JP2017156727A - 感放射線性樹脂組成物、レジストパターン形成方法、感放射線性酸発生剤及び化合物 - Google Patents

感放射線性樹脂組成物、レジストパターン形成方法、感放射線性酸発生剤及び化合物 Download PDF

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Abstract

【課題】LWR性能、EL性能等に優れる感放射線性樹脂組成物を提供する。【解決手段】酸解離性基を含む第1構造単位を有する重合体と、式(1)で表される化合物及び式(2)で表される化合物から選ばれるスルホン酸塩と、溶媒とを含有する感放射線性樹脂組成物。下記式中、R4及びR8は、置換又は非置換の環員数3〜20の脂環式炭化水素基又は環員数3〜20の脂肪族複素環基を表す。X+は、感放射線性オニウムカチオンである。【選択図】なし

Description

本発明は、感放射線性樹脂組成物、レジストパターン形成方法、感放射線性酸発生剤及び化合物に関する。
リソグラフィーによる微細加工に用いられる感放射線性樹脂組成物は、KrFエキシマレーザー光(波長248nm)、ArFエキシマレーザー光(波長193nm)、極紫外線(EUV:Extreme Ultraviolet、波長13.5nm)等の遠紫外線、電子線等の荷電粒子線などの照射により露光部に酸を発生させ、この酸を触媒とする化学反応により、露光部と未露光部との現像液に対する溶解速度に差を生じさせ、基板上にレジストパターンを形成する。現在では、より波長の短いレーザー光や電子線の使用及び液浸露光装置等により、レジストパターンの加工技術の微細化が図られている。
これに伴い、かかる感放射線性樹脂組成物には、レジストパターンの解像性及び断面形状の矩形性に優れるだけでなく、LWR(Line Width Roughness)性能、CDU(Critical Dimension Uniformity)性能、EL(Exposure Latitude、露光余裕度)性能、現像欠陥抑制性、PEB(ポストエクスポージャーベーク)後の膜収縮抑制性等にも優れることが要求される。また、感放射線性樹脂組成物は、良好な保存安定性を有することも求められる。これらの要求に対し、感放射線性樹脂組成物に用いられる酸発生体、酸拡散制御剤及びその他の成分についてその種類や分子構造等が詳細に検討されている(特開平11−125907号公報、特開平8−146610号公報及び特開2000−298347号公報参照)。
しかし、レジストパターンの微細化が線幅45nm以下のレベルまで進展している現在にあっては、上記性能の要求レベルはさらに高まり、上記従来の感放射線性樹脂組成物では、これらの要求を満足させることはできていない。
特開平11−125907号公報 特開平8−146610号公報 特開2000−298347号公報
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、LWR性能、CDU性能、EL性能、現像欠陥抑制性、及びPEB後の膜収縮抑制性(以下、「LWR性能等」ともいう)に優れる感放射線性樹脂組成物の提供を目的とする。
上記課題を解決するためになされた発明は、酸解離性基を含む第1構造単位を有する重合体と、下記式(1)で表される化合物及び下記式(2)で表される化合物から選ばれるスルホン酸塩と、溶媒とを含有する感放射線性樹脂組成物である。
Figure 2017156727
(式(1)中、R、R及びRは、それぞれ独立して、水素原子、フッ素原子又は炭素数1〜20の1価の有機基である。但し、R、R及びRのうちの少なくともひとつは、ORで示される基を表す。Rは、置換又は非置換の環員数3〜20の4価の脂環式炭化水素基又は環員数3〜20の4価の脂肪族複素環基を表す。
式(2)中、Rは、水素原子、フッ素原子又は炭素数1〜20の1価の有機基である。R及びRは、それぞれ独立して、水素原子又は炭素数1〜20の1価の有機基である。但し、R、R及びRのうちの少なくともひとつは、ORで示される基を表す。Rは、置換又は非置換の環員数3〜20の4価の脂環式炭化水素基又は環員数3〜20の4価の脂肪族複素環基を表す。
式(1)及び式(2)中、Rは、水素原子又は炭素数1〜20の1価の有機基である。Xは、1価の感放射線性オニウムカチオンである。)
上記課題を解決するためになされた別の発明は、基板の一方の面側に当該感放射線性樹脂組成物を塗工する工程と、上記塗工により得られたレジスト膜を露光する工程と、上記露光されたレジスト膜を現像する工程とを備えるレジストパターン形成方法である。
上記課題を解決するためになされたさらに別の発明は、下記式(1)で表される化合物及び下記式(2)で表される化合物から選ばれるスルホン酸塩を含む感放射線性酸発生剤である。
Figure 2017156727
(式(1)中、R、R及びRは、それぞれ独立して、水素原子、フッ素原子又は炭素数1〜20の1価の有機基である。但し、R、R及びRのうちの少なくともひとつは、ORで示される基を表す。Rは、置換又は非置換の環員数3〜20の4価の脂環式炭化水素基又は環員数3〜20の4価の脂肪族複素環基を表す。
式(2)中、Rは、水素原子、フッ素原子又は炭素数1〜20の1価の有機基である。R及びRは、それぞれ独立して、水素原子又は炭素数1〜20の1価の有機基である。但し、R、R及びRのうちの少なくともひとつは、ORで示される基を表す。Rは、置換又は非置換の環員数3〜20の4価の脂環式炭化水素基又は環員数3〜20の4価の脂肪族複素環基を表す。
式(1)及び式(2)中、Rは、水素原子又は炭素数1〜20の1価の有機基である。Xは、1価の感放射線性オニウムカチオンである。)
上記課題を解決するためになされたさらに別の発明は、下記式(1)で表される化合物である。
Figure 2017156727
(式(1)中、R、R及びRは、それぞれ独立して、水素原子、フッ素原子又は炭素数1〜20の1価の有機基である。但し、R、R及びRのうちの少なくともひとつは、ORで示される基を表す。Rは、置換又は非置換の環員数3〜20の4価の脂環式炭化水素基又は環員数3〜20の4価の脂肪族複素環基を表す。Rは、水素原子又は炭素数1〜20の1価の有機基である。Xは、1価の感放射線性オニウムカチオンである。)
上記課題を解決するためになされたさらに別の発明は、下記式(2)で表される化合物である。
Figure 2017156727
(式(2)中、Rは、水素原子、フッ素原子又は炭素数1〜20の1価の有機基である。R及びRは、それぞれ独立して、水素原子又は炭素数1〜20の1価の有機基である。但し、R、R及びRのうちの少なくともひとつは、ORで示される基を表す。Rは、置換又は非置換の環員数3〜20の4価の脂環式炭化水素基又は環員数3〜20の4価の脂肪族複素環基を表す。Rは、水素原子又は炭素数1〜20の1価の有機基である。Xは、1価の感放射線性オニウムカチオンである。)
ここで、「有機基」とは、少なくとも1個の炭素原子を含む基をいう。「酸解離性基」とは、カルボキシ基、ヒドロキシ基等の水素原子を置換する基であって、酸の作用により解離する基をいう。また、「環員数」とは、脂環構造、芳香環構造、脂肪族複素環構造又は芳香族複素環構造における環を構成する原子の数をいう。
本発明の感放射線性樹脂組成物及びレジストパターン形成方法によれば、本発明の感放射線性樹脂組成物は、LWR性能、CDU性能、EL性能、現像欠陥抑制性及びPEB後の膜収縮抑制性に優れる。本発明の化合物は、当該感放射線性樹脂組成物の成分として好適に用いることができる。従って、当該感放射線性樹脂組成物は、今後さらに微細化が進行すると予想される半導体デバイスの製造に好適に用いることができる。
<感放射線性樹脂組成物>
当該感放射線性樹脂組成物は、[A]重合体、[B]化合物及び[C]溶媒を含有する。当該感放射線性樹脂組成物は、好適成分として、[D]他の酸発生体、[E]窒素含有化合物、[A]重合体よりもフッ素原子の質量含有率が大きい重合体(以下、「[F]重合体」ともいう)を含有していてもよい。さらに、当該感放射線性樹脂組成物は、本発明の効果を損なわない範囲において、その他の任意成分を含有していてもよい。当該感放射線性樹脂組成物は、上記構成を有することで、LWR性能、CDU性能、EL性能、現像欠陥抑制性及びPEB後の膜収縮抑制性(以下、これらの性能をまとめて「LWR性能等」ともいう)に優れる。以下、各成分について説明する。
<[A]重合体>
[A]重合体は、構造単位(I)を有する重合体である。当該感放射線性樹脂組成物によれば、放射線の照射により[B]化合物等から生じる酸により露光部の[A]重合体の酸解離性基が解離して、露光部と未露光部とで現像液に対する溶解性に差異が生じ、その結果、レジストパターンを形成することができる。[A]重合体は、通常、当該感放射線性樹脂組成物におけるベース重合体となる。「ベース重合体」とは、レジストパターンを構成する重合体のうちの最も含有率が大きい重合体であって、好ましくは50質量%以上、より好ましくは60質量%以上を占める重合体をいう。
[A]重合体は、構造単位(I)以外にも、ラクトン構造、環状カーボネート構造、スルトン構造若しくはこれらの組み合わせを含む構造単位(以下、「構造単位(II)」ともいう)、フェノール性水酸基を含む構造単位(以下、「構造単位(III)」ともいう)、及び/又はアルコール性水酸基を含む構造単位(以下、「構造単位(IV)」ともいう)を有することが好ましく、構造単位(I)〜(IV)以外のその他の構造単位を有していてもよい。[A]重合体はこれらの構造単位を1種又は2種以上有していてもよい。
[構造単位(I)]
構造単位(I)は、酸解離性基を含む構造単位である。構造単位(I)としては、例えば下記式(3)及び下記式(8)で表される構造単位(以下、「構造単位(I)」ともいう)が挙げられる。[A]重合体は、構造単位(I)を1種又は2種以上有していてもよい。以下、構造単位(I)について説明する。
Figure 2017156727
上記式(3)中、RA1は、水素原子、フッ素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。RA2は、炭素数1〜20の1価の炭化水素基である。RA3及びRA4は、それぞれ独立して炭素数1〜20の1価の炭化水素基であるか、又はこれらの基が互いに合わせられこれらが結合する炭素原子と共に構成される環員数3〜20の環構造を表す。
上記式(8)中、RA1は、上記式(8)と同義である。Lは、単結合、−COO−又は−CONH−である。Rは、炭素数1〜20の1価の有機基である。cは、0〜4の整数である。cが2以上の場合、複数のRは同一でも異なっていてもよい。RA5、RA6及びRA7は、それぞれ独立して、炭素数1〜20の1価の炭化水素基又は炭素数1〜20の1価のオキシ炭化水素基である。
「炭化水素基」には、鎖状炭化水素基、脂環式炭化水素基及び芳香族炭化水素基が含まれる。この「炭化水素基」は、飽和炭化水素基でも不飽和炭化水素基でもよい。「鎖状炭化水素基」とは、環状構造を含まず、鎖状構造のみで構成された炭化水素基をいい、直鎖状炭化水素基及び分岐状炭化水素基の両方を含む。「脂環式炭化水素基」とは、環構造としては脂環構造のみを含み、芳香環構造を含まない炭化水素基をいい、単環の脂環式炭化水素基及び多環の脂環式炭化水素基の両方を含む。但し、脂環構造のみで構成されている必要はなく、その一部に鎖状構造を含んでいてもよい。「芳香族炭化水素基」とは、環構造として芳香環構造を含む炭化水素基をいう。但し、芳香環構造のみで構成されている必要はなく、その一部に鎖状構造や脂環構造を含んでいてもよい。
A1としては、構造単位(I)を与える単量体の共重合性の観点から、水素原子及びメチル基が好ましく、メチル基がより好ましい。
A2、RA3及びRA4で表される炭素数1〜20の1価の炭化水素基としては、例えば炭素数1〜20の1価の鎖状炭化水素基、炭素数3〜20の1価の脂環式炭化水素基、炭素数6〜20の1価の芳香族炭化水素基等が挙げられる。
炭素数1〜20の1価の鎖状炭化水素基としては、例えば
メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基等のアルキル基;
エテニル基、プロペニル基、ブテニル基等のアルケニル基;
エチニル基、プロピニル基、ブチニル基等のアルキニル基等が挙げられる。これらの中で、アルキル基が好ましく、炭素数1〜4のアルキル基がより好ましく、メチル基、エチル基及びi−プロピル基がさらに好ましく、エチル基が特に好ましい。
炭素数3〜20の1価の脂環式炭化水素基としては、例えば
シクロペンチル基、シクロヘキシル基等の単環のシクロアルキル基;
シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基等の単環のシクロアルケニル基;
ノルボルニル基、アダマンチル基、トリシクロデシル基等の多環のシクロアルキル基;
ノルボルネニル基、トリシクロデセニル基等の多環のシクロアルケニル基等が挙げられる。これらの中で単環のシクロアルキル基及び多環のシクロアルキル基が好ましく、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボルニル基及びアダマンチル基がより好ましい。
炭素数6〜20の1価の芳香族炭化水素基としては、例えば
フェニル基、トリル基、キシリル基、メシチル基、ナフチル基、メチルナフチル基、アントリル基、メチルアントリル基等のアリール基;
ベンジル基、フェネチル基、ナフチルメチル基、アントリルメチル基等のアラルキル基等が挙げられる。
A3及びRA4が互いに合わせられこれらが結合する炭素原子と共に構成される炭素数3〜20の脂環構造としては、例えばシクロプロパン構造、シクロブタン構造、シクロペンタン構造、シクロヘキサン構造、ノルボルナン構造、アダマンタン構造等の脂環構造;
オキサシクロペンタン構造、チアシクロペンタン構造、アザシクロペンタン構造等の脂肪族複素環構造等が挙げられる。これらの中で、脂環構造が好ましく、シクロヘキサン構造がより好ましい。
構造単位(I)としては、例えば下記式(3−1)〜(3−6)及び(8−1)で表される構造単位(以下、「構造単位(I−1)〜(I−7)」ともいう)等が挙げられる。
Figure 2017156727
上記式(3−1)〜(3−6)中、RA1〜RA4は、上記式(3)と同義である。
上記式(3−1)中、iは、1〜4の整数である。
上記式(3−3)中、jは、1〜4の整数である。
上記式(3−6)中、RA2’、RA3’及びRA4’は、それぞれ独立して、炭素数1〜20の1価の炭化水素基である。
上記式(8−1)中、RA1、RA5、RA6及びRA7は、上記式(8)と同義である。
i及びjとしては、1〜3が好ましく、1及び2がより好ましい。
構造単位(I)としては、構造単位(I−1)〜(I−5)が好ましい。
構造単位(I)としては、例えば下記式で表される構造単位等が挙げられる。
Figure 2017156727
Figure 2017156727
Figure 2017156727
上記式中、RA1は、上記式(3)と同義である。
構造単位(I)としては、1−アルキル−単環シクロアルカン−1−イル(メタ)アクリレートに由来する構造単位、2−アルキル−多環シクロアルカン−2−イル(メタ)アクリレートに由来する構造単位及び2−(シクロアルカン−イル)プロパン−2−イル(メタ)アクリレートに由来する構造単位が好ましく、1−i−プロピルシクロペンタン−1−イル(メタ)アクリレートに由来する構造単位、1−メチルシクロヘキサン−1−イル(メタ)アクリレートに由来する構造単位、2−エチル−アダマンタン−2−イル(メタ)アクリレートに由来する構造単位、2−エチル−テトラシクロドデカン−2−イル(メタ)アクリレートに由来する構造単位、2−(アダマンタン−1−イル)プロパン−2−イル(メタ)アクリレートに由来する構造単位及び2−(シクロヘキサン−1−イル)プロパン−2−イル(メタ)アクリレートに由来する構造単位がより好ましい。
構造単位(I)の含有割合の下限としては、[A]重合体を構成する全構造単位に対して、10モル%が好ましく、20モル%がより好ましく、30モル%がさらに好ましく、40モル%が特に好ましい。上記含有割合の上限としては、80モル%が好ましく、75モル%がより好ましく、70モル%がさらに好ましく、60モル%が特に好ましい。構造単位(I)の含有割合を上記範囲とすることで、当該感放射線性樹脂組成物のLWR性能等をさらに向上させることができる。
[構造単位(II)]
構造単位(II)は、ラクトン構造、環状カーボネート構造、スルトン構造又はこれらの組み合わせを含む構造単位である。[A]重合体は、構造単位(I)に加え、構造単位(II)をさらに有することで現像液への溶解性をより適度に調整することができ、その結果、当該感放射線性樹脂組成物のLWR性能等をより向上させることができる。また、当該感放射線性樹脂組成物から形成されるレジストパターンと基板との密着性を向上させることができる。
構造単位(II)としては、例えば下記式で表される構造単位等が挙げられる。
Figure 2017156727
Figure 2017156727
Figure 2017156727
Figure 2017156727
上記式中、RL1は、水素原子、フッ素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。
構造単位(II)としては、ラクトン構造を有する構造単位、環状カーボネート構造を有する構造単位及びスルトン構造を有する構造単位が好ましく、ラクトン構造含有(メタ)アクリレートに由来する構造単位、環状カーボネート構造含有(メタ)アクリレートに由来する構造単位及びスルトン構造含有(メタ)アクリレートに由来する構造単位がより好ましく、ノルボルナンラクトン−イル(メタ)アクリレートに由来する構造単位、シアノノルボルナンラクトン−イル(メタ)アクリレートに由来する構造単位、ノルボルナンラクトン−イルオキシカルボニルメチル(メタ)アクリレートに由来する構造単位、γ−ブチロラクトン−イル(メタ)アクリレートに由来する構造単位、エチレンカーボネート−イルメチル(メタ)アクリレートに由来する構造単位及びノルボルナンスルトン−イル(メタ)アクリレートに由来する構造単位がさらに好ましい。
[A]重合体が構造単位(II)を有する場合、構造単位(II)の含有割合の下限としては、[A]重合体における全構造単位に対して、10モル%が好ましく、20モル%がより好ましく、30モル%がさらに好ましく、40モル%が特に好ましい。上記含有割合の上限としては、80モル%が好ましく、70モル%がより好ましく、65モル%がさらに好ましく、60モル%が特に好ましい。構造単位(II)の含有割合を上記範囲とすることで、[A]重合体は現像液への溶解性をさらに適度に調整することができ、その結果、当該感放射線性樹脂組成物のLWR性能等をさらに向上させることができる。また、得られるレジストパターンと基板との密着性をさらに向上させることができる。
[構造単位(III)]
構造単位(III)は、フェノール性水酸基を含む構造単位である。レジストパターン形成方法における露光工程で照射する放射線として、KrFエキシマレーザー光、EUV、電子線等を用いる場合には、[A]重合体が構造単位(III)を有することで、感度をより高めることができる。
構造単位(III)としては例えば下記式(4)で表される構造単位(以下、「構造単位(III)」ともいう)等が挙げられる。
Figure 2017156727
上記式(4)中、R14は、水素原子又はメチル基である。R15は、炭素数1〜20の1価の有機基である。pは、0〜3の整数である。pが2又は3の場合、複数のR15は同一でも異なっていてもよい。qは、1〜3の整数である。但し、p+qは、5以下である。
上記R14としては、構造単位(III)を与える単量体の共重合性の観点から、水素原子が好ましい。
上記R15で表される炭素数1〜20の1価の有機基としては、例えば炭素数1〜20の1価の鎖状炭化水素基、炭素数3〜20の1価の脂環式炭化水素基、炭素数6〜20の1価の芳香族炭化水素基、これらの基の炭素−炭素間に−CO−、−CS−、−O−、−S−若しくは−NR”−又はこれらのうちの2種以上を組み合わせた基を含む基、これらの基が有する水素原子の一部又は全部を置換基で置換した基等が挙げられる。R”は、水素原子又は1価の有機基である。これらの中で、1価の鎖状炭化水素基が好ましく、アルキル基がより好ましく、メチル基がさらに好ましい。
上記pとしては、0〜2の整数が好ましく、0及び1がより好ましく、0がさらに好ましい。
上記qとしては、1及び2が好ましく、1がより好ましい。
構造単位(III)としては、例えば下記式(4−1)〜(4−4)で表される構造単位(以下、「構造単位(III−1)〜(III−4)」ともいう)等が挙げられる。
Figure 2017156727
上記式(4−1)〜(4−4)中、R14は、上記式(4)と同義である。
構造単位(III)としては、構造単位(III−1)及び構造単位(III−2)が好ましく、構造単位(III−1)がより好ましい。
[A]重合体が構造単位(III)を有する場合、構造単位(III)の含有割合の下限としては、[A]重合体を構成する全構造単位に対して、10モル%が好ましく、20モル%がより好ましく、30モル%がさらに好ましく、40モル%が特に好ましい。上記含有割合の上限としては、90モル%が好ましく、80モル%がより好ましく、75モル%がさらに好ましく、70モル%が特に好ましい。構造単位(III)の含有割合を上記範囲とすることで、当該感放射線性樹脂組成物は感度をさらに向上させることができる。
なお、構造単位(III)は、ヒドロキシスチレンの−OH基の水素原子をアセチル基等で置換した単量体などを重合した後、得られた重合体を、アミン等の塩基存在下で加水分解反応を行うこと等により形成することができる。
[構造単位(IV)]
構造単位(IV)は、アルコール性水酸基を含む構造単位である。[A]重合体は、構造単位(IV)を有することで、現像液への溶解性をより適度に調製することができ、その結果、当該感放射線性樹脂組成物のLWR性能等をより向上させることができる。また、レジストパターンの基板への密着性をより高めることができる。
構造単位(IV)としては、例えば下記式で表される構造単位等が挙げられる。
Figure 2017156727
上記式中、RL2は、水素原子、フッ素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。
構造単位(IV)としては、ヒドロキシアダマンチル基を含む構造単位が好ましく、3−ヒドロキシアダマンチル(メタ)アクリレートに由来する構造単位がより好ましい。
[A]重合体が構造単位(IV)を有する場合、構造単位(IV)の含有割合の下限としては、[A]重合体を構成する全構造単位に対して、5モル%が好ましく、10モル%がより好ましく、15モル%がさらに好ましく、20モル%が特に好ましい。上記含有割合の上限としては、70モル%が好ましく、65モル%がより好ましく、60モル%がさらに好ましく、50モル%が特に好ましい。構造単位(IV)の含有割合を上記範囲とすることで、[A]重合体は現像液への溶解性をさらに適度に調製することができ、その結果、当該感放射線性樹脂組成物のLWR性能等をさらに向上することができる。また、レジストパターンの基板への密着性をさらに高めることができる。
[その他の構造単位]
[A]重合体は、上記構造単位(I)〜(IV)以外にもその他の構造単位を有してもよい。上記その他の構造単位としては、例えばケトン性カルボニル基、シアノ基、カルボキシ基、ニトロ基、アミノ基又はこれらの組み合わせを含む構造単位、非解離性の1価の脂環式炭化水素基を含む(メタ)アクリル酸エステルに由来する構造単位等が挙げられる。その他の構造単位の含有割合の上限としては、[A]重合体を構成する全構造単位に対して、20モル%が好ましく、10モル%がより好ましい。
[A]重合体の含有量の下限としては、当該感放射線性樹脂組成物の全固形分に対して、70質量%が好ましく、80質量%がより好ましく、85質量%がさらに好ましい。「全固形分」とは、当該感放射線性樹脂組成物中の[C]溶媒以外の成分の総和をいう。当該感放射線性樹脂組成物は、[A]重合体を1種又は2種以上含有していてもよい。
<[A]重合体の合成方法>
[A]重合体は、例えば各構造単位を与える単量体を、ラジカル重合開始剤等を用い、適当な溶媒中で重合することにより合成できる。
上記ラジカル重合開始剤としては、例えば
アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)、2,2’−アゾビス(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス(2−シクロプロピルプロピオニトリル)、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、ジメチル2,2’−アゾビスイソブチレート等のアゾ系ラジカル開始剤;
ベンゾイルパーオキサイド、t−ブチルハイドロパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド等の過酸化物系ラジカル開始剤などが挙げられる。これらの中で、AIBN及びジメチル2,2’−アゾビスイソブチレートが好ましく、AIBNがより好ましい。これらのラジカル重合開始剤は1種単独で又は2種以上を混合して用いることができる。
重合に使用される溶媒としては、例えば
n−ペンタン、n−ヘキサン、n−ヘプタン、n−オクタン、n−ノナン、n−デカン等のアルカン;
シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、デカリン、ノルボルナン等のシクロアルカン;
ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、クメン等の芳香族炭化水素;
クロロブタン、ブロモヘキサン、ジクロロエタン、ヘキサメチレンジブロミド、クロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素;
酢酸エチル、酢酸n−ブチル、酢酸i−ブチル、プロピオン酸メチル等の飽和カルボン酸エステル;
アセトン、メチルエチルケトン、4−メチル−2−ペンタノン、2−ヘプタノン等のケトン;
テトラヒドロフラン、ジメトキシエタン類、ジエトキシエタン類等のエーテル;
メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、4−メチル−2−ペンタノール等のアルコールなどが挙げられる。これらの重合に使用される溶媒は、1種単独で又は2種以上を併用してもよい。
重合における反応温度の下限としては、40℃が好ましく、50℃がより好ましい。上記反応温度の上限としては、150℃が好ましく、120℃がより好ましい。重合における反応時間の下限としては、1時間が好ましく、2時間がより好ましい。上記反応時間の上限としては、48時間が好ましく、24時間がより好ましい。
[A]重合体のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算重量平均分子量(Mw)の下限としては、1,000が好ましく、3,000がより好ましく、4,000がさらに好ましく、5,000が特に好ましい。上記Mwの上限としては、50,000が好ましく、30,000がより好ましく、20,000がさらに好ましく、10,000が特に好ましい。[A]重合体のMwを上記範囲とすることで、当該感放射線性樹脂組成物の塗工性が向上し、かつ現像欠陥抑制性がより向上する。
[A]重合体のGPCによるポリスチレン換算数平均分子量(Mn)に対するMwの比(Mw/Mn)の下限としては、通常1であり、1.1が好ましい。上記比の上限としては、5が好ましく、3がより好ましく、2がさらに好ましい。
本明細書における重合体のMw及びMnは、以下の条件によるGPCを用いて測定される値である。
GPCカラム:例えば東ソー社の「G2000HXL」2本、「G3000HXL」1本及び「G4000HXL」1本
カラム温度:40℃
溶出溶媒:テトラヒドロフラン
流速:1.0mL/分
試料濃度:1.0質量%
試料注入量:100μL
検出器:示差屈折計
標準物質:単分散ポリスチレン
<[B]化合物>
[B]化合物は、下記式(1)で表される化合物(以下、化合物(1)ともいう)及び下記式(2)で表される化合物(以下、化合物(2)ともいう)から選ばれるスルホン酸塩である。当該感放射線性樹脂組成物は[A]重合体に加えて、酸発生剤として[B]化合物を含有する。[B]化合物は、露光により弱酸を発生する。[B]化合物は、露光により下記[D]他の酸発生体等から生じる酸のレジスト膜中における拡散現象を制御し、非露光領域における好ましくない化学反応を抑制する酸拡散制御剤としての効果を奏する。
Figure 2017156727
上記式(1)中、R、R及びRは、それぞれ独立して、水素原子、フッ素原子又は炭素数1〜20の1価の有機基である。但し、R、R及びRのうちの少なくともひとつは、ORで示される基を表す。Rは、置換又は非置換の環員数3〜20の4価の脂環式炭化水素基又は環員数3〜20の4価の脂肪族複素環基を表す。
上記式(2)中、Rは、水素原子、フッ素原子又は炭素数1〜20の1価の有機基である。R及びRは、それぞれ独立して、水素原子又は炭素数1〜20の1価の有機基である。但し、R、R及びRのうちの少なくともひとつは、ORで示される基を表す。Rは、置換又は非置換の環員数3〜20の4価の脂環式炭化水素基又は環員数3〜20の4価の脂肪族複素環基を表す。
上記式(1)及び式(2)中、Rは、水素原子又は炭素数1〜20の1価の有機基である。Xは、1価の感放射線性オニウムカチオンである。
当該感放射線性樹脂組成物は、[A]重合体に加えて、[B]化合物を含有することで、LWR性能、CDU性能、EL性能、現像欠陥抑制性及びPEB後の膜収縮抑制性に優れる。当該感放射線性樹脂組成物が上記構成を有することで、上記効果を奏する理由については必ずしも明確ではないが、例えば以下のように推察することができる。すなわち、[B]化合物のアニオンが、環状構造を有すると共に−SO が結合する炭素又は−SO が結合する炭素と隣接する炭素が酸素原子を有するので、[B]化合物は、感度に優れる。また、[B]化合物は、−SO の近接する位置に置換基を有することで、[B]化合物の酸性度が高くなる。それらの結果、[B]化合物は、感度に優れると共に、酸性度の制御が容易となり、酸発生剤として良好に機能する。従って、当該感放射線性樹脂組成物のLWR性能、CDU性能、EL性能、現像欠陥抑制性及びPEB後の膜収縮抑制性が向上すると考えられる。
上記Rで表される炭素数1〜20の1価の有機基としては、例えば炭素数1〜20の1価の鎖状炭化水素基、炭素数3〜20の1価の脂環式炭化水素基、炭素数6〜20の1価の芳香族炭化水素基、これらの基の炭素−炭素間に−CO−、−CS−、−O−、−S−若しくは−NR”−又はこれらのうちの2種以上を組み合わせた基を含む基、これらの基が有する水素原子の一部又は全部を置換基で置換した基、炭素数1〜20の1価のフッ素化炭化水素基等が挙げられる。R”は、水素原子又は1価の有機基である。
上記Rで表される炭素数1〜20の1価の有機基としては、上記Rで挙げた基と同様の基が挙げられる。
上記Rで表される炭素数1〜20の1価の有機基としては、上記Rで挙げた基と同様の基が挙げられる。
上記Rで表される炭素数1〜20の1価の有機基としては、上記Rで挙げた基と同様の基が挙げられる。
上記Rで表される炭素数1〜20の1価の有機基としては、上記Rで挙げた基と同様の基が挙げられる。
上記Rで表される炭素数1〜20の1価の有機基としては、上記Rで挙げた基と同様の基が挙げられる。
上記Rで表される炭素数1〜20の1価の有機基としては、上記Rで挙げた基と同様の基が挙げられる。
、R及びRのうちの少なくともひとつは、ORで示される基を表し、RがORで示される基であることが好ましい。
、R及びRのうちの少なくともひとつは、ORで示される基を表し、RがORで示される基であることが好ましい。
上記Rで表される置換又は非置換の環員数3〜20の4価の脂環式炭化水素基としては、例えばシクロプロパン構造、シクロブタン構造、シクロペンタン構造、シクロヘキサン構造、シクロヘプタン構造、シクロオクタン構造等の単環のシクロアルカン構造;
ノルボルナン構造等の多環のシクロアルカン構造等が挙げられる。これらの中で、炭素数5〜8の単環のシクロアルカン構造及び炭素数7〜12の多環のシクロアルカン構造が好ましく、シクロペンタン構造、シクロヘキサン構造、シクロオクタン構造及びノルボルナン構造がより好ましく、シクロペンタン構造がさらに好ましい。
上記Rで表される置換又は非置換の環員数3〜20の4価の脂肪族複素環基としては、例えばオキサシクロペンタン構造、チアシクロペンタン構造、アザシクロペンタン構造等の脂肪族複素環構造等が挙げられる。
上記Rで表される脂環式炭化水素基及び脂肪族複素環基が有する水素原子の一部若しくは全部を置換する1価の炭化水素基としては、例えば炭素数1〜20の直鎖状又は分枝鎖状の鎖状炭化水素基、炭素数3〜20の脂環式炭化水素基、炭素数6〜20の芳香族炭化水素基等が挙げられる。
上記鎖状炭化水素基としては、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基等のアルキル基;エテニル基、プロペニル基、ブテニル基、ペンテニル基等のアルケニル基;エチニル基、プロピニル基、ブチニル基、ペンチニル基等のアルキニル基などが挙げられる。
上記脂環式炭化水素基としては、例えばシクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等の単環のシクロアルキル基;ノルボルニル基、アダマンチル基、トリシクロデシル基、テトラシクロドデシル基等の多環のシクロアルキル基;シクロプロペニル基、シクロブテニル基、シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基等の単環のシクロアルケニル基;ノルボルネニル基、トリシクロデセニル基等の多環のシクロアルケニル基などが挙げられる。
上記芳香族炭化水素基としては、例えばフェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、アントリル基等のアリール基;ベンジル基、フェネチル基、ナフチルメチル基、アントリルメチル基等のアラルキル基などが挙げられる。
上記Rで表される脂環式炭化水素基及び脂肪族複素環基が有する水素原子の一部若しくは全部を置換する炭素数1〜20の1価のオキシ炭化水素基としては、例えばメトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、i−プロポキシ基、n−ブトキシ基等の1級又は2級のアルコキシ基;シクロペンチルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基等のシクロアルキルオキシ基;フェノキシ基、ベンジルオキシ基等のオキシ芳香族炭化水素基等が挙げられる。
上記Rで表される脂環式炭化水素基及び脂肪族複素環基が有する水素原子の一部若しくは全部を置換するハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられる。
上記Rで表される置換又は非置換の環員数3〜20の4価の脂環式炭化水素基又は環員数3〜20の4価の脂肪族複素環基としては、上記Rで挙げた基と同様の基が挙げられる。
上記Xで表される1価の感放射線性オニウムカチオンは、放射線の作用により分解するカチオンである。露光部では、この感放射線性オニウムカチオンの分解により生成するプロトンと、上記化合物(1)のスルホネートアニオンとからスルホン酸を生じる。例えば上記Xで表される1価の感放射線性オニウムカチオンとしては、例えばS、I、O、N、P、Cl、Br、F、As、Se、Sn、Sb、Te、Bi等の元素を含む感放射線性オニウムカチオンが挙げられる。元素としてS(イオウ)を含むカチオンとしては、例えばスルホニウムカチオン、テトラヒドロチオフェニウムカチオン等が挙げられ、元素としてI(ヨウ素)を含むカチオンとしては、ヨードニウムカチオン等が挙げられる。これらの中で、下記式(X−1)で表されるスルホニウムカチオン及び下記式(X−2)で表されるヨードニウムカチオンが好ましく、下記式(X−1)で表されるスルホニウムカチオンがより好ましい。
Figure 2017156727
上記式(X−1)中、R、R10及びR11は、それぞれ独立して置換若しくは非置換の炭素数1〜12の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、置換若しくは非置換の環員数6〜12の1価の芳香族炭化水素基、−OSO−R若しくは−SO−Rであるか、又はこれらの基のうちの2つ以上の結合により構成される環構造を表す。R及びRは、それぞれ独立して、置換若しくは非置換の炭素数1〜12の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、置換若しくは非置換の環員数5〜25の1価の脂環式炭化水素基又は置換若しくは非置換の環員数6〜12の1価の芳香族炭化水素基である。p、q及びrは、それぞれ独立して、0〜5の整数である。R〜R11、R及びRがそれぞれ複数の場合、複数のRは同一でも異なっていてもよく、複数のR10は同一でも異なっていてもよく、複数のR11は同一でも異なっていてもよく、複数のRは同一でも異なっていてもよく、複数のRは同一でも異なっていてもよい。
上記式(X−2)中、R12及びR13は、それぞれ独立して置換若しくは非置換の炭素数1〜12の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、置換若しくは非置換の環員数6〜12の1価の芳香族炭化水素基、−OSO−R若しくは−SO−Rであるか、又はこれらの基のうちの2つ以上の結合により構成される環構造を表す。R及びRは、それぞれ独立して、置換若しくは非置換の炭素数1〜12の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、置換若しくは非置換の環員数5〜25の1価の脂環式炭化水素基又は置換若しくは非置換の環員数6〜12の1価の芳香族炭化水素基である。s及びtは、それぞれ独立して、0〜5の整数である。R12、R13、R及びRがそれぞれ複数の場合、複数のR12は同一でも異なっていてもよく、複数のR13は同一でも異なっていてもよく、複数のRは同一でも異なっていてもよく、複数のRは同一でも異なっていてもよい。
上記R〜R13で表される非置換の直鎖状のアルキル基としては、例えばメチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基等が挙げられる。
上記R〜R13で表される非置換の分岐状のアルキル基としては、例えばi−プロピル基、i−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基等が挙げられる。
上記R〜R13で表される非置換の芳香族炭化水素基としては、例えばフェニル基、ナフチル基等のアリール基;ベンジル基、フェネチル基等のアラルキル基などが挙げられる。
上記アルキル基及び芳香族炭化水素基が有する水素原子を置換していてもよい置換基としては、例えばフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等のハロゲン原子、ヒドロキシ基、カルボキシ基、シアノ基、ニトロ基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アルコキシカルボニルオキシ基、アシル基、アシロキシ基等が挙げられる。これらの中で、ハロゲン原子が好ましく、フッ素原子がより好ましい。
上記R〜R13としては、非置換の直鎖状又は分岐状のアルキル基、フッ素化アルキル基、非置換の1価の芳香族炭化水素基、−OSO−R”及び−SO−R”が好ましく、フッ素化アルキル基及び非置換の1価の芳香族炭化水素基がより好ましく、フッ素化アルキル基がさらに好ましい。R”は、非置換の1価の脂環式炭化水素基又は非置換の1価の芳香族炭化水素基である。
上記式(X−1)におけるp、q及びrとしては、0〜2の整数が好ましく、0及び1がより好ましく、0がさらに好ましい。
上記式(X−2)におけるs及びtとしては、0〜2の整数が好ましく、0及び1がより好ましく、0がさらに好ましい。
化合物(1)としては、例えば下記式で表される化合物が挙げられる。
化合物(1)としては、例えば下記式(B−1)〜(B−11)で表される化合物(以下、「化合物(B−1)〜(B−11)」ともいう)が挙げられる。
Figure 2017156727
等が挙げられる。
化合物(1)としては、これらの中で、化合物(B−1)、化合物(B−2)及び化合物(B−5)が好ましい。
化合物(2)としては、例えば下記式(B−12)〜(B−14)で表される化合物(以下、「化合物(B−12)〜(B−14)」ともいう)が挙げられる。
Figure 2017156727
化合物(2)としては、これらの中で、化合物(B−12)が好ましい。
上記[B]化合物としては、上記化合物(1)がより好ましい。
[B]化合物の含有量の下限としては、[A]重合体100質量部に対して、0.2質量部が好ましく、0.5質量部がより好ましく、1質量部がさらに好ましく、2質量部が特に好ましい。また、含有量の上限としては、[A]重合体100質量部に対して、30質量部が好ましく、20質量部がより好ましく、15質量部がさらに好ましく、10質量部が特に好ましい。[B]化合物の含有量を上記範囲とすることで、当該感放射線性樹脂組成物のLWR性能等をより向上させることができる。
<[C]溶媒>
当該感放射線性樹脂組成物は、通常[C]溶媒を含有する。[C]溶媒は、少なくとも[A]重合体、[B]化合物、必要に応じて含有される[E]窒素含有化合物等を溶解又は分散可能な溶媒であれば特に限定されない。
[C]溶媒としては、例えばアルコール系溶媒、エーテル系溶媒、ケトン系溶媒、アミド系溶媒、エステル系溶媒、炭化水素系溶媒等が挙げられる。
アルコール系溶媒としては、例えば
4−メチル−2−ペンタノール、n−ヘキサノール等の炭素数1〜18の脂肪族モノアルコール系溶媒;
シクロヘキサノール等の炭素数3〜18の脂環式モノアルコール系溶媒;
1,2−プロピレングリコール等の炭素数2〜18の多価アルコール系溶媒;
プロピレングリコールモノメチルエーテル等の炭素数3〜19の多価アルコール部分エーテル系溶媒などが挙げられる。
エーテル系溶媒としては、例えば
ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジブチルエーテル、ジペンチルエーテル、ジイソアミルエーテル、ジヘキシルエーテル、ジヘプチルエーテル等のジアルキルエーテル系溶媒;
テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン等の環状エーテル系溶媒;
ジフェニルエーテル、アニソール等の芳香環含有エーテル系溶媒などが挙げられる。
ケトン系溶媒としては、例えば
アセトン、メチルエチルケトン、メチル−n−プロピルケトン、メチル−n−ブチルケトン、ジエチルケトン、メチル−iso−ブチルケトン、2−ヘプタノン、エチル−n−ブチルケトン、メチル−n−ヘキシルケトン、ジ−iso−ブチルケトン、トリメチルノナノン等の鎖状ケトン系溶媒:
シクロペンタノン、シクロヘキサノン、シクロヘプタノン、シクロオクタノン、メチルシクロヘキサノン等の環状ケトン系溶媒:
2,4−ペンタンジオン、アセトニルアセトン、アセトフェノン等が挙げられる。
アミド系溶媒としては、例えば
N,N’−ジメチルイミダゾリジノン、N−メチルピロリドン等の環状アミド系溶媒;
N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジエチルホルムアミド、アセトアミド、N−メチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルプロピオンアミド等の鎖状アミド系溶媒などが挙げられる。
エステル系溶媒としては、例えば
酢酸n−ブチル、乳酸エチル等のモノカルボン酸エステル系溶媒;
プロピレングリコールアセテート等の多価アルコールカルボキシレート系溶媒;
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等の多価アルコール部分エーテルカルボキシレート系溶媒;
シュウ酸ジエチル等の多価カルボン酸ジエステル系溶媒;
γ−ブチロラクトン、δ−バレロラクトン等のラクトン系溶媒;
ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等のカーボネート系溶媒などが挙げられる。
炭化水素系溶媒としては、例えば
n−ペンタン、n−ヘキサン等の炭素数5〜12の脂肪族炭化水素系溶媒;
トルエン、キシレン等の炭素数6〜16の芳香族炭化水素系溶媒等が挙げられる。
[C]溶媒としては、エステル系溶媒及びケトン系溶媒が好ましく、多価アルコール部分エーテルカルボキシレート系溶媒及び環状ケトン系溶媒がより好ましく、多価アルコール部分アルキルエーテルアセテート及びシクロアルカノンがさらに好ましく、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート及びシクロヘキサノンが特に好ましい。当該感放射線性樹脂組成物は、[C]溶媒を1種又は2種以上含有していてもよい。
<[D]他の酸発生体>
当該感放射線性樹脂組成物は、本発明の効果を損なわない範囲において、[B]化合物以外の[D]他の酸発生体を含有してもよい。[D]他の酸発生体は、露光により酸を発生する物質である。この発生した酸により、[A]重合体等が有する酸解離性基が解離してカルボキシ基、ヒドロキシ基等が生じ、[A]重合体の現像液への溶解性が変化するため、当該感放射線性樹脂組成物によりレジストパターンを形成することができる。他の酸発生体の当該感放射線性樹脂組成物における含有形態としては、遊離の化合物の形態(以下、適宜「[D]他の酸発生剤」という)でも、重合体の一部として組み込まれた形態でも、これらの両方の形態でもよい。
他の酸発生剤としては、アニオンと感放射線性オニウムカチオンとを有し、アニオンが上記式(1)で表される構造を有さない酸発生剤等が挙げられる。
[D]他の酸発生剤としては、例えば[B]化合物以外のオニウム塩化合物、N−スルホニルオキシイミド化合物、ハロゲン含有化合物、ジアゾケトン化合物等が挙げられる。
オニウム塩化合物としては、例えばスルホン酸塩、テトラヒドロチオフェニウム塩、ヨードニウム塩、ホスホニウム塩、ジアゾニウム塩、ピリジニウム塩等が挙げられる。
[D]他の酸発生剤の具体例としては、例えば特開2009−134088号公報の段落[0080]〜[0113]に記載されている化合物等が挙げられる。
[D]他の酸発生剤としては、下記式(r)で表される酸発生剤が好ましい。[D]他の酸発生剤が下記構造を有することで、[A]重合体と構造単位(I)との相互作用等により、露光により発生する酸のレジスト膜中の拡散長がより適度に短くなると考えられ、その結果、当該感放射線性樹脂組成物のLWR性能及び焦点深度をより向上させることができる。
Figure 2017156727
上記式(r)中、Rp1は、環員数6以上の環構造を含む1価の基である。Rp2は、2価の連結基である。Rp3及びRp4は、それぞれ独立して、水素原子、フッ素原子、炭素数1〜20の1価の炭化水素基又は炭素数1〜20の1価のフッ素化炭化水素基である。Rp5及びRp6は、それぞれ独立して、フッ素原子又は炭素数1〜20の1価のフッ素化炭化水素基である。np1は、0〜10の整数である。np2は、0〜10の整数である。np3は、1〜10の整数である。np1が2以上の場合、複数のRp2は同一でも異なっていてもよい。np2が2以上の場合、複数のRp3は同一でも異なっていてもよく、複数のRp4は同一でも異なっていてもよい。np3が2以上の場合、複数のRp5は同一でも異なっていてもよく、複数のRp6は同一でも異なっていてもよい。Xは、1価の感放射線性オニウムカチオンである。
p1で表される環員数6以上の環構造を含む1価の基としては、例えば環員数6以上の脂環構造を含む1価の基、環員数6以上の脂肪族複素環構造を含む1価の基、環員数6以上の芳香環構造を含む1価の基、環員数6以上の芳香族複素環構造を含む1価の基等が挙げられる。
上記環員数6以上の脂環構造としては、例えば
シクロヘキサン構造、シクロヘプタン構造、シクロオクタン構造、シクロノナン構造、シクロデカン構造、シクロドデカン構造等の単環のシクロアルカン構造;
シクロヘキセン構造、シクロヘプテン構造、シクロオクテン構造、シクロデセン構造等の単環のシクロアルケン構造;
ノルボルナン構造、アダマンタン構造、トリシクロデカン構造、テトラシクロドデカン構造等の多環のシクロアルカン構造;
ノルボルネン構造、トリシクロデセン構造等の多環のシクロアルケン構造などが挙げられる。
上記環員数6以上の脂肪族複素環構造としては、例えば
ヘキサノラクトン構造、ノルボルナンラクトン構造等のラクトン構造;
ヘキサノスルトン構造、ノルボルナンスルトン構造等のスルトン構造;
オキサシクロヘプタン構造、オキサノルボルナン構造等の酸素原子含有複素環構造;
アザシクロヘキサン構造、ジアザビシクロオクタン構造等の窒素原子含有複素環構造;
チアシクロヘキサン構造、チアノルボルナン構造のイオウ原子含有複素環構造などが挙げられる。
上記環員数6以上の芳香環構造としては、例えばベンゼン構造、ナフタレン構造、フェナントレン構造、アントラセン構造等が挙げられる。
上記環員数6以上の芳香族複素環構造としては、例えばフラン構造、ピラン構造、ベンゾピラン構造等の酸素原子含有複素環構造、ピリジン構造、ピリミジン構造、インドール構造等の窒素原子含有複素環構造などが挙げられる。
p1の環構造の環員数の下限としては、7が好ましく、8がより好ましく、9がさらに好ましく、10が特に好ましい。一方、上記環員数の上限としては、15が好ましく、14がより好ましく、13がさらに好ましく、12が特に好ましい。上記環員数を上記範囲とすることで、上述の酸の拡散長をさらに適度に短くすることができ、その結果、当該感放射線性樹脂組成物のLWR性能等をより向上させることができる。
p1の環構造が有する水素原子の一部又は全部は、置換基で置換されていてもよい。上記置換基としては、例えばフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等のハロゲン原子、ヒドロキシ基、カルボキシ基、シアノ基、ニトロ基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アルコキシカルボニルオキシ基、アシル基、アシロキシ基などが挙げられる。これらの中でヒドロキシ基が好ましい。
p1としては、これらの中で、環員数6以上の脂環構造を含む1価の基及び環員数6以上の脂肪族複素環構造を含む1価の基が好ましく、環員数9以上の脂環構造を含む1価の基及び環員数9以上の脂肪族複素環構造を含む1価の基がより好ましく、アダマンチル基、ヒドロキシアダマンチル基、ノルボルナンラクトン−イル基、ノルボルナンスルトン−イル基及び5−オキソ−4−オキサトリシクロ[4.3.1.13,8]ウンデカン−イル基がさらに好ましく、アダマンチル基が特に好ましい。
p2で表される2価の連結基としては、例えばカルボニル基、エーテル基、カルボニルオキシ基、スルフィド基、チオカルボニル基、スルホニル基、2価の炭化水素基等が挙げられる。Rp2で表される2価の連結基としては、カルボニルオキシ基、スルホニル基、アルカンジイル基及びシクロアルカンジイル基が好ましく、カルボニルオキシ基及びシクロアルカンジイル基がより好ましく、カルボニルオキシ基及びノルボルナンジイル基がさらに好ましく、カルボニルオキシ基が特に好ましい。
p3及びRp4で表される炭素数1〜20の1価の炭化水素基としては、例えば炭素数1〜20のアルキル基等が挙げられる。Rp3及びRp4で表される炭素数1〜20の1価のフッ素化炭化水素基としては、例えば炭素数1〜20のフッ素化アルキル基等が挙げられる。Rp3及びRp4としては、水素原子、フッ素原子及びフッ素化アルキル基が好ましく、フッ素原子及びパーフルオロアルキル基がより好ましく、フッ素原子及びトリフルオロメチル基がさらに好ましい。
p5及びRp6で表される炭素数1〜20の1価のフッ素化炭化水素基としては、例えば炭素数1〜20のフッ素化アルキル基等が挙げられる。Rp5及びRp6としては、フッ素原子及びフッ素化アルキル基が好ましく、フッ素原子及びパーフルオロアルキル基がより好ましく、フッ素原子及びトリフルオロメチル基がさらに好ましく、フッ素原子が特に好ましい。
p1としては、0〜5の整数が好ましく、0〜3の整数がより好ましく、0〜2の整数がさらに好ましく、0及び1が特に好ましい。
p2としては、0〜5の整数が好ましく、0〜2の整数がより好ましく、0及び1がさらに好ましく、0が特に好ましい。
p3としては、1〜5の整数が好ましく、1〜4の整数がより好ましく、1〜3の整数がさらに好ましく、1及び2が特に好ましい。
で表される1価の感放射線性オニウムカチオンは、露光光の照射により分解するカチオンである。露光部では、この光分解性オニウムカチオンの分解により生成するプロトンと、スルホネートアニオンとからスルホン酸を生じる。上記Xで表される1価の感放射線性オニウムカチオンとしては、例えば下記式(r−a)で表されるカチオン(以下、「カチオン(r−a)」ともいう)、下記式(r−b)で表されるカチオン(以下、「カチオン(r−b)」ともいう)、下記式(r−c)で表されるカチオン(以下、「カチオン(r−c)」ともいう)等が挙げられる。
Figure 2017156727
上記式(r−a)中、RB3、RB4及びRB5は、それぞれ独立して、置換若しくは非置換の炭素数1〜12の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、置換若しくは非置換の炭素数6〜12の芳香族炭化水素基、−OSO−RBB1若しくは−SO−RBB2であるか、又はこれらの基のうちの2つ以上が互いに合わせられ構成される環構造を表す。RBB1及びRBB2は、それぞれ独立して、置換若しくは非置換の炭素数1〜12の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、置換若しくは非置換の炭素数5〜25の脂環式炭化水素基又は置換若しくは非置換の炭素数6〜12の芳香族炭化水素基である。b1、b2及びb3は、それぞれ独立して0〜5の整数である。RB3〜RB5並びにRBB1及びRBB2がそれぞれ複数の場合、複数のRB3〜RB5並びにRBB1及びRBB2はそれぞれ同一でも異なっていてもよい。
上記式(r−b)中、RB6は、置換若しくは非置換の炭素数1〜8の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基又は置換若しくは非置換の炭素数6〜8の芳香族炭化水素基である。b4は0〜7の整数である。RB6が複数の場合、複数のRB6は同一でも異なっていてもよく、また、複数のRB6は、互いに合わせられ構成される環構造を表してもよい。RB7は、置換若しくは非置換の炭素数1〜7の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基又は置換若しくは非置換の炭素数6若しくは7の芳香族炭化水素基である。b5は、0〜6の整数である。RB7が複数の場合、複数のRB7は同一でも異なっていてもよく、また、複数のRB7は互いに合わせられ構成される環構造を表してもよい。nb2は、0〜3の整数である。RB8は、単結合又は炭素数1〜20の2価の有機基である。nb1は、0〜2の整数である。
上記式(r−c)中、RB9及びRB10は、それぞれ独立して、置換若しくは非置換の炭素数1〜12の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、置換若しくは非置換の炭素数6〜12の芳香族炭化水素基、−OSO−RBB3若しくは−SO−RBB4であるか、又はこれらの基のうちの2つ以上が互いに合わせられ構成される環構造を表す。RBB3及びRBB4は、それぞれ独立して、置換若しくは非置換の炭素数1〜12の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、置換若しくは非置換の炭素数5〜25の脂環式炭化水素基又は置換若しくは非置換の炭素数6〜12の芳香族炭化水素基である。b6及びb7は、それぞれ独立して0〜5の整数である。RB9、RB10、RBB3及びRBB4がそれぞれ複数の場合、複数のRB9、RB10、RBB3及びRBB4はそれぞれ同一でも異なっていてもよい。
B3、RB4、RB5、RB6、RB7、RB9及びRB10で表される非置換の直鎖状のアルキル基としては、例えばメチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基等が挙げられる。
B3、RB4、RB5、RB6、RB7、RB9及びRB10で表される非置換の分岐状のアルキル基としては、例えばi−プロピル基、i−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基等が挙げられる。
B3、RB4、RB5、RB9及びRB10で表される非置換の芳香族炭化水素基としては、例えば
フェニル基、トリル基、キシリル基、メシチル基、ナフチル基等のアリール基;
ベンジル基、フェネチル基等のアラルキル基等が挙げられる。
B6及びRB7で表される非置換の芳香族炭化水素基としては、例えばフェニル基、トリル基、ベンジル基等が挙げられる。
B8で表される2価の有機基としては、例えば単結合又は炭素数1〜20の2価の有機基等が挙げられる。
アルキル基及び芳香族炭化水素基が有する水素原子を置換していてもよい置換基としては、例えばフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等のハロゲン原子、ヒドロキシ基、カルボキシ基、シアノ基、ニトロ基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アルコキシカルボニルオキシ基、アシル基、アシロキシ基等が挙げられる。これらの中で、ハロゲン原子が好ましく、フッ素原子がより好ましい。
B3、RB4、RB5、RB6、RB7、RB9及びRB10としては、非置換の直鎖状又は分岐状のアルキル基、フッ素化アルキル基、非置換の1価の芳香族炭化水素基、−OSO−RBB5及び−SO−RBB5が好ましく、フッ素化アルキル基及び非置換の1価の芳香族炭化水素基がより好ましく、フッ素化アルキル基がさらに好ましい。RBB5は、非置換の1価の脂環式炭化水素基又は非置換の1価の芳香族炭化水素基である。
式(r−a)におけるb1、b2及びb3としては、0〜2の整数が好ましく、0及び1がより好ましく、0がさらに好ましい。式(r−b)におけるb4としては、0〜2の整数が好ましく、0及び1がより好ましく、1がさらに好ましい。b5としては、0〜2の整数が好ましく、0及び1がより好ましく、0がさらに好ましい。nb2としては、2及び3が好ましく、2がより好ましい。nb1としては、0及び1が好ましく、0がより好ましい。式(r−c)におけるb6及びb7としては、0〜2の整数が好ましく、0及び1がより好ましく、0がさらに好ましい。
としては、これらの中で、カチオン(r−a)及びカチオン(r−b)が好ましく、トリフェニルスルホニウムカチオン及び1−[2−(4−シクロヘキシルフェニルカルボニル)プロパン−2−イル]テトラヒドロチオフェニウムカチオンがより好ましい。
上記式(r)で表される酸発生剤としては例えば下記式(r−1)〜(r−15)で表される化合物(以下、「化合物(r−1)〜(r−15)」ともいう)等が挙げられる。
Figure 2017156727
上記式(r−1)〜(r−15)中、Xは、1価の感放射線性オニウムカチオンである。
[D]他の酸発生剤としては、オニウム塩化合物が好ましく、化合物(r−5)、(r−14)及び(r−15)がさらに好ましい。
また、[D]他の酸発生体としては、下記式(7)で表される構造単位を有する重合体も好ましい。
Figure 2017156727
上記式(7)中、R’は、水素原子又はメチル基である。Xは、1価の感放射線性オニウムカチオンである。
[D]他の酸発生剤の含有量の下限としては、[A]重合体100質量部に対して、0.1質量部が好ましく、0.5質量部がより好ましく、1質量部がさらに好ましい。上記含有量の上限としては、35質量部が好ましく、30質量部がより好ましく、25質量部がさらに好ましい。[D]他の酸発生剤の含有量を上記範囲とすることで、当該感放射線性樹脂組成物の感度及び現像性が向上し、その結果、LWR性能及び焦点深度を向上させることができる。[D]他の酸発生剤は、1種又は2種以上を用いることができる。
また、当該感放射線性樹脂組成物は、本発明の効果を損なわない範囲において、[D]他の酸発生剤として、露光により感光し弱酸を発生する光崩壊性塩基を用いることもできる。光崩壊性塩基は、酸拡散制御剤として機能する。光崩壊性塩基としては、例えば露光により分解して酸拡散制御性を失うオニウム塩化合物等が挙げられる(但し、[B]化合物に該当するものを除く)。オニウム塩化合物としては、例えば下記式(6−1)で表されるスルホン酸塩化合物、下記式(6−2)で表されるヨードニウム塩化合物等が挙げられる。
Figure 2017156727
上記式(6−1)及び式(6−2)中、R23〜R27は、それぞれ独立して、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、ヒドロキシ基又はハロゲン原子である。E及びQは、それぞれ独立して、OH、Rβ−COO、Rγ−SO 又は下記式(6−3)で表されるアニオンである。Rβは、アルキル基、アリール基又はアラルキル基である。Rγは、アルキル基又はアラルキル基である。
Figure 2017156727
上記式(6−3)中、R28は、炭素数1〜12の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、炭素数1〜12の直鎖状若しくは分岐状のフッ素化アルキル基又は炭素数1〜12の直鎖状若しくは分岐状のアルコキシ基である。uは、0〜2の整数である。uが2の場合、2つのR28は同一でも異なっていてもよい。
上記光崩壊性塩基としては、例えば下記式で表される化合物等が挙げられる。
Figure 2017156727
上記光崩壊性塩基としては、これらの中で、スルホン酸塩が好ましく、トリアリールスルホン酸塩がより好ましく、トリフェニルスルホニウムサリチレート及びトリフェニルスルホニウム10−カンファースルホネートがさらに好ましい。
[D]他の酸発生剤として光崩壊性塩基を含む場合、光崩壊性塩基の含有量の下限としては、[A]重合体100質量部に対して、0質量部が好ましく、0.1質量部がより好ましく、0.3質量部がさらに好ましく、0.5質量部が特に好ましい。上記含有量の上限としては、[A]重合体100質量部に対して、15質量部が好ましく、10質量部がより好ましく、8質量部がさらに好ましく、5質量部が特に好ましい。他の酸拡散制御体の含有量が上記上限を超えると、当該感放射線性樹脂組成物の感度が低下する場合がある。
<[E]窒素含有化合物>
当該感放射線性樹脂組成物は、本発明の効果を損なわない範囲において、[E]窒素含有化合物を含有してもよい。[E]窒素含有化合物は、露光により[D]他の酸発生体等から生じる酸のレジスト膜中における拡散現象を制御し、非露光領域における好ましくない化学反応を抑制する酸拡散制御剤としての効果を奏する。また、感放射線性樹脂組成物の貯蔵安定性が向上すると共に、レジストとしての解像度がより向上する。さらに、露光から現像処理までの引き置き時間の変動によるレジストパターンの線幅変化を抑えることができ、プロセス安定性に優れた感放射線性樹脂組成物が得られる。
[E]窒素含有化合物としては、例えば下記式(5)で表される化合物(以下、「含窒素化合物(I)」ともいう)、同一分子内に窒素原子を2個有する化合物(以下、「含窒素化合物(II)」ともいう)、窒素原子を3個有する化合物(以下、「含窒素化合物(III)」ともいう)、アミド基含有化合物、ウレア化合物、含窒素複素環化合物等が挙げられる。
Figure 2017156727
上記式(5)中、R20、R21及びR22は、それぞれ独立して、水素原子、置換若しくは非置換のアルキル基、シクロアルキル基、アリール基又はアラルキル基である。
含窒素化合物(I)としては、例えばn−ヘキシルアミン等のモノアルキルアミン類;ジ−n−ブチルアミン等のジアルキルアミン類;トリエチルアミン等のトリアルキルアミン類;アニリン、2,6−ジi−プロピルアニリン等の芳香族アミン類等が挙げられる。
含窒素化合物(II)としては、例えばエチレンジアミン、N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン等が挙げられる。
含窒素化合物(III)としては、例えばポリエチレンイミン、ポリアリルアミン等のポリアミン化合物;ジメチルアミノエチルアクリルアミド等の重合体などが挙げられる。
アミド基含有化合物としては、例えばホルムアミド、N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、アセトアミド、N−メチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、プロピオンアミド、ベンズアミド、ピロリドン、N−メチルピロリドン等が挙げられる。
ウレア化合物としては、例えば尿素、メチルウレア、1,1−ジメチルウレア、1,3−ジメチルウレア、1,1,3,3−テトラメチルウレア、1,3−ジフェニルウレア、トリブチルチオウレア等が挙げられる。
含窒素複素環化合物としては、例えばピリジン、2−メチルピリジン等のピリジン類;N−プロピルモルホリン、N−(ウンデシルカルボニルオキシエチル)モルホリン等のモルホリン類;ピラジン、ピラゾール、ベンズイミダゾール、2−フェニルベンズイミダゾール等のイミダゾール類などが挙げられる。
含窒素有機化合物として、酸解離性基を有する化合物を用いることもできる。このような酸解離性基を有する含窒素有機化合物としては、例えばN−t−ブトキシカルボニルピペリジン、N−t−ブトキシカルボニルイミダゾール、N−t−ブトキシカルボニルベンズイミダゾール、N−t−ブトキシカルボニル−2−フェニルベンズイミダゾール、N−(t−ブトキシカルボニル)ジ−n−オクチルアミン、N−(t−ブトキシカルボニル)ジエタノールアミン、N−(t−ブトキシカルボニル)ジシクロヘキシルアミン、N−(t−ブトキシカルボニル)ジフェニルアミン、N−t−ブトキシカルボニル−4−ヒドロキシピペリジン、N−t−アミルオキシカルボニル−4−ヒドロキシピペリジン等が挙げられる。
当該感放射線性樹脂組成物が[E]窒素含有化合物として[E]窒素含有化合物を含有する場合、[E]窒素含有化合物の含有量の下限としては、[A]重合体100質量部に対して、0.1質量部が好ましく、0.3質量部がより好ましく、1質量部がさらに好ましい。上記含有量の上限としては、15質量部が好ましく、10質量部がより好ましく、5質量部がさらに好ましい。
<[F]重合体>
[F]重合体は、[A]重合体よりもフッ素原子の質量含有率が大きい重合体である。[F]重合体は、[A]重合体よりもフッ素原子の質量含有率が大きいため、その撥油性的特徴により、レジスト膜を形成した際にその分布がレジスト膜表層に偏在化する傾向がある。その結果、当該感放射線性樹脂組成物によれば、液浸露光時における酸発生剤、酸拡散制御剤等が液浸媒体に溶出することを抑制することができる。また、当該感放射線性樹脂組成物によれば、この[F]重合体の撥水性的特徴により、レジスト膜と液浸媒体との前進接触角を所望の範囲に制御でき、バブル欠陥の発生を抑制できる。さらに、当該感放射線性樹脂組成物によれば、レジスト膜と液浸媒体との後退接触角が大きくなり、水滴が残らずに高速でのスキャン露光が可能となる。当該感放射線性樹脂組成物は、このように[F]重合体を含有することにより、液浸露光法に好適なレジスト膜を形成することができる。
[F]重合体のフッ素原子の質量含有率の下限としては、1質量%が好ましく、2質量%がより好ましく、4質量%がさらに好ましく、7質量%が特に好ましい。上記質量含有率の上限としては、60質量%が好ましく、50質量%がより好ましく、40質量%がさらに好ましく、30質量%が特に好ましい。フッ素原子の質量含有率を上記範囲とすることで、[F]重合体のレジスト膜における偏在化をより適度に調整することができる。なお、重合体のフッ素原子の質量含有率は、13C−NMRスペクトル測定により重合体の構造を求め、その構造から算出することができる。
[F]重合体におけるフッ素原子の含有形態は特に限定されず、主鎖、側鎖及び末端のいずれに結合するものでもよいが、フッ素原子を含む構造単位(以下、「構造単位(F)」ともいう)を有することが好ましい。[F]重合体は、構造単位(F)以外にも、当該感放射線性樹脂組成物の現像欠陥抑制性向上の観点から、酸解離性基を含む構造単位を有することが好ましい。酸解離性基を含む構造単位としては、例えば、[A]重合体における構造単位(I)等が挙げられる。
また、[F]重合体は、アルカリ解離性基を有することが好ましい。[F]重合体がアルカリ解離性基を有すると、アルカリ現像時にレジスト膜表面を疎水性から親水性に効果的に変えることができ、当該感放射線性樹脂組成物の現像欠陥抑制性がより向上する。「アルカリ解離性基」とは、カルボキシ基、ヒドロキシ基等の水素原子を置換する基であって、アルカリ水溶液(例えば、23℃の2.38質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液)中で解離する基をいう。
構造単位(F)としては、下記式(f−1)で表される構造単位(以下、「構造単位(F−1)」ともいう)及び下記式(f−2)で表される構造単位(以下、「構造単位(F−2)」ともいう)が好ましい。構造単位(F)は、構造単位(F−1)及び構造単位(F−2)をそれぞれ1種又は2種以上有していてもよい。
[構造単位(F−1)]
構造単位(F−1)は、下記式(f−1)で表される構造単位である。[F]重合体は構造単位(F−1)を有することでフッ素原子の質量含有率を調整することができる。
Figure 2017156727
上記式(f−1)中、Rは、水素原子、フッ素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。Gは、単結合、酸素原子、硫黄原子、−COO−、−SOONH−、−CONH−又は−OCONH−である。Rは、炭素数1〜6の1価のフッ素化鎖状炭化水素基又は炭素数4〜20の1価のフッ素化脂環式炭化水素基である。
としては、構造単位(F−1)を与える単量体の共重合性の観点から、水素原子及びメチル基が好ましく、メチル基がより好ましい。
Gとしては、−COO−、−SOONH−、−CONH−及び−OCONH−が好ましく、−COO−がより好ましい。
で表される炭素数1〜6の1価のフッ素化鎖状炭化水素基としては、例えばトリフルオロメチル基、2,2,2−トリフルオロエチル基、パーフルオロエチル基、2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピル基、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロピル基、パーフルオロn−プロピル基、パーフルオロi−プロピル基、パーフルオロn−ブチル基、パーフルオロi−ブチル基、パーフルオロt−ブチル基、2,2,3,3,4,4,5,5−オクタフルオロペンチル基、パーフルオロヘキシル基等が挙げられる。
上記Rで表される炭素数4〜20の1価のフッ素化脂環式炭化水素基としては、例えばモノフルオロシクロペンチル基、ジフルオロシクロペンチル基、パーフルオロシクロペンチル基、モノフルオロシクロヘキシル基、ジフルオロシクロペンチル基、パーフルオロシクロヘキシルメチル基、フルオロノルボルニル基、フルオロアダマンチル基、フルオロボルニル基、フルオロイソボルニル基、フルオロトリシクロデシル基、フルオロテトラシクロデシル基等が挙げられる。
としては、フッ素化鎖状炭化水素基が好ましく、2,2,2−トリフルオロエチル基及び1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−プロピル基がより好ましく、2,2,2−トリフルオロエチル基がさらに好ましい。
[F]重合体が構造単位(F−1)を有する場合、構造単位(F−1)の含有割合の下限としては、[F]重合体を構成する全構造単位に対して、10モル%が好ましく、20モル%がより好ましい。上記含有割合の上限としては、90モル%が好ましく、70モル%がより好ましく、50モル%がさらに好ましい。構造単位(F−1)の含有割合を上記範囲とすることで、[F]重合体のフッ素原子の質量含有率をさらに適度に調整することができる。
[構造単位(F−2)]
構造単位(F−2)は、下記式(f−2)で表される構造単位である。[F]重合体は構造単位(F−2)を有することで、フッ素原子の質量含有率を調整すると共に、アルカリ現像前後において、レジスト膜表面を撥水性から親水性へ変化させることができる。
Figure 2017156727
上記式(f−2)中、Rは、水素原子、フッ素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。Rは、炭素数1〜20の(s+1)価の炭化水素基、又はこの炭化水素基のR側の末端に酸素原子、硫黄原子、−NR’−、カルボニル基、−COO−若しくは−CONH−が結合された構造である。R’は、水素原子又は炭素数1〜10の1価の炭化水素基である。Rは、単結合又は炭素数1〜20の2価の有機基である。Wは、単結合又は炭素数1〜20の2価のフッ素化鎖状炭化水素基である。Aは、酸素原子、−NR”−、−COO−*又は−SOO−*である。R”は、水素原子又は炭素数1〜10の1価の炭化水素基である。*は、Rに結合する部位を示す。Rは、水素原子又は炭素数1〜30の1価の有機基である。sは、1〜3の整数である。但し、sが1の場合、Rは単結合であってもよい。sが2又は3の場合、複数のR、W、A及びRはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。Wが単結合の場合、Rは、フッ素原子を含む基である。
としては、構造単位(F−2)を与える単量体の共重合性等の観点から、水素原子及びメチル基が好ましく、メチル基がより好ましい。
で表される炭素数1〜20の(s+1)価の炭化水素基としては、例えば上記式(2)のRA2〜RA4として例示した炭素数1〜20の1価の炭化水素基からs個の水素原子を除いた基等が挙げられる。
sとしては、1及び2が好ましく、1がより好ましい。
としては、sが1の場合、単結合及び2価の炭化水素基が好ましく、単結合及びアルカンジイル基がより好ましく、単結合及び炭素数1〜4のアルカンジイル基がさらに好ましく、単結合、メタンジイル基及びプロパンジイル基が特に好ましい。
で表される炭素数1〜20の2価の有機基としては、例えば上記式(a−3)のRとして例示した炭素数1〜20の1価の有機基から1個の水素原子を除いた基等が挙げられる。
としては、単結合及びラクトン構造を有する基が好ましく、単結合及び多環のラクトン構造を有する基がより好ましく、単結合及びノルボルナンラクトン構造を有する基がより好ましい。
で表される炭素数1〜20の2価のフッ素化鎖状炭化水素基としては、例えば
フルオロメタンジイル基、ジフルオロメタンジイル基、フルオロエタンジイル基、ジフルオロエタンジイル基、テトラフルオロエタンジイル基、ヘキサフルオロプロパンジイル基、オクタフルオロブタンジイル基等のフッ素化アルカンジイル基;
フルオロエテンジイル基、ジフルオロエテンジイル基等のフッ素化アルケンジイル基などが挙げられる。これらの中で、フッ素化アルカンジイル基が好ましく、ジフルオロメタンジイル基がより好ましい。
としては、酸素原子、−COO−*、−SOO−*が好ましく、−COO−*がより好ましい。
で表される炭素数1〜30の1価の有機基としては、例えばアルカリ解離性基、酸解離性基、炭素数1〜30の炭化水素基等が挙げられる。Rとしては、これらの中で、アルカリ解離性基が好ましい。Rをアルカリ解離性基とすることで、アルカリ現像時に、レジスト膜表面を疎水性から親水性により効果的に変えることができ、当該感放射線性樹脂組成物の現像欠陥抑制性がさらに向上する。
がアルカリ解離性基である場合、Rとしては、下記式(iii)〜(v)で表される基(以下、「基(iii)〜(v)」ともいう)が好ましい。
Figure 2017156727
上記式(iii)中、R5a及びR5bは、それぞれ独立して、炭素数1〜20の1価の有機基であるか、又はこれらの基が互いに合わせられこれらが結合する炭素原子と共に構成される環員数3〜20の脂環構造を表す。
Figure 2017156727
上記式(iv)中、R5c及びR5dは、それぞれ独立して、炭素数1〜20の1価の有機基であるか、又はこれらの基が互いに合わせられこれらが結合する窒素原子と共に構成される環員数3〜20の複素環構造を表す。
Figure 2017156727
上記式(v)中、R5eは、炭素数1〜20の1価の炭化水素基又は炭素数1〜20の1価のフッ素化炭化水素基である。
炭素数1〜20の1価の有機基及び上記炭素数1〜20の1価の炭化水素基としては、上記式(I)のRとして例示したものと同様の基等が挙げられる。
炭素数1〜20の1価のフッ素化炭化水素基としては、例えば上記炭素数1〜20の1価の炭化水素基として例示した基が有する水素原子の一部又は全部がフッ素原子で置換された基等が挙げられる。
基(iii)としては下記式(iiI)〜(iii−4)で表される基(以下、「基(iiI)〜(iii−4)」ともいう)が、基(iv)としては下記式(iv−1)で表される基(以下、「基(iv−1)」ともいう)が、基(v)としては下記式(v−1)〜(v−5)で表される基(以下、「基(v−1)〜(v−5)」ともいう)が好ましい。
Figure 2017156727
これらの中で、基(v−3)及び基(v−5)が好ましい。
また、Rが水素原子であると、[F]重合体のアルカリ現像液に対する親和性が向上するため好ましい。この場合、Aが酸素原子かつWが1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2,2−メタンジイル基であると、上記親和性がさらに向上する。
[F]重合体が構造単位(F−2)を有する場合、構造単位(F−2)の含有割合の下限としては、[F]重合体を構成する全構造単位に対して、10モル%が好ましく、20モル%がより好ましく、40モル%がさらに好ましい。上記含有割合の上限としては、90モル%が好ましく、85モル%がより好ましく、80モル%がさらに好ましい。構造単位(F−2)の含有割合を上記範囲とすることで、当該感放射線性樹脂組成物から形成されたレジスト膜表面をアルカリ現像前後で撥水性から親水性へより適切に変えることができる。
構造単位(F)の含有割合の下限としては、[F]重合体を構成する全構造単位に対して、10モル%が好ましく、20モル%がより好ましく、25モル%がさらに好ましい。上記含有割合の上限としては、90モル%が好ましく、85モル%がより好ましく、80モル%がさらに好ましい。
[F]重合体における酸解離性基を含む構造単位の下限としては、[F]重合体を構成する全構造単位に対して、10モル%が好ましく、20モル%がより好ましく、50モル%がさらに好ましい。上記含有割合の上限としては、90モル%が好ましく、80モル%がより好ましく、75モル%がさらに好ましい。酸解離性基を含む構造単位の含有割合を上記範囲とすることで、当該感放射線性樹脂組成物の現像欠陥抑制性をさらに向上させることができる。
当該感放射線性樹脂組成物が[F]重合体を含有する場合、[F]重合体の含有量の下限としては、[A]重合体100質量部に対して、0.1質量部が好ましく、0.5質量部がより好ましく、1質量部がさらに好ましく、2質量部が特に好ましい。上記含有量の上限としては、30質量部が好ましく、20質量部がより好ましく、15質量部がさらに好ましく、10質量部が特に好ましい。当該感放射線性樹脂組成物は[F]重合体を1種又は2種以上含有していてもよい。
[F]重合体は、上述した[A]重合体と同様の方法で合成することができる。
[F]重合体のGPCによるMwの下限としては、1,000が好ましく、3,000がより好ましく、4,000がさらに好ましく、5,000が特に好ましい。上記Mwの上限としては、50,000が好ましく、30,000がより好ましく、20,000がさらに好ましく、10,000が特に好ましい。[F]重合体のMwを上記範囲とすることで、当該感放射線性樹脂組成物の塗工性及び現像欠陥抑制性が向上する。
[F]重合体のGPCによるMnに対するMwの比(Mw/Mn)の下限としては、通常1であり、1.2が好ましい。上記比の上限としては、5が好ましく、3がより好ましく、2がさらに好ましい。
<その他の任意成分>
当該感放射線性樹脂組成物は、上記[A]〜[E]成分以外のその他の任意成分を含有していてもよい。その他の任意成分としては、例えば界面活性剤、脂環式骨格含有化合物、増感剤等が挙げられる。これらのその他の任意成分は、それぞれ1種単独で又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。
[界面活性剤]
界面活性剤は、塗工性、ストリエーション、現像性等を改良する効果を奏する。界面活性剤としては、例えば
ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンn−オクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンn−ノニルフェニルエーテル、ポリエチレングリコールジラウレート、ポリエチレングリコールジステアレート等のノニオン系界面活性剤;
市販品としては、信越化学工業社の「KP341」、共栄社化学社の「ポリフローNo.75」、「同No.95」、トーケムプロダクツ社の「エフトップEF301」、「同EF303」、「同EF352」、DIC社の「メガファックF171」、「同F173、住友スリーエム社の「フロラードFC430」、「同FC431」、旭硝子工業社の「アサヒガードAG710」、「サーフロンS−382」、「同SC−101」、「同SC−102」、「同SC−103」、「同SC−104」、「同SC−105」、「同SC−106」等が挙げられる。界面活性剤の含有量の上限としては、[A]重合体100質量部に対して、2質量部が好ましく、1質量部がより好ましい。
[脂環式骨格含有化合物]
脂環式骨格含有化合物は、ドライエッチング耐性、パターン形状、基板との接着性等を改善する効果を奏する。
[増感剤]
増感剤は、[B]化合物等からの酸の生成量を増加する作用を示すものであり、当該感放射線性樹脂組成物の「みかけの感度」を向上させる効果を奏する。
増感剤としては、例えばカルバゾール類、アセトフェノン類、ベンゾフェノン類、ナフタレン類、フェノール類、ビアセチル、エオシン、ローズベンガル、ピレン類、アントラセン類、フェノチアジン類等が挙げられる。これらの増感剤は、単独で使用してもよく2種以上を併用してもよい。増感剤の含有量の上限としては、[A]重合体100質量部に対して、2質量部が好ましく、1質量部がより好ましい。
<感放射線性樹脂組成物の調製方法>
当該感放射線性樹脂組成物は、例えば[A]重合体、[B]化合物及び[C]溶媒並びに必要に応じて含有される[E]窒素含有化合物、[F]重合体、及びその他の任意成分を所定の割合で混合し、好ましくは、得られた混合液を、例えば孔径0.2μm程度のフィルター等でろ過することで調製することができる。当該感放射線性樹脂組成物の固形分濃度の下限としては、0.1質量%が好ましく、0.5質量部がより好ましく、1質量%がさらに好ましい。上記固形分濃度の上限としては、50質量%が好ましく、30質量%がより好ましく、20質量%がさらに好ましい。
当該感放射線性樹脂組成物は、アルカリ現像液を用いるポジ型パターン形成用にも、有機溶媒を含有する現像液を用いるネガ型パターン形成用にも用いることができる。これらのうち、有機溶媒を含有する現像液を用いるネガ型パターン形成に用いる場合、当該感放射線性樹脂組成物は、より高い解像性を発揮することができる。
<レジストパターン形成方法>
当該レジストパターン形成方法は、基板の一方の面側に当該感放射線性樹脂組成物を塗工する工程(以下、「塗工工程」ともいう)、上記塗工により得られたレジスト膜を露光する工程(以下、「露光工程」ともいう)、及び上記露光されたレジスト膜を現像する工程(以下、「現像工程」ともいう)を備える。
当該レジストパターン形成方法によれば、上述した当該感放射線性樹脂組成物を用いているので、LWR性能、CDU性能、EL性能、現像欠陥抑制性及びPEB後の膜収縮抑制性に優れるレジストパターンを形成することができる。以下、各工程について説明する。
[塗工工程]
本工程では基板の一方の面側に当該感放射線性樹脂組成物を塗工する。上記レジスト膜を形成する基板としては、例えばシリコンウェハ、アルミニウムで被覆したウェハ等が挙げられる。この基板上に当該感放射線性樹脂組成物を塗工することによりレジスト膜が形成される。当該感放射線性樹脂組成物の塗工方法としては、特に限定されないが、例えばスピンコート法等の公知の方法等が挙げられる。当該感放射線性樹脂組成物を塗工する際には、形成されるレジスト膜が所望の厚みとなるように、塗工する当該感放射線性樹脂組成物の量を調整する。なお当該感放射線性樹脂組成物を基板上に塗工した後、溶媒を揮発させるためにプレベーク(以下、「PB」ともいう)を行ってもよい。PBの温度の下限としては、30℃が好ましく、50℃がより好ましい。上記温度の上限としては、200℃が好ましく、150℃がより好ましい。PBの時間の下限としては、10秒が好ましく、30秒がより好ましい。上記時間の上限としては、600秒が好ましく、300秒がより好ましい。レジスト膜の平均厚みの下限としては、10nmが好ましく、20nmがより好ましく、50nmがさらに好ましい。上記平均厚みの上限としては、1,000nmが好ましく、200nmがより好ましく、150nmがさらに好ましい。
[露光工程]
本工程では、上記塗工により得られたレジスト膜を露光する。この露光は、場合によっては、水等の液浸露光液を介し、所定のパターンを有するマスクを介して放射線を照射することにより行う。
液浸露光液としては、通常、空気より屈折率の大きい液体を使用する。具体的には、例えば純水、長鎖又は環状の脂肪族化合物等が挙げられる。この液浸露光液を介した状態、すなわち、レンズとレジスト膜との間に液浸露光液を満たした状態で、露光装置から放射線を照射し、所定のパターンを有するマスクを介してレジスト膜を露光する。
上記放射線としては、使用される感放射線性酸発生剤の種類に応じて、可視光線、紫外線、ArFエキシマレーザー光(波長193nm)、KrFエキシマレーザー光(波長248nm)等の遠紫外線、極端紫外線(Extreme Ultraviolet(EUV)、13.5nm)、X線等の電磁波、電子線、α線等の荷電粒子線等から適宜選定されて使用されるが、これらの中でも、ArFエキシマレーザー光、KrFエキシマレーザー光、EUV、X線及び電子線が好ましく、ArFエキシマレーザー光、EUV及び電子線がより好ましい。なお、露光量等の露光条件は、当該感放射線性樹脂組成物の配合組成、添加剤の種類等に応じて適宜選定することができる。
露光後のレジスト膜に対し、加熱処理(以下、「露光後加熱(ポストエクスポージャーベーク、PEB)」ともいう)を行うことが好ましい。このPEBにより、[A]重合体等の酸解離性基の解離反応を円滑に進行させることができる。PEBの加熱条件は、感放射線性樹脂組成物の配合組成によって適宜調整されるが、PEBの温度の下限としては、30℃が好ましく、50℃がより好ましく、70℃がさらに好ましい。上記温度の上限としては、200℃が好ましく、150℃がより好ましく、120℃がさらに好ましい。PEBの時間の下限としては、10秒が好ましく、30秒がより好ましい。上記時間の上限としては、600秒が好ましく、300秒がより好ましい。当該レジストパターン形成方法においては、上述の当該感放射線性樹脂組成物を用いるので、PEB後の膜収縮抑制性に優れたものとなる。
また、感放射線性樹脂組成物の潜在能力を最大限に引き出すため、例えば特公平6−12452号公報、特開昭59−93448号公報等に開示されているように、使用される基板上に有機系又は無機系の反射防止膜を形成しておくこともできる。また、環境雰囲気中に含まれる塩基性不純物等の影響を防止するため、例えば特開平5−188598号公報等に開示されているように、レジスト膜上に保護膜を設けることもできる。
[現像工程]
本工程では、上記露光工程で露光されたレジスト膜を現像する。この現像に用いる現像液としては、例えばアルカリ水溶液(アルカリ現像液)、有機溶媒を含有する液(有機溶媒現像液)等が挙げられる。これにより、所定のレジストパターンが形成される。
アルカリ現像液としては、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、けい酸ナトリウム、メタけい酸ナトリウム、アンモニア水、エチルアミン、n−プロピルアミン、ジエチルアミン、ジ−n−プロピルアミン、トリエチルアミン、メチルジエチルアミン、エチルジメチルアミン、トリエタノールアミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)、ピロール、ピペリジン、コリン、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]−7−ウンデセン、1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]−5−ノネン等のアルカリ性化合物の少なくとも1種を溶解したアルカリ水溶液等が挙げられる。これらの中で、TMAH水溶液が好ましく、2.38質量%TMAH水溶液がより好ましい。
有機溶媒現像液としては、例えば炭化水素系溶媒、エーテル系溶媒、エステル系溶媒、ケトン系溶媒、アルコール系溶媒等の有機溶媒、又は有機溶媒を含有する液が挙げられる。有機溶媒としては、例えば上述の感放射線性樹脂組成物の[C]溶媒として例示した溶媒の1種又は2種以上等が挙げられる。これらの中でも、エステル系溶媒及びケトン系溶媒が好ましい。エステル系溶媒としては、酢酸エステル系溶媒が好ましく、酢酸n−ブチルがより好ましい。ケトン系溶媒としては、鎖状ケトンが好ましく、2−ヘプタノンがより好ましい。有機溶媒現像液中の有機溶媒の含有量の下限としては、80質量%が好ましく、90質量%がより好ましく、95質量%がさらに好ましく、99質量%が特に好ましい。有機溶媒現像液中の有機溶媒以外の成分としては、例えば水、シリコンオイル等が挙げられる。
これらの現像液は、単独で又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。なお、現像後は、水等で洗浄し、乾燥することが一般的である。
<感放射線性酸発生剤>
当該感放射線性酸発生剤は、上記式(1)で表される化合物及び下記式(2)で表される化合物から選ばれるスルホン酸塩を含む。当該感放射線性酸発生剤は、上述の性質を有するので、当該感放射線性樹脂組成物の感放射線性酸発生剤成分として好適に用いることができ、この感放射線性樹脂組成物の、LWR性能、CDU性能、EL性能、現像欠陥抑制性及びPEB後の膜収縮抑制性を向上させることができる。
<化合物>
当該化合物は、下記式(1)で表される化合物及び下記式(2)で表される化合物から選ばれるスルホン酸塩である。当該化合物は、上述の当該感放射線性酸発生剤として好適に用いることができる。
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。各種物性値の測定方法を以下に示す。
[重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)及び分散度(Mw/Mn)の測定]
重合体のMw及びMnは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により東ソー社製のGPCカラム(「G2000HXL」2本、「G3000HXL」1本、「G4000HXL」1本)を使用し、以下の条件により測定した。また、分散度(Mw/Mn)は、Mw及びMnの測定結果より算出した。
溶出溶媒:テトラヒドロフラン
流量:1.0mL/分
試料注入量:100μL
カラム温度:40℃
検出器:示差屈折計
標準物質:単分散ポリスチレン
H−NMR分析及び13C−NMR分析]
重合体の各構造単位含有割合を求めるためのH−NMR分析及び13C−NMR分析は、核磁気共鳴装置(日本電子社の「JNM−Delta400」)を用いて測定した。
<[A]重合体及び[F]重合体の合成> 各実施例及び比較例における各重合体の合成で用いた単量体を以下に示す。
Figure 2017156727
なお、上記化合物(M−1)、(M−4)、(M−5)、(M−7)、(M−10)、(M−11)、(M−18)及び(M−20)は構造単位(I)を、化合物(M−2)、(M−6)、(M−8)、(M−9)、(M−12)〜(M−17)は構造単位(II)を、(M−19)は構造単位(III)を、(M−3)は構造単位(IV)を、(M−21)は酸発生体としての構造単位を、(M−22)は構造単位(F)をそれぞれ与える。
[合成例1](重合体(A−1)の合成)
化合物(M−1)7.97g(35モル%)、化合物(M−2)7.44g(45モル%)、及び化合物(M−3)4.49g(20モル%)を2−ブタノン40gに溶解し、開始剤としてAIBN0.80g(全モノマーに対して5モル%)を添加して単量体溶液を調製した。次いで20gの2−ブタノンを入れた100mLの三口フラスコを30分窒素パージした後、攪拌しながら80℃に加熱し、上記調製した単量体溶液を滴下漏斗にて3時間かけて滴下した。滴下開始を重合反応の開始時間とし、重合反応を6時間実施した。重合反応終了後、重合溶液を水冷して30℃以下に冷却した。400gのメタノール中に冷却した重合溶液を投入し、析出した白色粉末をろ別した。ろ別した白色粉末を80gのメタノールで2回洗浄した後、ろ別し、50℃で17時間乾燥させて白色粉末状の重合体(A−1)を合成した(15.2g、収率76%)。重合体(A−1)のMwは7,300であり、Mw/Mnは1.53であった。13C−NMR分析の結果、(M−1)、(M−2)、(M−3)に由来する各構造単位の含有割合は、それぞれ34.3モル%、45.1モル%、及び20.6モル%であった。
[合成例2〜11、13〜14](重合体(A−2)〜(A−11)、(A−13)〜(A−14)の合成)
下記表1に記載の種類及び使用量の単量体を用いた以外は、合成例1と同様にして重合体(A−2)〜(A−11)及び(A−13)〜(A−14)をそれぞれ合成した。なお、表中の「−」は、該当する成分を用いなかったことを示す。得られた重合体の各構造単位の含有割合、収率、Mw及びMw/Mnの値を表1に合わせて示す。
Figure 2017156727
[合成例12](重合体(A−12)の合成)
化合物(M−19)55.0g(65モル%)及び化合物(M−18)45.0g(35モル%)、開始剤としてAIBN4g、並びにt−ドデシルメルカプタン1gを、プロピレングリコールモノメチルエーテル100gに溶解した後、窒素雰囲気下、反応温度を70℃に保持して、16時間共重合させた。重合反応終了後、重合溶液を1,000gのn−ヘキサン中に滴下して、重合体を凝固精製した。次いで上記重合体に、再度プロピレングリコールモノメチルエーテル150gを加えた後、更に、メタノール150g、トリエチルアミン34g及び水6gを加えて、沸点にて還流させながら、8時間加水分解反応を行った。反応終了後、溶剤及びトリエチルアミンを減圧留去し、得られた重合体をアセトン150gに溶解した後、2,000gの水中に滴下して凝固させ、生成した白色粉末をろ過し、50℃で17時間乾燥させて白色粉末状の重合体(A−12)を得た(65.7g、収率77%)。重合体(A−12)のMwは7500であり、Mw/Mnは1.90であった。13C−NMR分析の結果、(M−19)及び(M−18)に由来する各構造単位の含有割合は、それぞれ65.4モル%及び34.6モル%であった。
[合成例15](重合体(F−1)の合成)
化合物(M−22)82.2g(70モル%)及び化合物(M−10)17.8g(30モル%)を2−ブタノン200gに溶解し、開始剤としてAIBN0.46g(全モノマーに対して1モル%)を添加して単量体溶液を調製した。次いで100gの2−ブタノンを入れた500mLの三口フラスコを30分窒素パージした後、攪拌しながら80℃に加熱し、上記調製した単量体溶液を滴下漏斗にて3時間かけて滴下した。滴下開始を重合反応の開始時間とし、重合反応を6時間実施した。重合反応終了後、重合溶液を水冷して30℃以下に冷却した。アセトニトリル400gに溶媒を置換した後、ヘキサン100gを加えて撹拌しアセトニトリル層を回収する作業を3回繰り返した。溶媒をプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートに置換することで、重合体(F−1)を60.1g含む溶液を得た(収率60%)。重合体(F−1)のMwは15000であり、Mw/Mnは1.90であった。13C−NMR分析の結果、(M−22)、(M−10)に由来する各構造単位の含有割合は、それぞれ70.3モル%、29.7モル%であった。
<[B]化合物の合成>
[合成例16](化合物(B−1)の合成)
300mLの丸底フラスコに下記式(b−1)で表される化合物6.00g(61.1mmol)、亜硫酸ナトリウム38.5g(305mmol)、水100mLを加え、115℃のオイルバスに浸けて36時間加熱撹拌し、下記式(b−2)で表される化合物を合成した。室温まで冷却した後、化合物(b−2)を単離することなく、トリフェニルスルホニウムクロリド19.2g(64.2mmol)、ジクロロメタン200mL、水100mLを加え、室温で10時間撹拌した。有機層を分取した後、水洗を2回繰り返し、下記式(b−3)で表される化合物の粗体を得た。それ以上の精製を行うことなく、トリエチルアミン7.42g(73.3mmol)、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン2.05g(18.3mmol)、アセトニトリル100mLを加え、室温で撹拌を開始した。そこへ、アダマンタンカルボニルクロリド14.6g(73.3mmol)をアセトニトリル50mLに溶解させた溶液をゆっくりと滴下した。室温で12時間撹拌した後、溶媒を留去し、ジクロロメタンを加えた後、水洗を4回繰り返した。カラムクロマトグラフィで精製することで下記式(B−1)で表される化合物(以下、「化合物(B−1)」ともいう)を14.0g(収率38%)を得た。
Figure 2017156727
[合成例2〜14](化合物(B−2)〜(B−14)の合成)
前駆体を適宜選択し、合成例1と同様の操作を行うことによって、下記式(B−2)〜(B−14)で表される化合物を合成した。
Figure 2017156727
<感放射線性樹脂組成物の調製>
感放射線性樹脂組成物を構成する[A]重合体以外の成分について示す。
[[C]溶媒]
C−1:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
C−2:シクロヘキサン
C−3:γ−ブチロラクトン
[[D]他の酸発生剤]
[D]他の酸発生剤として、スルホン酸塩からなる[D1]酸発生剤及び光崩壊性塩基からなる[D2]酸発生剤を用いた。
[[D1]酸発生剤]
[D1]酸発生剤として下記式(D1−1)〜(D1−9)で表される化合物を用いた。
Figure 2017156727
[[D2]酸発生剤]
[D2]酸発生剤として下記式(D2−1)〜(D2−5)で表される化合物を用いた。
Figure 2017156727
[[E]窒素含有化合物]
[E]窒素含有化合物として下記式(E−1)〜(E−4)で表される化合物を用いた。
Figure 2017156727
[実施例1]
[A]重合体としての(A−1)100質量部、[B]化合物としての(B−1)7質量部、[C]溶媒としての(C−1)2,427質量部、(C−2)1,040質量部及び(C−3)200質量部、[D]他の酸発生剤としての(D−1)10質量部及びフッ素原子を含有する[F]重合体としての(F−1)3質量部を混合し、0.2μmのメンブランフィルターで濾過することにより、感放射線性樹脂組成物(J−1)を調製した。
[実施例2〜17及び比較例1〜17]
下記表2に示す種類及び含有量の各成分を用いた以外は実施例1と同様にして、感放射線性樹脂組成物(J−2)〜(J−17)及び(CJ−1)〜(CJ−17)を調製した。
Figure 2017156727
<レジストパターンの形成(1):ArFエキシマレーザー液浸露光、アルカリ現像>
12インチのシリコンウェハ表面に、スピンコーター(東京エレクトロン社の「CLEN TRACK ACT12」)を使用して、下層反射防止膜形成用組成物(ブルワーサイエンス社の「ARC66」)を塗布した後、205℃で60秒間加熱することにより膜厚105nmの下層反射防止膜を形成した。この下層反射防止膜上に、上記スピンコーターを使用して各感放射線性樹脂組成物を塗布し、100℃で50秒間PBを行った。その後23℃で30秒間冷却し、膜厚90nmのレジスト膜を形成した。次に、この塗膜を、ArFエキシマレーザー液浸露光装置(ASML社の「TWINSCAN XT−1900i」)を用い、NA=1.35、Dipole35X(σ=0.97/0.77)の光学条件にて、38nmラインアンドスペース(1L/1S)のレジストパターン形成用のマスクパターンを介して露光した。露光後、90℃で50秒間PEBを行った。その後、2.38質量%TMAH水溶液を用い、23℃で30秒間パドル現像を行った。次に、超純水を用いて7秒間リンスした後、2,000rpmで15秒間スピンドライすることにより、38nmラインアンドスペース(1L/1S)のレジストパターンを形成した。このとき、38nmLine100nmPitchのパターン形成用のマスクパターンを介して露光した部分が線幅38nmのLineを形成する露光量を最適露光量(Eop)とした。
<レジストパターンの形成(2):ArFエキシマレーザー液浸露光、有機溶媒現像>
上記TMAH水溶液の代わりに酢酸n−ブチルを用いて有機溶媒現像し、かつ水での洗浄を行わなかった以外は、上記レジストパターンの形成(1)と同様に操作して、ネガ型のレジストパターンを形成した。
<評価>
上記形成したレジストパターンについて、下記方法に従って測定することにより、各感放射線性樹脂組成物の評価を行った。評価結果を下記表4に示す。なお、レジストパターンの測長には走査型電子顕微鏡(日立ハイテクノロジーズ社の「CG−4100」)を用いた。
[LWR性能]
上記で求めたEopの露光量を照射して形成したレジストパターンを、上記走査型電子顕微鏡を用い、パターン上部から観察した。線幅のばらつきを計500点測定し、その測定値の分布から3シグマ値を求め、これをLWR性能(nm)とした。LWR性能は、その値が小さいほど、ラインのがたつきが小さく良好である。LWR性能は、2.5nm以下の場合は「良好」、2.5nmを超える場合は「不良」と評価することができる。
[CDU(Critical Dimension Uniformity)性能]
上記で求めたEopの露光量を照射して形成したレジストパターンを、上記走査型電子顕微鏡を用い、パターン上部から観察した。400nmの範囲で線幅を20点測定してその平均値を求め、その平均値を任意のポイントで計500点測定し、その測定値の分布から3シグマ値を求め、これをCDU性能(nm)とした。CDU性能は、その値が小さいほど、長周期での線幅のばらつきが小さく良好である。CDU性能は、1.5nm以下の場合は「良好」と、2.0nmを超える場合は「不良」と評価できる。
[EL(焦点余裕度:Exposure Latitude)性能]
感放射線性樹脂組成物のEL性能は、下記方法で測定される10%EL、Bridge限界及びCollapse限界の各値により評価した。
(10%EL)
38nmラインアンドスペース(1L/1S)のレジストパターン形成用のマスクパターンを用いた場合に解像されるレジストパターンの寸法が、マスクの設計寸法の±10%以内となる場合の露光量の範囲の上記Eopに対する割合を10%EL(%)とした。10%ELは、その値が大きいほど、露光量変化に対するパターニング性能の変化量が小さく良好である。
(Bridge限界)
上記レジストパターンの形成において、上記Eopからアルカリ現像の場合は露光量を小さくしていく場合に、有機溶剤現像の場合は露光量を大きくしていく場合に、ブリッジが発生する最小のパターン幅(Bridge限界)(nm)を求め、この値をBridge限界の指標とした。Bridge限界の値が大きいほど、ブリッジ欠陥が発生し難く良好である。
(Collapse限界)
上記レジストパターンの形成において、上記Eopからアルカリ現像の場合は露光量を大きくしていく場合に、有機溶剤現像の場合は露光量を小さくしていく場合にパターン倒れが発生する最小のパターン幅(Collapse限界)(nm)を求め、この値をCollapse限界の指標とした。Collapse限界の値が小さいほど、レジストパターンの倒れが発生し難く良好である。
[現像欠陥抑制性]
下層反射防止膜形成用組成物(日産化学社の「ARC66」)により下層反射防止膜を形成した12インチシリコンウェハ上に、感放射線性樹脂組成物により塗膜を形成し、120℃で50秒間SB(SoftBake)を行い、膜厚110nmのレジスト膜を形成した。次に、このレジスト膜について、ArFエキシマレーザー液浸露光装置(NIKON社の「NSR−S610C」)を用い、NA=1.3、ratio=0.800、Dipoleの条件により、ターゲットサイズが幅38nmのラインアンドスペース(1L/1S)形成用のマスクパターンを介して露光した。露光後、95℃で50秒間PEBを行った。その後、現像装置(東京エレクトロン社の「クリーントラック ACT8」)のGPノズルによって、2.38質量%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液又は酢酸ブチルにより10秒間現像した。なお、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液現像の場合には、引き続き15秒間純水によりリンスをし、2,000rpmでスピンドライした。このとき、幅38nmの1L/1Sを形成する露光量を最適露光量とした。この最適露光量にて、ウェハ全面に線幅38nmの1L/1Sを形成し、欠陥検査用ウェハとした。なお、測長には走査型電子顕微鏡(日立ハイテクノロジーズ社、CC−4000)を用いた。この欠陥検査用ウェハ上の欠陥数を、欠陥検査装置(KLA−Tencor社の「KLA2810」)を用いて測定した。そして、上記測定された欠陥を、レジスト膜由来の欠陥と判断されるものと外部由来の異物とに分類し、レジスト膜由来の欠陥と判断されるものの数を算出した。現像欠陥抑制性は、このレジスト膜由来と判断される欠陥の数が少ないほど良好である。
Figure 2017156727
[PEB後の膜収縮抑制性]
12インチのシリコンウェハ表面に、スピンコーター(CLEAN TRACK AT12、東京エレクトロン製)を使用して、下層反射防止膜形成用組成物(ARC66、ブルワーサイエンス製)を塗布した後、205℃で60秒間加熱することにより膜厚105nmの下層反射防止膜を形成した。この下層反射防止膜上に、上記スピンコーターを使用して上記調製した各感放射線性樹脂組成物を塗布し、90℃で60秒間PBを行った。その後、23℃で30秒間冷却し、膜厚90nmのレジスト膜を形成した。次に、このレジスト膜を、ArFエキシマレーザー液浸露光装置(NSR−S610C、NIKON製)を用い、70mJで全面露光を行った後に膜厚測定を実施し膜厚Aを求めた。続いて、90℃で60秒間のPEBを実施した後に、再度膜厚測定を実施し膜厚Bを求めた。このとき、100×(A−B)/A(%)を求め、これをPEB後の膜収縮率とした。測定値が小さいほどPEB後の膜収縮抑制性が良好であることを示す。
Figure 2017156727
[実施例18]
[A]重合体としての(A−1)100質量部、[B]化合物としての(B−1)3.6質量部、[C]溶媒としての(C−1)4280質量部、(C−2)1830質量部、[D]酸発生剤としての(D−1)20質量部を混合し、0.2μmのメンブランフィルターで濾過することにより、感放射線性樹脂組成物(J−21)を調製した。
[実施例19〜22及び比較例18〜22]
下記表5に示す種類及び含有量の各成分を用いた以外は実施例1と同様にして、感放射線性樹脂組成物(J−18)〜(J−22)及び(CJ−18)〜(CJ−22)を調製した。
Figure 2017156727
<レジストパターンの形成(3):電子線露光、アルカリ現像>
8インチのシリコンウェハ表面にスピンコーター(CLEAN TRACK ACT8、東京エレクトロン製)を使用して、上記表5に記載の各感放射線性樹脂組成物を塗布し、90℃で60秒間PBを行った。その後、23℃で30秒間冷却し、膜厚50nmのレジスト膜を形成した。次に、このレジスト膜に、簡易型の電子線描画装置(日立製作所製、型式「HL800D」、出力:50KeV、電流密度:5.0A/cm)を用いて電子線を照射した。照射後、120℃で60秒間PEBを行った。その後、アルカリ現像液として2.38質量%のTMAH水溶液を用いて23℃で30秒間現像し、水で洗浄し、乾燥してポジ型のレジストパターンを形成した。
<レジストパターンの形成(4):電子線露光、有機溶媒現像>
上記TMAH水溶液の代わりに酢酸n−ブチルを用いて有機溶媒現像し、かつ水での洗浄を行わなかった以外は、上記レジストパターンの形成(1)と同様に操作して、ネガ型のレジストパターンを形成した。
<評価>
上記各感放射線性樹脂組成物を用いて形成したレジストパターンについて、前記実施例と同様の評価を実施した。結果を下記表6に示す。
Figure 2017156727
表3及び表6の結果から、当該感放射線性樹脂組成物は、ArF露光及び電子線露光において、アルカリ現像及び有機溶媒現像のいずれの場合も、LWR性能、CDU性能、EL性能及び現像欠陥抑制性に優れていることが示された。また表4の結果から、ArF露光におけるPEB後の膜収縮抑制性に優れることも示された。一方、比較例の感放射線性樹脂組成物は、上記性能が実施例のものに対していずれも劣っていることが示された。
本発明の感放射線性樹脂組成物及びレジストパターン形成方法によれば、LWR性能、CDU性能、EL性能、現像欠陥抑制性及びPEB後の膜収縮抑制性に優れるレジストパターンを形成することができる。本発明の化合物は、当該感放射線性樹脂組成物の成分として好適に用いることができる。従って、これらは、今後さらなる微細化が進行すると予想される半導体デバイス製造等におけるパターン形成に好適に用いることができる。

Claims (9)

  1. 酸解離性基を含む第1構造単位を有する重合体と、
    下記式(1)で表される化合物及び下記式(2)で表される化合物から選ばれるスルホン酸塩と、
    溶媒と
    を含有する感放射線性樹脂組成物。
    Figure 2017156727
    (式(1)中、R、R及びRは、それぞれ独立して、水素原子、フッ素原子又は炭素数1〜20の1価の有機基である。但し、R、R及びRのうちの少なくともひとつは、ORで示される基を表す。Rは、置換又は非置換の環員数3〜20の4価の脂環式炭化水素基又は環員数3〜20の4価の脂肪族複素環基を表す。
    式(2)中、Rは、水素原子、フッ素原子又は炭素数1〜20の1価の有機基である。R及びRは、それぞれ独立して、水素原子又は炭素数1〜20の1価の有機基である。但し、R、R及びRのうちの少なくともひとつは、ORで示される基を表す。Rは、置換又は非置換の環員数3〜20の4価の脂環式炭化水素基又は環員数3〜20の4価の脂肪族複素環基を表す。
    式(1)及び式(2)中、Rは、水素原子又は炭素数1〜20の1価の有機基である。Xは、1価の感放射線性オニウムカチオンである。)
  2. 上記スルホン酸塩が、上記式(1)で表される化合物である請求項1に記載の感放射線性樹脂組成物。
  3. 上記式(1)のRがORで示される基である請求項1又は請求項2に記載の感放射線性樹脂組成物。
  4. 上記スルホン酸塩が上記式(2)で表される化合物であり、上記式(2)におけるRがORで示される基である請求項1に記載の感放射線性樹脂組成物。
  5. 上記第1構造単位が、下記式(3)で表される請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の感放射線性樹脂組成物。
    Figure 2017156727
    (式(3)中、RA1は、水素原子、フッ素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。RA2は、炭素数1〜20の1価の炭化水素基である。RA3及びRA4は、それぞれ独立して炭素数1〜20の1価の炭化水素基であるか、又はこれらの基が互いに合わせられこれらが結合する炭素原子と共に構成される環員数3〜20の環構造を表す。)
  6. 基板の一方の面側に請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の感放射線性樹脂組成物を塗工する工程と、
    上記塗工により得られたレジスト膜を露光する工程と、
    上記露光されたレジスト膜を現像する工程と
    を備えるレジストパターン形成方法。
  7. 下記式(1)で表される化合物及び下記式(2)で表される化合物から選ばれるスルホン酸塩を含む感放射線性酸発生剤。
    Figure 2017156727
    (式(1)中、R、R及びRは、それぞれ独立して、水素原子、フッ素原子又は炭素数1〜20の1価の有機基である。但し、R、R及びRのうちの少なくともひとつは、ORで示される基を表す。Rは、置換又は非置換の環員数3〜20の4価の脂環式炭化水素基又は環員数3〜20の4価の脂肪族複素環基を表す。
    式(2)中、Rは、水素原子、フッ素原子又は炭素数1〜20の1価の有機基である。R及びRは、それぞれ独立して、水素原子又は炭素数1〜20の1価の有機基である。但し、R、R及びRのうちの少なくともひとつは、ORで示される基を表す。Rは、置換又は非置換の環員数3〜20の4価の脂環式炭化水素基又は環員数3〜20の4価の脂肪族複素環基を表す。
    式(1)及び式(2)中、Rは、水素原子又は炭素数1〜20の1価の有機基である。Xは、1価の感放射線性オニウムカチオンである。)
  8. 下記式(1)で表される化合物。
    Figure 2017156727
    (式(1)中、R、R及びRは、それぞれ独立して、水素原子、フッ素原子又は炭素数1〜20の1価の有機基である。但し、R、R及びRのうちの少なくともひとつは、ORで示される基を表す。Rは、置換又は非置換の環員数3〜20の4価の脂環式炭化水素基又は環員数3〜20の4価の脂肪族複素環基を表す。Rは、水素原子又は炭素数1〜20の1価の有機基である。Xは、1価の感放射線性オニウムカチオンである。)
  9. 下記式(2)で表される化合物。
    Figure 2017156727
    (式(2)中、Rは、水素原子、フッ素原子又は炭素数1〜20の1価の有機基である。R及びRは、それぞれ独立して、水素原子又は炭素数1〜20の1価の有機基である。但し、R、R及びRのうちの少なくともひとつは、ORで示される基を表す。Rは、置換又は非置換の環員数3〜20の4価の脂環式炭化水素基又は環員数3〜20の4価の脂肪族複素環基を表す。Rは、水素原子又は炭素数1〜20の1価の有機基である。Xは、1価の感放射線性オニウムカチオンである。)
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