JP6843515B2 - レジスト組成物及びレジストパターンの製造方法 - Google Patents

レジスト組成物及びレジストパターンの製造方法 Download PDF

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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に関する。
半導体チップの多ピン薄膜実装において、接続用端子(バンプ)である高さ4〜150μm程度の突起電極は、フォトリソグラフィ技術によって基板上に形成される。このような接続用端子の形成方法として、特許文献1には、p−ヒドロキシスチレンに由来する構造単位を含有する樹脂を含むレジスト組成物を用いることが記載されている。
特開2011−75864号公報
本発明は、優れた形状、露光から加熱処理までの引き置き時間(PED)によるレジストパターン寸法変動が小さいレジストパターンを製造できるレジスト組成物を提供することを目的とする。
本発明は、以下の発明を含む。
〔1〕式(I)で表される構造単位を含む樹脂、アルカリ可溶性樹脂、酸発生剤及び溶剤を含有するレジスト組成物。
[式(I)中、
i51は、水素原子又はメチル基を表す。
i52及びRi53は、互いに独立に、水素原子又は炭素数1〜12の炭化水素基を表す。
i54は、炭素数5〜20の脂環式炭化水素基を表す。
i55は、炭素数1〜6のアルキル基又は炭素数1〜6のアルコキシ基を表す。
pは、0〜4の整数を表す。pが2以上のとき、複数のRi55は互いに同一であっても異なっていてもよい。]
〔2〕アルカリ可溶性樹脂がノボラック樹脂である上記のレジスト組成物。
〔3〕酸発生剤が、式(B1)で表される基を有する化合物である上記のレジスト組成物。

[式(B1)中、
b1は、フッ素原子を有してもよい炭素数1〜18の炭化水素基を表し、該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換されてもよい。]
〔4〕密着性向上剤(E)を含有する上記のレジスト組成物。
〔5〕(1)上記のレジスト組成物を基板に塗布する工程、
(2)塗布後のレジスト組成物を乾燥させて組成物層を形成する工程、
(3)組成物層に露光する工程、
(4)露光後の組成物層を現像する工程を含むレジストパターンの製造方法。
本発明のレジスト組成物によれば、優れた形状、露光から加熱処理までの引き置き時間(PED)によるレジストパターン寸法変動が小さいレジストパターンを製造することができる。
ラインアンドスペースパターンの断面形状の模式図を表す。図1(a)は、トップ形状及び裾形状が矩形に近い断面を表し、図1(b)は裾形状が丸い断面を表す。
本明細書において、「(メタ)アクリレート」とは「アクリレート及びメタクリレートの少なくとも一種」を意味する。「(メタ)アクリル酸」等の表記も同様の意味を表す。
また、本明細書中に記載する基において、直鎖構造と分岐構造との双方をとり得るものは、そのいずれでもよい。立体異性体が存在する場合は、全ての立体異性体を含む。
また、本明細書において「レジスト組成物の固形分」とは、本発明のレジスト組成物から溶剤(D)を除いた成分の合計を意味する。
<レジスト組成物>
本発明のレジスト組成物は、
式(I)で表される構造単位を含む樹脂(以下「樹脂(A1)」という場合がある)と、
アルカリ可溶性樹脂(以下「樹脂(A2)」という場合がある)と、
酸発生剤(以下「酸発生剤(B)」という場合がある)と、
溶剤(以下「溶剤(D)」という場合がある)とを含む。
本発明のレジスト組成物は、さらに樹脂(A1)及び樹脂(A2)とは異なる樹脂(以下、樹脂(A3)という場合がある)、クエンチャー(C)、密着性向上剤(E)等を含んでいてもよい。
<樹脂(A1)>
樹脂(A1)は、式(I)で表される構造単位(以下、構造単位(I)という場合がある)を含む。また、樹脂(A1)は、構造単位(I)に加えて、さらに、酸不安定基を有する構造単位(以下「構造単位(a1)」という場合がある)、酸不安定基を有さない構造単位(以下「構造単位(a2)」という場合がある)など、当該分野で公知の構造単位を含んでいてもよい。

[式(I)中、
i51は、水素原子又はメチル基を表す。
i52及びRi53は、互いに独立に、水素原子又は炭素数1〜12の炭化水素基を表す。
i54は、炭素数5〜20の脂環式炭化水素基を表す。
i55は、炭素数1〜6のアルキル基又は炭素数1〜6のアルコキシ基を表す。
pは、0〜4の整数を表す。pが2以上のとき、複数のRi55は互いに同一であっても異なっていてもよい。]
i52及びRi53の炭化水素基としては、アルキル基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基及びこれらを組合せることにより形成される基等が挙げられる。
アルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、n−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基等が挙げられる。
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、シクロヘプチル基、シクロオクチル基等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、例えば、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下記の基(*は結合手を表す。)等が挙げられる。脂環式炭化水素基は、好ましくは炭素数3〜12である。
アルキル基と脂環式炭化水素基とを組合せた基としては、例えば、メチルシクロヘキシル基、ジメチルシクロへキシル基、メチルノルボルニル基、シクロヘキシルメチル基、アダマンチルメチル基、ノルボルニルエチル基等が挙げられる。
芳香族炭化水素基としては、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、ビフェニル基、フェナントリル基等のアリール基等が挙げられる。
アルキル基と芳香族炭化水素基とを組合せた基としては、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、2,6−ジエチルフェニル基、2−メチル−6−エチルフェニル等が挙げられる。
芳香族炭化水素基とアルキル基及び/又は脂環式炭化水素基とを組合せた基としては、例えば、ベンジル基、フェネチル基、フェニルプロピル基、ナフチルメチル基及びナフチルエチル基等のアラルキル基、フェニルシクロヘキシル基、ナフチルシクロヘキシル基等が挙げられる。
i54の脂環式炭化水素基及びRi55のアルキル基は、上記と同様のものが挙げられる。
i55のアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、ヘプチルオキシ基、オクチルオキシ基、デシルオキシ基及びドデシルオキシ基等が挙げられる。
なかでも、Ri52及びRi53としては、水素原子又はアルキル基が好ましく、一方が水素原子、他方がアルキル基であることがより好ましい。
i54としては、炭素数5〜16の脂環式炭化水素基が好ましく、シクロペンチル基、シクロへキシル基、アダマンチル基、ノルボルニル基等がより好ましい。
pは、0又は1であることが好ましく、0であることがより好ましい。
構造単位(I)としては、例えば、以下で表されるモノマーから誘導される構造単位などが挙げられる。
なかでも、式(I−2)、(I−3)、(I−4)、(I−5)及び(I−8)で表されるモノマーから誘導される構造単位が好ましく、式(I−3)、(I−4)及び(I−5)で表されるモノマーから誘導される構造単位がより好ましい。
本発明の樹脂(A1)における構造単位(I)の含有率は、本発明の樹脂の全構造単位の合計に対して、好ましくは5〜80モル%であり、より好ましくは10〜70モル%であり、さらに好ましくは15〜60モル%であり、特に好ましくは20〜50モル%である。
構造単位(I)は、酸の作用により、いわゆる「酸不安定基」が脱離して、アルカリ水溶液への溶解性が増大する構造単位である。このような構造単位(I)を含有する樹脂は、酸の作用によりアルカリ水溶液への溶解性が増大する。
「酸の作用によりアルカリ水溶液への溶解性が増大する」とは、酸との接触によりアルカリ水溶液への溶解性が増大することを意味する。酸との接触前ではアルカリ水溶液に不溶又は難溶であり、酸との接触後にアルカリ水溶液に可溶となることが好ましい。
<構造単位(a1)>
酸不安定基を有する構造単位(a1)において、「酸不安定基」とは、脱離基を有し、酸との接触により脱離基が脱離して、親水性基(例えば、ヒドロキシ基又はカルボキシ基)を形成する基を意味する。酸不安定基としては、例えば、式(1)で表される基、式(2)で表される基等が挙げられる。
[式(1)中、Ra1、Ra2及びRa3は、互いに独立に、炭素数1〜8のアルキル基又は炭素数3〜20の脂環式炭化水素基を表すか、Ra1及びRa2は互いに結合して炭素数2〜20の2価の炭化水素基を表し、Ra3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を表す。*は結合手を表す。]
[式(2)中、Ra1’及びRa2’は、互いに独立に、水素原子又は炭素数1〜12の炭化水素基を表し、Ra3’は、炭素数1〜20の炭化水素基を表すか、Ra1’は、水素原子又は炭素数1〜12の炭化水素基を表し、Ra2’及びRa3’は互いに結合してそれらが結合する炭素原子及び酸素原子とともに炭素数2〜20の2価の複素環基を表す。該炭素数1〜20の炭化水素基、該炭素数1〜12の炭化水素基及び該2価の炭化水素基に含まれるメチレン基は、酸素原子又は硫黄原子で置き換わってもよい。*は結合手を表す。]
a1〜Ra3のアルキル基、脂環式炭化水素基としては、Ri52及びRi53と同様の基が挙げられる。
a1及びRa2が互いに結合して2価の炭化水素基を形成する場合の−C(Ra1)(Ra2)(Ra3)としては、例えば、下記の基が挙げられる。該2価の炭化水素基は、好ましくは炭素数3〜12である。*は−O−との結合手を表す。

式(1)で表される基としては、例えば、アルコキシカルボニル基(式(1)においてRa1、Ra2及びRa3のいずれもがアルキル基である基、好ましくはtert−ブトキシカルボニル基)、1−アルキルシクロペンタン−1−イルオキシカルボニル基及び1−アルキルシクロヘキサン−1−イルオキシカルボニル基(式(1)中、Ra1及びRa2が結合してシクロペンチル基又はシクロヘキシル基を形成し、Ra3がアルキル基である基)及び1−(シクロペンタン−1−イル)−1−アルキルアルコキシカルボニル基及び1−(シクロヘキサン−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がシクロペンチル基又はシクロヘキシル基である基)等が挙げられる。
式(2)で表される基のRa1’〜Ra3’の炭化水素基としては、Ri52及びRi53と同様の基が挙げられる。
a2’及びRa3’が互いに結合してそれらが結合する炭素原子及び酸素原子とともに形成する2価の複素環基としては、下記の基が挙げられる。*は、結合手を表す。
a1’は水素原子であることが好ましい。

式(2)で表される基の具体例としては、例えば、以下の基が挙げられる。

構造単位(a1)を導くモノマーは、酸不安定基とエチレン性不飽和結合とを有するモノマーが好ましく、式(1)で表される基及び/又は式(2)で表される基とエチレン性不飽和結合とを有するモノマーがより好ましい。ただし、これらのモノマーは、構造単位(I)を導くモノマー以外のモノマーである。
樹脂(A1)は、構造単位(a1)の1種のみを有していてもよく、複数種を有していてもよい。
構造単位(a1)としては、式(a1−1)で表される構造単位(以下「構造単位(a1−1)」という場合がある)及び式(a1−2)で表される構造単位(以下「構造単位(a1−2)」という場合がある)が好ましい。
[式(a1−1)及び式(a1−2)中、
a1、Ra2、Ra3、Ra1’及びRa2’は、それぞれ上記と同じ意味を表す。Ra33’は、炭素数1〜20の脂肪族炭化水素基又は芳香族炭化水素基を表すか、Ra2’及びRa33’は、それらが結合する炭素原子及び酸素原子とともに、炭素数2〜20の2価の複素環を表す。
a4及びRa5は、互いに独立に、水素原子又はメチル基を表す。
a6は、炭素数1〜6のアルキル基又は炭素数1〜6のアルコキシ基を表す。
mxは、0〜4の整数を表す。mxが2以上のとき、複数のRa6は互いに同一であっても異なっていてもよい。]
a33’としては、Ra3’と同様の基が挙げられる。
式(a1−1)において、Ra4は、好ましくはメチル基である。
式(a1−2)において、Ra1’は、好ましくは水素原子である。
a2’は、好ましくは炭素数1〜12の炭化水素基であり、より好ましくはメチル基及びエチル基である。
a33’の炭化水素基は、好ましくは炭素数1〜18のアルキル基炭素数6〜18の芳香族炭化水素基又はこれらが組合された基であり、より好ましくは炭素数1〜18のアルキル基又は炭素数7〜18のアラルキル基である。前記アルキル基は無置換が好ましい。前記芳香族炭化水素基が置換基を有する場合、その置換基としては炭素数6〜10のアリールオキシ基が好ましい。
a5は、水素原子であることが好ましい。
a6は、炭素数1〜4のアルコキシ基であることが好ましく、メトキシ基及びエトキシ基であることがより好ましく、メトキシ基であることがさらに好ましい。
mxは、0又は1であることが好ましく、0であることがより好ましい。
構造単位(a1−1)としては、例えば、式(a1−1−1)〜式(a1−1−17)のいずれかで表される構造単位が挙げられる。
構造単位(a1−2)を導くモノマーとしては、例えば、式(a1−2−1)〜式(a1−2−6)のいずれかで表されるモノマーが挙げられる。
上記モノマーにおいては、Ra4及びRa5に相当する水素原子がメチル基で置き換わったモノマーも、上記モノマーの具体例として挙げることができる。
樹脂(A1)が構造単位(a1−1)及び/又は構造単位(a1−2)を有する場合、これらの合計含有割合は、樹脂(A1)の全構造単位に対して、1〜50モル%が好ましく、5〜45モル%がより好ましく、5〜40モル%がさらに好ましく、5〜35モル%が特に好ましい。
<構造単位(a2)>
酸不安定基を有さない構造単位(a2)は、1種のみを有していてもよく、複数種を有していてもよい。
構造単位(a2)としては、例えば、式(a2−1)〜式(a2−3)のいずれかで表される構造単位(以下、式番号に応じて「構造単位(a2−1)」等という場合がある)が挙げられる。
[式(a2−1)、式(a2−2)及び式(a2−3)中、
a7、Ra8及びRa9は、互いに独立に、水素原子又はメチル基を表す。
a10は、炭素数1〜6のアルキル基又は炭素数1〜6のアルコキシ基を表す。
m’は0〜4の整数を表す。m’が2以上のとき、複数のRa10は互いに同一であっても異なっていてもよい。
a11は、水素原子又は炭素数1〜10の1級の炭化水素基又は2級の炭化水素基を表す。
a12は、炭素数1〜6の1級アルキル基又は2級アルキル基のアルキル基を表す。
a1は、炭素数2〜6のアルカンジイル基を表す。ただし、酸素原子と結合する炭素原子は、1級炭素原子又は2級炭素原子である。
nxは、1〜30の整数を表す。nxが2以上のとき、複数のLa1は互いに同一であっても異なっていてもよい。]
a10及びRa12の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、ヘキシル基等が挙げられる。
a10のアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基等が挙げられる。
a11の炭化水素基としては、アルキル基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基及びこれらを組合せることにより形成される基等が挙げられる。
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、オクチル基、ノニル基、デシル基等が挙げられる。
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、シクロヘプチル基、シクロオクチル基等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、例えば、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下記の基(*は結合手を表す。)等が挙げられる。

アルキル基と脂環式炭化水素基とを組合せた基としては、例えば、メチルシクロヘキシル基、ジメチルシクロへキシル基、メチルノルボルニル基、シクロヘキシルメチル基、アダマンチルメチル基、ノルボルニルエチル基等が挙げられる。
芳香族炭化水素基としては、フェニル基、ナフチル基等が挙げられる。
アルキル基と芳香族炭化水素基とを組合せることにより形成される基としては、ベンジル基等のアラルキル基等が挙げられる。
a1のアルカンジイル基としては、エチレン基、プロパン−1,3−ジイル基、プロパン−1,2−ジイル基、ブタン−1,4−ジイル基、ペンタン−1,5−ジイル基、ヘキサン−1,6−ジイル基、エタン−1,1−ジイル基、プロパン−1,1−ジイル基及びプロパン−2,2−ジイル基;プロパン−1,2−ジイル基、ペンタン−2,4−ジイル基、2−メチルプロパン−1,3−ジイル基、ペンタン−1,4−ジイル基、2−メチルブタン−1,4−ジイル基等の分岐状アルカンジイル基;等が挙げられる。
a7は、水素原子であることが好ましい。
a8及びRa9は、互いに独立に、メチル基であることが好ましい。
a10は、炭素数1〜4のアルコキシ基であることが好ましく、メトキシ基又はエトキシ基であることがより好ましく、メトキシ基であることがさらに好ましい。
m’は、0又は1であることが好ましく、0であることがより好ましい。
a11は、炭素数1〜6の1級または2級のアルキル基であることが好ましい。
a1は、炭素数2〜4のアルカンジイル基であることが好ましく、エタン−1,2−ジイル基、プロパン−1,3−ジイル基、プロパン−1,2−ジイル基、ブタン−1,4−ジイル基であることがより好ましく、エタン−1,2−ジイル基であることがさらに好ましい。
nxは、1〜10の整数であることが好ましい。
a12は、炭素数1〜3の1級または2級のアルキル基であることが好ましい。
構造単位(a2−1)としては、式(a2−1−1)、式(a2−1−2)、式(a2−1−3)又は式(a2−1−4)で表される構造単位が好ましい。また、構造単位(a2−1)を導くモノマーは、例えば、特開2010−204634号公報に記載されている。
構造単位(a2−2)を導くモノマーとしては、例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、ヘキシル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸アルキルエステル;
シクロペンチル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸シクロアルキルエステル;
アダマンチル(メタ)アクリレート等の多環式(メタ)アクリル酸エステル;
フェニル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸アリールエステル;が挙げられる。
構造単位(a2−3)を導くモノマーとしては、例えば、エチレングリコールモノメチルエーテル(メタ)アクリレート、エチレングリコールモノエチルエーテル(メタ)アクリレート、エチレングリコールモノプロピルエーテル(メタ)アクリレート、エチレングリコールモノブチルエーテル(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールモノメチルエーテル(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールモノメチルエーテル(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールモノメチルエーテル(メタ)アクリレート、ペンタエチレングリコールモノメチルエーテル(メタ)アクリレート、ヘキサエチレングリコールモノメチルエーテル(メタ)アクリレート、ノナエチレングリコールモノメチルエーテル(メタ)アクリレート、オクタエチレングリコールモノメチルエーテル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸エステルが挙げられる。
さらに、構造単位(a2)を導くモノマーとしては、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、スチレン、α−メチルスチレン、4-メチルスチレン、2−メチルスチレン、3−メチルスチレン、4−メトキシスチレン、4−イソプロポキシスチレン等が挙げられる。
構造単位(a2)としては、例えば、式(a2−4)で表される構造単位であってもよい。

[式(a2−4)中、
a13は、水素原子又はメチル基を表す。
a14は、炭素数1〜6のアルキル基又は炭素数1〜6のアルコキシ基を表す。
a15は、炭素数1〜12の1級又は2級の炭化水素基を表し、該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換されてもよい。ただし、酸素原子に結合するメチレン基は、酸素原子に置換されない。
m”は0〜4の整数を表す。m”が2以上のとき、複数のRa14は互いに同一であっても異なっていてもよい。
m'''は0〜4の整数を表す。m'''が2以上のとき、複数のRa15は互いに同一であっても異なっていてもよい。
ただし、m”とm'''の合計は、5以下である。]
つまり、Ra15における炭化水素基は、酸素原子との結合手が3級炭素原子とならない基、つまり、その結合炭素に水素原子等の炭素原子以外の原子が1つ以上結合されている基が挙げられる。
従って、式(a2−4)で表される構造単位は、構造単位(I)及び構造単位(a1−2)は含まない。
a14のアルキル基及びアルコキシ基としては、Ra10と同様の基が挙げられる。
a15の炭化水素基としては、Ra11と同様の基が挙げられる。
a15は、なかでも、炭素数1〜5の直鎖又は分岐のアルキル基、炭素数5〜10の脂環式炭化水素基、フェニル基又はこれらを組合せて形成される基、あるいは、これら基の酸素原子に隣接する炭素原子がカルボニル基に置き換わった基であることが好ましい。
構造単位(a2−4)としては、例えば、式(a2−4−1)〜式(a2−4−10)で表される構造単位が挙げられる。
式(a2−4−1)〜式(a2−4−10)でそれぞれ表される構造単位において、Ra13に相当する水素原子がメチル基で置き換わった構造単位も、構造単位(a2−4)の具体例として挙げることができる。
樹脂(A1)が構造単位(a2−1)、構造単位(a2−2)、構造単位(a2−3)、構造単位(a2−4)を有する場合、これらの合計含有率は、樹脂(A1)の全構造単位に対して、1〜30モル%が好ましく、1〜25モル%がより好ましく、5〜25モル%がさらに好ましく、5〜20モル%が特に好ましい。
樹脂(A1)が含む構造単位の組合せとしては、式(A1−1)〜式(A1−27)で表されるものが挙げられる。
上記構造式においては、Ra4及びRa5等に相当する水素原子がメチル基で又はメチル基が水素原子で置き換わったモノマーも、上記モノマーの具体例として挙げることができる。また、1つの樹脂において、水素原子及びメチル基を有するモノマーが混在していてもよい。
樹脂(A1)は、好ましくは構造単位(I)と、構造単位(a1)及び/又は構造単位(a2)とを有する樹脂であり、より好ましくは構造単位(I)と、構造単位(a2)とを有する樹脂である。
樹脂(A1)は、上述したモノマーを公知の重合法(例えばラジカル重合法)で重合することにより製造できる。
樹脂(A1)の重量平均分子量は、好ましくは8,000以上、より好ましくは10,000以上であり、好ましくは600,000以下、より好ましくは500,000以下、さらに好ましくは300,000以下、特に好ましくは100,000以下である。なお、本明細書においては、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分析により、標準ポリスチレン基準の換算値として求められるものである。この分析の詳細な分析条件は、本願の実施例に記載する。
樹脂(A1)の含有量は、レジスト組成物に含まれる樹脂の総量に対して、好ましくは10質量%以上、より好ましくは15質量%以上であり、好ましくは95質量%以下、より好ましくは85質量%以下である。
<樹脂(A2)>
樹脂(A2)は、アルカリ可溶性樹脂である。アルカリ可溶性樹脂とは、酸性基を含有し、アルカリ現像液に可溶な樹脂である。酸性基は、例えば、カルボキシ基、スルホ基、フェノール性ヒドロキシ基である。
アルカリ可溶性樹脂としては、レジスト分野で公知のアルカリ可溶性樹脂が挙げられ、例えば、ノボラック樹脂、ヒドロキシスチレン由来の重合単位を有する樹脂、(メタ)アクリル酸エステル由来の重合単位を有する樹脂及びポリアルキレングリコール等が挙げられる。これらは単独で又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。
また、酸不安定基を有さない構造単位を含み、酸不安定基を有する構造単位を含まない樹脂等が挙げられる。例えば、構造単位(a2−1)を含み、構造単位(a1)を含まない樹脂等が挙げられる。好ましくは、ノボラック樹脂である。アルカリ可溶性樹脂は、単独で用いてもよいし、2種以上を組合せて用いてもよい。
ノボラック樹脂とは、フェノール化合物とアルデヒドとを触媒の存在下に縮合させて得られる樹脂である。フェノール化合物としては、例えば、フェノール;o−、m−又はp−クレゾール;2,3−、2,5−、3,4−又は3,5−キシレノール;2,3,5−トリメチルフェノール;2−、3−又は4−tert−ブチルフェノール;2−tert−ブチル−4−又は5−メチルフェノール;2−、4−又は5−メチルレゾルシノール;2−、3−又は4−メトキシフェノール;2,3−、2,5−又は3,5−ジメトキシフェノール;2−メトキシレゾルシノール;4−tert−ブチルカテコール;2−、3−又は4−エチルフェノール;2,5−又は3,5−ジエチルフェノール;2,3,5−トリエチルフェノール;2−ナフトール;1,3−、1,5−又は1,7−ジヒドロキシナフタレン;キシレノールとヒドロキシベンズアルデヒドとの縮合により得られるポリヒドロキシトリフェニルメタン系化合物等が挙げられる。これらのフェノール化合物は、それぞれ単独で、又は2種以上組合せて用いることができる。なかでも、フェノール化合物としては、o−クレゾール、m−クレゾール、p−クレゾール、2,3−キシレノール、2,5−キシレノール、3,4−キシレノール、3,5−キシレノール、2,3,5−トリメチルフェノール、2−tert−ブチルフェノール、3−tert−ブチルフェノール、4−tert−ブチルフェノール、2−tert−ブチル−4−メチルフェノール、2−tert−ブチル−5−メチルフェノールが好ましい。
アルデヒドとしては、例えば、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、n−ブチルアルデヒド、イソブチルアルデヒド、アクロレイン又はクロトンアルデヒドのような脂肪族アルデヒド類;シクロヘキサンアルデヒド、シクロペンタンアルデヒド又はフリルアクロレイン等の脂環式アルデヒド類;フルフラール、ベンズアルデヒド、o−、m−もしくはp−メチルベンズアルデヒド、p−エチルベンズアルデヒド、2,4−、2,5−、3,4−もしくは3,5−ジメチルベンズアルデヒド又はo−、m−もしくはp−ヒドロキシベンズアルデヒドのような芳香族アルデヒド類;フェニルアセトアルデヒド又はケイ皮アルデヒドのような芳香脂肪族アルデヒド類等が挙げられる。これらのアルデヒドも、それぞれ単独で、又は2種以上組合せて用いることができる。これらのアルデヒドのなかでは、工業的に入手しやすいことから、ホルムアルデヒドが好ましい。
フェノール化合物とアルデヒドとの縮合に用いられる触媒の例としては、塩酸、硫酸、過塩素酸又は燐酸のような無機酸;蟻酸、酢酸、蓚酸、トリクロロ酢酸又はp−トルエンスルホン酸のような有機酸;酢酸亜鉛、塩化亜鉛又は酢酸マグネシウムのような二価金属塩等が挙げられる。これらの触媒は、それぞれ単独で、又は2種以上組合せて用いることができる。かかる触媒の使用量は、例えば、アルデヒド1モルに対して0.01〜1モルである。
フェノール化合物とアルデヒドとの縮合反応は、常法に従って行うことができる。この縮合反応は、例えば、フェノール化合物とアルデヒドとを混合した後、60〜120℃の温度で2〜30時間程度反応させることにより行うことができる。この縮合反応は溶媒の存在下で行ってもよい。溶媒としては、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、アセトン等が挙げられる。反応終了後、例えば、必要に応じて反応混合物に水に不溶な溶媒を加え、反応混合物を水で洗浄した後、濃縮することにより、ノボラック樹脂を取り出すことができる。
ノボラック樹脂は、質量平均分子量が3,000〜10,000、好ましくは6,000〜9,000、さらに好ましくは7,000〜8,000である。この範囲とすることにより、現像後に薄膜化及び残渣の残存を有効に防止することができる。
ヒドロキシスチレン由来の重合単位を有する樹脂とは、定型的にはポリビニルフェノールであり、好ましくは、ポリp−ビニルフェノールである。具体的には、式(a2−1)で表される構造単位からなる樹脂が挙げられる。このようなポリビニルフェノールは、例えば、特開2010−204634号公報に記載されているモノマーを重合することにより得ることができる。
(メタ)アクリル酸エステル由来の重合単位を有する樹脂としては、例えば、下記のような化合物をモノマーとして用い、このモノマーを1種又は2種以上組合せて、常法により重合して得られるものが挙げられる。
(メタ)アクリル酸のように、カルボキシル基をもつもの;
2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート等の水酸基をもつもの;
ジエチレングリコールモノメチルエーテル(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールモノメチルエーテル(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールモノメチルエーテル(メタ)アクリレート、ペンタエチレングリコールモノメチルエーテル(メタ)アクリレート、ヘキサエチレングリコールモノメチルエーテル(メタ)アクリレート、ヘプタエチレングリコールモノメチルエーテル(メタ)アクリレート、オクタエチレングリコールモノメチルエーテル(メタ)アクリレート、ノナエチレングリコールモノメチルエーテル(メタ)アクリレートなどのポリエチレングリコールモノメチルエーテル(メタ)アクリレート類等の複数のエーテル結合をもつもの。
上述のモノマーと、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、tert−ブチル(メタ)アクリレートなどの(メタ)アクリル酸アルキルエステル類、
シクロペンチル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレートなどの(メタ)アクリル酸シクロアルキルエステル類;
アダマンチル(メタ)アクリレートなどの多環式(メタ)アクリル酸エステル類;
エチレングリコールモノメチルエーテル(メタ)アクリレート、エチレングリコールモノエチルエーテル(メタ)アクリレート、エチレングリコールモノプロピルエーテル(メタ)アクリレート、エチレングリコールモノブチルエーテル(メタ)アクリレートなどのエチレングリコールモノアルキルエーテル(メタ)アクリレート類等を組合せて使用してもよい。
樹脂(A2)の含有量は、レジスト組成物に含まれる樹脂の総量に対して、好ましくは10質量%以上、より好ましくは20質量%以上であり、好ましくは70質量%以下、より好ましくは65質量%以下である。
<樹脂(A3)>
本発明のレジスト組成物が、樹脂(A1)及び樹脂(A2)以外に含んでいてもよい樹脂(A3)としては、例えば、アルカリ不溶性の樹脂が挙げられる。
アルカリ不溶性の樹脂としては、例えば、酸不安定基を有さない構造単位のみを含む樹脂が挙げられる。
酸不安定基を有さない構造単位は、上述した構造単位(a2)が挙げられる。構造単位(a2)は単独で又は2種以上を組合せて含んでいてもよく、好ましくは構造単位(a2−1)と構造単位(a2−4)との組合せが挙げられる。
樹脂(A3)が含む構造単位の組合せとしては、式(A3−1)〜式(A3−5)で表されるものが挙げられる。
樹脂(A3)は、上述した構造単位を導くモノマーを公知の重合法(例えばラジカル重合法)で重合することにより製造できる。
樹脂(A3)の重量平均分子量は、好ましくは8000以上、より好ましくは10000以上であり、好ましくは600,000以下、より好ましくは500,000以下である。
本発明のレジスト組成物が樹脂(A3)を含む場合、その含有率は、レジスト組成物における全樹脂量に対して、好ましくは1質量%以上であり、より好ましくは2質量%以上であり、さらに好ましくは3質量%以上である。また、好ましくは20質量%以下であり、より好ましくは15質量%以下であり、さらに好ましくは10質量%以下である。
本発明のレジスト組成物における、樹脂(A1)及び樹脂(A2)、任意に樹脂(A3)の合計含有量は、レジスト組成物の固形分の総量に対して、好ましくは80質量%以上99質量%以下である。固形分及び本発明のレジスト組成物に含まれ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等の公知の分析手段で測定することができる。
<酸発生剤(B)>
本発明のレジスト組成物は酸発生剤(B)を含有する。酸発生剤は、露光により酸を発生し、発生した酸が、触媒的に働き、樹脂(A)の酸により脱離する基を脱離させる。酸発生剤は、非イオン系とイオン系とに分類されるが、本発明のレジスト組成物の酸発生剤(B)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、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)及びスルホン類(例えば、ジスルホン、ケトスルホン、スルホニルジアゾメタン)等が挙げられる。イオン系酸発生剤としては、オニウムカチオンを含むオニウム塩(例えば、ジアゾニウム塩、ホスホニウム塩、スルホニウム塩、ヨードニウム塩)等が挙げられる。オニウム塩のアニオンとしては、スルホン酸アニオン、スルホニルイミドアニオン及び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できる。また、酸発生剤(B)は、公知の方法により合成したものでもよいし、市販品でもよい。
非イオン系酸発生剤としては、式(B1)で表される基を有する化合物が好ましい。

[式(B1)中、
b1は、フッ素原子を有してもよい炭素数1〜18の炭化水素基を表し、該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換されてもよい。]
なお、窒素原子は、二重結合を有していてもよい。
炭素数1〜18の炭化水素基としては、脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基及びこれらを組合せた基が挙げられる。
脂肪族炭化水素基としては、アルキル基が好ましく、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、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基等が挙げられる。
脂環式炭化水素基としては、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、アダマンチル基等が挙げられる。
芳香族炭化水素基としては、炭素数6〜18のアリール基が好ましく、例えば、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、p−メチルフェニル基、p−tert−ブチルフェニル基、p−アダマンチルフェニル基、トリル基、キシリル基、クメニル基、メシチル基、ビフェニル基、フェナントリル基、2,6−ジエチルフェニル基、2−メチル−6−エチルフェニル等のアリール基が挙げられる。
炭化水素基としては、好ましくは炭素数1〜10のアルキル基又は炭素数6〜10の芳香族炭化水素基であり、より好ましくは炭素数1〜8のアルキル基であり、さらに好ましくは炭素数1〜4のアルキル基である。
炭化水素基に含まれるメチレン基が酸素原子又はカルボニル基で置換された基としては、式(Y1)〜式(Y12)で表される基が挙げられる。好ましくは、式(Y7)〜式(Y9)で表される基であり、より好ましくは、式(Y9)で表される基である。
フッ素原子を有する炭化水素基としては、フルオロメチル基、フルオロエチル基、フルオロプロピル基、フルオロブチル基、フルオロペンチル基、フルオロヘキシル基、フルオロヘプチル基、フルオロオクチル基、フルオロノニル基、フルオロデシル基等のフルオロアルキル基;シクロフルオロプロピル基、シクロフルオロブチル基、シクロフルオロペンチル基、シクロフルオロヘキシル基、シクロフルオロヘプチル、シクロフルオロオクチル基、フルオロアダマンチル基等のシクロフルオロアルキル基;フルオロフェニル基、フルオロナフチル基、フルオロアントリル基等のフルオロアリール基等が挙げられる。
フッ素原子を有する炭化水素基としては、好ましくはフッ素原子を有する炭素数1〜10のアルキル基又はフッ素原子を有する炭素数6〜10の芳香族炭化水素基であり、より好ましくは炭素数1〜8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1〜4のペルフルオロアルキル基である。
式(B1)で表される基を有する化合物としては、式(b1)〜式(b3)のいずれかで表される化合物が挙げられる。好ましくは式(b1)、式(b2)で表される化合物であり、より好ましくは式(b1)で表される化合物である。
[式(b1)〜式(b3)中、
b1は、上記と同じ意味を表す。
b2’、Rb3及びRb4は、互いに独立に、水素原子、炭素数1〜8のアルキル基又は炭素数1〜8のアルコキシ基を表す。
環Wb1は、炭素数6〜14の芳香族炭化水素環又は炭素数6〜14の芳香族複素環を表す。
xは、0〜2の整数を表す。xが2の場合、複数のRb2’は同一であっても異なっていてもよい。]
アルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基等が挙げられ、好ましくはメチル基が挙げられる。
アルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ペンチルオキシ基等が挙げられ、好ましくはメトキシ基が挙げられる。
芳香族炭化水素環としては、ベンゼン環、ナフタレン環及びアントラセン環が挙げられる。
芳香族複素環としては、環を構成する原子数が6〜14の環が挙げられ、好ましくは下記の環が挙げられる。
環Wb1が有していてもよい置換基としては、炭素数1〜5のアルキル基等が挙げられる。
環Wb1は、好ましくはナフタレン環である。
式(b1)で表される化合物としては、式(b4)〜式(b7)のいずれかで表される化合物が好ましく、式(b4)で表される化合物がより好ましい。
[式(b4)〜式(b7)中、
b1は、上記と同じ意味を表す。
b2、Rb5、Rb6及びRb7は、互いに独立に、水素原子又は炭素数1〜8のアルキル基を表す。]
式(b1)で表される化合物としては、式(b1−1)〜式(b1−14)のいずれかで表される化合物が挙げられる。好ましくは、式(b1−6)又は式(b1−7)で表される化合物である。

式(b2)で表される化合物としては、下記式で表される化合物が挙げられる。
式(b3)で表される化合物としては、下記式で表される化合物が挙げられる。
イオン系酸発生剤としては、式(b8)又は式(b9)で表される化合物が好ましい。

[式(b8)及び式(b9)中、
b1及びAb2は、互いに独立に、酸素原子又は硫黄原子を表す。
b8、Rb9、Rb10及びRb11は、互いに独立に、炭素数1〜10のアルキル基又は炭素数6〜12の芳香族炭化水素基を表す。
X1及びX2は、有機アニオンを表す。]
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、オクチル基等が挙げられる。
芳香族炭化水素基としては、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、p−メチルフェニル基、p−tert−ブチルフェニル基、p−アダマンチルフェニル基、トリル基、キシリル基、クメニル基、メシチル基、ビフェニル基、フェナントリル基、2,6−ジエチルフェニル基、2−メチル−6−エチルフェニル等のアリール基等が挙げられる。
b8、Rb9、Rb10及びRb11は、それぞれ、好ましくは炭素数6〜12の芳香族化合物であり、より好ましくはフェニル基である。
X1及びX2で表される有機アニオンとしては、スルホン酸アニオン、ビス(アルキルスルホニル)アミドアニオン、トリス(アルキルスルホニル)メチドアニオンが挙げられ、好ましくはスルホン酸アニオンが挙げられ、より好ましくは式(b10)で表されるスルホン酸アニオンが挙げられる。
[式(b10)中、
b12は、フッ素原子を有してもよい炭素数1〜18の炭化水素基を表し、該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換されてもよい。]
b12としては、式(B1)中のRb1と同様の基が挙げられる。
式(b9)で表される化合物として、下記の化合物が挙げられる。
式(b10)で表される化合物として、下記の化合物が挙げられる。
レジスト組成物においては、酸発生剤(B)は単独で又は2種以上を組合せて用いてもよい。
酸発生剤(B)の含有量は、樹脂(A)100質量部に対して、好ましくは0.3質量部以上であり、より好ましくは0.5質量部以上であり、さらに好ましくは1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10質量部以下であり、さらに好ましくは5質量部以下である。
<クエンチャー(C)>
本発明のレジスト組成物が含有していてもよいクエンチャー(C)は、露光により酸発生剤から発生する酸を捕捉する作用を有する化合物である。クエンチャー(C)としては、塩基性の含窒素有機化合物が挙げられる。
塩基性の含窒素有機化合物としては、アミン及びアンモニウム塩が挙げられる。アミンとしては、脂肪族アミン及び芳香族アミン;第一級アミン、第二級アミン及び第三級アミンが挙げられる。
アミンとしては、例えば、式(C1)又は式(C2)で表される化合物が挙げられる。
[式(C1)中、
c1、Rc2及びRc3は、互いに独立に、水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数5〜10の脂環式炭化水素基又は炭素数6〜10の芳香族炭化水素基を表し、該アルキル基及び該脂環式炭化水素基に含まれる水素原子は、ヒドロキシ基、アミノ基又は炭素数1〜6のアルコキシ基で置換されていてもよく、該芳香族炭化水素基に含まれる水素原子は、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基又は炭素数5〜10の脂環式炭化水素で置換されていてもよい。]
式(C1)におけるアルキル基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基、アルコキシ基、アルカンジイル基は、上述したものと同様のものが挙げられる。
式(C1)で表される化合物としては、1−ナフチルアミン、2−ナフチルアミン、アニリン、ジイソプロピルアニリン、2−,3−又は4−メチルアニリン、4−ニトロアニリン、N−メチルアニリン、N,N−ジメチルアニリン、ジフェニルアミン、ヘキシルアミン、ヘプチルアミン、オクチルアミン、ノニルアミン、デシルアミン、ジブチルアミン、ジペンチルアミン、ジヘキシルアミン、ジヘプチルアミン、ジオクチルアミン、ジノニルアミン、ジデシルアミン、トリエチルアミン、トリメチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、トリペンチルアミン、トリヘキシルアミン、トリヘプチルアミン、トリオクチルアミン、トリノニルアミン、トリデシルアミン、ジブチルメチルアミン、メチルジペンチルアミン、ジヘキシルメチルアミン、ジシクロヘキシルメチルアミン、ジヘプチルメチルアミン、メチルジオクチルアミン、メチルジノニルアミン、ジデシルメチルアミン、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、トリス〔2−(2−メトキシエトキシ)エチル〕アミン、トリイソプロパノールアミン、エチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、4,4’−ジアミノ−1,2−ジフェニルエタン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジメチルジフェニルメタン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジエチルジフェニルメタン等が挙げられ、好ましくはジイソプロピルアニリンが挙げられ、より好ましくは2,6−ジイソプロピルアニリンが挙げられる。
[式(C2)中、
環Wは、環を構成する原子に窒素原子を含む複素環、あるいは、置換又は無置換のアミノ基を有するベンゼン環を表し、該複素環及び該ベンゼン環は、ヒドロキシ基及び炭素数1〜4のアルキル基からなる群から選ばれる少なくとも一種を有していてもよい。
は、フェニル基又はナフチル基を表す。
ncは、2又は3を表す。]
置換又は無置換のアミノ基は、−N(R)(R)で表され、R及びRは、互いに独立に、水素原子、炭素数1〜10の脂肪族炭化水素基、炭素数3〜10の脂環式炭化水素基又は炭素数6〜14の芳香族炭化水素基を表す。
脂肪族炭化水素基としては、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、オクチル基等のアルキル基が挙げられる。
脂環式炭化水素基としては、式(1)中のRa1〜Ra3におけるものと同様の基が挙げられる。芳香族炭化水素基としては、式(2)中のRa1’〜Ra3’におけるものと同様の基が挙げられる。
環を構成する原子に窒素原子を含む複素環は、芳香環でも非芳香環でもよく、窒素原子とともに他のヘテロ原子(例えば、酸素原子、硫黄原子)を有していてもよい。該複素環が有する窒素原子の数は、例えば、1〜3個である。該複素環としては、例えば、式(Y13)〜式(Y28)のいずれかで表される環が挙げられる。環に含まれる水素原子の一つがとれて、Aとの結合手となる。
環Wは、好ましくは環を構成する原子に窒素原子を含む複素環であり、より好ましくは環を構成する原子に窒素原子を含む5員環又は6員環の芳香族複素環であり、さらに好ましくは式(Y20)〜式(Y25)のいずれかで表される環である。
式(C2)で表される化合物として、式(C2−1)〜式(C2−11)のいずれかで表される化合物が挙げられ、好ましくは式(C2−2)〜式(C2−8)のいずれかで表される化合物が挙げられる。
クエンチャー(C)の含有率は、レジスト組成物の固形分中、好ましくは0.0001〜5質量%であり、より好ましく0.0001〜4質量%であり、さらに好ましく0.001〜3質量%であり、とりわけ好ましくは0.01〜1.0質量%であり、特に好ましくは0.1〜0.7質量%である。
<溶剤(D)>
溶剤(D)は、本発明のレジスト組成物に含まれる成分を溶解するものであれば、特に限定されず、例えば、エチルセロソルブアセテート、メチルセロソルブアセテート及びプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等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等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等のエステル類;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等のケトン類;γ−ブチロラクトン等のラクトン類等、及びこれらの混合溶剤が挙げられる。
溶剤(D)の含有率は、本発明のレジスト組成物の総量に対して、一般に40質量%以上75質量%以下であり、好ましくは45質量%以上70質量%以下、より好ましくは50質量%以上68質量%以下である。
溶剤(D)の含有率が上記範囲内であると、レジストパターンを製造する際に、厚み3〜150μm程度の組成物層を形成しやすい。
<密着性向上剤(E)>
密着性向上剤(E)は、基板又は配線等に用いられる金属等に対して腐食を防止し及び/又は密着性を向上し得るものであれば特に限定されない。金属の腐食を防止することにより、防錆の作用を発揮する。また、これらの作用とともに、基板又は金属等とレジスト組成物との密着性を向上させることができる。
密着性向上剤(E)としては、例えば、含硫黄化合物、芳香族ヒドロキシ化合物、ベンゾトリアゾール系化合物、トリアジン系化合物及び含ケイ素系化合物等が挙げられる。これらは単独で又は2種以上を組合せて用いることができる。
含硫黄化合物としては、例えば、スルフィド結合及び/又はメルカプト基を有する化合物であればよい。含硫黄化合物は、鎖状の化合物であってもよいし、環状構造を有する化合物であってもよい。
鎖状の化合物としては、ジチオジグリセロール[S(CHCH(OH)CH(OH))]、ビス(2,3−ジヒドロキシプロピルチオ)エチレン[CHCH(SCHCH(OH)CH(OH))]、3−(2,3−ジヒドロキシプロピルチオ)−2−メチル−プロピルスルホン酸ナトリウム[CH(OH)CH(OH)CHSCHCH(CH)CHSONa]、1−チオグリセロール[HSCHCH(OH)CH(OH)]、3−メルカプト−1−プロパンスルホン酸ナトリウム[HSCHCHCHSONa]、2−メルカプトエタノール[HSCHCH(OH)]、チオグリコール酸[HSCHCOH]、3−メルカプト−1−プロパノール[HSCHCHCH]等が挙げられる。
含硫黄化合物は、スルフィド結合とメルカプト基とを有する化合物であることが好ましく、スルフィド結合とメルカプト基とを有する複素環化合物であることがより好ましい。含硫黄化合物において、スルフィド結合及びメルカプト基の数は、特に限定されず、いずれも1以上であればよい。
複素環は、単環及び多環のいずれでもよく、飽和及び不飽和のいずれの環であってもよい。複素環は、さらに硫黄原子以外のヘテロ原子を含むことが好ましい。ヘテロ原子としては、酸素原子、窒素原子が挙げられ、好ましくは窒素原子が挙げられる。
複素環としては、炭素数2〜12の複素環が好ましく、炭素数2〜6の複素環がより好ましい。複素環は、単環であることが好ましい。複素環は不飽和であることが好ましい。複素環は、不飽和であり単環であることが好ましい。
複素環としては、下記の複素環が挙げられる。
含硫黄化合物は、ポリマーであってもよい。このポリマーは、スルフィド結合とメルカプト基とを側鎖に有する構造単位を含むことが好ましい。スルフィド結合とメルカプト基とを有する構造(以下、ユニット(1)という場合がある)と、主鎖とは、アミド結合、エーテル結合、チオエーテル結合、エステル結合等の連結基で結合していることが好ましい。
ポリマーは、ホモポリマーであってもよいし、コポリマーであってもよい。
ポリマーがコポリマーの場合、上述した酸不安定基を有する構造単位(a1)、酸不安定基を有さない構造単位(a2)等を含んでいてもよい。
ポリマーの重量平均分子量は、通常3000以上、好ましくは5000以上であり、通常100,000以下、好ましくは50,000以下である。
含硫黄化合物がポリマーである場合、スルフィド結合とメルカプト基とを有する構造単位の含有量は、含硫黄化合物のポリマーの全構造単位に対して、通常0.1〜50モル%であり、好ましくは0.5〜30モル%であり、より好ましくは1〜20モル%である。
含硫黄化合物は、例えば、式(IA)で表される化合物又は式(IB)で表される構造単位を有するポリマーであることが好ましい。
[式(IA)中、
i1は、水素原子、炭素数1〜10の脂肪族炭化水素基、炭素数6〜14の芳香族炭化水素基、炭素数3〜18の脂環式炭化水素基、−SR11で表される基又は−N(R12)(R13)で表される基を表す。
11、R12及びR13は、互いに独立に、水素原子、炭素数1〜10の脂肪族炭化水素基、炭素数3〜10の脂環式炭化水素基、炭素数6〜14の芳香族炭化水素基又は炭素数1〜12アシル基を表し、これら脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基及びアシル基の水素原子は、ヒドロキシ基に置き換わっていてもよい。
i2及びRi3は、互いに独立に、水素原子、炭素数1〜10の脂肪族炭化水素基、炭素数6〜14の芳香族炭化水素基、炭素数3〜18の脂環式炭化水素基を表す。
A及びBは、互いに独立に、窒素原子又は炭素原子を表す。
n及びmは、互いに独立に、0又は1を表す。ただし、Aが窒素原子である場合、nは0を表し、Aが炭素原子である場合、nは1を表し、Bが窒素原子である場合、mは0を表し、Bが炭素原子である場合、mは1を表す。]
脂肪族炭化水素基としては、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、オクチル基等のアルキル基が挙げられる。
芳香族炭化水素基としては、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、p−メチルフェニル基、p−tert−ブチルフェニル基、p−アダマンチルフェニル基、トリル基、キシリル基、クメニル基、メシチル基、ビフェニル基、フェナントリル基、2,6−ジエチルフェニル基、2−メチル−6−エチルフェニル等のアリール基等が挙げられる。
脂環式炭化水素基としては、シクロペンチル基、シクロへキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基等のシクロアルキル基の単環式の脂環式炭化水素基及び、デカヒドロナフチル基、アダマンチル基、ノルボルニル基などの多環式の脂環式炭化水素基が挙げられる。
11は、脂肪族炭化水素基又はアシル基であることが好ましく、R12及びR13は、互いに独立に、水素原子、脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基及びアシル基であることが好ましい。
アシル基としては、アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、バレイル基、ヘキシルカルボニル基、ヘプチルカルボニル基、オクチルカルボニル基、デシルカルボニル基及びドデシルカルボニル基及びベンゾイル基が挙げられる。
i1は、水素原子又はメルカプト基であることがより好ましい。
i2及びRi3は、互いに独立に、水素原子又は炭素数1〜4のアルキル基であることが好ましく、水素原子であることがより好ましい。
A及びBは、少なくとも一方が窒素原子であることが好ましく、両方が窒素原子であることがより好ましい。
[式(IB)中、
i21及びRi31は、互いに独立に、水素原子、炭素数1〜10の脂肪族炭化水素基、炭素数6〜14の芳香族炭化水素基又は炭素数3〜18の脂環式炭化水素基を表す。
1及びB1は、互いに独立に、窒素原子又は炭素原子を表す。
及びmは、互いに独立に、0又は1を表す。但し、A1が窒素原子である場合、nは0を表し、A1が炭素原子である場合、nは1を表し、B1が窒素原子である場合、mは0を表し、B1が炭素原子である場合、mは1を表す。
i4水素原子又はメチル基を表す。
i1は、硫黄原子及びNH基を表す。
i1は、炭素数1〜20の2価の炭化水素基を表す。該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換されてもよい。]
i21及びRi31の脂肪族炭化水素基としては、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、オクチル基等のアルキル基が挙げられ、好ましくは炭素数1〜4のアルキル基が挙げられる。
i21及びRi31の芳香族炭化水素基としては、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、p−メチルフェニル基、p−tert−ブチルフェニル基、p−アダマンチルフェニル基、トリル基、キシリル基、クメニル基、メシチル基、ビフェニル基、フェナントリル基、2,6−ジエチルフェニル基、2−メチル−6−エチルフェニル等のアリール基等が挙げられ、好ましくは炭素数6〜10のアリール基が挙げられる。
i21及びRi31の脂環式炭化水素としては、シクロペンチル基、シクロへキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基等のシクロアルキル基の単環式の脂環式炭化水素基;及び、デカヒドロナフチル基、アダマンチル基、ノルボルニル基などの多環式の脂環式炭化水素基が挙げられ、好ましくは炭素数5〜10の脂環式炭化水素基が挙げられる。
i21及びRi31は、互いに独立に、水素原子又は炭素数1〜4のアルキル基であることが好ましい。
i1で表される2価の炭化水素基としては、メチレン基、エチレン基、プロパン−1,3−ジイル基、ブタン−1,4−ジイル基、ペンタン−1,5−ジイル基、ヘキサン−1,6−ジイル基、ヘプタン−1,7−ジイル基、オクタン−1,8−ジイル基、ノナン−1,9−ジイル基、デカン−1,10−ジイル基、ウンデカン−1,11−ジイル基、ドデカン−1,12−ジイル基、トリデカン−1,13−ジイル基、テトラデカン−1,14−ジイル基、ペンタデカン−1,15−ジイル基、ヘキサデカン−1,16−ジイル基及びヘプタデカン−1,17−ジイル基、エタン−1,1−ジイル基、プロパン−1,1−ジイル基、プロパン−1,2−ジイル基、プロパン−2,2−ジイル基、ペンタン−2,4−ジイル基、2−メチルプロパン−1,3−ジイル基、2−メチルプロパン−1,2−ジイル基、ペンタン−1,4−ジイル基、2−メチルブタン−1,4−ジイル基等のアルカンジイル基;
シクロブタン−1,3−ジイル基、シクロペンタン−1,3−ジイル基、シクロヘキサン−1,4−ジイル基、シクロオクタン−1,5−ジイル基等のシクロアルカンジイル基である単環式の2価の脂環式飽和炭化水素基;
ノルボルナン−1,4−ジイル基、ノルボルナン−2,5−ジイル基、アダマンタン−1,5−ジイル基、アダマンタン−2,6−ジイル基等の多環式の2価の脂環式飽和炭化水素基等;
フェニレン基、トリレン基、ナフチレン基等のアリーレン基が挙げられる。
i1は、好ましくはエステル結合を含む炭素数2〜14のアルカンジイル基又は炭素数6〜10のアリーレン基と炭素数1〜11のアルカンジイル基とを組合せた基である。
式(IB)で表される構造単位は、好ましくは式(IB−1)で表される構造単位又は式(IB−2)で表される構造単位である。
[式(IB−1)中、
i22及びRi32は、互いに独立に、水素原子、炭素数1〜10の脂肪族炭化水素基、炭素数6〜14の芳香族炭化水素基、炭素数3〜18の脂環式炭化水素基を表す。
及びBは、互いに独立に窒素原子又は炭素原子を表す。
n1及びm1は、互いに独立に、0又は1を表す。但し、Aが窒素原子である場合、n1は0を表し、Aが炭素原子である場合、n1は1を表し、Bが窒素原子である場合、m1は0を表し、Bが炭素原子である場合、m1は1を表す。
i5は、水素原子又はメチル基を表す。
i11は、硫黄原子及びNH基を表す。
i2は、炭素数1〜18の2価の炭化水素基を表す。該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換されてもよい。
式(IB−2)中、
i23及びRi33は、互いに独立に、水素原子、炭素数1〜10の脂肪族炭化水素基、炭素数6〜14の芳香族炭化水素基、炭素数3〜18の脂環式炭化水素基を表す。
及びBは、互いに独立に、窒素原子又は炭素原子を表す。
n2及びm2は、互いに独立に、0又は1を表す。但し、Aが窒素原子である場合、n2は0を表し、Aが炭素原子である場合、n2は1を表し、Bが窒素原子である場合、m2は0を表し、Bが炭素原子である場合、m2は1を表す。
i7は、炭素数1〜6のアルキル基又は炭素数1〜6のアルコキシ基を表す。
i12は、硫黄原子及びNH基を表す。
i3は、炭素数1〜14の2価の炭化水素基を表す。該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換されてもよい。]
i22、Ri32、Ri23及びRi33で表される炭素数1〜10の脂肪族炭化水素基としては、Ri21及びRi31で表される炭素数1〜10の脂肪族炭化水素基と同じものが挙げられる。
i22、Ri32、Ri23及びRi33で表される炭素数6〜14の芳香族炭化水素基としては、Ri21及びRi31で表される炭素数6〜14の芳香族炭化水素基と同じものが挙げられる。
i22、Ri32、Ri23及びRi33で表される炭素数3〜18の脂環式炭化水素基としては、Ri21及びRi31で表される炭素数3〜18の脂環式炭化水素基と同じものが挙げられる。
i2で表される炭素数1〜18の2価の炭化水素基としては、メチレン基、エチレン基、プロパン−1,3−ジイル基、ブタン−1,4−ジイル基、ペンタン−1,5−ジイル基、ヘキサン−1,6−ジイル基、ヘプタン−1,7−ジイル基、オクタン−1,8−ジイル基、ノナン−1,9−ジイル基、デカン−1,10−ジイル基、ウンデカン−1,11−ジイル基、ドデカン−1,12−ジイル基、トリデカン−1,13−ジイル基、テトラデカン−1,14−ジイル基、ペンタデカン−1,15−ジイル基、ヘキサデカン−1,16−ジイル基及びヘプタデカン−1,17−ジイル基、エタン−1,1−ジイル基、プロパン−1,1−ジイル基、プロパン−1,2−ジイル基、プロパン−2,2−ジイル基、ペンタン−2,4−ジイル基、2−メチルプロパン−1,3−ジイル基、2−メチルプロパン−1,2−ジイル基、ペンタン−1,4−ジイル基、2−メチルブタン−1,4−ジイル基等のアルカンジイル基;
シクロブタン−1,3−ジイル基、シクロペンタン−1,3−ジイル基、シクロヘキサン−1,4−ジイル基、シクロオクタン−1,5−ジイル基等のシクロアルカンジイル基である単環式の2価の脂環式飽和炭化水素基;
ノルボルナン−1,4−ジイル基、ノルボルナン−2,5−ジイル基、アダマンタン−1,5−ジイル基、アダマンタン−2,6−ジイル基等の多環式の2価の脂環式飽和炭化水素基等が挙げられる。
i2は、好ましくは炭素数1〜14のアルカンジイル基であり、より好ましくは炭素数1〜11のアルカンジイル基である。
i3で表される炭素数1〜14の2価の炭化水素基としては、メチレン基、エチレン基、プロパン−1,3−ジイル基、ブタン−1,4−ジイル基、ペンタン−1,5−ジイル基、ヘキサン−1,6−ジイル基、ヘプタン−1,7−ジイル基、オクタン−1,8−ジイル基、ノナン−1,9−ジイル基、デカン−1,10−ジイル基、ウンデカン−1,11−ジイル基、ドデカン−1,12−ジイル基、エタン−1,1−ジイル基、プロパン−1,1−ジイル基、プロパン−1,2−ジイル基、プロパン−2,2−ジイル基、ペンタン−2,4−ジイル基、2−メチルプロパン−1,3−ジイル基、2−メチルプロパン−1,2−ジイル基、ペンタン−1,4−ジイル基、2−メチルブタン−1,4−ジイル基等のアルカンジイル基;
シクロブタン−1,3−ジイル基、シクロペンタン−1,3−ジイル基、シクロヘキサン−1,4−ジイル基、シクロオクタン−1,5−ジイル基等のシクロアルカンジイル基である単環式の2価の脂環式飽和炭化水素基;
ノルボルナン−1,4−ジイル基、ノルボルナン−2,5−ジイル基、アダマンタン−1,5−ジイル基、アダマンタン−2,6−ジイル基等の多環式の2価の脂環式飽和炭化水素基等が挙げられる。
i3は、好ましくは炭素数1〜14のアルカンジイル基であり、より好ましくは炭素数1〜11のアルカンジイル基である。
フェニル基における主鎖と結合している位置を基準として、Li3は、p位に結合していることが好ましい。
含硫黄化合物としては、式(I−1)で表される化合物〜式(I−26)で表される化合物のいずれかで表される化合物が挙げられる。なかでも、好ましくは式(I−1)で表される化合物〜式(I−13)で表される化合物であり、より好ましくは式(I−1)で表される化合物、式(I−4)で表される化合物及び(I−11)で表される化合物である。
含硫黄化合物としては、式(I−27)〜式(I−38)で表される構造単位のうちのいずれか1つの構造単位からなるホモポリマー又はこれらの構造単位の1以上を含むコポリマーが挙げられる。
好ましくは、式(I―27)〜式(I―36)で表される構造単位の1以上を含むコポリマーであり、より好ましくは式(I―33)で表される構造単位を含むコポリマーである。
このようなコポリマーとしては、式(I−39)〜式(I−48)で表される構造単位からなるコポリマーが挙げられる。なかでも、好ましくは、式(I−39)〜式(I−44)で表される構造単位を有するポリマーが好ましい。
含硫黄化合物は、公知の方法(例えば、特開2010−79081号公報)により合成したものであってもよいし、市販品でもよい。含硫黄化合物を含むポリマーは、市販品(例えば、ビスムチオール(東京化成工業(株)製等)でもよいし、公知の方法(例えば、特開2001−75277号公報)により合成したものであってもよい。
芳香族ヒドロキシ化合物としては、フェノール、クレゾール、キシレノール、ピロカテコール(=1,2−ジヒドロキシベンゼン)、tert−ブチルカテコール、レゾルシノール、ヒドロキノン、ピロガロール、1,2,4−ベンゼントリオール、サリチルアルコール、p−ヒドロキシベンジルアルコール、o−ヒドロキシベンジルアルコール、p−ヒドロキシフェネチルアルコール、p−アミノフェノール、m−アミノフェノール、ジアミノフェノール、アミノレゾルシノール、p−ヒドロキシ安息香酸、o−ヒドロキシ安息香酸、2,4−ジヒドロキシ安息香酸、2,5−ジヒドロキシ安息香酸、3,4−ジヒドロキシ安息香酸、3,5−ジヒドロキシ安息香酸、没食子酸等が挙げられる。
ベンゾトリアゾール系化合物としては、式(IX)で表される化合物が挙げられる。
[式(IX)中、
及びRは、互いに独立に、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数1〜10の炭化水素基、カルボキシル基、アミノ基、水酸基、シアノ基、ホルミル基、スルホニルアルキル基又はスルホ基を表す。
Qは、水素原子、水酸基、置換基を有していてもよい炭素数1〜10の炭化水素基、アリール基又は**−R−N(R)(R)を表し、前記炭化水素基は、構造中にアミド結合、エステル結合を有していてもよい。
は、炭素数1〜6のアルカンジイル基を表す。**は、環に含まれる窒素原子との結合手を表す。
及びRは、互いに独立に、水素原子、水酸基、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のヒドロキシアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシアルキル基を表す。]
、R及びQの炭化水素基は、脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基のいずれでもよく、飽和及び/又は不飽和結合を有していてもよい。
脂肪族炭化水素基としては、アルキル基が好ましく、該アルキル基としては、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、n−ペンチル基、メチルペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基等が挙げられる。
芳香族炭化水素基としては、アリール基が好ましく、該アリール基としては、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、p−メチルフェニル基、p−tert−ブチルフェニル基、p−アダマンチルフェニル基、トリル基、キシリル基、クメニル基、メシチル基、ビフェニル基、フェナントリル基、2,6−ジエチルフェニル基、2−メチル−6−エチルフェニル等が挙げられる。
のアルカンジイル基の例は上述したとおりである。
炭化水素基が有していてもよい置換基としては、ヒドロキシアルキル基、アルコキシルアルキル基等が挙げられる。
ヒドロキシアルキル基としては、ヒドロキシメチル基、ヒドロキシエチル基、ジヒドロキエチル基等が挙げられる。
アルコキシルアルキルとしては、メトキシメチル基、メトキシシエチル基、ジメトキシエチル基等が挙げられる。
本発明のレジスト組成物をCuが形成された基板に適用する場合、式(IX)中、Qが**−R−N(R)(R)で表される化合物が好ましい。なかでも、R及びRの少なくとも一方が炭素数1〜6のアルキル基である場合、ベンゾトリアゾール系化合物は、水溶性に乏しくなるが、この化合物を溶解させることができる他成分が存在する場合、好ましく用いられる。
また、本発明のレジスト組成物を無機材料層(例えば、ポリシリコン膜、アモルファスシリコン膜、等)を有する基板に適用する場合、式(IX)中、Qとしては、水溶性の基を示すものが好ましい。具体的には、水素原子、炭素数1〜3のアルキル基、炭素数1〜3のヒドロキシアルキル基、水酸基等が好ましい。これにより、基板の防食性をより効果的に発揮することができる。
ベンゾトリアゾール系化合物としては、ベンゾトリアゾール、5,6−ジメチルベンゾトリアゾール、1−ヒドロキシベンゾトリアゾール、1−メチルベンゾトリアゾール、1−アミノベンゾトリアゾール、1−フェニルベンゾトリアゾール、1−ヒドロキシメチルベンゾトリアゾール、1−ベンゾトリアゾールカルボン酸メチル、5−ベンゾトリアゾールカルボン酸、1−メトキシ−ベンゾトリアゾール、1−(2,2−ジヒドロキシエチル)−ベンゾトリアゾール、1−(2,3−ジヒドロキシプロピル)ベンゾトリアゾール、あるいは「イルガメット」シリーズとしてチバ・スペシャリティー・ケミカルズより市販されている、2,2’−{[(4−メチル−1H−ベンゾトリアゾール−1−イル)メチル]イミノ}ビスエタノール、2,2’−{[(5−メチル−1H−ベンゾトリアゾール−1−イル)メチル]イミノ}ビスエタノール、2,2’−{[(4−メチル−1H−ベンゾトリアゾール−1−イル)メチル]イミノ}ビスエタン、または2,2’−{[(4−メチル−1H−ベンゾトリアゾール−1−イル)メチル]イミノ}ビスプロパン等が挙げられる。
トリアジン系化合物としては、式(II)で表される化合物が挙げられる。
〔式(II)中、
、R及びRは、互いに独立に、ハロゲン、水素原子、ヒドロキシル基、アミノ基、メルカプト基、置換されていてもよい炭素数1〜10の炭化水素基、置換されていてもよい炭素数1〜10のアルコキシ基、炭素数1〜10の炭化水素基置換アミノ基を表す。〕
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。
炭化水素基、アルキルオキシ基は、上記と同様のものが挙げられる。
トリアジン系化合物としては、例えば、1,3,5−トリアジン−2,4,6−トリチオール等が挙げられる。
含ケイ素系化合物としては、式(IIA)で表される化合物が挙げられる。
[式(IIA)中、
j1は、炭素数1〜5の脂肪族炭化水素基又は炭素数1〜5のメルカプトアルキル基を表す。
j2〜Rj4は、互いに独立に、炭素数1〜5の脂肪族炭化水素基、炭素数1〜5のアルコキシ基、メルカプト基又は炭素数1〜5のメルカプトアルキル基を表し、Rj2〜Rj4のうちの少なくとも一つはメルカプト基又は炭素数1〜5のメルカプトアルキル基である。
は、1〜10の整数を表す。]
脂肪族炭化水素基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基等のアルキル基が挙げられる。
アルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基等が挙げられる。
メルカプトアルキル基としては、メチルメルカプト基、エチルメルカプト基、プロピルメルカプト基等が挙げられる。
j1は、炭素数1又は2の脂肪族炭化水素基、炭素数1〜3のメルカプトアルキル基であることが好ましく、メチル基、メルカプトプロピル基であることがより好ましい。
j2〜Rj4は、互いに独立に、炭素数1又は2の脂肪族炭化水素基、炭素数1又は2のアルコキシ基であることが好ましく、メチル基、メトキシ基であることがより好ましい。ただし、これらのうちの少なくとも1つは、メルカプト基又は炭素数1〜3のメルカプトアルキル基であることが好ましく、メルカプト基又はメルカプトプロピル基であることがより好ましい。
j2及びRj3は、互いに同一であっても異なってもよいが、生産性の観点からは同一であることが好ましい。
式(IIA)の化合物としては、以下の式(II−1)〜式(II−7)で表される化合物が挙げられる。
なかでも、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリエトキシシラン等が好ましい。
密着性向上剤(E)の含有量は、レジスト組成物の固形分の総量に対して、好ましくは0.001質量%以上、より好ましくは0.002質量%以上、さらに好ましくは0.005質量%以上、特に好ましくは0.008質量%以上であり、また、好ましくは20質量%以下であり、より好ましくは10質量%以下であり、さらに好ましくは4質量%以下であり、さらにより好ましくは3質量%以下、とりわけ好ましくは1質量%以下、特に好ましくは0.1質量%以下である。この範囲とすることにより、高精度のレジストパターンを形成することができるレジスト組成物とすることができ、レジストパターンと基板との密着性を確保することができる。
<その他の成分(以下「その他の成分(F)」という場合がある)>
本発明のレジスト組成物は、必要に応じて、その他の成分(F)を含有していてもよい。その他の成分(F)に特に限定はなく、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、安定剤及び染料等が挙げられる。
その他の成分(F)を用いる場合、その含有量は、その他の成分(F)の種類に応じて適宜選択する。
<本発明のレジスト組成物の製造方法>
本発明のレジスト組成物は、樹脂(A1)、樹脂(A2)及び酸発生剤(B)及び溶剤(D)並びに、必要に応じて用いられるクエンチャー(C)、密着性向上剤(E)、その他の成分(F)を混合することにより調製できる。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、樹脂の種類や溶剤(D)への溶解度等に応じて、10〜40℃の範囲で適宜選択できる。混合時間は、混合温度に応じて、0.5〜24時間の範囲で適宜選択できる。混合手段は、攪拌混合等を用いることができる。各成分を混合した後は、孔径0.11〜50μm程度のフィルターを用いてろ過することが好ましい。
<レジストパターンの製造方法>
本発明のレジストパターンの製造方法は、
(1)本発明のレジスト組成物を基板に塗布する工程、
(2)塗布後のレジスト組成物を乾燥して組成物層を形成する工程、
(3)組成物層に露光する工程及び
(4)露光後の組成物層を現像する工程を含む。
工程(1)における本発明のレジスト組成物の基板上への塗布は、スピンコーター等、通常、当該分野で用いられている塗布装置によって行うことができる。基板としては、例えば、シリコンウェハ等が挙げられ、基板上には予め半導体素子(例えば、トランジスタ、ダイオード等)等が形成されていてもよい。本発明のレジスト組成物をパンブ形成に用いる場合、基板としては、さらに導電材料が積層されているものが好ましい。導電材料としては、金、銅、ニッケル、スズ、パラジウム及び銀からなる群より選ばれる少なくとも一種の金属、又は当該群より選ばれる少なくとも一種の金属を含む合金が挙げられ、好ましくは銅又は銅を含む合金が挙げられる。
これらの基板は予め洗浄してもよいし、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、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)では、塗布後の組成物を乾燥することにより、溶剤が除去され、基板上に組成物層が形成される。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乾燥(いわゆるプリベーク)、減圧装置を用いた減圧乾燥、或いはこれらの手段を組合せて行われる。この場合の温度は、50〜200℃程度であることが好ましい。また、圧力は、1〜1.0×10Pa程度であることが好ましい。
工程(2)で得られた組成物層の膜厚は、好ましくは3〜150μmであり、より好ましくは4〜100μmである。
工程(3)では、好ましくは露光機を用いて組成物層に露光する。この際、通常、求められるパターンに相当する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、製造しようとするレジストパターンの解像度に応じて選択すればよいが、波長345〜436nmの光を放射する光源が好ましく、g線(波長:436nm)、h線(波長:405nm)又はi線(波長:365nm)がより好ましい。
工程(3)の後、露光後の組成物層を加熱する工程(いわゆるポストエキスポジャーベーク)を加えてもよい。好ましくは、加熱装置により現像する工程である。加熱装置としては、ホットプレート等が挙げられる。加熱温度としては、通常、50〜200℃、好ましくは60〜120℃である。加熱時間としては、通常、40〜400秒、好ましくは50〜350秒である。
工程(4)は、好ましくは、露光後の組成物層を現像装置により現像する。前記加熱工程を行う場合は、加熱後の組成物層を現像する。現像には、通常、アルカリ現像液が利用される。該アルカリ現像液としては例えば、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)の水溶液等が挙げられる。
現像後、超純水等でリンス処理を行い、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。
<用途>
上述の樹脂(A1)と、樹脂(A2)と、酸発生剤(B)と、溶剤(D)とを含むレジスト組成物は、厚膜のレジストフィルムの製造に有用である。例えば、膜厚3〜150μmのレジストフィルムを製造するために有用である。
また、本発明のレジスト組成物はバンプの製造に有用である。バンプは、レジスト組成物を用いて製造する場合、通常、以下の手順より形成することができる。これにより、特に優れた形状のレジストパターンを製造できる。
まず、半導体素子等が形成されたウェハ上に、導電材料(シードメタル)を積層して導電層を形成する。その後、導電層上に本発明のレジスト組成物によりレジストパターンを形成する。次いで、レジストパターンを鋳型として、メッキにより電極材料(例えば、銅、ニッケル、はんだ等)を堆積させ、レジストパターンと、レジストパターンの下に残存する導電層をエッチング等により除去することにより、バンプを形成することができる。導電層を除去した後、必要に応じて、熱処理によって電極材料を溶融させたものをバンプとしてもよい。
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。
樹脂の重量平均分子量は、下記の分析条件で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。
装置:HLC−8120GPC型(東ソー(株)製)
カラム:TSKgel Multipore HXL-M x 3 + guardcolumn(東ソー(株)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(株)製)
合成例1[樹脂A1−1の合成]
ポリビニルフェノール(VP−8000;日本曹達(株)製)45部をメチルイソブチルケトン540部に溶解し、エバポレーターで濃縮した。還流冷却管、攪拌器、温度計を備えた四つ口フラスコに、濃縮後の樹脂溶液及びp−トルエンスルホン酸1水和物0.005部を仕込み、20〜25℃に保持したまま、シクロヘキシルビニルエーテル10.96部を15分間かけて滴下した。混合液を、同温度を保持したまま、3時間攪拌を継続した。その後、メチルイソブチルケトン21部で希釈し、イオン交換水425部で分液洗浄を4回行った。洗浄終了後の有機層を、エバポレーターを用いて110部まで濃縮した。これに、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート300部を加えて、再度濃縮を行い、樹脂A1−1の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125部(固形分39%)を得た。樹脂A1−1の重量平均分子量は1.57×10、シクロヘキシルオキシエトキシ基の導入率は21.0%であった。樹脂A1−1は、下記の構造単位を有する。
合成例2[樹脂A1−2の合成]
ポリビニルフェノール(VP−8000;日本曹達(株)製)45部をメチルイソブチルケトン540部に溶解し、エバポレーターで濃縮した。還流冷却管、攪拌器、温度計を備えた四つ口フラスコに、濃縮後の樹脂溶液及びp−トルエンスルホン酸1水和物0.005部を仕込み、20〜25℃に保持したまま、シクロヘキシルビニルエーテル15.69部を15分間かけて滴下した。混合液を、同温度を保持したまま、3時間攪拌を継続した。その後、メチルイソブチルケトン21部で希釈し、イオン交換水430部で分液洗浄を4回行った。洗浄終了後の有機層を、エバポレーターを用いて120部まで濃縮した。これ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340部を加えて、再度濃縮を行い、樹脂A1−2の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136部(固形分40%)を得た。樹脂A1−2の重量平均分子量は1.83×10、シクロヘキシルオキシエトキシ基の導入率は30.0%であった。樹脂A1−2は、下記の構造単位を有する。
合成例3[樹脂AXの合成]
ポリビニルフェノール(VP−15000;日本曹達(株)製)20部をメチルイソブチルケトン240部に溶解し、エバポレーターで濃縮した。還流冷却管、攪拌器、温度計を備えた四つ口フラスコに、濃縮後の樹脂溶液及びp−トルエンスルホン酸1水和物0.003部を仕込み、20〜25℃に保持したまま、エチルビニルエーテル5.05部を10分間かけて滴下した。混合液を、同温度を保持したまま、2時間攪拌を継続した。その後、メチルイソブチルケトン200部で希釈しイオン交換水で分液洗浄を5回行った。洗浄終了後の有機層を、エバポレーターを用いて45部まで濃縮を行った。これに、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート150部を加えて、再度濃縮を行い、樹脂A1−2の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78部(固形分29%)を得た。樹脂AXの重量平均分子量は2.21×10、エトキシエチル基の導入率は38.5%であった。樹脂AXは、下記の構造単位を有する。
合成例4[ノボラック樹脂:A2−1の合成]
攪拌器、還流冷却管、温度計を備えた四つ口フラスコに、2,5−キシレノール413.5部、サリチルアルデヒド103.4部、p−トルエンスルホン酸20.1部、メタノール826.9部を仕込み、還流状態まで昇温し、4時間保温した。冷却後メチルイソブチルケトン1320部を仕込み常圧で1075部留去した。そこにm−クレゾール762.7部と2−tert−ブチル−5−メチルフェノール29.0部を加え65℃まで昇温し、37%ホルマリン678部を滴下終了時に87℃になるように温調しながら1.5時間かけて滴下した。87℃で10時間保温し、メチルイソブチルケトン1115部を加え、イオン交換水で3回分液水洗を行った。得られた樹脂液にメチルイソブチルケトン500部を加えて全量が3435部になるまで減圧濃縮を行った。得られた樹脂液にメチルイソブチルケトン3796部とn−ヘプタン4990部を加え60℃に昇温して1時間攪拌した。その後、分液を行い下層の樹脂液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3500部で希釈し、濃縮を行い、ノボラック樹脂A2−1の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1690部(固形分43%)を得た。ノボラック樹脂A2−1の重量平均分子量は7×10であった。
合成例5[A3−1の合成]
還流冷却管、攪拌器、温度計を備えた四つ口フラスコに、ポリビニルフェノール(VP−8000;日本曹達(株)製)31部とアセトン118部を仕込み、撹拌し溶解した。さらに炭酸カリウム10.72部、ヨウ化イソプロピル4.69部及びイオン交換水2.14部加え、還流状態まで昇温し、18時間保温した。冷却後メチルイソブチルケトン59部で希釈し、2%シュウ酸水75部で3回洗浄した。その後、有機層をさらにメチルイソブチルケトン88部で希釈し、イオン交換水50部で5回洗浄した。得られた有機層を、エバポレーターを用いて61部まで濃縮を行った。その後、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート177部を加えて、再度濃縮を行い、樹脂A3−1の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76部(固形分44%)を得た。樹脂A3−1の重量平均分子量は1.28×10、イソプロピル基の導入率は12.1%であった。樹脂A3−1は、下記の構造単位を有する。
合成例6[A3−2の合成]
還流冷却管、攪拌器、温度計を備えた四つ口フラスコに、ポリビニルフェノール(VP−8000;日本曹達(株)製)29部とアセトン110部を仕込み、撹拌し溶解した。さらに炭酸カリウム16.69部、ヨウ化イソプロピル10.26部及びイオン交換水3.34部加え、還流状態まで昇温し、18時間保温した。冷却後メチルイソブチルケトン55部で希釈し、2%シュウ酸水73部で3回洗浄した。その後、有機層をさらにメチルイソブチルケトン82部で希釈し、イオン交換水46部で5回洗浄した。得られた有機層を、エバポレーターを用いて61部まで濃縮を行った。その後、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート165部を加えて、再度濃縮を行い、樹脂A3−2の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73部(固形分46%)を得た。樹脂A3−2の重量平均分子量は1.33×10、イソプロピル基の導入率は22.7%であった。樹脂A3−2は、下記の構造単位を有する。
実施例1〜5、比較例1〜2
(レジスト組成物の調製)
表1に示す成分の各々を該表に示す質量部で混合して溶剤に溶解させた後、孔径0.5μmのフッ素樹脂製フィルターでろ過して、レジスト組成物を調製した。
実施例及び比較例のレジスト組成物においては、さらに、界面活性剤として、ポリエーテル変性シリコーンオイル(トーレシリコーンSH8400;東レ・ダウコーニング(株)製)0.002部を添加した。
<樹脂>
A1−1:樹脂A1−1
A1−2:樹脂A1−2
A2−1:ノボラック樹脂A2−1
A3−1:酸不安定基を有さない樹脂A3−1
A3−2:酸不安定基を有さない樹脂A3−2
AX:樹脂AX
<酸発生剤>
B1:N−ヒドロキシナフタルイミドトリフラート(NAI−105;みどり化学(株)製)
B2:下記構造式;(PAI−101;みどり化学(株)製)
B3:下記構造式;(PAG−103;BASF製)
B4:商品名「SP−606」(ADEKA製)
B5:下記構造式;(PAG−121;(BASF製)
<クエンチャー>
C1:2,4,5−トリフェニルイミダゾール(東京化成工業(株)製)
<密着性向上剤>
E1:ビスムチオール(東京化成工業(株)製)
<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 18部
(レジストパターンの製造)
4インチのシリコンウェハ上に銅が蒸着された基板に上記のレジスト組成物をプリベーク後の膜厚が25μmとなるようにスピンコートした。
その後、ダイレクトホットプレートで、表1の「PB」欄に示す温度で180秒間プリベークして組成物層を形成した。
次いで、該組成物層に、i−線ステッパー〔NSR 1755i7A;(株)ニコン製、NA=0.5〕を用い、露光量を段階的に変化させて1:1ラインアンドスペースパターンを形成するためのマスクを介して露光した。
露光後、ホットプレートにて表1の「PEB」欄に示す温度で180秒間ポストエキスポジャーベークを行い、さらに2.38質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液で180秒間のパドル現像を行うことにより、レジストパターンを得た。
得られたレジストパターンを1800倍に拡大して走査型電子顕微鏡で観察し、線幅20μmのラインアンドスペースパターンのライン幅とスペース幅とが1:1となる露光量を実効感度とした。
形状評価:実効感度において得られた20μmのラインアンドスペースパターンを走査型電子顕微鏡で1800倍に拡大して観察し、図1(a)に示すように、トップ形状及び裾形状が矩形に近く良好なものを○、図1(b)に示すように、裾形状が丸いものを×として判断した。その結果を表2に示す。
解像度評価:実効感度において得られたレジストパターンを走査型電子顕微鏡で観察し、解像できたラインアンドスペースパターンの線幅の最小値を測定した。
PED安定性評価:上記のレジストパターン形成において、基板に形成された塗膜を露光し、24時間放置し、その後、表1の「PEB」欄に示す温度で60秒間ポストエキスポジャーベークを行い、さらに2.38質量%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うことにより、レジストパターンAを得た。また、対照として、露光後24時間放置する工程を省略した以外はレジストパターンAと同様にレジストパターンBを得た。この露光後引き置きしたレジストパターンについて、スペースパターンの中央部(厚み方向の高さの1/2の部位)の線幅の変化率が8.5%未満のものを◎、8.5%以上10%未満のものを○、10%以上及び解像していないものを×として判断した。
なお、変化率は以下の式により求めた値である。
上記の結果から、本発明のレジスト組成物によれば、優れた形状のレジストパターンが得られ、露光から加熱処理までの引き置き時間(PED)によるレジストパターン寸法変動を抑制できることがわかる。
本発明のレジスト組成物は、優れた形状のレジストパターンを製造することができる。

Claims (6)

  1. 式(I)で表される構造単位を含む樹脂、ノボラック樹脂であるアルカリ可溶性樹脂、酸発生剤、密着性向上剤(E)及び溶剤を含有するレジスト組成物。
    [式(I)中、
    i51は、水素原子又はメチル基を表す。
    i52及びRi53は、互いに独立に、水素原子又は炭素数1〜12の炭化水素基を表す。
    i54は、炭素数5〜20の脂環式炭化水素基を表す。
    i55は、炭素数1〜6のアルキル基又は炭素数1〜6のアルコキシ基を表す。
    pは、0〜4の整数を表す。pが2以上のとき、複数のRi55は互いに同一であっても異なっていてもよい。]
  2. 式(I)で表される構造単位を含む樹脂、アルカリ可溶性樹脂、前記式(I)で表される構造単位を含む樹脂及び前記アルカリ可溶性樹脂とは異なる、酸不安定基を有さない構造単位のみを含む樹脂、酸発生剤並びに溶剤を含有するレジスト組成物。
    [式(I)中、
    i51は、水素原子又はメチル基を表す。
    i52及びRi53は、互いに独立に、水素原子又は炭素数1〜12の炭化水素基を表す。
    i54は、炭素数5〜20の脂環式炭化水素基を表す。
    i55は、炭素数1〜6のアルキル基又は炭素数1〜6のアルコキシ基を表す。
    pは、0〜4の整数を表す。pが2以上のとき、複数のRi55は互いに同一であっても異なっていてもよい。]
  3. アルカリ可溶性樹脂がノボラック樹脂である請求項2記載のレジスト組成物。
  4. 酸発生剤が、式(B1)で表される基を有する化合物である請求項1〜3のいずれか記載のレジスト組成物。
    [式(B1)中、
    b1は、フッ素原子を有してもよい炭素数1〜18の炭化水素基を表し、該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換されてもよい。]
  5. 密着性向上剤(E)を含有する請求項2、請求項3、請求項2を引用する請求項4又は請求項3を引用する請求項4記載のレジスト組成物。
  6. (1)請求項1〜5のいずれか記載のレジスト組成物を基板に塗布する工程、
    (2)塗布後のレジスト組成物を乾燥させて組成物層を形成する工程、
    (3)組成物層に露光する工程、
    (4)露光後の組成物層を現像する工程、を含むレジストパターンの製造方法。
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