JP5516212B2 - 感放射線性樹脂組成物及び重合体 - Google Patents

感放射線性樹脂組成物及び重合体 Download PDF

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本発明は、感放射線性樹脂組成物及び重合体に関する。更に詳しくは、本発明は、KrFエキシマレーザー、ArFエキシマレーザー、Fエキシマレーザー、EUV等の(極)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の如き各種の放射線による微細加工に適した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及びそれに用いられる重合体に関する。
従来、ICやLSI等の半導体デバイスの製造プロセスにおいては、フォトレジスト組成物を用いたリソグラフィーによる微細加工が行われている。近年、集積回路の高集積化に伴い、サブミクロン領域やクオーターミクロン領域の超微細パターン形成が要求されるようになってきている。それに伴い、露光波長もg線から、i線、KrFエキシマレーザー光、更にはArFエキシマレーザー光というように短波長化の傾向が見られる。更に、現在では、エキシマレーザー光以外にも、電子線やX線、或いはEUV光を用いたリソグラフィーも開発が進んでいる。
電子線やEUV光を用いたリソグラフィーは、次世代若しくは次々世代のパターン形成技術として位置付けられ、高感度、高解像性のレジストが望まれている。特に、ウェハー処理時間の短縮化のために高感度化は非常に重要な課題である。しかし、電子線やEUV用のレジストにおいては、高感度化を追求しようとすると、解像力の低下のみならず、ナノエッジラフネスの悪化が起こるため、これらの特性を同時に満足するレジストの開発が強く望まれている。尚、ナノエッジラフネスとは、レジストのパターンと基板界面のエッジがレジストの特性に起因して、ライン方向と垂直な方向に不規則に変動するために、パターンを真上から見たときに設計寸法と実際のパターン寸法に生じるずれのことを言う。この設計寸法からのずれがレジストをマスクとするエッチング工程により転写され、電気特性を劣化させるため、歩留りを低下させることになる。特に、0.25μm以下の超微細領域では、ナノエッジラフネスは極めて重要な改良課題となっている。高感度と、高解像性、良好なパターン形状及び良好なナノエッジラフネスと、はトレードオフの関係にあり、これを如何にして同時に満足させるかが非常に重要である。
更に、KrFエキシマレーザー光を用いるリソグラフィーにおいても同様に、高感度、高解像性、良好なパターン形状、良好なナノエッジラフネスを同時に満足させることが重要な課題となっており、これらの解決が必要である。
KrFエキシマレーザー光、電子線、或いはEUV光を用いたリソグラフィープロセスに適したレジストとしては、高感度化の観点から主に酸触媒反応を利用した化学増幅型レジストが用いられており、ポジ型レジストにおいては主成分として、アルカリ水溶液には不溶又は難溶性で、酸の作用によりアルカリ水溶液に可溶となる性質を有するフェノール性ポリマー(以下、「フェノール性酸分解性重合体」という)、及び酸発生剤からなる化学増幅型レジスト組成物が有効に使用されている。
これらのポジ型レジストに関して、これまで酸分解性アクリレートモノマーを共重合したフェノール性酸分解性重合体を用い、活性光線又は放射線の照射によりスルホン酸を発生する化合物(以下、「スルホン酸発生剤」という)を含むレジスト組成物がいくつか知られている。それらについては、例えば、特許文献1〜5に開示されたポジ型レジスト組成物等を挙げることができる。
米国特許第5561194号明細書 特開2001−166474号公報 特開2001−166478号公報 特開2003−107708号公報 特開2001−194792号公報
しかしながら、上記ポジ型レジスト組成物等のいかなる組合せにおいても、超微細領域での、高感度、高解像性、良好なパターン形状、良好なナノエッジラフネス(低ラフネス)は同時に満足できていないのが現状である。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、KrFエキシマレーザー、ArFエキシマレーザー、EUV等の(極)遠紫外線、シンクロトロン放射線等のX線、電子線等に有効に感応し、ナノエッジラフネス、感度及び解像度に優れ、微細パターンを高精度に且つ安定して形成可能な化学増幅型ポジ型レジスト膜を成膜することができる感放射線性樹脂組成物及びそれに用いられる重合体を提供することを目的とする。
本発明は以下の通りである。
[1]下記一般式(I)で表される繰り返し単位、及び下記一般式(II)で表される繰り返し単位のうちの少なくとも一方と、
下記一般式(1)で表される繰り返し単位と、を有する重合体を含有することを特徴とする感放射線性樹脂組成物。
Figure 0005516212
〔一般式(I)及び(II)において、R〜Rは、各々独立に、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、置換基を有していてもよいアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、−S−R基(Rは置換基を有していてもよいアルキル基、又はアリール基を示す。)、又は、ヘテロ原子を2つ以上有する基を示す。lは0〜5の整数を示す。mは0〜5の整数を示す。nは0〜5の整数を示す。R及びR11は、各々独立に、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、又は置換基を有していてもよいアルキル基を示す。R〜R10は、各々独立に、水素原子、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、ニトロ基、カルボキシル基、置換基を有していてもよいアルキル基、アラルキル基、又はアルコキシ基を示す。Aは、−O−基、−NR12−基(R12は、水素原子、置換基を有していてもよいアルキル基、又はアリール基を示す。)を示す。Eは、置換基を有していてもよいメチレン基、アルキレン基、又はアリーレン基を示す。〕
Figure 0005516212
〔一般式(1)において、R15は水素原子、メチル基、フッ素原子、又はトリフルオロメチル基を示す。R16は置換基を有していてもよい炭素数6〜22のアリール基を示す。XはYとともに脂環式炭化水素基を形成するのに必要な原子団であり、且つYは炭素原子である。〕
[2]前記重合体が、更に、下記一般式(2)〜(6)で表される繰り返し単位のうちの少なくとも1種を含有する前記[1]に記載の感放射線性樹脂組成物。
Figure 0005516212
〔一般式(2)〜(6)において、R31は水素原子、ハロゲン原子、シアノ基又は置換基を有していてもよいアルキル基を示す。R32及びR33は、それぞれ独立に、水素原子又はヒドロキシル基を示す。Xは酸不安定基を示す。Zはラクトン構造を有する置換基を示す。Jは水素原子、炭素数1〜15のフルオロアルキル基、又は炭素数1〜15のフルオロアルコール構造を含有する置換基を示す。〕
[3]前記重合体が、更に、下記一般式(7)〜(10)で表される繰り返し単位のうちの少なくとも1種を含有する前記[1]又は[2]に記載の感放射線性樹脂組成物。
Figure 0005516212
〔一般式(7)〜(10)において、R31は水素原子、ハロゲン原子、シアノ基又は置換基を有していてもよいアルキル基を示す。Xは酸不安定基を示す。Gは酸素原子又はカルボニルオキシ基(−C(=O)O−)を示す。〕
[4]下記一般式(I)で表される繰り返し単位、及び下記一般式(II)で表される繰り返し単位のうちの少なくとも一方を有する重合体(p1)と、
下記一般式(1)で表される繰り返し単位を有する重合体(p2)と、を含有することを特徴とする感放射線性樹脂組成物。
Figure 0005516212
〔一般式(I)及び(II)において、R〜Rは、各々独立に、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、置換基を有していてもよいアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、−S−R基(Rは置換基を有していてもよいアルキル基、又はアリール基を示す。)、又は、ヘテロ原子を2つ以上有する基を示す。lは0〜5の整数を示す。mは0〜5の整数を示す。nは0〜5の整数を示す。R及びR11は、各々独立に、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、又は置換基を有していてもよいアルキル基を示す。R〜R10は、各々独立に、水素原子、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、ニトロ基、カルボキシル基、置換基を有していてもよいアルキル基、アラルキル基、又はアルコキシ基を示す。Aは、−O−基、−NR12−基(R12は、水素原子、置換基を有していてもよいアルキル基、又はアリール基を示す。)を示す。Eは、置換基を有していてもよいメチレン基、アルキレン基、又はアリーレン基を示す。〕
Figure 0005516212
〔一般式(1)において、R15は水素原子、メチル基、フッ素原子、又はトリフルオロメチル基を示す。R16は置換基を有していてもよい炭素数6〜22のアリール基を示す。XはYとともに脂環式炭化水素基を形成するのに必要な原子団であり、且つYは炭素原子である。〕
[5]下記一般式(I)で表される繰り返し単位、及び下記一般式(II)で表される繰り返し単位のうちの少なくとも一方と、
下記一般式(1)で表される繰り返し単位と、を有することを特徴とする重合体。
Figure 0005516212
〔一般式(I)及び(II)において、R〜Rは、各々独立に、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、置換基を有していてもよいアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、−S−R基(Rは置換基を有していてもよいアルキル基、又はアリール基を示す。)、又は、ヘテロ原子を2つ以上有する基を示す。lは0〜5の整数を示す。mは0〜5の整数を示す。nは0〜5の整数を示す。R及びR11は、各々独立に、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、又は置換基を有していてもよいアルキル基を示す。R〜R10は、各々独立に、水素原子、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、ニトロ基、カルボキシル基、置換基を有していてもよいアルキル基、アラルキル基、又はアルコキシ基を示す。Aは、−O−基、−NR12−基(R12は、水素原子、置換基を有していてもよいアルキル基、又はアリール基を示す。)を示す。Eは、置換基を有していてもよいメチレン基、アルキレン基、又はアリーレン基を示す。〕
Figure 0005516212
〔一般式(1)において、R15は水素原子、メチル基、フッ素原子、又はトリフルオロメチル基を示す。R16は置換基を有していてもよい炭素数6〜22のアリール基を示す。XはYとともに脂環式炭化水素基を形成するのに必要な原子団であり、且つYは炭素原子である。〕
本発明の感放射線性樹脂組成物によれば、KrFエキシマレーザー、ArFエキシマレーザー、EUV等の(極)遠紫外線、シンクロトロン放射線等のX線、電子線に有効に感応し、ナノエッジラフネス、感度及び解像度に優れ、微細パターンを高精度に且つ安定して形成可能な化学増幅型レジスト膜を成膜することができる。
本発明の重合体は、KrFエキシマレーザー、ArFエキシマレーザー、EUV等の(極)遠紫外線、シンクロトロン放射線等のX線、電子線に有効に感応し、ナノエッジラフネス、感度及び解像度に優れ、微細パターンを高精度に且つ安定して形成可能な化学増幅型レジスト膜を成膜するための感放射線性樹脂組成物における重合体成分として、好適に用いることができる。
ラインパターンを上方から見た際の模式的な平面図である。 ラインパターン形状の模式的な断面図である。
以下、本発明を詳細に説明する。
[1]感放射線性樹脂組成物(i)
本発明の感放射線性樹脂組成物(i)は、特定の重合体を含有することを特徴とする。
[1−1]重合体(A)
本発明の感放射線性樹脂組成物(i)に含まれる重合体(以下、「重合体(A)」ともいう。)は、アルカリ不溶性又はアルカリ難溶性の重合体であって、酸の作用によりアルカリ易溶性となる重合体である。尚、ここでいう「アルカリ不溶性又はアルカリ難溶性」とは、重合体(A)を含有する感放射線性樹脂組成物から形成された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重合体(A)のみを用いた膜厚100nmの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。
上記重合体(A)は、下記一般式(I)で表される繰り返し単位及び下記一般式(II)で表される繰り返し単位のうちの少なくとも一方を含有するものである。
Figure 0005516212
〔一般式(I)及び(II)において、R〜Rは、各々独立に、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、置換基を有していてもよいアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、−S−R基(Rは置換基を有していてもよいアルキル基、又はアリール基を示す。)、又は、ヘテロ原子を2つ以上有する基を示す。lは0〜5の整数を示す。mは0〜5の整数を示す。nは0〜5の整数を示す。R及びR11は、各々独立に、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、又は置換基を有していてもよいアルキル基を示す。R〜R10は、各々独立に、水素原子、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、ニトロ基、カルボキシル基、置換基を有していてもよいアルキル基、アラルキル基、又はアルコキシ基を示す。Aは、−O−基、−NR12−基(R12は、水素原子、置換基を有していてもよいアルキル基、又はアリール基を示す。)を示す。Eは、置換基を有していてもよいメチレン基、アルキレン基、又はアリーレン基を示す。〕
一般式(I)及び(II)のR〜Rにおけるハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられる。
上記R〜Rにおける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−ブチル基等を挙げることができる。これらのなかでも、炭素数1〜4のものが好ましい。
上記R〜Rにおけるシクロアルキル基としては、例えば、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を挙げることができる。これらのなかでも、炭素数5〜6のものが好ましい。
上記R〜Rにおけるアルコキシ基としては、例えば、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−ブトキシ基等を挙げることができる。これらのなかでも、炭素数1〜4のものが好ましい。
尚、アルキル基、シクロアルキル基及びアルコキシ基の各々における1以上の水素原子は置換されていてもよい。具体的な置換基としては、例えば、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子等)、フェニル基、アセトキシ基、アルキル基、アルコキシ基等を挙げることができる。
上記R〜Rの−S−R基におけるR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−ブチル基等を挙げることができる。
また、上記Rのアリール基としては、例えば、フェニル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基、1−アントリル基、及び1−フェナントリル基等を挙げることができる。これらのなかでも、炭素数6〜12のものが好ましい。
尚、Rのアルキル基及びアリール基の各々における1以上の水素原子は前述の置換基により置換されていてもよい。
更に、上記R〜Rにおけるヘテロ原子を2つ以上有する基は特に限定されないが、−OSO−Rx、及び、−SO−Rx(Rxは、各々独立に、置換基を有していてもよいアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、又はアリール基を示す。)のうちの少なくとも一方であることが好ましい。Rxにおける置換基としては、好ましくはハロゲン原子が挙げられる。
ヘテロ原子を2つ以上有する基の具体例としては、例えば、下記式(h1)〜(h8)で表される構造の基等を挙げることができる。これらのなかでも、(h1)、(h2)で表される基が好ましい。
Figure 0005516212
一般式(I)及び(II)におけるlは0〜5の整数を示し、好ましくは0〜2の整数である。
また、mは0〜5の整数を示し、好ましくは0〜2の整数である。
更に、nは0〜5の整数を示し、好ましくは0〜2の整数である。
また、本発明においては、一般式(I)及び(II)は、それぞれ、ヘテロ原子を2つ以上有する基を少なくとも1つ有するものとすることができる。この場合、上記l、m及びnの合計(l+m+n)が1〜2であることが好ましい。
一般式(I)及び(II)のR〜R11におけるハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられる。
上記R〜R11における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−ブチル基等を挙げることができる。これらのなかでも、炭素数1〜4のものが好ましい。また、このアルキル基における1以上の水素原子は前述の置換基により置換されていてもよい。
上記R〜R10におけるアラルキル基としては、例えば、ベンジル基、フェネチル基、ナフチルメチル基、ナフチルエチル基等を挙げることができる。これらのなかでも、炭素数6〜12のものが好ましい。
上記R〜R10におけるアルコキシ基としては、例えば、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−ブトキシ基等を挙げることができる。これらのなかでも、炭素数1〜4のものが好ましい。
尚、R〜R10におけるアラルキル基、及びアルコキシ基の各々における1以上の水素原子は前述の置換基により置換されていてもよい。
一般式(II)におけるAの、−NR12−基におけるR12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−ブチル基等を挙げることができる。これらのなかでも、炭素数1〜6のものが好ましい。
また、上記R12のアリール基としては、例えば、フェニル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基、1−アントリル基、及び1−フェナントリル基等を挙げることができる。これらのなかでも、炭素数6〜12のものが好ましい。
尚、Aにおけるアルキル基、及びアリール基の各々における1以上の水素原子は前述の置換基により置換されていてもよい。
一般式(II)のEにおけるアルキレン基としては、例えば、エチレン基;1,3−プロピレン基、1,2−プロピレン基等のプロピレン基;テトラメチレン基、ペンタメチレン基、ヘキサメチレン基、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−ブチレン基等が挙げられる。これらのなかでも、炭素数2〜6のものが好ましい。
上記Eのアリーレン基としては、例えば、フェニレン基、ナフチレン基、メチルフェニレン、エチルフェニレン、クロロフェニレン基、ブロモフェニレン基、フルオロフェニレン基等が挙げられる。これらのなかでも、炭素数6〜12のものが好ましい。
尚、Eにおけるメチレン基、アルキレン基、及びアリーレン基の各々における1以上の水素原子は前述の置換基により置換されていてもよい。
また、上記繰り返し単位(I)及び(II)は、それぞれ、例えば、下記一般式(I−m)及び(II−m)で表される化合物を単量体として用いることにより得ることができる。
Figure 0005516212
〔一般式(I−m)及び(II−m)において、R〜Rは、各々独立に、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、置換基を有していてもよいアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、−S−R基(Rは置換基を有していてもよいアルキル基、又はアリール基を示す。)、又は、ヘテロ原子を2つ以上有する基を示す。lは0〜5の整数を示す。mは0〜5の整数を示す。nは0〜5の整数を示す。R及びR11は、各々独立に、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、又は置換基を有していてもよいアルキル基を示す。R〜R10は、各々独立に、水素原子、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、ニトロ基、カルボキシル基、置換基を有していてもよいアルキル基、アラルキル基、又はアルコキシ基を示す。Aは、−O−基、−NR12−基(R12は、水素原子、置換基を有していてもよいアルキル基、又はアリール基を示す。)を示す。Eは、置換基を有していてもよいメチレン基、アルキレン基、又はアリーレン基を示す。〕
尚、一般式(I−m)及び(II−m)におけるR〜R、R〜R11、l、m、n、A及びEは、上記一般式(I)及び(II)におけるR〜R、R〜R11、l、m、n、A及びEと同義である。
式(I−m)及び(II−m)で表される具体的な単量体としては、例えば、式(I−1)〜(I−8)で表される化合物、及び式(II−1)〜(II−23)で表される化合物等が挙げられる。
Figure 0005516212
Figure 0005516212
Figure 0005516212
Figure 0005516212
Figure 0005516212
一般式(I−m)で表される単量体は、例えば、下記反応式で表されるように、一般式(Y)で表される化合物と一般式(YY)で表される化合物とを塩化メチレン/水混合溶媒中反応させることにより製造することができる。
また、一般式(II−m)で表される単量体は、例えば、下記反応式で表されるように、一般式(X)で表される化合物と一般式(XX)で表される化合物とを塩化メチレン/水混合溶媒中反応させることにより製造することができる。
Figure 0005516212
Figure 0005516212
尚、一般式(Y)、(YY)、(I−m)、(X)、(XX)及び(II−m)におけるR〜R、R〜R11、l、m、n、A及びEは、上記一般式(I)及び(II)におけるR〜R、R〜R11、l、m、n、A及びEと同義である。
尚、重合体(A)において、繰り返し単位(I)及び(II)は、それぞれ、1種のみ含まれていてもよいし、2種以上含まれていてもよい。
また、上記重合体(A)は、下記一般式(1)で表される繰り返し単位を含有するものである。
Figure 0005516212
〔一般式(1)において、R15は水素原子、メチル基、フッ素原子、又はトリフルオロメチル基を示す。R16は置換基を有していてもよい炭素数6〜22のアリール基を示す。XはYとともに脂環式炭化水素基を形成するのに必要な原子団であり、且つYは炭素原子である。〕
上記一般式(1)において、XがYとともに形成する脂環式炭化水素基の炭素数は特に限定されないが、5〜25であることが好ましく、より好ましくは5〜20、更に好ましくは5〜15である。
また、この脂環式炭化水素基は、単環式のものであってもよいし、多環式のものであってもよい。脂環式部分の具体的な構造としては、例えば、下記の(a−1)〜(a−50)等の構造を挙げることができる。
Figure 0005516212
Figure 0005516212
Figure 0005516212
Figure 0005516212
Figure 0005516212
Figure 0005516212
特に、上記一般式(1)におけるXがYとともに形成する脂環式炭化水素基は、モノシクロ、ビシクロ、トリシクロ又はテトラシクロ構造等を有する基であることが好ましい。
上記脂環式炭化水素基の具体的な例としては、例えば、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、シクロデカニル基、及びシクロドデカニル基等のシクロアルキル基;アダマンチル基、ノルアダマンチル基、デカリン残基(デカリニル基)、トリシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、ノルボルニル基、セドロール基等を挙げることができる。
これらのなかでも、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、シクロデカニル基、及びシクロドデカニル基等のシクロアルキル基;アダマンチル基、デカリン残基、ノルボルニル基等が好ましい。特に、炭素数5〜15のシクロアルキル基であることが好ましい。
また、上記脂環式炭化水素基は、置換されたものであってもよいし、非置換のものであってもよい。置換基の具体例としては、例えば、ヒドロキシ基、カルボキシル基、ハロゲン原子(フッ素原子、臭素原子等)、アルコキシ基(メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等)、アルキルオキシカルボニル基等を挙げることができる。
上記R16の炭素数6〜22のアリール基としては、下記の(x−1)〜(x−3)等の構造に由来する基を挙げることができる。尚、R16が下記の(x−2)に由来する基(即ち、ナフチル基)である場合、上記一般式(1)におけるYに結合する結合位置は、1位及び2位のいずれであってもよい。また、R16が下記の(x−3)に由来する基(即ち、アントリル基)である場合、上記一般式(1)におけるYに結合する結合位は、1位、2位及び9位のいずれであってもよい。
また、このアリール基における1以上の水素原子は置換されていてもよい。置換基の具体例としては、例えば、メチル基、エチル基、ヒドロキシ基、カルボキシル基、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子等)、アルコキシ基(メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等)、アルキルオキシカルボニル基等を挙げることができる。
Figure 0005516212
また、本発明の重合体(A)においては、上記繰り返し単位(1)が、下記一般式(1−1)で表される繰り返し単位〔以下、「繰り返し単位(1−1)」という。〕であるものとすることができる。
Figure 0005516212
〔一般式(1−1)において、R15は水素原子、メチル基、フッ素原子、又はトリフルオロメチル基を示す。XはYとともに脂環式炭化水素基を形成するのに必要な原子団であり、且つYは炭素原子である。〕
一般式(1−1)における「XがYとともに形成する脂環式炭化水素基」については、前述の一般式(1)における「XがYとともに形成する脂環式炭化水素基」の説明をそのまま適用することができる。
また、上記繰り返し単位(1)は、例えば、下記一般式(m−1)で表される化合物を単量体として用いることにより得ることができる。
Figure 0005516212
〔一般式(m−1)において、R15は水素原子、メチル基、フッ素原子、又はトリフルオロメチル基を示す。R16は置換基を有していてもよい炭素数6〜22のアリール基を示す。XはYとともに脂環式炭化水素基を形成するのに必要な原子団であり、且つYは炭素原子である。〕
尚、一般式(m−1)におけるR15、R16、X及びYは、上記一般式(1)におけるR15、R16、X及びYと同義である。
一般式(m−1)で表される単量体は、例えば、1−フェニルシクロヘキサノール残基を有する三級アルコール化合物とメタクリル酸クロライドとの反応により製造することができる。
尚、重合体(A)において、繰り返し単位(1)は、1種のみ含まれていてもよいし、2種以上含まれていてもよい。
また、本発明における重合体(A)は、上記繰り返し単位(I)及び繰り返し単位(II)のうちの少なくとも一方、並びに繰り返し単位(1)以外に、下記一般式(2)〜(6)で表される繰り返し単位〔以下、「繰り返し単位(2)〜(6)」という。〕のうちの少なくとも1種を更に含んでいてもよい。
Figure 0005516212
〔一般式(2)〜(6)において、R31は水素原子、ハロゲン原子、シアノ基又は置換基を有していてもよいアルキル基を示す。R32及びR33は、それぞれ独立に、水素原子又はヒドロキシル基を示す。Xは酸不安定基を示す。Zはラクトン構造を有する置換基を示す。Jは水素原子、炭素数1〜15のフルオロアルキル基、又は炭素数1〜15のフルオロアルコール構造を含有する置換基を示す。〕
上記重合体(A)が、繰り返し単位(2)を含有する場合、酸の作用で分解してカルボン酸を発生し、アルカリ可溶性となる重合体となる。
一般式(2)におけるXの酸不安定基は特に限定されないが、具体的には、下記一般式(L1)〜(L4)で示される基、炭素数4〜20(好ましくは4〜15)の三級アルキル基、各アルキル基がそれぞれ炭素数1〜6のトリアルキルシリル基、炭素数4〜20のオキソアルキル基等を挙げることができる。
Figure 0005516212
ここで、破線は結合手を示す(以下、同様)。
一般式(L1)において、RL01及びRL02は、各々独立に、水素原子、又は炭素数1〜18(好ましくは1〜10)の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルキル基を示す。具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、2−エチルヘキシル基、n−オクチル基、ノルボルニル基、トリシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、アダマンチル基等が例示できる。
また、RL03は、炭素数1〜18(好ましくは1〜10)の酸素原子等のヘテロ原子を有してもよい一価の炭化水素基を示す。例えば、直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、これらのアルキル基における水素原子の一部がヒドロキシル基、アルコキシ基、オキソ基、アミノ基、アルキルアミノ基等に置換されたもの等を挙げることができる。具体的には下記の置換アルキル基等が例示できる。
Figure 0005516212
また、一般式(L1)における、RL01とRL02、RL01とRL03、RL02とRL03とは互いに結合してこれらが結合する炭素原子や酸素原子と共に環を形成してもよく、環を形成する場合にはRL01、RL02、RL03はそれぞれメチレン基又は炭素数2〜18(好ましくは2〜10)の直鎖状又は分岐状のアルキレン基を示す。
一般式(L2)において、RL04は炭素数4〜20(好ましくは4〜15)の三級アルキル基、各アルキル基がそれぞれ炭素数1〜6のトリアルキルシリル基、炭素数4〜20のオキソアルキル基、又は上記一般式(L1)で示される基を示す。
三級アルキル基としては、具体的には、tert−ブチル基、tert−アミル基、1,1−ジエチルプロピル基、2−シクロペンチルプロパン−2−イル基、2−シクロヘキシルプロパン−2−イル基、2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2−イル)プロパン−2−イル基、2−(アダマンタン−1−イル)プロパン−2−イル基、1−エチルシクロペンチル基、1−ブチルシクロペンチル基、1−エチルシクロヘキシル基、1−ブチルシクロヘキシル基、1−エチル−2−シクロペンテニル基、1−エチル−2−シクロヘキセニル基、2−メチル−2−アダマンチル基、2−エチル−2−アダマンチル基等が例示できる。
トリアルキルシリル基としては、具体的には、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、ジメチル−tert−ブチルシリル基等が例示できる。
オキソアルキル基としては、具体的には、3−オキソシクロヘキシル基、4−メチル−2−オキソオキサン−4−イル基、5−メチル−2−オキソオキソラン−5−イル基等が例示できる。
また、yは0〜6の整数である。
一般式(L3)において、RL05は炭素数1〜8の置換されていてもよい直鎖状、分岐状若しくは環状のアルキル基、又は炭素数6〜20の置換されていてもよいアリール基を示す。
置換されていてもよいアルキル基としては、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、tert−アミル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルキル基、又は、これらのアルキル基における水素原子の一部がヒドロキシル基、アルコキシ基、カルボキシ基、アルコキシカルボニル基、オキソ基、アミノ基、アルキルアミノ基、シアノ基、メルカプト基、アルキルチオ基、スルホ基等に置換されたもの等が例示できる。
置換されていてもよいアリール基としては、具体的には、フェニル基、メチルフェニル基、ナフチル基、アンスリル基、フェナンスリル基、ピレニル基等が例示できる。
また、mは0又は1であり、nは0〜3の整数であり、2≦2m+n≦3を満たす。
一般式(L4)において、RL06は炭素数1〜8の置換されていてもよい直鎖状、分岐状若しくは環状のアルキル基、又は炭素数6〜20の置換されていてもよいアリール基を示す。具体的には、RL05と同様のもの等が例示できる。
L07〜RL16はそれぞれ独立に水素原子又は炭素数1〜15の一価の炭化水素基を示す。具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、tert−アミル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−オクチル基、n−ノニル基、n−デシル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロペンチルメチル基、シクロペンチルエチル基、シクロペンチルブチル基、シクロヘキシルメチル基、シクロヘキシルエチル基、シクロヘキシルブチル基等の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルキル基、又は、これらのアルキル基における水素原子の一部がヒドロキシル基、アルコキシ基、カルボキシ基、アルコキシカルボニル基、オキソ基、アミノ基、アルキルアミノ基、シアノ基、メルカプト基、アルキルチオ基、スルホ基等に置換されたもの等が例示できる。
L07〜RL16はそれらの2個が互いに結合してそれらが結合する炭素原子と共に環を形成していてもよく(例えば、RL07とRL08、RL07とRL09、RL08とRL10、RL09とRL10、RL11とRL12、RL13とRL14等)、その場合にはその結合に関与するものは炭素数1〜15の二価の炭化水素基を示し、具体的には上記一価の炭化水素基で例示したものから水素原子を1個除いたもの等が例示できる。また、RL07〜RL16は隣接する炭素に結合するもの同士で何も介さずに結合し、二重結合を形成してもよい(例えば、RL07とRL09、RL09とRL15、RL13とRL15等)。
ここで、上記一般式(L1)で示される酸不安定基のうち直鎖状又は分岐状のものとしては、具体的には、下記の基が例示できる。
Figure 0005516212
上記一般式(L1)で示される酸不安定基のうち環状のものとしては、具体的には、テトラヒドロフラン−2−イル基、2−メチルテトラヒドロフラン−2−イル基、テトラヒドロピラン−2−イル基、2−メチルテトラヒドロピラン−2−イル基等が例示できる。
上記一般式(L2)で示される酸不安定基としては、具体的には、tert−ブトキシカルボニル基、tert−ブトキシカルボニルメチル基、tert−アミロキシカルボニル基、tert−アミロキシカルボニルメチル基、1,1−ジエチルプロピルオキシカルボニル基、1,1−ジエチルプロピルオキシカルボニルメチル基、1−エチルシクロペンチルオキシカルボニル基、1−エチルシクロペンチルオキシカルボニルメチル基、1−エチル−2−シクロペンテニルオキシカルボニル基、1−エチル−2−シクロペンテニルオキシカルボニルメチル基、1−エトキシエトキシカルボニルメチル基、2−テトラヒドロピラニルオキシカルボニルメチル基、2−テトラヒドロフラニルオキシカルボニルメチル基等が例示できる。
上記一般式(L3)で示される酸不安定基としては、具体的には、1−メチルシクロペンチル、1−エチルシクロペンチル、1−n−プロピルシクロペンチル、1−イソプロピルシクロペンチル、1−n−ブチルシクロペンチル、1−sec−ブチルシクロペンチル、1−シクロヘキシルシクロペンチル、1−(4−メトキシ−n−ブチル)シクロペンチル、1−メチルシクロヘキシル、1−エチルシクロヘキシル、3−メチル−1−シクロペンテン−3−イル、3−エチル−1−シクロペンテン−3−イル、3−メチル−1−シクロヘキセン−3−イル、3−エチル−1−シクロヘキセン−3−イル等が例示できる。
上記一般式(L4)で示される酸不安定基としては、下記式(L4−1)〜(L4−4)で示される基が特に好ましい。
Figure 0005516212
上記一般式(L4−1)〜(L4−4)における破線は結合位置及び結合方向を示す。
L41はそれぞれ独立に、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基等の1価炭化水素基を示す。具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、tert−アミル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等を例示できる。
上記一般式(L4−1)〜(L4−4)には、エナンチオ異性体(enantiomer)やジアステレオ異性体(diastereomer)が存在し得るが、上記一般式(L4−1)〜(L4−4)は、これらの立体異性体の全てを代表して表す。これらの立体異性体は単独で用いてもよいし、混合物として用いてもよい。
例えば、上記一般式(L4−3)は下記一般式(L4−3−1)、(L4−3−2)で示される基から選ばれる1種又は2種の混合物を代表して表すものとする。
Figure 0005516212
また、上記一般式(L4−4)は下記一般式(L4−4−1)〜(L4−4−4)で示される基から選ばれる1種又は2種以上の混合物を代表して表すものとする。
Figure 0005516212
上記一般式(L4−1)〜(L4−4)、(L4−3−1)、(L4−3−2)及び(L4−4−1)〜(L4−4−4)は、それらのエナンチオ異性体及びエナンチオ異性体混合物をも代表して示すものとする。
尚、(L4−1)〜(L4−4)、(L4−3−1)、(L4−3−2)及び(L4−4−1)〜(L4−4−4)の結合方向がそれぞれビシクロ[2.2.1]ヘプタン環に対してexo側であることによって、酸触媒脱離反応における高反応性が実現される(特開2000−336121号公報参照)。これらビシクロ[2.2.1]ヘプタン骨格を有する3級exo−アルキル基を置換基とする単量体の製造において、下記一般式(L4−1−endo)〜(L4−4−endo)で示されるendo−アルキル基で置換された単量体を含む場合があるが、良好な反応性の実現のためにはexo比率が50モル%以上であることが好ましく、exo比率が80モル%以上であることが更に好ましい。
Figure 0005516212
上記式(L4)で示される酸不安定基としては、具体的には下記の基が例示できる。
Figure 0005516212
また、一般式(2)のXにおける酸不安定基の炭素数4〜20の三級アルキル基、各アルキル基がそれぞれ炭素数1〜6のトリアルキルシリル基、炭素数4〜20のオキソアルキル基としては、具体的には、上記RL04で挙げたものと同様のもの等が例示できる。
ここで、上記一般式(2)で表される具体的な繰り返し単位としては、下記のものを例示できる。
Figure 0005516212
Figure 0005516212
Figure 0005516212
Figure 0005516212
Figure 0005516212
Figure 0005516212
また、上記一般式(3)で表される具体的な繰り返し単位としては、下記のものを例示できる。
Figure 0005516212
また、上記一般式(4)で表される具体的な繰り返し単位としては、下記のものを例示できる。
Figure 0005516212
また、上記一般式(5)で表される具体的な繰り返し単位としては、下記のものを例示できる。
Figure 0005516212
Figure 0005516212
Figure 0005516212
また、上記一般式(6)で表される具体的な繰り返し単位としては、下記のものを例示できる。
Figure 0005516212
Figure 0005516212
また、本発明における重合体(A)は、上記繰り返し単位(I)及び繰り返し単位(II)のうちの少なくとも一方、並びに繰り返し単位(1)以外に、下記一般式(7)〜(10)で表される繰り返し単位〔以下、「繰り返し単位(7)〜(10)」という。〕のうちの少なくとも1種を更に含んでいてもよい。尚、重合体(A)が、繰り返し単位(7)〜(10)のうちの少なくとも1種を含んでいる場合、重合体(A)は、上記繰り返し単位(2)〜(6)のうちの少なくとも1種を更に含んでいてもよい。
Figure 0005516212
〔一般式(7)〜(10)において、R31は水素原子、ハロゲン原子、シアノ基又は置換基を有していてもよいアルキル基を示す。Xは酸不安定基を示す。Gは酸素原子又はカルボニルオキシ基(−C(=O)O−)を示す。〕
重合体(A)が、繰り返し単位(7)を含有する場合、酸の作用で分解してフェノール性水酸基及び/又はカルボン酸を発生し、アルカリ可溶性となる重合体を与える。酸不安定基Xとしては種々用いることができるが、具体的には上述した一般式(L1)〜(L4)で示される基、炭素数4〜20、好ましくは4〜15の三級アルキル基、各アルキル基がそれぞれ炭素数1〜6のトリアルキルシリル基、炭素数4〜20のオキソアルキル基等を挙げることができる。
上記一般式(7)で表される具体的な繰り返し単位としては、下記のものを例示できる。
Figure 0005516212
上記繰り返し単位(10)におけるヒドロキシナフタレンの置換位置、及びヒドロキシナフタレンにおけるヒドロキシル基の置換位置は各々任意であるが、この繰り返し単位(10)は、6−ヒドロキシ−2−ビニルナフタレンや、4−ヒドロキシ−1−ビニルナフタレン等に由来することが好ましい。特に、6−ヒドロキシ−2−ビニルナフタレンに由来するものが好ましい。
また、本発明における重合体(A)には、上記以外の炭素−炭素二重結合を含有する単量体から得られる繰り返し単位、例えば、メタクリル酸メチル、クロトン酸メチル、マレイン酸ジメチル、イタコン酸ジメチル等の置換アクリル酸エステル類、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸等の不飽和カルボン酸、ノルボルネン、ノルボルネン誘導体、テトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデセン誘導体、ノルボルナジエン類等の環状オレフィン類、無水イタコン酸等の不飽和酸無水物、アセナフチレン、ビニルナフタレン、その他の単量体から得られる繰り返し単位が含まれていてもよい。
本発明の重合体(A)における上記繰り返し単位(I)及び(II)の含有量の合計は、重合体(A)における全繰り返し単位の合計を100モル%とした場合に、1モル%以上であることが好ましく、より好ましくは1〜20モル%、更に好ましくは2〜15モル%である。この含有量が1モル%以上であると、良好な感度が得られるという観点から好ましい。
上記繰り返し単位(1)の含有量は、重合体(A)における全繰り返し単位の合計を100モル%とした場合に、5モル%以上であることが好ましく、より好ましくは5〜50モル%、更に好ましくは10〜45モル%である。この含有量が5モル%以上あると、ナノエッジラフネスに優れるものとすることができる。
上記繰り返し単位(2)〜(6)の含有量の合計は、重合体(A)における全繰り返し単位の合計を100モル%とした場合に、5〜95モル%であることが好ましく、より好ましくは10〜90モル%、更に好ましくは10〜80モル%である。この含有量が5モル%以上である場合には、ナノエッジラフネスに優れるものとすることができる。
上記繰り返し単位(7)〜(10)の含有量の合計は、重合体(A)における全繰り返し単位の合計を100モル%とした場合に、5〜95モル%であることが好ましく、より好ましくは10〜90モル%、更に好ましくは10〜80モル%である。この含有量が5モル%以上である場合には、ナノエッジラフネスに優れるものとすることができる。
本発明における重合体(A)の合成方法は特に限定されないが、例えば、公知のラジカル重合又はアニオン重合により得ることができる。また、他の繰り返し単位における側鎖のヒドロキシスチレン単位は、得られた重合体(A)を有機溶媒中で塩基又は酸の存在下でアセトキシ基等の加水分解を行なうことにより得ることができる。
上記ラジカル重合は、例えば、窒素雰囲気下、適当な有機溶媒中で、ラジカル重合開始剤の存在下において、上記化合物(I−m)や(II−m)等の必要な単量体を攪拌し、加熱することにより実施することができる。
上記ラジカル重合開始剤としては、例えば、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、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−(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)2,2’−アゾビスメチルブチロニトリル、2,2’−アゾビスシクロヘキサンカルボニトリル、シアノメチルエチルアゾホルムアミド、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルプロピオン酸メチル)、2,2’−アゾビスシアノバレリック酸等のアゾ化合物;過酸化ベンゾイル、ラウロイルペルオキシド、1,1’−ビス−(t−ブチルペルオキシ)シクロヘキサン、3,5,5−トリメチルヘキサノイルパーオキシド、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート等の有機過酸化物、及び過酸化水素等が挙げられる。
尚、この重合の際には、必要に応じて、2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジニルオキシ、沃素、メルカプタン、スチレンダイマー等の重合助剤を添加することもできる。
上記ラジカル重合における反応温度は特に限定されず、開始剤の種類等により適宜選定される(例えば、50〜200℃)。特に、アゾ系開始剤やパーオキサイド系開始剤を用いる場合には、開始剤の半減期が10分から30時間程度になる温度が好ましく、より好ましくは開始剤の半減期が30分から10時間程度になる温度である。
また、反応時間は、開始剤の種類や反応温度により異なるが、開始剤が50%以上消費される反応時間が望ましく、多くの場合0.5〜24時間程度である。
また、上記アニオン重合は、例えば、窒素雰囲気下、適当な有機溶媒中で、アニオン重合開始剤の存在下において、上記化合物(I−m)や(II−m)等の必要な単量体を攪拌し、所定の温度で維持することにより実施することができる。
上記アニオン重合開始剤としては、例えば、n−ブチルリチウム、s−ブチルリチウム、t−ブチルリチウム、エチルリチウム、エチルナトリウム、1,1−ジフェニルヘキシルリチウム、1,1−ジフェニル−3−メチルペンチルリチウム等の有機アルカリ金属が挙げられる。
上記アニオン重合における反応温度は特に限定されず、開始剤の種類等により適宜選定される。特に、アルキルリチウムを開始剤として用いる場合には、−100〜50℃であることが好ましく、より好ましくは−78〜30℃である。
また、反応時間は、開始剤の種類や反応温度により異なるが、開始剤が50%以上消費される反応時間が望ましく、多くの場合0.5〜24時間程度である。
尚、上記重合体(A)の合成においては、重合開始剤を用いずに、加熱により重合反応を行なうこと、並びに、カチオン重合を行なうことも可能である。
また、重合体(A)の側鎖を加水分解することでヒドロキシスチレン単位を導入する場合において、加水分解の反応に用いられる酸としては、例えば、p−トルエンスルホン酸及びその水和物、メタンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、マロン酸、蓚酸、1,1,1−フルオロ酢酸等の有機酸;硫酸、塩酸、リン酸、臭化水素酸等の無機酸;或いはピリジニウムp−トルエンスルホネート、アンモニウムp−トルエンスルホネート、4−メチルピリジニウムp−トルエンスルホネートの如き塩等が挙げられる。
更に、塩基としては、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等の無機塩基;トリエチルアミン、N−メチル−2−ピロリドン、ピペリジン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド等の有機塩基等が挙げられる。
また、上記重合や上記加水分解に用いられる有機溶剤としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルアミルケトン等のケトン類;ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン(THF)等のエーテル類;メタノール、エタノール、プロパノール、等のアルコール類;ヘキサン、ヘプタン、オクタン等の脂肪族炭化水素類;ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類;クロロホルム、ブロモホルム、塩化メチレン、臭化メチレン、四塩化炭素等のハロゲン化アルキル類;酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、セロソルブ類等のエステル類;ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルホスホロアミド等の非プロトン性極性溶剤類等が挙げられる。
これらのなかでも、アセトン、メチルアミルケトン、メチルエチルケトン、テトラヒドロフラン、メタノール、エタノール、プロパノール、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等が好ましい。
上記重合体(A)の、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)で測定したポリスチレン換算重量平均分子量(以下、「Mw」ともいう)は、2000〜100000であることが好ましく、より好ましくは2000〜40000、更に好ましくは2000〜25000である。
また、重合体(A)のMwと、GPCで測定したポリスチレン換算数平均分子量(以下、「Mn」ともいう)との比(Mw/Mn)は、通常1〜5であり、より好ましくは1〜3、更に好ましくは1〜2.5である。
本発明の感放射線性樹脂組成物(i)は、上記重合体(A)を含んでいるため、感度に優れる。このような観点から、この感放射線性樹脂組成物は、リソグラフィープロセスにおいて、KrFエキシマレーザー、ArFエキシマレーザー、EUV等の(極)遠紫外線、シンクロトロン放射線等のX線、電子線に有効に感応し、低ラフネスであり、感度及び解像度に優れ、微細パターンを高精度に且つ安定して形成することができる化学増幅型ポジ型レジスト膜を成膜可能なものである。
[1−2]酸拡散制御剤
本発明の感放射線性樹脂組成物(i)は、上記重合体(A)以外に、酸拡散制御剤(以下、「酸拡散制御剤(B)」ともいう)を更に含有することが好ましい。
酸拡散制御剤(B)は、露光により重合体(A)から生じる酸の、レジスト膜(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作用を有する成分である。
本発明の感放射線性樹脂組成物においては、この酸拡散制御剤(B)が配合されることにより、得られる感放射線性樹脂組成物の貯蔵安定性が向上すると共に、形成されるレジスト膜の解像度を十分に向上させることができる。更には、露光後から露光後の加熱処理までの引き置き時間(PED)の変動に起因す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樹脂組成物が得られる。
上記酸拡散制御剤(B)としては、例えば、含窒素有機化合物や感光性塩基性化合物(光崩壊性塩基性化合物)を用いることが好ましい。なかでも、感光性塩基性化合物を用いることがこのましい。
上記含窒素有機化合物としては、例えば、下記一般式(i)で表される化合物(以下、「含窒素化合物(i)」という)、同一分子内に窒素原子を2個有する化合物(以下、「含窒素化合物(ii)」という)、窒素原子を3個以上有するポリアミノ化合物や重合体(以下、これらをまとめて「含窒素化合物(iii)」という)、アミド基含有化合物、ウレア化合物、含窒素複素環化合物等を挙げることができる。
Figure 0005516212
〔一般式(i)において、各R17は、相互に独立に、水素原子、直鎖状、分岐状若しくは環状の置換されていてもよいアルキル基、置換されていてもよいアリール基、又は置換されていてもよいアラルキル基を表す。〕
上記含窒素化合物(i)としては、例えば、n−ヘキシルアミン、n−ヘプチルアミン、n−オクチルアミン、n−ノニルアミン、n−デシルアミン、シクロヘキシルアミン等のモノ(シクロ)アルキルアミン類;ジ−n−ブチルアミン、ジ−n−ペンチルアミン、ジ−n−ヘキシルアミン、ジ−n−ヘプチルアミン、ジ−n−オクチルアミン、ジ−n−ノニルアミン、ジ−n−デシルアミン、シクロヘキシルメチルアミン、ジシクロヘキシルアミン等のジ(シクロ)アルキルアミン類;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、トリ−n−ノニルアミン、トリ−n−デシルアミン、シクロヘキシルジメチルアミン、メチルジシクロヘキシルアミン、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;トリエタノールアミン等の置換アルキルアミン;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、ジフェニルアミン、トリフェニルアミン、ナフチルアミン、2,4,6−トリ−tert−ブチル−N−メチルアニリン、N−フェニルジエタノールアミン、2,6−ジイソプロピルアニリン等の芳香族アミン類が好ましい。
上記含窒素化合物(ii)としては、例えば、エチレンジアミン、N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、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、4,4’−ジアミノジフェニルアミン、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、2−(4−アミノフェニル)−2−(3−ヒドロキシフェニル)プロパン、2−(4−アミノフェニル)−2−(4−ヒドロキシフェニル)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、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、1−(2−ヒドロキシエチル)−2−イミダゾリジノン、2−キノキサリノール、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、N,N,N’,N’’,N’’−ペンタメチルジエチレントリアミン等が好ましい。
上記含窒素化合物(iii)としては、例えば、ポリエチレンイミン、ポリアリルアミン、2−ジメチルアミノエチルアクリルアミドの重合体等が好ましい。
上記アミド基含有化合物としては、例えば、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のほか、ホルムアミド、N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、アセトアミド、N−メチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、プロピオンアミド、ベンズアミド、ピロリドン、N−メチルピロリドン、N−アセチル−1−アダマンチルアミン、イソシアヌル酸トリス(2−ヒドロキシエチル)等が好ましい。
上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、1,1,3,3−テトラメチルウレア、1,3−ジフェニルウレア、トリ−n−ブチルチオウレア等が好ましい。
上記含窒素複素環化合物としては、例えば、イミダゾール、4−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、1−ベンジル−2−メチルイミダゾール、1−ベンジル−2−メチル−1H−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、4−ヒドロキシキノリン、8−オキシキノリン、アクリジン、2,2’:6’,2’’−ターピ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のほか、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、ピペリジンエタノール、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−モルホリニル)エタノール、4−アセチルモルホリン、3−(N−モルホリノ)−1,2−プロパンジオール、1,4−ジメチルピペラジン、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン等が好ましい。
また、上記感光性塩基性化合物(光崩壊性塩基性化合物)は、露光領域では分解して塩基性を失い、未露光部では分解せずにそのまま残る成分である。このような感光性塩基性化合物は、非感光性の塩基性化合物に比べて、露光部(即ち、露光領域)に発生する酸を有効活用することができるため、ナノエッジラフネス、解像性を向上させることができる。
上記感光性塩基性化合物の種類は、上記性質を有する限り特に限定されない。具体的には、例えば、下記一般式(B1)や(B2)で表される化合物等を好適に用いることができる。特に、下記一般式(B1)で表される化合物が好ましい。
Figure 0005516212
〔一般式(B1)及び(B2)において、R13及びR14は、それぞれ、1価の有機基である。Zは、R15又はR15COOであり、R15は1価の有機基である。〕
上記一般式(B1)及び(B2)におけるR13及びR14における1価の有機基としては、例えば、水素原子、ハロゲン原子、置換基を有してもよい炭素数1〜10のアルキル基、又は置換基を有してもよい脂環式炭化水素基等が挙げられる。
上記置換基を有してもよい炭素数1〜10のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−ブチル基、tert−ブチル基、トリフルオロメチル基等が挙げられる。尚、このアルキル基は、ヒドロキシ基、カルボキシル基、ハロゲン原子(フッ素原子、臭素原子等)、アルコキシ基(メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、t−ブトキシ基等)、アルキルオキシカルボニル基(t−ブトキシカルボニルメチルオキシ基等)等の置換基により置換されていてもよい。
また、上記置換基を有してもよい脂環式炭化水素基としては、上記一般式(a−1)〜(a−50)の構造等が挙げられる。尚、この脂環式炭化水素基は、ヒドロキシ基、カルボキシル基、ハロゲン原子(フッ素原子、臭素原子等)、アルコキシ基(メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、t−ブトキシ基等)、アルキルオキシカルボニル基(t−ブトキシカルボニルメチルオキシ基等)等の置換基により置換されていてもよい。
更に、上記ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられる。
これらのなかでも、上記R13及びR14は、水素原子、tert−ブチル基であることが好ましい。
尚、上記式(B1)において、R13は、全て同一であってもよいし、一部又は全てが異なっていてもよい。また、上記式(B2)において、R14は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。
上記一般式(B1)及び(B2)における各Zは、それぞれ、R15、又はR15COOである。
上記R15の1価の有機基としては、例えば、置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいアリール基を挙げることができる。
特に、上記Zとしては、CHCOO、及び下記式で表される化合物(Z−1)〜(Z−4)であることが好ましい。
Figure 0005516212
また、上記感光性塩基性化合物の具体例としては、トリフェニルスルホニウム化合物〔上記一般式(B1)で表される化合物〕であって、そのアニオン部(Z)が、CHCOO、上記化合物(Z−2)又は(Z−3)であるもの等が挙げられる。
尚、上記酸拡散制御剤(B)は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
また、酸拡散制御剤(B)の配合量は、重合体(A)100質量部に対して、15質量部以下であることが好ましく、より好ましくは0.001〜10質量部、更に好ましくは0.005〜5質量部である。この酸拡散制御剤(B)の配合量が15質量部を超えると、形成したレジスト膜の感度や露光部の現像性が低下するおそれがある。一方、この配合量が0.001質量部未満であると、プロセス条件によっては、形成したレジスト膜のパターン形状や寸法忠実度が低下するおそれがある。
[1−3]感放射線性酸発生剤
本発明の感放射線性樹脂組成物(i)は、上記重合体(A)以外に、活性光線又は放射線の照射により分解して酸を発生する他の酸発生化合物を含有していてもよい。
本発明における重合体(A)中の上記繰り返し単位(I)及び(II)の合計と、他の酸発生化合物との比率は、モル比で100/0〜20/80、好ましくは100/0〜40/60、更に好ましくは100/0〜50/50である。
他の酸発生化合物としては、光カチオン重合の光開始剤、光ラジカル重合の光開始剤、色素類の光消色剤、光変色剤、或いはマイクロレジスト等に使用されている公知の光により酸を発生する化合物及びそれらの混合物を適宜に選択して使用することができる。
例えば、S.I.Schlesinger,Photogr.Sci.Eng.,18,387(1974)、T.S.Baletal,Polymer,21,423(1980)等に記載のジアゾニウム塩、米国特許第4,069,055号、同4,069,056号、同Re27,992号、特願平3−140,140号等に記載のアンモニウム塩、D.C.Neckeretal,Macromolecules,17,2468(1984)、C.S.Wenetal,Teh,Proc.Conf.Rad.CuringASIA,p478Tokyo,Oct(1988)、米国特許第4,069,055号、同4,069,056号等に記載のホスホニウム塩、J.V.Crivelloetal,Macromorecules,10(6),1307(1977)、Chem.&Eng.News,Nov.28,p31(1988)、欧州特許第104,143号、米国特許第339,049号、同第410,201号、特開平2−150,848号、特開平2−296,514号等に記載のヨードニウム塩、J.V.Crivelloetal,PolymerJ.17,73(1985)、J.V.Crivelloetal.J.Org.Chem.,43,3055(1978)、W.R.Wattetal,J.PolymerSci.,PolymerChem.Ed.,22,1789(1984)、J.V.Crivelloetal,PolymerBull.,14,279(1985)、J.V.Crivelloetal,Macromorecules,14(5),1141(1981)、J.V.Crivelloetal,J.PolymerSci.,PolymerChem.Ed.,17,2877(1979)、欧州特許第370,693号、同3,902,114号、同233,567号、同297,443号、同297,442号、米国特許第4,933,377号、同161,811号、同410,201号、同339,049号、同4,760,013号、同4,734,444号、同2,833,827号、獨国特許第2,904,626号、同3,604,580号、同3,604,581号等に記載のスルホニウム塩、J.V.Crivelloetal,Macromorecules,10(6),1307(1977)、J.V.Crivelloetal,J.PolymerSci.,PolymerChem.Ed.,17,1047(1979)等に記載のセレノニウム塩、C.S.Wenetal,Teh,Proc.Conf.Rad.CuringASIA,p478Tokyo,Oct(1988)等に記載のアルソニウム塩等のオニウム塩、米国特許第3,905,815号、特公昭46−4605号、特開昭48−36281号、特開昭55−32070号、特開昭60−239736号、特開昭61−169835号、特開昭61−169837号、特開昭62−58241号、特開昭62−212401号、特開昭63−70243号、特開昭63−29839号等に記載の有機ハロゲン化合物、K.Meieretal,J.Rad.Curing,13(4),26(1986)、T.P.Gilletal,Inorg.Chem.,19,3007(1980)、D.Astruc,Acc.Chem.Res.,19(12),377(1896)、特開平2−161445号等に記載の有機金属/有機ハロゲン化物、S.Hayaseetal,J.PolymerSci.,25,753(1987)、E.Reichmanisetal,J.PholymerSci.,PolymerChem.Ed.,23,1(1985)、Q.Q.Zhuetal,J.Photochem.,36,85,39,317(1987)、B.Amitetal,TetrahedronLett.,(24)2205(1973)、D.H.R.Bartonetal,J.ChemSoc.,3571(1965)、P.M.Collinsetal,J.Chem.SoC.,PerkinI,1695(1975)、M.Rudinsteinetal,TetrahedronLett.,(17),1445(1975)、J.W.WalkeretalJ.Am.Chem.Soc.,110,7170(1988)、S.C.Busmanetal,J.ImagingTechnol.,11(4),191(1985)、H.M.Houlihanetal,Macormolecules,21,2001(1988)、P.M.Collinsetal,J.Chem.Soc.,Chem.Commun.,532(1972)、S.Hayaseetal,Macromolecules,18,1799(1985)、E.Reichmanisetal,J.Electrochem.Soc.,SolidStateSci.Technol.,130(6)、F.M.Houlihanetal,Macromolcules,21,2001(1988)、欧州特許第0290,750号、同046,083号、同156,535号、同271,851号、同0,388,343号、米国特許第3,901,710号、同4,181,531号、特開昭60−198538号、特開昭53−133022号等に記載のo−ニトロベンジル型保護基を有する光酸発生剤、M.TUNOOKAetal,PolymerPreprintsJapan,35(8)、G.Berneretal,J.Rad.Curing,13(4)、W.J.Mijsetal,CoatingTechnol.,55(697),45(1983),Akzo、H.Adachietal,PolymerPreprints,Japan,37(3)、欧州特許第0199,672号、同84515号、同199,672号、同044,115号、同0101,122号、米国特許第618,564号、同4,371,605号、同4,431,774号、特開昭64−18143号、特開平2−245756号、特願平3−140109号等に記載のイミノスルフォネ−ト等に代表される光分解してスルホン酸を発生する化合物、特開昭61−166544号等に記載のジスルホン化合物等を挙げることができる。
また、これらの光により酸を発生する基、或いは化合物をポリマーの主鎖又は側鎖に導入した化合物、例えば、M.E.Woodhouseetal,J.Am.Chem.Soc.,104,5586(1982)、S.P.Pappasetal,J.ImagingSci.,30(5),218(1986)、S.Kondoetal,Makromol.Chem.,RapidCommun.,9,625(1988)、Y.Yamadaetal,Makromol.Chem.,152,153,163(1972)、J.V.Crivelloetal,J.PolymerSci.,PolymerChem.Ed.,17,3845(1979)、米国特許第3,849,137号、獨国特許第3914407号、特開昭63−26653号、特開昭55−164824号、特開昭62−69263号、特開昭63−146038号、特開昭63−163452号、特開昭62−153853号、特開昭63−146029号等に記載の化合物等を用いることができる。
更に、V.N.R.Pillai,Synthesis,(1),1(1980)、A.Abadetal,TetrahedronLett.,(47)4555(1971)、D.H.R.Bartonetal,J.Chem.Soc.,(C),329(1970)、米国特許第3,779,778号、欧州特許第126,712号等に記載の光により酸を発生する化合物等も使用することができる。
上記活性光線又は放射線の照射により分解して酸を発生する他の酸発生化合物の中で、特に有効に用いられるものについて以下に説明する。
(1)トリハロメチル基が置換した下記一般式(PAG1)で表されるオキサゾール誘導体又は一般式(PAG2)で表されるS−トリアジン誘導体。
Figure 0005516212
式中、R201は置換若しくは未置換のアリール基、アルケニル基、R202は置換若しくは未置換のアリール基、アルケニル基、アルキル基、−C(Y)を示す。Yは塩素原子又は臭素原子を示す。
(2)下記の一般式(PAG3)で表されるヨードニウム塩、又は一般式(PAG4)で表されるスルホニウム塩。
Figure 0005516212
式中、Ar、Arは各々独立に置換若しくは未置換のアリール基を示す。ここで、好ましい置換基としては、アルキル基、ハロアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アルコキシ基、ニトロ基、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基、ヒロドキシ基、メルカプト基及びハロゲン原子が挙げられる。
203、R204、R205は各々独立に、置換若しくは未置換のアルキル基、アリール基を示す。好ましくは、炭素数6〜14のアリール基、炭素数1〜8のアルキル基及びそれらの置換誘導体である。好ましい置換基としては、アリール基に対しては炭素数1〜8のアルコキシ基、炭素数1〜8のアルキル基、ニトロ基、カルボキシル基、ヒロドキシ基及びハロゲン原子であり、アルキル基に対しては炭素数1〜8のアルコキシ基、カルボキシル基、アルコシキカルボニル基である。
は対アニオンを示し、CFSO 等のパーフルオロアルカンスルホン酸アニオン、ペンタフルオロベンゼンスルホン酸アニオンを示す。
また、R203、R204、R205のうちの2つ及びAr、Arはそれぞれの単結合又は置換基を介して結合してもよい。
一般式(PAG3)、(PAG4)で示される上記オニウム塩は公知であり、例えば、J.W.Knapczyketal,J.Am.Chem.Soc.,91,145(1969)、A.L.Maycoketal,J.Org.Chem.,35,2532,(1970)、E.Goethasetal,Bull.Soc.Chem.Belg.,73,546,(1964)、H.M.Leicester、J.Ame.Chem.Soc.,51,3587(1929)、J.V.Crivelloetal,J.Polym.Chem.Ed.,18,2677(1980)、米国特許第2,807,648号及び同4,247,473号、特開昭53−101,331号等に記載の方法により合成することができる。
(3)下記一般式(PAG5)で表されるジスルホン誘導体又は一般式(PAG6)で表されるイミノスルホネート誘導体。
Figure 0005516212
式中、Ar、Arは各々独立に置換若しくは未置換のアリール基を示す。R206は置換若しくは未置換のアルキル基、アリール基を示す。Aは置換若しくは未置換のアルキレン基、アルケニレン基、アリーレン基を示す。
[1−4]酸の作用により分解し、アルカリ現像液中での溶解性を増大させる基を有する樹脂
本発明の感放射線性樹脂組成物(i)は、上記重合体(A)以外に、酸の作用により分解し、アルカリ現像液中での溶解性を増大させる基を有する樹脂(以下、他の樹脂(X)ともいう。)を含有していてもよい。
この他の樹脂(X)としては、樹脂の主鎖又は側鎖、或いは、主鎖及び側鎖の両方に、酸で分解し得る基を有する樹脂である。この内、酸で分解し得る基を側鎖に有する樹脂がより好ましい。
酸で分解し得る基として好ましい基は、−COOA、−O−B基であり、更にこれらを含む基としては、−R−COOA、又は−Ar−O−Bで示される基が挙げられる。
ここでAは、−C(R01)(R02)(R03)、−Si(R01)(R02)(R03)若しくは−C(R04)(R05)−O−R06基を示す。Bは、−A又は−CO−O−A基を示す(R、R01〜R06、及びArは後述のものと同義である)。
酸分解性基としては好ましくは、シリルエーテル基、クミルエステル基、アセタール基、テトラヒドロピラニルエーテル基、テトラヒドロピラニルエステル基、エノールエーテル基、エノールエステル基、第3級のアルキルエーテル基、第3級のアルキルエステル基、第3級のアルキルカーボネート基等である。更に好ましくは、第3級アルキルエステル基、第3級アルキルカーボネート基、クミルエステル基、アセタール基、テトラヒドロピラニルエーテル基である。
次に、これら酸で分解し得る基が側鎖として結合する場合の母体樹脂としては、側鎖に−OH若しくは−COOH、好ましくは−R−COOH若しくは−Ar−OH基を有するアルカリ可溶性樹脂である。例えば、後述するアルカリ可溶性樹脂を挙げることができる。
これらアルカリ可溶性樹脂のアルカリ溶解速度は、0.261Nテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)で測定(23℃)して170Å/秒以上のものが好ましい。特に好ましくは330Å/秒以上のものである。
また、矩形プロファイルを達成する点から遠紫外光やエキシマレーザー光に対する透過率が高いアルカリ可溶性樹脂が好ましい。好ましくは、1μm膜厚の248nmでの透過率が20〜90%である。
このような観点から、特に好ましいアルカリ可溶性樹脂は、o−,m−,p−ポリ(ヒドロキシスチレン)及びこれらの共重合体、水素化ポリ(ヒドロキシスチレン)、ハロゲン若しくはアルキル置換ポリ(ヒドロキシスチレン)、ポリ(ヒドロキシスチレン)の一部、O−アルキル化若しくはO−アシル化物、スチレン−ヒドロキシスチレン共重合体、α−メチルスチレン−ヒドロキシスチレン共重合体及び水素化ノボラック樹脂である。
本発明に用いられる酸で分解し得る基を有する他の樹脂(X)は、欧州特許254853号、特開平2−25850号、同3−223860号、同4−251259号等に開示されているように、アルカリ可溶性樹脂に酸で分解し得る基の前駆体を反応させる、若しくは、酸で分解し得る基の結合したアルカリ可溶性樹脂モノマーを種々のモノマーと共重合して得ることができる。
酸で分解し得る基の含有率は、他の樹脂(X)中の酸で分解し得る基の数(B)と酸で分解し得る基で保護されていないアルカリ可溶性基の数(S)をもって、B/(B+S)で表される。含有率は好ましくは0.01〜0.5、より好ましくは0.05〜0.40、更に好ましくは0.05〜0.30である。B/(B+S)>0.5ではPEB後の膜収縮、基板への密着不良やスカムの原因となり好ましくない。一方、B/(B+S)<0.01では、パターン側壁に顕著に定在波が残ることがあるので好ましくない。
他の樹脂(X)の重量平均分子量(Mw)は、2,000〜200,000の範囲であることが好ましい。2,000未満では未露光部の現像により膜減りが大きく、200,000を超えるとアルカリ可溶性樹脂自体のアルカリに対する溶解速度が遅くなり感度が低下してしまう。より好ましくは、5,000〜100,000の範囲であり、更に好ましくは8,000〜50,000の範囲である。また、分散度(Mw/Mn)は、好ましくは1.0〜4.0、より好ましくは1.0〜2.0、特に好ましくは1.0〜1.6であり、分散度が小さいほど、耐熱性、画像形成性(パターンプロファイル、デフォーカスラチチュード等)が良好となる。
ここで、重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーのポリスチレン換算値をもって定義される。
また、他の樹脂(X)は2種類以上混合して使用しても良い。本発明におけるこれら樹脂(X)の使用量は、感放射線性樹脂組成物の全質量(溶媒を除く)を基準として40〜99質量%、好ましくは60〜95質量%である。更に、アルカリ溶解性を調節するために、酸で分解し得る基を有さないアルカリ可溶性樹脂を混合しても良い。
[1−5]アルカリ可溶性樹脂
本発明の感放射線性樹脂組成物(i)は、上記重合体(A)、他の樹脂(X)以外に、水不溶でアルカリ水溶液に可溶な樹脂(以下、アルカリ可溶性樹脂ともいう。)を含有していてもよい。
上記アルカリ可溶性樹脂としては、例えば、ノボラック樹脂、水素化ノボラック樹脂、アセトン−ピロガロール樹脂、o−ポリヒドロキシスチレン、m−ポリヒドロキシスチレン、p−ポリヒドロキシスチレン、水素化ポリヒドロキシスチレン、ハロゲン若しくはアルキル置換ポリヒドロキシスチレン、ヒドロキシスチレン−N−置換マレイミド共重合体、o/p−及びm/p−ヒドロキシスチレン共重合体、ポリヒドロキシスチレンの水酸基に対する一部O−アルキル化物(例えば、5〜30モル%のO−メチル化物、O−(1−メトキシ)エチル化物、O−(1−エトキシ)エチル化物、O−2−テトラヒドロピラニル化物、O−(t−ブトキシカルボニル)メチル化物等)若しくはO−アシル化物(例えば、5〜30モル%のo−アセチル化物、O−(t−ブトキシ)カルボニル化物等)、スチレン−無水マレイン酸共重合体、スチレン−ヒドロキシスチレン共重合体、α−メチルスチレン−ヒドロキシスチレン共重合体、カルボキシル基含有メタクリル系樹脂及びその誘導体を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
特に好ましいアルカリ可溶性樹脂はノボラック樹脂及びo−ポリヒドロキシスチレン、m−ポリヒドロキシスチレン、p−ポリヒドロキシスチレン及びこれらの共重合体、アルキル置換ポリヒドロキシスチレン、ポリヒドロキシスチレンの一部O−アルキル化、若しくはO−アシル化物、スチレン−ヒドロキシスチレン共重合体、α−メチルスチレン−ヒドロキシスチレン共重合体である。該ノボラック樹脂は所定のモノマーを主成分として、酸性触媒の存在下、アルデヒド類と付加縮合させることにより得られる。
所定のモノマーとしては、フェノール、m−クレゾール、p−クレゾール、o−クレゾール等のクレゾール類、2,5−キシレノール、3,5−キシレノール、3,4−キシレノール、2,3−キシレノール等のキシレノール類、m−エチルフェノール、p−エチルフェノール、o−エチルフェノール、p−t−ブチルフェノール、p−オクチルフエノール、2,3,5−トリメチルフェノール等のアルキルフェノール類、p−メトキシフェノール、m−メトキシフェノール、3,5−ジメトキシフェノール、2−メトキシ−4−メチルフェノール、m−エトキシフェノール、p−エトキシフェノール、m−プロポキシフェノール、p−プロポキシフェノール、m−ブトキシフェノール、p−ブトキシフェノール等のアルコキシフェノール類、2−メチル−4−イソプロピルフェノール等のビスアルキルフェノール類、m−クロロフェノール、p−クロロフェノール、o−クロロフェノール、ジヒドロキシビフェニル、ビスフェノールA、フェニルフェノール、レゾルシノール、ナフトール等のヒドロキシ芳香化合物を単独若しくは2種類以上混合して使用することができるが、これらに限定されるものではない。
アルデヒド類としては、例えば、ホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ベンズアルデヒド、フェニルアセトアルデヒド、α−フェニルプロピルアルデヒド、β−フェニルプロピルアルデヒド、o−ヒドロキシベンズアルデヒド、m−ヒドロキシベンズアルデヒド、p−ヒドロキシベンズアルデヒド、o−クロロベンズアルデヒド、m−クロロベンズアルデヒド、p−クロロベンズアルデヒド、o−ニトロベンズアルデヒド、m−ニトロベンズアルデヒド、p−ニトロベンズアルデヒド、o−メチルベンズアルデヒド、m−メチルベンズアルデヒド、p−メチルベンズアルデヒド、p−エチルベンズアルデヒド、p−n−ブチルベンズアルデヒド、フルフラール、クロロアセトアルデヒド及びこれらのアセタール体、例えば、クロロアセトアルデヒドジエチルアセタール等を使用することができるが、これらの中で、ホルムアルデヒドを使用するのが好ましい。
これらのアルデヒド類は、単独で若しくは2種類以上組み合わせて用いられる。酸性触媒としては塩酸、硫酸、ギ酸、酢酸、シュウ酸等を使用することができる。
こうして得られたノボラック樹脂の重量平均分子量は、1,000〜30,000の範囲であることが好ましい。1,000未満では未露光部の現像後の膜減りが大きく、30,000を超えると現像速度が小さくなってしまう。特に好適なのは2,000〜20,000の範囲である。
また、ノボラック樹脂以外の上記ポリヒドロキシスチレン、及びその誘導体、共重合体の重量平均分子量は、2000以上、好ましくは5000〜200000、より好ましくは10000〜100000である。また、レジスト膜の耐熱性を向上させるという観点からは、25000以上が好ましい。
ここで、重量平均分子量はゲルパーミエーションクロマトグラフィーのポリスチレン換算値をもって定義される。
上記アルカリ可溶性樹脂は2種類以上混合して使用しても良い。アルカリ可溶性樹脂の使用量は、感放射線性樹脂組成物の全質量(溶媒を除く)を基準として、40〜97質量%、好ましくは60〜90質量%である。
[1−6]低分子酸分解性溶解阻止化合物
本発明の感放射線性樹脂組成物(i)は、上記重合体(A)以外に、低分子酸分解性溶解阻止化合物を含有していてもよい。
上記酸分解性溶解阻止化合物としては、その構造中に酸で分解し得る基を少なくとも2個有し、該酸分解性基間の距離が最も離れた位置において、酸分解性基を除く結合原子を少なくとも8個経由する化合物である。
本発明において、好ましくは酸分解性溶解阻止化合物は、その構造中に酸で分解し得る基を少なくとも2個有し、該酸分解性基間の距離が最も離れた位置において、酸分解性基を除く結合原子を少なくとも10個、好ましくは少なくとも11個、更に好ましくは少なくとも12個経由する化合物、又は酸分解性基を少なくとも3個有し、該酸分解性基間の距離が最も離れた位置において、酸分解性基を除く結合原子を少なくとも9個、好ましくは少なくとも10個、更に好ましくは少なくとも11個経由する化合物である。又、上記結合原子の好ましい上限は50個、更に好ましくは30個である。
本発明において、酸分解性溶解阻止化合物が、酸分解性基を3個以上、好ましくは4個以上有する場合、又酸分解性基を2個有するものにおいても、該酸分解性基が互いにある一定の距離以上離れている場合、アルカリ可溶性樹脂に対する溶解阻止性が著しく向上する。
尚、本発明における酸分解性基間の距離は、酸分解性基を除く、経由結合原子数で示される。例えば、以下の化合物(1)及び(2)の場合、酸分解性基間の距離は、各々結合原子4個であり、化合物(3)では結合原子12個である。
Figure 0005516212
また、上記酸分解性溶解阻止化合物は、1つのベンゼン環上に複数個の酸分解性基を有していても良いが、好ましくは、1つのベンゼン環上に1個の酸分解性基を有する骨格から構成される化合物である。
更に、酸分解性溶解阻止化合物の分子量は3,000以下であり、好ましくは500〜3,000、更に好ましくは1,000〜2,500である。
本発明の好ましい実施態様においては、酸により分解し得る基、即ち−COO−A、−O−B基を含む基としては、−R−COO−A、又は−Ar−O−Bで示される基が挙げられる。
ここで、Aは、−C(R01)(R02)(R03)、−Si(R01)(R02)(R03)若しくは−C(R04)(R05)−O−R06基を示す。Bは、A又は−CO−O−A基を示す。
01、R02、R03、R04及びR05は、それぞれ同一でも相異していても良く、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基若しくはアリール基を示し、R06はアルキル基若しくはアリール基を示す。但し、R01〜R03の内少なくとも2つは水素原子以外の基であり、又、R01〜R03、及びR04〜R06の内の2つの基が結合して環を形成してもよい。Rは置換基を有していても良い2価以上の脂肪族若しくは芳香族炭化水素基を示し、−Ar−は単環若しくは多環の置換基を有していても良い2価以上の芳香族基を示す。
ここで、アルキル基としてはメチル基、エチル基、プロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基の様な炭素数1〜4個のものが好ましく、シクロアルキル基としてはシクロプロピル基、シクロブチル基、シクロヘキシル基、アダマンチル基の様な炭素数3〜10個のものが好ましく、アルケニル基としてはビニル基、プロペニル基、アリル基、ブテニル基の様な炭素数2〜4個のものが好ましく、アリール基としてはフエニル基、キシリル基、トルイル基、クメニル基、ナフチル基、アントラセニル基の様な炭素数6〜14個のものが好ましい。
また、置換基としては水酸基、ハロゲン原子(フツ素、塩素、臭素、ヨウ素)、ニトロ基、シアノ基、上記のアルキル基、メトキシ基・エトキシ基・ヒドロキシエトキシ基・プロポキシ基・ヒドロキシプロポキシ基・n−ブトキシ基・イソブトキシ基・sec−ブトキシ基・t−ブトキシ基等のアルコキシ基、メトキシカルボニル基・エトキシカルボニル基等のアルコキシカルボニル基、ベンジル基・フエネチル基・クミル基等のアラルキル基、アラルキルオキシ基、ホルミル基・アセチル基・ブチリル基・ベンゾイル基・シアナミル基・バレリル基等のアシル基、ブチリルオキシ基等のアシロキシ基、上記のアルケニル基、ビニルオキシ基・プロペニルオキシ基・アリルオキシ基・ブテニルオキシ基等のアルケニルオキシ基、上記のアリール基、フエノキシ基等のアリールオキシ基、ベンゾイルオキシ基等のアリールオキシカルボニル基を挙げることができる。
酸により分解しうる基として、好ましくは、シリルエーテル基、クミルエステル基、アセタール基、テトラヒドロピラニルエーテル基、エノールエーテル基、エノールエステル基、第3級のアルキルエーテル基、第3級のアルキルエステル基、第3級のアルキルカーボネート基等である。更に好ましくは、第3級アルキルエステル基、第3級アルキルカーボネート基、クミルエステル基、テトラヒドロピラニルエーテル基である。
酸分解性溶解阻止化合物としては、好ましくは、特開平1−289946号、特開平1−289947号、特開平2−2560号、特開平3−128959号、特開平3−158855号、特開平3−179353号、特開平3−191351号、特開平3−200251号、特開平3−200252号、特開平3−200253号、特開平3−200254号、特開平3−200255号、特開平3−259149号、特開平3−279958号、特開平3−279959号、特開平4−1650号、特開平4−1651号、特開平4−11260号、特開平4−12356号、特開平4−12357号、特願平3−33229号、特願平3−230790号、特願平3−320438号、特願平4−25157号、特願平4−52732号、特願平4−103215号、特願平4−104542号、特願平4−107885号、特願平4−107889号、同4−152195号等の明細書に記載されたポリヒドロキシ化合物のフェノール性OH基の一部若しくは全部を上に示した基、−R−COO−A若しくはB基で結合し、保護した化合物が含まれる。
更に好ましくは、特開平1−289946号、特開平3−128959号、特開平3−158855号、特開平3−179353号、特開平3−200251号、特開平3−200252号、特開平3−200255号、特開平3−259149号、特開平3−279958号、特開平4−1650号、特開平4−11260号、特開平4−12356号、特開平4−12357号、特願平4−25157号、特願平4−103215号、特願平4−104542号、特願平4−107885号、特願平4−107889号、同4−152195号の明細書に記載されたポリヒドロキシ化合物を用いたものが挙げられる。
より具体的には、下記一般式[I]〜[XVI]で表される化合物が挙げられる。
Figure 0005516212
Figure 0005516212
Figure 0005516212
Figure 0005516212
101、R102、R108、R130:同一でも異なっていても良く、水素原子、−R−COO−C(R01)(R02)(R03)又は−CO−O−C(R01)(R02)(R03)、但し、R、R01、R02及びR03の定義は上記と同じである。
100:−CO−、−COO−、−NHCONH−、−NHCOO−、−O−、−S−、−SO−、−SO−、−SO−、若しくは
Figure 0005516212
ここで、G=2〜6、但し、G=2の時はR150、R151のうち少なくとも一方はアルキル基、
150、R151:同一でも異なっていても良く、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、−OH、−COOH、−CN、ハロゲン原子、−R152−COOR153若しくは−R154−OH、
152、R154:アルキレン基、
153:水素原子、アルキル基、アリール基、若しくはアラルキル基、
99、R103〜R107、R109、R111〜R118、R121〜R123、R128〜R129、R131〜R134、R138〜R141及びR143:同一でも異なっても良く、水素原子、水酸基、アルキル基、アルコキシ基、アシル基、アシロキシ基、アリール基、アリールオキシ基、アラルキル基、アラルキルオキシ基、ハロゲン原子、ニトロ基、カルボキシル基、シアノ基、若しくは−N(R155)(R156)(R155、R156:H、アルキル基、若しくはアリール基)
110:単結合、アルキレン基、若しくは
Figure 0005516212
157、R159:同一でも異なっても良く、単結合、アルキレン基、−O−、−S−、−CO−、若しくはカルボキシル基、
158:水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アシル基、アシロキシ基、アリール基、ニトロ基、水酸基、シアノ基、若しくはカルボキシル基、但し、水酸基が酸分解性基(例えば、t−ブトキシカルボニルメチル基、テトラヒドロピラニル基、1−エトキシ−1−エチル基、1−t−ブトキシ−1−エチル基)で置換されてもよい。
119、R120:同一でも異なっても良く、メチレン基、低級アルキル置換メチレン基、ハロメチレン基、若しくはハロアルキル基、但し本願において低級アルキル基とは炭素数1〜4のアルキル基を指す、
124〜R127:同一でも異なっても良く、水素原子若しくはアルキル基、
135〜R137:同一でも異なっても良く、水素原子,アルキル基、アルコキシ基、アシル基、若しくはアシロキシ基、
142:水素原子,−R−COO−C(R01)(R02)(R03)又は−CO−O−C(R01)(R02)(R03)、若しくは
Figure 0005516212
144、R145:同一でも異なっても良く、水素原子、低級アルキル基、低級ハロアルキル基、若しくはアリール基、
146〜R149:同一でも異なっていても良く、水素原子、水酸基、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、カルボニル基、アルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アラルキル基、アラルキルオキシ基、アシル基、アシロキシ基、アルケニル基、アルケニルオキシ基、アリール基、アリールオキシ基、若しくはアリールオキシカルボニル基、但し、各4個の同一記号の置換基は同一の基でなくても良い、
Y:−CO−、若しくは−SO−、
Z、B:単結合、若しくは−O−、
A:メチレン基、低級アルキル置換メチレン基、ハロメチレン基、若しくはハロアルキル基、
E:単結合、若しくはオキシメチレン基、
a〜z、a1〜y1:複数の時、()内の基は同一又は異なっていてもよい、
a〜q、s、t、v、g1〜i1、k1〜m1、o1、q1、s1、u1:0若しくは1〜5の整数、
r、u、w、x、y、z、a1〜f1、p1、r1、t1、v1〜x1:0若しくは1〜4の整数、
j1、n1、z1、a2、b2、c2、d2:0若しくは1〜3の整数、
z1、a2、c2、d2のうち少なくとも1つは1以上、
y1:3〜8の整数、
(a+b)、(e+f+g)、(k+l+m)、(q+r+s)、(w+x+y)、(c1+d1)、(g1+h1+i1+j1)、(o1+p1)、
(s1+t1)≧2、
(j1+n1)≦3、
(r+u)、(w+z)、(x+a1)、(y+b1)、(c1+e1)、(d1+f1)、(p1+r1)、(t1+v1)、(x1+w1)≦4
、但し一般式[V]の場合は(w+z)、(x+a1)≦5、
(a+c)、(b+d)、(e+h)、(f+i)、(g+j)、(k+n)、(l+o)、(m+p)、(q+t)、(s+v)、(g1+k1)、(h1+l1)、(i1+m1)、(o1+q1)、(s1+u1)≦5、
を表す。
Figure 0005516212
Figure 0005516212
Figure 0005516212
Figure 0005516212
上記溶解阻止化合物の添加量は、重合体(A)100質量部に対して3〜50質量%であり、好ましくは5〜40質量%、より好ましくは10〜35質量%の範囲である。
[1−7]その他の成分
本発明の感放射線性樹脂組成物(i)には、必要に応じて、更に、染料、顔料、可塑剤、界面活性剤、光増感剤、及び現像液に対する溶解性を促進させるフェノール性OH基を2個以上有する化合物等を含有させることができる。
上記フェノール性OH基を2個以上有する化合物(フェノール化合物)は、好ましくは分子量1000以下のフェノール化合物である。また、分子中に少なくとも2個のフェノール性水酸基を有することが必要であるが、これが10を超えると、現像ラチチュードの改良効果が失われる。また、フェノ−ル性水酸基と芳香環との比が0.5未満では膜厚依存性が大きく、また、現像ラチチュードが狭くなる傾向がある。この比が1.4を超えると該組成物の安定性が劣化し、高解像力及び良好な膜厚依存性を得るのが困難となって好ましくない。
上記フェノール化合物の添加量は重合体(A)100質量部に対して2〜50質量%であり、更に好ましくは5〜30質量%である。50質量%を越えた添加量では、現像残渣が悪化し、また現像時にパターンが変形するという新たな欠点が発生して好ましくない。
このような分子量1000以下のフェノール化合物は、例えば、特開平4−122938、特開平2−28531、米国特許第4916210、欧州特許第219294等に記載の方法を参考にして、当業者において容易に合成することができる。
具体的なフェノール化合物としては、例えば、レゾルシン、フロログルシン、2,3,4−トリヒドロキシベンゾフェノン、2,3,4,4’−テトラヒドロキシベンゾフェノン、2,3,4,3’,4’,5’−ヘキサヒドロキシベンゾフェノン、アセトン−ピロガロール縮合樹脂、フロログルコシド、2,4,2’,4’−ビフェニルテトロール、4,4’−チオビス(1,3−ジヒドロキシ)ベンゼン、2,2’,4,4’−テトラヒドロキシジフェニルエーテル、2,2’,4,4’−テトラヒドロキシジフェニルスルフォキシド、2,2’,4,4’−テトラヒドロキシジフェニルスルフォン、トリス(4−ヒドロキシフェニル)メタン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン、4,4−(α−メチルベンジリデン)ビスフェノール、α,α’,α’’−トリス(4−ヒドロキシフェニル)−1,3,5−トリイソプロピルベンゼン、α,α’,α’’−トリス(4−ヒドロキシフェニル)−1−エチル−4−イソプロピルベンゼン、1,2,2−トリス(ヒドロキシフェニル)プロパン、1,1,2−トリス(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2,5,5−テトラキス(4−ヒドロキシフェニル)ヘキサン、1,2−テトラキス(4−ヒドロキシフェニル)エタン、1,1,3−トリス(ヒドロキシフェニル)ブタン、パラ〔α,α,α’,α’−テトラキス(4−ヒドロキシフェニル)〕−キシレン等を挙げることができる。尚、本発明で使用できる化合物はこれらに限定されるものではない。
上記染料としては、油性染料及び塩基性染料が挙げられる。具体的には、オイルイエロー#101、オイルイエロー#103、オイルピンク#312、オイルグリーンBG、オイルブルーBOS,オイルブルー#603、オイルブラックBY、オイルブラックBS、オイルブラックT−505(以上オリエント化学工業株式会社製)、クリスタルバイオレット(CI42555)、メチルバイオレット(CI42535)、ローダミンB(CI45170B)、マラカイトグリーン(CI42000)、メチレンブルー(CI52015)等を挙げることができる。
更に、下記に挙げるような分光増感剤を添加し、使用する光酸発生剤が吸収を持たない遠紫外より長波長領域に増感させることで、本発明の感放射線性樹脂組成物をi又はg線に感度を持たせることができる。好適な分光増感剤としては、具体的にはベンゾフェノン、p,p’−テトラメチルジアミノベンゾフェノン、p,p’−テトラエチルエチルアミノベンゾフェノン、2−クロロチオキサントン、アントロン、9−エトキシアントラセン、アントラセン、ピレン、ペリレン、フェノチアジン、ベンジル、アクリジンオレンジ、ベンゾフラビン、セトフラビン−T、9,10−ジフェニルアントラセン、9−フルオレノン、アセトフェノン、フェナントレン、2−ニトロフルオレン、5−ニトロアセナフテン、ベンゾキノン、2−クロロ−4−ニトロアニリン、N−アセチル−p−ニトロアニリン、p−ニトロアニリン、N−アセチル−4−ニトロ−1−ナフチルアミン、ピクラミド、アントラキノン、2−エチルアントラキノン、2−tert−ブチルアントラキノン1,2−ベンズアンスラキノン、3−メチル−1,3−ジアザ−1,9−ベンズアンスロン、ジベンザルアセトン、1,2−ナフトキノン、3,3’−カルボニル−ビス(5,7−ジメトキシカルボニルクマリン)及びコロネン等であるがこれらに限定されるものではない。
また、これらの分光増感剤は、光源の遠紫外光の吸光剤としても使用可能である。この場合、吸光剤は基板からの反射光を低減し、レジスト膜内の多重反射の影響を少なくさせることで、定在波改良の効果を発現する。
[1−8]溶剤
本発明の感放射線性樹脂組成物(i)に用いられる溶剤としては、例えば、エチレンジクロライド、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、2−ヘプタノン、γ−ブチロラクトン、メチルエチルケトン、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、2−メトキシエチルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、トルエン、酢酸エチル、乳酸メチル、乳酸エチル、メトキシプロピオン酸メチル、エトキシプロピオン酸エチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、ピルビン酸プロピル、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、N−メチルピロリドン、テトラヒドロフラン等が好ましく用いられる。これらの溶媒は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
また、上記溶媒には界面活性剤を加えることもできる。
この界面活性剤としては、例えば、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セチルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンオクチルフェノールエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェノールエーテル等のポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル類、ポリオキシエチレン・ポリオキシプロピレンブロックコポリマー類、ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノパルミテート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタンモノオレエート、ソルビタントリオレエート、ソルビタントリステアレート等のソルビタン脂肪酸エステル類、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノパルミテ−ト、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート、ポリオキシエチレンソルビタントリオレエート、ポリオキシエチレンソルビタントリステアレート等のポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル類等のノニオン系界面活性剤、エフトップEF301、EF303、EF352(新秋田化成(株)製)、メガファックF171、F173(大日本インキ(株)製)、フロラ−ドFC430、FC431(住友スリーエム(株)製)、アサヒガードAG710、サーフロンS−382、SC101、SC102、SC103、SC104、SC105、SC106(旭硝子(株)製)等のフッ素系界面活性剤、オルガノシロキサンポリマーKP341(信越化学工業(株)製)やアクリル酸系若しくはメタクリル酸系(共)重合ポリフローNo.75、No.95(共栄社油脂化学工業(株)製)等を挙げることができる。
界面活性剤の配合量は、本発明の組成物中の固形分100質量部当たり、通常、2質量部以下、好ましくは1質量部以下である。
これらの界面活性剤は1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
また、本発明の感放射線性組成物における溶剤の配合量は、組成物中の全固形分濃度が、1〜70質量%となる量であることが好ましく、より好ましくは1〜15質量%となる量、更に好ましくは1〜10質量%となる量である。
そして、本発明の感放射線性組成物は、溶剤以外の重合体(A)等の必要な成分を、全固形分濃度が上記範囲となるように、溶剤に均一に溶解して調製することができる。尚、このように調製した後、例えば、孔径0.2μm程度のフィルターでろ過することが好ましい。
[2]感放射線性樹脂組成物(ii)
本発明の感放射線性樹脂組成物(ii)は、特定の重合体(p1)及び(p2)を含有することを特徴とする。
[2−1]重合体成分(P)
本発明の感放射線性樹脂組成物(ii)は、重合体成分(以下、「重合体成分(P)」ともいう。)として、上記繰り返し単位(I)、及び上記繰り返し単位(II)のうちの少なくとも一方を有する重合体(p1)を含有する。
この重合体(p1)において、繰り返し単位(I)及び(II)は、それぞれ、1種のみ含まれていてもよいし、2種以上含まれていてもよい。
尚、この重合体(p1)は、上記繰り返し単位(1)を含有しないものである。
また、上記重合体(p1)は、繰り返し単位(I)及び(II)のうちの少なくとも一方以外に、上記繰り返し単位(2)〜(10)のうちの少なくとも1種を更に含んでいてもよい。
これらの繰り返し単位(2)〜(10)は、それぞれ、1種のみ含まれていてもよいし、2種以上含まれていてもよい。
重合体(p1)における上記繰り返し単位(I)及び(II)の含有量の合計は、重合体(p1)における全繰り返し単位の合計を100モル%とした場合に、1モル%以上であることが好ましく、より好ましくは1〜30モル%、更に好ましくは2〜20モル%である。この含有量が1モル%以上であると、良好な感度が得られるという観点から好ましい。
上記繰り返し単位(2)〜(6)の含有量の合計は、重合体(p1)における全繰り返し単位の合計を100モル%とした場合に、10〜95モル%であることが好ましく、より好ましくは20〜95モル%、更に好ましくは30〜95モル%である。この含有量が10〜95モル%である場合には、ナノエッジラフネスに優れるものとすることができる。
上記繰り返し単位(7)〜(10)の含有量の合計は、重合体(p1)における全繰り返し単位の合計を100モル%とした場合に、5〜90モル%であることが好ましく、より好ましくは5〜80モル%、更に好ましくは5〜70モル%である。この含有量が5〜90モル%である場合には、ナノエッジラフネスに優れるものとすることができる。
重合体(p1)の合成方法は特に限定されないが、例えば、公知のラジカル重合又はアニオン重合により得ることができる。また、他の繰り返し単位における側鎖のヒドロキシスチレン単位は、得られた重合体(p1)を有機溶媒中で塩基又は酸の存在下でアセトキシ基等の加水分解を行なうことにより得ることができる。
上記重合体(p1)の、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)で測定したポリスチレン換算重量平均分子量(以下、「Mw」ともいう)は、1000〜30000であることが好ましく、より好ましくは1500〜20000、更に好ましくは2000〜10000である。
また、重合体(A)のMwと、GPCで測定したポリスチレン換算数平均分子量(以下、「Mn」ともいう)との比(Mw/Mn)は、通常1〜5であり、より好ましくは1〜3、更に好ましくは1〜2.5である。
更に、本発明の感放射線性樹脂組成物(ii)は、上記重合体成分(P)として、上記繰り返し単位(1)を有する重合体(p2)を含有する。
この重合体(p2)において、繰り返し単位(1)は、1種のみ含まれていてもよいし、2種以上含まれていてもよい。
尚、この重合体(p2)は、上記繰り返し単位(I)又は(II)を含有しないものである。
上記重合体(p2)は、アルカリ不溶性又はアルカリ難溶性の重合体であって、酸の作用によりアルカリ易溶性となる重合体である。尚、ここでいう「アルカリ不溶性又はアルカリ難溶性」とは、重合体(p2)を含有する感放射線性樹脂組成物から形成された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重合体(p2)のみを用いた膜厚100nmの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。
また、上記重合体(p2)は、繰り返し単位(1)以外に、上記繰り返し単位(2)〜(10)のうちの少なくとも1種を更に含んでいてもよい。
これらの繰り返し単位(2)〜(10)は、それぞれ、1種のみ含まれていてもよいし、2種以上含まれていてもよい。
重合体(p2)における上記繰り返し単位(1)の含有量は、重合体(p2)における全繰り返し単位の合計を100モル%とした場合に、5モル%以上であることが好ましく、より好ましくは5〜90モル%、更に好ましくは10〜60モル%である。この含有量が5モル%以上であると、ナノエッジラフネスに優れるものとすることができる。
上記繰り返し単位(2)〜(6)の含有量の合計は、重合体(p2)における全繰り返し単位の合計を100モル%とした場合に、10〜95モル%であることが好ましく、より好ましくは20〜95モル%、更に好ましくは30〜95モル%である。この含有量が10〜95モル%である場合には、ナノエッジラフネスに優れるものとすることができる。
上記繰り返し単位(7)〜(10)の含有量の合計は、重合体(p2)における全繰り返し単位の合計を100モル%とした場合に、5〜90モル%であることが好ましく、より好ましくは5〜80モル%、更に好ましくは10〜70モル%である。この含有量が5〜90モル%である場合には、ナノエッジラフネスに優れるものとすることができる。
重合体(p2)の合成方法は特に限定されないが、例えば、公知のラジカル重合又はアニオン重合により得ることができる。また、他の繰り返し単位における側鎖のヒドロキシスチレン単位は、得られた重合体(p2)を有機溶媒中で塩基又は酸の存在下でアセトキシ基等の加水分解を行なうことにより得ることができる。
上記重合体(p2)の、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)で測定したポリスチレン換算重量平均分子量(以下、「Mw」ともいう)は、1000〜30000であることが好ましく、より好ましくは1500〜20000、更に好ましくは2000〜10000である。
また、重合体(A)のMwと、GPCで測定したポリスチレン換算数平均分子量(以下、「Mn」ともいう)との比(Mw/Mn)は、通常1〜5であり、より好ましくは1〜3、更に好ましくは1〜2.5である。
本発明の感放射線性樹脂組成物(ii)は、重合体成分(P)として、重合体(p1)及び(p2)を含んでいるため、感度に優れる。このような観点から、この感放射線性樹脂組成物は、リソグラフィープロセスにおいて、KrFエキシマレーザー、ArFエキシマレーザー、EUV等の(極)遠紫外線、シンクロトロン放射線等のX線、電子線に有効に感応し、低ラフネスであり、感度及び解像度に優れ、微細パターンを高精度に且つ安定して形成することができる化学増幅型ポジ型レジスト膜を成膜可能なものである。
[2−2]酸拡散制御剤
本発明の感放射線性樹脂組成物(ii)は、上記重合体成分(P)以外に、上述の感放射線性樹脂組成物(i)において説明した上記酸拡散制御剤(B)を更に含有することが好ましい。この酸拡散制御剤(B)は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
酸拡散制御剤(B)の配合量は、重合体(p1)及び(p2)の合計100質量部に対して、15質量部以下であることが好ましく、より好ましくは0.001〜10質量部、更に好ましくは0.005〜5質量部である。この酸拡散制御剤(B)の配合量が15質量部を超えると、形成したレジスト膜の感度や露光部の現像性が低下するおそれがある。一方、この配合量が0.001質量部未満であると、プロセス条件によっては、形成したレジスト膜のパターン形状や寸法忠実度が低下するおそれがある。
[2−3]感放射線性酸発生剤
本発明の感放射線性樹脂組成物(ii)は、上記重合体成分(P)以外に、上述の感放射線性樹脂組成物(i)において説明した、活性光線又は放射線の照射により分解して酸を発生する他の酸発生化合物を含有していてもよい。この他の酸発生化合物は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明における重合体(p1)中の上記繰り返し単位(I)及び(II)の合計と、他の酸発生化合物との比率は、モル比で100/0〜20/80、好ましくは100/0〜40/60、更に好ましくは100/0〜50/50である。
[2−4]酸の作用により分解し、アルカリ現像液中での溶解性を増大させる基を有する樹脂
本発明の感放射線性樹脂組成物(ii)は、上記重合体成分(P)以外に、上述の感放射線性樹脂組成物(i)において説明した、酸の作用により分解し、アルカリ現像液中での溶解性を増大させる基を有する他の樹脂(X)を含有していてもよい。この他の樹脂(X)は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明における樹脂(X)の使用量は、感放射線性樹脂組成物の全質量(溶媒を除く)を基準として40〜99質量%、好ましくは60〜95質量%である。更に、アルカリ溶解性を調節するために、酸で分解し得る基を有さないアルカリ可溶性樹脂を混合しても良い。
[2−5]アルカリ可溶性樹脂
本発明の感放射線性樹脂組成物(ii)は、上記重合体成分(P)、上記他の樹脂(X)以外に、上述の感放射線性樹脂組成物(i)において説明した、水不溶でアルカリ水溶液に可溶なアルカリ可溶性樹脂を含有していてもよい。このアルカリ可溶性樹脂は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明におけるアルカリ可溶性樹脂の使用量は、感放射線性樹脂組成物の全質量(溶媒を除く)を基準として、40〜97質量%、好ましくは60〜90質量%である。
[2−6]低分子酸分解性溶解阻止化合物
本発明の感放射線性樹脂組成物(ii)は、上記重合体成分(P)以外に、上述の感放射線性樹脂組成物(i)において説明した低分子酸分解性溶解阻止化合物を含有していてもよい。この低分子酸分解性溶解阻止化合物は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
上記溶解阻止化合物の添加量は、重合体(p1)及び(p2)の合計100質量部に対して3〜50質量%であり、好ましくは5〜40質量%、より好ましくは10〜35質量%の範囲である。
[2−7]その他の成分
本発明の感放射線性樹脂組成物(ii)には、必要に応じて、更に、上述の感放射線性樹脂組成物(i)において説明した染料、顔料、可塑剤、界面活性剤、光増感剤、及び、現像液に対する溶解性を促進させるフェノール性OH基を2個以上有するフェノール化合物等を含有させることができる。
上記フェノール化合物の添加量は重合体(p1)及び(p2)の合計100質量部に対して2〜50質量%であり、更に好ましくは5〜30質量%である。50質量%を越えた添加量では、現像残渣が悪化し、また現像時にパターンが変形するという新たな欠点が発生して好ましくない。
[2−8]溶剤
本発明の感放射線性樹脂組成物(ii)に用いられる溶剤としては、上述の感放射線性樹脂組成物(i)において説明した溶剤を用いることができる。これらの溶媒は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
また、本発明の感放射線性組成物における溶剤の配合量は、組成物中の全固形分濃度が、1〜70質量%となる量であることが好ましく、より好ましくは1〜15質量%となる量、更に好ましくは1〜10質量%となる量である。
そして、本発明の感放射線性組成物は、溶剤以外の重合体(p1)及び(p2)等の必要な成分を、全固形分濃度が上記範囲となるように、溶剤に均一に溶解して調製することができる。尚、このように調製した後、例えば、孔径0.2μm程度のフィルターでろ過することが好ましい。
[3]レジストパターンの形成方法
本発明の感放射線性樹脂組成物(i)及び(ii)は、化学増幅型ポジ型レジスト膜を成膜可能な材料として有用である。
上記化学増幅型ポジ型レジスト膜においては、露光により重合体成分〔上記重合体(A)若しくは上記重合体(p1)〕から発生した酸の作用によって、重合体成分中の酸解離性基が脱離し、重合体成分がアルカリ可溶性となる。即ち、レジスト膜に、アルカリ可溶性部位が生じる。このアルカリ可溶性部位は、レジストの露光部であり、この露光部はアルカリ現像液によって溶解、除去することができる。このようにして所望の形状のポジ型のレジストパターンを形成することができる。以下、具体的に説明する。
本発明の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には、まず、本発明の感放射線性樹脂組成物によってレジスト膜を形成する。感放射線性樹脂組成物としては、例えば、上述したように、全固形分濃度を調整した後、孔径0.2μm程度のフィルターでろ過したものを用いることができる。この感放射線性樹脂組成物を、回転塗布、流延塗布、ロール塗布等の適宜の塗布手段によって、例えば、シリコンウエハー、アルミニウムで被覆されたウェ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する。その後、場合により、予め70〜160℃程度の温度で加熱処理(以下、「PB」という)を行ってもよい。次いで、所定のレジストパターンが形成されるように、このレジスト被膜を露光する。この露光に使用することができる放射線としては、例えば、KrFエキシマレーザー(波長248nm)、ArFエキシマレーザー(波長193nm)、EUV(極紫外線、波長13.5nm等)等の(極)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等を挙げることができる。また、露光量等の露光条件は、感放射線性樹脂組成物の配合組成や添加剤の種類等に応じて適宜選定することができる。尚、この露光は、液浸露光とすることもできる。
尚、露光後には、加熱処理(以下、「PEB」という)を行うことが好ましい。このPEBにより、重合体成分〔上記重合体(A)若しくは上記重合体(p1)〕における酸解離性基の脱離を円滑に進行させることが可能となる。PEBの加熱条件は、感放射線性樹脂組成物の配合組成によって適宜選定されるが、30〜200℃であることが好ましく、より好ましくは50〜170℃である。
本発明においては、感放射線性樹脂組成物の潜在能力を最大限に引き出すため、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に、使用される基板上に有機系又は無機系の反射防止膜を形成することもできる。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、例えば、特開平5−188598号公報等に開示されているように、レジスト被膜上に保護膜を設けることもできる。尚、これらの技術は併用することもできる。
次いで、露光されたレジスト被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。現像に使用さ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、アンモニア水、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1種を溶解したアルカリ性水溶液が好ましい。
上記アルカリ性水溶液の濃度は、10質量%以下であることが好ましい。アルカリ性水溶液の濃度が10質量%を超えると、非露光部も現像液に溶解するおそれがある。
また、現像液は、pH8〜14であることが好ましく、より好ましくはpH9〜14である。
また、上記アルカリ性水溶液からなる現像液には、例えば、有機溶媒を添加することもできる。上記有機溶媒としては、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;メチルアルコール、エチルアルコール、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。これらの有機溶媒は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
有機溶媒の配合量は、アルカリ性水溶液100体積部に対して、100体積部以下が好ましい。有機溶媒の配合量が100体積部を超えると、現像性が低下して、露光部の現像残りが多くなるおそれがある。また、アルカリ性水溶液からなる現像液には、界面活性剤等を適量添加することもできる。
尚、アルカリ性水溶液からなる現像液で現像した後は、水で洗浄して乾燥することもできる。
以下、実施例を挙げて、本発明の実施の形態を更に具体的に説明する。但し、本発明は、これらの実施例に何ら制約されるものではない。ここで、「部」は、特記しない限り質量基準である。
また、本実施例において、各合成例における下記の各測定及び評価は、下記の要領で行った。
<Mw(重量平均分子量)及びMn(数平均分子量)>
樹脂の分子量(Mw、Mn)測定には、MALLSを検出器として用いた。東ソー社製GPCカラム(TSKgel α−2500、TSKgel α−M)を用い、流量1.0ミリリットル/分、溶出溶媒としてLiBrを30mmol/lとHPOを10mmol/l溶解させたジメチルホルムアミドを用い、カラム温度40℃の分析条件で、MALLS(Wyatt社製、DAWN DSP、セルタイプK5、レーザー波長632.8nm)を検出器として用い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。
13C−NMR分析>
日本電子社製核磁気共鳴装置「JNM−EX270」(型式名)を用いて測定した。
[2]重合体の合成
<重合体A−1の合成(合成例1)>
下記化合物(P−1)20.45g(10モル%)、下記化合物(M−1)47.10g(50モル%)、下記化合物(M−2)32.43g(40モル%)、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)5.99gを、2−ブタノン200gに溶解し、単量体溶液を調製した。一方、100gの2−ブタノンを投入した500mlの3つ口フラスコを30分窒素パージした。窒素パージの後、反応釜を撹拌しながら80℃に加熱し、事前に準備した上記単量体溶液を反応釜に滴下漏斗を用いて3時間かけて滴下した。滴下開始を重合開始時間とし、重合反応を6時間実施した。重合終了後、重合溶液を水冷により30℃以下に冷却し、冷却後、2000gの2−プロパノールへ投入し、析出した白色固体をろ別した。次いで、ろ別された白色粉末を100gの2−プロパノールにてスラリー状で2回洗浄した。その後、ろ別し、50℃にて12時間乾燥し、白色粉末の重合体を得た(52g、収率52%)。
この重合体はMwが6000、Mw/Mnが2.3であり、13C−NMR分析の結果、化合物(P−1)由来の繰り返し単位:化合物(M−1)由来の繰り返し単位:化合物(M−2)由来の繰り返し単位の含有量比率(モル比)が11:48:41の共重合体であった。以下、この重合体を重合体(A−1)とする。
Figure 0005516212
<重合体A−2の合成(合成例2)>
下記化合物(P−2)20.42g(10モル%)、下記化合物(M−1)39.19g(40モル%)、下記化合物(M−2)33.71g(40モル%)、下記化合物(M−3)6.68g(10モル%)、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)6.23gを、2−ブタノン200gに溶解し、単量体溶液を調製した。一方、100gの2−ブタノンを投入した500mlの3つ口フラスコを30分窒素パージした。窒素パージの後、反応釜を撹拌しながら80℃に加熱し、事前に準備した上記単量体溶液を反応釜に滴下漏斗を用いて3時間かけて滴下した。滴下開始を重合開始時間とし、重合反応を6時間実施した。重合終了後、重合溶液を水冷により30℃以下に冷却し、冷却後、2000gの2−プロパノールへ投入し、析出した白色固体をろ別した。次いで、ろ別された白色粉末を100gの2−プロパノールにてスラリー状で2回洗浄した。その後、ろ別し、50℃にて12時間乾燥し、白色粉末の重合体を得た(55g、収率55%)。
この重合体はMwが6100、Mw/Mnが2.2であり、13C−NMR分析の結果、化合物(P−2)由来の繰り返し単位:化合物(M−1)由来の繰り返し単位:化合物(M−2)由来の繰り返し単位:化合物(M−3)由来の繰り返し単位の含有量比率(モル比)が11:37:42:10の共重合体であった。以下、この重合体を重合体(A−2)とする。
Figure 0005516212
<重合体A−3の合成(合成例3)>
化合物(M−1)を47.10g(50モル%)と、化合物(M−2)40.54g(50モル%)を用いた以外は合成例1と同様にして、Mwが7000、Mw/Mnが2.4であり、13C−NMR分析の結果、化合物(M−1)由来の繰り返し単位:化合物(M−2)由来の繰り返し単位の含有量比率(モル比)が50:50の共重合体を合成した。以下、この重合体を重合体(A−3)とする。
<重合体A−4の合成(比較合成例1)>
下記化合物(P−1)23.74g(10モル%)、下記化合物(M−4)38.60g(50モル%)、下記化合物(M−2)37.65g(40モル%)、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)6.96gを、2−ブタノン200gに溶解し、単量体溶液を調製した。一方、100gの2−ブタノンを投入した500mlの3つ口フラスコを30分窒素パージした。窒素パージの後、反応釜を撹拌しながら80℃に加熱し、事前に準備した上記単量体溶液を反応釜に滴下漏斗を用いて3時間かけて滴下した。滴下開始を重合開始時間とし、重合反応を6時間実施した。重合終了後、重合溶液を水冷により30℃以下に冷却し、冷却後、2000gの2−プロパノールへ投入し、析出した白色固体をろ別した。次いで、ろ別された白色粉末を100gの2−プロパノールにてスラリー状で2回洗浄した。その後、ろ別し、50℃にて12時間乾燥し、白色粉末の重合体を得た(50g、収率50%)。
この重合体はMwが5500、Mw/Mnが2.0であり、13C−NMR分析の結果、化合物(P−1)由来の繰り返し単位:化合物(M−4)由来の繰り返し単位:化合物(M−2)由来の繰り返し単位の含有量比率(モル比)が11:47:42の共重合体であった。以下、この重合体を重合体(A−4)とする。
Figure 0005516212
[3]感放射線性樹脂組成物の調製
<実施例1〜3及び比較例1>
表1に示す割合で、(A)重合体、(B)酸拡散制御剤、及び(D)溶剤を混合し、得られた混合液を孔径200nmのメンブランフィルターでろ過することにより、実施例1〜3及び比較例1の各組成物溶液(感放射線性樹脂組成物)を調製した。
尚、上記(A)重合体、(B)酸拡散制御剤、及び(D)溶剤の詳細を以下に示す。
(A)重合体
(A−1)〜(A−4):上記重合体(A−1)〜(A−4)
(B)酸拡散制御剤
(B−1):トリ−n−オクチルアミン
(D)溶剤
(D−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
(D−2):シクロヘキサノン
Figure 0005516212
[4]感放射線性樹脂組成物の評価
東京エレクトロン社製の「クリーントラックACT−8」内で、シリコンウエハー上に各組成物溶液(実施例1〜3及び比較例1の各感放射線性樹脂組成物)をスピンコートした後、表2に示す条件でPB(加熱処理)を行い、膜厚60nmのレジスト被膜を形成した。その後、簡易型の電子線描画装置(日立製作所社製、型式「HL800D」、出力;50KeV、電流密度;5.0アンペア/cm)を用いてレジスト被膜に電子線を照射した。電子線の照射後、表2に示す条件でPEBを行った。その後、2.38%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1分間、パドル法により現像した後、純水で水洗し、乾燥して、レジストパターンを形成した。このようにして形成したレジストについて下記項目の評価を行った。尚、実施例1〜3及び比較例1の各感放射線性樹脂組成物の評価結果を表2に併記する。
(1)感度(L/S)
線幅150nmのライン部と、隣り合うライン部によって形成される間隔が150nmのスペース部(即ち、溝)と、からなるパターン〔いわゆる、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、この最適露光量により感度を評価した。
図1は、ライン・アンド・スペースパターンの形状を模式的に示す平面図である。また、図2は、ライン・アンド・スペースパターンの形状を模式的に示す断面図である。
(2)ナノエッジラフネス
設計線幅150nmのライン・アンド・スペースパターン(1L1S)のラインパターンを、半導体用走査電子顕微鏡(高分解能FEB測長装置、商品名「S−9220」、日立製作所社製)にて観察した。観察された形状について、図1及び図2に示すように、シリコンウエハー1上に形成したレジスト膜のライン部2の横側面2aに沿って生じた凹凸の最も著しい箇所における線幅と、設計線幅150nmとの差「ΔCD」を、CD−SEM(日立ハイテクノロジーズ社製、「S−9220」)にて測定することにより、ナノエッジラフネスを評価した。
(3)解像度(L/S)
ライン・アンド・スペースパターン(1L1S)について、最適露光量により解像されるラインパターンの最小線幅(nm)を解像度とした。
Figure 0005516212
表2によれば、特定の繰り返し単位を有する重合体(A−1)、(A−2)、又は、(A−1)と(A−3)を含有する実施例1〜3の感放射線性樹脂組成物は、比較例1の感放射線性樹脂組成物に比べて、電子線又は極紫外線に有効に感応し、低ラフネスであると共に解像度にも優れており、微細パターンを高精度に且つ安定して形成することが可能な化学増幅型ポジ型レジスト膜を成膜できることが確認できた。
本発明の感放射線性樹脂組成物は、パターン形成時におけるライン・アンド・スペースパターンの解像度に優れるだけでなく、ナノエッジラフネスにも優れるので、電子線や極紫外線による微細パターン形成に有用である。従って、本発明の感放射線性樹脂組成物は、今後更に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化学増幅型レジストを形成可能なものとして極めて有用である。
1;基材
2;レジストパターン
2a;レジストパターンの横側面

Claims (5)

  1. 下記一般式(I)で表される繰り返し単位、及び下記一般式(II)で表される繰り返し単位のうちの少なくとも一方と、
    下記一般式(1)で表される繰り返し単位と、を有する重合体を含有することを特徴とする感放射線性樹脂組成物。
    Figure 0005516212
    〔一般式(I)及び(II)において、R〜Rは、各々独立に、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、置換基を有していてもよいアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、−S−R基(Rは置換基を有していてもよいアルキル基、又はアリール基を示す。)、又は、ヘテロ原子を2つ以上有する基を示す。lは0〜5の整数を示す。mは0〜5の整数を示す。nは0〜5の整数を示す。R及びR11は、各々独立に、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、又は置換基を有していてもよいアルキル基を示す。R〜R10は、各々独立に、水素原子、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、ニトロ基、カルボキシル基、置換基を有していてもよいアルキル基、アラルキル基、又はアルコキシ基を示す。Aは、−O−基、−NR12−基(R12は、水素原子、置換基を有していてもよいアルキル基、又はアリール基を示す。)を示す。Eは、置換基を有していてもよいメチレン基、アルキレン基、又はアリーレン基を示す。〕
    Figure 0005516212
    〔一般式(1)において、R15は水素原子、メチル基、フッ素原子、又はトリフルオロメチル基を示す。R16は置換基を有していてもよい炭素数6〜22のアリール基を示す。XはYとともに脂環式炭化水素基を形成するのに必要な原子団であり、且つYは炭素原子である。〕
  2. 前記重合体が、更に、下記一般式(2)〜(6)で表される繰り返し単位のうちの少なくとも1種を含有する請求項1に記載の感放射線性樹脂組成物。
    Figure 0005516212
    〔一般式(2)〜(6)において、R31は水素原子、ハロゲン原子、シアノ基又は置換基を有していてもよいアルキル基を示す。R32及びR33は、それぞれ独立に、水素原子又はヒドロキシル基を示す。Xは酸不安定基を示す。Zはラクトン構造を有する置換基を示す。Jは水素原子、炭素数1〜15のフルオロアルキル基、又は炭素数1〜15のフルオロアルコール構造を含有する置換基を示す。〕
  3. 前記重合体が、更に、下記一般式(7)〜(10)で表される繰り返し単位のうちの少なくとも1種を含有する請求項1又は2に記載の感放射線性樹脂組成物。
    Figure 0005516212
    〔一般式(7)〜(10)において、R31は水素原子、ハロゲン原子、シアノ基又は置換基を有していてもよいアルキル基を示す。Xは酸不安定基を示す。Gは酸素原子又はカルボニルオキシ基(−C(=O)O−)を示す。〕
  4. 下記一般式(I)で表される繰り返し単位、及び下記一般式(II)で表される繰り返し単位のうちの少なくとも一方を有する重合体(p1)と、
    下記一般式(1)で表される繰り返し単位を有する重合体(p2)と、を含有することを特徴とする感放射線性樹脂組成物。
    Figure 0005516212
    〔一般式(I)及び(II)において、R〜Rは、各々独立に、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、置換基を有していてもよいアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、−S−R基(Rは置換基を有していてもよいアルキル基、又はアリール基を示す。)、又は、ヘテロ原子を2つ以上有する基を示す。lは0〜5の整数を示す。mは0〜5の整数を示す。nは0〜5の整数を示す。R及びR11は、各々独立に、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、又は置換基を有していてもよいアルキル基を示す。R〜R10は、各々独立に、水素原子、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、ニトロ基、カルボキシル基、置換基を有していてもよいアルキル基、アラルキル基、又はアルコキシ基を示す。Aは、−O−基、−NR12−基(R12は、水素原子、置換基を有していてもよいアルキル基、又はアリール基を示す。)を示す。Eは、置換基を有していてもよいメチレン基、アルキレン基、又はアリーレン基を示す。〕
    Figure 0005516212
    〔一般式(1)において、R15は水素原子、メチル基、フッ素原子、又はトリフルオロメチル基を示す。R16は置換基を有していてもよい炭素数6〜22のアリール基を示す。XはYとともに脂環式炭化水素基を形成するのに必要な原子団であり、且つYは炭素原子である。〕
  5. 下記一般式(I)で表される繰り返し単位、及び下記一般式(II)で表される繰り返し単位のうちの少なくとも一方と、
    下記一般式(1)で表される繰り返し単位と、を有することを特徴とする重合体。
    Figure 0005516212
    〔一般式(I)及び(II)において、R〜Rは、各々独立に、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、置換基を有していてもよいアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、−S−R基(Rは置換基を有していてもよいアルキル基、又はアリール基を示す。)、又は、ヘテロ原子を2つ以上有する基を示す。lは0〜5の整数を示す。mは0〜5の整数を示す。nは0〜5の整数を示す。R及びR11は、各々独立に、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、又は置換基を有していてもよいアルキル基を示す。R〜R10は、各々独立に、水素原子、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、ニトロ基、カルボキシル基、置換基を有していてもよいアルキル基、アラルキル基、又はアルコキシ基を示す。Aは、−O−基、−NR12−基(R12は、水素原子、置換基を有していてもよいアルキル基、又はアリール基を示す。)を示す。Eは、置換基を有していてもよいメチレン基、アルキレン基、又はアリーレン基を示す。〕
    Figure 0005516212
    〔一般式(1)において、R15は水素原子、メチル基、フッ素原子、又はトリフルオロメチル基を示す。R16は置換基を有していてもよい炭素数6〜22のアリール基を示す。XはYとともに脂環式炭化水素基を形成するのに必要な原子団であり、且つYは炭素原子である。〕
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