JP7318129B2 - 感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物、レジスト膜、パターン形成方法、電子デバイスの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物、レジスト膜、パターン形成方法、及び電子デバイスの製造方法化合物に関する。
KrFエキシマレーザー(248nm)用レジスト以降、光吸収による感度低下を補うべく、化学増幅を利用したパターン形成方法が用いられている。例えば、ポジ型の化学増幅法では、まず、露光部に含まれる光酸発生剤が、光照射により分解して酸を発生する。そして、露光後のベーク(PEB:Post Exposure Bake)過程等において、発生した酸の触媒作用により、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物に含まれる樹脂が有するアルカリ不溶性の基をアルカリ可溶性の基に変化させる等して現像液に対する溶解性を変化させる。その後、例えば塩基性水溶液を用いて、現像を行う。これにより、露光部を除去して、所望のパターンを得る。
半導体素子の微細化のために、露光光源の短波長化及び投影レンズの高開口数(高NA)化が進み、現在では、193nmの波長を有するArFエキシマレーザーを光源とする露光機が開発されている。また、昨今では、極紫外線(EUV光: Extreme Ultraviolet)及び電子線(EB:Electron Beam)を光源としたパターン形成方法も検討されつつある。
このような現状のもと、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物として、種々の構成が提案されている。
半導体素子の微細化のために、露光光源の短波長化及び投影レンズの高開口数(高NA)化が進み、現在では、193nmの波長を有するArFエキシマレーザーを光源とする露光機が開発されている。また、昨今では、極紫外線(EUV光: Extreme Ultraviolet)及び電子線(EB:Electron Beam)を光源としたパターン形成方法も検討されつつある。
このような現状のもと、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物として、種々の構成が提案されている。
例えば、特許文献1では、レジスト組成物に使用する成分として、下記式(I-114)で表される塩を含む酸発生剤が開示されている。
本発明者らは、特許文献1に記載されたレジスト組成物について検討したところ、レジスト組成物を製造してから長期間(例えば3か月間)保存した後に使用した場合、パターンのLWR(line width roughness)性能が劣る場合があることを知見した。
そこで、本発明は、長期間保存後であってもLWR性能に優れるパターンを形成可能な感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を提供することを課題とする。
また、本発明は、上記感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物に関する、レジスト膜、パターン形成方法、及び電子デバイスの製造方法を提供することを課題とする。
また、本発明は、上記感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物に関する、レジスト膜、パターン形成方法、及び電子デバイスの製造方法を提供することを課題とする。
本発明者らは、以下の構成により上記課題を解決できることを見出した。
〔1〕 酸の作用により分解して極性が増大する樹脂と、活性光線又は放射線の照射によって酸を発生する化合物と、を含み、
上記活性光線又は放射線の照射によって酸を発生する化合物が、後述する化合物(I)及び(II)のいずれか1種以上を含む、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
〔2〕 上記酸分解性基が、後述する式(1)又は(2)で表される基を表す、〔1〕に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
〔3〕 上記酸分解性基が、上記式(1)で表される基を表す、〔2〕に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
〔4〕 上記化合物(I)中、上記カチオン部位M1 +及び上記カチオン部位M2 +の少なくとも1つが上記酸分解性基を有し、上記化合物(II)中、上記カチオン部位M1 +の少なくとも1つが上記酸分解性基を有する、〔1〕~〔3〕のいずれかに記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
〔5〕 上記アニオン部位A2 -が、後述する式(BB-1)~(BB-3)のいずれかで表される構造を表す、〔1〕~〔4〕のいずれかに記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
〔6〕 上記アニオン部位A1 -が、後述する式(AA-1)及び(AA-3)のいずれかで表される構造を表す、〔1〕~〔5〕のいずれかに記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
〔7〕 〔1〕~〔6〕のいずれかに記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を用いて形成された、レジスト膜。
〔8〕 〔1〕~〔6〕のいずれかに記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を用いて基板上にレジスト膜を形成する工程と、
上記レジスト膜を露光する工程と、
上記露光されたレジスト膜を現像液を用いて現像する工程と、を有する、パターン形成方法。
〔9〕 〔8〕に記載のパターン形成方法を含む、電子デバイスの製造方法。
上記活性光線又は放射線の照射によって酸を発生する化合物が、後述する化合物(I)及び(II)のいずれか1種以上を含む、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
〔2〕 上記酸分解性基が、後述する式(1)又は(2)で表される基を表す、〔1〕に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
〔3〕 上記酸分解性基が、上記式(1)で表される基を表す、〔2〕に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
〔4〕 上記化合物(I)中、上記カチオン部位M1 +及び上記カチオン部位M2 +の少なくとも1つが上記酸分解性基を有し、上記化合物(II)中、上記カチオン部位M1 +の少なくとも1つが上記酸分解性基を有する、〔1〕~〔3〕のいずれかに記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
〔5〕 上記アニオン部位A2 -が、後述する式(BB-1)~(BB-3)のいずれかで表される構造を表す、〔1〕~〔4〕のいずれかに記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
〔6〕 上記アニオン部位A1 -が、後述する式(AA-1)及び(AA-3)のいずれかで表される構造を表す、〔1〕~〔5〕のいずれかに記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
〔7〕 〔1〕~〔6〕のいずれかに記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を用いて形成された、レジスト膜。
〔8〕 〔1〕~〔6〕のいずれかに記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を用いて基板上にレジスト膜を形成する工程と、
上記レジスト膜を露光する工程と、
上記露光されたレジスト膜を現像液を用いて現像する工程と、を有する、パターン形成方法。
〔9〕 〔8〕に記載のパターン形成方法を含む、電子デバイスの製造方法。
本発明によれば、長期間保存後であってもLWR性能に優れるパターンを形成可能な感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を提供できる。
また、本発明は、上記感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物に関する、レジスト膜、パターン形成方法、及び電子デバイスの製造方法を提供できる。
また、本発明は、上記感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物に関する、レジスト膜、パターン形成方法、及び電子デバイスの製造方法を提供できる。
以下、本発明について詳細に説明する。
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされる場合があるが、本発明はそのような実施態様に限定されない。
本明細書中における基(原子団)の表記について、本発明の趣旨に反しない限り、置換及び無置換を記していない表記は、置換基を有さない基と共に置換基を有する基をも包含する。例えば、「アルキル基」とは、置換基を有さないアルキル基(無置換アルキル基)のみならず、置換基を有するアルキル基(置換アルキル基)をも包含する。また、本明細書中における「有機基」とは、少なくとも1個の炭素原子を含む基をいう。
置換基は、特に断らない限り、1価の置換基が好ましい。
本明細書中における「活性光線」又は「放射線」とは、例えば、水銀灯の輝線スペクトル、エキシマレーザーに代表される遠紫外線、極紫外線(EUV光: Extreme Ultraviolet)、X線、及び電子線(EB:Electron Beam)等を意味する。本明細書中における「光」とは、活性光線又は放射線を意味する。
本明細書中における「露光」とは、特に断らない限り、水銀灯の輝線スペクトル、エキシマレーザーに代表される遠紫外線、極紫外線、X線、及びEUV光等による露光のみならず、電子線、及びイオンビーム等の粒子線による描画も含む。
本明細書において、「~」とはその前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味で使用される。
本明細書において表記される二価の基の結合方向は、特に断らない限り制限されない。例えば、「X-Y-Z」なる式で表される化合物中の、Yが-COO-である場合、Yは、-CO-O-であってもよく、-O-CO-であってもよい。また、上記化合物は「X-CO-O-Z」であってもよく「X-O-CO-Z」であってもよい。
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされる場合があるが、本発明はそのような実施態様に限定されない。
本明細書中における基(原子団)の表記について、本発明の趣旨に反しない限り、置換及び無置換を記していない表記は、置換基を有さない基と共に置換基を有する基をも包含する。例えば、「アルキル基」とは、置換基を有さないアルキル基(無置換アルキル基)のみならず、置換基を有するアルキル基(置換アルキル基)をも包含する。また、本明細書中における「有機基」とは、少なくとも1個の炭素原子を含む基をいう。
置換基は、特に断らない限り、1価の置換基が好ましい。
本明細書中における「活性光線」又は「放射線」とは、例えば、水銀灯の輝線スペクトル、エキシマレーザーに代表される遠紫外線、極紫外線(EUV光: Extreme Ultraviolet)、X線、及び電子線(EB:Electron Beam)等を意味する。本明細書中における「光」とは、活性光線又は放射線を意味する。
本明細書中における「露光」とは、特に断らない限り、水銀灯の輝線スペクトル、エキシマレーザーに代表される遠紫外線、極紫外線、X線、及びEUV光等による露光のみならず、電子線、及びイオンビーム等の粒子線による描画も含む。
本明細書において、「~」とはその前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味で使用される。
本明細書において表記される二価の基の結合方向は、特に断らない限り制限されない。例えば、「X-Y-Z」なる式で表される化合物中の、Yが-COO-である場合、Yは、-CO-O-であってもよく、-O-CO-であってもよい。また、上記化合物は「X-CO-O-Z」であってもよく「X-O-CO-Z」であってもよい。
本明細書において、(メタ)アクリレートはアクリレート及びメタクリレートを表し、(メタ)アクリルはアクリル及びメタクリルを表す。
本明細書において、樹脂の重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)、及び分散度(分子量分布ともいう)(Mw/Mn)は、GPC(Gel Permeation Chromatography)装置(東ソー製HLC-8120GPC)によるGPC測定(溶媒:テトラヒドロフラン、流量(サンプル注入量):10μL、カラム:東ソー社製TSK gel Multipore HXL-M、カラム温度:40℃、流速:1.0mL/分、検出器:示差屈折率検出器(Refractive Index Detector))によるポリスチレン換算値として定義される。
本明細書において、樹脂の重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)、及び分散度(分子量分布ともいう)(Mw/Mn)は、GPC(Gel Permeation Chromatography)装置(東ソー製HLC-8120GPC)によるGPC測定(溶媒:テトラヒドロフラン、流量(サンプル注入量):10μL、カラム:東ソー社製TSK gel Multipore HXL-M、カラム温度:40℃、流速:1.0mL/分、検出器:示差屈折率検出器(Refractive Index Detector))によるポリスチレン換算値として定義される。
本明細書において酸解離定数(pKa)とは、水溶液中でのpKaを表し、具体的には、下記ソフトウェアパッケージ1を用いて、ハメットの置換基定数及び公知文献値のデータベースに基づいた値を、計算により求められる値である。本明細書中に記載したpKaの値は、全て、このソフトウェアパッケージを用いて計算により求めた値を示す。
ソフトウェアパッケージ1: Advanced Chemistry Development (ACD/Labs) Software V8.14 for Solaris (1994-2007 ACD/Labs)。
一方で、pKaは、分子軌道計算法によっても求められる。この具体的な方法としては、熱力学サイクルに基づいて、水溶液中におけるH+解離自由エネルギーを計算することで算出する手法が挙げられる。H+解離自由エネルギーの計算方法については、例えばDFT(密度汎関数法)により計算することができるが、他にも様々な手法が文献等で報告されており、これに制限されるものではない。なお、DFTを実施できるソフトウェアは複数存在するが、例えば、Gaussian16が挙げられる。
本明細書中のpKaとは、上述した通り、ソフトウェアパッケージ1を用いて、ハメットの置換基定数及び公知文献値のデータベースに基づいた値を計算により求められる値を指すが、この手法によりpKaが算出できない場合には、DFT(密度汎関数法)に基づいてGaussian16により得られる値を採用するものとする。
また、本明細書中のpKaは、上述した通り「水溶液中でのpKa」を指すが、水溶液中でのpKaが算出できない場合には、「ジメチルスルホキシド(DMSO)溶液中でのpKa」を採用するものとする。
また、本明細書中のpKaは、上述した通り「水溶液中でのpKa」を指すが、水溶液中でのpKaが算出できない場合には、「ジメチルスルホキシド(DMSO)溶液中でのpKa」を採用するものとする。
本明細書において、ハロゲン原子としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、及びヨウ素原子が挙げられる。
[感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物]
本発明の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物(以下「レジスト組成物」ともいう)の特徴点としては、酸の作用により分解して極性が増大する樹脂(以下「酸分解性樹脂」又は「樹脂(A)」ともいう。)と、活性光線又は放射線の照射によって酸を発生する化合物(以下、単に「光酸発生剤」ともいう。)として後述する化合物(I)及び(II)のいずれか1種以上(以下「特定化合物」ともいう。)を含む点と、が挙げられる。
本発明のレジスト組成物は、上記構成により、製造後に長期保存した後に使用された場合であっても、LWRが優れたパターンを形成できる。
以下において、特許文献1に開示された化合物と比較しながら、本発明のレジスト組成物の推測される作用機序について説明する。
今般、本発明者らは、レジスト組成物を製造した後に長期保存した場合、特許文献1に開示された化合物は、酸の作用によって2つのアニオン部位を連結する連結部位中のアセタール構造が切断しやすく、これに起因して、形成されるパターンのLWR性能が悪化することを知見した。なお、上記酸は、レジスト組成物の保存下において、光酸発生剤の分解や樹脂の分解によって発生すると推測される。
これに対して、特定化合物は、酸の作用によりアニオン部位同士を連結する連結部位、及び/又は、アニオン部位と構造部位Zとの連結部位が切断されない構造であるため(条件IB、条件IIB)、レジスト組成物を製造後に長期保存された後に使用した場合でも、形成されるパターンのLWR性能に優れる。
一方で、特定化合物は、アニオン部位同士を連結する連結部位又はアニオン部位と構造部位Zとの連結部位を切断しない位置に、酸の作用により脱離する脱離基で極性基が保護されてなる酸分解性基(以下「酸分解性基」ともいう。)を有する。特定化合物中の上記酸分解性基は、露光時に酸によって分解して極性基を露出し得る。つまり特定化合物を含むレジスト膜は、露光領域においてアルカリ現像液に対する溶解性を増大させ得る。この結果として、レジスト膜は、露光領域と未露光領域の間での溶解コントラストに優れ、形成されるパターンは、優れたLWR性能を示す。
上記作用機序が相乗することで、本発明のレジスト組成物は、製造後に長期保存された後に使用されても、LWR性能に優れたパターンを形成できると推測される。
なお、以下において、レジスト組成物を製造後に長期保存してから使用された場合であっても、LWR性能により優れたパターンを形成できることを「本発明の効果により優れる」ともいう。
本発明の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物(以下「レジスト組成物」ともいう)の特徴点としては、酸の作用により分解して極性が増大する樹脂(以下「酸分解性樹脂」又は「樹脂(A)」ともいう。)と、活性光線又は放射線の照射によって酸を発生する化合物(以下、単に「光酸発生剤」ともいう。)として後述する化合物(I)及び(II)のいずれか1種以上(以下「特定化合物」ともいう。)を含む点と、が挙げられる。
本発明のレジスト組成物は、上記構成により、製造後に長期保存した後に使用された場合であっても、LWRが優れたパターンを形成できる。
以下において、特許文献1に開示された化合物と比較しながら、本発明のレジスト組成物の推測される作用機序について説明する。
今般、本発明者らは、レジスト組成物を製造した後に長期保存した場合、特許文献1に開示された化合物は、酸の作用によって2つのアニオン部位を連結する連結部位中のアセタール構造が切断しやすく、これに起因して、形成されるパターンのLWR性能が悪化することを知見した。なお、上記酸は、レジスト組成物の保存下において、光酸発生剤の分解や樹脂の分解によって発生すると推測される。
これに対して、特定化合物は、酸の作用によりアニオン部位同士を連結する連結部位、及び/又は、アニオン部位と構造部位Zとの連結部位が切断されない構造であるため(条件IB、条件IIB)、レジスト組成物を製造後に長期保存された後に使用した場合でも、形成されるパターンのLWR性能に優れる。
一方で、特定化合物は、アニオン部位同士を連結する連結部位又はアニオン部位と構造部位Zとの連結部位を切断しない位置に、酸の作用により脱離する脱離基で極性基が保護されてなる酸分解性基(以下「酸分解性基」ともいう。)を有する。特定化合物中の上記酸分解性基は、露光時に酸によって分解して極性基を露出し得る。つまり特定化合物を含むレジスト膜は、露光領域においてアルカリ現像液に対する溶解性を増大させ得る。この結果として、レジスト膜は、露光領域と未露光領域の間での溶解コントラストに優れ、形成されるパターンは、優れたLWR性能を示す。
上記作用機序が相乗することで、本発明のレジスト組成物は、製造後に長期保存された後に使用されても、LWR性能に優れたパターンを形成できると推測される。
なお、以下において、レジスト組成物を製造後に長期保存してから使用された場合であっても、LWR性能により優れたパターンを形成できることを「本発明の効果により優れる」ともいう。
以下、本発明のレジスト組成物について詳細に説明する。
レジスト組成物は、ポジ型のレジスト組成物であっても、ネガ型のレジスト組成物であってもよい。また、アルカリ現像用のレジスト組成物であっても、有機溶剤現像用のレジスト組成物であってもよい。
レジスト組成物は、典型的には、化学増幅型のレジスト組成物である。
以下において、まず、レジスト組成物の各種成分について詳述する。
レジスト組成物は、ポジ型のレジスト組成物であっても、ネガ型のレジスト組成物であってもよい。また、アルカリ現像用のレジスト組成物であっても、有機溶剤現像用のレジスト組成物であってもよい。
レジスト組成物は、典型的には、化学増幅型のレジスト組成物である。
以下において、まず、レジスト組成物の各種成分について詳述する。
〔光酸発生剤〕
レジスト組成物は、活性光線又は放射線の照射によって酸を発生する化合物(光酸発生剤)として、化合物(I)及び(II)からなる群から選ばれる1種以上(特定化合物)を含む。
なお、レジスト組成物は、後述するように更に特定化合物以外の他の光酸発生剤(以下「光酸発生剤B」ともいう)を含んでいてもよい。
以下において、まず、特定化合物(化合物(I)及び(II))について説明する。
レジスト組成物は、活性光線又は放射線の照射によって酸を発生する化合物(光酸発生剤)として、化合物(I)及び(II)からなる群から選ばれる1種以上(特定化合物)を含む。
なお、レジスト組成物は、後述するように更に特定化合物以外の他の光酸発生剤(以下「光酸発生剤B」ともいう)を含んでいてもよい。
以下において、まず、特定化合物(化合物(I)及び(II))について説明する。
<化合物(I)>
化合物(I)は、1つ以上の下記構造部位X及び1つ以上の下記構造部位Yと、酸の作用により脱離する脱離基で極性基が保護されてなる酸分解性基とを有する化合物であって、活性光線又は放射線の照射によって、下記構造部位Xに由来する下記第1の酸性部位と下記構造部位Yに由来する下記第2の酸性部位とを含む酸を発生する化合物である。
構造部位X:アニオン部位A1 -とカチオン部位M1 +とからなり、且つ活性光線又は放射線の照射によってHA1で表される第1の酸性部位を形成する構造部位
構造部位Y:アニオン部位A2 -とカチオン部位M2 +とからなり、且つ活性光線又は放射線の照射によってHA2で表される第2の酸性部位を形成する構造部位
但し、化合物(I)は、下記条件IA及び条件IBを満たす。
化合物(I)は、1つ以上の下記構造部位X及び1つ以上の下記構造部位Yと、酸の作用により脱離する脱離基で極性基が保護されてなる酸分解性基とを有する化合物であって、活性光線又は放射線の照射によって、下記構造部位Xに由来する下記第1の酸性部位と下記構造部位Yに由来する下記第2の酸性部位とを含む酸を発生する化合物である。
構造部位X:アニオン部位A1 -とカチオン部位M1 +とからなり、且つ活性光線又は放射線の照射によってHA1で表される第1の酸性部位を形成する構造部位
構造部位Y:アニオン部位A2 -とカチオン部位M2 +とからなり、且つ活性光線又は放射線の照射によってHA2で表される第2の酸性部位を形成する構造部位
但し、化合物(I)は、下記条件IA及び条件IBを満たす。
条件IA:上記化合物(I)において上記構造部位X中の上記カチオン部位M1
+及び上記構造部位Y中の上記カチオン部位M2
+をH+に置き換えてなる化合物PIが、上記構造部位X中の上記カチオン部位M1
+をH+に置き換えてなるHA1で表される酸性部位に由来する酸解離定数a1と、上記構造部位Y中の上記カチオン部位M2
+をH+に置き換えてなるHA2で表される酸性部位に由来する酸解離定数a2を有し、且つ、上記酸解離定数a1よりも上記酸解離定数a2の方が大きい。
以下において、条件IAをより具体的に説明する。
化合物(I)が、例えば、上記構造部位Xに由来する上記第1の酸性部位を1つと、上記構造部位Yに由来する上記第2の酸性部位を1つ有する酸を発生する化合物である場合、化合物PIは「HA1とHA2を有する化合物」に該当する。
このような化合物PIの酸解離定数a1及び酸解離定数a2とは、より具体的に説明すると、化合物PIの酸解離定数を求めた場合において、化合物PIが「A1 -とHA2を有する化合物」となる際のpKaが酸解離定数a1であり、上記「A1 -とHA2を有する化合物」が「A1 -とA2 -を有する化合物」となる際のpKaが酸解離定数a2である。
化合物(I)が、例えば、上記構造部位Xに由来する上記第1の酸性部位を1つと、上記構造部位Yに由来する上記第2の酸性部位を1つ有する酸を発生する化合物である場合、化合物PIは「HA1とHA2を有する化合物」に該当する。
このような化合物PIの酸解離定数a1及び酸解離定数a2とは、より具体的に説明すると、化合物PIの酸解離定数を求めた場合において、化合物PIが「A1 -とHA2を有する化合物」となる際のpKaが酸解離定数a1であり、上記「A1 -とHA2を有する化合物」が「A1 -とA2 -を有する化合物」となる際のpKaが酸解離定数a2である。
また、化合物(I)が、例えば、上記構造部位Xに由来する上記第1の酸性部位を2つと、上記構造部位Yに由来する上記第2の酸性部位を1つ有する酸を発生する化合物である場合、化合物PIは「2つのHA1と1つのHA2とを有する化合物」に該当する。
このような化合物PIの酸解離定数を求めた場合、化合物PIが「1つのA1 -と1つのHA1と1つのHA2とを有する化合物」となる際の酸解離定数、及び、「1つのA1 -と1つのHA1と1つのHA2とを有する化合物」が「2つのA1 -と1つのHA2とを有する化合物」となる際の酸解離定数が、上述の酸解離定数a1に該当する。また、「2つのA1 -と1つのHA2とを有する化合物」が「2つのA1 -とA2 -を有する化合物」となる際の酸解離定数が酸解離定数a2に該当する。つまり、このような化合物PIの如く、上記構造部位X中の上記カチオン部位M1 +をH+に置き換えてなるHA1で表される酸性部位に由来する酸解離定数が複数存在する場合、複数の酸解離定数a1のうち最も大きい値よりも、酸解離定数a2の値の方が大きい。なお、化合物PIが「1つのA1 -と1つのHA1と1つのHA2とを有する化合物」となる際の酸解離定数をaaとし、「1つのA1 -と1つのHA1と1つのHA2とを有する化合物」が「2つのA1 -と1つのHA2とを有する化合物」となる際の酸解離定数をabとしたとき、aa及びabの関係は、aa<abを満たす。
このような化合物PIの酸解離定数を求めた場合、化合物PIが「1つのA1 -と1つのHA1と1つのHA2とを有する化合物」となる際の酸解離定数、及び、「1つのA1 -と1つのHA1と1つのHA2とを有する化合物」が「2つのA1 -と1つのHA2とを有する化合物」となる際の酸解離定数が、上述の酸解離定数a1に該当する。また、「2つのA1 -と1つのHA2とを有する化合物」が「2つのA1 -とA2 -を有する化合物」となる際の酸解離定数が酸解離定数a2に該当する。つまり、このような化合物PIの如く、上記構造部位X中の上記カチオン部位M1 +をH+に置き換えてなるHA1で表される酸性部位に由来する酸解離定数が複数存在する場合、複数の酸解離定数a1のうち最も大きい値よりも、酸解離定数a2の値の方が大きい。なお、化合物PIが「1つのA1 -と1つのHA1と1つのHA2とを有する化合物」となる際の酸解離定数をaaとし、「1つのA1 -と1つのHA1と1つのHA2とを有する化合物」が「2つのA1 -と1つのHA2とを有する化合物」となる際の酸解離定数をabとしたとき、aa及びabの関係は、aa<abを満たす。
酸解離定数a1及び酸解離定数a2は、上述した酸解離定数の測定方法により求められる。
上記化合物PIとは、化合物(I)に活性光線又は放射線を照射した場合に、発生する酸に該当する。
化合物(I)が2つ以上の構造部位Xを有する場合、構造部位Xは、各々同一であっても異なっていてもよい。また、2つ以上の上記A1 -、及び、2つ以上の上記M1 +は、各々同一であっても異なっていてもよい。
また、化合物(I)中、上記A1 -及び上記A2 -、並びに、上記M1 +及び上記M2 +は、各々同一であっても異なっていてもよいが、上記A1 -及び上記A2 -は、各々異なっているのが好ましい。
上記化合物PIとは、化合物(I)に活性光線又は放射線を照射した場合に、発生する酸に該当する。
化合物(I)が2つ以上の構造部位Xを有する場合、構造部位Xは、各々同一であっても異なっていてもよい。また、2つ以上の上記A1 -、及び、2つ以上の上記M1 +は、各々同一であっても異なっていてもよい。
また、化合物(I)中、上記A1 -及び上記A2 -、並びに、上記M1 +及び上記M2 +は、各々同一であっても異なっていてもよいが、上記A1 -及び上記A2 -は、各々異なっているのが好ましい。
形成されるパターンのLWR性能がより優れる点で、上記化合物PIにおいて、酸解離定数a1(酸解離定数a1が複数存在する場合はその最大値)と酸解離定数a2との差は、0.10以上が好ましく、0.50以上がより好ましい。なお、酸解離定数a1(酸解離定数a1が複数存在する場合はその最大値)と酸解離定数a2との差の上限値は特に制限されないが、例えば、20.00以下である。
また、形成されるパターンのLWR性能がより優れる点で、上記化合物PIにおいて、酸解離定数a2は、例えば、15.00以下であり、12.00以下が好ましい。なお、酸解離定数a2の下限値としては、-4.00以上が好ましい。
また、形成されるパターンのLWR性能がより優れる点で、上記化合物PIにおいて、酸解離定数a1は、1.00以下が好ましく、0.50以下がより好ましい。なお、酸解離定数a1の下限値としては、-12.00以上が好ましい。
条件IB:上記化合物(I)は、酸の作用により、1つ以上の構造部位X中のアニオン部位A1
-と1つ以上の構造部位Y中のアニオン部位A2
-とを連結する部位(以下「連結部位」ともいう。)が切断されない構造である。なお、「酸の作用によりアニオン部位A1
-とアニオン部位A2
-との連結部位が切断されない」とは、酸の作用によって、化合物(I)中のアニオン部位A1
-とアニオン部位A2
-との連結部位が切断されず、両者が分離しないことを意図する。つまり、化合物(I)が後述する式(Ia-1)で表される化合物である場合、L1で表される連結基が酸の作用により切断されない構造を意図し、化合物(I)が後述する式(Ia-2)~(Ia-4)で表される化合物である場合、L21、L22、L31、L32、及びL41で表される連結基が酸の作用により切断されない構造を意図する。
酸の作用により切断される連結部位としては、具体的には、酸の作用により脱離する脱離基で極性基が保護された構造を含み、且つ、酸の作用によって脱離基が脱離(分解も含む)することで連結部位が切断し得る有機連結基が挙げられる。例えば、特許文献1に開示された化合物は、2つのアニオンを連結するアセタール構造部位が酸の作用によって分解されて、ジヒドロキシ化合物とケトン化合物とに分解する。化合物(I)において、アニオン部位A1 -とアニオン部位A2 -との連結部位は、酸の作用により脱離基が脱離(分解も含む)することで連結部位が切断し得る位置に、酸の作用により脱離する脱離基で極性基が保護された構造を含まない。なお、化合物(I)において、アニオン部位A1 -とアニオン部位A2 -との連結部位において、上記連結部位を切断しない位置に、酸の作用により脱離する脱離基で極性基が保護された構造基が置換していてもよい。酸の作用により脱離する脱離基で極性基が保護された構造については、樹脂(A)が含む酸分解性基とともに、後段部にて説明する。
酸の作用により切断される連結部位としては、具体的には、酸の作用により脱離する脱離基で極性基が保護された構造を含み、且つ、酸の作用によって脱離基が脱離(分解も含む)することで連結部位が切断し得る有機連結基が挙げられる。例えば、特許文献1に開示された化合物は、2つのアニオンを連結するアセタール構造部位が酸の作用によって分解されて、ジヒドロキシ化合物とケトン化合物とに分解する。化合物(I)において、アニオン部位A1 -とアニオン部位A2 -との連結部位は、酸の作用により脱離基が脱離(分解も含む)することで連結部位が切断し得る位置に、酸の作用により脱離する脱離基で極性基が保護された構造を含まない。なお、化合物(I)において、アニオン部位A1 -とアニオン部位A2 -との連結部位において、上記連結部位を切断しない位置に、酸の作用により脱離する脱離基で極性基が保護された構造基が置換していてもよい。酸の作用により脱離する脱離基で極性基が保護された構造については、樹脂(A)が含む酸分解性基とともに、後段部にて説明する。
アニオン部位A1
-及びアニオン部位A2
-は、負電荷を帯びた原子又は原子団を含む構造部位であり、例えば、以下に示す式(AA-1)~(AA-3)及び式(BB-1)~(BB-5)からなる群から選ばれる構造部位が挙げられる。アニオン部位A1
-としては、酸解離定数の小さい酸性部位を形成し得るものが好ましく、なかでも、式(AA-1)~(AA-3)であるのが好ましく、式(AA-1)及び(AA-3)のいずれかであるのがより好ましい。また、アニオン部位A2
-としては、アニオン部位A1
-よりも酸解離定数の大きい酸性部位を形成し得るものが好ましく、なかでも、式(BB-1)~(BB-5)のいずれかであるのが好ましく、本発明の効果がより優れる点で、式(BB-1)~(BB-3)のいずれかであるのがより好ましい。なお、以下の式(AA-1)~(AA-3)及び式(BB-1)~(BB-5)中、*は、結合位置を表す。また、RAは、1価の有機基を表す。
また、カチオン部位M1
+及びカチオン部位M2
+は、正電荷を帯びた原子又は原子団を含む構造部位であり、例えば、電荷が1価の有機カチオンが挙げられる。なお、有機カチオンとしては特に制限されないが、後述する式(Ia-1)中のM11
+及びM12
+で表される有機カチオンと同様のものが挙げられる。
化合物(I)は、酸の作用により脱離する脱離基で極性基が保護されてなる酸分解性基(以下「酸分解性基」ともいう。)を有する。化合物(I)において、酸分解性基の位置としては、構造部位X中のアニオン部位A1
-と構造部位Y中のアニオン部位A2
-との連結を切断しない位置であれば特に制限されないが、本発明の効果がより優れる点で、酸分解性基は、カチオン部位M1
+及びカチオン部位M2
+の少なくとも一方に配置されているのが好ましい。
酸分解性基については、樹脂(A)が含む酸分解性基とともに後段部にて説明するが、なかでも、下記式(1)又は(2)で表される酸分解性基が好ましい。
酸分解性基については、樹脂(A)が含む酸分解性基とともに後段部にて説明するが、なかでも、下記式(1)又は(2)で表される酸分解性基が好ましい。
式(1)中、R11~R13は、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、又はアリール基を表す。なお、上記アルキル基及び上記アルケニル基は、直鎖状及び分岐鎖状のいずれであってもよい。また、上記シクロアルキル基及び上記アリール基は、単環及び多環のいずれであってもよい。
なお、R11~R13のうち2つが互いに結合して環を形成してもよい。
*は、結合部位を表す。
R11~R13の全てがアルキル基(直鎖状又は分岐鎖状)である場合、R11~R13のうち少なくとも2つはメチル基であることが好ましい。
なお、R11~R13のうち2つが互いに結合して環を形成してもよい。
*は、結合部位を表す。
R11~R13の全てがアルキル基(直鎖状又は分岐鎖状)である場合、R11~R13のうち少なくとも2つはメチル基であることが好ましい。
R11~R13のアルキル基としては、炭素数1~4のアルキル基が好ましい。
R11~R13のシクロアルキル基としては、シクロペンチル基、及びシクロヘキシル基等の単環のシクロアルキル基、又は、ノルボルニル基、テトラシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、及びアダマンチル基等の多環のシクロアルキル基が好ましい。
R11~R13のアリール基としては、炭素数6~10のアリール基が好ましい。
R11~R13のアルケニル基としては、ビニル基が好ましい。
R11~R13の2つが結合して形成されるシクロアルキル基としては、単環及び多環のいずれであってもよいが、なかでも、単環のシクロアルキル基が好ましく、5員又は6員の単環のシクロアルキル基がより好ましい。なお、R11~R13の2つが結合して形成されるシクロアルキル基は、例えば、環を構成するメチレン基の1つが、酸素原子等のヘテロ原子、カルボニル基等のヘテロ原子を有する基、又はビニリデン基で置き換わっていてもよい。また、これらのシクロアルキル基は、シクロアルカン環を構成するエチレン基の1つ以上が、ビニレン基で置き換わっていてもよい。
R11~R13のシクロアルキル基としては、シクロペンチル基、及びシクロヘキシル基等の単環のシクロアルキル基、又は、ノルボルニル基、テトラシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、及びアダマンチル基等の多環のシクロアルキル基が好ましい。
R11~R13のアリール基としては、炭素数6~10のアリール基が好ましい。
R11~R13のアルケニル基としては、ビニル基が好ましい。
R11~R13の2つが結合して形成されるシクロアルキル基としては、単環及び多環のいずれであってもよいが、なかでも、単環のシクロアルキル基が好ましく、5員又は6員の単環のシクロアルキル基がより好ましい。なお、R11~R13の2つが結合して形成されるシクロアルキル基は、例えば、環を構成するメチレン基の1つが、酸素原子等のヘテロ原子、カルボニル基等のヘテロ原子を有する基、又はビニリデン基で置き換わっていてもよい。また、これらのシクロアルキル基は、シクロアルカン環を構成するエチレン基の1つ以上が、ビニレン基で置き換わっていてもよい。
また、R11~R13で表されるアルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、及びアリール基は、置換基を有していてもよい。置換基としては、例えば、アルキル基(炭素数1~4)、ハロゲン原子、水酸基、アルコキシ基(炭素数1~4)、カルボキシル基、及びアルコキシカルボニル基(炭素数2~6)等が挙げられる。
式(2)中、R2は、アルキル基又はシクロアルキル基を表し、R3は、水素原子、アルキル基、又はシクロアルキル基を表す。R2及びR3で表されるアルキル基及びシクロアルキル基としては、R11で表されるアルキル基及びシクロアルキル基と同義であり、好適態様も同じである。
なお、R2及びR3が互いに結合して環を形成してもよい。R2及びR3が結合して形成される環としては、単環及び多環のいずれであってもよいが、単環が好ましく、5員又は6員の単環がより好ましい。上記環としては、脂環であるのが好ましい。
*は、結合部位を表す。
なお、R2及びR3が互いに結合して環を形成してもよい。R2及びR3が結合して形成される環としては、単環及び多環のいずれであってもよいが、単環が好ましく、5員又は6員の単環がより好ましい。上記環としては、脂環であるのが好ましい。
*は、結合部位を表す。
酸分解性基は、例えば、下記式(1L)及び下記式(2L)で表される1価の基として、化合物(I)に導入されているのも好ましい。
式(1L) *-LX-RX1
式(2L) *-LX-RX2
上記式(1L)及び式(2L)中、LXは、単結合又は2価の連結基を表す。
2価の連結基としては特に制限されないが、例えば、-CO-、-O-、-SO-、-SO2-、-S-、アルキレン基(好ましくは炭素数1~6。直鎖状でも分岐鎖状でもよい)、シクロアルキレン基(好ましくは炭素数3~15)、2価の芳香族炭化水素環基(6~10員環が好ましく、6員環が更に好ましい。)、及びこれらの複数を組み合わせた2価の連結基が挙げられる。
また、上記アルキレン基、上記シクロアルキレン基、及び2価の芳香族炭化水素環基は、置換基で置換されていてもよい。置換基としては、例えば、ハロゲン原子(好ましくはフッ素原子)が挙げられる。
上記式(1L)及び式(2L)中、RX1は、上記式(1)で表される酸分解性基を表し、RX2は、上記式(2)で表される酸分解性基を表す。
式(1L) *-LX-RX1
式(2L) *-LX-RX2
上記式(1L)及び式(2L)中、LXは、単結合又は2価の連結基を表す。
2価の連結基としては特に制限されないが、例えば、-CO-、-O-、-SO-、-SO2-、-S-、アルキレン基(好ましくは炭素数1~6。直鎖状でも分岐鎖状でもよい)、シクロアルキレン基(好ましくは炭素数3~15)、2価の芳香族炭化水素環基(6~10員環が好ましく、6員環が更に好ましい。)、及びこれらの複数を組み合わせた2価の連結基が挙げられる。
また、上記アルキレン基、上記シクロアルキレン基、及び2価の芳香族炭化水素環基は、置換基で置換されていてもよい。置換基としては、例えば、ハロゲン原子(好ましくはフッ素原子)が挙げられる。
上記式(1L)及び式(2L)中、RX1は、上記式(1)で表される酸分解性基を表し、RX2は、上記式(2)で表される酸分解性基を表す。
化合物(I)が有する酸分解性基の数は特に制限されないが、例えば、1~10個であり、1~9個が好ましく、1~6個がより好ましい。
また、上述した通り、化合物(I)において、酸分解性基は、構造部位X中のアニオン部位A1 -と構造部位Y中のアニオン部位A2 -との連結を切断しない位置に配置されていれば特に制限されないが、本発明の効果がより優れる点で、カチオン部位M1 +及びカチオン部位M2 +の少なくとも一方に配置されているのが好ましい。酸分解性基が、カチオン部位M1 +及びカチオン部位M2 +の少なくとも一方に配置される場合、1つのカチオン部位において1~3個の酸分解性基を有するのが好ましい。
また、上述した通り、化合物(I)において、酸分解性基は、構造部位X中のアニオン部位A1 -と構造部位Y中のアニオン部位A2 -との連結を切断しない位置に配置されていれば特に制限されないが、本発明の効果がより優れる点で、カチオン部位M1 +及びカチオン部位M2 +の少なくとも一方に配置されているのが好ましい。酸分解性基が、カチオン部位M1 +及びカチオン部位M2 +の少なくとも一方に配置される場合、1つのカチオン部位において1~3個の酸分解性基を有するのが好ましい。
化合物(I)の具体的な構造としては特に制限されないが、例えば、後述する式(Ia-1)~式(Ia-4)で表される化合物が挙げられる。
以下において、まず、式(Ia-1)で表される化合物について述べる。式(Ia-1)で表される化合物は以下のとおりである。
以下において、まず、式(Ia-1)で表される化合物について述べる。式(Ia-1)で表される化合物は以下のとおりである。
M11
+ A11
--L1-A12
- M12
+ (Ia-1)
化合物(Ia-1)は、活性光線又は放射線の照射によって、HA11-L1-A12Hで表される酸を発生する。
式(Ia-1)中、M11
+及びM12
+は、各々独立に、有機カチオンを表す。
A11 -及びA12 -は、各々独立に、1価のアニオン性官能基を表す。
L1は、2価の連結基を表す。
M11 +及びM12 +は、各々同一であっても異なっていてもよい。
A11 -及びA12 -は、各々同一であっても異なっていてもよいが、互いに異なっているのが好ましい。
但し、上記式(Ia-1)において、M11 +及びM12 +で表される有機カチオンをH+に置き換えてなる化合物PIa(HA11-L1-A12H)において、A12Hで表される酸性部位に由来する酸解離定数a2は、HA11で表される酸性部位に由来する酸解離定数a1よりも大きい。なお、酸解離定数a1と酸解離定数a2の好適値については、上述した通りである。また、化合物PIaと、活性光線又は放射線の照射によって式(Ia-1)で表される化合物から発生する酸は同じである。
また、M11 +、M12 +、A11 -、A12 -、及びL1の少なくとも1つが、置換基として、酸分解性基を有する。
なお、A11 -、A12 -、及びL1の少なくとも1つが、置換基として酸分解性基を有する場合、上記式(Ia-1)において、M11 +及びM12 +で表される有機カチオンをH+に置き換え、且つ、酸分解性基中の脱離基を水素原子に置き換えてなる(つまり、上述した式(1)で表される酸分解性基の場合、カルボキシ基となる。)化合物において、酸分解性基中の脱離基を水素原子に置き換えてなる部位に由来する酸解離定数は、A12Hで表される酸性部位に由来する酸解離定数a2よりも大きいことが好ましい。
A11 -及びA12 -は、各々独立に、1価のアニオン性官能基を表す。
L1は、2価の連結基を表す。
M11 +及びM12 +は、各々同一であっても異なっていてもよい。
A11 -及びA12 -は、各々同一であっても異なっていてもよいが、互いに異なっているのが好ましい。
但し、上記式(Ia-1)において、M11 +及びM12 +で表される有機カチオンをH+に置き換えてなる化合物PIa(HA11-L1-A12H)において、A12Hで表される酸性部位に由来する酸解離定数a2は、HA11で表される酸性部位に由来する酸解離定数a1よりも大きい。なお、酸解離定数a1と酸解離定数a2の好適値については、上述した通りである。また、化合物PIaと、活性光線又は放射線の照射によって式(Ia-1)で表される化合物から発生する酸は同じである。
また、M11 +、M12 +、A11 -、A12 -、及びL1の少なくとも1つが、置換基として、酸分解性基を有する。
なお、A11 -、A12 -、及びL1の少なくとも1つが、置換基として酸分解性基を有する場合、上記式(Ia-1)において、M11 +及びM12 +で表される有機カチオンをH+に置き換え、且つ、酸分解性基中の脱離基を水素原子に置き換えてなる(つまり、上述した式(1)で表される酸分解性基の場合、カルボキシ基となる。)化合物において、酸分解性基中の脱離基を水素原子に置き換えてなる部位に由来する酸解離定数は、A12Hで表される酸性部位に由来する酸解離定数a2よりも大きいことが好ましい。
式(Ia-1)中、M1
+及びM2
+で表される有機カチオンについては、後述のとおりである。
A11
-で表される1価のアニオン性官能基とは、上述したアニオン部位A1
-を含む1価の基を意図する。また、A12
-で表される1価のアニオン性官能基とは、上述したアニオン部位A2
-を含む1価の基を意図する。
A11 -及びA12 -で表される1価のアニオン性官能基としては、上述した式(AA-1)~(AA-3)及び式(BB-1)~(BB-5)のいずれかのアニオン部位を含む1価のアニオン性官能基であるのが好ましく、式(AX-1)~(AX-3)、及び、式(BX-1)~(BX-6)からなる群から選ばれる1価のアニオン性官能基であるのがより好ましい。A11 -で表される1価のアニオン性官能基としては、なかでも、式(AX-1)~(AX-3)のいずれかで表される1価のアニオン性官能基であるのが好ましく、式(AX-1)及び(AX-3)のいずれかで表される1価のアニオン性官能基であるのがより好ましい。また、A12 -で表される1価のアニオン性官能基としては、なかでも、式(BX-1)~(BX-6)のいずれかで表される1価のアニオン性官能基が好ましく、本発明の効果がより優れる点で、式(BX-1)~(BX-4)のいずれかで表される1価のアニオン性官能基であるのがより好ましい。
A11 -及びA12 -で表される1価のアニオン性官能基としては、上述した式(AA-1)~(AA-3)及び式(BB-1)~(BB-5)のいずれかのアニオン部位を含む1価のアニオン性官能基であるのが好ましく、式(AX-1)~(AX-3)、及び、式(BX-1)~(BX-6)からなる群から選ばれる1価のアニオン性官能基であるのがより好ましい。A11 -で表される1価のアニオン性官能基としては、なかでも、式(AX-1)~(AX-3)のいずれかで表される1価のアニオン性官能基であるのが好ましく、式(AX-1)及び(AX-3)のいずれかで表される1価のアニオン性官能基であるのがより好ましい。また、A12 -で表される1価のアニオン性官能基としては、なかでも、式(BX-1)~(BX-6)のいずれかで表される1価のアニオン性官能基が好ましく、本発明の効果がより優れる点で、式(BX-1)~(BX-4)のいずれかで表される1価のアニオン性官能基であるのがより好ましい。
式(AX-1)~(AX-3)中、RA1及びRA2は、各々独立に、1価の有機基を表す。*は、結合位置を表す。
RA1で表される1価の有機基としては、シアノ基、*-SO2RA11基、*-CORA11基等が挙げられる。
上記RA11としては、置換基を有していてもよい、直鎖状、分岐鎖状、又は環状のアルキル基が好ましい。
上記アルキル基の炭素数は1~15が好ましく、1~10がより好ましく、1~6が更に好ましい。
上記アルキル基は、置換基を有していてもよい。置換基としては、上述の式(1L)又は式(2L)で表される1価の基、フッ素原子、又はシアノ基が好ましく、フッ素原子又はシアノ基がより好ましい。上記アルキル基が置換基としてフッ素原子を有する場合、パーフルオロアルキル基であってもよい。
上記RA11としては、置換基を有していてもよい、直鎖状、分岐鎖状、又は環状のアルキル基が好ましい。
上記アルキル基の炭素数は1~15が好ましく、1~10がより好ましく、1~6が更に好ましい。
上記アルキル基は、置換基を有していてもよい。置換基としては、上述の式(1L)又は式(2L)で表される1価の基、フッ素原子、又はシアノ基が好ましく、フッ素原子又はシアノ基がより好ましい。上記アルキル基が置換基としてフッ素原子を有する場合、パーフルオロアルキル基であってもよい。
RA2で表される1価の有機基としては、直鎖状、分岐鎖状、若しくは環状のアルキル基、又はアリール基が好ましい。
上記アルキル基の炭素数は1~15が好ましく、1~10がより好ましく、1~6が更に好ましい。
上記アルキル基は、置換基を有していてもよい。置換基としては、上述の式(1L)又は式(2L)で表される1価の基、フッ素原子、又はシアノ基が好ましく、フッ素原子又はシアノ基がより好ましい。上記アルキル基が置換基としてフッ素原子を有する場合、パーフルオロアルキル基であってもよい。
上記アルキル基の炭素数は1~15が好ましく、1~10がより好ましく、1~6が更に好ましい。
上記アルキル基は、置換基を有していてもよい。置換基としては、上述の式(1L)又は式(2L)で表される1価の基、フッ素原子、又はシアノ基が好ましく、フッ素原子又はシアノ基がより好ましい。上記アルキル基が置換基としてフッ素原子を有する場合、パーフルオロアルキル基であってもよい。
上記アリール基としては、フェニル基又はナフチル基が好ましく、フェニル基がより好ましい。
上記アリール基は、置換基を有していてもよい。置換基としては、上述の式(1L)又は式(2L)で表される1価の基、フッ素原子、ヨウ素原子、パーフルオロアルキル基(例えば、炭素数1~10が好ましく、炭素数1~6がより好ましい。)、又はシアノ基が好ましく、フッ素原子、ヨウ素原子、パーフルオロアルキル基、又はシアノ基がより好ましい。
上記アリール基は、置換基を有していてもよい。置換基としては、上述の式(1L)又は式(2L)で表される1価の基、フッ素原子、ヨウ素原子、パーフルオロアルキル基(例えば、炭素数1~10が好ましく、炭素数1~6がより好ましい。)、又はシアノ基が好ましく、フッ素原子、ヨウ素原子、パーフルオロアルキル基、又はシアノ基がより好ましい。
式(B-1)~(B-6)中、RBは、1価の有機基を表す。*は、結合位置を表す。
RBで表される1価の有機基としては、直鎖状、分岐鎖状、若しくは環状のアルキル基、又はアリール基が好ましい。
上記アルキル基の炭素数は1~15が好ましく、1~10がより好ましく、1~6が更に好ましい。
上記アルキル基は、置換基を有していてもよい。置換基として特に制限されないが、置換基としては、上述の式(1L)又は式(2L)で表される1価の基、フッ素原子、又はシアノ基が好ましく、フッ素原子又はシアノ基がより好ましい。上記アルキル基が置換基としてフッ素原子を有する場合、パーフルオロアルキル基であってもよい。
なお、アルキル基において結合位置となる炭素原子(例えば、式(BX-1)及び(BX-4)の場合、アルキル基中の式中に明示される-CO-と直接結合する炭素原子が該当し、式(BX-2)及び(BX-3)の場合、アルキル基中の式中に明示される-SO2-と直接結合する炭素原子が該当し、式(BX-6)の場合、アルキル基中の式中に明示される-N--と直接結合する炭素原子が該当する。)が置換基を有する場合、フッ素原子又はシアノ基以外の置換基であるのが好ましい。
また、上記アルキル基は、炭素原子がカルボニル炭素で置換されていてもよい。
RBで表される1価の有機基としては、直鎖状、分岐鎖状、若しくは環状のアルキル基、又はアリール基が好ましい。
上記アルキル基の炭素数は1~15が好ましく、1~10がより好ましく、1~6が更に好ましい。
上記アルキル基は、置換基を有していてもよい。置換基として特に制限されないが、置換基としては、上述の式(1L)又は式(2L)で表される1価の基、フッ素原子、又はシアノ基が好ましく、フッ素原子又はシアノ基がより好ましい。上記アルキル基が置換基としてフッ素原子を有する場合、パーフルオロアルキル基であってもよい。
なお、アルキル基において結合位置となる炭素原子(例えば、式(BX-1)及び(BX-4)の場合、アルキル基中の式中に明示される-CO-と直接結合する炭素原子が該当し、式(BX-2)及び(BX-3)の場合、アルキル基中の式中に明示される-SO2-と直接結合する炭素原子が該当し、式(BX-6)の場合、アルキル基中の式中に明示される-N--と直接結合する炭素原子が該当する。)が置換基を有する場合、フッ素原子又はシアノ基以外の置換基であるのが好ましい。
また、上記アルキル基は、炭素原子がカルボニル炭素で置換されていてもよい。
上記アリール基としては、フェニル基又はナフチル基が好ましく、フェニル基がより好ましい。
上記アリール基は、置換基を有していてもよい。置換基としては、上述の式(1L)又は式(2L)で表される1価の基、フッ素原子、ヨウ素原子、パーフルオロアルキル基(例えば、炭素数1~10が好ましく、炭素数1~6がより好ましい。)、シアノ基、アルキル基(例えば、炭素数1~10が好ましく、炭素数1~6がより好ましい。)、アルコキシ基(例えば、炭素数1~10が好ましく、炭素数1~6がより好ましい。)、又はアルコキシカルボニル基(例えば、炭素数2~10が好ましく、炭素数2~6がより好ましい。)が好ましく、フッ素原子、ヨウ素原子、パーフルオロアルキル基、シアノ基、アルキル基、アルコキシ基、又はアルコキシカルボニル基がより好ましい。
上記アリール基は、置換基を有していてもよい。置換基としては、上述の式(1L)又は式(2L)で表される1価の基、フッ素原子、ヨウ素原子、パーフルオロアルキル基(例えば、炭素数1~10が好ましく、炭素数1~6がより好ましい。)、シアノ基、アルキル基(例えば、炭素数1~10が好ましく、炭素数1~6がより好ましい。)、アルコキシ基(例えば、炭素数1~10が好ましく、炭素数1~6がより好ましい。)、又はアルコキシカルボニル基(例えば、炭素数2~10が好ましく、炭素数2~6がより好ましい。)が好ましく、フッ素原子、ヨウ素原子、パーフルオロアルキル基、シアノ基、アルキル基、アルコキシ基、又はアルコキシカルボニル基がより好ましい。
式(I)中、L1で表される2価の連結基としては特に制限されず、-CO-、-NR-、-CO-、-O-、-S-、-SO-、-SO2-、アルキレン基(好ましくは炭素数1~6。直鎖状でも分岐鎖状でもよい)、シクロアルキレン基(好ましくは炭素数3~15)、アルケニレン基(好ましくは炭素数2~6)、2価の脂肪族複素環基(少なくとも1つのN原子、O原子、S原子、又はSe原子を環構造内に有する5~10員環が好ましく、5~7員環がより好ましく、5~6員環が更に好ましい。)、2価の芳香族複素環基(少なくとも1つのN原子、O原子、S原子、又はSe原子を環構造内に有する5~10員環が好ましく、5~7員環がより好ましく、5~6員環が更に好ましい。)、2価の芳香族炭化水素環基(6~10員環が好ましく、6員環が更に好ましい。)、及びこれらの複数を組み合わせた2価の連結基が挙げられる。上記Rは、水素原子又は1価の有機基が挙げられる。1価の有機基としては特に制限されないが、例えば、アルキル基(好ましくは炭素数1~6)が好ましい。
また、上記アルキレン基、上記シクロアルキレン基、上記アルケニレン基、上記2価の脂肪族複素環基、2価の芳香族複素環基、及び2価の芳香族炭化水素環基は、置換基で置換されていてもよい。置換基としては、例えば、上述の式(1L)又は式(2L)で表される1価の基、及び、ハロゲン原子(好ましくはフッ素原子)が挙げられる。
また、上記アルキレン基、上記シクロアルキレン基、上記アルケニレン基、上記2価の脂肪族複素環基、2価の芳香族複素環基、及び2価の芳香族炭化水素環基は、置換基で置換されていてもよい。置換基としては、例えば、上述の式(1L)又は式(2L)で表される1価の基、及び、ハロゲン原子(好ましくはフッ素原子)が挙げられる。
L1で表される2価の連結基としては、なかでも式(L1)で表される2価の連結基であるのが好ましい。
式(L1)中、L111は、単結合又は2価の連結基を表す。
L111で表される2価の連結基としては特に制限されず、例えば、-CO-、-O-、-SO-、-SO2-、置換基を有していてもよいアルキレン基(好ましくは炭素数1~6がより好ましい。直鎖状及び分岐鎖状のいずれでもよい)、置換基を有していてもよいシクロアルキレン基(好ましくは炭素数3~15)、置換基を有していてもよいアリーレン基(好ましくは炭素数6~10)、及びこれらの複数を組み合わせた2価の連結基が挙げられる。置換基としては特に制限されず、例えば、上述の式(1L)又は式(2L)で表される1価の基、及び、ハロゲン原子等が挙げられる。
pは、0~3の整数を表し、1~3の整数を表すのが好ましい。
Xf1は、各々独立に、フッ素原子、又は、少なくとも1つのフッ素原子で置換されたアルキル基を表す。このアルキル基の炭素数は、1~10が好ましく、1~4がより好ましい。また、少なくとも1つのフッ素原子で置換されたアルキル基としては、パーフルオロアルキル基が好ましい。
Xf2は、各々独立に、水素原子、置換基としてフッ素原子を有していてもよいアルキル基、又はフッ素原子を表す。このアルキル基の炭素数は、1~10が好ましく、1~4がより好ましい。Xf2としては、なかでも、フッ素原子、又は、少なくとも1つのフッ素原子で置換されたアルキル基を表すのが好ましく、フッ素原子、又は、パーフルオロアルキル基がより好ましい。
なかでも、Xf1及びXf2としては、各々独立に、フッ素原子又は炭素数1~4のパーフルオロアルキル基であることが好ましく、フッ素原子又はCF3であることがより好ましい。特に、Xf1及びXf2が、いずれもフッ素原子であることが更に好ましい。
*は結合位置を表す。
式(Ia-1)中のL1が式(L1)で表される2価の連結基を表す場合、式(L1)中のL111側の結合手(*)が、式(Ia-1)中のA12 -と結合するのが好ましい。
L111で表される2価の連結基としては特に制限されず、例えば、-CO-、-O-、-SO-、-SO2-、置換基を有していてもよいアルキレン基(好ましくは炭素数1~6がより好ましい。直鎖状及び分岐鎖状のいずれでもよい)、置換基を有していてもよいシクロアルキレン基(好ましくは炭素数3~15)、置換基を有していてもよいアリーレン基(好ましくは炭素数6~10)、及びこれらの複数を組み合わせた2価の連結基が挙げられる。置換基としては特に制限されず、例えば、上述の式(1L)又は式(2L)で表される1価の基、及び、ハロゲン原子等が挙げられる。
pは、0~3の整数を表し、1~3の整数を表すのが好ましい。
Xf1は、各々独立に、フッ素原子、又は、少なくとも1つのフッ素原子で置換されたアルキル基を表す。このアルキル基の炭素数は、1~10が好ましく、1~4がより好ましい。また、少なくとも1つのフッ素原子で置換されたアルキル基としては、パーフルオロアルキル基が好ましい。
Xf2は、各々独立に、水素原子、置換基としてフッ素原子を有していてもよいアルキル基、又はフッ素原子を表す。このアルキル基の炭素数は、1~10が好ましく、1~4がより好ましい。Xf2としては、なかでも、フッ素原子、又は、少なくとも1つのフッ素原子で置換されたアルキル基を表すのが好ましく、フッ素原子、又は、パーフルオロアルキル基がより好ましい。
なかでも、Xf1及びXf2としては、各々独立に、フッ素原子又は炭素数1~4のパーフルオロアルキル基であることが好ましく、フッ素原子又はCF3であることがより好ましい。特に、Xf1及びXf2が、いずれもフッ素原子であることが更に好ましい。
*は結合位置を表す。
式(Ia-1)中のL1が式(L1)で表される2価の連結基を表す場合、式(L1)中のL111側の結合手(*)が、式(Ia-1)中のA12 -と結合するのが好ましい。
式(I)中、M11
+及びM12
+で表される有機カチオンの好ましい形態について詳述する。
M11 +及びM12 +で表される有機カチオンは、各々独立に、式(ZaI)で表される有機カチオン(カチオン(ZaI))又は式(ZaII)で表される有機カチオン(カチオン(ZaII))が好ましい。
M11 +及びM12 +で表される有機カチオンは、各々独立に、式(ZaI)で表される有機カチオン(カチオン(ZaI))又は式(ZaII)で表される有機カチオン(カチオン(ZaII))が好ましい。
上記式(ZaI)において、
R201、R202、及びR203は、各々独立に、有機基を表す。
R201、R202、及びR203としての有機基の炭素数は、通常1~30であり、1~20が好ましい。また、R201~R203のうち2つが結合して環構造を形成してもよく、環内に酸素原子、硫黄原子、エステル基、アミド基、又はカルボニル基を含んでいてもよい。R201~R203の内の2つが結合して形成する基としては、例えば、アルキレン基(例えば、ブチレン基及びペンチレン基)、及び-CH2-CH2-O-CH2-CH2-が挙げられる。
R201、R202、及びR203は、各々独立に、有機基を表す。
R201、R202、及びR203としての有機基の炭素数は、通常1~30であり、1~20が好ましい。また、R201~R203のうち2つが結合して環構造を形成してもよく、環内に酸素原子、硫黄原子、エステル基、アミド基、又はカルボニル基を含んでいてもよい。R201~R203の内の2つが結合して形成する基としては、例えば、アルキレン基(例えば、ブチレン基及びペンチレン基)、及び-CH2-CH2-O-CH2-CH2-が挙げられる。
式(ZaI)における有機カチオンの好適な態様としては、後述する、カチオン(ZaI-1)、カチオン(ZaI-2)、式(ZaI-3b)で表される有機カチオン(カチオン(ZaI-3b))、及び式(ZaI-4b)で表される有機カチオン(カチオン(ZaI-4b))が挙げられる。
まず、カチオン(ZaI-1)について説明する。
カチオン(ZaI-1)は、上記式(ZaI)のR201~R203の少なくとも1つがアリール基である、アリールスルホニウムカチオンである。
アリールスルホニウムカチオンは、R201~R203の全てがアリール基でもよいし、R201~R203の一部がアリール基であり、残りがアルキル基又はシクロアルキル基であってもよい。
また、R201~R203のうちの1つがアリール基であり、R201~R203のうちの残りの2つが結合して環構造を形成してもよく、環内に酸素原子、硫黄原子、エステル基、アミド基、又はカルボニル基を含んでいてもよい。R201~R203のうちの2つが結合して形成する基としては、例えば、1つ以上のメチレン基が酸素原子、硫黄原子、エステル基、アミド基、及び/又はカルボニル基で置換されていてもよいアルキレン基(例えば、ブチレン基、ペンチレン基、又は-CH2-CH2-O-CH2-CH2-)が挙げられる。
アリールスルホニウムカチオンとしては、例えば、トリアリールスルホニウムカチオン、ジアリールアルキルスルホニウムカチオン、アリールジアルキルスルホニウムカチオン、ジアリールシクロアルキルスルホニウムカチオン、及びアリールジシクロアルキルスルホニウムカチオンが挙げられる。
カチオン(ZaI-1)は、上記式(ZaI)のR201~R203の少なくとも1つがアリール基である、アリールスルホニウムカチオンである。
アリールスルホニウムカチオンは、R201~R203の全てがアリール基でもよいし、R201~R203の一部がアリール基であり、残りがアルキル基又はシクロアルキル基であってもよい。
また、R201~R203のうちの1つがアリール基であり、R201~R203のうちの残りの2つが結合して環構造を形成してもよく、環内に酸素原子、硫黄原子、エステル基、アミド基、又はカルボニル基を含んでいてもよい。R201~R203のうちの2つが結合して形成する基としては、例えば、1つ以上のメチレン基が酸素原子、硫黄原子、エステル基、アミド基、及び/又はカルボニル基で置換されていてもよいアルキレン基(例えば、ブチレン基、ペンチレン基、又は-CH2-CH2-O-CH2-CH2-)が挙げられる。
アリールスルホニウムカチオンとしては、例えば、トリアリールスルホニウムカチオン、ジアリールアルキルスルホニウムカチオン、アリールジアルキルスルホニウムカチオン、ジアリールシクロアルキルスルホニウムカチオン、及びアリールジシクロアルキルスルホニウムカチオンが挙げられる。
アリールスルホニウムカチオンに含まれるアリール基としては、フェニル基又はナフチル基が好ましく、フェニル基がより好ましい。アリール基は、酸素原子、窒素原子、又は硫黄原子等を有するヘテロ環構造を有するアリール基であってもよい。ヘテロ環構造としては、ピロール残基、フラン残基、チオフェン残基、インドール残基、ベンゾフラン残基、及びベンゾチオフェン残基等が挙げられる。アリールスルホニウムカチオンが2つ以上のアリール基を有する場合に、2つ以上あるアリール基は同一であっても異なっていてもよい。
アリールスルホニウムカチオンが必要に応じて有しているアルキル基又はシクロアルキル基は、炭素数1~15の直鎖状アルキル基、炭素数3~15の分岐鎖状アルキル基、又は炭素数3~15のシクロ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、n-ブチル基、sec-ブチル基、t-ブチル基、シクロプロピル基、シクロブチル基、及びシクロヘキシル基等がより好ましい。
アリールスルホニウムカチオンが必要に応じて有しているアルキル基又はシクロアルキル基は、炭素数1~15の直鎖状アルキル基、炭素数3~15の分岐鎖状アルキル基、又は炭素数3~15のシクロ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、n-ブチル基、sec-ブチル基、t-ブチル基、シクロプロピル基、シクロブチル基、及びシクロヘキシル基等がより好ましい。
R201~R203のアリール基、アルキル基、及びシクロアルキル基が有していてもよい置換基としては、各々独立に、上述の式(1L)又は式(2L)で表される1価の基(酸分解性基を含む基)、アルキル基(例えば炭素数1~15)、シクロアルキル基(例えば炭素数3~15)、アリール基(例えば炭素数6~14)、アルコキシ基(例えば炭素数1~15)、シクロアルキルアルコキシ基(例えば炭素数1~15)、ハロゲン原子(例えばフッ素、ヨウ素)、水酸基、カルボキシル基、エステル基、スルフィニル基、スルホニル基、アルキルチオ基、及びフェニルチオ基等が好ましい。
上記置換基は可能な場合さらに置換基を有していてもよく、例えば、上記アルキル基が置換基としてハロゲン原子を有して、トリフルオロメチル基などのハロゲン化アルキル基となっていてもよい。
上記置換基は可能な場合さらに置換基を有していてもよく、例えば、上記アルキル基が置換基としてハロゲン原子を有して、トリフルオロメチル基などのハロゲン化アルキル基となっていてもよい。
次に、カチオン(ZaI-2)について説明する。
カチオン(ZaI-2)は、式(ZaI)におけるR201~R203が、各々独立に、芳香環を有さない有機基を表すカチオンである。ここで芳香環とは、ヘテロ原子を含む芳香族環も包含する。
R201~R203としての芳香環を有さない有機基は、一般的に炭素数1~30であり、炭素数1~20が好ましい。
R201~R203は、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基、アリル基、又はビニル基が好ましく、直鎖状又は分岐鎖状の2-オキソアルキル基、2-オキソシクロアルキル基、又はアルコキシカルボニルメチル基がより好ましく、直鎖状又は分岐鎖状の2-オキソアルキル基が更に好ましい。
カチオン(ZaI-2)は、式(ZaI)におけるR201~R203が、各々独立に、芳香環を有さない有機基を表すカチオンである。ここで芳香環とは、ヘテロ原子を含む芳香族環も包含する。
R201~R203としての芳香環を有さない有機基は、一般的に炭素数1~30であり、炭素数1~20が好ましい。
R201~R203は、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基、アリル基、又はビニル基が好ましく、直鎖状又は分岐鎖状の2-オキソアルキル基、2-オキソシクロアルキル基、又はアルコキシカルボニルメチル基がより好ましく、直鎖状又は分岐鎖状の2-オキソアルキル基が更に好ましい。
R201~R203のアルキル基及びシクロアルキル基としては、例えば、炭素数1~10の直鎖状アルキル基又は炭素数3~10の分岐鎖状アルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、及びペンチル基)、並びに、炭素数3~10のシクロアルキル基(例えばシクロペンチル基、シクロヘキシル基、及びノルボルニル基)が挙げられる。
R201~R203は、上述の式(1L)又は式(2L)で表される1価の基、ハロゲン原子、アルコキシ基(例えば炭素数1~5)、水酸基、シアノ基、又はニトロ基によって更に置換されていてもよい。
R201~R203は、上述の式(1L)又は式(2L)で表される1価の基、ハロゲン原子、アルコキシ基(例えば炭素数1~5)、水酸基、シアノ基、又はニトロ基によって更に置換されていてもよい。
次に、カチオン(ZaI-3b)について説明する。
カチオン(ZaI-3b)は、下記式(ZaI-3b)で表されるカチオンである。
カチオン(ZaI-3b)は、下記式(ZaI-3b)で表されるカチオンである。
式(ZaI-3b)中、
R1c~R5cは、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルコキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基、シクロアルキルカルボニルオキシ基、ハロゲン原子、水酸基、ニトロ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、又は、上述の式(1L)又は式(2L)で表される1価の基を表す。
R6c及びR7cは、各々独立に、水素原子、アルキル基(t-ブチル基等)、シクロアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基、又はアリール基を表す。
Rx及びRyは、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基、2-オキソアルキル基、2-オキソシクロアルキル基、アルコキシカルボニルアルキル基、アリル基、又はビニル基を表す。
R1c~R5cは、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルコキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基、シクロアルキルカルボニルオキシ基、ハロゲン原子、水酸基、ニトロ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、又は、上述の式(1L)又は式(2L)で表される1価の基を表す。
R6c及びR7cは、各々独立に、水素原子、アルキル基(t-ブチル基等)、シクロアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基、又はアリール基を表す。
Rx及びRyは、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基、2-オキソアルキル基、2-オキソシクロアルキル基、アルコキシカルボニルアルキル基、アリル基、又はビニル基を表す。
R1c~R5c中のいずれか2つ以上、R5cとR6c、R6cとR7c、R5cとRx、及びRxとRyは、それぞれ互いに結合して環を形成してもよく、この環は、各々独立に、酸素原子、硫黄原子、ケトン基、エステル結合、又はアミド結合を含んでいてもよい。
上記環としては、芳香族又は非芳香族の炭化水素環、芳香族又は非芳香族のヘテロ環、及びこれらの環が2つ以上組み合わされてなる多環縮合環が挙げられる。環としては、3~10員環が挙げられ、4~8員環が好ましく、5又は6員環がより好ましい。
上記環としては、芳香族又は非芳香族の炭化水素環、芳香族又は非芳香族のヘテロ環、及びこれらの環が2つ以上組み合わされてなる多環縮合環が挙げられる。環としては、3~10員環が挙げられ、4~8員環が好ましく、5又は6員環がより好ましい。
R1c~R5c中のいずれか2つ以上、R6cとR7c、及びRxとRyが結合して形成する基としては、ブチレン基及びペンチレン基等のアルキレン基が挙げられる。このアルキレン基中のメチレン基が酸素原子等のヘテロ原子で置換されていてもよい。
R5cとR6c、及びR5cとRxが結合して形成する基としては、単結合又はアルキレン基が好ましい。アルキレン基としては、メチレン基及びエチレン基等が挙げられる。
R5cとR6c、及びR5cとRxが結合して形成する基としては、単結合又はアルキレン基が好ましい。アルキレン基としては、メチレン基及びエチレン基等が挙げられる。
R1c~R5c、R6c、R7c、Rx、Ry、並びに、R1c~R5c中のいずれか2つ以上、R5cとR6c、R6cとR7c、R5cとRx、及び、RxとRyがそれぞれ互いに結合して形成する環は、置換基として、上述の式(1L)又は式(2L)で表される1価の基を有していてもよい。
次に、カチオン(ZaI-4b)について説明する。
カチオン(ZaI-4b)は、下記式(ZaI-4b)で表されるカチオンである。
カチオン(ZaI-4b)は、下記式(ZaI-4b)で表されるカチオンである。
式(ZaI-4b)中、
lは0~2の整数を表す。
rは0~8の整数を表す。
R13は、水素原子、ハロゲン原子(例えば、フッ素原子、ヨウ素原子等)、水酸基、アルキル基、ハロゲン化アルキル基、アルコキシ基、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基、シクロアルキル基を有する基(シクロアルキル基そのものであってもよく、シクロアルキル基を一部に含む基であってもよい)を表す。これらの基は置換基を有してもよく、置換基としては、例えば、上述の式(1L)又は式(2L)で表される1価の基が挙げられる。
また、R13の一態様としては、上述の式(1L)又は式(2L)で表される1価の基であるのも好ましい。
R14は、水酸基、ハロゲン原子(例えば、フッ素原子、ヨウ素原子等)、アルキル基、ハロゲン化アルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アルキルカルボニル基、アルキルスルホニル基、シクロアルキルスルホニル基、又はシクロアルキル基を有する基(シクロアルキル基そのものであってもよく、シクロアルキル基を一部に含む基であってもよい)を表す。これらの基は置換基を有してもよく、置換基としては、例えば上述の式(1L)又は式(2L)で表される1価の基が挙げられる。R14は、複数存在する場合はそれぞれ独立して、水酸基等の上記基を表す。
また、R14の一態様としては、上述の式(1L)又は式(2L)で表される1価の基であるのも好ましい。
R15は、それぞれ独立して、アルキル基、シクロアルキル基、又はナフチル基を表す。2つのR15が互いに結合して環を形成してもよい。2つのR15が互いに結合して環を形成するとき、環骨格内に、酸素原子、又は窒素原子等のヘテロ原子を含んでもよい。一態様において、2つのR15がアルキレン基であり、互いに結合して環構造を形成するのが好ましい。なお、上記アルキル基、上記シクロアルキル基、及び上記ナフチル基、並びに、2つのR15が互いに結合して形成する環は置換基を有してもよく、置換基としては、上述の式(1L)又は式(2L)で表される1価の基が挙げられる。
lは0~2の整数を表す。
rは0~8の整数を表す。
R13は、水素原子、ハロゲン原子(例えば、フッ素原子、ヨウ素原子等)、水酸基、アルキル基、ハロゲン化アルキル基、アルコキシ基、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基、シクロアルキル基を有する基(シクロアルキル基そのものであってもよく、シクロアルキル基を一部に含む基であってもよい)を表す。これらの基は置換基を有してもよく、置換基としては、例えば、上述の式(1L)又は式(2L)で表される1価の基が挙げられる。
また、R13の一態様としては、上述の式(1L)又は式(2L)で表される1価の基であるのも好ましい。
R14は、水酸基、ハロゲン原子(例えば、フッ素原子、ヨウ素原子等)、アルキル基、ハロゲン化アルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アルキルカルボニル基、アルキルスルホニル基、シクロアルキルスルホニル基、又はシクロアルキル基を有する基(シクロアルキル基そのものであってもよく、シクロアルキル基を一部に含む基であってもよい)を表す。これらの基は置換基を有してもよく、置換基としては、例えば上述の式(1L)又は式(2L)で表される1価の基が挙げられる。R14は、複数存在する場合はそれぞれ独立して、水酸基等の上記基を表す。
また、R14の一態様としては、上述の式(1L)又は式(2L)で表される1価の基であるのも好ましい。
R15は、それぞれ独立して、アルキル基、シクロアルキル基、又はナフチル基を表す。2つのR15が互いに結合して環を形成してもよい。2つのR15が互いに結合して環を形成するとき、環骨格内に、酸素原子、又は窒素原子等のヘテロ原子を含んでもよい。一態様において、2つのR15がアルキレン基であり、互いに結合して環構造を形成するのが好ましい。なお、上記アルキル基、上記シクロアルキル基、及び上記ナフチル基、並びに、2つのR15が互いに結合して形成する環は置換基を有してもよく、置換基としては、上述の式(1L)又は式(2L)で表される1価の基が挙げられる。
式(ZaI-4b)において、R13、R14、及びR15のアルキル基としては、直鎖状又は分岐鎖状であるのが好ましい。アルキル基の炭素数は、1~10が好ましい。アルキル基としては、メチル基、エチル基、n-ブチル基、又はt-ブチル基等がより好ましい。
次に、式(ZaII)について説明する。
式(ZaII)中、R204及びR205は、各々独立に、アリール基、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。
R204及びR205のアリール基としてはフェニル基、又はナフチル基が好ましく、フェニル基がより好ましい。R204及びR205のアリール基は、酸素原子、窒素原子、又は硫黄原子等を有するヘテロ環を有するアリール基であってもよい。ヘテロ環を有するアリール基の骨格としては、例えば、ピロール、フラン、チオフェン、インドール、ベンゾフラン、及びベンゾチオフェン等が挙げられる。
R204及びR205のアルキル基及びシクロアルキル基としては、炭素数1~10の直鎖状アルキル基又は炭素数3~10の分岐鎖状アルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、又はペンチル基)、又は炭素数3~10のシクロアルキル基(例えばシクロペンチル基、シクロヘキシル基、又はノルボルニル基)が好ましい。
式(ZaII)中、R204及びR205は、各々独立に、アリール基、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。
R204及びR205のアリール基としてはフェニル基、又はナフチル基が好ましく、フェニル基がより好ましい。R204及びR205のアリール基は、酸素原子、窒素原子、又は硫黄原子等を有するヘテロ環を有するアリール基であってもよい。ヘテロ環を有するアリール基の骨格としては、例えば、ピロール、フラン、チオフェン、インドール、ベンゾフラン、及びベンゾチオフェン等が挙げられる。
R204及びR205のアルキル基及びシクロアルキル基としては、炭素数1~10の直鎖状アルキル基又は炭素数3~10の分岐鎖状アルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、又はペンチル基)、又は炭素数3~10のシクロアルキル基(例えばシクロペンチル基、シクロヘキシル基、又はノルボルニル基)が好ましい。
R204及びR205のアリール基、アルキル基、及びシクロアルキル基は、各々独立に、置換基を有していてもよい。R204及びR205のアリール基、アルキル基、及びシクロアルキル基が有していてもよい置換基としては、例えば、上述の式(1L)又は式(2L)で表される1価の基、アルキル基(例えば炭素数1~15)、シクロアルキル基(例えば炭素数3~15)、アリール基(例えば炭素数6~15)、アルコキシ基(例えば炭素数1~15)、ハロゲン原子、水酸基、及びフェニルチオ基等が挙げられる。
次に、式(Ia-2)~(Ia-4)について説明する。
式(Ia-2)中、A21a
-及びA21b
-は、各々独立に、1価のアニオン性官能基を表す。ここで、A21a
-及びA21b
-で表される1価のアニオン性官能基とは、上述したアニオン部位A1
-を含む1価の基を意図する。A21a
-及びA21b
-で表される1価のアニオン性官能基としては特に制限されないが、例えば、上述の式(AX-1)~(AX-3)からなる群から選ばれる1種以上の1価のアニオン性官能基等が挙げられる。
A22 -は、2価のアニオン性官能基を表す。ここで、A22 -で表される2価のアニオン性官能基とは、上述したアニオン部位A2 -を含む2価の基を意図する。A22 -で表される2価のアニオン性官能基としては、例えば、以下に示す式(BX-7)~(BX-9)で表される2価のアニオン性官能基等が挙げられる。
A22 -は、2価のアニオン性官能基を表す。ここで、A22 -で表される2価のアニオン性官能基とは、上述したアニオン部位A2 -を含む2価の基を意図する。A22 -で表される2価のアニオン性官能基としては、例えば、以下に示す式(BX-7)~(BX-9)で表される2価のアニオン性官能基等が挙げられる。
M21a
+、M21b
+、及びM22
+は、各々独立に、有機カチオンを表す。M21a
+、M21b
+、及びM22
+で表される有機カチオンとしては、上述のM1
+と同義であり、好適態様も同じである。
L21及びL22は、各々独立に、2価の有機基を表す。
L21及びL22は、各々独立に、2価の有機基を表す。
また、上記式(Ia-2)において、M21a
+、M21b
+、及びM22
+で表される有機カチオンをH+に置き換えてなる化合物PIa-2において、A22Hで表される酸性部位に由来する酸解離定数a2は、A21aHに由来する酸解離定数a1-1及びA21bHで表される酸性部位に由来する酸解離定数a1-2よりも大きい。なお、酸解離定数a1-1と酸解離定数a1-2は、上述した酸解離定数a1に該当する。
なお、A21a -及びA21b -は、互いに同一であっても異なっていてもよい。また、M21a +、M21b +、及びM22 +は、互いに同一であっても異なっていてもよい。
また、M21a +、M21b +、M22 +、A21a -、A21b -、A22 -、L21、及びL22の少なくとも1つが、置換基として、酸分解性基を有する。
なお、A21a -、A21b -、A22 -、L21、及びL22の少なくとも1つが、置換基として酸分解性基を有する場合、上記式(Ia-2)において、M21a +、M21b +、及びM22 +で表される有機カチオンをH+に置き換え、且つ、酸分解性基中の脱離基を水素原子に置き換えてなる(つまり、上述した式(1)で表される酸分解性基の場合、カルボキシ基となる。)化合物において、酸分解性基中の脱離基を水素原子に置き換えてなる部位に由来する酸解離定数は、A22Hで表される酸性部位に由来する酸解離定数a2よりも大きいことが好ましい。
なお、A21a -及びA21b -は、互いに同一であっても異なっていてもよい。また、M21a +、M21b +、及びM22 +は、互いに同一であっても異なっていてもよい。
また、M21a +、M21b +、M22 +、A21a -、A21b -、A22 -、L21、及びL22の少なくとも1つが、置換基として、酸分解性基を有する。
なお、A21a -、A21b -、A22 -、L21、及びL22の少なくとも1つが、置換基として酸分解性基を有する場合、上記式(Ia-2)において、M21a +、M21b +、及びM22 +で表される有機カチオンをH+に置き換え、且つ、酸分解性基中の脱離基を水素原子に置き換えてなる(つまり、上述した式(1)で表される酸分解性基の場合、カルボキシ基となる。)化合物において、酸分解性基中の脱離基を水素原子に置き換えてなる部位に由来する酸解離定数は、A22Hで表される酸性部位に由来する酸解離定数a2よりも大きいことが好ましい。
式(Ia-3)中、A31a
-及びA32
-は、各々独立に、1価のアニオン性官能基を表す。なお、A31a
-で表される1価のアニオン性官能基の定義は、上述した式(Ia-2)中のA21a
-及びA21b
-と同義であり、好適態様も同じである。
A32 -で表される1価のアニオン性官能基は、上述したアニオン部位A2 -を含む1価の基を意図する。A32 -で表される1価のアニオン性官能基としては特に制限されないが、例えば、上述の式(BX-1)~(BX-6)からなる群から選ばれる1種以上の1価のアニオン性官能基等が挙げられ、本発明の効果がより優れる点で、上述の式(BX-1)~(BX-4)からなる群から選ばれる1種以上の1価のアニオン性官能基が好ましい。
A31b -は、2価のアニオン性官能基を表す。ここで、A31b -で表される2価のアニオン性官能基とは、上述したアニオン部位A1 -を含む2価の基を意図する。A31b -で表される2価のアニオン性官能基としては、例えば、以下に示す式(AX-4)で表される2価のアニオン性官能基等が挙げられる。
A32 -で表される1価のアニオン性官能基は、上述したアニオン部位A2 -を含む1価の基を意図する。A32 -で表される1価のアニオン性官能基としては特に制限されないが、例えば、上述の式(BX-1)~(BX-6)からなる群から選ばれる1種以上の1価のアニオン性官能基等が挙げられ、本発明の効果がより優れる点で、上述の式(BX-1)~(BX-4)からなる群から選ばれる1種以上の1価のアニオン性官能基が好ましい。
A31b -は、2価のアニオン性官能基を表す。ここで、A31b -で表される2価のアニオン性官能基とは、上述したアニオン部位A1 -を含む2価の基を意図する。A31b -で表される2価のアニオン性官能基としては、例えば、以下に示す式(AX-4)で表される2価のアニオン性官能基等が挙げられる。
M31a
+、M31b
+、及びM32
+は、各々独立に、1価の有機カチオンを表す。M31a
+、M31b
+、及びM32
+で表される有機カチオンとしては、上述のM1
+と同義であり、好適態様も同じである。
L31及びL32は、各々独立に、2価の有機基を表す。
L31及びL32は、各々独立に、2価の有機基を表す。
また、上記式(Ia-3)において、M31a
+、M31b
+、及びM32
+で表される有機カチオンをH+に置き換えてなる化合物PIa-3において、A32Hで表される酸性部位に由来する酸解離定数a2は、A31aHで表される酸性部位に由来する酸解離定数a1-3及びA31bHで表される酸性部位に由来する酸解離定数a1-4よりも大きい。なお、酸解離定数a1-3と酸解離定数a1-4は、上述した酸解離定数a1に該当する。
なお、A31a -及びA32 -は、互いに同一であっても異なっていてもよい。また、M31a +、M31b +、及びM32 +は、互いに同一であっても異なっていてもよい。
また、M31a +、M31b +、M32 +、A31a -、A31b -、A32 -、L31、及びL32の少なくとも1つが、置換基として、酸分解性基を有する。
なお、A31a -、A31b -、A32 -、L31、及びL32の少なくとも1つが、置換基として酸分解性基を有する場合、上記式(Ia-3)において、M31a +、M31b +、及びM32 +で表される有機カチオンをH+に置き換え、且つ、酸分解性基中の脱離基を水素原子に置き換えてなる(つまり、上述した式(1)で表される酸分解性基の場合、カルボキシ基となる。)化合物において、酸分解性基中の脱離基を水素原子に置き換えてなる部位に由来する酸解離定数は、A32Hで表される酸性部位に由来する酸解離定数a2よりも大きいことが好ましい。
なお、A31a -及びA32 -は、互いに同一であっても異なっていてもよい。また、M31a +、M31b +、及びM32 +は、互いに同一であっても異なっていてもよい。
また、M31a +、M31b +、M32 +、A31a -、A31b -、A32 -、L31、及びL32の少なくとも1つが、置換基として、酸分解性基を有する。
なお、A31a -、A31b -、A32 -、L31、及びL32の少なくとも1つが、置換基として酸分解性基を有する場合、上記式(Ia-3)において、M31a +、M31b +、及びM32 +で表される有機カチオンをH+に置き換え、且つ、酸分解性基中の脱離基を水素原子に置き換えてなる(つまり、上述した式(1)で表される酸分解性基の場合、カルボキシ基となる。)化合物において、酸分解性基中の脱離基を水素原子に置き換えてなる部位に由来する酸解離定数は、A32Hで表される酸性部位に由来する酸解離定数a2よりも大きいことが好ましい。
式(Ia-4)中、A41a
-、A41b
-、及びA42
-は、各々独立に、1価のアニオン性官能基を表す。なお、A41a
-及びA41b
-で表される1価のアニオン性官能基の定義は、上述した式(Ia-2)中のA21a
-及びA21b
-と同義である。また、A42
-で表される1価のアニオン性官能基の定義は、上述した式(Ia-3)中のA32
-と同義であり、好適態様も同じである。
M41a +、M41b +、及びM42 +は、各々独立に、有機カチオンを表す。
L41は、3価の有機基を表す。
M41a +、M41b +、及びM42 +は、各々独立に、有機カチオンを表す。
L41は、3価の有機基を表す。
また、上記式(Ia-4)において、M41a
+、M41b
+、及びM42
+で表される有機カチオンをH+に置き換えてなる化合物PIa-4において、A42Hで表される酸性部位に由来する酸解離定数a2は、A41aHで表される酸性部位に由来する酸解離定数a1-5及びA41bHで表される酸性部位に由来する酸解離定数a1-6よりも大きい。なお、酸解離定数a1-5と酸解離定数a1-6は、上述した酸解離定数a1に該当する。
なお、A41a -、A41b -、及びA42 -は、互いに同一であっても異なっていてもよい。また、M41a +、M41b +、及びM42 +は、互いに同一であっても異なっていてもよい。
また、M41a +、M41b +、M42 +、A41a -、A41b -、A42 -、及びL41の少なくとも1つが、置換基として、酸分解性基を有する。
なお、A41a -、A41b -、A42 -、及びL41の少なくとも1つが、置換基として酸分解性基を有する場合、上記式(Ia-4)において、M41a +、M41b +、M42 +で表される有機カチオンをH+に置き換え、且つ、酸分解性基中の脱離基を水素原子に置き換えてなる(つまり、上述した式(1)で表される酸分解性基の場合、カルボキシ基となる。)化合物において、酸分解性基中の脱離基を水素原子に置き換えてなる部位に由来する酸解離定数は、A42Hで表される酸性部位に由来する酸解離定数a2よりも大きいことが好ましい。
なお、A41a -、A41b -、及びA42 -は、互いに同一であっても異なっていてもよい。また、M41a +、M41b +、及びM42 +は、互いに同一であっても異なっていてもよい。
また、M41a +、M41b +、M42 +、A41a -、A41b -、A42 -、及びL41の少なくとも1つが、置換基として、酸分解性基を有する。
なお、A41a -、A41b -、A42 -、及びL41の少なくとも1つが、置換基として酸分解性基を有する場合、上記式(Ia-4)において、M41a +、M41b +、M42 +で表される有機カチオンをH+に置き換え、且つ、酸分解性基中の脱離基を水素原子に置き換えてなる(つまり、上述した式(1)で表される酸分解性基の場合、カルボキシ基となる。)化合物において、酸分解性基中の脱離基を水素原子に置き換えてなる部位に由来する酸解離定数は、A42Hで表される酸性部位に由来する酸解離定数a2よりも大きいことが好ましい。
式(Ia-2)中のL21及びL22、並びに、式(Ia-3)中のL31及びL32で表される2価の有機基としては特に制限されず、例えば、-CO-、-NR-、-O-、-S-、-SO-、-SO2-、アルキレン基(好ましくは炭素数1~6。直鎖状でも分岐鎖状でもよい)、シクロアルキレン基(好ましくは炭素数3~15)、アルケニレン基(好ましくは炭素数2~6)、2価の脂肪族複素環基(少なくとも1つのN原子、O原子、S原子、又はSe原子を環構造内に有する5~10員環が好ましく、5~7員環がより好ましく、5~6員環が更に好ましい。)、2価の芳香族複素環基(少なくとも1つのN原子、O原子、S原子、又はSe原子を環構造内に有する5~10員環が好ましく、5~7員環がより好ましく、5~6員環が更に好ましい。)、2価の芳香族炭化水素環基(6~10員環が好ましく、6員環が更に好ましい。)、及びこれらの複数を組み合わせた2価の有機基が挙げられる。上記Rは、水素原子又は1価の有機基が挙げられる。1価の有機基としては特に制限されないが、例えば、アルキル基(好ましくは炭素数1~6)が好ましい。
また、上記アルキレン基、上記シクロアルキレン基、上記アルケニレン基、上記2価の脂肪族複素環基、2価の芳香族複素環基、及び2価の芳香族炭化水素環基は、置換基で置換されていてもよい。置換基としては、例えば、上述の式(1L)又は式(2L)で表される1価の基、及び、及び、ハロゲン原子(好ましくはフッ素原子)が挙げられる。
また、上記アルキレン基、上記シクロアルキレン基、上記アルケニレン基、上記2価の脂肪族複素環基、2価の芳香族複素環基、及び2価の芳香族炭化水素環基は、置換基で置換されていてもよい。置換基としては、例えば、上述の式(1L)又は式(2L)で表される1価の基、及び、及び、ハロゲン原子(好ましくはフッ素原子)が挙げられる。
式(Ia-2)中のL21及びL22、並びに、式(Ia-3)中のL31及びL32で表される2価の有機基としては、例えば、下記式(L2)で表される2価の有機基であるのも好ましい。
式(L2)中、qは、1~3の整数を表す。*は結合位置を表す。
Xfは、各々独立に、フッ素原子、又は、少なくとも1つのフッ素原子で置換されたアルキル基を表す。このアルキル基の炭素数は、1~10が好ましく、1~4がより好ましい。また、少なくとも1つのフッ素原子で置換されたアルキル基としては、パーフルオロアルキル基が好ましい。
Xfは、フッ素原子又は炭素数1~4のパーフルオロアルキル基であることが好ましく、フッ素原子又はCF3であることがより好ましい。特に、双方のXfがフッ素原子であることが更に好ましい。
Xfは、各々独立に、フッ素原子、又は、少なくとも1つのフッ素原子で置換されたアルキル基を表す。このアルキル基の炭素数は、1~10が好ましく、1~4がより好ましい。また、少なくとも1つのフッ素原子で置換されたアルキル基としては、パーフルオロアルキル基が好ましい。
Xfは、フッ素原子又は炭素数1~4のパーフルオロアルキル基であることが好ましく、フッ素原子又はCF3であることがより好ましい。特に、双方のXfがフッ素原子であることが更に好ましい。
LAは、単結合又は2価の連結基を表す。
LAで表される2価の連結基としては特に制限されず、例えば、-CO-、-O-、-SO-、-SO2-、アルキレン基(好ましくは炭素数1~6。直鎖状でも分岐鎖状でもよい)、シクロアルキレン基(好ましくは炭素数3~15)、2価の芳香族炭化水素環基(6~10員環が好ましく、6員環が更に好ましい。)、及びこれらの複数を組み合わせた2価の連結基が挙げられる。
また、上記アルキレン基、上記シクロアルキレン基、及び2価の芳香族炭化水素環基は、置換基で置換されていてもよい。置換基としては、例えば、上述の式(1L)又は式(2L)で表される1価の基、及び、ハロゲン原子(好ましくはフッ素原子)が挙げられる。
LAで表される2価の連結基としては特に制限されず、例えば、-CO-、-O-、-SO-、-SO2-、アルキレン基(好ましくは炭素数1~6。直鎖状でも分岐鎖状でもよい)、シクロアルキレン基(好ましくは炭素数3~15)、2価の芳香族炭化水素環基(6~10員環が好ましく、6員環が更に好ましい。)、及びこれらの複数を組み合わせた2価の連結基が挙げられる。
また、上記アルキレン基、上記シクロアルキレン基、及び2価の芳香族炭化水素環基は、置換基で置換されていてもよい。置換基としては、例えば、上述の式(1L)又は式(2L)で表される1価の基、及び、ハロゲン原子(好ましくはフッ素原子)が挙げられる。
式(L2)で表される2価の有機基としては、例えば、*-CF2-*、*-CF2-CF2-*、*-CF2-CF2-CF2-*、*-Ph-O-SO2-CF2-*、*-Ph-O-SO2-CF2-CF2-*、及び*-Ph-O-SO2-CF2-CF2-CF2-*、等が挙げられる。なお、Phとは、置換基を有していてもよいフェニレン基であり、1,4-フェニレン基であるのが好ましい。置換基としては特に制限されないが、例えば、上述の式(1L)又は式(2L)で表される1価の基、アルキル基(例えば、炭素数1~10が好ましく、炭素数1~6がより好ましい。)、アルコキシ基(例えば、炭素数1~10が好ましく、炭素数1~6がより好ましい。)、又はアルコキシカルボニル基(例えば、炭素数2~10が好ましく、炭素数2~6がより好ましい。)が好ましい。
式(Ia-2)中のL21及びL22が式(L2)で表される2価の有機基を表す場合、式(L2)中のLA側の結合手(*)が、式(Ia-2)中のA22 -と結合するのが好ましい。
また、式(Ia-3)中のL32が式(L2)で表される2価の有機基を表す場合、式(L2)中のLA側の結合手(*)が、式(Ia-3)中のA32 -と結合するのが好ましい。
式(Ia-2)中のL21及びL22が式(L2)で表される2価の有機基を表す場合、式(L2)中のLA側の結合手(*)が、式(Ia-2)中のA22 -と結合するのが好ましい。
また、式(Ia-3)中のL32が式(L2)で表される2価の有機基を表す場合、式(L2)中のLA側の結合手(*)が、式(Ia-3)中のA32 -と結合するのが好ましい。
式(Ia-4)中のL41で表される3価の有機基としては特に制限されず、例えば、下記式(L3)で表される3価の有機基が挙げられる。
式(L3)中、LBは、3価の炭化水素環基又は3価の複素環基を表す。*は結合位置を表す。
上記炭化水素環基は、芳香族炭化水素環基であっても、脂肪族炭化水素環基であってもよい。上記炭化水素環基に含まれる炭素数は、6~18が好ましく、6~14がより好ましい。
上記複素環基は、芳香族複素環基であっても、脂肪族複素環基であってもよい。上記複素環は、少なくとも1つのN原子、O原子、S原子、又はSe原子を環構造内に有する5~10員環であることが好ましく、5~7員環がより好ましく、5~6員環が更に好ましい。
LBとしては、なかでも、3価の炭化水素環基が好ましく、ベンゼン環基又はアダマンタン環基がより好ましい。ベンゼン環基又はアダマンタン環基は、置換基を有していてもよい。置換基としては特に制限されないが、例えば、上述の式(1L)又は式(2L)で表される1価の基、及び、ハロゲン原子(好ましくはフッ素原子)が挙げられる。
上記複素環基は、芳香族複素環基であっても、脂肪族複素環基であってもよい。上記複素環は、少なくとも1つのN原子、O原子、S原子、又はSe原子を環構造内に有する5~10員環であることが好ましく、5~7員環がより好ましく、5~6員環が更に好ましい。
LBとしては、なかでも、3価の炭化水素環基が好ましく、ベンゼン環基又はアダマンタン環基がより好ましい。ベンゼン環基又はアダマンタン環基は、置換基を有していてもよい。置換基としては特に制限されないが、例えば、上述の式(1L)又は式(2L)で表される1価の基、及び、ハロゲン原子(好ましくはフッ素原子)が挙げられる。
また、式(L3)中、LB1~LB3は、各々独立に、単結合又は2価の連結基を表す。LB1~LB3で表される2価の連結基としては特に制限されず、例えば、-CO-、-NR-、-O-、-S-、-SO-、-SO2-、アルキレン基(好ましくは炭素数1~6。直鎖状でも分岐鎖状でもよい)、シクロアルキレン基(好ましくは炭素数3~15)、アルケニレン基(好ましくは炭素数2~6)、2価の脂肪族複素環基(少なくとも1つのN原子、O原子、S原子、又はSe原子を環構造内に有する5~10員環が好ましく、5~7員環がより好ましく、5~6員環が更に好ましい。)、2価の芳香族複素環基(少なくとも1つのN原子、O原子、S原子、又はSe原子を環構造内に有する5~10員環が好ましく、5~7員環がより好ましく、5~6員環が更に好ましい。)、2価の芳香族炭化水素環基(6~10員環が好ましく、6員環が更に好ましい。)、及びこれらの複数を組み合わせた2価の連結基が挙げられる。上記Rは、水素原子又は1価の有機基が挙げられる。1価の有機基としては特に制限されないが、例えば、アルキル基(好ましくは炭素数1~6)が好ましい。
また、上記アルキレン基、上記シクロアルキレン基、上記アルケニレン基、上記2価の脂肪族複素環基、2価の芳香族複素環基、及び2価の芳香族炭化水素環基は、置換基で置換されていてもよい。置換基としては、例えば、上述の式(1L)又は式(2L)で表される1価の基、及び、ハロゲン原子(好ましくはフッ素原子)が挙げられる。
LB1~LB3で表される2価の連結基としては、上記のなかでも、-CO-、-NR-、-O-、-S-、-SO-、-SO2-、置換基を有していてもよいアルキレン基、及びこれらの複数を組み合わせた2価の連結基が好ましい。
また、上記アルキレン基、上記シクロアルキレン基、上記アルケニレン基、上記2価の脂肪族複素環基、2価の芳香族複素環基、及び2価の芳香族炭化水素環基は、置換基で置換されていてもよい。置換基としては、例えば、上述の式(1L)又は式(2L)で表される1価の基、及び、ハロゲン原子(好ましくはフッ素原子)が挙げられる。
LB1~LB3で表される2価の連結基としては、上記のなかでも、-CO-、-NR-、-O-、-S-、-SO-、-SO2-、置換基を有していてもよいアルキレン基、及びこれらの複数を組み合わせた2価の連結基が好ましい。
LB1~LB3で表される2価の連結基としては、なかでも式(L3-1)で表される2価の連結基であるのがより好ましい。
式(L3-1)中、LB11は、単結合又は2価の連結基を表す。
LB11で表される2価の連結基としては特に制限されず、例えば、-CO-、-O-、-SO-、-SO2-、置換基を有していてもよいアルキレン基(好ましくは炭素数1~6。直鎖状でも分岐鎖状でもよい)、及びこれらの複数を組み合わせた2価の連結基が挙げられる。置換基としては特に制限されず、例えば、上述の式(1L)又は式(2L)で表される1価の基、及び、ハロゲン原子等が挙げられる。
rは、1~3の整数を表す。
Xfは、上述した式(L2)中のXfと同義であり、好適態様も同じである。
*は結合位置を表す。
LB11で表される2価の連結基としては特に制限されず、例えば、-CO-、-O-、-SO-、-SO2-、置換基を有していてもよいアルキレン基(好ましくは炭素数1~6。直鎖状でも分岐鎖状でもよい)、及びこれらの複数を組み合わせた2価の連結基が挙げられる。置換基としては特に制限されず、例えば、上述の式(1L)又は式(2L)で表される1価の基、及び、ハロゲン原子等が挙げられる。
rは、1~3の整数を表す。
Xfは、上述した式(L2)中のXfと同義であり、好適態様も同じである。
*は結合位置を表す。
LB1~LB3で表される2価の連結基としては、例えば、*-O-*、*-O-SO2-CF2-*、*-O-SO2-CF2-CF2-*、*-O-SO2-CF2-CF2-CF2-*、及び*-COO-CH2-CH2-*等が挙げられる。
式(Ia-4)中のL41が式(L3-1)で表される2価の有機基を含み、且つ、式(L3-1)で表される2価の有機基とA42 -とが結合する場合、式(L3-1)中に明示される炭素原子側の結合手(*)が、式(Ia-4)中のA42 -と結合するのが好ましい。
また、式(Ia-4)中のL41が式(L3-1)で表される2価の有機基を含み、且つ、式(L3-1)で表される2価の有機基とA41a -及びA41b -とが結合する場合、式(L3-1)中に明示される炭素原子側の結合手(*)が、式(Ia-4)中のA41a -及びA41b -と結合するのが好ましい。
式(Ia-4)中のL41が式(L3-1)で表される2価の有機基を含み、且つ、式(L3-1)で表される2価の有機基とA42 -とが結合する場合、式(L3-1)中に明示される炭素原子側の結合手(*)が、式(Ia-4)中のA42 -と結合するのが好ましい。
また、式(Ia-4)中のL41が式(L3-1)で表される2価の有機基を含み、且つ、式(L3-1)で表される2価の有機基とA41a -及びA41b -とが結合する場合、式(L3-1)中に明示される炭素原子側の結合手(*)が、式(Ia-4)中のA41a -及びA41b -と結合するのが好ましい。
<化合物(II)>
化合物(II)は、酸の作用により脱離する脱離基で極性基が保護されてなる酸分解性基と、2つ以上の上記構造部位Xと、1つ以上の下記構造部位Zとを有する化合物であって、活性光線又は放射線の照射によって、上記構造部位Xに由来する上記第1の酸性部位を2つ以上と上記構造部位Zとを含む酸を発生する化合物である。
構造部位Z:酸を中和可能な非イオン性の部位
但し、化合物(II)は、下記条件IIBを満たす。
条件IIB:上記化合物(II)は、酸の作用により、2つ以上の上記構造部位X中のアニオン部位A1 -と上記構造部位Zとを連結する部位が切断されない構造である。
また、条件IIBにおける「酸の作用により連結部位が分解されない」との意図及び具体的な態様は、条件IBで説明した通りである。化合物(II)において、アニオン部位A1 -同士の連結部位及び/又はアニオン部位A1 -と構造部位Zとの連結位置は、酸の作用により脱離基が脱離(分解も含む)することで連結部位が切断し得る位置に、酸の作用により脱離する脱離基で極性基が保護された構造を含まない。なお、「酸の作用により連結部位が分解されない」とは、例えば、化合物(II)が後述する式(IIa)で表される化合物である場合、L51及びL52で表される連結基が酸の作用により切断されない構造を意図する。
化合物(II)は、酸の作用により脱離する脱離基で極性基が保護されてなる酸分解性基と、2つ以上の上記構造部位Xと、1つ以上の下記構造部位Zとを有する化合物であって、活性光線又は放射線の照射によって、上記構造部位Xに由来する上記第1の酸性部位を2つ以上と上記構造部位Zとを含む酸を発生する化合物である。
構造部位Z:酸を中和可能な非イオン性の部位
但し、化合物(II)は、下記条件IIBを満たす。
条件IIB:上記化合物(II)は、酸の作用により、2つ以上の上記構造部位X中のアニオン部位A1 -と上記構造部位Zとを連結する部位が切断されない構造である。
また、条件IIBにおける「酸の作用により連結部位が分解されない」との意図及び具体的な態様は、条件IBで説明した通りである。化合物(II)において、アニオン部位A1 -同士の連結部位及び/又はアニオン部位A1 -と構造部位Zとの連結位置は、酸の作用により脱離基が脱離(分解も含む)することで連結部位が切断し得る位置に、酸の作用により脱離する脱離基で極性基が保護された構造を含まない。なお、「酸の作用により連結部位が分解されない」とは、例えば、化合物(II)が後述する式(IIa)で表される化合物である場合、L51及びL52で表される連結基が酸の作用により切断されない構造を意図する。
化合物(II)中、構造部位Xの定義、並びに、A1
-及びM1
+の定義は、上述した化合物(I)中の構造部位Xの定義、並びに、A1
-及びM1
+の定義と同義であり、好適態様も同じである。
上記化合物(II)において上記構造部位X中の上記カチオン部位M1
+をH+に置き換えてなる化合物PIIにおいて、上記構造部位X中の上記カチオン部位M1
+をH+に置き換えてなるHA1で表される酸性部位に由来する酸解離定数a1の好適範囲については、上記化合物PIにおける酸解離定数a1と同じである。
なお、化合物(II)が、例えば、上記構造部位Xに由来する上記第1の酸性部位を2つと上記構造部位Zとを有する酸を発生する化合物である場合、化合物PIIは「2つのHA1を有する化合物」に該当する。この化合物PIIの酸解離定数を求めた場合、化合物PIIが「1つのA1 -と1つのHA1とを有する化合物」となる際の酸解離定数、及び「1つのA1 -と1つのHA1とを有する化合物」が「2つのA1 -を有する化合物」となる際の酸解離定数が、酸解離定数a1に該当する。
なお、化合物(II)が、例えば、上記構造部位Xに由来する上記第1の酸性部位を2つと上記構造部位Zとを有する酸を発生する化合物である場合、化合物PIIは「2つのHA1を有する化合物」に該当する。この化合物PIIの酸解離定数を求めた場合、化合物PIIが「1つのA1 -と1つのHA1とを有する化合物」となる際の酸解離定数、及び「1つのA1 -と1つのHA1とを有する化合物」が「2つのA1 -を有する化合物」となる際の酸解離定数が、酸解離定数a1に該当する。
酸解離定数a1は、上述した酸解離定数の測定方法により求められる。
上記化合物PIIとは、化合物(II)に活性光線又は放射線を照射した場合に、発生する酸に該当する。
なお、上記2つ以上の構造部位Xは、各々同一であっても異なっていてもよい。また、2つ以上の上記A1 -、及び、2つ以上の上記M1 +は、各々同一であっても異なっていてもよい。
上記化合物PIIとは、化合物(II)に活性光線又は放射線を照射した場合に、発生する酸に該当する。
なお、上記2つ以上の構造部位Xは、各々同一であっても異なっていてもよい。また、2つ以上の上記A1 -、及び、2つ以上の上記M1 +は、各々同一であっても異なっていてもよい。
構造部位Z中の酸を中和可能な非イオン性の部位としては特に制限されず、例えば、プロトンと静電的に相互作用し得る基又は電子を有する官能基を含む部位であることが好ましい。
プロトンと静電的に相互作用し得る基又は電子を有する官能基としては、環状ポリエーテル等のマクロサイクリック構造を有する官能基、又はπ共役に寄与しない非共有電子対をもった窒素原子を有する官能基等が挙げられる。π共役に寄与しない非共有電子対を有する窒素原子とは、例えば、下記式に示す部分構造を有する窒素原子である。
プロトンと静電的に相互作用し得る基又は電子を有する官能基としては、環状ポリエーテル等のマクロサイクリック構造を有する官能基、又はπ共役に寄与しない非共有電子対をもった窒素原子を有する官能基等が挙げられる。π共役に寄与しない非共有電子対を有する窒素原子とは、例えば、下記式に示す部分構造を有する窒素原子である。
プロトンと静電的に相互作用し得る基又は電子を有する官能基の部分構造としては、例えば、クラウンエーテル構造、アザクラウンエーテル構造、1~3級アミン構造、ピリジン構造、イミダゾール構造、及びピラジン構造等が挙げられ、なかでも、1~3級アミン構造が好ましい。
化合物(II)は、酸の作用により脱離する脱離基で極性基が保護されてなる酸分解性基を有する。化合物(II)において、酸分解性基の種類、数、及び位置としては、化合物(I)における酸分解性基の種類、数、及び位置と同義であり、好適態様も同じである。
化合物(II)としては特に制限されないが、例えば、下記式(IIa)で表される化合物が挙げられる。
上記式(IIa)中、A51a
-及びA51b
-は、各々上述した式(Ia-1)中のA11
-と同義であり、好適態様も同じである。また、M51a
+及びM51b
+は、各々上述した式(Ia-1)中のM11
+と同義であり、好適態様も同じである。
上記式(IIa)中、L51及びL52は、各々上述した式(Ia-1)中のL1と同義であり、好適態様も同じである。
なお、式(IIa)中のL51が式(L1)で表される2価の連結基を表す場合、式(L1)中のL111側の結合手(*)が、式(IIa)中に明示される窒素原子と結合するのが好ましい。また、式(IIa)中のL52が式(L1)で表される2価の連結基を表す場合、式(L1)中のL111側の結合手(*)が、式(IIa)中に明示される窒素原子と結合するのが好ましい。
上記式(IIa)中、L51及びL52は、各々上述した式(Ia-1)中のL1と同義であり、好適態様も同じである。
なお、式(IIa)中のL51が式(L1)で表される2価の連結基を表す場合、式(L1)中のL111側の結合手(*)が、式(IIa)中に明示される窒素原子と結合するのが好ましい。また、式(IIa)中のL52が式(L1)で表される2価の連結基を表す場合、式(L1)中のL111側の結合手(*)が、式(IIa)中に明示される窒素原子と結合するのが好ましい。
式(IIa)中、R2Xは、1価の有機基を表す。R2Xで表される1価の有機基としては特に制限されず、例えば、-CH2-が、-CO-、-NH-、-O-、-S-、-SO-、及び-SO2-よりなる群より選ばれる1種又は2種以上の組み合わせで置換されていてもよい、アルキル基(好ましくは炭素数1~10。直鎖状でも分岐鎖状でもよい)、シクロアルキル基(好ましくは炭素数3~15)、又はアルケニル基(好ましくは炭素数2~6)等が挙げられる。
また、上記アルキレン基、上記シクロアルキレン基、及び上記アルケニレン基は、置換基で置換されていてもよい。置換基としては、特に制限されないが、例えば、上述の式(1L)又は式(2L)で表される1価の基、及び、ハロゲン原子(好ましくはフッ素原子)が挙げられる。
また、上記アルキレン基、上記シクロアルキレン基、及び上記アルケニレン基は、置換基で置換されていてもよい。置換基としては、特に制限されないが、例えば、上述の式(1L)又は式(2L)で表される1価の基、及び、ハロゲン原子(好ましくはフッ素原子)が挙げられる。
また、上記式(IIa)において、M51a
+及びM51b
+で表される有機カチオンをH+に置き換えてなる化合物PIIaにおいて、A51aHで表される酸性部位に由来する酸解離定数a1-7及びA51bHで表される酸性部位に由来する酸解離定数a1-8は、上述した酸解離定数a1に該当する。
なお、上記化合物(IIa)において上記構造部位X中の上記カチオン部位M1 +をH+に置き換えてなる化合物PIIaは、HA51a-L51-N(R2X)-L52-A51bHが該当する。また、化合物PIIaと、活性光線又は放射線の照射によって式(IIa)で表される化合物から発生する酸は同じである。
また、M51a +、M51b +、A51a -、A51b -、L51、L52、及びR2Xの少なくとも1つが、置換基として、酸分解性基を有する。
なお、上記化合物(IIa)において上記構造部位X中の上記カチオン部位M1 +をH+に置き換えてなる化合物PIIaは、HA51a-L51-N(R2X)-L52-A51bHが該当する。また、化合物PIIaと、活性光線又は放射線の照射によって式(IIa)で表される化合物から発生する酸は同じである。
また、M51a +、M51b +、A51a -、A51b -、L51、L52、及びR2Xの少なくとも1つが、置換基として、酸分解性基を有する。
レジスト組成物が含む特定化合物は、本発明の効果がより優れる点で、下記条件(A)を満たしつつ、更に下記条件(B1)~(B3)のうち2種以上を満たす(好ましくは、下記条件(A)を満たしつつ、更に下記条件(B1)~(B3)のいずれも満たす)のが好ましい。
(A)特定化合物の酸分解性基の種類が、上述した式(1)で表される構造(エステル構造)又は式(2)で表される構造(アセタール構造)である。
(B1)特定化合物の酸分解性基の種類が、上述した式(1)で表される構造(エステル構造)である。
(B2)特定化合物中、酸分解性基がカチオン部位に配置されている。
(B3)特定化合物が、上述した化合物(I)に該当し、且つ、アニオン部位A2 -の構造が、上述した式(BB-1)~式(BB-3)に該当する。
(A)特定化合物の酸分解性基の種類が、上述した式(1)で表される構造(エステル構造)又は式(2)で表される構造(アセタール構造)である。
(B1)特定化合物の酸分解性基の種類が、上述した式(1)で表される構造(エステル構造)である。
(B2)特定化合物中、酸分解性基がカチオン部位に配置されている。
(B3)特定化合物が、上述した化合物(I)に該当し、且つ、アニオン部位A2 -の構造が、上述した式(BB-1)~式(BB-3)に該当する。
特定化合物は、1種単独で使用してもよく、2種以上を使用してもよい。
特定化合物を2種以上使用する場合には、下記化合物(I-A)及び下記化合物(II-A)からなる群より選択される少なくとも1種の化合物(以下、化合物(X-A)ともいう。)と、下記化合物(I-B)及び下記化合物(II-B)からなる群より選択される少なくとも1種の化合物(以下、化合物(X-B)ともいう。)の1種以上と、の組み合わせであることが好ましく、下記化合物(I-A)の1種以上と、下記化合物(I-B)の1種以上との組み合わせであることがより好ましい。これにより、欠陥性能がより優れる。
化合物(I-A):上記化合物(I)に該当する化合物であって、構造部位Xを2つ以上有し、かつ、構造部位Yを1つのみ有する化合物
化合物(I-B):上記化合物(I)に該当する化合物であって、構造部位Xを1つのみ有し、かつ、構造部位Yを1つのみ有する化合物
化合物(II-A):上記化合物(II)に該当する化合物であって、構造部位Xを3つ以上有し、かつ、構造部位Zを1つのみ有する化合物
化合物(II-B):上記化合物(II)に該当する化合物であって、構造部位Xを2つのみ有し、かつ、構造部位Zを1つのみ有する化合物
特定化合物を2種以上使用する場合には、下記化合物(I-A)及び下記化合物(II-A)からなる群より選択される少なくとも1種の化合物(以下、化合物(X-A)ともいう。)と、下記化合物(I-B)及び下記化合物(II-B)からなる群より選択される少なくとも1種の化合物(以下、化合物(X-B)ともいう。)の1種以上と、の組み合わせであることが好ましく、下記化合物(I-A)の1種以上と、下記化合物(I-B)の1種以上との組み合わせであることがより好ましい。これにより、欠陥性能がより優れる。
化合物(I-A):上記化合物(I)に該当する化合物であって、構造部位Xを2つ以上有し、かつ、構造部位Yを1つのみ有する化合物
化合物(I-B):上記化合物(I)に該当する化合物であって、構造部位Xを1つのみ有し、かつ、構造部位Yを1つのみ有する化合物
化合物(II-A):上記化合物(II)に該当する化合物であって、構造部位Xを3つ以上有し、かつ、構造部位Zを1つのみ有する化合物
化合物(II-B):上記化合物(II)に該当する化合物であって、構造部位Xを2つのみ有し、かつ、構造部位Zを1つのみ有する化合物
レジスト組成物が化合物(X-A)及び化合物(X-B)を含む場合、化合物(X-B)の含有量に対する化合物(X-A)の含有量の質量比(化合物(X-A)/化合物(X-B))は、0.05~19.00が好ましく、0.18~5.67がより好ましく、0.43~2.33が更に好ましい。質量比が上記範囲内であれば、欠陥性能がより優れる。
レジスト組成物が化合物(X-A)及び化合物(X-B)を含む場合、上記条件(A)を満たしつつ、更に上記条件(B1)~(B3)のうち2種以上を満たす化合物(X-A)と、上記条件(A)を満たしつつ、更に上記条件(B1)~(B3)のうち2種以上を満たす化合物(X-B)と、を用いることが好ましい。これにより、欠陥性能がより優れる。
特定化合物の分子量は300~5000が好ましく、500~4000がより好ましく、700~3000が更に好ましい。
特定化合物の含有量は、組成物の全固形分に対して、0.1~80.0質量%が好ましく、1.0~60.0質量%がより好ましく、5.00~50.0質量%が更に好ましい。なお、固形分とは、レジスト膜を形成する成分を意図し、溶剤は含まれない。また、レジスト膜を形成する成分であれば、その性状が液体状であっても、固形分とみなす。
特定化合物は1種単独で使用してもよく、2種以上を使用してもよい。2種以上使用する場合は、その合計含有量が、上記好適含有量の範囲内であるのが好ましい。
特定化合物は1種単独で使用してもよく、2種以上を使用してもよい。2種以上使用する場合は、その合計含有量が、上記好適含有量の範囲内であるのが好ましい。
以下において、特定化合物の具体例を例示するが、本発明はこれに制限されない。
<光酸発生剤(B)>
レジスト組成物は、光酸発生剤(B)を含んでいてもよい。光酸発生剤(B)は、上述の特定化合物以外の他の光酸発生剤が該当する。
光酸発生剤(B)は、低分子化合物の形態であってもよく、重合体の一部に組み込まれた形態であってもよい。また、低分子化合物の形態と重合体の一部に組み込まれた形態を併用してもよい。
光酸発生剤(B)が、低分子化合物の形態である場合、分子量は3000以下が好ましく、2000以下がより好ましく、1000以下が更に好ましい。
光酸発生剤(B)が、重合体の一部に組み込まれた形態である場合、樹脂(A)の一部に組み込まれてもよく、樹脂(A)とは異なる樹脂に組み込まれてもよい。
本発明において、光酸発生剤(B)は、低分子化合物の形態であるのが好ましい。
レジスト組成物は、光酸発生剤(B)を含んでいてもよい。光酸発生剤(B)は、上述の特定化合物以外の他の光酸発生剤が該当する。
光酸発生剤(B)は、低分子化合物の形態であってもよく、重合体の一部に組み込まれた形態であってもよい。また、低分子化合物の形態と重合体の一部に組み込まれた形態を併用してもよい。
光酸発生剤(B)が、低分子化合物の形態である場合、分子量は3000以下が好ましく、2000以下がより好ましく、1000以下が更に好ましい。
光酸発生剤(B)が、重合体の一部に組み込まれた形態である場合、樹脂(A)の一部に組み込まれてもよく、樹脂(A)とは異なる樹脂に組み込まれてもよい。
本発明において、光酸発生剤(B)は、低分子化合物の形態であるのが好ましい。
光酸発生剤(B)としては例えば、「M+ X-」で表される化合物(オニウム塩)が挙げられ、露光により有機酸を発生する化合物であるのが好ましい。
上記有機酸として、例えば、スルホン酸(脂肪族スルホン酸、芳香族スルホン酸、及び、カンファースルホン酸等)、カルボン酸(脂肪族カルボン酸、芳香族カルボン酸、及び、アラルキルカルボン酸等)、カルボニルスルホニルイミド酸、ビス(アルキルスルホニル)イミド酸、及び、トリス(アルキルスルホニル)メチド酸等が挙げられる。
上記有機酸として、例えば、スルホン酸(脂肪族スルホン酸、芳香族スルホン酸、及び、カンファースルホン酸等)、カルボン酸(脂肪族カルボン酸、芳香族カルボン酸、及び、アラルキルカルボン酸等)、カルボニルスルホニルイミド酸、ビス(アルキルスルホニル)イミド酸、及び、トリス(アルキルスルホニル)メチド酸等が挙げられる。
「M+ X-」で表される化合物において、M+は、有機カチオンを表す。
上記有機カチオンは、式(ZaI)で表されるカチオン(カチオン(ZaI))又は式(ZaII)で表されるカチオン(カチオン(ZaII))が好ましい。
なお、式(ZaI)で表されるカチオン(カチオン(ZaI))又は式(ZaII)で表されるカチオン(カチオン(ZaII))については、既述のとおりである。
M+で表される有機カチオンとしては、一態様として、酸分解性基を有しているのも好ましい。酸分解性基としては、上述した式(1)で表される酸分解性基、及び、式(2)で表される酸分解性基が挙げられる。
上記有機カチオンは、式(ZaI)で表されるカチオン(カチオン(ZaI))又は式(ZaII)で表されるカチオン(カチオン(ZaII))が好ましい。
なお、式(ZaI)で表されるカチオン(カチオン(ZaI))又は式(ZaII)で表されるカチオン(カチオン(ZaII))については、既述のとおりである。
M+で表される有機カチオンとしては、一態様として、酸分解性基を有しているのも好ましい。酸分解性基としては、上述した式(1)で表される酸分解性基、及び、式(2)で表される酸分解性基が挙げられる。
「M+ X-」で表される化合物において、X-は、有機アニオンを表す。
上記有機アニオンとしては特に制限されず、非求核性アニオン(求核反応を起こす能力が著しく低いアニオン)が好ましい。
上記有機アニオンとしては特に制限されず、非求核性アニオン(求核反応を起こす能力が著しく低いアニオン)が好ましい。
非求核性アニオンとしては、例えば、スルホン酸アニオン(脂肪族スルホン酸アニオン、芳香族スルホン酸アニオン、及び、カンファースルホン酸アニオン等)、カルボン酸アニオン(脂肪族カルボン酸アニオン、芳香族カルボン酸アニオン、及び、アラルキルカルボン酸アニオン等)、スルホニルイミドアニオン、ビス(アルキルスルホニル)イミドアニオン、及びトリス(アルキルスルホニル)メチドアニオン等が挙げられる。
脂肪族スルホン酸アニオン及び脂肪族カルボン酸アニオンにおける脂肪族部位は、アルキル基であってもシクロアルキル基であってもよく、炭素数1~30の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、又は、炭素数3~30のシクロアルキル基が好ましい。
上記アルキル基は、例えば、フルオロアルキル基(フッ素原子以外の置換基を有していてもよいし有していなくてもよい。パーフルオロアルキル基でもよい)でもよい。
上記アルキル基は、例えば、フルオロアルキル基(フッ素原子以外の置換基を有していてもよいし有していなくてもよい。パーフルオロアルキル基でもよい)でもよい。
芳香族スルホン酸アニオン及び芳香族カルボン酸アニオンにおけるアリール基としては、炭素数6~14のアリール基が好ましく、例えば、フェニル基、トリル基、及びナフチル基が挙げられる。
上記で挙げたアルキル基、シクロアルキル基、及びアリール基は、置換基を有していてもよい。置換基としては特に制限されないが、具体的には、ニトロ基、フッ素原子又は塩素原子等のハロゲン原子、カルボキシ基、水酸基、アミノ基、シアノ基、アルコキシ基(好ましくは炭素数1~15)、アルキル基(好ましくは炭素数1~10)、シクロアルキル基(好ましくは炭素数3~15)、アリール基(好ましくは炭素数6~14)、アルコキシカルボニル基(好ましくは炭素数2~7)、アシル基(好ましくは炭素数2~12)、アルコキシカルボニルオキシ基(好ましくは炭素数2~7)、アルキルチオ基(好ましくは炭素数1~15)、アルキルスルホニル基(好ましくは炭素数1~15)、アルキルイミノスルホニル基(好ましくは炭素数1~15)、及びアリールオキシスルホニル基(好ましくは炭素数6~20)等が挙げられる。
アラルキルカルボン酸アニオンにおけるアラルキル基としては、炭素数7~14のアラルキル基が好ましく、例えば、ベンジル基、フェネチル基、ナフチルメチル基、ナフチルエチル基、及びナフチルブチル基が挙げられる。
スルホニルイミドアニオンとしては、例えば、サッカリンアニオンが挙げられる。
ビス(アルキルスルホニル)イミドアニオン、及びトリス(アルキルスルホニル)メチドアニオンにおけるアルキル基としては、炭素数1~5のアルキル基が好ましい。これらのアルキル基の置換基としては、ハロゲン原子、ハロゲン原子で置換されたアルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アルキルオキシスルホニル基、アリールオキシスルホニル基、及びシクロアルキルアリールオキシスルホニル基が挙げられ、フッ素原子又はフッ素原子で置換されたアルキル基が好ましい。
また、ビス(アルキルスルホニル)イミドアニオンにおけるアルキル基は、互いに結合して環構造を形成してもよい。これにより、酸強度が増加する。
また、ビス(アルキルスルホニル)イミドアニオンにおけるアルキル基は、互いに結合して環構造を形成してもよい。これにより、酸強度が増加する。
非求核性アニオンとしては、スルホン酸の少なくともα位がフッ素原子で置換された脂肪族スルホン酸アニオン、フッ素原子若しくはフッ素原子を有する基で置換された芳香族スルホン酸アニオン、アルキル基がフッ素原子で置換されたビス(アルキルスルホニル)イミドアニオン、又は、アルキル基がフッ素原子で置換されたトリス(アルキルスルホニル)メチドアニオンが好ましい。
光酸発生剤(B)としては、例えば、国際公開2018/193954号公報の段落[0135]~[0171]、国際公開2020/066824号公報の段落[0077]~[0116]、国際公開2017/154345号公報の段落[0018]~[0075]及び[0334]~[0335]に開示された光酸発生剤等を使用するのも好ましい。
レジスト組成物中が光酸発生剤(B)を含む場合、その含有量は特に制限されないが、組成物の全固形分に対して、0.5質量%以上が好ましく、1質量%以上がより好ましい。また、上記含有量は、30質量%以下が好ましく、25質量%以下がより好ましく、15質量%以下が更に好ましく、10質量%以下が特に好ましい。
光酸発生剤(B)は、1種単独で使用してもよく、2種以上を使用してもよい。2種以上使用する場合は、その合計含有量が、上記好適含有量の範囲内であるのが好ましい。
光酸発生剤(B)は、1種単独で使用してもよく、2種以上を使用してもよい。2種以上使用する場合は、その合計含有量が、上記好適含有量の範囲内であるのが好ましい。
〔酸分解性樹脂(樹脂(A))〕
レジスト組成物は、酸の作用により分解して極性が増大する樹脂(既述のとおり、「酸分解性樹脂」又は「樹脂(A)」ともいう。)を含む。
つまり、本発明のパターン形成方法において、典型的には、現像液としてアルカリ現像液を採用した場合には、ポジ型パターンが好適に形成され、現像液として有機系現像液を採用した場合には、ネガ型パターンが好適に形成される。
樹脂(A)は、通常、酸の作用により分解し極性が増大する基(以下、「酸分解性基」ともいう)を含み、酸分解性基を有する繰り返し単位を含むことが好ましい。
酸分解性基を有する繰り返し単位としては、後述する(酸分解性基を有する繰り返し単位)のほか、後述する(不飽和結合を含む酸分解性基を有する繰り返し単位)が好ましい。
レジスト組成物は、酸の作用により分解して極性が増大する樹脂(既述のとおり、「酸分解性樹脂」又は「樹脂(A)」ともいう。)を含む。
つまり、本発明のパターン形成方法において、典型的には、現像液としてアルカリ現像液を採用した場合には、ポジ型パターンが好適に形成され、現像液として有機系現像液を採用した場合には、ネガ型パターンが好適に形成される。
樹脂(A)は、通常、酸の作用により分解し極性が増大する基(以下、「酸分解性基」ともいう)を含み、酸分解性基を有する繰り返し単位を含むことが好ましい。
酸分解性基を有する繰り返し単位としては、後述する(酸分解性基を有する繰り返し単位)のほか、後述する(不飽和結合を含む酸分解性基を有する繰り返し単位)が好ましい。
<酸分解性基を有する繰り返し単位>
酸分解性基とは、酸の作用により分解して極性基を生じる基をいう。酸分解性基は、酸の作用により脱離する脱離基で極性基が保護された構造を有することが好ましい。つまり、樹脂(A)は、酸の作用により分解し、極性基を生じる基を有する繰り返し単位を有する。この繰り返し単位を有する樹脂は、酸の作用により極性が増大してアルカリ現像液に対する溶解度が増大し、有機溶剤に対する溶解度が減少する。
以下において、酸分解性基について述べた後、酸分解性基を有する繰り返し単位について説明する。なお、以下に述べる酸分解性基は、上述した特定化合物が有する酸分解性基としても適用できる。また、特定化合物は、アニオン部位同士の連結部位及び/又はアニオン部位と構造部位Zとの連結部位中において、酸の作用により脱離基が脱離(分解も含む)することで連結部位が切断し得る位置に、酸の作用により脱離する脱離基で極性基が保護された構造を含まない。
上述したように、酸分解性基を有する繰り返し単位としては、後述する(酸分解性基を有する繰り返し単位)のほか、後述する(不飽和結合を含む酸分解性基を有する繰り返し単位)が好ましい。
酸分解性基とは、酸の作用により分解して極性基を生じる基をいう。酸分解性基は、酸の作用により脱離する脱離基で極性基が保護された構造を有することが好ましい。つまり、樹脂(A)は、酸の作用により分解し、極性基を生じる基を有する繰り返し単位を有する。この繰り返し単位を有する樹脂は、酸の作用により極性が増大してアルカリ現像液に対する溶解度が増大し、有機溶剤に対する溶解度が減少する。
以下において、酸分解性基について述べた後、酸分解性基を有する繰り返し単位について説明する。なお、以下に述べる酸分解性基は、上述した特定化合物が有する酸分解性基としても適用できる。また、特定化合物は、アニオン部位同士の連結部位及び/又はアニオン部位と構造部位Zとの連結部位中において、酸の作用により脱離基が脱離(分解も含む)することで連結部位が切断し得る位置に、酸の作用により脱離する脱離基で極性基が保護された構造を含まない。
上述したように、酸分解性基を有する繰り返し単位としては、後述する(酸分解性基を有する繰り返し単位)のほか、後述する(不飽和結合を含む酸分解性基を有する繰り返し単位)が好ましい。
(酸分解性基)
酸分解性基とは、酸の作用により分解して極性基を生じる基をいう。酸分解性基は、酸の作用により脱離する脱離基で極性基が保護された構造を有することが好ましい。酸分解性基は、酸の作用により分解して極性基を生じ得る。
極性基としては、アルカリ可溶性基が好ましく、例えば、カルボキシル基、フェノール性水酸基、フッ素化アルコール基、スルホン酸基、リン酸基、スルホンアミド基、スルホニルイミド基、(アルキルスルホニル)(アルキルカルボニル)メチレン基、(アルキルスルホニル)(アルキルカルボニル)イミド基、ビス(アルキルカルボニル)メチレン基、ビス(アルキルカルボニル)イミド基、ビス(アルキルスルホニル)メチレン基、ビス(アルキルスルホニル)イミド基、トリス(アルキルカルボニル)メチレン基、及びトリス(アルキルスルホニル)メチレン基等の酸性基、並びにアルコール性水酸基等が挙げられる。
なかでも、極性基としては、カルボキシル基、フェノール性水酸基、フッ素化アルコール基(好ましくはヘキサフルオロイソプロパノール基)、又はスルホン酸基が好ましい。
酸分解性基とは、酸の作用により分解して極性基を生じる基をいう。酸分解性基は、酸の作用により脱離する脱離基で極性基が保護された構造を有することが好ましい。酸分解性基は、酸の作用により分解して極性基を生じ得る。
極性基としては、アルカリ可溶性基が好ましく、例えば、カルボキシル基、フェノール性水酸基、フッ素化アルコール基、スルホン酸基、リン酸基、スルホンアミド基、スルホニルイミド基、(アルキルスルホニル)(アルキルカルボニル)メチレン基、(アルキルスルホニル)(アルキルカルボニル)イミド基、ビス(アルキルカルボニル)メチレン基、ビス(アルキルカルボニル)イミド基、ビス(アルキルスルホニル)メチレン基、ビス(アルキルスルホニル)イミド基、トリス(アルキルカルボニル)メチレン基、及びトリス(アルキルスルホニル)メチレン基等の酸性基、並びにアルコール性水酸基等が挙げられる。
なかでも、極性基としては、カルボキシル基、フェノール性水酸基、フッ素化アルコール基(好ましくはヘキサフルオロイソプロパノール基)、又はスルホン酸基が好ましい。
酸の作用により脱離する脱離基としては、例えば、式(Y1)~(Y4)で表される基が挙げられる。
式(Y1):-C(Rx1)(Rx2)(Rx3)
式(Y2):-C(=O)OC(Rx1)(Rx2)(Rx3)
式(Y3):-C(R36)(R37)(OR38)
式(Y4):-C(Rn)(H)(Ar)
式(Y1):-C(Rx1)(Rx2)(Rx3)
式(Y2):-C(=O)OC(Rx1)(Rx2)(Rx3)
式(Y3):-C(R36)(R37)(OR38)
式(Y4):-C(Rn)(H)(Ar)
式(Y1)及び式(Y2)中、Rx1~Rx3は、各々独立に、アルキル基(直鎖状若しくは分岐鎖状)又はシクロアルキル基(単環若しくは多環)、アルケニル基(直鎖状若しくは分岐鎖状)、又はアリール基(単環若しくは多環)を表す。なお、Rx1~Rx3の全てがアルキル基(直鎖状若しくは分岐鎖状)である場合、Rx1~Rx3のうち少なくとも2つはメチル基であることが好ましい。
なかでも、Rx1~Rx3は、各々独立に、直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基を表すことが好ましく、Rx1~Rx3は、各々独立に、直鎖状のアルキル基を表すことがより好ましい。
Rx1~Rx3の2つが結合して、単環又は多環を形成してもよい。
Rx1~Rx3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、イソブチル基、及びt-ブチル基等の炭素数1~5のアルキル基が好ましい。
Rx1~Rx3のシクロアルキル基としては、シクロペンチル基、及びシクロヘキシル基等の単環のシクロアルキル基、並びにノルボルニル基、テトラシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、及びアダマンチル基等の多環のシクロアルキル基が好ましい。
Rx1~Rx3のアリール基としては、炭素数6~10のアリール基が好ましく、例えば、フェニル基、ナフチル基、及びアントリル基等が挙げられる。
Rx1~Rx3のアルケニル基としては、ビニル基が好ましい。
Rx1~Rx3の2つが結合して形成される環としては、シクロアルキル基が好ましい。Rx1~Rx3の2つが結合して形成されるシクロアルキル基としては、シクロペンチル基、若しくは、シクロヘキシル基等の単環のシクロアルキル基、又はノルボルニル基、テトラシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、若しくは、アダマンチル基等の多環のシクロアルキル基が好ましく、炭素数5~6の単環のシクロアルキル基がより好ましい。
Rx1~Rx3の2つが結合して形成されるシクロアルキル基は、例えば、環を構成するメチレン基の1つが、酸素原子等のヘテロ原子、カルボニル基等のヘテロ原子を有する基、又はビニリデン基で置き換わっていてもよい。また、これらのシクロアルキル基は、シクロアルカン環を構成するエチレン基の1つ以上が、ビニレン基で置き換わっていてもよい。
式(Y1)又は式(Y2)で表される基は、例えば、Rx1がメチル基又はエチル基であり、Rx2とRx3とが結合して上述のシクロアルキル基を形成している態様が好ましい。
レジスト組成物が、例えば、EUV露光用レジスト組成物である場合、Rx1~Rx3で表されるアルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アリール基、及び、Rx1~Rx3の2つが結合して形成される環は、更に、置換基として、フッ素原子又はヨウ素原子を有しているのも好ましい。
なかでも、Rx1~Rx3は、各々独立に、直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基を表すことが好ましく、Rx1~Rx3は、各々独立に、直鎖状のアルキル基を表すことがより好ましい。
Rx1~Rx3の2つが結合して、単環又は多環を形成してもよい。
Rx1~Rx3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、イソブチル基、及びt-ブチル基等の炭素数1~5のアルキル基が好ましい。
Rx1~Rx3のシクロアルキル基としては、シクロペンチル基、及びシクロヘキシル基等の単環のシクロアルキル基、並びにノルボルニル基、テトラシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、及びアダマンチル基等の多環のシクロアルキル基が好ましい。
Rx1~Rx3のアリール基としては、炭素数6~10のアリール基が好ましく、例えば、フェニル基、ナフチル基、及びアントリル基等が挙げられる。
Rx1~Rx3のアルケニル基としては、ビニル基が好ましい。
Rx1~Rx3の2つが結合して形成される環としては、シクロアルキル基が好ましい。Rx1~Rx3の2つが結合して形成されるシクロアルキル基としては、シクロペンチル基、若しくは、シクロヘキシル基等の単環のシクロアルキル基、又はノルボルニル基、テトラシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、若しくは、アダマンチル基等の多環のシクロアルキル基が好ましく、炭素数5~6の単環のシクロアルキル基がより好ましい。
Rx1~Rx3の2つが結合して形成されるシクロアルキル基は、例えば、環を構成するメチレン基の1つが、酸素原子等のヘテロ原子、カルボニル基等のヘテロ原子を有する基、又はビニリデン基で置き換わっていてもよい。また、これらのシクロアルキル基は、シクロアルカン環を構成するエチレン基の1つ以上が、ビニレン基で置き換わっていてもよい。
式(Y1)又は式(Y2)で表される基は、例えば、Rx1がメチル基又はエチル基であり、Rx2とRx3とが結合して上述のシクロアルキル基を形成している態様が好ましい。
レジスト組成物が、例えば、EUV露光用レジスト組成物である場合、Rx1~Rx3で表されるアルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アリール基、及び、Rx1~Rx3の2つが結合して形成される環は、更に、置換基として、フッ素原子又はヨウ素原子を有しているのも好ましい。
式(Y3)中、R36~R38は、各々独立に、水素原子又は1価の有機基を表す。R37とR38とは、互いに結合して環を形成してもよい。1価の有機基としては、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、及びアルケニル基等が挙げられる。R36は水素原子であることも好ましい。
なお、上記アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、及びアラルキル基には、酸素原子等のヘテロ原子及び/又はカルボニル基等のヘテロ原子を有する基が含まれていてもよい。例えば、上記アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、及びアラルキル基は、例えば、メチレン基の1つ以上が、酸素原子等のヘテロ原子及び/又はカルボニル基等のヘテロ原子を有する基で置き換わっていてもよい。
また、後述する酸分解性基を有する繰り返し単位においては、R38は、繰り返し単位の主鎖が有する別の置換基と互いに結合して、環を形成してもよい。R38と繰り返し単位の主鎖が有する別の置換基とが互いに結合して形成する基は、メチレン基等のアルキレン基が好ましい。
レジスト組成物が、例えば、EUV露光用レジスト組成物である場合、R36~R38で表される1価の有機基、及び、R37とR38とが互いに結合して形成される環は、更に、置換基として、フッ素原子又はヨウ素原子を有しているのも好ましい。
なお、上記アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、及びアラルキル基には、酸素原子等のヘテロ原子及び/又はカルボニル基等のヘテロ原子を有する基が含まれていてもよい。例えば、上記アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、及びアラルキル基は、例えば、メチレン基の1つ以上が、酸素原子等のヘテロ原子及び/又はカルボニル基等のヘテロ原子を有する基で置き換わっていてもよい。
また、後述する酸分解性基を有する繰り返し単位においては、R38は、繰り返し単位の主鎖が有する別の置換基と互いに結合して、環を形成してもよい。R38と繰り返し単位の主鎖が有する別の置換基とが互いに結合して形成する基は、メチレン基等のアルキレン基が好ましい。
レジスト組成物が、例えば、EUV露光用レジスト組成物である場合、R36~R38で表される1価の有機基、及び、R37とR38とが互いに結合して形成される環は、更に、置換基として、フッ素原子又はヨウ素原子を有しているのも好ましい。
式(Y3)としては、下記式(Y3-1)で表される基が好ましい。
ここで、L1及びL2は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、又はこれらを組み合わせた基(例えば、アルキル基とアリール基とを組み合わせた基)を表す。
Mは、単結合又は2価の連結基を表す。
Qは、ヘテロ原子を含んでいてもよいアルキル基、ヘテロ原子を含んでいてもよいシクロアルキル基、ヘテロ原子を含んでいてもよいアリール基、アミノ基、アンモニウム基、メルカプト基、シアノ基、アルデヒド基、又はこれらを組み合わせた基(例えば、アルキル基とシクロアルキル基とを組み合わせた基)を表す。
アルキル基及びシクロアルキル基は、例えば、メチレン基の1つが、酸素原子等のヘテロ原子、又はカルボニル基等のヘテロ原子を有する基で置き換わっていてもよい。
なお、L1及びL2のうち一方は水素原子であり、他方はアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、又はアルキレン基とアリール基とを組み合わせた基であることが好ましい。
Q、M、及びL1の少なくとも2つが結合して環(好ましくは、5員若しくは6員環)を形成してもよい。
パターンの微細化の点では、L2が2級又は3級アルキル基であることが好ましく、3級アルキル基であることがより好ましい。2級アルキル基としては、イソプロピル基、シクロヘキシル基又はノルボルニル基が挙げられ、3級アルキル基としては、tert-ブチル基又はアダマンタン基が挙げられる。これらの態様とした場合、後述する酸分解性基を有する繰り返し単位において、樹脂(A)のTg(ガラス転移温度)及び活性化エネルギーが高くなるため、膜強度の担保に加え、かぶりの抑制ができる。
Mは、単結合又は2価の連結基を表す。
Qは、ヘテロ原子を含んでいてもよいアルキル基、ヘテロ原子を含んでいてもよいシクロアルキル基、ヘテロ原子を含んでいてもよいアリール基、アミノ基、アンモニウム基、メルカプト基、シアノ基、アルデヒド基、又はこれらを組み合わせた基(例えば、アルキル基とシクロアルキル基とを組み合わせた基)を表す。
アルキル基及びシクロアルキル基は、例えば、メチレン基の1つが、酸素原子等のヘテロ原子、又はカルボニル基等のヘテロ原子を有する基で置き換わっていてもよい。
なお、L1及びL2のうち一方は水素原子であり、他方はアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、又はアルキレン基とアリール基とを組み合わせた基であることが好ましい。
Q、M、及びL1の少なくとも2つが結合して環(好ましくは、5員若しくは6員環)を形成してもよい。
パターンの微細化の点では、L2が2級又は3級アルキル基であることが好ましく、3級アルキル基であることがより好ましい。2級アルキル基としては、イソプロピル基、シクロヘキシル基又はノルボルニル基が挙げられ、3級アルキル基としては、tert-ブチル基又はアダマンタン基が挙げられる。これらの態様とした場合、後述する酸分解性基を有する繰り返し単位において、樹脂(A)のTg(ガラス転移温度)及び活性化エネルギーが高くなるため、膜強度の担保に加え、かぶりの抑制ができる。
レジスト組成物が、例えば、EUV露光用レジスト組成物である場合、L1及びL2で表される、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、及びこれらを組み合わせた基は、更に、置換基として、フッ素原子又はヨウ素原子を有しているのも好ましい。また、上記のアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、及びアラルキル基には、フッ素原子及びヨウ素原子以外に、酸素原子等のヘテロ原子が含まれている(つまり、上記のアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、及びアラルキル基は、例えば、メチレン基の1つが、酸素原子等のヘテロ原子、又はカルボニル基等のヘテロ原子を有する基で置き換わっている)のも好ましい。
また、レジスト組成物が、例えば、EUV露光用レジスト組成物である場合、Qで表されるヘテロ原子を含んでいてもよいアルキル基、ヘテロ原子を含んでいてもよいシクロアルキル基、ヘテロ原子を含んでいてもよいアリール基、アミノ基、アンモニウム基、メルカプト基、シアノ基、アルデヒド基、及びこれらを組み合わせた基において、ヘテロ原子としては、フッ素原子、ヨウ素原子及び酸素原子からなる群から選択されるヘテロ原子であるのも好ましい。
また、レジスト組成物が、例えば、EUV露光用レジスト組成物である場合、Qで表されるヘテロ原子を含んでいてもよいアルキル基、ヘテロ原子を含んでいてもよいシクロアルキル基、ヘテロ原子を含んでいてもよいアリール基、アミノ基、アンモニウム基、メルカプト基、シアノ基、アルデヒド基、及びこれらを組み合わせた基において、ヘテロ原子としては、フッ素原子、ヨウ素原子及び酸素原子からなる群から選択されるヘテロ原子であるのも好ましい。
式(Y4)中、Arは、芳香環基を表す。Rnは、アルキル基、シクロアルキル基、又はアリール基を表す。RnとArとは互いに結合して非芳香族環を形成してもよい。Arはより好ましくはアリール基である。
レジスト組成物が、例えば、EUV露光用レジスト組成物である場合、Arで表される芳香環基、並びに、Rnで表されるアルキル基、シクロアルキル基、及びアリール基は、置換基としてフッ素原子及びヨウ素原子を有しているのも好ましい。
レジスト組成物が、例えば、EUV露光用レジスト組成物である場合、Arで表される芳香環基、並びに、Rnで表されるアルキル基、シクロアルキル基、及びアリール基は、置換基としてフッ素原子及びヨウ素原子を有しているのも好ましい。
酸分解性がより向上する点で、極性基を保護する脱離基において極性基(又はその残基)に非芳香族環が直接結合している場合、上記非芳香族環中の、上記極性基(又はその残基)と直接結合している環員原子に隣接する環員原子は、置換基としてフッ素原子等のハロゲン原子を有さないのも好ましい。
酸の作用により脱離する脱離基は、他にも、3-メチル-2-シクロペンテニル基のような置換基(アルキル基等)を有する2-シクロペンテニル基、及び1,1,4,4-テトラメチルシクロヘキシル基のような置換基(アルキル基等)を有するシクロヘキシル基でもよい。
(酸分解性基を含む繰り返し単位)
次に、樹脂(A)が含み得る酸分解性基を有する繰り返し単位について説明する。
酸分解性基を有する繰り返し単位としては、上述した酸分解性基を有する繰り返し単位のほか、以下に示す式(A)で表される繰り返し単位も好ましい。
次に、樹脂(A)が含み得る酸分解性基を有する繰り返し単位について説明する。
酸分解性基を有する繰り返し単位としては、上述した酸分解性基を有する繰り返し単位のほか、以下に示す式(A)で表される繰り返し単位も好ましい。
L1は、フッ素原子又はヨウ素原子を有していてもよい2価の連結基を表し、R1は水素原子、フッ素原子、ヨウ素原子、フッ素原子若しくはヨウ素原子を有していてもよいアルキル基、又はフッ素原子若しくはヨウ素原子を有していてもよいアリール基を表し、R2は酸の作用によって脱離し、フッ素原子又はヨウ素原子を有していてもよい脱離基を表す。ただし、L1、R1、及びR2のうち少なくとも1つは、フッ素原子又はヨウ素原子を有する。
L1は、フッ素原子又はヨウ素原子を有していてもよい2価の連結基を表す。フッ素原子又はヨウ素原子を有していてもよい2価の連結基としては、-CO-、-O-、-S―、-SO-、―SO2-、フッ素原子又はヨウ素原子を有していてもよい炭化水素基(例えば、アルキレン基、シクロアルキレン基、アルケニレン基、アリーレン基等)、及びこれらの複数が連結した連結基等が挙げられる。なかでも、L1としては、-CO-、アリーレン基、又は-アリーレン基-フッ素原子若しくはヨウ素原子を有するアルキレン基-が好ましく、-CO-、又は-アリーレン基-フッ素原子若しくはヨウ素原子を有するアルキレン基-がより好ましい。
アリーレン基としては、フェニレン基が好ましい。
アルキレン基は、直鎖状であっても、分岐鎖状であってもよい。アルキレン基の炭素数は特に制限されないが、1~10が好ましく、1~3がより好ましい。
フッ素原子又はヨウ素原子を有するアルキレン基に含まれるフッ素原子及びヨウ素原子の合計数は特に制限されないが、2以上が好ましく、2~10がより好ましく、3~6が更に好ましい。
L1は、フッ素原子又はヨウ素原子を有していてもよい2価の連結基を表す。フッ素原子又はヨウ素原子を有していてもよい2価の連結基としては、-CO-、-O-、-S―、-SO-、―SO2-、フッ素原子又はヨウ素原子を有していてもよい炭化水素基(例えば、アルキレン基、シクロアルキレン基、アルケニレン基、アリーレン基等)、及びこれらの複数が連結した連結基等が挙げられる。なかでも、L1としては、-CO-、アリーレン基、又は-アリーレン基-フッ素原子若しくはヨウ素原子を有するアルキレン基-が好ましく、-CO-、又は-アリーレン基-フッ素原子若しくはヨウ素原子を有するアルキレン基-がより好ましい。
アリーレン基としては、フェニレン基が好ましい。
アルキレン基は、直鎖状であっても、分岐鎖状であってもよい。アルキレン基の炭素数は特に制限されないが、1~10が好ましく、1~3がより好ましい。
フッ素原子又はヨウ素原子を有するアルキレン基に含まれるフッ素原子及びヨウ素原子の合計数は特に制限されないが、2以上が好ましく、2~10がより好ましく、3~6が更に好ましい。
R1は、水素原子、フッ素原子、ヨウ素原子、フッ素原子若しくはヨウ素原子を有していてもよいアルキル基、又はフッ素原子若しくはヨウ素原子を有していてもよいアリール基を表す。
アルキル基は、直鎖状であっても、分岐鎖状であってもよい。アルキル基の炭素数は特に制限されないが、1~10が好ましく、1~3がより好ましい。
フッ素原子又はヨウ素原子を有するアルキル基に含まれるフッ素原子及びヨウ素原子の合計数は特に制限されないが、1以上が好ましく、1~5がより好ましく、1~3が更に好ましい。
上記アルキル基は、ハロゲン原子以外の酸素原子等のヘテロ原子を含んでいてもよい。
アルキル基は、直鎖状であっても、分岐鎖状であってもよい。アルキル基の炭素数は特に制限されないが、1~10が好ましく、1~3がより好ましい。
フッ素原子又はヨウ素原子を有するアルキル基に含まれるフッ素原子及びヨウ素原子の合計数は特に制限されないが、1以上が好ましく、1~5がより好ましく、1~3が更に好ましい。
上記アルキル基は、ハロゲン原子以外の酸素原子等のヘテロ原子を含んでいてもよい。
R2は、酸の作用によって脱離し、フッ素原子又はヨウ素原子を有していてもよい脱離基を表す。フッ素原子又はヨウ素原子を有していてもよい脱離基としては、上述した式(Y1)~(Y4)で表され且つフッ素原子又はヨウ素原子を有する脱離基が挙げられ、好適態様も同じである。
また、酸分解性基を有する繰り返し単位としては、式(AI)で表される繰り返し単位も好ましい。
式(AI)において、
Xa1は、水素原子、又は置換基を有していてもよいアルキル基を表す。
Tは、単結合、又は2価の連結基を表す。
Rx1~Rx3は、各々独立に、アルキル基(直鎖状、又は分岐鎖状)、シクロアルキル基(単環若しくは多環)、アルケニル基(直鎖状若しくは分岐鎖状)、又はアリール(単環若しくは多環)基を表す。ただし、Rx1~Rx3の全てがアルキル基(直鎖状、又は分岐鎖状)である場合、Rx1~Rx3のうち少なくとも2つはメチル基であることが好ましい。
Rx1~Rx3の2つが結合して、単環又は多環(単環又は多環のシクロアルキル基等)を形成してもよい。
Xa1は、水素原子、又は置換基を有していてもよいアルキル基を表す。
Tは、単結合、又は2価の連結基を表す。
Rx1~Rx3は、各々独立に、アルキル基(直鎖状、又は分岐鎖状)、シクロアルキル基(単環若しくは多環)、アルケニル基(直鎖状若しくは分岐鎖状)、又はアリール(単環若しくは多環)基を表す。ただし、Rx1~Rx3の全てがアルキル基(直鎖状、又は分岐鎖状)である場合、Rx1~Rx3のうち少なくとも2つはメチル基であることが好ましい。
Rx1~Rx3の2つが結合して、単環又は多環(単環又は多環のシクロアルキル基等)を形成してもよい。
Xa1により表される、置換基を有していてもよいアルキル基としては、例えば、メチル基又は-CH2-R11で表される基が挙げられる。R11は、ハロゲン原子(フッ素原子等)、水酸基又は1価の有機基を表し、例えば、ハロゲン原子が置換していてもよい炭素数5以下のアルキル基、ハロゲン原子が置換していてもよい炭素数5以下のアシル基、及びハロゲン原子が置換していてもよい炭素数5以下のアルコキシ基が挙げられ、炭素数3以下のアルキル基が好ましく、メチル基がより好ましい。Xa1としては、水素原子、メチル基、トリフルオロメチル基、又はヒドロキシメチル基が好ましい。
Tの2価の連結基としては、アルキレン基、芳香環基、-COO-Rt-基、及び-O-Rt-基等が挙げられる。式中、Rtは、アルキレン基、又はシクロアルキレン基を表す。
Tは、単結合又は-COO-Rt-基が好ましい。Tが-COO-Rt-基を表す場合、Rtは、炭素数1~5のアルキレン基が好ましく、-CH2-基、-(CH2)2-基、又は-(CH2)3-基がより好ましい。
Tは、単結合又は-COO-Rt-基が好ましい。Tが-COO-Rt-基を表す場合、Rtは、炭素数1~5のアルキレン基が好ましく、-CH2-基、-(CH2)2-基、又は-(CH2)3-基がより好ましい。
Rx1~Rx3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、イソブチル基、及びt-ブチル基等の炭素数1~4のアルキル基が好ましい。
Rx1~Rx3のシクロアルキル基としては、シクロペンチル基、及びシクロヘキシル基等の単環のシクロアルキル基、又はノルボルニル基、テトラシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、及びアダマンチル基等の多環のシクロアルキル基が好ましい。
Rx1~Rx3のアリール基としては、炭素数6~10のアリール基が好ましく、例えば、フェニル基、ナフチル基、及びアントリル基等が挙げられる。
Rx1~Rx3のアルケニル基としては、ビニル基が好ましい。
Rx1~Rx3の2つが結合して形成されるシクロアルキル基としては、シクロペンチル基、及びシクロヘキシル基等の単環のシクロアルキル基が好ましく、その他にも、ノルボルニル基、テトラシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、及びアダマンチル基等の多環のシクロアルキル基が好ましい。なかでも、炭素数5~6の単環のシクロアルキル基が好ましい。
Rx1~Rx3の2つが結合して形成されるシクロアルキル基は、例えば、環を構成するメチレン基の1つが、酸素原子等のヘテロ原子、カルボニル基等のヘテロ原子を有する基、又はビニリデン基で置き換わっていてもよい。また、これらのシクロアルキル基は、シクロアルカン環を構成するエチレン基の1つ以上が、ビニレン基で置き換わっていてもよい。
式(AI)で表される繰り返し単位は、例えば、Rx1がメチル基又はエチル基であり、Rx2とRx3とが結合して上述のシクロアルキル基を形成している態様が好ましい。
Rx1~Rx3のシクロアルキル基としては、シクロペンチル基、及びシクロヘキシル基等の単環のシクロアルキル基、又はノルボルニル基、テトラシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、及びアダマンチル基等の多環のシクロアルキル基が好ましい。
Rx1~Rx3のアリール基としては、炭素数6~10のアリール基が好ましく、例えば、フェニル基、ナフチル基、及びアントリル基等が挙げられる。
Rx1~Rx3のアルケニル基としては、ビニル基が好ましい。
Rx1~Rx3の2つが結合して形成されるシクロアルキル基としては、シクロペンチル基、及びシクロヘキシル基等の単環のシクロアルキル基が好ましく、その他にも、ノルボルニル基、テトラシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、及びアダマンチル基等の多環のシクロアルキル基が好ましい。なかでも、炭素数5~6の単環のシクロアルキル基が好ましい。
Rx1~Rx3の2つが結合して形成されるシクロアルキル基は、例えば、環を構成するメチレン基の1つが、酸素原子等のヘテロ原子、カルボニル基等のヘテロ原子を有する基、又はビニリデン基で置き換わっていてもよい。また、これらのシクロアルキル基は、シクロアルカン環を構成するエチレン基の1つ以上が、ビニレン基で置き換わっていてもよい。
式(AI)で表される繰り返し単位は、例えば、Rx1がメチル基又はエチル基であり、Rx2とRx3とが結合して上述のシクロアルキル基を形成している態様が好ましい。
上記各基が置換基を有する場合、置換基としては、例えば、アルキル基(炭素数1~4)、ハロゲン原子、水酸基、アルコキシ基(炭素数1~4)、カルボキシル基、及びアルコキシカルボニル基(炭素数2~6)等が挙げられる。置換基中の炭素数は、8以下が好ましい。
式(AI)で表される繰り返し単位としては、好ましくは、酸分解性(メタ)アクリル酸3級アルキルエステル系繰り返し単位(Xa1が水素原子又はメチル基を表し、且つ、Tが単結合を表す繰り返し単位)である。
酸分解性基を有する繰り返し単位の含有量は、樹脂(A)中の全繰り返し単位に対し、15モル%以上が好ましく、20モル%以上がより好ましく、30モル%以上が更に好ましい。また、その上限値としては、90モル%以下が好ましく、80モル%以下がより好ましく、70モル%以下が特に好ましく、60モル%以下が最も好ましい。
酸分解性基を有する繰り返し単位の具体例を以下に示すが、本発明は、これに限定されるものではない。なお、式中、Xa1はH、CH3、CF3、及びCH2OHのいずれか、Rxa及びRxbはそれぞれ炭素数1~5の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基を表す。
(不飽和結合を含む酸分解性基を有する繰り返し単位)
樹脂(A)の一態様としては、不飽和結合を含む酸分解性基を有する繰り返し単位を有しているのが好ましい。
不飽和結合を含む酸分解性基を有する繰り返し単位としては、式(B)で表される繰り返し単位が好ましい。
樹脂(A)の一態様としては、不飽和結合を含む酸分解性基を有する繰り返し単位を有しているのが好ましい。
不飽和結合を含む酸分解性基を有する繰り返し単位としては、式(B)で表される繰り返し単位が好ましい。
式(B)において、
Xbは、水素原子、ハロゲン原子、又は置換基を有していてもよいアルキル基を表す。
Lは、単結合、又は置換基を有してもよい2価の連結基を表す。
Ry1~Ry3は、それぞれ独立に、水素原子、直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基、単環若しくは多環のシクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、又は、単環若しくは多環のアリール基を表す。また、Ry1~Ry3のうちのいずれか2つが結合して、単環又は多環(例えば、単環又は多環のシクロアルキル基及びシクロアルケニル基等)を形成してもよい。
但し、Ry1~Ry3のうち少なくとも1つはアルケニル基、アルキニル基、単環若しくは多環のシクロアルケニル基、又は、単環若しくは多環のアリール基を表すか、或いは、Ry1~Ry3のうちのいずれか2つが結合して単環又は多環の脂環(例えば、単環又は多環のシクロアルキル基及びシクロアルケニル基等)を形成する。また、Ry1~Ry3の2以上が水素原子となる場合はなく、Ry1~Ry3のうちのいずれか1つが水素原子を表す場合、Ry1~Ry3のうちの他の2つは互いに結合して、環構造中に1つ以上のビニレン基を有する環を形成し、且つ、このビニレン基の少なくとも1つは、Ry1~Ry3のうちのいずれか1つが表す水素原子が結合する炭素原子に隣接して存在する。
Xbは、水素原子、ハロゲン原子、又は置換基を有していてもよいアルキル基を表す。
Lは、単結合、又は置換基を有してもよい2価の連結基を表す。
Ry1~Ry3は、それぞれ独立に、水素原子、直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基、単環若しくは多環のシクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、又は、単環若しくは多環のアリール基を表す。また、Ry1~Ry3のうちのいずれか2つが結合して、単環又は多環(例えば、単環又は多環のシクロアルキル基及びシクロアルケニル基等)を形成してもよい。
但し、Ry1~Ry3のうち少なくとも1つはアルケニル基、アルキニル基、単環若しくは多環のシクロアルケニル基、又は、単環若しくは多環のアリール基を表すか、或いは、Ry1~Ry3のうちのいずれか2つが結合して単環又は多環の脂環(例えば、単環又は多環のシクロアルキル基及びシクロアルケニル基等)を形成する。また、Ry1~Ry3の2以上が水素原子となる場合はなく、Ry1~Ry3のうちのいずれか1つが水素原子を表す場合、Ry1~Ry3のうちの他の2つは互いに結合して、環構造中に1つ以上のビニレン基を有する環を形成し、且つ、このビニレン基の少なくとも1つは、Ry1~Ry3のうちのいずれか1つが表す水素原子が結合する炭素原子に隣接して存在する。
Ry1~Ry3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、イソブチル基、及びt-ブチル基等の炭素数1~4のアルキル基が好ましい。
Ry1~Ry3のシクロアルキル基としては、シクロペンチル基、及びシクロヘキシル基等の単環のシクロアルキル基、又はノルボルニル基、テトラシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、及びアダマンチル基等の多環のシクロアルキル基が好ましい。
Ry1~Ry3のアリール基としては、炭素数6~15のアリール基が好ましく、炭素数6~10のアリール基がより好ましく、例えば、フェニル基、ナフチル基、及びアントリル基等が挙げられる。
Ry1~Ry3のアルケニル基としては、ビニル基が好ましい。
Ry1~Ry3のアルキニル基としては、エチニル基が好ましい。
Ry1~Ry3のシクロアルケニル基としては、シクロペンチル基、及びシクロヘキシル基等の単環のシクロアルキル基の一部に二重結合を含む構造が好ましい。
Ry1~Ry3の2つが結合して形成されるシクロアルキル基としては、シクロペンチル基及びシクロヘキシル基等の単環のシクロアルキル基が好ましく、その他にも、ノルボルニル基、テトラシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、及びアダマンチル基等の多環のシクロアルキル基が好ましい。なかでも、炭素数5~6の単環のシクロアルキル基が好ましい。
Ry1~Ry3の2つが結合して形成されるシクロアルキル基及びシクロアルケニル基は、例えば、環を構成するメチレン基の1つが、酸素原子等のヘテロ原子、カルボニル基、-SO2-基、及び-SO3-基等のヘテロ原子を有する基、ビニリデン基、又はそれらの組み合わせで置き換わっていてもよい。また、これらのシクロアルキル基及びシクロアルケニル基は、シクロアルカン環及びシクロアルケン環を構成するエチレン基の1つ以上が、ビニレン基で置き換わっていてもよい。
Ry1~Ry3の組み合わせの好適な一態様としては、例えば、Ry1がメチル基、エチル基、ビニル基、アリル基、又はアリール基であり、Ry2とRx3とが結合して上述のシクロアルキル基又はシクロアルケニル基を形成している態様、及び、Ry1が水素原子であり、Ry2及びRy3が互いに結合して環構造中に1つ以上のビニレン基を有する環を形成し、且つ、このビニレン基の少なくとも1つがRy1で表される水素原子が結合する炭素原子に隣接して存在する態様が挙げられる。
Ry1~Ry3のシクロアルキル基としては、シクロペンチル基、及びシクロヘキシル基等の単環のシクロアルキル基、又はノルボルニル基、テトラシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、及びアダマンチル基等の多環のシクロアルキル基が好ましい。
Ry1~Ry3のアリール基としては、炭素数6~15のアリール基が好ましく、炭素数6~10のアリール基がより好ましく、例えば、フェニル基、ナフチル基、及びアントリル基等が挙げられる。
Ry1~Ry3のアルケニル基としては、ビニル基が好ましい。
Ry1~Ry3のアルキニル基としては、エチニル基が好ましい。
Ry1~Ry3のシクロアルケニル基としては、シクロペンチル基、及びシクロヘキシル基等の単環のシクロアルキル基の一部に二重結合を含む構造が好ましい。
Ry1~Ry3の2つが結合して形成されるシクロアルキル基としては、シクロペンチル基及びシクロヘキシル基等の単環のシクロアルキル基が好ましく、その他にも、ノルボルニル基、テトラシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、及びアダマンチル基等の多環のシクロアルキル基が好ましい。なかでも、炭素数5~6の単環のシクロアルキル基が好ましい。
Ry1~Ry3の2つが結合して形成されるシクロアルキル基及びシクロアルケニル基は、例えば、環を構成するメチレン基の1つが、酸素原子等のヘテロ原子、カルボニル基、-SO2-基、及び-SO3-基等のヘテロ原子を有する基、ビニリデン基、又はそれらの組み合わせで置き換わっていてもよい。また、これらのシクロアルキル基及びシクロアルケニル基は、シクロアルカン環及びシクロアルケン環を構成するエチレン基の1つ以上が、ビニレン基で置き換わっていてもよい。
Ry1~Ry3の組み合わせの好適な一態様としては、例えば、Ry1がメチル基、エチル基、ビニル基、アリル基、又はアリール基であり、Ry2とRx3とが結合して上述のシクロアルキル基又はシクロアルケニル基を形成している態様、及び、Ry1が水素原子であり、Ry2及びRy3が互いに結合して環構造中に1つ以上のビニレン基を有する環を形成し、且つ、このビニレン基の少なくとも1つがRy1で表される水素原子が結合する炭素原子に隣接して存在する態様が挙げられる。
Ry1~Ry3が更に置換基を有する場合、置換基としては、例えば、アルキル基(炭素数1~4)、ハロゲン原子、水酸基、アルコキシ基(炭素数1~4)、カルボキシル基、及びアルコキシカルボニル基(炭素数2~6)等が挙げられる。置換基中の炭素数は、8以下が好ましい。
Xbにより表される、置換基を有していてもよいアルキル基としては、例えば、メチル基又は-CH2-R11で表される基が挙げられる。R11は、ハロゲン原子(フッ素原子等)、水酸基、又は1価の有機基を表し、例えば、ハロゲン原子が置換していてもよい炭素数5以下のアルキル基、ハロゲン原子が置換していてもよい炭素数5以下のアシル基、及びハロゲン原子が置換していてもよい炭素数5以下のアルコキシ基が挙げられ、炭素数3以下のアルキル基が好ましく、メチル基がより好ましい。Xbとしては、水素原子、フッ素原子、メチル基、トリフルオロメチル基、又はヒドロキシメチル基が好ましい。
Lの2価の連結基としては、-Rt-基、-CO-基、-COO-Rt-基、-COO-Rt-CO-基、-Rt-CO-基、及び-O-Rt-基が挙げられる。式中、Rtは、アルキレン基、シクロアルキレン基、又は芳香環基を表し、芳香環基が好ましい。
Lとしては、-Rt-基、-CO-基、-COO-Rt-CO-基、又は、-Rt-CO-基が好ましい。Rtは、例えば、ハロゲン原子、水酸基、アルコキシ基等の置換基を有していてもよい。芳香族基が好ましい。
Lとしては、-Rt-基、-CO-基、-COO-Rt-CO-基、又は、-Rt-CO-基が好ましい。Rtは、例えば、ハロゲン原子、水酸基、アルコキシ基等の置換基を有していてもよい。芳香族基が好ましい。
なお、式(B)中の上記各基が置換基を有する場合、置換基としては、例えば、アルキル基(炭素数1~4)、ハロゲン原子、水酸基、アルコキシ基(炭素数1~4)、カルボキシル基、及びアルコキシカルボニル基(炭素数2~6)等が挙げられる。置換基中の炭素数は、8以下が好ましい。
式(B)で表される繰り返し単位としては、酸分解性(メタ)アクリル酸3級エステル系繰り返し単位(Xbが水素原子又はメチル基を表し、且つ、Lが-CO-基を表す繰り返し単位)、酸分解性ヒドロキシスチレン3級アルキルエーテル系繰り返し単位(Xbが水素原子又はメチル基を表し、且つ、Lがフェニル基を表す繰り返し単位)、又は、酸分解性スチレンカルボン酸3級エステル系繰り返し単位(Xbが水素原子又はメチル基を表し、且つ、Lが-Rt-CO-基(Rtは芳香族基)を表す繰り返し単位)であるのが好ましい。
不飽和結合を含む酸分解性基を有する繰り返し単位の含有量は、樹脂(A)中の全繰り返し単位に対して、15モル%以上が好ましく、20モル%以上がより好ましく、30モル%以上が更に好ましい。また、その上限値としては、80モル%以下が好ましく、70モル%以下がより好ましく、60モル%以下が特に好ましい。
不飽和結合を含む酸分解性基を有する繰り返し単位の具体例を以下に示すが、本発明は、これに制限されない。
なお、式中、Xb及びL1は上記式(B)中のXb及びLと同義である。また、Arは芳香環基を表す。Rは、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルケニル基、水酸基、アルコキシ基、アシロキシ基、シアノ基、ニトロ基、アミノ基、ハロゲン原子、エステル基(-OCOR’’’又は-COOR’’’:R’’’は炭素数1~20のアルキル基又はフッ素化アルキル基)、又は、カルボキシル基等の置換基を表す。R’は、直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基、単環若しくは多環のシクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、又は、単環若しくは多環のアリール基を表す。Qは、酸素原子等のヘテロ原子、カルボニル基、-SO2-基、及び-SO3-基等のヘテロ原子を有する基、ビニリデン基、又はそれらの組み合わせを表す。l、n、及びmは、0以上の整数を表す。上限値としては制限されず、例えば、6以下であり、4以下が好ましい。
なお、式中、Xb及びL1は上記式(B)中のXb及びLと同義である。また、Arは芳香環基を表す。Rは、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルケニル基、水酸基、アルコキシ基、アシロキシ基、シアノ基、ニトロ基、アミノ基、ハロゲン原子、エステル基(-OCOR’’’又は-COOR’’’:R’’’は炭素数1~20のアルキル基又はフッ素化アルキル基)、又は、カルボキシル基等の置換基を表す。R’は、直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基、単環若しくは多環のシクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、又は、単環若しくは多環のアリール基を表す。Qは、酸素原子等のヘテロ原子、カルボニル基、-SO2-基、及び-SO3-基等のヘテロ原子を有する基、ビニリデン基、又はそれらの組み合わせを表す。l、n、及びmは、0以上の整数を表す。上限値としては制限されず、例えば、6以下であり、4以下が好ましい。
樹脂(A)は、上述した繰り返し単位以外の繰り返し単位を含んでいてもよい。
例えば、樹脂(A)は、以下のA群からなる群から選択される少なくとも1種の繰り返し単位、及び/又は以下のB群からなる群から選択される少なくとも1種の繰り返し単位を含んでいてもよい。
A群:以下の(20)~(29)の繰り返し単位からなる群。
(20)後述する、酸基を有する繰り返し単位
(21)後述する、フッ素原子又はヨウ素原子を有する繰り返し単位
(22)後述する、ラクトン基、スルトン基、又はカーボネート基を有する繰り返し単位
(23)後述する、光酸発生基を有する繰り返し単位
(24)後述する、式(V-1)又は下記式(V-2)で表される繰り返し単位
(25)後述する、式(A)で表される繰り返し単位
(26)後述する、式(B)で表される繰り返し単位
(27)後述する、式(C)で表される繰り返し単位
(28)後述する、式(D)で表される繰り返し単位
(29)後述する、式(E)で表される繰り返し単位
B群:以下の(30)~(32)の繰り返し単位からなる群。
(30)後述する、ラクトン基、スルトン基、カーボネート基、水酸基、シアノ基、及びアルカリ可溶性基から選ばれる少なくとも1種類の基を有する繰り返し単位
(31)後述する、脂環炭化水素構造を有し、酸分解性を示さない繰り返し単位
(32)後述する、水酸基及びシアノ基のいずれも有さない、式(III)で表される繰り返し単位
例えば、樹脂(A)は、以下のA群からなる群から選択される少なくとも1種の繰り返し単位、及び/又は以下のB群からなる群から選択される少なくとも1種の繰り返し単位を含んでいてもよい。
A群:以下の(20)~(29)の繰り返し単位からなる群。
(20)後述する、酸基を有する繰り返し単位
(21)後述する、フッ素原子又はヨウ素原子を有する繰り返し単位
(22)後述する、ラクトン基、スルトン基、又はカーボネート基を有する繰り返し単位
(23)後述する、光酸発生基を有する繰り返し単位
(24)後述する、式(V-1)又は下記式(V-2)で表される繰り返し単位
(25)後述する、式(A)で表される繰り返し単位
(26)後述する、式(B)で表される繰り返し単位
(27)後述する、式(C)で表される繰り返し単位
(28)後述する、式(D)で表される繰り返し単位
(29)後述する、式(E)で表される繰り返し単位
B群:以下の(30)~(32)の繰り返し単位からなる群。
(30)後述する、ラクトン基、スルトン基、カーボネート基、水酸基、シアノ基、及びアルカリ可溶性基から選ばれる少なくとも1種類の基を有する繰り返し単位
(31)後述する、脂環炭化水素構造を有し、酸分解性を示さない繰り返し単位
(32)後述する、水酸基及びシアノ基のいずれも有さない、式(III)で表される繰り返し単位
樹脂(A)は、酸基を有しているのが好ましく、後述するように、酸基を有する繰り返し単位を含んでいるのが好ましい。なお、酸基の定義については、後段において酸基を有する繰り返し単位の好適態様とともに説明する。
レジスト組成物がEUV用の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物として用いられる場合、樹脂(A)は上記A群からなる群から選択される少なくとも1種の繰り返し単位を有することが好ましい。
また、レジスト組成物がEUV用の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物として用いられる場合、樹脂(A)は、フッ素原子及びヨウ素原子の少なくとも一方を含むことが好ましい。樹脂(A)がフッ素原子及びヨウ素原子の両方を含む場合、樹脂(A)は、フッ素原子及びヨウ素原子の両方を含む1つの繰り返し単位を有していてもよいし、樹脂(A)は、フッ素原子を有する繰り返し単位とヨウ素原子を含む繰り返し単位との2種を含んでいてもよい。
また、レジスト組成物がEUV用の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物として用いられる場合、樹脂(A)が、芳香族基を有する繰り返し単位を有するのも好ましい。
レジスト組成物がArF用の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物として用いられる場合、樹脂(A)は上記B群からなる群から選択される少なくとも1種の繰り返し単位を有することが好ましい。
なお、レジスト組成物がArF用の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物として用いられる場合、樹脂(A)は、フッ素原子及び珪素原子のいずれも含まないことが好ましい。
また、レジスト組成物がArF用の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物として用いられる場合、樹脂(A)は、芳香族基を有さないことが好ましい。
また、レジスト組成物がEUV用の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物として用いられる場合、樹脂(A)は、フッ素原子及びヨウ素原子の少なくとも一方を含むことが好ましい。樹脂(A)がフッ素原子及びヨウ素原子の両方を含む場合、樹脂(A)は、フッ素原子及びヨウ素原子の両方を含む1つの繰り返し単位を有していてもよいし、樹脂(A)は、フッ素原子を有する繰り返し単位とヨウ素原子を含む繰り返し単位との2種を含んでいてもよい。
また、レジスト組成物がEUV用の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物として用いられる場合、樹脂(A)が、芳香族基を有する繰り返し単位を有するのも好ましい。
レジスト組成物がArF用の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物として用いられる場合、樹脂(A)は上記B群からなる群から選択される少なくとも1種の繰り返し単位を有することが好ましい。
なお、レジスト組成物がArF用の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物として用いられる場合、樹脂(A)は、フッ素原子及び珪素原子のいずれも含まないことが好ましい。
また、レジスト組成物がArF用の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物として用いられる場合、樹脂(A)は、芳香族基を有さないことが好ましい。
<酸基を有する繰り返し単位>
樹脂(A)は、酸基を有する繰り返し単位を有しているのが好ましい。
酸基としては、pKaが13以下の酸基が好ましい。上記酸基の酸解離定数は、上記のように、13以下が好ましく、3~13がより好ましく、5~10が更に好ましい。
樹脂(A)が、pKaが13以下の酸基を有する場合、樹脂(A)中における酸基の含有量は特に制限されないが、0.2~6.0mmol/gの場合が多い。なかでも、0.8~6.0mmol/gが好ましく、1.2~5.0mmol/gがより好ましく、1.6~4.0mmol/gが更に好ましい。酸基の含有量が上記範囲内であれば、現像が良好に進行し、形成されるパターン形状に優れ、解像性にも優れる。
酸基としては、例えば、カルボキシル基、水酸基、フェノール性水酸基、フッ素化アルコール基(好ましくはヘキサフルオロイソプロパノール基)、スルホン酸基、スルホンアミド基、又はイソプロパノール基等が好ましい。
また、上記ヘキサフルオロイソプロパノール基は、フッ素原子の1つ以上(好ましくは1~2つ)が、フッ素原子以外の基(アルコキシカルボニル基等)で置換されてもよい。このように形成された-C(CF3)(OH)-CF2-も、酸基として好ましい。また、フッ素原子の1つ以上がフッ素原子以外の基に置換されて、-C(CF3)(OH)-CF2-を含む環を形成してもよい。
酸基を有する繰り返し単位は、上述の酸の作用により脱離する脱離基で極性基が保護された構造を有する繰り返し単位、及び後述するラクトン基、スルトン基、又はカーボネート基を有する繰り返し単位とは異なる繰り返し単位であるのが好ましい。
樹脂(A)は、酸基を有する繰り返し単位を有しているのが好ましい。
酸基としては、pKaが13以下の酸基が好ましい。上記酸基の酸解離定数は、上記のように、13以下が好ましく、3~13がより好ましく、5~10が更に好ましい。
樹脂(A)が、pKaが13以下の酸基を有する場合、樹脂(A)中における酸基の含有量は特に制限されないが、0.2~6.0mmol/gの場合が多い。なかでも、0.8~6.0mmol/gが好ましく、1.2~5.0mmol/gがより好ましく、1.6~4.0mmol/gが更に好ましい。酸基の含有量が上記範囲内であれば、現像が良好に進行し、形成されるパターン形状に優れ、解像性にも優れる。
酸基としては、例えば、カルボキシル基、水酸基、フェノール性水酸基、フッ素化アルコール基(好ましくはヘキサフルオロイソプロパノール基)、スルホン酸基、スルホンアミド基、又はイソプロパノール基等が好ましい。
また、上記ヘキサフルオロイソプロパノール基は、フッ素原子の1つ以上(好ましくは1~2つ)が、フッ素原子以外の基(アルコキシカルボニル基等)で置換されてもよい。このように形成された-C(CF3)(OH)-CF2-も、酸基として好ましい。また、フッ素原子の1つ以上がフッ素原子以外の基に置換されて、-C(CF3)(OH)-CF2-を含む環を形成してもよい。
酸基を有する繰り返し単位は、上述の酸の作用により脱離する脱離基で極性基が保護された構造を有する繰り返し単位、及び後述するラクトン基、スルトン基、又はカーボネート基を有する繰り返し単位とは異なる繰り返し単位であるのが好ましい。
酸基を有する繰り返し単位は、フッ素原子又はヨウ素原子を有していてもよい。
酸基を有する繰り返し単位としては、式(B)で表される繰り返し単位が好ましい。
R3は、水素原子、又はフッ素原子若しくはヨウ素原子を有していてもよい1価の有機基を表す。
フッ素原子又はヨウ素原子を有していてもよい1価の有機基としては、-L4-R8で表される基が好ましい。L4は、単結合、又はエステル基を表す。R8は、フッ素原子若しくはヨウ素原子を有していてもよいアルキル基、フッ素原子若しくはヨウ素原子を有していてもよいシクロアルキル基、フッ素原子若しくはヨウ素原子を有していてもよいアリール基、又はこれらを組み合わせた基が挙げられる。
フッ素原子又はヨウ素原子を有していてもよい1価の有機基としては、-L4-R8で表される基が好ましい。L4は、単結合、又はエステル基を表す。R8は、フッ素原子若しくはヨウ素原子を有していてもよいアルキル基、フッ素原子若しくはヨウ素原子を有していてもよいシクロアルキル基、フッ素原子若しくはヨウ素原子を有していてもよいアリール基、又はこれらを組み合わせた基が挙げられる。
R4及びR5は、各々独立に、水素原子、フッ素原子、ヨウ素原子、又はフッ素原子若しくはヨウ素原子を有していてもよいアルキル基を表す。
L2は、単結合、エステル基、又は、-CO-、-O-、及びアルキレン基(好ましくは炭素数1~6。直鎖状でも分岐鎖状でもよい。また、-CH2-がハロゲン原子で置換されていてもよい。)を組み合わせてなる2価の基を表す。
L3は、(n+m+1)価の芳香族炭化水素環基、又は(n+m+1)価の脂環式炭化水素環基を表す。芳香族炭化水素環基としては、ベンゼン環基、及びナフタレン環基が挙げられる。脂環式炭化水素環基としては、単環であっても、多環であってもよく、例えば、シクロアルキル環基、ノルボルネン環基、及びアダマンタン環基等が挙げられる。
L3は、(n+m+1)価の芳香族炭化水素環基、又は(n+m+1)価の脂環式炭化水素環基を表す。芳香族炭化水素環基としては、ベンゼン環基、及びナフタレン環基が挙げられる。脂環式炭化水素環基としては、単環であっても、多環であってもよく、例えば、シクロアルキル環基、ノルボルネン環基、及びアダマンタン環基等が挙げられる。
R6は、水酸基、又はフッ素化アルコール基を表す。フッ素化アルコール基としては、下記式(3L)で表される1価の基であるのが好ましい。
*-L6X-R6X (3L)
L6Xは、単結合又は2価の連結基を表す。2価の連結基としては特に制限されないが、例えば、-CO-、-O-、-SO-、-SO2-、-NRA-、アルキレン基(好ましくは炭素数1~6。直鎖状でも分岐鎖状でもよい)、及びこれらの複数を組み合わせた2価の連結基が挙げられる。RAとしては、水素原子又は炭素数1~6のアルキル基が挙げられる。また、上記アルキレン基は、置換基を有していてもよい。置換基としては、例えば、ハロゲン原子(好ましくはフッ素原子)及び水酸基等が挙げられる。R6Xとしては、ヘキサフルオロイソプロパノール基を表す。なお、R6が水酸基の場合、L3は(n+m+1)価の芳香族炭化水素環基であるのも好ましい。
*-L6X-R6X (3L)
L6Xは、単結合又は2価の連結基を表す。2価の連結基としては特に制限されないが、例えば、-CO-、-O-、-SO-、-SO2-、-NRA-、アルキレン基(好ましくは炭素数1~6。直鎖状でも分岐鎖状でもよい)、及びこれらの複数を組み合わせた2価の連結基が挙げられる。RAとしては、水素原子又は炭素数1~6のアルキル基が挙げられる。また、上記アルキレン基は、置換基を有していてもよい。置換基としては、例えば、ハロゲン原子(好ましくはフッ素原子)及び水酸基等が挙げられる。R6Xとしては、ヘキサフルオロイソプロパノール基を表す。なお、R6が水酸基の場合、L3は(n+m+1)価の芳香族炭化水素環基であるのも好ましい。
R7は、ハロゲン原子を表す。ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、又はヨウ素原子が挙げられる。
mは、1以上の整数を表す。mは、1~3の整数が好ましく、1~2の整数が好ましい。
nは、0又は1以上の整数を表す。nは、1~4の整数が好ましい。
なお、(n+m+1)は、1~5の整数が好ましい。
mは、1以上の整数を表す。mは、1~3の整数が好ましく、1~2の整数が好ましい。
nは、0又は1以上の整数を表す。nは、1~4の整数が好ましい。
なお、(n+m+1)は、1~5の整数が好ましい。
酸基を有する繰り返し単位としては、以下の繰り返し単位が挙げられる。
酸基を有する繰り返し単位としては、下記式(I)で表される繰り返し単位も好ましい。
式(I)中、
R41、R42及びR43は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。但し、R42はAr4と結合して環を形成していてもよく、その場合のR42は単結合又はアルキレン基を表す。
X4は、単結合、-COO-、又は-CONR64-を表し、R64は、水素原子又はアルキル基を表す。
L4は、単結合又はアルキレン基を表す。
Ar4は、(n+1)価の芳香環基を表し、R42と結合して環を形成する場合には(n+2)価の芳香環基を表す。
nは、1~5の整数を表す。
R41、R42及びR43は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。但し、R42はAr4と結合して環を形成していてもよく、その場合のR42は単結合又はアルキレン基を表す。
X4は、単結合、-COO-、又は-CONR64-を表し、R64は、水素原子又はアルキル基を表す。
L4は、単結合又はアルキレン基を表す。
Ar4は、(n+1)価の芳香環基を表し、R42と結合して環を形成する場合には(n+2)価の芳香環基を表す。
nは、1~5の整数を表す。
式(I)におけるR41、R42、及びR43のアルキル基としては、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、ヘキシル基、2-エチルヘキシル基、オクチル基、及びドデシル基等の炭素数20以下のアルキル基が好ましく、炭素数8以下のアルキル基がより好ましく、炭素数3以下のアルキル基が更に好ましい。
式(I)におけるR41、R42、及びR43のシクロアルキル基としては、単環型でも、多環型でもよい。なかでも、シクロプロピル基、シクロペンチル基、及びシクロヘキシル基等の炭素数3~8個で単環型のシクロアルキル基が好ましい。
式(I)におけるR41、R42、及びR43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、フッ素原子が好ましい。
式(I)におけるR41、R42、及びR43のアルコキシカルボニル基に含まれるアルキル基としては、上記R41、R42、R43におけるアルキル基と同様のものが好ましい。
式(I)におけるR41、R42、及びR43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、フッ素原子が好ましい。
式(I)におけるR41、R42、及びR43のアルコキシカルボニル基に含まれるアルキル基としては、上記R41、R42、R43におけるアルキル基と同様のものが好ましい。
上記各基における好ましい置換基としては、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アミノ基、アミド基、ウレイド基、ウレタン基、水酸基、カルボキシル基、ハロゲン原子、アルコキシ基、チオエーテル基、アシル基、アシロキシ基、アルコキシカルボニル基、シアノ基、及びニトロ基が挙げられる。置換基の炭素数は8以下が好ましい。
Ar4は、(n+1)価の芳香環基を表す。nが1である場合における2価の芳香環基は、例えば、フェニレン基、トリレン基、ナフチレン基、及びアントラセニレン基等の炭素数6~18のアリーレン基、又はチオフェン環、フラン環、ピロール環、ベンゾチオフェン環、ベンゾフラン環、ベンゾピロール環、トリアジン環、イミダゾール環、ベンゾイミダゾール環、トリアゾール環、チアジアゾール環、及びチアゾール環等のヘテロ環を含む2価の芳香環基が好ましい。なお、上記芳香環基は、置換基を有していてもよい。
nが2以上の整数である場合における(n+1)価の芳香環基の具体例としては、2価の芳香環基の上記した具体例から、(n-1)個の任意の水素原子を除してなる基が挙げられる。
(n+1)価の芳香環基は、更に置換基を有していてもよい。
(n+1)価の芳香環基は、更に置換基を有していてもよい。
上述したアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシカルボニル基、アルキレン基、及び(n+1)価の芳香環基が有し得る置換基としては、例えば、式(I)におけるR41、R42、及びR43で挙げたアルキル基、メトキシ基、エトキシ基、ヒドロキシエトキシ基、プロポキシ基、ヒドロキシプロポキシ基、及びブトキシ基等のアルコキシ基;フェニル基等のアリール基;等が挙げられる。
X4により表される-CONR64-(R64は、水素原子又はアルキル基を表す)におけるR64のアルキル基としては、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、ヘキシル基、2-エチルヘキシル基、オクチル基、及びドデシル基等の炭素数20以下のアルキル基が挙げられ、炭素数8以下のアルキル基が好ましい。
X4としては、単結合、-COO-、又は-CONH-が好ましく、単結合、又は-COO-がより好ましい。
X4により表される-CONR64-(R64は、水素原子又はアルキル基を表す)におけるR64のアルキル基としては、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、ヘキシル基、2-エチルヘキシル基、オクチル基、及びドデシル基等の炭素数20以下のアルキル基が挙げられ、炭素数8以下のアルキル基が好ましい。
X4としては、単結合、-COO-、又は-CONH-が好ましく、単結合、又は-COO-がより好ましい。
L4におけるアルキレン基としては、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ヘキシレン基、及びオクチレン基等の炭素数1~8のアルキレン基が好ましい。
Ar4としては、炭素数6~18の芳香環基が好ましく、ベンゼン環基、ナフタレン環基、及びビフェニレン環基がより好ましい。
式(I)で表される繰り返し単位は、ヒドロキシスチレン構造を備えていることが好ましい。即ち、Ar4は、ベンゼン環基であることが好ましい。
Ar4としては、炭素数6~18の芳香環基が好ましく、ベンゼン環基、ナフタレン環基、及びビフェニレン環基がより好ましい。
式(I)で表される繰り返し単位は、ヒドロキシスチレン構造を備えていることが好ましい。即ち、Ar4は、ベンゼン環基であることが好ましい。
式(I)で表される繰り返し単位としては、下記式(1)で表される繰り返し単位が好ましい。
式(1)中、
Aは水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、又はシアノ基を表す。
Rは、ハロゲン原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アルケニル基、アラルキル基、アルコキシ基、アルキルカルボニルオキシ基、アルキルスルホニルオキシ基、アルキルオキシカルボニル基又はアリールオキシカルボニル基を表し、複数個ある場合には同じであっても異なっていてもよい。複数のRを有する場合には、互いに共同して環を形成していてもよい。Rとしては水素原子が好ましい。
aは1~3の整数を表す。
bは0~(5-a)の整数を表す。
Aは水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、又はシアノ基を表す。
Rは、ハロゲン原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アルケニル基、アラルキル基、アルコキシ基、アルキルカルボニルオキシ基、アルキルスルホニルオキシ基、アルキルオキシカルボニル基又はアリールオキシカルボニル基を表し、複数個ある場合には同じであっても異なっていてもよい。複数のRを有する場合には、互いに共同して環を形成していてもよい。Rとしては水素原子が好ましい。
aは1~3の整数を表す。
bは0~(5-a)の整数を表す。
以下、酸基を有する繰り返し単位を以下に例示する。式中、aは1又は2を表す。
なお、上記繰り返し単位のなかでも、以下に具体的に記載する繰り返し単位が好ましい。式中、Rは水素原子又はメチル基を表し、aは2又は3を表す。
酸基を有する繰り返し単位の含有量は、樹脂(A)中の全繰り返し単位に対し、10モル%以上が好ましく、15モル%以上がより好ましい。また、その上限値としては、70モル%以下が好ましく、65モル%以下がより好ましく、60モル%以下が更に好ましい。
<フッ素原子又はヨウ素原子を有する繰り返し単位>
樹脂(A)は、上述した<酸分解性基を有する繰り返し単位>及び<酸基を有する繰り返し単位>とは別に、フッ素原子又はヨウ素原子を有する繰り返し単位を有していてもよい。また、ここで言う<フッ素原子又はヨウ素原子を有する繰り返し単位>は、後述の<ラクトン基、スルトン基、又はカーボネート基を有する繰り返し単位>、及び<光酸発生基を有する繰り返し単位>等の、A群に属する他の種類の繰り返し単位とは異なるのが好ましい。
樹脂(A)は、上述した<酸分解性基を有する繰り返し単位>及び<酸基を有する繰り返し単位>とは別に、フッ素原子又はヨウ素原子を有する繰り返し単位を有していてもよい。また、ここで言う<フッ素原子又はヨウ素原子を有する繰り返し単位>は、後述の<ラクトン基、スルトン基、又はカーボネート基を有する繰り返し単位>、及び<光酸発生基を有する繰り返し単位>等の、A群に属する他の種類の繰り返し単位とは異なるのが好ましい。
フッ素原子又はヨウ素原子を有する繰り返し単位としては、式(C)で表される繰り返し単位が好ましい。
L5は、単結合、又はエステル基を表す。
R9は、水素原子、又はフッ素原子若しくはヨウ素原子を有していてもよいアルキル基を表す。
R10は、水素原子、フッ素原子若しくはヨウ素原子を有していてもよいアルキル基、フッ素原子若しくはヨウ素原子を有していてもよいシクロアルキル基、フッ素原子若しくはヨウ素原子を有していてもよいアリール基、又はこれらを組み合わせた基を表す。
R9は、水素原子、又はフッ素原子若しくはヨウ素原子を有していてもよいアルキル基を表す。
R10は、水素原子、フッ素原子若しくはヨウ素原子を有していてもよいアルキル基、フッ素原子若しくはヨウ素原子を有していてもよいシクロアルキル基、フッ素原子若しくはヨウ素原子を有していてもよいアリール基、又はこれらを組み合わせた基を表す。
フッ素原子又はヨウ素原子を有する繰り返し単位を以下に例示する。
フッ素原子又はヨウ素原子を有する繰り返し単位の含有量は、樹脂(A)中の全繰り返し単位に対し、0モル%以上が好ましく、5モル%以上がより好ましく、10モル%以上が更に好ましい。また、その上限値としては、50モル%以下が好ましく、45モル%以下がより好ましく、40モル%以下が更に好ましい。
なお、上述したように、フッ素原子又はヨウ素原子を有する繰り返し単位には、<酸分解性基を有する繰り返し単位>及び<酸基を有する繰り返し単位>は含まれないことから、上記フッ素原子又はヨウ素原子を有する繰り返し単位の含有量も、<酸分解性基を有する繰り返し単位>及び<酸基を有する繰り返し単位>を除いたフッ素原子又はヨウ素原子を有する繰り返し単位の含有量を意図する。
なお、上述したように、フッ素原子又はヨウ素原子を有する繰り返し単位には、<酸分解性基を有する繰り返し単位>及び<酸基を有する繰り返し単位>は含まれないことから、上記フッ素原子又はヨウ素原子を有する繰り返し単位の含有量も、<酸分解性基を有する繰り返し単位>及び<酸基を有する繰り返し単位>を除いたフッ素原子又はヨウ素原子を有する繰り返し単位の含有量を意図する。
樹脂(A)の繰り返し単位のうち、フッ素原子及びヨウ素原子の少なくとも一方を含む繰り返し単位の合計含有量は、樹脂(A)の全繰り返し単位に対して、10モル%以上が好ましく、20モル%以上がより好ましく、30モル%以上が更に好ましく、40モル%以上が特に好ましい。上限値は特に制限されないが、例えば、100モル%以下である。
なお、フッ素原子及びヨウ素原子の少なくとも一方を含む繰り返し単位としては、例えば、フッ素原子又はヨウ素原子を有し、且つ、酸分解性基を有する繰り返し単位、フッ素原子又はヨウ素原子を有し、且つ、酸基を有する繰り返し単位、及びフッ素原子又はヨウ素原子を有する繰り返し単位が挙げられる。
なお、フッ素原子及びヨウ素原子の少なくとも一方を含む繰り返し単位としては、例えば、フッ素原子又はヨウ素原子を有し、且つ、酸分解性基を有する繰り返し単位、フッ素原子又はヨウ素原子を有し、且つ、酸基を有する繰り返し単位、及びフッ素原子又はヨウ素原子を有する繰り返し単位が挙げられる。
<ラクトン基、スルトン基、又はカーボネート基を有する繰り返し単位>
樹脂(A)は、ラクトン基、スルトン基、及びカーボネート基からなる群から選択される少なくとも1種を有する繰り返し単位(以下、総称して「ラクトン基、スルトン基、又はカーボネート基を有する繰り返し単位」とも言う)を有していてもよい。
ラクトン基、スルトン基、又はカーボネート基を有する繰り返し単位は、水酸基、及びヘキサフルオロプロパノール基等の酸基を有さないのも好ましい。
樹脂(A)は、ラクトン基、スルトン基、及びカーボネート基からなる群から選択される少なくとも1種を有する繰り返し単位(以下、総称して「ラクトン基、スルトン基、又はカーボネート基を有する繰り返し単位」とも言う)を有していてもよい。
ラクトン基、スルトン基、又はカーボネート基を有する繰り返し単位は、水酸基、及びヘキサフルオロプロパノール基等の酸基を有さないのも好ましい。
ラクトン基又はスルトン基としては、ラクトン構造又はスルトン構造を有していればよい。ラクトン構造又はスルトン構造は、5~7員環ラクトン構造又は5~7員環スルトン構造が好ましい。なかでも、ビシクロ構造若しくはスピロ構造を形成する形で5~7員環ラクトン構造に他の環構造が縮環しているもの、又はビシクロ構造若しくはスピロ構造を形成する形で5~7員環スルトン構造に他の環構造が縮環しているもの、がより好ましい。
樹脂(A)は、下記式(LC1-1)~(LC1-21)のいずれかで表されるラクトン構造、又は下記式(SL1-1)~(SL1-3)のいずれかで表されるスルトン構造の環員原子から、水素原子を1つ以上引き抜いてなるラクトン基又はスルトン基を有する繰り返し単位を有することが好ましい。
また、ラクトン基又はスルトン基が主鎖に直接結合していてもよい。例えば、ラクトン基又はスルトン基の環員原子が、樹脂(A)の主鎖を構成してもよい。
樹脂(A)は、下記式(LC1-1)~(LC1-21)のいずれかで表されるラクトン構造、又は下記式(SL1-1)~(SL1-3)のいずれかで表されるスルトン構造の環員原子から、水素原子を1つ以上引き抜いてなるラクトン基又はスルトン基を有する繰り返し単位を有することが好ましい。
また、ラクトン基又はスルトン基が主鎖に直接結合していてもよい。例えば、ラクトン基又はスルトン基の環員原子が、樹脂(A)の主鎖を構成してもよい。
上記ラクトン構造又はスルトン構造部分は、置換基(Rb2)を有していてもよい。好ましい置換基(Rb2)としては、炭素数1~8のアルキル基、炭素数4~7のシクロアルキル基、炭素数1~8のアルコキシ基、炭素数1~8のアルコキシカルボニル基、カルボキシル基、ハロゲン原子、シアノ基、及び酸分解性基等が挙げられる。n2は、0~4の整数を表す。n2が2以上の時、複数存在するRb2は、異なっていてもよく、また、複数存在するRb2同士が結合して環を形成してもよい。
式(LC1-1)~(LC1-21)のいずれかで表されるラクトン構造又は式(SL1-1)~(SL1-3)のいずれかで表されるスルトン構造を有する基を有する繰り返し単位としては、例えば、下記式(AI)で表される繰り返し単位等が挙げられる。
式(AI)中、Rb0は、水素原子、ハロゲン原子、又は炭素数1~4のアルキル基を表す。
Rb0のアルキル基が有していてもよい好ましい置換基としては、水酸基、及びハロゲン原子が挙げられる。
Rb0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。Rb0は、水素原子又はメチル基が好ましい。
Abは、単結合、アルキレン基、単環又は多環の脂環炭化水素構造を有する2価の連結基、エーテル基、エステル基、カルボニル基、カルボキシル基、又はこれらを組み合わせた2価の基を表す。なかでも、単結合、又は-Ab1-CO2-で表される連結基が好ましい。Ab1は、直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキレン基、又は単環若しくは多環のシクロアルキレン基であり、メチレン基、エチレン基、シクロヘキシレン基、アダマンチレン基、又はノルボルニレン基が好ましい。
Vは、式(LC1-1)~(LC1-21)のいずれかで表されるラクトン構造の環員原子から水素原子を1つ引き抜いてなる基、又は式(SL1-1)~(SL1-3)のいずれかで表されるスルトン構造の環員原子から水素原子を1つ引き抜いてなる基を表す。
Rb0のアルキル基が有していてもよい好ましい置換基としては、水酸基、及びハロゲン原子が挙げられる。
Rb0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。Rb0は、水素原子又はメチル基が好ましい。
Abは、単結合、アルキレン基、単環又は多環の脂環炭化水素構造を有する2価の連結基、エーテル基、エステル基、カルボニル基、カルボキシル基、又はこれらを組み合わせた2価の基を表す。なかでも、単結合、又は-Ab1-CO2-で表される連結基が好ましい。Ab1は、直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキレン基、又は単環若しくは多環のシクロアルキレン基であり、メチレン基、エチレン基、シクロヘキシレン基、アダマンチレン基、又はノルボルニレン基が好ましい。
Vは、式(LC1-1)~(LC1-21)のいずれかで表されるラクトン構造の環員原子から水素原子を1つ引き抜いてなる基、又は式(SL1-1)~(SL1-3)のいずれかで表されるスルトン構造の環員原子から水素原子を1つ引き抜いてなる基を表す。
ラクトン基又はスルトン基を有する繰り返し単位に、光学異性体が存在する場合、いずれの光学異性体を用いてもよい。また、1種の光学異性体を単独で用いても、複数の光学異性体を混合して用いてもよい。1種の光学異性体を主に用いる場合、その光学純度(ee)は90以上が好ましく、95以上がより好ましい。
カーボネート基としては、環状炭酸エステル基が好ましい。
環状炭酸エステル基を有する繰り返し単位としては、下記式(A-1)で表される繰り返し単位が好ましい。
環状炭酸エステル基を有する繰り返し単位としては、下記式(A-1)で表される繰り返し単位が好ましい。
式(A-1)中、RA
1は、水素原子、ハロゲン原子、又は1価の有機基(好ましくはメチル基)を表す。
nは0以上の整数を表す。
RA 2は、置換基を表す。nが2以上の場合、複数存在するRA 2は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
Aは、単結合又は2価の連結基を表す。上記2価の連結基としては、アルキレン基、単環又は多環の脂環炭化水素構造を有する2価の連結基、エーテル基、エステル基、カルボニル基、カルボキシル基、又はこれらを組み合わせた2価の基が好ましい。
Zは、式中の-O-CO-O-で表される基と共に単環又は多環を形成する原子団を表す。
nは0以上の整数を表す。
RA 2は、置換基を表す。nが2以上の場合、複数存在するRA 2は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
Aは、単結合又は2価の連結基を表す。上記2価の連結基としては、アルキレン基、単環又は多環の脂環炭化水素構造を有する2価の連結基、エーテル基、エステル基、カルボニル基、カルボキシル基、又はこれらを組み合わせた2価の基が好ましい。
Zは、式中の-O-CO-O-で表される基と共に単環又は多環を形成する原子団を表す。
ラクトン基、スルトン基、又はカーボネート基を有する繰り返し単位を以下に例示する。
ラクトン基、スルトン基、又はカーボネート基を有する繰り返し単位の含有量は、樹脂(A)中の全繰り返し単位に対し、1モル%以上が好ましく、5モル%以上がより好ましく、10モル%以上が更に好ましい。また、その上限値としては、85モル%以下が好ましく、80モル%以下がより好ましく、70モル%以下が更に好ましく、60モル%以下が特に好ましい。
<光酸発生基を有する繰り返し単位>
樹脂(A)は、上記以外の繰り返し単位として、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する基(以下「光酸発生基」ともいう)を有する繰り返し単位を有していてもよい。
この場合、この光酸発生基を有する繰り返し単位が、上述した光酸発生剤Bに当たると考えることができる。
このような繰り返し単位としては、例えば、下記式(4)で表される繰り返し単位が挙げられる。
樹脂(A)は、上記以外の繰り返し単位として、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する基(以下「光酸発生基」ともいう)を有する繰り返し単位を有していてもよい。
この場合、この光酸発生基を有する繰り返し単位が、上述した光酸発生剤Bに当たると考えることができる。
このような繰り返し単位としては、例えば、下記式(4)で表される繰り返し単位が挙げられる。
R41は、水素原子又はメチル基を表す。L41は、単結合、又は2価の連結基を表す。L42は、2価の連結基を表す。R40は、活性光線又は放射線の照射により分解して側鎖に酸を発生させる構造部位を表す。
光酸発生基を有する繰り返し単位を以下に例示する。
光酸発生基を有する繰り返し単位を以下に例示する。
そのほか、式(4)で表される繰り返し単位としては、例えば、特開2014-041327号公報の段落[0094]~[0105]に記載された繰り返し単位、及び国際公開第2018/193954号公報の段落[0094]に記載された繰り返し単位が挙げられる。
光酸発生基を有する繰り返し単位の含有量は、樹脂(A)中の全繰り返し単位に対して、1モル%以上が好ましく、5モル%以上がより好ましい。また、その上限値としては、40モル%以下が好ましく、35モル%以下がより好ましく、30モル%以下が更に好ましい。
<式(V-1)又は下記式(V-2)で表される繰り返し単位>
樹脂(A)は、下記式(V-1)、又は下記式(V-2)で表される繰り返し単位を有していてもよい。
下記式(V-1)、及び下記式(V-2)で表される繰り返し単位は上述の繰り返し単位とは異なる繰り返し単位であるのが好ましい。
樹脂(A)は、下記式(V-1)、又は下記式(V-2)で表される繰り返し単位を有していてもよい。
下記式(V-1)、及び下記式(V-2)で表される繰り返し単位は上述の繰り返し単位とは異なる繰り返し単位であるのが好ましい。
式中、
R6及びR7は、各々独立に、水素原子、水酸基、アルキル基、アルコキシ基、アシロキシ基、シアノ基、ニトロ基、アミノ基、ハロゲン原子、エステル基(-OCOR又は-COOR:Rは炭素数1~6のアルキル基又はフッ素化アルキル基)、又はカルボキシル基を表す。アルキル基としては、炭素数1~10の直鎖状、分岐鎖状又は環状のアルキル基が好ましい。
n3は、0~6の整数を表す。
n4は、0~4の整数を表す。
X4は、メチレン基、酸素原子、又は硫黄原子である。
式(V-1)又は(V-2)で表される繰り返し単位を以下に例示する。
式(V-1)又は(V-2)で表される繰り返し単位としては、例えば、国際公開第2018/193954号公報の段落[0100]に記載された繰り返し単位が挙げられる。
R6及びR7は、各々独立に、水素原子、水酸基、アルキル基、アルコキシ基、アシロキシ基、シアノ基、ニトロ基、アミノ基、ハロゲン原子、エステル基(-OCOR又は-COOR:Rは炭素数1~6のアルキル基又はフッ素化アルキル基)、又はカルボキシル基を表す。アルキル基としては、炭素数1~10の直鎖状、分岐鎖状又は環状のアルキル基が好ましい。
n3は、0~6の整数を表す。
n4は、0~4の整数を表す。
X4は、メチレン基、酸素原子、又は硫黄原子である。
式(V-1)又は(V-2)で表される繰り返し単位を以下に例示する。
式(V-1)又は(V-2)で表される繰り返し単位としては、例えば、国際公開第2018/193954号公報の段落[0100]に記載された繰り返し単位が挙げられる。
<主鎖の運動性を低下させるための繰り返し単位>
樹脂(A)は、発生酸の過剰な拡散又は現像時のパターン崩壊を抑制できる観点から、ガラス転移温度(Tg)が高い方が好ましい。Tgは、90℃より大きいことが好ましく、100℃より大きいことがより好ましく、110℃より大きいことが更に好ましく、125℃より大きいことが特に好ましい。なお、過度な高Tg化は現像液への溶解速度低下を招くため、Tgは400℃以下が好ましく、350℃以下がより好ましい。
なお、本明細書において、樹脂(A)等のポリマーのガラス転移温度(Tg)は、以下の方法で算出する。まず、ポリマー中に含まれる各繰り返し単位のみからなるホモポリマーのTgを、Bicerano法によりそれぞれ算出する。以後、算出されたTgを、「繰り返し単位のTg」という。次に、ポリマー中の全繰り返し単位に対する、各繰り返し単位の質量割合(%)を算出する。次に、Foxの式(Materials Letters 62(2008)3152等に記載)を用いて各質量割合におけるTgを算出して、それらを総和して、ポリマーのTg(℃)とする。
Bicerano法はPrediction of polymer properties, Marcel Dekker Inc, New York(1993)等に記載されている。またBicerano法によるTgの算出は、ポリマーの物性概算ソフトウェアMDL Polymer(MDL Information Systems, Inc.)を用いて行うことができる。
樹脂(A)は、発生酸の過剰な拡散又は現像時のパターン崩壊を抑制できる観点から、ガラス転移温度(Tg)が高い方が好ましい。Tgは、90℃より大きいことが好ましく、100℃より大きいことがより好ましく、110℃より大きいことが更に好ましく、125℃より大きいことが特に好ましい。なお、過度な高Tg化は現像液への溶解速度低下を招くため、Tgは400℃以下が好ましく、350℃以下がより好ましい。
なお、本明細書において、樹脂(A)等のポリマーのガラス転移温度(Tg)は、以下の方法で算出する。まず、ポリマー中に含まれる各繰り返し単位のみからなるホモポリマーのTgを、Bicerano法によりそれぞれ算出する。以後、算出されたTgを、「繰り返し単位のTg」という。次に、ポリマー中の全繰り返し単位に対する、各繰り返し単位の質量割合(%)を算出する。次に、Foxの式(Materials Letters 62(2008)3152等に記載)を用いて各質量割合におけるTgを算出して、それらを総和して、ポリマーのTg(℃)とする。
Bicerano法はPrediction of polymer properties, Marcel Dekker Inc, New York(1993)等に記載されている。またBicerano法によるTgの算出は、ポリマーの物性概算ソフトウェアMDL Polymer(MDL Information Systems, Inc.)を用いて行うことができる。
樹脂(A)のTgを大きくする(好ましくは、Tgを90℃超とする)には、樹脂(A)の主鎖の運動性を低下させることが好ましい。樹脂(A)の主鎖の運動性を低下させる方法は、以下の(a)~(e)の方法が挙げられる。
(a)主鎖への嵩高い置換基の導入
(b)主鎖への複数の置換基の導入
(c)主鎖近傍への樹脂(A)間の相互作用を誘発する置換基の導入
(d)環状構造での主鎖形成
(e)主鎖への環状構造の連結
なお、樹脂(A)は、ホモポリマーのTgが130℃以上を示す繰り返し単位を有することが好ましい。
なお、ホモポリマーのTgが130℃以上を示す繰り返し単位の種類は特に制限されず、Bicerano法により算出されるホモポリマーのTgが130℃以上である繰り返し単位であればよい。なお、後述する式(A)~式(E)で表される繰り返し単位中の官能基の種類によっては、ホモポリマーのTgが130℃以上を示す繰り返し単位に該当する。
(a)主鎖への嵩高い置換基の導入
(b)主鎖への複数の置換基の導入
(c)主鎖近傍への樹脂(A)間の相互作用を誘発する置換基の導入
(d)環状構造での主鎖形成
(e)主鎖への環状構造の連結
なお、樹脂(A)は、ホモポリマーのTgが130℃以上を示す繰り返し単位を有することが好ましい。
なお、ホモポリマーのTgが130℃以上を示す繰り返し単位の種類は特に制限されず、Bicerano法により算出されるホモポリマーのTgが130℃以上である繰り返し単位であればよい。なお、後述する式(A)~式(E)で表される繰り返し単位中の官能基の種類によっては、ホモポリマーのTgが130℃以上を示す繰り返し単位に該当する。
(式(A)で表される繰り返し単位)
上記(a)の具体的な達成手段の一例としては、樹脂(A)に式(A)で表される繰り返し単位を導入する方法が挙げられる。
上記(a)の具体的な達成手段の一例としては、樹脂(A)に式(A)で表される繰り返し単位を導入する方法が挙げられる。
式(A)、RAは、多環構造を有する基を表す。Rxは、水素原子、メチル基、又はエチル基を表す。多環構造を有する基とは、複数の環構造を有する基であり、複数の環構造は縮合していても、縮合していなくてもよい。
式(A)で表される繰り返し単位の具体例としては、国際公開第2018/193954号公報の段落[0107]~[0119]に記載のものが挙げられる。
式(A)で表される繰り返し単位の具体例としては、国際公開第2018/193954号公報の段落[0107]~[0119]に記載のものが挙げられる。
(式(B)で表される繰り返し単位)
上記(b)の具体的な達成手段の一例としては、樹脂(A)に式(B)で表される繰り返し単位を導入する方法が挙げられる。
上記(b)の具体的な達成手段の一例としては、樹脂(A)に式(B)で表される繰り返し単位を導入する方法が挙げられる。
式(B)中、Rb1~Rb4は、各々独立に、水素原子又は有機基を表し、Rb1~Rb4のうち少なくとも2つ以上が有機基を表す。
また、有機基の少なくとも1つが、繰り返し単位中の主鎖に直接環構造が連結している基である場合、他の有機基の種類は特に制限されない。
また、有機基のいずれも繰り返し単位中の主鎖に直接環構造が連結している基ではない場合、有機基の少なくとも2つ以上は、水素原子を除く構成原子の数が3つ以上である置換基である。
式(B)で表される繰り返し単位の具体例としては、国際公開第2018/193954号公報の段落[0113]~[0115]に記載のものが挙げられる。
また、有機基の少なくとも1つが、繰り返し単位中の主鎖に直接環構造が連結している基である場合、他の有機基の種類は特に制限されない。
また、有機基のいずれも繰り返し単位中の主鎖に直接環構造が連結している基ではない場合、有機基の少なくとも2つ以上は、水素原子を除く構成原子の数が3つ以上である置換基である。
式(B)で表される繰り返し単位の具体例としては、国際公開第2018/193954号公報の段落[0113]~[0115]に記載のものが挙げられる。
(式(C)で表される繰り返し単位)
上記(c)の具体的な達成手段の一例としては、樹脂(A)に式(C)で表される繰り返し単位を導入する方法が挙げられる。
上記(c)の具体的な達成手段の一例としては、樹脂(A)に式(C)で表される繰り返し単位を導入する方法が挙げられる。
式(C)中、Rc1~Rc4は、各々独立に、水素原子又は有機基を表し、Rc1~Rc4のうち少なくとも1つが、主鎖炭素から原子数3以内に水素結合性の水素原子を有する基である。なかでも、樹脂(A)の主鎖間の相互作用を誘発するうえで、原子数2以内(より主鎖近傍側)に水素結合性の水素原子を有することが好ましい。
式(C)で表される繰り返し単位の具体例としては、国際公開第2018/193954号公報の段落[0119]~[0121]に記載のものが挙げられる。
式(C)で表される繰り返し単位の具体例としては、国際公開第2018/193954号公報の段落[0119]~[0121]に記載のものが挙げられる。
(式(D)で表される繰り返し単位)
上記(d)の具体的な達成手段の一例としては、樹脂(A)に式(D)で表される繰り返し単位を導入する方法が挙げられる。
上記(d)の具体的な達成手段の一例としては、樹脂(A)に式(D)で表される繰り返し単位を導入する方法が挙げられる。
式(D)中、「cylic」は、環状構造で主鎖を形成している基を表す。環の構成原子数は特に制限されない。
式(D)で表される繰り返し単位の具体例としては、国際公開第2018/193954号公報の段落[0126]~[027]に記載のものが挙げられる。
式(D)で表される繰り返し単位の具体例としては、国際公開第2018/193954号公報の段落[0126]~[027]に記載のものが挙げられる。
(式(E)で表される繰り返し単位)
上記(e)の具体的な達成手段の一例としては、樹脂(A)に式(E)で表される繰り返し単位を導入する方法が挙げられる。
上記(e)の具体的な達成手段の一例としては、樹脂(A)に式(E)で表される繰り返し単位を導入する方法が挙げられる。
式(E)中、Reは、各々独立に、水素原子又は有機基を表す。有機基としては、置換機を有してもよい、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、及びアルケニル基等が挙げられる。
「cyclic」は、主鎖の炭素原子を含む環状基である。環状基に含まれる原子数は特に制限されない。
式(E)で表される繰り返し単位の具体例としては、国際公開第2018/193954号公報の段落[0131]~[0133]に記載のものが挙げられる。
「cyclic」は、主鎖の炭素原子を含む環状基である。環状基に含まれる原子数は特に制限されない。
式(E)で表される繰り返し単位の具体例としては、国際公開第2018/193954号公報の段落[0131]~[0133]に記載のものが挙げられる。
<ラクトン基、スルトン基、カーボネート基、水酸基、シアノ基、及びアルカリ可溶性基から選ばれる少なくとも1種類の基を有する繰り返し単位>
樹脂(A)は、ラクトン基、スルトン基、カーボネート基、水酸基、シアノ基、及びアルカリ可溶性基から選ばれる少なくとも1種類の基を有する繰り返し単位を有していてもよい。
樹脂(A)が有するラクトン基、スルトン基、又はカーボネート基を有する繰り返し単位としては、上述した<ラクトン基、スルトン基、又はカーボネート基を有する繰り返し単位>で説明した繰り返し単位が挙げられる。好ましい含有量も上述した<ラクトン基、スルトン基、又はカーボネート基を有する繰り返し単位>で説明した通りである。
樹脂(A)は、ラクトン基、スルトン基、カーボネート基、水酸基、シアノ基、及びアルカリ可溶性基から選ばれる少なくとも1種類の基を有する繰り返し単位を有していてもよい。
樹脂(A)が有するラクトン基、スルトン基、又はカーボネート基を有する繰り返し単位としては、上述した<ラクトン基、スルトン基、又はカーボネート基を有する繰り返し単位>で説明した繰り返し単位が挙げられる。好ましい含有量も上述した<ラクトン基、スルトン基、又はカーボネート基を有する繰り返し単位>で説明した通りである。
樹脂(A)は、水酸基又はシアノ基を有する繰り返し単位を有していてもよい。これにより基板密着性、現像液親和性が向上する。
水酸基又はシアノ基を有する繰り返し単位は、水酸基又はシアノ基で置換された脂環炭化水素構造を有する繰り返し単位であることが好ましい。
水酸基又はシアノ基を有する繰り返し単位は、酸分解性基を有さないことが好ましい。水酸基又はシアノ基を有する繰り返し単位としては、国際公開第2020/004306号公報の段落[0153]~[0158]に記載のものが挙げられる。
水酸基又はシアノ基を有する繰り返し単位は、水酸基又はシアノ基で置換された脂環炭化水素構造を有する繰り返し単位であることが好ましい。
水酸基又はシアノ基を有する繰り返し単位は、酸分解性基を有さないことが好ましい。水酸基又はシアノ基を有する繰り返し単位としては、国際公開第2020/004306号公報の段落[0153]~[0158]に記載のものが挙げられる。
樹脂(A)は、アルカリ可溶性基を有する繰り返し単位を有していてもよい。
アルカリ可溶性基としては、カルボキシル基、スルホンアミド基、スルホニルイミド基、ビスルスルホニルイミド基、α位が電子吸引性基で置換された脂肪族アルコール(例えば、ヘキサフロロイソプロパノール基)が挙げられ、カルボキシル基が好ましい。樹脂(A)がアルカリ可溶性基を有する繰り返し単位を含むことにより、コンタクトホール用途での解像性が増す。アルカリ可溶性基を有する繰り返し単位としては、特開2014-98921号公報の段落[0085]及び[0086]に記載のものが挙げられる。
アルカリ可溶性基としては、カルボキシル基、スルホンアミド基、スルホニルイミド基、ビスルスルホニルイミド基、α位が電子吸引性基で置換された脂肪族アルコール(例えば、ヘキサフロロイソプロパノール基)が挙げられ、カルボキシル基が好ましい。樹脂(A)がアルカリ可溶性基を有する繰り返し単位を含むことにより、コンタクトホール用途での解像性が増す。アルカリ可溶性基を有する繰り返し単位としては、特開2014-98921号公報の段落[0085]及び[0086]に記載のものが挙げられる。
<脂環炭化水素構造を有し、酸分解性を示さない繰り返し単位>
樹脂(A)は、脂環炭化水素構造を有し、酸分解性を示さない繰り返し単位を有してもよい。これにより液浸露光時にレジスト膜から液浸液への低分子成分の溶出が低減できる。このような繰り返し単位として、例えば、1-アダマンチル(メタ)アクリレート、ジアマンチル(メタ)アクリレート、トリシクロデカニル(メタ)アクリレート、又はシクロヘキシル(メタ)アクリレート由来の繰り返し単位等が挙げられる。
樹脂(A)は、脂環炭化水素構造を有し、酸分解性を示さない繰り返し単位を有してもよい。これにより液浸露光時にレジスト膜から液浸液への低分子成分の溶出が低減できる。このような繰り返し単位として、例えば、1-アダマンチル(メタ)アクリレート、ジアマンチル(メタ)アクリレート、トリシクロデカニル(メタ)アクリレート、又はシクロヘキシル(メタ)アクリレート由来の繰り返し単位等が挙げられる。
<水酸基及びシアノ基のいずれも有さない、式(III)で表される繰り返し単位>
樹脂(A)は、水酸基及びシアノ基のいずれも有さない、式(III)で表される繰り返し単位を有していてもよい。
樹脂(A)は、水酸基及びシアノ基のいずれも有さない、式(III)で表される繰り返し単位を有していてもよい。
式(III)中、R5は少なくとも一つの環状構造を有し、水酸基及びシアノ基のいずれも有さない炭化水素基を表す。
Raは水素原子、アルキル基又は-CH2-O-Ra2基を表す。式中、Ra2は、水素原子、アルキル基又はアシル基を表す。
Raは水素原子、アルキル基又は-CH2-O-Ra2基を表す。式中、Ra2は、水素原子、アルキル基又はアシル基を表す。
R5が有する環状構造には、単環式炭化水素基及び多環式炭化水素基が含まれる。単環式炭化水素基としては、例えば、炭素数3~12(より好ましくは炭素数3~7)のシクロアルキル基、又は炭素数3~12のシクロアルケニル基が挙げられる。
式(III)中の各基の詳細な定義、及び、繰り返し単位の具体例としては、国際公開第2020/004306号公報の段落[0169]~[0173]に記載のものが挙げられる。
式(III)中の各基の詳細な定義、及び、繰り返し単位の具体例としては、国際公開第2020/004306号公報の段落[0169]~[0173]に記載のものが挙げられる。
<その他の繰り返し単位>
更に、樹脂(A)は、上述した繰り返し単位以外の繰り返し単位を有してもよい。
例えば樹脂(A)は、オキサチアン環基を有する繰り返し単位、オキサゾロン環基を有する繰り返し単位、ジオキサン環基を有する繰り返し単位、及びヒダントイン環基を有する繰り返し単位からなる群から選択される繰り返し単位を有していてもよい。
このような繰り返し単位を以下に例示する。
更に、樹脂(A)は、上述した繰り返し単位以外の繰り返し単位を有してもよい。
例えば樹脂(A)は、オキサチアン環基を有する繰り返し単位、オキサゾロン環基を有する繰り返し単位、ジオキサン環基を有する繰り返し単位、及びヒダントイン環基を有する繰り返し単位からなる群から選択される繰り返し単位を有していてもよい。
このような繰り返し単位を以下に例示する。
樹脂(A)は、上記の繰り返し構造単位以外に、ドライエッチング耐性、標準現像液適性、基板密着性、レジストプロファイル、解像力、耐熱性、及び感度等を調節する目的で様々な繰り返し構造単位を有していてもよい。
樹脂(A)としては、(特に、組成物がArF用の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物として用いられる場合)繰り返し単位のすべてが(メタ)アクリレート系繰り返し単位で構成されるのも好ましい。この場合、繰り返し単位のすべてがメタクリレート系繰り返し単位であるもの、繰り返し単位のすべてがアクリレート系繰り返し単位であるもの、繰り返し単位のすべてがメタクリレート系繰り返し単位とアクリレート系繰り返し単位とによるもののいずれのものでも用いることができ、アクリレート系繰り返し単位が全繰り返し単位の50モル%以下であることが好ましい。
樹脂(A)は、常法に従って(例えばラジカル重合)合成できる。
GPC法によりポリスチレン換算値として、樹脂(A)の重量平均分子量は、1,000~200,000が好ましく、3,000~20,000がより好ましく、5,000~15,000が更に好ましい。樹脂(A)の重量平均分子量を、1,000~200,000とすることにより、耐熱性及びドライエッチング耐性の劣化をより一層抑制できる。また、現像性の劣化、及び粘度が高くなって製膜性が劣化することもより一層抑制できる。
樹脂(A)の分散度(分子量分布)は、通常1~5であり、1~3が好ましく、1.2~3.0がより好ましく、1.2~2.0が更に好ましい。分散度が小さいものほど、解像度、及びレジスト形状がより優れ、更に、レジストパターンの側壁がよりスムーズであり、ラフネス性にもより優れる。
GPC法によりポリスチレン換算値として、樹脂(A)の重量平均分子量は、1,000~200,000が好ましく、3,000~20,000がより好ましく、5,000~15,000が更に好ましい。樹脂(A)の重量平均分子量を、1,000~200,000とすることにより、耐熱性及びドライエッチング耐性の劣化をより一層抑制できる。また、現像性の劣化、及び粘度が高くなって製膜性が劣化することもより一層抑制できる。
樹脂(A)の分散度(分子量分布)は、通常1~5であり、1~3が好ましく、1.2~3.0がより好ましく、1.2~2.0が更に好ましい。分散度が小さいものほど、解像度、及びレジスト形状がより優れ、更に、レジストパターンの側壁がよりスムーズであり、ラフネス性にもより優れる。
レジスト組成物において、樹脂(A)の含有量は、組成物の全固形分に対して、50.0~99.9質量%が好ましく、60.0~99.0質量%がより好ましい。
また、樹脂(A)は、1種で使用してもよいし、複数併用してもよい。
また、樹脂(A)は、1種で使用してもよいし、複数併用してもよい。
〔酸拡散制御剤(C)〕
レジスト組成物は、酸拡散制御剤(C)を含んでいてもよい。
酸拡散制御剤は、露光時に光酸発生剤等から発生する酸をトラップし、余分な発生酸による、未露光部における酸分解性樹脂の反応を抑制するクエンチャーとして作用するものである。酸拡散制御剤としては、例えば、塩基性化合物(CA)、活性光線又は放射線の照射により塩基性が低下又は消失する塩基性化合物(CB)、窒素原子を有し、酸の作用により脱離する基を有する低分子化合物(CD)、及びカチオン部に窒素原子を有するオニウム塩化合物(CE)等を酸拡散制御剤として使用できる。
レジスト組成物は、酸拡散制御剤(C)を含んでいてもよい。
酸拡散制御剤は、露光時に光酸発生剤等から発生する酸をトラップし、余分な発生酸による、未露光部における酸分解性樹脂の反応を抑制するクエンチャーとして作用するものである。酸拡散制御剤としては、例えば、塩基性化合物(CA)、活性光線又は放射線の照射により塩基性が低下又は消失する塩基性化合物(CB)、窒素原子を有し、酸の作用により脱離する基を有する低分子化合物(CD)、及びカチオン部に窒素原子を有するオニウム塩化合物(CE)等を酸拡散制御剤として使用できる。
また、酸拡散制御剤として、光酸発生成分に対して相対的に弱酸となるオニウム塩も使用できる。
光酸発生剤(特定光酸発生剤及び他の光酸発生剤を総称して光酸発生成分ともいう)と、光酸発生成分から生じた酸に対して相対的に弱酸である酸を発生するオニウム塩とが共存する形で用いられた場合、活性光線性又は放射線の照射により光酸発生成分から生じた酸が未反応の弱酸アニオンを有するオニウム塩と衝突すると、塩交換により弱酸を放出して強酸アニオンを有するオニウム塩を生じる。この過程で強酸がより触媒能の低い弱酸に交換されるため、見かけ上、酸が失活して酸拡散を制御できる。
光酸発生剤(特定光酸発生剤及び他の光酸発生剤を総称して光酸発生成分ともいう)と、光酸発生成分から生じた酸に対して相対的に弱酸である酸を発生するオニウム塩とが共存する形で用いられた場合、活性光線性又は放射線の照射により光酸発生成分から生じた酸が未反応の弱酸アニオンを有するオニウム塩と衝突すると、塩交換により弱酸を放出して強酸アニオンを有するオニウム塩を生じる。この過程で強酸がより触媒能の低い弱酸に交換されるため、見かけ上、酸が失活して酸拡散を制御できる。
光酸発生成分に対して相対的に弱酸となるオニウム塩としては、下記式(d1-1)~(d1-3)で表される化合物が好ましい。
式中、R51は有機基である。炭素数は1~30が好ましい。
Z2cは有機基である。上記有機基の炭素数は1~30が好ましい。但し、Z2cで表される有機基は、式中に明示されるSO3-に炭素原子が隣接する場合、この炭素原子(α炭素原子)は、置換基として、フッ素原子及び/又はパーフルオロアルキル基を有さない。上記α炭素原子は、環状構造の環員原子以外であり、メチレン基であることが好ましい。また、Z2c中、SO3 -に対するβ位の原子が炭素原子(β炭素原子)の場合、上記β炭素原子も置換基として、フッ素原子及び/又はパーフルオロアルキル基を有さない。
R52は有機基(アルキル基等)であり、Y3は、-SO2-、直鎖状、分岐鎖状若しくは環状のアルキレン基、又はアリーレン基であり、Y4は、-CO-又は-SO2-であり、Rfはフッ素原子を有する炭化水素基(フルオロアルキル基等)である。
Z2cは有機基である。上記有機基の炭素数は1~30が好ましい。但し、Z2cで表される有機基は、式中に明示されるSO3-に炭素原子が隣接する場合、この炭素原子(α炭素原子)は、置換基として、フッ素原子及び/又はパーフルオロアルキル基を有さない。上記α炭素原子は、環状構造の環員原子以外であり、メチレン基であることが好ましい。また、Z2c中、SO3 -に対するβ位の原子が炭素原子(β炭素原子)の場合、上記β炭素原子も置換基として、フッ素原子及び/又はパーフルオロアルキル基を有さない。
R52は有機基(アルキル基等)であり、Y3は、-SO2-、直鎖状、分岐鎖状若しくは環状のアルキレン基、又はアリーレン基であり、Y4は、-CO-又は-SO2-であり、Rfはフッ素原子を有する炭化水素基(フルオロアルキル基等)である。
M+は各々独立に、アンモニウムカチオン、スルホニウムカチオン、又はヨードニウムカチオンである。式(d1-1)~(d1-3)におけるM+としては、特定化合物の説明中で挙げた有機カチオン(例えば、上記式(Ia-1)におけるM11
+で表される有機カチオン)も使用できる。
これらのカチオンとしては、一態様として、酸分解性基を有しているのも好ましい。酸分解性基としては、上述した式(1)で表される酸分解性基、及び、式(2)で表される酸分解性基が挙げられる。
これらのカチオンとしては、一態様として、酸分解性基を有しているのも好ましい。酸分解性基としては、上述した式(1)で表される酸分解性基、及び、式(2)で表される酸分解性基が挙げられる。
酸拡散制御剤として、双性イオンを使用してもよい。双性イオンである酸拡散制御剤は、カルボキシラートアニオンを有していることが好ましく、更に、スルホニウムカチオン又はヨードニウムカチオンを有していることも好ましい。
本発明のレジスト組成物においては、公知の酸拡散制御剤を適宜使用できる。例えば、米国特許出願公開2016/0070167A1号明細書の段落[0627]~[0664]、米国特許出願公開2015/0004544A1号明細書の段落[0095]~[0187]、米国特許出願公開2016/0237190A1号明細書の段落[0403]~[0423]、及び米国特許出願公開2016/0274458A1号明細書の段落[0259]~[0328]に開示された公知の化合物を酸拡散制御剤として好適に使用できる。
また、例えば、塩基性化合物(CA)の具体例としては、国際公開第2020/066824号公報の段落[0132]~[0136]に記載のものが挙げられ、活性光線又は放射線の照射により塩基性が低下又は消失する塩基性化合物(CB)の具体例としては、国際公開第2020/066824号公報の段落[0137]~[0155]に記載のものが挙げられ、窒素原子を有し、酸の作用により脱離する基を有する低分子化合物(CD)の具体例としては、国際公開第2020/066824号公報の段落[0156]~[0163]に記載のものが挙げられ、カチオン部に窒素原子を有するオニウム塩化合物(CE)の具体例としては、国際公開第2020/066824号公報の段落[0164]に記載のものが挙げられる。
また、例えば、塩基性化合物(CA)の具体例としては、国際公開第2020/066824号公報の段落[0132]~[0136]に記載のものが挙げられ、活性光線又は放射線の照射により塩基性が低下又は消失する塩基性化合物(CB)の具体例としては、国際公開第2020/066824号公報の段落[0137]~[0155]に記載のものが挙げられ、窒素原子を有し、酸の作用により脱離する基を有する低分子化合物(CD)の具体例としては、国際公開第2020/066824号公報の段落[0156]~[0163]に記載のものが挙げられ、カチオン部に窒素原子を有するオニウム塩化合物(CE)の具体例としては、国際公開第2020/066824号公報の段落[0164]に記載のものが挙げられる。
レジスト組成物に酸拡散制御剤が含まれる場合、酸拡散制御剤の含有量(複数種存在する場合はその合計)は、組成物の全固形分に対して、0.1~11.0質量%が好ましく、0.1~10.0質量%がより好ましく、0.1~8.0質量%が更に好ましく、0.1~4.0質量%が特に好ましい。
レジスト組成物において、酸拡散制御剤は1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
レジスト組成物において、酸拡散制御剤は1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
〔疎水性樹脂(D)〕
レジスト組成物は、上記樹脂(A)とは別に、樹脂(A)とは異なる疎水性樹脂を含んでいてもよい。
疎水性樹脂はレジスト膜の表面に偏在するように設計されるのが好ましいが、界面活性剤とは異なり、必ずしも分子内に親水基を有する必要はなく、極性物質及び非極性物質の均一な混合に寄与しなくてもよい。
疎水性樹脂の添加による効果として、水に対するレジスト膜表面の静的及び動的な接触角の制御、並びに、アウトガスの抑制等が挙げられる。
レジスト組成物は、上記樹脂(A)とは別に、樹脂(A)とは異なる疎水性樹脂を含んでいてもよい。
疎水性樹脂はレジスト膜の表面に偏在するように設計されるのが好ましいが、界面活性剤とは異なり、必ずしも分子内に親水基を有する必要はなく、極性物質及び非極性物質の均一な混合に寄与しなくてもよい。
疎水性樹脂の添加による効果として、水に対するレジスト膜表面の静的及び動的な接触角の制御、並びに、アウトガスの抑制等が挙げられる。
疎水性樹脂は、膜表層への偏在化の点から、“フッ素原子”、“珪素原子”、及び“樹脂の側鎖部分に含まれたCH3部分構造”のいずれか1種以上を有するのが好ましく、2種以上を有するのがより好ましい。また、上記疎水性樹脂は、炭素数5以上の炭化水素基を有するのが好ましい。これらの基は樹脂の主鎖中に有していても、側鎖に置換していてもよい。
疎水性樹脂としては、国際公開第2020/004306号公報の段落[0275]~[0279]に記載される化合物が挙げられる。
疎水性樹脂としては、国際公開第2020/004306号公報の段落[0275]~[0279]に記載される化合物が挙げられる。
レジスト組成物が疎水性樹脂を含む場合、疎水性樹脂の含有量は、レジスト組成物の全固形分に対して、0.01~20質量%が好ましく、0.1~15質量%がより好ましく、0.1~10質量%が更に好ましく、0.1~5.0質量%が特に好ましい。
〔界面活性剤(E)〕
レジスト組成物は、界面活性剤を含んでいてもよい。界面活性剤を含むと、密着性により優れ、現像欠陥のより少ないパターンを形成できる。
界面活性剤は、フッ素系及び/又はシリコン系界面活性剤が好ましい。
フッ素系及び/又はシリコン系界面活性剤としては、例えば、国際公開第2018/19395号公報の段落[0218]及び[0219]に開示された界面活性剤を使用できる。
レジスト組成物は、界面活性剤を含んでいてもよい。界面活性剤を含むと、密着性により優れ、現像欠陥のより少ないパターンを形成できる。
界面活性剤は、フッ素系及び/又はシリコン系界面活性剤が好ましい。
フッ素系及び/又はシリコン系界面活性剤としては、例えば、国際公開第2018/19395号公報の段落[0218]及び[0219]に開示された界面活性剤を使用できる。
これら界面活性剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を使用してもよい。
レジスト組成物が界面活性剤を含む場合、界面活性剤の含有量は、組成物の全固形分に対して、0.0001~2質量%が好ましく、0.0005~1質量%がより好ましい。
〔溶剤(F)〕
レジスト組成物は、溶剤を含んでいてもよい。
溶剤は、(M1)プロピレングリコールモノアルキルエーテルカルボキシレート、並びに、(M2)プロピレングリコールモノアルキルエーテル、乳酸エステル、酢酸エステル、アルコキシプロピオン酸エステル、鎖状ケトン、環状ケトン、ラクトン、及びアルキレンカーボネートからなる群より選択される少なくとも1つの少なくとも一方を含んでいるのが好ましい。なお、この溶剤は、成分(M1)及び(M2)以外の成分を更に含んでいてもよい。
レジスト組成物は、溶剤を含んでいてもよい。
溶剤は、(M1)プロピレングリコールモノアルキルエーテルカルボキシレート、並びに、(M2)プロピレングリコールモノアルキルエーテル、乳酸エステル、酢酸エステル、アルコキシプロピオン酸エステル、鎖状ケトン、環状ケトン、ラクトン、及びアルキレンカーボネートからなる群より選択される少なくとも1つの少なくとも一方を含んでいるのが好ましい。なお、この溶剤は、成分(M1)及び(M2)以外の成分を更に含んでいてもよい。
本発明者らは、このような溶剤と上述した樹脂とを組み合わせて用いると、組成物の塗布性が向上すると共に、現像欠陥数の少ないパターンが形成可能となることを見出している。その理由は必ずしも明らかではないが、これら溶剤は、上述した樹脂の溶解性、沸点及び粘度のバランスが良いため、組成物膜の膜厚のムラ及びスピンコート中の析出物の発生等を抑制できることに起因していると本発明者らは考えている。
成分(M1)及び成分(M2)の詳細は、国際公開第2020/004306号公報の段落[0218]~[0226]に記載される。
成分(M1)及び成分(M2)の詳細は、国際公開第2020/004306号公報の段落[0218]~[0226]に記載される。
溶剤が成分(M1)及び(M2)以外の成分を更に含む場合、成分(M1)及び(M2)以外の成分の含有量は、溶剤の全量に対して、5~30質量%が好ましい。
レジスト組成物中の溶剤の含有量は、固形分濃度が0.5~30質量%となるように定めるのが好ましく、1~20質量%となるように定めるのがより好ましい。こうすると、レジスト組成物の塗布性を更に向上させられる。
なお、固形分とは、溶剤以外の全ての成分を意味する。
なお、固形分とは、溶剤以外の全ての成分を意味する。
〔その他の添加剤〕
レジスト組成物は、溶解阻止化合物、染料、可塑剤、光増感剤、光吸収剤、及び/又は、現像液に対する溶解性を促進させる化合物(例えば、分子量1000以下のフェノール化合物、又は、カルボン酸基を含んだ脂環族若しくは脂肪族化合物)を更に含んでいてもよい。
レジスト組成物は、溶解阻止化合物、染料、可塑剤、光増感剤、光吸収剤、及び/又は、現像液に対する溶解性を促進させる化合物(例えば、分子量1000以下のフェノール化合物、又は、カルボン酸基を含んだ脂環族若しくは脂肪族化合物)を更に含んでいてもよい。
レジスト組成物は、溶解阻止化合物を更に含んでいてもよい。ここで「溶解阻止化合物」とは、酸の作用により分解して有機系現像液中での溶解度が減少する、分子量3000以下の化合物である。
本発明のレジスト組成物は、EUV光用感光性組成物として好適に用いられる。
EUV光は波長13.5nmであり、ArF(波長193nm)光等に比べて、より短波長であるため、同じ感度で露光された際の入射フォトン数が少ない。そのため、確率的にフォトンの数がばらつく“フォトンショットノイズ”の影響が大きく、LERの悪化及びブリッジ欠陥を招く。フォトンショットノイズを減らすには、露光量を大きくして入射フォトン数を増やす方法があるが、高感度化の要求とトレードオフとなる。
EUV光は波長13.5nmであり、ArF(波長193nm)光等に比べて、より短波長であるため、同じ感度で露光された際の入射フォトン数が少ない。そのため、確率的にフォトンの数がばらつく“フォトンショットノイズ”の影響が大きく、LERの悪化及びブリッジ欠陥を招く。フォトンショットノイズを減らすには、露光量を大きくして入射フォトン数を増やす方法があるが、高感度化の要求とトレードオフとなる。
下記式(1)で求められるA値が高い場合は、レジスト組成物より形成されるレジスト膜のEUV光及び電子線の吸収効率が高くなるなり、フォトンショットノイズの低減に有効である。A値は、レジスト膜の質量割合のEUV光及び電子線の吸収効率を表す。
式(1):A=([H]×0.04+[C]×1.0+[N]×2.1+[O]×3.6+[F]×5.6+[S]×1.5+[I]×39.5)/([H]×1+[C]×12+[N]×14+[O]×16+[F]×19+[S]×32+[I]×127)
A値は0.120以上が好ましい。上限は特に制限されないが、A値が大きすぎる場合、レジスト膜のEUV光及び電子線透過率が低下し、レジスト膜中の光学像プロファイルが劣化し、結果として良好なパターン形状が得られにくくなるため、0.240以下が好ましく、0.220以下がより好ましい。
式(1):A=([H]×0.04+[C]×1.0+[N]×2.1+[O]×3.6+[F]×5.6+[S]×1.5+[I]×39.5)/([H]×1+[C]×12+[N]×14+[O]×16+[F]×19+[S]×32+[I]×127)
A値は0.120以上が好ましい。上限は特に制限されないが、A値が大きすぎる場合、レジスト膜のEUV光及び電子線透過率が低下し、レジスト膜中の光学像プロファイルが劣化し、結果として良好なパターン形状が得られにくくなるため、0.240以下が好ましく、0.220以下がより好ましい。
なお、式(1)中、[H]は、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物中の全固形分の全原子に対する、全固形分由来の水素原子のモル比率を表し、[C]は、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物中の全固形分の全原子に対する、全固形分由来の炭素原子のモル比率を表し、[N]は、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物中の全固形分の全原子に対する、全固形分由来の窒素原子のモル比率を表し、[O]は、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物中の全固形分の全原子に対する、全固形分由来の酸素原子のモル比率を表し、[F]は、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物中の全固形分の全原子に対する、全固形分由来のフッ素原子のモル比率を表し、[S]は、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物中の全固形分の全原子に対する、全固形分由来の硫黄原子のモル比率を表し、[I]は、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物中の全固形分の全原子に対する、全固形分由来のヨウ素原子のモル比率を表す。
例えば、レジスト組成物が酸の作用により極性が増大する樹脂(酸分解性樹脂)、光酸発生剤、酸拡散制御剤、及び溶剤を含む場合、上記樹脂、上記光酸発生剤、及び上記酸拡散制御剤が固形分に該当する。つまり、全固形分の全原子とは、上記樹脂由来の全原子、上記光酸発生剤由来の全原子、及び、上記酸拡散制御剤由来の全原子の合計に該当する。例えば、[H]は、全固形分の全原子に対する、全固形分由来の水素原子のモル比率を表し、上記例に基づいて説明すると、[H]は、上記樹脂由来の全原子、上記光酸発生剤由来の全原子、及び、上記酸拡散制御剤由来の全原子の合計に対する、上記樹脂由来の水素原子、上記光酸発生剤由来の水素原子、及び、上記酸拡散制御剤由来の水素原子の合計のモル比率を表すことになる。
例えば、レジスト組成物が酸の作用により極性が増大する樹脂(酸分解性樹脂)、光酸発生剤、酸拡散制御剤、及び溶剤を含む場合、上記樹脂、上記光酸発生剤、及び上記酸拡散制御剤が固形分に該当する。つまり、全固形分の全原子とは、上記樹脂由来の全原子、上記光酸発生剤由来の全原子、及び、上記酸拡散制御剤由来の全原子の合計に該当する。例えば、[H]は、全固形分の全原子に対する、全固形分由来の水素原子のモル比率を表し、上記例に基づいて説明すると、[H]は、上記樹脂由来の全原子、上記光酸発生剤由来の全原子、及び、上記酸拡散制御剤由来の全原子の合計に対する、上記樹脂由来の水素原子、上記光酸発生剤由来の水素原子、及び、上記酸拡散制御剤由来の水素原子の合計のモル比率を表すことになる。
A値の算出は、レジスト組成物中の全固形分の構成成分の構造、及び、含有量が既知の場合には、含有される原子数比を計算し、算出できる。また、構成成分が未知の場合であっても、レジスト組成物の溶剤成分を蒸発させて得られたレジスト膜に対して、元素分析等の解析的な手法によって構成原子数比を算出可能である。
〔レジスト膜、パターン形成方法〕
上記レジスト組成物を用いたパターン形成方法の手順は特に制限されないが、以下の工程を有するのが好ましい。
工程1:レジスト組成物を用いて、基板上にレジスト膜を形成する工程
工程2:レジスト膜を露光する工程
工程3:露光されたレジスト膜を現像液を用いて現像する工程
以下、上記それぞれの工程の手順について詳述する。
上記レジスト組成物を用いたパターン形成方法の手順は特に制限されないが、以下の工程を有するのが好ましい。
工程1:レジスト組成物を用いて、基板上にレジスト膜を形成する工程
工程2:レジスト膜を露光する工程
工程3:露光されたレジスト膜を現像液を用いて現像する工程
以下、上記それぞれの工程の手順について詳述する。
<工程1:レジスト膜形成工程>
工程1は、レジスト組成物を用いて、基板上にレジスト膜を形成する工程である。
レジスト組成物の定義は、上述の通りである。
工程1は、レジスト組成物を用いて、基板上にレジスト膜を形成する工程である。
レジスト組成物の定義は、上述の通りである。
レジスト組成物を用いて基板上にレジスト膜を形成する方法としては、例えば、レジスト組成物を基板上に塗布する方法が挙げられる。
なお、塗布前にレジスト組成物を必要に応じてフィルター濾過するのが好ましい。フィルターのポアサイズは、0.1μm以下が好ましく、0.05μm以下がより好ましく、0.03μm以下が更に好ましい。また、フィルターは、ポリテトラフルオロエチレン製、ポリエチレン製、又は、ナイロン製が好ましい。
なお、塗布前にレジスト組成物を必要に応じてフィルター濾過するのが好ましい。フィルターのポアサイズは、0.1μm以下が好ましく、0.05μm以下がより好ましく、0.03μm以下が更に好ましい。また、フィルターは、ポリテトラフルオロエチレン製、ポリエチレン製、又は、ナイロン製が好ましい。
レジスト組成物は、集積回路素子の製造に使用されるような基板(例:シリコン、二酸化シリコン被覆)上に、スピナー又はコーター等の適当な塗布方法により塗布できる。塗布方法は、スピナーを用いたスピン塗布が好ましい。スピナーを用いたスピン塗布をする際の回転数は、1000~3000rpmが好ましい。
レジスト組成物の塗布後、基板を乾燥し、レジスト膜を形成してもよい。なお、必要により、レジスト膜の下層に、各種下地膜(無機膜、有機膜、反射防止膜)を形成してもよい。
レジスト組成物の塗布後、基板を乾燥し、レジスト膜を形成してもよい。なお、必要により、レジスト膜の下層に、各種下地膜(無機膜、有機膜、反射防止膜)を形成してもよい。
乾燥方法としては、例えば、加熱して乾燥する方法が挙げられる。加熱は通常の露光機、及び/又は、現像機に備わっている手段で実施でき、ホットプレート等を用いて実施してもよい。加熱温度は80~150℃が好ましく、80~140℃がより好ましく、80~130℃が更に好ましい。加熱時間は30~1000秒が好ましく、60~800秒がより好ましく、60~600秒が更に好ましい。
レジスト膜の膜厚は特に制限されないが、より高精度な微細パターンを形成できる点から、10~120nmが好ましい。なかでも、EUV露光とする場合、レジスト膜の膜厚としては、10~65nmがより好ましく、15~50nmが更に好ましい。また、ArF液浸露光とする場合、レジスト膜の膜厚としては、10~120nmがより好ましく、15~90nmが更に好ましい。
なお、レジスト膜の上層にトップコート組成物を用いてトップコートを形成してもよい。
トップコート組成物は、レジスト膜と混合せず、更にレジスト膜上層に均一に塗布できるのが好ましい。トップコートは、特に限定されず、従来公知のトップコートを、従来公知の方法によって形成でき、例えば、特開2014-059543号公報の段落[0072]~[0082]の記載に基づいてトップコートを形成できる。
例えば、特開2013-61648号公報に記載されたような塩基性化合物を含むトップコートを、レジスト膜上に形成するのが好ましい。トップコートが含み得る塩基性化合物の具体的な例は、レジスト組成物が含んでいてもよい塩基性化合物が挙げられる。
また、トップコートは、エーテル結合、チオエーテル結合、水酸基、チオール基、カルボニル結合、及びエステル結合からなる群より選択される基又は結合を少なくとも一つ含む化合物を含むのも好ましい。
トップコート組成物は、レジスト膜と混合せず、更にレジスト膜上層に均一に塗布できるのが好ましい。トップコートは、特に限定されず、従来公知のトップコートを、従来公知の方法によって形成でき、例えば、特開2014-059543号公報の段落[0072]~[0082]の記載に基づいてトップコートを形成できる。
例えば、特開2013-61648号公報に記載されたような塩基性化合物を含むトップコートを、レジスト膜上に形成するのが好ましい。トップコートが含み得る塩基性化合物の具体的な例は、レジスト組成物が含んでいてもよい塩基性化合物が挙げられる。
また、トップコートは、エーテル結合、チオエーテル結合、水酸基、チオール基、カルボニル結合、及びエステル結合からなる群より選択される基又は結合を少なくとも一つ含む化合物を含むのも好ましい。
<工程2:露光工程>
工程2は、レジスト膜を露光する工程である。
露光の方法としては、形成したレジスト膜に所定のマスクを通して活性光線又は放射線を照射する方法が挙げられる。
活性光線又は放射線としては、赤外光、可視光、紫外光、遠紫外光、極紫外光、X線、及び電子線が挙げられ、好ましくは250nm以下、より好ましくは220nm以下、特に好ましくは1~200nmの波長の遠紫外光、具体的には、KrFエキシマレーザー(248nm)、ArFエキシマレーザー(193nm)、F2エキシマレーザー(157nm)、EUV(13nm)、X線、及び電子ビームが挙げられる。
工程2は、レジスト膜を露光する工程である。
露光の方法としては、形成したレジスト膜に所定のマスクを通して活性光線又は放射線を照射する方法が挙げられる。
活性光線又は放射線としては、赤外光、可視光、紫外光、遠紫外光、極紫外光、X線、及び電子線が挙げられ、好ましくは250nm以下、より好ましくは220nm以下、特に好ましくは1~200nmの波長の遠紫外光、具体的には、KrFエキシマレーザー(248nm)、ArFエキシマレーザー(193nm)、F2エキシマレーザー(157nm)、EUV(13nm)、X線、及び電子ビームが挙げられる。
露光後、現像を行う前にベーク(加熱)を行うのが好ましい。ベークにより露光部の反応が促進され、感度及びパターン形状がより良好となる。
加熱温度は80~150℃が好ましく、80~140℃がより好ましく、80~130℃が更に好ましい。
加熱時間は10~1000秒が好ましく、10~180秒がより好ましく、30~120秒が更に好ましい。
加熱は通常の露光機及び/又は現像機に備わっている手段で実施でき、ホットプレート等を用いて行ってもよい。
この工程は露光後ベークともいう。
加熱温度は80~150℃が好ましく、80~140℃がより好ましく、80~130℃が更に好ましい。
加熱時間は10~1000秒が好ましく、10~180秒がより好ましく、30~120秒が更に好ましい。
加熱は通常の露光機及び/又は現像機に備わっている手段で実施でき、ホットプレート等を用いて行ってもよい。
この工程は露光後ベークともいう。
<工程3:現像工程>
工程3は、現像液を用いて、露光されたレジスト膜を現像し、パターンを形成する工程である。
現像液は、アルカリ現像液であっても、有機溶剤を含有する現像液(以下、有機系現像液ともいう)であってもよい。
工程3は、現像液を用いて、露光されたレジスト膜を現像し、パターンを形成する工程である。
現像液は、アルカリ現像液であっても、有機溶剤を含有する現像液(以下、有機系現像液ともいう)であってもよい。
現像方法としては、例えば、現像液が満たされた槽中に基板を一定時間浸漬する方法(ディップ法)、基板表面に現像液を表面張力によって盛り上げて一定時間静止して現像する方法(パドル法)、基板表面に現像液を噴霧する方法(スプレー法)、及び一定速度で回転している基板上に一定速度で現像液吐出ノズルをスキャンしながら現像液を吐出しつづける方法(ダイナミックディスペンス法)が挙げられる。
また、現像を行う工程の後に、他の溶剤に置換しながら、現像を停止する工程を実施してもよい。
現像時間は未露光部の樹脂が十分に溶解する時間であれば特に制限はなく、10~300秒が好ましく、20~120秒がより好ましい。
現像液の温度は0~50℃が好ましく、15~35℃がより好ましい。
また、現像を行う工程の後に、他の溶剤に置換しながら、現像を停止する工程を実施してもよい。
現像時間は未露光部の樹脂が十分に溶解する時間であれば特に制限はなく、10~300秒が好ましく、20~120秒がより好ましい。
現像液の温度は0~50℃が好ましく、15~35℃がより好ましい。
アルカリ現像液は、アルカリを含むアルカリ水溶液を用いるのが好ましい。アルカリ水溶液の種類は特に制限されないが、例えば、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドに代表される4級アンモニウム塩、無機アルカリ、1級アミン、2級アミン、3級アミン、アルコールアミン、又は、環状アミン等を含むアルカリ水溶液が挙げられる。中でも、アルカリ現像液は、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)に代表される4級アンモニウム塩の水溶液であるのが好ましい。アルカリ現像液には、アルコール類、界面活性剤等を適当量添加してもよい。アルカリ現像液のアルカリ濃度は、通常、0.1~20質量%である。また、アルカリ現像液のpHは、通常、10.0~15.0である。
有機系現像液は、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、アルコール系溶剤、アミド系溶剤、エーテル系溶剤、及び炭化水素系溶剤からなる群より選択される少なくとも1種の有機溶剤を含有する現像液であるのが好ましい。
上記の溶剤は、複数混合してもよいし、上記以外の溶剤又は水と混合してもよい。現像液全体としての含水率は、50質量%未満が好ましく、20質量%未満がより好ましく、10質量%未満が更に好ましく、実質的に水分を含有しないのが特に好ましい。
有機系現像液に対する有機溶剤の含有量は、現像液の全量に対して、50質量%以上100質量%以下が好ましく、80質量%以上100質量%以下がより好ましく、90質量%以上100質量%以下が更に好ましく、95質量%以上100質量%以下が特に好ましい。
有機系現像液に対する有機溶剤の含有量は、現像液の全量に対して、50質量%以上100質量%以下が好ましく、80質量%以上100質量%以下がより好ましく、90質量%以上100質量%以下が更に好ましく、95質量%以上100質量%以下が特に好ましい。
<他の工程>
上記パターン形成方法は、工程3の後に、リンス液を用いて洗浄する工程を含むのが好ましい。
上記パターン形成方法は、工程3の後に、リンス液を用いて洗浄する工程を含むのが好ましい。
アルカリ現像液を用いて現像する工程の後のリンス工程に用いるリンス液としては、例えば、純水が挙げられる。なお、純水には、界面活性剤を適当量添加してもよい。
リンス液には、界面活性剤を適当量添加してもよい。
リンス液には、界面活性剤を適当量添加してもよい。
有機系現像液を用いた現像工程の後のリンス工程に用いるリンス液は、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できる。リンス液は、炭化水素系溶剤、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、アルコール系溶剤、アミド系溶剤、及びエーテル系溶剤からなる群より選択される少なくとも1種の有機溶剤を含有するリンス液を用いるのが好ましい。
リンス工程の方法は特に限定されず、例えば、一定速度で回転している基板上にリンス液を吐出しつづける方法(回転塗布法)、リンス液が満たされた槽中に基板を一定時間浸漬する方法(ディップ法)、及び基板表面にリンス液を噴霧する方法(スプレー法)等が挙げられる。
また、本発明のパターン形成方法は、リンス工程の後に加熱工程(Post Bake)を含んでいてもよい。本工程により、ベークによりパターン間及びパターン内部に残留した現像液及びリンス液が除去される。また、本工程により、レジストパターンがなまされ、パターンの表面荒れが改善される効果もある。リンス工程の後の加熱工程は、通常40~250℃(好ましくは90~200℃)で、通常10秒間~3分間(好ましくは30秒間~120秒間)行う。
また、本発明のパターン形成方法は、リンス工程の後に加熱工程(Post Bake)を含んでいてもよい。本工程により、ベークによりパターン間及びパターン内部に残留した現像液及びリンス液が除去される。また、本工程により、レジストパターンがなまされ、パターンの表面荒れが改善される効果もある。リンス工程の後の加熱工程は、通常40~250℃(好ましくは90~200℃)で、通常10秒間~3分間(好ましくは30秒間~120秒間)行う。
また、形成されたパターンをマスクとして、基板のエッチング処理を実施してもよい。つまり、工程3にて形成されたパターンをマスクとして、基板(又は、下層膜及び基板)を加工して、基板にパターンを形成してもよい。
基板(又は、下層膜及び基板)の加工方法は特に限定されないが、工程3で形成されたパターンをマスクとして、基板(又は、下層膜及び基板)に対してドライエッチングを行うことにより、基板にパターンを形成する方法が好ましい。ドライエッチングは、酸素プラズマエッチングが好ましい。
基板(又は、下層膜及び基板)の加工方法は特に限定されないが、工程3で形成されたパターンをマスクとして、基板(又は、下層膜及び基板)に対してドライエッチングを行うことにより、基板にパターンを形成する方法が好ましい。ドライエッチングは、酸素プラズマエッチングが好ましい。
レジスト組成物、及び本発明のパターン形成方法において使用される各種材料(例えば、溶剤、現像液、リンス液、反射防止膜形成用組成物、トップコート形成用組成物等)は、金属等の不純物を含まないのが好ましい。これら材料に含まれる不純物の含有量は、1質量ppm以下が好ましく、10質量ppb以下がより好ましく、100質量ppt以下が更に好ましく、10質量ppt以下が特に好ましく、1質量ppt以下が最も好ましい。ここで、金属不純物としては、例えば、Na、K、Ca、Fe、Cu、Mg、Al、Li、Cr、Ni、Sn、Ag、As、Au、Ba、Cd、Co、Pb、Ti、V、W、及びZn等が挙げられる。
各種材料から金属等の不純物を除去する方法としては、例えば、フィルターを用いた濾過が挙げられる。フィルターを用いた濾過の詳細は、国際公開第2020/004306号公報の段落[0321]に記載される。
また、各種材料に含まれる金属等の不純物を低減する方法としては、例えば、各種材料を構成する原料として金属含有量が少ない原料を選択する方法、各種材料を構成する原料に対してフィルター濾過を行う方法、及び装置内をテフロン(登録商標)でライニングする等してコンタミネーションを可能な限り抑制した条件下で蒸留を行う方法等が挙げられる。
フィルター濾過の他、吸着材による不純物の除去を行ってもよく、フィルター濾過と吸着材とを組み合わせて使用してもよい。吸着材としては、公知の吸着材を使用でき、例えば、シリカゲル及びゼオライト等の無機系吸着材、並びに、活性炭等の有機系吸着材を使用できる。上記各種材料に含まれる金属等の不純物を低減するためには、製造工程における金属不純物の混入を防止する必要がある。製造装置から金属不純物が十分に除去されたかどうかは、製造装置の洗浄に使用された洗浄液中に含まれる金属成分の含有量を測定して確認できる。使用後の洗浄液に含まれる金属成分の含有量は、100質量ppt(parts per trillion)以下が好ましく、10質量ppt以下がより好ましく、1質量ppt以下が更に好ましい。
リンス液等の有機系処理液には、静電気の帯電、引き続き生じる静電気放電に伴う、薬液配管及び各種パーツ(フィルター、O-リング、チューブ等)の故障を防止する為、導電性の化合物を添加してもよい。導電性の化合物は特に制限されないが、例えば、メタノールが挙げられる。添加量は特に制限されないが、好ましい現像特性又はリンス特性を維持する点で、10質量%以下が好ましく、5質量%以下がより好ましい。
薬液配管としては、例えば、SUS(ステンレス鋼)、又は、帯電防止処理の施されたポリエチレン、ポリプロピレン、若しくは、フッ素樹脂(ポリテトラフルオロエチレン、又は、パーフロオロアルコキシ樹脂等)で被膜された各種配管を使用できる。フィルター及びO-リングに関しても同様に、帯電防止処理の施されたポリエチレン、ポリプロピレン、又は、フッ素樹脂(ポリテトラフルオロエチレン、又は、パーフロオロアルコキシ樹脂等)を使用できる。
薬液配管としては、例えば、SUS(ステンレス鋼)、又は、帯電防止処理の施されたポリエチレン、ポリプロピレン、若しくは、フッ素樹脂(ポリテトラフルオロエチレン、又は、パーフロオロアルコキシ樹脂等)で被膜された各種配管を使用できる。フィルター及びO-リングに関しても同様に、帯電防止処理の施されたポリエチレン、ポリプロピレン、又は、フッ素樹脂(ポリテトラフルオロエチレン、又は、パーフロオロアルコキシ樹脂等)を使用できる。
[電子デバイスの製造方法]
また、本発明は、上記したパターン形成方法を含む、電子デバイスの製造方法、及びこの製造方法により製造された電子デバイスにも関する。
本発明の電子デバイスは、電気電子機器(家電、OA(Office Automation)、メディア関連機器、光学用機器及び通信機器等)に、好適に、搭載されるものである。
また、本発明は、上記したパターン形成方法を含む、電子デバイスの製造方法、及びこの製造方法により製造された電子デバイスにも関する。
本発明の電子デバイスは、電気電子機器(家電、OA(Office Automation)、メディア関連機器、光学用機器及び通信機器等)に、好適に、搭載されるものである。
以下に実施例に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、及び処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す実施例により限定的に解釈されるべきものではない。
[感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物の各種成分]
〔酸分解性樹脂(樹脂(A)〕
表3及び表6に示される樹脂A(樹脂A-1~A-55)を以下に示す。
樹脂A-1~A-55は、公知の方法に準じて合成したものを用いた。表1に、後掲に示される各繰り返し単位の組成比(モル比率;左から順に対応)、重量平均分子量(Mw)、及び分散度(Mw/Mn)を示す。
なお、樹脂A-1~A-55の重量平均分子量(Mw)及び分散度(Mw/Mn)はGPC(キャリア:テトラヒドロフラン(THF))により測定した(ポリスチレン換算量である)。また、樹脂の組成比(モル比率)は、13C-NMR(nuclear magnetic resonance)により測定した。
〔酸分解性樹脂(樹脂(A)〕
表3及び表6に示される樹脂A(樹脂A-1~A-55)を以下に示す。
樹脂A-1~A-55は、公知の方法に準じて合成したものを用いた。表1に、後掲に示される各繰り返し単位の組成比(モル比率;左から順に対応)、重量平均分子量(Mw)、及び分散度(Mw/Mn)を示す。
なお、樹脂A-1~A-55の重量平均分子量(Mw)及び分散度(Mw/Mn)はGPC(キャリア:テトラヒドロフラン(THF))により測定した(ポリスチレン換算量である)。また、樹脂の組成比(モル比率)は、13C-NMR(nuclear magnetic resonance)により測定した。
表1に示される樹脂A-1~A-55の構造式を以下に示す。
〔光酸発生剤〕
<化合物(I)及び(II)(特定化合物)、並びに、比較化合物>
表3及び表6に示される化合物(I)及び(II)(化合物X-1~X-44)及び比較化合物(化合物Z-1及びZ-2)の構造を以下に示す。
化合物X-1~X-44及び化合物Z-1及びZ-2は、後述する化合物X-1の合成方法に準じて合成したものを使用した。
<化合物(I)及び(II)(特定化合物)、並びに、比較化合物>
表3及び表6に示される化合物(I)及び(II)(化合物X-1~X-44)及び比較化合物(化合物Z-1及びZ-2)の構造を以下に示す。
化合物X-1~X-44及び化合物Z-1及びZ-2は、後述する化合物X-1の合成方法に準じて合成したものを使用した。
なお、下記比較化合物Z-1は、アニオン部位同士を連結する連結部位中に、酸の作用により分解するアセタール構造を含んだ構造に該当する。また、下記比較化合物Z-2は、酸分解性基を含まない構造に該当する。
なお、上記化合物(I)(化合物X-1~X-44)及び比較化合物(化合物Z-1及びZ-2)の各化合物に添えられた数値(例えば、化合物X-1の場合、左から順に、-3.41、-0.24の数値が該当する。)は、露光によって各化合物から発生する酸(以下「発生酸」ともいう。)の酸解離定数pKaを示している。例えば、化合物X-1は、露光によって2つのカチオンが分解した場合、下記構造の酸を発生する。化合物X-1から発生する酸は、左から順に、*-SO3H及び*-SO2-NH-CO―*の2つの酸性部位(プロトンドナー部位)を有しており、各々の酸性部位に由来する酸解離定数pKaが-3.41、-0.24となる。つまり、上記各化合物に添えられた数値は、露光により各化合物から発生する酸の各酸性部位(プロトンドナー部位)に由来する酸解離定数pKaを示している。
化合物(I)(化合物X-1~X-44)及び比較化合物(化合物Z-1及びZ-2)から発生する酸の酸解離定数pKaの測定に当たっては、具体的には、各化合物における各カチオン部位をH+に置き換えて形成される化合物(例えば、化合物X-7の場合、2つのトリフェニルスルホニウムカチオンをH+に置き換えて形成される化合物)を対象として、上述した通り、ACD/Labs社のソフトウェアパッケージ1を用いて、ハメットの置換基定数及び公知文献値のデータベースに基づいた値を計算により求めた。また、上記手法によりpKaが算出できない場合には、DFT(密度汎関数法)に基づいてGaussian16により得られる値を採用した。
化合物X-1~X-18及びX-21~X-44の各化合物において、各化合物に添えられた数値のうち最も高い数値が構造部位Yに由来する酸解離定数a2に該当する。なお、各化合物に添えられた数値のうち最も高い数値を除く数値は、いずれも構造部位Xに由来する酸解離定数a1に該当する。
化合物X-19及びX-20の各化合物において、各化合物に添えられた数値は、いずれも構造部位Xに由来する酸解離定数a1に該当する。
化合物X-19及びX-20の各化合物において、各化合物に添えられた数値は、いずれも構造部位Xに由来する酸解離定数a1に該当する。
(合成例1:化合物X-1の合成)
マグネシウム(18.0g)をテトラヒドロフラン(500mL)に加え、混合物を得た。得られた混合物に、4-ブロモベンゼントリフルオリド(151.5g)を滴下した。その後、上記混合物を、1時間攪拌し、グリニャール試薬Aを調製した。塩化チオニル(37.7g)をテトラヒドロフラン(500mL)に加え、混合液を得た。得られた混合液を0℃に冷却し、上記混合液に、先に調製したグリニャール試薬Aを滴下した。上記混合液を1時間攪拌した後、上記混合液に1N塩酸(600mL)を、上記混合液の温度を0℃に維持しながら添加した。上記混合液中に生成された反応生成物を酢酸エチル(600mL)で抽出した。得られた有機相を、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液(500mL)及び水(500mL)で洗浄し、その後、上記有機相から溶媒を留去した。得られた濃縮物をヘキサン(300mL)で洗浄し、ろ過することでろ物として中間体A(60g)を得た(収率56%)。
中間体A(30.0g)を五酸化ニリン(6.8g)とメタンスルホン酸(90.8g)の混合物に加えた。得られた混合物を、10℃に冷却した後、2,6-ジメチルフェノール(11.9g)を加えて20℃で30分攪拌した。得られた混合物を50℃に加熱し更に3時間攪拌した後、20℃以下で水(300mL)を滴下した。塩化メチレン(300mL)で抽出し、有機層を水(300mL)で洗浄し、溶媒を留去した。濃縮物を酢酸エチル(300mL)で晶析し、ろ過することで中間体B(35g)を得た(収率73%)。
中間体B(20.0g)に、tert-ブチル-2ブロモアセテート(7.9g)、炭酸セシウム(18.2g)、及びジメチルアセトアミド(174g)を加え、40℃で2時間攪拌した。得られた混合物を室温まで冷却し、ろ過した後、塩化メチレン(150g)を加え、1N塩酸(100mL)で2回洗浄した。さらに有機層を水(100mL)で2回洗浄した後、溶媒を留去した。濃縮物をジイソプロピルエーテル(200mL)で晶析し、ろ過することで中間体C(19g)を得た(収率78%)。
塩化メチレン(100mL)と水(100mL)を混合し、ナトリウム塩(5.0g)及び中間体C(13.7g)を加えた。1時間攪拌後、水層を除去し、有機層を0.1N塩酸(100mL)及び水(100mL)で洗浄した。溶媒を留去することで、生成物(13.8g)を得た(収率90%)。
<光酸発生剤B>
表3及び表6に示される光酸発生剤B(化合物B-1~B-16)の構造を以下に示す。
表3及び表6に示される光酸発生剤B(化合物B-1~B-16)の構造を以下に示す。
〔酸拡散制御剤〕
表3及び表6に示される酸拡散制御剤C(化合物C-1~C-8)の構造を以下に示す。
表3及び表6に示される酸拡散制御剤C(化合物C-1~C-8)の構造を以下に示す。
〔疎水性樹脂及びトップコート用樹脂〕
表3及び表6に示される疎水性樹脂(D-1~D-6)及び表7に示されるトップコート用樹脂(PT-1~PT-3)は合成したものを用いた。
表2に、表3及び表6に示される疎水性樹脂(D-1~D-6)及び表7に示されるトップコート用樹脂(PT-1~PT-3)における繰り返し単位のモル比率、重量平均分子量(Mw)、及び分散度(Mw/Mn)を示す。
なお、疎水性樹脂D-1~D-6及びトップコート用樹脂PT-1~PT-3の重量平均分子量(Mw)及び分散度(Mw/Mn)はGPC(キャリア:テトラヒドロフラン(THF))により測定した(ポリスチレン換算量である)。また、樹脂の組成比(モル比率)は、13C-NMR(nuclear magnetic resonance)により測定した。
表3及び表6に示される疎水性樹脂(D-1~D-6)及び表7に示されるトップコート用樹脂(PT-1~PT-3)は合成したものを用いた。
表2に、表3及び表6に示される疎水性樹脂(D-1~D-6)及び表7に示されるトップコート用樹脂(PT-1~PT-3)における繰り返し単位のモル比率、重量平均分子量(Mw)、及び分散度(Mw/Mn)を示す。
なお、疎水性樹脂D-1~D-6及びトップコート用樹脂PT-1~PT-3の重量平均分子量(Mw)及び分散度(Mw/Mn)はGPC(キャリア:テトラヒドロフラン(THF))により測定した(ポリスチレン換算量である)。また、樹脂の組成比(モル比率)は、13C-NMR(nuclear magnetic resonance)により測定した。
表2に示される疎水性樹脂D-1~D-6及び表7に示されるトップコート用樹脂PT-1~PT-3の合成に用いたモノマー構造を以下に示す。
〔界面活性剤〕
表3及び表6に示される界面活性剤を以下に示す。
E-1:メガファックF176(DIC(株)製、フッ素系界面活性剤)
E-2:メガファックR08(DIC(株)製、フッ素及びシリコン系界面活性剤)
E-3:PF656(OMNOVA社製、フッ素系界面活性剤)
表3及び表6に示される界面活性剤を以下に示す。
E-1:メガファックF176(DIC(株)製、フッ素系界面活性剤)
E-2:メガファックR08(DIC(株)製、フッ素及びシリコン系界面活性剤)
E-3:PF656(OMNOVA社製、フッ素系界面活性剤)
〔溶剤〕
表3及び表6に示される溶剤を以下に示す。
F-1:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)
F-2:プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)
F-3:プロピレングリコールモノエチルエーテル(PGEE)
F-4:シクロヘキサノン
F-5:シクロペンタノン
F-6:2-ヘプタノン
F-7:乳酸エチル
F-8:γ-ブチロラクトン
F-9:プロピレンカーボネート
表3及び表6に示される溶剤を以下に示す。
F-1:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)
F-2:プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)
F-3:プロピレングリコールモノエチルエーテル(PGEE)
F-4:シクロヘキサノン
F-5:シクロペンタノン
F-6:2-ヘプタノン
F-7:乳酸エチル
F-8:γ-ブチロラクトン
F-9:プロピレンカーボネート
[感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物の調製及びパターン形成:EUV露光]
〔感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物の調製(1)〕
表3に示した各成分を固形分濃度が2質量%となるように混合した。次いで、得られた混合液を、最初に孔径50nmのポリエチレン製フィルター、次に孔径10nmのナイロン製フィルター、最後に孔径5nmのポリエチレン製フィルターの順番で濾過することにより、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物(以下、レジスト組成物ともいう)を調製した。なお、レジスト組成物において、固形分とは、溶剤以外の全ての成分を意味する。得られたレジスト組成物を、実施例及び比較例で使用した。
〔感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物の調製(1)〕
表3に示した各成分を固形分濃度が2質量%となるように混合した。次いで、得られた混合液を、最初に孔径50nmのポリエチレン製フィルター、次に孔径10nmのナイロン製フィルター、最後に孔径5nmのポリエチレン製フィルターの順番で濾過することにより、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物(以下、レジスト組成物ともいう)を調製した。なお、レジスト組成物において、固形分とは、溶剤以外の全ての成分を意味する。得られたレジスト組成物を、実施例及び比較例で使用した。
〔パターン形成及び評価〕
上述の通り調製したレジスト組成物を用いて、以下に示す各条件で現像したパターンのLWRを評価した。
なお、いずれの試験でも、パターン形成に使用したレジスト組成物(感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物)は、製造してから、4℃の環境で3か月間放置した後のレジスト組成物を使用した。
上述の通り調製したレジスト組成物を用いて、以下に示す各条件で現像したパターンのLWRを評価した。
なお、いずれの試験でも、パターン形成に使用したレジスト組成物(感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物)は、製造してから、4℃の環境で3か月間放置した後のレジスト組成物を使用した。
<パターン形成(1):EUV露光、アルカリ水溶液現像>
シリコンウエハ上に下層膜形成用組成物AL412(Brewer Science社製)を塗布し、205℃で60秒間ベークして、膜厚20nmの下地膜を形成した。その上に、表4に示すレジスト組成物を塗布し、100℃で60秒間ベークして、膜厚30nmのレジスト膜を形成した。
EUV露光装置(Exitech社製、Micro Exposure Tool、NA0.3、Quadrupol、アウターシグマ0.68、インナーシグマ0.36)を用いて、得られたレジスト膜を有するシリコンウエハに対してパターン照射を行った。なお、レクチルとしては、ラインサイズ=20nmであり、且つ、ライン:スペース=1:1であるマスクを用いた。
露光後のレジスト膜を90℃で60秒間ベークした後、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液(2.38質量%)で30秒間現像し、次いで純水で30秒間リンスした。その後、これをスピン乾燥してポジ型のパターンを得た。
シリコンウエハ上に下層膜形成用組成物AL412(Brewer Science社製)を塗布し、205℃で60秒間ベークして、膜厚20nmの下地膜を形成した。その上に、表4に示すレジスト組成物を塗布し、100℃で60秒間ベークして、膜厚30nmのレジスト膜を形成した。
EUV露光装置(Exitech社製、Micro Exposure Tool、NA0.3、Quadrupol、アウターシグマ0.68、インナーシグマ0.36)を用いて、得られたレジスト膜を有するシリコンウエハに対してパターン照射を行った。なお、レクチルとしては、ラインサイズ=20nmであり、且つ、ライン:スペース=1:1であるマスクを用いた。
露光後のレジスト膜を90℃で60秒間ベークした後、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液(2.38質量%)で30秒間現像し、次いで純水で30秒間リンスした。その後、これをスピン乾燥してポジ型のパターンを得た。
≪LWRの評価:EUV露光、アルカリ水溶液現像≫
ライン幅が平均20nmのラインパターンを解像する時の最適露光量にて解像した20nm(1:1)のラインアンドスペースのパターンに対して、測長走査型電子顕微鏡(SEM((株)日立製作所S-9380II))を使用してパターン上部から観察する際、線幅を任意のポイントで観測し、その測定ばらつきを3σで評価した。値が小さいほど良好な性能であることを示す。LWR(nm)は、4.5nm以下が好ましく、3.9nm以下がより好ましく、3.6nm以下が更に好ましい。得られたLWR(nm)の数値を下記の評価基準により分類して評価を実施した。結果を表4に示す。
「A」 LWRの値が3.6nm以下
「B」 LWRの値が3.6nm超3.9nm以下
「C」 LWRの値が3.9nm超4.1nm以下
「C-」 LWRの値が4.1nm超4.5nm以下
「D」 LWRの値が4.5nm超
ライン幅が平均20nmのラインパターンを解像する時の最適露光量にて解像した20nm(1:1)のラインアンドスペースのパターンに対して、測長走査型電子顕微鏡(SEM((株)日立製作所S-9380II))を使用してパターン上部から観察する際、線幅を任意のポイントで観測し、その測定ばらつきを3σで評価した。値が小さいほど良好な性能であることを示す。LWR(nm)は、4.5nm以下が好ましく、3.9nm以下がより好ましく、3.6nm以下が更に好ましい。得られたLWR(nm)の数値を下記の評価基準により分類して評価を実施した。結果を表4に示す。
「A」 LWRの値が3.6nm以下
「B」 LWRの値が3.6nm超3.9nm以下
「C」 LWRの値が3.9nm超4.1nm以下
「C-」 LWRの値が4.1nm超4.5nm以下
「D」 LWRの値が4.5nm超
以下に表4を示す。
なお、表4及び表5中、「特定化合物の特徴」欄において、「酸分解性基の種類」とは、特定化合物中の酸分解性基が上述した式(1)(エステル構造)及び式(2)(アセタール構造)のいずれの構造に該当するかを示す。なお、酸分解性基の構造が上述した式(1)及び式(2)のいずれの構造にも該当しない場合には、「-」として示した。
また、「特定化合物の特徴」欄において、「酸分解性基の位置」とは、特定化合物中の酸分解性基が上述した式(1)(エステル構造)及び式(2)(アセタール構造)のいずれかの構造に該当する場合において、酸分解性基がアニオン部位及びカチオン部位のいずれの位置に配置されているかを示す。酸分解性基がカチオン部位に配置されている場合を「A」、アニオン部位に配置されている場合を「B」として示す。なお、酸分解性基が上述した式(1)及び式(2)のいずれの構造にも該当しない場合には、「-」として示した。
また、「特定化合物の特徴」欄において、「特定化合物の構造」とは、特定化合物が上述した化合物(I)及び(II)のいずれの構造に該当するかを表す。
また、「特定化合物の特徴」欄において、「アニオン部位A2 -の種類」とは、特定化合物が上述した化合物(I)に該当する場合であって、アニオン部位A2 -の構造が、上述した式(BB-1)~式(BB-3)に該当するか否かを示す。アニオン部位A2 -の構造が、上述した式(BB-1)~式(BB-3)に該当する場合を「A」、該当しない場合を「B」として示す。なお、特定化合物の構造が上述した化合物(I)に該当しない場合には、「-」として示した。
なお、表4及び表5中、「特定化合物の特徴」欄において、「酸分解性基の種類」とは、特定化合物中の酸分解性基が上述した式(1)(エステル構造)及び式(2)(アセタール構造)のいずれの構造に該当するかを示す。なお、酸分解性基の構造が上述した式(1)及び式(2)のいずれの構造にも該当しない場合には、「-」として示した。
また、「特定化合物の特徴」欄において、「酸分解性基の位置」とは、特定化合物中の酸分解性基が上述した式(1)(エステル構造)及び式(2)(アセタール構造)のいずれかの構造に該当する場合において、酸分解性基がアニオン部位及びカチオン部位のいずれの位置に配置されているかを示す。酸分解性基がカチオン部位に配置されている場合を「A」、アニオン部位に配置されている場合を「B」として示す。なお、酸分解性基が上述した式(1)及び式(2)のいずれの構造にも該当しない場合には、「-」として示した。
また、「特定化合物の特徴」欄において、「特定化合物の構造」とは、特定化合物が上述した化合物(I)及び(II)のいずれの構造に該当するかを表す。
また、「特定化合物の特徴」欄において、「アニオン部位A2 -の種類」とは、特定化合物が上述した化合物(I)に該当する場合であって、アニオン部位A2 -の構造が、上述した式(BB-1)~式(BB-3)に該当するか否かを示す。アニオン部位A2 -の構造が、上述した式(BB-1)~式(BB-3)に該当する場合を「A」、該当しない場合を「B」として示す。なお、特定化合物の構造が上述した化合物(I)に該当しない場合には、「-」として示した。
表に示される通り、実施例のレジスト組成物は、製造後に長期間保存した後に使用された場合であっても、LWR性能に優れるパターンを形成できることが確認された。
また、実施例のレジスト組成物が含む特定化合物が、下記条件(A)を満たし、且つ、下記条件(B1)~(B3)のうち2種以上を満たす場合(好ましくは以下の条件(B1)~(B3)をいずれも満たす場合)、製造後に長期間保存した後に使用された場合に形成されるパターンのLWR性能がより優れることが確認された。
(A)特定化合物の酸分解性基の種類が、上述した式(1)で表される構造(エステル構造)又は式(2)で表される構造(アセタール構造)である。
(B1)特定化合物の酸分解性基の種類が、上述した式(1)で表される構造(エステル構造)である。
(B2)特定化合物中、酸分解性基がカチオン部位に配置されている。
(B3)特定化合物が、上述した化合物(I)に該当し、且つ、アニオン部位A2 -の構造が、上述した式(BB-1)~式(BB-3)に該当する。
また、実施例のレジスト組成物が含む特定化合物が、下記条件(A)を満たし、且つ、下記条件(B1)~(B3)のうち2種以上を満たす場合(好ましくは以下の条件(B1)~(B3)をいずれも満たす場合)、製造後に長期間保存した後に使用された場合に形成されるパターンのLWR性能がより優れることが確認された。
(A)特定化合物の酸分解性基の種類が、上述した式(1)で表される構造(エステル構造)又は式(2)で表される構造(アセタール構造)である。
(B1)特定化合物の酸分解性基の種類が、上述した式(1)で表される構造(エステル構造)である。
(B2)特定化合物中、酸分解性基がカチオン部位に配置されている。
(B3)特定化合物が、上述した化合物(I)に該当し、且つ、アニオン部位A2 -の構造が、上述した式(BB-1)~式(BB-3)に該当する。
比較例のレジスト組成物は、所望の効果が発現しなかった。
<パターン形成(2):EUV露光、有機溶剤現像>
シリコンウエハ上に下層膜形成用組成物AL412(Brewer Science社製)を塗布し、205℃で60秒間ベークして、膜厚20nmの下地膜を形成した。その上に、表5に示すレジスト組成物を塗布し、100℃で60秒間ベークして、膜厚30nmのレジスト膜を形成した。
EUV露光装置(Exitech社製、Micro Exposure Tool、NA0.3、Quadrupol、アウターシグマ0.68、インナーシグマ0.36)を用いて、得られたレジスト膜を有するシリコンウエハに対してパターン照射を行った。なお、レクチルとしては、ラインサイズ=20nmであり、且つ、ライン:スペース=1:1であるマスクを用いた。
露光後のレジスト膜を90℃で60秒間ベークした後、酢酸n-ブチルで30秒間現像し、これをスピン乾燥してネガ型のパターンを得た。
シリコンウエハ上に下層膜形成用組成物AL412(Brewer Science社製)を塗布し、205℃で60秒間ベークして、膜厚20nmの下地膜を形成した。その上に、表5に示すレジスト組成物を塗布し、100℃で60秒間ベークして、膜厚30nmのレジスト膜を形成した。
EUV露光装置(Exitech社製、Micro Exposure Tool、NA0.3、Quadrupol、アウターシグマ0.68、インナーシグマ0.36)を用いて、得られたレジスト膜を有するシリコンウエハに対してパターン照射を行った。なお、レクチルとしては、ラインサイズ=20nmであり、且つ、ライン:スペース=1:1であるマスクを用いた。
露光後のレジスト膜を90℃で60秒間ベークした後、酢酸n-ブチルで30秒間現像し、これをスピン乾燥してネガ型のパターンを得た。
≪LWRの評価:EUV露光、有機溶剤現像≫
≪LWRの評価:EUV露光、アルカリ水溶液現像≫と同様の方法により、形成されたパターンのLWR(nm)を測定した。LWR(nm)は、4.5nm以下が好ましく、3.9nm以下がより好ましく、3.6nm以下が更に好ましい。得られたLWR(nm)の数値を下記の評価基準により分類して評価を実施した。結果を表5に示す。
「A」 LWRの値が3.6nm以下
「B」 LWRの値が3.6nm超3.9nm以下
「C」 LWRの値が3.9nm超4.1nm以下
「C-」 LWRの値が4.1nm超4.5nm以下
「D」 LWRの値が4.5nm超
≪LWRの評価:EUV露光、アルカリ水溶液現像≫と同様の方法により、形成されたパターンのLWR(nm)を測定した。LWR(nm)は、4.5nm以下が好ましく、3.9nm以下がより好ましく、3.6nm以下が更に好ましい。得られたLWR(nm)の数値を下記の評価基準により分類して評価を実施した。結果を表5に示す。
「A」 LWRの値が3.6nm以下
「B」 LWRの値が3.6nm超3.9nm以下
「C」 LWRの値が3.9nm超4.1nm以下
「C-」 LWRの値が4.1nm超4.5nm以下
「D」 LWRの値が4.5nm超
表に示される通り、実施例のレジスト組成物は、製造後に長期間保存した後に使用された場合であっても、LWR性能に優れるパターンを形成できることが確認された。
また、実施例のレジスト組成物が含む特定化合物が、下記条件(A)を満たし、且つ、下記条件(B1)~(B3)のうち2種以上を満たす場合(好ましくは以下の条件(B1)~(B3)をいずれも満たす場合)、製造後に長期間保存した後に使用された場合に形成されるパターンのLWR性能がより優れることが確認された。
(A)特定化合物の酸分解性基の種類が、上述した式(1)で表される構造(エステル構造)又は式(2)で表される構造(アセタール構造)である。
(B1)特定化合物の酸分解性基の種類が、上述した式(1)で表される構造(エステル構造)である。
(B2)特定化合物中、酸分解性基がカチオン部位に配置されている。
(B3)特定化合物が、上述した化合物(I)に該当し、且つ、アニオン部位A2 -の構造が、上述した式(BB-1)~式(BB-3)に該当する。
また、実施例のレジスト組成物が含む特定化合物が、下記条件(A)を満たし、且つ、下記条件(B1)~(B3)のうち2種以上を満たす場合(好ましくは以下の条件(B1)~(B3)をいずれも満たす場合)、製造後に長期間保存した後に使用された場合に形成されるパターンのLWR性能がより優れることが確認された。
(A)特定化合物の酸分解性基の種類が、上述した式(1)で表される構造(エステル構造)又は式(2)で表される構造(アセタール構造)である。
(B1)特定化合物の酸分解性基の種類が、上述した式(1)で表される構造(エステル構造)である。
(B2)特定化合物中、酸分解性基がカチオン部位に配置されている。
(B3)特定化合物が、上述した化合物(I)に該当し、且つ、アニオン部位A2 -の構造が、上述した式(BB-1)~式(BB-3)に該当する。
比較例のレジスト組成物は、所望の効果が発現しなかった。
[感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物の調製及びパターン形成:ArF液浸露光]
〔感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物の調製(2)〕
表6に示した各成分を固形分濃度が4質量%となるように混合した。次いで、得られた混合液を、最初に孔径50nmのポリエチレン製フィルター、次に孔径10nmのナイロン製フィルター、最後に孔径5nmのポリエチレン製フィルターの順番で濾過することにより、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物(以下、レジスト組成物ともいう)を調製した。なお、レジスト組成物において、固形分とは、溶剤以外の全ての成分を意味する。得られたレジスト組成物を、実施例及び比較例で使用した。
〔感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物の調製(2)〕
表6に示した各成分を固形分濃度が4質量%となるように混合した。次いで、得られた混合液を、最初に孔径50nmのポリエチレン製フィルター、次に孔径10nmのナイロン製フィルター、最後に孔径5nmのポリエチレン製フィルターの順番で濾過することにより、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物(以下、レジスト組成物ともいう)を調製した。なお、レジスト組成物において、固形分とは、溶剤以外の全ての成分を意味する。得られたレジスト組成物を、実施例及び比較例で使用した。
〔トップコート組成物の調製〕
以下に、表7に示すトップコート組成物に含まれる各種成分を示す。
<樹脂>
表7に示される樹脂としては、表2に示した樹脂PT-1~PT-3を用いた。
<添加剤>
表7に示される添加剤の構造を以下に示す。
以下に、表7に示すトップコート組成物に含まれる各種成分を示す。
<樹脂>
表7に示される樹脂としては、表2に示した樹脂PT-1~PT-3を用いた。
<添加剤>
表7に示される添加剤の構造を以下に示す。
<界面活性剤>
表7に示される界面活性剤を以下に示す。
E-3:PF656(OMNOVA社製、フッ素系界面活性剤)
表7に示される界面活性剤を以下に示す。
E-3:PF656(OMNOVA社製、フッ素系界面活性剤)
<溶剤>
表7に示される溶剤を以下に示す。
FT-1:4-メチル-2-ペンタノール(MIBC)
FT-2:n-デカン
FT-3:ジイソアミルエーテル
表7に示される溶剤を以下に示す。
FT-1:4-メチル-2-ペンタノール(MIBC)
FT-2:n-デカン
FT-3:ジイソアミルエーテル
<トップコート組成物の調製>
表7に示した各成分を固形分濃度が3質量%となるように混合して、次いで、得られた混合液を、最初に孔径50nmのポリエチレン製フィルター、次に孔径10nmのナイロン製フィルター、最後に孔径5nmのポリエチレン製フィルターの順番で濾過することにより、トップコート組成物を調製した。なお、ここでいう固形分とは、溶剤以外の全ての成分を意味する。得られたトップコート組成物を、実施例で使用した。
表7に示した各成分を固形分濃度が3質量%となるように混合して、次いで、得られた混合液を、最初に孔径50nmのポリエチレン製フィルター、次に孔径10nmのナイロン製フィルター、最後に孔径5nmのポリエチレン製フィルターの順番で濾過することにより、トップコート組成物を調製した。なお、ここでいう固形分とは、溶剤以外の全ての成分を意味する。得られたトップコート組成物を、実施例で使用した。
〔パターン形成及び評価〕
上述の通り調製したレジスト組成物を用いて、以下に示す各条件で現像したパターンのLWRを評価した。
なお、いずれの試験でも、パターン形成に使用したレジスト組成物(感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物)は、製造してから、4℃の環境で3か月間放置した後のレジスト組成物を使用した。
上述の通り調製したレジスト組成物を用いて、以下に示す各条件で現像したパターンのLWRを評価した。
なお、いずれの試験でも、パターン形成に使用したレジスト組成物(感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物)は、製造してから、4℃の環境で3か月間放置した後のレジスト組成物を使用した。
<パターン形成(3):ArF液浸露光、アルカリ水溶液現像>
シリコンウエハ上に有機反射防止膜形成用組成物ARC29SR(Brewer Science社製)を塗布し、205℃で60秒間ベークして、膜厚98nmの反射防止膜を形成した。その上に、表8に示すレジスト組成物を塗布し、100℃で60秒間ベークして、膜厚90nmのレジスト膜を形成した。実施例3-20~3-22については、レジスト膜の上層にトップコート膜を形成した(使用したトップコート組成物の種類については、表8に示す)。トップコート膜の膜厚は、いずれにおいても100nmとした。
レジスト膜に対して、ArFエキシマレーザー液浸スキャナー(ASML社製;XT1700i、NA1.20、Dipole、アウターシグマ0.950、インナーシグマ0.890、Y偏向)を用いて、線幅45nmの1:1ラインアンドスペースパターンの6%ハーフトーンマスクを介して露光した。液浸液は、超純水を使用した。
露光後のレジスト膜を90℃で60秒間ベークした後、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液(2.38質量%)で30秒間現像し、次いで純水で30秒間リンスした。その後、これをスピン乾燥してポジ型のパターンを得た。
シリコンウエハ上に有機反射防止膜形成用組成物ARC29SR(Brewer Science社製)を塗布し、205℃で60秒間ベークして、膜厚98nmの反射防止膜を形成した。その上に、表8に示すレジスト組成物を塗布し、100℃で60秒間ベークして、膜厚90nmのレジスト膜を形成した。実施例3-20~3-22については、レジスト膜の上層にトップコート膜を形成した(使用したトップコート組成物の種類については、表8に示す)。トップコート膜の膜厚は、いずれにおいても100nmとした。
レジスト膜に対して、ArFエキシマレーザー液浸スキャナー(ASML社製;XT1700i、NA1.20、Dipole、アウターシグマ0.950、インナーシグマ0.890、Y偏向)を用いて、線幅45nmの1:1ラインアンドスペースパターンの6%ハーフトーンマスクを介して露光した。液浸液は、超純水を使用した。
露光後のレジスト膜を90℃で60秒間ベークした後、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液(2.38質量%)で30秒間現像し、次いで純水で30秒間リンスした。その後、これをスピン乾燥してポジ型のパターンを得た。
≪LWRの評価:ArF液浸露光、アルカリ水溶液現像≫
ライン幅が平均45nmのラインパターンを解像する時の最適露光量にて解像した45nm(1:1)のラインアンドスペースのパターンに対して、測長走査型電子顕微鏡(SEM((株)日立製作所S-9380II))を使用してパターン上部から観察する際、線幅を任意のポイントで観測し、その測定ばらつきを3σで評価した。値が小さいほど良好な性能であることを示す。LWR(nm)は、3.5nm以下が好ましく、2.9nm以下がより好ましく、2.5nm以下が更に好ましい。得られたLWR(nm)の数値を下記の評価基準により分類して評価を実施した。結果を表8に示す。
「A」 LWRの値が2.5nm以下
「B」 LWRの値が2.5nm超2.9nm以下
「C」 LWRの値が2.9nm超3.2nm以下
「C-」 LWRの値が3.2nm超3.5nm以下
「D」 LWRの値が3.5nm超
ライン幅が平均45nmのラインパターンを解像する時の最適露光量にて解像した45nm(1:1)のラインアンドスペースのパターンに対して、測長走査型電子顕微鏡(SEM((株)日立製作所S-9380II))を使用してパターン上部から観察する際、線幅を任意のポイントで観測し、その測定ばらつきを3σで評価した。値が小さいほど良好な性能であることを示す。LWR(nm)は、3.5nm以下が好ましく、2.9nm以下がより好ましく、2.5nm以下が更に好ましい。得られたLWR(nm)の数値を下記の評価基準により分類して評価を実施した。結果を表8に示す。
「A」 LWRの値が2.5nm以下
「B」 LWRの値が2.5nm超2.9nm以下
「C」 LWRの値が2.9nm超3.2nm以下
「C-」 LWRの値が3.2nm超3.5nm以下
「D」 LWRの値が3.5nm超
以下に表8を示す。
なお、表8及び表9中、「特定化合物の特徴」欄において、「酸分解性基の種類」とは、特定化合物中の酸分解性基が上述した式(1)(エステル構造)及び式(2)(アセタール構造)のいずれの構造に該当するかを示す。なお、酸分解性基の構造が上述した式(1)及び式(2)のいずれの構造にも該当しない場合には、「-」として示した。
また、「特定化合物の特徴」欄において、「酸分解性基の位置」とは、特定化合物中の酸分解性基が上述した式(1)(エステル構造)及び式(2)(アセタール構造)のいずれかの構造に該当する場合において、酸分解性基がアニオン部位及びカチオン部位のいずれの位置に配置されているかを示す。酸分解性基がカチオン部位に配置されている場合を「A」、アニオン部位に配置されている場合を「B」として示す。なお、酸分解性基が上述した式(1)及び式(2)のいずれの構造にも該当しない場合には、「-」として示した。
また、「特定化合物の特徴」欄において、「特定化合物の構造」とは、特定化合物が上述した化合物(I)及び(II)のいずれの構造に該当するかを表す。
また、「特定化合物の種類及び特徴部」欄において、「アニオン部位A2 -の種類」とは、特定化合物が上述した化合物(I)に該当する場合であって、アニオン部位A2 -の構造が、上述した式(BB-1)~式(BB-3)に該当するか否かを示す。アニオン部位A2 -の構造が、上述した式(BB-1)~式(BB-3)に該当する場合を「A」、該当しない場合を「B」として示す。なお、特定化合物の構造が上述した化合物(I)に該当しない場合には、「-」として示した。
なお、表8及び表9中、「特定化合物の特徴」欄において、「酸分解性基の種類」とは、特定化合物中の酸分解性基が上述した式(1)(エステル構造)及び式(2)(アセタール構造)のいずれの構造に該当するかを示す。なお、酸分解性基の構造が上述した式(1)及び式(2)のいずれの構造にも該当しない場合には、「-」として示した。
また、「特定化合物の特徴」欄において、「酸分解性基の位置」とは、特定化合物中の酸分解性基が上述した式(1)(エステル構造)及び式(2)(アセタール構造)のいずれかの構造に該当する場合において、酸分解性基がアニオン部位及びカチオン部位のいずれの位置に配置されているかを示す。酸分解性基がカチオン部位に配置されている場合を「A」、アニオン部位に配置されている場合を「B」として示す。なお、酸分解性基が上述した式(1)及び式(2)のいずれの構造にも該当しない場合には、「-」として示した。
また、「特定化合物の特徴」欄において、「特定化合物の構造」とは、特定化合物が上述した化合物(I)及び(II)のいずれの構造に該当するかを表す。
また、「特定化合物の種類及び特徴部」欄において、「アニオン部位A2 -の種類」とは、特定化合物が上述した化合物(I)に該当する場合であって、アニオン部位A2 -の構造が、上述した式(BB-1)~式(BB-3)に該当するか否かを示す。アニオン部位A2 -の構造が、上述した式(BB-1)~式(BB-3)に該当する場合を「A」、該当しない場合を「B」として示す。なお、特定化合物の構造が上述した化合物(I)に該当しない場合には、「-」として示した。
表に示される通り、実施例のレジスト組成物は、製造後に長期間保存した後に使用された場合であっても、LWR性能に優れるパターンを形成できることが確認された。
また、実施例のレジスト組成物が含む特定化合物が、下記条件(A)を満たし、且つ、下記条件(B1)~(B3)のうち2種以上を満たす場合(好ましくは以下の条件(B1)~(B3)をいずれも満たす場合)、製造後に長期間保存した後に使用された場合に形成されるパターンのLWR性能がより優れることが確認された。
(A)特定化合物の酸分解性基の種類が、上述した式(1)で表される構造(エステル構造)又は式(2)で表される構造(アセタール構造)である。
(B1)特定化合物の酸分解性基の種類が、上述した式(1)で表される構造(エステル構造)である。
(B2)特定化合物中、酸分解性基がカチオン部位に配置されている。
(B3)特定化合物が、上述した化合物(I)に該当し、且つ、アニオン部位A2 -の構造が、上述した式(BB-1)~式(BB-3)に該当する。
また、実施例のレジスト組成物が含む特定化合物が、下記条件(A)を満たし、且つ、下記条件(B1)~(B3)のうち2種以上を満たす場合(好ましくは以下の条件(B1)~(B3)をいずれも満たす場合)、製造後に長期間保存した後に使用された場合に形成されるパターンのLWR性能がより優れることが確認された。
(A)特定化合物の酸分解性基の種類が、上述した式(1)で表される構造(エステル構造)又は式(2)で表される構造(アセタール構造)である。
(B1)特定化合物の酸分解性基の種類が、上述した式(1)で表される構造(エステル構造)である。
(B2)特定化合物中、酸分解性基がカチオン部位に配置されている。
(B3)特定化合物が、上述した化合物(I)に該当し、且つ、アニオン部位A2 -の構造が、上述した式(BB-1)~式(BB-3)に該当する。
比較例のレジスト組成物は、所望の効果が発現しなかった。
<パターン形成(4):ArF液浸露光、有機溶剤現像>
シリコンウエハ上に有機反射防止膜形成用組成物ARC29SR(Brewer Science社製)を塗布し、205℃で60秒間ベークして、膜厚98nmの反射防止膜を形成した。その上に、表9に示すレジスト組成物を塗布し、100℃で60秒間ベークして、膜厚90nmのレジスト膜(感活性光線性又は感放射線性膜)を形成した。実施例4-20~4-22については、レジスト膜の上層にトップコート膜を形成した(使用したトップコート組成物の種類については、表9に示す)。トップコート膜の膜厚は、いずれにおいても100nmとした。
レジスト膜に対して、ArFエキシマレーザー液浸スキャナー(ASML社製;XT1700i、NA1.20、Dipole、アウターシグマ0.950、インナーシグマ0.850、Y偏向)を用いて、線幅45nmの1:1ラインアンドスペースパターンの6%ハーフトーンマスクを介して露光した。液浸液は、超純水を使用した。
露光後のレジスト膜を90℃で60秒間ベークした後、酢酸n-ブチルで30秒間現像し、次いで4-メチル-2-ペンタノールで30秒間リンスした。その後、これをスピン乾燥してネガ型のパターンを得た。
シリコンウエハ上に有機反射防止膜形成用組成物ARC29SR(Brewer Science社製)を塗布し、205℃で60秒間ベークして、膜厚98nmの反射防止膜を形成した。その上に、表9に示すレジスト組成物を塗布し、100℃で60秒間ベークして、膜厚90nmのレジスト膜(感活性光線性又は感放射線性膜)を形成した。実施例4-20~4-22については、レジスト膜の上層にトップコート膜を形成した(使用したトップコート組成物の種類については、表9に示す)。トップコート膜の膜厚は、いずれにおいても100nmとした。
レジスト膜に対して、ArFエキシマレーザー液浸スキャナー(ASML社製;XT1700i、NA1.20、Dipole、アウターシグマ0.950、インナーシグマ0.850、Y偏向)を用いて、線幅45nmの1:1ラインアンドスペースパターンの6%ハーフトーンマスクを介して露光した。液浸液は、超純水を使用した。
露光後のレジスト膜を90℃で60秒間ベークした後、酢酸n-ブチルで30秒間現像し、次いで4-メチル-2-ペンタノールで30秒間リンスした。その後、これをスピン乾燥してネガ型のパターンを得た。
≪LWRの評価:ArF液浸露光、有機溶剤現像≫
≪LWRの評価:ArF露光、アルカリ水溶液現像≫と同様の方法により、形成されたパターンのLWR(nm)を測定した。LWR(nm)は、3.5nm以下が好ましく、2.9nm以下がより好ましく、2.5nm以下が更に好ましい。得られたLWR(nm)の数値を下記の評価基準により分類して評価を実施した。結果を表9に示す。
「A」 LWRの値が2.5nm以下
「B」 LWRの値が2.5nm超2.9nm以下
「C」 LWRの値が2.9nm超3.2nm以下
「C-」 LWRの値が3.2nm超3.5nm以下
「D」 LWRの値が3.5nm超
≪LWRの評価:ArF露光、アルカリ水溶液現像≫と同様の方法により、形成されたパターンのLWR(nm)を測定した。LWR(nm)は、3.5nm以下が好ましく、2.9nm以下がより好ましく、2.5nm以下が更に好ましい。得られたLWR(nm)の数値を下記の評価基準により分類して評価を実施した。結果を表9に示す。
「A」 LWRの値が2.5nm以下
「B」 LWRの値が2.5nm超2.9nm以下
「C」 LWRの値が2.9nm超3.2nm以下
「C-」 LWRの値が3.2nm超3.5nm以下
「D」 LWRの値が3.5nm超
以下に表9を示す。
表に示される通り、実施例のレジスト組成物は、製造後に長期間保存した後に使用された場合であっても、LWR性能に優れるパターンを形成できることが確認された。
また、実施例のレジスト組成物が含む特定化合物が、下記条件(A)を満たし、且つ、下記条件(B1)~(B3)のうち2種以上を満たす場合(好ましくは以下の条件(B1)~(B3)をいずれも満たす場合)、製造後に長期間保存した後に使用された場合に形成されるパターンのLWR性能がより優れることが確認された。
(A)特定化合物の酸分解性基の種類が、上述した式(1)で表される構造(エステル構造)又は式(2)で表される構造(アセタール構造)である。
(B1)特定化合物の酸分解性基の種類が、上述した式(1)で表される構造(エステル構造)である。
(B2)特定化合物中、酸分解性基がカチオン部位に配置されている。
(B3)特定化合物が、上述した化合物(I)に該当し、且つ、アニオン部位A2 -の構造が、上述した式(BB-1)~式(BB-3)に該当する。
また、実施例のレジスト組成物が含む特定化合物が、下記条件(A)を満たし、且つ、下記条件(B1)~(B3)のうち2種以上を満たす場合(好ましくは以下の条件(B1)~(B3)をいずれも満たす場合)、製造後に長期間保存した後に使用された場合に形成されるパターンのLWR性能がより優れることが確認された。
(A)特定化合物の酸分解性基の種類が、上述した式(1)で表される構造(エステル構造)又は式(2)で表される構造(アセタール構造)である。
(B1)特定化合物の酸分解性基の種類が、上述した式(1)で表される構造(エステル構造)である。
(B2)特定化合物中、酸分解性基がカチオン部位に配置されている。
(B3)特定化合物が、上述した化合物(I)に該当し、且つ、アニオン部位A2 -の構造が、上述した式(BB-1)~式(BB-3)に該当する。
比較例のレジスト組成物は、所望の効果が発現しなかった。
Claims (9)
- 酸の作用により分解して極性が増大する樹脂と、活性光線又は放射線の照射によって酸を発生する化合物と、を含み、
前記活性光線又は放射線の照射によって酸を発生する化合物が、下記化合物(I)及び(II)のいずれか1種以上を含む、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
化合物(I):
1つ以上の下記構造部位X及び1つ以上の下記構造部位Yと、酸の作用により脱離する脱離基で極性基が保護されてなる酸分解性基とを有する化合物であって、活性光線又は放射線の照射によって、下記構造部位Xに由来する下記第1の酸性部位と下記構造部位Yに由来する下記第2の酸性部位とを含む酸を発生する化合物。
構造部位X:アニオン部位A1 -とカチオン部位M1 +とからなり、且つ活性光線又は放射線の照射によってHA1で表される第1の酸性部位を形成する構造部位
構造部位Y:アニオン部位A2 -とカチオン部位M2 +とからなり、且つ活性光線又は放射線の照射によってHA2で表される第2の酸性部位を形成する構造部位
但し、化合物(I)は、下記条件IA及び条件IBを満たす。
条件IA:前記化合物(I)において前記構造部位X中の前記カチオン部位M1 +及び前記構造部位Y中の前記カチオン部位M2 +をH+に置き換えてなる化合物PIが、前記構造部位X中の前記カチオン部位M1 +をH+に置き換えてなるHA1で表される酸性部位に由来する酸解離定数a1と、前記構造部位Y中の前記カチオン部位M2 +をH+に置き換えてなるHA2で表される酸性部位に由来する酸解離定数a2を有し、且つ、前記酸解離定数a1よりも前記酸解離定数a2の方が大きい。
条件IB:前記化合物(I)は、酸の作用により、1つ以上の前記構造部位X中のアニオン部位A1 -と1つ以上の前記構造部位Y中のアニオン部位A2 -とを連結する部位が切断されない構造である。
化合物(II):
2つ以上の前記構造部位X及び1つ以上の下記構造部位Zと、酸の作用により脱離する脱離基で極性基が保護されてなる酸分解性基とを有する化合物であって、活性光線又は放射線の照射によって、前記構造部位Xに由来する前記第1の酸性部位を2つ以上と前記構造部位Zとを含む酸を発生する化合物。
構造部位Z:酸を中和可能な非イオン性の部位
但し、化合物(II)は、下記条件IIBを満たす。
条件IIB:前記化合物(II)は、酸の作用により、2つ以上の前記構造部位X中のアニオン部位A1 -と前記構造部位Zとを連結する部位が切断されない構造である。 - 前記酸分解性基が、下記式(1)又は(2)で表される基を表す、請求項1に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
式(1)中、R11~R13は、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、又はアリール基を表す。なお、R11~R13のうち2つが互いに結合して環を形成してもよい。*は、結合部位を表す。
式(2)中、R2は、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。R3は、水素原子、アルキル基、又はシクロアルキル基を表す。なお、R2及びR3が互いに結合して環を形成してもよい。*は、結合部位を表す。 - 前記酸分解性基が、前記式(1)で表される基を表す、請求項2に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
- 前記化合物(I)中、前記カチオン部位M1 +及び前記カチオン部位M2 +の少なくとも1つが前記酸分解性基を有し、前記化合物(II)中、前記カチオン部位M1 +の少なくとも1つが前記酸分解性基を有する、請求項1~3のいずれか1項に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
- 前記アニオン部位A2 -が、式(BB-1)~(BB-3)のいずれかで表される構造を表す、請求項1~4のいずれか1項に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
- 前記アニオン部位A1 -が、式(AA-1)及び(AA-3)のいずれかで表される構造を表す、請求項1~5のいずれか1項に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
- 請求項1~6のいずれか1項に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を用いて形成された、レジスト膜。
- 請求項1~6のいずれか1項に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を用いて基板上にレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜を露光する工程と、
前記露光されたレジスト膜を現像液を用いて現像する工程と、を有する、パターン形成方法。 - 請求項8に記載のパターン形成方法を含む、電子デバイスの製造方法。
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