JP6195692B2 - レジスト組成物及びレジストパターンの製造方法並びに新規化合物及び樹脂 - Google Patents

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Description

本発明は、レジスト組成物及びレジストパターンの製造方法並びに新規化合物及び樹脂に関する。
近年、半導体の微細加工技術として、ArFエキシマレーザー(波長:193nm)などの短波長光を露光源とする光リソグラフィ技術が活発に検討されている。このような光リソグラフィ技術に用いられるレジスト組成物としては、例えば、式(A)で表される化合物、式(B)で表される化合物及び式(C)で表される化合物を重合させて得られる重合体と、式(B)で表される化合物及び式(D)で表される化合物を重合させて得られる重合体と、酸発生剤として、p−シクロヘキシルフェニルジフェニルスルホニウム パーフルオロブタンスルホネートと、溶剤とを含むレジスト組成物が知られている(特許文献1)。
国際公開第2007/116664号パンフレット(実施例)
従来から知られる上記レジスト組成物は、レジストパターンの製造時のフォーカスマージン(DOF)が必ずしも満足できず、あるいは、得られたレジストパターンは、そのマスクエラーファクター(MEF)が必ずしも満足できない場合、欠陥の発生数が極めて多い場合があった。
本発明は、以下の〔1〕及び〔2〕の発明を含む。
〔1〕(A)式(a)で表される化合物に由来する構造単位を有する樹脂及び
(B)酸発生剤を含有するレジスト組成物。
[式(a)中、
は、水素原子又はメチル基を表す。
は、置換基を有していてもよい炭素数1〜18の脂肪族炭化水素基を表す。
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)で表される基を表す。
(式(a−g1)中、
sは0又は1を表す。
10及びA12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。
11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。
10及びX11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、A10、A11、A12、X10及びX11の炭素数の合計は6以下である。)]
〔2〕さらに、溶剤(D)を含む〔1〕記載のレジスト組成物
〔3〕(1)上記〔1〕又は〔2〕記載のレジスト組成物を基板上に塗布する工程、
(2)塗布後の組成物から溶剤を乾燥させて組成物層を形成する工程、
(3)組成物層に露光機を用いて露光する工程、
(4)露光後の組成物層を加熱する工程及び
(5)加熱後の組成物層を、現像装置を用いて現像する工程を含むレジストパターンの製造方法。
本願は、以下の〔4〕〜〔19〕の発明をも含む。
〔4〕(B)が式(B1)で表される塩である〔1〕又は〔2〕記載のレジスト組成物。
[式(B1)中、
1及びQ2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、置換基を有していてもよい炭素数1〜17の2価の脂肪族炭化水素基を表し、該脂肪族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に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の脂肪族炭化水素基を表し、該脂肪族炭化水素基にあるメチレン基は、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。]
〔5〕前記式(a)のAが、炭素数1〜6のアルカンジイル基である〔1〕、〔2〕又は〔4〕記載のレジスト組成物。
〔6〕前記式(a)のAが、エチレン基である〔1〕、〔2〕、〔4〕及び〔5〕のいずれか記載のレジスト組成物。
〔7〕前記式(a)のRが、ハロゲン原子を有する脂肪族炭化水素基である〔1〕、〔2〕、〔4〕〜〔6〕のいずれか記載のレジスト組成物。
〔8〕前記式(a)のRが、炭素数1〜3のペルフルオロアルキル基である〔1〕、〔2〕、〔4〕〜〔6〕のいずれか記載のレジスト組成物。
〔9〕前記式(a)のRが、以下の式(a−g2)で表される基である〔1〕、〔2〕、〔4〕〜〔7〕のいずれか記載のレジスト組成物。
(式(a−g2)中、
13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。
12は、カルボニルオキシ基又はオキシカルボニル基を表す。
14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、A13、A14及びX12の炭素数の合計は18以下である。)
〔10〕前記式(a−g2)において、
13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、
14がハロゲン原子を有する脂肪族炭化水素基である〔9〕記載のレジスト組成物。
〔11〕前記式(a−g2)のA14が、ハロゲン原子を有していてもよい脂環式炭化水素基である〔9〕〜〔10〕のいずれか記載のレジスト組成物。
〔12〕前記式(a)のRが、以下のいずれかの基である〔1〕、〔2〕、〔4〕〜〔11〕のいずれか記載のレジスト組成物。
〔13〕前記式(B1)のYが、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である〔1〕、〔2〕、〔4〕〜〔12〕のいずれか記載のレジスト組成物。
〔14〕式(a’)で表される化合物。
[式(a’)中、
は、水素原子又はメチル基を表す。
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)で表される基を表す。
(式(a−g1)中、
sは0又は1を表す。
10及びA12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。
11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。
10及びX11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、A10、A11、A12、X10及びX11の炭素数の合計は6以下である。)
13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。
12は、カルボニルオキシ基又はオキシカルボニル基を表す。
14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、A13及びA14の炭素数の合計は17以下である。]
〔15〕前記式(a’)のA13が、ハロゲン原子を有する脂肪族炭化水素基である〔14〕記載の化合物。
〔16〕前記式(a’)のA14が、ハロゲン原子を有していてもよい脂環式炭化水素基である〔14〕又は〔15〕記載の化合物。
〔17〕前記式(a’)の*−A13−X12−A14で表される部分構造(*はカルボニル基との結合手である。)が、以下のいずれかの構造である〔14〕の化合物。
〔18〕上記〔14〕〜〔17〕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。
本発明のレジスト組成物は、レジストパターン製造時のフォーカスマージン(DOF)で又はマスクエラーファクター(MEF)に優れ、欠陥の発生数が少ないレジストパターンを形成できる。
<レジスト組成物>
本発明のレジスト組成物(以下「本レジスト組成物」という)は、
式(a)で表される化合物に由来する構造単位を有する樹脂(以下「樹脂(A)」という)及び
(B)酸発生剤(以下「酸発生剤(B)」という)を含有する。
このレジスト組成物は、さらに、溶剤(以下「溶剤(D)」という)、塩基性化合物(以下「塩基性化合物(C)」という)を含むことが好ましい。
本レジスト組成物は、樹脂(A)を含有することにより、欠陥の発生量が少なく、優れたマスクエラーファクター(MEF)のレジストパターンを製造できるという効果を発現する。
<樹脂(A)>
樹脂(A)は、式(a)で表される化合物(以下「化合物(a)」という)に由来する構造単位を有する。
[式(a)中、
は、水素原子又はメチル基を表す。
は、置換基を有していてもよい炭素数1〜18の脂肪族炭化水素基を表す。
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)で表される基を表す。
(式(a−g1)中、
sは0又は1を表す。
10及びA12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。
11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。
10及びX11は、それぞれ独立に、酸素原子(本明細書では当該酸素原子を「−O−」で示すことがある。)、カルボニル基(本明細書では当該カルボニル基を「−CO−」で示すことがある。)、カルボニルオキシ基(本明細書では当該カルボニルオキシ基を「−CO−O−」で示すことがある。)又はオキシカルボニル基(本明細書では当該オキシカルボニル基を「−O−CO−」で示すことがある)を表す。
ただし、A10、A11、A12、X10及びX11の炭素数の合計は6以下である。)]
は、炭素数1〜6のアルカンジイル基又は前記式(a−g1)で表される基(以下「基(a−g1)」という)である。
のアルカンジイル基は、直鎖状であっても、分岐していてもよく、例えば、メチレン基、エチレン基、プロパンジイル基、プロパンジイル基、ブタンジイル基、ペンタンジイル基、ペンタンジイル基及びヘキサンジイル基などが挙げられる。
このアルカンジイル基を構成する水素原子は置換基に置き換わっていてもよい。該置換基としては、ヒドロキシ基及び炭素数1〜6のアルコキシ基などが挙げられる。
以下に、基(a−g1)の具体例を示す。以下の具体例において、その左右を式(a)に合わせて記載しており、それぞれ*で示される2つの結合手のうち、左側の結合手は、R1側の酸素原子と結合し、右側の結合手はR側の酸素原子と結合している。
酸素原子を有する基(a−g1)としては、
などが挙げられる(*は結合手を表す)。
カルボニル基を有する基(a−g1)としては、
などが挙げられる(*は結合手を表す)。
カルボニルオキシ基を有する基(a−g1)としては、
などが挙げられる(*は結合手を表す)。
オキシカルボニル基を有する基(a−g1)としては、
などが挙げられる(*は結合手を表す)。
なかでも、Aはアルカンジイル基が好ましく、置換基を有さないアルカンジイル基がより好ましく、炭素数1〜4のアルカンジイル基がさらに好ましく、エチレン基が特に好ましい。
の脂肪族炭化水素基は炭素−炭素不飽和結合を有していてもよいが、脂肪族飽和炭化水素基が好ましい。
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。
アルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基及びオクチル基などが挙げられる。
脂環式炭化水素基は、単環式及び多環式のいずれでもよい。単環式の脂環式炭化水素基としては、例えば、シクロペンチル基、シクロへキシル基、メチルシクロヘキシル基、ジメチルシクロへキシル基、シクロヘプチル基及びシクロオクチル基などのシクロアルキル基が挙げられる。多環式の脂環式炭化水素基としては、デカヒドロナフチル基、アダマンチル基、ノルボルニル基及びメチルノルボルニル基並びに下記に示す基などが挙げられる。
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、Rは置換基を有する脂肪族炭化水素基であることが好ましい。
の置換基としては、ハロゲン原子又は式(a−g3)で表される基(以下「基(a−g3)」という)が好ましい。
(式(a−g3)中、
12'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。
14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。)
ハロゲン原子を有す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がハロゲン原子に置換されたものである。
ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子又はヨウ素原子が挙げられ、好ましくは、フッ素原子である。
のハロゲン原子を有する脂肪族炭化水素基は、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、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好ましい。なかでも、好ましくはペルフルオロアルキル基であり、より好ましくは、炭素数が1〜6のペルフルオロアルキル基であり、さら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。
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挙げられる。
12'は、カルボニルオキシ基又はオキシカルボニル基であることが好ましい。
がフッ素原子を有する脂肪族炭化水素基であり、Aがエチレン基である化合物(a)としては、以下の式(a1)〜式(a22)で表される化合物が挙げられる。
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化合物(a)としては、上述の具体例の中では、式(a3)、式(a4)、式(a7)、式(a8)、式(a11)、式(a12)、式(a15)、式(a16)、式(a19)、式(a20)、式(a21)及び式(a22)のいずれかで表される化合物が該当する。
式(a−g3)で表される基を有する脂肪族炭化水素基としては、基(a−g3)を1個又は複数個有していてもよいが、基(a−g3)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、基(a−g3)を1個有する基がRとして好ましい。
基(a−g3)を有する脂肪族炭化水素基、つまり、基(a−g3)を有するRは、以下の式(a−g2)で表される基(以下「基(a−g2)」という)であることが好ましい。
(式(a−g2)中、
13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。
12は、カルボニルオキシ基又はオキシカルボニル基を表す。
14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、A13、A14及びX12の炭素数の合計は18以下である。)
基(a−g2)(*はカルボニル基との結合手である)のうち、好ましいものとして、以下の構造が挙げられる。
が、式(a−g3)で表される基を1個有する脂肪族炭化水素基である化合物(a)、つまり、Rが式(a−g2)で表される基である化合物(a)は具体的には、以下の式(a’)で表されるもの(以下「化合物(a’)」という)である。
[式(a’)中、
13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。
12は、カルボニルオキシ基又はオキシカルボニル基を表す。
14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、A13及びA14の炭素数の合計は17以下である。
1及びR1は、前記と同義である。]
化合物(a’)は、本レジスト組成物に含有される樹脂(A)の製造用原料として、有用且つ新規の化合物であり、本発明は、化合物(a’)に係る発明を含む。
化合物(a’)において、A13及びA14はともにハロゲン原子を有することもあるが、A13のみが、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、A14のみがハロゲン原子を有する脂肪族炭化水素基であることが好ましい。さらには、A13のみがハロゲン原子を有する脂肪族炭化水素基が好ましく、中でも、A13はフッ素原子を有するアルカンジイル基がより好ましく、ペルフルオロアルカンジイル基がさらに好ましい。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。
がペルフルオロアルカンジイル基であり、Aがエチレン基である化合物(a’)としては、以下の式(a’1)〜式(a’46)で表される化合物が挙げられる。
なかでも、式(a’7)〜式(a’42)で表される化合物が好ましい。
13及びA14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、A13の炭素数は1〜6が好ましく、1〜3がより好ましい。A14の炭素数は4〜15が好ましく、5〜12がより好ましい。さらに好ましいA14は、炭素数6〜12の脂環式炭化水素基であり、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好ましい。
化合物(a)は、例えば、以下の製造方法(1)〜(3)によって製造することができる。
(1)以下の反応式に示したように、式(as−1)で表される化合物と式(as−2)で表される化合物とを、塩基性触媒の存在下で、反応させることにより、化合物(a)が得られる。
塩基性触媒としては、ピリジンなどが挙げられる。この反応は、通常、溶媒の存在下で行われる。溶媒としては、テトラヒドロフランなどが用いられる。
式(as−1)で表される化合物としては、市場から容易に入手できる市販品を用いても、公知の方法で製造して用いることもできる。公知の方法とは例えば、(メタ)アクリル酸又はその誘導体(例えば、(メタ)アクリル酸クロリドなど)と、適当なジオール(HO−A−OH)とを縮合する方法が挙げられる。市販品としては、ヒドロキシエチルメタクリレート、ヒドロキシブチルメタクリレートなどが挙げられる。
式(a−2)で表される化合物としては、Rの種類に応じて、対応するカルボン酸を無水物へと変換して用いればよい。市場から入手できるものとしては、ヘプタフルオロ酪酸無水物などが挙げられる。
(2)以下の反応式に示したように、式(as−3)で表される化合物と式(as−4)で表される化合物とを、溶媒の存在下又は非存在下で反応させることにより、化合物(a)が得られる。
反応の際には適当な脱酸剤(例えば、炭酸ナトリウムなど)を共存させてもよい。溶媒としては、例えば、テトラヒドロフラン、メチルイソブチルケトン、トルエンなどを用いることができる。
式(as−3)で表される化合物は、(メタ)アクリル酸クロリドであり、これは市場から容易に入手できる。式(as−3)で表される化合物の塩素原子を、臭素原子又はヨウ素原子に置き換えたものを、式(as−3)で表される化合物に置き換えて用いてもよい。式(as−3)で表される化合物の塩素原子を、臭素原子又はヨウ素原子に置き換えたものは、例えば、(メタ)アクリル酸と、適当な臭素化剤又はヨウ素化剤と反応させることにより得ることができる。
式(as−4)で表される化合物は、Rの種類に応じたカルボン酸(R−COOH)又はその誘導体(例えば、R−COClなど)と、適当なジオール(HO−A−OH)とを縮合することにより得ることができる。
(3)以下の反応式に示したように、式(as−1)で表される化合物と式(as−5)で表される化合物とを反応させることにより、化合物(a)が得られる。
式(as−1)で表される化合物は、上述したとおりである。
式(as−5)で表されるカルボン酸は、Rの種類に応じて公知の方法により製造することができる。例えば、上述の基(a−g2)で表される基を有する化合物(a’)を製造するには、以下のいずれかの化合物を用いればよい。
式(as−1)で表される化合物と、式(as−5)で表されるカルボン酸との反応は通常、溶媒の存在下で行われる。かかる溶媒としては、テトラヒドロフラン及びトルエンなどが用いられる。なお、かかる反応の際には、公知のエステル化触媒(例えば、酸触媒やカルボジイミド触媒など)を共存させてもよい。
樹脂(A)の全構造単位(100モル%)に対する化合物(a)に由来する構造単位の含有割合(樹脂(A)中の化合物(a)に由来する構造単位の含有割合)は1〜100モル%が好ましく、5〜95モル%がより好ましく、10〜90モル%がさらに好ましい。なお、このような含有割合で、化合物(a)に由来する構造単位を有する樹脂(A)は、樹脂(A)製造時に用いる全モノマーの総モル量に対する化合物(a)の使用モル量を調節することでコントロールできる。化合物(a)は、1種のみ又は2種以上を使用してもよい。
本発明のレジスト組成物において、樹脂は酸発生剤(B)との相乗効果によりレジストパターンを形成できるものであることが好ましい。そのために、樹脂(A)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可溶となる特性を有するものであることが好ましい。化合物(a)に由来する構造単位を有し、かつ、このような特性を有するものを「樹脂(AA)」という。
ここで「酸との作用によりアルカリ水溶液に可溶となる」とは、酸との接触前ではアルカリ水溶液に不溶又は難溶であるが、酸との接触後にはアルカリ水溶液に可溶となることを意味する。
樹脂(AA)は、分子内にある親水性基の一部又は全部が、酸(例えば、酸発生剤から生じる酸)との接触により脱離し得る保護基により保護されているものであり、樹脂(AA)が酸と接触すると保護基が脱離して、親水性基が生成することにより、アルカリ水溶液に可溶な樹脂となる。保護基により保護されている親水性基を、以下「酸不安定基」という。親水性基としては、ヒドロキシ基又はカルボキシ基が挙げられ、カルボキシ基がより好ましい。
本発明のレジスト組成物では、樹脂(A)自体が必ずしも上述した特性を有していなくてもよい。以下、化合物(a)に由来する構造単位を有、かつ、このような特性を有さない樹脂を「樹脂(AB)」という。
樹脂(AA)及び/又は樹脂(AB)を本レジスト組成物に用いることにより、レジストパターン製造時のマスクエラーファクター(MEF)に優れ、かつ欠陥の発生数が少ないレジストパターンを製造することができる。
樹脂(A)は、以下に示すモノマー又は公知のモノマーに由来する構造単位を含有していることが好ましい。
なお、本明細書では、特に断りのない限り、同様の置換基を有するいずれの化学構造式も、炭素数を適宜選択しながら、後述する具体的な各置換基を適用することができる。直鎖状、分岐状又は環状いずれかをとることができるものは、特記ない限りそのいずれをも含み、同一の基において、直鎖状、分岐状及び/又は環状の部分構造が混在していてもよい。立体異性体が存在する場合は、それらの立体異性体の全てを包含する。
本明細書において、化合物の官能基(基)の定義において、「C」に付して記載した数値は、各基の炭素数を示す。
「炭化水素基」とは、脂肪族炭化水素基(鎖式又は環式)及び芳香族炭化水素基をいう。
鎖式の脂肪族炭化水素基(鎖式炭化水素基)のうち1価のものは、典型的にはアルキル基であり、当該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、これらは直鎖でも分岐していてもよい。
この鎖式脂肪族炭化水素基は特に限定しない限り、ここに例示したアルキル基の一部に炭素−炭素二重結合を含むアルケニル基でもよいが、本明細書でいう鎖式脂肪族炭化水素基は、このような炭素−炭素二重結合などを有さない、飽和脂肪族炭化水素であることが好ましい。2価の鎖式炭化水素基は、ここに示した鎖式炭化水素基から水素原子を1個取り去ったアルカンジイル基が挙げられる。
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)のうち1価のものは、例えば、脂環式炭化水素から水素原子1個を取り去った基である。当該脂環式炭化水素基には、炭素−炭素不飽和結合1個程度を含む不飽和脂環式炭化水素基でもよく、このような炭素−炭素不飽和結合を含まない飽和脂環式炭化水素基でもよいが、本明細書でいう脂環式炭化水素基は飽和脂環式炭化水素基であることが好ましい。また、脂環式炭化水素基は単環式のものであっても、多環式のものであってもよい。脂環式炭化水素基としては、以下に例示する脂環式炭化水素から、価数に応じた水素原子を取り去った基が挙げられる。例えば、単環式の脂環式炭化水素基が挙げられ、シクロアルカンが好ましい。例えば、
式(KA−1)で表されるシクロプロパン(C)、
式(KA−2)で表されるシクロブタン(C)、
式(KA−3)で表されるシクロペンタン(C)、
式(KA−4)で表されるシクロヘキサン(C)、
式(KA−5)で表されるシクロヘプタン(C)、
式(KA−6)で表されるシクロオクタン(C8)、及び、
式(KA−7)で表されるシクロドデカン(C12
などが挙げられる。
多環式の脂環式炭化水素としては例えば、
式(KA−8)で示されるビシクロ〔2.2.1〕ヘプタン(以下「ノルボルナン」という場合がある。)(C)、
式(KA−9)で示されるアダマンタン(C10)、
式(KA−10)で示される脂環式炭化水素(C10)、
式(KA−11)で示される脂環式炭化水素(C14)、
式(KA−12)で示される脂環式炭化水素(C17)、
式(KA−13)で示される脂環式炭化水素(C10)、
式(KA−14)で示される脂環式炭化水素(C11)、
式(KA−15)で示される脂環式炭化水素(C15)、
式(KA−16)で示される脂環式炭化水素(C12)、
式(KA−17)で示される脂環式炭化水素(C14)、
式(KA−18)で示される脂環式炭化水素(C15)、及び、
式(KA−19)で示される脂環式炭化水素(C17
などが挙げられる。ここに示した脂環式炭化水素を「式(KA−1)〜式(KA−19)の脂環式炭化水素」という場合がある。
例えば、2価の脂環式炭化水素基は、式(KA−1)〜式(KA−19)の脂環式炭化水素から水素原子を2個取り去った基である。
次に、芳香族炭化水素基について説明する。本明細書において、芳香族炭化水素基は1価の芳香族炭化水素基であり、典型的にはアリール基である。具体的にいえば、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)などを挙げることができる。
脂肪族炭化水素基は置換基を有することがある。該置換基としては、ハロゲン原子、アルコキシ基、アシル基、アリール基、アラルキル基及びアリールオキシ基を挙げることができる。以下に、これらの代表例を挙げる。
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(C7)、オクチルオキシ基(C8)、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、該アルコキシ基は直鎖でも分岐していてもよい。
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)、バレイル基(C)、ヘキシルカルボニル基(C)、ヘプチルカルボニル基(C7)、オクチルカルボニル基(C8)、デシルカルボニル基(C10)及びドデシルカルボニル基(C12)などのアルキル基とカルボニル基とが結合したものに加え、ベンゾイル基(C7)などのようにアリール基とカルボニル基とが結合したものが挙げられる。該アシル基のうち、アルキル基とカルボニル基とが結合したものの該アルキル基は直鎖でも分岐していてもよい。
アリール基としては、上述の芳香族炭化水素基のアリール基として例示したものと同じであり、アリールオキシ基としては、該アリール基と酸素原子とが結合したものが挙げられる。
アラルキル基としては、ベンジル基(C7)、フェネチル基(C8)、フェニルプロピル基(C9)、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。
芳香族炭化水素基も置換基を有することがある。該置換基としては、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が挙げられる。該アルキル基は、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、該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。
さらに、「(メタ)アクリル系モノマー」とは、「CH2=CH−CO−」又は「CH2=C(CH3)−CO−」の構造を有するモノマーの少なくとも1種を意味する。同様に「(メタ)アクリレート」及び「(メタ)アクリル酸」とは、それぞれ「アクリレート及びメタクリレートの少なくとも1種」並びに「アクリル酸及びメタクリル酸の少なくとも1種」を意味する。
<モノマー(a1)>
モノマー(a1)は酸不安定基を有するモノマーである。重合には、モノマー(a1)を1種のみ使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。親水性基がカルボキシ基である場合の酸不安定基は、該カルボキシ基の水素原子が、有機残基に置き換わり、カルボキシ基の−O−と結合する該有機残基の炭素原子が第三級炭素原子である基(すなわち第三アルコールのエステル)が挙げられる。
このような酸不安定基のうち、好ましい酸不安定基は例えば、以下の式(1)で表されるもの(以下「酸不安定基(1)」という)である。
式(1)中、Ra1、Ra2及びRa3(以下「Ra1〜Ra3」のように表記する。)は、それぞれ独立に、炭素数1〜8の脂肪族炭化水素基を表し、Ra1及びRa2が結合して、それらが結合する炭素原子とともに炭素数3〜20の環を形成してもよい。Ra1及びRa2が互いに結合して形成される環、又は該脂肪族炭化水素基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に置き換わっていてもよい。*は結合手を表す。
a1〜Ra3の脂肪族炭化水素基は、アルキル基又は脂環式炭化水素基が好ましい。該アルキル基としては、炭素数が1〜8において、すでに例示したものが挙げられる。
a1〜Ra3の脂環式炭化水素基も、炭素数が8以下の範囲において、すでに例示したものが挙げられる。
a1及びRa2が結合して環を形成する場合の−C(Ra1)(Ra2)(Ra3)で表される基としては、下記に示す基が挙げられる。Ra1及びRa2が互いに結合して形成される環の炭素数は、好ましくは3〜12である。
このような酸不安定基(1)の具体例は、1,1−ジアルキルアルコキシカルボニル基(式(1)中、Ra1〜Ra3が全てアルキル基である基、このアルキル基のうち、1つはtert−ブチル基であると好ましい。)、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が互いに結合し、これらが結合する炭素原子とともに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。
一方、親水性基がヒドロキシ基である場合の酸不安定基としては、該ヒドロキシ基の水素原子が、有機残基に置き換わり、アセタール構造又はケタール構造を含む基となったものが挙げられる。このような酸不安定基のうち、好ましい酸不安定基は例えば、以下の式(2)で表される基(以下「酸不安定基(2)」という)である。
式(2)中、Rb1及びRb2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、Rb3は、炭素数1〜20の炭化水素基を表し、Rb2及びRb3は結合して、それらが各々結合する炭素原子及び酸素原子とともに炭素数3〜20の環を形成してもよい。該炭化水素基がメチレン基を含む場合、そのメチレン基は、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く、Rb2及びRb3が結合して形成される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。*は結合手を表す。
b1〜Rb3の炭化水素基は、脂肪族炭化水素基及び芳香族炭化水素基のいずれでもよく、その具体例も炭素数の上限が20以下である範囲において、すでに例示したものを含むが、酸不安定基(2)としては、Rb1及びRb2のうち、少なくとも1つが水素原子であるものが好ましい。
酸不安定基(2)の具体例としては、以下の基が挙げられる。
酸不安定基を有するモノマー(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、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。
モノマー(a1)は好ましくは、酸不安定基(1)及び/又は酸不安定基(2)と、炭素−炭素二重結合とをともに分子内に有するモノマーであり、より好ましくは酸不安定基(1)を有する(メタ)アクリル系モノマーである。
酸不安定基(1)を有する(メタ)アクリル系モノマーの中でも、炭素数5〜20の脂環式炭化水素構造を含む酸不安定基(1)を有するモノマー(a1)が好ましい。このような立体的に嵩高い脂環式炭化水素構造を有するモノマー(a1)を重合して得られる樹脂(AA)は、該樹脂(AA)を含有する本レジスト組成物を用いてレジストパターンを製造したとき、より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。
脂環式炭化水素構造を含む酸不安定基(1)を有する(メタ)アクリル系モノマーとしては、例えば、式(a1−a)で表されるモノマーが挙げられる(以下「モノマー(a1−a)」という)
式(a1−a)中、
R’は、水素原子又はメチル基を表す。
Lは、酸素原子又は−O−(CH2k1−CO−O−(k1は1〜7の整数を表す。
*はカルボニル基(−CO−)との結合手である。)で表される基を表す。
環Wは、炭素数5〜20の脂環式炭化水素環を表す。
R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−a)において、脂環式炭化水素環としては、好ましくは、炭素数5〜12の単環式及び多環式の脂環式炭化水素環であり、より好ましくは炭素数5〜10の脂環式炭化水素環である。
脂環式炭化水素構造を含む酸不安定基(1)を有する(メタ)アクリル系モノマーの中でも、式(a1−1)で表されるモノマー(以下「モノマー(a1−1)」という)又は式(a1−2)で表されるモノマー(以下「モノマー(a1−2)」という)が好ましい。樹脂(A)製造の際には、これらは単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
式(a1−1)及び式(a1−2)中、
a1及びLa2は、それぞれ独立に、酸素原子又は−O−(CH2k1−CO−O−(k1は1〜7の整数を表す。*はカルボニル基(−CO−)との結合手である。)で表される基を表す。
a4及びRa5は、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基を表す。
a6及びRa7は、それぞれ独立に、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。
n1は0〜10の整数を表す。
n1’は0〜3の整数を表す。
なお、式(a1−1)においてアダマンタン環にある「−(CHm1」の表記は、アダマンタン環に含まれるメチレン基及び/又はメチン基の水素原子が、メチル基に置き換わっており、アダマンタン環に結合しているメチル基の個数がm1個であることを意味する。同様に、式(a1−2)においてシクロアルカン環にある「−(CHn1」の表記は、シクロアルカン環に含まれるメチレン基の水素原子が、メチル基に置き換わっており、シクロアルカン環に結合しているメチル基の個数がn1個であることを意味する。
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−(CH2k1'−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−CH2−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は、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る。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8以下のアルキル基又は炭素数8以下の脂環式炭化水素基であり、より好ましくは炭素数6以下のアルキル基又は炭素数6以下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、より好ましくは1である。
モノマー(a1−1)としては、例えば、以下のものが挙げられる。
これらの中でも、モノマー(a1−1)としては、2−メチルアダマンタン−2−イル(メタ)アクリレート、2−エチルアダマンタン−2−イル(メタ)アクリレート及び2−イソプロピルアダマンタン−2−イル(メタ)アクリレートが好ましく、2−メチルアダマンタン−2−イルメタクリレート、2−エチルアダマンタン−2−イルメタクリレート及び2−イソプロピルアダマンタン−2−イルメタクリレートがより好ましい。
モノマー(a1−2)としては、例えば、以下のものが挙げられる。
これらの中でも、モノマー(a1−2)としては、1−エチルシクロヘキサン−1−イル(メタ)アクリレートが好ましく、1−エチルシクロヘキサン−1−イルメタクリレートがより好ましい。
樹脂(AA)をモノマー(a1−1)及び/又はモノマー(a1−2)を用いて製造する場合、得られる樹脂(AA)の全構造単位を100モル%としたとき、これらモノマーに由来する構造単位の含有割合(これらモノマーに由来する構造単位の含有量)の合計は、10〜95モル%が好ましく、15〜90モル%がより好ましく、20〜85モル%がさらに好ましい。モノマー(a1−1)に由来する構造単位及び/又はモノマー(a1−2)に由来する構造単位の含有割合の合計を、このような範囲にするためには、樹脂(AA)を製造する際に、全モノマーの使用量に対するモノマー(a1−1)及び/又はモノマー(a1−2)の合計使用量を調整すればよい。
さらに、酸不安定基(1)と炭素−炭素二重結合とをともに分子内に有するモノマー(a1)として例えば、以下の式(a1−3)で表されるノルボルネン環を有するモノマー(以下、「モノマー(a1−3)」という)が挙げられる。
式(a1−3)中、
a9は、水素原子、ヒドロキシ基を有していてもよい炭素数1〜3のアルキル基、カルボキシル基、シアノ基又は−COORa13を表す。
a13は、炭素数1〜20の脂肪族炭化水素基を表し、該脂肪族炭化水素基を構成する水素原子は、ヒドロキシ基に置換されていてもよく、該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。
a10、Ra11及びRa12は、それぞれ独立に、炭素数1〜20の脂肪族炭化水素基を表し、Ra10及びRa11は結合して、これらが結合している炭素原子とともに、炭素数3〜20の環を形成してもよい。脂肪族炭化水素基を構成する水素原子は、ヒドロキシ基などに置換されていてもよい。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。
a9のヒドロキシ基を有するアルキル基は例えば、ヒドロキシメチル基及び2−ヒドロキシエチル基などが挙げられる。
a10〜Ra12の脂肪族炭化水素基は、鎖式炭化水素基及び脂環式炭化水素基のいずれでもよい。その具体例も、炭素数20以下の範囲において、すでに例示したものを含む。
a10及びRa11が結合して形成される環は脂肪族炭化水素環が好ましく、具体的には、シクロへキサン環及びアダマンタン環などである。
a13は、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であることが好ましい。
a9の−COORa13は例えば、メトキシカルボニル基(C)及びエトキシカルボニル基(C)など、すでに例示したアルコキシ基にカルボニル基がさらに結合した基が挙げられる。
モノマー(a1−3)としては、例えば、5−ノルボルネン−2−カルボン酸−tert−ブチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸1−シクロヘキシル−1−メチルエチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸1−メチルシクロヘキシル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸2−メチルアダマンタン−2−イル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸2−エチルアダマンタン−2−イル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸1−(4−メチルシクロヘキシル)−1−メチルエチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸1−(4−ヒドロキシシクロヘキシル)−1−メチルエチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸1−メチル−1−(4−オキソシクロヘキシル)エチル及び5−ノルボルネン−2−カルボン酸1−(アダマンタン−1−イル)−1−メチルエチルなどが挙げられる。
モノマー(a1−3)を用いて樹脂(AA)を製造した場合、この樹脂(AA)にはモノマー(a1−3)に由来する、立体的に嵩高い構造単位が含まれることになる。このように立体的に嵩高い構造単位を有する樹脂(AA)を含む本レジスト組成物により、レジストパターンを製造すれば、より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。さらにモノマー(a1−3)を用いることにより、樹脂(AA)の主鎖に剛直なノルボルナン環を導入できるため、樹脂(AA)を含む本レジスト組成物は、ドライエッチング耐性に優れたレジストパターンが得られ易いという傾向がある。
上述のように、良好な解像度のレジストパターンを製造できることや、ドライエッチング耐性に優れたレジストパターンが得られ易いという点では、樹脂(AA)の全構造単位(100モル%)に対する、モノマー(a1−3)に由来する構造単位の含有割合は10〜95モル%が好ましく、15〜90モル%がより好ましく、20〜85モル%がさらに好ましい。
酸不安定基(2)と炭素−炭素二重結合とをともに分子内に有するモノマー(a1)としては、以下の式(a1−4)で表されるモノマー(以下、「モノマー(a1−4)」という)が挙げられる。
式(a1−4)中、
a32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。
a33は、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数2〜4のアシル基、炭素数2〜4のアシルオキシ基、アクリロイル基又はメタクリロイル基を表す。
laは0〜4の整数を表す。laが2以上の場合、複数のRa33は同一でも異なっていてもよい。
a34及びRa35はそれぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜12の炭化水素基を表す。
a2は、単結合又は炭素数1〜17の脂肪族炭化水素基を表し、該脂肪族炭化水素基を構成する水素原子は、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のアシル基又は炭素数2〜4のアシルオキシ基に置換されていてもよい。ここに示す置換基は、炭素数が各々の上限である範囲において、すでに例示したものを含む。Xa2の脂肪族炭化水素基は鎖式炭化水素基が好ましく、脂肪族飽和炭化水素基であると一層好ましい。なお、脂肪族炭化水素基を構成するメチレン基は、酸素原子、硫黄原子、カルボニル基、スルホニル基(−SO−)又は−N(R)−で示される基に置き換わっていてもよい。Rは、水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基を表す。
a3は、炭素数1〜18の炭化水素基であり、さらに好ましくは、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である。Ya3の炭化水素基は、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のアシル基又は炭素数2〜4のアシルオキシ基を有していてもよい。
a32及びRa33のハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基及びアシル基の具体例はすでに例示したものを含む。
a32のハロゲン原子を有するアルキル基としては、該アルキル基を構成する水素原子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の具体例は、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、トリクロロメチル基、トリブロモメチル基及びトリヨードメチル基などが挙げられる。
a34及びRa35の炭化水素基は、鎖式炭化水素基、脂環式炭化水素基及び芳香族炭化水素基のいずれであってもよい。その具体例は、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。これらのうち、鎖式炭化水素基としては、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好ましく、脂環式炭化水素基としては、シクロヘキシル基、アダマンチル基、2−アルキルアダマンタン−2−イル基、1−(アダマンタン−1−イル)アルカン−1−イル基及びイソボルニル基などが好ましい。芳香族炭化水素基は、フェニル基、ナフチル基、アントラニル基、p−メチルフェニル基、p−tert−ブチルフェニル基、p−アダマンチルフェニル基、トリル基、キシリル基、クメニル基、メシチル基、ビフェニル基、アントリル基、フェナントリル基、2,6−ジエチルフェニル基及び2−メチル−6−エチルフェニルなどが好ましい。
a32及びRa33がアルキル基である場合、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。
a33のアルコキシ基としては、メトキシ基及びエトキシ基が好ましく、メトキシ基がより好ましい。
上述したように、Xa2及びYa3は、これらを構成する水素原子が、ハロゲン原子及びヒドロキシ基などの置換基に置換されていてもよいが、その置換基は好ましくはヒドロキシ基である。
ここで、モノマー(a1−4)としては例えば、以下のモノマーが挙げられる。
樹脂(AA)が、モノマー(a1−4)に由来する構造単位を有する場合、その含有割合は、樹脂(AA)の全構造単位(100モル%)に対して、10〜95モル%が好ましく、15〜90モル%がより好ましく、20〜85モル%がさらに好ましい。
さらに、酸不安定基(2)と炭素−炭素二重結合とをともに分子内に有するモノマー[酸不安定基(2)を有する(メタ)アクリル系モノマー]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)が挙げられる。
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及びLは、それぞれ独立に、オキシ基、−S−又は−O−(CH2k1−CO−O−で表される基を表す。ここで、k1は1〜7の整数を表し、*はカルボニル基(−CO−)との結合手を表す。
は、単結合又は炭素数1〜6のアルカンジイル基を表し、該アルカンジイル基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)で表されるモノマーにおいては、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、それぞれ独立に、酸素原子又は硫黄原子であることが好ましく、L及びLは、一方が酸素原子、他方が硫黄原子であることがより好ましい。
は、単結合又は−CH−CO−O−が好ましい。
s1は、1が好ましい。
s1’は、0〜2の整数が好ましい。
モノマー(a1−5)の具体例は、以下のとおりである。
樹脂(AA)が、モノマー(a1−5)に由来する構造単位を有する場合、その含有割合は、樹脂(AA)の全構造単位(100モル%)に対して、10〜95モル%が好ましく、15〜90モル%がより好ましく、20〜85モル%がさらに好ましい。
また、酸不安定基(1)と炭素−炭素二重結合とを分子内に有する構造単位(a1)として、以下のモノマーを用いることができる。
樹脂(AA)が、上述したモノマーに由来する構造単位を有する場合、その含有割合は、樹脂(AA)の全構造単位(100モル%)に対して、10〜95モル%が好ましく、15〜90モル%より好ましく、20〜85モル%がさらに好ましい。
<酸安定モノマー>
樹脂(AA)は、化合物(a)及びモノマー(a1)に加えて、酸不安定基を有さないモノマー(以下「酸安定モノマー」という)を共重合することで得られる共重合体が好ましい。
また、樹脂(AB)としては、酸安定モノマーと化合物(a)とを共重合して得られる樹脂が好ましい。
酸安定モノマーを用いて、樹脂(AA)を製造する場合、モノマー(a1)の使用量を基準にして、酸安定性モノマーの使用量を定めるとよい。モノマー(a1)の使用量と酸安定モノマーの使用量の割合は、〔モノマー(a1)〕/〔酸安定モノマー〕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。
また、アダマンチル基を有するモノマー(特に、モノマー(a1−1))を、モノマー(a1)に用いる場合、モノマー(a1)の使用量の総量(100モル%)に対して、アダマンチル基を有するモノマーの使用量を15モル%以上とすることが好ましい。このようにすると、樹脂(AA)を含有する本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より良好になる傾向がある。なお、このようにしてモノマー(a1)と、酸安定モノマーとの比率を最適化する際には、化合物(a)は酸安定モノマーに加えて、比率を算出すればよい。
酸安定モノマーとしては、ヒドロキシ基又はラクトン環を分子内に有するモノマーが好ましい。ヒドロキシ基を有する酸安定モノマー(以下「酸安定モノマー(a2)」という)及び/又はラクトン環を有する酸安定モノマー(以下「酸安定モノマー(a3)」という)に由来する構造単位を有する樹脂(AA)は、樹脂(AA)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及び/又は塗布膜から得られる組成物層は基板との密着性に優れる傾向があるため、高解像度で、レジストパターンを製造することができる。
<酸安定モノマー(a2)>
酸安定モノマー(a2)は、該モノマーに由来する構造単位を有する樹脂(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、選択することが好ましい。すなわち、本レジスト組成物を、KrFエキシマレーザ(波長:248nm)を光源とする露光、あるいは、電子線又はEUV光などの高エネルギー線を光源とする露光に用いる場合には、酸安定モノマー(a2)は、フェノール性ヒドロキシ基を有する酸安定モノマー(a2−0)〔例えば、ヒドロキシスチレン類など〕が好ましい。一方、ArFエキシマレーザ(波長:193nm)を光源とする露光に用いる場合は、酸安定モノマー(a2)は、式(a2−1)で表される酸安定モノマーが好ましい。このように、酸安定モノマー(a2)は、露光源の種類に応じて好適なモノマー1種のみを用いてもよく、露光源の種類に応じて好適なモノマー2種以上を用いてもよく、或いは、露光源の種類に応じて好適なモノマーと、それ以外の酸安定モノマー(a2)とを組み合わせた2種以上を用いてもよい。
酸安定モノマー(a2)としては、以下の式(a2−0)で表されるモノマー(以下、「酸安定モノマー(a2−0)」という)を挙げることができる。
[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、アクリロイル基又はメタクリロイル基を表す。
maは0〜4の整数を表す。maが2以上の場合、複数のRa31は同一でも異なっていてもよい。]
a30のハロゲン原子及びハロゲン原子を有してもよい炭素数1〜6のアルキル基の具体例は、式(a1−4)のRa32で例示したものと同じである。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、メチル基が特に好ましい。
a31のアルコキシ基の具体例は、式(a1−4)のRa33で例示したものと同じである。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。
a31のアルキル基としては、炭素数1〜4のアルキル基が好ましく、炭素数1又は2のアルキル基がより好ましく、メチル基が特に好ましい。
maは0、1又は2が好ましく、0又は1がより好ましく、0が特に好ましい。
このような酸安定モノマー(a2−0)に由来する構造単位を有する樹脂(A)を製造する場合は、酸安定モノマー(a2−0)にあるフェノール性ヒドロキシ基が保護基で保護されているモノマーを用いることもできる。例えば、酸又は塩基で脱離する保護基で保護されたフェノール性ヒドロキシ基は、酸又は塩基との接触により保護基が脱保護されるため、これを用いて重合した重合体から、容易に酸安定モノマー(a2−0)に由来する構造単位を有する重合体を得ることができる。ただし、樹脂(AA)は、酸不安定基を有するモノマー(a1)に由来する構造単位を有しているため、フェノール性ヒドロキシ基が保護基で保護されてなるモノマーに由来する構造単位を脱保護する際には、この酸不安定基を著しく損なわないよう、塩基との接触により脱保護することが好ましい。塩基との接触により脱保護する保護基としては例えば、アセチル基等が好ましい。塩基としては、例えば、4−ジメチルアミノピリジン、トリエチルアミン等が挙げられる。
酸安定モノマー(a2−0)としては、例えば、以下のモノマーが挙げられる。
酸安定モノマー(a2−0)の例示の中では、4−ヒドロキシスチレン又は4−ヒドロキシ−α−メチルスチレンが特に好ましい。4−ヒドロキシスチレン又は4−ヒドロキシ−α−メチルスチレンを用いて、樹脂(A)を製造する際には、これらにあるフェノール性ヒドロキシ基を保護基で保護したものが好ましい。
樹脂(AA)が、酸安定モノマー(a2−0)に由来する構造単位を有する場合、その含有割合は、樹脂(AA)の全構造単位(100モル%)に対して、5〜95モル%が好ましく、10〜80モル%の範囲がより好ましく、15〜80モル%がさらに好ましい。
樹脂(AB)が、酸安定モノマー(a2−0)に由来する構造単位を有する場合、その含有割合は、樹脂(AB)の全構造単位(100モル%)に対して、5〜95モル%が好ましく、10〜80モル%の範囲がより好ましく、15〜80モル%がさらに好ましい。
酸安定モノマー(a2)として、式(a2−1)で表されるモノマー(以下「酸安定モノマー(a2−1)」という)が挙げられる。
式(a2−1)中、
a3は、酸素原子又は−O−(CH2k2−CO−O−(k2は1〜7の整数を表す。*はカルボニル基(−CO−)との結合手を表す。)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。
式(a2−1)では、La3は、好ましくは、酸素原子又はk2'が1〜4の整数である−O−(CH2k2'−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−CH2−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。
酸安定モノマー(a2−1)としては、例えば、以下のものが挙げられる。これらの中でも、3−ヒドロキシアダマンタン−1−イル(メタ)アクリレート、3,5−ジヒドロキシアダマンタン−1−イル(メタ)アクリレート及び(メタ)アクリル酸1−(3,5−ジヒドロキシアダマンタン−1−イルオキシカルボニル)メチルが好ましく、3−ヒドロキシアダマンタン−1−イル(メタ)アクリレート及び3,5−ジヒドロキシアダマンタン−1−イル(メタ)アクリレートがより好ましく、3−ヒドロキシアダマンタン−1−イルメタクリレート及び3,5−ジヒドロキシアダマンタン−1−イルメタクリレートがさらに好ましい。
樹脂(AA)が、酸安定モノマー(a2−1)に由来する構造単位を有する場合、その含有割合は、樹脂(AA)の全構造単位(100モル%)に対して、3〜45モル%が好ましく、5〜40モル%がより好ましく、5〜35モル%がさらに好ましい。
樹脂(AB)が、酸安定モノマー(a2−1)に由来する構造単位を有する場合、その含有割合は、樹脂(AB)の全構造単位(100モル%)に対して、3〜45モル%が好ましく、5〜40モル%がより好ましく、5〜35モル%がさらに好ましい。
<酸安定モノマー(a3)>
酸安定モノマー(a3)が有するラクトン環は例えば、β−プロピオラクトン環、γ−ブチロラクトン環及び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。
酸安定モノマー(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(AA)製造においては、これらのうち1種のみを使用してもよく、2種以上を併用してもよい。なお、以下の説明においては、式(a3−1)で示される酸安定モノマー(a3)を「酸安定モノマー(a3−1)」といい、式(a3−2)で示される酸安定モノマー(a3)を「酸安定モノマー(a3−2)」といい、式(a3−3)で示される酸安定モノマー(a3)を「酸安定モノマー(a3−3)」という。
式(a3−1)、式(a3−2)及び式(a3−3)中、
a4、La5及びLa6は、それぞれ独立に、酸素原子又は*−O−(CH2k3−CO−O−(k3は1〜7の整数を表す。*はカルボニル基(−CO−)との結合手を表す。)を表す。
a18、Ra19及びRa20は、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基を表す。
a21は、炭素数1〜4のアルキル基を表す。
p1は0〜5の整数を表す。
a22及びRa23は、それぞれ独立に、カルボキシ基、シアノ基又は炭素数1〜4のアルキル基を表す。
q1及びr1は、それぞれ独立に0〜3の整数を表す。p1が2以上の場合、複数のRa21は同一でも異なっていてもよく、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く、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)中のLa4〜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−(CH2k3'−CO−O−で表される基が好ましく、酸素原子又は*−O−CH2−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、それぞれ独立に、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。
酸安定モノマー(a3−1)としては、例えば、以下のものが挙げられる。
γ−ブチロラクトン環とノルボルナン環との縮合環を有する酸安定モノマー(a3−2)としては、例えば以下のものが挙げられる。
γ−ブチロラクトン環とシクロヘキサン環との縮合環を有する酸安定モノマー(a3−3)は例えば、以下のものが挙げられる。
ラクトン環を有する酸安定モノマー(a3)の中でも、(メタ)アクリル酸(5−オキソ−4−オキサトリシクロ[4.2.1.03,7]ノナン−2−イル、(メタ)アクリル酸テトラヒドロ−2−オキソ−3−フリル、(メタ)アクリル酸2−(5−オキソ−4−オキサトリシクロ[4.2.1.03,7]ノナン−2−イルオキシ)−2−オキソエチル等のメタクリレートエステル類がより好ましい。
樹脂(AA)が、モノマー(a3−1)に由来する構造単位、モノマー(a3−2)に由来する構造単位及びモノマー(a3−3)に由来する構造単位からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造単位〔酸安定モノマー(a3)に由来する構造単位〕を有する場合、その含有割合は、樹脂(AA)の全構造単位(100モル%)に対して、それぞれ5〜50モル%が好ましく、10〜40モル%がより好ましく、15〜40モル%がさらに好ましい。
樹脂(AA)が酸安定モノマー(a3)に由来する構造単位を含む場合、その合計含有割合は、樹脂(AA)の全構造単位に対して、5〜60モル%が好ましく、15〜55モル%がより好ましい。
樹脂(AB)が、モノマー(a3−1)に由来する構造単位、モノマー(a3−2)に由来する構造単位及びモノマー(a3−3)に由来する構造単位からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造単位〔酸安定モノマー(a3)に由来する構造単位〕を有する場合、その含有割合は、樹脂(AB)の全構造単位(100モル%)に対して、それぞれ5〜50モル%が好ましく、10〜40モル%がより好ましく、15〜40モル%がさらに好ましい。
樹脂(AB)が酸安定モノマー(a3)に由来する構造単位を含む場合、その合計含有割合は、樹脂(AB)の全構造単位に対して、5〜60モル%が好ましく、15〜55モル%がより好ましい。
<酸安定モノマー(a4)>
酸安定モノマー(a4)は以下の式(3)で表される基を有するモノマーである。
[式(3)中、R10は、炭素数1〜6のフッ化アルキル基を表す。*は結合手を表す。
10のフッ化アルキル基とは、すでに例示したアルキル基に含まれる水素原子の一部又は全部がフッ素原子に置換されたものであり、その具体例は、ジフルオロメチル基、トリフルオロメチル基、1,1−ジフルオロエチル基、2,2−ジフルオロエチル基、2,2,2−トリフルオロエチル基、ペルフルオロエチル基、1,1,2,2−テトラフルオロプロピル基、1,1,2,2,3,3−ヘキサフルオロプロピル基、ペルフルオロエチルメチル基、1−(トリフルオロメチル)−1,2,2,2−テトラフルオロエチル基、ペルフルオロプロピル基、1,1,2,2−テトラフルオロブチル基、1,1,2,2,3,3−ヘキサフルオロブチル基、1,1,2,2,3,3,4,4−オクタフルオロブチル基、ペルフルオロブチル基、1,1−ビス(トリフルオロ)メチル−2,2,2−トリフルオロエチル基、2−(ペルフルオロプロピル)エチル基、1,1,2,2,3,3,4,4−オクタフルオロペンチル基、ペルフルオロペンチル基、1,1,2,2,3,3,4,4,5,5−デカフルオロペンチル基、1,1−ビス(トリフルオロメチル)−2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピル基、ペルフルオロペンチル基、2−(ペルフルオロブチル)エチル基、1,1,2,2,3,3,4,4,5,5−デカフルオロヘキシル基、1,1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6−ドデカフルオロヘキシル基、ペルフルオロペンチルメチル基及びペルフルオロヘキシル基などが挙げられる。
10のフッ化アルキル基は、その炭素数が1〜4のものが好ましく、トリフルオロメチル基、ペルフルオロエチル基及びペルフルオロプロピル基がより好ましく、トリフルオロメチル基が特に好ましい。
酸安定モノマー(a4)としては、例えば、以下で表されるものが挙げられる。
樹脂(AA)が、酸安定モノマー(a4)に由来する構造単位を有する場合、その含有割合は、樹脂(AA)の全構造単位(100モル%)に対して、1〜30モル%が好ましく、3〜25モル%がより好ましく、5〜20モル%がさらに好ましい。
また、樹脂(AB)が、酸安定モノマー(a4)に由来する構造単位に由来する構造単位を有する場合、その含有割合は、樹脂(AB)の全構造単位(100モル%)に対して、5〜90モル%が好ましく、10〜80モル%がより好ましく、20〜70モル%がさらに好ましい。
<酸安定モノマー(a5)>
酸安定モノマー(a5)は以下の式(4)で表される基を有するモノマーである。
[式(4)中、R11は置換基を有してもよい炭素数6〜12の芳香族炭化水素基を表す。
12は、置換基を有してもよい炭素数1〜12の炭化水素基を表し、該炭化水素基は、ヘテロ原子を含んでいてもよい。
は、単結合、−(CHm10−SO−O−*又は−(CHm10−CO−O−*を表し、該〔−(CHm10−〕に含まれるメチレン基は、酸素原子、カルボニル基又はスルホニル基に置き換わっていてもよく、該〔−(CHm10−〕に含まれる水素原子は、フッ素原子に置き換わっていてもよい。
m10は、1〜12の整数を表す。]
11における炭素数6〜12の芳香族炭化水素基は、炭素数の上限が異なる以外は、すでに例示したものが挙げられる。芳香族炭化水素基が置換基を有する場合、その置換基は、炭素数1〜4のアルキル基、ハロゲン原子、フェニル基、ニトロ基、シアノ基、ヒドロキシ基、フェニルオキシ基及びtert−ブチルフェニル基などである。
11のうち、好適なものは以下に示される。なお、*は炭素原子との結合手である。
12における炭素数1〜12の炭化水素基は、鎖式炭化水素基、脂環式炭化水素基及び芳香族炭化水素基のいずれでもよい。
脂肪族炭化水素基としては、典型的にはアルキル基であり、その具体例は炭素数が1〜12の範囲において、すでに例示したものを含む。脂環式炭化水素基の具体例も、炭素数が12以下の範囲で、すでに例示したものを含む。
なお、R12が鎖式炭化水素基又は脂環式炭化水素基である場合、これら鎖式炭化水素基又は脂環式炭化水素基は、ヘテロ原子を含むものであってもよい。ヘテロ原子としては、ハロゲン原子、硫黄原子、酸素原子及び窒素原子などである〔連結基として、スルホニル基、カルボニル基を含む形態でもよい〕。
このようなヘテロ原子を含むR12としては、以下の基が挙げられる。
12が芳香族炭化水素基である場合、その具体例は、R11の場合と同じである。
としては、下記に示す基が挙げられる。
式(4)で表される基を含む酸安定モノマー(a5)としては、例えば、式(a5−1)で表されるモノマー(以下、「酸安定モノマー(a5−1)」という)が挙げられる。
[式(a5−1)中、R13は、水素原子又はメチル基を表す。その他の符号はいずれも、前記と同義である。]
酸安定モノマー(a5−1)としては、例えば、以下で表されるものが挙げられる。
樹脂(AA)が、酸安定モノマー(a5−1)に由来する構造単位を有する場合、その含有割合は、樹脂(AA)の全構造単位(100モル%)に対して、1〜30モル%が好ましく、3〜25モル%がより好ましく、5〜20モル%がさらに好ましい。
また、樹脂(AB)が、酸安定モノマー(a5−1)に由来する構造単位に由来する構造単位を有する場合、その含有割合は、樹脂(AB)の全構造単位(100モル%)に対して、5〜90モル%が好ましく、10〜80モル%がより好ましく、20〜70モル%がさらに好ましい。
<酸安定モノマー(a6)>
酸安定モノマー(a6)は、以下の式(a6−1)で表されるモノマーである。
式(a6−1)中、
環Wは、炭素数3〜36の脂環式炭化水素環を表す。
は、単結合又は炭素数1〜17の脂肪族炭化水素基を表す。該脂肪族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に置き換わっていてもよいが、Aのうち、酸素原子に結合している原子は炭素原子である。
14は、ハロゲン原子を有していてもよい炭素数1〜6のアルキル基、水素原子又はハロゲン原子を表す。
15及びR16は、それぞれ独立に、ハロゲン原子を有していてもよい炭素数1〜6のアルキル基を表す。
環Wは、単環式又は多環式の炭素数3〜36の脂環式炭化水素環であり、その炭素数は5〜18が好ましく、6〜12がより好ましい。より具体的には、式(KA−1)〜式(KA−19)で示した構造の環が挙げられる。すなわち、式(a6−1)において
で示される部分構造は、式(KA−1)〜式(KA−19)で示した脂環式炭化水素に含まれる1個の水素原子がAとの結合手に、脂環式炭化水素の環原子である炭素原子の1つに結合している2つの水素原子がそれぞれ、−O−CO−R15及び−O−CO−R16との結合手に置き換わったものを挙げることができる。
環Wとしては、シクロヘキサン環、アダマンタン環、ノルボルネン環及びノルボルナン環が好ましい。
の脂肪族炭化水素基は、炭素数が17以下の範囲において、すでに例示したアルカンジイル基及び2価の脂環式炭化水素基を挙げることができ、炭素数が17以下の範囲であれば、アルカンジイル基と脂環式炭化水素基とを組み合わせた脂肪族炭化水素基であってもよい。また、Aの脂肪族炭化水素基は置換基を有していてもよい。
ここで、アルカンジイル基と脂環式炭化水素基とを組み合わせた脂肪族炭化水素基としては、以下の式(X−A)、式(X−B)及び式(X−C)で表される基などが挙げられる。
式(X−A)、式(X−B)及び式(X−C)中、
x1及びXx2は、それぞれ独立に、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単結合を表し、Xx1及びXx2がともに単結合であることはなく、式(X−A)、式(X−B)及び式(X−C)で表される基の総炭素数は17以下である。
の脂肪族炭化水素基において、脂肪族炭化水素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としては、例えば、式(a)の基(a−g1)で例示したものが挙げられる。
は、単結合又は*−(CHs1−CO−O−(*は−O−との結合手を表し、s1は1〜6の整数を表す)で表される基が好ましく、単結合又は*−CH−CO−O−がより好ましい。
14は、水素原子又はメチル基が好ましい。
14、R15及びR16のアルキル基の具体例は、炭素数が1〜6の範囲において、すでに例示したものを含む。ここでいうアルキル基を構成する水素原子がハロゲン原子に置換されていてもよい。かかるハロゲン原子としては、フッ素原子が特に好ましい。R15及びR16において、ハロゲン原子を有するアルキル基のうち、好ましくは、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及びペルフルオロブチル基などが挙げられる。中でも、トリフルオロメチル基、ペルフルオロエチル基及びペルフルオロプロピル基がより好ましい。
酸安定モノマー(a6−1)としては、以下で表される酸安定モノマーなどが挙げられる。なお、R14〜R16及びAは、上記と同じ意味を表す。
これらの中でも、
で示される酸安定モノマー(a6−1)が好ましい。
好ましい酸安定モノマー(a6−1)としては、以下の酸安定モノマーなどが挙げられる。
好ましい酸安定モノマー(a6−1)は、例えば、式(a6−1−a)で表される化合物と、式(a6−1−b)で表される化合物とを反応させることにより製造することができる。
[式(a6−1−a)及び式(a6−1−b)中の符号はいずれも、前記と同義である。]
式(a6−1−a)で表される化合物は、例えば、特開2002−226436号公報に記載されている1−メタクリロイルオキシ−4−オキソアダマンタンなどが挙げられる。
式(a6−1−b)で表される化合物としては、例えばペンタフルオロプロピオン酸無水物、ヘプタフルオロ酪酸無水物及びトリフルオロ酢酸無水物などが挙げられる。この反応は、用いる式(a6−1−b)で表される化合物の沸点温度付近で加温することにより、実施することが好ましい。
樹脂(AA)が、酸安定モノマー(a6)に由来する構造単位を有する場合、その含有割合は、樹脂(AA)の全構造単位(100モル%)に対して、1〜30モル%が好ましく、3〜25モル%がより好ましく、5〜20モル%がさらに好ましい。
また、樹脂(AB)が、酸安定モノマー(a6)に由来する構造単位を有する場合、その含有割合は、樹脂(AB)の全構造単位(100モル%)に対して、5〜90モル%が好ましく、10〜80モル%がより好ましく、20〜70モル%がさらに好ましい。
<酸安定モノマー(a7)>
さらに、その他の酸安定モノマー(以下「酸安定モノマー(a7)」という)としては、式(a7−1)で表される無水マレイン酸、式(a7−2)で表される無水イタコン酸、及び、式(a7−3)で表されるノルボルネン環を有する酸安定モノマー(以下、「酸安定モノマー(a7−3)」という)などが挙げられる。
式(a7−3)中、
a25及びRa26は、それぞれ独立に、水素原子、ヒドロキシ基を有していてもよい炭素数1〜3のアルキル基、シアノ基、カルボキシ基又は−COORa27を表すか、或いはRa25及びRa26は互いに結合して−CO−O−CO−を形成する。
a27は、炭素数1〜18の脂肪族炭化水素基を表し、該脂肪族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。但し−COORa27が酸不安定基となるものは除く(例えばRa27は、第三級炭素原子が−O−と結合するものを含まない)。
式(a7−3)のRa25及びRa26において、ヒドロキシ基を有していてもよいアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ヒドロキシメチル基及び2−ヒドロキシエチル基などが好ましい。
a27の脂肪族炭化水素基は、好ましくは炭素数1〜8のアルキル基及び炭素数4〜18の脂環式炭化水素基であり、より好ましくは炭素数1〜6のアルキル基及び炭素数4〜12の脂環式炭化水素基であり、メチル基、エチル基、プロピル基、2−オキソ−オキソラン−3−イル基及び2−オキソ−オキソラン−4−イル基などがさらに好ましい。
ノルボルネン環を有する酸安定モノマー(a7−3)としては、例えば、2−ノルボルネン、2−ヒドロキシ−5−ノルボルネン、5−ノルボルネン−2−カルボン酸、5−ノルボルネン−2−カルボン酸メチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸2−ヒドロキシ−1−エチル、5−ノルボルネン−2−メタノール、5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸無水物などが挙げられる。
樹脂(AA)が、式(a7−1)で表される無水マレイン酸に由来する構造単位、式(a7−2)で表される無水イタコン酸に由来する構造単位及び酸安定モノマー(a7−3)に由来する構造単位からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造単位〔酸安定モノマー(a7)に由来する構造単位〕を有する場合、その合計含有割合は、樹脂(AA)の全構造単位(100モル%)に対して、2〜40モル%が好ましく、3〜30モル%がより好ましく、5〜20モル%がさらに好ましい。
また、樹脂(AB)が、式(a7−1)で表される無水マレイン酸に由来する構造単位、式(a7−2)で表される無水イタコン酸に由来する構造単位及び酸安定モノマー(a7−3)に由来する構造単位からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造単位〔酸安定モノマー(a7)に由来する構造単位〕を有する場合、その合計含有割合は、樹脂(AB)の全構造単位(100モル%)に対して、5〜70モル%が好ましく、10〜60モル%がより好ましく、20〜50モル%がさらに好ましい。
酸安定モノマー(a7)としては、例えば、式(a7−4)で表されるスルトン環を有する酸安定モノマーなどが挙げられる。
式(a7−4)中、
a7は、酸素原子又は−T−(CH2k2−CO−O−を(k2は1〜7の整数を表す。Tは酸素原子又はNHである)表し、*はカルボニル基との結合手を表す。
a28は、水素原子又はメチル基を表す。
10は、置換基を有していてもよいスルトン環基を表す。
スルトン環基に含まれるスルトン環としては、脂環式炭化水素に含まれる隣り合うメチレン基のうち、一方が酸素原子、他方がスルホニル基に置き換わったものであり、下記に示すものなどが挙げられる。スルトン環基の代表例は、下記スルトン環にある水素原子の1つが、結合手に置き換わったものであり、式(a7−4)においてはLa7との結合手が該当する。
置換基を有していてもよいスルトン環基とは、上述の結合手に置き換わった水素原子以外の水素原子がさらに置換基(水素原子以外の1価の基)で置き換わったものである。置換基としては、ヒドロキシ基、シアノ基、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のフッ化アルキル基、炭素数1〜6のヒドロキシアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜7のアルコキシカルボニル基、炭素数1〜7のアシル基及び炭素数1〜8のアシルオキシ基が挙げられる。
酸安定モノマー(a7)としては、例えば、以下で表される酸安定モノマーが挙げられる。
樹脂(AA)が、式(a7−4)で表される酸安定モノマー(a7)に由来する構造単位を有する場合、その含有割合は、樹脂(AA)の全構造単位(100モル%)に対して、2〜40モル%が好ましく、3〜35モル%がより好ましく、5〜30モル%がさらに好ましい。
また、樹脂(AB)が、式(a7−4)で表される酸安定モノマー(a7)に由来する構造単位を有する場合、その含有割合は、樹脂(AB)の全構造単位(100モル%)に対して、5〜90モル%が好ましく、10〜80モル%がより好ましく、20〜70モル%がさらに好ましい。
<酸安定モノマー(a8)>
樹脂(A)製造には、例えば、以下に示すようなフッ素原子を有するモノマー〔以下「酸安定モノマー(a8)」という〕も使用できる。
このようなモノマーの中でも、単環式又は多環式の脂環式炭化水素基を有する(メタ)アクリル酸5−(3,3,3−トリフルオロ−2−ヒドロキシ−2−[トリフルオロメチル]プロピル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル、(メタ)アクリル酸6−(3,3,3−トリフルオロ−2−ヒドロキシ−2−[トリフルオロメチル]プロピル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル、(メタ)アクリル酸4,4−ビス(トリフルオロメチル)−3−オキサトリシクロ[4.2.1.02,5]ノニルが好ましい。
樹脂(AA)が、酸安定モノマー(a8)に由来する構造単位を有する場合、その合計含有割合は、樹脂(AA)の全構造単位(100モル%)に対して、1〜20モル%が好ましく、2〜15モル%がより好ましく、3〜10モル%がさらに好ましい。
また、樹脂(AB)が、酸安定モノマー(a8)に由来する構造単位を有する場合、その合計含有割合は、樹脂(AB)の全構造単位(100モル%)に対して、5〜90モル%が好ましく、10〜80モル%がより好ましく、20〜70モル%がさらに好ましい。
<樹脂の製造方法>
樹脂(AA)は、化合物(a)と、モノマー(a1)と、必要に応じて、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、化合物(a)と、モノマー(a1)と、酸安定モノマー(a2)及び/又は酸安定モノマー(a3)とを共重合させたものである。樹脂(AA)を製造するうえでは、モノマー(a1)として、アダマンチル基を有するモノマー(a1−1)及びシクロアルキル基を有するモノマー(a1−2)のうち、少なくとも1種を用いることが好ましく、アダマンチル基を有するモノマー(モノマー(a1−1))を用いることがさらに好ましい。酸安定モノマーとしては、ヒドロキシアダマンチル基を有する酸安定モノマー(a2−1)及び酸安定モノマー(a3)を用いることが好ましい。酸安定モノマー(a3)としては、γ−ブチロラクトン環を有するモノマー(a3−1)及びγ−ブチロラクトン環とノルボルナン環との縮合環を有するモノマー(a3−2)の少なくとも1種を用いることが好ましい。樹脂(AA)は、このようにモノマーを選択した後、該モノマーを公知の重合法(例えばラジカル重合法)に供することによって製造できる。
樹脂(AA)の全構造単位(100モル%)に対する、モノマー(a1)に由来する構造単位の合計含有割合は、樹脂(AA)の全構造単位(100モル%)に対して、好ましくは10〜95モル%であり、より好ましくは20〜80モル%である。
樹脂(AA)の重量平均分子量は、2,500以上50,000以下であると好ましく、3,000以上30,000以下がより好ましく、3,500以上10,000以下がさらに好ましい。なお、本明細書において、重量平均分子量とは、ゲルパーミ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り、該分析の詳細な分析条件は、本願の実施例で詳述する。
樹脂(AB)は、実質的に化合物(a)に由来する構造単位のみからなる樹脂であってもよく、化合物(a)に由来する構造単位と酸安定モノマーに由来する構造単位と有する樹脂であってもよい。
樹脂(AB)は、酸安定モノマー(a4)、酸安定モノマー(a5)、酸安定モノマー(a6)、酸安定モノマー(a7)及び酸安定モノマー(a8)からなる群より選ばれる少なくとも1種の酸安定モノマーと、化合物(a)とを共重合したものが好ましく、酸安定モノマー(a5)及び酸安定モノマー(a6)からなる群より選ばれる少なくとも1種の酸安定モノマーと、化合物(a)とを共重合したものがさらに好ましい。
樹脂(AB)が、樹脂(AA)に加えてレジスト組成物に含まれる場合、例えば、樹脂(AB)の含有量は、樹脂(AA)の含有量100質量部に対して、0.1〜20質量部が挙げられる。
樹脂(AB)は、上述したモノマーを選択し、公知の重合法(例えばラジカル重合法)に供することにより製造できる。
樹脂(AB)の重量平均分子量は8,000以上80,000以下が好ましく、10,000以上60,000以下がより好ましく、11,000以上50,000以下がさらに好ましい。
<樹脂(X)>
樹脂(AB)を本レジスト組成物に用いる場合、本レジスト組成物には、樹脂(AB)に加えて、樹脂(AA)、あるいは、アルカリ水溶液に不溶又は難溶であり、酸との作用によりアルカリ水溶液に可溶となるという特性を有し、かつ化合物(a)に由来する構造単位を有さない樹脂(X)を含有することが好ましい。
樹脂(X)が、樹脂(AB)とともにレジスト組成物に含まれる場合、例えば、樹脂(AB)の含有量は、樹脂(X)の含有量100質量部に対して、0.1〜20質量部が挙げられる。
樹脂(X)は、樹脂(AA)と併用してもよい。
樹脂(AA)及び樹脂(X)がレジスト組成物に含まれる場合、樹脂(AA):樹脂(X)の質量比は、1:100〜99.9:0.1が挙げられる。
樹脂(X)は、例えば、モノマー(a1)と、酸安定モノマー(a2)及び/又は酸安定モノマー(a3)とを共重合したものが好ましい。樹脂(X)製造に用いるモノマー(a1)は、アダマンチル基を有するモノマー(a1−1)及びシクロアルキル基を有するモノマー(a1−2)の少なくとも1種であると好ましく、アダマンチル基を有するモノマー(a1−1)がさらに好ましい。樹脂(X)製造に用いる酸安定モノマー(a2)は、ヒドロキシアダマンチル基を有するモノマー(a2−1)が好ましく、酸安定モノマー(a3)は、γ−ブチロラクトン環を有するモノマー(a3−1)及びγ−ブチロラクトン環とノルボルナン環との縮合環を有するモノマー(a3−2)の少なくとも1種が好ましい。
樹脂(X)は、モノマーを選択した後、かかるモノマーを公知の重合法(例えばラジカル重合法)に供することにより製造できる。
樹脂(X)を製造する場合、上述した各モノマーに由来する構造単位の含有割合は、上述した範囲と同様であってもよいし、樹脂の特性を考慮して、任意の範囲としてもよい。特に、樹脂(X)においては、モノマー(a1)に由来する構造単位:酸安定モノマー(a2)及び/又は酸安定モノマー(a3)に由来する構造単位のモル比として、10:90〜95:5が挙げられる。
樹脂(X)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、さらに好ましくは3,500以上)、50,000以下(より好ましくは30,000以下、さらに好ましくは10,000以下)である。
<酸発生剤(B)>
酸発生剤(B)は、非イオン系とイオン系とに分類されるが、本レジスト組成物においては、いずれを用いてもよい。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、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することができる。
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(以下「酸発生剤(B1)」という)である。
以下の説明において、この酸発生剤(B1)のうち、正電荷を有するZは「有機カチオン」といい、該有機カチオンを除去してなる負電荷を有するものを「スルホン酸アニオン」という場合がある。
式(B1)中、
1及びQ2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、置換基を有していてもよい炭素数1〜17の2価の脂肪族炭化水素基を表す。該脂肪族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に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の脂肪族炭化水素基を表し、該脂肪族炭化水素基に含まれるメチレン基は、酸素原子、カルボニル基又はスルホニル基に置き換わっていてもよい。
+は、有機カチオンを表す。
1及びQ2の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等が挙げられる。
1及びQ2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Q1及びQ2がともにフッ素原子である。
b1の脂肪族炭化水素基の具体例は、すでに例示したアルカンジイル基及び上述の式(KA−1)〜式(KA−19)の脂環式炭化水素から水素原子を2個取り去った基などである。
b1の脂肪族炭化水素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ものとしては、例えば、以下の式(b1−1)、式(b1−2)、式(b1−3)、式(b1−4)、式(b1−5)及び式(b1−6)〔以下、「式(b1−1)〜式(b1−6)」のように表記する。〕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)のいずれかで表される基であり、さらに好ましくは式(b1−1)で表される基又は式(b1−2)で表される基である。
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、左側の結合手は、C(Q1)(Q2)と結合し、右側の結合手はYと結合している。以下の式(b1−1)〜式(b1−6)の具体例も同様である。*は結合手を表す。
式(b1−1)〜式(b1−6)中、
b2は、単結合又は炭素数1〜15の2価の脂肪族炭化水素基を表し、この脂肪族炭化水素基は脂肪族飽和炭化水素基が好ましい。
b3は、単結合又は炭素数1〜12の2価の脂肪族炭化水素基を表し、この脂肪族炭化水素基は脂肪族飽和炭化水素基が好ましい。
b4は、炭素数1〜13の2価の脂肪族炭化水素基を表し、これらの脂肪族炭化水素基は脂肪族飽和炭化水素基が好ましい。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価の脂肪族炭化水素基を表し、これらの脂肪族炭化水素基は脂肪族飽和炭化水素基が好ましい。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価の脂肪族炭化水素基を表し、この脂肪族炭化水素基は脂肪族飽和炭化水素基が好ましい。
b9及びLb10は、それぞれ独立に、炭素数1〜11の2価の脂肪族炭化水素基を表し、これらの脂肪族炭化水素基は脂肪族飽和炭化水素基が好ましい。但しLb9及びLb10の合計炭素数の上限は12である。
本レジスト組成物に用いる酸発生剤(B1)としては、これらの中でも、式(b1−1)で表される基をLb1として有する酸発生剤(B1)が好ましく、Lb2が単結合又はメチレン基である式(b1−1)で表される基をLb1として有する酸発生剤(B1)がより好ましい。
式(b1−1)で表される基は例えば、以下のものが挙げられる。
式(b1−2)で表される基は例えば、以下のものが挙げられる。
式(b1−3)で表される基は例えば、以下のものが挙げられる。
式(b1−4)で表される基は例えば、以下のものが挙げられる。
式(b1−5)で表される基は例えば、以下のものが挙げられる。
式(b1−6)で表される基は例えば、以下のものが挙げられる。
b1の脂肪族炭化水素基が有する置換基としては、例えば、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、カルボキシ基、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のアシル基及びグリシジルオキシ基などが挙げられる。
Yはアルキル基及び脂環式炭化水素基が好ましく、炭素数1〜6のアルキル基及び炭素数3〜12の脂環式炭化水素基がより好ましい。
Yの脂肪族炭化水素基が有する置換基としては、例えば、ハロゲン原子(但し、フッ素原子を除く)、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−(CH2j2−O−CO−Rb1で表される基(式中、Rb1は、炭素数1〜16の炭化水素基を表す。j2は、0〜4の整数を表す。)などが挙げられる。これら芳香族炭化水素基及びアラルキル基は、例えば、アルキル基、ハロゲン原子又はヒドロキシ基をさらに有していてもよい。
Yの脂肪族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に置き換わった基としては、例えば、環状エーテル構造(脂環式炭化水素基を構成するメチレン基の1つ又は2つが酸素原子に置き換わった基)、環状ケトン基(脂環式炭化水素基を構成するメチレン基の1つ又は2つがカルボニル基に置き換わった基)、スルトン環基(すでに式(a7−4)で説明したとおり、脂環式炭化水素基を構成するメチレン基のうち隣り合う2つのメチレン基が、それぞれ、酸素原子及びスルホニル基に置き換わった基)及びラクトン環基(脂環式炭化水素基を構成するメチレン基のうち隣り合う2つのメチレン基が、それぞれ、酸素原子及びカルボニル基に置き換わった基)などが挙げられる。
Yの脂環式炭化水素基の中でも、以下に示す式(Y1)、式(Y2)、式(Y3)、式(Y4)及び式(Y5)のいずれかで表される基が好ましく、これらのうち、式(Y1)、式(Y2)、式(Y3)及び式(Y5)のいずれかで表されるものがより好ましく、式(Y1)及び式(Y2)のいずれかで表されるものがさらに好ましい。これらの脂環式炭化水素基を構成する水素原子が置換基に置き換わっていてもよい。その置換基はヒドロキシ基が好ましい。置換基を有する脂環式炭化水素基としては、ヒドロキシアダマンチル基が好ましい。
環を構成する原子の炭素原子にアルキル基が結合してなる脂環式炭化水素基としては、例えば以下のものが挙げられる。
ヒドロキシ基を有する脂環式炭化水素基としては、例えば以下のものが挙げられる。
芳香族炭化水素基を有する脂環式炭化水素基としては、例えば以下のものが挙げられる。
−(CH2j2−O−CO−Rb1で表される基を有する脂環式炭化水素基としては、例えば以下のものが挙げられる。
スルホン酸アニオンとしては、Lb1が式(b1−1)で表される基である、以下の式(b1−1−1)〜式(b1−1−9)〕で表されるスルホン酸アニオンが好ましい。Rb2及びRb3は、それぞれ独立に、Yの脂肪族炭化水素基が有していてもよい置換基として挙げたものと同じであり、炭素数1〜4の脂肪族炭化水素基及びヒドロキシ基が好ましく、メチル基及びヒドロキシ基がより好ましい。
Yが無置換の鎖式炭化水素基又は無置換の脂環式炭化水素基であり、Lb1が式(b1−1)で表される基であるスルホン酸アニオンとしては例えば、以下のものが挙げられる。
Yが無置換の脂環式炭化水素基又は置換基として脂肪族炭化水素基を有する脂環式炭化水素基であり、Lb1が式(b1−1)で表される基であるスルホン酸アニオンとしては例えば、以下のものが挙げられる。
Yが−(CH2j2−O−CO−Rb1で表される基を有する脂環式炭化水素基であり、Lb1が式(b1−1)で表される基であるスルホン酸アニオンとしては例えば、以下のものが挙げられる。
Yが、ヒドロキシ基を有する脂環式炭化水素基であり、Lb1が式(b1−1)で表される基であるスルホン酸アニオンとしては例えば、以下のものが挙げられる。
Yが、芳香族炭化水素基又はアラルキル基を有する脂環式炭化水素基であり、Lb1が式(b1−1)で表される基であるスルホン酸アニオンとしては例えば、以下のものが挙げられる。
Yが、前記環状エーテル構造を有し、Lb1が式(b1−1)で表される基であるスルホン酸アニオンとしては例えば、以下のものが挙げられる。
Yが、前記ラクトン環基であり、Lb1が式(b1−1)で表される基であるスルホン酸アニオンとしては例えば、以下のものが挙げられる。
Yが、前記環状ケトン基であり、Lb1が式(b1−1)で表される基であるスルホン酸アニオンとしては例えば、以下のものが挙げられる。
Yが、前記スルトン環基であり、Lb1が式(b1−1)で表される基であるスルホン酸アニオンとしては例えば、以下のものが挙げられる。
Yが、鎖式炭化水素基又は脂環式炭化水素基であり、Lb1が式(b1−2)で表される基であるスルホン酸アニオンとしては例えば、以下のものが挙げられる。
Yが、−(CH2j2−O−CO−Rb1で表される基を有する脂環式炭化水素基であり、Lb1が式(b1−2)で表される基であるスルホン酸アニオンとしては例えば、以下のものが挙げられる。
Yが、ヒドロキシ基を有する脂環式炭化水素基であり、Lb1が式(b1−2)で表される基であるスルホン酸アニオンとしては例えば、以下のものが挙げられる。
Yが、芳香族炭化水素基を有する脂環式炭化水素基であり、Lb1が式(b1−2)で表される基であるスルホン酸アニオンとしては例えば、以下のものが挙げられる。
Yが、前記環状エーテル基であり、Lb1が式(b1−2)で表される基であるスルホン酸アニオンとしては例えば、以下のものが挙げられる。
Yが、前記ラクトン環基であり、Lb1が式(b1−2)で表される基であるスルホン酸アニオンとしては例えば、以下のものが挙げられる。
Yが、前記環状ケトン基であり、Lb1が式(b1−2)で表される基であるスルホン酸アニオンとしては例えば、以下のものが挙げられる。
Yが、前記スルトン環基であり、Lb1が式(b1−2)で表される基であるスルホン酸アニオンとしては例えば、以下のものが挙げられる。

Yが、鎖式炭化水素基であり、Lb1が式(b1−3)で表される2価の基であるスルホン酸アニオンとしては例えば、以下のものが挙げられる。
Yが、アルコキシ基を有する脂環式炭化水素基であり、Lb1が式(b1−3)で表される基であるスルホン酸アニオンとしては例えば、以下のものが挙げられる。
Yが、ヒドロキシ基を有する脂環式炭化水素基であり、Lb1が式(b1−3)で表される2価の基であるスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Yが、前記環状ケトン基であり、Lb1が式(b1−3)で表される基であるスルホン酸アニオンとしては例えば、以下のものが挙げられる。
Yが脂環式炭化水素基であり、Lb1が式(b1−4)で表される基であるスルホン酸アニオンとしては例えば、以下のものが挙げられる。
Yが、アルコキシ基を有する脂環式炭化水素基であり、Lb1が式(b1−4)で表される基であるスルホン酸アニオンとしては例えば、以下のものが挙げられる。
Yが、ヒドロキシ基を有する脂環式炭化水素基であり、Lb1が式(b1−4)で表される基であるスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Yが前記環状ケトン基であり、Lb1が式(b1−4)で表される2価の基であるスルホン酸アニオンとしては例えば、以下のものが挙げられる。
以上例示したスルホン酸アニオンの中でも、Lb1が式(b1−1)で表される基であるものが好ましい。より好ましいスルホン酸アニオンを以下に示す。
さらに好ましくは、Yが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であるスルホン酸アニオンである。
酸発生剤(B1)中の有機カチオン(Z+)は例えば、オニウムカチオン、スルホニウムカチオン、ヨードニウムカチオン、アンモニウムカチオン、ベンゾチアゾリウムカチオン及びホスホニウムカチオンなどが挙げられる。これらの中でも、スルホニウムカチオン及びヨードニウムカチオンが好ましく、スルホニウムカチオン及びヨードニウムカチオンが好ましく、さらに好ましくは、以下の式(b2−1)〜式(b2−4)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(b2−1)」、「カチオン(b2−2)」、「カチオン(b2−3)」及び「カチオン(b2−4)」という〕である。
式(b2−1)〜式(b2−4)において、
b4、Rb5及びRb6は、それぞれ独立に、炭素数1〜30の炭化水素基を表し、この炭化水素基のうちでは、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及び炭素数6〜18の芳香族炭化水素基が好ましい。該アルキル基は、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を有していてもよく、該脂環式炭化水素基は、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を有していてもよく、該芳香族炭化水素基は、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の飽和環状炭化水素基又は炭素数1〜12のアルコキシ基を有していてもよい。
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。
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。
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、Rb10及びRb11は、それぞれ独立に、脂肪族炭化水素基であり、該脂肪族炭化水素基がアルキル基である場合、その炭素数は1〜12が好ましく、該脂肪族炭化水素基が脂環式炭化水素基である場合、その炭素数は3〜18がと好ましく、4〜12がより好ましい。
b12は、炭素数1〜18の炭化水素基を表す。該炭化水素基のうち、芳香族炭化水素基は、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を有していてもよい。
b13、Rb14、Rb15、Rb16、Rb17及び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、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Rb13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Rb14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Rb15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Rb18は同一でも異なっていてもよい。
b12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。
b9〜Rb12の鎖式脂肪族炭化水素基のうち好ましい基はアルキル基であり、その具体例は、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−エチルヘキシル基などである。
b9〜Rb11の脂環式炭化水素基のうち好ましい基は例えば、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、2−アルキルアダマンタン−2−イル基、1−(アダマンタン−1−イル)アルカン−1−イル基及びイソボルニル基などである。
b12の芳香族炭化水素基のうち好ましい基は例えば、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。
b12の芳香族炭化水素基と鎖式脂肪族炭化水素基が結合したものとしては、アラルキル基が挙げられる。
b9とRb10とは、互いに結合してイオウ原子を含む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、該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。
b9とRb10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。
b11とRb12とは、互いに結合して−CH−CO−を含む3員環〜12員環(好ましくは4員環〜7員環)を形成していてもよく、該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。
b11とRb12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。
有機カチオンの中でも、カチオン(b2−1)が好ましく、以下の式(b2−1−1)で表される有機カチオン〔以下、「カチオン(b2−1−1)」という。〕がより好ましく、トリフェニルスルホニウムカチオン(式(b2−1−1)中、v2=w2=x2=0である)及びトリトリルスルホニウムカチオン(式(b2−1−1)中、v2=w2=x2=1であり、Rb19、Rb20及びRb21がいずれもメチル基である)がさらに好ましい。
式(b2−1−1)中、
b19、Rb20及び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。
b19、Rb20及びRb21を表す脂肪族炭化水素基としては、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。
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Rb19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Rb20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Rb21は同一でも異なっていてもよい。
なかでも、Rb19、Rb20及び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い。
カチオン(b2−1−1)の具体例としては、以下のものが挙げられる。
このような有機カチオンを有する酸発生剤(B1)を含む本レジスト組成物は、レジストパターン製造時のフォーカスマージンが広い傾向があるため好ましい。
カチオン(b2−2)としては、以下のものが挙げられる。
カチオン(b2−3)としては、以下のものが挙げられる。
カチオン(b2−4)としては、以下のものが挙げられる。
酸発生剤(B1)は上述のスルホン酸アニオン及び上述の有機カチオンの組合せである。該スルホン酸アニオンと該有機カチオンとは任意に組み合わせることができるが、
式(b1−1−1)〜式(b1−1−9)のいずれかで表されるスルホン酸アニオンとカチオン(b2−1−1)との組合せである酸発生剤(B1)、並びに式(b1−1−3)〜式(b1−1−5)のいずれかで表されるスルホン酸アニオンとカチオン(b2−3)との組合せである酸発生剤(B1)が好ましい。
さらに好ましい酸発生剤(B1)を具体的に示す。このような酸発生剤(B1)は、以下の式(B1−1)〜式(B1−17)のいずれかで表されるものである。中でもトリフェニルスルホニウムカチオンを含む酸発生剤(B1)である、式(B1−1)、式(B1−2)、式(B1−6)、式(B1−11)、式(B1−12)、式(B1−13)及び式(B1−14)並びにトリトチルスルホニウムカチオンを含む酸発生剤(B1)である式(B1−3)のいずれかで表される塩がより好ましい。また、すでに述べたように、Yが置換基を有していてもよい脂環式炭化水素基が好ましいので、この点では、式(B1−1)、式(B1−2)、式(B1−11)及び式(B1−12)並びに式(B1−3)のいずれかで表される塩がより好ましい。
<塩基性化合物(以下、「塩基性化合物(C)」という)>
本レジスト組成物は、さらに塩基性化合物(C)を含むことが好ましい。ここでいう「塩基性化合物」とは、酸を捕捉するという特性を有する化合物、特に、酸発生剤から発生する酸を捕捉するという特性を有する化合物を意味し、当該技術分野ではクエンチャーといわれている。
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ヒドロキシドを挙げることができる。アミンは、脂肪族アミンでも、芳香族アミンでもよい。脂肪族アミンは、第一級アミン、第二級アミン及び第三級アミンのいずれも使用できる。芳香族アミンは、アニリンのような芳香環にアミノ基が結合したものや、ピリジンのような複素芳香族アミンのいずれでもよい。好ましい塩基性化合物(C)として、以下の式(C2)で表される芳香族アミン、特に、以下の式(C2−1)で表されるアニリン類が挙げられる。
式(C2)及び式(C2−1)中、Arc1は、芳香族炭化水素基を表す。
c5及びRc6は、それぞれ独立に、水素原子、脂肪族炭化水素基(好ましくは、炭素数1〜6程度の鎖式炭化水素基及び炭素数5〜10程度の脂環式炭化水素基である)又は芳香族炭化水素基(好ましくは、炭素数6〜10程度の芳香族炭化水素基である)を表す。
但し、該脂肪族炭化水素基、該脂環式炭化水素基及び該芳香族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、該アミノ基はさらに、炭素数1〜4のアルキル基を有していてもよい。
c7は、鎖式炭化水素基(好ましくは、炭素数1〜6程度のアルキル基である)、炭素数1〜6程度のアルコキシ基、脂環式炭化水素基(好ましくは、炭素数5〜10程度の脂環式炭化水素基であり、さらに好ましくは、炭素数5〜10程度のシクロアルキル基である)又は芳香族炭化水素基(好ましくは、炭素数6〜10程度の芳香族炭化水素基である)を表す。但し、該脂肪族炭化水素基、該アルコキシ基、該脂環式炭化水素基及び該芳香族炭化水素基に含まれる水素原子も、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、該アミノ基はさらに、炭素数1〜4のアルキル基を有していてもよい。
m3は0〜3の整数を表す。m3が2以上のとき、複数のRc7は、同一でも異なっていてもよい。
式(C2)で表される芳香族アミンは例えば、1−ナフチルアミン及び2−ナフチルアミンなどが挙げられる。
式(C2−1)で表されるアニリン類は例えば、アニリン、ジイソプロピルアニリン、2−,3−又は4−メチルアニリン、4−ニトロアニリン、N−メチルアニリン、N,N−ジメチルアニリン及びジフェニルアミンなどが挙げられる。
また、以下の式(C3)、式(C4)、式(C5)、式(C6)、式(C7)、式(C8)、式(C9)、式(C10)及び式(C11)のいずれかで表される化合物(以下、ここでいう化合物を、式番号に応じて、「化合物(C3)」〜「化合物(C11)」のように表記する)も用いることができる。
式(C3)〜式(C11)中、
c8、Rc20、Rc21、Rc23、Rc24、Rc25、Rc26、Rc27及びRc28は、上記Rc7で説明したいずれかの基を表す。
c9、Rc10、Rc11、Rc12、Rc13、Rc14、Rc16、Rc17、Rc18、Rc19及びRc22は、上記のRc5及びRc6で説明したいずれかの基を表す。
c15は、脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基又はアルカノイル基を表す。
n3は0〜8の整数を表す。n3が2以上のとき、複数のRc15は同一でも異なっていてもよい。
o3、p3、q3、r3、s3、t3及びu3は、それぞれ独立に0〜3の整数を表す。
o3が2以上であるとき、複数のRc20は同一でも異なっていてもよい。
p3が2以上であるとき、複数のRc21は同一でも異なっていてもよい。
q3が2以上であるとき、複数のRc24は同一でも異なっていてもよい。
r3が2以上であるとき、複数のRc25は同一でも異なっていてもよい。
s3が2以上であるとき、複数のRc26は同一でも異なっていてもよい。
t3が2以上であるとき、複数のRc27は同一でも異なっていてもよい。
u3が2以上であるとき、複数のRc28は同一でも異なっていてもよい。
c1及びLc2は、それぞれ独立に、2価の脂肪族炭化水素基(好ましくは、炭素数1〜6程度の脂肪族炭化水素基であり、より好ましくは、炭素数1〜6程度のアルカンジイル基である)、カルボニル基、−C(=NH)−、−C(=NRc3)−(但し、Rc3は、炭素数1〜4のアルキル基を表す)、硫黄原子、ジスルフィド結合(−S−S−)又はこれらの組合せを表す。
c15の脂肪族炭化水素基は、好ましくは炭素数1〜6程度であり、脂環式炭化水素基は、好ましくは炭素数3〜6程度であり、アルカノイル基は、好ましくは炭素数2〜6程度ある。
アルカノイル基としては、アセチル基、2−メチルアセチル基、2,2−ジメチルアセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、イソブチリル基、ペンタノイル基、2,2−ジメチルプロピオニル基等が挙げられる。
化合物(C3)としては例えば、ヘキシルアミン、ヘプチルアミン、オクチルアミン、ノニルアミン、デシルアミン、ジブチルアミン、ジペンチルアミン、ジヘキシルアミン、ジヘプチルアミン、ジオクチルアミン、ジノニルアミン、ジデシルアミン、トリエチルアミン、トリメチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、トリペンチルアミン、トリヘキシルアミン、トリヘプチルアミン、トリオクチルアミン、トリノニルアミン、トリデシルアミン、メチルジブチルアミン、メチルジペンチルアミン、メチルジヘキシルアミン、メチルジシクロヘキシルアミン、メチルジヘプチルアミン、メチルジオクチルアミン、メチルジノニルアミン、メチルジデシルアミン、エチルジブチルアミン、エチルジペンチルアミン、エチルジヘキシルアミン、エチルジヘプチルアミン、エチルジオクチルアミン、エチルジノニルアミン、エチルジデシルアミン、ジシクロヘキシルメチルアミン、トリス〔2−(2−メトキシエトキシ)エチル〕アミン、トリイソプロパノールアミンエチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、4,4’−ジアミノ−1,2−ジフェニルエタン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジメチルジフェニルメタン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジエチルジフェニルメタンなどが挙げられる。
化合物(C4)としては例えば、ピペラジンなどが挙げられる。
化合物(C5)としては例えば、モルホリンなどが挙げられる。
化合物(C6)としては例えば、ピペリジン及び特開平11−52575号公報に記載されているピペリジン骨格を有するヒンダードアミン化合物などが挙げられる。
化合物(C7)としては例えば、2,2’−メチレンビスアニリンなどが挙げられる。
化合物(C8)としては例えば、イミダゾール及び4−メチルイミダゾールなどが挙げられる。
化合物(C9)としては例えば、ピリジン、4−メチルピリジンなどが挙げられる。
化合物(C10)としては例えば、1,2−ジ(2−ピリジル)エタン、1,2−ジ(4−ピリジル)エタン、1,2−ジ(2−ピリジル)エテン、1,2−ジ(4−ピリジル)エテン、1,3−ジ(4−ピリジル)プロパン、1,2−ジ(4−ピリジルオキシ)エタン、ジ(2−ピリジル)ケトン、4,4’−ジピリジルスルフィド、4,4’−ジピリジルジスルフィド、2,2’−ジピリジルアミン及び2,2’−ジピコリルアミンなどが挙げられる。
化合物(C11)としては例えば、ビピリジンなどが挙げられる。
アンモニウムヒドロキシドとしては例えば、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、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及びコリン等が挙げられる。
塩基性化合物(C)としては、これらの中でもジイソプロピルアニリンが好ましく、2,6−ジイソプロピルアニリンが特に好ましい。
<溶剤(D)>
本レジスト組成物に含有される溶剤(D)は、用いる樹脂(A)[樹脂(AA)又は樹脂(AB)]の種類及びその量、酸発生剤(B1)の種類及びその量などに応じ、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。
好適な溶剤(D)の例としては、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などの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などの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などのエステル類;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などのケトン類;γ−ブチロラクトンなどの環状エステル類を挙げることができる。溶剤(D)は、1種のみを使用してもよく、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、上記以外の構成成分(以下「成分(F)」という)を含んでいてもよい。成分(F)は特に限定されず、レジスト分野で公知の添加剤、例えば、増感剤、溶解抑止剤、界面活性剤、安定剤及び染料などが挙げられる。
<レジスト組成物及びその調製方法>
本レジスト組成物は、樹脂(A)〔特に、樹脂(AA)〕、酸発生剤(B)並びに、必要に応じて用いる溶剤(D)、塩基性化合物(C)、樹脂(X)及び成分(F)を混合することで調製することができる。その混合順は任意であり、特に限定されるものではない。混合する際の温度は、10〜40℃の範囲から、用いる化合物(a)に由来する構造単位を有する樹脂などの種類や化合物(a)に由来する繰り返し単位を含む樹脂等の溶剤(D)に対する溶解度等に応じて適切な温度範囲を選ぶことができる。混合時間は、混合温度に応じて選べばよく、0.5〜24時間が好ましい。混合手段は特に限定されず、攪拌混合などを用いることができる。
本レジスト組成物を調製する際に用いる各成分の使用量により、本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。
このように、各成分を混合した後は、孔径0.01〜0.2μm程度のフィルタを用いてろ過することが好ましい。
樹脂(A)が樹脂(AA)である場合、樹脂(A)の含有割合は、本レジスト組成物の固形分に対して、80質量%以上99質量%以下が好ましい。
樹脂(A)が樹脂(AB)である場合、樹脂(A)の本レジスト組成物に対する含有割合は、本レジスト組成物の固形分に対して0.1質量%以上10質量%以下が好ましい。
ここで、レジスト組成物の固形分とは、レジスト組成物総質量から溶剤(D)の含有量を除いた量のことをいう。例えば、溶剤(D)の含有割合が90質量%である場合、レジスト組成物の固形分は10質量%である。
レジスト組成物の固形分及びこれに対する各成分の含有量は、例えば、液体クロマトグラフィー又はガスクロマトグラフィーなどの公知の分析手段で測定することができる。
酸発生剤(B)の含有量は、レジスト組成物に含まれる樹脂(A)100質量部に対して、好ましくは1質量部以上であり、より好ましくは3質量部以上であり、好ましくは30質量部以下であり、より好ましくは25質量部以下である。
なお、樹脂(AA)に代えて樹脂(AB)及び樹脂(X)を用いる場合には、酸発生剤(B)の含有量は、樹脂(X)100質量部に対して、好ましくは1質量部以上であり、より好ましくは3質量部以上であり、好ましくは30質量部以下であり、より好ましくは25質量部以下である。
レジスト組成物が塩基性化合物(C)を含む場合、その含有割合は、本レジスト組成物の固形分に対して、0.01〜1質量%程度が好ましい。
溶剤(D)の含有割合は、上述のとおり、樹脂(A)の種類などに応じて適宜調節できるが、レジスト組成物総質量に対して、好ましくは90質量%以上、より好ましくは92質量%以上、さらに好ましくは94質量%以上であり、好ましくは99.9質量%以下、より好ましくは99質量%以下である。このような含有割合で溶剤(D)を含む本レジスト組成物は、例えば後述するレジストパターンの製造方法において、厚み30〜300nm程度の組成物層を形成するためのレジスト組成物として好ましい。
レジスト組成物が成分(F)を含む場合には、当該成分(F)の種類に応じて、適切な含有割合を調節できる。
<レジストパターンの製造方法>
本発明のレジストパターンの製造方法は、
(1)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)組成物層に露光機を用いて露光する工程、
(4)露光後の組成物層を加熱する工程、
(5)加熱後の組成物層を、現像装置を用いて現像する工程を含む。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材料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。これにより、基板上にレジスト組成物からなる塗布膜が形成される。塗布装置の条件(塗布条件)を種々調節することで、塗布膜の膜厚は調整可能であり、適切な予備実験等を行うことにより、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。本レジスト組成物を塗布する前に、基板を洗浄してもよいし、予め基板上に反射防止膜を形成してもよい。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、溶剤を除去する。このような乾燥は、例えば、ホットプレート等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、該塗布膜から溶剤を蒸発させることにより行われる。乾燥の条件は、本レジスト組成物に含まれる溶剤(D)の種類等に応じて選択でき、例えばホットプレートの場合、該ホットプレートの表面温度を50〜200℃程度の範囲にすることが好ましい。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程度にすればよい。このように塗布膜を乾燥させることにより、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。この際には、微細加工を実施しようとする所望のパターンが形成されたマスク(フォトマスク)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)、F2エキシマレーザ(波長157nm)のような紫外域のレーザ光を放射するもの、固体レーザ光源(YAG又は半導体レーザ等)からのレーザ光を波長変換して遠紫外域または真空紫外域の高調波レーザ光を放射するもの等、種々のものを用いることができる。該露光機は液浸露光機であってもよいし、電子線、極端紫外光(EUV)を照射するものであってもよい。
上述のとおり、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(B1)が露光エネルギーを受けて酸を発生し、さらに発生した酸との作用により、樹脂(AA)〔又は樹脂(X)〕にある酸不安定基が脱保護反応により親水性基を生じるため、結果として露光部の組成物層にある樹脂(AA)〔又は樹脂(X)〕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ていないため、樹脂(AA)〔又は樹脂(X)〕はアルカリ水溶液に対して不溶又は難溶のままとなる。かくして、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)では、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。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。工程(4)におけるホットプレート加熱を行う場合、ホットプレートの表面温度は50〜200℃程度が好ましく、70〜150℃程度がより好ましい。加熱処理を行なうことにより、脱保護反応が促進される。
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、現像装置を用いて現像する。ここでいう現像とは、加熱後の組成物層をアルカリ水溶液と接触させることである。これにより、露光部の組成物層はアルカリ水溶液に溶解して除去され、未露光部の組成物層は基板上に残るため、基板上にレジストパターンが製造される。
アルカリ水溶液としては、「アルカリ現像液」と称される本技術分野で公知のものを用いることができる。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。
現像後は、製造されたレジストパターンは超純水等でリンス処理を行うことが好ましく、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、マスクエラーファクター(MEF)に優れ、欠陥の発生数が少ないレジストパターンを形成できる。
<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、さらに液浸露光用のレジスト組成物として好適である。
実施例を挙げて、本発明をさらに具体的に説明する。例中、含有量ないし使用量を表す「%」及び「部」は、特記しないかぎり質量基準である。
以下の実施例において、化合物の構造は、質量分析(LCはAgilent製1100型、MASSはAgilent製LC/MSD型)を用いて確認した。重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより求めた値である。なお、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーの分析条件は下記のとおりである。
カラム:TSKgel Multipore HXL-M x 3+guardcolumn(東ソー社製)
溶離液:テトラヒドロフラン
流量:1.0mL/min
検出器:RI検出器
カラム温度:40℃
注入量:100μl
分子量標準:標準ポリスチレン(東ソー社製)
合成例1:〔式(I)で表される化合物の合成〕
式(I−2)で表される化合物10.00部、テトラヒドロフラン40.00部及びピリジン7.29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。
同温度を保持したまま、得られた混合物に、式(I−1)で表される化合物33.08部を、1時間かけて添加した後、更に、温度を上げ、23℃に到達した時点で、同温度で3時間攪拌した。得られた反応物に、酢酸エチル361.51部及び5%塩酸水溶液20.19部を加え、23℃で30分間攪拌した。攪拌後、静置し、分液した。回収された有機層に、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液81.42部を加え、23℃で30分間攪拌した後、静置、分液することにより有機層を回収した。回収された有機層に、イオン交換水90.38部を加え、23℃で30分間攪拌した後、静置、分液することにより有機層を水洗した。この水洗操作を5回繰り返した。水洗後の有機層を濃縮し、式(I)で表される化合物23.40部を得た。
MS(質量分析):326.0(分子イオンピーク)
合成例2:〔式(J)で表される化合物の合成、実施例A〕
式(J−2)で表される化合物8.50部、テトラヒドロフラン34.00部及びピリジン6.20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。同温度を維持したまま、得られた混合物に、式(J−1)で表される化合物13.78部を1時間かけて添加した。その後、温度を上昇させ、23℃で3時間攪拌した。得られた反応物に、酢酸エチル249.91部及び5%塩酸水溶液17.16部を加え、23℃で30分間攪拌した後、静置、分液した。回収された有機層に、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液62.62部を加え、23℃で30分間攪拌した後、静置、分液することにより有機層を回収した。回収された有機層に、イオン交換水62.62部を加え、23℃で30分間攪拌した後、静置、分液することにより有機層を水洗した。この水洗操作を5回繰り返した。水洗した有機層を濃縮した後、カラム分取(固定床:メルク社製シリカゲル60−200メッシュ 展開溶媒:酢酸エチル)することにより、式(J−3)で表される化合物13.00部を得た。
式(J−3)で表される化合物13.00部、イソプロパノール39.00部及び硫酸0.20部を反応器に仕込み、85℃で3時間攪拌した。得られた反応物を23℃まで冷却した後、酢酸エチル156.59部及び飽和炭酸水素ナトリウム水溶液42.00部を加え、23℃で30分間攪拌した後、静置、分液することにより有機層を回収した。回収された有機層に、イオン交換水39.15部を仕込み23℃で30分間攪拌した後、静置、分液することにより有機層を水洗した。この水洗操作を5回繰り返した。水洗後の有機層を濃縮した後、カラム分取(固定床:メルク社製シリカゲル60−200メッシュ 展開溶媒:n−ヘプタン/酢酸エチル=1/1(質量比)混合溶媒)することにより、式(J)で表される化合物11.64部を得た。
MS(質量分析):394.1(分子イオンピーク)
合成例3:〔式(O)で表される化合物の合成〕
式(O−2)で表される化合物88.00部、メチルイソブチルケトン616.00部及びピリジン60.98部を、23℃で30分間攪拌混合した後、0℃まで冷却した。同温度を保持したまま、得られた混合物に、式(O−1)で表される化合物199.17部を、1時間かけて添加した後、更に、10℃程度まで温度を上げ、同温度で1時間攪拌した。得られた反応物に、n−へプタン1446.22部及び2%塩酸水溶液703.41部を加え、23℃で30分間攪拌した。静置、分液することにより回収された有機層に、2%塩酸水溶液337.64部を仕込み、23℃で30分間攪拌した。静置、分液することにより有機層を回収した。回収された有機層に、イオン交換水361.56部を仕込み23℃で30分間攪拌し、静置、分液することにより有機層を水洗した。回収された有機層に、10%炭酸カリウム水溶液443.92部を仕込み、23℃で30分間攪拌し、静置、分液することにより有機層を回収した。このような洗浄操作を2回繰り返した。回収された有機層に、イオン交換水361.56部を仕込み、23℃で30分間攪拌、静置した後、分液することにより有機層を水洗した。このような水洗操作を5回繰り返した。回収された有機層を濃縮し式(O)で表される化合物163.65部を得た。
MS(質量分析):276.0(分子イオンピーク)
合成例4:〔式(P)で表される化合物の合成〕
式(P−2)で表される化合物80.00部、メチルイソブチルケトン560.00部及びピリジン58.35部を、23℃で30分間攪拌混合した後、0℃まで冷却した。同温度を保持したまま、得られた混合物に、式(P−1)で表される化合物135.57部を、1時間かけて添加した後、更に、10℃程度まで温度を上げ、同温度で1時間攪拌した。得られた反応物に、酢酸エチル2084.79部、5%塩酸水溶液323.10部及びイオン交換水521.20部を加え、23℃で30分間攪拌した。静置、分液することにより回収された有機層に、イオン交換水521.20部を仕込み23℃で30分間攪拌し、静置、分液することにより有機層を水洗した。水洗後の有機層に、10%炭酸カリウム水溶液267.63部を仕込み、23℃で30分間攪拌し、静置、分液することにより有機層を洗浄した。このような洗浄操作を2回繰り返した。回収された有機層に、イオン交換水521.20部を仕込み、23℃で30分間攪拌し、静置、分液することにより有機層を水洗した。このような水洗操作を4回繰り返した。水洗後の有機層を濃縮し式(P)で表される化合物130.40部を得た。
MS(質量分析):226.1(分子イオンピーク)
合成例5:〔式(Q)で表される化合物の合成、実施例B〕
式(Q−2)で表される化合物9.60部、テトラヒドロフラン38.40部及びピリジン5.99部を、23℃で30分間攪拌混合した後、0℃まで冷却した。同温度を保持したまま、得られた混合物に、式(Q−1)で表される化合物14.00部を、1時間かけて添加し、更に、10℃程度まで温度を上げ、同温度で1時間攪拌した。得られた式(Q−3)で表される化合物を含む反応混合物に、式(Q−4)で表される化合物(1−(3−ジメチルアミノプロピル)−3−エチルカルボジイミド塩酸塩)14.51部及び式(Q−5)で表される化合物8.20部を添加し、23℃で3時間攪拌した。得られた反応溶液に、酢酸エチル271.95部及び5%塩酸水溶液16.57部を加え、23℃で30分間攪拌した。静置、分液することにより回収された有機層に、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液63.64部を加え、23℃で30分間攪拌し、静置、分液することにより有機層を洗浄した。このような洗浄操作を2回繰り返した。洗浄後の有機層に、イオン交換水67.99部を仕込み23℃で30分間攪拌し、静置、分液することにより有機層を水洗した。このような水洗操作を5回繰り返した。水洗後の有機層を濃縮した後、得られた濃縮物に、酢酸エチル107.71部を添加し完全に溶解するまで攪拌した後、n−ヘプタン646.26部を滴下した。滴下終了後、23℃で30分間攪拌した後、ろ過することにより、式(Q)で表される化合物15.11部を得た。
MS(質量分析):486.2(分子イオンピーク)
合成例6:〔式(R)で表される化合物の合成、実施例C〕
式(R−1)で表される化合物5.00部、ジメチルホルムアミド20.00部及び炭酸カリウム2.30部を、40℃で1時間攪拌した後、得られた式(R−2)で表される化合物を含む反応混合物に、式(R−3)で表される化合物6.59部を添加し、60℃で10時間攪拌した。得られた反応溶液に、酢酸エチル100.00部及び5%塩酸水溶液24.30部を加え、23℃で30分間攪拌した。静置、分液することにより回収された有機層に、イオン交換水50.00部を仕込み23℃で30分間攪拌し、静置、分液することにより有機層を水洗した。このような水洗操作を5回繰り返した。回収された有機層を濃縮することにより、式(R−4)で表される化合物5.70部を得た。
得られた式(R−4)で表される化合物5.70部、式(R−5)で表される化合物3.70部、トルエン36.47部及び硫酸0.05部を混合した後、115℃で6時間加熱脱水した。得られた反応溶液を冷却後、酢酸エチル200.00部、イオン交換水125.00部及び炭酸水素ナトリウム3.00部を加え、23℃で30分間攪拌した。静置、分液することにより回収された有機層に、イオン交換水125.00部を加え、23℃で30分間攪拌し、静置、分液することにより有機層を水洗した。このような水洗操作を5回繰り返した。水洗後の有機層を濃縮した後、得られた濃縮物をカラム分取(固定床:メルク社製シリカゲル60−200メッシュ 展開溶媒:酢酸エチル)することにより、式(R)で表される化合物4.82部を得た。
MS(質量分析):386.2(分子イオンピーク)
合成例7:〔式(U)で表される化合物の合成〕
式(U−1)で表される化合物33.25部、ジシクロヘキシルカルボジイミド23.93部及び塩化メチレン40.00部を、反応器に仕込み混合した。混合物を0℃程度まで冷却した後、式(U−2)で表される化合物18.83部を加え、0℃程度のまま、1時間攪拌した。23℃まで昇温し、さらに30分間攪拌した。不溶物をろ過して除去し、得られたろ液を濃縮して、式(U−3)で表される化合物44.19部を得た。
前記のようにして得られた式(U−3)で表される化合物19.33部、式(U−4)で表される化合物19.02部及びアセトニトリル200部を、反応器に仕込んで混合し、この混合物を50℃で3時間攪拌した。得られた混合物を濃縮し、クロロホルム300部及びイオン交換水150部を加えた後、分液操作により、有機層を回収した。回収された有機層をイオン交換水150部で水洗した後、有機層を濃縮した。濃縮物を、カラム分取(カラム分取条件 固定相:メルク社製シリカゲル60−200メッシュ 展開溶媒:酢酸エチル)することにより、式(U)で表される化合物14.58部を得た。
MS(質量分析):315.1(分子イオンピーク)
合成例8:〔式(X)で表される化合物の合成、実施例D〕
式(X−2)で表される化合物6.32部、テトラヒドロフラン30.00部及びピリジン5.99部を、23℃で30分間攪拌混合した後、0℃まで冷却した。同温度を保持したまま、得られた混合物に、式(X−1)で表される化合物14.00部を、1時間かけて添加し、更に、10℃程度まで温度を上げ、同温度で1時間攪拌した。得られた式(X−3)で表される化合物を含む反応混合物に、式(X−4)で表される化合物(1−(3−ジメチルアミノプロピル)−3−エチルカルボジイミド塩酸塩)14.51部及び式(X−5)で表される化合物8.20部を添加し、23℃で3時間攪拌した。得られた反応溶液に、酢酸エチル270部及び5%塩酸水溶液16.57部を加え、23℃で30分間攪拌した。静置、分液することにより回収された有機層に、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液65部を加え、23℃で30分間攪拌し、静置、分液することにより有機層を洗浄した。このような洗浄操作を2回繰り返した。洗浄後の有機層に、イオン交換水65部を仕込み23℃で30分間攪拌し、静置、分液することにより有機層を水洗した。このような水洗操作を5回繰り返した。水洗後の有機層を濃縮した。得られた濃縮物を、カラム分取(カラム分取条件 固定相:メルク社製シリカゲル60−200メッシュ 展開溶媒:n−ヘプタン/酢酸エチル)することにより、式(X)で表される化合物9.90部を得た。
MS(質量分析):434.1(分子イオンピーク)
合成例9:〔式(Y)で表される化合物の合成、実施例E〕
式(Y−2)で表される化合物7.08部、テトラヒドロフラン30.00部及びピリジン5.99部を、23℃で30分間攪拌混合した後、0℃まで冷却した。同温度を保持したまま、得られた混合物に、式(Y−1)で表される化合物14.00部を、1時間かけて添加し、更に、10℃程度まで温度を上げ、同温度で1時間攪拌した。得られた式(Y−3)で表される化合物を含む反応混合物に、式(Y−4)で表される化合物(1−(3−ジメチルアミノプロピル)−3−エチルカルボジイミド塩酸塩)14.51部及び式(Y−5)で表される化合物8.20部を添加し、23℃で3時間攪拌した。得られた反応溶液に、酢酸エチル270部及び5%塩酸水溶液16.57部を加え、23℃で30分間攪拌した。静置、分液することにより回収された有機層に、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液65部を加え、23℃で30分間攪拌し、静置、分液することにより有機層を洗浄した。このような洗浄操作を2回繰り返した。洗浄後の有機層に、イオン交換水65部を仕込み23℃で30分間攪拌し、静置、分液することにより有機層を水洗した。このような水洗操作を5回繰り返した。水洗後の有機層を濃縮した。得られた濃縮物を、カラム分取(カラム分取条件 固定相:メルク社製シリカゲル60−200メッシュ 展開溶媒:n−ヘプタン/酢酸エチル)することにより、式(Y)で表される化合物10.24部を得た。
MS(質量分析):446.1(分子イオンピーク)
合成例10:〔式(Z)で表される化合物の合成、実施例F〕
式(Z−2)で表される化合物7.33部、テトラヒドロフラン30.00部及びピリジン5.99部を、23℃で30分間攪拌混合した後、0℃まで冷却した。同温度を保持したまま、得られた混合物に、式(Z−1)で表される化合物14.00部を、1時間かけて添加し、更に、10℃程度まで温度を上げ、同温度で1時間攪拌した。得られた式(Z−3)で表される化合物を含む反応混合物に、式(Z−4)で表される化合物(1−(3−ジメチルアミノプロピル)−3−エチルカルボジイミド塩酸塩)14.51部及び式(Z−5)で表される化合物8.20部を添加し、23℃で3時間攪拌した。得られた反応溶液に、酢酸エチル270部及び5%塩酸水溶液16.57部を加え、23℃で30分間攪拌した。静置、分液することにより回収された有機層に、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液65部を加え、23℃で30分間攪拌し、静置、分液することにより有機層を洗浄した。このような洗浄操作を2回繰り返した。洗浄後の有機層に、イオン交換水65部を仕込み23℃で30分間攪拌し、静置、分液することにより有機層を水洗した。このような水洗操作を5回繰り返した。水洗後の有機層を濃縮した。得られた濃縮物を、カラム分取(カラム分取条件 固定相:メルク社製シリカゲル60−200メッシュ 展開溶媒:n−ヘプタン/酢酸エチル)することにより、式(Z)で表される化合物10.24部を得た。
MS(質量分析):450.2(分子イオンピーク)
合成例11:〔式(ZA)で表される化合物の合成、実施例G〕
式(ZA−2)で表される化合物10.40部、メチルイソブチルケトン72.80部及びピリジン7.21部を、23℃で30分間攪拌混合した後、0℃まで冷却した。同温度を保持したまま、得られた混合物に、式(ZA−1)で表される化合物20.08部を、1時間かけて添加した後、更に、10℃程度まで温度を上げ、同温度で1時間攪拌した。得られた反応物を、n−ヘプタン220.97部及び2%塩酸水溶液99.76部に添加し、23℃で30分間攪拌した。静置、分液することにより回収された有機層に、5%塩酸水溶液39.90部を仕込み、23℃で30分間攪拌した。静置、分液することにより回収された有機層に、イオン交換水55.34部を仕込み23℃で30分間攪拌し、静置、分液することにより有機層を水洗した。水洗後の有機層に、10%炭酸カリウム水溶液73.45部を仕込み、23℃で30分間攪拌し、静置、分液することにより有機層を洗浄した。このような洗浄操作を2回繰り返した。回収された有機層に、イオン交換水110.68部を仕込み、23℃で30分間攪拌し、静置、分液することにより有機層を水洗した。このような水洗操作を4回繰り返した。水洗後の有機層を濃縮し式(ZA)で表される化合物22.02部を得た。
MS(質量分析):358.1(分子イオンピーク)
合成例12:〔式(ZB)で表される化合物の合成〕
式(ZB−2)で表される化合物30.00部、メチルイソブチルケトン210.00部及びピリジン18.00部を、23℃で30分間攪拌混合した後、0℃まで冷却した。同温度を保持したまま、得られた混合物に、式(ZB−1)で表される化合物48.50部を、1時間かけて添加した後、更に、5℃程度まで温度を上げ、同温度で1時間攪拌した。得られた反応物を、酢酸エチル630部、5%塩酸水溶液99.68部及びイオン交換水126部に添加し、23℃で30分間攪拌した。静置、分液することにより回収された有機層に、10%炭酸カリウム水溶液86.50部を仕込み、23℃で30分間攪拌し、静置、分液することにより有機層を洗浄した。このような洗浄操作を2回繰り返した。回収された有機層に、イオン交換水157.50部を仕込み、23℃で30分間攪拌し、静置、分液することにより有機層を水洗した。このような水洗操作を5回繰り返した。水洗後の有機層を濃縮し式(ZB)で表される化合物27.61部を得た。
MS(質量分析):354.1(分子イオンピーク)
合成例13:〔式(ZC)で表される化合物の合成、実施例F〕
式(ZC−2)で表される化合物3.79部、テトラヒドロフラン20.00部及びピリジン5.99部を、23℃で30分間攪拌混合した後、0℃まで冷却した。同温度を保持したまま、得られた混合物に、式(ZC−1)で表される化合物14.00部を、1時間かけて添加し、更に、10℃程度まで温度を上げ、同温度で1時間攪拌した。得られた式(ZC−3)で表される化合物を含む反応混合物に、式(ZC−4)で表される化合物(1−(3−ジメチルアミノプロピル)−3−エチルカルボジイミド塩酸塩)14.51部及び式(ZC−5)で表される化合物9.97部を添加し、23℃で3時間攪拌した。得られた反応溶液に、酢酸エチル250部及び5%塩酸水溶液16.57部を加え、23℃で30分間攪拌した。静置、分液することにより回収された有機層に、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液65部を加え、23℃で30分間攪拌し、静置、分液することにより有機層を洗浄した。このような洗浄操作を2回繰り返した。洗浄後の有機層に、イオン交換水100部を仕込み23℃で30分間攪拌し、静置、分液することにより有機層を水洗した。このような水洗操作を5回繰り返した。水洗後の有機層を濃縮した。得られた濃縮物を、カラム分取(カラム分取条件 固定相:メルク社製シリカゲル60−200メッシュ 展開溶媒:n−ヘプタン/酢酸エチル)することにより、式(ZC)で表される化合物11.60部を得た。
MS(質量分析):422.1(分子イオンピーク)
合成例14:〔式(ZD)で表される化合物の合成〕
式(ZD−2)で表される化合物3.79部、テトラヒドロフラン20.00部及びピリジン5.99部を、23℃で30分間攪拌混合した後、0℃まで冷却した。同温度を保持したまま、得られた混合物に、式(ZD−1)で表される化合物14.00部を、1時間かけて添加し、更に、10℃程度まで温度を上げ、同温度で1時間攪拌した。得られた式(ZD−3)で表される化合物を含む反応混合物に、式(ZD−4)で表される化合物(1−(3−ジメチルアミノプロピル)−3−エチルカルボジイミド塩酸塩)14.51部及び式(ZD−5)で表される化合物11.74部を添加し、23℃で3時間攪拌した。得られた反応溶液に、酢酸エチル300部及び5%塩酸水溶液16.57部を加え、23℃で30分間攪拌した。静置、分液することにより回収された有機層に、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液65部を加え、23℃で30分間攪拌し、静置、分液することにより有機層を洗浄した。このような洗浄操作を2回繰り返した。洗浄後の有機層に、イオン交換水100部を仕込み23℃で30分間攪拌し、静置、分液することにより有機層を水洗した。このような水洗操作を5回繰り返した。水洗後の有機層を濃縮した。得られた濃縮物を、カラム分取(カラム分取条件 固定相:メルク社製シリカゲル60−200メッシュ 展開溶媒:n−ヘプタン/酢酸エチル)することにより、式(ZD)で表される化合物15.49部を得た。
MS(質量分析):450.2(分子イオンピーク)
合成例15:〔式(ZE)で表される化合物の合成〕
式(ZE−2)で表される化合物27.34部、メチルイソブチルケトン190.00部及びピリジン18.00部を、23℃で30分間攪拌混合した後、0℃まで冷却した。同温度を保持したまま、得られた混合物に、式(ZE−1)で表される化合物48.50部を、1時間かけて添加した後、更に、5℃程度まで温度を上げ、同温度で1時間攪拌した。得られた反応物を、酢酸エチル570部、5%塩酸水溶液99.68部及びイオン交換水126部に添加し、23℃で30分間攪拌した。静置、分液することにより回収された有機層に、10%炭酸カリウム水溶液86.50部を仕込み、23℃で30分間攪拌し、静置、分液することにより有機層を洗浄した。このような洗浄操作を2回繰り返した。回収された有機層に、イオン交換水150部を仕込み、23℃で30分間攪拌し、静置、分液することにより有機層を水洗した。このような水洗操作を5回繰り返した。水洗後の有機層を濃縮し式(ZE)で表される化合物23.89部を得た。
MS(質量分析):340.1(分子イオンピーク)
合成例16:〔式(ZF)で表される化合物の合成〕
式(ZF−2)で表される化合物6.32部、テトラヒドロフラン30.00部及びピリジン5.99部を、23℃で30分間攪拌混合した後、0℃まで冷却した。同温度を保持したまま、得られた混合物に、式(ZF−1)で表される化合物14.00部を、1時間かけて添加し、更に、10℃程度まで温度を上げ、同温度で1時間攪拌した。得られた式(ZF−3)で表される化合物を含む反応混合物に、式(ZF−4)で表される化合物(1−(3−ジメチルアミノプロピル)−3−エチルカルボジイミド塩酸塩)14.51部及び式(ZF−5)で表される化合物11.74部を添加し、23℃で3時間攪拌した。得られた反応溶液に、酢酸エチル300部及び5%塩酸水溶液16.57部を加え、23℃で30分間攪拌した。静置、分液することにより回収された有機層に、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液65部を加え、23℃で30分間攪拌し、静置、分液することにより有機層を洗浄した。このような洗浄操作を2回繰り返した。洗浄後の有機層に、イオン交換水100部を仕込み23℃で30分間攪拌し、静置、分液することにより有機層を水洗した。このような水洗操作を5回繰り返した。水洗後の有機層を濃縮した。得られた濃縮物を、カラム分取(カラム分取条件 固定相:メルク社製シリカゲル60−200メッシュ 展開溶媒:n−ヘプタン/酢酸エチル)することにより、式(ZF)で表される化合物16.89部を得た。
MS(質量分析):490.2(分子イオンピーク)
合成例17:〔式(ZG)で表される化合物の合成〕
式(ZG−2)で表される化合物6.32部、テトラヒドロフラン30.00部及びピリジン5.99部を、23℃で30分間攪拌混合した後、0℃まで冷却した。同温度を保持したまま、得られた混合物に、式(ZG−1)で表される化合物14.00部を、1時間かけて添加し、更に、10℃程度まで温度を上げ、同温度で1時間攪拌した。得られた式(ZG−3)で表される化合物を含む反応混合物に、式(ZG−4)で表される化合物(1−(3−ジメチルアミノプロピル)−3−エチルカルボジイミド塩酸塩)14.51部及び式(ZG−5)で表される化合物9.97部を添加し、23℃で3時間攪拌した。得られた反応溶液に、酢酸エチル300部及び5%塩酸水溶液16.57部を加え、23℃で30分間攪拌した。静置、分液することにより回収された有機層に、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液65部を加え、23℃で30分間攪拌し、静置、分液することにより有機層を洗浄した。このような洗浄操作を2回繰り返した。洗浄後の有機層に、イオン交換水100部を仕込み23℃で30分間攪拌し、静置、分液することにより有機層を水洗した。このような水洗操作を5回繰り返した。水洗後の有機層を濃縮した。得られた濃縮物を、カラム分取(カラム分取条件 固定相:メルク社製シリカゲル60−200メッシュ 展開溶媒:n−ヘプタン/酢酸エチル)することにより、式(ZG)で表される化合物19.85部を得た。
MS(質量分析):462.2(分子イオンピーク)
樹脂の合成において使用した化合物(モノマー)を下記に示す。以下、これらのモノマーを「モノマー(A)」〜「モノマー(ZG)」という。
合成例18:〔樹脂A1の合成〕
モノマーとして、モノマー(E)、モノマー(F)、モノマー(G)、モノマー(H)及びモノマー(I)を用い、そのモル比(モノマー(E):モノマー(F):モノマー(G):モノマー(H):モノマー(I))が40:10:17:30:3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。この溶液に、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。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7.7×10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。
合成例19:〔樹脂A2の合成、実施例H〕
モノマーとして、モノマー(E)、モノマー(F)、モノマー(G)、モノマー(H)及びモノマー(J)を用い、そのモル比(モノマー(E):モノマー(F):モノマー(G):モノマー(H):モノマー(J))が38:10:17:30:5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。この溶液に、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。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8.0×10の樹脂A2(共重合体)を収率59%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。
合成例20:〔樹脂A3の合成〕
モノマーとして、モノマー(I)及びモノマー(L)を用い、そのモル比(モノマー(I):モノマー(L))が50:50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。この溶液に、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。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1.6×10の樹脂A3(共重合体)を収率68%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。
合成例21:〔樹脂A4の合成〕
モノマーとして、モノマー(I)及びモノマー(M)を用い、そのモル比(モノマー(I):モノマー(M))が50:50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。この溶液に、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。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1.7×10の樹脂A4(共重合体)を収率68%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。
合成例22:〔樹脂A5の合成〕
モノマーとして、モノマー(I)及びモノマー(N)を用い、そのモル比(モノマー(I):モノマー(N))が80:20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。この溶液に、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。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1.7×10の樹脂A5(共重合体)を収率62%で得た。この樹脂A5は、以下の構造単位を有するものである。
合成例23:〔樹脂A6の合成〕
モノマーとして、モノマー(E)、モノマー(K)、モノマー(F)、モノマー(H)及びモノマー(G)を用い、そのモル比(モノマー(E):モノマー(K):モノマー(F):モノマー(H):モノマー(G))が32:7:8:10:43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。この溶液に、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。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8.9×10の樹脂A6(共重合体)を収率78%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。
合成例24:〔樹脂A7の合成〕
モノマーとして、モノマー(A)、モノマー(B)及びモノマー(C)を用い、そのモル比(モノマー(A):モノマー(B):モノマー(C))が36:34:30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。この溶液に、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、1.5mol%及び4.5mol%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。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5.0×10の樹脂A7(共重合体)を収率48%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。
合成例25:〔樹脂A8の合成〕
モノマーとして、モノマー(B)及びモノマー(D)を用い、そのモル比(モノマー(B):モノマー(D))が70:30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。この溶液に、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。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。
合成例26:〔樹脂A9の合成〕
モノマーとして、モノマー(O)及びモノマー(L)を用い、そのモル比(モノマー(O):モノマー(L))が70:30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。この溶液に、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。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1.5×10の樹脂A9(共重合体)を収率78%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。
合成例27:〔樹脂A10の合成〕
モノマーとして、モノマー(P)及びモノマー(L)を用い、そのモル比(モノマー(P):モノマー(L))が80:20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。この溶液に、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。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1.6×10の樹脂A10(共重合体)を収率82%で得た。この樹脂A10は、以下の構造単位を有するものである。
合成例28:〔樹脂A11の合成〕
モノマーとして、モノマー(O)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。この溶液に、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。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A11(共重合体)を収率77%で得た。この樹脂A11は、以下の構造単位を有するものである。
合成例29:〔樹脂A12の合成〕
モノマーとして、モノマー(I)及びモノマー(P)を用い、そのモル比(モノマー(I):モノマー(P))が80:20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。この溶液に、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。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1.5×10の樹脂A12(共重合体)を収率85%で得た。この樹脂A12は、以下の構造単位を有するものである。
合成例30:〔樹脂A13の合成、実施例I〕
モノマーとして、モノマー(O)及びモノマー(Q)を用い、そのモル比(モノマー(O):モノマー(Q))が90:10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。この溶液に、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。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1.7×10の樹脂A13(共重合体)を収率82%で得た。この樹脂A13は、以下の構造単位を有するものである。
合成例31:〔樹脂A14の合成、実施例J〕
モノマーとして、モノマー(O)及びモノマー(R)を用い、そのモル比(モノマー(O):モノマー(R))が90:10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。この溶液に、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。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1.7×10の樹脂A14(共重合体)を収率80%で得た。この樹脂A14は、以下の構造単位を有するものである。
合成例32:〔樹脂A15の合成〕
モノマーとして、モノマー(E)、モノマー(K)、モノマー(F)、モノマー(S)及びモノマー(G)を用い、そのモル比(モノマー(E):モノマー(K):モノマー(F):モノマー(S):モノマー(G))が32:7:8:10:43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。この溶液に、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70℃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。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9.0×10の樹脂A15(共重合体)を収率80%で得た。この樹脂A15は、以下の構造単位を有するものである。
合成例33:〔樹脂A16の合成〕
モノマーとして、モノマー(E)、モノマー(T)、モノマー(F)、モノマー(S)及びモノマー(G)を用い、そのモル比(モノマー(E):モノマー(T):モノマー(F):モノマー(S):モノマー(G))が32:7:8:10:43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。この溶液に、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70℃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。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8.7×10の樹脂A16(共重合体)を収率76%で得た。この樹脂A16は、以下の構造単位を有するものである。
合成例34:〔樹脂A17の合成〕
モノマーとして、モノマー(W)、モノマー(K)、モノマー(F)、モノマー(G)、モノマー(U)を、そのモル比〔モノマー(W):モノマー(K):モノマー(F):モノマー(G):モノマー(U)〕が35:10:6:37:12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。この溶液に、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。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7.2×10の樹脂A17(共重合体)を収率65%で得た。この樹脂A17は、以下の構造単位を有するものである。
合成例35:〔樹脂A18の合成〕
モノマーとして、モノマー(W)、モノマー(K)、モノマー(F)、モノマー(H)、モノマー(G)、モノマー(U)を、そのモル比〔モノマー(W):モノマー(K):モノマー(F):モノマー(H):モノマー(G):モノマー(U)〕が35:10:8:12:23:12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。この溶液に、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。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7.4×10の樹脂A18(共重合体)を収率66%で得た。この樹脂A18は、以下の構造単位を有するものである。
合成例36:〔樹脂A19の合成〕
モノマーとして、モノマー(E)、モノマー(K)、モノマー(F)、モノマー(G)、モノマー(U)を、そのモル比〔モノマー(E):モノマー(K):モノマー(F):モノマー(G):モノマー(U)〕が32:7:8:43:10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。この溶液に、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。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7.5×10の樹脂A19(共重合体)を収率78%で得た。この樹脂A19は、以下の構造単位を有するものである。
合成例37:〔樹脂A20の合成〕
モノマーとして、モノマー(A)、モノマー(G)及びモノマー(F)を用い、そのモル比(モノマー(A):モノマー(G):モノマー(F))が35:45:20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。この溶液に、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、1.0mol%及び3.0mol%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。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A20(共重合体)を収率75%で得た。この樹脂A20は、以下の構造単位を有するものである。
合成例38:〔樹脂A21の合成〕
モノマーとして、モノマー(V)及びモノマー(A)を用い、そのモル比(モノマー(V):モノマー(A))が80:20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。この溶液に、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、0.5mol%及び1.5mol%添加し、これらを70℃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。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2.8×10の樹脂A21(共重合体)を収率70%で得た。この樹脂A21は、以下の構造単位を有するものである。
合成例39:〔樹脂A22の合成〕
モノマーとして、モノマー(W)、モノマー(F)、モノマー(G)、モノマー(S)を、そのモル比〔モノマー(W):モノマー(F):モノマー(G):モノマー(S)〕が51.7:7.8:23.3:17.2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。この溶液に、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。
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7.7×10の樹脂A22(共重合体)を収率64%で得た。この樹脂A22は、以下の構造単位を有するものである。
合成例40:〔樹脂A23の合成〕
モノマーとして、モノマー(I)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。この溶液に、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。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A23(共重合体)を収率83%で得た。この樹脂A23は、以下の構造単位を有するものである。
合成例41:〔樹脂A24の合成、実施例K〕
モノマーとして、モノマー(X)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。この溶液に、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。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2.0×10の樹脂A24(共重合体)を収率85%で得た。この樹脂A24は、以下の構造単位を有するものである。
合成例42:〔樹脂A25の合成、実施例L〕
モノマーとして、モノマー(Y)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。この溶液に、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。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A25(共重合体)を収率83%で得た。この樹脂A25は、以下の構造単位を有するものである。
合成例43:〔樹脂A26の合成、実施例M〕
モノマーとして、モノマー(Z)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。この溶液に、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。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2.1×10の樹脂A26(共重合体)を収率81%で得た。この樹脂A26は、以下の構造単位を有するものである。
合成例44:〔樹脂A27の合成〕
モノマーとして、モノマー(ZA)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。この溶液に、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。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A27(共重合体)を収率78%で得た。この樹脂A27は、以下の構造単位を有するものである。
合成例45:〔樹脂A28の合成〕
モノマーとして、モノマー(ZB)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。この溶液に、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。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A28(共重合体)を収率73%で得た。この樹脂A28は、以下の構造単位を有するものである。
合成例46:〔樹脂A29の合成〕
モノマーとして、モノマー(ZC)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。この溶液に、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。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1.6×10の樹脂A29(共重合体)を収率71%で得た。この樹脂A29は、以下の構造単位を有するものである。
合成例47:〔樹脂A30の合成〕
モノマーとして、モノマー(ZD)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。この溶液に、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。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1.6×10の樹脂A30(共重合体)を収率69%で得た。この樹脂A30は、以下の構造単位を有するものである。
合成例48:〔樹脂A31の合成〕
モノマーとして、モノマー(ZE)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。この溶液に、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。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A31(共重合体)を収率76%で得た。この樹脂A31は、以下の構造単位を有するものである。
合成例49:〔樹脂A32の合成〕
モノマーとして、モノマー(ZF)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。この溶液に、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。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1.7×10の樹脂A32(共重合体)を収率70%で得た。この樹脂A32は、以下の構造単位を有するものである。
合成例50:〔樹脂A33の合成〕
モノマーとして、モノマー(ZG)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。この溶液に、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。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A33(共重合体)を収率76%で得た。この樹脂A33は、以下の構造単位を有するものである。
<レジスト組成物の調製>
表1に示す各成分を、表1に示す質量部で、以下に示す溶剤に溶解し、さらに孔径0.2μmのフッ素樹脂製フィルタで濾過して、レジスト組成物を調製した。
<樹脂>
A1〜A33:樹脂A1〜樹脂A33
<酸発生剤>
B1:
B2:
B3:
B4:
B5:
<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
<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
<レジストパターンの製造及びその評価>
実施例及び比較例のレジスト組成物は以下のようにして欠陥評価、並びに、液浸露光によるマスクエラーファクター(MEF)及びフォーカスマージン(DOF)評価を行った。以下、実施例及び比較例のレジスト組成物を総称して、「レジスト組成物」ということがある。
<欠陥評価>
12インチのシリコン製ウェハ(基板)に、レジスト組成物を、乾燥(プリベーク)後の膜厚が0.15μmとなるように塗布(スピンコート)した。塗布後、ダイレクトホットプレート上にて、表1のPB欄に示す温度で60秒間プリベーク(PB)し、ウェハ上に組成物層を形成させた。
このようにして組成物層を形成したウェハに、現像機[ACT−12;東京エレクトロン(株)製]を用いて、60秒間、水リンスを行った。
その後、欠陥検査装置[KLA−2360;KLAテンコール製]を用いて、ウェハ上の欠陥数を測定した。結果を表2に示す。
<レジスト組成物の液浸露光評価>
以下のようにして、レジスト組成物の液浸露光を行い、マスクエラーファクター(MEF)評価を実施した。
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、ウェハ上に膜厚78nmの有機反射防止膜を形成した。次いで、こ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となるように塗布(スピンコート)した。塗布後、シリコンウェハをダイレクトホットプレート上にて、表1の「PB」欄に記載された温度で60秒間プリベークし、組成物層を形成した。組成物層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100nm/ホール径70nm)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1の「PEB」欄に記載された温度で60秒間、加熱(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。
現像後に得られたレジストパターンにおいて、前記マスクを用いて形成したホール径が55nmとなる露光量を実効感度とした。
<マスクエラーファクター(MEF)評価>
ピッチ幅100nmのラインアンドスペースパターン(1:1)マスク(ラインパターンのマスクサイズが50nm)で露光して形成されたラインパターンの線幅が50nmとなる露光量で露光し、ラインパターンのマスクサイズが48nm、50nm、52nm(ピッチ幅はいずれも100nm)のマスクを使用し、パターンをそれぞれ形成した。マスクサイズを横軸に、各マスクを用いて形成されたラインパターンの線幅を縦軸にプロットした。該プロットから求めた回帰直線の傾きをMEFとし、結果を表2に示す。
本レジスト組成物(実施例1〜実施例34)を用いて得られるレジストパターンは欠陥数も少なく、優れたMEFで、レジストパターンを製造することができた。一方、比較例1のレジスト組成物では、得られるレジストパターンの欠陥数も多く、MEFも不良であった。
<フォーカスマージン(DOF)評価>
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、ホール径が70nmのマスクを用いて形成したレジストパターンのホール径が55nmとなる露光量を実効感度とした。
実効感度において、フォーカスを段階的に変化させてレジストパターンを形成し、得られたホール径が52.2nm以上57.7nm以下を保持するフォーカス範囲をDOFとした。すなわち、DOFが
0.18μm以上であるものを「○」、
0.18μm未満であるものを「×」とした。括弧内の数字は、DOF値を示す。
本発明のレジスト組成物は、レジストパターン製造時のフォーカスマージン(DOF)で又はマスクエラーファクター(MEF)に優れ、欠陥の発生数が少ないレジストパターンを形成できるため、半導体の微細加工に有用である。

Claims (3)

  1. (A)式(a)で表される化合物に由来する構造単位を有する樹脂及び
    (B)酸発生剤を含有するレジスト組成物。
    [式(a)中、
    は、水素原子又はメチル基を表す。
    は、式(a−g2)で表される基を表す。
    (式(a−g2)中、
    13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。
    12は、カルボニルオキシ基又はオキシカルボニル基を表す。
    14は、ハロゲン原子を有していてもよい炭素数3〜17の脂環式炭化水素基を表す。
    ただし、A13、A14及びX12の炭素数の合計は18以下であり、A13又はA14は、ハロゲン原子を有する。)
    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)で表される基を表す。
    (式(a−g1)中、
    sは0又は1を表す。
    10及びA12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。
    11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。
    10及びX11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、A10、A11、A12、X10及びX11の炭素数の合計は6以下である。)]
  2. さらに、溶剤(D)を含む請求項1記載のレジスト組成物。
  3. (1)請求項1又は2記載のレジスト組成物を基板上に塗布する工程、
    (2)塗布後の組成物を乾燥させて組成物層を形成する工程、
    (3)組成物層に露光機を用いて露光する工程、
    (4)露光後の組成物層を加熱する工程、
    (5)加熱後の組成物層を、現像装置を用いて現像する工程、を含むレジストパターンの製造方法。
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