JP7316022B2 - レジスト組成物及びレジストパターンの製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、レジスト組成物及びレジストパターンの製造方法に関する。
高集積化が進む半導体の製造には、遠紫外線リソグラフィーによって形成されたレジストパターンが利用されている。このようなレジストパターンの製造方法としては、例えば、特許文献1に、酸不安定基を有する構造単位を含む樹脂として下記式で表される樹脂(仕込み時の導入率を記載)及び酸発生剤を含有するレジスト組成物を基板上に塗布し、液浸媒体を介して露光し、加熱し、酢酸ブチルを用いて現像することによりレジストパターンを製造する方法が記載されている。
Figure 0007316022000001
特開2014-115631号公報
従来から知られる上記のレジストパターンの製造方法では、残膜率、CD均一性(CDU)及びスカム(残渣)が必ずしも十分に満足できるものではなかった。
本発明は、以下の発明を含む。
〔1〕(1)酸不安定基を有する構造単位を含む樹脂及び酸発生剤を含有するレジスト組成物を基板上に塗布する工程、
(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加熱する工程及び
(5)加熱後の組成物層を、酢酸ブチルを含む現像液により現像する工程
を含むレジストパターンの製造方法であって、
前記樹脂は、下記式(1)で表される、酢酸ブチルに対するハンセン溶解度パラメータに基づく溶解指標(R)が、3.3以上4.3以下であり、かつ、
塗布後のレジスト組成物を乾燥させて得られた組成物層を基準に、現像工程後のレジストパターンの残膜率を65%以上とするレジストパターンの製造方法。
R=(4(δd-15.8)+(δp-3.7)+(δh-6.3)1/2 (1)
(式(1)中、
δdは、ハンセン溶解度パラメータにおける分散項を示し、
δpは、ハンセン溶解度パラメータにおける極性項を示し、
δhは、ハンセン溶解度パラメータにおける水素結合項を示す。)
〔2〕酸不安定基を有する構造単位を含む樹脂及び酸発生剤を含有し、
前記樹脂は、下記式(1)で示される、酢酸ブチルに対するハンセン溶解度パラメータに基づく溶解指標(R)が3.3以上4.3以下であり、かつ、
現像工程前の組成物層を基準に、現像工程後のレジストパターンの残膜率が65%以上を示すレジスト組成物。
R=(4(δd-15.8)+(δp-3.7)+(δh-6.3)1/2 (1)
(式(1)中、
δdは、ハンセン溶解度パラメータにおける分散項を示し、
δpは、ハンセン溶解度パラメータにおける極性項を示し、
δhは、ハンセン溶解度パラメータにおける水素結合項を示す。)
〔3〕溶解指標(R)が、3.6以上4.0以下である〔2〕記載のレジスト組成物。
〔4〕酸不安定基を有する構造単位を含む樹脂が、式(a1-0)及び式(a1-2)で表される構造単位からなる群より選ばれる少なくとも1種を有し、かつ、式(a1-0)及び式(a1-2)で表される構造単位の割合が、酸不安定基を有する構造単位の全構造単位の合計に対して30モル%以上である〔2〕又は〔3〕記載のレジスト組成物。
Figure 0007316022000002
[式(a1-0)及び式(a1-2)中、
a01及びLa2は、それぞれ独立に、-O-又は-O-(CHk1-CO-O-を表し、k1は1~7のいずれかの整数を表し、*は-CO-との結合手を表す。
a01及びRa5は、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基を表す。
a02、Ra03及びRa04は、それぞれ独立に、炭素数1~8のアルキル基、炭素数3~18の脂環式炭化水素基又はこれらを組み合わせた基を表す。
a7は、炭素数1~8のアルキル基、炭素数3~18の脂環式炭化水素基又はこれらを組合せることにより形成される基を表す。
n1は0~10のいずれかの整数を表す。
n1’は0~3のいずれかの整数を表す。]
〔5〕樹脂が、さらに、ラクトン環を有し、かつ酸不安定基を有さない構造単位を含む〔2〕~〔4〕のいずれか記載のレジスト組成物。
〔6〕ラクトン環を有し、かつ酸不安定基を有さない構造単位が、式(a3-4)で表される構造単位である〔5〕記載のレジスト組成物。
Figure 0007316022000003
[式(a3-4)中、
a24は、ハロゲン原子を有してもよい炭素数1~6のアルキル基、水素原子又はハロゲン原子を表す。
a7は、-O-、-O-La8-O-、-O-La8-CO-O-、-O-La8-CO-O-La9-CO-O-又は-O-La8-O-CO-La9-O-を表す。
*は-CO-との結合手を表す。
a8及びLa9は、互いに独立に、炭素数1~6のアルカンジイル基を表す。
a25は、カルボキシ基、シアノ基又は炭素数1~4の脂肪族炭化水素基を表す。
w1は、0~8のいずれかの整数を表す。w1が2以上のとき、複数のRa25は互いに同一であってもよく、異なってもよい。]
〔7〕式(a3-4)で表される構造単位の含有率が、酸不安定基を有する構造単位を含む樹脂における全構造単位の合計に対して35モル%以上である〔6〕記載のレジスト組成物。
〔8〕樹脂が、さらに、ヒドロキシ基を有する構造単位を含む〔2〕~〔7〕のいずれか記載のレジスト組成物。
〔9〕酸発生剤が、式(B1)で表される酸発生剤である〔2〕~〔8〕のいずれか記載のレジスト組成物。
Figure 0007316022000004
[式(B1)中、
及びQは、それぞれ独立に、フッ素原子又は炭素数1~6のペルフルオロアルキル基を表す。
b1は、炭素数1~24の2価の飽和炭化水素基を表し、該2価の飽和炭化水素基に含まれる-CH-は-O-又は-CO-に置き換わっていてもよく、該2価の飽和炭化水素基に含まれる水素原子はフッ素原子又はヒドロキシ基で置換されていてもよい。
Yは、置換基を有していてもよいメチル基又は置換基を有していてもよい炭素数3~18の1価の脂環式炭化水素基を表し、該1価の脂環式炭化水素基に含まれる-CH-は-O-、-SO-又は-CO-に置き換わっていてもよい。
は、有機カチオンを表す。]
〔10〕さらに、フッ素原子を有する構造単位を含む樹脂を含有する〔2〕~〔9〕のいずれか記載のレジスト組成物。
〔11〕酸発生剤から発生する酸よりも酸性度の弱い酸を発生する塩をさらに含有する〔2〕~〔10〕のいずれか記載のレジスト組成物。
本発明の製造方法によれば、スカム(残渣)がなく、優れたCD均一性(CDU)で、レジストパターンを得ることができる。
本明細書において「(メタ)アクリル系モノマー」とは、分子内に「CH2=CH-CO-」を有するモノマー及び「CH2=C(CH3)-CO-」を有するモノマーの少なくとも一種を意味する。同様に「(メタ)アクリレート」及び「(メタ)アクリル酸」とは、それぞれ「アクリレート及びメタクリレートの少なくとも一種」及び「アクリル酸及びメタクリル酸の少なくとも一種」を意味する。
〔レジストパターンの製造方法〕
本発明のレジストパターンの製造方法は、
(1)酸不安定基を有する構造単位を含む樹脂及び酸発生剤を含有するレジスト組成物を基板上に塗布する工程(以下「工程(1)」という場合がある。);
(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(以下「工程(2)」という場合がある。);
(3)組成物層に露光する工程(以下「工程(3)」という場合がある。);
(4)露光後の組成物層を加熱する工程(以下「工程(4)」という場合がある。);
(5)加熱後の組成物層を、酢酸ブチルを含む現像液により現像する工程(以下「工程(5)」という場合がある。)を含む。
<レジスト組成物>
本発明のレジスト組成物(以下、単に「レジスト組成物」という)は、酸不安定基を有する構造単位を含む樹脂(以下「樹脂(A)」という場合がある。)及び酸発生剤(以下「酸発生剤(B)]という場合がある)を含有する。
レジスト組成物は、さらに、樹脂(A)以外の樹脂(以下、樹脂(X)という場合がある)を含有していることが好ましく、酸発生剤から発生する酸よりも酸性度の弱い酸を発生する塩等のクエンチャー(以下「クエンチャー(C)」という場合がある)及び/又は溶剤(以下「溶剤(E)」という場合がある)を含有することがより好ましい。
レジスト組成物に含有される樹脂(A)は、下記式(1)で示される酢酸ブチルに対するハンセン溶解度パラメータに基づく溶解指標(R)が、3.3以上4.3以下である酸不安定基を有する構造単位を含む樹脂であることが好ましい。また、レジスト組成物は、基体上への塗布後のレジスト組成物を乾燥させて得られた組成物層を基準に、現像工程後のレジストパターンの残膜率が65%以上を示すものが好ましい。
<ハンセン溶解度パラメータ>
本発明では、レジスト組成物に含有される樹脂を、酢酸ブチルに対して、ある特定の範囲の溶解指数(R)を示す(3.3以上4.3以下)ものとして選択し、その選択において、ハンセン溶解度パラメータ(Hansen solubility parameters)を用いた。
ハンセン溶解度パラメータは、物質の溶解度を3つの成分(分散項δd,極性項δp,水素結合項δh)に分割し、3次元空間に表したものである。分散項δdは分散力のよる効果、極性項δpは双極子間力による効果、水素結合項δhは水素結合力の効果を示す。
なお、ハンセン溶解度パラメータの定義と計算は、Charles M.Hansen著、Hansen Solubility Parameters: A Users Handbook (CRCプレス,2007年)に記載されている。
また、コンピュータソフトウエア Hansen Solubility Parameters in Practice(HSPiP)を用いることにより、文献値等が知られていない媒体に関しても、その化学構造から簡便にハンセン溶解度パラメータを推算することができる。
本願においては、データベースに登録されている酢酸ブチル及びモノマーに関しては、その値を使用し、登録されていない溶媒及びモノマーに関しては、HSPiPバージョン4.1を利用した推算値を用いることにより、δd、δp、δhを求めた。
樹脂のδd、δp、又はδhは、樹脂に含まれる各構成単位に由来するモノマーのδd、δp、又はδhに、該モノマーの含有率を乗じて合算した数値として求めた。
一般に、特定の樹脂のハンセン溶解度パラメータは、その樹脂のサンプルをハンセン溶解度パラメータが確定している数多くの異なる溶媒に溶解させて溶解度を測る溶解度試験によって決定され得る。具体的には、上記溶解度試験に用いた溶媒のうちその樹脂を溶解した溶媒の3次元上の点をすべて球の内側に内包し、溶解しない溶媒の点は球の外側になるような球(溶解度球)を探し出し、その球の中心座標を、その樹脂のハンセン溶解度パラメータとする。
例えば、上記樹脂のハンセン溶解度パラメータの測定に用いられなかったある別の溶媒のハンセン溶解度パラメータが(δd,δp,δh)であった場合、その座標で示される点が上記ポリマーの溶解度球の内側に内包されれば、その溶媒は、上記ポリマーを溶解すると考えられる。一方、その座標点が上記ポリマーの溶解度球の外側にあれば、この溶媒は上記樹脂を溶解することができないと考えられる。
本発明においては、上記ハンセン溶解度パラメータを利用して、現像液に使用される酢酸ブチルを基準として、つまり、そのハンセン溶解度パラメータである座標(15.8,3.7,6.3)を基準として、そこから一定の距離にある樹脂を、適度に酢酸ブチルに溶解する樹脂として使用することができる。
すなわち、ハンセン溶解度パラメータに基づく、下記式(1)で示される酢酸ブチルからの溶解パラメータ距離Rを樹脂(A)の溶解指標(以下、「溶解指標(R)」という場合がある。)とした。
R=(4×(δd-15.8)+(δp-3.7)+(δh-6.3)1/2 (1)
(式(1)中、
δdは、ハンセン溶解度パラメータにおける分散項を示し、
δpは、ハンセン溶解度パラメータにおける極性項を示し、
δhは、ハンセン溶解度パラメータにおける水素結合項を示す。)
なお、酢酸ブチルのハンセン溶解度パラメータ(分散項、極性項、水素結合項)を、それぞれ15.8(MPa)1/2、3.7(MPa)1/2、6.3(MPa)1/2とした。
本発明で用いられる樹脂(A)は、溶解指標(R)が、3.3以上4.3以下であることが好ましく、3.6以上4.0以下であることがさらに好ましく、3.7以上3.9以下であることがより一層好ましい。溶解指標(R)が、この範囲に入る樹脂(A)は、スカム(残渣)がないレジストパターンを得ることができる。
<樹脂(A)>
樹脂(A)は、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)を含む樹脂であり、酸の作用により分解し、酢酸ブチルへの溶解性が減少する特性を有することが好ましい。ここで、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。
樹脂(A)は、さらに、構造単位(a1)以外の構造単位を含んでいることが好ましい。構造単位(a1)以外の構造単位としては、酸不安定基を有さない構造単位(以下「構造単位(s)」という場合がある)、その他の構造単位(以下「構造単位(t)」という場合がある)等が挙げられる。
<構造単位(a1)>
構造単位(a1)は、酸不安定基を有するモノマー(以下「モノマー(a1)」という場合がある)から導かれる。
樹脂(A)において、構造単位(a1)に含まれる酸不安定基としては、式(1)で表される基及び/又は式(2)で表される基が好ましい。
Figure 0007316022000005
[式(1)中、Ra1~Ra3は、それぞれ独立に、炭素数1~8のアルキル基、炭素数3~20の脂環式炭化水素基又はこれらを組合せた基を表すか、Ra1及びRa2は互いに結合してそれらが結合する炭素原子とともに炭素数3~20の2価の脂環式炭化水素基を形成する。
naは、0又は1を表す。
*は結合手を表す。]
Figure 0007316022000006
[式(2)中、Ra1’及びRa2’は、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数1~12の炭化水素基を表し、Ra3’は、炭素数1~20の炭化水素基を表すか、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Xとともに炭素数3~20の2価の複素環基を形成し、該炭化水素基及び該2価の複素環基に含まれる-CH-は、-O-又は-S-で置き換わってもよい。
Xは、酸素原子又は硫黄原子を表す。
*は結合手を表す。]
a1~Ra3の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。
a1~Ra3の脂環式炭化水素基としては、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。Ra1~Ra3の脂環式炭化水素基は、好ましくは炭素数3~16の脂環式炭化水素基である。
Figure 0007316022000007
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。
naは、好ましくは0である。
a1及びRa2が互いに結合して2価の脂環式炭化水素基を形成する場合の-C(Ra1)(Ra2)(Ra3)としては、下記の基が挙げられる。2価の脂環式炭化水素基は、好ましくは炭素数3~12である。*は-O-との結合手を表す。
Figure 0007316022000008
式(1)で表される基としては、1,1-ジアルキルアルコキシカルボニル基(式(1)中においてRa1~Ra3がアルキル基である基が挙げられ、好ましくはtert-ブトキシカルボニル基)、2-アルキルアダマンタン-2-イルオキシカルボニル基(式(1)中、Ra1、Ra2及びこれらが結合する炭素原子がアダマンチル基を形成し、Ra3がアルキル基である基)及び1-(アダマンタン-1-イル)-1-アルキルアルコキシカルボニル基(式(1)中、Ra1及びRa2がアルキル基であり、Ra3がアダマンチル基である基)等が挙げられる。
a1’~Ra3’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。
アルキル基及び脂環式炭化水素基は、上記と同様のものが挙げられる。
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-エチルフェニル基等のアリール基等が挙げられる。
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X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。
Figure 0007316022000009
a1’及びRa2’のうち、少なくとも1つ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、以下の基が挙げられる。*は結合手を表す。
Figure 0007316022000010
モノマー(a1)は、好ましくは、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、より好ましくは酸不安定基を有する(メタ)アクリル系モノマーである。
酸不安定基を有する(メタ)アクリル系モノマーのうち、好ましくは、炭素数5~20の脂環式炭化水素基を有するものが挙げられる。脂環式炭化水素基のような嵩高い構造を有するモノマー(a1)に由来する構造単位を有する樹脂(A)をレジスト組成物に使用すれば、レジストパターンの解像度を向上させることができる。
式(1)で表される基を有する(メタ)アクリル系モノマーに由来する構造単位として、式(a1-0)で表される構造単位、式(a1-1)で表される構造単位又は式(a1-2)で表される構造単位が挙げられ、好ましくは、式(a1-0)で表される構造単位又は式(a1-1)で表される構造単位である。これらは単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。本明細書では、式(a1-0)で表される構造単位、式(a1-1)で表される構造単位及び式(a1-2)で表される構造単位を、それぞれ構造単位(a1-0)、構造単位(a1-1)及び構造単位(a1-2)という場合がある。
Figure 0007316022000011
[式(a1-0)、式(a1-1)及び式(a1-2)中、
a01、La1及びLa2は、それぞれ独立に、-O-又は-O-(CHk1-CO-O-を表し、k1は1~7のいずれかの整数を表し、*は-CO-との結合手を表す。
a01、Ra4及びRa5は、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基を表す。
a02、Ra03及びRa04は、それぞれ独立に、炭素数1~8のアルキル基、炭素数3~18の脂環式炭化水素基又はこれらを組み合わせた基を表す。
a6及びRa7は、それぞれ独立に、炭素数1~8のアルキル基、炭素数3~18の脂環式炭化水素基又はこれらを組合せることにより形成される基を表す。
m1は0~14のいずれかの整数を表す。
n1は0~10のいずれかの整数を表す。
n1’は0~3のいずれかの整数を表す。]
a01、La1及びLa2は、好ましくは酸素原子又は-O-(CHk01-CO-O-であり(但し、k01は、好ましくは1~4のいずれかの整数、より好ましくは1である。)、より好ましくは酸素原子である。
a4及びRa5は、好ましくはメチル基である。
a02、Ra03、Ra04、Ra6及びRa7のアルキル基、脂環式炭化水素基及びこれらを組合せた基としては、式(1)のRa1~Ra3で挙げた基と同様の基が挙げられる。
a02、Ra03、Ra04、Ra6及びRa7のアルキル基の炭素数は、好ましくは1~6であり、より好ましくはメチル基又はエチル基である。
a02、Ra03、Ra04、Ra6及びRa7の脂環式炭化水素基の炭素数は、好ましくは3~8であり、より好ましくは3~6である。
アルキル基と脂環式炭化水素基とを組合せた基は、これらアルキル基と脂環式炭化水素基とを組合せた合計炭素数が4~18であることが好ましい。このような基としては、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、メチルアダマンチル基、シクロヘキシルメチル基、メチルシクロへキシルメチル基、アダマンチルメチル基、ノルボルニルメチル基等が挙げられる。
a04は、好ましくは炭素数1~6のアルキル基又は炭素数5~12の脂環式炭化水素基であり、より好ましくはメチル基、エチル基、シクロヘキシル基又はアダマンチル基である。
m1は、好ましくは0~3のいずれかの整数であり、より好ましくは0又は1である。
n1は、好ましくは0~3のいずれかの整数であり、より好ましくは0又は1である。
n1’は好ましくは0又は1である。
構造単位(a1-0)としては、例えば、式(a1-0-1)~式(a1-0-12)のいずれかで表される構造単位及びRa01に相当するメチル基が水素原子に置き換わった構造単位が挙げられ、式(a1-0-1)~式(a1-0-6)、式(a1-0-8)~式(a1-0-9)のいずれかで表される構造単位が好ましい。
Figure 0007316022000012
構造単位(a1-1)としては、例えば、特開2010-204646号公報に記載されたモノマーに由来する構造単位が挙げられる。中でも、式(a1-1-1)~式(a1-1-4)のいずれかで表される構造単位が好ましい。
Figure 0007316022000013
構造単位(a1-2)としては、好ましくは式(a1-2-1)~式(a1-2-6)のいずれかで表される構造単位が挙げられ、より好ましくは式(a1-2-2)及び式(a1-2-5)で表される構造単位が好ましい。
Figure 0007316022000014
上記の構造単位において、Ra01、Ra4、Ra5に相当するメチル基が水素原子に置き換わった構造単位も、上記構造単位の具体例として挙げられる。
樹脂(A)が、構造単位(a1-0)及び構造単位(a1-2)からなる群から選ばれる少なくとも1種を含有する場合、その合計含有率は、構造単位(a1)の全構造単位の合計に対して、30~100モル%であることが好ましく、50~100モル%であることがより好ましい。
樹脂(A)が、構造単位(a1-1)を含有する場合、その含有率は、樹脂(A)を構成する構造単位の全構造単位に対して35モル%以下であることが好ましい。
樹脂(A)が構造単位(a1-0)及び/又は構造単位(a1-1)及び/又は構造単位(a1-2)を含む場合、その合計含有率は、構造単位(a1)の全構造単位の合計に対して、30~100モル%であることが好ましく、50~100モル%であることがより好ましい。
構造単位(a1)としては、以下の構造単位等が挙げられる。
Figure 0007316022000015
樹脂(A)が式(a1-3-1)~式(a1-3-7)で表されるいずれかの構造単位を含む場合、その含有率は、樹脂(A)の全構造単位に対して、10~95モル%が好ましく、15~90モル%がより好ましく、20~85モル%がさらに好ましく、20~65モル%が一層好ましい。
式(2)で表される基を有する(メタ)アクリル系モノマーに由来する構造単位としては、式(a1-5)で表される構造単位(以下「構造単位(a1-5)」という場合がある)も挙げられる。
Figure 0007316022000016
[式(a1-5)中、
a8は、ハロゲン原子を有してもよい炭素数1~6のアルキル基、水素原子又はハロゲン原子を表す。
a1は、単結合又は*-(CHh3-CO-L54-を表し、h3は1~4のいずれかの整数を表し、*は、L51との結合手を表す。
51、L52、L53及びL54は、それぞれ独立に、-O-又は-S-を表す。
s1は、1~3のいずれかの整数を表す。
s1’は、0~3のいずれかの整数を表す。]
ハロゲン原子としては、フッ素原子及び塩素原子が挙げられ、好ましくはフッ素原子が挙げられる。ハロゲン原子を有してもよい炭素数1~6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、ヘプチル基、オクチル基、フルオロメチル基及びトリフルオロメチル基が挙げられる。
式(a1-5)においては、Ra8は、水素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基であることが好ましい。
51は、酸素原子であることが好ましい。
52及びL53のうち、一方が-O-であり、他方が-S-であることが好ましい。
s1は、1であることが好ましい。
s1’は、0~2のいずれかの整数であることが好ましい。
a1は、単結合又は*-CH-CO-O-であることが好ましい。
構造単位(a1-5)を導くモノマーとしては、例えば、特開2010-61117号公報に記載されたモノマーが挙げられる。中でも、式(a1-5-1)~式(a1-5-4)でそれぞれ表されるモノマーが好ましく、式(a1-5-1)又は式(a1-5-2)で表されるモノマーがより好ましい。
Figure 0007316022000017
樹脂(A)が、構造単位(a1-5)を有する場合、その含有率は、樹脂(A)の全構造単位の合計に対して、1~50モル%であることが好ましく、3~45モル%であることがより好ましく、5~40モル%であることがさらに好ましい。
さらに、式(2)で表される基を有する構造単位(a1)(以下、「構造単位(a1-4)」という場合がある。)としては、以下の構造単位が挙げられる。
Figure 0007316022000018
[式(a1-4)中、
a32は、水素原子、ハロゲン原子、又は、ハロゲン原子を有してもよい炭素数1~6のアルキル基を表す。
a33は、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、炭素数1~6のアルキル基、炭素数1~6のアルコキシ基、炭素数2~4のアルキルカルボニル基、炭素数2~4のアルキルカルボニルオキシ基、アクリロイルオキシ基又はメタクリロイルオキシ基を表す。
laは0~4のいずれかの整数を表す。laが2以上である場合、複数のRa33は互いに同一であっても異なってもよい。
a34及びRa35はそれぞれ独立に、水素原子又は炭素数1~12の炭化水素基を表し、Ra36は、炭素数1~20の炭化水素基を表すか、Ra35及びRa36は互いに結合してそれらが結合する-C-O-とともに炭素数2~20の2価の炭化水素基を形成し、該炭化水素基及び該2価の炭化水素基に含まれる-CH2-は、-O-又は-S-で置き換わってもよい。]
構造単位(a1-4)としては、例えば、特開2010-204646号公報に記載されたモノマー由来の構造単位が挙げられる。好ましくは、式(a1-4-1)~式(a1-4-8)でそれぞれ表される構造単位及び式(a1-4)中のRa32に相当する水素原子がメチル基に置き換わった構造単位が挙げられ、より好ましくは、式(a1-4-1)~式(a1-4-5)でそれぞれ表される構造単位が挙げられる。
Figure 0007316022000019
樹脂(A)が上記構造単位を含む場合、その含有率は、樹脂(A)の全構造単位に対して、10~95モル%が好ましく、15~90モル%がより好ましく、20~85モル%がさらに好ましく、35~65モル%が一層好ましい。
〈構造単位(s)〉
構造単位(s)は、酸不安定基を有さないモノマー(以下「モノマー(s)」という場合がある)から導かれる。モノマー(s)としては、レジスト分野で公知の酸不安定基を有さないモノマーを使用できる。
構造単位(s)としては、ヒドロキシ基又はラクトン環を有するのが好ましい。ヒドロキシ基を有し、かつ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)及び/又はラクトン環を有し、かつ酸不安定基を有さない構造単位(以下「構造単位(a3)」という場合がある)を有する樹脂を本発明のレジスト組成物に使用すれば、レジストパターンの解像度及び基板との密着性を向上させることができる。
〈構造単位(a2)〉
構造単位(a2)が有するヒドロキシ基は、アルコール性ヒドロキシ基でも、フェノール性ヒドロキシ基でもよい。
本発明のレジスト組成物からレジストパターンを製造するとき、露光光源としてKrFエキシマレーザ(248nm)、電子線又はEUV(超紫外光)等の高エネルギー線を用いる場合には、構造単位(a2)として、フェノール性ヒドロキシ基を有する構造単位(a2)を用いることが好ましい。また、ArFエキシマレーザ(193nm)等を用いる場合には、構造単位(a2)として、アルコール性ヒドロキシ基を有する構造単位(a2)が好ましい。構造単位(a2)としては、1種を単独で含んでいてもよく、2種以上を含んでいてもよい。
樹脂(A)が、フェノール性ヒドロキシ基を有する構造単位(a2)を有する場合、その含有率は、樹脂(A)の全構造単位の合計に対して、5~95モル%であることが好ましく、10~80モル%であることがより好ましく、15~80モル%であることがさらに好ましく、35~65モル%が一層好ましい。
アルコール性ヒドロキシ基を有する構造単位(a2)としては、式(a2-1)で表される構造単位(以下「構造単位(a2-1)」という場合がある。)が挙げられる。
Figure 0007316022000020
[式(a2-1)中、
a3は、-O-又は-O-(CHk2-CO-O-を表し、
k2は1~7のいずれかの整数を表す。*は-CO-との結合手を表す。
a14は、水素原子又はメチル基を表す。
a15及びRa16は、それぞれ独立に、水素原子、メチル基又はヒドロキシ基を表す。
o1は、0~10のいずれかの整数を表す。]
式(a2-1)では、La3は、好ましくは-O-、-O-(CHf1-CO-O-であり(前記f1は、1~4のいずれかの整数である)、より好ましくは-O-である。
a14は、好ましくはメチル基である。
a15は、好ましくは水素原子である。
a16は、好ましくは水素原子又はヒドロキシ基、より好ましくはヒドロキシ基である。
o1は、好ましくは0~3のいずれかの整数であり、より好ましくは0又は1である。
構造単位(a2-1)としては、例えば、特開2010-204646号公報に記載されたモノマーから誘導される構造単位が挙げられ、好ましくは、式(a2-1-1)~式(a2-1-3)のいずれかで表される構造単位が挙げられ、より好ましくは式(a2-1-1)~式(a2-1-2)のいずれかで表される構造単位が挙げられる。
Figure 0007316022000021
上記構造単位においては、式(a2-1)中のRa14に相当するメチル基が水素原子に置き換わった化合物も、上記構造単位の具体例として挙げられる。
樹脂(A)が構造単位(a2-1)を含む場合、その含有率は、樹脂(A)の全構造単位の合計に対して、通常1~45モル%であり、好ましくは1~40モル%であり、より好ましくは1~35モル%であり、さらに好ましくは2~20モル%である。
〈構造単位(a3)〉
本発明の樹脂(A)は、構造単位(a1)に加えて、さらに、構造単位(a3)を有することが好ましい。
構造単位(a3)が有するラクトン環は、β-プロピオラクトン環、γ-ブチロラクトン環、δ-バレロラクトン環のような単環でもよく、単環式のラクトン環と他の環との縮合環でもよい。好ましくは、γ-ブチロラクトン環、アダマンタンラクトン環又はγ-ブチロラクトン環構造を含む橋かけ環が挙げられる。
構造単位(a3)は、好ましくは式(a3-1)、式(a3-2)、式(a3-3)又は式(a3-4)で表される構造単位である。これらの1種を単独で含有してもよく、2種以上を含有してもよい。
Figure 0007316022000022
[式(a3-1)、式(a3-2)、式(a3-3)及び式(a3-4)中、
a4、La5及びLa6は、-O-又は-O-(CHk3-CO-O-(k3は1~7のいずれかの整数を表す。)で表される基を表す。
a7は、-O-、-O-La8-O-、-O-La8-CO-O-、-O-La8-CO-O-La9-CO-O-又は-O-La8-O-CO-La9-O-を表す。
a8及びLa9は、互いに独立に、炭素数1~6のアルカンジイル基を表す。
*はカルボニル基との結合手を表す。
a18、Ra19及びRa20は、水素原子又はメチル基を表す。
a24は、ハロゲン原子を有してもよい炭素数1~6のアルキル基、水素原子又はハロゲン原子を表す。
a21は炭素数1~4の脂肪族炭化水素基を表す。
a22、Ra23及びRa25は、カルボキシ基、シアノ基又は炭素数1~4の脂肪族炭化水素基を表す。
p1は0~5のいずれかの整数を表す。
q1は、0~3のいずれかの整数を表す。
r1は、0~3のいずれかの整数を表す。
w1は、0~8のいずれかの整数を表す。
p1、q1、r1及び/又はw1が2以上のとき、複数のRa21、Ra22、Ra23及び/又はRa25は互いに同一であってもよく、異なってもよい。]
a21、Ra22及びRa23の炭素数1~4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、イソプロピル基、n-ブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基等が挙げられる。
a24の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。
a24の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-ペンチル基及びn-ヘキシル基等が挙げられ、好ましくは炭素数1~4のアルキル基が挙げられ、より好ましくはメチル基又はエチル基が挙げられる。
a24のハロゲン原子を有するアルキル基としては、トリフルオロメチル基、ペルフルオロエチル基、ペルフルオロプロピル基、ペルフルオロイソプロピル基、ペルフルオロブチル基、ペルフルオロsec-ブチル基、ペルフルオロtert-ブチル基、ペルフルオロペンチル基、ペルフルオロヘキシル基、トリクロロメチル基、トリブロモメチル基、トリヨードメチル基等が挙げられる。
a8及びLa9のアルカンジイル基としては、メチレン基、エチレン基、プロパン-1,3-ジイル基、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、ブタン-1,3-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-ジイル基及び2-メチルブタン-1,4-ジイル基等が挙げられる。
式(a3-1)~式(a3-4)において、
a4~La6は、それぞれ独立に、好ましくは-O-又は、k3が1~4のいずれかの整数である*-O-(CHk3-CO-O-で表される基であり、より好ましくは-O-及び、*-O-CH-CO-O-であり、さらに好ましくは酸素原子である。
a7は、好ましくは-O-又は-O-La8-CO-O-であり、より好ましくは-O-、-O-CH-CO-O-又は-O-C-CO-O-である。
a18~Ra21は、好ましくはメチル基である。
a24は、好ましくは水素原子又は炭素数1~4のアルキル基であり、より好ましくは水素原子、メチル基又はエチル基であり、さらに好ましくは水素原子又はメチル基である。
a22、Ra23及びRa25は、それぞれ独立に、好ましくはカルボキシ基、シアノ基又はメチル基である。
p1、q1、r1及びw1は、それぞれ独立に、好ましくは0~2のいずれかの整数であり、より好ましくは0又は1である。
式(a3-4)は、式(a3-4)’が特に好ましい。
Figure 0007316022000023
(式中、Ra24、La7は、上記と同じ意味を表す。)
構造単位(a3)を導くモノマーとしては、特開2010-204646号公報に記載されたモノマー、特開2000-122294号公報に記載されたモノマー、特開2012-41274号公報に記載されたモノマーが挙げられる。構造単位(a3)としては、以下のいずれかで表される構造単位が好ましく、式(a3-1-1)、式(a3-2-3)及び式(a3-4-1)~式(a3-4-12)のいずれかで表される構造単位がより好ましく、式(a3-4-1)~式(a3-4-12)のいずれかで表される構造単位がさらに好ましく、式(a3-4-1)~式(a3-4-6)のいずれかで表される構造単位がさらにより好ましい。
Figure 0007316022000024
Figure 0007316022000025
上記構造単位においては、Ra18、Ra19、Ra20及びRa24に相当するメチル基が水素原子に置き換わった化合物も、構造単位(a3)の具体例として挙げられる。
樹脂(A)が構造単位(a3)を含む場合、その合計含有率は、樹脂(A)の全構造単位の合計に対して、通常5~70モル%であり、好ましくは10~65モル%であり、より好ましくは10~60モル%である。
また、構造単位(a3-1)、構造単位(a3-2)、構造単位(a3-3)又は構造単位(a3-4)の含有率は、それぞれ、樹脂(A)の全構造単位の合計に対して、5~70モル%であることが好ましく、5~60モル%であることがより好ましく、10~60モル%、20~60モル%、30~60モル%、35~60モル%又は40~55モル%であることがさらに好ましい。
レジスト組成物における樹脂(A)が前記の含有率で、式(a3-4)で表される構造単位を含有すると、良好な残膜率、良好なCD均一性(CDU)及びスカム(残渣)のないレジストパターンが得られやすい。
本発明の樹脂(A)は、さらに、上記以外の構造単位(以下「構造単位(t)」という場合がある)を有していてもよい。
〈構造単位(t)〉
構造単位(t)としては、ハロゲン原子を有していてもよい構造単位(以下、場合により「構造単位(a4)」という。)及び非脱離炭化水素基を有する構造単位(以下「構造単位(a5)」という場合がある)などが挙げられる。
構造単位(a4)としては、式(a4-0)で表される構造単位が挙げられる。
Figure 0007316022000026
[式(a4-0)中、
は、水素原子又はメチル基を表す。
は、単結合又は炭素数1~4の脂肪族飽和炭化水素基を表す。
は、炭素数1~8のペルフルオロアルカンジイル基又は炭素数3~12のペルフルオロシクロアルカンジイル基を表す。
は、水素原子又はフッ素原子を表す。]
の脂肪族飽和炭化水素基としては、炭素数1~4のアルカンジイル基が挙げられ、例えば、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-ジイル基等の直鎖状アルカンジイル基、直鎖状アルカンジイル基に、アルキル基(特に、メチル基、エチル基等)の側鎖を有したもの、エタン-1,1-ジイル基、プロパン-1,2-ジイル基、ブタン-1,3-ジイル基、2-メチルプロパン-1,3-ジイル基及び2-メチルプロパン-1,2-ジイル基等の分岐状アルカンジイル基が挙げられる。
のペルフルオロアルカンジイル基としては、ジフルオロメチレン基、ペルフルオロエチレン基、ペルフルオロエチルフルオロメチレン基、ペルフルオロプロパン-1,3-ジイル基、ペルフルオロプロパン-1,2-ジイル基、ペルフルオロプロパン-2,2-ジイル基、ペルフルオロブタン-1,4-ジイル基、ペルフルオロブタン-2,2-ジイル基、ペルフルオロブタン-1,2-ジイル基、ペルフルオロペンタン-1,5-ジイル基、ペルフルオロペンタン-2,2-ジイル基、ペルフルオロペンタン-3,3-ジイル基、ペルフルオロヘキサン-1,6-ジイル基、ペルフルオロヘキサン-2,2-ジイル基、ペルフルオロヘキサン-3,3-ジイル基、ペルフルオロヘプタン-1,7-ジイル基、ペルフルオロヘプタン-2,2-ジイル基、ペルフルオロヘプタン-3,4-ジイル基、ペルフルオロヘプタン-4,4-ジイル基、ペルフルオロオクタン-1,8-ジイル基、ペルフルオロオクタン-2,2-ジイル基、ペルフルオロオクタン-3,3-ジイル基、ペルフルオロオクタン-4,4-ジイル基等が挙げられる。
3のペルフルオロシクロアルカンジイル基としては、ペルフルオロシクロヘキサンジイル基、ペルフルオロシクロペンタンジイル基、ペルフルオロシクロヘプタンジイル基、ペルフルオロアダマンタンジイル基等が挙げられる。
は、好ましくは単結合、メチレン基又はエチレン基であり、より好ましくは単結合又はメチレン基である。
は、好ましくは炭素数1~6のペルフルオロアルカンジイル基であり、より好ましくは炭素数1~3のペルフルオロアルカンジイル基である。
構造単位(a4-0)としては、以下に示す構造単位が挙げられる。
Figure 0007316022000027
Figure 0007316022000028
上記の構造単位において、R5に相当するメチル基が水素原子に置き換わった構造単位も、構造単位(a4-0)の具体例として挙げることができる。
構造単位(a4)としては、式(a4-1)で表される構造単位が挙げられる。
Figure 0007316022000029
[式(a4-1)中、
a41は、水素原子又はメチル基を表す。
a42は、置換基を有していてもよい炭素数1~20の炭化水素基を表し、該炭化水素基に含まれる-CH-は、-O-又は-CO-に置き換わっていてもよい。
a41は、置換基を有していてもよい炭素数1~6のアルカンジイル基又は式(a-g1)で表される基を表す。]
Figure 0007316022000030
[式(a-g1)中、
sは0又は1を表す。
a42及びAa44は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい炭素数1~5の2価の脂肪族炭化水素基を表す。
a43は、単結合又は置換基を有していてもよい炭素数1~5の2価の脂肪族炭化水素基を表す。
a41及びXa42は、それぞれ独立に、-O-、-CO-、-CO-O-又は-O-CO-を表す。
ただし、Aa42、Aa43、Aa44、Xa41及びXa42の炭素数の合計は7以下である。
*で表される2つの結合手のうち、右側の*が-O-CO-Ra42との結合手である。]
a42の炭化水素基としては、鎖式及び環式の脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基、並びにこれらを組合せることにより形成される基が挙げられる。
鎖式及び環式の脂肪族炭化水素基は、炭素-炭素不飽和結合を有していてもよいが、鎖式及び環式の脂肪族飽和炭化水素基並びにこれらを組合せることにより形成される基が好ましい。該脂肪族飽和炭化水素基としては、直鎖又は分岐のアルキル基及び単環又は多環の脂環式炭化水素基、並びに、アルキル基及び脂環式炭化水素基を組み合わせることにより形成される脂肪族炭化水素基等が挙げられる。
鎖式の脂肪族炭化水素基としては、メチル基、エチル基、n-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、n-デシル基、n-ドデシル基、n-ペンタデシル基、n-ヘキサデシル基、n-ヘプタデシル基及びn-オクタデシル基が挙げられる。環式の脂肪族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;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。)等の多環式の脂環式炭化水素基が挙げられる。
Figure 0007316022000031
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、ビフェニリル基、フェナントリル基及びフルオレニル基が挙げられる。
a42の置換基としては、ハロゲン原子又は式(a-g3)で表される基が挙げられる。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、好ましくはフッ素原子が挙げられる。
Figure 0007316022000032
[式(a-g3)中、
a43は、酸素原子、カルボニル基、カルボニルオキシ基又はオキシカルボニル基を表す。
a45は、少なくとも1つのハロゲン原子を有する炭素数1~17の脂肪族炭化水素基を表す。
*は結合手を表す。]
a45の脂肪族炭化水素基としては、Ra42で例示したものと同様の基が挙げられる。
a42は、ハロゲン原子を有してもよい脂肪族炭化水素基であることが好ましく、ハロゲン原子を有するアルキル基及び/又は式(a-g3)で表される基を有する脂肪族炭化水素基であることがより好ましい。
a42がハロゲン原子を有する脂肪族炭化水素基である場合、Ra42は好ましくはフッ素原子を有する脂肪族炭化水素基であり、より好ましくはペルフルオロアルキル基又はペルフルオロシクロアルキル基であり、さらに好ましくは炭素数が1~6のペルフルオロアルキル基であり、特に好ましくは炭素数1~3のペルフルオロアルキル基である。ペルフルオロアルキル基としては、ペルフルオロメチル基、ペルフルオロエチル基、ペルフルオロプロピル基、ペルフルオロブチル基、ペルフルオロペンチル基、ペルフルオロヘキシル基、ペルフルオロヘプチル基及びペルフルオロオクチル基等が挙げられる。ペルフルオロシクロアルキル基としては、ペルフルオロシクロヘキシル基等が挙げられる。
a42が、式(a-g3)で表される基を有する脂肪族炭化水素基である場合、式(a-g3)で表される基に含まれる炭素数を含めて、脂肪族炭化水素基の総炭素数は、15以下が好ましく、12以下がより好ましい。式(a-g3)で表される基を置換基として有する場合、その数は1個が好ましい。
式(a-g3)で表される基のより好ましい構造は、以下の構造である。
Figure 0007316022000033
a41のアルカンジイル基としては、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-ジイル基等の直鎖状アルカンジイル基;プロパン-1,2-ジイル基、ブタン-1,3-ジイル基、2-メチルプロパン-1,2-ジイル基、1-メチルブタン-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が挙げられる。
a41のアルカンジイル基における置換基としては、ヒドロキシ基及び炭素数1~6のアルコキシ基等が挙げられる。
a41は、好ましくは炭素数1~4のアルカンジイル基であり、より好ましくは炭素数2~4のアルカンジイル基であり、さらに好ましくはエチレン基である。
基(a-g1)におけるAa42、Aa43及びAa44の脂肪族炭化水素基は、炭素-炭素不飽和結合を有していてもよいが、脂肪族飽和炭化水素基であることが好ましい。
該脂肪族飽和炭化水素基としては、アルキル基(当該アルキル基は直鎖でも分岐していてもよい)及び脂環式炭化水素基、並びに、アルキル基及び脂環式炭化水素基を組合せることにより形成される脂肪族炭化水素基等が挙げられる。具体的には、メチレン基、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、1-メチルプロパン-1,3-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-ジイル基等が挙げられる。
a42、Aa43及びAa44の脂肪族炭化水素基の置換基としては、ヒドロキシ基及び炭素数1~6のアルコキシ基等が挙げられる。
sは、0であることが好ましい。
a42が酸素原子、カルボニル基、カルボニルオキシ基又はオキシカルボニル基を表す基(a-g1)としては、以下の基等が挙げられる。以下の例示において、*及び**はそれぞれ結合手を表わし、**が-O-CO-Ra42との結合手である。
Figure 0007316022000034
式(a4-1)で表される構造単位としては、以下に記載の構成単位及びRa41に相当するメチル基が水素原子に置き換わった構造単位が挙げられる。
Figure 0007316022000035
Figure 0007316022000036
構造単位(a4)としては、式(a4-4)で表される構造単位であってもよい。
Figure 0007316022000037
[式(a4-4)中、
f21は、水素原子又はメチル基を表す。
f21は、-(CHj1-、-(CHj2-O-(CHj3-又は-(CHj4-CO-O-(CHj5-を表す。
j1~j5は、それぞれ独立に、1~6のいずれかの整数を表す。
f22は、フッ素原子を有する炭素数1~10の炭化水素基を表す。]
f22のフッ素原子を有する炭化水素基としては、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3~10の脂環式炭化水素基が挙げられる。具体的には、ジフルオロメチル基、トリフルオロメチル基、1,1-ジフルオロエチル基、2,2-ジフルオロエチル基、2,2,2-トリフルオロエチル基、ペルフルオロエチル基、1,1,2,2-テトラフルオロプロピル基、1,1,2,2,3,3-ヘキサフルオロプロピル基、ペルフルオロエチルメチル基、1-(トリフルオロメチル)-1,2,2,2-テトラフルオロエチル基、1-(トリフルオロメチル)-2,2,2-トリフルオロエチル基、ペルフルオロプロピル基、1,1,2,2-テトラフルオロブチル基、1,1,2,2,3,3-ヘキサフルオロブチル基、1,1,2,2,3,3,4,4-オクタフルオロブチル基、ペルフルオロブチル基、1,1-ビス(トリフルオロ)メチル-2,2,2-トリフルオロエチル基、2-(ペルフルオロプロピル)エチル基、1,1,2,2,3,3,4,4-オクタフルオロペンチル基、ペルフルオロペンチル基、1,1,2,2,3,3,4,4,5,5-デカフルオロペンチル基、1,1-ビス(トリフルオロメチル)-2,2,3,3,3-ペンタフルオロプロピル基、2-(ペルフルオロブチル)エチル基、1,1,2,2,3,3,4,4,5,5-デカフルオロヘキシル基、1,1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6-ドデカフルオロヘキシル基、ペルフルオロペンチルメチル基、ペルフルオロヘキシル基ペルフルオロシクロヘキシル基、ペルフルオロアダマンチル基等が挙げられる。フッ素原子を有する炭素数1~10のアルキル基であることが好ましく、フッ素原子を有する炭素数1~6のアルキル基であることがより好ましい。
式(a4-4)においては、Af21としては、-(CHj1-が好ましく、エチレン基又はメチレン基がより好ましく、メチレン基がさらに好ましい。
式(a4-4)で表される構造単位としては、例えば、以下の構造単位及びRf21に相当するメチル基が水素原子に置き換わった構造単位が挙げられる。
Figure 0007316022000038
樹脂(A)が、構造単位(a4)を有する場合、その含有率は、樹脂(A)の全構造単位の合計に対して、1~20モル%であることが好ましく、2~15モル%であることがより好ましく、3~10モル%であることがさらに好ましい。
<構造単位(a5)>
構造単位(a5)が有する非脱離炭化水素基としては、直鎖、分岐又は環状の炭化水素基が挙げられる。なかでも、構造単位(a5)は、脂環式炭化水素基を有する基であることが好ましい。
構造単位(a5)としては、例えば、式(a5-1)で表される構造単位が挙げられる。
Figure 0007316022000039
[式(a5-1)中、
51は、水素原子又はメチル基を表す。
52は、炭素数3~18の脂環式炭化水素基を表し、該脂環式炭化水素基に含まれる水素原子は炭素数1~8の脂肪族炭化水素基又はヒドロキシ基で置換されていてもよい。
但し、L55との結合位置にある炭素原子に結合する水素原子は、炭素数1~8の脂肪族炭化水素基で置換されない。
55は、単結合又は炭素数1~18の2価の飽和炭化水素基を表し、該飽和炭化水素基に含まれるメチレン基は、酸素原子又はカルボニル基に置き換わっていてもよい。]
52の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、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基及びシクロヘキシル基が挙げられる。多環式の脂環式炭化水素基としては、例えば、アダマンチル基及びノルボルニル基等が挙げられる。
炭素数1~8の脂肪族炭化水素基としては、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基及び2-エチルヘキシル基等のアルキル基が挙げられる。
置換基を有した脂環式炭化水素基としては、3-ヒドロキシアダマンチル基、3-メチルアダマンチル基などが挙げられる。
52は、好ましくは無置換の炭素数3~18の脂環式炭化水素基であり、より好ましくはアダマンチル基、ノルボルニル基又はシクロヘキシル基である。
55の2価の飽和炭化水素基としては、2価の脂肪族飽和炭化水素基及び2価の脂環式飽和炭化水素基が挙げられ、好ましくは2価の脂肪族飽和炭化水素基が挙げられる。
2価の脂肪族飽和炭化水素基としては、例えば、メチレン基、エチレン基、プロパンジイル基、ブタンジイル基及びペンタンジイル基等のアルカンジイル基が挙げられる。
2価の脂環式飽和炭化水素基は、単環式及び多環式のいずれでもよい。単環式の脂環式飽和炭化水素基としては、シクロペンタンジイル基及びシクロヘキサンジイル基等のシクロアルカンジイル基が挙げられる。多環式の2価の脂環式飽和炭化水素基としては、アダマンタンジイル基及びノルボルナンジイル基等が挙げられる。
飽和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き換わった基としては、以下に記載の基が挙げられる。*は酸素原子との結合手を表す。
Figure 0007316022000040
Figure 0007316022000041
Figure 0007316022000042
Figure 0007316022000043
構造単位(a5-1)としては、以下のもの及びR51に相当するメチル基が水素原子に置き換わった構造単位が挙げられる。
樹脂(A)が、構造単位(a5)を有する場合、その含有率は、樹脂(A)の全構造単位の合計に対して、1~30モル%であることが好ましく、2~20モル%であることがより好ましく、3~15モル%であることがさらに好ましい。
樹脂(A)は、好ましくは構造単位(a1)からなる樹脂、構造単位(a1)と酸不安定基を有さない構造単位とからなる樹脂、構造単位(a1)と酸不安定基を有さない構造単位と構造単位(t)とからなる樹脂、であり、より好ましくは、構造単位(a1)と酸不安定基を有さない構造単位とからなる樹脂である。
構造単位(a1)は、好ましくは構造単位(a1-0)及び構造単位(a1-2)(好ましくはシクロヘキシル基、シクロペンチル基を有する該構造単位)から選ばれる少なくとも一種である。
酸不安定基を有さない構造単位は、好ましくは構造単位(a2)及び構造単位(a3)の少なくとも一種である。構造単位(a2)は、好ましくは式(a2-1)で表される構造単位である。構造単位(a3)は、好ましくは式(a3-1)で表される構造単位、式(a3-2)で表される構造単位及び式(a3-4)で表される構造単位から選ばれる少なくとも一種である。
構造単位(t)は、好ましくは、フッ素原子を含む構造単位であり、例えば、構造単位(a4)である。
樹脂(A)を構成する各構造単位は、1種のみ又は2種以上を組合せて用いてもよく、これら構造単位を誘導するモノマーを用いて、公知の重合法(例えばラジカル重合法)によって製造することができる。樹脂(A)が有する各構造単位の含有率は、重合に用いるモノマーの使用量で調整できる。
樹脂(A)の重量平均分子量は、好ましくは2,000以上(より好ましくは2,500以上、さらに好ましくは3,000以上)、50,000以下(より好ましくは30,000以下、さらに好ましくは15,000以下)である。
本明細書において、重量平均分子量は、ゲルパーミュエーションクロマトグラフィーにより求めた値である。ゲルパーミュエーションクロマトグラフィーは、実施例に記載の分析条件により測定することができる。
<樹脂(X)>
樹脂(X)としては、構造単位(t)を含む樹脂等が挙げられ、構造単位(a4)を含むのが好ましい。
樹脂(X)において、構造単位(a4)の含有率は、樹脂(X)の全構造単位の合計に対して、40モル%以上であることが好ましく、45モル%以上であることがより好ましく、50モル%以上であることがさらに好ましい。
樹脂(X)がさらに有していてもよい構造単位としては、構造単位(a2)、構造単位(a3)及びその他の公知のモノマーに由来する構造単位が挙げられる。中でも、樹脂(X)は、構造単位(t)のみから樹脂であることが好ましく、構造単位(a4)及び/又は構造単位(a5)からなる樹脂であることがより好ましく、構造単位(a4)からなる樹脂であることがさらに好ましい。
樹脂(X)を構成する各構造単位は、1種のみ又は2種以上を組合せて用いてもよく、これら構造単位を誘導するモノマーを用いて、公知の重合法(例えばラジカル重合法)によって製造することができる。樹脂(X)が有する各構造単位の含有率は、重合に用いるモノマーの使用量で調整できる。
樹脂(X)の重量平均分子量は、好ましくは6,000以上(より好ましくは7,000以上)、80,000以下(より好ましくは60,000以下)である。樹脂(X)の重量平均分子量の測定手段は、樹脂(A)の場合と同様である。
レジスト組成物が樹脂(X)を含む場合、その含有量は、樹脂(A)100質量部に対して、好ましくは1~60質量部であり、より好ましくは1~50質量部であり、さらに好ましくは1~40質量部であり、特に好ましくは2~30質量部であり、特に好ましくは2~8質量部である。
本発明のレジスト組成物において樹脂(A)は、フッ素原子を有する構造単位を含む樹脂を併用することがより好ましく、樹脂(X)を併用することがさらに好ましい。
レジスト組成物が樹脂(A)及び樹脂(X)を含む場合は、樹脂(A)と樹脂(X)との合計含有率は、レジスト組成物の固形分に対して、80質量%以上99質量%以下であることが好ましく、90~99質量%がより好ましい。本明細書において、「レジスト組成物の固形分」とは、レジスト組成物の総量から、後述する溶剤(E)を除いた成分の合計を意味する。レジスト組成物の固形分及びこれに対する樹脂の含有率は、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)>
酸発生剤(B)は、非イオン系又はイオン系の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)、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)が代表的である。オニウム塩のアニオンとしては、スルホン酸アニオン、スルホニルイミドアニオン、スルホニルメチドアニオン等が挙げられる。
酸発生剤(B)としては、特開昭63-26653号、特開昭55-164824号、特開昭62-69263号、特開昭63-146038号、特開昭63-163452号、特開昭62-153853号、特開昭63-146029号、米国特許第3,779,778号、米国特許第3,849,137号、独国特許第3914407号、欧州特許第126,712号等に記載の放射線によって酸を発生する化合物を使用することができる。また、公知の方法で製造した化合物を使用してもよい。酸発生剤(B)は、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
酸発生剤(B)は、好ましくはフッ素原子含有酸発生剤であり、より好ましくは式(B1)で表される塩(以下「酸発生剤(B1)」という場合がある)である。
Figure 0007316022000045
[式(B1)中、
及びQは、互いに独立に、フッ素原子又は炭素数1~6のペルフルオロアルキル基を表す。
b1は、炭素数1~24の2価の飽和炭化水素基を表し、該2価の飽和炭化水素基に含まれる-CH-は、-O-又は-CO-に置き換わっていてもよく、該2価の飽和炭化水素基に含まれる水素原子は、フッ素原子又はヒドロキシ基で置換されていてもよい。
Yは、置換基を有していてもよいメチル基又は置換基を有していてもよい炭素数3~18の1価の脂環式炭化水素基を表し、該1価の脂環式炭化水素基に含まれる-CH-は、-O-、-SO-又は-CO-に置き換わっていてもよい。
は、有機カチオンを表す。]
及びQのペルフルオロアルキル基としては、トリフルオロメチル基、ペルフルオロエチル基、ペルフルオロプロピル基、ペルフルオロイソプロピル基、ペルフルオロブチル基、ペルフルオロsec-ブチル基、ペルフルオロtert-ブチル基、ペルフルオロペンチル基及びペルフルオロヘキシル基等が挙げられる。
及びQは、互いに独立に、フッ素原子又はトリフルオロメチル基であることが好ましく、ともにフッ素原子であることがより好ましい。
b1の2価の飽和炭化水素基としては、直鎖状アルカンジイル基、分岐状アルカンジイル基、単環式又は多環式の2価の脂環式飽和炭化水素基が挙げられ、これらの基のうち2種以上を組合せることにより形成される基でもよい。
具体的には、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-ジイル基等の直鎖状アルカンジイル基;
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-ジイル基等の分岐状アルカンジイル基;
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。
b1の2価の飽和炭化水素基に含まれる-CH-が-O-又は-CO-で置き換わった基としては、例えば、式(b1-1)~式(b1-3)のいずれかで表される基が挙げられる。なお、式(b1-1)~式(b1-3)及び下記の具体例において、*は-Yとの結合手を表す。
Figure 0007316022000046
[式(b1-1)中、
b2は、単結合又は炭素数1~22の2価の飽和炭化水素基を表し、該飽和炭化水素基に含まれる水素原子は、フッ素原子に置換されていてもよい。
b3は、単結合又は炭素数1~22の2価の飽和炭化水素基を表し、該飽和炭化水素基に含まれる水素原子は、フッ素原子又はヒドロキシ基に置換されていてもよく、該飽和炭化水素基に含まれるメチレン基は、酸素原子又はカルボニル基に置き換わっていてもよい。
ただし、Lb2とLb3との炭素数合計は、22以下である。
式(b1-2)中、
b4は、単結合又は炭素数1~22の2価の飽和炭化水素基を表し、該飽和炭化水素基に含まれる水素原子は、フッ素原子に置換されていてもよい。
b5は、単結合又は炭素数1~22の2価の飽和炭化水素基を表し、該飽和炭化水素基に含まれる水素原子は、フッ素原子又はヒドロキシ基に置換されていてもよく、該飽和炭化水素基に含まれるメチレン基は、酸素原子又はカルボニル基に置き換わっていてもよい。
ただし、Lb4とLb5との炭素数合計は、22以下である。
式(b1-3)中、
b6は、単結合又は炭素数1~23の2価の飽和炭化水素基を表し、該飽和炭化水素基に含まれる水素原子は、フッ素原子又はヒドロキシ基に置換されていてもよい。
b7は、単結合又は炭素数1~23の2価の飽和炭化水素基を表し、該飽和炭化水素基に含まれる水素原子は、フッ素原子又はヒドロキシ基に置換されていてもよく、該飽和炭化水素基に含まれるメチレン基は、酸素原子又はカルボニル基に置き換わっていてもよい。
ただし、Lb6とLb7との炭素数合計は、23以下である。]
式(b1-1)~式(b1-3)においては、飽和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に置き換わっている場合、置き換わる前の炭素数を該飽和炭化水素基の炭素数とする。
2価の飽和炭化水素基としては、Lb1の2価の飽和炭化水素基と同様のものが挙げられる。
b2は、好ましくは単結合である。
b3は、好ましくは炭素数1~4の2価の飽和炭化水素基である。
b4は、好ましくは炭素数1~8の2価の飽和炭化水素基であり、該2価の飽和炭化水素基に含まれる水素原子はフッ素原子に置換されていてもよい。
b5は、好ましくは単結合又は炭素数1~8の2価の飽和炭化水素基である。
b6は、好ましくは単結合又は炭素数1~4の2価の飽和炭化水素基であり、該飽和炭化水素基に含まれる水素原子はフッ素原子に置換されていてもよい。
b7は、好ましくは単結合又は炭素数1~18の2価の飽和炭化水素基であり、該飽和炭化水素基に含まれる水素原子はフッ素原子又はヒドロキシ基に置換されていてもよく、該2価の飽和炭化水素基に含まれるメチレン基は酸素原子又はカルボニル基に置き換わっていてもよい。
b1の2価の飽和炭化水素基に含まれる-CH-が-O-又は-CO-で置き換わった基としては、式(b1-1)又は式(b1-3)で表される基が好ましい。
式(b1-1)としては、式(b1-4)~式(b1-8)でそれぞれ表される基が挙げられる。
Figure 0007316022000047
[式(b1-4)中、
b8は、単結合又は炭素数1~22の2価の飽和炭化水素基を表し、該飽和炭化水素基に含まれる水素原子は、フッ素原子又はヒドロキシ基に置換されていてもよい。
式(b1-5)中、
b9は、炭素数1~20の2価の飽和炭化水素基を表す。
b10は、単結合又は炭素数1~19の2価の飽和炭化水素基を表し、該2価の飽和炭化水素基に含まれる水素原子は、フッ素原子又はヒドロキシ基に置換されていてもよい。
ただし、Lb9及びLb10の合計炭素数は20以下である。
式(b1-6)中、
b11は、炭素数1~21の2価の飽和炭化水素基を表す。
b12は、単結合又は炭素数1~20の2価の飽和炭化水素基を表し、該2価の飽和炭化水素基に含まれる水素原子は、フッ素原子又はヒドロキシ基に置換されていてもよい。
ただし、Lb11及びLb12の合計炭素数は21以下である。
式(b1-7)中、
b13は、炭素数1~19の2価の飽和炭化水素基を表す。
b14は、単結合又は炭素数1~18の2価の飽和炭化水素基を表す。
b15は、単結合又は炭素数1~18の2価の飽和炭化水素基を表し、該2価の飽和炭化水素基に含まれる水素原子は、フッ素原子又はヒドロキシ基に置換されていてもよい。
ただし、Lb13~Lb15の合計炭素数は19以下である。
式(b1-8)中、
b16は、炭素数1~18の2価の飽和炭化水素基を表す。
b17は、炭素数1~18の2価の飽和炭化水素基を表す。
b18は、単結合又は炭素数1~17の2価の飽和炭化水素基を表し、該2価の飽和炭化水素基に含まれる水素原子は、フッ素原子又はヒドロキシ基に置換されていてもよい。
ただし、Lb16~Lb18の合計炭素数は19以下である。]
b8は、好ましくは炭素数1~4の2価の飽和炭化水素基である。
b9は、好ましくは炭素数1~8の2価の飽和炭化水素基である。
b10は、好ましくは単結合又は炭素数1~19の2価の飽和炭化水素基であり、より好ましくは単結合又は炭素数1~8の2価の飽和炭化水素基である。
b11は、好ましくは炭素数1~8の2価の飽和炭化水素基である。
b12は、好ましくは単結合又は炭素数1~8の2価の飽和炭化水素基である。
b13は、好ましくは炭素数1~12の2価の飽和炭化水素基である。
b14は、好ましくは単結合又は炭素数1~6の2価の飽和炭化水素基である。
b15は、好ましくは単結合又は炭素数1~18の2価の飽和炭化水素基であり、より好ましくは単結合又は炭素数1~8の2価の飽和炭化水素基である。
b16は、好ましくは炭素数1~12の2価の飽和炭化水素基である。
b17は、好ましくは炭素数1~6の2価の飽和炭化水素基である。
b18は、好ましくは単結合又は炭素数1~17の2価の飽和炭化水素基であり、より好ましくは単結合又は炭素数1~4の2価の飽和炭化水素基である。
式(b1-3)としては、式(b1-9)~式(b1-11)でそれぞれ表される基が挙げられる。
Figure 0007316022000048
[式(b1-9)中、
b19は、単結合又は炭素数1~23の2価の飽和炭化水素基を表し、該2価の飽和炭化水素基に含まれる水素原子は、フッ素原子に置換されていてもよい。
b20は、単結合又は炭素数1~23の2価の飽和炭化水素基を表し、該2価の飽和炭化水素基に含まれる水素原子はフッ素原子、ヒドロキシ基又はアシルオキシ基に置換されていてもよい。該アシルオキシ基に含まれるメチレン基は、酸素原子又はカルボニル基に置き換わっていてもよく、該アシルオキシ基に含まれる水素原子は、ヒドロキシ基に置換されていてもよい。
ただし、Lb19及びLb20の合計炭素数は23以下である。
式(b1-10)中、
b21は、単結合又は炭素数1~21の2価の飽和炭化水素基を表し、該2価の飽和炭化水素基に含まれる水素原子は、フッ素原子に置換されていてもよい。
b22は、単結合又は炭素数1~21の2価の飽和炭化水素基を表す。
b23は、単結合又は炭素数1~21の2価の飽和炭化水素基を表し、該2価の飽和炭化水素基に含まれる水素原子は、フッ素原子、ヒドロキシ基又はアシルオキシ基に置換されていてもよい。該アシルオキシ基に含まれるメチレン基は、酸素原子又はカルボニル基に置き換わっていてもよく、該アシルオキシ基に含まれる水素原子は、ヒドロキシ基に置換されていてもよい。
ただし、Lb21~Lb23の合計炭素数は21以下である。
式(b1-11)中、
b24は、単結合又は炭素数1~20の2価の飽和炭化水素基を表し、該2価の飽和炭化水素基に含まれる水素原子は、フッ素原子に置換されていてもよい。
b25は、炭素数1~21の2価の飽和炭化水素基を表す。
b26は、単結合又は炭素数1~20の2価の飽和炭化水素基を表し、該2価の飽和炭化水素基に含まれる水素原子は、フッ素原子、ヒドロキシ基又はアシルオキシ基に置換されていてもよい。該アシルオキシ基に含まれるメチレン基は、酸素原子又はカルボニル基に置き換わっていてもよく、該アシルオキシ基に含まれる水素原子は、ヒドロキシ基に置換されていてもよい。
ただし、Lb24~Lb26の合計炭素数は21以下である。]
式(b1-10)及び式(b1-11)においては、2価の飽和炭化水素基に含まれる水素原子がアシルオキシ基に置換されている場合、アシルオキシ基の炭素数、エステル結合中のCO及びOの数をも含めて、該2価の飽和炭化水素基の炭素数とする。
アシルオキシ基としては、アセチルオキシ基、プロピオニルオキシ基、ブチリルオキシ基、シクロヘキシルカルボニルオキシ基、アダマンチルカルボニルオキシ基等が挙げられる。
式(b1-1)で表される基のうち、式(b1-4)で表される基としては、以下のものが挙げられる。
Figure 0007316022000049
式(b1-1)で表される基のうち、式(b1-5)で表される基としては、以下のものが挙げられる。
Figure 0007316022000050
式(b1-1)で表される基のうち、式(b1-6)で表される基としては、以下のものが挙げられる。
Figure 0007316022000051
式(b1-1)で表される基のうち、式(b1-7)で表される基としては、以下のものが挙げられる。
Figure 0007316022000052
式(b1-1)で表される基のうち、式(b1-8)で表される基としては、以下のものが挙げられる。
Figure 0007316022000053
式(b1-2)で表される基としては、以下のものが挙げられる。
Figure 0007316022000054
式(b1-3)で表される基のうち、式(b1-9)で表される基としては、以下のものが挙げられる。
Figure 0007316022000055
式(b1-3)で表される基のうち、式(b1-10)で表される基としては、以下のものが挙げられる。
Figure 0007316022000056
式(b1-3)で表される基のうち、式(b1-11)で表される基としては、以下のものが挙げられる。
Figure 0007316022000057
Figure 0007316022000058
Yで表される1価の脂環式炭化水素基としては、式(Y1)~式(Y11)、式(Y36)~式(Y38)で表される基が挙げられる。
Yで表される1価の脂環式炭化水素基に含まれる-CH-が-O-、-SO-又は-CO-で置き換わる場合、その数は1つでもよいし、2以上の複数でもよい。そのような基としては、式(Y12)~式(Y38)で表される基が挙げられる。
Figure 0007316022000059
なかでも、好ましくは式(Y1)~式(Y20)、式(Y30)、式(Y31)のいずれかで表される基であり、より好ましくは式(Y11)、式(Y15)、式(Y16)、式(Y20)、式(Y30)又は式(Y31)で表される基であり、さらに好ましくは式(Y11)、式(Y15)又は式(Y30)で表される基である。
Yが式(Y28)~式(Y33)等のスピロ環を構成する場合には、2つの酸素間のアルカンジイル基は、1以上のフッ素原子を有することが好ましい。また、ケタール構造に含まれるアルカンジイル基のうち、酸素原子に隣接するメチレン基には、フッ素原子が置換されていないものが好ましい。
Yで表されるメチル基の置換基としては、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、炭素数3~16の脂環式炭化水素基、炭素数6~18の芳香族炭化水素基、グリシジルオキシ基又は-(CHja-O-CO-Rb1基(式中、Rb1は、炭素数1~16のアルキル基、炭素数3~16の1価の脂環式炭化水素基又は炭素数6~18の1価の芳香族炭化水素基を表す。jaは、0~4の整数を表す)等が挙げられる。
Yで表される1価の脂環式炭化水素基の置換基としては、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、ヒドロキシ基で置換されていてもよい炭素数1~12のアルキル基、炭素数3~16の脂環式炭化水素基、炭素数1~12のアルコキシ基、炭素数6~18の芳香族炭化水素基、炭素数7~21のアラルキル基、炭素数2~4のアシル基、グリシジルオキシ基又は-(CHja-O-CO-Rb1基(式中、Rb1は、炭素数1~16のアルキル基、炭素数3~16の1価の脂環式炭化水素基又は炭素数6~18の1価の芳香族炭化水素基を表す。jaは、0~4の整数を表す)等が挙げられる。
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等が挙げられる。
脂環式炭化水素基としては、例えば、シクロペンチル基、シクロへキシル基、メチルシクロヘキシル基、ジメチルシクロへキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、ノルボルニル基、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、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等が挙げられる。
アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、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、n-ヘキシル基、ヘプチル基、2-エチルヘキシル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基等が挙げられる。
ヒドロキシ基で置換されている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等のヒドロキシ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、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。
アラルキル基としては、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が挙げられる。
アシル基としては、例えば、アセチル基、プロピオニル基及びブチリル基等が挙げられる。
Yとしては、以下のものが挙げられる。
Figure 0007316022000060
Figure 0007316022000061
Figure 0007316022000062
Yがメチル基であり、かつLb1が炭素数1~17の2価の直鎖状又は分岐状飽和炭化水素基である場合、Yとの結合位置にある該2価の飽和炭化水素基の-CH-は、-O-又は-CO-に置き換わっていることが好ましい。
Yは、好ましくは置換基を有していてもよい炭素数3~18の脂環式炭化水素基であり、より好ましく置換基を有していてもよいアダマンチル基であり、該脂環式炭化水素基又はアダマンチル基を構成するメチレン基は酸素原子、スルホニル基又はカルボニル基に置き換わっていてもよい。Yは、さらに好ましくはアダマンチル基、ヒドロキシアダマンチル基、オキソアダマンチル基又は下記で表される基である。
Figure 0007316022000063
式(B1)で表される塩におけるスルホン酸アニオンとしては、式(B1-A-1)~式(B1-A-54)で表されるアニオン〔以下、式番号に応じて「アニオン(B1-A-1)」等という場合がある。〕が好ましく、式(B1-A-1)~式(B1-A-4)、式(B1-A-9)、式(B1-A-10)、式(B1-A-24)~式(B1-A-33)、式(I-A-36)~式(I-A-40)、式(B1-A-47)~式(B1-A-54)のいずれかで表されるアニオンがより好ましい。
Figure 0007316022000064
Figure 0007316022000065
Figure 0007316022000066
Figure 0007316022000067
Figure 0007316022000068
Figure 0007316022000069
Figure 0007316022000070
Figure 0007316022000071
ここでRi2~Ri7は、例えば、炭素数1~4のアルキル基、好ましくはメチル基又はエチル基である。Ri8は、例えば、炭素数1~12の脂肪族炭化水素基、好ましくは炭素数1~4のアルキル基、炭素数5~12の1価の脂環式炭化水素基又はこれらを組合せることにより形成される基、より好ましくはメチル基、エチル基、シクロヘキシル基又はアダマンチル基である。Lは、単結合又は炭素数1~4のアルカンジイル基である。
及びQは、上記と同じである。
式(B1)で表される塩におけるスルホン酸アニオンとしては、具体的には、特開2010-204646号公報に記載されたアニオンが挙げられる。
好ましい式(B1)で表される塩におけるスルホン酸アニオンとしては、式(B1a-1)~式(B1a-30)でそれぞれ表されるアニオンが挙げられる。
Figure 0007316022000072
Figure 0007316022000073
Figure 0007316022000074
なかでも、式(B1a-1)~式(B1a-3)及び式(B1a-7)~式(B1a-16)、式(B1a-18)、式(B1a-19)、式(B1a-22)~式(B1a-30)のいずれかで表されるアニオンが好ましい。
の有機カチオンとしては、有機オニウムカチオン、例えば、有機スルホニウムカチオン、有機ヨードニウムカチオン、有機アンモニウムカチオン、ベンゾチアゾリウムカチオン、有機ホスホニウムカチオン等が挙げられ、好ましくは有機スルホニウムカチオン又は有機ヨードニウムカチオンが挙げられ、より好ましくはアリールスルホニウムカチオンが挙げられる。
式(B1)中のZは、好ましくは式(b2-1)~式(b2-4)のいずれかで表されるカチオン〔以下、式番号に応じて「カチオン(b2-1)」等という場合がある。〕である。
Figure 0007316022000075
[式(b2-1)~式(b2-4)において、
b4~Rb6は、互いに独立に、炭素数1~30の1価の脂肪族炭化水素基、炭素数3~36の1価の脂環式炭化水素基又は炭素数6~36の1価の芳香族炭化水素基を表し、該1価の脂肪族炭化水素基に含まれる水素原子は、ヒドロキシ基、炭素数1~12のアルコキシ基、炭素数3~12の1価の脂環式炭化水素基又は炭素数6~18の1価の芳香族炭化水素基で置換されていてもよく、該1価の脂環式炭化水素基に含まれる水素原子は、ハロゲン原子、炭素数1~18の1価の脂肪族炭化水素基、炭素数2~4のアシル基又はグリシジルオキシ基で置換されていてもよく、該1価の芳香族炭化水素基に含まれる水素原子は、ハロゲン原子、ヒドロキシ基又は炭素数1~12のアルコキシ基で置換されていてもよい。
b4とRb5とは、それらが結合する硫黄原子とともに環を形成してもよく、該環に含まれる-CH-は、-O-、-SO-又は-CO-に置き換わってもよい。
b7及びRb8は、互いに独立に、ヒドロキシ基、炭素数1~12の1価の脂肪族炭化水素基又は炭素数1~12のアルコキシ基を表す。
m2及びn2は、互いに独立に0~5のいずれかの整数を表す。
m2が2以上のとき、複数のRb7は同一であっても異なってもよく、n2が2以上のとき、複数のRb8は同一であっても異なってもよい。
b9及びRb10は、互いに独立に、炭素数1~36の1価の脂肪族炭化水素基又は炭素数3~36の1価の脂環式炭化水素基を表す。
b9とRb10とは、それらが結合する硫黄原子とともに環を形成してもよく、該環に含まれる-CH-は、-O-、-SO-又は-CO-に置き換わってもよい。
b11は、水素原子、炭素数1~36の1価の脂肪族炭化水素基、炭素数3~36の1価の脂環式炭化水素基又は炭素数6~18の1価の芳香族炭化水素基を表す。
b12は、炭素数1~12の1価の脂肪族炭化水素基、炭素数3~18の1価の脂環式炭化水素基又は炭素数6~18の1価の芳香族炭化水素基を表し、該1価の脂肪族炭化水素に含まれる水素原子は、炭素数6~18の1価の芳香族炭化水素基で置換されていてもよく、該1価の芳香族炭化水素基に含まれる水素原子は、炭素数1~12のアルコキシ基又は炭素数1~12のアルキルカルボニルオキシ基で置換されていてもよい。
b11とRb12とは、一緒になってそれらが結合する-CH-CO-を含む環を形成していてもよく、該環に含まれる-CH-は、-O-、-SO-又は-CO-に置き換わってもよい。
b13~Rb18は、互いに独立に、ヒドロキシ基、炭素数1~12の1価の脂肪族炭化水素基又は炭素数1~12のアルコキシ基を表す。
b31は、-S-又は-O-を表す。
o2、p2、s2、及びt2は、互いに独立に、0~5のいずれかの整数を表す。
q2及びr2は、互いに独立に、0~4のいずれかの整数を表す。
u2は、0又は1を表す。
o2が2以上のとき、複数のRb13は同一であっても異なってもよく、p2が2以上のとき、複数のRb14は同一であっても異なってもよく、q2が2以上のとき、複数のRb15は同一であっても異なってもよく、r2が2以上のとき、複数のRb16は同一であっても異なってもよく、s2が2以上のとき、複数のRb17は同一であっても異なってもよく、t2が2以上のとき、複数のRb18は同一であっても異なってもよい。]
1価の脂肪族炭化水素基としては、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、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基及び2-エチルヘキシル基のアルキル基が挙げられる。特に、Rb9~Rb12の1価の脂肪族炭化水素基は、好ましくは炭素数1~12である。
1価の脂環式炭化水素基としては、単環式又は多環式のいずれでもよく、単環式の1価の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、シクロへキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロデシル基等のシクロアルキル基が挙げられる。多環式の1価の脂環式炭化水素基としては、デカヒドロナフチル基、アダマンチル基、ノルボルニル基及び下記の基等が挙げられる。
Figure 0007316022000076
特に、Rb9~Rb12の1価の脂環式炭化水素基の炭素数は、好ましくは3~18であり、より好ましくは4~12である。
水素原子が脂肪族炭化水素基で置換された1価の脂環式炭化水素基としては、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、2-アルキルアダマンタン-2-イル基、メチルノルボルニル基、イソボルニル基等が挙げられる。水素原子が1価の脂肪族炭化水素基で置換された1価の脂環式炭化水素基においては、1価の脂環式炭化水素基と1価の脂肪族炭化水素基との合計炭素数が好ましくは20以下である。
1価の芳香族炭化水素基としては、フェニル基、トリル基、キシリル基、クメニル基、メシチル基、p-エチルフェニル基、p-tert-ブチルフェニル基、p-シクロへキシルフェニル基、p-アダマンチルフェニル基、ビフェニリル基、ナフチル基、フェナントリル基、2,6-ジエチルフェニル基、2-メチル-6-エチルフェニル基等のアリール基が挙げられる。
1価の芳香族炭化水素基に、1価の脂肪族炭化水素基又は1価の脂環式炭化水素基が含まれる場合は、炭素数1~18の1価の脂肪族炭化水素基又は炭素数3~18の1価の脂環式炭化水素基が好ましい。
水素原子がアルコキシ基で置換された1価の芳香族炭化水素基としては、p-メトキシフェニル基等が挙げられる。
水素原子が芳香族炭化水素基で置換された1価の脂肪族炭化水素基としては、ベンジル基、フェネチル基、フェニルプロピル基、トリチル基、ナフチルメチル基、ナフチルエチル基等のアラ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、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。
アシル基としては、アセチル基、プロピオニル基及びブチリル基等が挙げられる。
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等が挙げられる。
アルキルカルボニルオキシ基としては、メチルカルボニルオキシ基、エチルカルボニルオキシ基、n-プロピルカルボニルオキシ基、イソプロピルカルボニルオキシ基、n-ブチルカルボニルオキシ基、sec-ブチルカルボニルオキシ基、tert-ブチルカルボニルオキシ基、ペンチルカルボニルオキシ基、ヘキシルカルボニルオキシ基、オクチルカルボニルオキシ基及び2-エチルヘキシルカルボニルオキシ基等が挙げられる。
b4とRb5とがそれらが結合している硫黄原子とともに形成してもよい環は、単環式、多環式、芳香族性、非芳香族性、飽和及び不飽和のいずれの環であってもよい。この環としては、炭素数3~18の環が挙げられ、好ましくは炭素数4~18の環が挙げられる。また、硫黄原子を含む環としては、3員環~12員環が挙げられ、好ましくは3員環~7員環が挙げられ、具体的には下記の環が挙げられる。
Figure 0007316022000077
b9とRb10とがそれらが結合している硫黄原子とともに形成する環は、単環式、多環式、芳香族性、非芳香族性、飽和及び不飽和のいずれの環であってもよい。この環としては、3員環~12員環が挙げられ、好ましくは3員環~7員環が挙げられ、例えば、チオラン-1-イウム環(テトラヒドロチオフェニウム環)、チアン-1-イウム環、1,4-オキサチアン-4-イウム環等が挙げられる。
b11とRb12とが一緒になって形成する環は、単環式、多環式、芳香族性、非芳香族性、飽和及び不飽和のいずれの環であってもよい。この環としては、3員環~12員環が挙げられ、好ましくは3員環~7員環が挙げられ、例えば、オキソシクロヘプタン環、オキソシクロヘキサン環、オキソノルボルナン環、オキソアダマンタン環等が挙げられる。
カチオン(b2-1)~カチオン(b2-4)の中で、好ましくはカチオン(b2-1)が挙げられる。
カチオン(b2-1)としては、以下のカチオンが挙げられる。
Figure 0007316022000078
Figure 0007316022000079
Figure 0007316022000080
カチオン(b2-2)としては、以下のカチオンが挙げられる。
Figure 0007316022000081
カチオン(b2-3)としては、以下のカチオンが挙げられる。
Figure 0007316022000082
カチオン(b2-4)としては、以下のカチオンが挙げられる。
Figure 0007316022000083
酸発生剤(B1)は、上述のスルホン酸アニオン及び上述の有機カチオンの組合せであり、これらは任意に組合せることができる。酸発生剤(B1)としては、好ましくは式(B1a-1)~式(B1a-3)、式(B1a-7)~式(B1a-16)、式(B1a-18)、式(B1a-19)、式(B1a-22)~式(B1a-30)のいずれかで表されるアニオンとカチオン(b2-1)又はカチオン(b2-3)との組合せが挙げられる。
酸発生剤(B1)としては、好ましくは式(B1-1)~式(B1-48)でそれぞれ表されるものが挙げられる、中でもアリールスルホニウムカチオンを含む式(B1-1)~式(B1-3)、式(B1-5)~式(B1-7)、式(B1-11)~式(B1-14)、式(B1-20)、式(B1-21)、式(B1-22)、式(B1-23)~式(B1-26)、式(B1-29)、式(B1-31)~式(B1-40)、式(B1-41)~式(B1-48)でそれぞれ表されるものがとりわけ好ましい。
Figure 0007316022000084
Figure 0007316022000085
Figure 0007316022000086
Figure 0007316022000088
Figure 0007316022000089
本発明のレジスト組成物においては、酸発生剤の含有率は、樹脂(A)100質量部に対して、好ましくは1質量部以上(より好ましくは3質量部以上)、好ましくは30質量部以下(より好ましくは25質量部以下)である。本発明のレジスト組成物は、酸発生剤(B)の1種を単独で含有してもよく、複数種を含有してもよい。
〈溶剤(E)〉
溶剤(E)の含有率は、通常、レジスト組成物中90質量%以上、好ましくは92質量%以上、より好ましくは94質量%以上であり、99.9質量%以下、好ましくは99質量%以下である。溶剤(E)の含有率は、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できる。
溶剤(E)としては、エチルセロソルブアセテート、メチルセロソルブアセテート及びプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート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環状エステル類;等を挙げることができる。溶剤(E)の1種を単独で含有してもよく、2種以上を含有してもよい。
〈クエンチャー(C)〉
本発明のレジスト組成物は、クエンチャー(以下「クエンチャー(C)」という場合がある)を含有していてもよい。クエンチャー(C)は、塩基性の含窒素有機化合物又は酸発生剤(B)よりも酸性度の弱い酸を発生する塩が挙げられる。
〈塩基性の含窒素有機化合物〉
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が挙げられる。脂肪族アミンとしては、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。
具体的には、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、メチルジブチルアミン、メチルジペンチルアミン、メチルジヘキシルアミン、メチルジシクロヘキシルアミン、メチルジヘプチルアミン、メチルジオクチルアミン、メチルジノニルアミン、メチルジデシルアミン、エチルジブチルアミン、エチルジペンチルアミン、エチルジヘキシルアミン、エチルジヘプチルアミン、エチルジオクチルアミン、エチルジノニルアミン、エチルジデシルアミン、ジシクロヘキシルメチルアミン、トリス〔2-(2-メトキシエトキシ)エチル〕アミン、トリイソプロパノールアミン、エチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、4,4’-ジアミノ-1,2-ジフェニルエタン、4,4’-ジアミノ-3,3’-ジメチルジフェニルメタン、4,4’-ジアミノ-3,3’-ジエチルジフェニルメタン、2,2’-メチレンビスアニリン、イミダゾール、4-メチルイミダゾール、ピリジン、4-メチルピリジン、1,2-ジ(2-ピリジル)エタン、1,2-ジ(4-ピリジル)エタン、1,2-ジ(2-ピリジル)エテン、1,2-ジ(4-ピリジル)エテン、1,3-ジ(4-ピリジル)プロパン、1,2-ジ(4-ピリジルオキシ)エタン、ジ(2-ピリジル)ケトン、4,4’-ジピリジルスルフィド、4,4’-ジピリジルジスルフィド、2,2’-ジピリジルアミン、2,2’-ジピコリルアミン、ビピリジン等が挙げられ、好ましくはジイソプロピルアニリンが挙げられ、特に好ましくは2,6-ジイソプロピルアニリンが挙げられる。
アンモニウム塩としては、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトライソプロピルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド、テトラヘキシルアンモニウムヒドロキシド、テトラオクチルアンモニウムヒドロキシド、フェニルトリメチルアンモニウムヒドロキシド、3-(トリフルオロメチル)フェニルトリメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラ-n-ブチルアンモニウムサリチラート及びコリン等が挙げられる。
〈酸性度の弱い酸を発生する塩〉
酸発生剤から発生する酸よりも酸性度の弱い酸を発生する塩における酸性度は酸解離定数(pKa)で示される。酸発生剤から発生する酸よりも酸性度の弱い酸を発生する塩は、該塩から発生する酸のpKaが、通常-3<pKaの塩であり、好ましくは-1<pKa<7の塩であり、より好ましくは0<pKa<5の塩である。酸発生剤から発生する酸よりも弱い酸を発生する塩としては、下記式で表される塩、特開2015-147926号公報記載の式(D)で表される弱酸分子内塩、並びに特開2012-229206号公報、特開2012-6908号公報、特開2012-72109号公報、特開2011-39502号公報及び特開2011-191745号公報記載の塩が挙げられる。
Figure 0007316022000090
Figure 0007316022000091
Figure 0007316022000092
Figure 0007316022000093
[式(D)中、
D1及びRD2は、それぞれ独立に、炭素数1~12の1価の炭化水素基、炭素数1~6のアルコキシ基、炭素数2~7のアシル基、炭素数2~7のアシルオキシ基、炭素数2~7のアルコキシカルボニル基、ニトロ基又はハロゲン原子を表す。
m’及びn’は、それぞれ独立に、0~4のいずれかの整数を表し、m’が2以上の場合、複数のRD1は同一であっても異なってもよく、n’が2以上の場合、複数のRD2は同一であっても異なってもよい。]
D1及びRD2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の組み合わせることにより形成される基等が挙げられる。
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、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert-ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ノニ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、単環式及び多環式のいずれでもよく、飽和及び不飽和のいずれでもよい。シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロへキシル基、シクロノニル基、シクロドデシル基等のシクロアルキル基、ノルボニル基、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、フェニル基、1-ナフチル基、2-ナフチル基、2-メチルフェニル基、3-メチルフェニル基、4-メチルフェニル基、4-エチルフェニル基、4-プロピルフェニル基、4-イソプロピルフェニル基、4-ブチルフェニル基、4-t-ブチルフェニル基、4-ヘキシルフェニル基、4-シクロヘキシルフェニル基、アントリル基、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-エチルフェニル基等のアリール基等が挙げられる。
これらを組み合わせることにより形成される基としては、アルキル-シクロアルキル基、シクロアルキル-アルキル基、アラルキル基(例えば、フェニルメチル基、1-フェニルエチル基、2-フェニルエチル基、1-フェニル-1-プロピル基、1-フェニル-2-プロピル基、2-フェニル-2-プロピル基、3-フェニル-1-プロピル基、4-フェニル-1-ブチル基、5-フェニル-1-ペンチル基、6-フェニル-1-ヘキシル基等)等が挙げられる。
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。
アシル基としては、アセチル基、プロパノイル基、ベンゾイル基、シクロヘキサンカルボニル基等が挙げられる。
アシルオキシ基としては、上記アシル基にオキシ基(-O-)が結合した基等が挙げられる。
アルコキシカルボニル基としては、上記アルコキシ基にカルボニル基(-CO-)が結合した基等が挙げられる。
ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子等が挙げられる。
D1及びRD2は、それぞれ独立に、炭素数1~8のアルキル基、炭素数3~10のシクロアルキル基、炭素数1~6のアルコキシ基、炭素数2~4のアシル基、炭素数2~4のアシルオキシ基、炭素数2~4のアルコキシカルボニル基、ニトロ基又はハロゲン原子が好ましい。
m’及びn’は、それぞれ独立に、0~2の整数であることが好ましく、0であることがより好ましい。m’が2以上の場合、複数のRD1は同一であっても異なってもよく、n’が2以上の場合、複数のRD2は同一であっても異なってもよい。
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、0.01~5質量%であり、より好ましく0.01~4質量%であり、特に好ましく0.01~3質量%である。
〈その他の成分〉
本発明のレジスト組成物は、必要に応じて、上述の成分以外の成分(以下「その他の成分(F)」という場合がある。)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、染料等を利用できる。
〈レジスト組成物の調製〉
本発明のレジスト組成物は、本発明の樹脂(A)及び酸発生剤(B)、並びに、必要に応じて、樹脂(X)、クエンチャー(C)、溶剤(E)及びその他の成分(F)を混合することにより調製することができる。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、10~40℃から、樹脂等の種類や樹脂等の溶剤(E)に対する溶解度等に応じて適切な温度を選ぶことができる。混合時間は、混合温度に応じて、0.5~24時間の中から適切な時間を選ぶことができる。なお、混合手段も特に制限はなく、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0.003~0.2μm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〕
<工程(1)>
基板は特に限定されるものではなく、半導体の製造に通常用いられる基板、例えば、シリコン、SiN、SiO2及びSiN等の無機基板、SOG等の塗布系無機基板等を挙げることができる。これらの基板は、洗浄されたものでもよく、また、無機基板上に反射防止膜等が形成されたものでもよい。反射防止膜は、例えば、市販の有機反射防止膜用組成物から形成できる。
レジスト組成物を基板上に塗布するには、スピンコーター等、通常、用いられる装置によって行うことができる。
<工程(2)>
例えば、ホットプレート等の加熱装置を用いた加熱手段(いわゆるプリベーク)、又は減圧装置を用いた減圧手段により、或いはこれらの手段を組み合わせて、基板上に塗布されたレジスト組成物を乾燥させることにより溶剤を除去して、組成物層が形成される。好ましくは、加熱手段による乾燥である。加熱手段や減圧手段の条件は、レジスト組成物に含まれる溶剤(D)の種類等に応じて選択できる。
加熱手段の場合、乾燥温度は、50~200℃が好ましく、60~150℃がより好ましい。また、乾燥時間は、10~180秒間が好ましく、30~120秒間がより好ましい。
減圧手段の場合、減圧乾燥機の中に、基板上に塗布されたレジスト組成物を封入した後、内部圧力を1~1.0×10Paにして乾燥を行う。
このようにして形成された組成物層の膜厚は、例えば、20~1000nmであり、好ましくは、50~400nmである。前記塗布装置の条件を種々調節することで、該膜厚は調整可能である。
<工程(3)>
露光機を用いて組成物層に露光することが好ましい。露光機は、液浸露光機であってもよい。この際、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。露光光源としては、KrFエキシマレーザ(波長248nm)、ArFエキシマレーザ(波長193nm)、F2エキシマレーザ(波長157nm)のような紫外域のレーザ光を放射するもの、固体レーザ光源(YAG又は半導体レーザ等)からのレーザ光を波長変換して遠紫外域または真空紫外域の高調波レーザ光を放射するもの、電子線や、超紫外光(EUV)を照射するもの等、種々のものを用いることができる。露光光源として電子線を用いる場合には、マスクを用いることなく、組成物層に直接照射して描画してもよい。本発明の製造方法に用いる露光光源としては、ArFエキシマレーザが好ましい。
露光は、組成物層に液浸媒体を載せた状態で行う方法、いわゆる液浸露光で行うことが好ましい。液浸露光を行う場合、露光前及び/又は露光後の組成物層の表面を水系の薬液で洗浄する工程を行ってもよい。
液浸露光に用いる液浸媒体は、ArFエキシマレーザの露光波長に対して透明であり、かつ組成物層上に投影される光学像の歪みを最小限に留めるよう、屈折率の温度係数ができる限り小さい液体が好ましく、入手の容易さ、取り扱いのし易さから、水、特に超純水が好ましい。液浸媒体として水を用いる場合、水の表面張力を減少させるとともに、界面活性力を増大させる添加剤を水にわずかな割合で添加してもよい。この添加剤は組成物層を溶解させず、且つレンズ素子の下面の光学コートに対する影響が無視できるものが好ましい。
露光量は、用いるレジスト組成物、製造するレジストパターンの種類及び露光光源の種類に応じて適宜設定でき、好ましくは5~50mJ/cmである。
工程(3)は、複数回繰り返して行ってもよい。複数回の露光を行う場合の露光光源及び露光方法は、互いに同じでも異なってもよい。
<工程(4)>
露光後の組成物層の加熱(いわゆるポストエキスポジャーベーク)は、ホットプレート等の加熱装置を用いて行われる。加熱温度は、好ましくは50~200℃、より好ましくは70~150℃である。また、加熱時間は、好ましくは10~180秒間、より好ましくは30~120秒間である。
<工程(5)>
好ましくは、現像装置を用いて、酢酸ブチルを含む現像液により現像する。
現像液には酢酸ブチル以外の溶剤を含有していてもよい。このような溶剤としては、例えば、2-ヘプタノン、2-ヘキサノン等のケトン溶剤;プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のエステル溶剤;プロピレングリコールモノメチルエーテル等のアルコール溶剤;N,N-ジメチルアセトアミド等のアミド溶剤;グリコールエーテル等のエーテル溶剤等の極性溶剤や、アニソール等の炭化水素溶剤等を含有していてもよい。僅かであれば水を含有していてもよい。
酢酸ブチルの含有率は、現像液の総量に対して、50質量%以上が好ましく、実質的に酢酸ブチルのみであることがより好ましい。これらの現像液は、溶剤として市販されているものをそのままを用いてもよい。
前記現像液は、必要に応じて界面活性剤を含有していてもよい。 当該界面活性剤としては特に限定されないが、例えば、イオン性界面活性剤でも非イオン性界面活性剤でもよく、フッ素系界面活性剤でもシリコン系界面活性剤等を用いてもよい。
現像方法としては、現像液が満たされた槽中に、工程(4)を行った組成物層を、基板ごと一定時間浸漬する方法(ディップ法)、工程(4)後の組成物層に、現像液を表面張力によって盛り上げて一定時間静止することで現像する方法(パドル法)、工程(4)後の組成物層表面に現像液を噴霧する方法(スプレー法)、工程(4)後の組成物層が形成された基板を一定速度で回転させ、ここに一定速度で塗出ノズルをスキャンしながら、現像液を塗出しつづける方法(ダイナミックディスペンス法)等が挙げられる。
中でも、現像方法は、パドル法又はダイナミックディスペンス法が好ましく、ダイナミックディスペンス法がより好ましい。
現像温度は、5~60℃が好ましく、10~40℃がより好ましい。また、現像時間は、5~300秒間が好ましく、5~90秒間がより好ましい。ダイナミックディスペンス法で現像を行う場合、現像時間は5~30秒が特に好ましく、パドル法で現像を行う場合、現像時間は20~60秒が特に好ましい。
現像後のレジストパターンをリンス液で洗浄することが好ましい。リンス液としては、レジストパターンを溶解しないものであれば特に制限はなく、一般的な有機溶剤を含む溶液を使用することができ、好ましくはアルコール溶剤又はエステル溶剤である。
洗浄後は、基板及びパターン上に残ったリンス液を除去することが好ましい。
本発明のレジスト組成物の残膜率は65%以上である。
ここで、残膜率とは、露光及び現像によるレジストパターンの溶け残り率を表す。つまり、現像工程前の組成物層を基準にした、現像工程後のレジストパターンの組成物層の溶け残り部分の膜厚の変化率を表す。言い換えると、上述した一連のレジストパターンの製造方法において、未露光の組成物層及び/又は現像工程前の組成物層を基準に、酢酸ブチルを含む現像液での現像工程後のレジストパターンの組成物層の溶け残り部分の膜厚の変化率を表す。さらに言い換えると、塗布後のレジスト組成物を乾燥させて得られた組成物層であって、好ましくは、露光後の組成物層を基準にした、現像工程後のレジストパターンの組成物層の溶け残り部分の膜厚の変化率を表す。
レジスト組成物の残膜率は以下のように測定する。厚さ85nmの組成物層を調製し、得られた組成物層を通常75~130℃、例えば90℃で30~180秒の範囲、例えば60秒間乾燥させる。
現像方法としては、組成物層が形成された基板を一定速度で回転させ、ここに一定速度で塗出ノズルをスキャンしながら、現像液を塗出しつづける方法(ダイナミックディスペンス法)を用いる。露光量は通常5~50mJ/cm、例えば30mJ/cmであり、露光後の組成物層の加熱は75~130℃、例えば90℃で30~180℃秒の範囲、例えば60秒間行われる。現像は、通常、酢酸ブチルからなる現像液を用い、現像温度23℃、現像時間10~90秒の範囲、例えば20秒間、現像液を塗出しつづける方法により行う。
バルキーな脱離基を有する酸不安定基の含有率を少なくすることにより、残膜率を65%以上に上げることができる。
〈用途〉
本発明のレジストパターンの製造方法は、KrFエキシマレーザ露光、ArFエキシマレーザ露光、電子線(EB)露光又はEUV露光によるレジストパターンの製造方法、また、液浸露光によるレジストパターンの製造方法、特に液浸ArFエキシマレーザ露光用のレジストパターンの製造方法として好適であり、半導体の微細加工に有用である。
以下、本発明を実施例によって詳細に説明する。
実施例及び比較例中、含有量及び使用量を表す「%」及び「部」は、特記ないかぎり質量基準である。
重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより下記の条件で求めた値である。
装置:HLC-8120GPC型(東ソー社製)
カラム:TSKgel Multipore HXL-M x 3 + guardcolumn(東ソー社製)
溶離液:テトラヒドロフラン
流量:1.0mL/min
検出器:RI検出器
カラム温度:40℃
注入量:100μl
分子量標準:標準ポリスチレン(東ソー社製)
樹脂の合成
樹脂の合成に使用したモノマーを下記に示す。以下、これらのモノマーをその式番号に応じて、「モノマー(a1-1-3)」等という。
Figure 0007316022000094
これらのモノマーは、以下に示すHSP値を有する。これらの値は、HSPiPバージョン4.1を用いて推算値によって計算した値である。
樹脂のδd、δp、又はδhは、樹脂に含まれる各構成単位のモノマーのδd、δp、又はδhに、該モノマーの含有率を乗じて合算した数値として求めた。
例えば、樹脂A1の溶解指標(R)は以下の順序で求めた。
まず、下記算式によりδdを求めた。
δd=[モノマー(a1-1-3)の含有率/100]x[モノマー(a1-1-3)のδd]+[モノマー(a1-2-9)の含有率/100]x[モノマー(a1-2-9)のδd]+[モノマー(a2-1-3)の含有率/100]x[モノマー(a2-1-3)のδd]+[モノマー(a3-4-2)の含有率/100]x[モノマー(a3-4-2)のδd]
上記算式と同様にして、樹脂A1のδp、およびδhを求めた。
前記で求めた、δd、δp、及びδhを用いて次式により、樹脂A1の酢酸ブチルに対する溶解指標(R)を求めた。
R=(4(δd-15.8)+(δp-3.7)+(δh-6.3)1/2) (1)
Figure 0007316022000095
合成例1〔樹脂A1の合成〕
モノマーとして、モノマー(a1-1-3)、モノマー(a1-2-9)、モノマー(a2-1-3)及びモノマー(a3-4-2)を用い、そのモル比〔モノマー(a1-1-3):モノマー(a1-2-9):モノマー(a2-1-3):モノマー(a3-4-2)〕が35:15:3:47となるように混合し、全モノマー量の1.5質量倍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を加えて溶液とした。この溶液に、開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル及びアゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)を全モノマー量に対して各々、1mol%及び3mol%添加し、これらを75℃で約5時間加熱した。得られた反応混合物を、大量のメタノール/水混合溶媒に注いで樹脂を沈殿させ、この樹脂をろ過した。得られた樹脂を再び、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートに溶解させて得られる溶解液をメタノール/水混合溶媒に注いで樹脂を沈殿させ、この樹脂をろ過するという再沈殿操作を2回行い、重量平均分子量7.7×10の樹脂A1を収率70%で得た。この樹脂A1は、以下の構造単位を有するものである。
Figure 0007316022000096
合成例2〔樹脂A2の合成〕
モノマーとして、モノマー(a1-1-3)、モノマー(a1-2-9)、モノマー(a2-1-3)及びモノマー(a3-4-2)を用い、そのモル比〔モノマー(a1-1-3):モノマー(a1-2-9):モノマー(a2-1-3):モノマー(a3-4-2)〕が30:20:3:47となるように混合する以外は合成例1と同様に行い、重量平均分子量8.0×10の樹脂A2を収率72%で得た。この樹脂A2は、以下の構造単位を有するものである。
Figure 0007316022000097
合成例3〔樹脂A3の合成〕
モノマーとして、モノマー(a1-1-3)、モノマー(a1-2-9)、モノマー(a2-1-3)及びモノマー(a3-4-2)を用い、そのモル比〔モノマー(a1-1-3):モノマー(a1-2-9):モノマー(a2-1-3):モノマー(a3-4-2)〕が25:25:3:47となるように混合する以外は合成例1と同様に行い、重量平均分子量8.3×10の樹脂A3を収率74%で得た。この樹脂A3は、以下の構造単位を有するものである。
Figure 0007316022000098
合成例4〔樹脂A4の合成〕
モノマーとして、モノマー(a1-1-3)、モノマー(a1-2-9)、モノマー(a2-1-3)及びモノマー(a3-4-2)を用い、そのモル比〔モノマー(a1-1-3):モノマー(a1-2-9):モノマー(a2-1-3):モノマー(a3-4-2)〕が20:30:3:47となるように混合する以外は合成例1と同様に行い、重量平均分子量8.4×10の樹脂A4を収率75%で得た。この樹脂A4は、以下の構造単位を有するものである。
Figure 0007316022000099
合成例5〔樹脂A5の合成〕
モノマーとして、モノマー(a1-1-3)、モノマー(a1-2-9)、モノマー(a2-1-3)及びモノマー(a3-4-2)を用い、そのモル比〔モノマー(a1-1-3):モノマー(a1-2-9):モノマー(a2-1-3):モノマー(a3-4-2)〕が15:35:3:47となるように混合する以外は合成例1と同様に行い、重量平均分子量8.6×10の樹脂A5を収率76%で得た。この樹脂A5は、以下の構造単位を有するものである。
Figure 0007316022000100
合成例6〔樹脂A6の合成〕
モノマーとして、モノマー(a1-1-3)、モノマー(a1-2-9)、モノマー(a2-1-3)及びモノマー(a3-4-2)を用い、そのモル比〔モノマー(a1-1-3):モノマー(a1-2-9):モノマー(a2-1-3):モノマー(a3-4-2)〕が10:40:3:47となるように混合する以外は合成例1と同様に行い、重量平均分子量8.8×10の樹脂A6を収率78%で得た。この樹脂A6は、以下の構造単位を有するものである。
Figure 0007316022000101
合成例7〔樹脂A7の合成〕
モノマーとして、モノマー(a1-1-3)、モノマー(a1-2-9)、モノマー(a2-1-3)及びモノマー(a3-4-2)を用い、そのモル比〔モノマー(a1-1-3):モノマー(a1-2-9):モノマー(a2-1-3):モノマー(a3-4-2)〕が5:45:3:47となるように混合する以外は合成例1と同様に行い、重量平均分子量8.9×10の樹脂A7を収率80%で得た。この樹脂A7は、以下の構造単位を有するものである。
Figure 0007316022000102
合成例8〔樹脂A8の合成〕
モノマーとして、モノマー(a1-1-3)、モノマー(a1-2-9)及びモノマー(a3-4-2)を用い、そのモル比〔モノマー(a1-1-3):モノマー(a1-2-9):モノマー(a3-4-2)〕が35:15:50となるように混合する以外は合成例1と同様に行い、重量平均分子量7.6×10の樹脂A8を収率73%で得た。この樹脂A8は、以下の構造単位を有するものである。
Figure 0007316022000103
合成例9〔樹脂A9の合成〕
モノマーとして、モノマー(a1-1-3)、モノマー(a1-2-9)及びモノマー(a3-4-2)を用い、そのモル比〔モノマー(a1-1-3):モノマー(a1-2-9):モノマー(a3-4-2)〕が25:25:50となるように混合する以外は合成例1と同様に行い、重量平均分子量7.9×10の樹脂A9を収率77%で得た。この樹脂A9は、以下の構造単位を有するものである。
Figure 0007316022000104
合成例10〔樹脂A10の合成〕
モノマーとして、モノマー(a1-1-3)、モノマー(a1-2-9)及びモノマー(a3-4-2)を用い、そのモル比〔モノマー(a1-1-3):モノマー(a1-2-9):モノマー(a3-4-2)〕が15:35:50となるように混合する以外は合成例1と同様に行い、重量平均分子量8.2×10の樹脂A10を収率79%で得た。この樹脂A10は、以下の構造単位を有するものである。
Figure 0007316022000105
合成例11〔樹脂A11の合成〕
モノマーとして、モノマー(a1-1-3)、モノマー(a1-2-9)、モノマー(a2-1-1)及びモノマー(a3-4-2)を用い、そのモル比〔モノマー(a1-1-3):モノマー(a1-2-9):モノマー(a2-1-1):モノマー(a3-4-2)〕が20:20:5:55となるように混合する以外は合成例1と同様に行い、重量平均分子量7.8×10の樹脂A11を収率69%で得た。この樹脂A11は、以下の構造単位を有するものである。
Figure 0007316022000106
合成例12〔樹脂A12の合成〕
モノマーとして、モノマー(a1-1-2)、モノマー(a1-2-9)、モノマー(a2-1-1)及びモノマー(a3-4-2)を用い、そのモル比〔モノマー(a1-1-2):モノマー(a1-2-9):モノマー(a2-1-1):モノマー(a3-4-2)〕が20:20:5:55となるように混合する以外は合成例1と同様に行い、重量平均分子量7.9×10の樹脂A12を収率79%で得た。この樹脂A12は、以下の構造単位を有するものである。
Figure 0007316022000107
合成例13〔樹脂A13の合成〕
モノマーとして、モノマー(a1-1-1)、モノマー(a1-2-9)、モノマー(a2-1-1)及びモノマー(a3-4-2)を用い、そのモル比〔モノマー(a1-1-1):モノマー(a1-2-9):モノマー(a2-1-1):モノマー(a3-4-2)〕が20:20:5:55となるように混合する以外は合成例1と同様に行い、重量平均分子量8.3×10の樹脂A13を収率88%で得た。この樹脂A13は、以下の構造単位を有するものである。
Figure 0007316022000108
合成例14〔樹脂A14の合成〕
モノマーとして、モノマー(a1-1-3)、モノマー(a1-2-11)、モノマー(a2-1-1)及びモノマー(a3-4-2)を用い、そのモル比〔モノマー(a1-1-3):モノマー(a1-2-11):モノマー(a2-1-1):モノマー(a3-4-2)〕が21:24:9:46となるように混合する以外は合成例1と同様に行い、重量平均分子量8.0×10の樹脂A14を収率75%で得た。この樹脂A14は、以下の構造単位を有するものである。
Figure 0007316022000109
合成例15〔樹脂A15の合成〕
モノマーとして、モノマー(a1-1-3)、モノマー(a1-2-9)、モノマー(a2-1-1)及びモノマー(a3-4-2)を用い、そのモル比〔モノマー(a1-1-3):モノマー(a1-2-9):モノマー(a2-1-1):モノマー(a3-4-2)〕が25:25:5:45となるように混合する以外は合成例1と同様に行い、重量平均分子量8.0×10の樹脂A15を収率74%で得た。この樹脂A15は、以下の構造単位を有するものである。
Figure 0007316022000110
合成例16〔樹脂A16の合成〕
モノマーとして、モノマー(a1-1-3)、モノマー(a1-2-9)、モノマー(a2-1-1)及びモノマー(a3-4-2)を用い、そのモル比〔モノマー(a1-1-3):モノマー(a1-2-9):モノマー(a2-1-1):モノマー(a3-4-2)〕が25:15:5:55となるように混合する以外は合成例1と同様に行い、重量平均分子量7.8×10の樹脂A16を収率70%で得た。この樹脂A16は、以下の構造単位を有するものである。
Figure 0007316022000111
合成例17〔樹脂A17の合成〕
モノマーとして、モノマー(a1-1-3)、モノマー(a1-2-9)、モノマー(a2-1-1)及びモノマー(a3-4-2)を用い、そのモル比〔モノマー(a1-1-3):モノマー(a1-2-9):モノマー(a2-1-1):モノマー(a3-4-2)〕が5:30:5:60となるように混合する以外は合成例1と同様に行い、重量平均分子量8.5×10の樹脂A17を収率78%で得た。この樹脂A17は、以下の構造単位を有するものである。
Figure 0007316022000112
合成例18〔樹脂A18の合成〕
モノマーとして、モノマー(a1-1-3)、モノマー(a1-2-9)、モノマー(a2-1-1)及びモノマー(a3-4-2)を用い、そのモル比〔モノマー(a1-1-3):モノマー(a1-2-9):モノマー(a2-1-1):モノマー(a3-4-2)〕が30:20:20:30となるように混合する以外は合成例1と同様に行い、重量平均分子量7.8×10の樹脂A18を収率63%で得た。この樹脂A18は、以下の構造単位を有するものである。
Figure 0007316022000113
合成例19〔樹脂A19の合成〕
モノマーとして、モノマー(a1-1-3)、モノマー(a1-0-1)及びモノマー(a3-4-2)を用い、そのモル比〔モノマー(a1-1-3):モノマー(a1-0-1):モノマー(a3-4-2)〕が35:15:50となるように混合する以外は合成例1と同様に行い、重量平均分子量7.9×10の樹脂A19を収率64%で得た。この樹脂A19は、以下の構造単位を有するものである。
Figure 0007316022000114
合成例20〔樹脂A20の合成〕
モノマーとして、モノマー(a1-1-3)、モノマー(a1-2-9)、モノマー(a1-0-1)及びモノマー(a3-4-2)を用い、そのモル比〔モノマー(a1-1-3):モノマー(a1-2-9):モノマー(a1-0-1):モノマー(a3-4-2)〕が25:15:10:50となるように混合する以外は合成例1と同様に行い、重量平均分子量7.9×10の樹脂A20を収率67%で得た。この樹脂A20は、以下の構造単位を有するものである。
Figure 0007316022000115
合成例21〔樹脂A21の合成〕
モノマーとして、モノマー(a1-1-3)、モノマー(a1-2-9)、モノマー(a2-1-3)及びモノマー(a3-1-1)を用い、そのモル比〔モノマー(a1-1-3):モノマー(a1-2-9):モノマー(a2-1-3):モノマー(a3-1-1)〕が35:15:3:47となるように混合する以外は合成例1と同様に行い、重量平均分子量8.5×10の樹脂A21を収率68%で得た。この樹脂A21は、以下の構造単位を有するものである。
Figure 0007316022000116
合成例22〔樹脂A22の合成〕
モノマーとして、モノマー(a1-1-3)、モノマー(a1-2-9)、モノマー(a2-1-3)及びモノマー(a3-2-3)を用い、そのモル比〔モノマー(a1-1-3):モノマー(a1-2-9):モノマー(a2-1-3):モノマー(a3-2-3)〕が35:15:3:47となるように混合する以外は合成例1と同様に行い、重量平均分子量8.2×10の樹脂A22を収率66%で得た。この樹脂A22は、以下の構造単位を有するものである。
Figure 0007316022000117
合成例23〔樹脂A23の合成〕
モノマーとして、モノマー(a1-1-3)、モノマー(a1-0-10)及びモノマー(a3-4-2)を用い、そのモル比〔モノマー(a1-1-3):モノマー(a1-0-10):モノマー(a3-4-2)〕が35:15:50となるように混合する以外は合成例1と同様に行い、重量平均分子量7.9×10の樹脂A23を収率60%で得た。この樹脂A23は、以下の構造単位を有するものである。
Figure 0007316022000118
合成例24〔樹脂A24の合成〕
モノマーとして、モノマー(a1-1-3)、モノマー(a1-0-10)及びモノマー(a3-4-2)を用い、そのモル比〔モノマー(a1-1-3):モノマー(a1-0-10):モノマー(a3-4-2)〕が25:25:50となるように混合する以外は合成例1と同様に行い、重量平均分子量7.8×10の樹脂A24を収率65%で得た。この樹脂A24は、以下の構造単位を有するものである。
Figure 0007316022000119
合成例25〔樹脂A25の合成〕
モノマーとして、モノマー(a1-1-3)、モノマー(a1-0-10)及びモノマー(a3-4-2)を用い、そのモル比〔モノマー(a1-1-3):モノマー(a1-0-10):モノマー(a3-4-2)〕が15:35:50となるように混合する以外は合成例1と同様に行い、重量平均分子量8.1×10の樹脂A25を収率70%で得た。この樹脂A25は、以下の構造単位を有するものである。
Figure 0007316022000120
合成例26〔樹脂A26の合成〕
モノマーとして、モノマー(a1-1-3)、モノマー(a1-2-9)、モノマー(a1-0-10)及びモノマー(a3-4-2)を用い、そのモル比〔モノマー(a1-1-3):モノマー(a1-2-9):モノマー(a1-0-10):モノマー(a3-4-2)〕が25:15:10:50となるように混合する以外は合成例1と同様に行い、重量平均分子量8.0×10の樹脂A26を収率64%で得た。この樹脂A26は、以下の構造単位を有するものである。
Figure 0007316022000121
合成例27:樹脂X1の合成
モノマーとして、モノマー(a5-1-1)及びモノマー(a4-0-12)を用い、そのモル比〔モノマー(a5-1-1):モノマー(a4-0-12)〕が50:50となるように混合し、全モノマー量の1.2質量倍のメチルイソブチルケトンを加えて溶液とした。この溶液に、開始剤としてアゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)を全モノマー量に対して3mol%添加し、70℃で約5時間加熱した。得られた反応混合物を、大量のメタノール/水混合溶媒に注いで樹脂を沈殿させ、この樹脂をろ過し、重量平均分子量1.0×10の樹脂Xを収率91%で得た。この樹脂X1は、以下の構造単位を有するものである。
Figure 0007316022000122
合成例28:〔樹脂AX1の合成〕
モノマーとして、モノマー(a1-1-3)、モノマー(a1-2-9)、モノマー(a2-1-3)及びモノマー(a3-4-2)を用い、そのモル比〔モノマー(a1-1-3):モノマー(a1-2-9):モノマー(a2-1-3):モノマー(a3-4-2)〕が45:14:2.5:38.5となるように混合する以外は合成例1と同様に行い、重量平均分子量7.6×10の樹脂AX1を収率68%で得た。この樹脂AX1は、以下の構造単位を有するものである。
Figure 0007316022000123
合成例29:〔樹脂AX2の合成〕
モノマーとして、モノマー(a1-1-3)、モノマー(a1-2-9)、モノマー(a2-1-3)及びモノマー(a3-4-2)を用い、そのモル比〔モノマー(a1-1-3):モノマー(a1-2-9):モノマー(a2-1-3):モノマー(a3-4-2)〕が45:5:3:47となるように混合する以外は合成例1と同様に行い、重量平均分子量7.9×10の樹脂AX2を収率61%で得た。この樹脂AX2は、以下の構造単位を有するものである。
Figure 0007316022000124
合成例30:〔樹脂AX3の合成〕
モノマーとして、モノマー(a1-1-3)、モノマー(a1-2-9)、モノマー(a2-1-1)及びモノマー(a3-4-2)を用い、そのモル比〔モノマー(a1-1-3):モノマー(a1-2-9):モノマー(a2-1-1):モノマー(a3-4-2)〕が35:25:20:20となるように混合する以外は合成例1と同様に行い、重量平均分子量7.9×10の樹脂AX3を収率60%で得た。この樹脂AX3は、以下の構造単位を有するものである。
Figure 0007316022000125
合成例31:〔樹脂AX4の合成〕
モノマーとして、モノマー(a1-1-3)、モノマー(a1-2-9)、モノマー(a2-1-1)及びモノマー(a3-4-2)を用い、そのモル比〔モノマー(a1-1-3):モノマー(a1-2-9):モノマー(a2-1-1):モノマー(a3-4-2)〕が25:10:5:60となるように混合する以外は合成例1と同様に行い、重量平均分子量8.2×10の樹脂AX4を収率69%で得た。この樹脂AX4は、以下の構造単位を有するものである。
Figure 0007316022000126
<レジスト組成物の調製>
実施例及び比較例
表1に示すように、以下の各成分を混合し、得られた混合物を孔径0.2μmのフッ素樹脂製フィルターで濾過することにより、レジスト組成物を調製した。
Figure 0007316022000127
Figure 0007316022000128
<樹脂>
A1~A26、AX-1~AX-4、X1:樹脂A1~樹脂A26、樹脂AX-1~樹脂AX-4、樹脂X1
<酸発生剤>
B1-21:式(B1-21)で表される塩(特開2012-224611号公報の実施例に従って合成)
B1-22:式(B1-22)で表される塩(特開2012-224611号公報の実施例に従って合成)
Figure 0007316022000129
<化合物(D)>
D1:(東京化成工業(株)製)
Figure 0007316022000130
<溶剤>
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 265部
プロピレングリコールモノメチルエーテル 20部
2-ヘプタノン 20部
γ-ブチロラクトン 3.5部
<レジストパターンの製造及びその評価>
シリコンウェハに、有機反射防止膜用組成物(ARC-29;日産化学(株)製)を塗布して、205℃、60秒の条件でベークすることによって、ウェハ上に膜厚78nmの有機反射防止膜を形成した。次いで、この有機反射防止膜の上に、上記のレジスト組成物を乾燥後の膜厚が85nmとなるように塗布(スピンコート)した。塗布後、シリコンウェハをダイレクトホットプレート上にて、表1の「PB」欄に記載された温度で60秒間プリベークし、組成物層を形成した。組成物層が形成されたシリコンウェハに、液浸露光用ArFエキシマステッパー(XT:1900Gi;ASML社製、NA=1.35、3/4Annular X-Y偏光)で、コンタクトホールパターン(ホールピッチ90nm/ホール径55nm)を形成するためのマスクを用いて、露光量を段階的に変化させて露光した。なお、液浸媒体としては超純水を使用した。
露光後、ホットプレート上にて、表1の「PEB」欄に記載された温度で60秒間ポストエキスポジャーベークを行った。次いで、このシリコンウェハ上の組成物層を、現像液として酢酸ブチル(東京化成工業(株)製)を用いて、23℃で20秒間ダイナミックディスペンス法によって現像を行うことにより、ネガ型レジストパターンを製造した。
現像後に得られたレジストパターンにおいて、前記マスクを用いて形成したホール径が50nmとなる露光量を実効感度とした。
<CD均一性(CDU)評価>
実効感度において、ホール径55nmのマスクで形成したパターンのホール径を、一つのホールにつき24回測定し、その平均値を一つのホールの平均ホール径とした。同一ウェハ内の、ホール径55nmのマスクで形成したパターンの平均ホール径を400箇所測定したものを母集団として標準偏差を求め、
標準偏差が1.70nm以下の場合を「◎」、
標準偏差が1.70nmより大きい2.00nm以下の場合を「○」、
標準偏差が2.00nmより大きい場合を「×」として判断した。
その結果を表2に示す。括弧内の数値は標準偏差(nm)を示す。
<溶解指標R>
酢酸ブチルのハンセン溶解度パラメータにおける分散項、極性項、水素結合項を、それぞれ15.8、3.7、6.3[(MPa)1/2]とし、各レジスト組成物の酢酸ブチルに対する溶解指標Rを、下記式(1)で示される式によって、バージョン4.1を用いて算出した。
R=(4×(δd-15.8)+(δp-3.7)+(δh-6.3)1/2 (1)
(式(1)中、
δdは、ハンセン溶解度パラメータにおける分散項を示し、
δpは、ハンセン溶解度パラメータにおける極性項を示し、
δhは、ハンセン溶解度パラメータにおける水素結合項を示す。)
<残膜率>
残膜率は、上記レジストパターンの製造において、現PB後の膜厚と現像後の露光部の膜厚の変化率として求めた。
<残渣>
走査型電子顕微鏡(CG-5000 日立ハイテク製:倍率200K倍)を用いて、得られたレジストパターンの現像後の未露光部を観察した。
未露光部に残渣が観察されなかった場合を○、観察された場合を×とした。
Figure 0007316022000131
本発明レジスト組成物を用いることにより、スカム(残渣)がなく、優れたCD均一性(CDU)を有するレジストパターンを製造することができるため、半導体の微細加工に好適であり、産業上有用である。

Claims (6)

  1. (1)酸不安定基を有する構造単位を含む樹脂、式(a4-0)で表される構造単位と式(a5-1)で表される構造単位とからなる樹脂、酸発生剤及び式(D)で表される弱酸分子内塩を含有するレジスト組成物を基板上に塗布する工程、
    (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加熱する工程及び
    (5)加熱後の組成物層を、酢酸ブチルからなる現像液により現像する工程を含むレジストパターンの製造方法であって、
    前記酸不安定基を有する構造単位を含む樹脂は、
    式(a1-0)及び式(a1-2)で表される構造単位からなる群より選ばれる少なくとも1種と、式(a1-1)で表される構造単位とを含む酸不安定基を有する構造単位と、
    式(a3-1)、式(a3-2)、式(a3-3)及び式(a3-4)で表される構造単位からなる群より選ばれる少なくとも1種とを含み、かつ、
    酸不安定基を有する構造単位の合計含有率が、樹脂の全構造単位の合計に対して35モル%以上50モル%以下であり、
    式(a1-0)及び式(a1-2)で表される構造単位の割合が、酸不安定基を有する構造単位の全構造単位の合計に対して30モル%以上90モル%以下であり、
    式(a3-1)、式(a3-2)、式(a3-3)及び式(a3-4)で表される構造単位の合計含有率が、樹脂の全構造単位の合計に対して30モル%以上60モル%以下であり、
    下記式(1)で表される、酢酸ブチルに対するハンセン溶解度パラメータに基づく溶解指標(R)が、3.3以上4.3以下であり、かつ、
    工程(2)で得られた組成物層を基準に、現像工程後のレジストパターンの残膜率を65%以上とするレジストパターンの製造方法。
    R=(4(δd-15.8)+(δp-3.7)+(δh-6.3)1/2 (1)
    (式(1)中、
    δdは、ハンセン溶解度パラメータにおける分散項を示し、
    δpは、ハンセン溶解度パラメータにおける極性項を示し、
    δhは、ハンセン溶解度パラメータにおける水素結合項を示す。)
    [式(D)中、
    D1及びRD2は、それぞれ独立に、炭素数1~12の1価の炭化水素基、炭素数1~6のアルコキシ基、炭素数2~7のアシル基、炭素数2~7のアシルオキシ基、炭素数2~7のアルコキシカルボニル基、ニトロ基又はハロゲン原子を表す。
    m’及びn’は、それぞれ独立に、0~4のいずれかの整数を表し、m’が2以上の場合、複数のRD1は同一であっても異なってもよく、n’が2以上の場合、複数のRD2は同一であっても異なってもよい。]
    [式(a1-0)及び式(a1-2)中、
    a01及びLa2は、それぞれ独立に、-O-又は-O-(CHk1-CO-O-を表し、k1は1~7のいずれかの整数を表し、*は-CO-との結合手を表す。
    a01及びRa5は、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基を表す。
    a02、Ra03及びRa04は、それぞれ独立に、炭素数1~8のアルキル基、炭素数3~18の脂環式炭化水素基又はこれらを組み合わせた基を表す。
    a7は、炭素数1~8のアルキル基、炭素数3~18の脂環式炭化水素基又はこれらを組合せることにより形成される基を表す。
    n1は0~10のいずれかの整数を表す。
    n1’は0~3のいずれかの整数を表す。
    式(a1-1)中、
    a1は、-O-又は-O-(CHk1-CO-O-を表し、k1は1~7のいずれかの整数を表し、*は-CO-との結合手を表す。
    a4は、水素原子又はメチル基を表す。
    a6は、炭素数1~8のアルキル基、炭素数3~18の脂環式炭化水素基又はこれらを組合せることにより形成される基を表す。
    m1は0~14のいずれかの整数を表す。]
    [式(a3-1)、式(a3-2)、式(a3-3)及び式(a3-4)中、
    a4、La5及びLa6は、-O-又は-O-(CHk3-CO-O-(k3は1~7のいずれかの整数を表す。)で表される基を表す。
    a7は、-O-、-O-La8-O-、-O-La8-CO-O-、-O-La8-CO-O-La9-CO-O-又は-O-La8-O-CO-La9-O-を表す。
    a8及びLa9は、互いに独立に、炭素数1~6のアルカンジイル基を表す。
    *はカルボニル基との結合手を表す。
    a18、Ra19及びRa20は、水素原子又はメチル基を表す。
    a24は、ハロゲン原子を有してもよい炭素数1~6のアルキル基、水素原子又はハロゲン原子を表す。
    a21は炭素数1~4の脂肪族炭化水素基を表す。
    a22、Ra23及びRa25は、カルボキシ基、シアノ基又は炭素数1~4の脂肪族炭化水素基を表す。
    p1は0~5のいずれかの整数を表す。
    q1は、0~3のいずれかの整数を表す。
    r1は、0~3のいずれかの整数を表す。
    w1は、0~8のいずれかの整数を表す。
    p1、q1、r1及び/又はw1が2以上のとき、複数のRa21、Ra22、Ra23及び/又はRa25は互いに同一であってもよく、異なってもよい。]
    [式(a4-0)中、
    は、水素原子又はメチル基を表す。
    は、単結合又は炭素数1~4の脂肪族飽和炭化水素基を表す。
    は、炭素数1~8のペルフルオロアルカンジイル基又は炭素数3~12のペルフルオロシクロアルカンジイル基を表す。
    は、水素原子又はフッ素原子を表す。]
    [式(a5-1)中、
    51は、水素原子又はメチル基を表す。
    52は、炭素数3~18の脂環式炭化水素基を表し、該脂環式炭化水素基に含まれる水素原子は炭素数1~8の脂肪族炭化水素基又はヒドロキシ基で置換されていてもよい。
    但し、L55との結合位置にある炭素原子に結合する水素原子は、炭素数1~8の脂肪族炭化水素基で置換されない。
    55は、単結合又は炭素数1~18の2価の飽和炭化水素基を表し、該飽和炭化水素基に含まれるメチレン基は、酸素原子又はカルボニル基に置き換わっていてもよい。]
  2. 酸不安定基を有する構造単位を含む樹脂、式(a4-0)で表される構造単位と式(a5-1)で表される構造単位とからなる樹脂、酸発生剤及び式(D)で表される弱酸分子内塩を含有するネガ型のレジスト組成物であって、
    前記酸不安定基を有する構造単位を含む樹脂は、
    式(a1-0)及び式(a1-2)で表される構造単位からなる群より選ばれる少なくとも1種と、式(a1-1)で表される構造単位とを含む酸不安定基を有する構造単位と、
    式(a3-1)、式(a3-2)、式(a3-3)及び式(a3-4)で表される構造単位からなる群より選ばれる少なくとも1種とを含み、かつ、
    酸不安定基を有する構造単位の合計含有率が、樹脂の全構造単位の合計に対して35モル%以上50モル%以下であり、
    式(a1-0)及び式(a1-2)で表される構造単位の割合が、酸不安定基を有する構造単位の全構造単位の合計に対して30モル%以上90モル%以下であり、
    式(a3-1)、式(a3-2)、式(a3-3)及び式(a3-4)で表される構造単位の合計含有率が、樹脂の全構造単位の合計に対して30モル%以上60モル%以下であり、
    下記式(1)で示される、酢酸ブチルに対するハンセン溶解度パラメータに基づく溶解指標(R)が3.3以上4.3以下であり、かつ、
    液浸ArF露光し、酢酸ブチルからなる現像液を用いて23℃にて20秒間現像した場合、現像前の組成物層を基準に、前記現像後のレジストパターンの残膜率が65%以上を示すレジスト組成物。
    R=(4(δd-15.8)+(δp-3.7)+(δh-6.3)1/2 (1)
    (式(1)中、
    δdは、ハンセン溶解度パラメータにおける分散項を示し、
    δpは、ハンセン溶解度パラメータにおける極性項を示し、
    δhは、ハンセン溶解度パラメータにおける水素結合項を示す。)
    [式(D)中、
    D1及びRD2は、それぞれ独立に、炭素数1~12の1価の炭化水素基、炭素数1~6のアルコキシ基、炭素数2~7のアシル基、炭素数2~7のアシルオキシ基、炭素数2~7のアルコキシカルボニル基、ニトロ基又はハロゲン原子を表す。
    m’及びn’は、それぞれ独立に、0~4のいずれかの整数を表し、m’が2以上の場合、複数のRD1は同一であっても異なってもよく、n’が2以上の場合、複数のRD2は同一であっても異なってもよい。]
    [式(a1-0)及び式(a1-2)中、
    a01及びLa2は、それぞれ独立に、-O-又は-O-(CHk1-CO-O-を表し、k1は1~7のいずれかの整数を表し、*は-CO-との結合手を表す。
    a01及びRa5は、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基を表す。
    a02、Ra03及びRa04は、それぞれ独立に、炭素数1~8のアルキル基、炭素数3~18の脂環式炭化水素基又はこれらを組み合わせた基を表す。
    a7は、炭素数1~8のアルキル基、炭素数3~18の脂環式炭化水素基又はこれらを組合せることにより形成される基を表す。
    n1は0~10のいずれかの整数を表す。
    n1’は0~3のいずれかの整数を表す。
    式(a1-1)中、
    a1は、-O-又は-O-(CHk1-CO-O-を表し、k1は1~7のいずれかの整数を表し、*は-CO-との結合手を表す。
    a4は、水素原子又はメチル基を表す。
    a6は、炭素数1~8のアルキル基、炭素数3~18の脂環式炭化水素基又はこれらを組合せることにより形成される基を表す。
    m1は0~14のいずれかの整数を表す。]
    [式(a3-1)、式(a3-2)、式(a3-3)及び式(a3-4)中、
    a4、La5及びLa6は、-O-又は-O-(CHk3-CO-O-(k3は1~7のいずれかの整数を表す。)で表される基を表す。
    a7は、-O-、-O-La8-O-、-O-La8-CO-O-、-O-La8-CO-O-La9-CO-O-又は-O-La8-O-CO-La9-O-を表す。
    a8及びLa9は、互いに独立に、炭素数1~6のアルカンジイル基を表す。
    *はカルボニル基との結合手を表す。
    a18、Ra19及びRa20は、水素原子又はメチル基を表す。
    a24は、ハロゲン原子を有してもよい炭素数1~6のアルキル基、水素原子又はハロゲン原子を表す。
    a21は炭素数1~4の脂肪族炭化水素基を表す。
    a22、Ra23及びRa25は、カルボキシ基、シアノ基又は炭素数1~4の脂肪族炭化水素基を表す。
    p1は0~5のいずれかの整数を表す。
    q1は、0~3のいずれかの整数を表す。
    r1は、0~3のいずれかの整数を表す。
    w1は、0~8のいずれかの整数を表す。
    p1、q1、r1及び/又はw1が2以上のとき、複数のRa21、Ra22、Ra23及び/又はRa25は互いに同一であってもよく、異なってもよい。]
    [式(a4-0)中、
    は、水素原子又はメチル基を表す。
    は、単結合又は炭素数1~4の脂肪族飽和炭化水素基を表す。
    は、炭素数1~8のペルフルオロアルカンジイル基又は炭素数3~12のペルフルオロシクロアルカンジイル基を表す。
    は、水素原子又はフッ素原子を表す。]
    [式(a5-1)中、
    51は、水素原子又はメチル基を表す。
    52は、炭素数3~18の脂環式炭化水素基を表し、該脂環式炭化水素基に含まれる水素原子は炭素数1~8の脂肪族炭化水素基又はヒドロキシ基で置換されていてもよい。
    但し、L55との結合位置にある炭素原子に結合する水素原子は、炭素数1~8の脂肪族炭化水素基で置換されない。
    55は、単結合又は炭素数1~18の2価の飽和炭化水素基を表し、該飽和炭化水素基に含まれるメチレン基は、酸素原子又はカルボニル基に置き換わっていてもよい。]
  3. 溶解指標(R)が、3.6以上4.0以下である請求項2記載のレジスト組成物。
  4. 式(a3-4)で表される構造単位の含有率が、酸不安定基を有する構造単位を含む樹脂における全構造単位の合計に対して35モル%以上である請求項2又は3記載のレジスト組成物。
  5. 前記酸不安定基を有する構造単位を含む樹脂が、さらに、ヒドロキシ基を有する構造単位を含む請求項2~4のいずれか記載のレジスト組成物。
  6. 酸発生剤が、式(B1)で表される酸発生剤である請求項2~5のいずれか記載のレジスト組成物。
    [式(B1)中、
    及びQは、それぞれ独立に、フッ素原子又は炭素数1~6のペルフルオロアルキル基を表す。
    b1は、炭素数1~24の2価の飽和炭化水素基を表し、該2価の飽和炭化水素基に含まれる-CH-は-O-又は-CO-に置き換わっていてもよく、該2価の飽和炭化水素基に含まれる水素原子はフッ素原子又はヒドロキシ基で置換されていてもよい。
    Yは、置換基を有していてもよいメチル基又は置換基を有していてもよい炭素数3~18の1価の脂環式炭化水素基を表し、該1価の脂環式炭化水素基に含まれる-CH-は-O-、-SO-又は-CO-に置き換わっていてもよい。
    は、有機カチオンを表す。]
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