JP4696009B2 - ポジ型レジスト組成物及びそれを用いたパターン形成方法 - Google Patents

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Description

本発明は、超LSIや高容量マイクロチップの製造などの超マイクロリソグラフィプロセスやその他のフォトパブリケーションプロセスに好適に用いられるポジ型レジスト組成物及びそれを用いたパターン形成方法に関するものである。さらに詳しくは、KrFエキシマレーザー光、電子線、EUV光等を使用して高精細化したパターン形成しうるポジ型レジスト組成物及びそれを用いたパターン形成方法に関するものであり、KrFエキシマレーザー光、電子線、EUV光を用いる半導体素子の微細加工に好適に用いることができるポジ型レジスト組成物及びそれを用いたパターン形成方法に関する。
従来、ICやLSIなどの半導体デバイスの製造プロセスにおいては、フォトレジスト組成物を用いたリソグラフィによる微細加工が行われている。近年、集積回路の高集積化に伴い、サブミクロン領域やクオーターミクロン領域の超微細パターン形成が要求されるようになってきている。それに伴い、露光波長もg線からi線に、さらにKrFエキシマレーザー光に、というように短波長化の傾向が見られる。さらには、現在では、エキシマレーザー光以外にも、電子線やX線、あるいはEUV光を用いたリソグラフィーも開発が進んでいる。
電子線やEUV光を用いたリソグラフィーは、次世代もしくは次々世代のパターン形成技術として位置付けられ、高感度、高解像性のポジ型レジストが望まれている。特にウェハー処理時間の短縮化のために高感度化は非常に重要な課題であるが、電子線やEUV用のポジ型レジストにおいては、高感度化を追求しようとすると、解像力の低下のみならず、ラインエッジラフネスの悪化が起こり、これらの特性を同時に満足するレジストの開発が強く望まれている。ここで、ラインエッジラフネスとは、レジストのパターンと基板界面のエッジがレジストの特性に起因して、ライン方向と垂直な方向に不規則に変動するために、パターンを真上から見たときにエッジが凹凸に見えることを言う。この凹凸がレジストをマスクとするエッチング工程により転写され、電気特性を劣化させるため、歩留りを低下させる。特に0.25μm以下の超微細領域ではラインエッジラフネスは極めて重要な改良課題となっている。高感度と、高解像性、良好なパターン形状、良好なラインエッジラフネスはトレードオフの関係にあり、これを如何にして同時に満足させるかが非常に重要である。
また、X線やEUV光を用いるリソグラフィーにおいても同様に高感度と表面ラフネス等を両立させることが重要な課題となっており、これらの解決が必要である。
かかる電子線、X線、あるいはEUV光を用いたリソグラフィープロセスに適したレジストとしては高感度化の観点から主に酸触媒反応を利用した化学増幅型レジストが用いられており、ポジ型レジストにおいては主成分として、アルカリ現像液には不溶又は難溶性で、酸の作用によりアルカリ現像液に可溶となる性質を有するフェノール性ポリマー(以下、フェノール性酸分解性樹脂と略す)及び酸発生剤からなる化学増幅型レジスト組成物が有効に使用されている。
これらの電子線、X線、あるいはEUV用のポジ型レジストに関して、これまでフェノール性酸分解性樹脂を含むレジスト組成物がいくつか知られている(例えば、特許文献1〜2参照)。
しかしながら、これらのいかなる組合せにおいても、超微細領域での、高解像性、良好なラインエッジラフネスは同時に満足できていないのが現状である。
更に、従来の光源と異なり、EUV光のような高エネルギー線を照射した場合、レジス
ト膜中の化合物がフラグメンテーションにより破壊され、露光中に低分子成分として揮発して露光機内の環境を汚染するというアウトガスの問題が顕著になる。アウトガスの低減に関しては様々な研究が進められて来ており、トップコート層を設けて低分子化合物の揮発を抑制したり(例えば、特許文献3参照)、ポリマーの分解を抑制するラジカルトラップ剤を添加する(例えば、特許文献4参照)、など様々な試みが試されており、酸発生剤に関してもアウトガス低減の工夫が望まれている。
特開2003−345023号公報 特開2002−55457号公報 欧州特許第1480078号明細書 米国特許第6680157号明細書
本発明の目的は、活性光線又は放射線によるパターン形成用として、好ましくは電子線、EUV光(Extreme Ultraviolet:波長13nm付近)又はX線によるパターン形成用として、感度、解像力、パターン形状が良好であり、ラインエッジラフネスが小さく、表面ラフネスが良好なポジ型レジスト組成物及びそれを用いたパターン形成方法を提供することである。
更に、本発明の目的は、EUV光による露光下で、コントラストが良く、良好なPEB温度依存性を有し、さらに露光時のアウトガスの問題がないポジ型レジスト組成物及びそれを用いたパターン形成方法を提供することにある。
本発明に係るポジ型レジスト組成物及びそれを用いたパターン形成方法は、下記の構成である。
1.
(A)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物、及び、
(B)少なくとも下記一般式(B1)で表される繰り返し単位を有する、酸の作用によりアルカリ現像液への溶解性が増大する樹脂
を含有することを特徴とするポジ型レジスト組成物。
Figure 0004696009

一般式(B1)に於いて、
Zは、アルキル基、水酸基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、アシル基、アシロキシ基、シクロアルキル基、アリール基、カルボキシル基、アルキルオキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基又はアラルキル基を表す。
Lc1は、芳香環の2つの炭素原子とともに、ラクトン構造を形成する原子団を表す。
Ra及びRbは、各々独立して、水素原子、アルキル基、水酸基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、アシル基、アシロキシ基、シクロアルキル基、アリール基、カルボキシル基、アルキルオキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基又はアラルキル基を表す。
mは、1〜4の整数を表す。
nは、0〜4の整数を表す。
2.
一般式(B1)に於いて、Lc1が形成するラクトン構造が、下記一般式(X1)で表されるラクトン構造であり、該ラクトン構造と、一般式(B1)の芳香環とが、隣接した2つの炭素原子を共有していることを特徴とする上記1に記載のポジ型レジスト組成物。
Figure 0004696009

一般式(X1)に於いて、
qは、0〜20の整数を表す。
3.
(A)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物、並びに、
(B’)少なくとも下記一般式(B2)で表される繰り返し単位、及び、下記一般式(B3)又は(B4)で表される繰り返し単位を有する、酸の作用によりアルカリ現像液への溶解性が増大する樹脂
を含有することを特徴とするポジ型レジスト組成物。
Figure 0004696009

一般式(B2)に於いて、
Zは、アルキル基、水酸基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、アシル基、アシロキシ基、シクロアルキル基、アリール基、カルボキシル基、アルキルオキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基又はアラルキル基を表す。
Lc2は、ラクトン構造を有する基を表す。
Ra及びRbは、各々独立して、水素原子、アルキル基、水酸基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、アシル基、アシロキシ基、シクロアルキル基、アリール基、カルボキシル基、アルキルオキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基又はアラルキル基を表す。
mは、1〜4の整数を表す。
nは、0〜4の整数を表す。
Figure 0004696009

Figure 0004696009

一般式(B3)及び(B4)に於いて、
Ra及びRbは、各々独立して、水素原子、アルキル基、水酸基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、アシル基、アシロキシ基、シクロアルキル基、アリール基、カルボキシル基、アルキルオキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基又はアラルキル基を表す。
Rcは、酸の作用により脱離する基を表す。
Rdは、水素原子、アルキル基、ハロゲン原子又はシアノ基を表す。
4.
一般式(B2)に於いて、Lc2が、下記一般式(X2)で表されることを特徴とする上記3に記載のポジ型レジスト組成物。
Figure 0004696009

一般式(X2)に於いて、
L1は、単結合又は2価の連結基を表す。
L2は、単結合又はアルキレン、−O−、−OCO−、−COO−、−NHCO−、−CONH−、−S−、−SO 2 −及び−SO 3 −から選ばれる基を表す。
Yは、ラクトン構造の2つの炭素原子とともに、有橋脂環構造を形成する原子団を表す。naが0の場合に、L2は、ラクトン構造のいずれの炭素原子に連結してもよい。
naは、0又は1を表す。
pは、0〜20の整数を表す。
5.
(A)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物が、活性光線又は放射線の照射により有機スルホン酸を発生する化合物であることを特徴とする上記1〜4のいずれか一項に記載のポジ型レジスト組成物。
6.
(A)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物が、活性光線又は放射線の照射によりベンゼンスルホン酸を発生する化合物であることを特徴とする上記1〜5のいずれか一項に記載のポジ型レジスト組成物。
7.
(A)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物が、下記一般式(AI)で表されるカチオンを有するスルホニウム塩(AI)であることを特徴とする上記1〜6のいずれか一項に記載のポジ型レジスト組成物。
Figure 0004696009

一般式(AI)に於いて、
1a 〜R 13a は、各々独立に、水素原子又は置換基を表し、互いに結合して環を形成してもよい。
Zは、単結合又は2価の連結基を表す。
8.
(A)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物が、下記一般式(AII)で表される化合物(AII)であることを特徴とする上記1〜4のいずれか一項に記載のポジ型レジスト組成物。
Figure 0004696009

一般式(AII)に於いて、
1b 、R 2b 及びR 3b は、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を表す。但し、化合物(R 1b −H)、(R 2b −H)及び(R 3b −H)の沸点は、全て160℃以上(1気圧)である。
- は、非求核性アニオンを表す。
9.
上記1〜8のいずれかに記載のポジ型レジスト組成物により形成したレジスト膜。
10.
上記9に記載のレジスト膜を露光し、現像する工程を含むことを特徴とするパターン形成方法。
尚、本願発明は上記1〜10に記載の構成を有するものであるが、以下、その他についても参考のため記載した。
(1) (A)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物及び
(B)少なくとも下記一般式(B1)もしくは一般式(B2)で表される繰り返し単位を有する、酸の作用によりアルカリ現像液への溶解性が増大する樹脂を含有することを特徴とするポジ型レジスト組成物。
Figure 0004696009
一般式(B1)及び(B2)に於いて、
Zは、アルキル基、水酸基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、アシル基、アシロキシ基、シクロアルキル基、アリール基、カルボキシル基、アルキルオキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基又はアラルキル基を表す。
Lc1は、芳香環の2つの炭素原子とともに、ラクトン構造を形成する原子団を表す。
Lc2は、ラクトン構造を有する基を表す。
Ra及びRbは、各々独立して、水素原子、アルキル基、水酸基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、アシル基、アシロキシ基、シクロアルキル基、アリール基、カルボキシル基、アルキルオキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基又はアラルキル基を表す。
mは、1〜4の整数を表す。
nは、0〜4の整数を表す。
(2) 一般式(B1)に於いて、Lc1が形成するラクトン構造が、下記一般式(X1)で表されるラクトン構造であり、該ラクトン構造と、一般式(B1)の芳香環とが、隣接した2つの炭素原子を共有していることを特徴とする(1)に記載のポジ型レジスト組成物。
Figure 0004696009
一般式(X1)に於いて、
qは、0〜20の整数を表す。
(3) 一般式(B2)に於いて、Lc2が、下記一般式(X2)で表されることを特徴とする(1)に記載のポジ型レジスト組成物。
Figure 0004696009
一般式(X2)に於いて、
L1は、単結合又は2価の連結基を表す。
L2は、単結合又はアルキレン、−O−、−OCO−、−COO−、−NHCO−、−CONH−、−S−、−SO2−及び−SO3−から選ばれる基を表す。
Yは、ラクトン構造の2つの炭素原子とともに、有橋脂環構造を形成する原子団を表す。naが0の場合に、L2は、ラクトン構造のいずれの炭素原子に連結してもよい。
naは、0又は1を表す。
pは、0〜20の整数を表す。
(4) (A)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物が、活性光線又は放射線の照射により有機スルホン酸を発生する化合物であることを特徴とする(1)に記載のポジ型レジスト組成物。
(5) (A)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物が、活性光線又は放射線の照射によりベンゼンスルホン酸を発生する化合物であることを特徴とする(4)に記載のポジ型レジスト組成物。
(6) (A)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物が、下記一般式(AI)で表されるカチオンを有するスルホニウム塩(AI)であることを特徴とする(1)に記載のポジ型レジスト組成物。
Figure 0004696009
一般式(AI)に於いて、
1a〜R13aは、各々独立に、水素原子又は置換基を表し、互いに結合して環を形成してもよい。
Zは、単結合又は2価の連結基を表す。
(7) (A)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物が、下記一般式(AII)で表される化合物(AII)であることを特徴とする(1)に記載のポジ型レジスト組成物。
Figure 0004696009
一般式(AII)に於いて、
1b、R2b及びR3bは、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を表す。但し、化合物(R1b−H)、(R2b−H)及び(R3b−H)の沸点は、全て160℃以上(1気圧)である。
-は、非求核性アニオンを表す。
(8) (1)〜(7)のいずれかに記載のポジ型レジスト組成物により、レジスト膜を形成し、該レジスト膜に露光し、現像する工程を含むことを特徴とするパターン形成方法。
以下、更に、本発明の好ましい実施の態様を挙げる。
(9) 更に、有機塩基性化合物を含有することを特徴とする(1)〜(7)のいずれかに記載のポジ型レジスト組成物。
(10) 活性光線又は放射線が、EUVであることを特徴とする(1)〜(7)及び(9)のいずれかに記載のポジ型レジスト組成物。
(11) 活性光線又は放射線が、KrFであることを特徴とする(1)〜(7)及び(9)のいずれかに記載のポジ型レジスト組成物。
本発明により、活性光線又は放射線の照射、好ましくは電子線、EUV光又はX線の照射によるパターン形成に関して、感度、解像力に優れ、更にはパターン形状、ラインエッジラフネス、表面ラフネスにも優れたポジ型レジスト組成物及びそれを用いたパターン形成方法を提供することができる。
更に、本発明により、EUV光照射下で充分良好なコントラストを有し、露光時のアウトガスの問題がなく、PEB温度依存性も良好なポジ型レジスト組成物及びそれを用いたパターン形成方法を提供できる。
以下、本発明について詳細に説明する。
尚、本明細書における基(原子団)の表記において、置換及び無置換を記していない表記は置換基を有さないものと共に置換基を有するものをも包含するものである。例えば「アルキル基」とは、置換基を有さないアルキル基(無置換アルキル基)のみならず、置換基を有するアルキル基(置換アルキル基)をも包含するものである。
〔1〕(A)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物
本発明において使用し得る活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物(酸発生剤)としては、光カチオン重合の光開始剤、光ラジカル重合の光開始剤、色素類の光消色剤、光変色剤、あるいはマイクロレジスト等に使用されている活性光線又は放射線の照
射により酸を発生する公知の化合物及びそれらの混合物を適宜に選択して使用することができる。
たとえば、ジアゾニウム塩、ホスホニウム塩、スルホニウム塩、ヨードニウム塩、イミドスルホネート、オキシムスルホネート、ジアゾジスルホン、ジスルホン、o−ニトロベンジルスルホネートを挙げることができる。
また、これらの活性光線又は放射線の照射により酸を発生する基、あるいは化合物をポリマーの主鎖又は側鎖に導入した化合物、たとえば、米国特許第3,849,137号、独国特許第3914407号、特開昭63−26653号、特開昭55−164824号、特開昭62−69263号、特開昭63−146038号、特開昭63−163452号、特開昭62−153853号、特開昭63−146029号等に記載の化合物を用いることができる。
さらに米国特許第3,779,778号、欧州特許第126,712号等に記載の活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物も使用することができる。
活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物の内で好ましい化合物として、下記一般式(ZI)、(ZII)又は(ZIII)で表される化合物を挙げることができる。
Figure 0004696009
上記一般式(ZI)において、
201、R202及びR203は、各々独立に、有機基を表す。
-は、非求核性アニオンを表す。
201、R202及びR203としての有機基の炭素数は、一般的に1〜30、好ましくは1〜20である。
また、R201〜R203のうち2つが結合して環構造を形成してもよく、環内に酸素原子、硫黄原子、エステル結合、アミド結合、カルボニル基を含んでいてもよい。
201〜R203の内の2つが結合して形成する基としては、アルキレン基(例えば、ブチレン基、ペンチレン基)を挙げることができる。
201、R202及びR203としての有機基の具体例としては、後述する化合物(ZI−1)、(ZI−2)、(ZI−3)における対応する基を挙げることができる。
尚、一般式(ZI)で表される構造を複数有する化合物であってもよい。例えば、一般式(ZI)で表される化合物のR201〜R203の少なくともひとつが、一般式(ZI)で表されるもうひとつの化合物のR201〜R203の少なくともひとつと結合した構造を有する化合物であってもよい。
更に好ましい(ZI)成分として、以下に説明する化合物(Z1−1)、(Z1−2)、及び(ZI−3)を挙げることができる。
化合物(ZI−1)は、上記一般式(ZI)のR201〜R203の少なくとも1つがアリール基である、アリールスルホニム化合物、即ち、アリールスルホニウムをカチオンとする化合物である。
アリールスルホニウム化合物は、R201〜R203の全てがアリール基でもよいし、R201〜R203の一部がアリール基で、残りがアルキル基若しくはシクロアルキル基でもよい。
アリールスルホニウム化合物としては、例えば、トリアリールスルホニウム化合物、ジアリールアルキル若しくはシクロアルキルスルホニウム化合物、アリールジアルキル若しくはジシクロアルキルスルホニウム化合物を挙げることができる。
アリールスルホニウム化合物のアリール基としてはフェニル基、ナフチル基が好ましく、更に好ましくはフェニル基である。アリールスルホニム化合物が2つ以上のアリール基を有する場合に、2つ以上あるアリール基は同一であっても異なっていてもよい。
アリールスルホニウム化合物が必要に応じて有しているアルキル基は、炭素数1〜15の直鎖状又は分岐状アルキル基が好ましく、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基等を挙げることができる。
アリールスルホニウム化合物が必要に応じて有しているシクロアルキル基は、炭素数3〜15のシクロアルキル基が好ましく、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロヘキシル基等を挙げることができる。
201〜R203のアリール基、シクロアルキル基は、アルキル基(例えば炭素数1〜15)、シクロアルキル基(例えば炭素数3〜15)、アリール基(例えば炭素数6〜14)、アルコキシ基(例えば炭素数1〜15)、ハロゲン原子、水酸基、フェニルチオ基を置換基として有してもよい。好ましい置換基としては炭素数1〜12のアルキル基、炭素数3〜12のシクロアルキル基、炭素数1〜12のアルコキシ基であり、最も好ましくは炭素数1〜4のアルキル基、炭素数1〜4のアルコキシ基である。置換基は、3つのR201〜R203のうちのいずれか1つに置換していてもよいし、3つ全てに置換していてもよい。また、R201〜R203がアリール基の場合に、置換基はアリール基のp−位に置換していることが好ましい。
201〜R203のアルキル基は、アリール基、シクロアルキル基に対する置換基と同様のシクロアルキル基、アリール基、アルコキシ基、ハロゲン原子、水酸基、フェニルチオ基を置換基として有してもよい。
-の非求核性アニオンとしては、例えば、スルホン酸アニオン、カルボン酸アニオン、スルホニルイミドアニオン、ビス(アルキルスルホニル)イミドアニオン、トリス(アルキルスルホニル)メチルアニオン等を挙げることができる。
非求核性アニオンとは、求核反応を起こす能力が著しく低いアニオンであり、分子内求核反応による経時分解を抑制することができるアニオンである。これによりレジストの経時安定性が向上する。
スルホン酸アニオンとしては、例えば、脂肪族スルホン酸アニオン、芳香族スルホン酸アニオン、カンファースルホン酸アニオンなどが挙げられる。
カルボン酸アニオンとしては、例えば、脂肪族カルボン酸アニオン、芳香族カルボン酸アニオン、アラルキルカルボン酸アニオンなどが挙げられる。
脂肪族スルホン酸アニオンにおける脂肪族炭化水素基としては、好ましくは炭素数1〜30のアルキル基、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基、エイコシル基、及び好ましくは炭素数3〜30のシクロアルキル基、例えば、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、アダマンチル基、ノルボニル基、ボロニル基等を挙げることができる。
芳香族スルホン酸アニオンにおける芳香族基としては、好ましくは炭素数6〜14のアリール基、例えば、フェニル基、トリル基、ナフチル基等を挙げることができる。
上記脂肪族スルホン酸アニオン及び芳香族スルホン酸アニオンにおけるアルキル基、シクロアルキル基及びアリール基は、置換基を有していてもよい。
置換基としては、例えば、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基等を挙げることができる。
ハロゲン原子としては、例えば、塩素原子、臭素原子、弗素原子、沃素原子等を挙げることができる。
アルキル基としては、例えば、好ましくは炭素数1〜15のアルキル基、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基、エイコシル基等を挙げることができる。
アルコキシ基としては、例えば、好ましくは炭素数1〜5のアルコキシ基、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等を挙げることができる。
アルキルチオ基としては、例えば、好ましくは炭素数1〜15のアルキルチオ基、例えば、メチルチオ基、エチルチオ基、プロピルチオ基、イソプロピルチオ基、n−ブチルチオ基、イソブチルチオ基、sec−ブチルチオ基、ペンチルチオ基、ネオペンチルチオ基、ヘキシルチオ基、ヘプチルチオ基、オクチルチオ基、ノニルチオ基、デシルチオ基、ウンデシルチオ基、ドデシルチオ基、トリデシルチオ基、テトラデシルチオ基、ペンタデシルチオ基、ヘキサデシルチオ基、ヘプタデシルチオ基、オクタデシルチオ基、ノナデシルチオ基、エイコシルチオ基等を挙げることができる。尚、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基は、更にハロゲン原子(好ましくはフッ素原子)で置換されていてもよい。
脂肪族カルボン酸アニオンにおける脂肪族炭化水素基としては、脂肪族スルホン酸アニオンにおける脂肪族炭化水素基と同様のものを挙げることができる。
芳香族カルボン酸アニオンにおける芳香族基としては、芳香族スルホン酸アニオンにおける芳香族基と同様のものを挙げることができる。
アラルキルカルボン酸アニオンにおけるアラルキル基としては、好ましくは炭素数6〜12のアラルキル基、例えば、ベンジル基、フェネチル基、ナフチルメチル基、ナフチルエチル基、ナフチルメチル基等を挙げることができる。
上記脂肪族カルボン酸アニオン、芳香族カルボン酸アニオン及びアラルキルカルボン酸アニオンにおけるアルキル基、シクロアルキル基、アリール基及びアラルキル基は置換基を有していてもよく、置換基としては、例えば、脂肪族スルホン酸アニオン、芳香族スルホン酸アニオンにおけると同様のハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基等を挙げることができる。
スルホニルイミドアニオンとしては、例えば、サッカリンアニオンを挙げることができる。
ビス(アルキルスルホニル)イミドアニオン、トリス(アルキルスルホニル)メチルアニオンにおけるアルキル基は、炭素数1〜5のアルキル基が好ましく、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、ペンチル基、ネオペンチル基等を挙げることができる。これらのアルキル基は、置換基を有していてもよく、置換基としてはハロゲン原子、ハロゲン原子で置換されたアルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基等を挙げることができ、フッ素原子で置換されたアルキル基が好ましい。
その他の非求核性アニオンとしては、例えば、弗素化燐、弗素化硼素、弗素化アンチモン等を挙げることができる。
-の非求核性アニオンとしては、フッ素原子で置換された脂肪族スルホン酸アニオン、フッ素原子又はフッ素原子を有する基で置換された芳香族スルホン酸アニオン、アルキル基がフッ素原子で置換されたビス(アルキルスルホニル)イミドアニオン、アルキル基がフッ素原子で置換されたトリス(アルキルスルホニル)メチドアニオンが好ましい。
-の非求核性アニオンとして、より好ましくは炭素数4〜8のフッ素置換脂肪族スルホン酸アニオン、特に好ましくはノナフロロブタンスルホン酸アニオン、パーフロロオクタンスルホン酸アニオンである。
次に、化合物(ZI−2)について説明する。
化合物(ZI−2)は、一般式(ZI)におけるR201〜R203が、各々独立に、芳香環を含有しない有機基を表す場合の化合物である。ここで芳香環とは、ヘテロ原子を含有する芳香族環も包含するものである。
201〜R203としての芳香環を含有しない有機基は、一般的に炭素数1〜30、好ましくは炭素数1〜20である。
201〜R203は、各々独立に、好ましくは脂肪族炭化水素基であり、更に好ましくは直鎖、分岐、環状2−オキソアルキル基、アルコキシカルボニルメチル基、最も好ましくは直鎖、分岐2−オキソアルキル基である。
201〜R203としての脂肪族炭化水素基は、直鎖又は分岐状アルキル基、シクロアルキル基のいずれであってもよく、好ましくは、炭素数1〜10の直鎖又は分岐状アルキル基(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)、炭素数3〜10のシクロアルキル基(シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボニル基)を挙げることができる。脂肪族炭化水素基として、2−オキソアルキル基、アルコキシカルボニルメチ
ル基がより好ましい。
2−オキソアルキル基は、直鎖、分岐、環状のいずれであってもよく、好ましくは、上記のアルキル基、シクロアルキル基の2位に>C=Oを有する基を挙げることができる。
アルコキシカルボニルメチル基におけるアルコキシ基としては、好ましくは炭素数1〜5のアルコキシ基(メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ペントキシ基)を挙げることができる。
201〜R203は、ハロゲン原子、アルコキシ基(例えば炭素数1〜5)、水酸基、シアノ基、ニトロ基によって更に置換されていてもよい。
化合物(ZI−3)とは、以下の一般式(ZI−3)で表される化合物であり、フェナシルスルフォニウム塩構造を有する化合物である。
Figure 0004696009
一般式(ZI−3)に於いて、
1c〜R5cは、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基又はハロゲン原子を表す。
6c及びR7cは、各々独立に、水素原子、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。
Rx及びRyは、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基、アリル基又はビニル基を表す。
1c〜R5c中のいずれか2つ以上、R6cとR7c及びRxとRyは、それぞれ結合して環構造を形成しても良く、この環構造は、酸素原子、硫黄原子、エステル結合、アミド結合を含んでいてもよい。R1c〜R5c中のいずれか2つ以上、R6cとR7c及びRxとRyが結合して形成する基としては、ブチレン基、ペンチレン基等を挙げることができる。
Zc-は、非求核性アニオンを表し、一般式(ZI)に於けるX-の非求核性アニオンと同様のものである。
1c〜R7cとしてのアルキル基は、直鎖、分岐状のいずれであってもよく、例えば炭素数1〜20個の直鎖又は分岐状アルキル基、好ましくは炭素数1〜12個の直鎖又は分岐状アルキル基(例えば、メチル基、エチル基、直鎖又は分岐プロピル基、直鎖又は分岐ブチル基、直鎖又は分岐ペンチル基)を挙げることができる。
1c〜R7cとしてのシクロアルキル基は、例えば炭素数3〜20個のシクロアルキル基、好ましくは炭素数3〜8個のシクロアルキル基(例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基)を挙げることができる。
1c〜R5cとしてのアルコキシ基は、直鎖、分岐、環状のいずれであってもよく、例えば炭素数1〜10のアルコキシ基、好ましくは、炭素数1〜5の直鎖及び分岐アルコキシ基(例えば、メトキシ基、エトキシ基、直鎖又は分岐プロポキシ基、直鎖又は分岐ブトキシ基、直鎖又は分岐ペントキシ基)、炭素数3〜8の環状アルコキシ基(例えば、シクロペンチルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基)を挙げることができる。
好ましくはR1c〜R5cのうちいずれかが直鎖、分岐状アルキル基、シクロアルキル基又は直鎖、分岐、環状アルコキシ基であり、更に好ましくはR1c〜R5cの炭素数の和が2〜15である。これにより、より溶剤溶解性が向上し、保存時にパーティクルの発生が抑制される。
Rx及びRyとしてのアルキル基、シクロアルキル基は、R1c〜R7cとしてのアルキル基、シクロアルキル基と同様のものを挙げることができ、2−オキソアルキル基、アルコキシカルボニルメチル基がより好ましい。
2−オキソアルキル基は、R1c〜R7cとしてのアルキル基、シクロアルキル基の2位に>C=Oを有する基を挙げることができる。
アルコキシカルボニルメチル基におけるアルコキシ基については、R1c〜R5cとしてのアルコキシ基と同様のものを挙げることができる。
Rx、Ryは、好ましくは炭素数4個以上のアルキル基、シクロアルキル基であり、より好ましくは6個以上、更に好ましくは8個以上のアルキル基、シクロアルキル基である。
一般式(ZII)及び(ZIII)中、
204〜R207は、各々独立に、アリール基、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。
204〜R207のアリール基としてはフェニル基、ナフチル基が好ましく、更に好ましくはフェニル基である。
204〜R207のアルキル基は、直鎖、分岐状のいずれであってもよく、好ましくは、炭素数1〜10の直鎖又は分岐状アルキル基(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)を挙げることができる。
204〜R207のシクロアルキル基は、好ましくは、炭素数3〜10のシクロアルキル基(シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボニル基)を挙げることができる。
204〜R207のアリール基、アルキル基、シクロアルキル基は置換基を有していてもよい。R204〜R207のアリール基、アルキル基、シクロアルキル基が有していてもよい置換基としては、例えば、アルキル基(例えば炭素数1〜15)、シクロアルキル基(例えば炭素数3〜15)、アリール基(例えば炭素数6〜15)、アルコキシ基(例えば炭素数1〜15)、ハロゲン原子、水酸基、フェニルチオ基等を挙げることができる。
-は、非求核性アニオンを表し、一般式(ZI)に於けるX-の非求核性アニオンと同様のものである。
また、その他の活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物として、下記一般式(ZIV)〜(ZVII)で表される化合物が挙げられる。
Figure 0004696009
一般式(ZIV)〜(ZVII)中、
Ar3及びAr4は、各々独立に、アリール基を示す。
206は、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を示す。
Aは、アルキレン基、アルケニレン基又はアリーレン基を示す。
Rは、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を表す。
207は、電子吸引性基を示し、好ましくはシアノ基またはフロロアルキル基を表す。
208は、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を表す。
活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物の内で、より好ましくは、一般式(ZI)〜(ZIII)で表される化合物である。
活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物の内で、更により好ましくは、一般式(ZI)で表されるスルホニウム塩であり、特に好ましくはカルボニル基を有するスルホニウム塩であり、最も好ましくは化合物(ZI−2)に於いてR201〜R203のいずれかに2−オキソアルキル基を有する化合物又は一般式(Z1−3)で表される化合物である。カルボニル基を有する化合物を用いることで特に感度が向上する。
活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物の中で、特に好ましい有機スルホン酸の具体例を以下に挙げる。
Figure 0004696009
Figure 0004696009
Figure 0004696009
上記記載の中で、活性光線又は放射線の照射により有機スルホン酸を発生する化合物が好ましく、より好ましくは(z4)、(z5)、(z10)、(z11)、(z19)、(z20)のような活性光線又は放射線の照射によりベンゼンスルホン酸を発生する化合物である。
活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物は、下記一般式(AI)で表されるカチオンを有するスルホニウム塩(AI)がより好ましい。
Figure 0004696009
一般式(AI)に於いて、
1a〜R13aは、各々独立に、水素原子又は置換基を表し、互いに結合して環を形成してもよい。
Zは、単結合又は2価の連結基を表す。
一般式(AI)に於ける、R1a〜R13aの置換基としては、いかなるものでも良く、特に制限は無いが、例えば、ハロゲン原子、アルキル基(ここでは、シクロアルキル基、ビシクロアルキル基、トリシクロアルキル基を含む)、アルケニル基(ここでは、シクロアルケニル基、ビシクロアルケニル基を含む)、アルキニル基、アリール基、複素環基(ヘテロ環基と言っても良い)、シアノ基、ヒドロキシル基、ニトロ基、カルボキシル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、シリルオキシ基、ヘテロ環オキシ基、アシルオキシ基、カルバモイルオキシ基、アルコキシカルボニルオキシ基、アリールオキシカルボニルオキシ基、アミノ基(アニリノ基を含む)、アンモニオ基、アシルアミノ基、アミノカルボニルアミノ基、アルコキシカルボニルアミノ基、アリールオキシカルボニルアミノ基、スルファモイルアミノ基、アルキル若しくはアリールスルホニルアミノ基、メルカプト基、アルキルチオ基、アリールチオ基、ヘテロ環チオ基、スルファモイル基、スルホ基、アルキル若しくはアリールスルフィニル基、アルキル若しくはアリールスルホニル基、アシル基、アリールオキシカルボニル基、アルコキシカルボニル基、カルバモイル基、アリール若しくはヘテロ環アゾ基、イミド基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスフィニルオキシ基、ホスフィニルアミノ基、ホスホノ基、シリル基、ヒドラジノ基、ウレイド基、ボロン酸基(-B(OH)2)、ホスファト基(-OPO(OH)2)、スルファト基(-OSO3H)、その他の公知の置換基が挙げられる。
1a〜R13aの内の2つが共同して環(芳香族、又は非芳香族の炭化水素環、又は複素環)を形成してもよい。環形成するR1a〜R13aの内の2つ以上の組み合わせとしては、例えば、R1aとR13a、R8aとR9aが挙げられる。
形成する環は多環縮合環であってもよい。環の具体例としては、例えばベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環、フルオレン環、トリフェニレン環、ナフタセン環、ビフェニル環、ピロール環、フラン環、チオフェン環、イミダゾール環、オキサゾール環、チアゾール環、ピリジン環、ピラジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、インドリジン環、インドール環、ベンゾフラン環、ベンゾチオフェン環、イソベンゾフラン環、キノリジン環、キノリン環、フタラジン環、ナフチリジン環、キノキサリン環、キノキサゾリン環、イソキノリン環、カルバゾール環、フェナントリジン環、アクリジン環
、フェナントロリン環、チアントレン環、クロメン環、キサンテン環、フェノキサチイン環、フェノチアジン環、フェナジン環等が挙げられる。
1a〜R13aとして、好ましくは、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基(ここでは、シクロアルキル基、ビシクロアルキル基、トリシクロアルキル基を含む)、アルケニル基(ここでは、シクロアルケニル基、ビシクロアルケニル基を含む)、アルキニル基、アリール基、シアノ基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アシルオキシ基、カルバモイルオキシ基、アシルアミノ基、アミノカルボニルアミノ基、アルコキシカルボニルアミノ基、アリールオキシカルボニルアミノ基、スルファモイルアミノ基、アルキル若しくはアリールスルホニルアミノ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、スルファモイル基、アルキル若しくはアリールスルホニル基、アリールオキシカルボニル基、アルコキシカルボニル基、カルバモイル基、イミド基、シリル基及びウレイド基である。
1a〜R13aとして、更に好ましくは、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基(ここでは、シクロアルキル基、ビシクロアルキル基、トリシクロアルキル基を含む)、シアノ基、ヒドロキシル基、アルコキシ基、アシルオキシ基、アシルアミノ基、アミノカルボニルアミノ基、アルコキシカルボニルアミノ基、アルキル若しくはアリールスルホニルアミノ基、アルキルチオ基、スルファモイル基、アルキル若しくはアリールスルホニル基、アルコキシカルボニル基及びカルバモイル基である。
1a〜R13aとして、特に好ましくは、水素原子、アルキル基(ここでは、シクロアルキル基、ビシクロアルキル基、トリシクロアルキル基を含む)、シアノ基、ヒドロキシル基、アルコキシ基及びアルキルスルホニル基である。
1a〜R13aとしての置換基は、炭素数20以下が好ましく、炭素数15以下がより好ましい。
Zの2価の連結基としては、例えば、アルキレン基、アリーレン基、カルボニル基、スルホニル基、カルボニルオキシ基、カルボニルアミノ基、スルホニルアミド基、エーテル基、チオエーテル基、アミノ基、ジスルフィド基、アシル基、アルキルスルホニル基、-CH=CH-,-C≡C-、アミノカルボニルアミノ基、アミノスルホニルアミノ基等を挙げることができ、置換基を有しても良い。これらの置換基としては、上記R1a〜R13aに示した置換基と同様のものを挙げることができる。
Zとしての連結は、炭素数15以下が好ましく、炭素数10以下がより好ましい。
Zとして、好ましくは、単結合、アルキレン基、カルボニル基、スルホニル基、エステル基、エーテル基及びチオエーテル基であり、より好ましくは、単結合、アルキレン基、カルボニル基及びスルホニル基である。
一般式(AI)で表されるカチオンを有するスルホニウム塩(AI)は、対アニオンを有する。対アニオンとしては、有機アニオンが望ましい。有機アニオンとは、炭素原子を少なくとも1つ有するアニオンをいう。更に、有機アニオンとしては、非求核性アニオンであることが好ましい。非求核性アニオンとは、求核反応を起こす能力が著しく低いアニオンであり、分子内求核反応による経時分解を抑制することができるアニオンである。
非求核性アニオンとしては、例えば、スルホン酸アニオン、カルボン酸アニオン、スルホニルイミドアニオン、ビス(アルキルスルホニル)イミドアニオン、トリス(アルキルスルホニル)メチルアニオン等を挙げることができる。
非求核性スルホン酸アニオンとしては、例えば、脂肪族スルホン酸アニオン、芳香族スルホン酸アニオン、カンファースルホン酸アニオンなどが挙げられる。非求核性カルボン酸アニオンとしては、例えば、脂肪族カルボン酸アニオン、芳香族カルボン酸アニオン、
アラルキルカルボン酸アニオンなどが挙げられる。
脂肪族スルホン酸アニオンにおける、脂肪族部位は、アルキル基であってもシクロアルキル基であってもよく、好ましくは炭素数1〜30のアルキル基及び炭素数3〜30のシクロアルキル基、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基、エイコシル基、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、アダマンチル基、ノルボニル基、ボロニル基等を挙げることができる。
芳香族スルホン酸アニオンにおける芳香族基としては、好ましくは炭素数6〜14のアリール基、例えば、フェニル基、トリル基、ナフチル基等を挙げることができる。
脂肪族スルホン酸アニオン及び芳香族スルホン酸アニオンにおけるアルキル基、シクロアルキル基及びアリール基の置換基としては、例えば、ニトロ基、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、沃素原子)、カルボキシル基、水酸基、アミノ基、シアノ基、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜5)、シクロアルキル基(好ましくは炭素数3〜15)、アリール基(好ましくは炭素数6〜14)、アルコキシカルボニル基(好ましくは炭素数2〜7)、アシル基(好ましくは炭素数2〜12)、アルコキシカルボニルオキシ基(好ましくは炭素数2〜7)等を挙げることができる。各基が有するアリール基及び環構造については、置換基としてさらにアルキル基(好ましくは炭素数1〜15)を挙げることができる。
脂肪族カルボン酸アニオンにおける脂肪族部位としては、脂肪族スルホン酸アニオンおけると同様のアルキル基及びシクロアルキル基を挙げることができる。芳香族カルボン酸アニオンにおける芳香族基としては、芳香族スルホン酸アニオンおけると同様のアリール基を挙げることができる。アラルキルカルボン酸アニオンにおけるアラルキル基としては、好ましくは炭素数6〜12のアラルキル基、例えば、ベンジル基、フェネチル基、ナフチルメチル基、ナフチルエチル基、ナフチルメチル基等を挙げることができる。
脂肪族カルボン酸アニオン、芳香族カルボン酸アニオン及びアラルキルカルボン酸アニオンにおけるアルキル基、シクロアルキル基、アリール基及びアラルキル基の置換基としては、例えば、芳香族スルホン酸アニオンにおけると同様のハロゲン原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基等を挙げることができる。スルホニルイミドアニオンとしては、例えば、サッカリンアニオンを挙げることができる。
ビス(アルキルスルホニル)イミドアニオン、トリス(アルキルスルホニル)メチルアニオンにおけるアルキル基は、炭素数1〜5のアルキル基が好ましく、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、ペンチル基、ネオペンチル基等を挙げることができる。これらのアルキル基の置換基としてはハロゲン原子、ハロゲン原子で置換されたアルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基等を挙げることができる。
その他の非求核性アニオンとしては、例えば、弗素化燐、弗素化硼素、弗素化アンチモン等を挙げることができる。
一般式(AI)で表されるカチオンを有するスルホニウム塩(AI)の対アニオンとしては、スルホン酸アニオンが好ましく、更に好ましくは、アリールスルホン酸である。
対アニオンとして具体的には、(B2−1)メタンスルホン酸アニオン、(B2−2)トリフロロメタンスルホン酸アニオン、(B2−3)ペンタフロロエタンスルホン酸アニオン、(B2−4)ヘプタフロロプロパンスルホン酸アニオン、(B2−5)パーフロロ
ブタンスルホン酸アニオン、(B2−6)パーフロロヘキサンスルホン酸アニオン、(B2−7)パーフロロオクタンスルホン酸アニオン、(B2−8)ペンタフロロベンゼンスルホン酸アニオン、(B2−9)3,5−ビストリフロロメチルベンゼンスルホ酸アニオン、(B2−10)2,4,6−トリイソプロピルベンゼンスルホン酸アニオン、(B2−11)パーフロロエトキシエタンスルホン酸アニオン、(B2−12)2,3,5,6−テトラフロロ−4−ドデシルオキシベンゼンスルホン酸アニオン、(B2−13)メタンスルホン酸アニオン、(B2−14)p-トルエンスルホン酸アニオン、(B2−15)3,5-ビストリフルオロベンゼンスルホン酸アニオン、(B2−16)ペンタフルオロベンゼンスルホン酸アニオン、(B2−17)2,4,6-トリメチルベンゼンスルホン酸アニオンなどが挙げられる。
スルホニウム塩(AI)が一般式(AI)で表されるカチオンとともに有するアニオンは、1価でも2価以上でもよい。アニオンが2価以上の場合、スルホニウム塩(AI)は、一般式(AI)で表されるカチオンを2個以上有することができる。
一般式(AI)で表されるカチオンを有するスルホニウム塩(AI)の分子量は、一般的には250〜1500であり、好ましくは250〜1000である。
一般式(AI)で表されるカチオンを有するスルホニウム塩(AI)は、環状スルフィド化合物を過酸化水素で酸化してスルホキシドとし、ジフェニルスルホキシド化合物を酸触媒の存在下反応させ、トリフェニルスルホニウム塩構造を合成した後、所望のアニオンに塩交換することによって合成できる。
以下、一般式(AI)で表されるカチオンの具体例を挙げるが、本発明は、これに限定されるものではない。
Figure 0004696009
Figure 0004696009
Figure 0004696009
以下、一般式(AI)で表されるカチオンを有するスルホニウム塩(AI)の具体例を挙げるが、本発明は、これに限定されるものではない。
Figure 0004696009
Figure 0004696009
Figure 0004696009
Figure 0004696009
Figure 0004696009
本発明のポジ型レジスト組成物にEUV光を照射する場合に、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物は、下記一般式(AII)で表される化合物(AII)がより好ましい。
Figure 0004696009
一般式(AII)に於いて、
1b、R2b及びR3bは、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を表す。但し、化合物(R1b−H)、(R2b−H)及び(R3b−H)の沸点は、全て160℃以上(1気圧)である。
-は、非求核性アニオンを表す。
一般式(AII)に於ける、R1b〜R3bのアルキル基としては、炭素数1〜15のアルキル基が好ましく、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、ペンチル基、ネオペンチル基、へキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基等を挙げることができる。
1b〜R3bのシクロアルキル基としては、炭素数3〜15のシクロアルキル基が好ましく、例えば、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロへキシル基等を挙げることができる。
1b〜R3bのアリール基としては、好ましくは炭素数6〜14のアリール基であり、例えば、フェニル基、ナフチル基等を挙げることができる。
1b〜R3bのとしては、好ましくはアリール基である
1b〜R3bのアルキル基、シクロアルキル基及びアリール基は、更に置換基を有しても良く、置換基としては、例えば、ハロゲン原子、アルキル基(ここでは、シクロアルキル基、ビシクロアルキル基、トリシクロアルキル基を含む)、アルケニル基(ここでは、シクロアルケニル基、ビシクロアルケニル基を含む)、アルキニル基、アリール基、シアノ基、ヒドロキシル基、ニトロ基、カルボキシル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、シリルオキシ基、アシルオキシ基、カルバモイルオキシ基、アルコキシカルボニルオキシ基、アリールオキシカルボニルオキシ基、アミノカルボニルアミノ基、アルコキシカルボニルアミノ基、アリールオキシカルボニルアミノ基、スルファモイルアミノ基、アルキル若しくはアリールスルホニルアミノ基、メルカプト基、アルキルチオ基、アリールチオ基、スルファモイル基、スルホ基、アルキル若しくはアリールスルフィニル基、アルキル若しくはアリールスルホニル基、アシル基、アリールオキシカルボニル基、アルコキシカルボニル基、カルバモイル基、イミド基、シリル基、ウレイド基等が挙げられる。
更に、R1b〜R3bの置換基としては、好ましくは、アリール基、シアノ基、ヒドロキシル基、ニトロ基、カルボキシル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アシルオキシ基、アミノカルボニルアミノ基、アルコキシカルボニルアミノ基、アリールオキシカルボニルアミノ基、スルファモイルアミノ基、アルキル若しくはアリールスルホニルアミノ基、メルカプト基、アルキルチオ基、アリールチオ基、スルファモイル基、スルホ基、アルキル若しくはアリールスルフィニル基、アルキル若しくはアリールスルホニル基、アシル基、アリールオキシカルボニル基、アルコキシカルボニル基、カルバモイル基であり、特に好ましくは、シアノ基、アルコキシ基、アシル基、アルコキシカルボニル基、カルバモイル基である。
1b〜R3bそれぞれに含まれる炭素数は好ましくは12個以下であり、更に好ましくは8個以下であり、特に好ましくは7個以下である。
化合物(R1b−H)、(R2b−H)及び(R3b−H)は、それぞれ、R1b〜R3bで表される1価の基に水素原子が結合して形成される化合物であり、一般式(AII)で表される化合物が、EUV光の照射により、分解物として発生する化合物に相当する。
1気圧に於ける、化合物(R1b−H)、(R2b−H)及び(R3b−H)の沸点は、全て160℃以上であり、好ましくは180℃以上であり、更に好ましくは190℃以上であり、特に好ましくは200℃以上である。
-は非求核性アニオンであり、非求核性アニオンとは、求核反応を起こす能力が著しく低いアニオンであり、分子内求核反応による経時分解を抑制することができるアニオンである。非求核性アニオンとしては、例えば、スルホン酸アニオン、カルボン酸アニオン、ビススルホニルイミドアニオン、などが挙げられ、好ましくはスルホン酸アニオンである。スルホン酸アニオンとしては、脂肪族スルホン酸アニオン、芳香族スルホン酸アニオン、カンファースルホン酸アニオンなどが挙げられる。
好ましいスルホン酸アニオンとして具体的には、トリフロロメタンスルホン酸アニオン、ペンタフロロエタンスルホン酸アニオン、ヘプタフロロプロパンスルホン酸アニオン、パーフロロブタンスルホン酸アニオン、パーフロロヘキサンスルホン酸アニオン、パーフロロオクタンスルホン酸アニオン、ペンタフロロベンゼンスルホン酸アニオン、3,5−ビストリフロロメチルベンゼンスルホ酸アニオン、2,4,6−トリイソプロピルベンゼンスルホン酸アニオン、パーフロロエトキシエタンスルホン酸アニオン、2,3,5,6−テトラフロロ−4−ドデシルオキシベンゼンスルホン酸アニオンなどが挙げられる。
以下、一般式(AII)で表される化合物(AII)に於ける、カチオン部の具体例を挙げるが、本発明は、これに限定されるものではない。
Figure 0004696009
上記カチオン部の具体例に於ける、化合物(R1b−H)、化合物(R2b−H)、化合物(R3b−H)について、化合物の沸点(測定値)、沸点の文献値を下記表1に示す。沸点の文献値とは、「化合物の辞典(株式会社朝倉書店、1997年11月20日初版)」を参照した。また、沸点(測定値)は、第4版実験化学講座(編者:社団法人 日本化学会、発行所:丸善株式会社、平成4年2月5日発行)に記載の方法にて分解化合物の沸点を測定した。
Figure 0004696009
以下に、一般式(AII)で表される化合物(AII)の具体例を示すが、本発明は、これに限定されるものではない。
Figure 0004696009
化合物(AII)は、R1b〜R3bにおける置換基を上記要件を満たすように選択した上で、公知の方法で合成することができる。また、市販のものを使用することもできる。
酸発生剤の本発明のポジ型レジスト組成物中の含有量は、組成物の全固形分を基準として、0.001〜40質量%が好ましく、より好ましくは0.01〜20質量%、特に好ましくは0.1〜10質量%である。また、酸発生剤は、1種類を用いてもよいし、2種類以上を用いてもよい。
〔2〕(B)少なくとも一般式(B1)もしくは一般式(B2)で表される繰り返し単位を有する、酸の作用によりアルカリ現像液への溶解性が増大する樹脂
本発明のポジ型レジスト組成物は、少なくとも下記一般式(B1)もしくは一般式(B2)で表される繰り返し単位を有する、酸の作用によりアルカリ現像液への溶解性が増大
する樹脂(以下、「酸分解性樹脂(B)」ともいう)を含有する。
Figure 0004696009
一般式(B1)及び(B2)に於いて、
Zは、アルキル基、水酸基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、アシル基、アシロキシ基、シクロアルキル基、アリール基、カルボキシル基、アルキルオキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基又はアラルキル基を表す。
Lc1は、芳香環の2つの炭素原子とともに、ラクトン構造を形成する原子団を表す。
Lc2は、ラクトン構造を有する基を表す。
Ra及びRbは、各々独立して、水素原子、アルキル基、水酸基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、アシル基、アシロキシ基、シクロアルキル基、アリール基、カルボキシル基、アルキルオキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基又はアラルキル基を表す。
mは、1〜4の整数を表す。
nは、0〜4の整数を表す。
一般式(B1)および(B2)に於ける、
Zのアルキル基は、置換基を有していてもよく、直鎖、分岐のいずれでもよい。直鎖アルキル基としては、好ましくは炭素数1〜30、さらに好ましくは1〜20であり、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−ノニル基、n−デカニル基等が挙げられる。分岐アルキル基としては、好ましくは炭素数3〜30、さらに好ましくは3〜20であり、例えば、i−プロピル基、i−ブチル基、t−ブチル基、i−ペンチル基、t−ペンチル基、i−ヘキシル基、t−ヘキシル基、i−ヘプチル基、t−ヘプチル基、i−オクチル基、t−オクチル基、i−ノニル基、t−デカノイル基等が挙げられる。
Zのアルコキシ基は、置換基を有していてもよく、好ましくは炭素数1〜12のアルコキシ基であり、例えば、メトキシ基、エトキシ基、ブトキシ基等を挙げることができる。
Zのハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、沃素原子を挙げることができる。
Zのアシル基は、置換基を有していてもよく、好ましくは炭素数1〜8個のアシル基であり、例えば、ホルミル基、アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、バレリル基、ピバロイル基、ベンゾイル基等を挙げることができる。
Zのアシロキシ基は、置換基を有していてもよく、好ましくは炭素数2〜8のアシロキシ基であり、例えば、アセトキシ基、プロピオニルオキシ基、ブチルリオキシ基、バレリルオキシ基、ピバロイルオキシ基、ヘキサノイルオキシ基、オクタノイルオキシ基、ベンゾイルオキシ基等を挙げることができる。
Zのシクロアルキル基は、置換基を有していてもよく、単環型でもよく、多環型でもよく、有橋式であってもよい。例えば、シクロアルキル基は橋かけ構造を有していてもよい。単環型としては、炭素数3〜8のシクロアルキル基が好ましく、例えば、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロブチル基、シクロオクチル基等を挙げることができる。多環型としては、炭素数5以上のビシクロ、トリシクロ、テトラシクロ構造等を有する基を挙げることができ、炭素数6〜20のシクロアルキル基が好ましく、例えば、アダマンチル基、ノルボルニル基、イソボロニル基、カンファニル基、ジシクロペンチル基、α−ピネル基、トリシクロデカニル基、テトシクロドデシル基、アンドロスタニル基あるいは下記構造等を挙げることができる。尚、シクロアルキル基中の炭素原子の一部が、酸素原子等のヘテロ原子によって置換されていてもよい。
Figure 0004696009
Figure 0004696009
上記脂環部分の好ましいものとしては、アダマンチル基、ノルアダマンチル基、デカリン基、トリシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、ノルボルニル基、セドロール基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロデカニル基、シクロドデカニル基を挙げることができる。より好ましくは、アダマンチル基、デカリン基、ノルボルニル基、セドロール基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロデカニル基、シクロドデカニル基、トリシクロデカニル基である。
これらの脂環式構造の置換基としては、アルキル基、ハロゲン原子、水酸基、アルコキシ基、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基が挙げられる。アルキル基としてはメチ
ル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基等の低級アルキル基が好ましく、更に好ましくはメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基を表す。上記アルコキシ基としては、好ましくはメトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等の炭素数1〜4個のものを挙げることができる。アルキル基及びアルコキシ基が有してもよい置換基としては、水酸基、ハロゲン原子、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜4)等を挙げることができる。
また、上記基が有していてもよい更なる置換基としては、水酸基、ハロゲン原子(フツ素、塩素、臭素、ヨウ素)、ニトロ基、シアノ基、上記のアルキル基、メトキシ基、エトキシ基、ヒドロキシエトキシ基、プロポキシ基、ヒドロキシプロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基、sec−ブトキシ基、t−ブトキシ基等のアルコキシ基、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基等のアルコキシカルボニル基、ベンジル基、フエネチル基、クミル基等のアラルキル基、アラルキルオキシ基、ホルミル基、アセチル基、ブチリル基、ベンゾイル基、シアナミル基、バレリル基等のアシル基、ブチリルオキシ基等のアシロキシ基、上記のアルケニル基、ビニルオキシ基、プロペニルオキシ基、アリルオキシ基、ブテニルオキシ基等のアルケニルオキシ基、上記のアリール基、フエノキシ基等のアリールオキシ基、ベンゾイルオキシ基等のアリールオキシカルボニル基等を挙げることができる。
Zとしてのシクロアルキル基が有する脂環構造が有していてもよい置換基は、好ましくは、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数6〜20のアリール基又は炭素数7〜20のアラルキル基である。これらの置換基はさらに置換基を有してもよい。
Zのアリール基は、置換基を有していてもよく、好ましくは炭素数6〜30、さらに好ましくは炭素数6〜20のアリール基であり、例えば、フェニル基、4−メチルフェニル基、3−メチルフェニル基、2−メチルフェニル基、4−エチルフェニル基、3−エチルフェニル基、2−エチルフェニル基、4−n−プロピルフェニル基、3−n−プロピルフェニル基、2−n−プロピルフェニル基、4−i−プロピルフェニル基、3−i−プロピルフェニル基、2−i−プロピルフェニル基、4−シクロプロピルフェニル基、3−シクロプロピルフェニル基、2−シクロプロピルフェニル基、4−n−ブチルフェニル基、3−n−ブチルフェニル基、2−n−ブチルフェニル基、4−i−ブチルフェニル基、3−i−ブチルフェニル基、2−i−ブチルフェニル基、4−t−ブチルフェニル基、3−t−ブチルフェニル基、2−t−ブチルフェニル基、4−シクロブチルフェニル基、3−シクロブチルフェニル基、2−シクロブチルフェニル基、4−シクロペンチルフェニル基、4−シクロヘキシルフェニル基、4−シクロヘプテニルフェニル基、4−シクロオクタニルフェニル基、2−シクロペンチルフェニル基、2−シクロヘキシルフェニル基、2−シクロヘプテニルフェニル基、2−シクロオクタニルフェニル基、3−シクロペンチルフェニル基、3−シクロヘキシルフェニル基、3−シクロヘプテニルフェニル基、3−シクロオクタニルフェニル基、4−シクロペンチルオキシフェニル基、4−シクロヘキシルオキシフェニル基、4−シクロヘプテニルオキシフェニル基、4−シクロオクタニルオキシフェニル基、2−シクロペンチルオキシフェニル基、2−シクロヘキシルオキシフェニル基、2−シクロヘプテニルオキシフェニル基、2−シクロオクタニルオキシフェニル基、3−シクロペンチルオキシフェニル基、3−シクロヘキシルオキシフェニル基、3−シクロヘプテニルオキシフェニル基、3−シクロオクタニルオキシフェニル基、4−n−ペンチルフェニル基、4−n−ヘキシルフェニル基、4−n−ヘプテニルフェニル基、4−n−オクタニルフェニル基、2−n−ペンチルフェニル基、2−n−ヘキシルフェニル基、2−n−ヘプテニルフェニル基、2−n−オクタニルフェニル基、3−n−ペンチルフェニル基、3−n−ヘキシルフェニル基、3−n−ヘプテニルフェニル基、3−n−オクタニルフェニル基、2,6−ジ−イソプロピルフェニル基、2,3−ジ−イソプロピルフェニル基、2,4−ジ−イソプロピルフェニル基、3,4−ジ−イソプロピルフェニル基、3,6−ジ−t−ブチルフェニル基、2,3−ジ−t−ブチルフェニル基、2,4−ジ−t−ブチルフェニル基、3,4−ジ−t−ブチルフェニル基、2,6−ジ−n−ブチルフェ
ニル基、2,3−ジ−n−ブチルフェニル基、2,4−ジ−n−ブチルフェニル基、3,4−ジ−n−ブチルフェニル基、2,6−ジ−i−ブチルフェニル基、2,3−ジ−i−ブチルフェニル基、2,4−ジ−i−ブチルフェニル基、3,4−ジ−i−ブチルフェニル基、2,6−ジ−t−アミルフェニル基、2,3−ジ−t−アミルフェニル基、2,4−ジ−t−アミルフェニル基、3,4−ジ−t−アミルフェニル基、2,6−ジ−i−アミルフェニル基、2,3−ジ−i−アミルフェニル基、2,4−ジ−i−アミルフェニル基、3,4−ジ−i−アミルフェニル基、2,6−ジ−n−ペンチルフェニル基、2,3−ジ−n−ペンチルフェニル基、2,4−ジ−n−ペンチルフェニル基、3,4−ジ−n−ペンチルフェニル基、4−アダマンチルフェニル基、2−アダマンチルフェニル基、4−イソボロニルフェニル基、3−イソボロニルフェニル基、2−イソボロニルフェニル基、4−シクロペンチルオキシフェニル基、4−シクロヘキシルオキシフェニル基、4−シクロヘプテニルオキシフェニル基、4−シクロオクタニルオキシフェニル基、2−シクロペンチルオキシフェニル基、2−シクロヘキシルオキシフェニル基、2−シクロヘプテニルオキシフェニル基、2−シクロオクタニルオキシフェニル基、3−シクロペンチルオキシフェニル基、3−シクロヘキシルオキシフェニル基、3−シクロヘプテニルオキシフェニル基、3−シクロオクタニルオキシフェニル基、4−n−ペンチルオキシフェニル基、4−n−ヘキシルオキシフェニル基、4−n−ヘプテニルオキシフェニル基、4−n−オクタニルオキシフェニル基、2−n−ペンチルオキシフェニル基、2−n−ヘキシルオキシフェニル基、2−n−ヘプテニルオキシフェニル基、2−n−オクタニルオキシフェニル基、3−n−ペンチルオキシフェニル基、3−n−ヘキシルオキシフェニル基、3−n−ヘプテニルオキシフェニル基、3−n−オクタニルオキシフェニル基、2,6−ジ−イソプロピルオキシフェニル基、2,3−ジ−イソプロピルオキシフェニル基、2,4−ジ−イソプロピルオキシフェニル基、3,4−ジ−イソプロピルオキシフェニル基、2,6−ジ−t−ブチルオキシフェニル基、2,3−ジ−t−ブチルオキシフェニル基、2,4−ジ−t−ブチルオキシフェニル基、3,4−ジ−t−ブチルオキシフェニル基、2,6−ジ−n−ブチルオキシフェニル基、2,3−ジ−n−ブチルオキシフェニル基、2,4−ジ−n−ブチルオキシフェニル基、3,4−ジ−n−ブチルオキシフェニル基、2,6−ジ−i−ブチルオキシフェニル基、2,3−ジ−i−ブチルオキシフェニル基、2,4−ジ−i−ブチルオキシフェニル基、3,4−ジ−i−ブチルオキシフェニル基、2,6−ジ−t−アミルオキシフェニル基、2,3−ジ−t−アミルオキシフェニル基、2,4−ジ−t−アミルオキシフェニル基、3,4−ジ−t−アミルオキシフェニル基、2,6−ジ−i−アミルオキシフェニル基、2,3−ジ−i−アミルオキシフェニル基、2,4−ジ−i−アミルオキシフェニル基、3,4−ジ−i−アミルオキシフェニル基、2,6−ジ−n−ペンチルオキシフェニル基、2,3−ジ−n−ペンチルオキシフェニル基、2,4−ジ−n−ペンチルオキシフェニル基、3,4−ジ−n−ペンチルオキシフェニル基、4−アダマンチルオキシフェニル基、3−アダマンチルオキシフェニル基、2−アダマンチルオキシフェニル基、4−イソボロニルオキシフェニル基、3−イソボロニルオキシフェニル基、2−イソボロニルオキシフェニル基等が挙げられ、これらは上記範囲内であればさらに置換してもよく上記例以外の置換基に限定しない。
Zのアルキルオキシカルボニル基は、置換基を有していてもよく、好ましくは炭素数2〜8であり、例えば、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、プロポキシカルボニル基を挙げることができる。
Zのアルキルカルボニルオキシ基は、置換基を有していてもよく、好ましくは炭素数2〜8であり、例えば、メチルカルボニルオキシ基、エチルカルボニルオキシ基を挙げることができる。
Zのアラルキル基は、置換基を有していてもよく、好ましくは炭素数7〜16のアラルキル基である、例えば、ベンジル基を挙げることができる。
Lc1及びLc2に於ける、ラクトン構造としては、ラクトン環を有していればいずれ
の構造でも用いることができるが、好ましくは5員環または6員環ラクトン構造である。ラクトン構造部分は置換基を有していても有していなくてもよい。好ましい置換基としては、置換基を有してもよい炭素数1〜8のアルキル基、水酸基、置換基を有してもよい炭素数1〜8のアルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、置換基を有してもよい炭素数1〜8のアシル基、置換基を有してもよい炭素数2〜8のアシロキシ基、置換基を有してもよい炭素数4〜10のシクロアルキル基、置換基を有してもよい炭素数6〜15のアリール基、カルボキシル基、置換基を有していてもよい炭素数2〜8のアルキルオキシカルボニル基、置換基を有していてもよい炭素数2〜8のアルキルカルボニルオキシ基又は置換基を有していてもよい炭素数7〜16のアラルキル基などが挙げられる。
好ましいラクトン構造として、以下に示す(LC1−1)〜(LC1−12)で表されるラクトン構造を挙げることができる。これらは上述の置換基を有していてもよい。
Figure 0004696009
一般式(B1)および(B2)に於ける、
Ra、Rbのアルキル基は、上記一般式(B1)および(B2)におけるZとしてのアルキル基と同様のものが挙げられる。
Ra、Rbのアルコキシ基は、上記一般式(B1)および(B2)におけるZとしてのアルコキシ基と同様のものが挙げられる。
Ra、Rbのハロゲン原子は、上記一般式(B1)および(B2)におけるZとしてのハロゲン原子と同様のものが挙げられる。
Ra、Rbのアシル基は、上記一般式(B1)および(B2)におけるZとしてのアシル基と同様のものが挙げられる。
Ra、Rbのアシロキシ基は、上記一般式(B1)および(B2)におけるZとしてのアシロキシ基と同様のものが挙げられる。
Ra、Rbのシクロアルキル基は、上記一般式(B1)および(B2)におけるZとしてのシクロアルキル基と同様のものが挙げられる。
Ra、Rbのアリール基は、上記一般式(B1)および(B2)におけるZとしてのアリール基と同様のものが挙げられる。
Ra、Rbのアルキルオキシカルボニル基は、上記一般式(B1)および(B2)におけるZとしてのアルキルオキシカルボニル基と同様のものが挙げられる。
Ra、Rbのアルキルカルボニルオキシ基は、上記一般式(B1)および(B2)におけるZとしてのアルキルカルボニルオキシ基と同様のものが挙げられる。
Ra、Rbのアラルキル基は、上記一般式(B1)および(B2)におけるZとしてのアラルキル基と同様のものが挙げられる。
一般式(B1)において、Lc1が形成するラクトン構造は、下記一般式(X1)で表されるラクトン構造であり、該ラクトン構造と、一般式(B1)の芳香環とが、隣接した2つの炭素原子を共有していることが好ましい。
Figure 0004696009
一般式(X1)において、
qは、0〜20の整数を表す。
一般式(B1)で示される繰り返し単位の具体例を以下に示すが、これらに限定されるものではない。
Figure 0004696009
一般式(B2)に於いて、Lc2は、下記一般式(X2)で表されることが好ましい。
Figure 0004696009
一般式(X2)に於いて、
L1は、単結合又は2価の連結基を表す。
L2は、単結合又はアルキレン、−O−、−OCO−、−COO−、−NHCO−、−CONH−、−S−、−SO2−及び−SO3−から選ばれる基を表す。
Yは、ラクトン構造の2つの炭素原子とともに、有橋脂環構造を形成する原子団を表す
。naが0の場合に、L2は、ラクトン構造のいずれの炭素原子に連結してもよい。
naは、0又は1を表す。
pは、0〜20の整数を表す。
一般式(X2)において、
L1としての2価の連結基としては、好ましくは炭素数1〜10であり、例えば、直鎖、分岐あるいは環状のアルキレン基、アリーレン基、ヘテロアリーレン基、アラルキレン基並びに、−S−、−C(=O)−、−N(R7)−、−SO−、−SO2−、−CO2−、−N(R7)SO2−あるいはこれらの基を2つ以上組み合わせた2価の基を挙げることができる。ここでR7は、水素原子又はアルキル基(アルキル基の具体例としては上記Zと同様のものが挙げられる)を挙げることができる。
L2としてのアルキレンは、直鎖、分岐いずれでもよく、好ましくは炭素数1〜20であり、例えば、メチレン、エチレン、プロピレンを挙げることができる。
Yが、ラクトン構造の2つの炭素原子とともに形成する有橋脂環構造としては、Zのシクロアルキル基として挙げたものの内で、有橋脂環構造を有するものを挙げることができる。
一般式(X2)に於けるラクトン環は、置換基を有していてもよい。ラクトン環の置換基としては、置換基を有してもよいアルキル基、水酸基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、アシル基、アシロキシ基、シクロアルキル基、アリール基、カルボキシル基、アルキルオキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基、アラルキル基等を挙げることができる。
一般式(B2)で示される繰り返し単位の具体例を以下に示すが、これらに限定されるものではない。
Figure 0004696009
酸分解性樹脂(B)は、酸の作用により分解してアルカリ現像液への溶解性が増大する基(以下、「酸分解性基」ともいう)を有する繰り返し単位を有する。
酸分解性基としては、例えば、カルボン酸基、スルホン酸基、フェノール基、チオール基等のアルカリ可溶性基の水素原子が、酸の作用により脱離する基で保護された基を挙げることができる。
酸の作用により脱離する基としては、例えば、−C(R36)(R37)(R38)、−C(R01)(R02)(OR39)、C(=O)−O−O−R39、C−C(=O)−O−R39等を挙げることができる。
式中、R36〜R39は、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基又はアルケニル基表す。R36とR37とは、互いに結合して環を形成してもよい。
01〜R02は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基又はアルケニル基を表す。
酸分解性基を有する繰り返し単位として、好ましくは、下記一般式(B3)又は(B4)で表される繰り返し単位を挙げることができる。
Figure 0004696009
Figure 0004696009
一般式(B3)及び(B4)に於いて、
Ra及びRbは、各々独立して、水素原子、アルキル基、水酸基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、アシル基、アシロキシ基、シクロアルキル基、アリール基、カルボキシル基、アルキルオキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基又はアラルキル基を表す。
Rcは、酸の作用により脱離する基を表す。
Rdは、水素原子、アルキル基、ハロゲン原子又はシアノ基を表す。
酸分解性基を有する繰り返し単位の具体例を以下に示すが、これらに限定されるものではない。
Figure 0004696009
Figure 0004696009
Figure 0004696009
Figure 0004696009
上記酸分解性基を有する繰り返し単位の具体例において、特に好ましいものとして、(B−1)、(B−4)、(B−5)、(B−6)、(B−7)、(B−8)、(B−9)、(B−11)、(B−12)のようなPHSアセタールを挙げることができる。
酸分解性樹脂(B)は、ヒドロキシスチレン類による繰り返し単位を有することが好ましい。
酸分解性樹脂(B)は、更に、アルカリ溶解性を調節する目的で、非酸分解性繰り返し単位を導入することもできる。非酸分解性繰り返し単位の導入方法としては、スチレン類、非酸分解性(メタ)アクリル酸エステル類、非酸分解性(メタ)アクリル酸アミド類を共重合する方法や、ヒドロキシスチレン類の水酸基を非酸分解性の置換基で保護する方法が好ましい。
非酸分解性基の置換基としては、アセチル基、メシル基、トルエンスルホニル基等が好ましいが、これらに限定されるものではない。
上記スチレン類としては、例えば、スチレン、クロロスチレン、ジクロロスチレン、ブロモスチレン、ジブロモスチレン、ヨードスチレン、メチルスチレン、ジメチルスチレン、エチルスチレン、イソプロピルスチレン、メトキシスチレン、エトキシスチレン、フェニルスチレン、t−ブチルスチレン、t−ブトキシスチレン等があげられるが、スチレン、メチルスチレン、t−ブチルスチレン、t−ブトキシスチレンが特に好ましい。
上記非酸分解性(メタ)アクリル酸エステル類としては、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)アクリル酸プロピル、(メタ)アクリル酸アリル、(メタ)アクリル酸グリシジル、(メタ)アクリル酸ベンジル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシエチル等があげられる。
非酸分解性(メタ)アクリル酸アミド類としては、例えば、(メタ)アクリル酸アミド、(メタ)アクリル酸フェニルアミド、(メタ)アクリル酸イソプロピルアミド等があげられる。
酸分解性樹脂(B)を合成する際に、更に、共重合可能なモノマーを共重合させてもよい。
共重合可能なモノマーとしては、例えば、マレイン酸誘導体、無水マレイン酸誘導体、(メタ)アクリロニトリル、ビニルピロリドン、ビニルピリジン、酢酸ビニル等を挙げることができる。
酸分解性樹脂(B)に於いて、一般式(B1)若しくは一般式(B2)で表される繰り返し単位の含有量は、1〜30モル%とすることが好ましく、5〜15モル%とすることがより好ましい。
酸分解性樹脂(B)に於いて、酸分解性基を有する繰り返し単位の含有量は、3〜50
モル%とすることが好ましく、10〜30モル%とすることがより好ましい。
酸分解性樹脂(B)に於いて、ヒドロキシスチレン類による繰り返し単位の含有量は、好ましくは60モル%以上、より好ましくは65モル%以上、更により好ましくは70〜90モル%である。ヒドロキシスチレン類による繰り返し単位の含有量を60モル%以上とすることにより、ドライエッチング耐性や感度を改善することができる。
酸分解性樹脂(B)の重量平均分子量は、ゲルバーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により、ポリスチレン換算分子量(Mw)として測定することができ、解像力の面から、好ましくは2000〜200,000であり、2,500〜20,000がより好ましい。
酸分解性樹脂(B)の分子量分散度(Mw/Mn)は、ラインエッジラフネスの面から、1.0〜3.0であることが好ましく、より好ましくは1.0〜1.5、更に好ましくは1.0〜1.3である。
このような分子量分散の小さい酸分解性樹脂(B)は、酸分解性樹脂(B)の合成条件(重合溶媒の量、重合開始剤の量)や酸分解性樹脂(B)の精製条件(再沈溶剤の種類・量、再沈操作の回数)を種々変更することによって得ることができる。例えば、重合溶剤や開始剤の量を変えることで分子量を調節することができ、また再沈溶剤を変えたり再沈操作の回数を増やすことで樹脂の分散度を減らすことができる。再沈溶剤としては、2種以上の溶剤を混合して用いるか、または再沈操作を2回以上行うことが好ましく、2種以上の溶剤を混合した再沈溶剤を用いて再沈操を2回以上行うことがより好ましい。あるいは、リビングアニオン、リビングラジカル、またはリビングカチオン重合法を経由して分子量分散度の低いポリビニルフェノールを合成した後、アルキルビニルエーテル類を用いてアセタール化することによっても合成することができる。
酸分解性樹脂(B)は、欧州特許254853号、特開平2−25850号、同3−223860号、同4−251259号等に開示されているように、ポリヒドロキシスチレン等のアルカリ可溶性樹脂に酸で分解し得る基の前駆体を反応させる、もしくは、酸で分解し得る基の結合したアルカリ可溶性樹脂モノマーを種々のモノマーと共重合して得ることができる。
酸分解性樹脂(B)のポジ型レジスト組成物中の含有量は、組成物の固形分を基準にした、通常70〜98質量%、好ましくは75〜96質量%、より好ましくは80〜96質量%である。
酸分解性樹脂(B)の具体例を以下に示すが、これらに限定されるものではない。
Figure 0004696009
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〔3〕(C)塩基性化合物
本発明のポジ型レジスト組成物は、露光から加熱までの経時による性能変化を低減するために、(C)塩基性化合物を含有することが好ましい。
好ましい構造として、下記一般式(A)〜(E)で示される構造を挙げることができる。
Figure 0004696009
一般式(A)〜(E)中、R250、R251及びR252は、各々独立に、水素原子、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数3〜20のシクロアルキル基又は炭素数6〜20のアリール基であり、ここでR250とR251は互いに結合して環を形成してもよい。置換基を有するアルキル基、シクロアルキル基としては、炭素数1〜20のアミノアルキル基、炭素数3〜20のアミノシクロアルキル基、炭素数1〜20のヒドロキシアルキル基、炭素数3〜20のヒドロキシシクロアルキル基が好ましい。
また、これらはアルキル鎖中に酸素原子、硫黄原子、窒素原子を含んでも良い。
253、R254、R255及びR256は、各々独立に、炭素数1〜20のアルキル基又はシクロアルキル基を示す。
好ましい化合物として、グアニジン、アミノピロリジン、ピラゾール、ピラゾリン、ピペラジン、アミノモルホリン、アミノアルキルモルホリン、ピペリジンを挙げることができ、更に好ましい化合物として、イミダゾール構造、ジアザビシクロ構造、オニウムヒドロキシド構造、オニウムカルボキシレート構造、トリアルキルアミン構造、アニリン構造又はピリジン構造を有する化合物、水酸基及び/又はエーテル結合を有するアルキルアミン誘導体、水酸基及び/又はエーテル結合を有するアニリン誘導体等を挙げることができる。これらの化合物は置換基を有していてもよい。
イミダゾール構造を有する化合物としてはイミダゾール、2、4、5−トリフェニルイミダゾール、ベンズイミダゾール等があげられる。ジアザビシクロ構造を有する化合物としては1、4−ジアザビシクロ[2,2,2]オクタン、1、5−ジアザビシクロ[4,3,0]ノナー5−エン、1、8−ジアザビシクロ[5,4,0]ウンデカー7−エンなどがあげられる。オニウムヒドロキシド構造を有する化合物としてはトリアリールスルホニウムヒドロキシド、フェナシルスルホニウムヒドロキシド、2−オキソアルキル基を有するスルホニウムヒドロキシド、具体的にはトリフェニルスルホニウムヒドロキシド、トリス(t−ブチルフェニル)スルホニウムヒドロキシド、ビス(t−ブチルフェニル)ヨードニウムヒドロキシド、フェナシルチオフェニウムヒドロキシド、2−オキソプロピルチオフェニウムヒドロキシドなどがあげられる。オニウムカルボキシレート構造を有する化合物としてはオニウムヒドロキシド構造を有する化合物のアニオン部がカルボキシレートになったものであり、例えばアセテート、アダマンタンー1−カルボキシレート、パーフロロアルキルカルボキシレート等があげられる。トリアルキルアミン構造を有する化合物としては、トリ(n−ブチル)アミン、トリ(n−オクチル)アミン等を挙げることが
できる。アニリン化合物としては、2,6−ジイソプロピルアニリン、N,N−ジメチルアニリン等を挙げることができる。水酸基及び/又はエーテル結合を有するアルキルアミン誘導体としては、エタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、トリス(メトキシエトキシエチル)アミン等を挙げることができる。水酸基及び/又はエーテル結合を有するアニリン誘導体としては、N,N−ビス(ヒドロキシエチル)アニリン等を挙げることができる。
これらの塩基性化合物は、単独であるいは2種以上で用いられる。塩基性化合物の使用量は、ポジ型レジスト組成物の固形分を基準として、通常0.001〜10質量%、好ましくは0.01〜5質量%である。十分な添加効果を得る上で0.001質量%以上が好ましく、感度や非露光部の現像性の点で10質量%以下が好ましい。
〔4〕(D)フッ素系及び/又はシリコン系界面活性剤
本発明のポジ型レジスト組成物は、更に(D)フッ素系及び/又はシリコン系界面活性剤(フッ素系界面活性剤及びシリコン系界面活性剤、フッ素原子と珪素原子の両方を含有する界面活性剤)のいずれか、あるいは2種以上を含有することが好ましい。
本発明のポジ型レジスト組成物が上記(D)界面活性剤を含有することにより、250nm以下、特に220nm以下の露光光源の使用時に、良好な感度及び解像度で、密着性及び現像欠陥の少ないレジストパターンを与えることが可能となる。
これらの(D)界面活性剤として、例えば特開昭62−36663号公報、特開昭61−226746号公報、特開昭61−226745号公報、特開昭62−170950号公報、特開昭63−34540号公報、特開平7−230165号公報、特開平8−62834号公報、特開平9−54432号公報、特開平9−5988号公報、特開2002−277862号公報、米国特許第5405720号明細書、同5360692号明細書、同5529881号明細書、同5296330号明細書、同5436098号明細書、同5576143号明細書、同5294511号明細書、同5824451号明細書記載の界面活性剤を挙げることができ、下記市販の界面活性剤をそのまま用いることもできる。
使用できる市販の界面活性剤として、例えばエフトップEF301、EF303、(新秋田化成(株)製)、フロラードFC430、431(住友スリーエム(株)製)、メガファックF171、F173、F176、F189、R08(大日本インキ化学工業(株)製)、サーフロンS−382、SC101、102、103、104、105、106(旭硝子(株)製)、トロイゾルS−366(トロイケミカル(株)製)等のフッ素系界面活性剤又はシリコン系界面活性剤を挙げることができる。またポリシロキサンポリマーKP−341(信越化学工業(株)製)もシリコン系界面活性剤として用いることができる。
また、界面活性剤としては、上記に示すような公知のものの他に、テロメリゼーション法(テロマー法ともいわれる)もしくはオリゴメリゼーション法(オリゴマー法ともいわれる)により製造されたフルオロ脂肪族化合物から導かれたフルオロ脂肪族基を有する重合体を用いた界面活性剤を用いることが出来る。フルオロ脂肪族化合物は、特開2002−90991号公報に記載された方法によって合成することが出来る。
フルオロ脂肪族基を有する重合体としては、フルオロ脂肪族基を有するモノマーと(ポリ(オキシアルキレン))アクリレート及び/又は(ポリ(オキシアルキレン))メタクリレートとの共重合体が好ましく、不規則に分布しているものでも、ブロック共重合していてもよい。また、ポリ(オキシアルキレン)基としては、ポリ(オキシエチレン)基、ポリ(オキシプロピレン)基、ポリ(オキシブチレン)基などが挙げられ、また、ポリ(オキシエチレンとオキシプロピレンとオキシエチレンとのブロック連結体)やポリ(オキシエチレンとオキシプロピレンとのブロック連結体)など同じ鎖長内に異なる鎖長のアル
キレンを有するようなユニットでもよい。さらに、フルオロ脂肪族基を有するモノマーと(ポリ(オキシアルキレン))アクリレート(又はメタクリレート)との共重合体は2元共重合体ばかりでなく、異なる2種以上のフルオロ脂肪族基を有するモノマーや、異なる2種以上の(ポリ(オキシアルキレン))アクリレート(又はメタクリレート)などを同時に共重合した3元系以上の共重合体でもよい。
例えば、市販の界面活性剤として、メガファックF178、F−470、F−473、F−475、F−476、F−472(大日本インキ化学工業(株)製)を挙げることができる。さらに、C613基を有するアクリレート(又はメタクリレート)と(ポリ(オキシアルキレン))アクリレート(又はメタクリレート)との共重合体、C613基を有するアクリレート(又はメタクリレート)と(ポリ(オキシエチレン))アクリレート(又はメタクリレート)と(ポリ(オキシプロピレン))アクリレート(又はメタクリレート)との共重合体、C817基を有するアクリレート(又はメタクリレート)と(ポリ(オキシアルキレン))アクリレート(又はメタクリレート)との共重合体、C817基を有するアクリレート(又はメタクリレート)と(ポリ(オキシエチレン))アクリレート(又はメタクリレート)と(ポリ(オキシプロピレン))アクリレート(又はメタクリレート)との共重合体、などを挙げることができる。
(D)界面活性剤の使用量は、ポジ型レジスト組成物全量(溶剤を除く)に対して、好ましくは0.0001〜2質量%、より好ましくは0.001〜1質量%である。
〔5〕有機溶剤
本発明のポジ型レジスト組成物は、各成分を所定の有機溶剤に溶解して用いる。
使用し得る有機溶剤としては、例えば、エチレンジクロライド、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、2−ヘプタノン、γ−ブチロラクトン、メチルエチルケトン、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、2−メトキシエチルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、トルエン、酢酸エチル、乳酸メチル、乳酸エチル、メトキシプロピオン酸メチル、エトキシプロピオン酸エチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、ピルビン酸プロピル、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、N−メチルピロリドン、テトラヒドロフラン等を挙げることができる。
本発明において、有機溶剤としては、単独で用いても混合して用いても良いが、構造中に水酸基を含有する溶剤と、水酸基を含有しない溶剤とを混合した混合溶剤を使用することが好ましい。これによりレジスト液保存時のパーティクル発生を軽減することができる。
水酸基を含有する溶剤としては、例えば、エチレングリコール、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、プロピレングリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、乳酸エチル等を挙げることができ、これらの内でプロピレングリコールモノメチルエーテル、乳酸エチルが特に好ましい。
水酸基を含有しない溶剤としては、例えば、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチルエトキシプロピオネート、2−ヘプタノン、γ−ブチロラクトン、シクロヘキサノン、酢酸ブチル、N−メチルピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド等を挙げることができ、これらの内で、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチルエトキシプロピオネート、2−ヘプタノン、γ−ブチロラクトン、シクロヘキサノン、酢酸ブチルが特に好ましく、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチルエトキシプロピオネート、2−ヘプタノンが最も好ましい。
水酸基を含有する溶剤と水酸基を含有しない溶剤との混合比(質量)は、1/99〜99/1、好ましくは10/90〜90/10、更に好ましくは20/80〜60/40である。水酸基を含有しない溶剤を50質量%以上含有する混合溶剤が塗布均一性の点で特に好ましい。
精密集積回路素子の製造などにおいてレジスト膜上へのパターン形成工程は、基板(例:シリコン/二酸化シリコン皮覆、ガラス基板、ITO基板等の透明基板等)上に、本発明のポジ型レジスト組成物を塗布し、乾燥し、レジスト膜を形成し、次に、KrFエキシマレーザー光、ArFエキシマレーザー光、F2エキシマレーザー光、電子線、EUV光又はX線の照射を行い、好ましくは加熱、現像、リンス、乾燥することにより良好なレジストパターンを形成することができる。
本発明のポジ型レジスト組成物を基板上に塗布、乾燥して形成するレジスト膜の膜厚は、50〜200nmが好ましい。レジスト膜の膜厚を50〜200nmとすることにより、ドライエッチング耐性、パターンプロファイルを向上させ、且つレジスト膜の透過率を大きくすることができる。
レジスト膜の膜厚は、組成物の溶剤を除いた固形分濃度により調整することができ、好ましい固形分濃度は5〜18質量%、より好ましい固形分濃度は7〜15質量%、特に好ましい固形分濃度は9〜14質量%である。
本発明のポジ型レジスト組成物のアルカリ現像液としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウム、アンモニア水等の無機アルカリ類、エチルアミン、n−プロピルアミン等の第一アミン類、ジエチルアミン、ジ−n−ブチルアミン等の第二アミン類、トリエチルアミン、メチルジエチルアミン等の第三アミン類、ジメチルエタノールアミン、トリエタノーアミン等のアルコ−ルアミン類、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、コリン等の第四級アンモニウム塩、ピロール、ピペリジン等の環状アミン類、等のアルカリ類の水溶液を使用することができる。更に、上記アルカリ類の水溶液にイソプロピルアルコール等のアルコール類、ノニオン系等の界面活性剤を適当量添加して使用することもできる。
これらのアルカリ現像液の中で好ましくは第四アンモニウム塩、更に好ましくは、テトラメチルアンモニウムヒドロオキシド、コリンの水溶液である。
アルカリ現像液のアルカリ濃度は、通常0.1〜20質量%であり、アルカリ現像液のpHは、通常10.0〜15.0である。
以下、本発明を実施例によりさらに詳しく説明するが、本発明の内容がこれにより限定されるものではない。
<酸分解性樹脂(B)の合成>
合成例1(モノマー(B2−11)の合成)
α−ブロモ−γ−ブチロラクトン3.8gをテトラヒドロフラン100mlに溶解させ、これにトリエチルアミン4gを加えた。氷冷下4−ビニル安息香酸16.5gを30分間かけて滴下した。室温で10時間反応させ、これに酢酸エチル500mlを加えた。有機層を水洗、乾燥、濃縮すると租生成物がが得られた。これをカラムクロマトグラフィーによって精製すると前記繰り返し単位(B2−11)に相当するモノマー(B2−11)が6.9g得られた。
合成例2(樹脂(B4−16)の合成)
窒素気流下プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート11.3g、プロピレングリコールモノメチルエーテル7.5gを3つ口フラスコに入れ、これを80℃に加熱
した。これにモノマー(B2−11)を18.6g、p−ヒドロキシスチレン9.6g、t−ブチルアクリレート13.7g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101.5g、開始剤V−601(和光純薬製)をモノマーに対し8mol%をプロピレングリコールモノメチルエーテル67.6gに溶解させたものを6時間かけて滴下した。滴下終了後、さらに80℃で2時間反応させた。反応液を放冷後ヘキサン2200ml/酢酸エチル245mlに注ぎ、析出した粉体をろ取、乾燥すると、樹脂(B4−16)が37.5g得られた。得られた樹脂の重量平均分子量は8400、分散度(Mw/Mn)は1.20であった。
下記表2に実施例1〜20及び比較例で使用した酸分解性樹脂について、繰り返し単位の組成比(モル比)、重量平均分子量、分散度(Mw/Mn)を示した。
表2において本発明の酸分解性樹脂は、先に例示の酸分解性樹脂における繰り返し単位を表2に記載の組成比(左の繰り返し単位からの順のモル比)で有する樹脂である。
Figure 0004696009
以下、比較例で使用する樹脂(P1)の構造を示す。
Figure 0004696009
<酸発生剤の合成>
合成例1(10−トリル−9−オキソチオキサンテニウム ノナフルオロブタンスルホン酸塩(Za1)の合成)
チオキサンテン−9−オン10gをトリフルオロ酢酸40ml中で攪拌し、氷冷下、30%過酸化水素水5.4mlとトリフルオロ酢酸10.8mlを混合した溶液をゆっくり添加した。その後、氷冷下30分攪拌後、室温で1時間攪拌を行った。さらに、反応液を水にあけ、析出した結晶をろ取した。得られた結晶をアセトニトリルで再結晶し、スルホキシド体4.6gを得た。スルホキシド体3gをトルエン20ml中で攪拌し、氷冷下、トリフルオロ酢酸無水物3.7mlとノナフルオロブタンスルホン酸2.2mlを添加した。反応液を徐々に室温まで昇温し、1時間攪拌した。反応液にジイソプロピルエーテルを添加し結晶を析出させ、酢酸エチルとジイソプロピルエーテルの混合溶媒で再結晶することにより、10−トリル−9−オキソチオキサンテニウム ノナフルオロブタンスルホン酸塩(Za1)を3.9g得た。
1H-NMR(400MHz、CDCl3)σ2.38(s,3H),7.34(d,2H),7.72(m,2H),7.95(m,4H),8.28(m,2H),8.63(d,2H)
合成例2(10-トリル-9-オキソチオキサンテニウム 3,5-ビストリフロロメチルベンゼンスルホン酸塩(Za2)の合成)
合成例1で得られた10-トリル-9-オキソチオキサンテニウム ノナフルオロブタンスルホン酸塩(Za1) 1.5gに、10-トリル-9-オキソチオキサンテニウム ノナフルオロブタンスルホン酸塩1.5gをメタノール/水=1/1溶液に溶解し、イオン交換樹脂(アンバーライトIRA402ClをNaOH水でアニオンをOHに置換したもの)に通し、3,5-ビストリフロロメチルベンゼンスルホン酸1gを加え、クロロホルムで抽出することで対塩が変更した10-トリル-9-オキソチオキサンテニウム 3,5-ビストリフロロメチルベンゼンスルホン酸塩(Za2)1.7gを得た。
1H-NMR(400MHz、CDCl3)σ2.37(s,3H),7.34(d,2H),7.79(m,3H),7.93(m,4H),8.34(m,4H),8.62(d,2H)
合成例3(2-アセチル-10-トリル-9-オキソチオキサンテニウム ノナフルオロブタンスルホン酸塩 (Za8)の合成)
チオサリチル酸15gと4-ブロモアセトフェノン20gを炭酸ナトリウム12gと銅触媒0.2gの存在下、ジメチルホルムアミド200ml中、170度で6時間攪拌した後、反応液を塩酸水溶液にあけ、ろ取した。得られた結晶をアセトニトリルで再結晶を行い、16gのスルフィドを得た。得られたスルフィド10gをポリリン酸100g中、60度で5時間攪拌後、氷水にあけた。結晶をろ取し、炭酸水素ナトリウム水溶液及び水で結晶を洗い、エタノールで再結晶を行うことで2-アセチル-9H-チオキサン-9-オン5gを得た。更に得られた2-アセチル-9H-チオキサン-9-オン3gをトリフルオロ酢酸12ml中で氷冷下攪拌し、30%過酸化水素水1.4mlとトリフルオロ酢酸2.7mlの混合溶液をゆっくり加えた。添加後、氷冷下30分攪拌し、続いて室温で1時間攪拌し反応を終結させた。反応液を水にあけ、酢酸エチルと水酸化ナトリウム水溶液で分液し、有機層を減圧留去することでスルホキシド体3.6gを得た。それをトルエン15g中で攪拌し、氷冷下、トリフルオロ酢酸無水物3.3ml、ノナフルオロブタンスルホン酸1.9mlを添加し、氷冷下30分、室温で1時間攪拌した。反応液にジイソプロピルエーテルを加え結晶化させ、得られた結晶を酢酸エチルとジイソプロピルエーテルの混合溶媒で再結晶することにより2-アセチル-10-トリル-9-オキソチオキサンテニウム ノナフルオロブタンスルホン酸塩(Za8)1gを得た。
1H-NMR(400MHz、CDCl3)σ2.39(s,3H),2.74(s,3H),7.37(d,2H),7.72(m,2H),7.97(m,2H),8.19(m,1H),8.39(m,2H),8.67(d,1H),9.09(s,1H)
他のスルホニウム塩(AI)も同様に合成した。
合成例4(トリ(4-ヒドロキシフェニル)スルホニウム ノナフルオロブタンスルホン
酸塩(Zb1)の合成)
4,4'-チオジフェノール10gをトリフルオロ酢酸40ml中で攪拌し、氷冷下、30%過酸化水素水5.4mlとトリフルオロ酢酸10.8mlを混合した溶液をゆっくり添加した。その後、氷冷下30分攪拌後、室温で1時間攪拌を行った。さらに、反応液を水にあけ、析出した結晶をろ取した。得られた結晶をアセトニトリルで再結晶し、スルホキシド体4.6gを得た。スルホキシド体3gをトルエン20ml中で攪拌し、氷冷下、トリフルオロ酢酸無水物3.7mlとノナフルオロブタンスルホン酸2.2mlを添加した。反応液を徐々に室温まで昇温し、1時間攪拌した。反応液にジイソプロピルエーテルを添加し結晶を析出させ、酢酸エチルとジイソプロピルエーテルの混合溶媒で再結晶することにより、トリ(4-ヒドロキシフェニル)スルホニウム ノナフルオロブタンスルホン酸塩 (Zb1)を3.9g得た。
他の化合物(AII)も同様に合成することができる。
実施例1〜10及び比較例1
(i)ポジ型レジストの調製および塗設
下記表3に示すように、酸分解性樹脂、酸発生剤、塩基性化合物及び界面活性剤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溶解させ、固形分濃度8.5質量%の溶液を調製した後、得られた溶液を0.1μm径のメンブレンフィルターで精密ろ過して、レジスト溶液を得た。このレジスト溶液を6インチシリコンウェハー上に東京エレクトロン製スピンコーターMark8を用いて塗布し、110℃で、90秒間ベークして膜厚0.30μmのレジスト膜を得た。
(ii)ポジ型レジストパターンの形成及び評価
このレジスト膜に、電子線描画装置((株)日立製作所製 HL750、加速電圧50KeV)を用いて電子線照射を行った。照射後に、110℃で、90秒間ベークし、2.38質量%テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)水溶液に60秒間浸漬した後、30秒間、水でリンスして乾燥した。得られたパターンを下記の方法で評価した。
〔感度〕
得られたパターンの断面形状を走査型電子顕微鏡((株)日立製作所製 S−4300)を用いて観察した。0.15μmライン(ライン:スペース=1:1)を解像する時の最小照射エネルギーを感度とした。
〔解像力〕
上記の感度を示す照射量における限界解像力(ラインとスペースが分離解像)を解像力とした。
〔パターン形状〕
上記の感度を示す照射量における0.15μmラインパターンの断面形状を走査型電子顕微鏡((株)日立製作所製S−4300)を用いて観察し、矩形、ややテーパー、テーパーの3段階評価を行った。
〔ラインエッジラフネス〕
上記の感度を示す照射量における0.15μmラインパターンの長さ方向50μmにおける任意の30点について線幅を測定し、そのバラツキを3σで評価した。
評価結果を表3に示す。
表中の略号を以下に示す。
〔塩基性化合物〕
E−1:トリ−n−ヘキシルアミン
E−2:2,4,6−トリフェニルイミダゾール
E−3:テトラ-(n-ブチル)アンモニウムヒドロキシド
〔界面活性剤〕
W−1:フッ素系界面活性剤、メガファックF−176(大日本インキ化学工業製)
W−2:フッ素/シリコン系界面活性剤、メガファックR08(大日本インキ化学工業製)
W−3:シリコン系界面活性剤、ポリシロキサンポリマーKP341(信越化学工業製)
Figure 0004696009
表3から、本発明のポジ型レジスト組成物は、電子線の照射によるパターン形成に関して、高感度で高解像力であり、パターン形状、ラインエッジラフネスも優れていることがわかる。
実施例11〜15及び比較例2
上記実施例1、6、8、9、10及び比較例1の各レジスト組成物を用い、実施例1と同様の方法でレジスト膜を得た。ただし、レジスト膜厚は0.15μmとした。得られたレジスト膜にEUV光(波長13.5nm、リソテックジャパン社)を用いて、露光量を0〜5.0mJづつ変えながら面露光を行ない、さらに110℃で、90秒間ベークした。その後2.38質量%テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)水溶液を用いて、各露光量での溶解速度を測定し、感度を求めた。
次に上記実験にて求めた感度の1/2にあたる露光量のEUV光を照射したサンプルを準備、2.38質量%テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)水溶液で60秒現像した後のレジスト膜表面をAFM(原子間力顕微鏡)にて観察した。結果を表4に示す。
Figure 0004696009
表4から、本発明のポジ型レジスト組成物は、EUV光の照射による特性評価において、感度、表面ラフネスが優れていることがわかる。
実施例16〜20及び比較例3
実施例4、6、8、9、10及び比較例1の各レジスト組成物を用い、実施例1と同様の方法でレジスト膜を得た。ただし、レジスト膜厚は、0.40μmとした。得られたレジスト膜に、KrFエキシマレーザーステッパー(キャノン(株)製FPA3000EX−5、波長248nm)を用いて、パターン露光した。露光後の処理は、実施例1と同様に行った。結果を下記表5に示す。
Figure 0004696009
表5から、本発明のポジ型レジスト組成物は、KrFエキシマレーザー露光によるパターン形成に関して、比較例に比べて、高感度、高解像力であり、パターン形状、ラインエッジラフネスも優れていることがわかる。
下記表6に、以降の実施例21〜104で使用する酸分解性樹脂(B)の重量平均分子量、組成比(モル比、各繰り返し単位と左から順に対応)及び重量平均分子量を示す。
Figure 0004696009
実施例21〜62及び比較例4〜5
〔ポジ型レジスト組成物の調製〕
下記表7〜8に示す、
樹脂:0.948g(固形分換算)
酸発生剤:0.05g
塩基性化合物:0.003g
界面活性剤:0.002g
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16.79gに溶解させ、固形分濃度が5.0質量%の溶液を調製した。この溶液を0.1μmのテトラフルオロエチレン製フィルターで濾過し、ポジ型レジスト液を得た。
〔パターン形成及び評価〕
上記のように調製したポジ型レジスト液をスピンコータを利用して、ヘキサメチルジシラザン処理を施したシリコンウエハー上に均一に塗布し、120℃90秒間加熱乾燥を行い、膜厚0.15μmのポジ型レジスト膜を形成した。得られたレジスト膜にEUV光(波長13nm)を用いて、露光量を0〜10.0mJの範囲で0.5mJづつ変えながら面露光を行い、さらに110℃、90秒ベークした。その後2.38質量%テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)水溶液を用いて、各露光量での溶解速度を測定し、感度曲線を得た。この感度曲線において、レジストの溶解速度が飽和するときの露光量を感度とした。
次に上記実験にて求めた感度の1/2にあたる露光量のEUV光を照射したサンプルを準備、2.38質量%テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)水溶液で60秒現像した後のレジスト膜表面をAFM(原子間力顕微鏡)にて観察した(表面ラフネス)。
EUV光による面露光を行って決定した感度での照射量(mJ/cm2)の2.0倍の照射量を照射し、露光後(後加熱前)の膜厚を測定し、以下の式から、未露光時の膜厚からの変動率を求めた(アウトガス)。
膜厚変動率=(未露光時の膜厚−露光後の膜厚)/未露光時の膜厚
評価結果を表7〜8に示す。
Figure 0004696009
Figure 0004696009
表7〜8の結果から、本発明のポジ型レジスト組成物は、EUV光の照射による特性評価において、感度、表面ラフネス、アウトガスが優れていることがわかる。
実施例63〜104及び比較例6〜7
〔ポジ型レジスト組成物の調製〕
下記表9〜10に示す、
樹脂:0.948g(固形分換算)
酸発生剤:0.05g
塩基性化合物:0.003g
界面活性剤:0.002g
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16.79gに溶解させ、固形分濃度が5.0質量%の溶液を調製した。この溶液を0.1μmのテトラフルオロエチレン製フィルターで濾過し、ポジ型レジスト液を得た。
〔パターン形成及び評価〕
上記のように調製したポジ型レジスト液をスピンコータを利用して、ヘキサメチルジシラザン処理を施したシリコンウエハー上に均一に塗布し、120℃90秒間加熱乾燥を行い、膜厚0.15μmのポジ型レジスト膜を形成した。得られたレジスト膜にEUV光(波長13nm)を用いて、露光量を0〜10.0mJの範囲で0.5mJづつ変えながら面露光を行い、さらに110℃、90秒ベークした。その後2.38質量%テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)水溶液を用いて、各露光量での溶解速度を測定し、感度曲線を得た。この感度曲線において、レジストの溶解速度が飽和するときの
露光量を感度とし、また感度曲線の直線部の勾配から溶解コントラスト(γ値)を算出した。γ値が大きいほど溶解コントラストに優れている。
次に上記実験にて求めた感度の1/2にあたる露光量のEUV光を照射したサンプルを準備、2.38質量%テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)水溶液で60秒現像した後のレジスト膜表面をAFM(原子間力顕微鏡)にて観察した(表面ラフネス)。
EUV光による面露光を行って決定した感度での照射量(mJ/cm2)の2.0倍の照射量を照射し、露光後(後加熱前)の膜厚を測定し、以下の式から、未露光時の膜厚からの変動率を求めた(アウトガス)。
膜厚変動率=(未露光時の膜厚−露光後の膜厚)/未露光時の膜厚
露光後、107℃と113℃の温度にて90秒間ホットプレート上で加熱(PEB)した時の、下記式のように感度の差をPEB温度依存性として評価した。この数字が小さいほど優れている。
(PEB温度依存性)=(113℃での感度)−(107℃での感度)
評価結果を表9〜10に示す。
尚、使用した酸発生剤(化合物(AII))については、構造を一般式(AII)に当て嵌めた場合に、R1b〜R3bに対応するアルカン及びアレーン、即ちR1b−H、R2b−HおよびR3b−Hの1気圧における沸点をあわせて示す。尚、ここでは便宜上、沸点の低いものからRa−H、Rb−H、Rc−Hとした。
Figure 0004696009
Figure 0004696009
表9〜10中の略号は、以下の通りである。
〔酸発生剤〕
Zb'1:トリフェニルスルホニウム ペンタフルオロベンゼンスルホネート
分解物(ベンゼン)の沸点:80.2℃(文献値)
Figure 0004696009
表9〜10の結果から、本発明のポジ型レジスト組成物は、EUV光の照射による特性評価において、感度、表面ラフネス、溶解コントラスト及び露光後の膜厚変動率、PEB温度依存性の点で優れていることがわかる。膜厚変動率が小さいことはアウトガスが少ないことを意味する。

Claims (10)

  1. (A)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物及び
    (B)少なくとも下記一般式(B1)で表される繰り返し単位を有する、酸の作用によりアルカリ現像液への溶解性が増大する樹脂
    を含有することを特徴とするポジ型レジスト組成物。
    Figure 0004696009

    一般式(B1)に於いて、
    Zは、アルキル基、水酸基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、アシル基、アシロキシ基、シクロアルキル基、アリール基、カルボキシル基、アルキルオキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基又はアラルキル基を表す。
    Lc1は、芳香環の2つの炭素原子とともに、ラクトン構造を形成する原子団を表す
    Ra及びRbは、各々独立して、水素原子、アルキル基、水酸基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、アシル基、アシロキシ基、シクロアルキル基、アリール基、カルボキシル基、アルキルオキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基又はアラルキル基を表す。
    mは、1〜4の整数を表す。
    nは、0〜4の整数を表す。
  2. 一般式(B1)に於いて、Lc1が形成するラクトン構造が、下記一般式(X1)で表されるラクトン構造であり、該ラクトン構造と、一般式(B1)の芳香環とが、隣接した2つの炭素原子を共有していることを特徴とする請求項1に記載のポジ型レジスト組成物。
    Figure 0004696009

    一般式(X1)に於いて、
    qは、0〜20の整数を表す。
  3. (A)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物、並びに、
    (B’)少なくとも下記一般式(B2)で表される繰り返し単位、及び、下記一般式(B3)又は(B4)で表される繰り返し単位を有する、酸の作用によりアルカリ現像液への溶解性が増大する樹脂
    を含有することを特徴とするポジ型レジスト組成物。
    Figure 0004696009

    一般式(B2)に於いて、
    Zは、アルキル基、水酸基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、アシル基、アシロキシ基、シクロアルキル基、アリール基、カルボキシル基、アルキルオキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基又はアラルキル基を表す。
    Lc2は、ラクトン構造を有する基を表す。
    Ra及びRbは、各々独立して、水素原子、アルキル基、水酸基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、アシル基、アシロキシ基、シクロアルキル基、アリール基、カルボキシル基、アルキルオキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基又はアラルキル基を表す。
    mは、1〜4の整数を表す。
    nは、0〜4の整数を表す。
    Figure 0004696009

    Figure 0004696009

    一般式(B3)及び(B4)に於いて、
    Ra及びRbは、各々独立して、水素原子、アルキル基、水酸基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、アシル基、アシロキシ基、シクロアルキル基、アリール基、カルボキシル基、アルキルオキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基又はアラルキル基を表す。
    Rcは、酸の作用により脱離する基を表す。
    Rdは、水素原子、アルキル基、ハロゲン原子又はシアノ基を表す。
  4. 一般式(B2)に於いて、Lc2が、下記一般式(X2)で表されることを特徴とする請求項に記載のポジ型レジスト組成物。
    Figure 0004696009

    一般式(X2)に於いて、
    L1は、単結合又は2価の連結基を表す。
    L2は、単結合又はアルキレン、−O−、−OCO−、−COO−、−NHCO−、−CONH−、−S−、−SO2−及び−SO3−から選ばれる基を表す。
    Yは、ラクトン構造の2つの炭素原子とともに、有橋脂環構造を形成する原子団を表す。naが0の場合に、L2は、ラクトン構造のいずれの炭素原子に連結してもよい。
    naは、0又は1を表す。
    pは、0〜20の整数を表す。
  5. (A)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物が、活性光線又は放射線の照射により有機スルホン酸を発生する化合物であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のポジ型レジスト組成物。
  6. (A)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物が、活性光線又は放射線の照射によりベンゼンスルホン酸を発生する化合物であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のポジ型レジスト組成物。
  7. (A)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物が、下記一般式(AI)で表されるカチオンを有するスルホニウム塩(AI)であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載のポジ型レジスト組成物。
    Figure 0004696009

    一般式(AI)に於いて、
    1a〜R13aは、各々独立に、水素原子又は置換基を表し、互いに結合して環を形成してもよい。
    Zは、単結合又は2価の連結基を表す。
  8. (A)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物が、下記一般式(AII)で表される化合物(AII)であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のポジ型レジスト組成物。
    Figure 0004696009

    一般式(AII)に於いて、
    1b、R2b及びR3bは、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を表す。但し、化合物(R1b−H)、(R2b−H)及び(R3b−H)の沸点は、全て160℃以上(1気圧)である。
    -は、非求核性アニオンを表す。
  9. 請求項1〜8のいずれかに記載のポジ型レジスト組成物により形成したレジスト膜。
  10. 請求項9に記載のレジスト膜露光し、現像する工程を含むことを特徴とするパターン形成方法。
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