JP6079771B2 - 感放射線性樹脂組成物、重合体及び化合物 - Google Patents

感放射線性樹脂組成物、重合体及び化合物 Download PDF

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Description

本発明は、感放射線性樹脂組成物、この感放射線性樹脂組成物を用いるレジストパターン形成方法、上記感放射線性樹脂組成物に好適に用いられる重合体、及びこの重合体の原料単量体として好適な化合物に関する。
リソグラフィーによる微細加工に用いられる化学増幅型の感放射線性樹脂組成物は、ArFエキシマレーザー光等の遠紫外線、X線等の電磁波、電子線等の荷電粒子線などの照射により露光部に酸を発生させ、この酸を触媒とする化学反応により、露光部と未露光部との現像液に対する溶解速度に差を生じさせることで、基板上にレジストパターンを形成させることができる。
かかる感放射線性樹脂組成物には、加工技術の微細化に伴って、感度、LWR(Line Width Roughness)性能、パターン倒れ耐性、パターン形状等のリソグラフィー性能を向上させていくことが要求される。この要求に対し、感放射線性樹脂組成物に用いられる重合体の分子構造等が検討され、この重合体の溶解性を制御すると共に、レジストパターンと基板との密着性を高める目的で、ラクトン構造を含む構造単位を有するものが用いられ、その中でもノルボルナンラクトン(NLM)構造を含むものが好適に用いられている(特開2000−26446号公報及び国際公開第2005/58854号参照)。
しかし、パターンの微細化がますます進行する現在にあっては、ノルボルナンラクトン構造等の従来のラクトン構造を含む重合体を含有する感放射線性樹脂組成物では、LWR性能及びパターン倒れ耐性を満足させることはできていない。
特開2000−26446号公報 国際公開第2005/58854号
本発明は以上のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、LWR性能及びパターン倒れ耐性に優れる感放射線性樹脂組成物を提供することである。
上記課題を解決するためになされた発明は、
ビスラクトン構造を含む構造単位(以下、「構造単位(I)」ともいう)を有する重合体(以下、「[A]重合体」ともいう)、及び
感放射線性酸発生体(以下、「[B]酸発生体」ともいう)
を含有する感放射線性樹脂組成物である。
本発明の感放射線性樹脂組成物は、ビスラクトン構造を含む構造単位を有する[A]重合体及び[B]酸発生体を含有することで、LWR性能及びパターン倒れ耐性に優れる。当該感放射線性樹脂組成物の[A]重合体が上記特定構造を有することで上記効果を奏する理由については必ずしも明確ではないが、例えば、[A]重合体がビスラクトン構造を有することで、従来のラクトン構造を有する場合より、[A]重合体の極性を適切に高めることができ、その結果、LWR性能を向上できると考えられる。また、レジストパターンと基板との密着性を高めることができ、その結果、パターン倒れ耐性を向上できると考えられる。
上記ビスラクトン構造は、下記式(a)で表されることが好ましい。
Figure 0006079771
(式(i)中、R〜Rは、それぞれ独立して、水素原子又は炭素数1〜10の1価の炭化水素基である。)
当該感放射線性樹脂組成物は、[A]重合体のビスラクトン構造として、上記特定の構造を有することで、LWR性能及びパターン倒れ耐性を向上させることができる。
上記構造単位は、下記式(1)で表されることが好ましい。
Figure 0006079771
(式(1)中、R〜Rは、上記式(a)と同義である。Rは、水素原子、メチル基、トリフルオロメチル基又はヒドロキシメチル基である。Yは、単結合又は2価の連結基である。)
当該感放射線性樹脂組成物は、[A]重合体が上記特定の構造単位を有することで、LWR性能及びパターン倒れ耐性をより向上させることができる。
本発明のレジストパターン形成方法は、
当該感放射線性樹脂組成物を用い、基板上にフォトレジスト膜を形成する工程、
上記フォトレジスト膜を露光する工程、及び
上記露光されたフォトレジスト膜を現像する工程
を有する。
当該レジストパターンの形成方法によれば、上述の感放射線性樹脂組成物を用いるのでLWRが小さくかつパターン倒れ耐性が高いレジストパターンを形成することができる。
本発明の重合体は、下記式(1)で表される構造単位を有する。
Figure 0006079771
(式(1)中、Rは、水素原子、メチル基、トリフルオロメチル基又はヒドロキシメチル基である。Yは、単結合又は2価の連結基である。R〜Rは、それぞれ独立して、水素原子又は炭素数1〜10の1価の炭化水素基である。)
当該重合体は、上記特定の構造単位を有しているので、上述した感放射線性樹脂組成物の重合体成分として好適に用いることができる。
本発明の化合物は、下記式(i)で表される。
Figure 0006079771
(式(i)中、Rは、水素原子、メチル基、トリフルオロメチル基又はヒドロキシメチル基である。Y’は、2価の連結基である。R〜Rは、それぞれ独立して、水素原子又は炭素数1〜10の1価の炭化水素基である。)
当該化合物は、上記特定構造を有しているので、上述した重合体の原料単量体として好適に用いることができる。
ここで、「ビスラクトン構造」とは、2つのラクトン環が1個以上の炭素原子を共有している構造をいう。「有機基」とは、少なくとも1個の炭素原子を含む基をいう。
以上説明したように、本発明の感放射線性樹脂組成物及びレジストパターン形成方法によれば、LWRが小さくかつパターン倒れ耐性が高いレジストパターンを形成することができる。また、本発明の重合体は、当該感放射線性樹脂組成物に含有される重合体として好適に用いることができ、本発明の化合物は、当該重合体の原料単量体として好適に用いることができる。従って、これらの感放射線性樹脂組成物、レジストパターン形成方法、重合体及び化合物は、例えば、今後ますます微細化が進行する半導体加工分野におけるパターン形成に好適に用いることができる。
<感放射線性樹脂組成物>
当該感放射線性樹脂組成物は、[A]重合体及び[B]酸発生体を含有する。当該感放射線性樹脂組成物は、好適成分として、[C]酸拡散制御体、[D]フッ素原子含有重合体、[E]溶媒を含有してもよく、本発明の効果を損なわない範囲で、その他の任意成分を含有してもよい。以下、各成分について説明する。
<[A]重合体>
[A]重合体は、構造単位(I)を有する重合体である。当該感放射線性樹脂組成物は[A]重合体が構造単位(I)を有することで、LWR性能及びパターン倒れ耐性に優れる。当該感放射線性樹脂組成物の[A]重合体が構造単位(I)を有することで上記効果を奏する理由については必ずしも明確ではないが、例えば、[A]重合体がビスラクトン構造を有することで、従来のラクトン構造を有する場合より、[A]重合体の極性を適切に高めることができ、その結果、LWR性能を向上できると考えられる。また、レジストパターンと基板との密着性を高めることができ、その結果、パターン倒れ耐性を向上できると考えられる。
[A]重合体は、構造単位(I)以外にも、酸解離性基を含む構造単位(II)を有することが好ましく、極性基を含む構造単位(III)、非解離性の炭化水素基を含む構造単位(IV)等のその他の構造単位を有していてもよい。以下、各構造単位について説明する。
[構造単位(I)]
構造単位(I)は、ビスラクトン構造を含む構造単位である。ビスラクトン構造としては、2つのラクトン環が1個以上の炭素原子を共有している構造を有する限り特に限定されず、2つのラクトン環が1個の炭素原子のみを共有するもの、2個の炭素原子を共有するもの及び3個の炭素原子を共有するもの等が挙げられる。ここで、ラクトン環とは、−COO−を含む1つの環構造をいう。ビスラクトン構造としては、例えば、上記式(a)で表される構造等が挙げられる。
上記式(a)中、R〜Rは、それぞれ独立して、水素原子又は炭素数1〜10の1価の炭化水素基である。
上記R〜Rで表される炭素数1〜10の1価の炭化水素基としては、例えば、炭素数1〜10の鎖状炭化水素基、炭素数3〜10の脂環式炭化水素基、炭素数6〜10の芳香族炭化水素基等が挙げられる。
上記鎖状炭化水素基としては、例えば、
メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、i−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基等の飽和炭化水素基;
エテニル基、1−プロペン−1−イル基、1−プロペン−2−イル基、3−プロペン−1−イル基、1−ブテン−1−イル基、1−ブテン−2−イル基、2−メチル−1−ブテン−2−イル基等の不飽和炭化水素基などが挙げられる。
上記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、シクロオクチル基、シクロデシル基、ノルボルニル基、アダマンチル基等の飽和炭化水素基;
シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基、シクロオクテニル基、シクロデシル基、ノルボルネニル基等の不飽和炭化水素基などが挙げられる。
上記芳香族炭化水素基としては、例えば、フェニル基、トリル基、キシリル基、メシチル基、ナフチル基、ベンジル基、フェネチル基等が挙げられる。
上記R〜Rとしては、水素原子、炭素数1〜10の鎖状炭化水素基が好ましく、水素原子、炭素数1〜6の鎖状飽和炭化水素基がより好ましく、水素原子、メチル基、エチル基がさらに好ましく、水素原子が特に好ましい。
構造単位(I)としては、例えば、下記式(A)で表される構造単位等が挙げられる。
Figure 0006079771
上記式(A)中、Rは、水素原子、メチル基、トリフルオロメチル基又はヒドロキシメチル基である。Yは、単結合又は2価の連結基である。Rは、ビスラクトン構造を含む1価の基である。
上記Rとしては、[A]重合体を与える単量体の共重合性の観点からは、水素原子、メチル基が好ましく、メチル基がより好ましい。
Yで表される2価の連結基としては、例えば、炭素数1〜10の2価の鎖状炭化水素基;炭素数3〜20の2価の脂環式炭化水素基;炭素数6〜20の2価の芳香族炭化水素基;これらの基の1又は2以上と、ヘテロ原子を含む2価の基とを組み合わせた基;これらの基が有する水素原子の一部又は全部が置換された基等が挙げられる。
上記2価の鎖状炭化水素基としては、例えば、
メタンジイル基、エタンジイル基、プロパンジイル基、ブタンジイル基、ジメチルメタンジイル基、メチルエタンジイル基等の飽和炭化水素基;
エテンジイル基、プロペンジイル基、ブテンジイル基、メチレンメタンジイル基、メチレンエタンジイル基、メチレンプロパンジイル基、エチリデンエタンジイル基、エチンジイル基、プロピンジイル基、ブチンジイル基等の不飽和炭化水素基などが挙げられる。
これらの中で、エタンジイル基、メチルエタンジイル基、ジメチルメタンジイル基、メチレンエタンジイル基が好ましい。
上記2価の脂環式炭化水素基としては、例えば、
シクロプロパンジイル基、シクロブタンジイル基、シクロペンタンジイル基、シクロヘキサンジイル基、メチルペンタンジイル基、メチルヘキサンジイル基、ノルボルナンジイル基、アダマンタンジイル基等の飽和炭化水素基;
シクロペンテンジイル基、シクロヘキセンジイル基、ノルボルネンジイル基等の不飽和炭化水素基などが挙げられる。
上記2価の芳香族炭化水素基としては、例えば、
ベンゼンジイル基、トルエンジイル基、キシレンジイル基、ベンゼンジイル−メタンジイル基、ベンゼンジイル−エタンジイル基、ナフタレンジイル基、ナフタレンジイル−メタンジイル基等が挙げられる。
上記ヘテロ原子を含む2価の基としては、例えば、−O−、−S−、−NR−、−CO−、−CS−、−CNR−、−SO−、−SO−、−COO−、−NR−、−CONR−、−O−CO−O−、−O−CO−NR−、−NR−CO−NR−等が挙げられる。Rは、水素原子又は1価の炭化水素基である。これらの中で、−O−、−S−、−SO−、−COO−、−CONR−が好ましく、−S−、−SO−、−COO−がより好ましい。
上記基が有してもよい置換基としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等のハロゲン原子、ヒドロキシ基、カルボキシ基、シアノ基、ニトロ基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アルコキシカルボニルオキシ基、アシル基等が挙げられる。これらの中で、構造単位(I)を与える単量体の合成容易性の観点から、ヒドロキシ基が好ましい。
Yとしては、下記式(Y−1)〜(Y−4)で表される基が好ましい。Yが下記式で表される基であると、構造単位(I)を与える単量体を容易に合成することが可能となる。
Figure 0006079771
上記式(Y−1)〜(Y−4)中、R、Ra’、R及びRは、それぞれ独立して、水素原子又は炭素数1〜20の1価の炭化水素基である。Xは、−O−、−S−又は−SO−である。Rは、炭素数1〜20の2価の炭化水素基である。Qは、それぞれ独立して、−O−、−S−、−NR−、−CO−、−CS−、−CNR−、−SO−、−SO−、−COO−、−NR−、−CONR−、−O−CO−O−、−O−CO−NR−又は−NR−CO−NR−である。*は、上記式(A)におけるRに結合する部位を示す。
上記R、Ra’、R及びRで表される炭素数1〜20の1価の炭化水素基としては、例えば、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数3〜20のシクロアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数7〜20のアラルキル基等が挙げられる。
上記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、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。
上記シクロアルキル基としては、例えば、シクロペンチル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロオクチル基等の単環のシクロアルキル基;ノルボルニル基、アダマンチル基、トリシクロデシル基、テトラシクロドデシル基等の多環のシクロアルキル基等が挙げられる。
上記アリール基としては、例えば、フェニル基、トリル基、キシリル基、メシチル基、ナフチル基、アントリル基等が挙げられる。
上記アラルキル基としては、例えば、ベンジル基、フェネチル基、ナフチルメチル基、アントリルメチル基等が挙げられる。
上記R、Ra’、R及びRとしては、水素原子、アルキル基が好ましく、水素原子、メチル基、エチル基がより好ましく、水素原子、メチル基がさらに好ましい。
上記Xとしては、−S−、−SO−が好ましい。
で表される2価の炭化水素基としては、例えば、上記R、Ra’、R及びRで表される炭素数1〜20の1価の炭化水素基として例示した基から1個の水素原子を除いた基等が挙げられる。
としては、炭素数1〜20のアルカンジイル基が好ましく、メタンジイル基、エタンジイル基、プロパンジイル基が好ましく、プロパンジイル基がより好ましい。
上記Qとしては、−O−、−CO−、−COO−、−CONR−が好ましく、−COO−がより好ましい。
Yとしては、これらの中で、上記式(Y−4)で表される基が好ましい。
上記Rで表されるビスラクトン構造を含む1価の基としては、例えば、上記ビスラクトン構造として例示したものを含む1価の基等が挙げられる。
上記ビスラクトン構造を含む1価の基としては、下記式(a’)で表される基が好ましい。
Figure 0006079771
上記式(a’)中、R〜Rは、上記式(a)と同義である。*は、上記Yに結合する部位を示す。
構造単位(I)としては、上記式(1)で表される構造単位「以下、「構造単位(I−1)」ともいう」が好ましい。
上記式(1)中、R〜Rは、上記式(a)と同義である。Rは、水素原子、メチル基、トリフルオロメチル基又はヒドロキシメチル基である。Yは、単結合又は2価の連結基である。
上記R及びYとしては、上記式(A)において、R及びYとして例示したものと同様の基等が挙げられる。
構造単位(I−1)としては、例えば、下記式(I−1−1)〜(I−1−5)で表される構造単位等が挙げられる。
Figure 0006079771
上記式(I−1−1)〜(I−1−5)中、Rは、上記式(1)と同義である。
構造単位(I−1)としては、当該感放射線性樹脂組成物のLWR性能及びパターン倒れ耐性の向上の観点からは、上記式(I−1−5)で表される構造単位が好ましい。
構造単位(I−1)を与える単量体としては、例えば、上記式(i)で表される化合物(以下、「化合物(i)」ともいう)等が挙げられる。
上記式(i)中、Rは、水素原子、メチル基、トリフルオロメチル基又はヒドロキシメチル基である。Y’は、2価の連結基である。R〜Rは、それぞれ独立して、炭素数1〜10の1価の炭化水素基である。
上記Rとしては、化合物(i)の共重合性の観点からは、水素原子、メチル基が好ましく、メチル基がより好ましい。
上記Y’で表される2価の連結基としては、例えば、上記式(A)のYで表される2価の連結基として例示したものと同様の基等が挙げられる。
上記R〜Rとしては、例えば、上記式(1)のR〜Rで表される1価の炭化水素基として例示したものと同様の基等が挙げられる。
化合物(i)としては、例えば、下記式(i−1)〜(i−5)で表される化合物等が挙げられる。
Figure 0006079771
上記化合物(i)は、種々の合成方法により合成することができる。例えば、化合物(i)における2価の連結基Y’が、上記式(Y−1)〜(Y−4)で表される場合の各化合物(i)は、それぞれ下記に示す各反応スキームに従って合成することができる。
上記Y’が上記式(Y−1)で表される化合物(以下、「化合物(i−A)」ともいう)(例えば、上記化合物(i−1)、(i−2)等)は、炭素−炭素二重結合を有するビスラクトン構造含有化合物(以下、「化合物(a)」ともいう)から、例えば、下記スキームに従って合成することができる。
Figure 0006079771
上記スキーム中、R及びR〜Rは、上記式(i)と同義である。R、R及びRは、それぞれ独立して、炭素数1〜20の1価の炭化水素基である。Xは、−O−、−S−又は−SO−である。Rは、炭素数1〜20の2価の炭化水素基である。Jは、ハロゲン原子、−OH又は−O−CORである。Rは、1価の有機基である。
上記化合物(a)は、例えば、プロパンジカルボン酸とメタクリル酸無水物とを、アミン等の塩基などの触媒及び塩化銅(II)等の重合禁止剤の存在下で反応させることにより得ることができる。
化合物(a)の炭素−炭素二重結合にHX−R−OHを、アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)等の過酸化物存在下で付加反応させることにより、ヒドロキシ基含有化合物である上記化合物(b)を得ることができる。この化合物(b)と、(メタ)アクリル酸ハライド、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸無水物等の(メタ)アクリル酸誘導体とを反応させることにより、上記化合物(i−A)を得ることができる。
また、例えば、化合物(i−1)から化合物(i−2)等、化合物(i−A)の連結基Y’について構造変換する反応を行うことにより、種々の化合物(i−A)を合成することができる。
上記連結基Y’が上記式(Y−2)で表される化合物(以下、「化合物(i−B)」ともいう)(例えば、上記化合物(i−3)等)は、例えば、化合物(a’)から下記スキームに従って合成することができる。
Figure 0006079771
上記スキーム中、R及びR〜Rは、上記式(i)と同義である。Ra’、R及びRは、それぞれ独立して、炭素数1〜20の1価の炭化水素基である。
炭素−炭素二重結合を有するビスラクトン構造含有化合物(a’)に、例えば、N−ブロモスクシンイミド(NBS)等の臭素供給物質と、過酸化ベンゾイル(BPO)等のパーオキサイド等とを反応させることにより、化合物(a’)の炭素−炭素二重結合のアリル位がブロモ化された化合物(b’)を得ることができる。この化合物(b’)と(メタ)アクリル酸とを、炭酸カリウム等の塩基存在下で反応させることにより、上記化合物(i−B)を得ることができる。
上記連結基Y’が上記式(Y−3)で表される化合物(以下、「化合物(i−C)」ともいう)(例えば、上記化合物(i−4)等)は、例えば、化合物(a)から下記スキームに従って合成することができる。また、上記連結基Y’が上記式(Y−4)で表される化合物(以下、「化合物(i−D)」ともいう)(例えば、上記化合物(i−5)等)は、例えば、化合物(a)から下記スキームに従って合成することができる。
Figure 0006079771
上記スキーム中、R及びR〜Rは、上記式(i)と同義である。R、R及びRは、それぞれ独立して、炭素数1〜20の1価の炭化水素基である。Jは、ハロゲン原子、−OH又は−O−CORである。Rは、1価の有機基である。
化合物(a)の炭素−炭素二重結合を、m−クロロ過安息香酸等の酸化剤を用いてエポキシ化することにより化合物(b”)を得ることができる。この化合物(b”)と(メタ)アクリル酸とを、4級アンモニウム塩等の触媒存在下で反応させることにより、化合物(i−C)を得ることができる。
また、化合物(b”)に、パラジウムカーボン等の水素化触媒の存在下で水素化反応を行うことにより、ヒドロキシ基を有する化合物(c)を得ることができる。この化合物(c)に、(メタ)アクリル酸ハライド、(メタ)アクリル酸又は(メタ)アクリル酸無水物等の(メタ)アクリル酸誘導体を反応させることにより、化合物(i−D)を得ることができる。
構造単位(I)の含有割合としては、[A]重合体を構成する全構造単位に対して、5モル%〜95モル%が好ましく、10モル%〜90モル%がより好ましく、20モル%〜80モル%がさらに好ましく、30モル%〜70モル%が特に好ましい。構造単位(I)の含有割合を上記範囲とすることで、当該感放射線性樹脂組成物のLWR性能及びパターン倒れ耐性が向上する。
[構造単位(II)]
構造単位(II)は、酸解離性基を有する構造単位である(但し、構造単位(I)に該当するものを除く)。当該感放射線性樹脂組成物は、[A]重合体が構造単位(II)を有することで、当該感放射線性樹脂組成物の感度及びパターン形成性を向上させることができる。「酸解離性基」とは、カルボキシ基、ヒドロキシ基等の水素原子を置換する基であって、後述する[B]酸発生体等から発生する酸等の作用により解離する基をいう。
構造単位(II)としては、例えば、下記式(2)で表される構造単位(II−1)等が挙げられる。
Figure 0006079771
上記式(2)中、Rは、水素原子、メチル基、トリフルオロメチル基又はヒドロキシメチル基である。Rは、1価の酸解離性基である。
上記Rで表される1価の酸解離性基としては、例えば、下記式(p)で表される基等が挙げられる。
Figure 0006079771
上記式(p)中、Rp1、Rp2及びRp3は、それぞれ独立して、炭素数1〜4のアルキル基又は炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基である。但し、Rp2とRp3とが互いに結合して、それらが結合している炭素原子と共に炭素数4〜20の2価の脂環式炭化水素基を形成してもよい。
上記Rp1〜Rp3で表される炭素数1〜4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、i−プロピル基、n−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基等が挙げられる。
上記Rp1〜Rp3で表される炭素数4〜20の脂環式炭化水素基としては、例えば
シクロペンタン、シクロヘキサン等のシクロアルカン骨格を有する単環の脂環式炭化水素基;
アダマンタン骨格、ノルボルナン骨格等の有橋式骨格を有する多環の脂環式炭化水素基等が挙げられる。
これらの中で、Rp1が炭素数1〜4のアルキル基であり、Rp2及びRp3が互いに結合してそれらが結合している炭素原子とともにアダマンタン骨格又はシクロアルカン骨格を有する2価の基を形成することが好ましい。
構造単位(II−1)としては、例えば、下記式(2−1)〜(2−4)で表される構造単位(以下、「構造単位(II−1−1)〜(II−1−4)」ともいう)等が挙げられる。
Figure 0006079771
上記式(2−1)〜(2−4)中、Rは、上記式(2)と同義である。Rp1、Rp2及びRp3は、上記式(p)と同義である。nは、1〜4の整数である。
構造単位(II−1)としては、例えば、下記式で表される構造単位等が挙げられる。
Figure 0006079771
Figure 0006079771
上記式中、Rは、上記式(2)と同義である。
構造単位(II)としては、これらの中で、構造単位(II−1−1)、構造単位(II−1−2)が好ましく、シクロペンタン骨格を有する構造単位、アダマンタン骨格を有する構造単位がより好ましく、1−メチルシクロヘキシル(メタ)アクリレートに由来する構造単位、2−メチルアダマンチル(メタ)アクリレートに由来する構造単位がさらに好ましく、1−メチルシクロヘキシル(メタ)アクリレートに由来する構造単位が特に好ましい。
構造単位(II)の含有割合としては、[A]重合体を構成する全構造単位に対して、5モル%〜95モル%が好ましく、10モル%〜90モル%がより好ましく、20モル%〜80モル%がさらに好ましく、30モル%〜70モル%が特に好ましい。構造単位(II)の含有割合を上記範囲とすることで、当該感放射線性樹脂組成物のパターン形成性をさらに向上させることができる。
<その他の構造単位>
[構造単位(III)]
構造単位(III)は、極性基を含む構造単位である(但し、構造単位(I)及び構造単位(II)に該当するものを除く)。[A]重合体は、構造単位(III)を有することで、現像液への溶解性を調整することができ、その結果、当該感放射線性樹脂組成物のパターン形成性を向上させることができる。極性基としては、例えば、ヒドロキシ基、カルボキシ基、シアノ基、ニトロ基、スルホンアミド基、カルボニル基等が挙げられる。
構造単位(III)としては、例えば、下記式で表される構造単位等が挙げられる。
Figure 0006079771
Figure 0006079771
上記式中、Rは、水素原子、メチル基、トリフルオロメチル基又はヒドロキシメチル基である。
これらの中で、ヒドロキシ基を含む構造単位が好ましく、ヒドロキシ基及びアダマンタン骨格を含む構造単位がより好ましく、3−ヒドロキシ−1−アダマンチル(メタ)アクリレートに由来する構造単位がさらに好ましい。
構造単位(III)の含有割合としては、[A]重合体を構成する全構造単位に対して、30モル%以下が好ましく、20モル%以下がより好ましく、10モル%以下がさらに好ましい。
[構造単位(IV)]
構造単位(IV)は、非酸解離性の炭化水素基を含む構造単位である。構造単位(IV)としては、例えば、下記式(3)で表される構造単位等が挙げられる。
Figure 0006079771
上記式(3)中、R10は、水素原子、メチル基、トリフルオロメチル基又はヒドロキシメチル基である。R11は、炭素数1〜20の非酸解離性の1価の炭化水素基である。
上記R11で表される非酸解離性の1価の炭化水素基としては、例えば、
メチル基;
エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、i−ブチル基、sec−ブチル基、n−ペンチル基、i−ペンチル基等の1級又は2級のアルキル基;
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、ノルボルニル基、アダマンチル基等の2級のシクロアルキル基;
フェニル基、トリル基、キシリル基、メシチル基、ナフチル基、アントリル基等のアリール基;
ベンジル基、フェネチル基等のアラルキル基などが挙げられる。
これらの中で、メチル基、1級又は2級のアルキル基、2級のシクロアルキル基が好ましく、メチル基がより好ましい。
構造単位(IV)の含有割合としては、[A]重合体を構成する全構造単位に対して、0モル%〜70モル%が好ましく、0モル%〜60モル%がより好ましく、30モル%〜60モル%がさらに好ましい。
また、[A]重合体は、その他の構造単位として、上記構造単位(III)及び(IV)以外にも、例えば、モノラクトン構造、環状カーボネート構造及びスルトン構造からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造を含む構造単位(V)等を有していてもよい。「モノラクトン構造」とは、1つのラクトン環が他のラクトン環と炭素原子を共有していない構造をいう。構造単位(V)の含有割合としては、[A]重合体を構成する全構造単位に対して、0モル%〜30モル%が好ましく、0モル%〜20モル%がより好ましく、0モル%〜10モル%がさらに好ましい。
[A]重合体の含有量としては、当該感放射線性樹脂組成物中の全固形分に対して、70質量%以上が好ましく、80質量%以上がより好ましい。
<[A]重合体の合成方法>
[A]重合体は、例えば所定の各構造単位に対応する単量体を、ラジカル重合開始剤を使用し、適当な溶媒中で重合することにより製造できる。例えば、単量体及びラジカル開始剤を含有する溶液を、反応溶媒又は単量体を含有する溶液に滴下して重合反応させる方法、単量体を含有する溶液と、ラジカル開始剤を含有する溶液とを各別に、反応溶媒又は単量体を含有する溶液に滴下して重合反応させる方法、各々の単量体を含有する複数種の溶液と、ラジカル開始剤を含有する溶液とを各別に、反応溶媒又は単量体を含有する溶液に滴下して重合反応させる方法等の方法で合成することが好ましい。
上記重合に使用される溶媒としては、例えば
n−ペンタン、n−ヘキサン、n−ヘプタン、n−オクタン、n−ノナン、n−デカン等のアルカン類;
シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、デカリン、ノルボルナン等のシクロアルカン類;
ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、クメン等の芳香族炭化水素類;
クロロブタン類、ブロモヘキサン類、ジクロロエタン類、ヘキサメチレンジブロミド、クロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素類;
酢酸エチル、酢酸n−ブチル、酢酸i−ブチル、プロピオン酸メチル等の飽和カルボン酸エステル類;
アセトン、2−ブタノン、4−メチル−2−ペンタノン、2−ヘプタノン等のケトン類;
テトラヒドロフラン、ジメトキシエタン類、ジエトキシエタン類等のエーテル類;
メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、4−メチル−2−ペンタノール等のアルコール類;
N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N−ジメチルアセトアミド等のアミド類等が挙げられる。これらの溶媒は、1種単独で又は2種以上を併用して用いてもよい。
上記重合における反応温度は、ラジカル開始剤の種類に応じて適宜決定すればよいが、通常40℃〜150℃であり、50℃〜120℃が好ましい。反応時間としては、通常1時間〜48時間であり、1時間〜24時間が好ましい。
上記重合に使用されるラジカル開始剤としては、アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)、2,2’−アゾビス(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス(2−シクロプロピルプロピオニトリル)、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオニトリル)等が挙げられる。これらのラジカル開始剤は1種単独で又は2種以上を併用して用いてもよい。
重合反応により得られた重合体は、再沈殿法により回収することが好ましい。すなわち、重合反応終了後、重合液を再沈溶媒に投入することにより、目的の重合体を粉体として回収する。再沈溶媒としては、アルコール類やアルカン類等を1種単独で又は2種以上を混合して使用することができる。再沈殿法の他に、分液操作やカラム操作、限外濾過操作等により、単量体、オリゴマー等の低分子成分を除去して、重合体を回収することもできる。
[A]重合体のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)による数平均分子量(Mn)としては、1,000〜100,000が好ましく、1,500〜60,000がより好ましく、2,000〜40,000がさらに好ましく、3,000〜20,000が特に好ましい。[A]重合体のMnを上記範囲とすることで、当該感放射線性樹脂組成物のパターン形成性を向上させることができる。
[A]重合体の重量平均分子量(Mw)とMnとの比(Mw/Mn)としては、通常1〜6であり、1〜4.5が好ましく、1〜3がより好ましく、1〜2が特に好ましい。Mw/Mnを上記範囲とすることで、当該感放射線性樹脂組成物のパターン形成性を向上させることができる。
なお、本明細書においてMn及びMwは、GPCカラム(G2000HXL 2本、G3000HXL 1本、G4000HXL 1本、以上東ソー製)を用い、流量1.0mL/分、溶出溶媒:テトラヒドロフラン、試料濃度:1.0質量%、試料注入量:100μL、カラム温度:40℃の分析条件で、検出器として示差屈折計を使用し、単分散ポリスチレンを標準とするGPCにより測定した値をいう。
<[B]酸発生体>
[B]酸発生体は、露光光の照射により酸を発生する化合物である。その酸の作用により[A]重合体中に存在する酸解離性基が解離してカルボキシ基等の極性基が生じ、その結果、[A]重合体の現像液に対する溶解性が変化する。[B]酸発生体の含有形態としては、後述するような化合物の形態(以下、適宜「[B]酸発生剤」ともいう)でも、重合体の一部として組み込まれた形態でも、これらの両方の形態でもよい。
[B]酸発生剤としては、例えばオニウム塩化合物、N−スルホニルオキシイミド化合物、ハロゲン含有化合物、ジアゾケトン化合物等が挙げられる。
オニウム塩化合物としては、例えば、スルホニウム塩、テトラヒドロチオフェニウム塩、ヨードニウム塩、ホスホニウム塩、ジアゾニウム塩、ピリジニウム塩等が挙げられる。
スルホニウム塩としては、例えば、トリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、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パーフルオロ−n−オクタンスルホネート、トリフェニルスルホニウム2−ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、トリフェニルスルホニウム2−ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル−1,1−ジフルオロエタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムカンファースルホネート、4−シクロヘキシルフェニルジ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、4−シクロヘキシルフェニルジ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、4−シクロヘキシルフェニルジ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、4−シクロヘキシルフェニルジフェニルスルホニウム2−ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、4−シクロヘキシルフェニルジフェニルスルホニウムカンファースルホネート、4−メタンスルホニルフェニルジ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、4−メタンスルホニルフェニルジ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、4−メタンスルホニルフェニルジ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、4−メタンスルホニルフェニルジフェニルスルホニウム2−ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、4−メタンスルホニルフェニルジフェニルスルホニウムカンファースルホネート、トリフェニルスルホニウム6−(1−アダマンチルカルボニルオキシ)−1,1,2,2−テトラフルオロヘキサン−1−スルホネート、トリフェニルスルホニウムノルボルニル−ジフルオロエタンスルホネート等が挙げられる。
テトラヒドロチオフェニウム塩としては、例えば、1−(4−n−ブトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、1−(4−n−ブトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、1−(4−n−ブトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、1−(4−n−ブトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウム2−ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、1−(4−n−ブトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムカンファースルホネート、1−(6−n−ブトキシナフタレン−2−イル)テトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、1−(6−n−ブトキシナフタレン−2−イル)テトラヒドロチオフェニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、1−(6−n−ブトキシナフタレン−2−イル)テトラヒドロチオフェニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、1−(6−n−ブトキシナフタレン−2−イル)テトラヒドロチオフェニウム2−ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、1−(6−n−ブトキシナフタレン−2−イル)テトラヒドロチオフェニウムカンファースルホネート、1−(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)テトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、1−(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)テトラヒドロチオフェニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、1−(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)テトラヒドロチオフェニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、1−(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)テトラヒドロチオフェニウム2−ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、1−(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)テトラヒドロチオフェニウムカンファースルホネート等が挙げられる。
ヨードニウム塩としては、例えば、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2−ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムカンファースルホネート、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2−ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムカンファースルホネート等が挙げられる。
これらの中で、オニウム塩が好ましく、スルホニウム塩がより好ましく、トリフェニルスルホニウム塩がさらに好ましく、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が特に好ましい。
[B]酸発生体が[B]酸発生剤である場合の含有量としては、当該感放射線性樹脂組成物の感度及び現像性を確保する観点から、[A]重合体100質量部に対して、0.1質量部以上30質量部以下が好ましく、0.5質量部以上20質量部以下がより好ましく、1質量部以上15質量部以下がさらに好ましい。[B]酸発生剤の含有量が0.1質量部未満だと、当該感放射線性樹脂組成物の感度が不足する傾向があり、一方、30質量部を超えると、露光光に対する透明性が低下して、所望のレジストパターンを得られ難くなる場合がある。[B]酸発生体は、1種単独で又は2種以上を混合して用いてもよい。
<[C]酸拡散制御体>
[C]酸拡散制御体は、露光により[B]酸発生体から生じる酸のフォトレジスト膜中における拡散現象を制御し、未露光部における好ましくない化学反応を抑制する効果を奏する成分である。当該感放射線性樹脂組成物は[C]酸拡散制御体を含有することで、貯蔵安定性がさらに向上し、またレジストとしての解像度がさらに向上する。また、露光から現像処理までの引き置き時間の変動によるレジストパターンの線幅変化を抑えることができ、プロセス安定性に極めて優れた組成物が得られる。なお、[C]酸拡散制御体の含有形態としては、遊離の化合物の形態(以下、適宜「[C]酸拡散制御剤」ともいう)でも、重合体の一部として組み込まれた形態でも、これらの両方の形態でもよい。
[C]酸拡散制御剤としては、例えば、アミン化合物、アミド基含有化合物、ウレア化合物、含窒素複素環化合物等が挙げられる。
アミン化合物としては、例えばモノ(シクロ)アルキルアミン類;ジ(シクロ)アルキルアミン類;トリ(シクロ)アルキルアミン類;置換アルキルアニリン又はその誘導体;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、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、ビス(2−ジメチルアミノエチル)エーテル、ビス(2−ジエチルアミノエチル)エーテル、1−(2−ヒドロキシエチル)−2−イミダゾリジノン、2−キノキサリノール、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、N,N,N’,N’’N’’−ペンタメチルジエチレントリアミン、トリエタノールアミン等が挙げられる。
アミド基含有化合物としては、例えば、N−t−ブトキシカルボニル−4−ヒドロキシピペリジン等のN−t−ブトキシカルボニル基含有アミノ化合物、N−t−アミルオキシカルボニル−4−ヒドロキシピペリジン等のN−t−アミルオキシカルボニル基含有アミノ化合物、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、N−アセチル−1−アダマンチルアミン、イソシアヌル酸トリス(2−ヒドロキシエチル)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。
含窒素複素環化合物としては、例えばイミダゾール類;ピリジン類;ピペラジン類;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、4−ヒドロキシ−N−アミロキシカルボニルピペリジン、ピペリジンエタノール、3−ピペリジノ−1,2−プロパンジオール;モルホリン、4−メチルモルホリン、1−(4−モルホリニル)エタノール、4−アセチルモルホリン、N−(2−シクロヘキシルカルボニルオキシエチル)モルホリン、3−(N−モルホリノ)−1,2−プロパンジオール等のモルホリン類;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。
これらの中で、アミド基含有化合物、含窒素複素環化合物が好ましく、アミド基含有化合物がより好ましく、N−t−アミルオキシカルボニル基含有化合物、N−t−ブトキシカルボニル基含有化合物がさらに好ましく、N−t−アミルオキシカルボニル−4−ヒドロキシピペリジン、N−t−ブトキシカルボニル−4−ヒドロキシピペリジンが特に好ましい。
また、[C]酸拡散制御剤として、露光により弱酸を発生する光崩壊性塩基を用いることもできる。光崩壊性塩基は、未露光部ではアニオンによる高い酸捕捉機能が発揮され、露光部から拡散する酸を捕捉する。すなわち、未露光部のみにおいて酸拡散制御剤として機能するため、酸解離性基の解離反応のコントラストが向上し、結果として当該感放射線性樹脂組成物の解像性をより向上させることができる。光崩壊性塩基としては、例えば、露光により分解して酸拡散制御性を失うオニウム塩化合物等が挙げられる。オニウム塩化合物としては、例えば下記式(C1)で示されるスルホニウム塩化合物、下記式(C2)で表されるヨードニウム塩化合物等が挙げられる。
Figure 0006079771
上記式(C1)及び式(C2)中、R12〜R16は、それぞれ独立して、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、ヒドロキシ基、ハロゲン原子又は−SO−Rαである。Rαは、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基又はアリール基である。Z及びEは、OH、Rβ−COO、Rγ−SO−N―Rβ、Rβ−SO 又は下記式(C3)で表されるアニオンである。Rβは、炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、炭素数3〜20のシクロアルキル基、炭素数6〜30のアリール基、炭素数7〜30のアラルキル基である。上記アルキル基、シクロアルキル基、アリール基及びアラルキル基の水素原子の一部又は全部は置換されていてもよい。Rγは、炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、炭素数3〜20のシクロアルキル基である。上記アルキル基及びシクロアルキル基が有する水素原子の一部又は全部はフッ素原子で置換されていてもよい。但し、Z及びEがRβ−SO の場合、SO が結合する炭素原子にフッ素原子が結合する場合はない。
Figure 0006079771
上記式(C3)中、R17は、水素原子の一部又は全部がフッ素原子で置換されていてもよい炭素数1〜12の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、又は炭素数1〜12の直鎖状若しくは分岐状のアルコキシ基である。uは、0〜2の整数である。
上記式(C1)及び(C2)におけるR12〜R16としては、水素原子、−SO−Rαが好ましい。また、上記Rαとしては、シクロアルキル基が好ましく、シクロヘキシル基がより好ましい。
上記Rβで表されるアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、i−プロピル基、ブチル基、i―ブチル基、t−ブチル基等、及びこれらの基の水素原子の一部又は全部が置換された基等が挙げられる。
上記Rβで表されるシクロアルキル基としては、例えばシクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボルニル基、トリシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、アダマンチル基等、及びこれらの基の水素原子の一部又は全部が置換された基等が挙げられる。
上記Rβで表されるアリール基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基、アントラニル基等、及びこれらの基の水素原子の一部又は全部が置換された基等が挙げられる。
上記Rβで表されるアラルキル基としては、例えば、ベンジル基、フェニルエチル基、フェニルプロピル基、及びこれらの基の水素原子の一部又は全部が置換された基等が挙げられる。
上記アルキル基、シクロアルキル基、アリール基及びアルカリール基が有する置換基としては、例えば、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、アルコキシ基、ラクトン基、アルキルカルボニル基等が挙げられる。
上記Rγで表されるアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等が挙げられる。
上記Rγで表されるシクロアルキル基としては、例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボルニル基、アダマンチル基等が挙げられる。
上記光崩壊性塩基としては、例えば下記式で表される化合物等が挙げられる。
Figure 0006079771
これらの中でも、トリフェニルスルホニウムサリチレート、トリフェニルスルホニウム10−カンファースルホネートが好ましく、トリフェニルスルホニウム10−カンファースルホネートがより好ましい。
[C]酸拡散制御体の含有量としては、[C]酸拡散制御体が[C]酸拡散制御剤の場合、[A]重合体100質量部に対して、20質量部以下が好ましく、0.1質量部〜15質量部がより好ましく、0.5質量部〜10質量部がさらに好ましい。[C]酸拡散制御剤の含有量が20質量部を超えると、得られる感放射線性樹脂組成物の感度が低下する場合がある。[C]酸拡散抑制剤は、1種単独で又は2種以上を混合して用いてもよい。
<[D]フッ素原子含有重合体>
当該感放射線性樹脂組成物は、[D]フッ素原子含有重合体を含有してもよい(但し、[A]重合体に該当するものを除く)。当該感放射線性樹脂組成物は、[D]フッ素原子含有重合体を含有することで、フォトレジスト膜を形成した際に、[D]フッ素原子含有重合体の撥油性的特徴により、その分布がフォトレジスト膜表層に偏在化する傾向があるため、液浸露光時において、フォトレジスト膜中の[B]酸発生体や[C]酸拡散制御体等の液浸媒体への溶出を抑制することができる。また、当該感放射線性樹脂組成物が[D]フッ素原子含有重合体を含有することで、形成されるフォトレジスト膜表面の後退接触角が高まり、液浸露光を好適に行うことができ、高速スキャンが可能になる。
[D]フッ素原子含有重合体は、通常フッ素原子を構造中に含む単量体を1種類以上重合することにより形成することができる。
[D]フッ素原子含有重合体は、フッ素原子を構造中に含む構造単位として下記構造単位(F−I)を有することが好ましい。また、[D]フッ素原子含有重合体は、フッ素原子を構造中に含む構造単位以外の他の構造単位を有していてもよい。[D]フッ素原子含有化合物は、これらの構造単位を1種又は2種以上有していてもよい。
[構造単位(F−I)]
構造単位(F−I)は、下記式(D1)で表される構造単位である。
Figure 0006079771
上記式(D1)中、R18は、水素原子、フッ素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。Aは、単結合又は2価の連結基である。R19は、少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数1〜6のアルキル基若しくは炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基、又はこれらの誘導基である。
上記Aで表される2価の連結基としては、例えば、−O−、−S−、−COO−、−OCO−、−NHCO−、−CONH−、−SONHCF、−O−CO−NH−、−NH−CO−O−が挙げられる。
上記構造単位(F−I)を与える好ましい単量体としては、トリフルオロメチル(メタ)アクリル酸エステル、2,2,2−トリフルオロエチル(メタ)アクリル酸エステル、パーフルオロエチル(メタ)アクリル酸エステル、パーフルオロn−プロピル(メタ)アクリル酸エステル、パーフルオロi−プロピル(メタ)アクリル酸エステル、パーフルオロn−ブチル(メタ)アクリル酸エステル、パーフルオロi−ブチル(メタ)アクリル酸エステル、パーフルオロt−ブチル(メタ)アクリル酸エステル、2−(1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロピル)(メタ)アクリル酸エステル、1−(2,2,3,3,4,4,5,5−オクタフルオロペンチル)(メタ)アクリル酸エステル、パーフルオロシクロヘキシルメチル(メタ)アクリル酸エステル、1−(2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピル)(メタ)アクリル酸エステル、1−(3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,10−ヘプタデカフルオロデシル)(メタ)アクリル酸エステル、1−(5−トリフルオロメチル−3,3,4,4,5,6,6,6−オクタフルオロヘキシル)(メタ)アクリル酸エステルが挙げられる。
構造単位(F−I)の含有割合としては、[D]フッ素原子含有重合体を構成する全構造単位に対して、5モル%以上が好ましく、10モル%以上がより好ましく、15モル%以上がさらに好ましい。構造単位(F−I)の含有割合が5モル%未満であると、後退接触角が70度未満となる場合があり、またフォトレジスト膜からの酸発生剤等の溶出を抑制できない等の不都合を生じる場合がある。[D]フッ素原子含有重合体は、構造単位(F−I)を1種のみ有していてもよいし、2種以上を有していてもよい。
[他の構造単位]
[D]フッ素原子含有重合体は、上述のフッ素原子を構造中に含む構造単位以外にも、他の構造単位として、例えば、現像液に対する溶解速度を制御するために酸解離性基を有する構造単位、ラクトン構造、環状カーボネート構造及びスルトン構造からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造を含む構造単位、水酸基、カルボキシ基等の極性基を含む構造単位、脂環式炭化水素基を含む構造単位、基板からの反射による光の散乱を抑えるために芳香族化合物に由来する構造単位等を1種以上含有させることができる。
上記酸解離性基を有する構造単位としては、例えば、[A]重合体の構造単位(II)と同様の構造単位等が挙げられる。
上記ラクトン構造、環状カーボネート構造及びスルトン構造からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造を含む構造単位としては、例えば、[A]重合体の構造単位(V)と同様の構造単位等が挙げられる。
上記極性基を含む構造単位としては、例えば、[A]重合体の構造単位(III)と同様の構造単位等が挙げられる。
上記脂環式炭化水素基を含む構造単位としては、例えば、下記式(D2)で表される構造単位等が挙げられる。
Figure 0006079771
上記式(D2)中、R20は、水素原子、フッ素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。Gは、炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基である。
上記Gで表される炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基としては、例えば、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、ビシクロ[2.2.1]ヘプタン、ビシクロ[2.2.2]オクタン、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン、テトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカン、トリシクロ[3.3.1.13,7]デカン等の脂環式炭化水素から水素原子を1個除いた基等が挙げられる。この1価の脂環式炭化水素基が有する水素原子の一部又は全部は、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、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基等の炭素数1〜4の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、炭素数3〜10のシクロアルキル基;ヒドロキシ基、シアノ基、炭素数1〜10のヒドロキシアルキル基、カルボキシ基で置換されていてもよい。また、同一炭素原子に結合する2個の水素原子を1個の酸素原子で置換してケト基を形成してもよい。
上記脂環式炭化水素基を含む構造単位を与える好ましい単量体としては、(メタ)アクリル酸−ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−ビシクロ[2.2.2]オクタ−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−トリシクロ[5.2.1.02,6]デカ−7−イルエステル、(メタ)アクリル酸−テトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカ−9−イルエステル、(メタ)アクリル酸−トリシクロ[3.3.1.13,7]デカ−1−イルエステル、(メタ)アクリル酸−トリシクロ[3.3.1.13,7]デカ−2−イルエステルが挙げられる。
上記芳香族化合物に由来する構造単位を与える好ましい単量体としては、スチレン、α−メチルスチレン、2−メチルスチレン、3−メチルスチレン、4−メチルスチレン、2−メトキシスチレン、3−メトキシスチレン、4−メトキシスチレン、4−(2−t−ブトキシカルボニルエチルオキシ)スチレン2−ヒドロキシスチレン、3−ヒドロキシスチレン、4−ヒドロキシスチレン、2−ヒドロキシ−α−メチルスチレン、3−ヒドロキシ−α−メチルスチレン、4−ヒドロキシ−α−メチルスチレン、2−メチル−3−ヒドロキシスチレン、4−メチル−3−ヒドロキシスチレン、5−メチル−3−ヒドロキシスチレン、2−メチル−4−ヒドロキシスチレン、3−メチル−4−ヒドロキシスチレン、3,4−ジヒドロキシスチレン、2,4,6−トリヒドロキシスチレン、4−t−ブトキシスチレン、4−t−ブトキシ−α−メチルスチレン、4−(2−エチル−2−プロポキシ)スチレン、4−(2−エチル−2−プロポキシ)−α−メチルスチレン、4−(1−エトキシエトキシ)スチレン、4−(1−エトキシエトキシ)−α−メチルスチレン、(メタ)アクリル酸フェニル、(メタ)アクリル酸ベンジル、アセナフチレン、5−ヒドロキシアセナフチレン、1−ビニルナフタレン、2−ビニルナフタレン、2−ヒドロキシ−6−ビニルナフタレン、1−ナフチル(メタ)アクリレート、2−ナフチル(メタ)アクリレート、1−ナフチルメチル(メタ)アクリレート、1−アントリル(メタ)アクリレート、2−アントリル(メタ)アクリレート、9−アントリル(メタ)アクリレート、9−アントリルメチル(メタ)アクリレート、1−ビニルピレンが挙げられる。
上記他の構造単位の含有割合としては、通常80モル%以下であり、75モル%以下が好ましく、70モル%以下がより好ましい。
[D]フッ素原子含有重合体の含有量としては、[A]重合体100質量部に対して、0.1質量部〜30質量部が好ましく、0.5質量部〜20質量部がより好ましく、1質量部〜10質量部がさらに好ましい。
<[D]フッ素原子含有重合体の合成方法>
[D]フッ素原子含有重合体は、例えば所定の各構造単位に対応する単量体を、ラジカル重合開始剤を使用し、適当な溶媒中で重合することにより合成できる。なお、[D]フッ素原子含有重合体の合成に使用される重合開始剤、溶媒等としては、上記[A]重合体の合成方法において例示したものと同様のもの等が挙げられる。
上記重合における反応温度としては、通常40℃〜150℃であり、50℃〜120℃が好ましい。反応時間としては、通常1時間〜48時間であり、1時間〜24時間が好ましい。
[D]フッ素原子含有重合体のGPC法によるポリスチレン換算重量平均分子量(Mw)としては、1,000〜50,000が好ましく、1,000〜30,000がより好ましく、1,000〜10,000がさらに好ましい。[D]フッ素原子含有重合体のMwが1,000未満の場合、形成されたフォトレジスト膜表面が十分な前進接触角を得ることができない場合がある。一方、Mwが50,000を超えると、得られる感放射線性樹脂組成物の現像性が低下する傾向にある。
[D]フッ素原子含有重合体のMw/Mn比としては、通常1〜3であり、1〜2.5が好ましい。
<[E]溶媒>
当該感放射線性樹脂組成物は、通常、[E]溶媒を含有する。[E]溶媒は少なくとも[A]重合体、[B]酸発生体、必要に応じて含有される[C]酸拡散制御体、[D]フッ素原子含有重合体、及び後述するその他の任意成分を溶解又は分散することができるものであれば特に限定されない。[E]溶媒としては、例えば、アルコール系溶媒、エーテル系溶媒、ケトン系溶媒、アミド系溶媒、エステル系溶媒及び炭化水素系溶媒等が挙げられる。
アルコール系溶媒としては、例えば、
メタノール、エタノール、n−プロパノール、iso−プロパノール、n−ブタノール、iso−ブタノール、sec−ブタノール、tert−ブタノール、n−ペンタノール、iso−ペンタノール、2−メチルブタノール、sec−ペンタノール、tert−ペンタノール、3−メトキシブタノール、n−ヘキサノール、2−メチルペンタノール、sec−ヘキサノール、2−エチルブタノール、sec−ヘプタノール、3−ヘプタノール、n−オクタノール、2−エチルヘキサノール、sec−オクタノール、n−ノニルアルコール、2,6−ジメチル−4−ヘプタノール、n−デカノール、sec−ウンデシルアルコール、トリメチルノニルアルコール、sec−テトラデシルアルコール、sec−ヘプタデシルアルコール、フルフリルアルコール、フェノール、シクロヘキサノール、メチルシクロヘキサノール、3,3,5−トリメチルシクロヘキサノール、ベンジルアルコール、ジアセトンアルコール等のモノアルコール系溶媒;
エチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−ブチレングリコール、2,4−ペンタンジオール、2−メチル−2,4−ペンタンジオール、2,5−ヘキサンジオール、2,4−ヘプタンジオール、2−エチル−1,3−ヘキサンジオール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、トリプロピレングリコール等の多価アルコール系溶媒;
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、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノヘキシルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテル、エチレングリコールモノ−2−エチルブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、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エチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル等の多価アルコール部分エーテル系溶媒等が挙げられる。
エーテル系溶媒としては、例えば、
ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジブチルエーテル等のジ脂肪族エーテル系溶媒;
アニソール、ジフェニルエーテル等の含芳香環エーテル系溶媒;
テトラヒドロフラン、ジオキサン等の環状エーテル系溶媒等が挙げられる。
ケトン系溶媒としては、例えば、
アセトン、メチルエチルケトン、メチル−n−プロピルケトン、メチル−n−ブチルケトン、ジエチルケトン、メチル−iso−ブチルケトン、メチル−n−アミルケトン、エチル−n−ブチルケトン、メチル−n−ヘキシルケトン、ジ−iso−ブチルケトン、トリメチルノナノン、アセトフェノン等の鎖状ケトン系溶媒;
シクロペンタノン、シクロヘキサノン、シクロヘプタノン、シクロオクタノン、メチルシクロヘキサノン等の環状ケトン系溶媒;
2,4−ペンタンジオン、アセトニルアセトン等のジケトン系溶媒等が挙げられる。
アミド系溶媒としては、例えば、
N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジエチルホルムアミド、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、N−メチルプロピオンアミド等の鎖状アミド系溶媒;
N−メチルピロリドン、N,N’−ジメチルイミダゾリジノン等の環状アミド系溶媒等が挙げられる。
エステル系溶媒としては、例えば、
酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸iso−プロピル、酢酸n−ブチル、酢酸iso−ブチル、酢酸sec−ブチル、酢酸n−ペンチル、酢酸sec−ペンチル、酢酸3−メトキシブチル、酢酸メチルペンチル、酢酸2−エチルブチル、酢酸2−エチルヘキシル、酢酸ベンジル、酢酸シクロヘキシル、酢酸メチルシクロヘキシル、酢酸n−ノニル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、ジ酢酸グリコール、酢酸メトキシトリグリコール、プロピオン酸エチル、プロピオン酸n−ブチル、プロピオン酸iso−アミル、シュウ酸ジエチル、シュウ酸ジ−n−ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸n−ブチル、乳酸n−アミル、マロン酸ジエチル、フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル等のカルボン酸エステル系溶媒;
酢酸エチレングリコールモノメチルエーテル、酢酸エチレングリコールモノエチルエーテル、酢酸ジエチレングリコールモノメチルエーテル、酢酸ジエチレングリコールモノエチルエーテル、酢酸ジエチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、酢酸プロピレングリコールモノメチルエーテル、酢酸プロピレングリコールモノエチルエーテル、酢酸プロピレングリコールモノプロピルエーテル、酢酸プロピレングリコールモノブチルエーテル、酢酸ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、酢酸ジプロピレングリコールモノエチルエーテル等の多価アルコール部分エーテルのカルボン酸エステル系溶媒;
γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等のラクトン系溶媒;
ジエチルカーボネート、プロピレンカーボネート等のカーボネート系溶媒等が挙げられる。
炭化水素系溶媒としては、例えば、
n−ペンタン、iso−ペンタン、n−ヘキサン、iso−ヘキサン、n−ヘプタン、iso−ヘプタン、2,2,4−トリメチルペンタン、n−オクタン、iso−オクタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン等の脂肪族炭化水素系溶媒;
ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、エチルベンゼン、トリメチルベンゼン、メチルエチルベンゼン、n−プロピルベンゼン、iso−プロピルベンゼン、ジエチルベンゼン、iso−ブチルベンゼン、トリエチルベンゼン、ジ−iso−プロピルベンセン、n−アミルナフタレン等の芳香族炭化水素系溶媒等が挙げられる。
これらの中でも、エステル系溶媒、ケトン系溶媒が好ましく、多価アルコール部分エーテルのカルボン酸エステル系溶媒、環状ケトン系溶媒がより好ましく、酢酸プロピレングリコールモノメチルエーテル、シクロヘキサノンがさらに好ましい。[E]溶媒は、1種単独で又は2種以上を混合して用いることができる。
<その他の任意成分>
当該感放射線性樹脂組成物は、上記[A]〜[E]成分以外にも、その他の成分として界面活性剤、脂環式骨格含有化合物、増感剤等を含有できる。なお、当該感放射線性樹脂組成物は、その他の任意成分をそれぞれ1種単独で又は2種以上を含有してもよい。
[界面活性剤]
界面活性剤は、当該感放射線性樹脂組成物の塗布性、ストリエーション、現像性等を改良する効果を奏する。界面活性剤としては、例えばポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンn−オクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンn−ノニルフェニルエーテル、ポリエチレングリコールジラウレート、ポリエチレングリコールジステアレート等のノニオン系界面活性剤、市販品としてKP341(信越化学工業製)、ポリフローNo.75、同No.95(以上、共栄社化学製)、エフトップEF301、同EF303、同EF352(以上、トーケムプロダクツ製)、メガファックF171、同F173(以上、大日本インキ化学工業製)、フロラードFC430、同FC431(以上、住友スリーエム製)、アサヒガードAG710、サーフロンS−382、同SC−101、同SC−102、同SC−103、同SC−104、同SC−105、同SC−106(以上、旭硝子工業製)等が挙げられる。
[脂環式骨格含有化合物]
脂環式骨格含有化合物は、当該感放射線性樹脂組成物のドライエッチング耐性、パターン形状、基板との接着性等を改善する効果を奏する。
脂環式骨格含有化合物としては、例えば
1−アダマンタンカルボン酸、2−アダマンタノン、1−アダマンタンカルボン酸t−ブチル等のアダマンタン誘導体類;
デオキシコール酸t−ブチル、デオキシコール酸t−ブトキシカルボニルメチル、デオキシコール酸2−エトキシエチル等のデオキシコール酸エステル類;
リトコール酸t−ブチル、リトコール酸t−ブトキシカルボニルメチル、リトコール酸2−エトキシエチル等のリトコール酸エステル類;
3−〔2−ヒドロキシ−2,2−ビス(トリフルオロメチル)エチル〕テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカン、2−ヒドロキシ−9−メトキシカルボニル−5−オキソ−4−オキサ−トリシクロ[4.2.1.03,7]ノナン等が挙げられる。
[増感剤]
増感剤は、[B]酸発生体からの酸の生成量を増加する作用を示すものであり、当該感放射線性樹脂組成物の「みかけの感度」を向上させる効果を奏する。
増感剤としては、例えばカルバゾール類、アセトフェノン類、ベンゾフェノン類、ナフタレン類、フェノール類、ビアセチル、エオシン、ローズベンガル、ピレン類、アントラセン類、フェノチアジン類等が挙げられる。
<感放射線性樹脂組成物の調製方法>
当該感放射線性樹脂組成物は、例えば、[E]溶媒中で[A]重合体、[B]酸発生体、必要に応じて[C]酸拡散制御体、[D]フッ素原子含有重合体及びその他の任意成分を所定の割合で混合することにより調製できる。調製された感放射線性樹脂組成物は、例えば、孔径0.20μm程度のフィルター等で濾過して用いることが好ましい。当該感放射線性樹脂組成物の固形分濃度としては、0.1質量%〜50質量%が好ましく、0.5質量%〜30質量%がより好ましく、1質量%〜15質量%がさらに好ましい。
<レジストパターン形成方法>
本発明のレジストパターン形成方法は、
当該感放射線性樹脂組成物を用い、基板上にフォトレジスト膜を形成する工程(以下、「フォトレジスト膜形成工程」ともいう)、
上記フォトレジスト膜を露光する工程(以下、「露光工程」ともいう)、及び
上記露光されたフォトレジスト膜を現像する工程(以下、「現像工程」ともいう)
を有する。以下、各工程について説明する。
[フォトレジスト膜形成工程]
本工程では、当該感放射線性樹脂組成物を用い、基板上にフォトレジスト膜を形成する。基板としては、例えばシリコンウェハ、アルミニウムで被覆されたウェハ等の従来公知の基板を使用できる。また、例えば特公平6−12452号公報や特開昭59−93448号公報等に開示されている有機系又は無機系の反射防止膜を基板上に形成してもよい。
塗布方法としては、例えば回転塗布(スピンコーティング)、流延塗布、ロール塗布等が挙げられる。なお、形成されるレジスト被膜の膜厚としては、通常0.01μm〜1μmであり、0.01μm〜0.5μmが好ましい。
当該感放射線性樹脂組成物を塗布した後、必要に応じてプレベーク(PB)によって塗膜中の溶媒を揮発させてもよい。PB温度としては、当該感放射線性樹脂組成物の配合組成によって適宜選択されるが、通常30℃〜200℃であり、50℃〜150℃が好ましい。PB時間としては、通常5秒〜600秒であり、10秒〜300秒が好ましい。
環境雰囲気中に含まれる塩基性不純物等の影響を防止するために、例えば特開平5−188598号公報等に開示されている保護膜をフォトレジスト膜上に設けることもできる。さらに、フォトレジスト膜からの酸発生剤等の流出を防止するために、例えば特開2005−352384号公報等に開示されている液浸用保護膜をフォトレジスト膜上に設けることもできる。なお、これらの技術は併用できる。
[露光工程]
本工程では、上記フォトレジスト膜形成工程で形成したフォトレジスト膜を露光する。例えば、所望の領域にアイソラインパターンマスクを介して縮小投影露光を行うことにより、アイソトレンチパターンを形成できる。また、露光は所望のパターンとマスクパターンによって2回以上行ってもよい。2回以上露光を行う場合、露光は連続して行うことが好ましい。複数回露光する場合、例えば所望の領域にラインアンドスペースパターンマスクを介して第1の縮小投影露光を行い、続けて第1の露光を行った露光部に対してラインが交差するように第2の縮小投影露光を行う。第1の露光部と第2の露光部とは直交することが好ましい。直交することにより、露光部で囲まれた未露光部において真円状のコンタクトホールパターンが形成しやすくなる。なお、露光の際に用いられる液浸液としては水やフッ素系不活性液体等が挙げられる。液浸液は、露光波長に対して透明であり、かつ膜上に投影される光学像の歪みを最小限に留めるよう屈折率の温度係数ができる限り小さい液体が好ましいが、特に露光光源がArFエキシマレーザー光(波長193nm)である場合、上述の観点に加えて、入手の容易さ、取り扱いのし易さといった点から水を用いるのが好ましい。水を用いる場合、水の表面張力を減少させるとともに、界面活性力を増大させる添加剤を僅かな割合で添加しても良い。この添加剤は、ウェハ上のフォトレジスト膜を溶解させず、かつレンズの下面の光学コートに対する影響が無視できるものが好ましい。使用する水としては蒸留水が好ましい。
露光に使用される電磁波又は荷電粒子線としては、[B]酸発生体の種類に応じて適宜選択されるが、例えば電磁波としては、紫外線、遠紫外線、可視光線、X線、γ線等が挙げられ、荷電粒子線としては、電子線、α線等が挙げられる。これらのうち、ArFエキシマレーザーやKrFエキシマレーザー(波長248nm)に代表される遠紫外線が好ましく、ArFエキシマレーザーがより好ましい。露光量等の露光条件は、当該組成物の配合組成や添加剤の種類等に応じて適宜選択される。本発明のパターン形成方法においては露光工程を複数回有してもよく、複数回の露光は同じ光源を用いても異なる光源を用いても良いが、1回目の露光にはArFエキシマレーザー光を用いることが好ましい。
また、露光後にポストエクスポージャーベーク(PEB)を行なうことが好ましい。PEBを行なうことにより、当該感放射線性樹脂組成物中の酸解離性基の解離反応を円滑に進行できる。PEB温度としては、通常、30℃〜200℃であり、50℃〜170℃が好ましい。PEB時間としては、通常、5秒〜600秒であり、10秒〜300秒が好ましい。
[現像工程]
本工程では、上記露光工程で露光されたフォトレジスト膜を現像液を用いて現像し、レジストパターンを得る。
現像液としては、
アルカリ現像の場合、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、けい酸ナトリウム、メタけい酸ナトリウム、アンモニア水、エチルアミン、n−プロピルアミン、ジエチルアミン、ジ−n−プロピルアミン、トリエチルアミン、メチルジエチルアミン、エチルジメチルアミン、トリエタノールアミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)、ピロール、ピペリジン、コリン、1,8−ジアザビシクロ−[5.4.0]−7−ウンデセン、及び1,5−ジアザビシクロ−[4.3.0]−5−ノネン等のアルカリ性化合物からなる群より選択される少なくとも1種を溶解したアルカリ性水溶液等が挙げられる。上記アルカリ性水溶液の濃度は、10質量%以下であることが好ましい。アルカリ性水溶液の濃度が10質量%を超えると、非露光部も現像液に溶解してしまうおそれがある。上記アルカリ性水溶液には、有機溶媒を添加することもできる。
また、有機溶媒現像の場合、例えば、上述の感放射線性樹脂組成物の[E]溶媒として例示した溶媒の1種又は2種以上等が挙げられる。現像液中の有機溶媒の含有量としては、80質量%以上が好ましく、90質量%以上がより好ましく、95質量%以上がさらに好ましい。
現像液には、必要に応じて界面活性剤を適当量添加することができる。界面活性剤としては例えば、イオン性や非イオン性のフッ素系及び/又はシリコン系界面活性剤等を用いることができる。
現像方法としては、例えば現像液が満たされた槽中に基板を一定時間浸漬する方法(ディップ法)、基板表面に現像液を表面張力によって盛り上げて一定時間静止することで現像する方法(パドル法)、基板表面に現像液を噴霧する方法(スプレー法)、一定速度で回転している基板上に一定速度で現像液塗出ノズルをスキャンしながら現像液を塗出しつづける方法(ダイナミックディスペンス法)等が挙げられる。
上記現像後に、形成されたレジストパターンをリンス液により洗浄することが好ましい。リンス液としては、アルカリ現像の場合は水が好ましく、純水がより好ましい。有機溶媒現像の場合は、アルコール系溶媒、エステル系溶媒が好ましく、炭素数6〜8の1価のアルコール系溶媒がより好ましく、1−ヘキサノール、2−ヘキサノール、2−ヘプタノール、4−メチル−2−ペンタノールがさらに好ましい。
洗浄処理の方法としては、例えば一定速度で回転している基板上にリンス液を塗出しつづける方法(回転塗布法)、リンス液が満たされた槽中に基板を一定時間浸漬する方法(ディップ法)、基板表面にリンス液を噴霧する方法(スプレー法)等が挙げられる。
<重合体>
本発明の重合体は、上記式(1)で表される構造単位(I−1)を有する。
上記式(1)中、Rは、水素原子、メチル基、トリフルオロメチル基又はヒドロキシメチル基である。Yは、単結合又は2価の連結基である。R〜Rは、それぞれ独立して、水素原子又は炭素数1〜10の1価の炭化水素基である。
当該重合体は上記構造単位(I−1)を有するので、上述の感放射線性樹脂組成物の重合体成分として、好適に用いることができる。当該重合体をこのような用途に用いる場合は、当該重合体における構造単位(I−1)の含有割合としては、当該重合体を構成する全構造単位に対して、50モル%以上が好ましく、70モル%以上がより好ましく、90モル%以上がさらに好ましい。
<化合物>
本発明の化合物は、上記式(i)で表される。
上記式(i)中、Rは、水素原子、メチル基、トリフルオロメチル基又はヒドロキシメチル基である。Y’は、2価の連結基である。R〜Rは、それぞれ独立して、水素原子又は炭素数1〜10の1価の炭化水素基である。
当該化合物は上記構造を有しているので、例えば、上述の構造単位(I−1)を与える単量体として好適に用いることができる。
当該重合体及び当該化合物については、上述の[A]重合体の項で説明しているので、ここでは説明を省略する。
以下、実施例に基づき、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。各物性値は、以下に示す方法により測定した。
H−NMR及び13C−NMR]
H−NMR及び13C−NMRは、核磁気共鳴装置(Unity Inova、Varian製、400MHz)又は核磁気共鳴装置(Unity Inova、Varian製、100MHz)を用いて測定した。
<化合物(i)の合成>
[実施例1]
下記スキームに従い、下記化合物(i−1)を合成した。
Figure 0006079771
(化合物(a1)(2,8−ジオキサ−1−イソプロぺニルビシクロ[3.3.0]オクタン−3,7−ジオン)の合成)
窒素雰囲気下、30mL容量の二口ナスフラスコに、1,2,3−プロパントリカルボン酸(東京化成工業製)1.0g(5.6mmol)、メタクリル酸無水物(シグマ−アルドリッチ製)2.6g(17.0mmol)、N,N−ジメチル−4−アミノピリジン(東京化成工業製)0.14g(1.1mmol)及び塩化銅(II)(和光純薬工業製)23mg(0.17mmol)を入れ、140℃で6時間反応を行った。反応後、反応混合物から、75℃、0.04mmHgの減圧下で、未反応のメタクリル酸無水物及び反応により副生したメタクリル酸を留去した。残渣を酢酸エチルに溶解し、ジエチルエーテル200mLに投入して再沈殿させ、沈殿物を濾別した。濾液からジエチルエーテルを留去し、残存物を酢酸エチルに再度溶解してから、炭酸水素ナトリウム水溶液で分液洗浄した。回収した有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥してから濾過した後、溶媒を留去した。次いで、得られた残渣をアセトン50mLに溶解し、活性炭(アルカリ性)0.25gで処理したのち、濾過により活性炭を除去した。この濾液からアセトンを留去し、トルエンから再結晶することにより、化合物(a1)を得た(単離収率50.4%)。
IR(neat):3109,3018,2990,2935,1794,1655,1450,1302,1262,1219,1100,988,954,922,871,780,751,675,620(cm−1
H−NMR(CDCl,400MHz):(δ値)1.88(s,3H,C ),2.60(q,2H,OCOC ),3.02(q,2H,OCOC ),3.26(m,1H,C),5.19(q,1H,C=C ),5.35(s,1H,C=C
13C−NMR(CDCl,100MHz):(δ値)17.5(),35.2(HCHCOO),37.1(CHCOO),113.2(O−−O),115.9(C=),138.8(=CH),172.6(=O)
(化合物(b1)(2,8−ジオキサ−1−(2−(2−ヒドロキシエチル)スルファニルイソプロピル)ビシクロ[3.3.0]オクタン−3.7−ジオン)の合成)
撹拌子の入った50mL容量のアンプルに、上記合成した化合物(a)9.00g(48.9mmol)、2−メルカプトエタノール(東京化成工業製)3.90g(48.9mmol)、AIBN(和光純薬工業製)0.90g(4.80mmol)及びクロロベンゼン(和光純薬工業製、水素化カルシウムで乾燥後、窒素下で蒸留)24mLを入れ、脱気後、封管し、60℃で3時間撹拌して反応を行った。反応終了後、反応溶液をヘキサンに投入して再沈殿した後、遠心分離により沈殿を回収することにより、化合物(b1)を得た(単離収率99%)。
IR(neat):3420,2981,2937,1791,1495,1453,1317,1052,943(cm−1
H−NMR(CDCl,400MHz):(δ値)1.18(d,3H,C CH(−C)CH),2.25(m,1H,CH(−C)CH),2.39−2.65(m,3H,CHCHSC CH及びOC(=O)C CH),2.76(m,2H,CH SCHCH),2.94−3.15(m,3H,CHCHSC CH及びOC(=O)C CH),3.25−3.39(m,1H,CH(−C)CHCOO),3.79(t,2H,CH OH)
(化合物(i−1)の合成)
撹拌子の入った25mL容量の2つ口ナスフラスコに、上記合成した化合物(b)0.79g(3.04mmol)、メタクリル酸クロリド(和光純薬工業製)0.38g(3.65mmol)、トリエチルアミン(東京化成工業製)0.37g(3.65mmol)及びTHF(和光純薬工業製、使用直前にナトリウムベンゾフェノンケチルで乾燥し、窒素下で蒸留)5.3mLを入れ、窒素雰囲気下、室温で3時間撹拌して反応を行った。反応終了後、溶媒を留去し、残渣をシリカゲルカラム(溶離液:酢酸エチル)により精製し、得られた粗精製物をトルエンから再結晶することにより、化合物(i−1)を得た(単離収率37%)。
IR(neat):2971,2937,1787,1703,1632(cm−1
H−NMR(CDCl,400MHz):(δ値)1.19(d,3H,C CH(−C)CH),1.95(m,3H,C C=CH),2.27(m,1H,CH(−C)CH),2.47−2.52(m,1H,CHC SCHCHO),2.57−2.65(q,2H,C CH(−C)C ),2.80(m,2H,CHCHSC CHO),2.97−3.87(m,3H,CHC SCHCH及びC CH(−C)C ),3.32(m,1H,C (−C)CH),4.29(m,2H,SCH O),5.61(s,1H,CHC=C ),6.12(s,1H,CHC=C
[実施例2]
下記スキームに従い、下記化合物(i−2)を合成した。
Figure 0006079771
(化合物(i−2)の合成)
撹拌子の入った25mL容量の2つ口ナスフラスコに、実施例1で合成した化合物(i−1)0.49g(1.50mmol)を入れ、ジクロロメタン(和光純薬工業製)5.0mLを加えて溶解させた。別途、m−クロロ過安息香酸(m−CPBA)(和光純薬工業製)1.48g(3.00mmol)をジクロロメタン7.0mLに溶解した溶液を調製し、上記調製した化合物(i−1)のジクロロメタン溶液に、0℃で滴下した。滴下終了後、室温で3時間反応させた。反応終了後、反応溶液を飽和亜硫酸ナトリウム水溶液、炭酸水素ナトリウム水溶液の順に洗浄することにより、副生成物および未反応物を抽出した。得られた有機相を無水硫酸マグネシウムにより乾燥した後、溶媒を留去することにより化合物(i−2)を得た(単離収率98%)。
IR(neat):2981,2943,1790,1716,1293,1168(cm−1
H−NMR(CDCl,400MHz):(δ値)1.33(d,3H,C CH(−C)CH),1.97(m,3H,CH(−C)CH),2.56−2.63(m,2H,C CH(−C)C ),2.82(m,1H,CHC SCHCHO),3.00−3.15(m,3H,CHC SOCHCH及びC CH(−C)C ),3.33(m,1H,C (−C)CH),3.42(m,2H,CHSO CHO),3.59(m,1H,CHC SOCHCH),4.62(t,2H,SCH O),5.68(s,1H,CHC=C ),6.17(s,1H,CHC=C
[実施例3]
下記スキームに従い、化合物(i−3)を合成した。
Figure 0006079771
(化合物(b2)の合成)
撹拌子の入った100mL容量の2つ口ナスフラスコに、上記合成した化合物(a1)4.55g(25.3mmol)、N−ブロモスクシンイミド(NBS)(和光純薬工業製)5.79g(32.5mmol)及び過酸化ベンゾイル(BPO)(ナカライテスク製)404mg(1.63mmol)を入れ、さらにクロロベンゼン(和光純薬工業製)50mLを加えた。凍結脱気を3回行った後、100℃で1時間加熱撹拌して反応を行った。反応後、溶媒を留去し、得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン/酢酸エチル=1/1(体積比))により精製した。得られた粗精製物をトルエンから再結晶することにより、化合物(b2)を得た(単離収率42%)。
IR(neat):2984,2943,1790,1439,866(cm−1
H−NMR(CDCl,400MHz):(δ値)2.58−2.46(q,2H,C CH(−C)C ),3.11−3.18(q,2H,C CH(−C)C ),3.71(m,1H,CH(−C)CH),4.14(s,2H,BrC C(−C)=CH),5.62(s,1H,BrCHC=C ),5.70(s,1H,BrCHC=C
13C−NMR(CDCl,100MHz):(δ値)29.8(CH H(−C)CH),35.1(CHCOO),39.6(BrC=CH),111.9(CHCOO),122.0(BrCHC=),140.7(BrCH =CH),172.4(=O)
(化合物(i−3)の合成)
撹拌子の入った50mL容量の2つ口ナスフラスコに、上記合成した化合物(b2)2.60g(10.0mmol)、炭酸カリウム(和光純薬工業製)2.07g(15.0mmol)及びヨウ化カリウム(関東化学製)2.49g(15.0mmol)を入れ、さらにN,N−ジメチルホルムアミド(DMF)及びアセトニトリル(どちらも和光純薬工業製、水素化カルシウムで乾燥後、窒素下で蒸留)をそれぞれ10mL加えた。氷浴中で撹拌しながら、メタクリル酸(和光純薬工業製)1.29g(15.0mmol)を徐々に加えた後、室温で18時間撹拌して反応を行った。反応終了後、反応溶液をクロロホルムに溶解させ、亜硫酸ナトリウム水溶液で洗浄した。回収した有機相を無水硫酸マグネシウムで乾燥し、濾過した後、溶媒を留去した。得られた残渣を、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン/酢酸エチル=1/1(体積比))により精製した。得られた粗精製物をトルエンから再結晶しすることにより、化合物(i−3)を得た(単離収率42%)。
IR(neat):2983,2943,1794,1717,1637(cm−1
H−NMR(CDCl,400MHz):(δ値)1.96(s,3H,C C=CH),2.57−2.63(q,2H,C CH(−C)C ),3.00−3.07(q,2H,C CH(−C)C ),3.46(m,1H,CH(−C)CH),4.78(s,2H,COOCH2CHC=CH),5.56(s,1H,CHC=C ),5.65(s,1H,CHC=C ),5.66(s,1H,CHC=C ),6.13(s,1H,CHC=C
[実施例4]
下記スキームに従い、化合物(i−4)を合成した。
Figure 0006079771
(化合物(b3)の合成)
撹拌子の入った500mL容量の2つ口ナスフラスコに、実施例1で中間体として合成した化合物(a1)9.11g(50.0mmol)を入れ、さらにジクロロメタン100mLを加えて溶解させた。別途、m−CPBA14.8g(60.0mmol)をジクロロメタン100mLに溶解させた溶液を調製し、上記調製した化合物(a)のジクロロメタン溶液に0℃で滴下した。滴下終了後、室温で72時間反応を行った。反応終了後、反応溶液を飽和亜硫酸ナトリウム水溶液、炭酸水素ナトリウム水溶液の順で洗浄することにより副生成物及び未反応物を抽出した。得られた有機相を無水硫酸マグネシウムにより乾燥した後、溶媒を留去した。得られた粗精製物をトルエン20mLから再結晶することにより、化合物(b3)を得た(単離収率53%)。
IR(neat):2989,2946,1787,944(cm−1
H−NMR(CDCl,400MHz):(δ値)1.50(s,3H,C C(−C)OCH),2.51−2.59(m,2H,C CH(−C)C COO),2.76(d,1H,CHC(−C)OC ),2.98−3.12(m,3H,C CH(−C)C COO及びCHC(−C)OC ),3.29(m,1H,CH(−C)CHCOO)
13C−NMR(CDCl,400MHz):(δ値)16.3(C(−C)OCH),35.0(CH H(−C)CH),35.6(CH(−C)),51.1(CHC(−C)O),57.0(CH (−C)OCH),112.3(COO(−C)OOC),172.5(=O)
(化合物(i−4)の合成)
撹拌子の入った10mL容量の2つ口ナスフラスコに、上記合成した化合物(b3)300mg(1.51mmol)、触媒としてのテトラブチルアンモニウムブロミド(TBAB)(東京化成工業製)14.6mg(45.4μmol)、メタクリル酸130mg(1.51mmol)及びアセトニトリル1.5mLを入れ、80℃で9時間反応を行った。反応終了後、溶媒を留去し、得られた残渣をクロロホルムに溶解し、炭酸水素ナトリウム水溶液で洗浄することにより触媒及び未反応物を抽出除去した。回収した有機相を無水硫酸マグネシウムにより乾燥した後、溶媒を留去した。得られた粗精製物をクロロホルム/ヘキサン=3/10(体積比)の混合溶媒から再結晶することにより化合物(i−4)を得た(単離収率41%)。
IR(neat):3465,2988,1789,1713,1635(cm−1
H−NMR(CDCl,400 MHz):(δ値)1.38(s,3H,C C(OH)CH),1.96(s,3H,C C=CH),2.52(m,2H,CHC COO),3.07(m,2H,CHC COO),3.58(m,1H,CH(−C)CHCOO),4.37(dd,2H,HOC(CH)C OOC),5.67(s,1H,CHC=C ),6.17(s,1H,CHC=C
13C−NMR(CDCl,400MHz):(δ値)18.3(C(OH)CH),19.7(C=CH),34.4(CH H(−C)),36.0(CHCOO),67.5(HOC(CHOOC),74.6(HO(CH)CHOOC),115.2(COO(−C)OOC),127.1(CHC=),135.7(CH =CH),168.0(HC=C(CH)−=O),173.0(OC(=O)CH
[実施例5]
下記スキームに従い、化合物(i−5)を合成した。
Figure 0006079771
(化合物(c1)の合成)
撹拌子の入った500mL容量の2つ口ナスフラスコに、実施例4で中間体として合成した化合物(b3)5.28g(26.6mmol)、及び水素化触媒としてのパラジウムカーボン(10質量%)(和光純薬工業製)1.42g(1.33mmol)を入れ、さらにメタノール(脱水)(和光純薬工業製)106mLを加えた。反応容器を水素で満たした後、室温で12時間反応を行った。反応終了後、濾過により触媒を除去し、濾液から溶媒を留去した。得られた残渣を酢酸エチル100mLに溶解し、炭酸水素ナトリウム飽和水溶液で洗浄した。回収した有機相を無水硫酸マグネシウムにより乾燥した後、溶媒を留去した。得られた粗精製物を、24mLのトルエン/クロロホルム=5/1(体積比)混合溶媒から再結晶することにより化合物(c1)を得た(単離収率47%)。
IR(neat):3513,2986,2948,1788(cm−1
H−NMR(CDCl,400MHz):(δ値)1.38(s,6H,(C C(OH)C),2.53−2.59(dd,2H,C CH(−C)C COO),3.03−3.10(dd,2H,C CH(−C)C COO),3.49(m,1H,CH(−C)CHCOO)
13C−NMR(CDCl,400MHz):(δ値)23.7((C(OH)C),33.6(CH H(−C)CH),36.5(CH(−C)),73.0((CH (OH)C),116.6((COO) (−C)C),173.7(=O)
(化合物(i−5)の合成)
撹拌子の入った10mL容量の2つ口ナスフラスコに、上記合成した化合物(c1)100mg(0.5mmol)、DMAP105mg(0.75mmol)及び塩化銅(II)10.1mg(0.075mmol)を入れ、クロロベンゼン0.5mLを加え、さらにメタクリル酸無水物231mg(0.75mmol)を加えてから、110℃で1時間撹拌して反応させた。反応終了後、酢酸エチル可溶部を炭酸水素ナトリウム水溶液で洗浄することにより副生成物及び未反応物を除去してから溶媒を留去した。得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(酢酸エチル/クロロホルム=1/1(体積比))で精製することにより、化合物(i−5)を得た(単離収率48%)。
IR(neat):2993,2951,1799,1722,1637(cm−1
H−NMR(CDCl,400MHz):(δ値)1.72(s,6H,(C C(−OCO)C),1.88(s,3H,C C(=CH)COO),2.57−2.63(dd,2H,C CH(−C)C COO),3.03−3.10(dd,2H,C CH(−C)C COO),3.51(m,1H,CH(−C)CHCOO),5.56(s,1H,CHC=C ),5.88(s,1H,CHC=C
13C−NMR(CDCl,400 MHz):(δ値)18.5(C=CH),19.9((C(−OCO)C),33.9(CH H(−C)CH),36.4(CH(−C)),83.1((CH (−OCO)C),115.0(COO(−C)OOC),126.1(CHC=),136.9(CH =CH),165.5(HC=C(CH)−=O),172.4(O(=O)CH
<[A]重合体の合成>
[A]重合体の合成に用いた単量体を以下に示す。
Figure 0006079771
上記化合物(i−1)〜(i−5)は構造単位(I)を、化合物(m−1)及び(m−2)は構造単位(II)を、化合物(m−3)は構造単位(IV)をそれぞれ与える。
[実施例6]
(重合体(A−1)の合成)
撹拌子の入った10mL容量のアンプルに、化合物(i−1)616mg(1.88mmol)、AIBN6.16mg(37.5μmol)及びDMF1.87mLを入れ、脱気後、封管し、80℃で6時間撹拌して重合反応を行った。反応終了後、室温まで冷却し、反応液にDMFを加えて希釈してから、大量のメタノールに投入して再沈殿させた。遠心分離によりメタノール不溶部を回収し、真空乾燥することにより、重合体(A−1)を得た(収率91%)。重合体(A−1)のMnは19,000、Mw/Mn比は3.9であった。また、DSC(示差走査熱量分析)で求めたTは75℃、DTA(示差熱分析)で求めたTd5(5質量%減少温度)は298℃であった。
IR(neat):2936,1788,1721,1237,1142,968,864(cm−1
H−NMR(DMF−d,400MHz):(δ値)0.83−2.25(br,8H,C CH(−C)CH及びC C(COO)C ),2.33−3.05(br,7H,C CH(−C)C 及びCH(−C)C SC CHOCO),3.08−3.20(br,2H,C CH(−C)C ),3.45−3.57(br,1H,CH(−C)CH),4.01−4.25(br,2H,COOC CHS)
[実施例7]
(重合体(A−2)の合成)
撹拌子の入った10mL容量のアンプルに、化合物(i−1)308mg(939μmol)、メチルメタアクリレート(MMA)94mg(939μmol)、AIBN6.16mg(37.5μmol)及びDMF1.87mLを入れ、脱気後、封管し、80℃で6時間撹拌し、重合反応を行った。反応終了後、室温まで冷却し重合反応液にDMFを加えて希釈し、大量のメタノールに投入して再沈殿させた。遠心分離によりメタノール不溶部を回収し、真空乾燥することにより、重合体(A−2)を得た(収率80%)。重合体(A−2)のMnは9,300、Mw/Mn比は2.3であった。H−NMR分析により求めた化合物(i−1)に由来する構造単位及びMMAに由来する構造単位の各含有割合は、それぞれ48モル%及び52モル%であった。また、DSC(示差走査熱量分析)で求めたTは73℃、DTA(示差熱分析)で求めたTd5(5質量%減少温度)は223℃であった。
IR(neat):2936,1788,1721,1237,1142,968,864(cm−1
H−NMR(DMF−d,400 MHz):(δ値)0.78−2.25(br,13H,C CH(−C)CH及びC C(COO)C ),2.37−3.05(br,7H,C CH(−C)C 及びCH(−C)C SC CHOCO),3.06−3.25(br,2H,C CH(−C)C ),3.45−3.75(br,4H,CH(−C)CH及びCOOC ),4.09−4.29(br,2H,COOC CHS)
[実施例8]
(重合体(A−3)の合成)
撹拌子の入った10mL容量のアンプルに、化合物(i−1)372mg(1.13mmol)、化合物(m−1)190mg(1.13mmol)、AIBN7.43mg(45.2μmol)及びDMF2.26mLを入れ、脱気後、封管し、80℃で6時間撹拌して重合反応を行った。反応終了後、室温まで冷却し重合反応液にDMFを加えて希釈し、大量のメタノールに投入して再沈殿させた。遠心分離によりメタノール不溶部を回収し、真空乾燥することにより、重合体(A−3)を得た(収率89%)。重合体(A−3)のMnは12,200、Mw/Mn比は2.5であった。H−NMR分析により求めた化合物(i−1)に由来する構造単位及び化合物(m−1)に由来する構造単位の各含有割合は、それぞれ48モル%及び52モル%であった。また、DSC(示差走査熱量分析)で求めたTは97℃、DTA(示差熱分析)で求めたTd5(5質量%減少温度)は210℃であった。
IR(neat):2947,1790,1715,1463,1239,9943,969,864(cm−1
H−NMR(DMF−d,400MHz):(δ値)0.85−2.60(br,24H,Methylcyclopentyl moieties,C CH(−C)CH及びC C(COO)C ),2.80−3.26(br,9H,C CH(−C)C 及びCH(−C)C SC CHOCO),3.43−3.68(br,1H,CH(−C)CH),4.05−4.32(br,2H,COOC CHS)
[実施例9]
(重合体(A−4)の合成)
撹拌子の入った10mL容量のアンプルに、化合物(i−1)298mg(909μmol)、化合物(m−2)213mg(909μmol)、AIBN5.97mg(36.4μmol)及びDMF1.82mLを入れ、脱気後、封管し、80℃で6時間撹拌して重合反応を行った。反応終了後、室温まで冷却し重合反応液にDMFを加えて希釈し、大量のメタノールに投入して再沈殿させた。遠心分離によりメタノール不溶部を回収し、真空乾燥することにより、重合体(A−4)を得た(収率82%)。重合体(A−4)のMnは11,500、Mw/Mn比は2.5であった。H−NMR分析により求めた化合物(i−1)に由来する構造単位及び化合物(m−2)に由来する構造単位の各含有割合は、それぞれ59モル%及び41モル%であった。また、DSC(示差走査熱量分析)で求めたTは69℃、DTA(示差熱分析)で求めたTd5(5質量%減少温度)は283℃であった。
IR(neat):2910,2860,1790,1715,1456,1238,1313,1089,864(cm−1
H−NMR(DMF−d,400 MHz):(δ値)0.82−2.61(br,27H,Methyldamantyl moieties,C CH(−C)CH及びC C(COO)C ),2.80−3.26(br,9H,C CH(−C)C 及びCH(−C)C SC CHOCO),3.47−3.62(br,1H,CH(−C)CH),4.01−4.32(br,2H,COOC CHS)
[実施例10]
(重合体(A−5)の合成)
撹拌子の入った10mL容量のアンプルに、化合物(i−2)147mg(408μmol)、AIBN1.34mg(8.16μmol)及びDMF0.41mLを入れ、脱気後、封管し、80℃で6時間撹拌した。反応終了後、室温まで冷却し重合反応液にDMFを加えて希釈し、大量のメタノールに投入して再沈殿させた。遠心分離によりメタノール不溶部を回収し、真空乾燥することにより、重合体(A−5)を得た(収率99%)。重合体(A−5)のMnは23,000、Mw/Mn比は5.2であった。また、DSC(示差走査熱量分析)で求めたTは119℃、DTA(示差熱分析)で求めたTd5(5質量%減少温度)は282℃であった。
IR(neat):2943,1790,1727,1294,1142,1022,971,862(cm−1
H−NMR(DMF−d,400MHz):(δ値)0.83−2.45(br,8H,C CH(−C)CH及びC C(COO)C ),2.73−3.05(br,2H,C CH(−C)C ),3.12−3.45(br,3H,C CH(−C)C 及びCHCH(−C)C SO),3.47−3.95(br,4H,CH(−C)CH及びCHCH(−C)C SO CHOCO),4.20−4.75(br,2H,COOC CHS)
[実施例11]
(重合体(A−6)の合成)
撹拌子の入った10mL容量のアンプルに、化合物(i−3)39.4mg(240μmol)、AIBN0.49mg(2.98μmol)及びDMF0.15mLを入れ、脱気後、封管し、80℃で6時間撹拌して重合反応を行った。反応終了後、室温まで冷却し重合反応液にDMFを加えて希釈し、大量のメタノールに投入して再沈殿させた。遠心分離によりメタノール不溶部を回収し、真空乾燥することにより、重合体(A−6)を得た(収率99%)。重合体(A−6)のMnは20,000、Mw/Mn比は1.9であった。また、DSC(示差走査熱量分析)で求めたTは120℃、DTA(示差熱分析)で求めたTd5(5質量%減少温度)は248℃であった。
IR(neat):2943,1794,1727,1423,1148,1202,981,864(cm−1
H−NMR(DMF−d,400MHz):(δ値)0.78−2.39(br,5H,C C(COO)C ),2.85−3.05(br,2H,C CH(−C)C ),3.13−3.33(br,2H,C CH(−C)C ),3.52−3.74(br,1H,CH(−C)CH),4.57−4.81(br,2H,COOC C=C),5.60−5.80(br,2H,COOCHC=C
[実施例12]
(重合体(A−7)の合成)
撹拌子の入った10mL容量のアンプルに、化合物(i−4)177mg(623μmol)、AIBN2.04mg(12.4μmol)及びDMF0.62mLを入れ、脱気後、封管し、80℃で6時間撹拌して重合反応を行った。反応終了後、室温まで冷却した後、重合反応液にDMFを加えて希釈し、大量のメタノールに投入して再沈殿させた。遠心分離によりメタノール不溶部を回収し、真空乾燥することにより、重合体(A−7)を得た(収率81%)。重合体(A−7)のMnは49,000、Mw/Mn比は2.9であった。また、DSC(示差走査熱量分析)で求めたTは133℃、DTA(示差熱分析)で求めたTd5(5質量%減少温度)は285℃であった。
IR(neat):3433,2986,1790,1728,1423,1148,1007,867(cm−1
H−NMR(DMF−d,400MHz):(δ値)0.75−2.39(br,8H,C C(COO)C 及びC C(OH)CH),2.68−3.00(br,2H,C CH(−C)C ),3.00−3.39(br,2H,C CH(−C)C ),3.60−3.84(br,1H,CH(−C)CH),3.85−4.43(br,2H,COOC C(OH)CH),5.80−6.15(br,1H,OH)
[実施例13]
(重合体(A−8)の合成)
撹拌子の入った10mL容量のアンプルに、化合物(i−5)99.6mg(0.37mmol)、AIBN1.22mg(7.43μmol)及びDMF0.37mLを入れ、脱気後、封管し、80℃で6時間撹拌して重合反応を行った。反応終了後、室温まで冷却した後、重合反応液にDMFを加えて希釈し、大量のメタノールに投入して再沈殿させた。遠心分離によりメタノール不溶部を回収し、真空乾燥することにより、重合体(A−8)を得た(収率75%)。重合体(A−8)のMnは28,000、Mw/Mn比は4.1であった。また、DTA(示差熱分析)で求めたTd5(5質量%減少温度)は287℃であった。
IR(neat):2994,1797,1730,1270,1140,1019,1005,861(cm−1
H−NMR(DMSO−d,400MHz):(δ値)0.75−2.20(br,11H,(C C(−OCO)C及びC C(COO)C ),2.80−3.27(br,4H,C CH(−C)C ),3.30−3.63(br,1H,CH(−C)CH
[実施例14]
(重合体(A−9)の合成)
上記化合物(i−5)18.4g(50モル%)及び上記化合物(m−1)11.6g(50モル%)を80gの2−ブタノンに溶解し、AIBN1.13gをさらに溶解して単量体溶液を調製した。引き続き、40gの2−ブタノンを入れた200mLの三口フラスコを30分窒素パージした後、撹拌しながら80℃に加熱し、上記調製した単量体溶液を滴下漏斗にて3時間かけて滴下した。滴下開始を重合反応の開始時間とし、重合反応を6時間実施した。重合反応終了後、重合反応溶液を水冷して30℃以下に冷却した。800gのメタノール中に冷却した重合反応溶液を投入し、析出した白色粉末をろ別した。ろ別した白色粉末を160gのメタノールで2回洗浄した後、ろ別し、50℃で17時間乾燥させて白色粉末状の重合体(A−9)を合成した(収率79%)。重合体(A−9)のMnは3,900であり、Mw/Mnは1.41であった。13C−NMR分析により求めた化合物(i−5)に由来する構造単位及び化合物(m−1)に由来する構造単位の各含有割合は、それぞれ47.8モル%及び52.2モル%であった。また、DSC(示差走査熱量分析)で求めたTは143℃、DTA(示差熱分析)で求めたTd5(5質量%減少温度)は206℃であった。
[合成例1]
(重合体(a−1)の合成)
上記化合物(m−1)11.6g(50モル%)及び上記化合物(m−4)18.4g(50モル%)を、2−ブタノン60gに溶解し、AIBN1.13gをさらに溶解して単量体溶液を調製した。30gの2−ブタノンを投入した300mLの三口フラスコを30分窒素パージした後、反応器を攪拌しながら80℃に加熱し、上記調製した単量体溶液を、滴下漏斗を用いて3時間かけて滴下した。滴下開始を重合開始時間とし、重合反応を6時間実施した。重合反応終了後、重合反応溶液を水冷して30℃以下に冷却した。800gのメタノール中に冷却した重合反応溶液を投入し、析出した白色粉末をろ別した。ろ別した白色粉末を160gのメタノールで2回洗浄した後、ろ別し、50℃で17時間乾燥させて白色粉末状の重合体(a−1)を合成した(収率86%)。重合体(a−1)のMnは3,930であり、Mw/Mnは1.40であった。13C−NMR分析により求めた化合物(m−1)に由来する構造単位及び化合物(m−4)に由来する構造単位の各含有割合は、それぞれ48.2モル%及び51.8モル%であった。また、DSC(示差走査熱量分析)で求めたTは122℃、DTA(示差熱分析)で求めたTd5(5質量%減少温度)は182℃であった。
以上合成した重合体(A−1)〜(A−9)及び(a−1)について、下記表1に、用いた単量体の種類及び使用量(モル%)、重合体を構成する各構造単位の含有割合、Mn、Mw/Mn、T、Td5及び収率の値を示す。表1中の「−」は該当する単量体を用いなかったこと、またTgについては検出されなかったことを示す。
Figure 0006079771
<感放射線性樹脂組成物の調製>
感放射線性樹脂組成物を構成する各成分について以下に示す。
[[B]酸発生剤]
B−1: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(下記式(B−1)で表される化合物)
Figure 0006079771
[[C]酸拡散制御剤]
C−1:N−t−アミロキシカルボニル−4−ヒドロキシピペリジン(下記式(C−1)で表される化合物)
Figure 0006079771
[[E]溶媒]
E−1:酢酸プロピレングリコールモノメチルエーテル
E−2:シクロヘキサノン
[実施例15](感放射線性樹脂組成物(J−1)の調製)
[A]重合体としての(A−9)100質量部、[B]酸発生剤としての(B−1)9.9質量部、[C]酸拡散制御剤としての(C−1)7.9質量部、並びに[E]溶媒としての(E−1)2,590質量部及び(E−2)1,110質量部を混合し、得られた混合液を孔径0.20μmのフィルターで濾過することにより、感放射線性樹脂組成物(J−1)を調製した。
[比較例1]
実施例15において、重合体(A−9)100質量部の代わりに、重合体(a−1)100質量部を配合した以外は、実施例15と同様にして、感放射線性樹脂組成物(CJ−1)を調製した。
下記表2に、各感放射線性樹脂組成物の調製に用いた各成分の種類と配合量を示す。
<評価>
上記調製した感放射線性樹脂組成物について、下記方法に従い、レジストパターンを形成し、このレジストパターンの測定により、感放射線性樹脂組成物のLWR性能及びパターン倒れ耐性の評価を行った。評価結果を下記表2に合わせて示す。
[レジストパターンの形成]
12インチのシリコンウエハ表面に、下層反射防止膜形成用組成物(ARC29A、日産化学製)を用いて、膜厚77nmの下層反射防止膜を形成した。この下層反射防止膜上に、各感放射線性樹脂組成物を塗布し、100℃で60秒間SBを行い、膜厚75nmのフォトレジスト膜を形成した。さらに、形成したフォトレジスト膜上に、液浸上層膜材料(NFC TCX091−7、JSR製)を塗布し、90℃で60秒間SBを行い、膜厚30nmの液浸上層膜を形成した。次に、このフォトレジスト膜を、ArFエキシマレーザー液浸露光装置(NSR S610C、NIKON製)を用い、NA=1.3、ratio=0.800、Annularの条件により、ターゲット寸法が50nmライン100nmピッチ形成用のマスクパターンを介して露光した。露光後、120℃で60秒間PEBを行った。その後、2.38質量%のTMAH水溶液により現像し、水で洗浄及び乾燥し、ポジ型のレジストパターンを形成した。なお、このポジ型のレジストパターンは、マスクを介して形成した線幅50nmの1対1ラインアンドスペースである。レジストパターンの測長には走査型電子顕微鏡(CG−4000、日立ハイテクノロジーズ製)を用いた。上記パターン形成の際、線幅50nmの1対1ラインアンドスペースが形成される露光量(mJ/cm)を最適露光量とした。
[LWR性能]
上記最適露光量で形成したレジストパターンを、上記走査型電子顕微鏡を用いてパターン上部から観察した。ライン幅を任意のポイントで計50点測定し、その測定値の分布から3シグマ値を求め、この値をLWR性能(nm)とした。なお、この値が小さいほどLWR性能が高いことを示す。LWR性能は、4.5nm未満の場合は「良好」と、4.5nm以上の場合は「不良」と評価できる。
[最小倒壊寸法]
上記レジストパターンの形成において、ターゲットサイズが50nm1L/1Sマスクパターンを介して0.5mJ/cmずつ露光量を変化させながら露光した。ラインの倒れが発生した露光量よりも小さい露光量にて形成されたパターンのライン幅を上記走査型電子顕微鏡により測定し、最小倒壊寸法(nm)とした。なお、この値が小さいほどパターン倒れ耐性が高いことを示す。パターン倒れ耐性は、最小倒壊寸法が25nm未満の場合は「良好」と、25nm以上の場合は「不良」と評価できる。
Figure 0006079771
表2の結果から、ビスラクトン構造を含む構造単位を有する重合体を含有する実施例の感放射線性樹脂組成物は、比較例のノルボルナンラクトン構造を含むものに比べて、LWR性能及びパターン倒れ耐性に優れることが分かる。
本発明の感放射線性樹脂組成物及びパターン形成方法によれば、LWRが小さくかつパターン倒れ耐性が高いレジストパターンを形成することができる。また、本発明の重合体は、当該感放射線性樹脂組成物に含有される重合体として好適に用いることができ、本発明の化合物は、当該重合体の原料単量体として好適に用いることができる。従って、これらの感放射線性樹脂組成物、レジストパターン形成方法、重合体及び化合物は、例えば、今後ますます微細化が進行する半導体加工分野におけるパターン形成に好適に用いることができる。

Claims (5)

  1. 2つのラクトン環が2個又は3個の炭素原子を共有し、かつ−O−C−O−を有するビスラクトン構造を含む構造単位を有する重合体、及び
    感放射線性酸発生体
    を含有する感放射線性樹脂組成物。
  2. 上記ビスラクトン構造が、下記式(a)で表される請求項1に記載の感放射線性樹脂組成物。
    Figure 0006079771
    (式(a)中、R〜Rは、それぞれ独立して、水素原子又は炭素数1〜10の1価の炭化水素基である。)
  3. 上記構造単位が、下記式(1)で表される請求項2に記載の感放射線性樹脂組成物。
    Figure 0006079771
    (式(1)中、R〜Rは、上記式(a)と同義である。Rは、水素原子、メチル基、トリフルオロメチル基又はヒドロキシメチル基である。Yは、単結合又は2価の連結基である。)
  4. 下記式(1)で表される構造単位を有する重合体。
    Figure 0006079771
    (式(1)中、Rは、水素原子、メチル基、トリフルオロメチル基又はヒドロキシメチル基である。Yは、単結合又は2価の連結基である。R〜Rは、それぞれ独立して、水素原子又は炭素数1〜10の1価の炭化水素基である。)
  5. 下記式(i)で表される化合物。
    Figure 0006079771
    (式(i)中、Rは、水素原子、メチル基、トリフルオロメチル基又はヒドロキシメチル基である。Y’は、2価の連結基である。R〜Rは、それぞれ独立して、水素原子又は炭素数1〜10の1価の炭化水素基である。)
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