JP2015108809A - 感放射線性樹脂組成物、レジストパターン形成方法、重合体、化合物及びその製造方法 - Google Patents

感放射線性樹脂組成物、レジストパターン形成方法、重合体、化合物及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】LWR性能、CD均一性、解像性、断面形状の矩形性、焦点深度、露光余裕度及びMEEF性能に優れた感放射線性樹脂組成物の提供。【解決手段】式(1)で表される構造単位を有する重合体、及び感放射線性酸発生体を含有する感放射線性樹脂組成物。式(1)中、R3は、極性基を含む1価の有機基である。【選択図】なし

Description

本発明は、感放射線性樹脂組成物、レジストパターン形成方法、重合体、化合物及びその製造方法に関する。
半導体デバイス、液晶デバイス等の各種電子デバイス構造の微細化に伴って、リソグラフィー工程におけるレジストパターンのさらなる微細化が要求されており、そのため種々の感放射線性樹脂組成物が検討されている。このような感放射線性樹脂組成物は、ArFエキシマレーザー光等の遠紫外線、電子線などの放射線の照射により、露光部に酸を生成させ、この酸の触媒作用により露光部と未露光部の現像液に対する溶解速度に差を生じさせ、基板上にレジストパターンを形成させる。
かかる感放射線性樹脂組成物には、単に解像性等に優れるだけでなく、LWR(Line Width Roughness)性能、CDU(Critical Dimension Uniformity:CD均一性)性能等に優れると共に、露光余裕度(Exposure Latitude)、焦点深度に優れ、高精度なパターンを高い歩留まりで得られることが求められる。この要求に対しては、感放射線性樹脂組成物に含有される重合体の構造が種々検討されており、ブチロラクトン構造、ノルボルナンラクトン構造等のラクトン構造を有することで、レジストパターンの基板への密着性を高めると共に、これらの性能を向上できることが知られている(特開平11−212265号公報、特開2003−5375号公報及び特開2008−83370号公報参照)。
しかし、レジストパターンの微細化が線幅45nm以下のレベルまで進展している現在にあっては、上記性能の要求レベルはさらに高まり、従来の感放射線性樹脂組成物では、これらの要求を満足させることはできていない。また、従来の感放射線性樹脂組成物では、パターンのトップロスが起こることがあり、断面形状の矩形性に優れるパターンを得難い場合があるという不都合がある。さらに、レジストパターンに対して、最近では、MEEF(Mask Error Enhancement Factor)性能等の性能が高いことも求められる。
特開平11−212265号公報 特開2003−5375号公報 特開2008−83370号公報
本発明は以上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、CD均一性、解像性、断面形状の矩形性、焦点深度、露光余裕度及びMEEF性能(以下、「LWR性能等」ともいう)に優れた感放射線性樹脂組成物を提供することにある。
上記課題を解決するためになされた発明は、下記式(1)で表される構造単位(I)を有する重合体(以下、「[A]重合体」ともいう)及び感放射線性酸発生体(以下、「[B]感放射線性酸発生体」ともいう)を含有する感放射線性樹脂組成物である。
Figure 2015108809
(式(1)中、R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。Rは、水素原子又は1価の有機基である。Rは、極性基を含む1価の有機基である。但し、R及びR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、極性基を含む環員数3〜20の脂環構造を表してもよい。Rは、1価の有機基である。X及びYは、それぞれ独立して、単結合、炭素数1〜12の2価の鎖状炭化水素基又は炭素数3〜12の2価の脂環式炭化水素基である。但し、X及びYのうちの少なくともいずれかは、炭素数1〜12の2価の鎖状炭化水素基又は炭素数3〜12の2価の脂環式炭化水素基である。R又はXとRとは、互いに合わせられこれらが結合する原子鎖と共に構成される、環員数5〜20の環構造を表してもよい。)
上記課題を解決するためになされた別の発明は、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であって、上記レジスト膜を当該感放射線性樹脂組成物で形成することを特徴とするレジストパターン形成方法である。
上記課題を解決するためになされた別の発明は、下記式(1)で表される構造単位(I)を有する重合体である。
Figure 2015108809
(式(1)中、R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。Rは、水素原子又は1価の有機基である。Rは、極性基を含む1価の有機基である。但し、R及びR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、極性基を含む環員数3〜20の脂環構造を表してもよい。Rは、1価の有機基である。X及びYは、それぞれ独立して、単結合、炭素数1〜12の2価の鎖状炭化水素基又は炭素数3〜12の2価の脂環式炭化水素基である。但し、X及びYのうちの少なくともいずれかは、炭素数1〜12の2価の鎖状炭化水素基又は炭素数3〜12の2価の脂環式炭化水素基である。R又はXとRとは、互いに合わせられこれらが結合する原子鎖と共に構成される、環員数5〜20の環構造を表してもよい。)
上記課題を解決するためになされた別の発明は下記式(5)で表される化合物である。
Figure 2015108809
(式(5)中、R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。Rは、水素原子又は1価の有機基である。Rは、極性基を含む1価の有機基である。但し、R及びR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、極性基を含む環員数3〜20の脂環構造を表してもよい。Rは、1価の有機基である。X及びYは、それぞれ独立して、単結合、炭素数1〜12の2価の鎖状炭化水素基又は炭素数3〜12の2価の脂環式炭化水素基である。但し、X及びYのうちの少なくともいずれかは、炭素数1〜12の2価の鎖状炭化水素基又は炭素数3〜12の2価の脂環式炭化水素基である。R又はXとRとは、互いに合わせられこれらが結合する原子鎖と共に構成される、環員数5〜20の環構造を表してもよい。)
上記課題を解決するためになされた別の発明は、下記式(a)で表される化合物と下記式(b)で表される化合物とを反応させる工程を有する下記式(5a)で表される化合物の製造方法である。
Figure 2015108809
(式(a)、(b)及び(5a)中、R1A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。R2Aは、水素原子又は1価の有機基である。Rは、極性基を含む1価の有機基である。但し、R2A及びR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、極性基を含む環員数3〜20の脂環構造を表してもよい。Rは、1価の有機基である。X及びYは、それぞれ独立して、単結合、炭素数1〜12の2価の鎖状炭化水素基又は炭素数3〜12の2価の脂環式炭化水素基である。但し、X及びYのうちの少なくともいずれかは、炭素数1〜12の2価の鎖状炭化水素基又は炭素数3〜12の2価の脂環式炭化水素基である。Zは、ハロゲン原子、ヒドロキシ基又は−OCOR’である。R’は、炭素数1〜30の1価の炭化水素基である。)
上記課題を解決するためになされた別の発明は、下記式(e)で表される化合物と下記式(f)で表される化合物とを金属亜鉛の存在下で反応させる工程を有する下記式(5b)で表される化合物の製造方法である。
Figure 2015108809
(式(e)、(f)及び(5b)中、R2Aは、水素原子又は1価の有機基である。Rは、極性基を含む1価の有機基である。但し、R2A及びR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、極性基を含む環員数3〜20の脂環構造を表してもよい。Rは、1価の有機基である。Yは、炭素数1〜12の2価の鎖状炭化水素基又は炭素数3〜12の2価の脂環式炭化水素基である。R及びRは、それぞれ独立して水素原子若しくは炭素数1〜10の1価の鎖状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若しくは炭素鎖と共に構成される環員数3〜10の脂環構造を表す。aは、1〜4の整数である。aが2以上の場合、複数のRは同一でも異なっていてもよく、複数のRは同一でも異なっていてもよい。Rは、炭素数1〜10の1価の鎖状炭化水素基又は炭素数3〜10の1価の脂環式炭化水素基である。Tは、ハロゲン原子である。Aは、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、炭素数1〜20の1価のオキシ炭化水素基又は−OCORである。Rは、炭素数1〜20の1価の炭化水素基である。)
上記課題を解決するためになされた別の発明は、下記式(g)で表される化合物と下記式(f)で表される化合物とを金属亜鉛の存在下で反応させる工程を有する下記式(5c)で表される化合物の製造方法である。
Figure 2015108809
(式(g)、(f)及び(5c)中、Rは、極性基を含む1価の有機基である。Rは、1価の有機基である。Yは、単結合、炭素数1〜12の2価の鎖状炭化水素基又は炭素数3〜12の2価の脂環式炭化水素基である。R及びRは、それぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシ基若しくは炭素数1〜10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若しくは炭素鎖と共に構成される環員数3〜10の環構造を表す。aは、1〜4の整数である。aが2以上の場合、複数のRは同一でも異なっていてもよく、複数のRは同一でも異なっていてもよい。Tは、ハロゲン原子である。Aは、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、炭素数1〜20の1価のオキシ炭化水素基又は−OCORである。Rは、炭素数1〜20の1価の炭化水素基である。)
ここで、「有機基」とは、少なくとも1個の炭素原子を含む基をいう。「炭化水素基」とは、鎖状炭化水素基、脂環式炭化水素基及び芳香族炭化水素基が含まれる。この「炭化水素基」は、飽和炭化水素基でも不飽和炭化水素基でもよい。「極性基」とは、例えばカルボキシ基、ヒドロキシ基、アミノ基、スルホ基等のヘテロ原子含有基をいう。
本発明の感放射線性樹脂組成物及びレジストパターン形成方法によれば、優れた露光余裕度、焦点深度、MEEF性能を発揮しつつ、優れたLWR性能、CD均一性及び断面形状の矩形性を有し、解像性の高いレジストパターンを形成することができる。本発明の重合体は、当該感放射線性樹脂組成物の重合体成分として好適に用いることができる。本発明の化合物は、当該重合体の単量体として好適に用いることができる。本発明の化合物の製造方法によれば、当該化合物を簡便かつ収率よく製造することができる。従って、これらは、今後さらに微細化が進行すると予想される半導体デバイス製造用に好適に用いることができる。
<感放射線性樹脂組成物>
当該感放射線性樹脂組成物は[A]重合体及び[B]感放射線性酸発生体を含有する。当該感放射線性樹脂組成物は、好適成分として、[C]酸拡散制御体、[D]フッ素原子含有重合体(以下、「[D]重合体」ともいう)、[E][A]重合体及び[D]重合体以外の重合体(以下、「[E]重合体」ともいう)、[F]溶媒及び[G]偏在化促進剤を含有してもよく、本発明の効果を損なわない範囲で、その他の任意成分を含有してもよい。
当該感放射線性樹脂組成物は、重合体成分として、ベース重合体のみを含有していてもよく、ベース重合体以外に撥水性重合体添加剤を含有することもできる。「ベース重合体」とは、感放射線性樹脂組成物から形成されるレジスト膜の主成分となる重合体をいい、好ましくは、レジスト膜を構成する全重合体に対して50質量%以上を占める重合体をいう。また、「撥水性重合体添加剤」とは、感放射線性樹脂組成物に含有させることで、形成されるレジスト膜の表層に偏在化する傾向を有する重合体である。ベース重合体となる重合体より疎水性が高い重合体は、レジスト膜表層に偏在化する傾向があり、撥水性重合体添加剤として機能させることができる。当該感放射線性樹脂組成物は、撥水性重合体添加剤を含有することで、レジスト膜からの酸発生体等の溶出を抑制できると共に、形成されたレジスト膜表面が高い動的接触角を示すので、レジスト膜表面は優れた水切れ特性を発揮することができる。これにより液浸露光プロセスにおいて、レジスト膜表面と液浸媒体を遮断するための上層膜を別途形成することを要することなく、高速スキャン露光を可能にすることができる。当該感放射線性樹脂組成物が撥水性添加剤を含有する場合、撥水性重合体添加剤の含有量の下限としては、ベース重合体100質量部に対して、0.1質量部が好ましく、0.3質量部がより好ましく、0.5質量部がさらに好ましい。上記含有量の上限としては、20質量部が好ましく、15質量部がより好ましく、10質量部がさらに好ましい。当該感放射線性樹脂組成物におけるベース重合体の含有量の下限としては、当該感放射線性樹脂組成物中の全固形分に対して、70質量%が好ましく、80質量%がより好ましく、85質量%がさらに好ましい。
当該感放射線性樹脂組成物において、重合体が撥水性重合体添加剤として良好に機能するには、撥水性重合体添加剤を構成する重合体は、フッ素原子を有する重合体であることが好ましく、また、そのフッ素原子含有率が、ベース重合体のフッ素原子含有率より大きいことがより好ましい。撥水性重合体添加剤のフッ素原子含有率がベース重合体のフッ素原子含有率よりも大きいと、形成されたレジスト膜において、撥水性重合体添加剤がその表層に偏在化する傾向がより高まるため、レジスト膜表面の高い水切れ性等の撥水性重合体添加剤の疎水性に起因する特性が、より効果的に発揮される。撥水性重合体添加剤を構成する重合体のフッ素原子含有率の下限としては、1質量%が好ましく、3質量%がより好ましく、5質量%がさらに好ましく、7質量%が特に好ましい。なお、このフッ素原子含有率(質量%)は、13C−NMRの測定により求めた重合体の構造から算出することができる。
当該感放射線性樹脂組成物における重合体成分の態様としては、例えば(1)ベース重合体としての[A]重合体、(2)ベース重合体としての[A]重合体及び撥水性重合体添加剤としての[A]重合体、(3)ベース重合体としての[A]重合体及び撥水性重合体添加剤としての[D]重合体、(4)ベース重合体としての[D]重合体及び撥水性重合体添加剤としての[A]重合体をそれぞれ含有する場合等が挙げられる。上記(1)〜(3)のようにベース重合体が[A]重合体である感放射線性樹脂組成物は、特に、焦点深度に優れるという効果を発揮する。また、上記(2)及び(4)のように撥水性重合体添加剤としての[A]重合体を含有する感放射線性樹脂組成物は、特に、形成されるレジストパターンにおける欠陥の発生が抑制されるという効果を発揮する。この場合、上記(2)のようにベース重合体及び撥水性重合体添加剤の両方を[A]重合体とすると、この欠陥抑制性をより向上させることができる。以下、当該感放射線性樹脂組成物の各成分について説明する。
<[A]重合体>
[A]重合体は、構造単位(I)を有する重合体である。当該感放射線性樹脂組成物を用いることで、優れた露光余裕度、焦点深度、MEEF性能を発揮しつつ、優れたLWR性能、CD均一性及び断面形状の矩形性を有し、解像性が高いレジストパターンを形成することができる。当該感放射線性樹脂組成物が上記構成を有することで上記効果を奏する理由については必ずしも明確ではないが、例えば以下のように推察することができる。即ち、[A]重合体の構造単位(I)は主鎖に結合するエステル基の近傍に極性基を有する。構造単位(I)はこのような構造を有することで、[A]重合体の剛直性と極性とが適度に高まり、レジスト膜中で[B]感放射線性酸発生体から生じる酸の拡散を適度に制御することができる。また、[A]重合体の溶解性が高まり、その結果、上述のLWR性能等が向上する。
[A]重合体は、構造単位(I)以外にも、後述する下記式(2)又は(3)で表される構造単位(II)、構造単位(I)以外の構造単位であってラクトン構造、環状カーボネート構造、スルトン構造、ヒドロキシ基又はオキソ基を含む構造単位(III)を有することが好ましく、また構造単位(I)〜(III)以外のその他の構造単位を有していてもよい。[A]重合体は、上記構造単位をそれぞれ1種又は2種以上有していてもよい。以下、各構造単位について説明する。
[構造単位(I)]
構造単位(I)は、下記式(1)で表される。
Figure 2015108809
上記式(1)中、R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。Rは、水素原子又は1価の有機基である。Rは、極性基を含む1価の有機基である。但し、R及びR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、極性基を含む環員数3〜20の脂環構造を表してもよい。Rは、1価の有機基である。X及びYは、それぞれ独立して、単結合、炭素数1〜12の2価の鎖状炭化水素基又は炭素数3〜12の2価の脂環式炭化水素基である。但し、X及びYのうちの少なくともいずれかは、炭素数1〜12の2価の鎖状炭化水素基又は炭素数3〜12の2価の脂環式炭化水素基である。R又はXとRとは、互いに合わせられこれらが結合する原子鎖と共に構成される、環員数5〜20の環構造を表してもよい。
としては、構造単位(I)を与える単量体の共重合性の観点から、水素原子及びメチル基が好ましく、メチル基がより好ましい。
が水素原子又は1価の有機基である場合、Rは、極性基を含む1価の有機基である。この場合、[A]重合体の運動性や溶解性を容易に制御できると推察される。
の1価の有機基は、本発明の効果を損なわない限り、極性基を含むこともできる。即ち、Rの1価の有機基として、例えば極性基を含む1価の有機基等も挙げられる。
の1価の有機基としては、例えば炭素数1〜20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等の炭素数1〜20の1価の炭化水素基などが挙げられる。
炭素数1〜20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、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などが挙げられる。
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、シクロヘキシル基等の単環のシクロアルキル基;
ノルボルニル基、アダマンチル基、トリシクロデシル基等の多環のシクロアルキル基;
シクロプロペニル基、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;
ノルボルネニル基、トリシクロデセニル基等の多環のシクロアルケニル基などが挙げられる。
炭素数6〜20の1価の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、ナフチルメチル基等のアラルキル基などが挙げられる。
としては、これらの中で、[A]重合体の運動性をより容易に制御できる観点から、水素原子及び炭素数1〜20の1価の炭化水素基が好ましく、水素原子及び炭素数1〜20の鎖状炭化水素基がより好ましく、メチル基がさらに好ましい。
の極性基を除く部分としては、例えばRの1価の有機基として例示した基等が挙げられる。
の極性基としては、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、ヒドロキシ基、アミノ基、カルボキシ基、アルコキシ基、アミド基、シアノ基等の1価の極性基;
−O−、=O、−CO−、−CO−、−O−CO−、−NH−、−S−、−SO−、−O−SO−等の2価の極性基;
−CON<等の3価の極性基などが挙げられる。
の極性基としては、これらの中で、[A]重合体の現像液への溶解性をより容易に調整できる観点から、ヒドロキシ基、−O−、−CO−、−O−CO−、−O−SO−及び−CON<が好ましく、ヒドロキシ基、−CO−及び−O−SO−がより好ましい。
の極性基を含む1価の有機基としては、例えば下記式(a−1)〜(a−44)で表される基等が挙げられる。
Figure 2015108809
Figure 2015108809
上記式(a−1)〜(a−44)中、それぞれの*は結合手である。
の極性基を含む1価の有機基としては、これらの中で、[A]重合体の溶解性をより容易に制御できる観点から、極性基としてフッ素原子、ヒドロキシ基、アミノ基、シアノ基、−CO−及び−O−SO−をそれぞれ含む1価の有機基が好ましく、上記式(a−1)、(a−5)、(a−12)、(a−13)、(a−15)、(a−18)、(a−21)、(a−31)、(a−36)、(a−37)、(a−38)及び(a−42)でそれぞれ表される基がより好ましく、極性基として−CO−を含む1価の有機基がさらに好ましく、上記式(a−15)で表される基が特に好ましい。
及びR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、極性基を含む環員数3〜20の脂環構造を表してもよい。この場合も同様に、[A]重合体の運動性や溶解性を容易に制御できると推察される。
極性基を除く上記脂環構造としては、例えば環員数3〜20の脂環式炭化水素構造等が挙げられる。
炭素数3〜20の脂環式炭化水素構造としては、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、シクロオクタン構造等の単環の脂環式炭化水素構造;
ノルボルナン構造、アダマンタン構造等の多環の脂環式炭化水素構造等が挙げられる。
炭素数3〜20の脂環式炭化水素構造としては、これらの中で、[A]重合体の溶解性をより容易に制御できる観点から、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、ノルボルナン構造及びアダマンタン構造が好ましく、シクロプロパン構造、ノルボルナン構造及びアダマンタン構造がより好ましい。
環員数3〜20の脂環構造の極性基としては、例えばRの極性基として例示した基等が挙げられる。
環員数3〜20の脂環構造の極性基としては、これらの中で、[A]重合体の現像液への溶解性を容易に調整できる観点から、フッ素原子、ヒドロキシ基、−O−、−CO−、−CO−、−SO−、−O−SO−及び−CON<が好ましく、ヒドロキシ基、−CO−及び−O−SO−がより好ましい。
極性基を含む環員数3〜20の脂環構造としては、例えば下記式(b−1)〜(b−14)で表される構造等が挙げられる。
Figure 2015108809
上記式(b−1)〜(b−14)中、それぞれの*は結合手である。
極性基を含む環員数3〜20の脂環構造としては、これらの中で、[A]重合体の溶解性を適度に高める観点から、極性基としてヒドロキシ基、−O−、−CO−及び−O−SO−をそれぞれ含む環員数3〜20の脂環構造が好ましく、上記式(b−1)、(b−3)、(b−9)、(b−10)、(b−11)及び(b―13)でそれぞれ表される基がより好ましい。
の1価の有機基としては、例えばRの1価の有機基として例示した基等が挙げられる。
の1価の有機基は、本発明の効果を損なわない限り、Rの場合と同様に極性基を含むこともできる。即ち、Rの1価の有機基としては、例えば極性基を含む1価の有機基等も挙げられる。
の1価の有機基としては、例えば下記式(c−1)〜(c−14)で表される基等が挙げられる。
Figure 2015108809
上記式(c−1)〜(c−14)中、それぞれの*は結合手である。
に含まれていてもよい極性基としては、例えばRの極性基として例示した基等が挙げられる。
に含まれていてもよい極性基としては、これらの中で、[A]重合体の溶解性をより容易に制御できる観点から、フッ素原子、ヒドロキシ基、−CO−及び−O−SO−が好ましい。
の極性基を含む1価の有機基としては、例えば上記式(a−1)〜(a−44)で表される基等が挙げられる。
なお、Rは、酸解離性基でも、非酸解離性基でもよい。Rを酸解離性基とすると、構造単位(I)により酸解離性と極性とを共に発揮させることができ、[A]重合体の溶解性をより適度に調節することができ、その結果、当該感放射線性樹脂組成物のLWR性能等をより高めることができる。
の1価の有機基としては、これらの中で、[A]重合体と[B]酸解離性酸発生体との相溶性が高められる観点から、Rが1価の酸解離性基、並びに極性基としてフッ素原子、ヒドロキシ基、−CO−及び−O−SO−をそれぞれ含む1価の有機基が好ましく、1価の酸解離性基がより好ましく、上記式(c−2)、(c−3)、(c−4)、(c−5)、(c−8)、(c−9)及び(c−12)でそれぞれ表される基がさらに好ましい。
X及びYの炭素数1〜12の2価の鎖状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が挙げられる。
X及びYの炭素数3〜12の2価の脂環式炭化水素基としては、例えば
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等の単環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等の単環のシクロアルケンジイル基;
ノルボルナンジイル基、アダマンタンジイル基、トリシクロデカンジイル基、テトラシクロドデカンジイル基等の多環のシクロアルカンジイル基;
ノルボルネンジイル基、トリシクロデセンジイル基等の多環のシクロアルケンジイル基などが挙げられる。
炭素数1〜12の2価の鎖状炭化水素基及び炭素数3〜12の2価の脂環式炭化水素基は、本発明の効果を損なわない範囲で、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、アダマンチル基、ノルボルニル基等の1価の脂環式炭化水素基を置換基として有していてもよい。
より具体的には、X及びYの炭素数1〜12の2価の鎖状炭化水素基及び炭素数3〜12の2価の脂環式炭化水素基としては、例えば下記式(d−1)〜(d−12)で表される基等が挙げられる。
Figure 2015108809
上記式(d−1)〜(d−12)中、それぞれの*は結合手である。
X及びYは、好ましくは炭素数1以上4以下、より好ましくは炭素数1及び2の2価の脂肪族炭化水素基である。この場合、[A]重合体の運
動性をより容易に制御することができる。但し、X及びYの少なくとも1つは、炭素数1〜12の2価の鎖状炭化水素基又は炭素数3〜12の2価の脂環式炭化水素基を表す。
X及びYとしては、これらの中で、[A]重合体の運動性をより容易に制御する観点から、単結合、アルカンジイル基及びシクロアルカンジイル基が好ましく、単結合、上記式(d−1)、(d−2)、(d−3)、(d−5)及び(d−11)でそれぞれ表される基がより好ましく、単結合、上記式(d−1)及び(d−3)でそれぞれ表される基がさらに好ましい。
上記RとRとが互いに合わせられこれらが結合する原子鎖と共に構成される環員数5〜20の環構造としては、例えば
ブチロラクトン構造、バレロラクトン構造、カプロラクトン構造等のラクトン構造;
オキサブチロラクトン構造、オキサバレロラクトン等のオキサラクトン構造などが挙げられる。
これらの中で、ラクトン構造が好ましく、環員数5〜8のラクトン構造がより好ましく、ブチロラクトン構造及びバレロラクトン構造がさらに好ましく、ブチロラクトン構造が特に好ましい。
上記XとRとが互いに合わせられこれらが結合する原子鎖と共に構成される環員数5〜20の環構造としては、例えばブチロラクトン構造、バレロラクトン構造、カプロラクトン構造等のラクトン構造などが挙げられる。
これらの中で、環員数5〜8のラクトン構造が好ましく、ブチロラクトン構造及びバレロラクトン構造がより好ましく、ブチロラクトン構造がさらに好ましい。
構造単位(I)としては、下記式(1a)で表される構造単位(以下、「構造単位(Ia)」ともいう)、下記式(1b)で表される構造単位(以下、「構造単位(Ib)」ともいう)及び下記式(1c)で表される構造単位(以下、「構造単位(Ic)」ともいう)が好ましい。
Figure 2015108809
上記式(1a)中、R1A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。R2Aは、水素原子又は1価の有機基である。Rは、極性基を含む1価の有機基である。但し、R2A及びR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、極性基を含む環員数3〜20の脂環構造を表してもよい。Rは、1価の有機基である。X及びYは、それぞれ独立して、単結合、炭素数1〜12の2価の鎖状炭化水素基又は炭素数3〜12の2価の脂環式炭化水素基である。但し、X及びYのうちの少なくともいずれかは、炭素数1〜12の2価の鎖状炭化水素基又は炭素数3〜12の2価の脂環式炭化水素基である。
上記式(1b)中、R2Aは、水素原子又は1価の有機基である。Rは、極性基を含む1価の有機基である。但し、R2A及びR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、極性基を含む環員数3〜20の脂環構造を表してもよい。Rは、1価の有機基である。Yは、炭素数1〜12の2価の鎖状炭化水素基又は炭素数3〜12の2価の脂環式炭化水素基である。R及びRは、それぞれ独立して水素原子若しくは炭素数1〜10の1価の鎖状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若しくは炭素鎖と共に構成される環員数3〜10の脂環構造を表す。aは、1〜4の整数である。aが2以上の場合、複数のRは同一でも異なっていてもよく、複数のRは同一でも異なっていてもよい。Rは、炭素数1〜10の1価の鎖状炭化水素基又は炭素数3〜10の1価の脂環式炭化水素基である。
上記式(1c)中、Rは、極性基を含む1価の有機基である。Rは、1価の有機基である。Yは、単結合、炭素数1〜12の2価の鎖状炭化水素基又は炭素数3〜12の2価の脂環式炭化水素基である。R及びRは、それぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシ基若しくは炭素数1〜10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若しくは炭素鎖と共に構成される環員数3〜10の環構造を表す。aは、1〜4の整数である。aが2以上の場合、複数のRは同一でも異なっていてもよく、複数のRは同一でも異なっていてもよい。
上記構造単位(Ib)は、構造単位(I)のXとRとが互いに合わせられこれらが結合する−COO−と共に環員数5〜8のラクトン構造を構成したものである。上記構造単位(Ic)は、構造単位(I)のXが単結合、かつRとRとが互いに合わせられこれらが結合する−COO−と共に環員数5〜8のラクトン構造を構成したものである。
構造単位(I)としては、例えば下記式(I−1)〜(I−186)で表される構造単位等が挙げられる。
Figure 2015108809
Figure 2015108809
Figure 2015108809
Figure 2015108809
Figure 2015108809
Figure 2015108809
Figure 2015108809
Figure 2015108809
Figure 2015108809
Figure 2015108809
Figure 2015108809
構造単位(I)としては、これらの中で、[A]重合体の運動性や溶解性をより容易に制御する観点から、上記式(I−1)〜(I−7)、(I−9)、(I−11)、(I−13)〜(I−18)、(I−20)、(I−22)〜(I−25)、(I−29)、(I−31)〜(I−33)、(I−36)、(I−37)、(I−39)、(I−41)、(I−42)、(I−44)〜(I−47)、(I−51)、(I−53)、(I−58)、(I−61)、(I−99)及び(I−131)〜(I−154)でそれぞれ表される構造単位が好ましく、上記式(I−1)及び(I−37)でそれぞれ表される構造単位が特に好ましい。
構造単位(I)の含有割合の下限としては、[A]重合体がベース重合体の場合、[A]重合体を構成する全構造単位に対して、1モル%が好ましく、5モル%がより好ましく、10モル%がさらに好ましく、15モル%が特に好ましい。構造単位(I)の含有割合の上限としては、100モル%が好ましく、70モル%がより好ましく、50モル%がさらに好ましく、35モル%が特に好ましく、25モル%がさらに特に好ましい。上記含有割合を上記範囲とすることで、上述のLWR性能等が向上する。上記含有割合が上記下限未満だと、上記効果が十分に発揮されない場合がある。上記含有割合が上記上限を超えると、当該感放射線性樹脂組成物のパターン形成性が低下する場合がある。
また、[A]重合体が撥水性重合体添加剤の場合、構造単位(I)の含有割合の下限としては、[A]重合体を構成する全構造単位に対して、1モル%が好ましく、5モル%がより好ましく、20モル%がさらに好ましい。上記含有割合の上限としては、95モル%が好ましく、60モル%がより好ましく、40モル%がさらに好ましい。
<化合物>
構造単位(I)を与える化合物としては、例えば下記式(5)で表される化合物等が挙げられる。
Figure 2015108809
上記式(5)中、R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。Rは、水素原子又は1価の有機基である。Rは、極性基を含む1価の有機基である。但し、R及びR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、極性基を含む環員数3〜20の脂環構造を表してもよい。Rは、1価の有機基である。X及びYは、それぞれ独立して、単結合、炭素数1〜12の2価の鎖状炭化水素基又は炭素数3〜12の2価の脂環式炭化水素基である。但し、X及びYのうちの少なくともいずれかは、炭素数1〜12の2価の鎖状炭化水素基又は炭素数3〜12の2価の脂環式炭化水素基である。R又はXとRとは、互いに合わせられこれらが結合する原子鎖と共に構成される、環員数5〜20の環構造を表してもよい。
式(5)で表される化合物としては、下記式(5a)で表される化合物、下記式(5b)で表される化合物及び下記式(5c)で表される化合物が好ましい。
Figure 2015108809
上記式(5a)中、R1A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。R2Aは、水素原子又は1価の有機基である。Rは、極性基を含む1価の有機基である。但し、R2A及びR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、極性基を含む環員数3〜20の脂環構造を表してもよい。Rは、1価の有機基である。X及びYは、それぞれ独立して、単結合、炭素数1〜12の2価の鎖状炭化水素基又は炭素数3〜12の2価の脂環式炭化水素基である。但し、X及びYのうちの少なくともいずれかは、炭素数1〜12の2価の鎖状炭化水素基又は炭素数3〜12の2価の脂環式炭化水素基である。
上記式(5b)中、R2Aは、水素原子又は1価の有機基である。Rは、極性基を含む1価の有機基である。但し、R2A及びR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、極性基を含む環員数3〜20の脂環構造を表してもよい。Rは、1価の有機基である。Yは、炭素数1〜12の2価の鎖状炭化水素基又は炭素数3〜12の2価の脂環式炭化水素基である。R及びRは、それぞれ独立して水素原子若しくは炭素数1〜10の1価の鎖状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若しくは炭素鎖と共に構成される環員数3〜10の脂環構造を表す。aは、1〜4の整数である。aが2以上の場合、複数のRは同一でも異なっていてもよく、複数のRは同一でも異なっていてもよい。Rは、炭素数1〜10の1価の鎖状炭化水素基又は炭素数3〜10の1価の脂環式炭化水素基である。
上記式(5c)中、Rは、極性基を含む1価の有機基である。Rは、1価の有機基である。Yは、単結合、炭素数1〜12の2価の鎖状炭化水素基又は炭素数3〜12の2価の脂環式炭化水素基である。R及びRは、それぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシ基若しくは炭素数1〜10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若しくは炭素鎖と共に構成される環員数3〜10の環構造を表す。aは、1〜4の整数である。aが2以上の場合、複数のRは同一でも異なっていてもよく、複数のRは同一でも異なっていてもよい。
より具体的には、式(5)で表される化合物としては、例えば下記式(e−1)〜(e−186)で表される化合物が挙げられる。
Figure 2015108809
Figure 2015108809
Figure 2015108809
Figure 2015108809
Figure 2015108809
Figure 2015108809
Figure 2015108809
Figure 2015108809
Figure 2015108809
Figure 2015108809
Figure 2015108809
Figure 2015108809
上記式(5)で表される化合物としては、これらの中で、[A]重合体の運動性や溶解性をより容易に制御する観点から、上記式(e−1)〜(e−7)、(e−9)、(e−11)、(e−13)〜(e−18)、(e−20)、(e−22)〜(e−25)、(e−29)、(e−31)〜(e−33)、(e−36)、(e−37)、(e−39)、(e−41)、(e−42)、(e−44)〜(e−47)、(e−51)、(e−53)、(e−58)、(e−61)、(e−99)及び(e−131)〜(e−154)でそれぞれ表される化合物が好ましく、上記式(e−1)及び(e−37)でそれぞれ表される化合物が特に好ましい。
<化合物の製造方法>
上記式(5a)で表される化合物は、
下記式(a)で表される化合物と下記式(b)で表される化合物とを反応させる工程
を有する製造方法により簡便かつ収率よく製造することができる。
Figure 2015108809
上記式(a)、(b)及び(5a)中、R1A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。R2Aは、水素原子又は1価の有機基である。Rは、極性基を含む1価の有機基である。但し、R2A及びR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、極性基を含む環員数3〜20の脂環構造を表してもよい。Rは、1価の有機基である。X及びYは、それぞれ独立して、単結合、炭素数1〜12の2価の鎖状炭化水素基又は炭素数3〜12の2価の脂環式炭化水素基である。但し、X及びYのうちの少なくともいずれかは、炭素数1〜12の2価の鎖状炭化水素基又は炭素数3〜12の2価の脂環式炭化水素基である。Zは、ハロゲン原子、ヒドロキシ基又は−OCOR’である。R’は、炭素数1〜30の1価の炭化水素基である。
一例を挙げれば、式(a)で表される化合物と式(b)で表される化合物とをトリエチルアミン等の塩基の存在下、アセトニトリル等の溶媒中で反応させることにより式(5a)で表される化合物が生成する。この反応液を濃縮後、分液操作、蒸留、再結晶、カラムクロマトグラフィー等で適切に処理することにより式(5a)で表される化合物を単離することができる。
なお、上記Xが炭素数1〜12の2価の鎖状炭化水素基又は炭素数3〜12の2価の脂環式炭化水素基である場合、式(a)で表される化合物は、
下記式(c)で表される化合物と下記式(d)で表される化合物とを亜鉛の存在下で反応させる工程
を有する製造方法により製造することができる。
Figure 2015108809
上記式(a)、(c)及び(d)中、R2Aは、水素原子又は1価の有機基である。Rは、極性基を含む1価の有機基である。但し、R2A及びR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、極性基を含む環員数3〜20の脂環構造を表してもよい。Rは、1価の有機基である。Xは、炭素数1〜12の2価の鎖状炭化水素基又は炭素数3〜12の2価の脂環式炭化水素基である。Yは、単結合、炭素数1〜12の2価の鎖状炭化水素基又は炭素数3〜12の2価の脂環式炭化水素基である。Z’は、ハロゲン原子である。
一例を挙げれば、Xが炭素数1〜12の2価の鎖状炭化水素基又は炭素数3〜12の2価の脂環式炭化水素基である場合、上記式(c)で表されるカルボニル化合物と上記式(d)で表されるハロゲン化合物とを金属亜鉛の存在下、テトラヒドロフラン等の溶媒中で反応させることにより、上記式(a)で表される化合物が得られる。
Z’で表されるハロゲン原子としては、例えばフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられる。これらの中で、収率向上の観点から、塩素原子及び臭素原子が好ましく、臭素原子がより好ましい。
上記式(5b)で表される化合物は、
下記式(e)で表される化合物と下記式(f)で表される化合物とを金属亜鉛の存在下で反応させる工程
を有する製造方法により簡便かつ収率よく製造することができる。
Figure 2015108809
上記式(e)、(f)及び(5b)中、R2Aは、水素原子又は1価の有機基である。Rは、極性基を含む1価の有機基である。但し、R2A及びR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、極性基を含む環員数3〜20の脂環構造を表してもよい。Rは、1価の有機基である。Yは、炭素数1〜12の2価の鎖状炭化水素基又は炭素数3〜12の2価の脂環式炭化水素基である。R及びRは、それぞれ独立して水素原子若しくは炭素数1〜10の1価の鎖状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若しくは炭素鎖と共に構成される環員数3〜10の脂環構造を表す。aは、1〜4の整数である。aが2以上の場合、複数のRは同一でも異なっていてもよく、複数のRは同一でも異なっていてもよい。Rは、炭素数1〜10の1価の鎖状炭化水素基又は炭素数3〜10の1価の脂環式炭化水素基である。Tは、ハロゲン原子である。Aは、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、炭素数1〜20の1価のオキシ炭化水素基又は−OCORである。Rは、炭素数1〜20の1価の炭化水素基である。
上記式(5c)で表される化合物は、
下記式(g)で表される化合物と下記式(f)で表される化合物とを金属亜鉛の存在下で反応させる工程
を有する製造方法により簡便かつ収率よく製造することができる。
Figure 2015108809
上記式(g)、(f)及び(5c)中、Rは、極性基を含む1価の有機基である。Rは、1価の有機基である。Yは、単結合、炭素数1〜12の2価の鎖状炭化水素基又は炭素数3〜12の2価の脂環式炭化水素基である。R及びRは、それぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシ基若しくは炭素数1〜10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若しくは炭素鎖と共に構成される環員数3〜10の環構造を表す。aは、1〜4の整数である。aが2以上の場合、複数のRは同一でも異なっていてもよく、複数のRは同一でも異なっていてもよい。Tは、ハロゲン原子である。Aは、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、炭素数1〜20の1価のオキシ炭化水素基又は−OCORである。Rは、炭素数1〜20の1価の炭化水素基である。
上記式(f)におけるTのハロゲン原子としては、塩素原子及び臭素原子が好ましく、臭素原子がより好ましい。
上記式(f)におけるAとしては、オキシ炭化水素基が好ましく、アルコキシ基がより好ましく、エトキシ基がさらに好ましい。
一例を挙げれば、式(e)で表される化合物又は式(g)で表される化合物と、式(f)で表される化合物とを、金属亜鉛及びトリメチルシリルクロリド等の活性化剤の存在下、テトラヒドロフラン等の溶媒中で反応させることにより式(5b)又は(5c)で表される化合物が生成する。この反応を濃縮後、分液操作、蒸留、再結晶、カラムクロマトグラフィー等で適切に処理することにより、式(5b)又は(5c)で表される化合物を単離することができる。
[構造単位(II)]
構造単位(II)は、下記式(2)又は(3)で表される構造単位である。[A]重合体が下記式(2)又は(3)で表される構造単位(II)をさらに有することで、当該感放射線性樹脂組成物の感度及び解像性が向上し、結果として上述のLWR性能等が向上する。
Figure 2015108809
上記式(2)中、R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。Rは、炭素数1〜10の1価の鎖状炭化水素基又は炭素数3〜20の1価の脂環式炭化水素基である。R及びR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。
上記式(3)中、R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。pは、0又は1である。但し、シクロアルケニル基の水素原子の一部又は全部は、炭化水素基で置換されていてもよい。また、シクロアルケニル基の炭素原子間は、炭化水素鎖で架橋されていてもよい。
上記式(2)中の−CRで表される基及び式(3)中のシクロアルケニル基は酸解離性基である。
としては、構造単位(II)を与える単量体の共重合性の観点から、水素原子及びメチル基が好ましく、メチル基がより好ましい。
、R及びR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、n−プロピル基、i−プロピ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などが挙げられる。
、R及びRで表される炭素数3〜20の1価の脂環式炭化水素基としては、例えば
シクロペンチル基、シクロヘキシル基等の単環のシクロアルキル基;
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等の多環のシクロアルケニル基などが挙げられる。
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表す炭素数3〜20の脂環構造としては、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等の単環のシクロアルカン構造;
ノルボルナン構造、アダマンタン構造、トリシクロデカン構造、テトラシクロドデカン構造等の多環のシクロアルカン構造などが挙げられる。
式(2)で表される構造単位(II)としては、下記式(II−1)〜(II−4)で表される構造単位が好ましい。
Figure 2015108809
上記式(II−1)〜(II−4)中、R〜Rは、上記式(2)と同義である。i及びjは、それぞれ独立して、1〜4の整数である。
より具体的には、構造単位(II−1)〜(II−4)としては、例えば下記式(II−5)〜(II−26)で表される構造単位等が挙げられる。
Figure 2015108809
Figure 2015108809
上記式(II−5)〜(II−26)中、Rは、上記式(2)と同義である。
他方、式(3)中のRとしては、構造単位(II)を与える単量体の共重合性の観点から、水素原子及びメチル基が好ましく、メチル基がより好ましい。
上記シクロアルケニル基の水素原子の一部又は全部を置換してもよい炭化水素基としては、例えばRの1価の有機基として例示した炭素数1〜20の1価の炭化水素基等が挙げられ、これらの中では、当該感放射線性樹脂組成物の感度及び解像性をより向上させることができる観点から、炭素数1〜20の鎖状炭化水素基が好ましく、メチル基がより好ましい。
上記シクロアルケニル基の炭素原子間を架橋してもよい炭化水素鎖としては、例えばX及びYの炭素数1〜12の2価の鎖状炭化水素基又は炭素数3〜12の2価の脂環式炭化水素基として例示した炭素数1〜12の2価の鎖状炭化水素基、炭素数3〜12の2価の脂環式炭化水素基等が挙げられ、これらの中では、当該感放射線性樹脂組成物の感度及び解像性がより向上する観点から、炭素数1〜12の2価の鎖状炭化水素基が好ましく、メチレン基がより好ましい。
式(3)で表される構造単位(II)としては、例えば下記式(II−27)〜(II−38)で表される構造単位等が挙げられる。
Figure 2015108809
上記式(II−27)〜(II−38)中、Rは、上記式(3)と同義である。
構造単位(II)としては、これらの中で、より酸解離性に優れる観点から、上記式(II−1)、上記式(II−2)、上記式(II−3)、上記式(II−4)及び上記式(3)でそれぞれ表される構造単位が好ましく、上記式(II−1)で表される構造単位がより好ましく、式(II−5)で表される構造単位がさらに好ましい。
[A]重合体がベース重合体の場合に、[A]重合体が構造単位(II)を有する場合、構造単位(II)の含有割合の下限としては、[A]重合体を構成する全構造単位に対して、10モル%が好ましく、20モル%がより好ましく、25モル%がさらに好ましく、30モル%が特に好ましい。上記含有割合の上限としては、80モル%が好ましく、70モル%がより好ましく、60モル%がさらに好ましい。上記含有割合を上記範囲とすることで、当該感放射線性樹脂組成物の感度がより向上し、その結果、上述のLWR性能等が向上する。上記含有割合が上記下限未満だと、当該感放射線性樹脂組成物のパターン形成性が低下する場合がある。上記含有割合が上記上限を超えると、レジストパターンの基板への密着性が低下する場合がある。また[A]重合体が撥水性重合体添加剤の場合に、[A]重合体が構造単位(II)を有する場合、構造単位(II)の含有割合の下限としては、[A]重合体を構成する全構造単位に対して、10モル%が好ましく、30モル%がより好ましく、45モル%がさらに好ましく、60モル%が特に好ましい。上記含有割合の上限としては、90モル%が好ましく、80モル%がより好ましく、75モル%がさらに好ましい。
[構造単位(III)]
構造単位(III)は、構造単位(I)以外の構造単位であって、ラクトン構造、環状カーボネート構造、スルトン構造、ヒドロキシ基又はオキソ基を含む構造単位である。[A]重合体は、構造単位(III)をさらに有することで、現像液への溶解性をさらに調整することができ、その結果、上述のLWR性能等が向上する。また、当該感放射線性樹脂組成物から形成される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。
構造単位(III)としては、例えば下記式(III−1)〜(III−47)で表される構造単位等が挙げられる。
Figure 2015108809
Figure 2015108809
Figure 2015108809
Figure 2015108809
上記式(III−1)〜(III−47)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。
構造単位(III)としては、これらの中で、[A]重合体の現像液への溶解性をより調整する観点から、ラクトン構造を含む構造単位が好ましく、上記式(III−1)で表される構造単位がより好ましい。
[A]重合体が構造単位(III)を有する場合、構造単位(III)の含有割合の下限としては、[A]重合体を構成する全構造単位に対して、10モル%が好ましく、25モル%がより好ましく、35モル%がさらに好ましい。上記含有割合の上限としては、70モル%が好ましく、65モル%がより好ましく、55モル%がさらに好ましい。上記含有割合を上記範囲とすることで、当該感放射線性樹脂組成物から形成されるレジストパターンの基板への密着性をより向上させることができる。上記含有割合が上記下限未満だと、当該感放射線性樹脂組成物から形成されるレジストパターンの基板への密着性が低下する場合がある。上記含有割合が上記上限を超えると、当該感放射線性樹脂組成物のパターン形成性が低下する場合がある。
[その他の構造単位]
[A]重合体は、本発明の効果を損なわない範囲で、構造単位(I)〜(III)以外のその他の構造単位を有していてもよい。
その他の構造単位としては、例えば非解離性の炭化水素基を含む構造単位等が挙げられる。
その他の構造単位の含有割合の上限としては、通常20モル%であり、10モル%が好ましい。
[A]重合体がベース重合体の場合、[A]重合体の含有量の下限としては、当該感放射線性樹脂組成物の全固形分中、通常70質量%であり、80質量%が好ましく、85質量%がより好ましい。
[A]重合体が撥水性重合体添加剤の場合、[A]重合体の含有量の下限としては、当該感放射線性樹脂組成物の全固形分中、通常0.1質量%であり、0.3質量%が好ましく、0.5質量%がより好ましい。上記含有量の上限としては、通常20質量%であり、15質量%が好ましく、10質量%がより好ましい。
<[A]重合体の合成方法>
[A]重合体は、例えば各構造単位を与える単量体を、ラジカル重合開始剤等を用い、適当な溶媒中で重合することにより合成できる。
ラジカル重合開始剤としては、例えば
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)、ジメチル2,2’−アゾビスイソブチレート等のアゾ系ラジカル開始剤;
ベンゾイルパーオキサイド、t−ブチルハイドロパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド等の過酸化物系ラジカル開始剤などが挙げられる。
ラジカル重合開始剤としては、これらの中で、AIBN及びジメチル2,2’−アゾビスイソブチレートが好ましく、AIBNがより好ましい。
これらのラジカル開始剤は1種単独で又は2種以上を混合して用いることができる。
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(メチルエチルケトン)、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などが挙げられる。
重合に使用される溶媒としては、これらの中で、ケトン類が好ましく、2−ブタノンがより好ましい。
これらの重合に使用される溶媒は、1種単独で又は2種以上を併用してもよい。
重合における反応温度の下限としては、通常40℃であり、50℃が好ましい。上記反応温度の上限としては、通常150℃であり、120℃が好ましい。一方、反応時間の下限としては、通常1時間であり、2時間が好ましい。上記反応時間の上限としては、通常48時間であり、24時間が好ましい。
[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)は特に限定されないが、その下限としては、1,000が好ましく、2,000がより好ましく、3,000がさらに好ましく、5,000が特に好ましい。上記Mwの上限としては、50,000以下が好ましく、30,000以下がより好ましく、20,000以下がさらに好ましく、15,000が特に好ましい。[A]重合体のMwを上記範囲とすることで、当該感放射線性樹脂組成物の塗布性及び現像欠陥抑制性が向上する。[A]重合体のMwが上記下限未満だと、十分な耐熱性を有するレジスト膜が得られない場合がある。[A]重合体のMwが上記上限を超えると、レジスト膜の現像性が低下する場合がある。
[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)の上限としては、通常、5であり、3が好ましく、2がさらに好ましい。上記比の下限としては、通常、1である。
[A]重合体中の低分子量成分の含有量の上限としては、0.2質量%が好ましく、0.1質量%がより好ましく、0.06質量%が特に好ましい。低分子量成分の含有量を上記範囲とすることで、現像コントラストをより向上させることができる。なお、低分子量成分とは、分子量1,000未満のものをいう。
本明細書における重合体のMw及びMnは、以下の条件によるゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いて測定される値である。
GPCカラム:G2000HXL 2本、G3000HXL 1本、G4000HXL 1本(以上、東ソー社)
カラム温度:40℃
溶出溶媒:テトラヒドロフラン(和光純薬工業社)
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]感放射線性酸発生体>
[B]感放射線性酸発生体は、露光により酸を発生する物質である。この発生した酸により[A]重合体等が有する酸解離性基が解離してカルボキシ基等が生じ、[A]重合体の有機溶媒を含有する現像液への溶解性が低下するため、当該感放射線性樹脂組成物から、ポジ型及びネガ型のレジストパターンを形成することができる、当該感放射線性樹脂組成物における[B]感放射線性酸発生体の含有形態としては、後述するような低分子化合物の形態(以下、適宜「[B]酸発生剤」ともいう)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。
[B]酸発生剤としては、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。これらのオニウム塩化合物の具体例としては、例えばWO2012/43684に記載されているオニウム塩化合物等を挙げることができる。
[B]感放射線性酸発生体としては、下記式(4)で表される化合物が好ましい。このように[B]感放射線性酸発生体を下記式(4)で表される化合物とすると、[A]重合体の構造単位(I)との相互作用等により、露光により発生する酸のレジスト膜中の拡散長がより適度に短くなると考えられ、その結果、上述のLWR性能等が向上する。
Figure 2015108809
上記式(4)中、R10は、環員数6以上の脂環構造を含む1価の基又は環員数6以上の脂肪族複素環構造を含む1価の基である。R11は、炭素数1〜10のフッ素化アルカンジイル基である。Xは、1価の放射線分解性オニウムカチオンである。
10で表される環員数6以上の脂環構造を含む1価の基としては、例えば
シクロオクチル基、シクロノニル基、シクロデシル基、シクロドデシル基等の単環のシクロアルキル基;
シクロオクテニル基、シクロデ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等の多環のシクロアルケニル基などが挙げられる。
10で表される環員数6以上の脂肪族複素環構造を含む1価の基としては、例えば
ノルボルナンラクトン−イル基等のラクトン構造を含む基;
ノルボルナンスルトン−イル基等のスルトン構造を含む基;
オキサシクロヘプチル基、オキサノルボルニル基等の酸素原子含有複素環基;
アザシクロヘキシル基、アザシクロヘプチル基、ジアザビシクロオクタン−イル基等の窒素原子含有複素環基;
チアシクロヘプチル基、チアノルボルニル基等のイオウ原子含有複素環基などが挙げられる。
上述の酸の拡散長がさらに適度になる観点から、R10で表される基の環員数の下限としては、8が好ましく、9がより好ましく、10がさらに好ましい。上記環員数の上限としては、15が好ましく、13がより好ましい。
10は、本発明の効果を損なわない範囲で、環員数6以上の脂環構造を含む1価の基及び環員数6以上の脂肪族複素環構造とR11との間に、−COO−、−OCO−、−SO−等の基を含んでいてもよい。
10としては、これらの中で、露光により発生する酸のレジスト膜中の拡散長がさらに適度に短くなる観点から、下記式(f−1)〜(f−4)で表される基が好ましい。
Figure 2015108809
上記式(f−1)〜(f−4)中、それぞれの*は結合手である。
11で表される炭素数1〜10のフッ素化アルカンジイル基としては、例えばメタンジイル基、エタンジイル基、プロパンジイル基等の炭素数1〜10のアルカンジイル基が有する水素原子の1個以上をフッ素原子で置換した基等が挙げられる。
11で表される炭素数1〜10のフッ素化アルカンジイル基としては、これらの中で、露光により発生する酸のレジスト膜中の拡散長がさらに適度に短くなる観点から、SO 基に隣接する炭素原子にフッ素原子が結合しているフッ素化アルカンジイル基が好ましく、SO 基に隣接する炭素原子に2個のフッ素原子が結合しているフッ素化アルカンジイル基がより好ましく、1,1−ジフルオロメタンジイル基、1,1,2,2,3,3−ヘキサフルオロプロパンジイル基及び1,1,3,3,3−ペンタフルオロ−1,2−プロパンジイル基がさらに好ましい。
で表される1価の放射線分解性オニウムカチオンは、放射線の照射により分解するカチオンである。露光部では、この放射線分解性オニウムカチオンの分解により生成するプロトンと、スルホネートアニオンとからスルホン酸が生じる。Xで表される1価の放射線分解性オニウムカチオンとしては、例えばS、I、O、N、P、Cl、Br、F、As、Se、Sn、Sb、Te、Bi等の元素を含む放射線分解性オニウムカチオンが挙げられる。元素としてS(イオウ)を含むカチオンとしては、例えばスルホニウムカチオン、テトラヒドロチオフェニウムカチオン等が挙げられ、元素としてI(ヨウ素)を含むカチオンとしては、ヨードニウムカチオン等が挙げられる。
としては、これらの中で、感放射性がより高い観点から、下記式(X−1)で表されるスルホニウムカチオン、下記式(X−2)で表されるテトラヒドロチオフェニウムカチオン及び下記式(X−3)で表されるヨードニウムカチオンが好ましい。
Figure 2015108809
上記式(X−1)中、Ra1、Ra2及びRa3は、それぞれ独立して、置換若しくは非置換の炭素数1〜12の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、置換若しくは非置換の炭素数6〜12の芳香族炭化水素基、−OSO−R若しくは−SO−Rであるか、又はこれらの基のうちの2つ以上が互いに合わせられ構成される環構造を表す。R及びRは、それぞれ独立して、置換若しくは非置換の炭素数1〜12の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、置換若しくは非置換の炭素数5〜25の脂環式炭化水素基又は置換若しくは非置換の炭素数6〜12の芳香族炭化水素基である。k1、k2及びk3は、それぞれ独立して0〜5の整数である。Ra1〜Ra3並びにR及びRがそれぞれ複数の場合、複数のRa1〜Ra3並びにR及びRはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。
上記式(X−2)中、Rb1は、置換若しくは非置換の炭素数1〜8の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、又は置換若しくは非置換の炭素数6〜8の芳香族炭化水素基である。k4は0〜7の整数である。Rb1が複数の場合、複数のRb1は同一でも異なっていてもよく、また、複数のRb1は、互いに合わせられ構成される環構造を表してもよい。Rb2は、置換若しくは非置換の炭素数1〜7の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、又は置換若しくは非置換の炭素数6若しくは7の芳香族炭化水素基である。k5は、0〜6の整数である。Rb2が複数の場合、複数のRb2は同一でも異なっていてもよく、また、複数のRb2は互いに合わせられ構成される環構造を表してもよい。qは、0〜3の整数である。
上記式(X−3)中、Rc1及びRc2は、それぞれ独立して、置換若しくは非置換の炭素数1〜12の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、置換若しくは非置換の炭素数6〜12の芳香族炭化水素基、−OSO−R若しくは−SO−Rであるか、又はこれらの基のうちの2つ以上が互いに合わせられ構成される環構造を表す。R及びRは、それぞれ独立して、置換若しくは非置換の炭素数1〜12の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、置換若しくは非置換の炭素数5〜25の脂環式炭化水素基又は置換若しくは非置換の炭素数6〜12の芳香族炭化水素基である。k6及びk7は、それぞれ独立して0〜5の整数である。Rc1、Rc2、R及びRがそれぞれ複数の場合、複数のRc1、Rc2、R及びRはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。
a1〜Ra3、Rb1、Rb2、Rc1及びRc2で表される非置換の直鎖状のアルキル基としては、例えばメチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基等が挙げられる。
a1〜Ra3、Rb1、Rb2、Rc1及びRc2で表される非置換の分岐状のアルキル基としては、例えばi−プロピル基、i−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基等が挙げられる。
a1〜Ra3、Rc1及びRc2で表される非置換の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、メシチル基、ナフチル基等のアリール基;
ベンジル基、フェネチル基等のアラルキル基などが挙げられる。
b1及びRb2で表される非置換の芳香族炭化水素基としては、例えばフェニル基、トリル基、ベンジル基等が挙げられる。
アルキル基及び芳香族炭化水素基が有する水素原子を置換していてもよい置換基としては、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、ヒドロキシ基、カルボキシ基、シアノ基、ニトロ基、アルコキシ基、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、アシル基、アシロキシ基等が挙げられる。
上記置換基としては、これらの中で、ハロゲン原子が好ましく、フッ素原子がより好ましい。
a1〜Ra3、Rb1、Rb2、Rc1及びRc2としては、非置換の直鎖状又は分岐状のアルキル基、フッ素化アルキル基、非置換の1価の芳香族炭化水素基、−OSO−R”及び−SO−R”が好ましく、フッ素化アルキル基及び非置換の1価の芳香族炭化水素基がより好ましく、フッ素化アルキル基がさらに好ましい。R”は、非置換の1価の脂環式炭化水素基又は非置換の1価の芳香族炭化水素基である。
式(X−1)におけるk1、k2及びk3としては、0〜2の整数が好ましく、0及び1がより好ましく、0がさらに好ましい。
式(X−2)におけるk4としては、0〜2の整数が好ましく、0及び1がより好ましく、1がさらに好ましい。k5としては、0〜2の整数が好ましく、0及び1がより好ましく、0がさらに好ましい。
式(X−3)におけるk6及びk7としては、0〜2の整数が好ましく、0及び1がより好ましく、0がさらに好ましい。
としては、これらの中で、感放射性がさらに高い観点から、式(X−1)で表されるスルホニウムカチオンがより好ましく、トリフェニルスルホニウムカチオンがさらに好ましい。
式(4)で表される化合物としては、露光により酸をより容易に発生することができる観点から、下記式(g−1)〜(g−4)で表される化合物が好ましい。
Figure 2015108809
当該感放射線性樹脂組成物の感度及び現像性を確保する観点から、[B]感放射線性酸発生体が[B]酸発生剤の場合、[B]感放射線性酸発生体の含有量の下限としては、[A]重合体100質量部に対して、0.1質量部が好ましく、0.5質量部がより好ましく、1質量部がさらに好ましい。上記含有量の上限としては、30質量部が好ましく、20質量部がより好ましく、15質量部がさらに好ましい。このように[B]酸発生剤の含有量を上記範囲とすることで、当該感放射線性樹脂組成物の感度及び現像性が向上する。
[B]感放射線性酸発生体は1種又は2種以上を用いることができる。
<[C]酸拡散制御体>
当該感放射線性樹脂組成物は、必要に応じて、[C]酸拡散制御体を含有してもよい。[C]酸拡散制御体は、露光により[B]感放射線性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。また、得られる感放射線性樹脂組成物の貯蔵安定性がさらに向上し、レジストとしての解像度がさらに向上すると共に、露光から現像処理までの引き置き時間の変動によるレジストパターンの線幅変化を抑えることができ、プロセス安定性に優れた感放射線性樹脂組成物が得られる。[C]酸拡散制御体の当該感放射線性樹脂組成物における含有形態としては、遊離の化合物(以下、適宜「[C]酸拡散制御剤」という)の形態でも、重合体の一部として組み込まれた形態でも、これらの両方の形態でもよい。
[C]酸拡散制御剤としては、例えば下記式(6)で表される化合物(以下、「含窒素化合物(I)」ともいう)、同一分子内に窒素原子を2個有する化合物(以下、「含窒素化合物(II)」ともいう)、窒素原子を3個有する化合物(以下、「含窒素化合物(III)」ともいう)、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の含窒素化合物などが挙げられる。
Figure 2015108809
上記式(6)中、R12、R13及びR14は、それぞれ独立して、水素原子、置換されていてもよい直鎖状、分岐状若しくは環状のアルキル基、アリール基又はアラルキル基である。
含窒素化合物(I)としては、例えば
n−ヘキシルアミン等のモノアルキルアミン類;
ジ−n−ブチルアミン等のジアルキルアミン類;
トリエチルアミン、トリn−ペンチルアミン等のトリアルキルアミン類;
アニリン、2,6−ジイソプリピルアミン等の芳香族アミン類などが挙げられる。
含窒素化合物(II)としては、例えばエチレンジアミン、N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン等が挙げられる。
含窒素化合物(III)としては、例えば
ポリエチレンイミン、ポリアリルアミン等のポリアミン化合物;
ジメチルアミノエチルアクリルアミド等の重合体などが挙げられる。
アミド基含有化合物としては、例えばホルムアミド、N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、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、プロピオンアミド、ベンズアミド、ピロリドン、N−メチルピロリドン等が挙げられる。
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、トリブチルチオウレア等が挙げられる。
含窒素複素環化合物としては、例えば
ピリジン、2−メチルピリジン等のピリジン類;
N−プロピルモルホリン、N−(ウンデシルカルボニルオキシエチル)モルホリン等のモルホリン類;
ピラジン、ピラゾールなどが挙げられる。
また、上記含窒素有機化合物として酸解離性基を有する化合物を用いることもできる。このような酸解離性基を有する含窒素有機化合物としては、例えばN−t−ブトキシカルボニルピペリジン、N−t−ブトキシカルボニルイミダゾール、N−t−ブトキシカルボニルベンズイミダゾール、N−t−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−ブトキシカルボニル)ジ−n−オクチルアミン、N−(t−ブトキシカルボニル)ジエタノールアミン、N−(t−ブトキシカルボニル)ジシクロヘキシルアミン、N−(t−ブトキシカルボニル)ジフェニルアミン、N−t−ブトキシカルボニル−4−ヒドロキシピペリジン、N−t−アミルオキシカルボニル−4−ヒドロキシピペリジン等が挙げられる。
また、[C]酸拡散制御剤として、露光により感光し弱酸を発生する光崩壊性塩基を用いることもできる。光崩壊性塩基としては、例えば露光により分解して酸拡散制御性を失うオニウム塩化合物等が挙げられる。
オニウム塩化合物としては、例えば下記式(7−1)で表されるスルホニウム塩化合物、下記式(7−2)で表されるヨードニウム塩化合物、下記式(7−3)で表されるサリチル酸塩化合物等が挙げられる。
Figure 2015108809
上記式(7−1)及び式(7−2)中、R15〜R19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。E及びQは、それぞれ独立して、OH、Rβ−COO、Rβ−SO 又は式(7−3)で表されるアニオンである。但し、Rβは、アルキル基、アリール基又はアラルキル基である。
Figure 2015108809
上記式(7−3)中、R20は、水素原子の一部又は全部がフッ素原子で置換されていてもよい炭素数1〜12の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、又は炭素数1〜12の直鎖状若しくは分岐状のアルコキシル基である。uは、0〜2の整数である。
オニウム塩化合物としては、例えば下記式(h−1)〜(h−6)で表される化合物等が挙げられる。
Figure 2015108809
[C]酸拡散制御体としては、これらの中で、上記拡散現象の制御がより容易な観点から、含窒素化合物(I)、含窒素複素環化合物、含窒素複素環化合物、式(5−1)で表されるスルホニウム塩化合物及び式(5−3)で表されるサリチル酸塩化合物が好ましく、トリn−ペンチルアミン、2,6−ジイソプリピルアミン、N−(ウンデシルカルボニルオキシエチル)モルホリン、上記式(h−1)で表される化合物及び上記式(h−2)で表される化合物がより好ましい。
当該感放射線性樹脂組成物が[C]酸拡散制御体を含有する場合、[C]酸拡散制御体が[C]酸拡散制御剤である場合、[C]酸拡散制御体の含有量の下限としては、[A]重合体100質量部に対して、0.1質量部が好ましく、0.3質量部がより好ましい。上記含有量の上限としては、20質量部が好ましく、15質量部がより好ましく、10質量部がさらに好ましい。[C]酸拡散制御剤の含有量が上記上限を超えると、当該感放射線性樹脂組成物の感度が低下する場合がある。
[C]酸拡散制御体は1種又は2種以上を用いることができる。
<[D]重合体>
[D]重合体はフッ素原子含有重合体である([A]重合体に該当するものを除く)。当該感放射線性樹脂組成物が、[D]重合体を含有することで、レジスト膜を形成した際に、膜中の含フッ素重合体の撥油性的特徴により、その分布がレジスト膜表面近傍で偏在化する傾向があり、液浸露光時における酸発生剤や酸拡散制御剤等が液浸媒体に溶出することを抑制することができる。また、この[D]重合体の撥水性的特徴により、レジスト膜と液浸媒体との前進接触角が所望の範囲に制御でき、バブル欠陥の発生を抑制できる。さらに、レジスト膜と液浸媒体との後退接触角が高くなり、水滴が残らずに高速でのスキャン露光が可能となる。このように当該感放射線性樹脂組成物が[D]重合体を含有することにより、液浸露光法に好適なレジスト膜を形成することができる。
[D]重合体としては、フッ素原子を有する重合体である限り、特に限定されないが、当該感放射線性樹脂組成物中の[A]重合体よりも、フッ素原子含有率(質量%)が高いことが好ましい。[A]重合体よりもフッ素原子含有率が高いことで、上述の偏在化の度合いがより高くなり、得られるレジスト膜の撥水性及び溶出抑制性等の特性が向上する。
[D]重合体のフッ素原子含有率の下限としては、1質量%が好ましく、2質量%がより好ましく、4質量部がさらに好ましく、7質量%が特に好ましい。上記フッ素原子含有率の上限としては、60質量%が好ましく、40質量%がより好ましく、30質量%がさらに好ましい。[D]重合体のフッ素原子含有率が上記下限未満だと、レジスト膜表面の疎水性が低下する場合がある。なお、重合体のフッ素原子含有率(質量%)は、13C−NMRスペクトル測定により重合体の構造を求めその構造から算出することができる。
[D]重合体としては、下記構造単位(Da)及び構造単位(Db)からなる群より選ばれる少なくとも1種を有することが好ましい。[D]重合体は、構造単位(Da)及び構造単位(Db)をそれぞれ1種又は2種以上有していてもよい。
[構造単位(Da)]
構造単位(Da)は、下記式(8a)で表される構造単位である。[D]重合体は、構造単位(Da)を有することでフッ素原子含有率を調整することができる。
Figure 2015108809
上記式(8a)中、Rは、水素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。Gは、単結合、酸素原子、硫黄原子、−CO−O−、−SO−O−NH−、−CO−NH−又は−O−CO−NH−である。Rは、少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数1〜6の1価の鎖状炭化水素基又は少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数4〜20の1価の脂肪族環状炭化水素基である。
で表される少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数1〜6の鎖状炭化水素基としては、例えばトリフルオロメチル基、2,2,2−トリフルオロエチル基、パーフルオロエチル基、2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピル基、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロピル基、パーフルオロn−プロピル基、パーフルオロi−プロピル基、パーフルオロn−ブチル基、パーフルオロi−ブチル基、パーフルオロt−ブチル基、2,2,3,3,4,4,5,5−オクタフルオロペンチル基、パーフルオロヘキシル基等が挙げられる。
で表される少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数4〜20の脂肪族環状炭化水素基としては、例えばモノフルオロシクロペンチル基、ジフルオロシクロペンチル基、パーフルオロシクロペンチル基、モノフルオロシクロヘキシル基、ジフルオロシクロペンチル基、パーフルオロシクロヘキシルメチル基、フルオロノルボルニル基、フルオロアダマンチル基、フルオロボルニル基、フルオロイソボルニル基、フルオロトリシクロデシル基、フルオロテトラシクロデシル基等が挙げられる。
構造単位(Da)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)アクリル酸エステル、2,2,2−トリフルオロエチル(メタ)アクリル酸エステル、2,2,2−トリフルオロエチルオキシカルボニルメチル(メタ)アクリル酸エステル、パーフルオロエチル(メタ)アクリル酸エステル、パーフルオロn−プロピル(メタ)アクリル酸エステル、パーフルオロi−プロピル(メタ)アクリル酸エステル、パーフルオロn−ブチル(メタ)アクリル酸エステル、パーフルオロi−ブチル(メタ)アクリル酸エステル、パーフルオロt−ブチル(メタ)アクリル酸エステル、2−(1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロピル)(メタ)アクリル酸エステル、1−(2,2,3,3,4,4,5,5−オクタフルオロペンチル)(メタ)アクリル酸エステル、パーフルオロシクロヘキシルメチル(メタ)アクリル酸エステル、1−(2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピル)(メタ)アクリル酸エステル、モノフルオロシクロペンチル(メタ)アクリル酸エステル、ジフルオロシクロペンチル(メタ)アクリル酸エステル、パーフルオロシクロペンチル(メタ)アクリル酸エステル、モノフルオロシクロヘキシル(メタ)アクリル酸エステル、ジフルオロシクロペンチル(メタ)アクリル酸エステル、パーフルオロシクロヘキシルメチル(メタ)アクリル酸エステル、フルオロノルボルニル(メタ)アクリル酸エステル、フルオロアダマンチル(メタ)アクリル酸エステル、フルオロボルニル(メタ)アクリル酸エステル、フルオロイソボルニル(メタ)アクリル酸エステル、フルオロトリシクロデシル(メタ)アクリル酸エステル、フルオロテトラシクロデシル(メタ)アクリル酸エステル等が挙げられる。
構造単位(Da)を与える単量体としては、これらの中で、2,2,2−トリフルオロエチル(メタ)アクリル酸エステルが好ましい。
構造単位(Da)の含有割合の下限としては、[D]重合体を構成する全構造単位に対して、5モル%が好ましく、10モル%がより好ましく、30モル%がさらに好ましい。上記含有割合の上限としては、95モル%が好ましく、90モル%がより好ましく、85モル%がさらに好ましい。このような含有割合にすることによって液浸露光時においてレジスト膜表面のより高い動的接触角を発現させることができる。
[構造単位(Db)]
構造単位(Db)は、下記式(8b)で表される構造単位である。[D]重合体は、構造単位(Db)を有することで疎水性が上がるため、当該感放射線性樹脂組成物から形成されたレジスト膜表面の動的接触角をさらに向上させることができる。
Figure 2015108809
上記式(8b)中、Rは、水素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。R21は、炭素数1〜20の(s+1)価の炭化水素基であり、R21のR22側の末端に酸素原子、硫黄原子、−NR’−、カルボニル基、−CO−O−又は−CO−NH−が結合された構造のものも含む。R’は、水素原子又は1価の有機基である。R22は、単結合、炭素数1〜10の2価の鎖状炭化水素基又は炭素数4〜20の2価の脂肪族環状炭化水素基である。Xは、少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数1〜20の2価の鎖状炭化水素基である。Aは、酸素原子、−NR”−、−CO−O−*又は−SO−O−*である。R”は、水素原子又は1価の有機基である。*は、R21に結合する結合部位を示す。R23は、水素原子又は1価の有機基である。sは、1〜3の整数である。但し、sが2又は3の場合、複数のR22、X、A及びR23はそれぞれ同一でも異なっていてもよい。
23が水素原子である場合には、[D]重合体のアルカリ現像液に対する溶解性を向上させることができる点で好ましい。
23で表される1価の有機基としては、例えば酸解離性基、アルカリ解離性基又は置換基を有していてもよい炭素数1〜30の炭化水素基等が挙げられる。
上記構造単位(Db)としては、例えば下記式(8b−1)〜(8b−3)で表される構造単位等が挙げられる。
Figure 2015108809
上記式(8b−1)〜(8b−3)中、R21’は、炭素数1〜20の2価の直鎖状、分岐状若しくは環状の飽和若しくは不飽和の炭化水素基である。R、X、R23及びsは、上記式(8b)と同義である。sが2又は3である場合、複数のX及びR23はそれぞれ同一でも異なっていてもよい。
[D]重合体が構造単位(8b)を有する場合、構造単位(8b)の含有割合の下限としては、[D]重合体を構成する全構造単位に対して、5モル%が好ましく、10モル%がより好ましい。上記含有割合の上限としては、90モル%が好ましく、85モル%がより好ましく、80モル%がさらに好ましい。このような含有割合にすることによって、当該感放射線性樹脂組成物から形成されたレジスト膜表面は、アルカリ現像において動的接触角の低下度を向上させることができる。
[構造単位(Dc)]
[D]重合体は、上記構造単位(Da)及び(Db)以外にも、酸解離性基を含む構造単位(以下、「構造単位(Dc)」ともいう。)を有してもよい(但し、構造単位(Db)に該当するものを除く)。[D]重合体が構造単位(Dc)を有することで、得られるレジストパターンの形状がより良好になる。構造単位(Dc)としては、上述した[A]重合体における構造単位(II)等が挙げられる。
構造単位(Dc)の含有割合の下限としては、[D]重合体を構成する全構造単位に対し、5モル%が好ましく、10モル%がより好ましく、15モル%がさらに好ましい。上記含有割合の上限としては、90モル%が好ましく、70モル%がより好ましく、60モル%がさらに好ましく、50モル%が特に好ましい。構造単位(Dc)の含有割合が上記下限未満だと、レジストパターンにおける現像欠陥の発生を十分に抑制できない場合がある。構造単位(Dc)の含有割合が上記上限を超えると、得られるレジスト膜表面の疎水性が低下する場合がある。
[他の構造単位]
また、[D]重合体は、上記構造単位以外にも、例えばアルカリ可溶性基を含む構造単位、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、脂環式基を含む構造単位等の他の構造単位を有していてもよい。
アルカリ可溶性基としては、例えばカルボキシ基、スルホンアミド基、スルホ基等が挙げられる。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種の構造を有する構造単位としては、上述した[A]重合体における構造単位(III)等が挙げられる。
他の構造単位の含有割合の上限としては、[D]重合体を構成する全構造単位に対して、通常、30モル%であり、20モル%が好ましい。上記他の構造単位の含有割合が上記上限を超えると、当該感放射線性樹脂組成物のパターン形成性が低下する場合がある。
[D]重合体としては、得られるレジスト膜の撥水性及び溶出抑制性等の特性がより向上する観点から、構造単位(II)と構造単位(Da)とを含む重合体が好ましく、2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレートから得られる構造単位及び1−エチルシクロペンチルメタクリレートから得られる構造単位を含む重合体がより好ましい。
当該感放射線性樹脂組成物が[D]重合体を含有する場合、[D]重合体の含有量の下限としては、[A]重合体の100質量部に対して、0.5質量部が好ましく、1質量部がより好ましく、1質量部がさらに好ましい。上記含有量の上限としては、20質量部が好ましく、15質量部がより好ましく、10質量部がさらに好ましい。[D]重合体の含有量が上記上限を超えると、当該感放射線性樹脂組成物のパターン形成性が低下する場合がある。
[D]重合体は1種又は2種以上を用いることができる。
<[D]重合体の合成方法>
[D]重合体は、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[A]重合体の合成方法と同様の方法等が挙げられる。
[D]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)の下限としては、通常1,000であり、2,000が好ましい。上記Mwの上限としては、通常20,000であり、15,000が好ましい。[D]重合体のMwが上記上限を超えると、当該感放射線性樹脂組成物の現像性が低下する場合がある。[D]重合体のMwが上記下限未満であると、得られるレジスト膜の耐熱性が低下する場合がある。
[D]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)の上限としては、通常5であり、3が好ましく、2がより好ましい。上記比の下限としては、通常1である。Mw/Mnが上記上限を超えると、得られるレジスト膜の耐熱性が低下する場合がある。
<[E]重合体>
当該感放射線性樹脂組成物は、[A]重合体及び[D]重合体以外の重合体成分としてその他の重合体([E]重合体)を任意に含むこともできる。
[E]重合体としては、例えば構造単位として上述の構造単位(II)及び構造単位(III)を含む重合体等が挙げられる。
当該感放射線性樹脂組成物が撥水性重合体添加剤として[A]重合体を含有する場合、ベース重合体として[E]重合体を含有することが好ましい。この場合、[E]重合体は構造単位(II)及び構造単位(III)を有することが好ましい。
[A]重合体が撥水性重合体添加剤の場合、当該感放射線性樹脂組成物における[E]重合体の含有量の下限としては、[A]重合体の100質量部に対して、10質量部が好ましく、50質量部がより好ましく、100質量部がさらに好ましい。上記含有量の上限としては、10,000質量部が好ましく、1,500質量部がより好ましく、1,000質量部がさらに好ましい。[E]重合体の含有量が上記上限を超えると、当該感放射線性樹脂組成物のパターン形成性が低下する場合がある。
[E]重合体は1種又は2種以上を用いることができる。
<[E]重合体の合成方法>
[E]重合体は、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[A]重合体の合成方法と同様の方法等が挙げられる。
<[F]溶媒>
当該感放射線性樹脂組成物は、通常、[F]溶媒を含有する。[F]溶媒は、少なくとも[A]重合体、[B]感放射線性酸発生体及び所望により含有される[C]酸拡散制御体等を溶解又は分散可能な溶媒であれば特に限定されない。
[F]溶媒としては、例えばアルコール系溶媒、エーテル系溶媒、ケトン系有機溶媒、アミド系溶媒、エステル系有機溶媒、炭化水素系溶媒等が挙げられる。
アルコール系溶媒としては、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系溶媒;
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系溶媒;
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系溶媒などが挙げられる。
エーテル系溶媒としては、例えば
ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジブチルエーテル等のジアルキルエーテル系溶媒;
テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン等の環状エーテル系溶媒;
ジフェニルエーテル、アニソール(メチルフェニルエーテル)等の芳香環含有エーテル系溶媒などが挙げられる。
ケトン系溶媒としては、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、2−ヘプタノン(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等の鎖状ケトン系溶媒;
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等の環状ケトン系溶媒;
2,4−ペンタンジオン、アセトニルアセトン、アセトフェノン等が挙げられる。
アミド系溶媒としては、例えばN,N’−ジメチルイミダゾリジノン、N−メチルピロリドン等の環状アミド系溶媒;
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等の鎖状アミド系溶媒などが挙げられる。
エステル系溶媒としては、例えば
酢酸メチル、酢酸エチル、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i−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−ノニル等の酢酸エステル系溶媒;
エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノ−n−ブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート等の多価アルコール部分エーテルアセテート系溶媒;
ジエチルカーボネート等のカーボネート系溶媒;
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、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、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、フタル酸ジプロピル等が挙げられる。
炭化水素系溶媒としては、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系溶媒;
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系溶媒などが挙げられる。
[F]溶媒としては、これらの中で、溶解又は分散能により優れる観点から、エステル系溶媒及びケトン系溶媒が好ましく、多価アルコール部分エーテルアセテート系溶媒及び環状ケトン系溶媒がより好ましく、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート及びシクロヘキサノンがさらに好ましい。
当該感放射線性樹脂組成物は[F]溶媒を1種又は2種以上含有していてもよい。
<[G]偏在化促進剤>
偏在化促進剤は、当該感放射線性樹脂組成物が[D]重合体を含有する場合等に、[D]重合体を、より効率的にレジスト膜表面に偏析させる効果を有するものである。当該感放射線性樹脂組成物にこの偏在化促進剤を含有させることで、[D]重合体の添加量を従来よりも少なくすることができる。従って、LWR性能、現像欠陥、パターン倒れ耐性等のレジスト基本特性を損なうことなく、レジスト膜から液浸液への成分の溶出をさらに抑制したり、高速スキャンにより液浸露光をより高速に行うことが可能になり、結果としてウォーターマーク欠陥等の液浸由来欠陥を抑制するレジスト膜表面の疎水性を向上させることができる。このような偏在化促進剤として用いることができるものとしては、比誘電率が30以上200以下で、1気圧における沸点が100℃以上の低分子化合物が挙げられる。このような化合物としては、具体的には、ラクトン化合物、環状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。
環状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。
多価アルコールの具体例としては、例えばグリセリン等が挙げられる。
[G]偏在化促進剤としては、これらの中で、より効率的にレジスト膜表面に偏析させる効果を有する観点から、ラクトン化合物が好ましく、γ−ブチロラクトンがより好ましい。
[G]偏在化促進剤は1種又は2種以上を用いることができる。
<その他の任意成分>
当該感放射線性樹脂組成物は、上記[A]〜[G]成分以外にも、その他の任意成分を含有していてもよい。その他の任意成分としては、例えば界面活性剤、脂環式骨格含有化合物、増感剤等が挙げられる。これらのその他の任意成分は、それぞれ1種又は2種以上を併用してもよい。
(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などが挙げられる。
市販品としては、信越化学工業社の「KP341」、共栄社化学社の「ポリフローNo.75」、同社の「ポリフローNo.95」、トーケムプロダクツ社の「エフトップEF301」、同社の「エフトップEF303」、同社の「エフトップEF352」、DIC社の「メガファックF171」、同社の「メガファックF173」、住友スリーエム社の「フロラードFC430」、同社の「フロラードFC431」、旭硝子社の「アサヒガードAG710」、同社の「サーフロンS−382」、同社の「サーフロンSC−101」、同社の「サーフロンSC−102」、同社の「サーフロンSC−103」、同社の「サーフロンSC−SC−104」、同社の「サーフロンSC−105」、同社の「サーフロンSC−106」等が挙げられる。
当該感放射線性樹脂組成物における界面活性剤の含有量としては、[A]重合体100質量部に対して通常2質量部以下である。
(脂環式骨格含有化合物)
脂環式骨格含有化合物は、ドライエッチング耐性、パターン形状、基板との接着性等を改善する効果を奏する。
脂環式骨格含有化合物としては、例えば
1−アダマンタンカルボン酸、2−アダマンタノン、1−アダマンタンカルボン酸t−ブチル等のアダマンタン誘導体類;
デオキシコール酸t−ブチル、デオキシコール酸t−ブトキシカルボニルメチル、デオキシコール酸2−エトキシエチル等のデオキシコール酸エステル類;
リトコール酸t−ブチル、リトコール酸t−ブトキシカルボニルメチル、リトコール酸2−エトキシエチル等のリトコール酸エステル類;
3−〔2−ヒドロキシ−2,2−ビス(トリフルオロメチル)エチル〕テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカン、2−ヒドロキシ−9−メトキシカルボニル−5−オキソ−4−オキサ−トリシクロ[4.2.1.03,7]ノナン等が挙げられる。当該感放射線性樹脂組成物における脂環式骨格含有化合物の含有量としては、[A]重合体100質量部に対して通常5質量部以下である。
(増感剤)
増感剤は、[B]酸発生剤等からの酸の生成量を増加する作用を示すものであり、当該感放射線性樹脂組成物の「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。これらの増感剤は、単独で使用してもよく2種以上を併用してもよい。当該感放射線性樹脂組成物における増感剤の含有量としては、[A]重合体100質量部に対して通常2質量部以下である。
<感放射線性樹脂組成物の調製方法>
当該感放射線性樹脂組成物は、例えば[A]重合体、[B]感放射線性酸発生体、[C]酸拡散制御体等の好適成分、必要に応じて含有される任意成分及び[F]溶媒を所定の割合で混合することにより調製できる。当該感放射線性樹脂組成物は、混合後に、例えば孔径0.2μm程度のフィルター等でろ過することが好ましい。当該感放射線性樹脂組成物の固形分濃度の下限としては、通常0.1質量%であり、0.5質量%が好ましく、1質量%がより好ましい。上記固形分濃度の上限としては、通常50質量%であり、30質量%が好ましく、20質量%がより好ましい。
<レジストパターン形成方法>
当該レジストパターン形成方法は、
レジスト膜を形成する工程(以下、「レジスト膜形成工程」ともいう)、
上記レジスト膜を露光する工程(以下、「露光工程」ともいう)、及び
上記露光されたレジスト膜を現像する工程(以下、「現像工程」ともいう)
を有するレジストパターン形成方法であって、
上記レジスト膜を当該感放射線性樹脂組成物で形成することを特徴とするレジストパターン形成方法である。
当該レジストパターン形成方法によれば、上述の当該感放射線性樹脂組成物を用いているので、上述のLWR性能等が向上する。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、当該感放射線性樹脂組成物でレジスト膜を形成する。この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、アルミニウムで被覆されたウェハ等の従来公知のもの等が挙げられる。また、例えば特公平6−12452号公報、特開昭59−93448号公報等に開示されている有機系又は無機系の反射防止膜を基板上に形成してもよい。塗布方法としては、例えば回転塗布(スピンコーティング)、流延塗布、ロール塗布等が挙げられる。塗布した後に、必要に応じて、塗膜中の溶媒を揮発させるため、プレベーク(PB)を行ってもよい。PB温度の下限としては、通常60℃であり、80℃が好ましい。PB温度の上限としては、通常140℃であり、120℃が好ましい。PB時間の下限としては、通常5秒であり、10秒が好ましい。PB時間の上限としては、通常600秒であり、300秒が好ましい。形成されるレジスト膜の膜厚の下限としては、10nmが好ましい。上記膜厚の上限としては、1,000nmが好ましく、500nmがより好ましい。
液浸露光を行う場合で、当該感放射線性樹脂組成物が撥水性重合体添加剤を含有していない場合等には、上記形成したレジスト膜上に、液浸液とレジスト膜との直接の接触を避ける目的で、液浸液に不溶性の液浸用保護膜を設けてもよい。液浸用保護膜としては、(3)工程の前に溶媒により剥離する溶媒剥離型保護膜(例えば特開2006−227632号公報参照)、(3)工程の現像と同時に剥離する現像液剥離型保護膜(例えば国際公開第2005/069076号、国際公開第2006/035790号参照)のいずれを用いてもよい。但し、スループットの観点から、現像液剥離型液浸用保護膜を用いることが好ましい。
[露光工程]
本工程では、(1)工程で形成されたレジスト膜に、フォトマスクを介する等して(場合によっては、水等の液浸媒体を介して)露光光を照射し、露光する。露光光としては、目的とするパターンの線幅に応じて、例えば可視光線、紫外線、遠紫外線、X線、γ線等の電磁波、電子線、α線等の荷電粒子線等が挙げられる。これらの中でも、遠紫外線及び電子線が好ましく、ArFエキシマレーザー光(波長193nm)、KrFエキシマレーザー光(波長248nm)及び電子線がより好ましく、ArFエキシマレーザー光及び電子線がさらに好ましい。
露光を液浸露光により行う場合、用いる液浸液としては、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が、特に露光光源が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を用いるのが好ましい。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わずかな割合で添加しても良い。この添加剤は、ウェハ上のレジスト膜を溶解させず、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。
上記露光の後、ポストエクスポージャーベーク(PEB)を行い、レジスト膜の露光された部分において、露光により[B]感放射線性酸発生体から発生した酸による[A]重合体等が有する酸解離性基の解離を促進させることが好ましい。このPEBによって、露光部と未露光部とで現像液に対する溶解性に差が生じる。PEB温度の下限としては、通常50℃であり、80℃がより好ましい。PEB時間の上限としては、通常180℃であり、130℃が好ましい。PEB時間の下限としては、通常5秒であり、10秒が好ましい。PEB時間の上限としては、通常600秒であり、300秒が好ましい。
[現像工程]
本工程では、(2)工程で露光されたレジスト膜を現像する。これにより、所定のレジストパターンを形成することができる。現像後は、水又はアルコール等のリンス液で洗浄し、乾燥することが一般的である。
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、けい酸ナトリウム、メタけい酸ナトリウム、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等が挙げられる。これらの中でも、TMAH水溶液が好ましく、2.38質量%TMAH水溶液がより好ましい。
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などが挙げられる。上記有機溶媒としては、例えば上述の感放射線性樹脂組成物の[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、エステル系溶媒及び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。現像液中の有機溶媒の含有量の下限としては、80質量%が好ましく、90質量%がより好ましく、95質量%がさらに好ましく、99質量%が特に好ましい。現像液中の有機溶媒以外の成分としては、例えば水、シリコンオイル等が挙げられる。
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。
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。各種物性値の測定方法を以下に示す。
[Mw及びMn]
重合体のMw及びMnは、GPCにより、下記条件で測定した。
GPCカラム:G2000HXL 2本、G3000HXL 1本、G4000HXL 1本(以上、東ソー社)
カラム温度:40℃
溶出溶媒:テトラヒドロフラン(和光純薬工業社)
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
[低分子量成分の含有量(質量%)]
ジーエルサイエンス社のInertsil ODS−25μmカラム(4.6mmφ×250mm)を使用し、流量:1.0mL/分、溶出溶媒:アクリロニトリル/0.1%リン酸水溶液の分析条件で、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)により測定した。なお、低分子量成分とは、モノマーを主成分とする成分をいい、より具体的には分子量1,000未満の成分、好ましくはトリマーの分子量以下の成分をいう。
13C−NMR分析]
13C−NMR分析は、核磁気共鳴装置(日本電子社の「JNM−ECX400」)を使用し、測定溶媒として重クロロホルムを用いて行った。
<化合物の製造>
[実施例1](化合物(M−1)の製造)
(化合物(m−1)の合成)
300mLのナス型フラスコに亜鉛粉末4.25g(65.0mmol)と脱水テトラヒドロフラン50mL及びクロロトリメチルシラン0.272g(2.5mmol)を加えた後、35℃にて15分間撹拌した。そこへα−アセチル−α−メチル−γ−ブチロラクトン7.10g(50.0mmol)と1−エチルシクロヘキシルブロモアセテート13.7g(55.0mmol)を脱水テトラヒドロフラン40mLに溶解させた溶液をゆっくりと滴下した。この際、反応熱により溶液温度が上昇するが、内温が45℃以下になるよう滴下速度を調整しつつ実施した。滴下終了後、35℃にて5時間撹拌し、TLCにて原料の消失を確認した。塩化アンモニウム水溶液で反応を停止した後、セライトろ過により沈殿物を除去した。溶媒を酢酸エチルに置換した後、水洗を実施した。溶媒を留去した後、カラムクロマトグラフィで精製することにより、(m−1)を13.9g得た(収率89%)。得られた化合物(m−1)をLC−MSにて分析した結果、M=312を確認した。
(化合物(M−1)の合成)
200mLのナス型フラスコに(m−1)12.5g(40.0mmol)、N,N−ジメチルアミノピリジン0.244g(2.00mmol)、トリエチルアミン 6.07g(60.0mmol)及び脱水アセトニトリル50mLを加えた後、氷水浴にて0℃に冷却した。そこへ、塩化メタクリロイル4.60g(44.0mmol)を滴下した。0℃にて1時間撹拌した後、室温で6時間撹拌した。TLCにて原料の消失を確認した後、水を加えて反応を停止した。酢酸エチルで抽出した後、水洗を実施し、カラムクロマトグラフィで精製することにより、下記式(M−1)で表される化合物を12.6g得た(収率83%)。得られた化合物(M−1)をLC−MSにて分析した結果、M=380を確認した。
[実施例2〜59](化合物(M−2〜59)の製造)
実施例1において、下記式(m−1)で表される化合物の代わりに下記式(m−2)〜(m−59)で表される化合物を原料としてそれぞれ用いた以外は実施例1と同様にして、下記式(M−2)〜(M−59)で表される化合物をそれぞれ得た。ここで、式(5)で表される化合物の中でXが炭素数1〜12の2価の鎖状炭化水素基又は炭素数3〜12の2価の脂環式炭化水素基である場合、実施例1においてα−アセチル−α−メチル−γ−ブチロラクトンと1−エチルシクロヘキシルブロモアセテートとの代わりに対応する化合物を原料としてそれぞれ適宜選択した以外は、実施例1と同様にして上記化合物から下記式(M−2)〜(M−59)で表される化合物をそれぞれ得た。得られた化合物をLC−MSにて分析した結果、得られた化合物が目的とする化合物であることを確認した。
Figure 2015108809
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[実施例60](化合物(M−60)の製造)
窒素置換した300mLの3つ口フラスコに亜鉛粉末4.25g(65mmol)、脱水テトラヒドロフラン50mL及びクロロトリメチルシラン0.272g(2.5mmol)を加え、35℃で15分間撹拌した。そこへ下記式(m−60)で表される化合物14.8g(50mmol)及びエチル(2−ブロモメチル)メタクリレート13.7g(55mmol)をテトラヒドロフラン40mLに溶解させた溶液をゆっくりと滴下した。この際、反応熱により溶液温度が上昇するが、内温が45℃以下になるよう滴下速度を調整しつつ実施した。滴下終了後、35℃にて5時間撹拌し、TLCにて原料の消失を確認した。次いで、飽和塩化アンモニウム水溶液を加え反応を停止した。生成した塩をセライト濾過により除去し、酢酸エチルで抽出した後、水洗を実施し、カラムクロマトグラフィで精製することにより、下記式(M−60)で表される化合物を16.2g得た(収率89%)。得られた化合物(M−60)をLC−MSにて分析した結果、M=365.43を確認した。
[実施例61〜68](化合物(M−61)〜(M−68)の製造)
実施例60において、下記式(m−60)で表される化合物の代わりに下記式(m−61)〜(m−68)で表される化合物を原料としてそれぞれ用いた以外は実施例60と同様にして、下記式(M−61)〜(M−68)で表される化合物をそれぞれ得た。得られた化合物をLC−MSにて分析した結果、得られた化合物が目的とする化合物であることを確認した。
Figure 2015108809
Figure 2015108809
<重合体の合成>
上記(M−1)〜(M−68)で表される化合物以外の[A]重合体、[D]重合体及び[E]重合体の合成に用いた各化合物を以下に示す。
Figure 2015108809
Figure 2015108809
なお、化合物(M’−1)〜(M’−17)は構造単位(II)を、化合物(M’−18)〜(M’−26)は構造単位(III)を、化合物(M’−27)はフッ素原子を含有する構造単位をそれぞれ与える。
<ベース重合体([A]重合体及び[E]重合体)の製造>
[合成例1](重合体(E−1)の製造)
化合物(M’−1)10.63g(60モル%)、化合物(M’−20)9.37g(40モル%)を2−ブタノン40gに溶解し、開始剤としてAIBN0.87g(全モノマーに対して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、上記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(E−1)を合成した(14.8g、収率74%)。重合体(E−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、(M’−1)、(M’−20)に由来する各構造単位の含有割合は、それぞれ60.3モル%、39.7モル%であった。
[実施例69〜206](重合体(A1−1)〜(A1−138)の製造)
表1〜7に示す種類及び使用量の単量体を用いた以外は合成例1と同様にして、ベース重合体として用いる重合体(A1−1)〜(A1−138)を合成した。なお、各表中の「−」は該当する単量体を用いなかったことを表す。
Figure 2015108809
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<撥水性重合体添加剤([A]重合体及び[D]重合体)の製造>
[合成例2](重合体(D−1)の製造)
化合物(M’−2)79.9g(70モル%)及び化合物(M’−27)20.91g(30モル%)を、100gの2−ブタノンに溶解し、開始剤としてジメチル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、上記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(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、(M’−2)及び(M’−27)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。
[実施例207〜215](重合体(A2−1)〜(A2−9)の製造)
表8に示す種類及び使用量の単量体を用いた以外は合成例2と同様にして、撥水性重合体添加剤として用いる重合体(A2−1)〜(A2−9)を合成した。なお、各表中の「−」は該当する単量体を用いなかったことを表す。
Figure 2015108809
<感放射線性樹脂組成物の調製>
感放射線性樹脂組成物の調製に用いた各成分を以下に示す。
[[B]感放射線性酸発生体]
下記式(B−1)〜(B−4)で表される化合物。
Figure 2015108809
[[C]酸拡散制御剤]
下記式(C−1)〜(C−5)で表される化合物。
Figure 2015108809
[[F]溶媒]
F−1:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
F−2:シクロヘキサノン
[[G]偏在化促進剤]
G−1:γ−ブチロラクトン
[実施例216]
ベース重合体としての[A]重合体である(A−1)100質量部、[B]感放射線性酸発生体としての(B−1)8.5質量部、[C]酸拡散制御剤としての(C−1)2.3質量部、[D]重合体としての(D−1)3質量部、[F]溶媒としての(F−1)2,240質量部及び(F−2)960質量部並びに[G]偏在化促進剤としての(G−1)30質量部を混合し、感放射線性樹脂組成物(J−1)を調製した。
[実施例217〜472並びに比較例1及び2]
下記表9〜20に示す種類及び含有量の各成分を用いた以外は実施例1と同様にして感放射線性樹脂組成物(J−2)〜(J−257)並びに(CJ−1)及び(CJ−2)を調製した。なお、各表中の「−」は該当する成分を用いなかったことを表す。
Figure 2015108809
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<レジストパターンの形成(1)>
12インチのシリコンウェハ表面に、スピンコーター(東京エレクトロン社の「CLEAN TRACK ACT12」)を使用して、下層反射防止膜形成用組成物(ブルワーサイエンス社の「ARC66」)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上記調製した表9〜13及び表18〜20に記載の各感放射線性樹脂組成物(J−1〜96、J−186〜257及びCJ−1)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(ニコン社の「NSR−S610C」)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。この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を最適露光量とした。
<レジストパターンの形成(2)>
上記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、上記レジストパターンの形成(1)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。
<レジストパターンの形成(3)>
8インチのシリコンウェハ表面にスピンコーター(東京エレクトロン社の「CLEAN TRACK ACT8」)を使用して、表14〜17に記載の感放射線性樹脂組成物(J−97〜185及びCJ−2)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(日立製作所社の「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>
上記形成したレジストパターンについて、下記方法に従って測定することにより、各感放射線性樹脂組成物を評価した。なお、レジストパターンの測長には走査型電子顕微鏡(日立ハイテクノロジーズ社の「CG−4100」)を用いた。各表中の「−」は評価の基準であることを示す。また、実施例216〜311及び実施例401〜472は比較例1と比較した。実施例312〜400は比較例2と比較した。
[LWR性能]
レジストパターンを、上記走査型電子顕微鏡を用い、パターン上部から観察した。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性能の値を比較例の値(判定基準)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%未満の向上(LWR性能の値が90%超)の場合、「不良」と評価した。
[CD均一性(CDU性能)]
上記形成したレジストパターンを、上記走査型電子顕微鏡を用い、パターン上部から観察した。400nmの範囲で線幅を20点測定し、その平均値を任意のポイントで計500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CD均一性(nm)とした。CD均一性は、その値が小さいほど、長周期での線幅のばらつきが小さく良好である。CD均一性の値を比較例の値(判定基準)と比べたとき、10%以上の向上(CD均一性の値が90%以下)が見られた場合、CD均一性は「良好」と、10%未満の向上(CD均一性の値が90%超)の場合、「不良」と評価した。
[解像性]
上記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、この測定結果は解像性とした。測定値が小さいほど解像性は良いことを示す。得られた測定値を比較例の測定値(判定基準)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%未満の向上(最小レジストパターン寸法が90%超)の場合、「不良」と評価した。
[断面形状]
上記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を測定した。このとき、0.9≦La/Lb≦1.1である場合、断面形状は「良好」と、上記範囲外である場合、「不良」と評価した。
[焦点深度]
上記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、この測定値を焦点深度とした。測定値が大きいほど焦点深度は良いことを示す。得られた測定値を比較例の測定値(判定基準)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%未満の向上(焦点深度が110%未満)の場合、「不良」と評価した。
[露光余裕度(EL性能)]
40nmラインアンドスペース(1L/1S)のレジストパターン形成用のマスクパターンを用いた場合に解像されるパターン寸法が、マスクの設計寸法の±10%以内となる場合の露光量の範囲の上記最適露光量に対する割合を露光余裕度(EL性能)(%)とした。露光余裕度は、その値が大きいほど、露光量変化に対するパターニング性能の変化量が小さく良好である。露光余裕度の値を比較例の値(判定基準)と比べたとき、10%以上の向上(露光余裕度の値が110%以上)が見られた場合、露光余裕度は「良好」と、10%未満の向上(CD均一性の値が90%超)の場合、「不良」と評価した。
[MEEF性能]
上記走査型電子顕微鏡を用い、上記最適露光量において、5種類のマスクサイズ(48.0nmLine/100nmPitch、49.0nmLine/100nmPitch、50.0nmLine/100nmPitch、51.0nmLine/100nmPitch、52.0nmLine/100nmPitch)で解像されるレジストパターンの線幅を測定した。横軸をマスクサイズ、縦軸を各マスクサイズで形成された線幅として、得られた測定値をプロットし、最小二乗法により算出した近似直線の傾きを求め、この傾きをMEEF性能とした。MEEF性能は、その値が1に近いほど良好であることを示す。MEEF性能の値を比較例の値(判定基準)と比べたとき、10%以上の向上(MEEF性能の値が90%以下)が見られた場合、MEEF性能は「良好」と、10%未満の向上(MEEF性能の値が90%超)の場合、「不良」と評価した。
Figure 2015108809
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Figure 2015108809
表21〜32の結果から明らかなように、実施例の感放射線性樹脂組成物によれば、広い露光余裕度を発揮しつつ、LWR性能及びCD均一性が小さく、トップロスが抑制され、解像性が高く、焦点深度が低下し難く、かつ優れたMEEF性能を発揮するレジストパターンを形成することができる。これに対し、比較例の感放射線性樹脂組成物ではこれらの性能は不十分なものがあった。
本発明の感放射線性樹脂組成物及びレジストパターン形成方法によれば、優れた露光余裕度、焦点深度、MEEF性能を発揮しつつ、優れたLWR性能、CD均一性及び断面形状の矩形性を有し、解像性が高いレジストパターンを形成することができる。本発明の重合体は、当該感放射線性樹脂組成物の重合体成分として好適に用いることができる。本発明の化合物は、当該重合体の単量体として好適に用いることができる。本発明の化合物の製造方法によれば、当該化合物を簡便かつ収率よく製造することができる。従って、これらは、今後さらに微細化が進行すると予想される半導体デバイス製造用に好適に用いることができる。

Claims (10)

  1. 下記式(1)で表される構造単位(I)を有する重合体、及び
    感放射線性酸発生体
    を含有する感放射線性樹脂組成物。
    Figure 2015108809
    (式(1)中、R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。Rは、水素原子又は1価の有機基である。Rは、極性基を含む1価の有機基である。但し、R及びR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、極性基を含む環員数3〜20の脂環構造を表してもよい。Rは、1価の有機基である。X及びYは、それぞれ独立して、単結合、炭素数1〜12の2価の鎖状炭化水素基又は炭素数3〜12の2価の脂環式炭化水素基である。但し、X及びYのうちの少なくともいずれかは、炭素数1〜12の2価の鎖状炭化水素基又は炭素数3〜12の2価の脂環式炭化水素基である。R又はXとRとは、互いに合わせられこれらが結合する原子鎖と共に構成される、環員数5〜20の環構造を表してもよい。)
  2. 上記重合体が、下記式(2)又は(3)で表される構造単位(II)をさらに有する請求項1に記載の感放射線性樹脂組成物。
    Figure 2015108809
    (式(2)中、R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。Rは、炭素数1〜10の1価の鎖状炭化水素基又は炭素数3〜20の1価の脂環式炭化水素基である。R及びR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。
    式(3)中、R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。pは、0又は1である。但し、シクロアルケニル基の水素原子の一部又は全部は、炭化水素基で置換されていてもよい。また、シクロアルケニル基の炭素原子間は、炭化水素鎖で架橋されていてもよい。)
  3. 上記重合体が、構造単位(I)以外の構造単位であって、ラクトン構造、環状カーボネート構造、スルトン構造、ヒドロキシ基又はオキソ基を含む構造単位(III)をさらに有する請求項1又は請求項2に記載の感放射線性樹脂組成物。
  4. 上記感放射線性酸発生体が、下記式(4)で表される化合物である請求項1、請求項2又は請求項3に記載の感放射線性樹脂組成物。
    Figure 2015108809
    (式(4)中、R10は、環員数6以上の脂環構造を含む1価の基又は環員数6以上の脂肪族複素環構造を含む1価の基である。R11は、炭素数1〜10のフッ素化アルカンジイル基である。Xは、1価の放射線分解性オニウムカチオンである。)
  5. 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であって、
    上記レジスト膜を請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の感放射線性樹脂組成物で形成することを特徴とするレジストパターン形成方法。
  6. 下記式(1)で表される構造単位(I)を有する重合体。
    Figure 2015108809
    (式(1)中、R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。Rは、水素原子又は1価の有機基である。Rは、極性基を含む1価の有機基である。但し、R及びR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、極性基を含む環員数3〜20の脂環構造を表してもよい。Rは、1価の有機基である。X及びYは、それぞれ独立して、単結合、炭素数1〜12の2価の鎖状炭化水素基又は炭素数3〜12の2価の脂環式炭化水素基である。但し、X及びYのうちの少なくともいずれかは、炭素数1〜12の2価の鎖状炭化水素基又は炭素数3〜12の2価の脂環式炭化水素基である。R又はXとRとは、互いに合わせられこれらが結合する原子鎖と共に構成される、環員数5〜20の環構造を表してもよい。)
  7. 下記式(5)で表される化合物。
    Figure 2015108809
    (式(5)中、R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。Rは、水素原子又は1価の有機基である。Rは、極性基を含む1価の有機基である。但し、R及びR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、極性基を含む環員数3〜20の脂環構造を表してもよい。Rは、1価の有機基である。X及びYは、それぞれ独立して、単結合、炭素数1〜12の2価の鎖状炭化水素基又は炭素数3〜12の2価の脂環式炭化水素基である。但し、X及びYのうちの少なくともいずれかは、炭素数1〜12の2価の鎖状炭化水素基又は炭素数3〜12の2価の脂環式炭化水素基である。R又はXとRとは、互いに合わせられこれらが結合する原子鎖と共に構成される、環員数5〜20の環構造を表してもよい。)
  8. 下記式(a)で表される化合物と下記式(b)で表される化合物とを反応させる工程
    を有する下記式(5a)で表される化合物の製造方法。
    Figure 2015108809
    (式(a)、(b)及び(5a)中、R1A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。R2Aは、水素原子又は1価の有機基である。Rは、極性基を含む1価の有機基である。但し、R2A及びR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、極性基を含む環員数3〜20の脂環構造を表してもよい。Rは、1価の有機基である。X及びYは、それぞれ独立して、単結合、炭素数1〜12の2価の鎖状炭化水素基又は炭素数3〜12の2価の脂環式炭化水素基である。但し、X及びYのうちの少なくともいずれかは、炭素数1〜12の2価の鎖状炭化水素基又は炭素数3〜12の2価の脂環式炭化水素基である。Zは、ハロゲン原子、ヒドロキシ基又は−OCOR’である。R’は、炭素数1〜30の1価の炭化水素基である。)
  9. 下記式(e)で表される化合物と下記式(f)で表される化合物とを金属亜鉛の存在下で反応させる工程
    を有する下記式(5b)で表される化合物の製造方法。
    Figure 2015108809
    (式(e)、(f)及び(5b)中、R2Aは、水素原子又は1価の有機基である。Rは、極性基を含む1価の有機基である。但し、R2A及びR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、極性基を含む環員数3〜20の脂環構造を表してもよい。Rは、1価の有機基である。Yは、炭素数1〜12の2価の鎖状炭化水素基又は炭素数3〜12の2価の脂環式炭化水素基である。R及びRは、それぞれ独立して水素原子若しくは炭素数1〜10の1価の鎖状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若しくは炭素鎖と共に構成される環員数3〜10の脂環構造を表す。aは、1〜4の整数である。aが2以上の場合、複数のRは同一でも異なっていてもよく、複数のRは同一でも異なっていてもよい。Rは、炭素数1〜10の1価の鎖状炭化水素基又は炭素数3〜10の1価の脂環式炭化水素基である。Tは、ハロゲン原子である。Aは、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、炭素数1〜20の1価のオキシ炭化水素基又は−OCORである。Rは、炭素数1〜20の1価の炭化水素基である。)
  10. 下記式(g)で表される化合物と下記式(f)で表される化合物とを金属亜鉛の存在下で反応させる工程
    を有する下記式(5c)で表される化合物の製造方法。
    Figure 2015108809
    (式(g)、(f)及び(5c)中、Rは、極性基を含む1価の有機基である。Rは、1価の有機基である。Yは、単結合、炭素数1〜12の2価の鎖状炭化水素基又は炭素数3〜12の2価の脂環式炭化水素基である。R及びRは、それぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシ基若しくは炭素数1〜10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若しくは炭素鎖と共に構成される環員数3〜10の環構造を表す。aは、1〜4の整数である。aが2以上の場合、複数のRは同一でも異なっていてもよく、複数のRは同一でも異なっていてもよい。Tは、ハロゲン原子である。Aは、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、炭素数1〜20の1価のオキシ炭化水素基又は−OCORである。Rは、炭素数1〜20の1価の炭化水素基である。)
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