。このようにして、42.07gのモノマー3を得た。
〔合成例4:樹脂P−14〕
Figure 2012093737
14.71gのp−ヒドロキシスチレン(6)(53.1質量%プロピレングリコールモノメチルエーテル溶液)と、9.06gのモノマー1と、6.77gのモノマー3と、1.61gの重合開始剤V−601(和光純薬工業(株)製)とを、38.60gのプロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)に溶解させた。反応容器中に9.65gのPGMEを入れ、窒素ガス雰囲気下、85℃の系中に2時間かけて滴下した。反応溶液を4時間に亘って加熱撹拌した後、これを室温まで放冷した。
上記反応溶液を、40gのアセトンを加えることにより希釈した。希釈した溶液を1200gのヘキサン/酢酸エチル=8/2中に滴下し、ポリマーを沈殿させ、ろ過した。300gのヘキサン/酢酸エチル=8/2を用いて、ろ過した固体のかけ洗いを行なった。得られた固体を90gのアセトンに溶解させ、700gのメタノール/蒸留水=1/9中に滴下し、ポリマーを沈殿させ、ろ過した。200gのメタノール/蒸留水=1/9を用いて、ろ過した固体のかけ洗いを行なった。その後、洗浄後の固体を減圧乾燥に供して、13.67gの樹脂P−14を得た。
この樹脂P−14について、GPC(東ソー株式会社製;HLC−8120;Tsk gel Multipore HXL−M)を用いて重量平均分子量(Mw)及び分散度(Mw/Mn)を測定した。その結果を、下記表1に示す。なお、このGPC測定では、溶媒としてTHFを用いた。
〔その他の樹脂〕
樹脂P−1〜P−13及びP−15〜P−60の各々を、樹脂P−14の合成と同様にして合成した。また、これら樹脂について、樹脂P−14と同様にして重量平均分子量(Mw)及び分散度(Mw/Mn)を測定した。
下記表1に、樹脂P−1〜P−60の重量平均分子量、組成比(モル比)及び分散度を纏める。
Figure 2012093737
以下の比較化合物C−1〜C−2を準備した。
Figure 2012093737
Figure 2012093737
<光酸発生剤>
光酸発生剤としては、先に挙げたB−1〜B−120の中から実施例29においてB−17を用いた。
<塩基性化合物>
塩基性化合物としては、下記N−1〜N−7の何れかを用いた。なお、N−7は、上述した化合物(PA)に該当する化合物であり、特開2006−330098号公報の[0354]に基づいて合成した。
Figure 2012093737
<界面活性剤>
界面活性剤としては、下記W−1〜W−4の何れかを用いた。
W−1:メガファックR08(大日本インキ化学工業(株)製;フッ素及びシリコン系)
W−2:ポリシロキサンポリマーKP−341(信越化学工業(株)製;シリコン系)
W−3:トロイゾルS−366(トロイケミカル(株)製;フッ素系)
W−4:PF6320(OMNOVA社製;フッ素系)
<溶剤>
溶剤としては、下記S−1〜S−4の何れかを適宜混合して用いた。
S−1:PGMEA(b.p.=146℃)
S−2:PGME(b.p.=120℃)
S−3:乳酸メチル(b.p.=145℃)
S−4:シクロヘキサノン(b.p.=157℃)
<レジスト評価(EB)>
下記表2に示す各成分を、同表に示す溶剤に溶解させて、固形分濃度が3.0質量%の溶液を調製した。この溶液をポアサイズ0.1μmのポリテトラフルオロエチレンフィルタを用いてろ過して、ポジ型レジスト溶液を得た。
表2中に示した「質量%」の数値は、組成物の界面活性剤を除く全固形分を基準とした値である。なお、界面活性剤の含有率は、組成物の界面活性剤を除く全固形分に対して0.01質量%である。
ヘキサメチルジシラザン処理を施したシリコン基板上に、スピンコータを用いて、上記のポジ型レジスト溶液を塗布した。これを、110℃で90秒間に亘ってホットプレート上で加熱乾燥させ、平均膜厚が100nmのレジスト膜を得た。
〔感度、パターン形状、ラフネス特性及び孤立スペースパターン解像性〕
このレジスト膜に対し、電子線照射装置((株)日立製作所製HL750;加速電圧50keV)を用いて電子線照射を行った。照射後直ぐに、130℃で90秒間に亘ってホットプレート上にて加熱した。その後、濃度2.38質量%のテトラメチルアンモニウムヒドロオキサイド水溶液を用いて、23℃で60秒間現像し、30秒間純水を用いてリンスした後、乾燥させた。これにより、ラインアンドスペースパターン(ライン:スペース=1:1)又は孤立スペースパターン(ライン:スペース=>100:1)を形成した。
(感度)
まず、得られたラインアンドスペースパターンの断面形状を、走査型電子顕微鏡((株)日立製作所製S−4800)を用いて観察した。そして、100nmの線幅のラインを解像する際の最小照射エネルギーを求め、この値を「感度(μC/cm)」とした。
(パターン形状)
上記の感度を示す照射量における100nmラインパターン(ライン:スペース=1:1)の断面形状を走査型電子顕微鏡((株)日立製作所製S−4800)を用いて観察した。そして、その形状を、「矩形」又は「テーパー」の2段階で評価した。
(ラフネス特性:ラインエッジラフネス(LER))
上記の100nmラインパターン(ライン:スペース=1:1)を、走査型電子顕微鏡((株)日立製作所製S−9260)を用いて観察した。そして、その長さ方向50μmに含まれる等間隔の30点について、エッジがあるべき基準線と実際のエッジとの間の距離を測定した。そして、この距離の標準偏差を求め、3σを算出した。そして、この3σを「LER(nm)」とした。
(孤立スペースパターンの解像性;解像力)
上記の感度を示す照射量における孤立スペースパターン(ライン:スペース=>100:1)の限界解像力(ラインとスペースが分離解像する最小の線幅)を求めた。そして、この値を「解像力(nm)」とした。
これらの評価結果を、下記表2に示す。
Figure 2012093737
Figure 2012093737
表2に示すように、実施例の組成物は、比較例の組成物と比較して、感度、パターン形状、LER及び孤立スペースの解像性の全てにおいて優れていた。
<レジスト評価(EUV)>
下記表3に示す各成分を、同表に示す溶剤に溶解させて、固形分濃度が3.0質量%の溶液を調製した。この溶液をポアサイズ0.1μmのポリテトラフルオロエチレンフィルタを用いてろ過して、ポジ型レジスト溶液を得た。
表3中に示した「質量%」の数値は、組成物の界面活性剤を除く全固形分を基準とした値である。なお、界面活性剤の含有量は、組成物の界面活性剤を除く全固形分に対して0.01質量%である。
ヘキサメチルジシラザン処理を施したシリコン基板上に、スピンコータを用いて、上記のポジ型レジスト溶液を塗布した。これを、120℃で90秒間に亘ってホットプレート上で加熱乾燥させ、平均膜厚が100nmのレジスト膜を得た。
〔感度、パターン形状及びラフネス特性〕
このレジスト膜に対し、EUV露光装置を用いてEUV光を照射した。照射後直ぐに、130℃で90秒間に亘ってホットプレート上にて加熱した。その後、濃度2.38質量%のテトラメチルアンモニウムヒドロオキサイド水溶液を用いて、23℃で60秒間現像し、30秒間純水を用いてリンスした後、乾燥させた。これにより、ラインアンドスペー
スパターン(ライン:スペース=1:1)を形成した。
(感度)
まず、得られたラインアンドスペースパターンの断面形状を、走査型電子顕微鏡((株)日立製作所製S−4800)を用いて観察した。そして、100nmの線幅のラインを解像する際の最小照射エネルギーを求め、この値を「感度(mJ/cm)」とした。
(パターン形状)
上記の感度を示す照射量における100nmラインパターン(ライン:スペース=1:1)の断面形状を走査型電子顕微鏡((株)日立製作所製S−4800)を用いて観察した。そして、その形状を、「矩形」又は「テーパー」の2段階で評価した。
(ラフネス特性:LER)
上記の100nmラインパターン(ライン:スペース=1:1)を、走査型電子顕微鏡((株)日立製作所製S−9260)を用いて観察した。そして、その長さ方向50μmに含まれる等間隔の30点について、エッジがあるべき基準線と実際のエッジとの間の距離を測定した。そして、この距離の標準偏差を求め、3σを算出した。そして、この3σを「LER(nm)」とした。
これらの評価結果を、下記表3に示す。
Figure 2012093737
表3に示すように、実施例の組成物は、比較例の組成物と比較して、感度、パターン形状及びLERの全てにおいて優れていた。
本発明の組成物を用いたパターン形成方法は、各種の半導体素子、記録媒体などの電子デバイスの製造におけるリソグラフィープロセスとして、好適に用いることができる。

Claims (21)

  1. 酸の作用により分解してアルカリ可溶性基を発生する構造部位(S1)と、アルカリ現像液の作用により分解してアルカリ現像液中への溶解速度が増大する構造部位(S2)とを備えた繰り返し単位(A)と、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する繰り返し単位(B)とを備えた樹脂を含む感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
  2. 前記構造部位(S2)はラクトン構造を含んでいる請求項1に記載の組成物。
  3. 前記構造部位(S1)は、前記ラクトン構造を構成しているエステル基に隣接した2つの炭素原子の少なくとも一方に結合している請求項2に記載の組成物。
  4. 前記繰り返し単位(A)は、下記一般式(1α)により表される構造を備えている請求項1〜3の何れか1項に記載の組成物。
    Figure 2012093737
    式中、
    は、k≧2の場合には各々独立に、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。k≧2の場合、前記Rの少なくとも2つが互いに結合して、環を形成していてもよい。
    Xは、アルキレン基、酸素原子又は硫黄原子を表す。
    Yは、m≧2の場合には各々独立に、前記構造単位(S1)を表す。
    kは、0〜5の整数を表す。
    mは、m+k≦6なる関係を満たす1〜5の整数を表す。
  5. 前記繰り返し単位(A)は下記一般式(1)により表される構造を備えている請求項4に記載の組成物。
    Figure 2012093737
    一般式(1)中、
    は、n≧2の場合には各々独立に、アルキレン基又はシクロアルキレン基を表す。
    Zは、n≧2の場合には各々独立に、単結合、エーテル結合、エステル結合、アミド結合、ウレタン結合又はウレア結合を表す。
    nは、0〜5の整数を表す。
    、X、Y、k及びmは、一般式(1α)における各基と同義である。
  6. 前記繰り返し単位(A)は下記一般式(PL−1)により表される請求項4に記載の組成物。
    Figure 2012093737
    一般式(PL−1)中、
    11は、各々独立に、水素原子、アルキル基又はハロゲン原子を表す。
    12は、n≧2の場合には各々独立に、アルキレン基又はシクロアルキレン基を表す。
    は、単結合、アルキレン基、アルケニレン基、シクロアルキレン基、2価の芳香環基、又はこれらの2以上を組み合わせた基を表す。前記組み合わせた基において、組み合わされる2以上の基は、互いに同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。また、前記2以上の基は、−O−、−S−、−CO−、−SO−、−NR−(Rは水素原子又はアルキル基)、2価の窒素含有非芳香族複素環基、及びこれらを組み合わせた基からなる群より選択される連結基を介して連結されていてもよい。
    11及びZ12は、各々独立に、単結合、−O−、−S−、−CO−、−SO−、−NR−(Rは水素原子若しくはアルキル基)、2価の窒素含有非芳香族複素環基、又は、これらを組み合わせた基を表す。
    13は、n≧2の場合には各々独立に、単結合、−O−、−S−、−CO−、−SO−、−NR−(Rは水素原子若しくはアルキル基)、2価の窒素含有非芳香族複素環基、又は、これらを組み合わせた基を表す。
    nは、0〜5の整数を表す。
    、X、Y、k及びmは、一般式(1α)における各基と同義である。
  7. 前記繰り返し単位(A)は下記一般式(2)により表される請求項5に記載の組成物。
    Figure 2012093737
    一般式(2)中、
    は、水素原子、アルキル基又はハロゲン原子を表す。
    、R、X、Y、Z、k、m及びnは、一般式(1)における各基と同義である。
  8. 前記繰り返し単位(A)は下記一般式(2A)により表される請求項7に記載の組成物。
    Figure 2012093737
    一般式(2A)中、R、R、R、X、Y、Z、k及びnは、一般式(2)における各基と同義である。
  9. 前記Rは水素原子又はアルキル基である請求項7又は8に記載の組成物。
  10. 前記Yは下記一般式(Y1)により表される基である請求項4〜9の何れか1項に記載の組成物。
    Figure 2012093737
    式(Y1)中、
    21は、単結合、−O−、−S−、−CO−、−SO−、−NR−(Rは水素原子若しくはアルキル基)、2価の窒素含有非芳香族複素環基、又は、これらを組み合わせた基を表す。
    は、単結合、アルキレン基、アルケニレン基、シクロアルキレン基、2価の芳香環基、又はこれらの2以上を組み合わせた基を表す。前記組み合わせた基において、組み合わされる2以上の基は、互いに同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。また、前記2以上の基は、−O−、−S−、−CO−、−SO−、−NR−(Rは水素原子又はアルキル基)、2価の窒素含有非芳香族複素環基、及びこれらを組み合わせた基からなる群より選択される連結基を介して連結されていてもよい。
    は、アルキル基を表す。
    及びRは、各々独立に、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。RとRとは、互いに結合して、環を形成していてもよい。
  11. 前記Yは下式(Y2)により表される基である請求項4〜9の何れか1項に記載の組成物。
    Figure 2012093737
    式(Y2)中、
    は、アルキル基を表す。
    及びRは、各々独立に、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。RとRとは、互いに結合して、環を形成していてもよい。
  12. 前記繰り返し単位(B)が、下記一般式(B1)、(B2)及び(B3)で表される繰り返し単位からなる群より選択される少なくとも1つである請求項1〜11のいずれか1項に記載の組成物。
    Figure 2012093737
    一般式(B1)、(B2)および(B3)中、
    Aは、活性光線又は放射線の照射により分解して酸アニオンを発生する構造部位を表す。
    04、R05及びR07〜R09は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。
    06は、シアノ基、カルボキシ基、−CO−OR25又は−CO−N(R26)(R27)を表す。R25は、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アリール基又はアラルキル基を表す。R26及びR27は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アリール基又はアラルキル基を表す。R26とR27とは、互いに結合して、窒素原子と共に環を形成していてもよい。
    〜Xは、各々独立に、単結合、アリーレン基、アルキレン基、シクロアルキレン基、−O−、−SO−、−CO−、−N(R33)−又はこれらの複数を組み合わせた2価の連結基を表す。R33は、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アリール基又はアラルキル基を表す。
  13. 前記Aは、スルホニウム塩構造又はヨードニウム塩構造を備えたイオン性構造部位である請求項12に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
  14. 繰り返し単位(B)は、活性光線又は放射線の照射により分解して前記樹脂の側鎖に酸アニオンを発生する構造部位を有する繰り返し単位である請求項1〜13のいずれか1項に記載の組成物。
  15. 前記樹脂は、下記一般式(A1)により表される繰り返し単位及び一般式(A2)により表される繰り返し単位から選択される少なくとも1種の繰り返し単位を更に含んでいる請求項1〜14のいずれか1項に記載の組成物。
    Figure 2012093737
    一般式(A1)中、
    mは、0〜4の整数を表す。
    nは、m+n≦5なる関係を満足する1〜5の整数を表す。
    は、置換基を表し、m≧2の場合には、複数の前記Sは、互いに同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。
    は、水素原子、又は酸の作用により脱離する基を表し、n≧2の場合には、複数の前記Aは、互いに同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。
    一般式(A2)中、
    Xは、水素原子、アルキル基、水酸基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、アシル基、アシロキシ基、シクロアルキル基、シクロアルキルオキシ基、アリール基、カルボキシ基、アルキルオキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基又はアラルキル基を表す。
    は、酸の作用により脱離する基を表す。
  16. KrFエキシマレーザー、電子線、X線又はEUV光用である請求項1〜15のいずれか1項に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
  17. 請求項1〜16のいずれか1項に記載の組成物を用いて形成された感活性光線性又は感放射線性膜。
  18. 請求項1〜16のいずれか1項に記載の組成物を用いて膜を形成すること、該膜を露光すること、露光した膜を現像することを含むパターン形成方法。
  19. KrFエキシマレーザー、電子線、X線又はEUV光により露光される請求項18に記載のパターン形成方法。
  20. 請求項18又は19に記載のパターン形成方法を含む、電子デバイスの製造方法。
  21. 請求項20に記載の電子デバイスの製造方法により製造された電子デバイス。
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