JP5006055B2 - レジスト組成物および微細パターンが形成された基板の製造方法 - Google Patents
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Description
例えば、ArFエキシマレーザーリソグラフィーにおいて用いられる化学増幅型レジスト用重合体として、波長193nmの光に対して透明なアクリル系重合体が注目されている。該アクリル系重合体としては、例えば、エステル部にアダマンタン骨格を有する(メタ)アクリル酸エステルとエステル部にラクトン骨格を有する(メタ)アクリル酸エステルとの重合体が提案されている(特許文献1、2等)。
また、アルカリ現像液で現像処理してレジストパターンを形成する際、ディフェクトと呼ばれる現像欠陥が生じることがある。そして、該ディフェクトにより、レジストパターンに抜けが発生することにより、回路の断線、欠陥等が生じ、半導体素子の製造工程での歩留まりの低下を招くおそれがある。
さらに、レジスト膜の薄膜化により、ドライエッチング耐性が不足することも懸念される。
しかしながら、該重合体は、特にArFエキシマレーザー(波長:193nm)リソグラフィーの場合、露光波長における重合体の光線透過率が十分でない場合が多く、感度、解像度等へ悪影響を及ぼす可能性がある。
前記レジスト用重合体は、親水性基を有する構成単位(D)(ただし、前記構成単位(A11)、前記構成単位(B)および前記構成単位(C)を除く。)をさらに有することが好ましい。
前記構成単位(A11)の割合は、レジスト用重合体の構成単位(100モル%)中、2モル%以上20モル%以下であることが好ましい。
本発明の、微細パターンが形成された基板の製造方法は、本発明のレジスト組成物を被加工基板上に塗布し、レジスト膜を形成する工程と、該レジスト膜に250nm以下の波長の光を照射して潜像を形成する工程と、潜像が形成されたレジスト膜を現像液で現像処理する工程とを有することを特徴とする。
本発明のレジスト組成物は、DUVエキシマレーザーリソグラフィー等において、高感度、高解像度であり、焦点深度余裕が広く、光線透過率が高く、現像時のディフェクトが少なく、レジスト膜の薄膜化に耐え得るドライエッチング耐性を有するレジスト膜を形成できる。
本発明の、微細パターンが形成された基板の製造方法によれば、高精度の微細パターンを形成できる。
本発明のレジスト用重合体は、酸脱離性基を有するナフタレン骨格を有する構成単位(A1)を有する。
本発明のレジスト用重合体は、必要に応じて、酸性基を有するナフタレン骨格を有する構成単位(A2)、ラクトン骨格を有する構成単位(B)、酸脱離性基を有する構成単位(C)、親水性基を有する構成単位(D)等の他の構成単位を有してもよい。
親水性基は、−C(CF3)2−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少なくとも1種である。
構成単位(A1)は、下記式(1−1)で表される、酸脱離性基を有するナフタレン骨格を有する構成単位である。
R10は、水素原子またはメチル基を表す。
Gは、単結合、−C(=O)−O−、−O−、または−O−C(=O)−を表し、重合性の点から、−C(=O)−O−または−O−C(=O)−が好ましい。
R121、R122、R123は、下記(i)または(ii)を表す。
(i)それぞれ炭素数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の直鎖もしくは分岐のアルキル基を表し、R121、R122、R123のうち少なくとも1つは、該脂環式炭化水素基もしくはその誘導体である。
(ii)R121、R122、R123のうちいずれか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ともに、炭素数4〜20の2価の脂環式炭化水素基もしくはその誘導体を形成し、R121、R122、R123のうち結合に関与しなかった残りの1つが炭素数1〜4の直鎖もしくは分岐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である。
(i)R133が炭素数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の直鎖もしくは分岐のアルキル基を表し、R131、R132が、それぞれ水素原子または炭素数1〜4の直鎖もしくは分岐のアルキル基を表す。
(ii)R131またはR132と、R133との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ともに、炭素数4〜20の2価の脂環式炭化水素基もしくはその誘導体を形成し、R131、R132のうち結合に関与しなかった残りの1つが水素原子を表す。
X11は、炭素数1〜6のアルキル基、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す。炭素数1〜6のアルキル基は、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ル基、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1つの基を有していてもよい。
X11としては、ディフェクト低減、レジストパターン矩形性の改善の点から、ヒドロキシ基、置換基としてヒドロキシ基もしくはシアノ基を有する炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐のアルキル基が好ましい。
h11が2以上の場合、X11はそれぞれ異なる基であってもよい。
構成単位(A1)が、親水性基を有する場合、レジストパターン矩形性が良好となる傾向にある。
酸脱離性基を有する構成単位(本来であれば構成単位(C)に相当する。)または親水性基を有する構成単位(本来であれば構成単位(D)に相当する。)であっても、式(1−1)で表される構成単位は、構成単位(A1)とする。
構成単位(A1)としては、193nmエキシマレーザー光に対する透明性の点から、下記式(1−2)で表される構造単位(A11)が好ましい。
構造単位(A11)は、式(1−1)におけるh11が0であり、ナフタレン環の2および6位のみに連結基および置換基が結合した構造単位である。
単量体(a1)としては、例えば、下記式(8−1)〜(8−19)で表される単量体が挙げられる。式(8−1)〜(8−19)中、Rは、水素原子またはメチル基を表す。
構成単位(A2)は、酸性基を有するナフタレン骨格を有する構成単位(ただし、構成単位(A1)を除く。)である。
構成単位(A2)は、ドライエッチング耐性を発現させる作用を奏することから、レジスト用重合体の構成成分として用いることが好ましい。
また、構成単位(A2)は、酸性基、つまり親水性基を有しているため、レジストパターン矩形性が良好となる傾向にある。
構成単位(A2)としては、感度またはドライエッチング耐性の点から、下記式(1−4)で表される構成単位(A21)が好ましく、ディフェクトまたはラインエッジラフネスの点から、下記式(1−6)で表される構成単位(A22)がより好ましく、下記式(1−7)で表される構成単位(A23)がさらに好ましい。
R11は、水素原子またはメチル基を表す。
G1は、単結合、−C(=O)−O−、−O−、または−O−C(=O)−を表し、重合性の点から、−C(=O)−O−、または−O−C(=O)−が好ましい。
G1が−C(=O)−O−の場合、感度の点から、L2としては、−C(CH3)2−、−C(CH3)2−CH2−、および−C(CH3)(CH2CH3)−の中から選ばれる少なくとも1種がより好ましい。
L2”は、炭素数1〜4の直鎖の炭化水素基を表す。
単量体(a2)としては、例えば、下記式(8−101)〜(8−159)で表される単量体が挙げられる。式(8−101)〜(8−159)中、Rは、水素原子またはメチル基を表す。
構成単位(B)は、ラクトン骨格を有する構成単位(ただし、構成単位(A1)、(A2)を除く。)である。
構成単位(B)は、基板への密着性を発現させる作用を奏することから、レジスト用重合体の構成成分として用いることが好ましい。
構成単位(B)が、親水性基を有する場合、レジストパターン矩形性および感度が良好となる傾向にある。
酸脱離性基を有する構成単位(本来であれば構成単位(C)に相当する。)または親水性基を有する構成単位(本来であれば構成単位(D)に相当する。)であっても、ラクトン骨格を有する構成単位は、構成単位(B)とする。
構成単位(B)としては、感度またはドライエッチング耐性の点から、下記式(4−1)〜(4−6)からなる群より選ばれる少なくとも1種が好ましい。
R41は、水素原子またはメチル基を表す。
R401、R402は、下記(i)または(ii)を表す。
(i)それぞれ水素原子、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐のアルキル基、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す。
(ii)R401とR402とが結合して形成される、−O−、−S−、−NH−またはメチレン鎖[−(CH2)j−(jは1〜6の整数を表す。)]を表す。
n5は、0〜4の整数を表し、ドライエッチング耐性が高い点から、0が好ましい。
X5は、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐のアルキル基、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す。炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐のアルキル基は、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1つの基を有していてもよい。n5が2以上の場合、X5は、それぞれ異なる基であってもよい。
mは、1または2を表し、感度および解像度の点から、1が好ましい。
R42は、水素原子またはメチル基を表す。
R201、R202は、それぞれ水素原子、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐のアルキル基、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、レジスト用溶媒への溶解性が高い点から、水素原子、メチル基、エチル基、またはイソプロピル基が好ましい。
(i)それぞれ水素原子、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐のアルキル基、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す。
(ii)A1とA2とが結合して形成される、−O−、−S−、−NH−またはメチレン鎖[−(CH2)k−(kは1〜6の整数を表す。)]を表す。
A1、A2としては、ドライエッチング耐性が高い点では、結合して形成される−CH2−、−CH2CH2−が好ましく、レジスト用溶媒への溶解性が高い点では、結合して形成される−O−が好ましい。
X6は、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐のアルキル基、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、シアノ基、またはアミノ基を表す。炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐のアルキル基は、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1つの基を有していてもよい。n6が2以上の場合、X6は、それぞれ異なる基であってもよい。
R43は、水素原子またはメチル基を表す。
R203、R204は、それぞれ水素原子、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐のアルキル基、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、レジスト用溶媒への溶解性が高い点から、水素原子、メチル基、エチル基、またはイソプロピル基が好ましい。
(i)それぞれ水素原子、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐のアルキル基、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す。
(ii)A3とA4とが結合して形成される、−O−、−S−、−NH−またはメチレン鎖[−(CH2)l−(lは1〜6の整数を表す。)]を表す。
A3、A4としては、ドライエッチング耐性が高い点では、結合して形成される−CH2−または−CH2CH2−が好ましく、レジスト用溶媒への溶解性が高い点では、結合して形成される−O−が好ましい。
X7は、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐のアルキル基、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、シアノ基、またはアミノ基を表す。炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐のアルキル基は、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1つの基を有していてもよい。n7が2以上の場合、X7は、それぞれ異なる基であってもよい。
R44は、水素原子またはメチル基を表す。
R205、R206、R207は、それぞれ水素原子またはメチル基を表し、レジスト用溶媒への溶解性が高い点から、水素原子が好ましい。
Y11、Y12、Y13は、それぞれ−CH2−または−C(=O)−O−を表し、Y11、Y12、Y13のうち少なくとも1つは、−C(=O)−O−を表す。Y11、Y12、Y13としては、基板表面等への密着性が高い点から、1つが−C(=O)−O−であり、残りの2つが−CH2−であることが好ましい。
X8は、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐のアルキル基、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、シアノ基、またはアミノ基を表す。炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐のアルキル基は、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1つの基を有していてもよい。n8が2以上の場合、X8は、それぞれ異なる基であってもよい。
R91、R92は、下記(i)または(ii)を表す。
(i)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のアルキル基、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す。
(ii)R91とR92とが結合して形成される、−O−、−S−、−NH−、またはメチレン鎖[−(CH2)t−(tは1〜6の整数を表す。)]を表す。
R91、R92としては、レジスト用溶媒への溶解性が高い点から、それぞれ水素原子またはメチル基が好ましい。
R93、R94は、それぞれ水素原子、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐のアルキル基、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、レジスト用溶媒への溶解性が高い点から、水素原子またはメチル基が好ましい。
R45は、水素原子またはメチル基を表す。
R208、R209は、それぞれ水素原子、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐のアルキル基、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、レジスト用溶媒への溶解性が高い点から、水素原子、メチル基、エチル基、またはイソプロピル基が好ましい。
R210、R211は、それぞれ水素原子、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐のアルキル基を表し、レジスト用溶媒への溶解性が高い点から、水素原子、メチル基、エチル基、またはイソプロピル基が好ましい。
(i)それぞれ水素原子、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐のアルキル基、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す。
(ii)A5とA6とが結合して形成される、−O−、−S−、−NH−またはメチレン鎖[−(CH2)k1−(k1は1〜6の整数を表す。)]を表す。
A5、A6としては、ドライエッチング耐性が高い点では、結合して形成される−CH2−または−CH2CH2−が好ましく、レジスト用溶媒への溶解性が高い点では、結合して形成される−O−が好ましい。
X9は、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐のアルキル基、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、シアノ基、またはアミノ基を表す。炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐のアルキル基は、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1つの基を有していてもよい。n9が2以上の場合、X9は、それぞれ異なる基であってもよい。
単量体(b)としては、例えば、下記式(10−1)〜(10−29)で表される単量体が挙げられる。式(10−1)〜(10−29)中、Rは、水素原子またはメチル基を表す。
構成単位(C)は、酸脱離性基を有する構成単位(ただし、構成単位(A1)、(A2)、(B)を除く。)である。
構成単位(C)は、酸によってアルカリに可溶となる成分であり、レジストパターン形成を可能とする作用を奏するため、レジスト用重合体の構成成分として用いることが好ましい。
構成単位(C)が、親水性基を有する場合、より優れた感度を有する傾向にある。
親水性基を有する構成単位(本来であれば構成単位(D)に相当する。)であっても、酸脱離性基を有する構成単位は、構成単位(C)とする。
構成単位(C)としては、ドライエッチング耐性が高い点から、下記式(3−1−1)、式(3−2−1)、式(3−3−1)、式(3−4−1)、式(3−5−1)、式(3−6−1)、式(3−7−1)および式(3−8−1)からなる群より選ばれる少なくとも1種が好ましい。
R31は、水素原子またはメチル基を表す。
R1は、炭素数1〜3のアルキル基を表し、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が好ましい。
n1は、0〜4の整数を表し、ドライエッチング耐性が高い点から、0が好ましい。
X1は、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐のアルキル基を表す。n1が2以上の場合、X1は、それぞれ異なる基であってもよい。
R32は、水素原子またはメチル基を表す。
R2、R3は、それぞれ炭素数1〜3のアルキル基を表し、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が好ましい。
n2は、0〜4の整数を表し、ドライエッチング耐性が高い点から、0が好ましい。
X2は、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐のアルキル基を表す。n2が2以上の場合、X2は、それぞれ異なる基であってもよい。
R33は、水素原子またはメチル基を表す。
R4は、炭素数1〜3のアルキル基を表し、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が好ましい。
qは、0または1を表し、ドライエッチング耐性が高い点では、1が好ましく、レジスト用溶媒への溶解性が高い点では、0が好ましい。
R331、R332、R333、R334は、それぞれ水素原子、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐のアルキル基を表し、レジスト用溶媒への溶解性が高い点から、水素原子、メチル基、エチル基、またはイソプロピル基が好ましい。
n3は、0〜4の整数を表し、ドライエッチング耐性が高い点から、0が好ましい。
X3は、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐のアルキル基を表す。n3が2以上の場合、X3は、それぞれ異なる基であってもよい。
R34は、水素原子またはメチル基を表す。
R5は、炭素数1〜3のアルキル基を表し、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が好ましい。
n4は、0〜4の整数を表し、ドライエッチング耐性が高い点から、0が好ましい。
X4は、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐のアルキル基を表す。n4が2以上の場合、X4は、それぞれ異なる基であってもよい。
rは、0〜2の整数を表し、ドライエッチング耐性が高い点では、1が好ましく、レジスト用溶媒への溶解性が高い点では、0が好ましい。
R35は、水素原子またはメチル基を表す。
q3は、0または1を表し、ドライエッチング耐性が高い点では、1が好ましく、レジスト用溶媒への溶解性が高い点では、0が好ましい。
R351、R352、R353、R354は、それぞれ水素原子、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐のアルキル基を表し、レジスト用溶媒への溶解性が高い点から、水素原子、メチル基、エチル基、またはイソプロピル基が好ましい。
n51は、0〜4の整数を表し、ドライエッチング耐性が高い点から、0が好ましい。
X51は、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐のアルキル基を表す。n51が2以上の場合、X51は、それぞれ異なる基であってもよい。
(i)それぞれ炭素数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の直鎖もしくは分岐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。
(ii)R355、R356、R357のうちいずれか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ともに、炭素数4〜20の2価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つが炭素数1〜4の直鎖もしくは分岐のアルキル基、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。
−C(R355)(R356)(R357)としては、ラインエッジラフネスに優れている点では、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、式(K−7)〜(K−17)で表される構造が好ましい。
R36は、水素原子またはメチル基を表す。
q4は、0または1を表し、ドライエッチング耐性が高い点では、1が好ましく、レジスト用溶媒への溶解性が高い点では、0が好ましい。
R361、R362、R363、R364は、それぞれ水素原子、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐のアルキル基を表し、レジスト用溶媒への溶解性が高い点から、水素原子、メチル基、エチル基、またはイソプロピル基が好ましい。
n61は、0〜4の整数を表し、ドライエッチング耐性が高い点から、0が好ましい。
X61は、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐のアルキル基を表す。n61が2以上の場合、X61は、それぞれ異なる基であってもよい。
R365、R366は、下記(i)または(ii)を表す。
(i)それぞれ水素原子、または炭素数1〜4の直鎖もしくは分岐のアルキル基を表す。
(ii)R365またはR366と、R367との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ともに、炭素数4〜20の2価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。
−C(R365)(R366)−O−R367としては、ラインエッジラフネスに優れている点では、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、式(J−25)〜(J−52)で表される構造が好ましい。
R37は、水素原子またはメチル基を表す。
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の直鎖もしくは分岐のアルキル基を表す。
(i)それぞれ水素原子、または炭素数1〜4の直鎖もしくは分岐のアルキル基を表す。
(ii)R371またはR372と、R373との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ともに、炭素数4〜20の2価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。
−C(R371)(R372)−O−R373としては、ラインエッジラフネスに優れている点では、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、式(J−25)〜(J−52)で表される構造が好ましい。
R38は、水素原子またはメチル基を表す。
R381、R382、R383は、それぞれ炭素数1〜4の直鎖もしくは分岐のアルキル基を表す。
単量体(c)としては、例えば、下記式(9−1)〜(9−224)で表される単量体が挙げられる。式(9−1)〜(9−224)中、RおよびR’は、それぞれ水素原子またはメチル基を表す。
これらのうち、感度および解像度の点では、式(9−1)〜(9−3)、式(9−5)、式(9−16)、式(9−19)、式(9−20)、式(9−22)、式(9−23)、式(9−25)〜(9−28)、式(9−30)、式(9−31)、式(9−33)、式(9−34)および式(9−102)〜(9−129)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好ましく、式(9−1)、式(9−2)、式(9−16)、式(9−20)、式(9−23)、式(9−28)、式(9−31)、式(9−34)、式(9−109)、式(9−111)、式(9−114)〜(9−117)、式(9−125)、式(9−128)および式(9−129)で表される単量体が特に好ましい。
また、レジストパターン矩形性が良好な点では、式(9−197)〜(9−224)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好ましい。
構成単位(D)は、親水性基を有する構成単位(ただし、構成単位(A1)、(A2)、(B)、(C)を除く。)である。
構成単位(D)は、レジスト組成物のディフェクト低減、レジストパターン矩形性の改善に効果を奏するため、レジスト用重合体の構成単位として用いることが好ましい。
構成単位(D)は、ドライエッチング耐性が高い点から、下記式(5−1)〜(5−7)からなる群より選ばれる少なくとも1種が好ましい。
R51は、水素原子またはメチル基を表す。
R501は、水素原子または炭素数1〜3のアルキル基を表し、感度および解像度の点では、メチル基、エチル基、またはイソプロピル基が好ましく、レジスト用溶媒への溶解性が高い点では、水素原子が好ましい。
X51は、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐のアルキル基、−C(CF3)2−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す。炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐のアルキル基は、置換基として−C(CF3)2−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1つの基を有していてもよい。n51が2以上の場合、X51は、それぞれ異なる基であってもよい。
X51としては、レジストパターン形状が良好な点から、−C(CF3)2−OH、ヒドロキシ基、シアノ基、またはメトキシ基が好ましい。
R52は、水素原子またはメチル基を表す。
n52は、1〜4の整数を表し、ドライエッチング耐性が高い点から、1が好ましい。
X52は、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐のアルキル基、−C(CF3)2−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す。炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐のアルキル基は、置換基として−C(CF3)2−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1つの基を有していてもよい。n52が2以上の場合、X52は、それぞれ異なる基であってもよい。
X52としては、レジストパターン形状が良好な点から、−C(CF3)2−OH、ヒドロキシ基、シアノ基、またはメトキシ基が好ましい。
R53は、水素原子またはメチル基を表す。
R502は、水素原子または炭素数1〜3のアルキル基を表し、感度および解像度の点では、メチル基、エチル基、またはイソプロピル基が好ましく、レジスト用溶媒への溶解性が高い点では、水素原子が好ましい。
R531〜R534は、それぞれ水素原子、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐のアルキル基を表し、レジスト用溶媒への溶解性が高い点から、水素原子、メチル基、エチル基、またはイソプロピル基が好ましい。
W1、W2は、それぞれ−O−、−S−、−NH−またはメチレン鎖[−(CH2)u2−(u2は1〜6の整数を表す。)]を表し、ドライエッチング耐性が高い点から、−CH2−または−CH2CH2−が好ましい。
X53は、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐のアルキル基、−C(CF3)2−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す。炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐のアルキル基は、置換基として−C(CF3)2−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1つの基を有していてもよい。n53が2以上の場合、X53は、それぞれ異なる基であってもよい。
X53としては、レジストパターン形状が良好な点から、−C(CF3)2−OH、ヒドロキシ基、シアノ基、またはメトキシ基が好ましい。
R54は、水素原子またはメチル基を表す。
R503は、水素原子または炭素数1〜3のアルキル基を表し、感度および解像度の点では、メチル基、エチル基、またはイソプロピル基が好ましく、レジスト用溶媒への溶解性が高い点では、水素原子が好ましい。
r1は、0〜2の整数を表し、ドライエッチング耐性が高い点では、1が好ましく、レジスト用溶媒への溶解性が高い点では、0が好ましい。
X54は、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐のアルキル基、−C(CF3)2−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す。炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐のアルキル基は、置換基として−C(CF3)2−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1つの基を有していてもよい。n54が2以上の場合、X54は、それぞれ異なる基であってもよい。
X54としては、レジストパターン形状が良好な点から、−C(CF3)2−OH、ヒドロキシ基、シアノ基、またはメトキシ基が好ましい。
R55は、水素原子またはメチル基を表す。
R504、R505は、それぞれ水素原子または炭素数1〜3のアルキル基を表し、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が好ましい。
X55は、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐のアルキル基、−C(CF3)2−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す。炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐のアルキル基は、置換基として−C(CF3)2−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1つの基を有していてもよい。n55が2以上の場合、X55は、それぞれ異なる基であってもよい。
X55としては、レジストパターン形状が良好な点から、−C(CF3)2−OH、ヒドロキシ基、シアノ基、またはメトキシ基が好ましい。
R56は、水素原子またはメチル基を表す。
R506は、水素原子または炭素数1〜3のアルキル基を表し、感度および解像度の点では、メチル基、エチル基、またはイソプロピル基が好ましく、レジスト用溶媒への溶解性が高い点では、水素原子が好ましい。
R535、R536は、それぞれ水素原子、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐のアルキル基を表し、レジスト用溶媒への溶解性が高い点から、水素原子、メチル基、エチル基、またはイソプロピル基が好ましい。
W3は、−O−、−S−、−NH−またはメチレン鎖[−(CH2)u3−(u3は1〜6の整数を表す。)]を表し、ドライエッチング耐性が高い点から、−CH2−または−CH2CH2−が好ましい。
X56は、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐のアルキル基、−C(CF3)2−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す。炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐のアルキル基は、置換基として−C(CF3)2−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1つの基を有していてもよい。n56が2以上の場合、X56は、それぞれ異なる基であってもよい。
X56としては、レジストパターン形状が良好な点から、−C(CF3)2−OH、ヒドロキシ基、シアノ基、またはメトキシ基が好ましい。
R57は、水素原子またはメチル基を表す。
R571、R572は、下記(i)または(ii)を表す。
(i)R571は、水素原子、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐のアルキル基、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のアルキル基を表し、
R572は、水素原子、または炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐のアルキル基を表す。
(ii)R571とR572とが結合して、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する。
炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐のアルキル基は、置換基としてヒドロキシ基、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。
橋かけ環式炭化水素基は、置換基として炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐のアルキル基を有していてもよい。該アルキル基は、置換基としてヒドロキシ基、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。
R571、R572としては、耐熱性、安定性に優れる点では、R571とR572とが結合して、それぞれが結合している炭素原子とともに形成され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であることが好ましい。
X57はとしては、レジストパターン形状が良好な点から、−CH2−C(CF3)2−OH、−CH2−OH、−CH2−CN、−CH2−O−CH3、または−(CH2)2−O−CH3が好ましい。
単量体(d)としては、例えば、下記式(13−1)〜(13−79)で表される単量体が挙げられる。式(13−1)〜(13−79)中、Rは、水素原子またはメチル基を表す。
これらのうち、レジスト用溶媒への溶解性が良好な点では、式(13−1)〜(13−9)、式(13−13)〜(13−16)、式(13−21)〜(13−24)、式(13−30)〜(13−34)、式(13−37)〜(13−43)、式(13−56)〜(13−59)、式(13−62)〜(13−63)、式(13−66)〜(13−69)、式(13−72)、式(13−76)〜(13−79)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好ましい。
本発明のレジスト用重合体は、構成単位(A1)、(A2)、(B)〜(D)を除く、他の構成単位(E)を、必要に応じて有していてもよい。
構成単位(E)の割合は、レジスト用重合体の構成単位(100モル%)中、20モル%以下が好ましい。
構成単位(E)としては、例えば、下記構成単位(E1)、(E2)が挙げられる。
構成単位(E1)は、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)を有する構成単位である。
脂環式骨格は、環状の飽和炭化水素基を1個以上有する骨格である。
本発明のレジスト用重合体は、異なる種類の構成単位(E1)を2種以上有していてもよい。
構成単位(E1)としては、ドライエッチング耐性が高い点から、下記式(11−1)〜(11−4)で表される構成単位が好ましい。
R301は、水素原子またはメチル基を表す。
n301は、0〜4の整数を表し、ドライエッチング耐性が高い点から、0が好ましい。
X301は、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐のアルキル基を表す。n301が2以上の場合、X301は、それぞれ異なる基であってもよい。
R302は、水素原子またはメチル基を表す。
n302は、0〜4の整数を表し、ドライエッチング耐性が高い点から、0が好ましい。
X302は、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐のアルキル基を表す。n302が2以上の場合、X302は、それぞれ異なる基であってもよい。
R303は、水素原子またはメチル基を表す。
n303は、0〜4の整数を表し、ドライエッチング耐性が高い点から、0が好ましい。
X303は、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐のアルキル基を表す。n303が2以上の場合、X303は、それぞれ異なる基であってもよい。
pは、0〜2の整数を表し、レジスト用溶媒への溶解性が高い点では、0が好ましく、ドライエッチング耐性が高い点では、1が好ましい。
R304は、水素原子またはメチル基を表す。
n304は、0〜4の整数を表し、ドライエッチング耐性が高い点から、0が好ましい。
X304は、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐のアルキル基を表す。n304が2以上の場合、X304は、それぞれ異なる基であってもよい。
p1は、0〜2の整数を表し、レジスト用溶媒への溶解性が高い点では、0が好ましく、ドライエッチング耐性が高い点では、1が好ましい。
単量体(e1)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、これらの化合物の脂環式骨格上に炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐のアルキル基を有する誘導体が挙げられる。
具体的には、下記式(14−1)〜(14−5)で表される単量体が挙げられる。式(14−1)〜(14−5)中、Rは、水素原子またはメチル基を表す。
また、上記単量体の他に、脂環式骨格としてノルボルネン等のシクロオレフィン構造を有するものが挙げられる。
構成単位(E2)は、構成単位(E1)を除く、他の構成単位(E)である。
構成単位(E2)を有する重合体は、単量体(e2)を含む単量体を重合することによって製造できる。
直鎖もしくは分岐構造を有する(メタ)アクリル酸エステル:(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n−プロポキシエチル、(メタ)アクリル酸イソプロポキシエチル、(メタ)アクリル酸n−ブトキシエチル、(メタ)アクリル酸イソブトキシエチル、(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イソプロピル、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イソブチル、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イソプロポキシエチル、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イソブトキシエチル、α−(トリ)フルオロメチルアクリル酸tert−ブトキシエチル等。
カルボン酸無水物:無水マレイン酸、無水イタコン酸等。
他の単量体: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。
本発明のレジスト用重合体の質量平均分子量は、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、2,000以上が好ましく、3,000以上がより好ましく、4,000以上がさらに好ましく、5,000以上が特に好ましい。
本発明のレジスト用重合体の質量平均分子量は、レジスト用溶媒に対する溶解性および解像度の点から、100,000以下が好ましく、50,000以下がより好ましく、30,000以下がさらに好ましく、20,000以下が特に好ましい。
本発明のレジスト用重合体は、溶液重合法によって製造される。
溶液重合法は、単量体を重合容器内に一括で仕込む一括重合法であってもよく、単量体を重合容器内に滴下する滴下重合法であってもよい。これらのうち、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、滴下重合法が好ましい。
単量体は、単量体のみで滴下してもよく、単量体を有機溶媒(以下、「滴下溶媒」とも記す。)に溶解させた単量体溶液として滴下してもよい。
単量体および重合開始剤は、同じ貯槽内で混合した後、重合容器中に滴下してもよく;それぞれ独立した貯槽から重合容器中に滴下してもよく;それぞれ独立した貯槽から重合容器に供給する直前で混合し、重合容器中に滴下してもよい。
単量体および重合開始剤は、一方を先に滴下した後、遅れて他方を滴下してもよく、両方を同じタイミングで滴下してもよい。
滴下は、連続的に行ってもよく、間欠的に行ってもよい。
重合温度は、50〜150℃が好ましい。
エーテル類:ジエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル(以下、「PGME」と記す。)等の鎖状エーテル;テトラヒドロフラン(以下、「THF」と記す。)、1,4−ジオキサン等の環状エーテル等。
エステル類:酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、乳酸ブチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(以下、「PGMEA」と記す。)等。
ケトン類:アセトン、メチルエチルケトン(以下、「MEK」と記す。)、メチルイソブチルケトン(以下、「MIBK」と記す。)等。
アミド類:N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド等。
スルホキシド:ジメチルスルホキシド等。
芳香族炭化水素:ベンゼン、トルエン、キシレン等。
脂肪族炭化水素:ヘキサン等。
脂環式炭化水素:シクロヘキサン等。
その他:γ−ブチロラクトン等。
有機溶媒は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
有機溶媒の量は、単量体全量100質量部に対して、30〜700質量部が好ましい。
仕込み溶媒の量は、単量体全量100質量部に対して、30〜700質量部が好ましい。
単量体の濃度は、単量体溶液(100質量%)中、5〜50質量%が好ましい。
上記重合開始剤のうち、レジスト組成物の感度の点から、DAIBが好ましい。
また、重合体溶液をそのままレジスト組成物として用いてもよく、重合体溶液を適当な溶媒で希釈してレジスト組成物として用いてもよく、重合体溶液を濃縮してレジスト組成物として用いてもよい。その際、保存安定剤等の添加剤を適宜添加してもよい。
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、本発明のレジスト組成物を化学増幅型レジスト組成物として用いる場合は、さらに光酸発生剤を溶解したものである。
溶媒としては、例えば、下記化合物が挙げられる。
ケトン類:MEK、MIBK、2−ペンタノン、2−ヘキサノン等の直鎖状もしくは分岐状ケトン;シクロペンタノン、シクロヘキサノン等の環状ケトン等。
プロピレングリコールモノアルキルアセテート類:PGMEA、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。
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: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。
プロピレングリコールモノアルキルエーテル類:PGME、プロピレングリコールモノエチルエーテル等。
エチ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。
ジエチレングリコール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。
エステル類:酢酸エチル、乳酸エチル等。
アルコール類: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。
その他:1,4−ジオキサン、炭酸エチレン、γ−ブチロラクトン等。
溶媒の量は、レジスト用重合体100質量部に対して、200〜5000質量部が好ましく、300〜2000質量部がより好ましい。
光酸発生剤は、化学増幅型レジスト組成物の光酸発生剤として使用可能なものの中から任意に選択できる。光酸発生剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
光酸発生剤としては、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。
光酸発生剤の量は、レジスト用重合体100質量部に対して、20質量部以下が好ましく、10質量部以下がより好ましい。光酸発生剤の量を該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、レジスト組成物を塗布する際の塗布むら、現像時のスカム等の発生が十分に抑えられる。
化学増幅型レジスト組成物は、含窒素化合物を含んでいてもよい。含窒素化合物を含むことにより、レジストパターン形状、引き置き経時安定性等がさらに向上する。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、レジスト膜に光を照射し、ついでベーク(PEB)した後、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素子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。
低級脂肪族アミンとは、炭素数が5以下のアルキルまたはアルキルアルコールのアミンである。
含窒素化合物の量は、レジスト用重合体100質量部に対して、0.01質量部以上が好ましい。含窒素化合物の量を該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。
含窒素化合物の量は、レジスト用重合体100質量部に対して、2質量部以下が好ましい。含窒素化合物の量を該範囲にすることにより、感度の劣化を小さくできる。
化学増幅型レジスト組成物は、有機カルボン酸、リンのオキソ酸またはその誘導体(以下、これらをまとめて酸化合物と記す。)を含んでいてもよい。酸化合物を含むことにより、含窒素化合物の配合による感度劣化を抑えることができ、また、レジストパターン形状、引き置き経時安定性等がさらに向上する。
リン酸またはその誘導体: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。
ホスホン酸またはその誘導体: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。
ホスフィン酸またはその誘導体:ホスフィン酸、フェニルホスフィン酸等。
酸化合物は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
酸化合物の量は、レジスト用重合体100質量部に対して、0.01質量部以上が好ましい。酸化合物の量を該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。
酸化合物の量は、レジスト用重合体100質量部に対して、5質量部以下が好ましい。酸化合物の量を該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できる。
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含んでいてもよい。これら添加剤は、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、これら添加剤の量は、特に限定されず、適宜決めればよい。
本発明の、微細パターンが形成された基板の製造方法の一例について説明する。
まず、所望の微細パターンを形成しようと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、該レジスト組成物が塗布された被加工基板を、ベーキング処理(プリベーク)等で乾燥することにより、基板上にレジスト膜を形成する。
また、該レジスト膜と露光装置の最終レンズとの間に、純水、パーフルオロ−2−ブチルテトラヒドロフラン、パーフルオロトリアルキルアミン、パーヒドロナフタレン、パーヒドロピレン等の高屈折率液体を介在させた状態で光を照射する液浸露光を行ってもよい。
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形成される。
エッチング後、レジストを剥離剤によって除去することによって、微細パターンが形成された基板が得られる。
実施例における「部」は、特に断りのない限り「質量部」を示す。
(各構成単位の割合)
レジスト用重合体の各構成単位の割合は、1H−NMR測定で求めることができる場合には1H−NMR測定により求め、プロトンピークの重なり等により1H−NMR測定で求めることができない場合には、13C−NMR測定により求めた。
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、該試料溶液を東ソー社製、ゲル・パーミエーション・クロマトグラフィー(GPC)を用いて、レジスト用重合体の質量平均分子量(Mw)および数平均分子量(Mn)を測定した。該測定は、分離カラムとして昭和電工社製、Shodex GPC K−805L(商品名)を3本直列にしたものを用い、溶媒としてTHF(流量:1.0mL/分)を用い、検出器として示差屈折計を用い、標準ポリマーとしてポリスチレンを用い、測定温度40℃、注入量0.1mLの条件で行った。
分子量分布は、Mw/Mnとした。
(光線透過率)
レジスト用重合体5部と、溶媒であるPGMEA45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、レジスト組成物を調製した。
レジスト組成物を石英ウエハー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、厚さ1μmのレジスト膜を形成した。
レジスト膜を試料側に、未処理の石英ウエハーを参照側にそれぞれ設置し、島津製作所社製、紫外・可視吸光光度計UV−3100(商品名)を用いて、波長範囲を192〜194nm、スキャンスピードを中速、サンプリングピッチを自動、スリット幅を2.0にそれぞれ設定して測定を行い、193nmにおける光線透過率を求めた。
レジスト用重合体100部、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、溶媒であるPGMEA720部および乳酸エチル180部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、化学増幅型レジスト組成物を調製した。
化学増幅型レジスト組成物をシリコンウエハー上にスピンコートし、ホットプレートを用いて120℃で60秒間プリベークを行い、厚さ0.3μmのレジスト膜を形成した。
ArFエキシマレーザー露光機(波長:193nm)により、ライン・アンド・スペースパターンのマスクを用いてレジスト膜を露光した後、ホットプレートを用いて110℃で60秒間露光後ベークを行った。
2.38%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レジスト膜を現像処理し、純水で洗浄し、乾燥してレジストパターンを形成した。
この際、0.16μmのマスクパターンが0.16μmのレジストパターン線幅に転写される露光量(mJ/cm2)を測定し、これを感度とした。
また、0.16μmのマスクパターンが0.16μmのレジストパターン線幅に転写される露光量を最適露光量とし、該露光量で露光し、現像処理して形成されるレジストパターンの最小寸法(μm)を解像度とした。
最適露光量で露光し、現像処理して形成される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)を用いて現像欠陥数を測定し、ディフェクト量とした。
0.16μmのライン・アンド・スペースパターンを用い、焦点深度を−1.0μmから+1.0μmまで0.1μm刻みで変更し、各焦点深度にて最適露光量で露光し、現像処理して形成されるレジストパターンについて、日本電子社製、JSM−6340F型電界放射形走査型電子顕微鏡(商品名)を用いてそれぞれ観察した。
レジストパターン線幅が0.144μm(−10%)から0.176μm(+10%)になる焦点深度の範囲(μm)を焦点深度余裕とした。
厚さ0.3μmのレジスト膜が形成されたシリコンウエハーを、昭和真空社製、SPE−220T型ドライエッチング装置(商品名)にてドライエッチング処理した。処理条件は、ガス種およびガス流量をCF4/O2=95sccm/5.0sccm、処理室内圧力を15Pa、プラズマ電力を400Wとし、処理時間を2分間とした。ドライエッチング処理前後のレジスト膜の厚さは、大日本スクリーン製造社製、ラムダエースVM−8000J型光干渉式膜厚測定装置(商品名)を用いて測定した。測定方法は、ウエハー中央および中央から上下左右に各25mm移動した点の合計5点の厚さを測定し、平均値をレジスト膜の厚さとした。
ER=(T−t)/(T0−t0)
滴下装置、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、室温にて乳酸エチル74.3部を入れた後、ボールフィルターを用いて乳酸エチル内に窒素を30分間吹き込んだ。その後、フラスコを湯浴に入れ、窒素雰囲気下でフラスコ内を攪拌しながら湯浴の温度を80℃に上げた。
下記式(51)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」と記す。)30.6部、
下記式(52)で表される2−メタクリロイルオキシ−2−メチルアダマンタン(以下、「MAdMA」と記す。)39.3部、
下記式(53)で表される2−メタクリロイルオキシメチル−6−(エチルシクロペンチルオキシカルボニルメチル)ナフタレン(以下、「ECPNMA」と記す。)19.2部、
乳酸エチル133.7部およびDAIB2.94部を混合して単量体溶液を調製した。滴下装置から、該単量体溶液を一定速度で4時間かけてフラスコ内に滴下した。その後、80℃の温度を3時間保持した。
滴下装置、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、室温にて乳酸エチル83.8部を入れた後、ボールフィルターを用いて乳酸エチル内に窒素を30分間吹き込んだ。その後、フラスコを湯浴に入れ、窒素雰囲気下でフラスコ内を攪拌しながら湯浴の温度を80℃に上げた。
下記式(54)で表される8−または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(以下、「OTDA」と記す。)31.1部、
下記式(55)で表される2−アダマンチルオキシメチルメタクリレート(以下、「AdOMMA」と記す。)45.0部、
下記式(56)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タン(以下、「HAdMA」と記す。)12.3部、
下記式(57)で表される2−メタクリロイルオキシメチル−6−(2−アダマンチルオキシカルボニルメチル)ナフタレン(以下、「AdONMA」と記す。)12.3部、
乳酸エチル150.9部およびDAIB8.92部を混合して単量体溶液を調製した。滴下装置から、該単量体溶液を一定速度で4時間かけてフラスコ内に滴下した。その後、80℃の温度を3時間保持した。
滴下装置、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、室温にて乳酸エチル73.2部を入れた後、ボールフィルターを用いて乳酸エチル内に窒素を30分間吹き込んだ。その後、フラスコを湯浴に入れ、窒素雰囲気下でフラスコ内を攪拌しながら湯浴の温度を80℃に上げた。
下記式(58)で表されるエチルシクロペンチルメタクリレート(以下、「ECPMA」と記す。)19.7部、
下記式(59)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(以下、「CNNMA」と記す。)12.3部、
下記式(60)で表される2−メタクリロイルオキシメチル−6−(エチルノルボルニルオキシカルボニルメチル)ナフタレン(以下、「ENBNMA」と記す。)15.8部、
下記式(61)で表される2−メタクリロイルオキシメチル−6−ヒドロキシナフタレン(以下、「HNMMA」と記す。)7.4部、
GBLMA27.2部、乳酸エチル112.5部およびDAIB1.38部を混合して単量体溶液を調製した。滴下装置から、該単量体溶液を一定速度で4時間かけてフラスコ内に滴下した。その後、80℃の温度を3時間保持した。
滴下装置、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、室温にて乳酸エチル72.4部を入れた後、ボールフィルターを用いて乳酸エチル内に窒素を30分間吹き込んだ。その後、フラスコを湯浴に入れ、窒素雰囲気下でフラスコ内を攪拌しながら湯浴の温度を80℃に上げた。
下記式(62)で表される1−メタクリロイルオキシメチル−5−(エチルシクロヘキシルオキシカルボニルメチル)ナフタレン(以下、「15EHNMA」と記す。)10.7部、
GBLMA26.5部、MAdMA40.3部、HAdMA9.4部、乳酸エチル130.3部およびDAIB3.86部を混合して単量体溶液を調製した。滴下装置から、該単量体溶液を一定速度で4時間かけてフラスコ内に滴下した。その後、80℃の温度を3時間保持した。
滴下装置、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、室温にて乳酸エチル69.6部を入れた後、ボールフィルターを用いて乳酸エチル内に窒素を30分間吹き込んだ。その後、フラスコを湯浴に入れ、窒素雰囲気下でフラスコ内を攪拌しながら湯浴の温度を80℃に上げた。
GBLMA27.2部、MAdMA42.1部、HAdMA14.2部、乳酸エチル125.2部およびDAIB2.76部を混合して単量体溶液を調製した。滴下装置から、該単量体溶液を一定速度で4時間かけてフラスコ内に滴下した。その後、80℃の温度を3時間保持した。
滴下装置、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、室温にて乳酸エチル69.5部を入れた後、ボールフィルターを用いて乳酸エチル内に窒素を30分間吹き込んだ。その後、フラスコを湯浴に入れ、窒素雰囲気下でフラスコ内を攪拌しながら湯浴の温度を80℃に上げた。
下記式(63)で表される2−ビニル−6−ヒドロキシナフタレン(以下、「HVN」と記す。)6.8部、
GBLMA27.2部、MAdMA37.4部、HAdMA9.4部、乳酸エチル125.0部およびDAIB2.76部を混合して単量体溶液を調製した。滴下装置から、該単量体溶液を一定速度で4時間かけてフラスコ内に滴下した。その後、80℃の温度を3時間保持した。
さらに、本発明のレジスト用重合体を用いたレジスト組成物(実施例1〜3)は、構成単位(A11)および構成単位(A2)のいずれも有しない比較例1のレジスト用重合体を用いたレジスト組成物と比較して、十分な解像度を備えており、焦点深度余裕が広く、ディフェクトも少なく、ドライエッチング耐性にも優れていた。
また、本発明のレジスト用重合体を用いたレジスト組成物(実施例1〜3)は、構成単位(A11)を有さず、構成単位(A2)を有する比較例2のレジスト用重合体を用いたレジスト組成物と比較して、十分な感度および解像度を備えており、焦点深度余裕が広く、ドライエッチング耐性にも優れていた。
Claims (5)
- 下記式(1−2)で表される構成単位(A11)と、酸脱離性基を有する構成単位(C)(ただし、前記構成単位(A11)およびラクトン骨格を有する構成単位(B)を除く。)とを有するレジスト用重合体を含む、レジスト組成物。
R10は、水素原子またはメチル基を表し、
Gは、単結合、−C(=O)−O−、−O−、または−O−C(=O)−を表し、
L1’は、単結合、またはヘテロ原子を有していてもよい炭素数1〜20の2価の炭化水素基を表し、
g3は、0または1を表し、
Yは、−C(R121)(R122)(R123)、または−C(R131)(R132)−O−R133を表し、
R121、R122、R123は、(i)それぞれ炭素数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のアルキル基を表し、R121、R122、R123のうち少なくとも1つは、該脂環式炭化水素基もしくはその誘導体である、または(ii)R121、R122、R123のうちいずれか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ともに、炭素数4〜20の2価の脂環式炭化水素基もしくはその誘導体を形成し、R121、R122、R123のうち残りの1つが炭素数1〜4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であり、
R131、R132、R133は、(i)R133が炭素数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のアルキル基を表し、R131、R132が、それぞれ水素原子または炭素数1〜4のアルキル基を表す、または(ii)R131またはR132と、R133との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ともに、炭素数4〜20の2価の脂環式炭化水素基もしくはその誘導体を形成し、R131、R132のうち残りの1つが水素原子を表す。 - 前記レジスト用重合体が、ラクトン骨格を有する構成単位(B)(ただし、前記構成単位(A11)を除く。)をさらに有する、請求項1に記載のレジスト組成物。
- 前記レジスト用重合体が、親水性基を有する構成単位(D)(ただし、前記構成単位(A11)、ラクトン骨格を有する構成単位(B)および前記構成単位(C)を除く。)をさらに有する、請求項1または2に記載のレジスト組成物。
- 前記構成単位(A11)の割合が、レジスト用重合体の構成単位(100モル%)中、2モル%以上20モル%以下である、請求項1〜3のいずれか一項に記載のレジスト組成物。
- 請求項1〜4のいずれか一項に記載のレジスト組成物を被加工基板上に塗布し、レジスト膜を形成する工程と、
該レジスト膜に250nm以下の波長の光を照射して潜像を形成する工程と、
潜像が形成されたレジスト膜を現像液で現像処理する工程と
を有する、微細パターンが形成された基板の製造方法。
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