JP2012230356A - 化合物、レジスト組成物及びレジストパターンの製造方法 - Google Patents

化合物、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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幸司 市川
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宏 坂本
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Abstract

【課題】優れたマスクエラーファクターを有するパターンを得ることができるレジスト組成物を提供すること。
【解決手段】式(I)で表される化合物と、酸に不安定な基を有し、かつアルカリ水溶液に不溶又は難溶であり、酸と作用してアルカリ水溶液で溶解しえる樹脂と、酸発生剤とを含有するレジスト組成物。
Figure 2012230356

[式(I)中、Lは、炭化水素基を表し、該炭化水素基を構成するメチレン基は、酸素原子等で置き換わっていてもよい。環Wは、複素環を表す。Rは、炭化水素基を表し、該炭化水素基を構成するメチレン基は、酸素原子などに置き換わっていてもよい。Rは、水素原子又は炭化水素基を表し、Rは炭化水素基を表し、これら炭化水素基を構成するメチレン基は、酸素原子などに置き換わっていてもよい。
は、水素原子又はアルキル基を表す。
mは、0〜6の整数を表す]
【選択図】なし

Description

本発明は、化合物、レジスト組成物及びレジストパターンの製造方法に関する。
リソグラフィー技術によるレジストパターン製造は、加工しようとする基板にレジスト組成物を塗布して形成されたレジスト膜(組成物層)に、所定のパターンが付されたマスクを介して、露光(例えば、遠紫外線照射)処理し、露光された部分(露光部)と、露光されていない部分(未露光部)との現像液(アルカリ水溶液)に対する溶解度差を利用することで行われる。かかるレジスト組成物は、アルカリ水溶液に不溶又は難溶であり、酸の作用によりアルカリ水溶液に可溶となる樹脂と、酸発生剤とを含有し、さらにレジスト分野で「クエンチャー」と呼称される有機アミンが含有されることがある。
例えば、特許文献1には、メタクリル酸2−エチル−2−アダマンチル、メタクリル酸3−ヒドロキシ−1−アダマンチル及びα−メタクリロイロキシ−γ−ブチロラクトンを重合させてなる樹脂と、下記式で表される塩からなる酸発生剤と、2,6−ジイソプロピルアニリンからなるクエンチャーとを含有するレジスト組成物が記載されている。
Figure 2012230356

同文献には、かかる2,6−ジイソプロピルアニリンからなるクエンチャーは、露光後のレジスト膜の引き置きにより生じる酸の失活による性能劣化を抑制できることが記載されている。
特開2007−161707号公報
より微細化が進むリソグラフィー技術においては、より優れたマスクエラーファクター(MEF)を有するレジストパターンを形成できるレジスト組成物が望まれている。
本発明は、以下の発明を含む。
[1]アルカリ水溶液に不溶又は難溶であり、酸と作用してアルカリ水溶液に可溶となる樹脂と、
酸発生剤と、
式(I)
Figure 2012230356

[式(I)中、
は、炭素数1〜17の2価の飽和炭化水素基を表し、該2価の飽和炭化水素基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。
環Wは、炭素数2〜36の複素環を表す。
は、炭素数1〜12の炭化水素基を表し、該炭化水素基を構成するメチレン基は、酸素原子、硫黄原子、カルボニル基、スルホニル基又は−NR−(Rは、水素原子又は炭素数1〜4のアルキル基を表す。)に置き換わっていてもよく、該炭化水素基に含まれる水素原子はヒドロキシ基に置換されていてもよい。
は、水素原子又は炭素数1〜12の炭化水素基を表し、該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。
は、炭素数1〜6の炭化水素基を表し、該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。
mは、0〜6の整数を表す。mが2以上のとき、複数存在するRは、互いに同一又は相異なる。]
で表される化合物とを含有するレジスト組成物。
[2]環Wが、置換基を有してもよいピペリジン環である[1]記載のレジスト組成物。
[3]Lが、式(L1−1)又は式(L1−2)で表される基である[1]又は[2]記載のレジスト組成物。
Figure 2012230356
[式(L1−1)中、Lは、単結合又は酸素原子を表す。*は−Rとの結合手を表す。]
[4]式(I)で表される化合物が式(I−A)又は式(I−B)で表される化合物である[1]記載のレジスト組成物。
Figure 2012230356
[式(I−A)及び式(I−B)中、
は、上記と同じ意味を表し、Lは、単結合又は酸素原子を表す。]
[5]酸発生剤が、式(B1)で表される化合物である[1]〜[4]のいずれか記載のレジスト組成物。
Figure 2012230356
[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2価の飽和炭化水素基を表し、該2価の飽和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、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。]
[6]Lb1が、式(b1−1)で表される基である[5]記載のレジスト組成物。
Figure 2012230356
[式(b1−1)中、Lb2は、単結合又はC1〜C15アルキレン基を表す。
*は結合手を表し、左側でC(Q1)(Q2)−と結合し、右側で−Yと結合する。]
[7]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[5]又は[6]記載のレジスト組成物。
[8]さらに溶剤を含有する[1]〜[7]のいずれか記載のレジスト組成物
[9](1)[8]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)組成物層を露光する工程、
(4)露光後の組成物層を加熱する工程、及び
(5)加熱後の組成物層を現像する工程、
を含むレジストパターンの製造方法。
[9]式(I)で表される化合物。
Figure 2012230356
[式(I)中、
は、炭素数1〜17の2価の飽和炭化水素基を表し、該2価の飽和炭化水素基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。
環Wは、炭素数2〜36の複素環を表す。
は、炭素数1〜12の炭化水素基を表し、該炭化水素基を構成するメチレン基は、酸素原子、硫黄原子、カルボニル基、スルホニル基又は−NR−(Rは、水素原子又は炭素数1〜4のアルキル基を表す。)に置き換わっていてもよく、該炭化水素基に含まれる水素原子はヒドロキシ基に置換されていてもよい。
は、水素原子又は炭素数1〜12の炭化水素基を表し、該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。
は、炭素数1〜6の炭化水素基を表し、該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。
mは、0〜6の整数を表す。mが2以上のとき、複数存在するRは、互いに同一又は相異なる。]
本発明のレジスト組成物によれば、優れたマスクエラーファクター(MEF)を有するパターンを得ることができる。
本明細書では、特に断りのない限り、同様の置換基を有するいずれの化学構造式も、炭素数を適宜選択しながら、後述する具体的な各置換基を適用することができる。直鎖状、分岐状又は環状いずれかをとることができるものは、特記ない限りそのいずれをも含み、また、同一の基において、直鎖状、分岐状及び/又は環状の部分構造が混在していてもよい。立体異性体が存在する場合は、それらの立体異性体の全てを包含する。
さらに、「(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」並びに「アクリル酸及びメタクリル酸の少なくとも1種」を意味する。
まず、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。)について説明する。本レジスト組成物は、
アルカリ水溶液に不溶又は難溶であり、酸の作用によりアルカリ水溶液で溶解し得る樹脂(以下、場合により「樹脂(A)」という。)と、
酸発生剤(以下、場合により「酸発生剤(B)」という。)と、
式(I)で表される化合物(以下、場合により「化合物(I)」という。)と
を含有する。以下、本レジスト組成物に含有される構成成分のそれぞれについて説明する。
〈樹脂(A)〉
樹脂(A)は、アルカリ水溶液に不溶又は難溶であり、酸の作用によりアルカリ水溶液に可溶となる樹脂である。このような樹脂(A)は、その分子内に酸に不安定な基を有するものであり、酸に不安定な基を有するモノマー(以下、場合により「モノマー(a1)」という。)を重合することによって製造される。ここで「酸の作用によりアルカリ水溶液に可溶となる」とは、「酸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。樹脂(A)を製造する際には、モノマー(a1)は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
〈モノマー(a1)〉
「酸に不安定な基」とは、酸と接触すると脱離基が脱離して、親水性基(例えば、ヒドロキシ基又はカルボキシ基)を形成する基を意味する。酸に不安定な基としては、例えば、式(1)で表される基(以下、場合により「酸不安定基(1)」という。)、式(2)で表される基(以下、場合により「酸不安定基(2)」という。)などが挙げられる。
Figure 2012230356
[式(1)中、Ra1〜Ra3は、それぞれ独立に、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を表すか、Ra1及びRa2は互いに結合して炭素数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、アルキル基又は脂環式炭化水素基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に置き換わっていてもよい。*は結合手を表す。]
Figure 2012230356
[式(2)中、Ra1’及びRa2’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、Ra3’は、炭素数1〜20の炭化水素基を表すか、Ra2’及びRa3’は互いに結合して炭素数2〜20の環を形成し、該炭化水素基及び該Ra2’及びRa3’が互いに結合して形成される環を構成するメチレン基−は、酸素原子又は硫黄原子に置き換わってもよい。]
酸不安定基(1)のRa1〜Ra3のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基などが挙げられる。
脂環式炭化水素基としては、単環式又は多環式のいずれでもよく、単環式の脂環式炭化水素基としては、例えば、シクロペンチル基、シクロへキシル基、メチルシクロヘキシル基、ジメチルシクロへキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基などのシクロアルキル基が挙げられる。多環式の飽和炭化水素基としては、デカヒドロナフチル基、アダマンチル基、ノルボルニル基、メチルノルボルニル基、下記のような基などが挙げられる。式(1)では、脂環式炭化水素基の炭素数は、好ましくは炭素数3〜16である。
Figure 2012230356
a1及びRa2が互いに結合して環を形成する場合、−C(Ra1)(Ra2)(Ra3)で表される基としては、下記式でそれぞれ表される基が挙げられる。このような環の炭素数は、好ましくは炭素数3〜12である。
Figure 2012230356
酸不安定基(1)としては、例えば、1,1−ジアルキルアルコキシカルボニル基(式(1)中、Ra1〜Ra3がアルキル基である基、好ましくはtert−ブトキシカルボニル基)、2−アルキルアダマンタン−2−イルオキシカルボニル基(式(1)中、Ra1、Ra2及び炭素原子がアダマンチル基を形成し、Ra3がアルキル基である基)及び1−(アダマンタン−1−イル)−1−アルキルアルコキシカルボニル基(式(1)中、Ra1及びRa2がアルキル基であり、Ra3がアダマンチル基である基)などが挙げられる。
酸不安定基(2)のRa1’〜Ra3’の炭化水素基としては、例えば、アルキル基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基などが挙げられる。
芳香族炭化水素基としては、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、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、2−メチル−6−エチルフェニルなどのアリール基などが挙げられる。
好ましくは、Ra1’及びRa2’のうち少なくとも1つが水素原子である。
酸不安定基(2)としては、以下の基が挙げられる。
Figure 2012230356
モノマー(a1)は、好ましくは、酸に不安定な基と炭素−炭素二重結合とを有するモノマー、より好ましくは酸に不安定な基を有する(メタ)アクリル系モノマーである。
酸に不安定な基を有する(メタ)アクリル系モノマーのうち、好ましくは、炭素数5〜20の脂環式炭化水素基を有するものが挙げられる。脂環式炭化水素基のような嵩高い構造を有するモノマー(a1)を重合して得られる樹脂を使用すれば、本レジスト組成物の解像度を向上することができる。
酸に不安定な基と脂環式炭化水素基とを有する(メタ)アクリル系モノマーとして、好ましくは式(a1−1)で表されるモノマー又は式(a1−2)で表されるモノマーが挙げられる。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 2012230356
[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−を表し、k1は1〜7の整数を表し、*は−CO−との結合手を表す。
a4及びRa5は、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基を表す。
a6及びRa7は、それぞれ独立に、炭素数1〜8のアルキル基又は炭素数3〜10の脂環式炭化水素基を表す。
m1は0〜14の整数を表す。
n1は0〜10の整数を表す。
n1’は0〜3の整数を表す。]
a1及びLa2は、好ましくは、酸素原子又は−O−(CH2k1−CO−O−であり、より好ましくは酸素原子である。k1は、好ましくは1〜4の整数、より好ましくは1である。
a4及びRa5は、好ましくはメチル基である。
a6及びRa7の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、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基等が挙げられる。Ra6及びRa7のアルキル基は、好ましくは炭素数6以下である。脂環式炭化水素基は、好ましくは炭素数8以下、より好ましくは6以下である。
a6及びRa7の脂環式炭化水素基としては、単環式又は多環式のいずれでもよく、単環式の脂環式炭化水素基としては、例えば、シクロペンチル基、シクロへキシル基、メチルシクロヘキシル基、ジメチルシクロへキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基などのシクロアルキル基が挙げられる。多環式の飽和炭化水素基としては、デカヒドロナフチル基、アダマンチル基、ノルボルニル基、メチルノルボルニル基、下記のような基等が挙げられる。
Figure 2012230356
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。
n1’は好ましくは0又は1である。
式(a1−1)で表されるモノマーとしては、例えば、特開2010−204646号公報に記載されたモノマーが挙げられる。なかでも、下式(a1−1−1)〜(a1−1−8)でそれぞれ表されるモノマーが好ましく、下式(a1−1−1)〜(a1−1−4)でそれぞれ表されるモノマーがより好ましい。
Figure 2012230356
式(a1−2)で表されるモノマーとしては、例えば、1−エチルシクロペンタン−1−イル(メタ)アクリレート、1−エチルシクロヘキサン−1−イル(メタ)アクリレート、1−エチルシクロヘプタン−1−イル(メタ)アクリレート、1−メチルシクロペンタン−1−イル(メタ)アクリレート、1−イソプロピルシクロペンタン−1−イル(メタ)アクリレート等が挙げられる。下式(a1−2−1)〜(a1−2−6)でそれぞれ表されるモノマーが好ましく、下式(a1−2−3)〜(a1−2−4)でそれぞれ表されるモノマーがより好ましく、下式(a1−2−3)で表されるモノマーがさらに好ましい。
Figure 2012230356
樹脂(A)が、式(a1−1)で表されるモノマー又は式(a1−2)で表されるモノマーに由来する構造単位を含む場合、その含有量の合計は、樹脂(A)の全構造単位に対して、通常10〜95モル%の範囲であり、好ましくは15〜90モル%の範囲であり、より好ましくは20〜85モル%の範囲である。
以上、酸不安定基(1)を有する好ましいモノマー(a1)として、式(a1−1)及び式(a1−2)でそれぞれ表されるモノマーを説明したが、樹脂(A)の製造には、酸不安定基(2)を有するモノマー(a1)を用いることもできる。このようなモノマー(a1)においても(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、場合により「モノマー(a1−5)」という。)が好ましく用いられる。
Figure 2012230356
[式(a1−5)中、
31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。
〜Lは、酸素原子、硫黄原子又は−O−(CH2k1−CO−O−で表される基を表す。ここで、k1は1〜7の整数を表し、*はカルボニル基(−CO−)との結合手である。
は、単結合又は炭素数1〜6のアルカンジイル基であり、該アルカンジイル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。
s1及びs2は、それぞれ独立して、0〜4の整数を表す。]
式(a1−5)においては、R31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、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。
s1’は、0〜2の整数が好ましい。
は、単結合又は−CH−CO−O−が好ましい。
モノマー(a1−5)としては、以下のモノマーが挙げられる。
Figure 2012230356
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、その含有量は、樹脂(A)の全構造単位(100モル%)に対して、1〜95モル%の範囲が好ましく、3〜90モル%の範囲がより好ましく、5〜85モル%の範囲がさらに好ましい。
樹脂(A)は、好ましくは、モノマー(a1)と、酸に不安定な基を有さないモノマー(以下、場合により「酸安定モノマー」という。)との共重合体である。このような樹脂(A)を製造する際には、酸安定モノマーは、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
樹脂(A)がモノマー(a1)と、酸安定モノマーとの共重合体である場合、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、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、式(a1−1)で表されるモノマー)に由来する構造単位の含有率は、好ましくはモノマー(a1)に由来する構造単位の総量に対して15モル%以上である。アダマンチル基を有するモノマー(a1)に由来する構造単位の比率が増えると、本レジスト組成物から形成されるレジストパターンのドライエッチング耐性が向上する。
酸安定モノマーとしては、好ましくは、ヒドロキシ基又はラクトン環を有するモノマーが挙げられる。ヒドロキシ基を有する酸安定モノマー(以下「ヒドロキシ基を有する酸安定モノマー(a2)」という場合がある)又はラクトン環を含有する酸安定モノマー(以下「ラクトン環を有する酸安定モノマー(a3)」という場合がある)に由来する構造単位を有する樹脂を使用すれば、後述するレジストパターンの製造において、本レジスト組成物から形成されるレジスト膜又は組成物層の基板に対する密着性をより向上できることに加え、本レジスト組成物の解像度が一層良好となる傾向がある。
〈ヒドロキシ基を有する酸安定モノマー(a2)〉
本レジスト組成物をKrFエキシマレーザ露光(248nm)、電子線又はEUV光などの高エネルギー線露光に用いる場合、ヒドロキシ基を有する酸安定モノマー(a2)として、好ましくは、フェノール性ヒドロキシ基を有する酸安定モノマー(a2)、例えば、ヒドロキシスチレン類を使用することができる。
一方、短波長のArFエキシマレーザ露光(193nm)などを用いる場合は、ヒドロキシ基を有する酸安定モノマー(a2)として、好ましくは、式(a2−1)で表されるヒドロキシアダマンチル基を有する酸安定モノマーを使用することが好ましい。ヒドロキシ基を有する酸安定モノマー(a2)は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
フェノール性ヒドロキシ基を有するモノマー(a2)として、式(a2−0)で表されるp−又はm−ヒドロキシスチレンなどのスチレン系モノマーが挙げられる。
Figure 2012230356
[式(a2−0)中、
a30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、水素原子又はハロゲン原子を表す。
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は同一であっても異なってもよい。]
a30におけるアルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基が挙げられ、好ましくは、炭素数1〜4のアルキル基であり、より好ましくは、炭素数1又は2のアルキル基であり、特に好ましくは、メチル基である。
また、アルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、n−プロピポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、sec−ブトキシ基、tert−ブトキシ基、n−ペントキシ基、n−ヘキトキシ基等が挙げられ、好ましくは、炭素数1〜4のアルコキシ基であり、より好ましくは、炭素数1又は2のアルコキシ基であり、特に好ましくは、メトキシ基である。
ma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、さらに好ましくは、0である。
このようなフェノール性ヒドロキシ基を有する酸安定モノマー(a2)に由来する構造単位を有する樹脂を得る場合は、該酸安定モノマー(a2)のフェノール性ヒドロキシ基を、適当な保護基で保護したもの、例えば、アセトキシスチレンなどを用いることもできる。アセトキシスチレンに由来する構造単位は、塩基を用いて脱アセチルすることによって、フェノール性ヒドロキシ基を有する酸安定モノマー(a2)に由来する構造単位に転化する。
フェノール性ヒドロキシ基を有するモノマーとしては、例えば、特開2010−204634号公報に記載されたモノマーが挙げられる。中でも、下式(a2−0−1)及び(a2−0−2)で表されるモノマーが好ましい。上記のとおり、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もできる。
Figure 2012230356
樹脂(A)が、式(a2−0)で表されるスチレン系モノマーに由来する構造単位を有する場合、その含有量は、樹脂(A)の全構造単位に対して、通常5〜90モル%の範囲であり、好ましくは10〜85モル%の範囲であり、より好ましくは15〜80モル%の範囲である。
ヒドロキシアダマンチル基を有する酸安定モノマー(a2)として、式(a2−1)で表されるモノマーが挙げられる。
Figure 2012230356
式(a2−1)中、
a3は、酸素原子又は−O−(CH2k2−CO−O−を表し、
k2は1〜7の整数を表す。*は−CO−との結合手を表す。
a14は、水素原子又はメチル基を表す。
a15及びRa16は、それぞれ独立に、水素原子、メチル基又はヒドロキシ基を表す。
o1は、0〜10の整数を表す。
式(a2−1)では、La3は、好ましくは、酸素原子、k2が1〜4の範囲である−O−(CH2k2−CO−O−であり、より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。
式(a2−1)で表されるモノマーとしては、例えば、特開2010−204646号公報に記載されたモノマーが挙げられる。なかでも、下式(a2−1−1)〜(a2−1−6)でそれぞれ表されるモノマーが好ましく、下式(a2−1−1)〜(a2−1−4)でそれぞれ表されるモノマーがより好ましく、下式(a2−1−1)又は(a2−1−3)で表されるモノマーがさらに好ましい。
Figure 2012230356
樹脂(A)が、式(a2−1)で表されるモノマーに由来する構造単位を有する場合、その含有量は、樹脂(A)の全構造単位に対して、通常1〜45モル%の範囲であり、好ましくは1〜40モル%の範囲であり、より好ましくは1〜35モル%の範囲であり、さらに好ましくは1〜20モル%の範囲である。
〈ラクトン環を有する酸安定モノマー(a3)〉
酸安定モノマー(a3)が有するラクトン環は、例えば、β−プロピオラクトン環、γ−ブチロラクトン環、δ−バレロラクトン環のような単環でもよく、単環式のラクトン環と他の環との縮合環でもよい。これらラクトン環の中で、好ましくは、γ−ブチロラクトン環、又は、γ−ブチロラクトン環と他の環との縮合環が挙げられる。
ラクトン環を有する酸安定モノマー(a3)は、好ましくは、式(a3−1)、式(a3−2)及び式(a3−3)でそれぞれ表されるモノマーからなる群より選ばれる少なくとも1種である。
Figure 2012230356
式(a3−1)〜式(a3−3)中、
a4〜La6は、それぞれ独立に、酸素原子又は−O−(CH2k4−CO−O−を表す。
k4は1〜7の整数を表す。*は−CO−との結合手を表す。
a18〜Ra20は、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基を表す。
a21は、炭素数1〜4のアルキル基を表す。
p1は0〜5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のアルキル基を表す。
q1及びr1は、それぞれ独立に0〜3の整数を表す。
p1が2以上のとき、複数のRa21は、互いに同一又は相異なる。
q1が2以上のとき、複数のRa22は、互いに同一又は相異なる。
r1が2以上のとき、複数のRa23は、互いに同一又は相異なる。
式(a3−1)〜式(a3−3)では、La4、La5及びLa6は、それぞれ独立に、酸素原子又は、k4が1〜4である−O−(CH2k4−CO−O−であることが好ましく、より好ましくは酸素原子又は−O−CH2−CO−O−であり、さらに好ましくは酸素原子である。
a18〜Ra21は、好ましくはメチル基である。
a22及びRa23は、それぞれ独立に、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〜r1は、それぞれ独立に、好ましくは0〜2、より好ましくは0又は1である。
ラクトン環を有する酸安定モノマー(a3)としては、特開2010−204646号公報に記載されたモノマーが挙げられる。中でも、下式(a3−1−1)〜(a3−1−4)、(a3−2−1)〜(a3−2−4)、(a3−3−1)〜(a3−3−4)でそれぞれ表されるモノマーが好ましく、下式(a3−1−1)〜(a3−1−2)、(a3−2−3)〜(a3−2−4)でそれぞれ表されるモノマーがより好ましく、下式(a3−1−1)又は(a3−2−3)で表されるモノマーがさらに好ましい。
Figure 2012230356
樹脂(A)が、ラクトン環を有する酸安定モノマー(a3)に由来する構造単位を含有する場合、その合計含有率は、樹脂の全構造単位に対して、通常5〜70モル%の範囲であり、好ましくは10〜65モル%の範囲であり、より好ましくは10〜60モル%の範囲である。
〈その他のモノマー(a4)〉
樹脂(A)は、ここまで説明したモノマー(a1)、酸安定モノマーに由来する構造単位を有することができるが、これらのモノマー以外のモノマー(以下、場合により「モノマー(a4)」という。)を用いることもできる。かかるモノマー(a4)はレジスト分野で公知のものを用いることができる。
好ましくは、樹脂(A)は、少なくとも、モノマー(a1)と、ヒドロキシ基を有する酸安定モノマー(a2)及び/又はラクトン環を有する酸安定モノマー(a3)とを重合させた共重合体である。該共重合体において、モノマー(a1)は、より好ましくは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)の少なくとも1種(さらに好ましくはアダマンチル基を有するモノマー(a1−1))であり、ヒドロキシ基を有する酸安定モノマー(a2)は、好ましくはヒドロキシアダマンチル基を有する酸安定モノマー(a2−1)であり、ラクトン環を有する酸安定モノマー(a3)は、より好ましくはγ−ブチロラクトン環を有する酸安定モノマー(a3−1)及びγ−ブチロラクトン環とノルボルナン環との縮合環を有する酸安定モノマー(a3−2)の少なくとも1種である。樹脂(A)は、公知の重合法(例えばラジカル重合法)によって製造できる。
樹脂(A)の重量平均分子量は、好ましくは、2,500以上(より好ましくは3,000以上)、50,000以下(より好ましくは30,000以下)である。ここでいう重量平均分子量は、ゲルパーミュエーションクロマトグラフィー分析により、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。
本レジスト組成物における樹脂(A)の含有率は、好ましくは、組成物の固形分中80質量%以上である。なお、本明細書において「組成物中の固形分」とは、後述する溶剤(E)を除いたレジスト組成物成分の合計を意味する。組成物中の固形分及びこれに対する樹脂(A)の含有率は、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。
〈化合物(I)〉
次に、化合物(I)について説明する。化合物(I)は式(I)で表される。
Figure 2012230356
[式(I)中、
は、炭素数1〜17の2価の飽和炭化水素基を表し、該2価の飽和炭化水素基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。
環Wは、炭素数2〜36の複素環を表す。
は、炭素数1〜12の炭化水素基を表し、該炭化水素基を構成するメチレン基は、酸素原子、硫黄原子、カルボニル基、スルホニル基又は−NR−(Rは、水素原子又は炭素数1〜4のアルキル基を表す。)に置き換わっていてもよく、該炭化水素基に含まれる水素原子はヒドロキシ基に置換されていてもよい。
は、水素原子又は炭素数1〜12の炭化水素基を表し、該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。
は、炭素数1〜6の炭化水素基を表し、該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。
mは、0〜6の整数を表す。mが2以上のとき、複数存在するRは、互いに同一又は相異なる。]
の2価の飽和炭化水素基としては、直鎖状アルカンジイル基、分岐状アルカンジイル基、単環式又は多環式の2価の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ものでもよい。
具体的には、メチレン基、エチレン基、プロパン−1,3−ジイル基、プロパン−1,2−ジイル基、ブタン−1,4−ジイル基、ペンタン−1,5−ジイル基、ヘキサン−1,6−ジイル基、ヘプタン−1,7−ジイル基、オクタン−1,8−ジイル基、ノナン−1,9−ジイル基、デカン−1,10−ジイル基、ウンデカン−1,11−ジイル基、ドデカン−1,12−ジイル基、トリデカン−1,13−ジイル基、テトラデカン−1,14−ジイル基、ペンタデカン−1,15−ジイル基、ヘキサデカン−1,16−ジイル基、ヘプタデカン−1,17−ジイル基、エタン−1,1−ジイル基、プロパン−1,1−ジイル基及びプロパン−2,2−ジイル基などの直鎖状アルカンジイル基;
直鎖状アルカンジイル基に、アルキル基(特に、炭素数1〜4のアルキル基、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基など)の側鎖を有したもの、例えば、ブタン−1,3−ジイル基、2−メチルプロパン−1,3−ジイル基、2−メチルプロパン−1,2−ジイル基、ペンタン−1,4−ジイル基、2−メチルブタン−1,4−ジイル基などの分岐状アルカンジイル基;
シクロブタン−1,3−ジイル基、シクロペンタン−1,3−ジイル基、シクロヘキサン−1,4−ジイル基、シクロオクタン−1,5−ジイル基などのシクロアルカンジイル基である単環式の2価の脂環式炭化水素基;
ノルボルナン−1,4−ジイル基、ノルボルナン−2,5−ジイル基、アダマンタン−1,5−ジイル基、アダマンタン−2,6−ジイル基などの多環式の2価の脂環式炭化水素基などが挙げられる。
また、後述する1価の脂環式炭化水素における任意の1つの水素原子を結合手に置き換えたものであってもよい。
また、Lの2価の飽和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基としては、式(L1−1)及び式(L1−2)でそれぞれ表される基が好ましく、式(L1−1)で表される基がさらに好ましい。
Figure 2012230356
[式(L1−1)中、Lは、単結合または酸素原子を表す。
*は−Rとの結合手を表す。]
環Wの複素環としては、Rと結合する窒素原子を有する複素環であればよく、さらに1以上の窒素原子、1以上の酸素原子、1以上の硫黄原子などを有するものであってもよい。また、当該複素環は、芳香族性であっても、非芳香族性であってもよく、該複素環は、単環式、多環式、縮合環又は橋かけ環のいずれであってもよい。
環Wの複素環の具体例としては、以下の基が挙げられる。ただし、該複素環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く、該複素環に含まれる水素原子は、置換基を有することもある。また、これらの具体例において、*は結合手であり、窒素原子に結合している結合手は、Rとの結合手であり、炭素原子に結合している結合手は、Lとの結合手である。
Figure 2012230356
中でも、環Wの複素環としては、式(W1)で表されるピペリジン環が好ましい。
の炭素数1〜12の炭化水素基としては、例えば、脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基などが挙げられる。
脂肪族炭化水素基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、1−メチルエチル基(イソプロピル基)、n−ブチル基、1,1−ジメチルエチル基(tert−ブチル基)、2,2−ジメチルエチル基、1−メチルプロピル基、2−メチルプロピル基、1,2−ジメチルプロピル基、2,2−ジメチルプロピル基、1−エチルプロピル基、n−ペンチル基、1−メチルブチル基、2−メチルブチル基、3−メチルブチル基、n−ヘキシル基、1−プロピルブチル基、ペンチル基、1−メチルペンチル基、1,4−ジメチルヘキシル基、ヘプチル基、1−メチルヘプチル基、オクチル基、メチルオクチル基、メチルノニル基、2−エチルヘキシル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基などのアルキル基が挙げられる。但し、これらの基を構成するメチレン基は、酸素原子、硫黄原子、カルボニル基、スルホニル基又は−NR−(Rは、水素原子又は炭素数1〜4のアルキル基を表す。)に置き換わっていてもよい。
Figure 2012230356

芳香族炭化水素基としては、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、p−メチルフェニル基、p−エチルフェニル基、p−tert−ブチルフェニル基、p−シクロへキシルフェニル基、p−メトキシフェニル基、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、2−メチル−6−エチルフェニル等のアリール基等が挙げられる。
化合物(I)としては、下記に示す化合物が挙げられる。
Figure 2012230356
Figure 2012230356
Figure 2012230356
本レジスト組成物における化合物(I)の含有率は、組成物の固形分中、好ましくは5質量%以下、より好ましくは4質量%以下、さらに好ましくは3質量%以下であり、好ましくは0.01質量%以上、より好ましくは0.05質量%以上である。
次に、化合物(I)の製造方法について説明する。例えば、Lが、−O−CO−O−である化合物(I)[式(IB)で表される化合物]は、式(IA)で表される化合物と式(IB−a)で表される化合物とを溶剤中で反応させることにより得ることができる。溶剤としては、クロロホルムなどが用いられる。
Figure 2012230356
式(IB−a)で表される化合物としては、所望のRに応じて種々の化合物を用いることができる。例えば、以下で表される化合物などが挙げられる。
Figure 2012230356
式(IA)で表される化合物は、式(IA−a)で表される化合物と式(IA−b)で表される化合物とを溶剤中で反応させることにより得ることができる。溶剤としては、クロロホルムなどが用いられる。
Figure 2012230356
環Wが好ましいピペリジン環である化合物(I)を得るには、式(IA−a)で表される化合物としては、4−ヒドロキシ−1−メチルピペリジンなどを用いればよい。
化合物(I)製造の別態様を説明する。まず、式(IB−a)で表される化合物と式(IA−b)で表される化合物とを溶剤中で反応させることにより、式(IB−b)で表される化合物を得ることができる。溶剤としては、クロロホルムなどが用いられる。
得られた式(IB−b)で表される化合物と、式(IA−a)で表される化合物とを触媒存在下、溶剤中で反応させることにより、式(IB)で表される化合物を得ることができる。触媒としては、炭酸カリウムなどが挙げられる。溶剤としては、アセトンなどが用いられる。ここに示した別態様を反応式の形式で示すと以下のとおりである。
Figure 2012230356
〈酸発生剤(B)〉
レジスト分野に用いられる酸発生剤は、非イオン系とイオン系とに分類される。本レジスト組成物に含有される酸発生剤(B)は、非イオン系酸発生剤であっても、イオン系酸発生剤であっても、それらの組み合わせでもよい。非イオン系酸発生剤には、有機ハロゲン化物、スルホネートエステル類(例えば2−ニトロベンジルエステル、芳香族スルホネート、オキシムスルホネート、N−スルホニルオキシイミド、N−スルホニルオキシイミド、スルホニルオキシケトン、ジアゾナフトキノン 4−スルホネート)、スルホン類(例えばジスルホン、ケトスルホン、スルホニルジアゾメタン)等が含まれる。イオン系酸発生剤は、オニウムカチオンを含むオニウム塩(例えばジアゾニウム塩、ホスホニウム塩、スルホニウム塩、ヨードニウム塩)が代表的である。オニウム塩のアニオンとしては、スルホン酸アニオン、スルホニルイミドアニオン、スルホニルメチドアニオンなどがある。
また、酸発生剤(B)としては、例えば特開昭63−26653号、特開昭55−164824号、特開昭62−69263号、特開昭63−146038号、特開昭63−163452号、特開昭62−153853号、特開昭63−146029号や、米国特許第3,779,778号、米国特許第3,849,137号、独国特許第3914407号、欧州特許第126,712号等に記載の放射線によって酸を発生する化合物を使用できる。
酸発生剤(B)は、好ましくはフッ素含有酸発生剤であり、より好ましくは式(B1)で表されるスルホン酸塩である。
Figure 2012230356
[式(B1)中、
1及びQ2は、それぞれ独立に、フッ素原子又は炭素数1〜6のペルフルオロアルキル基を表す。
b1は、単結合又は2価の炭素数1〜17の飽和炭化水素基を表し、該2価の飽和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のアルキル基又は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を表し、該アルキル基及び該脂環式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。]
ペルフルオロアルキル基としては、例えば、トリフルオロメチル基、ペルフルオロエチル基、ペルフルオロプロピル基、ペルフルオロイソプロピル基、ペルフルオロブチル基、ペルフルオロsec−ブチル基、ペルフルオロtert−ブチル基、ペルフルオロペンチル基、ペルフルオロヘキシル基などが挙げられる。
式(B1)では、Q1及びQ2は、それぞれ独立に、好ましくはトリフルオロメチル基又はフッ素原子であり、より好ましくはフッ素原子である。
2価の飽和炭化水素基としては、直鎖状アルカンジイル基、分岐状アルカンジイル基、単環式又は多環式の2価の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ものでもよい。
具体的には、メチレン基、エチレン基、プロパン−1,3−ジイル基、プロパン−1,2−ジイル基、ブタン−1,4−ジイル基、ペンタン−1,5−ジイル基、ヘキサン−1,6−ジイル基、ヘプタン−1,7−ジイル基、オクタン−1,8−ジイル基、ノナン−1,9−ジイル基、デカン−1,10−ジイル基、ウンデカン−1,11−ジイル基、ドデカン−1,12−ジイル基、トリデカン−1,13−ジイル基、テトラデカン−1,14−ジイル基、ペンタデカン−1,15−ジイル基、ヘキサデカン−1,16−ジイル基、ヘプタデカン−1,17−ジイル基、エタン−1,1−ジイル基、プロパン−1,1−ジイル基及びプロパン−2,2−ジイル基等の直鎖状アルカンジイル基;
直鎖状アルカンジイル基に、アルキル基(特に、炭素数1〜4のアルキル基、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基等)の側鎖を有したもの、例えば、ブタン−1,3−ジイル基、2−メチルプロパン−1,3−ジイル基、2−メチルプロパン−1,2−ジイル基、ペンタン−1,4−ジイル基、2−メチルブタン−1,4−ジイル基等の分岐状アルカンジイル基;
シクロブタン−1,3−ジイル基、シクロペンタン−1,3−ジイル基、シクロヘキサン−1,4−ジイル基、シクロオクタン−1,5−ジイル基等のシクロアルカンジイル基である単環式の2価の脂環式炭化水素基;
ノルボルナン−1,4−ジイル基、ノルボルナン−2,5−ジイル基、アダマンタン−1,5−ジイル基、アダマンタン−2,6−ジイル基等の多環式の2価の脂環式炭化水素基等が挙げられる。
b1の飽和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基としては、例えば、式(b1−1)〜式(b1−6)でそれぞれ表される基が挙げられる。Lb1は、好ましくは式(b1−1)〜式(b1−4)でそれぞれ表される基であり、さらに好ましくは式(b1−1)又は式(b1−2)で表される基である。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、左側でC(Q1)(Q2)−と結合し、右側で−Yと結合する。以下の式(b1−1)〜式(b1−6)の具体例も同様である。
Figure 2012230356
式(b1−1)〜式(b1−6)中、
b2は、単結合又は炭素数1〜15の2価の飽和炭化水素基を表す。
b3は、単結合又は炭素数1〜12の2価の飽和炭化水素基を表す。
b4は、炭素数1〜13の2価の飽和炭化水素基を表す。但しLb3及びLb4の炭素数上限は13である。
b5は、炭素数1〜15の2価の飽和炭化水素基を表す。
b6及びLb7は、それぞれ独立に、炭素数1〜15の2価の飽和炭化水素基を表す。但しLb6及びLb7の炭素数上限は16である。
b8は、炭素数1〜14の2価の飽和炭化水素基を表す。
b9及びLb10は、それぞれ独立に、炭素数1〜11の2価の飽和炭化水素基を表す。但しLb9及びLb10の炭素数上限は12である。
中でも、好ましくは式(b1−1)で表される2価の基であり、より好ましくは、Lb2が単結合又は−CH−である式(b1−1)で表される2価の基である。
式(b1−1)で表される2価の基としては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012230356
式(b1−2)で表される2価の基としては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012230356
式(b1−3)で表される2価の基としては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012230356
式(b1−4)で表される2価の基としては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012230356
式(b1−5)で表される2価の基としては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012230356
式(b1−6)で表される2価の基としては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012230356
Yのアルキル基としては、好ましくは、炭素数1〜6のアルキル基が挙げられる。
アルキル基及び脂環式炭化水素基の置換基としては、例えば、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、炭素数1〜12のアルキル基、ヒドロキシ基含有炭素数1〜12のアルキル基、炭素数3〜16の脂環式炭化水素基、炭素数1〜12のアルコキシ基、炭素数6〜18の芳香族炭化水素基、炭素数7〜21のアラルキル基、炭素数2〜4のアシル基、グリシジルオキシ基又は−(CH2j2−O−CO−Rb1基(式中、Rb1は、炭素数1〜16のアルキル基、炭素数3〜16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。j2は、0〜4の整数を表す。)などが挙げられる。Yの置換基であるアルキル基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基及びアラルキル基等は、さらに置換基を有していてもよい。ここでの置換基は、例えば、アルキル基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基等が挙げられる。
ヒドロキシ基含有アルキル基としては、例えば、ヒドロキシメチル基、ヒドロキシエチル基などが挙げられる。
特に、Yの脂環式炭化水素基としては、式(Y1)〜式(Y29)でそれぞれ表される基が挙げられる。ここで、式(Y12)〜式(Y26)でそれぞれ表される基が、脂環式炭化水素基に含まれるメチレン基の1〜3個がそれぞれ、酸素原子、スルホニル基又はカルボニル基で置き換わった基に該当する。なお、これら式(Y1)〜式(Y29)でそれぞれ表される基において、*はLb1との結合手を表す。
Figure 2012230356
なかでも、好ましくは式(Y1)〜式(Y19)及び式(Y27)〜式(Y29)でそれぞれ表される基であり、より好ましくは式(Y11)、式(Y14)、式(Y15)、式(Y19)、式(Y27)、式(Y28)及び式(Y29)でそれぞれ表される基であり、さらに好ましくは式(Y11)及び式(Y14)でそれぞれ表される基である。
置換基を有する脂環式炭化水素基であるYとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012230356
Figure 2012230356
Figure 2012230356
Figure 2012230356
Yは、好ましくは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り、より好ましくは置換基を有していてもよいアダマンチル基であり、さらに好ましくはアダマンチル基、ヒドロキシアダマンチル基又はオキソアダマンチル基である。
式(B1)で表されるスルホン酸塩を構成するスルホン酸アニオンとしては、好ましくは、式(b1−1−1)〜式(b1−1−1−9)でそれぞれ表されるアニオンが挙げられる。以下の式においては、符号の定義は上記と同じ意味であり、置換基Rb2及びRb3は、それぞれ独立に炭素数1〜4のアルキル基(好ましくは、メチル基)を表す。
式(B1)で表される塩におけるスルホン酸アニオンとしては、具体的には、特開2010−204646号公報に記載されたアニオンが挙げられる。
Figure 2012230356
イオン系酸発生剤である酸発生剤(B)に含まれるカチオンは、酸発生剤(B)の光吸収部として機能するものであり、レジスト分野に用いられるイオン系酸発生剤において、光吸収部として用いられる各種のカチオンが挙げられ、より具体的には、有機オニウムカチオン、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、有機ホスホニウムカチオンなどが挙げられ、好ましくは、有機スルホニウムカチオン又は有機ヨードニウムカチオンであり、より好ましくは、アリールスルホニウムカチオンである。
式(B1)で表されるスルホン酸塩を構成する有機カチオン(Z+)は、好ましくは式(b2−1)〜式(b2−4)のいずれかで表される。
Figure 2012230356
これらの式(b2−1)〜式(b2−4)において、
b4〜Rb6は、それぞれ独立に、炭素数1〜30のアルキル基、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。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で置換されていてもよく、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で置換されていてもよく、該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のアルコキシ基で置換されていてもよい。また、Rb4とRb5が一緒になってヘテロ原子を有してもよい環を形成してもよい。
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か、Rb9とRb10とは、それらが結合する硫黄原子とともに互いに結合して3員環〜12員環(好ましくは3員環〜7員環)を形成する。該環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〜Rb11のアルキル基は、好ましくは炭素数1〜12であり、脂環式炭化水素基は、好ましくは炭素数3〜18、より好ましくは炭素数4〜12である。
b12は、炭素数1〜12のアルキル基、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。該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で置換されていてもよい。
及びRb11とRb12とは、互いに結合して3員環〜12員環(好ましくは3員環〜7員環)を形成していてもよい。該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に置き換わっていてもよい。
b13〜Rb18は、それぞれ独立に、ヒドロキシ基、炭素数1〜12の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は互いに同一又は相異なり、p2が2以上であるとき、複数のRb14は互いに同一又は相異なり、s2が2以上であるとき、複数のRb15は互いに同一又は相異なり、t2が2以上であるとき、複数のRb18は互いに同一又は相異なる。
アルキルカルボニルオキシ基としては、メチルカルボニルオキシ基、エチルカルボニルオキシ基、n−プロピルカルボニルオキシ基、イソプロピルカルボニルオキシ基、n−ブチルカルボニルオキシ基、sec−ブチルカルボニルオキシ基、tert−ブチルカルボニルオキシ基、ペンチルカルボニルオキシ基、ヘキシルカルボニルオキシ基、オクチルカルボニルオキシ基及び2−エチルヘキシルカルボニルオキシ基等が挙げられる。
アルキル基としては、好ましくは、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−エチルヘキシル基が挙げられる。
脂環式炭化水素基としては、好ましくは、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロデシル基、2−アルキルアダマンタン−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挙げられる。
芳香族炭化水素基としては、好ましくは、フェニル基、4−メチルフェニル基、4−エチルフェニル基、4−tert−ブチルフェニル基、4−シクロへキシルフェニル基、4−メトキシフェニル基、ビフェニリル基、ナフチル基が挙げられる。
置換基が芳香族炭化水素基であるアルキル基(アラルキル基)としては、ベンジル基などが挙げられる。
b9及びRb10が形成する環としては、例えば、チオラン−1−イウム環(テトラヒドロチオフェニウム環)、チアン−1−イウム環、1,4−オキサチアン−4−イウム環などが挙げられる。
b11及びRb12が形成する環としては、例えば、オキソシクロヘプタン環、オキソシクロヘキサン環、オキソノルボルナン環、オキソアダマンタン環などが挙げられる。
例示したカチオン[カチオン(b2−1)〜カチオン(b2−4)]の中でも、好ましくは、カチオン(b2−1)であり、より好ましくは、式(b2−1−1)で表されるカチオンであり、特に好ましくは、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)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Rb21がいずれもメチル基である)である。
Figure 2012230356
式(b2−1−1)中、
b19〜Rb21は、それぞれ独立に、ハロゲン原子(より好ましくはフッ素原子)、ヒドロキシ基、炭素数1〜18のアルキル基、炭素数3〜18の脂環式炭化水素基又は炭素数1〜12のアルコキシ基を表す。
アルキル基は、好ましくは炭素数1〜12であり、脂環式炭化水素基は、好ましくは炭素数4〜18である。
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で置換されていてもよい。
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で置換されていてもよい。
v2〜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は互いに同一又は相異なり、w2が2以上のとき、複数のRb20は互いに同一又は相異なり、x2が2以上のとき、複数のRb21は互いに同一又は相異なる。
なかでも、Rb19〜Rb21は、それぞれ独立に、好ましくは、ハロゲン原子(より好ましくはフッ素原子)、ヒドロキシ基、炭素数1〜12のアルキル基、又は炭素数1〜12のアルコキシ基である。
カチオンとしては、具体的には、特開2010−204646号公報に記載されたカチオンが挙げられる。
酸発生剤(B)のうち、式(B1)で表されるスルホン酸塩は、上述のスルホン酸アニオン及び有機カチオンの組合せである。上述のアニオンとカチオンとは任意に組み合わせることができ、好ましくは、アニオン(b1−1−1)〜アニオン(b1−1−9)のいずれかとカチオン(b2−1−1)との組合せ、並びにアニオン(b1−1−3)〜(b1−1−5)のいずれかとカチオン(b2−3)との組合せが挙げられる。
酸発生剤(B)としては、好ましくは、式(B1−1)〜式(B1−17)で表されるスルホン酸塩が挙げられ、より好ましくは、トリフェニルスルホニウムカチオン又はトリトリルスルホニウムカチオンを含む、式(B1−1)、式(B1−2)、式(B1−3)、式(B1−6)、式(B1−7)、式(B1−11)、式(B1−12)、式(B1−13)及び式(B1−14)でそれぞれ表されるものが挙げられる。
Figure 2012230356
Figure 2012230356
Figure 2012230356
Figure 2012230356
本レジスト組成物における酸発生剤(B)の含有量は、樹脂(A)100質量部に対して、好ましくは1質量部以上(より好ましくは3質量部以上)、好ましくは30質量部以下(より好ましくは25質量部以下)である。
〈塩基性化合物(以下、場合により「塩基性化合物(C)」という。)〉
本レジスト組成物は、化合物(I)を含有することにより、MEFの優れたレジストパターンを製造できるという効果を奏するが、本レジスト組成物は化合物(I)以外の塩基性化合物(C)を含有していてもよい。この塩基性化合物(C)は、背景技術で記したように、クエンチャーと呼称されるレジスト分野で周知の添加剤である。この場合の塩基性化合物(C)の含有量は、化合物(I)の含有量100質量部に対して、好ましくは200質量部以下、より好ましくは150質量部以下、さらに好ましくは100質量部以下、一層好ましくは80質量部以下にすることが望ましい。また、塩基性化合物(C)を含有する場合、本レジスト組成物における化合物(I)及び塩基性化合物(C)の合計量は、組成物の固形分中、好ましくは2質量%以下、より好ましくは1質量%以下である。
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が挙げられる。アミンとしては、脂肪族アミン及び芳香族アミンが挙げられる。脂肪族アミンとしては、第一級アミン、第二級アミン及び第三級アミンが挙げられる。塩基性化合物(C)として、好ましくは、式(C1)で表される化合物〜式(C8)で表される化合物が挙げられ、より好ましくは式(C1−1)で表される化合物が挙げられる。
Figure 2012230356
[式(C1)中、Rc1、Rc2及びRc3は、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数5〜10の脂環式炭化水素基又は炭素数6〜10の芳香族炭化水素基を表し、該アルキル基及び該脂環式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、該芳香族炭化水素基に含まれる水素原子は、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5〜10の脂環式炭化水素又は炭素数6〜10の芳香族炭化水素基で置換されていてもよい。]
Figure 2012230356
[式(C1−1)中、Rc2及びRc3は、上記と同じ意味を表す。
c4は、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5〜10の脂環式炭化水素又は炭素数6〜10の芳香族炭化水素基を表す。
m3は0〜3の整数を表し、m3が2以上のとき、複数のRc4は、互いに同一でも異なってもよい。]
Figure 2012230356
[式(C2)、式(C3)及び式(C4)中、Rc5、Rc6、Rc7及びRc8は、それぞれ独立に、Rc1と同じ意味を表す。
c9は、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数3〜6の脂環式炭化水素基又は炭素数2〜6のアルカノイル基を表す。
n3は0〜8の整数を表し、n3が2以上のとき、複数のRc9は、互いに同一でも異なってもよい。]
Figure 2012230356
[式(C5)及び式(C6)中、Rc10、Rc11、Rc12、Rc13及びRc16は、それぞれ独立に、Rc1と同じ意味を表す。
c14、Rc15及びRc17は、それぞれ独立に、Rc4と同じ意味を表す。
o3及びp3は、それぞれ独立に0〜3の整数を表し、o3又はp3が2以上であるとき、それぞれ、複数のRc14及びRc15は互いに同一でも異なってもよい。
c1は、炭素数1〜6のアルカンジイル基、−CO−、−C(=NH)−、−S−又はこれらを組合せた2価の基を表す。]
Figure 2012230356
[式(C7)及び式(C8)中、Rc18、Rc19及びRc20は、それぞれ独立に、Rc4と同じ意味を表す。
q3、r3及びs3は、それぞれ独立に0〜3の整数を表し、q3、r3及びs3が2以上であるとき、それぞれ、複数のRc18、Rc19及びRc20は互いに同一でも異なってもよい。
c2は、単結合又は炭素数1〜6のアルカンジイル基、−CO−、−C(=NH)−、−S−又はこれらを組合せた2価の基を表す。]
式(C1)で表される化合物としては、1−ナフチルアミン、2−ナフチルアミン、アニリン、ジイソプロピルアニリン、2−,3−又は4−メチルアニリン、4−ニトロアニリン、N−メチルアニリン、N,N−ジメチルアニリン、ジフェニルアミン、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等が挙げられ、好ましくはジイソプロピルアニリンが挙げられ、特に好ましくは2,6−ジイソプロピルアニリンが挙げられる。
式(C2)で表される化合物としては、ピペラジン等が挙げられる。
式(C3)で表される化合物としては、モルホリン等が挙げられる。
式(C4)で表される化合物としては、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等が挙げられる。
式(C5)で表される化合物としては、2,2’−メチレンビスアニリン等が挙げられる。
式(C6)で表される化合物としては、イミダゾール、4−メチルイミダゾール等が挙げられる。
式(C7)で表される化合物としては、ピリジン、4−メチルピリジン等が挙げられる。
式(C8)で表される化合物としては、1,2−ジ(2−ピリジル)エタン、1,2−ジ(4−ピリジル)エタン、1,2−ジ(2−ピリジル)エテン、1,2−ジ(4−ピリジル)エテン、1,3−ジ(4−ピリジル)プロパン、1,2−ジ(4−ピリジルオキシ)エタン、ジ(2−ピリジル)ケトン、4,4’−ジピリジルスルフィド、4,4’−ジピリジルジスルフィド、2,2’−ジピリジルアミン、2,2’−ジピコリルアミン、ビピリジン等が挙げられる。
アンモニウム塩としては、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトライソプロピルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド、テトラヘキシルアンモニウムヒドロキシド、テトラオクチルアンモニウムヒドロキシド、フェニルトリメチルアンモニウムヒドロキシド、3−(トリフルオロメチル)フェニルトリメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラ−n−ブチルアンモニウムサリチラート及びコリン等が挙げられる。
〈溶剤(以下、場合により「溶剤(E)」という。)〉
本レジスト組成物は、溶剤(E)を含んでいてもよい。溶剤(E)の含有率は、例えばレジスト組成物中90質量%以上、好ましくは92質量%以上、より好ましくは94質量%以上であり、例えば99.9質量%以下、好ましくは99質量%以下である。
溶剤(E)の含有率は、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等の公知の分析手段で測定できる。
溶剤(E)としては、例えば、エチルセロソルブアセテート、メチルセロソルブアセテート及びプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートのようなグリコールエーテルエステル類;プロピレングリコールモノメチルエーテルのようなグリコールエーテル類;乳酸エチル、酢酸ブチル、酢酸アミル及びピルビン酸エチルのようなエステル類;アセトン、メチルイソブチルケトン、2−ヘプタノン及びシクロヘキサノンのようなケトン類;γ−ブチロラクトンのような環状エステル類;等を挙げることができる。溶剤(E)は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
〈その他の成分(以下、場合により「その他の成分(F)」という。)〉
本レジスト組成物は、必要に応じて、その他の成分(F)を含有していてもよい。その他の成分(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、樹脂(A)以外の高分子化合物、増感剤、溶解抑止剤、界面活性剤、安定剤、染料などを利用できる。これらその他の成分(F)を用いる場合の含有量は、成分(F)の種類に応じて調整される。
<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、化合物(I)、樹脂(A)及び酸発生剤(B)及び並びに必要に応じて用いられる溶剤(E)、塩基性化合物(C)及びその他の成分(F)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、樹脂などの種類や樹脂等の溶剤(E)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、0.5〜24時間の中から適切な時間を選ぶことができる。なお、混合手段も特に制限はなく、攪拌混合などを用いることができる。
各成分を混合した後は、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。
〈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)本発明のレジスト組成物を基板上に塗布する工程、
(2)塗布後の組成物を乾燥させて組成物層を形成する工程、
(3)組成物層を露光する工程、
(4)露光後の組成物層を加熱する工程、及び
(5)加熱後の組成物層を現像する工程を含む。
レジスト組成物の基体上への塗布は、スピンコーター等、通常、用いられる装置によって行うことができる。
塗布後の組成物を乾燥させて溶剤を除去する。乾燥は、例えば、ホットプレート等の加熱装置を用いて溶剤を蒸発させること(いわゆるプリベーク)により行われるか、あるいは減圧装置を用いて行われ、溶剤が除去された組成物層が形成される。この場合の温度は、例えば、50〜200℃程度が好ましい。また、圧力は、1〜1.0×10Pa程度が好ましい。
得られた組成物層は、露光機を用いて露光する。露光機は、液浸露光機であってもよい。この際、通常、求められるパターンに相当するマスクを介して露光が行われる。露光光源としては、KrFエキシマレーザ(波長248nm)、ArFエキシマレーザ(波長193nm)、F2エキシマレーザ(波長157nm)のような紫外域のレーザ光を放射するもの、電子線や超紫外光(EUV)を照射するもの、固体レーザ光源(YAG又は半導体レーザ等)からのレーザ光を波長変換して遠紫外域または真空紫外域の高調波レーザ光を放射するもの等、種々のものを用いることができる。
露光後の組成物層は、脱保護基反応を促進するための加熱処理(いわゆるポストエキスポジャーベーク)が行われる。加熱温度としては、通常50〜200℃程度、好ましくは70〜150℃程度である。
加熱後の組成物層を、現像装置を用いて、通常、アルカリ現像液を利用して現像する。
ここで用いられるアルカリ現像液は、この分野で用いられる各種のアルカリ性水溶液であればよい。例えば、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドや(2−ヒドロキシエチル)トリメチルアンモニウムヒドロキシド(通称コリン)の水溶液等が挙げられる。
現像後、超純水でリンスし、基板及びパターン上に残った水を除去することが好ましい。
〈用途〉
本発明のレジスト組成物は、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)露光用のレジスト組成物又はEUV露光機用のレジスト組成物、特に液浸露光用のレジスト組成物として好適である。
以下、本発明を実施例によって詳細に説明する。
実施例及び比較例中、含有量及び使用量を表す%及び部は、特記ないかぎり質量基準である。
重量平均分子量は、ポリスチレンを標準品として、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(東ソー株式会社製HLC−8120GPC型、カラムは”TSKgel Multipore HXL−M”3本、溶媒はテトラヒドロフラン)により求めた値である。
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)
樹脂(A)の合成
該合成に使用した化合物を下記に示す。
Figure 2012230356
合成例1〔樹脂A1の合成〕
モノマーとして、モノマー(a1−1−3)、モノマー(a1−2−3)、モノマー(a2−1−1)、モノマー(a3−1−1)及びモノマー(a3−2−3)を用い、そのモル比(モノマー(a1−1−3):モノマー(a1−2−3):モノマー(a2−1−1):モノマー(a3−1−1):モノマー(a3−2−3))が30:14:6:20:30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8.1×10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 2012230356
合成例2〔樹脂A2の合成〕
モノマーとして、モノマー(a1−1−2)、モノマー(a2−1−1)及びモノマー(a3−1−1)を用い、そのモル比(モノマー(a1−1−2):モノマー(a2−1−1):モノマー(a3−1−1))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A2(共重合体)を収率60%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 2012230356
合成例3〔樹脂A3の合成〕
モノマーとして、モノマー(a1−1−3)、モノマー(a1−2−3)、モノマー(a2−1−1)、モノマー(a3−2−3)及びモノマー(a3−1−1)を用い、そのモル比(モノマー(a1−1−3):モノマー(a1−2−3):モノマー(a2−1−1):モノマー(a3−2−3):モノマー(a3−1−1))が、30:14:6:20:30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。この溶液に、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。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7.0×10の樹脂A3(共重合体)を収率60%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 2012230356
合成例4〔樹脂A4の合成〕
モノマーとして、モノマー(a1−1−3)、モノマー(a1−5−1)、モノマー(a2−1−1)、モノマー(a3−2−3)及びモノマー(a3−1−1)を用い、そのモル比(モノマー(a1−1−3):モノマー(a1−5−1):モノマー(a2−1−1):モノマー(a3−2−3):モノマー(a3−1−1))が、30:14:6:20:30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。この溶液に、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。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A4(共重合体)を収率62%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 2012230356
実施例1:式(I1)で表される化合物の合成
Figure 2012230356
式(I1−a)で表される化合物20.00部及びクロロホルム240部を反応器に仕込み、23℃で30分間攪拌した後、カルボニルジイミダゾール30.71部を添加した。その後、23℃で1時間攪拌した。得られた反応混合物に、イオン交換水60部を仕込み、攪拌、分液を行った。このような水洗操作を6回行った。得られた有機層を濃縮することにより、式(I1−b)で表される化合物33.81部を得た。
Figure 2012230356
式(I1−b)で表される化合物10.00部及びアセトン40部を反応器に仕込み、23℃で30分間攪拌した後、式(I1−c)で表される化合物5.75部を添加した。その後、23℃で1時間攪拌した。次いで、炭酸カリウム0.33部を添加し、23℃で3時間攪拌した。得られた反応マスに、シュウ酸0.60部及びイオン交換水29.40部を仕込み、攪拌後、クロロホルム100部を仕込み、攪拌後、分液を行った。回収された有機層に、イオン交換水30部を仕込み、攪拌後、分液を行った。この水洗操作を6回行った。得られた有機層を濃縮することにより、式(I1)で表される化合物10.31部を得た。
MS: 257.2
実施例2:式(I15)で表される化合物の合成
Figure 2012230356
式(I15−a)で表される化合物20.00部及びクロロホルム200部を反応器に仕込み、23℃で30分間攪拌した後、カルボニルジイミダゾール27.39部を添加した。その後、23℃で2時間攪拌した。得られた反応混合物に、イオン交換水60部を仕込み、攪拌、分液を行った。このような水洗操作を6回行った。得られた有機層を濃縮することにより、式(I15−b)で表される化合物33.52部を得た。
Figure 2012230356
式(I152−b)で表される化合物10.00部及びアセトン40部を反応器に仕込み、23℃で30分間攪拌した後、式(I15−c)で表される化合物5.65部を添加した。その後、23℃で1時間攪拌した。次いで、炭酸カリウム0.31部を添加し、23℃で3時間攪拌した。得られた反応マスに、シュウ酸0.60部及びイオン交換水29.40部を仕込み、攪拌後、クロロホルム100部を仕込み、攪拌後、分液を行った。回収された有機層に、イオン交換水30部を仕込み、攪拌後、分液を行った。この水洗操作を5回行った。得られた有機層を濃縮することにより、式(I15)で表される化合物11.16部を得た。
MS: 271.2
実施例3:式(I29)で表される化合物の合成
Figure 2012230356
式(I29−a)で表される化合物(商品名:NSTABu 出光製)14.00部及びクロロホルム140部を反応器に込み、23℃で30分間攪拌した後、式(I3−b)で表される化合物52.45部を滴下した。滴下後の反応混合物を23℃で1時間攪拌し、更に、式(I29−b)で表される化合物52.45部を滴下した。さらに、23℃で2時間攪拌した。次いで、式(I29−b)で表される化合物52.45部を滴下した。そのまま、23℃で1時間攪拌した後、得られた反応混合物を濃縮した。濃縮物に、クロロホルム20部を添加・攪拌し、その後、濃縮した。回収された濃縮物にn−ヘプタン30部を添加し30分間攪拌後、ろ過することにより、式(I29−c)で表される化合物11.19部を得た。
Figure 2012230356
式(I29−c)で表される化合物8.00部及び塩化メチレン96.00部を仕込み、得られた混合マスに、23℃で、式(I29−d)で表される化合物(商品名:カルボニルジイミダゾール 東京化成製)5.49部を仕込み、23℃で1時間攪拌することにより、式(I29−e)で表される化合物を含む反応溶液を得た。
式(I29−e)で表される化合物を含む反応溶液に、式(I29−f)で表される化合物3.71部を仕込み、23℃で2時間攪拌した後、イオン交換水30部を添加攪拌後、分液した。回収された有機層に、イオン交換水30部を添加攪拌後、分液した。この水洗操作を5回行った。得られた有機層を濃縮することにより、式(I29)で表される化合物9.58部を得た。
MASS:345.1
実施例4:[化合物(I−30)の合成]
Figure 2012230356
式(I30−a)で表される化合物10.00部及び塩化メチレン70部を仕込み、得られた混合マスに、23℃で、式(I30−b)で表される化合物(商品名:カルボニルジイミダゾール 東京化成製)9.79部を仕込み、23℃で1時間攪拌した。その後、イオン交換水30部を添加し、攪拌し、分液した。この水洗操作を5回行った。得られた有機層を濃縮し、得られた残渣にtert−ブチルメチルエーテル100部を加えて攪拌し、ろ過、乾燥することにより、式(I30−c)で表される化合物12.05部を得た。
Figure 2012230356
式(I30−c)で表される化合物10.00部、式(I30−d)で表される化合物4.37部及びアセトン40部を反応器に仕込み、23℃で30分間攪拌した後、23℃で炭酸カリウム0.25部を添加し、さらに、23℃で4時間攪拌した。得られた反応混合物に、シュウ酸0.46部をイオン交換水30部に溶解した水溶液及びクロロホルム100部を添加攪拌し、分液した。回収された有機層に、イオン交換水30部を添加攪拌し、分液した。このような水洗操作を5回行った。得られた有機層を濃縮することにより、式(I30)で表される化合物9.69部を得た。
MASS:323.2
実施例5〜14、比較例1
レジスト組成物の調製・評価
表1に示すように、以下の各成分を混合して溶解することにより得られた混合物を孔径0.2μmのフッ素樹脂製フィルタで濾過することにより、レジスト組成物を調製した。
Figure 2012230356
なお、表1において用いた樹脂(A)、酸発生剤(B)、塩基性化合物(C)[クエンチャー]は以下のとおりである。
<樹脂(A)>
A1:樹脂A1
A2:樹脂A2
<酸発生剤(B)>
酸発生剤B1:
Figure 2012230356
酸発生剤B2:
Figure 2012230356
<式(I)で表される化合物>
I1:I1
I2:I2
I3:I3
<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部
2−ヘプタノン 20.0部
プロピレングリコールモノメチルエーテル 20.0部
γ−ブチロラクトン 3.5部
シリコンウェハに、有機反射防止膜用組成物(ARC−29;日産化学(株)製)を塗布して、205℃、60秒の条件でベークすることによって、厚さ780Åの有機反射防止膜を形成した。次いで、前記の有機反射防止膜の上に、上記のレジスト組成物を乾燥(プリベーク)後の膜厚が85nmとなるようにスピンコートした。レジスト組成物を塗布したシリコンウェハ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、レジスト膜(組成物層)を形成した。レジスト膜が形成されたシリコンウェハに、液浸露光用ArFエキシマステッパー(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。なお、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。
各レジスト膜において、ホール径70nmのマスクで形成したパターンのホール径が55nmとなる露光量を実効感度とした。
<マスクエラーファクター(MEF)評価>
実効感度において、ホール径がそれぞれ72nm、71nm、70nm、69nm、68nmのマスクで形成されたパターンの、マスクホール径を横軸、各パターンのホール径を縦軸にプロットした時の直線の傾きをMEFとして算出した。直線の傾きが、
2.9以下のものを◎、
2.9を超え3.2以下のものを○、
3.2を超えるものを×、
として判断した。
Figure 2012230356
本発明のレジスト組成物は、半導体の微細加工などに有用である。

Claims (10)

  1. アルカリ水溶液に不溶又は難溶であり、酸と作用してアルカリ水溶液に可溶となる樹脂と、
    酸発生剤と、
    式(I)
    Figure 2012230356

    [式(I)中、
    は、炭素数1〜17の2価の飽和炭化水素基を表し、該2価の飽和炭化水素基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。
    環Wは、炭素数2〜36の複素環を表す。
    は、炭素数1〜12の炭化水素基を表し、該炭化水素基を構成するメチレン基は、酸素原子、硫黄原子、カルボニル基、スルホニル基又は−NR−(Rは、水素原子又は炭素数1〜4のアルキル基を表す。)に置き換わっていてもよく、該炭化水素基に含まれる水素原子はヒドロキシ基に置換されていてもよい。
    は、水素原子又は炭素数1〜12の炭化水素基を表し、該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。
    は、炭素数1〜6の炭化水素基を表し、該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。
    mは、0〜6の整数を表す。mが2以上のとき、複数存在するRは、互いに同一又は相異なる。]
    で表される化合物とを含有するレジスト組成物。
  2. 環Wが、置換基を有してもよいピペリジン環である請求項1記載のレジスト組成物。
  3. が、式(L1−1)又は式(L1−2)で表される基である請求項1又は2記載のレジスト組成物。
    Figure 2012230356

    [式(L1−1)中、Lは、単結合又は酸素原子を表す。*は−Rとの結合手を表す。]
  4. 式(I)で表される化合物が、
    式(I−A)又は式(I−B)で表される化合物である請求項1記載のレジスト組成物。
    Figure 2012230356

    [式(I−A)及び式(I−B)中、
    は、上記と同じ意味を表し、Lは、単結合又は酸素原子を表す。]
  5. 酸発生剤が、式(B1)で表される化合物である請求項1〜4のいずれか記載のレジスト組成物。
    Figure 2012230356

    [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2価の飽和炭化水素基を表し、該2価の飽和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、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。]
  6. b1が、式(b1−1)で表される基である請求項5記載のレジスト組成物。
    Figure 2012230356
    [式(b1−1)中、Lb2は、単結合又はC1〜C15アルキレン基を表す。
    *は結合手を表し、左側でC(Q1)(Q2)−と結合し、右側で−Yと結合する。]
  7. 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請求項5又は6記載のレジスト組成物。
  8. さらに溶剤を含有する請求項1〜7のいずれか記載のレジスト組成物。
  9. (1)請求項8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)組成物層を露光する工程、
    (4)露光後の組成物層を加熱する工程、及び
    (5)加熱後の組成物層を現像する工程、
    を含むレジストパターンの製造方法。
  10. 式(I)
    Figure 2012230356
    [式(I)中、
    は、炭素数1〜17の2価の飽和炭化水素基を表し、該2価の飽和炭化水素基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。
    環Wは、炭素数2〜36の複素環を表す。
    は、炭素数1〜12の炭化水素基を表し、該炭化水素基を構成するメチレン基は、酸素原子、硫黄原子、カルボニル基、スルホニル基又は−NR−(Rは、水素原子又は炭素数1〜4のアルキル基を表す。)に置き換わっていてもよく、該炭化水素基に含まれる水素原子はヒドロキシ基に置換されていてもよい。
    は、水素原子又は炭素数1〜12の炭化水素基を表し、該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。
    は、炭素数1〜6の炭化水素基を表し、該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。
    mは、0〜6の整数を表す。mが2以上のとき、複数存在するRは、互いに同一又は相異なる。]
    で表される化合物。
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CN113979864A (zh) * 2021-11-12 2022-01-28 云南中烟工业有限责任公司 一种新型薄荷醇碳酸酯类凉味剂的一锅法合成方法及其在卷烟中的应用

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