JP5807334B2 - 塩及び酸発生剤の製造方法 - Google Patents
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Description
[1]式(I0)で表される塩。
[式(I0)中、L1は、式(b1−1)〜式(b1−4)で表される基を表し、該2価の炭化水素基に含まれる−CH2−は、−O−又は−CO−で置き換わっていてもよい。
Q1及びQ2は、それぞれ独立に、フッ素原子又はC1〜C6ペルフルオロアルキル基を表す。]
[式(b1−1)〜式(b1−4)中、
L b1 は、C 1 〜C 8 アルキレン基を表す。
L b2 は、C 1 〜C 8 アルキレン基又はフェニレン基を表す。
L b3 は、C 1 〜C 11 飽和炭化水素基を表す。
Zm+は、式(b2−1)〜式(b2−4)のいずれかで表される基を表す。]
[式(b2−1)〜式(b2−4)において、
R b4 〜R b6 は、それぞれ独立に、C 1 〜C 30 アルキル基、C 3 〜C 36 飽和環状炭化水素基又はC 6 〜C 18 芳香族炭化水素基を表す。前記アルキル基は、ヒドロキシ基、C 1 〜C 12 アルコキシ基又はC 6 〜C 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、C 2 〜C 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、C 1 〜C 36 アルキル基、C 3 〜C 36 飽和環状炭化水素基又はC 1 〜C 12 アルコキシ基で置換されていてもよい。
R b7 及びR b8 は、それぞれ独立に、ヒドロキシ基、C 1 〜C 12 アルキル基又はC 1 〜C 12 アルコキシ基を表す。
m2及びn2は、それぞれ独立に0〜5の整数を表す。
R b9 及びR b10 は、それぞれ独立に、C 1 〜C 36 アルキル基又はC 3 〜C 36 飽和環状炭化水素基を表す。
R b11 は、水素原子、C 1 〜C 36 アルキル基、C 3 〜C 36 飽和環状炭化水素基又はC 6 〜C 18 芳香族炭化水素基を表す。
R b12は 、C 1 〜C 12 アルキル基、C 3 〜C 18 飽和環状炭化水素基又はC 6 〜C 18 芳香族炭化水素基を表す。前記芳香族炭化水素基は、C 1 〜C 12 アルキル基、C 1 〜C 12 アルコキシ基、C 3 〜C 18 飽和環状炭化水素基又はC 1 〜C 12 アルキルカルボニルオキシ基で置換されていてもよい。
R b9 及びR b10 、並びにR b11 及びR b12 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 2 −は、−O−、−S−又は−CO−で置き換わっていてもよい。
R b13 〜R b18 は、それぞれ独立に、ヒドロキシ基、C 1 〜C 12 アルキル基又はC 1 〜C 12 アルコキシ基を表す。
L b11 は、−S−又は−O−を表す。
o2、p2、s2、及びt2は、それぞれ独立に、0〜5の整数を表す。
q2及びr2は、それぞれ独立に、0〜4の整数を表す。
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R b13 〜R b18 のいずれかは互いに同一でも異なってもよい。
mは、1又は2を表す。]
式(I)で表される請求項1記載の塩。
[式(I)中、L1は、式(b1−1)〜式(b1−4)で表される基を表し、該2価の飽和炭化水素基に含まれる−CH2−は、−O−又は−CO−で置き換わっていてもよい。
[式(b1−1)〜式(b1−4)中、
L b1 は、C 1 〜C 8 アルキレン基を表す。
L b2 は、C 1 〜C 8 アルキレン基又はフェニレン基を表す。
L b3 は、C 1 〜C 11 飽和炭化水素基を表す。
Zm+は、式(b2−1)〜式(b2−4)のいずれかで表される基を表す。
Q1及びQ2は、それぞれ独立に、フッ素原子又はC1〜C6ペルフルオロアルキル基を表す。
Z+は、式(b2−1)〜式(b2−3)のいずれかで表される基を表す。]
[これらの式(b2−1)〜式(b2−3)において、
R b4 〜R b6 は、それぞれ独立に、C 1 〜C 30 アルキル基、C 3 〜C 36 飽和環状炭化水素基又はC 6 〜C 18 芳香族炭化水素基を表す。前記アルキル基は、ヒドロキシ基、C 1 〜C 12 アルコキシ基又はC 6 〜C 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、C 2 〜C 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、C 1 〜C 36 アルキル基、C 3 〜C 36 飽和環状炭化水素基又はC 1 〜C 12 アルコキシ基で置換されていてもよい。
R b7 及びR b8 は、それぞれ独立に、ヒドロキシ基、C 1 〜C 12 アルキル基又はC 1 〜C 12 アルコキシ基を表す。
m2及びn2は、それぞれ独立に0〜5の整数を表す。
R b9 及びR b10 は、それぞれ独立に、C 1 〜C 36 アルキル基又はC 3 〜C 36 飽和環状炭化水素基を表す。
R b11 は、水素原子、C 1 〜C 36 アルキル基、C 3 〜C 36 飽和環状炭化水素基又はC 6 〜 C18 芳香族炭化水素基を表す。
R b12 は、C 1 〜C 12 アルキル基、C 3 〜C 18 飽和環状炭化水素基又はC 6 〜C 18 芳香族炭化水素基を表す。前記芳香族炭化水素基は、C 1 〜C 12 アルキル基、C 1 〜C 12 アルコキシ基、C 3 〜C 18 飽和環状炭化水素基又はC 1 〜C 12 アルキルカルボニルオキシ基で置換されていてもよい。
R b9 及びR b10 、並びにR b11 及びR b12 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 2 −は、−O−、−S−又は−CO−で置き換わっていてもよい。]
する式(B1)で表される塩を得る式(B1)で表される塩の製造方法。
[式(I’)中、L1は、式(b1−1)〜式(b1−4)で表される基を表し、該2価の飽和炭化水素基に含まれる−CH2−は、−O−又は−CO−で置き換わっていてもよい。]
[式(b1−1)〜式(b1−4)中、
L b1 は、C 1 〜C 8 アルキレン基を表す。
L b2 は、C 1 〜C 8 アルキレン基又はフェニレン基を表す。
L b3 は、C 1 〜C 11 飽和炭化水素基を表す。
Q1及びQ2は、それぞれ独立に、フッ素原子又はC1〜C6ペルフルオロアルキル基を表す。
Z’+は、式(b2−1)〜式(b2−3)のいずれかで表される基を表す。]
[これらの式(b2−1)〜式(b2−3)において、
R b4 〜R b6 は、それぞれ独立に、C 1 〜C 30 アルキル基、C 3 〜C 36 飽和環状炭化水素基又はC 6 〜C 18 芳香族炭化水素基を表す。前記アルキル基は、ヒドロキシ基、C 1 〜C 12 アルコキシ基又はC 6 〜C 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、C 2 〜C 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、C 1 〜C 36 アルキル基、C 3 〜C 36 飽和環状炭化水素基又はC 1 〜C 12 アルコキシ基で置換されていてもよい。
R b7 及びR b8 は、それぞれ独立に、ヒドロキシ基、C 1 〜C 12 アルキル基又はC 1 〜C 12 アルコキシ基を表す。
m2及びn2は、それぞれ独立に0〜5の整数を表す。
R b9 及びR b10 は、それぞれ独立に、C 1 〜C 36 アルキル基又はC 3 〜C 36 飽和環状炭化水素基を表す。
R b11 は、水素原子、C 1 〜C 36 アルキル基、C 3 〜C 36 飽和環状炭化水素基又はC 6 〜 C18 芳香族炭化水素基を表す。
R b12 は、C 1 〜C 12 アルキル基、C 3 〜C 18 飽和環状炭化水素基又はC 6 〜C 18 芳香族炭化水素基を表す。前記芳香族炭化水素基は、C 1 〜C 12 アルキル基、C 1 〜C 12 アルコキシ基、C 3 〜C 18 飽和環状炭化水素基又はC 1 〜C 12 アルキルカルボニルオキシ基で置換されていてもよい。
R b9 及びR b10 、並びにR b11 及びR b12 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 2 −は、−O−、−S−又は−CO−で置き換わっていてもよい。]
[式(IV)中、X1は、単結合又はC1〜C6アルキレン基を表す。
L2は、−O−又は−NR3−を表し、R3は、水素原子又はC1〜C4アルキル基を表す。
Yは、置換基を有していてもよいC1〜C18アルキル基又は置換基を有していてもよいC3〜C18飽和環状炭化水素基を表し、前記アルキル基及び前記飽和環状炭化水素基に含まれる−CH2−は、−O−、−SO2−又は−CO−で置き換わっていてもよい。]
[式(B1)中、L1、L2、Q1、Q2、X1、Y及びZ’+は、上記と同じ意味を表す。]
[式(I0)中、L1は、2価のC1〜C17飽和炭化水素基を表し、該2価の飽和炭化水素基に含まれる−CH2−は、−O−又は−CO−で置き換わっていてもよい。
Q1及びQ2は、それぞれ独立に、フッ素原子又はC1〜C6ペルフルオロアルキル基を表す。
Zm+は、m価の有機カチオン又は無機カチオンを表す。
mは、1又は2を表す。]
Q1及びQ2は、それぞれ独立に、フッ素原子又はC1〜C6ペルフルオロアルキル基を表す。
Z+は、有機カチオン又は無機カチオンを表す。]
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、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。
具体的には、メチレン基、エチレン基、プロパン−1,3−ジイル基、プロパン−1,2−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、ヘプタデカン−1,17−ジイル基、メチリデン基、エチリデン基、プロピリデン基、2−プロピリデン基等の直鎖状アルキレン基;
直鎖状アルキレンに、アルキル基(特に、C1〜C4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、tert−ブチル基等)の側鎖を有したもの、例えば、1−メチル−1,3−プロピレン基、2−メチル−1,3−プロピレン基、2−メチル−1,2−プロピレン基、1−メチル−1,4−ブチレン基、2−メチル−1,4−ブチレン基等の分岐状アルキレン;
1,3−シクロブチレン基、1,3−シクロペンチレン基、1,4−シクロヘキシレン基、1,5−シクロオクチレン基等のシクロアルキレン基である単環式の飽和環状炭化水素基;
1,4−ノルボルニレン基、2,5−ノルボルニレン基、1,5−アダマンチレン基、2,6−アダマンチレン基等の多環式の飽和環状炭化水素基等が挙げられる。
無機カチオンとしては、アルカリ金属カチオン、例えばナトリウムカチオン、カリウムカチオンなどが挙げられる。これらの中でも、ナトリウムカチオンが好ましい。
Rb4〜Rb6は、それぞれ独立に、C1〜C30アルキル基、C3〜C36飽和環状炭化水素基又はC6〜C18芳香族炭化水素基を表す。前記アルキル基は、ヒドロキシ基、C1〜C12アルコキシ基又はC6〜C18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〜C4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〜C36アルキル基、C3〜C36飽和環状炭化水素基又はC1〜C12アルコキシ基で置換されていてもよい。
m2及びn2は、それぞれ独立に0〜5の整数を表す。
Rb11は、水素原子、C1〜C36アルキル基、C3〜C36飽和環状炭化水素基又はC6〜C18芳香族炭化水素基を表す。
Rb9〜Rb11のアルキル基は、好ましくはC1〜C12であり、飽和環状炭化水素基は、好ましくはC3〜C36、より好ましくはC4〜C12である。
Rb12は、C1〜C12アルキル基、C3〜C18飽和環状炭化水素基又はC6〜C18芳香族炭化水素基を表す。前記芳香族炭化水素基は、C1〜C12アルキル基、C1〜C12アルコキシ基、C3〜C18飽和環状炭化水素基又はC1〜C12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及びRb10、並びにRb11及びRb12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−CH2−は、−O−、−S−又は−CO−で置き換わっていてもよい。
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の整数を表す。
q2及びr2は、それぞれ独立に、0〜4の整数を表す。
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。
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アルキル基(アラルキル基)としては、ベンジル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。
Rb19〜Rb21は、それぞれ独立に、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〜C36アルキル基、C3〜C36飽和環状炭化水素基又はC1〜C12アルコキシ基を表す。
アルキル基は、好ましくはC1〜C12であり、飽和環状炭化水素基は、好ましくはC4〜C36である。
前記アルキル基は、ヒドロキシ基、C1〜C12アルコキシ基又はC6〜C18芳香族炭化水素基で置換されていてもよい。
前記飽和環状炭化水素基は、ハロゲン原子、C2〜C4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が2以上のとき、それぞれ、複数のRb19〜Rb21は、互いに同一でも異なってもよい。
なかでも、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〜C12アルキル基、又はC1〜C12アルコキシ基である。
溶媒としては、アセトニトリル等が挙げられる。反応温度は、5〜90℃であり、20〜60℃が好ましい。
式(II)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(II)で表される塩と式(III)で表される化合物の比率は、式(III)で表される塩/式(II)で表される化合物=1.0〜3.0が好ましく、式(III)で表される塩/式(II)で表される化合物=1.0〜2.0がより好ましい。
溶剤量は、式(II)で表される塩と式(III)で表される化合物の合計重量の1.5倍量〜10倍量が好ましく、2倍量〜5倍量がより好ましい。
[式(B1)中、L1、Q1及びQ2は、上記と同じ意味を表す。
X1は、単結合又はC1〜C6アルキレン基を表す。
L2は、−O−又は−NR3−を表し、R3は、水素原子又はC1〜C4アルキル基を表す。
Yは、置換基を有していてもよいC1〜C18アルキル基又は置換基を有していてもよいC3〜C18飽和環状炭化水素基を表し、前記アルキル基及び前記飽和環状炭化水素基に含まれる−CH2−は、−O−、−SO2−又は−CO−で置き換わっていてもよい。
Z’+は、有機カチオンを表す。]
[式(I’)中、L1、Q1、Q2及びZ’+は、上記と同じ意味を表す。]
[式(IV)中、X1、L2及びYは、上記と同じ意味を表す。]
式(I’)で表される塩と式(IV)で表される化合物の比率は、式(IV)で表される化合物/式(I’)で表される塩=1.0〜1.5が好ましく、式(IV)で表される化合物/式(I’)で表される塩=1.0〜1.2がより好ましい。
溶剤量は、式(I’)で表される塩と式(IV)で表される化合物の合計重量の1.5倍量〜10倍量が好ましく、2倍量〜5倍量がより好ましい。
[式(I”)中、L1、Q1及びQ2は、上記と同じ意味を表す。
Z”+は、無機カチオンを表す。]
[式(V)中、L1、L2、Q1、Q2、Z”+、X1及びYは、上記と同じ意味を表す。]
[式(VI)中、Z’+は、上記と同じ意味を表す。
X’−は、ハロゲンイオンを表す。]
式(I”)で表される塩と式(IV)で表される化合物の比率は、式(IV)で表される化合物/式(I”)で表される塩=1.0〜1.5が好ましく、式(IV)で表される化合物/式(I”)で表される塩=1.0〜1.2がより好ましい。
溶剤量は、式(I”)で表される塩と式(IV)で表される化合物の合計重量の1.5倍量〜10倍量が好ましく、2倍量〜5倍量がより好ましい。
X1は、単結合又はメチレン基が好ましい。
アルキル基及び飽和環状炭化水素基の置換基としては、例えば、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、オキソ基、C1〜C12アルキル基、ヒドロキシ基含有C1〜C12アルキル基、C3〜C16飽和環状炭化水素基、C1〜C12アルコキシ基、C6〜C18芳香族炭化水素基、C7〜C21アラルキル基、C2〜C4アシル基、グリシジルオキシ基又は−(CH2)j2−O−CO−Rb1基(式中、Rb1は、C1〜C16アルキル基、C3〜C16飽和環状炭化水素基又はC6〜C18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。Yの置換基であるアルキル基、飽和環状炭化水素基、芳香族炭化水素基及びアラルキル基等は、さらに置換基を有していてもよい。ここでの置換基は、例えば、アルキル基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、オキソ基等が挙げられる。
ヒドロキシ基含有アルキル基としては、例えば、ヒドロキシメチル基、ヒドロキシエチル基などが挙げられる。
Yの飽和環状炭化水素基における−CH2−が−O−、−SO2−又は−CO−で置き換わった基としては、例えば、環状エーテルを有する基(−CH2−が−O−で置き換わった基)、オキソ基を有する飽和環状炭化水素基(−CH2−が−CO−で置き換わった基)、スルトン環を有する基(隣り合う2つの−CH2−が、それぞれ、−O−又は−SO2−で置き換わった基)又はラクトン環を有する基(隣り合う2つの−CH2−が、それぞれ、−O−又は−CO−で置き換わった基)等が挙げられる。
[式(G)中、
Z+、Q1及びQ2は、上記と同じ意味を表す。
sは0〜6の整数を表す。
環W1は、炭素数3〜20の炭化水素環を表し、該炭化水素環に含まれる水素原子は、水酸基、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数3〜12の脂環式炭化水素基又は炭素数6〜10の芳香族炭化水素基で置換されていてもよい。]
樹脂(A)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。樹脂(A)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水溶液で溶解し得る」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」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、式(1)で表される基、式(2)で表される基などが挙げられる。
[式(2)中、Ra1’及びRa2’は、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜12の炭化水素基を表し、Ra3’は、炭素数1〜20の炭化水素基を表すか、Ra2’及びRa3’は互いに結合して炭素数2〜20の2価の炭化水素基を形成し、前記炭化水素基及び2価の基に含まれる−CH2−は、−O―又は―S−で置き換わってもよい。
脂環式炭化水素基としては、単環式又は多環式のいずれでもよく、単環式の脂環式炭化水素基としては、例えば、シクロペンチル基、シクロへキシル基、メチルシクロヘキシル基、ジメチルシクロへキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基などのシクロアルキル基が挙げられる。多環式の飽和炭化水素基としては、デカヒドロナフチル基、アダマンチル基、ノルボルニル基、メチルノルボルニル基、下記のような基等が挙げられる。式(1)では、脂環式炭化水素基の炭素数は、好ましくは炭素数3〜16である。
芳香族炭化水素基としては、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、トリル基、キシリル基、クメニル基、メシチル基、ビフェニル基、アントリル基、フェナントリル基、2,6−ジエチルフェニル基、2−メチル−6−エチルフェニル等のアリール基等が挙げられる。
La1及びLa2は、それぞれ独立に、−O−又は*−O−(CH2)k1−CO−O−を表し、k1は1〜7の整数を表し、*は−CO−との結合手を表す。
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、炭素数1〜8のアルキル基又は炭素数3〜10の脂環式炭化水素基を表す。
m1は0〜14の整数を表す。
n1は0〜10の整数を表す。
n2は0又は1の整数を表す。]
Ra4及びRa5は、好ましくはメチル基である。
Ra6及びRa7のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基等が挙げられる。Ra6及びRa7のアルキル基は、好ましくは炭素数6以下である。脂環式炭化水素基は、好ましくは炭素数8以下、より好ましくは6以下である。
Ra6及びRa7の脂環式炭化水素基としては、単環式又は多環式のいずれでもよく、単環式の脂環式炭化水素基としては、例えば、シクロペンチル基、シクロへキシル基、メチルシクロヘキシル基、ジメチルシクロへキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基などのシクロアルキル基が挙げられる。多環式の飽和炭化水素基としては、デカヒドロナフチル基、アダマンチル基、ノルボルニル基、メチルノルボルニル基、下記のような基等が挙げられる。
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、好ましくは0〜3の整数、より好ましくは0又は1である。
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の含有率は、好ましくは酸に不安定な基を有するモノマー(a1)に対して15モル%以上である。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。
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、好ましくは、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。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、好ましくは、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。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。
Ra30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炭素数1〜6のアルキル基を表す。
Ra31は、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数2〜4のアシル基、炭素数2〜4のアシルオキシ基、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Ra31は同一であっても異なってもよい。]
また、アルコキシ基としては、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、好ましくは、炭素数1〜4のアルコキシ基であり、より好ましくは、炭素数1又は2のアルコキシ基であり、特に好ましくは、メトキシ基である。
maは、好ましくは、0〜2であり、より好ましくは、0又は1であり、特に好ましくは、0である。
フェノール性水酸基を有するモノマーとしては、例えば、特開2010−204634号公報に記載されたモノマーが挙げられる。下式(a2−0−1)及び(a2−0−2)で表されるモノマーが好ましい。樹脂(A)を製造する際には、これらにあるフェノール性水酸基が適当な保護基で保護したものを用いることもできる。
La3は、−O−又は*−O−(CH2)k2−CO−O−を表し、
k2は1〜7の整数を表す。*は−CO−との結合手を表す。
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。
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。
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、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、好ましくは、γ−ブチロラクトン環、又は、γ−ブチロラクトン環と他の環との縮合環が挙げられる。
La4〜La6は、それぞれ独立に、−O−又は*−O−(CH2)k3−CO−O−を表す。
k3は1〜7の整数を表す。*は−CO−との結合手を表す。
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、炭素数1〜4のアルキル基を表す。
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、シアノ基又は炭素数1〜4のアルキル基を表す。
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。
La4〜La6は、それぞれ独立に、−O−又は*−O−(CH2)k3−CO−O−であることが好ましく、より好ましくは−O−である。k3は、好ましくは1〜4の整数であり、より好ましくは1である。
Ra18〜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。
樹脂は、上記のモノマー以外のその他の公知のモノマー(a4)に由来する構造単位を有していてもよい。
樹脂(A)の含有率は、好ましくは、組成物の固形分中80質量%以上である。
なお本明細書において「組成物中の固形分」とは、後述する溶剤(E)を除いたレジスト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)の含有率は、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することができる。
酸発生剤(B)としては、例えば、式(B1)で表される塩や、式(G)で表される塩が挙げられる。
本発明のレジスト組成物は、塩基性化合物(C)を含むことが好ましい。塩基性化合物(C)はクエンチャーとして作用する。
Rc4は、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数5〜10の脂環式炭化水素又は炭素数6〜10の芳香族炭化水素基を表す。
m3は0〜3の整数を表し、m3が2以上のとき、複数のRc4は、互いに同一でも異なってもよい。]
Rc9は、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数3〜6の脂環式炭化水素基又は炭素数2〜6のアルカノイル基を表す。
n3は0〜8の整数を表し、n3が2以上のとき、複数のRc9は、互いに同一でも異なってもよい。]
Rc14、Rc15及びRc17は、それぞれ独立に、Rc4と同じ意味を表す。
o3及びp3は、それぞれ独立に0〜3の整数を表し、o3又はp3が2以上であるとき、それぞれ、複数のRc14及びRc15は互いに同一でも異なってもよい。
Lc1は、炭素数1〜6のアルキレン基、−CO−、−C(=NH)−、−S−又はこれらを組合せた2価の基を表す。]
q3、r3及びs3は、それぞれ独立に0〜3の整数を表し、q3、r3及びs3が2以上であるとき、それぞれ、複数のRc18、Rc19及びRc20は互いに同一でも異なってもよい。
Lc2は、単結合又は炭素数1〜6のアルキレン基、−CO−、−C(=NH)−、−S−又はこれらを組合せた2価の基を表す。]
式(C3)で表される化合物としては、モルホリン等が挙げられる。
式(C4)で表される化合物としては、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等が挙げられる。
式(C5)で表される化合物としては、2,2’−メチレンビスアニリン等が挙げられる。
式(C6)で表される化合物としては、イミダゾール、4−メチルイミダゾール等が挙げられる。
式(C7)で表される化合物としては、ピリジン、4−メチルピリジン等が挙げられる。
式(C8)で表される化合物としては、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、ビピリジン等が挙げられる。
本発明のレジスト組成物は、溶剤(E)を含んでいてもよい。溶剤(E)の含有率は、例えばレジスト組成物中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%以上であり、例えば99.9質量%以下、好ましくは99質量%以下である。
溶剤(E)の含有率は、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等の公知の分析手段で測定できる。
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、染料等を利用できる。
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。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、樹脂などの種類や樹脂等の溶剤(E)に対する溶解度等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。
本発明のレジストパターンの製造方法は、
(1)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。
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。
本発明のレジスト組成物は、KrFエキシマレーザ露光用のレジスト組成物、ArFエキシマレーザ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。
実施例及び比較例中、含有量ないし使用量を表す%及び部は、特記ないかぎり質量基準である。
[塩(I−9)の合成]
式(II−1)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(II−1)で表される塩59.76部、アセトニトリル300.00部、式(III)で表される化合物(商品名:カルボニルジイミダゾール 東京化成製)44.20部を仕込み、23℃で30分間攪拌した後、50℃に昇温し、さらに2時間攪拌した。得られた反応物を23℃まで冷却した後、ろ過して、式(I−9)で表される塩66.60部を得た。
MS(ESI(−)Spectrum):M− 225.0
[酸発生剤(B1−1)の合成]
式(I−9)で表される塩48.85部、式(IV−1)で表される化合物18.23部及びアセトニトリル500部を仕込み、23℃で5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部で洗浄した後、得られた有機層を濃縮した。得られた濃縮液をtert−ブチルメチルエーテル100部でリパルプして、白色固体として、式(B1−1)で表される塩48.22部(式(II−1)で表される塩に対する収率80%、式(I−9)で表される塩に対する収率80%)を得た。
実施例3
[塩(I−1)の合成]
式(II−2)で表される塩を、特開2007−161707号公報に記載された方法で合成した。式(II−2)で表される塩19.81部、アセトニトリル100.00部、式(III)で表される化合物(商品名:カルボニルジイミダゾール 東京化成製)17.03部を仕込み、23℃で30分間攪拌した後、50℃に昇温し、さらに2時間攪拌した。得られた反応物を23℃まで冷却した後、ろ過して、式(I−1)で表される塩23.43部を得た。
MS(ESI(−)Spectrum):M− 225.0
[酸発生剤(B1−2)の合成]
式(I−1)で表される塩12.41部、式(IV−1)で表される化合物9.11部及びアセトニトリル100部を仕込み、23℃で5時間攪拌した。得られた反応物をろ過して、式(V−2)で表される塩16.39部(式(II−2)で表される塩に対する収率94%、式(I−1)で表される塩に対する収率85%)を得た。
[塩(I−17)の合成]
式(VI−3)で表される塩14.28部、式(II−2)で表される塩8.96部、アセトニトリル100部及びイオン交換水50部を仕込み、23℃で15時間攪拌した。得られた反応マスを濃縮した後、クロロホルム100部で抽出した。回収された有機層を濃縮することにより、式(II−3)で表される塩19.30部を得た。
式(II−3)で表される塩15.55部、アセトニトリル100.00部、式(III)で表される化合物(商品名:カルボニルジイミダゾール 東京化成製)11.05部を仕込み、23℃で30分間攪拌した後、50℃に昇温し、さらに2時間攪拌した。得られた反応物を23℃まで冷却した後、ろ過して、式(I−17)で表される塩17.25部を得た。
MS(ESI(−)Spectrum):M− 225.0
実施例6
[酸発生剤(B1−18)の合成]
式(I−17)で表される塩5.06部、式(IV−1)で表される化合物1.82部及びアセトニトリル50部を仕込み、23℃で5時間攪拌した。得られた混合物を濃縮し、クロロホルム30部及びイオン交換水15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15部で洗浄した後、得られた有機層を濃縮した。得られた濃縮液をtert−ブチルメチルエーテル10部でリパルプして、白色固体として、式(B1−18)で表される塩5.33部(式(II−3)で表される塩に対する収率86%、式(I−17)で表される塩に対する収率86%)を得た。
[塩(I−25)の合成]
式(VI−4)で表される塩10.95部、式(II−2)で表される塩8.96部、アセトニトリル100部及びイオン交換水50部を仕込み、23℃で15時間攪拌した。得られた反応マスを濃縮した後、クロロホルム100部で抽出した。回収された有機層を濃縮することにより、式(II−4)で表される塩14.63部を得た。
式(II−4)で表される塩13.03部、アセトニトリル100.00部、式(III)で表される化合物(商品名:カルボニルジイミダゾール 東京化成製)11.05部を仕込み、23℃で30分間攪拌した後、50℃に昇温し、さらに2時間攪拌した。得られた反応物を23℃まで冷却した後、ろ過して、式(I−25)で表される塩14.73部を得た。
MS(ESI(−)Spectrum):M− 225.0
実施例8
[酸発生剤(B1−20)の合成]
式(I−25)で表される塩4.32部、式(IV−1)で表される化合物1.82部及びアセトニトリル50部を仕込み、23℃で5時間攪拌した。得られた混合物を濃縮し、クロロホルム30部及びイオン交換水15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15部で洗浄した後、得られた有機層を濃縮した。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た後、濃縮し、更に酢酸エチル20部を添加した。得られた溶液を濃縮した後、メチル−tert−ブチルエーテル20部を添加し、これを攪拌した後、2層に分離したので上澄み液を除去して下層を取り出し、これを濃縮した。得られた濃縮液に、酢酸エチル20部を添加して、攪拌した後、2層に分離したので上澄み液を除去し、下層を取り出してこれを濃縮することにより、式(B1−20)で表される塩4.27部(式(II−4)で表される塩に対する収率78%、式(I−25)で表される塩に対する収率78%)を得た。
[酸発生剤(B1−22)の合成]
式(I−9)で表される塩4.89部、式(IV−2)で表される化合物1.67部及びアセトニトリル50部を仕込み、23℃で5時間攪拌した。得られた混合物を濃縮し、クロロホルム30部及びイオン交換水15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15部で洗浄した後、得られた有機層を濃縮した。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た後、濃縮し、更に酢酸エチル20部を添加した。得られた溶液を濃縮した後、メチル−tert−ブチルエーテル20部を添加し、これを攪拌した後、2層に分離したので上澄み液を除去して下層を取り出し、これを濃縮した。得られた濃縮液に、酢酸エチル20部を添加して、攪拌した後、2層に分離したので上澄み液を除去し、下層を取り出してこれを濃縮することにより、式(B1−22)で表される塩4.75部(式(II−1)で表される塩に対する収率81%、式(I−9)で表される塩に対する収率81%)を得た。
[酸発生剤(B1−23)の合成]
式(I−9)で表される塩4.89部、式(IV−3)で表される化合物1.51部及びアセトニトリル50部を仕込み、23℃で5時間攪拌した。得られた混合物を濃縮し、クロロホルム30部及びイオン交換水15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15部で洗浄した後、得られた有機層を濃縮した。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た後、濃縮し、更に酢酸エチル20部を添加した。得られた溶液を濃縮した後、メチル−tert−ブチルエーテル20部を添加し、これを攪拌した後、2層に分離したので上澄み液を除去して下層を取り出し、これを濃縮した。得られた濃縮液に、酢酸エチル20部を添加して、攪拌した後、2層に分離したので上澄み液を除去し、下層を取り出してこれを濃縮することにより、式(B1−23)で表される塩4.92部(式(II−1)で表される塩に対する収率86%、式(I−9)で表される塩に対する収率86%)を得た。
[塩(I−33)の合成]
式(B1−26−a)で表される塩10.00部及びクロロホルム80.00部を仕込み、これを攪拌して溶解させた後、これに式(B1−26−b)で表される化合物7.97部(純度97.1%)を仕込み、次いで、リチウムアミド0.15部を仕込み、23℃で30分間攪拌した。さらに、モレキュラーシーブ(5A;和光純薬工業(株)製)13.00部を添加し、60℃で8時間加熱攪拌した。23℃まで冷却後、濾過して、濾液を取り出した。濾液にイオン交換水24.53部を添加、攪拌後、分液を行って有機層を回収した。回収された有機層を、水洗する操作を2回行った。水洗後の有機層に活性炭1.33部を添加、攪拌後、濾過して濾液を回収し、該濾液を濃縮することにより、淡黄色オイル20.20部を得た。得られた淡黄色オイル20.20部にアセトニトリル60.60部を添加して溶解した後、濃縮し、更に酢酸エチル81.80部を添加した。得られた溶液を濃縮した後、メチル−tert−ブチルエーテル76.60部を添加し、これを攪拌した後、2層に分離したので上澄み液を除去して下層を取り出し、これを濃縮した。得られた濃縮液に、酢酸エチル66.00部を添加して、攪拌した後、2層に分離したので上澄み液を除去し、下層を取り出してこれを濃縮することにより、式(B1−26−c)で表される塩11.96部を得た。
式(B1−26−c)で表される塩6.60部、クロロホルム40.00部、1N塩酸水溶液7.70部とメタノール7.70部の混合溶液を仕込み、23℃で15時間撹拌した。その後、1N炭酸水素ナトリウム水溶液40.00部を仕込み、これを攪拌後、分液した。イオン交換水40.00部を仕込み、これを攪拌後、分液した。有機層を、水洗する操作を3回行った。水洗後の有機層に活性炭1.00部を添加、攪拌後、濾過して濾液を回収し、該濾液を濃縮することにより、式(B1−26−d)で表される塩7.71部を得た。
MS(ESI(−)Spectrum):M− 403.1
[酸発生剤(B1−26)の合成]
式(I−33)で表される塩6.67部、式(IV−1)で表される化合物1.82部及びアセトニトリル50部を仕込み、23℃で5時間攪拌した。得られた混合物を濃縮し、クロロホルム30部及びイオン交換水15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15部で洗浄した後、得られた有機層を濃縮した。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た後、濃縮し、更に酢酸エチル20部を添加した。得られた溶液を濃縮した後、メチル−tert−ブチルエーテル20部を添加し、これを攪拌した後、2層に分離したので上澄み液を除去して下層を取り出し、これを濃縮した。得られた濃縮液に、酢酸エチル20部を添加して、攪拌した後、2層に分離したので上澄み液を除去し、下層を取り出してこれを濃縮することにより、式(B1−26)で表される塩6.42部(式(B1−26−d)で表される塩に対する収率75%、式(I−26)で表される塩に対する収率82%)を得た。
MS(ESI(−)Spectrum):M− 517.2
[酸発生剤(B1−1)の合成比較例]
特開2006−257078号公報の実施例を参考に、式(B1−1)で表される塩を以下のように合成した。
式(H1−1)で表される化合物100部及びイオン交換水150部に、氷浴下、30%水酸化ナトリウム水溶液230部を滴下した。得られた混合物を100℃で3時間還流し、冷却後、これを濃塩酸88部で中和した。得られた溶液を濃縮することにより式(H1−2)で表される塩164.4部(無機塩含有、純度62.7%)を得た。式(H1−2)で表される塩1.9部(純度62.7%)及び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時間撹拌して式(H1−2)で表される塩を含む溶液を調製した。
一方、式(H1−3)で表される化合物1.1部及びN,N−ジメチルホルムアミド5.5部に、水素化ナトリウム0.2部を添加し、2時間撹拌した。この溶液に、前記の式(H1−2)で表される塩を含む溶液を添加した。得られた溶液を15時間撹拌し、式(H1−4)で表される塩を含む溶液を得た。
式(H1−4)で表される塩含む溶液に、クロロホルム17.2部及び式(H1−5)で表される塩を含む水溶液(14.8%)2.9部を添加した。15時間撹拌した後、分液して有機層を回収した。次いで、残った水層をクロロホルム6.5部で抽出することにより有機層を回収した。さらに残った水層に、前記の抽出操作を繰り返して行い、さらに有機層を回収した。前記の各有機層を合せた後、イオン交換水で洗浄し、その後、得られた有機層を濃縮した。濃縮物にtert−ブチルメチルエーテル5.0部を添加し、撹拌後、濾過することにより白色固体として式(B1−1)で表される塩0.2部(式(H1−1)で表される化合物に対する収率5.5%、式(H1−2)で表される化合物に対する収率5.5%、式(H1−5)で表される塩に対する収率23%)を得た。
式(G1−a)で表される塩6.03部及びアセトニトリル30.00部を仕込み、23℃で30分間攪拌した。その後、式(G1−b)で表される化合物1.70部を添加し、60℃で1時間攪拌した。得られた反応溶液をろ過した後、回収されたろ液を濃縮した。得られた濃縮物に、クロロホルム30部及びイオン交換水15部を加え、23℃で30分間攪拌した。その後、静置し、分液して有機層を得た。得られた有機層に、イオン交換水15部を加え、23℃で30分間攪拌した。この水洗の操作をさらに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、ろ過した。ろ液を濃縮し、得られた濃縮物に、tert−ブチルメチルエーテル100部を加えて攪拌した後、ろ過することにより、式(G−1)で表される塩6.12部を得た。
MASS(ESI(−)Spectrum):M− 433.1
モノマー(D)、モノマー(E)、モノマー(B)、モノマー(C)及びモノマー(F)を、そのモル比〔モノマー(D):モノマー(E):モノマー(B):モノマー(C):モノマー(F)〕が、30:14:6:20:30の割合となるように混合し、さらに、このモノマー混合物に、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混合した。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%となるように添加し、これを73℃で約5時間加熱することで重合を行った。その後、重合反応液を、大量のメタノールと水との混合溶媒(質量比メタノール:水=4:1)に注いで、樹脂を沈殿させた。この樹脂をろ過・回収し、再度、ジオキサンに溶解させ、大量のメタノールと水との混合溶媒に注いで樹脂を沈殿させ、沈殿した樹脂をろ過・回収するという操作を2回行うことにより再沈殿精製し、重量平均分子量が約8.1×103である共重合体を収率65%で得た。この共重合体は、モノマー(D)、モノマー(E)、モノマー(B)、モノマー(C)及びモノマーに各々由来する、以下の構造単位を有するものであり、これを樹脂A1とする。
モノマー(A)、モノマー(E)、モノマー(B)、モノマー(C)及びモノマー(F)を、そのモル比〔モノマー(A):モノマー(E):モノマー(B):モノマー(C):モノマー(F)〕が、30:14:6:20:30の割合となるように混合し、さらに、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混合した。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時間加熱することで重合を行った。その後、重合反応液を、大量のメタノールと水との混合溶媒(質量比メタノール:水=4:1)に注いで、樹脂を沈殿させた。この樹脂をろ過・回収し、再度、ジオキサンに溶解させ、大量のメタノールと水との混合溶媒に注いで樹脂を沈殿させ、沈殿した樹脂をろ過・回収するという操作を3回行うことにより再沈殿精製し、重量平均分子量が約7.8×103である共重合体を収率68%で得た。この共重合体は、モノマー(A)、モノマー(E)、モノマー(B)及びモノマー(C)に各々由来する、以下の構造単位を有するものであり、これを樹脂A2とする。
モノマー(A)、モノマー(B)及びモノマー(C)を、そのモル比〔モノマー(A):モノマー(B):モノマー(C)〕が、50:25:25となるように混合し、さらに、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混合した。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80℃で約8時間加熱することで重合を行った。その後、重合反応液を、大量のメタノールと水との混合溶媒(質量比メタノール:水=4:1)に注いで、樹脂を沈殿させた。この樹脂をろ過・回収し、再度、ジオキサンに溶解させ、大量のメタノールと水との混合溶媒に注いで樹脂を沈殿させ、沈殿した樹脂をろ過・回収するという操作を3回行うことにより再沈殿精製し、重量平均分子量が約9.2×103である共重合体を収率60%で得た。この共重合体は、モノマー(A)、モノマー(B)及びモノマー(C)に各々由来する、以下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とする。
<レジスト組成物の調製>
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ーで濾過して、レジスト組成物を調製した。
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
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。
リソグラフィプロセス後のレジストパターンの壁面を走査型電子顕微鏡で観察し、レジストパターンの側壁の凹凸の触れ幅が、
3.5nmを超え、4nm以下であるものを◎
4nmを超え、4.5nm以下であるものを○、
4.5nmを超えるものを×とした。
以上のようにして求められたラインエッジラフネス評価(LER)の結果を、上述の水準評価で表し、表2にまとめる。
Claims (5)
- 式(I0)で表される塩。
[式(I0)中、L1は、式(b1−1)〜式(b1−4)で表される基を表し、該2価の炭化水素基に含まれる−CH2−は、−O−又は−CO−で置き換わっていてもよい。
Q1及びQ2は、それぞれ独立に、フッ素原子又はC1〜C6ペルフルオロアルキル基を表す。]
[式(b1−1)〜式(b1−4)中、
Lb1は、C1〜C8アルキレン基を表す。
Lb2は、C1〜C8アルキレン基又はフェニレン基を表す。
Lb3は、C1〜C11飽和炭化水素基を表す。
Zm+は、式(b2−1)〜式(b2−4)のいずれかで表される基を表す。]
[式(b2−1)〜式(b2−4)において、
Rb4〜Rb6は、それぞれ独立に、C1〜C30アルキル基、C3〜C36飽和環状炭化水素基又はC6〜C18芳香族炭化水素基を表す。前記アルキル基は、ヒドロキシ基、C1〜C12アルコキシ基又はC6〜C18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〜C4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〜C36アルキル基、C3〜C36飽和環状炭化水素基又はC1〜C12アルコキシ基で置換されていてもよい。
Rb7及びRb8は、それぞれ独立に、ヒドロキシ基、C1〜C12アルキル基又はC1〜C12アルコキシ基を表す。
m2及びn2は、それぞれ独立に0〜5の整数を表す。
Rb9及びRb10は、それぞれ独立に、C1〜C36アルキル基又はC3〜C36飽和環状炭化水素基を表す。
Rb11は、水素原子、C1〜C36アルキル基、C3〜C36飽和環状炭化水素基又はC6〜C18芳香族炭化水素基を表す。
Rb12は、C1〜C12アルキル基、C3〜C18飽和環状炭化水素基又はC6〜C18芳香族炭化水素基を表す。前記芳香族炭化水素基は、C1〜C12アルキル基、C1〜C12アルコキシ基、C3〜C18飽和環状炭化水素基又はC1〜C12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及びRb10、並びにRb11及びRb12は、それぞれ独立に、互いに結合して3員環〜12員環を形成していてもよく、これらの環の−CH2−は、−O−、−S−又は−CO−で置き換わっていてもよい。
Rb13〜Rb18は、それぞれ独立に、ヒドロキシ基、C1〜C12アルキル基又はC1〜C12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の整数を表す。
q2及びr2は、それぞれ独立に、0〜4の整数を表す。
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。
mは、1又は2を表す。] - 式(I)で表される請求項1記載の塩。
[式(I)中、L1は、式(b1−1)〜式(b1−4)で表される基を表し、該2価の飽和炭化水素基に含まれる−CH2−は、−O−又は−CO−で置き換わっていてもよい。
[式(b1−1)〜式(b1−4)中、
Lb1は、C1〜C8アルキレン基を表す。
Lb2は、C1〜C8アルキレン基又はフェニレン基を表す。
Lb3は、C1〜C11飽和炭化水素基を表す。
Zm+は、式(b2−1)〜式(b2−4)のいずれかで表される基を表す。
Q1及びQ2は、それぞれ独立に、フッ素原子又はC1〜C6ペルフルオロアルキル基を表す。
Z+は、式(b2−1)〜式(b2−3)のいずれかで表される基を表す。]
[これらの式(b2−1)〜式(b2−3)において、
Rb4〜Rb6は、それぞれ独立に、C1〜C30アルキル基、C3〜C36飽和環状炭化水素基又はC6〜C18芳香族炭化水素基を表す。前記アルキル基は、ヒドロキシ基、C1〜C12アルコキシ基又はC6〜C18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〜C4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〜C36アルキル基、C3〜C36飽和環状炭化水素基又はC1〜C12アルコキシ基で置換されていてもよい。
Rb7及びRb8は、それぞれ独立に、ヒドロキシ基、C1〜C12アルキル基又はC1〜C12アルコキシ基を表す。
m2及びn2は、それぞれ独立に0〜5の整数を表す。
Rb9及びRb10は、それぞれ独立に、C1〜C36アルキル基又はC3〜C36飽和環状炭化水素基を表す。
Rb11は、水素原子、C1〜C36アルキル基、C3〜C36飽和環状炭化水素基又はC6〜C18芳香族炭化水素基を表す。
Rb12は、C1〜C12アルキル基、C3〜C18飽和環状炭化水素基又はC6〜C18芳香族炭化水素基を表す。前記芳香族炭化水素基は、C1〜C12アルキル基、C1〜C12アルコキシ基、C3〜C18飽和環状炭化水素基又はC1〜C12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及びRb10、並びにRb11及びRb12は、それぞれ独立に、互いに結合して3員環〜12員環を形成していてもよく、これらの環の−CH2−は、−O−、−S−又は−CO−で置き換わっていてもよい。] - L1が、−CO−である請求項1又は2記載の塩。
- Zm+が、トリアリールスルホニウムカチオンである請求項1〜3のいずれか記載の塩。
- 式(I’)で表される塩と式(IV)で表される化合物とを反応させる工程を有する式(B1)で表される塩を得る式(B1)で表される塩の製造方法。
[式(I’)中、L1は、式(b1−1)〜式(b1−4)で表される基を表し、該2価の飽和炭化水素基に含まれる−CH2−は、−O−又は−CO−で置き換わっていてもよい。]
[式(b1−1)〜式(b1−4)中、
Lb1は、C1〜C8アルキレン基を表す。
Lb2は、C1〜C8アルキレン基又はフェニレン基を表す。
Lb3は、C1〜C11飽和炭化水素基を表す。
Q1及びQ2は、それぞれ独立に、フッ素原子又はC1〜C6ペルフルオロアルキル基を表す。
Z’+は、式(b2−1)〜式(b2−3)のいずれかで表される基を表す。]
[これらの式(b2−1)〜式(b2−3)において、
Rb4〜Rb6は、それぞれ独立に、C1〜C30アルキル基、C3〜C36飽和環状炭化水素基又はC6〜C18芳香族炭化水素基を表す。前記アルキル基は、ヒドロキシ基、C1〜C12アルコキシ基又はC6〜C18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〜C4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〜C36アルキル基、C3〜C36飽和環状炭化水素基又はC1〜C12アルコキシ基で置換されていてもよい。
Rb7及びRb8は、それぞれ独立に、ヒドロキシ基、C1〜C12アルキル基又はC1〜C12アルコキシ基を表す。
m2及びn2は、それぞれ独立に0〜5の整数を表す。
Rb9及びRb10は、それぞれ独立に、C1〜C36アルキル基又はC3〜C36飽和環状炭化水素基を表す。
Rb11は、水素原子、C1〜C36アルキル基、C3〜C36飽和環状炭化水素基又はC6〜C18芳香族炭化水素基を表す。
Rb12は、C1〜C12アルキル基、C3〜C18飽和環状炭化水素基又はC6〜C18芳香族炭化水素基を表す。前記芳香族炭化水素基は、C1〜C12アルキル基、C1〜C12アルコキシ基、C3〜C18飽和環状炭化水素基又はC1〜C12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及びRb10、並びにRb11及びRb12は、それぞれ独立に、互いに結合して3員環〜12員環を形成していてもよく、これらの環の−CH2−は、−O−、−S−又は−CO−で置き換わっていてもよい。]
[式(IV)中、X1は、単結合又はC1〜C6アルキレン基を表す。
L2は、−O−又は−NR3−を表し、R3は、水素原子又はC1〜C4アルキル基を表す。
Yは、置換基を有していてもよいC1〜C18アルキル基又は置換基を有していてもよいC3〜C18飽和環状炭化水素基を表し、前記アルキル基及び前記飽和環状炭化水素基に含まれる−CH2−は、−O−、−SO2−又は−CO−で置き換わっていてもよい。]
[式(B1)中、L1、L2、Q1、Q2、X1、Y及びZ’+は、上記と同じ意味を表す。]
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