JP4962446B2 - ポジ型感放射線性樹脂組成物 - Google Patents
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このような短波長の放射線としては、例えば、水銀灯の輝線スペクトル(波長254nm)、KrFエキシマレーザー(波長248nm)あるいはArFエキシマレーザー(波長193nm)等に代表される遠紫外線、シンクロトロン放射線等のX線、電子線等の荷電粒子線を挙げることができるが、これらのうち特にエキシマレーザーを使用するリソグラフィーが、その高出力、高効率特性等の理由から、特に注目されている。そこで、リソグラフィーに用いられるレジストに関しても、エキシマレーザーにより0.5μm以下の微細パターンを高感度かつ高解像度で再現性よく形成できることが必要とされている。
そして、エキシマレーザー等の遠紫外線に適したレジストとして、放射線の照射(以下、「露光」という。)により酸を生成する感放射線性酸発生剤を使用し、その酸の触媒作用によりレジストの感度を向上させた「化学増幅型レジスト」が提案されている。
このような化学増幅型レジストとしては、例えば、特許文献1に、t−ブチル基あるいはt−ブトキシカルボニル基で保護された樹脂と感放射線性酸発生剤との組合せが、また特許文献2には、シリル基で保護された樹脂と感放射線性酸発生剤との組合せが、それぞれ開示されている。またその他にも、アセタール基を有する樹脂と感放射線性酸発生剤とを含有するレジスト(特許文献3)等、化学増幅型レジストに関しては多くの報告がなされている。
このような事情から、感度および解像度に優れるのみならず、光近接効果が小さく、孤立ラインパターンにおいても微細パターンを高精度にかつ安定して形成することができ、かつ孤立ラインパターンに対して十分なフォーカス余裕度を確保しうるレジストが求められるようになってきている。
(A)少なくとも1個の水素原子が窒素原子に結合したアミノ基を一つ以上有する化合物の前記窒素原子に結合した水素原子の1個以上がt−ブトキシカルボニル基で置換された低分子化合物であって、前記少なくとも1個の水素原子が窒素原子に結合したアミノ基を一つ以上有する化合物が、下記式(1)
(B)ビス(トリフルオロメタンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(シクロヘキサンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(ベンゼンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(p−トルエンスルホニル)ジアゾメタン、メタンスルホニル−p−トルエンスルホニルジアゾメタン、シクロヘキサンスルホニル−1,1−ジメチルエタンスルホニルジアゾメタン、ビス(1,1−ジメチルエタンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(3,3−ジメチル−1,5−ジオキサスピロ[5.5]ドデカン−8−スルホニル)ジアゾメタン、ビス(1,4−ジオキサスピロ[4.5]デカン−7−スルホニル)ジアゾメタン、N−(トリフルオロメタンスルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(トリフルオロメタンスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(10−カンファースルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(10−カンファースルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミドおよびN−〔(5−メチル−5−カルボキシメタンビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2−イル)スルホニルオキシ〕スクシンイミドの群から選ばれる少なくとも1種からなる感放射線性酸発生剤、
並びに
(C)酸解離性基で保護されたアルカリ不溶性またはアルカリ難溶性の樹脂で、該酸解離性基が解離したときにアルカリ可溶性となる樹脂であって、該酸解離性基が置換メチル基、1−置換エチル基、1−置換−n−プロピル基、1−分岐アルキル基、シリル基、ゲルミル基、アルコキシカルボニル基および環式酸解離性基の群から選ばれる樹脂
を含有することを特徴とするポジ型感放射線性樹脂組成物、
からなる。
(A)成分
本発明における(A)成分は、前記式(1)で表される化合物(以下、「含窒素化合物(I)」という。)、1−アダマンチルアミン類、同一分子内に窒素原子を2個有する化合物(但し、フェニレンジアミン類およびその誘導体を含まない。)(以下、「含窒素化合物(II)」という。)、アミド基含有化合物、ベンズイミダゾール、2−メチルベンズイミダゾールおよび2−フェニルベンズイミダゾールの群から選ばれる少なくとも1個の水素原子が窒素原子に結合したアミノ基を一つ以上有する低分子化合物(以下、「アミノ化合物(a)」という。)の前記窒素原子に結合した水素原子の1個以上がt−ブトキシカルボニル基で置換された化合物(以下、「化合物(A)」という。)からなる。
アミノ化合物(a)における「アミノ基」とは、カルボニル基に結合したアミノ基を含む。また、化合物(A)において、アミノ化合物(a)が、少なくとも1個の水素原子が窒素原子に結合したアミノ基を二つ以上有し、かつt−ブトキシカルボニル基を二つ以上有する場合、各t−ブトキシカルボニル基は同一または異なる窒素原子に結合することができる。
化学増幅型レジストとして使用される感放射線性樹脂組成物においては、感放射線性酸発生剤から生成した酸のレジスト被膜中における拡散現象を制御し、非露光領域での好ましくない化学反応を抑制する作用を有する酸拡散制御剤を配合することにより、樹脂組成物の貯蔵安定性が向上し、またレジストとして解像度が向上するとともに、露光から現像処理までの引き置き時間(PED)の変動によるレジストパターンの線幅変化を抑えることができ、プロセス安定性も改善されることが知られている。
本発明者らは、感放射線性酸発生剤を含有する感放射線性樹脂組成物における酸拡散制御剤について鋭意検討した結果、塩基性アミノ基を酸解離性のt−ブトキシカルボニル基で保護した低分子化合物を使用することにより、レジストとしての諸性能が著しく改善されることを見い出し、本発明を成すに至った。
また、前記1−アダマンチルアミン類としては、例えば、1−アダマンチルアミン、N−メチル−1−アダマンチルアミン等を挙げることができる。
含窒素化合物(II)としては、例えば、エチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、1,7−ジアミノヘプタン、1,8−ジアミノオクタン、1,9−ジアミノノナン、1,10−ジアミノデカン、1,12−ジアミノドデカン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ジアミノベンゾフェノン、2,2−ビス(4−アミノフェニル)プロパン、2−(3−アミノフェニル)−2−(4−アミノフェニル)プロパン、1,4−ビス[1−(4−アミノフェニル)−1−メチルエチル]ベンゼン、1,3−ビス[1−(4−アミノフェニル)−1−メチルエチル]ベンゼン等を挙げることができる。
また、アミノ化合物(a)は、その共役酸のpKa(測定温度25℃。以下同様。)が0以上であることが好ましい。この場合、アミノ化合物(a)に替えて、例えばイミド化合物などのように共役酸のpKaが0未満である化合物を用いると、得られるレジストの解像度やパターン形状が損なわれる場合がある。
化合物(A)の分子量は、通常、100〜3,000、好ましくは200〜2,000、特に好ましくは250〜1,000である。
本発明において、化合物(A)は、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
本発明における(B)成分は、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(シクロヘキサンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(ベンゼンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(p−トルエンスルホニル)ジアゾメタン、メタンスルホニル−p−トルエンスルホニルジアゾメタン、シクロヘキサンスルホニル−1,1−ジメチルエタンスルホニルジアゾメタン、ビス(1,1−ジメチルエタンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(3,3−ジメチル−1,5−ジオキサスピロ[5.5]ドデカン−8−スルホニル)ジアゾメタン、ビス(1,4−ジオキサスピロ[4.5]デカン−7−スルホニル)ジアゾメタン、N−(トリフルオロメタンスルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(トリフルオロメタンスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(10−カンファースルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(10−カンファースルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミドおよびN−〔(5−メチル−5−カルボキシメタンビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2−イル)スルホニルオキシ〕スクシンイミドの群から選ばれる少なくとも1種からなり、露光により酸を発生する感放射線性酸発生剤(以下、「酸発生剤(B)」という。)である。
酸発生剤(B)以外の感放射線性酸発生剤(以下、「他の酸発生剤」という。)としては、オニウム塩化合物、スルホン化合物、スルホン酸エステル化合物、スルホンイミド化合物、ジスルホニルメタン化合物等を挙げることができる。
以下に、これらの他の酸発生剤の例を示す。
オニウム塩化合物としては、例えば、ヨードニウム塩、スルホニウム塩(但し、テトラヒドロチオフェニウム塩を含む。)、ホスホニウム塩、ジアゾニウム塩、アンモニウム塩、ピリジニウム塩等を挙げることができる。
オニウム塩化合物の具体例としては、
ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムピレンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムn−ドデシルベンゼンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムベンゼンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムn−オクタンスルホネート、
ジフェニルヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、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n−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p−トルエンスルホネート、ジフェニルヨードニウムベンゼンスルホネート、ジフェニルヨードニウム10−カンファースルホネート、ジフェニルヨードニウムn−オクタンスルホネート、ジフェニルヨードニウム2−トリフルオロメチルベンゼンスルホネート、ジフェニルヨードニウム4−トリフルオロメチルベンゼンスルホネート、ジフェニルヨードニウム2,4−ジフルオロベンゼンスルホネート、
等を挙げることができる。
スルホン化合物としては、例えば、β−ケトスルホン、β−スルホニルスルホンや、これらのα−ジアゾ化合物等を挙げることができる。
スルホン化合物の具体例としては、フェナシルフェニルスルホン、メシチルフェナシルスルホン、ビス(フェニルスルホニル)メタン、4−トリスフェナシルスルホン等を挙げることができる。
スルホン酸エステル化合物:
スルホン酸エステル化合物としては、例えば、アルキルスルホン酸エステル、ハロアルキルスルホン酸エステル、アリールスルホン酸エステル、イミノスルホネート等を挙げることができる。
スルホン酸エステル化合物の具体例としては、ベンゾイントシレート、ピロガロールトリス(トリフルオロメタンスルホネート)、ピロガロールトリス(ノナフルオロ−n−ブタンスルホネート)、ピロガロールトリス(メタンスルホネート)、ニトロベンジル−9,10−ジエトキシアントラセン−2−スルホネート、α−メチロールベンゾイントシレート、α−メチロールベンゾインn−オクタンスルホネート、α−メチロールベンゾイントリフルオロメタンスルホネート、α−メチロールベンゾインn−ドデカンスルホネート等を挙げることができる。
スルホンイミド化合物の具体例としては、
N−(トリフルオロメタンスルホニルオキシ)フタルイミド、N−(トリフルオロメタンスルホニルオキシ)ジフェニルマレイミド、N−(トリフルオロメタンスルホニルオキシ)−7−オキサビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(トリフルオロメタンスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−5,6−オキシ−2,3−ジカルボキシイミド、N−(トリフルオロメタンスルホニルオキシ)ナフチルイミド、
N−(10−カンファースルホニルオキシ)フタルイミド、N−(10−カンファースルホニルオキシ)ジフェニルマレイミド、N−(10−カンファースルホニルオキシ)−7−オキサビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(10−カンファースルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−5,6−オキシ−2,3−ジカルボキシイミド、N−(10−カンファースルホニルオキシ)ナフチルイミド、
N−(2−トリフルオロメチルベンゼンスルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(2−トリフルオロメチルベンゼンスルホニルオキシ)フタルイミド、N−(2−トリフルオロメチルベンゼンスルホニルオキシ)ジフェニルマレイミド、N−(2−トリフルオロメチルベンゼンスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(2−トリフルオロメチルベンゼンスルホニルオキシ)−7−オキサビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(2ートリフルオロメチルベンゼンスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−5,6−オキシ−2,3−ジカルボキシイミド、N−(2−トリフルオロメチルベンゼンスルホニルオキシ)ナフチルイミド、
N−(ノナフルオロ−n−ブタンスルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(ノナフルオロ−n−ブタンスルホニルオキシ)フタルイミド、N−(ノナフルオロ−n−ブタンスルホニルオキシ)ジフェニルマレイミド、N−(ノナフルオロ−n−ブタンスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(ノナフルオロ−n−ブタンスルホニルオキシ)−7−オキサビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(ノナフルオロ−n−ブタンスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−5,6−オキシ−2,3−ジカルボキシイミド、N−(ノナフルオロ−n−ブタンスルホニルオキシ)ナフチルイミド、
N−(パーフルオロ−n−オクタンスルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(パーフルオロ−n−オクタンスルホニルオキシ)フタルイミド、N−(パーフルオロ−n−オクタンスルホニルオキシ)ジフェニルマレイミド、N−(パーフルオロ−n−オクタンスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(パーフルオロ−n−オクタンスルホニルオキシ)−7−オキサビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(パーフルオロ−n−オクタンスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−5,6−オキシ−2,3−ジカルボキシイミド、N−(パーフルオロ−n−オクタンスルホニルオキシ)ナフチルイミド等を挙げることができる。
ジアゾメタン化合物としては、例えば、下記式(3)
で表される化合物を挙げることができる。
で表される基を形成している。〕
で表される化合物を挙げることができる。
本発明において使用される酸解離性基で保護されたアルカリ不溶性またはアルカリ難溶性の樹脂で、該酸解離性基が解離したときにアルカリ可溶性となる樹脂(以下、「酸解離性基含有樹脂」という。)は、フェノール性水酸基、カルボキシル基等の1種以上の酸性官能基を含有する樹脂、例えば後述する式(7)〜(10)で表される繰返し単位を有するアルカリ可溶性樹脂中の酸性官能基の水素原子を、置換メチル基、1−置換エチル基、1−置換−n−プロピル基、1−分岐アルキル基、シリル基、ゲルミル基、アルコキシカルボニル基および環式酸解離性基の群から選ばれる酸の存在下で解離することができる1種以上の酸解離性基で置換した樹脂である。
ここで言う「アルカリ不溶性またはアルカリ難溶性」とは、酸解離性基含有樹脂を含有する感放射線性樹脂組成物を用いて形成されるレジスト被膜からレジストパターンを形成する際に採用されるアルカリ現像条件下で、当該レジスト被膜の代わりに酸解離性基含有樹脂のみを用いた被膜を現像した場合に、当該被膜の初期膜厚の50%以上が現像後に残存する性質を意味する。
前記置換メチル基としては、例えば、メトキシメチル基、メチルチオメチル基、エトキシメチル基、エチルチオメチル基、メトキシエトキシメチル基、ベンジルオキシメチル基、ベンジルチオメチル基、フェナシル基、4−ブロモフェナシル基、4−メトキシフェナシル基、4−メチルチオフェナシル基、α−メチルフェナシル基、シクロプロピルメチル基、ベンジル基、ジフェニルメチル基、トリフェニルメチル基、4−ブロモベンジル基、4−ニトロベンジル基、4−メトキシベンジル基、4−メチルチオベンジル基、4−エトキシベンジル基、4−エチルチオベンジル基、ピペロニル基、メトキシカルボニルメチル基、エトキシカルボニルメチル基、n−プロポキシカルボニルメチル基、i−プロポキシカルボニルメチル基、n−ブトキシカルボニルメチル基、t−ブトキシカルボニルメチル基等を挙げることができる。
また、前記1−置換−n−プロピル基としては、例えば、1−メトキシ−n−プロピル基、1−エトキシ−n−プロピル基等を挙げることができる。
また、前記1−分岐アルキル基としては、例えば、i−プロピル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、1,1−ジメチルプロピル基、1−メチルブチル基、1,1−ジメチルブチル基等を挙げることができる。
また、前記ゲルミル基としては、例えば、トリメチルゲルミル基、エチルジメチルゲルミル基、メチルジエチルゲルミル基、トリエチルゲルミル基、i−プロピルジメチルゲルミル基、メチルジ−i−プロピルゲルミル基、トリ−i−プロピルゲルミル基、t−ブチルジメチルゲルミル基、メチルジ−t−ブチルゲルミル基、トリ−t−ブチルゲルミル基、フェニルジメチルゲルミル基、メチルジフェニルゲルミル基、トリフェニルゲルミル基等を挙げることができる。
さらに、前記環式酸解離性基としては、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、シクロヘキセニル基、4−メトキシシクロヘキシル基、テトラヒドロピラニル基、テトラヒドロフラニル基、テトラヒドロチオピラニル基、テトラヒドロチオフラニル基、3−ブロモテトラヒドロピラニル基、4−メトキシテトラヒドロピラニル基、4−メトキシテトラヒドロチオピラニル基、3−テトラヒドロチオフェン−1,1−ジオキシド基等を挙げることができる。
酸解離性基含有樹脂中における酸解離性基の導入率(酸解離性基含有樹脂中の酸性官能基と酸解離性基との合計数に対する酸解離性基の数の割合)は、酸解離性基や該基が導入されるアルカリ可溶性樹脂の種類により一概には規定できないが、好ましくは5〜100%、さらに好ましくは10〜100%である。
前記酸解離性基を有する重合性不飽和単量体としては、例えば、後述する式(7)〜(9)で表される繰返し単位に対応する単量体中のフェノール性水酸基あるいはカルボキシル基の水素原子を該酸解離性基で置換した化合物を挙げることができ、また前記他の重合性不飽和単量体としては、例えば、後述するアルカリ可溶性樹脂について例示した他の重合性不飽和単量体と同様の化合物を挙げることができる。さらに、前記酸解離性基を有する1種以上の重縮合成分としては、例えば、後述する式(10)で表される繰返し単位に対応する重縮合成分中のフェノール性水酸基の水素原子を該酸解離性基で置換した化合物を挙げることができる。
酸解離性基含有樹脂を製造する際の酸解離性基を有する重合性不飽和単量体のの(共)重合は、単量体や反応媒質の種類等に応じて、ラジカル重合開始剤、アニオン重合触媒、配位アニオン重合触媒、カチオン重合触媒等の重合開始剤あるいは重合触媒を適宜に選定し、塊状重合、溶液重合、沈澱重合、乳化重合、懸濁重合、塊状−懸濁重合等の適宜の重合方法により実施することができ、また酸解離性基を有する重縮合成分の(共)縮合は、酸性触媒の存在下、水媒質中または水と親水性溶媒との混合媒質中で(共)重縮合することによって製造することができる。
前記アセタール性架橋基による分岐構造の例としては、下記式(6)で表される酸解離性の分岐構造を挙げることができる。
分岐構造をもたない酸解離性基含有樹脂の場合、Mwは、好ましくは1,000〜150,000、さらに好ましくは3,000〜100,000である。
また、分岐構造を有する酸解離性基含有樹脂の場合、Mwは、好ましくは5,000〜500,000、さらに好ましくは8,000〜300,000である。
本発明において、酸解離性基含有樹脂は、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
このような他の繰返し単位としては、例えば、スチレン、α−メチルスチレン、無水マレイン酸、(メタ)アクリロニトリル、クロトンニトリル、マレインニトリル、フマロニトリル、メサコンニトリル、シトラコンニトリル、イタコンニトリル、(メタ)アクリルアミド、クロトンアミド、マレインアミド、フマルアミド、メサコンアミド、シトラコンアミド、イタコンアミド、ビニルアニリン、ビニルピリジン、ビニル−ε−カプロラクタム、ビニルピロリドン、ビニルイミダゾール等の重合性不飽和結合が開裂した単位を挙げることができる。
前記付加重合系樹脂は、例えば式(7)〜(9)で表される繰返し単位に対応する単量体を、場合により前記他の繰返し単位を形成する単量体と共に、(共)重合することにより製造することができる。
これらの(共)重合は、単量体や反応媒質の種類等に応じて、ラジカル重合開始剤、アニオン重合触媒、配位アニオン重合触媒、カチオン重合触媒等の重合開始剤あるいは重合触媒を適宜に選定し、塊状重合、溶液重合、沈澱重合、乳化重合、懸濁重合、塊状−懸濁重合等の適宜の重合方法により実施することができる。
前記フェノール類としては、例えば、o−クレゾール、m−クレゾール、p−クレゾール、2,3−キシレノール、2,4−キシレノール、2,5−キシレノール、3,4−キシレノール、3,5−キシレノール、2,3,5−トリメチルフェノール、3,4,5−トリメチルフェノール等を挙げることができ、また前記アルデヒド類としては、例えば、ホルムアルデヒド、トリオキサン、パラホルムアルデヒド、ベンズアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピルアルデヒド、フェニルアセトアルデヒド等を挙げることができる。
アルカリ可溶性樹脂は、式(7)、式(10)等で表されるような炭素−炭素不飽和結合を含有する繰返し単位を有する場合、水素添加物として用いることもできる。この場合の水素添加率は、式(7)、式(10)等で表される繰返し単位中に含まれる炭素−炭素不飽和結合の、通常、70%以下、好ましくは50%以下、さらに好ましくは40%以下である。この場合、水素添加率が70%を超えると、アルカリ可溶性樹脂のアルカリ現像液による現像性が低下するおそれがある。
化合物(A)の配合量は、酸解離性基含有樹脂100重量部当たり、好ましくは0.001〜15重量部、さらに好ましくは0.005〜10重量部、特に好ましくは0.01〜3重量部である。この場合、化合物(A)の配合量が0.001重量部未満では、解像度の低下やパターン形状の劣化を来しやすくなる傾向があり、一方15重量部を超えると、感度や露光部の現像性が低下する傾向がある。
また、酸発生剤(B)の配合量は、酸解離性基含有樹脂100重量部当たり、好ましくは0.01〜70重量部、さらに好ましくは0.1〜50重量部、特に好ましくは0.5〜20重量部である。この場合、酸発生剤(B)の配合量が0.01重量部未満では、感度や解像度が低下する傾向があり、一方70重量部を超えると、レジストの塗布性やパターン形状の劣化を来しやすくなる傾向がある。
好ましくは、
〔1−1〕化合物(A)0.001〜15重量部、酸発生剤(B)0.01〜70重量部および酸解離性基含有樹脂100重量部であり、
さらに好ましくは、
〔1−2〕化合物(A)0.005〜10重量部、酸発生剤(B)0.1〜50重量部および酸解離性基含有樹脂100重量部であり、
特に好ましくは、
〔1−3〕化合物(A)0.01〜3重量部、酸発生剤(B)0.5〜20重量部および酸解離性基含有樹脂100重量部である。
本発明のポジ型感放射線性樹脂組成物には、必要に応じて、化合物(A)以外の酸拡散制御剤(以下、「他の酸拡散制御剤」という。)、界面活性剤、増感剤等の各種の添加剤を配合することができる。また、本発明のポジ型感放射線性樹脂組成物に対しては、さらにアルカリ可溶性樹脂および/またはアルカリ溶解性制御剤を配合することもできる。
前記1−アダマンチルアミン類としては、例えば、1−アダマンチルアミン、N−メチル−1−アダマンチルアミン等を挙げることができる。
含窒素化合物(III') としては、例えば、4,4’−ジアミノジフェニルアミン、ポリアリルアミン、ポリメタリルアミン、ポリエチレンイミン、N−(2−アミノエチル)アクリルアミドの重合体、N−(2−ジメチルアミノエチル)アクリルアミドの重合体等を挙げることができる。
前記ウレア化合物としては、例えば、尿素、メチルウレア、1,1−ジメチルウレア、1,3−ジメチルウレア、1,3−ジフェニルウレア、トリ−n−ブチルチオウレア、1,1,3,3−テトラメチルウレア等を挙げることができる。
前記含窒素複素環化合物としては、例えば、イミダゾール、ベンズイミダゾール、2−メチルイミダゾール、4−メチルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール、4−フェニルイミダゾール、2−フェニル−4−メチルイミダゾール、2−メチル−4−フェニルイミダゾール、2−メチルベンズイミダゾール、2−フェニルベンズイミダゾール等のイミダゾール類;ピリジン、2−メチルピリジン、4−メチルピリジン、2−エチルピリジン、4−エチルピリジン、2−フェニルピリジン、4−フェニルピリジン、2−メチル−4−フェニルピリジン、ニコチン、ニコチン酸、ニコチン酸アミド、キノリン、8−オキシキノリン、アクリジン等のピリジン類や、インドール、ピロール、ピラゾール、アデニン、グアニン、プリン、ピロリジン、ピペリジン、モルホリン、ピペラジン、ピラジン、ピリダジン、キノザリン、4−メチルモルホリン、1,4−ジメチルピペラジン、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン等を挙げることができる。
前記他の酸拡散制御剤は、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
他の酸拡散制御剤の配合量は、化合物(A)と他の酸拡散制御剤との合計に対して、通常、90重量%以下、好ましくは70重量%以下、特に好ましくは50重量%以下である。この場合、他の酸拡散制御剤の配合量が90重量%を超えると、本発明における所期の効果が損なわれるおそれがある。
ノニオン系界面活性剤の例としては、ポリオキシエチレン高級アルキルエーテル類、ポリオキシエチレン高級アルキルフェニルエーテル類、ポリエチレングリコールの高級脂肪酸ジエステル類等のほか、以下商品名で、KP(信越化学工業製)、ポリフロー(共栄社油脂化学工業製)、エフトップ(トーケムプロダクツ製)、メガファック(大日本インキ化学工業製)、フロラード(住友スリーエム製)、アサヒガード、サーフロン(旭硝子製)等の各シリーズを挙げることができる。
前記界面活性剤は、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
界面活性剤の配合量は、感放射線性樹脂組成物中の全樹脂成分100重量部当たり、界面活性剤の有効成分として、通常、2重量部以下である。
好ましい増感剤は、アセトフェノン類、ベンゾフェノン類、ナフタレン類、ビアセチル、エオシン、ローズベンガル、ピレン類、アントラセン類、フェノチアジン類等である。 前記増感剤は、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
増感剤の配合量は、感放射線性樹脂組成物中の全樹脂成分100重量部当たり、通常50重量部以下、好ましくは30重量部以下である。
また、染料および/または顔料を配合することにより、露光部の潜像を可視化させて、露光時のハレーションの影響を緩和でき、接着助剤を配合することにより、基板との接着性を改善することができる。
さらに、他の添加剤としては、ハレーション防止剤、保存安定剤、消泡剤、形状改良剤等、具体的には4−ヒドロキシ−4’−メチルカルコン等を挙げることができる。
本発明のポジ型感放射線性樹脂組成物は、その使用に際して、固形分濃度が例えば2〜50重量%となるように溶剤に溶解したのち、例えば孔径0.2μm程度のフィルターでろ過することによって、組成物溶液として調製される。
前記溶剤としては、例えば、エーテル類、エステル類、エーテルエステル類、ケトンエステル類、ケトン類、アミド類、アミドエステル類、ラクタム類、ラクトン類、(ハロゲン化)炭化水素類等を挙げることができ、より具体的には、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アルキルエーテル類、プロピレングリコールモノアルキルエーテル類、プロピレングリコールジアルキルエーテル類、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アルキルエーテルアセテート類、酢酸エステル類、ヒドロキシ酢酸エステル類、アルコキシ酢酸エステル類、アセト酢酸エステル類、プロピオン酸エステル類、乳酸エステル類、アルコキシプロピオン酸エステル類、酪酸エステル類、ピルビン酸エステル類、(非)環式ケトン類、N,N−ジアルキルホルムアミド類、N,N−ジアルキルアセトアミド類、N−アルキルピロリドン類、γ−ラクトン類、(ハロゲン化)脂肪族炭化水素類、(ハロゲン化)芳香族炭化水素類等を挙げることができる。
これらの溶剤のうち、プロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類、乳酸エステル類、3−アルコキシプロピオン酸エステル類、(非)環式ケトン類等が好ましい。
前記溶剤は、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
本発明のポジ型感放射線性樹脂組成物を用いてレジストパターンを形成する際には、前述のようにして調製された組成物溶液を、回転塗布、流延塗布、ロール塗布等の手段によって、例えば、シリコンウエハー、アルミニウムで被覆されたウエハー等の基板上に塗布することにより、レジスト被膜を形成したのち、加熱処理(以下、「PB」という。)を行い、次いで所定のマスクパターンを介して該レジスト被膜に露光する。その際に使用することができる放射線としては、水銀灯の輝線スペクトル(波長254nm)、KrFエキシマレーザー(波長248nm)あるいはArFエキシマレーザー(波長193nm)等の遠紫外線が好ましいが、酸発生剤(B)の種類に応じて、シンクロトロン放射線等のX線、電子線等の荷電粒子線等を使用することもできる。また、放射線量等の露光条件は、感放射線性樹脂組成物の配合組成、添加剤の種類等に応じて、適宜選定される。
露光後、レジストのみかけの感度を向上させるために、加熱処理(以下、「PEB」という。)を行うことが好ましい。その加熱条件は、感放射線性樹脂組成物の配合組成、添加剤の種類等により変わるが、通常、30〜200℃、好ましくは50〜150℃である。
その後、アルカリ現像液で現像することにより、所定のレジストパターンを形成させる。
前記アルカリ現像液としては、例えば、アルカリ金属水酸化物、アンモニア水、アルキルアミン類、アルカノールアミン類、複素環式アミン類、テトラアルキルアンモニウムヒドロキシド類、コリン、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]−7−ウンデセン、1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]−5−ノネン等のアルカリ性化合物の1種以上を、通常、1〜10重量%、好ましくは2〜5重量%の濃度となるように溶解したアルカリ性水溶液が使用される。特に好ましいアルカリ現像液は、テトラアルキルアンモニウムヒドロキシド類の水溶液である。 また、前記アルカリ性水溶液からなる現像液には、例えば、メタノール、エタノール等の水溶性有機溶剤や界面活性剤等を適量添加することもできる。
なお、このようにアルカリ性水溶液からなる現像液を使用する場合には、一般に、現像後、水洗する。
したがって、本発明のポジ形感放射線性樹脂組成物は、特に、今後ますます微細化が進行すると予想される半導体デバイス製造用のレジストとして極めて有用である。
ここで、各レジストの評価は、下記の要領で実施した。
感度
設計寸法0.20μmのライン・アンド・スペースパターン(1L1S)を1対1の線幅に形成する露光量を最適露光量とし、この最適露光量で評価した。
解像度(1L1S)
設計寸法0.20μmのライン・アンド・スペースパターン(1L1S)について、最適露光量で露光したときに解像される最小寸法(μm)を、解像度(1L1S)とした。解像度(1L5S)
ラインパターンの設計寸法が0.20μmの孤立ラインパターン(1L5S)について、前記ライン・アンド・スペースパターン(1L1S)の場合の最適露光量で露光したときに解像されるラインパターンの線幅が(設計寸法±10%)の範囲に入る最小寸法(μm)を、解像度(1L5S)とした。この解像度(1L5S)の解像度(1L1S)との差は、パターンの疎密による寸法差の大きさ、即ち光近接効果の影響の程度を表している。
DOF(1L5S)
ラインパターンの設計寸法が0.20μmの孤立ラインパターン(1L5S)について、該孤立ラインパターン(1L5S)を1対5の線幅に形成する露光量を最適露光量とし、この最適露光量において焦点深度を振り、ラインパターンの線幅が(設計寸法±10%)の範囲に入る焦点深度の広さ(μm)を、孤立ラインパターン(1L5S)のフォーカス余裕度(DOF(1L5S))とした。DOFが広いほどプロセスマージンが高くなり、デバイス製造時の歩留まりが高くなるため好ましい。
保存安定性
調製後23℃で6ヵ月保管した組成物溶液を用いたときのレジストの評価結果を、調製直後の組成物溶液を用いたときのレジストの評価結果と比較して、解像度およびパターン形状に変化が認められず、かつ設計寸法0.20μmのライン・アンド・スペースパターン(1L1S)の最適露光量の変化率が±2%未満の場合を“○”、解像度およびパターン形状に変化が認められず、かつ設計寸法0.20μmのライン・アンド・スペースパターン(1L1S)の最適露光量の変化率が±(2〜5%)の場合を“△”、解像度あるいはパターン形状のいずれか一つ以上が変化しているか、前記設計寸法0.20μmのライン・アンド・スペースパターン(1L1S)の最適露光量の変化率が±5%を超える場合を“×”として評価した。
酸拡散制御剤
化合物(A)
A―1:N−t−ブトキシカルボニル−1−アダマンチルアミン
A―2:N−t−ブトキシカルボニルジ−n−オクチルアミン
A―3:N−t−ブトキシカルボニルジシクロヘキシルアミン
A―4:N−t−ブトキシカルボニル−2−フェニルベンズイミダゾール
α−1:メチルジシクロヘキシルアミン
α−2:2−フェニルベンズイミダゾール
酸発生剤(B)
B−1:N−(トリフルオロメタンスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト −5−エン−2,3−ジカルボキシイミド
B−2:N−{(5−メチル−5−カルボキシメタンビシクロ[2,2,1]ヘプタ− 2−イル)スルホニルオキシ}スクシンイミド
B−3:N−(10−カンファースルホニルオキシ)スクシンイミド
B−4:ビス(シクロヘキサンスルホニル)ジアゾメタン
B−5:ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウム10−カンファースルホネート B−6:ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムノナフルオロ−n−ブタンスル ホネート
C−1:ポリ(p−ヒドロキシスチレン)中のフェノール性水酸基の水素原子の26モ ル%がt−ブトキシカルボニル基で置換された樹脂(Mw=9,000)
C−2:t−ブトキシスチレン/p−ヒドロキシスチレン/スチレン共重合体(共重合 モル比=25:60:5、Mw=15,000)
C−3:ポリ(p−ヒドロキシスチレン)中のフェノール性水酸基の水素原子の10モ ル%がt−ブチル基で置換され20モル%が1―エトキシエチル基で置換され た樹脂(Mw=12,000)
C−4:t−ブトキシスチレン/p−ヒドロキシスチレン/2,5−ジメチル−2,5 −ヘキサンジオールジアクリレート共重合体(共重合モル比=25:72:3 、Mw=30,000)
C−5:t−ブチルアクリレート/p−ヒドロキシスチレン/スチレン共重合体(共重 合モル比=20:60:20、Mw=13,000)
C−6:ポリ(p−ヒドロキシスチレン)中のフェノール性水酸基の水素原子の30モ ル%が1―シクロヘキシルオキシエチル基で置換された樹脂(Mw=12,0 00)
溶剤
S−1:乳酸エチル
S−2:3−エトキシプロピオン酸エチル
S−3:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
S−4:2−ヘプタノン
表1(但し、部は重量に基づく。)に示す各成分を混合して均一溶液としたのち、孔径0.2μmのメンブランフィルターでろ過して、組成物溶液を調製した。その後、各組成物溶液をシリコンウェハー上に回転塗布したのち、表2に示す条件でPBを行って、膜厚0.5μmのレジスト被膜を形成した。
次いで、(株)ニコン製KrFエキシマレーザー照射装置(商品名NSR−2205 EX12B、開口数0.55)を用いて、波長248nmのエキシマレーザーをマスクパターンを介し露光量を変えて露光したのち、表2に示す条件でPEBを行った。その後、2.38重量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液を用い、23℃で60秒間、パドル法により現像したのち、純水で30秒間洗浄し、乾燥して、レジストパターンを形成した。評価結果を、表3に示す。
Claims (3)
- (A)少なくとも1個の水素原子が窒素原子に結合したアミノ基を一つ以上有する化合物の前記窒素原子に結合した水素原子の1個以上がt−ブトキシカルボニル基で置換された低分子化合物であって、前記少なくとも1個の水素原子が窒素原子に結合したアミノ基を一つ以上有する化合物が、下記式(1)
(B)ビス(トリフルオロメタンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(シクロヘキサンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(ベンゼンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(p−トルエンスルホニル)ジアゾメタン、メタンスルホニル−p−トルエンスルホニルジアゾメタン、シクロヘキサンスルホニル−1,1−ジメチルエタンスルホニルジアゾメタン、ビス(1,1−ジメチルエタンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(3,3−ジメチル−1,5−ジオキサスピロ[5.5]ドデカン−8−スルホニル)ジアゾメタン、ビス(1,4−ジオキサスピロ[4.5]デカン−7−スルホニル)ジアゾメタン、N−(トリフルオロメタンスルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(トリフルオロメタンスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(10−カンファースルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(10−カンファースルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミドおよびN−〔(5−メチル−5−カルボキシメタンビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2−イル)スルホニルオキシ〕スクシンイミドの群から選ばれる少なくとも1種からなる感放射線性酸発生剤、
並びに
(C)酸解離性基で保護されたアルカリ不溶性またはアルカリ難溶性の樹脂で、該酸解離性基が解離したときにアルカリ可溶性となる樹脂であって、該酸解離性基が置換メチル基、1−置換エチル基、1−置換−n−プロピル基、1−分岐アルキル基、シリル基、ゲルミル基、アルコキシカルボニル基および環式酸解離性基の群から選ばれる樹脂
を含有することを特徴とするポジ型感放射線性樹脂組成物。 - (C)酸解離性基で保護されたアルカリ不溶性またはアルカリ難溶性の樹脂で、該酸解離性基が解離したときにアルカリ可溶性となる樹脂が、(C1)ポリ(p−ヒドロキシスチレン)中のフェノール性水酸基の水素原子の一部または全部を置換メチル基、1−置換エチル基、1−置換−n−プロピル基、1−分岐アルキル基、シリル基、ゲルミル基、アルコキシカルボニル基および環式酸解離性基の群から選ばれる酸解離性基で置換した樹脂、あるいは該樹脂に下記式(6)で表される酸解離性の分岐構造を導入した樹脂、並びに(C2)p−ヒドロキシスチレンおよび/またはp−ヒドロキシ−α−メチルスチレンと(メタ)アクリル酸との共重合体中のフェノール性水酸基の水素原子および/またはカルボキシル基の水素原子の一部または全部を置換メチル基、1−置換エチル基、1−置換−n−プロピル基、1−分岐アルキル基、シリル基、ゲルミル基、アルコキシカルボニル基および環式酸解離性基の群から選ばれる酸解離性基で置換した樹脂、あるいは該樹脂に下記式(6)で表される酸解離性の分岐構造を導入した樹脂の群から選ばれることを特徴とする、請求項1記載のポジ型感放射線性樹脂組成物。
- 前記少なくとも1個の水素原子が窒素原子に結合したアミノ基を一つ以上有する化合物がベンズイミダゾール、2−メチルベンズイミダゾールおよび2−フェニルベンズイミダゾールの群から選ばれることを特徴とする、請求項1または請求項2記載のポジ型感放射線性樹脂組成物。
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