JP5077353B2 - 感放射線性組成物 - Google Patents

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Description

本発明は、IC等の半導体製造工程、液晶やサーマルヘッド等の回路基板の製造工程、その他のフォトリソグラフィー工程で用いることのできる感放射線性組成物に関する。更に詳しくは、220nm以下の遠紫外線等を露光光源(例えば、ArFエキシマレーザーや電子線等)とするフォトリソグラフィー工程に好適に用いることのできる感放射線性組成物に関する。
化学増幅型の感放射線性樹脂組成物は、KrFエキシマレーザーやArFエキシマレーザーに代表される遠紫外光等の放射線を照射することで露光部に酸を生成させ、この酸を触媒とする反応により、露光部と未露光部の現像液に対する溶解速度を変化させ、基板上にレジストパターンを形成させることが可能な組成物である。KrFエキシマレーザーを光源として用いる場合、248nm領域での吸収が小さい、ポリ(ヒドロキシスチレン)(PHS)を基本骨格とする樹脂を主成分とする化学増幅型の感放射線性樹脂組成物を使用することにより、高感度であるとともに、高解像度であり、かつ、良好なパターン形成の実現が可能となっている。
一方、レジストパターンの更なる微細加工へ向け、例えばArFエキシマレーザー(193nm)等の更に短波長の光源を用いる場合、芳香族基を有するPHS等の化合物は本質的に193nm領域に大きな吸収を示すものであるため、好適に使用することが困難であるという問題があった。このため、193nm領域に大きな吸収を有しない脂環式炭化水素骨格を有する樹脂を含有する感放射線性樹脂組成物が、ArFエキシマレーザーを用いたリソグラフィー材料として用いられている。
更に、上記の脂環式炭化水素骨格を有する樹脂に、所定のラクトン骨格を有する繰り返し単位を含ませることで、レジストとしての性能が飛躍的に向上することが見出されている。例えば、特許文献1及び2には、メバロニックラクトン骨格やγブチロラクトン骨格を有する繰り返し単位を含有する樹脂を用いた感放射線性樹脂組成物が記載されている。また、特許文献3〜13には、脂環式ラクトン骨格を有する繰り返し単位を含有する樹脂を用いた感放射線性樹脂組成物が記載されている。
しかしながら、上記の特許文献等で示されているような、単純な解像性能を向上させるのみでは、90nm以下の更なる微細化に対応する等、様々な要請に応えることが困難であった。今後、更なる微細化が進むことで、解像性能の向上だけでなく、現在実用化が進められつつある液浸露光工程においても好適に用いられる材料の開発が求められている。具体的には、Line Width Roughness(LWR)、欠陥性能、PEB温度依存性、パターン倒れ特性等の様々な要求特性を満足する材料の提供が求められている。
特開平9−73173号公報 米国特許第6388101号明細書 特開2000−159758号公報 特開2001−109154号公報 特開2004−101642号公報 特開2003−113174号公報 特開2003−147023号公報 特開2002−308866号公報 特開2002−371114号公報 特開2003−64134号公報 特開2003−270787号公報 特開2000−26446号公報 特開2000−122294号公報
本発明は、このような従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、解像性能に優れ、LWRが小さく、PEB温度依存性が良好であり、パターン倒れ特性に優れ、極めて欠陥の少ないパターンを形成可能な、化学増幅型のレジストとして有用な感放射線性組成物を提供することにある。
本発明者らは上記課題を達成すべく鋭意検討した結果、特定の構造で表される繰り返し単位、及び酸解離性基を有する繰り返し単位を含む重合体を用いることによって、上記課題を達成することが可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明によれば、以下に示す感放射線性組成物が提供される。
[1]下記一般式(1−1)で表される繰り返し単位(1)、下記一般式(1−2)で表される繰り返し単位(2)、及び酸解離性基を有する繰り返し単位(3)を含む重合体(A)と、感放射線性酸発生剤(B)と、を含有する感放射線性組成物。
Figure 0005077353
前記一般式(1−1)及び(1−2)中、Rは、相互に独立に、水素原子、メチル基、又はトリフルオロメチル基を示す。前記一般式(1−1)中、Rは、炭素数1〜12の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、シクロアルキル基、炭素数1〜12のアルキルカルボニル基、又はヒドロキシアルキル基を示す。前記一般式(1−2)中、Xは、単結合、メチレン基、炭素数2〜20の直鎖状若しくは分岐状のアルキレン基、又は炭素数3〜9の2価の環状炭化水素基を示し、Rは、少なくとも一のフッ素原子を含む、炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、又は炭素数3〜10の脂環式のアルキル基を示す。
[2]前記感放射線性酸発生剤(B)が、下記一般式(2)で表される化合物を含む前記[1]に記載の感放射線性組成物。
Figure 0005077353
前記一般式(2)中、Rは、水素原子、フッ素原子、ヒドロキシル基、炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルコキシル基、又は炭素数2〜11の直鎖状若しくは分岐状のアルコキシカルボニル基を示し、Rは、炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルコキシル基、又は炭素数2〜11の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルカンスルホニル基を示し、Rは、相互に独立に、炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、置換若しくは無置換のフェニル基、又は置換若しくは無置換のナフチル基を示すか、或いは二つのRが結合して形成される炭素数2〜10の置換又は無置換の2価の基を示す。kは0〜2の整数を示し、rは0〜10の整数を示し、Xは下記一般式(3)〜(6)のいずれかで表されるアニオンを示す(但し、Xが下記一般式(3)で表されるアニオンである場合、二つのRが結合して炭素数が2〜10の置換又は無置換の2価の基を形成することはない。)。
Figure 0005077353
前記一般式(3)中、Rは、水素原子、フッ素原子、又は炭素数1〜12の置換若しくは無置換の炭化水素基を示し、nは1〜10の整数を示す。また、前記一般式(4)中、Rは、炭素数1〜6のアルキルカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基、若しくはヒドロキシアルキル基で置換されるか、又は無置換の炭素数1〜12の炭化水素基を示す。更に、前記一般式(5)及び(6)中、Rは、相互に独立に、炭素数1〜10の直鎖状又は分岐状のフッ素原子を含有するアルキル基を示すか、或いは二つのRが結合して形成される炭素数2〜10のフッ素原子を含有する置換又は無置換の2価の基を示す。
本発明の感放射線性組成物は、解像性能に優れ、LWRが小さく、PEB温度依存性が良好であり、パターン倒れ特性に優れ、極めて欠陥の少ないパターンを形成可能であるといった効果を奏するものである。このような効果を生かし、本発明の感放射線性組成物は化学増幅型のレジストとして極めて有用である。
以下、本発明の実施の最良の形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施の形態に対し適宣変更、改良等が加えられたものも本発明の範囲に入ることが理解されるべきである。なお、本明細書中、「置換」及び「無置換」のいずれもが記載されてない基(原子団)には、置換基を有しない基(原子団)と、置換基を有する基(原子団)のいずれもが概念的に包含される。例えば、「アルキル基」には、置換基を有しないアルキル基(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)もが概念的に包含される。
I 感放射線性組成物
本発明の感放射線性組成物は、重合体(A)と、感放射線性酸発生剤(B)(以下、「酸発生剤(B)」ともいう)と、を含有するものである。
1 重合体(A)
(1) 構成成分
重合体(A)は、一般式(1−1)で表される繰り返し単位(1)、一般式(1−2)で表される繰り返し単位(2)、及び酸解離性基を有する繰り返し単位(3)を含むものである。
Figure 0005077353
一般式(1−1)及び(1−2)中、Rは、相互に独立に、水素原子、メチル基、又はトリフルオロメチル基を示す。一般式(1−1)中、Rは、炭素数1〜12の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、シクロアルキル基、炭素数1〜12のアルキルカルボニル基、又はヒドロキシアルキル基を示す。一般式(1−2)中、Xは、単結合、メチレン基、炭素数2〜20の直鎖状若しくは分岐状のアルキレン基、又は炭素数3〜9の2価の環状炭化水素基を示し、Rは、少なくとも一のフッ素原子を含む、炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、又は炭素数3〜10の脂環式のアルキル基を示す。
(i) 繰り返し単位(1)
一般式(1−1)中、Rで表される基のうち、炭素数1〜12の直鎖状又は分岐状のアルキル基、シクロアルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、イソブチル基、t−ブチル基、シクロヘキシル基、シクロペンチル基、シクロヘプチル基等を挙げることができる。また、炭素数1〜12のアルキルカルボニル基、ヒドロキシアルキル基の具体例としては、メチルカルボニル基、エチルカルボニル基、プロピルカルボニル基、ヒドロキシメチル基、ヒドロキシエチル基、ヒドロキシプロピル基等を挙げることができる。これらの中でも、一般式(1−1)中のRとしては、メチル基、エチル基、メチルカルボニル基、エチルカルボニル基,ヒドロキシメチル基、ヒドロキシエチル基が好ましい。
重合体(A)は、繰り返し単位(1)を一種単独で又は二種以上含むものであっても良い。繰り返し単位(1)を含む重合体(A)を製造するために用いられる単量体(ラジカル重合性単量体)の好適な具体例としては、一般式(1−1−1)〜(1−1−6)で表される化合物を挙げることができる。なお、一般式(1−1−1)〜(1−1−6)中、Rは、水素原子、メチル基、又はトリフルオロメチル基を示す。
Figure 0005077353
(ii) 繰り返し単位(2)
一般式(1−2)中のXとしては、メチレン基、炭素数2〜20の直鎖状又は分岐状のアルキレン基、炭素数3〜9の2価の環状炭化水素基が好ましい。また、これらの中でも、2価の環状炭化水素基、直鎖状のアルキレン基、アルキレングリコール基、アルキレンエステル基が好ましい。
一般式(1−2)中のXの好適例としては、メチレン基、エチレン基、1,2−プロピレン基、1,3−プロピレン基、テトラメチレン基、ペンタメチレン基、ヘキサメチレン基、ヘプタメチレン基、オクタメチレン基、ノナメチレン基、デカメチレン基、ウンデカメチレン基、ドデカメチレン基、トリデカメチレン基、テトラデカメチレン基、ペンタデカメチレン基、ヘキサデカメチレン基、ヘプタデカメチレン基、オクタデカメチレン基、ノナデカメチレン基、1−メチル−1,3−プロピレン基、2−メチル−1,3−プロピレン基、2−メチル−1,2−プロピレン基、1−メチル−1,4−ブチレン基、2−メチル−1,4−ブチレン基、エチリデン基、プロピリデン基、2−プロピリデン基等の鎖状炭化水素基;1,3−シクロブチレン基等のシクロブチレン基、1,3−シクロペンチレン基等のシクロペンチレン基、1,4−シクロへキシレン基等のシクロへキシレン基等の単環式炭化水素環基;ノルボルニレン基;架橋環式炭化水素環基等を挙げることができる。
単環式炭化水素環基の具体例としては、炭素数3〜10のシクロアルキレン基を挙げることができる。なお、炭素数3〜10のシクロアルキレン基の具体例としては、1,5−シクロオクチレン基等のシクロオクチレン基を挙げることができる。また、ノルボルニレン基の具体例としては、1,4−ノルボルニレン基、2,5−ノルボルニレン基を挙げることができる。更に、架橋環式炭化水素環基の具体例としては、2〜4環式炭素数4〜30の炭化水素環基を挙げることができる。なお、2〜4環式炭素数4〜30の炭化水素環基の具体例としては、1,5−アダマンチレン基、2,6−アダマンチレン基等のアダマンチレン基を挙げることができる。
一般式(1−2)中のRとしては、トリフルオロメチル基が好ましい。重合体(A)は、繰り返し単位(2)を一種単独で又は二種以上含むものであっても良い。繰り返し単位(2)を含む重合体(A)を製造するために用いられる単量体(ラジカル重合性単量体)の好適な具体例としては、(((トリフルオロメチル)スルホニル)アミノ)エチル−1−メタクリレート、2−(((トリフルオロメチル)スルホニル)アミノ)エチル−1−アクリレート、及び式(1−2−1)〜(1−2−6)で表される化合物を挙げることができる。
Figure 0005077353
(iii) 繰り返し単位(3)
重合体(A)には、酸解離性基を有する繰り返し単位(3)が含まれる。この「酸解離性基」は、酸の作用により解離可能な基である。このため、この「酸解離性基」を有する繰り返し単位(3)を含む重合体(A)は、酸解離性基が解離することでアルカリ可溶性となる性質を有する重合体である。
ここで、酸解離性基としては、例えば、一般式(7)で表される構造を含む基や、t−ブトキシカルボニル基等がある。
Figure 0005077353
一般式(7)中、R10は相互に独立に、炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基若しくはその誘導体、又は炭素数1〜4の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基を示す(但し、R10の少なくとも一つは、炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基又はその誘導体である。)か、或いは何れか二つのR10が相互に結合して炭素数4〜20の2価の脂環式炭化水素基若しくはその誘導体を形成し、残りの一つのR10が炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基若しくはその誘導体、又は炭素数1〜4の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基を示す。
一般式(7)中のR10で表される基のうち、炭素数4〜20の1価又は2価の脂環式炭化水素基としては、例えば、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン等のシクロアルカン類、ノルボルナン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカン、アダマンタン等の脂環族環からなる基;これらの脂環族環からなる基を、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基等の炭素数1〜4の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基で置換した基等がある。これらの中でも、ノルボルナン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカン、アダマンタン、シクロペンタン、若しくはシクロヘキサン、又はこれらの脂環族環からなる基を炭素数1〜4の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基で置換した基であることが好ましい。
一般式(7)中のR10で表される基のうち、炭素数4〜20の1価又は2価の脂環式炭化水素基の誘導体としては、例えば、ヒドロキシル基;カルボキシル基;オキソ基(即ち、=O基);ヒドロキシメチル基、1−ヒドロキシエチル基、2−ヒドロキシルエチル基、1−ヒドロキシプロピル基、2−ヒドロキシプロピル基、3−ヒドロキシプロピル基、1−ヒドロキシブチル基、2−ヒドロキシブチル基、3−ヒドロキシブチル基、4−ヒドロキシブチル基等の炭素数1〜4のヒドロキシアルキル基;メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、i−プロポキシ基、n−ブトキシ基、2−メチルプロポキシ基、1−メチルプロポキシ基、t−ブトキシ基等の炭素数1〜4のアルコキシル基;シアノ基;シアノメチル基、2−シアノエチル基、3−シアノプロピル基、4−シアノブチル基等の炭素数2〜5のシアノアルキル基等の置換基を用いて、炭素数4〜20の1価又は2価の脂環式炭化水素基を置換した化合物がある。これらの中でも、ヒドロキシル基、カルボキシル基、ヒドロキシメチル基、シアノ基、シアノメチル基を用いて炭素数4〜20の1価又は2価の脂環式炭化水素基を置換した化合物であることが好ましい。
一般式(7)中のR10で表される基のうち、炭素数1〜4の直鎖状又は分岐状のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基等がある。これらの中でも、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基であることが好ましい。
即ち、繰り返し単位(3)としては、一般式(7)で表される構造を含む基を有する、一般式(1−3−1)〜(1−3−4)で表される繰り返し単位のうちの少なくともいずれかを好適例として挙げることができる。
Figure 0005077353
一般式(1−3−1)〜(1−3−4)中、Rは、相互に独立に、水素原子、メチル基、又はトリフルオロメチル基を示し、R10は、相互に独立に、炭素数1〜4の直鎖状又は分岐状のアルキル基を示す。また、一般式(1−3−3)中、nは1〜5の整数を示す。
一般式(1−3−1)〜(1−3−4)中のR10で表される基のうち、炭素数1〜4の直鎖状又は分岐状のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基等がある。これらの中でも、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基であることが更に好ましい。
酸解離性基が一般式(1−3−2)で表される基である場合には、二つのR10がともにメチル基であることが特に好ましい。酸解離性基が一般式(1−3−3)で表される基の場合には、nは1又は2の整数であり、且つ、R10はメチル基又はエチル基であることが特に好ましい。酸解離性基が一般式(1−3−4)で表される基の場合には、二つのR10がともにメチル基であることが特に好ましい。
また、一般式(7)で表される構造を含む基を有する繰り返し単位としては、一般式(1−3−5)〜(1−3−12)で表される繰り返し単位であることも好ましい。
Figure 0005077353
繰り返し単位(3)を含む重合体(A)を製造するために用いられる単量体(ラジカル重合性単量体)の好適な具体例としては、(メタ)アクリル酸2−メチルアダマンチル−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸2−メチル−3−ヒドロキシアダマンチル−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸2−エチルアダマンチル−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸2−エチル−3−ヒドロキシアダマンチル−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸2−n−プロピルアダマンチル−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸2−イソプロピルアダマンチル−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−2−メチルビシクロ[2.2.1]へプト−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−2−エチルビシクロ[2.2.1]へプト−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−8−メチルトリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イルエステル、(メタ)アクリル酸−8−エチルトリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イルエステル、(メタ)アクリル酸−4−メチルテトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカン−4−イルエステル、(メタ)アクリル酸−4−エチルテトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカン−4−イルエステル、(メタ)アクリル酸1−(ビシクロ[2.2.1]へプト−2−イル)−1−メチルエチルエステル、(メタ)アクリル酸1−(トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イル)−1−メチルエチルエステル、(メタ)アクリル酸1−(テトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカン−4−イル)−1−メチルエチルエステル、(メタ)アクリル酸1−(アダマンタン−1−イル)−1−メチルエチルエステル、(メタ)アクリル酸1−(アダマンタン−1−イル)−1−エチルエチルエステル、(メタ)アクリル酸1−(アダマンタン−1−イル)−1−メチルプロピルエステル、(メタ)アクリル酸1−(アダマンタン−1−イル)−1−エチルプロピルエステル、(メタ)アクリル酸1−(3−ヒドロキシアダマンタン−1−イル)−1−メチルエチルエステル、(メタ)アクリル酸1,1−ジシクロヘキシルエチルエステイル、(メタ)アクリル酸1,1−ジ(ビシクロ[2.2.1]へプト−2−イル)エチルエステル、(メタ)アクリル酸1,1−ジ(トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イル)エチルエステル、(メタ)アクリル酸1,1−ジ(テトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカン−4−イル)エチルエステル、(メタ)アクリル酸1,1−ジ(アダマンタン−1−イル)エチルエステル、(メタ)アクリル酸1−メチル−1−シクロペンチルエステル、(メタ)アクリル酸1−エチル−1−シクロペンチルエステル、(メタ)アクリル酸1−イソプロピル−1−シクロペンチルエステル、(メタ)アクリル酸1−メチル−1−シクロヘキシルエステル、(メタ)アクリル酸1−エチル−1−シクロヘキシルエステル、(メタ)アクリル酸1−イソプロピル−1−シクロヘキシルエステル、(メタ)アクリル酸1−メチル−1−シクロヘプチルエステル、(メタ)アクリル酸1−エチル−1−シクロヘプチルエステル、(メタ)アクリル酸1−イソプロピル−1−シクロヘプチルエステル、(メタ)アクリル酸1−メチル−1−シクロオクチルエステル、(メタ)アクリル酸1−エチル−1−シクロオクチルエステル、(メタ)アクリル酸1−イソプロピル−1−シクロオクチルエステル等を挙げることができる。
これらの中でも、(メタ)アクリル酸2−メチルアダマンチル−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸2−エチルアダマンチル−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−2−メチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−2−エチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸1−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1−メチルエチルエステル、(メタ)アクリル酸1−(アダマンタン−1−イル)−1−メチルエチルエステル、(メタ)アクリル酸1−メチル−1−シクロペンチルエステル、(メタ)アクリル酸1−エチル−1−シクロペンチルエステル、(メタ)アクリル酸1−メチル−1−シクロヘキシルエステル、(メタ)アクリル酸1−エチル−1−シクロヘキシルエステルを用いることが好ましい。
(iv) 他の繰り返し単位
重合体(A)は、繰り返し単位(1)〜(3)以外の繰り返し単位(以下、「他の繰り返し単位」ともいう)を一種以上含むものであっても良い。「他の繰り返し単位」の好適例としては、一般式(1−4−1)〜(1−4−6)で表される繰り返し単位(以下、「繰り返し単位(4)」ともいう)、一般式(1−5)で表される繰り返し単位(以下、「繰り返し単位(5)」ともいう)、一般式(1−6)で表される繰り返し単位(以下、「繰り返し単位(6)」ともいう)、及び一般式(1−7)で表される繰り返し単位(以下、「繰り返し単位(7)」ともいう)等がある。重合体(A)は、これらの繰り返し単位のうちの少なくとも一種を含むものであることが好ましい。
Figure 0005077353
一般式(1−4−1)〜(1−4−6)中、Rは、相互に独立に、水素原子、メチル基、又はトリフルオロメチル基を示す。一般式(1−4−1)中、R11は、水素原子、又は置換基を有していても良い炭素数1〜4のアルキル基を示し、lは、1〜3の整数を示す。一般式(1−4−4)中、R12は、水素原子、又はメトキシ基を示す。一般式(1−4−2)及び(1−4−3)中、Aは、単結合、又はメチレン基を示し、mは、0又は1を示す。一般式(1−4−3)及び(1−4−5)中、Bは、酸素原子、又はメチレン基を示す。
Figure 0005077353
一般式(1−5)中、Rは、水素原子、メチル基、又はトリフルオロメチル基を示し、Xは、炭素数7〜20の多環型脂環式炭化水素基を示す。
Figure 0005077353
一般式(1−6)中、Rは、水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、トリフルオロメチル基、又はヒドロキシメチル基を示し、R13は、2価の鎖状若しくは環状の炭化水素基、アルキレングリコール基、又はアルキレンエステル基を示す。
Figure 0005077353
一般式(1−7)中、Rは、水素原子、又はメチル基を示し、Xは、単結合、又は炭素数1〜3の2価の有機基を示し、Yは、相互に独立に、単結合、又は炭素数1〜3の2価の有機基を示し、R14は、相互に独立に、水素原子、ヒドロキシル基、シアノ基、又はCOOR15基(但し、R15は、水素原子、炭素数1〜4の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、又は炭素数3〜20の脂環式のアルキル基を示す。)を示す。
(繰り返し単位(4))
繰り返し単位(4)を含む重合体(A)を製造するために用いられる単量体(ラジカル重合性単量体)の好適な具体例としては、(メタ)アクリル酸−5−オキソ−4−オキサ−トリシクロ[4.2.1.03,7]ノナ−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−9−メトキシカルボニル−5−オキソ−4−オキサ−トリシクロ[4.2.1.03,7]ノナ−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−5−オキソ−4−オキサ−トリシクロ[5.2.1.03,8]デカ−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−10−メトキシカルボニル−5−オキソ−4−オキサ−トリシクロ[5.2.1.03,8]デカ−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−6−オキソ−7−オキサ−ビシクロ[3.2.1]オクタ−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−4−メトキシカルボニル−6−オキソ−7−オキサ−ビシクロ[3.2.1]オクタ−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−7−オキソ−8−オキサ−ビシクロ[3.3.1]ノナ−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−4−メトキシカルボニル−7−オキソ−8−オキサ−ビシクロ[3.3.1]ノナ−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−2−オキソテトラヒドロピラン−4−イルエステル、(メタ)アクリル酸−4−メチル−2−オキソテトラヒドロピラン−4−イルエステル、(メタ)アクリル酸−4−エチル−2−オキソテトラヒドロピラン−4−イルエステル、(メタ)アクリル酸−4−プロピル−2−オキソテトラヒドロピラン−4−イルエステル、(メタ)アクリル酸−2−オキソテトラヒドロフラン−4−イルエステル、(メタ)アクリル酸−5−オキソテトラヒドロフラン−3−イルエステル、(メタ)アクリル酸−3,3−ジメチル−2−オキソテトラヒドロフラン−4−イルエステル、(メタ)アクリル酸−2,2−ジメチル−5−オキソテトラヒドロフラン−3−イルエステル、(メタ)アクリル酸−4,4−ジメチル−5−オキソテトラヒドロフラン−3−イルエステル、(メタ)アクリル酸−2−オキソテトラヒドロフラン−3−イルエステル、(メタ)アクリル酸−4,4−ジメチル−2−オキソテトラヒドロフラン−3−イルエステル、(メタ)アクリル酸−5,5−ジメチル−2−オキソテトラヒドロフラン−3−イルエステル、(メタ)アクリル酸−5,5−ジメチル−2−オキソテトラヒドロフラン−4−イルエステル、(メタ)アクリル酸−5−オキソテトラヒドロフラン−2−イルメチルエステル、(メタ)アクリル酸−3,3−ジメチル−5−オキソテトラヒドロフラン−2−イルメチルエステル、(メタ)アクリル酸−4,4−ジメチル−5−オキソテトラヒドロフラン−2−イルメチルエステル等を挙げることができる。
(繰り返し単位(5))
一般式(1−5)中、Xで表される炭素数7〜20の多環型脂環式炭化水素基の好適例としては、ビシクロ[2.2.1]ヘプタン、ビシクロ[2.2.2]オクタン、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン、テトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカン、トリシクロ[3.3.1.13,7]デカン等のシクロアルカン類に由来する脂環族環からなる炭化水素基等がある。なお、これらの脂環族環は、置換基を有するものであっても良い。置換基の具体例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基等の炭素数1〜4の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基等を挙げることができる。なお、上記の置換基の具体例以外にも、例えば、ヒドロキシル基、シアノ基、炭素数1〜10のヒドロキシアルキル基、カルボキシル基等の置換基であっても良い。
繰り返し単位(5)を含む重合体(A)を製造するために用いられる単量体(ラジカル重合性単量体)の好適な具体例としては、(メタ)アクリル酸−ビシクロ[2.2.1]ヘプチルエステル、(メタ)アクリル酸−シクロヘキシルエステル、(メタ)アクリル酸−ビシクロ[4.4.0]デカニルエステル、(メタ)アクリル酸−ビシクロ[2.2.2]オクチルエステル、(メタ)アクリル酸−トリシクロ[5.2.1.02,6]デカニルエステル、(メタ)アクリル酸−テトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカニルエステル、(メタ)アクリル酸−トリシクロ[3.3.1.13,7]デカニルエステル等を挙げることができる。
(繰り返し単位(6))
一般式(1−6)中、R13で表される2価の鎖状又は環状の炭化水素基の具体例としては、メチレン基、エチレン基、プロピレン基(1,3−プロピレン基や1,2−プロピレン基等)、テトラメチレン基、ペンタメチレン基、ヘキサメチレン基、ヘプタメチレン基、オクタメチレン基、ノナメチレン基、デカメチレン基、ウンデカメチレン基、ドデカメチレン基、トリデカメチレン基、テトラデカメチレン基、ペンタデカメチレン基、ヘキサデカメチレン基、ヘプタデカメチレン基、オクタデカメチレン基、ノナデカメチレン基、イコサレン基、1−メチル−1,3−プロピレン基、2−メチル−1,3−プロピレン基、2−メチル−1,2−プロピレン基、1−メチル−1,4−ブチレン基、2−メチル−1,4−ブチレン基、エチリデン基、プロピリデン基、2−プロピリデン基等の鎖状炭化水素基;1,3−シクロブチレン基をはじめとするシクロブチレン基、1,3−シクロペンチレン基をはじめとするシクロペンチレン基、1,4−シクロへキシレン基をはじめとするシクロへキシレン基、1,5−シクロオクチレン基をはじめとするシクロオクチレン基等の炭素数3〜10のシクロアルキレン基等の単環式炭化水素環基;1,4−ノルボルニレン基、2,5−ノルボルニレン基をはじめとするノルボルニレン基、1,5−アダマンチレン基、2,6−アダマンチレン基をはじめとするアダマンチレン基等の2〜4環式炭素数4〜30の炭化水素環基等の架橋環式炭化水素環基等を挙げることができる。
繰り返し単位(6)を含む重合体(A)を製造するために用いられる単量体(ラジカル重合性単量体)の好適な具体例としては、(メタ)アクリル酸(1,1,1−トリフルオロ−2−トリフルオロメチル−2−ヒドロキシ−3−プロピル)エステル、(メタ)アクリル酸(1,1,1−トリフルオロ−2−トリフルオロメチル−2−ヒドロキシ−4−ブチル)エステル、(メタ)アクリル酸(1,1,1−トリフルオロ−2−トリフルオロメチル−2−ヒドロキシ−5−ペンチル)エステル、(メタ)アクリル酸(1,1,1−トリフルオロ−2−トリフルオロメチル−2−ヒドロキシ−4−ペンチル)エステル、(メタ)アクリル酸2−{[5−(1’,1’,1’−トリフルオロ−2’−トリフルオロメチル−2’−ヒドロキシ)プロピル]ビシクロ[2.2.1]ヘプチル}エステル、(メタ)アクリル酸4−{[9−(1’,1’,1’−トリフルオロ−2’−トリフルオロメチル−2’−ヒドロキシ)プロピル]テトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデシル}エステル等を挙げることができる。
(繰り返し単位(7))
一般式(1−7)中、X及びYで表される炭素数1〜3の2価の有機基の具体例としては、メチレン基、エチレン基、プロピレン基等を挙げることができる。また、一般式(1−7)中、R14で表される基のうち、COOR15で表される基のR15で表される炭素数1〜4の直鎖状又は分岐状のアルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基等を挙げることができる。また、炭素数3〜20の脂環式のアルキル基の具体例としては、「C2n−1(nは3〜20の整数)」で表される、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基等のシクロアルキル基;ビシクロ[2.2.1]ヘプチル基、トリシクロ[5.2.1.02,6]デシル基、テトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカニル基、アダマンチル基等の多環型脂環式アルキル基;直鎖状、分岐状又は環状の一種以上のアルキル基で前述のシクロアルキル基や多環型脂環式アルキル基の一部を置換した基等を挙げることができる。なお、一般式(1−7)中の三つのR14のうちの少なくとも一つは水素原子ではなく、かつ、Xが単結合である場合には、三つのYのうちの少なくとも一つは炭素数1〜3の2価の有機基であることが好ましい。
繰り返し単位(7)を含む重合体(A)を製造するために用いられる単量体(ラジカル重合性単量体)の好適な具体例としては、(メタ)アクリル酸3−ヒドロキシアダマンタン−1−イルエステル、(メタ)アクリル酸3−ヒドロキシアダマンタン−1−イルメチルエステル、(メタ)アクリル酸3,5−ジヒドロキシアダマンタン−1−イルエステル、(メタ)アクリル酸3,5−ジヒドロキシアダマンタン−1−イルメチルエステル、(メタ)アクリル酸3−ヒドロキシ−5−メチルアダマンタン−1−イルエステル、(メタ)アクリル酸3,5−ジヒドロキシ−7−メチルアダマンタン−1−イルエステル、(メタ)アクリル酸3−ヒドロキシ−5,7−ジメチルアダマンタン−1−イルエステル、(メタ)アクリル酸3−ヒドロキシ−5,7−ジメチルアダマンタン−1−イルメチルエステル等を挙げることができる。
(v) 更に他の繰り返し単位
重合体(A)は、繰り返し単位(1)〜(3)、及び繰り返し単位(4)〜(7)以外の繰り返し単位(以下、「更に他の繰り返し単位」ともいう)を一種以上含むものであっても良い。更に他の繰り返し単位の好適例としては、多官能性単量体の重合性不飽和結合が開裂して形成される繰り返し単位等がある。このような多官能性単量体の具体例としては、(メタ)アクリル酸ジシクロペンテニル、(メタ)アクリル酸アダマンチルメチル等の有橋式炭化水素骨格を有する(メタ)アクリル酸エステル類;
(メタ)アクリル酸カルボキシノルボルニル、(メタ)アクリル酸カルボキシトリシクロデカニル、(メタ)アクリル酸カルボキシテトラシクロウンデカニル等の不飽和カルボン酸の有橋式炭化水素骨格を有するカルボキシル基含有エステル類;
(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n−プロピル、(メタ)アクリル酸n−ブチル、(メタ)アクリル酸2−メチルプロピル、(メタ)アクリル酸1−メチルプロピル、(メタ)アクリル酸t−ブチル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸3−ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸シクロプロピル、(メタ)アクリル酸シクロペンチル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸4−メトキシシクロヘキシル、(メタ)アクリル酸2−シクロペンチルオキシカルボニルエチル、(メタ)アクリル酸2−シクロヘキシルオキシカルボニルエチル、(メタ)アクリル酸2−(4−メトキシシクロヘキシル)オキシカルボニルエチル等の有橋式炭化水素骨格を有しない(メタ)アクリル酸エステル類;
α−ヒドロキシメチルアクリル酸メチル、α−ヒドロキシメチルアクリル酸エチル、α−ヒドロキシメチルアクリル酸n−プロピル、α−ヒドロキシメチルアクリル酸n−ブチル等のα−ヒドロキシメチルアクリル酸エステル類;(メタ)アクリロニトリル、α−クロロアクリロニトリル、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、イタコンニトリル等の不飽和ニトリル化合物;
(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチル(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、イタコンアミド等の不飽和アミド化合物;N−(メタ)アクリロイルモルホリン、N−ビニル−ε−カプロラクタム、N−ビニルピロリドン、ビニルピリジン、ビニルイミダゾール等の含窒素ビニル化合物;
(メタ)アクリル酸、クロトン酸、マレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、無水イタコン酸、シトラコン酸、無水シトラコン酸、メサコン酸等の不飽和カルボン酸(無水物)類;
(メタ)アクリル酸2−カルボキシエチル、(メタ)アクリル酸2−カルボキシプロピル、(メタ)アクリル酸3−カルボキシプロピル、(メタ)アクリル酸4−カルボキシブチル、(メタ)アクリル酸4−カルボキシシクロヘキシル等の不飽和カルボン酸の有橋式炭化水素骨格を有しないカルボキシル基含有エステル類;
1,2−アダマンタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,3−アダマンタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,4−アダマンタンジオールジ(メタ)アクリレート、トリシクロデカニルジメチロールジ(メタ)アクリレート等の有橋式炭化水素骨格を有する多官能性単量体;
メチレングリコールジ(メタ)アクリレート、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、2,5−ジメチル−2,5−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、1,8−オクタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,9−ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、1,4−ビス(2−ヒドロキシプロピル)ベンゼンジ(メタ)アクリレート、1,3−ビス(2−ヒドロキシプロピル)ベンゼンジ(メタ)アクリレート等の有橋式炭化水素骨格を有しない多官能性単量体等を挙げることができる。
(2) 各繰り返し単位の含有率
重合体(A)に含まれる繰り返し単位(1)の割合(含有率)は、全繰り返し単位中、通常、10〜90mol%であり、好ましくは20〜80mol%であり、更に好ましくは30〜70mol%である。繰り返し単位(1)の含有率が10mol%未満であると、レジストとしての現像性が低下する傾向にある。また、形成されるパターンに欠陥が生じ易くなる傾向にある。一方、90mol%超であると、レジストとしての解像性、LWR、PEB温度依存性が低下する傾向にある。
重合体(A)に含まれる繰り返し単位(2)の割合(含有率)は、全繰り返し単位中、通常、5〜60mol%であり、好ましくは5〜50mol%であり、更に好ましくは10〜40mol%である。繰り返し単位(2)の含有率が5mol%未満であると、レジストとしてのLWR、パターン倒れ耐性が低下する傾向にある。また、形成されるパターンに欠陥が生じ易くなる傾向にある。一方、60mol%超であると、レジストとしての解像性が低下する傾向にある。
重合体(A)に含まれる繰り返し単位(3)の割合(含有率)は、全繰り返し単位中、通常、10〜90mol%であり、好ましくは10〜80mol%であり、更に好ましくは20〜80mol%である。繰り返し単位(3)の含有率が10mol%未満であると、レジストとしての解像性、LWR、PEB温度依存性が劣化する傾向にある。一方、90mol%超であると、レジストとしての現像性が低下する傾向にある。また、形成されるパターンに欠陥が生じ易くなる傾向にある。
重合体(A)に含まれる繰り返し単位(4)の割合(含有率)は、全繰り返し単位中、通常、10〜70mol%であり、好ましくは15〜65mol%であり、更に好ましくは20〜60mol%である。繰り返し単位(4)の含有率が10mol%未満であると、レジストとしての現像性が低下する傾向にある。一方、70mol%超であると、レジスト溶剤への溶解性が低下したり、解像度が低下したりする傾向にある。
重合体(A)に含まれる繰り返し単位(5)の割合(含有率)は、全繰り返し単位中、通常、30mol%以下であり、好ましくは25mol%以下である。繰り返し単位(5)の含有率が30mol%超であると、レジスト被膜がアルカリ現像液により膨潤し易くなったり、レジストとしての現像性が低下したりする傾向にある。
重合体(A)に含まれる繰り返し単位(6)の割合(含有率)は、全繰り返し単位中、通常、30mol%以下であり、好ましくは25mol%以下である。繰り返し単位(6)の含有率が30mol%超であると、レジストパターンのトップロスが生じ、パターン形状が悪化する傾向にある。
重合体(A)に含まれる繰り返し単位(7)の割合(含有率)は、全繰り返し単位中、通常、30mol%以下であり、好ましくは25mol%以下である。繰り返し単位(7)の含有率が30mol%超であると、レジスト被膜がアルカリ現像液により膨潤し易くなったり、レジストとしての現像性が低下したりする傾向にある。
なお、重合体(A)に含まれる「更に他の繰り返し単位」の割合(含有率)は、全繰り返し単位中、通常、50mol%以下であり、好ましくは40mol%以下である。
(3) 物性値
重合体(A)のゲルパーミエーションクロマトグラフィ(以下、「GPC」ともいう)によるポリスチレン換算の重量平均分子量は(以下、「Mw」ともいう)は、特に限定されないが、好ましくは1000〜100000であり、更に好ましくは1000〜30000であり、特に好ましくは1000〜20000である。重合体(A)のMwが1000未満であると、レジストとしたときの耐熱性が低下する場合がある。一方、100000超であると、レジストとしたときの現像性が低下する場合がある。
重合体(A)のMwと、GPCによるポリスチレン換算の数平均分子量(以下、「Mn」ともいう)との比(Mw/Mn;分散度(分子量分布))は、通常、1.0〜5.0であり、好ましくは1.0〜3.0であり、更に好ましくは1.0〜2.0である。
なお、本発明の実施形態である感放射線性組成物を調製するに際し、一種類の重合体(A)のみを用いても良いが、二種類以上の重合体(A)を組み合わせて用いることも好ましい。
(4) 製造方法
重合体(A)は、ラジカル重合等の常法に従って合成することができる。具体的には、各単量体及びラジカル開始剤を含有する反応溶液を、反応溶媒又は単量体を含有する反応溶液に滴下して重合反応を行う方法、或いは、各単量体を含有する反応溶液と、ラジカル開始剤を含有する反応溶液を、それぞれ別々に反応溶媒又は単量体を含有する反応溶液に滴下して重合反応を行う方法によって合成することができる。とりわけ、各単量体をそれぞれ含有する反応溶液と、ラジカル開始剤を含有する反応溶液を、別々に反応溶媒又は単量体を含有する反応溶液に滴下して重合反応を行う方法によって合成することが好ましい。
重合反応における反応温度は、ラジカル開始剤の種類によって適宣設定すれば良いが、通常、30〜180℃であり、好ましくは40〜160℃であり、更に好ましくは50〜140℃である。反応溶液等を滴下するのに要する時間は、重合反応温度、ラジカル開始剤の種類、反応させる単量体の種類等によって適宣設定すれば良いが、通常、30分〜8時間であり、好ましくは45分〜6時間であり、更に好ましくは1〜5時間である。また、滴下時間を含む全反応時間についても適宣設定すれば良いが、通常、30分〜8時間であり、好ましくは45分〜7時間であり、更に好ましくは1〜6時間である。単量体を含有する反応溶液に滴下する場合、滴下する反応溶液に含まれる単量体の割合は、重合に用いられる全単量体量に対して、30mol%以上であることが好ましく、50mol%以上であることが更に好ましく、70mol%以上であることが特に好ましい。
ラジカル開始剤の具体例としては、2,2’−アゾビス(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス(2−シクロプロピルプロピオニトリル)、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)、1,1’−アゾビス(シクロヘキサン−1−カルボニトリル)、2,2’−アゾビス(2−メチル−N−フェニルプロピオンアミジン)ジヒドロクロリド、2,2’−アゾビス(2−メチル−N−2−プロペニルプロピオンアミジン)ジヒドロクロリド、2,2’−アゾビス[2−(5−メチル−2−イミダゾリン−2−イル)プロパン]ジヒドロクロリド、2,2’−アゾビス{2−メチル−N−[1,1−ビス(ヒドロキシメチル)2−ヒドロキシエチル]プロピオンアミド}、ジメチル−2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)、4,4’−アゾビス(4−シアノバレリックアシッド)、2,2’−アゾビス(2−(ヒドロキシメチル)プロピオニトリル)等を挙げることができる。なお、これらのラジカル開始剤は、一種単独で又は二種以上を組み合わせて用いることができる。
重合反応に用いることのできる溶媒は、使用する単量体を溶解し、重合反応を阻害する等の溶媒(例えば、ニトロベンゼン類等の重合禁止を促す溶媒や、メルカプト化合物等の連鎖移動を促す溶媒等)でなければ良い。溶媒の具体例としては、アルコール類、エーテル類、ケトン類、アミド類、エステル及びラクトン類、ニトリル類、並びにこれらの混合液を挙げることができる。アルコール類の具体例としては、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロピルアルコール、ブタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、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、1−メトキシ−2−プロパノールを挙げることができる。エーテル類の具体例としては、プロピルエーテル、イソプロピルエーテル、ブチルメチルエーテル、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,3−ジオキソラン、1,3−ジオキサン等を挙げることができる。ケトン類の具体例としては、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、メチルイソプロピルケトン、メチルイソブチルケトンを挙げることができる。アミド類の具体例としては、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミドを挙げることができる。エステル及びラクトン類の具体例としては、酢酸エチル、酢酸メチル、酢酸イソブチル、γ−ブチロラクトンを挙げることができる。ニトリル類の具体例としては、アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリルを挙げることができる。なお、これらの溶媒は、一種単独で又は二種以上を組み合わせて用いることができる。
重合反応終了後、再沈殿法により重合体(A)を回収することが好ましい。即ち、重合反応終了後、反応液を再沈殿溶媒に投入し、目的の重合体(A)を紛体として回収することが好ましい、再沈殿溶媒としては、水、アルコール類、エーテル類、ケトン類、アミド類、エステル及びラクトン類、ニトリル類、並びにこれらの混合液を使用することができる。アルコール類の具体例としては、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロピルアルコール、ブタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、1−メトキシ−2−プロパノールを挙げることができる。エーテル類の具体例としては、プロピルエーテル、イソプロピルエーテル、ブチルメチルエーテル、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,3−ジオキソラン、1,3−ジオキサン等を挙げることができる。ケトン類の具体例としては、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、メチルイソプロピルケトン、メチルイソブチルケトンを挙げることができる。アミド類の具体例としては、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミドを挙げることができる。エステル及びラクトン類の具体例としては、酢酸エチル、酢酸メチル、酢酸イソブチル、γ−ブチロラクトンを挙げることができる。ニトリル類の具体例としては、アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリルを挙げることができる。
重合体(A)に含有される単量体に由来する低分子量成分の割合は、固形分換算で重合体(A)100質量%に対して、0.1質量%以下であることが好ましく、0.07質量%以下であることが更に好ましく、0.05質量%以下であることが特に好ましい。低分子量成分の含有割合が0.1質量%以下であると、この重合体(A)を使用してレジスト膜を形成して液浸露光を行う場合に、レジスト膜に接触する水に対する溶出物の量を、露光に対する影響を無視できる程度にまで少なくすることができる。更に、この重合体(A)を含有する感放射線性組成物の保管時に異物が極めて発生し難くなるために、塗布時に塗布ムラが極めて発生し難くなり、レジストパターン形成時における欠陥の発生を十分に抑制することができる。
単量体に由来する低分子量成分の具体例としては、モノマー、ダイマー、トリマー、オリゴマー等の、Mwが500以下の成分を挙げることができる。このようなMwが500以下の成分は、例えば、水洗、液々抽出等の化学的精製法や、これらの化学的精製法と、限外濾過や遠心分離等の物理的精製法とを組み合わせた精製法等で精製することにより除去することができる。なお、重合体(A)に含まれる低分子量成分の割合は、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)により分析して定量することができる。また、重合体(A)に含まれるハロゲン、金属等の不純物の割合は少ないほど好ましい。不純物の含有割合が少ない重合体(A)を用いると、感度、解像度、プロセス安定性、パターン形状等が更に改善され得る感放射線性組成物を提供することができる。
2 感放射線性酸発生剤(B)
感放射線性酸発生剤(B)は、露光により酸を発生し得るものであり、光酸発生剤として機能する成分である。露光によって酸発生剤(B)から発生した酸は、感放射線性組成物に含有される重合体(A)中に存在する酸解離性基を解離させて(保護基を脱離させて)、重合体(A)をアルカリ可溶性とする。その結果、レジスト被膜の露光部がアルカリ現像液に易溶性となり、ポジ型のレジストパターンが形成される。なお、本発明の感放射線性組成物には、一種類の酸発生剤(B)のみが含有されていても良いが、二種類以上の酸発生剤(B)が含有されていることも好ましい。
(1) 構成成分
酸発生剤(B)としては、一般式(2)で表される化合物(以下、「酸発生剤(1)ともいう」)を含むことが好ましい。
Figure 0005077353
一般式(2)中、Rは、水素原子、フッ素原子、ヒドロキシル基、炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルコキシル基、又は炭素数2〜11の直鎖状若しくは分岐状のアルコキシカルボニル基を示し、Rは、炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルコキシル基、又は炭素数2〜11の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルカンスルホニル基を示し、Rは、相互に独立に、炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、置換若しくは無置換のフェニル基、又は置換若しくは無置換のナフチル基を示すか、或いは二つのRが結合して形成される炭素数2〜10の置換又は無置換の2価の基を示す。kは0〜2の整数を示し、rは0〜10の整数(好ましくは0〜2の整数)を示し、Xは一般式(3)〜(6)のいずれかで表されるアニオンを示す(但し、Xが一般式(3)で表されるアニオンである場合、二つのRが結合して炭素数が2〜10の置換又は無置換の2価の基を形成することはない。)。
Figure 0005077353
一般式(3)中、Rは、水素原子、フッ素原子、又は炭素数1〜12の置換若しくは無置換の炭化水素基を示し、nは1〜10の整数を示す。また、一般式(4)中、Rは、炭素数1〜6のアルキルカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基、若しくはヒドロキシアルキル基で置換されるか、又は無置換の炭素数1〜12の炭化水素基を示す。更に、一般式(5)及び(6)中、Rは、相互に独立に、炭素数1〜10の直鎖状又は分岐状のフッ素原子を含有するアルキル基を示すか、或いは二つのRが結合して形成される炭素数2〜10のフッ素原子を含有する置換又は無置換の2価の基を示す。
(i) 酸発生剤(1)
一般式(2)中、R〜Rで表される基のうち、炭素数1〜10の直鎖状又は分岐状のアルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、ネオペンチル基、n−へキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、2−エチルへキシル基、n−ノニル基、n−デシル基等を挙げることができる。これらの中でも、メチル基、エチル基、n−ブチル基、t−ブチル基が好ましい。
一般式(2)中、R及びRで表される基のうち、炭素数1〜10の直鎖状又は分岐状のアルコキシル基の具体例としては、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、i−プロポキシ基、n−ブトキシ基、2−メチルプロポキシ基、1−メチルプロポキシ基、t−ブトキシ基、n−ペンチルオキシ基、ネオペンチルオキシ基、n−ヘキシルオキシ基、n−ヘプチルオキシ基、n−オクチルオキシ基、2−エチルヘキシルオキシ基、n−ノニルオキシ基、n−デシルオキシ基等を挙げることができる。これらの中でも、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、n−ブトキシ基が好ましい。
一般式(2)中、Rで表される基のうち、炭素数2〜11の直鎖状又は分岐状のアルコキシカルボニル基の具体例としては、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、n−プロポキシカルボニル基、i−プロポキシカルボニル基、n−ブトキシカルボニル基、2−メチルプロポキシカルボニル基、1−メチルプロポキシカルボニル基、t−ブトキシカルボニル基、n−ペンチルオキシカルボニル基、ネオペンチルオキシカルボニル基、n−ヘキシルオキシカルボニル基、n−ヘプチルオキシカルボニル基、n−オクチルオキシカルボニル基、2−エチルヘキシルオキシカルボニル基、n−ノニルオキシカルボニル基、n−デシルオキシカルボニル基等を挙げることができる。これらの中でも、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、n−ブトキシカルボニル基が好ましい。
一般式(2)中、Rで表される基のうち、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルカンスルホニル基の具体例としては、メタンスルホニル基、エタンスルホニル基、n−プロパンスルホニル基、n−ブタンスルホニル基、tert−ブタンスルホニル基、n−ペンタンスルホニル基、ネオペンタンスルホニル基、n−ヘキサンスルホニル基、n−ヘプタンスルホニル基、n−オクタンスルホニル基、2−エチルヘキサンスルホニル基、n−ノナンスルホニル基、n−デカンスルホニル基、シクロペンタンスルホニル基、シクロヘキサンスルホニル基等を挙げることができる。これらの中でも、メタンスルホニル基、エタンスルホニル基、n−プロパンスルホニル基、n−ブタンスルホニル基、シクロペンタンスルホニル基、シクロヘキサンスルホニル基が好ましい。
一般式(2)中、Rで表される基のうち、置換又は無置換のフェニル基の具体例としては、フェニル基、o−トリル基、m−トリル基、p−トリル基、2,3−ジメチルフェニル基、2,4−ジメチルフェニル基、2,5−ジメチルフェニル基、2,6−ジメチルフェニル基、3,4−ジメチルフェニル基、3,5−ジメチルフェニル基、2,4,6−トリメチルフェニル基、4−エチルフェニル基、4−t−ブチルフェニル基、4−シクロヘキシルフェニル基、4−フルオロフェニル基等のフェニル基;これらのフェニル基が、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基で置換されたアルキル置換フェニル基;これらのフェニル基又はアルキル置換フェニル基が、ヒドロキシル基、カルボキシル基、シアノ基、ニトロ基、アルコキシル基、アルコキシアルキル基、アルコキシカルボニル基、及びアルコキシカルボニルオキシ基からなる群より選択される少なくとも一種の基で置換された基等を挙げることができる。
フェニル基及びアルキル置換フェニル基に置換されることのある基のうち、アルコキシル基の具体例としては、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、i−プロポキシ基、n−ブトキシ基、2−メチルプロポキシ基、1−メチルプロポキシ基、t−ブトキシ基、シクロペンチルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基等の炭素数1〜20の直鎖状、分岐状又は環状のアルコキシル基等を挙げることができる。
フェニル基及びアルキル置換フェニル基に置換されることのある基のうち、アルコキシアルキル基の具体例としては、メトキシメチル基、エトキシメチル基、1−メトキシエチル基、2−メトキシエチル基、1−エトキシエチル基、2−エトキシエチル基等の炭素数2〜21の直鎖状、分岐状又は環状のアルコキシアルキル基等を挙げることができる。
フェニル基及びアルキル置換フェニル基に置換されることのある基のうち、アルコキシカルボニル基の具体例としては、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、n−プロポキシカルボニル基、i−プロポキシカルボニル基、n−ブトキシカルボニル基、2−メチルプロポキシカルボニル基、1−メチルプロポキシカルボニル基、t−ブトキシカルボニル基、シクロペンチルオキシカルボニル基、シクロヘキシルオキシカルボニル基等の炭素数2〜21の直鎖状、分岐状又は環状のアルコキシカルボニル基等を挙げることができる。
フェニル基及びアルキル置換フェニル基に置換されることのある基のうち、アルコキシカルボニルオキシ基の具体例としては、メトキシカルボニルオキシ基、エトキシカルボニルオキシ基、n−プロポキシカルボニルオキシ基、i−プロポキシカルボニルオキシ基、n−ブトキシカルボニルオキシ基、t−ブトキシカルボニルオキシ基、シクロペンチルオキシカルボニルオキシ基、シクロヘキシルオキシカルボニルオキシ基等の炭素数2〜21の直鎖状、分岐状又は環状のアルコキシカルボニルオキシ基等を挙げることができる。
一般式(2)中、Rで表される置換又は無置換のフェニル基の好適例としては、フェニル基、4−シクロヘキシルフェニル基、4−t−ブチルフェニル基、4−メトキシフェニル基、4−t−ブトキシフェニル基等を挙げることができる。
一般式(2)中、Rで表される基のうち、置換又は無置換のナフチル基の具体例としては、1−ナフチル基、2−メチル−1−ナフチル基、3−メチル−1−ナフチル基、4−メチル−1−ナフチル基、5−メチル−1−ナフチル基、6−メチル−1−ナフチル基、7−メチル−1−ナフチル基、8−メチル−1−ナフチル基、2,3−ジメチル−1−ナフチル基、2,4−ジメチル−1−ナフチル基、2,5−ジメチル−1−ナフチル基、2,6−ジメチル−1−ナフチル基、2,7−ジメチル−1−ナフチル基、2,8−ジメチル−1−ナフチル基、3,4−ジメチル−1−ナフチル基、3,5−ジメチル−1−ナフチル基、3,6−ジメチル−1−ナフチル基、3,7−ジメチル−1−ナフチル基、3,8−ジメチル−1−ナフチル基、4,5−ジメチル−1−ナフチル基、5,8−ジメチル−1−ナフチル基、4−エチル−1−ナフチル基、2−ナフチル基、1−メチル−2−ナフチル基、3−メチル−2−ナフチル基、4−メチル−2−ナフチル基等のナフチル基;これらのナフチル基が、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基で置換されたアルキル置換ナフチル基;これらのナフチル基又はアルキル置換ナフチル基が、ヒドロキシル基、カルボキシル基、シアノ基、ニトロ基、アルコキシル基、アルコキシアルキル基、アルコキシカルボニル基、及びアルコキシカルボニルオキシ基からなる群より選択される少なくとも一種の基で置換された基等を挙げることができる。
ナフチル基及びアルキル置換ナフチル基に置換されることのあるアルコキシル基、アルコキシアルキル基、アルコキシカルボニル基、及びアルコキシカルボニルオキシ基の具体例としては、前述のフェニル基及びアルキル置換フェニル基に置換されることのある基について例示した基と同様の基を挙げることができる。
一般式(2)中、Rで表される置換又は無置換のナフチル基の好適例としては、1−ナフチル基、1−(4−メトキシナフチル)基、1−(4−エトキシナフチル)基、1−(4−n−プロポキシナフチル)基、1−(4−n−ブトキシナフチル)基、2−(7−メトキシナフチル)基、2−(7−エトキシナフチル)基、2−(7−n−プロポキシナフチル)基、2−(7−n−ブトキシナフチル)基等を挙げることができる。
一般式(2)中、二つのRが結合して形成される炭素数2〜10の置換又は無置換の2価の基の具体例としては、一般式(2)中のイオウカチオンとともに5員環又は6員環(好ましくは5員環(テトラヒドロチオフェン環))を形成する基等を挙げることができる。また、この炭素数2〜10の置換又は無置換の2価の基に置換されることのある置換基の具体例としては、前述のフェニル基及びアルキル置換フェニル基に置換されることのある基で例示したヒドロキシル基、カルボキシル基、シアノ基、ニトロ基、アルコキシル基、アルコキシアルキル基、アルコキシカルボニル基、アルコキシカルボニルオキシ基等と同様の基を挙げることができる。
一般式(2)中のRは、メチル基、エチル基、フェニル基、4−メトキシフェニル基、1−ナフチル基、二つのRが結合してイオウカチオンとともにテトラヒドロチオフェン環構造を形成する2価の基等が好ましい。
一般式(2)中、カチオン部位の好適例としては、トリフェニルスルホニウムカチオン、トリ−1−ナフチルスルホニウムカチオン、トリ−tert−ブチルフェニルスルホニウムカチオン、4−フルオロフェニル−ジフェニルスルホニウムカチオン、ジ−4−フルオロフェニル−フェニルスルホニウムカチオン、トリ−4−フルオロフェニルスルホニウムカチオン、4−シクロヘキシルフェニル−ジフェニルスルホニウムカチオン、4−メタンスルホニルフェニル−ジフェニルスルホニウムカチオン、4−シクロヘキサンスルホニル−ジフェニルスルホニウムカチオン、1−ナフチルジメチルスルホニウムカチオン、1−ナフチルジエチルスルホニウムカチオン、1−(4−ヒドロキシナフチル)ジメチルスルホニウムカチオン、1−(4−メチルナフチル)ジメチルスルホニウムカチオン、1−(4−メチルナフチル)ジエチルスルホニウムカチオン、1−(4−シアノナフチル)ジメチルスルホニウムカチオン、1−(4−シアノナフチル)ジエチルスルホニウムカチオン、1−(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)テトラヒドロチオフェニウムカチオン、1−(4−メトキシナフチル)テトラヒドロチオフェニウムカチオン、1−(4−エトキシナフチル)テトラヒドロチオフェニウムカチオン、1−(4−n−プロポキシナフチル)テトラヒドロチオフェニウムカチオン、1−(4−n−ブトキシナフチル)テトラヒドロチオフェニウムカチオン、2−(7−メトキシナフチル)テトラヒドロチオフェニウムカチオン、2−(7−エトキシナフチル)テトラヒドロチオフェニウムカチオン、2−(7−n−プロポキシナフチル)テトラヒドロチオフェニウムカチオン、2−(7−n−ブトキシナフチル)テトラヒドロチオフェニウムカチオン等を挙げることができる。
一般式(3)中、「C2n 」基は、炭素数nのパーフルオロアルキレン基である。但し、このパーフルオロアルキレン基は、直鎖状であっても分岐状であっても良い。また、nは、1、2、4、又は8であることが好ましい。一般式(3)中、Rで表される置換又は無置換の炭素数1〜12の炭化水素基の好適な具体例としては、炭素数1〜12のアルキル基、シクロアルキル基、有橋脂環式炭化水素基を挙げることができる。これらの中でも、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、ネオペンチル基、n−へキシル基、シクロヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、2−エチルヘキシル基、n−ノニル基、n−デシル基、ノルボルニル基、ノルボルニルメチル基、ヒドロキシノルボルニル基、アダマンチル基が好ましい。
一般式(5)及び(6)中、Rで表される炭素数1〜10の直鎖状又は分岐状のフッ素原子を含有するアルキル基の具体例としては、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、ヘプタフルオロプロピル基、ノナフルオロブチル基、ドデカフルオロペンチル基、パーフルオロオクチル基等を挙げることができる。
一般式(5)及び(6)中、二つのRが結合して形成される炭素数2〜10のフッ素原子を含有する置換又は無置換の2価の基の具体例としては、テトラフルオロエチレン基、ヘキサフルオロプロピレン基、オクタフルオロブチレン基、デカフルオロペンチレン基、ウンデカフルオロへキシレン基等を挙げることができる。
一般式(2)中、アニオン部位の好適例としては、トリフルオロメタンスルホネートアニオン、パーフルオロ−n−ブタンスルホネートアニオン、パーフルオロ−n−オクタンスルホネートアニオン、2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2−イル)−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネートアニオン、2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2−イル)−1,1−ジフルオロエタンスルホネートアニオン、1−アダマンチルスルホネートアニオン、及び式(8−1)〜(8−7)で表されるアニオン等を挙げることができる。
Figure 0005077353
酸発生剤(1)は、上述のカチオンとアニオンの組み合わせによって構成されるが、その組み合わせは特に限定されない。但し、酸発生剤(1)として、1−(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)テトラヒドロチオフェニウムカチオン、1−(4−メトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムカチオン、1−(4−エトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムカチオン、1−(4−n−プロポキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムカチオン、1−(4−n−ブトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムカチオン、2−(7−メトキシナフタレン−2−イル)テトラヒドロチオフェニウムカチオン、2−(7−エトキシナフタレン−2−イル)テトラヒドロチオフェニウムカチオン、2−(7−n−プロポキシナフタレン−2−イル)テトラヒドロチオフェニウムカチオン、2−(7−n−ブトキシナフタレン−2−イル)テトラヒドロチオフェニウムカチオン等の二つのRが結合して炭素数2〜10の置換又は無置換の2価の基を有するカチオンと、トリフルオロメタンスルホネートアニオン、パーフルオロ−n−ブタンスルホネートアニオン、パーフルオロ−n−オクタンスルホネートアニオン等の一般式(3)で表されるアニオンの組み合わせは含まれない。
(ii) 他の酸発生剤
酸発生剤(B)は、酸発生剤(1)以外の酸発生剤(以下、「他の酸発生剤」ともいう)を含むものであっても良い。他の酸発生剤の具体例としては、オニウム塩化合物、ハロゲン含有化合物、ジアゾケトン化合物、スルホン化合物、スルホン酸化合物等を挙げることができる。
(オニウム塩化合物)
オニウム塩化合物の具体例としては、ヨードニウム塩、スルホニウム塩、ホスホニウム塩、ジアゾニウム塩、ピリジニウム塩等を挙げることができる。より具体的には、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パーナフルオロ−n−オクタンスルホネート、ジフェニルヨードニウム2−ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2−イル−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、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、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムパーナフルオロ−n−オクタンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウム2−ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2−イル−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、シクロヘキシル・2−オキソシクロヘキシル・メチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、ジシクロヘキシル・2−オキソシクロヘキシルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、2−オキソシクロヘキシルジメチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、1−(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)テトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、1−(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)テトラヒドロチオフェニウムパーフルオロ−n−ブチルスルホネート、1−(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)テトラヒドロチオフェニウムパーフルオロ−n−オクチルスルホネート、1−(4−メトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、1−(4−メトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムパーフルオロ−n−ブチルスルホネート、1−(4−メトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムパーフルオロ−n−オクチルスルホネート、1−(4−エトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、1−(4−エトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムパーフルオロ−n−ブチルスルホネート、1−(4−エトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムパーフルオロ−n−オクチルスルホネート、1−(4−n−プロポキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、1−(4−n−プロポキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムパーフルオロ−n−ブチルスルホネート、1−(4−n−プロポキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムパーフルオロ−n−オクチルスルホネート、1−(4−n−ブトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、1−(4−n−ブトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムパーフルオロ−n−ブチルスルホネート、1−(4−n−ブトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムパーフルオロ−n−オクチルスルホネート、2−(7−メトキシナフタレン−2−イル)テトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、2−(7−メトキシナフタレン−2−イル)テトラヒドロチオフェニウムパーフルオロ−n−ブチルスルホネート、2−(7−メトキシナフタレン−2−イル)テトラヒドロチオフェニウムパーフルオロ−n−オクチルスルホネート、2−(7−エトキシナフタレン−2−イル)テトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、2−(7−エトキシナフタレン−2−イル)テトラヒドロチオフェニウムパーフルオロ−n−ブチルスルホネート、2−(7−エトキシナフタレン−2−イル)テトラヒドロチオフェニウムパーフルオロ−n−オクチルスルホネート、2−(7−n−プロポキシナフタレン−2−イル)テトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、2−(7−n−プロポキシナフタレン−2−イル)テトラヒドロチオフェニウムパーフルオロ−n−ブチルスルホネート、2−(7−n−プロポキシナフタレン−2−イル)テトラヒドロチオフェニウムパーフルオロ−n−オクチルスルホネート、2−(7−n−ブトキシナフタレン−2−イル)テトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、2−(7−n−ブトキシナフタレン−2−イル)テトラヒドロチオフェニウムパーフルオロ−n−ブチルスルホネート、2−(7−n−ブトキシナフタレン−2−イル)テトラヒドロチオフェニウムパーフルオロ−n−オクチルスルホネート等を挙げることができる。
(ハロゲン含有化合物)
ハロゲン含有化合物の具体例としては、ハロアルキル基含有炭化水素化合物、ハロアルキル基含有複素環式化合物等を挙げることができる。より具体的には、フェニルビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、4−メトキシフェニルビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、1−ナフチルビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン等の(トリクロロメチル)−s−トリアジン誘導体;1,1−ビス(4−クロロフェニル)−2,2,2−トリクロロエタン等を挙げることができる。
(ジアゾケトン化合物)
ジアゾケトン化合物の具体例としては、1,3−ジケト−2−ジアゾ化合物、ジアゾベンゾキノン化合物、ジアゾナフトキノン化合物等を挙げることができる。より具体的には、1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホニルクロリド、1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホニルクロリド、2,3,4,4’−テトラヒドロキシベンゾフェノンの1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホン酸エステル又は1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸エステル、1,1,1−トリス(4−ヒドロキシフェニル)エタンの1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホン酸エステル又は1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸エステル等を挙げることができる。
(スルホン化合物)
スルホン化合物の具体例としては、β−ケトスルホン、β−スルホニルスルホンや、これらの化合物のα−ジアゾ化合物等を挙げることができる。より具体的には、4−トリスフェナシルスルホン、メシチルフェナシルスルホン、ビス(フェニルスルホニル)メタン等を挙げることができる。
(スルホン酸化合物)
スルホン酸化合物の具体例としては、アルキルスルホン酸エステル、アルキルスルホン酸イミド、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。より具体的には、ベンゾイントシレート、ピロガロールのトリス(トリフルオロ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、トリフルオロメタンスルホニルビシクロ[2.2.1]へプト−5−エン−2,3−ジカルボジイミド、ノナフルオロ−n−ブタンスルホニルビシクロ[2.2.1]へプト−5−エン−2,3−ジカルボジイミド、パーフルオロ−n−オクタンスルホニルビシクロ[2.2.1]へプト−5−エン−2,3−ジカルボジイミド、2−ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2−イル−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホニルビシクロ[2.2.1]へプト−5−エン−2,3−ジカルボジイミド、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−(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−(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−(2−ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2−イル−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホニルオキシ)スクシンイミド、1,8−ナフタレンジカルボン酸イミドトリフルオロメタンスルホネート、1,8−ナフタレンジカルボン酸イミドノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、1,8−ナフタレンジカルボン酸イミドパーフルオロ−n−オクタンスルホネート等を挙げることができる。
上述してきた他の酸発生剤の中でも、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パーフルオロ−n−オクタンスルホネート、ジフェニルヨードニウム2−ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2−イル−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、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、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウム2−ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2−イル−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、シクロヘキシル・2−オキソシクロヘキシル・メチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、ジシクロヘキシル・2−オキソシクロヘキシルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、2−オキソシクロヘキシルジメチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、
トリフルオロメタンスルホニルビシクロ[2.2.1]へプト−5−エン−2,3−ジカルボジイミド、ノナフルオロ−n−ブタンスルホニルビシクロ[2.2.1]へプト−5−エン−2,3−ジカルボジイミド、パーフルオロ−n−オクタンスルホニルビシクロ[2.2.1]へプト−5−エン−2,3−ジカルボジイミド、2−ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2−イル−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホニルビシクロ[2.2.1]へプト−5−エン−2,3−ジカルボジイミド、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−(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−(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−(2−ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2−イル−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホニルオキシ)スクシンイミド、1,8−ナフタレンジカルボン酸イミドトリフルオロメタンスルホネートが好ましい。なお、これらの他の酸発生剤は、一種単独で又は二種以上を組み合わせて用いることができる。
(2) 含有割合
本発明の感放射線性組成物に含有される酸発生剤(B)の含有割合は、レジストとしての感度及び現像性を確保する観点から、重合体(A)100質量部に対して、通常、0.1〜20質量部であり、好ましくは0.5〜10質量部である。含有割合が0.1質量部未満であると、感度及び現像性が低下する傾向にある。一方、20質量部超であると、放射線に対する透明性が低下して、矩形のレジストパターンを得難くなる傾向にある。また、他の酸発生剤の含有割合は、酸発生剤(B)100質量%に対して、通常、80質量%以下であり、好ましくは60質量%以下である。なお、他の酸発生剤の含有割合の下限は特に限定されるものではないが、必要なときは、5質量%以上である。
3 窒素含有化合物
本発明の感放射線性組成物は、必要に応じて、窒素含有化合物(C)を含有しても良い。この窒素含有化合物(C)は、露光により酸発生剤(B)から生じる酸のレジスト被膜中における拡散現象を制御し、非露光領域における好ましくない化学反応を抑制することが可能な成分である。窒素含有化合物(C)を含有することにより、得られる感放射線性組成物の貯蔵安定性が向上するとともに、レジストとしての解像度が更に向上し、かつ、露光から露光後の加熱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、プロセス安定性に極めて優れた感放射線性組成物とすることができる。なお、窒素含有化合物(C)は、一種類の窒素含有化合物(C)のみが含有されていても良いが、二種類以上の窒素含有化合物(C)が含有されていることも好ましい。
(1) 構成成分
窒素含有化合物(C)としては、一般式(9)で表される窒素含有化合物(以下、「窒素含有化合物(1)」ともいう)が好ましい。
Figure 0005077353
一般式(9)中、R15及びR16は、相互に独立に、水素原子、置換若しくは無置換の、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数1〜20のアルキル基、アリール基、又はアラルキル基を示す。なお、一般式(9)中、R15どうし又はR16どうしが相互に結合し、それぞれが結合している炭素原子又は窒素原子とともに炭素数4〜20の2価の飽和若しくは不飽和炭化水素基、又はその誘導体を形成しても良い。
(i) 窒素含有化合物(1)
窒素含有化合物(1)の具体例としては、N−t−ブトキシカルボニルジ−n−オクチルアミン、N−t−ブトキシカルボニルジ−n−ノニルアミン、N−t−ブトキシカルボニルジ−n−デシルアミン、N−t−ブトキシカルボニルジシクロヘキシルアミン、N−t−ブトキシカルボニル−1−アダマンチルアミン、N−t−ブトキシカルボニル−2−アダマンチルアミン、N−t−ブトキシカルボニル−N−メチル−1−アダマンチルアミン、(S)−(−)−1−(t−ブトキシカルボニル)−2−ピロリジンメタノール、(R)−(+)−1−(t−ブトキシカルボニル)−2−ピロリジンメタノール、N−t−ブトキシカルボニル−4−ヒドロキシピペリジン、N−t−ブトキシカルボニルピロリジン、N−t−ブトキシカルボニルピペラジン、N,N−ジ−t−ブトキシカルボニル−1−アダマンチルアミン、N,N−ジ−t−ブトキシカルボニル−N−メチル−1−アダマンチルアミン、N−t−ブトキシカルボニル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、N,N’−ジ−t−ブトキシカルボニルヘキサメチレンジアミン、N,N,N’,N’−テトラ−t−ブトキシカルボニルヘキサメチレンジアミン、N,N’−ジ−t−ブトキシカルボニル−1,7−ジアミノヘプタン、N,N’−ジ−t−ブトキシカルボニル−1,8−ジアミノオクタン、N,N’−ジ−t−ブトキシカルボニル−1,9−ジアミノノナン、N,N’−ジ−t−ブトキシカルボニル−1,10−ジアミノデカン、N,N’−ジ−t−ブトキシカルボニル−1,12−ジアミノドデカン、N,N’−ジ−t−ブトキシカルボニル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、N−t−ブトキシカルボニルベンズイミダゾール、N−t−ブトキシカルボニル−2−メチルベンズイミダゾール、N−t−ブトキシカルボニル−2−フェニルベンズイミダゾール等のN−t−ブトキシカルボニル基含有アミノ化合物を挙げることができる。
(ii) 他の窒素含有化合物
また、窒素含有化合物(C)は、窒素含有化合物(1)以外の窒素含有化合物(以下、「他の窒素含有化合物」ともいう)であっても良い。他の窒素含有化合物の具体例としては、3級アミン化合物、4級アンモニウムヒドロキシド化合物、その他含窒素複素環化合物等を挙げることができる。
(3級アミン化合物)
3級アミン化合物の具体例としては、トリエチルアミン、トリ−n−プロピルアミン、トリ−n−ブチルアミン、トリ−n−ペンチルアミン、トリ−n−ヘキシルアミン、トリ−n−ヘプチルアミン、トリ−n−オクチルアミン、シクロヘキシルジメチルアミン、ジシクロヘキシルメチルアミン、トリシクロヘキシルアミン等のトリ(シクロ)アルキルアミン類等を挙げることができる。
(4級アンモニウムヒドロキシド化合物)
4級アンモニウムヒドロキシド化合物の具体例としては、テトラ−n−プロピルアンモニウムヒドロキシド、テトラ−n−ブチルアンモニウムヒドロキシド等を挙げることができる。
(含窒素複素環化合物)
含窒素複素環化合物の具体例としては、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、4−ヒドロキシキノリン、8−オキシキノリン、アクリジン等のピリジン類;ピペラジン、1−(2−ヒドロキシエチル)ピペラジン等のピペラジン類;ピラジン、ピラゾール、ピリダジン、キノザリン、プリン、ピロリジン、ピペリジン、3−ピペリジノ−1,2−プロパンジオール、モルホリン、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、イミダゾール、4−メチルイミダゾール、1−ベンジル−2−メチルイミダゾール、4−メチル−2−フェニルイミダゾール、ベンズイミダゾール、2−フェニルベンズイミダゾール、N−t−ブトキシカルボニルベンズイミダゾール、N−t−ブトキシカルボニル−2−メチルベンズイミダゾール、N−t−ブトキシカルボニル−2−フェニルベンズイミダゾール等を挙げることができる。
上記の他の窒素含有化合物以外にも、アニリン、N−メチルアニリン、N,N−ジメチルアニリン、2−メチルアニリン、3−メチルアニリン、4−メチルアニリン、4−ニトロアニリン、2,6−ジメチルアニリン、2,6−ジイソプロピルアニリン等の芳香族アミン類;トリエタノールアミン、N,N−ジ(ヒドロキシエチル)アニリン等のアルカノールアミン類;N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン、N,N,N’,N’−テトラキス(2−ヒドロキシプロピル)エチレンジアミン、1,3−ビス[1−(4−アミノフェニル)−1−メチルエチル]ベンゼンテトラメチレンジアミン、ビス(2−ジメチルアミノエチル)エーテル、ビス(2−ジエチルアミノエチル)エーテル等を用いても良い。
(2) 含有割合
本発明の感放射線性組成物に含有される窒素含有化合物(C)の含有割合は、レジストとしての高い感度を確保する観点から、重合体(A)100質量部に対して、通常、10質量部未満であり、好ましくは5質量部未満である。含有割合が10質量部超であると、レジストとしての感度が著しく低下する傾向にある。なお、窒素含有化合物(C)の含有割合が0.001質量部未満であると、プロセス条件によっては、パターン形状や寸法忠実度が低下する場合がある。
4 添加剤(D)
本発明の感放射線性組成物は、必要に応じて、各種の添加剤(D)を含有しても良い。添加剤(D)の具体例としては、フッ素含有樹脂添加剤(d1)、脂環式骨格含有添加剤(d2)、界面活性剤(d3)、増感剤(d4)等を挙げることができる。これらの添加剤(D)の含有割合は、これらの添加剤(D)の性質や使用目的等に応じて適宣設定される。
(フッ素含有樹脂添加剤(d1))
フッ素含有樹脂添加剤(d1)は、特に液浸露光においてレジスト膜表面に撥水性を発現させる作用を示す成分である。また、フッ素含有樹脂添加剤(d1)は、レジスト膜から液浸露光液への成分の溶出を抑制するとともに、高速スキャンにより液浸露光を行ったとしても液滴を残すことなく、ウォーターマーク欠陥等の液浸露光に由来する欠陥を抑制する効果をも示す成分である。なお、フッ素含有樹脂添加剤(d1)の構造は特に限定されるものでないが、以下に示す(d1−1)〜(d1−4)の特徴を有するものが好ましい。
(d1−1):それ自身は現像液に不溶であり、酸の作用によりアルカリ可溶性となるフッ素含有樹脂添加剤。
(d1−2):それ自身が現像液に可溶であり、酸の作用によりアルカリ可溶性が増大するフッ素含有樹脂添加剤。
(d1−3):それ自身は現像液に不溶であり、アルカリの作用によりアルカリ可溶性となるフッ素含有樹脂添加剤。
(d1−4):それ自身が現像液に可溶であり、アルカリの作用によりアルカリ可溶性が増大するフッ素含有樹脂添加剤。
上記(d1−1)〜(d1−4)のいずれかの特徴を有するフッ素含有樹脂添加剤(d1)としては、前述の繰り返し単位(6)及び以下に示すフッ素含有繰り返し単位の少なくともいずれかを含む樹脂や、繰り返し単位(1)〜(5)、(7)、及び「更に他の繰り返し単位」からなる群より選択される少なくとも一種の繰り返し単位を更に含む樹脂等を挙げることができる。
上述のフッ素含有繰り返し単位は、例えば、特定のフッ素含有単量体を重合させることで得ることができる。この特定のフッ素含有単量体重合の具体例としては、トリフルオロメチル(メタ)アクリレート、2,2,2−トリフルオロエチル(メタ)アクリレート、パーフルオロエチル(メタ)アクリレート、パーフルオロn−プロピル(メタ)アクリレート、パーフルオロi−プロピル(メタ)アクリレート、パーフルオロn−ブチル(メタ)アクリレート、パーフルオロi−ブチル(メタ)アクリレート、パーフルオロt−ブチル(メタ)アクリレート、パーフルオロシクロヘキシル(メタ)アクリレート、2−(1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ)プロピル(メタ)アクリレート、1−(2,2,3,3,4,4,5,5−オクタフルオロ)ペンチル(メタ)アクリレート、1−(2,2,3,3,4,4,5,5−オクタフルオロ)ヘキシル(メタ)アクリレート、パーフルオロシクロヘキシルメチル(メタ)アクリレート、1−(2,2,3,3,3−ペンタフルオロ)プロピル(メタ)アクリレート、1−(2,2,3,3,4,4,4−ヘプタフルオロ)ペンチル(メタ)アクリレート、1−(3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,10−ヘプタデカフルオロ)デシル(メタ)アクリレート、1−(5−トリフルオロメチル−3,3,4,4,5,6,6,6−オクタフルオロ)ヘキシル(メタ)アクリレート等を挙げることができる。
フッ素含有樹脂添加剤(d1)としては、一般式(10−1)〜(10−7)で表される重合体が好ましい。なお、一般式(10−1)〜(10−7)中、Rは、水素原子、メチル基、又はトリフルオロメチル基を示す。
Figure 0005077353
Figure 0005077353
(脂環式骨格含有添加剤(d2))
脂環式骨格含有添加剤(d2)は、ドライエッチング耐性、パターン形状、基板との接着性等を更に改善する作用を示す成分である。このような脂環式骨格含有添加剤(d2)の具体例としては、1−アダマンタンカルボン酸、2−アダマンタノン、1−アダマンタンカルボン酸t−ブチル、1−アダマンタンカルボン酸t−ブトキシカルボニルメチル、1−アダマンタンカルボン酸α−ブチロラクトンエステル、1,3−アダマンタンジカルボン酸ジ−t−ブチル、1−アダマンタン酢酸t−ブチル、1−アダマンタン酢酸t−ブトキシカルボニルメチル、1,3−アダマンタンジ酢酸ジ−t−ブチル、2,5−ジメチル−2,5−ジ(アダマンチルカルボニルオキシ)ヘキサン等のアダマンタン誘導体類;
デオキシコール酸t−ブチル、デオキシコール酸t−ブトキシカルボニルメチル、デオキシコール酸2−エトキシエチル、デオキシコール酸2−シクロヘキシルオキシエチル、デオキシコール酸3−オキソシクロヘキシル、デオキシコール酸テトラヒドロピラニル、デオキシコール酸メバロノラクトンエステル等のデオキシコール酸エステル類;リトコール酸t−ブチル、リトコール酸t−ブトキシカルボニルメチル、リトコール酸2−エトキシエチル、リトコール酸2−シクロヘキシルオキシエチル、リトコール酸3−オキソシクロヘキシル、リトコール酸テトラヒドロピラニル、リトコール酸メバロノラクトンエステル等のリトコール酸エステル類;アジピン酸ジメチル、アジピン酸ジエチル、アジピン酸ジプロピル、アジピン酸ジn−ブチル、アジピン酸ジt−ブチル等のアルキルカルボン酸エステル類;
4−[2−ヒドロキシ−2,2−ビス(トリフルオロメチル)エチル]テトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカン、2−ヒドロキシ−9−メトキシカルボニル−5−オキソ−4−オキサ−トリシクロ[4.2.1.03,7]ノナン等を挙げることができる。なお、これらの脂環式骨格含有添加剤(d2)は、一種単独で又は二種以上を組み合わせて用いることができる。
(界面活性剤(d3))
界面活性剤(d3)は、塗布性、ストリエーション、現像性等を改良する作用を示す成分である。このような界面活性剤(d3)の具体例としては、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンn−オクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンn−ノニルフェニルエーテル、ポリエチレングリコールジラウレート、ポリエチレングリコールジステアレート等のノニオン系界面活性剤の他、以下商品名で、KP341(信越化学工業社製)、ポリフローNo.75、同No.95(以上、共栄社化学社製)、エフトップEF301、同EF303、同EF352(以上、トーケムプロダクツ社製)、メガファックスF171、同F173(以上、大日本インキ化学工業社製)、フロラードFC430、同FC431(以上、住友スリーエム社製)、アサヒガードAG710、サーフロンS−382、同SC−101、同SC−102、同SC−103、同SC−104、同SC−105、同SC−106(以上、旭硝子社製)等を挙げることができる。なお、これらの界面活性剤(d3)は、一種単独で又は二種以上を組み合わせて用いることができる。
(増感剤(d4))
増感剤(d4)は、放射線のエネルギーを吸収して、そのエネルギーを酸発生剤(B)に伝達し、それにより酸の生成量を増加させる作用を示すものであり、感放射線性組成物のみかけの感度を向上させる効果を示す成分である。このような増感剤(d4)の具体例としては、カルバゾール類、アセトフェノン類、ベンゾフェノン類、ナフタレン類、フェノール類、ビアセチル、エオシン、ローズベンガル、ピレン類、アントラセン類、フェノチアジン類等を挙げることができる。なお、これらの増感剤(d4)は、一種単独で又は二種以上を組み合わせて用いることができる。
また、感放射線性組成物は、染料や顔料を含有しても良い。染料や顔料を含有すると、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することができる。更に、接着助剤を含有すると、基板との接着性を改善することができる。上記以外の添加剤(D)としては、アルカリ可溶性樹脂、酸解離性の保護基を有する低分子のアルカリ溶解性制御剤、ハレーション防止剤、保存安定化剤、消泡剤等を挙げることができる。上述してきた添加剤(D)は、一種単独で又は二種以上を組み合わせて用いることができる。
5 溶剤(E)
本発明の感放射線性組成物は、必要に応じて、各種の溶剤(E)を含有することができる。溶剤(E)としては、重合体(A)及び酸発生剤(B)を溶解可能なものであれば特に限定されない。更に、窒素含有化合物(C)及び添加剤(D)をも溶解可能なものであれば好ましい。
溶剤(E)の具体例としては、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノ−n−プロピルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノ−i−プロピルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノ−n−ブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノ−i−ブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノ−sec−ブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノ−t−ブチルエーテルアセテート等のプロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類;シクロペンタノン、3−メチルシクロペンタノン、シクロヘキサノン、2−メチルシクロヘキサノン、2,6−ジメチルシクロヘキサノン、イソホロン等の環状のケトン類;2−ブタノン、2−ペンタノン、3−メチル−2−ブタノン、2−ヘキサノン、4−メチル−2−ペンタノン、3−メチル−2−ペンタノン、3,3−ジメチル−2−ブタノン、2−ヘプタノン、2−オクタノン等の直鎖状又は分岐状のケトン類;2−ヒドロキシプロピオン酸メチル、2−ヒドロキシプロピオン酸エチル、2−ヒドロキシプロピオン酸n−プロピル、2−ヒドロキシプロピオン酸i−プロピル、2−ヒドロキシプロピオン酸n−ブチル、2−ヒドロキシプロピオン酸i−ブチル、2−ヒドロキシプロピオン酸sec−ブチル、2−ヒドロキシプロピオン酸t−ブチル等の2−ヒドロキシプロピオン酸アルキル類;3−メトキシプロピオン酸メチル、3−メトキシプロピオン酸エチル、3−エトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸エチル等の3−アルコキシプロピオン酸アルキル類の他、
n−プロピルアルコール、i−プロピルアルコール、n−ブチルアルコール、t−ブチルアルコール、シクロヘキサノール、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、エチレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、エチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、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ジエチルエーテル、ジエチレングリコールジ−n−プロピルエーテル、ジエチレングリコールジ−n−ブチルエーテル、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、エチレングリコールモノ−n−プロピ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エチルエーテル、プロピレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、トルエン、キシレン、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオン酸エチル、エトキシ酢酸エチル、ヒドロキシ酢酸エチル、2−ヒドロキシ−3−メチル酪酸メチル、3−メトキシブチルアセテート、3−メチル−3−メトキシブチルアセテート、3−メチル−3−メトキシブチルプロピオネート、3−メチル−3−メトキシブチルブチレート、酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸n−ブチル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、N−メチルピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ベンジルエチルエーテル、ジ−n−ヘキシルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、カプロン酸、カプリル酸、1−オクタノール、1−ノナノール、ベンジルアルコール、酢酸ベンジル、安息香酸エチル、しゅう酸ジエチル、マレイン酸ジエチル、γ−ブチロラクトン、炭酸エチレン、炭酸プロピレン等を挙げることができる。
これらの中でも、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が好ましく、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを含む溶媒が更に好ましい。また、環状のケトン類、直鎖状又は分岐状のケトン類、2−ヒドロキシプロピオン酸アルキル類、3−アルコキシプロピオン酸アルキル類、γ−ブチロラクトン等も好ましい。なお、これらの溶剤(E)は、一種単独で又は二種以上を組み合わせて用いることができる。
II フォトレジストパターンの形成方法
本発明の感放射線性組成物は、化学増幅型のレジストとして有用である。化学増幅型のレジストは、露光により酸発生剤から発生する酸の作用で、重合体(A)中の酸解離性基を解離してカルボキシル基とし、レジストの露光部のアルカリ現像液に対する溶解性が高くなり、その結果、露光部がアルカリ現像液によって溶解、除去され、ポジ型のフォトレジストパターン(以下、単に「レジストパターン」ともいう)を得ることができるものである。
レジストパターンの形成方法は、(1)感放射線性組成物を用いて基板上にフォトレジスト膜を形成する工程(以下、「工程(1)」ともいう)と、(2)形成したフォトレジスト膜に、必要に応じて液浸露光液を介して、所定のパターンを有するマスクを通して放射線を照射し、露光する工程(以下、「工程(2)」ともいう)と、(3)露光したフォトレジスト膜を現像し、レジストパターンを形成する工程(以下、「工程(3)」ともいう)と、を備える。
液浸露光を行う場合には、必要に応じて、液浸露光液との直接的な接触からレジスト膜を保護するために、工程(2)に先立ち、液浸露光液に不溶性の液浸用保護膜をレジスト膜上に形成することが好ましい。液浸用保護膜には、工程(3)に先立って溶剤で剥離することが可能な溶剤剥離型液浸用保護膜(例えば、特開2006−227632号公報参照)や、工程(3)における現像と同時に剥離することが可能な現像液剥離型液浸用保護膜(例えば、国際公開第2005/069076号パンフレット、及び国際公開第2005/035790号パンフレット参照)等があるが、特に限定されるものではない。但し、スループットの観点からは、後者の現像液剥離型液浸用保護膜を用いることが好ましい。
1 工程(1)
工程(1)は、本発明に係る感放射線性組成物を溶剤に溶解して得られる組成物溶液を、回転塗布、流延塗布、ロール塗布等の適宣の塗布手段によって、例えば、シリコンウェハ、二酸化シリコンで被覆したウェハ等の基板上に塗布することにより、フォトレジスト膜を形成する工程である。より具体的には、形成するレジスト膜が所定の膜厚となるように組成物溶液を塗布した後、プレベーク(PB)することにより、塗膜中の溶剤を揮発すればレジスト膜を形成することができる。
レジスト膜の厚みは特に限定されないが、通常、0.1〜5μmであり、好ましくは0.1〜2μmである。また、プレベークの加熱条件は、感放射線性組成物の配合組成等によって適宣設定されるが、通常、30〜200℃であり、好ましくは50〜150℃である。
なお、感放射線性組成物の潜在能力を最大限に引き出すために、例えば、特公平6−12452号公報(特開昭59−93448号公報)等に開示されているような、基板上に有機系或いは無機系の反射防止膜を形成しておくことが好ましい。また、環境雰囲気中に含まれる塩基性不純物等の影響を防止するために、例えば、特開平5−188598号公報等に開示されているような、フォトレジスト膜上に保護膜を設けることも好ましい。更には、液浸用保護膜をフォトレジスト膜上に形成することも好ましい。なお、これらの技術は併用することができる。
2 工程(2)
工程(2)は、工程(1)で形成したフォトレジスト膜に、必要に応じて水等の液浸露光液を介して、所定のパターンを有するマスクを通して放射線を照射して露光する工程である。照射する放射線の種類としては、可視光線、紫外線、遠紫外線、X線、荷電粒子線等を挙げることができるが、感放射線性組成物に含有される酸発生剤(B)の種類に応じて適宣選定される。但し、ArFエキシマレーザー(波長193nm)やKrFエキシマレーザー(波長248nm)に代表される遠紫外線を照射することが好ましく、ArFエキシマレーザーを照射することが更に好ましい。
また、露光量等の露光条件は、感放射線性組成物の配合組成や添加剤の種類等に応じて適宣選定される。なお、露光後には加熱処理(PEB)を行うことが好ましい。PEBを行うことにより、重合体(A)中の酸解離性基の解離反応が円滑に進行する。PEBの加熱条件は、感放射線性組成物の配合組成等によって適宣選定されるが、通常、30〜200℃であり、好ましくは50〜170℃である。
3 工程(3)
工程(3)は、露光したフォトレジスト膜を現像することにより、所定のレジストパターンを形成する工程である。現像に用いられる現像液としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、けい酸ナトリウム、メタけい酸ナトリウム、アンモニア、エチルアミン、n−プロピルアミン、ジエチルアミン、ジ−n−プロピルアミン、トリエチルアミン、メチルジエチルアミン、エチルジメチルアミン、トリエタノールアミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、ピロール、ピペリジン、コリン、1,8−ジアザビシクロ−[5.4.0]−7−ウンデセン、1,5−ジアザビシクロ−[4.3.0]−5−ノネン等のアルカリ性化合物の少なくとも一種を溶解したアルカリ性水溶液が好ましい。アルカリ性水溶液の濃度は、通常、10質量%以下である。アルカリ性水溶液の濃度が10質量%超であると、非露光部も現像液に溶解する可能性が高まる。
なお、現像液(アルカリ性水溶液)には、有機溶媒を添加することもできる。添加することのできる有機溶媒としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルi−ブチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、3−メチルシクロペンタノン、2,6−ジメチルシクロヘキサノン等のケトン類;メタノール、エタノール、n−プロピルアルコール、i−プロピルアルコール、n−ブチルアルコール、t−ブチルアルコール、シクロペンタノール、シクロヘキサノール、1,4−ヘキサンジオール、1,4−ヘキサンジメチロール等のアルコール類;テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類;酢酸エチル、酢酸n−ブチル、酢酸i−アミル等のエステル類;トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類や、フェノール、アセトニルアセトン、ジメチルホルムアミド等を挙げることができる。なお、これらの有機溶媒は、一種単独で又は二種以上を組み合わせて用いることができる。
有機溶媒の添加量は、アルカリ性水溶液100体積部に対して、100体積部以下とすることが好ましい。有機溶媒の添加量が、アルカリ性水溶液100体積部に対して100体積部超であると、現像性が低下して、露光部の現像残りが多くなる傾向にある。なお、現像液(アルカリ性水溶液)には、界面活性剤等を適量添加することも好ましい。現像液(アルカリ性水溶液)を用いて現像した後は、通常、水で洗浄して乾燥させる。
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、実施例、比較例中の「部」及び「%」は、特に断らない限り質量基準である。また、各種物性値の測定方法、及び諸特性の評価方法を以下に示す。
[Mw及びMn]:東ソー社製のGPCカラム(商品名「G2000HXL」2本、商品名「G3000HXL」1本、商品名「G4000HXL」1本)を使用し、流量:1.0mL/分、溶出溶媒:テトラヒドロフラン、カラム温度:40℃の分析条件で、単分散ポリスチレンを標準とするゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)により測定した。また、分散度(Mw/Mn)は、Mw及びMnの測定結果より算出した。
13C−NMR分析]:日本電子社製の商品名「JNM−EX270」を使用し、各重合体の13C−NMR分析を行った。
[単量体に由来する低分子量成分の含有割合]:ジーエルサイエンス社製の商品名「Intersil ODS−25μmカラム」(4.6mmφ×250mm)を使用し、流量:1.0mL/分、溶出溶媒:アクリロニトリル/0.1%リン酸水溶液の分析条件で、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)により測定した。
(合成例1)
単量体(M−1)42.04g(40mol%)、単量体(M−2)42.26g(45mol%)、及び単量体(M−3)15.70g(15mol%)を200gの2−ブタノンに溶解し、ジメチルアゾビスイソブチレート4.61gを加えて得られた単量体溶液を滴下漏斗に入れた。100gの2−ブタノンを入れた500mLの三口フラスコを、30分間窒素パージした後、2−ブタノンを撹拌しながら80℃に加熱し、滴下漏斗から単量体溶液を、1.9mL/分の速度で滴下し、滴下開始から6時間反応させた。反応終了後、水冷により30℃以下に冷却した反応溶液を、1500gのn−ヘプタン中に投入し、白色粉末を析出させた。析出した白色粉末を濾取し、300gのn−ヘプタンでスラリー状にして2回洗浄を行った。濾過後、真空下、60℃で17時間乾燥し、白色粉末状の重合体(A−1)79.2gを得た。なお、収率は79%であった。
得られた重合体(A−1)のMwは7320であり、Mw/Mnは1.71であった。また、13C−NMR分析の結果、単量体(M−1)に由来する繰り返し単位、単量体(M−2)に由来する繰り返し単位、及び単量体(M−3)に由来する繰り返し単位の含有比は、40.8/44.1/15.1(mol比)であった。更に、単量体に由来する低分子量成分の含有割合は、0.03%であった。なお、単量体(M−1)〜(M−9)の構造式を以下に示す。
Figure 0005077353
(合成例2〜7)
表1に示す処方としたこと以外は、前述の合成例1と同様の操作により重合体(A−2)〜(A−7)を得た。各種の分析結果を表2に示す。
Figure 0005077353
Figure 0005077353
(実施例1)
表3に示す処方に従って各成分を混合することにより、感放射線性組成物を調製した。なお、重合体(A)以外の成分は、以下に示す通りである。調製した感放射線性組成物を、以下に示す方法に従って評価した。評価結果を表4に示す。
Figure 0005077353
<酸発生剤(B)>
(B−1):4−シクロヘキシルフェニルジフェニルスルホニウム・ノナフルオロ−n−ブタンスルホネート
(B−2):トリフェニルスルホニウム・1,1,2,2−テトラフルオロ−2−(ノルボルナン−2−イル)エタンスルホネート
<窒素含有化合物(C)>
(C−1):N−t−ブトキシカルボニルピロリジン
<溶剤(E)>
(E−1):プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
(E−2):乳酸エチル
[感度(単位:mJ/cm)]:コータ/デベロッパ(商品名「CLEAN TRACK ACT8」、東京エレクトロン社製)を用いて、12インチシリコンウエハの表面に膜厚77nmの下層反射防止膜(商品名「ARC29A」、ブルワー・サイエンス社製)を形成して基板とした。その後、感放射線性組成物を上記基板上に、上記コータ/デベロッパにてスピンコートし、表3に示す条件でベーク(PB)を行うことにより、膜厚120nmのレジスト膜を形成した。次に、ArFエキシマレーザー露光装置(商品名「NSR S306C」、ニコン社製、照明条件;NA0.78シグマ0.93/0.69)を用い、マスクパターンを通してレジスト膜を露光した。その後、表3示す条件でベーク(PEB)を行った後、2.38%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液によって、23℃、30秒間現像し、水洗し、乾燥して、ポジ型のレジストパターンを形成した。得られたレジスト膜において、線幅が90nmであるライン、ラインとラインとの距離が90nm(ライン・アンド・スペースが1対1)であるレジストパターンを形成する際の露光量(mJ/cm)を最適露光量とした。そして、この最適露光量を感度として評価した。なお、線幅及びラインとラインとの距離の測定は、走査型電子顕微鏡(商品名「S−9380」、日立ハイテクノロジーズ社製)を用いて行った。
[解像度(単位:nm)]:感度の評価で形成したライン・アンド・スペースのレジストパターンの線幅のうち、ラインの最小線幅(nm)を解像度の評価値とした。なお、解像度は、数値が小さいほど良好であることを示す。
[パターンの断面形状]:感度の評価で得たレジスト膜の90nmライン・アンド・スペースパターンの断面形状を、日立ハイテクノロジーズ社製の走査型電子顕微鏡(商品名「S−4800」)で観察し、レジストパターンの中間での線幅Lbと、膜の上部での線幅Laを測定した。測定した結果、(La−Lb)/Lbで算出される値が、0.9≦(La−Lb)/Lb≦1.1の範囲内である場合を「良好」と評価し、範囲外である場合を「不良」と評価した。
[LWR(単位:nm)]:感度の評価の最適露光量にて解像した90nmのライン・アンド・スペースパターンの観測において、感度の評価と同じ走査型電子顕微鏡にてパターン上部から観察した際に、線幅を任意のポイントで観測し、その測定ばらつきを3σ(nm)で評価した。
[最小倒壊前寸法(単位:nm)]:感度の評価の最適露光量にて解像した90nmのライン・アンド・スペースパターンの観測において、この最適露光量よりも大きな露光量にて露光を行った場合、得られるパターンの線幅が細くなるため、最終的にレジストパターンの倒壊が見られる。このレジストパターンの倒壊が確認されない最大の露光量における線幅を最小倒壊前寸法(nm)と定義し、パターン倒れ耐性の指標とし、その線幅が小さい程良好である。なお、最小倒壊前寸法(nm)の測定は、走査型電子顕微鏡(商品名「S−9380」、日立ハイテクノロジーズ社製)を用いて行った。
[ブロッブ欠陥]:商品名「CLEAN TRACK ACT8」(東京エレクトロン社製)を用いて、処理条件100℃、60秒でHMDS(ヘキサメチルジシラザン)処理を行った8インチシリコンウエハを用意した。この8インチシリコンウエハ上に感放射線性組成物をスピンコートし、表3の条件でベーク(PB)を行い、膜厚120nmのレジスト膜を形成した。その後、このレジスト膜に、ArFエキシマレーザー露光装置(商品名「NSR S306C」、ニコン製、照明条件;NA0.78シグマ0.85)により、マスクパターンが形成されていない擦りガラスを介して、感度の評価における最適露光量にて露光を行った。次に、表3示す条件でPEBを行った後、2.38%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液により、23℃で30秒間現像し、水洗し、乾燥して、ブロッブ欠陥(Blob欠陥)評価用基板を作成した。作成したブロッブ欠陥評価用基板を、商品名「KLA2351」(KLAテンコール社製)で測定し、検出されたブロッブ欠陥が200個以下の場合を「良好」と評価し、200個を超えた場合を「不良」と評価した。
(実施例2〜4及び比較例1)
表3に示す処方にしたこと以外は実施例1と同様にして各感放射線性組成物を調製し、それらを用いて評価を行った。評価結果を表4に示す。
Figure 0005077353
表4に示す結果から、本発明の感放射線性組成物を用いれば、ドライエッチング耐性及びLWR特性が向上することが明らかである。
本発明の感放射線性組成物は、特にArFエキシマレーザーを光源とするリソグラフィー工程に好適に用いることができる。特に、90nm以下の微細パターンの形成において、更には、液浸露光工程においても、解像性能に優れ、LWRが小さく、パターン倒れ耐性に優れ、且つ、極めて欠陥の少ないパターンを形成可能であり、化学増幅型のレジストとして利用することができる。

Claims (2)

  1. 下記一般式(1−1)で表される繰り返し単位(1)、下記一般式(1−2)で表される繰り返し単位(2)、及び酸解離性基を有する繰り返し単位(3)を含む重合体(A)と、
    感放射線性酸発生剤(B)と、を含有する感放射線性組成物。
    Figure 0005077353
    (前記一般式(1−1)及び(1−2)中、Rは、相互に独立に、水素原子、メチル基、又はトリフルオロメチル基を示す。前記一般式(1−1)中、Rは、炭素数1〜12の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、シクロアルキル基、炭素数1〜12のアルキルカルボニル基、又はヒドロキシアルキル基を示す。前記一般式(1−2)中、Xは、単結合、メチレン基、炭素数2〜20の直鎖状若しくは分岐状のアルキレン基、又は炭素数3〜9の2価の環状炭化水素基を示し、Rは、少なくとも一のフッ素原子を含む、炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、又は炭素数3〜10の脂環式のアルキル基を示す。)
  2. 前記感放射線性酸発生剤(B)が、下記一般式(2)で表される化合物を含む請求項1に記載の感放射線性組成物。
    Figure 0005077353
    (前記一般式(2)中、Rは、水素原子、フッ素原子、ヒドロキシル基、炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルコキシル基、又は炭素数2〜11の直鎖状若しくは分岐状のアルコキシカルボニル基を示し、Rは、炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルコキシル基、又は炭素数2〜11の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルカンスルホニル基を示し、Rは、相互に独立に、炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、置換若しくは無置換のフェニル基、又は置換若しくは無置換のナフチル基を示すか、或いは二つのRが結合して形成される炭素数2〜10の置換又は無置換の2価の基を示す。kは0〜2の整数を示し、rは0〜10の整数を示し、Xは下記一般式(3)〜(6)のいずれかで表されるアニオンを示す(但し、Xが下記一般式(3)で表されるアニオンである場合、二つのRが結合して炭素数が2〜10の置換又は無置換の2価の基を形成することはない。)。)
    Figure 0005077353
    (前記一般式(3)中、Rは、水素原子、フッ素原子、又は炭素数1〜12の置換若しくは無置換の炭化水素基を示し、nは1〜10の整数を示す。また、前記一般式(4)中、Rは、炭素数1〜6のアルキルカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基、若しくはヒドロキシアルキル基で置換されるか、又は無置換の炭素数1〜12の炭化水素基を示す。更に、前記一般式(5)及び(6)中、Rは、相互に独立に、炭素数1〜10の直鎖状又は分岐状のフッ素原子を含有するアルキル基を示すか、或いは二つのRが結合して形成される炭素数2〜10のフッ素原子を含有する置換又は無置換の2価の基を示す。)
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