JP6438645B2 - 感活性光線性又は感放射線性組成物、並びに、これを用いた、レジスト膜、パターン形成方法、レジスト塗布マスクブランクス、フォトマスクの製造方法、及び電子デバイスの製造方法 - Google Patents
感活性光線性又は感放射線性組成物、並びに、これを用いた、レジスト膜、パターン形成方法、レジスト塗布マスクブランクス、フォトマスクの製造方法、及び電子デバイスの製造方法 Download PDFInfo
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Description
特にウェハー処理時間の短縮化のため、高感度化は非常に重要な課題であるが、高感度化を追求しようとすると、パターン形状や、限界解像線幅で表される解像力が低下してしまい、これらの特性を同時に満足するレジスト組成物の開発が強く望まれている。
かかる電子線あるいはEUV光を用いたリソグラフィープロセスに適した感活性光線性又は感放射線性組成物としては、高感度化の観点から主に酸触媒反応を利用した化学増幅型ポジ型レジスト組成物が検討されている。
しかしながら、レジストとしての総合性能の観点から、使用される樹脂、光酸発生剤、塩基性化合物、添加剤、溶剤等の適切な組み合わせを見い出すことは極めて困難であり、特に、極微細(例えば、線幅50nm以下)のパターンを高性能で形成するという昨今の要請を鑑みると、未だ十分とはいえないのが実情である。
なお、例えば、特許文献4は、ヒドロキシ基の10%〜30%が保護されたポリヒドロキシスチレン又はこれとポリヒドロキシスチレンの混合物と、架橋剤とを含有するネガ型フォトレジスト組成物を開示し、特許文献5は、基材樹脂の側鎖に酸によって切断される疎水性の原子団を有する化学増幅レジスト基材樹脂と、架橋剤とを含有する化学増幅レジストを開示しているが、いずれの文献においても、極微細(例えば、線幅50nm以下)のパターンの形成、及び、その性能向上については全く意図されていない。
本発明の目的は、極微細(例えば、線幅50nm以下)なパターンの形成において、高い解像力、優れたパターン形状及び低いラインウィズスラフネス(LWR)を同時に高次元で満足できる感活性光線性又は感放射線性組成物を提供することにある。
本発明の別の目的は、上記感活性光線性又は感放射線性組成物を用いたレジスト膜、パターン形成方法、レジスト塗布マスクブランクス、フォトマスクの製造方法、フォトマスク、電子デバイスの製造方法、及び、電子デバイスを提供することにある。
<1>
(A)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物、
(P)酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解性が増大する化合物、及び
(N)下記〔N−A〕、〔N−B〕及び〔N−C〕からなる群より選択される少なくとも1種の化合物
〔N−A〕 酸、活性光線若しくは放射線、又は、活性種の作用によりアルカリ現像液に対する溶解性が減少し、下記一般式(L−1)で表される繰り返し単位、下記一般式(L−2−1)で表される繰り返し単位、下記一般式(L−2−2)で表される繰り返し単位、及び下記一般式(L−4)で表される繰り返し単位からなる群より選択される1種以上の繰り返し単位を有する樹脂
一般式(L−1)中、
R L1 は、水素原子、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。
pは1又は2を表す。
qは(2−p)で表される整数を表す。
*は、繰り返し単位(L−1)を構成する他の原子との結合手を表す。
pが2である又はrが2以上である場合、複数のR L1 は、互いに同一であっても異なっていてもよい。
R L2 、R L3 及びR L4 は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。
X 1 は、単結合、又は、直鎖状又は分岐状の炭化水素基、環員としてヘテロ原子を含有しても良い環状の炭化水素基、−O−、−S−、−CO−、−SO 2 −、−NR−(Rは水素原子、アルキル基又は−CH 2 OR L1 で表される基)、及び、これらを組み合わせた基からなる群より選択される(r+1)価の基を表す。
rは1〜5の整数を表す。ただし、X 1 が単結合である場合、rは1である。
一般式(L−2−1)及び(L−2−2)中、
R 1 は、水素原子、メチル基、又はハロゲン原子を表し、
R 2 及びR 3 は、水素原子、アルキル基又はシクロアルキル基を表し、
Yは、メチロール基を除く1価の置換基を表し、
Zは、水素原子又は1価の置換基を表し、
mは、0〜4の整数を表し、
nは、1〜5の整数を表し、
m+nは5以下であり、
mが2以上である場合、複数のYは互いに同一であっても異なっていてもよく、複数のYは互いに結合して環構造を形成していてもよく、
nが2以上である場合、複数のR 2 、R 3 及びZは互いに同一であっても異なっていてもよい。
Arは、芳香環を表し、
W 1 及びW 2 は、2価の連結基又は単結合を表す。
一般式(L−4)中、
R L2 、R L3 及びR L4 は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。
X 4 は、単結合、又は、直鎖状又は分岐状の炭化水素基、環員としてヘテロ原子を含有しても良い環状の炭化水素基、−O−、−S−、−CO−、−SO 2 −、−NR−(Rは水素原子、アルキル基又は−CH 2 OR L1 で表される基)、及び、これらを組み合わせた基からなる群より選択される(m4+1)価の基を表す。なお、−CH 2 OR L1 で表される基におけるR L1 は、水素原子、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。
Vは、エチレン性不飽和結合を有する基を表す。
m4は1〜5の整数を表す。
〔N−B〕 活性光線又は放射線の照射により酸を発生し、かつ酸、活性光線若しくは放射線、又は、活性種の作用によりアルカリ現像液に対する溶解性が減少し、重合性基としてエポキシ基、オキセタン基又は下記一般式(ZII)で表される基を有する化合物
一般式(ZII)中、Xは酸素原子、窒素原子又は(n+2)価の芳香族基を表し、Ra及びRbはそれぞれ独立に水素原子又は1価の有機基を表す。
nは0〜6の整数を表し、Xが酸素原子の場合nは0であり、Xが窒素原子の場合nは1であり、Xが(n+2)価の芳香族基の場合nは0〜6の整数である。*は結合手を表す。
〔N−C〕 酸、活性光線若しくは放射線、又は、活性種の作用によりアルカリ現像液に対する溶解性が減少する低分子化合物であって、アシルオキシメチル化メラミン化合物、ヒドロキシメチル化又はアルコキシメチル化フェノール化合物、及びアルコキシメチルエーテル化フェノール化合物のいずれかである化合物
を含有する感活性光線性又は感放射線性組成物であって、
前記化合物(P)が、酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解性が増大する樹脂であり、下記一般式(1)で表される繰り返し単位及び下記一般式(3)で表される繰り返し単位を有する樹脂である、感活性光線性又は感放射線性組成物。
上記一般式(1)中、
X1は、単結合又は2価の連結基を表す。
A1は、ケト基又は(n1+1)価の芳香環基を表し、R11、R12及びR13は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。
R13は、A1と結合して環を形成していてもよく、その場合のR13はアルキレン基を表す。
Raは、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、又はヘテロ環基を表し、Rbは水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、又はヘテロ環基を表す。
Mは、単結合又は2価の連結基を表す。Qは、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、又はヘテロ環基を表す。Ra及びRbが結合して環を形成してもよい。Ra、M及びQの少なくとも2つが結合して環を形成していてもよい。
A1がケト基のとき、n1は1を表し、A1が(n+1)価の芳香族基のとき、n1は、1〜4の整数を表す。n1が2以上のとき、複数のRa、複数のRb、複数のM、及び複数のQは、それぞれ、互いに同一であっても異なっていてもよい。
上記一般式(3)中、
R31、R32及びR33は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。R33はAr3と結合して環を形成していてもよく、その場合のR33はアルキレン基を表す。
X3は、単結合又は2価の連結基を表す。
Ar3は、(n3+1)価の芳香環基を表し、R33と結合して環を形成する場合には(n3+2)価の芳香環基を表す。
n3は、1〜4の整数を表す。
<2>
(A)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物、
(P)酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解性が増大する化合物、及び
(N)下記〔N−B〕の化合物
〔N−B〕 活性光線又は放射線の照射により酸を発生し、かつ酸、活性光線若しくは放射線、又は、活性種の作用によりアルカリ現像液に対する溶解性が減少し、重合性基として下記一般式(ZII)で表される基を有する化合物
を含有する感活性光線性又は感放射線性組成物であって、
前記化合物(P)が、酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解性が増大する樹脂であり、下記一般式(1)で表される繰り返し単位を有する樹脂である、感活性光線性又は感放射線性組成物。
一般式(ZII)中、Xは酸素原子、窒素原子又は(n+2)価の芳香族基を表し、Ra及びRbはそれぞれ独立に水素原子又は1価の有機基を表す。
nは0〜6の整数を表し、Xが酸素原子の場合nは0であり、Xが窒素原子の場合nは1であり、Xが(n+2)価の芳香族基の場合nは0〜6の整数である。*は結合手を表す。
上記一般式(1)中、
X1は、単結合又は2価の連結基を表す。
A1は、ケト基又は(n1+1)価の芳香環基を表し、R11、R12及びR13は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。
R13は、A1と結合して環を形成していてもよく、その場合のR13はアルキレン基を表す。
Raは、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、又はヘテロ環基を表し、Rbは水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、又はヘテロ環基を表す。
Mは、単結合又は2価の連結基を表す。Qは、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、又はヘテロ環基を表す。Ra及びRbが結合して環を形成してもよい。Ra、M及びQの少なくとも2つが結合して環を形成していてもよい。
A1がケト基のとき、n1は1を表し、A1が(n+1)価の芳香族基のとき、n1は、1〜4の整数を表す。n1が2以上のとき、複数のRa、複数のRb、複数のM、及び複数のQは、それぞれ、互いに同一であっても異なっていてもよい。
<3>
前記感活性光線性又は感放射線性組成物が、アルカリ現像型電子線露光用又はEUV露光用感活性光線性又は感放射線性組成物である、<1>又は<2>に記載の感活性光線性又は感放射線性組成物。
<4>
前記化合物(N)の含有量が前記感活性光線性又は感放射線性組成物の全固形分に対して10質量%以上であり、ネガ型の感活性光線性又は感放射線性組成物である、<1>〜<3>のいずれか1項に記載の感活性光線性又は感放射線性組成物。
<5>
前記化合物(N)として、分子量が500以上の化合物を含有する、<4>に記載の感活性光線性又は感放射線性組成物。
<6>
前記化合物(N)として、酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解性が減少する化合物(N−1)を含有する、<4>又は<5>に記載の感活性光線性又は感放射線性組成物。
<7>
前記化合物(A)が、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する部位を有する繰り返し単位を含有する樹脂である、<4>〜<6>のいずれか1項に記載の感活性光線性又は感放射線性組成物。
<8>
(C)活性光線又は放射線の照射により塩基性が低下する、塩基性化合物又はアンモニウム塩化合物を更に含有する、<1>〜<7>のいずれか1項に記載の感活性光線性又は感放射線性組成物。
<9>
前記化合物(C)が、カチオン上に窒素原子を有するスルホニウム塩である、<8>に記載の感活性光線性又は感放射線性組成物。
<10>
前記化合物(N)の含有量が前記感活性光線性又は感放射線性組成物の全固形分に対して1質量%以上であり、ポジ型の感活性光線性又は感放射線性組成物である、<1>〜<3>のいずれか1項に記載の感活性光線性又は感放射線性組成物。
<11>
前記化合物(N)として、分子量が500以上の化合物を含有する、<10>に記載の感活性光線性又は感放射線性組成物。
<12>
前記化合物(N)として、酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解性が減少する化合物(N−1)を含有する、<10>又は<11>に記載の感活性光線性又は感放射線性組成物。
<13>
前記化合物(A)が、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する部位を有する繰り返し単位を含有する樹脂である、<10>〜<12>のいずれか1項に記載の感活性光線性又は感放射線性組成物。
<14>
(C)活性光線又は放射線の照射により塩基性が低下する、塩基性化合物又はアンモニウム塩化合物を更に含有する、<10>〜<13>のいずれか1項に記載の感活性光線性又は感放射線性組成物。
<15>
前記化合物(C)が、カチオン上に窒素原子を有するスルホニウム塩である、<14>に記載の感活性光線性又は感放射線性組成物。
<16>
<1>〜<15>のいずれか1項に記載の感活性光線性又は感放射線性組成物を用いて形成されるレジスト膜。
<17>
(ア)<1>〜<15>のいずれか1項に記載の感活性光線性又は感放射線性組成物によって膜を形成する工程、
(イ)膜を露光する工程、及び
(ウ)露光された膜を、アルカリ現像液を用いて現像する工程
を含むパターン形成方法。
<18>
前記工程(イ)における露光は、電子線又はEUV光によって露光する工程である、<17>に記載のパターン形成方法。
<19>
<1>〜<15>のいずれか1項に記載の感活性光線性又は感放射線性組成物を塗布したレジスト塗布マスクブランクス。
<20>
<19>に記載のレジスト塗布マスクブランクスを電子線またはEUV光によって露光する工程、及び、露光されたマスクブランクスをアルカリ現像液によって現像する工程を含むフォトマスクの製造方法。
<21>
<17>又は<18>に記載のパターン形成方法を含む電子デバイスの製造方法。
本発明は、上記<1>〜<21>に係る発明であるが、以下、それ以外の事項についても参考のため記載している。
(A)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物、
(P)酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解性が増大する化合物、及び
(N)下記〔N−A〕、〔N−B〕及び〔N−C〕からなる群より選択される少なくとも1種の化合物
〔N−A〕 酸、活性光線若しくは放射線、又は、活性種の作用によりアルカリ現像液に対する溶解性が減少する樹脂
〔N−B〕 活性光線又は放射線の照射により酸を発生し、かつ酸、活性光線若しくは放射線、又は、活性種の作用によりアルカリ現像液に対する溶解性が減少する化合物
〔N−C〕 酸、活性光線若しくは放射線、又は、活性種の作用によりアルカリ現像液に対する溶解性が減少する低分子化合物
を含有する感活性光線性又は感放射線性組成物。
〔2〕
前記感活性光線性又は感放射線性組成物が、アルカリ現像型電子線露光用又はEUV露光用感活性光線性又は感放射線性組成物である、上記〔1〕に記載の感活性光線性又は感放射線性組成物。
〔3〕
前記化合物(N)の含有量が前記感活性光線性又は感放射線性組成物の全固形分に対して10質量%以上であり、ネガ型の感活性光線性又は感放射線性組成物である、上記〔1〕又は〔2〕に記載の感活性光線性又は感放射線性組成物。
〔4〕
前記化合物(P)が、酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解性が増大する樹脂である、上記〔3〕に記載の感活性光線性又は感放射線性組成物。
〔5〕
前記化合物(P)が、下記一般式(1)で表される繰り返し単位を有する樹脂である、上記〔4〕に記載の感活性光線性又は感放射線性組成物。
上記一般式(1)中、
X1は、単結合又は2価の連結基を表す。
A1は、ケト基又は(n1+1)価の芳香環基を表し、R11、R12及びR13は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。
R13は、A1と結合して環を形成していてもよく、その場合のR13はアルキレン基を表す。
Raは、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、又はヘテロ環基を表し、Rbは、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、又はヘテロ環基を表す。
Mは、単結合又は2価の連結基を表す。Qは、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、又はヘテロ環基を表す。Ra及びRbが結合して環を形成してもよい。Ra、M及びQの少なくとも2つが結合して環を形成していてもよい。
A1がケト基のとき、n1は1を表し、A1が(n+1)価の芳香族基のとき、n1は、1〜4の整数を表す。n1が2以上のとき、複数のRa、複数のRb、複数のM、及び複数のQは、それぞれ、互いに同一であっても異なっていてもよい。
〔6〕
前記化合物(N)として、分子量が500以上の化合物を含有する、上記〔3〕〜〔5〕のいずれか1項に記載の感活性光線性又は感放射線性組成物。
〔7〕
前記化合物(N)として、酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解性が減少する化合物(N−1)を含有する、上記〔3〕〜〔6〕のいずれか1項に記載の感活性光線性又は感放射線性組成物。
〔8〕
前記化合物(A)が、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する部位を有する繰り返し単位を含有する樹脂である、上記〔3〕〜〔7〕のいずれか1項に記載の感活性光線性又は感放射線性組成物。
〔9〕
(C)活性光線又は放射線の照射により塩基性が低下する、塩基性化合物又はアンモニウム塩化合物を更に含有する、上記〔3〕〜〔8〕のいずれか1項に記載の感活性光線性又は感放射線性組成物。
〔10〕
前記化合物(C)が、カチオン上に窒素原子を有するスルホニウム塩である、上記〔9〕に記載の感活性光線性又は感放射線性組成物。
〔11〕
前記化合物(N)の含有量が前記感活性光線性又は感放射線性組成物の全固形分に対して1質量%以上であり、ポジ型の感活性光線性又は感放射線性組成物である、上記〔1〕又は〔2〕に記載の感活性光線性又は感放射線性組成物。
〔12〕
前記化合物(P)が、酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解性が増大する樹脂である、上記〔11〕に記載の感活性光線性又は感放射線性組成物。
〔13〕
前記化合物(P)が、下記一般式(1)で表される繰り返し単位を有する樹脂である、上記〔12〕に記載の感活性光線性又は感放射線性組成物。
上記一般式(1)中、
X1は、単結合又は2価の連結基を表す。
A1は、ケト基又は(n1+1)価の芳香環基を表し、R11、R12及びR13は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。
R13は、A1と結合して環を形成していてもよく、その場合のR13はアルキレン基を表す。
Raは、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、又はヘテロ環基を表し、Rbは、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、又はヘテロ環基を表す。
Mは、単結合又は2価の連結基を表す。Qは、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、又はヘテロ環基を表す。Ra及びRbが結合して環を形成してもよい。Ra、M及びQの少なくとも2つが結合して環を形成していてもよい。
A1がケト基のとき、n1は1を表し、A1が(n+1)価の芳香族基のとき、n1は、1〜4の整数を表す。n1が2以上のとき、複数のRa、複数のRb、複数のM、及び複数のQは、それぞれ、互いに同一であっても異なっていてもよい。
〔14〕
前記化合物(N)として、分子量が500以上の化合物を含有する、上記〔11〕〜〔13〕のいずれか1項に記載の感活性光線性又は感放射線性組成物。
〔15〕
前記化合物(N)として、前記酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解性が減少する化合物(N−1)を含有する、上記〔11〕〜〔14〕のいずれか1項に記載の感活性光線性又は感放射線性組成物。
〔16〕
前記化合物(A)が、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する部位を有する繰り返し単位を含有する樹脂である、上記〔11〕〜〔15〕のいずれか1項に記載の感活性光線性又は感放射線性組成物。
〔17〕
(C)活性光線又は放射線の照射により塩基性が低下する塩基性化合物又はアンモニウム塩化合物を更に含有する、上記〔11〕〜〔16〕のいずれか1項に記載の感活性光線性又は感放射線性組成物。
〔18〕
前記化合物(C)が、カチオン上に窒素原子を有するスルホニウム塩である、上記〔17〕に記載の感活性光線性又は感放射線性組成物。
〔19〕
上記〔1〕〜〔18〕のいずれか1項に記載の感活性光線性又は感放射線性組成物を用いて形成されるレジスト膜。
〔20〕
(ア)上記〔1〕〜〔18〕のいずれか1項に記載の感活性光線性又は感放射線性組成物によって膜を形成する工程、
(イ)膜を露光する工程、及び
(ウ)露光された膜を、アルカリ現像液を用いて現像する工程
を含むパターン形成方法。
〔21〕
上記〔1〕〜〔18〕のいずれか1項に記載の感活性光線性又は感放射線性組成物を塗布したレジスト塗布マスクブランクス。
〔22〕
上記〔21〕に記載のレジスト塗布マスクブランクスを電子線またはEUV光によって露光する工程、及び、露光されたマスクブランクスをアルカリ現像液によって現像する工程を含むフォトマスクの製造方法。
〔23〕
上記〔22〕に記載のフォトマスク製造方法によって得られるフォトマスク。
〔24〕
上記〔20〕に記載のパターン形成方法を含む電子デバイスの製造方法。
〔25〕
上記〔24〕に記載の電子デバイスの製造方法により製造された電子デバイス。
また、本発明によれば、上記感活性光線性又は感放射線性組成物を用いたレジスト膜、パターン形成方法、レジスト塗布マスクブランクス、フォトマスクの製造方法、フォトマスク、電子デバイスの製造方法、及び、電子デバイスを提供することができる。
本明細書に於ける基(原子団)の表記に於いて、置換及び無置換を記していない表記は、置換基を有さないものと共に置換基を有するものをも包含するものである。例えば、「アルキル基」とは、置換基を有さないアルキル基(無置換アルキル基)のみならず、置換基を有するアルキル基(置換アルキル基)をも包含するものである。
本発明において「活性光線」又は「放射線」とは、例えば、水銀灯の輝線スペクトル、エキシマレーザーに代表される遠紫外線、極紫外線(EUV光)、X線、電子線、イオンビーム等の粒子線等を意味する。また、本発明において「光」とは、活性光線又は放射線を意味する。
また、本明細書中における「露光」とは、特に断らない限り、水銀灯、エキシマレーザーに代表される遠紫外線、X線、極紫外線(EUV光)などによる露光のみならず、電子線、イオンビーム等の粒子線による描画も含まれるものとする。
(A)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物、
(P)酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解性が増大する化合物、及び
(N)下記〔N−A〕、〔N−B〕及び〔N−C〕からなる群より選択される少なくとも1種の化合物(以下、纏めて、「化合物(N)」ともいう)
〔N−A〕 酸、活性光線若しくは放射線、又は、活性種の作用によりアルカリ現像液に対する溶解性が減少する樹脂
〔N−B〕 活性光線又は放射線の照射により酸を発生し、かつ酸、活性光線若しくは放射線、又は、活性種の作用によりアルカリ現像液に対する溶解性が減少する化合物
〔N−C〕 酸、活性光線若しくは放射線、又は、活性種の作用によりアルカリ現像液に対する溶解性が減少する低分子化合物
を含有する感活性光線性又は感放射線性組成物である。
本発明の感活性光線性又は感放射線性組成物は、好ましくはアルカリ現像型電子線露光用又はEUV露光用感活性光線性又は感放射線性組成物である。つまり、本発明の組成物は、該組成物を用いて形成された膜を、電子線又はEUV光によって露光し、アルカリ現像液で現像するパターン形成方法に使用されることが好ましい。
本発明の感活性光線性又は感放射線性組成物は、酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解性が増大する化合物(P)を含有している。
本発明の、酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解性が増大する化合物としては、特に限定されないが、酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解性が増大する樹脂〔P−A〕、活性光線又は放射線の照射により酸を発生し、かつ酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解性が増大する化合物〔P−B〕、及び、酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解性が増大する低分子化合物〔P−C〕等が挙げられる。
酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解性が増大する樹脂〔P−A〕としては、特に限定されないが、酸の作用により分解し、アルカリ可溶性基を生じる基(以下、「酸分解性基」ともいう)を有する樹脂であることが好ましい。
アルカリ可溶性基としては、フェノール性水酸基、カルボキシル基、フッ素化アルコール基、スルホン酸基、スルホンアミド基、スルホニルイミド基、(アルキルスルホニル)(アルキルカルボニル)メチレン基、(アルキルスルホニル)(アルキルカルボニル)イミド基、ビス(アルキルカルボニル)メチレン基、ビス(アルキルカルボニル)イミド基、ビス(アルキルスルホニル)メチレン基、ビス(アルキルスルホニル)イミド基、トリス(アルキルカルボニル)メチレン基、トリス(アルキルスルホニル)メチレン基等が挙げられる。
酸で脱離する基としては、例えば、−C(R36)(R37)(R38)、−C(R36)(R37)(OR39)、−C(R01)(R02)(OR39)等を挙げることができる。
式中、R36〜R39は、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基又はアルケニル基を表す。R36とR37とは、互いに結合して環を形成してもよい。
X1は、単結合又は2価の連結基を表す。
A1は、ケト基、又は(n1+1)価の芳香環基を表す。
R11、R12及びR13は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。
R13は、A1と結合して環を形成していてもよく、その場合のR13はアルキレン基を表す。
Raは、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、又はヘテロ環基を表し、Raは炭素数2以上の基であることが好ましい、Rbは、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、又はヘテロ環基を表す。
Mは、単結合又は2価の連結基を表す。Qは、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、又はヘテロ環基を表す。Ra及びRbが結合して環を形成してもよい。Ra、M及びQの少なくとも2つが結合して環を形成していてもよい。
A1がケト基のとき、n1は1を表し、A1が(n+1)価の芳香族基のとき、n1は、1〜4の整数を表す。n1が2以上のとき、複数のRa、複数のRb、複数のM、及び複数のQは、それぞれ、互いに同一であっても異なっていてもよい。
アルコキシカルボニル基に含まれるアルキル基としては、上記R11〜R13におけるアルキル基と同様のものが好ましい。
シクロアルキル基としては、単環型でも多環型でもよく、好ましくは置換基を有していても良いシクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基のような炭素数3〜10個の単環型のシクロアルキル基が挙げられる。
ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子が挙げられ、フッ素原子がより好ましい。
X1としては、単結合、−COO−、−CONH−が好ましく、単結合、−COO−がより好ましく、単結合であることが更に好ましい。
A1は、ケト基、又は(n1+1)価の芳香環基を表し、(n1+1)価の芳香環基であることが好ましい。
n1が1である場合における2価の芳香環基は、置換基を有していても良く、例えば、フェニレン基、トリレン基、ナフチレン基などの炭素数6〜18のアリーレン基、あるいは、例えば、チオフェン、フラン、ピロール、ベンゾチオフェン、ベンゾフラン、ベンゾピロール、トリアジン、イミダゾール、ベンゾイミダゾール、トリアゾール、チアジアゾール、チアゾール等のヘテロ環を含む2価の芳香環基を好ましい例として挙げることができる。
(n1+1)価の芳香環基は、更に置換基を有していても良い。
上述した(n1+1)価の芳香環基が有し得る置換基としては、R11〜R13により表わされる各基が有し得る置換基と同様の具体例が挙げられる。
A1が、(n1+1)価の芳香環基のとき、n1は1又は2であることが好ましく、1であることがより好ましい。
Rbとしてのアルキル基は、例えば炭素数1〜8個のアルキル基であって、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、ヘキシル基、オクチル基を好ましく挙げることができる。
Ra及びRbとしてのシクロアルキル基は、例えば炭素数3〜15個のシクロアルキル基であって、具体的には、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボルニル基、アダマンチル基等を好ましい例として挙げることができる。
Ra及びRbとしてのアラルキル基は、炭素数6〜20のアラルキル基であることが好ましく、炭素数7〜12のアラルキル基であることより好ましい。Ra及びRbのアラルキル基の具体例としては、例えば、ベンジル基、フェネチル基、ナフチルメチル基、ナフチルエチル基等が挙げられる。
Ra及びRbとしてのヘテロ環基は、炭素数6〜20のヘテロ環基であることが好ましく、炭素数6〜12のヘテロ環基であることがより好ましい。Ra及びRbのヘテロ環基の具体例としては、例えば、ピリジル基、ピラジル基、テトラヒドロフラニル基、テトラヒドロピラニル基、テトラヒドロチオフェン基、ピペリジル基、ピペラジル基、フラニル基、ピラニル基、クロマニル基等が挙げられる。
Rdはアルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を表し、Re及びRfは各々独立に水素原子、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を表す。RdはRe及びRfのいずれか、又は全てと結合し、環構造を形成していてもよい。
Rd、Re、及びRfのアルキル基としては、Rbとしてのアルキル基として前述したアルキル基と同様のものが挙げられる。
Rd、Re、及びRfのシクロアルキル基、アリール基としては、Ra及びRbとしてのシクロアルキル基、アリール基として前述したシクロアルキル基、アリール基と同様のものが挙げられる。
Qとしてのアルキル基の具体例及び好ましい例は、例えば、上述したRbとしてのアルキル基について記載したものと同様である。
Qとしてのアリール基の具体例及び好ましい例は、例えば、上述したRaとしてのアリール基について説明したものと同様である。
Qとしてのヘテロ環基の具体例及び好ましい例は、例えば、上述したRaとしてのヘテロ環基について説明したものと同様である。
Qとしてのアルキル基、シクロアルキル基、アリール基及びヘテロ環基は、置換基を有していてもよく、R11〜R13により表わされる各基が有し得る置換基と同様の具体例が挙げられる。
Q、M、Raの少なくとも2つが結合して形成してもよい環としては、Q、M、Raの少なくとも2つが結合して、例えば、プロピレン基、ブチレン基を形成して、酸素原子を含有する5員又は6員環を形成する場合が挙げられる。
一般式(1)におけるRa、Rb、M、Qで表される各基は、置換基を有していてもよく、例えば、R11〜R13により表わされる各基が有し得る置換基と同様の具体例が挙げられ、置換基の炭素数は8以下が好ましい。
R51、R52、及びR53は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基、又はアルコキシカルボニル基を表す。R52はL5と結合して環を形成していてもよく、その場合のR52はアルキレン基を表す。
L5は、単結合又は2価の連結基を表し、R52と環を形成する場合には3価の連結基を表す。
R54はアルキル基を表し、R55及びR56は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、又はアラルキル基を表す。R55及びR56は互いに結合して環を形成してもよい。但し、R55とR56とが同時に水素原子であることはない。
一般式(V)におけるR51〜R53のアルキル基、アルコキシカルボニル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子の具体例、好ましい例としては、一般式(1)におけるR11〜R13のアルキル基、アルコキシカルボニル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子の具体例、好ましい例と同様のものが挙げられる。
L5は、単結合、−COO−L1−で表される基又は2価の芳香環基が好ましい。L1は炭素数1〜5のアルキレン基が好ましく、メチレン、プロピレン基がより好ましい。2価の芳香環基としては、1,4−フェニレン基、1,3−フェニレン基、1,2−フェニレン基、1,4−ナフチレン基が好ましく、1,4−フェニレン基がより好ましい。
L5がR52と結合して環を形成する場合における、L5で表される3価の連結基としては、L5で表される2価の連結基の上記した具体例から1個の任意の水素原子を除してなる基を好適に挙げることができる。
R54〜R56のアルキル基としては炭素数1〜20のものが好ましく、より好ましくは炭素数1〜10のものであり、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、イソブチル基、t−ブチル基などの炭素数1〜4のものが特に好ましい。
R55及びR56で表されるシクロアルキル基としては、炭素数3〜20のものが好ましく、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等の単環性のものであってもよいし、ノルボニル基、アダマンチル基、テトラシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、等の多環性のものであってもよい。
R55及びR56で表されるアリール基としては、炭素数6〜20のものが好ましく、単環でも多環でもよく、置換基を有しても良い。例えば、フェニル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基、4−メチルフェニル基、4―メトキシフェニル基等が挙げられる。R55及びR56のどちらか一方が水素原子の場合、他方はアリール基であることが好ましい。
R55及びR56で表されるアラルキル基としては、単環でも多環でもよく、置換基を有しても良い。好ましくは炭素数7〜21であり、ベンジル基、1−ナフチルメチル基等が挙げられる。
Xa1は、水素原子、置換基を有していてもよいメチル基又は−CH2−R9で表される基を表す。R9は、水酸基又は1価の有機基を表す。1価の有機基としては、例えば、炭素数5以下のアルキル基、アシル基が挙げられ、好ましくは炭素数3以下のアルキル基であり、さらに好ましくはメチル基である。Xa1は好ましくは水素原子、メチル基、トリフルオロメチル基又はヒドロキシメチル基を表す。
Tは、単結合又は2価の連結基を表す。
Rx1〜Rx3は、それぞれ独立に、アルキル基(直鎖若しくは分岐)又はシクロアルキル基(単環若しくは多環)を表す。
Rx1〜Rx3の2つが結合して、シクロアルキル基(単環若しくは多環)を形成してもよい。
Tは、単結合が好ましい。Rtは、炭素数1〜5のアルキレン基が好ましく、−CH2−基がより好ましい。
Rx1〜Rx3のアルキル基としては、炭素数1〜5の直鎖又は分岐状のものが好ましい。
Rx1〜Rx3のシクロアルキル基としては、炭素数3〜8の単環のシクロアルキル基、炭素数7〜20の多環のシクロアルキル基が好ましい。Rx1〜Rx3のシクロアルキル基はスピロ環でもよい。
Rx1〜Rx3の2つが結合して形成されるシクロアルキル基としては、炭素数3〜8の単環のシクロアルキル基、炭素数7〜20の多環のシクロアルキル基が好ましい。炭素数5〜6の単環のシクロアルキル基が特に好ましい。Rx1〜Rx3の2つが結合して形成されるシクロアルキル基は、スピロ環でもよい。
Rx1がメチル基、エチル基、イソプロピル基であり、Rx2とRx3とが結合して上述のシクロアルキル基を形成している態様が好ましい。
具体例中、Rx、Xa1は、水素原子、CH3、CF3、又はCH2OHを表す。Rxa、Rxbは、それぞれ独立して、炭素数1〜4のアルキル基、炭素数6〜18のアリール基、又は、炭素数7〜19のアラルキル基を表す。Zは、置換基を表す。pは0又は正の整数を表し、好ましくは0〜2であり、より好ましくは0又は1である。Zが複数存在する場合、互いに同じでも異なっていてもよい。Zとしては、水素原子及び炭素原子のみからなる基が好適に挙げられ、例えば、直鎖又は分岐のアルキル基、シクロアルキル基であることが好ましい。
アルカリ現像によってポジ画像を形成する場合(すなわち、感活性光線性又は感放射線性組成物が、ポジ型の感活性光線性又は感放射線性組成物である場合)、樹脂〔P−A〕に含まれる酸分解性基を有する繰り返し単位の含有量は、樹脂〔P−A〕中の全繰り返し単位に対して5モル%以上70モル%以下であることが好ましく、5モル%以上60モル%以下であることがより好ましく、10モル%以上50モル%以下が特に好ましい。アルカリ現像によってネガ画像を形成する場合(すなわち、感活性光線性又は感放射線性組成物が、ネガ型の感活性光線性又は感放射線性組成物である場合)、樹脂〔P−A〕に含まれる酸分解性基を有する繰り返し単位の含有量は、樹脂〔P−A〕中の全繰り返し単位に対して0.1モル%以上50モル%以下が好ましく、1モル%以上40モル%以下がより好ましく、3モル%以上30モル%以下が特に好ましい。
R31、R32及びR33は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。R33はAr3と結合して環を形成していてもよく、その場合のR33はアルキレン基を表す。
X3は、単結合又は2価の連結基を表す。
Ar3は、(n3+1)価の芳香環基を表し、R33と結合して環を形成する場合には(n3+2)価の芳香環基を表す。
n3は、1〜4の整数を表す。
(n3+1)価の芳香環基は、更に置換基を有していても良い。
X3により表わされる−CONR64−(R64は、水素原子、アルキル基を表す)におけるR64のアルキル基としては、R61〜R63のアルキル基と同様のものが挙げられる。
X3としては、単結合、−COO−、−CONH−が好ましく、単結合、−COO−がより好ましい。
繰り返し単位(b)は、ヒドロキシスチレン構造を備えていることが好ましい。即ち、Ar3は、ベンゼン環基であることが好ましい。
繰り返し単位(c)が含み得る「極性基」としては、例えば、以下の(1)〜(4)が挙げられる。なお、以下において、「電気陰性度」とは、Paulingによる値を意味している。
このような極性基としては、例えば、ヒドロキシ基などのO−Hにより表される構造を含んだ基が挙げられる。
(2)窒素原子と、窒素原子との電気陰性度の差が0.6以上である原子とが、単結合により結合した構造を含む官能基
このような極性基としては、例えば、アミノ基などのN−Hにより表される構造を含んだ基が挙げられる。
(3)電気陰性度が0.5以上異なる2つの原子が二重結合又は三重結合により結合した構造を含む官能基
このような極性基としては、例えば、C≡N、C=O、N=O、S=O又はC=Nにより表される構造を含んだ基が挙げられる。
(4)イオン性部位を有する官能基
このような極性基としては、例えば、N+又はS+により表される部位を有する基が挙げられる。
以下に、「極性基」が含み得る部分構造の具体例を挙げる。
樹脂にアルコール性ヒドロキシ基を備えた繰り返し単位を更に含有させると、樹脂を含んだ組成物の露光ラチチュード(EL)を更に向上させることができる。
樹脂にシアノ基を備えた繰り返し単位を更に含有させると、樹脂を含んだ組成物の感度を更に向上させることができる。
樹脂にラクトン基を備えた繰り返し単位を更に含有させると、樹脂を含んだ組成物のドライエッチング耐性、塗布性、及び基板との密着性を更に向上させることも可能となる。
樹脂にシアノ基を有するラクトン構造を含んだ基を備えた繰り返し単位を更に含有させると、樹脂を含んだ組成物の感度、ドライエッチング耐性、塗布性、及び基板との密着性を更に向上させることも可能となる。加えて、こうすると、シアノ基及びラクトン基のそれぞれに起因した機能を単一の繰り返し単位に担わせることが可能となり、樹脂の設計の自由度を更に増大させることも可能となる。
Raは、各々独立に、水素原子、アルキル基又は−CH2−O−Ra2により表される基を表す。ここで、Ra2は、水素原子、アルキル基又はアシル基を表す。
R1は、(n+1)価の有機基を表す。
R2は、m≧2の場合は各々独立に、単結合又は(n+1)価の有機基を表す。
Wは、メチレン基、酸素原子又は硫黄原子を表す。
n及びmは、1以上の整数を表す。なお、一般式(I−2H)、(I−3H)又は(I−8H)においてR2が単結合を表す場合、nは1である。
lは、0以上の整数を表す。
L1は、−COO−、−OCO−、−CONH−、−O−、−Ar−、−SO3−又は−SO2NH−により表される連結基を表す。ここで、Arは、2価の芳香環基を表す。
Rは、各々独立に、水素原子又はアルキル基を表す。
R0は、水素原子又は有機基を表す。
L3は、(m+2)価の連結基を表す。
RLは、m≧2の場合は各々独立に、(n+1)価の連結基を表す。
RSは、p≧2の場合は各々独立に、置換基を表す。p≧2の場合、複数のRSは、互いに結合して環を形成していてもよい。
pは、0〜3の整数を表す。
Wは、メチレン基、酸素原子又は硫黄原子を表す。Wは、メチレン基又は酸素原子であることが好ましい。
R1は、(n+1)価の有機基を表す。R1は、好ましくは、非芳香族性の炭化水素基である。この場合、R1は、鎖状炭化水素基であってもよく、脂環状炭化水素基であってもよい。R1は、より好ましくは、脂環状炭化水素基である。
R2は、単結合又は(n+1)価の有機基を表す。R2は、好ましくは、単結合又は非芳香族性の炭化水素基である。この場合、R2は、鎖状炭化水素基であってもよく、脂環状炭化水素基であってもよい。
R1及び/又はR2が鎖状炭化水素基である場合、この鎖状炭化水素基は、直鎖状であってもよく、分岐鎖状であってもよい。また、この鎖状炭化水素基の炭素数は、1〜8であることが好ましい。例えば、R1及び/又はR2がアルキレン基である場合、R1及び/又はR2は、メチレン基、エチレン基、n−プロピレン基、イソプロピレン基、n−ブチレン基、イソブチレン基又はsec−ブチレン基であることが好ましい。
R1及び/又はR2が脂環状炭化水素基である場合、この脂環状炭化水素基は、単環式であってもよく、多環式であってもよい。この脂環状炭化水素基は、例えば、モノシクロ、ビシクロ、トリシクロ又はテトラシクロ構造を備えている。この脂環状炭化水素基の炭素数は、通常は5以上であり、6〜30であることが好ましく、7〜25であることがより好ましい。
R1及び/又はR2の非芳香族性の炭化水素基は、置換基を有していてもよい。この置換基としては、例えば、炭素数1〜4のアルキル基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、炭素数1〜4のアルコキシ基、カルボキシ基、及び炭素数2〜6のアルコキシカルボニル基が挙げられる。上記のアルキル基、アルコキシ基及びアルコキシカルボニル基は、置換基を更に有していてもよい。この置換基としては、例えば、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、及びアルコキシ基が挙げられる。
L1は、−COO−、−OCO−、−CONH−、−O−、−Ar−、−SO3−又は−SO2NH−により表される連結基を表す。ここで、Arは、2価の芳香環基を表す。L1は、好ましくは−COO−、−CONH−又は−Ar−により表される連結基であり、より好ましくは−COO−又は−CONH−により表される連結基である。
Rは、水素原子又はアルキル基を表す。アルキル基は、直鎖状であってもよく、分岐鎖状であってもよい。このアルキル基の炭素数は、好ましくは1〜6であり、より好ましくは1〜3である。Rは、好ましくは水素原子又はメチル基であり、より好ましくは水素原子である。
L3は、(m+2)価の連結基を表す。即ち、L3は、3価以上の連結基を表す。このような連結基としては、例えば、後掲の具体例における対応した基が挙げられる。
RLは、(n+1)価の連結基を表す。即ち、RLは、2価以上の連結基を表す。このような連結基としては、例えば、アルキレン基、シクロアルキレン基及び後掲の具体例における対応した基が挙げられる。RLは、互いに結合して又は下記RSと結合して、環構造を形成していてもよい。
RSは、置換基を表す。この置換基としては、例えば、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、アルコキシ基、アシルオキシ基、アルコキシカルボニル基、及びハロゲン原子が挙げられる。
nは、1以上の整数である。nは、1〜3の整数であることが好ましく、1又は2であることがより好ましい。また、nを2以上とすると、有機溶剤を含んだ現像液に対する溶解コントラストを更に向上させることが可能となる。従って、こうすると、限界解像力及びラフネス特性を更に向上させることができる。
mは、1以上の整数である。mは、1〜3の整数であることが好ましく、1又は2であることがより好ましい。
lは、0以上の整数である。lは、0又は1であることが好ましい。
pは、0〜3の整数である。
以下に、一般式(I−1H)〜(I−10H)の何れかにより表される繰り返し単位の具体例を示す。なお、具体例中、Raは、一般式(I−1H)〜(I−10H)におけるものと同義である。
R2c〜R4cは、各々独立に、水素原子又は水酸基又はシアノ基を表す。ただし、R2c〜R4cの内の少なくとも1つは、水酸基を表す。好ましくは、R2c〜R4cの内の1つ又は2つが、水酸基で、残りが水素原子である。一般式(VIIa)に於いて、更に好ましくは、R2c〜R4cの内の2つが、水酸基で、残りが水素原子である。
R1cは、水素原子、メチル基、トリフロロメチル基又はヒドロキシメチル基を表す。
ラクトン基又はスルトン基としては、ラクトン構造又はスルトン構造を有していればいずれでも用いることができるが、好ましくは5〜7員環のラクトン構造又はスルトン構造であり、5〜7員環のラクトン構造又はスルトン構造にビシクロ構造、スピロ構造を形成する形で他の環構造が縮環しているものが好ましい。下記一般式(LC1−1)〜(LC1−17)、(SL1−1)及び(SL1−2)のいずれかで表されるラクトン構造又はスルトン構造を有する繰り返し単位を有することがより好ましい。また、ラクトン構造又はスルトン構造が主鎖に直接結合していてもよい。好ましいラクトン構造又はスルトン構造としては(LC1−1)、(LC1−4)、(LC1−5)、(LC1−8)であり、(LC1−4)であることがより好ましい。特定のラクトン構造又はスルトン構造を用いることでLWR、現像欠陥が良好になる。
樹脂〔P−A〕は、下記一般式(III)で表されるラクトン構造又はスルトン構造を有する繰り返し単位を含有することが好ましい。
Aは、エステル結合(−COO−で表される基)又はアミド結合(−CONH−で表される基)を表す。
R0は、複数個ある場合にはそれぞれ独立にアルキレン基、シクロアルキレン基、又はその組み合わせを表す。
Zは、複数個ある場合にはそれぞれ独立に、単結合、エーテル結合、エステル結合、アミド結合、ウレタン結合
R8は、ラクトン構造又はスルトン構造を有する1価の有機基を表す。
nは、−R0−Z−で表される構造の繰り返し数であり、0〜2の整数を表す。
R7は、水素原子、ハロゲン原子又はアルキル基を表す。
R0のアルキレン基、シクロアルキレン基は置換基を有してよい。
Zは好ましくは、エーテル結合、エステル結合であり、特に好ましくはエステル結合である。
R7のアルキル基は、炭素数1〜4のアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基がより好ましく、メチル基が特に好ましい。R0のアルキレン基、シクロアルキレン基、R7におけるアルキル基は、各々、置換されていてもよく、置換基としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子等のハロゲン原子やメルカプト基、ヒドロキシ基、メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、t−ブトキシ基、ベンジルオキシ基等のアルコキシ基、アセチルオキシ基、プロピオニルオキシ基等のアセトキシ基が挙げられる。R7は、水素原子、メチル基、トリフルオロメチル基、ヒドロキシメチル基が好ましい。
R0における好ましい鎖状アルキレン基としては炭素数が1〜10の鎖状のアルキレンが好ましく、より好ましくは炭素数1〜5であり、例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基等が挙げられる。好ましいシクロアルキレン基としては、炭素数3〜20のシクロアルキレン基であり、例えば、シクロヘキシレン基、シクロペンチレン基、ノルボルニレン基、アダマンチレン基等が挙げられる。本発明の効果を発現するためには鎖状アルキレン基がより好ましく、メチレン基が特に好ましい。
R8で表されるラクトン構造又はスルトン構造を有する1価の有機基は、ラクトン構造又はスルトン構造を有していれば限定されるものではなく、具体例として上述した一般式(LC1−1)〜(LC1−17)、(SL1−1)及び(SL1−2)で表されるラクトン構造又はスルトン構造が挙げられ、これらのうち(LC1−4)で表される構造が特に好ましい。また、(LC1−1)〜(LC1−17)、(SL1−1)及び(SL1−2)におけるn2は2以下のものがより好ましい。
また、R8は無置換のラクトン構造又はスルトン構造を有する1価の有機基、或いはメチル基、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を置換基として有するラクトン構造又はスルトン構造を有する1価の有機基が好ましく、シアノ基を置換基として有するラクトン構造(シアノラクトン)又はスルトン構造(シアノスルトン)を有する1価の有機基がより好ましい。
一般式(III)において、nが1又は2であることが好ましい。
以下に一般式(III)で表されるラクトン構造又はスルトン構造を有する基を有する繰り返し単位の具体例を示すが、本発明はこれに限定されるものではない。
下記具体例中、Rは、水素原子、置換基を有していてもよいアルキル基又はハロゲン原子を表し、好ましくは、水素原子、メチル基、ヒドロキシメチル基、アセトキシメチル基を表す。
下記式中、Meはメチル基を表す。
R7、A、R0、Z、及びnは、上記一般式(III)と同義である。
R7’、A’、R0’、Z’及びn’は、上記一般式(III)におけるR7、A、R0、Z及びnとそれぞれ同義である。
R9は、複数個ある場合にはそれぞれ独立に、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシカルボニル基、シアノ基、水酸基又はアルコキシ基を表し、複数個ある場合には2つのR9が結合し、環を形成していてもよい。
R9’は、複数個ある場合にはそれぞれ独立に、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシカルボニル基、シアノ基、水酸基又はアルコキシ基を表し、複数個ある場合には2つのR9’が結合し、環を形成していてもよい。
X及びX’は、それぞれ独立にアルキレン基、酸素原子又は硫黄原子を表す。
m及びm’は、置換基数であって、それぞれ独立に0〜5の整数を表す。m及びm’はそれぞれ独立に0又は1であることが好ましい。
R9及びR9’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、メチル基、エチル基、がより好ましく、メチル基が最も好ましい。シクロアルキル基としては、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル基を挙げることができる。アルコキシカルボニル基としてはメトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、n−ブトキシカルボニル基、t−ブトキシカルボニル基等を挙げることができる。アルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、ブトキシ基等を挙げることができる。これらの基は置換基を有していてもよく、該置換基としてはヒドロキシ基、メトキシ基、エトキシ基などのアルコキシ基、シアノ基、フッ素原子などのハロゲン原子を挙げることができる。R9及びR9’はメチル基、シアノ基又はアルコキシカルボニル基であることがより好ましく、シアノ基であることが更に好ましい。
X及びX’のアルキレン基としてはメチレン基、エチレン基等が挙げられる。X及びX’は酸素原子又はメチレン基であることが好ましく、メチレン基であることが更に好ましい。
m及びm’が1以上である場合、少なくとも1つのR9及びR9’はラクトンのカルボニル基のα位又はβ位に置換することが好ましく、特にα位に置換することが好ましい。
一般式(III−1)又は(III−1’)で表されるラクトン構造を有する基、又はスルトン構造を有する繰り返し単位の具体例を示すが、本発明はこれに限定されるものではない。下記具体例中、Rは、水素原子、置換基を有していてもよいアルキル基又はハロゲン原子を表し、好ましくは、水素原子、メチル基、ヒドロキシメチル基、アセトキシメチル基を表す。
ラクトン構造又はスルトン構造を有する繰り返し単位の含有量は、複数種類含有する場合は合計して樹脂〔P−A〕中の全繰り返し単位に対し、1〜50mol%が好ましく、より好ましくは3〜40mol%、更に好ましくは5〜30mol%である。
ラクトン基又はスルトン基を有する繰り返し単位の具体例として、上記に挙げた具体例に加え、以下を挙げるが、本発明はこれらに限定されない。
酸性基を有する繰り返し単位の具体例を以下に示すが、本発明は、これに限定されるものではない。
具体例中、RxはH、CH3、CH2OH又はCF3を表す。
樹脂〔P−A〕は下記一般式(c1)で表される複数の芳香環を有する繰り返し単位(d)を有していても良い。
R3は、水素原子、アルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はニトロ基を表し、
Yは、単結合又は2価の連結基を表し、
Zは、単結合又は2価の連結基を表し、
Arは、芳香環基を表し、
pは1以上の整数を表す。
Yは、単結合又は2価の連結基を表し、2価の連結基としては、例えば、エーテル基(酸素原子)、チオエーテル基(硫黄原子)、アルキレン基、アリーレン基、カルボニル基、スルフィド基、スルホン基、−COO−、−CONH−、−SO2NH−、−CF2−、−CF2CF2−、−OCF2O−、−CF2OCF2−、−SS−、−CH2SO2CH2−、−CH2COCH2−、−COCF2CO−、−COCO−、−OCOO−、−OSO2O−、アミノ基(窒素原子)、アシル基、アルキルスルホニル基、−CH=CH−、−C≡C−、アミノカルボニルアミノ基、アミノスルホニルアミノ基、若しくはこれらの組み合わせからなる基があげられる。Yは、炭素数15以下が好ましく、炭素数10以下がより好ましい。
Zは、単結合又は2価の連結基を表し、2価の連結基としては、例えば、エーテル基(酸素原子)、チオエーテル基(硫黄原子)、アルキレン基、アリーレン基、カルボニル基、スルフィド基、スルホン基、−COO−、−CONH−、−SO2NH−、アミノ基(窒素原子)、アシル基、アルキルスルホニル基、−CH=CH−、アミノカルボニルアミノ基、アミノスルホニルアミノ基、若しくはこれらの組み合わせからなる基があげられる。
Zは、好ましくは単結合、エーテル基、カルボニル基、−COO−であり、更に好ましくは単結合、エーテル基であり、特に好ましくは単結合である。
pは、1以上の整数であり、1〜3の整数であることが好ましい。
しかしながら、繰り返し単位(d)における芳香環は、上記アウトオブバンド光を吸収可能な内部フィルターとして機能する。よって、高解像及び低LWRの観点から、樹脂〔P−A〕は、繰り返し単位(d)を含有することが好ましい。
ここで、繰り返し単位(d)は、高解像性を得る観点から、フェノール性水酸基(芳香環上に直接結合した水酸基)を有さないことが好ましい。
Raは水素原子、アルキル基又は−CH2−O−Ra2基を表す。式中、Ra2は、水素原子、アルキル基又はアシル基を表す。Raは、水素原子、メチル基、ヒドロキシメチル基、トリフルオロメチル基が好ましく、水素原子、メチル基が特に好ましい。
極性基を持たない脂環炭化水素構造を有し、酸分解性を示さない繰り返し単位の具体例を以下に挙げるが、本発明はこれらに限定されない。式中、Raは、H、CH3、CH2OH、又はCF3を表す。
樹脂〔P−A〕は、例えば、各構造に対応する不飽和モノマーのラジカル、カチオン、又はアニオン重合により合成することができる。また各構造の前駆体に相当する不飽和モノマーを用いて重合した後に、高分子反応を行うことにより目的とする樹脂を得ることも可能である。
例えば、一般的合成方法としては、不飽和モノマー及び重合開始剤を溶剤に溶解させ、加熱することにより重合を行う一括重合法、加熱溶剤に不飽和モノマーと重合開始剤の溶液を1〜10時間かけて滴下して加える滴下重合法などが挙げられ、滴下重合法が好ましい。
重合反応は窒素やアルゴンなど不活性ガス雰囲気下で行われることが好ましい。重合開始剤としては市販のラジカル開始剤(アゾ系開始剤、パーオキサイドなど)を用いて重合を開始させる。ラジカル開始剤としてはアゾ系開始剤が好ましく、エステル基、シアノ基、カルボキシル基を有するアゾ系開始剤が好ましい。好ましい開始剤としては、アゾビスイソブチロニトリル、アゾビス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)などが挙げられる。必要に応じて連鎖移動剤(例えば、アルキルメルカプタンなど)の存在下で重合を行ってもよい。
反応時間は、通常1〜48時間であり、好ましくは1〜24時間、更に好ましくは1〜12時間である。
反応終了後、室温まで放冷し、精製する。精製は、水洗や適切な溶媒を組み合わせることにより残留単量体やオリゴマー成分を除去する液々抽出法、特定の分子量以下のもののみを抽出除去する限外ろ過等の溶液状態での精製方法や、樹脂溶液を貧溶媒へ滴下することで樹脂を貧溶媒中に凝固させることにより残留単量体等を除去する再沈澱法やろ別した樹脂スラリーを貧溶媒で洗浄する等の固体状態での精製方法等の通常の方法を適用できる。例えば、上記樹脂が難溶あるいは不溶の溶媒(貧溶媒)を、該反応溶液の10倍以下の体積量、好ましくは10〜5倍の体積量で、接触させることにより樹脂を固体として析出させる。
沈殿又は再沈殿溶媒の使用量は、効率や収率等を考慮して適宜選択できるが、一般には、ポリマー溶液100質量部に対して、100〜10000質量部、好ましくは200〜2000質量部、更に好ましくは300〜1000質量部である。
沈殿又は再沈殿する際の温度としては、効率や操作性を考慮して適宜選択できるが、通常0〜50℃程度、好ましくは室温付近(例えば20〜35℃程度)である。沈殿又は再沈殿操作は、攪拌槽などの慣用の混合容器を用い、バッチ式、連続式等の公知の方法により行うことができる。
沈殿又は再沈殿したポリマーは、通常、濾過、遠心分離等の慣用の固液分離に付し、乾燥して使用に供される。濾過は、耐溶剤性の濾材を用い、好ましくは加圧下で行われる。乾燥は、常圧又は減圧下(好ましくは減圧下)、30〜100℃程度、好ましくは30〜50℃程度の温度で行われる。
重合反応は窒素やアルゴンなど不活性ガス雰囲気下で行われることが好ましい。重合開始剤としては市販のラジカル開始剤(アゾ系開始剤、パーオキサイドなど)を用いて重合を開始させる。ラジカル開始剤としてはアゾ系開始剤が好ましく、エステル基、シアノ基、カルボキシル基を有するアゾ系開始剤が好ましい。好ましい開始剤としては、アゾビスイソブチロニトリル、アゾビス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)などが挙げられる。所望により開始剤を追加、あるいは分割で添加し、反応終了後、溶剤に投入して粉体あるいは固形回収等の方法で所望のポリマーを回収する。反応の濃度は5〜50質量%であり、好ましくは10〜30質量%である。反応温度は、通常10℃〜150℃であり、好ましくは30℃〜120℃、更に好ましくは60〜100℃である。
活性光線又は放射線の照射により酸を発生し、かつ酸の作用によりアルカリ現像液水溶液に対する溶解性が増大する化合物〔P−B〕(以下、単に、酸発生剤〔P−B〕とも言う)は、活性光線又は放射線の照射により酸を発生し、かつアルカリ可溶性基を酸の作用により分解し脱離する脱離基で保護された構造(樹脂〔P−A〕について前述したものと同様に、以下、「酸分解性基」ともいう)を有する化合物であることが好ましい。
化合物〔P−B〕の分子量範囲は100〜3000が好ましく、100〜2000がより好ましく、100〜1000が特に好ましい。
アルカリ可溶性基の具体例及び好ましい例としては樹脂〔P−A〕について前述した極性基の具体例及び好ましい例と同様のものが挙げられる。
酸分解性基のアルカリ可溶性基及び好ましい例としては樹脂〔P−A〕について前述した「アルカリ可溶性基が酸の作用により分解し脱離する基で保護された構造」の具体例及び好ましい例と同様のものが挙げられる。
本明細書において、フェノール性水酸基とは、芳香環基の水素原子を水酸基で置換してなる基である。該芳香環は単環又は多環の芳香環であり、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フルオレン環、フェナントレン環などの炭素数6〜18の置換基を有していてもよい芳香族炭化水素環、又は、例えば、チオフェン環、フラン環、ピロール環、ベンゾチオフェン環、ベンゾフラン環、ベンゾピロール環、トリアジン環、イミダゾール環、ベンゾイミダゾール環、トリアゾール環、チアジアゾール環、チアゾール環等のヘテロ環を含む芳香環ヘテロ環を挙げることができる。中でも、ベンゼン環、ナフタレン環が解像性の観点で好ましく、ベンゼン環が最も好ましい。
R201、R202及びR203は、各々独立に、有機基を表す。
R201、R202及びR203としての有機基の炭素数は、一般的に1〜30、好ましくは1〜20である。
また、R201〜R203のうち2つが結合して環構造を形成してもよく、環内に酸素原子、硫黄原子、エステル結合、アミド結合、カルボニル基を含んでいてもよい。R201〜R203の内の2つが結合して形成する基としては、アルキレン基(例えば、ブチレン基、ペンチレン基)を挙げることができる。
Z−は、非求核性アニオンを表す。
R201、R202、R203及びZ−の少なくとも1つは酸分解性基を有する。酸分解性基の好ましい態様としては前述の通りである。
酸分解性基をカチオン部に有すると活性光線又は放射線によって分解する際に、分解物がより疎水的になるカチオン部に酸分解基を有することで、より均一に溶解コントラストを付与することができる観点から、R201、R202及びR203の少なくとも1つが酸分解性基を有することが好ましい。
Xfは、それぞれ独立に、フッ素原子、又は少なくとも1つのフッ素原子で置換されたアルキル基を表す。
R1、R2は、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子又はアルキル基を表し、複数存在する場合のR1、R2は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
Lは、二価の連結基を表し、複数存在する場合のLは同一でも異なっていてもよい。
Cyは、環状の有機基を表す。
Aは、HO3S−又はRf−SO2−NH−SO2−を表す。Rfは、少なくとも1つのフッ素原子を有するアルキル基、少なくとも1つのフッ素原子を有するシクロアルキル基、又は少なくとも1つのフッ素原子を有するアリール基を表す。(シクロアルキルとアリールの置換は、フッ素原子でなく−CF3などフッ化アルキルによる置換でもよい。Rfとしての少なくとも1つのフッ素原子を有するアルキル基の具体例としては、Xfの後述の具体例と同様であり、Rfとしての少なくとも1つのフッ素原子を有するシクロアルキル基の具体例としては、パーフルオロシクロペンチル、パーフルオロシクロヘキシル等が挙げられ、Rfとしての少なくとも1つのフッ素原子を有するアリール基の具体例としては、パーフルオロフェニル等が挙げられ、これらの各基は、それぞれ、フッ素原子を含有しない置換基で置換されていてもよい。)
xは1〜20の整数を表し、yは0〜10の整数を表し、zは0〜10の整数を表す。
Xfのフッ素原子で置換されたアルキル基におけるアルキル基としては、好ましくは炭素数1〜10であり、より好ましくは炭素数1〜4である。また、Xfのフッ素原子で置換されたアルキル基は、パーフルオロアルキル基であることが好ましい。
Xfとして、好ましくは、フッ素原子又は炭素数1〜4のパーフルオロアルキル基である。Xfの具体例としては、フッ素原子、CF3、C2F5、C3F7、C4F9、C5F11、C6F13、C7F15、C8F17、CH2CF3、CH2CH2CF3、CH2C2F5、CH2CH2C2F5、CH2C3F7、CH2CH2C3F7、CH2C4F9、CH2CH2C4F9が挙げられ、中でもフッ素原子、CF3が好ましい。特に、双方のXfがフッ素原子であることが好ましい。
R1、R2としては、好ましくはフッ素原子又はCF3である。
Lの2価の連結基としては特に限定されず、―COO−、−OCO−、−CO−、−O−、−S―、−SO―、―SO2−、アルキレン基、シクロアルキレン基、アルケニレン基又はこれらの複数が組合された連結基などが挙げられ、総炭素数12以下の連結基が好ましい。これらのなかでも―COO−、−OCO−、−CO−、−O−、―SO2−が好ましく、―COO−、−OCO−、―SO2−がより好ましく、−SO2−であることが特に好ましい。
また、そのような酸分解性基としては酸の作用により分解してフェノール性水酸基又はカルボキシル基を生じる基であることが好ましい。
上記一般式(I)で表される酸を生じるアニオンが酸分解性基を有する場合、2価の連結基を介して前記アニオンに結合していてもよく、例えば、Cyが2価の連結基を介して酸分解性基により置換されている態様が挙げられる。
そのような2価の連結基としては特に制限はないが、−COO−、−OCO−、−CO−、−O−、−S−、−SO−、−SO2−、アルキレン基、シクロアルキレン基、アルケニレン基又はこれらの複数が組合された連結基などが挙げられる。
X+は、それぞれ独立に、対カチオンを表す。
Rfは、前記一般式(I)のAにおけるRfと同義である。
Xf1、Xf2は、それぞれ独立に、前記一般式(I)におけるXfと同義である。
R11、R12、R21、R22は、それぞれ独立に、前記一般式(I)におけるR1、R2と同義である。
L1、L2は、それぞれ独立に、前記一般式(I)におけるLと同義である。
Cy1、Cy2は、それぞれ独立に、前記一般式(I)におけるCyと同義である。
Xf1、R11、R12、L1及びCy1のいずれが、極性基が酸の作用により分解し脱離する脱離基で保護された構造を有する基(酸分解性基)により置換されていてもよく、Xf2、R21、R22、L2、Cy2及びRfのいずれが、酸分解性基により置換されていてもよい。
x1、x2は、それぞれ独立に、前記一般式(I)におけるxと同義である。
y1、y2は、それぞれ独立に、前記一般式(I)におけるyと同義である。
z1、z2は、それぞれ独立に、前記一般式(I)におけるzと同義である。
X+についての対カチオンとしては、上記一般式(ZI)におけるスルホニウムカチオン、上記一般式(ZII)におけるヨードニウムカチオンが挙げられる。
以下、酸分解性基を有し、かつ前記一般式(I)で表される酸を生じるアニオンの具体例を挙げるが、本発明は、これに限定されるものではない。
A−は有機酸アニオンを表す。
Yは2価の連結基を表す。
X+は、対カチオンを表す。
Bは酸分解性基を表す。
X+についての対カチオンとしては、上記一般式(ZI)におけるスルホニウムカチオン、上記一般式(ZII)におけるヨードニウムカチオンが挙げられる。
以下、一般式(III)における酸アニオンの具体例を挙げるが、本発明は、これに限定されるものではない。
R201〜R203のアリール基、アルキル基、シクロアルキル基は、酸分解性基以外にも、アルキル基(例えば炭素数1〜15)、シクロアルキル基(例えば炭素数3〜15)、アリール基(例えば炭素数6〜14)、アルコキシ基(例えば炭素数1〜15)、ハロゲン原子、水酸基、フェニルチオ基を置換基として有してもよい。好ましい置換基としては炭素数1〜12の直鎖又は分岐アルキル基、炭素数3〜12のシクロアルキル基、炭素数1〜12の直鎖、分岐又は環状のアルコキシ基であり、より好ましくは炭素数1〜4のアルキル基、炭素数1〜4のアルコキシ基である。置換基は、3つのR201〜R203のうちのいずれか1つに置換していてもよいし、3つ全てに置換していてもよい。また、R201〜R203がアリール基の場合に、置換基はアリール基のp−位に置換していることが好ましい。
化合物(ZI−2)は、式(ZI)におけるR201〜R203が、各々独立に、芳香環を有さない有機基を表す化合物である。ここで芳香環とは、ヘテロ原子を含有する芳香族環も包含するものである。
2−オキソシクロアルキル基は、好ましくは、上記のシクロアルキル基の2位に>C=Oを有する基を挙げることができる。
R201〜R203は、酸分解性基以外の、ハロゲン原子、アルコキシ基(例えば炭素数1〜5)、水酸基、シアノ基、ニトロ基によって更に置換されていてもよい。
化合物(ZI−3)とは、以下の一般式(ZI−3)で表される化合物であり、フェナシルスルフォニウム塩構造を有する化合物である。
R1c〜R5cは、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルコキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基、シクロアルキルカルボニルオキシ基、ハロゲン原子、水酸基、ニトロ基、アルキルチオ基又はアリールチオ基を表す。
R6c及びR7cは、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアリール基を表す。
Rx及びRyは、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基、2−オキソアルキル基、2−オキソシクロアルキル基、アルコキシカルボニルアルキル基、アリル基又はビニル基を表す。
上記環構造としては、芳香族若しくは非芳香族の炭化水素環、芳香族若しくは非芳香族の複素環、又は、これらの環が2つ以上組み合わされてなる多環縮合環を挙げることができる。環構造としては、3〜10員環を挙げることができ、4〜8員環であることが好ましく、5又は6員環であることがより好ましい。
R1c〜R5c中のいずれか2つ以上、R6cとR7c、及びRxとRyが結合して形成する基としては、ブチレン基、ペンチレン基等を挙げることができる。
R5cとR6c、及び、R5cとRxが結合して形成する基としては、単結合又はアルキレン基であることが好ましく、アルキレン基としては、メチレン基、エチレン基等を挙げることができる。
好ましくは、R1c〜R5cの内のいずれかが直鎖又は分岐アルキル基、シクロアルキル基又は直鎖、分岐若しくは環状アルコキシ基であり、更に好ましくは、R1c〜R5cの炭素数の和が2〜15である。これにより、より溶剤溶解性が向上し、保存時にパーティクルの発生が抑制される。
R6c及びR7cの態様としては、その両方がアルキル基である場合が好ましい。特に、R6c及びR7cが各々炭素数1〜4の直鎖又は分岐状アルキル基である場合が好ましく、とりわけ、両方がメチル基である場合が好ましい。
R1c〜R7c、Rx及びRyは、酸分解性基以外にも更に置換基を有していてもよく、そのような置換基としては、ハロゲン原子(例えば、フッ素原子)、水酸基、カルボキシル基、シアノ基、ニトロ基、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アシル基、アリールカルボニル基、アルコキシアルキル基、アリールオシキアルキル基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アルコキシカルボニルオキシ基、アリールオキシカルボニルオキシ基等を挙げることができる。
前記シクロアルキル基としては、例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等の炭素数3〜10個のシクロアルキル基を挙げることができる。
前記アリール基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基等の炭素数6〜15のアリール基を挙げることができる。
化合物(ZI−4)は、下記一般式(ZI−4)で表される。
R13は水素原子、フッ素原子、水酸基、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、又はシクロアルキル基を有する基を表す。これらの基は置換基を有してもよい。
R14は複数存在する場合は各々独立して、水酸基、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アルキルカルボニル基、アルキルスルホニル基、シクロアルキルスルホニル基、又はシクロアルキル基を有する基を表す。これらの基は置換基を有してもよい。
R15は各々独立して、アルキル基、シクロアルキル基又はナフチル基を表す。2個のR15が互いに結合して環を形成してもよい。これらの基は置換基を有してもよい。
lは0〜2の整数を表す。
rは0〜8の整数を表す。
Z−は、非求核性アニオンを表し、一般式(ZI)に於けるZ−と同様の非求核性アニオンを挙げることができる。
また、総炭素数が7以上の多環のシクロアルキルオキシ基としては、ノルボルニルオキシ基、トリシクロデカニルオキシ基、テトラシクロデカニルオキシ基、アダマンチルオキシ基等が挙げられる。
一般式(ZI−4)におけるR15としては、メチル基、エチル基、ナフチル基、2個のR15が互いに結合して硫黄原子と共にテトラヒドロチオフェン環構造を形成する2価の基等が好ましい。
R13、R14及びR15が酸分解性基以外に有し得る置換基としては、水酸基、アルコキシ基、又はアルコキシカルボニル基、ハロゲン原子(特に、フッ素原子)が好ましい。
lとしては、0又は1が好ましく、1がより好ましい。
rとしては、0〜2が好ましい。
一般式(ZII)、(ZIII)中、
R204〜R207は、各々独立に、アリール基、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。
R204、R205及びZ−の少なくとも1つは酸分解性基を有する。
R206及びR207の少なくとも1つは酸分解性基を有する。酸分解性基の好ましい態様としては前述の通りである。
R204〜R207のアリール基としてはフェニル基、ナフチル基が好ましく、更に好ましくはフェニル基である。R204〜R207のアリール基は、酸素原子、窒素原子、硫黄原子等を有する複素環構造を有するアリール基であってもよい。複素環構造を有するアリール基の骨格としては、例えば、ピロール、フラン、チオフェン、インドール、ベンゾフラン、ベンゾチオフェン等を挙げることができる。
R204〜R207におけるアルキル基及びシクロアルキル基としては、好ましくは、炭素数1〜10の直鎖又は分岐アルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基)、炭素数3〜10のシクロアルキル基(シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボニル基)を挙げることができる。
R204〜R207のアリール基、アルキル基、シクロアルキル基は、酸分解性基以外の置換基を有していてもよい。R204〜R207のアリール基、アルキル基、シクロアルキル基が有していてもよい酸分解性基以外の置換基としては、例えば、アルキル基(例えば炭素数1〜15)、シクロアルキル基(例えば炭素数3〜15)、アリール基(例えば炭素数6〜15)、アルコキシ基(例えば炭素数1〜15)、ハロゲン原子、水酸基、フェニルチオ基等を挙げることができる。
Z−は、非求核性アニオンを表し、一般式(ZI)に於けるZ−の非求核性アニオンと同様のものを挙げることができる。
Ar3及びAr4は、各々独立に、アリール基を表す。
Ar3及びAr4の少なくとも1つは酸分解性基を有する。
一般式(ZV)中、
R208は、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を表す。
Aは、アルキレン基、アルケニレン基又はアリーレン基を表す。
R208及びAの少なくとも1つは酸分解性基を有する。
一般式(ZVI)中、
R208、R209及びR210は、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を表す。
R208、R209及びR210の少なくとも1つは酸分解性基を有する。
Ar3、Ar4、R208、R209及びR210のアリール基の具体例としては、上記一般式(ZI−1)におけるR201、R202及びR203としてのアリール基の具体例と同様のものを挙げることができる。
R208、R209及びR210のアルキル基及びシクロアルキル基の具体例としては、それぞれ、上記一般式(ZI−2)におけるR201、R202及びR203としてのアルキル基及びシクロアルキル基の具体例と同様のものを挙げることができる。
Aのアルキレン基としては、炭素数1〜12のアルキレン(例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、イソプロピレン基、ブチレン基、イソブチレン基など)を、Aのアルケニレン基としては、炭素数2〜12のアルケニレン基(例えば、エテニレン基、プロペニレン基、ブテニレン基など)を、Aのアリーレン基としては、炭素数6〜10のアリーレン基(例えば、フェニレン基、トリレン基、ナフチレン基など)を、それぞれ挙げることができる。
R1dは、各々独立に、水素原子又は1価の有機基を表す。2つのR1dは、互いに結合して、環を形成していてもよい。換言すれば、2つのR1dが互いに結合して単結合又は2価の連結基を形成していてもよい。2価の連結基としては炭素数4以下の連結基であることが好ましく、例えば、メチレン基、エチレン基、エーテル結合、カルボニル基、エステル基等が挙げられる。
Q1は、単結合又は2価の連結基を表す。
B1は酸の作用により分解し、フェノール性水酸基又はカルボキシル基を生じる基を表す。
Zd−はX個の(B1−Q1)で表される基を有する非求核性の対アニオンを表す。
l1は、各々独立に、0〜5の整数を表す。
m1は、各々独立に、0〜5の整数を表す。
Xは、0〜3の整数を表す。
ただし、複数のm1及びXの少なくとも1つは1以上の整数を表す。複数のm1のいずれかは1以上の整数であることが好ましい。
一般式(II−2)中、
R2dは、各々独立に、水素原子又は1価の有機基を表す。2つのR2dは、互いに結合して、環を形成していてもよい。
R15dは、各々独立に、置換基を有していても良いアルキル基を表す。2つのR15dは、互いに結合して、環を形成していても良い。2つのR15dは、互いに結合して、環を形成していてもよい。
−S+(R15d)(R15d)で表される基、m個の(B−Q)及びl個のR4は、それぞれ、一般式(II−2)中の、いずれの芳香環の任意の位置で置換していてよい。
Q2は、単結合又は2価の連結基を表す。
B2は酸の作用により分解し、フェノール性水酸基又はカルボキシル基を生じる基を表す。
Zd−はX個の(B2−Q2)で表される基を有する非求核性の対アニオンを表す。
nは0又は1を表す。
l2は、各々独立に、0〜5の整数を表す。
m2は、各々独立に、0〜5の整数を表す。
Xは、0〜3の整数を表す。
ただし、m2及びXの少なくとも1つは1以上の整数を表す。m2は1〜5の整数であることが好ましい。
一般式(II−3)中、
R3dは、各々独立に、水素原子又は1価の有機基を表す。2つのR3dは、互いに結合して、環を形成していてもよい。
R6d、R7dは、各々独立に、水素原子又は1価の有機基を表す。R6d、R7dは、互いに結合して、環を形成していてもよい。
Rdx、Rdyは、各々独立に、置換基を有していても良いアルキル基を表す。Rdx、Rdyは、互いに結合して、環を形成していても良い。
Q3は、単結合又は2価の連結基を表す。
B3は酸の作用により分解し、フェノール性水酸基又はカルボキシル基を生じる基を表す。
Zd−はX個の(B3−Q3)で表される基を有する非求核性の対アニオンを表す。
l3は、各々独立に、0〜5の整数を表す。
m3は、各々独立に、0〜5の整数を表す。
Xは、0〜3の整数を表す。
ただし、m3及びXの少なくとも1つは1以上の整数を表す。m3は1〜5の整数であることが好ましい。
R1d、R2d、R3dとしてのアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基としては、一般式(ZI−3)に於けるR1C〜R5Cと同様のアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基を挙げることができる。
R6d、R7dにおけるアルキル基、シクロアルキル基としては、一般式(ZI−3)に於けるR6C〜R7Cと同様のアルキル基、シクロアルキル基を挙げることができ、2−オキソアルキル基、2−オキソシクロアルキル基、アルコキシカルボニルメチル基がより好ましい。
酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解性が増大する低分子化合物〔P−C〕は、特に限定はされないが、酸分解性基を有する低分子化合物であることが好ましい。
酸分解性基の具体例は、樹脂〔P−A〕の酸分解性基において説明したものを同様に挙げることができ、アセタール基、カルボネート基、又は、3級エステル基を好適に挙げることができる。
低分子化合物〔P−C〕は、フェノール性水酸基、カルボン酸基、スルホン酸基等の酸基における水素原子が酸の作用により分解し脱離する基によって置き換えられた形で保護された基を有する低分子化合物であることが好ましい。
低分子化合物〔P−C〕の分子量範囲は100〜1000が好ましく、100〜700がより好ましく、100〜500が特に好ましい。
ここで、本発明における低分子化合物とは、不飽和結合を持った化合物(いわゆる重合性モノマー)を、開始剤を使用しつつその不飽和結合を開裂させ、連鎖的に結合を成長させることによって得られる、いわゆるポリマーやオリゴマーではなく、分子量100〜1000(より好ましくは100〜700、更に好ましくは100〜500)の一定の分子量を有する化合物(実質的に分子量分布を有さない化合物)である。
低分子化合物〔P−C〕が3級エステル構造を有する場合(すなわち、低分子化合物〔P−C〕における酸分解性基が3級エステル基である場合)、低分子化合物〔P−C〕は、特に下記一般式(1a)で表されるカルボン酸エステルまたは不飽和カルボン酸エステルであることが好ましい。
Aは、単結合或いは−D−COO−で表される基を示し、Dはアルキレン基(好ましくは炭素数1〜4)を示す。
本発明の感活性光線性又は感放射線性組成物は、下記〔N−A〕、〔N−B〕及び〔N−C〕からなる群より選択される少なくとも1種の化合物(以下、化合物(N)ともいう)を含有している。
〔N−A〕 酸、活性光線若しくは放射線、又は、活性種の作用によりアルカリ現像液に対する溶解性が減少する樹脂
〔N−B〕 活性光線又は放射線の照射により酸を発生し、かつ酸、活性光線若しくは放射線、又は、活性種の作用によりアルカリ現像液に対する溶解性が減少する化合物
〔N−C〕 酸、活性光線若しくは放射線、又は、活性種の作用によりアルカリ現像液に対する溶解性が減少する低分子化合物
(N−1) 酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解性が減少する化合物
(N−2) 活性光線又は放射線の照射によりアルカリ現像液に対する溶解性が減少する化合物
(N−3) 活性種の作用によりアルカリ現像液に対する溶解性が減少する化合物
ここで、上記(N−3)における活性種としては、ラジカル、カチオン種、アニオン種等を挙げることができる。
酸、活性光線若しくは放射線、又は、活性種の作用によりアルカリ現像液に対する溶解性が減少する樹脂としては、特に限定されないが、活性光線又は放射線の照射により後に詳述する酸発生剤(A)、上記酸発生剤〔P−B〕、及び、後に詳述する酸発生剤〔N−B〕などから発生した酸、又は、活性光線又は放射線の照射により発生したラジカル等の活性種の作用によってアルカリ現像液に対する溶解性が減少する樹脂であることが好ましい。
樹脂〔N−A〕は、酸、活性光線若しくは放射線、又は、活性種の作用によって重合する基を有する樹脂が挙げられ、下記一般式(L−1)〜(L−4)で表される繰り返し単位から選択される1種以上の繰り返し単位を有する樹脂であることが好ましい。
RL1におけるアルキル基としては、直鎖状あるいは分岐状のいずれであってもよく、炭素数1〜20のアルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、t‐ブチル基、n‐ペンチル基、n‐ヘキシル基、n‐オクチル基、n‐ドデシル基等)が挙げられる。炭素数1〜8のアルキル基が好ましく、炭素数1〜6のアルキル基がより好ましく、炭素数1〜4のアルキル基が特に好ましい。
RL1におけるシクロアルキル基としては、単環型あるいは多環型のいずれであってもよく、炭素数3〜17のシクロアルキル基(例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボルナニル基、アダマンチル基等)が挙げられる。炭素数5〜12のシクロアルキル基が好ましく、炭素数5〜10のシクロアルキル基がより好ましく、炭素数5〜6のシクロアルキル基が特に好ましい。
一般式(L−1)におけるRL1としては、水素原子、炭素数1〜8のアルキル基が好ましく、水素原子、炭素数1〜6のアルキル基がより好ましく、水素原子、炭素数1〜4のアルキル基が特に好ましい。
RL2、RL3及びRL4は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。
X1は、単結合、又は、直鎖状又は分岐状の炭化水素基、環員としてヘテロ原子を含有しても良い環状の炭化水素基、−O−、−S−、−CO−、−SO2−、−NR−(Rは水素原子、アルキル基又は−CH2ORL1で表される基)、及び、これらを組み合わせた基からなる群より選択される(r+1)価の基を表す。なお、−CH2ORL1で表される基におけるRL1は、上記一般式(L−1)におけるRL1と同義である。
rは1〜5の整数を表す。ただし、X1が単結合である場合、rは1である。
RL2、RL3及びRL4におけるシクロアルキル基の具体例及び好ましい例は、RL1におけるシクロアルキル基の上記具体例と同様である。
RL2、RL3及びRL4におけ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を挙げることができ、フッ素原子であることがより好ましい。
RL2、RL3及びRL4におけるアルコキシカルボニル基のアルキル部位の具体例及び好ましい例は、RL1におけるアルキル基において前掲したものと同様である。
RL4は、水素原子、アルキル基又はハロゲン原子であることが好ましく、水素原子又はアルキル基であることがより好ましい。
芳香族環基における芳香族環としては、炭素数3〜12のものが好ましく、より具体的には、ベンゼン環、ナフタレン環、フラン環、ピロール環、チオフェン環、ピラゾール環、オキサゾール環、チアゾール環、ピリジン環、ピラジン環、ピリミジン環、トリアジン環等を挙げることができる。
非芳香族環基における非芳香族環としては、炭素数4〜12のものが好ましく、より具体的には、シクロペンタン環、シクロヘキサン環、テトラヒドロフラン環等を挙げることができる。
R1は、水素原子、メチル基、又はハロゲン原子を表し;
R2及びR3は、水素原子、アルキル基又はシクロアルキル基を表し;
Lは、2価の連結基もしくは単結合を表し;
Yは、メチロール基を除く1価の置換基を表し;
Zは、水素原子又は1価の置換基を表し;
mは、0〜4の整数を表し;
nは、1〜5の整数を表し;
m+nは5以下であり;
mが2以上である場合、複数のYは互いに同一であっても異なっていてもよく、複数のYは互いに結合して環構造を形成していてもよく;
nが2以上である場合、複数のR2、R3及びZは互いに同一であっても異なっていてもよい。
R1は、水素原子又はメチル基であることが好ましい。
Yの1価の置換基は、さらに置換基を有していてもよく、置換基としては、例えば、ヒドロキシル基、ハロゲン原子(例えば、フッ素原子)、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基、アリール基、アルコキシアルキル基、これらを組み合わせた基が挙げられ、炭素数8以下が好ましい。
また、mが2以上の時、複数のYが単結合又は連結基を介して互いに結合し、環構造を形成していてもよい。この場合の連結基としては、エーテル結合、チオエーテル結合、エステル結合、アミド結合、カルボニル基、アルキレン基等が挙げられる。
R1、R2、R3、Y、Z、m及びnは、前記一般式(L−2)で定義した通りである。
Arは、芳香環を表す。
W1及びW2は、2価の連結基又は単結合を表す。
R1、R2、R3、Y、Z、m及びnの具体例としては、それぞれ上記一般式(L−2)において述べたものと同様のものが挙げられ、好ましい範囲も同様である。
Arで表される芳香環の具体例としては、上記一般式(L−2)におけるLが芳香環である場合の具体例と同様のものが挙げられ、好ましい範囲も同様である。
W1及びW2で表される2価の連結基としては、炭素数6〜18の置換基を有しても良い単環もしくは多環の芳香族炭化水素環、−C(=O)−、−O−C(=O)−、−CH2−O−C(=O)−、チオカルボニル基、直鎖状若しくは分岐状のアルキレン基(好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは1〜6)、シクロアルキレン基(好ましくは炭素数3〜10、より好ましくは3〜6)、スルホニル基、−O−、−NH−、−S−、又はこれらを組み合わせた2価の連結基が挙げられる。
上記一般式(1−b)〜(1−c)において、Uはフェニレン基またはカルボニル基を表す。
Y”は、水素原子又は1価の置換基を表す。1価の置換基としては、上述したYで表される1価の置換基と同様のものが挙げられる。ただし、Y”は、メチロール基であってもよい。
R4は、水素原子又は1価の置換基を表す。1価の置換基の具体例は、一般式(L−2)におけるZが1価の置換基である場合と同様のものが挙げられる。
fは1〜6の整数を表す。好ましい範囲は、一般式(2’)及び(3’)で述べた通りである。
mは0又は1であり、nは1〜3の整数を表す。
ハロアルキル基、アルカノイル基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アルキルスルホニルオキシ基、アリールスルホニルオキシ基、アルキルスルホニル基、アリールスルホニル基、シアノ基、アルキルチオ基、アリールチオ基及び複素環基の具体例は、上記一般式(L−2)のYと同様であり、好ましい範囲も同様である。
Eは、エポキシ構造又はオキセタン構造を有する基を表す。m3は1〜5の整数を表す。
Vは、エチレン性不飽和結合を有する基を表す。m4は1〜5の整数を表す。
Vで表されるエチレン性不飽和結合を有する基は、特に下記一般式(1)〜(3)のいずれかで表される基が特に好ましい。
Zは、酸素原子、硫黄原子、−N(R12)−又はフェニレン基を表す。R12としては、一般式(1)のR12の場合と同義であり、好ましい例も同様である。
また、樹脂〔N−A〕の合成方法、質量平均分子量及び分散度の好ましい範囲も、樹脂〔P−A〕において説明したものと同様である。
また、樹脂〔N−A〕は、後述の化合物〔N−B〕と同一の成分であっても、異なる成分であっても良いが、異なる成分であることが好ましい。
活性光線又は放射線の照射により酸を発生し、かつ酸、活性光線若しくは放射線、又は、活性種の作用によりアルカリ現像液に対する溶解性が減少する化合物〔N−B〕(以下、単に、酸発生剤〔N−B〕とも言う)は、重合性基を有し、かつ活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物であることが好ましい。
化合物〔N−B〕の分子量範囲は100〜3000が好ましく、100〜2000がより好ましく、100〜1000が特に好ましい。
重合性基は、酸、活性光線若しくは放射線、又は、活性種の作用により重合し得る重合性基であることが好ましく、酸又は活性種(例えばラジカル)の作用により重合し得る重合性基であることが好ましい。また、重合性基には、架橋性基をも含むものとする。
酸発生剤〔N−B〕は、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、イミドスルホネート、オキシムスルホネート、ジアゾジスルホン、ジスルホン、o−ニトロベンジルスルホネート等が挙げられ、スルホニウム塩などのオニウム塩化合物であることが好ましく、下記一般式(ZI’)で表されることがより好ましい。
R’201、R’202及びR’203は、各々独立に、有機基を表す。
R’201、R’202及びR’203としての有機基の炭素数は、一般的に1〜30、好ましくは1〜20である。
また、R’201〜R’203のうち2つが結合して環構造を形成してもよく、環内に酸素原子、硫黄原子、エステル結合、アミド結合、カルボニル基を含んでいてもよい。R’201〜R’203の内の2つが結合して形成する基としては、アルキレン基(例えば、ブチレン基、ペンチレン基)を挙げることができる。
Z’−は、非求核性アニオンを表す。
R’201、R’202、R’203及びZ’−の少なくとも1つは重合性基を有する。発生酸の拡散を抑制する観点からZ’−が重合性基を有することが好ましい。
酸発生剤〔N−B〕の重合性基としては特に制限はないが、例えば、エチレン性不飽和基、エポキシ基、オキセタン基、下記一般式(ZII)で表される基等が挙げられる。
nは0〜6の整数を表し、Xが酸素原子の場合nは0であり、Xが窒素原子の場合nは1であり、Xが(n+2)価の芳香族基の場合nは0〜6の整数である。*は結合手を表す。
Ra及びRbについての1価の有機基としては、アルキル基、アリール基、−COORc、−CON(Rc)2、−CORc等が挙げられる(Rcは1価の有機基を表す)。
Ra及びRbとしては、特に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、−COORc、−CON(Rc)2又は−CORcであることが好ましい。
Rcについての1価の有機基としては、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基等が挙げられ、アルキル基又はアリール基であることが好ましい。
Ra〜Rcについてのアルキル基としては、炭素数1〜10のアルキル基が挙げられ、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、イソブチル基、t−ブチル基などの炭素数1〜4のものが好ましい。
Ra〜Rcについてのシクロアルキル基としては、シクロペンチル基、シクロヘキシル基などの炭素数3〜20の単環のシクロアルキル基などが挙げられる。
Ra〜Rcについてのアリール基としては、炭素数6〜10のものが好ましく、具体的には、フェニル基、ナフチル基を挙げることができる。
重合性基についてのエチレン性不飽和基としては、例えば、(メタ)アクリレート基、ビニル基、クロトネート基、イソクロトネート基、イタコネート基、マレート基等が挙げられ、(メタ)アクリレート基又はビニル基であることが好ましく、(メタ)アクリレート基であることがより好ましい。
酸発生剤〔N−B〕1分子中の重合性基の数は特に制限されないが、1〜10であることが好ましく、1〜5であることがより好ましく、1〜3であることが特に好ましい。
重合性基の具体例及び好ましい例については上述の通りである。
アニオンZ’−(例えば、上記一般式(I)で表される酸を生じるアニオン)が重合性基を有する場合、重合性基は2価の連結基を介して前記アニオンに結合していてもよく、例えば、Cyが2価の連結基を介して重合性基により置換されている態様が挙げられる。
そのような2価の連結基としては特に制限はないが、−COO−、−OCO−、−O−、アルキレン基又はこれらの複数が組合された連結基などが挙げられる。
R201〜R203が有し得る重合性基の具体例及び好ましい例については上述の通りである。
R201〜R203の少なくとも1つが重合性基を有する場合、重合性基は2価の連結基を介して前記カチオン構造に結合していてもよい。
そのような2価の連結基としては特に制限はないが、−COO−、−OCO−、−O−、−CO−、−NH−、アルキレン基又はこれらの複数が組合された連結基などが挙げられる。
特に、重合性基が前記一般式(ZII)で表される基であって、前記一般式(ZII)中のXが(n+2)価の芳香族基である場合、R201〜R203の少なくとも1つのアリール基が、(n+2)価の芳香族基のXであってもよい。
R201〜R203が有し得る重合性基の具体例及び好ましい例については上述の通りである。
R201〜R203の少なくとも1つが重合性基を有する場合、重合性基は2価の連結基を介して前記カチオン構造に結合していてもよい。
そのような2価の連結基としては特に制限はないが、−COO−、−OCO−、−O−、−CO−、−NH−、アルキレン基又はこれらの複数が組合された連結基などが挙げられる。
また、重合性基は2価の連結基を介してカチオン構造に結合していてもよい。
そのような2価の連結基としては特に制限はないが、−COO−、−OCO−、−O−、−CO−、−NH−、アルキレン基又はこれらの複数が組合された連結基などが挙げられる。
前記重合性基の具体例及び好ましい例については上述の通りである。
特に、重合性基が前記一般式(ZII)で表される基であって、前記一般式(ZII)中のXが(n+2)価の芳香族基である場合、一般式(ZI−3)中のベンゼン環が、(n+2)価の芳香族基のXであってもよい。
また、重合性基は2価の連結基を介してカチオン構造に結合していてもよい。
そのような2価の連結基としては特に制限はないが、−COO−、−OCO−、−O−、−CO−、−NH−、アルキレン基又はこれらの複数が組合された連結基などが挙げられる。
前記重合性基の具体例及び好ましい例については上述の通りである。
特に、重合性基が前記一般式(ZII)で表される基である場合、前記一般式(ZII)中のRaと前記一般式(ZI−4)中のR13が結合する芳香環とが互いに結合して環(好ましくは、5員又は6員環)を形成していてもよい。
酸、活性光線若しくは放射線、又は、活性種の作用によりアルカリ現像液に対する溶解性が減少する低分子化合物〔N−C〕は特に限定はされないが、活性光線又は放射線の照射により後に詳述する化合物(A)、上記酸発生剤〔P−B〕、及び、上記酸発生剤〔N−B〕などから発生した酸、又は、活性光線又は放射線の照射により発生したラジカル等の活性種によって重合し、アルカリ現像液に対する溶解性が減少する化合物が挙げられる。
低分子化合物〔N−C〕の分子量範囲は100〜1000が好ましく、200〜900がより好ましく、300〜800が特に好ましい。
ここで、本発明における低分子化合物とは、不飽和結合を持った化合物(いわゆる重合性モノマー)を、開始剤を使用しつつその不飽和結合を開裂させ、連鎖的に結合を成長させることによって得られる、いわゆるポリマーやオリゴマーではなく、分子量100〜1000(より好ましくは100〜700、更に好ましくは100〜500)の一定の分子量を有する化合物(実質的に分子量分布を有さない化合物)である。
(ただし、R4およびR5は、HまたはCH3を示す。)
架橋剤は、例えば、樹脂(A)を架橋しうる架橋性基を有している化合物であり、好ましくは架橋性基として、ヒドロキシメチル基、アルコキシメチル基、アシルオキシメチル基、又はアルコキシメチルエーテル基を2個以上有する化合物あるいは樹脂、又はエポキシ化合物である。
更に好ましくは、アルコキシメチル化、アシルオキシメチル化メラミン化合物あるいは樹脂、アルコキシメチル化、アシルオキシメチル化ウレア化合物あるいは樹脂、ヒドロキシメチル化又はアルコキシメチル化フェノール化合物あるいは樹脂、及びアルコキシメチルエーテル化フェノール化合物あるいは樹脂等が挙げられる。
架橋剤は、分子内にベンゼン環を有するフェノール化合物であることが好ましく、分子内にベンゼン環を2個以上有するフェノール化合物であることがより好ましく、また、窒素原子を含まないフェノール化合物であることが好ましい。
架橋剤は、樹脂(A)を架橋しうる架橋性基を1分子あたり2〜8個有するフェノール化合物であることが好ましく、架橋性基を3〜6個有することがより好ましい。
RNM1は、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基又はオキソアルキル基を表す。
RNM1は、各々独立に、一般式(CLNM−1)に於ける、RNM1と同様のものである。
RNM2は、各々独立に、水素原子、アルキル基(炭素数1〜6が好ましい)、又はシクロアルキル基(炭素数5〜6が好ましい)を表す。
RNM1は、各々独立に、一般式(CLNM−1)に於ける、RNM1と同様のものである。
RNM3は、各々独立に、水素原子、ヒドロキシル基、直鎖又は分岐のアルキル基(炭素数1〜6が好ましい)、シクロアルキル基(炭素数5〜6が好ましい)、オキソアルキル基(炭素数1〜6が好ましい)、アルコキシ基(炭素数1〜6が好ましい)又はオキソアルコキシ基(炭素数1〜6が好ましい)を表す。
Gは、単結合、酸素原子、硫黄原子、アルキレン基(炭素数1〜3が好ましい)又はカルボニル基を表す。より具体的には、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、1−メチルエチレン基、ヒドロキシメチレン基、シアノメチレン基等が挙げられる。
RNM1は、各々独立に、一般式(CLNM−1)に於ける、RNM1と同様のものである。
RNM4は、各々独立に、水素原子、ヒドロキシル基、アルキル基、シクロアルキル基又はアルコキシ基を表す。
RNM1は、各々独立に、一般式(CLNM−1)に於ける、RNM1と同様のものである。
RNM5は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、又は下記一般式(CLNM−5´)で表される原子団を表す。
RNM6は、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、又は下記一般式(CLNM−5´´)で表される原子団を表す。
RNM1は、一般式(CLNM−1)に於ける、RNM1と同様のものである。
一般式(CLNM−5´´)において、
RNM1は、一般式(CLNM−1)に於ける、RNM1と同様のものであり、RNM5は、一般式(CLNM−5)に於けるRNM5と同様のものである。
以下に、上記一般式(CLNM−1)で表される部分構造を2個以上有する化合物の具体例を例示するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
REP1〜REP3は各々独立に、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基又はシクロアルキル基を表し、該アルキル基及びシクロアルキル基は置換基を有していてもよい。またREP1とREP2、REP2とREP3は、互いに結合して環構造を形成していてもよい。
アルキル基及びシクロアルキル基が有していてもよい置換基としては例えば、ヒドロキシル基、シアノ基、アルコキシ基、アルキルカルボニル基、アルコキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基、アルキルチオ基、アルキルスルホン基、アルキルスルホニル基、アルキルアミノ基、アルキルアミド基、などが挙げられる。
QEPは単結合若しくはnEP価の有機基を表す。REP1〜REP3は、これら同士だけでなくQEPとも結合して環構造を形成していても良い。
nEPは2以上の整数を表し、好ましくは2〜10、更に好ましくは2〜6である。但しQEPが単結合の場合、nEPは2である。
また、本発明の感活性光線性又は感放射線性組成物の好ましい実施形態としては、化合物(N)の含有量が前記感活性光線性又は感放射線性組成物の全固形分に対して1質量%以上であり、ポジ型の感活性光線性又は感放射線性組成物である形態が挙げられる。この実施形態において、化合物(N)の含有量は、感活性光線性又は感放射線性組成物の全固形分に対して、1〜40質量%であることが好ましく、1〜20質量%であることがより好ましい。
樹脂(A)は、酸基を含有していてもよい。
酸基としては、フェノール性水酸基、カルボキシル基、フッ素化アルコール基、スルホン酸基、スルホンアミド基、スルホニルイミド基、(アルキルスルホニル)(アルキルカルボニル)メチレン基、(アルキルスルホニル)(アルキルカルボニル)イミド基、ビス(アルキルカルボニル)メチレン基、ビス(アルキルカルボニル)イミド基、ビス(アルキルスルホニル)メチレン基、ビス(アルキルスルホニル)イミド基、トリス(アルキルカルボニル)メチレン基、トリス(アルキルスルホニル)メチレン基等が挙げられる。
好ましい酸基としては、フェノール性水酸基、カルボキシル基、フッ素化アルコール基(好ましくはヘキサフルオロイソプロパノール)、スルホン酸基が挙げられる。
例えば、ヒドロキシスチレン、部分水添ヒドロキシスチレン、ノボラック樹脂、(メタ)アクリル系ポリマー((メタ)アクリル酸含有ポリマーなど)、水酸基含有ポリマー、ポリ酢酸ビニル、ジエンコポリマー、エポキシ基含有ポリマー等を、好ましく使用できる樹脂(A)として挙げることが出来る。
電子線やEUV露光における二次電子発生効率の観点から、樹脂(A)はベンゼン環を有することが好ましく、上記樹脂〔P−A〕で説明した一般式(3)で表される繰り返し単位を含有することが更に好ましい。
Aは前記一般式(3)のR32と同義である。
Xは単結合、−COO−基、−O−基、又は−CON(R16)−基を表し、R16は水素原子又は炭素数1〜3のアルキル基(メチル基、エチル基、プロピル基等)を表す。Xとして好ましくは、単結合、−COO−、−CON(R16)−であり、特に好ましくは単結合、−COO−基である。
Yで示される環構造は、3環以上の多環芳香族炭化水素環構造を表し、好ましくは下記構造式で表されるいずれかを表す。
R101〜R106はそれぞれ独立に、ヒドロキシ基、ハロゲン原子(Cl、Br、F、I)、置換基を有していてもよい炭素数1〜8の直鎖又は分岐状のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数1〜8の直鎖又は分岐状のアルコキシ基、置換基を有していてもよい炭素数2〜8の直鎖又は分岐状のアルキルカルボニルオキシ基、置換基を有していてもよい炭素数1〜8の直鎖又は分岐状のアルキルスルホニルオキシ基、置換基を有していてもよい炭素数1〜8のアルケニル基、置換基を有していてもよい炭素数6〜15のアリール基、置換基を有していてもよい炭素数7〜16のアラルキル基、カルボキシ基、水酸基を有していてもよい炭素数1〜4のパーフルオロアルキル基を表す。
c〜hはそれぞれ独立に0〜3の整数を表す。
R101〜R106として好ましくは、それぞれ独立に、ハロゲン原子、置換基を有していてもよい炭素数1〜4のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数1〜4のアルコキシ基、置換基を有していてもよい炭素数2〜4のアルキルカルボニルオキシ基であり、特に好ましくは、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、炭素数1〜3のアルキル基(メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基)、炭素数1〜3のアルコキシ基(メトキシ基、エトキシ基、プロピルオキシ基、イソプロピルオキシ基)、炭素数2又は3のアルキルカルボニルオキシ基(アセトキシ基、プロピオニルオキシ基等)である。
これらの重合性モノマーの例としては、スチレン、アルキル置換スチレン、アルコキシスチレン、アシルオキシスチレン、水素化ヒドロキシスチレン、無水マレイン酸、アクリル酸誘導体(アクリル酸、アクリル酸エステル等)、メタクリル酸誘導体(メタクリル酸、メタクリル酸エステル等)、N−置換マレイミド、アクリロニトリル、メタクリロニトリル等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
また、上記とは別に、好ましい樹脂の繰り返し単位として、主鎖に環状構造を有する単位(インデン構造を有するモノマーに由来する単位など)、ナフトール構造を有する単位、−C(CF3)2OH基を有する繰り返し単位なども挙げられる。
本発明において、樹脂(A)は単独で用いてもよいし、2種以上組み合わせて用いてもよい。
樹脂(A)において、一般式(3)で表される繰り返し単位と、一般式(a)〜(c)で表される繰り返し単位の比率は、モル比で100/0〜50/50が好ましく、より好ましくは100/0〜60/40であり、特に好ましくは100/0〜70/30である。
樹脂(A)の好ましい分子量は、質量平均分子量として1000〜50000であり、更に好ましくは2000〜20000である。
樹脂(A)の好ましい分子量分布(Mw/Mn)は、1.0〜2.0であり、より好ましくは1.0〜1.35である。
樹脂(A)の添加量(複数併用する場合は合計の量)は組成物の全固形分に対して、30〜95質量%、好ましくは40〜90質量%、特に好ましくは50〜80質量%で用いられる。なお、樹脂の分子量及び分子量分布は、GPC測定によるポリスチレン換算値として定義される。
具体例中のnは正の整数を表す。
x、y、zは樹脂組成のモル比を表し、2成分からなる樹脂では、x=10〜95、y=5〜90、好ましくはx=40〜90、y=10〜60の範囲で使用される。3成分からなる樹脂では、x=10〜90、y=5〜85、z=5〜85、好ましくはx=40〜80、y=10〜50、z=10〜50の範囲で使用される。また、これらは単独で使用してもよいし、2種以上を混合して使用してもよい。
本発明の感活性光線性又は感放射線性組成物は、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物(A)(以下、「酸発生剤(A)」ともいう)を含有している。
酸発生剤(A)は、上記化合物〔P−B〕と同じ成分であってもよく、異なる成分であってもよい。また、酸発生剤(A)は、上記化合物〔N−B〕と同一の成分であってもよく、異なる成分であってもよい。
酸発生剤(A)が、上記化合物〔P−B〕及び化合物〔N−B〕とは異なる成分である場合、酸発生剤(A)の好ましい例及び具体例等については、“酸分解性基を有する”との要件、及び、“重合性基を有する”との要件を除外する以外は、それぞれ、上記化合物〔P−B〕における説明及び化合物〔N−B〕における説明を援用できる。
酸発生剤(A)が、低分子化合物の形態である場合、分子量が3000以下であることが好ましく、2000以下であることがより好ましく、1000以下であることが更に好ましい。
酸発生剤(A)が、重合体の一部に組み込まれた形態である場合、上記樹脂〔P−A〕、上記樹脂〔N−A〕又は上記樹脂(A)の一部に組み込まれても良く、上記樹脂〔P−A〕、上記樹脂〔N−A〕及び上記樹脂(A)とは異なる樹脂に組み込まれても良い。この場合、酸発生剤(A)は、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する部位を有する繰り返し単位を含有する樹脂であることが好ましい。
以下に本発明において、特に好ましい酸発生剤を以下に例示する。なお、例の一部には、体積の計算値を付記している(単位Å3)。なお、ここで求めた計算値は、アニオン部にプロトンが結合した酸の体積値である。
ネガ型の画像を形成する場合(すなわち、感活性光線性又は感放射線性組成物が、ネガ型の感活性光線性又は感放射線性組成物である場合)には、酸発生剤(A)の組成物中の含有率は、組成物の全固形分を基準として、0.1〜25質量%が好ましく、より好ましくは0.5〜20質量%、更に好ましくは1〜18質量%である。ポジ型の画像を形成する場合(すなわち、感活性光線性又は感放射線性組成物が、ポジ型の感活性光線性又は感放射線性組成物である場合)には、酸発生剤(A)の組成物中の含有率は、組成物の全固形分を基準として、0.1〜20質量%が好ましく、より好ましくは0.5〜15質量%、更に好ましくは1〜10質量%である。
酸発生剤(A)が重合体の一部に組み込まれた形態である場合、重合体は活性光線又は放射線の照射により酸を発生する部位を有する繰り返し単位を含有することが好ましい。活性光線又は放射線の照射により酸を発生する部位を有する繰り返し単位の具体例を以下に挙げる。
組成物を調製する際に使用できる溶剤としては、各成分を溶解するものである限り特に限定されないが、例えば、アルキレングリコールモノアルキルエーテルカルボキシレート(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA;別名1−メトキシ−2−アセトキシプロパン)など)、アルキレングリコールモノアルキルエーテル(プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME;1−メトキシ−2−プロパノール)など)、乳酸アルキルエステル(乳酸エチル、乳酸メチルなど)、環状ラクトン(γ−ブチロラクトンなど、好ましくは炭素数4〜10)、鎖状又は環状のケトン(2−ヘプタノン、シクロヘキサノンなど、好ましくは炭素数4〜10)、アルキレンカーボネート(エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートなど)、カルボン酸アルキル(酢酸ブチルなどの酢酸アルキルが好ましい)、アルコキシ酢酸アルキル(エトキシプロピオン酸エチル)などが挙げられる。その他使用可能な溶媒として、例えば、米国特許出願公開第2008/0248425A1号明細書の[0244]以降に記載されている溶剤などが挙げられる。
水酸基を有する溶剤としてはアルキレングリコールモノアルキルエーテルが好ましく、水酸基を有しない溶剤としてはアルキレングリコールモノアルキルエーテルカルボキシレートが好ましい。
本発明における感活性光線性又は感放射線性組成物は、塩基性化合物を含有することが好ましい。
感活性光線性又は感放射線性組成物は、塩基性化合物として、活性光線又は放射線の照射により塩基性が低下する、塩基性化合物又はアンモニウム塩化合物(C)(以下、「化合物(C)」ともいう)を含有することが好ましい。
化合物(C)の例として、特に好ましいものを以下に例示する。また、そのほか、US2012/0156617A号明細書の5ページ以降、(A−1)〜(A−23)として例示されている化合物、US2006/0264528A号明細書の9ページ以降、(A−1)〜(A−44)として挙げられている化合物なども好ましく挙げられる。
化合物(C)の分子量は、500〜1000であることが好ましい。
塩基性化合物(N’)としては、好ましくは、下記式(A’)〜(E’)で示される構造を有する化合物を挙げることができる。
RA200、RA201及びRA202は、同一でも異なってもよく、水素原子、アルキル基(好ましくは炭素数1〜20)、シクロアルキル基(好ましくは炭素数3〜20)又はアリール基(炭素数6〜20)を表し、ここで、RA201とRA202は、互いに結合して環を形成してもよい。RA203、RA204、RA205及びRA206は、同一でも異なってもよく、アルキル基(好ましくは炭素数1〜20)を表す。
上記アルキル基は、置換基を有していてもよく、置換基を有するアルキル基としては、炭素数1〜20のアミノアルキル基、炭素数1〜20のヒドロキシアルキル基又は炭素数1〜20のシアノアルキル基が好ましい。
これら一般式(A’)と(E’)中のアルキル基は、無置換であることがより好ましい。
本発明の感活性光線性又は感放射線性組成物は、更に、酸の作用により分解して酸を発生する化合物を1種又は2種以上含んでいてもよい。上記酸の作用により分解して酸を発生する化合物が発生する酸は、スルホン酸、メチド酸又はイミド酸であることが好ましい。
なお、酸の作用により分解して酸を発生する化合物の含有量は、前記感活性光線性又は感放射線性組成物の全固形分を基準として、0.1〜40質量%であることが好ましく、0.5〜30質量%であることがより好ましく、1.0〜20質量%であることが更に好ましい。
本発明の感活性光線性又は感放射線性組成物は、上記樹脂〔P−A〕、上記樹脂〔N−A〕及び上記樹脂(A)とは別に疎水性樹脂(HR)を有していてもよい。
上記疎水性樹脂(HR)は、膜表面に偏在するために、フッ素原子を有する基、珪素原子を有する基、又は炭素数5以上の炭化水素基を含有することが好ましい。これらの基は樹脂の主鎖中に有していても、側鎖に置換していてもよい。疎水性樹脂がレジスト膜表面に偏在することにより、表面接触角の制御、液浸液のレジスト膜への浸透抑制、アウトガス抑制などが可能となる。以下に疎水性樹脂(HR)の具体例を示す。
本発明に係る組成物は、界面活性剤を更に含んでいてもよい。界面活性剤を含有することにより、波長が250nm以下、特には220nm以下の露光光源を使用した場合に、良好な感度及び解像度で、密着性及び現像欠陥のより少ないパターンを形成することが可能となる。
界面活性剤としては、フッ素系及び/又はシリコン系界面活性剤を用いることが特に好ましい。
ポリ(オキシアルキレン)基としては、例えば、ポリ(オキシエチレン)基、ポリ(オキシプロピレン)基及びポリ(オキシブチレン)基が挙げられる。また、ポリ(オキシエチレンとオキシプロピレンとオキシエチレンとのブロック連結体)及びポリ(オキシエチレンとオキシプロピレンとのブロック連結体)等の、同じ鎖内に異なる鎖長のアルキレンを有するユニットであってもよい。
例えば、市販の界面活性剤として、メガファックF178、F−470、F−473、F−475、F−476及びF−472(DIC(株)製)が挙げられる。更に、C6F13基を有するアクリレート若しくはメタクリレートと(ポリ(オキシアルキレン))アクリレート若しくはメタクリレートとの共重合体、C6F13基を有するアクリレート若しくはメタクリレートと(ポリ(オキシエチレン))アクリレート若しくはメタクリレートと(ポリ(オキシプロピレン))アクリレート若しくはメタクリレートとの共重合体、C8F17基を有するアクリレート若しくはメタクリレートと(ポリ(オキシアルキレン))アクリレート若しくはメタクリレートとの共重合体、及び、C8F17基を有するアクリレート若しくはメタクリレートと(ポリ(オキシエチレン))アクリレート若しくはメタクリレートと(ポリ(オキシプロピレン))アクリレート若しくはメタクリレートとの共重合体等が挙げられる。
これら界面活性剤は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明に係る組成物が界面活性剤を含んでいる場合、その含有量は、組成物の全固形分を基準として、好ましくは0〜2質量%、より好ましくは0.0001〜2質量%、更に好ましくは0.0005〜1質量%である。
本発明の組成物は、上記に説明した成分以外にも、カルボン酸、カルボン酸オニウム塩、Proceeding of SPIE, 2724,355 (1996)等に記載の分子量3000以下の溶解阻止化合物、染料、可塑剤、光増感剤、光吸収剤、酸化防止剤などを適宜含有することができる。
特にカルボン酸は、性能向上のために好適に用いられる。カルボン酸としては、安息香酸、ナフトエ酸などの、芳香族カルボン酸が好ましい。
カルボン酸の含有量は、組成物の全固形分濃度中、0.01〜10質量%が好ましく、より好ましくは0.01〜5質量%、更に好ましくは0.01〜3質量%である。
本発明における感活性光線性又は感放射線性組成物の固形分濃度は、通常1.0〜10質量%であり、好ましくは、2.0〜5.7質量%、更に好ましくは2.0〜5.3質量%である。固形分濃度を前記範囲とすることで、レジスト溶液を基板上に均一に塗布することができ、更にはラインウィズスラフネスに優れたレジストパターンを形成することが可能になる。その理由は明らかではないが、恐らく、固形分濃度を10質量%以下、好ましくは5.7質量%以下とすることで、レジスト溶液中での素材、特には光酸発生剤の凝集が抑制され、その結果として、均一なレジスト膜が形成できたものと考えられる。
固形分濃度とは、感活性光線性又は感放射線性組成物の総重量に対する、溶剤を除く他のレジスト成分の重量の重量百分率である。
本発明は、上記した本発明の組成物を用いて形成されたレジスト膜にも関する。
また、本発明のパターン形成方法は、
(ア)感活性光線性又は感放射線性組成物によりレジスト膜を形成する工程、
(イ)該膜を露光する工程、及び
(ウ)該露光された膜を、アルカリ現像液を用いて現像する工程
を少なくとも有する。
上記工程(イ)における露光は、電子線またはEUV光(極紫外線)によって露光する工程であることが好ましい。
また上記工程(イ)における露光が、液浸露光であってもよい。
本発明のパターン形成方法は、(イ)露光工程の後に、(エ)加熱工程を有することが好ましい。
本発明のパターン形成方法は、(オ)有機溶剤を含む現像液を用いて現像する工程を更に有していてもよい。
本発明のパターン形成方法は、(イ)露光工程を、複数回有することができる。
本発明のパターン形成方法は、(オ)加熱工程を、複数回有することができる。
本発明のパターン形成方法は、レジスト膜上にトップコート層を形成する工程を有しても良い。トップコート層形成用組成物としては、公知の組成物を用いることができる。
反射防止膜としては、チタン、二酸化チタン、窒化チタン、酸化クロム、カーボン、アモルファスシリコン等の無機膜型と、吸光剤とポリマー材料からなる有機膜型のいずれも用いることができる。また、有機反射防止膜として、ブリューワーサイエンス社製のDUV30シリーズや、DUV−40シリーズ、シプレー社製のAR−2、AR−3、AR−5等の市販の有機反射防止膜を使用することもできる。
加熱温度はPB、PEB共に70〜120℃で行うことが好ましく、80〜110℃で行うことがより好ましい。
加熱時間は30〜300秒が好ましく、30〜180秒がより好ましく、30〜90秒が更に好ましい。
加熱は通常の露光・現像機に備わっている手段で行うことができ、ホットプレート等を用いて行っても良い。
ベークにより露光部の反応が促進され、感度やパターンプロファイルが改善する。
またリンス工程の後に加熱工程(Post Bake)を含むことも好ましい。ベークによりパターン間及びパターン内部に残留した現像液及びリンス液が除去される。
更に、上記アルカリ性水溶液にアルコール類、界面活性剤を適当量添加して使用することもできる。
アルカリ現像液のアルカリ濃度は、通常0.1〜20質量%である。
アルカリ現像液のpHは、通常10.0〜15.0である。
アルカリ現像液としては、特に、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドの2.38質量%の水溶液が望ましい。
また、現像処理又はリンス処理の後に、パターン上に付着している現像液又はリンス液を超臨界流体により除去する処理を行うことができる。
また、有機系現像液は、必要に応じて塩基性化合物を適当量含有していてもよい。塩基性化合物の例としては前述したものを挙げることができる。
遮光膜は単層でも良いが、複数の材料を塗り重ねた複層構造であることがより好ましい。複層構造の場合、1層当たりの膜の厚みは、特に限定されないが、5nm〜100nmであることが好ましく、10nm〜80nmであることがより好ましい。遮光膜全体の厚みとしては、特に限定されないが、5nm〜200nmであることが好ましく、10nm〜150nmであることがより好ましい。
次いで、このレジスト塗布マスクブランクスを電子線またはEUV光によって露光し、好ましくはベーク(通常80〜150℃、より好ましくは90〜130℃で、通常1〜20分間、好ましくは1〜10分間)を行った後、アルカリ現像液を用いて現像する。これにより良好なパターンを得ることができる。そして、このパターンをマスクとして用いて、適宜エッチング処理及びイオン注入などを行い、半導体微細回路及びインプリント用モールド構造体やフォトマスク等を製造する。
本発明におけるフォトマスクは、ArFエキシマレーザー等で用いられる光透過型マスクであっても、EUV光を光源とする反射系リソグラフィーで用いられる光反射型マスクであっても良い。
本発明のパターン形成方法は、超LSIや高容量マイクロチップの製造などの半導体微細回路作成に好適に用いられる。なお、半導体微細回路作成時には、パターンを形成されたレジスト膜は回路形成やエッチングに供された後、残ったレジスト膜部は、最終的には溶剤等で除去されるため、プリント基板等に用いられるいわゆる永久レジストとは異なり、マイクロチップ等の最終製品には、本発明に記載の感活性光線性又は感放射線性組成物に由来するレジスト膜は残存しない。
本発明の電子デバイスは、電気電子機器(家電、OA・メディア関連機器、光学用機器及び通信機器等)に、好適に、搭載されるものである。
なお、実施例EB−P1、EB−P3、EB−P4、EB−P10、EB−P12、EB−N1、EB−N2、EB−N3、EB−N7、EB−N8、EB−N10、EB−N11、EB−N14、EUV−P1、EUV−P3、EUV−P4、EUV−P10、EUV−P12、EUV−N1、EUV−N2、EUV−N3、EUV−N7、EUV−N8、EUV−N10、EUV−N11、及びEUV−N14は、「実施例」とあるのを「参考例」と読み替えるものとする。
フェニルアセトアルデヒドジメチルアセタール41.4gに対し、塩化アセチル23.5gを加え、45℃の水浴で6時間攪拌した。室温に戻した後、減圧条件で未反応の塩化アセチルを除去することで、クロロエーテル化合物として、下記に示す化合物Cl−1を得た。
使用するポリヒドロキシスチレン化合物、及びクロロエーテル化合物を適宜変更した以外は、合成例1と同様の方法で樹脂(PA−2)〜(PA−8)及び(NA−1)〜(NA−6)を合成した。なお、使用したクロロエーテル化合物は、合成例1と同様、対応するアセタール化合物より合成した。
合成したポリマー構造、重量平均分子量(Mw)及び分散度(Pd)を以下に記す。また、下記ポリマー構造の各繰り返し単位の組成比をモル比で示した。
酸発生剤〔P−B〕として、下記化合物を準備した。
低分子化合物〔P−C〕として、下記化合物を準備した。
酸発生剤〔N−B〕として、下記化合物を準備した。
樹脂〔P−A〕と樹脂〔N−A〕とが同一成分である場合における樹脂に関し、以下に、ポリマー構造、及び、各繰り返し単位の組成比(モル比)で示した。
低分子化合物〔N−C〕として、下記化合物を準備した。
酸発生剤〔A〕として、下記化合物を準備した。化合物(PAG−6)及び(PAG−7)については、(Mw重量平均分子量(Mw)及び分散度(Pd)を以下に記す。また、化合物(PAG−6)及び(PAG−7)におけるポリマー構造の各繰り返し単位の組成比をモル比で示した。なお、化合物(PAG−7)は、上記樹脂〔P−A〕にも相当する。
樹脂〔A〕として、下記樹脂を準備した。下記ポリマー構造の各繰り返し単位の組成比をモル比で示した。
塩基性化合物として、下記化合物を準備した。
溶剤として、下記溶剤を準備した。
SL−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(PGMEA;別名1−メトキシ−2−アセトキシプロパン)
SL−2:プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME;1−メトキシ−2−プロパノール)
SL−3:2−ヘプタノン
SL−4:乳酸エチル
SL−5:シクロヘキサノン
SL−6:γ−ブチロラクトン
SL−7:プロピレンカーボネート
界面活性剤として、下記化合物を準備した。
W−1:PF6320(OMNOVA(株)製)
W−2:メガファックF176(DIC(株)製;フッ素系)
W−3:ポリシロキサンポリマーKP−341(信越化学工業(株)製;シリコン系)
(1)感活性光線性又は感放射線性組成物の塗液調製及び塗設
下記表1に示した組成を有する塗液組成物を0.1μm孔径のメンブレンフィルターで精密ろ過して、感活性光線性又は感放射線性組成物(ポジ型レジスト組成物)溶液を得た。
この感活性光線性又は感放射線性組成物溶液をヘキサメチルジシラザン(HMDS)処理を施した8インチSiウェハー上に東京エレクトロン製スピンコーターMark8を用いて塗布し、110℃、90秒間ホットプレート上で乾燥して、膜厚50nmのレジスト膜を得た。
上記(1)で得られたレジスト膜に、電子線照射装置((株)JEOL製 JBX6000;加速電圧50keV)を用いて、2.5nm刻みで線幅30nmのラインパターン(長さ方向0.2mm、描画本数40本)が形成されるように照射量を変えて露光した(EB露光(1)ともいう)。照射後に、100℃、90秒間ホットプレート上で加熱した。
続いて、2.38質量%テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)水溶液を用いて30秒間現像し、その後純水で洗浄し、最後に2000回転(rpm)で20秒間高速回転して乾燥させた。
得られたパターンを下記の方法で、解像力、ラインウィスズラフネス(LWR)、パターン形状について評価した。評価結果を下記表2に示した。
得られたパターンの断面形状を走査型電子顕微鏡((株)日立製作所製S−4300)を用いて観察した。線幅30nmの1:1ラインアンドスペースのレジストパターンを解像するときの照射量(感度)における限界解像力(ラインとスペース(ライン:スペース=1:1)が分離解像する最小の線幅)を解像力(nm)とした。この値が小さいほど性能が良好であることを示す。
上記の感度を示す照射量における線幅30nmのラインパターンの長さ方向5μmにおける任意の30点について線幅を測定し、そのバラツキを3σで評価した。この値が小さいほど性能が良好であることを示す。
上記の感度を示す照射量における線幅30nmの1:1ラインアンドスペースパターンの断面形状を走査型電子顕微鏡((株)日立製作所製S−4800)を用いて観察したラインパターンの断面形状において、[ラインパターンのトップ部(表面部)における線幅/ラインパターンの中部(ラインパターンの高さの半分の高さ位置)における線幅]で表される比率が1.2以上のものを「逆テーパー」とし、該比率が1.05以上1.2未満のものを「やや逆テーパー」とし、該比率が1.05未満のものを「矩形」として、評価を行った。
(1)感活性光線性又は感放射線性組成物の塗液調製及び塗設
下記表3に示した組成を有する塗液組成物を0.1μm孔径のメンブレンフィルターで精密ろ過して、感活性光線性又は感放射線性組成物(ネガ型レジスト組成物)溶液を得た。
この感活性光線性又は感放射線性組成物溶液をヘキサメチルジシラザン(HMDS)処理を施した8インチSiウェハー上に東京エレクトロン製スピンコーターMark8を用いて塗布し、110℃、90秒間ホットプレート上で乾燥して、膜厚50nmのレジスト膜を得た。
上記で得られたレジスト膜に、電子線照射装置((株)JEOL製 JBX6000;加速電圧50keV)を用いて、2.5nm刻みで線幅25nm〜40nmのラインパターン(長さ方向0.2mm、描画本数40本)が形成されるように照射量を変えて露光した(EB露光(2)ともいう)。照射後に、100℃、90秒間ホットプレート上で加熱した。
続いて、2.38質量%テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)水溶液を用いて30秒間現像し、その後純水で洗浄し、最後に2000回転(rpm)で20秒間高速回転して乾燥させた。
得られたパターンを、上記〔EB露光(ポジ型アルカリ現像)〕に記載の方法と同様の方法で、解像力、ラインウィスズラフネス、及び、パターン形状について評価した。評価結果を下記表4に示した。
(1)感活性光線性又は感放射線性組成物の塗液調製及び塗設
上記表1に示すポジ型レジスト組成物を0.04μmの孔径を有するポリテトラフルオロエチレンフィルターで精密ろ過して、感活性光線性又は感放射線性組成物(ポジ型レジスト組成物)溶液を得た。
上記(1)で得られたレジスト塗布マスクブランクスのレジスト膜に、EUV光(波長13nm)を用いて、線幅50nmの1:1ラインアンドスペースパターンの反射型マスクを介して、露光を行った(EUV露光(1)ともいう)後、110℃で90秒間ベークした。その後、2.38質量%テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)水溶液を用いて現像した。
得られたパターンの断面形状を走査型電子顕微鏡((株)日立製作所製S−4300)を用いて観察した。線幅50nmの1:1ラインアンドスペースのレジストパターンを解像するときの露光量(感度)における限界解像力(ラインとスペース(ライン:スペース=1:1)が分離解像する最小の線幅)を解像力(nm)とした。
上記の感度を示す露光量における線幅50nmのラインパターンの長さ方向50μmにおける任意の30点について線幅を測定し、そのバラツキを3σで評価した。この値が小さいほど性能が良好であることを示す。
上記の感度を示す露光量における線幅50nmの1:1ラインアンドスペースパターンの断面形状を走査型電子顕微鏡((株)日立製作所製S−4300)を用いて観察した。ラインパターンの断面形状において、[ラインパターンのトップ部(表面部)における線幅/ラインパターンの中部(ラインパターンの高さの半分の高さ位置)における線幅]で表される比率が1.2以上のものを「逆テーパー」とし、該比率が1.05以上1.2未満のものを「やや逆テーパー」とし、該比率が0.95以上1.05未満のものを「矩形」とし、0.95未満のものを「テーパー」として評価を行った。パターン形状としては「矩形」が好ましい。
(1)感活性光線性又は感放射線性組成物の塗液調製及び塗設
上記表3に示すネガ型レジスト組成物を0.04μmの孔径を有するポリテトラフルオロエチレンフィルターで精密ろ過して、感活性光線性又は感放射線性組成物(ネガ型レジスト組成物)溶液を得た。
上記で得られたレジスト膜に、EUV光(波長13nm)を用いて、線幅50nmの1:1ラインアンドスペースパターンの反射型マスクを介して、露光を行った後(EUV露光(2)ともいう)、110℃で90秒間ベークした。その後、2.38質量%テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)水溶液を用いて現像した。
Claims (21)
- (A)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物、
(P)酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解性が増大する化合物、及び
(N)下記〔N−A〕、〔N−B〕及び〔N−C〕からなる群より選択される少なくとも1種の化合物
〔N−A〕 酸、活性光線若しくは放射線、又は、活性種の作用によりアルカリ現像液に対する溶解性が減少し、下記一般式(L−1)で表される繰り返し単位、下記一般式(L−2−1)で表される繰り返し単位、下記一般式(L−2−2)で表される繰り返し単位、及び下記一般式(L−4)で表される繰り返し単位からなる群より選択される1種以上の繰り返し単位を有する樹脂
一般式(L−1)中、
R L1 は、水素原子、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。
pは1又は2を表す。
qは(2−p)で表される整数を表す。
*は、繰り返し単位(L−1)を構成する他の原子との結合手を表す。
pが2である又はrが2以上である場合、複数のR L1 は、互いに同一であっても異なっていてもよい。
R L2 、R L3 及びR L4 は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。
X 1 は、単結合、又は、直鎖状又は分岐状の炭化水素基、環員としてヘテロ原子を含有しても良い環状の炭化水素基、−O−、−S−、−CO−、−SO 2 −、−NR−(Rは水素原子、アルキル基又は−CH 2 OR L1 で表される基)、及び、これらを組み合わせた基からなる群より選択される(r+1)価の基を表す。
rは1〜5の整数を表す。ただし、X 1 が単結合である場合、rは1である。
一般式(L−2−1)及び(L−2−2)中、
R 1 は、水素原子、メチル基、又はハロゲン原子を表し、
R 2 及びR 3 は、水素原子、アルキル基又はシクロアルキル基を表し、
Yは、メチロール基を除く1価の置換基を表し、
Zは、水素原子又は1価の置換基を表し、
mは、0〜4の整数を表し、
nは、1〜5の整数を表し、
m+nは5以下であり、
mが2以上である場合、複数のYは互いに同一であっても異なっていてもよく、複数のYは互いに結合して環構造を形成していてもよく、
nが2以上である場合、複数のR 2 、R 3 及びZは互いに同一であっても異なっていてもよい。
Arは、芳香環を表し、
W 1 及びW 2 は、2価の連結基又は単結合を表す。
一般式(L−4)中、
R L2 、R L3 及びR L4 は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。
X 4 は、単結合、又は、直鎖状又は分岐状の炭化水素基、環員としてヘテロ原子を含有しても良い環状の炭化水素基、−O−、−S−、−CO−、−SO 2 −、−NR−(Rは水素原子、アルキル基又は−CH 2 OR L1 で表される基)、及び、これらを組み合わせた基からなる群より選択される(m4+1)価の基を表す。なお、−CH 2 OR L1 で表される基におけるR L1 は、水素原子、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。
Vは、エチレン性不飽和結合を有する基を表す。
m4は1〜5の整数を表す。
〔N−B〕 活性光線又は放射線の照射により酸を発生し、かつ酸、活性光線若しくは放射線、又は、活性種の作用によりアルカリ現像液に対する溶解性が減少し、重合性基としてエポキシ基、オキセタン基又は下記一般式(ZII)で表される基を有する化合物
一般式(ZII)中、Xは酸素原子、窒素原子又は(n+2)価の芳香族基を表し、Ra及びRbはそれぞれ独立に水素原子又は1価の有機基を表す。
nは0〜6の整数を表し、Xが酸素原子の場合nは0であり、Xが窒素原子の場合nは1であり、Xが(n+2)価の芳香族基の場合nは0〜6の整数である。*は結合手を表す。
〔N−C〕 酸、活性光線若しくは放射線、又は、活性種の作用によりアルカリ現像液に対する溶解性が減少する低分子化合物であって、アシルオキシメチル化メラミン化合物、ヒドロキシメチル化又はアルコキシメチル化フェノール化合物、及びアルコキシメチルエーテル化フェノール化合物のいずれかである化合物
を含有する感活性光線性又は感放射線性組成物であって、
前記化合物(P)が、酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解性が増大する樹脂であり、下記一般式(1)で表される繰り返し単位及び下記一般式(3)で表される繰り返し単位を有する樹脂である、感活性光線性又は感放射線性組成物。
上記一般式(1)中、
X1は、単結合又は2価の連結基を表す。
A1は、ケト基又は(n1+1)価の芳香環基を表し、R11、R12及びR13は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。
R13は、A1と結合して環を形成していてもよく、その場合のR13はアルキレン基を表す。
Raは、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、又はヘテロ環基を表し、Rbは水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、又はヘテロ環基を表す。
Mは、単結合又は2価の連結基を表す。Qは、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、又はヘテロ環基を表す。Ra及びRbが結合して環を形成してもよい。Ra、M及びQの少なくとも2つが結合して環を形成していてもよい。
A1がケト基のとき、n1は1を表し、A1が(n+1)価の芳香族基のとき、n1は、1〜4の整数を表す。n1が2以上のとき、複数のRa、複数のRb、複数のM、及び複数のQは、それぞれ、互いに同一であっても異なっていてもよい。
上記一般式(3)中、
R31、R32及びR33は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。R33はAr3と結合して環を形成していてもよく、その場合のR33はアルキレン基を表す。
X3は、単結合又は2価の連結基を表す。
Ar3は、(n3+1)価の芳香環基を表し、R33と結合して環を形成する場合には(n3+2)価の芳香環基を表す。
n3は、1〜4の整数を表す。 - (A)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物、
(P)酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解性が増大する化合物、及び
(N)下記〔N−B〕の化合物
〔N−B〕 活性光線又は放射線の照射により酸を発生し、かつ酸、活性光線若しくは放射線、又は、活性種の作用によりアルカリ現像液に対する溶解性が減少し、重合性基として下記一般式(ZII)で表される基を有する化合物
を含有する感活性光線性又は感放射線性組成物であって、
前記化合物(P)が、酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解性が増大する樹脂であり、下記一般式(1)で表される繰り返し単位を有する樹脂である、感活性光線性又は感放射線性組成物。
一般式(ZII)中、Xは酸素原子、窒素原子又は(n+2)価の芳香族基を表し、Ra及びRbはそれぞれ独立に水素原子又は1価の有機基を表す。
nは0〜6の整数を表し、Xが酸素原子の場合nは0であり、Xが窒素原子の場合nは1であり、Xが(n+2)価の芳香族基の場合nは0〜6の整数である。*は結合手を表す。
上記一般式(1)中、
X1は、単結合又は2価の連結基を表す。
A1は、ケト基又は(n1+1)価の芳香環基を表し、R11、R12及びR13は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。
R13は、A1と結合して環を形成していてもよく、その場合のR13はアルキレン基を表す。
Raは、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、又はヘテロ環基を表し、Rbは水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、又はヘテロ環基を表す。
Mは、単結合又は2価の連結基を表す。Qは、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、又はヘテロ環基を表す。Ra及びRbが結合して環を形成してもよい。Ra、M及びQの少なくとも2つが結合して環を形成していてもよい。
A1がケト基のとき、n1は1を表し、A1が(n+1)価の芳香族基のとき、n1は、1〜4の整数を表す。n1が2以上のとき、複数のRa、複数のRb、複数のM、及び複数のQは、それぞれ、互いに同一であっても異なっていてもよい。 - 前記感活性光線性又は感放射線性組成物が、アルカリ現像型電子線露光用又はEUV露光用感活性光線性又は感放射線性組成物である、請求項1又は2に記載の感活性光線性又は感放射線性組成物。
- 前記化合物(N)の含有量が前記感活性光線性又は感放射線性組成物の全固形分に対して10質量%以上であり、ネガ型の感活性光線性又は感放射線性組成物である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の感活性光線性又は感放射線性組成物。
- 前記化合物(N)として、分子量が500以上の化合物を含有する、請求項4に記載の感活性光線性又は感放射線性組成物。
- 前記化合物(N)として、酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解性が減少する化合物(N−1)を含有する、請求項4又は5に記載の感活性光線性又は感放射線性組成物。
- 前記化合物(A)が、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する部位を有する繰り返し単位を含有する樹脂である、請求項4〜6のいずれか1項に記載の感活性光線性又は感放射線性組成物。
- (C)活性光線又は放射線の照射により塩基性が低下する、塩基性化合物又はアンモニウム塩化合物を更に含有する、請求項1〜7のいずれか1項に記載の感活性光線性又は感放射線性組成物。
- 前記化合物(C)が、カチオン上に窒素原子を有するスルホニウム塩である、請求項8に記載の感活性光線性又は感放射線性組成物。
- 前記化合物(N)の含有量が前記感活性光線性又は感放射線性組成物の全固形分に対して1質量%以上であり、ポジ型の感活性光線性又は感放射線性組成物である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の感活性光線性又は感放射線性組成物。
- 前記化合物(N)として、分子量が500以上の化合物を含有する、請求項10に記載の感活性光線性又は感放射線性組成物。
- 前記化合物(N)として、酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解性が減少する化合物(N−1)を含有する、請求項10又は11に記載の感活性光線性又は感放射線性組成物。
- 前記化合物(A)が、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する部位を有する繰り返し単位を含有する樹脂である、請求項10〜12のいずれか1項に記載の感活性光線性又は感放射線性組成物。
- (C)活性光線又は放射線の照射により塩基性が低下する、塩基性化合物又はアンモニウム塩化合物を更に含有する、請求項10〜13のいずれか1項に記載の感活性光線性又は感放射線性組成物。
- 前記化合物(C)が、カチオン上に窒素原子を有するスルホニウム塩である、請求項14に記載の感活性光線性又は感放射線性組成物。
- 請求項1〜15のいずれか1項に記載の感活性光線性又は感放射線性組成物を用いて形成されるレジスト膜。
- (ア)請求項1〜15のいずれか1項に記載の感活性光線性又は感放射線性組成物によって膜を形成する工程、
(イ)膜を露光する工程、及び
(ウ)露光された膜を、アルカリ現像液を用いて現像する工程
を含むパターン形成方法。 - 前記工程(イ)における露光は、電子線又はEUV光によって露光する工程である、請求項17に記載のパターン形成方法。
- 請求項1〜15のいずれか1項に記載の感活性光線性又は感放射線性組成物を塗布したレジスト塗布マスクブランクス。
- 請求項19に記載のレジスト塗布マスクブランクスを電子線またはEUV光によって露光する工程、及び、露光されたマスクブランクスをアルカリ現像液によって現像する工程を含むフォトマスクの製造方法。
- 請求項17又は18に記載のパターン形成方法を含む電子デバイスの製造方法。
Priority Applications (5)
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---|---|---|---|
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