JP6432145B2 - レジスト用重合体の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明はレジスト用重合体の製造方法及びこの製造方法に用いられる重合体に関する。
半導体デバイス、液晶デバイス等の各種電子デバイスの製造に用いられるレジスト組成物は、ArFエキシマレーザー光等の遠紫外線、電子線などの露光光の照射により、露光部において酸発生体から酸を生成させ、この酸を触媒とする反応により、露光部と未露光部との現像液に対する溶解速度を変化させ、基板上にレジストパターンを形成する。
かかるレジスト組成物には、解像度が高く、断面形状の矩形性に優れると共に、ブリッジ欠陥等が少ないレジストパターンを形成できることが求められる。これらの要求に対しては、レジスト組成物に含有されるレジスト用重合体の構造及び製造方法等について種々検討されている。このようなレジスト用重合体としては、例えば、酸解離性基を含む構造単位、γ−ブチロラクトン構造等のラクトン構造を含む構造単位、ヒドロキシ基等の極性基を含む構造単位などを有する重合体が用いられている(特開2003−5375号公報及び特開2008−83370号公報参照)。かかるレジスト用重合体においては、これらの構造単位が重合体鎖中で偏って分布することがあり、これがレジストパターンの欠陥を発生させる原因の1つと考えられている。そのような重合体を除去してブリッジ欠陥抑制性に優れるレジスト組成物を与えるレジスト用重合体を製造する方法としては、例えば、精製用粒子等を用いて重合体を精製する方法等が検討されている(特開2007−19351号公報参照)。しかし、この方法は、精製用粒子を合成する必要があるため煩雑であり、また精製用粒子の大きさ、形状、比表面積等が精製効果に大きく影響するため、再現性が低いという不都合がある。
特開2003−5375号公報 特開2008−83370号公報 特開2007−19351号公報
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、レジスト組成物のブリッジ欠陥抑制性に優れる重合体を容易にかつ高い再現性で製造できるレジスト用重合体の製造方法を提供することにある。
上記課題を解決するためになされた発明は、第1構造(以下、「構造(I)」ともいう)を含む構造単位(以下、「構造単位(I)」ともいう)を有する第1重合体(以下、「[A]重合体」ともいう)と、第2構造(以下、「構造(i)」ともいう)を含む構造単位(以下、「構造単位(i)」ともいう)及び他の構造単位(以下、「構造単位(ii)」ともいう)を有し、第1重合体とは異なる第2重合体(以下、「[B]重合体」ともいう)と、第1溶媒(以下、「[C]溶媒」ともいう)と、この第1溶媒と互いに溶け合わない第2溶媒(以下、「[D]溶媒」ともいう)とを接触させる工程(以下、「接触工程」ともいう)を備え、上記構造(I)と上記構造(i)とが同種のものであるレジスト用重合体の製造方法である。
上記課題を解決するためになされた別の発明は、当該レジスト用重合体の製造方法に用いられる重合体であって、1の構造を含む構造単位及び他の構造単位を有することを特徴とする重合体である。
ここで、重合体の構造単位に含まれる「構造」とは、一定範囲の原子団を意味する。また、上記構造同士が「同種のもの」であるとは、両方の構造が同種の化合物に由来することをいい、例えば、同じ官能基を有していることを意味する。上記構造同士が「同一」であるとは、両方の構造が同一の化合物に由来することをいう。「同種である」ことは、「同一である」ことを含む。
本発明のレジスト用重合体の製造方法によれば、レジスト組成物のブリッジ欠陥抑制性に優れるレジスト用重合体を容易にかつ高い再現性で製造することができる。また、本発明の重合体は、当該レジスト用重合体の製造方法に好適に用いることができる。従って、これらは今後ますます微細化が進行すると予想される半導体デバイスの製造プロセス等に好適に用いることができる。
<レジスト用重合体の製造方法>
当該レジスト用重合体の製造方法は、[A]重合体と、[B]重合体と、[C]溶媒と、[D]溶媒とを接触させる工程(以下、「接触工程」ともいう)を備える。当該製造方法によれば、レジスト用重合体の原料となる[A]重合体を、精製処理剤としての[B]重合体を用いて精製処理することにより、レジスト用重合体としての精製された[A]重合体(以下、「[A’]重合体」ともいう)が得られる。
当該製造方法により得られる[A’]重合体においては、原料である[A]重合体に比べて、構造(I)を含む構造単位(I)が偏って分布する重合体が、構造(i)を含む構造単位(i)を有する[B]重合体との親和性が高いことにより吸着等されることで低減されていると考えられる。その結果、この[A’]重合体を用いたレジスト組成物はブリッジ欠陥抑制性に優れるものとなる。また、当該製造方法では、上記精製処理を、互いに溶け合わない[C]溶媒及び[D]溶媒からなる液相に、[A]重合体及び[B]重合体が溶解又は分散した状態で行う。従って[A]重合体と[B]重合体とをより均一に接触させることができるため、高い再現性でレジスト用重合体を製造することができる。加えて、当餓製造方法によれば、精製用粒子等を合成する等の煩雑な工程を必要とせず、容易にレジスト用重合体を製造することができる。
当該製造方法は、上記接触工程の後に、上記[A]〜[D]成分の混合物から[A’]重合体」を分離する工程(以下、「分離工程」ともいう)をさらに備えることが好ましい。また、上記接触工程の前に、[A]重合体及び[B]重合体を合成する工程(以下、「合成工程」ともいう)を備えていてもよい。
以下、各工程について説明する。
<合成工程>
本工程では、当該製造方法に用いる[A]重合体及び[B]重合体を合成する。
以下、各重合体及びそれらの合成方法について説明する。
[[A]重合体]
[A]重合体は、構造(I)を含む構造単位(I)を有する重合体である。この構造(I)は、[B]重合体が有する構造(i)と同種のものである。[A]重合体は、後述する酸解離性基を含む構造単位(以下、「構造単位(II)」ともいう)を有することが好ましく、上記構造単位(I)及び構造単位(II)以外のその他の構造単位を有していてもよい。[A]重合体は各構造単位を1種又は2種以上有していてもよい。[A]重合体は、構造単位(II)を構造単位(I)として有していてもよい。
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、構造(I)を含む構造単位である。
構造(I)としては、例えば、
鎖状炭化水素構造、脂環式炭化水素構造、芳香族炭化水素構造等の炭化水素構造;
ラクトン構造、環状カーボネート構造、スルトン構造、アミン構造、アルコール構造、フェノール構造、カルボン酸構造、アミン構造、ケトン構造、非環状エステル構造、エーテル構造、ハロゲン化炭化水素構造等の極性を有する構造などが挙げられる。
ここで、鎖状炭化水素構造、脂環式炭化水素構造及び芳香族炭化水素構造とは、それぞれ、鎖状炭化水素、脂環式炭化水素及び芳香族炭化水素に由来する構造をいう。ラクトン構造、環状カーボネート構造及びスルトン構造とは、それぞれ、−O−C(O)−で表される基を含む1つの環(ラクトン環)、−O−C(O)−O−で表される基を含む1つの環(環状カーボネート環)及び−O−S(O)−で表される基を含む1つの環(スルトン環)を有する構造をいう。また、これらの環を1つめの環として数え、これらの環のみの場合は単環式構造、さらに他の環を有する場合は、その構造に関わらず多環式構造という。これらの構造の環員数とは、これらの構造が有する環を構成する全原子数をいう。アルコール構造、フェノール構造、カルボン酸構造、アミン構造、ケトン構造、非環状エステル構造及びエーテル構造とは、それぞれ、−OH、−COH、−COOH、−NH又は−NH−、−C(O)−、−C(O)−O−及び−O−で表される基を含む構造をいう。ハロゲン化炭化水素構造とは、ハロゲン原子で置換された炭化水素に由来する構造をいう。ハロゲン原子としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられる。
これらの中で、[A]重合体と[B]重合体との親和性がより高くなる観点から、極性を有する構造が好ましく、ラクトン構造、環状カーボネート構造、スルトン構造、アルコール構造、カルボン酸構造、アミン構造がより好ましく、ラクトン構造、環状カーボネート構造、アルコール構造がさらに好ましい。[A]重合体が極性を有する構造を含む構造単位(I)を有することで、[A]重合体を含有するレジスト組成物は、レジストパターンと基板との密着性を向上させることができる。
構造(I)がラクトン構造、環状カーボネート構造又はスルトン構造の場合、上記構造(I)の環員数の下限としては、5が好ましく、7がより好ましく、8がさらに好ましく、9が特に好ましい。上記構造(I)の環員数を上記下限以上とすることで、より容易にかつより高い再現性で[A’]重合体を製造することが可能になる。上記環員数の上限としては、特に限定されないが、20が好ましい。
ラクトン構造を含む構造単位としては、例えば、下記式で表される構造単位等が挙げられる。
Figure 0006432145
Figure 0006432145
上記式中、RL1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。
環状カーボネート構造を含む構造単位としては、例えば、下記式で表される構造単位等が挙げられる。
Figure 0006432145
上記式中、RL1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。
スルトン構造を含む構造単位としては、例えば、下記式で表される構造単位等が挙げられる。
Figure 0006432145
上記式中、RL1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。
アルコール構造を含む構造単位としては、例えば、下記式で表される構造単位等が挙げられる。
Figure 0006432145
上記式中、RL2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。
構造単位(I)としては、これらの中で、極性を有する構造を含む構造単位が好ましく、ラクトン構造を含む構造単位、環状カーボネート構造を含む構造単位、スルトン構造を含む構造単位、アルコール構造を含む構造単位、カルボン酸構造を含む構造単位、アミン構造を含む構造単位がより好ましく、ラクトン構造を含む構造単位、環状カーボネート構造を含む構造単位、アルコール構造を含む構造単位がさらに好ましく、ノルボルナンラクトン構造を含む構造単位、5−オキソ−4−オキサトリシクロ[4.3.1.13,8]ウンデカン構造を含む構造単位、γ−ブチロラクトン構造を含む構造単位、エチレンカーボネート構造を含む構造単位、アダマンタノール構造を含む構造単位が特に好ましく、ノルボルナンラクトン−2−イル(メタ)アクリレートに由来する構造単位、ノルボルナンラクトン−2−イルオキシカルボニルメチル(メタ)アクリレートに由来する構造単位、5−オキソ−4−オキサトリシクロ[4.3.1.13,8]ウンデカン−2−イルオキシカルボニルメチル(メタ)アクリレートに由来する構造単位、γ−ブチロラクトン−イル(メタ)アクリレートに由来する構造単位、エチレンカーボネート−イルメチル(メタ)アクリレートに由来する構造単位、3−ヒドロキシアダマンタン−1−イル(メタ)アクリレートに由来する構造単位がさらに特に好ましい。
上記構造単位(I)の含有割合としては、[A]重合体における全構造単位に対して10モル%〜90モル%が好ましく、20モル%〜80モル%がより好ましく、30モル%〜70モル%がさらに好ましく、40モル%〜60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、[A]重合体と[B]重合体との親和性をより高くすることができ、また、レジスト組成物から形成されるレジストパターンと基板との密着性をより向上させることができる。
[構造単位(II)]
構造単位(II)は、酸解離性基を含む構造単位である。「酸解離性基」とは、カルボキシ基等の水素原子を置換する基であって、酸の作用により解離する基をいう。[A]重合体が構造単位(II)を有することで、レジスト組成物は、露光により生じた酸により露光部と未露光部とで現像液に対する溶解性に差異が生じ、その結果、レジストパターンを形成することができる。
構造単位(II)としては、例えば、下記式(1)で表される構造単位(以下、「構造単位(II−1)」ともいう)等が挙げられる。
Figure 0006432145
上記式(1)中、R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。Yは、1価の酸解離性基である。
上記Rとしては、構造単位(II−1)を与える単量体の共重合性の観点から、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1価の酸解離性基としては、下記式(Y−1)で表される基が好ましい。
Figure 0006432145
上記式(Y−1)中、Re1は、炭素数1〜20の1価の炭化水素基である。Re2及びRe3は、それぞれ独立して炭素数1〜20の1価の鎖状炭化水素基若しくは炭素数3〜20の1価の脂環式炭化水素基であるか、又はこれらの基が互いに合わせられこれらが結合する炭素原子と共に構成される環員数3〜20の脂環構造を表す。
上記炭素数1〜20の1価の炭化水素基としては、例えば、炭素数1〜20の1価の鎖状炭化水素基、炭素数3〜20の1価の脂環式炭化水素基又は炭素数6〜20の1価の芳香族炭化水素基等が挙げられる。
上記Re1、Re2及びRe3で表される炭素数1〜20の1価の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、n−ペンチル基等のアルキル基;
エテニル基、プロペニル基、ブテニル基、ペンテニル基等のアルケニル基;
エチニル基、プロピニル基、ブチニル基、ペンチニル基等のアルキニル基等が挙げられる。
これらの中で、アルキル基が好ましく、炭素数1〜4のアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基、i−プロピル基がさらに好ましく、エチル基が特に好ましい。
上記Re1、Re2及びRe3で表される炭素数3〜20の1価の脂環式炭化水素基としては、例えば、
シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロ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;
シクロプロペニル基、シクロブテニル基、シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基等の単環のシクロアルケニル基;
ノルボルネニル基、トリシクロデセニル基等の多環のシクロアルケニル基等が挙げられる。
これらの中で、単環のシクロアルキル基、多環のシクロアルキル基が好ましく、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボルニル基、アダマンチル基がより好ましい。
上記Re1で表される炭素数6〜20の1価の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、メチルナフチル基、アントリル基、メチルアントリル基等のアリール基;
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のアラルキル基等が挙げられる。
上記これらの基が互いに合わせられこれらが結合する炭素原子と共に構成され表す環員数3〜20の脂環構造としては、例えば、
シクロプロパン構造、シクロブタン構造、シクロペンタン構造、シクロヘキサン構造、シクロオクタン構造等の単環のシクロアルカン構造;
ノルボルナン構造、アダマンタン構造、トリシクロデカン構造、テトラシクロドデカン構造等の多環のシクロアルカン構造;
シクロプロペン構造、シクロブテン構造、シクロペンテン構造、シクロヘキセン構造、シクロオクテン構造等の単環のシクロアルケン構造;
ノルボルネン構造、トリシクロデセン構造、テトラシクロドデセン構造等の多環のシクロアルケン構造等が挙げられる。
これらの中で、単環のシクロアルカン構造、多環のシクロアルカン構造が好ましく、炭素数5〜8の単環のシクロアルカン構造、炭素数7〜12の多環のシクロアルカン構造がより好ましく、シクロペンタン構造、シクロヘキサン構造、シクロオクタン構造、ノルボルナン構造、アダマンタン構造がさらに好ましく、シクロペンタン構造、アダマンタン構造が特に好ましい。
上記構造単位(II−1)としては、例えば、下記式(1−1)〜(1−8)で表される構造単位等が挙げられる。
Figure 0006432145
上記式(1−1)〜(1−8)中、Rは、上記式(1)と同義である。Re1、Re2及びRe3は、上記式(Y−1)と同義である。rは、それぞれ独立して、1〜3の整数である。
構造単位(II−1)としては、上記式(1−2)、(1−3)、(1−5)及び(1−6)で表される構造単位が好ましく、上記式(1−3)で表される構造単位がより好ましく、rが1である上記式(1−3)で表される構造単位がさらに好ましく、rが1かつRe1がエチル基である上記式(1−3)で表され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、10モル%〜90モル%が好ましく、20モル%〜80モル%がより好ましく、30モル%〜70モル%がさらに好ましく、40モル%〜60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、レジスト組成物は、パターン形成性をより向上させることができる。
[その他の構造単位]
[A]重合体は、上記構造単位(I)及び構造単位(II)以外のその他の構造単位を有していてもよい。上記その他の構造単位は、[A]重合体が有する構造(I)と同種の構造を含む構造単位のうち、[B]重合体が有さないものである。上記その他の構造単位としては、例えば、上記構造(I)として例示した構造を含む構造単位等が挙げられる。上記その他の構造単位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、20モル%以下が好ましく、10モル%以下がより好ましい。
[A]重合体のGPC(Gel Permeation Chromatography)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、2,000〜30,000がより好ましく、3,000〜20,000がさらに好ましく、4,000〜10,000が特に好ましい。[A]重合体のMwが上記下限未満であると、レジスト組成物から形成されたレジストパターンの耐熱性が低下するおそれがある。[A]重合体のMwが上記上限を超えると、レジスト組成物の現像性が低下するおそれがある。
[A]重合体のGPCによるポリスチレン換算数平均分子量(Mn)に対するMwの比(Mw/Mn、分散度)としては、1〜5が好ましく、1〜3がより好ましく、1〜2.5がさらに好ましく、1〜2が特に好ましい。
[[B]重合体]
[B]重合体は、構造(i)を含む構造単位(i)及び構造単位(ii)を有し、[A]重合体とは異なる重合体である。この構造(i)は、[A]重合体が有する構造(I)と同種のものである。[B]重合体をレジスト用重合体の製造方法に用いた場合、[B]重合体は、構造単位(i)を有することで、[A]重合体中の構造単位(I)が偏って分布する重合体と相互作用することができ、その結果、そのような重合体を吸着等により除去することができると考えられる。また、[B]重合体は、構造単位(ii)を有することで、[A]重合体とは異なる液相に存在させることが可能となり、その結果、上述の[A]重合体中の構造単位(I)が偏って分布する重合体を[A]重合体から除去することができ、また、得られる[A’]重合体と[B]重合体とを分離することが可能になる。[B]重合体は、上記構造単位(i)及び構造単位(ii)以外のその他の構造単位を有していてもよい。[B]重合体は、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。
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、構造(i)を含む構造単位である。この構造(i)は、上記[A]重合体が有する構造(I)と同種のものである。
上記構造単位(i)における構造(i)としては、上記構造単位(I)における構造(I)と同一であることが好ましい。構造(i)と構造(I)とが同一であることで、上記[A]重合体中の構造単位(I)が偏って分布する重合体をより効果的に除去することができると考えられる。
上記構造単位(i)の含有割合としては、[B]重合体を構成する全構造単位に対して、1モル%〜30モル%が好ましく、2モル%〜25モル%がより好ましく、3モル%〜20モル%がさらに好ましく、5モル%〜15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、[A]重合体と[B]重合体との親和性及び[B]重合体の[C]溶媒と[D]溶媒への分配を適度にバランスさせることができ、その結果、上記[A]重合体中の構造単位(I)が偏って分布する重合体をさらに効果的に除去することができると考えられる。
[構造単位(ii)]
構造単位(ii)は、構造単位(i)以外の他の構造単位である。構造単位(ii)としては構造単位(i)以外のものであれば特に限定されず、例えば、構造単位(i)が含む構造(i)より極性が高い第3構造(以下、「構造(iii)」ともいう)を含む構造単位、構造単位(i)が含む構造(i)より極性が低い構造を含む構造単位等が挙げられる。
上記構造(iii)としては、例えば、ラクタム構造(環状アミド構造)、非環状アミド構造、ウレア構造、カーバメート構造、アルコール構造、アミン構造、チオール構造、スルホン酸構造、カルボン酸構造、スルホンアミド構造等が挙げられる。
上記極性が低い構造としては、炭化水素構造、ケトン構造、エーテル構造等が挙げられる。
構造単位(ii)の含有割合としては、[B]重合体を構成する全構造単位に対して、70モル%〜99モル%が好ましく、75モル%〜98モル%がより好ましく、80モル%〜97モル%がさらに好ましく、85モル%〜95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、[B]重合体は、[A]重合体とは異なる液相により存在させることが可能となり、その結果、上述の[A]重合体中の構造単位(I)が偏って分布する重合体を[A]重合体からより除去することができ、また、得られる[A’]重合体とより分離することが可能になる。
[B]重合体のGPCによるポリスチレン換算重量平均分子量(Mw)は特に限定されないが、500以上50,000以下が好ましく、600以上20,000以下がより好ましく、700以上10,000以下がさらに好ましく、800以上6,000以下が特に好ましく、1,000以上3,000以下がさらに特に好ましい。[B]重合体のMwを上記範囲とすることで、[B]重合体は、[A]重合体とは異なる液相にさらに存在させることが可能となり、その結果、上述の[A]重合体中の構造単位(I)が偏って分布する重合体を[A]重合体からさらに除去することができ、また、得られる[A’]重合体とさらに分離することが可能になる。
[B]重合体のGPCによるポリスチレン換算数平均分子量(Mn)に対するMwの比(Mw/Mn)は、通常、1以上5以下であり、1以上4以下が好ましく、1以上3以下がより好ましく、1以上2以下がさらに好ましい。
[[A]重合体及び[B]重合体の合成方法]
[A]重合体及び[B]重合体は、ラジカル重合等の常法に従って合成することができる。例えば、(1)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、(2)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、(3)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、(4)単量体及びラジカル開始剤を含有する溶液を無溶媒又は反応溶媒中で重合反応させる方法等で合成することができる。
なお、単量体溶液に対して、単量体溶液を滴下して反応させる場合、滴下される単量体溶液中の単量体量としては、重合に用いられる単量体総量に対して30モル%以上が好ましく、50モル%以上がより好ましく、70モル%以上がさらに好ましい。
これらの方法における反応温度は開始剤種によって適宜決定すればよい。通常30℃〜150℃であり、40℃〜150℃が好ましく、50℃〜140℃がより好ましい。滴下時間は、反応温度、開始剤の種類、反応させる単量体等の条件によって異なるが、通常30分〜8時間であり、45分〜6時間が好ましく、1時間〜5時間がより好ましい。また、滴下時間を含む全反応時間も、滴下時間と同様に条件により異なるが、通常30分〜12時間であり、45分〜12時間が好ましく、1〜10時間がより好ましい。
上記重合に使用されるラジカル開始剤としては、例えば、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)、ジメチル2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)、ジメチル2,2’−アゾビスイソブチレート等のアゾ系ラジカル開始剤;ベンゾイルパーオキサイド、t−ブチルハイドロパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド等の過酸化物系ラジカル開始剤等が挙げられる。これらの中で、AIBN、ジメチル2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)が好ましい。なお、ラジカル開始剤は、1種又は2種以上を用いてもよい。
反応溶媒としては、重合を阻害する溶媒(重合禁止効果を有するニトロベンゼン、連鎖移動効果を有するメルカプト化合物等)以外の溶媒であって、その単量体を溶解可能な溶媒であれば使用することができる。例えば、アルコール類、エーテル類、ケトン類、アミド類、エステル・ラクトン類、ニトリル類及びその混合溶媒等が挙げられる。これらの溶媒は、単独で又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。
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単独で又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。また、再沈殿法の他に、分液操作やカラム操作、限外ろ過操作等により、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。
次に、上記合成した[A]重合体及び[B]重合体を用いて、接触工程を行う。
<接触工程>
本工程では、[A]重合体と[B]重合体と[C]溶媒と[D]溶媒とを接触させる。
本工程で用いる[C]溶媒及び[D]溶媒は、互いに溶け合わないものであれば特に限定されず、例えば、後述するレジスト組成物の[H]溶媒として例示した溶媒の中から適宜選択して用いることができる。「互いに溶け合わない」とは、全く溶け合わない場合だけでなく、一部が相互に溶解していても2つの液相を形成している場合も含む。[A]重合体及び[B]重合体としては、それぞれ1種又は2種以上を用いてもよい。また、[C]溶媒及び[D]溶媒としては、それぞれ1種又は2種以上を用いてもよい。[A]重合体及び[B]重合体は、液相に溶解していても、液相に溶解せず分散していてもよいが、より均一に接触させる観点から、溶解していることが好ましい。
上記[A]〜[D]成分を接触させる方法としては、特に限定されず、例えば、(1)[A]重合体と[B]重合体と[C]溶媒と[D]溶媒とを一度に混合する方法、(2)[A]重合体と[B]重合体とを[C]溶媒及び[D]溶媒からなる液相に加えて混合する方法、(3)[A]重合体と[B]重合体とを混合した後、この混合物を[C]溶媒及び[D]溶媒からなる液相に加えて混合する方法、(4)[A]重合体を[C]溶媒及び[D]溶媒からなる液相に加えた後、この混合物に[B]重合体を加えて混合する方法、(5)[B]重合体を[C]溶媒及び[D]溶媒からなる液相に加えた後、この混合物に[A]重合体を加えて混合する方法、(6)[A]重合体を[C]溶媒に加えて混合し、また[B]重合体を[D]溶媒に加えて混合した後、これら2つの混合物を合わせて混合する方法等が挙げられる。
上記[A]重合体の使用量としては、[C]溶媒及び[D]溶媒の合計100質量部に対して、1質量部〜50質量部が好ましく、2質量部〜30質量部がより好ましく、3質量部〜20質量部がさらに好ましい。
上記[B]重合体の使用量としては、[C]溶媒及び[D]溶媒の合計100質量部に対して、0.1質量部〜5質量部が好ましく、0.2質量部〜3質量部がより好ましく、0.3質量部〜2質量部がさらに好ましい。
上記[A]重合体の使用量としては、[B]重合体100質量部に対して、1質量部〜50質量部が好ましく、3質量部〜30質量部がより好ましく、5質量部〜20質量部がさらに好ましい。
上記[C]溶媒の使用量としては、[D]溶媒100質量部に対して、20質量部〜500質量部が好ましく、30質量部〜300質量部がより好ましく、50質量〜200質量部がさらに好ましく、75質量部〜150質量部が特に好ましい。
上記接触工程における[A]〜[D]成分を接触させる時間としては、10秒〜10時間が好ましく、1分〜5時間がより好ましく、5分〜2時間がさらに好ましく、10分〜1時間が特に好ましい。
上記接触工程における[A]〜[D]成分の温度としては、5℃〜90℃が好ましく、10℃〜70℃がより好ましく、15℃〜50℃がさらに好ましく、20℃〜40℃が特に好ましい。
上記[A]〜[D]成分を接触させる方法としては、より効果的に溶解及び接触を行う観点から、上記(6)が好ましい。この方法は、すなわち、[A]重合体及び[C]溶媒を含有する第1組成物(以下、「組成物(I)」ともいう)と、[B]重合体及び[D]溶媒を含有する第2組成物(以下、「組成物(II)」ともいう)とを接触させる方法である。
この方法においては、[B]重合体の構造単位(ii)において構造(ii)より極性が高い構造(iii)とし、かつ、[D]溶媒の極性を[C]溶媒の極性より高くすることが好ましい。このようにすることで、[A]重合体は[C]溶媒の方に、[B]重合体は[D]溶媒の方に親和性がより高くなるため、[A]重合体と[B]重合体とを異なる液相中により存在させることができ、その結果、接触工程後の分離工程において、[A’]重合体をより容易に分離することができる。
上記構造(iii)としては上述の[B]重合体において例示した構造が挙げられるが、これらの中で、より高い極性を有することで[B]重合体と[A]重合体との極性差を大きくして分離工程における分離をより容易にする観点から、ラクタム構造が好ましい。上記ラクタム構造としては、γ−ブチロラクタム構造、δ−バレロラクタム構造、ε−カプロラクタム構造が好ましく、γ−ブチロラクタム構造がより好ましい。
上記[C]溶媒としては、有機溶媒が好ましく、ケトン系溶媒がより好ましく、炭素数4〜6のケトン系溶媒がさらに好ましく、メチルイソブチルケトンが特に好ましい。また上記[D]溶媒としては、水を含む溶媒が好ましく、水がより好ましく、蒸留水がより好ましい。このような溶媒の組み合わせとすることで、[A]重合体と[B]重合体との接触と、その後の分離の両方をさらに効果的に行うことができる。
上記組成物(1)における[A]重合体の濃度としては、1質量%〜30質量%が好ましく、3質量%〜20質量%がより好ましく、5質量%〜15質量%がさらに好ましい。
上記組成物(2)における[B]重合体の濃度としては、0.1質量%〜10質量%が好ましく、0.3質量%〜5質量%がより好ましく、0.5質量%〜3質量%がさらに好ましい。
上記組成物(1)の使用量としては、組成物(2)100質量部に対して、20質量部〜500質量部が好ましく、30質量部〜300質量部がより好ましく、50質量部〜200質量部がさらに好ましく、75質量部〜150質量部が特に好ましい。
上記接触させるための方法としては、特に限定されないが、例えば、容器、タンク等の中で撹拌する方法などが挙げられる。撹拌することにより[A]〜[D]成分を効果的に接触させることができる。
上記容器等の材質としては、取扱が容易で不純物が混入しにくいものが好ましく、ガラス、樹脂、ステンレス等が挙げられる。容器等の形状としては、[A]〜[D]成分を入れて容易に撹拌できる形状が好ましく、例えば、円筒状等が挙げられる。撹拌方法としては、例えば、棒状、板状、プロペラ状等の撹拌羽根を回転軸を介してモータなどで回転させる方法などが挙げられる。
<分離工程>
本工程では、上記接触工程において生成した[A’]重合体を、[A]〜[D]成分の混合物から分離する。
分離する方法としては、公知の方法を用いることができ、例えば、[A’]重合体と[B]重合体とがそれぞれ異なる液相に溶解している場合には、分液操作等により上記[A’]重合体が溶解している液相を回収し、この回収した液相から溶媒留去、再沈殿、カラム操作、限外ろ過操作等を行うことにより[A’]重合体を得ることができる。
以上説明したように、当該レジスト用重合体の製造方法によれば、容易にかつ高い再現性でレジスト用重合体を製造することができる。得られたレジスト用重合体を用いて、例えば、以下に示すレジスト組成物を調製することができる。得られるレジスト組成物は、ブリッジ欠陥抑制性に優れる。
<レジスト組成物>
レジスト組成物は、[A’]重合体を含有し、[E]感放射線性酸発生剤(以下、「[E]酸発生剤」ともいう)、[F]酸拡散制御剤、[G]フッ素原子含有重合体(以下、「[G]重合体」ともいう)及び[H]溶媒を含有することが好ましく、上記成分以外のその他の成分を含有してもよい。
以下、各レジスト組成物を構成する各成分及びレジスト組成物の調製方法について説明する。
[[A’]重合体]
[A’]重合体は、上述のように[A]重合体から上記接触工程及び上記分離工程を行うことにより得られるものである。[A’]重合体においては、構造単位(I)が偏って分布する重合体が[A]重合体よりも低減されていると考えられる。
[[E]酸発生剤]
[E]酸発生剤は、露光により酸を発生する物質である。この発生した酸により[A’]重合体等が有する酸解離性基が解離してカルボキシ基等が生じ、これらの重合体の現像液への溶解性が変化するため、レジスト組成物から、レジストパターンを形成することができる。
[E]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。
上記スルホニウム塩としては、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4−(アダマンタン−1−イルカルボニルオキシ)ブタン−1,1,2−トリフルオロブタン−1−スルホネート等が挙げられる。
上記テトラヒドロチオフェニウム塩としては、4−ヒドロキシ−1−ナフチ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、4−ヒドロキシ−1−ナフチ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等が挙げられる。
上記ヨードニウム塩としては、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等が挙げられる。
[E]酸発生剤としては、これらの中で、オニウム塩化合物が好ましく、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4−(アダマンタン−1−イルカルボニルオキシ)ブタン−1,1,2−トリフルオロブタン−1−スルホネートが特に好ましい。
[E]酸発生剤の含有量としては、[A’]重合体100質量部に対して、0.2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〜15質量部がさらに好ましく、2質量部〜10質量部が特に好ましい。[E]酸発生剤は、1種単独で又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。
[[F]酸拡散制御剤]
レジスト組成物は、必要に応じて、[F]酸拡散制御剤を含有してもよい。[F]酸拡散制御剤は、露光により[F]酸発生剤から生じる酸のレジスト膜中における拡散現象を制御し、非露光領域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。
[F]酸拡散制御剤としては、例えば、下記式(2)で表される化合物(以下、「含窒素化合物(I)」ともいう)、同一分子内に窒素原子を2個有する化合物(以下、「含窒素化合物(II)」ともいう)、窒素原子を3個有する化合物(以下、「含窒素化合物(III)」ともいう)、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。
Figure 0006432145
上記式(2)中、R、R及びRは、それぞれ独立して、水素原子、置換されていてもよい直鎖状、分岐状若しくは環状アルキル基、アリール基又はアラルキル基である。
含窒素化合物(I)としては、例えば、n−ヘキシルアミン等のモノアルキルアミン類;ジ−n−ブチルアミン等のジアルキルアミン類;トリエチルアミン等のトリアルキルアミン類;アニリン等の芳香族アミン類等が挙げられる。
含窒素化合物(II)としては、例えば、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等が挙げられる。
含窒素化合物(III)としては、例えば、ポリエチレンイミン、ポリアリルアミン等のポリアミン化合物;ジメチルアミノエチルアクリルアミド等の重合体等が挙げられる。
アミド基含有化合物としては、例えば、ホルムアミド、N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、アセトアミド、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、1,3−ジフェニルウレア、トリ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、ピリジン、2−メチルピリジン等のピリジン類;N−プロピルモルホリン、N−(ウンデシルカルボニルオキシエチル)モルホリン等のモルホリン類;ピラジン、ピラゾール等が挙げられる。
また上記含窒素有機化合物として、酸解離性基を有する化合物を用いることもできる。このような酸解離性基を有する含窒素有機化合物としては、例えば、N−(t−ブトキシカルボニル)ジシクロヘキシルアミン、N−(t−ブトキシカルボニル)ジフェニルアミン、N−t−ブトキシカルボニル−4−ヒドロキシピペリジン、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が挙げられる。
[F]酸拡散制御剤としては、これらの中で、酸解離性基を有する化合物が好ましく、N−(t−アミルオキシカルボニル)−4−ヒドロキシピペリジンがより好ましい。
[F]酸拡散制御剤の含有量としては、[A’]重合体100質量部に対して、0〜20質量部が好ましく、0.1質量部〜15質量部がより好ましく、0.3質量部〜10質量部がさらに好ましい。[F]酸拡散制御剤の含有量が上記上限を超えると、レジスト組成物の感度が低下する場合がある。
[[G]重合体]
[G]重合体は、フッ素原子を含む重合体である(但し、[A’]重合体に該当するものを除く)。レジスト組成物は、[A’]重合体に加えて[G]重合体をさらに含有することで、形成されるレジスト膜の表層に[G]重合体が偏在化し、その結果、レジスト膜表面の疎水性を向上させることができる。これにより、液浸露光を行う場合等に、レジスト膜からの物質溶出抑制性に優れると共に、レジスト膜と液浸液との後退接触角を十分高くすることができ、より高速なスキャンが可能になる。
[G]重合体としては、下記式(3)で表される構造単位(以下、「構造単位(f)」ともいう)を有することが好ましい。また、[G]重合体は、構造単位(f)以外の他の構造単位を有してもよい。なお、[G]重合体は、各構造単位を1種又は2種以上含んでいてもよい。以下、各構造単位について説明する。
[構造単位(f)]
構造単位(f)は下記式(3)で表される構造単位である。
Figure 0006432145
上記式(3)中、Rf1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。Rf2は、置換若しくは非置換の炭素数1〜6の1価のフッ素化鎖状炭化水素基又は置換若しくは非置換の炭素数4〜20の1価のフッ素化脂環式炭化水素基である。
上記炭素数1〜6の1価のフッ素化鎖状炭化水素基としては、例えば、フルオロメチル基、トリフルオロメチル基、トリフルオロエチル基等が挙げられる。
上記炭素数4〜20の1価のフッ素化脂環式炭化水素基としては、例えば、フルオロシクロペンチル基、ジフルオロシクロペンチル基、シクロペンチルジフルオロプロピル基、パーフルオロシクロヘキシル基等が挙げられる。
構造単位(f)を与える単量体としては、例えば、トリフルオロメチル(メタ)アクレート、2,2,2−トリフルオロエチル(メタ)アクリレート、パーフルオロエチル(メタ)アクリレート、パーフルオロn−プロピル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
構造単位(f)としては、下記式(3−1)で表される構造単位、(3−2)で表される構造単位が好ましい。
Figure 0006432145
上記式(3−1)及び(3−2)中、Rf1は、上記式(3)と同義である。
これらの中で、上記式(3−1)で表される構造単位が好ましい。
構造単位(f)の含有割合としては、[G]重合体を構成する全構造単位に対して、10モル%〜70モル%が好ましく、20モル%〜50モル%がより好ましい。
[G]重合体は、構造単位(f)以外のその他の構造単位を含んでいてもよい。上記その他の構造単位としては、例えば、[A]重合体の構造単位(II)等が挙げられる。
上記その他の構造単位の含有割合としては、[G]重合体を構成する全構造単位に対して、5モル%〜90モル%が好ましく、10モル%〜80モル%がより好ましく、20モル%〜70モル%がさらに好ましい。
[G]重合体の含有量としては、[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、1質量部〜10質量部がさらに好ましく、1質量部〜6質量部が特に好ましい。[G]重合体の含有量が上記上限を超えると、レジスト膜表面の撥水性が高くなり過ぎて現像不良が起こる場合がある。
[G]重合体のフッ素原子含有率としては、[A’]重合体のフッ素原子含有率よりも大きいことが好ましい。[G]重合体におけるフッ素原子含有率が[A’]重合体よりも大きいと、[G]重合体は、レジスト膜の表層により効果的に偏在化することができ、[A’]重合体及び[G]重合体を含有するレジスト組成物により形成されたレジスト膜表面の撥水性をより高めることができる。[G]重合体のフッ素原子含有率と、[A’]重合体のフッ素原子含有率との差としては、1質量%以上が好ましく、3質量%以上がより好ましい。
また、[G]重合体のフッ素原子含有率としては、1質量%以上が好ましく、3質量%以上がより好ましく、5質量%以上がさらに好ましく、10質量%以上が特に好ましい。
なお、このフッ素原子含有率(質量%)は、13C−NMRにより重合体の構造を求め、その構造から算出することができる。
[G]重合体は、上述した[A]重合体と同様の方法で合成することができる。
[G]重合体のGPCによるポリスチレン換算重量平均分子量(Mw)は特に限定されないが、1,000以上50,000以下が好ましく、2,000以上30,000以下がより好ましく、2,500以上20,000以下がさらに好ましく、3,000以上15,000が特に好ましい。[G]重合体のMwを上記範囲とすることで、レジスト組成物の塗布性及び現像欠陥抑制性が向上する。[G]重合体のMwが上記下限未満であると、十分な耐熱性を有するレジスト膜が得られない場合がある。[G]重合体のMwが上記上限を超えると、レジスト膜の現像性が低下する場合がある。
[G]重合体のGPCによるポリスチレン換算数平均分子量(Mn)に対するMwの比(Mw/Mn)は、通常、1以上5以下であり、1以上3以下が好ましく、1以上2以下がさらに好ましい。
[[H]溶媒]
[H]溶媒は、[A’]重合体及び他の成分を溶解又は分散させるための成分である。[H]溶媒は、1種単独で又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。
[H]溶媒としては、例えば、アルコール系溶媒、エーテル系溶媒、ケトン系有機溶媒、エステル系有機溶媒、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、
4−メチル−2−ペンタノール、n−ヘキサノール等の炭素数1〜18の脂肪族モノアルコール系溶媒;
シクロヘキサノール等の炭素数3〜18の脂環式モノアルコール系溶媒;
1,2−プロピレングリコール等の炭素数2〜18の多価アルコール系溶媒;
プロピレングリコールモノメチルエーテル等の炭素数3〜19の多価アルコール部分エーテル系溶媒などが挙げられる。
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等のジアルキルエーテル系溶媒;
テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン等の環状エーテル系溶媒;
ジフェニルエーテル、アニソール等の芳香環含有エーテル系溶媒などが挙げられる。
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、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、アセトフェノン等が挙げられる。
エステル系溶媒としては、例えば、
酢酸n−ブチル、乳酸エチル等のモノカルボン酸エステル系溶媒;
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等の多価アルコール部分エーテルカルボキシレート系溶媒;
γ−ブチロラクトン、δ−バレロラクトン等のラクトン系溶媒などが挙げられる。
炭化水素系溶媒としては、例えば、
n−ペンタン、n−ヘキサン等の炭素数5〜12の脂肪族炭化水素系溶媒;
トルエン、キシレン等の炭素数6〜16の芳香族炭化水素系溶媒等が挙げられる。
[H]溶媒としては、ケトン系溶媒、エステル系溶媒が好ましい。上記ケトン系溶媒としては、環状ケトン系溶媒がより好ましく、シクロヘキサノンがさらに好ましい。上記エステル系溶媒としては、多価アルコール部分エーテルカルボキシレート系溶媒、ラクトン系溶媒がより好ましく、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、γ−ブチロラクトンがさらに好ましい。
[その他の成分]
レジスト組成物は、上記成分以外にも、界面活性剤、脂環式骨格含有化合物、増感剤等のその他の成分を含有していてもよい。その他の成分は、それぞれ1種単独で又は2種以上組み合わせて用いてもよい。また、その他の成分の含有量は、その目的に応じて、適宜決定することができる。
[レジスト組成物の調製方法]
レジスト組成物は、[A’]重合体、必要に応じて[E]酸発生剤等の成分及び[H]溶媒の所定割合で混合し、好ましくは、得られた混合液を例えば孔径0.2μm程度のメンブランフィルターを用いて濾過することにより調製することができる。
レジスト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%〜10質量%がさらに好ましい。
上記得られたレジスト組成物を用い、例えば以下に示すレジストパターン形成方法により、レジストパターンを形成することができる。得られるレジストパターンは、ブリッジ欠陥が低減されている。
<レジストパターン形成方法>
レジストパターン形成方法は、レジスト膜を形成する工程(以下、「レジスト膜形成工程」ともいう)、上記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レジスト膜を現像する工程(以下、「現像工程」ともいう)を備える。
以下、各工程について説明する。
(レジスト膜形成工程)
本工程では、上述のレジスト組成物を用い、レジスト膜を形成する。塗布方法としては特に限定されないが、例えば、回転塗布、流延塗布、ロール塗布等の適宜の塗布手段を採用することができる。基板としては、例えば、シリコンウエハ、アルミニウムで被覆されたウエハ等が挙げられる。具体的には、得られるレジスト膜が所定の厚さになるようにレジスト組成物を塗布した後、必要に応じてプレベーク(PB:prebake)することで塗膜中の溶媒を揮発させる。PBの温度としては、通常60℃〜140℃であり、80℃〜120℃が好ましい。PBの時間としては、通常5秒〜600秒であり、10秒〜300秒が好ましい。得られるレジスト膜の膜厚としては、10nm〜500nmが好ましい。
(露光工程)
本工程では、上記レジスト膜形成工程で形成されたレジスト膜を露光する。この露光は、場合によっては、水等の液浸媒体を介し、所定のパターンを有するマスクを介して放射線を照射することにより行う。上記放射線としては、目的とするパターンの線幅に応じて、例えば、可視光線、紫外線、遠紫外線、EUV(波長13.5nm)、X線、γ線等の電磁波;電子線、α線等の荷電粒子線等から適宜選択される。
また露光後にポストエクスポージャーベーク(PEB:post exposure bake)を行うことが好ましい。PEBを行うことで、レジスト膜の露光された部位における酸解離性基の解離反応を円滑に進行させることができる。PEBの温度としては、通常50℃〜180℃であり、80℃〜130℃が好ましい。PEBの時間としては、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レジスト膜を現像する。この現像に用いる現像液としては、例えば、アルカリ現像液、有機溶媒現像液等が挙げられる。これにより、所定のレジストパターンが形成される。
上記アルカリ現像液としては、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、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)、ピロール、ピペリジン等のアルカリ性化合物の少なくとも1種を溶解したアルカリ性水溶液等が挙げられる。
上記有機溶媒現像液としては、例えば、
メタノール、エタノール、n−プロパノール等のアルコール系溶媒;
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エーテル系溶媒;
アセトン、メチルエチルケトン、メチル−n−プロピルケトン等のケトン系溶媒;
N,N’−ジメチルイミダゾリジノン、N−メチルホルムアミド等のアミド系溶媒;
酢酸iso−プロピル、酢酸n−ブチル等のエステル系溶媒が挙げられる。
これらの現像液は、単独で又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。なお、現像後は、水、アルコール系溶媒等で洗浄し、乾燥することが一般的である。
<重合体>
本発明の重合体は、当該レジスト用重合体の製造方法に用いられる重合体であって、1の構造を含む構造単位及び他の構造単位を有することを特徴とする。
また、上記他の構造単位は上記1の構造より高い構造を含むことが好ましい。
当該重合体は上記構造を有するので、上述したレジスト用重合体の製造方法に好適に用いることができる。当該重合体については、上述の[B]重合体の項で説明している。
以下、実施例に基づき本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。実施例における各物性測定は下記の方法により行った。
[重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)]
([A]重合体及び[G]重合体)
[A]重合体及び[G]重合体におけるMw及びMnは、GPCカラム(東ソー社の「G2000HXL」2本、「G3000HXL」1本、「G4000HXL」1本)を用い、流量:1.0ミリリットル/分、溶出溶媒:テトラヒドロフラン、カラム温度:40℃の分析条件で、単分散ポリスチレンを標準とするGPCにより測定した。また、分散度(Mw/Mn)は、Mw及びMnの測定結果から算出した。
([B]重合体)
[B]重合体におけるMw及びMnは、GPCカラム(東ソー社の「G2000HXL」2本、「G3000HXL」1本、「G4000HXL」1本)を用い、流量:1.0ミリリットル/分、トリエチルアミンを添加したテトラヒドロフラン(トリエチルアミン濃度:0.3質量%)、カラム温度:40℃の分析条件で、単分散ポリスチレンを標準とするGPCにより測定した。また、分散度(Mw/Mn)は、Mw及びMnの測定結果から算出した。
13C−NMR分析]
核磁気共鳴装置(日本電子社の「JNM−ECX400」)を用い、測定溶媒としてCDCl又はDMSO−dを使用して、各重合体における各構造単位の含有割合(モル%)を求める分析を行った。
<[A]重合体、[B]重合体及び[G]重合体の合成>
各重合体の合成に用いた単量体を以下に示す。
Figure 0006432145
[[A]重合体の合成]
[合成例1](重合体(A−1)の合成)
上記化合物(M−2)549.42g(50モル%)及び化合物(M−9)450.58g(50モル%)を、2−ブタノン2,300gに溶解し、ラジカル重合開始剤としてのAIBN40.60g(化合物の合計に対して5モル%)をさらに溶解した単量体溶液を調製した。次に、2−ブタノン700gを投入した5Lの三口フラスコを30分窒素パージした。窒素パージの後、反応釜を攪拌しながら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、重合反応液を水冷することにより30℃以下に冷却してから20kgのメタノール中へ投入し、析出した白色粉末をろ別した。ろ別された白色粉末を4kgずつのメタノールで2回洗浄した後、ろ別し、60℃にて15時間減圧乾燥して、白色粉末の重合体(A−1)を得た(収量710g、収率71%)。得られた重合体(A−1)のMwは6,400、Mw/Mnは1.5であった。また、13C−NMR分析の結果、(M−2)及び(M−9)に由来する各構造単位の含有割合は、それぞれ42.1モル%及び57.9モル%であった。
[合成例2〜6](重合体(A−2)〜(A−6)の合成)
下記表1に示す種類及び使用量の化合物を用いた以外は、合成例1と同様に操作して、各重合体を合成した。用いる化合物の合計質量は1,000gとした。合成した重合体のMw、Mw/Mn及び各構造単位の含有割合(モル%)を下記表1に合わせて示す。表1中「−」は、該当する成分を用いなかったことを示す。
Figure 0006432145
[[B]重合体の合成]
[実施例1](重合体(B−1)の合成)
上記化合物(M−1)44.55g(70モル%)及び化合物(M−2)12.73g(10モル%)を、プロピレングリコールモノメチルエーテル490gに溶解し、ラジカル重合開始剤としてのAIBN4.70g(化合物の合計に対して5モル%)をさらに溶解した単量体溶液を調製した。次に、化合物(M−1)12.73g(20モル%)及びプロピレングリコールモノメチルエーテル210gを投入した1Lの三口フラスコを30分窒素パージした。窒素パージの後、反応釜を攪拌しながら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、重合反応液の質量が210gになるまで濃縮した後、この濃縮液を1,050gのn−ヘキサン中へゆっくり投入し固形分を析出させた。混合液をデカンテーションして液体を除去し、固形分を210gずつのn−ヘキサンで3回洗浄した後、得られた固形分を60℃で15時間減圧乾燥し、重合体(B−1)を得た(収量56g、収率80%)。得られた重合体(B−1)のMwは1,200、Mw/Mnは2.4であった。また、13C−NMR分析の結果、(M−1)及び(M−2)に由来する各構造単位の含有割合は、それぞれ90.8モル%及び9.2モル%であった。
[実施例2〜6](重合体(B−2)〜(B−6)の合成)
下記表2に示す種類及び使用量の化合物を用いた以外は実施例1と同様に操作して、各重合体を合成した。用いる化合物の合計質量は70gとした。合成した重合体のMw、Mw/Mn及び各構造単位の含有割合(モル%)を下記表1に合わせて示す。表1中「−」は、該当する成分を用いなかったことを示す。
Figure 0006432145
[合成例7](重合体(b−1)の合成)
反応釜にポリビニルアルコール(平均重合度1,500〜1,800)0.60gと純水200gを投入し攪拌により完全に溶解した。攪拌を止めて化合物(M−4)95.00g(0.56mol)と化合物(M−8)5.00g(0.015mol)を加えた。再度攪拌を開始し、ラウロイルパーオキシド0.50g(1.3mmol)を加え75℃に昇温した後、75℃〜80℃の温度を維持して3時間反応させた。その後、さらに反応溶液を95℃に昇温し、この状態を1時間維持して反応を終了させた。反応終了後、反応容器を50℃に冷却し、炭酸ナトリウム0.3gを添加し、0.5時間攪拌した。その後、得られた水性懸濁液を、目開き45μmのナイロン製濾過布により濾過し、洗浄し、得られた濾過物40℃で16時間乾燥して粒状の樹脂を得た。容器中に得られた粒状の樹脂50gとγ−ブチロラクトン100gとを投入して60℃で3時間攪拌した。次に、同じ容器内に、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート150gを加え、80℃で2時間攪拌し溶剤除去する操作を5回繰り返した。次にテトラヒドロフラン100gを加え60℃で1時間攪拌し溶剤除去する操作を2回繰り返した後、24時間減圧乾燥し重合体(b−1)を得た。
[合成例8](重合体(CB−1)の合成)
上記化合物(M−1)50.92g(80モル%)を、プロピレングリコールモノメチルエーテル490gに溶解し、ラジカル重合開始剤としてのAIBN4.70g(化合物の合計に対して5モル%)をさらに溶解した単量体溶液を調製した。次に、化合物(M−1)12.73g(20モル%)及びプロピレングリコールモノメチルエーテル210gを投入した1Lの三口フラスコを30分窒素パージした。窒素パージの後、反応釜を攪拌しながら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、重合反応液の質量が210gになるまで濃縮した後、この濃縮液を1,050gのn−ヘキサン中へゆっくり投入し固形分を析出させた。混合液をデカンテーションして液体を除去し、固形分を210gずつのn−ヘキサンで3回洗浄した後、得られた固形分を60℃で15時間減圧乾燥し、重合体(CB−1)を得た(収量54.1g、収率85%)。得られた重合体(CB−1)のMwは1,200、Mw/Mnは2.4であった。また、13C−NMR分析の結果、(M−1)に由来する構造単位の含有割合は、100モル%であった。
[[G]重合体の合成]
[合成例9](重合体(G−1)の合成)
上記化合物(M−9)79.9g(70モル%)及び化合物(M−10)20.91g(30モル%)を2−ブタノン100gに溶解し、ラジカル重合開始剤としてのジメチル2,2’−アゾビスイソブチレート4.77gをさらに溶解した単量体溶液を調製した。次に、2−ブタノン100gを入れた1,000mLの三口フラスコを30分窒素パージした後、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、重合反応液を水冷して30℃以下に冷却した。この重合反応液を2L分液漏斗に移液した後、150gのn−ヘキサンでその重合反応液を均一に希釈し、600gのメタノールを投入して混合した。次いで、蒸留水30gを投入し、さらに攪拌して30分静置した。その後、下層を回収し、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート溶液とした(収率60%)。得られた重合体(G−1)のMwは7,200、Mw/Mnは2.00であった。また、13C−NMR分析の結果、(M−9)及び(M−10)に由来する構造単位の含有割合は、それぞれ71.1モル%及び28.9モル%であった。
<レジスト用重合体の製造>
[実施例7](重合体(A’−1)の製造)
[A]重合体としての(A−1)の10質量%メチルイソブチルケトン溶液2,000gと、[B]重合体としての(B−1)の1質量%水溶液2,000gとを分液漏斗へ投入し分液操作を行った。次に、有機層を回収した後、重合体(B−1)の1質量%水溶液2,000gを加え、再度分液操作を行った。次いで、有機層を回収し蒸留水2,000gによる洗浄を4回繰り返した。その後、有機層を回収し、溶媒を留去して重合体(A’−1)を得た。得られた重合体(A’−1)のMwは6,400、Mw/Mnは1.5であった。また、13C−NMR分析の結果、(M−2)及び(M−9)に由来する各構造単位の含有割合は、それぞれ41.9モル%及び58.1モル%であった。
[実施例8〜12及び比較例4〜9]
(重合体(A’−2)〜(A’−6)及び(CA’−4)〜(CA’−9)の製造)
表3に示す種類及び使用量の各成分を用いた以外は実施例7と同様に操作して、各[A’]成分を製造した。
[比較例1](重合体(CA’−1)の製造)
重合体(b−1)100gをプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを用いてカラムに充填し、重合体(A−1)の10質量%プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート溶液2,000gを通過させた。得られた溶出液から溶媒を留去して、重合体(CA’−1)を製造した。
[比較例2及び3](重合体(CA’−2)及び(CA’−3)の製造)
下記表3に示す種類の[B]成分を用いた以外は比較例1と同様に操作して、各[A’]成分を製造した。
Figure 0006432145
<レジスト組成物の調製>
レジスト組成物を構成する[G]重合体以外の各成分について以下に示す。
[[A’]成分]
調製例では、上記製造した重合体(A’−1)〜(A’−6)を用いた。
比較調製例では、上記製造した重合体(CA’−1)〜(CA’−9)及び上記合成した重合体(A−1)〜(A−6)を用いた。
[[E]酸発生剤]
E−1:トリフェニルスルホニウム4−(アダマンタン−1−イルカルボニルオキシ)−1,1,2−トリフルオロブタン−1−スルホネート(下記式(E−1)で表される化合物)
Figure 0006432145
[[F]酸拡散制御剤]
F−1:N−(t−アミルオキシカルボニル)−4−ヒドロキシピペリジン(下記式(F−1)で表される化合物)
Figure 0006432145
[[H]溶媒]
H−1:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
H−2:シクロヘキサノン
H−3:γ−ブチロラクトン
[レジスト組成物の調製]
[調製例1]
上記製造した[A’]重合体としての(A’−1)100質量部、[E]酸発生剤としての(E−1)8.5質量部、[F]酸拡散制御剤としての(F−1)2.3質量部、[G]重合体としての(G−1)3質量部並びに[H]溶媒としての(H−1)2,240質量部、(H−2)960質量部及び(H−3)30質量部を混合し、得られた混合液を孔径0.2μmのメンブランフィルターで濾過することにより、レジスト組成物(J−1)を調製した。
[調製例2〜6及び比較調製例1〜15]
下記表4に示す種類及び含有量の各成分を用いた以外は、調製例1と同様に操作して、レジスト組成物(J−1)〜(J−6)及び(CJ−1)〜(CJ−15)を調製した。
<レジストパターンの形成>
下層反射防止膜形成組成物(日産化学社の「ARC66」)により下層反射防止膜を形成した12インチシリコンウェハ上に、上記得られたレジスト組成物を塗布し、100℃で60秒間PBを行うことにより膜厚75nmのレジスト膜を形成した。次に、このレジスト膜について、ArFエキシマレーザー液浸露光装置(NIKON社の「NSR−S610C」)を用い、NA=1.3、ratio=0.750、Crosspoleの条件により、ターゲットサイズが幅45nmのラインアンドスペース(1L/1S)のマスクパターンを介して露光した。露光後、100℃で60秒間PEBを行った。次に、現像装置(東京エレクトロン社の「クリーントラックACT12」)のGPノズルを用い、2.38質量%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液により30秒間現像した後、純水により7秒間リンスし、3,000rpmで液振り切り乾燥してポジ型のレジストパターンを形成した。このとき、幅45nmの1L/1Sを形成する露光量を最適露光量とした。この最適露光量にてウェハ全面に線幅45nmの1L/1Sを形成し、ブリッジ欠陥検査用ウェハとした。なお、測長には走査型電子顕微鏡(日立ハイテクノロジーズ社の「CC−4000」)を用いた。
<ブリッジ欠陥>
ブリッジ欠陥検査用ウェハ上の欠陥を、明視野検査装置(KLA−Tencor社の「KLA2810」)を用いて観察した。さらに、上記明視野検査装置にて観察された欠陥を、ブリッジ欠陥とブリッジ欠陥以外のものとに分類した。分類後、ウエハ1枚当たりのブリッジ欠陥の数を算出し、ブリッジ欠陥数とした。評価結果を表4に示す。
Figure 0006432145
表4の結果から、ブリッジ欠陥数は、実施例のレジスト用重合体の製造方法により得られた重合体を用いた場合、比較例により得られた重合体を用いた場合に比べて減少していると言える。
本発明のレジスト用重合体の製造方法によれば、レジスト組成物のブリッジ欠陥抑制性に優れるレジスト用重合体を容易にかつ高い再現性で製造することができる。本発明のレジスト用重合体の製造方法に用いる重合体は、当該レジスト用重合体の製造方法に用いる重合体として好適に用いることができる。従って、これらにより今後ますます微細化が進行すると予想される半導体デバイスの製造プロセス等に好適に用いることができるレジスト用重合体を製造することができる。

Claims (8)

  1. 第1溶媒及びこの第1溶媒に溶解している第1重合体を含有する第1組成物と、第2溶媒及びこの第2溶媒に溶解している第1重合体とは異なる第2重合体を含有する第2組成物とを接触させる工程、並びに
    上記接触工程後に、上記第1組成物及び上記第2組成物の混合物から精製された第1重合体を分離する工程を備え、
    上記第1重合体が、第1構造を含む構造単位を有し、
    上記第2重合体が、第2構造を含む構造単位及び他の構造単位を有し、
    上記第1溶媒と上記第2溶媒とが2つの液相を形成し、
    上記第1構造と上記第2構造とが同じ官能基を有するレジスト用重合体の製造方法。
  2. 上記第1構造及び第2構造が極性を有する構造である請求項1に記載のレジスト用重合体の製造方法。
  3. 上記極性を有する構造が、ラクトン構造、環状カーボネート構造、スルトン構造、アルコール構造、カルボン酸構造又はアミン構造である請求項2に記載のレジスト用重合体の製造方法。
  4. 上記他の構造単位が上記第2重合体における第2構造より極性が高い第3構造を含む請求項1、請求項2又は請求項3に記載のレジスト用重合体の製造方法。
  5. 上記第3構造がラクタム構造である請求項4に記載のレジスト用重合体の製造方法。
  6. 上記第1重合体における第1構造と上記第2重合体における第2構造とが同一である請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のレジスト用重合体の製造方法。
  7. 上記第1溶媒が有機溶媒を含み、上記第2溶媒が水を含む請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のレジスト用重合体の製造方法。
  8. 上記第1重合体が酸解離性基を含む構造単位を有する請求項1から請求項7のいずれか1項に記載のレジスト用重合体の製造方法。
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