JP5703702B2 - 酸発生剤用の塩及びレジスト組成物 - Google Patents

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Description

本発明は、酸発生剤用の塩及びレジスト組成物に関する。
特許文献1には、レジスト組成物に含まれる酸発生剤として、下記で表される塩が記載されている。
Figure 0005703702
特開2008−69146号公報
従来の酸発生剤用の塩では、該塩を含むレジスト組成物から得られるパターンのフォーカスマージン(DOF)又はパターン倒れ耐性(PCM)が必ずしも満足できない場合があった。
本発明は、以下の発明を含む。
[1] 式(I)で表される塩。
Figure 0005703702
[式(I)中、
及びQは、互いに独立に、フッ素原子又はC1-6ペルフルオロアルキル基を表す。
及びLは、それぞれ独立に、C1-17アルキレン基を表し、該アルキレン基に含まれる−CH−は、−O−又は−CO−で置き換わっていてもよい。
環Wは、C3-36飽和炭化水素環を表す。
は、水酸基、C1-6アルキル基又はC1-6アルコキシ基を表す。
sは、0〜2の整数を表す。sが2である場合、複数のRは同じであっても異なっていてもよい。
環Wは、C4-36飽和炭化水素環を表し、前記飽和炭化水素環に含まれる−CH−は、−CO−又は−O−で置き換わっていてもよい。但し、前記飽和炭化水素環に含まれる−CH−の少なくとも1つは、−CO−に置き換わる。
は、C1-6アルキル基、C1-6アルコキシ基又はC1-6アルコキシカルボニル基を表す。
tは、0〜2の整数を表す。tが2である場合、複数のRは同じであっても異なっていてもよい。
は、有機対イオンを表す。]
[2] 式(I)で表される塩が、式(I1)で表される塩である[1]記載の塩。
Figure 0005703702
[式(I1)中、
、Q、L、L、環W、R、s、環W、R、t及びZは、前記と同じ意味を表す。
は、水素原子又はC1-6アルキル基を表すか、環Wに含まれる炭素原子と互いに結合して環を形成する。]
[3] Lが、−CO−O−L−、−CO−O−L−O−又は−L−O−CO−(Lは、単結合又はC1-6アルキレン基を表し、L及びLは、それぞれ独立に、C1-6アルキレン基を表し、*は−C(Q)(Q)−との結合手を表す。)である[1]又は[2]記載の塩。
[4] Lが、−O−L−CO−O−、−O−L−CO−O−L−O−、−CO−O−L−CO−O−、−CO−O−L10−O−又は−O−L11−O−(L〜L11は、それぞれ独立に、C1-6アルキレン基を表し、*は環Wとの結合手を表す。)である[1]〜[3]のいずれか記載の塩。
[5] 環Wがアダマンタン環である[1]〜[4]のいずれか記載の塩。
[6] 環Wが、式(I−Ba)で表される環又は式(I−Bb)で表される環である[1]〜[5]のいずれか記載の塩。
Figure 0005703702
[7] Zが、トリアリールスルホニウムカチオンである[1]〜[6]のいずれか記載の塩。
[8] [1]〜[7]のいずれか記載の塩を含有する酸発生剤。
[9] [8]記載の酸発生剤と樹脂とを含有し、該樹脂は酸に不安定な基を有し、かつ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で溶解し得る樹脂であるレジスト組成物。
[10] さらに塩基性化合物を含有する[9]記載のレジスト組成物。
[11](1)[9]又は[10]記載のレジスト組成物を基板上に塗布する工程、
(2)塗布後の組成物を乾燥させて組成物層を形成する工程、
(3)組成物層に露光機を用いて露光する工程、
(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、現像装置を用いて現像する工程、
を含むレジストパターンの製造方法。
本発明の塩によれば、該塩を含むレジスト組成物から、優れたフォーカスマージン又はパターン倒れ耐性(PCM)を有するパターンを得ることができる。
〈式(I)で表される塩〉
本発明の塩は、式(I)で表される。
本明細書において、「Ca-b」は「炭素数a〜b」を意味する。
Figure 0005703702
[式(I)中、
及びQは、互いに独立に、フッ素原子又はC1-6ペルフルオロアルキル基を表す。
及びLは、それぞれ独立に、C1-17アルキレン基を表し、該アルキレン基に含まれる−CH−は、−O−又は−CO−で置き換わっていてもよい。
環Wは、C3-36飽和炭化水素環を表す。
は、水酸基、C1-6アルキル基又はC1-6アルコキシ基を表す。
sは、0〜2の整数を表す。sが2である場合、複数のRは同じであっても異なっていてもよい。
環Wは、C4-36飽和炭化水素環を表し、前記飽和炭化水素環に含まれる−CH−は、−CO−又は−O−で置き換わっていてもよい。但し、前記飽和炭化水素環に含まれる−CH−の少なくとも1つは、−CO−に置き換わる。
は、C1-6アルキル基、C1-6アルコキシ基又はC1-6アルコキシカルボニル基を表す。
tは、0〜2の整数を表す。tが2である場合、複数のRは同じであっても異なっていてもよい。
は、有機対イオンを表す。]
本明細書中、「Ca-b」は「炭素数がa〜bである」ことを意味する。
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、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。
は、−CO−O−L−、−CO−O−L−O−又は−L−O−CO−(Lは、単結合又はC1-6アルキレン基を表し、L及びLは、それぞれ独立に、C1-6アルキレン基を表し、*は−C(Q)(Q)−との結合手を表す。)であることが好ましい。
としては、−CO−O−L−及び−CO−O−L−O−がより好ましく、−CO−O−、−CO−O−CH−又は−CO−O−C−O−がさらに好ましく、−CO−O−が特に好ましい。
は、−O−L−CO−O−、−O−L−CO−O−L−O−、−CO−O−L−CO−O−、−CO−O−L10−O−又は−O−L11−O−(L〜L11は、それぞれ独立に、C1-6アルキレン基を表し、*は環Wとの結合手を表す。)であることが好ましい。
としては、−O−L−CO−O−又は−CO−O−L−CO−O−がより好ましく、−O−CH−CO−O−又は−CO−O−CH−CO−O−が特に好ましい。
式(I)で表される塩が、式(I1)で表される塩であることが好ましい。
Figure 0005703702
[式(I1)中、
、Q、L、L、環W、R、s、環W、R、t及びZは、前記と同じ意味を表す。
は、水素原子又はC1-6アルキル基を表すか、環Wに含まれる炭素原子と互いに結合して環を形成する。]
式(I−A)で表される基について説明する。
Figure 0005703702
[式(I−A)中、R、R、環W及びsは上記と同じ意味を表す。*は、Lとの結合手を表す。]
環Wにおける飽和炭化水素環とは、不飽和結合を含まない、炭素及び水素のみからなる環をいう。飽和炭化水素環としては、例えば、シクロヘキサン環、アダマンタン環等が挙げられ、アダマンタン環が好ましい。
式(I−A)で表される基のうち、RがC1-6アルキル基である基としては、以下で表される基が挙げられる。
Figure 0005703702
式(I−A)で表される基のうち、Rが水素原子である基としては、以下で表される基が挙げられる。
Figure 0005703702
式(I−A)で表される基のうち、Rが環Wに含まれる炭素原子と互いに結合して環を形成する基としては、以下で表される基が挙げられる。
Figure 0005703702
式(I−A)で表される基としては、式(I−Aa)で表される基又は式(I−Ab)で表される基が好ましい。
式(I−B)で表される基について説明する。
Figure 0005703702
[式(I−B)中、R、環W及びtは、上記と同じ意味を表す。
*は、Lとの結合手を表す。]
環Wとしては、下記の環が挙げられ、式(I−Ba)で表される環又は式(I−Bb)で表される環が好ましい。
Figure 0005703702
式(I−B)で表される基としては、下記の基が挙げられ、式(I−B1)で表される基又は式(I−B2)で表される基が好ましい。
Figure 0005703702
環Wが有してもよい置換基としては、水酸基、C1-6アルキル基及びC1-6アルコキシ基が挙げられる。
環Wが有してもよい置換基としては、C1-6アルキル基、C1-6アルコキシ基又はC1-6アルコキシカルボニル基が挙げられる。
1-6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、ヘキシル基、等が挙げられ、C1-4アルキル基が好ましく、C1-2アルキル基がより好ましく、メチル基が特に好ましい。
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、n−ヘキトキシ基、等が挙げられ、C1-4アルコキシ基が好ましく、C1-2アルコキシ基がより好ましく、メトキシ基が特に好ましい。
1-6アルコキシカルボニル基としては、例えば、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、n−プロピポキシカルボニル基、イソプロポキシカルボニル基、n−ブトキシカルボニル基、sec−ブトキシカルボニル基、tert−ブトキシカルボニル基、n−ペントキシカルボニル基、n−ヘキトキシカルボニル基、等が挙げられ、C4-6アルコキシカルボニル基が好ましく、C4-5アルコキシカルボニル基がより好ましく、tert−ブトキシカルボニル基が特に好ましい。
式(I)で表される塩としては、例えば以下の塩が挙げられる。
Figure 0005703702
Figure 0005703702
Figure 0005703702
としては、オニウムカチオン、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。
+は、好ましくは式(b2−1)〜式(b2−4)のいずれかで表される。
Figure 0005703702
式(b2−1)中、Rb4〜Rb6は、それぞれ独立に、C1-30脂肪族炭化水素基、C3-36飽和環状炭化水素基又はC6-18芳香族炭化水素基を表す。前記脂肪族炭化水素基は、ヒドロキシ基、C1-12アルコキシ基又はC6-18芳香族炭化水素基で置換されていてもよく、前記飽和環状炭化水素基は、ハロゲン原子、C2-4アシル基、又はグリシジルオキシ基で置換されていてもよく、前記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、C3-36飽和環状炭化水素基又はC1-12アルコキシ基で置換されていてもよい。
式(b2−2)中、Rb7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、Rb9及びRb10は、それぞれ独立に、C1-36脂肪族炭化水素基又はC3-36飽和環状炭化水素基を表す。Rb11は、水素原子、C1-36脂肪族炭化水素基、C3-36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。Rb9〜Rb11の脂肪族炭化水素基の炭素数は、好ましくは1〜12であり、飽和環状炭化水素基の炭素数は、好ましくは3〜36、より好ましくは4〜12である。Rb12は、C1-12脂肪族炭化水素基、C3-18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。前記芳香族炭化水素基は、C1-12脂肪族炭化水素基、C1-12アルコキシ基、C3-18飽和環状炭化水素基又はアルキルカルボニルオキシ基で置換されていてもよい。Rb9とRb10と、及びRb11とRb12とは、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−、−CO−で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〜t2のいずれかが2であるとき、それぞれ、複数のRb13〜Rb18のいずれかは互いに同一でも異なってもよい。
次に式(b2−1)〜式(b2−4)に含まれる置換基を説明する。脂肪族炭化水素基、飽和環状炭化水素基及び芳香族炭化水素基としては、上述したものを例示できる。好ましい脂肪族炭化水素基は、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−エチルヘキシル基である。好ましい飽和環状炭化水素基は、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である。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、ナフチル基である。置換基が芳香族炭化水素基である脂肪族炭化水素基(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、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、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、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 0005703702
式(b2−1−1)中、Rb19〜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、C3-36飽和環状炭化水素基又はC1-12アルコキシ基を表し、Rb19とRb20が一緒になって環を形成してもよい。前記脂肪族炭化水素基の炭素数は、好ましくは1〜12であり、飽和環状炭化水素基の炭素数は、好ましくは4〜36である。前記脂肪族炭化水素基は、ヒドロキシ基、C1-12アルコキシ基或いはC6-18芳香族炭化水素基で置換されていてもよく、前記飽和環状炭化水素基は、ハロゲン原子、C2-4アシル基、又はグリシジルオキシ基で置換されていてもよい。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。v2〜x2のいずれかが2以上のとき、それぞれ、複数のRb19〜Rb21のいずれかは、互いに同一でも異なってもよい。
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、又は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。
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 0005703702
Figure 0005703702
Figure 0005703702
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 0005703702
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 0005703702
Figure 0005703702
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 0005703702
Figure 0005703702
Figure 0005703702
Figure 0005703702
式(I)で表される塩としては、例えば以下の塩が挙げられる。
Figure 0005703702
Figure 0005703702

Figure 0005703702
Figure 0005703702
Figure 0005703702
Figure 0005703702
Figure 0005703702
Figure 0005703702
Figure 0005703702
Figure 0005703702
Figure 0005703702
Figure 0005703702
Figure 0005703702
Figure 0005703702
式(I)で表される塩の製造方法について説明する。
例えば、式(b1)で表される塩の製造方法を下記に示す。
Figure 0005703702
式(b1−a)で表される化合物と式(b1−b)で表される化合物を塩基性触媒下で、反応させることにより、式(b1−c)で表される化合物を得ることができる。溶媒としては、テトラヒドロフラン等が挙げられる。塩基触媒としては、ピリジン等が挙げられる。
Figure 0005703702
[X及びXは、それぞれ独立に、ハロゲン原子を表す。ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子が挙げられ、塩素原子が好ましい。]
式(b1−c)で表される化合物と式(b1−d)で表される化合物とを触媒下で反応させることにより、式(b1−e)で表される化合物を得ることができる。溶媒としては、ジメチルホルムアミド等が挙げられる。触媒としては、炭酸カリウム、ヨウ化カリウム等が挙げられる。
Figure 0005703702
式(b1−f)で表される塩は、特開2008−127367号公報に記載された方法で合成することができる。
式(b1−e)で表される化合物と式(b1−f)で表される塩とを触媒下で反応させることにより、式(b1)で表される塩を得ることができる。溶媒としては、モノクロロベンゼン等が挙げられる。触媒としては、硫酸等が挙げられる。
Figure 0005703702
式(b2)で表される塩の製造方法を下記に示す。
Figure 0005703702
式(b2−a)で表される化合物と式(b1−e)で表される化合物を塩基性触媒下で、反応させることにより、式(b2−b)で表される化合物を得ることができる。溶媒としては、テトラヒドロフラン等が挙げられる。塩基触媒としては、ピリジン等が挙げられる。
Figure 0005703702
[Xは、それぞれ独立に、ハロゲン原子を表す。ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子が挙げられ、臭素原子が好ましい。]
式(b1−f)で表される塩は、特開2008−127367号公報に記載された方法で合成することができる。
式(b2−b)で表される化合物と式(b1−f)で表される塩とを触媒下で反応させることにより、式(b2)で表される塩を得ることができる。溶媒としては、モノクロロベンゼン等が挙げられる。触媒としては、硫酸等が挙げられる。
Figure 0005703702
式(b3)で表される塩の製造方法を下記に示す。
Figure 0005703702
式(b1−a)で表される化合物と式(b2−a)で表される化合物を塩基性触媒下で、反応させることにより、式(b3−a)で表される化合物を得ることができる。溶媒としては、テトラヒドロフラン等が挙げられる。塩基触媒としては、ピリジン等が挙げられる。
Figure 0005703702
式(b3−a)で表される化合物と式(b1−b)で表される化合物を触媒下で、反応させることにより、式(b3−b)で表される化合物を得ることができる。溶媒としては、ジメチルホルムアミド等が挙げられる。触媒としては、炭酸カリウム、ヨウ化カリウム等が挙げられる。
Figure 0005703702
式(b3−b)で表される化合物と式(b1−d)で表される化合物とを触媒下で反応させることにより、式(b3−c)で表される化合物を得ることができる。溶媒としては、ジメチルホルムアミド等が挙げられる。触媒としては、炭酸カリウム、ヨウ化カリウム等が挙げられる。
Figure 0005703702
式(b1−f)で表される塩は、特開2008−127367号公報に記載された方法で合成することができる。
式(b3−c)で表される化合物と式(b1−f)で表される塩とを触媒下で反応させることにより、式(b3)で表される塩を得ることができる。溶媒としては、モノクロロベンゼン等が挙げられる。触媒としては、硫酸等が挙げられる。
Figure 0005703702
本発明の酸発生剤は、式(I)で表される塩を含有する。式(I)で表される塩は、酸発生剤として使用する時、単独でも複数種を同時に用いてもよい。また、本発明の酸発生剤は、さらに、式(I)で表される塩以外の公知の塩、式(I)で表される塩に含まれるカチオン及び公知のアニオンからなる塩、並びに式(I)で表される塩に含まれるアニオン及び公知のカチオンからなる塩等と併用してもよい。
併用する酸発生剤(B)としては、例えば、式(B1−1)〜式(B1−17)で表されるものが挙げられる。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(B1−1)、(B1−2)、(B1−6)、(B1−11)、(B1−12)、(B1−13)及び(B1−14)が好ましい。
Figure 0005703702
Figure 0005703702
Figure 0005703702
Figure 0005703702
Figure 0005703702
式(I)で表される塩の含有量は、酸発生剤全量100質量部に対して、好ましくは10質量部以上(より好ましくは30質量部以上)、好ましくは90質量部以下(より好ましくは70質量部以下)である。
酸発生剤の含有量は、樹脂(A)100質量部に対して、好ましくは1質量部以上(より好ましくは3質量部以上)、好ましくは40質量部以下(より好ましくは35質量部以下)である。
〈樹脂(以下「樹脂(A)」という場合がある。〉
樹脂(A)は、酸の作用によりアルカリ可溶となる樹脂である。酸の作用によりアルカリ可溶となる樹脂は、酸に不安定な基を有するモノマー(以下「酸に不安定な基を有するモノマー(a1)」という場合がある)を重合することによって製造でき、酸の作用によりアルカリ可溶となる。「酸の作用によりアルカリ可溶となる」とは、「酸との接触前ではアルカリ水溶液に不溶又は難溶であるが、酸との接触後にはアルカリ水溶液に可溶となる」ことを意味する。酸に不安定な基を有するモノマー(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。
〈酸に不安定な基を有するモノマー(a1)〉
「酸に不安定な基」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。酸に不安定な基としては、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「酸に不安定な基(1)」という場合がある。
Figure 0005703702
式(1)中、Ra1〜Ra3は、それぞれ独立に、脂肪族炭化水素基又は飽和環状炭化水素基を表すか、或いはRa1及びRa2は互いに結合して環を形成していてもよい。*は結合手を表す。
酸に不安定な基(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(基(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、Ra2及び炭素原子がアダマンチル基を形成し、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。
酸に不安定な基を有するモノマー(a1)は、好ましくは、酸に不安定な基(1)と炭素−炭素二重結合とを有するモノマー、より好ましくは酸に不安定な基(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−」の構造を有するモノマーの少なくとも1種を意味する。同様に「(メタ)アクリレート」及び「(メタ)アクリル酸」とは、それぞれ「アクリレート及びメタクリレートの少なくとも1種」並びに「アクリル酸及びメタクリル酸の少なくとも1種」を意味する。
酸に不安定な基(1)を有する(メタ)アクリル系モノマーの中でも、C5-20飽和環状炭化水素基を有するものが好ましい。飽和環状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を使用すれば、レジストの解像度を向上させることができる。飽和環状炭化水素基は、単環式又は多環式のいずれでもよい。単環式の飽和環状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、シクロオクチル基)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、シクロオクテニル基)などが挙げられる。多環式の飽和環状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)、橋かけ環状炭化水素基(例えばアダマンチル基、ノルボルニル基)などが挙げられる。さらに下記のような、橋かけ環(例えばノルボルナン環)と単環(例えばシクロヘプタン環やシクロヘキサン環)又は多環(例えばデカヒドロナフタレン環)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、飽和環状炭化水素基に含まれる。
Figure 0005703702
酸に不安定な基(1)と飽和環状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)で表される酸に不安定な基を有するモノマーが好ましい。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 0005703702
式(a1−1)及び式(a1−2)中、La1及びLa2は、それぞれ独立に、−O−又は−O−(CH2k1−CO−O−を表し、k1は1〜7の整数を表す。但しLa1及びLa2で列挙した−O−等は、それぞれ、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。Ra4及びRa5は、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基を表す。Ra6及びRa7は、それぞれ独立に、C1-8脂肪族炭化水素基、又はC3-10飽和環状炭化水素基を表し、m1は0〜14の整数を表し、n1は0〜10の整数を表す。なお本明細書における化学式は立体異性体も包含する。
a1及びLa2は、好ましくは、−O−又は−O−(CH2f1−CO−O−であり(前記f1は、1〜4の整数である)、より好ましくは−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の炭素数は、好ましくは6以下であり、飽和環状炭化水素基の炭素数は、好ましくは8以下、より好ましくは6以下である。Ra6及びRa7の脂肪族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、オクチル基などが挙げられる。Ra6及びRa7の飽和環状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、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、より好ましくは0又は1である。n1は、0好ましくは0〜3の整数、より好ましくは0又は1である。k1は、好ましくは1〜4の整数、より好ましくは1である。
アダマンチル基を有するモノマー(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、メタクリレート形態のものがより好ましい。
Figure 0005703702
Figure 0005703702
Figure 0005703702
Figure 0005703702
Figure 0005703702
Figure 0005703702
Figure 0005703702
Figure 0005703702
Figure 0005703702
シクロへキシル基を有するモノマー(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 0005703702
樹脂における式(a1−1)又は式(a1−2)で表されるモノマーに由来する構造単位の含有量は、樹脂の全単位において、通常10〜95モル%であり、好ましくは15〜90モル%であり、より好ましくは20〜85モル%である。
酸に不安定な基(1)と炭素−炭素二重結合とを有するモノマーとしては、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が挙げられる。酸に不安定な基を有するモノマー(a1−3)に由来する構造単位を有する樹脂は、嵩高い構造を有するので、レジストの解像度を向上させることができる。さらに酸に不安定な基を有するモノマー(a1−3)は、樹脂の主鎖に剛直なノルボルナン環を導入してレジストのドライエッチング耐性を向上させることができる。
Figure 0005703702
式(a1−3)中、Ra9は、水素原子、置換基(例えばヒドロキシ基)を有していてもよい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)を表し、Ra13は、C1-8脂肪族炭化水素基又はC3-8飽和環状炭化水素基を表し、前記脂肪族炭化水素基及び前記飽和環状炭化水素基の水素原子はヒドロキシ基で置換されていてもよく、前記脂肪族炭化水素基及び前記飽和環状炭化水素基の−CH−は−O−又は−CO−で置き換わっていてもよい。Ra10〜Ra12は、それぞれ独立に、C1-12脂肪族炭化水素基又はC3-12飽和環状炭化水素基を表すか、或いはRa10及びRa11は互いに結合して環を形成していてもよく、前記脂肪族炭化水素基及び前記飽和環状炭化水素基の水素原子はヒドロキシ基等で置換されていてもよく、前記脂肪族炭化水素基及び前記飽和環状炭化水素基の−CH−は−O−又は−CO−で置き換わっていてもよい。
a9の置換基を有していてもよい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、2−ヒドロキシエチル基などが挙げられる。Ra13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、又は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、アダマンチル基などが挙げられる。Ra10、Ra11及びこれらが結合する炭素が形成する飽和環状炭化水素基としては、シクロへキシル基、アダマンチル基などが挙げられる。
ノルボルネン環を有するモノマー(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、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。
樹脂における式(a1−3)で表されるモノマーに由来する構造単位の含有量は、樹脂の全単位において、通常10〜95モル%であり、好ましくは15〜90モル%であり、より好ましくは20〜85モル%である。
酸に不安定な基(1)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 0005703702
[式(a1−4)中、R10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、水酸基、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以上の整数である場合、複数のR11は同一の種類の基であっても異なる種類の基であってもよい。
12及びR13はそれぞれ独立に、水素原子又はC1-12炭化水素基を表す。
a2は、単結合又は置換基を有していてもよいC1-17飽和炭化水素基を表し、該飽和炭化水素基に含まれる−CH−は−CO−、−O−、−S−、−SO−又は−N(R)−で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、C1-12脂肪族炭化水素基、C3-18飽和環状炭化水素基又はC6-18芳香族炭化水素基であり、該脂肪族炭化水素基、飽和環状炭化水素基及び芳香族炭化水素基は、置換基を有していてもよい。]
ハロゲン原子を有してもよいC1-6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、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。
1-6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、ヘキシル基、等が挙げられ、C1-4アルキル基が好ましく、C1-2アルキル基がより好ましく、メチル基が特に好ましい。
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、n−ヘキトキシ基、等が挙げられ、C1-4アルコキシ基が好ましく、C1-2アルコ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、プロピオニル、ブチリル等が挙げられる。
2-4アシルオキシ基としては、例えば、アセチルオキシ、プロピオニルオキシ、ブチリルオキシ等が挙げられる。
1-12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、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、2−エチルヘキシル基、シクロヘキシル基、アダマンチル基、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、イソボルニル基等が挙げられる。
1-12脂肪族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、ドデシル基等が挙げられる。
3-18飽和環状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、下記に示す基等が挙げられる。
Figure 0005703702
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 0005703702
Figure 0005703702
Figure 0005703702
樹脂における式(a1−4)で表されるモノマーに由来する構造単位の含有量は、樹脂の全単位において、通常10〜95モル%であり、好ましくは15〜90モル%であり、より好ましくは20〜85モル%である。
樹脂(A)は、好ましくは、酸に不安定な基を有するモノマー(a1)と、酸に不安定な基を有さないモノマー(以下「酸安定モノマー」という場合がある)との共重合体である。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)が酸に不安定な基を有するモノマー(a1)と酸安定モノマーとの共重合体である場合、酸に不安定な基を有するモノマー(a1)に由来する構造単位は、全構造単位100モル%に対して、好ましくは10〜80モル%、より好ましくは20〜60モル%である。またアダマンチル基を有するモノマー(特に酸に不安定な基を有するモノマー(a1−1))に由来する構造単位を、酸に不安定な基を有するモノマー(a1)100モル%に対して15モル%以上とすることが好ましい。アダマンチル基を有するモノマーの比率が増えると、レジストのドライエッチング耐性が向上する。
酸安定モノマーとしては、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「ヒドロキシ基を有する酸安定モノマー(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「ラクトン環を有する酸安定モノマー(a3)」という)に由来する構造単位を有する樹脂を使用すれば、レジストの解像度及び基板への密着性を向上させることができる。
〈ヒドロキシ基を有する酸安定モノマー(a2)〉
レジスト組成物をKrFエキシマレーザ露光(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、ヒドロキシ基を有する酸安定モノマー(a2)として、ヒドロキシスチレン類であるフェノール性水酸基を有する酸安定モノマー(a2−0)を使用することが好ましい。短波長のArFエキシマレーザ露光(193nm)などを用いる場合は、ヒドロキシ基を有する酸安定モノマー(a2)として、式(a2−1)で表されるヒドロキシアダマンチル基を有する酸安定モノマーを使用することが好ましい。ヒドロキシ基を有する酸安定モノマー(a2)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。
フェノール性水酸基を有するモノマー(a2−0)として、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が挙げられる。
Figure 0005703702
[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、水酸基、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以上の整数である場合、複数のRは同一の種類の基であっても異なる種類の基であってもよい。]
ハロゲン原子を有してもよいC1-6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、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。
1-6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、ヘキシル基、等が挙げられ、C1-4アルキル基が好ましく、C1-2アルキル基がより好ましく、メチル基が特に好ましい。
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、n−ヘキトキシ基、等が挙げられ、C1-4アルコキシ基が好ましく、C1-2アルコ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、プロピオニル、ブチリル等が挙げられる。
2-4アシルオキシ基としては、例えば、アセチルオキシ、プロピオニルオキシ、ブチリルオキシ等が挙げられる。
このような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を有する共重合樹脂を得る場合は、該当する(メタ)アクリル酸エステルモノマーとアセトキシスチレン、及びスチレンをラジカル重合した後、酸によって脱アセチルすることによって得ることができる。
フェノール性水酸基を有するモノマーとしては、例えば、以下のモノマーが挙げられる。
Figure 0005703702
Figure 0005703702
以上のモノマーのうち、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。
樹脂における式(a2−0)で表されるモノマーに由来する構造単位の含有量は、樹脂の全単位において、通常5〜90モル%であり、好ましくは10〜85モル%であり、より好ましくは15〜80モル%である。
ヒドロキシアダマンチル基を有する酸安定モノマーとして、式(a2−1)で表されるモノマーが挙げられる。
Figure 0005703702
式(a2−1)中、La3は、−O−又は−O−(CH2k2−CO−O−を表し、k2は1〜7の整数を表す。Ra14は、水素原子又はメチル基を表す。Ra15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−、−O−(CH2f1−CO−O−であり(前記f1は、1〜4の整数である)、より好ましくは−O−である。Ra14は、好ましくはメチル基である。Ra15は、好ましくは水素原子である。Ra16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の整数、より好ましくは0又は1である。
ヒドロキシアダマンチル基を有する酸安定モノマー(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 0005703702
Figure 0005703702
Figure 0005703702
Figure 0005703702
樹脂における式(a2−1)で表されるモノマーに由来する構造単位の含有量は、樹脂の全単位において、通常3〜45モル%であり、好ましくは5〜40モル%であり、より好ましくは5〜35モル%である。
〈ラクトン環を有する酸安定モノマー(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。
ラクトン環を有する酸安定モノマー(a3)は、好ましくは式(a3−1)、式(a3−2)又は式(a3−3)で表される。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 0005703702
式(a3−1)〜式(a3−3)中、La4〜La6は、それぞれ独立に、−O−又は−O−(CH2k3−CO−O−を表し、k3は1〜7の整数を表す。Ra18〜Ra20は、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基を表す。Ra21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、q1又はr1が2以上のとき、それぞれ、複数のRa21、Ra22又はRa23は、互いに同一でも異なってもよい。
a4〜La6としては、La3で説明したものが挙げられる。La4〜La6は、それぞれ独立に、−O−、−O−(CH2d1−CO−O−であることが好ましく(前記d1は、1〜4の整数である)、より好ましくは−O−である。但しLa4〜La6で列挙した−O−等は、それぞれ、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〜r1は、それぞれ独立に、好ましくは0〜2、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 0005703702
Figure 0005703702
Figure 0005703702
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、酸不安定モノマーを例示することも可能である。例えば以下のものが挙げられる。
Figure 0005703702
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 0005703702
Figure 0005703702
Figure 0005703702
Figure 0005703702
Figure 0005703702
Figure 0005703702
Figure 0005703702
Figure 0005703702
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、酸不安定モノマーを例示することも可能である。例えば以下のものが挙げられる。
Figure 0005703702
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 0005703702
Figure 0005703702
Figure 0005703702
Figure 0005703702
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モノマー(a3−3)として、酸不安定モノマーを例示することも可能である。例えば以下のものが挙げられる。
Figure 0005703702
ラクトン環を有する酸安定モノマー(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、メタクリレート形態のものがより好ましい。
樹脂における式(a3−1)、式(a3−2)又は式(a3−3)で表されるモノマーに由来する構造単位の含有量は、樹脂の全単位において、通常5〜70モル%であり、好ましくは10〜65モル%であり、より好ましくは10〜60モル%である。
〈その他の酸安定モノマー(a4)〉
その他の酸安定モノマー(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などが挙げられる。
Figure 0005703702
式(a4−3)中、Ra25及びRa26は、それぞれ独立に、水素原子、置換基(例えばヒドロキシ基)を有していてもよい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)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、Ra27は、C1-36脂肪族炭化水素基又はC3-36飽和環状炭化水素基を表し、脂肪族炭化水素基及び飽和環状炭化水素基の−CH−は、−O−又は−CO−で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)。
a25及びRa26の置換基を有していてもよい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、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の炭素数は、好ましくは1〜8より好ましくは1〜6であり、飽和環状炭化水素基の炭素数は、好ましくは4〜36、より好ましくは4〜12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、2−オキソ−オキソラン−4−イル基などが挙げられる。
ノルボルネン環を有する酸安定モノマー(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、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。
樹脂における式(a4−1)、式(a4−2)又は式(a4−3)で表されるモノマーに由来する構造単位の含有量は、樹脂の全単位において、通常2〜40モル%であり、好ましくは3〜30モル%であり、より好ましくは5〜20モル%である。
好ましい樹脂(A)は、少なくとも、酸に不安定な基を有するモノマー(a1)、ヒドロキシ基を有する酸安定モノマー(a2)及び/又はラクトン環を有する酸安定モノマー(a3)を重合させた共重合体である。この好ましい共重合体において、酸に不安定な基を有するモノマー(a1)は、より好ましくはアダマンチル基を有するモノマー(a1−1)及びシクロへキシル基を有するモノマー(a1−2)の少なくとも1種(さらに好ましくはアダマンチル基を有するモノマー(a1−1))であり、ヒドロキシ基を有する酸安定モノマー(a2)は、好ましくはヒドロキシアダマンチル基を有する酸安定モノマー(a2−1)であり、ラクトン環を有する酸安定モノマー(a3)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。
樹脂(A)の含有量は、組成物の固形分中80質量%以上であることが好ましい。なお本明細書において「組成物中の固形分」とは、溶剤(E)を除いた組成物成分の合計を意味する。組成物中の固形分、及びこれに対する樹脂(A)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。
〈塩基性化合物(以下「塩基性化合物(C)」という場合がある)〉
本発明のレジスト組成物は、塩基性化合物(C)を含有する。塩基性化合物(C)の含有量は、レジスト組成物の固形分量を基準に、0.01〜1質量%程度であることが好ましい。
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)及びアンモニウム塩である。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級アミンのいずれも使用できる。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 0005703702
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)、飽和環状炭化水素基(好ましくはシクロアルキル基)或いは芳香族炭化水素基を表す。但し前記脂肪族炭化水素基、前記飽和環状炭化水素基又は前記芳香族炭化水素基の水素原子は、ヒドロキシ基、アミノ基、又はC1-6アルコキシ基で置換されていてもよく、前記アミノ基は、C1-4アルキル基で置換されていてもよい。前記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、前記飽和環状炭化水素基の炭素数は、好ましくは5〜10程度であり、前記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、Rc5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)、アルコキシ基、飽和環状炭化水素基(好ましくはシクロアルキル基)或い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、飽和環状炭化水素基及び芳香族炭化水素基の水素原子は、式(C2)で説明した置換基を有していてもよい。m3は0〜3の整数を表す。m3が2以上のとき、複数のRc7は、互いに同一でも異なってもよい。Rc7の脂肪族炭化水素基、飽和環状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。
また塩基性化合物(C)としては、式(C3)〜式(C11)で表される化合物が挙げられる。
Figure 0005703702
式(C3)中のRc8は、式(C2)のRc7で説明したいずれかの基を表す。式(C3)〜式(C8)中の窒素原子と結合するRc9、Rc10、Rc11〜Rc14、Rc16〜Rc19及びRc22は、それぞれ独立に、式(C2)のRc5及びRc6で説明したいずれかの基を表す。式(C7)〜式(C11)中の芳香族炭素と結合するRc20、Rc21、Rc23〜Rc28は、それぞれ独立に、式(C2−1)のRc7で説明したいずれかの基を表す。式(C7)、式(C9)〜式(C11)中のo3〜u3は、それぞれ独立に0〜3の整数を表す。o3〜u3のいずれかが2以上であるとき、それぞれ、複数のRc20〜Rc28のいずれかは互いに同一でも異なってもよい。
式(C6)中のRc15は、脂肪族炭化水素基、飽和環状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、互いに同一でも異なってもよい。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の飽和環状炭化水素基の炭素数は、好ましくは3〜6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1〜6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。
アンモニウム塩としては、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトライソプロピルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド、テトラヘキシルアンモニウムヒドロキシド、テトラオクチルアンモニウムヒドロキシド、フェニルトリメチルアンモニウムヒドロキシド、3−(トリフルオロメチル)フェニルトリメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラ−n−ブチルアンモニウムサリチラート及びコリン等が挙げられる。
〈溶剤(以下「溶剤(E)」という場合がある〉
本発明のレジスト組成物は、溶剤(E)を、組成物中90質量%以上の量で含有していてもよい。溶剤(E)を含有する本発明のレジスト組成物は、薄膜レジストを製造するために適している。溶剤(E)の含有量は、組成物中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)である。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。
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)〉
本発明のレジスト組成物は、必要に応じて、その他の成分(F)を含有していてもよい。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、染料などを利用できる。
〈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)上述した本発明のレジスト組成物を基板上に塗布する工程、
(2)塗布後の組成物を乾燥させて組成物層を形成する工程、
(3)組成物層に露光機を用いて露光する工程、
(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、現像装置を用いて現像する工程を含む。
レジスト組成物の基体上への塗布は、スピンコーターなど、通常、用いられる装置によって行うことができる。
塗布後の組成物を乾燥させ、組成物に含まれる溶剤を除去する。溶剤の除去は、例えば、ホットプレート等の加熱装置を用いて溶剤を蒸発させることにより行われるか、あるいは減圧装置を用いて行われ、溶剤が除去された組成物層が形成される。この場合の温度は、例えば、50〜200℃程度が例示される。また、圧力は、1〜1.0×10Pa程度が例示される。
得られた組成物層は、露光機を用いて露光する。この際、通常、求められるパターンに相当するマスクを介して露光が行われる。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等、種々のものを用いることができる。
露光後の組成物層は、脱保護基反応を促進するための加熱処理が行われる。加熱温度としては、通常50〜200℃程度、好ましくは70〜150℃程度である。
加熱後の組成物層を、現像装置を用いて、通常、アルカリ現像液を利用して現像する。
ここで用いられるアルカリ現像液は、この分野で用いられる各種のアルカリ性水溶液であればよい。例えば、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドや(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)の水溶液等が挙げられる。
現像後、超純水でリンスし、基板及びパターン上に残った水を除去することが好ましい。
〈用途〉
本発明の組成物は、フォトレジスト組成物、特に、化学増幅型フォトレジスト組成物に有用であり、半導体の微細加工、液晶、サーマルヘッド等の回路基板の製造、さらにその他のフォトファブリケーション工程等、広範な用途に好適に利用することができる。特に、ArFやKrFなどのエキシマレーザリソグラフィならびにArF液浸露光リソグラフィ、EB露光リソグラフィ、EUV露光リソグラフィに好適な化学増幅型フォトレジスト組成として用いることができる。また、液浸露光のほか、ドライ露光などにも用いることができる。さらに、ダブルイメージング用にも用いることができ、工業的に有用である。
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)
実施例1:式(B1)で表される塩の合成
Figure 0005703702
式(B1−a)で表される化合物(商品名:HADM、出光製)26.44部、ジオキサン80.00部を仕込み、23℃で攪拌下、水酸化ナトリウム4.40部をイオン交換水80.00部に溶解した水溶液を30分かけて滴下し、90℃で36時間攪拌した。反応マスを冷却し、イオン交換水400.00部、酢酸エチル500.0部及び塩化ナトリウム200.0部を添加し、攪拌し、分液を行った。得られた有機層に3N塩酸塩化ナトリウム400.0部を添加し、攪拌し、分液を行った。得られた有機層にイオン交換水400.00部を添加し、攪拌し、分液を行った。この水洗を3回行った。回収された有機層を濃縮後、以下の条件でカラム分取することにより、式(B1−b)で表される化合物7.89部を得た。
展開媒体;シリカゲル60−200メッシュ;メルク社製
展開溶媒:n−ヘプタン/酢酸エチル=1/1(容量比)
Figure 0005703702
式(B1−c)で表される化合物(商品名:CANL クラレ製)4.61部及びN,N’−ジメチルホルムアミド25.00部を仕込み、23℃で30分間攪拌した。得られた混合物に、炭酸カリウム1.66部及びヨウ化カリウム0.84部を仕込み、50℃で1時間攪拌した。得られた混合物を、40℃まで冷却し、式(B1−b)で表される化合物3.93部をN,N’−ジメチルホルムアミド25.00部に溶解した溶液を1時間かけて滴下し、75℃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60.00部及び1N塩酸60.00部を加えて攪拌し、分離した。回収された有機層をイオン交換水60.00部で水層が中性になるまで水洗を繰り返した。回収された有機層を濃縮した後、以下の条件でカラム分取することにより、式(B1−d)で表される化合物2.24部を得た。
展開媒体;シリカゲル60−200メッシュ;メルク社製
展開溶媒:酢酸エチル
Figure 0005703702
式(B1−e)で表される塩を特開2008−127367号公報実施例1に記載された方法で合成した。式(B1−e)で表される塩1.75部、モノクロロベンゼン40.00部及び式(B1−d)で表される化合物1.87部を仕込み、23℃で30分間攪拌した後、硫酸0.16部及びモレキュラーシーブ(商品名:モレキュラーシーブ 4A、和光純薬製)10.00部を仕込み、130℃で3時間還流脱水した。得られた反応物を濃縮後、クロロホルム100部及びイオン交換水50部を仕込み、攪拌、分液を行った。水洗を3回行った。得られた有機層に活性炭1.00部を仕込み、23℃で30分間攪拌した後、ろ過した。ろ液を濃縮した後、得られた濃縮物に、アセトニトリル20部を添加して溶解し、濃縮し、酢酸エチル20部を加えて攪拌し、上澄液を除去した。得られた残渣にtert−ブチルメチルエーテル20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、濃縮してオイル状物として、式(B1)で表される塩0.44部を得た。
MS(ESI(+)Spectrum):M 263.1
MS(ESI(−)Spectrum):M 547.2
実施例2:式(B2)で表される塩の合成
Figure 0005703702
式(B2−a)で表される化合物25.00部及びテトラヒドロフラン200.00部を仕込み、室温で攪拌し、式(B2−a)で表される化合物の溶解確認後、ピリジン14.27部を仕込み、40℃に昇温した。さらに、クロロアセチルクロリド25.47部及びテトラヒドロフラン50部の混合溶液を1時間かけて滴下した。滴下後、40℃で8時間攪拌し、5℃に温度を下げた。5℃に冷却したイオン交換水100.00部を添加、攪拌し、分液により水層を回収した。回収された水層に酢酸エチル65.00部を添加し、分液して有機層を回収した。回収された有機層に、5℃の10%炭酸カリウム水溶液65.00部を添加して洗浄し、分液して有機層を回収した後、回収された有機層にさらに、イオン交換水65.00部を添加して水洗し、分液を行って有機層を回収した。この水洗操作を3回繰り返して行った。回収された有機層を濃縮した後、以下の条件でカラム(シリカゲル60−200メッシュ;メルク社製 展開溶媒:n−ヘプタン/酢酸エチル=2/1)分取することにより、式(B2−b)で表される化合物16.91部を得た。
Figure 0005703702
式(B2−b)で表される化合物4.84部及びN,N’−ジメチルホルムアミド25.00部を仕込み、23℃で30分間攪拌した。得られた混合物に、炭酸カリウム1.66部及びヨウ化カリウム0.84部を仕込み、50℃で1時間攪拌した。得られた混合物を、40℃まで冷却し、1,3−アダマンタンジオール3.31部をN,N’−ジメチルホルムアミド25.00部に溶解した溶液を1時間かけて滴下し、75℃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60.00部及び1N塩酸60.00部を加えて攪拌し、分離した。回収された有機層をイオン交換水60.00部で水層が中性になるまで水洗を繰り返した。回収された有機層を濃縮した後、以下の条件でカラム(シリカゲル60−200メッシュ;メルク社製 展開溶媒:酢酸エチル)分取することにより、式(B2−c)で表される化合物2.85部を得た。
Figure 0005703702
式(B2−d)で表される塩を、特開2008−13551号公報に記載された方法で合成した。式(B2−d)で表される化合物2.26部、クロロホルム15.00部、式(B2−c)で表される化合物2.25部、モレキュラーシーブ(商品名:モレキュラーシーブ 5A 和光純薬製)2.50部及びリチウムアミド0.07部を仕込み、80℃で24時間加熱還流した後、ろ過した。得られたろ液に、シュウ酸0.14部及びイオン交換水5.00部を仕込み、攪拌、分液を行った。水洗を6回行った。得られた有機層に活性炭1.00部を仕込み、23℃で30分間攪拌した後、ろ過した。ろ液を濃縮した後、得られた濃縮物に、アセトニトリル5.00部を添加して溶解し、濃縮し、酢酸エチル10部を加えて攪拌し、上澄液を除去した。得られた残渣に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、得られた濃縮物をカラム(メルク シリカゲル60−200メッシュ 展開溶媒:クロロホルム/メタノール=5/1)分取することにより、式(B2)で表される塩0.11部を得た。
MS(ESI(+)Spectrum):M 263.1
MS(ESI(−)Spectrum):M 531.2
実施例3:式(B3)で表される塩の合成
Figure 0005703702
式(B3−a)で表される化合物23.19部及びテトラヒドロフラン200.00部を仕込み、室温で攪拌し、式(B3−a)で表される化合物の溶解確認後、ピリジン14.27部を仕込み、40℃に昇温した。さらに、クロロアセチルクロリド25.47部及びテトラヒドロフラン50部の混合溶液を1時間かけて滴下した。滴下後、40℃で8時間攪拌し、5℃に温度を下げた。5℃に冷却したイオン交換水100.00部を添加、攪拌し、分液により水層を回収した。回収された水層に酢酸エチル65.00部を添加し、分液して有機層を回収した。回収された有機層に、5℃の10%炭酸カリウム水溶液65.00部を添加して洗浄し、分液して有機層を回収した後、回収された有機層にさらに、イオン交換水65.00部を添加して水洗し、分液を行って有機層を回収した。この水洗操作を3回繰り返して行った。回収された有機層を濃縮した後、以下の条件でカラム(シリカゲル60−200メッシュ;メルク社製 展開溶媒:n−ヘプタン/酢酸エチル=2/1)分取することにより、式(B3−b)で表される化合物14.69部を得た。
Figure 0005703702
式(B3−b)で表される化合物4.60部及びN,N’−ジメチルホルムアミド25.00部を仕込み、23℃で30分間攪拌した。得られた混合物に、炭酸カリウム1.66部及びヨウ化カリウム0.84部を仕込み、50℃で1時間攪拌した。得られた混合物を、40℃まで冷却し、1,3−アダマンタンジオール3.31部をN,N’−ジメチルホルムアミド25.00部に溶解した溶液を1時間かけて滴下し、75℃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60.00部及び1N塩酸60.00部を加えて攪拌し、分離した。回収された有機層をイオン交換水60.00部で水層が中性になるまで水洗を繰り返した。回収された有機層を濃縮した後、以下の条件でカラム(シリカゲル60−200メッシュ;メルク社製 展開溶媒:酢酸エチル)分取することにより、式(B3−c)で表される化合物2.21部を得た。
Figure 0005703702
式(B2−d)で表される塩を、特開2008−13551号公報に記載された方法で合成した。式(B2−d)で表される化合物2.26部、クロロホルム15.00部、式(B3−c)で表される化合物2.18部、モレキュラーシーブ(商品名:モレキュラーシーブ 5A 和光純薬製)2.50部及びリチウムアミド0.07部を仕込み、80℃で24時間加熱還流した後、ろ過した。得られたろ液に、シュウ酸0.14部及びイオン交換水5.00部を仕込み、攪拌、分液を行った。水洗を6回行った。得られた有機層に活性炭1.00部を仕込み、23℃で30分間攪拌した後、ろ過した。ろ液を濃縮した後、得られた濃縮物に、アセトニトリル5.00部を添加して溶解し、濃縮し、酢酸エチル10部を加えて攪拌し、上澄液を除去した。得られた残渣に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、得られた濃縮物をカラム(メルク シリカゲル60−200メッシュ 展開溶媒:クロロホルム/メタノール=5/1)分取することにより、式(B3)で表される塩0.11部を得た。
MS(ESI(+)Spectrum):M 263.1
MS(ESI(−)Spectrum):M 519.1
実施例4:式(B4)で表される塩の合成
Figure 0005703702
式(B4−a)で表される化合物7.50部及びN,N’−ジメチルホルムアミド37.50部を仕込み、23℃で30分間攪拌した。得られた混合物に、炭酸カリウム3.20部及びヨウ化カリウム0.96部を仕込み、50℃で1時間攪拌した。得られた混合物に、式(B3−b)で表される化合物8.01部をN,N’−ジメチルホルムアミド16.87部に溶解した溶液を1時間かけて滴下し、50℃で5時間攪拌した。得られた混合物を、23℃まで冷却し、酢酸エチル150部及びイオン交換水75部を加えて攪拌し、分離した。回収された有機層をイオン交換水75部で水層が中性になるまで水洗を繰り返した。回収された有機層を濃縮した後、以下の条件でカラム(シリカゲル60−200メッシュ;メルク社製 展開溶媒:酢酸エチル)分取することにより、式(B4−b)で表される化合物10.48部を得た。
Figure 0005703702
式(B4−b)で表される化合物7.28部及びアセトニトリル37.50部を仕込み、23℃で30分間攪拌した後、5℃まで冷却した。得られた混合物に、水素化ホウ素ナトリウム0.36部及びイオン交換水5.32部を仕込み、5℃で3時間攪拌した。得られた混合物に、イオン交換水25部及び酢酸エチル50部を加えて攪拌し、分離した。回収された有機層をイオン交換水25部で水層が中性になるまで水洗を繰り返した。回収された有機層を濃縮した後、以下の条件でカラム(シリカゲル60−200メッシュ;メルク社製 展開溶媒:酢酸エチル)分取することにより、式(B4−c)で表される化合物6.01部を得た。
Figure 0005703702
式(B4−d)で表される塩を、特開2008−127367号公報に記載された方法で合成した。
式(B4−d)で表される塩2.19部、モノクロロベンゼン50.00部及び式(B4−c)で表される化合物2.34部を仕込み、23℃で30分間攪拌した後、硫酸0.20部及びモレキュラーシーブ(商品名:モレキュラーシーブ 4A、和光純薬製)10.00部を仕込み、130℃で3時間還流脱水した。得られた反応物を濃縮後、クロロホルム100部及びイオン交換水50部を仕込み、攪拌、分液を行った。水洗を5回行った。得られた有機層に活性炭1.00部を仕込み、23℃で30分間攪拌し、ろ過した。ろ液を濃縮した後、得られた濃縮物に、アセトニトリル25部を添加して溶解し、濃縮し、酢酸エチル25部を加えて攪拌し、上澄液を除去した。得られた残渣にtert−ブチルメチルエーテル25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、得られた濃縮物をカラム(メルク シリカゲル60−200メッシュ 展開溶媒:クロロホルム/メタノール=5/1)分取することにより、式(B4)で表される塩1.84部を得た。
MS(ESI(+)Spectrum):M 263.1
MS(ESI(−)Spectrum):M 547.1
実施例5:式(B5)で表される塩の合成
Figure 0005703702
リチウムアルミニウムハイドライド10.4部、無水テトラヒドロフラン120部を仕込み23℃で30分間攪拌した。次いで、式(B5−a)で表される塩62.2部を無水THF900部に溶かした溶液を氷冷下で滴下し、23℃で5時間攪拌した。反応マスに酢酸エチル50.0部、6N塩酸50.00部を添加、攪拌後、分液を行った。有機層を濃縮後、カラム(メルク シリカゲル60−200メッシュ 展開溶媒:クロロホルム/メタノール=5/1)分取することにより、式(B5−b)で表される塩を84.7部(純度60%)を得た。
式(B5−c)で表される化合物3.51部、無水THF75部を仕込み23℃で30分間攪拌した。次いで、カルボニルジイミダゾール2.89部、無水THF50部の混合溶液を23℃で滴下し、23℃で4時間攪拌した。得られた反応液を、式(B5−b)で表される塩6.04部(純度60%)、無水THF50部の混合液中に54〜60℃で、25分間で滴下し、65℃で18時間加熱し、冷却後、ろ過した。得られたろ液を濃縮し、濃縮物をカラム(メルク シリカゲル60−200メッシュ 展開溶媒:クロロホルム/メタノール=5/1)分取することにより、式(B5−d)で表される塩2.99部を得た。
Figure 0005703702
式(B5−d)で表される塩1.0部、クロロホルム30部を仕込み23℃で30分間攪拌した。次いで、式(B5−e)で表される塩0.83部を23℃で12時間攪拌した後、分液を行った。有機層にイオン交換水10部を添加、分液水洗を行った。この操作を3回行った。得られた有機層に活性炭1.00部を仕込み、23℃で30分間攪拌した後、ろ過した。ろ液を濃縮した後、得られた濃縮物に、アセトニトリル20部を添加して溶解し、濃縮し、酢酸エチル20部を加えて攪拌し、上澄液を除去した。得られた残渣にtert−ブチルメチルエーテル20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、得られた濃縮物をカラム(メルク シリカゲル60−200メッシュ 展開溶媒:クロロホルム/メタノール=5/1)分取することにより、式(B5−f)で表される塩0.69部を得た。
Figure 0005703702
式(B5−f)で表される化合物0.69部及びN,N’−ジメチルホルムアミド10.00部を仕込み、23℃で30分間攪拌した。得られた混合物に、炭酸カリウム0.09部及びヨウ化カリウム0.05部を仕込み、50℃で1時間攪拌した。得られた混合物を、40℃まで冷却し、式(B1−c)で表される化合物0.26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、75℃で3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10.00部を加えて攪拌し、分離した。回収された有機層をイオン交換水10.00部で水層が中性になるまで水洗を繰り返した。回収された有機層を濃縮した後、得られた濃縮物をカラム(メルク シリカゲル60−200メッシュ 展開溶媒:クロロホルム/メタノール=5/1)分取することにより、式(B5)で表される塩0.22部を得た。
MS(ESI(+)Spectrum):M 263.1
MS(ESI(−)Spectrum):M 533.1
実施例6:式(B6)で表される塩の合成
Figure 0005703702
式(B6−a)で表される塩2.40部、モノクロロベンゼン50.00部及び式(B1−d)で表される化合物2.34部を仕込み、23℃で30分間攪拌した後、硫酸0.20部及びモレキュラーシーブ(商品名:モレキュラーシーブ 4A、和光純薬製)10.00部を仕込み、130℃で3時間還流脱水した。得られた反応物を濃縮後、クロロホルム100部及びイオン交換水50部を仕込み、攪拌、分液を行った。水洗を3回行った。得られた有機層に活性炭1.00部を仕込み、23℃で30分間攪拌した後、ろ過した。ろ液を濃縮した後、得られた濃縮物に、アセトニトリル20部を添加して溶解し、濃縮し、酢酸エチル20部を加えて攪拌し、上澄液を除去した。得られた残渣にtert−ブチルメチルエーテル20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、濃縮することにより、式(B6)で表される塩1.21部を得た。
MS(ESI(+)Spectrum):M 305.1
MS(ESI(−)Spectrum):M 547.2
実施例7:式(B7)で表される塩の合成
Figure 0005703702
式(B7−a)で表される塩2.28部、モノクロロベンゼン50.00部及び式(B1−d)で表される化合物2.34部を仕込み、23℃で30分間攪拌した後、硫酸0.20部及びモレキュラーシーブ(商品名:モレキュラーシーブ 4A、和光純薬製)10.00部を仕込み、130℃で3時間還流脱水した。得られた反応物を濃縮後、クロロホルム100部及びイオン交換水50部を仕込み、攪拌、分液を行った。水洗を3回行った。得られた有機層に活性炭1.00部を仕込み、23℃で30分間攪拌した後、ろ過した。ろ液を濃縮した後、得られた濃縮物をカラム(メルク シリカゲル60−200メッシュ 展開溶媒:クロロホルム/メタノール=5/1)分取することにより、式(B7)で表される塩0.29部を得た。
MS(ESI(+)Spectrum):M 281.0
MS(ESI(−)Spectrum):M 547.2
実施例8:式(B8)で表される塩の合成
Figure 0005703702
式(B8−a)で表される塩1.91部、モノクロロベンゼン50.00部及び式(B1−d)で表される化合物2.34部を仕込み、23℃で30分間攪拌した後、硫酸0.20部及びモレキュラーシーブ(商品名:モレキュラーシーブ 4A、和光純薬製)10.00部を仕込み、130℃で3時間還流脱水した。得られた反応物を濃縮後、クロロホルム100部及びイオン交換水50部を仕込み、攪拌、分液を行った。水洗を3回行った。得られた有機層に活性炭1.00部を仕込み、23℃で30分間攪拌した後、ろ過した。ろ液を濃縮した後、得られた濃縮物をカラム(メルク シリカゲル60−200メッシュ 展開溶媒:クロロホルム/メタノール=5/1)分取することにより、式(B8)で表される塩0.14部を得た。
MS(ESI(+)Spectrum):M 207.1
MS(ESI(−)Spectrum):M 547.2
実施例9:式(B9)で表される塩の合成
Figure 0005703702
式(B6−a)で表される塩2.40部、モノクロロベンゼン50.00部及び式(B2−c)で表される化合物2.24部を仕込み、23℃で30分間攪拌した後、硫酸0.20部及びモレキュラーシーブ(商品名:モレキュラーシーブ 4A、和光純薬製)10.00部を仕込み、130℃で3時間還流脱水した。得られた反応物を濃縮後、クロロホルム100部及びイオン交換水50部を仕込み、攪拌、分液を行った。水洗を3回行った。得られた有機層に活性炭1.00部を仕込み、23℃で30分間攪拌した後、ろ過した。ろ液を濃縮した後、得られた濃縮物に、アセトニトリル20部を添加して溶解し、濃縮し、酢酸エチル20部を加えて攪拌し、上澄液を除去した。得られた残渣にtert−ブチルメチルエーテル20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、濃縮することにより、式(B9)で表される塩0.89部を得た。
MS(ESI(+)Spectrum):M 305.1
MS(ESI(−)Spectrum):M 531.2
実施例10:式(B10)で表される塩の合成
Figure 0005703702
式(B7−a)で表される塩2.28部、モノクロロベンゼン50.00部及び式(B2−c)で表される化合物2.24部を仕込み、23℃で30分間攪拌した後、硫酸0.20部及びモレキュラーシーブ(商品名:モレキュラーシーブ 4A、和光純薬製)10.00部を仕込み、130℃で3時間還流脱水した。得られた反応物を濃縮後、クロロホルム100部及びイオン交換水50部を仕込み、攪拌、分液を行った。水洗を3回行った。得られた有機層に活性炭1.00部を仕込み、23℃で30分間攪拌した後、ろ過した。ろ液を濃縮した後、得られた濃縮物をカラム(メルク シリカゲル60−200メッシュ 展開溶媒:クロロホルム/メタノール=5/1)分取することにより、式(B10)で表される塩0.25部を得た。
MS(ESI(+)Spectrum):M 281.0
MS(ESI(−)Spectrum):M 531.2
実施例11:式(B11)で表される塩の合成
Figure 0005703702
式(B8−a)で表される塩1.91部、モノクロロベンゼン50.00部及び式(B2−c)で表される化合物2.24部を仕込み、23℃で30分間攪拌した後、硫酸0.20部及びモレキュラーシーブ(商品名:モレキュラーシーブ 4A、和光純薬製)10.00部を仕込み、130℃で3時間還流脱水した。得られた反応物を濃縮後、クロロホルム100部及びイオン交換水50部を仕込み、攪拌、分液を行った。水洗を3回行った。得られた有機層に活性炭1.00部を仕込み、23℃で30分間攪拌した後、ろ過した。ろ液を濃縮した後、得られた濃縮物をカラム(メルク シリカゲル60−200メッシュ 展開溶媒:クロロホルム/メタノール=5/1)分取することにより、式(B11)で表される塩0.12部を得た。
MS(ESI(+)Spectrum):M 207.1
MS(ESI(−)Spectrum):M 531.2
実施例12:式(B12)で表される塩の合成
Figure 0005703702
式(B6−a)で表される塩2.40部、モノクロロベンゼン50.00部及び式(B3−c)で表される化合物2.17部を仕込み、23℃で30分間攪拌した後、硫酸0.20部及びモレキュラーシーブ(商品名:モレキュラーシーブ 4A、和光純薬製)10.00部を仕込み、130℃で3時間還流脱水した。得られた反応物を濃縮後、クロロホルム100部及びイオン交換水50部を仕込み、攪拌、分液を行った。水洗を3回行った。得られた有機層に活性炭1.00部を仕込み、23℃で30分間攪拌した後、ろ過した。ろ液を濃縮した後、得られた濃縮物に、アセトニトリル20部を添加して溶解し、濃縮し、酢酸エチル20部を加えて攪拌し、上澄液を除去した。得られた残渣にtert−ブチルメチルエーテル20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、濃縮することにより、式(B12)で表される塩1.01部を得た。
MS(ESI(+)Spectrum):M 305.1
MS(ESI(−)Spectrum):M 519.1
実施例13:式(B13)で表される塩の合成
Figure 0005703702
式(B7−a)で表される塩2.28部、モノクロロベンゼン50.00部及び式(B3−c)で表される化合物2.17部を仕込み、23℃で30分間攪拌した後、硫酸0.20部及びモレキュラーシーブ(商品名:モレキュラーシーブ 4A、和光純薬製)10.00部を仕込み、130℃で3時間還流脱水した。得られた反応物を濃縮後、クロロホルム100部及びイオン交換水50部を仕込み、攪拌、分液を行った。水洗を3回行った。得られた有機層に活性炭1.00部を仕込み、23℃で30分間攪拌した後、ろ過した。ろ液を濃縮した後、得られた濃縮物をカラム(メルク シリカゲル60−200メッシュ 展開溶媒:クロロホルム/メタノール=5/1)分取することにより、式(B13)で表される塩0.42部を得た。
MS(ESI(+)Spectrum):M 281.0
MS(ESI(−)Spectrum):M 519.1
実施例14:式(B14)で表される塩の合成
Figure 0005703702
式(B8−a)で表される塩1.91部、モノクロロベンゼン50.00部及び式(B3−c)で表される化合物2.17部を仕込み、23℃で30分間攪拌した後、硫酸0.20部及びモレキュラーシーブ(商品名:モレキュラーシーブ 4A、和光純薬製)10.00部を仕込み、130℃で3時間還流脱水した。得られた反応物を濃縮後、クロロホルム100部及びイオン交換水50部を仕込み、攪拌、分液を行った。水洗を3回行った。得られた有機層に活性炭1.00部を仕込み、23℃で30分間攪拌した後、ろ過した。ろ液を濃縮した後、得られた濃縮物をカラム(メルク シリカゲル60−200メッシュ 展開溶媒:クロロホルム/メタノール=5/1)分取することにより、式(B14)で表される塩0.28部を得た。
MS(ESI(+)Spectrum):M 207.1
MS(ESI(−)Spectrum):M 519.1
実施例15:式(B15)で表される塩の合成
Figure 0005703702
式(B6−a)で表される塩2.40部、モノクロロベンゼン50.00部及び式(B4−c)で表される化合物2.34部を仕込み、23℃で30分間攪拌した後、硫酸0.20部及びモレキュラーシーブ(商品名:モレキュラーシーブ 4A、和光純薬製)10.00部を仕込み、130℃で3時間還流脱水した。得られた反応物を濃縮後、クロロホルム100部及びイオン交換水50部を仕込み、攪拌、分液を行った。水洗を3回行った。得られた有機層に活性炭1.00部を仕込み、23℃で30分間攪拌した後、ろ過した。ろ液を濃縮した後、得られた濃縮物に、アセトニトリル20部を添加して溶解し、濃縮し、酢酸エチル20部を加えて攪拌し、上澄液を除去した。得られた残渣にtert−ブチルメチルエーテル20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、濃縮することにより、式(B15)で表される塩1.29部を得た。
MS(ESI(+)Spectrum):M 305.1
MS(ESI(−)Spectrum):M 547.1
実施例16:式(B16)で表される塩の合成
Figure 0005703702
式(B16−a)で表される化合物101.50部及び酢酸253.75部を仕込み、室温で攪拌し、31%過酸化水素61.17部を10分間かけて滴下し、23℃で6時間攪拌した。得られた反応マスに、イオン交換水253.75部を添加、攪拌し、ろ過することにより、式(B16−b)で表される化合物96.93部を得た。
Figure 0005703702
式(B16−b)で表される化合物28.00部及びテトラヒドロフラン140.00部を仕込み、室温で攪拌し、トリメチルシリルクロリド28.13部を10分間かけて滴下した。得られた混合マスに、式(B16−c)で表される化合物73.36部(純度32%)を、40℃以下に保ちながら25分間かけて滴下し、23℃で1時間攪拌した。得られた反応マスに、1N塩酸70部を滴下し、攪拌、分液を行った。回収された水層に、tert−ブチルメチルエーテル70部を添加、攪拌し、分液を行った。回収された水層に、クロロホルム210部を添加、攪拌し、分液を行った後、回収された有機層をろ過した。ろ液を濃縮した後、得られた濃縮物に、アセトニトリル16.06部を添加して溶解し、更に、tert−ブチルメチルエーテル200.78部を加えて攪拌し、ろ過することにより、式(B16−d)で表される塩27.84部を得た。
Figure 0005703702
式(B16−d)で表される塩5.91部、式(B16−e)で表される塩3.74部及びイオン交換水16.26部を仕込み、室温で攪拌し、得られた混合マスに、35%塩酸1.97部を添加し、23℃で5時間攪拌した。得られた反応マスの上澄液を除去した後、得られた残渣にアセトニトリル20部を添加して溶解し、濃縮し、tert−ブチルメチルエーテル24.81部を加えて攪拌し、上澄液を除去した。得られた残渣をアセトニトリルに溶解し、濃縮することにより、式(B16−f)で表される化合物5.17部を得た。
Figure 0005703702
式(B16−f)で表される塩2.26部、モノクロロベンゼン50.00部及び式(B4−c)で表される化合物2.34部を仕込み、23℃で30分間攪拌した後、硫酸0.20部及びモレキュラーシーブ(商品名:モレキュラーシーブ 4A、和光純薬製)10.00部を仕込み、130℃で3時間還流脱水した。得られた反応物を濃縮後、クロロホルム100部及びイオン交換水50部を仕込み、攪拌、分液を行った。水洗を3回行った。得られた有機層に活性炭1.00部を仕込み、23℃で30分間攪拌した後、ろ過した。ろ液を濃縮した後、得られた濃縮物に、アセトニトリル20部を添加して溶解し、濃縮し、酢酸エチル20部を加えて攪拌し、上澄液を除去した。得られた残渣にtert−ブチルメチルエーテル20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、濃縮することにより、式(B16)で表される塩1.48部を得た。
MS(ESI(+)Spectrum):M 277.1
MS(ESI(−)Spectrum):M 547.1
合成例1:樹脂A1の合成
モノマーE、モノマーF、モノマーB、モノマーC及びモノマーDを、モル比30:14:6:20:30の割合で仕込んだ。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、1.00mol%と3.00mol%との割合で添加し、これを73℃で約5時間加熱した。その後、反応液を、大量のメタノールと水との混合溶媒(4:1)に注いで沈殿させる操作を3回行うことにより精製し、重量平均分子量が約8.1×10である共重合体を収率65%で得た。得られた共重合体は、次式の各モノマーから導かれる構造単位を有するものであり、これを樹脂A1とした。
Figure 0005703702
合成例2:樹脂A2の合成
モノマーA、モノマーB及びモノマーCを、モル比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、これを77℃で約5時間加熱した。その後、反応液を、大量のメタノールと水との混合溶媒(3:1)に注いで沈殿させる操作を3回行うことにより精製し、重量平均分子量が約8.0×10である共重合体を収率60%で得た。この共重合体は、次式の各モノマーから導かれる構造単位を有するものであり、これを樹脂A2とした。
Figure 0005703702
合成例3:樹脂A3の合成
モノマーA、モノマーF、モノマーB、モノマーC及びモノマーDを、モル比30:14:6:20:30の割合で仕込んだ。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、1.00mol%と3.00mol%との割合で添加し、これを73℃で約5時間加熱した。その後、反応液を、大量のメタノールと水との混合溶媒(4:1)に注いで沈殿させる操作を3回行うことにより精製し、重量平均分子量が約7.8×10である共重合体を収率68%で得た。得られた共重合体は、次式の各モノマーから導かれる構造単位を有するものであり、これを樹脂A3とした。
Figure 0005703702
表1に示すように、以下の各成分を混合して溶解することにより得られた混合物を孔径0.2μmのフッ素樹脂製フィルタで濾過することにより、化学増幅型フォトレジスト組成物を調製した。
<樹脂>
樹脂A1〜A3
<酸発生剤>
酸発生剤B1:式(B1)で表される塩
酸発生剤B2:式(B2)で表される塩
酸発生剤B3:式(B3)で表される塩
酸発生剤B4:式(B4)で表される塩
酸発生剤B5:式(B5)で表される塩
酸発生剤B6:式(B6)で表される塩
酸発生剤B7:式(B7)で表される塩
酸発生剤B8:式(B8)で表される塩
酸発生剤B9:式(B9)で表される塩
酸発生剤B10:式(B10)で表される塩
酸発生剤B11:式(B11)で表される塩
酸発生剤B12:式(B12)で表される塩
酸発生剤B13:式(B13)で表される塩
酸発生剤B14:式(B14)で表される塩
酸発生剤B15:式(B15)で表される塩
酸発生剤B16:式(B16)で表される塩
酸発生剤H1:
Figure 0005703702
酸発生剤H2:
Figure 0005703702
<塩基性化合物:クエンチャー>
クエンチャーC1:2,6−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 20.0部
プロピレングリコールモノメチルエーテル 20.0部
γ−ブチロラクトン 3.5部
Figure 0005703702
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。こうしてレジスト組成物膜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偏光]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。
各レジスト膜において、50nmのラインアンドスペースパターンが1:1となる露光量を実効感度とした。
<フォーカスマージン評価(DOF)>
実効感度において、ラインの線幅が47.5nm以上52.5nm以下を保持するフォーカス範囲をDOFとして求めた。さらに、DOFが0.15μm以上0.17μm未満を○とし、DOFが0.17μm以上の場合を◎とし、DOFが0.15μm未満の場合を×とする3水準で判定した。
DOFはその数値が大きい方が、下地基板の膜厚の振れがあっても、同一露光量でライン線幅を保つことができ好ましい。より好ましくは、DOFが0.15μm以上であると、下地基板の膜厚の振れを吸収することができる。DOFが狭くなると、下地基板の膜厚の振れにより、線幅が変動し好ましくない。括弧内の数値はDOF(μm)を示す。
Figure 0005703702
<レジストパターンの製造及びその評価>
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。こうしてレジスト組成物膜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偏光]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。
以上のようなレジストパターンの製造において、以下の項目を評価した。
<パターン倒れ評価(PCM)>
45nmのラインアンドスペースパターンが1:1となる露光量を基準とし、露光量を0.2mJ/cmづつアップさせてオーバー露光による線幅変動を観察した時、ラインパターンの線幅が38nmより細くなっても、ラインパターンの倒れ又は剥がれによるパターン消失が観察されない場合を○、ラインパターンの線幅が38nm以上で、倒れ、又は剥がれによるパターン消失が観察される場合を×とした。括弧内の数値は線幅(nm)を示す。
Figure 0005703702
本発明の塩によれば、該塩を含むレジスト組成物から、優れたフォーカスマージン(DOF)又はパターン倒れ耐性(PCM)を有するパターンを得ることができる。

Claims (11)

  1. 式(I)で表される塩。
    Figure 0005703702
    [式(I)中、
    及びQは、互いに独立に、フッ素原子又はC1-6ペルフルオロアルキル基を表す。
    は、C -17アルキレン基を表し、該アルキレン基に含まれる−CH−は、−O−又は−CO−で置き換わっていてもよい。
    は、 −O−L −CO−O−、 −O−L −CO−O−L −O−、 −CO−O−L −CO−O−、 −CO−O−L 10 −O−又は −O−L 11 −O−を表し、L 〜L 11 は、それぞれ独立に、C 1-6 アルキレン基を表し、*は環W との結合手を表す。
    環Wは、C3-36飽和炭化水素環を表す。
    は、水酸基、C1-6アルキル基又はC1-6アルコキシ基を表す。
    sは、0〜2の整数を表す。sが2である場合、複数のRは同じであっても異なっていてもよい。
    環Wは、C4-36飽和炭化水素環を表し、前記飽和炭化水素環に含まれる−CH−は、−CO−又は−O−で置き換わっていてもよい。但し、前記飽和炭化水素環に含まれる−CH−の少なくとも1つは、−CO−に置き換わる。
    は、C1-6アルキル基、C1-6アルコキシ基又はC1-6アルコキシカルボニル基を表す。
    tは、0〜2の整数を表す。tが2である場合、複数のRは同じであっても異なっていてもよい。
    は、有機対イオンを表す。]
  2. (I1)で表される
    Figure 0005703702
    [式(I1)中、
    及びQ は、互いに独立に、フッ素原子又はC 1-6 ペルフルオロアルキル基を表す。
    及びL は、それぞれ独立に、C 1-17 アルキレン基を表し、該アルキレン基に含まれる−CH −は、−O−又は−CO−で置き換わっていてもよい。
    環W は、C 3-36 飽和炭化水素環を表す。
    は、水酸基、C 1-6 アルキル基又はC 1-6 アルコキシ基を表す。
    sは、0〜2の整数を表す。sが2である場合、複数のR は同じであっても異なっていてもよい。
    環W は、C 4-36 飽和炭化水素環を表し、前記飽和炭化水素環に含まれる−CH −は、−CO−又は−O−で置き換わっていてもよい。但し、前記飽和炭化水素環に含まれる−CH −の少なくとも1つは、−CO−に置き換わる。
    は、C 1-6 アルキル基、C 1-6 アルコキシ基又はC 1-6 アルコキシカルボニル基を表す。
    tは、0〜2の整数を表す。tが2である場合、複数のR は同じであっても異なっていてもよい。
    は、有機対イオンを表す。
    は、C -6アルキル基を表す。
  3. が、 −O−L −CO−O−、 −O−L −CO−O−L −O−、 −CO−O−L −CO−O−、 −CO−O−L 10 −O−又は −O−L 11 −O−(L 〜L 11 は、それぞれ独立に、C 1-6 アルキレン基を表し、*は環W との結合手を表す。)である請求項2記載の塩。
  4. が、−CO−O−L−、−CO−O−L−O−又は−L−O−CO−(Lは、単結合又はC1-6アルキレン基を表し、L及びLは、それぞれ独立に、C1-6アルキレン基を表し、*は−C(Q)(Q)−との結合手を表す。)である請求項1〜3のいずれか記載の塩。
  5. 環Wがアダマンタン環である請求項1〜4のいずれか記載の塩。
  6. 環Wが、式(I−Ba)で表される環又は式(I−Bb)で表される環である請求項1〜5のいずれか記載の塩。
    Figure 0005703702
  7. が、トリアリールスルホニウムカチオンである請求項1〜6のいずれか記載の塩。
  8. 請求項1〜7のいずれか記載の塩を含有する酸発生剤。
  9. 請求項8記載の酸発生剤と樹脂とを含有し、該樹脂は酸に不安定な基を有し、かつ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で溶解し得る樹脂であるレジスト組成物。
  10. さらに塩基性化合物を含有する請求項9記載のレジスト組成物。
  11. (1)請求項9又は10記載のレジスト組成物を基板上に塗布する工程、
    (2)塗布後の組成物を乾燥させて組成物層を形成する工程、
    (3)組成物層に露光機を用いて露光する工程、
    (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、現像装置を用いて現像する工程、
    を含むレジストパターンの製造方法。
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