JP6002509B2 - 化合物、樹脂、レジスト組成物及びレジストパターンの製造方法 - Google Patents

化合物、樹脂、レジスト組成物及びレジストパターンの製造方法 Download PDF

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本発明は、特定の構造単位を有する化合物、樹脂、レジスト組成物及びレジストパターンの製造方法に関する。
例えば、特許文献1には、式(Z)で表される化合物及び式(Z)で表される化合物に由来する構造単位を有する樹脂が記載されている。
Figure 0006002509
特開2007−197718号公報
従来から知られる上記の化合物に由来する構造単位を有する樹脂を含むレジスト組成物では、得られるレジストパターンのCD均一性(CDU)が必ずしも満足できない場合があった。
前記の事情に鑑み、本発明者は鋭意検討した結果、本発明に至った。すなわち、本発明は、以下の発明を含む。
〔1〕式(I)で表される化合物。
Figure 0006002509
[式(I)中、
I1及びQI2は、それぞれ独立に、フッ素原子又は炭素数1〜6のペルフルオロアルキル基を表す。
nは、0又は1を表す。
は、単結合又は炭素数1〜10のアルカンジイル基を表し、該アルカンジイル基を構成するメチレン基は、酸素原子又はカルボニル基に置き換わっていてもよいが、nが0のとき、Xは単結合ではない。
Wは、式(Ia1−1)、式(Ia1−2)、式(Ia1−3)又は、式(Ia1−4)で表される構造を表す。
Figure 0006002509
*1は、−O−(CO)−との結合手を表す。
*2は、−O−CO−との結合手を表す。
は、水素原子又はメチル基を表す。
1+は、有機対イオンを表す。]
〔2〕前記式(I)のnが1である、前記〔1〕記載の化合物。
〔3〕前記式(I)のnが1であり、Xが単結合である、前記〔1〕又は〔2〕記載の化合物。
〔4〕前記式(I)のZ1+が、アリールスルホニウムカチオンである、前記〔1〕〜〔3〕のいずれか記載の化合物。
〔5〕前記〔1〕〜〔4〕のいずれか記載の化合物に由来する構造単位を有する樹脂。
〔6〕さらに、アルカリ水溶液に不溶又は難溶であり、酸の作用によりアルカリ水溶液に溶解し得る構造単位を有する、前記〔5〕記載の樹脂。
〔7〕前記〔5〕又は〔6〕記載の樹脂と、酸発生剤とを含有するレジスト組成物。
〔8〕さらに、塩基性化合物を含有する前記〔7〕記載のレジスト組成物。
〔9〕 さらに、溶剤を含有する前記〔7〕又は〔8〕記載のレジスト組成物。
〔10〕(1)前記〔7〕〜〔9〕のいずれか記載のレジスト組成物を基板上に塗布する工程、
(2)塗布後の組成物を乾燥させて組成物層を形成する工程、
(3)組成物層を露光する工程、
(4)露光後の組成物層を加熱する工程、及び
(5)加熱後の組成物層を現像する工程、
を含むレジストパターンの製造方法。
〔11〕前記〔1〕〜〔4〕のいずれか記載の化合物を有効成分として含有する酸発生剤。
本発明の化合物に由来する構造単位を有する樹脂を含有するレジスト組成物は、優れたCD均一性(CDU)を有するレジストパターンを製造することができる。
本明細書では、特に断りのない限り、炭素数を適宜選択しながら、以下の置換基の例示は、同様の置換基を有するいずれの化学構造式においても適用される。脂肪族炭化水素基のうち、アルキル基のように直鎖状又は分岐状をとることができるものは、そのいずれをも含む。立体異性体が存在する場合は、全ての立体異性体を包含する。以下の置換基の例示において、「C」に付して記載した数値は、各々の基の炭素数を示すものである。
さらに、本明細書において、「(メタ)アクリル系モノマー」とは、「CH=CH−CO−」又は「CH=C(CH)−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。
炭化水素基とは、脂肪族炭化水素基及び芳香族炭化水素基を包含する。
脂肪族炭化水素基は、鎖式及び環式の双方を含み、特に定義しない限り、鎖式及び脂環式の脂肪族炭化水素基が組み合わせられたものも包含する。また、これら脂肪族炭化水素基は、その一部に炭素−炭素二重結合を含んでいてもよいが、飽和の基(脂肪族飽和炭化水素基)が好ましい。
鎖式の脂肪族炭化水素基のうち1価のものとしては、典型的にはアルキル基が挙げられる。
アルキル基としては、メチル基(C)、エチル基(C)、プロピル基(C)、ブチル基(C)、ペンチル基(C)、ヘキシル基(C)、ヘプチル基(C)、オクチル基(C)、デシル基(C10)、ドデシル基(C12)、ヘキサデシル基(C14)、ペンタデシル基(C15)、ヘキシルデシル基(C16)、ヘプタデシル基(C17)及びオクタデシル基(C18)などが挙げられる。
鎖式の脂肪族炭化水素基のうち2価のものとしては、アルキル基から水素原子を1個取り去ったアルカンジイル基が挙げられる。
アルカンジイル基としては、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、エタン−1,1−ジイル基、プロパン−1,1−ジイル基、プロパン−2,2−ジイル基、ブタン−1,3−ジイル基、2−メチルプロパン−1,3−ジイル基、2−メチルプロパン−1,2−ジイル基、ペンタン−1,4−ジイル基及び2−メチルブタン−1,4−ジイル基等が挙げられる。
環式の脂肪族炭化水素基(以下、場合により「脂環式炭化水素基」という)は、典型的には、シクロアルキル基を意味し、以下に示す単環式及び多環式のいずれも包含する。
脂環式炭化水素基のうち1価のものとして、単環式の脂肪族炭化水素基は、以下の式(KA−1)〜(KA−7)で表されるシクロアルカンの水素原子を1個取り去った基である。
Figure 0006002509
多環式の脂肪族炭化水素基は、以下の式(KA−8)〜(KA−22)で表されるシクロアルカンの水素原子を1個取り去った基である。
Figure 0006002509
脂環式炭化水素基のうち2価のものとしては、式(KA−1)〜式(KA−22)の脂環式炭化水素から水素原子を2個取り去った基が挙げられる。
脂肪族炭化水素基は置換基を有していてもよい。このような置換基としては、特に限定されない限り、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アシル基、アシルオキシ基、アリール基、アラルキル基及びアリールオキシ基が挙げられる。
ここで、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る。
アルコキシ基としては、メトキシ基(C)、エトキシ基(C)、プロポキシ基(C)、ブトキシ基(C)、ペンチルオキシ基(C)、ヘキシルオキシ基(C)、ヘプチルオキシ基(C)、オクチルオキシ基(C)、デシルオキシ基(C10)及びドデシルオキシ基(C12)などが挙げられる。
アシル基としては、アセチル基(C)、プロピオニル基(C)、ブチリル基(C)、バレリル基(C)、ヘキサノイル基(C)、ヘプタノイル基(C)、オクタノイル基(C)、デカノイル基(C10)及びドデカノイル基(C12)などのアルキル基とカルボニル基とが結合したもの並びにベンゾイル基(C)などのアリール基とカルボニル基とが結合したものが包含される。
アシルオキシ基としては、アセチルオキシ基、プロピオニルオキシ基、ブチリルオキシ基、イソブチリルオキシ基等が挙げられる。
アラルキル基としては、ベンジル基(C)、フェネチル基(C)、フェニルプロピル基(C)、ナフチルメチル基(C11)及びナフチルエチル基(C12)などが挙げられる。
アリールオキシ基としては、フェニルオキシ基(C)、ナフチルオキシ基(C10)、アントリルオキシ基(C14)、ビフェニルオキシ基(C12)、フェナントリルオキシ基(C14)及びフルオレニルオキシ基(C13)などのアリール基と酸素原子とが結合したものが挙げられる。
芳香族炭化水素基としては、典型的には、アリール基が挙げられる。
アリール基としては、フェニル基(C)、ナフチル基(C10)、アントリル基(C14)、ビフェニル基(C12)、フェナントリル基(C14)及びフルオレニル基(C13)などが挙げられる。
芳香族炭化水素基も置換基を有することがある。このような置換基はそのつど定義するが、ハロゲン原子、アルコキシ基、アシル基、アルキル基及びアリールオキシ基を挙げることができる。これらのうち、アルキル基は、鎖式脂肪族炭化水素基として例示したものと同じであり、芳香族炭化水素基に任意に有する置換基のうち、アルキル基以外のものは、脂肪族炭化水素基の置換基として例示したものと同じものを含む。
<式(I)で表される化合物>
式(I)で表される塩(以下「化合物(I)」という場合がある)は、式(I)で表される。
Figure 0006002509
[式(I)中、
I1及びQI2は、それぞれ独立に、フッ素原子又は炭素数1〜6のペルフルオロアルキル基を表す。
nは、0又は1を表す。
は、単結合又は炭素数1〜10のアルカンジイル基を表し、該アルカンジイル基を構成するメチレン基は、酸素原子又はカルボニル基に置き換わっていてもよいが、nが0のとき、Xは単結合ではない。
Wは、式(Ia1−1)、式(Ia1−2)、式(Ia1−3)又は式(Ia1−4)で表される構造を表す。中でも、Wは、式(Ia1−1)又は式(Ia1−2)で表される構造が好ましい。
Figure 0006002509
*1は、−O−(CO)−との結合手を表す。
*2は、−O−CO−との結合手を表す。
は、水素原子又はメチル基を表す。
1+は、有機対イオンを表す。]
以下の説明において、式(I)で表される化合物のうち、有機カチオン(Z1+)を除去してなる、負電荷を有するものを、場合により「スルホン酸アニオン」という。
まず、式(I)で表される化合物を構成するスルホン酸アニオンから説明する。
I1及びQI2はそれぞれ独立に、フッ素原子又は炭素数1〜6のペルフルオロアルキル基を表す。このペルフルオロアルキル基としては、すでに例示した炭素数1〜6のアルキル基において、当該アルキル基に含まれる全ての水素原子がフッ素原子に置き換わったものが挙げられる。具体的にいえば、トリフルオロメチル基、ペルフルオロエチル基、ペルフルオロプロピル基、ペルフルオロイソプロピル基、ペルフルオロブチル基、ペルフルオロsec−ブチル基、ペルフルオロtert−ブチル基、ペルフルオロペンチル基及びペルフルオロヘキシル基などである。以上、ペルフルオロアルキル基を、その具体例を挙げて説明したが、QI1及びQI2はそれぞれ独立に、フッ素原子又はトリフルオロメチル基であることが好ましく、QI1及びQI2はともにフッ素原子であることがより好ましい。
は、単結合又は炭素数1〜10のアルカンジイル基であるが、nが0である場合、Xは単結合であることはない。Xのアルカンジイル基は、その炭素数が前記の範囲において、すでに例示したものを含む。当該アルカンジイル基は、直鎖でも分岐していてもよい。当該アルカンジイル基は、その炭素数が1〜8の範囲であると好ましい。
アルカンジイル基を構成するメチレン基が、酸素原子又はカルボニル基に置き換わった基がXである場合、当該基は、式(X−1)〜式(X−6)のいずれかが好ましく、式(X−1)〜式(X−4)のいずれかが、より好ましく、式(X−1)又は式(X−2)で表される基がさらに好ましい。なお、式(X−1)〜式(X−6)にある2つの*は結合手であり、左側の*は、C(Q1)(Q2)−の炭素原子との結合手を表す。以下に示す式(X−1)〜式(X−6)の具体例でも同様である。
Figure 0006002509
[式(X−1)〜式(X−6)中、
1b2〜X1b13は、それぞれ独立に、アルカンジイル基を表すが、
1b2の炭素数は1〜8の範囲であり、
1b3及びX1b4の合計炭素数の上限は6であり、
1b5及びX1b6の合計炭素数の上限は8であり、
1b7及びX1b8の合計炭素数の上限は9であり、
1b9及びX1b10の合計炭素数の上限は7であり、
1b11、X1b12及びX1b13の合計炭素数の上限は5である。]
式(X−1)で表される2価の基としては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 0006002509
式(X−2)で表される2価の基としては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 0006002509
式(X−3)で表される2価の基としては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 0006002509
式(X−4)で表される2価の基としては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 0006002509
式(X−5)で表される2価の基としては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 0006002509
式(X−6)で表される2価の基としては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 0006002509
式(I)で表される化合物を構成するスルホン酸アニオンとしては、例えば、以下で表されるスルホン酸アニオンが挙げられる。
Figure 0006002509
続いて、式(I)で表される化合物を構成する有機カチオン(Z1+)について説明する。
当該有機カチオンとしては、例えば、有機スルホニウムカチオン、有機ヨードニウムカチオン、有機アンモニウムカチオン、ベンゾチアゾリウムカチオン及び有機ホスホニウムカチオン等の有機オニウムカチオンが挙げられる。これらの中でも、有機スルホニウムカチオン及び有機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。
さらに好ましくは、以下の式(IZ−1)〜式(IZ−4)のいずれかで表される有機カチオン〔以下、各式の番号に応じて、「カチオン(IZ−1)」、「カチオン(IZ−2)」、「カチオン(IZ−3)」及び「カチオン(IZ−4)」ということがある〕である。
Figure 0006002509
[式(IZ−1)〜式(IZ−4)において、
IZ4〜RIZ6は、それぞれ独立に、炭素数1〜18のアルキル基、炭素数3〜18の脂環式炭化水素基又は炭素数6〜18の芳香族炭化水素基を表し、該アルキル基に含まれる水素原子は、ヒドロキシ基、炭素数1〜12のアルコキシ基又は炭素数6〜18の芳香族炭化水素基で置換されていてもよく、該脂環式炭化水素基に含まれる水素原子は、ハロゲン原子、炭素数2〜4の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、該芳香族炭化水素基に含まれる水素原子は、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、炭素数1〜18の脂肪族炭化水素基、炭素数3〜18の脂環式炭化水素基又は炭素数1〜12のアルコキシ基で置換されていてもよい。また、RIZ4とRIZ5は、一緒になってそれらが結合している硫黄原子と共に、ヘテロ原子をさらに有してもよい環を形成してもよい。
IZ7及びRIZ8は、それぞれ独立に、ヒドロキシ基、炭素数1〜12のアルキル基又は炭素数1〜12の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。m2が2以上の場合、複数のRIZ7は互いに同一でも異なっていてもよく、n2が2以上の場合、複数のRIZ8は互いに同一でも異なっていてもよい。
IZ9及びRIZ10は、それぞれ独立に、炭素数1〜18のアルキル基又は炭素数3〜18の脂環式炭化水素基を表す。
IZ11は、水素原子、炭素数1〜18のアルキル基、炭素数3〜18の脂環式炭化水素基又は炭素数6〜18の芳香族炭化水素基を表す。
IZ9〜RIZ11において、アルキル基の炭素数は1〜12が好ましく、脂環式炭化水素基の炭素数は4〜12が好ましい。
IZ12は、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数3〜18の脂環式炭化水素基又は炭素数6〜18の芳香族炭化水素基を表し、該芳香族炭化水素基に含まれる水素原子は、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数1〜12のアルコキシ基、炭素数3〜18の脂環式炭化水素基又は炭素数1〜12のアルキルカルボニルオキシ基で置換されていてもよく、該アルキル基に含まれる水素原子は、炭素数6〜18の芳香族炭化水素基で置換されていてもよい。
IZ9とRIZ10、及び/又は、RIZ11とRIZ12は、それぞれ独立に、互いに結合して、それらが結合している原子とともに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、これらの環を構成するメチレン基は、酸素原子、硫黄原子又はカルボニル基に置き換わっていてもよい。
IZ13〜RIZ18は、それぞれ独立に、ヒドロキシ基、炭素数1〜12のアルキル基又は炭素数1〜12のアルコキシ基を表す。
IZ11は、酸素原子又は硫黄原子を表す。
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が2以上であるとき、複数のRIZ13は同一でも異なっていてもよく、p2が2以上であるとき、複数のRIZ14は同一でも異なっていてもよく、s2が2以上であるとき、複数のRIZ17は同一でも異なっていてもよく、t2が2以上であるとき、複数のRIZ18は同一でも異なっていてもよく、q2が2以上であるとき、複数のRIZ15は同一でも異なっていてもよく、r2が2以上であるとき、複数のRIZ16は同一でも異なっていてもよい。]
IZ12のアルキルカルボニルオキシ基としては、すでに例示したアシル基と酸素原子とが結合したものである。
IZ9〜RIZ12のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、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−エチルヘキシル基などである。
IZ9〜RIZ11の脂環式炭化水素基としては、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロデシル基及びイソボルニル基などである。
IZ12の芳香族炭化水素基の好適例は、フェニル基、4−メチルフェニル基、4−エチルフェニル基、4−tert−ブチルフェニル基、4−シクロへキシルフェニル基、4−メトキシフェニル基、ビフェニリル基及びナフチル基などである。
IZ12の芳香族炭化水素基とアルキル基が結合したものは、典型的にはアラルキル基であり、ベンジル基などが挙げられる。
IZ9とRIZ10との組み合わせが結合して形成する環としては例えば、チオラン−1−イウム環(テトラヒドロチオフェニウム環)、チアン−1−イウム環及び1,4−オキサチアン−4−イウム環などが挙げられる。
IZ11とRIZ12との組み合わせが結合して形成する環としては例えば、オキソシクロヘプタン環、オキソシクロヘキサン環、オキソノルボルナン環及びオキソアダマンタン環などが挙げられる。
式(IZ−1)〜式(IZ−4)で表される有機カチオンとしては、特開2010−204646号公報に記載されたカチオンが挙げられる。
例示した有機カチオンの中でも、カチオン(IZ−1)が好ましく、アリールスルホニウムカチオン[RIZ4〜RIZ6のいずれかが芳香族炭化水素基であるカチオン(IZ−1)]がより好ましく、以下の式(IZ−1−1)で表される有機カチオン〔以下、「カチオン(IZ−1−1)」という。〕がさらに好ましく、トリフェニルスルホニウムカチオン(式(IZ−1−1)中、v2、w2及びx2のいずれもが0である。)又はトリトリルスルホニウムカチオン(式(IZ−1−1)中、v2、w2及びx2のいずれもが1であり、RIZ19、RIZ20及びRIZ21がいずれもメチル基である。)が特に好ましい。
Figure 0006002509
[式(IZ−1−1)中、
IZ19、RIZ20及びRIZ21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、炭素数1〜18の脂肪族炭化水素基又は炭素数1〜12のアルコキシ基を表す。また、RIZ19〜RIZ21から選ばれる2つは、一緒になってそれらが結合する2つのベンゼン環および硫黄原子と共に、ヘテロ原子をさらに有してもよい環を形成してもよい。
該脂肪族炭化水素基の炭素数は1〜12であると好ましく、炭素数1〜12のアルキル基及び炭素数4〜18の脂環式炭化水素基がより好ましい。置換基として、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、炭素数1〜12のアルコキシ基、炭素数6〜18の芳香族炭化水素基、炭素数2〜4のアシル基又はグリシジルオキシ基を有していてもよい。
v2、w2及びx2は、それぞれ独立に0〜5の整数(好ましくは0又は1)を表す。
v2が2以上のとき、複数のRIZ19は同一でも異なっていてもよく、w2が2以上のとき、複数のRIZ20は同一でも異なっていてもよく、x2が2以上のとき、複数のRIZ21は同一でも異なっていてもよい。]
なかでも、RIZ19、RIZ20及びRIZ21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、炭素数1〜12のアルキル基、又は炭素数1〜12のアルコキシ基である。
カチオン(IZ−1−1)を含むカチオン(IZ−1)としては、以下のカチオンが挙げられる。
Figure 0006002509
Figure 0006002509
カチオン(IZ−2)としては、以下のカチオンが挙げられる。
Figure 0006002509
カチオン(IZ−3)としては、以下のカチオンが挙げられる。
Figure 0006002509
以上、式(I)で表される化合物を、それを構成するスルホン酸アニオン及び有機カチオンにわけて説明したが、当該式(I)で表される化合物は、スルホン酸アニオン及び有機カチオンの組合せである。これらスルホン酸アニオンと有機カチオンとは任意に組み合わせることができる。
この組み合わせを具体的に例示すると、例えば、表1〜表3記載のものが挙げられる。
Figure 0006002509
Figure 0006002509
Figure 0006002509
表1〜表3に組み合わせで示した式(I)で表される化合物の中で、より好ましい化合物を具体的に示すと、以下のとおりである。
Figure 0006002509
ここで式(I)で表される化合物の製造方法を、nが1であり、Xが単結合であり、Wが式(Ia1−1)で表される構造である式(I)で表される化合物[以下の反応式では、式(IA)で表す。]を例にとって説明する。かかる式(I)で表される化合物は例えば、式(IA−a)で表される化合物と、式(IA−b)で表される化合物とを、溶媒中で反応させることにより製造することができる。この反応を反応式の形式で示すと以下のとおりである。
Figure 0006002509
(式中の符号は、いずれも前記の同義である。)
この反応で用いる溶媒は例えば、アセトニトリルなどである。
式(IA−a)で表される化合物は、式(IA−c)で表される化合物を、溶媒中で脱保護反応させることにより得ることができる。
Figure 0006002509
(式中、R21及びR23は、それぞれ独立に、炭素数1〜6のアルキル基を表すか、R21及びR23は互いに結合して環を形成する。該アルキル基及び環を構成するメチレン基は、酸素原子又は硫黄原子に置き換わっていてもよい。)
脱保護反応に用いる酸としては、塩酸などが挙げられる。
溶媒としては、クロロホルムやメタノールなどが挙げられる。
式(IA−c)で表される化合物は、式(IA−d)で表される化合物と、式(IA−e)で表される化合物とを、溶媒中で反応させることにより得ることができる。
Figure 0006002509
溶媒としては、例えば、アセトニトリルなどが挙げられる。
式(IA−d)で表される化合物は、式(IA−f)で表される化合物と、式(IA−g)で表される化合物とを、溶媒中で反応させることにより得ることができる。この反応を反応式の形式で示すと以下のとおりである。
Figure 0006002509
この反応で用いる溶媒は例えば、アセトニトリルなどである。また、式(IA−f)で表される化合物は、例えば、特開2008−13551号公報に記載された方法で合成することができる。
式(IA−e)で表される化合物は、式(IA−h)で表される化合物を、溶媒中で還元させることにより得ることができる。この反応を反応式の形式で示すと以下のとおりである。
Figure 0006002509
還元剤としては、例えば、水素化ホウ素ナトリウムなどが挙げられる。
溶媒としては、例えば、アセトニトリルなどが挙げられる。
式(IA−h)で表される化合物を製造するには、式(IA−i)で表される化合物と、式(IA−j)で表される化合物とを、酸触媒下、溶媒中で反応させればよい。この反応を反応式の形式で示すと以下のとおりである。
Figure 0006002509
酸触媒としては、例えば、p−トルエンスルホン酸などが挙げられる。
溶媒としては、例えば、テトラヒドロフランなどが挙げられる。
式(IA−j)で表される化合物としては、例えば、以下で表される化合物などのビニルオキシ化合物が挙げられる。
Figure 0006002509
式(IA−i)で表される化合物は、式(IA−k)で表される化合物を、酸存在下、溶媒中で反応させることにより得ることができる。
Figure 0006002509
酸としては、例えば、塩酸などが挙げられる。
溶媒としては、例えば、アセトニトリルなどが挙げられる。
式(IA−k)で表される化合物は、式(IA−l)で表される化合物を、溶媒中で還元させることにより得ることができる。この反応を反応式の形式で示すと以下のとおりである。
Figure 0006002509
還元剤としては、例えば、リチウムアルミニウムハイドライドなどが挙げられる。
溶媒としては、例えば、テトラヒドロフランなどが挙げられる。
式(IA−l)で表される化合物は、酸触媒下、式(IA−m)で表される化合物と、エチレングリコールとを反応させることにより得ることができる。
Figure 0006002509
酸触媒としては、例えば、硫酸などが挙げられる。
溶媒としては、例えば、トルエンなどが挙げられる。
式(IA−m)で表される化合物は、式(IA−o)で表される化合物と、カルボニルジイミダゾールとを、溶媒中で反応させた後、さらに、メタノールを反応させることにより得ることができる。
Figure 0006002509
この反応に用いる溶媒としては、例えば、クロロホルムなどが挙げられる。
式(IA−b)で表される化合物は、式(IA−p)で表される化合物と、式(IA−g)で表される化合物とを、溶媒中で反応させることにより得ることができる。
Figure 0006002509
この反応で用いる溶媒は例えば、アセトニトリルなどである。
式(IA−p)で表される化合物としては、例えば、メタクリル酸、アクリル酸が挙げられる。
<樹脂(以下「樹脂(A)」という場合がある)>
本発明の樹脂(A)は、式(I)で表される化合物に由来する構造単位を含む樹脂である。
樹脂(A)は、酸に不安定な基を有するモノマー、特に、(メタ)アクリルモノマーに由来する構造単位を有する。また、この樹脂(A)は、アルカリ水溶液に不溶又は難溶であることが好ましい。さらに、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ことがより好ましい。「酸の作用によりアルカリに溶解し得る」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。
このような酸の作用によりアルカリ可溶となる樹脂は、式(I)で表される化合物と、酸に不安定な基を有するモノマー(以下「酸不安定基を有するモノマー(a1)」という場合がある)とを重合することによって製造することができる。酸不安定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。
樹脂(A)における構造単位(I)の含有割合は、樹脂(A)の全構造単位(100モル%)に対して、通常1〜20モル%の範囲であり、好ましくは2〜15モル%、より好ましくは3〜10モル%の範囲である。
本レジスト組成物に含有される樹脂は、アルカリ水溶液に不溶又は難溶であり、酸の作用によりアルカリ水溶液に溶解し得る基(以下、場合により「酸不安定基」という。)を有していることが好ましい。なお、「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。
<酸不安定基>
「酸不安定基」とは、脱離基を有し、酸と接触すると脱離基が脱離して、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。このような酸不安定基は、前記塩(I)のRにおいて、保護基により保護されたヒドロキシ基として示したものと同じ基などが挙げられる。具体的に酸不安定基を挙げると、例えば、式(1)で表される基(酸不安定基(1))、式(2)で表される基(酸不安定基(2))などである。
Figure 0006002509
[式(1)中、
a1〜Ra3は、それぞれ独立に、炭素数1〜8のアルキル基又は炭素数3〜20の脂環式炭化水素基を表すか、Ra1及びRa2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する。*は結合手を表す。]
Figure 0006002509
[式(2)中、
a1’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、該炭化水素基及び該2価の炭化水素基を構成するメチレン基は、酸素原子又は硫黄原子に置き換わってもよい。]
酸不安定基(1)のRa1〜Ra3のアルキル基及び脂環式炭化水素基は、各々の炭素数の範囲において、すでに例示したものを含む。ただし、該脂環式炭化水素基の炭素数は、好ましくは3〜16の範囲である。
a1及びRa2が互いに結合して2価の炭化水素基を形成する場合とは、−C(Ra1)(Ra2)(Ra3)で表される基が下記いずれかの基となるものである。該2価の炭化水素基の炭素数は、好ましくは3〜12の範囲である。
Figure 0006002509
酸不安定基(1)としては、例えば、1,1−ジアルキルアルコキシカルボニル基(式(1)中、Ra1〜Ra3がアルキル基である基、好ましくはtert−ブトキシカルボニル基)、2−アルキルアダマンタン−2−イルオキシカルボニル基(式(1)中、Ra1及びRa2が結合することで、アダマンチル環を形成し、Ra3がアルキル基である基)及び1−(アダマンタン−1−イル)−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基)などが挙げられる。
酸不安定基(2)のRa1’及びRa2’の炭化水素基は、例えば、アルキル基、脂環式炭化水素基及び芳香族炭化水素基などである。これらの基もすでに例示したもののうち、炭素数それぞれの範囲で同じものを含む。ただし、Ra1’及びRa2’のうち少なくとも1つは水素原子であると好ましい。
酸不安定基(2)としては、以下の基が挙げられる。
Figure 0006002509
酸不安定基[好ましくは、酸不安定基(1)及び/又は酸不安定基(2)]を有するモノマー(a1)は、好ましくは、酸不安定基と炭素−炭素二重結合とを有するモノマーであり、より好ましくは酸不安定基を有する(メタ)アクリル系モノマーである。
酸不安定基を有する(メタ)アクリル系モノマーのうち、炭素数5〜20の脂環式炭化水素基を有するモノマー(a1)が好ましい。このようなモノマー(a1)を用いて得られる樹脂(A)は、脂環式炭化水素基のような嵩高い構造を有するものとなるので、該樹脂(A)を含有する本レジスト組成物の解像度が一層良好となる傾向がある。
<好適な構造単位(a1)>
かかる脂環式炭化水素基を有するモノマー(a1)を用いて得られる好適な構造単位(a1)を有する樹脂(A)について、さらに詳述する。該樹脂(A)の中でも、式(a1−1)で表される構造単位(以下、場合により「構造単位(a1−1)」という。)又は式(a1−2)で表される構造単位(以下、場合により「構造単位(a1−2)」という。)を有する樹脂が好ましい。かかる樹脂には、構造単位(a1−1)を単独種で有していてもよく、複数種有していてもよく、構造単位(a1−2)を単独種で有していてもよく、複数種有していてもよく、構造単位(a1−1)と構造単位(a1−2)とを合わせて有していてもよい。
Figure 0006002509
[式(a1−1)中、
a1は、酸素原子又は*−O−(CHk1−CO−O−(k1は1〜7の整数を表し、*はカルボニル基との結合手を表す。)で表される基を表す。
a4は、水素原子又はメチル基を表す。
a6は、炭素数1〜10の脂肪族炭化水素基を表す。
m1は0〜14の整数を表す。
式(a1−2)中、
a2は、酸素原子又は*−O−(CHk1−CO−O−(k1及び*は前記と同義である。)で表される基を表す。
a5は、水素原子又はメチル基を表す。
a7は、炭素数1〜10の脂肪族炭化水素基を表す。
n1は0〜10の整数を表す。
n1’は0〜3の整数を表す。]
a1及びLa2は、好ましくは、酸素原子又は、k1が1〜4の整数である*−O−(CHk1−CO−O−で表される基であり、より好ましくは酸素原子又は*−O−CH−CO−O−であり、さらに好ましくは酸素原子である。
a4及びRa5は、好ましくはメチル基である。
a6及びRa7の脂肪族炭化水素基のうち、好ましくは炭素数1〜8のアルキル基又は炭素数3〜10の脂環式炭化水素基であり、この炭素数の上限以下の範囲で、すでに例示したものと同じものを含む。Ra6及びRa7の脂肪族炭化水素基はそれぞれ独立に、好ましくは炭素数1〜8のアルキル基又は炭素数3〜8の脂環式炭化水素基であり、より好ましくは炭素数1〜6のアルキル基又は炭素数3〜6の脂環式炭化水素基である。
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。
n1’は好ましくは0又は1である。
構造単位(a1−1)を誘導し得るモノマー(a1)は、例えば、特開2010−204646号公報に記載されたものなどが挙げられる。これらに由来する構造単位(a1−1)のうち、以下の式(a1−1−1)〜式(a1−1−8)のいずれかで表される構造単位が好ましく、式(a1−1−1)〜式(a1−1−4)のいずれかで表される構造単位がより好ましく、式(a1−1−2)又は式(a1−1−3)で表される構造単位がさらに好ましい。
Figure 0006002509
構造単位(a1−1)を誘導し得るモノマー(a1)は例えば、特開2010−204646号公報に記載されたものが挙げられる。
一方、構造単位(a1−2)を誘導し得るモノマー(a1)としては、例えば、1−エチルシクロペンタン−1−イル(メタ)アクリレート、1−エチルシクロヘキサン−1−イル(メタ)アクリレート、1−エチルシクロヘプタン−1−イル(メタ)アクリレート、1−メチルシクロペンタン−1−イル(メタ)アクリレート及び1−イソプロピルシクロペンタン−1−イル(メタ)アクリレートなどが挙げられる。
構造単位(a1−2)としては、以下の式(a1−2−1)〜式(a1−2−12)のいずれかで表されるものが好ましい。
Figure 0006002509
Figure 0006002509
樹脂(A)が構造単位(a1−1)及び/又は構造単位(a1−2)を有する場合、これらの合計含有割合は、該樹脂(A)の全構造単位(100モル%)に対して、10〜95モル%の範囲が好ましく、15〜90モル%の範囲がより好ましく、20〜85モル%の範囲がさらに好ましい。また、構造単位(a1)として、アダマンチル基を有する構造単位(a1)(特に好ましくは、構造単位(a1−1))を有する場合には、樹脂(A)中の構造単位(a1)の合計(100モル%)に対して、アダマンチル基を有する構造単位(a1)が15モル%以上であることが好ましい。このような含有割合で、アダマンチル基を有する構造単位(a1)を有する樹脂(A)は、該樹脂(A)を含有するレジスト組成物から製造されるレジストパターンのドライエッチング耐性が良好となる傾向がある。
なお、構造単位(a1−1)及び/又は構造単位(a1−2)の合計含有割合を、上述の範囲にするためには、樹脂(A)を製造する際に、全モノマーの使用量に対する、構造単位(a1−1)及び/又は構造単位(a1−2)を誘導するモノマーの使用量を調整すればよい。
他のモノマー(a1)としては、例えば、式(a1−5)で表されるモノマー(以下「モノマー(a1−5)」という場合がある)を用いてもよい。
Figure 0006002509
[式(a1−5)中、
31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、水素原子又はハロゲン原子を表す。
〜Lは、酸素原子、硫黄原子又は*−O−(CHk4−CO−O−で表される基を表す。ここで、k4は1〜7の整数を表し、*はカルボニル基(−CO−)との結合手である。
1’は、単結合又は炭素数1〜6のアルカンジイル基であり、該アルカンジイル基中に含まれるメチレン基は、酸素原子又はカルボニル基に置き換わっていてもよい。
s1及びs1’は、それぞれ独立して、0〜4の整数を表す。]
式(a1−5)においては、R31は、水素原子、メチル基及びトリフルオロメチル基が好ましい。
は、酸素原子が好ましい。
及びLは、一方が酸素原子、他方が硫黄原子であると好ましい。
s1は、1が好ましい。
s1’は、0〜2の整数が好ましい。
1’は、単結合又は*−CH−CO−O−が好ましい。
モノマー(a1−5)としては、以下のモノマーが挙げられる。
Figure 0006002509
樹脂(A)が、モノマー(a1−5)に由来する構造単位を有する場合、その含有量は、樹脂(A)の全構造単位(100モル%)に対して、1〜95モル%の範囲が好ましく、3〜90モル%の範囲がより好ましく、5〜85モル%の範囲がさらに好ましい。
<酸安定構造単位>
樹脂(A)は、酸不安定基を有する構造単位(a1)に加え、酸不安定基を有さない構造単位(以下、場合により「酸安定構造単位」といい、該酸安定構造単位を誘導し得るモノマーを、「酸安定モノマー」という。)を有していると好ましい。該樹脂(A)中、酸安定構造単位は1種のみを有していてもよく、複数種を有していてもよい。
樹脂(A)が酸安定構造単位を有する場合、構造単位(a1)の含有割合を基準にして、酸安定性構造単位の含有割合を定めるとよい。構造単位(a1)の含有割合と酸安定性構造単位の含有割合との比は、〔構造単位(a1)〕/〔酸安定構造単位〕で表して、好ましくは10〜80モル%/90〜20モル%であり、より好ましくは20〜60モル%/80〜40モル%である。このようにすると、樹脂(A)を含有する本レジスト組成物から得られるレジストパターンのドライエッチング耐性がより一層良好になる傾向がある。
次に、酸安定構造単位のうち、好ましいものを説明する。
酸安定構造単位は、ヒドロキシ基又はラクトン環を有する構造単位が好ましい。ヒドロキシ基を有する酸安定構造単位(以下、「酸安定構造単位(a2)」という。)及び/又はラクトン環を有する酸安定構造単位(以下、「酸安定構造単位(a3)」という。)を有する樹脂(A)は、当該樹脂(A)を含有する本レジスト組成物を基板に塗布したとき、基板上に形成される塗布膜、又は塗布膜から得られる組成物層が基板との間の密着性に優れるため、良好な解像度で、レジストパターンを製造することができる。なお、ここでいう本レジスト組成物を用いるレジストパターンの製造方法に関しては後述する。まず、酸安定構造単位として好適な、酸安定構造単位(a2)及び酸安定構造単位(a3)に関して具体例を挙げつつ説明する。
<酸安定構造単位(a2)>
酸安定構造単位(a2)を樹脂(A)に導入する場合、当該樹脂(A)を含有する本レジスト組成物からレジストパターンを製造する際の露光源の種類によって、各々、好適な酸安定構造単位(a2)を選択することができる。すなわち、本レジスト組成物を、KrFエキシマレーザ(波長:248nm)を露光源とする露光、電子線あるいはEUV光などの高エネルギー線を露光源とする露光に用いる場合には、酸安定構造単位(a2)として、フェノール性ヒドロキシ基を有する酸安定構造単位(a2−0)を樹脂(A)に導入することが好ましい。短波長のArFエキシマレーザ(波長:193nm)を露光源とする露光を用いる場合は、酸安定構造単位(a2)として、後述の式(a2−1)で表される酸安定構造単位を樹脂(A)に導入することが好ましい。このように、樹脂(A)が有する酸安定構造単位(a2)は各々、レジストパターンを製造する際の露光源によって好ましいものを選ぶことができるが、樹脂(A)が有する酸安定構造単位(a2)は、露光源の種類に応じて好適な酸安定構造単位(a2)1種のみを有していてもよく、露光源の種類に応じて好適な酸安定構造単位(a2)2種以上を有していてもよく、或いは、露光源の種類に応じて好適な酸安定構造単位(a2)と、それ以外の酸安定構造単位(a2)とを組み合わせて有していてもよい。
酸安定構造単位(a2)の具体例の1つは、以下の式(a2−1)で表されるもの(以下、場合により「酸安定構造単位(a2−1)」という。)である。
Figure 0006002509
[式(a2−1)中、
a3は、酸素原子又は*−O−(CHk2−CO−O−(k2は1〜7の整数を表す。)を表し、*はカルボニル基(−CO−)との結合手を表す。
a14は、水素原子又はメチル基を表す。
a15及びRa16は、それぞれ独立に、水素原子、メチル基又はヒドロキシ基を表す。
o1は、0〜10の整数を表す。]
a3は、好ましくは、酸素原子又は、k2が1〜4の整数である*−O−(CHk2−CO−O−で表される基であり、より好ましくは、酸素原子又は、*−O−CH−CO−O−であり、さらに好ましくは酸素原子である。
a14は、好ましくはメチル基である。
a15は、好ましくは水素原子である。
a16は、好ましくは水素原子又はヒドロキシ基である。
o1は、好ましくは0〜3の整数、より好ましくは0又は1である。
酸安定構造単位(a2−1)としては、例えば、以下のものが挙げられる。
Figure 0006002509
以上、例示した酸安定構造単位(a2−1)は、例えば、特開2010−204646号公報に記載された酸安定モノマーから誘導される。これらの中でも、式(a2−1−1)〜式(a2−1−4)のいずれかで表される酸安定構造単位がより好ましく、式(a2−1−1)又は(a2−1−3)で表される酸安定構造単位がさらに好ましい。
樹脂(A)が酸安定構造単位(a2−1)を有する場合、その含有割合は、樹脂(A)の全構造単位(100モル%)に対して、3〜45モル%の範囲が好ましく、5〜40モル%の範囲がより好ましく、5〜35モル%の範囲がさらに好ましい。
次に、ヒドロキシ基を有する酸安定構造単位のうち、フェノール性ヒドロキシ基を有する酸安定構造単位について説明する。該酸安定構造単位は、以下の式(a2−0)で表されるもの(以下、場合により「酸安定構造単位(a2−0)」という。)が好ましい。
Figure 0006002509
[式(a2−0)中、
a30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、水素原子又はハロゲン原子を表す。
a31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、アクリロイルオキシ基又はメタクリロイルオキシ基を表す。
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は同一でも異なっていてもよい。]
a30の「ハロゲン原子を有してもよい炭素数1〜6のアルキル基」における「炭素数1〜6のアルキル基」の具体例は、炭素数がこの範囲において、すでに例示したものを含む。「ハロゲン原子を有する炭素数1〜6のアルキル基」とは、該炭素数1〜6のアルキル基に含まれる水素原子の少なくとも一部がハロゲン原子に置換されたものである。なお、ハロゲン原子の具体例もすでに説明したとおりである。これらのうち、Ra30は、炭素数1〜4のアルキル基が好ましく、メチル基及びエチル基がより好ましく、メチル基がさらに好ましい。
a31のアルコキシ基の具体例は、炭素数1〜6の範囲で、すでに例示したものを含む。これらのうち、Ra31は、炭素数1〜4のアルコキシ基が好ましく、メトキシ基及びエトキシ基がより好ましく、メトキシ基がさらに好ましい。
maは0、1又は2が好ましく、0又は1がより好ましく、0がさらに好ましい。
酸安定構造単位(a2−0)の中でも、以下の式(a2−0−1)及び式(a2−0−2)のいずれかで表されるものが好ましい。かかる構造単位を誘導し得るモノマー(a1)は、例えば、特開2010−204634号公報に記載されている。
Figure 0006002509
このような酸安定構造単位(a2−0)を有する樹脂(A)は、酸安定モノマーとして、p−ヒドロキシ−α−メチルスチレンやp−ヒドロキシスチレンなどのヒドロキシスチレン類を用いればよいが、樹脂(A)製造に当たり、ヒドロキシスチレン類のフェノール性ヒドロキシ基を例えば、アセチル基で保護し、アセトキシスチレン類とした後、このアセトキシスチレン類を用いて樹脂(A)を製造することもできる。アセトキシスチレン類に由来する構造単位を有する樹脂を脱保護処理して、アセチル基を脱離することにより、酸安定構造単位(a2−0)を有する樹脂(A)を製造できる。ただし、アセチル基を脱保護する際には、他の構造単位(a1)を著しく損なわないようにして、該脱保護処理を実施する必要がある。
樹脂(A)が酸安定構造単位(a2−0)を有する場合、その含有割合は、樹脂(A)の全構造単位(100モル%)に対して、5〜90モル%の範囲が好ましく、10〜85モル%の範囲がより好ましく、15〜80モル%の範囲がさらに好ましい。
<酸安定構造単位(a3)>
酸安定構造単位(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−ブチロラクトン環及びδ−バレロラクトン環のような単環式でもよく、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、γ−ブチロラクトン環及びγ−ブチロラクトン環と他の環との縮合環が好ましい。
酸安定構造単位(a3)は好ましくは、以下の式(a3−1)、式(a3−2)又は式(a3−3)で表されるものである。樹脂(A)は、これらのうち1種のみを有していてもよく、2種以上を有していてもよい。なお、以下の説明においては、式(a3−1)で表されるものを「酸安定構造単位(a3−1)」という場合があり、式(a3−2)で表されるものを「酸安定構造単位(a3−2)」という場合があり、式(a3−3)で表されるものを「酸安定構造単位(a3−3)」という場合がある。
Figure 0006002509
[式(a3−1)中、
a4は、酸素原子又は*−O−(CHk3−CO−O−(k3は1〜7の整数を表す。)を表す。*はカルボニル基との結合手を表す。
a18は、水素原子又はメチル基を表す。
p1は0〜5の整数を表す。
a21は炭素数1〜4の脂肪族炭化水素基を表し、p1が2以上の場合、複数のRa21は同一でも異なっていてもよい。
式(a3−2)中、
a5は、酸素原子又は*−O−(CHk3−CO−O−(k3は1〜7の整数を表す。)を表す。*はカルボニル基との結合手を表す。
a19は、水素原子又はメチル基を表す。
q1は、0〜3の整数を表す。
a22は、カルボキシ基、シアノ基又は炭素数1〜4の脂肪族炭化水素基を表し、q1が2以上の場合、複数のRa22は同一でも異なっていてもよい。
式(a3−3)中、
a6は、酸素原子又は*−O−(CHk3−CO−O−(k3は1〜7の整数を表す。)を表す。*はカルボニル基との結合手を表す。
a20は、水素原子又はメチル基を表す。
r1は、0〜3の整数を表す。
a23は、カルボキシ基、シアノ基又は炭素数1〜4の脂肪族炭化水素基を表し、r1が2以上の場合、複数のRa23は同一でも異なっていてもよい。]
式(a3−1)〜式(a3−3)において、La4〜La6は、式(a2−1)のLa3で説明したものと同じものが挙げられる。
a4〜La6は、それぞれ独立に、酸素原子又は、k3が1〜4の整数である*−O−(CHk3−CO−O−で表される基が好ましく、酸素原子及び、*−O−CH−CO−O−がより好ましく、さらに好ましくは酸素原子である。
a18〜Ra21は、好ましくはメチル基である。
a22及びRa23は、それぞれ独立に、好ましくはカルボキシ基、シアノ基又はメチル基である。
p1、q1及びr1は、好ましくは0〜2の整数であり、より好ましくは0又は1である。なお、p1が2である場合、2つのRa21は互いに同一でも異なっていてもよく、q1が2である場合、2つのRa22は互いに同一でも異なっていてもよく、r1が2である場合、2つのRa23は互いに同一でも異なっていてもよい。
以下、酸安定構造単位(a3−1)、酸安定構造単位(a3−2)及び酸安定構造単位(a3−3)の各々の好適例を示す。
酸安定構造単位(a3−1)としては、例えば、以下の式(a3−1−1)〜式(a3−1−4)のいずれかで表されるものである。
Figure 0006002509
酸安定構造単位(a3−2)としては、例えば、以下の式(a3−2−1)〜式(a3−2−4)のいずれかで表されるものである。
Figure 0006002509
酸安定構造単位(a3−3)としては、例えば、以下の式(a3−3−1)〜式(a3−3−4)のいずれかで表されるものである。
Figure 0006002509
酸安定構造単位(a3−1)、酸安定構造単位(a3−2)及び酸安定構造単位(a3−3)は、特開2010−204646号公報に記載されたモノマーにより誘導できる。
上記の酸安定構造単位(a3)の具体例の中でも、式(a3−1−1)〜式(a3−2−4)のいずれかで表される酸安定構造単位がより好ましく、式(a3−1−1)又は式(a3−2−3)で表される酸安定構造単位がさらに好ましい。
樹脂(A)が、酸安定構造単位(a3)を有する場合、その合計含有割合は、該樹脂(A)の全構造単位(100モル%)に対して、5〜70モル%の範囲が好ましく、10〜65モル%の範囲がより好ましく、10〜60モル%の範囲がさらに好ましい。
また、酸安定構造単位(a3−1)、酸安定構造単位(a3−2)及び酸安定構造単位(a3−3)それぞれの含有量は、樹脂(A)の全構造単位(100モル%)に対して、5〜60モル%が好ましく、5〜50モル%の範囲がより好ましく、10〜50モル%の範囲がさらに好ましい。
<その他の酸安定構造単位>
樹脂(A)が有する酸安定構造単位として、好適な酸安定構造単位(a2)及び酸安定構造単位(a3)を説明したが、当該樹脂(A)は酸安定構造単位(a2)及び酸安定構造単位(a3)以外の酸安定構造単位を有していてもよい。ここで、酸安定構造単位(a2)及び酸安定構造単位(a3)以外の酸安定構造単位(a4)という。以下、この酸安定構造単位(a4)を、当該酸安定構造単位(a4)を誘導し得る酸安定モノマー(以下、場合により「酸安定モノマー(a4)」という。)を示すことで説明する。
酸安定モノマー(a4)の具体例は例えば、以下の式(a4−1)で表されるモノマー(以下、場合により「モノマー(a4−1)」という。)である。このモノマー(a4−1)は、後述するように、フッ素原子を有するものであると好ましい。
Figure 0006002509
[式(a4−1)中、
a41は、炭素数1〜12の1価の脂肪族炭化水素基又は炭素数6〜12の1価の芳香族炭化水素基を表し、該1価の脂肪族炭化水素基を構成するメチレン基は、酸素原子又はカルボニル基に置き換わっていてもよい。
a41は、置換基を有していてもよい炭素数1〜6のアルカンジイル基又は式(a−g1)
Figure 0006002509
(式(a−g1)中、
sは0又は1を表す。
a42及びAa44は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい炭素数1〜5の脂肪族炭化水素基を表す。
a43は、置換基を有していてもよい炭素数1〜5の脂肪族炭化水素基又は単結合を表す。
a41及びXa42は、それぞれ独立に、酸素原子、カルボニル基、カルボニルオキシ基又はオキシカルボニル基を表す。
ただし、Aa42、Aa43、Aa44、Xa41及びXa42の炭素数の合計は6以下である。)
で表される基を表す。
a42は、置換基を有していてもよい脂肪族炭化水素基を表す。該脂肪族炭化水素基は部分的に、炭素−炭素不飽和結合を有していてもよいが、炭素−炭素不飽和結合を有さない脂肪族飽和炭化水素基が好ましい。該脂肪族飽和炭化水素基としては、アルキル基(当該アルキル基は直鎖でも分岐していてもよい)及び脂環式炭化水素基、並びに、アルキル基及び脂環式炭化水素基を組み合わせた脂肪族炭化水素基などが挙げられる。]
a41の脂肪族炭化水素基のうち、アルキル基と及び芳香族炭化水素基は、その炭素数がそれぞれの範囲ですでに例示したものを含む。
また、Ra42の脂肪族炭化水素基は置換基を有していても有していなくてもよいが、Ra42は置換基を有する脂肪族炭化水素基であると好ましい。かかる置換基としては、ハロゲン原子(特にフッ素原子)及び式(a−g3)で表される基が好ましい。
Figure 0006002509
[式(a−g3)中、
a43は、酸素原子、カルボニル基、カルボニルオキシ基又はオキシカルボニル基を表す。
a45は、ハロゲン原子を有していてもよい炭素数3〜17の脂肪族炭化水素基を表す。]
つまり、Ra42は、以下の式(a−g2)で表される基であることが好ましい。
Figure 0006002509
[式(a−g2)中、
a46は、ハロゲン原子を有していてもよい炭素数3〜17の脂肪族炭化水素基を表す。
a44は、カルボニルオキシ基又はオキシカルボニル基を表す。
a47は、ハロゲン原子を有していてもよい炭素数3〜17の脂肪族炭化水素基を表す。
ただし、Aa46、Aa47及びXa44の炭素数の合計は18以下である。]
好適なRa42である、ハロゲン原子及び式(a−g3)で表される基からなる群より選ばれる置換基を有する脂肪族炭化水素基(式(a−g2)で表される基)について詳述する。
まず、ハロゲン原子を有する脂肪族炭化水素基について説明する。かかる脂肪族炭化水素基は典型的には、ハロゲン原子を有するアルキル基、及びハロゲン原子を有する脂環式炭化水素基(好ましくは、ハロゲン原子を有するシクロアルキル基)である。ハロゲン原子を有するアルキル基とは、該アルキル基を構成する水素原子の一部又は全部がハロゲン原子に置換されたものである。同様に、ハロゲン原子を有する脂環式炭化水素基とは、該脂環式炭化水素基を構成する水素原子の一部又は全部がハロゲン原子に置換されたものである。ハロゲン原子を有するアルキル基及びハロゲン原子を有する脂環式炭化水素基に含まれるハロゲン原子は、フッ素原子、塩素原子、臭素原子又はヨウ素原子であり、或いはこれらを組み合わせた形式でもよいが、フッ素原子が特に好ましい。
a42が、フッ素原子を有する脂肪族炭化水素基であるモノマー(a4−1)を、Aa41が好ましいエチレン基である場合の具体例で示すと、以下の式(a4−1−1)〜式(a4−1−22)のいずれかで表されるモノマーが挙げられる。
Figure 0006002509
Figure 0006002509
a42がハロゲン原子を有する脂肪族炭化水素基である場合、アルキル基を構成する水素原子の全部がフッ素原子に置換されたペルフルオロアルキル基や、シクロアルキル基を構成する水素原子の全部がフッ素原子に置換されたペルフルオロシクロアルキル基がより好ましい。Ra42が、ペルフルオロアルキル基又はペルフルオロシクロアルキル基であるモノマー(a4−1)は、上述の具体例の中では、式(a4−1−3)、式(a4−1−4)、式(a4−1−7)、式(a4−1−8)、式(a4−1−11)、式(a4−1−12)、式(a4−1−15)、式(a4−1−16)、式(a4−1−19)、式(a4−1−20)、式(a4−1−21)及び式(a4−1−22)のいずれかで表されるものが該当する。さらに、Ra42はペルフルオロアルキル基が好ましく、当該ペルフルオロアルキル基としては、トリフルオロメチル基、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、ペルフルオロヘプチル基及びペルフルオロオクチル基などが例示される。さらに好ましくは、炭素数が1〜6のペルフルオロアルキル基であり、特に好ましくは、炭素数1〜3のペルフルオロアルキル基である。
a42が、式(a−g3)で表される基を有する脂肪族炭化水素基である場合を、次に説明する。この脂肪族炭化水素基には、式(a−g3)で表される基を1個又は複数個有していてもよいが、式(a−g3)で表される基に含まれる炭素原子の数を含めて、脂肪族炭化水素基の総炭素数は、15以下が好ましく、12以下がより好ましい。このような好ましい総炭素数を満たすためには、式(a−g3)で表される基を1個有する基がRa42として好ましい。
a42が、式(a−g2)で表される基を1個有する脂肪族炭化水素基であるモノマー(a4−1)は具体的には、以下の式(a4−1’)で表されるもの(以下、場合により「モノマー(a4−1’)」という)である。
Figure 0006002509
[式(a4−1’)中、
すべての符号はいずれも、前記と同義である。]
モノマー(a4−1’)において、Aa46及びAa47はともにハロゲン原子を有することもあるが、Aa46が、ハロゲン原子を有する脂肪族炭化水素基であるか、または、Aa47が、ハロゲン原子を有する脂肪族炭化水素基であると好ましい。さらには、Aa46がハロゲン原子を有する脂肪族炭化水素基であると好ましく、中でも、Aa46はフッ素原子を有するアルカンジイル基であると一層好ましく、ペルフルオロアルカンジイル基であると特に好ましい。なお、この「ペルフルオロアルカンジイル基」とは、水素原子の全部がフッ素原子に置換されたアルカンジイル基をいう。
a46がペルフルオロアルカンジイル基である化合物(a4−1’)を、Aa41がエチレン基である場合で例示すると、以下の式(a4−1’−1)〜式(a4−1’−22)のいずれかで表されるモノマーが挙げられる。
Figure 0006002509
Figure 0006002509
a46及びAa47は炭素数の合計が17以下である範囲で、任意に選択されるが、Aa46の炭素数は1〜6の範囲が好ましく、1〜3の範囲がより好ましい。
一方、Aa47の炭素数は4〜15の範囲が好ましく、5〜12の範囲がより好ましい。特に好ましいAa47は、炭素数6〜12の脂環式炭化水素基であり、当該脂環式炭化水素基としては、シクロヘキシル基及びアダマンチル基が特に好ましい。
a46及びAa47の組み合わせのうち、より好ましいものを、*−Aa46−Xa44−Aa47で表される部分構造(*はカルボニル基との結合てである)で表すと、以下の構造が挙げられる。
Figure 0006002509
このような構造を有するモノマー(a4−1’)は、前記の具体例の中では、式(a4−1’−9)〜式(a4−1’−20)のいずれかで表される化合物が該当する。
樹脂(A)が、モノマー(a4−1)に由来する構造単位を有し、さらに、式(I)で表される化合物に由来する構造単位と、構造単位(a1)と、酸安定構造単位(a2)及び/又は酸安定構造単位(a3)とを有するものであるとき、該モノマー(a4−1)に由来する構造単位の含有割合は、樹脂(A)の全構造単位に対して、1〜20モル%の範囲が好ましく、2〜15モル%の範囲がより好ましく、3〜10モル%の範囲がさらに好ましい。
以上、樹脂(A)が有する式(I)で表される化合物に由来する構造単位、構造単位(a1)として好適な構造単位(a1−1)又は構造単位(a1−2)、ならびに、酸安定構造単位として好適な酸安定構造単位(a2)、酸安定構造単位(a3)、モノマー(a4)に由来する構造単位について詳述したが、これら以外の構造単位を有していてもよく、かかる構造単位としては、当技術分野で周知の構造単位を挙げることができる。
また、ここに示すモノマー(a4−1)に由来する構造単位を有する樹脂を、樹脂(A)とは別に本レジスト組成物に含有させることもできる。換言すると、分子内に酸不安定基[構造単位(a1)]を有する樹脂(A)と、分子内に酸不安定基を有さず、モノマー(a4−1)に由来する構造単位を有する樹脂(以下、場合により「樹脂(X)」という。)とを組み合わせて、本レジスト組成物に含有させることができる。
この場合、樹脂(X)における、モノマー(a4−1)に由来する構造単位の含有割合は、当該樹脂(X)の全構造単位(100モル%)に対して、80モル%以上が好ましく、85モル%以上がより好ましく、90モル%以上がさらに好ましい。
なお、樹脂(X)が、モノマー(a4−1)に由来する構造単位以外に有していてもよい構造単位としては、上述の酸安定構造単位(a2)や酸安定構造単位(a3)などを挙げることができる。
樹脂(X)もモノマー(a4−1)〔モノマー(a4−1’)〕に由来する構造単位を有するものであれば好ましいが、酸不安定基を有しない構造単位からなるものであれば、当技術分野で周知の構造単位を、さらに有していてもよい。
<樹脂(A)の製造方法>
樹脂(A)は、式(I)で表される化合物に由来する構造単位と、構造単位(a1)を誘導するモノマー(a1)を、さらに好ましくは、式(I)で表される化合物に由来する構造単位と、構造単位(a1)と、酸安定構造単位を誘導する酸安定モノマーとを共重合させたものであり、より好ましくは、式(I)で表される化合物に由来する構造単位と、構造単位(a1−1)及び/又は構造単位(a1−2)を誘導するモノマー(a1)と、酸安定構造単位(a2)及び/又は酸安定構造単位(a3)を誘導する酸安定モノマーとを共重合させたものである。なお、本レジスト組成物を例えば、EUV露光用とするうえでは、式(I)で表される化合物に由来する構造単位と、構造単位(a1−1)及び/又は構造単位(a1−2)を誘導するモノマー(a1)と、酸安定構造単位(a2−0)を誘導する酸安定モノマーとを共重合させたものを挙げることができる。
樹脂(A)は、構造単位(a1)として、アダマンチル基を有する構造単位(a1−1)を有することがさらに好ましい。樹脂(A)は、上述したようなモノマーを公知の重合法(例えばラジカル重合法)に供し、重合(共重合)することにより製造できる。
一方、樹脂(X)は好ましくは、モノマー(a4−1)〔モノマー(a4−1’)〕を公知の重合法に供して重合させたものであり、かかる重合〔樹脂(X)の製造〕には、モノマー(a4−1)〔モノマー(a4−1’)〕に加えて、他の酸安定モノマー[例えば、酸安定構造単位(a2)又は酸安定構造単位(a3)を誘導するモノマー]を用い、これらを共重合させたものであってもよい。
樹脂(A)の重量平均分子量は、好ましくは、2,500以上(より好ましくは3,000以上)、50,000以下(より好ましくは30,000以下)である。なお、ここでいう重量平均分子量は、ゲルパーミュエーションクロマトグラフィー分析により、標準ポリスチレン基準の換算値として求められるものである。この分析の詳細な分析条件は、本願の実施例に記載する。
一方、樹脂(X)を本レジスト組成物に用いる場合、当該樹脂(X)の重量平均分子量は、好ましくは、8,000以上(より好ましくは10,000以上)、80,000以下(より好ましくは60,000以下)である。かかる樹脂(X)の重量平均分子量の測定手段は、樹脂(A)の場合と同様である。
<酸発生剤(以下「酸発生剤(B)」という場合がある)>
酸発生剤(B)は、非イオン系とイオン系とに分類される。非イオン系酸発生剤としては、有機ハロゲン化物、スルホネートエステル類(例えば2−ニトロベンジルエステル、芳香族スルホネート、オキシムスルホネート、N−スルホニルオキシイミド、N−スルホニルオキシイミド、スルホニルオキシケトン、ジアゾナフトキノン4−スルホネート)、スルホン類(例えばジスルホン、ケトスルホン、スルホニルジアゾメタン)等が挙げられる。イオン系酸発生剤としては、オニウムカチオンを含むオニウム塩(例えばジアゾニウム塩、ホスホニウム塩、スルホニウム塩、ヨードニウム塩)等が挙げられる。オニウム塩のアニオンとしては、スルホン酸アニオン、スルホニルイミドアニオン、スルホニルメチドアニオン等が挙げられる。
酸発生剤(B)としては、レジスト分野で使用される酸発生剤(特に光酸発生剤)だけでなく、光カチオン重合の光開始剤、色素類の光消色剤又は光変色剤等の放射線(光)によって酸を発生する公知化合物及びそれらの混合物も、適宜、使用できる。例えば特開昭63−26653号、特開昭55−164824号、特開昭62−69263号、特開昭63−146038号、特開昭63−163452号、特開昭62−153853号、特開昭63−146029号、米国特許第3,779,778号、米国特許第3,849,137号、独国特許第3914407号、欧州特許第126,712号等に記載の放射線によって酸を発生する化合物を使用できる。
酸発生剤(B)として、化合物(I)を有効成分として含有してもよく、化合物(I)は、単独種で用いても、複数種を併用してもよい。また、化合物(I)のみを酸発生剤(B)として用いることもできる。
酸発生剤(B)は、好ましくはフッ素含有酸発生剤であり、より好ましくは式(B1)で表されるスルホン酸塩である。
Figure 0006002509
[式(B1)中、
及びQは、それぞれ独立に、フッ素原子又は炭素数1〜6のペルフルオロアルキル基を表す。
b1は、単結合又は2価の炭素数1〜17の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メチレン基は、酸素原子又はカルボニル基で置き換わっていてもよい。
Yは、置換基を有していてもよい炭素数1〜18のアルキル基又は置換基を有していてもよい炭素数3〜18の脂環式炭化水素基を表し、該アルキル基及び該脂環式炭化水素基に含まれるメチレン基は、酸素原子、スルホニル基又はカルボニル基で置き換わっていてもよい。
は、有機カチオンを表す。]
及びQのペルフルオロアルキル基としては、例えば、トリフルオロメチル基、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。
式(B1)では、Q及びQは、それぞれ独立に、好ましくはトリ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。
b1の2価の飽和炭化水素基としては、直鎖状アルカンジイル基、分岐状アルカンジイル基、単環式又は多環式の2価の脂環式炭化水素基が挙げられ、これらの基のうち2種以上を組み合わせたものでもよい。
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、エタン−1,1−ジイル基、プロパン−1,1−ジイル基、プロパン−2,2−ジイル基等の直鎖状アルカンジイル基;
直鎖状アルカンジイルに、アルキル基(特に、炭素数1〜4のアルキル基、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、ブタン−1,3−ジイル基、2−メチルプロパン−1,3−ジイル基、2−メチルプロパン−1,2−ジイル基、ペンタン−1,4−ジイル基、2−メチルブタン−1,4−ジイル基等の分岐状アルカンジイル基;
シクロブタン−1,3−ジイル基、シクロペンタン−1,3−ジイル基、シクロヘキサン−1,4−ジイル基、シクロオクタン−1,5−ジイル基等のシクロアルカンジイル基等のアルカンジイル基である単環式の2価の脂環式炭化水素基;
ノルボルナン−1,4−ジイル基、ノルボルナン−2,5−ジイル基、1,5−アダマンタン−1,5−ジイル基、アダマンタン−2,6−ジイル基等の多環式の2価の脂環式炭化水素基等が挙げられる。
b1における前記2価の飽和炭化水素基に含まれるメチレン基が酸素原子又はカルボニル基で置き換わった基としては、例えば、式(b1−1)〜式(b1−6)のいずれかで表される基が挙げられる。Lb1は、好ましくは式(b1−1)〜式(b1−4)のいずれか、さらに好ましくは式(b1−1)又は式(b1−2)で表される基が挙げられる。なお、式(b1−1)〜式(b1−6)は、その左右を式(B1)に合わせて記載しており、左側でC(Q)(Q)−と結合し、右側で−Yと結合する。以下の式(b1−1)〜式(b1−6)の具体例も同様である。
Figure 0006002509
[式(b1−1)〜式(b1−6)中、
b2は、単結合又は炭素数1〜15の2価の飽和炭化水素基を表す。
b3は、単結合又は炭素数1〜12の2価の飽和炭化水素基を表す。
b4は、炭素数1〜13の2価の飽和炭化水素基を表す。但しLb3及びLb4の合計炭素数の上限は13である。
b5は、炭素数1〜15の2価の飽和炭化水素基を表す。
b6及びLb7は、それぞれ独立に、炭素数1〜15の2価の飽和炭化水素基を表す。但しLb6及びLb7の合計炭素数の上限は16である。
b8は、炭素数1〜14の2価の飽和炭化水素基を表す。
b9及びLb10は、それぞれ独立に、炭素数1〜11の2価の飽和炭化水素基を表す。但しLb9及びLb10の合計炭素数の上限は12である。]
中でも、Lb1は、式(b1−1)〜式(b1−4)のいずれかで表される2価の基が好ましく、式(b1−1)又は式(b1−2)で表される2価の基がより好ましく、式(b1−1)で表される2価の基がさらに好ましく、Lb2が単結合又はメチレン基である式(b1−1)で表される2価の基が特に好ましい。
式(b1−1)で表される2価の基としては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 0006002509
式(b1−2)で表される2価の基としては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 0006002509
式(b1−3)で表される2価の基としては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 0006002509
式(b1−4)で表される2価の基としては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 0006002509
式(b1−5)で表される2価の基としては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 0006002509
式(b1−6)で表される2価の基としては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 0006002509
Yのアルキル基としては、好ましくは、炭素数1〜6のアルキル基が挙げられる。
Yの脂環式炭化水素基としては、例えば、以下の式(Y1)〜式(Y11)で表される基が挙げられる。
アルキル基及び脂環式炭化水素基に含まれるメチレン基が酸素原子、スルホニル基又はカルボニル基で置き換わった基としては、例えば、アルキル基に含まれるメチレン基が酸素原子、カルボニル基又は酸素原子とカルボニル基とに置き換わった基、以下の式(Y12)〜式(Y26)で表される基等が挙げられる。
Figure 0006002509
なかでも、好ましくは式(Y1)〜式(Y19)のいずれかで表される基であり、より好ましくは式(Y11)、式(Y14)、式(Y15)又は式(Y19)で表される基であり、さらに好ましくは式(Y11)又は式(Y14)で表される基である。
アルキル基及び脂環式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、炭素数1〜12のアルキル基、ヒドロキシ基含有炭素数1〜12のアルキル基、炭素数3〜16の脂環式炭化水素基、炭素数1〜12のアルコキシ基、炭素数6〜18の芳香族炭化水素基、炭素数7〜21のアラルキル基、炭素数2〜4のアシル基、グリシジルオキシ基又は−(CHj2−O−CO−Rb1基(式中、Rb1は、炭素数1〜16のアルキル基、炭素数3〜16の脂環式炭化水素基又は炭素数6〜18の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、脂環式炭化水素基、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。
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。
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、アントリル基、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、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。
アラルキル基としては、ベンジル基、フェネチル基、フェニルプロピル基、ナフチルメチル基、ナフチルエチル基等が挙げられる。
アシル基としては、例えば、アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基等が挙げられる。
Yとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 0006002509
Yは、好ましくは置換基を有していてもよいアダマンチル基であり、より好ましくはアダマンチル基、ヒドロキシアダマンチル基又はオキソアダマンチル基である。
式(B1)で表される塩におけるスルホン酸アニオンとしては、好ましくは、式(b1−1−1)〜式(b1−1−9)で表されるアニオンが挙げられる。以下の式においては、置換基の定義は上記と同じ意味であり、置換基Rb2及びRb3は、それぞれ独立に炭素数1〜4のアルキル基(好ましくは、メチル基)を表す。
式(B1)で表される塩におけるスルホン酸アニオンとしては、具体的には、特開2010−204646号公報に記載されたアニオンが挙げられる。
Figure 0006002509
酸発生剤(B)に含まれるカチオンは、例えば、有機スルホニウムカチオン、有機ヨードニウムカチオン、有機アンモニウムカチオン、ベンゾチアゾリウムカチオン、有機ホスホニウムカチオンなどの有機オニウムカチオンが挙げられ、好ましくは、有機スルホニウムカチオン又は有機ヨードニウムカチオンであり、より好ましくは、アリールスルホニウムカチオンである。
式(B1)中のZは、好ましくは式(b2−1)〜式(b2−4)のいずれかで表されるカチオンである。
Figure 0006002509
[これらの式(b2−1)〜式(b2−4)において、
b4〜Rb6は、それぞれ独立に、炭素数1〜30のアルキル基、炭素数3〜18の脂環式炭化水素基又は炭素数6〜18の芳香族炭化水素基を表す。Rb4とRb5が一緒になってそれらが結合している硫黄原子と共にヘテロ原子をさらに有してもよい環を形成してもよい。該アルキル基に含まれる水素原子は、ヒドロキシ基、炭素数1〜12のアルコキシ基又は炭素数6〜18の芳香族炭化水素基で置換されていてもよく、該脂環式炭化水素基に含まれる水素原子は、ハロゲン原子、炭素数2〜4の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、該芳香族炭化水素基に含まれる水素原子は、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、炭素数1〜18のアルキル基、炭素数3〜18の脂環式炭化水素基又は炭素数1〜12のアルコキシ基で置換されていてもよい。
b7及びRb8は、それぞれ独立に、ヒドロキシ基、炭素数1〜12のアルキル基又は炭素数1〜12の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。m2が2以上の整数である場合、複数のRb7は互いに同一であるか相異なり、n2が2以上の整数である場合、複数のRb8は互いに同一であるか相異なる。
b9及びRb10は、それぞれ独立に、炭素数1〜18のアルキル基又は炭素数3〜18の脂環式炭化水素基を表す。
b9とRb10とは、互いに結合して硫黄原子を含む3員環〜12員環(好ましくは3員環〜7員環)の脂環式炭化水素環を形成していてもよく、該脂環式炭化水素環に含まれるメチレン基が、酸素原子、硫黄原子又はカルボニル基で置き換わっていてもよい。
b11は、水素原子、炭素数1〜18のアルキル基、炭素数3〜18の脂環式炭化水素基又は炭素数6〜18の芳香族炭化水素基を表す。
b9〜Rb11において、アルキル基は、好ましくは炭素数1〜12であり、脂環式炭化水素基は、好ましくは炭素数3〜18、より好ましくは炭素数4〜12である。
b12は、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数3〜18の脂環式炭化水素基又は炭素数6〜18の芳香族炭化水素基を表す。該芳香族炭化水素基に含まれる水素原子は、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数1〜12のアルコキシ基、炭素数3〜18の脂環式炭化水素基又は炭素数1〜12のアルキルカルボニルオキシ基で置換されていてもよい。
b11とRb12は、それらが結合する−CH−CO−とともに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、これらの環に含まれるメチレン基は、酸素原子、硫黄原子又はカルボニル基で置き換わっていてもよい。
b13〜Rb18は、それぞれ独立に、ヒドロキシ基、炭素数1〜12のアルキル基又は炭素数1〜12のアルコキシ基を表す。
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が2以上の整数である場合、複数のRb13は互いに同一であるか相異なり、p2が2以上の整数である場合、複数のRb14は互いに同一であるか相異なり、s2が2以上の整数である場合、複数のRb17は互いに同一であるか相異なり、t2が2以上の整数である場合、複数のRb18は互いに同一であるか相異なる。q2が2以上の整数である場合、複数のRb15は互いに同一であるか相異なり、r2が2以上の整数である場合、複数のRb16は互いに同一であるか相異なる。]
アルキル基としては、好ましくは、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基及び2−エチルヘキシル基が挙げられる。
脂環式炭化水素基としては、好ましくは、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、シクロデシル基及びイソボルニル基が挙げられる。
芳香族炭化水素基としては、好ましくは、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、ナフチル基が挙げられる。
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。
アルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、ヘプチルオキシ基、オクチルオキシ基、デシルオキシ基及びドデシルオキシ基などが挙げられる。
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等が挙げられる。
アシル基としては、例えば、アセチル基、プロピオニル基及びブチリル基などが挙げられる。
アルキルカルボニルオキシ基としては、メチルカルボニルオキシ基、エチルカルボニルオキシ基、n−プロピルカルボニルオキシ基、イソプロピルカルボニルオキシ基、n−ブチルカルボニルオキシ基、sec−ブチルカルボニルオキシ基、tert−ブチルカルボニルオキシ基、ペンチルカルボニルオキシ基、ヘキシルカルボニルオキシ基、オクチルカルボニルオキシ基及び2−エチルヘキシルカルボニルオキシ基等が挙げられる。
b9及びRb10が硫黄原子とともに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。
b11及びRb12が−CH−CO−とともに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、好ましくは、カチオン(b2−1)であり、より好ましくは、式(b2−1−1)で表されるカチオンであり、さらに好ましくは、トリフェニルスルホニウムカチオン(式(b2−1−1)中、v2、w2及びx2は共に0である。)又はトリトリルスルホニウムカチオン(式(b2−1−1)中、v2、w2及びx2は共に1であり、Rb19、Rb20及びRb21がいずれもメチル基である。)である。
Figure 0006002509
[式(b2−1−1)中、
b19〜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、炭素数1〜18のアルキル基、炭素数3〜18の脂環式炭化水素基又は炭素数1〜12のアルコキシ基を表すか、Rb19〜Rb21から選ばれる2つが一緒になってそれらが結合している硫黄原子と共にヘテロ原子をさらに有してもよい環を形成してもよい。前記アルキル基に含まれる水素原子は、ヒドロキシ基、炭素数1〜12のアルコキシ基又は炭素数6〜18の芳香族炭化水素基で置換されていてもよく、前記脂環式炭化水素基に含まれる水素原子は、ハロゲン原子、炭素数2〜4の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、w2及びx2は、それぞれ独立に0〜5の整数(好ましくは0又は1)を表す。
v2が2以上の整数である場合、複数のRb19は互いに同一であるか相異なり、w2が2以上の整数である場合、複数のRb20は互いに同一であるか相異なり、x2が2以上の整数である場合、複数のRb21は互いに同一であるか相異なる。]
式(b2−1−1)において、アルキル基は、好ましくは炭素数1〜12であり、脂環式炭化水素基は、好ましくは炭素数4〜18である。
b19〜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、炭素数1〜12のアルキル基又は炭素数1〜12のアルコキシ基であることが好ましく、ヒドロキシ基又は炭素数1〜4のアルキル基であることがより好ましい。
カチオンとしては、具体的には、特開2010−204646号公報に記載されたカチオンが挙げられる。
酸発生剤(B1)は、上述のスルホン酸アニオン及び有機カチオンの組合せである。上述のアニオンとカチオンとは任意に組み合わせることができ、好ましくは、アニオン(b1−1−1)〜アニオン(b1−1−9)のいずれかとカチオン(b2−1−1)との組合せ、並びにアニオン(b1−1−3)〜(b1−1−5)のいずれかとカチオン(b2−3)との組合せが挙げられる。
酸発生剤(B1)としては、好ましくは、式(B1−1)〜式(B1−24)で表される塩が挙げられ、より好ましくは、トリアリールスルホニウムカチオンを含む酸発生剤(B1−1)、(B1−2)、(B1−3)、(B1−6)、(B1−7)、(B1−11)、(B1−12)、(B1−13)、(B1−14)、(B1−18)、(B1−21)、(B1−22)、(B1−23)及び(B1−24)が挙げられる。
Figure 0006002509
Figure 0006002509
酸発生剤(B)の含有率は、樹脂(A)100質量部に対して、好ましくは1質量%以上(より好ましくは3質量%以上)、好ましくは40質量%以下(より好ましくは35質量%以下)である。
<塩基性化合物(C)>
本レジスト組成物は、さらに、塩基性化合物(C)を含有していると好ましい。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であり、例えばアミン及びアンモニウム塩が挙げられる。アミンとしては、脂肪族アミン及び芳香族アミンが挙げられる。脂肪族アミンとしては、1級アミン、2級アミン及び3級アミンが挙げられる。塩基性化合物(C)として、好ましくは、式(C1)で表される化合物〜式(C8)で表される化合物が挙げられ、より好ましくは式(C1−1)で表される化合物が挙げられる。
Figure 0006002509
[式(C1)中、
c1、Rc2及びRc3は、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数5〜10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を表し、該アルキル基及び該脂環式炭化水素基に含まれる水素原子は、ヒドロキシ基、アミノ基又は炭素数1〜6のアルコキシ基で置換されていてもよく、該芳香族炭化水素基に含まれる水素原子は、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、ニトロ基、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で置換されていてもよい。]
Figure 0006002509
[式(C1−1)中、
c2及びRc3は、前記と同義である。
c4は、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、ニトロ基、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の全部又は一部は同じであってもよい。]
Figure 0006002509
[式(C2)、式(C3)及び式(C4)中、
c5、Rc6、Rc7及びRc8は、それぞれ独立に、Rc1と同義である。
c9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の全部又は一部は同じであってもよい。]
Figure 0006002509
[式(C5)及び式(C6)中、
c10、Rc11、Rc12、Rc13及びRc16は、それぞれ独立に、Rc1と同義である。
c14、Rc15及びRc17は、それぞれ独立に、Rc4と同義である。
o3及びp3は、それぞれ独立に0〜3の整数を表し、o3が2以上であるとき、複数のRc14の全部又は一部は同じであってもよい。p3が2以上であるとき、複数のRc15の全部又は一部は同じであってもよい。
c1は、炭素数1〜6のアルカンジイル基、−CO−、−C(=NH)−、−S−又はこれらを組合せた2価の基を表す。]
Figure 0006002509
[式(C7)及び式(C8)中、
c18、Rc19及びRc20は、それぞれ独立に、Rc4と同義である。
q3、r3及びs3は、それぞれ独立に0〜3の整数を表し、q3が2以上であるとき、複数のRc18の全部又は一部は同じであってもよい。r3が2以上であるとき、複数のRc19の全部又は一部は同じであってもよい。s3が2以上であるとき、複数のRc20の全部又は一部は同じであってもよい。
c2は、単結合又は炭素数1〜6のアルカンジイル基、−CO−、−C(=NH)−、−S−又はこれらを組合せた2価の基を表す。]
式(C1)で表される化合物としては、1−ナフチルアミン、2−ナフチルアミン、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、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等が挙げられ、好ましくはジイソプロピルアニリンが挙げられ、より好ましくは2,6−ジイソプロピルアニリンが挙げられる。
式(C2)で表される化合物としては、ピペラジンなどが挙げられる。
式(C3)で表される化合物としては、モルホリンなどが挙げられる。
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などが挙げられる。
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などが挙げられる。
式(C6)で表される化合物としては、イミダゾール及び4−メチルイミダゾールなどが挙げられる。
式(C7)で表される化合物としては、ピリジン及び4−メチルピリジンなどが挙げられる。
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’−ジピコリルアミン及び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(D)>
本レジスト組成物は、さらに、溶剤(D)を含有することが好ましい。溶剤(D)は、塩(I)や樹脂(A)などの種類及びその量に応じ、さらに後述するレジストパターンの製造において、基板上に本レジスト組成物を塗布する際の塗布性が良好となるという点から適宜、最適なものを選ぶことができる。
溶剤(D)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(D)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>
本レジスト組成物は、樹脂(A)及び酸発生剤(B)並びに必要に応じて用いられる塩基性化合物(C)及び溶剤(D)以外の構成成分を含有していてもよい。この構成成分を「成分(F)」という場合がある。かかる成分(F)としては、本技術分野で公知の添加剤、例えば、樹脂(A)以外の高分子化合物、増感剤、溶解抑止剤、界面活性剤、安定剤及び染料などが挙げられる。
<本レジスト組成物及びその調製方法>
続いて、樹脂(A)、酸発生剤(B)及び溶剤(D)を含有する本レジスト組成物の調製方法を説明する。
本レジスト組成物は、通常、溶剤(D)の存在下で、樹脂(A)及び酸発生剤(B)を混合することで調製することができる。さらに、上述のとおり必要に応じて塩基性化合物(C)及び/又は成分(F)を混合してもよい。塩基性化合物(C)を混合することが好ましい。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(A)などの種類や樹脂(A)などの溶剤(D)に対する溶解度などに応じて適切な温度範囲を選ぶことができる。混合時間は、混合温度に応じて、0.5〜24時間の中から適切な時間を選ぶことができる。なお、混合手段も特に制限はなく、攪拌混合などを用いることができる。
本発明のレジスト組成物を調製する際に用いる各成分の使用量を選択することにより、本発明のレジスト組成物中の各成分の含有量を調節することができる。
本レジスト組成物における酸発生剤(B)の含有割合は、本レジスト組成物の固形分に対して、好ましくは40質量%以下、より好ましくは35質量%以下であり、好ましくは1質量%以上、より好ましくは3質量%以上である。この含有割合から算出される酸発生剤(B)を基準として、なお、ここでいう固形分とは、本レジスト組成物から溶剤(D)を取り除いたもののことをいう。該固形分は、本レジスト組成物を液体クロマトグラフィーやガスクロマトグラフィーなどの分析に供することにより求めることができる。
本レジスト組成物における樹脂(A)の含有割合は、本レジスト組成物の固形分を基準に好ましい範囲が定められる。具体的は、該固形分の質量を基準として、樹脂(A)は80質量%以上99質量%以下であることが好ましい。本レジスト組成物に樹脂(X)を含有させる場合、その含有割合は、樹脂(A)の含有量を基準として、0.1〜30質量%程度であり、より好ましく0.5〜20質量%程度であり、特に好ましく1〜15質量%程度である。
本レジスト組成物に塩基性化合物(C)を含有させる場合、その含有割合は、本レジスト組成物の固形分に対して、好ましくは、0.01〜5質量%程度であり、より好ましく0.01〜3質量%程度であり、特に好ましく0.01〜1質量%程度である。
本レジスト組成物中の溶剤(D)の含有割合は、本レジスト組成物の総質量に対して、90質量%以上、好ましくは92質量%以上、より好ましくは94質量%以上であり、例えば99.9質量%以下、好ましくは99質量%以下である。
本レジスト組成物に成分(F)を含有させる場合、該成分(F)の種類に応じて、適切な含有量を調節可能である。
このように、樹脂(A)及び酸発生剤(B)並びに必要に応じて用いられる塩基性化合物(C)、溶剤(D)又は成分(F)の各々を好ましい含有量で混合した後は、孔径0.003〜0.2μm程度のフィルターを用いてろ過することが好ましい。
<レジストパターンの製造方法>
本レジスト組成物を用いるレジストパターンの製造方法を具体的に示すと、
(1)本レジスト組成物を基板上に塗布する工程、
(2)塗布後の組成物を乾燥させて組成物層を形成する工程、
(3)組成物層を露光する工程、
(4)露光後の組成物層を加熱する工程、及び
(5)加熱後の組成物層を現像する工程
を含むものが挙げられる。以下、ここに示す工程の各々を、「工程(1)」〜「工程(5)」のようにいう。
工程(1)における本レジスト組成物の基板上への塗布は、スピンコーターなど、半導体の微細加工のレジスト組成物塗布用として広く用いられている塗布装置によって行うことができる。かくして基板上に、本レジスト組成物からなる塗布膜が形成される。当該塗布装置の条件(塗布条件)を種々調節することで、該塗布膜の膜厚は調整可能であり、適切な予備実験などを行うことにより、所望の膜厚の塗布膜になるように塗布条件を選ぶことができる。本レジスト組成物を塗布する前の基板は、微細加工を実施しようとする種々のものを選ぶことができる。なお、本レジスト組成物を塗布する前に、基板を洗浄したり、反射防止膜を形成しておいたりすることもできる。この反射防止膜の形成には例えば、市販の有機反射防止膜用組成物を用いることができる。
工程(2)においては、基板上に塗布された本レジスト組成物、すなわち塗布膜を乾燥させて、溶剤(D)を除去する。乾燥は、例えば、ホットプレートなどの加熱装置を用いた加熱手段(いわゆるプリベーク)、又は減圧装置を用いた減圧手段により、或いはこれらの手段を組み合わせて、該塗布膜から溶剤(D)を蒸発させることにより行われる。乾燥条件は、本レジスト組成物に含有される溶剤(D)の種類などに応じて調整されるが、例えばホットプレートを用いる加熱手段(ホットプレート加熱)では、該ホットプレートの表面温度を50〜200℃程度の範囲にして行うことが好ましい。また、減圧手段では、適当な減圧機の中に、塗布膜が形成された基板を封入した後、該減圧機の内部圧力を1〜1.0×10Pa程度にして行うことが好ましい。かくして塗布膜から溶剤(D)を除去することにより、該基板上には組成物層が形成される。
工程(3)は該組成物層を露光する工程であり、好ましくは、露光機を用いて該組成物層を露光する工程である。露光には、微細加工を実施しようとする所望のパターンに応じたマスクを介して露光が行われる。露光機の露光光源としては、KrFエキシマレーザ(波長248nm)、ArFエキシマレーザ(波長193nm)、F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など、種々のものを用いることができる。また、該露光機は液浸露光機であってもよい。本明細書において、これらの放射線を照射することを総称して「露光」という場合がある。
マスクを介して露光することにより、該組成物層には露光された部分(露光部)及び露光されていない部分(未露光部)が生じる。露光部の組成物層では該組成物層に含まれる酸発生剤及び塩(I)の構成単位が露光エネルギーを受けて酸を発生し、さらに発生した酸の作用により、樹脂(A)にある酸不安定基が脱保護反応を生じるため、露光部の組成物層にある樹脂(A)はアルカリ水溶液に可溶なものとなる。一方、未露光部では露光エネルギーを受けないため、樹脂(A)はアルカリ水溶液に対して不溶又は難溶のままとなる。露光部にある組成物層と未露光部にある組成物層とは、アルカリ水溶液に対する溶解性が著しく相違することとなる。
工程(4)においては、露光後の組成物層に加熱処理(いわゆるポストエキスポジャーベーク)が行われる。かかる加熱処理は前記工程(2)で示したホットプレートを用いる加熱手段などが好ましい。なお、工程(4)において、ホットプレートを用いる加熱手段では、該ホットプレートの表面温度は50〜200℃程度が好ましく、70〜150℃程度がさらに好ましい。
工程(5)は、加熱後の組成物層を現像する工程であり、好ましくは、加熱後の組成物層を現像装置により現像する。現像する工程で、加熱後の組成物層をアルカリ水溶液と接触させると、露光部の組成物層を該アルカリ水溶液に溶解して除去させ、未露光部の組成物層は基板上に残るため、当該基板上にレジストパターンが製造される。
ここで用いられるアルカリ水溶液は、「アルカリ現像液」と称されて、本技術分野で用いられるものを用いることができる。該アルカリ水溶液としては例えば、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドの水溶液や(2−ヒドロキシエチル)トリメチルアンモニウムヒドロキシド(通称コリン)の水溶液などが挙げられる。
以上により基板上に製造されたレジストパターンは、好ましくは超純水などでリンス処理を行う。さらに基板及びレジストパターン上に残存している水分を除去することが好ましい。
以上のような工程(1)〜工程(5)を含むレジストパターン製造方法によれば、本レジスト組成物は、優れたラインエッジラフネスのレジストパターンを製造することができる。
<用途>
本レジスト組成物は、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、電子線(EB)照射用のレジスト組成物又はEUV露光用のレジスト組成物として好適である。
以下、本発明を実施例によって詳細に説明する。
実施例及び比較例中、含有量及び使用量を表す「%」及び「部」は、特記ないかぎり質量基準である。
重量平均分子量は、ポリスチレンを標準品として、ゲルパーミ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 ×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)
化合物の構造は、質量分析(LCはAgilent製1100型、MASSはAgilent製LC/MSD型)を用い、分子ピークを測定することで確認した。以下の実施例ではこの分子ピークの値を「MASS」で示す。
実施例1:式(I−1)で表される塩の合成
Figure 0006002509
式(I1−a)で表される化合物10.00部及びクロロホルム50.00部を、反応器に仕込み、23℃で30分間攪拌した後、カルボニルジイミダゾール9.18部を添加した。その後、60℃程度まで昇温し、同温度で1時間攪拌することにより、式(I1−b)で表される化合物を含む溶液を得た。23℃程度まで冷却した後、得られた式(I1−b)で表される化合物を含む溶液に、メタノール1.81部を仕込み、23℃程度で12時間攪拌した。得られた反応混合物に、イオン交換水12.50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。このような水洗操作を3回繰り返した。水洗後の有機層を濃縮することにより、式(I1−c)で表される化合物10.72部を得た。
Figure 0006002509
式(I1−c)で表される化合物9.06部、エチレングリコール5.40部、硫酸0.21部及びトルエン68.00部を、反応器に込み、この混合物を、2時間還流下(反応温度;105℃程度)に攪拌した。23℃まで冷却し、10%炭酸カリウム水溶液34.00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34.00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。このような水洗操作を3回繰り返した。水洗後の有機層をろ過して不溶物を除去し、ろ液を濃縮することにより、式(I1−d)で表される化合物9.26部を得た。
Figure 0006002509
0℃に冷却したテトラヒドロフラン10.58部に、リチウムアルミニウムハイドライド2.78部を添加し、その後、式(I1−d)で表される化合物9.26部をテトラヒドロフラン21.16部に溶解した溶液を1時間かけて滴下し、23℃程度まで温度を戻して、そのまま12時間攪拌した。得られた反応混合物に、酢酸エチル52.90部を少量づつ添加した後、イオン交換水105.80部を仕込み、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17.63部を仕込み、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。このような水洗操作を2回繰り返した。水洗後の有機層をろ過して不溶物を除去し、ろ液を濃縮することにより、式(I1−e)で表される化合物7.05部を得た。
Figure 0006002509
式(I1−e)で表される化合物3.17部、アセトニトリル15.85部及びメタノール15.85部を、反応器に仕込み、23℃で30分間攪拌した。その後、ここに塩酸0.14部及びイオン交換水12.68部を加え、50℃程度まで昇温した後、同温度で6時間攪拌した。得られた反応混合物を濃縮して得られた濃縮物に、酢酸エチル31.70部を添加、攪拌後、静置分液して有機層を得た。得られた有機層に、10%炭酸カリウム水溶液7.93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7.93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。このような水洗操作を2回繰り返した。水洗後の有機層をろ過して不溶物を除去し、ろ液を濃縮することにより、式(I1−f)で表される化合物1.72部を得た。
Figure 0006002509
式(I1−f)で表される化合物1.72部及びテトラヒドロフラン10.85部を、反応器に仕込み、23℃で30分間攪拌した後、p−トルエンスルホン酸0.00036部をテトラヒドロフラン0.18部に溶解した溶液を加え、次いで、式(I1−g)で表される化合物1.38部を滴下した後、23℃で12時間攪拌した。得られた反応混合物にトリエチルアミン0.03部を添加した後、濃縮した。得られた濃縮物に、酢酸エチル21.70部及びイオン交換水7.60部を添加攪拌後、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7.60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。このような水洗操作を3回繰り返した。得られた有機層をろ過して不溶物を除去し、ろ液を濃縮することにより、式(I1−h)で表される化合物2.21部を得た。
Figure 0006002509
式(I1−h)で表される化合物2.21部及びアセトニトリル14.00部を、反応器に仕込み、23℃で30分間攪拌した後、0℃まで冷却した。その後、水素化ホウ素ナトリウム0.17部及びイオン交換水1.66部の水溶液を5分かけて滴下した。さらに、0℃で1時間攪拌した後、1N塩酸4.38部を添加攪拌後、濃縮した。得られた濃縮物に、酢酸エチル28.00部及びイオン交換水7.00部を仕込み、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7.00部を仕込み、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。このような水洗操作を3回繰り返した。水洗後の有機層をろ過して不溶物を除去し、ろ液を濃縮することにより、式(I1−i)で表される化合物2.18部を得た。
Figure 0006002509
式(I1−j)で表される塩3.50部及びアセトニトリル17.55部を、反応器に仕込み、23℃で30分間攪拌した。その後、カルボニルジイミダゾール1.55部を添加し、80℃程度まで昇温した後、同温度で1時間攪拌することにより、式(I1−k)で表される化合物を含む溶液を得た。得られた式(I1−k)で表される化合物を含む溶液に、式(I1−i)で表される化合物2.18部をアセトニトリル5.58部に溶解した溶液を1時間かけて滴下し、さらに、80℃程度で15時間攪拌した後、得られた反応混合物を濃縮した。得られた濃縮物に、クロロホルム35.10部及びイオン交換水8.77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。この水洗の操作をさらに5回行った。得られた有機層に活性炭0.80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10部を加えて攪拌した。得られた上澄液を除去し、上澄液を除去した残渣を濃縮した。酢酸エチル10部を加えて攪拌した。得られた上澄液を除去し、濃縮した。得られた濃縮物をアセトニトリルに溶解した後、濃縮することにより、式(I1−l)で表される塩3.08部を得た。
Figure 0006002509
式(I1−l)で表される化合物2.00部、クロロホルム15.00部及びメタノール15.00部を、反応器に仕込み、23℃で30分間攪拌した後、塩酸0.10部及びイオン交換水9.06部を加え、50℃程度で1時間攪拌した。得られた反応混合物を濃縮した後、得られた濃縮物に、酢酸エチル25.00部を添加攪拌後、静置し、分液して有機層を得た。得られた有機層に、10%炭酸カリウム水溶液7.00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7.00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。このような水洗操作を5回繰り返した。水洗後の有機層をろ過した後、ろ液を濃縮することにより、式(I1−m)で表される化合物1.38部を得た。
Figure 0006002509
メタクリル酸0.09部、ジシクロヘキシルカルボジイミド0.11部及び塩化メチレン5.00部を仕込み、得られた混合マスに、0℃で、カルボニルジイミダゾール0.08部を仕込み、0℃で1時間攪拌した。23℃まで昇温し、更に、30分間攪拌した後、ろ過した。得られた式(I1−n)で表される化合物を含むろ液に、式(I1−m)で表される化合物0.60部及びアセトニトリル5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10部及びイオン交換水5部を加えた後、分液操作により、有機層を回収した。この水洗の操作をさらに5回行った。得られた有機層に活性炭0.30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5部を加えて攪拌した。得られた上澄液を除去し、上澄液を除去した残渣を濃縮した。酢酸エチル5部を加えて攪拌した。得られた上澄液を除去し、濃縮した。得られた濃縮物をアセトニトリルに溶解した後、濃縮することにより、式(I−1)で表される塩0.48部を得た。
MASS(ESI(+)Spectrum):M 263.1
MASS(ESI(−)Spectrum):M 407.1
実施例2:式(I−7)で表される塩の合成
Figure 0006002509
式(I7−j)で表される塩3.84部及びアセトニトリル19.20部を、反応器に仕込み、23℃で30分間攪拌した。その後、カルボニルジイミダゾール1.55部を添加し、80℃程度まで昇温した後、同温度で1時間攪拌することにより、式(I7−k)で表される化合物を含む溶液を得た。得られた式(I7−k)で表される化合物を含む溶液に、式(I1−i)で表される化合物2.18部をアセトニトリル5.58部に溶解した溶液を1時間かけて滴下し、さらに、80℃程度で15時間攪拌した後、得られた反応混合物を濃縮した。得られた濃縮物に、クロロホルム40部及びイオン交換水10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。この水洗の操作をさらに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、得られた濃縮物に、tert−ブチルメチルエーテル10部を加えて攪拌した。得られた上澄液を除去し、上澄液を除去した残渣を濃縮した。酢酸エチル10部を加えて攪拌した。得られた上澄液を除去し、濃縮した。得られた濃縮物をアセトニトリルに溶解した後、濃縮することにより、式(I7−l)で表される塩3.26部を得た。
Figure 0006002509
式(I7−l)で表される化合物2.12部、クロロホルム20部及びメタノール20部を、反応器に仕込み、23℃で30分間攪拌した後、塩酸0.10部及びイオン交換水9.06部を加え、50℃程度で1時間攪拌した。得られた反応混合物を濃縮した後、得られた濃縮物に、酢酸エチル25部を添加攪拌後、静置し、分液して有機層を得た。得られた有機層に、10%炭酸カリウム水溶液10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10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。このような水洗操作を5回繰り返した。水洗後の有機層をろ過した後、ろ液を濃縮することにより、式(I7−m)で表される化合物1.41部を得た。
Figure 0006002509
実施例1と同様にして式(I1−n)で表わされる化合物を調製して、得られた式(I1−n)で表される化合物を含むろ液に、式(I7−m)で表される化合物0.64部及びアセトニトリル5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10部及びイオン交換水5部を加えた後、分液操作により、有機層を回収した。この水洗の操作をさらに5回行った。得られた有機層に活性炭0.30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5部を加えて攪拌した。得られた上澄液を除去し、上澄液を除去した残渣を濃縮した。酢酸エチル5部を加えて攪拌した。得られた上澄液を除去し、濃縮した。得られた濃縮物をアセトニトリルに溶解した後、濃縮することにより、式(I−7)で表される塩0.54部を得た。
MASS(ESI(+)Spectrum):M 305.1
MASS(ESI(−)Spectrum):M 407.1
樹脂(A)の合成
樹脂(A)の合成に使用したモノマーを下記に示す。
Figure 0006002509
以下、これらのモノマーを、それぞれ「モノマー(a1−1−2)」、「モノマー(a1−1−3)」、「モノマー(a1−2−3)」、「モノマー(a1−2−9)」、「モノマー(a1−5−1)」、「モノマー(a2−1−1)」、「モノマー(a3−1−1)」、「モノマー(a3−2−1)」、「モノマー(a3−2−3)」、「モノマー(a4−1−7)」、「モノマー(I−1)」、「モノマー(I−7)」及び「モノマー(X)」という。
実施例3〔樹脂A1の合成〕
モノマーとして、モノマー(a1−1−3)、モノマー(1−2−3)、モノマー(a2−1−1)、モノマー(a3−2−3)、モノマー(a3−1−1)及びモノマー(I−1)を用い、そのモル比(モノマー(a1−1−3):モノマー(a1−2−3):モノマー(a2−1−1):モノマー(a3−2−3):モノマー(a3−1−1):モノマー(I−1))が30:14:6:14:30:6となるように混合し、全モノマー量の1.5質量倍のジオキサンを加えて溶液とした。当該溶液に、開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル及びアゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を全モノマー量に対して各々、0.7mol%及び2.1mol%添加し、これらを75℃で約5時間加熱した。
得られた反応混合物を、大量のメタノール/水混合溶媒に注いで樹脂を沈殿させ、この樹脂をろ過した。かくして得られた樹脂を再び、ジオキサンに溶解させて得られる溶解液をメタノール/水混合溶媒に注いで樹脂を沈殿させ、この樹脂をろ過するという再沈殿操作を2回行い、重量平均分子量6.8×10の樹脂A1(共重合体)を収率60%で得た。この樹脂A1は、以下の構造単位を有するものである。
Figure 0006002509
実施例4〔樹脂A2の合成〕
モノマーとして、モノマー(a1−1−3)、モノマー(a2−1−1)、モノマー(a3−2−1)、モノマー(a3−1−1)及びモノマー(I−1)を用い、そのモル比(モノマー(a1−1−3):モノマー(a2−1−1):モノマー(a3−2−1):モノマー(a3−1−1):モノマー(I−1))が45:10:19:20:6となるように混合し、全モノマー量の1.5質量倍のジオキサンを加えて溶液とした。当該溶液に、開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル及びアゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を全モノマー量に対して各々、1.2mol%及び3.6mol%添加し、これらを73℃で約5時間加熱した。得られた反応混合物を、大量のメタノール/水混合溶媒に注いで樹脂を沈殿させ、この樹脂をろ過した。かくして得られた樹脂を再び、ジオキサンに溶解させて得られる溶解液をメタノール/水混合溶媒に注いで樹脂を沈殿させ、この樹脂をろ過するという再沈殿操作を2回行い、重量平均分子量1.9×10の樹脂A2(共重合体)を収率54%で得た。この樹脂A2は、以下の構造単位を有するものである。
Figure 0006002509
合成例1〔樹脂A3の合成〕
モノマーとして、モノマー(a1−1−3)、モノマー(a2−1−1)、モノマー(a3−2−1)、モノマー(a3−1−1)及びモノマー(X)を用い、そのモル比(モノマー(a1−1−3):モノマー(a2−1−1):モノマー(a3−2−1):モノマー(a3−1−1):モノマー(X))が45:10:19:20:6となるように混合し、全モノマー量の1.5質量倍のジオキサンを加えて溶液とした。当該溶液に、開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル及びアゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を全モノマー量に対して各々、1.2mol%及び3.6mol%添加し、これらを73℃で約5時間加熱した。得られた反応混合物を、大量のメタノール/水混合溶媒に注いで樹脂を沈殿させ、この樹脂をろ過した。かくして得られた樹脂を再び、ジオキサンに溶解させて得られる溶解液をメタノール/水混合溶媒に注いで樹脂を沈殿させ、この樹脂をろ過するという再沈殿操作を2回行い、重量平均分子量1.8×10の樹脂A3(共重合体)を収率51%で得た。この樹脂A3は、以下の構造単位を有するものである。
Figure 0006002509
合成例2〔樹脂A4の合成〕
モノマーとして、モノマー(a1−1−2)、モノマー(a2−1−1)、モノマー(a3−2−1)及びモノマー(a3−1−1)を用い、そのモル比(モノマー(a1−1−2):モノマー(a2−1−1):モノマー(a3−2−1):モノマー(a3−1−1))が50:12.5:12.5:25となるように混合し、全モノマー量の1.5質量倍のジオキサンを加えて溶液とした。当該溶液に、開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル及びアゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を全モノマー量に対して各々、1mol%及び3mol%添加し、これらを77℃で約5時間加熱した。得られた反応混合物を、大量のメタノール/水混合溶媒に注いで樹脂を沈殿させ、この樹脂をろ過した。
かくして得られた樹脂を再び、ジオキサンに溶解させて得られる溶解液をメタノール/水混合溶媒に注いで樹脂を沈殿させ、この樹脂をろ過するという再沈殿操作を2回行い、重量平均分子量8.1×10の樹脂A4(共重合体)を収率78%で得た。この樹脂A4は、以下の構造単位を有するものである。
Figure 0006002509
合成例3:〔樹脂A5の合成〕
モノマー(a1−1−3)、モノマー(a1−2−3)、モノマー(a2−1−1)、モノマー(a3−1−1)及びモノマー(a3−2−3)を、そのモル比〔モノマー(a1−1−3):モノマー(a1−2−3):モノマー(a2−1−1):モノマー(a3−1−1):モノマー(a3−2−3)〕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た。これを73℃で約5時間加熱することにより重合した。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・回収した。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8.1×10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(a1−1−3)、モノマー(a1−2−3)、モノマー(a2−1−1)、モノマー(a3−1−1)、モノマー(a3−2−3)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A5とする。
Figure 0006002509
実施例5〔樹脂A6の合成〕
モノマーとして、モノマー(a1−1−3)、モノマー(1−2−9)、モノマー(a2−1−1)、モノマー(a3−2−3)、モノマー(a3−1−1)及びモノマー(I−1)を用い、そのモル比(モノマー(a1−1−3):モノマー(a1−2−9):モノマー(a2−1−1):モノマー(a3−2−3):モノマー(a3−1−1):モノマー(I−1))が30:14:6:14:30:6となるように混合し、全モノマー量の1.5質量倍のジオキサンを加えて溶液とした。当該溶液に、開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル及びアゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を全モノマー量に対して各々、0.7mol%及び2.1mol%添加し、これらを75℃で約5時間加熱した。
得られた反応混合物を、大量のメタノール/水混合溶媒に注いで樹脂を沈殿させ、この樹脂をろ過した。かくして得られた樹脂を再び、ジオキサンに溶解させて得られる溶解液をメタノール/水混合溶媒に注いで樹脂を沈殿させ、この樹脂をろ過するという再沈殿操作を2回行い、重量平均分子量7.0×10の樹脂A6(共重合体)を収率65%で得た。この樹脂A6は、以下の構造単位を有するものである。
Figure 0006002509
実施例6〔樹脂A7の合成〕
モノマーとして、モノマー(a1−1−3)、モノマー(1−5−1)、モノマー(a2−1−1)、モノマー(a3−2−3)、モノマー(a3−1−1)及びモノマー(I−1)を用い、そのモル比(モノマー(a1−1−3):モノマー(a1−5−1):モノマー(a2−1−1):モノマー(a3−2−3):モノマー(a3−1−1):モノマー(I−1))が30:14:6:14:30:6となるように混合し、全モノマー量の1.5質量倍のジオキサンを加えて溶液とした。当該溶液に、開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル及びアゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を全モノマー量に対して各々、0.7mol%及び2.1mol%添加し、これらを75℃で約5時間加熱した。
得られた反応混合物を、大量のメタノール/水混合溶媒に注いで樹脂を沈殿させ、この樹脂をろ過した。かくして得られた樹脂を再び、ジオキサンに溶解させて得られる溶解液をメタノール/水混合溶媒に注いで樹脂を沈殿させ、この樹脂をろ過するという再沈殿操作を2回行い、重量平均分子量7.3×10の樹脂A7(共重合体)を収率63%で得た。この樹脂A7は、以下の構造単位を有するものである。
Figure 0006002509
実施例7〔樹脂A8の合成〕
モノマーとして、モノマー(a1−1−3)、モノマー(1−2−9)、モノマー(a2−1−1)、モノマー(a3−2−3)、モノマー(a3−1−1)及びモノマー(I−7)を用い、そのモル比(モノマー(a1−1−3):モノマー(a1−2−9):モノマー(a2−1−1):モノマー(a3−2−3):モノマー(a3−1−1):モノマー(I−7))が30:14:6:14:30:6となるように混合し、全モノマー量の1.5質量倍のジオキサンを加えて溶液とした。当該溶液に、開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル及びアゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を全モノマー量に対して各々、0.7mol%及び2.1mol%添加し、これらを75℃で約5時間加熱した。
得られた反応混合物を、大量のメタノール/水混合溶媒に注いで樹脂を沈殿させ、この樹脂をろ過した。かくして得られた樹脂を再び、ジオキサンに溶解させて得られる溶解液をメタノール/水混合溶媒に注いで樹脂を沈殿させ、この樹脂をろ過するという再沈殿操作を2回行い、重量平均分子量6.7×10の樹脂A8(共重合体)を収率58%で得た。この樹脂A8は、以下の構造単位を有するものである。
Figure 0006002509
実施例8〔樹脂A9の合成〕
モノマーとして、モノマー(a1−1−3)、モノマー(1−5−1)、モノマー(a2−1−1)、モノマー(a3−2−3)、モノマー(a3−1−1)及びモノマー(I−7)を用い、そのモル比(モノマー(a1−1−3):モノマー(a1−5−1):モノマー(a2−1−1):モノマー(a3−2−3):モノマー(a3−1−1):モノマー(I−7))が30:14:6:14:30:6となるように混合し、全モノマー量の1.5質量倍のジオキサンを加えて溶液とした。当該溶液に、開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル及びアゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を全モノマー量に対して各々、0.7mol%及び2.1mol%添加し、これらを75℃で約5時間加熱した。
得られた反応混合物を、大量のメタノール/水混合溶媒に注いで樹脂を沈殿させ、この樹脂をろ過した。かくして得られた樹脂を再び、ジオキサンに溶解させて得られる溶解液をメタノール/水混合溶媒に注いで樹脂を沈殿させ、この樹脂をろ過するという再沈殿操作を2回行い、重量平均分子量6.8×10の樹脂A9(共重合体)を収率59%で得た。この樹脂A9は、以下の構造単位を有するものである。
Figure 0006002509
合成例6〔樹脂D1の合成〕
モノマーとして、モノマー(a4−1−7)を用い、全モノマー量の1.5質量倍のジオキサンを加えて溶液とした。当該溶液に、開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル及びアゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を全モノマー量に対して各々、0.7mol%及び2.1mol%添加し、これらを75℃で約5時間加熱した。得られた反応混合物を、大量のメタノール/水混合溶媒に注いで樹脂を沈殿させ、この樹脂をろ過した。
かくして得られた樹脂を再び、ジオキサンに溶解させて得られる溶解液をメタノール/水混合溶媒に注いで樹脂を沈殿させ、この樹脂をろ過するという再沈殿操作を2回行い、重量平均分子量1.8×10の樹脂D1(共重合体)を収率77%で得た。この樹脂D1は、以下の構造単位を有するものである。
Figure 0006002509
実施例9〜17、比較例1
(レジスト組成物の調製)
表4に示す各成分を混合して溶解し、さらに孔径0.2μmのフッ素樹脂製フィルターで濾過して、レジスト組成物を調製した。
<酸発生剤>
I−1:式(I−1)で表される塩
B1:
Figure 0006002509
B2:
Figure 0006002509
<樹脂>
A1〜A5:樹脂A1〜樹脂A5
D1:樹脂D1
<塩基性化合物:クエンチャー>
C1:2,6−ジイソプロピルアニリン
Figure 0006002509
<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 265.0部
プロピレングリコールモノメチルエーテル 20.0部
2−ヘプタノン 20.0部
γ−ブチロラクトン 3.5部
<レジスト組成物の液浸露光評価>
シリコンウェハに、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した。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(プリベーク)後の膜厚が85nmとなるようにスピンコートした。レジスト組成物を塗布し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4の「PB」欄に記載された温度で60秒間プリベークし、レジスト膜(組成物層)を形成した。レジスト膜が形成されたシリコンウェハに、液浸露光用ArFエキシマレーザステッパー(XT:1900Gi;ASML社製、NA=1.35、3/4Annular X−Y偏光)で、コンタクトホールパターン(ホールピッチ95nm/ホール径60nm)を形成するためのマスクを用いて、露光量を段階的に変化させて露光した。尚、液浸媒体としては超純水を使用した。
露光後、前記シリコンウェハを、ホットプレート上にて、表4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処理した。次いでこのシリコンウェハを、2.38%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い、レジストパターンを得た。
各レジスト組成物からのレジストパターン形成において、マスクホール径が60nmのマスクを用いて形成されたレジストパターンのホール径が50nmとなる露光量を実効感度とした。
<CD均一性(CDU)評価>
実効感度において、前記マスクを用いて形成したレジストパターンを以下のようにして評価した。一つのホールにつき24箇所ホール径を測定し、その平均値を一つのホールの平均ホール径とした。同一レジストパターン内について、同様の平均ホール径測定を400箇所測定し、それらを母集団として標準偏差を求め、以下の2水準でCDUを求めた。
これらの結果を表5に示す。
Figure 0006002509
本発明のレジスト組成物(実施例9〜実施例17)を用いて得られるレジストパターンは、比較例1のレジスト組成物よりも、CD均一性(CDU)に優れる。
本発明のレジスト組成物は、半導体の微細加工に利用できる。

Claims (11)

  1. 式(I)で表される化合物。
    Figure 0006002509

    [式(I)中、
    I1及びQI2は、それぞれ独立に、フッ素原子又は炭素数1〜6のペルフルオロアルキル基を表す。
    nは、0又は1を表す。
    は、単結合又は炭素数1〜10のアルカンジイル基を表し、該アルカンジイル基を構成するメチレン基は、酸素原子又はカルボニル基に置き換わっていてもよいが、nが0のとき、Xは単結合ではない。
    Wは、式(Ia1−1)、式(Ia1−2)又は、式(Ia1−4)で表される構造を表す。
    Figure 0006002509

    *1は、−O−(CO)−との結合手を表す。
    *2は、−O−CO−との結合手を表す。
    は、水素原子又はメチル基を表す。
    1+は、有機対イオンを表す。]
  2. 前記式(I)のnが1である請求項1記載の化合物。
  3. 前記式(I)のnが1であり、Xが単結合である請求項1又は2記載の化合物。
  4. 前記式(I)のZ1+が、アリールスルホニウムカチオンである請求項1〜3のいずれか記載の化合物。
  5. 請求項1〜4のいずれか記載の化合物に由来する構造単位を有する樹脂。
  6. さらに、アルカリ水溶液に不溶又は難溶であり、酸の作用によりアルカリ水溶液に溶解し得る構造単位を有する請求項5記載の樹脂。
  7. 請求項5又は6記載の樹脂と、酸発生剤とを含有するレジスト組成物。
  8. さらに、塩基性化合物を含有する請求項7記載のレジスト組成物。
  9. さらに、溶剤を含有する請求項7又は8記載のレジスト組成物。
  10. (1)請求項7〜9のいずれか記載のレジスト組成物を基板上に塗布する工程、
    (2)塗布後の組成物を乾燥させて組成物層を形成する工程、
    (3)組成物層を露光する工程、
    (4)露光後の組成物層を加熱する工程、及び
    (5)加熱後の組成物層を現像する工程、
    を含むレジストパターンの製造方法。
  11. 式(I)で表される化合物を有効成分として含有する酸発生剤。
    Figure 0006002509

    [式(I)中、
    I1 及びQ I2 は、それぞれ独立に、フッ素原子又は炭素数1〜6のペルフルオロアルキル基を表す。
    nは、0又は1を表す。
    は、単結合又は炭素数1〜10のアルカンジイル基を表し、該アルカンジイル基を構成するメチレン基は、酸素原子又はカルボニル基に置き換わっていてもよいが、nが0のとき、X は単結合ではない。
    Wは、式(Ia1−1)、式(Ia1−2)、式(Ia1−3)又は、式(Ia1−4)で表される構造を表す。
    Figure 0006002509

    *1は、−O−(CO) −との結合手を表す。
    *2は、−O−CO−との結合手を表す。
    は、水素原子又はメチル基を表す。
    1+ は、有機対イオンを表す。]
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