JP2013136560A - 塩、レジスト組成物及びレジストパターンの製造方法 - Google Patents

塩、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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Abstract

【課題】レジストパターンの形状が満足できるレジスト組成物の提供。
【解決手段】式(I)で表される塩。
Figure 2013136560

[式(I)中、Q及びQは、独立に、フッ素原子又はペルフルオロアルキル基を表す。L及びLは、独立に、2価の炭素数1〜17の飽和炭化水素基等を表す。Lは、酸素原子、メチレン基又は−CO−CH−を表す。環Wは、芳香族環を表す。環Wは、脂肪族環を表す。Rは、ヒドロキシ基、アルキル基又はアルコキシ基を表す。Rは、アルキル基又はアルコキシ基を表す。Rは、ヒドロキシ基、ヒドロキシアルキル基又はヒドロキシアルコキシ基等を表す。s及びtは、独立して0〜2の整数を表す。uは、1〜3の整数を表す。Zは、有機対イオンを表す。]
【選択図】なし

Description

本発明は、半導体の微細加工に用いられるレジスト組成物に有用な酸発生剤用の塩、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。
例えば、特許文献1には、酸発生剤用の塩として、下記で表される塩を含むレジスト組成物が記載されている。
Figure 2013136560
米国特許出願公開第2011/0117495号明細書
従来から知られる上記の酸発生剤を含むレジスト組成物では、得られるレジストパターンの形状が必ずしも十分に満足できない場合があった。
本発明は、以下の発明を含む。
〔1〕 式(I)で表される塩。
Figure 2013136560
[式(I)中、
及びQは、互いに独立に、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。
は、2価の炭素数1〜17の飽和炭化水素基を表し、該飽和炭化水素基を構成しているメチレン基は、酸素原子又はカルボニル基で置き換わっていてもよく、L中の該飽和炭化水素基に含まれる水素原子は、フッ素原子で置き換わっていてもよい。
は、単結合又は2価の炭素数1〜16の飽和炭化水素基を表し、該飽和炭化水素基を構成しているメチレン基は、酸素原子又はカルボニル基で置き換わっていてもよい。
は、酸素原子、メチレン基又は−CO−CH−を表す。
環Wは、炭素数6〜18の芳香族環を表す。
環Wは、炭素数4〜18の脂肪族環を表す。
は、ヒドロキシ基、炭素数1〜6のアルキル基又は炭素数1〜6のアルコキシ基を表す。
は、炭素数1〜6のアルキル基又は炭素数1〜6のアルコキシ基を表す。
は、ヒドロキシ基、炭素数1〜6のヒドロキシアルキル基又は炭素数1〜6のヒドロキシアルコキシ基を表し、該ヒドロキシアルキル基及び該ヒドロキシアルコキシに含まれる水素原子はハロゲン原子で置換されていてもよい。
sは、0〜2の整数を表す。sが2のとき、複数存在するRは、互いに同一であっても異なっていてもよい。
tは、0〜2の整数を表す。tが2のとき、複数存在するRは、互いに同一であっても異なっていてもよい。
uは、1〜3の整数を表す。uが2又は3のとき、複数存在するRは、互いに同一であっても異なっていてもよい。
は、有機対イオンを表す。]
〔2〕前記Lが、式(bL1−1)で表される基である前記〔1〕記載の塩。
Figure 2013136560
[式(bL1−1)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。*はC(Q)(Q)との結合手を表す。]
〔3〕前記L−Lが、式(bL2−1)で表される基である前記〔1〕又は前記〔2〕記載の塩。
Figure 2013136560
[式(bL2−1)中、
b13及びLb14は、それぞれ独立に、単結合又は炭素数1〜14の2価の飽和炭化水素基を表す。但しLb13及びLb14の合計炭素数の上限は14である。*は環Wとの結合手を表す。]
〔4〕前記Zが、アリールスルホニウムカチオンである前記〔1〕〜前記〔3〕のいずれか記載の塩。
〔5〕前記〔1〕〜前記〔4〕のいずれか記載の塩を含有する酸発生剤。
〔6〕前記〔5〕記載の酸発生剤と樹脂とを含有し、該樹脂は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、酸の作用によりアルカリ水溶液で溶解し得る樹脂であるレジスト組成物。
〔7〕さらに塩基性化合物を含有する前記〔6〕記載のレジスト組成物。
〔8〕(1)前記〔6〕又は前記〔7〕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)組成物層に露光する工程、
(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。
本発明の塩を酸発生剤として含むレジスト組成物を用いれば、優れた形状を有する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を用いて形成したレジストパターンの断面形状を表わす図である。
<式(I)で表される塩>
本発明の塩は、式(I)で表される。(以下「塩(I)」という場合がある)
Figure 2013136560
[式(I)中、
及びQは、互いに独立に、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。
は、2価の炭素数1〜17の飽和炭化水素基を表し、該飽和炭化水素基を構成しているメチレン基は、酸素原子又はカルボニル基で置き換わっていてもよく、L中の該飽和炭化水素基に含まれる水素原子は、フッ素原子で置き換わっていてもよい。
は、単結合又は2価の炭素数1〜16の飽和炭化水素基を表し、該飽和炭化水素基を構成しているメチレン基は、酸素原子又はカルボニル基で置き換わっていてもよい。
は、酸素原子、メチレン基又は−CO−CH−を表す。
環Wは、炭素数6〜18の芳香族環を表す。
環Wは、炭素数4〜18の脂肪族環を表す。
は、ヒドロキシ基、炭素数1〜6のアルキル基又は炭素数1〜6のアルコキシ基を表す。
は、炭素数1〜6のアルキル基又は炭素数1〜6のアルコキシ基を表す。
は、ヒドロキシ基、炭素数1〜6のヒドロキシアルキル基又は炭素数1〜6のヒドロキシアルコキシ基を表し、該ヒドロキシアルキル基及び該ヒドロキシアルコキシに含まれる水素原子はハロゲン原子で置換されていてもよい。
sは、0〜2の整数を表す。sが2のとき、複数存在するRは、互いに同一であっても異なっていてもよい。
tは、0〜2の整数を表す。tが2のとき、複数存在するRは、互いに同一であっても異なっていてもよい。
uは、1〜3の整数を表す。uが2又は3のとき、複数存在するRは、互いに同一であっても異なっていてもよい。
は、有機対イオンを表す。]
なお、以下の説明において、塩(I)のうち、正電荷を有するZで示される有機カチオンを除去してなる負電荷を有するものを「スルホン酸アニオン」ということがある。
及びQで表される炭素数1〜6の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。
及びQは、それぞれ独立に、トリフルオロメチル基又はフッ素原子であることが好ましく、ともにフッ素原子であることがより好ましい。
における2価の炭素数1〜17の飽和炭化水素基及びLにおける2価の炭素数1〜16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−1,2−ジイル基、1−メチルシクロヘキサン−1,2−ジイル基、シクロヘキサン−1,4−ジイル基、シクロオクタン−1,2−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−2,3−ジイル基、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−1,2−ジイル基、アダマンタン−1,5−ジイル基及びアダマンタン−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。
で表される炭素数1〜17の2価の飽和炭化水素基におけるメチレン基が酸素原子又はカルボニル基で置き換わった基としては、例えば、以下の式(bL1−1)、式(bL1−2)、式(bL1−3)、式(bL1−4)、式(bL1−5)、式(bL1−6)及び式(bL1−7)〔以下、「式(bL1−1)〜式(bL1−7)」のように表記する。〕のいずれかで表される基が挙げられる。Lは、好ましくは式(bL1−1)〜式(bL1−5)のいずれかで示される基であり、より好ましくは式(bL1−1)、(bL1−3)で表される基又は式(bL1−5)で表される基であり、さらに好ましくは式(bL1−1)で表される基である。なお、*は、C(Q)(Q)の炭素原子との結合手を表す。
Figure 2013136560
[式(bL1−1)〜式(bL1−7)中、
b2は、単結合又は炭素数1〜15の2価の飽和炭化水素基を表す。
b3は、単結合又は炭素数1〜12の2価の飽和炭化水素基を表す。
b4は、炭素数1〜13の2価の飽和炭化水素基を表す。但しLb3及びLb4の合計炭素数の上限は13である。
b5は、炭素数1〜15の2価の飽和炭化水素基を表す。
b6は、単結合又は2価の炭素数1〜15の飽和炭化水素基を表す。
b7は、2価の炭素数1〜15の飽和炭化水素基を表す。但しLb6及びLb7の合計炭素数の上限は16である。
b8は、2価の炭素数1〜14の飽和炭化水素基を表す。
b9は、単結合又は炭素数1〜11の2価の飽和炭化水素基を表す。
b10は、2価の炭素数1〜11の飽和炭化水素基を表す。但しLb9及びLb10の合計炭素数の上限は12である。
b11は、単結合又は2価の炭素数1〜13の飽和炭化水素基を表す。
b12は、2価の炭素数1〜14の飽和炭化水素基を表す。但しLb11及びLb12の合計炭素数の上限は14である。]
式(bL1−1)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 2013136560
式(bL1−2)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 2013136560
式(bL1−3)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 2013136560
式(bL1−4)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 2013136560
式(bL1−5)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 2013136560
式(bL1−6)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 2013136560
式(bL1−7)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 2013136560
−Lで表される基としては、例えば、以下の式(bL2−1)、式(bL2−2)及び式(bL2−3)〔以下、「式(bL2−1)〜式(bL2−3)」のように表記する。〕のいずれかで表される基が挙げられる。L−Lは、好ましくは式(bL2−1)又は式(bL2−3)のいずれかで示される基であり、さらに好ましくは式(bL2−1)で表される基である。なお、*は環Wとの結合手を表す。
Figure 2013136560
[式(bL2−1)〜式(bL2−5)中、
b13及びLb14は、それぞれ独立に、単結合又は炭素数1〜14の2価の飽和炭化水素基を表す。但しLb13及びLb14の合計炭素数の上限は14である。
b15及びLb17は、それぞれ独立に、単結合又は炭素数1〜11の2価の飽和炭化水素基を表す。
b16は、炭素数1〜12の2価の飽和炭化水素基を表す。但しLb15、Lb16及びLb17の合計炭素数の上限は12である。
b18は、単結合又は2価の炭素数1〜14の飽和炭化水素基を表す。
b19は、2価の炭素数1〜15の飽和炭化水素基を表す。但しLb18及びLb19の合計炭素数の上限は15である。]
中でも、Lは、式(bL2−1)で表される2価の基が好ましい。
式(bL2−1)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 2013136560
式(bL2−2)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 2013136560
式(bL1−3)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 2013136560
環Wで表される炭素数6〜18の芳香族環としては、例えば、ベンゼン環、ナフタレン環等、アントラセン環が挙げられ、ベンゼン環が好ましい。
環Wで表される炭素数4〜18の脂肪族環としては、シクロヘキサン環、ノルボルナン環、アダマンタン環等が挙げられ、アダマンタン環が好ましい。
及びRで表される炭素数1〜6のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基等が挙げられる。
で表される炭素数1〜6のアルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ペンチルオキシ基及びヘキシルオキシ基などが挙げられる。
で表される炭素数1〜6のヒドロキシアルキル基としては、上記の炭素数1〜6のアルキル基に含まれる水素原子がヒドロキシ基で置換された基が挙げられる。
で表される炭素数1〜6のヒドロキシアルコキシ基としては、上記の炭素数1〜6のアルコキシ基に含まれる水素原子がヒドロキシ基で置換された基が挙げられる。
の具体例としては、例えば、以下の基などが挙げられる。
Figure 2013136560
塩(I)を構成するスルホン酸アニオンとしては、以下のものが挙げられる。
Figure 2013136560
+で表される有機カチオンとしては、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及び有機ホスホニウムカチオン等が挙げられる。これらの中でも、有機スルホニウムカチオン及び有機ヨードニウムカチオンが好ましく、アリールスルホニウムカチオンがより好ましい。
さらに好ましくは、以下の式(b2−1)〜式(b2−4)のいずれかで表される有機カチオン〔以下、各式の番号に応じて、「カチオン(b2−1)」、「カチオン(b2−2)」、「カチオン(b2−3)」及び「カチオン(b2−4)」という場合がある。〕である。
Figure 2013136560
[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。該アルキル基に含まれる水素原子は、ヒドロキシ基、炭素数1〜12のアルコキシ基又は炭素数6〜18の芳香族炭化水素基で置換されていてもよく、該脂環式炭化水素基に含まれる水素原子は、ハロゲン原子、炭素数2〜4のアシル基又はグリシジルオキシ基で置換されていてもよく、前記芳香族炭化水素基に含まれる水素原子は、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、炭素数1〜18の脂肪族炭化水素基、炭素数3〜18の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が一緒になってそれらが結合している硫黄原子と共にヘテロ原子をさらに有してもよい環を形成してもよい。
b4とRb5が一緒になってヘテロ原子を有してもよい環としては、単環式、多環式、芳香族性、非芳香族性、飽和及び不飽和のいずれの環であってもよく、硫黄原子を1以上含むものであれば、さらに、1以上の硫黄原子及び/又は1以上の酸素原子を含んでいてもよい。該環としては、炭素数3〜18の環が好ましく、炭素数4〜13の環がより好ましい。
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〜Rb11は、それぞれ同一であっても異なっていてもよい。該アルキル基の炭素数は1〜12が好ましい。該脂環式炭化水素基の炭素数は4〜12が好ましい。
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。前記芳香族炭化水素基に含まれる水素原子は、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。
b9とRb10及び/又はRb11とRb12は、それぞれ独立に、互いに結合して、それらが結合している原子とともに3員環〜12員環(好ましくは3員環〜7員環)を形成していてもよく、これらの環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で置き換わっていてもよい。
b13〜Rb18は、それぞれ独立に、ヒドロキシ基、炭素数1〜12のアルキル基又は炭素数1〜12のアルコキシ基を表す。
b11は、酸素原子又は硫黄原子を表す。
o2、p2、s2及びt2は、それぞれ独立に、0〜5の整数を表す。
q2及びr2は、それぞれ独立に、0〜4の整数を表す。
u2は0又は1を表す。
o2が2以上であるとき、複数のRb13は互いに同一であっても異なってもよく、p2が2以上であるとき、複数のRb14は互いに同一であっても異なってもよく、q2が2以上であるとき、複数のRb15は互いに同一であっても異なってもよく、r2が2以上であるとき、複数のRb16は互いに同一であっても異なってもよく、s2が2以上であるとき、複数のRb17は互いに同一であっても異なってもよく、t2が2以上であるとき、複数のRb18は互いに同一であっても異なってもよい。]
アルキルカルボニルオキシ基としては、例えば、メチルカルボニルオキシ基、エチルカルボニルオキシ基、n−プロピルカルボニルオキシ基、イソプロピルカルボニルオキシ基、n−ブチルカルボニルオキシ基、sec−ブチルカルボニルオキシ基、tert−ブチルカルボニルオキシ基、ペンチルカルボニルオキシ基、ヘキシルカルボニルオキシ基、オクチルカルボニルオキシ基及び2−エチルヘキシルカルボニルオキシ基等が挙げられる。
好ましいアルキル基は、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基及び2−エチルヘキシル基である。
好ましい脂環式炭化水素基は、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロデシル基、2−アルキルアダマンタン−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である。
好ましい芳香族炭化水素基は、フェニル基、4−メチルフェニル基、4−エチルフェニル基、4−tert−ブチルフェニル基、4−シクロへキシルフェニル基、4−メトキシフェニル基、ビフェニリル基及びナフチル基である。
水素原子が芳香族炭化水素基で置換されたアルキル基(アラルキル基)としては、例えばベンジル基等が挙げられる。
b9とRb10とが互いに結合して、それらが結合する硫黄原子とともに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−イウム環等が挙げられる。
b11とRb12とが互いに結合して、それらが結合するメチン基及びカルボニル基それぞれの炭素原子とともに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等が挙げられる。
式(b2−1)〜式(b2−4)でそれぞれ表される有機カチオンとしては、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。
中でも、カチオン(b2−1)が好ましく、以下の式(b2−1−1)で表される有機カチオン〔以下、「カチオン(b2−1−1)」という〕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及びx2は共に0である。)、トリトリルスルホニウムカチオン(式(b2−1−1)中、v2、w2及びx2は共に1であり、Rb19、Rb20及びRb21がいずれもメチル基である。)又はジt−ブチルフェニルフェニルスルホニウムカチオン(式(b2−1−1)中、v2及びw2が1であり、x2が0であり、Rb19及びRb20がt−ブチル基である。)がさらに好ましい。
Figure 2013136560
[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。Rb19〜Rb21から選ばれる2つが一緒になってそれらが結合しているベンゼン環及び硫黄原子と共にヘテロ原子をさらに有してもよい環を形成してもよい。
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は互いに同一でも異なってもよく、w2が2以上のとき、複数のRb20は互いに同一でも異なってもよく、x2が2以上のとき、複数のRb21は互いに同一でも異なってもよい。]
式(b2−1−1)では、アルキル基は、炭素数1〜12が好ましく、アルキル基に含まれる水素原子は、ヒドロキシ基、炭素数1〜12のアルコキシ基又は炭素数6〜18の芳香族炭化水素基で置換されていてもよい。
また、脂環式炭化水素基は、炭素数4〜18が好ましく、脂環式炭化水素基に含まれる水素原子は、ハロゲン原子、炭素数2〜4のアシル基又はグリシジルオキシ基で置換されていてもよい。
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。
カチオン(b2−1)としては、以下のカチオンが挙げられる。
Figure 2013136560
Figure 2013136560
Figure 2013136560
Figure 2013136560
Figure 2013136560
カチオン(b2−2)としては、以下のカチオンが挙げられる。
Figure 2013136560
カチオン(b2−3)としては、以下のカチオンが挙げられる。
Figure 2013136560
塩(I)は、スルホン酸アニオン及び有機カチオンの組合せであり、これらスルホン酸アニオンと有機カチオンとは任意に組み合わせることができる。
塩(I)としては、例えば、表1及び2に記載の塩が挙げられる。
Figure 2013136560
Figure 2013136560
なかでも、以下に示す塩が好ましい。
Figure 2013136560
Figure 2013136560
Figure 2013136560
Figure 2013136560
次に、塩(I)の製造方法について説明する。
例えば、Lが、*−CO−O−CHR−(*はC(Q)(Q)との結合手を表す。)、L−Lが、*−O−CH−CO−O−(*は環Wとの結合手を表す。)である式(IA)で表される塩の製造方法を下記に示す。
Figure 2013136560
[式中、Q、Q、環W、環W、R、R、R、s、t、u及びZは、それぞれ上記と同じ意味を表す。Rは、炭素数1〜14の飽和炭化水素基を表す。]
式(IA−a)で表される化合物と式(IA−b)で表される化合物を塩基性触媒下で、反応させることにより、式(IA−c)で表される化合物を得ることができる。溶媒としては、テトラヒドロフラン等が挙げられる。塩基触媒としては、ピリジン等が挙げられる。
Figure 2013136560
[Y及びYは、ハロゲン原子を表す。]
ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子が挙げられる。YとYとはそれぞれ異なっていてもよいが、ともに塩素原子であることが好ましい。
式(IA−a)で表される化合物としては、以下で表される化合物などが挙げられる。
Figure 2013136560
式(IA−b)で表される化合物としては、以下で表される化合物などが挙げられる。
Figure 2013136560
式(IA−c)で表される化合物と式(IA−d)で表される化合物とを触媒の存在下、溶媒中で反応させることにより、式(IA−e)で表される化合物を得ることができる。溶媒としては、テトラヒドロフラン等が挙げられる。触媒としては、ピリジン等が挙げられる。
Figure 2013136560
式(IA−d)で表される化合物としては、以下で表される化合物などが挙げられる。
Figure 2013136560
式(IA−e)で表される化合物を溶媒中で還元することにより、式(IA−f)で表される化合物を得ることができる。溶媒としては、アセトニトリル等が挙げられる。還元剤としては、水素化ホウ素ナトリウム等が挙げられる。
Figure 2013136560
式(IA−g)で表される塩と式(IA−h)で表される化合物とを反応させることにより、式(IA−i)で表される塩を得ることができる。
式(IA−g)で表される塩は、例えば、特開2008−13551号公報に記載された方法で合成することができる。
Figure 2013136560
式(IA−f)で表される化合物と式(IA−i)で表される塩とを、溶剤中で反応させることにより、式(IA)で表される塩を得ることができる。溶媒としては、アセトニトリル等が挙げられる。
Figure 2013136560
本発明の酸発生剤は、塩(I)を含有する。本発明の酸発生剤は、1種又は2種以上の塩(I)を含んでもよい。また、本発明の酸発生剤は、さらに、塩(I)以外の、酸発生剤として公知の塩(例えば、塩(I)に含まれる有機カチオン及び公知のアニオン(塩(I)に含まれるスルホン酸アニオン以外のアニオン)からなる塩並びに塩(I)に含まれるスルホン酸アニオン及び公知のカチオン(塩(I)に含まれる有機カチオン以外のカチオン)からなる塩等)を含んでいてもよい。以下、かかる本発明の酸発生剤に含まれる塩(I)以外の塩を「酸発生剤(B)」ということもある。
酸発生剤(B)としては、例えば、好ましくは、式(B1−1)〜式(B1−26)のいずれかで表される塩が挙げられる。中でもトリアリー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(B1−5)、式(B1−6)、式(B1−7)、式(B1−11)、式(B1−12)、式(B1−13)、式(B1−14)、式(B1−21)、式(B1−22)、式(B1−23)、式(B1−24)、式(B1−25)及び式(B1−26)のいずれかで表される塩がより好ましい。
Figure 2013136560
Figure 2013136560
Figure 2013136560
Figure 2013136560
本発明の酸発生剤は、全量が塩(I)でもよい。
本発明の酸発生剤が塩(I)と酸発生剤(B)とを含む場合、塩(I)の含有量は、本発明の酸発生剤全量100質量部に対して、好ましくは10質量部以上(より好ましくは30質量部以上)、好ましくは90質量部以下(より好ましくは70質量部以下)である。
次に、本発明のレジスト組成物について説明する。本発明のレジスト組成物は、上記本発明の酸発生剤と樹脂とを含み、該樹脂は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な樹脂であり、酸の作用によりアルカリ水溶液で溶解し得る樹脂(以下、「樹脂(A)」という。)である。
本発明の酸発生剤の含有量は、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。
<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可溶となる。「酸の作用によりアルカリ可溶となる」とは、酸との接触前ではアルカリ水溶液に不溶又は難溶であるが、酸との接触後にはアルカリ水溶液に可溶となることを意味する。
このような樹脂(A)は、分子内にある親水性基の一部又は全部が、酸との接触により脱離し得る保護基により保護されているものであり、樹脂(A)が酸と接触すると当該保護基が脱離して、親水性基が生成することにより、樹脂(A)はアルカリ水溶液に可溶な樹脂となる。当該保護基により保護されている親水性基を以下、「酸不安定基」という。該親水性基としては、ヒドロキシ基又はカルボキシ基が挙げられ、カルボキシ基がより好ましい。
樹脂(A)は、酸不安定基を有するモノマー(以下「酸不安定モノマー(a1)」という場合がある)を重合することによって製造できる。かかる重合の際には、モノマー(a1)を1種のみ使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
<酸不安定モノマー(a1)>
「酸に不安定な基」とは、脱離基を有し、該脱離基が酸との接触により脱離して、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)で表される基が挙げられる。
Figure 2013136560
[式(1)中、Ra1〜Ra3は、それぞれ独立に、炭素数1〜8のアルキル基、炭素数3〜20の脂環式炭化水素基又はこれらを組み合わせた基を表すか、Ra1及びRa2は互いに結合して炭素数2〜20の2価の脂肪族炭化水素基を形成する。*は結合手を表す。]
a1〜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、ヘプチル基及びオクチル基等が挙げられる。
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、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;デカヒドロナフチル基、アダマンチル基、ノルボルニル基及び下記の式で表される基等の多環の脂環式炭化水素基が挙げられる。
アルキル基と脂環式炭化水素基とを組み合わせた基としては、例えば、メチルシクロヘキシル基、ジメチルシクロへキシル基、メチルノルボルニル基等が挙げられる。
Figure 2013136560
式(1)における脂環式炭化水素基の炭素数は、好ましくは3〜16である。
a1及びRa2が互いに結合して形成される2価の脂肪族炭化水素基の炭素数は、好ましくは3〜12である。
a1及びRa2が互いに結合して2価の脂肪族炭化水素基を形成する場合の−C(Ra1)(Ra2)(Ra3)としては、下記の基が挙げられる。
Figure 2013136560
式(1)で表される基としては、例えば、式(1−1)、式(1−2)、式(1−3)又は式(1−4)で表される基などが挙げられる。
Figure 2013136560
[式(1−1)、式(1−2)、式(1−3)中、Ra11〜Ra17は、それぞれ独立に、炭素数1〜8のアルキル基を表す。]
好ましくは、tert−ブトキシカルボニル基、1−メチルシクロヘキサン−1−イルオキシカルボニル基、1−エチルシクロヘキサン−1−イルオキシカルボニル基、2−メチルアダマンタン−2−イルオキシカルボニル基、2−エチルアダマンタン2−イルオキシカルボニル基、2−イソプロピルアダマンタン2−イルオキシカルボニル基、1−(アダマンタン−1−イル)−1−メチルエトキシカルボニル基等が挙げられる。
これらの中でも、脂環式炭化水素基を有する式(1−2)、式(1−3)又は式(1−4)で表される基が好ましく、式(1−2)又は式(1−3)で表される基がより好ましい。
また、酸に不安定な基としては、例えば、式(2)で表される基が挙げられる。
Figure 2013136560
[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1価の炭化水素基を表し、Ra3’は、炭素数1〜20の1価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2価の炭化水素基を形成し、前記1価の炭化水素基及び前記2価の炭化水素基に含まれるメチレン基は、酸素原子又は硫黄原子で置き換わっていてもよい。*は結合手を表す。]
a1’及びRa2’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、芳香族炭化水素基等が挙げられる。
芳香族炭化水素基としては、フェニル基、ナフチル基、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、アントリル基、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。
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。
式(2)で表される基の具体例としては、以下の基が挙げられる。
Figure 2013136560
酸不安定モノマー(a1)は、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。樹脂(A)が、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であれば、レジストの解像度を向上させることができる。
酸不安定モノマー(a1)は、好ましくは、式(1)で表される基とエチレン性炭素−炭素二重結合とを有するモノマーであり、より好ましくは式(1)で表される基と(メタ)アクリル基とを有するモノマーである。
式(1)で表される基と(メタ)アクリル基とを有するモノマーとして、好ましくは式(a1−1)で表されるモノマー及び式(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 2013136560
[式(a1−1)及び式(a1−2)中、
a1及びLa2は、それぞれ独立に、−O−又は*−O−(CHk1−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、炭素数3〜10の脂環式炭化水素基又はこれらを組み合わせた基を表す。
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、−O−又は*−O−(CHk1−CO−O−(k1は、好ましくは1〜4の整数、より好ましくは1である。)であり、より好ましくは−O−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。
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、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。多環式の脂環式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、ノルボルニル基及び下記のような基等が挙げられる。
Figure 2013136560
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。
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、より好ましくは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。式(a1−1−1)〜式(a1−1−8)のいずれかで表されるモノマーが好ましく、式(a1−1−1)〜式(a1−1−4)のいずれかで表されるモノマーがより好ましい。
Figure 2013136560
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−メチルシクロヘキサン−1−イル(メタ)アクリレート、1−イソプロピルシクロヘキサン−1−イル(メタ)アクリレート等が挙げられる。式(a1−2−1)〜式(a1−2−12)のいずれかで表されるモノマーが好ましく、式(a1−2−3)、式(a1−2−4)及び式(a1−2−9)、式(a1−2−10)のいずれかで表されるモノマーがより好ましく、式(a1−2−3)又は式(a1−2−9)で表されるモノマーがさらに好ましい。
Figure 2013136560
樹脂(A)が式(a1−1)で表されるモノマー及び/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、これらの合計含有率は、樹脂(A)の全構造単位において、通常10〜95モル%であり、好ましくは15〜90モル%であり、より好ましくは20〜85モル%であり、さらに好ましくは30〜60モル%である。
中でも、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、酸不安定モノマー(a1)に由来する構造単位に対して、15モル%以上であることが好ましい。アダマンチル基を有するモノマーの比率が増えると、レジストパターンのドライエッチング耐性が向上する。
他のモノマー(a1)としては、例えば、式(a1−5)で表されるモノマー(以下「モノマー(a1−5)」という場合がある)を用いてもよい。
Figure 2013136560
[式(a1−5)中、
31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。
a1は、単結合又は*−[CHk4−CO−La4−を表す。ここで、k4は1〜4の整数を表す。*は、La1との結合手を表す。
a1、La2、La3及びLa4は、それぞれ独立に、−O−又は−S−を表す。
s1は、1〜3の整数を表す。
s1’は、0〜3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。
a1は、酸素原子が好ましい。
a2及びLa3は、一方が酸素原子、他方が硫黄原子が好ましい。
s1は、1が好ましい。
s1’は、0〜2の整数が好ましい。
a1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 2013136560
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、その含有率は、樹脂(A)の全構造単位に対して、1〜95モル%が好ましく、3〜90モル%がより好ましく、5〜85モル%がさらに好ましい。
樹脂(A)は、さらに、酸に不安定な基を有さないモノマー(以下「酸安定モノマー」という場合がある)に由来する構造単位を含有していることが好ましい。酸安定モノマーは、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
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。樹脂(A)が、ヒドロキシ基を有する酸安定モノマー(以下「酸安定モノマー(a2)」という場合がある)に由来する構造単位及び/又はラクトン環を含有する酸安定モノマー(以下「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ことにより、レジストパターンの解像度及びレジストパターンと基板との密着性を向上させることができる。
<ヒドロキシ基を有する酸安定モノマー(a2)>
樹脂(A)を含むレジスト組成物が、KrFエキシマレーザ露光(248nm)あるいは電子線又はEUV光などの高エネルギー線照射に用いられる場合、酸安定モノマー(a2)は、フェノール性ヒドロキシ基を有する酸安定モノマー(a2−0)が好ましい。ArFエキシマレーザ露光(193nm)などに用いられる場合は、ヒドロキシ基を有する酸安定モノマー(a2)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としては、式(a2−0)で表されるモノマーが挙げられる。
Figure 2013136560
[式(a2−0)中、
a30は、水素原子、ハロゲン原子又はハロゲン原子を有してもよい炭素数1〜6のアルキル基を表す。
a31は、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数2〜4のアシル基、炭素数2〜4のアシルオキシ基、アクリロイルオキシ基又はメタクリロイルオキシ基を表す。
maは0〜4の整数を表す。maが2以上である場合、複数のRa31は互いに同一であるか相異なる。]
a30及びRa31におけるハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。
a30のハロゲン原子を有してもよい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、トリクロロメチル基、トリブロモメチル基及びトリヨードメチル基等が挙げられる。
a30及びRa31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る。Ra30は、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。
a31のアシル基としては、例えば、アセチル基、プロピオニル基及びブチリル基などが挙げられる。
a31のアシルオキシ基としては、例えば、アセチルオキシ基、プロピオニルオキシ基及びブチリルオキシ基などが挙げられる。
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。
フェノール性ヒドロキシ基を有するモノマーに由来する構造単位を有する共重合体は、フェノール性ヒドロキシ基を保護基で保護したモノマー及び共重合させるモノマーをラジカル重合した後、酸又は塩基で脱保護することによって製造することができる。樹脂(A)は、酸不安定基モノマー(a1)に由来する構造単位を有しているので、保護基で保護されたフェノール性ヒドロキシ基を脱保護する際には、該酸不安定基を著しく損なわないよう、塩基との接触により、脱保護することが好ましい。保護基としては、例えば、アセチル基等が好ましい。塩基としては、例えば、4−ジメチルアミノビリジン、トリエチルアミン等が挙げられる。
フェノール性ヒドロキシ基を有するモノマーとしては、例えば、特開2010−204634号公報に記載されたモノマーが挙げられる。式(a2−0−1)及び式(a2−0−2)で表されるモノマーが好ましい。
Figure 2013136560
樹脂(A)が式(a2−0)で表されるモノマーに由来する構造単位を含む場合、その含有率は、樹脂(A)の全構造単位に対して、通常5〜90モル%であり、好ましくは10〜85モル%であり、より好ましくは15〜80モル%である。
ヒドロキシアダマンチル基を有する酸安定モノマーとしては、式(a2−1)で表されるモノマーが挙げられる。
Figure 2013136560
[式(a2−1)中、
a3は、−O−又は*−O−(CHk2−CO−O−を表し、
k2は1〜7の整数を表す。*は−CO−との結合手を表す。
a14は、水素原子又はメチル基を表す。
a15及びRa16は、それぞれ独立に、水素原子、メチル基又はヒドロキシ基を表す。
o1は、0〜10の整数を表す。]
式(a2−1)では、La3は、好ましくは、−O−、*−O−(CHf1−CO−O−(前記f1は、1〜4の整数である)(*は−CO−との結合手を表す)であり、より好ましくは−O−である。
a14は、好ましくはメチル基である。
a15は、好ましくは水素原子である。
a16は、好ましくは水素原子又はヒドロキシ基である。
o1は、好ましくは0〜3の整数、より好ましくは0又は1である。
ヒドロキシアダマンチル基を有する酸安定モノマー(a2−1)としては、例えば、特開2010−204646号公報に記載されたモノマーが挙げられる。式(a2−1−1)〜式(a2−1−6)のいずれかで表されるモノマーが好ましく、式(a2−1−1)〜式(a2−1−4)のいずれかで表されるモノマーがより好ましく、式(a2−1−1)又は式(a2−1−3)で表されるモノマーがさらに好ましい。
Figure 2013136560
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含む場合、その含有率は、樹脂(A)の全構造単位に対して、通常3〜45モル%であり、好ましくは5〜40モル%であり、より好ましくは5〜35モル%であり、さらに好ましくは5〜15モル%である。
<ラクトン環を有する酸安定モノマー(a3)>
酸安定モノマー(a3)が有するラクトン環は、例えば、β−プロピオラクトン環、γ−ブチロラクトン環、δ−バレロラクトン環のような単環でもよく、単環式のラクトン環と他の環との縮合環でもよい。これらラクトン環の中で、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)又は式(a3−3)で表される。これらの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。
Figure 2013136560
[式(a3−1)〜式(a3−3)中、
a4〜La6は、それぞれ独立に、−O−又は*−O−(CHk3−CO−O−を表す。
k3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。p1が2以上のとき、複数のRa21は、互いに同一であるか相異なる。
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。q1が2以上のとき、複数のRa22は、互いに同一であるか相異なり、r1が2以上のとき、複数のRa23は、互いに同一であるか相異なる。
式(a3−1)〜式(a3−3)中の、La4〜La6としては、それぞれ独立に、−O−又は*−O−(CHk3−CO−O−(k3は、好ましくは1〜4の整数であり、より好ましくは1である。)であることが好ましく、より好ましくは−O−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、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。式(a3−1−1)〜式(a3−1−4)、式(a3−2−1)〜式(a3−2−4)、式(a3−3−1)〜式(a3−3−4)のいずれかで表されるモノマーが好ましく、式(a3−1−1)、式(a3−1−2)、式(a3−2−3)又は式(a3−2−4)のいずれかで表されるモノマーがより好ましく、式(a3−1−1)又は式(a3−2−3)で表されるモノマーがさらに好ましい。
Figure 2013136560
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む場合、その含有率は、樹脂(A)の全構造単位に対して、それぞれ通常5〜70モル%であり、好ましくは10〜65モル%であり、より好ましくは10〜60モル%である。
<その他のモノマー(a4)>
樹脂(A)は、上記のモノマー以外のその他のモノマー(以下「モノマー(a4)」という場合がある)に由来する構造単位を有していてもよい。その他のモノマー(a4)としては、公知のモノマーを用いることができる。
好ましい樹脂(A)は、モノマー(a1)と、酸安定モノマー(a2)及び/又は酸安定モノマー(a3)とを重合させて得られる共重合体である。この好ましい共重合体において、モノマー(a1)として、上述のモノマー(a1−1)及びモノマー(a1−2)の少なくとも1種を用いることが好ましく、モノマー(a1−1)を用いることがさらに好ましい。酸安定モノマー(a2)としては、酸安定モノマー(a2−1)が好ましく、酸安定モノマー(a3)としては、酸安定モノマー(a3−1)及び酸安定モノマー(a3−2)の少なくとも1種が好ましい。
樹脂(A)は、モノマー(a1)と、必要に応じて、酸安定モノマー(a2)、酸安定モノマー(a3)及び酸安定モノマー(a4)からなる群より選ばれる酸安定モノマーとを用い、これらが上述のとおりの樹脂(A)の全構造単位に対する好適な含有量になるようにして使用量を調節した後、公知の重合法(例えばラジカル重合法)により製造することができる。
樹脂(A)の重量平均分子量は、好ましくは2,500以上であり、より好ましくは3,000以上である。該重量平均分子量の上限は50,000以下が好ましく、30,000以下がさらに好ましい。なお、ここでいう重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー分析により、標準ポリスチレン基準の換算値として求められるものであり、該分析の詳細な分析条件は、本願の実施例で詳述する。
<塩基性化合物(以下、「塩基性化合物(C)」という。)>
本発明のレジスト組成物は、さらに、塩基性化合物(C)を含有していてもよい。ここでいう「塩基性化合物」とは、酸を捕捉するという特性を有する化合物、特に、既に説明した酸発生剤から発生する酸を捕捉するという特性を有する化合物を意味し、当該技術分野ではクエンチャーといわれている。
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ヒドロキシドを挙げることができる。アミンは、脂肪族アミンでも、芳香族アミンでもよい。脂肪族アミンは、第一級アミン、第二級アミン及び第三級アミンのいずれでもよい。芳香族アミンは、アニリンのような芳香環にアミノ基が結合したものや、ピリジンのような複素芳香族アミンのいずれでもよい。好ましい塩基性化合物(C)として、以下の式(C2)で表される芳香族アミン、特に、以下の式(C2−1)で表されるアニリン類が挙げられる。
Figure 2013136560
[ここで、Arc1は、芳香族炭化水素基を表す。
c5及びRc6は、それぞれ独立に、水素原子、脂肪族炭化水素基(好ましくは、炭素数1〜6の脂肪族炭化水素基であり、より好ましくは、炭素数1〜6のアルキル基である。)、脂環式炭化水素基(好ましくは、炭素数5〜10の脂環式炭化水素基である。)又は芳香族炭化水素基(好ましくは、炭素数6〜10の芳香族炭化水素基である。)を表し、該脂肪族炭化水素基、該脂環式炭化水素基及び該芳香族炭化水素基に含まれる水素原子は、ヒドロキシ基、アミノ基、又は炭素数1〜6のアルコキシ基で置換されていてもよく、該アミノ基はさらに、炭素数1〜4のアルキル基を有していてもよい。
c7は、脂肪族炭化水素基(好ましくは、炭素数1〜6の脂肪族炭化水素基であり、より好ましくは、炭素数1〜6のアルキル基である。)、炭素数1〜6のアルコキシ基、脂環式炭化水素基(好ましくは、炭素数5〜10の脂環式炭化水素基であり、より好ましくは、炭素数5〜10のシクロアルキル基である。)、芳香族炭化水素基(好ましくは、炭素数6〜10の芳香族炭化水素基である。)又はニトロ基を表し、該脂肪族炭化水素基、該アルコキシ基、該脂環式炭化水素基及び該芳香族炭化水素基に含まれる水素原子は、ヒドロキシ基、アミノ基、又は炭素数1〜6のアルコキシ基で置換されていてもよく、該アミノ基はさらに、炭素数1〜4のアルキル基を有していてもよい。
m3は0〜3の整数を表す。m3が2以上のとき、複数のRc7は、互いに同一でも異なってもよい。]
式(C2)で表される芳香族アミンは例えば、1−ナフチルアミン及び2−ナフチルアミン等が挙げられる。
式(C2−1)で表されるアニリン類は例えば、アニリン、ジイソプロピルアニリン、2−,3−又は4−メチルアニリン、4−ニトロアニリン、N−メチルアニリン、N,N−ジメチルアニリン及びジフェニルアミン等が挙げられる。
また、以下の式(C3)、式(C4)、式(C5)、式(C6)、式(C7)、式(C8)、式(C9)、式(C10)及び式(C11)のいずれかで表される化合物(以下、これらの化合物を、式番号に応じて、「化合物(C3)」〜「化合物(C11)」のように表記する。)も用いることができる。
Figure 2013136560
[ここで、
c8、並びに、芳香族炭素と結合するRc20、Rc21、Rc23、Rc24、Rc25、Rc26、Rc27及びRc28は前記Rc7で説明したいずれかの基を表す。
窒素原子と結合するRc9、Rc10、Rc11、Rc12、Rc13、Rc14、Rc16、Rc17、Rc18、Rc19及びRc22は、それぞれ独立に、前記Rc5及びRc6で説明したいずれかの基を表す。
o3、p3、q3、r3、s3、t3及びu3は、それぞれ独立に0〜3の整数を表す。o3が2以上であるとき、複数のRc20は互いに同一でも異なってもよく、p3が2以上であるとき、複数のRc21は互いに同一でも異なってもよく、q3が2以上であるとき、複数のRc24は互いに同一でも異なってもよく、r3が2以上であるとき、複数のRc25は互いに同一でも異なってもよく、s3が2以上であるとき、複数のRc26は互いに同一でも異なってもよく、t3が2以上であるとき、複数のRc27は互いに同一でも異なってもよく、u3が2以上であるとき、複数のRc28は互いに同一でも異なってもよい。
c15は、脂肪族炭化水素基(好ましくは、炭素数1〜6の脂肪族炭化水素基である。)、脂環式炭化水素基(好ましくは、炭素数3〜6の脂環式炭化水素基である。)又はアルカノイル基(好ましくは、炭素数2〜6のアルカノイル基である。)を表す。
アルカノイル基としては、アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、イソブチリル基、ペンタノイル基、2,2−ジメチルプロピオニル基等が挙げられる。
n3は0〜8の整数を表す。n3が2以上のとき、複数のRc15は、互いに同一でも異なってもよい。
c1及びLc2は、それぞれ独立に、2価の脂肪族炭化水素基(好ましくは、炭素数1〜6の脂肪族炭化水素基であり、より好ましくは、炭素数1〜6程度のアルキレン基である。)、カルボニル基、−C(=NH)−、−C(=NRc3)−(但し、Rc3は、炭素数1〜4のアルキル基を表す。)、チオキシ基(−S−)、ジスルフィド結合(−S−S−)又はこれらの組合せを表す。]
塩基性化合物(C3)としては例えば、ヘキシルアミン、ヘプチルアミン、オクチルアミン、ノニルアミン、デシルアミン、ジブチルアミン、ジペンチルアミン、ジヘキシルアミン、ジヘプチルアミン、ジオクチルアミン、ジノニルアミン、ジデシルアミン、トリエチルアミン、トリメチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、トリペンチルアミン、トリヘキシルアミン、トリヘプチルアミン、トリオクチルアミン、トリノニルアミン、トリデシルアミン、メチルジブチルアミン、メチルジペンチルアミン、メチルジヘキシルアミン、メチルジシクロヘキシルアミン、メチルジヘプチルアミン、メチルジオクチルアミン、メチルジノニルアミン、メチルジデシルアミン、エチルジブチルアミン、エチルジペンチルアミン、エチルジヘキシルアミン、エチルジヘプチルアミン、エチルジオクチルアミン、エチルジノニルアミン、エチルジデシルアミン、ジシクロヘキシルメチルアミン、トリス〔2−(2−メトキシエトキシ)エチル〕アミン、トリイソプロパノールアミンエチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、4,4’−ジアミノ−1,2−ジフェニルエタン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジメチルジフェニルメタン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジエチルジフェニルメタン等も用いることができる。
化合物(C4)としては例えば、ピペラジン等が挙げられる。
化合物(C5)としては例えば、モルホリン等が挙げられる。
化合物(C6)としては例えば、ピペリジン及び特開平11−52575号公報に記載されているピペリジン骨格を有するヒンダードアミン化合物等が挙げられる。
化合物(C7)としては例えば、2,2’−メチレンビスアニリン等が挙げられる。
化合物(C8)としては例えば、イミダゾール及び4−メチルイミダゾール等が挙げられる。
化合物(C9)としては例えば、ピリジン、4−メチルピリジン等が挙げられる。
化合物(C10)としては例えば、1,2−ジ(2−ピリジル)エタン、1,2−ジ(4−ピリジル)エタン、1,2−ジ(2−ピリジル)エテン、1,2−ジ(4−ピリジル)エテン、1,3−ジ(4−ピリジル)プロパン、1,2−ジ(4−ピリジルオキシ)エタン、ジ(2−ピリジル)ケトン、4,4’−ジピリジルスルフィド、4,4’−ジピリジルジスルフィド、2,2’−ジピリジルアミン及び2,2’−ジピコリルアミン等が挙げられる。
化合物(C11)としては例えば、ビピリジン等が挙げられる。
アンモニウムヒドロキシドとしては例えば、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトライソプロピルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド、テトラヘキシルアンモニウムヒドロキシド、テトラオクチルアンモニウムヒドロキシド、フェニルトリメチルアンモニウムヒドロキシド、3−(トリフルオロメチル)フェニルトリメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラ−n−ブチルアンモニウムサリチラート及びコリン等が挙げられる。
塩基性化合物(C)としては、これらの中でもジイソプロピルアニリン、テトラ−n−ブチルアンモニウムサリチラートが好ましい。
<溶剤(以下、「溶剤(D)」という。)>
本発明のレジスト組成物は、溶剤(D)を含むことが好ましい。かかる溶剤(D)は、用いる塩(I)の種類及びその量と、樹脂(A)の種類及びその量と、酸発生剤(B)の種類及びその量とに応じ、さらに後述するレジストパターンの製造において、基板上にレジスト組成物を塗布する際の塗布性が良好となるという点から適宜、最適なものを選ぶことができる。
好適な溶剤(D)の例としては、エチルセロソルブアセテート、メチルセロソルブアセテート及びプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のグリコールエーテルエステル類;プロピレングリコールモノメチルエーテル等のグリコールエーテル類;乳酸エチル、酢酸ブチル、酢酸アミル及びピルビン酸エチル等のエステル類;アセトン、メチルイソブチルケトン、2−ヘプタノン及びシクロヘキサノン等のケトン類;γ−ブチロラクトン等の環状エステル類を挙げることができる。溶剤(D)は、1種のみを使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
<その他の成分>
本発明のレジスト組成物は、必要に応じて、上記以外の構成成分(以下「成分(F)」という場合がある。)を含んでいてもよい。成分(F)としては特に限定はなく、当該技術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、安定剤及び染料等が挙げられる。
<本発明のレジスト組成物及びその調製方法>
本発明のレジスト組成物は、塩(I)及び樹脂(A)ならびに必要に応じて用いられる溶剤(D)、酸発生剤(B)、塩基性化合物(C)及び/又は成分(F)を混合することで調製することができる。混合順は任意であり、特に限定されるものではない。混合する際の温度は、10〜40℃の範囲から、用いる塩(I)等の種類や塩(I)等の溶剤(D)に対する溶解度等に応じて適切な温度範囲を選べばよく、混合時間は、混合温度に応じて、0.5〜24時間が好ましい。なお、混合手段は特に限定されず、攪拌混合等を用いることができる。
本発明のレジスト組成物を調製する際に用いる各成分の使用量を選択することにより、本発明のレジスト組成物中の各成分の含有量を調節することができる。
このように、各成分を混合した後、孔径0.003〜0.2μm程度のフィルターを用いてろ過することが好ましい。
本発明のレジスト組成物における樹脂(A)の含有量は、レジスト組成物の固形分の総質量に対して、80質量%以上99質量%以下であることが好ましい。
なお本明細書において「組成物の固形分」とは、後述する溶剤(D)を除いたレジスト組成物成分の合計を意味する。例えば、溶剤(D)の含有量が90質量%である本発明のレジスト組成物において、レジスト組成物の固形分は10質量%に相当する。組成物の固形分及びこれに対する各成分の含有量は、例えば、液体クロマトグラフィー又はガスクロマトグラフィーなどの公知の分析手段で測定することができる。
本発明のレジスト組成物における塩(I)の含有量は、レジスト組成物の固形分の総質量に対して、0.01〜40質量%が好ましく、1〜30質量%がより好ましく、3〜25質量%がさらに好ましい。
本発明のレジスト組成物が酸発生剤(B)を含む場合、その含有量は、樹脂(A)100質量部に対して、好ましくは0.01質量部以上であり、より好ましくは1質量部以上であり、さらに好ましくは3質量部以上である。また、樹脂(A)100質量部に対して、酸発生剤(B)が好ましくは30質量部以下であり、より好ましくは25質量部以下であり、さらに好ましくは20質量部以下である。
本発明のレジスト組成物が塩基性化合物(C)を含む場合、レジスト組成物の固形分の総質量に対する塩基性化合物(C)の含有量は、0.01〜1質量%程度が好ましい。塩基性化合物(C)の含有量は、塩(I)及び酸発生剤(B)の合計含有量よりも低くしておくことが好ましい。
本発明のレジスト組成物における溶剤(D)の含有量は、レジスト組成物総質量に対して90質量%以上が好ましく、より好ましくは92質量%以上であり、さらに好ましくは94質量%以上であり、99.9質量%以下が好ましく、より好ましくは99質量%以下である。このような含有量で溶剤(D)を含む本発明のレジスト組成物は、レジストパターンの製造において、厚み30〜300nm程度の組成物層を形成しやすい。
なお、成分(F)を本発明のレジスト組成物に用いる場合には、当該成分(F)の種類に応じて、適切な含有量を調節可能である。
<レジストパターンの製造方法>
本発明のレジストパターンの製造方法は、
(1)本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)組成物層に露光する工程、
(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
を含むものである。以下、ここに示す工程の各々を、「工程(1)」〜「工程(5)」のようにいう。
工程(1)における本発明のレジスト組成物の基板上への塗布は、スピンコーター等、半導体の微細加工のレジスト材料塗布用として広く用いられている塗布装置によって行うことができる。当該塗布装置の条件(塗布条件)を種々調節することで、該塗布膜の膜厚は調整可能であり、適切な予備実験等を行うことにより、所望の膜厚の塗布膜になるように塗布条件を選ぶことができる。本発明の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、本発明の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。かくして基板上にレジスト組成物からなる塗布膜が形成される。
工程(2)においては、基板上に塗布された本発明のレジスト組成物、すなわち塗布膜を乾燥させて、溶剤(D)を除去する。このような乾燥は、例えば、ホットプレート等の加熱装置を用いた加熱手段(いわゆるプリベーク)、又は減圧装置を用いた減圧手段により、或いはこれらの手段を組み合わせることにより行われる。乾燥条件は、本発明のレジスト組成物に含まれる溶剤(D)の種類等に応じて選択でき、例えばホットプレートを用いる加熱手段では、ホットプレートの表面温度を50〜200℃程度の範囲にして行うことが好ましい。また、減圧手段では、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。かくして塗布膜を乾燥させることにより、該基板上には組成物層が形成される。
工程(3)は該組成物層に、露光機を用いて露光する工程である。露光は、微細加工を実施しようとする所望のパターンが形成されたマスク(フォトマスク)を介して行われる。露光機の露光光源としては、KrFエキシマレーザ(波長248nm)、ArFエキシマレーザ(波長193nm)、F2エキシマレーザ(波長157nm)のような紫外域のレーザ光を放射するもの、固体レーザ光源(YAG又は半導体レーザ等)からのレーザ光を波長変換して遠紫外域または真空紫外域の高調波レーザ光を放射するもの等、種々のものを用いることができる。また、該露光機は液浸露光機であってもよい。また、露光機は、電子線、超紫外光(EUV)を照射するものであってもよい。本明細書において、これらの放射線を照射することを総称して「露光」という場合がある。露光光源が電子線の場合は、フォトマスクを使用せずに、所望のパターンを直接描画してもよい。
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塩(I)及び酸発生剤(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)にある酸不安定基が脱保護反応により親水性基を生じるため、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)では、露光後の組成物層に加熱処理(いわゆるポストエキスポジャーベーク)が行われる。かかる加熱処理は前記工程(2)で示したホットプレートを用いる加熱手段等が好ましい。工程(4)においてホットプレートを用いる加熱手段を行う場合、ホットプレートの表面温度は50〜200℃程度が好ましく、70〜150℃程度がより好ましい。当該加熱処理により、上記脱保護反応が促進される。
工程(5)は、加熱後の組成物層を、通常、現像装置を用いて、現像液を利用して現像する工程である。現像方法としては、ディップ法、パドル法、スプレー法、ダイナミックディスペンス法等が挙げられる。現像温度は、例えば、5〜60℃が好ましく、現像時間は、例えば、5〜300秒間が好ましい。
現像液の種類を選択することにより、ポジ型レジストパターン又はネガ型レジストパターンを製造できる。
本発明のレジスト組成物からポジ型レジストパターンを製造する場合は、現像液としてアルカリ現像液を用いる。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。アルカリ現像液には、界面活性剤が含まれていてもよい。
現像後レジストパターンを超純水で洗浄し、次いで、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。
本発明のレジスト組成物からネガ型レジストパターンを製造する場合は、現像液として有機溶剤を含む現像液(以下「有機系現像液」という場合がある)を用いる。
有機系現像液に含まれる有機溶剤としては、2−ヘキサノン、2−ヘプタノン等のケトン溶剤;プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のグリコールエーテルエステル溶剤;酢酸ブチル等のエステル溶剤;プロピレングリコールモノメチルエーテル等のグリコールエーテル溶剤;N,N−ジメチルアセトアミド等のアミド溶剤;アニソール等の芳香族炭化水素溶剤等が挙げられる。
有機系現像液中、有機溶剤の含有率は、90質量%以上100質量%以下が好ましく、95質量%以上100質量%以下がより好ましく、実質的に有機溶剤のみであることがさらに好ましい。
中でも、有機系現像液としては、酢酸ブチル及び/又は2−ヘプタノンを含む現像液が好ましい。有機系現像液中、酢酸ブチル及び2−ヘプタノンの合計含有率は、50質量%以上100質量%以下が好ましく、90質量%以上100質量%以下がより好ましく、実質的に酢酸ブチル及び/又は2−ヘプタノンのみであることがさらに好ましい。
有機系現像液には、界面活性剤が含まれていてもよい。また、有機系現像液には、微量の水分が含まれていてもよい。
現像の際、有機系現像液とは異なる種類の溶剤に置換することにより、現像を停止してもよい。
現像後のレジストパターンをリンス液で洗浄することが好ましい。リンス液としては、レジストパターンを溶解しないものであれば特に制限はなく、一般的な有機溶剤を含む溶液を使用することができ、好ましくはアルコール溶剤又はエステル溶剤である。
洗浄後は、基板及びパターン上に残ったリンス液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)照射用のレジスト組成物又はEUV露光用のレジスト組成物、さらに液浸露光用のレジスト組成物として好適であり、半導体の微細加工に利用できる。
実施例を挙げて、本発明をさらに具体的に説明する。例中、含有量ないし使用量を表す「%」及び「部は」、特記しないかぎり質量基準である。また重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより求めた値である。なお、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーの分析条件は下記のとおりである。
装置:HLC−8120GPC型(東ソー株式会社製)
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)
また、化合物の構造は、質量分析(LCはAgilent製1100型、MASSはAgilent製LC/MSD型)を用い、分子ピークを測定することで確認した。以下の実施例ではこの分子ピークの値を「MASS」で示す。
実施例1:式(I−1)で表される塩の合成
Figure 2013136560
アダマンタン−1,3−ジオール25.31部及びテトラヒドロフラン200.00部を仕込み、23℃で30分間で攪拌した後、ピリジン14.27部を仕込み、40℃に昇温した。さらに、クロロアセチルクロリド25.47部及びテトラヒドロフラン50部の混合溶液を1時間かけて滴下した。滴下後、40℃で8時間攪拌し、5℃に温度を下げた。5℃に冷却したイオン交換水100部を添加、攪拌し、分液により水層を回収した。回収された水層に酢酸エチル65部を添加し、分液して有機層を回収した。回収された有機層に、5℃の10%炭酸カリウム水溶液65部を添加して洗浄し、分液して有機層を回収した後、回収された有機層にさらに、イオン交換水65部を添加して水洗し、分液を行って有機層を回収した。この水洗操作を3回繰り返して行った。回収された有機層を濃縮した後、以下の条件でカラム(シリカゲル60−200メッシュ;メルク社製 展開溶媒:酢酸エチル)分取することにより、式(I1−a)で表される化合物22.24部を得た。
Figure 2013136560
式(I1−b)で表される化合物9.42部、テトラヒドロフラン28.26部及びピリジン6.02部を反応器に仕込み、23℃で30分間攪拌した後、0℃まで冷却した。得られた混合物に、同温度を保持したまま、式(I1−a)で表される化合物15.24部を、1時間かけて添加した。さらに、温度を10℃まで上げ、同温度で1時間攪拌した。得られた反応混合物に、酢酸エチル200部、5%塩酸水溶液12部及びイオン交換水100部を加え、23℃で30分間攪拌し、静置後、分液した。回収された有機層に、イオン交換水100部を加え、23℃で30分間攪拌した後、静置、分液することにより有機層を水洗した。このような水洗操作を4回繰り返した。回収された有機層を濃縮した後、以下の条件でカラム(シリカゲル60−200メッシュ;メルク社製 展開溶媒:酢酸エチル)分取することにより、式(I1−c)で表される化合物12.66部を得た。
Figure 2013136560
式(I1−c)で表される化合物6.45部及びアセトニトリル19.35部を仕込み、23℃で30分間攪拌した後、5℃まで冷却した。得られた混合物に、水素化ホウ素ナトリウム0.36部及びイオン交換水5.32部を仕込み、5℃で3時間攪拌した。得られた混合物に、イオン交換水30部及び酢酸エチル100部を加えて攪拌し、分離した。回収された有機層にイオン交換水30部を加え、23℃で30分間攪拌した後、静置、分液することにより有機層を水洗した。このような水洗操作を5回繰り返した。回収された有機層を濃縮した後、以下の条件でカラム(シリカゲル60−200メッシュ;メルク社製 展開溶媒:酢酸エチル)分取することにより、式(I1−d)で表される化合物5.62部を得た。
Figure 2013136560
式(I1−e)で表される塩を、特開2008−127367号公報に記載された方法で合成した。
式(I1−e)で表される塩5.00部及びアセトニトリル30部を仕込み、40℃で30分間攪拌し、式(I1−f)で表される化合物2.22部を仕込み、50℃で1時間攪拌することにより、式(I1−g)で表される化合物を含む溶液を得た。
Figure 2013136560
得られた式(I1−g)で表される化合物を含む溶液に、式(I1−d)で表される化合物3.95部を仕込み、23℃で1時間攪拌した。得られた反応マスに、クロロホルム50部及びイオン交換水25部を仕込み、攪拌、分液を行った。水洗を5回行った。得られた有機層に活性炭0.60部を仕込み、23℃で30分間攪拌し、ろ過した。ろ液を濃縮した後、得られた濃縮物に、アセトニトリル30部を添加して溶解し、濃縮し、酢酸エチル20部を加えて攪拌し、上澄液を除去した。得られた残渣にtert−ブチルメチルエーテル20部を加えて攪拌し、上澄液を除去した。得られた残渣をクロロホルムに溶解し、濃縮することにより、式(I−1)で表される塩6.84部を得た。
MS(ESI(+)Spectrum):M 263.1
MS(ESI(−)Spectrum):M 503.1
実施例2:式(I−5)で表される塩の合成
Figure 2013136560
式(I5−e)で表される塩を、特開2008−127367号公報に記載された方法に準じて合成した。
式(I5−e)で表される塩1.37部及びアセトニトリル10部を仕込み、40℃で30分間攪拌し、式(I5−f)で表される化合物0.56部を仕込み、50℃で1時間攪拌することにより、式(I5−g)で表される化合物を含む溶液を得た。
Figure 2013136560
得られた式(I5−g)で表される化合物を含む溶液に、式(I1−d)で表される化合物0.99部を仕込み、23℃で1時間攪拌した。得られた反応マスに、クロロホルム20部及びイオン交換水10部を仕込み、攪拌、分液を行った。水洗を5回行った。得られた有機層に活性炭0.30部を仕込み、23℃で30分間攪拌し、ろ過した。ろ液を濃縮した後、得られた濃縮物に、アセトニトリル10部を添加して溶解し、濃縮し、酢酸エチル10部を加えて攪拌し、上澄液を除去した。得られた残渣にtert−ブチルメチルエーテル10部を加えて攪拌し、上澄液を除去した。得られた残渣をクロロホルムに溶解し、濃縮することにより、式(I−5)で表される塩1.19部を得た。
MS(ESI(+)Spectrum):M 305.1
MS(ESI(−)Spectrum):M 503.1
実施例3:式(I−45)で表される塩の合成
Figure 2013136560
式(I45−e)で表される塩を、特開2008−127367号公報に記載された方法に準じて合成した。
式(I45−e)で表される塩1.67部及びアセトニトリル10部を仕込み、40℃で30分間攪拌し、式(I45−f)で表される化合物0.56部を仕込み、50℃で1時間攪拌することにより、式(I45−g)で表される化合物を含む溶液を得た。
Figure 2013136560
得られた式(I45−g)で表される化合物を含む溶液に、式(I1−d)で表される化合物0.99部を仕込み、23℃で1時間攪拌した。得られた反応マスに、クロロホルム20部及びイオン交換水10部を仕込み、攪拌、分液を行った。水洗を5回行った。得られた有機層に活性炭0.30部を仕込み、23℃で30分間攪拌し、ろ過した。ろ液を濃縮した後、得られた濃縮物に、アセトニトリル10部を添加して溶解し、濃縮し、酢酸エチル10部を加えて攪拌し、上澄液を除去した。得られた残渣にtert−ブチルメチルエーテル10部を加えて攪拌し、上澄液を除去した。得られた残渣をクロロホルムに溶解し、濃縮することにより、式(I−45)で表される塩1.25部を得た。
MS(ESI(+)Spectrum):M 375.2
MS(ESI(−)Spectrum):M 503.1
合成例(樹脂(A)の合成)
樹脂の合成において使用した化合物(モノマー)を下記に示す。
以下、これらのモノマーを「モノマー(A)」〜「モノマー(C)」という。
Figure 2013136560
合成例1〔樹脂A1の合成〕
モノマー(A)11.18部、p−アセトキシスチレン14.60部、モノマー(B)3.55部に1,4−ジオキサン29.32部を加えて溶液とし、87℃まで昇温した。得られた溶液に、開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル2.96部を添加し、87℃で6時間保温した。冷却後反応液をメタノール304.97部とイオン交換水76.24部の混合液に注いで重合物を沈殿ろ過した。得られたろ過物及び4−ジメチルアミノピリジン2.93部を、得られたろ過物と同量のメタノールに加えて15時間加熱還流した。冷却後、得られた反応液に氷酢酸2.09部を加え中和した後、大量の水に注いで沈殿させた。析出した重合物をろ別し、アセトンに溶解させた後、大量の水に注いで沈殿させる操作を3回繰り返して精製し、重量平均分子量が約3.5×10の共重合体27.82部を得た。この共重合体は、モノマー(A)、p−ヒドロキシスチレン及びモノマー(B)に各々由来する、以下の各モノマーから導かれる構造単位を有するものであり、これを樹脂A1とする。
Figure 2013136560
合成例2〔樹脂A2の合成〕
モノマー(A)11.18部、p−アセトキシスチレン14.60部、モノマー(B)1.77部、モノマー(C)1.28部に1,4−ジオキサン28.83部を加えて溶液とし、87℃まで昇温した。得られた溶液に、開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル2.96部を添加し、87℃で6時間保温した。冷却後反応液をメタノール299.81部とイオン交換水74.95部の混合液に注いで重合物を沈殿ろ過した。得られたろ過物及び4−ジメチルアミノピリジン2.88部を、得られたろ過物と同量のメタノールに加えて15時間加熱還流した。冷却後、得られた反応液に氷酢酸2.05部を加え中和した後、大量の水に注いで沈殿させた。析出した重合物をろ別し、アセトンに溶解させた後、大量の水に注いで沈殿させる操作を3回繰り返して精製し、重量平均分子量が約3.8×10の共重合体26.91部を得た。この共重合体は、モノマー(A)、p−ヒドロキシスチレン、モノマー(B)及びモノマー(C)に各々由来する、以下の各モノマーから導かれる構造単位を有するものであり、これを樹脂A2とする。
Figure 2013136560
実施例4〜9及び比較例1
<レジスト組成物の調製>
表3に示す成分を、表3に示す質量部で、以下に示す溶剤と混合して溶解させ、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て、レジスト組成物を調製した。
Figure 2013136560
<樹脂>
A1:合成例1で得られた樹脂A1
A2:合成例2で得られた樹脂A2
<酸発生剤>
I−1:実施例1で得られた式(I−1)で表される塩
I−5:実施例2で得られた式(I−5)で表される塩
I−45:実施例3で得られた式(I−45)で表される塩
B1−X:
Figure 2013136560
<塩基性化合物:クエンチャー>
C1:
Figure 2013136560
<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 400部
プロピレングリコールモノメチルエーテル 100部
γ−ブチロラクトン 5部
(電子線照射によるレジストパターンの製造及びその評価)
シリコンウェハを、ダイレクトホットプレート上にて、ヘキサメチルジシラザンを用いて90℃で60秒処理し、上記のレジスト組成物を乾燥(プリベーク)後の膜厚が0.06μmとなるようにスピンコートした。その後、ダイレクトホットプレート上にて、表4の「PB」欄に示す温度で60秒間プリベークして、組成物層を形成した。このように組成物層を形成したそれぞれのウェハに、電子線描画機〔(株)日立製作所製の「HL−800D 50keV」を用い、露光量を段階的に変化させてラインアンドスペースパターンを露光した。
露光後、ホットプレート上にて表3の「PEB」欄に示す温度で60秒間ポストエキスポジャーベークを行い、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い、レジストパターンを得た。
各レジスト組成物からのレジストパターン形成において、60nmのラインアンドスペースパターンの線幅が1:1となる露光量を実効感度とした。
<形状評価>
60nmのラインアンドスペースパターンを走査型電子顕微鏡で観察した。図1に示すように、トップ形状及び裾形状が矩形に近く良好なもの(a)を○、トップ形状が丸い(b)又はT字型に近いもの(c)、または裾引きが見られるもの(d)を×として判断した。結果を表4に示す。
Figure 2013136560
本発明の化合物に由来する構造単位を有する樹脂を含むレジスト組成物を用いれば、形状に優れたレジストパターンを製造できる。

Claims (8)

  1. 式(I)で表される塩。
    Figure 2013136560
    [式(I)中、
    及びQは、互いに独立に、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。
    は、2価の炭素数1〜17の飽和炭化水素基を表し、該飽和炭化水素基を構成しているメチレン基は、酸素原子又はカルボニル基で置き換わっていてもよく、L中の該飽和炭化水素基に含まれる水素原子は、フッ素原子で置き換わっていてもよい。
    は、単結合又は2価の炭素数1〜16の飽和炭化水素基を表し、該飽和炭化水素基を構成しているメチレン基は、酸素原子又はカルボニル基で置き換わっていてもよい。
    は、酸素原子、メチレン基又は−CO−CH−を表す。
    環Wは、炭素数6〜18の芳香族環を表す。
    環Wは、炭素数4〜18の脂肪族環を表す。
    は、ヒドロキシ基、炭素数1〜6のアルキル基又は炭素数1〜6のアルコキシ基を表す。
    は、炭素数1〜6のアルキル基又は炭素数1〜6のアルコキシ基を表す。
    は、ヒドロキシ基、炭素数1〜6のヒドロキシアルキル基又は炭素数1〜6のヒドロキシアルコキシ基を表し、該ヒドロキシアルキル基及び該ヒドロキシアルコキシに含まれる水素原子はハロゲン原子で置換されていてもよい。
    sは、0〜2の整数を表す。sが2のとき、複数存在するRは、互いに同一であっても異なっていてもよい。
    tは、0〜2の整数を表す。tが2のとき、複数存在するRは、互いに同一であっても異なっていてもよい。
    uは、1〜3の整数を表す。uが2又は3のとき、複数存在するRは、互いに同一であっても異なっていてもよい。
    は、有機対イオンを表す。]
  2. 前記Lが、式(bL1−1)で表される基である請求項1記載の塩。
    Figure 2013136560
    [式(bL1−1)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。*はC(Q)(Q)との結合手を表す。]
  3. 前記L−Lが、式(bL2−1)で表される基である請求項1又は2記載の塩。
    Figure 2013136560
    [式(bL2−1)中、
    b13及びLb14は、それぞれ独立に、単結合又は炭素数1〜14の2価の飽和炭化水素基を表す。但しLb13及びLb14の合計炭素数の上限は14である。*は環Wとの結合手を表す。]
  4. 前記Zが、アリールスルホニウムカチオンである請求項1〜3のいずれか記載の塩。
  5. 請求項1〜4のいずれか記載の塩を含有する酸発生剤。
  6. 請求項5記載の酸発生剤と樹脂とを含有し、該樹脂が、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、酸の作用によりアルカリ水溶液で溶解し得る樹脂であるレジスト組成物。
  7. さらに塩基性化合物を含有する請求項6記載のレジスト組成物。
  8. (1)請求項6又は7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)組成物層に露光する工程、
    (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。
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