JP5779835B2 - 架橋剤、ネガ型レジスト組成物、並びに、当該レジスト組成物を用いたパターン形成方法及び電子部品 - Google Patents

架橋剤、ネガ型レジスト組成物、並びに、当該レジスト組成物を用いたパターン形成方法及び電子部品 Download PDF

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Description

本発明は、新規な架橋剤、微細加工に有用な化学増幅型レジストを形成するためのネガ型レジスト組成物、並びに、当該レジスト組成物を用いたパターン形成方法及び電子部品に関する。
近年、半導体素子や液晶表示素子の製造においては、リソグラフィー技術の進歩により急速にパターンの微細化が進んでおり、例えば寸法幅50nm以下の高解像力が求められている。
微細化の手法としては、一般に、露光光源の短波長化が行われており、現在用いられているKrFエキシマレーザー光に加え、ArF、F、EUV、X線、電子線やその他の荷電粒子線等を露光光として用いたリソグラフィーが提案されている。
特に電子線およびEUV露光によるパターン形成は、次世代もしくは次々世代リソグラフィー技術として位置づけられており、半導体集積回路のゲート層作成用として高感度、高解像かつ低ラインエッジラフネス(Line Edge Roughness、LER)全ての要求を満たすネガ型レジストの開発が望まれている。これらに対するレジスト材料としては、感度の向上を目的として、酸の触媒反応を利用した化学増幅型感光性組成物が用いられている。ネガ型の化学増幅型感光性組成物は、アルカリ可溶性樹脂と露光光の照射によって酸を発生する酸発生剤成分と架橋剤、塩基性化合物等を含有している。かかる感光性組成物は、露光により酸発生剤成分から発生した酸の作用により樹脂と架橋剤との間で架橋が生じ、アルカリ可溶性からアルカリ不溶性に変化する。また、架橋反応の際に生じる酸が触媒的に反応を繰り返すことで、より少ない露光量でのパターン露光が可能となる。一方で、化学増幅型の感光性組成物においては、感度と解像力、LERは相反関係にあり、これらを如何に両立し得るかが課題である。
従来、半導体のリソグラフィーには、重量平均分子量が約10000以上の高分子をベースとしたレジスト材料が使用されてきた。
しかしながら、このような高分子材料は分子量が大きく且つ分子量分布が広いため、解像力やLERの低減には限界がある。
そこで、低分子量で且つ分子サイズが小さい低分子材料の開発が行われており、当該低分子材料は、高分子材料に比べて解像力に優れ、更に、LER増大への寄与は小さいものと期待される。このような低分子材料をベースとしたネガ型レジストの例としては、カリックスレゾルシンアレンおよびその誘導体を用いたレジスト(特許文献1、非特許文献1)、低分子ポリフェノール化合物誘導体を用いたレジスト(非特許文献2)、環状ポリフェノール化合物誘導体を用いたレジスト(特許文献2)が挙げられる。
特許文献1、及び特許文献2では、架橋剤成分として2,6−ビス(ヒドロキシメチル)−4−メチルフェノール(MBHP)が用いられており、非特許文献1、及び非特許文献2では、架橋剤成分としてメチロールメラミン、メチル化尿素樹脂が用いられている。しかしながら、架橋剤成分として上記のいずれを用いても、電子線照射下での感度、解像力、及びレジスト形状のそれぞれの要求を十分に満たすものではなかった。
特開平10−239843号公報 特開平11−153863号公報
Journal of Photopolymer Science and Technology Volume21,Number3(2008)443−449 Chemistry of Materials 2006,18,3404−3411
上記実情に鑑み、本発明の目的は、半導体素子の微細加工における性能向上及び技術の課題を解決することであり、電子線又はEUVの照射によるパターン形成において、感度及び解像力に優れたネガ型レジスト組成物、及び当該ネガ型レジスト組成物を用いたパターン形成方法を提供することである。
本発明者らは、鋭意検討の結果、ネガ型レジスト組成物中に含まれる架橋剤として、特定の構造を有する化合物を用いることにより、上記課題が解決されるという知見を見出し、本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明に係る第一、第二のネガ型レジスト組成物は、フェノール性水酸基を1分子中に2個以上有する分子量300〜3000のポリフェノール化合物(A)、波長248nm以下の活性エネルギー線を照射することで直接又は間接的に酸を発生する酸発生剤(B)、及び下記化学式(1)で表される架橋剤(C)を含有し、
(i)前記ポリフェノール化合物(A)の含有量が全固形分に対して50〜95重量%であり、下記化学式(13)で表される繰り返し単位を有するアルカリ可溶性ポリマー(E)を含有しないか、或いは、
(ii)前記架橋剤(C)の化学式(1)において、R が下記化学式(a)で示される有機基であることを特徴とする。
Figure 0005779835
(化学式(1)中、Rは炭素数が2〜20の置換基を有さない直鎖、分岐、環状のアルキレン基、置換基を有さないアリーレン基、及びこれらの組み合わせであり、Pは水素原子又はアルキル基である。
化学式(13)中、Zは、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、アルキル基、アシル基、アシロキシ基、アルキルスルホニル基、又はアルコキシ基である。Zが複数個ある場合、当該Zは同じでも異なっていてもよい。R は、水素原子、メチル基、ハロゲン原子、シアノ基、又はトリフルオロ基である。pは2〜4の整数、qは1〜3の整数を表し、p+q=5である。
化学式(a)中、R はそれぞれ独立に炭素数1〜5のアルキル基であり、R はそれぞれ独立に水素原子又は炭素数1〜5のアルキル基である。
本発明に係る第のネガ型レジスト組成物は、フェノール性水酸基を1分子中に2個以上有する分子量300〜3000のポリフェノール化合物(A)、波長248nm以下の活性エネルギー線を照射することで直接又は間接的に酸を発生する酸発生剤(B)、及び下記化学式(1)で表される架橋剤(C)を含有し、前記ポリフェノール化合物(A)が、下記化学式(2)で表される化合物であるネガ型レジスト組成物であることを特徴とする。
Figure 0005779835

(化学式(1)中、R は炭素数が2〜20の有機基であり、P は水素原子又はアルキル基である。
化学式(2)中、R は、各々独立に、水素原子、又はアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、及び上記化学式(3)に示す基からなる群より選ばれる基である。
化学式(3)中、Qは、アリール基又はシクロアルキル基であり、mは1又は2を表す。)R は、各々独立に、水素原子又は有機基であり、複数あるR のうち少なくとも2つは水素原子である。R は、ハロゲン原子又はアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アルコキシ基、アシル基、シアノ基、及びニトロ基からなる群より選ばれる基である。n1は1〜3の整数、n2は0〜2の整数を表し、n1+n2≦4である。x1は3〜12の整数を表す。また、化学式(2)に含まれる同一符号で表される基は、互いに同じでも異なっていてもよい。)
本発明によれば、ネガ型レジスト組成物中に含まれる架橋剤として、特定の構造を有する化合物を用いることにより、当該架橋剤のアルカリ水溶液に対する溶解性を最適化することができ、高感度、且つ、高解像力で形状が良好なパターンを得ることができる。
本発明に係る第一のネガ型レジスト組成物において、前記化学式(1)において、Rが下記化学式(a)で示される有機基であることが、中でも、高感度、且つ、高解像力で形状が良好なパターンを得る点から好ましい。
Figure 0005779835
(化学式(a)中、Rはそれぞれ独立に炭素数1〜5のアルキル基であり、Rはそれぞれ独立に水素原子又は炭素数1〜5のアルキル基である。)
本発明に係るネガ型レジスト組成物においては、前記ポリフェノール化合物(A)が、フェノール性水酸基を1分子中に3個以上有し、ガラス転移温度(Tg)が90℃以上であり、且つ、沸点が80〜180℃の有機溶剤に対して、0.5重量%以上の溶解性を有しているものであることが、高感度、且つ、高解像力で形状が良好なパターンを得る点から好ましい。
本発明に係る第一のネガ型レジスト組成物においても、前記ポリフェノール化合物(A)が、下記化学式(2)で表される化合物、明細書段落0072〜0073に記載の(X−1)〜(X−20)で表される化合物、及び、前記(X−1)〜(X−20)で表される化合物とは異なる下記化学式(4)で表される化合物、よりなる群から選択される少なくとも1種であることが、高感度、且つ、高解像力で形状が良好なパターンを得る点から好ましい。
Figure 0005779835
[化学式(2)中、Rは、各々独立に、水素原子、又はアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、及び下記化学式(3)に示す基からなる群より選ばれる基である。
化学式(3)中、Qは、アリール基又はシクロアルキル基であり、mは1又は2を表す。
は、各々独立に、水素原子又は有機基であり、複数あるR のうち少なくとも2つは水素原子である。R は、ハロゲン原子又はアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アルコキシ基、アシル基、シアノ基、及びニトロ基からなる群より選ばれる基である。n1は1〜3の整数、n2は0〜2の整数を表し、n1+n2≦4である。x1は3〜12の整数を表す。また、化学式(2)に含まれる同一符号で表される基は、互いに同じでも異なっていてもよい。
Figure 0005779835
(化学式(4)中、
、R 、R 及びR は、各々独立に、水素原子、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。複数のR が結合して環を形成してもよい。複数のR が結合して環を形成してもよい。複数のR が結合して環を形成してもよい。複数のR が結合して環を形成してもよい。また、複数あるR 、R 、R 及びR は互いに同じであっても異なっていても良い。
10 及びR 11 は、各々独立に、水素原子、アルキル基、アリール基、又はアラルキル基を表し、複数あるR 10 及びR 11 は互いに同じであっても異なっていても良い。また、複数あるR 10 及びR 11 のうち少なくとも2つは水素原子である。
Wは単結合、アルキレン基、シクロアルキレン基又はアリーレン基及びこれらの任意の組み合わせからなる基を表す。
x2は正の整数を表す。
y1は0以上の整数を表し、Wが単結合の場合、y1は0である。
y2は0以上の整数を表し、y3は正の整数を表す。
zは0以上の整数を表す。
vは0以上の整数を表す。
k1及びk4は正の整数を表す。
k2、k3、及びk5は各々独立して0以上の整数を表す。但し、k1+k2+z=5、k3+v=3、k4+k5=5、k2+k5≧2を満たす。)
本発明に係るネガ型レジスト組成物においては、有機塩基性化合物(D)を更に含有することが、レジストパタ−ン形状を良好とし、保管状態での経時安定性などを向上させる点から好ましい。
本発明に係るパターン形成方法は、
(i)本発明に係るネガ型レジスト組成物を基板上に塗布した後、加熱処理し、レジスト膜を形成する工程、及び
(ii)前記レジスト膜を電子線、EUV、又はX線で露光し、加熱、現像する工程、
を含むことを特徴とする。
本発明によれば、高感度、且つ、高解像力で形状が良好なパターンを形成することができる。
本発明は、前記本発明に係るネガ型レジスト組成物又はその硬化物により少なくとも一部分が形成されている、電子部品も提供する。
本発明は、上記化学式(1)で表わされる架橋剤であり、且つ、当該化学式(1)において、Rが下記化学式(a)で示される有機基である架橋剤も提供する。
Figure 0005779835
(化学式(a)中、Rはそれぞれ独立に炭素数1〜5のアルキル基であり、Rはそれぞれ独立に水素原子又は炭素数1〜5のアルキル基である。)
本発明のネガ型レジスト組成物によれば、当該レジスト組成物中に含まれる架橋剤として、特定の構造を有する化合物を用いることにより、当該架橋剤のアルカリ水溶液に対する溶解性を最適化することができ、高感度、且つ、高解像力で形状が良好なパターンを得ることができる。
以下において本発明を詳しく説明する。
I.ネガ型レジスト組成物
本発明のネガ型レジスト組成物は、フェノール性水酸基を1分子中に2個以上有する分子量300〜3000のポリフェノール化合物(A)、波長248nm以下の活性エネルギー線を照射することで直接又は間接的に酸を発生する酸発生剤(B)、及び下記化学式(1)で表される架橋剤(C)を含有することを特徴とする。
Figure 0005779835
(化学式(1)中、Rは炭素数が2〜20の有機基であり、Pは水素原子又はアルキル基である。)
ネガ型レジスト組成物中に含まれる架橋剤として、2,6−ビス(ヒドロキシメチル)−4−メチルフェノール(MBHP)を用いる場合、MBHPのアルカリ水溶液に対する溶解性が高いため、感度が低下し、パターン形状が悪化することがある。
そこで、本発明者は、MBHPの2つのフェノール部位を連結する部分の疎水性を向上させることにより、アルカリ水溶液に対する溶解性が低下すると考え、上記化学式(1)で表される化合物の構造の最適化を行った。即ち、当該化学式(1)中のRに炭素数が2〜20の有機基を導入することにより、当該化学式(1)で表される化合物の疎水性が向上し、アルカリ水溶液に対する溶解性が低下すると考えられる。
従って、当該化学式(1)で表される化合物のアルカリ水溶液に対する溶解性を最適化することにより、高感度、且つ、高解像力で形状が良好なパターンを得ることができる。
また、上記ネガ型レジスト組成物は、レジストパターン形成時に露光(露光光の照射)により酸発生剤(B)から酸が発生すると、当該酸が作用して、上記ポリフェノール化合物(A)と上記架橋剤(C)との間で架橋結合が形成され、アルカリ不溶性となる。そのため、レジストパターン形成において、当該ネガ型レジスト組成物からなるレジスト膜を選択的に露光すると、或いは露光に加えて露光後加熱すると、露光部はアルカリ不溶性となる一方、未露光部はアルカリ可溶性のまま変化しないので、アルカリ現像することによりネガ型のレジストパターンを形成することができる。
以下、このような本発明のネガ型レジスト組成物の各構成について順に詳細に説明する。尚、本発明において「活性エネルギー線」とは、KrFエキシマレーザー、ArFエキシマレーザー、及びFエキシマレーザー等の遠紫外線、電子線、EUV、X線等を意味する。
尚、本発明における基(原子団)の表記において、置換及び非置換を記していない表記は、置換基を有さないものと共に置換基を有するものをも包含する。例えば、「アルキル基」とは、置換基を有さないアルキル基(無置換アルキル基)のみならず、置換基を有するアルキル基(置換アルキル基)をも包含する。アルキレン基の2価の結合は、異なる炭素原子からの場合(例えば、−CHCH−)の他、同一の炭素原子からの2価の結合も含む(例えば、−CH−)。また、アルキル基、シクロアルキル基は、飽和炭化水素の他、二重結合、三重結合等を有する不飽和炭化水素を含む。シクロアルキル基は、単環式の他、2環性、3環性等の多環性炭化水素も含む。
<フェノール性水酸基を1分子中に2個以上有する分子量300〜3000のポリフェノール化合物(A)>
本発明において用いられるポリフェノール化合物(A)は、フェノール性水酸基を1分子中に2個以上有し、分子量300〜3000の化合物である。当該ポリフェノール化合物(A)の分子量を上記範囲内とすることにより、パターンの高解像力化が図れる。
本発明において用いられるポリフェノール化合物(A)は、フェノール性水酸基を1分子中に3個以上有することが、パターンの解像力を向上させる点から好ましい。特に、ポリフェノール化合物(A)は、フェノール性水酸基を1分子中に4個以上有することが好ましい。フェノール性水酸基を1分子中に4個以上有する場合には、三次元的な架橋が可能となりパターン強度が向上することにより、現像後に生じるパターン倒れによる解像力低下を抑制できるため、解像力がより向上する。また、分子内により多くの極性基が存在することで、極性基と基板間の相互作用が向上し密着性が改善し、当該基板との密着性は解像力の向上にもつながる。
中でも、フェノール性水酸基を有するベンゼン環を1分子中に4個以上含むことが上記効果の点から好ましい。
また、本発明において用いられるポリフェノール化合物(A)は、ガラス転移温度(Tg)が90℃以上、更に100℃以上であることが好ましい。ガラス転移温度が90℃以上であると、塗膜を形成する際に、脱濡れ現象(dewetting)が起こり難くなり、均一な膜が得られやすくなる。なお、脱濡れ現象とは、塗り広げた塗膜がプリベーク時に溶解して、はじきが生じ、均一に膜が形成されない現象をいう。
通常、レジスト組成物用の溶剤としては、低沸点の溶剤を用いるとレジスト膜が急激に乾燥して均一な膜が得られないことから、スピンコート法などで塗布する際に均一なレジスト膜を得るために、沸点が90〜180℃の溶剤が使用される。スピンコート法で形成されたレジスト膜は多くの残留溶媒を含んでいるため、この溶剤を除き安定なレジスト膜を形成するため、レジスト基板をホットプレートを用いて90℃以上の温度で加熱する(プリベーク)。ところが、ガラス転移温度が90℃未満のポリフェノール化合物を用いると、ガラス転移温度以上の温度でのプリベーク工程においてレジスト膜の脱濡れ現象が起こり、均一な膜が得られなくなる恐れがある。
それに対し、ガラス転移温度が90℃以上のポリフェノール化合物を用いる場合には、高温でのプリベークが可能となり、均一な膜が得られるほか、環境耐性(ポストコーティングディレイ:PCD)に優れたレジスト膜が得られる。更に、レジストパターン形成後のドライエッチング工程において、エッチング耐性(エッチング中の高温によるパターンの溶融を防止可能)に優れたパターンが得られる。
なお、ここでのガラス転移温度は、示差走査熱量計(DSC)により測定したものである。
また、本発明において用いられるポリフェノール化合物(A)は、沸点が80〜180℃の有機溶剤に対して、0.5重量%以上の溶解性を有していることが好ましい。このような場合には、スピンコート時に急激なレジスト膜の乾燥を防ぐことが可能となり、均一なレジスト膜が得られるというメリットがある。沸点が80〜180℃の有機溶剤の代表例としては、シクロペンタノン、プロピレングリコールモノメチルエーテル、シクロヘキサノン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、乳酸エチル、2−ヘプタノン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、1−エトキシ−2−プロパノール等が挙げられる。
中でも、本発明において用いられるポリフェノール化合物(A)は、フェノール性水酸基を1分子中に3個以上有し、ガラス転移温度(Tg)が90℃以上であり、且つ、沸点が80〜180℃の有機溶剤に対して、0.5重量%以上の溶解性を有していることが好ましい。
上記ポリフェノール化合物(A)としては、下記化学式(2)及び化学式(4)で表される化合物が挙げられる。下記化学式(2)で表される化合物は、高感度、且つ、高解像力で形状が良好なパターンを得る点から好ましい。
Figure 0005779835
[化学式(2)中、Rは、各々独立に、水素原子、又はアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、及び下記化学式(3)に示す基からなる群より選ばれる基である。
Figure 0005779835
(化学式(3)中、Qは、アリール基又はシクロアルキル基であり、mは1又は2を表す。)Rは、各々独立に、水素原子又は有機基であり、複数あるRのうち少なくとも2つは水素原子である。Rは、ハロゲン原子又はアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アルコキシ基、アシル基、シアノ基、及びニトロ基からなる群より選ばれる基である。n1は1〜3の整数、n2は0〜2の整数を表す。但し、n1+n2≦4となる組み合わせをn1及びn2の数値範囲から選択するものとする。x1は3〜12の整数を表す。また、化学式(2)に含まれる同一符号で表される基は、互いに同じでも異なっていてもよい。]
Figure 0005779835
(化学式(4)中、
、R、R及びRは、各々独立に、水素原子、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。複数のRが結合して環を形成してもよい。複数のRが結合して環を形成してもよい。複数のRが結合して環を形成してもよい。複数のRが結合して環を形成してもよい。また、複数あるR、R、R及びRは互いに同じであっても異なっていても良い。
10及びR11は、各々独立に、水素原子又は有機基を表し、複数あるR10及びR11は互いに同じであっても異なっていても良い。また、複数あるR10及びR11のうち少なくとも2つは水素原子である。
Wは単結合、アルキレン基、シクロアルキレン基又はアリーレン基及びこれらの任意の組み合わせからなる基を表す。
x2は正の整数を表す。
y1は0以上の整数を表し、Wが単結合の場合、y1は0である。
y2は0以上の整数を表し、y3は正の整数を表す。
zは0以上の整数を表す。
vは0以上の整数を表す。
k1及びk4は正の整数を表す。
k2、k3、及びk5は各々独立して0以上の整数を表す。但し、k1+k2+z=5、k3+v=3、k4+k5=5、k2+k5≧2を満たす。)
上記化学式(2)で表される化合物において、Rのアルキル基としては、特に制限はないが、炭素数1〜18のアルキル基が好ましい。当該アルキル基は、直鎖でも、分岐状でも良い。例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、i−プロピル基、i−ブチル基、t−ブチル基、i−ペンチル基、t−ペンチル基、ヘキサデシル基等が挙げられる。また、二重結合、三重結合等の不飽和結合を有していても良い。
アルキル基が有する置換基としては、ヒドロキシル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、ハロゲノアルキル基等が挙げられる。
のシクロアルキル基としては、特に制限はなく、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、シクロヘプチル基等が挙げられる。また、二重結合、三重結合等の不飽和結合を有していてもよく、単環性、多環性のどちらでもよい。
シクロアルキル基としては、シクロヘキシル基が好ましい。
シクロアルキル基が有する置換基としては、特に制限はないが、例えば、炭素数1〜5のアルキル基、ヒドロキシル基、アルコキシ基、アルコキシアルキル基、ハロゲン原子、ハロゲノアルキル基等が挙げられる。
炭素数1〜5のアルキル基としては、直鎖又は分岐状のいずれでもよい。直鎖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、n−ブチル基等が挙げられる。分岐状アルキル基としては、例えば、i−プロピル基、i−ブチル基、t−ブチル基、i−ペンチル基、t−ペンチル基等が挙げられる。
また、アルコキシ基としては、特に制限はないが、炭素数1〜8のアルコキシ基が好ましく、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、2−エチルヘキシルオキシ基等が挙げられる。
アルコキシアルキル基としては、特に制限はないが、炭素数1〜8のアルコキシアルキル基が好ましく、例えば、メトキシメチル基、エトキシメチル基、メトキシエチル基、エトキシエチル基、メトキシプロピル基等が挙げられる。
ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。
ハロゲノアルキル基としては、特に制限はないが、炭素数1〜8のハロゲノアルキル基が好ましく、例えば、クロロメチル基、ジクロロメチル基、トリクロロメチル基、ブロモメチル基、ジブロモメチル基、トリブロモメチル基、フルオロメチル基、ジフルオロメチル基、トリフルオロメチル基、1−クロロエチル基、1−ブロモエチル基、1−フルオロエチル基、1,2−ジクロロエチル基、1,1,2,2−テトラクロロエチル基等が挙げられる。
のアリール基としては、特に制限はないが、好ましくは炭素数6〜14、更に好ましくは炭素数6〜10であり、例えば、フェニル基、ナフチル基、アントリル基等が挙げられる。
また、アリール基が有する置換基としては、シクロアルキル基、炭素数1〜5のアルキル基、ヒドロキシル基、アルコキシ基、アルコキシアルキル基、ハロゲン原子、ハロゲノアルキル基等が挙げられる。
アリール基が有する置換基としてのシクロアルキル基は、上記のシクロアルキル基と同様のものが挙げられる。また、当該シクロアルキル基は、置換基を有していてもよく、置換基としては、炭素数1〜5のアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基、ヒドロキシル基、アルコキシ基等が挙げられる。炭素数1〜5のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、i−プロピル基等が挙げられる。アルコキシ基としては、特に制限はないが、炭素数1〜8のアルコキシ基が好ましく、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、2−エチルヘキシルオキシ基等が挙げられる。
アリール基が有する置換基としての炭素数1〜5のアルキル基、アルコキシ基、アルコキシアルキル基、ハロゲン原子、及びハロゲノアルキル基は、上記シクロアルキル基で示したとおりである。
上記化学式(3)中のQのアリール基としては、上記アリール基と同様のものが挙げられる。Qのアリール基が有する置換基は、上記アリール基が有する置換基と同様のものが挙げられる。また、上記化学式(3)中のQのシクロアルキル基としては、上記シクロアルキル基と同様のものが挙げられる。Qのシクロアルキル基が有する置換基は、上記シクロアルキル基が有する置換基と同様のものが挙げられる。
の有機基としては、特に制限はないが、アルキル基、シクロアルキル基、アリー
ル基が挙げられる。
のアルキル基としては、上記Rと同様のものが挙げられる。Rのアルキル基の有する置換基としては、上記Rのものと同様のものが挙げられる。
のシクロアルキル基、及びシクロアルキル基の有する置換基としては、上記Rのものと同様のものとすることができる。Rのアリール基、及びアリール基が有する置換基としては、上記Rのものと同様のものとすることができる。
のハロゲン原子としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。
のアルキル基としては、上記Rと同様のものが挙げられる。
としてのアルキル基が有する置換基は、シクロアルキル基、アリール基、アミノ基、アミド基、ウレイド基、ウレタン基、ヒドロキシル基、カルボキシ基、ハロゲン原子、アルコキシ基、チオエーテル基、アシル基、アシルオキシ基、アルコキシカルボニル基、シアノ基、ニトロ基等が挙げられる。
のシクロアルキル基、及びシクロアルキル基の有する置換基としては、上記Rのものと同様のものとすることができる。Rのアリール基、及びアリール基が有する置換基としては、上記Rのものと同様のものとすることができる。
また、Rのアルコキシ基としては、上記Rと同様のものが挙げられる。
のアシル基としては、特に制限はないが、炭素数1〜8のアシル基が好ましく、例えば、ホルミル基、アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、バレリル基、ピバロイル基、ベンゾイル基等が挙げられる。
x1は3〜12の整数、好ましくは4〜12の整数、より好ましくは4〜8の整数である。
前記化学式(2)で表される化合物は、フェノール性水酸基を2つ以上有すれば、各繰り返し単位の同一符号で示される置換基はそれぞれ、同じであっても異なっていても良い。各繰り返し単位におけるOR及びRの位置が同じであっても異なっていても良い。また、各繰り返し単位におけるn1及n2の数がそれぞれ、同じであっても異なっていても良い。例えば、化学式(2)で表される化合物において、x1が4の場合、下記化学式(5)のように全ての繰り返し単位が同じであっても良いし、下記化学式(6)のように全ての繰り返し単位が異なっていても良い。
Figure 0005779835
Figure 0005779835
上記化学式(2)で表される化合物においては、高感度、且つ、高解像力で形状が良好なパターンを得る点から、中でも、x1が4で、n1が2又は3であることが好ましく、更にx1が4で、n1が2の、8つのRのうち水素原子が2〜8個のカリックスレゾルシンアレン誘導体であることが好ましい。更に、8つのRのうち水素原子が2〜4個であるカリックスレゾルシンアレン誘導体であることが好ましく、中でも、化学式(2)の繰り返し単位中の2つのRのうち1つが水素原子で、もう1つが有機基であって、1分子中の水素原子が4個であるカリックスレゾルシンアレン誘導体であることが、高濃度の現像液を用いながら高感度を達成できる点から好ましい。
一方、上記化学式(4)で表される化合物において、R、R、R及びRにおけるアルキル基は、直鎖でも分岐状でもよく、好ましくはメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、イソブチル基、ヘキシル基、オクチル基等の炭素数1〜10個のものが挙げられる。
、R、R及びRにおけるシクロアルキル基としては、単環、多環どちらでもよい。例えば、炭素数5以上のモノシクロ、ビシクロ、トリシクロ、テトラシクロ構造等を有する基を挙げることができる。その炭素数は6〜30個が好ましく、特に炭素数7〜25個が好ましく、例えば、アダマンチル基、ノルアダマンチル基、デカリン残基、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、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、シクロドデカニル基等を挙げることができる。これらの脂環式炭化水素基は置換基を有していてもよい。
上記アルキル基又はシクロアルキル基が有してよい置換基としては、ヒドロキシル基、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、ヨウ素原子)、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)等を挙げることができる。
10及びR11における有機基とは、アルキル基、アリール基、アラルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アミド基、シアノ基等を挙げることができる。アルキル基は、炭素数1〜10個のアルキル基又はシクロアルキル基が好ましく、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、ヘキシル基、2−エチルヘキシル基、オクチル基、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロヘキシル基、アダマンチル基等を挙げることができる。アリール基は、炭素数6〜14のアリール基が好ましく、例えば、フェニル基、ナフチル基、アントラセニル基等を挙げることができる。アラルキル基は、炭素数6〜12個のアラルキル基が好ましく、例えば、ベンジル基、フェネチル基、クミル基等を挙げることができる。アルコキシ基及びアルコキシカルボニル基に於けるアルコキシ基は、炭素数1〜5のアルコキシ基が好ましく、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基等を挙げることができる。
Wにおけるアルキレン基は、直鎖でも分岐状でもよく、炭素数1〜10のものが好ましく、例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、イソブチレン基等が挙げられる。
Wにおけるシクロアルキレン基は、単環、多環どちらでもよく、環を形成するアルキレン基としては、例えば炭素数3〜8個のシクロアルキレン基(例えば、シクロペンチレン基、シクロヘキシレン基)を挙げることができる。
Wにおけるアルキレン基及びシクロアルキレン基は、さらに置換基を有していてよく、置換基としては、アルキル基(好ましくは炭素数1〜10、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基等)、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜4、例えばメトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等)、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子などが挙げられる。
また、アルキレン鎖又はシクロアルキレン鎖は、アルキレン鎖中に−O−、−OC(=O)−、−OC(=O)O−、−N(R)−C(=O)−、−N(R)−C(=O)O−、−S−、−SO−、−SO−を含んでいても良い。ここでRは水素原子又はアルキル基(好ましくは炭素数1〜10、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基等)である。
Wにおける環状のアリーレン基としては、好ましくはフェニレン基、トリレン基、ナフチレン基等の炭素数6〜15個のものが挙げられる。
前記ポリフェノール化合物(A)は、1分子中のフェノール性水酸基が2個以上存在すれば、多価フェノール化合物等の母核となる化合物(母核化合物)のフェノール性水酸基を有機基で保護しても良い。
以下にポリフェノール化合物(A)の母核化合物の具体例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。以下の具体例のフェノール性水酸基は、1分子中のフェノール性水酸基が2個以上存在すれば、有機基で保護されているものであっても良い。
Figure 0005779835
Figure 0005779835
Figure 0005779835
前記ポリフェノール化合物(A)の母核化合物は、例えば本州化学工業(株)、旭有機材工業株式会社などから市販されており、これを用いることができる。また、各種フェノール化合物と各種アルデヒド、ケトンの縮合により合成することもできる。
本発明に係るネガ型レジスト組成物において、ポリフェノール化合物(A)は、上述した化合物のうち、1種単独で用いても良いし、2種以上を混合して用いても良い。例えば、前記化学式(2)で表される化合物と前記化学式(4)で表される化合物とを合せて用いても良いし、前記化学式(5)で表される化合物のように全ての繰り返し単位が同じ化合物と、前記化学式(6)で表される化合物のように全ての繰り返し単位が異なる化合物とを合わせて用いても良い。
前記ポリフェノール化合物(A)の分子量は、300〜3000である。
前記ポリフェノール化合物(A)が前記化学式(2)で表される化合物である場合は、分子量は、好ましくは300〜2000、さらに好ましくは、400〜1500である。
また、前記ポリフェノール化合物(A)が前記化学式(4)で表される化合物である場合は、分子量は、好ましくは300〜2500、さらに好ましくは、400〜2000である。
前記ポリフェノール化合物(A)が前記化学式(2)で表される化合物である場合、当該ポリフェノール化合物(A)の含有量は、全固形分に対して、50〜95重量%であることが好ましく、更に好ましくは60〜85重量%である。
また、前記ポリフェノール化合物(A)が前記化学式(4)で表される化合物である場合、当該ポリフェノール化合物(A)の含有量は、全固形分に対して、50〜95重量%であることが好ましく、更に好ましくは60〜85重量%である。
なお、本発明において、固形分とは、ネガ型レジスト組成物中に含まれる成分のうち有機溶剤以外のものを意味する。
<波長248nm以下の活性エネルギー線を照射することで直接又は間接的に酸を発生する酸発生剤(B)>
本発明において用いられる波長248nm以下の活性エネルギー線を照射することで直接又は間接的に酸を発生する酸発生剤(B)は、従来の化学増幅型レジスト組成物において使用されている公知の酸発生剤から特に限定せずに用いることができる。
上記酸発生剤(B)としては、下記化学式(7)〜(12)で表される化合物からなる群から選択される少なくとも1種類であることが好ましい。
Figure 0005779835
化学式(7)中、R12は同一でも異なっていてもよく、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜12の直鎖状アルキル基、炭素数3〜12の分枝状アルキル基、炭素数3〜12の環状アルキル基、炭素数1〜12の直鎖状アルコキシ基、炭素数3〜12の分枝状アルコキシ基、炭素数3〜12の環状アルコキシ基、ヒドロキシル基、又はハロゲン原子であり、Xは、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数6〜12のアリール基、炭素数1〜12のハロゲン置換アルキル基、若しくは炭素数6〜12のハロゲン置換アリール基を有するスルホン酸イオン、又はハロゲン化物イオンである。
上記化学式(7)で表される化合物としては、例えば、トリフェニルスルホニウムトリフルオロメチルスルホネート、トリフェニルスルホニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムシクロヘキサフルオロプロパン−1,3−ビス(スルホニル)イミド、トリフェニルスルホニウムノナフルオロブタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、ジフェニル−4−メチルフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、ジフェニル−2,4,6−トリメチルフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、ジフェニル−2,4,6−トリメチルフェニルスルホニウムp−トルエンスルホナート、ジフェニル−4−t−ブトキシフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、ジフェニル−4−t−ブトキシフェニルスルホニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、ジフェニル−4−ヒドロキシフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、ビス(4−フルオロフェニル)−4−ヒドロキシフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、ジフェニル−4−ヒドロキシフェニルスルホニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、ビス(4−ヒドロキシフェニル)−フェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、トリス(4−メトキシフェニル)スルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、トリス(4−フルオロフェニル)スルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、トリフェニルスルホニウム−p−トルエンスルホネート、トリフェニルスルホニウムベンゼンスルホネート、ジフェニル−2,4,6−トリメチルフェニル−p−トルエンスルホネート、ジフェニル−2,4,6−トリメチルフェニルスルホニウム−2−トリフルオロメチルベンゼンスルホネート、ジフェニル−2,4,6−トリメチルフェニルスルホニウム−4−トリフルオロメチルベンゼンスルホネート、ジフェニル−2,4,6−トリメチルフェニルスルホニウム−2,4−ジフルオロベンゼンスルホネート、ジフェニル−2,4,6−トリメチルフェニルスルホニウムヘキサフルオロベンゼンスルホネート、ジフェニルナフチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、ジフェニル−4−ヒドロキシフェニルスルホニウム−p−トルエンスルホネート、トリフェニルスルホニウム10−カンファースルホネート、ジフェニル−4−ヒドロキシフェニルスルホニウム10−カンファースルホネート等が挙げられる。
Figure 0005779835
化学式(8)中、X及びR13は、化学式(7)のX及びR12と同様である。
上記化学式(8)で表される化合物としては、例えば、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムp−トルエンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムベンゼンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウム−2−トリフルオロメチルベンゼンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウム−4−トリフルオロメチルベンゼンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウム−2,4−ジフルオロベンゼンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムヘキサフルオロベンゼンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウム10−カンファースルホネート、ジフェニルヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムp−トルエンスルホネート、ジフェニルヨードニウムベンゼンスルホネート、ジフェニルヨードニウム10−カンファースルホネート、ジフェニルヨードニウム−2−トリフルオロメチルベンゼンスルホネート、ジフェニルヨードニウム−4−トリフルオロメチルベンゼンスルホネート、ジフェニルヨードニウム−2,4−ジフルオロベンゼンスルホネート、ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロベンゼンスルホネート、ビス(4−トリフルオロメチルフェニル)ヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、ビス(4−トリフルオロメチルフェニル)ヨードニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、ビス(4−トリフルオロメチルフェニル)ヨードニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、ビス(4−トリフルオロメチルフェニル)ヨードニウムp−トルエンスルホネート、ビス(4−トリフルオロメチルフェニル)ヨードニウムベンゼンスルホネート、ビス(4−トリフルオロメチルフェニル)ヨードニウム10−カンファースルホネート等が挙げられる。
Figure 0005779835
化学式(9)中、Lは炭素数1〜12のアルキレン基、炭素数6〜12のアリーレン基、又は炭素数1〜12のアルキレンオキシ基(−R’−O−、但し、R’は炭素数1〜12のアルキレン基)であり、R14は炭素数1〜12のアルキル基、炭素数6〜12のアリール基、炭素数1〜12のハロゲン置換アルキル基、又は炭素数6〜12のハロゲン置換アリール基である。
上記化学式(9)で表される化合物としては、例えば、N−(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)フタルイミド、N−(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)ジフェニルマレイミド、N−(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]へプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)ナフチルイミド、N−(10−カンファースルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(10−カンファースルホニルオキシ)フタルイミド、N−(10−カンファースルホニルオキシ)ジフェニルマレイミド、N−(10−カンファースルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]へプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(10−カンファースルホニルオキシ)ナフチルイミド、N−(n−オクタンスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]へプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(n−オクタンスルホニルオキシ)ナフチルイミド、N−(p−トルエンスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]へプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(p−トルエンスルホニルオキシ)ナフチルイミド、N−(2−トリフルオロメチルベンゼンスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]へプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(2−トリフルオロメチルベンゼンスルホニルオキシ)ナフチルイミド、N−(4−トリフルオロメチルベンゼンスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]へプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(4−トリフルオロメチルベンゼンスルホニルオキシ)ナフチルイミド、N−(パーフルオロベンゼンスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]へプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(パーフルオロベンゼンスルホニルオキシ)ナフチルイミド、N−(1−ナフタレンスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]へプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(1−ナフタレンスルホニルオキシ)ナフチルイミド、N−(ノナフルオロ−n−ブタンスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]へプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(ノナフルオロ−n−ブタンスルホニルオキシ)ナフチルイミド、N−(パーフルオロ−n−オクタンスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]へプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(パーフルオロ−n−オクタンスルホニルオキシ)ナフチルイミド等が挙げられる。
Figure 0005779835
化学式(10)中、R15は同一でも異なっていてもよく、それぞれ独立に、炭素数1〜12の直鎖状アルキル基、炭素数3〜12の分枝状アルキル基、炭素数3〜12の環状アルキル基、炭素数6〜12のアリール基、炭素数3〜12のヘテロアリール基、又は炭素数7〜12のアラルキル基である。前記各置換基は、炭素数1〜12のアルキル基、ヒドロキシル基、ハロゲン原子、炭素数1〜12のハロアルキル基で置換されていてもよい。
上記化学式(10)で表される化合物としては、例えば、ジフェニルジスルフォン、ジ(4−メチルフェニル)ジスルフォン、ジナフチルジスルフォン、ジ(4−t−ブチルフェニル)ジスルフォン、ジ(4−ヒドロキシフェニル)ジスルフォン、ジ(3−ヒドロキシナフチル)ジスルフォン、ジ(4−フルオロフェニル)ジスルフォン、ジ(2−フルオロフェニル)ジスルフォン、ジ(4−トリフルオロメチルフェニル)ジスルフォン等が挙げられる。
Figure 0005779835
化学式(11)中、R16は同一でも異なっていてもよく、それぞれ独立に、炭素数1〜12の直鎖状アルキル基、炭素数3〜12の分枝状アルキル基、炭素数3〜12の環状アルキル基、炭素数6〜12のアリール基、炭素数3〜12のヘテロアリール基、又は炭素数7〜12のアラルキル基である。前記各置換基は、炭素数1〜12のアルキル基、ハロゲン原子、炭素数1〜12のアルコキシ基で置換されていてもよい。
上記化学式(11)で表される化合物としては、例えば、α−(メチルスルホニルオキシイミノ)−フェニルアセトニトリル、α−(メチルスルホニルオキシイミノ)−4−メトキシフェニルアセトニトリル、α−(トリフルオロメチルスルホニルオキシイミノ)−フェニルアセトニトリル、α−(トリフルオロメチルスルホニルオキシイミノ)−4−メトキシフェニルアセトニトリル、α−(エチルスルホニルオキシイミノ)−4−メトキシフェニルアセトニトリル、α−(プロピルスルホニルオキシイミノ)−4−メチルフェニルアセトニトリル、α−(メチルスルホニルオキシイミノ)−4−ブロモフェニルアセトニトリル等が挙げられる。
Figure 0005779835
化学式(12)中、R17は同一でも異なっていてもよく、それぞれ独立に、1以上の塩素原子及び1以上の臭素原子を有するハロゲン化アルキル基である。ハロゲン化アルキル基の炭素数は1〜5が好ましい。
上記化学式(12)で表される化合物としては、例えば、モノクロロイソシアヌール酸、モノブロモイソシアヌール酸、ジクロロイソシアヌール酸、ジブロモイソシアヌール酸、トリクロロイソシアヌール酸、トリブロモイソシアヌール酸等が挙げられる。
その他の酸発生剤(B)としては、例えば、ビス(p−トルエンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(2,4−ジメチルフェニルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(t−ブチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(n−ブチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(イソブチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(イソプロピルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(n−プロピルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(シクロヘキシルスルホニル)ジアゾメタン等のビススルホニルジアゾメタン類、2−(4−メトキシフェニル)−4,6−(ビストリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−(4−メトキシナフチル)−4,6−(ビストリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、トリス(2,3−ジブロモプロピル)−1,3,5−トリアジン、トリス(2,3−ジブロモプロピル)イソシアヌレート等のハロゲン含有トリアジン誘導体が挙げられる。
これらの酸発生剤(B)は1種を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く、また、その配合量は、前記ポリフェノール化合物(A)100重量部に対し、好ましくは1〜40重量部、さらに好ましくは1〜30重量部、よりさらに好ましくは5〜20重量部である。この範囲よりも少なくなると像形成ができず、多くなると、均一な溶液とならず、保存安定性が低下する。
<架橋剤(C)>
本発明において用いられる架橋剤(C)は、下記化学式(1)で表される化合物である。
Figure 0005779835
(化学式(1)中、Rは炭素数が2〜20の有機基であり、Pは水素原子又はアルキル基である。)
上記化学式(1)において、Rは、炭素数が2〜20の有機基であり、炭素数が2〜20の置換基を有していても良い直鎖、分岐、環状のアルキレン基、置換基を有していても良いアリーレン基、及びこれらの組み合わせが好ましいものとして挙げられ、例えば、イソプロピレン基、シクロヘキシレン基、フルオレン基等が挙げられる。Rには、エーテル結合、チオエーテル結合、カルボニル結合、チオカルボニル結合、エステル結合、アミド結合、ウレタン結合、カーボネート結合、スルホニル結合等が含まれていても良い。
また、上記Rの具体例としては、更に、例えば、下記化学式(1−1)〜(1−14)で示される有機基を挙げることができる。
Figure 0005779835
上記Pのアルキル基としては、炭素数が6以下のものが好ましい。具体的には、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−ブチル基等が挙げられる。中でも、メチル基が好ましい。また、上記アルキル基は、置換基としてアルコキシ基を有していてもよい。置換基としてのアルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基等が挙げられる。
以下に、上記化学式(1)で表される化合物の具体例を示すが、本発明は、これらに限定されるものではない。
Figure 0005779835
Figure 0005779835
上記化学式(1)で表される化合物のうち、ヒドロキシメチル基を有するビスフェノール誘導体は、対応するヒドロキシメチル基を有さないビスフェノール化合物と、ホルムアルデヒドを塩基触媒下で反応させることによって得ることができる。また、アルコキシメチル基を有する各種ビスフェノール誘導体は、対応するヒドロキシメチル基を有するビスフェノール誘導体とアルコールを酸触媒下で反応させることによって得ることができる。
本発明で用いられる架橋剤(C)は、上記Rが下記化学式(a)で示される有機基である下記化学式(A)で表わされる化合物であることが高感度、且つ、高解像力で形状が良好なパターンを得る点、及び密着性の点から好ましい。
Figure 0005779835
(化学式(a)中、Rはそれぞれ独立に炭素数1〜5のアルキル基であり、Rはそれぞれ独立に水素原子又は炭素数1〜5のアルキル基である。)
Figure 0005779835
(化学式(A)中、Rはそれぞれ独立に炭素数1〜5のアルキル基であり、Rはそれぞれ独立に水素原子又は炭素数1〜5のアルキル基であり、Pは化学式(1)と同じである。)
上記R及びRの炭素数1〜5のアルキル基は、直鎖状又は分岐状のいずれでもよい。直鎖状アルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、n−ペンチル基が挙げられる。分岐状アルキル基としては、例えば、i−プロピル基、i−ブチル基、t−ブチル基等が挙げられる。Rとしては中でも、メチル基、エチル基、であることが好ましい。また、Rとしては中でも、水素原子であることが好ましい。
なお、1分子中に含まれる2つのR及びRは、それぞれ、同じでも異なっていてもよい。
また、上記化学式(a)で表わされる有機基としては、上記Rで示した化学式(1−4)で表わされる有機基が好ましく、上記化学式(A)で表わされる化合物としては、上記で例示した化学式(1−G)及び(1−H)で表わされる化合物が好ましい。
上記化学式(1)で表される化合物(架橋剤(C))は1種を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く、また、その配合量は、前記ポリフェノール化合物(A)100重量部に対し、3〜40重量部、好ましくは3〜30重量部である。架橋剤(C)の配合量が、3重量部未満では架橋形成が十分に進行せず、良好なレジストパターンが得られないおそれがある。また、40重量部を超えると、レジスト溶液の保存安定性が低下し、感度が経時的に劣化するおそれがある。
<有機塩基性化合物(D)>
本発明において用いられる有機塩基性化合物(D)は、レジストパタ−ン形状、保管状態での経時安定性などを向上させるために、公知の有機塩基性化合物の中から任意のものを選択して使用することができる。
上記有機塩基性化合物(D)としては、含窒素有機化合物が挙げられ、例えば、窒素原子を有する含窒素化合物、アミド基含有化合物、ウレア化合物、及び含窒素複素環式化合物等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
含窒素有機化合物としては、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、n−ドデシルアミン、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、メチル−n−ドデシルアミン、ジ−n−ドデシルメチルアミン、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、ジメチル−n−ドデシルアミン、ジ−n−ドデシルメチルアミン、ジシクロヘキシルメチルアミン、トリシクロヘキシルアミン等のトリ(シクロ)アルキルアミン類;モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等のアルカノールアミン類;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、トリベンジルアミン、1−ナフチルアミン等の芳香族アミン類;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、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、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、ポリエチレンイミン、2,2−(フェニルイミノ)ジエタノール、ポリアリルアミン、N−(2−ジメチルアミノエチル)アクリルアミドの重合体等が挙げられる。
アミド基含有化合物としては、例えば、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−メチルピロリドン等が挙げられる。
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挙げられる。
含窒素複素環式化合物としては、例えば、イミダゾール、ベンズイミダゾール、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、2−フェニルベンズイミダゾール、4,5−ジフェニルイミダゾール、2,4,5−トリフェニル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、8−オキシキノリン、アクリジン等のピリジン類;及び、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、モルホリン、4−メチルモルホリン、ピペラジン、1,4−ジメチルピペラジン、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン等が挙げられる。
これらの有機塩基性化合物(D)は、単独であるいは2種以上組み合わせて用いることができる。有機塩基性化合物(D)の配合量は、前記ポリフェノール化合物(A)100重量部に対し、0.01〜10重量部、好ましくは0.1〜5重量部である。0.01重量部未満ではその添加の効果が得られない。一方、10重量部を超えると感度の低下や未露光部の現像性が悪化する傾向がある。
<化学式(13)で表される繰り返し単位を有し、アルカリ現像液への溶解性を有する樹脂(E)>
本発明のネガ型レジスト組成物は、更に、下記化学式(13)で表される繰り返し単位を有し、アルカリ現像液への溶解性を有する樹脂(E)(以下、アルカリ可溶性ポリマー(E)ともいう)を含有していてもよい。
Figure 0005779835
(化学式(13)中、Zは、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、アルキル基、アシル基、アシロキシ基、アルキルスルホニル基、又はアルコキシ基である。Zが複数個ある場合、当該Zは同じでも異なっていてもよい。Rは、水素原子、メチル基、ハロゲン原子、シアノ基、又はトリフルオロ基である。pは2〜4の整数、qは1〜3の整数を表し、p+q=5である。)
化学式(13)における、Z及びRのハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、沃素原子が挙げられる。
Zのアルキル基及びアルキルスルホニル基におけるアルキル基は、炭素数1〜5の直鎖状又は分岐状アルキル基が好ましく、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基等が挙げられる。
Zのアルコキシ基は、炭素数1〜5のアルコキシ基が好ましく、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、n−ブトキシ基等が挙げられる。
Zのアシル基は、炭素数1〜8のアシル基が好ましく、例えば、ホルミル基、アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、バレリル基、ピバロイル基、ベンゾイル基等が挙げられる。
Zのアシロキシ基は、炭素数2〜8のアシロキシ基が好ましく、例えば、アセトキシ基、プロピオニルオキシ基、ブチリルオキシ基、バレリルオキシ基、ピバロイルオキシ基、ヘキサノイルオキシ基、オクタノイルオキシ基、ベンゾイルオキシ基等が挙げられる。
Zは、更にハロゲン原子等で置換されていても良い。
以下に、化学式(13)で表される繰り返し単位の具体例を示すが、本発明は、これらに限定されるものではない。
Figure 0005779835
アルカリ可溶性ポリマー(E)は、上記の繰り返し単位以外に、ドライエッチング耐性や標準現像液適性、基板密着性、レジストプロファイル、更にレジストの一般的に必要な特性である解像力、耐熱性、感度等を調節する目的で様々な繰り返し単位を含有することができる。
このような繰り返し単位としては、下記単量体に相当する繰り返し構造単位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。例えば、アクリル酸及びエステル類、メタクリル酸及びエステル類、アクリルアミド類、メタクリルアミド類、アリル化合物、ビニルエーテル類、ビニルエステル類等から選ばれる付加重合性不飽和結合を1個有する化合物等が挙げられる。
具体的には、以下の単量体を挙げることができる。
アクリル酸及びエステル類としては、例えば、アクリル酸、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸アミル、アクリル酸エチルヘキシル、アクリル酸オクチル、アクリル酸−t−オクチル、クロルエチルアクリレート、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2,2−ジメチルヒドロキシプロピルアクリレート、5−ヒドロキシペンチルアクリレート、トリメチロールプロパンモノアクリレート、ペンタエリスリトールモノアクリレート、フルフリルアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、アダマンチルアクリレート、ノルボルニルアクリレート等が挙げられる。
メタクリル酸及びエステル類としては、例えば、メタクリル酸、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、プロピルメタクリレート、イソプロピルメタクリレート、アミルメタクリレート、ヘキシルメタクリレート、クロルベンジルメタクリレート、オクチルメタクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、4−ヒドロキシブチルメタクリレート、5−ヒドロキシペンチルメタクリレート、2,2−ジメチル−3−ヒドロキシプロピルメタクリレート、トリメチロールプロパンモノメタクリレート、ペンタエリスリトールモノメタクリレート、フルフリルメタクリレート、テトラヒドロフルフリルメタクリレート、アダマンチルメタクリレート、ノルボルニルメタクリレート等が挙げられる。
アクリルアミド類としては、例えば、アクリルアミド、N−アルキルアクリルアミド、N,N’−ジアルキルアクリルアミド、N−ヒドロキシエチル−N−メチルアクリルアミド、N−2−アセトアミドエチル−N−アセチルアクリルアミド等が挙げられる。
メタクリルアミド類としては、例えば、メタクリルアミド、N−アルキルメタクリルアミド、N,N’−ジアルキルメタクリルアミド、N−ヒドロキシエチル−N−メチルメタクリルアミド等が挙げられる。
アリル化合物としては、例えば、アリルエステル類、アリルオキシエタノール等が挙げられる。また、アリルエステル類の具体例としては、酢酸アリル、カプロン酸アリル、カプリル酸アリルラウリン酸アリル、パルミチン酸アリル、ステアリン酸アリル、安息香酸アリル、アセト酢酸アリル、乳酸アリル等が挙げられる。
ビニルエーテル類としては、例えば、アルキルビニルエーテルが挙げられ、具体的には、ヘキシルビニルエーテル、オクチルビニルエーテル、デシルビニルエーテル、エチルヘキシルビニルエーテル、メトキシエチルビニルエーテル、エトキシエチルビニルエーテル、クロルエチルビニルエーテル、1−メチル−2,2−ジメチルプロピルビニルエーテル、2−エチルブチルビニルエーテル、ヒドロキシエチルビニルエーテル、ジエチレングリコールビニルエーテル、ジメチルアミノエチルビニルエーテル、ジエチルアミノエチルビニルエーテル、ブチルアミノエチルビニルエーテル、ベンジルビニルエーテル、テトラヒドロフルフリルビニルエーテル等が挙げられる。
ビニルエステル類としては、例えば、ビニルブチレート、ビニルイソブチレート、ビニルトリメチルアセテート、ビニルジエチルアセテート、ビニルバレート、ビニルカプロエート、ビニルクロルアセテート、ビニルジクロルアセテート、ビニルメトキシアセテート、ビニルブトキシアセテート、ビニルアセトアセテート、ビニルラクテート、ビニル−β−フェニルブチレート、ビニルシクロヘキシルカルボキシレート等が挙げられる。
その他クロトン酸、イタコン酸、無水マレイン酸、マレイミド、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、マレイロニトリル等が挙げられる。
その他にも、上記種々の繰り返し単位に相当する単量体と共重合可能である付加重合性の不飽和化合物であれば、共重合されていてもよい。また、共重合させる単量体は、更に置換基を有していてもよい。
アルカリ可溶性ポリマー(E)における化学式(13)で表される繰り返し単位の含有量は、40〜100モル%とすることが好ましく、更に70〜100モル%とすることが好ましい。
また、アルカリ可溶性ポリマー(E)の重量平均分子量は、2000〜80000とすることが好ましく、更に2500〜8000とすることが好ましい。
アルカリ可溶性ポリマー(E)の含有量は、全固形分に対して0.5〜70重量%とすることが好ましく、更に1〜50重量%とすることが好ましい。
<その他の成分>
本発明のネガ型レジスト組成物には、さらに所望により混和性のある添加剤、例えばレジスト膜の性能を改良するための付加的樹脂、塗布性を向上させるための界面活性剤、溶解抑制剤、可塑剤、安定剤、着色剤、ハレーション防止剤などを適宜、添加含有させることができる。
<ネガ型レジスト組成物の調製>
本発明に係るネガ型レジスト組成物は、通常、有機溶剤(F)に上記のポリフェノール化合物(A)、酸発生剤(B)、架橋剤(C)、及び必要に応じてその他の添加剤を均一に混合することにより調製される。
有機溶剤(F)としては、化学増幅型レジストの溶剤として一般に用いられているものが使用できる。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、プロピレングリコールモノメチルエーテルプロピオネート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、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、これらの溶媒を単独あるいは混合して使用することができる。さらにイソプロピルアルコール、エチルアルコール、メチルアルコール、n−ブチルアルコール、s−ブチルアルコール、t−ブチルアルコール、イソブチルアルコール、2−メチル−1−ペンタノール、4−メチル−2−ペンタノール、2−メトキシエタノール、2−エトキシエタノール、1−エトキシ−2−プロパノール、1−メトキシ−2−プロパノールなどのアルコールや、トルエン、キシレンなどの芳香族溶媒が含有されていても構わない。本発明では、これらの有機溶剤(F)の中でもレジスト成分中の酸発生剤の溶解性が最も優れているジエチレングリコールジメチルエーテルやシクロヘキサノン、シクロペンタノン、1−エトキシ−2−プロパノール、乳酸エチルの他、安全溶剤である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及びその混合溶剤が好ましく使用される。
レジスト組成分中の溶剤量は特に限定されず、基板等に塗布可能な濃度で、塗布膜厚に応じて適宜設定される。一般的には、溶剤は、レジスト組成物の固形分濃度が好ましくは0.5〜20重量%、より好ましくは0.5〜15重量%の範囲内となる様に用いられる。
本発明のネガ型レジスト組成物は、半導体集積回路のゲート層作成用、ガラス基板上に形成されるマスクパターン加工用などの微細化された電子部品を製造するためのマイクロリソグラフィプロセスに好適に使用することができる。
本発明は、上記本発明に係るネガ型レジスト組成物又はその硬化物により少なくとも一部分が形成されている、電子部品をも提供する。本発明に係る電子部品は、レジスト組成物又はその硬化物が含まれる構成のいずれかに、上記本発明に係るネガ型レジスト組成物又はその硬化物を含めば、他の構成は、従来公知と同様のものとすることができる。本発明に係る電子部品としては、例えば、MEMS(マイクロ電気機械装置)部品、マイクロ機械部品、マイクロ流体工学部品、μ−TAS(マイクロ全分析装置)部品、インクジェット・プリンター部品、マイクロ反応器部品、電気伝導性層、金属バンプ接続部、LIGA(リソグラフィー電鋳成形)部品、マイクロ射出成形及びマイクロ圧印加工のための鋳型及び押型、精密印刷用スクリーン又はステンシル、MEMS及び半導体パッケージ用部品、及び紫外線(UV)リトグラフにより処理することができるプリント配線基板等が挙げられる。
II.パターン形成方法
本発明に係るパターン形成方法は、
(i)本発明に係るネガ型レジスト組成物を基板上に塗布した後、加熱処理し、レジスト膜を形成する工程、及び
(ii)前記レジスト膜を電子線、EUV、又はX線で露光し、加熱、現像する工程、
を含むことを特徴とする。
本発明に係るパターン形成方法によれば、高感度、且つ、高解像力で形状が良好なパターンを形成することができる。
以下、各工程についてそれぞれ説明する。
(i)本発明に係るネガ型レジスト組成物を基板上に塗布した後、加熱処理し、レジスト膜を形成する工程
本工程においては、まず、上記のネガ型レジスト組成物を基板上に塗布する。
塗布方法は、基板表面に当該ネガ型レジスト組成物を均一に塗布することができる方法であれば特に限定されるものではなく、スプレー法、ロールコート法、スリットコート法、回転塗布等の各種方法を用いることができる。
次に、当該基板上に塗布した当該ネガ型レジスト組成物にプリベーク(PAB)を行い、有機溶剤(F)を除去して、レジスト膜を形成する。
プリベークの温度は、当該組成物の成分、使用割合、有機溶剤(F)の種類等により適宜決めればよく、通常、70〜160℃、好ましくは70〜150℃である。また、プリベーク時間は、通常、30秒〜15分程度である。
(ii)前記レジスト膜を電子線、EUV、又はX線で露光し、加熱、現像する工程
本工程においては、まず、前記レジスト膜を、例えば、電子線描画装置、EUV露光装置等の露光装置を用いて、所定のパターン形状を有するマスクを介した露光、又は当該マスクを介さない電子線の直接照射による描画等により、選択的に露光を行う。
露光光源は、特に限定されず、ArFエキシマレーザー、KrFエキシマレーザー、Fエキシマレーザー、EUV(Extreme Ultraviolet:極紫外線)、電子線、X線等を用いて行うことができる。
次いで露光後に、露光後加熱(Post Exposure Bake、PEB)を行う。PEB処理の条件は、通常、50〜160℃の温度で、0.1〜15分程度の時間である。
次に、上記でPEB処理された基板をアルカリ現像液を用いて現像処理し、露光光の未照射部分を除去する。
現像方法としては、スプレー法、スリット法、液盛り法、ディッピング法、揺同浸漬法等が挙げられる。
また、本発明のネガ型レジスト組成物のアルカリ現像液としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウム、アンモニア水等の無機アルカリ類、エチルアミン、n‐プロピルアミン等の第一アミン類、ジエチルアミン、ジ‐n‐ブチルアミン等の第二アミン類、トリエチルアミン、メチルジメチルアミン等の第三アミン類、ジメチルエタノールアミン、トリエタノールアミン等のアルコールアミン類、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、コリン等の第四級アンモニウム塩、ピロール、ピペリジン等の環状アミン類等のアルカリ類の水溶液を使用することができる。更に、上記アルカリ類の水溶液にイソプロピルアルコール等のアルコール類、ノニオン系等の界面活性剤を適当量添加して使用することもできる。これらのアルカリ現像液の中で、好ましくは第四級アンモニウム塩、更に好ましくは、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、コリンの水溶液である。
また、アルカリ現像液としてテトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)水溶液を用いる場合、当該テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液の濃度は、0.1%〜5%であることが好ましく、更に好ましくは0.5%〜3%であり、特に好ましくは1.19%〜2.38%である。2.38%濃度のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液は、一般に半導体産業において最も入手しやすい。また、当該テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液の濃度が0.1%より薄い場合、空気中の二酸化炭素により現像液が中和されてしまい、感度が変動して安定的に製品を得る事が困難となる。
現像処理した後、リンス処理を行い、基板上のアルカリ現像液及び当該アルカリ現像液によって溶解したレジスト組成物を洗い流し、乾燥させて、レジストパターンを得る。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
以下、本発明について実施例を示して具体的に説明する。これらの記載により本発明を制限するものではない。
<合成例1>
水10mLに水酸化ナトリウム1.6g(40mmol)を溶解させ、これにビスフェノールZ2.7g(10mmol)、エタノール10mLを加え、攪拌、溶解した。この溶液に37%ホルマリン水溶液14.0mL(160mmoL)を室温下で30分かけてゆっくりと加えた。更に、窒素雰囲気下、40℃で13時間攪拌した後、ビーカー中の水200mLに投入した。これを氷浴にて冷却しながら2.0wt%酢酸水溶液をPH5.0になるまでゆっくりと加えた。析出物をろ別、十分に水洗浄した後、乾燥を行った。精製は、高速液体クロマトグラフィーにて行い、下記化学式(1−A)で表されるヒドロキシメチル基を有するビスフェノールZ誘導体(CL−01)の白色の化合物を2.9g得た。
得られた架橋剤化合物1(CL−01)の構造確認は、H‐NMRスペクトルにより行った。分析結果を表1に示す。
Figure 0005779835
<合成例2>
前記合成例1において、ビスフェノール化合物として9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン3.5g(10mmol)を用いた以外は、合成例1の製造方法に従って、下記化学式(1−B)で表される架橋剤化合物2(CL−02)を合成した。その結果、白色の化合物を3.9g得た。
得られた架橋剤化合物2(CL−02)の構造確認は、H‐NMRスペクトルにより行った。分析結果を表1に示す。
Figure 0005779835
下記化学式(1−C)で表される2,2−ビス(4−ヒドロキシー3,5−ジヒドロキシメチルフェニル)プロパン:架橋剤化合物3(CL−03)は、旭有機材工業株式会社から入手した。
Figure 0005779835
<合成例3>
上記化学式(1−C)で表わされる2,2−ビス(4−ヒドロキシー3,5−ジヒドロキシメチルフェニル)プロパン5.0g(14.6mmol)をメタノール250mLに加え、加熱攪拌して、溶解した。この溶液に濃硫酸0.25mLを加え、15時間加熱還流した。反応終了後、反応液を冷却し、炭酸カリウム1.0gを加えた。この溶液を濃縮した後、酢酸エチルを300mL加えた。この溶液を3回水洗した後、濃縮することで下記化学式(1−F)で表される架橋剤化合物4(CL−04)の白色化合物を4.7g得た。
得られた架橋剤化合物4(CL−04)の構造確認は、H‐NMRスペクトルにより行った。分析結果を表1に示す。
Figure 0005779835
<合成例4>
前記合成例1において、ビスフェノール化合物として4,4’−(1,2−ジエチルエチレン)ジフェノール2.7g(10mmol)を用いた以外は、合成例1の製造方法に従って、下記化学式(1−G)で表される架橋剤化合物5(CL−05)を合成した。その結果、白色の化合物を3.3g得た。
得られた架橋剤化合物5(CL−05)の構造確認は、H‐NMRスペクトルにより行った。分析結果を表1に示す。
Figure 0005779835
<合成例5>
前記合成例1において、ビスフェノール化合物として4,4’−(1,3−ジメチルブチリデン)ジフェノール2.7g(10mmol)を用いた以外は、合成例1の製造方法に従って、下記化学式(1−I)で表される架橋剤化合物6(CL−06)を合成した。その結果、白色の化合物を3.4g得た。
得られた架橋剤化合物6(CL−06)の構造確認は、H‐NMRスペクトルにより行った。分析結果を表1に示す。
Figure 0005779835
<合成例6>
前記合成例1において、ビスフェノール化合物として4,4’−(α−メチルベンジリデン)ビスフェノール2.9g(10mmol)を用いた以外は、合成例1の製造方法に従って、下記化学式(1−J)で表される架橋剤化合物7(CL−07)を合成した。その結果、白色の化合物を3.6g得た。
得られた架橋剤化合物7(CL−07)の構造確認は、H‐NMRスペクトルにより行った。分析結果を表1に示す。
Figure 0005779835
<合成例7>
前記合成例1において、ビスフェノール化合物として1,3−ビス[2−(4−ヒドロキシフェニル)−2−プロピル]ベンゼン3.5g(10mmol)を用いた以外は、合成例1の製造方法に従って、下記化学式(1−K)で表される架橋剤化合物8(CL−08)を合成した。その結果、白色の化合物を4.6g得た。
得られた架橋剤化合物8(CL−08)の構造確認は、H‐NMRスペクトルにより行った。分析結果を表1に示す。
Figure 0005779835
Figure 0005779835
<合成比較例1>
下記化学式(14)で表される4,4’−メチレンビス[2,6−ビス(ヒドロキシメチル)]フェノール:架橋剤化合物9(CL−09)は、非特許文献3(J.Imaging Sci.Technol.,36,5,(1992))の記載に従って合成した。
Figure 0005779835
下記化学式(15)で表されるニカラックMW−30HM:架橋剤化合物10(CL−10)は、株式会社三和ケミカルから入手した。
Figure 0005779835
下記化学式(16)で表されるニカラックMX−270:架橋剤化合物11(CL−11)は、株式会社三和ケミカルから入手した。
Figure 0005779835
<合成例8>
窒素雰囲気下、300mL三口フラスコ中、3−メトキシフェノール12.4g(0.1mol)をエタノール200mLに溶解した。これを氷浴下で冷却しながら2,4−ジメチルベンズアルデヒド13.4g(0.1mol)を加え、次いで、濃塩酸25mLをゆっくりと滴下し、70℃で12時間反応させた。反応後、反応溶液を蒸留水500mL中に注ぎ込み、生じた沈殿(黄色固体)をろ過した後、中性になるまで蒸留水で洗浄、乾燥した。精製は、高速液体クロマトグラフィーにより行い、下記化学式(2−A)で表される白色の化合物1(CRA−01)を得た。構造確認は、Electrospray Ionization Mass Spectrometry(ESI−MS)、及びH‐NMRスペクトルにより行った。ガラス転移温度は200℃以上であった。すなわち、ガラス転移温度は観測されず200℃以下では融点も観測されなかった。
Figure 0005779835
<合成例9〜15>
表2に示す各原料を用い、それぞれ合成例8の製造方法に従って、化合物2(CRA−02)〜化合物8(CRA−8)を合成した。用いた原料、得られた化合物及びそのガラス転移温度を表2に示す。また、ガラス転移温度は観測されず200℃以下では融点も観測されなかった化合物のガラス転移温度は200℃以上とした。
Figure 0005779835
下記化学式(17)で表されるポリフェノール化合物(A−01)は、旭有機材工業株式会社から入手した。ガラス転移温度は290℃である。
Figure 0005779835
下記化学式(18)で表されるポリフェノール化合物(A−02)は、旭有機材工業株式会社から入手した。ガラス転移温度は268℃である。
Figure 0005779835
下記化学式(19)で表されるポリフェノール化合物(A−03)は、旭有機材工業株式会社から入手した。ガラス転移温度は219℃である。
Figure 0005779835
下記化学式(20)で表されるアルカリ可溶性ポリマー〔ポリ(4−ビニルフェノール−co−メチルメタクリレート)、重量平均分子量(Mw):10,000以内〕(E−01)は、シグマ‐アルドリッチ社から購入した。
Figure 0005779835
(実施例1〜33及び比較例1〜7)
ポリフェノール化合物(A)、酸発生剤(B)、架橋剤(C)、塩基性化合物(D)、アルカリ可溶性ポリマー(E)及び有機溶剤(F)を表3及び表4記載の配合量で均一溶液にし、各試料溶液を0.1μmのテフロン(登録商標)フィルターでろ過して、本発明のネガ型レジスト組成物を調製した。
なお、表3及び表4中の略号は以下の意味を有する。
(B)−1 : トリフェニルスルホニウムトリフルオロメチルスルホネート
(B)−2 : ジフェニル−2,4,6−トリメチルフェニルスルホニウムp−トルエンスルホナート
(B)−3 : トリフェニルスルホニウムシクロヘキサフルオロプロパン−1,3−ビス(スルホニル)イミド
(D)−1 : トリ−n−オクチルアミン
(D)−2 : トリベンジルアミン
(D)−3 : 2,4,5‐トリフェニルイミダゾール
(D)−4 : 2,2−(フェニルイミノ)ジエタノール
(E)−1 : ポリ(4−ビニルフェノール−co−メチルメタクリレート)
(F)−1 : シクロペンタノン
(F)−2 : プロピレングリコールモノメチルエーテル
現像液 : テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液
<レジストパターンの作成及び評価方法>
上記実施例1〜33、及び比較例1〜7で得られたレジスト組成物を用いて、以下に示す方法でレジストパターンを作成し、評価を行った。なお、結果を表5に示す。
(1)レジストの塗布
各レジスト組成物を、6インチシリコン基板上にスピンナーを用いて、均一に塗布し、100℃で60秒間プリベーク処理(PAB)を行い、膜厚50nmのレジスト膜を形成した。
(2)レジストパターンの作成
上記の各レジスト膜に対し、電子線描画装置(加速電圧100KeV)を用いて描画を行った。描画終了後、100℃で60秒間ベーク処理(PEB)を施した後、TMAH水溶液(23℃)で60秒間現像処理し、純水にて60秒間リンス処理を行い、ラインアンドスペース(L/S)パターンを形成した。
(3)評価方法
〔感度及び解像力〕
感度は100nmのL/Sパターンが1:1に形成される最少照射量を感度としてμC/cm単位で測定した。また、その照射量における限界解像力(ライン及びスペースが分離解像)を解像力とした。解像性の確認は、ホロン製の測長SEMにより判断した。
尚、本発明においては、200μC/cm以下を高感度、32nm以下を高解像力として評価した。
Figure 0005779835
Figure 0005779835
Figure 0005779835
<結果のまとめ>
上記表5に示す結果から、実施例1〜33では、感度及び解像力が高く、形状が良好なパターンが得られた。一方、架橋剤としてMBHPを用いた比較例1及び2では、解像力が35nm未満でパターンの倒れが生じた。これは、MBHPがアルカリ現像液に対して溶解性が高く、未反応のMBHPがパターン内部に存在した場合、それが溶け出すことによりパターンの強度が低下するためである。これに対して、実施例1〜33で用いた特定の構造を有する架橋剤は、MBHPと比較して疎水性が高いため、現像時の溶け出しが抑制され、これに伴いパターン強度が増したため、パターンの倒れが抑制され解像力が向上した。また、メラミン系の架橋剤を用いた比較例3〜7では、感度及び解像力が共に良好なものはなかった。
架橋剤として、CL−05を用いた実施例12,30〜33において得られたパターンは形状が良好で、密着性も良好であった。

Claims (10)

  1. フェノール性水酸基を1分子中に2個以上有する分子量300〜3000のポリフェノール化合物(A)、波長248nm以下の活性エネルギー線を照射することで直接又は間接的に酸を発生する酸発生剤(B)、及び下記化学式(1)で表される架橋剤(C)を含有し、前記ポリフェノール化合物(A)の含有量が全固形分に対して50〜95重量%であり、下記化学式(13)で表される繰り返し単位を有するアルカリ可溶性ポリマー(E)を含有しないネガ型レジスト組成物。
    Figure 0005779835
    (化学式(1)中、Rは炭素数が2〜20の置換基を有さない直鎖、分岐、環状のアルキレン基、置換基を有さないアリーレン基、及びこれらの組み合わせであり、Pは水素原子又はアルキル基である。)
    Figure 0005779835
    (化学式(13)中、Zは、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、アルキル基、アシル基、アシロキシ基、アルキルスルホニル基、又はアルコキシ基である。Zが複数個ある場合、当該Zは同じでも異なっていてもよい。R は、水素原子、メチル基、ハロゲン原子、シアノ基、又はトリフルオロ基である。pは2〜4の整数、qは1〜3の整数を表し、p+q=5である。)
  2. 前記化学式(1)において、Rが下記化学式(a)で示される有機基である、請求項1に記載のネガ型レジスト組成物。
    Figure 0005779835
    (化学式(a)中、Rはそれぞれ独立に炭素数1〜5のアルキル基であり、Rはそれぞれ独立に水素原子又は炭素数1〜5のアルキル基である。)
  3. 前記ポリフェノール化合物(A)が、フェノール性水酸基を1分子中に3個以上有し、ガラス転移温度(Tg)が90℃以上であり、且つ、沸点が80〜180℃の有機溶剤に対して0.5重量%以上の溶解性を有しているものである、請求項1又は2に記載のネガ型レジスト組成物。
  4. 前記ポリフェノール化合物(A)が、下記化学式(2)で表される化合物、下記(X−1)〜(X−20)で表される化合物、及び、前記(X−1)〜(X−20)で表される化合物とは異なる下記化学式(4)で表される化合物、よりなる群から選択される少なくとも1種である、請求項1乃至3のいずれかに記載のネガ型レジスト組成物。
    Figure 0005779835
    [化学式(2)中、Rは、各々独立に、水素原子、又はアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、及び下記化学式(3)に示す基からなる群より選ばれる基である。
    Figure 0005779835
    (化学式(3)中、Qは、アリール基又はシクロアルキル基であり、mは1又は2を表す。)Rは、各々独立に、水素原子又は有機基であり、複数あるRのうち少なくとも2つは水素原子である。Rは、ハロゲン原子又はアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アルコキシ基、アシル基、シアノ基、及びニトロ基からなる群より選ばれる基である。n1は1〜3の整数、n2は0〜2の整数を表し、n1+n2≦4である。x1は3〜12の整数を表す。また、化学式(2)に含まれる同一符号で表される基は、互いに同じでも異なっていてもよい。]
    Figure 0005779835
    Figure 0005779835
    Figure 0005779835
    (化学式(4)中、
    、R 、R 及びR は、各々独立に、水素原子、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。複数のR が結合して環を形成してもよい。複数のR が結合して環を形成してもよい。複数のR が結合して環を形成してもよい。複数のR が結合して環を形成してもよい。また、複数あるR 、R 、R 及びR は互いに同じであっても異なっていても良い。
    10 及びR 11 は、各々独立に、水素原子、アルキル基、アリール基、又はアラルキル基を表し、複数あるR 10 及びR 11 は互いに同じであっても異なっていても良い。また、複数あるR 10 及びR 11 のうち少なくとも2つは水素原子である。
    Wは単結合、アルキレン基、シクロアルキレン基又はアリーレン基及びこれらの任意の組み合わせからなる基を表す。
    x2は正の整数を表す。
    y1は0以上の整数を表し、Wが単結合の場合、y1は0である。
    y2は0以上の整数を表し、y3は正の整数を表す。
    zは0以上の整数を表す。
    vは0以上の整数を表す。
    k1及びk4は正の整数を表す。
    k2、k3、及びk5は各々独立して0以上の整数を表す。但し、k1+k2+z=5、k3+v=3、k4+k5=5、k2+k5≧2を満たす。)
  5. フェノール性水酸基を1分子中に2個以上有する分子量300〜3000のポリフェノール化合物(A)、波長248nm以下の活性エネルギー線を照射することで直接又は間接的に酸を発生する酸発生剤(B)、及び下記化学式(1)で表される架橋剤(C)を含有し、前記ポリフェノール化合物(A)が、下記化学式(2)で表される化合物であるネガ型レジスト組成物。
    Figure 0005779835
    (化学式(1)中、Rは炭素数が2〜20の有機基であり、Pは水素原子又はアルキル基である。)
    Figure 0005779835
    [化学式(2)中、Rは、各々独立に、水素原子、又はアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、及び下記化学式(3)に示す基からなる群より選ばれる基である。
    Figure 0005779835
    (化学式(3)中、Qは、アリール基又はシクロアルキル基であり、mは1又は2を表す。)Rは、各々独立に、水素原子又は有機基であり、複数あるRのうち少なくとも2つは水素原子である。Rは、ハロゲン原子又はアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アルコキシ基、アシル基、シアノ基、及びニトロ基からなる群より選ばれる基である。n1は1〜3の整数、n2は0〜2の整数を表し、n1+n2≦4である。x1は3〜12の整数を表す。また、化学式(2)に含まれる同一符号で表される基は、互いに同じでも異なっていてもよい。]
  6. フェノール性水酸基を1分子中に2個以上有する分子量300〜3000のポリフェノール化合物(A)、波長248nm以下の活性エネルギー線を照射することで直接又は間接的に酸を発生する酸発生剤(B)、及び下記化学式(1)で表される架橋剤(C)を含有し、前記化学式(1)において、R が下記化学式(a)で示される有機基であるネガ型レジスト組成物。
    Figure 0005779835
    (化学式(1)中、R は下記化学式(a)で示される有機基であり、P は水素原子又はアルキル基である。)
    Figure 0005779835
    (化学式(a)中、R はそれぞれ独立に炭素数1〜5のアルキル基であり、R はそれぞれ独立に水素原子又は炭素数1〜5のアルキル基である。)
  7. 有機塩基性化合物(D)を更に含有する、請求項1乃至のいずれか一項に記載のネガ型レジスト組成物。
  8. (i)請求項1乃至のいずれか一項に記載のネガ型レジスト組成物を基板上に塗布した後、加熱処理し、レジスト膜を形成する工程、及び
    (ii)前記レジスト膜を電子線、EUV、又はX線で露光し、加熱、現像する工程、を含むパターン形成方法。
  9. 請求項1乃至のいずれか一項に記載のネガ型レジスト組成物又はその硬化物により少なくとも一部分が形成されている、電子部品。
  10. 請求項1に記載の化学式(1)で表わされる架橋剤であり、且つ、当該化学式(1)において、Rが下記化学式(a)で示される有機基である架橋剤。
    Figure 0005779835
    (化学式(a)中、Rはそれぞれ独立に炭素数1〜5のアルキル基であり、Rはそれぞれ独立に水素原子又は炭素数1〜5のアルキル基である。)
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