JP2014224984A - フォトレジスト組成物、レジストパターン形成方法、化合物及び重合体 - Google Patents

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Abstract

【課題】LWR性能、解像性、断面形状の矩形性及び焦点深度に優れるフォトレジスト化合物を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、[A]酸解離性基を含む構造単位を有する重合体、及び[B1]酸発生体を含有し、上記[B1]酸発生体が、下記式(i)で表される基を有する(チオ)アセタール化合物及びこの化合物に由来する構造単位を有する重合体からなる群より選ばれる少なくとも1種を含むフォトレジスト組成物である。下記式(i)中、R1及びR2はそれぞれ独立して、水素原子、フッ素原子、炭素数1〜20の1価の炭化水素基又は炭素数1〜20のフッ素化炭化水素基である。nは0〜5の整数である。M+は光分解性の1価のオニウムカチオンである。【選択図】なし

Description

本発明は、フォトレジスト組成物、レジストパターン形成方法、化合物及び重合体に関する。
化学増幅型のフォトレジスト組成物は、KrFエキシマレーザー光(波長248nm)やArFエキシマレーザー光(波長193nm)等に代表される遠紫外線や電子線の照射により露光部に酸を生成させ、この酸を触媒とする化学反応により露光部及び未露光部の現像液に対する溶解速度を変化させることで、基板上にレジストパターンを形成させるものである。
微細化加工技術の発展に伴い、フォトレジスト組成物には、より高い解像性及びより広い焦点深度が要求され、加えて、形成されるレジストパターンの断面形状の矩形性に優れていることが要求される。この要求に対し、フォトレジスト組成物に含有される酸発生体が種々検討されており、例えば嵩高い基を有するスルホン酸塩等が開発されている(特開2004−307387号公報及び特開2007−145797号公報参照)。
しかし、上記従来のフォトレジスト組成物では、上述の解像性等の性能、及びライン幅のばらつきを表す値であるLWR(Line Width Roughness)性能を十分に満足させることができていない。
特開2004−307387号公報 特開2007−145797号公報
本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、LWR性能、解像性、断面形状の矩形性及び焦点深度に優れるフォトレジスト化合物を提供することである。
上記課題を解決するためになされた発明は、
[A]酸解離性基を含む構造単位を有する重合体、及び
[B1]酸発生体
を含有し、
上記[B1]酸発生体が、下記式(i)で表される基を有する(チオ)アセタール化合物(以下、「化合物(1)」とも称する)及びこの化合物に由来する構造単位を有する重合体(以下、「重合体(1)」とも称する)からなる群より選ばれる少なくとも1種を含むフォトレジスト組成物である。
Figure 2014224984
(式(i)中、R及びRは、それぞれ独立して、水素原子、フッ素原子、炭素数1〜20の1価の炭化水素基又は炭素数1〜20のフッ素化炭化水素基である。nは、0〜5の整数である。nが2以上の場合、複数のR及びRはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。Mは、光分解性の1価のオニウムカチオンである。)
本発明の別のフォトレジスト組成物は、
[A]酸解離性基を含む構造単位を有する重合体、
[B2]酸発生体、及び
[C1]酸拡散制御体
を含有し、
上記[B2]酸発生体が、露光により[C1]酸拡散制御体から発生する酸より強い酸を発生し、
上記[C1]酸拡散制御体が、上記(チオ)アセタール化合物及びこの化合物に由来する構造単位を有する重合体からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む。
本発明のレジストパターン形成方法は、
当該フォトレジスト組成物を用い、レジスト膜を形成する工程、
上記レジスト膜を露光する工程、及び
上記露光されたレジスト膜を現像する工程
を有する。
本発明の化合物は、上記式(i)で表される基を有する(チオ)アセタール化合物である。
本発明の重合体は、当該化合物に由来する構造単位を有する。
本発明のフォトレジスト組成物及びレジストパターン形成方法によれば、広い焦点深度を発揮しつつ、LWRが小さく、解像度が高く、断面形状の矩形性に優れるレジストパターンを形成することができる。本発明の化合物及び重合体は、当該フォトレジスト組成物の成分として好適に用いることができる。従って、これらは、更なる微細化が求められるリソグラフィー工程において好適に用いることができる。
<フォトレジスト組成物>
本発明のフォトレジスト組成物は、[A]酸解離性基を含む構造単位を有する重合体(以下「[A]重合体」とも称する)及び[B]酸発生体を含有する。フォトレジスト組成物は、好適成分として後述する[C]酸拡散制御体を含有し、さらに他の好適成分として後述する[D]フッ素原子含有化合物、[E]溶媒及び[F]偏在化促進剤を含有することができる。また、本発明の効果を損なわない限りその他の任意成分を含有してもよい。
本発明のフォトレジスト組成物の一例であるフォトレジスト組成物(A)は、[A]重合体、並びに[B]酸発生体としての[B1]化合物(1)及び重合体(1)からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む酸発生体を含有する。フォトレジスト組成物(A)は、後述する[B]酸発生体として[B2]露光により[C1]酸拡散制御体から発生する酸より強い酸を発生する酸発生体をさらに含有してもよい。また、フォトレジスト組成物(A)は、好適成分の[C]酸拡散制御体として、[C1]化合物(1)及び重合体(1)からなる群より選ばれる少なくとも1種を含有する酸拡散制御体、又は[C2]化合物(1)及び重合体(1)のいずれも含有しない酸拡散制御体のいずれをも使用できる。
このようなフォトレジスト組成物(A)は、[B1]酸発生体を含有するので、LWR性能、解像性、断面形状の矩形性及び焦点深度に優れる。
本発明のフォトレジスト組成物の他の例であるフォトレジスト組成物(B)は、[A]重合体、[B]酸発生体としての[B2]露光により[C1]酸拡散制御体から発生する酸よりも強い酸を発生する酸発生体、並びに[C]酸拡散制御体としての[C1]化合物(1)及び重合体(1)からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む酸拡散制御体を含有する。
このようなフォトレジスト組成物(B)は、[C1]酸拡散制御体を含有するので、LWR性能、解像性、断面形状の矩形性及び焦点深度に優れる。
以下、フォトレジスト組成物の各成分を詳述する。
<[A]重合体>
[A]重合体は、酸解離性基を含む構造単位(以下、「構造単位(I)」とも称する)を有する重合体であればその具体的な構造は特に限定されるものではない。また、[A]重合体は、構造単位(I)以外の構造単位として、ラクトン構造、環状カーボネート構造及びスルトン構造からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造を含む構造単位(II)、ヒドロキシ基を含む構造単位(以下、「構造単位(III)」とも称する)を有することが好ましい。さらに、[A]重合体は、本発明の効果を損なわない限り他の構造単位を有してもよく、[A]重合体は、各構造単位を2種以上有していてもよい。以下、各構造単位を詳述する。
[構造単位(I)]
構造単位(I)は、酸解離性基を含む構造単位である。フォトレジスト組成物(A)は、露光部において、構造単位(I)中の酸解離性基が、[B]酸発生体から発生した酸の作用により解離することにより、[A]重合体の現像液に対する溶解性が変化するので、レジストパターンを形成することができる。構造単位(I)における「酸解離性基」とは、例えばカルボキシ基、ヒドロキシ基等の極性基の水素原子を置換する基であって、酸の存在下で解離する基をいう。構造単位(I)としては、酸解離性基を含む限り、特に限定されないが、例えば、下記式(3)で表される構造単位が挙げられる。
Figure 2014224984
式(3)中、R14は、水素原子、フッ素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。R15は、炭素数1〜10の1価の鎖状炭化水素基である。R16及びR17は、それぞれ独立して炭素数1〜10の1価の鎖状炭化水素基、若しくは無置換若しくはヒドロキシ基置換の炭素数3〜20の1価の脂環式炭化水素基であるか、又はこれらの基が互いに合わせられこれらが結合する炭素原子と共に構成される炭素数3〜20の脂環構造を表す。
上記R15〜R17で表される炭素数1〜10の1価の鎖状炭化水素基としては、例えばメチル基、エチル基、プロピル基等が挙げられる。
上記R16及びR17で表されるヒドロキシ基置換の炭素数3〜20の1価の脂環式炭化水素基としては、例えばシクロブチル基、シクロペンチル基、シクロへキシル基、シクロオクチル基、アダマンチル基等をヒドロキシ置換した基が挙げられる。
上記R16及びR17が互いに結合して形成してもよい炭素数3〜20の脂環構造としては、例えばシクロペンタンジイル基、ノルボルナンジイル基、アダマンタンジイル基等が挙げられる。
構造単位(I)としては、例えば下記式(3−1)〜(3−15)で表される構造単位が挙げられる。
Figure 2014224984
上記式(3−1)〜(3−15)中、R14は、上記式(3)と同義である。
これらの中で、上記式(3−3)、(3−8)、(3−9)及び(3−13)で表される化合物が好ましい。
[A]重合体における構造単位(I)の含有割合としては、[A]重合体を構成する全構造単位に対して5モル%以上90モル%以下が好ましく、10モル%以上85モル%以下がより好ましい。[A]重合体における構造単位(I)の含有割合を上記範囲とすることで、フォトレジスト組成物は、感度等をより向上させることができ、結果としてLWR性能、解像性、断面形状の矩形性及び焦点深度を向上させることができる。
[構造単位(II)]
[A]重合体は、ラクトン構造、環状カーボネート構造及びスルトン構造からなる群より選択される少なくとも1種の構造を含む構造単位(II)を有することが好ましい。[A]重合体が構造単位(II)を有することで、レジスト膜の基板への密着性等を高めることができる。
構造単位(II)としては、例えば下記式で表される構造単位が挙げられる。
Figure 2014224984
Figure 2014224984
Figure 2014224984
上記式中、RL1は、水素原子、フッ素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。
上記構造単位のうち、ノルボルナンラクトン構造を有する構造単位、ブチロラクトン構造を有する構造単位が好ましく、(メタ)アクリル酸シアノノルボルナンラクトニルエステルに由来する構造単位、(メタ)アクリル酸オキサノルボルナンラクトニルエステルに由来する構造単位、(メタ)アクリル酸γ−ブチロラクトニルエステルに由来する構造単位がより好ましい。
[A]重合体における構造単位(II)の含有割合としては、[A]重合体を構成する全構造単位に対して0モル%以上65モル%以下が好ましく、15モル%以上60モル%以下がより好ましい。構造単位(II)の含有割合を上記範囲とすることでレジスト膜の基板への密着性をより高めることができる。
[構造単位(III)]
構造単位(III)は、極性基を含む構造単位である。極性基としては、ヒドロキシ基、カルボキシ基、アルコキシ基、スルファニル基、スルホンアミド基、ハロゲン原子等が挙げられる。これらの中で、ヒドロキシ基が好ましい。[A]重合体が構造単位(I)に加えて構造単位(III)をさらに有することで、[B1]化合物から発生する酸との相互作用がより高まり、当該化合物から発生する酸の拡散長をより適切化できる。その結果、フォトレジスト組成物(A)のLWR性能及び解像性をさらに向上することができる。
構造単位(III)としては、ヒドロキシ基を含む限り特に限定されないが、例えば下記式(III−1)〜(III−4)で表される構造単位(以下、「構造単位(III−1)〜(III−4)」とも称する)等が挙げられる。
Figure 2014224984
上記式(III−1)及び(III−2)中、RL2は、水素原子、フッ素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。
上記式(III−1)中、Eは、2価の酸解離性基である。R21は、(b+1)価の脂環式炭化水素基である。bは、1〜3の整数である。
上記式(III−1)及び(iii)中、Lは、2価の炭化水素基である。Lが複数の場合、複数のLは同一でも異なっていてもよい。
上記式(III−2)中、R22は、(b+1)価の脂環式炭化水素基である。bは、1〜3の整数である。
上記式(III−3)中、R23は、水素原子又はメチル基である。R24、R25、R26及びR27は、それぞれが結合している炭素原子と共に、上記式(iii)で表される構造を形成する基である。
上記式(iii)中、Aは、炭素数3〜20の脂環構造、ラクトン構造、環状カーボネート構造又はスルトン構造を示す。dは、1〜3の整数である。
上記式(III−4)中、R23は、上記式(III−3)と同義である。R28は、1価の有機基である。pは、0〜3の整数である。R28が複数の場合、複数のR28は同一でも異なっていてもよい。qは、1〜3の整数である。但し、p及びqは、p+q≦5を満たす。
上記RL2としては、構造単位(III−1)又は(III−2)を与える単量体の共重合性の観点から、メチル基が好ましい。
上記Eで表される2価の酸解離性基は、結合するエステル基との間の酸素−炭素結合が酸により開裂する基である。このような基としては、例えば、2,2−プロパンジイル基、2,2−ブタンジイル基、2,3−ブタンジイル基等が挙げられる。これらの中でも、2,2−プロパンジイル基が好ましい。
上記R21で表される(b+1)価の脂環式炭化水素基としては、例えば
2価(bが1)の脂環式炭化水素基として、1,3−アダマンタンジイル基、1,2−アダマンタンジイル基、2,5−ノルボルナンジイル基、1,4−シクロヘキサンジイル基等が挙げられ、
3価(bが2)の脂環式炭化水素基として、1,3,5−アダマンタントリイル基、1,2,3−アダマンタントリイル基、2,3,5−ノルボルナントリイル基、1,3,4−シクロヘキサントリイル基等が挙げられる。これらのうち、1,3−アダマンタンジイル基、1,3,5−アダマンタントリイル基が好ましく、1,3−アダマンタンジイル基がより好ましい。
上記Lで表される2価の炭化水素基としては、例えば
2,2−プロパンジイル基、2,2−ブタンジイル基、2,3−ブタンジイル基等のアルカンジイル基;
1,2−シクロペンタンジイル基、1,2−シクロヘキサンジイル基等のシクロアルカンジイル基等が挙げられる。これらの中で、アルカンジイル基が好ましく、2,2−プロパンジイル基がより好ましい。
上記R22で表される(b+1)価の脂環式炭化水素基としては、上記R21で表される(b+1)価の脂環式炭化水素基として例示したものと同様の基等が挙げられる。
bとしては、1又は2が好ましく、1がより好ましい。
上記R23としては、構造単位(III)を与える単量体の共重合性の観点から、水素原子が好ましい。
上記Aで表される脂環構造としては、例えば、シクロペンタン構造、シクロヘキサン構造等の単環構造;ノルボルナン構造、アダマンタン構造等の多環構造等が挙げられる。これらの中で、シクロヘキサン構造、アダマンタン構造が好ましく、シクロヘキサン構造がより好ましい。
上記dとしては、1又は2が好ましく、1がより好ましい。
上記R28で表される1価の有機基としては、例えば炭素数1〜12の1価の鎖状炭化水素基、炭素数3〜20の1価の脂環式炭化水素基、炭素数6〜20の1価の芳香族炭化水素基、1価の酸素原子含有有機基、1価の窒素原子含有有機基等が挙げられる。
上記1価の鎖状炭化水素基としては、例えばメチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−デシル基等が挙げられる。
上記1価の脂環式炭化水素基としては、例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロオクチル基、ノルボルニル基、アダマンチル基等が挙げられる。
上記1価の芳香族炭化水素基としては、例えば、フェニル基、o−トリル基、m−トリル基、p−トリル基、2,4−キシリル基、2,6−キシリル基、3,5−キシリル基、メシチル基、o−クメニル基、m−クメニル基、p−クメニル基、ベンジル基、フェネチル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基等が挙げられる。
上記1価の酸素原子含有有機基としては、例えば
カルボキシ基;
ヒドロキシメチル基、1−ヒドロキシエチル基、2−ヒドロキシエチル基等の炭素数1〜8の直鎖状又は分岐状のヒドロキシアルキル基;
3−ヒドロキシシクロペンチル基、4−ヒドロキシシクロヘキシル基等の炭素数3〜8のヒドロキシシクロアルキル基;
メトキシ基、エトキシ基等の炭素数1〜8の直鎖状又は分岐状のアルコキシ基;
シクロペンチルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基等のシクロアルキルオキシ基;
メトキシカルボニルオキシ基、エトキシカルボニルオキシ基等の炭素数2〜9の直鎖状のアルコキシカルボニルオキシ基;
(1−メトキシエトキシ)メチル基、(1−エトキシエトキシ)メチル基等の炭素数3〜11の直鎖状又は分岐状の(1−アルコキシアルコキシ)アルキル基;
(1−シクロペンチルオキシエトキシ)メチル基、(1−シクロヘキシルオキシエトキシ)メチル基等の炭素数5〜11の(1−シクロアルキルオキシアルコキシ)アルキル基;
メトキシカルボニルオキシメチル基、エトキシカルボニルオキシメチル基等の炭素数3〜10の直鎖状又は分岐状のアルコキシカルボニルオキシアルキル基;
シクロペンチルオキシカルボニルオキシメチル基、シクロヘキシルオキカルボニルオキシメチル基等の炭素数5〜10のシクロアルキルオキシカルボニルオキシアルキル基等が挙げられる。
上記1価の窒素原子含有有機基としては、例えば
シアノ基;
シアノメチル基、1−シアノエチル基、2−シアノエチル基等の炭素数2〜9の直鎖状又は分岐状のシアノアルキル基;
3−シアノシクロペンチル基、4−シアノシクロヘキシル基等の炭素数4〜9のシアノシクロアルキル基等が挙げられる。
28としては、これらの中で、パターンの矩形性向上の観点から、1価の鎖状炭化水素基が好ましく、メチル基、エチル基、n−プロピル基及びi−プロピル基が好ましい。
上記pとしては、0〜2が好ましく、0又は1がより好ましく、0がさらに好ましい。上記qとしては、1又は2が好ましく、1がより好ましい。
構造単位(III−1)〜(III−4)としては、例えば下記式で表される構造単位が挙げられる。
Figure 2014224984
Figure 2014224984
上記式中、RL2は、上記式(III−1)及び(III−2)と同義である。R14は、上記式(III−3)及び(III−4)と同義である。
これらのうち、ヒドロキシスチレンに由来する構造単位、(メタ)アクリル酸3−ヒドロキシアダマンチルエステルに由来する構造単位が好ましい。
構造単位(III)の含有割合としては、[A]重合体を構成する全構造単位に対して、90モル%以下が好ましく、1モル%以上80モル%以下がより好ましく、2モル%以上75モル%以下がさらに好ましい。構造単位(III)の含有割合が上記上限を超えると、現像前後のコントラストが減少するため、フォトレジスト組成物のパターン形成性が低下する場合がある。
[他の構造単位]
[A]重合体は、上記構造単位(I)〜(III)以外にも、他の構造単位を有してもよい。上記他の構造単位としては、例えば非酸解離性の脂環式炭化水素基を含む構造単位が挙げられる。他の構造単位の含有割合としては、[A]重合体を構成する全構造単位に対して、通常30モル%以下であり、20モル%以下が好ましい。
当該フォトレジスト組成物における[A]重合体の含有量としては、全固形分に対して通常70質量%以上であり、75質量%以上がより好ましい。[A]重合体の含有量が上記下限より小さいと、フォトレジスト組成物のパターン形成性が低下する場合がある。なお、フォトレジスト組成物(A)は[A]重合体を1種又は2種以上含有していてもよい。
<[A]重合体の合成方法>
[A]重合体は、酸解離性基を含む構造単位を与える単量体等を用い、ラジカル重合等の常法に従って合成できる。合成方法としては、例えば単量体及びラジカル開始剤を含有する溶液を、反応溶媒又は単量体を含有する溶液に滴下して重合反応させる方法;単量体を含有する溶液と、ラジカル開始剤を含有する溶液とを各別に、反応溶媒又は単量体を含有する溶液に滴下して重合反応させる方法;各々の単量体を含有する複数種の溶液と、ラジカル開始剤を含有する溶液とを各別に、反応溶媒又は単量体を含有する溶液に滴下して重合反応させる方法等が挙げられる。
上記重合における反応温度としては、ラジカル開始剤種によって適宜決定されるが、通常30℃〜180℃であり、40℃〜160℃が好ましく、50℃〜140℃がより好ましい。滴下時間は、反応温度、ラジカル開始剤の種類、反応させる単量体等によって異なるが、通常30分〜8時間であり、45分〜6時間が好ましく、1時間〜5時間がより好ましい。また、滴下時間を含む全反応時間は、通常30分〜8時間であり、45分〜7時間が好ましく、1時間〜6時間がより好ましい。
上記ラジカル開始剤としては、例えば2,2’−アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)、2,2’−アゾビス(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス(2−シクロプロピルプロピオニトリル)、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビスイソ酪酸ジメチル等が挙げられる。これらのラジカル開始剤は2種以上を混合して使用できる。
上記重合に用いられる溶媒としては、各単量体の重合を阻害する溶媒以外の溶媒であって、その単量体を溶解可能な溶媒であれば限定されない。溶媒としては、例えばアルコール系溶媒、ケトン系溶媒、アミド系溶媒、エステル系溶媒、ラクトン系溶媒、ニトリル系溶媒等が挙げられる。これらの溶媒は、2種以上を併用できる。
重合反応により得られた重合体は、再沈殿法により回収することができる。再沈溶媒としては、アルコール系溶媒等を使用できる。
[A]重合体を合成するための重合反応においては、分子量を調整するために、分子量調整剤を使用できる。分子量調整剤としては、例えばクロロホルム、四臭化炭素等のハロゲン化炭化水素類;n−ヘキシルメルカプタン、n−オクチルメルカプタン、n−ドデシルメルカプタン、t−ドデシルメルカプタン、チオグリコール酸等のメルカプタン類;ジメチルキサントゲンスルフィド、ジイソプロピルキサントゲンジスルフィド等のキサントゲン類;ターピノーレン、α−メチルスチレンダイマー等が挙げられる。
[A]重合体のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算重量平均分子量(Mw)としては、例えば1,000〜30,000が好ましく、2,000〜25,000がより好ましい。[A]重合体のMwを上記範囲とすることで、フォトレジスト組成物は感度等のリソグラフィー性能に優れたものとなる。
[A]重合体のGPCによるポリスチレン換算数平均分子量(Mn)に対するMwの比(Mw/Mn)は、通常1以上5以下であり、1以上3以下が好ましく、1以上2.5以下がより好ましい。Mw/Mnを上記範囲とすることで、フォトレジスト組成物(A)は感度等のリソグラフィー性能、及びエッチング耐性に優れたものとなる。なお、本明細書における重合体のMw及びMnは下記の条件によるGPCにより測定した。
カラム:G2000HXL2本、G3000HXL1本、及びG4000HXL1本(東ソー製)
移動相:テトラヒドロフラン
カラム温度:40℃
流速:1.0mL/分
試料濃度:1.0質量%
試料注入量:100μL
検出器:示差屈折計
標準物質:単分散ポリスチレン
<[B]酸発生体>
[B]酸発生体は、電磁波や荷電粒子線の露光により酸を発生する物質である。露光により発生した酸が[A]重合体中に存在する酸解離性基を解離させることにより、カルボキシ基等の極性基を生成させ、その結果、[A]重合体は現像液に対する溶解性が変化する。ここで、上記電磁波としては、紫外線、可視光線、遠紫外線、X線、γ線等が挙げられ、上記荷電粒子線としては、電子線、α線等が挙げられる。
[B]酸発生体としては、フォトレジスト組成物(A)には[B1]化合物(1)及び重合体(1)からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む酸発生体が使用され、フォトレジスト組成物(B)には[B2]露光により[C1]酸拡散制御体から発生する酸より強い酸を発生酸発生体が使用される。なお、化合物(1)及び重合体(1)の詳細については後述する。
フォトレジスト組成物(A)における[B1]酸発生体の含有形態としては、化合物の形態でも、重合体の形態でも、これらの両方の形態でもよい。化合物の形態の場合、化合物(1)として含有される。重合体の形態の場合、化合物(1)を構造単位として有する重合体の形態又は化合物(1)以外を構造単位とする重合体の一部として化合物(1)が組み込まれた形態として含有される。重合体の形態において、[A]重合体の構造単位又は一部として化合物(1)が組み込まれた形態であってもよい。その場合には、[A]重合体が[B1]酸発生体としても機能するため、[A]重合体と[B1]酸発生体は、1つの重合体に両成分が含有されていることになる。
[B1]酸発生体としては、上記式(i)におけるSO に隣接する炭素原子に結合するR及びRのうちの少なくとも一方が、フッ素原子又はパーフルオロアルキル基であるものが好ましく、フッ素原子であるものがより好ましく、またR及びRの双方がフッ素原子又はパーフルオロアルキル基であるものが好ましい。
フォトレジスト組成物(A)における[B1]酸発生体の含有量としては、[A]重合体100質量部に対して、0.1質量部以上30質量部以下が好ましく、3質量部以上25質量部以下がより好ましい。[B1]酸発生体の含有量が0.1質量部未満の場合、フォトレジスト組成物の感度及び現像性が低下する傾向がある。一方、[B1]酸発生体の含有量が30質量部を超えると、放射線に対する透明性が低下し、所望のレジストパターンを得られ難くなるおそれがある
フォトレジスト組成物(B)における[B2]酸発生体の含有形態としては、化合物の形態でも、重合体の一部として組み込まれた酸発生基の形態でも、これらの両方の形態でもよい。
[B2]酸発生体としては、例えばオニウム塩化合物、N−スルホニルオキシイミド化合物、ハロゲン含有化合物、ジアゾケトン化合物等が挙げられる。
オニウム塩化合物としては、例えばスルホニウム塩、テトラヒドロチオフェニウム塩、ヨードニウム塩、ホスホニウム塩、ジアゾニウム塩、ピリジニウム塩等が挙げられる。
スルホニウム塩としては、例えばトリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、トリフェニルスルホニウム2−ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムカンファースルホネート、4−シクロヘキシルフェニルジフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、4−シクロヘキシルフェニルジフェニルスルホニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、4−シクロヘキシルフェニルジフェニルスルホニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、4−シクロヘキシルフェニルジフェニルスルホニウム2−ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、4−シクロヘキシルフェニルジフェニルスルホニウムカンファースルホネート、4−メタンスルホニルフェニルジフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、4−メタンスルホニルフェニルジフェニルスルホニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、4−メタンスルホニルフェニルジフェニルスルホニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、4−メタンスルホニルフェニルジフェニルスルホニウム2−ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、4−メタンスルホニルフェニルジフェニルスルホニウムカンファースルホネート、トリフェニルスルホニウム1,1,2,2−テトラフルオロ−6−(1−アダマンタンカルボニロキシ)−ヘキサン−1−スルホネート、トリフェニルスルホニウム2−(1−アダマンチル)−1,1−ジフルオロエタンスルホネート等が挙げられる。
テトラヒドロチオフェニウム塩としては、例えばトリフェニルスルホニウム2−(アダマンタン−1−イルカルボニルオキシ)−1,1,2,3,3−ペンタフルオロプロパン−1−スルホネート、トリフェニルスルホニウムノルボルナンスルトン−2−イルオキシカルボニルジフルオロメタンスルホネート、トリフェニルスルホニウム3−(ピペリジニルスルホニル)プロパン−1−スルホネート、1−(4−n−ブトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、1−(4−n−ブトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、1−(4−n−ブトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、1−(4−n−ブトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウム2−ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、1−(4−n−ブトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムカンファースルホネート、1−(6−n−ブトキシナフタレン−2−イル)テトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、1−(6−n−ブトキシナフタレン−2−イル)テトラヒドロチオフェニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、1−(6−n−ブトキシナフタレン−2−イル)テトラヒドロチオフェニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、1−(6−n−ブトキシナフタレン−2−イル)テトラヒドロチオフェニウム2−ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、1−(6−n−ブトキシナフタレン−2−イル)テトラヒドロチオフェニウムカンファースルホネート、1−(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)テトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、1−(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)テトラヒドロチオフェニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、1−(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)テトラヒドロチオフェニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、1−(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)テトラヒドロチオフェニウム2−ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、1−(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)テトラヒドロチオフェニウムカンファースルホネート等が挙げられる。
ヨードニウム塩としては、例えばジフェニルヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、ジフェニルヨードニウム2−ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムカンファースルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウム2−ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムカンファースルホネート等が挙げられる。
N−スルホニルオキシイミド化合物としては、例えばN−(トリフルオロメタンスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(ノナフルオロ−n−ブタンスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(パーフルオロ−n−オクタンスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(2−ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(2−(3−テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカニル)−1,1−ジフルオロエタンスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(カンファースルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド等を挙げることができる。
[B2]酸発生体としては、これらの中で、トリフェニルスルホニウム2−(アダマンタン−1−イルカルボニルオキシ)−1,1,2,3,3−ペンタフルオロプロパン−1−スルホネート、トリフェニルスルホニウムノルボルナンスルトン−2−イルオキシカルボニルジフルオロメタンスルホネート、トリフェニルスルホニウム3−(ピペリジニルスルホニル)プロパン−1−スルホネートが好ましい。
これらの[B2]酸発生体は、1種又は2種以上を用いることができる。フォトレジスト組成物(B)における[B2]酸発生体の含有量としては、レジストとしての感度及び現像性を確保する観点から、[A]重合体100質量部に対して、通常、0.1質量部以上30質量部以下であり、1質量部以上25質量部以下が好ましく、3質量部以上15質量部以下がさらに好ましい。[B2]酸発生体の含有量が0.1質量部未満だと、感度及び現像性が低下する傾向がある。逆に、30質量部を超えると、露光光に対する透明性が低下して、所望のレジストパターンを得られ難くなる傾向がある。
<[C]酸拡散制御体>
[C]酸拡散制御体は、露光により[B]酸発生体から生じる酸のレジスト膜中における拡散現象を制御し非露光領域における好ましくない化学反応を抑制する効果を奏する。
[C]酸拡散制御体としては、[C1]化合物(1)及び重合体(1)からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む酸拡散制御体、又は[C2]化合物(1)及び重合体(1)のいずれも含まない酸拡散制御体が使用される。なお、化合物(1)及び重合体(1)の詳細については後述する。
[C1]酸拡散制御体は、フォトレジスト組成物(B)の必須成分であり、フォトレジスト組成物(A)の好適成分である。
フォトレジスト組成物(A),(B)における[C1]酸拡散制御体の含有形態としては、化合物の形態でも、重合体の形態でも、これらの両方の形態でもよい。化合物の形態の場合、化合物(1)として含有される。重合体の形態の場合、重合体(1)の形態又は化合物(1)以外を構造単位とする重合体の一部として化合物(1)が組み込まれた形態として含有される。重合体の形態において、[A]重合体の構造単位又は一部として化合物(1)が組み込まれた形態であってもよい。その場合には、[A]重合体が[C1]酸拡散制御体としても機能するため、[A]重合体と[C1]酸拡散制御体は、1つの重合体に両成分が含有されていることになる。
[C1]酸拡散制御体としては、上記式(i)におけるSO に隣接する炭素原子に結合するR及びRが、水素原子、炭素数1〜10のアルキル基又はパーフルオロアルキル基以外の炭素数1〜10のフッ素化アルキル基であるものが好ましい。
フォトレジスト組成物(A),(B)における[C1]酸拡散制御体の含有量としては、[A]重合体100質量部に対して、0.1質量部以上10質量部以下が好ましく、1.0質量部以上4.0質量部以下がより好ましい。[C1]酸拡散制御体の含有量が0.1質量部未満の場合、フォトレジスト組成物の感度及び現像性が低下する傾向がある。一方、[C1]酸拡散制御体の含有量が10質量部を超えると、放射線に対する透明性が低下し、所望のレジストパターンを得られ難くなるおそれがある。
[C2]酸拡散制御体は、フォトレジスト組成物(A)の好適成分である。フォトレジスト組成物(A)における[C2]酸拡散制御体の含有形態としては、化合物の形態でも、重合体の形態でも、これらの両方の形態でもよい。
[C2]酸拡散制御体としては、例えばアミン化合物、アミド基含有化合物、ウレア化合物、含窒素複素環化合物等が挙げられる。
上記アミン化合物としては、例えばモノ(シクロ)アルキルアミン類;ジ(シクロ)アルキルアミン類;トリ(シクロ)アルキルアミン類;置換アルキルアニリン又はその誘導体;エチレンジアミン、N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ジアミノベンゾフェノン、4,4’−ジアミノジフェニルアミン、2,2−ビス(4−アミノフェニル)プロパン、2−(3−アミノフェニル)−2−(4−アミノフェニル)プロパン、2−(4−アミノフェニル)−2−(3−ヒドロキシフェニル)プロパン、2−(4−アミノフェニル)−2−(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、1,4−ビス(1−(4−アミノフェニル)−1−メチルエチル)ベンゼン、1,3−ビス(1−(4−アミノフェニル)−1−メチルエチル)ベンゼン、ビス(2−ジメチルアミノエチル)エーテル、ビス(2−ジエチルアミノエチル)エーテル、1−(2−ヒドロキシエチル)−2−イミダゾリジノン、2−キノキサリノール、N,N,N’,N’−テトラキス(2−ヒドロキシプロピル)エチレンジアミン、N,N,N’,N’’N’’−ペンタメチルジエチレントリアミン等が挙げられる。
上記アミド基含有化合物としては、例えばN−t−ブトキシカルボニルジ−n−オクチルアミン、N−t−アミロキシカルボニルジ−n−オクチルアミン、N−t−ブトキシカルボニルジ−n−ノニルアミン、N−t−アミロキシカルボニルジ−n−ノニルアミン、N−t−ブトキシカルボニルジ−n−デシルアミン、N−t−アミロキシカルボニルジ−n−デシルアミン、N−t−ブトキシカルボニルジシクロヘキシルアミン、N−t−アミロキシカルボニルジシクロヘキシルアミン、N−t−ブトキシカルボニル−1−アダマンチルアミン、N−t−アミロキシカルボニル−1−アダマンチルアミン、N−t−ブトキシカルボニル−2−アダマンチルアミン、N−t−アミロキシカルボニル−2−アダマンチルアミン、N−t−ブトキシカルボニル−N−メチル−1−アダマンチルアミン、N−t−アミロキシカルボニル−N−メチル−1−アダマンチルアミン、(S)−(−)−1−(t−ブトキシカルボニル)−2−ピロリジンメタノール、(S)−(−)−1−(t−アミロキシカルボニル)−2−ピロリジンメタノール、(R)−(+)−1−(t−ブトキシカルボニル)−2−ピロリジンメタノール、(R)−(+)−1−(t−アミロキシカルボニル)−2−ピロリジンメタノール、N−t−ブトキシカルボニル−4−ヒドロキシピペリジン、N−t−アミロキシカルボニル−4−ヒドロキシピペリジン、N−t−ブトキシカルボニルピロリジン、N−t−アミロキシカルボニルピロリジン、N,N’−ジ−t−ブトキシカルボニルピペラジン、N,N’−ジ−t−アミロキシカルボニルピペラジン、N,N−ジ−t−ブトキシカルボニル−1−アダマンチルアミン、N,N−ジ−t−アミロキシカルボニル−1−アダマンチルアミン、N−t−ブトキシカルボニル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、N−t−アミロキシカルボニル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、N,N’−ジ−t−ブトキシカルボニルヘキサメチレンジアミン、N,N’−ジ−t−アミロキシカルボニルヘキサメチレンジアミン、N,N,N’,N’−テトラ−t−ブトキシカルボニルヘキサメチレンジアミン、N,N,N’,N’−テトラ−t−アミロキシカルボニルヘキサメチレンジアミン、N,N’−ジ−t−ブトキシカルボニル−1,7−ジアミノヘプタン、N,N’−ジ−t−アミロキシカルボニル−1,7−ジアミノヘプタン、N,N’−ジ−t−ブトキシカルボニル−1,8−ジアミノオクタン、N,N’−ジ−t−アミロキシカルボニル−1,8−ジアミノオクタン、N,N’−ジ−t−ブトキシカルボニル−1,9−ジアミノノナン、N,N’−ジ−t−アミロキシカルボニル−1,9−ジアミノノナン、N,N’−ジ−t−ブトキシカルボニル−1,10−ジアミノデカン、N,N’−ジ−t−アミロキシカルボニル−1,10−ジアミノデカン、N,N’−ジ−t−ブトキシカルボニル−1,12−ジアミノドデカン、N,N’−ジ−t−アミロキシカルボニル−1,12−ジアミノドデカン、N,N’−ジ−t−ブトキシカルボニル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、N,N’−ジ−t−アミロキシカルボニル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、N−t−ブトキシカルボニルベンズイミダゾール、N−t−ブトキシカルボニルベンズイミダゾール、N−t−アミロキシカルボニル−2−メチルベンズイミダゾール、N−t−ブトキシカルボニル−2−フェニルベンズイミダゾール、N−t−アミロキシカルボニル−2−フェニルベンズイミダゾール等のN−t−ブトキシカルボニル基含有アミノ化合物等が挙げられる。
上記ウレア化合物としては、例えば尿素、メチルウレア、1,1−ジメチルウレア、1,3−ジメチルウレア、1,1,3,3−テトラメチルウレア、1,3−ジフェニルウレア、トリ−n−ブチルチオウレア等が挙げられる。
上記含窒素複素環化合物としては、例えば2−フェニルイミダゾール等のイミダゾール類;ピリジン類;ピペラジン類等が挙げられる。
さらに、[C2]酸拡散制御体としては、露光により分解して酸拡散制御性としての塩基性を失うオニウム塩化合物を用いることもできる。このようなオニウム塩化合物としては、例えば下記式(7−1)で表されるスルホニウム塩化合物、式(7−2)で表されるヨードニウム塩化合物等が挙げられる。
Figure 2014224984
上記式(7−1)及び式(7−2)中、R29〜R33は、それぞれ独立して水素原子、アルキル基、アルコキシ基、ヒドロキシ基又はハロゲン原子である。Anbは、OH、R34−COO、R34−SO 、又は下記式(8)で表されるアニオンである。R34は、それぞれ独立してアルキル基、アリール基又はアルカノール基である。
Figure 2014224984
上記スルホニウム塩化合物及びヨードニウム塩化合物としては、例えばトリフェニルスルホニウムハイドロオキサイド、トリフェニルスルホニウムアセテート、トリフェニルスルホニウムサリチレート、ジフェニル−4−ヒドロキシフェニルスルホニウムハイドロオキサイド、ジフェニル−4−ヒドロキシフェニルスルホニウムアセテート、ジフェニル−4−ヒドロキシフェニルスルホニウムサリチレート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムハイドロオキサイド、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムアセテート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムハイドロオキサイド、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムアセテート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムサリチレート、4−t−ブチルフェニル−4−ヒドロキシフェニルヨードニウムハイドロオキサイド、4−t−ブチルフェニル−4−ヒドロキシフェニルヨードニウムアセテート、4−t−ブチルフェニル−4−ヒドロキシフェニルヨードニウムサリチレート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウム10−カンファースルホネート、ジフェニルヨードニウム10−カンファースルホネート、トリフェニルスルホニウム10−カンファースルホネート、4−t−ブトキシフェニル・ジフェニルスルホニウム10−カンファースルホネート等が挙げられる。
これらのスルホニウム塩化合物及びヨードニウム塩化合物のうち、トリフェニルスルホニウムサリチレート及びトリフェニルスルホニウム10−カンファースルホネートが好ましい。
[C2]酸拡散制御体は2種以上を併用してもよい。[C2]酸拡散制御体の含有量としては、[A]重合体100質量部に対して、好ましくは0.1質量部以上10質量部以下であり、より好ましくは2.3質量部以上3.6質量部以下である。[C2]酸拡散制御体の含有量を上記範囲とすることで、LWR性能、パターン現像性がより向上する。
次に、フォトレジスト組成物(A)の[B1]酸発生体又はフォトレジスト組成物(A),(B)の[C1]酸拡散制御体として使用される化合物(1)及び重合体(1)を詳述する。
<化合物(1)>
化合物(1)は、上記式(i)で表される基を有する(チオ)アセタール化合物である。(チオ)アセタール化合物とは、同一の炭素原子に一重結合で結合する2個の酸素原子を含む構造を有する化合物、又はこれらの酸素原子のうちの少なくとも1個が硫黄原子で置換された化合物である。化合物(1)は、上記式(i)で表される基をどこに有していてもよい。化合物(1)を含有するフォトレジスト組成物は、LWR性能、解像性、断面形状の矩形性及び焦点深度に優れる。このメカニズムは明確ではないが、化合物(1)の上記構造が適度な極性を有しているため、その極性に基づいて化合物(1)から発生する酸等が適度な拡散長を有することになるためであると推察される。
上記式(i)中、R及びRは、それぞれ独立して、水素原子、フッ素原子、炭素数1〜20の1価の炭化水素基又は炭素数1〜20のフッ素化炭化水素基である。nは、0〜5の整数である。nが2以上の場合、複数のR及びRはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。Mは、光分解性の1価のオニウムカチオンである。
上記R及びRで表される炭素数1〜20の1価の炭化水素基としては、例えばメチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、i−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、n−ヘキシル基、n−デシル基等が挙げられる。
及びRで表される炭素数1〜20の1価のフッ素化炭化水素基としては、例えばフルオロメチル基、ジフルオロメチル基、トリフルオロメチル基、フルオロエチル基、ジフルオロエチル基、トリフルオロエチル基、パーフルオロエチル基、パーフルオロ−n−プロピル基、ヘキサフルオロ−i−プロピル基、パーフルオロブチル基、パーフルオロペンチル基、パーフルオロヘキシル基、パーフルオロオクチル基、パーフルオロデシル基等が挙げられる。
nとしては1〜4の整数が好ましく、1又は2がより好ましい。
上記R及びRのうちのSO に隣接する炭素原子に結合するものとしては、フッ素原子又はパーフルオロアルキル基が好ましい。これにより、上記化合物(1)及びその重合体は、露光により強い酸を発生することができ、フォトレジスト組成物における[B]酸発生体として好適に使用することができる。
また、上記R及びRのうちのSO に隣接する炭素原子に結合するものとしては、水素原子、炭素数1〜10のアルキル基又はパーフルオロアルキル基以外の炭素数1〜10のフッ素化アルキル基であってもよい。これにより、上記化合物(1)及びその重合体は、未露光部においては拡散する酸を捕捉することができ、露光部においては酸の捕捉機能を失うので、フォトレジスト組成物における[C]酸拡散抑制体として好適に使用することができる。
上記化合物(1)としては、下記式(1−1)〜(1−3)で表される化合物が好ましい。
Figure 2014224984
上記式(1−1)〜(1−3)中、Zは、上記式(i)で表される基である。Rは単結合若しくは炭素数1〜20の2価の有機基、かつRは水素原子若しくは炭素数1〜20の1価の有機基であるか、又はR及びRは互いに合わせられRが結合する炭素原子及びRが結合するAと共に構成される環員数3〜20の環構造を表す。Aは、単結合又は炭素数1〜20の2価の炭化水素基である。aは、1〜3の整数である。R3’は単結合若しくは炭素数1〜20の2価の有機基、かつR4’は水素原子若しくは炭素数1〜20の1価の有機基であるか、又はR3’及びR4’は互いに合わせられこれらが結合する炭素原子と共に構成される環員数3〜20の環構造を表す。R3”は単結合若しくは炭素数1〜20の2価の有機基、かつR4”は水素原子若しくは炭素数1〜20の1価の有機基であるか、又はR3”及びR4”は互いに合わせられR3”が結合する炭素原子、R4”が結合するA’及びこのA’に結合する炭素原子と共に構成される環員数3〜20の環構造を表す。A’は、単結合、酸素原子、炭素数1〜20の2価の炭化水素基又は炭素数1〜20の2価のオキシ炭化水素基である。bは、1〜3の整数である。cは、2又は3である。R及びRは、それぞれ独立して水素原子若しくは炭素数1〜20の1価の有機基であるか、又はこれらの基が互いに合わせられこれらが結合する炭素原子と共に構成される環員数3〜20の環構造を表す。複数のR及びRはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。R及びRはそれぞれ独立して、炭素数1〜20の1価の有機基である。R及びR10は、それぞれ独立して炭素数1〜20の1価の有機基であるか、又はこれらの基が互いに合わせられこれらが結合する炭素原子と共に構成される環員数3〜20の環構造を表す。X及びXは、それぞれ独立して、酸素原子又は硫黄原子である。aが2以上の場合、複数のA、X、X、R及びRはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。bが2以上の場合、複数のA’、X、X、R及びR10はそれぞれ同一でも異なっていてもよい。
上記R〜R10、R4’及びR4”における炭素数1〜20の1価の有機基としては、例えば、炭素数1〜20の1価の鎖状炭化水素基、炭素数3〜20の1価の脂環式炭化水素基、炭素数6〜20の芳香族炭化水素基、これらの基の炭素−炭素間にヘテロ原子含有基を含む基、これらの基が有する水素原子の一部又は全部が置換基で置換された基等が挙げられる。上記R〜R10、R4’及びR4”の1価の有機基は、−SO3(Mは、光分解性の1価のオニウムカチオンである)を有さないことが好ましい。
上記鎖状炭化水素基としては、例えば、
メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、i−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基等のアルキル基;
エテニル基、プロペニル基、ブテニル基等のアルケニル基;
エチニル基、プロピニル基、ブチニル基等のアルキニル基等が挙げられる。
上記脂環式炭化水素基としては、例えば、
シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロオクチル基等の単環のシクロアルキル基;
シクロブテニル基、シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基等の単環のシクロアルケニル基;
ノルボルニル基、アダマンチル基、トリシクロデシル基、テトラシクロドデシル基等の多環のシクロアルキル基;
ノルボルネニル基、トリシクロデセニル基、テトラシクロドデセニル基等の多環のシクロアルケニル基等が挙げられる。
上記芳香族炭化水素基としては、例えば、
フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、アントリル基等のアリール基;
ベンジル基、フェネチル基、フェニルプロピル基、ナフチルメチル基等のアラルキル基等が挙げられる。
これらの基の炭素−炭素間に含まれるヘテロ原子含有基としては、例えば酸素原子、窒素原子、硫黄原子等のヘテロ原子を含む基等が挙げられ、−CO−、−CS−、−O−、−S−、−NR’−等から選ばれる1種又は2種以上を組み合わせた基等が挙げられる。R’は、水素原子又は炭素数1〜10の1価の炭化水素基である。
これらの基が有する水素原子を置換する置換基としては、例えば、
フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等のハロゲン原子;
メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、シクロヘキシルオキシ基等のアルコキシ基;
ホルミル基、アセチル基、プロピオニル基、アダマンタンカルボニル基等のアシル基;
アセトキシ基、プロピオニルオキシ基、アダマンタンカルボニルオキシ基等のアシロキシ基;
メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基等のアルコキシカルボニル基;
ヒドロキシ基、カルボキシ基、アミノ基、シアノ基、ニトロ基、スルホンアミド基、オキソ基(同一炭素原子に結合する2個の水素原子を置換する酸素原子をいう)等が挙げられる。
これらの中で、ハロゲン原子、アルコキシ基、ヒドロキシ基が好ましい。
上記R、R3’及びR3”における炭素数1〜20の2価の有機基としては、例えば、炭素数1〜20の2価の鎖状炭化水素基、炭素数3〜20の2価の脂環式炭化水素基、炭素数6〜20の2価の芳香族炭化水素基等が挙げられる。
上記2価の鎖状炭化水素基、2価の脂環式炭化水素基、2価の芳香族炭化水素基としては、例えば、上記R〜R10、R4’及びR4”として例示した1価の炭化水素基から1個の水素原子を除いた基等が挙げられる。
上記R、R3’及びR3”における炭素数1〜20の2価の有機基は、炭素−炭素間にヘテロ原子含有基を含む基、これらの基が有する水素原子の一部又は全部が置換基で置換された基を有するものであってもよい。この場合のヘテロ原子含有基及び置換基としては、例えば、上記R〜R10、R4’及びR4”のヘテロ原子含有基及び置換基として例示した基と同様の基等が挙げられる。
上記A及びA’で表される炭素数1〜20の2価の炭化水素基としては、例えば、
メタンジイル基、エタンジイル基、プロパンジイル基、ブタンジイル基等のアルカンジイル基;
エテンジイル基、プロペンジイル基、ブテンジイル基等のアルケンジイル基;
エチンジイル基、プロピンジイル基、ブチンジイル基等のアルキンジイル基などの炭素数1〜20の2価の鎖状炭化水素基;
シクロプロパンジイル基、シクロブタンジイル基、シクロペンタンジイル基、シクロヘキサンジイル基、ノルボルナンジイル基、アダマンタンジイル基等のシクロアルカンジイル基;
シクロプロペンジイル基、シクロブテンジイル基、シクロペンテンジイル基、シクロヘキセンジイル基、ノルボルネンジイル基等のシクロアルケンジイル基などの炭素数3〜20の2価の脂環式炭化水素基;
ベンゼンジイル基、トルエンジイル基、キシレンジイル基、ナフタレンジイル基、アントラセンジイル基等のアレーンジイル基;
ベンゼンジイルメタンジイル基、ベンゼンジイルエタンジイル基、ナフタレンジイルメタンジイル基等のアレーンジイルアルカンジイル基などの炭素数6〜20の2価の芳香族炭化水素基などが挙げられる。
上記A’で表される炭素数1〜20の2価のオキシ炭化水素基としては、例えば、
メタンジイルオキシ基、エタンジイルオキシ基、プロパンジイルオキシ基、ブタンジイルオキシ基等のアルカンジイルオキシ基;
エテンジイルオキシ基、プロペンジイルオキシ基、ブテンジイルオキシ基等のアルケンジイルオキシ基;
エチンジイルオキシ基、プロピンジイルオキシ基、ブチンジイルオキシ基等のアルキンジイルオキシ基などの炭素数1〜20の2価のオキシ鎖状炭化水素基;
シクロプロパンジイルオキシ基、シクロブタンジイルオキシ基、シクロペンタンジイルオキシ基、シクロヘキサンジイルオキシ基、ノルボルナンジイルオキシ基、アダマンタンジイルオキシ基等のシクロアルカンジイルオキシ基;
シクロプロペンジイルオキシ基、シクロブテンジイルオキシ基、シクロペンテンジイルオキシ基、シクロヘキセンジイルオキシ基、ノルボルネンジイルオキシ基等のシクロアルケンジイルオキシ基などの炭素数3〜20の2価のオキシ脂環式炭化水素基;
ベンゼンジイルオキシ基、トルエンジイルオキシ基、キシレンジイルオキシ基、ナフタレンジイルオキシ基、アントラセンジイルオキシ基等のアレーンジイルオキシ基;
ベンゼンジイルメタンジイルオキシ基、ベンゼンジイルエタンジイルオキシ基、ナフタレンジイルメタンジイルオキシ基等のアレーンジイルアルカンジイルオキシ基などの炭素数6〜20の2価のオキシ芳香族炭化水素基などが挙げられる。
上記Aとしては、単結合、2価の鎖状炭化水素基が好ましく、単結合、アルカンジイル基がより好ましく、単結合、メタンジイル基がさらに好ましく、単結合が特に好ましい。
上記A’としては、単結合、酸素原子が好ましい。
aとしては、1又は2が好ましい。
bとしては、1又は2が好ましい。
cとしては、2が好ましい。
及びRが互いに合わせられRが結合する炭素原子及びRが結合するAと共に構成される環員数3〜20の環構造、R3’及びR4’が互いに合わせられこれらが結合する炭素原子と共に構成される環員数3〜20の環構造、並びにR及びR、又はR及びR10が互いに合わせられこれらが結合する炭素原子と共に構成される環員数3〜20の環構造としては、例えば
シクロプロパン構造、シクロブタン構造、シクロペンタン構造、シクロヘキサン構造、シクロヘプタン構造、シクロオクタン構造、シクロデカン構造、メチルシクロヘキサン構造、エチルシクロヘキサン構造等の単環式飽和炭化水素構造;
シクロブテン構造、シクロペンテン構造、シクロヘキセン構造、シクロヘプテン構造、シクロオクテン構造、シクロデセン構造、シクロペンタジエン構造、シクロヘキサジエン構造、シクロオクタジエン構造、シクロデカジエン構造等の単環式不飽和炭化水素構造;
ビシクロ[2.2.1]ヘプタン構造(ノルボルナン構造)、ビシクロ[2.2.2]オクタン構造、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン構造、トリシクロ[3.3.1.13,7]デカン構造(アダマンタン構造)、テトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカン構造等の多環式飽和炭化水素構造;
ビシクロ[2.2.1]ヘプテン構造、ビシクロ[2.2.2]オクテン構造、トリシクロ[5.2.1.02,6]デセン構造、トリシクロ[3.3.1.13,7]デセン構造、テトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデセン構造等の多環式不飽和炭化水素構造等が挙げられる。
3”及びR4”が互いに合わせられR3”が結合する炭素原子、R4”が結合するA’及びこのA’が結合する炭素原子と共に構成される環員数3〜20の環構造としては、上記R及びRが互いに合わせられRが結合する炭素原子及びRが結合するAと共に構成される環員数3〜20の環構造として例示した環構造の他、例えば、
オキサシクロブタン構造、オキサシクロペンタン構造、オキサシクロヘキサン構造、オキサシクロヘプタン構造、オキサシクロオクタン構造、オキサシクロデカン構造等の単環式オキサシクロアルカン構造;
オキサシクロブテン構造、オキサシクロペンテン構造、オキサシクロヘキセン構造、オキサシクロヘプテン構造、オキサシクロオクテン構造、オキサシクロデセン構造等の単環式オキサシクロアルケン構造;
オキサビシクロ[2.2.1]ヘプタン構造(オキサノルボルナン構造)、オキサビシクロ[2.2.2]オクタン構造等の多環式オキサシクロアルカン構造;
オキサビシクロ[2.2.1]ヘプテン構造、オキサビシクロ[2.2.2]オクテン構造等の多環式オキサシクロアルケン構造等が挙げられる。
上記環構造としては、シクロヘキサン構造、ノルボルナン構造、アダマンタン構造、単環式オキサシクロアルカン構造が好ましい。
上記X及びXとしては、酸素原子が好ましい。
上記(1−1)で表される化合物としては、例えば下記式(1−1−1)〜(1−1−19)等で表される化合物が挙げられる。
Figure 2014224984
上記式(1−1−1)〜(1−1−19)中、Mは、上記式(i)と同義であり、光分解性の1価のオニウムカチオンである。
これらの中で、上記(1−1−1)〜(1−1−3)、(1−1−9)〜(1−1−12)及び(1−1−14)〜(1−1−19)で表される化合物が好ましい。
上記(1−2)で表される化合物としては、例えば下記式(1−2−1)〜(1−2−8)等で表される化合物が挙げられる。
Figure 2014224984
上記式(1−2−1)〜(1−2−8)中、Mは、上記式(i)と同義であり、光分解性の1価のオニウムカチオンである。
これらの中で、上記(1−2−1)及び(1−2−2)で表される化合物が好ましい。
上記(1−3)で表される化合物としては、例えば下記式(1−3−1)〜(1−3−44)等で表される化合物が挙げられる。
Figure 2014224984
Figure 2014224984
上記式(1−3−1)〜(1−3−44)中、Mは、上記式(i)と同義であり、光分解性の1価のオニウムカチオンである。
これらの中で、上記(1−3−1)〜(1−3−12)及び(1−3−17)〜(1−44)で表される化合物が好ましい。
上記式(1−1)におけるR及びRのうちの少なくとも一方、上記式(1−2)におけるR及びRのうちの少なくとも一方、及び式(1−3)におけるR及びR10のうちの少なくとも一方は、重合性二重結合を含むのが好ましい。R及びRのうちの少なくとも一方、R及びRのうちの少なくとも一方、又はR及びR10のうちの少なくとも一方が重合性二重結合を有することにより、上記式(1−1)、(1−2)又は(1−3)で表される化合物(1)に由来する構造単位を有する重合体を得ることができる。そのような重合性二重結合を有する化合物(1)としては、上記式(1−1−8)、(1−1−13)、(1−2−8)及び(1−3−16)で表される化合物等が挙げられる。
としては、光分解性を有するオニウムカチオンであれば特に限定されないが、例えばフルオロニウム、クロロニウム、ブロモニウム、ヨードニウム、オキソニウム、スルホニウム、セレノニウム、テルロニウム、アンモニウム、ホスホニウム、アルソニウム、スチボニウム、ビスムトニウムの各オニウムカチオン等が挙げられる。
で表されるオニウムカチオンとしては、下記式(2)で表されるカチオンが好ましい。
Figure 2014224984
上記式(2)中、R11は、フッ素原子、ヒドロキシ基、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のフッ素化アルキル基、炭素数1〜10のアルコキシ基、炭素数2〜11のアルコキシカルボニル基又は炭素数1〜10のアルキルスルホニル基である。jは、0〜9の整数である。jが2以上の場合、複数のR11は、同一でも異なっていてもよい。R12及びR13は、それぞれ独立して置換若しくは非置換の炭素数1〜10のアルキル基若しくは置換若しくは非置換の炭素数6〜20のアリール基であるか、又はこれらの基が互いに合わせられこれらが結合する硫黄原子と共に構成される環員数4〜10の環構造を表す。kは、0〜2の整数である。
上記R11で表される炭素数1〜10のアルキル基としては、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等が挙げられる。これらのうち、メチル基が好ましい。
上記R11で表される炭素数1〜10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、ブトキシ基等が挙げられる。これらのうち、メトキシ基が好ましい。
上記R11で表される炭素数2〜11のアルコキシカルボニル基としては、例えばメトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、n−プロポキシカルボニル基、n−ブトキシカルボニル基、n−ペンチルオキシカルボニル基等の直鎖状アルコキシカルボニル基;i−プロポキシカルボニル基、2−メチルプロポキシカルボニル基、1−メチルプロポキシカルボニル基等の分岐状アルコキシカルボニル基等が挙げられる。これらのうち、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、n−ブトキシカルボニル基が好ましい。
上記R11で表される炭素数1〜10のアルキルスルホニル基としては、例えばメチルスルホニル基、エチルスルホニル基、n−プロピルスルホニル基、n−ブチルスルホニル基等の直鎖状アルキルスルホニル基;t−ブチルスルホニル基、ネオペンチルスルホニル基、2−エチルヘキシルスルホニル基等の分岐状アルキルスルホニル基;シクロペンチルスルホニル基、シクロヘキシルスルホニル基等のシクロアルキルスルホニル基等が挙げられる。これらのうち、メチルスルホニル基、エチルスルホニル基、n−プロピルスルホニル基、n−ブチルスルホニル基、シクロペンチルスルホニル基、シクロヘキシルスルホニル基が好ましい。
jとしては、0〜2の整数が好ましい。
上記R12及びR13で表される炭素数1〜10のアルキル基としては、上記R11で例示した炭素数1〜10のアルキル基と同様の基等が挙げられる。
上記R12及びR13で表される炭素数6〜20のアリール基としては、例えばフェニル基、ナフチル基等が挙げられる。
上記アルキル基及びアリール基が有していてもよい置換基としては、例えばヒドロキシ基、シアノ基、ハロゲン原子、アルコキシ基、アシル基、アシロキシ基、アルコキシカルボニル基、アルコキシカルボニルオキシ基等が挙げられる。
上記R12及びR13とが互いに結合して形成してもよい環構造としては、5員環又は6員環を形成した構造が好ましく、テトラヒドロチオフェン環構造がより好ましい。
kとしては、1又は2が好ましい。
上記式(2)で表されるカチオンとしては、例えば下記式(2−1)〜(2−7)で表されるカチオン等が挙げられる。
Figure 2014224984
これらのうち、上記式(2−1)で表されるカチオンが好ましい。
<化合物(1)の合成方法>
化合物(1)は、例えば上記式(1−1)で表される化合物は、下記スキームに従い合成することができる。
Figure 2014224984
上記式中、R、R、n及びMは上記式(i)と同義である。R〜R、X、X、A及びaは、上記式(1−1)と同義である。Yはハロゲン等の脱離基である。
上記式(a)で表されるカルボニル化合物と、上記式(b)で表されるジオール化合物等とを反応させ、上記式(c)で表される(チオ)アセタール体を得る。
この(チオ)アセタール体(c)を亜ジチオン酸ナトリウムと反応させて上記式(d)で表されるスルフィン体を得た後、このスルフィン体(d)を過酸化水素で酸化して上記式(e)で表されるスルホン酸ナトリウム塩化合物を得る。このスルホン酸ナトリウム塩化合物と光分解性の1価のオニウムカチオンを含む塩(M )とを反応させることで(1−1)で表される(チオ)アセタール化合物を得ることができる。
上記化合物(1)の他の例である上記式(1−2)及び(1−3)で表される化合物等も、使用するカルボニル化合物と、反応させるアルコール化合物等とを適宜選択することにより、上記スキームと同様にして合成することができる。
<重合体(1)>
重合体(1)は、化合物(1)に由来する構造単位を有するものである。この重合体(1)は、上記式(1−1)、(1−2)又は(1−3)で表される化合物に由来する構造単位を有していることが好ましい。重合体(1)は、化合物(1)が上記式(1−1)におけるR及びRのうちの少なくとも一方、上記式(1−2)におけるR及びRのうちの少なくとも一方又は上記式(1−3)におけるR及びR10のうちの少なくとも一方が重合性二重結合を含むものである場合に、化合物(1)を重合させて得ることができる。この重合体(1)は、上記式(1−1)〜(1−3)で表される化合物に由来する(チオ)アセタール構造を有し、加えて、重合体であるので、重合体(1)から生じる酸等は拡散長が適度となり、その結果重合体(1)を含有するフォトレジスト組成物は、LWR性能、解像性、断面形状の矩形性及び焦点深度に優れる。これらの特性に優れる理由については、化合物(1)を含有するフォトレジスト組成物と同様であると考えられる。ここで、重合体(1)は、化合物(1)よりも分子量が大きいため、化合物(1)に比べて、より制限された拡散長を有しているものと推測される。このことが、重合体(1)を含有するフォトレジスト組成物の優れた特性に対して、より適切に寄与するものと推測される。
<[D]フッ素原子含有重合体>
[D]フッ素原子含有重合体は、フッ素原子を含む重合体であって、[A]重合体よりもフッ素原子含有割合が高い重合体である。フォトレジスト組成物は、[D]フッ素原子含有重合体を含有することでレジスト膜の疎水性がより向上し、液浸露光を行った場合、レジスト膜中の酸発生体や酸拡散制御体等の液浸媒体への溶出を抑制することができる。
[D]フッ素原子含有重合体の態様としては、例えば主鎖にフッ素化アルキル基が結合した構造;側鎖にフッ素化アルキル基が結合した構造;主鎖と側鎖とにフッ素化アルキル基が結合した構造等が挙げられる。
主鎖にフッ素化アルキル基が結合した構造を与える単量体としては、例えばα−トリフルオロメチルアクリレート化合物、β−トリフルオロメチルアクリレート化合物、α,β−トリフルオロメチルアクリレート化合物、1種類以上のビニル部位の水素がトリフルオロメチル基等のフッ素化アルキル基で置換された化合物等が挙げられる。
側鎖にフッ素化アルキル基が結合した構造を与える単量体としては、例えばノルボルネン等の脂環式オレフィン化合物の側鎖がフッ素化アルキル基を有する化合物、(メタ)アクリル酸の側鎖がフッ素化アルキル基を有する化合物、1種類以上のオレフィンの側鎖(二重結合を含まない部位)がフッ素化アルキル基を有する化合物等が挙げられる。
主鎖と側鎖とにフッ素化アルキル基が結合した構造を与える単量体としては、例えばα−トリフルオロメチルアクリル酸、β−トリフルオロメチルアクリル酸、α,β−トリフルオロメチルアクリル酸等の側鎖がフッ素化アルキル基を有する化合物、主鎖構造としてビニル基を有する化合物の主鎖及び側鎖にフッ素化アルキル基が結合した化合物等が挙げられる。
[D]フッ素原子含有重合体は、下記式(5)で表される構造単位(IV)及び/又は下記式(6)で表される構造単位(V)を有することが好ましい。また、[D]フッ素原子含有重合体は、構造単位(IV)及び構造単位(V)以外の他の構造単位を有してもよい。なお、[D]フッ素原子含有重合体は、各構造単位を2種以上有していてもよい。以下、各構造単位を詳述する。
[構造単位(IV)]
構造単位(IV)は、下記式(5)で表される構造単位である。
Figure 2014224984
上記式(5)中、R35は、水素原子、フッ素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。R36は、フッ素原子を有する炭素数1〜6の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基又はフッ素原子を有する炭素数4〜20の1価の脂環式基である。但し、上記アルキル基及び脂環式基が有する水素原子の一部又は全部は、置換されていてもよい。
上記R36で表されるフッ素原子を有する炭素数1〜6の直鎖状又は分岐状のアルキル基のうち、炭素数1〜6の直鎖状又は分岐状のアルキル基としては、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等が挙げられる。
上記R36で表されるフッ素原子を有する炭素数4〜20の1価の脂環式基のうち、炭素数4〜20の1価の脂環式基としては、例えばシクロペンチル基、シクロペンチルプロピル基、シクロヘキシル基、シクロヘキシルメチル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロオクチルメチル基等が挙げられる。
構造単位(IV)を与える単量体としては、例えばトリフルオロメチル(メタ)アクレート、2,2,2−トリフルオロエチル(メタ)アクリレート、パーフルオロエチル(メタ)アクリレート、パーフルオロn−プロピル(メタ)アクリレート、パーフルオロi−プロピル(メタ)アクリレート、パーフルオロn−ブチル(メタ)アクリレート、パーフルオロi−ブチル(メタ)アクリレート、パーフルオロt−ブチル(メタ)アクリレート、パーフルオロシクロヘキシル(メタ)アクリレート、2−(1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ)プロピル(メタ)アクリレート、1−(2,2,3,3,4,4,5,5−オクタフルオロ)ペンチル(メタ)アクリレート、1−(2,2,3,3,4,4,5,5−オクタフルオロ)ヘキシル(メタ)アクリレート、パーフルオロシクロヘキシルメチル(メタ)アクリレート、1−(2,2,3,3,3−ペンタフルオロ)プロピル(メタ)アクリレート、1−(2,2,3,3,4,4,4−ヘプタフルオロ)ペンタ(メタ)アクリレート、1−(3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,10−ヘプタデカフルオロ)デシル(メタ)アクリレート、1−(5−トリフルオロメチル−3,3,4,4,5,6,6,6−オクタフルオロ)ヘキシル(メタ)アクリレート等が挙げられる。これらのうち、2,2,2−トリフルオロエチル(メタ)アクリレートが好ましい。
[D]フッ素原子含有重合体における構造単位(IV)の含有割合としては、[D]フッ素原子含有重合体を構成する全構造単位に対して5モル%〜50モル%が好ましく、5モル%〜40モル%がより好ましい。
[構造単位(V)]
構造単位(V)は、下記式(6)で表される構造単位である。
Figure 2014224984
上記式(6)中、R37は、水素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。eは、1〜3の整数である。R38は、(e+1)価の連結基である。Xは、フッ素原子を有する2価の連結基である。R39は、水素原子又は1価の有機基である。但し、eが2又は3の場合、複数のX及びR39はそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。
上記R39で表される(e+1)価の連結基としては、例えば炭素数1〜30の直鎖状又は分岐状の炭化水素基、炭素数3〜30の脂環式基、炭素数6〜30の芳香族基、又はこれらの基と酸素原子、硫黄原子、エーテル基、エステル基、カルボニル基、イミノ基及びアミド基からなる群より選ばれる1種以上の基とを組み合わせた基等が挙げられる。また、上記(e+1)価の連結基は置換基を有してもよい。
上記炭素数1〜30の直鎖状又は分岐状の炭化水素基としては、例えばメタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、デカン、イコサン、トリアコンタン等の炭化水素基から(e+1)個の水素原子を除いた基等が挙げられる。
上記炭素数3〜30の脂環式基としては、例えば
シクロプロパン、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、シクロデカン、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン等の単環式飽和炭化水素;
シクロブテン、シクロペンテン、シクロヘキセン、シクロヘプテン、シクロオクテン、シクロデセン、シクロペンタジエン、シクロヘキサジエン、シクロオクタジエン、シクロデカジエン等の単環式不飽和炭化水素;
ビシクロ[2.2.1]ヘプタン、ビシクロ[2.2.2]オクタン、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン、トリシクロ[3.3.1.13,7]デカン、テトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカン、アダマンタン等の多環式飽和炭化水素;
ビシクロ[2.2.1]ヘプテン、ビシクロ[2.2.2]オクテン、トリシクロ[5.2.1.02,6]デセン、トリシクロ[3.3.1.13,7]デセン、テトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデセン等の多環式炭化水素から(e+1)個の水素原子を除いた基等が挙げられる。
上記炭素数6〜30の芳香族基としては、例えばベンゼン、ナフタレン、フェナントレン、アントラセン、テトラセン、ペンタセン、ピレン、ピセン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、メシチレン、クメン等の芳香族炭化水素から(e+1)個の水素原子を除いた基等が挙げられる。
上記Xで表されるフッ素原子を有する2価の連結基としては、例えばフッ素原子を有する炭素数1〜20の2価の直鎖状炭化水素基、カルボニル基を含むフッ素原子を有する炭素数1〜20の2価の直鎖状炭化水素基等が挙げられる。上記フッ素原子を有する炭素数1〜20の2価の直鎖状炭化水素基としては、例えば下記式(X−1)〜(X−7)で表される基等が挙げられる。
Figure 2014224984
Xとしては、上記式(X−7)で表される基が好ましい。
上記R39で表される1価の有機基としては、例えば炭素数1〜30の直鎖状又は分岐状の炭化水素基、炭素数3〜30の脂環式基、炭素数6〜30の芳香族基、又はこれらの基と酸素原子、硫黄原子、エーテル基、エステル基、カルボニル基、イミノ基及びアミド基からなる群より選ばれる1種以上の基とを組み合わせた基等が挙げられる。
構造単位(V)を与える単量体としては、例えば(メタ)アクリル酸2−(1−エトキシカルボニル−1,1−ジフルオロ)ブチルエステル、(メタ)アクリル酸(1,1,1−トリフルオロ−2−トリフルオロメチル−2−ヒドロキシ−3−プロピル)エステル、(メタ)アクリル酸(1,1,1−トリフルオロ−2−トリフルオロメチル−2−ヒドロキシ−4−ブチル)エステル、(メタ)アクリル酸(1,1,1−トリフルオロ−2−トリフルオロメチル−2−ヒドロキシ−5−ペンチル)エステル、(メタ)アクリル酸(1,1,1−トリフルオロ−2−トリフルオロメチル−2−ヒドロキシ−4−ペンチル)エステル、(メタ)アクリル酸2−{[5−(1’,1’,1’−トリフルオロ−2’−トリフルオロメチル−2’−ヒドロキシ)プロピル]ビシクロ[2.2.1]ヘプチル}エステル等が挙げられる。これらのうち、(メタ)アクリル酸2−(1−エトキシカルボニル−1,1−ジフルオロ)ブチルエステルが好ましい。
[D]フッ素原子含有重合体における構造単位(V)の含有割合としては、[D]フッ素原子含有重合体を構成する全構造単位に対して5モル%〜90モル%が好ましく、5モル%〜80モル%がより好ましい。
[他の構造単位]
[D]フッ素原子含有重合体は、他の構造単位として、エッチング耐性を高めるために上記構造単位(I)、現像液への可溶性を高めるために上記構造単位(II)等を有してもよい。なお、[D]フッ素原子含有重合体は、他の構造単位を2種以上有してもよい。
[D]フッ素原子含有重合体における他の構造単位の含有割合としては、[D]フッ素原子含有重合体を構成する全構造単位に対して通常90モル%以下であり、5モル%〜80モル%が好ましく、5モル%〜75モル%がより好ましい。
[D]フッ素原子含有重合体の含有量としては、[A]重合体100質量部に対して、0.1質量部〜20質量部が好ましく、1質量部〜10質量部がより好ましい。[D]フッ素原子含有重合体の含有量が、0.1質量部未満であると、[D]フッ素原子含有重合体を含有させる効果が十分ではない場合がある。一方、[D]フッ素原子含有重合体の含有量が20質量部を超えると、レジスト表面の撥水性が高くなりすぎて現像不良が起こる場合がある。
[D]フッ素原子含有重合体におけるフッ素原子の含有割合としては、[D]フッ素原子含有重合体全量を100質量%として、通常5質量%以上であり、好ましくは5質量%〜50質量%であり、より好ましくは5質量%〜45質量%である。なお、このフッ素原子含有割合は13C−NMRにより測定することができる。[D]フッ素原子含有重合体におけるフッ素原子含有割合が、[A]重合体より高いことで、[D]フッ素原子含有重合体及び[A]重合体を含有するフォトレジスト組成物(A)によって形成されるレジスト膜表面の撥水性を高めることができる。結果として、液浸露光時に上層膜を別途形成する必要がなくなる。上記の効果を十分に発揮するためには、[A]重合体におけるフッ素原子の含有割合と、[D]フッ素原子含有重合体におけるフッ素原子の含有割合との差が1質量%以上であることが好ましく、3質量%以上であることがより好ましい。
<[D]フッ素原子含有重合体の合成方法>
[D]フッ素原子含有重合体は、例えば所定の各構造単位を与える単量体を、ラジカル重合開始剤を使用し、適当な溶媒中で重合することにより合成できる。
上記重合に使用される溶媒としては、例えば
n−ペンタン、n−ヘキサン、n−ヘプタン、n−オクタン、n−ノナン、n−デカン等のアルカン類;
シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、デカリン、ノルボルナン等のシクロアルカン類;
ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、クメン等の芳香族炭化水素類;
クロロブタン類、ブロモヘキサン類、ジクロロエタン類、ヘキサメチレンジブロミド、クロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素類;
酢酸エチル、酢酸n−ブチル、酢酸i−ブチル、プロピオン酸メチル等の飽和カルボン酸エステル類;
アセトン、2−ブタノン、4−メチル−2−ペンタノン、2−ヘプタノン等のケトン類;
テトラヒドロフラン、ジメトキシエタン類、ジエトキシエタン類等のエーテル類;
メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、4−メチル−2−ペンタノール等のアルコール類等が挙げられる。なお、これらの溶媒は、2種以上を併用してもよい。
上記重合における反応温度としては、通常40℃〜150℃であり、好ましくは50℃〜120℃である。反応時間としては、通常1時間〜48時間であり、好ましくは1時間〜24時間である。
[D]フッ素原子含有重合体のMwとしては、2,000〜10,000が好ましく、2,500〜7,000がより好ましい。[D]フッ素原子含有重合体のMwが2,000未満の場合、十分な後退接触角を得ることができない。一方、[D]フッ素原子含有重合体のMwが10,000を超えるとレジストとした際の現像性が低下する傾向にある。
[D]フッ素原子含有重合体のMwとGPC法によるポリスチレン換算数平均分子量(Mn)との比(Mw/Mn)としては、1.1〜1.7が好ましい。
<[E]溶媒>
フォトレジスト組成物は、通常、[E]溶媒を含有する。[E]溶媒としては、各成分を均一に溶解又は分散し、各成分と反応しないものが好適に用いられる。[E]溶媒としては、例えばアルコール類、エーテル類、ケトン類、アミド類、エステル類等が挙げられる。なお、これらの溶媒は、2種以上を併用することができる。
アルコール類としては、例えば
メタノール、エタノール、n−プロパノール、iso−プロパノール、n−ブタノール、iso−ブタノール、sec−ブタノール、tert−ブタノール、n−ペンタノール、iso−ペンタノール、2−メチルブタノール、sec−ペンタノール、tert−ペンタノール、3−メトキシブタノール、n−ヘキサノール、2−メチルペンタノール、sec−ヘキサノール、2−エチルブタノール、sec−ヘプタノール、3−ヘプタノール、n−オクタノール、2−エチルヘキサノール、sec−オクタノール、n−ノニルアルコール、2,6−ジメチル−4−ヘプタノール、n−デカノール、sec−ウンデシルアルコール、トリメチルノニルアルコール、sec−テトラデシルアルコール、sec−ヘプタデシルアルコール、フルフリルアルコール、フェノール、シクロヘキサノール、メチルシクロヘキサノール、3,3,5−トリメチルシクロヘキサノール、ベンジルアルコール、ジアセトンアルコール等のモノアルコール類;
エチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−ブチレングリコール、2,4−ペンタンジオール、2−メチル−2,4−ペンタンジオール、2,5−ヘキサンジオール、2,4−ヘプタンジオール、2−エチル−1,3−ヘキサンジオール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、トリプロピレングリコール等の多価アルコール類;
エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノヘキシルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテル、エチレングリコールモノ−2−エチルブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル等の多価アルコール部分エーテル類等が挙げられる。
エーテル類としては、例えばジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジブチルエーテル、ジフェニルエーテル、メトキシベンゼン等が挙げられる。
ケトン類としては、例えばアセトン、メチルエチルケトン、メチル−n−プロピルケトン、メチル−n−ブチルケトン、ジエチルケトン、メチル−iso−ブチルケトン、メチル−n−ペンチルケトン、エチル−n−ブチルケトン、メチル−n−ヘキシルケトン、ジ−iso−ブチルケトン、トリメチルノナノン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、シクロヘプタノン、シクロオクタノン、メチルシクロヘキサノン、2,4−ペンタンジオン、アセトニルアセトン、アセトフェノン等のケトン類が挙げられる。
アミド類としては、例えばN,N’−ジメチルイミダゾリジノン、N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジエチルホルムアミド、アセトアミド、N−メチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルプロピオンアミド、N−メチルピロリドン等が挙げられる。
エステル類としては、例えばジエチルカーボネート、酢酸メチル、酢酸エチル、γ−バレロラクトン、酢酸n−プロピル、酢酸iso−プロピル、酢酸n−ブチル、酢酸iso−ブチル、酢酸sec−ブチル、酢酸n−ペンチル、酢酸sec−ペンチル、酢酸3−メトキシブチル、酢酸メチルペンチル、酢酸2−エチルブチル、酢酸2−エチルヘキシル、酢酸ベンジル、酢酸シクロヘキシル、酢酸メチルシクロヘキシル、酢酸n−ノニル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、酢酸エチレングリコールモノメチルエーテル、酢酸エチレングリコールモノエチルエーテル、酢酸ジエチレングリコールモノメチルエーテル、酢酸ジエチレングリコールモノエチルエーテル、酢酸ジエチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、酢酸プロピレングリコールモノメチルエーテル、酢酸プロピレングリコールモノエチルエーテル、酢酸プロピレングリコールモノプロピルエーテル、酢酸プロピレングリコールモノブチルエーテル、酢酸ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、酢酸ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジ酢酸グリコール、酢酸メトキシトリグリコール、プロピオン酸エチル、プロピオン酸n−ブチル、プロピオン酸iso−アミル、シュウ酸ジエチル、シュウ酸ジ−n−ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸n−ブチル、乳酸n−アミル、マロン酸ジエチル、フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル、等が挙げられる。
炭化水素類としては、例えば
n−ペンタン、iso−ペンタン、n−ヘキサン、iso−ヘキサン、n−ヘプタン、iso−ヘプタン、2,2,4−トリメチルペンタン、n−オクタン、iso−オクタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン等の脂肪族炭化水素類;
ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、エチルベンゼン、トリメチルベンゼン、メチルエチルベンゼン、n−プロピルベンゼン、iso−プロピルベンゼン、ジエチルベンゼン、iso−ブチルベンゼン、トリエチルベンゼン、ジ−iso−プロピルベンセン、n−アミルナフタレン等の芳香族炭化水素類等が挙げられる。
これらのうち、酢酸プロピレングリコールモノメチルエーテル、シクロヘキサノン、乳酸エチルが好ましい。
<[F]偏在化促進剤>
[F]偏在化促進剤は、レジスト膜表面に[A]重合体を効率的に偏析させる効果を有するものである。フォトレジスト組成物にこの偏在化促進剤を含有させることで、LWR性能、解像性、断面形状の矩形性、焦点深度等のフォトレジスト組成物の基本特性を損なうことなく、[A]重合体の添加量を従来よりも少なくすることが可能となる。
[F]偏在化促進剤としては、例えばラクトン化合物、カーボネート化合物、ニトリル化合物、多価アルコール等が挙げられる。
ラクトン化合物としては、例えばγ−ブチロラクトン、バレロラクトン、メバロニックラクトン、ノルボルナンラクトン等が挙げられる。
カーボネート化合物としては、例えばプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート等が挙げられる。
ニトリル化合物としては、例えばスクシノニトリル等が挙げられる。多価アルコールとしては、例えばグリセリン等が挙げられる。
フォトレジスト樹脂組成物における[F]偏在化促進剤の含有量としては、[A]重合体100質量部に対して10質量部以上500質量部以下が好ましく、10質量部以上200質量部以下がより好ましい。偏在化促進剤としては、1種類のみを含有させてもよいし、2種以上を含有させてもよい。
<その他の任意成分>
フォトレジスト組成物は、本発明の効果を損なわない範囲で、界面活性剤、増感剤等の他の任意成分を含有してもよい。なお、フォトレジスト組成物は、上記他の任意成分を2種以上含有してもよい。
[界面活性剤]
界面活性剤は、塗布性、ストリエーション、現像性等を改良する効果を奏する。界面活性剤としては、例えばポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンn−オクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンn−ノニルフェニルエーテル、ポリエチレングリコールジラウレート、ポリエチレングリコールジステアレート等のノニオン系界面活性剤が挙げられる。市販品としては、例えばKP341(信越化学工業製)、ポリフローNo.75、同No.95(以上、共栄社化学製)、エフトップEF301、同EF303、同EF352(以上、トーケムプロダクツ製)、メガファックF171、同F173(以上、大日本インキ化学工業製)、フロラードFC430、同FC431(以上、住友スリーエム製)、アサヒガードAG710、サーフロンS−382、同SC−101、同SC−102、同SC−103、同SC−104、同SC−105、同SC−106(以上、旭硝子工業製)等が挙げられる。
[増感剤]
増感剤は、[B]酸発生体の生成量を増加する作用を示すものであり、フォトレジスト組成物の「みかけの感度」を向上させる効果を奏する。増感剤としては、例えばカルバゾール類、アセトフェノン類、ベンゾフェノン類、ナフタレン類、フェノール類、ビアセチル、エオシン、ローズベンガル、ピレン類、アントラセン類、フェノチアジン類等が挙げられる。
<フォトレジスト組成物の調製方法>
当該フォトレジスト組成物は、例えば[E]溶媒中で[A]重合体、[B]酸発生体、[C]酸拡散制御体、及び[D]フッ素原子含有重合体、必要に応じてその他の任意成分を所定の割合で混合することにより調製される。[B]酸発生体及び[C]酸拡散制御体としては、[B1]酸発生体及び[C2]酸拡散制御体の組み合わせ、[B1]酸発生体及び[C1]酸拡散制御体の組み合わせ、又は[B2]酸発生体及び[C1]酸拡散制御体の組み合わせが挙げられる。また、得られた混合液を孔径0.20μm程度のフィルターでろ過することが好ましい。フォトレジスト組成物の固形分濃度としては、0.1質量%以上50質量%以下が好ましく、0.5質量%以上30質量%以下がより好ましい。
<レジストパターン形成方法>
本発明のレジストパターン形成方法は、
フォトレジスト組成物を用い、レジスト膜を形成する工程(以下、「レジスト膜形成工程」とも称する)、
レジスト膜を露光する工程(以下、「露光工程」とも称する)、及び
露光されたレジスト膜を現像する工程(以下、「現像工程」とも称する)
を有する。以下、各工程について説明する。
[レジスト膜形成工程]
本工程では、フォトレジスト組成物を、回転塗布、流延塗布、ロール塗布等の適宜の塗布手段によって、基板上に塗布することにより、レジスト膜を形成する。基板としては、例えばシリコンウェハ、二酸化シリコン、反射防止膜で被覆されたウェハ等が挙げられる。具体的には、得られるレジスト膜が所定の膜厚となるように当該フォトレジストを塗布した後、プレベーク(PB)することにより塗膜中の溶媒を気化させ、レジスト膜を形成する。PBの温度としては、通常60℃〜140℃であり、80℃〜120℃が好ましい。PBの時間としては、通常5秒〜600秒であり、10秒〜300秒が好ましい。
[露光工程]
本工程では、レジスト膜形成工程で形成したレジスト膜の所望の領域にマスクを介して露光する。また、本工程は必要に応じて液浸液を介して縮小投影することにより露光を行ってもよい。例えば、所望の領域にアイソラインパターンマスクを介して縮小投影露光を行うことにより、アイソトレンチパターンを形成できる。また、露光は2回以上行ってもよい。2回以上露光を行う場合、露光は連続して行うことが好ましい。複数回露光する場合、例えば所望の領域にラインアンドスペースパターンマスクを介して第1の縮小投影露光を行い、続けて第1の露光を行った露光部に対してラインが交差するように第2の縮小投影露光を行う。第1の露光部と第2の露光部とは直交することが好ましい。直交することにより、露光部で囲まれた未露光部において真円状のコンタクトホールパターンが形成しやすくなる。
露光の際に用いられる液浸液としては、例えば水、フッ素系不活性液体等が挙げられる。液浸液は、露光波長に対して透明であり、かつ膜上に投影される光学像の歪みを最小限に留めるよう屈折率の温度係数ができる限り小さい液体が好ましい。露光光源がArFエキシマレーザー光(波長193nm)である場合、上述の観点に加えて、入手の容易さ、取り扱いのし易さといった点から水が好ましい。水を用いる場合、水の表面張力を減少させるとともに、界面活性力を増大させる添加剤を僅かな割合で添加してもよい。この添加剤は、ウェハ上のレジスト層を溶解させず、かつレンズの下面の光学コートに対する影響が無視できるものが好ましい。使用する水としては蒸留水が好ましい。
露光に使用される放射線としては、[B]酸発生体の種類に応じて適宜選択されるが、例えば紫外線、遠紫外線、極端紫外線(EUV)、X線、電子線等が挙げられる。これらのうち、ArFエキシマレーザー光やKrFエキシマレーザー光(波長248nm)に代表される遠紫外線及び電子線が好ましく、ArFエキシマレーザー光及び電子線がより好ましい。露光量等の露光条件は、フォトレジスト組成物の配合組成や添加剤の種類等に応じて適宜選択される。本発明のレジストパターン形成方法においては、露光工程を複数回有してもよく複数回の露光は同じ光源を用いても、異なる光源を用いても良いが、1回目の露光にはArFエキシマレーザー光を用いることが好ましい。
上記露光の後、ポストエクスポージャーベーク(PEB)を行なうことが好ましい。PEBを行なうことにより、フォトレジスト組成物中の酸解離性基の解離反応を円滑に進行できる。PEBの温度としては、通常30℃以上200℃未満であり、50℃以上150℃未満が好ましい。30℃より低い温度では、上記解離反応が円滑に進行しないおそれがあり、一方、200℃以上の温度では、[B]酸発生体から発生する酸が未露光部にまで広く拡散し、良好なパターンが得られないおそれがある。PEBの時間としては、通常5秒〜600秒であり、10秒〜300秒が好ましい。
[現像工程]
本工程では、上記露光工程で露光されたレジスト膜を、現像液で現像する。現像後は水で洗浄し、乾燥することが一般的である。
上記現像に用いる現像液としては、
アルカリ現像の場合、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウム、アンモニア水、エチルアミン、n−プロピルアミン、ジエチルアミン、ジ−n−プロピルアミン、トリエチルアミン、メチルジエチルアミン、エチルジメチルアミン、トリエタノールアミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)、ピロール、ピペリジン、コリン、1,8−ジアザビシクロ−[5.4.0]−7−ウンデセン、1,5−ジアザビシクロ−[4.3.0]−5−ノネン等のアルカリ性化合物の少なくとも1種を溶解したアルカリ水溶液が好ましい。
また、有機溶媒現像の場合、炭化水素系溶媒、エーテル系溶媒、エステル系溶媒、ケトン系溶媒、アルコール系溶媒等の有機溶媒、又は有機溶媒を含有する溶媒が挙げられる。上記有機溶媒としては、例えば、上述のフォトレジスト組成物の[F]溶媒として列挙した溶媒の1種又は2種以上等が挙げられる。これらの中でも、エステル系溶媒、ケトン系溶媒が好ましい。エステル系溶媒としては、酢酸エステル系溶媒が好ましく、酢酸n−ブチルがより好ましい。ケトン系溶媒としては、鎖状ケトンが好ましく、2−ヘプタノンがより好ましい。
現像方法としては、例えば現像液が満たされた槽中に基板を一定時間浸漬する方法(ディップ法)、基板表面に現像液を表面張力によって盛り上げて一定時間静止することで現像する方法(パドル法)、基板表面に現像液を噴霧する方法(スプレー法)、一定速度で回転している基板上に一定速度で現像液塗出ノズルをスキャンしながら現像液を塗出しつづける方法(ダイナミックディスペンス法)等が挙げられる。
<化合物(1)>
本発明の化合物(1)は、上記式(i)で表される基を有する(チオ)アセタール化合物である。
<重合体(1)>
本発明の重合体(1)は、当該化合物に由来する構造単位を有する重合体である。
当該化合物(1)及び当該重合体(1)は、上述の化合物(1)及び重合体(1)として説明している。
以下、実施例に基づき本発明を詳述するが、この実施例に本発明が限定的に解釈されるものではない。なお、実施例及び比較例における各測定は、下記の方法により行った。
[重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)及び分散度(Mw/Mn)]
重合体のMw及びMnは、東ソー製のGPCカラム(G2000HXL 2本、G3000HXL 1本、G4000HXL 1本)を用い、下記分析条件でゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定した。
分散度(Mw/Mn)は、Mw及びMnの測定結果から算出した。
(分析条件)
溶出溶媒:テトラヒドロフラン
流量:1.0mL/分
試料濃度:1.0質量%
試料注入量:100μL
カラム温度:40℃
検出器:示差屈折計
標準物質:単分散ポリスチレン
13C−NMR分析]
13C−NMR分析は、測定溶媒を重クロロホルムとし、JNM−EX400(日本電子製)を用いて行った。重合体における各構造単位の含有割合は、13C−NMRで得られたスペクトルにおける各構造単位に対応するピークの面積比から、モル%として算出した。
<化合物(1)の合成>
[実施例1](化合物(S−1)の合成)
下記式(S−1)で表される化合物を下記反応スキームに従い合成した。
Figure 2014224984
Figure 2014224984
2−アダマンタノン10.0g(66.6mmol)、4−ブロモ−4,4−ジフルオロブタン−1,2−ジオール(73.3mmol)、p−トルエンスルホン酸一水和物1.17g(6.66mmol)及び溶媒としてのトルエン200gを500mLのナスフラスコに入れ、このナスフラスコにディーンスターク装置を装着した後、5時間加熱還流した。室温まで冷却した後に水洗を2回行い、無水硫酸ナトリウムで乾燥させた後に溶媒を留去した。カラムクロマトグラフィで精製することによりアセタール体を19.1g(収率85%)得た。
得られたアセタール体5.0g(14.8mmol)、亜ジチオン酸ナトリウム3.60g(20.7mmol)、炭酸水素ナトリウム1.99g(23.7mmol)、アセトニトリル20mL及び水20mLを200mLのナスフラスコに入れ、55℃で6時間加熱撹拌しスルフィン化を実施した。室温まで冷却した後、スルフィン体は単離せずに、タングステン酸(IV)ナトリウムを触媒量添加し、水浴下で30質量%過酸化水素水を2.86g(25.2mmol)滴下した。2時間撹拌した後、反応生成物をアセトニトリルで抽出した。この抽出液から溶媒を留去することでスルホン酸ナトリウム化合物を3.25g(収率61%)得た。
得られたスルホン酸ナトリウム化合物3.25g(9.03mmol)に、トリフェニルスルホニウムクロライド4.03g(13.5mmol)、ジクロロメタン100mL及び水100mLを加え、室温で6時間撹拌した。有機相を回収し、5回水洗した後、溶媒を留去した。得られた濃縮物をカラムクロマトグラフィで精製することにより、化合物(S−1)を4.45g(収率82%)得た。
[実施例2〜55](化合物(S−2)〜(S−55)の合成)
下記式(S−2)〜(S−55)で表される化合物については、カルボニル化合物とジオール化合物又はジチオール化合物を適宜選択し、実施例1と同様の操作を行うことによって合成した。
Figure 2014224984
Figure 2014224984
Figure 2014224984
Figure 2014224984
Figure 2014224984
Figure 2014224984
<重合体の合成>
各重合体の合成には、下記式(M−1)〜(M−11)で表される化合物単量体を用いた。
Figure 2014224984
<[A]重合体の合成>
[合成例1](重合体(A−1)の合成)
化合物(M−6)7.97g(35モル%)、化合物(M−7)7.44g(45モル%)、及び化合物(M−8)4.49g(20モル%)を2−ブタノン40gに溶解し、ラジカル重合開始剤としてのAIBN0.80g(単量体の合計モル数に対して5モル%)を添加して単量体溶液を調製した。次いで、20gの2−ブタノンを入れた100mLの三口フラスコを30分窒素パージした後、攪拌しながら80℃に加熱し、先に調製した単量体溶液を滴下漏斗にて3時間かけて滴下した。滴下開始を重合反応の開始時間とし、重合反応を6時間実施した。重合反応終了後、重合溶液を水冷して30℃以下に冷却した。400gのメタノール中に冷却した重合溶液を投入し、析出した白色粉末をろ別した。ろ別した白色粉末を80gのメタノールで2回洗浄した後、ろ別し、50℃で17時間乾燥させて白色粉末状の重合体(A−1)を合成した(15.2g、収率76%)。重合体(A−1)のMwは7,300であり、Mw/Mnは1.53であった。13C−NMR分析の結果、化合物(M−6)、化合物(M−7)及び化合物(M−8)に由来する各構造単位の含有割合は、それぞれ34.3モル%、45.1モル%及び20.6モル%であった。
[合成例2](重合体(A−2)の合成)
化合物(M−1)6.88g(40モル%)、化合物(M−9)2.30g(10モル%)、及び化合物(M−2)10.83g(50モル%)を2−ブタノン40gに溶解し、ラジカル重合開始剤としてのAIBN0.72g(単量体の合計モル数に対して5モル%)を添加して単量体溶液を調製した。次いで20gの2−ブタノンを入れた100mLの三口フラスコを30分窒素パージした後、攪拌しながら80℃に加熱し、先に調製した単量体溶液を滴下漏斗にて3時間かけて滴下した。滴下開始を重合反応の開始時間とし、重合反応を6時間実施した。重合反応終了後、重合溶液を水冷して30℃以下に冷却した。400gのメタノール中に冷却した重合溶液を投入し、析出した白色粉末をろ別した。ろ別した白色粉末を80gのメタノールで2回洗浄した後、ろ別し、50℃で17時間乾燥させて白色粉末状の重合体(A−2)を合成した(14.9g、収率75%)。重合体(A−2)のMwは7,500であり、Mw/Mnは1.55であった。13C−NMR分析の結果、化合物(M−1)、化合物(M−9)及び化合物(M−2)に由来する各構造単位の含有割合は、それぞれ40.1モル%、10.1モル%及び49.8モル%であった。
[合成例3](重合体(A−3)の合成)
化合物(M−1)3.43g(20モル%)、化合物(M−11)3.59g(15モル%)、化合物(M−10)7.83g(40モル%)、及び化合物(M−8)5.16g(25モル%)を2−ブタノン40gに溶解し、ラジカル重合開始剤としてのAIBN0.72g(単量体の合計モル数に対して5モル%)を添加して単量体溶液を調製した。次いで20gの2−ブタノンを入れた100mLの三口フラスコを30分窒素パージした後、攪拌しながら80℃に加熱し、先に調製した単量体溶液を滴下漏斗にて3時間かけて滴下した。滴下開始を重合反応の開始時間とし、重合反応を6時間実施した。重合反応終了後、重合溶液を水冷して30℃以下に冷却した。400gのメタノール中に冷却した重合溶液を投入し、析出した白色粉末をろ別した。ろ別した白色粉末を80gのメタノールで2回洗浄した後、ろ別し、50℃で17時間乾燥させて白色粉末状の重合体(A−3)を合成した(15.3g、収率77%)。重合体(A−3)のMwは7,200であり、Mw/Mnは1.53であった。13C−NMR分析の結果、化合物(M−1)、化合物(M−11)、化合物(M−10)及び化合物(M−8)に由来する各構造単位の含有割合は、それぞれ19.5モル%、15.5モル%、40.1モル%及び24.9モル%であった。
[合成例4](重合体(A−4)の合成)
化合物(M−5)55.0g(65モル%)及び化合物(M−3)45.0g(35モル%)、ラジカル重合開始剤としてのAIBN4g、並びにt−ドデシルメルカプタン1gを、プロピレングリコールモノメチルエーテル100gに溶解した後、窒素雰囲気下、反応温度を70℃に保持して、16時間共重合させた。重合反応終了後、重合溶液を1,000gのn−ヘキサン中に滴下して、重合体を凝固精製した。次いで上記重合体に、再度プロピレングリコールモノメチルエーテル150gを加えた後、更に、メタノール150g、トリエチルアミン34g及び水6gを加えて、沸点にて還流させながら、8時間加水分解反応を行った。反応終了後、溶媒及びトリエチルアミンを減圧留去し、得られた重合体をアセトン150gに溶解した後、2,000gの水中に滴下して凝固させ、生成した白色粉末をろ過し、50℃で17時間乾燥させて白色粉末状の重合体(A−4)を得た(65.7g、収率77%)。重合体(A−4)のMwは7,500であり、Mw/Mnは1.90であった。13C−NMR分析の結果、化合物(M−5)及び化合物(M−3)に由来する各構造単位の含有割合は、それぞれ65.4モル%及び34.6モル%であった。
<[B]酸発生体(重合体)の合成>
[実施例56](重合体(SP−1)の合成)
化合物(M−6)7.51g(35モル%)、化合物(M−7)6.23g(40モル%)、化合物(M−8)4.33g(20モル%)及び化合物(S−17)1.93g(5モル%)を2−ブタノン40gに溶解し、ラジカル開始剤としてのAIBN0.75g(単量体の合計モル数に対して5モル%)を添加して単量体溶液を調製した。次いで20gの2−ブタノンを入れた100mLの三口フラスコを30分窒素パージした後、攪拌しながら80℃に加熱し、先に調製した単量体溶液を滴下漏斗にて3時間かけて滴下した。滴下開始を重合反応の開始時間とし、重合反応を6時間実施した。重合反応終了後、重合溶液を水冷して30℃以下に冷却した。400gのメタノール中に冷却した重合溶液を投入し、析出した白色粉末をろ別した。ろ別した白色粉末を80gのメタノールで2回洗浄した後、ろ別し、50℃で17時間乾燥させて白色粉末状の重合体(SP−1)を合成した(14.3g、収率72%)。重合体(SP−1)のMwは7,400であり、Mw/Mnは1.54であった。13C−NMR分析の結果、化合物(M−6)、化合物(M−7)、化合物(M−8)及び化合物(S−17)に由来する各構造単位の含有割合は、それぞれ34.9モル%、40.1モル%、20.3モル%及び4.7モル%であった。
<[D]重合体の合成>
[合成例5](重合体(D−1)の合成)
化合物(M−1)79.9g(70モル%)及び化合物(M−4)20.91g(30モル%)を、100gの2−ブタノンに溶解し、ラジカル重合開始剤としてのジメチル2,2’−アゾビスイソブチレート4.77gを溶解させて単量体溶液を調製した。次いで100gの2−ブタノンを入れた1,000mLの三口フラスコを30分窒素パージした後、攪拌しながら80℃に加熱し、先に調製した単量体溶液を滴下漏斗にて3時間かけて滴下した。滴下開始を重合反応の開始時間とし、重合反応を6時間実施した。重合反応終了後、重合溶液を水冷して30℃以下に冷却した。反応溶液を2L分液漏斗に移液した後、150gのn−ヘキサンで上記重合溶液を均一に希釈し、600gのメタノールを投入して混合した。
次いで、30gの蒸留水を投入し、さらに攪拌して30分静置した。その後、下層を回収し、固形分である重合体(D−1)を含むプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート溶液を得た(60g、収率60%)。重合体(D−1)のMwは7,200であり、Mw/Mnは2.00であった。13C−NMR分析の結果、化合物(M−1)及び化合物(M−4)に由来する各構造単位の含有割合は、それぞれ71.1モル%及び28.9モル%であった。
<フォトレジスト組成物の調製>
フォトレジスト組成物の調製に用いた[B]酸発生体([B1]酸発生体又は[B2]酸発生体)、[C]酸拡散制御剤([C1]酸拡散制御体又は[C2]酸拡散制御体)、[E]溶媒及び[F]偏在化促進剤を以下に示す。
[[B]酸発生体]
[B1]酸発生体:
実施例1〜7,9〜11,13,16,17〜36,44〜46で合成した化合物(S−1)〜(S−7)、化合物(S−9)〜(S−11)、化合物(S−13)、化合物(S−16)、化合物(S−17)〜(S−36)、化合物(S−44)〜(S−46)(化合物)、及び実施例48で合成した重合体(SP−1)
[B2]酸発生体:
下記式で表される化合物(B−1)〜(B−3)
Figure 2014224984
[[C]酸拡散制御体]
[C1]酸拡散制御体:
実施例8,12,14,15,37〜43,47で合成した化合物(S−8)、化合物(S−12)、化合物(S−14)、化合物(S−15)、化合物(S−37)〜(S−43)及び化合物(S−47)
[C2]酸拡散制御体:
下記式で表される化合物(C−1)〜(C−4)
Figure 2014224984
[[E]溶媒]
E−1:酢酸プロピレングリコールモノメチルエーテル
E−2:シクロヘキサノン
[[F]偏在化促進剤]
F−1:γ−ブチロラクトン
[実施例57]
[A]重合体としての(A−1)100質量部、[B]酸発生体としての(S−1)8.5質量部、[C]酸拡散制御体としての(C−1)2.3質量部、[D]重合体としての(D−1)3質量部、[E]溶媒としての(E−1)2,240質量部及び(E−2)960質量部、並びに[F]偏在化促進剤としての(F−1)30質量部を配合してフォトレジスト組成物(J−1)を調製した。
[実施例58〜115及び比較例1〜4]
下記表1及び表2に示す種類及び配合量の各成分を用いた以外は、実施例57と同様に操作して、フォトレジスト組成物(J−2)〜(J−59),(CJ−1)〜(CJ−4)を調製した。表2中の実施例115の[A]重合体における「−」は、[B]酸発生体(重合体(SP−1))が重合体の形態であり、この重合体に[A]重合体に対応する構造単位が組み込まれていることを示す。
Figure 2014224984
Figure 2014224984
<レジストパターンの形成>
[ArF露光]
(A)アルカリ現像
12インチのシリコンウエハー表面に、スピンコーター(CLEAN TRACK ACT12、東京エレクトロン製)を使用して、下層反射防止膜形成用組成物(ARC66、ブルワーサイエンス製)を塗布した後、205℃で60秒間加熱することにより膜厚105nmの下層反射防止膜を形成した。この下層反射防止膜上に、上記スピンコーターを使用して表1及び表2に記載のフォトレジスト組成物を塗布し、90℃で60秒間PBを行った。その後、23℃で30秒間冷却し、膜厚90nmのレジスト膜を形成した。次に、このレジスト膜を、ArFエキシマレーザー液浸露光装置(NSR−S610C、NIKON製)を用い、NA=1.3、ダイポール(シグマ0.977/0.782)の光学条件にて、40nmラインアンドスペース(1L1S)マスクパターンを介して露光した。露光後、90℃で60秒間PEBを行った。その後、アルカリ現像液としての2.38質量%のTMAH水溶液を用いてアルカリ現像し、水で洗浄し、乾燥してポジ型のレジストパターンを形成した。
(B)有機溶媒現像
アルカリ現像におけるTMAH水溶液の代わりに、酢酸n−ブチルを用いて有機溶媒現像し、かつ水での洗浄を行わなかった以外は、アルカリ現像の場合と同様に操作して、ネガ型のレジストパターンを形成した。
<評価>
各フォトレジスト組成物を用いて形成したレジストパターンについて、LWR性能、解像性、断面形状の矩形性及び焦点深度を下記方法に従い評価した。評価結果についは表3に示す。
下記方法において「最適露光量」は、レジストパターン形成の際、ターゲット寸法が40nmの1対1ラインアンドスペースのマスクを介して形成した線幅が、線幅40nmの1対1ラインアンドスペースに形成される露光量として定義される。
表3に示す各実施例におけるLWR性能、解像性及び焦点深度の評価結果は、同一又は類似の[A]重合体を使用している比較例との対比結果である。具体的には、実施例57〜111及び実施例115については比較例1との、実施例112については比較例2との、実施例113については比較例3との、実施例114については比較例4との対比結果である。また、表3中の「−」は判定基準であることを示している。
[LWR性能]
走査型電子顕微鏡(S−9380、日立ハイテクノロジーズ製)を用い、レジストパターンを上部から観察した。線幅を任意のポイントで計50点測定し、その測定値の分布から3シグマ値を求め、これをLWR性能とした。LWR性能は、その値が小さいほど良いことを示す。LWR性能の値を判定基準となる比較例の値と比べたとき、10%以上の向上(LWR性能の値が90%以下)が見られた場合、LWR性能は「良好」と、10%未満(LWR性能の値が90%超)の場合、「不良」と評価できる。
[解像性]
最適露光量において解像される最小のレジストパターンの寸法を測定し、この測定結果を解像性とした。測定値が小さいほど解像性は良いことを示す。得られた測定値を判定基準となる比較例の値と比べたとき、10%以上の向上(最小レジストパターン寸法が90%以下)が見られた場合、解像性は「良好」と、10%未満(最小レジストパターン寸法が90%超)の場合、「不良」と評価できる。
[断面形状の矩形性]
最適露光量において解像されるレジストパターンの断面形状を観察し、レジストパターンの中間での線幅Lb及び膜の上部での線幅Laを測定し、La/Lbの値を算出して断面形状の矩形性を評価した。このとき、0.9≦La/Lb≦1.1である場合は「良好」と、La/Lb<0.9又は1.1<La/Lbである場合は「不良」と評価した。
[焦点深度]
最適露光量において解像されるレジストパターンにおいて、深さ方向にフォーカスを変化させた際のパターン寸法を観測し、ブリッジや残渣が無いままパターン寸法が基準の90%〜110%に入る深さ方向の余裕度を測定し、この測定結果を焦点深度とした。測定値が大きいほど焦点深度は良いことを示す。得られた測定値を判定基準となる比較例の値と比べたとき、10%以上の向上(焦点深度が110%以上)が見られた場合、焦点深度は「良好」と、10%未満(焦点深度が110%未満)の場合、「不良」と評価できる。
Figure 2014224984
表3の結果から明らかなように、実施例では、いずれもLWR性能、解像性、断面形状の矩形性及び焦点深度が良好であったのに対し、比較例では、LWR性能、解像性及び焦点深度の各特性が実施例に比べて劣っており、断面形状の矩形性も不良であった。
<電子線露光>
<フォトレジスト組成物の調製>
[実施例116]
[A]重合体としての(A−4)100質量部、[B]酸発生体としての(S−1)20質量部、[C]酸拡散制御体としての(C−1)3.6質量部、並びに[E]溶媒としての(E−1)4,280質量部及び(E−2)1,830質量部を配合してフォトレジスト組成物(J−60)を調製した。
[実施例117〜173及び比較例5〜8]
下記表4に示す種類及び配合量の各成分を用いた以外は、実施例116と同様に操作して、フォトレジスト組成物(J−61)〜(J−117)及び(CJ−5)〜(CJ−8)を調製した。
Figure 2014224984
<レジストパターンの形成>
[アルカリ現像]
8インチのシリコンウエハー表面にスピンコーター(CLEAN TRACK ACT8、東京エレクトロン製)を使用して、表4に記載の各フォトレジスト組成物を塗布し、90℃で60秒間PBを行った。その後、23℃で30秒間冷却し、膜厚50nmのレジスト膜を形成した。次に、このレジスト膜に、簡易型の電子線描画装置(日立製作所製、型式「HL800D」、出力:50KeV、電流密度:5.0A/cm)を用いて電子線を照射した。照射後、120℃で60秒間PEBを行った。その後、アルカリ現像液として2.38質量%のTMAH水溶液を用いて23℃で30秒間現像し、水で洗浄し、乾燥してポジ型のレジストパターンを形成した。
<評価>
表4に示す各フォトレジスト組成物を用いて形成したレジストパターンについて、LWR性能、解像性及び断面形状の矩形性について、ArF露光の場合と同様に評価した。評価結果を表5に示す。
表5に示す各実施例についてのLWR性能及び解像性の評価結果は、同一の[C]酸拡散制御体を使用している比較例との対比結果である。具体的には、実施例116〜132及び136〜170については比較例5との、実施例133,171については比較例6との、実施例134,172については比較例7との、実施例135,173については比較例8との対比結果である。
Figure 2014224984
表5の結果から明らかなように、実施例では、いずれもLWR性能、解像性及び断面形状の矩形性が良好であったのに対し、比較例では、LWR性能及び解像性の各特性が実施例に比べて劣っており、断面形状の矩形性も不良であった。
本発明のフォトレジスト組成物及びレジストパターン形成方法によれば、広い焦点深度を発揮しつつ、LWRが小さく、解像度が高く、断面形状の矩形性に優れるレジストパターンを形成することができる。本発明の化合物及び重合体は、当該フォトレジスト組成物の成分として好適に用いることができる。従って、これらは、更なる微細化が求められるリソグラフィー工程において好適に用いることができる。

Claims (18)

  1. [A]酸解離性基を含む構造単位を有する重合体、及び
    [B1]酸発生体
    を含有し、
    上記[B1]酸発生体が、下記式(i)で表される基を有する(チオ)アセタール化合物及びこの化合物に由来する構造単位を有する重合体からなる群より選ばれる少なくとも1種を含むフォトレジスト組成物。
    Figure 2014224984
    (式(i)中、R及びRは、それぞれ独立して、水素原子、フッ素原子、炭素数1〜20の1価の炭化水素基又は炭素数1〜20のフッ素化炭化水素基である。nは、0〜5の整数である。nが2以上の場合、複数のR及びRはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。Mは、光分解性の1価のオニウムカチオンである。)
  2. 上記[B1]酸発生体が、下記式(1−1)〜(1−3)からなる群より選ばれる少なくとも1種で表される化合物である請求項1に記載のフォトレジスト組成物。
    Figure 2014224984

    (式(1−1)〜(1−3)中、Zは、上記式(i)で表される基である。Rは単結合若しくは炭素数1〜20の2価の有機基、かつRは水素原子若しくは炭素数1〜20の1価の有機基であるか、又はR及びRは互いに合わせられRが結合する炭素原子及びRが結合するAと共に構成される環員数3〜20の環構造を表す。Aは、単結合又は炭素数1〜20の2価の炭化水素基である。aは、1〜3の整数である。R3’は単結合若しくは炭素数1〜20の2価の有機基、かつR4’は水素原子若しくは炭素数1〜20の1価の有機基であるか、又はR3’及びR4’は互いに合わせられこれらが結合する炭素原子と共に構成される環員数3〜20の環構造を表す。R3”は単結合若しくは炭素数1〜20の2価の有機基、かつR4”は水素原子若しくは炭素数1〜20の1価の有機基であるか、又はR3”及びR4”は互いに合わせられR3”が結合する炭素原子、R4”が結合するA’及びこのA’に結合する炭素原子と共に構成される環員数3〜20の環構造を表す。A’は、単結合、酸素原子、炭素数1〜20の2価の炭化水素基又は炭素数1〜20の2価のオキシ炭化水素基である。bは、1〜3の整数である。cは、2又は3である。R及びRは、それぞれ独立して水素原子若しくは炭素数1〜20の1価の有機基であるか、又はこれらの基が互いに合わせられこれらが結合する炭素原子と共に構成される環員数3〜20の環構造を表す。複数のR及びRはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。R及びRはそれぞれ独立して、炭素数1〜20の1価の有機基である。R及びR10は、それぞれ独立して炭素数1〜20の1価の有機基であるか、又はこれらの基が互いに合わせられこれらが結合する炭素原子と共に構成される環員数3〜20の環構造を表す。X及びXは、それぞれ独立して、酸素原子又は硫黄原子である。aが2以上の場合、複数のA、X、X、R及びRはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。bが2以上の場合、複数のA’、X、X、R及びR10はそれぞれ同一でも異なっていてもよい。)
  3. 上記式(1−1)におけるR及びRのうちの少なくとも一方、上記式(1−2)におけるR及びRのうちの少なくとも一方、及び式(1−3)におけるR及びR10のうちの少なくとも一方が、重合性二重結合を含む請求項2に記載のフォトレジスト組成物。
  4. 上記式(i)におけるMが、下記式(2)で表される請求項1、請求項2又は請求項3に記載のフォトレジスト組成物。
    Figure 2014224984
    (式(2)中、R11は、フッ素原子、ヒドロキシ基、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のフッ素化アルキル基、炭素数1〜10のアルコキシ基、炭素数2〜11のアルコキシカルボニル基又は炭素数1〜10のアルキルスルホニル基である。jは、0〜9の整数である。jが2以上の場合、複数のR11は、同一でも異なっていてもよい。R12及びR13は、それぞれ独立して置換若しくは非置換の炭素数1〜10のアルキル基若しくは置換若しくは非置換の炭素数6〜20のアリール基であるか、又はこれらの基が互いに合わせられこれらが結合する硫黄原子と共に構成される環員数4〜10の環構造を表す。kは、0〜2の整数である。)
  5. 上記式(i)におけるSO に隣接する炭素原子に結合するR及びRのうちの少なくとも一方が、フッ素原子又はパーフルオロアルキル基である請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のフォトレジスト組成物。
  6. [A]酸解離性基を含む構造単位を有する重合体、
    [B2]酸発生体、及び
    [C1]酸拡散制御体
    を含有し、
    上記[B2]酸発生体が、露光により[C1]酸拡散制御体から発生する酸より強い酸を発生し、
    上記[C1]酸拡散制御体が、下記式(i)で表される基を有する(チオ)アセタール化合物及びこの化合物に由来する構造単位を有する重合体からなる群より選ばれる少なくとも1種を含むフォトレジスト組成物。
    Figure 2014224984
    (式(i)中、R及びRは、それぞれ独立して、水素原子、フッ素原子、炭素数1〜20の1価の炭化水素基又は炭素数1〜20のフッ素化炭化水素基である。nは、0〜5の整数である。nが2以上の場合、複数のR及びRはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。Mは、光分解性の1価のオニウムカチオンである。)
  7. 上記[C1]酸拡散制御体が、下記式(1−1)〜(1−3)からなる群より選ばれる少なくとも1種で表される化合物である請求項6に記載のフォトレジスト組成物。
    Figure 2014224984

    (式(1−1)〜(1−3)中、Zは、上記式(i)で表される基である。Rは単結合若しくは炭素数1〜20の2価の有機基、かつRは水素原子若しくは炭素数1〜20の1価の有機基であるか、又はR及びRは互いに合わせられRが結合する炭素原子及びRが結合するAと共に構成される環員数3〜20の環構造を表す。Aは、単結合又は炭素数1〜20の2価の炭化水素基である。aは、1〜3の整数である。R3’は単結合若しくは炭素数1〜20の2価の有機基、かつR4’は水素原子若しくは炭素数1〜20の1価の有機基であるか、又はR3’及びR4’は互いに合わせられこれらが結合する炭素原子と共に構成される環員数3〜20の環構造を表す。R3”は単結合若しくは炭素数1〜20の2価の有機基、かつR4”は水素原子若しくは炭素数1〜20の1価の有機基であるか、又はR3”及びR4”は互いに合わせられR3”が結合する炭素原子、R4”が結合するA’及びこのA’に結合する炭素原子と共に構成される環員数3〜20の環構造を表す。A’は、単結合、酸素原子、炭素数1〜20の2価の炭化水素基又は炭素数1〜20の2価のオキシ炭化水素基である。bは、1〜3の整数である。cは、2又は3である。R及びRは、それぞれ独立して水素原子若しくは炭素数1〜20の1価の有機基であるか、又はこれらの基が互いに合わせられこれらが結合する炭素原子と共に構成される環員数3〜20の環構造を表す。複数のR及びRはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。R及びRはそれぞれ独立して、炭素数1〜20の1価の有機基である。R及びR10は、それぞれ独立して炭素数1〜20の1価の有機基であるか、又はこれらの基が互いに合わせられこれらが結合する炭素原子と共に構成される環員数3〜20の環構造を表す。X及びXは、それぞれ独立して、酸素原子又は硫黄原子である。aが2以上の場合、複数のA、X、X、R及びRはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。bが2以上の場合、複数のA’、X、X、R及びR10はそれぞれ同一でも異なっていてもよい。)
  8. 上記式(1−1)におけるR及びRのうちの少なくとも一方、上記式(1−2)におけるR及びRのうちの少なくとも一方、及び式(1−3)におけるR及びR10のうちの少なくとも一方が、重合性二重結合を含む請求項7に記載のフォトレジスト組成物。
  9. 上記式(i)におけるMが、下記式(2)で表される請求項6、請求項7又は請求項8に記載のフォトレジスト組成物。
    Figure 2014224984
    (式(2)中、R11は、フッ素原子、ヒドロキシ基、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のフッ素化アルキル基、炭素数1〜10のアルコキシ基、炭素数2〜11のアルコキシカルボニル基又は炭素数1〜10のアルキルスルホニル基である。jは、0〜9の整数である。jが2以上の場合、複数のR11は、同一でも異なっていてもよい。R12及びR13は、それぞれ独立して置換若しくは非置換の炭素数1〜10のアルキル基若しくは置換若しくは非置換の炭素数6〜20のアリール基であるか、又はこれらの基が互いに合わせられこれらが結合する硫黄原子と共に構成される環員数4〜10の環構造を表す。kは、0〜2の整数である。)
  10. 上記式(i)におけるSO に隣接する炭素原子に結合するR及びRが、水素原子、炭素数1〜10のアルキル基又はパーフルオロアルキル基以外の炭素数1〜10のフッ素化アルキル基である請求項6から請求項9のいずれか1項に記載のフォトレジスト組成物。
  11. 上記酸解離性基を含む構造単位が下記式(3)で表される請求項1から請求項10のいずれか1項に記載のフォトレジスト組成物。
    Figure 2014224984
    (式(3)中、R14は、水素原子、フッ素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。R15は、炭素数1〜10の1価の鎖状炭化水素基である。R16及びR17は、それぞれ独立して炭素数1〜10の1価の鎖状炭化水素基、若しくは無置換若しくはヒドロキシ基置換の炭素数3〜20の1価の脂環式炭化水素基であるか、又はこれらの基が互いに合わせられこれらが結合する炭素原子と共に構成される炭素数3〜20の脂環構造を表す。)
  12. 上記[A]重合体が下記式(4)で表される構造単位をさらに有する請求項1から請求項11のいずれか1項に記載のフォトレジスト組成物。
    Figure 2014224984
    (式(4)中、R18は、水素原子又はメチル基である。R19は、1価の有機基である。pは、0〜3の整数である。pが2又は3の場合、複数のR19は同一でも異なっていてもよい。qは、1〜3の整数である。但し、1≦p+q≦5を満たす。)
  13. 請求項1から請求項12のいずれか1項に記載のフォトレジスト組成物を用い、レジスト膜を形成する工程、
    上記レジスト膜を露光する工程、及び
    上記露光されたレジスト膜を現像する工程
    を有するレジストパターン形成方法。
  14. 下記式(i)で表される基を有する(チオ)アセタール化合物。
    Figure 2014224984
    (式(i)中、R及びRは、それぞれ独立して、水素原子、フッ素原子、炭素数1〜20の1価の炭化水素基又は炭素数1〜20のフッ素化炭化水素基である。nは、0〜5の整数である。nが2以上の場合、複数のR及びRはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。Mは、光分解性の1価のオニウムカチオンである。)
  15. 下記式(1−1)〜(1−3)からなる群より選ばれる少なくとも1種で表される請求項14に記載の化合物。
    Figure 2014224984

    (式(1−1)〜(1−3)中、Zは、上記式(i)で表される基である。Rは単結合若しくは炭素数1〜20の2価の有機基、かつRは水素原子若しくは炭素数1〜20の1価の有機基であるか、又はR及びRは互いに合わせられRが結合する炭素原子及びRが結合するAと共に構成される環員数3〜20の環構造を表す。Aは、単結合又は炭素数1〜20の2価の炭化水素基である。aは、1〜3の整数である。R3’は単結合若しくは炭素数1〜20の2価の有機基、かつR4’は水素原子若しくは炭素数1〜20の1価の有機基であるか、又はR3’及びR4’は互いに合わせられこれらが結合する炭素原子と共に構成される環員数3〜20の環構造を表す。R3”は単結合若しくは炭素数1〜20の2価の有機基、かつR4”は水素原子若しくは炭素数1〜20の1価の有機基であるか、又はR3”及びR4”は互いに合わせられR3”が結合する炭素原子、R4”が結合するA’及びこのA’に結合する炭素原子と共に構成される環員数3〜20の環構造を表す。A’は、単結合、酸素原子、炭素数1〜20の2価の炭化水素基又は炭素数1〜20の2価のオキシ炭化水素基である。bは、1〜3の整数である。cは、2又は3である。R及びRは、それぞれ独立して水素原子若しくは炭素数1〜20の1価の有機基であるか、又はこれらの基が互いに合わせられこれらが結合する炭素原子と共に構成される環員数3〜20の環構造を表す。複数のR及びRはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。R及びRはそれぞれ独立して、炭素数1〜20の1価の有機基である。R及びR10は、それぞれ独立して炭素数1〜20の1価の有機基であるか、又はこれらの基が互いに合わせられこれらが結合する炭素原子と共に構成される環員数3〜20の環構造を表す。X及びXは、それぞれ独立して、酸素原子又は硫黄原子である。aが2以上の場合、複数のA、X、X、R及びRはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。bが2以上の場合、複数のA’、X、X、R及びR10はそれぞれ同一でも異なっていてもよい。)
  16. 上記式(1−1)におけるR及びRのうちの少なくとも一方、上記式(1−2)におけるR及びRのうちの少なくとも一方、及び式(1−3)におけるR及びR10のうちの少なくとも一方が、重合性二重結合を含む請求項15に記載の化合物。
  17. 上記式(i)におけるMが、下記式(2)で表される請求項14、請求項15又は請求項16に記載の化合物。
    Figure 2014224984
    (式(2)中、R11は、フッ素原子、ヒドロキシ基、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のフッ素化アルキル基、炭素数1〜10のアルコキシ基、炭素数2〜11のアルコキシカルボニル基又は炭素数1〜10のアルキルスルホニル基である。jは、0〜9の整数である。jが2以上の場合、複数のR11は、同一でも異なっていてもよい。R12及びR13は、それぞれ独立して置換若しくは非置換の炭素数1〜10のアルキル基若しくは置換若しくは非置換の炭素数6〜20のアリール基であるか、又はこれらの基が互いに合わせられこれらが結合する硫黄原子と共に構成される環員数4〜10の環構造を表す。kは、0〜2の整数である。)
  18. 請求項14から請求項17のいずれか1項に記載の化合物に由来する構造単位を有する重合体。
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