JP4568278B2 - レジスト材料、レジスト組成物、およびパターン製造方法、並びにレジスト用重合体用原料化合物 - Google Patents

レジスト材料、レジスト組成物、およびパターン製造方法、並びにレジスト用重合体用原料化合物 Download PDF

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Description

本発明は、レジスト用重合体、レジスト組成物およびパターン製造方法に関し、特に、エキシマレーザー、電子線およびX線を使用する微細加工に好適な化学増幅型レジスト組成物に関する。また本発明は、レジスト用重合体を製造するための新規な原料化合物にも関する。
近年、半導体素子や液晶素子の製造における微細加工の分野においては、リソグラフィー技術の進歩により急速に微細化が進んでいる。その微細化の手法としては、一般に、照射光の短波長化が用いられ、具体的には、従来のg線(波長:438nm)、i線(波長:365nm)に代表される紫外線からDUV(Deep Ultra Violet)へと照射光が変化してきている。
現在では、KrFエキシマレーザー(波長:248nm)リソグラフィー技術が市場に導入され、さらなる短波長化を図ったArFエキシマレーザー(波長:193nm)リソグラフィー技術も導入されようとしている。さらに、次世代の技術として、Fエキシマレーザー(波長:157nm)リソグラフィー技術が研究されている。また、これらとは若干異なるタイプのリソグラフィー技術として、電子線リソグラフィー技術、波長13.5nm近傍の極端紫外光(Extreme Ultra Violet light:EUV光)を用いるEUVリソグラフィー技術についても精力的に研究されている。
このような短波長の照射光あるいは電子線に対する高解像度のレジストとして、光酸発生剤を含有する「化学増幅型レジスト」が提唱され、現在、この化学増幅型レジストの改良および開発が精力的に進められている。
ArFエキシマレーザーリソグラフィーにおいて使用されるレジスト樹脂として、波長193nmの光に対して透明なアクリル系樹脂が注目されている。このようなアクリル系樹脂としては、例えば側鎖が分解してアルカリ可溶性を示す重合体を含有する化学増幅型レジスト組成物が特許文献1に開示されている。
しかしながら、これらの重合体をArFエキシマレーザーリソグラフィー用レジスト組成物に用いた場合には、現像液への溶解性に問題があり、そのため、ディフェクトが発生するという問題があった。また、ラインエッジラフネスが大きいという問題があった。
一方、KrFエキシマレーザーリソグラフィーにおいては、高解像性で耐エッチング性に優れるレジスト組成物が特許文献2に記載されている。この文献中では、原料として酸で分解する三級エステル構造を有した架橋剤を共重合させたヒドロキシスチレン系樹脂が用いられている。
しかしながら、特許文献2に記載されている樹脂はスチレン系樹脂であるため、ArFエキシマレーザーリソグラフィーには使用することができない。そこで、特許文献2に記載されている三級エステル構造を有する架橋剤を共重合させたアクリル系樹脂を用いることが考えられるが、酸で分解する三級エステル構造を有する架橋剤を単にアクリル系樹脂と共重合させても、ラインエッジラフネスやディフェクトを十分に改善することができない。
特開2003−122007号公報 特開2002−62656号公報
本発明は、DUVエキシマレーザーリソグラフィーあるいは電子線リソグラフィー等に用いた場合に、ラインエッジラフネスが小さく、ディフェクトの生成も少ないレジスト用重合体、レジスト組成物、およびこのレジスト組成物を用いたパターン製造方法、並びにこのレジスト用重合体を製造するための原料の1つである化合物を提供することを目的とする。
本発明の第1の要旨は、下記式(1)または(2)で表される構造を有する酸分解性単位を構成単位として含有するレジスト用重合体に関するものである。
(式(1)および式(2)中、nは2〜24の整数を表す。Jは、n=2のとき、単結合、または置換基および/またはヘテロ原子を有していてもよい2価の炭化水素基を表し、n≧3のとき、置換基および/またはヘテロ原子を有していてもよいn価の炭化水素基を表す。Eは重合停止剤もしくは連鎖移動剤もしくは重合開始剤の残基を表す。K1およびK2はそれぞれ独立して、アルキレン、シクロアルキレン、オキシアルキレン、アリーレン、2価のチアゾリン環、2価のオキサゾリン環、および2価のイミダゾリン環からなる群の少なくとも一種を表し、L1およびL2はそれぞれ独立して−C(O)O−、−C(O)−、および−OC(O)−からなる群の少なくとも一種を表し、M1、M2、M3はそれぞれ独立してアルキレン、シクロアルキレン、オキシアルキレン、およびアリーレンからなる群の少なくとも一種を表し、Y、Y1、およびY2はそれぞれ独立して酸分解性結合を表す。また、k1、k2、l1、l2、m1、m2、m3、およびn1はそれぞれK1、K2、L1、L2、M1、M2、M3 、およびY 2 の数を表し、独立して0か1である。また、R1は水素原子またはメチル基を表し、Sは硫黄原子を表す。)
本発明の第2の要旨は、下記式(3)で表される構造を有する酸分解性単位と、親水性基を有する単位とを構成単位として含有するレジスト用アクリル系重合体に関するものである。
(式(3)中、KおよびKはそれぞれ独立してアルキレン、シクロアルキレン、オキシアルキレン、アリーレン、2価のチアゾリン環、2価のオキサゾリン環、および2価のイミダゾリン環からなる群の少なくとも一種を表し、LおよびLはそれぞれ独立して−C(O)O−、−C(O)−、および−OC(O)−からなる群の少なくとも一種を表し、M、M、Mはそれぞれ独立してアルキレン、シクロアルキレン、オキシアルキレン、およびアリーレンからなる群の少なくとも一種を表し、YおよびYはそれぞれ独立して酸分解性結合を表す。k1、k2、l1、l2、m1、m2、m3およびn1はそれぞれK、K、L、L、M、M、M、およびYの数を表し、独立して0または1である。また、RおよびRはそれぞれ独立して水素原子またはメチル基を表す。)
本発明の第3の要旨は、前述した本発明の第1の要旨または第2の要旨であるレジスト用重合体を含有するレジスト組成物に関するものである。
本発明の第4の要旨は、前述した本発明の第3の要旨であるレジスト組成物と光酸発生剤とを含む組成物を被加工基板上に塗布する工程と、該塗布物を露光する工程と、該露光物を現像液を用いて現像する工程とを有するパターン製造方法に関するものである。
本発明の第5の要旨は、前述した本発明の第1の要旨であるレジスト用重合体を製造する際に用いる下記式(6)で表される化合物に関するものである。
(式(6)中、nは2〜24の整数を表す。Jは、n=2のとき、単結合、または置換基および/またはヘテロ原子を有していてもよい2価の炭化水素基を表し、n≧3のとき、置換基および/またはヘテロ原子を有していてもよいn価の炭化水素基を表す。Eは重合停止能または連鎖移動能を有する官能基を表す。KおよびKはそれぞれ独立して、アルキレン、シクロアルキレン、オキシアルキレン、アリーレン、2価のチアゾリン環、2価のオキサゾリン環、および2価のイミダゾリン環からなる群の少なくとも一種を表し、LおよびLはそれぞれ独立して−C(O)O−、−C(O)−、および−OC(O)−からなる群の少なくとも一種を表し、MおよびMはそれぞれ独立してアルキレン、シクロアルキレン、オキシアルキレン、およびアリーレンからなる群の少なくとも一種を表し、Yは酸分解性結合を表す。また、k1、k2、l1、l2、m1、およびm2はそれぞれK、K、L、L、M、およびMの数を表し、独立して0か1である。)
本発明のレジスト用重合体は、DUVエキシマレーザーリソグラフィーあるいは電子線リソグラフィ等においてレジスト樹脂として用いた場合に、従来のレジスト用重合体と比較して、高感度、高解像度が損なわれることなく、現像液への溶解性が向上し、ディフェクトの生成が抑制されるとともに、ラインエッジラフネスも小さいという効果を奏する。
以下、本発明について説明する。なお、「(メタ)アクリル酸」とは、「アクリル酸またはメタクリル酸」を意味し、「(メタ)アクリロニトリル」とは、「アクリロニトリルまたはメタクリロニトリル」を意味する。
また、本発明において、酸分解性単位とは、酸の作用によって重合体の繰り返し単位の結合が開裂して、繰り返し単位自身が分解する単位のことをいう。また、酸脱離性基を有する単位とは、酸の作用によって、重合体の繰り返し単位の結合以外の部分の結合が開裂して脱離する基を有する単位をいう。
本発明のレジスト用重合体は、酸分解性単位を構成単位として含有するものである。酸分解性単位としては、下記式(1)〜(3)で表される構成単位の少なくとも1種である。
式(1)〜(3)において、R〜Rは、それぞれ独立して水素原子またはメチル基を表し、Sは硫黄原子を表す。また、nは2〜24の整数を表す
式(1)〜(3)において、KおよびKはそれぞれ独立して、アルキレン、シクロアルキレン、オキシアルキレン、アリーレン、2価のチアゾリン環、2価のオキサゾリン環、および2価のイミダゾリン環からなる群の少なくとも一種を表し、LおよびLはそれぞれ独立して−C(O)O−、−C(O)−、および−OC(O)−からなる群の少なくとも一種を表し、MないしMはそれぞれ独立してアルキレン、シクロアルキレン、オキシアルキレン、およびアリーレンからなる群の少なくとも一種を表す。
前記式(1)〜(2)において、KおよびKはアルキレン、シクロアルキレン、アリーレンが好ましく、LおよびLは、−C(O)O−またはOC(O)−が好ましく、M〜Mは、アルキレン、シクロアルキレン、アリーレンが好ましい。
また、k1、k2、l1、l2、m1、m2、m3、およびn1はそれぞれK1、K2、L1、L2、M1、M2、M3 、およびY 2 の数を表し、独立して0か1である。
式(1)〜(3)において、Y、Y、およびYはそれぞれ独立して酸分解性結合を表す。
ここで、酸分解性結合としては、特に制限されないが、例えば、下記式(23−1)〜(23−4)が挙げられる。
(式(23−1)〜(23−4)中、R701、R702、R703、R704はそれぞれ独立に炭素数1〜18の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基またはアルケニル基またはアリール基を表す。あるいは、R701、R702、R703、R704はそれらが結合している炭素原子とともに環状の炭化水素基を表す。
705、R706はそれぞれ独立に水素原子または炭素数1〜18の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基またはアルケニル基またはアリール基を表す。
707は水素原子または炭素数1〜4の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基またはアルケニル基またはアリール基を表す。また、V1は1〜5の整数である。)
酸分解性結合の作用を、前記式(23−1)〜(23−4)を例にとって説明する。前記式(23−1)で表される結合は、酸によりエステル結合が分解し、カルボキシ基と残基となる。また、前記式(23−2)で表される結合は、酸により炭酸エステル結合が脱炭酸により分解する。また、前記式(23−3)および(23−4)で表される結合は、酸によりアセタールまたはケタールが分解し、水酸基と残基となる。中でも、酸分解性が高いことから前記式(23−1)または(23−3)が好ましい。
酸分解性単位を含む重合体は、酸の作用により分解することでアルカリ現像液等に対して可溶性になる。従来のレジスト用重合体では、酸脱離性基を有する構成単位の側鎖が分解または脱離して側鎖末端の極性が増大することによりアルカリ可溶化していたため、分解前後での分子量の大きな変化はなかった。これに対し、本発明の重合体は、酸の作用により重合体が分解することで、著しく分子量が減少し、現像液への溶解性が従来の物より顕著に増大する。このため、このような重合体はラインエッジラフネスが小さく、ディフェクトの生成が少ないレジスト組成物として好適に使用できる。
式(1)において、Jは、n=2のとき、単結合、または置換基および/またはヘテロ原子を有していてもよい2価の炭化水素基を表し、n≧3のとき、置換基および/またはヘテロ原子を有していてもよいn価の炭化水素基を表す。
前記式(1)において、Jで表される構造は、酸分解性結合および重合停止能あるいは連鎖移動能を有する官能基、あるいはビニルエーテル基を含む分岐を結合する。
前記式(1)において、J自身の有する置換基としては、チオール基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、炭素数1〜6のアシル基、炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基、炭素数1〜6のチオールでチオエステル化されたカルボキシ基、シアノ基、アミノ基、ハロゲンおよびニトロキシ基からなる群より選ばれる一種以上からなる基を有していてもよい炭素数1〜6の直鎖、分岐もしくは環状アルキル基、チオール基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、炭素数1〜6のアシル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基、炭素数1〜6のチオールでチオエステル化されたカルボキシ基、シアノ基、アミノ基、ハロゲンまたはニトロキシ基が挙げられる。また、Jに含まれるヘテロ原子としては、硫黄原子、窒素原子、酸素原子、リン原子が挙げられる。なお、この際、ヘテロ原子から出る結合手は、そのヘテロ原子が持つ価数に応じて変わる。
Jとしては、例えば、下記式(24−1)〜(24−198)で表される構造が挙げられる。
中でも、前記式(24−1)、(24−61)、(24−179)、(24−190)〜(24−198)で表されるものが好ましい。
また、式(1)において、Eは重合停止剤もしくは連鎖移動剤もしくは重合開始剤の残基を表す。
前記式(1)において、Eとしては、−B11−、−S−、−O−、−NB12−O−または−NB12−B11−を表し、B11は炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基、シアノ基、およびアミノ基からなる群より選ばれる少なくとも一つの基を有していてもよい炭素数1〜20の直鎖、分岐もしくは環状の2価の炭化水素基が挙げられ、該B11はその主骨格にヘテロ原子を有しても良く、B12は水素原子、炭素数1〜10の直鎖、分岐もしくは環状のアルキル基である。
中でも、式(1)において、n=2であって、Eが−S−である場合には、式(1)は、下記式(4)で表される構造となる。
式(4)中、Sは硫黄原子を表す。また、K、K、L、L、M、M、M、Y、Y、k1、k2、l1、l2、m1、m2、m3、およびn1はそれぞれ式(1)と同義である。
本発明のレジスト用重合体は、前記式(1)〜(3)の酸分解性単位を構成単位として含有することによって、レジストのディフェクトおよびラインエッジラフネスが良好となる。
特に、レジスト用重合体が、前記式(1)〜(3)で表される酸分解性単位と親水性基を有する単位とを含有する場合に相乗効果を示し、レジストのディフェクトおよびラインエッジラフネスが良好となる傾向にあるため、好ましい。
特に、前記式(3)で表される酸分解性単位の場合は、この相乗効果が大きいため、親水性基を有する単位と併用することが好ましい。
なお、前記式(3)で表される酸分解性単位と親水性基を有する単位とを含有するレジスト用重合体は、アクリル系重合体であることが好ましい。ここで、アクリル系重合体とは、下記式(25)の構成単位を50モル%以上含有する重合体の意味である。
式(25)中、Rは水素原子あるいはメチル基を表し、Dは親水性基を構成する、あるいは親水性基を含有する任意の基を表す。
ここで、親水性基とは、−C(CF−OH、ヒドロキシ基、シアノ基、メトキシ基、カルボキシ基およびアミノ基のいずれかを言う。
上記の親水性基を有する単位としては、上記式(25)のDが水素原子、上記親水性基を置換基として少なくとも有する、炭素数1〜6の直鎖若しくは分岐アルキル基、炭素数4〜8の環式炭化水素基、炭素数4〜16の橋かけ環式炭化水素基、またはラクトン基であることが好ましい。具体的には、レジストに必要とされるドライエッチング耐性が高い点から、下記式(26−1)〜(26−7)からなる群より選ばれる少なくとも1種であるものが好ましいが、こられに限定されるものではない。
(上記式中、R51、R52、R53、R54、R55、R56、R57はそれぞれ独立に水素原子またはメチル基を表し、R501、R502、R503、R506はそれぞれ独立に水素原子または炭素数1〜3のアルキル基を表し、R504、R505はそれぞれ独立に炭素数1〜3のアルキル基を表し、R531、R532、R533、R534、R535、R536はそれぞれ独立に水素原子または炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基を表し、R571、R572は炭素数4〜16の橋かけ環式炭化水素基、または炭素数4〜16の橋かけ環式炭化水素基を有する炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基を示し、R571とR572が結合している炭素原子とともに炭素数4〜16の橋かけ環式炭化水素基を形成していてもよい。W、W、Wはそれぞれ独立に−O−、−S−、−NH−または鎖長1〜6のメチレン鎖[−(CH−(tは1〜6の整数を表す)]を表し、X51、X52、X53、X54、X55、X56、X57はそれぞれ独立に、置換基として−C(CF−OH、ヒドロキシ基、シアノ基、カルボキシ基、炭素数1〜6のアシル基、炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基およびアミノ基からなる群より選ばれる少なくとも一つの基を有していてもよい炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基、−C(CF−OH、ヒドロキシ基、シアノ基、カルボキシ基、炭素数1〜6のアシル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基またはアミノ基を表し、n51,n52,n53,n54,n55,n56は1〜4の整数を表し、q1,q2は0または1を表す。なお、n51,n52,n53,n54,n55,n56が2以上の場合には、X51、X52、X53、X54、X55、X56はそれぞれ複数の異なる基を有することも含む。
ここで前記R571、R572のアルキル基、橋かけ環式炭化水素基は炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基を有していても良く、さらにR571、R572のヒドロキシ基、カルボキシ基、炭素数2〜6のアシル基または炭素数1〜6のアルコールとエステル化されたカルボキシ基を有していてもよい。)
式(26−1)中のR501、式(26−3)中のR502、式(26−4)中のR503、式(26−6)中のR506は、感度および解像度の点からは、メチル基、エチル基、イソプロピル基であることが好ましく、有機溶剤への溶解性が良い点からは、水素原子であることが好ましい。
式(26−1)〜(26−6)中のn51、n52、n53、n54、n55、n56は、ドライエッチング耐性が高い点から、1であることが好ましい。
式(26−1)〜(26−6)中のX51、X52、X53、X54、X55、X56はパターン形状が良好な点から、−C(CF−OH、ヒドロキシ基、シアノ基、メトキシ基であることが好ましい。式(26−7)中のX57は、パターン形状が良好な点から、−CH−C(CF−OH、−CH−OH基、−CH−CN基、−CH−O−CH基、−(CH−O−CH基であることが好ましい。
式(26−3)中のW、W、式(26−6)中のWは、ドライエッチング耐性が高い点から、−CH−、−CHCH−であることが好ましい。
式(26−3)中のR531、R532、R533、およびR534、式(26−6)中のR535およびR536は、有機溶媒への溶解性が高い点から、それぞれ独立して水素原子、メチル基、エチル基、またはイソプロピル基であることが好ましい。
式(26−3)中のq1、式(26−6)中のq2は、ドライエッチング耐性が高い点からは、1であることが好ましく、有機溶剤への溶解性が良い点からは、0であることが好ましい。
式(26−4)中のr1は、ドライエッチング耐性が高い点からは、1であることが好ましく、有機溶剤への溶解性が良い点からは、0であることが好ましい。
式(26−5)中のR504およびR505は、感度および解像度の点から、それぞれ独立にメチル基、エチル基、またはイソプロピル基であることが好ましい。
式(26−7)中のR571およびR572は、ドライエッチング耐性が高い点からは、R571とR572とが一緒になって、それぞれが結合している炭素原子とともに炭素数4〜16の橋かけ環式炭化水素基を形成している構造が好ましい。また、耐熱性、安定性に優れる点からは、R571とR572とが一緒になって、それぞれが結合している炭素原子とともに形成する橋かけ環式炭化水素基に含まれる環が、ショウノウ環、アダマンタン環、ノルボルナン環、ピナン環、ビシクロ[2.2.2]オクタン環、テトラシクロドデカン環、トリシクロデカン環、デカヒドロナフタレン環を有していることが好ましい。
なお、式(26−1)〜(26−6)において、X51、X52、X53、X54、X55およびX56で置換される位置は、環状構造のどの位置であってもよい。
親水性基を有する構成単位は、1種、あるいは、必要に応じて2種以上を組み合わせて使用することができる。
親水性基を有する構成単位を形成する原料となる単量体としては、具体的には、下記式(27−1)〜(27−103)で表される単量体が挙げられる。式(27−1)〜(27−103)中、Rは水素原子またはメチル基を表す。
中でも、レジスト溶媒への溶解性が良好な点からは、上記式(27−1)〜(27−4)、上記式(27−9)〜(27−13)、上記式(27−21)〜(27−24)、上記式(27−33)〜(27−36)、上記式(27−42)〜(27−46)、上記式(27−53)〜(27−59)、上記式(27−78)〜(27−79)、上記式(27−82)〜(27−83)、上記式(27−88)〜(27−89)、上記式(27−94)〜(27−97)、上記式(27−100)で表される単量体、およびこれらの幾何異性体、ならびに、これらの光学異性体がより好ましく、また、ドライエッチング耐性が高い点からは、上記式(27−37)〜(27−42)、上記式(27−60)〜(27−77)、上記式(27−84)〜(27−85)、上記式(27−90)〜(27−91)、上記式(27−99)、上記式(27−101)〜(27−103)で表される単量体、ならびにこれらの幾何異性体およびこれらの光学異性体がより好ましく、また、感度および解像度の点からは、上記式(27−5)〜(27−8)、上記式(27−17)〜(27−20)、上記式(27−29)〜(27−32)、上記式(27−49)〜(27−52)、上記式(27−62)〜(27−63)、上記式(27−68)〜(27−69)、上記式(27−74)〜(27−75)、上記式(27−80)〜(27−81)、上記式(27−86)〜(27−87)、上記式(27−92)〜(27−93)で表される単量体、ならびにこれらの幾何異性体、およびこれらの光学異性体がより好ましい。
また、酸分解性単位が前記式(3)で表される構造の場合には、式(3)で表される構造は、下記式(5)で表される構造であることが好ましい。式(3)で表される構造が下記式(5)の場合に、特にレジストのディフェクトが良好となる傾向にある。
式(5)において、Aは炭素数が1〜18のアルキレン基、シクロアルキレン基、オキシアルキレン基あるいはこれらを任意に組み合わせた基を示す。R〜Rは、それぞれ独立に、水素原子またはメチル基を表す。Rおよび/またはRが、メチル基の場合には分解性に優れる傾向にあり、水素原子の場合には熱安定性や重合体の保存安定性が優れる傾向にある。
例えば、下記式(28−1)で表される酸分解性アセタール基を含む構成単位は、酸によりアセタール結合が分解し、カルボキシル基とビニルエーテルとなる。
分解物の分解例として、以下に、分解例1、分解例2、分解例3を示す。
本発明のレジスト用重合体は、前述の酸分解性単位、親水性基を有する単位以外にも、酸脱離性基を有する単位を構成単位として含有してもよい。
酸脱離性基を有する構成単位としては、レジストに必要とされるドライエッチング耐性が高い点から、下記式(29−1)〜(29−8)からなる群より選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。
(式中、R31、R32、R33、R34、R35、R36、R37、R38は水素原子またはメチル基を表し、R291、R292、R293、R294、R295は炭素数1〜3のアルキル基を表し、X、X、X、X、X、Xは炭素数1〜6の直鎖若しくは分岐アルキル基を表し、n1、n2、n3、n4、n5、n6は0〜4の整数を表す。なお、n1、n2、n3、n4、n5、n6が2以上の場合にはX、X、X、X、X、Xとして複数の異なる基を有することも含む。R331、R332、R333、R334、R351、R352、R353、R354、R361、R362、R363、R364はそれぞれ独立に水素原子、炭素数1〜6の直鎖若しくは分岐アルキル基を表し、Z、Z、Z、Z、Z、Zはそれぞれ独立に−O−、−S−、−NH−または鎖長1〜6のメチレン鎖[−(CHu1−(u1は1〜6の整数を表す)]を表し、q、q3、q4は0または1を表し、rは0〜2の整数を表す。
式(29−5)中、R355、R356、R357はそれぞれ独立に炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基もしくはその誘導体または炭素数1〜4の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基を表し、かつR355、R356、R357のうち少なくとも1つが該脂環式炭化水素基もしくはその誘導体であるか、あるいはR355、R356、R357のうち何れか2つが互いに結合して、それぞれが結合している炭素原子と共に、炭素数4〜20の脂環式炭化水素基もしくはその誘導体を形成し、R355、R356、R357のうち結合に関与しなかった残りの1つは炭素数1〜4の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基または炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基もしくはその誘導体を表す。
式(29−6)中、R367は炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基もしくはその誘導体または炭素数1〜4の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基を表し、R365、R366はいずれも水素原子を表すか、あるいはR365とR367またはR366とR367の2つが互いに結合して、それぞれが結合している炭素原子と共に、炭素数4〜20の脂環式炭化水素基もしくはその誘導体を形成し、R365、R366のうち結合に関与しなかった残りの1つは水素原子を表す。
式(29−7)中、R373は炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基もしくはその誘導体または炭素数1〜4の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基を表し、R371、R372はいずれも水素原子を表すか、あるいはR371とR373またはR372とR373の2つが互いに結合して、それぞれが結合している炭素原子と共に、炭素数4〜20の脂環式炭化水素基もしくはその誘導体を形成し、R371、R372のうち結合に関与しなかった残りの1つは水素原子を表す。
式(29−8)中、R381、R382、R383はそれぞれ独立に炭素数1〜4の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基を表す。)
式(29−1)中のR291、式(29−2)中のR292およびR293、式(29−3)中のR294、式(29−4)中のR295は、感度および解像度の点から、メチル基、エチル基、またはイソプロピル基であることが好ましい。
式(29−1)〜(29−6)中のn1、n2、n3、n4、n5、n6は、ドライエッチング耐性が高い点から、0であることが好ましい。
式(29−3)中のZおよびZ、式(29−5)中のZおよびZ、式(29−6)中のZおよびZは、ドライエッチング耐性が高い点から、それぞれ独立に−CH−または−CHCH−であることが好ましい。
式(29−3)中のR331、R332、R333およびR334、式(29−5)中のR351、R352、R353およびR354、式(29−6)中のR361、R362、R363およびR364は、有機溶媒への溶解性が高い点から、それぞれ独立に水素原子、メチル基、エチル基、またはイソプロピル基であることが好ましい。
式(29−3)中のq、式(29−5)中のq3、式(29−6)中のq4は、ドライエッチング耐性が高い点では、1であることが好ましく、有機溶剤への溶解性が良い点では、0であることが好ましい。
式(29−4)中のrは、ドライエッチング耐性が高い点では、1であることが好ましく、有機溶剤への溶解性が良い点では、0であることが好ましい。
式(29−5)中の−C(R355)(R356)(R357)は、ラインエッジラフネスに優れている点では、下記式(K−1)〜(K−6)で表される構造が好ましく、ドライエッチング耐性が高い点では、下記式(K−7)〜(K−17)で表される構造が好ましい。
式(29−6)中の−C(R365)(R366)−O−R367は、ラインエッジラフネスに優れている点では、下記式(J−1)〜(J−24)で表される構造が好ましく、ドライエッチング耐性が高い点では、下記式(J−25)〜(J−52)で表される構造が好ましい。
式(29−7)中の−C(R371)(R372)−O−R373は、ラインエッジラフネスに優れている点では、上記式(J−1)〜(J−24)で表される構造が好ましく、ドライエッチング耐性が高い点では、上記式(J−25)〜(J−52)で表される構造が好ましい。
酸脱離性基を有する構成単位は、1種、あるいは、必要に応じて2種以上を組み合わせて使用することができる。
酸脱離性基を有する構成単位を形成する原料となる単量体としては、具体的には、下記式(30−1)〜(30−196)で表される単量体が挙げられる。式(30−1)〜(30−196)中、RおよびR’は、それぞれ独立に水素原子またはメチル基を表す。
中でも、感度および解像度の点から、上記式(30−1)〜(30−3)、上記式(30−5)、上記式(30−16)、上記式(30−19)、上記式(30−20)、上記式(30−22)、上記式(30−23)、上記式(30−25)〜(30−28)、上記式(30−30)、上記式(30−31)、上記式(30−33)、上記式(30−34)および上記式(30−102)〜(30−129)で表される単量体、ならびにこれらの幾何異性体および光学異性体がより好ましく、上記式(30−1)、上記式(30−2)、上記式(30−16)、上記式(30−20)、上記式(30−23)、上記式(30−28)、上記式(30−31)、上記式(30−34)、上記式(30−109)、上記式(30−111)、上記式(30−114)〜(30−117)、上記式(30−125)、上記式(30−128)および上記式(30−129)で表される単量体が特に好ましい。
また、ラインエッジラフネスに優れている点から、上記式(30−35)〜(30−40)で表される単量体、上記式(30−52)〜(30−62)で表される単量体、上記式(30−76)〜(30−88)で表される単量体、上記式(30−130)〜(30−135)で表される単量体、上記式(30−147)〜(30−157)で表される単量体、上記式(30−171)〜(30−183)で表される単量体、ならびにこれらの幾何異性体および光学異性体がより好ましい。
また、ドライエッチング耐性に優れている点から、上記式(30−41)〜(30−51)で表される単量体、上記式(30−63)〜(30−75)で表される単量体、上記式(30−89)〜(30−101)で表される単量体、上記式(30−136)〜(30−146)で表される単量体、上記式(30−158)〜(30−170)で表される単量体、上記式(30−184)〜(30−196)で表される単量体、ならびにこれらの幾何異性体および光学異性体がより好ましい。
本発明のレジスト用重合体は、前述した構成単位以外にも、基板への密着性に優れることから、ラクトン骨格を有する構成単位を含有することができる。
ラクトン骨格を有する構成単位は、感度あるいはドライエッチング耐性の点から、下記式(31−1)〜(31−5)からなる群より選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。
(上記式中、R41、R42、R43、R44、R311、R312およびR313はそれぞれ独立に水素原子またはメチル基を表し、R401、R402、R201、R202、R203、R204、R91、R92、R93、R94、A、A、A、Aはそれぞれ独立に水素原子、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基、ヒドロキシ基、カルボキシ基または炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基を表し、X41、X42、X43、X44は、置換基としてヒドロキシ基、カルボキシ基、炭素数1〜6のアシル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基、シアノ基およびアミノ基からなる群より選ばれる少なくとも一つの基を有していてもよい炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、炭素数1〜6のアシル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基、またはアミノ基を表し、n41、n42、n43、n44は0〜4の整数を表す。n41、n42、n43、n44が2以上の場合には、X41、X42、X43、X44はそれぞれ複数の異なる基を有することも含む。Y11、Y12、Y13はそれぞれ独立に−CH−または−CO−O−を表し、そのうち少なくとも一つは−CO−O−を表す。iは0または1を表し、m30およびm31は1または2を表す。R401とR402(i=1の場合)、R91とR92(m31=1の場合)とが一緒になって炭素数2〜6のメチレン鎖[−(CH−(jは2〜6の整数を表す)]又は−O−、−S−、−NH−を含む炭素数1〜6のメチレン鎖[−(CH−(kは1〜6の整数を表す)]を形成しても良く、R91同士またはR92同士(m1=2の場合)、AとA、AとAとが一緒になって−O−、−S−、−NH−を含んでいてもよい炭素数1〜6のメチレン鎖[−(CH−(lは1〜6の整数を表す)]または−O−、−S−、−NH−を形成してもよい。)
これらの式において、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐のアルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、neo−ペンチル基、1,1−ジメチルプロピル基、1,2−ジメチルプロピル基、1,1−ジメチルブチル基、2,2−ジメチルブチル基、n−ヘキシル基、1−メチルペンチル基、2−メチルペンチル基、3−メチルペンチル基等が挙げられる。
式(31−1)〜(31−4)中のn41、n42、n43、n44は、ドライエッチング耐性が高い点から、0であることが好ましい。
式(31−1)中のm30は、感度および解像度の点から、1であることが好ましい。
式(31−2)中のAおよびA、式(31−3)中のAおよびAは、ドライエッチング耐性が高い点からは、一緒になって−CH−、−CHCH−となることが好ましく、有機溶媒への溶解性が高い点からは、一緒になって−O−となることが好ましい。
式(31−2)中のR201およびR202、式(31−3)中のR203およびR204としては、有機溶媒への溶解性が高い点から、それぞれ独立に水素原子、メチル基、エチル基、またはイソプロピル基であることが好ましい。
式(31−4)中のR311、R312およびR313は、有機溶媒への溶解性が高い点から、水素原子であることが好ましい。
式(31−4)中のY11、Y12およびY13は、基板表面等への密着性が高い点から、一つが−CO−O−であり、残りの二つが−CH−であることが好ましい。
式(31−5)中、R91、R92、R93およびR94としては、有機溶媒への溶解性が高い点からそれぞれ独立に水素原子またはメチル基であることが好ましい。
式(31−5)中のm31は、感度および解像度の点から、1であることが好ましい。
ラクトン骨格を有する構成単位は、1種でも2種以上でも構わない。
ラクトン骨格を有する構成単位を形成する原料となる単量体としては、具体的には、下記式(32−1)〜(32−26)で表される単量体が挙げられる。式(32−1)〜(32−26)中、Rは水素原子またはメチル基を表す。
中でも、感度の点から、上記式(32−1)〜(32−3)、および上記式(32−5)で表される単量体、ならびにこれらの幾何異性体および光学異性体がより好ましく、ドライエッチング耐性の点から、上記式(32−7)、(32−9)、(32−10)、(32−12)、(32−14)、(32−24)〜(32−26)で表される単量体、ならびに、これらの幾何異性体、および光学異性体がより好ましく、レジスト溶媒への溶解性の点から、上記式(32−8)、(32−13)、および(32−16)〜(32−23)で表される単量体、ならびに、これらの幾何異性体、および光学異性体がより好ましい。
また、本発明のレジスト用重合体は、前述した構成単位以外にも、レジストに必要とされるドライエッチング耐性がに優れることから、酸脱離性基および親水性基を有しない脂環式骨格(非極性脂環式骨格)を有する構成単位を含有することができる。
ここで脂環式骨格とは、環状の飽和炭化水素基を1個以上有する骨格である。
前記の非極性脂環式骨格を有する構成単位は、1種としても、2種以上としてもよい。
前記の非極性脂環式骨格を有する構成単位としては、レジストに必要とされるドライエッチング耐性が高い点から、下記式(33−1)〜(33−4)で表される構成単位が好ましい。
(式中、R301、R302、R303、R304はそれぞれ独立に水素原子またはメチル基を表し、X301、X302、X303、X304はそれぞれ独立に炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基を表し、n301、n302、n303、n304はそれぞれ独立に0〜4の整数を表す。なお、n301、n302、n303、n304が2以上の場合にはX301、X302、X303、X304として複数の異なる基を有することも含む。また、p、p1はそれぞれ独立に0〜2の整数を表す。)
なお、式(33−1)〜(33−4)において、X301、X302、X303およびX304が結合する位置は、環状構造のどこであってもよい。
式(33−1)〜(33−4)中のn301、n302、n303、n304は、ドライエッチング耐性が高い点から、0であることが好ましい。
式(33−3)中のp、式(33−4)中のp1は、有機溶剤への溶解性が高い点から、0であることが好ましく、ドライエッチング耐性が高い点から、1であることが好ましい。
このような構成単位を重合体に導入するためには、非極性脂環式骨格を有する単量体を共重合すればよい。非極性脂環式骨格を有する単量体は、1種、あるいは、必要に応じて2種以上を組み合わせて使用することができる。
非極性脂環式骨格を有する単量体としては、例えば、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸イソボルニル、(メタ)アクリル酸ノルボルニル、(メタ)アクリル酸アダマンチル、(メタ)アクリル酸トリシクロデカニル、(メタ)アクリル酸ジシクロペンタジエニル、および、これらの化合物の脂環式骨格上に炭素数1〜6の直鎖若しくは分岐アルキル基を有する誘導体が好ましい。
非極性脂環式骨格を有する単量体として、具体的には、下記式(34−1)〜(34−5)で表される単量体が挙げられる。式(34−1)〜(34−5)中、Rは水素原子またはメチル基を表す。
本発明のレジスト用重合体は、さらに、上記以外の構成単位を含有してもよい。
上記構成単位を形成する原料となる単量体としては、例えば、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸n−プロピル、(メタ)アクリル酸イソプロピル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸イソブチル、(メタ)アクリル酸tert−ブチル、(メタ)アクリル酸メトキシメチル、(メタ)アクリル酸n−プロポキシエチル、(メタ)アクリル酸iso−プロポキシエチル、(メタ)アクリル酸n−ブトキシエチル、(メタ)アクリル酸iso−ブトキシエチル、(メタ)アクリル酸tert−ブトキシエチル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸3−ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシ−n−プロピル、(メタ)アクリル酸4−ヒドロキシ−n−ブチル、(メタ)アクリル酸2−エトキシエチル、(メタ)アクリル酸1−エトキシエチル、(メタ)アクリル酸2,2,2−トリフルオロエチル、(メタ)アクリル酸2,2,3,3−テトラフルオロ−n−プロピル、(メタ)アクリル酸2,2,3,3,3−ペンタフルオロ−n−プロピル、α−(トリ)フルオロメチルアクリル酸メチル、α−(トリ)フルオロメチルアクリル酸エチル、α−(トリ)フルオロメチルアクリル酸2−エチルヘキシル、α−(トリ)フルオロメチルアクリル酸n−プロピル、α−(トリ)フルオロメチルアクリル酸iso−プロピル、α−(トリ)フルオロメチルアクリル酸n−ブチル、α−(トリ)フルオロメチルアクリル酸iso−ブチル、α−(トリ)フルオロメチルアクリル酸tert−ブチル、α−(トリ)フルオロメチルアクリル酸メトキシメチル、α−(トリ)フルオロメチルアクリル酸エトキシエチル、α−(トリ)フルオロメチルアクリル酸n−プロポキシエチル、α−(トリ)フルオロメチルアクリル酸iso−プロポキシエチル、α−(トリ)フルオロメチルアクリル酸n−ブトキシエチル、α−(トリ)フルオロメチルアクリル酸iso−ブトキシエチル、α−(トリ)フルオロメチルアクリル酸tert−ブトキシエチル等の直鎖若しくは分岐構造を持つ(メタ)アクリル酸エステル;
スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、p−ヒドロキシスチレン、p−tert−ブトキシカルボニルヒドロキシスチレン、3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシスチレン、3,5−ジメチル−4−ヒドロキシスチレン、p−tert−ペルフルオロブチルスチレン、p−(2−ヒドロキシ−iso−プロピル)スチレン等の芳香族アルケニル化合物;
(メタ)アクリル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、イタコン酸、無水イタコン酸等の不飽和カルボン酸およびカルボン酸無水物;
エチレン、プロピレン、ノルボルネン、テトラフルオロエチレン、アクリルアミド、N−メチルアクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、塩化ビニル、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン、ビニルピロリドン等が挙げられる。これらの単量体は、必要に応じて1種または2種以上を組み合わせて使用することができる。
通常、前記の親水性基を有する構成単位、酸脱離性基を有する構成単位、およびラクトン骨格を有する構成単位以外の構成単位の和は、重合体全体に対して20モル%以下の範囲が好ましい。
本発明のレジスト用重合体の質量平均分子量は特に限定されないが、ドライエッチング耐性およびレジストパターン形状の点から、1,000以上であることが好ましく、2,000以上であることがより好ましく、4,000以上であることが特に好ましく、5,000以上であることが更に好ましい。また、本発明のレジスト用重合体の質量平均分子量は、レジスト溶液に対する溶解性および解像度の点から、100,000以下であることが好ましく、50,000以下であることがより好ましく、30,000以下であることが特に好ましく、ラインエッジラフネスおよびすそ引きの点から、15,000以下が更に好ましい。
次に、本発明のレジスト用重合体の製造方法について説明する。
前記式(1)で表される構造を有する酸分解性単位を構成単位として含有するレジスト用重合体は、重合開始剤と下記式(6)で表される化合物とを使用して重合を行うことによって製造することができる。
式(6)において、Eは重合停止能または連鎖移動能を有する官能基を表す。また、J、K、K、L、L、M、M、M、Y、Y、k1、k2、l1、l2、m1、m2、m3、n1、およびnはそれぞれ式(1)と同義である。
重合停止能または連鎖移動能を有する官能基Eとしては、ヒロドキシ基、チオール基等の活性水素を有する基、臭素等のハロゲン原子が置換したハロゲン化アルキル、ニトロキシラジカル等のラジカル基などが挙げられる。
中でも、式(6)において、n=2であって、Eがチオール基である場合には、式(6)は、下記式(7)で表される構造となる。
式(7)中、Sは硫黄原子を表す。また、K、K、L、L、M、M、M、Y、Y、k1、k2、l1、l2、m1、m2、m3、およびn1はそれぞれ式(1)と同義である。
前記式(6)および(7)で表される化合物の具体例としては、例えば、下記式(35−1)〜(35−80)が挙げられる。中でも、下記式(35−3)、下記式(35−25)、下記式(35−26)が好ましい。
重合体中の酸分解性結合を有する化合物に由来する構成単位の比率は、0.1〜30モル%が好ましく、0.1〜15モル%がより好ましい。
本発明のレジスト用重合体は、製造方法に制限はないが、重合開始剤の存在下で、単量体組成物をラジカル重合して得られるものが好ましい。ラジカル重合によって重合させることが低コストで製造でき、また、得られる重合体は異物が少なく透明性が高い。
ラジカル重合によって本発明の重合体を製造する機構を説明する。
ラジカル重合では、まず熱等によって重合開始剤が分解してラジカル体が生じ、このラジカル体を起点として単量体の連鎖重合が進行する。その後、成長末端にラジカルを持つ重合体が生じるが、連鎖移動能を有する官能基(連鎖移動性官能基)を使用すると、この成長末端のラジカルが連鎖移動性官能基の水素を引き抜き、成長末端が失活した重合体になる。一方、水素を引き抜かれた連鎖移動性官能基はラジカルを持った構造、すなわちラジカル体になり、このラジカル体が起点となって再び単量体が連鎖重合していく。官能基を複数有する連鎖移動性官能基を用いるとそれぞれの官能基から重合が進行し、得られた重合体の主鎖には酸分解性結合が取り込まれる。
アニオン重合反応においても、重合終了時に前記酸分解性結合を有する化合物のうち、重合停止能を有する官能基を持つものを添加することにより、重合体に酸分解性結合を取り込ませることが可能である。
本発明のレジスト用重合体の製造に用いられる重合開始剤としては、熱により効率的にラジカルを発生するものが好ましい。このような重合開始剤としては、例えば、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、ジメチル−2,2’−アゾビスイソブチレート、2,2’−アゾビス[2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン]等のアゾ化合物;2,5−ジメチル−2,5−ビス(tert−ブチルパーオキシ)ヘキサン等の有機過酸化物などが挙げられる。また、ArFエキシマレーザー(波長:193nm)リソグラフィーにおいて使用されるレジスト用重合体を製造する場合、得られるレジスト用重合体の光線透過率(波長193nmの光に対する透過率)をできるだけ低下させない点から、用いる重合開始剤としては、分子構造中に芳香環を有しないものが好ましい。さらに、重合時の安全性等を考慮すると、用いる重合開始剤としては、10時間半減期温度が60℃以上のものが好ましい。
本発明のレジスト用重合体を製造する際には、前記酸分解性連鎖移動剤以外の連鎖移動剤(連鎖移動剤B)を使用してもよい。
好適な前記連鎖移動剤Bとしては、例えば、1−ブタンチオール、2−ブタンチオール、1−オクタンチオール、1−デカンチオール、1−テトラデカンチオール、シクロヘキサンチオール、2−メチル−1−プロパンチオール、2−メルカプトエタノール、1−チオグリセロール、メルカプト酢酸などのチオール類が挙げられる。
ArFエキシマレーザー(波長:193nm)リソグラフィーにおいて使用されるレジスト用重合体を製造する場合、得られるレジスト用重合体の光線透過率(波長193nmの光に対する透過率)をできるだけ低下させない点から、用いる連鎖移動剤としては、芳香環を有しないものが好ましい。
重合開始剤の使用量は、特に限定されないが、共重合体の収率を高くさせる点から、共重合に使用する単量体全量に対して0.3モル%以上が好ましく、1モル%がより好ましく、共重合体の分子量分布を狭くさせる点から、共重合に使用する単量体全量に対して30モル%以下が好ましい。
前記酸分解性結合を有する化合物の使用量は、特に限定されないが、共重合に使用する単量体全量に対して0.01〜30モル%が好ましく、0.1〜15モル%がより好ましい。使用した前記酸分解性結合を有する化合物はほぼ定量的に重合体に取り込まれる。
本発明の重合体を製造する方法は特に限定されないが、一般に溶液重合が好ましい。中でも、組成分布および/または分子量分布の狭い重合体が簡便に得られる点から、重合することにより目的とする重合体の構成単位となる単量体(単量体のみであっても、単量体を有機溶剤に溶解させた溶液であってもよい)を重合容器中に滴下しながら重合を行う滴下重合と呼ばれる重合方法により本発明の重合体を製造することが好ましい。
滴下重合法における重合温度は特に限定されないが、通常、50〜150℃の範囲内であることが好ましい。
滴下重合法において用いられる有機溶剤としては、用いる単量体、重合開始剤および得られる重合体、さらに前記酸分解性結合を有する化合物等、重合で使用するものいずれをも溶解できる溶剤が好ましい。このような有機溶媒としては、例えば、1,4−ジオキサン、イソプロピルアルコール、アセトン、テトラヒドロフラン(以下「THF」とも言う。)、メチルエチルケトン(以下「MEK」とも言う。)、メチルイソブチルケトン(以下「MIBK」とも言う。)、γ−ブチロラクトン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(以下「PGMEA」とも言う。)、乳酸エチルなどが挙げられる。
有機溶剤中に滴下する単量体溶液の単量体濃度は特に限定されないが、5〜50質量%の範囲内であることが好ましい。
なお、重合容器に仕込む有機溶剤の量は特に限定されず、適宜決めればよい。通常は、共重合に使用する単量体全量に対して30〜700質量%が好ましい。
溶液重合等の方法によって製造された重合体溶液は、必要に応じて、1,4−ジオキサン、アセトン、THF、MEK、MIBK、γ−ブチロラクトン、PGMEA、乳酸エチル等の良溶媒で適当な溶液粘度に希釈した後、メタノール、水等の多量の貧溶媒中に滴下して重合体を析出させる。この工程は一般に再沈殿と呼ばれ、重合溶液中に残存する未反応の単量体や重合開始剤等を取り除くために非常に有効である。これらの未反応物は、そのまま残存しているとレジスト性能に悪影響を及ぼす可能性があるので、できるだけ取り除くことが好ましい。再沈殿工程は、場合により不要となることもある。その後、その析出物を濾別し、十分に乾燥して本発明の重合体を得る。また、濾別した後、乾燥せずに湿粉のまま使用することもできる。
また、製造された共重合体溶液はそのまま、または適当な溶剤で希釈してレジスト組成物として使うこともできる。その際、保存安定剤などの添加剤を適宜添加してもよい。
また、前記式(1)で表される構造を有する酸分解性単位を構成単位として含有するレジスト用重合体は、上述した方法以外にも、少なくとも1つの分子鎖末端に下記式(8−1)〜(8−4)からなる群より選ばれる少なくとも一種の構造を有する重合体前駆体(P)と、下記式(9)で表されるビニルエーテル化合物とを反応させて製造することができる。
式(8−1)〜(8−4)中、Bは炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基、シアノ基、およびアミノ基からなる群より選ばれる少なくとも一つの基を有していてもよい炭素数1〜20の直鎖、分岐または環状の2価の炭化水素基を表し、Bは水素原子、炭素数1〜10の直鎖もしくは分岐のアルキル基、または環状のアルキル基を表す。
また、式(9)中、nは2〜24の整数を表す。Jは、n=2のとき、単結合、または置換基および/またはヘテロ原子を有していてもよい2価の炭化水素基を表し、n≧3のとき、置換基および/またはヘテロ原子を有していてもよいn価の炭化水素基を表す。Xは単結合または−B11−、−S−B11−、−O−B11−、−O−NB12−、−NB12−B11−または−O−Si(B13)(B14)−を表し、B11は炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基、シアノ基、およびアミノ基からなる群より選ばれる少なくとも一つの基を有していてもよい炭素数1〜20の直鎖、分岐もしくは環状の2価の炭化水素基を表し、該B11はその主骨格にヘテロ原子を有しても良く、B12は水素原子、炭素数1〜10の直鎖、分岐もしくは環状のアルキル基を表し、B13およびB14はそれぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜10の直鎖もしくは分岐のアルキル基、または環状のアルキル基を表す。)
本発明の重合体前駆体(P)は分子末端の少なくとも一つが前記式(8−1)〜(8−4)からなる群より選ばれる少なくとも一種である。すなわち、重合体中の少なくとも一つの分子鎖について、その分子鎖末端の少なくとも一つが前記式(8−1)〜(8−4)からなる群より選ばれる少なくとも一種であればよい。前記分子鎖末端は1分子あたり平均0.2〜2個含有されることが好ましく、0.4〜1個含有されることがより好ましく、0.5〜1個含有されることが更に好ましい。多ければディフェクト低減とラインエッジラフネス向上に効果的であり、少ないとゲル化が起こりにくくなる。
例えば、重合体前駆体(P)が式(8−2)で表される分子鎖末端を含んでいることは、33S−NMRを測定し、後述する連鎖移動剤の−SHまたは−S−S−が−S−と変化することで確認できる。また、分子鎖末端濃度は蛍光X線分析によって硫黄原子の含量を測定することにより定量することができる。
前記分子末端の中でも、式(8−1)および式(8−2)で表される分子末端が好ましい。
に含まれる炭素数1〜20の直鎖、分岐または環状の2価の炭化水素基としては、例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、テトラメチレン基、1,2−ブチレン基、1,3−ブチレン基等のアルキレン基;エチリデン基、プロピリデン基等のアルキリデン基;1,2−シクロペンチレン基、1,2−シクロヘキシレン基等のシクロアルキレン基;1,2−フェニレン基、2,3−トリレン基、1,4−ナフチレン基等のアリーレン基;キシリレン基等のアラルキレン基等を挙げることができる。これらは、炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基(例えば、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基等)、シアノ基、およびアミノ基からなる群より選ばれる少なくとも一つの基で置換されていてもよい。
としては炭素数1〜5の直鎖もしくは分岐アルキレン基、シアノ基を有する炭素数1〜5の直鎖もしくは分岐アルキレン基、シクロペンチレン基、またはシクロヘキシレン基が好ましい。
前記式(8−1)〜(8−4)で表される分子鎖末端を有する重合体前駆体(P)は、下記に示すように、特定の重合開始剤および/または特定の連鎖移動剤の存在下で、ラジカル重合、アニオン重合、グループトランスファー重合(GTP)および可逆的付加−開裂連鎖移動(RAFT)型リビングラジカル重合を行うことによって得ることができる。また、前記式(8−1)〜(8−4)で表される分子鎖末端を有する重合体前駆体(P)はラジカル重合、アニオン重合およびグループトランスファー重合中に特定の重合停止剤を添加する方法によっても得ることができる。具体的には、例えば、下記(a)〜(f)の方法を挙げることができる。
ただし、下記(a)〜(d)の方法において、Mは構成単位を与える任意の単量体を意味し、Mは単量体Mに由来する構成単位を意味し、n0はMおよびMの数を表す整数である。
(a)前記式(8−1)〜(8−4)で表される分子鎖末端を有する重合開始剤の存在下でラジカル重合を行う方法の反応例:
この方法の反応例を、下記式に示す。
これらのラジカル重合開始剤の具体例としては、例えば、4,4’−アゾビス(4−シアノ吉草酸)等が挙げられる。
本発明の重合体前駆体(P)は、好ましくは、前記式(8−1)〜(8−4)で表される分子鎖末端を有する重合開始剤(以後、重合開始剤Aという)の存在下で、酸脱離性基を有する単量体1種以上と、ラクトン骨格を有する単量体1種以上と、親水性基を有する脂環構造を含む単量体1種以上とを含むモノマー組成物を共重合して得られる。重合開始剤は重合開始剤A以外のもの(以後、重合開始剤Bという)も併用することができる。重合開始剤Bとしては、例えば、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、ジメチル−2,2’−アゾビスイソブチレート、2,2’−アゾビス[2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン]等のアゾ化合物;2,5−ジメチル−2,5−ビス(tert−ブチルパーオキシ)ヘキサン等の有機過酸化物などが挙げられる。また、ArFエキシマレーザー(波長:193nm)リソグラフィーにおいて使用される重合体前駆体(P)を製造する場合、得られるレジスト用重合体の光線透過率(波長193nmの光に対する透過率)をできるだけ低下させない点から、重合開始剤Bは、分子構造中に芳香環を有しないものが好ましい。さらに、重合時の安全性等を考慮すると、重合開始剤Bは、10時間半減期温度が60℃以上のものが好ましい。
重合開始剤Aおよび重合開始剤Bの使用量の合計は、特に限定されないが、重合体の収率を高くさせる点から、共重合に使用する単量体全量に対して重合開始剤全量で0.1モル%以上が好ましく、重合体の分子量分布を狭くさせる点から、共重合に使用する単量体全量に対して30モル%以下が好ましい。さらに、重合開始剤の使用量は、共重合に使用する単量体全量に対して0.3モル%以上がより好ましく、1モル%以上が特に好ましい。
(b)前記式(8−1)〜(8−4)で表される分子鎖末端を有する連鎖移動剤の存在下でラジカル重合を行う方法の反応例:
この方法の反応例を、下記式に示す。なお、式中、Eは開始剤残基を表す。
これらの連鎖移動剤の具体例としては、例えば、メルカプト酢酸、チオサリチル酸、ジチオジグリコール酸、3,3’−ジチオジプロピオン酸、2,2’−ジチオジベンゼン酸、DL−2−メルカプトメチル−3−グアニジノエチルチオプロパン酸、2−メルカプト−4−メチル−5−チアゾール酢酸、p−メルカプトフェノール、2−メルカプトプロピオン酸、3−メルカプトプロピオン酸、チオリンゴ酸、(5−メルカプト−1,3,4−チアジアゾール−2−イルチオ)酢酸、2−(5−メルカプト−1,3,4−チアジアゾール−2−イルチオ)プロピオン酸、3−(5−メルカプト−1,3,4−チアジアゾール−2−イルチオ)プロピオン酸、2−(5−メルカプト−1,3,4−チアジアゾール−2−イルチオ)コハク酸等が挙げられる。
本発明の重合体前駆体(P)を製造する際には、前記式(8−1)〜(8−4)で表される分子鎖末端を有する連鎖移動剤(以後、連鎖移動剤Aという)以外の連鎖移動剤(以下、連鎖移動剤Bという)を併用してもよい。連鎖移動剤Bを使用することにより、得られる重合体の分子量分布を小さくすることができる。分子量分布が狭くなることは、高分子量の重合体の生成が少なくなることに起因しており、レジストに用いた場合にレジスト溶媒への溶解性がさらに向上し、また、マイクロゲルやディフェクトの生成が減少するため好ましい。このような連鎖移動剤Bとしては、例えば、1−ブタンチオール、2−ブタンチオール、1−オクタンチオール、1−デカンチオール、1−テトラデカンチオール、シクロヘキサンチオール、2−メチル−1−プロパンチオールなどが挙げられる。
ArFエキシマレーザー(波長:193nm)リソグラフィーにおいて使用される重合体前駆体(P)を製造する場合、得られる重合体前駆体(P)の光線透過率(波長193nmの光に対する透過率)をできるだけ低下させない点から、連鎖移動剤Bは、芳香環を有しないものが好ましい。
連鎖移動剤Aおよび連鎖移動剤Bの使用量の合計は、特に限定されないが、重合体の分子量分布を狭くさせる点から、共重合に使用する単量体全量に対して連鎖移動剤全量で0.001〜30モル%が好ましい。また、本発明のレジスト用重合体を製造する際の連鎖移動剤の使用量は、共重合に使用する単量体全量に対して5モル%以下がより好ましく、2モル%以下が特に好ましい。
(c)ラジカル重合中に前記式(8−1)〜(8−4)で表される分子鎖末端を有する停止剤を添加する方法の反応例:
この方法の反応例を、下記式に示す。なお、Halはハロゲン原子を表し、Eは開始剤残基を表す。
これらの停止剤の具体例としては、例えば、ブロモ酢酸、2−ブロモ安息香酸、3−ブロモ安息香酸、4−ブロモ安息香酸、2−ブロモ酪酸、3−ブロモ酪酸、4−ブロモ酪酸、クロロ酢酸、2−クロロ安息香酸、3−クロロ安息香酸、4−クロロ安息香酸、2−ブロモ酪酸、3−ブロモ酪酸、4−ブロモ酪酸、ヨウド酢酸、2−ヨウド安息香酸、3−ヨウド安息香酸、4−ヨウド安息香酸、2−ヨウド酪酸、3−ヨウド酪酸、4−ヨウド酪酸等が挙げられる。
(d)重合開始剤の存在下で可逆的付加−開裂連鎖移動錯体(T)を併用し、リビングラジカル重合を行い、前記式(8−1)〜(8−4)で表される分子鎖末端を有するラジカル開始剤を添加し、末端修飾する方法の反応例:
この方法の反応例を、下記式に示す。なお、式中、Eは開始剤残基を表す。
また、可逆的付加−開裂連鎖移動錯体である下記式(T)において、Sは硫黄原子を表す。Rはヒドロキシ基、エステル基やエーテル基、アミノ基、アミド基などを含んでいてもよい炭素数1〜15のアルキル基、アリール基またはアラルキル基を表し、Lは単結合、酸素原子、硫黄原子または−N(R’)−基(R’は、水素原子またはRを表す)を表し、Rはヒドロキシ基、エステル基やエーテル基、アミノ基、シアノ基などを含んでいてもよい炭素数1〜15のアルキル基アリール基またはアラルキル基を表す。
上記式(T)中、Rとして、Lが単結合、酸素原子または硫黄原子の場合に特に好ましいものの具体例として、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、シクロヘキシル基、ノルボルニル基、トリシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、アダマンチル基、フェニル基、ベンジル基、ヒドロキシメチル基、ヒドロキシエチル基、ヒドロキシシクロヘキシル基などが挙げられる。
Lが−N(R’)−基の場合、上記式中のR−L−はR−NH−または(R)(R)N−となるが、そのときのRの特に好ましいものの具体例として、独立してメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、シクロヘキシル基、ノルボルニル基、トリシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、アダマンチル基、フェニル基、ベンジル基、アセチル基、ヒドロキシメチル基、ヒドロキシエチル基、ヒドロキシシクロヘキシル基などが挙げられる。また、R同士が結合して環を形成していてもよく、その場合、式(T−1)、式(T−2)で表される基が挙げられる。
また、Rの特に好ましいものの具体例として、式(T−4)〜式(T−8)で表される基が挙げられる。
上記式(T)のより具体的な例としては、ピラゾール−1−ジチオカルボン酸シアノジメチルメチルエステルなどが挙げられる。
その他、具体的な反応例は省略するが、以下に挙げる方法もある。
(e)2官能性重合開始剤の存在下でリビング重合を行い、前記式(8−1)〜(8−4)で表される分子鎖末端を有する停止剤を添加する方法
(f)単官能性重合開始剤の存在下でリビング重合を行い、前記式(8−1)〜(8−4)で表される分子鎖末端を有する停止剤を添加する方法
また、本発明のレジスト用重合体を得るために前記重合開始剤A、前記連鎖移動剤A、および前記式(8−1)〜(8−4)で表される分子鎖末端を有する停止剤を併用することも可能である。
本発明の重合体前駆体(P)を製造する方法は特に限定されないが、一般に溶液重合で行われ、単量体を重合容器中に滴下する滴下重合と呼ばれる重合方法が好ましい。中でも、組成分布および/または分子量分布の狭い重合体前駆体(P)が簡便に得られる点から、重合することにより目的とする重合体の構成単位となる単量体(単量体のみであっても、単量体を有機溶剤に溶解させた溶液であってもよい)を重合容器中に滴下しながら重合を行う滴下重合と呼ばれる重合方法により本発明の重合体前駆体(P)を製造することが好ましい。
滴下重合法においては、例えば、有機溶剤をあらかじめ重合容器に仕込み、所定の重合温度まで加熱した後、単量体および重合開始剤、必要に応じて連鎖移動剤を有機溶剤に溶解させた単量体溶液を、重合容器内の有機溶剤中に滴下する。単量体は有機溶剤に溶解させずに滴下してもよく、その場合、重合開始剤と必要に応じて連鎖移動剤とを単量体に溶解させた溶液を有機溶剤中に滴下する。また、有機溶剤をあらかじめ重合容器内に仕込まずに単量体を重合容器中に滴下してもよい。
また、単量体、重合開始剤、連鎖移動剤はそれぞれ単独または任意の組み合わせで滴下することができる。
滴下重合法における重合温度は特に限定されないが、通常、50〜150℃の範囲内であることが好ましい。
滴下重合法において用いられる有機溶剤としては、用いる単量体、重合開始剤および得られる重合体前駆体(P)、さらに連鎖移動剤を使用する場合はその連鎖移動剤のいずれをも溶解できる溶剤が好ましい。このような有機溶媒としては、例えば、1,4−ジオキサン、イソプロピルアルコール、アセトン、テトラヒドロフラン(以下「THF」とも言う。)、メチルエチルケトン(以下「MEK」とも言う。)、メチルイソブチルケトン(以下「MIBK」とも言う。)、γ−ブチロラクトン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(以下「PGMEA」とも言う。)、乳酸エチル、ジメチルアセトアミド(以下「DMAc」とも言う。)、ジメチルスルホキシドなどが挙げられる。
有機溶剤中に滴下する単量体溶液の単量体濃度は特に限定されないが、5〜50質量%の範囲内であることが好ましい。
なお、重合容器に仕込む有機溶剤の量は特に限定されず、適宜決めればよい。通常は、共重合に使用する単量体全量に対して30〜700質量%の範囲内で使用する。
溶液重合等の方法によって製造された重合体前駆体(P)溶液は、必要に応じて、1,4−ジオキサン、アセトン、THF、MEK、MIBK、γ−ブチロラクトン、PGMEA、乳酸エチル等の良溶媒で適当な溶液粘度に希釈した後、メタノール、水等の多量の貧溶媒中に滴下して重合体を析出させる。この工程は一般に再沈殿と呼ばれ、重合溶液中に残存する未反応の単量体や重合開始剤等を取り除くために非常に有効である。これらの未反応物は、そのまま残存しているとレジスト性能に悪影響を及ぼす可能性があるので、できるだけ取り除くことが好ましい。再沈殿工程は、場合により不要となることもある。その後、その析出物を濾別し、十分に乾燥して本発明の重合体前駆体(P)を得る。また、濾別した後、乾燥せずに湿粉のまま使用することもできる。
また、製造された重合体前駆体(P)溶液はそのまま、または適当な溶剤で希釈して、後述する多官能ビニルエーテルとの反応工程の原料として使うこともできる。その際、保存安定剤などの添加剤を適宜添加してもよい。
本発明の重合体前駆体(P)の質量平均分子量は特に限定されないが、ドライエッチング耐性およびレジストパターン形状の点から、1,000以上であることが好ましく、1,500以上であることがより好ましく、2,000以上であることが特に好ましく、2,500以上であることが更に好ましい。また、本発明の重合体前駆体(P)の質量平均分子量は、解像度の点から、20,000以下であることが好ましく、15,000以下であることがより好ましく、ラインエッジラフネスおよびすそ引きの点から13,000以下であることが特に好ましく、10,000以下が更に好ましい。
次に、前記式(9)で表される多官能ビニルエーテル化合物について説明する。
前記式(9)において、Xは単結合または−B11−、−S−B11−、−O−B11−、−O−NB12−、−NB12−B11−または−O−Si(B13)(B14)−を表し、B11は炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基、シアノ基、およびアミノ基からなる群より選ばれる少なくとも一つの基を有していてもよい炭素数1〜20の直鎖、分岐もしくは環状の2価の炭化水素基を表し、該B11はその主骨格にヘテロ原子を有しても良く、B12は水素原子、炭素数1〜10の直鎖、分岐もしくは環状のアルキル基を表し、B13およびB14はそれぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜10の直鎖もしくは分岐のアルキル基、または環状のアルキル基を表す。
11の炭素数1〜20の直鎖、分岐もしくは環状の2価の炭化水素基としては、下記式(B−1)〜(B−21)などが挙げられる。
また、これらが主骨格に有しても良いヘテロ原子としては、硫黄原子、窒素原子、酸素原子、リン原子が挙げられる。これらの主骨格にヘテロ原子を有するB11としては、下記式(B1−1)〜(B1−21)などが挙げられる。
12、B13およびB14の炭素数1〜10の直鎖、分岐もしくは環状のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、iso−プロピル基、ブチル基、t−ブチル基、ペンチル基、neo−ペンチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等が挙げられる。
Xは単結合または−B11−が好ましい。
前記式(9)において、J自身の有する置換基としては、チオール基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、炭素数1〜6のアシル基、炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基、炭素数1〜6のチオールでチオエステル化されたカルボキシ基、シアノ基、アミノ基、ハロゲンおよびニトロキシ基からなる群より選ばれる一種以上からなる基を有していてもよい炭素数1〜6の直鎖、分岐もしくは環状アルキル基、チオール基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、炭素数1〜6のアシル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基、炭素数1〜6のチオールでチオエステル化されたカルボキシ基、シアノ基、アミノ基、ハロゲンまたはニトロキシ基が挙げられる。また、Jに含まれるヘテロ原子としては、硫黄原子、窒素原子、酸素原子、リン原子が挙げられる。なお、この際、ヘテロ原子から出る結合手は、そのヘテロ原子が持つ価数に応じて変わる。
Jの基本構造は、前記式(1)のJと同義である。
前記式(9)で表される化合物の具体例としては、例えば、下記式(36−1)〜(36−21)が挙げられる。中でも、下記式(36−1)〜(36−5)、下記式(36−9)が好ましい。
次に、重合体前駆体(P)と、前記式(9)で表される多官能ビニルエーテル化合物とを反応させる工程について説明する。
重合体前駆体(P)と、前記式(9)で表される多官能ビニルエーテル化合物とを反応させる工程は、ポリp−ヒドロキシスチレンに対して、そのフェノール性水酸基にビニルエーテル化合物を反応させる公知の方法と同様に行えばよく、特に限定されないが、例えば、上記反応に使用する触媒としては、p−トルエンスルホン酸およびその水和物、メタンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、カンファースルホン酸、シュウ酸、1,1,1−フルオロ酢酸などの有機酸;硫酸、塩酸などの無機酸;あるいはp−トルエンスルホン酸ピリジニウム塩、p−トルエンスルホン酸アンモニウム塩、p−トルエンスルホン酸4−メチルピリジニウム塩のような塩を挙げることができる。
上記反応は、重合体前駆体(P)と、前記式(9)で表される多官能ビニルエーテル化合物のいずれも溶解できる有機溶媒、例えば1,4−ジオキサン、PGMEA、酢酸エチル、MEK、γ−ブチロラクトン等中で実施するのが好ましい。反応温度は好ましくは15〜60℃であり、より好ましくは20〜50℃である。反応時間は、使用する多官能ビニルエーテル化合物、触媒の種類、反応温度等により好適な範囲が異なるが、例えば0.1〜24時間とすることができる。反応終了後、例えば次のようにして後処理することができる。反応混合物を濃アンモニア水、トリエチルアミン等により中和した後、反応溶液中に残存する未反応の多官能ビニルエーテル化合物や触媒等を除去するために、メタノール、水等の多量の貧溶媒中に滴下して重合体を析出させる。また、この再沈殿工程は、場合により不要となることもある。その後、その析出物を濾別し、十分に乾燥して本発明のレジスト用重合体を得る。また、濾別した後、乾燥せずに湿粉のまま使用することもできる。
また、上記反応溶液はそのまま、または適当な溶剤で希釈して、レジスト組成物として使うこともできる。その際、保存安定剤などの添加剤を適宜添加してもよい。
なお、前記式(1)で表される構造を有する酸分解性単位を構成単位として含有するレジスト用重合体は、上述した2つの製造方法以外にも製造することができ、これらの製造方法に限定されるものではない。
上述の反応で製造された本発明のレジスト用重合体は、例えば、下記式(37−1)〜(37−9)で模式的に示される構造を有する。
式中、鎖線は以下で説明する構成単位からなる重合体鎖を表し、Jは前記式(1)のJを表す。なお、J−J間の鎖線のドット数と重合体の構成単位の結合数(繰り返し数)とは無関係である。
本発明のレジスト用重合体の質量平均分子量は特に限定されないが、ドライエッチング耐性およびパターン形状の点から、1,000以上であることが好ましく、2,000以上であることがより好ましく、4,000以上であることが特に好ましい。また、本発明のレジスト用重合体の質量平均分子量は、レジスト溶液に対する溶解性および解像度の点から、100,000以下であることが好ましく、50,000以下であることがより好ましく、30,000以下であることが特に好ましい。
前記式(2)で表される構造を有する酸分解性単位を構成単位として含有するレジスト用重合体は、少なくとも下記式(10)で表される単量体を含有する単量体を重合することによって製造することができる。
式(10)中、Rは水素原子またはメチル基を表し、Sは硫黄原子を表す。また、K、K、L、L、M、M、M、Y、Y、k1、k2、l1、l2、m1、m2、m3、およびn1はそれぞれ式(1)と同義である。
上記式(10)において、KおよびKは、アルキレンまたはシクロアルキレンが好ましく、LおよびLは、−C(O)O−または−OC(O)−が好ましく、M、M、Mはアルキレン、シクロアルキレン、またはアリーレンが好ましい。
中でも他のレジスト用アクリル系単量体との共重合性に優れる点から、下記式(38)で表される(メタ)アクリル酸エステルが好ましい。
式(38)中、K、L、M、M、M、Y、Y、k2、l2、m1、m2、m3およびn1は、それぞれ式(1)と同義である。
上記式(38)で表される単量体の具体例としては、下記式(39−1)〜(39−24)で表される単量体が挙げられる。式中、Rは水素原子またはメチル基を表す。
中でも、酸分解性が高いことから上記式(39−1)、(39−5)、(39−8)、(39−13)で表される単量体が好ましく、上記式(39−1)で表される単量体が特に好ましい。
式(2)で表される構造の生成する機構を説明する。重合工程において、まず重合開始剤等に由来するラジカル体が反応溶液中に生じ、このラジカル体を起点として単量体の連鎖重合が進行する。
ラジカル体は成長末端に存在し、式(38)で表される(メタ)アクリル酸エステルのビニル基および−SHの水素原子を引き抜き、成長末端が失活した重合体になる。一方、水素を引き抜かれたビニル基または−SHはラジカルを持った構造、すなわちラジカル体になり、このラジカル体が起点となって再び単量体が連鎖重合していく。このようにして式(2)で表される構造が生成する。重合体が式(2)で表される構造を含んでいることは、33S−NMRを測定し、−SHが−S−と変化することで確認できる。
上記式(38)で表される(メタ)アクリル酸エステルのうち、例えば上記式(39−1)のRがメチル基であるメタクリル酸エステルは、以下の工程で合成することができる。この他の上記式(38)で表される(メタ)アクリル酸エステルも類似の工程にて合成することができる。
なお、前記式(2)で表される構造を有する酸分解性単位を構成単位として含有するレジスト用重合体は、上述した製造方法に限定されるものではない。
前記式(3)で表される構造を有する酸分解性単位と、親水性基を有する単位とを構成単位として含有するレジスト用アクリル系重合体は、少なくとも下記式(11)で表される単量体、下記式(12)で表される単量体、および下記式(13)で表される単量体を重合することによって製造することができる。
式(11)中、R6は水素原子またはメチル基を表し、R7 は炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基、炭素数4〜8の環式炭化水素基、炭素数4〜16の橋かけ環式炭化水素基、またはラクトン基であって、親水性基を有さない基を表す。ここで前記アルキル基、環式炭化水素基、橋かけ環式炭化水素基、およびラクトン基は置換基を有していてもよい。
また、式(12)中、Rは水素原子またはメチル基を表し、Rは水素原子、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基、炭素数4〜8の環式炭化水素基、または炭素数4〜16の橋かけ環式炭化水素基であって、置換基として親水性基を有する基を表す。
式(13)中、RおよびRはそれぞれ独立して水素原子またはメチル基を表す。また、K、K、L、L、M、M、M、Y、Y、k1、k2、l1、l2、m1、m2、m3、およびn1はそれぞれ式(1)と同義である。
前記式(13)で表される単量体の好ましい例として、下記式(40)で表される単量体が挙げられる。
(式(40)中、R、Rは式(2)と同義であり、R411〜R414はそれぞれ独立して炭素数1〜4のアルキル基を表し、Yはアルキレン基、シクロアルキレン基、またはアリーレン基を表す。m40はR413およびR414で置換されたメチレンの数を表し、0または1である。)
前記式(40)の具体例として、下記式(40−1)および(40−2)が挙げられる。
重合体中の架橋型構成単位の比率は、全ての単量体単位に対して0.1〜10モル%が好ましく、0.1〜5モル%がより好ましい。この比率の付近では多いほどすそ引きが改善され、少ないほどレジスト溶剤への溶解性が向上する。
上記式(40−1)で表される2−メチル−2,4−ブタンジオールジメタクリレートは、例えば、下記の工程にて製造することができる。
原料である2−メチル−2,4−ブタンジオールは、市販品を使用することができる。
2−メチル−2,4−ブタンジオールのエステル化反応は、公知の方法にて容易に進行するが、例えばトリエチルアミン存在下、メタクリル酸クロライドと反応させることができる。反応は無溶媒またはテトラヒドロフランなどの極性溶媒中で行うことが好ましい。
本発明においては、上記反応の生成物を精製せずに重合反応に使用することもできるが、単蒸留、薄膜蒸留、あるいはカラムクロマトグラフィーなどによって精製することが好ましい。
前記式(13)で表される単量体のより好ましい例として、下記式(41)で表される単量体が挙げられる。
(式(41)中のR〜RおよびAは、式(5)と同義である。)
前記式(41)に示す酸分解性アセタール基を含む単量体の具体的な例として、式(41−1)〜(41−17)を例示することができる。本発明に使用できる式(41)の単量体は、これらに限られるものではない。
これらの化合物の合成例を以下に示す。例えば式(41−3)で表される化合物は、例えば、以下のスキーム1〜3のいずれかのスキームで合成することができる。
スキーム1では、ジ−クロロメチルエーテル体に(メタ)アクリル酸を作用させることで、目的の酸分解性アセタール構造を有する架橋剤を得ることができる。ジオール体に対し、(メタ)アクリル酸ビニルを1.0倍モル〜10倍モル用いるのがよい。例えば、ピリジンやトリメチルアミン等のアルカリの存在下で反応させることで、反応時間を短く収率よく得ることができる。
スキーム2では、ジオール体に(メタ)アクリル酸ビニルを作用させることで、目的の酸分解性アセタール構造を有する架橋剤を得ることができる。ジオール体に対し、(メタ)アクリル酸ビニルを1.0倍モル〜10倍モル用いるのがよい。ルイス酸の存在下反応させることで反応時間を短くすることもできる。
すなわち、スキーム3では、ジビニルエーテルに(メタ)アクリル酸を作用させることで、目的の酸分解性アセタール構造を有する架橋剤を得ることができる。ジビニルエーテルに対し(メタ)アクリル酸を1.0倍モル〜10倍モル用いるのがよい。ルイス酸の存在下反応させることで反応時間を短くすることもできる。
前記式(11)として、具体的には、酸脱離性基を有する単量体として、下記式(29A−1)〜(29A−8)が挙げられる。
上記式中、R31、R32、R33、R34、R35、R36、R37、R38、R291、R292、R293、R294、R295、X、X、X、X、X、X、n1、n2、n3、n4、n5、n6、R331、R332、R333、R334、R351、R352、R353、R354、R355、R356、R357、R361、R362、R363、R364、R365、R366、R367、R371、R372、R373、R381、R382、R383、Z、Z、Z、Z、Z、Zは、前記式(29−1)〜(29−8)と同義である。
式(29A−1)中のR291、式(29A−2)中のR292およびR293、式(29A−3)中のR294、式(29A−4)中のR295は、感度および解像度の点から、メチル基、エチル基、またはイソプロピル基であることが好ましい。
式(29A−1)〜(29A−6)中のn1、n2、n3、n4、n5、n6は、ドライエッチング耐性が高い点から、0であることが好ましい。
式(29A−3)中のZおよびZ、式(29A−5)中のZおよびZ、式(29A−6)中のZおよびZは、ドライエッチング耐性が高い点から、それぞれ独立に−CH−または−CHCH−であることが好ましい。
式(29A−3)中のR331、R332、R333およびR334、式(29A−5)中のR351、R352、R353およびR354、式(29A−6)中のR361、R362、R363およびR364は、有機溶媒への溶解性が高い点から、それぞれ独立に水素原子、メチル基、エチル基、またはイソプロピル基であることが好ましい。
式(29A−3)中のq、式(29A−5)中のq3、式(29A−6)中のq4は、ドライエッチング耐性が高い点では、1であることが好ましく、有機溶剤への溶解性が良い点では、0であることが好ましい。
式(29A−4)中のrは、ドライエッチング耐性が高い点では、1であることが好ましく、有機溶剤への溶解性が良い点では、0であることが好ましい。
式(29A−5)中の−C(R355)(R356)(R357)は、ラインエッジラフネスに優れている点では、前記式(K−1)〜(K−6)で表される構造が好ましく、ドライエッチング耐性が高い点では、前記式(K−7)〜(K−17)で表される構造が好ましい。
式(29A−6)中の−C(R365)(R366)−O−R367は、ラインエッジラフネスに優れている点では、前記式(J−1)〜(J−24)で表される構造が好ましく、ドライエッチング耐性が高い点では、前記式(J−25)〜(J−52)で表される構造が好ましい。
式(29A−7)中の−C(R371)(R372)−O−R373は、ラインエッジラフネスに優れている点では、上記式(J−1)〜(J−24)で表される構造が好ましく、ドライエッチング耐性が高い点では、上記式(J−25)〜(J−52)で表される構造が好ましい。
酸脱離性基を有する単量体は、1種、あるいは、必要に応じて2種以上を組み合わせて使用することができる。
酸脱離性基を有する単量体として、より具体的には、前記式(30−1)〜(30−196)で表される単量体が挙げられる。
中でも、感度および解像度の点から、前記式(30−1)〜(30−3)、前記式(30−5)、前記式(30−16)、前記式(30−19)、前記式(30−20)、前記式(30−22)、前記式(30−23)、前記式(30−25)〜(30−28)、前記式(30−30)、前記式(30−31)、前記式(30−33)、前記式(30−34)および前記式(30−102)〜(30−129)で表される単量体、ならびにこれらの幾何異性体および光学異性体がより好ましく、前記式(30−1)、前記式(30−2)、前記式(30−16)、前記式(30−20)、前記式(30−23)、前記式(30−28)、前記式(30−31)、前記式(30−34)、前記式(30−109)、前記式(30−111)、前記式(30−114)〜(30−117)、前記式(30−125)、前記式(30−128)および前記式(30−129)で表される単量体が特に好ましい。
また、ラインエッジラフネスに優れている点から、前記式(30−35)〜(30−40)で表される単量体、前記式(30−52)〜(30−62)で表される単量体、前記式(30−76)〜(30−88)で表される単量体、前記式(30−130)〜(30−135)で表される単量体、前記式(30−147)〜(30−157)で表される単量体、前記式(30−171)〜(30−183)で表される単量体、ならびにこれらの幾何異性体および光学異性体がより好ましい。
また、ドライエッチング耐性に優れている点から、前記式(30−41)〜(30−51)で表される単量体、前記式(30−63)〜(30−75)で表される単量体、前記式(30−89)〜(30−101)で表される単量体、前記式(30−136)〜(30−146)で表される単量体、前記式(30−158)〜(30−170)で表される単量体、前記式(30−184)〜(30−196)で表される単量体、ならびにこれらの幾何異性体および光学異性体がより好ましい。
また、前記式(11)として、具体的には、ラクトン骨格を有する単量体として、下記式(31A−1)〜(31A−5)が挙げられる。
(上記式中、R41、R42、R43、R44、R311、R312、R313、R401、R402、R201、R202、R203、R204、R91、R92、R93、R94、A、A、A、A、X41、X42、X43、X44、n41、n42、n43、n44、Y11、Y12、Y13、i、m30、m31は、前記式(31−1)〜(31−5)と同義である。)
これらの式において、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐のアルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、neo−ペンチル基、1,1−ジメチルプロピル基、1,2−ジメチルプロピル基、1,1−ジメチルブチル基、2,2−ジメチルブチル基、n−ヘキシル基、1−メチルペンチル基、2−メチルペンチル基、3−メチルペンチル基等が挙げられる。
式(31A−1)〜(31A−4)中のn41、n42、n43、n44は、ドライエッチング耐性が高い点から、0であることが好ましい。
式(31A−1)中のm30は、感度および解像度の点から、1であることが好ましい。
式(31A−2)中のAおよびA、式(31A−3)中のAおよびAは、ドライエッチング耐性が高い点からは、一緒になって−CH−、−CHCH−となることが好ましく、有機溶媒への溶解性が高い点からは、一緒になって−O−となることが好ましい。
式(31A−2)中のR201およびR202、式(31A−3)中のR203およびR204としては、有機溶媒への溶解性が高い点から、それぞれ独立に水素原子、メチル基、エチル基、またはイソプロピル基であることが好ましい。
式(31A−4)中のR311、R312およびR313は、有機溶媒への溶解性が高い点から、水素原子であることが好ましい。
式(31A−4)中のY11、Y12およびY13は、基板表面等への密着性が高い点から、一つが−CO−O−であり、残りの二つが−CH−であることが好ましい。
式(31A−5)中、R91、R92、R93およびR94としては、有機溶媒への溶解性が高い点からそれぞれ独立に水素原子またはメチル基であることが好ましい。
式(31A−5)中のm31は、感度および解像度の点から、1であることが好ましい。
ラクトン骨格を有する単量体は、1種でも2種以上を組み合わせて使用することができる。
ラクトン骨格を有する単量体としては、より具体的には、前記式(32−1)〜(32−24)で表される単量体が挙げられる。
中でも、感度の点から、前記式(32−1)〜(32−3)、および前記式(32−5)で表される単量体、ならびにこれらの幾何異性体および光学異性体がより好ましく、ドライエッチング耐性の点から、前記式(32−7)、(32−9)、(32−10)、(32−12)、(32−14)、(32−24)〜(32−26)で表される単量体、ならびに、これらの幾何異性体、および光学異性体がより好ましく、レジスト溶媒への溶解性の点から、前記式(32−8)、(32−13)、および(32−16)〜(32−23)で表される単量体、ならびに、これらの幾何異性体、および光学異性体がより好ましい。
さらに、前記式(11)として、具体的には、非極性脂環式骨格を有する単量体として、下記式(33A−1)〜(33A−4)が挙げられる。
(上記式中、R301、R302、R303、R304、X301、X302、X303、X304、n301、n302、n303、n304、p、p1は、前記式(33−1)〜(33−4)と同義である。)
なお、式(33A−1)〜(33A−4)において、X301、X302、X303およびX304が結合する位置は、環状構造のどこであってもよい。
式(33A−1)〜(33A−4)中のn301、n302、n303、n304は、ドライエッチング耐性が高い点から、0であることが好ましい。
式(33A−3)中のp、式(33A−4)中のp1は、有機溶剤への溶解性が高い点から、0であることが好ましく、ドライエッチング耐性が高い点から、1であることが好ましい。
このような構成単位を重合体に導入するためには、非極性脂環式骨格を有する単量体を共重合すればよい。非極性脂環式骨格を有する単量体は、1種、あるいは、必要に応じて2種以上を組み合わせて使用することができる。
非極性脂環式骨格を有する単量体としては、例えば、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸イソボルニル、(メタ)アクリル酸ノルボルニル、(メタ)アクリル酸アダマンチル、(メタ)アクリル酸トリシクロデカニル、(メタ)アクリル酸ジシクロペンタジエニル、および、これらの化合物の脂環式骨格上に炭素数1〜6の直鎖若しくは分岐アルキル基を有する誘導体が好ましい。
非極性脂環式骨格を有する単量体として、具体的には、前記式(34−1)〜(34−5)で表される単量体が挙げられる。
前記式(12)として、具体的には、下記式(26A−1)〜(26A−7)からなる群より選ばれる少なくとも1種であるものが好ましい。
(上記式中、R51、R52、R53、R54、R55、R56、R57、R501、R502、R503、R504、R505、R506、R531、R532、R533、R534、R535、R536、R571、R572、W、W、W、X51、X52、X53、X54、X55、X56、X57、n51,n52,n53,n54,n55,n56、q1,q2は、前記式(26−1)〜(26−7)と同義である。)
式(26A−1)中のR501、式(26A−3)中のR502、式(26A−4)中のR503、式(26A−6)中のR506は、感度および解像度の点からは、メチル基、エチル基、イソプロピル基であることが好ましく、有機溶剤への溶解性が良い点からは、水素原子であることが好ましい。
式(26A−1)〜(26A−6)中のn51、n52、n53、n54、n55、n56は、ドライエッチング耐性が高い点から、1であることが好ましい。
式(26A−1)〜(26A−6)中のX51、X52、X53、X54、X55、X56はパターン形状が良好な点から、−C(CF−OH、ヒドロキシ基、シアノ基、メトキシ基であることが好ましい。式(26A−7)中のX57は、パターン形状が良好な点から、−CH−C(CF−OH、−CH−OH基、−CH−CN基、−CH−O−CH基、−(CH−O−CH基であることが好ましい。
式(26A−3)中のW、W、式(26A−6)中のWは、ドライエッチング耐性が高い点から、−CH−、−CHCH−であることが好ましい。
式(26A−3)中のR531、R532、R533、およびR534、式(26A−6)中のR535およびR536は、有機溶媒への溶解性が高い点から、それぞれ独立して水素原子、メチル基、エチル基、またはイソプロピル基であることが好ましい。
式(26A−3)中のq1、式(26A−6)中のq2は、ドライエッチング耐性が高い点からは、1であることが好ましく、有機溶剤への溶解性が良い点からは、0であることが好ましい。
式(26A−4)中のr1は、ドライエッチング耐性が高い点からは、1であることが好ましく、有機溶剤への溶解性が良い点からは、0であることが好ましい。
式(26A−5)中のR504およびR505は、感度および解像度の点から、それぞれ独立にメチル基、エチル基、またはイソプロピル基であることが好ましい。
式(26A−7)中のR571およびR572は、ドライエッチング耐性が高い点からは、R571とR572とが一緒になって、それぞれが結合している炭素原子とともに炭素数4〜16の橋かけ環式炭化水素基を形成している構造が好ましい。また、耐熱性、安定性に優れる点からは、R571とR572とが一緒になって、それぞれが結合している炭素原子とともに形成する橋かけ環式炭化水素基に含まれる環が、ショウノウ環、アダマンタン環、ノルボルナン環、ピナン環、ビシクロ[2.2.2]オクタン環、テトラシクロドデカン環、トリシクロデカン環、デカヒドロナフタレン環を有していることが好ましい。
なお、式(26A−1)〜(26A−6)において、X51、X52、X53、X54、X55およびX56で置換される位置は、環状構造のどの位置であってもよい。
親水性基を有する構成単位は、1種、あるいは、必要に応じて2種以上を組み合わせて使用することができる。
前記式(12)として、より具体的には、前記式(27−1)〜(27−103)で表される単量体が挙げられる。
中でも、レジスト溶媒への溶解性が良好な点からは、上記式(27−1)〜(27−4)、上記式(27−9)〜(27−13)、上記式(27−21)〜(27−24)、上記式(27−33)〜(27−36)、上記式(27−42)〜(27−46)、上記式(27−53)〜(27−59)、上記式(27−78)〜(27−79)、上記式(27−82)〜(27−83)、上記式(27−88)〜(27−89)、上記式(27−94)〜(27−97)、上記式(27−100)で表される単量体、およびこれらの幾何異性体、ならびに、これらの光学異性体がより好ましく、また、ドライエッチング耐性が高い点からは、上記式(27−37)〜(27−42)、上記式(27−60)〜(27−77)、上記式(27−84)〜(27−85)、上記式(27−90)〜(27−91)、上記式(27−99)、上記式(27−101)〜(27−103)で表される単量体、ならびにこれらの幾何異性体およびこれらの光学異性体がより好ましく、また、感度および解像度の点からは、上記式(27−5)〜(27−8)、上記式(27−17)〜(27−20)、上記式(27−29)〜(27−32)、上記式(27−49)〜(27−52)、上記式(27−62)〜(27−63)、上記式(27−68)〜(27−69)、上記式(27−74)〜(27−75)、上記式(27−80)〜(27−81)、上記式(27−86)〜(27−87)、上記式(27−92)〜(27−93)で表される単量体、ならびにこれらの幾何異性体、およびこれらの光学異性体がより好ましい。
次に、本発明のレジスト組成物について説明する。
本発明のレジスト組成物は、本発明のレジスト用重合体を溶媒に溶解したものである。また、本発明の化学増幅型レジスト組成物は、本発明のレジスト用重合体および光酸発生剤を溶媒に溶解したものである。本発明のレジスト用重合体は、1種を用いても、2種以上を併用してもよい。なお、溶液重合等によって得られた重合体溶液から重合体を分離することなく、この重合体溶液をそのままレジスト組成物に使用し、または、この重合体溶液を適当な溶媒で希釈して、または濃縮してレジスト組成物に使用することもできる。
溶媒としては、例えば、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、2−ペンタノン、2−ヘキサノン等の直鎖もしくは分岐鎖ケトン類;シクロペンタノン、シクロヘキサノン等の環状ケトン類;プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート等のプロピレングリコールモノアルキルアセテート類;エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート等のエチレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類;プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等のプロピレングリコールモノアルキルエーテル類;エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル等のエチレングリコールモノアルキルエーテル類;ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル等のジエチレングリコールアルキルエーテル類;酢酸エチル、乳酸エチル等のエステル類;n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、n−ブチルアルコール、シクロヘキサノール、1−オクタノール等のアルコール類;1,4−ジオキサン、炭酸エチレン、γ−ブチロラクトン等が挙げられる。これらの溶媒は、1種を用いても、2種以上を併用してもよい。
溶媒の含有量は、通常、レジスト用重合体(本発明の重合体)100質量部に対して、200〜5000質量部であり、300〜2000質量部であることがより好ましい。
本発明のレジスト用重合体を化学増幅型レジストに使用する場合は、光酸発生剤を用いることが必要である。
本発明の化学増幅型レジスト組成物に含有される光酸発生剤は、化学増幅型レジスト組成物の酸発生剤として使用可能なものの中から任意に選択することができる。光酸発生剤は、1種を用いても、2種以上を併用してもよい。
このような光酸発生剤としては、例えば、オニウム塩化合物、スルホンイミド化合物、スルホン化合物、スルホン酸エステル化合物、キノンジアジド化合物、ジアゾメタン化合物等が挙げられる。光酸発生剤としては、中でも、スルホニウム塩、ヨードニウム塩、ホスホニウム塩、ジアゾニウム塩、ピリジニウム塩等のオニウム塩化合物が好ましく、具体的には、トリフェニルスルホニウムトリフレート、トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、トリフェニルスルホニウムナフタレンスルホネート、(ヒドロキシフェニル)ベンジルメチルスルホニウムトルエンスルホネート、ジフェニルヨードニウムトリフレート、ジフェニルヨードニウムピレンスルホネート、ジフェニルヨードニウムドデシルベンゼンスルホネート、ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロアンチモネート、p−メチルフェニルジフェニルスルホニウムノナフルオロブタンスルホネート、トリ(tert−ブチルフェニル)スルホニウムトリフルオロメタンスルホネート等が挙げられる。
光酸発生剤の含有量は、選択された光酸発生剤の種類により適宜決められるが、通常、レジスト用重合体(本発明の重合体)100質量部に対して0.1質量部以上であり、0.5質量部以上であることがより好ましい。光酸発生剤の含有量をこの範囲にすることにより、露光により発生した酸の触媒作用による化学反応を十分に生起させることができる。また、光酸発生剤の含有量は、通常、レジスト用重合体(本発明の重合体)100質量部に対して20質量部以下であり、10質量部以下であることがより好ましい。光酸発生剤の含有量をこの範囲にすることにより、レジスト組成物の安定性が向上し、組成物を塗布する際の塗布むらや現像時のスカム等の発生が十分に少なくなる。
さらに、本発明の化学増幅型レジスト組成物には、含窒素化合物を配合することもできる。含窒素化合物を含有させることにより、レジストパターン形状、引き置き経時安定性などがさらに向上する。つまり、レジストパターンの断面形状が矩形により近くなり、また、レジスト膜を露光し、露光後ベーク(PEB)して、次の現像処理までの間に数時間放置されることが半導体の量産ラインではあるが、そのような放置(経時)したときにレジストパターンの断面形状の劣化の発生がより抑制される。
含窒素化合物は、公知のものいずれも使用可能であるが、アミンが好ましく、中でも、第2級低級脂肪族アミン、第3級低級脂肪族アミンがより好ましい。
ここで「低級脂肪族アミン」とは、炭素数5以下のアルキルまたはアルキルアルコールのアミンのことをいう。
第2級低級脂肪族アミン、第3級低級脂肪族アミンとしては、例えば、トリメチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、ジ−n−プロピルアミン、トリ−n−プロピルアミン、トリペンチルアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミンなどが挙げられる。含窒素化合物としては、中でも、トリエタノールアミンなどの第3級アルカノールアミンがより好ましい。
含窒素化合物は、1種を用いても、2種以上を併用してもよい。
含窒素化合物の含有量は、選択された含窒素化合物の種類などにより適宜決められるが、通常、レジスト用重合体(本発明の重合体)100質量部に対して0.01質量部以上であることが好ましい。含窒素化合物の含有量をこの範囲にすることにより、レジストパターン形状をより矩形にすることができる。また、含窒素化合物の含有量は、通常、レジスト用重合体(本発明の重合体)100質量部に対して2質量部以下であることが好ましい。含窒素化合物の含有量をこの範囲にすることにより、感度の劣化を小さくすることができる。
また、本発明の化学増幅型レジスト組成物には、有機カルボン酸、リンのオキソ酸、または、その誘導体を配合することもできる。これらの化合物を含有させることにより、含窒素化合物の配合による感度劣化を防止することができ、また、レジストパターン形状、引き置き経時安定性などがさらに向上する。
有機カルボン酸としては、例えば、マロン酸、クエン酸、リンゴ酸、コハク酸、安息香酸、サリチル酸などが好ましい。
リンのオキソ酸、または、その誘導体としては、例えば、リン酸、リン酸ジ−n−ブチルエステル、リン酸ジフェニルエステル等のリン酸およびそれらのエステルのような誘導体;ホスホン酸、ホスホン酸ジメチルエステル、ホスホン酸ジ−n−ブチルエステル、フェニルホスホン酸、ホスホン酸ジフェニルエステル、ホスホン酸ジベンジルエステル等のホスホン酸およびそれらのエステルのような誘導体;ホスフィン酸、フェニルホスフィン酸等のホスフィン酸およびそれらのエステルのような誘導体などが挙げられ、中でも、ホスホン酸が好ましい。
これらの化合物(有機カルボン酸、リンのオキソ酸、または、その誘導体)は、1種を用いても、2種以上を併用してもよい。
これらの化合物(有機カルボン酸、リンのオキソ酸、または、その誘導体)の含有量は、選択された化合物の種類などにより適宜決められるが、通常、レジスト用重合体(本発明の重合体)100質量部に対して0.01質量部以上であることが好ましい。これらの化合物の含有量をこの範囲にすることにより、レジストパターン形状をより矩形にすることができる。また、これらの化合物(有機カルボン酸、リンのオキソ酸、または、その誘導体)の含有量は、通常、レジスト用重合体(本発明の重合体)100質量部に対して5質量部以下であることが好ましい。これらの化合物の含有量をこの範囲にすることにより、レジストパターンの膜減りを小さくすることができる。
なお、含窒素化合物と有機カルボン酸、リンのオキソ酸、または、その誘導体との両方を本発明の化学増幅型レジスト組成物に含有させることもできるし、いずれか片方のみを含有させることもできる。
さらに、本発明のレジスト組成物には、必要に応じて、界面活性剤、その他のクエンチャー、増感剤、ハレーション防止剤、保存安定剤、消泡剤等の各種添加剤を配合することもできる。これらの添加剤は、当該分野で公知のものであればいずれも使用可能である。また、これらの添加剤の配合量は特に限定されず、適宜決めればよい。
本発明のレジスト用重合体は、金属エッチング用、フォトファブリケーション用、製版用、ホログラム用、カラーフィルター用、位相差フィルム用等のレジスト組成物として使用してもよい。
次に、本発明のパターン製造方法の一例について説明する。
最初に、パターンを製造するシリコンウエハー等の被加工基板の表面に、本発明のレジスト組成物をスピンコート等により塗布する。そして、このレジスト組成物が塗布された被加工基板は、ベーキング処理(プリベーク)等で乾燥し、基板上にレジスト膜を製造する。
次いで、このようにして得られたレジスト膜に、フォトマスクを介して、250nm以下の波長の光を照射する(露光)。露光に用いる光は、KrFエキシマレーザー、ArFエキシマレーザーまたはFエキシマレーザーであることが好ましく、特にArFエキシマレーザーであることが好ましい。また、電子線で露光することも好ましい。
露光後、適宜熱処理(露光後ベーク、PEB)し、基板をアルカリ現像液に浸漬し、露光部分を現像液に溶解除去する(現像)。アルカリ現像液は公知のものいずれを用いてもよい。そして、現像後、基板を純水等で適宜リンス処理する。このようにして被加工基板上にレジストパターンが製造される。
通常、レジストパターンが製造された被加工基板は、適宜熱処理(ポストベーク)してレジストを強化し、レジストのない部分を選択的にエッチングする。エッチングを行った後、レジストは、通常、剥離剤を用いて除去される。
最後に、本発明のレジスト用重合体を製造するための原料の1つである下記式(6)で表される化合物について説明する。
式(6)において、Eは重合停止能または連鎖移動能を有する官能基を表す。また、J、K、K、L、L、M、M、M、Y、Y、k1、k2、l1、l2、m1、m2、m3、n1、およびnはそれぞれ式(1)と同義である。
中でも、式(6)において、n=2であって、Eがチオール基である場合には、式(6)は、下記式(7)で表される構造となり、この化合物を用いて重合すると、前記式(4)で表される構造を有するレジスト用重合体が得られる。
式(7)中、Sは硫黄原子を表す。また、K、K、L、L、M、M、M、Y、Y、k1、k2、l1、l2、m1、m2、m3、およびn1はそれぞれ式(1)と同義である。
上記式(7)で表される化合物は、以下の(a)〜(c)の方法によって得られる化合物である。
(a) 下記式(14)で表される化合物に、下記式(15)で表される化合物を付加させて、下記式(16)で表される化合物に変換した後、ジチオール化する方法。
(式(14)および式(16)中のMはアルキレン、シクロアルキレン、オキシアルキレン、またはアリーレンを表し、m2は0か1を表し、R10、R11はそれぞれ独立に炭素数1〜18の直鎖状、分岐状もしく環状のアルキル基またはアルケニル基またはアリール基を表す。R12、R13はそれぞれ独立に水素原子またはメチル基を示す。また、式(15)および式(16)中のSは硫黄原子を表し、Zはアシル基またはアルカリ金属を示す。)
(b) 下記式(17)で表されるジオール体と下記式(18)で表される硫黄原子を有するカルボン酸クロライドをカップリングさせて得られる下記式(19)をジチオール化する方法。
(式(17)および式(19)中のMはアルキレン、シクロアルキレン、オキシアルキレン、またはアリーレンを表し、m2は0か1を表し、R10およびR11はそれぞれ独立に炭素数1〜18の直鎖状、分岐状もしく環状のアルキル基またはアルケニル基またはアリール基を表す。式(18)中のClは塩素原子を表す。また、式(18)および式(19)中のSは硫黄原子を表し、Zはアシル基を表し、Kはアルキレン、シクロアルキレン、オキシアルキレン、アリーレン、2価のチアゾリン環、2価のオキサゾリン環、および2価のイミダゾリン環からなる群の少なくとも一種を表す。)
(c) 下記式(20)で表されるジビニルエーテルに下記式(21)で表される硫黄原子を有するカルボン酸を付加させて得られた下記式(22)をジチオール化する方法。
(式(20)および式(22)中のMはアルキレン、シクロアルキレン、オキシアルキレン、またはアリーレンを表し、m2は0か1を表す。また、式(21)および式(22)中のSは硫黄原子を表し、Zはアシル基を表し、Kはアルキレン、シクロアルキレン、オキシアルキレン、アリーレン、2価のチアゾリン環、2価のオキサゾリン環、および2価のイミダゾリン環からなる群の少なくとも一種を表す。)
上記式(6)のうち、例えば、前記式(35−23)で表される化合物はそれぞれ、以下のスキームで合成することができる。
次に、上記式(7)で表される化合物の製造方法について説明する。
(a)前記式(14)で表される化合物に、前記式(15)で表される化合物を付加させて、前記式(16)で表される化合物に変換した後、ジチオール化して上記式(7)を得る方法
まず、前記式(14)で表される化合物としては、例えば、以下のものを挙げることができる。式中、R10、R11、R14、R15はそれぞれ独立して、炭素数1〜18の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基またはアルケニル基またはアリール基を表す。R12、R13はそれぞれ独立して水素原子またはメチル基を表す。
10、R11、R14、R15の具体例として、メチル基、エチル基、プロピル基、ペンチル基、オクチル基、イソプロピル基などが挙げられる。酸分解性の点でメチル基、エチル基が好ましい。特に、R10、R11、R14、R15いずれもがメチル基であるものが好ましい。
また、前記式(15)で表される硫黄原子を有する化合物としては、例えば、硫化水素、NaSH、KSHや以下のものを挙げることができる。
本発明の製造方法においては、まず、式(14)で表される化合物に、式(15)で表される化合物を付加させ、式(16)で表される化合物を得る。この付加工程では、通常式(14)で表される化合物に対し、式(15)で表される化合物を2倍モル〜6倍モル加えることが好ましい。反応は常温で進行するが、反応温度を高くする程、反応は速く進行する。このときの反応温度は通常−30〜100℃とすることが好ましい。反応は溶媒中で行ってもよいし無溶媒で行ってもよい。
次に、式(16)で表される化合物をジチオール化することによって、式(7)の連鎖移動剤が得られる。ジチオール化の工程は、アルカリ水溶液存在下で行う。アルカリ水溶液としては、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液、炭酸カリウム水溶液、炭酸ナトリウム水溶液、炭酸水素ナトリウム水溶液、炭酸水素カリウム水溶液、アンモニア水溶液などが挙げられる。式(16)のエステル結合の分解を抑制し、Zのみを脱離させるためには、炭酸水素ナトリウム水溶液、炭酸水素カリウム水溶液、アンモニア水溶液のような弱い塩基が好ましい。反応溶液中にメタノール等の有機溶媒を加えることにより、反応系が均一になり、反応の進行を速めることができる。反応温度は一般に−30℃〜80℃の範囲とすることが好ましく、−30℃以上とすることによりジチオール化の進行を速くすることができ、80℃以下とすることによってエステル部分の加水分解が抑制され、目的物を収率よく得ることができる。また、得られた反応物は抽出、蒸留、カラムクロマトグラフィー、再結晶によって精製することが望ましい。
(b)前記式(17)で表されるジオール体と、前記式(18)で表される硫黄原子を有するカルボン酸クロライドをカップリングさせて得られる前記式(19)を、ジチオール化して上記式(7)を得る方法
本製造方法においては、まず、前記式(17)で表されるジオール体と、前記式(18)で表されるカルボン酸クロライドをカップリングさせる。前記式(17)で表されるジオール体として、以下のものを例として挙げることができる。
式中、R10、R11、R14、R15はそれぞれ独立して、炭素数1〜18の直鎖状、分岐状もしく環状のアルキル基またはアルケニル基またはアリール基を表す。特に、R10、R11、R14、R15がメチル基であるものが好ましい。
前記式(18)で表されるカルボン酸クロライドとしては、例えば、以下のものを挙げることができる。
前記式(17)のジオール体と、前記式(18)のカルボン酸クロライドとのカップリングは、一般にアルカリ存在下で反応させる。アルカリとしては、例えば、炭酸水素ナトリウム、ピリジン、トリエチルアミン、ジメチルアミノピリジンなどが挙げられる。式(17)のジオール体に対し、式(18)のカルボン酸クロライドとアルカリを、それぞれ2倍モル〜30倍モル加えることが好ましい。2倍モル以上にすると反応時間を短くすることができ、30倍モル以下とすることによって副生成物が抑制され収率を向上させることができる。
この反応は常温で反応が進行するが、反応温度が高い程反応は速く進行する。このときの反応温度は通常−50℃〜80℃とすることが好ましい。−50℃以上にすると反応時間を短くすることができ、80℃以下とすることによって副生成物が抑制され収率を向上させることができる。反応は溶媒中で行ってもよいし無溶媒で行ってもよい。
前記式(17)のジオール体と、前記式(18)のカルボン酸クロライドとをカップリングさせることによって、前記式(19)で表される化合物を得ることができる。この式(19)で表される化合物をジチオール化することによって、式(7)の連鎖移動剤が得られる。ジチオール化の工程は、前記式(16)で表される化合物のジチオール化と同様にして行えばよい。
(c)前記式(20)で表されるジビニルエーテルに、前記式(21)で表される硫黄原子を有するカルボン酸を付加させて得られる前記式(22)を、ジチオール化して上記式(7)を得る方法
本製造方法においては、まず、前記式(20)で表されるジビニルエーテルに、前記式(21)で表されるカルボン酸を付加させる。前記式(20)で表されるジビニルエーテルとしては、例えば、以下のものを挙げることができる。
前記式(21)で表されるカルボン酸としては、例えば、以下のものを挙げることができる。
前記式(20)で表されるジビニルエーテルへ、前記式(21)で表されるカルボン酸を付加する工程では、前者に対し後者を2倍モル〜8倍モルの範囲で反応させるのがよい。2倍モル以上にすると、反応を完全に進行させることができる。反応は常温で反応が進行するが、反応温度が高い程反応は速く進行し、式(22)で表される化合物を得ることができる。このときの反応温度は通常−300℃〜100℃とすることが好ましい。−30℃以下にすることにより反応時間を短くでき、1000℃以下にすることにより、効率よく進行させることができる。反応は溶媒中で行ってもよいし無溶媒で行ってもよい。前記式(20)で表されるジビニルエーテルへ前記式(21)で表されるカルボン酸を付加することによって、式(22)で表される化合物を得ることができる。式(22)で表される化合物をジチオール化することによって、式(7)の連鎖移動剤が得られる。ジチオール化の工程は、前記式(16)で表される化合物のジチオール化と同様にして行えばよい。
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。また、各実施例、比較例中「部」とあるのは、特に断りのない限り「質量部」を示す。
実施例、比較例において、レジスト用重合体およびレジスト組成物の評価は以下の方法で行った。
1.レジスト用重合体の評価
<レジスト用重合体の質量平均分子量>
約20mgのレジスト用重合体を5mLのTHFに溶解し、0.5μmメンブレンフィルターで濾過して試料溶液を調製し、この試料溶液を東ソー製ゲル・パーミエーション・クロマトグラフィー(GPC)を用いて測定した。この測定は、分離カラムは昭和電工社製、Shodex GPC K−805L(商品名)を3本直列にしたものを用い、溶剤はTHF、流量1.0mL/min、検出器は示差屈折計、測定温度40℃、注入量0.1mLで、標準ポリマーとしてポリスチレンを使用して測定した。
<レジスト用重合体の平均共重合組成比(モル%)>
H−NMRの測定により求めた。この測定は、日本電子(株)製、GSX−400型FT−NMR(商品名)を用いて、約5質量%のレジスト用重合体試料の重水素化クロロホルム、重水素化アセトンあるいは重水素化ジメチルスルホキシドの溶液を直径5mmφの試験管に入れ、測定温度40℃、観測周波数400MHz、シングルパルスモードにて、64回の積算で行った。
2.レジスト組成物の評価
レジスト用重合体を用い、以下のようにしてレジスト組成物を調製し、レジストパターンを製造して、性能を評価した。
<レジスト組成物の調製>
製造したレジスト用重合体100部と、光酸発生剤であるトリフェニルスルホニウムトリフレート2部と、溶剤であるPGMEA700部とを混合して均一溶液とした後、孔径0.1μmのメンブレンフィルターで濾過し、レジスト組成物溶液を調製した。
<レジストパターンの製造>
調製したレジスト組成物溶液をシリコンウエハー(直径:200mm)上にスピンコートし、ホットプレートを用いて120℃、60秒間プリベークを行い、膜厚0.4μmのレジスト膜を形成した。次いで、ArFエキシマレーザー露光機(波長:193nm)およびマスクを使用して露光した後、ホットプレートを用いて120℃、60秒間露光後ベークを行った。次いで、2.38質量%水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液を用いて室温で現像し、純水で洗浄し、乾燥してレジストパターンを形成した。
<感度>
0.16μmのライン・アンド・スペースパターンのマスクが0.16μmの線幅に転写される露光量(mJ/cm)感度として測定した。
<解像度>
前記露光量で露光したときに解像されるレジストパターンの最小寸法(μm)を解像度とした。
<ラインエッジラフネス>
マスクにおける0.20μmのレジストパターンを再現する最小露光量により得られた0.20μmのレジストパターンの長手方向の側端5μmの範囲について、日本電子製、JSM−6340F型電界放射形走査型電子顕微鏡(商品名)により、パターン側端があるべき基準線からの距離を50ポイント測定し、標準偏差を求めて3σを算出しラインエッジラフネスの指標とした。この値が小さいほど良好な性能であることを示す。
<すそ引き>
上記の0.20μmのレジストパターンの垂直方向の断面について、日本電子製、JSM−6340F型電界放射形走査型電子顕微鏡(商品名)により倍率3万倍で観察し、パターン側面の基板付近に、すそ引きが見られないものを○、すそ引きが見られるものを×として評価した。
<ディフェクト量>
レジストパターンについて、KLAテンコール社製表面欠陥観察装置KLA2132(商品名)により、現像欠陥数を測定した。
<レジストパターン倒れ>
レジストパターンについて、パターン倒れのないものを◎、パターン倒れが若干あるものを○、パターン倒れの多いものを×とした。
[実施例1]
窒素導入口、攪拌機、コンデンサー、および温度計を備えたフラスコに、窒素雰囲気下で、PGMEAを34.9部入れ、攪拌しながら湯浴の温度を800℃に上げた。
下記式(101)で表されるα−メタクリロイルオキシ−γ−ブチロラクトン(以下、GBLMAと言う。)13.3部
下記式(102)で表される2−メタクリロイルオキシ−2−メチルアダマンチル(以下、MAdMAと言う。)19.2部、
下記式(103)で表される1−メタクリロイルオキシ−3−ヒドロキシアダマンチル(以下、HAdMAと言う。)9.4部、
前記式(35−3)で表される連鎖移動剤(以下、CTA−1と言う。)0.20部(全単量体に対して0.4モル%)、
PGMEA62.8部および2,2’−アゾビスイソブチロニトリル(以下、AIBNと言う。)1.31部を混合した単量体溶液の入った滴下装置から、一定速度で6時間かけてフラスコ中へ滴下した。その後、80℃の温度を1時間保持した。次いで、得られた反応溶液を約10倍量のメタノール中に攪拌しながら滴下し、白色の析出物(重合体A−1)の沈殿を得た。得られた沈殿を濾別し、減圧下60℃で約40時間乾燥した。重合体A−1が式(35−3)の連鎖移動剤(CTA−1)由来の構造を含んでいることは、33S−NMRを測定し、−SHが−S−と変化することで確認した。すなわち、得られた重合体A−1は式(104)の構造を含むものであり、この重合体の各物性を測定した結果を表1に示した。
[実施例2]
実施例1と同様の装置に、窒素雰囲気下で、PGMEAを31.2部入れ、攪拌しながら湯浴の温度を80℃に上げた。
GBLMA13.6部、
下記式(105)で表される2−エチルシクロヘキシルメタクリレート(以下、ECHMAと言う。)15.7部、
下記式(106)で表される2−および3−シアノ−5−ノルボルニルメタクリレートの混合物(以下、CNNMAと言う。)8.2部、
前記式(35−25)で表される連鎖移動剤(以下、CTA−2と言う。)1.42部(全単量体に対して2.2モル%)、
PGMEA56.2部およびジメチル−2,2’−アゾビスイソブチレート1.84部を混合した単量体溶液の入った滴下装置から、一定速度で6時間かけてフラスコ中へ滴下した。その後、80℃の温度を1時間保持した。次いで、得られた反応溶液を約10倍量のメタノール中に攪拌しながら滴下し、白色の析出物(重合体A−2)の沈殿を得た。得られた沈殿を瀘別し、減圧下60℃で約40時間乾燥した。実施例1と同様にして、得られた重合体A−2が式(35−25)の連鎖移動剤(CTA−2)由来の構造である式(107)の構造を含むことを確認した。この重合体の各物性を測定した結果を表1に示した。
[実施例3]
実施例1と同様の装置に窒素雰囲気下で、PGMEAを31.2部入れ、攪拌しながら湯浴の温度を80℃に上げた。
下記式(108)で表される8−および9−アクリロイルオキシ−4−オキサトリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−3−オンの混合物(以下、OTDAと言う。)13.6部、
ECHMA15.7部、
下記式(109)で表される1−アクリロイルオキシ−3−ヒドロキシアダマンチル(以下、HAdAと言う。)8.2部、
下記式(110)で表される連鎖移動剤(以下、CTA−3と言う。)1.42部(全単量体に対して1.3モル%)、
PGMEA56.2部およびAIBN1.84部を混合した単量体溶液の入った滴下装置から、一定速度で6時間かけてフラスコ中へ滴下した。その後、80℃の温度を1時間保持した。次いで、得られた反応溶液を約10倍量のメタノール中に攪拌しながら滴下し、白色の析出物(重合体A−3)の沈殿を得た。得られた沈殿を濾別し、減圧下60℃で約40時間乾燥した。実施例1と同様にして重合体が式(110)の連鎖移動剤(CTA−3)由来の構造を含んでいることを確認した。得られた重合体A−3の各物性を測定した結果を表1に示した。
[実施例4]
実施例1と同様の装置に、窒素雰囲気下で、PGMEAを30.6部入れ、攪拌しながら湯浴の温度を80℃に上げた。
GBLMA16.0部、ECHMA20.8部、CTA−2を2.13部(全単量体に対して3.3モル%)、PGMEA55.1部およびAIBN0.16部を混合した単量体溶液の入った滴下装置から、一定速度で6時間かけてフラスコ中へ滴下した。その後、80℃の温度を1時間保持した。次いで、得られた反応溶液を約10倍量のメタノール中に攪拌しながら滴下し、白色の析出物(重合体A−4)の沈殿を得た。得られた沈殿を濾別し、減圧下60℃で約40時間乾燥した。実施例1と同様にして重合体が式式(35−25)の連鎖移動剤(CTA−2)由来の構造である前記式(107)の構造を含んでいることを確認した。得られた重合体A−4の各物性を測定した結果を表1に示した。
<比較例1>
用いた連鎖移動剤をCTA−1に代えて、n−オクチルメルカプタン(以下、nOMと言う。)0.06部とした以外は実施例1と同様の操作で、重合体B−1を得た。得られた重合体B−1の各物性を測定した結果を表1に示した。
本発明の前記式(6)および(7)を使用して製造された、前記式(1)の酸分解性単位を構成単位として含有するレジスト用重合体を用いたレジスト組成物は、十分な感度を備えた上に、解像度が高く、ラインエッジラフネスが小さく、ディフェクトの生成も少なかった(実施例1〜4)。なお、実施例4については、レジストパターンの倒れが若干あったものの、実用的には問題ない範囲であった。
一方、連鎖移動剤としてnOMのみを使用して重合を行うことにより製造された、前記式(1)で表される構造を含まない重合体を用いたレジスト組成物は、ラインエッジラフネスが大きく、ディフェクトも多く確認された(比較例1)。
<合成例1>
実施例1と同様の装置に、窒素雰囲気下で、ジメチルアセトアミド(以下、DMAcと言う。)を35.3部入れ、攪拌しながら湯浴の温度を80℃に上げた。
GBLMA11.9部、MAdMA21.1部、HAdMA9.4部、DMAc63.6部、4,4’−アゾビス(4−シアノ吉草酸)(以下、ACVAと言う。)2.24部および3−メルカプトプロピオン酸0.85部を混合した単量体溶液の入った滴下装置から、一定速度で6時間かけてフラスコ中へ滴下した。その後、80℃の温度を1時間保持した。次いで、得られた反応溶液を約10倍量のメタノール/水=9/1(体積比;25℃)へ攪拌しながら滴下し、白色の析出物(重合体前駆体P−1)の沈殿を得た。得られた沈殿を濾別し、減圧下60℃で約40時間乾燥した。重合体前駆体P−1の分子鎖末端にACVA残基が結合していることは、13C−NMRを測定し、アゾ基に結合した4級炭素=N−(CH)(CN)−が−(CH)(CN)−と変化することで確認した。同様に、3−メルカプトプロピオン酸残基が結合していることは、33S−NMRを測定し、−SHが−S−と変化することで確認した。得られた重合体前駆体P−1は式(111)および式(112)の構造を含むものであり、この重合体の各物性を測定した結果を表2に示した。
<合成例2>
実施例1と同様の装置に、窒素雰囲気下で、DMAcを34.6部入れ、攪拌しながら湯浴の温度を80℃に上げた。
OTDA17.8部、ECHMA17.6部、CNNMA6.2部、DMAc62.3部、ジメチル−2,2’−アゾビスイソブチレート(以下、DAIBと言う。)1.84部およびメルカプト酢酸0.64部を混合した単量体溶液の入った滴下装置から、一定速度で6時間かけてフラスコ中へ滴下した。その後、80℃の温度を1時間保持した。次いで、得られた反応溶液を約10倍量のメタノールへ攪拌しながら滴下し、白色の析出物(重合体前駆体P−2)の沈殿を得た。得られた沈殿を濾別し、減圧下60℃で約40時間乾燥した。そして、合成例1と同様にして、得られた重合体前駆体が式(113)の構造を含むことを確認した。この重合体の各物性を測定した結果を表2に示した。
<合成例3>
重合開始剤ACVA2.24部に代えて、DAIB1.84部とし、連鎖移動剤3−メルカプトプロピオン酸を使用しない以外は、合成例1と同様の操作で、重合体前駆体P−3を得た。この重合体の各物性を測定した結果を表2に示した。
[実施例5]
合成例1で得られた20gの重合体前駆体P−1をPGMEA100gに溶解した。この溶液に触媒量のカンファースルホン酸を添加した後、残存している水をPGMEAと共に減圧留去し、固形分濃度が20質量%になるように調製した。次いで、この溶液に前記式(36−1)の2官能ジビニルエーテル化合物1.6gを添加し、攪拌しながら25℃にて12時間反応させた後、トリエチルアミンで中和した。そして、合成例1と同様の再沈操作を行い、重合体A−5を得た。この重合体の各物性を測定した結果を表3に示した。
[実施例6]
重合体前駆体P−1に代えて、合成例2で得られた重合体前駆体P−2を用いた以外は、実施例5と同様の操作で、重合体A−6を得た。この重合体の各物性を測定した結果を表3に示した。
[実施例7]
前記式(36−1)の2官能ジビニルエーテル化合物1.6gに代えて、前記式(36−4)の2官能ジビニルエーテル化合物2.6gとした以外は、実施例5と同様の操作で、重合体A−7を得た。この重合体の各物性を測定した結果を表3に示した。
[実施例8]
前記式(36−1)の2官能ジビニルエーテル化合物1.6gに代えて、前記式(36−9)の3官能ジビニルエーテル化合物2.2gとした以外は、実施例6と同様の操作で、重合体A−8を得た。この重合体の各物性を測定した結果を表3に示した。
<比較例2>
合成例3で得られた重合体前駆体P−3をそのまま用いて、レジスト組成物を調製し、各物性を測定した。その結果を表3に示した。
本発明の前記式(8−1)〜(8−4)からなる群より選ばれる少なくとも一種の構造を、少なくとも1つの分子鎖末端に有する重合体前駆体(P)と、前記式(9)で表されるビニルエーテル化合物とを反応させて製造された、前記式(1)の酸分解性単位を構成単位として含有するレジスト用重合体を用いたレジスト組成物は、十分な感度を備えた上に、解像度が高く、ラインエッジラフネスが小さく、ディフェクトの生成も少なかった(実施例5〜8)。
一方、前記式(1)で表される構造を含まない重合体を用いたレジスト組成物は、ラインエッジラフネスが大きく、ディフェクトも多く確認された(比較例2)。
[実施例9]
実施例1と同様の装置に、窒素雰囲気下で、PGMEA175.8部を入れ、攪拌しながら湯浴の温度を80℃に上げた。CNNMA41.0部、GBLMA68.0部、MAdMA93.6部、前記式(40−1)で表される2−メチル−2,4−ブタンジオールジメタクリレート(以下、MBDMAと言う。)8.4部、PGMEA316.5部、AIBN6.56部およびnOM5.11部を混合した単量体溶液を、滴下装置を用い、一定速度で6時間かけてフラスコ中へ滴下し、その後、80℃で1時間保持した。次いで、得られた反応溶液を約30倍量のメタノール中に攪拌しながら滴下し、白色の析出物の沈殿(重合体A−9)を得た。沈殿物に残存する単量体を取り除くために、得られた沈殿を濾別し、重合に使用した単量体に対して約30倍量のメタノール中で沈殿を洗浄した。そして、この沈殿を濾別し、減圧下50℃で約40時間乾燥した。得られた重合体A−9の各物性を測定した結果を表4に示す。
[実施例10]
実施例1と同様の装置に、窒素雰囲気下で、PGMEA180.0部を入れ、攪拌しながら湯浴の温度を80℃に上げた。HAdMA47.2部、MAdMA93.6部、GBLMA68.0部、MBDMA7.2部、PGMEA324.0部、AIBN6.56部およびnOM4.38部を混合した単量体溶液を、滴下装置を用い、一定速度で6時間かけてフラスコ中へ滴下し、その後、80℃で1時間保持した。次いで、得られた反応溶液を約30倍量のメタノール中に攪拌しながら滴下し、白色の析出物の沈殿(重合体A−10)を得た。以降の操作は実施例9と同様にして重合体A−10を得た。得られた重合体A−10の各物性を測定した結果を表4に示す。
[実施例11]
実施例1と同様の装置に、窒素雰囲気下で、PGMEA168.3部を入れ、攪拌しながら湯浴の温度を80℃に上げた。MAdMA117.0部、GBLMA85.0部、下記式(40−2)で表される2,5−ジメチル−2,5−ヘキサンジオールジアクリレート(以下、DMHDAと言う。)0.3部、PGMEA303.0部、AIBN6.56部およびnOM1.46部を混合した単量体溶液を、滴下装置を用い、一定速度で6時間かけてフラスコ中へ滴下し、その後、80℃で1時間保持した。次いで、得られた反応溶液を約30倍量のメタノール中に攪拌しながら滴下し、白色の析出物の沈殿(重合体A−11)を得た。以降の操作は実施例9と同様にして重合体A−11を得た。得られた重合体A−11の各物性を測定した結果を表4に示す。
[実施例12]
実施例1と同様の装置に、窒素雰囲気下で、PGMEA176.2部を入れ、攪拌しながら湯浴の温度を80℃に上げた。CNNMA41.0部、MAdMA93.6部、GBLMA68.0部、DMHDA8.9部、PGMEA317.2部、AIBN6.56部およびnOM5.11部を混合した単量体溶液を、滴下装置を用い、一定速度で6時間かけてフラスコ中へ滴下し、その後、80℃で1時間保持した。次いで、得られた反応溶液を約30倍量のメタノール中に攪拌しながら滴下し、白色の析出物の沈殿(重合体A−12)を得た。以降の操作は実施例9と同様にして重合体A−12を得た。得られた重合体A−12の各物性を測定した結果を表4に示す。
[実施例13]
実施例1と同様の装置に、窒素雰囲気下で、PGMEA180.4部を入れ、攪拌しながら湯浴の温度を80℃に上げた。HAdMA47.2部、MAdMA93.6部、GBLMA68.0部、DMHDA7.6部、PGMEA324.6部、AIBN6.56部およびnOM4.38部を混合した単量体溶液を、滴下装置を用い、一定速度で6時間かけてフラスコ中へ滴下し、その後、80℃で1時間保持した。次いで、得られた反応溶液を約30倍量のメタノール中に攪拌しながら滴下し、白色の析出物の沈殿(重合体A−13)を得た。以降の操作は実施例9と同様にして重合体A−13を得た。得られた重合体A−13の各物性を測定した結果を表4に示す。
[実施例14]
実施例1と同様の装置に、窒素雰囲気下で、PGMEAを39.0部入れ、攪拌しながら湯浴の温度を80℃に上げた。
GBLMA13.3部、MAdMA19.2部、HAdMA9.4部、DMHDA5.1部、PGMEA68.8部、およびAIBN6.56部を混合した単量体溶液の入った滴下装置から、一定速度で6時間かけてフラスコ中へ滴下した。その後、80℃の温度を1時間保持した。次いで、得られた反応溶液を約10倍量のメタノール中に攪拌しながら滴下し、白色の析出物(重合体A−14)の沈殿を得た。得られた沈殿を瀘別し、減圧下60℃で約40時間乾燥した。得られた重合体A−14の各物性を測定した結果を表4に示した。
[実施例15]
DMHDAを下記式(115)で表される架橋剤(以下、BDADMAと言う。)6.3部とした以外は実施例14と同様の操作で、得られた重合体A−15は式(116)の構造を含むものであり、この重合体の各物性を測定した結果を表5に示した。
[実施例16]
実施例1と同様の装置に、窒素雰囲気下で、PGMEAを35.4部入れ、攪拌しながら湯浴の温度を80℃に上げた。
GBLMA13.6部、ECHMA15.7部、BDADMA6.3部、CNNMA8.2部、PGMEAを62.5部およびDAIB11.50部混合した単量体溶液の入った滴下装置から、一定速度で6時間かけてフラスコ中へ滴下した。その後、80℃の温度を1時間保持した。次いで、得られた反応溶液を約10倍量のメタノール中に攪拌しながら滴下し、白色の析出物(重合体A−16)の沈殿を得た。得られた沈殿を濾別し、減圧下60℃で約40時間乾燥した。得られた重合体A−16は式(116)の構造を含むものであり、この重合体の各物性を測定した結果を表5に示した。
[実施例17]
実施例1と同様の装置に、窒素雰囲気下で、PGMEAを35.9部入れ、攪拌しながら湯浴の温度を800℃に上げた。
GBLMA15.6部、MAdMA21.2部、BDADMA6.3部、PGMEAを64.6部およびAIBN3.94部混合した単量体溶液の入った滴下装置から、一定速度で6時間かけてフラスコ中へ滴下した。その後、800℃の温度を1時間保持した。次いで、得られた反応溶液を約10倍量のメタノール中に攪拌しながら滴下し、白色の析出物(重合体A−16)の沈殿を得た。得られた沈殿を瀘別し、減圧下60℃で約40時間乾燥した。得られた重合体A−16は式(116)の構造を含むものであり、この重合体の各物性を測定した結果を表5に示した。
<比較例3>
DMHDAを38.0部とした以外は、実施例11と同様の操作で重合反応操作を行った。しかし、重合中にフラスコの内容物がゲル化したため、重合体を取得することができなかった。
<比較例4>
実施例9と同様の装置に、窒素雰囲気下で、PGMEA168.8部を入れ、攪拌しながら湯浴の温度を80℃に上げた。CNNMA41.0部、MAdMA93.6部、GBLMA68.0部、PGMEA303.9部、AIBN6.56部およびnOM1.75部を混合した単量体溶液を、滴下装置を用い、一定速度で6時間かけてフラスコ中へ滴下し、その後、80℃で1時間保持した。次いで、得られた反応溶液を約30倍量のメタノール中に攪拌しながら滴下し、白色の析出物の沈殿(重合体B−4)を得た。以降の操作は実施例9と同様にして重合体B−4を得た。得られた重合体B−4の各物性を測定した結果を表6に示す。
<比較例5>
実施例9と同様の装置に、窒素雰囲気下で、PGMEA174.0部を入れ、攪拌しながら湯浴の温度を80℃に上げた。HAdMA47.2部、MAdMA93.6部、GBLMA68.0部、PGMEA313.2部、AIBN6.56部およびnOM0.58部を混合した単量体溶液を、滴下装置を用い、一定速度で6時間かけてフラスコ中へ滴下し、その後、80℃で1時間保持した。次いで、得られた反応溶液を約30倍量のメタノール中に攪拌しながら滴下し、白色の析出物の沈殿(重合体B−5)を得た。以降の操作は実施例9と同様にして重合体B−5を得た。得られた重合体B−5の各物性を測定した結果を表6に示す。
本発明の前記式(13)を使用して製造された、前記式(3)の酸分解性単位を構成単位として含有するレジスト用重合体を用いたレジスト組成物(実施例9〜17)は、十分な感度および解像度を備えた上に、ラインエッジラフネスが小さかった。また、ディフェクトの生成が少なく、すそ引きが見られなかった。
中でも、前記式(3)の酸分解性単位を構成単位と、さらに親水性基を有する構成単位を含有するレジスト用重合体を用いたレジスト組成物(実施例9、10、12、13)は、ラインエッジラフネスがより小さかった。また、ディフェクトの生成もより少なかった。
そして、前記式(3)の酸分解性単位が前記式(5)であり、親水性基を有する構成単位を含有するレジスト用重合体を用いたレジスト組成物(実施例14、15)は、ラインエッジラフネスがさらに小さかった。また、ディフェクトの生成もさらに少なかった。
一方、前記式(3)で表される構造を含まない重合体を用いたレジスト組成物(比較例4、5)は、ラインエッジラフネスが大きく、ディフェクトも多く確認され、すそ引きも発生していた。
また、前記式(13)の使用量が多い場合は、重合体がゲル化することで、レジスト用重合体として使用することができなかった。(比較例3)
[実施例18] 連鎖移動剤(CTA−2)の合成
アルゴン雰囲気下、100mLフラスコ中に下記式(120)で表されるジアクリレートを12.716g(50mmol)仕込み、系の温度を25℃にしてトルエン5.0mLを加え溶解するまで撹拌した。さらにチオ酢酸16.31g(150mmol)を加え、25℃で8時間熟成を行った。次いで、反応液を濃縮して、濃縮物20.3gを得た。そのうち濃縮物5.0gを500mLのナスフラスコに計量し、メタノール50mLを加えた。その後、氷浴で冷却しながら飽和重曹水50mLを30分かけて滴下した。滴下終了4時間後、純水100mLおよび酢酸エチル100mLを加え撹拌を行った。この反応液の油層を濃縮した。濃縮物をヘキサンを用いて再結晶し下記に示すようなCTA−2を2.91g(収率75%)得た。
[実施例19]連鎖移動剤(CTA−1)の合成
500mLのナスフラスコに3−メチル−1,3−ブタンジオール4.17g(40mmol)およびテトラヒドロフラン(THF)20.0mLとを計量し、系の温度を25℃にして撹拌した。ピリジン18.98g(240mmol)を加えた後、S−アセチルメルカプト酢酸クロリド36.6g(240mmol)を30分かけて滴下した。滴下後25℃で熟成を5時間行った。次いで、トルエンを20mL、純水を20mL加え撹拌し、油層を濃縮した。濃縮物35.0gを500mLのナスフラスコに計量し、メタノール100mLを加えた。その後、氷浴で冷却しながら飽和重曹水200mLを30分かけて滴下した。滴下終了後4時間後に純水50mL、酢酸エチル100mLを加え撹拌を行った。この反応液の油層を濃縮した。濃縮物をヘキサンを用いて再結晶し下記に示すようなCTA−1を5.04g(収率50%)得た。
[実施例20]連鎖移動剤(CTA−4)の合成
500mLのナスフラスコにブチルジビニルエーテル7.10g(50mmol)を仕込み、系の温度を25℃にして撹拌した。S−アセチルメルカプト酢酸20.1g(150mmol)を加え70℃で6時間後熟成を行った。次いで、飽和重曹水を136mL、トルエンを50mL加え、トルエン層を濃縮し濃縮物10.1gを得た。この濃縮物10.1gを500mLのナスフラスコに計量し、氷浴で冷却しながら飽和重曹水100mLを60分かけて滴下した。滴下終了4時間後、純水100mLおよび酢酸エチル100mLを加え撹拌を行い、油層を濃縮した。濃縮物をヘキサンを用いて再結晶し下記に示すようなCTA−4を1.14g(収率70%)得た。

Claims (11)

  1. 下記式(35−3)、(35−25)及び式(110)から選択されるポリチオール由来の酸分解性単位を構成単位として含有する重合体からなるレジスト材料
  2. 下記式(104)又は(107)で表される構造単位を有する重合体からなる請求項1に記載のレジスト材料
  3. 下記式(101)、(102)、(103)を前記式(35−3)を連鎖移動剤として重合してなる重合体からなる請求項1に記載のレジスト材料
  4. 下記式(101)、(105)、(106)を前記式(35−25)を連鎖移動剤として重合してなる重合体からなる請求項1に記載のレジスト材料
  5. 下記式(105)、(108)、(109)を前記式(110)を連鎖移動剤として重合してなる重合体からなる請求項1に記載のレジスト材料
  6. 下記式(101)、(10)を前記式(35−25)を連鎖移動剤として重合してなる重合体からなる請求項1に記載のレジスト材料
  7. 少なくとも一つの分子鎖末端に下記式(8−2)の構造を有する重合体前駆体(P)と、下記式(9)で表されるビニルエーテル化合物とを反応させて得られる、酸分解性単位を構成単位として含有する重合体からなるレジスト材料
    (式(8−2)中、B1は炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基、シアノ基、およびアミノ基からなる群より選ばれる少なくとも一つの基を有していてもよい炭素数1〜20の直鎖、分岐または環状の2価の炭化水素基を表す。)
    (式(9)中、nは2〜24の整数を表す。Jは、n=2のとき、単結合、または置換基および/またはヘテロ原子を有していてもよい2価の炭化水素基を表し、n≧3のとき、置換基および/またはヘテロ原子を有していてもよいn価の炭化水素基を表す。Xは単結合または−B11−、−S−B11−、−O−B11−、−O−NB12−、−NB12−B11−または−O−Si(B13)(B14)−を表し、B11は炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基、シアノ基、およびアミノ基からなる群より選ばれる少なくとも一つの基を有していてもよい炭素数1〜20の直鎖、分岐もしくは環状の2価の炭化水素基を表し、該B11はその主骨格にヘテロ原子を有しても良く、B12は水素原子、炭素数1〜10の直鎖、分岐もしくは環状のアルキル基を表し、B13およびB14はそれぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜10の直鎖もしくは分岐のアルキル基、または環状のアルキル基を表す。)
  8. 請求項1又は7に記載のレジスト材料を含有するレジスト組成物。
  9. 請求項8に記載のレジスト組成物と光酸発生剤とを含む組成物を被加工基板上に塗布する工程と、該塗布物を露光する工程と、該露光物を現像液を用いて現像する工程とを有するパターン製造方法。
  10. 下記式(35−3)で表されるレジスト用重合体用化合物。
  11. 下記式(35−25)で表されるレジスト用重合体用化合物。
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