JP2013054344A - レジスト組成物及び塩 - Google Patents

レジスト組成物及び塩 Download PDF

Info

Publication number
JP2013054344A
JP2013054344A JP2012164470A JP2012164470A JP2013054344A JP 2013054344 A JP2013054344 A JP 2013054344A JP 2012164470 A JP2012164470 A JP 2012164470A JP 2012164470 A JP2012164470 A JP 2012164470A JP 2013054344 A JP2013054344 A JP 2013054344A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
group
formula
carbon atoms
salt
structural unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2012164470A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6074937B2 (ja
Inventor
Tatsuro Masuyama
達郎 増山
Yuichi Mukai
優一 向井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Chemical Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Chemical Co Ltd filed Critical Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority to JP2012164470A priority Critical patent/JP6074937B2/ja
Publication of JP2013054344A publication Critical patent/JP2013054344A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6074937B2 publication Critical patent/JP6074937B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C381/00Compounds containing carbon and sulfur and having functional groups not covered by groups C07C301/00 - C07C337/00
    • C07C381/12Sulfonium compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C309/00Sulfonic acids; Halides, esters, or anhydrides thereof
    • C07C309/01Sulfonic acids
    • C07C309/02Sulfonic acids having sulfo groups bound to acyclic carbon atoms
    • C07C309/03Sulfonic acids having sulfo groups bound to acyclic carbon atoms of an acyclic saturated carbon skeleton
    • C07C309/17Sulfonic acids having sulfo groups bound to acyclic carbon atoms of an acyclic saturated carbon skeleton containing carboxyl groups bound to the carbon skeleton
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C309/00Sulfonic acids; Halides, esters, or anhydrides thereof
    • C07C309/01Sulfonic acids
    • C07C309/02Sulfonic acids having sulfo groups bound to acyclic carbon atoms
    • C07C309/03Sulfonic acids having sulfo groups bound to acyclic carbon atoms of an acyclic saturated carbon skeleton
    • C07C309/07Sulfonic acids having sulfo groups bound to acyclic carbon atoms of an acyclic saturated carbon skeleton containing oxygen atoms bound to the carbon skeleton
    • C07C309/08Sulfonic acids having sulfo groups bound to acyclic carbon atoms of an acyclic saturated carbon skeleton containing oxygen atoms bound to the carbon skeleton containing hydroxy groups bound to the carbon skeleton
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/004Photosensitive materials
    • G03F7/0045Photosensitive materials with organic non-macromolecular light-sensitive compounds not otherwise provided for, e.g. dissolution inhibitors
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/004Photosensitive materials
    • G03F7/0046Photosensitive materials with perfluoro compounds, e.g. for dry lithography
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/004Photosensitive materials
    • G03F7/038Macromolecular compounds which are rendered insoluble or differentially wettable
    • G03F7/0382Macromolecular compounds which are rendered insoluble or differentially wettable the macromolecular compound being present in a chemically amplified negative photoresist composition
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/20Exposure; Apparatus therefor
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/26Processing photosensitive materials; Apparatus therefor
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2603/00Systems containing at least three condensed rings
    • C07C2603/56Ring systems containing bridged rings
    • C07C2603/58Ring systems containing bridged rings containing three rings
    • C07C2603/70Ring systems containing bridged rings containing three rings containing only six-membered rings
    • C07C2603/74Adamantanes

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Materials For Photolithography (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)

Abstract

【課題】優れた露光マージンでレジストパターンを製造するレジスト組成物、及び当該レジスト組成物に含有される新規な塩を提供する。
【解決手段】式(I)で表される塩、及び当該塩と、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溶解し得る樹脂とを含有するレジスト組成物の提供。
Figure 2013054344

[式(I)中、
1及びQ2は、フッ素原子などを表す。
及びXは、単結合又は脂肪族飽和炭化水素基などを表す。Aは、炭素数1〜30の有機基を表す。
+は、有機カチオンを表す。]
【選択図】なし

Description

本発明は、レジスト組成物及びレジストパターンの製造方法、並びに当該レジスト組成物に含有される新規な塩に関する。
リソグラフィー技術による半導体の微細加工に用いられる化学増幅型レジスト組成物(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溶解し得る樹脂と、酸発生剤とを含有する。
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、メタクリル酸=2−(5−オキソ−4−オキサトリシクロ[4.2.1.03,7]ノナン−2−イルオキシ)−2−オキソエチル及びα−メタクリロイロキシ−γ−ブチロラクトンにそれぞれ由来する構造単位からなる樹脂と、
トリフェニルスルホニウム=4−オキソアダマンタン−1−イル−オキシカルボニル(ジフルオロ)メタンスルホナートからなる酸発生剤と、
2,6−ジイソプロピルアニリンからなるクエンチャーと、溶剤とからなるレジスト組成物が記載されている。
特開2008−170983号公報
半導体の微細加工において、その設計寸法が微細化されていくことに従い、レジストパターン製造時の露光量に対する寸法変化がより小さいレジスト組成物、すなわち、より広い露光マージンでレジストパターンを製造できるレジスト組成物が求められるようになってきた。このように広い露光マージンでレジストパターンを製造する点では、従来のレジスト組成物は改善の余地があった。
本発明は、以下の発明を含む。
〔1〕式(I)
Figure 2013054344
[式(I)中、
m1は1〜4の整数を表す。
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。
m1が2以上の場合、複数存在するQ1は、互いに同一でも異なっていてもよく、複数存在するQ2は、互いに同一でも異なっていてもよい。
、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜10の1価の脂肪族飽和炭化水素基を表す。
及びXはそれぞれ独立に、単結合、カルボニル基又は炭素数1〜10の2価の脂肪族飽和炭化水素基を表し、該脂肪族飽和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もよく、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、炭素数1〜30の有機基を表す。
+は、有機カチオンを表す。]
で表される塩と、
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溶解し得る樹脂とを含有するレジスト組成物。
〔2〕前記塩は、
前記式(I)のXが単結合の塩である、前記〔1〕記載のレジスト組成物。
〔3〕前記塩は、
前記式(I)のXがカルボニル基の塩である、前記〔1〕又は〔2〕記載のレジスト組成物。
〔4〕前記塩は、
前記式(I)のRがメチル基の塩である、前記〔1〕〜〔3〕のいずれか記載のレジスト組成物。
〔5〕前記塩は、
前記式(I)のAが置換基を有していてもよい炭素数3〜30の脂環式炭化水素基(当該脂環式炭化水素基を構成するメチレン基の1つ又は2つは、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。)である前記〔1〕〜〔4〕のいずれか記載のレジスト組成物。
〔6〕前記塩は、
前記式(I)のZ+が、以下の式(b2−1−1)で表される有機カチオンの塩である、前記〔1〕〜〔5〕のいずれか記載のレジスト組成物。
Figure 2013054344
[式(b2−1−1)中、
b19、Rb20及びRb21は、それぞれ独立に、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、炭素数1〜18のアルキル基、炭素数3〜18の脂環式炭化水素基又は炭素数1〜12のアルコキシ基を表す。
v2、w2及びx2は、それぞれ独立に0〜5の整数を表す。v2が2以上のとき、複数存在するRb1は、互いに同一でも異なってもよく、w2が2以上のとき、複数存在するRb20は互いに同一でも異なってもよく、x2が2以上のとき、複数存在するRb21は互いに同一でも異なってもよい。]
〔7〕前記式(b2−1−1)のv2、w2及びx2がそれぞれ独立に、0又は1であり、Rb19、Rb20及びRb21がメチル基である、前記〔6〕記載のレジスト組成物。
〔8〕さらに、式(FI)で表される構造単位を有する樹脂を含有する、前記〔1〕〜〔7〕のいずれか記載のレジスト組成物。
Figure 2013054344
[式(FI)中、
F1は、水素原子又はメチル基を表す。
F1は、炭素数1〜6のアルカンジイル基を表す。
F2は、フッ素原子を有する炭素数1〜10の炭化水素基を表す。]
〔9〕(1)前記〔1〕〜〔8〕のいずれか記載のレジスト組成物を基板上に塗布する
工程、
(2)塗布後の組成物を乾燥し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)で表される塩。
Figure 2013054344
[式(I)中、
m1は1〜4の整数を表す。
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。
m1が2以上の場合、複数存在するQ1は、互いに同一でも異なっていてもよく、複数存在するQ2は、互いに同一でも異なっていてもよい。
、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子、カルボニル基又は炭素数1〜10の1価の脂肪族飽和炭化水素基を表す。
及びXはそれぞれ独立に、単結合又は炭素数1〜10の2価の脂肪族飽和炭化水素基を表し、該脂肪族飽和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もよく、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、炭素数1〜30の有機基を表す。
+は、有機カチオンを表す。]
本発明のレジスト組成物によれば、優れた露光マージンでレジストパターンを製造することができる。
本発明のレジスト組成物(以下、場合により「本レジスト組成物」という。)は、
前記式(I)で表される塩(以下、場合により「塩(I)」という。)と、
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溶解し得る樹脂(以下、場合により「樹脂(A)」という。)とを含有する。また、後述するように必要に応じて、前記式(FI)で表される構造単位を有する樹脂(以下、場合により「樹脂(F)」という。)、塩基性化合物(以下、場合により「塩基性化合物(C)」という。)や溶剤(以下、場合により「溶剤(D)」という。)を含有する。
まずは、本レジスト組成物の構成成分のそれぞれについて説明し、これらを用いた本レジスト組成物の調製方法を説明する。最後に、本レジスト組成物を用いるレジストパターンの製造方法に関して説明する。
本明細書では、特に断りのない限り、炭素数を適宜選択しながら、以下の置換基の例示は、同様の置換基を有するいずれの化学構造式においても適用される。脂肪族炭化水素基のうち、アルキル基のように直鎖状又は分岐状をとることができるものは、そのいずれをも含む。立体異性体が存在する場合は、全ての立体異性体を包含する。以下の置換基の例示において、「C」に付して記載した数値は、各々の基の炭素数を示すものである。
さらに、本明細書において、「(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。
本明細書において、有機基とは炭素原子を含む基をいい、炭化水素基、該炭化水素基の一部に、酸素原子、窒素原子又はハロゲン原子などのヘテロ原子が含まれた基をいう。
炭化水素基とは、脂肪族炭化水素基及び芳香族炭化水素基を包含する。
脂肪族炭化水素基は、鎖式及び環式の双方を含み、特に定義しない限り、鎖式及び脂環式の脂肪族炭化水素基が組み合わせられたものをも包含する。また、これら脂肪族炭化水素基は、その一部に炭素−炭素二重結合を含んでいてもよいが、飽和の基(脂肪族飽和炭化水素基)が好ましい。
鎖式の脂肪族炭化水素基のうち1価のものとしては、典型的にはアルキル基が挙げられる。
アルキル基としては、メチル基(C)、エチル基(C)、プロピル基(C)、ブチル基(C)、ペンチル基(C)、ヘキシル基(C)、ヘプチル基(C)、オクチル基(C)、デシル基(C10)、ドデシル基(C12)、ヘキサデシル基(C14)、ペンタデシル基(C15)、ヘキシルデシル基(C16)、ヘプタデシル基(C17)及びオクタデシル基(C18)などが挙げられる。
鎖式の脂肪族炭化水素基のうち2価のものとしては、アルキル基から水素原子を1個取り去ったアルカンジイル基が挙げられる。
該アルカンジイル基としては、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、メチリデン基、エチリデン基、プロピリデン基、2−プロピリデン基、1−メチル−1,3−プロピレン基、2−メチル−1,3−プロピレン基、2−メチル−1,2−プロピレン基、1−メチル−1,4−ブチレン基及び2−メチル−1,4−ブチレン基などが挙げられる。
環式の脂肪族炭化水素基(以下、場合により「脂環式炭化水素基」という。)は、典型的には、シクロアルキル基を意味し、以下に示す単環式及び多環式のいずれをも包含する。
脂環式炭化水素基のうち1価のものとして、単環式の脂肪族炭化水素基は、以下の式(KA−1)〜(KA−7)で表されるシクロアルカンの水素原子を1個取り去った基である。
Figure 2013054344
多環式の脂肪族炭化水素基は、以下の式(KA−8)〜(KA−19)で表されるシクロアルカンの水素原子を1個取り去った基である。
Figure 2013054344
脂環式炭化水素基のうち2価のものとしては、式(KA−1)〜式(KA−19)の脂環式炭化水素から水素原子を2個取り去った基が挙げられる。
脂肪族炭化水素基は置換基を有していてもよい。このような置換基としては、そのつど定義するが、該置換基は例えば、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、アルコキシ基、アシル基、アシルオキシ基、アリール基、アラルキル基及びアリールオキシ基が挙げられる。
アルコキシ基としては、メトキシ基(C)、エトキシ基(C)、プロポキシ基(C)、ブトキシ基(C)、ペンチルオキシ基(C)、ヘキシルオキシ基(C)、ヘプチルオキシ基(C7)、オクチルオキシ基(C8)、デシルオキシ基(C10)及びドデシルオキシ基(C12)などが挙げられる。
アシル基としては、アセチル基(C)、プロピオニル基(C)、ブチリル基(C)、バレイル基(C)、ヘキシルカルボニル基(C)、ヘプチルカルボニル基(C7)、オクチルカルボニル基(C8)、デシルカルボニル基(C10)及びドデシルカルボニル基(C12)などのアルキル基とカルボニル基とが結合したもの並びにベンゾイル基(C7)などのアリール基とカルボニル基とが結合したものが包含される。
アシルオキシ基としては、アセチルオキシ基、プロピオニルオキシ基、ブチリルオキシ基、及びイソブチリルオキシ基などが挙げられる。
アラルキル基としては、ベンジル基(C7)、フェネチル基(C8)、フェニルプロピル基(C9)、ナフチルメチル基(C11)及びナフチルエチル基(C12)などが挙げられる。
アリールオキシ基としては、フェニルオキシ基(C)、ナフチルオキシ基(C10)、アントニルオキシ基(C14)、ビフェニルオキシ基(C12)、フェナントリルオキシ基(C14)及びフルオレニルオキシ基(C13)などのアリール基と酸素原子とが結合したものが挙げられる。
芳香族炭化水素基のうち1価のものは、典型的には、アリール基が挙げられる。
アリール基としては、フェニル基(C)、ナフチル基(C10)、アントニル基(C14)、ビフェニル基(C12)、フェナントリル基(C14)及びフルオレニル基(C13)などが挙げられる。ここに示すアリール基から、さらに水素原子を1個取り去ったアリーレン基が、2価の芳香族炭化水素基に該当する。
芳香族炭化水素基も置換基を有することがある。このような置換基はそのつど定義するが、ハロゲン原子、アルコキシ基、アシル基、アルキル基及びアリールオキシ基を挙げることができる。これらのうち、アルキル基の具体例は、鎖式脂肪族炭化水素基として例示したものと同じであり、芳香族炭化水素基に任意に有する置換基のうち、アルキル基以外のものは、脂肪族炭化水素基の置換基として例示したものと同じものを含む。
<塩(I)>
塩(I)は上述のとおり、式(I)で表される。繰り返しになるが、式(I)を以下に示す。
Figure 2013054344
[式(I)中、
m1は1〜4の整数を表す。
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。
m1が2以上の場合、複数存在するQ1は、互いに同一でも異なっていてもよく、複数存在するQ2は、互いに同一でも異なっていてもよい。
、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜10の1価の脂肪族飽和炭化水素基を表す。
及びXはそれぞれ独立に、単結合又は炭素数1〜10の2価の脂肪族飽和炭化水素基を表し、該脂肪族飽和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もよく、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、炭素数1〜30の有機基を表す。
+は、有機カチオンを表す。]
本レジスト組成物は塩(I)を含有することにより、優れた露光マージンでレジストパターンを製造できる。このような塩(I)は有用且つ新規な塩であり、本発明は塩(I)に係る発明も含む。
なお、以下の説明において、塩(I)から有機カチオンを取り除いた、負電荷を有するものを、場合により「スルホン酸アニオン」という。
1及びQ2としては、フッ素原子又は炭素数1〜6のペルフルオロアルキル基が好ましく、フッ素原子がより好ましい。
及びRとしては、水素原子又は炭素数1〜4のアルキル基が好ましく、水素原子、メチル基又はエチル基がより好ましく、水素原子がさらに好ましい。
としては、水素原子又は炭素数1〜4のアルキル基が好ましく、水素原子又はメチル基がより好ましく、メチル基がさらに好ましい。
の有機基は、脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基、並びに、脂肪族炭化水素基及び芳香族炭化水素基の組み合わせのいずれでもよく、これらの基にヘテロ原子を含むものであってもよい。該脂肪族炭化水素基及び該芳香族炭化水素基の具体例は、炭素数30以下の範囲において、すでに例示したものを含む。また、脂肪族炭化水素基及び芳香族炭化水素基の組み合わせも、炭素数30以下の範囲であれば、任意に組み合わせることができる。ここに示す有機基の中でも、Aは、置換基を有していてもよい炭素数3〜30の脂環式炭化水素基が好ましく、当該脂環式炭化水素基を構成するメチレン基の1つ又は2つは、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。また、当該脂環式炭化水素基が有していてもよい置換基としては、炭素数1〜6のアルキル基又はヒドロキシ基が好ましい。
ここでは好適なAである脂環式炭化水素基について、具体例を示しつつ詳述する。
の脂環式炭化水素基を構成するメチレン基が、酸素原子、スルホニル基又はカルボニル基に置き換わった基としては、式(A12)〜式(A26)で表される基が挙げられる。
Figure 2013054344
また、好適なAである脂環式炭化水素基は、置換基を有することもある。このような置換基を有する脂環式炭化水素基としては例えば、以下のものが挙げられる。
Figure 2013054344
以上、好適なAである脂環式炭化水素基について具体例を示して説明したが、これらの中でも、Aとしては、シクロヘキシル基、アダマンチル基、式(A14)、式(A19)、式(A28)、式(A29)及び式(A32)でそれぞれ表される基が好ましく、シクロヘキシル基、アダマンチル基、式(A14)、式(A29)及び式(A32)でそれぞれ表される基が特に好ましい。
及びXはそれぞれ独立に、単結合、カルボニル基又は炭素数1〜10の2価の脂肪族飽和炭化水素基を表し、該脂肪族飽和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く、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。
及びXの脂肪族炭化水素基としては、アルカンジイル基又は脂環式炭化水素基、或いはこれらを任意に組み合わせた2価の基を挙げることができる。ここでいうアルカンジイル基及び脂環式炭化水素基は、その炭素数が10以下の範囲ですでに例示したものを含む。また、ここでいうアルカンジイル基及び脂環式炭化水素基、並びに、アルカンジイル基及び脂環式炭化水素基を組み合わせた2価の基は、該基に含まれる水素原子が、ヒドロキシ基に置換されていてもよい。
アルカンジイル基及び脂環式炭化水素基を組み合わせた有機基とは、例えば、式(X−A)、式(X−B)及び式(X−C)[式(X−A)〜式(X−C)]で、それぞれで表される基を挙げることができる。
Figure 2013054344
式(X−A)〜式(X−C)中において、
1A及びX1Bは、それぞれ独立に、炭素数1〜6のアルカンジイル基を表す。式(X−A)〜式(X−C)で表される基の総炭素数の上限は10である。このX1A及びX1Bのアルカンジイル基を構成するメチレン基も、酸素原子、スルホニル基又はカルボニル基に置き換わることもある。
以上、X及びXの、アルカンジイル基、脂環式炭化水素基、又は、アルカンジイル基及び脂環式炭化水素基の組み合わせである場合について説明したが、Xは単結合、カルボニル基、炭素数1〜5のアルカンジイル基又はこのアルカンジイル基を構成するメチレン基の1つ又は2つが、酸素原子及び/又はカルボニル基に置き換わった基であると好ましく、式(X−D)又は式(X−E)で表される基がさらに好ましく、単結合又はカルボニル基がさらにより好ましく、カルボニル基が特に好ましい。
Figure 2013054344
式(X−D)及び式(X−E)において、X1D及びX1Eは、それぞれ独立に、単結合又は炭素数1〜3のアルカンジイル基を表す。
は、単結合又は炭素数1〜4のアルカンジイル基が好ましく、単結合、メチレン基又はエチレン基がより好ましく、単結合がさらに好ましい。
m1は1〜4の整数であり、1又は2が好ましく、1がより好ましい。
スルホン酸アニオンの好適例を具体的に示すと、式(a−1−1)〜式(a−1−14)でそれぞれ表されるスルホン酸アニオンを挙げることができ、式(a−1−3)、式(a−1−4)、式(a−1−5)、式(a−1−6)、式(a−1−7)、式(a−1−8)、式(a−1−9)、式(a−1−10)及び式(a−1−13)でそれぞれ表されるスルホン酸アニオンが好ましく、式(a−1−5)、式(a−1−7)及び式(a−1−13)でそれぞれ表されるスルホン酸アニオンがより好ましく、式(a−1−5)又は式(a−1−7)で表されるスルホン酸アニオンがさらに好ましい。
Figure 2013054344
Figure 2013054344
Figure 2013054344
次に、塩(I)を構成する有機カチオン(Z+)について説明する。
有機カチオン(Z+)は例えば、オニウムカチオン、スルホニウムカチオン、ヨードニウムカチオン、アンモニウムカチオン、ベンゾチアゾリウムカチオン及びホスホニウムカチオンなどが挙げられる。これらの中でも、スルホニウムカチオン及びヨードニウムカチオンが好ましく、さらに好ましくは、以下の式(b2−1)、式(b2−2)、式(b2−3)及び式(b2−4)[式(b2−1)〜式(b2−4)]でそれぞれ表される有機カチオン〔以下、場合により、各式の番号に応じて「カチオン(b2−1)」、「カチオン(b2−2)」、「カチオン(b2−3)」及び「カチオン(b2−4)」という。〕である。
Figure 2013054344
式(b2−1)〜式(b2−4)において、
b4、Rb5及びRb6は、それぞれ独立に、炭素数1〜30の炭化水素基を表し、この炭化水素基のうちでは、炭素数1〜30のアルキル基、炭素数3〜18の脂環式炭化水素基及び炭素数6〜18の芳香族炭化水素基が好ましい。前記アルキル基は、ヒドロキシ基、炭素数1〜12のアルコキシ基又は炭素数6〜18の芳香族炭化水素基を有していてもよく、前記脂環式炭化水素基は、ハロゲン原子、炭素数2〜4のアシル基又はグリシジルオキシ基を有していてもよく、前記芳香族炭化水素基は、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、炭素数1〜18のアルキル基、炭素数3〜18の飽和環状炭化水素基又は炭素数1〜12のアルコキシ基を有していてもよい。
b7及びRb8は、それぞれ独立に、ヒドロキシ基、炭素数1〜12のアルキル基又は炭素数1〜12のアルコキシ基を表す。
m2及びn2は、それぞれ独立に0〜5の整数を表す。
b9及びRb10は、それぞれ独立に、炭素数1〜18のアルキル基又は炭素数3〜18の脂環式炭化水素基を表す。
b11は、水素原子、炭素数1〜18のアルキル基、炭素数3〜18の脂環式炭化水素基又は炭素数6〜18の芳香族炭化水素基を表す。
b9、Rb10及びRb11(Rb9〜Rb11)は、それぞれ独立に、脂肪族炭化水素基であり、この脂肪族炭化水素基がアルキル基である場合、その炭素数は1〜12の範囲であると好ましく、この脂肪族炭化水素基が脂環式炭化水素基である場合、その炭素数は3〜18の範囲であると好ましく、4〜12の範囲であるとさらに好ましい。
b12は、炭素数1〜18の炭化水素基を表す。この炭化水素基のうち、芳香族炭化水素基は、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数1〜12のアルコキシ基、炭素数3〜18の脂環式炭化水素基又は炭素数1〜12のアルキルカルボニルオキシ基を有していてもよい。
b9とRb10との組み合わせ、及び/又は、Rb11とRb12との組み合わせは、それぞれ独立に、互いに結合して3員環〜12員環(好ましくは3員環〜7員環)を形成していてもよく、これらの3員環〜12員環(好ましくは3員環〜7員環)は脂肪族環又は、該脂肪族環を構成するメチレン基が、酸素原子、硫黄原子又はカルボニル基に置き換わっている環である。
b13、Rb14、Rb15、Rb16、Rb17及びRb18(Rb13〜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は同一でも異なっていてもよく、p2が2以上であるとき、複数のRb14はそれぞれ独立であり、s2が2以上であるとき、複数のRb15は同一でも異なっていてもよく、t2が2以上であるとき、複数のRb18は同一でも異なっていてもよい。
b12のアルキルカルボニルオキシ基としては、すでに例示したアシル基と酸素原子とが結合したものである。
b9〜Rb12のアルキル基の好適例は、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基及び2−エチルヘキシル基などである。
b9〜Rb11の脂環式炭化水素基の好適例は、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロデシル基、2−アルキル−2−アダマンチル基、1−(1−アダマンチル)−1−アルキル基及びイソボルニル基などである。
b12の芳香族炭化水素基の好適例は、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、ビフェニリル基及びナフチル基などである。
b12の芳香族炭化水素基とアルキル基が結合したものは、典型的にはアラルキル基である。
b9とRb10との組み合わせが結合して形成する環としては例えば、チオラン−1−イウム環(テトラヒドロチオフェニウム環)、チアン−1−イウム環及び1,4−オキサチアン−4−イウム環などが挙げられる。
b11とRb12との組み合わせが結合して形成する環としては例えば、オキソシクロヘプタン環、オキソシクロヘキサン環、オキソノルボルナン環及びオキソアダマンタン環などが挙げられる。
カチオン(b2−1)、カチオン(b2−2)、カチオン(b2−3)及びカチオン(b2−4)の具体例は、特開2010−204646号公報に記載されたものを挙げることができる。
例示した有機カチオンの中でも、式(b2−1)で表されるものが好ましく、以下の式(b2−1−1)で表される有機カチオン〔以下、「カチオン(b2−1−1)」という。〕がより好ましく、トリフェニルスルホニウムカチオン(式(b2−1−1)中、v2=w2=x2=0である。)又はトリトリルスルホニウムカチオン(式(b2−1−1)中、v2=w2=x2=1であり、R19、R20及びR21がいずれもメチル基である。)がさらに好ましい。
Figure 2013054344
式(b2−1−1)中、
b19、Rb20及びRb21は、それぞれ独立に、ハロゲン原子(より好ましくはフッ素原子)、ヒドロキシ基、炭素数1〜18の脂肪族炭化水素基又は炭素数1〜12のアルコキシ基を表す。
この脂肪族炭化水素基の炭素数は1〜12の範囲であると好ましく、炭素数1〜12のアルキル基及び炭素数4〜18の脂環式炭化水素基がより好ましく、さらには置換基として、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、炭素数1〜12のアルコキシ基、炭素数6〜18の芳香族炭化水素基、炭素数2〜4のアシル基又はグリシジルオキシ基を有していてもよい。
v2、w2及びx2は、それぞれ独立に0〜5の整数(好ましくは0又は1)を表す。
v2が2以上のとき、複数のRb19は同一でも異なっていてもよく、w2が2以上のとき、複数のRb20は同一でも異なっていてもよく、x2が2以上のとき、複数のRb21は同一でも異なっていてもよい。
なかでも、Rb19、Rb20及びRb21は、それぞれ独立に、好ましくは、ハロゲン原子(より好ましくはフッ素原子)、ヒドロキシ基、炭素数1〜12のアルキル基、又は炭素数1〜12のアルコキシ基である。
塩(I)は上述のスルホン酸アニオンと、有機カチオンとの組み合わせであり、これらは任意に組み合わせることができるが、ここで、塩(I)の具体例を以下に示す。
Figure 2013054344
Figure 2013054344
Figure 2013054344
Figure 2013054344
以上の塩(I)の具体例の中でも、式(I−1)、式(I−2)、式(I−6)、式(I−7)、式(I−10)、式(I−11)、式(I−13)、式(I−14)、式(I−19)及び式(I−20)でそれぞれ表される塩(I)が好ましい。
続いて、塩(I)の製造方法について説明する。塩(I)のうち例えば、式(I−1a)で表される塩(I)〔前記式(I)のXが単結合である、塩(I)、以下、「塩(I−1a)」という。〕の製造方法は、ヒドロキシ基と、カルボキシ基とを有する化合物〔式(1−1a−B)で表される化合物〕を準備し、この化合物と、スルホン酸基と、カルボキシ基とを有する化合物〔式(1−1a−C)で表される化合物〕とを縮合することにより製造できる。このような製造方法の一例を反応式の形式で示すと以下のとおりである。
Figure 2013054344
上式中、全ての符号は前記と同義である。
この反応の第1段階は、式(I−1a−A)で表される化合物を、過酸化水素/蟻酸混合剤、及び四酸化オスミウム/4−メチルモルホリンN−オキシド混合剤などの酸化剤、或いは、第5版実験科講座 有機化合物の合成II アルコール・アミン(丸善株式会社)に記載されている酸化剤を反応させることにより酸化し、式(I−1a−B)で表される化合物を製造する。
式(I−1a−A)で表される化合物は、市販のものを用いてもよいし、A−OHで表されるアルコール化合物を用いてアクリル化して得られたものを用いてもよい。
次いで、第2段階では、式(I−1a−B)で表される化合物と、式(I−1a−C)で表される化合物とを反応させることにより塩(I−1a)は製造できる。この第2段階の反応は、1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド塩酸塩、ジシクロヘキシルカルボジイミド又は1,1’−カルボニルジイミダゾールの存在下、有機溶媒中で実施できる。該有機溶媒としてはクロロホルム、ジクロロメタン、ジクロロエタン、ジメチルホルムアミド及びアセトニトリルなどが挙げられる。
式(I−1a−C)で表される化合物は、特開2008−127367号公報に記載された方法により製造することができる。
本レジスト組成物は、塩(I)を含有することにより、優れた露光マージンで、レジストパターンを製造できる。上述のとおり、さらに、本レジスト組成物中は、塩(I)以外に、樹脂(A)を含有する。
塩(I)は、本レジスト組成物中で酸発生剤として働くが、本レジスト組成物には、塩(I)以外の酸発生剤を含有してもよい。また、本レジスト組成物は必要に応じて、樹脂(F)、塩基性化合物(C)及び溶剤(D)を含有していてもよい。以下、塩(I)以外の酸発生剤、樹脂(A)、樹脂(F)、塩基性化合物(C)及び溶剤(D)の順で説明する。
<塩(I)以外の酸発生剤>
塩(I)以外の酸発生剤としては、イオン性酸発生剤でも、非イオン性発生剤でもよいが、イオン性酸発生剤であると好ましい。
以下、本レジスト組成物に含有される、塩(I)以外の酸発生剤を場合により、「酸発生剤(B)」という。
酸発生剤(B)としては、例えば、式(B1−1)〜式(B1−20)で表されるものが挙げられる。中でもトリフェニルスルホニウムカチオン、トリトリルスルホニウムカチオンを含むものが好ましく、式(B1−1)、式(B1−2)、式(B1−3)、式(B1−6)、式(B1−11)、式(B1−12)、式(B1−13)及び式(B1−14)でそれぞれ表される塩がさらに好ましい。
Figure 2013054344
Figure 2013054344
Figure 2013054344
Figure 2013054344
<樹脂(A)>
本レジスト組成物に含有される樹脂(A)は上述のとおり、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特性(以下、場合により「酸作用特性」という。)を有する。かかる樹脂(A)を含有することにより、本レジスト組成物は、塩(I)又は酸発生剤(B)から発生される酸の作用により、レジストパターンを製造することができる。なお、「酸の作用によりアルカリ水溶液で溶解し得る」とは、「酸との接触前ではアルカリ水溶液に不溶又は難溶であるが、酸との接触後にはアルカリ水溶液に可溶となる」ことを意味する。
酸作用特性を有する樹脂(A)は、その分子内に酸により分解する基(以下、場合により「酸分解性基」という。)を有する。このような樹脂(A)は、酸分解性基を有するモノマー(以下、このモノマーを場合により「モノマー(a1)」といい、該モノマー(a1)由来の構造単位を「構造単位(a1)」という。)を重合することによって製造できる。樹脂(A)を製造する際には、モノマー(a1)を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
<酸分解性基>
「酸分解性基」とは、酸と接触すると分解(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。酸分解性基としては、例えば、式(1)で表される基(酸分解性基(1))、式(2)で表される基(酸分解性基(2))などが挙げられる。
Figure 2013054344
[式(1)中、
a1、Ra2及びRa3(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、これらが結合する炭素原子とともに炭素数3〜20の環を形成する。*は結合手を表す。]
Figure 2013054344
[式(2)中、
a1’及びRa2’は、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜12の1価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、これらが結合する炭素原子とともに炭素数3〜20の環を形成する。該1価の炭化水素基及び該2価の炭化水素基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。*は結合手を表す。]
酸分解性基(1)のRa1〜Ra3のアルキル基及び脂環式炭化水素基は、その炭素数がそれぞれ前記の範囲において、すでに例示したものを含む。該脂環式炭化水素基の炭素数は、好ましくは5〜16の範囲である。
a1及びRa2が、互いに結合して環を形成する場合とは、*−C(Ra1)(Ra2)(Ra3)で表される基が、以下のいずれかの基となる場合である。Ra1及びRa2が結合して形成される環の炭素数は、好ましくは3〜12の範囲である。
Figure 2013054344
酸分解性基(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−2−アダマンチルオキシカルボニル基(式(1)中、Ra1及びRa2が結合することで、アダマンチル環を形成し、Ra3がアルキル基である基)及び1−(1−アダマンチル)−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。
酸分解性基(2)のRa1’及びRa2’の炭化水素基は、例えば、アルキル基、脂環式炭化水素基及び芳香族炭化水素基などである。これらの基もすでに例示したもののうち、炭素数20以下の範囲で同じものを含む。ただし、Ra1'及びRa2'のうち少なくとも1つは水素原子であると好ましい。
酸分解性基(2)の具体例としては、以下の基が挙げられる。
Figure 2013054344
酸分解性基[好ましくは、酸分解性基(1)及び/又は酸分解性基(2)]を有するモノマー(a1)は、好ましくは、酸分解性基と炭素−炭素二重結合とを有するモノマーであり、より好ましくは酸分解性基を有する(メタ)アクリル系モノマーである。
酸分解性基を有する(メタ)アクリル系モノマーのうち、炭素数5〜20の脂環式炭化水素基を有するモノマー(a1)が好ましい。このようなモノマー(a1)を用いて得られる樹脂(A)は、脂環式炭化水素基のような嵩高い構造を有するものとなるので、該樹脂(A)を含有する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。
<好適な構造単位(a1)>
かかる脂環式炭化水素基を有するモノマー(a1)を用いて得られる好適な樹脂(A)について、さらに詳述する。該樹脂(A)の中でも、式(a1−1)で表される構造単位(以下、場合により「構造単位(a1−1)」という。)又は式(a1−2)で表される構造単位(以下、場合により「構造単位(a1−2)」という。)を有する樹脂が好ましい。かかる樹脂(A)には、構造単位(a1−1)を単独種有していてもよく、複数種有していてもよく、構造単位(a1−2)を単独種で有していてもよく、複数種有していてもよく、構造単位(a1−1)と構造単位(a1−2)とを合わせて有していてもよい。
Figure 2013054344
[式(a1−1)中、
a1は、酸素原子又は−O−(CH2k1−CO−O−(k1は1〜7の整数を表し、*はカルボニル基との結合手を表す。)で表される基を表す。
a4は、水素原子又はメチル基を表す。
a6は、炭素数1〜10の脂肪族炭化水素基を表す。
m1は0〜14の整数を表す。
式(a1−2)中、
a2は、酸素原子又は−O−(CH2k1−CO−O−(k1は前記と同義である。)で表される基を表す。
a5は、水素原子又はメチル基を表す。
a7は、炭素数1〜10の脂肪族炭化水素基を表す。
n1は0〜10の整数を表す。]
a1及びLa2は、好ましくは、酸素原子又は、k1が1〜4の整数である*−O−(CH2k1−CO−O−で表される基であり、より好ましくは酸素原子又は*−O−CH2−CO−O−であり、さらに好ましくは酸素原子である。
a4及びRa5は、好ましくはメチル基である。
a6及びRa7の脂肪族炭化水素基のうち、好ましくは炭素数1〜8のアルキル基又は炭素数3〜10の脂環式炭化水素基であり、この炭素数の上限以下の範囲で、すでに例示したものと同じものを含む。Ra6及びRa7の脂肪族炭化水素基はそれぞれ独立に、好ましくは炭素数8以下のアルキル基又は炭素数8以下の脂環式炭化水素基であり、より好ましくは炭素数6以下のアルキル基又は炭素数6以下の脂環式炭化水素基である。
m1は、好ましくは0〜3の整数、より好ましくは0又は1である。
n1は、好ましくは0〜3の整数、より好ましくは0又は1である。
構造単位(a1−1)を誘導し得るモノマー(a1)は、例えば、特開2010−204646号公報に記載されたものなどが挙げられる。これらに由来する構造単位(a1−1)のうち、以下の式(a1−1−1)、式(a1−1−2)、式(a1−1−3)、式(a1−1−4)、式(a1−1−5)、式(a1−1−6)、式(a1−1−7)及び式(a1−1−8)[式(a1−1−1)〜式(a1−1−8)]でそれぞれ表される構造単位(a1−1)が好ましく、式(a1−1−1)〜式(a1−1−3)のいずれかで表される構造単位(a1−1)がより好ましい。
Figure 2013054344
Figure 2013054344
一方、構造単位(a1−2)を誘導し得るモノマー(a1)としては、例えば、1−エチル−1−シクロペンチル(メタ)アクリレート、1−エチル−1−シクロヘキシル(メタ)アクリレート、1−エチル−1−シクロヘプチル(メタ)アクリレート、1−メチル−1−シクロペンチル(メタ)アクリレート及び1−イソプロピル−1−シクロペンチル(メタ)アクリレートなどが挙げられる。
構造単位(a1−2)としては、以下の式(a1−2−1)、式(a1−2−2)式(a1−2−3)、式(a1−2−4)、式(a1−2−5)及び式(a1−2−6)[式(a1−2−1)〜式(a1−2−6)]でそれぞれ表されるものが好ましい。これらのなかでも、式(a1−2−3)又は(a1−2−4)で表される構造単位(a1−2)がより好ましく、式(a1−2−3)で表される構造単位(a1−2)がさらに好ましい。
Figure 2013054344
樹脂(A)が構造単位(a1−1)及び/又は構造単位(a1−2)を有する場合、これらの合計含有割合は、該樹脂(A)の全構造単位(100モル%)に対して、通常、10〜95モル%の範囲であり、15〜90モル%の範囲が好ましく、20〜85モル%の範囲がより好ましく、20〜60モル%の範囲がさらに好ましい。また、構造単位(a1)として、アダマンチル基を有する構造単位(a1)(特に好ましくは、構造単位(a1−1))を有する場合には、樹脂(A)中の構造単位(a1)の合計(100モル%)に対して、アダマンチル基を有する構造単位(a1)が15モル%以上であることが好ましい。このような含有割合で、アダマンチル基を有する構造単位(a1)を有する樹脂(A)は、該樹脂(A)を含有するレジスト組成物から製造されるレジストパターンのドライエッチング耐性が良好となる傾向がある。なお、構造単位(a1−1)及び/又は構造単位(a1−2)の合計含有割合を、上述の範囲にするためには、樹脂(A)を製造する際に、全モノマーの使用量に対する、構造単位(a1−1)及び/又は構造単位(a1−2)を誘導するモノマーの使用量を調整すればよい。
以上、好適な構造単位(a1)である、構造単位(a1−1)及び構造単位(a1−2)について説明したが、樹脂(A)はこれらの以外の酸分解性基を有する構造単位(a1)〔他の構造単位(a1)〕を有していてもよい。この場合は、すでに述べた樹脂(A)中の構造単位(a1−1)及び/又は構造単位(a1−2)の合計含有割合を、構造単位(a1−1)、構造単位(a1−2)及び他の構造単位(a1)の合計含有割合に読み替えればよい。
<酸安定構造単位>
樹脂(A)は、酸分解性基を有する構造単位(a1)に加え、酸分解性基を有さない構造単位(以下、場合により「酸安定構造単位」といい、該酸安定構造単位を誘導し得るモノマーを、「酸安定モノマー」という。)を有していると好ましい。該樹脂(A)中、酸安定構造単位は1種のみを有していてもよく、複数種を有していてもよい。樹脂(A)中の酸安定構造単位は、1種であってもよく、2種以上であってもよい。
樹脂(A)が構造単位(a1)と酸安定構造単位とを有する場合、当該酸安定構造単位は100モル%から酸安定構造単位の含有割合を引いたものである。なお、構造単位(a1)の含有割合と酸安定性構造単位の含有割合との比は、〔構造単位(a1)〕/〔酸安定構造単位〕で表して、好ましくは10〜80モル%/90〜20モル%であり、より好ましくは20〜60モル%/80〜40モル%である。このようにすると、樹脂(A)を含有する本レジスト組成物から得られるレジストパターンのドライエッチング耐性がより一層良好となる傾向がある。
次に、酸安定構造単位のうち、好ましいものを説明する。
酸安定構造単位は、ヒドロキシ基又はラクトン環を有する構造単位が好ましい。ヒドロキシ基を有する酸安定構造単位(以下、「酸安定構造単位(a2)」という。)及び/又はラクトン環を有する酸安定構造単位(以下、「酸安定構造単位(a3)」という。)を有する樹脂(A)は、当該樹脂(A)を含有する本レジスト組成物を基板に塗布したとき、基板上に形成される塗布膜、又は塗布膜から得られる組成物層が基板との間に優れた密着性を発現し易くなり、この本レジスト組成物は良好な解像度で、レジストパターンを製造することができる。なお、ここでいう本レジスト組成物を用いるレジストパターンの製造方法に関しては後述する。まず、酸安定構造単位として好適な、酸安定構造単位(a2)及び酸安定構造単位(a3)に関して具体例を挙げつつ説明する。
<酸安定構造単位(a2)>
酸安定構造単位(a2)を樹脂(A)に導入する場合、当該樹脂(A)を含有する本レジスト組成物からレジストパターンを製造する際の露光源の種類によって、各々、好適な酸安定構造単位(a2)を選択することができる。すなわち、本レジスト組成物を、KrFエキシマレーザ(波長:248nm)を露光源とする露光、電子線あるいはEUV光などの高エネルギー線を露光源とする露光に用いる場合には、酸安定構造単位(a2)として、フェノール性水酸基を有する酸安定構造単位(a2−0)を樹脂(A)に導入することが好ましい。短波長のArFエキシマレーザ(波長:193nm)を露光源とする露光を用いる場合は、酸安定構造単位(a2)として、後述の式(a2−1)で表される酸安定構造単位を樹脂(A)に導入することが好ましい。このように、樹脂(A)が有する酸安定構造単位(a2)は各々、レジストパターンを製造する際の露光源によって好ましいものを選ぶことができるが、樹脂(A)が有する酸安定構造単位(a2)は、露光源の種類に応じて好適な酸安定構造単位(a2)1種のみを有していてもよく、露光源の種類に応じて好適な酸安定構造単位(a2)2種以上を有していてもよく、或いは、露光源の種類に応じて好適な酸安定構造単位(a2)と、それ以外の酸安定構造単位(a2)とを組み合わせて有していてもよい。
酸安定構造単位(a2)の具体例の1つは、以下の式(a2−1)で表されるもの(以下、場合により「酸安定構造単位(a2−1)」という。)である。
Figure 2013054344
式(a2−1)中、
a3は、酸素原子又は−O−(CH2k2−CO−O−(k2は1〜7の整数を表す。)を表し、*はカルボニル基(−CO−)との結合手を表す。
a14は、水素原子又はメチル基を表す。
a15及びRa16は、それぞれ独立に、水素原子、メチル基又はヒドロキシ基を表す。
o1は、0〜10の整数を表す。
a3は、好ましくは、酸素原子又は、k2が1〜4の整数である−O−(CH2k2−CO−O−で表される基であり、より好ましくは、酸素原子又は、−O−CH2−CO−O−であり、さらに好ましくは酸素原子である。
a14は、好ましくはメチル基である。
a15は、好ましくは水素原子である。
a16は、好ましくは水素原子又はヒドロキシ基である。
o1は、好ましくは0〜3の整数、より好ましくは0又は1である。
酸安定構造単位(a2−1)としては、例えば、以下のものが挙げられる。
Figure 2013054344
以上、例示した酸安定構造単位(a2−1)は、例えば、特開2010−204646号公報に記載された酸安定モノマーから誘導される。これらの中でも、式(a2−1−1)、式(a2−1−2)、式(a2−1−3)及び式(a2−1−4)でそれぞれ表される酸安定構造単位(a2−1)がより好ましく、式(a2−1−1)又は(a2−1−3)で表される酸安定構造単位(a2−1)がさらに好ましい。
樹脂(A)が、酸安定構造単位(a2−1)を有する場合、その含有割合は、該樹脂(A)の全構造単位に対して、3〜40モル%の範囲が好ましく、5〜35モル%の範囲がより好ましく、5〜30モル%の範囲がさらに好ましい。
次に、ヒドロキシ基を有する酸安定構造単位のうち、フェノール性水酸基を有する酸安定構造単位について説明する。該酸安定構造単位は、以下の式(a2−0)で表されるもの(以下、場合により「酸安定構造単位(a2−0)」という。)が好ましい。
Figure 2013054344
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は同一でも異なっていてもよい。
a30の「ハロゲン原子を有してもよい炭素数1〜6のアルキル基」における「炭素数1〜6のアルキル基」の具体例は、炭素数がこの範囲において、すでに例示したものを含む。「ハロゲン原子を有する炭素数1〜6のアルキル基」とは、該炭素数1〜6のアルキル基に含まれる水素原子の少なくとも一部がハロゲン原子に置換されたものである。なお、ハロゲン原子の具体例もすでに説明したとおりである。これらのうち、Ra30は、炭素数1〜4のアルキル基が好ましく、メチル基及びエチル基がより好ましく、メチル基が特に好ましい。
a31のアルコキシ基の具体例は、炭素数1〜6の範囲で、すでに例示したものを含む。これらのうち、Ra31は、炭素数1〜4のアルコキシ基が好ましく、メトキシ基及びエトキシ基がより好ましく、メトキシ基が特に好ましい。
maは0、1又は2が好ましく、0又は1がより好ましく、0が特に好ましい。
酸安定構造単位(a2−0)の中でも、以下の式(a2−0−1)及び式(a2−0−2)のいずれかで表されるものが好ましい。かかる構造単位を誘導し得るモノマー(a1)は、例えば、特開2010−204634号公報に記載されている。
Figure 2013054344
p−ヒドロキシスチレンやp−ヒドロキシ−α−メチルスチレンといった酸安定構造単位(a2−0)を誘導し得る酸安定モノマー[以下、場合により「酸安定モノマー(a2)」という。]を、樹脂(A)製造に用いることにより、式(a2−0−1)又は式(a2−0−2)で表される酸安定構造単位(a2−0)を、樹脂(A)に導入することができるが、該酸安定モノマー(a2)にあるフェノール性水酸基を例えば、アセチル基のような保護基で保護し、保護化酸安定モノマー(a2)とした後、この保護化酸安定モノマー(a2)を用いて樹脂(A)を製造することもできる。保護化酸安定モノマー(a2)に由来する構造単位を有する樹脂を脱保護処理して、保護基を脱離することにより、酸安定構造単位(a2−0)を有する樹脂(A)を製造できる。ただし、脱保護処理を実施する際には、構造単位(a1)を著しく損なわないようにして、該脱保護処理を実施する必要がある。
樹脂(A)が、酸安定構造単位(a2−0)を有する場合、その含有割合は、該樹脂(A)の全構造単位に対して、90モル%以下の範囲であればよく、好ましくは10〜85モル%の範囲であり、さらに好ましくは、15〜80モル%の範囲である。
<酸安定構造単位(a3)>
酸安定構造単位(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−ブチロラクトン環及びδ−バレロラクトン環のような単環式でもよく、単環式のラクトン環と他の環との縮合環でもよい。これらラクトン環の中で、γ−ブチロラクトン環及びγ−ブチロラクトン環と他の環との縮合環が好ましい。
酸安定構造単位(a3)は好ましくは、以下の式(a3−1)、式(a3−2)又は式(a3−3)で表されるものである。樹脂(A)は、これらのうち1種のみを有していてもよく、2種以上を有していてもよい。なお、以下の説明においては、式(a3−1)で示されるものを「酸安定構造単位(a3−1)」といい、式(a3−2)で示されるものを「酸安定構造単位(a3−2)」といい、式(a3−3)で示されるものを「酸安定構造単位(a3−3)」という。
Figure 2013054344
[式(a3−1)中、
a4は、酸素原子又は−O−(CH2k3−CO−O−(k3は1〜7の整数を表す。)を表す。*はカルボニル基との結合手を表す。
a18は、水素原子又はメチル基を表す。
p1は0〜5の整数を表す。
a21は炭素数1〜4の脂肪族炭化水素基を表し、p1が2以上の場合、複数のRa21は同一でも異なっていてもよい。
式(a3−2)中、
a5は、酸素原子又は−O−(CH2k3−CO−O−(k3は1〜7の整数を表す。)を表す。*はカルボニル基との結合手を表す。
q1は、0〜3の整数を表す。
a22は、カルボキシ基、シアノ基又は炭素数1〜4の脂肪族炭化水素基を表し、q1が2以上の場合、複数のRa22は同一でも異なっていてもよい。
式(a3−3)中、
a6は、酸素原子又は−O−(CH2k3−CO−O−(k3は1〜7の整数を表す。)を表す。*はカルボニル基との結合手を表す。
a20は、水素原子又はメチル基を表す。
r1は、0〜3の整数を表す。
a23は、カルボキシ基、シアノ基又は炭素数1〜4の脂肪族炭化水素基を表し、r1が2以上の場合、複数のRa23は同一でも異なっていてもよい。]
式(a3−1)〜式(a3−3)において、La4〜La6は、式(a2−1)のLa3で説明したものと同じものが挙げられる。
a4〜La6は、それぞれ独立に、酸素原子又は、k3が1〜4の整数である*−O−(CH2k3−CO−O−で表される基が好ましく、酸素原子及び、*−O−CH2−CO−O−がより好ましく、さらに好ましくは酸素原子である。
a18〜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、q1及びr1は、好ましくは0〜2の整数であり、より好ましくは0又は1である。なお、p1が2である場合、2つのRa21は互いに同一でも異なっていてもよく、q1が2である場合、2つのRa22は互いに同一でも異なっていてもよく、r1が2である場合、2つのRa23は互いに同一でも異なっていてもよい。
以下、酸安定構造単位(a3−1)、酸安定構造単位(a3−2)及び酸安定構造単位(a3−3)の各々の好適例を示す。
酸安定構造単位(a3−1)の好適例は、以下の式(a3−1−1)、式(a3−1−2)、式(a3−1−3)及び式(a3−1−4)でそれぞれ表されるものである。
Figure 2013054344
酸安定構造単位(a3−2)の好適例は、以下の式(a3−2−1)、式(a3−2−2)、式(a3−2−3)及び式(a3−2−4)でそれぞれ表されるものである。
Figure 2013054344
酸安定構造単位(a3−3)の好適例は、以下の式(a3−3−1)、式(a3−3−2)、式(a3−3−3)及び式(a3−3−4)でそれぞれ表されるものである。
Figure 2013054344
酸安定構造単位(a3)としては、式(a3−1−3)、式(a3−1−4)、式(a3−2−1)、式(a3−2−2)、式(a3−2−3)、式(a3−2−4)、式(a3−3−3)及び式(a3−3−4)でそれぞれ表される構造単位がより好ましく、式(a3−2−1)、式(a3−2−2)、式(a3−2−3)及び式(a3−2−4)でそれぞれ表される構造単位がさらに好ましく、式(a3−2−3)又は式(a3−2−4)で表される構造単位がさらにより好ましく、式(a3−2−3)で表される構造単位が特に好ましい。
酸安定構造単位(a3−1)、酸安定構造単位(a3−2)及び酸安定構造単位(a3−3)をそれぞれ誘導し得る酸安定モノマーとしては、例えば、特開2010−204646号公報に記載されたものを挙げることができる。
樹脂(A)が、酸安定構造単位(a3)を有する場合、その含有割合は、該樹脂(A)の全構造単位に対して、5〜50モル%の範囲が好ましく、10〜45モル%の範囲がより好ましく、15〜40モル%の範囲がさらに好ましい。
以上、樹脂(A)が有する構造単位(a1)として好適な構造単位(a1−1)又は構造単位(a1−2)、酸安定構造単位として好適な酸安定構造単位(a2)及び酸安定構造単位(a3)について詳述したが、これら以外の構造単位を有していてもよく、かかる構造単位としては、当技術分野で周知の構造単位を挙げることができる。
<樹脂(A)の製造方法>
樹脂(A)は、構造単位(a1)を誘導するモノマー(a1)を、さらに好ましくは、該モノマー(a1)と、酸安定構造単位を誘導する酸安定モノマーとを共重合させたものであり、
より好ましくは、構造単位(a1−1)及び/又は構造単位(a1−2)を誘導するモノマー(a1)、酸安定構造単位(a2)及び/又は酸安定構造単位(a3)を誘導する酸安定モノマーとを共重合させたものである。
樹脂(A)は、構造単位(a1)として、アダマンチル基を有する構造単位(a1−1)を有することがさらに好ましい。酸安定構造単位(a2)としては、ヒドロキシアダマンチル基を有する構造単位(a2−1)を用いることが好ましい。酸安定構造単位(a3)としては、γ−ブチロラクトン環を有する酸安定構造単位(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構造単位(a3−2)の少なくとも1種を有することが好ましい。樹脂(A)は、上述したようなモノマーを公知の重合法(例えばラジカル重合法)に供し、重合(共重合)することにより製造できる。
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。なお、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る。この分析の詳細な分析条件は、本願の実施例に記載する。
<樹脂(F)>
本レジスト組成物を例えば、液浸露光によるレジストパターンの製造に用いる場合、該本レジスト組成物は、式(FI)で表される構造単位(以下、場合により「構造単位(FI)」という。)を有する樹脂(F)を含有していると好ましい。
Figure 2013054344
[式(FI)中、
F1は、水素原子又はメチル基を表す。
F1は、炭素数1〜6のアルカンジイル基を表す。
F2は、フッ素原子を有する炭素数1〜10の炭化水素基を表す。]
F1のアルカンジイル基の具体例は、炭素数が1〜6の範囲ですでに例示したものを含む。AF1のアルカンジイル基は、その炭素数が1〜4の範囲であると好ましく、エチレン基であるとさらに好ましい。
F2はフッ素原子を有する炭化水素基であるが、中でも、フッ素原子を有するアルキル基(フッ化アルキル基)及びフッ素原子を有する脂環式炭化水素基が好ましい。
このフッ素原子を有するアルキル基とは、アルキル基に含まれる水素原子の一部又は全部がフッ素原子に置換されたものであり、その具体例としては、ジフルオロメチル基、ペルフルオロメチル基、1,1−ジフルオロエチル基、2,2−ジフルオロエチル基、2,2,2−トリフルオロエチル基、ペルフルオロエチル基、1,1,2,2−テトラフルオロプロピル基、1,1,2,2,3,3−ヘキサフルオロプロピル基、ペルフルオロエチルメチル基、1−(トリフルオロメチル)−1,2,2,2−テトラフルオロエチル基、ペルフルオロプロピル基、1,1,2,2−テトラフルオロブチル基、1,1,2,2,3,3−ヘキサフルオロブチル基、1,1,2,2,3,3,4,4−オクタフルオロブチル基、ペルフルオロブチル基、1,1−ビス(トリフルオロ)メチル−2,2,2−トリフルオロエチル基、2−(ペルフルオロプロピル)エチル基、1,1,2,2,3,3,4,4−オクタフルオロペンチル基、ペルフルオロペンチル基、1,1,2,2,3,3,4,4,5,5−デカフルオロペンチル基、1,1−ビス(トリフルオロメチル)−2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピル基、ペルフルオロペンチル基、2−(パーフルオロブチル)エチル基、1,1,2,2,3,3,4,4,5,5−デカフルオロヘキシル基、1,1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6−ドデカフルオロヘキシル基、ペルフルオロペンチルメチル基及びペルフルオロヘキシル基などが挙げられる。
フッ素原子を有する脂環式炭化水素基とは、脂環式炭化水素基に含まれる水素原子の一部又は全部がフッ素原子に置換されたものであり、典型的にはフッ化シクロアルキル基である。該フッ化シクロアルキル基としては、ペルフルオロシクロヘキシル基及びペルフルオロアダマンチル基などが挙げられる。
以上のように、RF2のフッ素原子を有する炭化水素基を、その具体例を示して説明したが、これらの中でも、RF2はフッ化アルキル基が好ましく、炭素数1〜6のフッ化アルキル基がさらに好ましい。
構造単位(FI)を、AF1が特に好ましいエチレン基であり、RF1がメチル基である場合で例示すると、以下のとおりである。
Figure 2013054344
Figure 2013054344
前記式(FI−1)〜前記(FI−11)で示した構造単位(FI)の具体例において、RF1をメチル基から水素原子に置き換えたものも、構造単位(FI)の具体例として挙げることができる。
構造単位(FI)は、式(FI’)で表される化合物(以下「化合物(FI’)」という。)から誘導される。
Figure 2013054344
[式(FI’)中、
F1、AF1及びRF2は、前記と同義である。]
化合物(FI’)は例えば、式(FI’−1)で表される化合物と式(FI’−2)で表される化合物とを、塩基性触媒の存在下で反応させることにより製造できる。この反応を反応式の形式で示すと以下のとおりである。
Figure 2013054344
この反応は、通常、テトラヒドロフランなどの溶媒中で行われる。塩基性触媒としては、ピリジンなどを用いればよい。
式(FI’−1)で表される化合物の具体例は、市場から容易に入手できるものとして、ヒドロキシエチルメタクリレートなどが挙げられる。
式(FI’−2)で表される化合物は、RF2の種類に応じて、対応するカルボン酸を無水物へと変換することで得ることができる。市場から容易に入手できるものとしては、ヘプタフルオロ酪酸無水物などが挙げられる。
樹脂(F)は、構造単位(FI)を単独種又は複数種を有していればよいが、構造単位(FI)とは異なる構造単位を有していてもよい。
構造単位(FI)とは異なる構造単位としては、前述の酸安定モノマーに由来する構造単位〔酸安定構造単位(a2)及び酸安定構造単位(a3)〕に加え、式(FIII)で表される構造単位などを挙げることができる。
Figure 2013054344
[式(FIII)中、
11は、水素原子又はメチル基を表す。
環Wは、炭素数6〜10の脂肪族環を表す。
12は、酸素原子、カルボニルオキシ基(*−CO−O−)又はオキシカルボニル基(*−O−CO−)[は環Wとの結合手を表す。
12は、フッ素原子を有する炭素数1〜6のアルキル基を表す。]
12のフッ素原子を有するアルキル基の具体例は、炭素数が異なる以外は、前記式(FI)のRF2のフッ素原子を有するアルキル基として例示したものと同じである。中でも、R12は、トリフルオロメチル基、2,2,2−トリフルオロエチル基、ペルフルオロエチル基、ペルフルオロ−n−プロピル基、ペルフルオロ−n−ブチル基及び1,1,1,2,2,3,3,4,4,5,5−フルオロ−n−ヘキシル基などが好ましい。
環Wの脂肪族環は、炭素炭素不飽和結合を有しない飽和の脂肪族環が好ましく、具体的には、シクロヘキサン環、シクロヘプタン環、シクロオクタン環、ノルボルネン環、アダマンタン環及びペルヒドロナフタレン環などが挙げられ、アダマンタン環及びシクロヘキサン環が好ましく、アダマンタン環がより好ましい。
式(FIII)で表される構造単位(以下、場合により「構造単位(FIII)」という。)としては、以下で表される構造単位が好ましい。
Figure 2013054344
式(FIII−1)〜式(FIII−8)でそれぞれ表される構造単位(FIII)の具体例において、R11の水素原子をメチル基に置き換えたものも、構造単位(FIII)の具体例として挙げられるが、R11が水素原子である構造単位(FIII)、すなわち、式(FIII−1)〜式(FIII−8)のいずれかで示される構造単位(FIII)が特に好ましい。
以上のとおり、樹脂(F)は構造単位(FI)を有していればよく、該構造単位(FI)の含有割合は、樹脂(F)の全構造単位(100モル%)に対して、5モル%以上であれば好ましく、樹脂(F)が有する構造単位(FI)以外のものは、構造単位(FIII)が好ましい。また、樹脂(F)は構造単位(FI)からなるものであってもよい。
樹脂(F)は、構造単位(FI)を誘導するモノマー〔化合物(FI’)〕と、必要に応じて他の構造単位(例えば、構造単位(FIII))を誘導するモノマーとを、樹脂(A)の製造と同様の公知の重合方法に供することにより製造できる。その際、構造単位(FI)を誘導するモノマーと他の構造単位を誘導するモノマーとの使用量比を調節することで、該樹脂(F)の構造単位(FI)の含有割合はコントロールできる。
樹脂(F)の重量平均分子量は、好ましくは、5,000以上(より好ましくは7,000以上)、80,000以下(より好ましくは50,000以下)である。この重量平均分子量の測定手段は、樹脂(A)の重量平均分子量の測定手段として説明したものと同じである。
<塩基性化合物(C)>
すでに述べたとおり、本レジスト組成物には塩基性化合物(C)を含有させていてもよい。
塩基性化合物(C)は本技術分野でクエンチャーと呼ばれるものである。塩基性化合物(C)は、好ましくは塩基性のアミン、アンモニウム塩又はこれらの組み合わせであり、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 2013054344
[式(C1)中、
c1、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 2013054344
[式(C1−1)中、
c2及びRc3は、前記と同義である。
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 2013054344
[式(C2)、式(C3)及び式(C4)中、
c5、Rc6、Rc7及びRc8は、それぞれ独立に、Rc1と同義である。
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 2013054344
[式(C5)及び式(C6)中、
c10、Rc11、Rc12、Rc13及びRc16は、それぞれ独立に、Rc1と同義である。
c14、Rc15及びRc17は、それぞれ独立に、Rc4と同義である「。
o3及びp3は、それぞれ独立に0〜3の整数を表し、o3が2以上であるとき、複数のRc14は互いに同一でも異なってもよい。p3が2以上であるとき、複数の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 2013054344
[式(C7)及び式(C8)中、
c18、Rc19及びRc20は、それぞれ独立に、Rc4と同義である。
q3、r3及びs3は、それぞれ独立に0〜3の整数を表し、q3が2以上であるとき、複数のRc18は互いに同一でも異なってもよい。r3が2以上であるとき、複数のRc19は互いに同一でも異なってもよい。s3が2以上であるとき、複数のRc20は互いに同一でも異なってもよい。
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、及び4,4’−ジアミノ−3,3’−ジエチルジフェニルメタンなどが挙げられ、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、ピペラジンなどが挙げられる。
式(C3)で表される化合物としては、モルホリンなどが挙げられる。
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などが挙げられる。
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などが挙げられる。
式(C6)で表される化合物としては、イミダゾール及び4−メチルイミダゾールなどが挙げられる。
式(C7)で表される化合物としては、ピリジン及び4−メチルピリジンなどが挙げられる。
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’−ジピリジルアミン及び2,2’−ジピコリルアミン、ビピリジンなどが挙げられる。
アンモニウム塩としては、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトライソプロピルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド、テトラヘキシルアンモニウムヒドロキシド、テトラオクチルアンモニウムヒドロキシド、フェニルトリメチルアンモニウムヒドロキシド、3−(トリフルオロメチル)フェニルトリメチルアンモニウムヒドロキシド及びテトラ−n−ブチルアンモニウムサリチラート及びコリンなどが挙げられる。
<溶剤(D)>
本レジスト組成物には溶剤(D)を含有させていてもよい。
溶剤(D)は、塩(I)や樹脂(A)などの種類及びその量に応じ、さらに後述するレジストパターンの製造において、基板上に本レジスト組成物を塗布する際の塗布性が良好となるという点から適宜、最適なものを選ぶことができる。
溶剤(D)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などを挙げることができる。溶剤(D)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。
本レジスト組成物は、塩(I)、樹脂(A)及び溶剤(D)を含有する。また、必要に応じて酸発生剤(B)及び/又は塩基性化合物(C)を含有することもある。さらに、本レジスト組成物には、その特性を著しく損なわない範囲で、塩(I)や塩基性化合物(C)以外の添加剤(レジスト組成物用添加剤)を含有していてもよい。このような添加剤を以下、「成分(F)」という。かかる成分(F)としては、本技術分野で広く用いられている添加剤であり、例えば、増感剤、溶解抑止剤、界面活性剤、安定剤及び染料などである。
<本レジスト組成物及びその調製方法>
続いて、塩(I)、樹脂(A)及び溶剤(D)を含有する本レジスト組成物の調製方法を説明する。
本レジスト組成物は、塩(I)、樹脂(A)及び溶剤(D)を混合することで、又は、
塩(I)、樹脂(A)、溶剤(D)並びに、酸発生剤(B)、塩基性化合物(C)及び樹脂(F)からなる群より選ばれるものを混合することで調製することができる。また、必要に応じて、成分(F)を混合することもある。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(A)などの種類や樹脂(A)などの溶剤(D)に対する溶解度など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。
本レジスト組成物における塩(I)の含有割合は、本レジスト組成物の固形分の質量に対して、好ましくは、0.1〜35質量%程度であり、より好ましく1〜30質量%程度であり、特に好ましく10〜25質量%程度である。なお、ここでいう「固形分の質量」とは、本レジスト組成物から溶剤(D)を除いた成分の合計を意味する。当該固形分は、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。
本レジスト組成物における樹脂(A)の含有割合は、本レジスト組成物の固形分を基準に好ましい範囲が定められる。具体的は、該固形分の質量を基準として、樹脂(A)は80質量%以上であることが好ましい。
本レジスト組成物に樹脂(F)を含有させる場合、その含有質量は、樹脂(A)の含有質量を基準に、3〜30質量%の範囲であると好ましく、5〜15質量%の範囲であるとさらに好ましい。
本レジスト組成物に酸発生剤(B)を含有させる場合、その含有質量は、樹脂(A)の含有質量を基準に、1〜30質量%の範囲であると好ましく、5〜15質量%であるとさらに好ましい。また、このように酸発生剤(B)を含有させる場合、塩(I)と酸発生剤(B)との含有質量比は、〔塩(I)〕/〔酸発生剤(B)〕で表して、90%〜10%/10%〜90%であると好ましく、70%〜30%/30%〜70%であるとさらに好ましい。
本レジスト組成物に塩基性化合物(C)を含有させる場合、その含有割合は、本レジスト組成物の固形分に対して、好ましくは、0.01〜5質量%程度であり、より好ましく0.01〜3質量%程度であり、特に好ましく0.01〜1質量%程度である。
本レジスト組成物中の溶剤(D)の含有割合は、本レジスト組成物の総質量に対して、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。
本レジスト組成物に成分(F)を含有させる場合、該成分(F)の種類に応じて、適切な含有量を定めることができる。
このように、塩(I)、樹脂(A)及び溶剤(D)、並びに必要に応じて用いられる、酸発生剤(B)、樹脂(F)、塩基性化合物(C)又は成分(F)の各々を好ましい含有量で混合した後は、孔径0.2μm程度のフィルターを用いてろ過などすることにより、本レジスト組成物は調製できる。
<レジストパターンの製造方法>
本レジスト組成物を用いるレジストパターンの製造方法を具体的に示すと、
(1)本レジスト組成物を基板上に塗布する工程、
(2)塗布後の組成物を乾燥させて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、
(5)加熱後の組成物層を現像する工程
を含むものが挙げられる。以下、ここに示す工程の各々を、「工程(1)」〜「工程(5)」のようにいう。
工程(1)における本レジスト組成物の基板上への塗布は、スピンコーターなど、半導体の微細加工のレジスト組成物塗布用として広く用いられている塗布装置によって行うことができる。かくして基板上に、本レジスト組成物からなる塗布膜が形成される。当該塗布装置の条件(塗布条件)を種々調節することで、該塗布膜の膜厚は調整可能であり、適切な予備実験などを行うことにより、所望の膜厚の塗布膜になるように塗布条件を選ぶことができる。本レジスト組成物を塗布する前の基板は、微細加工を実施しようとする種々のものを選ぶことができる。なお、本レジスト組成物を塗布する前に、基板を洗浄したり、反射防止膜を形成しておいたりすることもできる。この反射防止膜の形成には例えば、市販の有機反射防止膜用組成物を用いることができる。
工程(2)においては、基板上に塗布された本レジスト組成物、すなわち塗布膜から溶剤〔溶剤(D)〕を除去、すなわち該塗布膜を乾燥する。このような溶剤除去は、例えば、ホットプレートなどの加熱装置を用いた加熱手段、又は減圧装置を用いた減圧手段により、或いはこれらの手段を組み合わせて、該塗布膜から溶剤(D)を蒸発させることにより行われる。加熱手段や減圧手段の条件は、本レジスト組成物に含有される溶剤(D)の種類などに応じて調整されるが、例えばホットプレートを用いる加熱手段(ホットプレート加熱)では、該ホットプレートの表面温度を50〜200℃程度の範囲にしておけばよい。また、減圧手段では、適当な減圧機の中に、塗布膜が形成された基板を封入した後、該減圧機の内部圧力を1〜1.0×10Pa程度にすればよい。かくして塗布膜から溶剤(D)を除去することにより、該基板上には組成物層が形成される。
工程(3)は該組成物層を露光する工程であり、好ましくは、露光機を用いて該組成物層を露光するものである。この際には、微細加工を実施しようとする所望のパターンに応じたマスクを介して露光が行われる。露光機の露光光源としては、KrFエキシマレーザ(波長248nm)、ArFエキシマレーザ(波長193nm)、F2エキシマレーザ(波長157nm)のような紫外域のレーザ光を放射するもの、固体レーザ光源(YAG又は半導体レーザ等)からのレーザ光を波長変換して遠紫外域または真空紫外域の高調波レーザ光を放射するものなど、種々のものを用いることができる。また、該露光機は液浸露光機であってもよい。
上述のとおり、マスクを介して露光することにより、該組成物層には露光された部分(露光部)及び露光されていない部分(未露光部)が生じる。露光部の組成物層では該組成物層に含まれる酸発生剤(塩(I)及び/又は酸発生剤(B))が露光エネルギーを受けて酸を発生し、さらに発生した酸の作用により、樹脂(A)にある酸分解性基が脱保護反応を生じ、結果として露光部の組成物層にある樹脂(A)はアルカリ水溶液に可溶なものとなる。一方、未露光部では露光エネルギーを受けていないため、樹脂(A)はアルカリ水溶液に対して不溶又は難溶のままとなる。かくして、露光部にある組成物層と未露光部にある組成物層とは、アルカリ水溶液に対する溶解性が著しく相違することとなる。
工程(4)においては、露光部で生じうる脱保護基反応を、さらにその進行を促進するための加熱処理が行われる。かかる加熱処理は前記工程(2)で示したホットプレートを用いる加熱手段などが採用される。なお、工程(4)におけるホットプレート加熱では、該ホットプレートの表面温度は50〜200℃程度が好ましく、70〜150℃程度がさらに好ましい。
工程(5)は、加熱後の組成物層を現像する工程であり、好ましくは、加熱後の組成物層を現像装置により現像するものである。加熱後の組成物層をアルカリ水溶液と接触させることにより、露光部の組成物層を該アルカリ水溶液に溶解させ、未露光部の組成物層を基板上に残すことにより、当該基板上にレジストパターンが製造される。
ここで用いられるアルカリ水溶液は、「アルカリ現像液」と称されて、本技術分野で用いられるものを用いることができる。該アルカリ水溶液としては例えば、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドの水溶液や(2−ヒドロキシエチル)トリメチルアンモニウムヒドロキシド(通称コリン)の水溶液などが挙げられる。
以上により基板上に製造されたレジストパターンは、好ましくは超純水などでリンス処理を行い、さらに基板及びレジストパターン上に残存している水分を除去する。
以上のような工程(1)〜工程(5)を含むレジストパターン製造方法によれば、本レジスト組成物は、優れた露光マージンで、レジストパターンを製造することができる。
<用途>
本レジスト組成物は、KrFエキシマレーザ露光用のレジスト組成物、ArFエキシマレーザ露光用のレジスト組成物、EB用のレジスト組成物又はEUV露光機用のレジスト組成物として好適である。
以下に、実施例を挙げて、本発明をさらに具体的に説明する。
実施例及び比較例中、含有量ないし使用量を表す「%」及び「部」は、特記ないかぎり質量基準である。
また重量平均分子量は、ポリスチレンを標準品として、ゲルパーミュ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−M3本、溶媒はテトラヒドロフラン)により求めた値である。
また、化合物の構造はNMR(GX−270型又はEX−270型;日本電子製)、質量分析(LC;Agilent製1100型、MASS;Agilent製LC/MSD型又はLC/MSD TOF型)で確認した。
実施例1:式(I−1)で表される塩(I)の合成
Figure 2013054344
式(I−1−a)で表される化合物(大阪有機化学工業株式会社製)10.0部と、クロロホルム30.0部とを混合した溶液に、4−メチルモルホリンN−オキシドの50%水溶液11.3部と四酸化オスミウムの4.0%水溶液0.78部とを加えた。得られた混合物を、室温で24時間攪拌した。反応混合溶液に5%シュウ酸溶液82部を加え、クロロホルムにより抽出し、クロロホルム層を分離し、さらにクロロホルム層をイオン交換水で洗浄した。水洗後のクロロホルム層を減圧濃縮することで式(I−1−b)で表される化合物13.22部を得た。
H−NMR(DMSO−d):δ=4.8−4.7(1H,s),4.7−4.6(1H,m),3.5−3.3(2H,m),2.2−1.9(9H,m),1.7−1.5(6H,m),1.1(3H,s)
式(I−1−c)で表される塩(特開2008−127367号公報に記載された方法により製造したもの)6.0部と、クロロホルム30.0部とを混合した溶液に、1,1’−カルボニルジイミダゾール2.33部を加えた。得られた混合物を、室温で2時間攪拌した。反応混合溶液に、式(I−1−b)で表される化合物5.27部を加え、さらに室温で2時間攪拌した。反応混合溶液に5%炭酸水素ナトリウム水溶液30部を加え、クロロホルムにより抽出し、クロロホルム層を分離し、さらにクロロホルム層をイオン交換水で洗浄した。水洗後のクロロホルム層を減圧濃縮し、得られた残渣にアセトニトリル、2-メトキシ-2-メチルプロパンとの混合溶液を加えて攪拌した後、上澄みを除去し、残渣を乾燥することで、式(I−1)で表される塩(I)7.94部を得た。
H−NMR(DMSO−d):δ=7.9−7.7(15H,m),5.4−5.3(1H,m),4.3−4.1(2H,m),2.2−1.9(9H,m),1.7−1.5(6H,m),1.3(3H,s)

MS(ESI(+)Spectrum):M=263.1(C1815=263.1)
MS(ESI(−)Spectrum):M=411.1(C1621=411.1)
実施例2:式(I−6)で表される塩(I)の合成
Figure 2013054344
式(I−6−a)で表される化合物10.0部と、クロロホルム30.0部とを混合した溶液に、4−メチルモルホリンN−オキシドの50%水溶液10.7部と四酸化オスミウムの4.0%水溶液0.73部とを加えた。得られた混合物を、室温で24時間攪拌した。反応混合溶液に5%シュウ酸溶液77部を加え、クロロホルムにより抽出し、クロロホルム層を分離し、さらにクロロホルム層をイオン交換水で洗浄した。水洗後のクロロホルム層を減圧濃縮することで式(I−6−b)で表される化合物13.92部を得た。
H−NMR(DMSO−d):δ=5.0−4.8(1H,m),4.8−4.6(1H,m),3.5−3.2(2H,m),2.5−2.4(2H,m),2.3−2.2(7H,m),2.0−1.7(4H,m),1.1(3H,s)
式(I−6−c)で表される塩6.0部と、クロロホルム30.0部とを混合した溶液に、1,1’−カルボニルジイミダゾール2.33部を加えた。得られた混合物を、室温で2時間攪拌した。反応混合溶液に、式(I−6−b)で表される化合物5.58部を加え、さらに、室温で2時間攪拌した。反応混合溶液に5%炭酸水素ナトリウム水溶液30部を加え、クロロホルムにより抽出し、クロロホルム層を分離し、さらにクロロホルム層をイオン交換水で洗浄した。水洗後のクロロホルム層を減圧濃縮し、得られた残渣にアセトニトリル、2−メトキシ−2−メチルプロパンとの混合溶液を加えて攪拌した後、上澄みを除去し、残渣を乾燥することで、式(I−6)で表される塩(I)7.71部を得た。
H−NMR(DMSO−d):δ=7.9−7.7(15H,m),5.5−5.4(1H,m),4.3−4.1(2H,m),2.5−2.4(2H,m),2.3−2.2(7H,m),2.0−1.8(4H,m),1.3(3H,s)
MS(ESI(+)Spectrum):M=263.1(C1815=263.1)
MS(ESI(−)Spectrum):M=425.1(C1619=425.1)
実施例3:式(I−20)で表される塩(I)の合成
Figure 2013054344
式(I−20−a)で表される化合物(出光興産株式会社製)10.0部と、クロロホルム30.0部とを混合した溶液に、4−メチルモルホリンN−オキシドの50%水溶液9.5部と四酸化オスミウムの4.0%水溶液0.65部とを加えて得られた混合物を、室温で24時間攪拌した。反応混合溶液に、5%シュウ酸溶液70部を加え、クロロホルムにより抽出し、クロロホルム層を分離し、さらにクロロホルム層をイオン交換水で洗浄した。水洗後のクロロホルム層を減圧濃縮することで式(I−20−b)で表される化合物11.53部を得た。
H−NMR(DMSO−d):δ=5.0−4.2(2H,m),3.6−3.4(2H,m),2.6−2.5(2H,m),2.5−2.4(1H,m),2.1−1.4(12H,m),1.2(3H,s),1.0−0.9(6H,m)
式(I−20−c)で表される塩6.0部と、クロロホルム30.0部とを混合した溶液に、1,1’−カルボニルジイミダゾール2.33部を加えた。得られた混合物を、室温で2時間攪拌した。反応混合溶液に式(I−20−b)で表される化合物5.68部を加え、さらに、室温で2時間攪拌した。反応混合溶液に5%炭酸水素ナトリウム水溶液30部を加え、クロロホルムにより抽出し、クロロホルム層を分離し、さらにクロロホルム層をイオン交換水で洗浄した。水洗後のクロロホルム層を減圧濃縮し、得られた残渣にアセトニトリル、2−メトキシ−2−メチルプロパンとの混合溶液を加えて攪拌した後、上澄みを除去し、残渣を乾燥することで、式(I−20)で表される塩(I)7.34部を得た。
H−NMR(DMSO−d):δ=7.9−7.7(15H,m),5.4−5.3(1H,m),4.4−4.1(2H,m),2.6−2.5(2H,m),2.5−2.4(1H,m),2.0−1.5(12H,m),1.3(3H,s),1.0−0.8(6H,m)
MS(ESI(+)Spectrum):M=263.1(C1815=263.1)
MS(ESI(−)Spectrum):M=453.1(C1927=453.1)
実施例4:式(I−13)で表される塩(I)の合成
Figure 2013054344
式(I−13−a)で表される化合物20.0部と、クロロホルム60.0部とを混合した溶液に、4−メチルモルホリンN−オキシドの50%水溶液21.2部と四酸化オスミウムの4.0%水溶液1.5部とを加えて得られた混合物を、室温で18時間攪拌した。反応混合溶液に、5%シュウ酸溶液153部を加え、酢酸エチルにより抽出し、有機層を分離し、さらに有機層をイオン交換水で洗浄した。水洗後の有機層を減圧濃縮することで式(I−13−b)で表される化合物13.2部を得た。
H−NMR(DMSO−d):δ=5.0−4.8(1H,m),4.8−4.5(2H,brm),3.5−3.3(2H,m),2.3−2.2(2H,m),2.0−1.8(6H,m),1.4−1.6(6H,m),1.2(3H,s)
式(I−13−c)で表される塩6.0部と、クロロホルム30.0部とを混合した溶液に、1,1’−カルボニルジイミダゾール2.33部を加えた。得られた混合物を、室温で2時間攪拌した。反応混合溶液に式(I−13−b)で表される化合物5.68部を加え、さらに、室温で2時間攪拌した。反応混合溶液に5%炭酸水素ナトリウム水溶液30部を加え、クロロホルムにより抽出し、クロロホルム層を分離し、さらにクロロホルム層をイオン交換水で洗浄した。水洗後のクロロホルム層を減圧濃縮し、得られた残渣にアセトニトリル、2−メトキシ−2−メチルプロパンとの混合溶液を加えて攪拌した後、上澄みを除去し、残渣を乾燥することで、式(I−13)で表される塩(I)5.58部を得た。
H−NMR(DMSO−d):δ=7.9−7.7(15H,m),5.5−5.3(1H,brm),4.5−4.8(1H,brm),4.3−4.1(2H,m),2.3−2.1(2H,m),2.0−1.8(6H,m),1.6−1.4(6H,m),1.3(3H,s)
MS(ESI(+)Spectrum):M=263.1(C1815=263.1)
MS(ESI(−)Spectrum):M=427.1(C1621=427.1)
樹脂(A)の合成
樹脂(A)の合成において使用した化合物(モノマー)を下記に示す。
Figure 2013054344
以下、これらのモノマーを、その式番号に応じて、「モノマー(M−2)」などという。
合成例1:樹脂A1の合成
モノマー(M−1)15.00部、モノマー(M−2)4.89部、モノマー(M−6)11.12部及びモノマー(M−3)8.81部を反応器に仕込み(モル比 モノマー(M−1):モノマー(M−2):モノマー(M−6):モノマー(M−3)=35:12:23:30)、全モノマー量の1.5重量倍のジオキサンを加えて溶液とした。そこに開始剤としてアゾビスイソブチロニトリルとアゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を全モノマー量に対してそれぞれ1mol%、3mol%添加し、77℃程度で約5時間保温した。その後、反応液を、大量のメタノールと水の混合溶媒に注いで沈殿させる動作を3回行いうことで精製し、重量平均分子量が約8.1×10の樹脂(共重合体)を収率78%で得た。この樹脂は、次式の各構造単位を有するものであり、これを樹脂A1とする。
Figure 2013054344
合成例2:樹脂(F)の合成
モノマー(MF−1)に、該モノマー(MF−1)の質量に対し、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、モノマー(MF−1)の物質量に対して、各々、0.7mol%及び2.1mol%添加し、この混合物を75℃程度で約5時間保温した。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1.8×10の樹脂を収率77%で得た。この樹脂は、以下の構造単位を有するものであり、これを樹脂F1とする。
Figure 2013054344
実施例5〜8及び比較例1
表1に示す各成分を混合して、以下の溶剤に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ーで濾過し、レジスト組成物を調製した。表中「−」は含有量が0であることを表す。
Figure 2013054344
<樹脂(A)>
A1:樹脂A1
<樹脂(F)>
F1:樹脂F1
<酸発生剤(B)>
B1:式(B1−6)で表される酸発生剤
Figure 2013054344
<塩(I)>
I−1:式(I−1)で表される塩
Figure 2013054344
I−6:式(I−6)で表される塩
Figure 2013054344
I−20:式(I−20)で表される塩
Figure 2013054344
I−13:式(I−13)で表される塩
Figure 2013054344
<塩基性化合物(C):クエンチャー>
C1:2,6−ジイソプロピルアニリン
<溶剤(D)>
D1:
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 270.0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 3.0部
2−ヘプタノン 20.0部
12インチのシリコン製ウェハ上に、有機反射防止膜用組成物[AR-26N-510;Rohm and Hass 製]を塗布して、205℃、60秒の条件でベークし厚さ48nmの反射防止膜を形成し、さらにその上に有機反射防止膜用組成物[XB-080957CA;Rohm and Hass 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40nmの反射防止膜を形成し、合計で厚さ88nmの有機反射防止膜を形成した。
次いで、有機反射防止膜の上に、上記のレジスト組成物を乾燥後の膜厚が90nmとなるようにスピンコートした。
得られたシリコンウェハをダイレクトホットプレート上にて、100℃で50秒間プリベーク(PB)した。得られたウェハに、液浸露光用ArFエキシマスキャナー[XT:1900Gi;ASML社製、NA=1.30、Dipole35、σout/in=0.97/0.82、Y偏向]を用いて、露光量を段階的に変化させてラインアンドスペースパターンを液浸露光した。なお、液浸媒体は超純水を用いた。
露光後、ホットプレート上にて、95度で50秒間ポストエキスポジャーベーク(PEB)を行い、さらに2.38質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液で60秒間のパドル現像を行った。
露光マージン評価(EL;Exposure Latitude):
42nmのラインアンドスペースパターン(ピッチ84nm)のマスクを用いて、露光量を16mJから34mJまで1mJずつ段階的に露光し、フォトレジストパターンを得た。このときの露光量を横軸とし、得られたパターンの線幅を縦軸としてグラフを作成した。パターンの線幅が38nmから46nmの範囲におけるグラフの傾きについて、比較例1の結果に比較して、グラフの傾きが、小さいものを良好なものとして”g”(good)で表記した。なお、比較に用いた比較例の露光マージン結果は、”b”(bad)とした。その結果を表2に示す。
Figure 2013054344
本レジスト組成物によれば、優れた露光マージンを有するパターンを形成することができる。したがって、本レジスト組成物及び該組成物に含まれる塩(I)は、半導体の微細加工に有用である。

Claims (10)

  1. 式(I)
    Figure 2013054344
    [式(I)中、
    m1は1〜4の整数を表す。
    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。
    m1が2以上の場合、複数存在するQ1は、互いに同一でも異なっていてもよく、複数存在するQ2は、互いに同一でも異なっていてもよい。
    、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜10の1価の脂肪族飽和炭化水素基を表す。
    及びXはそれぞれ独立に、単結合、カルボニル基又は炭素数1〜10の2価の脂肪族飽和炭化水素基を表し、該脂肪族飽和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もよく、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、炭素数1〜30の有機基を表す。
    +は、有機カチオンを表す。]
    で表される塩と、
    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溶解し得る樹脂とを含有するレジスト組成物。
  2. 前記塩は、
    前記式(I)のXが単結合の塩である請求項1記載のレジスト組成物。
  3. 前記塩は、
    前記式(I)のXがカルボニル基の塩である請求項1又は2記載のレジスト組成物。
  4. 前記塩は、
    前記式(I)のRがメチル基の塩である請求項1〜3のいずれか記載のレジスト組成物。
  5. 前記塩は、
    前記式(I)のAが置換基を有していてもよい炭素数3〜30の脂環式炭化水素基(当該脂環式炭化水素基を構成するメチレン基の1つ又は2つは、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。)である請求項1〜4のいずれか記載のレジスト組成物。
  6. 前記塩は、
    前記式(I)のZ+が、以下の式(b2−1−1)で表される有機カチオンの塩である請求項1〜5のいずれか記載のレジスト組成物。
    Figure 2013054344
    [式(b2−1−1)中、
    b19、Rb20及びRb21は、それぞれ独立に、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、炭素数1〜18のアルキル基、炭素数3〜18の脂環式炭化水素基又は炭素数1〜12のアルコキシ基を表す。
    v2、w2及びx2は、それぞれ独立に0〜5の整数を表す。v2が2以上のとき、複数存在するRb1は、互いに同一でも異なってもよく、w2が2以上のとき、複数存在するRb20は互いに同一でも異なってもよく、x2が2以上のとき、複数存在するRb21は互いに同一でも異なってもよい。]
  7. 前記式(b2−1−1)のv2、w2及びx2がそれぞれ独立に、0又は1であり、Rb19、Rb20及びRb21がメチル基である請求項6記載のレジスト組成物。
  8. さらに、式(FI)で表される構造単位を有する樹脂を含有する請求項1〜7のいずれか記載のレジスト組成物。
    Figure 2013054344
    [式(FI)中、
    F1は、水素原子又はメチル基を表す。
    F1は、炭素数1〜6のアルカンジイル基を表す。
    F2は、フッ素原子を有する炭素数1〜10の炭化水素基を表す。]
  9. (1)請求項1〜8のいずれか記載のレジスト組成物を基板上に塗布する工程、
    (2)塗布後の組成物を乾燥し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)で表される塩。
    Figure 2013054344
    [式(I)中、
    m1は1〜4の整数を表す。
    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。
    m1が2以上の場合、複数存在するQ1は、互いに同一でも異なっていてもよく、複数存在するQ2は、互いに同一でも異なっていてもよい。
    、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜10の1価の脂肪族飽和炭化水素基を表す。
    及びXはそれぞれ独立に、単結合、カルボニル基又は炭素数1〜10の2価の脂肪族飽和炭化水素基を表し、該脂肪族飽和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もよく、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、炭素数1〜30の有機基を表す。
    +は、有機カチオンを表す。]
JP2012164470A 2011-08-11 2012-07-25 レジスト組成物及び塩 Active JP6074937B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012164470A JP6074937B2 (ja) 2011-08-11 2012-07-25 レジスト組成物及び塩

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011175681 2011-08-11
JP2011175681 2011-08-11
JP2012164470A JP6074937B2 (ja) 2011-08-11 2012-07-25 レジスト組成物及び塩

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2013054344A true JP2013054344A (ja) 2013-03-21
JP6074937B2 JP6074937B2 (ja) 2017-02-08

Family

ID=47677739

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012164470A Active JP6074937B2 (ja) 2011-08-11 2012-07-25 レジスト組成物及び塩

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9051251B2 (ja)
JP (1) JP6074937B2 (ja)
KR (1) KR101965134B1 (ja)
CN (1) CN102952053A (ja)
TW (1) TWI565691B (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018145179A (ja) * 2017-03-08 2018-09-20 住友化学株式会社 塩、酸発生剤、レジスト組成物及びレジストパターンの製造方法
JP2019006761A (ja) * 2017-06-20 2019-01-17 住友化学株式会社 塩、酸発生剤、レジスト組成物及びレジストパターンの製造方法

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5836201B2 (ja) * 2012-06-05 2015-12-24 富士フイルム株式会社 感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物、及びそれを用いたパターン形成方法
KR20160104511A (ko) 2015-02-26 2016-09-05 동명대학교산학협력단 사업장 적립쿠폰 모바일 어플리케이션을 이용한 쿠폰 적립 및 사용 방법
JP7087730B2 (ja) * 2017-07-07 2022-06-21 住友化学株式会社 塩、酸発生剤、レジスト組成物及びレジストパターンの製造方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007145822A (ja) * 2005-10-28 2007-06-14 Sumitomo Chemical Co Ltd 化学増幅型レジスト組成物の酸発生剤用の塩
JP2008069146A (ja) * 2006-08-18 2008-03-27 Sumitomo Chemical Co Ltd 化学増幅型レジスト組成物の酸発生剤用の塩
JP2008260745A (ja) * 2007-02-23 2008-10-30 Tokyo Ohka Kogyo Co Ltd 化合物、酸発生剤、レジスト組成物およびレジストパターン形成方法
WO2011034176A1 (ja) * 2009-09-18 2011-03-24 Jsr株式会社 感放射線性樹脂組成物、レジストパターン形成方法、重合体及び重合性化合物

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6749987B2 (en) 2000-10-20 2004-06-15 Fuji Photo Film Co., Ltd. Positive photosensitive composition
TWI437364B (zh) 2006-12-14 2014-05-11 Sumitomo Chemical Co 化學放大型阻劑組成物
CN101898988A (zh) * 2009-05-28 2010-12-01 住友化学株式会社 盐以及含有该盐的光致抗蚀剂组合物
KR101776320B1 (ko) * 2010-08-30 2017-09-07 스미또모 가가꾸 가부시키가이샤 레지스트 조성물 및 레지스트 패턴의 제조 방법
KR101229314B1 (ko) * 2011-02-07 2013-02-04 금호석유화학 주식회사 광산발생제, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 레지스트 조성물
JP6005964B2 (ja) * 2011-04-07 2016-10-12 住友化学株式会社 レジスト組成物及びレジストパターンの製造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007145822A (ja) * 2005-10-28 2007-06-14 Sumitomo Chemical Co Ltd 化学増幅型レジスト組成物の酸発生剤用の塩
JP2008069146A (ja) * 2006-08-18 2008-03-27 Sumitomo Chemical Co Ltd 化学増幅型レジスト組成物の酸発生剤用の塩
JP2008260745A (ja) * 2007-02-23 2008-10-30 Tokyo Ohka Kogyo Co Ltd 化合物、酸発生剤、レジスト組成物およびレジストパターン形成方法
WO2011034176A1 (ja) * 2009-09-18 2011-03-24 Jsr株式会社 感放射線性樹脂組成物、レジストパターン形成方法、重合体及び重合性化合物

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018145179A (ja) * 2017-03-08 2018-09-20 住友化学株式会社 塩、酸発生剤、レジスト組成物及びレジストパターンの製造方法
JP7159569B2 (ja) 2017-03-08 2022-10-25 住友化学株式会社 塩、酸発生剤、レジスト組成物及びレジストパターンの製造方法
JP2019006761A (ja) * 2017-06-20 2019-01-17 住友化学株式会社 塩、酸発生剤、レジスト組成物及びレジストパターンの製造方法
JP7024581B2 (ja) 2017-06-20 2022-02-24 住友化学株式会社 塩、酸発生剤、レジスト組成物及びレジストパターンの製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR101965134B1 (ko) 2019-04-04
KR20130018142A (ko) 2013-02-20
US9051251B2 (en) 2015-06-09
TWI565691B (zh) 2017-01-11
JP6074937B2 (ja) 2017-02-08
TW201313673A (zh) 2013-04-01
CN102952053A (zh) 2013-03-06
US20130040237A1 (en) 2013-02-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6145526B2 (ja) レジスト組成物及びレジストパターンの製造方法
JP5970926B2 (ja) 塩、レジスト組成物及びレジストパターンの製造方法
JP5924071B2 (ja) レジスト組成物及びレジストパターンの製造方法
JP5763463B2 (ja) レジスト組成物及びレジストパターンの製造方法
JP2013008020A (ja) レジスト組成物
JP2013006827A (ja) 塩、レジスト組成物及びレジストパターンの製造方法
JP6074937B2 (ja) レジスト組成物及び塩
JP5824321B2 (ja) レジスト組成物及びレジストパターンの製造方法
JP2012252124A (ja) レジスト組成物
JP5891993B2 (ja) 塩、レジスト組成物及びレジストパターンの製造方法
JP6121122B2 (ja) 化合物、樹脂、レジスト組成物及びレジストパターンの製造方法
JP2012042934A (ja) レジスト組成物及びレジストパターンの製造方法
JP2012042933A (ja) レジスト組成物及びレジストパターンの製造方法
JP6011082B2 (ja) 塩及びレジスト組成物
JP2013100471A (ja) 化合物、樹脂、レジスト組成物及びレジストパターンの製造方法
JP6135058B2 (ja) レジスト組成物及びレジストパターンの製造方法
JP2013047778A (ja) レジスト組成物及び塩
JP2013040164A (ja) 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
JP6249594B2 (ja) 化合物、樹脂、レジスト組成物及びレジストパターンの製造方法
JP6094085B2 (ja) 化合物、樹脂、レジスト組成物及びレジストパターンの製造方法
JP2011164600A (ja) レジスト組成物及びレジストパターンの製造方法
JP6159833B2 (ja) レジスト組成物及びレジストパターンの製造方法
JP2013047209A (ja) 塩及びレジスト組成物
JP5929461B2 (ja) レジスト組成物及び塩
JP6054608B2 (ja) レジスト組成物及びレジストパターンの製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150629

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20160415

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160426

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160516

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20160830

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20161117

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20161125

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20161213

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20161226

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6074937

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350