JP2017145383A - Fluorine-containing monomer, fluorine-containing polymer prepared therewith, chemically amplified resist prepared therewith, and pattern forming method using the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a chemically amplified resist, in which, when forming a resist pattern with an organic solvent as a developer in photolithography with high energy rays, a difference in resist solubility between an exposed portion and an unexposed portion is improved, and sufficient dry etching resistance is secured.SOLUTION: A fluorine-containing polymer comprises a repeating unit represented by formula (1) (A is a C3-25 alicyclic hydrocarbon group or a C 5-25 aromatic hydrocarbon group; Ris an acetal bond, a hemiacetal bond or a hemiacetal ester bond).SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、新規な含フッ素単量体、それを用いた含フッ素重合体、それを用いた化学増幅型レジストおよびそれを用いたパターン形成方法に関し、特に現像液として有機溶剤を用いたネガ型の化学増幅型のレジストおよびそれを用いたパターン形成方法に関する。   The present invention relates to a novel fluorine-containing monomer, a fluorine-containing polymer using the same, a chemically amplified resist using the same, and a pattern forming method using the same, and in particular, a negative type using an organic solvent as a developer. The present invention relates to a chemically amplified resist and a pattern forming method using the same.

半導体の製造工程におけるフォトリソグラフィ法によるパターン形成に使用されるレジストには、高感度であること、微細加工が可能なことおよび基板との密着性がよいことが求められる。   A resist used for pattern formation by a photolithography method in a semiconductor manufacturing process is required to have high sensitivity, enable fine processing, and have good adhesion to a substrate.

レジストには、ポジ型レジストとネガ型レジストがある。ポジ型レジストは、シリコンウエハまたはガラス基板にレジスト膜を形成し、予めパターンを描画したフォトマスク等を介して高エネルギー線をレジスト膜に照射した際に、露光部が現像液に溶解し未露光部がレジストパターンとして残ることでフォトマスクのパターンが転写されるレジストである。反して、ネガ型レジストは、未露光部が現像液に溶解し露光部がレジストパターンとして残ることでフォトマスクのパターンが転写されるレジストである。   There are two types of resists: positive resists and negative resists. Positive resist forms a resist film on a silicon wafer or glass substrate, and when the resist film is irradiated with high energy rays through a photomask or the like on which a pattern has been drawn in advance, the exposed part dissolves in the developer and is not exposed. This is a resist to which the pattern of the photomask is transferred by leaving the portion as a resist pattern. On the other hand, the negative resist is a resist to which the pattern of the photomask is transferred when the unexposed portion is dissolved in the developer and the exposed portion remains as a resist pattern.

形成されたレジストパターンには、レジストパターンをエッチングガスにより半導体基板に転写形成するエッチング工程において、レジストがエッチングガスに浸されないエッチング耐性を有することが要求される。   The formed resist pattern is required to have etching resistance so that the resist is not immersed in the etching gas in an etching process in which the resist pattern is transferred and formed on the semiconductor substrate with the etching gas.

また、フォトリソグラフィ法においては、紫外線、X線等の短波長の電磁波または電子線である高エネルギー線を用いる傾向があり、それに従いレジストパターンが微細化している。微細化に伴い、レジストには焦点深度(depth of focus 以下、DOFと呼ぶことがある)に余裕があり、パターンのラインエッジラフネス(Line Edge Roughness 以下、LERと呼ぶことがある)が少なくて解像度に優れ高精細であることが求められるようになってきている。   Also, in the photolithography method, there is a tendency to use high-energy rays that are short-wave electromagnetic waves such as ultraviolet rays and X-rays or electron beams, and the resist pattern is miniaturized accordingly. Along with miniaturization, the resist has a margin of depth of focus (hereinafter referred to as DOF), and has little pattern line edge roughness (hereinafter referred to as LER) and resolution. Therefore, it has been required to have excellent high definition.

高エネルギー線の露光による微細加工に適したレジストとして、化学増幅型レジストを挙げることができる。化学増幅型レジストとは、高エネルギー線の照射により酸を発生する光酸発生剤を含有し、露光部に発生した酸を触媒としレジスト構造中の酸不安定性基が解離する反応により、レジストの露光部と非露光部の現像液に対する溶解性に差異を生じさせてレジストパターンを形成するレジストである。   As a resist suitable for fine processing by exposure with high energy rays, a chemically amplified resist can be exemplified. A chemically amplified resist contains a photoacid generator that generates an acid upon irradiation with high energy rays, and the acid labile group in the resist structure is dissociated using the acid generated in the exposed area as a catalyst. This resist forms a resist pattern by causing a difference in solubility in a developing solution between an exposed portion and a non-exposed portion.

パターンの微細化が進むにつれ、化学増幅型レジストには、さらなるLERの低減が要求される。一般的に、基板に塗布する前の化学増幅型レジストは溶液状態であり、基板に塗布後、加熱乾燥(ベーキング)してレジスト膜とする。レジスト膜は、露光時に酸を発生する光酸発生剤、発生した酸の作用により酸不安定性基を解離させることで露光部の現像液への溶解性が変化する重合体、および光酸発生剤と重合体を溶解させる溶剤を含む。   As the pattern becomes finer, the chemically amplified resist is required to further reduce LER. Generally, the chemically amplified resist before being applied to the substrate is in a solution state, and after being applied to the substrate, it is heated and dried (baked) to form a resist film. The resist film comprises a photoacid generator that generates an acid upon exposure, a polymer that changes the solubility of the exposed portion in the developer by dissociating an acid labile group by the action of the generated acid, and a photoacid generator And a solvent for dissolving the polymer.

レジストパターンは、溶液状の化学増幅型レジストをスピンコーター等で基板に塗布しレジスト膜とした後にベーキングし、次いでフォトマスク等を介し露光を行い、ベーキング後に現像液を用いてレジスト膜を現像パターニングして得られるものである。通常、レジストパターンを形成する際に用いる現像液には、アルカリ性のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド(N(CHOH 以下、TMAHと呼ぶことがある)水溶液が用いられる。 The resist pattern is formed by applying a chemically amplified resist in the form of a solution to a substrate with a spin coater or the like to form a resist film, baking it, and then exposing through a photomask, etc., followed by baking and patterning the resist film using a developer. Is obtained. In general, an alkaline tetramethylammonium hydroxide (N (CH 3 ) 4 OH or below, sometimes referred to as TMAH) aqueous solution is used as a developer used for forming a resist pattern.

特許文献1〜2には、LERを低減する手段として、現像液にTMAH水溶液でなく有機溶剤を用いることが開示されている。   Patent Documents 1 and 2 disclose using an organic solvent instead of a TMAH aqueous solution as a developing solution as a means for reducing LER.

高エネルギー線、例えば、波長380nm以下のArFエキシマレーザ(発振波長193nm)、KrFエキシマレーザ(発振波長248nm)等を光源とする短波長の紫外線、または電子線を用いたフォトリソグラフィ法によるパターン形成において、現像液として有機溶剤を用いてネガ型のパターンを形成する際、未露光部の現像液に対する溶解性が不十分であると、LERが大きくなり高精細なパターンが得られないという問題があった。このことについて、特許文献2に現像液として酢酸ブチルなどの有機溶剤を用いることでパターンのLERが低下することが開示されている。   In pattern formation by photolithography using high energy rays, for example, short wavelength ultraviolet rays using an ArF excimer laser with a wavelength of 380 nm or less (oscillation wavelength 193 nm), KrF excimer laser (oscillation wavelength 248 nm), or an electron beam, or an electron beam However, when forming a negative pattern using an organic solvent as a developing solution, if the solubility of the unexposed area in the developing solution is insufficient, the LER increases and a high-definition pattern cannot be obtained. It was. Regarding this, Patent Document 2 discloses that the LER of the pattern is lowered by using an organic solvent such as butyl acetate as a developer.

特許文献3には、ヘキサフルオロイソプロパノール基(−C(CF32OH)を含むフルオロアルコール基を有するアクリレートモノマー、メタアクリレートモノマーを有するフォトレジスト組成物が開示され、当該フォトレジスト組成物は高解像度のポジ型またはネガ型のフォトレジストとして使用されている。特許文献3に記載のネガ型フォトレジストは、その実施例によれば、グリコウリル等の架橋剤を含み、レジストの露光部において酸の作用によりグリコウリル等の架橋剤と、アクリレートモノマーまたはメタアクリレートモノマーが重合してなるポリマーとが反応し架橋することで、現像液として用いるアルカリ性のTMAH水溶液への溶解性が低下し、ネガ型フォトレジストとして作用している。 Patent Document 3 discloses a photoresist composition having an acrylate monomer and a methacrylate monomer having a fluoroalcohol group containing a hexafluoroisopropanol group (—C (CF 3 ) 2 OH). It is used as a positive or negative photoresist of resolution. According to the example, the negative photoresist described in Patent Document 3 contains a cross-linking agent such as glycouril, and the exposed portion of the resist contains a cross-linking agent such as glycouril and an acrylate monomer or a methacrylate monomer by the action of an acid. By reacting and cross-linking with the polymer obtained by polymerization, the solubility in an alkaline TMAH aqueous solution used as a developer is lowered, and it acts as a negative photoresist.

特許文献4には、フォトレジスト膜に被覆される上層膜形成組成物であって、該組成物は、前記フォトレジスト膜を現像する現像液に溶解する樹脂と、酸および感放射線性酸発生剤の少なくとも1つとを含むことを特徴とする上層膜形成組成物が開示され、前記樹脂としてヘキサフルオロイソプロパノール基を含むフルオロアルコール基を有する繰り返し単位を有する樹脂が使用される。   Patent Document 4 discloses an upper layer film-forming composition coated on a photoresist film, the composition comprising a resin dissolved in a developer for developing the photoresist film, an acid and a radiation-sensitive acid generator And a resin having a repeating unit having a fluoroalcohol group containing a hexafluoroisopropanol group is used as the resin.

特開2001−215731号公報JP 2001-215731 A 特開2009−25723号公報JP 2009-25723 A 特開2004−46098号公報JP 2004-46098 A 特開2006−308814号公報JP 2006-308814 A

本発明は、化学増幅型レジストによる高エネルギー線によるフォトリソグラフィ法において有機溶剤を現像液として用いた際、レジスト膜の露光部と未露光部の有機溶剤に対する溶解度差が大きく高精細のレジストパターンの形成ができる化学増幅型レジストを提供することを目的とする。   In the present invention, when an organic solvent is used as a developing solution in a photolithography method using a high energy beam with a chemically amplified resist, a difference in solubility between the exposed portion and the unexposed portion of the resist film in the organic solvent is large. An object is to provide a chemically amplified resist that can be formed.

併せて、当該化学増幅型レジストを構成する含フッ素重合体、およびそれを重合するために使用する含フッ素単量体を提供することを目的とする。   In addition, an object of the present invention is to provide a fluorinated polymer constituting the chemically amplified resist and a fluorinated monomer used for polymerizing the fluorinated polymer.

ドライエッチングは、反応性の気体であるエッチングガス、イオンまたはラジカルによって材料をエッチングする方法であり、ドライエッチング工程とは、ドライエッチングを行う工程である。フォトリソグラフィ法におけるドライエッチング工程とは、レジスト膜を露光現像しレジストパターンを形成した後、パターンの露出部の基板または下層膜を、ラジカルを含むプラズマでエッチングし、レジストパターンを基板またはレジストパターンの下層膜に転写する工程である。   Dry etching is a method of etching a material with an etching gas, ions, or radicals that are reactive gases, and the dry etching step is a step of performing dry etching. The dry etching process in the photolithography method is a method of exposing and developing a resist film to form a resist pattern, and then etching the substrate or the lower layer film in the exposed portion of the pattern with plasma containing radicals, thereby removing the resist pattern from the substrate or the resist pattern. This is a step of transferring to the lower layer film.

化学増幅型レジストにおいて、レジストパターンはエッチングガスに浸されることのないドライエッチング耐性が必要とされる。   In the chemically amplified resist, the resist pattern is required to have dry etching resistance without being immersed in an etching gas.

本発明者らは、現像液に有機溶剤を用いる化学増幅型レジストとしてのネガ型レジストに使用できる新規含フッ素単量体およびそれを重合してなる含フッ素重合体を合成した。
当該含フッ素重合体を含むネガ型レジストは、高エネルギー線によるフォトリソグラフィ法において、有機溶剤を現像液として用いレジストパターンを形成する際に、露光部と未露光部のレジストの溶解度差が大きく、且つドライエッチングする際には十分なエッチング耐性を示すものである。
The present inventors synthesized a novel fluorine-containing monomer that can be used in a negative resist as a chemically amplified resist using an organic solvent as a developer and a fluorine-containing polymer obtained by polymerizing the same.
The negative resist containing the fluoropolymer has a large solubility difference between the exposed portion and the unexposed portion of the resist when forming a resist pattern using an organic solvent as a developer in a photolithography method using high energy rays. In addition, when dry etching is performed, sufficient etching resistance is exhibited.

本発明の含フッ素重合体は、化学増幅型レジストとして使用した際に、高エネルギー線により露光した後に残される主鎖側に脂環構造または芳香環構造を有し、露光後に解離する酸分解性基側にヘキサフルオロイソプロパノール基が存在する。高エネルギーを照射後、有機溶剤を現像液として用いレジストパターンを形成する際、ヘキサフルオロイソプロパノール基を有するレジスト膜の未露光部が十分な現像液に対する溶解性を示すのに対し、ヘキサフルオロイソプロパノール基がなくなるレジスト膜の未露光部は溶解性を示さないので、露光部と未露光部のレジスト膜の溶解度差を高めることができると推察される。   When used as a chemically amplified resist, the fluoropolymer of the present invention has an alicyclic structure or an aromatic ring structure on the main chain side left after exposure with high energy rays, and is acid-decomposable that dissociates after exposure. There is a hexafluoroisopropanol group on the base side. When a resist pattern is formed using an organic solvent as a developer after irradiation with high energy, the unexposed portion of the resist film having a hexafluoroisopropanol group exhibits sufficient solubility in the developer, whereas the hexafluoroisopropanol group Since the unexposed portion of the resist film in which the film disappears does not exhibit solubility, it is assumed that the solubility difference between the exposed portion and the unexposed portion of the resist film can be increased.

また、本発明の化学増幅型レジストを用いると、パターン形成後のレジストに脂環構造または芳香環構造が残ることで、ドライエッチング工程においてレジストパターンが十分なエッチング耐性を示すことができると推察される。   In addition, when the chemically amplified resist of the present invention is used, it is presumed that the resist pattern can exhibit sufficient etching resistance in the dry etching process because the alicyclic structure or aromatic ring structure remains in the resist after pattern formation. The

即ち、本発明は下記の発明1〜10よりなる。
[発明1]
下記式(1)で表される繰り返し単位を含む含フッ素重合体。
That is, this invention consists of the following invention 1-10.
[Invention 1]
A fluorine-containing polymer containing a repeating unit represented by the following formula (1).

Figure 2017145383
Figure 2017145383

(式中、Aは炭素数3〜25の脂環式炭化水素基または炭素数5〜25の芳香族炭化水素基を有する有機基であり、有機基中の任意の数の水素原子はヒドロキシ基、炭素数1〜4のアルコキシ基、アセトキシ基または炭素数1〜4のアルキル基で置換されていてもよく、Rはそれぞれ独立に水素原子、フッ素原子、メチル基またはトリフルオロメチル基であり、Rはそれぞれ独立にアセタール結合、ヘミアセタール結合またはヘミアセタールエステル結合である。Rはそれぞれ独立に炭素数1〜15の脂肪族炭化水素基、炭素数5〜15の芳香族炭化水素基、またはこれらの基が複数連結された有機基である。また、nは1〜3の整数であり、mは1〜3の整数である。)
[発明2]
前記Aがアダマンチレン基である、発明1の含フッ素重合体。
[発明3]
前記Rが式(4)で表されるアセタール結合である、発明1〜2の含フッ素重合体。
(In the formula, A is an organic group having an alicyclic hydrocarbon group having 3 to 25 carbon atoms or an aromatic hydrocarbon group having 5 to 25 carbon atoms, and any number of hydrogen atoms in the organic group is a hydroxy group. May be substituted with an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms, an acetoxy group or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and each R 1 is independently a hydrogen atom, a fluorine atom, a methyl group or a trifluoromethyl group. And R 2 each independently represents an acetal bond, a hemiacetal bond or a hemiacetal ester bond, and R 3 each independently represents an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 15 carbon atoms or an aromatic hydrocarbon group having 5 to 15 carbon atoms. Or an organic group in which a plurality of these groups are linked, n is an integer of 1 to 3, and m is an integer of 1 to 3.)
[Invention 2]
The fluoropolymer of Invention 1, wherein A is an adamantylene group.
[Invention 3]
Wherein R 2 is an acetal bond represented by the formula (4), the fluorine-containing polymer of the invention 1-2.

Figure 2017145383
Figure 2017145383

(R、Rは、それぞれ独立に水素原子または炭素数1〜4の1価の炭化水素基、またはこれらの基が互いに連結して環を形成した炭化水素基である。)
[発明4]
さらに、二重結合を含むオレフィン、含フッ素オレフィン、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、含フッ素アクリル酸エステル、含フッ素メタクリル酸エステル、ノルボルネン化合物、含フッ素ノルボルネン化合物、スチレン系化合物、含フッ素スチレン系化合物、ビニルエーテルおよび含フッ素ビニルエーテルから選ばれた一種以上の単量体の二重結合が開裂してなる繰り返し単位を含む、発明1〜3の含フッ素重合体。
[発明5]
発明1〜4の含フッ素重合体と溶剤と光酸発生剤を含む、レジスト。
[発明6]
発明5のレジストを基板上に塗布する工程(A)と、
加熱処理後フォトマスクを介して波長380nm以下の電磁波または電子線である高エネルギー線で露光する工程(B)と、
加熱処理しないで、または加熱処理した後、現像液を用いて現像する工程(C)を含む、パターン形成方法。
[発明7]
工程(B)が、高エネルギー線に波長193nmまたは波長243nmのレーザ光を用いた液浸リソグラフィ法による工程(B)である、発明6のパターン形成方法。
[発明8]
工程(B)が、高エネルギー線に波長10nm以上、14nm以下の軟X線光を用いた工程(B)である、発明6のパターン形成方法。
[発明9]
下記式(2)で表される含フッ素単量体。
(R 5 and R 6 are each independently a hydrogen atom or a monovalent hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms, or a hydrocarbon group in which these groups are connected to each other to form a ring.)
[Invention 4]
Furthermore, olefins containing double bonds, fluorine-containing olefins, acrylic esters, methacrylic esters, fluorine-containing acrylic esters, fluorine-containing methacrylates, norbornene compounds, fluorine-containing norbornene compounds, styrene compounds, fluorine-containing styrene compounds The fluorine-containing polymer of inventions 1 to 3, comprising a repeating unit obtained by cleaving a double bond of one or more monomers selected from vinyl ether and fluorine-containing vinyl ether.
[Invention 5]
A resist comprising the fluoropolymer of inventions 1 to 4, a solvent, and a photoacid generator.
[Invention 6]
A step (A) of applying the resist of the invention 5 on a substrate;
A step (B) of exposing with a high energy beam which is an electromagnetic wave or an electron beam having a wavelength of 380 nm or less through a photomask after the heat treatment;
The pattern formation method including the process (C) which develops using a developing solution, without heat-processing or after heat-processing.
[Invention 7]
The pattern formation method of the invention 6 whose process (B) is a process (B) by the immersion lithography method which used the laser beam of wavelength 193nm or wavelength 243nm for a high energy ray.
[Invention 8]
The pattern formation method of the invention 6 whose process (B) is a process (B) using the soft X-ray light of wavelength 10nm or more and 14nm or less for a high energy ray.
[Invention 9]
A fluorine-containing monomer represented by the following formula (2).

Figure 2017145383
Figure 2017145383

(式中、Aは炭素数3〜25の脂環式炭化水素基または炭素数5〜25の芳香族炭化水素基を有する有機基であり、有機基中の任意の数の水素原子はヒドロキシ基、炭素数1〜4のアルコキシ基、アセトキシ基または炭素数1〜4のアルキル基で置換されていてもよく、Rはそれぞれ独立に水素原子、フッ素原子、メチル基またはトリフルオロメチル基であり、Rはそれぞれ独立にアセタール結合、ヘミアセタール結合またはヘミアセタールエステル結合である。Rはそれぞれ独立に炭素数1〜15の脂肪族炭化水素基、炭素数5〜15の芳香族炭化水素基、またはこれらの基が複数連結された有機基である。また、nは1〜3の整数であり、mは1〜3の整数である。) (In the formula, A is an organic group having an alicyclic hydrocarbon group having 3 to 25 carbon atoms or an aromatic hydrocarbon group having 5 to 25 carbon atoms, and any number of hydrogen atoms in the organic group is a hydroxy group. May be substituted with an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms, an acetoxy group or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and each R 1 is independently a hydrogen atom, a fluorine atom, a methyl group or a trifluoromethyl group. And R 2 each independently represents an acetal bond, a hemiacetal bond or a hemiacetal ester bond, and R 3 each independently represents an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 15 carbon atoms or an aromatic hydrocarbon group having 5 to 15 carbon atoms. Or an organic group in which a plurality of these groups are linked, n is an integer of 1 to 3, and m is an integer of 1 to 3.)

本発明の含フッ素重合体は、これを含む化学増幅型レジストを用いた高エネルギー線によるフォトリソグラフィ法において、有機溶剤を現像液として用いレジストパターンを形成する際に、露光部と未露光部のレジストの溶解度差が大きく、且つドライエッチングする際には十分なエッチング耐性を示すという効果を奏する。   In the fluorinated polymer of the present invention, when a resist pattern is formed using an organic solvent as a developer in a photolithography method using a high energy beam using a chemically amplified resist containing the same, an exposed portion and an unexposed portion are formed. The difference in solubility between resists is large, and sufficient etching resistance is exhibited when dry etching is performed.

以下、本発明の含フッ素単量体およびその含フッ素重合体、およびそれを用いた化学増幅型レジストおよびそのパターン形成方法について、その実施の形態を説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、以下の実施の形態に対し適宜変更、改良等が加えられたものも本発明の範囲に入る。   Hereinafter, embodiments of the fluorine-containing monomer and the fluorine-containing polymer of the present invention, a chemically amplified resist using the same, and a pattern forming method thereof will be described. The present invention is described below. The present invention is not limited to the above-described embodiments, and modifications, improvements, and the like to the following embodiments are also included in the scope of the present invention without departing from the spirit of the present invention.

本発明において、アルキル基またはアルキレン基は、別途説明のある場合を除き、直鎖、分岐または環状のアルキル基またはアルキレン基をいう。   In the present invention, an alkyl group or an alkylene group means a linear, branched or cyclic alkyl group or an alkylene group unless otherwise specified.

本発明において、「低級アルキル基」とは鎖状の場合は、炭素数1〜4のアルキル基をいい、環状化合物の場合は炭素数3〜7であるアルキル基をいう。   In the present invention, the “lower alkyl group” means an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms in the case of a chain, and an alkyl group having 3 to 7 carbon atoms in the case of a cyclic compound.

本発明において、脂環とは、単環または多環の脂肪族炭化水素構造を言う。この脂肪族炭化水素構造の任意の炭素原子が酸素原子、硫黄原子、カルボニル基またはイミノ基で置換された基であってもよく、非芳香族性の二重結合を含んでもよい。   In the present invention, the alicyclic ring means a monocyclic or polycyclic aliphatic hydrocarbon structure. Any carbon atom of the aliphatic hydrocarbon structure may be a group substituted with an oxygen atom, a sulfur atom, a carbonyl group or an imino group, and may contain a non-aromatic double bond.

以下に具体的な脂環を例示する。   Specific alicyclic rings are exemplified below.

Figure 2017145383
Figure 2017145383

本発明において、高エネルギー線とは、レジストに作用して酸を発生させる波長380nm以下の電磁波、または電子線をいう。軟X線については、波長10nm以上、14nm以下の電磁波のことを言う。具体的には、ArFエキシマレーザ(193nm)、KrFエキシマレーザ(248nm)を光源とする紫外線を挙げることができる。   In the present invention, the high energy beam refers to an electromagnetic wave having a wavelength of 380 nm or less or an electron beam that acts on a resist to generate an acid. Soft X-rays refer to electromagnetic waves having a wavelength of 10 nm or more and 14 nm or less. Specific examples include ultraviolet light using an ArF excimer laser (193 nm) and a KrF excimer laser (248 nm) as a light source.

本発明の含フッ素重合体は、下記式(1)で表される含フッ素重合体である。   The fluoropolymer of the present invention is a fluoropolymer represented by the following formula (1).

Figure 2017145383
Figure 2017145383

(式中、Aは炭素数3〜25の脂環式炭化水素基または炭素数5〜25の芳香族炭化水素基を有する有機基であり、有機基中の任意の数の水素原子はヒドロキシ基、炭素数1〜4のアルコキシ基、アセトキシ基または炭素数1〜4のアルキル基で置換されていてもよく、Rはそれぞれ独立に水素原子、フッ素原子、メチル基またはトリフルオロメチル基であり、Rはそれぞれ独立にアセタール結合、ヘミアセタール結合またはヘミアセタールエステル結合である。Rはそれぞれ独立に炭素数1〜15の脂肪族炭化水素基、炭素数5〜15の芳香族炭化水素基、またはこれらの基が複数連結された有機基である。また、nは1〜3の整数であり、mは1〜3の整数である。) (In the formula, A is an organic group having an alicyclic hydrocarbon group having 3 to 25 carbon atoms or an aromatic hydrocarbon group having 5 to 25 carbon atoms, and any number of hydrogen atoms in the organic group is a hydroxy group. May be substituted with an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms, an acetoxy group or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and each R 1 is independently a hydrogen atom, a fluorine atom, a methyl group or a trifluoromethyl group. And R 2 each independently represents an acetal bond, a hemiacetal bond or a hemiacetal ester bond, and R 3 each independently represents an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 15 carbon atoms or an aromatic hydrocarbon group having 5 to 15 carbon atoms. Or an organic group in which a plurality of these groups are linked, n is an integer of 1 to 3, and m is an integer of 1 to 3.)

式(1)で表される繰り返し単位を含む含フッ素重合体は、以下の反応式(1)に示すように、式(2)で表される含フッ素単量体を単独重合または共重合することにより、得られる。   The fluorine-containing polymer containing the repeating unit represented by the formula (1) homopolymerizes or copolymerizes the fluorine-containing monomer represented by the formula (2) as shown in the following reaction formula (1). Can be obtained.

当該含フッ素重合体を光酸発生剤および溶剤等とともに用い、化学増幅型レジストとする。得られたレジストを基板に塗布しレジスト膜とし、フォトマスク等を介し高エネルギー線を照射すると、レジストに含まれる含フッ素重合体から酸不安定性基が化合物(7)となって脱離し、式(3)で表される繰り返し単位を含む重合体となる。露光部の式(3)で表される繰り返し単位を含む重合体は有機溶剤に対して不溶であり、未露光部の式(1)で表される酸不安定性基を有する繰り返し単位を含む含フッ素重合体が有機溶剤に溶けることでフォトマスクのパターンが転写されたネガ型のレジストパターンが形成される。   The fluorine-containing polymer is used together with a photoacid generator, a solvent and the like to form a chemically amplified resist. When the obtained resist is applied to a substrate to form a resist film and irradiated with high energy rays through a photomask or the like, the acid labile group is eliminated as a compound (7) from the fluoropolymer contained in the resist, and the formula It becomes a polymer containing the repeating unit represented by (3). The polymer containing the repeating unit represented by the formula (3) in the exposed part is insoluble in an organic solvent and contains a repeating unit having an acid labile group represented by the formula (1) in the unexposed part. By dissolving the fluoropolymer in an organic solvent, a negative resist pattern to which the photomask pattern is transferred is formed.

Figure 2017145383
Figure 2017145383

(反応式中、A、R〜R、nおよびmは上述の通りである。Xはヒドロキシ基またはカルボン酸基である。) (In the reaction formula, A, R 1 to R 6 , n and m are as described above. X is a hydroxy group or a carboxylic acid group.)

形成されたレジストパターンに含まれる含フッ素重合体は、脂環構造または芳香環構造が残存するため、ドライエッチング工程において、エッチングガスに対し十分なエッチング耐性を示すことができるという特異的な効果を有する。   Since the fluorinated polymer contained in the formed resist pattern has an alicyclic structure or an aromatic ring structure, it has a specific effect that it can exhibit sufficient etching resistance against an etching gas in a dry etching process. Have.

本発明の含フッ素重合体を含むレジストが現像液に有機溶剤を用いるネガ型レジストであるのに対し、従来用いられている現像液にTMAH水溶液を用いる化学増幅型レジストは、多くは光照射された部位が溶解するポジ型レジストである。   Whereas the resist containing the fluoropolymer of the present invention is a negative resist using an organic solvent as a developer, a chemically amplified resist using a TMAH aqueous solution as a developer used in the past is often irradiated with light. This is a positive resist in which the remaining part dissolves.

1.式(2)で表される含フッ素単量体
以下の、式(2)で表される含フッ素単量体について説明する。
1. Fluorinated monomer represented by formula (2) The following fluorinated monomer represented by formula (2) will be described.

Figure 2017145383
Figure 2017145383

(A、R〜R、nおよびmは上述の通りである。) (A, R 1 to R 3 , n and m are as described above.)

1.1 有機基A
式(2)で表される含フッ素単量体が有機基Aを有することで、露光後、式(3)で表される繰り返し単位を含む重合体が生成し、ドライエッチング工程においてエッチングガスに対しレジストパターンがエッチング耐性を示す。
1.1 Organic group A
Since the fluorine-containing monomer represented by the formula (2) has the organic group A, a polymer containing a repeating unit represented by the formula (3) is generated after the exposure, and is used as an etching gas in the dry etching process. On the other hand, the resist pattern shows etching resistance.

式(2)で表される有機基Aが有する骨格は炭素数3〜25の脂環式炭化水素基または炭素数5〜25の芳香族炭化水素基である。脂環式炭化水素基または芳香族炭化水素基は単環でも多環でもよく、基内の任意の水素原子が置換されていてもよい。   The skeleton of the organic group A represented by the formula (2) is an alicyclic hydrocarbon group having 3 to 25 carbon atoms or an aromatic hydrocarbon group having 5 to 25 carbon atoms. The alicyclic hydrocarbon group or aromatic hydrocarbon group may be monocyclic or polycyclic, and any hydrogen atom in the group may be substituted.

本発明の化学増幅型レジストが含む含フッ素重合体の前駆体である含フッ素単量体において、有機基Aは、好ましくはアダマンチレン基、ノルボルニレン基、フェニレン基およびナフチレン基から選ばれる2価の有機基であり、より好ましくはアダマンチレン基またはフェニレン基であり、特に好ましくはアダマンチレン基である。   In the fluorine-containing monomer which is a precursor of the fluorine-containing polymer contained in the chemically amplified resist of the present invention, the organic group A is preferably a divalent group selected from an adamantylene group, a norbornylene group, a phenylene group and a naphthylene group. An organic group, more preferably an adamantylene group or a phenylene group, and particularly preferably an adamantylene group.

以下、有機基Aが脂環式炭化水素基である場合と芳香族炭化水素基である場合について個別に説明する。   Hereinafter, the case where the organic group A is an alicyclic hydrocarbon group and the case where it is an aromatic hydrocarbon group will be individually described.

[脂環式炭化水素基]
脂環式炭化水素基は単環でも多環でもよく、具体的には、炭素数3以上のモノシクロ、ビシクロ、トリシクロ、テトラシクロ構造等を有する基を例示することができる。好ましくは炭素数3〜20個であり、特に好ましくは炭素数5〜15個である。これらの脂環式炭化水素基は基内の任意の水素原子が後述の置換基で置換されていてもよい。
<単環の脂環式炭化水素基>
単環の脂環式炭化水素基としては、好ましくは炭素数3〜12の脂環式炭化水素基であり、特に好ましくは炭素数3〜7の脂環式炭化水素基である。具体的には、シクロプロピレン基、シクロブチレン基、シクロペンチレン基、シクロヘキシレン基、シクロヘプチレン基、シクロオクチレン基、シクロデカニレン基またはシクロドデカニレン基を例示することができる。
<多環の脂環式炭化水素基>
多環の脂環式炭化水素基としては、具体的には炭素数7〜15のアダマンチレン基、ノルアダマンチレン基、デカニレン基、トリシクロデカニレン基、テトラシクロドデカニレン基、ノルボルニレン基、セドロールから水素原子が解離した基を例示することができる。脂環式炭化水素基はスピロ環を有していてもよく、炭素数3〜6のスピロ環であることが好ましい。
<置換基>
脂環式炭化水素基の水素原子は置換されていてもよく、置換基としては、ヒドロキシ基、炭素数1〜4のアルコキシ基、アセトキシ基または炭素数1〜4のアルキル基を例示することができ、好ましくはヒドロキシ基、メトキシ基、アセトキシ基またはメチル基であり、さらに好ましくはヒドロキシ基、アセトキシ基である。
[Alicyclic hydrocarbon group]
The alicyclic hydrocarbon group may be monocyclic or polycyclic, and specific examples thereof include groups having a monocyclo, bicyclo, tricyclo, tetracyclo structure or the like having 3 or more carbon atoms. Preferably it is C3-C20, Most preferably, it is C5-C15. In these alicyclic hydrocarbon groups, any hydrogen atom in the group may be substituted with a substituent described later.
<Monocyclic alicyclic hydrocarbon group>
The monocyclic alicyclic hydrocarbon group is preferably an alicyclic hydrocarbon group having 3 to 12 carbon atoms, and particularly preferably an alicyclic hydrocarbon group having 3 to 7 carbon atoms. Specifically, a cyclopropylene group, a cyclobutylene group, a cyclopentylene group, a cyclohexylene group, a cycloheptylene group, a cyclooctylene group, a cyclodecanylene group, or a cyclododecanylene group can be exemplified.
<Polycyclic alicyclic hydrocarbon group>
Specific examples of the polycyclic alicyclic hydrocarbon group include adamantylene group having 7 to 15 carbon atoms, noradamantylene group, decanylene group, tricyclodecanylene group, tetracyclododecanylene group, norbornylene group, cedrol. Can be exemplified by groups in which hydrogen atoms are dissociated. The alicyclic hydrocarbon group may have a spiro ring and is preferably a C 3-6 spiro ring.
<Substituent>
The hydrogen atom of the alicyclic hydrocarbon group may be substituted, and examples of the substituent include a hydroxy group, an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms, an acetoxy group, or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. Preferably a hydroxy group, a methoxy group, an acetoxy group or a methyl group, more preferably a hydroxy group or an acetoxy group.

炭素数1〜4のアルコキシ基としては、具体的に、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、i−プロポキシ基、n−ブトキシ基、i−ブトキシ基、1−メチルプロポキシ基またはtert−ブトキシ基を例示することができる。   Specific examples of the alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms include methoxy group, ethoxy group, n-propoxy group, i-propoxy group, n-butoxy group, i-butoxy group, 1-methylpropoxy group and tert-butoxy group. Groups can be exemplified.

炭素数1〜4のアルキル基としては、具体的に、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、1−メチルプロピル基またはtert−ブチル基を例示することができる。   Specific examples of the alkyl group having 1 to 4 carbon atoms include methyl group, ethyl group, n-propyl group, i-propyl group, n-butyl group, i-butyl group, 1-methylpropyl group, and tert-butyl. Groups can be exemplified.

[芳香族炭化水素基]
芳香族炭化水素基は単環でも縮合多環でもよく、炭素数は5〜25であり、基内の水素原子が置換基で置換されていてもよい。
<単環式芳香族炭化水素基>
単環式芳香族炭化水素基は炭素数5〜12のものであり、炭素数6〜10のものがさらに好ましい。具体的には、フェニレン基、ビフェニレン基、ターフェニレン基、o−トリレン基、m−トリレン基、p−トリレン基、p−ヒドロキシフェニレン基、p−メトキシフェニレン基、メシチレン基、o−クメニレン基、2,3−キシリレン基、2,4−キシリレン基、2,5−キシリレン基、2,6−キシリレン基、3,4−キシリレン基または3,5−キシリレン基を例示することができる。
<縮合多環式芳香族炭化水素基>
縮合多環式芳香族炭化水素基は炭素数5〜25のものである。具体的には、ペンタレン、インデン、ナフタレン、アズレン、ヘプタレン、ビフェニレン、インダセン、アセナフチレン、フルオレン、フェナレン、フェナントレン、アントラセン、フルオランセン、アセフェナントリレン、アセアントリレン、トリフェニレン、ピレン、クリセン、ナフタセン、ピセン、ペリレン、ペンタフェン、ペンタセン、テトラフェニレン、ヘキサフェン、ヘキサセン、ルビセン、コロネン、トリナフチレン、ヘプタフェン、ヘプタセン、ピラントレンまたはオヴァレンから水素原子が解離して得られる縮合多環式芳香族炭化水素基を例示することができる。
<置換基>
芳香族炭化水素基の水素原子は置換されていてもよく、置換基としてはヒドロキシ基、炭素数1〜4のアルコキシ基、アセトキシ基または炭素数1〜4のアルキル基を挙げることができ、好ましくはヒドロキシ基、メトキシ基、アセトキシ基またはメチル基であり、さらに好ましくはヒドロキシ基、アセトキシ基である。
[Aromatic hydrocarbon group]
The aromatic hydrocarbon group may be monocyclic or condensed polycyclic, has 5 to 25 carbon atoms, and a hydrogen atom in the group may be substituted with a substituent.
<Monocyclic aromatic hydrocarbon group>
The monocyclic aromatic hydrocarbon group has 5 to 12 carbon atoms, and more preferably 6 to 10 carbon atoms. Specifically, phenylene group, biphenylene group, terphenylene group, o-tolylene group, m-tolylene group, p-tolylene group, p-hydroxyphenylene group, p-methoxyphenylene group, mesitylene group, o-cumenylene group, Examples include 2,3-xylylene group, 2,4-xylylene group, 2,5-xylylene group, 2,6-xylylene group, 3,4-xylylene group, and 3,5-xylylene group.
<Condensed polycyclic aromatic hydrocarbon group>
The condensed polycyclic aromatic hydrocarbon group has 5 to 25 carbon atoms. Specifically, pentalene, indene, naphthalene, azulene, heptalene, biphenylene, indacene, acenaphthylene, fluorene, phenalene, phenanthrene, anthracene, fluoranthene, acephenanthrylene, aceanthrylene, triphenylene, pyrene, chrysene, naphthacene, picene, Examples include condensed polycyclic aromatic hydrocarbon groups obtained by dissociating hydrogen atoms from perylene, pentaphen, pentacene, tetraphenylene, hexaphen, hexacene, rubicene, coronene, trinaphthylene, heptaphene, heptacene, pyrantrene, or ovalene. .
<Substituent>
The hydrogen atom of the aromatic hydrocarbon group may be substituted, and examples of the substituent include a hydroxy group, an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms, an acetoxy group, or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. Is a hydroxy group, a methoxy group, an acetoxy group or a methyl group, more preferably a hydroxy group or an acetoxy group.

炭素数1〜4のアルコキシ基としては、具体的にはメトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、i−プロポキシ基、n−ブトキシ基、i−ブトキシ基、1−メチルプロポキシ基またはtert−ブトキシ基を例示することができる。   Specific examples of the alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms include methoxy group, ethoxy group, n-propoxy group, i-propoxy group, n-butoxy group, i-butoxy group, 1-methylpropoxy group and tert-butoxy group. Groups can be exemplified.

炭素数1〜4のアルキル基としては、具体的にはメチル基、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、1−メチルプロピル基またはtert−ブチル基を例示することができる。   Specific examples of the alkyl group having 1 to 4 carbon atoms include methyl group, ethyl group, n-propyl group, i-propyl group, n-butyl group, i-butyl group, 1-methylpropyl group, and tert-butyl. Groups can be exemplified.

1.2 連結基R
式(2)で表される含フッ素単量体を重合または共重合した式(1)で表される含フッ素重合体をレジストとして用いる際、含フッ素重合体中の連結基Rが光酸発生剤から発生する酸により切断され、ヘキサフルオロイソプロパノール基を含む酸分解性基が解離し、含フッ素現像液として用いられる有機溶剤に対する含フッ素重合体の溶解度を低める。
1.2 Linking group R 2
When the fluorine-containing polymer represented by the formula (1) obtained by polymerizing or copolymerizing the fluorine-containing monomer represented by the formula (2) is used as a resist, the linking group R 2 in the fluorine-containing polymer is a photoacid. The acid-decomposable group containing a hexafluoroisopropanol group is cleaved by the acid generated from the generator, and the solubility of the fluoropolymer in the organic solvent used as the fluorine-containing developer is lowered.

酸により切断する連結基Rとしては、以下のアセタール結合、ヘミアセタール結合ま
たはヘミアセタールエステル結合を例示することができる。
<アセタール結合>
アセタール結合としては、具体的には、以下の式(4)で表されるアセタール結合を示すことができる。
Examples of the linking group R 2 that is cleaved by an acid include the following acetal bonds, hemiacetal bonds, and hemiacetal ester bonds.
<Acetal bond>
Specifically, the acetal bond can be an acetal bond represented by the following formula (4).

Figure 2017145383
Figure 2017145383

<ヘミアセタール結合>
ヘミアセタール結合としては、具体的には、以下の式(5)で表されるヘミアセタール結合を示すことができる。
<Hemiacetal bond>
Specifically as a hemiacetal bond, the hemiacetal bond represented by the following formula | equation (5) can be shown.

Figure 2017145383
Figure 2017145383

<ヘミアセタールエステル結合>
ヘミアセタールエステル結合としては、具体的には、以下の式(6)で表されるヘミアセタールエステル結合を示すことができる。
<Hemiacetal ester bond>
Specifically as a hemiacetal ester bond, the hemiacetal ester bond represented by the following formula | equation (6) can be shown.

Figure 2017145383
Figure 2017145383

[R〜Rについて]
〜Rは、それぞれ独立に水素原子または炭素数1〜4の1価の炭化水素基であり、またはこれらの基が互いに連結して環を形成した炭化水素基であってRとRより環を形成していてもよい。
[For R 5 ~R 7]
R 5 to R 7 are each independently a hydrogen atom or a monovalent hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms, or a R 5 a hydrocarbon group these groups are linked to each other to form a ring A ring may be formed from R 6 .

本発明の化学増幅型レジストが含む含フッ素重合体の前駆体である含フッ素単量体において、連結基Rに含まれるR〜Rは、好ましくは、それぞれ独立に水素原子、メチル基、エチル基、n−プロピル基またはi−プロピル基であり、特に好ましくは水素原子、メチル基である。 In the fluorine-containing monomer that is a precursor of the fluorine-containing polymer contained in the chemically amplified resist of the present invention, R 5 to R 7 contained in the linking group R 2 are preferably each independently a hydrogen atom or a methyl group. , Ethyl group, n-propyl group or i-propyl group, particularly preferably a hydrogen atom or a methyl group.

〜Rで表される1価の有機基が直鎖状の炭化水素基である場合、RとRが連結して環を形成し2価の脂環式炭化水素基となる場合について各々説明する。
<直鎖状の炭化水素基>
直鎖状の炭化水素基としては、具体的には、炭素数1〜4のアルキル基であるメチル基、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、1−メチルプロピル基、tert−ブチル基を例示することができる。
<脂環式炭化水素基>
とRが連結して環を形成した2価の脂環式炭化水素基としては、具体的には、シクロペンチル基、シクロヘキシル基が例示することができる。
When the monovalent organic group represented by R 5 to R 7 is a linear hydrocarbon group, R 5 and R 6 are connected to form a ring to form a divalent alicyclic hydrocarbon group. Each case will be described.
<Linear hydrocarbon group>
Specific examples of the linear hydrocarbon group include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an i-propyl group, an n-butyl group, and an i-butyl group, which are alkyl groups having 1 to 4 carbon atoms. , 1-methylpropyl group, and tert-butyl group.
<Alicyclic hydrocarbon group>
Specific examples of the divalent alicyclic hydrocarbon group in which R 5 and R 6 are linked to form a ring include a cyclopentyl group and a cyclohexyl group.

1.3 有機基R
有機基Rは、炭素数1〜15の脂肪族炭化水素基、炭素数5〜15の芳香族炭化水素基、またはそれらが複数連結された有機基である。
1.3 Organic group R 3
The organic group R 3 is an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 15 carbon atoms, an aromatic hydrocarbon group having 5 to 15 carbon atoms, or an organic group in which a plurality of them are connected.

本発明の化学増幅型レジストの原料化合物である含フッ素単量体において、有機基Rは、好ましくはエチレン、i−ブチルエチレン、プロピレン、i−プロピレン、tert−ブチレン、シクロへキシレンまたはノルボルニレンであり、より好ましくは、エチレン、i−ブチルエチレン、i−プロピレンまたはシクロへキシレンであり、特に好ましくはエチレン、i−ブチルエチレンまたはシクロへキシレンである。 In the fluorine-containing monomer which is a raw material compound of the chemically amplified resist of the present invention, the organic group R 3 is preferably ethylene, i-butylethylene, propylene, i-propylene, tert-butylene, cyclohexylene or norbornylene. More preferably ethylene, i-butylethylene, i-propylene or cyclohexylene, particularly preferably ethylene, i-butylethylene or cyclohexylene.

有機基Rが脂肪族炭化水素基である場合、芳香族炭化水素基である場合について各々説明する。 The case where the organic group R 3 is an aliphatic hydrocarbon group and the case where it is an aromatic hydrocarbon group will be described.

[脂肪族炭化水素基]
炭素数1〜15の脂肪族炭化水素基としては、直鎖式、分岐鎖式または環式でもよく、好ましくは炭素数1〜10の脂肪族炭化水素基であり、さらに好ましくは炭素数2〜8の脂肪族炭化水素基である。
<直鎖式または分岐鎖式の脂肪族炭化水素基>
直鎖式または分岐鎖式の脂肪族炭化水素基としては、具体的には、メチレン基、エチレン基、エチルエチレン基、n−プロピルエチレン基、i−プロピルエチレン基、n−ブチルエチレン基、i−ブチルエチレン基、tert−ブチルエチレン基、n−プロピレン基、i−プロピレン基、n−ブチレン基、1−メチルプロピレン基、2−メチルプロピレン基、tert−ブチレン基、n−ペンチレン基、i−ペンチレン基、1,1−ジメチルプロピレン基、1−メチルブチレン基、1,1−ジメチルブチレン基、n−ヘキシレン基、n−ヘプチレン基、i−ヘキシレン基、n−オクチレン基、i−オクチレン基、2−エチルヘキシレン基、n−ノニレン基、n−デシレン基、n−ウンデシレン基またはn−ドデシレン基を例示することができる。
<脂環式炭化水素基>
脂環式炭化水素基は、単環または多環でも置換基を有していてもよく、具体的には炭素数3以上のモノシクロ、ビシクロ、トリシクロ、テトラシクロ構造等を有する脂環式炭化水素基を例示することができる。好ましくは炭素数3〜15個の脂環式炭化水素基であり、特に好ましくは炭素数5〜15個の脂環式炭化水素基である。
<単環の脂環式炭化水素基>
単環の脂環式炭化水素基は、好ましくは炭素数3〜12の単環の脂環式炭化水素基であり、さらに好ましくは炭素数3〜7の単環の脂環式炭化水素基である。具体的にはシクロプロピレン基、シクロブチレン基、シクロペンチレン基、シクロヘキシレン基、シクロヘプチレン基、シクロオクチレン基、シクロデカニレン基、シクロドデカニレン基または4−tert−ブチルシクロヘキシレン基を例示することができる。
<多環の脂環式炭化水素基>
多環の脂環式炭化水素基としては、炭素数7〜15のノルボルニレン基、ビシクロ[2.2.2]オクタンの2価の残基、デカリンの2価の残基、トリシクロデカニレンを例示することができる。
[Aliphatic hydrocarbon group]
The aliphatic hydrocarbon group having 1 to 15 carbon atoms may be linear, branched or cyclic, preferably an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms, more preferably 2 to 2 carbon atoms. 8 aliphatic hydrocarbon groups.
<Linear or branched aliphatic hydrocarbon group>
Specific examples of the linear or branched aliphatic hydrocarbon group include methylene group, ethylene group, ethylethylene group, n-propylethylene group, i-propylethylene group, n-butylethylene group, i -Butylethylene group, tert-butylethylene group, n-propylene group, i-propylene group, n-butylene group, 1-methylpropylene group, 2-methylpropylene group, tert-butylene group, n-pentylene group, i- Pentylene group, 1,1-dimethylpropylene group, 1-methylbutylene group, 1,1-dimethylbutylene group, n-hexylene group, n-heptylene group, i-hexylene group, n-octylene group, i-octylene group, Examples include 2-ethylhexylene group, n-nonylene group, n-decylene group, n-undecylene group and n-dodecylene group.
<Alicyclic hydrocarbon group>
The alicyclic hydrocarbon group may be monocyclic or polycyclic and may have a substituent. Specifically, the alicyclic hydrocarbon group has a monocyclo, bicyclo, tricyclo, tetracyclo structure or the like having 3 or more carbon atoms. Can be illustrated. An alicyclic hydrocarbon group having 3 to 15 carbon atoms is preferable, and an alicyclic hydrocarbon group having 5 to 15 carbon atoms is particularly preferable.
<Monocyclic alicyclic hydrocarbon group>
The monocyclic alicyclic hydrocarbon group is preferably a monocyclic alicyclic hydrocarbon group having 3 to 12 carbon atoms, more preferably a monocyclic alicyclic hydrocarbon group having 3 to 7 carbon atoms. is there. Specific examples include a cyclopropylene group, a cyclobutylene group, a cyclopentylene group, a cyclohexylene group, a cycloheptylene group, a cyclooctylene group, a cyclodecanylene group, a cyclododecanylene group, or a 4-tert-butylcyclohexylene group. it can.
<Polycyclic alicyclic hydrocarbon group>
Examples of the polycyclic alicyclic hydrocarbon group include a norbornylene group having 7 to 15 carbon atoms, a divalent residue of bicyclo [2.2.2] octane, a divalent residue of decalin, and tricyclodecanylene. It can be illustrated.

[芳香族炭化水素基]
炭素数5〜15の芳香族炭化水素基は、単環でも縮合多環でもよい。
<単環式または縮合多環式の芳香族炭化水素基>
単環式の芳香族炭化水素基としては、好ましくは炭素数5〜12の芳香族炭化水素基であり、さらに好ましくは炭素数5〜8の芳香族炭化水素基である。具体的には、フェニレン基、ビフェニレン基、ターフェニレン基、o−トリレン基、m−トリレン基、p−トリレン基、メシチレン基、o−クメニレン基、2,3−キシリレン基、2,4−キシリレン基、2,5−キシリレン基、2,6−キシリレン基、3,4−キシリレン基または3,5−キシリレン基を例示することができる。
[Aromatic hydrocarbon group]
The aromatic hydrocarbon group having 5 to 15 carbon atoms may be monocyclic or condensed polycyclic.
<Monocyclic or condensed polycyclic aromatic hydrocarbon group>
The monocyclic aromatic hydrocarbon group is preferably an aromatic hydrocarbon group having 5 to 12 carbon atoms, and more preferably an aromatic hydrocarbon group having 5 to 8 carbon atoms. Specifically, phenylene group, biphenylene group, terphenylene group, o-tolylene group, m-tolylene group, p-tolylene group, mesitylene group, o-cumenylene group, 2,3-xylylene group, 2,4-xylylene group Examples thereof include a group, 2,5-xylylene group, 2,6-xylylene group, 3,4-xylylene group or 3,5-xylylene group.

縮合多環式の芳香族炭化水素基としては、具体的には、ペンタレン、インデン、ナフタレン、アズレン、ヘプタレン、ビフェニレン、インダセン、アセナフチレン、フルオレン、フェナレン、フェナントレン、アントラセン、フルオランセンから水素原子が解離した基を例示することができる。   Specific examples of the condensed polycyclic aromatic hydrocarbon group include groups in which a hydrogen atom is dissociated from pentalene, indene, naphthalene, azulene, heptalene, biphenylene, indacene, acenaphthylene, fluorene, phenalene, phenanthrene, anthracene, and fluoranthene. Can be illustrated.

2.式(2)で表される含フッ素単量体の具体例
本発明の化学増幅型レジストが含む含フッ素重合体の原料化合物として、特に好ましい含フッ素単量体は、重合し含フッ素重合体とし化学増幅型レジストと用いた際に高エネルギー線の照射に対し、レジスト膜の露光部と未露光部の現像液である有機溶剤に対する溶解性の差異の大きく、且つエッチング工程においてエッチングに対する耐性を備えた化学増幅型レジストを与える含フッ素単量体である。
2. Specific example of fluorine-containing monomer represented by formula (2) As a raw material compound of the fluorine-containing polymer contained in the chemically amplified resist of the present invention, a particularly preferable fluorine-containing monomer is polymerized to form a fluorine-containing polymer. When used with a chemically amplified resist, it has a large difference in solubility in the organic solvent that is the developer in the exposed and unexposed areas of the resist film, and has resistance to etching in the etching process. It is a fluorine-containing monomer that gives a chemically amplified resist.

式(2)で表される含フッ素単量体として、以下の含フッ素単量体を例示することができる。   Examples of the fluorine-containing monomer represented by the formula (2) include the following fluorine-containing monomers.

Figure 2017145383
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Figure 2017145383
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Figure 2017145383
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本発明の化学増幅型レジストの原料化合物として有用な含フッ素単量体における特に好ましいものとして、以下の含フッ素化合物を例示することができる。   The following fluorine-containing compounds can be exemplified as particularly preferred fluorine-containing monomers useful as a raw material compound for the chemically amplified resist of the present invention.

Figure 2017145383
Figure 2017145383

特に好ましくは、メタクリル酸構造とヘキサフルオロイソプロパノール基との間の連結基として前記Aをアダマンチレン基とすることで、ドライエッチングする際には十分なエッチング耐性を示す化学増幅型レジストが得られる。また、連結基中のRは、高エネルギー線の照射による光酸発生剤からの酸の発生により分解する酸分解性基であり、好ましくはRをアセタール結合とすることで、酸の発生による分解が容易となり、特に露光部と未露光部のレジストの溶解度差が大きい化学増幅型レジストが得られる。 Particularly preferably, when A is an adamantylene group as a linking group between a methacrylic acid structure and a hexafluoroisopropanol group, a chemically amplified resist exhibiting sufficient etching resistance can be obtained in dry etching. R 2 in the linking group is an acid-decomposable group that is decomposed by the generation of an acid from the photoacid generator by irradiation with high energy rays, and preferably an acid is generated by making R 2 an acetal bond. Therefore, a chemically amplified resist having a large solubility difference between the exposed and unexposed resists can be obtained.

3.式(2)で表される含フッ素単量体の製造方法
次いで、式(2)で表される含フッ素単量体の製造方法について示す。
3. Production method of fluorine-containing monomer represented by formula (2) Next, a production method of the fluorine-containing monomer represented by formula (2) will be described.

式(2)で表される含フッ素単量体の製造において、Rが式(4)で表されるアセタール結合または前記式(6)で表されるヘミアセタールエステル結合である場合と、Rが前記式(5)で表されるヘミアセタール結合である場合とで反応経路が異なる。 In the production of the fluorine-containing monomer represented by the formula (2), when R 2 is an acetal bond represented by the formula (4) or a hemiacetal ester bond represented by the formula (6), The reaction route differs depending on whether 2 is a hemiacetal bond represented by the formula (5).

Figure 2017145383
Figure 2017145383

(R〜Rは前述の通りである。) (R 5 to R 7 are as described above.)

3.1 連結基Rが上記式(4)で表されるアセタール結合または上記式(6)で表されるヘミアセタールエステル結合である式(2−1)で表される含フッ素単量体の製造
以下の反応式(2)は、連結基Rが上記式(4)で表されるアセタール結合または上記式(6)で表されるヘミアセタールエステル結合である式(2−1)で表される含フッ素単量体を製造する際の反応経路の例である。
3.1 Fluorine-containing monomer represented by formula (2-1) in which linking group R 2 is an acetal bond represented by formula (4) or a hemiacetal ester bond represented by formula (6) The following reaction formula (2) is a formula (2-1) in which the linking group R 2 is an acetal bond represented by the above formula (4) or a hemiacetal ester bond represented by the above formula (6). It is an example of the reaction path | route at the time of manufacturing the fluorine-containing monomer represented.

Figure 2017145383
Figure 2017145383

(A、R、Rは式(2)と同義であり、RおよびRは式(4)と同義である。R、Rは、それぞれ独立に水素原子または炭素数1〜4の1価の炭化水素基であり、Bはエーテル結合またはエステル結合である。Xはヒドロキシ基またはカルボキシル基である。) (A, R 1 and R 3 have the same meaning as in formula (2), and R 5 and R 6 have the same meaning as in formula (4). R 8 and R 9 are each independently a hydrogen atom or a carbon number of 1 to 4 is a monovalent hydrocarbon group, B is an ether bond or an ester bond, and X is a hydroxy group or a carboxyl group.)

式(2−1)で表される含フッ素単量体の製造は上記反応式(2)の上段に示すように、式(8)で表されるエーテルと式(9)で表されるヘキサフルオロイソプロパノール基を持つアルコールを反応させ、式(10)で表されるエーテルを製造する第一工程と、式(11)で表されるアルコールまたはカルボン酸と、第一工程で製造した式(10)で表されるエーテルを反応させ、式(2−1)で表される含フッ素単量体を得る第二工程よりなる。   As shown in the upper stage of the reaction formula (2), the production of the fluorine-containing monomer represented by the formula (2-1) is performed using an ether represented by the formula (8) and a hexagon represented by the formula (9). A first step of producing an ether represented by formula (10) by reacting an alcohol having a fluoroisopropanol group, an alcohol or carboxylic acid represented by formula (11), and a formula (10 produced in the first step) The second step of reacting the ether represented by formula (2-1) to obtain the fluorine-containing monomer represented by the formula (2-1).

[第一工程]
第一工程は式(8)で表されるエーテルと式(9)で表されるヘキサフルオロイソプロパノール基を持つアルコールを反応させ、式(10)で表されるエーテルを製造する工程である。この工程は、例えば、特開2004−155680号公報、特開2004−231815号公報および特開2004−256562号公報に製造方法が開示され、それに準じ製造することができる。
[First step]
The first step is a step of producing an ether represented by formula (10) by reacting an ether represented by formula (8) with an alcohol having a hexafluoroisopropanol group represented by formula (9). For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-155680, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-231815, and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-256562 are disclosed in this process, and can be manufactured according to them.

式(8)で表されるエーテルは、市販のものをそのまま使用してもよく、公知の方法またはそれに準じて調製してもよい。   As the ether represented by the formula (8), a commercially available one may be used as it is, or it may be prepared according to a known method or a modification thereof.

式(9)で表されるヘキサフルオロイソプロパノール基を有するアルコールは、特開2005−206587号公報、特開2005−213215号公報、特開2005−232095号公報、2005−239710号公報、および特開2015−193594号公報等に製造方法が記載され、それに準じ製造できる。   Alcohols having a hexafluoroisopropanol group represented by the formula (9) are disclosed in JP-A-2005-206587, JP-A-2005-213215, JP-A-2005-232095, JP-A-2005-239710, and JP-A-2005-239710. A manufacturing method is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-193594 and the like, and manufacturing can be performed in accordance therewith.

第一工程の反応は、式(8)で表されるエーテルにおける、有機基Rの化学種によって異なる。 The reaction in the first step varies depending on the chemical species of the organic group R 5 in the ether represented by the formula (8).

以下にその1つの例を示す。   One example is shown below.

式(8)で表されるエーテルにおいて有機基R、R、Rが水素原子であるエーテルの場合、式(9)で表されるアルコールとのエーテル交換反応により反応が進行し、式(10)で表されるエーテルを得る。式(9)で表されるアルコールと反応させる式(8)で表されるエーテルの使用量は、特に制限するものではないが、式(9)で表されるアルコール1モルに対して、好ましくは0.1モル以上、50モル以下であり、さらに好ましくは1モル以上、30モル以下であり、特に好ましくは5モル以上、20モル以下ある。 In the ether represented by the formula (8), when the organic groups R 5 , R 8 , and R 9 are hydrogen atoms, the reaction proceeds by an ether exchange reaction with the alcohol represented by the formula (9). The ether represented by (10) is obtained. The amount of the ether represented by the formula (8) to be reacted with the alcohol represented by the formula (9) is not particularly limited, but is preferably based on 1 mol of the alcohol represented by the formula (9). Is 0.1 mol or more and 50 mol or less, more preferably 1 mol or more and 30 mol or less, and particularly preferably 5 mol or more and 20 mol or less.

反応は溶剤を用いなくても進行するが、用いた方が制御することが容易である。用いることのできる溶剤は、具体的には、ジクロロエタン、トルエン、エチルベンゼン、モノクロロベンゼンまたはアセトニトリルを例示することができる。これらの溶剤は単独で用いてもよく、2種類以上をともに用いてもよい。   The reaction proceeds without using a solvent, but it is easier to control the use. Specific examples of the solvent that can be used include dichloroethane, toluene, ethylbenzene, monochlorobenzene, and acetonitrile. These solvents may be used alone or in combination of two or more.

反応温度は特に制限はなく、好ましくは0℃以上、200℃以下であり、さらに好ましくは20以上、180℃以下であり、特に好ましくは20以上、100℃以下である。反応は攪拌しながら行うのが好ましい。   The reaction temperature is not particularly limited, and is preferably 0 ° C. or higher and 200 ° C. or lower, more preferably 20 or higher and 180 ° C. or lower, and particularly preferably 20 or higher and 100 ° C. or lower. The reaction is preferably carried out with stirring.

反応時間は反応温度にも依存するが、好ましくは1分以上、100時間以下であり、さらに好ましくは30分以上、50時間以下であり、特に好ましくは1時間以上、24時間以下である。ガスクロマトグラフィー(GC)などの分析機器を使用し、原料である式(9)で表されるアルコールが消費された時点を反応の終点とすることが好ましい。   Although the reaction time depends on the reaction temperature, it is preferably 1 minute or more and 100 hours or less, more preferably 30 minutes or more and 50 hours or less, and particularly preferably 1 hour or more and 24 hours or less. It is preferable to use an analytical instrument such as gas chromatography (GC) and set the end point of the reaction to the time when the alcohol represented by the formula (9) as the raw material is consumed.

本反応においては、金属触媒および配位子を使用することができる。   In this reaction, a metal catalyst and a ligand can be used.

金属触媒としては、具体的には、パラジウム触媒である酢酸パラジウムまたはトリフルオロ酢酸パラジウム、イリジウム触媒であるクロロ(1,5−シクロオクタジエン)イリジウム2量体、水銀触媒である酢酸水銀、あるいはルテニウム触媒、コバルト触媒を例示することができる。かかる金属触媒の使用量としては、式(9)で表されるアルコール1モルに対して、好ましくは0.0001モル以上、10モルであり、さらに好ましくは0.001モル以上、5モル以下であり、特に好ましくは0.01モル以上、1.5モル以下である。   Specific examples of the metal catalyst include palladium catalyst or palladium trifluoroacetate as a palladium catalyst, chloro (1,5-cyclooctadiene) iridium dimer as an iridium catalyst, mercury acetate as a mercury catalyst, or ruthenium. Examples of the catalyst include a cobalt catalyst. The amount of the metal catalyst used is preferably 0.0001 mol or more and 10 mol, more preferably 0.001 mol or more and 5 mol or less, with respect to 1 mol of the alcohol represented by the formula (9). It is particularly preferably 0.01 mol or more and 1.5 mol or less.

配位子としては、具体的には、複素環式化合物2、2’−ビピリジン、1,10フェナントロリンを例示することができる。   Specific examples of the ligand include heterocyclic compounds 2, 2'-bipyridine, and 1,10 phenanthroline.

反応終了後、抽出、蒸留、またはカラムクロマトグラフィにより、式(10)で表されるエーテルを得ることができる。また、必要により得られた精密蒸留等によって精製することができる。   After completion of the reaction, an ether represented by the formula (10) can be obtained by extraction, distillation, or column chromatography. Moreover, it can refine | purify by the precision distillation etc. which were obtained as needed.

[第二工程]
式(11)で表されるアルコールまたはカルボン酸と、第一工程で製造した式(10)で表されるエーテルを反応させ、式(2−1)で表される含フッ素単量体を得る第二工程よりなる。
[Second step]
The alcohol or carboxylic acid represented by the formula (11) is reacted with the ether represented by the formula (10) produced in the first step to obtain a fluorine-containing monomer represented by the formula (2-1). It consists of a second step.

式(11)で表されるアルコールまたはカルボン酸は、市販のものをそのまま使用することもできるし、公知の方法またはそれに準じて調製することもできる。   As the alcohol or carboxylic acid represented by the formula (11), a commercially available product can be used as it is, or it can be prepared by a known method or a modification thereof.

第二工程の反応は、式(10)で表されるエーテルにおける、有機基Rの有機基の化学種によって異なる。 The reaction in the second step differs depending on the chemical species of the organic group of the organic group R 5 in the ether represented by the formula (10).

式(10)で表されるエーテルのRが水素原子の場合、式(11)で表されるアルコールまたはカルボン酸と酸触媒存在下で付加反応を行い、式(2−1)で表される含フッ素単量体を製造する。式(11)で表されるアルコールまたはカルボン酸に対して作用させる、式(10)で表されるエーテルの使用量は、式(11)で表されるアルコールまたはカルボン酸1モルに対して、好ましくは0.1モル以上、20モル以下であり、さらに好ましくは0.5モル以上、10モル以下であり、特に好ましくは0.8モル以上、3モル以下ある。 When R 5 of the ether represented by the formula (10) is a hydrogen atom, an addition reaction is performed in the presence of an acid catalyst with the alcohol or carboxylic acid represented by the formula (11), and the ether represented by the formula (2-1) is represented. A fluorine-containing monomer is produced. The amount of the ether represented by the formula (10) that acts on the alcohol or carboxylic acid represented by the formula (11) is 1 mol of the alcohol or carboxylic acid represented by the formula (11). Preferably they are 0.1 mol or more and 20 mol or less, More preferably, they are 0.5 mol or more and 10 mol or less, Especially preferably, they are 0.8 mol or more and 3 mol or less.

反応は、無溶剤でも進行するが、反応に対し不活性な溶剤中で行った方が制御が容易である。用いられる溶剤を例示すると、反応に対し不活性な溶剤であれば特に限定するものではない。式(3)で表されるアルコールまたはカルボン酸は、n−ヘキサン、n−ヘプタン等の炭化水素系の非極性溶剤には殆ど溶解せず、これらの溶剤を単独で使用することは好ましくない。本反応において好ましい溶剤として、エステル系溶剤、エーテル系溶剤、ハロゲン系溶剤、極性溶剤を挙げることができる。具体的にはエステル系溶剤である酢酸エチルまたは酢酸ブチル、エーテル系溶剤であるジエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテルまたはテトラヒドロフラン、ハロゲン系溶剤であるジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素、1,2−ジクロロエタン、テトラクロロエチレン、クロロベンゼンまたはオルソクロルベンゼン、あるいは極性溶剤であるアセトニトリル、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルイミダゾリジノン、ジメチルスルホキシドまたはスルホランを例示することができる。これらの溶剤は単独で使用してもよく、あるいは、2種類以上を併用してもよい。   The reaction proceeds even without solvent, but it is easier to control if it is performed in a solvent inert to the reaction. If the solvent used is illustrated, if it is a solvent inactive with respect to reaction, it will not specifically limit. The alcohol or carboxylic acid represented by the formula (3) hardly dissolves in hydrocarbon-based nonpolar solvents such as n-hexane and n-heptane, and it is not preferable to use these solvents alone. Preferred solvents in this reaction include ester solvents, ether solvents, halogen solvents, and polar solvents. Specifically, ester solvents such as ethyl acetate or butyl acetate, ether solvents diethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether or tetrahydrofuran, halogen solvents dichloromethane, chloroform, carbon tetrachloride, 1,2-dichloroethane, tetrachloroethylene, chlorobenzene Alternatively, orthochlorobenzene, or polar solvents such as acetonitrile, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylimidazolidinone, dimethyl sulfoxide or sulfolane can be exemplified. These solvents may be used alone or in combination of two or more.

反応温度は、好ましくは−78℃以上、150℃以下の範囲であり、さらに好ましくは−20℃以上、120℃以下であり、特に好ましくは0℃以上、100℃以下である。反応は攪拌しながら行うのが好ましい。   The reaction temperature is preferably in the range of −78 ° C. or higher and 150 ° C. or lower, more preferably −20 ° C. or higher and 120 ° C. or lower, and particularly preferably 0 ° C. or higher and 100 ° C. or lower. The reaction is preferably carried out with stirring.

反応時間は反応温度にも依存するが、好ましくは1分以上、100時間であり、さらに好ましくは30分以上、50時間以下であり、特に好ましくは、1時間以上、24時間以下である。液体クロマトグラフィ(HPLC)などの分析機器を使用し、原料である式(11)で表されるアルコールまたはカルボン酸が消費された時点を反応の終点とすることが好ましい。   Although the reaction time depends on the reaction temperature, it is preferably 1 minute or longer and 100 hours, more preferably 30 minutes or longer and 50 hours or shorter, and particularly preferably 1 hour or longer and 24 hours or shorter. It is preferable to use an analytical instrument such as liquid chromatography (HPLC) and set the end point of the reaction to the time when the alcohol or carboxylic acid represented by the formula (11) as the raw material is consumed.

本反応においては、好ましくは酸触媒を使用する。酸触媒としては、有機酸または無機酸を挙げることができる。具体的には有機酸であるp−トルエンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸ピリジウム、メタンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸またはカンファースルホン酸、あるいは無機酸である硫酸を例示することができる。酸触媒の使用量としては、式(11)で表されるアルコールまたはカルボン酸1モルに対して、好ましくは0.01モル以上、10モル以下であり、さらに好ましくは0.05モル以上、1モル以下であり、特に好ましくは0.1モル以上、0.3モル以下である。   In this reaction, an acid catalyst is preferably used. Examples of the acid catalyst include organic acids and inorganic acids. Specific examples include p-toluenesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid pyrididium, methanesulfonic acid, trifluoromethanesulfonic acid or camphorsulfonic acid, which are organic acids, and sulfuric acid which is an inorganic acid. The amount of the acid catalyst to be used is preferably 0.01 mol or more and 10 mol or less, more preferably 0.05 mol or more and 1 mol or less with respect to 1 mol of the alcohol or carboxylic acid represented by the formula (11). The amount is not more than mol, and particularly preferably not less than 0.1 mol and not more than 0.3 mol.

反応終了後、抽出、蒸留により、式(2−1)で表される含フッ素単量体を得ることができる。また、必要によりカラムクロマトグラフィによって精製することもできる。
3.2 連結基Rが上記式(5)で表されるヘミアセタール結合である式(2−2)で表される含フッ素単量体の製造
以下の反応式(3)は、連結基Rが上記式(5)で表されるヘミアセタール結合である式(2−2)で表される含フッ素単量体を製造する際の反応経路の例である。
After completion of the reaction, the fluorine-containing monomer represented by the formula (2-1) can be obtained by extraction and distillation. If necessary, it can be purified by column chromatography.
3.2 Production of fluorinated monomer represented by formula (2-2) wherein linking group R 2 is a hemiacetal bond represented by the above formula (5) The following reaction formula (3) is a linking group R 2 is an example of a reaction pathway in the production of fluorine-containing monomer represented by the formula (2-2) is a hemiacetal bond represented by the formula (5).

Figure 2017145383
Figure 2017145383

(A,R、Rは式(2)と同義であり、Rは式(5)と同義である。)
式(2−2)で表される含フッ素単量体の製造は式(13)で表されるアルコールと、式(14)で表されるアルデヒドまたはケトンを反応させ、式(2−2)で表される含フッ素単量体を得る工程よりなる。
(A, R 1 and R 3 are synonymous with the formula (2), and R 7 is synonymous with the formula (5).)
The production of the fluorine-containing monomer represented by the formula (2-2) is performed by reacting the alcohol represented by the formula (13) with the aldehyde or ketone represented by the formula (14). The process of obtaining the fluorine-containing monomer represented by these.

式(14)で表されるヘキサフルオロイソプロパノール基を有するアルデヒドまたはケトンは、例えば、特開2005−206587号公報、特開2005−213215号公報、特開2005−232095号公報、2005−239710号公報、特開2015−193594号公報に製造方法が記載され、それに準じ製造できる。   Examples of the aldehyde or ketone having a hexafluoroisopropanol group represented by the formula (14) include Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2005-206587, 2005-213215, 2005-232095, and 2005-239710. JP-A-2015-193594 describes a production method, which can be produced in accordance therewith.

本反応は、式(14)で表されるヘキサフルオロイソプロパノール基を有するアルデヒドまたはケトンにおける、有機基Rの化学種によって異なる。 This reaction differs depending on the chemical species of the organic group R 7 in the aldehyde or ketone having a hexafluoroisopropanol group represented by the formula (14).

以下にその一つの例を示す。   One example is shown below.

式(14)においてRが水素原子であるアルデヒドの場合、酸触媒下、式(13)で表されるアルコールと付加反応する。式(13)で表されるアルコールに対して作用させる、式(14)で表されるアルデヒドの使用量は、特に制限するものではないが、式(13)で表されるアルコール1モルに対して、0.1モル以上、20モル以下であり、好ましくは0.5モル以上、10モル以下であり、より好ましくは0.8モル以上、3モル以下ある。 In the case of an aldehyde in which R 7 is a hydrogen atom in the formula (14), it undergoes an addition reaction with an alcohol represented by the formula (13) under an acid catalyst. The amount of the aldehyde represented by the formula (14) that acts on the alcohol represented by the formula (13) is not particularly limited, but is 1 mol of the alcohol represented by the formula (13). And 0.1 mol or more and 20 mol or less, preferably 0.5 mol or more and 10 mol or less, more preferably 0.8 mol or more and 3 mol or less.

反応は、無溶剤でも進行するが、反応に対して不活性な溶剤中で行った方が、制御が容易である。式(13)で表されるアルコールは極性溶剤に溶けやすく極性溶剤を用いることが好ましい。このような極性溶剤として、エステル系溶剤、エーテル系溶剤、ハロゲン系溶剤、他にアセトニトリル、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルイミダゾリジノン、ジメチルスルホキシドまたはスルホランを挙げることができる。具体的には、エステル系溶剤である酢酸エチルまたは酢酸ブチル、エーテル系溶剤であるジエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、テトラヒドロフランまたはジオキサン、ハロゲン系溶剤であるジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素、1,2−ジクロロエタン、テトラクロロエチレン、クロロベンゼンまたはオルソクロルベンゼン、あるいはアセトニトリル、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルイミダゾリジノン、ジメチルスルホキシドまたはスルホランを例示することができる。これらの溶剤は単独で用いてもよく、2種類以上をともに用いてもよい。式(13)で表されるアルコールを殆ど溶解しないが、非極性溶剤であるn−ヘキサン、n−ヘプタンも極性溶剤とともに用いるのであれば使用することができる。   The reaction proceeds even without solvent, but it is easier to control when it is performed in a solvent inert to the reaction. The alcohol represented by formula (13) is preferably soluble in a polar solvent and is preferably a polar solvent. Examples of such polar solvents include ester solvents, ether solvents, halogen solvents, and acetonitrile, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylimidazolidinone, dimethyl sulfoxide or sulfolane. Specifically, ester solvent ethyl acetate or butyl acetate, ether solvent diethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, tetrahydrofuran or dioxane, halogen solvent dichloromethane, chloroform, carbon tetrachloride, 1,2-dichloroethane, Examples include tetrachloroethylene, chlorobenzene, or orthochlorobenzene, or acetonitrile, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylimidazolidinone, dimethyl sulfoxide, or sulfolane. These solvents may be used alone or in combination of two or more. Alcohol represented by the formula (13) is hardly dissolved, but n-hexane and n-heptane, which are nonpolar solvents, can also be used if they are used together with a polar solvent.

反応温度は、好ましくは−78℃以上、150℃以下であり、さらに好ましくは−20℃以上、120℃であり、特に好ましくは0℃以上、100℃以下である。反応は攪拌しながら行うのが好ましい。   The reaction temperature is preferably −78 ° C. or higher and 150 ° C. or lower, more preferably −20 ° C. or higher and 120 ° C., and particularly preferably 0 ° C. or higher and 100 ° C. or lower. The reaction is preferably carried out with stirring.

反応時間は反応温度にも依存するが、好ましくは1分以上、100時間以下であり、さらに好ましくは、30分以上、50時間以下であり、特に好ましくは、1時間以上、24時間以下である。液体クロマトグラフィ(HPLC)などの分析機器を使用し、原料である式(13)で表されるアルコールが消費された時点を反応の終点とすることが好ましい。   Although the reaction time depends on the reaction temperature, it is preferably 1 minute or more and 100 hours or less, more preferably 30 minutes or more and 50 hours or less, and particularly preferably 1 hour or more and 24 hours or less. . It is preferable to use an analytical instrument such as liquid chromatography (HPLC) and set the end point of the reaction to the time when the alcohol represented by the formula (13) as the raw material is consumed.

本反応は、酸触媒下において速やかに進行し酸触媒を用いることが好ましい。酸触媒として、具体的には有機酸であるp−トルエンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸ピリジウム、メタンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸またはカンファースルホン酸、あるいは無機酸である硫酸を例示することができる。酸触媒の使用量は、式(9)で表されるアルコール1モルに対して、好ましくあは0.01モル以上、10モル以下であり、さらに好ましくは0.05モル以上、1モル以下であり、特に好ましくは0.1モル以上、0.3モル以下である。   This reaction preferably proceeds quickly under an acid catalyst and preferably uses an acid catalyst. Specific examples of the acid catalyst include p-toluenesulfonic acid, pyrididium p-toluenesulfonate, methanesulfonic acid, trifluoromethanesulfonic acid or camphorsulfonic acid, which are organic acids, or sulfuric acid, which is an inorganic acid. . The amount of the acid catalyst used is preferably 0.01 mol or more and 10 mol or less, more preferably 0.05 mol or more and 1 mol or less, with respect to 1 mol of the alcohol represented by the formula (9). It is particularly preferably 0.1 mol or more and 0.3 mol or less.

反応終了後、抽出、蒸留またはカラムクロマトグラフィより、式(2−2)で表される含フッ素単量体を高純度で得ることができる。   After completion of the reaction, the fluorine-containing monomer represented by the formula (2-2) can be obtained with high purity by extraction, distillation or column chromatography.

4.含フッ素重合体
下記式(1)で表される繰り返し単位を含む含フッ素重合体は、前述の式(2)で表される含フッ素単量体の二重結合がラジカル重合して得られる。
4). Fluoropolymer The fluoropolymer containing a repeating unit represented by the following formula (1) is obtained by radical polymerization of the double bond of the fluoromonomer represented by the above formula (2).

Figure 2017145383
Figure 2017145383

(式中、Aは炭素数3〜25の脂環式炭化水素基または炭素数5〜25の芳香族炭化水素基を有する有機基であり、有機基中の任意の水素原子はヒドロキシ基、炭素数1〜4のアルコキシ基、アセトキシ基または炭素数1〜4のアルキル基で置換されていてもよく、Rはそれぞれ独立に水素原子、フッ素原子、メチル基またはトリフルオロメチル基であり、Rはそれぞれ独立にアセタール結合、ヘミアセタール結合またはヘミアセタールエステル結合である。Rはそれぞれ独立に炭素数1〜15の脂肪族炭化水素基、炭素数5〜15の芳香族炭化水素基、またはこれらの基が複数連結された有機基であってもよい。nは1〜3の整数であり、mは1〜3の整数である。) (In the formula, A is an organic group having an alicyclic hydrocarbon group having 3 to 25 carbon atoms or an aromatic hydrocarbon group having 5 to 25 carbon atoms, and any hydrogen atom in the organic group is a hydroxy group, carbon May be substituted with an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms, an acetoxy group or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and each R 1 is independently a hydrogen atom, a fluorine atom, a methyl group or a trifluoromethyl group; 2 is each independently an acetal bond, a hemiacetal bond or a hemiacetal ester bond, R 3 is each independently an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 15 carbon atoms, an aromatic hydrocarbon group having 5 to 15 carbon atoms, or An organic group in which a plurality of these groups are connected may be used, n is an integer of 1 to 3, and m is an integer of 1 to 3.)

この式(1)で表される繰り返し単位を含む含フッ素重合体に、高エネルギー線を照射し露光することによって、酸分解性基を解離させて、下記式(3)で表される繰り返し単位を含む重合体に変えることができる。   The fluorine-containing polymer containing the repeating unit represented by the formula (1) is irradiated with a high energy ray to expose the acid-decomposable group to dissociate, and the repeating unit represented by the following formula (3) Can be converted to a polymer containing

Figure 2017145383
Figure 2017145383

(式中、AおよびRは、前記式(1)におけるAおよびR1と同義である。Xはヒドロキシ基またはカルボン酸である。mは1〜3の整数である。)
このヒドロキシ基を有する前記式(3)で表される繰り返し単位は、前記式(1)で表される繰り返し単位においてヘキサフルオロイソプロパノール基を含む繰り返し単位を含む含フッ素重合体に対し、現像液である有機溶剤に対しての溶解性が低下する。そのため、ヘキサフルオロイソプロパノール基を有する繰り返し単位を含む含フッ素重合体はネガ型レジストとして用いることができる。
(In the formula, A and R 1 have the same meanings as A and R 1 in formula (1). X is a hydroxy group or carboxylic acid. M is an integer of 1 to 3)
The repeating unit represented by the formula (3) having a hydroxy group is a developer with respect to a fluoropolymer containing a repeating unit containing a hexafluoroisopropanol group in the repeating unit represented by the formula (1). The solubility with respect to a certain organic solvent falls. Therefore, a fluoropolymer containing a repeating unit having a hexafluoroisopropanol group can be used as a negative resist.

[その他の繰り返し単位]
本発明において、含フッ素重合体は、式(1)で表される繰り返し単位に加え、式(1)以外の「その他の繰り返し単位」を含むことができる。その他の繰り返し単位とは、式(1)で表される繰り返し単位に該当しない繰り返し単位をいう。また、その他の繰り返し単位を与える単量体とは、二重結合が開裂して「その他の繰り返し単位」を形成する単量体をいう。
[Other repeat units]
In the present invention, the fluoropolymer may contain “other repeating units” other than the formula (1) in addition to the repeating unit represented by the formula (1). The other repeating unit refers to a repeating unit that does not correspond to the repeating unit represented by the formula (1). Moreover, the monomer which gives another repeating unit means the monomer which a double bond cleaves and forms "another repeating unit".

「その他の繰り返し単位」として、オレフィン、含フッ素オレフィン、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、含フッ素アクリル酸エステル、含フッ素メタクリル酸エステル、ノルボルネン化合物、含フッ素ノルボルネン化合物、スチレン系化合物、含フッ素スチレン系化合物、ビニルエーテルまたは含フッ素ビニルエーテルの二重結合が開裂してなる繰り返し単位を挙げることができる。   As "other repeating units", olefin, fluorine-containing olefin, acrylic acid ester, methacrylic acid ester, fluorine-containing acrylic acid ester, fluorine-containing methacrylate ester, norbornene compound, fluorine-containing norbornene compound, styrene-based compound, fluorine-containing styrene-based The repeating unit formed by cleaving the double bond of a compound, vinyl ether or fluorine-containing vinyl ether can be mentioned.

好ましくは、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、含フッ素アクリル酸エステル、含フッ素メタクリル酸エステル、ノルボルネン化合物、含フッ素ノルボルネン化合物、ビニルエーテルおよび含フッ素ビニルエーテルから選ばれた一種以上の単量体の二重結合が開裂してなる繰り返し単位である。   Preferably, a double bond of one or more monomers selected from acrylic ester, methacrylic ester, fluorine-containing acrylic ester, fluorine-containing methacrylate ester, norbornene compound, fluorine-containing norbornene compound, vinyl ether and fluorine-containing vinyl ether Is a repeating unit formed by cleavage.

なお、本発明の含フッ素重合体には、上記「その他の繰り返し単位」の2種以上が含まれていてもよい。   The fluoropolymer of the present invention may contain two or more of the above “other repeating units”.

特に好ましくは、以下に示す単量体の二重結合が開裂してなる繰り返し単位である。   Particularly preferred is a repeating unit obtained by cleaving the double bond of the monomer shown below.

Figure 2017145383
Figure 2017145383

含フッ素重合体が、式(1)で表される繰り返し単位と「その他の繰り返し単位」を含む含フッ素重合体である場合、式(1)で表される繰り返し単位の含有率は含フッ素重合体全量に対するモル%で表して、0.1%以上、90モル%以下であり、好ましくは10モル%以上、70モル%以下であり、さらに好ましくは15%以上、60モル%以下である。   When the fluorine-containing polymer is a fluorine-containing polymer containing the repeating unit represented by the formula (1) and “other repeating units”, the content of the repeating unit represented by the formula (1) is Expressed in mol% with respect to the total amount of coalescence, it is 0.1% or more and 90 mol% or less, preferably 10 mol% or more and 70 mol% or less, more preferably 15% or more and 60 mol% or less.

式(1)で表される繰り返し単位が0.1モル%より少ない場合、レジストとした場合、本含フッ素重合体の高い溶解性およびエッチング耐性が発現され難い。また、90モル%を超えると、精細なパターンが得られ難い。   When the repeating unit represented by the formula (1) is less than 0.1 mol%, when the resist is used, the high solubility and etching resistance of the fluoropolymer are hardly exhibited. Moreover, when it exceeds 90 mol%, it is difficult to obtain a fine pattern.

本発明の含フッ素重合体をレジストとして用いる際は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定した質量平均分子量は、好ましくは1,000以上、1,000,000以下であり、さらに好ましくは2,000以上、500,000以下である。尚、レジストを調製する際に本発明の含フッ素重合体とそれ以外の重合体を用いてもよい。   When the fluoropolymer of the present invention is used as a resist, the mass average molecular weight measured by gel permeation chromatography (GPC) is preferably 1,000 or more and 1,000,000 or less, more preferably 2 , 000 or more and 500,000 or less. In preparing the resist, the fluorine-containing polymer of the present invention and other polymers may be used.

質量平均分子量1,000未満では、塗布膜の強度が不十分であり、1,000,000を超えると溶剤への溶解性が低下し、平滑な塗膜を得るのが困難になり好ましくない。分散度(MW/MN)は、1.01以上、3.00以下が好ましく、1.01以上、2.00以下が特に好ましい。   When the weight average molecular weight is less than 1,000, the strength of the coating film is insufficient, and when it exceeds 1,000,000, the solubility in a solvent is lowered, and it becomes difficult to obtain a smooth coating film, which is not preferable. The dispersity (MW / MN) is preferably 1.01 or more and 3.00 or less, particularly preferably 1.01 or more and 2.00 or less.

レジストとして用いる場合、本発明の含フッ素重合体の質量平均分子量が1,000より小さいとパターン露光後の加熱処理中に、高エネルギー線の照射により解離した酸不安定性基がレジスト膜内を拡散移動し、未露光部にまで拡散して解像性が劣化してしまう虞がある。1,000,000を超えると含フッ素重合体の有機溶剤への溶解性が低下し、平滑なレジスト膜を得るのが困難になる。質量平均分子量と数平均分子量の比である分散度(MW/MN)は、1.01以上、5.00以下であり、好ましくは1.01以上、4.00以下であり、さらに好ましくは1.01以上、3.0以下であり、特に好ましくは1.10以上、2.50以下である。   When used as a resist, if the weight average molecular weight of the fluoropolymer of the present invention is less than 1,000, acid labile groups dissociated by irradiation with high energy rays diffuse in the resist film during the heat treatment after pattern exposure. It may move and diffuse to the unexposed area, resulting in degradation of resolution. If it exceeds 1,000,000, the solubility of the fluorine-containing polymer in the organic solvent is lowered, and it becomes difficult to obtain a smooth resist film. The dispersity (MW / MN), which is the ratio of the weight average molecular weight to the number average molecular weight, is 1.01 or more and 5.00 or less, preferably 1.01 or more and 4.00 or less, and more preferably 1 0.01 or more and 3.0 or less, and particularly preferably 1.10 or more and 2.50 or less.

「その他の繰り返し単位」には、レジストとした際に化学構造中に高エネルギー線の照射により酸を発生する部位、酸触媒により分解して酸となる部位、ドライエッチング耐性を有する部位、現像液に対する溶解性を与える部位、基板との密着性を与える部位、レジストプロファイルを改善する部位、さらにレジストの一般的な必要な特性である解像力、耐熱性、感度等を調節する目的で「その他の繰り返し単位」を含ませることができる。   “Other repeating unit” includes a part that generates an acid by irradiation with high energy rays in a chemical structure when it is used as a resist, a part that decomposes into an acid by an acid catalyst, a part that has dry etching resistance, a developer In order to adjust the resolving power, heat resistance, sensitivity, etc., which are general necessary properties of resist, the part that gives solubility to the substrate, the part that gives adhesion to the substrate, the part that improves the resist profile, and other characteristics Units "can be included.

高エネルギー線の照射により酸を発生する部位は、例えば、スルホン酸のオニウム塩が解離してスルホン酸になる部位である。酸を触媒として分解する結合は、例えば、エステル結合を例示することができる。   The site that generates acid upon irradiation with high energy rays is, for example, a site where an onium salt of sulfonic acid is dissociated to become sulfonic acid. Examples of the bond that decomposes using an acid as a catalyst include an ester bond.

以下、各々の単量体について説明する。   Hereinafter, each monomer will be described.

オレフィンとしては、具体的にはエチレン、プロピレンなど、フルオロオレフィンとしては、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン、トリフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレンまたはヘキサフルオロイソブテンを例示することができる。   Specific examples of olefins include ethylene and propylene. Examples of fluoroolefins include vinyl fluoride, vinylidene fluoride, trifluoroethylene, chlorotrifluoroethylene, tetrafluoroethylene, hexafluoropropylene, and hexafluoroisobutene. Can do.

また、アクリル酸エステルとしては、具体的にはメチルアクリレート、エチルアクリレート、n−プロピルアクリレート、イソプロピルアクリレート、n−ブチルアクリレート、イソブチルアクリレート、n−ヘキシルアクリレート、n−オクチルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、ラウリルアクリレート、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシプロピルアクリレート、t−ブチルアクリレート、3−オキソシクロヘキシルアクリレート、アダマンチルアクリレート、アルキルアダマンチルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、またはトリシクロデカニルアクリレートを例示することができる。   Specific examples of acrylic esters include methyl acrylate, ethyl acrylate, n-propyl acrylate, isopropyl acrylate, n-butyl acrylate, isobutyl acrylate, n-hexyl acrylate, n-octyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, and lauryl. Examples include acrylate, 2-hydroxyethyl acrylate, 2-hydroxypropyl acrylate, t-butyl acrylate, 3-oxocyclohexyl acrylate, adamantyl acrylate, alkyladamantyl acrylate, cyclohexyl acrylate, or tricyclodecanyl acrylate.

また、メタクリル酸エステルとしては、具体的にはメチルメタクリレート、エチルメタクリレート、n−プロピルメタクリレート、イソプロピルメタクリレート、n−ブチルメタクリレート、イソブチルメタクリレート、n−ヘキシルメタクリレート、n−オクチルメタクリレート、2−エチルヘキシルメタクリレート、ラウリルメタクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、2−ヒドロキシプロピルメタクリレート、t−ブチルメタクリレート、3−オキソシクロヘキシルメタクリレート、アダマンチルメタクリレート、アルキルアダマンチルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、またはトリシクロデカニルメタクリレートを例示することができる。   Specific examples of the methacrylic acid ester include methyl methacrylate, ethyl methacrylate, n-propyl methacrylate, isopropyl methacrylate, n-butyl methacrylate, isobutyl methacrylate, n-hexyl methacrylate, n-octyl methacrylate, 2-ethylhexyl methacrylate, and lauryl. Examples include methacrylate, 2-hydroxyethyl methacrylate, 2-hydroxypropyl methacrylate, t-butyl methacrylate, 3-oxocyclohexyl methacrylate, adamantyl methacrylate, alkyladamantyl methacrylate, cyclohexyl methacrylate, or tricyclodecanyl methacrylate.

さらに、エチレングリ−コール基、プロピレングリコール基、テトラメチレングリコール基を含有したアクリレート又はメタクリレート、アクリロニトリル基、メタクリロニトリル基、アルコキシシラン基含有のビニルシランまたはアクリル酸またはメタクリル酸エステル、ラクトン環またはノルボルネン環を有したアクリレートまたはメタクリレート、アクリル酸、メタクリル酸、不飽和アミドであるアクリルアミド、メタクリルアミド、N−メチロールアクリルアミド、N−メチロールメタクリルアミド、またはジアセトンアクリルアミドを例示することができる。   Further, acrylate or methacrylate containing ethylene glycol group, propylene glycol group, tetramethylene glycol group, acrylonitrile group, methacrylonitrile group, alkoxysilane group-containing vinyl silane or acrylic acid or methacrylic acid ester, lactone ring or norbornene ring Examples thereof include acrylates or methacrylates having acrylic acid, acrylic acid, methacrylic acid, unsaturated amides such as acrylamide, methacrylamide, N-methylol acrylamide, N-methylol methacrylamide, or diacetone acrylamide.

さらに、α−シアノ基含有の上記アクリレート化合物を例示することができ、マレイン酸、フマル酸または無水マレイン酸を例示することができる。   Furthermore, the said acrylate compound containing (alpha) -cyano group can be illustrated, and a maleic acid, a fumaric acid, or a maleic anhydride can be illustrated.

また、含フッ素アクリル酸エステルまたは含フッ素メタクリル酸エステルとしては、フッ素原子またはフッ素原子を有する基がアクリル酸基のα位に有するアクリル酸エステルまたはメタクリル酸エステルを挙げることができる。具体的にはα位に含フッ素アルキル基が導入された単量体として、上述のアクリル酸エステルまたはメタクリル酸エステルのα位の水素原子とトリフルオロメチル基、トリフルオロエチル基またはノナフルオロ−n−ブチル基が置換してなる含フッ素アクリル酸エステル、含フッ素メタクリル酸エステルを例示することができる。   Examples of the fluorine-containing acrylic ester or fluorine-containing methacrylate ester include an acrylic ester or a methacrylic ester having a fluorine atom or a group having a fluorine atom at the α-position of the acrylic group. Specifically, as a monomer in which a fluorine-containing alkyl group is introduced at the α-position, a hydrogen atom at the α-position of the above-mentioned acrylic ester or methacrylic ester and a trifluoromethyl group, trifluoroethyl group or nonafluoro-n- Examples thereof include a fluorine-containing acrylic ester and a fluorine-containing methacrylate formed by substituting a butyl group.

また、上述のアクリル酸エステルまたはメタクリル酸エステルのエステル部位に結合する基がパーフルオロアルキル基またはフルオロアルキル基であるフッ素アルキル基を挙げることができる。具体的には、エステル部位に環状構造とフッ素を共存する単量体であって、その環状構造が有する水素原子がフッ素原子やトリフルオロメチル基で置換されてなる、含フッ素ベンゼン環、含フッ素シクロペンタン環、含フッ素シクロヘキサン環、またはフッ素シクロヘプタン環を有するアクリル酸エステルまたはメタクリル酸エステルを例示することができる。   Moreover, the fluorine alkyl group whose group couple | bonded with the ester site | part of the above-mentioned acrylic acid ester or methacrylic acid ester is a perfluoroalkyl group or a fluoroalkyl group can be mentioned. Specifically, a monomer having a cyclic structure and fluorine at the ester site, wherein the hydrogen atom of the cyclic structure is substituted with a fluorine atom or a trifluoromethyl group. Examples thereof include acrylic acid esters or methacrylic acid esters having a cyclopentane ring, a fluorine-containing cyclohexane ring, or a fluorine cycloheptane ring.

また、上述のアクリル酸エステルまたはメタクリル酸エステルのエステル部位に結合する基が含フッ素t−ブチルエステル基であるアクリル酸またはメタクリル酸のエステルを挙げることができる。具体的には、2,2,2−トリフルオロエチルアクリレート、2,2,3,3−テトラフルオロプロピルアクリレート、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロイソプロピルアクリレート、ヘプタフルオロイソプロピルアクリレート、1,1−ジヒドロヘプタフルオロ−n−ブチルアクリレート、1,1,5−トリヒドロオクタフルオロ−n−ペンチルアクリレート、1,1,2,2−テトラヒドロトリデカフルオロ−n−オクチルアクリレート、1,1,2,2−テトラヒドロヘプタデカフルオロ−n−デシルアクリレート、2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレート、2,2,3,3−テトラフルオロプロピルメタクリレート、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロイソプロピルメタクリレート、ヘプタフルオロイソプロピルメタクリレート、1,1−ジヒドロヘプタフルオロ−n−ブチルメタクリレート、1,1,5−トリヒドロオクタフルオロn−ペンチルメタクリレート、1,1,2,2−テトラヒドロトリデカフルオロ−n−オクチルメタクリレート、1,1,2,2−テトラヒドロヘプタデカフルオロ−n−デシルメタクリレート、パーフルオロシクロヘキシルメチルアクリレートまたはパーフルオロシクロヘキシルメチルメタクリレートを例示することができる。   Moreover, ester of acrylic acid or methacrylic acid whose group couple | bonded with the ester site | part of the above-mentioned acrylic ester or methacrylic ester is a fluorine-containing t-butyl ester group can be mentioned. Specifically, 2,2,2-trifluoroethyl acrylate, 2,2,3,3-tetrafluoropropyl acrylate, 1,1,1,3,3,3-hexafluoroisopropyl acrylate, heptafluoroisopropyl acrylate 1,1-dihydroheptafluoro-n-butyl acrylate, 1,1,5-trihydrooctafluoro-n-pentyl acrylate, 1,1,2,2-tetrahydrotridecafluoro-n-octyl acrylate, 1,2,2-tetrahydroheptadecafluoro-n-decyl acrylate, 2,2,2-trifluoroethyl methacrylate, 2,2,3,3-tetrafluoropropyl methacrylate, 1,1,1,3,3 3-hexafluoroisopropyl methacrylate, heptafluoroisopropylate Methacrylate, 1,1-dihydroheptafluoro-n-butyl methacrylate, 1,1,5-trihydrooctafluoron-pentyl methacrylate, 1,1,2,2-tetrahydrotridecafluoro-n-octyl methacrylate, 1, Examples include 1,2,2-tetrahydroheptadecafluoro-n-decyl methacrylate, perfluorocyclohexyl methyl acrylate or perfluorocyclohexyl methyl methacrylate.

ノルボルネン化合物、含フッ素ノルボルネン化合物は、アリルアルコール、含フッ素アリルアルコール、アクリル酸、α−フルオロアクリル酸、メタクリル酸、上述のアクリル酸エステルまたはメタクリル酸エステル、含フッ素アクリル酸エステルまたは含フッ素メタクリル酸エステルと、シクロペンタジエンまたはシクロヘキサジエンとのディールス−アルダー(Diels−Alder)付加反応により得られるノルボルネン化合物を例示することができる。   Norbornene compounds and fluorine-containing norbornene compounds are allyl alcohol, fluorine-containing allyl alcohol, acrylic acid, α-fluoroacrylic acid, methacrylic acid, the above-mentioned acrylic ester or methacrylic ester, fluorine-containing acrylic ester or fluorine-containing methacrylate ester. And norbornene compounds obtained by Diels-Alder addition reaction with cyclopentadiene or cyclohexadiene.

また式(2)で表される含フッ素単量体と共重合可能な「その他の繰り返し単位」を与える単量体としては、スチレン系化合物、含フッ素スチレン系化合物、ビニルエーテル系化合物、含フッ素ビニルエーテル系化合物、アリルエーテル系化合物、ビニルエステル系化合物またはビニルシラン系化合物を挙げることができる。   In addition, examples of the monomer that gives the “other repeating unit” copolymerizable with the fluorine-containing monomer represented by the formula (2) include styrene compounds, fluorine-containing styrene compounds, vinyl ether compounds, and fluorine-containing vinyl ethers. Examples of the compound include an allyl compound, an allyl ether compound, a vinyl ester compound, and a vinyl silane compound.

スチレン系化合物、含フッ素スチレン系化合物としては、具体的には、スチレン、フッ素化スチレン、ヒドロキシスチレ、ヘキサフルオロアセトンを付加したスチレン系化合物、トリフルオロメチル基で水素原子を置換したスチレンまたはヒドロキシスチレン、α位にハロゲン、アルキル基、含フッ素アルキル基が結合した上記スチレンまたは含フッ素スチレン系化合物を例示することができる。   Specific examples of styrene compounds and fluorine-containing styrene compounds include styrene, fluorinated styrene, hydroxystyrene, styrene compounds to which hexafluoroacetone has been added, styrene or hydroxystyrene having a trifluoromethyl group substituted for a hydrogen atom. Examples of the styrene or fluorine-containing styrene compound in which a halogen, an alkyl group, or a fluorine-containing alkyl group is bonded to the α-position can be given.

ビニルエーテル系化合物または含フッ素ビニルエーテル系化合物としては、アルキル基であるメチル基またはエチル基、ヒドロキシアルキル基であるヒドロキシエチル基またはヒドロキシブチル基を有するアルキルビニルエーテル系化合物、およびその水素原子の一部または全部がフッ素原子で置換されたビニルエーテル系化合物または含フッ素ビニルエーテル系化合物をあげることができる。   Examples of the vinyl ether compound or the fluorine-containing vinyl ether compound include an alkyl vinyl ether compound having a methyl group or an ethyl group as an alkyl group, a hydroxyethyl group or a hydroxybutyl group as a hydroxyalkyl group, and part or all of the hydrogen atoms thereof. And vinyl ether compounds or fluorine-containing vinyl ether compounds in which is substituted with a fluorine atom.

環状型ビニルエーテル系化合物としては、シクロヘキシルビニルエーテルおよびその環状構造内に水素原子またはカルボニル結合を有する環状型ビニルエーテル系化合物、それらの環状型ビニルエーテル系化合物の水素原子の一部または全部がフッ素原子で置換された。環状型ビニルエーテル系化合物を挙げることができる。   Cyclic vinyl ether compounds include cyclohexyl vinyl ether, cyclic vinyl ether compounds having a hydrogen atom or carbonyl bond in the cyclic structure, and some or all of the hydrogen atoms of these cyclic vinyl ether compounds are substituted with fluorine atoms. It was. Examples thereof include cyclic vinyl ether compounds.

5.含フッ素重合体の重合
本発明の式(1)で表される繰り返し単位を含む含フッ素重合体の重合方法としては、一般的に使用される方法であれば特に制限されない。ラジカル重合、イオン重合が好ましく、場合により、配位アニオン重合、リビングアニオン重合、カチオン重合、開環メタセシス重合、ビニレン重合、ビニルアディションなどを使用することも可能である。
5. Polymerization of fluorinated polymer The polymerization method of the fluorinated polymer containing the repeating unit represented by the formula (1) of the present invention is not particularly limited as long as it is a generally used method. Radical polymerization and ionic polymerization are preferred, and in some cases, coordination anion polymerization, living anion polymerization, cation polymerization, ring-opening metathesis polymerization, vinylene polymerization, vinyl addition, and the like can be used.

好ましい具体例として、ラジカル重合による方法を説明する。   As a preferred specific example, a method by radical polymerization will be described.

本発明の式(1)で表される繰り返し単位を含む含フッ素重合体を得るための、式(2)で表される含フッ素単量体の単独重合、または式(2)で表される含フッ素単量体と前述の「その他の繰り返し単位」を与える単量体のラジカル重合は、ラジカル重合開始剤あるいはラジカル開始源の存在下で、塊状重合、溶液重合、懸濁重合または乳化重合により、回分式、半連続式または連続式のいずれかの操作で行うことができる。   In order to obtain a fluoropolymer containing a repeating unit represented by the formula (1) of the present invention, homopolymerization of a fluoromonomer represented by the formula (2) or represented by the formula (2) Radical polymerization of a fluorine-containing monomer and a monomer that gives the above-mentioned “other repeating unit” is carried out by bulk polymerization, solution polymerization, suspension polymerization or emulsion polymerization in the presence of a radical polymerization initiator or radical initiator. , Batchwise, semi-continuous or continuous.

ラジカル重合開始剤しては、アゾ系化合物、過酸化物系化合物またはレドックス系化合物が挙げられる。具体的には、アゾビスイソブチロニトリル、ジメチル2,2−アゾビス(2−メチルプロピオネート)、tert−ブチルパーオキシピバレート、ジ−tert−ブチルパーオキシド、i−ブチリルパーオキシド、ラウロイルパーオキサイド、スクシン酸パーオキシド、ジシンナミルパーオキシド、ジ−n−プロピルパーオキシジカーボネート、tert−ブチルパーオキシアリルモノカーボネート、過酸化ベンゾイル、過酸化水素、過硫酸アンモニウムを例示することができる。   Examples of the radical polymerization initiator include azo compounds, peroxide compounds, and redox compounds. Specifically, azobisisobutyronitrile, dimethyl 2,2-azobis (2-methylpropionate), tert-butyl peroxypivalate, di-tert-butyl peroxide, i-butyryl peroxide, lauroyl Examples include peroxide, succinic acid peroxide, dicinnamyl peroxide, di-n-propyl peroxydicarbonate, tert-butylperoxyallyl monocarbonate, benzoyl peroxide, hydrogen peroxide, and ammonium persulfate.

重合反応に用いる反応容器は反応系に対し浸されなければよく、重合溶剤を用いることができ、ラジカル重合を阻害しないものが好ましい。重合溶剤としては、エステル系溶剤、ケトン系溶剤、炭化水素系溶剤、アルコール系溶剤、水、エーテル系溶剤、環状エーテル系溶剤、フロン系溶剤または芳香族化合物系溶剤を挙げることができる。   The reaction vessel used for the polymerization reaction is not required to be immersed in the reaction system, a polymerization solvent can be used, and one that does not inhibit radical polymerization is preferable. Examples of the polymerization solvent include ester solvents, ketone solvents, hydrocarbon solvents, alcohol solvents, water, ether solvents, cyclic ether solvents, chlorofluorocarbon solvents, and aromatic compound solvents.

具体的には、エステル系溶剤である酢酸エチルまたは酢酸n−ブチル、ケトン系溶剤であるアセトンまたはメチルイソブチルケトン、炭化水素系溶剤であるトルエンまたはシクロヘキサン、アルコールであるメタノール、イソプロピルアルコールまたはエチレングリコールモノメチルエーテルを例示することができる。また、水、エーテル系溶剤、環状エーテル系溶剤、フロン系溶剤、芳香族化合物系溶剤を例示することができる。これらの溶剤は単独でもあるいは2種類以上を混合しても使用してもよく、メルカプタンのような分子量調整剤を併用してもよい。   Specifically, ester solvent ethyl acetate or n-butyl acetate, ketone solvent acetone or methyl isobutyl ketone, hydrocarbon solvent toluene or cyclohexane, alcohol methanol, isopropyl alcohol or ethylene glycol monomethyl Ethers can be exemplified. Moreover, water, an ether solvent, a cyclic ether solvent, a chlorofluorocarbon solvent, and an aromatic compound solvent can be exemplified. These solvents may be used alone or in combination of two or more, and a molecular weight modifier such as mercaptan may be used in combination.

重合反応の反応温度はラジカル重合開始剤あるいはラジカル重合開始源により適宜選択することができ、好ましくは20℃以上、200℃以下であり、さらに好ましくは30℃以上、140℃以下である。   The reaction temperature of the polymerization reaction can be appropriately selected depending on the radical polymerization initiator or the radical polymerization initiator, and is preferably 20 ° C. or higher and 200 ° C. or lower, more preferably 30 ° C. or higher and 140 ° C. or lower.

得られる含フッ素重合体の溶液または分散液から有機溶剤または水を除去する方法として、再沈殿、濾過、減圧下での加熱留出を用いることが可能である。   As a method for removing the organic solvent or water from the obtained fluoropolymer solution or dispersion, reprecipitation, filtration, and heating distillation under reduced pressure can be used.

6.化学増幅型レジスト
式(1)で表される繰り返し単位を含む含フッ素重合体は、適宜溶剤および光酸発生剤その他を添加した含フッ素重合体の溶液とし、化学増幅型レジストとすることができる。含フッ素重合体は高エネルギー線の照射により露光し光酸発生剤より発生する酸の作用により、繰り返し単位が有する酸不安定性基を解離する。
6). Chemically amplified resist The fluorine-containing polymer containing the repeating unit represented by formula (1) can be made into a chemically amplified resist by preparing a solution of a fluorine-containing polymer appropriately added with a solvent and a photoacid generator and the like. . The fluorine-containing polymer is exposed by irradiation with high energy rays and dissociates the acid labile group of the repeating unit by the action of an acid generated from the photoacid generator.

レジスト膜とした際に基板との密着性を与える密着性基を有する、また現像において有機溶剤への溶解性を向上させる基を有する「その他の繰り返し単位」をともに含む含フッ素重合体は、別途、酸不安定性基または密着性基を有する繰り返し単位を含む重合体を添加することなく、単独でも化学増幅型レジストとして使用することができる。   A fluorine-containing polymer that has an adhesive group that provides adhesion to the substrate when it is used as a resist film, and that includes a group that improves the solubility in an organic solvent during development together with other repeating units. In addition, it can be used alone as a chemically amplified resist without adding a polymer containing a repeating unit having an acid labile group or an adhesive group.

また、式(1)で表される繰り返し単位を含む含フッ素重合体に、溶剤および光酸発生剤以外にさらに他の成分を加えた溶液とし、化学増幅型レジストとして使用することができる。他の成分として、付加的重合体、クエンチャー、溶解抑制剤、可塑剤、安定剤、着色剤、界面活性剤、増粘剤、レベリング剤、消泡剤、相溶化剤、密着剤、または酸化防止剤を挙げることができる。以下の他の成分の説明をする。   Moreover, it can be set as the solution which added other components other than the solvent and the photo-acid generator to the fluoropolymer containing the repeating unit represented by Formula (1), and can be used as a chemically amplified resist. As other ingredients, additional polymers, quenchers, dissolution inhibitors, plasticizers, stabilizers, colorants, surfactants, thickeners, leveling agents, antifoaming agents, compatibilizers, adhesion agents, or oxidation An inhibitor may be mentioned. The following other components will be described.

[付加的重合体]
「付加的重合体」は化学増幅型レジストとした際の特性を調節するためものであり、上記有機溶剤に溶解しレジストが含む他の成分と相溶すればよく、本発明の式(1)で表される繰り返し単位を含む含フッ素重合体を用いる際に付加的に用いる。即ち、「付加的重合体」は、式(1)で表される繰り返し単位を含む含フッ素重合体以外の重合体である。「付加的重合体」は、密着剤、可塑剤、安定剤、増粘剤、レベリング剤、消泡剤または相溶化剤として作用する。
[Additional polymer]
The “additional polymer” is used to adjust the properties of the chemically amplified resist, and may be dissolved in the organic solvent and compatible with the other components contained in the resist. It is additionally used when a fluoropolymer containing a repeating unit represented by That is, the “additional polymer” is a polymer other than the fluoropolymer containing the repeating unit represented by the formula (1). “Additional polymers” act as adhesion agents, plasticizers, stabilizers, thickeners, leveling agents, antifoaming agents or compatibilizers.

また、レンズとウェハの間に純水を用いて露光する液浸露光を行う場合は、レジスト組成物の撥水性を高めるものとして作用する。
「付加的重合体」は式(1)で表される繰り返し単位を含む含フッ素重合体の全量に対し、0.1質量%以上、30質量%以下の範囲で加えてもよい。
In addition, when immersion exposure is performed in which pure water is used for exposure between the lens and the wafer, the lens composition acts to increase the water repellency of the resist composition.
The “additional polymer” may be added in the range of 0.1% by mass or more and 30% by mass or less with respect to the total amount of the fluoropolymer containing the repeating unit represented by the formula (1).

[溶剤]
本発明の化学増幅型レジストを基板に塗布しレジスト膜とする際は、重合体を有機溶剤に溶解させて塗布し、その後、ベーキングして乾燥させることが好ましい。
[solvent]
When the chemically amplified resist of the present invention is applied to a substrate to form a resist film, it is preferable to apply the polymer by dissolving it in an organic solvent, followed by baking and drying.

有機溶剤としては、含フッ素重合体が可溶であればよく、ケトン系溶剤、多価アルコール系溶剤、環式エーテル系溶剤、エステル系溶剤、芳香族系溶剤、フッ素系溶剤、石油ナフサ溶剤、またはパラフィン系溶剤を挙げることができる。   As the organic solvent, it is sufficient that the fluorine-containing polymer is soluble, such as a ketone solvent, a polyhydric alcohol solvent, a cyclic ether solvent, an ester solvent, an aromatic solvent, a fluorine solvent, a petroleum naphtha solvent, Or a paraffinic solvent can be mentioned.

具体的にはケトン系溶剤であるアセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、メチルイソアミルケトンもしくは2−ヘプタノン、多価アルコール系溶剤であるエチレングリコール、エチレングリコールモノアセテート、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノアセテート、プロピレングリコール、プロピレングリコールモノアセテート、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メチルエーテルアセテート(PGMEA);ジプロピレングリコール又はジプロピレングリコールモノアセテートのモノメチルエーテル、モノエチルエーテル、モノプロピルエーテル、モノブチルエーテルもしくはモノフェニルエーテルおよびその誘導体、環式エーテル系溶剤であるジオキサン、エステル系溶剤である乳酸メチル、乳酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、メトキシプロピオン酸メチルもしくはエトキシプロピオン酸エチル、芳香族系溶剤であるキシレンもしくはトルエン、フッ素系溶剤であるフロン、代替フロン、パーフルオロ化合物、ヘキサフルオロイソプロピルアルコール、または塗布性を高める目的で高沸点弱溶剤であるターペン系の石油ナフサ溶剤もしくはパラフィン系溶剤を例示することができる。これら有機溶剤は単独で用いてもよいし、2種以上混合して用いてもよい。   Specifically, acetone-based solvents such as acetone, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, methyl isoamyl ketone or 2-heptanone, and polyhydric alcohol solvents such as ethylene glycol, ethylene glycol monoacetate, diethylene glycol, diethylene glycol monoacetate, propylene glycol, propylene glycol mono Acetate, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA); monomethyl ether, monoethyl ether, monopropyl ether, monobutyl ether or monophenyl ether and derivatives thereof of dipropylene glycol or dipropylene glycol monoacetate, cyclic ether Dioxane, an ester solvent, and ester solvent Methyl lactate, ethyl lactate, methyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate, methyl pyruvate, ethyl pyruvate, methyl methoxypropionate or ethyl ethoxypropionate, aromatic solvent xylene or toluene, fluorocarbon solvent freon, Alternative chlorofluorocarbons, perfluoro compounds, hexafluoroisopropyl alcohol, or terpene-based petroleum naphtha solvents or paraffin solvents that are high-boiling weak solvents for the purpose of improving coatability can be exemplified. These organic solvents may be used alone or in combination of two or more.

本発明の化学増幅型レジストにおいて、この際に用いる有機溶剤としては、特にエステルである乳酸メチル、乳酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、メトキシプロピオン酸メチルもしくはエトキシプロピオン酸エチルを用いることが好ましい。   In the chemically amplified resist of the present invention, the organic solvent used in this case is, in particular, esters such as methyl lactate, ethyl lactate, methyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate, methyl pyruvate, ethyl pyruvate, methyl methoxypropionate or Preference is given to using ethyl ethoxypropionate.

有機溶剤の使用量は、化学増幅型重合体中の全重合体に対して100質量部以上10,000質量部以下である。より好ましくは200質量部以上3,000質量部以下であり、特に好ましくは300質量部以上1,000質量部以下である。   The usage-amount of an organic solvent is 100 to 10,000 mass parts with respect to all the polymers in a chemically amplified polymer. More preferably, they are 200 mass parts or more and 3,000 mass parts or less, Most preferably, they are 300 mass parts or more and 1,000 mass parts or less.

[光酸発生剤]
本発明の化学増幅型レジストには、光酸発生剤を使用する。具体的には、ビススルホニルジアゾメタン、ニトロベンジル誘導体、オニウム塩、ハロゲン含有トリアジン化合物、シアノ基含有オキシムスルホネート化合物、またはその他のオキシムスルホネート化合物を例示することができる。これらの光酸発生剤は単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。含有量は、レジスト溶液100質量部に対して、好ましくは0.5質量部以下、20質量部以上である。0.5質量部より少ないと高精細なレジストパターンが得られ難く、20質量部より多いと均一なレジスト液が形成されにくく、レジスト液の保存安定性が低下することがある。
[Photoacid generator]
A photoacid generator is used in the chemically amplified resist of the present invention. Specific examples include bissulfonyldiazomethane, nitrobenzyl derivatives, onium salts, halogen-containing triazine compounds, cyano group-containing oxime sulfonate compounds, and other oxime sulfonate compounds. These photoacid generators may be used alone or in combination of two or more. The content is preferably 0.5 parts by mass or less and 20 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of the resist solution. When the amount is less than 0.5 parts by mass, it is difficult to obtain a high-definition resist pattern.

[添加剤]
本発明の化学増幅型レジストには、レジストパターン形状の高精細化、レジスト膜塗布後の時間経過した際のパターニングにおける経時安定性を向上させるために、塩基性化合物を添加してもよい。塩基性化合物としては、含窒素化合物を挙げることができる。具体的には、第一級〜第三級の脂肪族アミン類、芳香族アミン類、複素環アミン類、ヒドロキシフェニル基を有する化合物、アルコール性含窒素化合物、またはアミド誘導体を例示することができる。好ましくは第2級脂肪族アミン、第3級脂肪族アミン、芳香族アミン類、または複素環アミン類、アルコール性含窒素化合物である。特に好ましくは、アルコールアミンまたはトリアルキルアミンである。具体的には、トリエタノールアミンまたはトリイソプロパノールアミンである。
[Additive]
A basic compound may be added to the chemically amplified resist of the present invention in order to improve the resist pattern shape and improve the temporal stability in patterning after a lapse of time after coating the resist film. Examples of basic compounds include nitrogen-containing compounds. Specific examples include primary to tertiary aliphatic amines, aromatic amines, heterocyclic amines, compounds having a hydroxyphenyl group, alcoholic nitrogen-containing compounds, or amide derivatives. . Preferred are secondary aliphatic amines, tertiary aliphatic amines, aromatic amines, heterocyclic amines, and alcoholic nitrogen-containing compounds. Particularly preferred are alcohol amines and trialkylamines. Specifically, it is triethanolamine or triisopropanolamine.

塩基性化合物成分は、溶剤を除くレジスト固形分の全量を100質量部として、好ましくは0.01質量部以上、5質量部以下の範囲で用いることが好ましい
以下、脂肪族アミン、その他の塩基性化合物について個別に説明する。
<脂肪族アミン>
脂肪族アミンとしては、アンモニア(NH3)の水素原子の少なくとも1つを、炭素数12以下のアルキル基もしくはヒドロキシアルキル基で置換したアルキルアミンまたはアルキルアルコールアミンが挙げられることができる。具体的には、モノアルキルアミンであるn−ヘキシルアミン、n−ヘプチルアミン、n−オクチルアミン、n−ノニルアミンもしくはn−デシルアミン、ジアルキルアミンであるジエチルアミン、ジ−n−プロピルアミン、ジ−n−ヘプチルアミン、ジ−n−オクチルアミンもしくはジシクロヘキシルアミン、トリアルキルアミンであるトリメチルアミン、トリエチルアミン、トリ−n−プロピルアミン、トリ−n−ブチルアミン、トリ−n−ヘキシルアミン、トリ−n−ペンチルアミン、トリ−n−ヘプチルアミン、トリ−n−オクチルアミン、トリ−n−ノニルアミン、トリ−n−デカニルアミンもしくはトリ−n−ドデシルアミン、またはアルキルアルコールアミンであるジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン、トリイソプロパノールアミン、ジ−n−オクタノールアミンもしくはトリ−n−オクタノールアミンを例示することができる。
The basic compound component is preferably used in a range of 0.01 parts by weight or more and 5 parts by weight or less, based on 100 parts by weight of the total resist solid content excluding the solvent. The compounds will be described individually.
<Aliphatic amine>
Examples of the aliphatic amine include alkyl amines or alkyl alcohol amines in which at least one hydrogen atom of ammonia (NH 3 ) is substituted with an alkyl group having 12 or less carbon atoms or a hydroxyalkyl group. Specifically, n-hexylamine, n-heptylamine, n-octylamine, n-nonylamine or n-decylamine, which are monoalkylamines, diethylamine, di-n-propylamine, di-n-, which are dialkylamines Heptylamine, di-n-octylamine or dicyclohexylamine, trialkylamine trimethylamine, triethylamine, tri-n-propylamine, tri-n-butylamine, tri-n-hexylamine, tri-n-pentylamine, tri N-heptylamine, tri-n-octylamine, tri-n-nonylamine, tri-n-decanylamine or tri-n-dodecylamine, or alkyl alcohol amines such as diethanolamine, triethanolamine, diisopropano Triethanolamine, triisopropanolamine, di -n- octanol amine or tri -n- octanol amine can be exemplified.

これらの脂肪族アミン中でも、好ましくはアルコールアミンまたはトリアルキルアミンであり、さらに好ましくは、アルキルアルコールアミンである。特にアルキルアルコールアミンであるトリエタノールアミンまたはトリイソプロパノールアミンである。
<その他の塩基性化合物>
また、脂肪族アミン以外のその他の塩基性化合物としては、環状アミンを用いてもよく、具体的にはアニリンまたはアニリン誘導体であるN−メチルアニリン、N−エチルアニリン、N−プロピルアニリン、N,N−ジメチルアニリン、2−メチルアニリン、3−メチルアニリン、4−メチルアニリン、エチルアニリン、プロピルアニリン、トリメチルアニリン、2−ニトロアニリン、3−ニトロアニリン、4−ニトロアニリン、2,4−ジニトロアニリン、2,6−ジニトロアニリン、3,5−ジニトロアニリンもしくはN,N−ジメチルトルイジン、複素環アミンである1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]ノナ−5−エン、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデカ−7−エン、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン、4−ジメチルアミノピリジン、ヘキサメチレンテトラミン、4,4−ジメチルイミダゾリン、ヒンダードアミンであるビス(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル)セバゲート、またはアルコール性含窒素化合物である2−ヒドロキシピリジン、アミノクレゾール、2,4−キノリンジオール、3−インドールメタノールヒドレート、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、N−エチルジエタノールアミン、N,N−ジエチルエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン、2,2'−イミノジエタノール、2−アミノエタノ−ル、3−アミノ−1−プロパノール、4−アミノ−1−ブタノール、4−(2−ヒドロキシエチル)モルホリン、2−(2−ヒドロキシエチル)ピリジン、1−(2−ヒドロキシエチル)ピペラジンもしくは1−[2−(2−ヒドロキシエトキシ)エチル]ピペラジンを例示することができる。これらの塩基性化合物は単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
Among these aliphatic amines, an alcohol amine or a trialkylamine is preferable, and an alkyl alcohol amine is more preferable. In particular, triethanolamine or triisopropanolamine which is an alkyl alcohol amine.
<Other basic compounds>
As other basic compounds other than aliphatic amines, cyclic amines may be used. Specifically, aniline or aniline derivatives such as N-methylaniline, N-ethylaniline, N-propylaniline, N, N-dimethylaniline, 2-methylaniline, 3-methylaniline, 4-methylaniline, ethylaniline, propylaniline, trimethylaniline, 2-nitroaniline, 3-nitroaniline, 4-nitroaniline, 2,4-dinitroaniline 2,6-dinitroaniline, 3,5-dinitroaniline or N, N-dimethyltoluidine, 1,5-diazabicyclo [4.3.0] non-5-ene which is a heterocyclic amine, 1,8-diazabicyclo [5.4.0] undec-7-ene, 1,4-diazabicyclo [2.2.2] octa 4-dimethylaminopyridine, hexamethylenetetramine, 4,4-dimethylimidazoline, hindered amine bis (1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidyl) sebagate, or alcoholic nitrogen-containing compound 2 -Hydroxypyridine, aminocresol, 2,4-quinolinediol, 3-indolemethanol hydrate, monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, N-ethyldiethanolamine, N, N-diethylethanolamine, triisopropanolamine, 2, 2'-iminodiethanol, 2-aminoethanol, 3-amino-1-propanol, 4-amino-1-butanol, 4- (2-hydroxyethyl) morpholine, 2- (2-hydroxyethyl) pyridine, 1- ( - hydroxyethyl) piperazine or 1- [2- (2-hydroxyethoxy) ethyl] piperazine can be exemplified. These basic compounds may be used alone or in combination of two or more.

[界面活性剤]
本発明の化学増幅型レジストには、界面活性剤、好ましくはフッ素系またはシリコン系界面活性剤を含有させることができる。これら界面活性剤を含有することにより、250nm以下、特に220nm以下の露光光源の使用時に、密着性及び現像欠陥の少ない高精細なレジストパターンを得ることができる。本発明の化学増幅型レジストにおける界面活性剤の添加量は、レジスト固形分の全量を100質量部として、好ましくは0.01質量部以上、5質量部以下の範囲で用いることが好ましい。
[Surfactant]
The chemically amplified resist of the present invention can contain a surfactant, preferably a fluorine-based or silicon-based surfactant. By containing these surfactants, a high-definition resist pattern with less adhesion and development defects can be obtained when using an exposure light source of 250 nm or less, particularly 220 nm or less. The addition amount of the surfactant in the chemically amplified resist of the present invention is preferably in the range of 0.01 parts by mass or more and 5 parts by mass or less, based on 100 parts by mass of the total solid content of the resist.

7.パターン形成方法
本発明のパターン形成方法は、レジスト組成物を基板上に塗布する工程(A)と、加熱処理後フォトマスクを介して波長300nm以下の電磁波である高エネルギー線で露光する工程(B)と、加熱処理しないで、または加熱処理した後、現像液を用いて現像する工程(C)とを含むパターン形成方法である。
7). Pattern Forming Method The pattern forming method of the present invention comprises a step (A) of applying a resist composition on a substrate and a step of exposing with a high energy ray that is an electromagnetic wave having a wavelength of 300 nm or less through a photomask after heat treatment (B ) And a step (C) of developing with a developer without heat treatment or after heat treatment.

本発明の化学増幅型レジストを用いることにより、一般的なフォトリソグラフィ法によるパターン形成方法に準じてパターニングを行うことができる。具体例を示すならば、基板としてのシリコンウエハに、本発明の化学増幅型レジストをスピナーによりスピンコートし、乾燥することによってレジスト膜を形成し、これに露光装置から高エネルギー線または電子線をフォトマスクを介して照射する。次いでこれを現像液、例えば酢酸ブチルのような有機溶剤などを用いて未露光部を溶解除去する現像処理を行い、フォトマスクのマスクパターンが忠実に転写されたレジストパターンをシリコンウエハ上に得ることができる。   By using the chemically amplified resist of the present invention, patterning can be performed according to a pattern formation method by a general photolithography method. As a specific example, a chemically amplified resist of the present invention is spin-coated on a silicon wafer as a substrate with a spinner and dried to form a resist film, and a high energy beam or an electron beam is applied to this from an exposure apparatus. Irradiate through a photomask. Next, this is subjected to a development process in which an unexposed portion is dissolved and removed using a developer, for example, an organic solvent such as butyl acetate, to obtain a resist pattern on which a mask pattern of a photomask is faithfully transferred on a silicon wafer. Can do.

[高エネルギー線]
本発明のパターン形成方法で用いる高エネルギー線は特に限定されない。例えば、光源としては、380nm以下の高エネルギー線の発生源を備えた露光装置であるArFエキシマレーザ(発振波長193nm)のレーザ光、KrFエキシマレーザ(発振波長248nm)を用いることができる。また、本発明の化学増幅型レジストを用いた本発明のパターン形成方法は、波長10nm以上、14nm以下の軟X線光に対しても感度よく、高精細のレジストパターンを得ることができる。また、電子の一定方向の流れである電子線に対しても感度を有する。
[High energy line]
The high energy rays used in the pattern forming method of the present invention are not particularly limited. For example, as a light source, an ArF excimer laser (oscillation wavelength 193 nm) laser light or a KrF excimer laser (oscillation wavelength 248 nm) which is an exposure apparatus provided with a source of high energy rays of 380 nm or less can be used. Moreover, the pattern formation method of the present invention using the chemically amplified resist of the present invention is sensitive to soft X-ray light having a wavelength of 10 nm or more and 14 nm or less, and a high-definition resist pattern can be obtained. It also has sensitivity to an electron beam that is a flow of electrons in a certain direction.

[液浸リソグラフィ法]
本発明のパターン形成方法は本発明の化学増幅型レジストを用いるので、光路の一部に水やフッ素系の溶剤などに使用する高エネルギー線の吸収が少ない媒質を用い開口数または有効波長において有利でより効率的な微細加工を可能とする液浸露光装置を使用する液浸リソグラフィ法に有効である。
[Immersion lithography method]
Since the pattern formation method of the present invention uses the chemically amplified resist of the present invention, it is advantageous in a numerical aperture or effective wavelength by using a medium with a low absorption of high energy rays used for water or a fluorine-based solvent in a part of the optical path. Therefore, it is effective for an immersion lithography method using an immersion exposure apparatus that enables more efficient fine processing.

さらに、上記パターン形成方法において、工程(B)が、高エネルギー線がArFエキシマレーザによる波長193nmのレーザ光、またはKrFエキシマレーザによる波長248nmを用いた液浸リソグラフィ法による工程(B)である上記のパターン形成方法であることが好ましい。   Further, in the pattern forming method, the step (B) is a step (B) by an immersion lithography method in which the high energy ray uses a laser beam having a wavelength of 193 nm by an ArF excimer laser or a wavelength 248 nm by a KrF excimer laser. The pattern forming method is preferable.

[現像液]
本発明のパターン形成方法で用いる現像液には有機溶剤を用いる。
[Developer]
An organic solvent is used for the developer used in the pattern forming method of the present invention.

用いる有機溶剤としては、式(1)で表される繰り返し単位を含む含フッ素重合体を含むレジストの成分が可溶であればよく、ケトン系溶剤、多価アルコール系溶剤、鎖式エーテル系溶剤、環式エーテル系溶剤、エステル系溶剤、芳香族系溶剤、フッ素系溶剤、ターペン系の石油ナフサ溶剤、またはパラフィン系溶剤を挙げることができる。具体的には、ケトン系溶剤であるアセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、メチルイソアミルケトン、2−ペンタノン、2−ヘキサノンまたは2−ヘプタノン、多価アルコール系溶剤であるエチレングリコール、エチレングリコールモノアセテート、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノアセテート、プロピレングリコール、プロピレングリコールモノアセテート、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メチルエーテルアセテート(PGMEA)、ジプロピレングリコール又はジプロピレングリコールモノアセテートのモノメチルエーテル、モノエチルエーテル、モノプロピルエーテル、モノブチルエーテルもしくはモノフェニルエーテルおよびその誘導体、鎖式エーテル系溶剤であるジイソプロピルエーテル、ジn−ブチルエーテル、ジi−ブチルエーテル、ジn−ペンチルエーテル、ジi−ペンチルエーテル、ジフェニルエーテル、環式エーテルであるジオキサン、エステル系溶剤である乳酸メチル、乳酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸n−ブチル、酢酸i−ブチル、酢酸n−ペンチル、酢酸i−ペンチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、メトキシプロピオン酸メチルもしくはエトキシプロピオン酸エチル、芳香族系溶剤であるキシレン、トルエンまたはアニソール、フッ素系溶剤であるフロン、代替フロン、パーフルオロ化合物もしくはヘキサフルオロイソプロピルアルコール、ターペン系の石油ナフサ溶剤またはパラフィン系溶剤を例示することができる。これらは単独で用いてもよいし、2種以上混合して用いてもよい。   As the organic solvent to be used, it is sufficient that the resist component containing the fluoropolymer containing the repeating unit represented by the formula (1) is soluble, such as a ketone solvent, a polyhydric alcohol solvent, a chain ether solvent. And cyclic ether solvents, ester solvents, aromatic solvents, fluorine solvents, terpene petroleum naphtha solvents, and paraffin solvents. Specifically, acetone-based solvents such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone, methyl isoamyl ketone, 2-pentanone, 2-hexanone or 2-heptanone, polyhydric alcohol solvents ethylene glycol, ethylene glycol monoacetate , Diethylene glycol, diethylene glycol monoacetate, propylene glycol, propylene glycol monoacetate, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA), monomethyl ether of dipropylene glycol or dipropylene glycol monoacetate, monoethyl ether, monopropyl ether, Monobutyl ether or monophenyl ether and its derivatives Diisopropyl ether, di n-butyl ether, di i-butyl ether, di n-pentyl ether, di i-pentyl ether, diphenyl ether, cyclic ether dioxane, ester solvent methyl lactate, lactic acid Ethyl, methyl acetate, ethyl acetate, n-butyl acetate, i-butyl acetate, n-pentyl acetate, i-pentyl acetate, methyl pyruvate, ethyl pyruvate, methyl methoxypropionate or ethyl ethoxypropionate, aromatic solvents Examples include xylene, toluene or anisole, fluorocarbons such as chlorofluorocarbon, alternative chlorofluorocarbons, perfluoro compounds or hexafluoroisopropyl alcohol, terpene petroleum naphtha solvents, or paraffin solvents. These may be used alone or in combination of two or more.

以下の実施例により、本発明の含フッ素単量体およびその含フッ素重合体、およびそれを用いた化学増幅型レジストおよびそのパターン形成方法の実施形態を具体的に示す。しかしながら本発明の実施態様はこれらに限られるものではない。   The following examples specifically show embodiments of the fluorine-containing monomer and the fluorine-containing polymer of the present invention, a chemically amplified resist using the same, and a pattern forming method thereof. However, embodiments of the present invention are not limited to these.

1.本発明の含フッ素単量体の前駆体の合成例
最初に本発明の含フッ素単量体を得るためのヘキサフルオロイソプロパノール基を含む前駆体の合成例1〜11を示す。
1. Synthesis Examples of Precursors of Fluorinated Monomers of the Present Invention First, Synthesis Examples 1 to 11 of precursors containing hexafluoroisopropanol groups for obtaining the fluorinated monomers of the present invention are shown.

[前駆体の合成例1]
本発明の含フッ素単量体を得るためのヘキサフルオロイソプロパノール基を含む前駆体である、4,4,4−トリフルオロ−3−ヒドロキシ−3−トリフルオロメチル−ブチルビニルエーテルを合成した。以下に構造式を示す。
[Precursor Synthesis Example 1]
4,4,4-trifluoro-3-hydroxy-3-trifluoromethyl-butyl vinyl ether, which is a precursor containing a hexafluoroisopropanol group for obtaining the fluorine-containing monomer of the present invention, was synthesized. The structural formula is shown below.

Figure 2017145383
Figure 2017145383

内容積1Lのフラスコに純度99質量%の4,4,4−トリフルオロ−3−ヒドロキシ−3−トリフルオロメチル−1−ブタノール22.7gとエチルビニルエーテル165.3gを入れ、室温(約23℃、以下同じ)にて撹拌した。さらに触媒としての酢酸パラジウム(II)1.3gと配位子2,2’−ビピリジン1.1gを加えた後、室温にて5時間撹拌し反応液を得た。   Into a flask having an internal volume of 1 L, 22.7 g of 4,4,4-trifluoro-3-hydroxy-3-trifluoromethyl-1-butanol having a purity of 99% by mass and 165.3 g of ethyl vinyl ether were placed at room temperature (about 23 ° C. , The same below). Further, 1.3 g of palladium (II) acetate as a catalyst and 1.1 g of ligand 2,2'-bipyridine were added, and the mixture was stirred at room temperature for 5 hours to obtain a reaction solution.

反応液のガスクロマトグラフィー分析を行ったところ、目的物である4,4,4−トリフルオロ−3−ヒドロキシ−3−トリフルオロメチル−ブチルビニルエーテルへの変換率は93%、選択率は87%であった。続いて、反応液に水50gを加え10分間撹拌し、濾過し触媒残渣を除去し濾液を分液ロートに移した。分液した有機層の水分を硫酸マグネシウムにて除去後、濾過した。その後、温度55℃〜58℃、圧力1.0kPa下で減圧蒸留することで、無色液体として4,4,4−トリフルオロ−3−ヒドロキシ−3−トリフルオロメチル−ブチルビニルエーテル13.6gを、純度98%で得た。   As a result of gas chromatographic analysis of the reaction solution, it was found that the conversion rate to 4,4,4-trifluoro-3-hydroxy-3-trifluoromethyl-butyl vinyl ether as a target product was 93%, and the selectivity was 87%. Met. Subsequently, 50 g of water was added to the reaction solution, stirred for 10 minutes, filtered to remove the catalyst residue, and the filtrate was transferred to a separatory funnel. The water of the separated organic layer was removed with magnesium sulfate and then filtered. Then, 13.6 g of 4,4,4-trifluoro-3-hydroxy-3-trifluoromethyl-butyl vinyl ether was obtained as a colorless liquid by distillation under reduced pressure at a temperature of 55 ° C. to 58 ° C. under a pressure of 1.0 kPa. Obtained with a purity of 98%.

得られた4,4,4−トリフルオロ−3−ヒドロキシ−3−トリフルオロメチル−ブチルビニルエーテルの核磁気共鳴スペクトル(NMR)による分析結果を以下に示す。
1H NMR(測定溶剤:重クロロホルム,基準物質:テトラメチルシラン);δ=6.45(dd,J=14.4Hz,6.8Hz,1H),4.70(s,1H),4.32(dd,J=14.4Hz,2.8Hz,1H),4.21(dd,J=6.8Hz,2.8Hz,1H),4.09(t,J=5.6Hz,2H),2.39(t,J=5.6Hz,2H),19F NMR(測定溶剤:重クロロホルム,基準物質:トリクロロフルオロメタン);δ=−77.90(s,6F).
The analysis result by nuclear magnetic resonance spectrum (NMR) of the obtained 4,4,4-trifluoro-3-hydroxy-3-trifluoromethyl-butyl vinyl ether is shown below.
1 H NMR (measurement solvent: deuterated chloroform, reference material: tetramethylsilane); δ = 6.45 (dd, J = 14.4 Hz, 6.8 Hz, 1H), 4.70 (s, 1H), 4. 32 (dd, J = 14.4 Hz, 2.8 Hz, 1H), 4.21 (dd, J = 6.8 Hz, 2.8 Hz, 1H), 4.09 (t, J = 5.6 Hz, 2H) , 2.39 (t, J = 5.6 Hz, 2H), 19 F NMR (measurement solvent: deuterated chloroform, reference material: trichlorofluoromethane); δ = −77.90 (s, 6F).

[前駆体の合成例2]
本発明の含フッ素単量体を得るためのヘキサフルオロイソプロパノール基を含む前駆体である、1,1,1−トリフルオロ−2−ヒドロキシ−6−メチル−2−トリフルオロメチルヘプタン−4−イルビニルエーテルを合成した。以下に構造式を示す。
[Precursor Synthesis Example 2]
1,1,1-trifluoro-2-hydroxy-6-methyl-2-trifluoromethylheptan-4-yl, which is a precursor containing a hexafluoroisopropanol group for obtaining the fluorine-containing monomer of the present invention Vinyl ether was synthesized. The structural formula is shown below.

Figure 2017145383
Figure 2017145383

内容積1Lのフラスコに純度99質量%の1,1,1−トリフルオロ−2−ヒドロキシ−6−メチル−2−トリフルオロメチルヘプタン−4−オール30.5gとエチルビニルエーテル165.3gを入れ室温にて撹拌した。さらに酢酸パラジウム(II)1.3gと2,2’−ビピリジン1.1gを加えた後、室温にて10時間撹拌し反応液を得た。   Into a flask having an internal volume of 1 L, 30.5 g of 1,1,1-trifluoro-2-hydroxy-6-methyl-2-trifluoromethylheptan-4-ol having a purity of 99% by mass and 165.3 g of ethyl vinyl ether were placed at room temperature. Was stirred at. Further, 1.3 g of palladium (II) acetate and 1.1 g of 2,2′-bipyridine were added, followed by stirring at room temperature for 10 hours to obtain a reaction solution.

反応液を得たガスクロマトグラフィー分析を行ったところ、1,1,1−トリフルオロ−2−ヒドロキシ−6−メチル−2−トリフルオロメチルヘプタン−4−イルビニルエーテルへの変換率は83%、選択率は80%であった。続いて、水50gを加え10分間撹拌し、濾過し触媒残渣を除去し、得られた濾液を分液ロートに移した。分液した有機層を硫酸マグネシウムにて水分を除去、濾過した。その後、温度65℃〜67℃、圧力1.0kPa圧下で減圧蒸留することで、無色液体として1,1,1−トリフルオロ−2−ヒドロキシ−6−メチル−2−トリフルオロメチルヘプタン−4−イルビニルエーテル15.1gを、純度97%で得た。   When the gas chromatographic analysis of the reaction solution was performed, the conversion rate to 1,1,1-trifluoro-2-hydroxy-6-methyl-2-trifluoromethylheptan-4-yl vinyl ether was 83%, The selectivity was 80%. Subsequently, 50 g of water was added, stirred for 10 minutes, filtered to remove catalyst residues, and the resulting filtrate was transferred to a separatory funnel. The separated organic layer was filtered with magnesium sulfate and filtered. Then, 1,1,1-trifluoro-2-hydroxy-6-methyl-2-trifluoromethylheptane-4-4 as a colorless liquid was distilled under reduced pressure at a temperature of 65 ° C. to 67 ° C. and a pressure of 1.0 kPa. 15.1 g of ilvinyl ether was obtained with a purity of 97%.

得られた1,1,1−トリフルオロ−2−ヒドロキシ−6−メチル−2−トリフルオロメチルヘプタン−4−イルビニルエーテルのNMRによる分析結果を以下に示す。
1H NMR(測定溶剤:重クロロホルム,基準物質:テトラメチルシラン);δ=6.
46(dd,J=14.4Hz,6.8Hz,1H),4.71(s,1H),4.31(m,1H),4.22(dd,J=6.8Hz,2.8Hz,1H),4.09(dd,J=10.0Hz,3.6Hz,1H),2.32(dd,J=16.4Hz,4.4Hz,1H),2.29(d,J=16.4Hz,1H),1.90(m,1H),1.73(m,1H),1.40(m,1H),0.96(d,J=6.8Hz,3H),0.90(d,J=6.8Hz,3H),19F NMR(測定溶剤:重クロロホルム,基準物質:トリクロロフルオロメタン);δ=−76.81(q,J=9.6Hz,3F),−79.53(q,J=9.6Hz,3F).
The analysis results by NMR of the obtained 1,1,1-trifluoro-2-hydroxy-6-methyl-2-trifluoromethylheptan-4-yl vinyl ether are shown below.
1 H NMR (measurement solvent: deuterated chloroform, reference material: tetramethylsilane); δ = 6.
46 (dd, J = 14.4 Hz, 6.8 Hz, 1H), 4.71 (s, 1H), 4.31 (m, 1H), 4.22 (dd, J = 6.8 Hz, 2.8 Hz) , 1H), 4.09 (dd, J = 10.0 Hz, 3.6 Hz, 1H), 2.32 (dd, J = 16.4 Hz, 4.4 Hz, 1H), 2.29 (d, J = 16.4 Hz, 1 H), 1.90 (m, 1 H), 1.73 (m, 1 H), 1.40 (m, 1 H), 0.96 (d, J = 6.8 Hz, 3 H), 0 .90 (d, J = 6.8 Hz, 3H), 19 F NMR (measurement solvent: deuterated chloroform, reference material: trichlorofluoromethane); δ = −76.81 (q, J = 9.6 Hz, 3F), -79.53 (q, J = 9.6 Hz, 3F).

[前駆体の合成例3〜8]
前駆体の合成例1〜2と同様に合成して、表1の合成例3〜8に示す構造式および純度を有する前駆体を得た。
[Precursor Synthesis Examples 3 to 8]
Synthesis was performed in the same manner as in Synthesis Examples 1 and 2 of the precursor, and precursors having the structural formulas and purity shown in Synthesis Examples 3 to 8 in Table 1 were obtained.

Figure 2017145383
Figure 2017145383

[前駆体の合成例9]
本発明の含フッ素単量体を得るためのヘキサフルオロイソプロパノール基を含む前駆体である、4,4,4−トリフルオロ−3−ヒドロキシ−3−トリフルオロメチル−ブチルアルデヒドを合成した。以下に構造式を示す。
[Precursor Synthesis Example 9]
4,4,4-trifluoro-3-hydroxy-3-trifluoromethyl-butyraldehyde, a precursor containing a hexafluoroisopropanol group for obtaining the fluorine-containing monomer of the present invention, was synthesized. The structural formula is shown below.

Figure 2017145383
Figure 2017145383

温度計、撹拌翼を備えた1Lのオートクレーブに、ピリジン128.6g(1.63mol)を仕込んで密閉し、撹拌しながら室温で1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロアセトン177.3g(1.07mol)を加えた。内温を70℃に加温し、アセトアルデヒド49.4g(1.12mol)とジイソプロピルエーテル266gの混合溶液を5時間かけて徐々に圧入した。15時間経過後に大気開放し、617gの反応液を得た。続いて、反応液を分液ロートに移し、12規定の塩酸水溶液150mlを加え振って洗浄し、分離した有機層に、各回毎に水170mlを用いて3回洗浄した後に分離させ、有機層490gを得た。その後、洗浄後回収した塩酸水溶液と回収した水層を加え、ジイソプロピルエーテル130gを用い3回抽出を行った。4,4,4−トリフルオロ−3−ヒドロキシ−3−トリフルオロメチル−ブチルアルデヒドを46質量%のジイソプロピルエーテル溶液910gとして得た。   In a 1 L autoclave equipped with a thermometer and a stirring blade, 128.6 g (1.63 mol) of pyridine was charged and sealed, and 1,1,1,3,3,3-hexafluoroacetone 177. 3 g (1.07 mol) was added. The internal temperature was raised to 70 ° C., and a mixed solution of 49.4 g (1.12 mol) of acetaldehyde and 266 g of diisopropyl ether was gradually injected over 5 hours. After 15 hours, the atmosphere was released to obtain 617 g of a reaction solution. Subsequently, the reaction solution was transferred to a separatory funnel, washed with 150 ml of 12N aqueous hydrochloric acid and shaken. The separated organic layer was washed three times with 170 ml of water each time, and separated into 490 g of an organic layer. Got. Thereafter, a hydrochloric acid aqueous solution recovered after washing and an aqueous layer recovered were added, and extraction was performed three times using 130 g of diisopropyl ether. 4,4,4-trifluoro-3-hydroxy-3-trifluoromethyl-butyraldehyde was obtained as 910 g of a 46% by mass diisopropyl ether solution.

得られた4,4,4−トリフルオロ−3−ヒドロキシ−3−トリフルオロメチル−ブチルアルデヒドのNMRによる分析結果を以下に示す。   The results of NMR analysis of the obtained 4,4,4-trifluoro-3-hydroxy-3-trifluoromethyl-butyraldehyde are shown below.

1H NMR(測定溶剤:重クロロホルム,基準物質:テトラメチルシラン);δ=9.
81(s,1H),6.12(s,1H),5.77(s,1H),4.65(m,1H),4.26(s,2H),4.18(m,2H),3.23(m,1H),2.75(m,2H),2.05(s,3H),1.93(m,10H).19F NMR(測定溶剤:重クロロホルム,基準物質:トリクロロフルオロメタン);δ=−73.45(q,J=9.0Hz,3F),−73.83(q,J=9.0Hz,3F),−112.9(s,2F),−118.8(s,2F).
1 H NMR (measurement solvent: deuterated chloroform, reference material: tetramethylsilane); δ = 9.
81 (s, 1H), 6.12 (s, 1H), 5.77 (s, 1H), 4.65 (m, 1H), 4.26 (s, 2H), 4.18 (m, 2H) ), 3.23 (m, 1H), 2.75 (m, 2H), 2.05 (s, 3H), 1.93 (m, 10H). 19 F NMR (measurement solvent: deuterated chloroform, reference material: trichlorofluoromethane); δ = −73.45 (q, J = 9.0 Hz, 3F), −73.83 (q, J = 9.0 Hz, 3F) ), -112.9 (s, 2F), -118.8 (s, 2F).

2.本発明の含フッ素単量体の合成
[含フッ素単量体の合成例1]
本発明の含フッ素単量体である3−[1−(4,4,4−トリフルオロ−3−ヒドロキシ−3−トリフルオロメチル)−ブトキシ−1−メチル]メトキシ−1−メタクリロイルオキシアダマンタン(以下、M−1と呼ぶことがある)を合成した。以下に構造式を示す。
2. Synthesis of fluorinated monomer of the present invention [Synthesis example 1 of fluorinated monomer]
3- [1- (4,4,4-trifluoro-3-hydroxy-3-trifluoromethyl) -butoxy-1-methyl] methoxy-1-methacryloyloxyadamantane (the fluorine-containing monomer of the present invention) Hereinafter, it may be referred to as M-1). The structural formula is shown below.

Figure 2017145383
Figure 2017145383

滴下ロートを備えた内容積100mLのフラスコに3−ヒドロキシ−1−メタクリロイルオキシアダマンタン2.1gとパラトルエンスルホン酸ピリジウム0.1gと脱水テトラヒドロフラン6.2gを入れ撹拌した。室温にて、その溶液に前駆体の合成例1で得た純度98%の4,4,4−トリフルオロ−3−ヒドロキシ−3−トリフルオロメチル−ブチルビニルエーテル4.0gを滴下ロートより滴下した後、4時間撹拌し反応させ反応液を得た。   A flask having an internal volume of 100 mL equipped with a dropping funnel was charged with 2.1 g of 3-hydroxy-1-methacryloyloxyadamantane, 0.1 g of pyrudium paratoluenesulfonate, and 6.2 g of dehydrated tetrahydrofuran. At room temperature, 4.0 g of 4,4,4-trifluoro-3-hydroxy-3-trifluoromethyl-butyl vinyl ether having a purity of 98% obtained in Synthesis Example 1 of the precursor was dropped into the solution from the dropping funnel. Thereafter, the mixture was stirred and reacted for 4 hours to obtain a reaction solution.

反応液の高速液体クロマトグラフィー分析を行ったところ、原料である4,4,4−トリフルオロ−3−ヒドロキシ−3−トリフルオロメチル−ブチルビニルエーテルの使用量から算出した理論値に対し目的物である3−[1−(4,4,4−トリフルオロ−3−ヒドロキシ−3−トリフルオロメチル)−ブトキシ−1−メチル]メトキシ−1−メタクリロイルオキシアダマンタンへの変換率は68%、選択率は53%であった。続いて、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液10gを加え、反応液のpHを8とし、ノルマルヘキサン20gを加え得られた有機層を水10gにて2回、飽和食塩水10gにて1回順次洗浄し、有機層の水分を硫酸マグネシウムにて除去後、濾過した。その後、減圧濃縮することで有機溶剤を留去し、展開溶剤にヘキサン:酢酸エチル=10:1を用いカラムクロマトグラフィーにて精製することで、無色液体として3−[1−(4,4,4−トリフルオロ−3−ヒドロキシ−3−トリフルオロメチル)−ブトキシ−1−メチル]メトキシ−1−メタクリロイルオキシアダマンタンを、2.2gを純度97%で得た。   When the high performance liquid chromatographic analysis of the reaction solution was performed, the target product was compared with the theoretical value calculated from the amount of 4,4,4-trifluoro-3-hydroxy-3-trifluoromethyl-butyl vinyl ether used as a raw material. Conversion to certain 3- [1- (4,4,4-trifluoro-3-hydroxy-3-trifluoromethyl) -butoxy-1-methyl] methoxy-1-methacryloyloxyadamantane is 68%, selectivity Was 53%. Subsequently, 10 g of a saturated aqueous sodium hydrogen carbonate solution was added to adjust the pH of the reaction solution to 8, and 20 g of normal hexane was added to wash the resulting organic layer twice with 10 g of water and once with 10 g of saturated brine, The organic layer was filtered with magnesium sulfate and then filtered. Thereafter, the organic solvent is distilled off by concentration under reduced pressure, and the residue is purified by column chromatography using hexane: ethyl acetate = 10: 1 as a developing solvent to give 3- [1- (4,4,4) as a colorless liquid. 2.2 g of 4-trifluoro-3-hydroxy-3-trifluoromethyl) -butoxy-1-methyl] methoxy-1-methacryloyloxyadamantane were obtained with a purity of 97%.

得られた3−[1−(4,4,4−トリフルオロ−3−ヒドロキシ−3−トリフルオロメチル)−ブトキシ−1−メチル]メトキシ−1−メタクリロイルオキシアダマンタンのNMRによる分析結果を以下に示す。   The NMR analysis results of the obtained 3- [1- (4,4,4-trifluoro-3-hydroxy-3-trifluoromethyl) -butoxy-1-methyl] methoxy-1-methacryloyloxyadamantane are shown below. Show.

1H NMR(測定溶剤:重クロロホルム,基準物質:テトラメチルシラン);δ=6.
00(s,1H),5.68(s,1H),5.49(s,1H),5.09(q,J=5.6Hz,1H),3.93(m,1H),3.83(m,1H),2.35(s,2H),2.29(t,J=5.6Hz,2H),2.18(s,2H),2.11(d,J=11.6Hz,2H),2.04(d,J=11.6Hz,2H),1.88(s,3H),1.75(m,4H),1.55(m,2H),1.30(d,J=5.6Hz,3H).19F NMR(測定溶剤:重クロロホルム,基準物質:トリクロロフルオロメタン);δ=−77.82(s,3F),−78.03(s,3F).
[含フッ素単量体の合成例2〜11]
上述のように、「含フッ素単量体の合成例1」では「前駆体の合成例1」で得た前駆体4,4,4−トリフルオロ−3−ヒドロキシ−3−トリフルオロメチル−ブチルビニルエーテルを用いた。
1 H NMR (measurement solvent: deuterated chloroform, reference material: tetramethylsilane); δ = 6.
00 (s, 1H), 5.68 (s, 1H), 5.49 (s, 1H), 5.09 (q, J = 5.6 Hz, 1H), 3.93 (m, 1H), 3 .83 (m, 1H), 2.35 (s, 2H), 2.29 (t, J = 5.6 Hz, 2H), 2.18 (s, 2H), 2.11 (d, J = 11 .6 Hz, 2H), 2.04 (d, J = 11.6 Hz, 2H), 1.88 (s, 3H), 1.75 (m, 4H), 1.55 (m, 2H), 1. 30 (d, J = 5.6 Hz, 3H). 19 F NMR (measurement solvent: deuterated chloroform, reference material: trichlorofluoromethane); δ = −77.82 (s, 3F), −78.03 (s, 3F).
[Synthesis Examples 2 to 11 of fluorinated monomer]
As described above, in “Synthesis example 1 of fluorine-containing monomer”, the precursor 4,4,4-trifluoro-3-hydroxy-3-trifluoromethyl-butyl obtained in “Synthesis example 1 of precursor” was used. Vinyl ether was used.

「含フッ素単量体の合成例1」同様にして「前駆体の合成例2〜9」で得た前駆体を用い、表2に示す略号M−2〜11の含フッ素単量体の合成を行った。   Using the precursors obtained in “Precursor Synthesis Examples 2 to 9” in the same manner as in “Fluoromonomer Synthesis Example 1”, the synthesis of fluorine-containing monomers having the abbreviations M-2 to 11 shown in Table 2 Went.

具体的には、合成例2では3−ヒドロキシ−1−メタクリロイルオキシアダマンタンに替えて3−ヒドロキシ−5−メトキシ−1−メタクリロイルオキシアダマンタンを用いた。同様に3−ヒドロキシ−1−メタクリロイルオキシアダマンタンに替えて合成例3では3,5−ジヒドロキシ−1−メタクリロイルオキシアダマンタンを、合成例4ではアセトキシ−3−ヒドロキシ−1−メタクリロイルオキシアダマンタンを、合成例5では3−ヒドロキシ−5−メチル−1−メタクリロイルオキシアダマンタンを、合成例7では4−ヒドロキシ−1−メタクリロイルオキシベンゼンを用いた。   Specifically, in Synthesis Example 2, 3-hydroxy-5-methoxy-1-methacryloyloxyadamantane was used instead of 3-hydroxy-1-methacryloyloxyadamantane. Similarly, instead of 3-hydroxy-1-methacryloyloxyadamantane, 3,5-dihydroxy-1-methacryloyloxyadamantane was synthesized in Synthesis Example 3, acetoxy-3-hydroxy-1-methacryloyloxyadamantane was synthesized in Synthesis Example 4, and Synthesis Example In Example 5, 3-hydroxy-5-methyl-1-methacryloyloxyadamantane was used, and in Synthesis Example 7, 4-hydroxy-1-methacryloyloxybenzene was used.

また、合成例10では3−カルボキシ−1−メタクリロイルオキシアダマンタンと前駆体の合成例1で得た前駆体4,4,4−トリフルオロ−3−ヒドロキシ−3−トリフルオロメチル−ブチルビニルエーテルを用いた。   In Synthesis Example 10, 3-carboxy-1-methacryloyloxyadamantane and the precursor 4,4,4-trifluoro-3-hydroxy-3-trifluoromethyl-butyl vinyl ether obtained in Synthesis Example 1 of the precursor were used. It was.

また、合成例11では3−ヒドロキシ−1−メタクリロイルオキシアダマンタンの代わりに3,5−ジヒドロキシ−1−メタクリロイルオキシアダマンタンと前駆体の合成例1で得た前駆体4,4,4−トリフルオロ−3−ヒドロキシ−3−トリフルオロメチル−ブチルビニルエーテルを用いた。   In Synthesis Example 11, the precursor 4,4,4-trifluoro- obtained in Synthesis Example 1 of 3,5-dihydroxy-1-methacryloyloxyadamantane and precursor instead of 3-hydroxy-1-methacryloyloxyadamantane 3-Hydroxy-3-trifluoromethyl-butyl vinyl ether was used.

表2および表3にM−2〜M−11の含フッ素単量体の構造式および純度を示す。   Tables 2 and 3 show the structural formulas and purity of the fluorine-containing monomers M-2 to M-11.

Figure 2017145383
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Figure 2017145383
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[単量体の比較例1]
3−(1−ブトキシ−1−メチル)メトキシ−1−メタクリロイルオキシアダマンタン(以下、M´−1と呼ぶことがある)を合成した。以下に構造式を示す。3−(1−ブトキシ−1−メチル)メトキシ−1−メタクリロイルオキシアダマンタンは、ヘキサフルオロイソプロパノール基を有しない。
[Monomer Comparative Example 1]
3- (1-butoxy-1-methyl) methoxy-1-methacryloyloxyadamantane (hereinafter sometimes referred to as M′-1) was synthesized. The structural formula is shown below. 3- (1-Butoxy-1-methyl) methoxy-1-methacryloyloxyadamantane does not have a hexafluoroisopropanol group.

Figure 2017145383
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滴下ロートを備えた内容積300mLのフラスコに3−ヒドロキシ−1−メタクリロイルオキシアダマンタン10.0gとパラトルエンスルホン酸ピリジウム0.3gと2−ブタノン30.0gを入れ撹拌した。室温にて、その溶液にノルマルブチルビニルエーテル7.7g(Aldrich社製)を滴下ロートより滴下した後、1時間撹拌し反応させ反応液を得た。   To a 300-mL flask equipped with a dropping funnel, 10.0 g of 3-hydroxy-1-methacryloyloxyadamantane, 0.3 g of pyrudium paratoluenesulfonate, and 30.0 g of 2-butanone were added and stirred. At room temperature, 7.7 g of normal butyl vinyl ether (manufactured by Aldrich) was added dropwise from the dropping funnel to the solution, and the mixture was stirred for 1 hour to react to obtain a reaction solution.

反応液の高速液体クロマトグラフィー分析を行ったところ、原料である3−ヒドロキシ−1−メタクリロイルオキシアダマンタンから算出した目的物である3−(1−ブトキシ−1−メチル)メトキシ−1−メタクリロイルオキシアダマンタンへの変換率98%、選択率85%であった。続いて、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液30gを加え、反応液のpHを8とし、ノルマルヘキサン50gを加え得られた有機層を水30gにて2回、飽和食塩水30gにて1回順次洗浄し、有機層の硫酸マグネシウムにて水分を除去後、濾過した。その後、減圧濃縮することで有機溶剤を留去し、展開溶剤にヘキサン:酢酸エチル=10:1を用いてカラムクロマトグラフィーにて精製することで、無色液体として3−(1−ブトキシ−1−メチル)メトキシ−1−メタクリロイルオキシアダマンタン14.2g(以下、M´−1と呼ぶことがある)を純度97%で得た。得られた3−(1−ブトキシ−1−メチル)メトキシ−1−メタクリロイルオキシアダマンタンのNMRによる分析結果を以下に示す。
1H NMR(測定溶剤:重クロロホルム,基準物質:テトラメチルシラン);δ=6.
01(s,1H),5.48(s,1H),5.01(q,J=5.6Hz,1H),3.48(m,1H),3.40(m,1H),2.34(s,2H),2.19(s,2H),2.15(d,J=11.6Hz,2H),2.03(d,J=11.6Hz,2H),1.89(s,3H),1.77(m,4H),1.53(m,4H),1.38(m,2H),1.28(d,J=5.6Hz,3H),0.91(d,J=7.2Hz,3H).
When the reaction solution was analyzed by high performance liquid chromatography, 3- (1-butoxy-1-methyl) methoxy-1-methacryloyloxyadamantane, which was the target product calculated from 3-hydroxy-1-methacryloyloxyadamantane, which was the raw material, was obtained. The conversion rate was 98% and the selectivity was 85%. Subsequently, 30 g of a saturated aqueous sodium hydrogen carbonate solution was added to adjust the pH of the reaction solution to 8, and 50 g of normal hexane was added to wash the resulting organic layer twice with 30 g of water and once with 30 g of saturated brine, After removing water with magnesium sulfate in the organic layer, it was filtered. Thereafter, the organic solvent is distilled off by concentration under reduced pressure, and the residue is purified by column chromatography using hexane: ethyl acetate = 10: 1 as a developing solvent to give 3- (1-butoxy-1- 14.2 g (methyl) methoxy-1-methacryloyloxyadamantane (hereinafter sometimes referred to as M′-1) was obtained with a purity of 97%. The analysis result by NMR of the obtained 3- (1-butoxy-1-methyl) methoxy-1-methacryloyloxyadamantane is shown below.
1 H NMR (measurement solvent: deuterated chloroform, reference material: tetramethylsilane); δ = 6.
01 (s, 1H), 5.48 (s, 1H), 5.01 (q, J = 5.6 Hz, 1H), 3.48 (m, 1H), 3.40 (m, 1H), 2 .34 (s, 2H), 2.19 (s, 2H), 2.15 (d, J = 11.6 Hz, 2H), 2.03 (d, J = 11.6 Hz, 2H), 1.89 (S, 3H), 1.77 (m, 4H), 1.53 (m, 4H), 1.38 (m, 2H), 1.28 (d, J = 5.6 Hz, 3H),. 91 (d, J = 7.2 Hz, 3H).

[単量体の比較例2]
3−(2,2,2−トリフロエトキシ−1−メチル)メトキシ−1−メタクリロイルオキシアダマンタン(以下、M´−2と呼ぶことがある)を合成した。以下に構造式を示す3−(2,2,2−トリフロエトキシ−1−メチル)メトキシ−1−メタクリロイルオキシアダマンタンはヘキサフルオロイソプロパノール基を有しない。
[Comparative Example 2 for Monomer]
3- (2,2,2-trifluoroethoxy-1-methyl) methoxy-1-methacryloyloxyadamantane (hereinafter sometimes referred to as M′-2) was synthesized. 3- (2,2,2-trifluoroethoxy-1-methyl) methoxy-1-methacryloyloxyadamantane having the structural formula below does not have a hexafluoroisopropanol group.

Figure 2017145383
Figure 2017145383

滴下する化合物を、ノルマルブチルビニルエーテルに替えて、2,2,2−トリフルオロエチルビニルエーテルを用いた以外は比較例1と同様に合成を行い、3−(2,2,2−トリフロエトキシ−1−メチル)メトキシ−1−メタクリロイルオキシアダマンタン(以下、M´−2余呼ぶことがある)10.2gを、純度95%で得た。   Synthesis was performed in the same manner as in Comparative Example 1 except that 2,2,2-trifluoroethyl vinyl ether was used instead of the normal butyl vinyl ether, and 3- (2,2,2-trifluoroethoxy- 10.2 g of 1-methyl) methoxy-1-methacryloyloxyadamantane (hereinafter sometimes referred to as M′-2) was obtained with a purity of 95%.

得られた3−(2,2,2−トリフロエトキシ−1−メチル)メトキシ−1−メタクリロイルオキシアダマンタンのNMRによる分析結果を以下に示す。   The analysis result by NMR of the obtained 3- (2,2,2-trifluoroethoxy-1-methyl) methoxy-1-methacryloyloxyadamantane is shown below.

1H NMR(測定溶剤:重クロロホルム,基準物質:テトラメチルシラン);δ=6.
00(s,1H),5.47(s,1H),5.00(q,J=5.6Hz,1H),4.01(m,1H),3.93(m,1H),2.33(s,2H),2.18(s,2H),2.14(d,J=11.6Hz,2H),2.01(d,J=11.6Hz,2H),1.90(s,3H),1.76(m,4H),1.55(m,2H),1.27(d,J=5.6Hz,3H).19F NMR(測定溶剤:重クロロホルム,基準物質:トリクロロフルオロメタン);δ=−65.10(t,J=12.8Hz,3F).
1 H NMR (measurement solvent: deuterated chloroform, reference material: tetramethylsilane); δ = 6.
00 (s, 1H), 5.47 (s, 1H), 5.00 (q, J = 5.6 Hz, 1H), 4.01 (m, 1H), 3.93 (m, 1H), 2 .33 (s, 2H), 2.18 (s, 2H), 2.14 (d, J = 11.6 Hz, 2H), 2.01 (d, J = 11.6 Hz, 2H), 1.90 (S, 3H), 1.76 (m, 4H), 1.55 (m, 2H), 1.27 (d, J = 5.6 Hz, 3H). 19 F NMR (measurement solvent: deuterated chloroform, reference material: trichlorofluoromethane); δ = −65.10 (t, J = 12.8 Hz, 3F).

3.重合体
上記「含フッ素単量体の合成例1〜11」で合成したヘキサフルオロイソプロパノール基を有する含フッ素単量体M−1〜M−11、比較例1〜2で合成したヘキサフルオロイソプロパノール基を有しないM´−1〜M´−2と共重合させる単量体A−1〜A−2、B−1〜B−7、C−1〜C−3について、以下に構造式を示す
3. Polymer Fluorinated monomers M-1 to M-11 having hexafluoroisopropanol groups synthesized in "Synthesis Examples 1 to 11 of fluorinated monomers" and hexafluoroisopropanol groups synthesized in Comparative Examples 1 and 2 The structural formulas of monomers A-1 to A-2, B-1 to B-7, and C-1 to C-3 that are copolymerized with M′-1 to M′-2 that do not have the following are shown below.

Figure 2017145383
Figure 2017145383

[本発明の含フッ素重合体の重合例1]
以下に構造式を示す「含フッ素単量体の合成例1」で得た「含フッ素単量体M−1」と「その他の単量体A−1」から、本発明の「含フッ素重合体P−1」を合成した。
[Polymerization Example 1 of Fluoropolymer of the Present Invention]
From the “fluorinated monomer M-1” and “other monomer A-1” obtained in “Synthesis Example 1 of fluorinated monomer” having the following structural formula, Compound P-1 "was synthesized.

Figure 2017145383
Figure 2017145383

「含フッ素単量体M−1」9.0g(55モル%)と「その他の単量体A−1」3.5g(45モル%)を2−ブタノン20.6gに溶解し単量体の溶液を得た。次いで、重合開始剤としてのジメチル2,2'−アゾビス(2−メチルプロピオネート)0.6gを2−ブタノン5.5gに溶解し開始剤溶液を得た。   A monomer prepared by dissolving 9.0 g (55 mol%) of “fluorinated monomer M-1” and 3.5 g (45 mol%) of “other monomer A-1” in 20.6 g of 2-butanone. Solution was obtained. Next, 0.6 g of dimethyl 2,2′-azobis (2-methylpropionate) as a polymerization initiator was dissolved in 5.5 g of 2-butanone to obtain an initiator solution.

容量200mlの3つ口フラスコに2−ブタノン11.4gを仕込み、雰囲気を30分間窒素置換した後、撹拌しながら温度80℃に加熱し、単量体溶液と開始剤溶液を滴下漏斗から1.5時間かけて徐々に滴下し、その後3時間攪拌し重合溶液を得た。水浴を用い重合溶液を25℃に冷却した後、ヘプタン300gを加えて析出した白色粉末を濾過にて採取した。   Into a 200 ml three-necked flask, 11.4 g of 2-butanone was charged, and the atmosphere was replaced with nitrogen for 30 minutes. The solution was gradually added dropwise over 5 hours and then stirred for 3 hours to obtain a polymerization solution. After cooling the polymerization solution to 25 ° C. using a water bath, 300 g of heptane was added, and the precipitated white powder was collected by filtration.

採取した白色粉末に、各々100gのヘプタンを加えスラリー状とした後に2回濾過し、その後50℃にて17時間乾燥し、重合体の白色粉末10.4gを得た。GPCで測定した重合体の質量平均分子量(MW)は8,700であった。13C−NMRで測定したところ、「含フッ素単量体M−1」由来の繰り返し単位と「その他単量体A−1」由来の繰り返し単位の含有比はモル%で表して、51.7:48.3であった。
[本発明の含フッ素重合体の重合例2]
以下に構造式を示す「含フッ素単量体の合成例2」で得た「含フッ素単量体M−2」と「その他の単量体A−2」から、本発明の「含フッ素重合体P−2」を合成した。
100 g of heptane was added to each of the collected white powders to form a slurry, followed by filtration twice and then drying at 50 ° C. for 17 hours to obtain 10.4 g of a polymer white powder. The weight average molecular weight (MW) of the polymer measured by GPC was 8,700. When measured by 13 C-NMR, the content ratio of the repeating unit derived from “fluorinated monomer M-1” to the repeating unit derived from “other monomer A-1” is expressed in mol%, and is 51.7. : 48.3.
[Polymerization Example 2 of Fluoropolymer of the Present Invention]
From the “fluorinated monomer M-2” and “other monomer A-2” obtained in “Synthesis Example 2 of fluorinated monomer” having the following structural formula, Combined P-2 "was synthesized.

Figure 2017145383
Figure 2017145383

「含フッ素単量体M−2」9.0g(55モル%)、「その他の単量体A−2」1.8g(45モル%)を2−ブタノン17.8gに溶解し単量体の溶液を得た。次いで、ジメチル2,2'−アゾビス(2−メチルプロピオネート)0.4gを2−ブタノン4.8gに溶解し開始剤溶液を得た。   A monomer obtained by dissolving 9.0 g (55 mol%) of “fluorinated monomer M-2” and 1.8 g (45 mol%) of “other monomer A-2” in 17.8 g of 2-butanone. Solution was obtained. Next, 0.4 g of dimethyl 2,2′-azobis (2-methylpropionate) was dissolved in 4.8 g of 2-butanone to obtain an initiator solution.

容量200mlの3つ口フラスコに2−ブタノン9.8gを投仕込み、雰囲気を30分間窒素置換した後、撹拌しながら80℃に加熱し、単量体溶液と開始剤溶液を滴下漏斗から1時間かけて徐々に滴下した。その後6時間攪拌し重合溶液を得た。水浴を用い重合溶液を25℃に冷却した後、ヘプタン300gを加えて析出した白色粉末を濾過にて採取した。   9.8 g of 2-butanone was charged into a three-necked flask with a capacity of 200 ml, and the atmosphere was purged with nitrogen for 30 minutes. It was dripped gradually over the time. Thereafter, the mixture was stirred for 6 hours to obtain a polymerization solution. After cooling the polymerization solution to 25 ° C. using a water bath, 300 g of heptane was added, and the precipitated white powder was collected by filtration.

採取した白色粉末に各々度100gのヘプタンを加えスラリー状とした後に2回濾過し、その後50℃にて17時間乾燥し、重合体の白色粉末の8.4gを得た。GPCで測定した重合体の質量平均分子量(MW)は9,200であった。13C−NMRで測定した尾ころ、「含フッ素単量体M−2」由来の繰り返し単位と「その他単量体A−2」由来の繰り返し単位の含有比はモル%で表して、51.1:48.9であった。 100 g of heptane was added to each of the collected white powders to form a slurry, followed by filtration twice and then drying at 50 ° C. for 17 hours to obtain 8.4 g of a polymer white powder. The weight average molecular weight (MW) of the polymer measured by GPC was 9,200. The content ratio of the repeating unit derived from “fluorinated monomer M-2” and the repeating unit derived from “other monomer A-2” measured by 13 C-NMR is expressed in mol%. 1: 48.9.

[本発明の含フッ素重合体の重合例3〜28]
「本発明の含フッ素重合体の重合例1〜2」と同様にして、表4に示す含フッ素単量体の仕込み比で重合3〜28を行い、各々「含フッ素重合体P−3〜P−28」を得た。また、表3に「含フッ素重合体P−3〜P−28」のGPC測定による質量平均分子量(Mw)と13C−NMRによる単量体由来の繰り返し単位のモル%を示す。
[Polymerization Examples 3 to 28 of Fluoropolymer of the Present Invention]
In the same manner as in “Polymerization Examples 1 and 2 of Fluoropolymer of the Present Invention”, polymerizations 3 to 28 were carried out at the charging ratios of the fluorinated monomers shown in Table 4, respectively. P-28 "was obtained. Further, Table 3 shows the mass average molecular weight (Mw) by GPC measurement of “fluorinated polymers P-3 to P-28” and the mol% of the monomer-derived repeating unit by 13 C-NMR.

Figure 2017145383
Figure 2017145383

[比較重合体の重合例1〜14]
表5に示すように、「単量体の比較例1〜2」で得たヘキサフルオロイソプロパノール基を有さない単量体1である「単量体M´−1とM´−2」、その他の単量体M2〜4を用い、前記「本発明の含フッ素重合体の重合例1〜2」と同様にして、表4に示す含フッ素単量体の仕込み比で重合3〜10を行い、各々「比較重合体P´−1〜P´−14」を得た。また、表4に「比較重合体P´−1〜P´−14」のGPC測定による質量平均分子量(Mw)と13C−NMRによる単量体由来の繰り返し単位のモル%を表5に示す。
[Comparative Polymer Polymerization Examples 1 to 14]
As shown in Table 5, “monomer M′-1 and M′-2”, which is monomer 1 having no hexafluoroisopropanol group obtained in “Comparative Examples 1-2 of monomers”, Using other monomers M2-4, in the same manner as in the above "Polymerization Examples 1 and 2 of Fluoropolymer of the Present Invention", polymerizations 3 to 10 were carried out at the charging ratio of the fluorinated monomer shown in Table 4. And “Comparative Polymers P′-1 to P′-14” were obtained. Table 5 shows the mass average molecular weight (Mw) by GPC measurement of “Comparative Polymers P′-1 to P′-14” and the mol% of the monomer-derived repeating units by 13 C-NMR. .

Figure 2017145383
Figure 2017145383

4.重合体の溶解度
得られた「本発明の含フッ素重合体P−1〜P−11」および「比較重合体P´−1〜P´−4」の酢酸ブチルに対する溶解度を表5に示す。
4). Table 5 shows the solubility of the obtained “fluorinated polymers P-1 to P-11 of the present invention” and “comparative polymers P′-1 to P′-4” in butyl acetate.

溶解度は室温下、酢酸ブチル100g中にP−1〜P−11およびP´−1〜P´−4を加え静置し、10分経過後濾過し、溶解した重合体の質量を測定したものである。   Solubility was measured by adding P-1 to P-11 and P'-1 to P'-4 in 100 g of butyl acetate at room temperature, allowing to stand, filtering after 10 minutes, and measuring the mass of the dissolved polymer. It is.

表6に示すように、ヘキサフルオロイソプロパノール基を有する「本発明の含フッ素重合体P−1〜11」が,ヘキサフルオロイソプロパノール基を有さない「比較重合体P´−1〜4」に比べ酢酸ブチルに対する溶解性に優れる。   As shown in Table 6, the “fluorinated polymers P-1 to 11 of the present invention” having a hexafluoroisopropanol group are compared with “comparative polymers P′-1 to 4” having no hexafluoroisopropanol group. Excellent solubility in butyl acetate.

Figure 2017145383
Figure 2017145383

4.レジスト
実施例1〜28
<本発明の化学増幅型レジストの調製>
得られた「本発明の含フッ素重合体の調製例P−1〜P−28」に、溶剤、添加剤である塩基性化合物、光酸発生剤であるノナフルオロブタンスルホン酸トリフェニルスルホニウム塩(以下、PAG−1と呼ぶことがある)を加え、表7に示す実施例1〜28に示す配合となるように各々レジストを調製した。各レジストは調製後にサイズ0.2μmのメンブランフィルターで濾過した。
4). Resist Examples 1-28
<Preparation of chemically amplified resist of the present invention>
The obtained “Preparation Examples P-1 to P-28 of Fluoropolymer of the Present Invention” were added to a solvent, a basic compound as an additive, and a nonafluorobutanesulfonic acid triphenylsulfonium salt as a photoacid generator ( Hereinafter, it may be referred to as PAG-1), and resists were prepared so as to have the compositions shown in Examples 1 to 28 shown in Table 7. Each resist was filtered through a 0.2 μm membrane filter after preparation.

Figure 2017145383
Figure 2017145383

<溶剤、塩基性化合物、光酸発生剤>
「実施例1〜28」で使用した溶剤、塩基性化合物は表8に示す通りである。
<Solvent, basic compound, photoacid generator>
The solvents and basic compounds used in Examples 1 to 28 are as shown in Table 8.

Figure 2017145383
Figure 2017145383

光酸発生剤である2−(アダマンタン−1−カルボニロキシ)−1、1−ジフルオロ−エタンスルホン酸トリフェニルスルホニウム塩(PAG−1)の構造式を以下に示す。   The structural formula of 2- (adamantane-1-carbonyloxy) -1,1-difluoro-ethanesulfonic acid triphenylsulfonium salt (PAG-1), which is a photoacid generator, is shown below.

Figure 2017145383
Figure 2017145383

<パターンの形成および評価>
実施例1〜28で得られたレジストを、シリコン酸化物膜を形成したシリコンウェハ上にスピンコートし、膜厚約250nmのレジスト膜を得た。110℃でプリベークを行った後、フォトマスクを介して波長248nmの紫外線を照射し露光を行ったのち、120℃でポストエクスポーザーベークを行った。その後、現像液としての酢酸ブチルを用い、室温で1分間現像しフォトマスクのパターンが転写したレジストパターンを得た。電子顕微鏡観察を行ったところ、全てのレジストパターンにおいて、フォトマスクの高精細なパターンが高解像で転写した矩形パターン形状が得られ、上記表6に示すようにパターン欠陥は見られなかった。
<ドライエッチング>
次に、レジストパターンを形成したシリコンウェハのシリコン酸化物膜に対するドライエッチングを、プラズマ装置内で、CF4流量15sccm、Ar流量40sccm、圧力15mTorr、印加電力130W、ウェハーステージ温度25℃の条件で行った。電子顕微鏡観察を行ったところ、いずれもシリコン酸化物膜に高解像度のパターン形状が得られ、レジストがエッチングにて侵されたことによるパターンの欠落等の欠陥は見られなかった。
<Formation and evaluation of pattern>
The resist obtained in Examples 1 to 28 was spin-coated on a silicon wafer on which a silicon oxide film was formed to obtain a resist film having a thickness of about 250 nm. After pre-baking at 110 ° C., exposure was performed by irradiating UV light having a wavelength of 248 nm through a photomask, and then post-exposure baking was performed at 120 ° C. Then, using butyl acetate as a developing solution, development was performed at room temperature for 1 minute to obtain a resist pattern to which a photomask pattern was transferred. When observed with an electron microscope, a rectangular pattern shape in which a high-definition pattern of a photomask was transferred with high resolution was obtained in all resist patterns, and no pattern defects were found as shown in Table 6 above.
<Dry etching>
Next, dry etching of the silicon oxide film of the silicon wafer on which the resist pattern is formed is performed in a plasma apparatus under conditions of a CF 4 flow rate of 15 sccm, an Ar flow rate of 40 sccm, a pressure of 15 mTorr, an applied power of 130 W, and a wafer stage temperature of 25 ° C. It was. As a result of observation under an electron microscope, a high-resolution pattern shape was obtained in the silicon oxide film, and no defects such as pattern loss due to etching of the resist were observed.

比較例1〜14
<レジストの調製>
「本発明の含フッ素重合体P−1〜P−28」に替えて「比較重合体P´−1〜P´−14」を用いた以外は、実施例1〜28で用いたのと同じ溶剤、塩基性化合物、光酸発生剤を使用して同様の操作を行い、表8に示すレジストを調製した。
Comparative Examples 1-14
<Preparation of resist>
The same as that used in Examples 1 to 28 except that “Comparative polymers P′-1 to P′-14” were used instead of “Fluoropolymers P-1 to P-28 of the present invention”. The same operation was performed using a solvent, a basic compound, and a photoacid generator to prepare resists shown in Table 8.

次いで「実施例1〜28」で行ったのと同様に、調製したレジストをシリコン酸化物膜を形成したシリコンウェハ上にスピンコートしレジスト膜を得た後、同様にパターニングした。
<パターンの形成および評価>
得られたレジストパターンについて、電子顕微鏡観察を行ったところ、表9に示すようにフォトマスクの矩形のパターンが歪んで転写されていた。
Subsequently, in the same manner as in “Examples 1 to 28”, the prepared resist was spin-coated on a silicon wafer on which a silicon oxide film was formed to obtain a resist film, and then patterned in the same manner.
<Formation and evaluation of pattern>
When the obtained resist pattern was observed with an electron microscope, the rectangular pattern of the photomask was distorted and transferred as shown in Table 9.

Figure 2017145383
Figure 2017145383

<ドライエッチング>
実施例1〜28と同様に、シリコン酸化物膜のドライエッチングを行い、シリコン酸化物膜のパターンを電子顕微鏡観察したところ、レジストがエッチングにて侵されたことによるパターンの欠落が見られた。
<Dry etching>
As in Examples 1 to 28, when the silicon oxide film was dry-etched and the pattern of the silicon oxide film was observed with an electron microscope, the pattern was lost due to the resist being attacked by etching.

Claims (9)

下記式(1)で表される繰り返し単位を含む含フッ素重合体。
Figure 2017145383
(式中、Aは炭素数3〜25の脂環式炭化水素基または炭素数5〜25の芳香族炭化水素基を有する有機基であり、有機基中の任意の数の水素原子はヒドロキシ基、炭素数1〜4のアルコキシ基、アセトキシ基または炭素数1〜4のアルキル基で置換されていてもよく、Rはそれぞれ独立に水素原子、フッ素原子、メチル基またはトリフルオロメチル基であり、Rはそれぞれ独立にアセタール結合、ヘミアセタール結合またはヘミアセタールエステル結合である。Rはそれぞれ独立に炭素数1〜15の脂肪族炭化水素基、炭素数5〜15の芳香族炭化水素基、またはこれらの基が複数連結された有機基である。また、nは1〜3の整数であり、mは1〜3の整数である。)
A fluorine-containing polymer containing a repeating unit represented by the following formula (1).
Figure 2017145383
(In the formula, A is an organic group having an alicyclic hydrocarbon group having 3 to 25 carbon atoms or an aromatic hydrocarbon group having 5 to 25 carbon atoms, and any number of hydrogen atoms in the organic group is a hydroxy group. May be substituted with an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms, an acetoxy group or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and each R 1 is independently a hydrogen atom, a fluorine atom, a methyl group or a trifluoromethyl group. And R 2 each independently represents an acetal bond, a hemiacetal bond or a hemiacetal ester bond, and R 3 each independently represents an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 15 carbon atoms or an aromatic hydrocarbon group having 5 to 15 carbon atoms. Or an organic group in which a plurality of these groups are linked, n is an integer of 1 to 3, and m is an integer of 1 to 3.)
前記Aがアダマンチレン基である、請求項1に記載の含フッ素重合体。 The fluorine-containing polymer according to claim 1, wherein A is an adamantylene group. 前記Rが式(4)で表されるアセタール結合である、請求項1または請求項2に記載の含フッ素重合体。
Figure 2017145383
(R、Rは、それぞれ独立に水素原子または炭素数1〜4の1価の炭化水素基であり、またはこれらの基が互いに連結して環を形成した炭化水素基である。)
The fluorine-containing polymer according to claim 1 or 2, wherein R 2 is an acetal bond represented by formula (4).
Figure 2017145383
(R 5 and R 6 are each independently a hydrogen atom or a monovalent hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms, or a hydrocarbon group in which these groups are connected to each other to form a ring.)
さらに、二重結合を含むオレフィン、含フッ素オレフィン、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、含フッ素アクリル酸エステル、含フッ素メタクリル酸エステル、ノルボルネン化合物、含フッ素ノルボルネン化合物、スチレン系化合物、含フッ素スチレン系化合物、ビニルエーテルおよび含フッ素ビニルエーテルから選ばれた一種以上の単量体の二重結合が開裂してなる繰り返し単位を含む、請求項1乃至請求項3に記載の含フッ素重合体。 Further, olefins containing double bonds, fluorine-containing olefins, acrylic esters, methacrylic esters, fluorine-containing acrylic esters, fluorine-containing methacrylate esters, norbornene compounds, fluorine-containing norbornene compounds, styrene compounds, fluorine-containing styrene compounds The fluorine-containing polymer according to any one of claims 1 to 3, comprising a repeating unit obtained by cleaving a double bond of one or more monomers selected from vinyl ether and fluorine-containing vinyl ether. 請求項1乃至請求項4に記載の含フッ素重合体と溶剤と光酸発生剤を含む、レジスト。 A resist comprising the fluoropolymer according to claim 1, a solvent, and a photoacid generator. 請求項5に記載のレジストを基板上に塗布する工程(A)と、
加熱処理後フォトマスクを介して波長380nm以下の電磁波または電子線である高エネルギー線で露光する工程(B)と、
加熱処理しないで、または加熱処理した後、現像液を用いて現像する工程(C)とを含む、パターン形成方法。
Applying the resist according to claim 5 on a substrate (A);
A step (B) of exposing with a high energy beam which is an electromagnetic wave or an electron beam having a wavelength of 380 nm or less through a photomask after the heat treatment;
The pattern formation method including the process (C) which develops using a developing solution, without heat-processing or after heat-processing.
工程(B)が、高エネルギー線に波長193nmまたは波長243nmのレーザ光を用いた液浸リソグラフィ法による工程(B)である、請求項6に記載のパターン形成方法。 The pattern formation method according to claim 6, wherein the step (B) is a step (B) by an immersion lithography method using a laser beam having a wavelength of 193 nm or a wavelength of 243 nm as a high energy ray. 工程(B)が、高エネルギー線に波長10nm以上、14nm以下の軟X線光を用いた工程(B)である、請求項6に記載のパターン形成方法。 The pattern forming method according to claim 6, wherein the step (B) is a step (B) in which soft X-ray light having a wavelength of 10 nm or more and 14 nm or less is used for the high energy ray. 下記式(2)で表される含フッ素単量体。
Figure 2017145383
(式中、Aは炭素数3〜25の脂環式炭化水素基または炭素数5〜25の芳香族炭化水素基を有する有機基であり、有機基中の任意の数の水素原子はヒドロキシ基、炭素数1〜4のアルコキシ基、アセトキシ基または炭素数1〜4のアルキル基で置換されていてもよく、Rはそれぞれ独立に水素原子、フッ素原子、メチル基またはトリフルオロメチル基であり、Rはそれぞれ独立にアセタール結合、ヘミアセタール結合またはヘミアセタールエステル結合である。Rはそれぞれ独立に炭素数1〜15の脂肪族炭化水素基、炭素数5〜15の芳香族炭化水素基、またはこれらの基が複数連結された有機基である。また、nは1〜3の整数であり、mは1〜3の整数である。)
A fluorine-containing monomer represented by the following formula (2).
Figure 2017145383
(In the formula, A is an organic group having an alicyclic hydrocarbon group having 3 to 25 carbon atoms or an aromatic hydrocarbon group having 5 to 25 carbon atoms, and any number of hydrogen atoms in the organic group is a hydroxy group. May be substituted with an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms, an acetoxy group or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and each R 1 is independently a hydrogen atom, a fluorine atom, a methyl group or a trifluoromethyl group. And R 2 each independently represents an acetal bond, a hemiacetal bond or a hemiacetal ester bond, and R 3 each independently represents an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 15 carbon atoms or an aromatic hydrocarbon group having 5 to 15 carbon atoms. Or an organic group in which a plurality of these groups are linked, n is an integer of 1 to 3, and m is an integer of 1 to 3.)
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