JP7475111B2 - レジストパターン形成方法、レジスト組成物及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、レジストパターン形成方法、レジスト組成物及びその製造方法に関する。
リソグラフィー技術においては、例えば、基板の上にレジスト材料からなるレジスト膜を形成し、該レジスト膜に対して選択的露光を行い、現像処理を施すことにより、前記レジスト膜に所定形状のレジストパターンを形成する工程が行われる。レジスト膜の露光部が現像液に溶解する特性に変化するレジスト材料をポジ型、レジスト膜の露光部が現像液に溶解しない特性に変化するレジスト材料をネガ型という。
近年、半導体素子及び液晶表示素子並びに電子部品の製造においては、急速にパターンの微細化が進んでおり、その製造においてはフォトファブリケーションが基盤となっている。
フォトファブリケーションとは、感光性樹脂組成物(レジスト組成物)を用いて被加工物表面に塗膜を形成し、フォトリソグラフィー技術によって塗膜をパターニングし、パターニングされた塗膜をマスクとして化学エッチング、電解エッチング、又は電気めっきを主体とするエレクトロフォーミング等を行うことにより、各種の精密部品を製造する加工技術の総称である。
特に、電子機器のダウンサイジングに伴い、半導体パッケージの高密度実装技術が進み、パッケージの多ピン薄膜実装化、微細再配線の形成、パッケージサイズの小型化が図られている。また、パッケージによるヘテロジニアス統合やFan-Out、TSV、2.1D/2.5D/3Dといったパッケージ技術を使ってのSiP(システムインパッケージ)化も盛んに検討されている。
これらに対応するため、レジスト材料には、露光光源に対する感度、微細な寸法のパターンを再現できる解像性等のリソグラフィー特性はもとより、レジストをマスクとしての化学エッチング、電解エッチング、ウェットエッチングといった基板加工時の耐性、電解・無電解めっきといっためっきプロセスへの耐性、又はリフトオフプロセスへの耐性などのフォトファブリケーションに適応できる特性が求められる。
このような要求を満たすレジスト材料として、ポジ型レジストとしては、酸の作用により現像液に対する溶解性が変化する基材成分と、露光により酸を発生する酸発生剤成分と、を含有する化学増幅型レジスト組成物が用いられている(例えば、特許文献1、2参照)。
例えば、上記現像液がアルカリ現像液(アルカリ現像プロセス)の場合、ポジ型の化学増幅型レジスト組成物としては、アルカリ現像液に対して可溶な部位を、酸解離性の溶解抑制基(保護基)で保護して現像液に難溶とした樹脂成分と、酸発生剤成分と、を含有するものが一般的に用いられている。樹脂成分を現像液に難溶として使用するのは、これが未露光部の残膜量に大きく関係するためである。
かかるレジスト組成物を用いて形成されるレジスト膜は、レジストパターン形成時に選択的露光を行うと、露光部において、酸発生剤成分から酸が発生し、該酸の作用により、事前導入された保護基の脱保護反応が進行することで、レジスト膜の露光部がアルカリ現像液に対して可溶となる。そのため、アルカリ現像することにより、レジスト膜の未露光部がパターンとして残るポジ型パターンが形成される。
かかるフォトファブリケーションにおいては、用途等に応じて、支持体又は被加工物表面に必要となる膜厚でレジストパターンを形成する必要がある。
半導体パッケージのFan-Outにおいて再配線を形成するような場合、例えば、膜厚約3μmのレジスト膜を形成し、所定のマスクパターンを介して露光、現像によってレジストパターンを形成後、非レジスト部に銅などの導体のめっきを施すことで、配線部分を形成する。
あるいは、半導体パッケージのバンプやメタルポストを形成する場合、例えば約60μmのレジスト膜を形成し、同じくレジストパターンを形成後、非レジスト部に銅などの導体のめっきを施すことで、バンプやメタルポストを形成する。
あるいは、半導体素子加工でのフォトファブリケーションにおいては、用途等に応じて、被加工物表面に、例えば膜厚を8μm以上とするようなレジスト膜を成膜し、レジストパターンを形成してエッチング等が行われる場合もある。
特開平4-211258号公報 特開平11-52562号公報
半導体素子加工や半導体パッケージの多様化、高集積化等がより一層進化するのに伴って、より深い半導体素子のエッチングや微細配線の形成、また、突起電極やメタルポストの更なる高密度化等が要求されている。かかる要求に対し、特に、レジスト組成物においては、より高感度で現像膜減りが制御され、微細パターンでも残渣無く形成できる解像力の高いレジストパターンの形成が求められる。
しかしながら、従来の化学増幅ポジ型レジスト組成物を用いてレジストパターンを形成する方法においては、現像によるレジスト膜未露光部の溶解(現像膜減り)を抑制するために、現像液に対して可溶な部位を酸解離性の溶解抑制基(保護基)で保護することで現像液に難溶とした樹脂をレジスト組成物として含有する必要があるため、基板界面付近の残渣、高感度化の点で問題がある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、現像膜減りが抑制され、高感度で残渣も生じにくい、新たな手法であるレジストパターン形成方法、これに有用なレジスト組成物及びその製造方法を提供することを課題とする。
従来、化学増幅ポジ型レジスト組成物では、アルカリ現像液(アルカリ水溶液)に容易に溶解する樹脂に、酸解離性基を付与してアルカリ現像液に難溶とした樹脂が用いられている。
酸解離性基を付与した樹脂の状態で、現像による膜厚変化(現像での膜減りや膨潤)がある場合、レジスト膜未露光部が溶解や膨潤していること、ポジ型レジスト組成物であれば、レジストパターン部分が影響を受けていることになる。
現像膜減りは、溶解速度(nm/s)で表現できる。アルカリ現像液に対する溶解速度が大きいほど、現像時のレジスト膜未露光部膜減りが大きく、一方、アルカリ現像液に対する溶解速度がゼロに近づくほど、現像時のレジスト膜未露光部膜減りは小さくなる。また、アルカリ現像液に対する溶解速度が負の値を取る場合は、現像時にアルカリ現像液によりレジスト膜が膨潤していることを意味し、負の絶対値が大きくなるほどレジスト膜の膨潤量が大きくなる。
アルカリ現像液に対する溶解性を所望の値に制御するには、樹脂の製造段階で導入する酸解離性基(保護基)の導入率(保護率)を制御する手法、及び、保護率の高いもの(所定の現像膜減りより膜減り量が小さいもの)と保護率の低いもの(所定の現像膜減りより膜減り量が大きいもの)とを製造し、所定の現像膜減りになるように両者を混合して使用する手法が知られている。
ところが、本発明者は、検討により、第1の樹脂成分(P1)と第2の樹脂成分(P2)とを混合することで、それぞれ単独の樹脂のアルカリ現像液に対する溶解速度よりも小さな値を示す(すなわち、第1の樹脂成分(P1)及び第2の樹脂成分(P2)よりもアルカリ現像液に対して難溶化する)組合せがあることを新たに見出した。
かかる樹脂成分の組合せを選択することで、これまでアルカリ現像液に対する溶解速度が大きいためにレジスト化が困難であった第1の樹脂成分(P1)を用いることが可能となり、第2の樹脂成分(P2)と併用することで、両方の樹脂よりアルカリ現像液に対する溶解速度が小さくなる化学増幅ポジ型レジスト組成物を調製することができ、これを採用することによって上記の課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の第1の態様は、露光により酸を発生し、酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解性が増大するレジスト組成物を用いて、支持体上にレジスト膜を形成する工程、前記レジスト膜を露光する工程、及び前記露光後のレジスト膜をアルカリ現像して、ポジ型のレジストパターンを形成する工程を有する、レジストパターン形成方法であって、前記レジスト組成物は、第1の樹脂成分(P1)と第2の樹脂成分(P2)とを含有するものであり、前記第1の樹脂成分(P1)のアルカリ現像液に対する溶解速度をDRP1、前記第2の樹脂成分(P2)のアルカリ現像液に対する溶解速度をDRP2、前記第1の樹脂成分(P1)と前記第2の樹脂成分(P2)との混合樹脂のアルカリ現像液に対する溶解速度をDRMIXとした場合、
DRMIX<DRP1、かつ、DRMIX<DRP2
の関係を満たす、前記第1の樹脂成分(P1)と前記第2の樹脂成分(P2)とを併用することを特徴とする、レジストパターン形成方法である。
本発明の第2の態様は、露光により酸を発生し、酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解性が増大するレジスト組成物であって、第1の樹脂成分(P1)と第2の樹脂成分(P2)とを含有し、前記第1の樹脂成分(P1)は、α位の炭素原子に結合した水素原子が置換基で置換されていてもよいアクリル酸エステルから誘導される構成単位であって、酸の作用により極性が増大する酸分解性基を含む構成単位(a1)と、α位の炭素原子に結合した水素原子が置換基で置換されていてもよいアクリル酸から誘導される構成単位(a0)とを併有する高分子化合物(p10)であり、前記第2の樹脂成分(P2)は、フェノール性水酸基を含む構成単位(u0)を有する高分子化合物(p20)であり、前記第1の樹脂成分(P1)のアルカリ現像液に対する溶解速度をDRP1、前記第2の樹脂成分(P2)のアルカリ現像液に対する溶解速度をDRP2、前記第1の樹脂成分(P1)と前記第2の樹脂成分(P2)との混合樹脂のアルカリ現像液に対する溶解速度をDRMIXとした場合、
DRMIX<DRP1、かつ、DRMIX<DRP2
の関係を満たすものであることを特徴とする、レジスト組成物である。
本発明の第3の態様は、露光により酸を発生し、酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解性が増大するレジスト組成物の製造方法であって、第1の樹脂成分(P1)と第2の樹脂成分(P2)とを混合する工程を有し、前記第1の樹脂成分(P1)は、α位の炭素原子に結合した水素原子が置換基で置換されていてもよいアクリル酸エステルから誘導される構成単位であって、酸の作用により極性が増大する酸分解性基を含む構成単位(a1)と、α位の炭素原子に結合した水素原子が置換基で置換されていてもよいアクリル酸から誘導される構成単位(a0)とを併有する高分子化合物(p10)であり、前記第2の樹脂成分(P2)は、フェノール性水酸基を含む構成単位(u0)を有する高分子化合物(p20)であり、前記第1の樹脂成分(P1)のアルカリ現像液に対する溶解速度をDRP1、前記第2の樹脂成分(P2)のアルカリ現像液に対する溶解速度をDRP2、前記第1の樹脂成分(P1)と前記第2の樹脂成分(P2)との混合樹脂のアルカリ現像液に対する溶解速度をDRMIXとした場合、
DRMIX<DRP1、かつ、DRMIX<DRP2
の関係を満たす、前記第1の樹脂成分(P1)と前記第2の樹脂成分(P2)とを併用することを特徴とする、レジスト組成物の製造方法である。
本発明によれば、単独では現像液への溶解性が高く、難溶でない樹脂を用いながら、樹脂同士を混合することで現像液に対して難溶化することができるという新たな手法が提供される。すなわち、本発明により、現像膜減りが抑制され、高感度で残渣も生じにくいレジストパターン形成方法、これに有用なレジスト組成物及びその製造方法を提供することができる。
本明細書及び本特許請求の範囲において、「脂肪族」とは、芳香族に対する相対的な概念であって、芳香族性を持たない基、化合物等を意味するものと定義する。
「アルキル基」は、特に断りがない限り、直鎖状、分岐鎖状及び環状の1価の飽和炭化水素基を包含するものとする。アルコキシ基中のアルキル基も同様である。
「アルキレン基」は、特に断りがない限り、直鎖状、分岐鎖状及び環状の2価の飽和炭化水素基を包含するものとする。
「ハロゲン化アルキル基」は、アルキル基の水素原子の一部又は全部がハロゲン原子で置換された基であり、該ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。
「フッ素化アルキル基」又は「フッ素化アルキレン基」は、アルキル基又はアルキレン基の水素原子の一部又は全部がフッ素原子で置換された基をいう。
「構成単位」とは、高分子化合物(樹脂、重合体、共重合体)を構成するモノマー単位(単量体単位)を意味する。
「置換基を有していてもよい」又は「置換基を有してもよい」と記載する場合、水素原子(-H)を1価の基で置換する場合と、メチレン基(-CH-)を2価の基で置換する場合との両方を含む。
「露光」は、放射線の照射全般を含む概念とする。
「基材成分」とは、膜形成能を有する有機化合物であり、好ましくは分子量が500以上の有機化合物が用いられる。該有機化合物の分子量が500以上であることにより、膜形成能が向上し、加えて、ナノレベルのレジストパターンを形成しやすくなる。基材成分として用いられる有機化合物は、非重合体と重合体とに大別される。非重合体としては、通常、分子量が500以上4000未満のものが用いられる。以下「低分子化合物」という場合は、分子量が500以上4000未満の非重合体を示す。重合体としては、通常、分子量が1000以上のものが用いられる。以下「樹脂」、「高分子化合物」又は「ポリマー」という場合は、分子量が1000以上の重合体を示す。重合体の分子量としては、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)によるポリスチレン換算の質量平均分子量を用いるものとする。
「アクリル酸エステルから誘導される構成単位」とは、アクリル酸エステルのエチレン性二重結合が開裂して構成される構成単位を意味する。
「アクリル酸エステル」は、アクリル酸(CH=CH-COOH)のカルボキシ基末端の水素原子が有機基で置換された化合物である。
アクリル酸エステルは、α位の炭素原子に結合した水素原子が置換基で置換されていてもよい。該α位の炭素原子に結合した水素原子を置換する置換基は、水素原子以外の原子又は基であり、たとえば炭素数1~5のアルキル基、炭素数1~5のハロゲン化アルキル基等が挙げられる。また、「該α位の炭素原子に結合した水素原子」がエステル結合を含む置換基で置換されたイタコン酸ジエステルや、「該α位の炭素原子に結合した水素原子」がヒドロキシアルキル基やその水酸基を修飾した基で置換されたαヒドロキシアクリルエステルも含むものとする。なお、アクリル酸エステルのα位の炭素原子とは、特に断りがない限り、アクリル酸のカルボニル基が結合している炭素原子のことである。
以下、α位の炭素原子に結合した水素原子が置換基で置換されたアクリル酸エステルを、α置換アクリル酸エステルということがある。また、アクリル酸エステルとα置換アクリル酸エステルとを包括して「(α置換)アクリル酸エステル」ということがある。
「アクリルアミドから誘導される構成単位」とは、アクリルアミドのエチレン性二重結合が開裂して構成される構成単位を意味する。
アクリルアミドは、α位の炭素原子に結合した水素原子が置換基で置換されていてもよく、アクリルアミドのアミノ基の水素原子の一方または両方が置換基で置換されていてもよい。なお、アクリルアミドのα位の炭素原子とは、特に断りがない限り、アクリルアミドのカルボニル基が結合している炭素原子のことである。
アクリルアミドのα位の炭素原子に結合した水素原子を置換する置換基としては、たとえば炭素数1~5のアルキル基、炭素数1~5のハロゲン化アルキル基等が挙げられる。
「ヒドロキシスチレンから誘導される構成単位」とは、ヒドロキシスチレンのエチレン性二重結合が開裂して構成される構成単位を意味する。「ヒドロキシスチレン誘導体から誘導される構成単位」とは、ヒドロキシスチレン誘導体のエチレン性二重結合が開裂して構成される構成単位を意味する。
「ヒドロキシスチレン誘導体」とは、ヒドロキシスチレンのα位の水素原子がアルキル基、ハロゲン化アルキル基等の他の置換基に置換されたもの、並びにそれらの誘導体を含む概念とする。それらの誘導体としては、α位の水素原子が置換基に置換されていてもよいヒドロキシスチレンの水酸基の水素原子を有機基で置換したもの;α位の水素原子が置換基に置換されていてもよいヒドロキシスチレンのベンゼン環に、水酸基以外の置換基が結合したもの等が挙げられる。なお、α位(α位の炭素原子)とは、特に断りがない限り、ベンゼン環が結合している炭素原子のことをいう。
ヒドロキシスチレンのα位の水素原子を置換する置換基としては、前記α置換アクリル酸エステルにおいて、α位の置換基として挙げたものと同様のものが挙げられる。
「ビニル安息香酸若しくはビニル安息香酸誘導体から誘導される構成単位」とは、ビニル安息香酸若しくはビニル安息香酸誘導体のエチレン性二重結合が開裂して構成される構成単位を意味する。
「ビニル安息香酸誘導体」とは、ビニル安息香酸のα位の水素原子がアルキル基、ハロゲン化アルキル基等の他の置換基に置換されたもの、並びにそれらの誘導体を含む概念とする。それらの誘導体としては、α位の水素原子が置換基に置換されていてもよいビニル安息香酸のカルボキシ基の水素原子を有機基で置換したもの;α位の水素原子が置換基に置換されていてもよいビニル安息香酸のベンゼン環に、水酸基およびカルボキシ基以外の置換基が結合したもの等が挙げられる。なお、α位(α位の炭素原子)とは、特に断りがない限り、ベンゼン環が結合している炭素原子のことをいう。
「スチレン誘導体」とは、スチレンのα位の水素原子がアルキル基、ハロゲン化アルキル基等の他の置換基に置換されたもの、並びにそれらの誘導体を含む概念とする。それらの誘導体としては、α位の水素原子が置換基に置換されていてもよいヒドロキシスチレンのベンゼン環に置換基が結合したもの等が挙げられる。なお、α位(α位の炭素原子)とは、特に断りがない限り、ベンゼン環が結合している炭素原子のことをいう。
「スチレンから誘導される構成単位」、「スチレン誘導体から誘導される構成単位」とは、スチレン又はスチレン誘導体のエチレン性二重結合が開裂して構成される構成単位を意味する。
上記α位の置換基としてのアルキル基は、直鎖状または分岐鎖状のアルキル基が好ましく、具体的には、炭素数1~5のアルキル基(メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、tert-ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基)等が挙げられる。
また、α位の置換基としてのハロゲン化アルキル基は、具体的には、上記「α位の置換基としてのアルキル基」の水素原子の一部または全部を、ハロゲン原子で置換した基が挙げられる。該ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられ、特にフッ素原子が好ましい。
また、α位の置換基としてのヒドロキシアルキル基は、具体的には、上記「α位の置換基としてのアルキル基」の水素原子の一部または全部を、水酸基で置換した基が挙げられる。該ヒドロキシアルキル基における水酸基の数は、1~5が好ましく、1が最も好ましい。
本明細書及び本特許請求の範囲において、化学式で表される構造によっては、不斉炭素が存在し、エナンチオ異性体(enantiomer)やジアステレオ異性体(diastereomer)が存在し得るものがある。その場合は一つの化学式でそれら異性体を代表して表す。それらの異性体は単独で用いてもよいし、混合物として用いてもよい。
(レジストパターン形成方法)
本発明の一態様は、露光により酸を発生し、酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解性が増大するレジスト組成物を用いて、支持体上にレジスト膜を形成する工程、前記レジスト膜を露光する工程、及び前記露光後のレジスト膜をアルカリ現像して、ポジ型のレジストパターンを形成する工程を有する、レジストパターン形成方法である。本態様において、前記レジスト組成物としては、特定の溶解速度の関係を満たす、第1の樹脂成分(P1)と第2の樹脂成分(P2)とを含有するレジスト組成物を採用する。このレジスト組成物についての詳細は後述する。
かかるレジストパターン形成方法の一実施形態としては、例えば以下のようにして行うレジストパターン形成方法が挙げられる。
支持体上にレジスト膜を形成する工程:
まず、特定の溶解速度の関係を満たす、第1の樹脂成分(P1)と第2の樹脂成分(P2)とを含有するレジスト組成物を調製する。
次に、このレジスト組成物を支持体上に塗布し、加熱(ポストアプライベーク(PAB))処理することによってレジスト膜を形成する。
支持体上へのレジスト組成物の塗布方法としては、スピンコート法、スリットコート法、ロールコート法、スクリーン印刷法、アプリケーター法、スプレーコート法、インクジェット法などの方法を採用することができる。加熱処理の条件は、レジスト組成物中の各成分の種類、配合割合、塗布膜厚などによって適宜決定すればよく、例えば70~150℃、好ましくは80~140℃で、1~60分間程度である。
なお、支持体にレジスト組成物を直接塗布するのではなく、事前にフィルム状などに上記塗布手法などでレジスト組成物を塗布し、適宜な加熱工程を行いフィルム状とした塗膜(ドライフィルム)を作製した後、このドライフィルムを支持体に張り付けて用いてもよい。
レジスト膜の膜厚は、例えば1~250μm、好ましくは1~100μm、より好ましくは1~65μm、さらに好ましくは2~20μmの範囲である。
支持体には、特に限定されず、従来公知のものを用いることができる。支持体としては、例えば、電子部品用の基板や、これに所定の配線パターンが形成されたものなどを例示することができる。この基板としては、例えば、シリコン、窒化シリコン、チタン、タンタル、パラジウム、チタンタングステン、銅、クロム、鉄、アルミニウム、金などの金属製の基板や、金属薄膜が積層されたガラス基板もしくは有機材料基板などが挙げられる。特に、本実施形態においては、銅基板上でも良好にレジストパターンを形成することができる。配線パターンの材料としては、例えば銅、ハンダ、クロム、アルミニウム、ニッケル、金などが用いられる。
レジスト膜を露光する工程:
次に、支持体上に形成されたレジスト膜に、所定パターンのマスクを介して、又はマスクを使用せず直接描画が可能な装置を用いて、電磁波又は粒子線を含む放射線、例えば波長が240~500nmの紫外線又は可視光線を選択的に照射(露光)する。
放射線の線源としては、低圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、メタルハライドランプ、アルゴンガスレーザー、エキシマレーザー等を用いることができる。また、放射線には、マイクロ波、赤外線、可視光線、紫外線、X線、γ線、電子線、陽子線、中性子線、イオン線などが含まれる。放射線の照射量は、レジスト組成物中の各成分の種類、配合量、塗膜の膜厚などによって適宜決定すればよい。また、放射線には、酸を発生させるために酸発生剤を活性化させる光線を含む。
次に、レジスト膜を露光した後、好ましくは、公知の方法を用いて加熱(ポストエクスポージャーベーク(PEB))処理することにより、酸の拡散及び酸解離性基(保護基)の脱保護を促進させて、レジスト膜露光部分のアルカリ溶解性を変化させる。ここでの加熱処理の条件は、レジスト組成物中の各成分の種類、配合割合、塗布膜厚などによって適宜決定すればよく、例えば80~150℃が好ましく、1~60分間程度である。
露光後のレジスト膜をアルカリ現像する工程:
次に、例えばアルカリ性水溶液を現像液として用い、不要な部分を溶解、除去して、所定のポジ型のレジストパターンを得る。
現像液としては、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウム、アンモニア水、エチルアミン、n-プロピルアミン、ジエチルアミン、ジ-n-プロピルアミン、トリエチルアミン、メチルジエチルアミン、ジメチルエタノールアミン、トリエタノールアミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、ピロール、ピペリジン、1,8-ジアザビシクロ[5,4,0]-7-ウンデセン、1,5-ジアザビシクロ[4,3,0]-5-ノナン等のアルカリ類の水溶液を使用することができる。
現像液中のアルカリ類の濃度は、樹脂の種類等に応じて適宜設定すればよく、例えばTMAH水溶液の場合、0.75~5質量%が好ましく、2~3質量%がより好ましい。
また、前記アルカリ類の水溶液に、メタノール、エタノール等の水溶性有機溶媒や、界面活性剤を適当量添加した水溶液を現像液として使用することもできる。
現像液中の界面活性剤の濃度は、例えば0.02~2.5質量%が好ましい。
アルカリ現像時間は、レジスト組成物の各成分の種類、配合割合、組成物の乾燥膜厚によって適宜決定すればよく、好ましくは0.5~30分間である。
また、アルカリ現像の方法は、液盛り法、ディッピング法、パドル法、スプレー現像法などのいずれでもよい。アルカリ現像後は、必要に応じて、流水洗浄を、例えば30~90秒間行い、スピンドライ法、又はエアーガンもしくはオーブンなどを用いて乾燥させてもよい。
上述のようにして得られたレジストパターンの非レジスト部(アルカリ現像液で除去された部分)に、例えばメッキなどによって金属などの導体を埋め込むことにより、配線、メタルポスト及びバンプ等の導電性構造体を形成することができる。
尚、メッキ処理方法は、特に制限されず、従来から公知の各種方法を採用することができる。メッキ液としては、特にハンダメッキ、銅メッキ、金メッキ、ニッケルメッキ液が好適に用いられる。残っているレジストパターンは、最後に、定法に従って、剥離液等を用いて除去する。あるいは、上述のようにして得られたレジストパターンをマスクとしての化学エッチング、電解エッチング、ウェットエッチングといった基板加工を行うことができる。
<レジスト組成物>
本実施形態のレジストパターン形成方法で用いられるレジスト組成物は、露光により酸を発生し、酸の作用により現像液に対する溶解性が増大するものである。
かかるレジスト組成物は、酸の作用により現像液に対する溶解性が増大する樹脂成分(P)(以下「(P)成分」ともいう)を含有する。本実施形態において、(P)成分は、第1の樹脂成分(P1)(以下「(P1)成分」ともいう)と第2の樹脂成分(P2)(以下「(P2)成分」ともいう)とを少なくとも含む。
本実施形態におけるレジスト組成物としては、例えば、前記(P)成分と、露光により酸を発生する酸発生剤成分(以下「(B)成分」ともいう)と、を含有するものが挙げられる。
かかるレジスト組成物を用いてレジスト膜を形成し、該レジスト膜に対して選択的露光を行うと、該レジスト膜の露光部では酸が発生し、該酸の作用により樹脂成分の現像液に対する溶解性が変化する一方で、該レジスト膜の未露光部では樹脂成分の現像液に対する溶解性が変化しないため、該レジスト膜の露光部と未露光部との間で現像液に対する溶解性の差が生じる。そのため、該レジスト膜を現像すると、レジスト膜露光部が溶解除去されてポジ型のレジストパターンが形成される。
かかるレジスト組成物においては、(P1)成分のアルカリ現像液に対する溶解速度をDRP1、(P2)成分のアルカリ現像液に対する溶解速度をDRP2、(P1)成分と(P2)成分との混合樹脂のアルカリ現像液に対する溶解速度をDRMIXとした場合、
DRMIX<DRP1、かつ、DRMIX<DRP2
の関係を満たす、(P1)成分と(P2)成分とを併用する。つまり、それぞれ単独の樹脂のアルカリ現像液に対する溶解速度に比べて、混合樹脂のアルカリ現像液に対する溶解速度の方を小さい値とする。
これによって、レジストパターン形成の際、アルカリ現像液に対する溶解速度が速くて使用が難しかった樹脂であっても現像膜減りが抑制され、残渣が生じにくくなる。
従来、樹脂成分(P)には、アルカリ現像液(アルカリ水溶液)に容易に溶解する樹脂に、酸解離性基を導入してアルカリ現像液に難溶とした樹脂が用いられている。
アルカリ現像液に対する溶解速度を所望値に制御し、アルカリ現像液に難溶化とするには、樹脂の製造段階でアルカリ可溶性樹脂に導入する酸解離性基(保護基)の導入率(保護率)を制御する手法と、製造時のばらつきを考慮し、例えば、保護率の異なる樹脂を製造し混合して所望の溶解速度をもつ難溶化樹脂(混合樹脂)とする手法と、が知られている。この場合、混合した後の難溶化樹脂P’MIX(溶解速度をDR’MIX)と、混合前の保護率の高く溶解速度が遅い樹脂P’(溶解速度DR’PH)と、混合前の保護率が低く溶解速度が速い樹脂P’(溶解速度DR’PL)と、のアルカリ現像液に対する溶解速度の関係はDR’PH<DR’MIX<DR’PLとなることが一般的であった。
ところが、本実施形態では、上記のように特定の溶解速度の関係(すなわち、DRMIX<DRP1、かつ、DRMIX<DRP2)を満たす、(P1)成分と(P2)成分とを併有するレジスト組成物を採用する(アルカリ現像液に対する溶解速度が相対的に高い樹脂同士を混合することで、混合樹脂の溶解速度を相対的に低く抑える)。これによって、レジストパターン形成の際、より高感度で現像膜減りが制御され、微細パターンでも残渣無く形成できる解像力の高いレジストパターンを形成することができる。
[樹脂のアルカリ現像液に対する溶解速度]
樹脂のアルカリ現像液に対する溶解速度(DR)は、使用するアルカリ現像液の種類や濃度、温度により導き出される溶解速度の値自体が大きく変化する。このため、本発明では、最終的なレジスト組成物としてレジストパターニングの際に用いる、もしくは、用いる予定となる現像液と現像条件で測定、算出される溶解速度を定義する。
樹脂のアルカリ現像液に対する溶解速度(DR)は、現像液ほどではないが、塗膜の膜厚や加熱条件等によっても変動する。本来であれば、実際に使用される条件、すなわち、レジスト組成物としてレジストパターニングの際に用いる、もしくは、用いる予定となる塗膜の膜厚や塗膜時の加熱条件(PAB)で樹脂膜を作製し、前述の現像液、現像条件にて現像した際に算出される溶解速度を定義するのがよい。しかし、塗膜の膜厚や塗膜時の加熱条件は目的により適時変更される。このため、本発明では、以下の測定手順で示す方法にて取得し、算出される溶解速度を「樹脂のアルカリ現像液に対する溶解速度」と定義する。
本発明で定義する「樹脂のアルカリ現像液に対する溶解速度」の測定は、以下に示す手順(1)~(6)又は手順(1’)~(6’)に準ずることとする。
手順(1):樹脂を、レジスト組成物で通常使用する有機溶剤成分(溶剤)と混合して、樹脂液を調製する。樹脂液の調製は、複数の樹脂を予め混合したものを有機溶剤成分と混合してもよく、単独樹脂の樹脂液をそれぞれ作製した後、これらを必要な割合で混合してもよい。必要に応じて、溶剤による希釈をしたり、レベリング剤(界面活性剤)を適量添加したりしてもよい。
手順(2):シリコンウェーハに、前記樹脂液を塗布した後、120℃、90秒間のベーク処理(PAB)を施すことにより3μm厚程度の樹脂膜を形成する。
手順(3):前記樹脂膜の膜厚(初期膜厚X)を測定する。
手順(4):前記樹脂膜が形成されたシリコンウェーハを、露光、露光後の熱処理工程(PEB)をせず現像機を用いて、所定の温度で所定のアルカリ現像液にて60秒間現像し、その後、水洗、乾燥(スピンドライやNエアーブローといった非加熱乾燥)を行う。
手順(5):現像した後、樹脂膜の膜厚(現像後膜厚Y)を測定する。
手順(6):樹脂のアルカリ現像液に対する溶解速度(DR)を算出する。
DR(nm/s)=(X-Y)/60秒間(現像時間)
なお、前記手順において、現像で樹脂膜が全て溶解してしまう場合は、手順(4)での現像時間を30秒間に短縮して測定してもよい。また、シリコンウェーハや現像機の使用が困難な場合、又は前記の手順では測定が困難な場合は、以下の手順(1’)~(6’)にて測定を行う。
手順(1’):樹脂を、レジスト組成物で通常使用する有機溶剤成分(溶剤)と混合して、樹脂液を調製する。樹脂液の調製は、複数の樹脂を予め混合したものを有機溶剤成分と混合してもよく、単独樹脂の樹脂液をそれぞれ作製した後、これらを必要な割合で混合してもよい。必要に応じて、溶剤による希釈をしたり、レベリング剤(界面活性剤)を適量添加したりしてもよい。
手順(2’):シリコンウェーハ上などの膜厚測定可能な支持体に、前記樹脂液を塗布した後、120℃、90秒間のベーク処理(PAB)を施すことにより3μm厚程度の樹脂膜を形成する。
手順(3’):前記樹脂膜の膜厚(初期膜厚X)を測定する。
手順(4’):ビーカーやバット等の容器に、所定のアルカリ現像液を入れる。現像液は必要に応じて温調し、現像液を所定の温度とする。なお、容器は手順(2’)で形成した支持体が入る大きさを選ぶ、もしくは、支持体を切り容器に入る大きさとする。
手順(5’)支持体を容器中のアルカリ現像液に漬け、形成した樹脂膜が完全溶解するまでの時間(溶解時間Z)を測定する。なお、溶解時間は2分を限度とし、2分後にまだ完全溶解していない場合は、支持体を取り出し、水洗、乾燥を適切に行い、樹脂の膜厚(現像後膜厚Y)を測定する。
手順(6’):樹脂のアルカリ現像液に対する溶解速度(DR)を算出する。
完全溶解した場合:DR(nm/s)=(X)/(Z)
完全溶解しない場合:DR(nm/s)=(X-Y)/120秒間(現像時間)
なお、本実施形態で示すDRP1、DRP2、DRMIXについての大小の比較をする目的であれば、最終的なレジスト組成物としてレジストパターニングの際に用いる、もしくは、用いる予定となる現像液と現像条件、樹脂膜厚及び作製条件での測定を用いずとも、同一の現像液と現像条件と樹脂膜厚及び樹脂膜作製条件にて比較取得した溶解速度値に関しての値で検討してもよい。具体的には、一例として、現像液をTMAHの2.38質量%、23℃の現像条件を最終的なレジストパターニングに用いる場合、溶解速度の測定、比較では、現像液にTMAH5質量%を使用してDRを算出し、DRP1、DRP2、DRMIXの大小の比較をしてもよい。同様に、樹脂膜の厚さや膜形成条件を変更しても同一条件にてDRを測定できるのであれば、観察された値で比較することができる。
また、上記の手順以外の測定方法であっても、本実施形態で示すDRP1、DRP2、DRMIXの大小の比較ができる溶解速度が測定できればよく、例えば、一例として水晶振動子マイクロバランス(QCM)法等で溶解速度を求め比較してもよい。
これは、測定条件や方法によって観察されるDR値は変化するが、同一条件下で観察された値の相対的な位置関係は変わらないためである。
≪第1の樹脂成分(P1)≫
本実施形態において、第1の樹脂成分(P1)((P1)成分)には、α位の炭素原子に結合した水素原子が置換基で置換されていてもよいアクリル酸エステルから誘導される構成単位であって、酸の作用により極性が増大する酸分解性基を含む構成単位(a1)と、α位の炭素原子に結合した水素原子が置換基で置換されていてもよいアクリル酸から誘導される構成単位(a0)とを併有する高分子化合物(p10)を用いることができる。
・構成単位(a1)
構成単位(a1)は、α位の炭素原子に結合した水素原子が置換基で置換されていてもよいアクリル酸エステルから誘導される構成単位であって、酸の作用により極性が増大してアルカリ現像液への溶解性が向上する酸分解性基を含む構成単位である。
「酸分解性基」は、酸の作用により、当該酸分解性基の構造中の少なくとも一部の結合が開裂し得る酸分解性を有する基である。
酸の作用により極性が増大する酸分解性基としては、たとえば、酸の作用により分解して極性基を生じる基が挙げられる。
極性基としては、たとえばカルボキシ基、スルホ基(-SOH)等が挙げられる。これらのなかでも、カルボキシ基が好ましい。
酸分解性基としてより具体的には、前記極性基が酸解離性基で保護された基(たとえばカルボキシ基の水素原子を、酸解離性基で保護した基)が挙げられる。
ここで「酸解離性基」とは、
(i)酸の作用により、当該酸解離性基と該酸解離性基に隣接する原子との間の結合が開裂し得る酸解離性を有する基、又は、
(ii)酸の作用により一部の結合が開裂した後、さらに脱炭酸反応が生じることにより、当該酸解離性基と該酸解離性基に隣接する原子との間の結合が開裂し得る基、
の双方をいう。
酸解離性基としては、特に限定されず、これまで、化学増幅型レジスト用のベース樹脂の酸解離性基として提案されているものを使用することができる。
上記の極性基のうち、カルボキシ基を保護する酸解離性基としては、たとえば、下記一般式(a1-r-1)で表される酸解離性基(以下「アセタール型酸解離性基」ということがある。)、下記一般式(a1-r-2)で表される酸解離性基(一般式(a1-r-2)で表される酸解離性基のうち、アルキル基により構成されるものを、以下、便宜上「第3級アルキルエステル型酸解離性基」ということがある。)が挙げられる。
Figure 0007475111000001
[式中、Ra’、Ra’は水素原子またはアルキル基であり、Ra’は炭化水素基であって、Ra’は、Ra’、Ra’のいずれかと結合して環を形成してもよい。]
一般式(a1-r-1)で表される酸解離性基について:
式(a1-r-1)中、Ra’及びRa’のうち、少なくとも一方が水素原子であることが好ましく、両方が水素原子であることがより好ましい。
Ra’又はRa’がアルキル基である場合、該アルキル基としては、上記α置換アクリル酸エステルについての説明で、α位の炭素原子に結合してもよい置換基として挙げたアルキル基と同様のものが挙げられ、炭素数1~5のアルキル基が好ましい。具体的には、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、イソブチル基、tert-ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基などの直鎖状または分岐鎖状のアルキル基が挙げられ、メチル基またはエチル基が好ましく、メチル基が特に好ましい。
式(a1-r-1)中、Ra’の炭化水素基としては、直鎖状、分岐鎖状又は環状のアルキル基が挙げられる。該直鎖状のアルキル基は、炭素数が1~5であることが好ましく、1~4がより好ましく、1または2がさらに好ましい。具体的には、メチル基、エチル基、n-プロピル基、n-ブチル基、n-ペンチル基等が挙げられる。これらの中でも、メチル基、エチル基またはn-ブチル基が好ましく、メチル基またはエチル基がより好ましい。
該分岐鎖状のアルキル基は、炭素数が3~10であることが好ましく、3~5がより好ましい。具体的には、イソプロピル基、イソブチル基、tert-ブチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基等が挙げられ、イソプロピル基であることが最も好ましい。
該環状のアルキル基は、炭素数3~20であることが好ましく、4~12がより好ましい。具体的には、シクロペンタン、シクロヘキサン等のモノシクロアルカンや、アダマンタン、ノルボルナン、イソボルナン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカンなどのポリシクロアルカンから1個以上の水素原子を除いた基などが挙げられる。環状のアルキル基の環を構成する炭素原子の一部が、エーテル性酸素原子(-O-)で置換されていてもよい。
Ra’が、Ra’、Ra’のいずれかと結合して環を形成する場合、該環式基としては、4~7員環が好ましく、4~6員環がより好ましい。該環式基の具体例としては、テトラヒドロピラニル基、テトラヒドロフラニル基等が挙げられる。
Figure 0007475111000002
[式中、Ra’~Ra’はそれぞれ炭化水素基であって、Ra’、Ra’は互いに結合して環を形成してもよい。]
一般式(a1-r-2)で表される酸解離性基について:
式(a1-r-2)中、Ra’~Ra’の炭化水素基としては、前記Ra’と同様のものが挙げられる。
Ra’は炭素数1~5のアルキル基であることが好ましい。Ra’とRa’が互いに結合して環を形成する場合、下記一般式(a1-r2-1)で表される基が挙げられる。一方、Ra’~Ra’が互いに結合せず、独立した炭化水素基である場合、下記一般式(a1-r2-2)で表される基が挙げられる。
Figure 0007475111000003
[式中、Ra’10は炭素数1~10のアルキル基、Ra’11はRa’10が結合した炭素原子と共に脂肪族環式基を形成する基、Ra’12~Ra’14は、それぞれ独立に炭化水素基を示す。]
式(a1-r2-1)中、Ra’10の炭素数1~10のアルキル基のアルキル基は、式(a1-r-1)におけるRa’の直鎖状または分岐鎖状のアルキル基として挙げた基が好ましい。式(a1-r2-1)中、Ra’11が構成する脂肪族環式基は、式(a1-r-1)におけるRa’の環状のアルキル基として挙げた基が好ましい。
式(a1-r2-2)中、Ra’12及びRa’14はそれぞれ独立に炭素数1~10のアルキル基であることが好ましく、該アルキル基は、式(a1-r-1)におけるRa’の直鎖状または分岐鎖状のアルキル基として挙げた基がより好ましく、炭素数1~5の直鎖状アルキル基であることがさらに好ましく、メチル基またはエチル基であることが特に好ましい。
式(a1-r2-2)中、Ra’13は、式(a1-r-1)におけるRa’の炭化水素基として例示された直鎖状、分岐鎖状又は環状のアルキル基であることが好ましい。これらの中でも、Ra’の環状のアルキル基として挙げられた基であることがより好ましい。
前記式(a1-r2-1)の具体例を以下に挙げる。
Figure 0007475111000004
前記式(a1-r2-2)の具体例を以下に挙げる。
Figure 0007475111000005
かかる構成単位(a1)の好ましい具体例としては、下記一般式(a1-1)で表される構成単位が挙げられる。
Figure 0007475111000006
[式中、Rは水素原子、炭素数1~5のアルキル基または炭素数1~5のハロゲン化アルキル基である。Vaはエーテル結合、ウレタン結合、又はアミド結合を有していてもよい2価の炭化水素基であり、na1はそれぞれ独立に0~2であり、Raは上記式(a1-r-1)~(a1-r-2)で表される酸解離性基である。]
前記式(a1-1)中、炭素数1~5のアルキル基は、直鎖状または分岐鎖状が好ましく、具体的には、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、イソブチル基、tert-ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基等が挙げられる。炭素数1~5のハロゲン化アルキル基は、前記炭素数1~5のアルキル基の水素原子の一部または全部がハロゲン原子で置換された基である。該ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられ、特にフッ素原子が好ましい。
Rとしては、水素原子、炭素数1~5のアルキル基または炭素数1~5のフッ素化アルキル基が好ましく、工業上の入手の容易さから、水素原子またはメチル基が最も好ましい。
Vaの2価の炭化水素基は、脂肪族炭化水素基であってもよく、芳香族炭化水素基であってもよい。脂肪族炭化水素基は、芳香族性を持たない炭化水素基を意味する。Vaにおける2価の炭化水素基としての脂肪族炭化水素基は、飽和であってもよく、不飽和であってもよく、通常は飽和であることが好ましい。
前記脂肪族炭化水素基として、より具体的には、直鎖状若しくは分岐鎖状の脂肪族炭化水素基又は構造中に環を含む脂肪族炭化水素基等が挙げられる。
また、Vaとしては、上記2価の炭化水素基がエーテル結合、ウレタン結合、又はアミド結合を介して結合したものが挙げられる。
前記直鎖状または分岐鎖状の脂肪族炭化水素基は、炭素数が1~10であることが好ましく、1~6がより好ましく、1~4がさらに好ましく、1~3が最も好ましい。
直鎖状の脂肪族炭化水素基としては、直鎖状のアルキレン基が好ましく、具体的には、メチレン基[-CH-]、エチレン基[-(CH-]、トリメチレン基[-(CH-]、テトラメチレン基[-(CH-]、ペンタメチレン基[-(CH-]等が挙げられる。
分岐鎖状の脂肪族炭化水素基としては、分岐鎖状のアルキレン基が好ましく、具体的には、-CH(CH)-、-CH(CHCH)-、-C(CH-、-C(CH)(CHCH)-、-C(CH)(CHCHCH)-、-C(CHCH-等のアルキルメチレン基;-CH(CH)CH-、-CH(CH)CH(CH)-、-C(CHCH-、-CH(CHCH)CH-、-C(CHCH-CH-等のアルキルエチレン基;-CH(CH)CHCH-、-CHCH(CH)CH-等のアルキルトリメチレン基;-CH(CH)CHCHCH-、-CHCH(CH)CHCH-等のアルキルテトラメチレン基などのアルキルアルキレン基等が挙げられる。アルキルアルキレン基におけるアルキル基としては、炭素数1~5の直鎖状のアルキル基が好ましい。
前記構造中に環を含む脂肪族炭化水素基としては、脂環式炭化水素基(脂肪族炭化水素環から水素原子を2個除いた基)、脂環式炭化水素基が直鎖状または分岐鎖状の脂肪族炭化水素基の末端に結合した基、脂環式炭化水素基が直鎖状または分岐鎖状の脂肪族炭化水素基の途中に介在する基などが挙げられる。前記直鎖状または分岐鎖状の脂肪族炭化水素基としては前記と同様のものが挙げられる。
前記脂環式炭化水素基は、炭素数が3~20であることが好ましく、3~12であることがより好ましい。
前記脂環式炭化水素基は、多環式であってもよく、単環式であってもよい。単環式の脂環式炭化水素基としては、モノシクロアルカンから2個の水素原子を除いた基が好ましい。該モノシクロアルカンとしては炭素数3~6のものが好ましく、具体的にはシクロペンタン、シクロヘキサン等が挙げられる。多環式の脂環式炭化水素基としては、ポリシクロアルカンから2個の水素原子を除いた基が好ましく、該ポリシクロアルカンとしては炭素数7~12のものが好ましく、具体的にはアダマンタン、ノルボルナン、イソボルナン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカン等が挙げられる。
芳香族炭化水素基は、芳香環を有する炭化水素基である。
前記Vaにおける2価の炭化水素基としての芳香族炭化水素基は、炭素数が3~30であることが好ましく、5~30であることがより好ましく、5~20がさらに好ましく、6~15が特に好ましく、6~10が最も好ましい。ただし、該炭素数には、置換基における炭素数を含まないものとする。
芳香族炭化水素基が有する芳香環として具体的には、ベンゼン、ビフェニル、フルオレン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン等の芳香族炭化水素環;前記芳香族炭化水素環を構成する炭素原子の一部がヘテロ原子で置換された芳香族複素環;等が挙げられる。芳香族複素環におけるヘテロ原子としては、酸素原子、硫黄原子、窒素原子等が挙げられる。
芳香族炭化水素基として具体的には、前記芳香族炭化水素環から水素原子を2つ除いた基(アリーレン基);前記芳香族炭化水素環から水素原子を1つ除いた基(アリール基)の水素原子の1つがアルキレン基で置換された基(たとえば、ベンジル基、フェネチル基、1-ナフチルメチル基、2-ナフチルメチル基、1-ナフチルエチル基、2-ナフチルエチル基等のアリールアルキル基におけるアリール基から水素原子をさらに1つ除いた基);2以上の芳香環を含む芳香族化合物(たとえばビフェニル、フルオレン等)から水素原子を2つ除いた基;等が挙げられる。前記アルキレン基(アリールアルキル基中のアルキル鎖)の炭素数は、1~4であることが好ましく、1~2であることがより好ましく、1であることが特に好ましい。
以下に前記式(a1-1)の具体例を示す。以下の各式中、Rαは水素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。
Figure 0007475111000007
Figure 0007475111000008
Figure 0007475111000009
(P1)成分が有する構成単位(a1)は、1種でもよく2種以上でもよい。
(P1)成分中の構成単位(a1)の割合は、(P1)成分を構成する全構成単位の合計(100モル%)に対して、5~99モル%が好ましく、10~80モル%がより好ましく、15~60モル%がさらに好ましい。
構成単位(a1)の割合を下限値以上とすることによって、容易にレジストパターンを得ることができ、解像力等の特性が向上する。また、上限値以下とすることにより、他の構成単位とのバランスをとることができる。
・構成単位(a0)
構成単位(a0)は、下記一般式(a0-0)で表される構成単位である。
Figure 0007475111000010
[式中、Rは、水素原子、炭素数1~5のアルキル基又は炭素数1~5のハロゲン化アルキル基である。]
前記式(a0-0)中、Rは、水素原子、炭素数1~5のアルキル基又は炭素数1~5のハロゲン化アルキル基である。
における炭素数1~5のアルキル基は、炭素数1~5の直鎖状または分岐鎖状のアルキル基が好ましく、具体的には、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、イソブチル基、tert-ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基等が挙げられる。炭素数1~5のハロゲン化アルキル基は、前記炭素数1~5のアルキル基の水素原子の一部または全部がハロゲン原子で置換された基である。該ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられ、特にフッ素原子が好ましい。
としては、水素原子、炭素数1~5のアルキル基又は炭素数1~5のフッ素化アルキル基が好ましく、工業上の入手の容易さから、水素原子又はメチル基が特に好ましい、すなわち、アクリル酸又はメタクリル酸であることが好ましい。
(P1)成分が有する構成単位(a0)は、1種でもよく2種以上でもよい。
(P1)成分中の構成単位(a0)の割合は、(P1)成分を構成する全構成単位の合計(100モル%)に対して、1~40モル%が好ましく、5~30モル%がより好ましく、10~25モル%がさらに好ましい。
構成単位(a0)の割合を下限値以上とすることによって、感度、残渣低減等の特性が向上する。また、上限値以下とすることにより、他の構成単位とのバランスをとることができる。
・その他構成単位について:
かかる(P1)成分は、構成単位(a1)及び構成単位(a0)に加え、必要に応じてその他構成単位を有するものでもよい。
その他構成単位としては、例えば、エーテル結合を有する重合性化合物から誘導された構成単位が挙げられる。
前記のエーテル結合を有する重合性化合物としては、エーテル結合及びエステル結合を有する(メタ)アクリル酸誘導体等のラジカル重合性化合物を例示することができ、具体例としては、2-メトキシエチル(メタ)アクリレート、2-エトキシエチル(メタ)アクリレート、メトキシトリエチレングリコール(メタ)アクリレート、3-メトキシブチル(メタ)アクリレート、エチルカルビトール(メタ)アクリレート、フェノキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
また、前記のエーテル結合を有する重合性化合物は、好ましくは、2-メトキシエチル(メタ)アクリレート、2-エトキシエチル(メタ)アクリレート、メトキシトリエチレングリコール(メタ)アクリレートである。これらの重合性化合物は、単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
かかる(P1)成分には、さらに、物理的又は化学的特性を適度にコントロールする目的で他の重合性化合物から誘導された構成単位を含めることができる。このような重合性化合物としては、公知のラジカル重合性化合物や、アニオン重合性化合物が挙げられる。このような重合性化合物としては、例えば、クロトン酸等のモノカルボン酸類;マレイン酸、フマル酸、イタコン酸等のジカルボン酸類;2-メタクリロイルオキシエチルコハク酸、2-メタクリロイルオキシエチルマレイン酸、2-メタクリロイルオキシエチルフタル酸、2-メタクリロイルオキシエチルヘキサヒドロフタル酸等のカルボキシル基及びエステル結合を有するメタクリル酸誘導体類;メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸アルキルエステル類;2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルエステル類;フェニル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸アリールエステル類;マレイン酸ジエチル、フマル酸ジブチル等のジカルボン酸ジエステル類;スチレン、α-メチルスチレン、クロロスチレン、クロロメチルスチレン、ビニルトルエン、ヒドロキシスチレン、α-メチルヒドロキシスチレン、α-エチルヒドロキシスチレン等のビニル基含有芳香族化合物類;酢酸ビニル等のビニル基含有脂肪族化合物類;ブタジエン、イソプレン等の共役ジオレフィン類;アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のニトリル基含有重合性化合物類;塩化ビニル、塩化ビニリデン等の塩素含有重合性化合物;アクリルアミド、メタクリルアミド等のアミド結合含有重合性化合物類;等を挙げることができる。
かかる(P1)成分には、さらに、必要に応じて、酸非解離性環式基を含む構成単位(a4)を有してもよい。(P1)成分が構成単位(a4)を有することにより、形成されるレジストパターンのドライエッチング耐性、耐熱性又はメッキ耐性が向上すると考えられる。
構成単位(a4)における「酸非解離性環式基」は、露光により発生した酸が作用しても解離することなくそのまま当該構成単位中に残る環式基である。
構成単位(a4)としては、例えば酸非解離性の脂肪族環式基を含むアクリル酸エステルから誘導される構成単位等が好ましい。該環式基は、レジスト組成物の樹脂成分に用いられるものとして従来から知られている多数のものが使用可能である。
特にトリシクロデシル基、アダマンチル基、テトラシクロドデシル基、イソボルニル基、ノルボルニル基から選ばれる少なくとも1種であると、工業上入手し易いなどの点で好ましい。これらの多環式基は、炭素数1~5の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基を置換基として有していてもよい。
構成単位(a4)として、具体的には、下記一般式(a4-1)~(a4-6)の構造のものを例示することができる。
Figure 0007475111000011
[式中、Rαは前記と同じである。]
(P1)成分が有する構成単位(a4)は、1種であってもよく2種以上であってもよい。
本実施形態のレジスト組成物において、(P1)成分である樹脂成分は、構成単位(a1)と構成単位(a0)とを有する高分子化合物である。
(P1)成分として、好ましくは、構成単位(a1)と構成単位(a0)とエーテル結合を有する重合性化合物から誘導された構成単位とを有する高分子化合物; 構成単位(a1)と構成単位(a0)と(メタ)アクリル酸アルキルエステルから誘導された構成単位とを有する高分子化合物;構成単位(a1)と、構成単位(a0)と、エーテル結合を有する重合性化合物から誘導された構成単位と、(メタ)アクリル酸アルキルエステルから誘導された構成単位と、を有する高分子化合物等が挙げられる。
(P1)成分の質量平均分子量(Mw)(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算基準)は、特に限定されるものではなく、5000~500000が好ましく、10000~400000がより好ましく、20000~300000がさらに好ましい。
(P1)成分のMwがこの範囲の好ましい上限値以下であると、レジストとして用いるのに充分なレジスト溶剤への溶解性があり、この範囲の好ましい下限値以上であると、耐ドライエッチング性やメッキ耐性が良好である。
(P1)成分の分散度(Mw/Mn)は、特に限定されず、1.0~20.0が好ましく、1.0~15.0がより好ましく、1.1~13.5が特に好ましい。なお、Mnは数平均分子量を示す。
≪第2の樹脂成分(P2)≫
本実施形態において、第2の樹脂成分(P2)((P2)成分)には、フェノール性水酸基を含む構成単位(u0)を有する高分子化合物(p20)を用いることができる。
高分子化合物(p20)としては、ノボラック型フェノール樹脂(p21)及びポリヒドロキシスチレン系樹脂(p22)からなる群より選択される少なくとも1種が好適に挙げられる。
ノボラック型フェノール樹脂(p21):
ノボラック型フェノール樹脂(p21)((p21)成分)には、例えば、フェノール性水酸基を有する芳香族化合物(フェノール類)とアルデヒド類とを酸触媒下で付加縮合させることにより得られるものを用いることができる。
上記フェノール類としては、例えば、フェノール、o-クレゾール、m-クレゾール、p-クレゾール、o-エチルフェノール、m-エチルフェノール、p-エチルフェノール、o-ブチルフェノール、m-ブチルフェノール、p-ブチルフェノール、2,3-キシレノール、2,4-キシレノール、2,5-キシレノール、2,6-キシレノール、3,4-キシレノール、3,5-キシレノール、2,3,5-トリメチルフェノール、3,4,5-トリメチルフェノール、p-フェニルフェノール、レゾルシノール、ヒドロキノン、ヒドロキノンモノメチルエーテル、ピロガロール、フロログリシノール、ヒドロキシジフェニル、ビスフェノールA、没食子酸、没食子酸エステル、α-ナフトール、β-ナフトール等が挙げられる。
上記アルデヒド類としては、例えば、ホルムアルデヒド、フルフラール、ベンズアルデヒド、ニトロベンズアルデヒド、アセトアルデヒド等が挙げられる。
付加縮合反応時の酸触媒は、特に限定されず、例えば塩酸、硝酸、硫酸、蟻酸、シュウ酸、酢酸等が使用される。
上記の中でも、(p21)成分は、下記一般式(u21-0)で表される構成単位を有する樹脂が好ましい。
Figure 0007475111000012
[式中、R21は、水素原子又は有機基である。na21は、1~3の整数である。]
前記式(u21-0)中、R21は、水素原子又は有機基である。R21における有機基は、付加縮合で用いられるアルデヒド類に由来する。中でも、R21は、水素原子(ホルムアルデヒド由来)が好ましい。
a21は、1~3の整数であり、好ましくは1又は3、より好ましくは1である。
(p21)成分の重量平均分子量は、1000~50000であることが好ましい。
ポリヒドロキシスチレン系樹脂(p22):
ポリヒドロキシスチレン系樹脂(p22)((p22)成分)には、例えば、下記一般式(u22-0)で表される構成単位を有する樹脂を用いることができる。
Figure 0007475111000013
[式中、R22は、水素原子、炭素数1~5のアルキル基又は炭素数1~5のハロゲン化アルキル基である。Va22は、2価の連結基又は単結合である。Wa22は、(na22+1)価の芳香族炭化水素基である。na22は、1~3の整数である。]
前記式(u22-0)中、R22の炭素数1~5のアルキル基は、炭素数1~5の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基が好ましく、具体的には、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、イソブチル基、tert-ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基等が挙げられる。R22の炭素数1~5のハロゲン化アルキル基は、前記炭素数1~5のアルキル基の水素原子の一部又は全部がハロゲン原子で置換された基である。該ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられ、特にフッ素原子が好ましい。
22としては、水素原子、炭素数1~5のアルキル基又は炭素数1~5のフッ素化アルキル基が好ましく、工業上の入手の容易さから、水素原子又はメチル基が最も好ましい。
前記式(u22-0)中、Va22における2価の連結基としては、例えば、置換基を有していてもよい2価の炭化水素基、ヘテロ原子を含む2価の連結基が好適なものとして挙げられる。
・置換基を有していてもよい2価の炭化水素基:
Va22が置換基を有していてもよい2価の炭化水素基である場合、該炭化水素基は、脂肪族炭化水素基であってもよく、芳香族炭化水素基であってもよい。
・・Va22における脂肪族炭化水素基
該脂肪族炭化水素基は、芳香族性を持たない炭化水素基を意味する。該脂肪族炭化水素基は、飽和であってもよく不飽和であってもよく、通常は飽和であることが好ましい。
前記脂肪族炭化水素基としては、直鎖状若しくは分岐鎖状の脂肪族炭化水素基、又は構造中に環を含む脂肪族炭化水素基等が挙げられる。
・・・直鎖状若しくは分岐鎖状の脂肪族炭化水素基
該直鎖状の脂肪族炭化水素基は、炭素数が1~10であることが好ましく、炭素数1~6がより好ましく、炭素数1~4がさらに好ましく、炭素数1~3が最も好ましい。
直鎖状の脂肪族炭化水素基としては、直鎖状のアルキレン基が好ましく、具体的には、メチレン基[-CH-]、エチレン基[-(CH-]、トリメチレン基[-(CH-]、テトラメチレン基[-(CH-]、ペンタメチレン基[-(CH-]等が挙げられる。
該分岐鎖状の脂肪族炭化水素基は、炭素数が2~10であることが好ましく、炭素数3~6がより好ましく、炭素数3又は4がさらに好ましく、炭素数3が最も好ましい。
分岐鎖状の脂肪族炭化水素基としては、分岐鎖状のアルキレン基が好ましく、具体的には、-CH(CH)-、-CH(CHCH)-、-C(CH-、-C(CH)(CHCH)-、-C(CH)(CHCHCH)-、-C(CHCH-等のアルキルメチレン基;-CH(CH)CH-、-CH(CH)CH(CH)-、-C(CHCH-、-CH(CHCH)CH-、-C(CHCH-CH-等のアルキルエチレン基;-CH(CH)CHCH-、-CHCH(CH)CH-等のアルキルトリメチレン基;-CH(CH)CHCHCH-、-CHCH(CH)CHCH-等のアルキルテトラメチレン基などのアルキルアルキレン基等が挙げられる。アルキルアルキレン基におけるアルキル基としては、炭素数1~5の直鎖状のアルキル基が好ましい。
前記の直鎖状又は分岐鎖状の脂肪族炭化水素基は、置換基を有していてもよく、有していなくてもよい。該置換基としては、フッ素原子、フッ素原子で置換された炭素数1~5のフッ素化アルキル基、カルボニル基等が挙げられる。
・・・構造中に環を含む脂肪族炭化水素基
該構造中に環を含む脂肪族炭化水素基としては、環構造中にヘテロ原子を含む置換基を含んでもよい環状の脂肪族炭化水素基(脂肪族炭化水素環から水素原子2個を除いた基)、前記環状の脂肪族炭化水素基が直鎖状又は分岐鎖状の脂肪族炭化水素基の末端に結合した基、前記環状の脂肪族炭化水素基が直鎖状又は分岐鎖状の脂肪族炭化水素基の途中に介在する基などが挙げられる。前記の直鎖状又は分岐鎖状の脂肪族炭化水素基としては前記と同様のものが挙げられる。
環状の脂肪族炭化水素基は、炭素数が3~20であることが好ましく、炭素数3~12であることがより好ましい。
環状の脂肪族炭化水素基は、多環式基であってもよく、単環式基であってもよい。単環式の脂環式炭化水素基としては、モノシクロアルカンから2個の水素原子を除いた基が好ましい。該モノシクロアルカンとしては、炭素数3~6のものが好ましく、具体的にはシクロペンタン、シクロヘキサン等が挙げられる。多環式の脂環式炭化水素基としては、ポリシクロアルカンから2個の水素原子を除いた基が好ましく、該ポリシクロアルカンとしては、炭素数7~12のものが好ましく、具体的にはアダマンタン、ノルボルナン、イソボルナン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカン等が挙げられる。
環状の脂肪族炭化水素基は、置換基を有していてもよいし、有していなくてもよい。該置換基としては、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、水酸基、カルボニル基等が挙げられる。
前記置換基としてのアルキル基としては、炭素数1~5のアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基、n-ブチル基、tert-ブチル基であることが最も好ましい。
前記置換基としてのアルコキシ基としては、炭素数1~5のアルコキシ基が好ましく、メトキシ基、エトキシ基、n-プロポキシ基、iso-プロポキシ基、n-ブトキシ基、tert-ブトキシ基がより好ましく、メトキシ基、エトキシ基が最も好ましい。
前記置換基としてのハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられ、フッ素原子が好ましい。
前記置換基としてのハロゲン化アルキル基としては、前記アルキル基の水素原子の一部又は全部が前記ハロゲン原子で置換された基が挙げられる。
環状の脂肪族炭化水素基は、その環構造を構成する炭素原子の一部がヘテロ原子を含む置換基で置換されてもよい。該ヘテロ原子を含む置換基としては、-O-、-C(=O)-O-、-S-、-S(=O)-、-S(=O)-O-が好ましい。
・・Va22における芳香族炭化水素基
該芳香族炭化水素基は、芳香環を少なくとも1つ有する炭化水素基である。
この芳香環は、4n+2個のπ電子をもつ環状共役系であれば特に限定されず、単環式でも多環式でもよい。芳香環の炭素数は5~30であることが好ましく、炭素数5~20がより好ましく、炭素数6~15がさらに好ましく、炭素数6~12が特に好ましい。ただし、該炭素数には、置換基における炭素数を含まないものとする。芳香環として具体的には、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン等の芳香族炭化水素環;前記芳香族炭化水素環を構成する炭素原子の一部がヘテロ原子で置換された芳香族複素環等が挙げられる。芳香族複素環におけるヘテロ原子としては、酸素原子、硫黄原子、窒素原子等が挙げられる。芳香族複素環として具体的には、ピリジン環、チオフェン環等が挙げられる。
芳香族炭化水素基として具体的には、前記芳香族炭化水素環又は芳香族複素環から水素原子2つを除いた基(アリーレン基又はヘテロアリーレン基);2以上の芳香環を含む芳香族化合物(例えばビフェニル、フルオレン等)から水素原子2つを除いた基;前記芳香族炭化水素環又は芳香族複素環から水素原子1つを除いた基(アリール基又はヘテロアリール基)の水素原子の1つがアルキレン基で置換された基(例えば、ベンジル基、フェネチル基、1-ナフチルメチル基、2-ナフチルメチル基、1-ナフチルエチル基、2-ナフチルエチル基等のアリールアルキル基におけるアリール基から水素原子をさらに1つ除いた基)等が挙げられる。前記のアリール基又はヘテロアリール基に結合するアルキレン基の炭素数は、1~4であることが好ましく、炭素数1~2であることがより好ましく、炭素数1であることが特に好ましい。
前記芳香族炭化水素基は、当該芳香族炭化水素基が有する水素原子が置換基で置換されていてもよい。例えば、当該芳香族炭化水素基中の芳香環に結合した水素原子が置換基で置換されていてもよい。該置換基としては、例えば、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、水酸基等が挙げられる。
前記置換基としてのアルキル基としては、炭素数1~5のアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基、n-ブチル基、tert-ブチル基であることが最も好ましい。
前記置換基としてのアルコキシ基、ハロゲン原子及びハロゲン化アルキル基としては、前記環状の脂肪族炭化水素基が有する水素原子を置換する置換基として例示したものが挙げられる。
・ヘテロ原子を含む2価の連結基:
Va22がヘテロ原子を含む2価の連結基である場合、該連結基として好ましいものとして、-O-、-C(=O)-O-、-C(=O)-、-O-C(=O)-O-、-C(=O)-NH-、-NH-、-NH-C(=NH)-(Hはアルキル基、アシル基等の置換基で置換されていてもよい。)、-S-、-S(=O)-、-S(=O)-O-、一般式-Y21-O-Y22-、-Y21-O-、-Y21-C(=O)-O-、-C(=O)-O-Y21-、-[Y21-C(=O)-O]m”-Y22-、-Y21-O-C(=O)-Y22-または-Y21-S(=O)-O-Y22-で表される基[式中、Y21およびY22はそれぞれ独立して置換基を有していてもよい2価の炭化水素基であり、Oは酸素原子であり、m”は0~3の整数である。]等が挙げられる。
前記のへテロ原子を含む2価の連結基が-C(=O)-NH-、-C(=O)-NH-C(=O)-、-NH-、-NH-C(=NH)-の場合、そのHはアルキル基、アシル等の置換基で置換されていてもよい。該置換基(アルキル基、アシル基等)は、炭素数が1~10であることが好ましく、1~8であることがさらに好ましく、1~5であることが特に好ましい。
一般式-Y21-O-Y22-、-Y21-O-、-Y21-C(=O)-O-、-C(=O)-O-Y21-、-[Y21-C(=O)-O]m”-Y22-、-Y21-O-C(=O)-Y22-または-Y21-S(=O)-O-Y22-中、Y21およびY22は、それぞれ独立して、置換基を有していてもよい2価の炭化水素基である。該2価の炭化水素基としては、前記2価の連結基としての説明で挙げた(置換基を有していてもよい2価の炭化水素基)と同様のものが挙げられる。
21としては、直鎖状の脂肪族炭化水素基が好ましく、直鎖状のアルキレン基がより好ましく、炭素数1~5の直鎖状のアルキレン基がさらに好ましく、メチレン基又はエチレン基が特に好ましい。
22としては、直鎖状又は分岐鎖状の脂肪族炭化水素基が好ましく、メチレン基、エチレン基又はアルキルメチレン基がより好ましい。該アルキルメチレン基におけるアルキル基は、炭素数1~5の直鎖状のアルキル基が好ましく、炭素数1~3の直鎖状のアルキル基がより好ましく、メチル基が最も好ましい。
式-[Y21-C(=O)-O]m”-Y22-で表される基において、m”は0~3の整数であり、0~2の整数であることが好ましく、0又は1がより好ましく、1が特に好ましい。つまり、式-[Y21-C(=O)-O]m”-Y22-で表される基としては、式-Y21-C(=O)-O-Y22-で表される基が特に好ましい。中でも、式-(CHa’-C(=O)-O-(CHb’-で表される基が好ましい。該式中、a’は、1~10の整数であり、1~8の整数が好ましく、1~5の整数がより好ましく、1又は2がさらに好ましく、1が最も好ましい。b’は、1~10の整数であり、1~8の整数が好ましく、1~5の整数がより好ましく、1又は2がさらに好ましく、1が最も好ましい。
Va22としては、単結合、エステル結合[-C(=O)-O-]、エーテル結合(-O-)、-C(=O)-NH-、直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキレン基、又はこれらの組合せであることが好ましく、中でも単結合が特により好ましい。
前記式(u22-0)中、Wa22における芳香族炭化水素基としては、芳香環から(na22+1)個の水素原子を除いた基が挙げられる。ここでの芳香環は、4n+2個のπ電子をもつ環状共役系であれば特に限定されず、単環式でも多環式でもよい。芳香環の炭素数は5~30であることが好ましく、炭素数5~20がより好ましく、炭素数6~15がさらに好ましく、炭素数6~12が特に好ましい。芳香環として具体的には、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン等の芳香族炭化水素環;前記芳香族炭化水素環を構成する炭素原子の一部がヘテロ原子で置換された芳香族複素環等が挙げられる。芳香族複素環におけるヘテロ原子としては、酸素原子、硫黄原子、窒素原子等が挙げられる。芳香族複素環として具体的には、ピリジン環、チオフェン環等が挙げられる。
前記式(u22-0)中、na22は、1~3の整数であり、1又は2が好ましく、1がより好ましい。
以下に、前記一般式(u22-0)で表される構成単位の具体例を示す。
下記の式中、Rαは、水素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基を示す。
Figure 0007475111000014
(p22)成分が有する、一般式(u22-0)で表される構成単位は、1種であってもよく2種以上であってもよい。
(p22)成分中、一般式(u22-0)で表される構成単位の割合は、該(p22)成分を構成する全構成単位の合計(100モル%)に対して、例えば、40~100モル%が好ましく、50~100モル%がより好ましく、60~100モル%が特に好ましい。
一般式(u22-0)で表される構成単位の割合を、前記の好ましい範囲内とすることにより、感度、残渣低減等の特性が向上する。
(p22)成分は、一般式(u22-0)で表される構成単位以外に、スチレン等の重合性化合物から誘導されたその他構成単位を有していてもよい。かかる重合性化合物としては、例えば、スチレン、クロロスチレン、クロロメチルスチレン、ビニルトルエン、α-メチルスチレン;メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸アルキルエステル等が挙げられる。
(p22)成分の重量平均分子量は、1000~50000であることが好ましい。
本実施形態のレジストパターン形成方法で用いられるレジスト組成物において、(P)成分は、(P1)成分及び(P2)成分以外の樹脂を含んでもよい。
上述したように、実施形態のレジスト組成物に用いる樹脂成分((P)成分)は、第1の樹脂成分(P1)と第2の樹脂成分(P2)とを含む。
前記第1の樹脂成分(P1)は、α位の炭素原子に結合した水素原子が置換基で置換されていてもよいアクリル酸エステルから誘導される構成単位であって、酸の作用により極性が増大する酸分解性基を含む構成単位(a1)と、α位の炭素原子に結合した水素原子が置換基で置換されていてもよいアクリル酸から誘導される構成単位(a0)とを併有する高分子化合物(p10)であり、前記第2の樹脂成分(P2)は、フェノール性水酸基を含む構成単位(u0)を有する高分子化合物(p20)であり、前記第1の樹脂成分(P1)のアルカリ現像液に対する溶解速度をDRP1、前記第2の樹脂成分(P2)のアルカリ現像液に対する溶解速度をDRP2、前記第1の樹脂成分(P1)と前記第2の樹脂成分(P2)との混合樹脂のアルカリ現像液に対する溶解速度をDRMIXとした場合、
DRMIX<DRP1、かつ、DRMIX<DRP2
の関係を満たすものであることが好ましい。
前記レジスト組成物に含まれる(P1)成分の含有割合は、樹脂の種類に応じて適宜決定すればよく、例えば、(P1)成分と(P2)成分との合計100質量部に対して、10~70質量部であることが好ましく、20~50質量部であることがより好ましく、30~40質量部であることが特に好ましい。
かかる(P1)成分の含有割合が、前記の好ましい範囲内であれば、レジストパターン形成の際、現像膜減りを抑えられやすく、また、残渣を生じにくくしやすい。
また、前記高分子化合物(p10)は、従来、単独でレジスト組成物として用いた場合は、未露光部での難溶化が困難なアルカリ現像液に対する溶解速度を取ることができる。具体的には、アルカリ現像液に対する溶解速度が10nm/秒以上であることが好ましく、10~100nm/秒であることがより好ましい。(p10)成分のアルカリ現像液に対する溶解速度が、前記の好ましい範囲の下限値以上であれば、露光後、露光部でのさらなる溶解速度向上が図れるため、残渣を生じにくいと共に、感度を高められやすくなる。
また、前記高分子化合物(p20)は、アルカリ現像液に対する溶解速度が5nm/秒以上であることが好ましく、5~200nm/秒であることがより好ましい。(p20)成分のアルカリ現像液に対する溶解速度が、前記の好ましい範囲の下限値以上であれば、残渣を生じにくいと共に、感度を高められやすくなる。
また、(P1)成分と(P2)成分との混合樹脂のアルカリ現像液に対する溶解速度DRMIXは、0nm/秒を超えて35nm/秒以下であることが好ましく、0nm/秒を超えて20nm/秒以下であることがより好ましく、0nm/秒を超えて10nm/秒以下であることが特に好ましい。
混合樹脂のアルカリ現像液に対する溶解速度DRMIXが、前記の好ましい範囲であれば、現像膜減りが抑制され、良好な残膜のパターンが得られやすくなる。
≪(B)成分:酸発生剤成分≫
(B)成分としては、特に限定されず、これまで化学増幅型レジスト組成物用の酸発生剤として提案されているものを用いることができる。
このような酸発生剤としては、ヨードニウム塩やスルホニウム塩などのオニウム塩系酸発生剤、オキシムスルホネート系酸発生剤;ビスアルキル又はビスアリールスルホニルジアゾメタン類、ポリ(ビススルホニル)ジアゾメタン類などのジアゾメタン系酸発生剤;ニトロベンジルスルホネート系酸発生剤、イミノスルホネート系酸発生剤、ジスルホン系酸発生剤など多種のものが挙げられる。
オニウム塩系酸発生剤としては、例えば、下記の一般式(ca-1)~(ca-5)でそれぞれ表される有機カチオンをカチオン部に有するオニウム塩が挙げられる。
Figure 0007475111000015
[式中、R201~R207、およびR211~R212は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよいアリール基、ヘテロアリール基、アルキル基またはアルケニル基を表す。R201~R203、R206~R207、R211~R212は、相互に結合して、式中のイオウ原子と共に環を形成してもよい。R208~R209は、それぞれ独立に、水素原子または炭素数1~5のアルキル基を表す。R210は、置換基を有していてもよいアリール基、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルケニル基、又は置換基を有していてもよい-SO-含有環式基である。L201は、-C(=O)-または-C(=O)-O-を表す。Y201は、それぞれ独立に、アリーレン基、アルキレン基またはアルケニレン基を表す。xは、1または2である。W201は、(x+1)価の連結基を表す。]
201~R207、およびR211~R212におけるアリール基としては、炭素数6~20の無置換のアリール基が挙げられ、フェニル基、ナフチル基が好ましい。
201~R207、およびR211~R212におけるヘテロアリール基としては、前記アリール基を構成する炭素原子の一部がヘテロ原子で置換されたものが挙げられる。ヘテロ原子としては、酸素原子、硫黄原子、窒素原子等が挙げられる。このヘテロアリール基として、9H-チオキサンテンから水素原子を1つ除いた基;置換ヘテロアリール基として、9H-チオキサンテン-9-オンから水素原子を1つ除いた基などが挙げられる。
201~R207、およびR211~R212におけるアルキル基としては、鎖状又は環状のアルキル基であって、炭素数1~30のものが好ましい。
201~R207、およびR211~R212におけるアルケニル基としては、炭素数が2~10であることが好ましい。
201~R207、およびR210~R212が有していてもよい置換基としては、例えば、アルキル基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、カルボニル基、シアノ基、アミノ基、オキソ基(=O)、アリール基、下記式(ca-r-1)~(ca-r-10)でそれぞれ表される基が挙げられる。
Figure 0007475111000016
[式中、R’201は、それぞれ独立に、水素原子、置換基を有していてもよい環式基、置換基を有していてもよい鎖状のアルキル基、又は置換基を有していてもよい鎖状のアルケニル基である。]
前記の式(ca-r-1)~(ca-r-10)中、R’201は、それぞれ独立に、水素原子、置換基を有していてもよい環式基、置換基を有していてもよい鎖状のアルキル基、又は置換基を有していてもよい鎖状のアルケニル基である。
置換基を有していてもよい環式基:
該環式基は、環状の炭化水素基であることが好ましく、該環状の炭化水素基は、芳香族炭化水素基であってもよく、環状の脂肪族炭化水素基であってもよい。脂肪族炭化水素基は、芳香族性を持たない炭化水素基を意味する。また、脂肪族炭化水素基は、飽和であってもよく、不飽和であってもよく、通常は飽和であることが好ましい。
R’201における芳香族炭化水素基は、芳香環を有する炭化水素基である。該芳香族炭化水素基の炭素数は3~30であることが好ましく、5~30であることがより好ましく、5~20がさらに好ましく、6~15が特に好ましく、6~10が最も好ましい。ただし、該炭素数には、置換基における炭素数を含まないものとする。
R’201における芳香族炭化水素基が有する芳香環として具体的には、ベンゼン、フルオレン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ビフェニル、もしくはこれらの芳香環を構成する炭素原子の一部がヘテロ原子で置換された芳香族複素環、又は、これらの芳香環もしくは芳香族複素環を構成する水素原子の一部がオキソ基などで置換された環が挙げられる。芳香族複素環におけるヘテロ原子としては、酸素原子、硫黄原子、窒素原子等が挙げられる。
R’201における芳香族炭化水素基として具体的には、前記芳香環から水素原子を1つ除いた基(アリール基:たとえば、フェニル基、ナフチル基、アントラセニル基など)、前記芳香環の水素原子の1つがアルキレン基で置換された基(たとえば、ベンジル基、フェネチル基、1-ナフチルメチル基、2-ナフチルメチル基、1-ナフチルエチル基、2-ナフチルエチル基等のアリールアルキル基など)、前記芳香環を構成する水素原子の一部がオキソ基などで置換された環(たとえばアントラキノン等)から水素原子を1つ除いた基、芳香族複素環(たとえば9H-チオキサンテン、9H-チオキサンテン-9-オンなど)から水素原子を1つ除いた基等が挙げられる。前記アルキレン基(アリールアルキル基中のアルキル鎖)の炭素数は、1~4であることが好ましく、1~2であることがより好ましく、1であることが特に好ましい。
R’201における環状の脂肪族炭化水素基は、構造中に環を含む脂肪族炭化水素基が挙げられる。
この構造中に環を含む脂肪族炭化水素基としては、脂環式炭化水素基(脂肪族炭化水素環から水素原子を1個除いた基)、脂環式炭化水素基が直鎖状または分岐鎖状の脂肪族炭化水素基の末端に結合した基、脂環式炭化水素基が直鎖状または分岐鎖状の脂肪族炭化水素基の途中に介在する基などが挙げられる。
前記脂環式炭化水素基は、炭素数が3~20であることが好ましく、3~12であることがより好ましい。
前記脂環式炭化水素基は、多環式基であってもよく、単環式基であってもよい。単環式の脂環式炭化水素基としては、モノシクロアルカンから1個以上の水素原子を除いた基が好ましい。該モノシクロアルカンとしては、炭素数3~6のものが好ましく、具体的にはシクロペンタン、シクロヘキサン等が挙げられる。多環式の脂環式炭化水素基としては、ポリシクロアルカンから1個以上の水素原子を除いた基が好ましく、該ポリシクロアルカンとしては、炭素数7~30のものが好ましい。中でも、該ポリシクロアルカンとしては、アダマンタン、ノルボルナン、イソボルナン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカン等の架橋環系の多環式骨格を有するポリシクロアルカン;ステロイド骨格を有する環式基等の縮合環系の多環式骨格を有するポリシクロアルカンがより好ましい。
なかでも、R’201における環状の脂肪族炭化水素基としては、モノシクロアルカンまたはポリシクロアルカンから水素原子を1つ以上除いた基が好ましく、ポリシクロアルカンから水素原子を1つ除いた基がより好ましく、アダマンチル基、ノルボルニル基が特に好ましく、アダマンチル基が最も好ましい。
脂環式炭化水素基に結合してもよい、直鎖状または分岐鎖状の脂肪族炭化水素基は、炭素数が1~10であることが好ましく、1~6がより好ましく、1~4がさらに好ましく、1~3が最も好ましい。
直鎖状の脂肪族炭化水素基としては、直鎖状のアルキレン基が好ましく、具体的には、メチレン基[-CH-]、エチレン基[-(CH-]、トリメチレン基[-(CH-]、テトラメチレン基[-(CH-]、ペンタメチレン基[-(CH-]等が挙げられる。
分岐鎖状の脂肪族炭化水素基としては、分岐鎖状のアルキレン基が好ましく、具体的には、-CH(CH)-、-CH(CHCH)-、-C(CH-、-C(CH)(CHCH)-、-C(CH)(CHCHCH)-、-C(CHCH-等のアルキルメチレン基;-CH(CH)CH-、-CH(CH)CH(CH)-、-C(CHCH-、-CH(CHCH)CH-、-C(CHCH-CH-等のアルキルエチレン基;-CH(CH)CHCH-、-CHCH(CH)CH-等のアルキルトリメチレン基;-CH(CH)CHCHCH-、-CHCH(CH)CHCH-等のアルキルテトラメチレン基などのアルキルアルキレン基等が挙げられる。アルキルアルキレン基におけるアルキル基としては、炭素数1~5の直鎖状のアルキル基が好ましい。
置換基を有していてもよい鎖状のアルキル基:
R’201の鎖状のアルキル基としては、直鎖状又は分岐鎖状のいずれでもよい。
直鎖状のアルキル基としては、炭素数が1~20であることが好ましく、1~15であることがより好ましく、1~10が最も好ましい。具体的には、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デカニル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、イソトリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、イソヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基、イコシル基、ヘンイコシル基、ドコシル基等が挙げられる。
分岐鎖状のアルキル基としては、炭素数が3~20であることが好ましく、3~15であることがより好ましく、3~10が最も好ましい。具体的には、例えば、1-メチルエチル基、1-メチルプロピル基、2-メチルプロピル基、1-メチルブチル基、2-メチルブチル基、3-メチルブチル基、1-エチルブチル基、2-エチルブチル基、1-メチルペンチル基、2-メチルペンチル基、3-メチルペンチル基、4-メチルペンチル基などが挙げられる。
置換基を有していてもよい鎖状のアルケニル基:
R’201の鎖状のアルケニル基としては、直鎖状又は分岐鎖状のいずれでもよく、炭素数が2~10であることが好ましく、2~5がより好ましく、2~4がさらに好ましく、3が特に好ましい。直鎖状のアルケニル基としては、例えば、ビニル基、プロペニル基(アリル基)、ブチニル基などが挙げられる。分岐鎖状のアルケニル基としては、例えば、1-メチルビニル基、2-メチルビニル基、1-メチルプロペニル基、2-メチルプロペニル基などが挙げられる。
鎖状のアルケニル基としては、上記の中でも、直鎖状のアルケニル基が好ましく、ビニル基、プロペニル基がより好ましく、ビニル基が特に好ましい。
R’201の環式基、鎖状のアルキル基またはアルケニル基における置換基としては、たとえば、アルコキシ基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、水酸基、カルボニル基、ニトロ基、アミノ基、オキソ基、上記R’201における環式基、アルキルカルボニル基、チエニルカルボニル基等が挙げられる。
なかでも、R’201は、置換基を有していてもよい環式基、置換基を有していてもよい鎖状のアルキル基が好ましい。
201~R203、R206~R207、R211~R212は、相互に結合して式中のイオウ原子と共に環を形成する場合、硫黄原子、酸素原子、窒素原子等のヘテロ原子や、カルボニル基、-SO-、-SO-、-SO-、-COO-、-CONH-または-N(R)-(該Rは炭素数1~5のアルキル基である。)等の官能基を介して結合してもよい。形成される環としては、式中のイオウ原子をその環骨格に含む1つの環が、イオウ原子を含めて、3~10員環であることが好ましく、5~7員環であることが特に好ましい。形成される環の具体例としては、たとえばチオフェン環、チアゾール環、ベンゾチオフェン環、チアントレン環、ベンゾチオフェン環、ジベンゾチオフェン環、9H-チオキサンテン環、チオキサントン環、チアントレン環、フェノキサチイン環、テトラヒドロチオフェニウム環、テトラヒドロチオピラニウム環等が挙げられる。
前記式(ca-3)中、R208~R209は、それぞれ独立に、水素原子または炭素数1~5のアルキル基を表し、水素原子又は炭素数1~3のアルキル基が好ましく、アルキル基となる場合、相互に結合して環を形成してもよい。
前記式(ca-3)中、R210は、置換基を有していてもよいアリール基、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルケニル基、又は置換基を有していてもよい-SO-含有環式基である。
210におけるアリール基としては、炭素数6~20の無置換のアリール基が挙げられ、フェニル基、ナフチル基が好ましい。
210におけるアルキル基としては、鎖状又は環状のアルキル基であって、炭素数1~30のものが好ましい。
210におけるアルケニル基としては、炭素数が2~10であることが好ましい。
前記の式(ca-4)、式(ca-5)中、Y201は、それぞれ独立に、アリーレン基、アルキレン基又はアルケニレン基を表す。
201におけるアリーレン基は、R’201における芳香族炭化水素基として例示したアリール基から水素原子を1つ除いた基が挙げられる。
201におけるアルキレン基、アルケニレン基は、R’201における鎖状のアルキル基、鎖状のアルケニル基として例示した基から水素原子を1つ除いた基が挙げられる。
前記の式(ca-4)、式(ca-5)中、xは、1または2である。
201は、(x+1)価、すなわち2価または3価の連結基である。
201における2価の連結基としては、置換基を有していてもよい2価の炭化水素基が好ましく、上記式(u22-0)中のVa22で例示した、置換基を有していてもよい2価の炭化水素基と同様の基が好ましい。W201における2価の連結基は、直鎖状、分岐鎖状、環状のいずれであってもよく、環状であることが好ましい。なかでも、アリーレン基の両端に2個のカルボニル基が組み合わされた基、又はアリーレン基のみからなる基が好ましい。アリーレン基としては、フェニレン基、ナフチレン基等が挙げられ、フェニレン基が特に好ましい。
201における3価の連結基としては、前記W201における2価の連結基から水素原子を1個除いた基、前記2価の連結基にさらに前記2価の連結基が結合した基などが挙げられる。W201における3価の連結基としては、アリーレン基に2個のカルボニル基が結合した基が好ましい。
前記式(ca-1)で表される好適なカチオンとして具体的には、下記式(ca-1-1)~(ca-1-24)でそれぞれ表されるカチオンが挙げられる。
Figure 0007475111000017
Figure 0007475111000018
[式中、R”201は、水素原子又は置換基である。該置換基としては、前記R201~R207及びR210~R212が有していてもよい置換基として挙げたものと同様である。]
また、前記式(ca-1)で表されるカチオンとしては、下記一般式(ca-1-25)~(ca-1-35)でそれぞれ表されるカチオンも好ましい。
Figure 0007475111000019
Figure 0007475111000020
[式中、R’211はアルキル基である。Rhalは、水素原子又はハロゲン原子である。]
また、前記式(ca-1)で表されるカチオンとしては、下記化学式(ca-1-36)~(ca-1-46)でそれぞれ表されるカチオンも好ましい。
Figure 0007475111000021
前記式(ca-2)で表される好適なカチオンとして具体的には、ジフェニルヨードニウムカチオン、ビス(4-tert-ブチルフェニル)ヨードニウムカチオン等が挙げられる。
前記式(ca-4)で表される好適なカチオンとして具体的には、下記式(ca-4-1)~(ca-4-2)でそれぞれ表されるカチオンが挙げられる。
Figure 0007475111000022
また、前記式(ca-5)で表されるカチオンとしては、下記一般式(ca-5-1)~(ca-5-3)でそれぞれ表されるカチオンも好ましい。
Figure 0007475111000023
[式中、R’212はアルキル基又は水素原子である。R’211はアルキル基である。]
上記の中でも、カチオン部は、一般式(ca-1)で表されるカチオンが好ましく、式(ca-1-1)~(ca-1-46)でそれぞれ表されるカチオンがより好ましい。
上記オニウム塩系酸発生剤は、例えば、下記の一般式(b-an1)で表されるアニオン、一般式(b-an2)で表されるアニオン、又は一般式(b-1)~(b-3)でそれぞれ表されるアニオンをアニオン部に有するオニウム塩が挙げられる。
Figure 0007475111000024
[式中、R11~R14はそれぞれ独立にフッ素原子、置換基を有していてもよいアルキル基、またはアリール基である。]
上記一般式(b-an1)中、R11~R14におけるアルキル基としては、炭素数1~20のアルキルが好ましく、前記式(a1-r-1)のRa’と同様の鎖状又は環状のアルキル基が挙げられる。
11~R14におけ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い。
11~R14がアルキル基又はアリール基である場合に有していてもよい置換基としては、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、水酸基、カルボニル基等が挙げられる。なお、アルキルチオ基としては炭素数1~4のものが挙げられる。中でもハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基が好ましい。
上記一般式(b-an1)中、R11~R14について好ましくは、フッ素原子、フッ素化アルキル基、又は下記一般式(b-an1’)で表される基であることが好ましい。
Figure 0007475111000025
[式中、R’11~R’15はそれぞれ独立に水素原子、フッ素原子、トリフルオロメチル基、炭素数1~4のアルキル基、アルコキシ基若しくはアルキルチオ基である。]
前記一般式中、炭素数1~4のアルキル基は、具体的には、メチル基、エチル基、n-プロピル基、n-ブチル基等が挙げられる。これらの中でも、メチル基、エチル基またはn-ブチル基が好ましく、メチル基またはエチル基がより好ましい。
前記一般式中、炭素数1~4のアルコキシ基は、具体的には、メトキシ基、エトキシ基、n-プロポキシ基、iso-プロポキシ基、n-ブトキシ基、tert-ブトキシ基が好ましく、メトキシ基、エトキシ基がより好ましい。
前記一般式中、炭素数1~4のアルキルチオ基としては、メチルチオ基、エチルチオ基、n-プロピルチオ基、iso-プロピルチオ基、n-ブチルチオ基、tert-ブチルチオ基が好ましく、メチルチオ基、エチルチオ基がより好ましい。
上記一般式(b-an1)で表されるアニオン部の好ましい具体例としては、テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート([B(C)、テトラキス[(トリフルオロメチル)フェニル]ボレート([B(CCF)、ジフルオロビス(ペンタフルオロフェニル)ボレート([(CBF)、トリフルオロ(ペンタフルオロフェニル)ボレート([(C)BF)、テトラキス(ジフルオロフェニル)ボレート([B(C)等が挙げられる。これらの中でも、テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート([B(C)が特に好ましい。
の対アニオンはハロゲンアニオン、リン酸アニオン、アンチモン酸アニオン(SbF )、砒素酸アニオン(AsF )であってもよい。ハロゲンアニオンとしては、塩素や臭素が挙げられ、リン酸アニオンとしては、PF や下記一般式(b-an2)で表されるアニオンが挙げられる。
Figure 0007475111000026
[式中、R15はそれぞれ独立に炭素数1~8のフッ素化アルキル基である。qは1~6である。]
前記一般式(b-an2)中、炭素数1~8のフッ素化アルキル基の具体例としては、CF、CFCF、(CFCF、CFCFCF、CFCFCFCF、(CFCFCF、CFCF(CF)CF、C(CFが挙げられる。
Figure 0007475111000027
[式中、R101、R104~R108はそれぞれ独立に置換基を有していてもよい環式基、置換基を有していてもよい鎖状のアルキル基、または置換基を有していてもよい鎖状のアルケニル基である。R104、R105は、相互に結合して環を形成していてもよい。R106~R107のいずれか2つは、相互に結合して環を形成していてもよい。R102はフッ素原子または炭素数1~5のフッ素化アルキル基である。Y101は単結合または酸素原子を含む2価の連結基である。V101~V103はそれぞれ独立に単結合、アルキレン基、またはフッ素化アルキレン基である。L101~L102はそれぞれ独立に単結合または酸素原子である。L103~L105はそれぞれ独立に単結合、-CO-又は-SO-である。]
{アニオン部}
・(b-1)成分のアニオン部
式(b-1)中、R101は、置換基を有していてもよい環式基、置換基を有していてもよい鎖状のアルキル基、または置換基を有していてもよい鎖状のアルケニル基である。
(置換基を有していてもよい環式基)
前記環式基は、環状の炭化水素基であることが好ましく、該環状の炭化水素基は、芳香族炭化水素基であってもよく、脂肪族炭化水素基であってもよい。
101における芳香族炭化水素基は、前記式(a1-1)のVaにおける2価の芳香族炭化水素基で挙げた芳香族炭化水素環、または2以上の芳香環を含む芳香族化合物から水素原子を1つ除いたアリール基が挙げられ、フェニル基、ナフチル基が好ましい。
101における環状の脂肪族炭化水素基は、前記式(a1-1)のVaにおける2価の脂肪族炭化水素基で挙げたモノシクロアルカンまたはポリシクロアルカンから水素原子を1つ除いた基が挙げられ、アダマンチル基、ノルボルニル基が好ましい。
また、R101における環状の炭化水素基は、複素環等のようにヘテロ原子を含んでもよく、具体的には下記一般式(a2-r-1)~(a2-r-7)でそれぞれ表されるラクトン含有環式基、下記一般式(a5-r-1)~(a5-r-4)でそれぞれ表される-SO-含有環式基、下記化学式(r-ar-1)~(r-ar-8)でそれぞれ表される置換アリール基、下記化学式(r-hr-1)~(r-hr-16)でそれぞれ表される1価の複素環式基が挙げられる。
Figure 0007475111000028
「ラクトン含有環式基」とは、その環骨格中に-O-C(=O)-を含む環(ラクトン環)を含有する環式基を示す。ラクトン環をひとつ目の環として数え、ラクトン環のみの場合は単環式基、さらに他の環構造を有する場合は、その構造に関わらず多環式基と称する。ラクトン含有環式基は、単環式基であってもよく、多環式基であってもよい。
ラクトン含有環式基としては、特に限定されることなく任意のものが使用可能である。具体的には、下記一般式(a2-r-1)~(a2-r-7)でそれぞれ表される基が挙げられる。
Figure 0007475111000029
[式中、Ra’21はそれぞれ独立に水素原子、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、水酸基、-COOR”、-OC(=O)R”、ヒドロキシアルキル基またはシアノ基であり;R”は水素原子、アルキル基、ラクトン含有環式基、カーボネート含有環式基、又は-SO-含有環式基であり;A”は酸素原子(-O-)もしくは硫黄原子(-S-)を含んでいてもよい炭素数1~5のアルキレン基、酸素原子または硫黄原子であり、n’は0~2の整数であり、m’は0または1である。]
前記一般式(a2-r-1)~(a2-r-7)中、Ra’21におけるアルキル基としては、炭素数1~6のアルキル基が好ましい。該アルキル基は、直鎖状または分岐鎖状であることが好ましい。具体的には、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、イソブチル基、tert-ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基等が挙げられる。これらの中でも、メチル基またはエチル基が好ましく、メチル基が特に好ましい。
Ra’21におけるアルコキシ基としては、炭素数1~6のアルコキシ基が好ましい。該アルコキシ基は、直鎖状または分岐鎖状であることが好ましい。具体的には、前記Ra’21におけるアルキル基として挙げたアルキル基と酸素原子(-O-)とが連結した基が挙げられる。
Ra’21におけるハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられ、フッ素原子が好ましい。
Ra’21におけるハロゲン化アルキル基としては、前記Ra’21におけるアルキル基の水素原子の一部または全部が前記ハロゲン原子で置換された基が挙げられる。該ハロゲン化アルキル基としては、フッ素化アルキル基が好ましく、特にパーフルオロアルキル基が好ましい。
Ra’21における-COOR”、-OC(=O)R”において、R”はいずれも水素原子、アルキル基、ラクトン含有環式基、カーボネート含有環式基、又は-SO-含有環式基である。
R”におけるアルキル基としては、直鎖状、分岐鎖状、環状のいずれでもよく、炭素数は1~15が好ましい。
R”が直鎖状もしくは分岐鎖状のアルキル基の場合は、炭素数1~10であることが好ましく、炭素数1~5であることがさらに好ましく、メチル基またはエチル基であることが特に好ましい。
R”が環状のアルキル基の場合は、炭素数3~15であることが好ましく、炭素数4~12であることがさらに好ましく、炭素数5~10が最も好ましい。具体的には、フッ素原子またはフッ素化アルキル基で置換されていてもよいし、されていなくてもよいモノシクロアルカンから1個以上の水素原子を除いた基;ビシクロアルカン、トリシクロアルカン、テトラシクロアルカンなどのポリシクロアルカンから1個以上の水素原子を除いた基などを例示できる。より具体的には、シクロペンタン、シクロヘキサン等のモノシクロアルカンから1個以上の水素原子を除いた基;アダマンタン、ノルボルナン、イソボルナン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカンなどのポリシクロアルカンから1個以上の水素原子を除いた基などが挙げられる。
R”におけるラクトン含有環式基としては、前記一般式(a2-r-1)~(a2-r-7)でそれぞれ表される基と同様のものが挙げられる。
R”におけるカーボネート含有環式基としては、後述のカーボネート含有環式基と同様であり、具体的には一般式(ax3-r-1)~(ax3-r-3)でそれぞれ表される基が挙げられる。
R”における-SO-含有環式基としては、後述の-SO-含有環式基と同様であり、具体的には一般式(a5-r-1)~(a5-r-4)でそれぞれ表される基が挙げられる。
Ra’21におけるヒドロキシアルキル基としては、炭素数が1~6であるものが好ましく、具体的には、前記Ra’21におけるアルキル基の水素原子の少なくとも1つが水酸基で置換された基が挙げられる。
前記一般式(a2-r-2)、(a2-r-3)、(a2-r-5)中、A” における炭素数1~5のアルキレン基としては、直鎖状または分岐鎖状のアルキレン基が好ましく、メチレン基、エチレン基、n-プロピレン基、イソプロピレン基等が挙げられる。該アルキレン基が酸素原子または硫黄原子を含む場合、その具体例としては、前記アルキレン基の末端または炭素原子間に-O-または-S-が介在する基が挙げられ、たとえば-O-CH-、-CH-O-CH-、-S-CH-、-CH-S-CH-等が挙げられる。A”としては、炭素数1~5のアルキレン基または-O-が好ましく、炭素数1~5のアルキレン基がより好ましく、メチレン基が最も好ましい。
下記に一般式(a2-r-1)~(a2-r-7)でそれぞれ表される基の具体例を挙げる。
Figure 0007475111000030
Figure 0007475111000031
「カーボネート含有環式基」とは、その環骨格中に-O-C(=O)-O-を含む環(カーボネート環)を含有する環式基を示す。カーボネート環をひとつ目の環として数え、カーボネート環のみの場合は単環式基、さらに他の環構造を有する場合は、その構造に関わらず多環式基と称する。カーボネート含有環式基は、単環式基であってもよく、多環式基であってもよい。
カーボネート環含有環式基としては、特に限定されることなく任意のものが使用可能である。具体的には、下記一般式(ax3-r-1)~(ax3-r-3)でそれぞれ表される基が挙げられる。
Figure 0007475111000032
[式中、Ra’x31はそれぞれ独立に水素原子、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、水酸基、-COOR”、-OC(=O)R”、ヒドロキシアルキル基またはシアノ基であり;R”は水素原子、アルキル基、ラクトン含有環式基、カーボネート含有環式基、又は-SO-含有環式基であり;A”は酸素原子もしくは硫黄原子を含んでいてもよい炭素数1~5のアルキレン基、酸素原子または硫黄原子であり、p’は0~3の整数であり、q’は0または1である。]
前記一般式(ax3-r-2)~(ax3-r-3)中、A”は、前記一般式(a2-r-2)、(a2-r-3)、(a2-r-5)中のA”と同様である。
Ra’ 31におけるアルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、-COOR”、-OC(=O)R”、ヒドロキシアルキル基としては、それぞれ前記一般式(a2-r-1)~(a2-r-7)中のRa’21についての説明で挙げたものと同様のものが挙げられる。
下記に一般式(ax3-r-1)~(ax3-r-3)でそれぞれ表される基の具体例を挙げる。
Figure 0007475111000033
「-SO-含有環式基」とは、その環骨格中に-SO-を含む環を含有する環式基を示し、具体的には、-SO-における硫黄原子(S)が環式基の環骨格の一部を形成する環式基である。その環骨格中に-SO-を含む環をひとつ目の環として数え、該環のみの場合は単環式基、さらに他の環構造を有する場合は、その構造に関わらず多環式基と称する。-SO-含有環式基は、単環式基であってもよく多環式基であってもよい。
-SO-含有環式基は、特に、その環骨格中に-O-SO-を含む環式基、すなわち-O-SO-中の-O-S-が環骨格の一部を形成するスルトン(sultone)環を含有する環式基であることが好ましい。
-SO-含有環式基として、より具体的には、下記一般式(a5-r-1)~(a5-r-4)でそれぞれ表される基が挙げられる。
Figure 0007475111000034
[式中、Ra’51はそれぞれ独立に水素原子、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、水酸基、-COOR”、-OC(=O)R”、ヒドロキシアルキル基またはシアノ基であり;R”は水素原子、アルキル基、ラクトン含有環式基、カーボネート含有環式基、又は-SO-含有環式基であり;A”は酸素原子もしくは硫黄原子を含んでいてもよい炭素数1~5のアルキレン基、酸素原子または硫黄原子であり、n’は0~2の整数である。]
前記一般式(a5-r-1)~(a5-r-2)中、A”は、前記一般式(a2-r-2)、(a2-r-3)、(a2-r-5)中のA”と同様である。
Ra’51におけるアルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、-COOR”、-OC(=O)R”、ヒドロキシアルキル基としては、それぞれ前記一般式(a2-r-1)~(a2-r-7)中のRa’21についての説明で挙げたものと同様のものが挙げられる。
下記に一般式(a5-r-1)~(a5-r-4)でそれぞれ表される基の具体例を挙げる。式中の「Ac」は、アセチル基を示す。
Figure 0007475111000035
Figure 0007475111000036
Figure 0007475111000037
101の環状の炭化水素基における置換基としては、たとえば、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、水酸基、カルボニル基、ニトロ基等が挙げられる。
置換基としてのアルキル基としては、炭素数1~5のアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基、n-ブチル基、tert-ブチル基であることが最も好ましい。
置換基としてのアルコキシ基としては、炭素数1~5のアルコキシ基が好ましく、メトキシ基、エトキシ基、n-プロポキシ基、iso-プロポキシ基、n-ブトキシ基、tert-ブトキシ基がより好ましく、メトキシ基、エトキシ基が最も好ましい。
置換基としてのハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられ、フッ素原子が好ましい。
置換基としてのハロゲン化アルキル基としては、炭素数1~5のアルキル基、たとえばメチル基、エチル基、プロピル基、n-ブチル基、tert-ブチル基等の水素原子の一部または全部が前記ハロゲン原子で置換された基が挙げられる。
(置換基を有していてもよい鎖状のアルキル基)
101の鎖状のアルキル基としては、直鎖状又は分岐鎖状のいずれでもよい。
直鎖状のアルキル基としては、炭素数が1~20であることが好ましく、1~15であることがより好ましく、1~10が最も好ましい。具体的には、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デカニル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、イソトリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、イソヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基、イコシル基、ヘンイコシル基、ドコシル基等が挙げられる。
分岐鎖状のアルキル基としては、炭素数が3~20であることが好ましく、3~15であることがより好ましく、3~10が最も好ましい。具体的には、例えば、1-メチルエチル基、1-メチルプロピル基、2-メチルプロピル基、1-メチルブチル基、2-メチルブチル基、3-メチルブチル基、1-エチルブチル基、2-エチルブチル基、1-メチルペンチル基、2-メチルペンチル基、3-メチルペンチル基、4-メチルペンチル基などが挙げられる。
(置換基を有していてもよい鎖状のアルケニル基)
101の鎖状のアルケニル基としては、直鎖状又は分岐鎖状のいずれでもよく、炭素数が2~10であることが好ましく、2~5がより好ましく、2~4がさらに好ましく、3が特に好ましい。直鎖状のアルケニル基としては、例えば、ビニル基、プロペニル基(アリル基)、ブチニル基などが挙げられる。分岐鎖状のアルケニル基としては、例えば、1-メチルプロペニル基、2-メチルプロペニル基などが挙げられる。
鎖状のアルケニル基としては、上記の中でも、特にプロペニル基が好ましい。
101の鎖状のアルキル基またはアルケニル基における置換基としては、たとえば、アルコキシ基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、水酸基、カルボニル基、ニトロ基、アミノ基、上記R101における環式基等が挙げられる。
なかでも、R101は、置換基を有していてもよい環式基が好ましく、置換基を有していてもよい環状の炭化水素基であることがより好ましい。より具体的には、フェニル基、ナフチル基、ポリシクロアルカンから1個以上の水素原子を除いた基、前記式(a2-r-1)~(a2-r-7)でそれぞれ表されるラクトン含有環式基、上記一般式(a5-r-1)~(a5-r-4)でそれぞれ表される-SO-含有環式基などが好ましい。
式(b-1)中、Y101は、単結合または酸素原子を含む2価の連結基である。
101が酸素原子を含む2価の連結基である場合、該Y101は、酸素原子以外の原子を含有してもよい。酸素原子以外の原子としては、たとえば炭素原子、水素原子、硫黄原子、窒素原子等が挙げられる。
酸素原子を含む2価の連結基としては、たとえば、酸素原子(エーテル結合:-O-)、エステル結合(-C(=O)-O-)、オキシカルボニル基(-O-C(=O)-)、アミド結合(-C(=O)-NH-)、カルボニル基(-C(=O)-)、カーボネート結合(-O-C(=O)-O-)等の非炭化水素系の酸素原子含有連結基;該非炭化水素系の酸素原子含有連結基とアルキレン基との組み合わせ等が挙げられる。当該組み合わせに、さらにスルホニル基(-SO-)が連結されていてもよい。当該組み合わせとしては、たとえば下記式(y-al-1)~(y-al-7)でそれぞれ表される連結基が挙げられる。
Figure 0007475111000038
[式中、V’101は単結合または炭素数1~5のアルキレン基であり、V’102は炭素数1~30の2価の飽和炭化水素基である。]
V’102における2価の飽和炭化水素基は、炭素数1~30のアルキレン基であることが好ましい。
V’101およびV’102におけるアルキレン基としては、直鎖状のアルキレン基でもよく分岐鎖状のアルキレン基でもよく、直鎖状のアルキレン基が好ましい。
V’101およびV’102におけるアルキレン基として、具体的には、メチレン基[-CH-];-CH(CH)-、-CH(CHCH)-、-C(CH-、-C(CH)(CHCH)-、-C(CH)(CHCHCH)-、-C(CHCH-等のアルキルメチレン基;エチレン基[-CHCH-];-CH(CH)CH-、-CH(CH)CH(CH)-、-C(CHCH-、-CH(CHCH)CH-等のアルキルエチレン基;トリメチレン基(n-プロピレン基)[-CHCHCH-];-CH(CH)CHCH-、-CHCH(CH)CH-等のアルキルトリメチレン基;テトラメチレン基[-CHCHCHCH-];-CH(CH)CHCHCH-、-CHCH(CH)CHCH-等のアルキルテトラメチレン基;ペンタメチレン基[-CHCHCHCHCH-]等が挙げられる。
また、V’101又はV’102における前記アルキレン基における一部のメチレン基が、炭素数5~10の2価の脂肪族環式基で置換されていてもよい。当該脂肪族環式基は、前記式(a1-r-1)中のRa’の環状の脂肪族炭化水素基から水素原子をさらに1つ除いた2価の基が好ましく、シクロへキシレン基、1,5-アダマンチレン基または2,6-アダマンチレン基がより好ましい。
101としては、エステル結合またはエーテル結合を含む2価の連結基が好ましく、上記式(y-al-1)~(y-al-5)でそれぞれ表される連結基が好ましい。
式(b-1)中、V101は、単結合、アルキレン基、またはフッ素化アルキレン基である。V101におけるアルキレン基、フッ素化アルキレン基は、炭素数1~4であることが好ましい。V101におけるフッ素化アルキレン基としては、V101におけるアルキレン基の水素原子の一部又は全部がフッ素原子で置換された基が挙げられる。なかでも、V101は、単結合、又は炭素数1~4のフッ素化アルキレン基であることが好ましい。
式(b-1)中、R102は、フッ素原子または炭素数1~5のフッ素化アルキル基である。R102は、フッ素原子または炭素数1~5のパーフルオロアルキル基であることが好ましく、フッ素原子であることがより好ましい。
(b-1)成分のアニオン部の具体例としては、たとえば、Y101が単結合となる場合、トリフルオロメタンスルホネートアニオンやパーフルオロブタンスルホネートアニオン等のフッ素化アルキルスルホネートアニオンが挙げられ;Y101が酸素原子を含む2価の連結基である場合、下記式(an-1)~(an-3)のいずれかで表されるアニオンが挙げられる。
Figure 0007475111000039
[式中、R”101は、置換基を有していてもよい脂肪族環式基、前記式(r-hr-1)~(r-hr-6)でそれぞれ表される基、又は置換基を有していてもよい鎖状のアルキル基であり;R”102は、置換基を有していてもよい脂肪族環式基、前記式(a2-r-1)~(a2-r-7)でそれぞれ表されるラクトン含有環式基、又は前記一般式(a5-r-1)~(a5-r-4)でそれぞれ表される-SO-含有環式基であり;R”103は、置換基を有していてもよい芳香族環式基、置換基を有していてもよい脂肪族環式基、又は置換基を有していてもよい鎖状のアルケニル基であり;V”101は、フッ素化アルキレン基であり;L”101は、-C(=O)-又は-SO-であり;v”はそれぞれ独立に0~3の整数であり、q”はそれぞれ独立に0~20の整数であり、n”は0または1である。]
R”101、R”102およびR”103の置換基を有していてもよい脂肪族環式基は、前記R101における環状の脂肪族炭化水素基として例示した基であることが好ましい。前記置換基としては、R101における環状の脂肪族炭化水素基を置換してもよい置換基と同様のものが挙げられる。
R”103における置換基を有していてもよい芳香族環式基は、前記R101における環状の炭化水素基における芳香族炭化水素基として例示した基であることが好ましい。前記置換基としては、R101における該芳香族炭化水素基を置換してもよい置換基と同様のものが挙げられる。
R”101における置換基を有していてもよい鎖状のアルキル基は、前記R101における鎖状のアルキル基として例示した基であることが好ましい。R”103における置換基を有していてもよい鎖状のアルケニル基は、前記R101における鎖状のアルケニル基として例示した基であることが好ましい。
V”101は、好ましくは炭素数1~3のフッ素化アルキレン基であり、特に好ましくは、-CF-、-CFCF-、-CHFCF-、-CF(CF)CF-、-CH(CF)CF-である。
以下に前記一般式(an-1)で表されるアニオンの具体例を挙げる。但し、これに限定されない。
Figure 0007475111000040
以下に前記一般式(an-2)で表されるアニオンの具体例を挙げる。但し、これに限定されない。
Figure 0007475111000041
以下に前記一般式(an-3)で表されるアニオンの具体例を挙げる。但し、これに限定されない。
Figure 0007475111000042
・(b-2)成分のアニオン部
式(b-2)中、R104、R105は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい環式基、置換基を有していてもよい鎖状のアルキル基、または置換基を有していてもよい鎖状のアルケニル基であり、それぞれ、式(b-1)中のR101と同様のものが挙げられる。ただし、R104、R105は、相互に結合して環を形成していてもよい。
104、R105は、置換基を有していてもよい鎖状のアルキル基が好ましく、直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基、又は直鎖状若しくは分岐鎖状のフッ素化アルキル基であることがより好ましい。
該鎖状のアルキル基の炭素数は1~10であることが好ましく、より好ましくは炭素数1~7、さらに好ましくは炭素数1~3である。R104、R105の鎖状のアルキル基の炭素数は、上記炭素数の範囲内において、レジスト溶媒への溶解性も良好である等の理由により、小さいほど好ましい。また、R104、R105の鎖状のアルキル基においては、フッ素原子で置換されている水素原子の数が多いほど、酸の強度が強くなり、また、200nm以下の高エネルギー光や電子線に対する透明性が向上するので好ましい。前記鎖状のアルキル基中のフッ素原子の割合、すなわちフッ素化率は、好ましくは70~100%、さらに好ましくは90~100%であり、最も好ましくは、全ての水素原子がフッ素原子で置換されたパーフルオロアルキル基である。
式(b-2)中、V102、V103は、それぞれ独立に、単結合、アルキレン基、またはフッ素化アルキレン基であり、それぞれ、式(b-1)中のV101と同様のものが挙げられる。
式(b-2)中、L101~L102は、それぞれ独立に単結合又は酸素原子である。
以下に前記一般式(b-2)で表されるアニオンの具体例を挙げる。但し、これに限定されない。
Figure 0007475111000043
・(b-3)成分のアニオン部
式(b-3)中、R106~R108は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい環式基、置換基を有していてもよい鎖状のアルキル基、または置換基を有していてもよい鎖状のアルケニル基であり、それぞれ、式(b-1)中のR101と同様のものが挙げられる。
103~L105は、それぞれ独立に、単結合、-CO-又は-SO-である。
以下に前記一般式(b-3)で表されるアニオンの具体例を挙げる。但し、これに限定されない。
Figure 0007475111000044
上記の中でも、アニオン部は、一般式(b-an1)で表されるアニオン、一般式(b-an2)で表されるアニオン、一般式(b-2)で表されるアニオンが好ましく、これらの中でも一般式(b-an2)で表されるアニオンがより好ましい。
(B)成分としては、上記以外のその他酸発生剤を用いてもよい。
かかるその他酸発生剤としては、例えば、2,4-ビス(トリクロロメチル)-6-ピペロニル-1,3,5-トリアジン、2,4-ビス(トリクロロメチル)-6-[2-(2-フリル)エテニル]-s-トリアジン、2,4-ビス(トリクロロメチル)-6-[2-(5-メチル-2-フリル)エテニル]-s-トリアジン、2,4-ビス(トリクロロメチル)-6-[2-(5-エチル-2-フリル)エテニル]-s-トリアジン、2,4-ビス(トリクロロメチル)-6-[2-(5-プロピル-2-フリル)エテニル]-s-トリアジン、2,4-ビス(トリクロロメチル)-6-[2-(3,5-ジメトキシフェニル)エテニル]-s-トリアジン、2,4-ビス(トリクロロメチル)-6-[2-(3,5-ジエトキシフェニル)エテニル]-s-トリアジン、2,4-ビス(トリクロロメチル)-6-[2-(3,5-ジプロポキシフェニル)エテニル]-s-トリアジン、2,4-ビス(トリクロロメチル)-6-[2-(3-メトキシ-5-エトキシフェニル)エテニル]-s-トリアジン、2,4-ビス(トリクロロメチル)-6-[2-(3-メトキシ-5-プロポキシフェニル)エテニル]-s-トリアジン、2,4-ビス(トリクロロメチル)-6-[2-(3,4-メチレンジオキシフェニル)エテニル]-s-トリアジン、2,4-ビス(トリクロロメチル)-6-(3,4-メチレンジオキシフェニル)-s-トリアジン、2,4-ビス-トリクロロメチル-6-(3-ブロモ-4-メトキシ)フェニル-s-トリアジン、2,4-ビス-トリクロロメチル-6-(2-ブロモ-4-メトキシ)フェニル-s-トリアジン、2,4-ビス-トリクロロメチル-6-(2-ブロモ-4-メトキシ)スチリルフェニル-s-トリアジン、2,4-ビス-トリクロロメチル-6-(3-ブロモ-4-メトキシ)スチリルフェニル-s-トリアジン、2-(4-メトキシフェニル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-1,3,5-トリアジン、2-(4-メトキシナフチル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-1,3,5-トリアジン、2-[2-(2-フリル)エテニル]-4,6-ビス(トリクロロメチル)-1,3,5-トリアジン、2-[2-(5-メチル-2-フリル)エテニル]-4,6-ビス(トリクロロメチル)-1,3,5-トリアジン、2-[2-(3,5-ジメトキシフェニル)エテニル]-4,6-ビス(トリクロロメチル)-1,3,5-トリアジン、2-[2-(3,4-ジメトキシフェニル)エテニル]-4,6-ビス(トリクロロメチル)-1,3,5-トリアジン、2-(3,4-メチレンジオキシフェニル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-1,3,5-トリアジン、トリス(1,3-ジブロモプロピル)-1,3,5-トリアジン、トリス(2,3-ジブロモプロピル)-1,3,5-トリアジン等のハロゲン含有トリアジン化合物、並びにトリス(2,3-ジブロモプロピル)イソシアヌレ-ト等の下記一般式(b3)で表されるハロゲン含有トリアジン化合物が挙げられる。
Figure 0007475111000045
上記一般式(b3)中、Rb、Rb10、Rb11は、それぞれ独立にハロゲン化アルキル基を表す。
また、その他酸発生剤としては、α-(p-トルエンスルホニルオキシイミノ)-フェニルアセトニトリル、α-(ベンゼンスルホニルオキシイミノ)-2,4-ジクロロフェニルアセトニトリル、α-(ベンゼンスルホニルオキシイミノ)-2,6-ジクロロフェニルアセトニトリル、α-(2-クロロベンゼンスルホニルオキシイミノ)-4-メトキシフェニルアセトニトリル、α-(エチルスルホニルオキシイミノ)-1-シクロペンテニルアセトニトリル、並びにオキシムスルホネ-ト基を含有する下記一般式(b4)で表される化合物が挙げられる。
Figure 0007475111000046
上記一般式(b4)中、Rb12は、1価、2価、又は3価の有機基を表し、Rb13は、置換若しくは未置換の飽和炭化水素基、不飽和炭化水素基、又は芳香族性化合物基を表し、nは括弧内の構造の繰り返し単位数を表す。
上記一般式(b4)中、芳香族性化合物基とは、芳香族化合物に特有な物理的・化学的性質を示す化合物の基を示し、例えば、フェニル基、ナフチル基等のアリール基や、フリル基、チエニル基等のヘテロアリール基が挙げられる。これらは環上に適当な置換基、例えばハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、ニトロ基等を1個以上有していてもよい。また、Rb13は、炭素数1~6のアルキル基が特に好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基が挙げられる。特に、Rb12が芳香族性化合物基であり、Rb13が炭素数1~4のアルキル基である化合物が好ましい。
上記一般式(b4)で表される酸発生剤としては、n=1のとき、Rb12がフェニル基、メチルフェニル基、メトキシフェニル基のいずれかであって、Rb13がメチル基の化合物、具体的にはα-(メチルスルホニルオキシイミノ)-1-フェニルアセトニトリル、α-(メチルスルホニルオキシイミノ)-1-(p-メチルフェニル)アセトニトリル、α-(メチルスルホニルオキシイミノ)-1-(p-メトキシフェニル)アセトニトリル、〔2-(プロピルスルホニルオキシイミノ)-2,3-ジヒドロキシチオフェン-3-イリデン〕(o-トリル)アセトニトリル等が挙げられる。n=2のとき、上記一般式(b4)で表される酸発生剤としては、具体的には下記式で表される酸発生剤が挙げられる。
Figure 0007475111000047
また、その他酸発生剤としては、カチオン部にナフタレン環を有するオニウム塩が挙げられる。この「ナフタレン環を有する」とは、ナフタレンに由来する構造を有することを意味し、少なくとも2つの環の構造と、それらの芳香族性が維持されていることを意味する。このナフタレン環は炭素数1~6の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、水酸基、炭素数1~6の直鎖状又は分岐状のアルコキシ基等の置換基を有していてもよい。ナフタレン環に由来する構造は、1価基(遊離原子価が1つ)であっても、2価基(遊離原子価が2つ)以上であってもよいが、1価基であることが望ましい(ただし、このとき、上記置換基と結合する部分を除いて遊離原子価を数えるものとする)。ナフタレン環の数は1~3が好ましい。
このようなカチオン部にナフタレン環を有するオニウム塩のカチオン部としては、下記一般式(b5)で表される構造が好ましい。
Figure 0007475111000048
上記一般式(b5)中、Rb14、Rb15、Rb16のうち少なくとも1つは下記一般式(b6)で表される基を表し、残りは炭素数1~6の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基、置換基を有していてもよいフェニル基、水酸基、又は炭素数1~6の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルコキシ基を表す。あるいは、Rb14、Rb15、Rb16のうちの1つが下記一般式(b6)で表される基であり、残りの2つはそれぞれ独立に炭素数1~6の直鎖状又は分岐鎖状のアルキレン基であり、これらの末端が結合して環状になっていてもよい。
Figure 0007475111000049
上記一般式(b6)中、Rb17、Rb18は、それぞれ独立に水酸基、炭素数1~6の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルコキシ基、又は炭素数1~6の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基を表し、Rb19は、単結合又は置換基を有していてもよい炭素数1~6の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキレン基を表す。l及びmは、それぞれ独立に0~2の整数を表し、l+mは3以下である。ただし、Rb17が複数存在する場合、それらは互いに同じであっても異なっていてもよい。また、Rb18が複数存在する場合、それらは互いに同じであっても異なっていてもよい。
上記Rb14、Rb15、Rb16のうち上記一般式(b6)で表される基の数は、化合物の安定性の点から好ましくは1つであり、残りは炭素数1~6の直鎖状又は分岐状のアルキレン基であり、これらの末端が結合して環状になっていてもよい。この場合、上記2つのアルキレン基は、硫黄原子を含めて3~9員環を構成する。環を構成する原子(硫黄原子を含む)の数は、好ましくは5~6である。
また、上記アルキレン基が有していてもよい置換基としては、酸素原子(この場合、アルキレン基を構成する炭素原子とともにカルボニル基を形成する)、水酸基等が挙げられる。
また、フェニル基が有していてもよい置換基としては、水酸基、炭素数1~6の直鎖状又は分岐状のアルコキシ基、炭素数1~6の直鎖状又は分岐状のアルキル基等が挙げられる。
これらのカチオン部として好適なものとしては、例えば、下記式(b7)、(b8)、(b18)で表されるものを挙げることができ、特に下記式(b18)で表される構造が好ましい。
Figure 0007475111000050
このようなカチオン部としては、ヨ-ドニウム塩であってもスルホニウム塩であってもよいが、酸発生効率等の点からスルホニウム塩が望ましい。
したがって、カチオン部にナフタレン環を有するオニウム塩のアニオン部として好適なものとしては、スルホニウム塩を形成可能なアニオンが望ましい。
このような酸発生剤のアニオン部としては、水素原子の一部又は全部がフッ素化されたフルオロアルキルスルホン酸イオン又はアリールスルホン酸イオンである。
フルオロアルキルスルホン酸イオンにおけるアルキル基は、炭素数1~20の直鎖状でも分岐状でも環状でもよく、発生する酸の嵩高さとその拡散距離から、炭素数1~10であることが好ましい。特に、分岐状や環状のものは拡散距離が短いため好ましい。また、安価に合成可能なことから、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、オクチル基等を好ましいものとして挙げることができる。
アリールスルホン酸イオンにおけるアリール基は、炭素数6~20のアリール基であって、アルキル基、ハロゲン原子で置換されていてもされていなくてもよいフェニル基、ナフチル基が挙げられる。特に、安価に合成可能なことから、炭素数6~10のアリール基が好ましい。好ましいものの具体例として、フェニル基、トルエンスルホニル基、エチルフェニル基、ナフチル基、メチルナフチル基等を挙げることができる。
上記フルオロアルキルスルホン酸イオン又はアリールスルホン酸イオンにおいて、水素原子の一部又は全部がフッ素化されている場合のフッ素化率は、好ましくは10~100%、より好ましくは50~100%であり、特に水素原子を全てフッ素原子で置換したものが、酸の強度が強くなるので好ましい。このようなものとしては、具体的には、トリフルオロメタンスルホネート、パ-フルオロブタンスルホネート、パーフルオロオクタンスルホネート、パーフルオロベンゼンスルホネート等が挙げられる。
これらの中でも、好ましいアニオン部として、下記一般式(b9)で表されるものが挙げられる。
Figure 0007475111000051
上記一般式(b9)において、Rb20は、下記一般式(b10)、(b11)で表される基や、下記式(b12)で表される基である。
Figure 0007475111000052
上記一般式(b10)中、xは1~4の整数を表す。また、上記一般式(b11)中、Rb21は、水素原子、水酸基、炭素数1~6の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、又は炭素数1~6の直鎖状若しくは分岐状のアルコキシ基を表し、yは1~3の整数を表す。これらの中でも、安全性の観点からトリフルオロメタンスルホネート、パーフルオロブタンスルホネートが好ましい。
また、アニオン部としては、下記一般式(b13)、(b14)で表される窒素を含有するものを用いることが好ましい。
Figure 0007475111000053
上記一般式(b13)中、Xbは、少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換された直鎖状又は分岐状のアルキレン基を表し、該アルキレン基の炭素数は2~6であり、好ましくは3~5、最も好ましくは炭素数3である。また、上記一般式(b14)中、Yb、Zbは、それぞれ独立に少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換された直鎖状又は分岐状のアルキル基を表し、該アルキル基の炭素数は1~10であり、好ましくは1~7、より好ましくは1~3である。
Xbのアルキレン基の炭素数、又はYb、Zbのアルキル基の炭素数が小さいほど有機溶剤への溶解性も良好であるため好ましい。
また、Xbのアルキレン基又はYb、Zbのアルキル基において、フッ素原子で置換されている水素原子の数が多いほど、酸の強度が強くなるため好ましい。該アルキレン基又はアルキル基中のフッ素原子の割合、すなわちフッ素化率は、好ましくは70~100%、より好ましくは90~100%であり、最も好ましくは、全ての水素原子がフッ素原子で置換されたパーフルオロアルキレン基又はパーフルオロアルキル基である。
このようなカチオン部にナフタレン環を有するオニウム塩として好ましいものとしては、下記式(b15)、(b16)、(b17)で表される化合物が挙げられ、下記式(b17)で表される化合物がより好ましい。
Figure 0007475111000054
また、その他酸発生剤としては、ビス(p-トルエンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(1,1-ジメチルエチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(シクロヘキシルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(2,4-ジメチルフェニルスルホニル)ジアゾメタン等のビススルホニルジアゾメタン類;p-トルエンスルホン酸2-ニトロベンジル、p-トルエンスルホン酸2,6-ジニトロベンジル、ニトロベンジルトシレ-ト、ジニトロベンジルトシラート、ニトロベンジルスルホナート、ニトロベンジルカルボナート、ジニトロベンジルカルボナート等のニトロベンジル誘導体;ピロガロールトリメシラート、ピロガロールトリトシラート、ベンジルトシラート、ベンジルスルホナート、N-メチルスルホニルオキシスクシンイミド、N-トリクロロメチルスルホニルオキシスクシンイミド、N-フェニルスルホニルオキシマレイミド、N-メチルスルホニルオキシフタルイミド等のスルホン酸エステル類;N-ヒドロキシフタルイミド、N-ヒドロキシナフタルイミド等のトリフルオロメタンスルホン酸エステル類;ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロホスファート、(4-メトキシフェニル)フェニルヨードニウムトリフルオロメタンスルホナート、ビス(p-tert-ブチルフェニル)ヨードニウムトリフルオロメタンスルホナート、トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロホスファート、(4-メトキシフェニル)ジフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホナート、(p-tert-ブチルフェニル)ジフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホナート等のオニウム塩類;ベンゾイントシラート、α-メチルベンゾイントシラート等のベンゾイントシレート類;その他のジフェニルヨードニウム塩、トリフェニルスルホニウム塩、フェニルジアゾニウム塩、ベンジルカルボナート等が挙げられる。
その他酸発生剤として好ましいものは、上記一般式(b5)で表される化合物であって、上記一般式(b6)中のRb17及びRb18が、それぞれ独立に、炭素数1~6の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルコキシ基を表し、Rb19が単結合であることが好ましい。
酸発生剤(B)は単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
レジスト組成物における酸発生剤(B)の含有量は、特に限定されず、パターニングが可能な量であればよく、酸発生剤の種類、樹脂成分、他の添加剤、使用膜厚等を勘案して任意に決定すればよい。例えば、酸発生剤(B)の含有量は、樹脂成分((P)成分)100質量部に対して、0.1~10質量部であることが好ましい。
≪その他の成分≫
本実施形態のレジストパターン形成方法で用いられるレジスト組成物は、上述した(P1)成分、(P2)成分及び(B)成分以外の成分を必要に応じてさらに含有してもよい。かかるレジスト組成物は、例えば、以下に示す(F)成分、(E)成分、(C)成分、(S)成分などが挙げられる。
(F)成分:酸拡散制御剤成分
本実施形態のレジスト組成物は、鋳型として使用されるレジストパターンの形状や、レジスト膜の引き置き安定性等の向上のため、さらに酸拡散制御剤成分(以下「(F)成分」ともいう)を含有することが好ましい。(F)成分としては、含窒素化合物(以下「(F1)成分」ともいう)が好ましく、さらに必要に応じて、有機カルボン酸又はリンのオキソ酸若しくはその誘導体(以下「(F2)成分」ともいう)を含有させることができる。
(F1)成分:含窒素化合物について
(F1)成分としては、トリメチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、ジ-n-プロピルアミン、トリ-n-プロピルアミン、トリ-n-ペンチルアミン(トリアミルアミン)、n-ヘキシルアミン、n-ヘプチルアミン、n-オクチルアミン、n-ノニルアミン、トリベンジルアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、エチレンジアミン、N,N,N’,N’-テトラメチルエチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、4,4’-ジアミノジフェニルメタン、4,4’-ジアミノジフェニルエーテル、4,4’-ジアミノベンゾフェノン、4,4’-ジアミノジフェニルアミン、ホルムアミド、N-メチルホルムアミド、N,N-ジメチルホルムアミド、アセトアミド、N-メチルアセトアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、プロピオンアミド、ベンズアミド、ピロリドン、N-メチルピロリドン、メチルウレア、1,1-ジメチルウレア、1,3-ジメチルウレア、1,1,3,3,-テトラメチルウレア、1,3-ジフェニルウレア、イミダゾール、ベンズイミダゾール、4-メチルイミダゾール、8-オキシキノリン、アクリジン、プリン、ピロリジン、ピペリジン、2,4,6-トリ(2-ピリジル)-S-トリアジン、モルホリン、4-メチルモルホリン、ピペラジン、1,4-ジメチルピペラジン、1,4-ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン、ピリジン等が挙げられる。
(F1)成分には、アデカスタブLA-52、アデカスタブLA-57、アデカスタブLA-63P、アデカスタブLA-68、アデカスタブLA-72、アデカスタブLA-77Y、アデカスタブLA-77G、アデカスタブLA-81、アデカスタブLA-82、アデカスタブLA-87(いずれも、株式会社ADEKA製)等の市販のヒンダードアミン化合物;2,6-ジフェニルピリジン、2,6-ジ-tert-ブチルピリジン、2,4,6-トリフェニルピリジン、2,4,6-トリ-tert-ブチルピリジン等の2,6-位もしくは2,4,6-位を炭化水素基等の置換基で置換されたピリジン;2,6-ジメチルピペリジン、1,3,5-トリメチルピペリジン、2,4,6-トリメチルピペリジン、2,2,6,6-テトラメチルピペリジン等の置換可能な部位を炭化水素基等の置換基で置換されたピペリジンなども用いることができる。
(F1)成分は、単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
レジスト組成物における(F1)成分の含有量は、樹脂成分((P)成分)100質量部に対して、通常0質量部以上5質量部以下の範囲であり、0質量部以上3質量部以下の範囲が好ましく、0質量部以上1質量部以下であることがより好ましい。上記範囲とすることにより、レジストパターン形状、引き置き経時安定性等が向上する。
(F2)成分:有機カルボン酸又はリンのオキソ酸若しくはその誘導体について
(F2)成分のうち、有機カルボン酸としては、マロン酸、クエン酸、リンゴ酸、コハク酸、安息香酸、サリチル酸が好ましく、サリチル酸が特に好ましい。
(F2)成分のうち、リンのオキソ酸又はその誘導体としては、リン酸、リン酸ジ-n-ブチルエステル、リン酸ジフェニルエステル等のリン酸又はそれらのエステルのような誘導体;ホスホン酸、ホスホン酸ジメチルエステル、ホスホン酸-ジ-n-ブチルエステル、フェニルホスホン酸、ホスホン酸ジフェニルエステル、ホスホン酸ジベンジルエステル等のホスホン酸又はそれらのエステルのような誘導体;ホスフィン酸、フェニルホスフィン酸等のホスフィン酸又はそれらのエステルのような誘導体;等が挙げられる。これらの中でも、特にホスホン酸が好ましい。
(F2)成分は、単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
レジスト組成物における(F2)成分の含有量は、樹脂成分((P)成分)100質量部に対して、通常0質量部以上5質量部以下の範囲であり、0質量部以上3質量部以下の範囲が好ましく、0質量部以上1質量部以下であることがより好ましい。
また、(F)成分としては、(F2)成分と(F1)成分とを同等量で用いることが好ましい。
(E)成分:含硫黄化合物
本実施形態のレジスト組成物は、金属基板上でのパターン形成に用いられる場合、さらに含硫黄化合物(以下「(E)成分」ともいう)を含有することが好ましい。
(E)成分は、金属に対して配位し得る硫黄原子を含む化合物である。なお、2以上の互変異性体を生じ得る化合物に関し、少なくとも1つの互変異性体が金属層を構成する金属に対して配位する硫黄原子を含む場合、当該化合物は含硫黄化合物に該当する。
Cu等の金属からなる表面上に、めっき用の鋳型として用いられるレジストパターンを形成する場合、フッティング等の断面形状の不具合が生じやすい。しかし、レジスト組成物が(E)成分を含有する場合、基板における金属からなる表面上にレジストパターンを形成する場合でも、フッティング等の断面形状の不具合が生じにくい。
レジスト組成物が金属基板以外の基板上でのパターン形成に用いられる場合、レジスト組成物が(E)成分を含む必要は特段ない。なお、金属基板以外の基板上でのパターン形成に用いられるレジスト組成物が(E)成分を含有することによる不具合は特段ない。
金属に対して配位し得る硫黄原子は、例えば、メルカプト基(-SH)、チオカルボキシ基(-CO-SH)、ジチオカルボキシ基(-CS-SH)、又はチオカルボニル基(-CS-)等として含硫黄化合物に含まれる。
金属に対して配位しやすく、フッティングの抑制効果に優れることから、(E)成分としてはメルカプト基を有するものが好ましい。
メルカプト基を有する含硫黄化合物の好ましい例としては、下記一般式(e1)で表される化合物が挙げられる。
Figure 0007475111000055
[式中、Re1及びRe2は、それぞれ独立に水素原子又はアルキル基を示す。Re3は単結合又はアルキレン基を示す。Re4は炭素以外の原子を含んでいてもよいu価の脂肪族基を示す。uは2以上4以下の整数を示す。]
e1及びRe2がアルキル基である場合、当該アルキル基は、直鎖状であっても分岐鎖状であってもよく、直鎖状であることが好ましい。Re1及びRe2がアルキル基である場合、当該アルキル基の炭素原子数は、本発明の目的を阻害しない範囲で特に限定されない。当該アルキル基の炭素原子数としては、1以上4以下が好ましく、1又は2であることが特に好ましく、1であることが最も好ましい。Re1とRe2との組み合わせとしては、一方が水素原子であり他方がアルキル基であることが好ましく、一方が水素原子であり他方がメチル基であることが特に好ましい。
e3がアルキレン基である場合、当該アルキレン基は、直鎖状であっても分岐鎖状であってもよく、直鎖状であることが好ましい。Re3がアルキレン基である場合、当該アルキレン基の炭素原子数は、本発明の目的を阻害しない範囲で特に限定されない。当該アルキレン基の炭素原子数としては、1以上10以下が好ましく、1以上5以下がより好ましく、1又は2であることが特に好ましく、1であることが最も好ましい。
e4は、炭素以外の原子を含んでいてもよい2価以上4価以下の脂肪族基である。Re4が含んでいてもよい炭素以外の原子としては、窒素原子、酸素原子、硫黄原子、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられる。Re4である脂肪族基の構造は、直鎖状であってもよく、分岐鎖状であってもよく、環状であってもよく、これらの構造を組み合わせた構造であってもよい。
式(e1)で表される化合物の中では、下記式(e2)で表される化合物がより好ましい。
Figure 0007475111000056
[式(e2)中、Re4及びuは、式(e1)と同様である。]
上記式(e2)で表される化合物の中では、下記の化合物が好ましい。
Figure 0007475111000057
下記式(e3-L1)~(e3-L7)で表される化合物も、メルカプト基を有する含硫黄化合物の好ましい例として挙げられる。
Figure 0007475111000058
[式(e3-L1)~(e3-L7)中、R’、s”、A”及びrは、前記一般式(a2-r-1)~(a2-r-7)中のRa’21、n’、A”及びm’と同様である。]
上記式(e3-L1)~(e3-L7)で表される、メルカプト基を有する含硫黄化合物の好適な具体例としては、下記の化合物が挙げられる。
Figure 0007475111000059
下記式(e3-1)~(e3-4)でそれぞれ表される化合物も、メルカプト基を有する含硫黄化合物の好ましい例として挙げられる。
Figure 0007475111000060
[式(e3-1)~(e3-4)中のR10bについては、前記一般式(a5-r-1)~(a5-r-4)中のRa’51と同様である。zについては、0~4の整数である。]
上記式(e3-1)~(e3-4)で表されるメルカプト化合物の好適な具体例としては、下記の化合物が挙げられる。
Figure 0007475111000061
また、メルカプト基を有する化合物の好適な例として、下記式(e4)で表される化合物が挙げられる。
Figure 0007475111000062
[式(e4)において、Re5は、水酸基、炭素原子数1以上4以下のアルキル基、炭素原子数1以上4以下のアルコキシ基、炭素数1以上4以下のアルキルチオ基、炭素数1以上4以下のヒドロキシアルキル基、炭素数1以上4以下のメルカプトアルキル基、炭素数1以上4以下のハロゲン化アルキル基及びハロゲン原子からなる群より選択される基である。n1は0以上3以下の整数である。n0は0以上3以下の整数である。n1が2又は3である場合、複数のRe5は同一であっても異なっていてもよい。]
e5が炭素原子数1以上4以下の水酸基を有していてもよいアルキル基である場合の具体例としては、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、sec-ブチル基、tert-ブチル基が挙げられる。これらのアルキル基の中では、メチル基、ヒドロキシメチル基、エチル基が好ましい。
e5が炭素原子数1以上4以下のアルコキシ基である場合の具体例としては、メトキシ基、エトキシ基、n-プロピルオキシ基、イソプロピルオキシ基、n-ブチルオキシ基、イソブチルオキシ基、sec-ブチルオキシ基、tert-ブチルオキシ基が挙げられる。これらのアルコキシ基の中では、メトキシ基、エトキシ基が好ましく、メトキシ基がより好ましい。
e5が炭素原子数1以上4以下のアルキルチオ基である場合の具体例としては、メチルチオ基、エチルチオ基、n-プロピルチオ基、イソプロピルチオ基、n-ブチルチオ基、イソブチルチオ基、sec-ブチルチオ基、tert-ブチルチオ基が挙げられる。これらのアルキルチオ基の中では、メチルチオ基、エチルチオ基が好ましく、メチルチオ基がより好ましい。
e5が炭素原子数1以上4以下のヒドロキシアルキル基である場合の具体例としては、ヒドロキシメチル基、2-ヒドロキシエチル基、1-ヒドロキシエチル基、3-ヒドロキシ-n-プロピル基、4-ヒドロキシ-n-ブチル基等が挙げられる。これらのヒドロキシアルキル基の中では、ヒドロキシメチル基、2-ヒドロキシエチル基、1-ヒドロキシエチル基が好ましく、ヒドロキシメチル基がより好ましい。
e5が炭素原子数1以上4以下のメルカプトアルキル基である場合の具体例としては、メルカプトメチル基、2-メルカプトエチル基、1-メルカプトエチル基、3-メルカプト-n-プロピル基、4-メルカプト-n-ブチル基等が挙げられる。これらのメルカプトアルキル基の中では、メルカプトメチル基、2-メルカプトエチル基、1-メルカプトエチル基が好ましく、メルカプトメチル基がより好ましい。
e5が炭素原子数1以上4以下のハロゲン化アルキル基である場合、ハロゲン化アルキル基に含まれるハロゲン原子としては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素等が挙げられる。Re5が炭素原子数1以上4以下のハロゲン化アルキル基である場合の具体例としては、クロロメチル基、ブロモメチル基、ヨードメチル基、フルオロメチル基、ジクロロメチル基、ジブロモメチル基、ジフルオロメチル基、トリクロロメチル基、トリブロモメチル基、トリフルオロメチル基、2-クロロエチル基、2-ブロモエチル基、2-フルオロエチル基、1,2-ジクロロエチル基、2,2-ジフルオロエチル基、1-クロロ-2-フルオロエチル基、3-クロロ-n-プロピル基、3-ブロモ-n-プロピル基、3-フルオロ-n-プロピル基、4-クロロ-n-ブチル基等が挙げられる。これらのハロゲン化アルキル基の中では、クロロメチル基、ブロモメチル基、ヨードメチル基、フルオロメチル基、ジクロロメチル基、ジブロモメチル基、ジフルオロメチル基、トリクロロメチル基、トリブロモメチル基、トリフルオロメチル基が好ましく、クロロメチル基、ジクロロメチル基、トリクロロメチル基、トリフルオロメチル基がより好ましい。
e5がハロゲン原子である場合の具体例としては、フッ素、塩素、臭素、又はヨウ素が挙げられる。
式(e4)において、n1は0以上3以下の整数であり、1がより好ましい。n1が2又は3である場合、複数のRe5は同一であっても異なっていてもよい。
式(e4)で表される化合物において、ベンゼン環上のRe5の置換位置は特に限定されない。ベンゼン環上のRe5の置換位置は-(CHn0-SHの結合位置に対してメタ位又はパラ位であることが好ましい。
式(e4)で表される化合物としては、Re5として、アルキル基、ヒドロキシアルキル基、及びメルカプトアルキル基からなる群より選択される基を、少なくとも1つ有する化合物が好ましく、Re5として、アルキル基、ヒドロキシアルキル基、及びメルカプトアルキル基からなる群より選択される基を1つ有する化合物がより好ましい。
式(e4)で表される化合物が、Re5として、アルキル基、ヒドロキシアルキル基、及びメルカプトアルキル基からなる群より選択される基を1つ有する場合、アルキル基、ヒドロキシアルキル基、又はメルカプトアルキル基のベンゼン環上の置換位置は、-(CHn0-SHの結合位置に対してメタ位又はパラ位であることが好ましく、パラ位であることがより好ましい。
式(e4)において、n0は0以上3以下の整数である。化合物の調製や、入手が容易であることからnは0又は1であることが好ましく、0であることがより好ましい。
式(e4)で表される化合物の具体例としては、p-メルカプトフェノール、p-チオクレゾール、m-チオクレゾール、4-(メチルチオ)ベンゼンチオール、4-メトキシベンゼンチオール、3-メトキシベンゼンチオール、4-エトキシベンゼンチオール、4-イソプロピルオキシベンゼンチオール、4-tert-ブトキシベンゼンチオール、3,4-ジメトキシベンゼンチオール、3,4,5-トリメトキシベンゼンチオール、4-エチルベンゼンチオール、4-イソプロピルベンゼンチオール、4-n-ブチルベンゼンチオール、4-tert-ブチルベンゼンチオール、3-エチルベンゼンチオール、3-イソプロピルベンゼンチオール、3-n-ブチルベンゼンチオール、3-tert-ブチルベンゼンチオール、3,5-ジメチルベンゼンチオール、3,4-ジメチルベンゼンチオール、3-tert-ブチル-4-メチルベンゼンチオール、3-tert-4-メチルベンゼンチオール、3-tert-ブチル-5-メチルベンゼンチオール、4-tert-ブチル-3-メチルベンゼンチオール、4-メルカプトベンジルアルコール、3-メルカプトベンジルアルコール、4-(メルカプトメチル)フェノール、3-(メルカプトメチル)フェノール、1,4-ジ(メルカプトメチル)フェノール、1,3-ジ(メルカプトメチル)フェノール、4-フルオロベンゼンチオール、3-フルオロベンゼンチオール、4-クロロベンゼンチオール、3-クロロベンゼンチオール、4-ブロモベンゼンチオール、4-ヨードベンゼンチオール、3-ブロモベンゼンチオール、3,4-ジクロロベンゼンチオール、3,5-ジクロロベンゼンチオール、3,4-ジフルオロベンゼンチオール、3,5-ジフルオロベンゼンチオール、4-メルカプトカテコール、2,6-ジ-tert-ブチル-4-メルカプトフェノール、3,5-ジ-tert-ブチル-4-メトキシベンゼンチオール、4-ブロモ-3-メチルベンゼンチオール、4-(トリフルオロメチル)ベンゼンチオール、3-(トリフルオロメチル)ベンゼンチオール、3,5-ビス(トリフルオロメチル)ベンゼンチオール、4-メチルチオベンゼンチオール、4-エチルチオベンゼンチオール、4-n-ブチルチオベンゼンチオール、4-tert-ブチルチオベンゼンチオール等が挙げられる。
またメルカプト基を有する含硫黄化合物としては、メルカプト基で置換された含窒素芳香族複素環を含む化合物、メルカプト基で置換された含窒素芳香族複素環を含む化合物の互変異性体が挙げられる。
含窒素芳香族複素環の好適な具体例としては、イミダゾール、ピラゾール、1,2,3-トリアゾール、1,2,4-トリアゾール、オキサゾール、チアゾール、ピリジン、ピリミジン、ピリダジン、ピラジン、1,2,3-トリアジン、1,2,4-トリアジン、1,3,5-トリアジン、インドール、インダゾール、ベンゾイミダゾール、ベンゾオキサゾール、ベンゾチアゾール、1H-ベンゾトリアゾール、キノリン、イソキノリン、シンノリン、フタラジン、キナゾリン、キノキサリン、1,8-ナフチリジンが挙げられる。
含硫黄化合物として好適な含窒素複素環化合物、及び含窒素複素環化合物の互変異性体の好適な具体例としては、それぞれ以下の化合物が挙げられる。
Figure 0007475111000063
(E)成分は、単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
レジスト組成物が(E)成分を含有する場合、レジスト組成物における(E)成分の含有量は、樹脂成分((P)成分)100質量部に対して、0.01質量部以上5質量部以下が好ましく、0.02質量部以上3質量部以下がより好ましく、0.02質量部以上2質量部以下が特に好ましい。
(C)成分:ルイス酸性化合物
本実施形態のレジスト組成物は、ルイス酸性化合物(以下「(C)成分」ともいう)を含有してもよい。
ここで、「ルイス酸性化合物」とは、少なくとも1つの電子対を受け取ることができる空の軌道を持つ、電子対受容体としての作用を奏する化合物を意味する。
(C)成分としては、上記の定義に該当し、当業者においてルイス酸性化合物であると認識される化合物であれば特に限定されない。(C)成分としては、ブレンステッド酸(プロトン酸)に該当しない化合物が好ましく用いられる。
(C)成分の具体例としては、フッ化ホウ素、フッ化ホウ素のエーテル錯体(例えば、BF・EtO、BF・MeO、BF・THF等。Etはエチル基であり、Meはメチル基であり、THFはテトラヒドロフランである。)、有機ホウ素化合物(例えば、ホウ酸トリn-オクチル、ホウ酸トリn-ブチル、ホウ酸トリフェニル、トリフェニルホウ素等)、塩化チタン、塩化アルミニウム、臭化アルミニウム、塩化ガリウム、臭化ガリウム、塩化インジウム、トリフルオロ酢酸タリウム、塩化スズ、塩化亜鉛、臭化亜鉛、ヨウ化亜鉛、トリフルオロメタンスルホン酸亜鉛、酢酸亜鉛、硝酸亜鉛、テトラフルオロホウ酸亜鉛、塩化マンガン、臭化マンガン、塩化ニッケル、臭化ニッケル、シアン化ニッケル、ニッケルアセチルアセトネート、塩化カドミウム、臭化カドミウム、塩化第一スズ、臭化第一スズ、硫酸第一スズ、酒石酸第一スズ等が挙げられる。
また、(C)成分の他の具体例としては、希土類金属元素のクロリド、ブロミド、スルフェート、ニトレート、カルボキシレート又はトリフルオロメタンスルホネート;塩化コバルト、塩化第一鉄、塩化イットリウム等が挙げられる。
ここで、希土類金属元素としては、例えばランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウム等が挙げられる。
(C)成分は、入手が容易であることや、その添加による効果が良好であることから、周期律表第13族元素を含むルイス酸性化合物を含有するものが好ましい。
ここで、周期律表第13族元素としては、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム、タリウムが挙げられる。
上記の周期律表第13族元素の中では、(C)成分の入手の容易性や、添加効果が特に優れることから、ホウ素が好ましい。つまり、(C)成分が、ホウ素を含むルイス酸性化合物を含有するものが好ましい。
ホウ素を含むルイス酸性化合物としては、例えば、フッ化ホウ素、フッ化ホウ素のエーテル錯体、塩化ホウ素、臭化ホウ素等のハロゲン化ホウ素類;種々の有機ホウ素化合物が挙げられる。ホウ素を含むルイス酸性化合物としては、ルイス酸性化合物中のハロゲン原子の含有比率が少なく、レジスト組成物を低ハロゲン含有量が要求される用途にも適用しやすいことから、有機ホウ素化合物が好ましい。
有機ホウ素化合物の好ましい例としては、下記式(c1):
B(Rc1n1(ORc2(3-n1) ・・・(c1)
[(式(c1)中、Rc1及びRc2は、それぞれ独立に炭素原子数1以上20以下の炭化水素基である。前記炭化水素基は1以上の置換基を有していてもよく、n1は0~3の整数であり、Rc1が複数存在する場合、複数のRc1のうちの2つが互いに結合して環を形成してもよく、ORc2が複数存在する場合、複数のORc2のうちの2つが互いに結合して環を形成してもよい。]
で表されるホウ素化合物が挙げられる。
レジスト組成物は、(C)成分として上記式(c1)で表されるホウ素化合物の1種以上を含むものが好ましい。
式(c1)においてRc1及びRc2が炭化水素基である場合、当該炭化水素基の炭素原子数は1以上20以下である。炭素原子数1以上20以下の炭化水素基としては、脂肪族炭化水素基であっても、芳香族炭化水素基であっても、脂肪族基と芳香族基との組み合わせからなる炭化水素基であってもよい。
炭素原子数1以上20以下の炭化水素基としては、飽和脂肪族炭化水素基、又は芳香族炭化水素基が好ましい。Rc1及びRc2としての炭化水素基の炭素原子数は、1以上10以下が好ましい。炭化水素基が脂肪族炭化水素基である場合、その炭素原子数は、1以上6以下がより好ましく、1以上4以下が特に好ましい。
c1及びRc2としての炭化水素基は、飽和炭化水素基であっても、不飽和炭化水素基であってもよく、飽和炭化水素基であることが好ましい。
c1及びRc2としての炭化水素基が脂肪族炭化水素基である場合、当該脂肪族炭化水素基は、直鎖状であっても、分岐鎖状であっても、環状であっても、これらの構造の組み合わせであってもよい。
芳香族炭化水素基の好適な具体例としては、フェニル基、ナフタレン-1-イル基、ナフタレン-2-イル基、4-フェニルフェニル基、3-フェニルフェニル基、2-フェニルフェニル基が挙げられる。これらの中では、フェニル基が好ましい。
飽和脂肪族炭化水素基としては、アルキル基が好ましい。アルキル基の好適な具体例としては、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、sec-ブチル基、tert-ブチル基、n-ペンチル基、n-ヘキシル基、n-ヘプチル基、n-オクチル基、2-エチルヘキシル基、n-ノニル基、n-デシル基が挙げられる。
c1及びRc2としての炭化水素基は、1以上の置換基を有してもよい。置換基の例としては、ハロゲン原子、水酸基、アルキル基、アラルキル基、アルコキシ基、シクロアルキルオキシ基、アリールオキシ基、アラルキルオキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリールチオ基、アラルキルチオ基、アシル基、アシルオキシ基、アシルチオ基、アルコキシカルボニル基、シクロアルキルオキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アミノ基、N-モノ置換アミノ基、N,N-ジ置換アミノ基、カルバモイル基(-CO-NH)、N-モノ置換カルバモイル基、N,N-ジ置換カルバモイル基、ニトロ基、シアノ基等が挙げられる。
置換基の炭素原子数は、本発明の目的を阻害しない範囲で特に限定されないが、1以上10以下が好ましく、1以上6以下がより好ましい。
上記式(c1)で表される有機ホウ素化合物の好適な具体例としては、下記の化合物が挙げられる。なお、下記式中、Penはペンチル基を示し、Hexはヘキシル基を示し、Hepはヘプチル基を示し、Octはオクチル基を示し、Nonはノニル基を示し、Decはデシル基を示す。
Figure 0007475111000064
Figure 0007475111000065
Figure 0007475111000066
Figure 0007475111000067
Figure 0007475111000068
(C)成分は、単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
レジスト組成物が(C)成分を含有する場合、レジスト組成物における(C)成分の含有量は、樹脂成分((P)成分)100質量部に対して、好ましくは0.01質量部以上5質量部以下の範囲であり、より好ましくは0.01質量部以上3質量部以下の範囲であり、さらに好ましくは0.05質量部以上2質量部以下の範囲である。
レジスト組成物には、さらに所望により混和性のある添加剤、例えばレジスト膜の性能を改良するための付加的樹脂、溶解抑制剤、可塑剤、安定剤、着色剤、ハレーション防止剤、染料などを適宜、添加含有させることができる。
(S)成分:有機溶剤成分
レジスト組成物は、材料を有機溶剤成分((S)成分)に溶解させて製造することができる。
(S)成分には、使用する各成分を溶解し、均一な溶液とすることができるものであればよく、従来、化学増幅型レジストの溶剤として公知のものの中から任意のものを1種または2種以上適宜選択して用いることができる。
(S)成分としては、たとえば、γ-ブチロラクトン(GBL)等のラクトン類;アセトン、メチルエチルケトン(MEK)、シクロヘキサノン、メチル-n-ペンチルケトン、メチルイソペンチルケトン、2-ヘプタノンなどのケトン類;エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコールなどの多価アルコール類;エチレングリコールモノアセテート、ジエチレングリコールモノアセテート、プロピレングリコールモノアセテート、またはジプロピレングリコールモノアセテート等のエステル結合を有する化合物、前記多価アルコール類または前記エステル結合を有する化合物のモノメチルエーテル、モノエチルエーテル、モノプロピルエーテル、モノブチルエーテル等のモノアルキルエーテルまたはモノフェニルエーテル等のエーテル結合を有する化合物等の多価アルコール類の誘導体[これらの中では、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)、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)が好ましい];ジオキサンのような環式エーテル類や、乳酸メチル、乳酸エチル(EL)、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、3-メトキシプロピオン酸メチル、エトキシプロピオン酸エチルなどのエステル類;アニソール、エチルベンジルエーテル、クレジルメチルエーテル、ジフェニルエーテル、ジベンジルエーテル、フェネトール、ブチルフェニルエーテル、エチルベンゼン、ジエチルベンゼン、ペンチルベンゼン、イソプロピルベンゼン、トルエン、キシレン、シメン、メシチレン等の芳香族系有機溶剤、ジメチルスルホキシド(DMSO)等を挙げることができる。
(S)成分は、単独で用いてもよく、2種以上の混合溶剤として用いてもよい。
なかでも、PGMEA、3-メトキシブチルアセテート、酢酸ブチル、2-ヘプタノンが好ましい。
(S)成分の使用量は特に限定されず、基板等に塗布可能な濃度で、塗布膜厚に応じて適宜設定される。一般的には、スピンコート法等により得られるレジスト膜の膜厚が1μm以上となるような膜厚用途で用いる場合、レジスト組成物の固形分濃度が15質量%から65質量%になる範囲であることが好ましい。
レジスト組成物は、可塑性を向上させるため、さらにポリビニル樹脂を含有していてもよい。ポリビニル樹脂の具体例としては、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリヒドロキシスチレン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニル安息香酸、ポリビニルメチルエーテル、ポリビニルエチルエーテル、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリビニルフェノール、又はこれらの共重合体等が挙げられる。ポリビニル樹脂は、ガラス転移点の低さの点から、好ましくはポリビニルメチルエーテルである。
また、レジスト組成物には、基板との接着性を向上させるために、接着助剤をさらに含有させることもできる。
また、レジスト組成物は、塗布性、消泡性、レベリング性等を向上させるため、さらに界面活性剤を含有していてもよい。界面活性剤としては、例えば、フッ素系界面活性剤やシリコーン系界面活性剤が好ましく用いられる。
フッ素系界面活性剤の具体例としては、BM-1000、BM-1100(いずれもBMケミー社製);メガファックF142D、メガファックF172、メガファックF173、メガファックF183(いずれも大日本インキ化学工業株式会社製);フロラードFC-135、フロラードFC-170C、フロラードFC-430、フロラードFC-431(いずれも住友スリーエム株式会社製);サーフロンS-112、サーフロンS-113、サーフロンS-131、サーフロンS-141、サーフロンS-145(いずれも旭硝子株式会社製);SH-28PA、SH-190、SH-193、SZ-6032、SF-8428(いずれも東レシリコーン社製)等の市販のフッ素系界面活性剤が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
シリコーン系界面活性剤としては、未変性シリコーン系界面活性剤、ポリエーテル変性シリコーン系界面活性剤、ポリエステル変性シリコーン系界面活性剤、アルキル変性シリコーン系界面活性剤、アラルキル変性シリコーン系界面活性剤、反応性シリコーン系界面活性剤等を好ましく用いることができる。
シリコーン系界面活性剤としては、市販のシリコーン系界面活性剤を用いることができる。市販のシリコーン系界面活性剤の具体例としては、ペインタッドM(東レ・ダウコーニング株式会社製)、トピカK1000、トピカK2000、トピカK5000(いずれも高千穂産業株式会社製)、XL-121(ポリエーテル変性シリコーン系界面活性剤、クラリアント社製)、BYK-310(ポリエステル変性シリコーン系界面活性剤、BYK社製)等が挙げられる。
また、レジスト組成物には、アルカリ現像液に対する溶解性の微調整を行うために、酸、酸無水物、または高沸点溶媒をさらに含有させることもできる。
酸および酸無水物の例としては、酢酸、プロピオン酸、n-酪酸、イソ酪酸、n-吉草酸、イソ吉草酸、安息香酸、桂皮酸などのモノカルボン酸;乳酸、2-ヒドロキシ酪酸、3-ヒドロキシ酪酸、サリチル酸、m-ヒドロキシ安息香酸、p-ヒドロキシ安息香酸、2-ヒドロキシ桂皮酸、3-ヒドロキシ桂皮酸、4-ヒドロキシ桂皮酸、5-ヒドロキシイソフタル酸、シリンギン酸などのヒドロキシモノカルボン酸;シュウ酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、マレイン酸、イタコン酸、ヘキサヒドロフタル酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、1,2-シクロヘキサンジカルボン酸、1,2,4-シクロヘキサントリカルボン酸、ブタンテトラカルボン酸、トリメリット酸、ピロメリット酸、シクロペンタンテトラカルボン酸、ブタンテトラカルボン酸、1,2,5,8-ナフタレンテトラカルボン酸などの多価カルボン酸;無水イタコン酸、無水コハク酸、無水シトラコン酸、無水ドデセニルコハク酸、無水トリカルバニル酸、無水マレイン酸、無水ヘキサヒドロフタル酸、無水メチルテトラヒドロフタル酸、無水ハイミック酸、1,2,3,4-ブタンテトラカルボン酸無水物、シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、無水フタル酸、無水ピロメリット酸、無水トリメリット酸、無水ベンゾフェノンテトラカルボン酸、エチレングリコールビス無水トリメリタート、グリセリントリス無水トリメリタートなどの酸無水物などを挙げることができる。
また、高沸点溶媒の例としては、N-メチルホルムアミド、N,N-ジメチルホルムアミド、N-メチルホルムアニリド、N-メチルアセトアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドン、ジメチルスルホキシド、ベンジルエチルエーテル、ジヘキシルエーテル、アセトニルアセトン、イソホロン、カプロン酸、カプリル酸、1-オクタノール、1-ノナノール、ベンジルアルコール、酢酸ベンジル、安息香酸エチル、シュウ酸ジエチル、マレイン酸ジエチル、γ-ブチロラクトン、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、フェニルセロソルブアセタート、エチルフタリルエチルグリコラート等を挙げることができる。
上述したようなアルカリ現像液に対する溶解性の微調整を行うための化合物の使用量は、用途・塗布方法に応じて調整することができ、組成物を均一に混合させることができれば特に限定されるものではないが、得られる組成物全質量に対して60質量%以下、好ましくは40質量%以下とする。
以上説明した本実施形態のレジストパターン形成方法においては、特定の溶解速度の関係(すなわち、DRMIX<DRP1、かつ、DRMIX<DRP2)を満たす、第1の樹脂成分(P1)と第2の樹脂成分(P2)とを併有するレジスト組成物を採用する。つまり、それぞれ単独の樹脂のアルカリ現像液に対する溶解速度に比べて、混合樹脂のアルカリ現像液に対する溶解速度の方を小さい値とする。これにより、レジスト膜の未露光部と露光部との現像液に対する溶解性の差(溶解コントラスト)をより大きくすることができる。加えて、レジスト膜未露光部の膜減りが抑えられ、レジスト膜露光部の残渣が生じにくくなる。さらに、より高感度で解像力の高いレジストパターンを形成することができる。
本実施形態においては、好ましい(P1)成分として、前記構成単位(a1)と前記構成単位(a0)とを併有する高分子化合物(p10)を採用し、好ましい(P2)成分として、フェノール性水酸基を含む構成単位(u0)を有する高分子化合物(p20)を採用する。(p10)成分と(p20)成分との混合樹脂の溶解速度(DRMIX)は、(p10)成分の溶解速度(DRP1)よりも小さく、かつ、(p20)成分の溶解速度(DRP2)よりも小さくなる混合状態が存在する。
かかる理由は定かではないが、例えば、アルカリ可溶部位である(p10)成分の前記構成単位(a0)の-COOH部分と、アルカリ可溶部位である(p20)成分のフェノール性水酸基を含む構成単位(u0)の-OH部分との水素結合により生じる立体障害によって、アルカリ現像液中のアルカリ成分との中和反応が進行しにくくなることにより混合樹脂としての溶解性が低くなったことに因ると考えられる。
本実施形態のレジストパターン形成方法は、特に裾引きや残渣が発生しやすい銅基板が用いられていても、レジスト膜露光部の残渣が生じにくく、良好な形状のレジストパターンを形成することができる。
(レジスト組成物の製造方法)
本発明の一態様は、露光により酸を発生し、酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解性が増大するレジスト組成物の製造方法であって、第1の樹脂成分(P1)と第2の樹脂成分(P2)とを混合する工程を有する。
前記第1の樹脂成分(P1)は、α位の炭素原子に結合した水素原子が置換基で置換されていてもよいアクリル酸エステルから誘導される構成単位であって、酸の作用により極性が増大する酸分解性基を含む構成単位(a1)と、α位の炭素原子に結合した水素原子が置換基で置換されていてもよいアクリル酸から誘導される構成単位(a0)とを併有する高分子化合物(p10)であり、前記第2の樹脂成分(P2)は、フェノール性水酸基を含む構成単位(u0)を有する高分子化合物(p20)であり、前記第1の樹脂成分(P1)のアルカリ現像液に対する溶解速度をDRP1、前記第2の樹脂成分(P2)のアルカリ現像液に対する溶解速度をDRP2、前記第1の樹脂成分(P1)と前記第2の樹脂成分(P2)との混合樹脂のアルカリ現像液に対する溶解速度をDRMIXとした場合、
DRMIX<DRP1、かつ、DRMIX<DRP2
の関係を満たす、前記第1の樹脂成分(P1)と前記第2の樹脂成分(P2)とを併用する。
(P1)成分及び(P2)成分、これらを含有するレジスト組成物については、上述した<レジスト組成物>についての説明と同様である。
(P1)成分と(P2)成分との混合は、公知の方法で行うことができ、必要に応じてディゾルバー、ホモジナイザー、3本ロールミルなどの分散機を用いて分散、混合してもよい。
(P1)成分、(P2)成分及びこれらの混合樹脂のアルカリ現像液に対する溶解速度は、各樹脂の原料モノマーの種類、(P1)成分と(P2)成分との組合せ又は混合比率などを適宜選択することにより制御する。
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。
<樹脂成分>
本実施例では、以下に示す高分子化合物をそれぞれ用いた。
≪高分子化合物(p10)≫
p10-1~p10-7:下記のモノマー(m1)~(m7)から誘導される構成単位を、表1に示すユニット比で有するアクリル系樹脂
Figure 0007475111000069
Figure 0007475111000070
≪ノボラック型フェノール樹脂(p21)≫
p21-1:m-クレゾール及びp-クレゾールの混合物(m-クレゾール/p-クレゾール=60/40モル比)とホルムアルデヒドとを酸触媒の存在下で付加縮合して得た反応生成物を、水+メタノールで分別して重量平均分子量16000~17000としたノボラック樹脂
p21-2:m-クレゾール及び2,3,5-トリメチルフェノールの混合物(m-クレゾール/2,3,5-トリメチルフェノール=90/10モル比)とホルムアルデヒドとを縮合したノボラック樹脂。重量平均分子量30000~35000
≪ポリヒドロキシスチレン系樹脂(p22)≫
p22-1:ヒドロキシスチレンとスチレンとをユニット比(モル比)85:15で有する、重量平均分子量2500のコポリマー
p22-2:ポリヒドロキシスチレン(重量平均分子量10000)に、酸解離性基としてt-Bocが導入された構成単位を27モル%有する樹脂
p22-3:ヒドロキシスチレンとスチレンとアクリル酸t-ブチルとをユニット比(モル比)60:15:25で有する、重量平均分子量10000の樹脂
p22-4:ヒドロキシスチレンとスチレンとアクリル酸t-ブチルとをユニット比(モル比)70:5:25で有する、重量平均分子量10000の樹脂
p22-5:ヒドロキシスチレンとスチレンとアクリル酸t-ブチルとをユニット比(モル比)60:25:15で有する、重量平均分子量10000の樹脂
<樹脂のアルカリ現像液に対する溶解速度の測定>
以下に示す手順(1)~(6)により、樹脂(樹脂単独、混合樹脂)のアルカリ現像液に対する溶解速度を測定した。
手順(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)と、樹脂100質量部と、界面活性剤(BYK-310、BYK社製)0.05~0.1質量部と、を混合して、次の成膜工程(手順(2))で3μm厚程度の樹脂膜が形成可能な樹脂濃度の樹脂液を調製する。
手順(2):シリコンウェーハ上に、前記樹脂液をスピン塗布した後、ホットプレート上にて120℃で90秒間の成膜加熱処理(PAB)を施すことにより成膜して、およそ3μm厚の樹脂膜を形成する。
手順(3):前記樹脂膜の膜厚(初期膜厚X)を、膜厚測定装置(光干渉式膜厚測定装置:ナノスペック モデル3000)を用いて測定する。
手順(4):前記樹脂膜が形成されたシリコンウェーハを、下記条件(i)~(iii)のいずれかにより、アルカリ現像液で現像する。
現像の条件(i):現像装置(クリーントラックACT8、東京エレクトロン株式会社製)を用い、23℃で2.38質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)水溶液にて30秒間又は60秒間の現像時間で現像を行い、その後、純水洗浄、乾燥(スピンドライ)を行う。
現像の条件(ii):前記条件(i)の30秒間パドル現像によって樹脂膜がすべて溶解する場合、別途、前記樹脂膜が形成されたシリコンウェーハを、23℃で2.38質量%TMAH水溶液にDip現像し、完全溶解までの時間(溶解時間Z)を測定する。
現像の条件(iii):前記樹脂膜が形成されたシリコンウェーハを、23℃で5質量%TMAH水溶液にてDip現像し、完全溶解までの時間(溶解時間Z)もしくは完全溶解しない場合は120秒間の現像後、純水洗浄、Nブローをする。
手順(5):アルカリ現像液で現像した後、樹脂膜の膜厚(現像後膜厚Y)を、手順(3)と同様にして測定する。
手順(6):樹脂のアルカリ現像液に対する溶解速度(DR)を算出する。
(Y)>0の場合:DR(nm/s)=(X-Y)/現像時間
(Y)=0の場合:DR(nm/s)=(X)/(Z)
[溶解速度の測定結果(1):樹脂単独の場合]
p10-1~p10-7、p21-1、p21-2、p22-1、p22-2、p22-3、p22-4、p22-5のそれぞれの樹脂について、アルカリ現像液に対する溶解速度(DR)を測定した。これらの結果を表2、表3に示した。
表2は、現像液として2.38質量%TMAH水溶液を用いた場合の溶解速度(DR)を示している。表3は、現像液として5質量%TMAH水溶液を用いた場合の溶解速度(DR)を示している。
Figure 0007475111000071
Figure 0007475111000072
[溶解速度の測定結果(2):混合樹脂の場合]
混合樹脂のそれぞれについて、アルカリ現像液に対する溶解速度(DRMIX)を測定した。これらの結果を表4~13に示した。
Figure 0007475111000073
Figure 0007475111000074
Figure 0007475111000075
Figure 0007475111000076
Figure 0007475111000077
Figure 0007475111000078
Figure 0007475111000079
Figure 0007475111000080
Figure 0007475111000081
Figure 0007475111000082
表7~9は、従来の手法である、アルカリ可溶性樹脂に導入する酸解離性基(保護基)の導入率(保護率)の異なる樹脂を作製し、混合した際の溶解速度の測定結果である。この場合、混合した後の難溶化樹脂P’MIX(溶解速度をDR’MIX)と、混合前の保護率が高く溶解速度が遅い樹脂P’(溶解速度DR’PH)と、混合前の保護率が低く溶解速度が速い樹脂P’(溶解速度DR’PL)と、のアルカリ現像液に対する溶解速度の関係はDR’PH<DR’MIX<DR’PLとなることを示している。
表7~9以外の表に示す樹脂の組合せでは、単独の樹脂のアルカリ現像液に対する溶解速度に比べて、混合樹脂のアルカリ現像液に対する溶解速度の方が小さい値となる混合樹脂の組成(質量比)が確認できる(つまり、樹脂を混合することで、溶解抑止をする効果が発生する組成であるか否かを確認できる)。
<レジスト組成物の調製(1)>
(実施例1~4、比較例1~5)
表14に示す各成分を、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)混合、溶解し、各例のレジスト組成物(固形分濃度28質量%)をそれぞれ調製した。なお、実施例1及び実施例4は参考例である。
Figure 0007475111000083
表14中、各略号はそれぞれ以下の意味を有する。[ ]内の数値は配合量(質量部)である。
(P2)-1:上記のノボラック型フェノール樹脂p21-1。
(P2)-2:上記のポリヒドロキシスチレン系樹脂p22-1。
(P1)-1:上記の高分子化合物p10-5。
(P1)-2:上記の高分子化合物p10-6。
(B)-1:下記の化学式(B-1)で表される化合物からなる酸発生剤。
(F1)-1:トリアミルアミン。
(F2)-1:サリチル酸。
(E)-1:下記の化学式(E-1)で表される含硫黄化合物。
Add-1:界面活性剤、BYK-310(BYK社製)。
Figure 0007475111000084
<レジスト組成物の調製(2)>
(実施例5~9、比較例6~13)
表15に示す各成分を、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)溶剤に混合、溶解し、各例のレジスト組成物(固形分濃度29質量%)をそれぞれ調製した。なお、実施例6は参考例である。
Figure 0007475111000085
表15中、各略号はそれぞれ以下の意味を有する。[ ]内の数値は配合量(質量部)である。
(P2)-2:上記のポリヒドロキシスチレン系樹脂p22-1。
(P2)-3:上記のノボラック型フェノール樹脂p21-2。
(P2)-4:上記のポリヒドロキシスチレン系樹脂p22-3。
(P2)-5:上記のポリヒドロキシスチレン系樹脂p22-4。
(P2)-6:上記のポリヒドロキシスチレン系樹脂p22-5。
(P1)-3:上記の高分子化合物p10-1。
(P1)-4:上記の高分子化合物p10-7。
(B)-2:下記の化学式(B-2)で表される化合物からなる酸発生剤。
(F1)-1:トリアミルアミン。
(F2)-1:サリチル酸。
(E)-1:下記の化学式(E-1)で表される含硫黄化合物。
Add-1:界面活性剤、BYK-310(BYK社製)。
Figure 0007475111000086
<レジストパターンの形成>
評価基板として、シリコンウェーハ上にTi(厚さ50nm)/Cu(厚さ500nm)スパッタを実施したCuスパッタ基板を用いた。
各例のレジスト組成物を、前記Cuスパッタ基板上にスピンナーを用いて塗布し、ホットプレート上で、温度120℃で120秒間の加熱(ポストアプライド(PAB))処理を行い、乾燥することにより、膜厚3μm(3000nm)のレジスト膜を形成した。
次に、前記レジスト膜に対し、露光装置Low NA i-Lineステッパー(FPA-5510iV、キヤノン株式会社製)を用い、マスクパターンを介して選択的に露光した。
次に、ホットプレート上に載置して、110℃で90秒間の露光後加熱(PEB)処理を行った。
次に、現像装置(クリーントラック ACT8、東京エレクトロン株式会社製)を用い、23℃にて、2.38質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)水溶液(商品名「NMD-3」、東京応化工業株式会社製)を用いて、60秒間のアルカリ現像を行った。
実施例1~4、比較例1~5のレジスト組成物を用いた場合、アルカリ現像の結果、ライン幅2μm/ピッチ4μmのラインアンドスペースのレジストパターン(LSパターン)が形成された場合(〇)と、その他場合(×:全て溶解、解像せず、膨潤など)とが観察された。LSパターンが形成された場合においてはその際の露光量(Dose,mJ/cm)を求めた。
前記のパターン観察は、高分解能FEB測長装置(S9220、株式会社日立ハイテクノロジーズ社製)にて実施した。表中、LSパターンが形成された場合を〇、その他場合を×として評価した。この結果を表16に示した。
Figure 0007475111000087
表16に示す結果から、本発明を適用した実施例1~4のレジスト組成物を用いたレジストパターン形成方法によれば、現像膜減りが抑制されてLSパターンを良好に形成できることが確認できる。
実施例5~9、比較例6~13のレジスト組成物を用いた場合、アルカリ現像の結果、ライン幅2μm/ピッチ4μmのLSパターンが形成された場合と、その他場合(全て溶解、解像せず、膨潤など)とが観察された。LSパターンが形成された場合においてはその際の露光量(Dose,mJ/cm)を求めた。
また、ターゲットサイズを変更し、上記<レジストパターンの形成>と同様にしてLSパターンの形成を行った。かかるアルカリ現像の結果、ライン幅1μm/ピッチ2μmのLSパターンが形成された場合と、その他場合(全て溶解、解像せず、膨潤など)とが観察された。LSパターンが形成された場合においては、スペース部分の残渣の状態を評価し、加えて、その際の露光量(Dose,mJ/cm)を求めた。
前記のパターン観察は、高分解能FEB測長装置(S9220、株式会社日立ハイテクノロジーズ製)にて実施した。表中、LSパターンが形成された場合を〇、その他場合を×として評価した。また、LSパターンが形成された場合については、LSパターン残渣の状態をさらに評価した(〇:残渣無し、△:残渣が少し認められる、×:残渣が多く認められる)。この結果を表17に示した。
Figure 0007475111000088
表17に示す結果から、本発明を適用した実施例5~9のレジスト組成物を用いたレジストパターン形成方法によれば、現像膜減りが抑制されてLSパターンを良好に形成できることが確認できる。
加えて、実施例5、8、9のレジスト組成物を用いたレジストパターン形成方法によれば、より微細な寸法でLSパターンを良好に形成できるとともに、残渣を生じにくいことが確認できる。
比較例10のレジスト組成物を用いたレジストパターン形成方法では、2μmLSパターン、1μmLSパターンともに、パターン上面から観察した場合は残渣も無く解像していた。しかしながら、樹脂成分のアルカリ現像液に対する溶解速度(nm/s)の値が高すぎるため、未露光部の現像膜減りが抑制できていなかった(アルカリ現像後の状態:塗布後3μmの膜厚が、現像後には2μmの膜厚になっていた)。

Claims (10)

  1. 露光により酸を発生し、酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解性が増大するレジスト組成物を用いて、支持体上にレジスト膜を形成する工程、
    前記レジスト膜を露光する工程、及び
    前記露光後のレジスト膜をアルカリ現像して、ポジ型のレジストパターンを形成する工程を有する、レジストパターン形成方法であって、
    前記レジスト組成物は、第1の樹脂成分(P1)と第2の樹脂成分(P2)とを含有するものであり、
    前記第1の樹脂成分(P1)は、α位の炭素原子に結合した水素原子が置換基で置換されていてもよいアクリル酸エステルから誘導される構成単位であって、酸の作用により極性が増大する酸分解性基を含む構成単位(a1)と、α位の炭素原子に結合した水素原子が置換基で置換されていてもよいアクリル酸から誘導される構成単位(a0)とを併有する高分子化合物(p10)であり、
    前記第2の樹脂成分(P2)は、フェノール性水酸基を含む構成単位(u0)を有する高分子化合物(p20)であり、
    前記第1の樹脂成分(P1)のアルカリ現像液に対する溶解速度をDRP1、前記第2の樹脂成分(P2)のアルカリ現像液に対する溶解速度をDRP2、前記第1の樹脂成分(P1)と前記第2の樹脂成分(P2)との混合樹脂のアルカリ現像液に対する溶解速度をDRMIXとした場合、同一の現像液と現像条件と樹脂膜厚及び樹脂膜作製条件にて比較取得した溶解速度値に関して、
    DRMIX<DRP1、かつ、DRMIX<DRP2
    の関係を満たす、前記第1の樹脂成分(P1)と前記第2の樹脂成分(P2)とを併用し、
    前記高分子化合物(p10)は、120℃で90秒間の成膜加熱処理を施すことにより成膜して、3μm厚の樹脂膜を形成し、23℃で2.38質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液にて現像した際に算出される、アルカリ現像液に対する溶解速度が10nm/秒以上である、レジストパターン形成方法。
  2. 前記構成単位(a0)は、下記一般式(a0-0)で表される構成単位である、請求項に記載のレジストパターン形成方法。
    Figure 0007475111000089
    [式中、Rは、水素原子、炭素数1~5のアルキル基又は炭素数1~5のハロゲン化アルキル基である。]
  3. 前記高分子化合物(p20)は、ノボラック型フェノール樹脂(p21)及びポリヒドロキシスチレン系樹脂(p22)からなる群より選択される少なくとも1種である、請求項1又は2に記載のレジストパターン形成方法。
  4. 前記ノボラック型フェノール樹脂(p21)は、下記一般式(u21-0)で表される構成単位を有する樹脂である、請求項に記載のレジストパターン形成方法。
    Figure 0007475111000090
    [式中、R21は、水素原子又は有機基である。na21は、1~3の整数である。]
  5. 前記ポリヒドロキシスチレン系樹脂(p22)は、下記一般式(u22-0)で表される構成単位を有する樹脂である、請求項又はに記載のレジストパターン形成方法。
    Figure 0007475111000091
    [式中、R22は、水素原子、炭素数1~5のアルキル基又は炭素数1~5のハロゲン化アルキル基である。Va22は、2価の連結基又は単結合である。Wa22は、(na22+1)価の芳香族炭化水素基である。na22は、1~3の整数である。]
  6. 前記高分子化合物(p20)は、120℃で90秒間の成膜加熱処理を施すことにより成膜して、3μm厚の樹脂膜を形成し、23℃で2.38質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液にて現像した際に算出される、アルカリ現像液に対する溶解速度が5nm/秒以上である、請求項のいずれか一項に記載のレジストパターン形成方法。
  7. 前記高分子化合物(p10)と前記高分子化合物(p20)との混合樹脂は、120℃で90秒間の成膜加熱処理を施すことにより成膜して、3μm厚の樹脂膜を形成し、23℃で2.38質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液にて現像した際に算出される、アルカリ現像液に対する溶解速度が0nm/秒を超えて35nm/秒以下である、請求項に記載のレジストパターン形成方法。
  8. 前記レジスト組成物に含まれる前記第1の樹脂成分(P1)の含有割合は、前記第1の樹脂成分(P1)と前記第2の樹脂成分(P2)との合計100質量部に対して、10~70質量部である、請求項1~のいずれか一項に記載のレジストパターン形成方法。
  9. 露光により酸を発生し、酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解性が増大するレジスト組成物であって、
    第1の樹脂成分(P1)と第2の樹脂成分(P2)とを含有し、
    前記第1の樹脂成分(P1)は、α位の炭素原子に結合した水素原子が置換基で置換されていてもよいアクリル酸エステルから誘導される構成単位であって、酸の作用により極性が増大する酸分解性基を含む構成単位(a1)と、α位の炭素原子に結合した水素原子が置換基で置換されていてもよいアクリル酸から誘導される構成単位(a0)とを併有する高分子化合物(p10)であり、
    前記第2の樹脂成分(P2)は、フェノール性水酸基を含む構成単位(u0)を有する高分子化合物(p20)であり、
    前記第1の樹脂成分(P1)のアルカリ現像液に対する溶解速度をDRP1、前記第2の樹脂成分(P2)のアルカリ現像液に対する溶解速度をDRP2、前記第1の樹脂成分(P1)と前記第2の樹脂成分(P2)との混合樹脂のアルカリ現像液に対する溶解速度をDRMIXとした場合、同一の現像液と現像条件と樹脂膜厚及び樹脂膜作製条件にて比較取得した溶解速度値に関して、
    DRMIX<DRP1、かつ、DRMIX<DRP2
    の関係を満たすものであり、
    前記高分子化合物(p10)は、120℃で90秒間の成膜加熱処理を施すことにより成膜して、3μm厚の樹脂膜を形成し、23℃で2.38質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液にて現像した際に算出される、アルカリ現像液に対する溶解速度が10nm/秒以上である、レジスト組成物。
  10. 露光により酸を発生し、酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解性が増大するレジスト組成物の製造方法であって、
    第1の樹脂成分(P1)と第2の樹脂成分(P2)とを混合する工程を有し、
    前記第1の樹脂成分(P1)は、α位の炭素原子に結合した水素原子が置換基で置換されていてもよいアクリル酸エステルから誘導される構成単位であって、酸の作用により極性が増大する酸分解性基を含む構成単位(a1)と、α位の炭素原子に結合した水素原子が置換基で置換されていてもよいアクリル酸から誘導される構成単位(a0)とを併有する高分子化合物(p10)であり、
    前記第2の樹脂成分(P2)は、フェノール性水酸基を含む構成単位(u0)を有する高分子化合物(p20)であり、
    前記第1の樹脂成分(P1)のアルカリ現像液に対する溶解速度をDRP1、前記第2の樹脂成分(P2)のアルカリ現像液に対する溶解速度をDRP2、前記第1の樹脂成分(P1)と前記第2の樹脂成分(P2)との混合樹脂のアルカリ現像液に対する溶解速度をDRMIXとした場合、同一の現像液と現像条件と樹脂膜厚及び樹脂膜作製条件にて比較取得した溶解速度値に関して、
    DRMIX<DRP1、かつ、DRMIX<DRP2
    の関係を満たす、前記第1の樹脂成分(P1)と前記第2の樹脂成分(P2)とを併用し、
    前記高分子化合物(p10)は、120℃で90秒間の成膜加熱処理を施すことにより成膜して、3μm厚の樹脂膜を形成し、23℃で2.38質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液にて現像した際に算出される、アルカリ現像液に対する溶解速度が10nm/秒以上である、レジスト組成物の製造方法。
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