JP5621432B2 - レジスト組成物 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体の微細加工に用いられるレジスト組成物に関する。
リソグラフィ技術を用いた半導体の微細加工に用いられるレジスト組成物は、樹脂及び露光により酸を発生する酸発生剤を含有する。
例えば、特許文献1には、メタクリル酸2−エチル−2−アダマンチル、メタクリル酸3−ヒドロキシ−1−アダマンチル、及びα−メタクリロイロキシ−γ−ブチロラクトンに由来する構造単位を含む樹脂と、トリフェニルスルホニウム1−((3−ヒドロキシアダマンチル)メトキシカルボニル)ジフルオロメタンスルホナートからなる酸発生剤と、溶剤とを含有するレジスト組成物が記載されている。
特開2003−107708号公報
従来のレジスト組成物では、レジストパターン製造時のフォーカスマージンが必ずしも十分でない場合や、得られるレジストパターンの形状が必ずしも十分でない場合があった。
本発明は、以下の発明を含む。
1.式(1)で表されるモノマーに由来する構造単位を有する樹脂と、酸発生剤と、溶剤を含有するレジスト組成物。
Figure 0005621432
[式(1)中、
及びRはそれぞれ独立に、水素原子又はC1-4アルキル基を表す。
は、*1−(CH−CO−O−*2で表される基、*1−(CH−CO−NR−*2で表される基又は単結合を表し、Rは水素原子又はC1-4アルキル基を表し、m及びnは、それぞれ独立に、1〜6の整数を表す。*1は、窒素原子との結合手であり、*2は、−CRとの結合手である。
、R及びRは、それぞれ独立に、C1-16脂肪族炭化水素基を表すか、或いはR及びRは互いに結合して、これらが結合する炭素原子とともに、C3-18環を形成していている。]
2.前記式(1)の−CRで示される基が、式(2)又は式(3)で表される基である1.記載のレジスト組成物。
Figure 0005621432
[式(2)及び式(3)中、
及びRは、それぞれ独立に、C1-16脂肪族炭化水素基を表す。
及びR10は、それぞれ独立に、C1-8脂肪族炭化水素基を表す。
p及びqは、それぞれ独立に、0〜10の整数を表す。pが2以上である場合、複数のRはそれぞれ独立であり、qが2以上である場合、複数のR10はそれぞれ独立である。]
3.前記樹脂が、アルカリ水溶液に不溶又は難溶であり、酸の作用によりアルカリ水溶液に可溶となる樹脂である1.又は2.記載のレジスト組成物。
4.前記酸発生剤が式(B1)で表される酸発生剤である1.〜3.のいずれか記載のレジスト組成物。
Figure 0005621432
[式(B1)中、
1及びQ2は、それぞれ独立に、フッ素原子又はC1-6ペルフルオロアルキル基を表す。
b1は、置換基を有していてもよいC1-17脂肪族炭化水素基又は単結合を表し、該脂肪族炭化水素基に含まれる−CH−は、−O−又は−CO−に置き換わっていてもよい。
Yは、置換基を有していてもよいC1-36脂肪族炭化水素基を表し、該脂肪族炭化水素基に含まれる−CH−は、−O−、−SO−又は−CO−に置き換わっていてもよい。
+は、有機カチオンを表す。]
5.前記式(B1)のLb1が、*−CO−O−(*は、−C(Q)(Q)−との結合手を表す)である4.記載の組成物。
6.前記式(B1)のZが、アリールスルホニウムカチオンである4.又は5.記載のレジスト組成物。
7.さらに、塩基性化合物を含有する1.〜6.のいずれか記載のレジスト組成物。
8.前記塩基性化合物が含窒素塩基性化合物である7.記載のレジスト組成物。
9.(1)1.〜8.のいずれか記載のレジスト組成物を基板上に塗布する工程、
(2)塗布後の組成物から溶剤を除去して組成物層を形成する工程、
(3)組成物層を露光する工程、
(4)露光後の組成物層を加熱する工程、
(5)加熱後の組成物層を、現像する工程、
を含むレジストパターンの製造方法。
本発明のレジスト組成物によれば、レジストパターン製造時のフォーカスマージン及び、得られるレジストパターンの形状をより改善することができる。
本発明のレジスト組成物(以下、場合により「本レジスト組成物」という。)は、上述のとおりの樹脂、酸発生剤及び溶剤を含有する。以下、本レジスト組成物の構成成分である、樹脂、酸発生剤及び溶剤などの各々について説明し、これらを含有する本レジスト組成物の調製方法及び本レジスト組成物を用いるレジストパターンの製造方法を説明する。
<樹脂(以下、場合により「樹脂(A)」という。)>
樹脂(A)は、式(1)で表されるモノマー(以下、場合により「モノマー(1)」という。)に由来する構造単位を有する。繰り返しになるが、以下に式(1)を示す。
Figure 0005621432
[式(1)中、
及びRはそれぞれ独立に、水素原子又はC1-4アルキル基を表す。
は、*1−(CH−CO−O−*2で表される基、*1−(CH−CO−NR−*2で表される基又は単結合を表し、Rは水素原子又はC1-4アルキル基を表し、m及びnは、それぞれ独立に、1〜6の整数を表す。*1は、窒素原子との結合手であり、*2は、−CRとの結合手である。
、R及びRは、それぞれ独立に、C1-16脂肪族炭化水素基を表すか、或いはR及びRは互いに結合して、これらが結合する炭素原子とともに、C3-18環を形成していている。]
前記式(1)において、R及びRの「C1-4アルキル基」とは、炭素数1〜4のアルキル基を意味する。このように、本明細書において基の炭素数を、「C」に数値範囲を付した形式で示すことにする。C1-4アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基及びtert−ブチル基などが挙げられる。
〜RにおけるC1-16脂肪族炭化水素基としては、鎖状の脂肪族炭化水素基(鎖式炭化水素基)であっても、環状の脂肪族炭化水素基(脂環式炭化水素基)であってもよい。鎖式炭化水素基としては、メチル基、エチル基、1−メチルエチル基(イソプロピル基)、1,1−ジメチルエチル基(tert−ブチル基)、2,2−ジメチルエチル基、プロピル基、1−メチルプロピル基、2,2−ジメチルプロピル基、1−エチルプロピル基、ブチル基、1−メチルブチル基、2−メチルブチル基、3−メチルブチル基、1−プロピルブチル基、ペンチル基、1−メチルペンチル基、ヘキシル基、1,4−ジメチルヘキシル基、ヘプチル基、1−メチルヘプチル基及びオクチル基などが挙げられる。該鎖式炭化水素基は、C1-8脂肪族炭化水素基が好ましい。
脂環式炭化水素基としては、シクロヘプチル基、メチルシクロヘプチル基、シクロヘキシル基、メチルシクロヘキシル基、ジメチルシクロへキシル基、ノルボルニル基及びメチルノルボルニル基などなどが挙げられ、その炭素数が36以下である範囲で、側鎖に鎖状の脂肪族炭化水素基を有していてもよい。また、該脂環式炭化水素基は、脂環式飽和炭化水素基であると好ましい。
及びRが互いに結合して形成されるC3-10環としては、シクロヘプチル環、メチルシクロヘプチル環、シクロヘキシル環、メチルシクロヘキシル環、ジメチルシクロへキシル環、ノルボルニル環、メチルノルボルニル環及びアダマンチル環などが挙げられる。
としては、水素原子、メチル基及びエチル基が好ましく、水素原子及びメチル基がより好ましい。
としては、水素原子、メチル基及びエチル基が好ましく、水素原子及びメチル基がより好ましく、水素原子が特に好ましい。
m及びnとしては、1〜4の範囲が好ましく、1又は2がより好ましく、1が特に好ましい。
としては、水素原子、メチル基及びエチル基が好ましく、水素原子及びメチル基がより好ましく、水素原子が特に好ましい。
としては、単結合、−CH−CO−O−又は−CH−CO−NH−が好ましい。
前記式(1)において、−CRで表される基は、式(2)又は式(3)で表される基であることが好ましい。
Figure 0005621432
[式(2)及び式(3)中、
及びRは、それぞれ独立に、C1-16脂肪族炭化水素基を表す。
及びR10は、それぞれ独立に、C1-8脂肪族炭化水素基を表す。
p及びqは、それぞれ独立に、0〜10の整数を表す。pが2以上の場合、複数のRはそれぞれ独立であり、qが2以上の場合、複数のR10はそれぞれ独立である。]
ここで、モノマー(1)の具体例を挙げる。
まず、−CRで表される基が、式(2)で表される基であるモノマー(1)としては、以下のモノマー(I−1)〜モノマー(I−154)が挙げられる。これらの中でもモノマー(I−1)〜モノマー(I−6)、モノマー(I−85)〜モノマー(I−88)、モノマー(I−91)、モノマー(I−92)、モノマー(I−101)〜モノマー(I−106)が好ましく、モノマー(I−1)、モノマー(I−3)、モノマー(I−5)、モノマー(I−85)、モノマー(I−87)、モノマー(I−91)、モノマー(I−101)、モノマー(I−103)、モノマー(I−105)がより好ましい。
Figure 0005621432
Figure 0005621432
Figure 0005621432
Figure 0005621432
Figure 0005621432
Figure 0005621432
Figure 0005621432
Figure 0005621432
Figure 0005621432
Figure 0005621432
Figure 0005621432
−CRで表される基が、式(3)で表される基であるモノマー(1)としては、以下のモノマー(I−155)〜モノマー(I−172)が挙げられる。これらの中でもモノマー(I−155)〜モノマー(I−158)、モノマー(I−161)〜モノマー(I−164)、モノマー(I−167)〜モノマー(I−170)が好ましく、モノマー(I−157)、モノマー(I−163)、モノマー(I−169)がより好ましい。
Figure 0005621432

Figure 0005621432
前記モノマー(1)の典型的な製造方法を説明する。
が単結合のモノマー(1)は、以下の反応式で示す製造方法により製造できる。
Figure 0005621432
[式中、R、R、R、R及びRは、上記と同じ意味を表す。Aは単結合を表す。
Xは、ハロゲン原子又は(メタ)アクリロイルオキシ基を表す。]
Xにおけるハロゲン原子としては、塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子が挙げられ、中でも、塩素原子が好ましい。
式(1−a)で表される化合物としては例えば、2−アミノ−2−メチルアダマンタンなどが挙げられる。
式(1−b)で表される化合物としては例えば、メタクリル酸クロライド及びメタクリル酸無水物などが挙げられる。
式(1−a)で表される化合物及び式(1−b)で表される化合物の反応は、不活性溶媒(例えば、非プロトン性溶媒など)中、塩基の存在下で行うことが好ましい。この反応で用いる不活性溶媒としては、トルエン及びテトラヒドロフランなどであり、塩基としては、トリエチルアミン及びピリジンなどである。
が、*1−(CH−CO−O−*2で表される基又は*1−(CH−CO−NR−*2で表される基のモノマー(1)は、以下の反応式で示す製造方法により製造できる。
Figure 0005621432
[式中、R、R、R、R及びRは、上記と同じ意味を表す。Aは、*1−(CH−CO−O−*2で表される基又は*1−(CH−CO−NR−*2で表される基を表す。
X’は、ハロゲン原子を表す。]
X’におけるハロゲン原子としては、前記式(1−b)のXと同じものが例示され、中でも、塩素原子が好ましい。
式(1−e)で表される化合物としては、(メタ)アクリルアミドなどが挙げられる。
式(1−d)で表される化合物としては、以下に示す化合物などが挙げられる。
Figure 0005621432
式(1−d)で表される化合物及び式(1−e)で表される化合物の反応は、不活性溶媒(例えば、非プロトン性溶媒など)中、触媒の存在下で行うことが好ましい。この反応で用いる不活性溶媒としては、N,N’−ジメチルホルムアミドなどであり、触媒としては、炭酸カリウム及びヨウ化カリウムなどである。
樹脂(A)の製造方法は後述するが、モノマー(1)に由来する構造単位の含有割合は、樹脂(A)の全構造単位を100モル%として、1〜100モル%の範囲であり、好ましくは5〜80モル%の範囲であり、より好ましくは10〜60モル%の範囲である。モノマー(1)に由来する構造単位の含有割合をこの範囲にするには、樹脂(A)を製造する際に用いる全モノマー量に対するモノマー(1)の使用量を調節すればよい。なお、樹脂(A)を製造する際に、複数種のモノマー(1)を用いることもでき、複数種のモノマー(1)を用いた場合には、その合計量を調節すればよい。
本レジスト組成物に用いる樹脂(A)としては、アルカリ水溶液に不溶又は難溶であり、酸の作用によりアルカリ水溶液に可溶となる樹脂であることが好ましい。このような樹脂(A)は、モノマー(1)と、酸に不安定な基(以下、場合により「酸不安定基」という。)を有するモノマー(以下、場合により「モノマー(a1)」という。)とを重合することによって製造できる。なお、樹脂(A)製造に用いるモノマー(a1)は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。また、モノマー(1)のうち、Aは、*1−(CH−CO−O−*2で表される基であり、−CRで示される基が、式(2)又は式(3)で表される基である場合、このモノマー(1)を重合させて得られる樹脂は、該モノマー(1)に由来する構造単位が酸不安定基を有するものになるので、アルカリ水溶液に不溶又は難溶であり、酸の作用によりアルカリ水溶液に可溶となる。
<モノマー(a1)>
以下、樹脂(A)製造に用いることができるモノマー(a1)の具体例を挙げつつ説明する。
まず、モノマー(a1)が有する前記酸不安定基について具体例を挙げる。該酸不安定基とは、酸と接触すると脱離基が開裂して、親水性基(例えばヒドロキシ基又はカルボキシ基)を形成する基を意味する。酸不安定基としては、例えば、−O−が3級炭素原子(但し、橋かけ環状炭化水素基の橋頭炭素原子を除く)と結合した式(1)で表されるアルコキシカルボニル基(即ち3級アルコール残基を有するエステル結合)が挙げられる。なお以下では、式(1)で表される基を場合により、「酸不安定基(1)」という。
Figure 0005621432
式(1)中、
a1、Ra2及びRa3(Ra1〜Ra3)は、それぞれ独立に、脂肪族炭化水素基を表す。また、Ra1及びRa2の脂肪族炭化水素基は互いに結合して、これらが結合する炭素原子とともに環を形成していてもよい。*は結合手を表す。
酸不安定基(1)としては、例えば1,1−ジアルキルアルコキシカルボニル基(式(1)中、Ra1〜Ra3がアルキル基であるもの、好ましくはtert−ブトキシカルボニル基)、2−アルキル−2−アダマンチルオキシカルボニル基(式(1)中、Ra1及びRa2が結合し、これらが結合する炭素原子とともにアダマンタン環を形成し、Ra3がアルキル基であるもの)、及び1−(1−アダマンチル)−1−アルキルアルコキシカルボニル基(式(1)中、Ra1及びRa2がアルキル基であり、Ra3がアダマンチル基であるもの)などが挙げられる。
前記酸不安定基(1)を有するモノマー(a1)は、好ましくは、分子内に、さらに炭素−炭素二重結合を有するモノマーであり、より好ましくは酸不安定基(1)を有する(メタ)アクリル系モノマーである。なお本明細書において「(メタ)アクリル系モノマー」とは、「CH2=CH−CO−」又は「CH2=C(CH3)−CO−」の部分構造を有するモノマーを意味する。
酸不安定基(1)を有する(メタ)アクリル系モノマーの中でも、分子内にC5-20脂環式炭化水素基を有するものが好ましく、該脂環式炭化水素基は飽和炭化水素基であることが好ましい。脂環式炭化水素基のような嵩高い構造を有するモノマー(a1)を重合して得られる樹脂(A)を含む本レジスト組成物は、より高い解像度のレジストパターンを製造できる。該脂環式炭化水素基は、単環式又は多環式のいずれでもよい。単環式の飽脂環式炭化水素基としては、シクロアルキル基(例えば、シクロペンチル基、シクロへキシル基、シクロヘプチル基及びシクロオクチル基など)やシクロアルケニル基(例えば、シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基、シクロヘプテニル基及びシクロオクテニル基など)などが挙げられる。多環式の脂環式炭化水素基としては、縮合芳香族炭化水素基を水素化して得られる基(例えば、ヒドロナフチル基など)、橋かけ環状炭化水素基(例えば、アダマンチル基及びノルボルニル基など)などが挙げられる。該橋かけ環状炭化水素基は、その内部に不飽和結合を有することもできる(例えば、ノルボルネンイル基など)。さらに下記のような、橋かけ環(例えば、ノルボルナン環など)と単環(例えば、シクロヘプタン環やシクロヘキサン環など)又は多環(例えば、デカヒドロナフタレン環など)とが縮合した形状の基、或いは橋かけ環同士が縮合した形状の基も、脂環式炭化水素基に含まれる。以下に、典型的な脂環式炭化水素基を例示する(*は結合手を表す)。
Figure 0005621432
分子内に、酸不安定基(1)とC5-20脂環式炭化水素基とを有する(メタ)アクリル系モノマーの中でも、式(a1−1)又は式(a1−2)で表されるモノマー(a1)〔以下、式(a1−1)で表されるモノマー(a1)を「モノマー(a1−1)」といい、式(a1−2)で表されるモノマー(a1)を「モノマー(a1−2)」という。〕が好ましい。樹脂(A)を製造する際に、これらは単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
Figure 0005621432
式(a1−1)及び式(a1−2)中、
a1及びLa2は、それぞれ独立に、−O−又は−O−(CH2k1−CO−O−(k1は1〜7の整数を表す。)で表される基を表す。ここで、−O−(CH2k1−CO−O−は、左側で式(a1−1)及び式(a1−2)の−CO−と結合し、右側でアダマンチル基又はシクロへキシル基と結合することを意味する。
a4及びRa5は、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基を表す。
a6及びRa7は、それぞれ独立に、C1-10脂肪族炭化水素基を表す。
m1は0〜14の整数を表し、n1は0〜10の整数を表す。
a1及びLa2は、好ましくは、−O−又は、k1が1〜4の−O−(CH2k1−CO−O−で表される基あり、より好ましくは−O−又は−O−CH2−CO−O−であり、特に好ましくは、−O−である。
a4及びRa5は、好ましくはメチル基である。Ra6及びRa7の脂肪族炭化水素基は、該脂肪族炭化水素基が鎖式炭化水素基の場合、その炭素数は、好ましくは6以下であり、該脂肪族炭化水素基が脂環式炭化水素基の場合、その炭素数は、好ましくは8以下、より好ましくは6以下である。鎖式炭化水素基としては、例えばメチル基、エチル基、1−メチルエチル基(イソプロピル基)、1,1−ジメチルエチル基(tert−ブチル基)、2,2−ジメチルエチル基、プロピル基、1−メチルプロピル基、2,2−ジメチルプロピル基、1−エチルプロピル基、ブチル基、1−メチルブチル基、2−メチルブチル基、3−メチルブチル基、1−プロピルブチル基、ペンチル基、1−メチルペンチル基、ヘキシル基、1,4−ジメチルヘキシル基、ヘプチル基、1−メチルヘプチル基及びオクチル基などが挙げられる。脂環式炭化水素基としては、例えばシクロヘプチル基、メチルシクロヘプチル基、シクロヘキシル基、メチルシクロヘキシル基、ジメチルシクロへキシル基、ノルボルニル基及びメチルノルボルニル基などが挙げられる。
m1は、好ましくは0〜3の整数であり、より好ましくは0又は1である。n1は、好ましくは0〜3の整数であり、より好ましくは0又は1である。
前記モノマー(a1−1)としては、例えば以下のものが挙げられ、これらの中でも、2−メチル−2−アダマンチル(メタ)アクリレート、2−エチル−2−アダマンチル(メタ)アクリレート、及び2−イソプロピル−2−アダマンチル(メタ)アクリレートが好ましく、「CH2=C(CH3)−CO−」の部分構造を有するものがさらに好ましい。
Figure 0005621432
Figure 0005621432
Figure 0005621432
Figure 0005621432
Figure 0005621432
Figure 0005621432
Figure 0005621432
Figure 0005621432
Figure 0005621432
モノマー(a1−2)としては、例えば以下のものが挙げられ、これらの中でも1−エチル−1−シクロヘキシル(メタ)アクリレートが好ましく、1−エチル−1−シクロヘキシルメタクリレートがより好ましい。
Figure 0005621432
以上、酸不安定基(1)を有するモノマー(a1)の中でも好適なモノマー(a1−1)及びモノマー(a1−2)について説明したが、続いて、酸不安定基(1)を有する他のモノマー(a1)について説明する。このようなモノマー(a1)として、例えば、式(a1−3)で表されるノルボルネン環を有するモノマー〔以下、「モノマー(a1−3)」という。〕が挙げられる。モノマー(a1−3)に由来する構造単位を有する樹脂(A)は、嵩高い構造を有することとなる。そのため、該樹脂(A)を含有する本レジスト組成物はより高い解像度でレジストパターンを製造することができる。また、得られたレジストパターンは優れたドライエッチング耐性を有するものとなる。
Figure 0005621432
式(a1−3)中、
a9は、水素原子、ヒドロキシ基などを有することもできるC1-3脂肪族炭化水素基、カルボキシ基、シアノ基、又はアルコキシカルボニル基(−COORa13)を表す。該アルコキシカルボニル基のRa13は、ヒドロキシ基を有することもできるC1-8脂肪族炭化水素基を表し、該脂肪族炭化水素基に含まれる−CH−は、−O−又は−CO−に置き換わっていてもよい。
a10、Ra11及びRa12(Ra10〜Ra12)は、それぞれ独立に、ヒドロキシ基などを有することもできるC1-12脂肪族炭化水素基を表し、該脂肪族炭化水素基に含まれる−CH−は、−O−又は−CO−に置き換わっていてもよい。また、Ra10及びRa11は互いに結合して、これらが結合する炭素原子とともに環を形成していてもよい。
a9としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ヒドロキシメチル基及び2−ヒドロキシエチル基などが挙げられる。
a13としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、2−オキソ−オキソラン−3−イル基及び2−オキソ−オキソラン−4−イル基などが挙げられる。
a10〜Ra12としては、例えば、メチル基、エチル基、シクロへキシル基、メチルシクロへキシル基、ヒドロキシシクロへキシル基、オキソシクロへキシル基及びアダマンチル基などが挙げられる。Ra10及びRa11が結合して形成する環としては、シクロへキサン環及びアダマンタン環などが挙げられる。
モノマー(a1−3)としては、例えば、5−ノルボルネン−2−カルボン酸−tert−ブチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸1−シクロヘキシル−1−メチルエチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸1−メチルシクロヘキシル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸2−メチル−2−アダマンチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸2−エチル−2−アダマンチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸1−(4−メチルシクロヘキシル)−1−メチルエチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸1−(4−ヒドロキシシクロヘキシル)−1−メチルエチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸1−メチル−1−(4−オキソシクロヘキシル)エチル及び5−ノルボルネン−2−カルボン酸1−(1−アダマンチル)−1−メチルエチルなどが挙げられる。
酸不安定基としては、以下の式(2)で表されるもの(以下、場合により「酸不安定基(2)」という。)であってもよく、この酸不安定基(2)を有するモノマー(a1)を、モノマー(1)とともに重合することにより、樹脂(A)を製造することもできる。
Figure 0005621432
式(2)中、
b1は、脂肪族炭化水素基又は芳香族炭化水素基を表す。Rb2及びRb3は、それぞれ独立に、水素原子、脂肪族炭化水素基又は芳香族炭化水素基を表し、Rb2及びRb3が互いに結合して、それらが各々結合する炭素原子及び酸素原子とともに環を形成していてもよい。また、Rb1、Rb2及びRb3のいずれかが−CH−を含む脂肪族炭化水素基である場合、該脂肪族炭化水素基に含まれる−CH−は、−O−、−S−、−CO−、−SO−又はアミノ基に置き換わっていてもよい。*は結合手を表す。
酸不安定基(2)としては、以下の基が挙げられる。
Figure 0005621432
酸不安定基(2)を有するモノマー(a1)も、酸不安定基(1)を有するモノマー(a1)と同様に、その分子内に炭素−炭素二重結合を有すると好ましい。
酸不安定基(2)と炭素−炭素二重結合とを有するモノマーとしては、式(a1−4)で表されるモノマー(a1−4)が挙げられる。
Figure 0005621432
[式(a1−4)中、
10は、水素原子、ハロゲン原子、又はハロゲン原子を有してもよいC1-6アルキル基を表す。
11は、それぞれ独立に、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、C1-6アルキル基、C1-6アルコキシ基、C2-4アシル基、C2-4アシルオキシ基、アクリロイル基又はメタクリロイル基を表す。
は0〜4の整数を表す。lが2以上である場合、複数のR11はそれぞれ独立である。
12及びR13はそれぞれ独立に、置換基を有することもできるC1-12脂肪族炭化水素基又は水素原子を表す。
a2は、置換基を有することもできるC1-17脂肪族炭化水素基又は単結合を表し、該脂肪族炭化水素基に含まれる−CH−は、−CO−、−O−、−S−、−SO−又は−N(R)−に置き換わっていてもよい。Rは、水素原子又はC1-6アルキル基を表す。
a3は、置換基を有することもできるC1-12脂肪族炭化水素基又は置換基を有することもできるC6-18芳香族炭化水素基である。]
10のハロゲン原子は、フッ素原子、塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子のいずれかである。
10のC1-6アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基及びヘキシル基などが挙げられる。ハロゲン原子を有するC1-6アルキル基としては、フッ素原子を有するアルキル基の場合を例示すると、ペルフルオロメチル基、ペルフルオロエチル基、ペルフルオロプロピル基、ペルフルオロイソプロピル基、ペルフルオロブチル基、ペルフルオロsec−ブチル基、ペルフルオロtert−ブチル基、ペルフルオロペンチル基及びペルフルオロヘキシル基などが挙げられる。これらのうち、R10は、このようなハロゲン原子、又はハロゲン原子を有することもできるC1-6アルキル基であってもよいが、これらのうち、C1-4アルキル基及び水素原子が好ましく、メチル基、エチル基及び水素原子がより好ましく、メチル基及び水素原子が特に好ましい。
1-6アルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、n−プロピポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、sec−ブトキシ基、tert−ブトキシ基、n−ペントキシ基及びn−ヘキトキシ基などが挙げられ、C1-4アルコキシ基が好ましく、メトキシ基及びエトキシ基がより好ましく、メトキシ基が特に好ましい。
2-4アシル基としては、例えば、アセチル基、プロピオニル基及びブチリル基などが挙げられる。
2-4アシルオキシ基としては、例えば、アセチルオキシ基、プロピオニルオキシ基及びブチリルオキシ基などが挙げられる。
1-12脂肪族炭化水素基は鎖式炭化水素基でも脂環式炭化水素基であってもよい。鎖式炭化水素基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−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、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、2−エチルヘキシル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基及びドデシル基などが挙げられる。脂環式炭化水素基としては、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、シクロノニル基、シクロデシル基、ノルボルニル基、1−アダマンチル基、2−アダマンチル基、イソボルニル基及び下記に示す基などが挙げられる。
Figure 0005621432
6-18芳香族炭化水素基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基、アントラニル基、p−メチルフェニル基、p−tert−ブチルフェニル基、p−アダマンチルフェニル基等が挙げられる。
モノマー(a1−4)としては、例えば、以下のモノマーが挙げられる。
Figure 0005621432
Figure 0005621432
Figure 0005621432
<酸安定モノマー>
樹脂(A)は、モノマー(1)及びモノマー(a1)に加え、例示したような酸不安定基を有さないモノマー(以下、場合により「酸安定モノマー」という。)を共重合した共重合体が好ましい。このような樹脂(A)を製造する際には、該酸安定モノマーは、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
樹脂(A)が、モノマー(1)、モノマー(a1)及び酸安定モノマーから得られる共重合体である場合、該樹脂(A)の全構造単位100モル%に対して、モノマー(a1)に由来する構造単位の含有割合は1〜100モル%、好ましくは5〜80モル%、より好ましくは10〜80モル%、さらに好ましくは10〜60モル%、一層好ましくは20〜60モル%である。また、樹脂(A)が酸不安定基を有するモノマー(1)及び酸安定モノマーから得られる共重合体である場合、該モノマー(1)の含有割合は1〜100モル%、好ましくは5〜80モル%、より好ましくは10〜80モル%、さらに好ましくは10〜60モル%、一層好ましくは20〜60モル%である。また、モノマー(a1)に由来する構造単位が、モノマー(a1−1)に由来する構造単位を含む場合、モノマー(a1)に由来する構造単位の合計100モル%に対して、モノマー(a1−1)に由来する構造単位が15モル%以上であることが好ましい。モノマー(a1−1)のようにアダマンチル基を有するモノマーの含有割合が増えると、該樹脂(A)を含有する本レジスト組成物から製造されるレジストパターンのドライエッチング耐性が向上する。
前記酸安定モノマーとしては、分子内にヒドロキシ基又はラクトン環を有するものが好ましい。ヒドロキシ基を有する酸安定モノマー(以下、場合により「酸安定モノマー(a2)」という。)又はラクトン環を含有する酸安定モノマー(以下、場合により「酸安定モノマー(a3)」という)に由来する構造単位を有する樹脂(A)を含有する本レジスト組成物は、より高い解像度でレジストパターンを製造できることに加え、該本レジスト組成物を基板に塗布したとき、基板上に形成される塗布膜、又は塗布膜から得られる組成物層が基板との間に優れた密着性を発現し易くなる。なお、本レジスト組成物を用いるレジストパターンの製造方法については後述する。
<酸安定モノマー(a2)>
酸安定モノマー(a2)を樹脂(A)の製造に用いる場合、該樹脂(A)を含有する本レジスト組成物からレジストパターンを製造する際の露光源の種類によって、各々、好適な酸安定モノマー(a2)を用いることができる。すなわち、本レジスト組成物を、KrFエキシマレーザ露光(波長:248nm)、電子線あるいはEUV光などの高エネルギー線露光に用いる場合には、酸安定モノマー(a2)として、フェノール性水酸基を有する酸安定モノマー(a2−0)〔例えば、ヒドロキシスチレン類等〕を樹脂(A)の製造に用いることが好ましい。短波長のArFエキシマレーザ露光(波長:193nm)を用いる場合は、酸安定モノマー(a2)として、式(a2−1)で表される酸安定モノマーを樹脂(A)の製造に用いることが好ましい。このように、樹脂(A)製造に用いる酸安定モノマー(a2)は各々、レジストパターンを製造する際の露光源によって好ましいものを選ぶことができるが、該酸安定モノマー(a2)は、露光源の種類に応じて好適なモノマー1種のみを用いて樹脂(A)を製造してもよく、露光源の種類に応じて好適なモノマー2種以上を用いて樹脂(A)を製造してもよく、或いは、露光源の種類に応じて好適なモノマーと、それ以外の酸安定モノマー(a2)とを組み合わせた2種以上を用いて樹脂(A)を製造してもよい。
フェノール性水酸基を有する酸安定モノマー(a2−0)としては、式(a2−0)で表されるp−又はm−ヒドロキシスチレンなどのスチレン系モノマー(以下、「酸安定モノマー(a2−0)」という。)が挙げられる。なお、この式(a2−0)は、フェノール性水酸基が適当な保護基で保護されていない形式で示すものである。
Figure 0005621432
[式(a2−0)中、
は、水素原子、ハロゲン原子、又はハロゲン原子を有してもよいC1-6アルキル基を表す。
は、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、C1-6アルキル基、C1-6アルコキシ基、C2-4アシル基、C2-4アシルオキシ基、アクリロイル基又はメタクリロイル基を表す。
maは0〜4の整数を表す。maが2以上の場合、複数のRはそれぞれ独立である。]
のハロゲン原子及びハロゲン原子を有してもよいC1-6アルキル基の具体例は、前記式(a1−4)のR10として例示したものと同じであり、これらの中では、C1-4アルキル基が好ましく、メチル基及びエチル基がより好ましく、メチル基が特に好ましい。
のC1-6アルコキシ基、C2-4アシル基及びC2-4アシルオキシ基の具体例も、前記式(a1−4)のR11として例示したものとそれぞれ同じである。C1-6アルコキシ基としては、C1-4アルコキシ基が好ましく、メトキシ基及びエトキシ基がより好ましく、メトキシ基が特に好ましい。
このような酸安定モノマー(a2−0)に由来する構造単位を有する樹脂(A)を製造する場合は、酸安定モノマー(a2−0)にあるフェノール性水酸基が適当な保護基で保護されているモノマー(保護フェノール性水酸基を有するモノマー)を用いることもできる。ここでいう保護基としては例えば、アセチル基などが挙げられる。アセチル基で保護されたフェノール性水酸基は、酸との接触により該アセチル基が脱保護されるため、アセチル基で保護されたフェノール性水酸基を有するモノマーに由来する構造単位からは容易に、酸安定モノマー(a2−0)に由来する構造単位と同じものを形成することができる。ただし、樹脂(A)は上述のとおり、酸不安定基を有するモノマー(a1)に由来する構造単位を有しているので、フェノール性水酸基が適当な保護基で保護されてなるモノマーに由来する構造単位を脱保護する際には、この酸不安定基を著しく損なわないようにして、脱保護を実施する必要がある。
酸安定モノマー(a2−0)としては、例えば、以下のモノマーが挙げられる。なお、以下の例示でも、フェノール性水酸基が適当な保護基で保護されていない形式で示す。

Figure 0005621432
Figure 0005621432
以上の酸安定モノマー(a2−0)のうち、4−ヒドロキシスチレン又は4−ヒドロキシ−α−メチルスチレンが特に好ましい。
ヒドロキシ基を有する酸安定モノマー(a2)としては、ヒドロキシアダマンチル基を分子内に有する酸安定モノマー(a2)が特に好ましい。例えば、式(a2−1)で表されるモノマー(以下、「酸安定モノマー(a2−1)」という。)が挙げられる。
Figure 0005621432
式(a2−1)中、
a3は、−O−又は−O−(CH2k2−CO−O−(k2は1〜7の整数を表す。)で表される基を表す。
a14は、水素原子又はメチル基を表す。
a15及びRa16は、それぞれ独立に、水素原子、メチル基又はヒドロキシ基を表す。
o1は、0〜10の整数を表す。
a3は、好ましくは、−O−及び、k2が1〜4である−O−(CH2k2−CO−O−で表される基であり、より好ましくは−O−である。
a14は、好ましくはメチル基である。
a15は、好ましくは水素原子である。
a16は、好ましくは水素原子又はヒドロキシ基である。
o1は、好ましくは0〜3の範囲であり、より好ましくは0又は1である。
酸安定モノマー(a2−1)としては、例えば以下のものが挙げられ、これらの中でも、3−ヒドロキシ−1−アダマンチル(メタ)アクリレート、3,5−ジヒドロキシ−1−アダマンチル(メタ)アクリレート及び(メタ)アクリル酸1−(3,5−ジヒドロキシ−1−アダマンチルオキシカルボニル)メチルが好ましく、3−ヒドロキシ−1−アダマンチル(メタ)アクリレート及び3,5−ジヒドロキシ−1−アダマンチル(メタ)アクリレートがより好ましく、3−ヒドロキシ−1−アダマンチルメタクリレート及び3,5−ジヒドロキシ−1−アダマンチルメタクリレートがさらに好ましい。
Figure 0005621432
Figure 0005621432
Figure 0005621432
Figure 0005621432
<酸安定モノマー(a3)>
酸安定モノマー(a3)が有するラクトン環は、例えばβ−プロピオラクトン環、γ−ブチロラクトン環、δ−バレロラクトン環のような単環でもよく、或いは単環式のラクトン環と他の環との縮合環でもよい。これらラクトン環の中で、γ−ブチロラクトン環、及びγ−ブチロラクトン環と他の環との縮合環が好ましい。
酸安定モノマー(a3)は、好ましくは式(a3−1)、式(a3−2)又は式(a3−3)のいずれかで表されるものである。樹脂(A)を製造する際には、これらの1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
Figure 0005621432
式(a3−1)、式(a3−2)及び式(a3−3)〔式(a3−1)〜式(a3−3)〕中、
a4、La5及びLa6(La4〜La6)は、それぞれ独立に、−O−又は−O−(CH2k3−CO−O−(k3は1〜7の整数を表す。)で表される基を表す。
a18、Ra19及びRa20(Ra18〜Ra20)は、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基を表す。
a21は、C1-4脂肪族炭化水素基を表し、p1は0〜5の整数を表す。Ra22及びRa23は、それぞれ独立にカルボキシ基、シアノ基又はC1-4脂肪族炭化水素基を表し、q1及びr1は、それぞれ独立に0〜3の整数を表す。p1が2以上のとき、複数のRa21はそれぞれ独立であり、q1が2以上のとき、複数のRa22はそれぞれ独立であり、r1が2以上のとき、複数のRa23は、それぞれ独立である。
a4〜La6の具体例は、前記式(a2−1)のLa3として例示したものと同じである。La4〜La6は、それぞれ独立に、−O−及び、k3が1〜4である−O−(CH2k3−CO−O−で表される基が好ましく、より好ましくは−O−である。但し、この−O−(CH2k3−CO−O−は、左側で式(a3−1)〜式(a3−3)の−CO−と結合し、右側でラクトン環と結合することを意味する。Ra18〜Ra20は、好ましくはメチル基である。Ra21は、好ましくはメチル基である。Ra22及びRa23は、それぞれ独立に、好ましくはカルボキシ基、シアノ基又はメチル基である。p1、q1及びr1は、それぞれ独立に、好ましくは0〜2の範囲であり、より好ましくは0又は1である。
γ−ブチロラクトン環を有する酸安定モノマー(a3−1)としては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 0005621432
Figure 0005621432
Figure 0005621432
γ−ブチロラクトン環とノルボルナン環との縮合環を有する酸安定モノマー(a3−2)としては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 0005621432
Figure 0005621432
Figure 0005621432
Figure 0005621432
Figure 0005621432
Figure 0005621432
Figure 0005621432
γ−ブチロラクトン環とシクロヘキサン環との縮合環を有する酸安定モノマー(a3−3)としては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 0005621432
Figure 0005621432
Figure 0005621432
Figure 0005621432
酸安定モノマー(a3)の中でも、(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]ノナン−2−イル、(メタ)アクリル酸テトラヒドロ−2−オキソ−3−フリル、(メタ)アクリル酸2−(5−オキソ−4−オキサトリシクロ[4.2.1.03,7]ノナン−2−イルオキシ)−2−オキソエチルが好ましく、「CH2=C(CH3)−CO−」の部分構造を有するものがより好ましい。
<酸安定モノマー(a3)の例外>
前記式(a3−1)、前記式(a3−2)又は前記式(a3−3)において、
Figure 0005621432
のいずれかで示される基が(メタ)アクロイル基である場合(前記式(a3−1)におけるLa4、前記式(a3−2)におけるLa5、又は前記式(a3−3)におけるLa6が−O−である場合)、この(メタ)アクロイル基に結合する炭素原子が3級炭素原子であるとき、これら式(a3−1)、式(a3−2)又は式(a3−3)で表されるモノマーは、モノマー(a1)と同様に、酸不安定基(1)を有するものとなる。このような酸安定モノマー(a3)の例外を挙げる。なお、このようなモノマーは、樹脂(A)を製造する際に、酸不安定基を有するモノマーとして用いることができる。
酸安定モノマー(a3−1)の例外としては、以下のモノマーが例示できる。
Figure 0005621432
酸安定モノマー(a3−2)の例外としては、以下のモノマーが例示できる。
Figure 0005621432
酸安定モノマー(a3−3)の例外としては、以下のモノマーが例示できる。
Figure 0005621432
以上、酸安定モノマーとして、好適な酸安定モノマー(a3)及び酸安定モノマー(a4)について説明したが、これら以外にも樹脂(A)製造用に用いることができる酸安定モノマー(以下、「酸安定モノマー(a4)」という。)がある。以下、この酸安定モノマー(a4)について説明する。
該酸安定モノマー(a4)としては、例えば、式(a4−1)で表される無水マレイン酸、式(a4−2)で表される無水イタコン酸、又は式(a4−3)で表されるノルボルネン環を有する酸安定モノマー(以下、「酸安定モノマー(a4−3)」という。)などが挙げられる。
Figure 0005621432
式(a4−3)中、
a25及びRa26は、それぞれ独立に、水素原子、ヒドロキシ基などを有することもできるC1-3脂肪族炭化水素基、シアノ基、カルボキシ基、又はアルコキシカルボニル基(−COORa27、Ra27は、C1-36脂肪族炭化水素基を表し、脂肪族炭化水素基に含まれる−CH−は、−O−又は−CO−に置き換わっていてもよい。但し−COORa27が酸不安定基となるものは除く(即ちRa27は、3級炭素原子が−O−と結合するものを含まない。))を表すか、或いはRa25及びRa26は互いに結合して−CO−O−CO−を形成している。
a25及びRa26のヒドロキシ基などを有することもできる脂肪族炭化水素基としては、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、ヒドロキシメチル基及び2−ヒドロキシエチル基などが挙げられる。Ra27の脂肪族炭化水素基は、鎖式炭化水素基である場合、その炭素数は、好ましくは1〜8の範囲であり、より好ましくは1〜6の範囲である。Ra27の脂肪族炭化水素基が脂環式炭化水素基である場合、その炭素数は、好ましくは4〜36の範囲であり、より好ましくは4〜12の範囲である。Ra27としては、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、2−オキソ−オキソラン−3−イル基及び2−オキソ−オキソラン−4−イル基などが挙げられる。
酸安定モノマー(a4−3)としては、例えば2−ノルボルネン、2−ヒドロキシ−5−ノルボルネン、5−ノルボルネン−2−カルボン酸、5−ノルボルネン−2−カルボン酸メチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸2−ヒドロキシ−1−エチル、5−ノルボルネン−2−メタノール及び5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸無水物などが挙げられる。
<樹脂(A)の製造>
好ましい樹脂(A)は、モノマー(1)と、少なくとも1種のモノマー(a1)と、酸安定モノマー(a2)及び/又は酸安定モノマー(a3)とを重合した共重合体である。モノマー(a1)としては、より好ましくは、モノマー(a1−1)又はモノマー(a1−2)を含むモノマー(a1)であり、さらに好ましくは、モノマー(a1−1)を含むモノマー(a1)である。酸安定モノマー(a2)としては、より好ましくは、ヒドロキシアダマンチル基を有するものであり、さらに好ましくは、酸安定モノマー(a2−1)を含む酸安定モノマー(a2)である。酸安定モノマー(a3)としては、より好ましくは、γ−ブチロラクトン環を有する酸安定モノマー(a3−1)及びγ−ブチロラクトン環とノルボルナン環との縮合環を有する酸安定モノマー(a3−2)の少なくとも1種である。樹脂(A)は、公知の重合法(例えばラジカル重合法)によって製造できる。
樹脂(A)の重量平均分子量は、好ましくは、2,500以上(より好ましくは3,000以上)、50,000以下(より好ましくは30,000以下)である。なお、該重量平均分子量は、ゲルパーミュエーションクロマトグラフィー分析により、標準ポリスチレン基準の換算値として求められるものであり、該分析の詳細な分析条件は、本願の実施例で詳述する。
<酸発生剤(以下、「酸発生剤(B)」という。)>
酸発生剤(B)は、非イオン系酸発生剤とイオン系酸発生剤とに分類される。非イオン系酸発生剤には、有機ハロゲン化物、スルホネートエステル類(例えば、2−ニトロベンジルエステル、芳香族スルホネート、オキシムスルホネート、N−スルホニルオキシイミド、N−スルホニルオキシイミド、スルホニルオキシケトン及びDNQ 4−スルホネート)、スルホン類(例えば、ジスルホン、ケトスルホン及びスルホニルジアゾメタン)などが含まれる。イオン系酸発生剤は、オニウムカチオンを含むオニウム塩(例えば、ジアゾニウム塩、ホスホニウム塩、スルホニウム塩及びヨードニウム塩)が代表的である。オニウム塩のアニオンとしては、スルホン酸アニオン、スルホニルイミドアニオン及びスルホニルメチドアニオンなどがある。
酸発生剤(B)としては、レジスト分野で使用される酸発生剤(特に光酸発生剤)だけでなく、光カチオン重合の光開始剤、色素類の光消色剤、又は光変色剤等の放射線(光)によって酸を発生する公知化合物及びそれらの混合物も、適宜、使用できる。例えば、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号や、米国特許第3,779,778号、米国特許第3,849,137号、独国特許第3914407号、及び欧州特許第126,712号などに記載されている、放射線によって酸を発生する化合物を使用できる。
酸発生剤(B)は、好ましくはフッ素含有酸発生剤であり、より好ましくは式(B1)で表される酸発生剤(以下、場合により「酸発生剤(B1)」という。)である。
Figure 0005621432
式(B1)中、
1及びQ2は、それぞれ独立に、フッ素原子又はC1-6ペルフルオロアルキル基を表す。ペルフルオロアルキル基としては、例えばペルフルオロメチル基、ペルフルオロエチル基、ペルフルオロプロピル基、ペルフルオロイソプロピル基、ペルフルオロブチル基、ペルフルオロsec−ブチル基、ペルフルオロtert−ブチル基、ペルフルオロペンチル基及びペルフルオロヘキシル基などが挙げられる。Q1及びQ2は、それぞれ独立に、好ましくはペルフルオロメチル基又はフッ素原子であり、より好ましくはフッ素原子である。
Yは、C1-36脂肪族飽和炭化水素基を表し、該脂肪族飽和炭化水素基に含まれる−CH−は、−O−又は−CO−に置き換わっていてもよい。ここで、該脂肪族飽和炭化水素基のうち、脂環式炭化水素基に含まれる−CH−が、−O−又は−CO−に置き換わっている基の代表例を示す。例えば、環状エーテル基(脂環式炭化水素基に含まれる−CH−の1つ又は2つが、−O−に置き換わった基)、環状ケトン基(脂環式炭化水素基に含まれる−CH−の1つ又は2つが、−CO−に置き換わった基)及びラクトン環基(脂環式炭化水素基に含まれる−CH−のうち隣り合う2つの−CH−が、それぞれ、−O−及び−CO−に置き換わった基)などが挙げられる。
Yの脂肪族飽和炭化水素基のうち、鎖式炭化水素基としては、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、i−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、i−ペンチル基、t−ペンチル基、ネオペンチル基、1−メチルブチル基、2−メチルブチル基、1,2−ジメチルプロピル基、1−エチルプロピル基、n−ヘキシル基、1−メチルペンチル基及びn−ヘプチル基などのC1-6アルキル基が好ましい。
Yの脂肪族飽和炭化水素基のうち、脂環式炭化水素基としては、例えば式(Y1)〜式(Y26)で表される基が挙げられる。
Figure 0005621432
脂環式炭化水素基は、好ましくは式(Y1)〜式(Y19)のいずれかで表される基であり、より好ましくは式(Y11)、式(Y14)、式(Y15)又は式(Y19)で表される基であり、さらに好ましくは式(Y11)又は式(Y14)で表される基である。
Yの脂肪族炭化水素基は、置換基を有することもできる。この置換基としては、例えばハロゲン原子(但しフッ素原子を除く)、ヒドロキシ基、C1-12アルコキシ基、C6-18芳香族炭化水素基、C7-21アラルキル基、C2-4アシル基、グリシジルオキシ基、或いは−(CH2j2−O−CO−Rb1基(式中、Rb1は、C1-16脂肪族炭化水素基、C3-16飽和環状炭化水素基或いはC6-18芳香族炭化水素基を表す。j2は、0〜4の整数を表す。)などが挙げられる。
1-12アルコキシ基としては、例えばメトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基及びブトキシ基などが挙げられる。C6-18芳香族炭化水素基としては、フェニル基、ナフチル基及びアントラニル基などが挙げられ、さらに芳香環に置換基を有する、p−メチルフェニル基、p−tert−ブチルフェニル基及びp−アダマンチルフェニル基なども挙げられる。アラルキル基としては、例えばベンジル基、フェネチル基、フェニルプロピル基、トリチル基、ナフチルメチル基及びナフチルエチル基などが挙げられる。これらのアラルキル基も、その芳香環に置換基を有することもできる。アシル基としては、例えばアセチル基、プロピオニル基及びブチリル基などが挙げられる。Yの脂肪族炭化水素基が複数の置換基を有する場合、この複数の置換基は、それぞれ独立である。
以下、Yの具体例を挙げる。アルキル基を有する脂環式炭化水素基としては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 0005621432
ヒドロキシ基を有する脂環式炭化水素基としては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 0005621432
芳香族炭化水素基を有する脂環式炭化水素基としては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 0005621432
−(CH2j2−O−CO−Rb1基を有する脂環式炭化水素基としては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 0005621432
Yは、好ましくは置換基を有することもできるアダマンチル基又は置換基を有することもできるオキソアダマンチル基であり、より好ましくは、無置換のアダマンチル基又は無置換のオキソアダマンチル基である。
式(B1)中、
b1は、置換基を有することもできるC1-17脂肪族炭化水素基又は単結合を表し、該脂肪族炭化水素基は飽和炭化水素基が好ましい。該脂肪族炭化水素基として、直鎖状アルカンジイル基(例えば、メチレン基、エチレン基、プロパン−1,3−ジイル基、ブタン−1,4−ジイル基、ペンタン−1,5−ジイル基、ヘキサン−1,6−ジイル基、ヘプタン−1,7−ジイル基、オクタン−1,8−ジイル基、ノナン−1,9−ジイル基、デカン−1,10−ジイル基、ウンデカン−1,11−ジイル基、ドデカン−1,12−ジイル基、トリデカン−1,13−ジイル基、テトラデカン−1,14−ジイル基、ペンタデカン−1,15−ジイル基、ヘキサデカン−1,16−ジイル基及びヘプタデカン−1,17−ジイル基など)、分枝鎖状アルカンジイル基(例えば、前記直鎖状アルカンジイル基に、C1-4アルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、sec−ブチル基及びtert−ブチル基)の側鎖が結合し、その総炭素数が17以下のもの)及び環状脂肪族炭化水素基[シクロアルカンジイル基(例えばシクロヘキサンジイル基)、2価の橋かけ環状炭化水素基(例えばアダマンタンジイル基)など]が挙げられ、これらの基のうち2種以上を組み合わせたものでもよい。
b1の脂肪族炭化水素基は置換基を有することもできる。この置換基としては、例えばハロゲン原子、ヒドロキシ基、カルボキシ基、C6-18芳香族炭化水素基、C7-21アラルキル基、C2-4アシル基及びグリシジルオキシ基などが挙げられる。
また、Lb1の脂肪族炭化水素基に含まれる−CH−は、−O−又は−CO−に置き換わっていてもよい。Lb1は、好ましくは、式(b1−1)〜式(b1−6)のいずれか、より好ましくは式(b1−1)〜式(b1−4)のいずれか、さらに好ましくは式(b1−1)又は式(b1−2)で表される。なお、式(b1−1)〜式(b1−6)は、その左右を式(B1)に合わせて記載しており、左側でC(Q1)(Q2)−と結合し、右側で−Yと結合する。以下の式(b1−1)〜式(b1−6)の具体例も同様である。
Figure 0005621432
式(b1−1)中、Lb2は、単結合、或いはC1-15アルカンジイル基を表す。
式(b1−2)中、Lb3は、単結合、或いはC1-12アルカンジイル基を表し、Lb4は、C1-13アルカンジイル基を表す。但し、Lb3及びLb4の合計炭素数の上限は13である。
式(b1−3)中、Lb5は、C1-15アルカンジイル基を表す。
式(b1−4)中、Lb6及びLb7は、それぞれ独立に、C1-15アルカンジイル基を表す。但し、Lb6及びLb7の合計炭素数の上限は16である。
式(b1−5)中、Lb8は、C1-14アルカンジイル基を表す。
式(b1−6)中、Lb9及びLb10は、それぞれ独立に、C1-11アルカンジイル基を表す。但し、Lb6及びLb7の合計炭素数の上限は12である。
これらの中でも式(b1−1)で表される2価の基が好ましく、Lb2が単結合又は−CH−である式(b1−1)で表される2価の基がより好ましい。
式(b1−1)で表される2価の基としては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 0005621432
式(b1−2)で表される2価の基としては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 0005621432
式(b1−3)で表される2価の基としては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 0005621432
式(b1−4)で表される2価の基としては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 0005621432
式(b1−5)で表される2価の基としては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 0005621432
式(b1−6)で表される2価の基としては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 0005621432
スルホン酸アニオンは、式(b1−1)で表される2価の基を有するものが好ましく、式(b1−1−1)〜式(b1−1−9)で表されるものがより好ましい。
Figure 0005621432
式(b1−1−1)〜式(b1−1−9)中、Q1、Q2及びLb2は、前記式(B1)と同じ意味である。Rb2及びRb3は、それぞれ独立にC1-4脂肪族炭化水素基(好ましくは、メチル基)を表す。
次に、具体的なスルホン酸アニオンを例示する。まず、Yが置換基を有さない脂肪族炭化水素基であるか、アルキル基を有する脂環式炭化水素基であり、Lb1が、式(b1−1)で表される2価の基である含むスルホン酸アニオンを例示する。
Figure 0005621432
Figure 0005621432
Figure 0005621432
Figure 0005621432
Yが、−(CH2j2−O−CO−Rb1基を有する脂環式炭化水素基であり、Lb1が、式(b1−1)で表される2価の基であるスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 0005621432
Yが、ヒドロキシ基を有する脂環式炭化水素基であり、Lb1が、式(b1−1)で表される2価の基であるスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 0005621432
Figure 0005621432
Figure 0005621432
Figure 0005621432
Yが、芳香族炭化水素基又はアラルキル基を有する脂環式炭化水素基であり、Lb1が、式(b1−1)で表される2価の基であるスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 0005621432
Yが前記環状エーテル基であり、Lb1が、式(b1−1)で表される2価の基であるスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 0005621432
Yが前記ラクトン環基であり、Lb1が、式(b1−1)で表される2価の基であるスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 0005621432
Figure 0005621432
Yが、前記環状ケトン基であり、Lb1が、式(b1−1)で表される2価の基であるスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 0005621432
Yが、アルキル基有することもできる脂環式炭化水素基であり、Lb1が、式(b1−2)で表される2価の基であるスルホン酸アニオンであるスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 0005621432
Figure 0005621432
Figure 0005621432
Figure 0005621432
Figure 0005621432
Yが、−(CH2j2−O−CO−Rb1基を有する脂環式炭化水素基であり、Lb1が、式(b1−2)で表される2価の基であるスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 0005621432
Yが、ヒドロキシ基を有する脂環式炭化水素基であり、Lb1が、式(b1−2)で表される2価の基であるスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 0005621432
Figure 0005621432
Yが、前記環状エーテル基であり、Lb1が、式(b1−2)で表される2価の基であるスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 0005621432
Yが、前記ラクトン環基であり、Lb1が、式(b1−2)で表される2価の基であるスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 0005621432
Yが、前記環状ケトン基であり、Lb1が、式(b1−2)で表される2価の基であるスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 0005621432
Yが、芳香族炭化水素基を有する脂環式炭化水素基であり、Lb1が、式(b1−2)で表される2価の基であるスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 0005621432
Yが、アルキル基を有することもできる脂環式炭化水素基であり、Lb1が、式(b1−3)で表される2価の基であるスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 0005621432
Yが、アルコキシ基を有する脂環式炭化水素基であり、Lb1が、式(b1−3)で表される2価の基であるスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 0005621432
Yが、ヒドロキシ基を有する脂環式炭化水素基であり、Lb1が、式(b1−3)で表される2価の基であるスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 0005621432
Yが、前記環状ケトン基であり、Lb1が、式(b1−3)で表される2価の基であるスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 0005621432
Yが、アルキル基を有することもできる脂環式炭化水素基であり、Lb1が、式(b1−4)で表される2価の基であるスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 0005621432
Yが、アルコキシ基を有する脂環式炭化水素基であり、Lb1が、式(b1−4)で表される2価の基であるスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 0005621432
Yが、ヒドロキシ基を有する脂環式炭化水素基であり、Lb1が、式(b1−4)で表される2価の基であるスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 0005621432
Yが、前記環状ケトン基であり、Lb1が、式(b1−4)で表される2価の基であるスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 0005621432
以上のスルホン酸アニオンの例示のなかでも、Lb1が、式(b1−1)で表される2価の基であるスルホン酸アニオンが好ましく、以下のスルホン酸アニオンがさらに好ましい。
Figure 0005621432
次に、酸発生剤(B)に含まれるカチオンについて説明する。該カチオンとしては、有機カチオンが好ましく、中でも、オニウムカチオンが好ましい。このオニウムカチオンとしては、例えばスルホニウムカチオン、ヨードニウムカチオン、アンモニウムカチオン、ベンゾチアゾリウムカチオン、ホスホニウムカチオンなどが挙げられる。これらの中でも、スルホニウムカチオン及びヨードニウムカチオンが好ましく、アリールスルホニウムカチオンがより好ましい。
前記式(B1)中の有機カチオン(Z+)は、好ましくは式(b2−1)〜式(b2−4)のいずれかで表される。以下、これらの有機カチオンを式番号に応じて、「カチオン(b2−1)」〜「カチオン(b2−4)」ということがある。
Figure 0005621432
式(b2−1)中、
b4〜Rb6は、それぞれ独立に、C1-36脂肪族炭化水素基又はC6-18芳香族炭化水素基を表す。該脂肪族炭化水素基のうち、鎖式炭化水素基は、ヒドロキシ基、C1-12アルコキシ基或いはC6-18芳香族炭化水素基(該芳香族炭化水素基は、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、C1-36脂肪族炭化水素基又はC1-12アルコキシ基を有することもできる。)を有することもできる。該脂肪族炭化水素基のうち、脂環式炭化水素基は、ハロゲン原子、C2-4アシル基、又はグリシジルオキシ基を有することもできる。
式(b2−2)中、
b7及びRb8は、それぞれ独立に、ヒドロキシ基、C1-12脂肪族炭化水素基又はC1-12アルコキシ基を表し、m2及びn2は、それぞれ独立に0〜5の整数を表す。
式(b2−3)中、
b9及びRb10は、それぞれ独立に、C1-36脂肪族炭化水素基を表す。
b11は、水素原子、C1-36脂肪族炭化水素基又はC6-18芳香族炭化水素基を表す。
b9〜Rb11の脂肪族炭化水素基が鎖式炭化水素基である場合、その炭素数は好ましくは1〜12の範囲であり、脂環式炭化水素基である場合、その炭素数は、好ましくは3〜36の範囲、より好ましくは4〜12の範囲である。
b12は、C1-18脂肪族炭化水素基又はC6-18芳香族炭化水素基を表す。この芳香族炭化水素基は、C1-18脂肪族炭化水素基、C1-12アルコキシ基又はC2-13アルキルカルボニルオキシ基を有することもできる。
b9とRb10との組み合わせ、及びRb11とRb12との組み合わせは、それぞれ独立に、互いに結合して3員環〜12員環(好ましくは3員環〜7員環)を形成していてもよく、これらの環の−CH−は、−O−、−S−又は−CO−に置き換わっていてもよい。
式(b2−4)中、Rb13〜Rb18は、それぞれ独立に、ヒドロキシ基、C1-12脂肪族炭化水素基、又はC1-12アルコキシ基を表す。Lb11は、−S−又は−O−を表す。o2、p2、s2、及びt2は、それぞれ独立に、0〜5の整数を表し、q2及びr2は、それぞれ独立に、0〜4の整数を表し、u2は0又は1を表す。o2が2以上であるとき、複数のRb13はそれぞれ独立であり、p2が2以上であるとき、複数のRb14はそれぞれ独立であり、s2が2以上であるとき、複数のRb15はそれぞれ独立であり、t2が2以上であるとき、複数のRb18はそれぞれ独立である。
次に式(b2−1)〜式(b2−4)に含まれる置換基(Rb4〜Rb18)の好ましい例を挙げる。脂肪族炭化水素基のうち、鎖式炭化水素基としては、メチル基、エチル基、n−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、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、及び2−エチルヘキシル基が好ましい。脂肪族炭化水素基のうち、脂環式炭化水素基は、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、シクロデシル基、2−アルキル−2−アダマンチル基、1−(1−アダマンチル)−1−アルキル基、及びイソボルニル基が好ましい。好ましい芳香族炭化水素基は、フェニル基、4−メチルフェニル基、4−エチルフェニル基、4−tert−ブチルフェニル基、4−シクロへキシルフェニル基、4−メトキシフェニル基、ビフェニリル基及びナフチル基である。芳香族炭化水素基及び脂肪族炭化水素基が組み合わさった基(アラルキル基)としては、ベンジル基などが挙げられる。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、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、sec−ブチトキシ基、tert−ブチトキシ基、n−ペントキシ基、n−ヘキトキシ基、ヘプトキシ基、オクトキシ基、2−エチルヘキシルオキシ基、ノニルオキシ基、デシルオキシ基、ウンデシルオキシ基、及びドデシルオキシ基などが挙げられる。Rb9及びRb10が形成する環としては、例えばチオラン−1−イウム環(テトラヒドロチオフェニウム環)、チアン−1−イウム環、及び1,4−オキサチアン−4−イウム環などが挙げられる。Rb11及びRb12が形成する環としては、例えばオキソシクロヘプタン環、オキソシクロヘキサン環、オキソノルボルナン環、及びオキソアダマンタン環などが挙げられる。
カチオン(b2−1)〜カチオン(b2−4)の中でも、カチオン(b2−1)が好ましく、式(b2−1−1)で表されるカチオンがより好ましく、トリフェニルスルホニウムカチオン(式(b2−1−1)中、v2=w2=x2=0)がさらに好ましい。
Figure 0005621432
式(b2−1−1)中、
b19〜Rb21は、それぞれ独立に、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、C1-36脂肪族炭化水素基又はC1-12アルコキシ基を表す。前記脂肪族炭化水素基が鎖式炭化水素基である場合、その炭素数は、好ましくは1〜12の範囲であり、脂環式炭化水素基である場合、その炭素数は、好ましくは4〜36の範囲である。前記鎖式炭化水素基は、ヒドロキシ基、C1-12アルコキシ基又はC6-18芳香族炭化水素基を有することもでき、前記脂環式炭化水素基は、ハロゲン原子、C2-4アシル基、又はグリシジルオキシ基を有することもできる。v2、w2及びx2は、それぞれ独立に0〜5の整数(好ましくは0又は1)を表す。v2が2以上のとき、複数のRb19はそれぞれ独立であり、w2が2以上のとき、複数のRb20はそれぞれ独立であり、x2が2以上のとき、複数のRb21はそれぞれ独立である。
式(b2−1−1)中のRb19〜Rb21は、それぞれ独立に、好ましくは、ハロゲン原子(より好ましくはフッ素原子)、ヒドロキシ基、C1-12アルキル基、或いはC1-12アルコキシ基を表し、v2〜x2は、それぞれ独立に0〜5の整数(好ましくは0又は1)を表す。
次に酸発生剤(B)に含まれる具体的なカチオンを例示する。まずカチオン(b2−1−1)の具体例としては、以下のものが挙げられる。
Figure 0005621432
Figure 0005621432
カチオン(b2−2)の具体例としては、以下のものが挙げられる。
Figure 0005621432
カチオン(b2−3)の具体例としては、以下のものが挙げられる。
Figure 0005621432
Figure 0005621432
カチオン(b2−4)の具体例としては、以下のものが挙げられる。
Figure 0005621432
Figure 0005621432
Figure 0005621432
Figure 0005621432
以上、酸発生剤(B1)におけるスルホン酸アニオン及び有機カチオンを説明したが、該酸発生剤(B1)としては、これらのスルホン酸アニオン及び有機カチオンを任意に組合せることができる。
好ましい酸発生剤(B1)は、式(B1−1)〜式(B1−17)で表されるものであり、これらの中でもトリフェニルスルホニウムカチオンを含む酸発生剤である、式(B1−1)、式(B1−2)、式(B1−6)、式(B1−11)、式(B1−12)、式(B1−13)及び式(B1−14)で各々表される酸発生剤(B1)がより好ましい。
Figure 0005621432
Figure 0005621432
Figure 0005621432
Figure 0005621432
Figure 0005621432
<塩基性化合物(以下「塩基性化合物(C)」という場合がある)>
本レジスト組成物は、塩基性化合物(C)を含有するもある。この塩基性化合物(C)は、当技術分野で「クエンチャー」と呼ばれることもある塩基性化合物である。
塩基性化合物(C)は、好ましくは塩基性の含窒素有機化合物(例えば、アミンなど)である。アミンは、脂肪族アミンでも、芳香族アミンでもよい。脂肪族アミンは、1級アミン、2級アミン及び3級アミンのいずれでもよい。芳香族アミンは、アニリンのような芳香族環にアミノ基が結合したものや、ピリジンのような複素芳香族アミンのいずれでもよい。好ましい塩基性化合物(C)として、式(C2)で表される芳香族アミン、特に式(C2−1)で表されるアニリンが挙げられる。
Figure 0005621432
式(C2)中、
Arc1は、芳香族炭化水素基を表す。Rc5及びRc6は、それぞれ独立に、水素原子、脂肪族炭化水素基(好ましくはアルキル基、或いはシクロアルキル基)又は芳香族炭化水素基を表す。但し、該脂肪族炭化水素基又は該芳香族炭化水素基は、ヒドロキシ基、アミノ基又はC1-6アルコキシ基を有することもでき、前記アミノ基は、C1-4アルキル基をさらに有することもできる。該脂肪族炭化水素基の炭素数は、好ましくは1〜10程度であり、該芳香族炭化水素基の炭素数は、好ましくは6〜10程度である。
式(C2−1)中、
c5及びRc6は、前記と同じである。Rc7は、脂肪族炭化水素基(好ましくはアルキル基又はシクロアルキル基)、アルコキシ基、又は芳香族炭化水素基を表す。但し、脂肪族炭化水素基、アルコキシ基及び芳香族炭化水素基は、式(C2)で説明した置換基を有することもできる。m3は0〜3の整数を表す。m3が2以上のとき、複数のRc7は、それぞれ独立である。Rc7の脂肪族炭化水素基及び芳香族炭化水素基の好ましい炭素数は、式(C2)のものと同じであり、Rc7のアルコキシ基の炭素数は、好ましくは1〜6程度である。
芳香族アミン(C2)としては、例えば1−ナフチルアミン及び2−ナフチルアミンなどが挙げられる。アニリン(C2−1)としては、例えばアニリン、ジイソプロピルアニリン、2−,3−又は4−メチルアニリン、4−ニトロアニリン、N−メチルアニリン、N,N−ジメチルアニリン、ジフェニルアミンなどが挙げられる。これらの中でもジイソプロピルアニリン(特に2,6−ジイソプロピルアニリン)が好ましい。
塩基性化合物(C)としては、式(C3)〜式(C11)で表される化合物が挙げられる。
Figure 0005621432
式(C3)中のRc8の具体例は、式(C2)のRc7として説明した基と同じである。式(C3)〜式(C8)中の窒素原子と結合するRc9、Rc10、Rc11〜Rc14、Rc16〜Rc19及びRc22の具体例は、式(C2)のRc5及びRc6として説明した基と同じである。式(C7)〜式(C11)中の芳香族炭素と結合するRc20、Rc21、Rc23〜Rc28の具体例は、式(C2−1)のRc7として説明した基と同じである。式(C7)、式(C9)〜式(C11)中のo3、p3、q3、r3、s3、t3及びu3は、それぞれ独立に0〜3の整数を表す。o3が2以上であるとき、複数のRc20はそれぞれ独立であり、p3が2以上であるとき、複数のRc21はそれぞれ独立であり、q3が2以上であるとき、複数のRc24はそれぞれ独立であり、r3が2以上であるとき、複数のRc25はそれぞれ独立であり、s3が2以上であるとき、複数のRc26はそれぞれ独立であり、t3が2以上であるとき、複数のRc27はそれぞれ独立であり、u3が2以上であるとき、複数のRc28はそれぞれ独立である。
式(C6)中のRc15は、脂肪族炭化水素基又はアルカノイル基を表し、n3は0〜8の整数を表す。n3が2以上のとき、複数のRc15は、それぞれ独立である。Rc15の脂肪族炭化水素基の炭素数は、好ましくは1〜6程度であり、Rc15のアルカノイル基の炭素数は、好ましくは2〜6程度である。
式(C7)及び式(C10)のLc1及びLc2は、それぞれ独立に、2価の脂肪族炭化水素基(好ましくはアルキレン基)、−CO−、−C(=NH)−、−C(=NRc3)−、−S−、−S−S−、又はこれらの組合せを表す。前記2価の脂肪族炭化水素基の炭素数は、好ましくは2〜6程度である。Rc3は、C1-4アルキル基を表す。
化合物(C3)としては、例えば、ヘキシルアミン、ヘプチルアミン、オクチルアミン、ノニルアミン、デシルアミン、ジブチルアミン、ジペンチルアミン、ジヘキシルアミン、ジヘプチルアミン、ジオクチルアミン、ジノニルアミン、ジデシルアミン、トリエチルアミン、トリメチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、トリペンチルアミン、トリヘキシルアミン、トリヘプチルアミン、トリオクチルアミン、トリノニルアミン、トリデシルアミン、メチルジブチルアミン、メチルジペンチルアミン、メチルジヘキシルアミン、メチルジシクロヘキシルアミン、メチルジヘプチルアミン、メチルジオクチルアミン、メチルジノニルアミン、メチルジデシルアミン、エチルジブチルアミン、エチルジペンチルアミン、エチルジヘキシルアミン、エチルジヘプチルアミン、エチルジオクチルアミン、エチルジノニルアミン、エチルジデシルアミン、ジシクロヘキシルメチルアミン、トリス〔2−(2−メトキシエトキシ)エチル〕アミン、トリイソプロパノールアミンエチレンジアミン、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−1,2−ジフェニルエタン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジメチルジフェニルメタン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジエチルジフェニルメタンなどが挙げられる。
化合物(C4)としては、例えばピペラジンなどが挙げられる。化合物(C5)としては、例えばモルホリンなどが挙げられる。化合物(C6)としては、例えばピペリジン、及び特開平11−52575号公報に記載されているピペリジン骨格を有するヒンダードアミン化合物などが挙げられる。化合物(C7)としては、例えば2,2’−メチレンビスアニリンなどが挙げられる。
化合物(C8)としては、例えば、イミダゾール、4−メチルイミダゾールなどが挙げられる。化合物(C9)としては、例えば、ピリジン、4−メチルピリジンなどが挙げられる。化合物(C10)としては、例えば、1,2−ジ(2−ピリジル)エタン、1,2−ジ(4−ピリジル)エタン、1,2−ジ(2−ピリジル)エテン、1,2−ジ(4−ピリジル)エテン、1,3−ジ(4−ピリジル)プロパン、1,2−ジ(4−ピリジルオキシ)エタン、ジ(2−ピリジル)ケトン、4,4’−ジピリジルスルフィド、4,4’−ジピリジルジスルフィド、2,2’−ジピリジルアミン、2,2’−ジピコリルアミンなどが挙げられる。化合物(C11)としては、例えばビピリジンなどが挙げられる。
<溶剤(以下「溶剤(E)」という場合がある)>
本レジスト組成物は、溶剤(E)を含有する。この溶剤(E)は、樹脂(A)及び酸発生剤(B)〔好ましくは、酸発生剤(B1)〕の種類及びその量と、さらに後述するレジストパターンの製造において、基板上に本レジスト組成物を塗布する際の塗布性が良好となるという点から適宜、最適なものを選ぶことができる。
溶剤(E)としては、例えば、エチルセロソルブアセテート、メチルセロソルブアセテート及びプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートのようなグリコールエーテルエステル類;プロピレングリコールモノメチルエーテルのようなグリコールエーテル類;乳酸エチル、酢酸ブチル、酢酸アミル及びピルビン酸エチルのようなエステル類;アセトン、メチルイソブチルケトン、2−ヘプタノン及びシクロヘキサノンのようなケトン類;γ−ブチロラクトンのような環状エステル類;などを挙げることができる。溶剤(E)は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
<その他の成分(以下「その他の成分(F)」という場合がある)>
本レジスト組成物は、必要に応じて、樹脂(A)、酸発生剤(B)、溶剤(E)及び必要に応じて用いられる塩基性化合物(C)以外のその他の成分(F)を含有することもできるその他の成分(F)に特に限定はなく、レジスト分野で公知の添加剤、例えば増感剤、溶解抑止剤、界面活性剤、安定剤及び染料などを利用できる。
<本レジスト組成物及びその調製方法>
本レジスト組成物は、樹脂(A)、酸発生剤(B)及び溶剤(E)を混合することで、又は、
樹脂(A)、酸発生剤(B)、塩基性化合物(C)及び溶剤(E)を混合することで調製することができる。さらに、必要に応じて、その他の成分(F)を混合することもある。かかる混合において、その混合順は任意であり、特に限定されるものではない。混合する際の温度は、10〜40℃の範囲から、用いる樹脂(A)などの種類や樹脂(A)などの溶剤(E)に対する溶解度などに応じて適切な温度範囲を選ぶことができる。混合時間は、混合温度に応じて、0.5〜24時間の中から適切な時間を選ぶことができる。なお、混合手段も特に制限はなく、攪拌混合などを用いることができる。
次に、本レジスト組成物において、樹脂(A)、酸発生剤(B)及び溶剤(E)、並びに必要に応じて用いられる塩基性化合物(C)の好ましい含有量について説明する。
溶剤(E)の含有量は、上述のとおり、樹脂(A)の種類などに応じて適宜調節できるが、本レジスト組成物の総質量に対して90質量%以上であると好ましい。このような含有割合で溶剤(E)を含有する本レジスト組成物は、例えば後述するレジストパターンの製造方法において、厚み30〜300nm程度の組成物層を形成可能な薄膜レジストを製造するために適している。溶剤(E)の含有割合は、本レジスト組成総質量に対して、90質量%以上(好ましくは92質量%以上、より好ましくは94質量%以上)、99.9質量%以下(好ましくは99質量%以下)の範囲が好ましい。溶剤(E)の含有量は、例えば液体クロマトグラフィー又はガスクロマトグラフィーなどの公知の分析手段で測定できる。
本レジスト組成物に対する樹脂(A)の含有割合は、本レジスト組成物の固形分の総質量に対して、好ましい範囲が選択される。具体的にいうと、該固形分の総質量に対する樹脂(A)の含有割合は、80質量%以上であると好ましい。なお、ここでいう「固形分」とは、本レジスト組成物から溶剤(E)を除いたものを意味する。
本レジスト組成物に対する酸発生剤(B)の含有割合は、本レジスト組成物に含有される樹脂(A)の総質量に対して、好ましい範囲が選択される。具体的には、樹脂(A)100質量部に対して、酸発生剤(B)が好ましくは1質量部以上であり、より好ましくは3質量部以上である。また、樹脂(A)100質量部に対して、酸発生剤(B)が好ましくは30質量部以下であり、より好ましくは25質量部以下である。
本レジスト組成物に塩基性化合物(C)を用いる場合、その含有割合も該本レジスト組成物の固形分の総質量に対して、好ましい範囲が選択される。具体的にいうと、該固形分の総質量に対する塩基性化合物(C)の含有量は、0.01〜1質量%程度であると好ましい。
これら樹脂(A)及び酸発生剤(B)、並びに必要に応じて用いられる塩基性化合物(C)の各々の好適な含有割合も、本レジスト組成物を調製する際の各々の使用量により制御できる。本レジスト組成物を調製した後には、該本レジスト組成物を、例えばガスクロマトグラフィー、液体クロマトグラフィーなどの公知の分析手段に供して、各々の含有割合を求めることもできる。
なお、その他の成分(F)を本レジスト組成物に用いる場合には、当該その他の成分(F)の種類に応じて、適切な含有割合を調節することもできる。
このように、樹脂(A)、酸発生剤(B)及び溶剤(E)、並びに必要に応じて用いられる塩基性化合物(C)又は成分(F)の各々を好ましい含有割合で混合した後は、孔径0.2μm程度のフィルターを用いてろ過などすることにより、本レジスト組成物は調製できる。
<レジストパターンの製造方法>
本発明のレジストパターンの製造方法は、
(1)本レジスト組成物を基板上に塗布する工程、
(2)塗布後の組成物から溶剤を除去して組成物層を形成する工程、
(3)組成物層に露光する工程、
(4)露光後の組成物層を加熱する工程、
(5)加熱後の組成物層を現像する工程
を含む。以下、ここに示す工程の各々を、「工程(1)」〜「工程(5)」のようにいう。
工程(1)における本レジスト組成物の基板上への塗布は、スピンコーターなど、半導体の微細加工のレジスト材料塗布用として広く用いられている塗布装置によって行うことができる。かくして基板上にレジスト組成物からなる塗布膜が形成される。当該塗布装置の条件(塗布条件)を種々調節することで、該塗布膜の膜厚は調整可能であり、適切な予備実験などを行うことにより、所望の膜厚の塗布膜になるように塗布条件を選ぶことができる。本レジスト組成物を塗布する前の基板は、微細加工を実施しようとする種々のものを選ぶことができる。なお、本レジスト組成物を塗布する前に、基板を洗浄したり、反射防止膜を形成しておいたりすることもできる。この反射防止膜の形成には例えば、市販の有機反射防止膜用組成物を用いることができる。
工程(2)においては、基板上に塗布された本レジスト組成物、すなわち塗布膜から溶剤〔溶剤(E)〕を除去する。このような溶剤除去は、例えば、ホットプレート等の加熱装置を用いた加熱手段、又は減圧装置を用いた減圧手段により、或いはこれらの手段を組み合わせて、該塗布膜から溶剤を蒸発させることにより行われる。加熱手段や減圧手段の条件は、本レジスト組成物に含まれる溶剤(E)の種類等に応じて調整されるが、例えばホットプレートを用いる加熱手段(ホットプレート加熱)では、該ホットプレートの表面温度を50〜200℃程度の範囲にしておけばよい。また、減圧手段では、適当な減圧機の中に、塗布膜が形成された基板を封入した後、該減圧機の内部圧力を1〜1.0×10Pa程度にすればよい。かくして塗布膜から溶剤を除去することにより、該基板上には組成物層が形成される。
工程(3)は該組成物層を露光する工程であり、好ましくは、露光機を用いて該組成物層を露光するものである。この際には、微細加工を実施しようとする所望のパターンに応じたマスクを介して露光が行われる。露光機の露光光源としては、KrFエキシマレーザ(波長248nm)、ArFエキシマレーザ(波長193nm)、F2レーザ(波長157nm)のような紫外域のレーザ光を放射するもの、固体レーザ光源(YAG又は半導体レーザ等)からのレーザ光を波長変換して遠紫外域または真空紫外域の高調波レーザ光を放射するもの、電子線、EUV(波長13.5nm)など、種々のものを用いることができる。
上述のとおり、マスクを介して露光することにより、該組成物層には露光された部分(露光部)及び露光されていない部分(未露光部)が生じる。露光部の組成物層では該組成物層に含まれる酸発生剤(B)が露光エネルギーを受けて酸を発生し、さらに発生した酸の作用により、樹脂(A)にある酸不安定基が脱保護反応を生じ、結果として露光部の組成物層にある樹脂(A)はアルカリ水溶液に可溶なものとなる。一方、未露光部では露光エネルギーを受けていないため、樹脂(A)はアルカリ水溶液に対して不溶又は難溶のままとなる。かくして、露光部にある組成物層と未露光部にある組成物層とは、アルカリ水溶液に対する溶解性が著しく相違することとなる。
工程(4)においては、露光部で生じうる脱保護基反応を、さらにその進行を促進するための加熱処理が行われる。かかる加熱処理は前記工程(2)で示したホットプレートを用いる加熱手段などが採用される。なお、工程(4)におけるホットプレート加熱では、該ホットプレートの表面温度は50〜200℃程度が好ましく、70〜150℃程度がさらに好ましい。
工程(5)は、加熱後の組成物層を現像する工程であり、好ましくは、加熱後の組成物層を現像装置により現像するものである。ここでいう現像とは、加熱後の組成物層をアルカリ水溶液と接触させることにより、露光部の組成物層を該アルカリ水溶液に溶解させ、未露光部の組成物層を基板上に残すことにより、当該基板上にレジストパターンが製造される。
ここで用いられるアルカリ水溶液は、「アルカリ現像液」と称されて、本技術分野で用いられるものを用いることができる。該アルカリ水溶液としては例えば、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドの水溶液や(2−ヒドロキシエチル)トリメチルアンモニウムヒドロキシド(通称コリン)の水溶液などが挙げられる。
以上により基板上に製造されたレジストパターンは、好ましくは超純水等でリンス処理を行い、さらに基板及びレジストパターン上に残存している水分を除去する。
<用途>
本レジスト組成物は、KrFエキシマレーザー露光用のレジスト組成物、ArFエキシマレーザー露光用のレジスト組成物、EB用のレジスト組成物又はEUV露光機用のレジスト組成物として好適である。
以下、本発明を実施例によって詳細に説明する。
実施例及び比較例中、含有量及び使用量を表す「%」及び「部」は、特記ないかぎり質量基準である。
重量平均分子量(Mw)は、ポリスチレンを標準品として、ゲルパーミュエーションクロマトグラフィー(東ソー株式会社製HLC−8120GPC型、カラムは”TSKgel Multipore HXL−M”3本、溶媒はテトラヒドロフラン)により求めた値である。
カラム:TSKgel Multipore HXL-M x 3 + guardcolumn(東ソー社製)
溶離液:テトラヒドロフラン
流量:1.0mL/min
検出器:RI検出器
カラム温度:40℃
注入量:100μl
分子量標準:標準ポリスチレン(東ソー社製)
合成例1
式(1−1)で表される化合物(モノマー(1−1))の合成
Figure 0005621432
式(1−1−b)で表される化合物2.43部及びN,N’−ジメチルホルムアミド15.00部を、反応器に仕込み、23℃で30分間攪拌した。得られた混合物に、炭酸カリウム1.07部及びヨウ化カリウム0.34部を加え、50℃で1時間攪拌した。得られた混合物を、40℃まで冷却し、式(1−1−a)で表される化合物0.85部をN,N’−ジメチルホルムアミド5.00部に溶解した溶液を1時間かけて滴下し、40℃で5時間攪拌した。得られた混合物を、23℃まで冷却し、クロロホルム30.00部及び1N塩酸30.00部を加えて攪拌し、静置した後、分液操作により有機層と水層とを分離した。回収された有機層は、イオン交換水30.00部で水洗し、水層が中性になるまでこの水洗を繰り返した。水洗後の有機層に活性炭1.2部を加えて攪拌し、ろ過した。得られたろ液を濃縮し、残渣に酢酸エチル10部を加えて攪拌し、上澄液を除去した。次に、残渣にtert−ブチルメチルエーテル10部を加えて攪拌し、上澄液を除去した。得られた残渣をクロロホルムに溶解し、濃縮した後、カラム分取(カラム分取条件 固定相:メルク社製シリカゲル60−200メッシュ 展開溶媒:n−ヘキサン/酢酸エチル=8/1)することにより、無色オイルとして、式(1−1)で表される化合物0.63部を得た。
質量分析:291.2(分子イオンピーク)
合成例2
モノマー(1−A)の合成
Figure 0005621432
式(1−A−a)で表される化合物33.25部、ジシクロヘキシルカルボジイミド23.93部及び塩化メチレン40.00部を、反応器に仕込み、混合後、0℃で、式(1−A−b)で表される化合物18.83部を加え、0℃で1時間攪拌した。23℃まで昇温し、更に、30分間攪拌した。不溶物をろ過し、得られたろ液を濃縮して、式(1−A−c)で表される化合物44.19部を得た。

Figure 0005621432
式(1−A−c)で表される化合物19.33部、式(1−A−d)で表される化合物12.71部及びアセトニトリル200部を、反応器に仕込み、50℃で3時間攪拌した。得られた混合物を濃縮し、クロロホルム300部及びイオン交換水150部を加えた後、分液操作により、有機層を回収した。回収された有機層をイオン交換水150部で水洗した後、有機層を濃縮した後、カラム分取(カラム分取条件 固定相:メルク社製シリカゲル60−200メッシュ 展開溶媒:酢酸エチル)することにより、式(1−A)で表される化合物22.98部を得た。
質量分析:252.2(分子イオンピーク)
合成例3
モノマー(1−B)の合成
Figure 0005621432
式(1−A−c)で表される化合物19.33部、式(1−B−a)で表される化合物16.53部及びアセトニトリル200部を、反応器に仕込み、50℃で3時間攪拌した。得られた混合物を濃縮し、クロロホルム300部及びイオン交換水150部を加えた後、分液操作により、有機層を回収した。有機層をイオン交換水150部で水洗した後、有機層を濃縮した。残渣を、カラム分取(カラム分取条件 固定相:メルク社製シリカゲル60−200メッシュ 展開溶媒:酢酸エチル)することにより、式(1−B)で表される化合物24.18部を得た。
質量分析:290.2(分子イオンピーク)
合成例4
モノマー(1−C)の合成
Figure 0005621432
式(1−C−a)で表される化合物20.00部、ジシクロヘキシルカルボジイミド23.93部及び塩化メチレン40.00部を、反応器に仕込み、混合後、0℃で、式(1−C−b)で表される化合物18.83部を加え、0℃で1時間攪拌した。23℃まで昇温し、更に、30分間攪拌した後、不溶物をろ過した。得られたろ液を濃縮して、式(1−C−c)で表される化合物30.56部を得た。
Figure 0005621432
式(1−C−c)で表される化合物13.62部、式(1−B−a)で表される化合物16.53部及びアセトニトリル200部を、反応器に仕込み、50℃で3時間攪拌した。得られた混合物を濃縮し、クロロホルム300部及びイオン交換水150部を加えた後、分液操作により、有機層を回収した。有機層をイオン交換水150部で水洗した後、有機層を濃縮した。残渣を、次の条件でカラム分取(カラム分取条件 固定相:メルク社製シリカゲル60−200メッシュ 展開溶媒:酢酸エチル)することにより、式(1−C)で表される化合物21.84部を得た。
質量分析:233.2(分子イオンピーク)
下記モノマーを用いて樹脂を合成した。
Figure 0005621432
合成例5
樹脂A1の合成
モノマー(a1’−1−1)、モノマー(1−1)、モノマー(a2−1−1)、モノマー(a3−2−1)をモル比〔モノマー(a1’−1−1):モノマー(1−1):モノマー(a2−1−1):モノマー(a3−2−1)〕20:20:20:40で、反応器に仕込み、全モノマー量の1.2重量倍のジオキサンを加えて溶液とした。そこに開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル及びアゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を全モノマー量に対してそれぞれ1mol%及び3mol%添加し、73℃で約5時間加熱した。その後、反応液を、大量のメタノール及び水の混合溶媒(メタノール/水=4/1(質量比))に注いだ。析出した沈殿物(樹脂)を再び、ジオキサンに溶解し、大量のメタノール及び水の混合溶媒に注いで、樹脂を沈殿させるという操作を2回行って精製し、Mwが7.0×10の樹脂を収率64%で得た。この樹脂は、各モノマーに対応する構造単位を有する共重合体であり、これを樹脂A1とする。
合成例6
樹脂A2の合成
合成例5のモノマー(a3−2−1)を、モノマー(a3−1−1)に置き換える以外は、合成例5と同じ実験を行った。その結果、Mwが約7.0×10の樹脂を、収率68%で得た。この樹脂は、各モノマーに対応する構造単位を有する共重合体であり、これを樹脂A2とする。
合成例7
樹脂A3の合成
合成例5のモノマー(a3−2−1)の10/45を、モノマー(a3−1−1)に置き換える以外は、合成例5と同じ実験を行った。その結果、Mwが約7.1×10の樹脂を、収率55%で得た。この樹脂は、各モノマーに対応する構造単位を有する共重合体であり、これを樹脂A3とする。
合成例8
合成例5のモノマー(a2−1−1)の5/20を、モノマー(a2−1−2)に置き換える以外は、合成例5と同じ実験を行った。その結果、Mwが約7.1×10の樹脂を、収率63%で得た。この樹脂は、各モノマーに対応する構造単位を有する共重合体であり、これを樹脂A4とする。
合成例9
樹脂A5の合成
合成例5のモノマー(a1’−1−1)を、モノマー(a1’−1−2)に置き換える以外は、合成例5と同じ実験を行った。その結果、Mwが約7.0×10の樹脂を、収率65%で得た。この樹脂は、各モノマーに対応する構造単位を有する共重合体であり、これを樹脂A5とする。
合成例10
樹脂A6の合成
合成例5のモノマー(1−1)の5/20を、モノマー(a1’−2−1)に置き換える以外は、合成例5と同じ実験を行った。その結果、Mwが約7.0×10の樹脂を、収率70%で得た。この樹脂は、各モノマーに対応する構造単位を有する共重合体であり、これを樹脂A6とする。
合成例11
樹脂A7の合成
合成例5のモノマー(1−1)を、モノマー(1−A)に置き換える以外は、合成例5と同じ実験を行った。その結果、Mwが約6.6×10の樹脂を、収率64%で得た。この樹脂は、各モノマーに対応する構造単位を有する共重合体であり、これを樹脂A7とする。
合成例12
樹脂A8の合成
合成例5のモノマー(1−1)を、モノマー(1−B)に置き換える以外は、合成例5と同じ実験を行った。その結果、Mwが約6.5×10の樹脂を、収率62%で得た。この樹脂は、各モノマーに対応する構造単位を有する共重合体であり、これを樹脂A8とする。
合成例13
樹脂A9の合成
合成例5のモノマー(1−1)を、モノマー(1−C)に置き換える以外は、合成例5と同じ実験を行った。その結果、Mwが約6.6×10の樹脂を、収率63%で得た。この樹脂は、各モノマーに対応する構造単位を有する共重合体であり、これを樹脂A9とする。
合成例13
樹脂H1の合成
モノマー(a1’−1−2)、モノマー(a2−1−1)及びモノマー(a3−1−1)を、モル比〔モノマー(a1’−1−2):モノマー(a2−1−1):モノマー(a3−1−1)〕50:25:25の割合で仕込み、次いで、全モノマーの合計質量に対して、1.5質量倍のジオキサンを加えた。得られた混合物に、開始剤としてアゾビスイソブチロニトリルとアゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)とを全モノマーの合計モル数に対して、それぞれ、1mol%と3mol%との割合で添加し、77℃で約5時間加熱した。その後、反応液を、大量のメタノール及び水の混合溶媒(メタノール/水=4/1(質量比))に注いだ。析出した沈殿物(樹脂)を再び、ジオキサンに溶解し、大量のメタノール及び水の混合溶媒に注いで、樹脂を沈殿させるという操作を2回行って精製し、重量平均分子量が約8.0×10の樹脂(共重合体)を収率60%で得た。この樹脂を樹脂H1とする。
合成例14
酸発生剤B1の合成
ジフルオロ(フルオロスルホニル)酢酸メチルエステル100部及びイオン交換水150部を混合し、この混合物に、氷浴下、30%水酸化ナトリウム水溶液230部を滴下した。混合物が還流を生じるまで(温度:100℃程度)まで加温し、同温度で3時間還流させた。冷却後、濃塩酸88部を加えて中和した。得られた溶液を濃縮することによりジフルオロスルホ酢酸ナトリウム塩164.4部を得た(無機塩含有、純度62.7%)。得られたジフルオロスルホ酢酸ナトリウム塩1.9部(純度62.7%)、N,N−ジメチルホルムアミド9.5部に、1,1’−カルボニルジイミダゾール1.0部を添加し2時間撹拌し、溶液Iを得た。別の容器に、3−ヒドロキシ−1−アダマンチルメタノール1.1部及びN,N−ジメチルホルムアミド5.5部を仕込み、ここに水素化ナトリウム0.2部を添加し、2時間撹拌することにより、溶液IIを得た。この溶液IIに、溶液Iを添加した後、15時間撹拌した。かくして生成物であるジフルオロスルホ酢酸3−ヒドロキシ−1−アダマンチルメチルエステルナトリウム塩を含む溶液を得た。
得られたジフルオロスルホ酢酸3−ヒドロキシ−1−アダマンチルメチルエステルナトリウム塩を含む溶液に、クロロホルム17.2部及び14.8%トリフェニルスルホニウムクロライド水溶液2.9部を添加した。15時間撹拌後、静置し、二層分離した有機層及び水層を分液操作により分離した。水層はさらにクロロホルム6.5部を用いて抽出し、このクロロホルム抽出液を有機層と合せ、さらにイオン交換水で水洗した。水洗後の有機層を濃縮し、残渣にtert−ブチルメチルエーテル5.0部を添加し、撹拌後に濾過することによって白色固体としてトリフェニルスルホニウム1−((3−ヒドロキシ−1−アダマンチル)メトキシカルボニル)ジフルオロメタンスルホナート(B1−2)0.2部を得た。
Figure 0005621432
実施例1〜9及び比較例1〜2
表1に記載の各成分を混合して溶解し、さらに孔径0.2μmのフッ素樹脂製フィルターで濾過して、液状のレジスト組成物を調製した。
Figure 0005621432
クエンチャー(Q1):2,6−ジイソプロピルアニリン
溶剤:
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 265部
2−ヘプタノン 20部
プロピレングリコールモノメチルエーテル 20部
γ−ブチロラクトン 3.5部
12インチのシリコン製ウェハー上に、有機反射防止膜用組成物[ARC−29;日産化学(株)製]を塗布して、205℃、60秒の条件でベークすることによって、厚さ780Åの有機反射防止膜を形成させた。次いで、前記の有機反射防止膜の上に、上記のレジスト組成物を乾燥後の膜厚(組成物層の膜厚)が85nmとなるようにスピンコートした。
レジスト組成物塗布後、得られたシリコンウェハをダイレクトホットプレート上にて、表1の「PB」欄に記載された温度で60秒間プリベーク(PB)した。こうして組成物層を形成したウェハーに、液浸露光用ArFエキシマステッパー[XT:1900Gi;ASML社製、NA=1.35、3/4Annular X−Y偏向]を用いて、露光量を段階的に変化させてラインアンドスペースパターンを液浸露光した。
露光後、ホットプレート上にて、表1の「PEB」欄に記載された温度で60秒間ポストエキスポジャーベーク(PEB)を行い、さらに2.38質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液で60秒間のパドル現像を行った。
各組成物層において、50nmのラインアンドスペースパターンが1:1となる露光量となる露光量を実効感度とした。
形状評価
50nmのラインアンドスペースパターンを走査型電子顕微鏡で観察した。トップ形状及び裾形状が矩形に近く良好なものを「good」(「g」と表記する。)、トップ形状が丸い又はT字型に近いもの、又は裾引きが見られるものを「bad」(「b」と表記する。)とする2水準で評価し、表2にその結果をまとめた。
フォーカスマージン評価(DOF)
実効感度において、フォーカスを振った場合、線幅が50nm±5%の幅にある範囲(47.5〜52.5nm)を線幅指標として求めた。この結果(DOF)を、表2にまとめた(表2、DOF項、括弧内の数値)。そして、DOFが0.15μm以上であるものを「good」(「g」と表記する。)、0.15μm未満であるものを「bad」(「b」と表記する。)とする2水準で評価し、表2にその結果をあわせてまとめた。
Figure 0005621432
本発明のレジスト組成物は、半導体の微細加工に有用である。

Claims (9)

  1. 式(1)で表されるモノマーに由来する構造単位を有する樹脂と、酸発生剤と、溶剤を
    含有するレジスト組成物。
    Figure 0005621432
    [式(1)中、
    及びRはそれぞれ独立に、水素原子又はC1-4アルキル基を表す。
    は、*1−(CH−CO−O−*2で表される基、*1−(CH−CO−NR−*2で表される基又は単結合を表し、Rは水素原子又はC1-4アルキル基を表し、m及びnは、それぞれ独立に、1〜6の整数を表す。*1は、窒素原子との結合手であり、*2は、−CRとの結合手である。
    は、C 1-16 脂肪族炭化水素基を表し、R 及びR は互いに結合して、これらが結合する炭素原子とともに、C 3-18 環を形成している。
  2. 前記式(1)の−CRで示される基が、式(2)又は式(3)で表される基である請求項1記載のレジスト組成物。
    Figure 0005621432
    [式(2)及び式(3)中、
    及びRは、それぞれ独立に、C1-16脂肪族炭化水素基を表す。
    及びR10は、それぞれ独立に、C1-8脂肪族炭化水素基を表す。
    p及びqは、それぞれ独立に、0〜10の整数を表す。pが2以上である場合、複数のRはそれぞれ独立であり、qが2以上である場合、複数のR10はそれぞれ独立である。]
  3. 前記樹脂が、アルカリ水溶液に不溶又は難溶であり、酸の作用によりアルカリ水溶液に可溶となる樹脂である請求項1又は2記載のレジスト組成物。
  4. 前記酸発生剤が式(B1)で表される酸発生剤である請求項1〜3のいずれか記載のレジスト組成物。
    Figure 0005621432
    [式(B1)中、
    1及びQ2は、それぞれ独立に、フッ素原子又はC1-6ペルフルオロアルキル基を表す。
    b1は、置換基を有していてもよいC1-17脂肪族炭化水素基又は単結合を表し、該脂肪族炭化水素基に含まれる−CH−は、−O−又は−CO−に置き換わっていてもよい。
    Yは、置換基を有していてもよいC1-36脂肪族炭化水素基を表し、該脂肪族炭化水素基に含まれる−CH−は、−O−、−SO−又は−CO−に置き換わっていてもよい。
    +は、有機カチオンを表す。]
  5. 前記式(B1)のLb1が、*−CO−O−(*は、−C(Q)(Q)−との結合手を表す)である請求項4記載の組成物。
  6. 前記式(B1)のZが、アリールスルホニウムカチオンである請求項4又は5記載のレジスト組成物。
  7. さらに、塩基性化合物を含有する請求項1〜6のいずれか記載のレジスト組成物。
  8. 前記塩基性化合物が含窒素塩基性化合物である請求項7記載のレジスト組成物。
  9. (1)請求項1〜8のいずれか記載のレジスト組成物を基板上に塗布する工程、
    (2)塗布後の組成物から溶剤を除去して組成物層を形成する工程、
    (3)組成物層を露光する工程、
    (4)露光後の組成物層を加熱する工程、
    (5)加熱後の組成物層を、現像する工程、
    を含むレジストパターンの製造方法。
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