KR20150058118A - 레지스트 조성물, 레지스트 패턴 형성 방법, 신규 화합물 및 산발생제 - Google Patents

레지스트 조성물, 레지스트 패턴 형성 방법, 신규 화합물 및 산발생제 Download PDF

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Abstract

산의 작용에 의해 알칼리 현상액에 대한 용해성이 변화되는 기재 성분 (A) 와, 식 (b1-1) 로 나타내는 화합물, 식 (b1-1') 로 나타내는 화합물 및/또는 식 (b1-1") 로 나타내는 화합물을 함유하는 산발생제 성분 (B) 를 함유하는 레지스트 조성물 ;
[화학식 1]
Figure pat00208

[식 중, R1" ∼ R3" 는 아릴기 또는 알킬기를 나타내고, 그 적어도 1 개는 식 (b1-1-0) 으로 나타내는 기로 치환된 치환 아릴기이고, 어느 2 개가 서로 결합하여 식 중의 황 원자와 함께 고리를 형성해도 된다. X 는 탄소수 3 ∼ 30 의 탄화수소기, Q1 은 카르보닐기를 함유하는 2 가의 연결기, p 는 1 ∼ 3 의 정수이다. X10 은 탄소수 1 ∼ 30 의 탄화수소기, Q3 은 단결합 또는 2 가의 연결기, Y10 은 -C(=O)- 또는 -SO2-, Y11 은 탄소수 1 ∼ 10 의 알킬기 또는 불소화 알킬기이다. Q2 는 단결합 또는 알킬렌기이다. W 는 탄소수 2 ∼ 10 의 알킬렌기이다.]

Description

레지스트 조성물, 레지스트 패턴 형성 방법, 신규 화합물 및 산발생제 {RESIST COMPOSITION, METHOD OF FORMING RESIST PATTERN, NOVEL COMPOUND AND ACID GENERATOR}
본 발명은 레지스트 조성물, 그 레지스트 조성물을 사용한 레지스트 패턴 형성 방법, 레지스트 조성물용의 산발생제로서 유용한 신규 화합물, 및 산발생제에 관한 것이다.
본원은 2008년 11월 13일에 일본에 출원된, 일본 특허출원 2008-291054호, 일본 특허출원 2008-291055호 및 일본 특허출원 2008-291056호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
리소그래피 기술에 있어서는, 예를 들어 기판 상에 레지스트 재료로 이루어지는 레지스트막을 형성하고, 그 레지스트막에 대하여 소정의 패턴이 형성된 마스크를 통해 광, 전자선 등의 방사선으로 선택적 노광을 실시하고, 현상 처리를 실시함으로써, 상기 레지스트막에 소정 형상의 레지스트 패턴을 형성하는 공정이 실시된다. 노광된 부분이 현상액에 용해되는 특성으로 변화하는 레지스트 재료를 포지티브형, 노광된 부분이 현상액에 용해되지 않는 특성으로 변화하는 레지스트 재료를 네거티브형이라고 한다.
최근, 반도체 소자나 액정 표시 소자의 제조에 있어서는, 리소그래피 기술의 진보에 따라 급속히 패턴의 미세화가 진행되고 있다.
미세화 수법으로는, 일반적으로 노광 광원의 단파장화가 실시되고 있다. 구체적으로는, 종래에는 g 선, i 선으로 대표되는 자외선이 사용되고 있었는데, 현재는 KrF 엑시머 레이저나, ArF 엑시머 레이저를 사용한 반도체 소자의 양산이 개시되고 있다. 또, 이들 엑시머 레이저보다 단파장인 F2 엑시머 레이저, 전자선, EUV (극자외선) 나 X 선 등에 대해서도 검토가 이루어지고 있다.
레지스트 재료에는, 이들 노광 광원에 대한 감도, 미세한 치수의 패턴을 재현할 수 있는 해상성 등의 리소그래피 특성이 요구된다. 이러한 요구를 만족시키는 레지스트 재료로서, 산의 작용에 의해 알칼리 현상액에 대한 용해성이 변화되는 베이스 수지와, 노광에 의해 산을 발생하는 산발생제를 함유하는 화학 증폭형 레지스트가 사용되고 있다. 예를 들어 포지티브형의 화학 증폭형 레지스트는, 베이스 수지로서, 산의 작용에 의해 알칼리 현상액에 대한 용해성이 증대되는 수지와 산발생제를 함유하고 있어, 레지스트 패턴 형성시에 노광에 의해 산발생제로부터 산이 발생하면, 노광부가 알칼리 현상액에 대하여 가용으로 된다.
지금까지, 화학 증폭형 레지스트의 베이스 수지로는, KrF 엑시머 레이저 (248 ㎚) 에 대한 투명성이 높은 폴리히드록시스티렌 (PHS) 이나 그 수산기를 산해리성 용해 억제기로 보호한 수지 (PHS 계 수지) 가 사용되어 왔다. 그러나, PHS 계 수지는 벤젠 고리 등의 방향 고리를 가지므로, 248 ㎚ 보다 단파장, 예를 들어 193 ㎚ 의 광에 대한 투명성이 충분하지 않다. 그 때문에, PHS 계 수지를 베이스 수지 성분으로 하는 화학 증폭형 레지스트는, 예를 들어 193 ㎚ 의 광을 사용하는 프로세스에서는 해상성이 낮다는 등의 결점이 있다. 그 때문에, 현재, ArF 엑시머 레이저 리소그래피 등에 있어서 사용되는 레지스트의 베이스 수지로는, 193 ㎚ 부근에서의 투명성이 우수하다는 점에서 일반적으로 (메트)아크릴산에스테르로부터 유도되는 구성 단위를 주사슬에 갖는 수지 (아크릴계 수지) 가 사용되고 있다. 포지티브형의 경우, 이러한 수지로는, 지방족 다고리형기를 함유하는 제 3 급 알킬에스테르형 산해리성 용해 억제기를 포함하는 (메트)아크릴산에스테르로부터 유도되는 구성 단위, 예를 들어 2-알킬-2-아다만틸(메트)아크릴레이트 등으로부터 유도되는 구성 단위를 갖는 수지가 주로 사용되고 있다 (예를 들어, 특허 문헌 1 참조).
또, 「(메트)아크릴산에스테르」란,
Figure pat00001
위치에 수소 원자가 결합한 아크릴산에스테르와,
Figure pat00002
위치에 메틸기가 결합한 메타크릴산에스테르의 한쪽 또는 양쪽을 의미한다. 「(메트)아크릴레이트」란,
Figure pat00003
위치에 수소 원자가 결합한 아크릴레이트와,
Figure pat00004
위치에 메틸기가 결합한 메타크릴레이트의 한쪽 또는 양쪽을 의미한다. 「(메트)아크릴산」이란,
Figure pat00005
위치에 수소 원자가 결합한 아크릴산과,
Figure pat00006
위치에 메틸기가 결합한 메타크릴산의 한쪽 또는 양쪽을 의미한다.
한편, 화학 증폭형 레지스트에 있어서 사용되는 산발생제로서는 지금까지 다종 다양한 것이 제안되어 있고, 예를 들어 요오드늄염이나 술포늄염 등의 오늄염계 산발생제, 옥심술포네이트계 산발생제, 디아조메탄계 산발생제, 니트로벤질술포네이트계 산발생제, 이미노술포네이트계 산발생제, 디술폰계 산발생제 등이 알려져 있다.
현재 산발생제로서는, 카티온부에 트리페닐술포늄 등의 오늄 이온을 갖는 오늄염계 산발생제가 사용되고 있다. 오늄염계 산발생제의 아니온부로는, 알킬술폰산 이온이나 그 알킬기의 수소 원자의 일부 또는 전부가 불소 원자로 치환된 불소화 알킬술폰산 이온이 사용되고 있다 (예를 들어, 특허 문헌 2 참조).
특허 문헌 1 : 일본 공개특허공보 2003-241385호
특허 문헌 2 : 일본 공개특허공보 2005-037888호
전술한 바와 같은 오늄염계 산발생제 중에서도, 현재 퍼플루오로알킬술폰산 이온을 아니온부에 갖는 오늄염계 산발생제가 일반적으로 사용되고 있다.
그러나 최근, 레지스트 패턴의 미세화가 점점 더 진행되어, 퍼플루오로알킬술폰산 이온을 아니온부에 갖는 오늄염계 산발생제를 함유하는 종래의 레지스트 조성물에 있어서는, 레지스트 패턴 형상이나 여러 가지 리소그래피 특성의 계속된 향상이 요망되고 있다.
이에 대하여, 레지스트 조성물용의 산발생제로서, 보다 유용한 신규 화합물에 대한 요구가 있다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 레지스트 조성물용의 산발생제로서 유용한 신규 화합물, 당해 화합물을 사용한 산발생제, 당해 산발생제를 함유하는 레지스트 조성물 및 이것을 사용한 레지스트 패턴 형성 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 이하의 구성을 채용하였다.
즉, 본 발명의 제 1 양태는, 산의 작용에 의해 알칼리 현상액에 대한 용해성이 변화되는 기재 성분 (A), 및 노광에 의해 산을 발생하는 산발생제 성분 (B) 를 함유하는 레지스트 조성물로서, 상기 산발생제 성분 (B) 는, 하기 일반식 (b1-1) 로 나타내는 화합물로 이루어지는 산발생제 (B1), 하기 일반식 (b1-1') 로 나타내는 화합물로 이루어지는 산발생제 (B1') 및 하기 일반식 (b1-1") 로 나타내는 화합물로 이루어지는 산발생제 (B1") 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종을 함유하는 것을 특징으로 하는 레지스트 조성물이다.
[화학식 1]
Figure pat00007
[식 중, R1" ∼ R3" 는 각각 독립적으로 치환기를 가지고 있어도 되는 아릴기 또는 알킬기를 나타내고, R1" ∼ R3" 중 적어도 1 개는, 수소 원자의 일부가 하기 일반식 (b1-1-0) 으로 나타내는 기로 치환된 치환 아릴기이고, R1" ∼ R3" 중 어느 2 개가 서로 결합하여 식 중의 황 원자와 함께 고리를 형성해도 된다. X 는 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소수 3 ∼ 30 의 탄화수소기이고, Q1 은 카르보닐기를 함유하는 2 가의 연결기이고, p 는 1 ∼ 3 의 정수이고, X10 은 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소수 1 ∼ 30 의 탄화수소기이고, Q3 은 단결합 또는 2 가의 연결기이고, Y10 은 -C(=O)- 또는 -SO2- 이고, Y11 은 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소수 1 ∼ 10 의 알킬기 또는 불소화 알킬기이고, Q2 는 단결합 또는 알킬렌기이다.]
[화학식 2]
Figure pat00008
[식 (b1-1-0) 중, W 는 탄소수 2 ∼ 10 의 직사슬형 또는 분기사슬형의 알킬렌기이다.]
본 발명의 제 2 양태는, 지지체 상에, 상기 제 1 양태의 레지스트 조성물을 사용하여 레지스트막을 형성하는 공정, 상기 레지스트막을 노광하는 공정, 및 상기 레지스트막을 알칼리 현상하여 레지스트 패턴을 형성하는 공정을 포함하는 레지스트 패턴 형성 방법이다.
본 발명의 제 3 양태는, 하기 일반식 (b1-1) 로 나타내는 화합물 (B1), 하기 일반식 (b1-1') 로 나타내는 화합물 (B1') 및 하기 일반식 (b1-1") 로 나타내는 화합물 (B1") 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 화합물이다.
[화학식 3]
Figure pat00009
[식 중, R1" ∼ R3" 는 각각 독립적으로 치환기를 가지고 있어도 되는 아릴기 또는 알킬기를 나타내고, R1" ∼ R3" 중 적어도 1 개는, 수소 원자의 일부가 하기 일반식 (b1-1-0) 으로 나타내는 기로 치환된 치환 아릴기이고, R1" ∼ R3" 중 어느 2 개가 서로 결합하여 식 중의 황 원자와 함께 고리를 형성해도 된다. X 는 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소수 3 ∼ 30 의 탄화수소기이고, Q1 은 카르보닐기를 함유하는 2 가의 연결기이고, p 는 1 ∼ 3 의 정수이고, X10 은 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소수 1 ∼ 30 의 탄화수소기이고, Q3 은 단결합 또는 2 가의 연결기이고, Y10 은 -C(=O)- 또는 -SO2- 이고, Y11 은 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소수 1 ∼ 10 의 알킬기 또는 불소화 알킬기이고, Q2 는 단결합 또는 알킬렌기이다.]
[화학식 4]
Figure pat00010
[식 (b1-1-0) 중, W 는 탄소수 2 ∼ 10 의 직사슬형 또는 분기사슬형의 알킬렌기이다.]
본 발명의 제 4 양태는, 상기 제 3 양태의 화합물로 이루어지는 산발생제이다.
본 명세서 및 본 특허 청구의 범위에 있어서, 「알킬기」는 특별히 언급하지 않는 한, 직사슬형, 분기사슬형 및 고리형의 1 가의 포화 탄화수소기를 포함하는 것으로 한다.
또한, 「알킬렌기」는 특별히 언급하지 않는 한, 직사슬형, 분기사슬형 및 고리형의 2 가의 포화 탄화수소기를 포함하는 것으로 한다.
「저급 알킬기」는 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기이다.
「할로겐화 알킬기」는, 알킬기의 수소 원자의 일부 또는 전부가 할로겐 원자로 치환된 기이고, 그 할로겐 원자로서는 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자, 요오드 원자를 들 수 있다.
「구성 단위」란, 고분자 화합물 (중합체, 공중합체) 을 구성하는 모노머 단위 (단량체 단위) 를 의미한다.
「노광」은 방사선의 조사 전반을 포함하는 개념으로 한다.
본 발명에 의하면, 레지스트 조성물용의 산발생제로서 유용한 신규 화합물, 당해 화합물을 사용한 산발생제, 당해 산발생제를 함유하는 레지스트 조성물 및 이것을 사용한 레지스트 패턴 형성 방법을 제공할 수 있다.
≪레지스트 조성물≫
본 발명의 제 1 양태인 레지스트 조성물은, 산의 작용에 의해 알칼리 현상액에 대한 용해성이 변화되는 기재 성분 (A) (이하 「(A) 성분」이라고 한다.), 및 노광에 의해 산을 발생하는 산발생제 성분 (B) (이하 「(B) 성분」이라고 한다.) 를 함유한다.
이러한 레지스트 조성물을 사용하여 형성되는 레지스트막은, 레지스트 패턴 형성시에 선택적 노광을 실시하면 (B) 성분으로부터 산이 발생하고, 그 산이 (A) 성분의 알칼리 현상액에 대한 용해성을 변화시킨다. 그 결과, 당해 레지스트막의 노광부의 알칼리 현상액에 대한 용해성이 변화되는 한편, 미노광부는 알칼리 현상액에 대한 용해성이 변화되지 않기 때문에, 알칼리 현상함으로써, 포지티브형인 경우에는 노광부가, 네가티브형인 경우에는 미노광부가 용해 제거되어 레지스트 패턴이 형성된다.
본 발명의 레지스트 조성물은, 네가티브형 레지스트 조성물이어도 되고, 포지티브형 레지스트 조성물이어도 된다.
<(A) 성분>
(A) 성분으로는, 통상 화학 증폭형 레지스트용의 기재 성분으로서 사용되고 있는 유기 화합물을 1 종 단독으로, 또는 2 종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
여기서, 「기재 성분」이란, 막 형성능을 갖는 유기 화합물이고, 바람직하게는 분자량이 500 이상인 유기 화합물이 사용된다. 그 유기 화합물의 분자량이 500 이상임으로써, 막 형성능이 향상되고, 또한 나노 레벨의 레지스트 패턴을 형성하기 쉽다.
상기 분자량이 500 이상인 유기 화합물은, 분자량이 500 이상 2000 미만인 저분자량 유기 화합물 (이하, 저분자 화합물이라고 한다) 과, 분자량이 2000 이상인 고분자량 수지 (고분자 재료) 로 크게 분류된다. 상기 저분자 화합물로는, 통상적으로 비중합체가 사용된다. 수지 (중합체, 공중합체) 의 경우에는, 「분자량」으로서 GPC (겔 퍼미에이션 크로마토그래피) 에 의한 폴리스티렌 환산의 질량 평균 분자량을 사용하는 것으로 한다. 이하, 단순히 「수지」라고 하는 경우에는, 분자량이 2000 이상인 수지를 나타내는 것으로 한다.
(A) 성분으로는, 산의 작용에 의해 알칼리 용해성이 변화되는 수지를 사용할 수 있고, 산의 작용에 의해 알칼리 용해성이 변화되는 저분자 재료를 사용할 수도 있다.
본 발명의 레지스트 조성물이 네거티브형 레지스트 조성물인 경우, (A) 성분으로는 알칼리 현상액에 가용성 기재 성분이 사용되고, 추가로 당해 네거티브형 레지스트 조성물에 가교제가 배합된다.
이러한 네거티브형 레지스트 조성물은, 노광에 의해 (B) 성분으로부터 산이 발생하면, 당해 산이 작용하여 기재 성분과 가교제 사이에서 가교가 일어나고, 알칼리 현상액에 대하여 난용성으로 변화된다. 그 때문에, 레지스트 패턴의 형성에 있어서, 당해 네거티브형 레지스트 조성물을 기판 상에 도포하여 얻어지는 레지스트막을 선택적으로 노광하면, 노광부는 알칼리 현상액에 대하여 난용성으로 바뀌는 한편, 미노광부는 알칼리 현상액에 대하여 가용성인 채로 변화되지 않기 때문에, 알칼리 현상함으로써 레지스트 패턴을 형성할 수 있다.
네거티브형 레지스트 조성물의 (A) 성분으로는, 통상 알칼리 현상액에 대하여 가용성인 수지 (이하, 알칼리 가용성 수지라고 한다) 가 사용된다.
알칼리 가용성 수지로는,
Figure pat00011
-(히드록시알킬)아크릴산, 또는
Figure pat00012
-(히드록시알킬)아크릴산의 저급 알킬에스테르에서 선택되는 적어도 하나로부터 유도되는 단위를 갖는 수지가, 팽윤이 적은 양호한 레지스트 패턴을 형성할 수 있어 바람직하다. 또한,
Figure pat00013
-(히드록시알킬)아크릴산은, 카르복시기가 결합하는
Figure pat00014
위치의 탄소 원자에 수소 원자가 결합되어 있는 아크릴산과, 이
Figure pat00015
위치의 탄소 원자에 히드록시알킬기 (바람직하게는 탄소수 1 ∼ 5 의 히드록시알킬기) 가 결합되어 있는
Figure pat00016
-히드록시알킬아크릴산의 한쪽 또는 양쪽을 나타낸다.
가교제로는, 예를 들어 통상은, 메틸올기 또는 알콕시메틸기를 갖는 글리콜우릴 등의 아미노계 가교제를 사용하면, 팽윤이 적은 양호한 레지스트 패턴을 형성할 수 있어 바람직하다. 가교제의 배합량은, 알칼리 가용성 수지 100 질량부에 대하여 1 ∼ 50 질량부인 것이 바람직하다.
본 발명의 레지스트 조성물이 포지티브형 레지스트 조성물인 경우, (A) 성분으로는, 산의 작용에 의해 알칼리 현상액에 대한 용해성이 증대되는 기재 성분이 사용된다. 그 (A) 성분은, 노광 전에는 알칼리 현상액에 대하여 난용성이고, 노광에 의해 상기 (B) 성분으로부터 산이 발생하면, 그 산의 작용에 의해 알칼리 현상액에 대한 용해성이 증대된다. 그 때문에, 레지스트 패턴의 형성에 있어서, 당해 포지티브형 레지스트 조성물을 기판 상에 도포하여 얻어지는 레지스트막에 대하여 선택적으로 노광하면, 노광부는 알칼리 현상액에 대하여 난용성에서 가용성으로 변화하는 한편, 미노광부는 알칼리 난용성인 채로 변화하지 않기 때문에, 알칼리 현상함으로써 레지스트 패턴을 형성할 수 있다.
본 발명의 레지스트 조성물에 있어서, (A) 성분은, 산의 작용에 의해 알칼리 현상액에 대한 용해성이 증대되는 기재 성분인 것이 바람직하다. 즉, 본 발명의 레지스트 조성물은, 포지티브형 레지스트 조성물인 것이 바람직하다.
그 (A) 성분은, 산의 작용에 의해 알칼리 현상액에 대한 용해성이 증대되는 수지 성분 (A1) (이하, (A1) 성분이라고 하는 경우가 있다) 이어도 되고, 산의 작용에 의해 알칼리 현상액에 대한 용해성이 증대되는 저분자 화합물 (A2) (이하, (A2) 성분이라고 하는 경우가 있다) 이어도 되며, 이들의 혼합물이어도 된다. 그 중에서도 그 (A) 성분이 (A1) 성분을 함유하는 것이 바람직하다.
[(A1) 성분]
(A1) 성분으로는, 통상적으로 화학 증폭형 레지스트용 기재 성분으로서 사용되고 있는 수지 성분 (베이스 수지) 을 1 종 단독으로, 또는 2 종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
본 양태에 있어서, (A1) 성분으로는, 아크릴산에스테르로부터 유도되는 구성 단위를 함유하는 것이 바람직하다.
여기서, 본 명세서 및 특허 청구의 범위에 있어서, 「아크릴산에스테르로부터 유도되는 구성 단위」란, 아크릴산에스테르의 에틸렌성 이중 결합이 개열 (開裂) 되어 구성되는 구성 단위를 의미한다.
「아크릴산에스테르」는,
Figure pat00017
위치의 탄소 원자에 수소 원자가 결합되어 있는 아크릴산에스테르 외에,
Figure pat00018
위치의 탄소 원자에 치환기 (수소 원자 이외의 원자 또는 기) 가 결합되어 있는 것도 포함하는 개념으로 한다. 치환기로는, 저급 알킬기, 할로겐화 저급 알킬기 등을 들 수 있다.
또한, 아크릴산에스테르로부터 유도되는 구성 단위의
Figure pat00019
위치 (
Figure pat00020
위치의 탄소 원자) 란, 특별히 언급이 없는 한, 카르보닐기가 결합되어 있는 탄소 원자를 의미한다.
아크릴산에스테르에 있어서,
Figure pat00021
위치의 치환기로서의 저급 알킬기로서, 구체적으로는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기, 펜틸기, 이소펜틸기, 네오펜틸기 등의 저급의 직사슬형 또는 분기사슬형 알킬기를 들 수 있다.
또한, 할로겐화 저급 알킬기로서, 구체적으로는, 상기 「
Figure pat00022
위치의 치환기로서의 저급 알킬기」의 수소 원자의 일부 또는 전부를 할로겐 원자로 치환한 기를 들 수 있다. 그 할로겐 원자로는, 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자, 요오드 원자 등을 들 수 있고, 특히 불소 원자가 바람직하다.
본 발명에 있어서, 아크릴산에스테르의
Figure pat00023
위치에 결합되어 있는 것은, 수소 원자, 저급 알킬기 또는 할로겐화 저급 알킬기인 것이 바람직하고, 수소 원자, 저급 알킬기 또는 불소화 저급 알킬기인 것이 보다 바람직하며, 공업상 입수가 용이하다는 점에서, 수소 원자 또는 메틸기인 것이 가장 바람직하다.
(A1) 성분은, 특히 산해리성 용해 억제기를 함유하는 아크릴산에스테르로부터 유도되는 구성 단위 (a1) 을 갖는 것이 바람직하다.
또한, (A1) 성분은, 구성 단위 (a1) 에 더하여, 추가로 락톤 함유 고리형기를 함유하는 아크릴산에스테르로부터 유도되는 구성 단위 (a2) 를 갖는 것이 바람직하다.
또한, (A1) 성분은, 구성 단위 (a1) 에 더하여, 또는 구성 단위 (a1) 및 (a2) 에 더하여, 추가로 극성기 함유 지방족 탄화수소기를 함유하는 아크릴산에스테르로부터 유도되는 구성 단위 (a3) 을 갖는 것이 바람직하다.
·구성 단위 (a1)
구성 단위 (a1) 에 있어서의 산해리성 용해 억제기는, 해리 전에는 (A1) 성분 전체를 알칼리 현상액에 대하여 난용으로 하는 알칼리 용해 억제성을 가짐과 함께, 산에 의해 해리되어 이 (A1) 성분 전체의 알칼리 현상액에 대한 용해성을 증대시키는 것으로, 지금까지, 화학 증폭형 레지스트용 베이스 수지의 산해리성 용해 억제기로서 제안되어 있는 것을 사용할 수 있다. 일반적으로는, (메트)아크릴산 등에 있어서의 카르복시기와 고리형 또는 사슬형의 제 3 급 알킬에스테르를 형성하는 기 ; 알콕시알킬기 등의 아세탈형 산해리성 용해 억제기 등이 널리 알려져 있다.
여기서, 「제 3 급 알킬에스테르」란, 카르복시기의 수소 원자가 사슬형 또는 고리형 알킬기로 치환됨으로써 에스테르를 형성하고 있고, 그 카르보닐옥시기 (-C(O)-O-) 의 말단의 산소 원자에, 상기 사슬형 또는 고리형 알킬기의 제 3 급 탄소 원자가 결합되어 있는 구조를 나타낸다. 이 제 3 급 알킬에스테르에 있어서는, 산이 작용하면, 산소 원자와 제 3 급 탄소 원자 사이에서 결합이 절단된다.
또한, 상기 사슬형 또는 고리형 알킬기는 치환기를 갖고 있어도 된다.
이하, 카르복시기와 제 3 급 알킬에스테르를 구성함으로써 산해리성으로 되어 있는 기를, 편의상 「제 3 급 알킬에스테르형 산해리성 용해 억제기」라고 한다.
제 3 급 알킬에스테르형 산해리성 용해 억제기로는, 지방족 분기사슬형 산해리성 용해 억제기, 지방족 고리형기를 함유하는 산해리성 용해 억제기를 들 수 있다.
「지방족 분기사슬형」이란, 방향족성을 갖지 않는 분기사슬형 구조를 갖는 것을 나타낸다.
「지방족 분기사슬형 산해리성 용해 억제기」의 구조는, 탄소 및 수소로 이루어지는 기 (탄화수소기) 인 것에 한정되지는 않지만, 탄화수소기인 것이 바람직하다. 또한, 「탄화수소기」는 포화 또는 불포화 중 어느 것이어도 되지만, 통상은 포화인 것이 바람직하다.
지방족 분기사슬형 산해리성 용해 억제기로는, 탄소수 4 ∼ 8 의 제 3 급 알킬기가 바람직하고, 구체적으로는 tert-부틸기, tert-펜틸기, tert-헵틸기 등을 들 수 있다.
「지방족 고리형기」는, 방향족성을 갖지 않는 단고리형기 또는 다고리형기인 것을 나타낸다.
구성 단위 (a1) 에 있어서의 「지방족 고리형기」는, 치환기를 가지고 있어도 되고, 가지고 있지 않아도 된다. 치환기로는, 탄소수 1 ∼ 5 의 저급 알킬기, 불소 원자, 불소 원자로 치환된 탄소수 1 ∼ 5 의 불소화 저급 알킬기, 산소 원자 (=O) 등을 들 수 있다.
「지방족 고리형기」의 치환기를 제외한 기본 고리의 구조는, 탄소 및 수소로 이루어지는 기 (탄화수소기) 인 것에 한정되지는 않지만, 탄화수소기인 것이 바람직하다. 또한, 「탄화수소기」는 포화 또는 불포화 중 어느 것이어도 되지만, 통상은 포화인 것이 바람직하다. 「지방족 고리형기」는 다고리형기인 것이 바람직하다.
지방족 고리형기로는, 예를 들어 저급 알킬기, 불소 원자 또는 불소화 알킬기로 치환되어 있어도 되고, 치환되어 있지 않아도 되는 모노시클로알칸, 비시클로알칸, 트리시클로알칸, 테트라시클로알칸 등의 폴리시클로알칸으로부터 1 개 이상의 수소 원자를 제거한 기 등을 들 수 있다. 보다 구체적으로는, 시클로펜탄, 시클로헥산 등의 모노시클로알칸이나, 아다만탄, 노르보르난, 이소보르난, 트리시클로데칸, 테트라시클로도데칸 등의 폴리시클로알칸으로부터 1 개 이상의 수소 원자를 제거한 기 등을 들 수 있다.
지방족 고리형기를 함유하는 산해리성 용해 억제기로는, 예를 들어 고리형 알킬기의 고리 골격 상에 제 3 급 탄소 원자를 갖는 기를 들 수 있고, 구체적으로는 2-메틸-2-아다만틸기나, 2-에틸-2-아다만틸기 등을 들 수 있다. 혹은, 하기 일반식 (a1"-1) ∼ (a1"-6) 으로 나타내는 구성 단위에 있어서, 카르보닐옥시기 (-C(O)-O-) 의 산소 원자에 결합한 기와 같이, 아다만틸기, 시클로헥실기, 시클로펜틸기, 노르보르닐기, 트리시클로데카닐기, 테트라시클로도데카닐기 등의 지방족 고리형기와, 이것에 결합하는, 제 3 급 탄소 원자를 갖는 분기사슬형 알킬렌기를 갖는 기를 들 수 있다.
[화학식 5]
Figure pat00024
[식 중, R 은 수소 원자, 저급 알킬기 또는 할로겐화 저급 알킬기를 나타내고 ; R15, R16 은 알킬기 (직사슬형, 분기사슬형 중 어느 것이어도 되고, 바람직하게는 탄소수 1 ∼ 5 이다) 를 나타낸다.]
일반식 (a1"-1) ∼ (a1"-6) 에 있어서, R 의 저급 알킬기 또는 할로겐화 저급 알킬기는, 상기 아크릴산에스테르의
Figure pat00025
위치에 결합되어 있어도 되는 저급 알킬기 또는 할로겐화 저급 알킬기와 동일하다.
「아세탈형 산해리성 용해 억제기」는, 일반적으로 카르복시기, 수산기 등의 알칼리 가용성기 말단의 수소 원자와 치환하여 산소 원자와 결합되어 있다. 그리고, 노광에 의해 산이 발생되면, 이 산이 작용하여, 아세탈형 산해리성 용해 억제기와, 당해 아세탈형 산해리성 용해 억제기가 결합한 산소 원자 사이에서 결합이 절단된다.
아세탈형 산해리성 용해 억제기로는, 예를 들어 하기 일반식 (p1) 로 나타내는 기를 들 수 있다.
[화학식 6]
Figure pat00026
[식 중, R1', R2' 는 각각 독립적으로 수소 원자 또는 저급 알킬기를 나타내고, n 은 0 ∼ 3 의 정수를 나타내고, Y 는 저급 알킬기 또는 지방족 고리형기를 나타낸다.]
상기 식 중, n 은 0 ∼ 2 의 정수인 것이 바람직하고, 0 또는 1 이 보다 바람직하고, 0 이 가장 바람직하다.
R1', R2' 의 저급 알킬기로는, 상기 R 의 저급 알킬기와 동일한 것을 들 수 있고, 메틸기 또는 에틸기가 바람직하고, 메틸기가 가장 바람직하다.
본 발명에 있어서는, R1', R2' 중 적어도 1 개가 수소 원자인 것이 바람직하다. 즉, 산해리성 용해 억제기 (p1) 이 하기 일반식 (p1-1) 로 나타내는 기인 것이 바람직하다.
[화학식 7]
Figure pat00027
[식 중, R1', n, Y 는 상기와 동일하다.]
Y 의 저급 알킬기로는, 상기 R 의 저급 알킬기와 동일한 것을 들 수 있다.
Y 의 지방족 고리형기로는, 종래 ArF 레지스트 등에 있어서 다수 제안되어 있는 단고리 또는 다고리형의 지방족 고리형기 중에서 적절히 선택하여 사용할 수 있고, 예를 들어 상기 「지방족 고리형기」와 동일한 것을 예시할 수 있다.
또한, 아세탈형 산해리성 용해 억제기로는, 하기 일반식 (p2) 로 나타내는 기도 들 수 있다.
[화학식 8]
Figure pat00028
[식 중, R17, R18 은 각각 독립적으로 직사슬형 혹은 분기사슬형 알킬기 또는 수소 원자이고, R19 는 직사슬형, 분기사슬형 또는 고리형 알킬기이다. 또는, R17 및 R19 가 각각 독립적으로 직사슬형 또는 분기사슬형 알킬렌기로서, R17 의 말단과 R19 의 말단이 결합하여 고리를 형성하고 있어도 된다.]
R17, R18 에 있어서, 알킬기의 탄소수는 바람직하게는 1 ∼ 15 이고, 직사슬형, 분기사슬형 중 어느 것이어도 되고, 에틸기, 메틸기가 바람직하고, 메틸기가 가장 바람직하다.
특히 R17, R18 의 한쪽이 수소 원자이고, 다른 쪽이 메틸기인 것이 바람직하다.
R19 는 직사슬형, 분기사슬형 또는 고리형 알킬기이고, 탄소수는 바람직하게는 1 ∼ 15 이고, 직사슬형, 분기사슬형 또는 고리형 중 어느 것이어도 된다.
R19 가 직사슬형, 분기사슬형인 경우에는 탄소수 1 ∼ 5 인 것이 바람직하고, 에틸기, 메틸기가 더욱 바람직하고, 특히 에틸기가 가장 바람직하다.
R19 가 고리형인 경우에는 탄소수 4 ∼ 15 인 것이 바람직하고, 탄소수 4 ∼ 12 인 것이 더욱 바람직하고, 탄소수 5 ∼ 10 이 가장 바람직하다. 구체적으로는 불소 원자 또는 불소화 알킬기로 치환되어 있어도 되고, 치환되어 있지 않아도 되는 모노시클로알칸, 비시클로알칸, 트리시클로알칸, 테트라시클로알칸 등의 폴리시클로알칸으로부터 1 개 이상의 수소 원자를 제거한 기 등을 예시할 수 있다. 구체적으로는, 시클로펜탄, 시클로헥산 등의 모노시클로알칸이나, 아다만탄, 노르보르난, 이소보르난, 트리시클로데칸, 테트라시클로도데칸 등의 폴리시클로알칸으로부터 1 개 이상의 수소 원자를 제거한 기 등을 들 수 있다. 그 중에서도 아다만탄으로부터 1 개 이상의 수소 원자를 제거한 기가 바람직하다.
또한, 상기 식에 있어서는, R17 및 R19 가 각각 독립적으로 직사슬형 또는 분기사슬형 알킬렌기 (바람직하게는 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬렌기) 로서 R19 의 말단과 R17 의 말단이 결합되어 있어도 된다.
이 경우, R17 과 R19 와, R19 가 결합한 산소 원자와, 그 산소 원자 및 R17 이 결합한 탄소 원자에 의해 고리형기가 형성되어 있다. 그 고리형기로는, 4 ∼ 7 원자 고리가 바람직하고, 4 ∼ 6 원자 고리가 보다 바람직하다. 그 고리형기의 구체예로는, 테트라히드로피라닐기, 테트라히드로푸라닐기 등을 들 수 있다.
구성 단위 (a1) 로는, 하기 일반식 (a1-0-1) 로 나타내는 구성 단위 및 하기 일반식 (a1-0-2) 로 나타내는 구성 단위로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 이상을 사용하는 것이 바람직하다.
[화학식 9]
Figure pat00029
[식 중, R 은 수소 원자, 저급 알킬기 또는 할로겐화 저급 알킬기를 나타내고 ; X1 은 산해리성 용해 억제기를 나타낸다.]
[화학식 10]
Figure pat00030
[식 중, R 은 수소 원자, 저급 알킬기 또는 할로겐화 저급 알킬기를 나타내고 ; X2 는 산해리성 용해 억제기를 나타내고 ; Y2 는 2 가의 연결기를 나타낸다.]
일반식 (a1-0-1) 에 있어서, R 의 저급 알킬기 또는 할로겐화 저급 알킬기는, 상기 아크릴산에스테르의
Figure pat00031
위치에 결합되어 있어도 되는 저급 알킬기 또는 할로겐화 저급 알킬기와 동일하다.
X1 은, 산해리성 용해 억제기이면 특별히 한정되지는 않고, 예를 들어 상기 서술한 제 3 급 알킬에스테르형 산해리성 용해 억제기, 아세탈형 산해리성 용해 억제기 등을 들 수 있고, 제 3 급 알킬에스테르형 산해리성 용해 억제기가 바람직하다.
일반식 (a1-0-2) 에 있어서, R 은 상기와 동일하다.
X2 는, 식 (a1-0-1) 중의 X1 과 동일하다.
Y2 인 2 가의 연결기로는, 알킬렌기, 2 가의 지방족 고리형기 또는 헤테로 원자를 함유하는 2 가의 연결기를 들 수 있다.
그 지방족 고리형기로는, 수소 원자가 2 개 이상 제거된 기가 사용되는 것 이외에는 상기 「지방족 고리형기」의 설명과 동일한 것을 사용할 수 있다.
Y2 가 알킬렌기인 경우, 탄소수 1 ∼ 10 인 것이 바람직하고, 탄소수 1 ∼ 6 인 것이 더욱 바람직하고, 탄소수 1 ∼ 4 인 것이 특히 바람직하고, 탄소수 1 ∼ 3 인 것이 가장 바람직하다.
Y2 가 2 가의 지방족 고리형기인 경우, 시클로펜탄, 시클로헥산, 노르보르난, 이소보르난, 아다만탄, 트리시클로데칸, 테트라시클로도데칸으로부터 수소 원자가 2 개 이상 제거된 기인 것이 특히 바람직하다.
Y2 가 헤테로 원자를 함유하는 2 가의 연결기인 경우, 헤테로 원자를 함유하는 2 가의 연결기로는, -O-, -C(=O)-O-, -C(=O)-, -O-C(=O)-O-, -C(=O)-NH-, -NH- (H 는 알킬기, 아실기 등의 치환기로 치환되어 있어도 된다.), -S-, -S(=O)2-, -S(=O)2-O-, 「-Ya-O(산소 원자)-Yb- (단, Ya 및 Yb 는 각각 독립적으로 치환기를 가지고 있어도 되는 2 가의 탄화수소기이다.)」등을 들 수 있다.
Y2 가 -NH- 인 경우에 있어서의 치환기 (알킬기, 아실기 등) 의 탄소수로서는 1 ∼ 10 인 것이 바람직하고, 탄소수 1 ∼ 8 인 것이 더욱 바람직하고, 탄소수 1 ∼ 5 인 것이 특히 바람직하다.
Y2 가 「Ya-O-Yb」인 경우, Ya 및 Yb 는, 각각 독립적으로 치환기를 가지고 있어도 되는 2 가의 탄화수소기이다.
탄화수소기가 「치환기를 갖는다」란, 그 탄화수소기에 있어서의 수소 원자의 일부 또는 전부가, 수소 원자 이외의 기 또는 원자로 치환되어 있는 것을 의미한다.
Ya 에서의 탄화수소기는, 지방족 탄화수소기이어도 되고, 방향족 탄화수소기이어도 된다. 지방족 탄화수소기는, 방향족성을 갖지 않은 탄화수소기를 의미한다.
Ya 에서의 지방족 탄화수소기는, 포화이어도 되고, 불포화이어도 되며, 통상적으로는 포화인 것이 바람직하다.
Ya 에서의 지방족 탄화수소기로서, 보다 구체적으로는, 직사슬형 또는 분기사슬형의 지방족 탄화수소기, 구조 중에 고리를 포함하는 지방족 탄화수소기 등을 들 수 있다.
직사슬형 또는 분기사슬형의 지방족 탄화수소기는, 탄소수가 1 ∼ 10 인 것이 바람직하고, 1 ∼ 8 이 보다 바람직하고, 2 ∼ 5 가 더욱 바람직하며, 2 가 가장 바람직하다.
직사슬형의 지방족 탄화수소기로는, 직사슬형 알킬렌기가 바람직하고, 구체적으로는, 메틸렌기, 에틸렌기 [-(CH2)2-], 트리메틸렌기 [-(CH2)3-], 테트라메틸렌기 [-(CH2)4-], 펜타메틸렌기 [-(CH2)5-] 등을 들 수 있다.
분기사슬형의 지방족 탄화수소기로는, 분기사슬형 알킬렌기가 바람직하고, 구체적으로는, -CH(CH3)-, -CH(CH2CH3)-, -C(CH3)2-, -C(CH3)(CH2CH3)-, -C(CH3)(CH2CH2CH3)-, -C(CH2CH3)2- 등의 알킬메틸렌기 ; -CH(CH3)CH2-, -CH(CH3)CH(CH3)-, -C(CH3)2CH2-, -CH(CH2CH3)CH2-, -CH(CH2CH3)CH2- 등의 알킬에틸렌기 ; -CH(CH3)CH2CH2-, -CH2CH(CH3)CH2- 등의 알킬트리메틸렌기 ; -CH(CH3)CH2CH2CH2-, -CH2CH(CH3)CH2CH2- 등의 알킬테트라메틸렌기 등의 알킬알킬렌기 등을 들 수 있다. 알킬알킬렌기에 있어서의 알킬기로는, 탄소수 1 ∼ 5 의 직사슬형 알킬기가 바람직하다.
사슬형의 지방족 탄화수소기는, 치환기를 가지고 있어도 되고, 가지고 있지 않아도 된다. 그 치환기로는, 불소 원자, 불소 원자로 치환된 탄소수 1 ∼ 5 의 불소화 저급 알킬기, 산소 원자 (=O) 등을 들 수 있다.
고리를 포함하는 지방족 탄화수소기로는, 고리형의 지방족 탄화수소기 (지방족 탄화수소 고리로부터 수소 원자를 2 개 제거한 기), 그 고리형의 지방족 탄화수소기가 전술한 사슬형의 지방족 탄화수소기의 말단에 결합하거나 또는 사슬형의 지방족 탄화수소기의 도중에 개재하는 기 등을 들 수 있다.
고리형 지방족 탄화수소기는 탄소수가 3 ∼ 20 인 것이 바람직하고, 3 ∼ 12 인 것이 보다 바람직하다.
고리형 지방족 탄화수소기는 다고리형기이어도 되고, 단고리형기이어도 된다. 단고리형기로는, 탄소수 3 ∼ 6 의 모노시클로알칸으로부터 2 개의 수소 원자를 제거한 기가 바람직하고, 그 모노시클로알칸으로는 시클로펜탄, 시클로헥산 등을 예시할 수 있다.
다고리형기로는, 탄소수 7 ∼ 12 의 폴리시클로알칸으로부터 2 개의 수소 원자를 제거한 기가 바람직하고, 그 폴리시클로알칸으로서 구체적으로는, 아다만탄, 노르보르난, 이소보르난, 트리시클로데칸, 테트라시클로도데칸 등을 들 수 있다.
고리형 지방족 탄화수소기는 치환기를 가지고 있어도 되고, 가지고 있지 않아도 된다. 치환기로는, 탄소수 1 ∼ 5 의 저급 알킬기, 불소 원자, 불소 원자로 치환된 탄소수 1 ∼ 5 의 불소화 저급 알킬기, 산소 원자 (=O) 등을 들 수 있다.
Ya 로는, 직사슬형의 지방족 탄화수소기가 바람직하고, 직사슬형 알킬렌기가 보다 바람직하며, 탄소수 2 ∼ 5 의 직사슬형 알킬렌기가 더욱 바람직하고, 에틸렌기가 가장 바람직하다.
Yb 에서의 탄화수소기로는, 상기 Ya 에서 예시한 것과 동일한 2 가의 탄화수소기를 들 수 있다.
Yb 로는, 직사슬형 또는 분기사슬형의 지방족 탄화수소기가 바람직하고, 메틸렌기 또는 알킬메틸렌기가 특히 바람직하다.
알킬메틸렌기에 있어서의 알킬기는, 탄소수 1 ∼ 5 의 직사슬형 알킬기가 바람직하고, 탄소수 1 ∼ 3 의 직사슬형 알킬기가 바람직하며, 메틸기가 가장 바람직하다.
구성 단위 (a1) 로서, 보다 구체적으로는 하기 일반식 (a1-1) ∼ (a1-4) 로 나타내는 구성 단위를 들 수 있다.
[화학식 11]
Figure pat00032
[식 중, X' 는 제 3 급 알킬에스테르형 산해리성 용해 억제기를 나타내고, Y 는 탄소수 1 ∼ 5 의 저급 알킬기, 또는 지방족 고리형기를 나타내고 ; n 은 0 ∼ 3 의 정수를 나타내고 ; Y2 는 2 가의 연결기를 나타내고 ; R 은 상기와 동일하고, R1', R2' 는 각각 독립적으로 수소 원자 또는 탄소수 1 ∼ 5 의 저급 알킬기를 나타낸다.]
상기 식 중, X' 는 상기 X1 에 있어서 예시한 제 3 급 알킬에스테르형 산해리성 용해 억제기와 동일한 것을 들 수 있다.
R1', R2', n, Y 로는 각각, 상기 서술한 「아세탈형 산해리성 용해 억제기」의 설명에 있어서 예시한 일반식 (p1) 에서의 R1', R2', n, Y 와 동일한 것을 들 수 있다.
Y2 로는, 상기 서술한 일반식 (a1-0-2) 에서의 Y2 와 동일한 것을 들 수 있다.
이하에, 상기 일반식 (a1-1) ∼ (a1-4) 로 나타내는 구성 단위의 구체예를 나타낸다.
또, 하기 식 중 Rα 는, 수소 원자, 메틸기 또는 트리플루오로메틸기를 나타낸다.
[화학식 12]
Figure pat00033
[화학식 13]
Figure pat00034
[화학식 14]
Figure pat00035
[화학식 15]
Figure pat00036
[화학식 16]
Figure pat00037
[화학식 17]
Figure pat00038
[화학식 18]
Figure pat00039
[화학식 19]
Figure pat00040
구성 단위 (a1) 로는, 1 종을 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 조합하여 사용해도 된다.
그 중에서도, 일반식 (a1-1) 또는 (a1-3) 으로 나타내는 구성 단위가 바람직하고, 구체적으로는 (a1-1-1) ∼ (a1-1-4), (a1-1-20) ∼ (a1-1-23) 및 (a1-3-25) ∼ (a1-3-28) 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종을 사용하는 것이 보다 바람직하다.
그리고, 구성 단위 (a1) 로는, 특히 식 (a1-1-1) ∼ 식 (a1-1-3) 의 구성 단위를 포괄하는 하기 일반식 (a1-1-01) 로 나타내는 것, 식 (a1-1-16) ∼ (a1-1-17) 및 식 (a1-1-20) ∼ (a1-1-23) 의 구성 단위를 포괄하는 하기 일반식 (a1-1-02) 로 나타내는 것, 식 (a1-3-25) ∼ (a1-3-26) 의 구성 단위를 포괄하는 하기 일반식 (a1-3-01) 로 나타내는 것, 또는 식 (a1-3-27) ∼ (a1-3-28) 의 구성 단위를 포괄하는 하기 일반식 (a1-3-02) 로 나타내는 것도 바람직하다.
[화학식 20]
Figure pat00041
[식 중, R 은 수소 원자, 저급 알킬기 또는 할로겐화 저급 알킬기를 나타내고, R11 은 저급 알킬기를 나타낸다.]
[화학식 21]
Figure pat00042
[식 중, R 은 수소 원자, 저급 알킬기 또는 할로겐화 저급 알킬기를 나타내고, R12 는 저급 알킬기를 나타낸다. h 는 1 ∼ 6 의 정수를 나타낸다.]
일반식 (a1-1-01) 에 있어서, R 에 관해서는 상기와 동일하다.
R11 의 저급 알킬기는, R 에서의 저급 알킬기와 동일하고, 메틸기 또는 에틸기가 바람직하다.
일반식 (a1-1-02) 에 있어서, R 에 관해서는 상기와 동일하다.
R12 의 저급 알킬기는 R 에서의 저급 알킬기와 동일하고, 메틸기 또는 에틸기가 바람직하며, 에틸기가 가장 바람직하다. h 는 1 ∼ 4 가 바람직하고, 4 가 가장 바람직하다.
[화학식 22]
Figure pat00043
[식 중, R 은 수소 원자, 저급 알킬기 또는 할로겐화 저급 알킬기를 나타내고 ; R14 는 저급 알킬기이고, R13 은 수소 원자 또는 메틸기이고, a 는 1 ∼ 10 의 정수이다.]
[화학식 23]
Figure pat00044
[식 중, R 은 수소 원자, 저급 알킬기 또는 할로겐화 저급 알킬기를 나타내고 ; R14 는 저급 알킬기이고, R13 은 수소 원자 또는 메틸기이고, a 는 1 ∼ 10 의 정수이고, n' 는 1 ∼ 6 의 정수이다.]
상기 일반식 (a1-3-01) 또는 (a1-3-02) 에 있어서, R 에 관해서는 상기와 동일하다.
R13 은 수소 원자가 바람직하다.
R14 의 저급 알킬기는, R 에서의 저급 알킬기와 동일하고, 메틸기 또는 에틸기가 바람직하다.
a 는 1 ∼ 8 의 정수가 바람직하고, 2 ∼ 5 의 정수가 특히 바람직하며, 2 가 가장 바람직하다.
(A1) 성분에 있어서, 구성 단위 (a1) 은, 1 종을 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 조합하여 사용해도 된다.
(A1) 성분 중 구성 단위 (a1) 의 비율은, (A1) 성분을 구성하는 전체 구성 단위에 대하여 10 ∼ 80 몰％ 가 바람직하고, 20 ∼ 70 몰％ 가 보다 바람직하고, 25 ∼ 50 몰％ 가 더욱 바람직하다. 하한치 이상으로 함으로써 레지스트 조성물로 하였을 때에 용이하게 패턴을 얻을 수 있고, 상한치 이하로 함으로써 다른 구성 단위와의 균형을 잡을 수 있다.
·구성 단위 (a2)
구성 단위 (a2) 는, 락톤 함유 고리형기를 함유하는 아크릴산에스테르로부터 유도되는 구성 단위이다.
여기서, 락톤 함유 고리형기란, -O-C(O)- 구조를 포함하는 1 개의 고리 (락톤 고리) 를 함유하는 고리형기를 나타낸다. 락톤 고리를 첫 번째 고리로서 세어서, 락톤 고리만인 경우에는 단고리형기, 추가로 다른 고리 구조를 갖는 경우에는 그 구조에 상관없이 다고리형기로 칭한다.
구성 단위 (a2) 의 락톤 고리형기는, 고분자 화합물 (A1) 을 레지스트막의 형성에 사용한 경우에, 레지스트막의 기판에 대한 밀착성을 높이거나, 물을 함유하는 현상액과의 친화성을 높이거나 함에 있어서 유효한 것이다.
구성 단위 (a2) 로는 특별히 한정되지 않고 임의의 것을 사용할 수 있다.
구체적으로는, 락톤 함유 단고리형기로서는, 4 ∼ 6 원자 고리 락톤으로부터 수소 원자를 1 개 제거한 기, 예를 들어 β-프로피오노락톤으로부터 수소 원자를 1 개 제거한 기, γ-부티로락톤으로부터 수소 원자 1 개를 제거한 기, δ-발레로락톤으로부터 수소 원자를 1 개 제거한 기를 들 수 있다. 또한, 락톤 함유 다고리형기로서는, 락톤 고리를 갖는 비시클로알칸, 트리시클로알칸, 테트라시클로알칸으로부터 수소 원자 1 개를 제거한 기를 들 수 있다.
구성 단위 (a2) 의 예로서 보다 구체적으로는, 하기 일반식 (a2-1) ∼ (a2-5) 로 나타내는 구성 단위를 들 수 있다.
[화학식 24]
Figure pat00045
[식 중, R 은 수소 원자, 저급 알킬기 또는 할로겐화 저급 알킬기이고 ; R' 는 각각 독립적으로 수소 원자, 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기, 탄소수 1 ∼ 5 의 알콕시기 또는 -COOR" 이고, R" 는 수소 원자 또는 알킬기이고 ; R29 는 단결합 또는 2 가의 연결기이고, s" 는 0 또는 1 ∼ 2 의 정수이고 ; A" 는 산소 원자 또는 황 원자를 함유하고 있어도 되는 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬렌기, 산소 원자 또는 황 원자이고 ; m 은 0 또는 1 의 정수이다.]
일반식 (a2-1) ∼ (a2-5) 에 있어서의 R 은, 상기 구성 단위 (a1) 에 있어서의 R 과 동일하다.
R' 의 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기로는, 예를 들어 메틸기, 에틸기, 프로필기, n-부틸기, tert-부틸기를 들 수 있다.
R' 의 탄소수 1 ∼ 5 의 알콕시기로는, 예를 들어 메톡시기, 에톡시기, n-프로폭시기, iso-프로폭시기, n-부톡시기, tert-부톡시기를 들 수 있다.
R' 는, 공업상 입수가 용이한 점 등을 고려하면 수소 원자가 바람직하다.
R" 가 직사슬형 또는 분기사슬형의 알킬기인 경우에는, 탄소수 1 ∼ 10 인 것이 바람직하고, 탄소수 1 ∼ 5 인 것이 더욱 바람직하다.
R" 가 고리형의 알킬기인 경우에는, 탄소수 3 ∼ 15 인 것이 바람직하고, 탄소수 4 ∼ 12 인 것이 더욱 바람직하고, 탄소수 5 ∼ 10 이 가장 바람직하다. 구체적으로는, 불소 원자 또는 불소화 알킬기로 치환되어 있어도 되고, 치환되어 있지 않아도 되는 모노시클로알칸, 비시클로알칸, 트리시클로알칸, 테트라시클로알칸 등의 폴리시클로알칸으로부터 1 개 이상의 수소 원자를 제거한 기 등을 예시할 수 있다. 구체적으로는, 시클로펜탄, 시클로헥산 등의 모노시클로알칸이나, 아다만탄, 노르보르난, 이소보르난, 트리시클로데칸, 테트라시클로도데칸 등의 폴리시클로알칸으로부터 1 개 이상의 수소 원자를 제거한 기 등을 들 수 있다.
A" 로는, 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬렌기 또는 -O- 가 바람직하고, 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬렌기가 보다 바람직하며, 메틸렌기가 가장 바람직하다.
R29 는 단결합 또는 2 가의 연결기이다. 2 가의 연결기로는, 상기 일반식 (a1-0-2) 중의 Y2 에서 설명한 2 가의 연결기와 동일하고, 그들 중에서도, 알킬렌기, 에스테르 결합 (-C(=O)-O-), 또는 그들의 조합인 것이 바람직하다. R29 에 있어서 2 가의 연결기로서의 알킬렌기는, 직사슬형 또는 분기사슬형 알킬렌기가 보다 바람직하다. 구체적으로는, 상기 Y2 중 A 에서의 지방족 탄화수소기에서 예시한 직사슬형 알킬렌기, 분기사슬형 알킬렌기와 동일한 것을 들 수 있다.
s" 는 1 ∼ 2 의 정수가 바람직하다.
이하에, 상기 일반식 (a2-1) ∼ (a2-5) 로 나타내는 구성 단위의 구체예를 예시한다. 이하의 각 식 중, Rα 는, 수소 원자, 메틸기 또는 트리플루오로메틸기를 나타낸다.
[화학식 25]
Figure pat00046
[화학식 26]
Figure pat00047
[화학식 27]
Figure pat00048
[화학식 28]
Figure pat00049
[화학식 29]
Figure pat00050
구성 단위 (a2) 로는, 상기 일반식 (a2-1) ∼ (a2-5) 로 나타내는 구성 단위로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종이 바람직하고, 일반식 (a2-1) ∼ (a2-3) 으로 나타내는 구성 단위로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종이 보다 바람직하다. 그 중에서도, 화학식 (a2-1-1), (a2-2-1), (a2-2-7), (a2-3-1), 및 (a2-3-5) 로 나타내는 구성 단위로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종을 사용하는 것이 바람직하다.
(A1) 성분에 있어서, 구성 단위 (a2) 는, 1 종을 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 조합하여 사용해도 된다.
(A1) 성분 중 구성 단위 (a2) 의 비율은, (A1) 성분을 구성하는 전체 구성 단위의 합계에 대하여 5 ∼ 60 몰％ 가 바람직하고, 10 ∼ 50 몰％ 가 보다 바람직하며, 20 ∼ 50 몰％ 가 더욱 바람직하다. 하한치 이상으로 함으로써 구성 단위 (a2) 를 함유시키는 것에 의한 효과가 충분히 얻어지고, 상한치 이하로 함으로써 다른 구성 단위와의 균형을 잡을 수 있다.
·구성 단위 (a3)
구성 단위 (a3) 은, 극성기 함유 지방족 탄화수소기를 함유하는 아크릴산에스테르로부터 유도되는 구성 단위이다.
(A1) 성분이 구성 단위 (a3) 을 가짐으로써, (A1) 성분의 친수성이 높아지고, 현상액과의 친화성이 높아져, 노광부에서의 알칼리 용해성이 향상되고, 해상성의 향상에 기여한다.
극성기로서는, 수산기, 시아노기, 카르복시기, 알킬기의 수소 원자의 일부가 불소 원자로 치환된 히드록시알킬기 등을 들 수 있고, 특히 수산기가 바람직하다.
지방족 탄화수소기로는, 탄소수 1 ∼ 10 의 직사슬형 또는 분기사슬형 탄화수소기 (바람직하게는 알킬렌기) 나, 다고리형 지방족 탄화수소기 (다고리형기) 를 들 수 있다. 그 다고리형기로는, 예를 들어 ArF 엑시머 레이저용 레지스트 조성물용 수지에 있어서, 다수 제안되어 있는 것 중에서 적절히 선택하여 사용할 수 있다. 그 다고리형기의 탄소수는 7 ∼ 30 인 것이 바람직하다.
그 중에서도, 수산기, 시아노기, 카르복시기, 또는 알킬기의 수소 원자의 일부가 불소 원자로 치환된 히드록시알킬기를 함유하는 지방족 다고리형기를 함유하는 아크릴산에스테르로부터 유도되는 구성 단위가 보다 바람직하다. 그 다고리형기로는, 비시클로알칸, 트리시클로알칸, 테트라시클로알칸 등으로부터 2 개 이상의 수소 원자를 제거한 기 등을 예시할 수 있다. 구체적으로는, 아다만탄, 노르보르난, 이소보르난, 트리시클로데칸, 테트라시클로도데칸 등의 폴리시클로알칸으로부터 2 개 이상의 수소 원자를 제거한 기 등을 들 수 있다. 이들 다고리형기 중에서도, 아다만탄으로부터 2 개 이상의 수소 원자를 제거한 기, 노르보르난으로부터 2 개 이상의 수소 원자를 제거한 기, 테트라시클로도데칸으로부터 2 개 이상의 수소 원자를 제거한 기가 공업상 바람직하다.
구성 단위 (a3) 으로는, 극성기 함유 지방족 탄화수소기에 있어서의 탄화수소기가 탄소수 1 ∼ 10 의 직사슬형 또는 분기사슬형 탄화수소기일 때에는, 아크릴산의 히드록시에틸에스테르로부터 유도되는 구성 단위가 바람직하고, 그 탄화수소기가 다고리형기일 때에는, 하기 식 (a3-1) 로 나타내는 구성 단위, (a3-2) 로 나타내는 구성 단위, (a3-3) 으로 나타내는 구성 단위를 바람직한 것으로서 들 수 있다.
[화학식 30]
Figure pat00051
[식 중, R 은 상기와 동일하고, j 는 1 ∼ 3 의 정수이고, k 는 1 ∼ 3 의 정수이고, t' 는 1 ∼ 3 의 정수이고, l 은 1 ∼ 5 의 정수이고, s 는 1 ∼ 3 의 정수이다.]
식 (a3-1) 중, j 는 1 또는 2 인 것이 바람직하고, 1 인 것이 더욱 바람직하다. j 가 2 인 경우에는, 수산기가 아다만틸기의 3 위치와 5 위치에 결합하고 있는 것이 바람직하다. j 가 1 인 경우에는, 수산기가 아다만틸기의 3 위치에 결합하고 있는 것이 바람직하다.
j 는 1 인 것이 바람직하고, 특히 수산기가 아다만틸기의 3 위치에 결합하고 있는 것이 바람직하다.
식 (a3-2) 중, k 는 1 인 것이 바람직하다. 시아노기는 노르보르닐기의 5 위치 또는 6 위치에 결합하고 있는 것이 바람직하다.
식 (a3-3) 중, t' 는 1 인 것이 바람직하다. l 은 1 인 것이 바람직하다. s 는 1 인 것이 바람직하다. 이들은 아크릴산의 카르복시기의 말단에 2-노르보르닐기 또는 3-노르보르닐기가 결합하고 있는 것이 바람직하다. 불소화 알킬알코올은 노르보르닐기의 5 또는 6 위치에 결합하고 있는 것이 바람직하다.
(A1) 성분에 있어서, 구성 단위 (a3) 은, 1 종을 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 조합하여 사용해도 된다.
(A1) 성분 중 구성 단위 (a3) 의 비율은, (A1) 성분을 구성하는 전체 구성 단위에 대하여 5 ∼ 50 몰％ 가 바람직하고, 5 ∼ 40 몰％ 가 보다 바람직하고, 5 ∼ 25 몰％ 가 더욱 바람직하다. 하한치 이상으로 함으로써 구성 단위 (a3) 를 함유시키는 것에 의한 효과가 충분히 얻어지고, 상한치 이하로 함으로써 다른 구성 단위와의 균형을 잡을 수 있다.
·구성 단위 (a4)
(A1) 성분은, 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 범위에서 상기 구성 단위 (a1) ∼ (a3) 이외의 다른 구성 단위 (a4) 를 포함하고 있어도 된다.
구성 단위 (a4) 는 상기 서술한 구성 단위 (a1) ∼ (a3) 으로 분류되지 않는 다른 구성 단위이면 특별히 한정되지 않고, ArF 엑시머 레이저용, KrF 엑시머 레이저용 (바람직하게는 ArF 엑시머 레이저용) 등의 레지스트용 수지에 사용되는 것으로서 종래부터 알려져 있는 다수의 것을 사용할 수 있다.
구성 단위 (a4) 로서는, 예를 들어 산 비(非)해리성의 지방족 다고리형기를 함유하는 아크릴산에스테르로부터 유도되는 구성 단위 등이 바람직하다. 그 다고리형기는, 예를 들어, 상기한 구성 단위 (a1) 의 경우에 예시한 것과 동일한 것을 예시할 수 있고, ArF 엑시머 레이저용, KrF 엑시머 레이저용 (바람직하게는 ArF 엑시머 레이저용) 등의 레지스트 조성물의 수지 성분에 사용되는 것으로서 종래부터 알려져 있는 다수의 것을 사용할 수 있다.
특히 트리시클로데카닐기, 아다만틸기, 테트라시클로도데카닐기, 이소보르닐기, 노르보르닐기에서 선택되는 적어도 1 종이면, 공업상 입수하기 쉽거나 한 점에서 바람직하다. 이들 다고리형기는 탄소수 1 ∼ 5 의 직사슬형 또는 분기사슬형 알킬기를 치환기로서 가지고 있어도 된다.
구성 단위 (a4) 로서 구체적으로는, 하기 일반식 (a4-1) ∼ (a4-5) 의 구조인 것을 예시할 수 있다.
[화학식 31]
Figure pat00052
[식 중, R 은 상기와 동일하다]
이러한 구성 단위 (a4) 를 (A1) 성분에 함유시키는 경우, (A1) 성분 중의 구성 단위 (a4) 의 비율은, (A1) 성분을 구성하는 전체 구성 단위의 합계에 대하여 1 ∼ 30 몰％ 가 바람직하고, 10 ∼ 20 몰％ 가 보다 바람직하다.
또한, (A1) 성분에 함유시키는 경우, 구성 단위 (a4) 는, 1 종을 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 조합하여 사용해도 된다.
본 발명에 있어서, (A1) 성분은, 구성 단위 (a1), (a2) 및 (a3) 을 갖는 공중합체를 함유하는 것이 바람직하다. 그 공중합체로는, 구성 단위 (a1), (a2) 및 (a3) 으로 이루어지는 공중합체, 구성 단위 (a1), (a2), (a3) 및 (a4) 로 이루어지는 공중합체 등을 들 수 있다. 또한, 그 공중합체로는, 1 종을 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다.
(A1) 성분은, 각 구성 단위를 유도하는 모노머를, 예를 들어 아조비스이소부티로니트릴 (AIBN) 과 같은 라디칼 중합 개시제를 사용한 공지된 라디칼 중합 등에 의해 중합시킴으로써 얻을 수 있다.
또한, (A1) 성분에는, 상기 중합시에, 예를 들어 HS-CH2-CH2-CH2-C(CF3)2-OH 와 같은 연쇄 이동제를 병용하여 사용함으로써, 말단에 -C(CF3)2-OH 기를 도입해도 된다. 이와 같이, 알킬기의 수소 원자의 일부가 불소 원자로 치환된 히드록시알킬기가 도입된 공중합체는, 현상 결함의 저감이나 LER (라인 에지 러프니스 : 라인 측벽의 불균일한 요철) 의 저감에 유효하다.
(A1) 성분의 질량 평균 분자량 (Mw) (겔 퍼미에이션 크로마토그래피에 의한 폴리스티렌 환산 기준) 은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 2000 ∼ 50000 이 바람직하고, 3000 ∼ 30000 이 보다 바람직하고, 5000 ∼ 20000 이 가장 바람직하다. 이 범위의 상한보다 작으면, 레지스트로서 사용하기에 충분한 레지스트 용제에 대한 용해성이 있고, 이 범위의 하한보다 크면, 내드라이 에칭성이나 레지스트 패턴 단면 형상이 양호하다.
또한, 분산도 (Mw/Mn) 는 1.0 ∼ 5.0 이 바람직하고, 1.0 ∼ 3.0 이 보다 바람직하며, 1.2 ∼ 2.5 가 가장 바람직하다. 또한, Mn 은 수평균 분자량을 나타낸다.
[(A2) 성분]
(A2) 성분으로는, 분자량이 500 이상 2000 미만으로서, 상기 서술한 (A1) 성분의 설명에서 예시한 산해리성 용해 억제기와, 친수성기를 갖는 저분자 화합물이 바람직하다. 구체적으로는, 복수의 페놀 골격을 갖는 화합물의 수산기의 수소 원자 일부가 상기 산해리성 용해 억제기로 치환된 것을 들 수 있다.
(A2) 성분은, 예를 들어 비화학 증폭형 g 선이나 i 선 레지스트에 있어서의 증감제나, 내열성 향상제로서 알려져 있는 저분자량 페놀 화합물의 수산기의 수소 원자 일부를 상기 산해리성 용해 억제기로 치환한 것이 바람직하고, 그러한 것으로부터 임의로 사용할 수 있다.
이러한 저분자량 페놀 화합물로는, 예를 들어 비스(4-히드록시페닐)메탄, 비스(2,3,4-트리히드록시페닐)메탄, 2-(4-히드록시페닐)-2-(4'-히드록시페닐)프로판, 2-(2,3,4-트리히드록시페닐)-2-(2',3',4'-트리히드록시페닐)프로판, 트리스(4-히드록시페닐)메탄, 비스(4-히드록시-3,5-디메틸페닐)-2-히드록시페닐메탄, 비스(4-히드록시-2,5-디메틸페닐)-2-히드록시페닐메탄, 비스(4-히드록시-3,5-디메틸페닐)-3,4-디히드록시페닐메탄, 비스(4-히드록시-2,5-디메틸페닐)-3,4-디히드록시페닐메탄, 비스(4-히드록시-3-메틸페닐)-3,4-디히드록시페닐메탄, 비스(3-시클로헥실-4-히드록시-6-메틸페닐)-4-히드록시페닐메탄, 비스(3-시클로헥실-4-히드록시-6-메틸페닐)-3,4-디히드록시페닐메탄, 1-[1-(4-히드록시페닐)이소프로필]-4-[1,1-비스(4-히드록시페닐)에틸]벤젠, 페놀, m-크레졸, p-크레졸 또는 자일레놀 등의 페놀류의 포르말린 축합물의 2, 3, 4 핵체 등을 들 수 있다. 물론 이들에 한정되는 것은 아니다.
산해리성 용해 억제기도 특별히 한정되지 않고, 상기한 것을 들 수 있다.
(A) 성분으로는, 1 종을 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다.
본 발명의 레지스트 조성물 중, (A) 성분의 함유량은 형성하고자 하는 레지스트 막두께 등에 따라 조정하면 된다.
<(B) 성분>
본 발명에 있어서, (B) 성분은, 하기 일반식 (b1-1) 로 나타내는 화합물로 이루어지는 산발생제 (B1) (이하 「(B1) 성분」이라고 한다.), 하기 일반식 (b1-1') 로 나타내는 화합물로 이루어지는 산발생제 (B1') (이하 「(B1') 성분」이라고 한다.) 및 하기 일반식 (b1-1") 로 나타내는 화합물로 이루어지는 산발생제 (B1") (이하 「(B1") 성분」이라고 한다.) 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종 (이하, 모두 「(B1-0) 성분」이라고 한다.) 을 함유한다.
[화학식 32]
Figure pat00053
[식 중, R1" ∼ R3" 는 각각 독립적으로 치환기를 가지고 있어도 되는 아릴기 또는 알킬기를 나타내고, R1" ∼ R3" 중 적어도 1 개는, 수소 원자의 일부가 하기 일반식 (b1-1-0) 으로 나타내는 기로 치환된 치환 아릴기이고, R1" ∼ R3" 중 어느 2 개가 서로 결합하여 식 중의 황 원자와 함께 고리를 형성해도 된다. X 는 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소수 3 ∼ 30 의 탄화수소기이고, Q1 은 카르보닐기를 함유하는 2 가의 연결기이고, p 는 1 ∼ 3 의 정수이고, X10 은 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소수 1 ∼ 30 의 탄화수소기이고, Q3 은 단결합 또는 2 가의 연결기이고, Y10 은 -C(=O)- 또는 -SO2- 이고, Y11 은 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소수 1 ∼ 10 의 알킬기 또는 불소화 알킬기이고, Q2 는 단결합 또는 알킬렌기이다.]
[화학식 33]
Figure pat00054
[식 (b1-1-0) 중, W 는 탄소수 2 ∼ 10 의 직사슬형 또는 분기사슬형의 알킬렌기이다.]
·(B1-0) 성분의 카티온부에 관해서
상기 식 (b1-1), (b1-1') 및 식 (b1-1") 중, R1" ∼ R3" 는, 각각 독립적으로 치환기를 가지고 있어도 되는 아릴기 또는 치환기를 가지고 있어도 되는 알킬기를 나타내고, R1" ∼ R3" 중 적어도 1 개는, 수소 원자의 일부가 상기 일반식 (b1-1-0) 으로 나타내는 기로 치환된 치환 아릴기이다.
즉, R1" ∼ R3" 중, 적어도 1 개는 아릴기이다. 본 발명에 있어서는, R1" ∼ R3" 의 2 개 이상이 아릴기인 것이 바람직하고, R1" ∼ R3" 의 전부가 아릴기인 것이 가장 바람직하다.
여기서, 아릴기 또는 알킬기가 「치환기를 갖는다」란, 당해 아릴기 또는 당해 알킬기에 있어서의 수소 원자의 일부 또는 전부가 수소 원자 이외의 원자 또는 기로 치환되어 있는 것을 의미한다.
R1" ∼ R3" 의 아릴기로는 특별히 제한은 없고, 예를 들어 탄소수 6 ∼ 20 의 아릴기가 바람직하고, 저렴하게 합성 가능하다는 점에서 탄소수 6 ∼ 10 의 아릴기가 바람직하다. 구체적으로는, 예를 들어 페닐기, 나프틸기를 들 수 있다.
R1" ∼ R3" 의 알킬기로는 특별히 제한은 없고, 예를 들어 탄소수 1 ∼ 10 의 직사슬형, 분기사슬형 또는 고리형 알킬기 등을 들 수 있다. 해상성이 우수하다는 점에서, 탄소수 1 ∼ 5 인 것이 바람직하다. 구체적으로는, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, 이소부틸기, n-펜틸기, 시클로펜틸기, 헥실기, 시클로헥실기, 노닐기, 데카닐기 등을 들 수 있고, 해상성이 우수하고, 또한 저렴하게 합성 가능하기 때문에 바람직한 것으로서 메틸기를 들 수 있다.
상기 중에서도, R1" ∼ R3" 로는, 각각 치환기를 가지고 있어도 되는 아릴기인 것이 보다 바람직하고, 치환기를 가지고 있어도 되는 페닐기 또는 나프틸기인 것이 더욱 바람직하다. 그 중에서도, R1" ∼ R3" 이 모두 치환기를 가지고 있어도 되는 아릴기인 것이 특히 바람직하고, R1" ∼ R3" 이 모두 치환기를 가지고 있어도 되는 페닐기 또는 나프틸기인 것이 가장 바람직하다.
상기 식 (b1-1), 식 (b1-1') 및 식 (b1-1") 중, R1" ∼ R3" 중 적어도 1 개는, 수소 원자의 일부가 상기 일반식 (b1-1-0) 으로 나타내는 기로 치환된 치환 아릴기이다.
상기 「수소 원자의 일부」란, 구체적으로는, 바람직하게는 1 ∼ 4 개의 수소 원자, 보다 바람직하게는 1 ∼ 3 개의 수소 원자, 특히 바람직하게는 1 개의 수소 원자를 말한다.
상기 식 (b1-1-0) 중, W 는, 탄소수 2 ∼ 10 의 직사슬형 알킬렌기, 또는 탄소수 2 ∼ 10 의 분기사슬형 알킬렌기이다.
W 에 있어서의 탄소수는 2 ∼ 10 이고, 2 ∼ 9 가 바람직하고, 2 ∼ 5 가 보다 바람직하며, 구체적으로는 에틸렌기 [-CH2CH2-] ; -CH(CH3)CH2-, -CH(CH3)CH(CH3)-, -C(CH3)2CH2-, -CH(CH2CH3)CH2-, -CH(CH2CH3)CH2- 등의 알킬에틸렌기 ; 트리메틸렌기(n-프로필렌기) [-CH2CH2CH2-] ; -CH(CH3)CH2CH2-, -CH2CH(CH3)CH2- 등의 알킬트리메틸렌기 ; 테트라메틸렌기 [-CH2CH2CH2CH2-] ; -CH(CH3)CH2CH2CH2-, -CH2CH(CH3)CH2CH2- 등의 알킬테트라메틸렌기 ; 펜타메틸렌기 [-CH2CH2CH2CH2CH2-], 헥사메틸렌기 [-CH2CH2CH2CH2CH2CH2-], 헵타메틸렌기 [-CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2-], 옥타메틸렌기 [-CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2-], 노나메틸렌기 [-CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2-], 데카메틸렌기 [-CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2-] 를 들 수 있다.
그 중에서도, 리소그래피 특성이나 레지스트 패턴 형상이 양호하고, 저렴하게 합성 가능하다는 점에서, 에틸렌기, 부틸렌기, 노나메틸렌기가 바람직하고, 에틸렌기가 특히 바람직하다.
R1" ∼ R3" 의 아릴기 또는 알킬기는, 상기 식 (b1-1-0) 으로 나타내는 기 이외의 치환기를 가지고 있어도 된다.
아릴기 또는 알킬기가 가지고 있어도 되는 치환기로는, 알킬기, 알콕시기, 알콕시알킬옥시기, 알콕시카르보닐알킬옥시기, 할로겐 원자, 수산기, -(R4')-C(=O)-R5' 등을 들 수 있다. R4' 는 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬렌기이다. R5' 는 아릴기이다. R5' 의 아릴기로는, 상기 R1" ∼ R3" 의 아릴기와 동일한 것을 들 수 있다.
R1" ∼ R3" 의 치환기에 있어서의 알킬기로는, 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기가 바람직하고, 메틸기, 에틸기, 프로필기, n-부틸기, tert-부틸기인 것이 특히 바람직하고, 메틸기인 것이 가장 바람직하다.
R1" ∼ R3" 의 치환기에 있어서의 알콕시기로는, 탄소수 1 ∼ 5 의 알콕시기가 바람직하고, 메톡시기, 에톡시기, n-프로폭시기, iso-프로폭시기, n-부톡시기, tert-부톡시기인 것이 특히 바람직하다.
R1" ∼ R3" 의 치환기에 있어서의 할로겐 원자로는 불소 원자가 바람직하다.
R1" ∼ R3" 의 치환기에 있어서의 알콕시알킬옥시기로는, 예를 들어,
일반식 : -O-C(R47)(R48)-O-R49
[식 중, R47, R48 은 각각 독립적으로 수소 원자 또는 직사슬형 또는 분기사슬형의 알킬기이고, R49 는 알킬기이다.]
R47, R48 에 있어서, 알킬기의 탄소수는 바람직하게는 1 ∼ 5 인 것이 바람직하고, 직사슬형, 분기사슬형 중 어느 것이어도 되며, 에틸기, 메틸기가 보다 바람직하고, 메틸기가 가장 바람직하다.
R47, R48 은, 적어도 한쪽이 수소 원자인 것이 바람직하다. 특히, 한쪽이 수소 원자이고, 다른 쪽이 수소 원자 또는 메틸기인 것이 보다 바람직하다.
R49 의 알킬기로는, 탄소수가 1 ∼ 15 인 것이 바람직하고, 직사슬형, 분기사슬형, 고리형 중 어느 것이어도 된다.
R49 에 있어서의 직사슬형, 분기사슬형 알킬기로는, 탄소수가 1 ∼ 5 인 것이 바람직하고, 예를 들어, 메틸기, 에틸기, 프로필기, n-부틸기, tert-부틸기 등을 들 수 있다.
R49 에 있어서의 고리형 알킬기로는, 탄소수 4 ∼ 15 인 것이 바람직하고, 탄소수 4 ∼ 12 인 것이 더욱 바람직하고, 탄소수 5 ∼ 10 이 가장 바람직하다.
구체적으로는, 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기, 불소 원자 또는 불소화 알킬기로 치환되어 있어도 되고, 치환되어 있지 않아도 되는 모노시클로알칸, 비시클로알칸, 트리시클로알칸, 테트라시클로알칸 등의 폴리시클로알칸으로부터 1 개 이상의 수소 원자를 제거한 기 등을 들 수 있다. 모노시클로알칸으로는, 시클로펜탄, 시클로헥산 등을 들 수 있다. 폴리시클로알칸으로는, 아다만탄, 노르보르난, 이소보르난, 트리시클로데칸, 테트라시클로도데칸 등을 들 수 있다. 그 중에서도 아다만탄으로부터 1 개 이상의 수소 원자를 제거한 기가 바람직하다.
R1" ∼ R3" 의 치환기에 있어서의 알콕시카르보닐알킬옥시기로는, 예를 들어,
일반식 : -O-R50-C(=O)-O-R51
[식 중, R50 은 직사슬형 또는 분기사슬형의 알킬렌기이고, R51 은 제 3 급 알킬기이다.] 로 나타내는 기를 들 수 있다.
R50 에 있어서의 직사슬형, 분기사슬형의 알킬렌기로는, 탄소수가 1 ∼ 5 인 것이 바람직하고, 예를 들어, 메틸렌기, 에틸렌기, 트리메틸렌기, 테트라메틸렌기, 1,1-디메틸에틸렌기 등을 들 수 있다.
R51 에 있어서의 제 3 급 알킬기로는, 2-메틸-2-아다만틸기, 2-에틸-2-아다만틸기, 1-메틸-1-시클로펜틸기, 1-에틸-1-시클로펜틸기, 1-메틸-1-시클로헥실기, 1-에틸-1-시클로헥실기, 1-(1-아다만틸)-1-메틸에틸기, 1-(1-아다만틸)-1-메틸프로필기, 1-(1-아다만틸)-1-메틸부틸기, 1-(1-아다만틸)-1-메틸펜틸기 ; 1-(1-시클로펜틸)-1-메틸에틸기, 1-(1-시클로펜틸)-1-메틸프로필기, 1-(1-시클로펜틸)-1-메틸부틸기, 1-(1-시클로펜틸)-1-메틸펜틸기 ; 1-(1-시클로헥실)-1-메틸에틸기, 1-(1-시클로헥실)-1-메틸프로필기, 1-(1-시클로헥실)-1-메틸부틸기, 1-(1-시클로헥실)-1-메틸펜틸기, tert-부틸기, tert-펜틸기, tert-헥실기 등을 들 수 있다.
상기 식 (b1-1), 식 (b1-1') 및 식 (b1-1") 에 있어서의 R1" ∼ R3" 중 어느 2 개가 서로 결합하여 식 중의 황 원자와 함께 고리를 형성해도 된다.
이러한 경우, 황 원자를 포함하여 3 ∼ 10 원자 고리를 형성하고 있는 것이 바람직하고, 5 ∼ 7 원자 고리를 형성하고 있는 것이 특히 바람직하다.
식 (b1-1), 식 (b1-1') 및 식 (b1-1") 에 있어서의 R1" ∼ R3" 중 어느 2 개가 서로 결합하여 식 중의 황 원자와 함께 고리를 형성하는 경우, 나머지 1 개는 아릴기인 것이 바람직하다.
이 나머지 1 개의 아릴기는, 상기 R1" ∼ R3" 의 아릴기와 동일한 것을 들 수 있다.
(B1-0) 성분의 카티온부의 바람직한 구체예를 이하에 예시한다.
[화학식 34]
Figure pat00055
[식 중, f1 은 2 ∼ 10 의 정수이고, f2 는 1 ∼ 3 의 정수이고, R41' 는 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기이고, n1' 은 0 ∼ 3 의 정수이다.]
상기 식 (b1-2-1) 중, f1 은 2 ∼ 10 의 정수이고, 2 ∼ 9 가 바람직하고, 2 ∼ 5 가 보다 바람직하고, 2 가 가장 바람직하다.
R41' 는 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기이고, 직사슬형 또는 분기사슬형인 것이 바람직하고, 메틸기, 에틸기, 프로필기, n-부틸기, tert-부틸기인 것이 보다 바람직하며, 메틸기인 것이 특히 바람직하다.
n1' 는 0 ∼ 3 의 정수이고, 1 또는 2 인 것이 바람직하고, 2 인 것이 특히 바람직하다.
n1' 가 0 이 아닌 경우, R41' 의 결합 위치는, 식「-O-(CH2)f1-O-CH=CH2」로 나타내는 기의 말단의 산소 원자가 결합되어 있는 벤젠 고리 중의 탄소 원자에 인접하는 탄소 원자인 것이 바람직하다.
상기 식 (b1-2-2) 중, f2 는 1 ∼ 3 의 정수이고, 1 ∼ 2 가 바람직하며, 1 이 가장 바람직하다.
R41' , n1' 는 상기와 동일하다.
n1' 가 0 이 아닌 경우, R41' 의 결합 위치는, 식「-O-(CH2-CH(CH3))f2-O-CH=CH2」로 나타내는 기의 말단의 산소 원자가 결합되어 있는 벤젠 고리 중의 탄소 원자에 인접하는 탄소 원자인 것이 바람직하다.
·(B1) 성분의 아니온부에 관해서
상기 식 (b1-1) 중, X 는, 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소수 3 ∼ 30 의 탄화수소기이다.
X 의 탄화수소기는, 방향족 탄화수소기이어도 되고, 지방족 탄화수소기이어도 된다.
방향족 탄화수소기는 방향 고리를 갖는 탄화수소기이다. 그 방향족 탄화수소기의 탄소수는 3 ∼ 30 이고, 5 ∼ 30 인 것이 바람직하고, 5 ∼ 20 이 보다 바람직하고, 6 ∼ 15 가 특히 바람직하고, 6 ∼ 12 가 가장 바람직하다. 단, 그 탄소수에는, 치환기에 있어서의 탄소수를 포함하지 않는 것으로 한다.
방향족 탄화수소기로서 구체적으로는, 페닐기, 비페닐 (biphenyl) 기, 플루오레닐 (fluorenyl) 기, 나프틸기, 안트릴 (anthryl) 기, 페난트릴기 등의, 방향족 탄화수소 고리로부터 수소 원자를 1 개 제거한 아릴기 ; 벤질기, 페네틸기, 1-나프틸메틸기, 2-나프틸메틸기, 1-나프틸에틸기, 2-나프틸에틸기 등의 아릴알킬기 등을 들 수 있다. 상기 아릴알킬기 중의 알킬 사슬의 탄소수는 1 ∼ 4 인 것이 바람직하고, 1 ∼ 2 인 것이 보다 바람직하고, 1 인 것이 특히 바람직하다.
그 방향족 탄화수소기는 치환기를 가지고 있어도 된다. 예를 들어 당해 방향족 탄화수소기가 갖는 방향 고리를 구성하는 탄소 원자의 일부가 헤테로 원자로 치환되어 있어도 되고, 당해 방향족 탄화수소기가 갖는 방향 고리에 결합한 수소 원자가 치환기로 치환되어 있어도 된다.
전자의 예로서는, 상기 아릴기의 고리를 구성하는 탄소 원자의 일부가 산소 원자, 황 원자, 질소 원자 등의 헤테로 원자로 치환된 헤테로아릴기, 상기 아릴알킬기 중의 방향족 탄화수소 고리를 구성하는 탄소 원자의 일부가 상기 헤테로 원자로 치환된 헤테로아릴알킬기 등을 들 수 있다. 이러한 경우, 일반식 (b1-1) 에서의 아니온부의 부분 구조 「X-Q1-」에 있어서, X 가 Q1 에 결합하는 원자는 탄소 원자인 것이 바람직하다.
후자의 예에서의 방향족 탄화수소기의 치환기로는, 예를 들어, 알킬기, 알콕시기, 할로겐 원자, 할로겐화 알킬기, 수산기, 산소 원자 (=O), 후술하는 질소 원자를 함유하는 치환기 (함질소 치환기) 등을 들 수 있다.
상기 방향족 탄화수소기의 치환기로서의 알킬기로는, 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기가 바람직하고, 메틸기, 에틸기, 프로필기, n-부틸기, tert-부틸기인 것이 가장 바람직하다.
상기 방향족 탄화수소기의 치환기로서의 알콕시기로는, 탄소수 1 ∼ 5 의 알콕시기가 바람직하고, 메톡시기, 에톡시기, n-프로폭시기, iso-프로폭시기, n-부톡시기, tert-부톡시기가 바람직하며, 메톡시기, 에톡시기가 가장 바람직하다.
상기 방향족 탄화수소기의 치환기로서의 할로겐 원자로는, 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자, 요오드 원자 등을 들 수 있고, 불소 원자가 바람직하다.
상기 방향족 탄화수소기의 치환기로서의 할로겐화 알킬기로는, 상기 알킬기의 수소 원자의 일부 또는 전부가 상기 할로겐 원자로 치환된 기를 들 수 있다.
X 에 있어서의 지방족 탄화수소기는, 포화 지방족 탄화수소기이어도 되고, 불포화 지방족 탄화수소기이어도 된다. 또, 지방족 탄화수소기는, 직사슬형, 분기사슬형, 고리형 중 어느 것이어도 되고, 또는 이들의 조합이어도 된다.
X 에 있어서, 지방족 탄화수소기는, 당해 지방족 탄화수소기를 구성하는 탄소 원자의 일부가 헤테로 원자를 함유하는 치환기로 치환되어 있어도 되고, 당해 지방족 탄화수소기를 구성하는 수소 원자의 일부 또는 전부가 헤테로 원자를 함유하는 치환기로 치환되어 있어도 된다.
X 에 있어서의 「헤테로 원자」로는, 탄소 원자 및 수소 원자 이외의 원자이면 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 할로겐 원자, 산소 원자, 황 원자, 질소 원자 등을 들 수 있다. 할로겐 원자로서는, 불소 원자, 염소 원자, 요오드 원자, 브롬 원자 등을 들 수 있다.
헤테로 원자를 함유하는 치환기는, 상기 헤테로 원자만으로 이루어지는 것이어도 되고, 상기 헤테로 원자 이외의 기 또는 원자를 함유하는 기이어도 된다.
탄소 원자의 일부를 치환하는 치환기로서 구체적으로는, 예를 들어 -O-, -C(=O)-O-, -C(=O)-, -O-C(=O)-O-, -C(=O)-NH-, -NH- (H 가 알킬기, 아실기 등의 치환기로 치환되어 있어도 된다), -S-, -S(=O)2-, -S(=O)2-O- 등을 들 수 있다. 지방족 탄화수소기가 고리형인 경우, 이들 치환기를 고리 구조 중에 포함하고 있어도 된다.
수소 원자의 일부 또는 전부를 치환하는 치환기로서 구체적으로는, 예를 들어 알콕시기, 할로겐 원자, 할로겐화 알킬기, 수산기, 산소 원자 (=O), 시아노기 등의 질소 원자를 함유하는 치환기 (후술) 등을 들 수 있다.
상기 알콕시기로는, 탄소수 1 ∼ 5 의 알콕시기가 바람직하고, 메톡시기, 에톡시기, n-프로폭시기, iso-프로폭시기, n-부톡시기, tert-부톡시기가 바람직하고, 메톡시기, 에톡시기가 가장 바람직하다.
상기 할로겐 원자로는, 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자, 요오드 원자 등을 들 수 있고, 불소 원자가 바람직하다.
상기 할로겐화 알킬기로는, 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기, 예를 들어 메틸기, 에틸기, 프로필기, n-부틸기, tert-부틸기 등의 알킬기의 수소 원자의 일부 또는 전부가 상기 할로겐 원자로 치환된 기를 들 수 있다.
지방족 탄화수소기로는, 직사슬형 또는 분기사슬형의 포화 탄화수소기, 직사슬형 또는 분기사슬형의 1 가의 불포화 탄화수소기, 또는 고리형의 지방족 탄화수소기 (지방족 고리형기) 가 바람직하다. 또한, 지방족 고리형기에, 직사슬형 또는 분기사슬형의 포화 탄화수소기 또는 불포화 탄화수소기가 결합한 기도 바람직하다.
직사슬형의 포화 탄화수소기 (알킬기) 로는, 탄소수가 3 ∼ 20 인 것이 바람직하고, 3 ∼ 15 인 것이 보다 바람직하고, 3 ∼ 10 이 가장 바람직하다. 구체적으로는, 예를 들어, 프로필기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 헵틸기, 옥틸기, 노닐기, 데카닐기, 운데실기, 도데실기, 트리데실기, 이소트리데실기, 테트라데실기, 펜타데실기, 헥사데실기, 이소헥사데실기, 헵타데실기, 옥타데실기, 노나데실기, 에이코실기, 헨에이코실기, 도코실기 등을 들 수 있다.
분기사슬형의 포화 탄화수소기 (알킬기) 로는, 탄소수가 3 ∼ 20 인 것이 바람직하고, 3 ∼ 15 인 것이 보다 바람직하고, 3 ∼ 10 이 가장 바람직하다. 구체적으로는, 예를 들어, 1-메틸에틸기, 1-메틸프로필기, 2-메틸프로필기, 1-메틸부틸기, 2-메틸부틸기, 3-메틸부틸기, 1-에틸부틸기, 2-에틸부틸기, 1-메틸펜틸기, 2-메틸펜틸기, 3-메틸펜틸기, 4-메틸펜틸기 등을 들 수 있다.
불포화 탄화수소기로는, 탄소수가 3 ∼ 10 인 것이 바람직하고, 3 ∼ 5 가 바람직하고, 3 또는 4 가 바람직하며, 3 이 특히 바람직하다. 직사슬형의 1 가의 불포화 탄화수소기로는, 예를 들어, 프로페닐기 (알릴기), 부티닐기 등을 들 수 있다. 분기사슬형의 1 가의 불포화 탄화수소기로는, 예를 들어, 1-메틸프로페닐기, 2-메틸프로페닐기 등을 들 수 있다.
불포화 탄화수소기로서는, 상기 중에서도 특히 프로페닐기가 바람직하다.
지방족 고리형기로는, 단고리형기이어도 되고, 다고리형기이어도 된다. 그 탄소수는 3 ∼ 30 이고, 5 ∼ 30 인 것이 바람직하고, 5 ∼ 20 이 보다 바람직하며, 6 ∼ 15 가 특히 바람직하고, 6 ∼ 12 가 가장 바람직하다.
구체적으로는, 예를 들어, 모노시클로알칸으로부터 1 개 이상의 수소 원자를 제거한 기 ; 비시클로알칸, 트리시클로알칸, 테트라시클로알칸 등의 폴리시클로알칸으로부터 1 개 이상의 수소 원자를 제거한 기 등을 들 수 있다. 보다 구체적으로는, 시클로펜탄, 시클로헥산 등의 모노시클로알칸으로부터 1 개 이상의 수소 원자를 제거한 기 ; 아다만탄, 노르보르난, 이소보르난, 트리시클로데칸, 테트라시클로도데칸 등의 폴리시클로알칸으로부터 1 개 이상의 수소 원자를 제거한 기 등을 들 수 있다.
지방족 고리형기가 그 고리 구조 중에 헤테로 원자를 함유하는 치환기를 포함하지 않은 경우에는, 지방족 고리형기로는 다고리형기가 바람직하고, 폴리시클로알칸으로부터 1 개 이상의 수소 원자를 제거한 기가 바람직하고, 아다만탄으로부터 1 개 이상의 수소 원자를 제거한 기가 가장 바람직하다.
지방족 고리형기가 그 고리 구조 중에 헤테로 원자를 함유하는 치환기를 함유하는 것인 경우, 그 헤테로 원자를 함유하는 치환기로는, -O-, -C(=O)-O-, -S-, -S(=O)2-, -S(=O)2-O- 이 바람직하다. 이러한 지방족 고리형기의 구체예로는, 예를 들어 하기 식 (L1) ∼ (L5), (S1) ∼ (S4) 등을 들 수 있다.
[화학식 35]
Figure pat00056
[식 중, Q" 은 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬렌기, -O-, -S-, -O-R98- 또는 -S-R99- 이며, R98 및 R99 는 각각 독립적으로 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬렌기이고, m 은 0 또는 1 의 정수이다.]
식 중, Q", R98 및 R99 에 있어서의 알킬렌기로는, 각각 구체적으로는, 예를 들어 메틸렌기 [-CH2-] ; -CH(CH3)-, -CH(CH2CH3)-, -C(CH3)2-, -C(CH3)(CH2CH3)-, -C(CH3)(CH2CH2CH3)-, -C(CH2CH3)2- 등의 알킬메틸렌기 ; 에틸렌기 [-CH2CH2-] ; -CH(CH3)CH2-, -CH(CH3)CH(CH3)-, -C(CH3)2CH2-, -CH(CH2CH3)CH2-, -CH(CH2CH3)CH2- 등의 알킬에틸렌기 ; 트리메틸렌기(n-프로필렌기) [-CH2CH2CH2-] ; -CH(CH3)CH2CH2-, -CH2CH(CH3)CH2- 등의 알킬트리메틸렌기 ; 테트라메틸렌기 [-CH2CH2CH2CH2-] ; -CH(CH3)CH2CH2CH2-, -CH2CH(CH3)CH2CH2- 등의 알킬테트라메틸렌기 ; 펜타메틸렌기 [-CH2CH2CH2CH2CH2-] 등을 들 수 있다.
이들 지방족 고리형기는, 그 고리 구조를 구성하는 탄소 원자에 결합한 수소 원자의 일부가 치환기로 치환되어 있어도 된다. 그 치환기로는, 예를 들어 알킬기, 알콕시기, 할로겐 원자, 할로겐화 알킬기, 수산기, 산소 원자 (=O) 등을 들 수 있다.
상기 알킬기로는, 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기가 바람직하고, 메틸기, 에틸기, 프로필기, n-부틸기, tert-부틸기인 것이 특히 바람직하다.
상기 알콕시기, 할로겐 원자는, 각각 상기 수소 원자의 일부 또는 전부를 치환하는 치환기로서 예시한 것과 동일한 것을 들 수 있다.
지방족 고리형기에, 직사슬형 또는 분기사슬형의 포화 탄화수소기 또는 불포화 탄화수소기가 결합한 기로는, 예를 들어, 지방족 고리형기의 고리 구조를 구성하는 탄소 원자에 직사슬형 또는 분기사슬형의 포화 탄화수소기가 결합한 기가 바람직하고, 당해 탄소 원자에 직사슬형의 포화 탄화수소기가 결합한 기가 보다 바람직하며, 당해 탄소 원자에 직사슬형 알킬렌기가 결합한 기가 특히 바람직하다.
또한, 특히, X 가 질소 원자를 함유하는 기인 경우, 이러한 X 로는, 질소 원자를 함유하는 치환기 (이하 「함질소 치환기」라고 한다.) 를 갖는 탄화수소기, 헤테로 원자로서 질소 원자를 함유하는 복소고리형기 (이하 「함질소 복소고리형기」라고 한다.) 등을 들 수 있다. 이들 유기기는, 함질소 치환기 이외에 질소 원자를 함유하지 않은 치환기 (이하 「비(非)함질소 치환기」라고 한다.) 를 가져도 된다.
X 에 있어서의 함질소 복소고리형기로는, 헤테로 원자로서 질소 원자를 함유하는 복소고리 (함질소 복소고리) 로부터 1 개의 수소 원자를 제거한 1 가기를 들 수 있다. 상기 함질소 복소고리로는, 피리딘, 피롤, 피라졸, 이미다졸, 1,2,3-트리아졸, 1,2,4-트리아졸, 테트라졸, 피리미딘, 피라진, 1,3,5-트리아진 등의 불포화 단고리형 함질소 복소고리 ; 피페리딘, 피페라진, 피롤리딘 등의 포화 단고리형 함질소 복소고리 ; 퀴놀린, 이소퀴놀린, 인돌, 피롤로[2,3-b]피리딘, 인다졸, 벤조이미다졸 (벤즈이미다졸), 벤조트리아졸, 카르바졸, 아크리딘, 1,5-디아자비시클로[4.3.0]-5-노넨, 1,8-디아자비시클로[5.4.0]-7-운데센, 헥사메틸렌테트라민, 1,4-디아자비시클로[2.2.2]옥탄 등의 다고리형 함질소 복소고리를 들 수 있다.
함질소 복소고리형기는, 단고리형기이어도 되고, 다고리형기이어도 된다. 함질소 복소고리형기의 탄소수는 3 ∼ 30 이고, 5 ∼ 30 인 것이 바람직하고, 5 ∼ 20 이 더욱 바람직하다.
X 에 있어서의 함질소 치환기로는, 상기 서술한 함질소 복소고리형기 외에, 아미노기 (H2N-), 이미노기 (HN=), 시아노기 (N≡C-), 암모니오기 (＋NH3-) 등을 들 수 있다. 이들 함질소 치환기는, 수소 원자의 일부 또는 전부가 비함질소 치환기로 치환되어 있어도 된다.
X 에 있어서의 함질소 치환기의 구체예로는, 2-피리딜기, 3-피리딜기, 4-피리딜기, 피페리디노기 등의 함질소 복소고리형기 ; 아미노기, 알킬아미노기, 디알킬아미노기, 이미노기, 알킬이미노기, 시아노기, 트리알킬암모니오기 등을 들 수 있다. 그 중에서도 4-피리딜기 등의 함질소 복소고리형기가 바람직하다.
X 에 있어서의 비함질소 치환기로는, 알킬기, 아릴기, 알콕시기, 할로겐 원자, 할로겐화 알킬기, 수산기, 산소 원자 (=O) 등을 들 수 있다.
상기 알킬기로는, 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기가 바람직하고, 메틸기, 에틸기, 프로필기, n-부틸기, tert-부틸기인 것이 특히 바람직하다.
상기 아릴기로는, 페닐기, 톨릴기, 나프틸기 등을 들 수 있다.
상기 할로겐 원자로는, 불소 원자, 염소 원자, 요오드 원자, 브롬 원자 등을 들 수 있다.
상기 알콕시기로는, 탄소수 1 ∼ 5 의 알콕시기가 바람직하고, 메톡시기, 에톡시기, n-프로폭시기, iso-프로폭시기, n-부톡시기, tert-부톡시기가 바람직하고, 메톡시기, 에톡시기가 가장 바람직하다.
상기 할로겐 원자로는, 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자, 요오드 원자 등을 들 수 있고, 불소 원자가 바람직하다.
상기 할로겐화 알킬기로는, 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기, 예를 들어 메틸기, 에틸기, 프로필기, n-부틸기, tert-부틸기 등의 알킬기의 수소 원자의 일부 또는 전부가 상기 할로겐 원자로 치환된 기를 들 수 있다.
X 가 함질소 치환기를 갖는 탄화수소기인 경우의 그 탄화수소기는, 지방족 탄화수소기이어도 되고, 방향족 탄화수소기이어도 되며, 이들 지방족 탄화수소기, 방향족 탄화수소기는, 상기 「X 의 탄화수소기」에 관한 설명에서의 지방족 탄화수소기, 방향족 탄화수소기와 각각 동일한 것을 들 수 있다.
X 가 질소 원자를 함유하는 기인 경우의 구체예로는, 2-피리딜기, 3-피리딜기, 4-피리딜기 등의 함질소 복소고리형기 ; 아미노메틸기, 1-아미노에틸기, 2-아미노에틸기 등의 아미노알킬기 ; 메틸아미노메틸기 등의 알킬아미노알킬기 ; 디메틸아미노메틸기 등의 디알킬아미노알킬기 ; 2-아미노페닐기, 4-아미노페닐기 등의 아미노아릴기 ; (메틸아미노)페닐기 등의 알킬아미노아릴기 ; (디메틸아미노)페닐기, (디에틸아미노)페닐기 등의 디알킬아미노아릴기 등을 들 수 있다. 그 중에서도 4-피리딜기 등의 함질소 복소고리형기가 바람직하다.
본 발명에 있어서, X 는 치환기를 가지고 있어도 되는 고리형기인 것이 바람직하다. 그 고리형기는, 치환기를 가지고 있어도 되는 방향족 탄화수소기이어도 되고, 치환기를 가지고 있어도 되는 지방족 고리형기이어도 된다.
상기 방향족 탄화수소기로는, 치환기를 가지고 있어도 되는 나프틸기, 또는 치환기를 가지고 있어도 되는 페닐기가 바람직하다.
치환기를 가지고 있어도 되는 지방족 고리형기로는, 치환기를 가지고 있어도 되는 다고리형의 지방족 고리형기가 바람직하다. 그 다고리형의 지방족 고리형기로는, 상기 폴리시클로알칸으로부터 1 개 이상의 수소 원자를 제거한 기, 상기 (L2) ∼ (L5), (S3) ∼ (S4) 등이 바람직하다.
상기 식 (b1-1) 중, Q1 은, 카르보닐기를 함유하는 2 가의 연결기이다.
Q1 은, 탄소 원자 및 산소 원자 이외의 원자를 함유해도 된다. 탄소 원자 및 산소 원자 이외의 원자로는, 예를 들어 수소 원자, 황 원자, 질소 원자 등을 들 수 있다.
카르보닐기를 함유하는 2 가의 연결기로는, 예를 들어, 에스테르 결합 (-C(=O)-O-), 아미드 결합 (-C(=O)-NH-), 카르보닐기 (-C(=O)-), 카보네이트 결합 (-O-C(=O)-O-) 등의 비탄화수소계 카르보닐기 함유 연결기 ; 또는 그 비탄화수소계 카르보닐기 함유 연결기를 포함하는 기를 들 수 있다.
그 비탄화수소계 카르보닐기 함유 연결기를 함유하는 기로는, 그 비탄화수소계 카르보닐기 함유 연결기와, 알킬렌기 및 산소 원자 (에테르 결합 : -O-) 등에서 선택되는 기와의 조합을 들 수 있다.
그 조합으로는, 예를 들어, -O-R91-O-C(=O)-, -C(=O)-O-R92-, -C(=O)-O-R93-O-C(=O)-, -R94-C(=O)-O-R95-O-C(=O)- (식 중, R91 ∼ R95 는 각각 독립적으로 알킬렌기이다.) 등을 들 수 있다.
R91 ∼ R95 에 있어서의 알킬렌기로는, 직사슬형 또는 분기사슬형의 알킬렌기가 바람직하고, 그 알킬렌기의 탄소수는 1 ∼ 12 가 바람직하고, 1 ∼ 5 가 보다 바람직하며, 1 ∼ 3 이 특히 바람직하다.
그 알킬렌기로서 구체적으로는, 예를 들어 메틸렌기 [-CH2-] ; -CH(CH3)-, -CH(CH2CH3)-, -C(CH3)2-, -C(CH3)(CH2CH3)-, -C(CH3)(CH2CH2CH3)-, -C(CH2CH3)2- 등의 알킬메틸렌기 ; 에틸렌기 [-CH2CH2-] ; -CH(CH3)CH2-, -CH(CH3)CH(CH3)-, -C(CH3)2CH2-, -CH(CH2CH3)CH2-, -CH(CH2CH3)CH2- 등의 알킬에틸렌기 ; 트리메틸렌기(n-프로필렌기) [-CH2CH2CH2-] ; -CH(CH3)CH2CH2-, -CH2CH(CH3)CH2- 등의 알킬트리메틸렌기 ; 테트라메틸렌기 [-CH2CH2CH2CH2-] ; -CH(CH3)CH2CH2CH2-, -CH2CH(CH3)CH2CH2- 등의 알킬테트라메틸렌기 ; 펜타메틸렌기 [-CH2CH2CH2CH2CH2-] 등을 들 수 있다.
상기 식 (b1-1) 중, p 는 1 ∼ 3 의 정수이고, 1 또는 2 인 것이 바람직하고, 1 인 것이 가장 바람직하다.
(B1) 성분의 아니온부의 바람직한 구체예를 이하에 예시한다.
[화학식 36]
Figure pat00057
[식 (b1-3) 중, X 는 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소수 3 ∼ 30 의 탄화수소기이고, Q2 는 단결합 또는 알킬렌기이고, p 는 1 ∼ 3 의 정수이다. m1 ∼ m3 은 각각 0 또는 1 이다. 단, m2＋m3, m1＋m3 은 어느 것도 0 이 되지 않는다.]
상기 식 (b1-3) 중, X 및 p 는 각각, 상기 식 (b1-1) 에 있어서의 X 및 p 와 동일하다.
Q2 의 알킬렌기로는, 상기 Q1 에 관한 설명에 있어서의 R91 ∼ R95 의 알킬렌기와 동일한 것을 들 수 있다.
m1 ∼ m3 은 각각 0 또는 1 이다. 단, m2＋m3, m1＋m3 은 어느 것도 0 이 되지 않는다.
m3 = 0 인 경우, m2 는 1 이고, m1 은 1 이다.
(B1) 성분의 아니온부의 바람직한 것으로서 보다 구체적으로는,
하기 일반식 (b1-3-10) 으로 나타내는 아니온,
하기 일반식 (b1-3-20) 으로 나타내는 아니온,
하기 일반식 (b1-3-31) 로 나타내는 아니온, 또는
하기 일반식 (b1-3-41) 로 나타내는 아니온을 들 수 있다.
··일반식 (b1-3-10) 으로 나타내는 아니온
[화학식 37]
Figure pat00058
[식 (b1-3-10) 중, X, Q2 및 p 는 각각 상기와 동일하다.]
식 (b1-3-10) 중, X 로는, 치환기를 가지고 있어도 되는 지방족 고리형기, 치환기를 가지고 있어도 되는 직사슬형의 지방족 탄화수소기, 또는 치환기를 가지고 있어도 되는 방향족 탄화수소기가 바람직하다. 그 중에서도, 그 고리 구조 중에 헤테로 원자를 함유하는 치환기를 함유하는 지방족 고리형기가 바람직하다.
Q2 의 알킬렌기로는, 상기 Q1 에서 예시한 알킬렌기와 동일한 것을 들 수 있다.
Q2 로는, 단결합 또는 메틸렌기가 특히 바람직하다. 그 중에서도, X 가 치환기를 가지고 있어도 되는 지방족 고리형기인 경우에는 Q2 가 단결합인 것이 바람직하고, X 가 방향족 탄화수소기인 경우에는 Q2 가 메틸렌기인 것이 바람직하다.
p 는, 1 또는 2 인 것이 바람직하고, 1 인 것이 가장 바람직하다.
일반식 (b1-3-10) 으로 나타내는 아니온의 바람직한 구체예를 이하에 예시한다.
[화학식 38]
Figure pat00059
[식 중, Q" 은 상기와 동일하고, R7 은 치환기이고, w1 ∼ w3 은 각각 독립적으로 0 ∼ 3 의 정수이고, v1 ∼ v3 은 각각 독립적으로 0 ∼ 5 의 정수이고, p 는 1 ∼ 3 의 정수이다.]
상기 식 중, R7 의 치환기로는, 상기 X 에 있어서, 지방족 탄화수소기가 가지고 있어도 되는 치환기, 방향족 탄화수소기가 가지고 있어도 되는 치환기로서 예시한 것과 동일한 것을 들 수 있다.
R7 에 부가된 부호 (w1 ∼ w3) 가 2 이상의 정수인 경우, 당해 화합물 중의 복수의 R7 은 각각 동일해도 되고 상이해도 된다.
v1 ∼ v3 은, 각각 독립적으로 0 ∼ 3 인 것이 바람직하고, 0 이 가장 바람직하다.
w1 ∼ w3 은, 각각 독립적으로 0 ∼ 2 인 것이 바람직하고, 0 이 가장 바람직하다.
p 는, 1 또는 2 가 바람직하고, 1 인 것이 가장 바람직하다.
··일반식 (b1-3-20) 으로 나타내는 아니온
[화학식 39]
Figure pat00060
[식 (b1-3-20) 중, X 및 p 는 각각 상기와 동일하고, Q3 은 알킬렌기이다.]
식 (b1-3-20) 중, X 로는, 치환기를 가지고 있어도 되는 지방족 고리형기, 치환기를 가지고 있어도 되는 직사슬형의 지방족 탄화수소기, 또는 치환기를 가지고 있어도 되는 방향족 탄화수소기가 바람직하다.
p 는, 1 또는 2 인 것이 바람직하고, 1 인 것이 가장 바람직하다.
Q3 의 알킬렌기로는, 상기 Q1 에서 예시한 알킬렌기와 동일한 것을 들 수 있다.
일반식 (b1-3-20) 으로 나타내는 아니온의 바람직한 구체예를 이하에 예시한다.
[화학식 40]
Figure pat00061
[식 중, p 는 상기와 동일하고, R7' 는 치환기이고, r1 ∼ r3 은 각각 독립적으로 0 ∼ 3 의 정수이고, q1 ∼ q4 는 각각 독립적으로 1 ∼ 12 의 정수이고, g 는 1 ∼ 20 의 정수이다.]
상기 식 중, R7' 의 치환기로는 상기 R7 과 동일한 것을 들 수 있다.
R7' 에 부가된 부호 (r1 ∼ r3) 가 2 이상의 정수인 경우, 당해 화합물 중의 복수의 R7' 는 각각 동일해도 되고 상이해도 된다.
r1 ∼ r3 은, 각각 독립적으로 0 ∼ 2 의 정수인 것이 바람직하고, 0 또는 1 인 것이 보다 바람직하고, 0 인 것이 더욱 바람직하다.
q1 ∼ q4 는, 각각 독립적으로 1 ∼ 8 인 것이 바람직하고, 1 ∼ 5 인 것이 보다 바람직하고, 1 ∼ 3 인 것이 더욱 바람직하다.
g 는 1 ∼ 15 인 것이 바람직하고, 1 ∼ 10 인 것이 더욱 바람직하다.
p 는, 1 또는 2 가 바람직하고, 1 인 것이 가장 바람직하다.
··일반식 (b1-3-31) 로 나타내는 아니온
[화학식 41]
Figure pat00062
[식 중, p 는 상기와 동일하고, q5 는 0 ∼ 5 의 정수이고 ; R2 는 알킬기, 알콕시기, 할로겐 원자 (단, 불소 원자를 제외한다.), 할로겐화 알킬기, 수산기, 산소 원자 (=O), -COOR", -OC(=O)R", 히드록시알킬기 또는 시아노기이고 ; b 는 0 ∼ 2 의 정수이고, c 는 1 ∼ 5 의 정수이고, 1 ≤ b+c ≤ 5 이다.]
p 는, 1 또는 2 가 바람직하고, 1 인 것이 가장 바람직하다.
q5 는, 1 ∼ 4 가 바람직하고, 1 또는 2 가 보다 바람직하고, 2 가 가장 바람직하다.
R2 의 알킬기, 알콕시기, 할로겐 원자 (단, 불소 원자를 제외한다.), 할로겐화 알킬기는, 상기 X 의 고리형기가 가지고 있어도 되는 치환기에 관한 설명에 있어서 예시한 것과 동일한 것을 들 수 있다.
R2 의 -COOR", -OC(=O)R" 에 있어서의 R" 는, 상기 서술한 구성 단위 (a2) 에 있어서의 R" 와 동일하다.
R2 의 히드록시알킬기로는, 상기 R2 의 알킬기의 수소 원자의 적어도 1 개가 수산기로 치환된 기를 들 수 있다.
b 는, 0 이 가장 바람직하다.
c 는, 2 ∼ 5 가 바람직하고, 5 가 가장 바람직하다.
단, 1 ≤ b+c ≤ 5 이다.
··일반식 (b1-3-41) 로 나타내는 아니온
[화학식 42]
Figure pat00063
[식 중, p 는 상기와 동일하고, q6 은 1 ∼ 12 의 정수이고, w4 는 0 ∼ 3 의 정수이고, R10" 는 치환기이다.]
R10" 의 치환기로는, 알킬기, 알콕시기, 할로겐 원자, 할로겐화 알킬기, 수산기, 산소 원자 (=O), 시아노기 등을 들 수 있다.
상기 알킬기로는, 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기가 바람직하고, 메틸기, 에틸기, 프로필기, n-부틸기, tert-부틸기인 것이 특히 바람직하다.
상기 알콕시기로는, 탄소수 1 ∼ 5 의 알콕시기가 바람직하고, 메톡시기, 에톡시기, n-프로폭시기, iso-프로폭시기, n-부톡시기, tert-부톡시기가 바람직하고, 메톡시기, 에톡시기가 가장 바람직하다.
상기 할로겐 원자로는, 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자, 요오드 원자 등을 들 수 있고, 불소 원자가 바람직하다.
상기 할로겐화 알킬기로는, 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기, 예를 들어 메틸기, 에틸기, 프로필기, n-부틸기, tert-부틸기 등의 알킬기의 수소 원자의 일부 또는 전부가 상기 할로겐 원자로 치환된 기를 들 수 있다.
R10" 에 부가된 부호 (w4) 가 2 이상의 정수인 경우, 당해 화합물에 있어서의 복수의 R10" 는, 각각 동일해도 되고 상이해도 된다.
p 는, 1 또는 2 가 바람직하고, 1 인 것이 가장 바람직하다.
q6 은, 1 ∼ 5 인 것이 바람직하고, 1 ∼ 3 인 것이 더욱 바람직하고, 1 인 것이 가장 바람직하다.
w4 는, 0 ∼ 2 의 정수인 것이 바람직하고, 0 또는 1 인 것이 보다 바람직하고, 0 인 것이 더욱 바람직하다.
·(B1') 성분의 아니온부에 관해서
상기 식 (b1-1') 중, X10 은, 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소수 1 ∼ 30 의 탄화수소기이다.
X10 의 탄화수소기는, 방향족 탄화수소기이어도 되고, 지방족 탄화수소기이어도 된다.
X10 에 있어서의 방향족 탄화수소기는 방향 고리를 갖는 탄화수소기이고, 상기 식 (b1-1) 의 X 에 있어서의 방향족 탄화수소기와 동일한 것을 들 수 있다.
지방족 탄화수소기로는, 직사슬형 또는 분기사슬형의 포화 탄화수소기, 직사슬형 또는 분기사슬형의 1 가의 불포화 탄화수소기, 또는 고리형의 지방족 탄화수소기 (지방족 고리형기) 가 바람직하다. 또한, 지방족 고리형기에, 직사슬형 또는 분기사슬형의 포화 탄화수소기 또는 불포화 탄화수소기가 결합한 기도 바람직하다.
직사슬형의 포화 탄화수소기 (알킬기) 로는, 탄소수가 1 ∼ 20 인 것이 바람직하고, 1 ∼ 15 인 것이 보다 바람직하고, 3 ∼ 12 인 것이 더욱 바람직하다. 구체적으로는, 예를 들어, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 헵틸기, 옥틸기, 노닐기, 데카닐기, 운데실기, 도데실기, 트리데실기, 이소트리데실기, 테트라데실기, 펜타데실기, 헥사데실기, 이소헥사데실기, 헵타데실기, 옥타데실기, 노나데실기, 에이코실기, 헨에이코실기, 도코실기 등을 들 수 있다.
분기사슬형의 포화 탄화수소기 (알킬기) 로는, 탄소수가 3 ∼ 20 인 것이 바람직하고, 3 ∼ 15 인 것이 보다 바람직하고, 3 ∼ 10 이 가장 바람직하다. 구체적으로는, 예를 들어, 1-메틸에틸기, 1-메틸프로필기, 2-메틸프로필기, 1-메틸부틸기, 2-메틸부틸기, 3-메틸부틸기, 1-에틸부틸기, 2-에틸부틸기, 1-메틸펜틸기, 2-메틸펜틸기, 3-메틸펜틸기, 4-메틸펜틸기 등을 들 수 있다.
불포화 탄화수소기로는, 탄소수가 2 ∼ 10 인 것이 바람직하고, 2 ∼ 5 가 바람직하고, 2 ∼ 4 가 바람직하고, 3 이 특히 바람직하다. 직사슬형의 1 가의 불포화 탄화수소기로는, 예를 들어, 비닐기, 프로페닐기 (알릴기), 부티닐기 등을 들 수 있다. 분기사슬형의 1 가의 불포화 탄화수소기로는, 예를 들어, 1-메틸프로페닐기, 2-메틸프로페닐기 등을 들 수 있다.
불포화 탄화수소기로는, 상기 중에서도 특히 프로페닐기가 바람직하다.
지방족 고리형기로는, 상기 식 (b1-1) 의 X 에 있어서의 지방족 고리형기와 동일한 것을 들 수 있다.
본 발명에 있어서, X10 은 치환기를 가지고 있어도 되는 고리형기인 것이 바람직하다.
그 고리형기는, 치환기를 가지고 있어도 되는 방향족 탄화수소기이어도 되고, 치환기를 가지고 있어도 되는 지방족 고리형기이어도 되고, 치환기를 가지고 있어도 되는 지방족 고리형기인 것이 바람직하다.
상기 방향족 탄화수소기로는, 치환기를 가지고 있어도 되는 나프틸기, 또는 치환기를 가지고 있어도 되는 페닐기가 바람직하다.
치환기를 가지고 있어도 되는 지방족 고리형기로는, 상기 모노시클로알칸으로부터 1 개 이상의 수소 원자를 제거한 기, 상기 폴리시클로알칸으로부터 1 개 이상의 수소 원자를 제거한 기, 상기 (L2) ∼ (L5), (S3) ∼ (S4) 등이 바람직하다.
상기 식 (b1-1') 중, Q3 은, 단결합 또는 2 가의 연결기이다.
Q3 에 있어서의 2 가의 연결기로는, 예를 들어,
알킬렌기 또는 불소화 알킬렌기 ;
산소 원자 (에테르 결합 ; -O-), 에스테르 결합 (-C(=O)-O-), 아미드 결합 (-C(=O)-NH-), 카르보닐기 (-C(=O)-), 카보네이트 결합 (-O-C(=O)-O-) 등의 비탄화수소계 산소 원자 함유 연결기 ;
그 비탄화수소계 산소 원자 함유 연결기와, 알킬렌기 또는 불소화 알킬렌기의 조합 등을 들 수 있다.
Q3 에 있어서의, 알킬렌기 또는 불소화 알킬렌기는, 직사슬형인 것 또는 분기사슬형인 것이 바람직하다. 또한, 이러한 알킬렌기 또는 불소화 알킬렌기의 탄소수는 각각 1 ∼ 12 가 바람직하고, 1 ∼ 5 가 보다 바람직하고, 1 ∼ 4 가 더욱 바람직하며, 1 ∼ 3 이 특히 바람직하다.
Q3 에 있어서의 알킬렌기로서 구체적으로는, 예를 들어 메틸렌기 [-CH2-] ; -CH(CH3)-, -CH(CH2CH3)-, -C(CH3)2-, -C(CH3)(CH2CH3)-, -CH(CH2CH2CH3)-, -C(CH3)(CH2CH2CH3)-, -C(CH2CH3)2- 등의 알킬메틸렌기 ; 에틸렌기 [-CH2CH2-] ; -CH(CH3)CH2-, -CH(CH3)CH(CH3)-, -C(CH3)2CH2-, -CH(CH2CH3)CH2-, -CH(CH2CH3)CH2- 등의 알킬에틸렌기 ; 트리메틸렌기(n-프로필렌기) [-CH2CH2CH2-] ; -CH(CH3)CH2CH2-, -CH2CH(CH3)CH2- 등의 알킬트리메틸렌기 ; 테트라메틸렌기 [-CH2CH2CH2CH2-] ; -CH(CH3)CH2CH2CH2-, -CH2CH(CH3)CH2CH2- 등의 알킬테트라메틸렌기 ; 펜타메틸렌기 [-CH2CH2CH2CH2CH2-] 등을 들 수 있다.
Q3 에 있어서의 불소화 알킬렌기는, 상기 Q3 에 있어서의 알킬렌기의 수소 원자의 일부 또는 전부가 불소 원자로 치환된 기를 들 수 있고, 구체적으로는, -CF2-, -CF2CF2-, -CF2CF2CF2-, -CF(CF3)CF2-, -CF(CF2CF3)-, -C(CF3)2-, -CF2CF2CF2CF2-, -CF(CF3)CF2CF2-, -CF2CF(CF3)CF2-, -CF(CF3)CF(CF3)-, -C(CF3)2CF2-, -CF(CF2CF3)CF2-, -CF(CF2CF2CF3)-, -C(CF3)(CF2CF3)- ; -CHF-, -CH2CF2-, -CH2CH2CF2-, -CH2CF2CF2-, -CH(CF3)CH2-, -CH(CF2CF3)-, -C(CH3)(CF3)-, -CH2CH2CH2CF2-, -CH2CH2CF2CF2-, -CH(CF3)CH2CH2-, -CH2CH(CF3)CH2-, -CH(CF3)CH(CF3)-, -C(CF3)2CH2- 등을 들 수 있다.
전술한 비탄화수소계 산소 원자 함유 연결기와, 알킬렌기 또는 불소화 알킬렌기의 조합으로는, 예를 들어 -R91-O-, -C(=O)-O-R92-, -C(=O)-O-R93-O-, -R94-C(=O)-O-R95-O- 등을 들 수 있다. 식 중, R91 ∼ R95 는 각각 독립적으로, 알킬렌기 또는 불소화 알킬렌기이고, 구체적으로는 상기 Q3 에 있어서의 알킬렌기 또는 불소화 알킬렌기와 동일한 것을 들 수 있다.
그 중에서도, 상기 식 (b1-1') 에 있어서의 Y10 (후술) 이 -SO2- 인 경우, Q3 은, 특히 인접하는 Y10 중의 황 원자에 결합하는 탄소 원자가 불소화되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 경우, 노광에 의해 (B1') 성분으로부터, 강한 산 강도를 갖는 산이 발생한다. 이것에 의해, 레지스트 패턴 형상이 보다 양호해지고, 또한 EL 마진 등의 리소그래피 특성도 보다 향상된다.
또, 상기 식 (b1-1') 에 있어서의 Y10 (후술) 이 -SO2- 인 경우, Q3 에 있어서의 불소 원자의 수를 조정함으로써 노광에 의해 발생하는 산의 산 강도를 조정할 수 있다. 전술한 탄소 원자가 불소화되어 있지 않은 경우, 산 강도는 약해지지만, 러프니스 개선 등의 효과를 기대할 수 있다.
Q3 에 있어서의, 알킬렌기 또는 불소화 알킬렌기는 각각 치환기를 가지고 있어도 된다. 알킬렌기 또는 불소화 알킬렌기가 「치환기를 갖는다」란, 당해 알킬렌기 또는 불소화 알킬렌기에 있어서의 수소 원자 또는 불소 원자의 일부 또는 전부가 수소 원자 및 불소 원자 이외의 원자 또는 기로 치환되어 있는 것을 의미한다.
알킬렌기 또는 불소화 알킬렌기가 가지고 있어도 되는 치환기로는, 탄소수 1 ∼ 4 의 알콕시기, 수산기 등을 들 수 있다.
Q3 으로는, 단결합, 알킬렌기 또는 불소화 알킬렌기, 또는 에테르 결합을 포함하는 2 가의 연결기가 바람직하고, 그 중에서도, 단결합, 알킬렌기,-R91-O- 가 특히 바람직하다.
상기 식 (b1-1') 중, Y10 은 -C(=O)- 또는 -SO2- 이다.
상기 식 (b1-1') 중, Y11 은, 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소수 1 ∼ 10 의 알킬기, 또는 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소수 1 ∼ 10 의 불소화 알킬기이다.
Y11 의 탄소수는 1 ∼ 10 이고, 탄소수 1 ∼ 8 인 것이 바람직하고, 탄소수 1 ∼ 4 인 것이 보다 바람직하다.
그 중에서도, Y11 로는, 발생하는 산의 강도가 강해진다는 점에서, 치환기를 가지고 있어도 되는 불소화 알킬기인 것이 바람직하다. 그 불소화 알킬기의 불소화율 (불소 원자와 수소 원자의 합계수에 대한 불소 원자수의 비율 (％)) 은, 50 ∼ 100 ％ 가 바람직하고, 80 ∼ 100 ％ 가 보다 바람직하고, 85 ∼ 100 ％ 가 더욱 바람직하다.
또한, Y11 가 불소화 알킬기이면, 「Y11-SO2-」의 골격은, 예를 들어 탄소수 6 ∼ 10 의 퍼플루오로알킬 사슬이 난분해성인 데 반하여 분해성이 양호하여, 생체 축적성을 고려한 취급성이 보다 향상된다는 효과도 얻어진다. 또한, 레지스트막 내에 균일하게 분포하기 쉽다는 점에서도 바람직하다.
Y11 에 있어서, 그 알킬기 또는 그 불소화 알킬기는 모두 치환기를 가지고 있어도 된다. 치환기로는, 예를 들어 알콕시기, 불소 원자 이외의 할로겐 원자, 할로겐화 알킬기, 수산기, 산소 원자 (=O) 등을 들 수 있다.
이러한 치환기의 알콕시기로는, 탄소수 1 ∼ 5 의 알콕시기가 바람직하고, 메톡시기, 에톡시기, n-프로폭시기, iso-프로폭시기, n-부톡시기, tert-부톡시기가 보다 바람직하고, 메톡시기, 에톡시기가 특히 바람직하다.
이러한 치환기의 불소 원자 이외의 할로겐 원자로는, 염소 원자, 브롬 원자, 요오드 원자 등을 들 수 있다.
이러한 치환기의 할로겐화 알킬기로는, 상기 알킬기의 수소 원자의 일부 또는 전부가 상기 할로겐 원자로 치환된 기를 들 수 있다.
(B1') 성분의 아니온부의 바람직한 구체예를 이하에 예시한다.
[화학식 43]
Figure pat00064
[화학식 44]
Figure pat00065
[식 중, R7' 는 치환기이고, w1' ∼ w6' 는 각각 독립적으로 0 ∼ 3 의 정수이고, v1' ∼ v8' 는 각각 독립적으로 0 ∼ 3 의 정수이고, p' 는 0 ∼ 4 의 정수이고, m1' ∼ m2' 는 0 또는 1 이고, g' 는 1 ∼ 4 의 정수이고, t' 는 3 ∼ 20 의 정수이다.]
상기 식 중, R7' 의 치환기는 상기와 동일하다.
R7' 에 부가된 부호 (w1' ∼ w6') 가 2 이상의 정수인 경우, 당해 화합물 중의 복수의 R7' 는 각각 동일해도 되고 상이해도 된다.
w1' ∼ w6' 는, 각각 독립적으로 0 ∼ 3 의 정수이고, 0 또는 1 인 것이 바람직하고, 0 이 가장 바람직하다.
v1' ∼ v8' 는, 각각 독립적으로 0 ∼ 3 이고, 0 또는 1 인 것이 바람직하다.
p' 는, 각각 독립적으로 0 ∼ 4 의 정수이고, 0 ∼ 2 가 바람직하다.
g' 는, 각각 독립적으로 1 ∼ 4 의 정수이고, 1 또는 2 가 바람직하고, 1 인 것이 가장 바람직하다.
t' 는 3 ∼ 20 의 정수이고, 3 ∼ 15 인 것이 보다 바람직하고, 3 ∼ 12 가 더욱 바람직하다.
·(B1") 성분의 아니온부에 관해서
상기 식 (b1-1") 중, X 는, 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소수 3 ∼ 30 의 탄화수소기이고, 상기 식 (b1-1) 의 X 와 동일하다.
상기 식 (b1-1) 중, Q2 은 단결합 또는 알킬렌기이다.
Q2 에 있어서의 알킬렌기로는, 직사슬형 또는 분기사슬형의 알킬렌기가 바람직하고, 그 알킬렌기의 탄소수는 1 ∼ 12 가 바람직하고, 1 ∼ 5 가 보다 바람직하고, 1 ∼ 3 이 특히 바람직하다.
그 알킬렌기로서 구체적으로는, 예를 들어 메틸렌기 [-CH2-] ; -CH(CH3)-, -CH(CH2CH3)-, -C(CH3)2-, -C(CH3)(CH2CH3)-, -C(CH3)(CH2CH2CH3)-, -C(CH2CH3)2- 등의 알킬메틸렌기 ; 에틸렌기 [-CH2CH2-] ; -CH(CH3)CH2-, -CH(CH3)CH(CH3)-, -C(CH3)2CH2-, -CH(CH2CH3)CH2-, -CH(CH2CH3)CH2- 등의 알킬에틸렌기 ; 트리메틸렌기(n-프로필렌기) [-CH2CH2CH2-] ; -CH(CH3)CH2CH2-, -CH2CH(CH3)CH2- 등의 알킬트리메틸렌기 ; 테트라메틸렌기 [-CH2CH2CH2CH2-] ; -CH(CH3)CH2CH2CH2-, -CH2CH(CH3)CH2CH2- 등의 알킬테트라메틸렌기 ; 펜타메틸렌기 [-CH2CH2CH2CH2CH2-] 등을 들 수 있다.
상기 식 (b1-1) 중, p 는 1 ∼ 3 의 정수이고, 1 또는 2 인 것이 바람직하고, 2 인 것이 가장 바람직하다.
(B1) 성분의 아니온부의 바람직한 구체예를 이하에 예시한다.
[화학식 45]
Figure pat00066
[식 중, R7 은 치환기이고, w1 ∼ w3 은 각각 독립적으로 0 ∼ 3 의 정수이고, v1 ∼ v3 은 각각 독립적으로 0 ∼ 5 의 정수이고, p 는 1 ∼ 3 의 정수이다.]
상기 식 중, R7 의 치환기는 상기와 동일하다.
R7 에 부가된 부호 (w1 ∼ w3) 가 2 이상의 정수인 경우, 당해 화합물 중의 복수의 R7 은 각각 동일해도 되고 상이해도 된다.
v1 ∼ v3 은 각각 독립적으로, 0 ∼ 3 인 것이 바람직하고, 0 또는 1 인 것이 더욱 바람직하다.
w1 ∼ w3 은 각각 독립적으로, 0 ∼ 2 인 것이 바람직하고, 0 이 가장 바람직하다.
p 는, 1 또는 2 가 바람직하고, 2 인 것이 가장 바람직하다.
(B1-0) 성분으로는, 1 종을 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 조합하여 사용해도 된다.
(B1-0) 성분의 함유 비율은, (A) 성분의 100 질량부에 대하여 0.5 ∼ 60 질량부의 범위 내인 것이 바람직하고, 1 ∼ 40 질량부의 범위 내인 것이 보다 바람직하고, 3 ∼ 30 질량부의 범위 내인 것이 특히 바람직하다. (B1-0) 성분의 함유 비율이 상기 범위의 하한치 이상이면, 레지스트 조성물로 하였을 때 리소그래피 특성이 보다 향상된다. 또한, 보다 양호한 레지스트 패턴 형상이 얻어진다. 상기 범위의 상한치 이하이면, 균일한 용액이 얻어지고, 보존 안정성이 양호해지기 때문에 바람직하다.
또한, 본 발명의 레지스트 조성물에 있어서, (B) 성분 중의 (B1-0) 성분의 함유 비율은 100 질량％ 이어도 된다. (B1-0) 성분이 (B1) 성분 및/또는 (B1") 성분을 함유하는 경우, 40 질량％ 이상인 것이 바람직하고, 70 질량％ 이상인 것이 보다 바람직하며, 가장 바람직하게는 100 질량％ 이다. (B1-0) 성분의 함유 비율이 상기 범위의 하한치 이상임으로써, 레지스트 조성물로 하였을 때 리소그래피 특성이 더욱 향상된다. 또한, 보다 양호한 레지스트 패턴 형상이 얻어진다.
또한, (B1-0) 성분이 (B1') 성분을 함유하고, 후술하는 (B2) 성분과 혼합하여 사용하는 경우, (B) 성분 중의 (B1-0) 성분의 함유 비율은 1 질량％ 이상 80 질량％ 이하인 것이 바람직하고, 5 질량％ 이상 70 질량％ 이하인 것이 보다 바람직하며, 10 질량％ 이상 60 질량％ 이하인 것이 특히 바람직하다. (B1-0) 성분의 함유 비율이 상기 범위의 하한치 이상임으로써, 레지스트 조성물로 하였을 때, 리소그래피 특성이 더욱 향상된다. 또한, 보다 양호한 레지스트 패턴 형상이 얻어진다. 상기 범위의 상한치 이하임으로써, (B2) 성분과의 균형을 잡을 수 있다.
[(B2) 성분]
본 발명의 레지스트 조성물에 있어서, (B) 성분은, 상기 (B1-0) 성분에 더하여, 필요에 따라서 상기 (B1-0) 성분 이외의 산발생제 (이하 「(B2) 성분」이라고 한다.) 를 함유해도 된다.
(B2) 성분으로는, 상기 (B1-0) 성분에 해당하지 않는 것이면 특별히 한정되지 않고, 지금까지 화학 증폭형 레지스트용의 산발생제로서 제안되어 있는 것을 사용할 수 있다. 이러한 산발생제로서는, 지금까지 요오드늄염이나 술포늄염 등의 오늄염계 산발생제, 옥심술포네이트계 산발생제, 비스알킬 또는 비스아릴술포닐디아조메탄류, 폴리(비스술포닐)디아조메탄류 등의 디아조메탄계 산발생제, 니트로벤질술포네이트계 산발생제, 이미노술포네이트계 산발생제, 디술폰계 산발생제 등 다종의 것이 알려져 있다.
오늄염계 산발생제로서, 예를 들어 하기 일반식 (b-1) 또는 (b-2) 로 나타내는 화합물을 사용할 수 있다.
[화학식 46]
Figure pat00067
[식 중, R7" ∼ R9" , R5" ∼ R6" 는, 각각 독립적으로 아릴기 또는 알킬기를 나타내고 ; 식 (b-1) 에 있어서의 R7" ∼ R9" 중 어느 2 개가 서로 결합하여 식 중의 황 원자와 함께 고리를 형성해도 되고 ; R4" 는, 직사슬형, 분기사슬형 또는 고리형의 알킬기 또는 불소화 알킬기를 나타내고 ; R7" ∼ R9" 중 적어도 1 개는 아릴기를 나타내고, R5" ∼ R6" 중 적어도 1 개는 아릴기를 나타낸다.]
식 (b-1) 중, R7" ∼ R9" 는, 각각 독립적으로 아릴기 또는 알킬기를 나타낸다. 또, 식 (b-1) 에 있어서의 R7" ∼ R9" 중 어느 2 개가 서로 결합하여 식 중의 황 원자와 함께 고리를 형성해도 된다.
또한, R7" ∼ R9" 중, 적어도 1 개는 아릴기를 나타낸다. R7" ∼ R9" 중, 2 이상이 아릴기인 것이 바람직하고, R7" ∼ R9" 가 모두 아릴기인 것이 가장 바람직하다.
R7" ∼ R9" 의 아릴기로는 특별히 제한은 없고, 예를 들어 탄소수 6 ∼ 20 의 아릴기로서, 그 아릴기는, 그 수소 원자의 일부 또는 전부가 알킬기, 알콕시기, 할로겐 원자, 수산기 등으로 치환되어 있어도 되고, 치환되어 있지 않아도 된다. 아릴기로는, 저렴하게 합성 가능하다는 점에서 탄소수 6 ∼ 10 의 아릴기가 바람직하다. 구체적으로는, 예를 들어 페닐기, 나프틸기를 들 수 있다.
상기 아릴기의 수소 원자가 치환되어 있어도 되는 알킬기로는, 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기가 바람직하고, 메틸기, 에틸기, 프로필기, n-부틸기, tert-부틸기인 것이 가장 바람직하다.
상기 아릴기의 수소 원자가 치환되어 있어도 되는 알콕시기로는, 탄소수 1 ∼ 5 의 알콕시기가 바람직하고, 메톡시기, 에톡시기, n-프로폭시기, iso-프로폭시기, n-부톡시기, tert-부톡시기인 것이 가장 바람직하다.
상기 아릴기의 수소 원자가 치환되어 있어도 되는 알콕시기로는, 탄소수 1 ∼ 5 의 알콕시기가 바람직하고, 메톡시기, 에톡시기가 가장 바람직하다.
상기 아릴기의 수소 원자가 치환되어 있어도 되는 할로겐 원자로는, 불소 원자인 것이 바람직하다.
R7" ∼ R9" 의 알킬기로는 특별히 제한은 없고, 예를 들어 탄소수 1 ∼ 10 의 직사슬형, 분기사슬형 또는 고리형의 알킬기 등을 들 수 있다. 해상성이 우수하다는 점에서, 탄소수 1 ∼ 5 인 것이 바람직하다. 구체적으로는, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, 이소부틸기, n-펜틸기, 시클로펜틸기, 헥실기, 시클로헥실기, 노닐기, 데카닐기 등을 들 수 있고, 해상성이 우수하고, 또한 저렴하게 합성 가능하다는 점에서 바람직한 것으로서 메틸기를 들 수 있다.
이들 중에서, R7" ∼ R9" 는, 각각 페닐기 또는 나프틸기인 것이 가장 바람직하다.
식 (b-1) 에 있어서의 R7" ∼ R9" 중 어느 2 개가 서로 결합하여 식 중의 황 원자와 함께 고리를 형성하는 경우, 황 원자를 포함하여 3 ∼ 10 원자 고리를 형성하고 있는 것이 바람직하고, 5 ∼ 7 원자 고리를 형성하고 있는 것이 특히 바람직하다.
식 (b-1) 에 있어서의 R7" ∼ R9" 중 어느 2 개가 서로 결합하여 식 중의 황 원자와 함께 고리를 형성하는 경우, 나머지 1 개는 아릴기인 것이 바람직하다. 상기 아릴기는, 상기 R7" ∼ R9" 의 아릴기와 동일한 것을 들 수 있다.
R4" 는, 직사슬형, 분기사슬형 또는 고리형의 알킬기 또는 불소화 알킬기를 나타낸다.
상기 직사슬형 또는 분기사슬형의 알킬기로는, 탄소수 1 ∼ 10 인 것이 바람직하고, 탄소수 1 ∼ 8 인 것이 더욱 바람직하고, 탄소수 1 ∼ 4 인 것이 가장 바람직하다.
상기 고리형의 알킬기로는, 상기 R7" 로 나타낸 고리형기로서, 탄소수 4 ∼ 15 인 것이 바람직하고, 탄소수 4 ∼ 10 인 것이 더욱 바람직하고, 탄소수 6 ∼ 10 인 것이 가장 바람직하다.
상기 불소화 알킬기로는, 탄소수 1 ∼ 10 인 것이 바람직하고, 탄소수 1 ∼ 8 인 것이 더욱 바람직하고, 탄소수 1 ∼ 4 인 것이 가장 바람직하다.
또한, 그 불소화 알킬기의 불소화율 (알킬기 중의 불소 원자의 비율) 은, 바람직하게는 10 ∼ 100 ％, 더욱 바람직하게는 50 ∼ 100 ％ 이고, 특히 수소 원자를 전부 불소 원자로 치환한 불소화 알킬기 (퍼플루오로알킬기) 가 산의 강도가 강해지기 때문에 바람직하다.
R4" 로는, 직사슬형 또는 고리형의 알킬기, 또는 불소화 알킬기인 것이 가장 바람직하다.
식 (b-2) 중, R5" ∼ R6" 는, 각각 독립적으로 아릴기 또는 알킬기를 나타낸다. R5" ∼ R6" 중, 적어도 1 개는 아릴기를 나타낸다. R5" ∼ R6" 가 모두 아릴기인 것이 바람직하다.
R5" ∼ R6" 의 아릴기로는, R7" ∼ R9" 의 아릴기와 동일한 것을 들 수 있다.
R5" ∼ R6" 의 알킬기로는, R7" ∼ R9" 의 알킬기와 동일한 것을 들 수 있다.
이들 중에서, R5" ∼ R6" 는 모두 페닐기인 것이 가장 바람직하다.
식 (b-2) 중의 R4" 로는, 상기 식 (b-1) 의 R4" 와 동일한 것을 들 수 있다.
식 (b-1), (b-2) 로 나타내는 오늄염계 산발생제의 구체예로는, 디페닐요오드늄의 트리플루오로메탄술포네이트 또는 노나플루오로부탄술포네이트, 비스(4-tert-부틸페닐)요오드늄의 트리플루오로메탄술포네이트 또는 노나플루오로부탄술포네이트, 트리페닐술포늄의 트리플루오로메탄술포네이트, 그 헵타플루오로프로판술포네이트 또는 그 노나플루오로부탄술포네이트, 트리(4-메틸페닐)술포늄의 트리플루오로메탄술포네이트, 그 헵타플루오로프로판술포네이트 또는 그 노나플루오로부탄술포네이트, 디메틸(4-히드록시나프틸)술포늄의 트리플루오로메탄술포네이트, 그 헵타플루오로프로판술포네이트 또는 그 노나플루오로부탄술포네이트, 모노페닐디메틸술포늄의 트리플루오로메탄술포네이트, 그 헵타플루오로프로판술포네이트 또는 그 노나플루오로부탄술포네이트 ; 디페닐모노메틸술포늄의 트리플루오로메탄술포네이트, 그 헵타플루오로프로판술포네이트 또는 그 노나플루오로부탄술포네이트, (4-메틸페닐)디페닐술포늄의 트리플루오로메탄술포네이트, 그 헵타플루오로프로판술포네이트 또는 그 노나플루오로부탄술포네이트, (4-메톡시페닐)디페닐술포늄의 트리플루오로메탄술포네이트, 그 헵타플루오로프로판술포네이트 또는 그 노나플루오로부탄술포네이트, 트리(4-tert-부틸)페닐술포늄의 트리플루오로메탄술포네이트, 그 헵타플루오로프로판술포네이트 또는 그 노나플루오로부탄술포네이트, 디페닐(1-(4-메톡시)나프틸)술포늄의 트리플루오로메탄술포네이트, 그 헵타플루오로프로판술포네이트 또는 그 노나플루오로부탄술포네이트, 디(1-나프틸)페닐술포늄의 트리플루오로메탄술포네이트, 그 헵타플루오로프로판술포네이트 또는 그 노나플루오로부탄술포네이트 ; 1-페닐테트라히드로티오페늄의 트리플루오로메탄술포네이트, 그 헵타플루오로프로판술포네이트 또는 그 노나플루오로부탄술포네이트 ; 1-(4-메틸페닐)테트라히드로티오페늄의 트리플루오로메탄술포네이트, 그 헵타플루오로프로판술포네이트 또는 그 노나플루오로부탄술포네이트 ; 1-(3,5-디메틸-4-히드록시페닐)테트라히드로티오페늄의 트리플루오로메탄술포네이트, 그 헵타플루오로프로판술포네이트 또는 그 노나플루오로부탄술포네이트 ; 1-(4-메톡시나프탈렌-1-일)테트라히드로티오페늄의 트리플루오로메탄술포네이트, 그 헵타플루오로프로판술포네이트 또는 그 노나플루오로부탄술포네이트; 1-(4-에톡시나프탈렌-1-일)테트라히드로티오페늄의 트리플루오로메탄술포네이트, 그 헵타플루오로프로판술포네이트 또는 그 노나플루오로부탄술포네이트 ; 1-(4-n-부톡시나프탈렌-1-일)테트라히드로티오페늄의 트리플루오로메탄술포네이트, 그 헵타플루오로프로판술포네이트 또는 그 노나플루오로부탄술포네이트 ; 1-페닐테트라히드로티오피라늄의 트리플루오로메탄술포네이트, 그 헵타플루오로프로판술포네이트 또는 그 노나플루오로부탄술포네이트 ; 1-(4-히드록시페닐)테트라히드로티오피라늄의 트리플루오로메탄술포네이트, 그 헵타플루오로프로판술포네이트 또는 그 노나플루오로부탄술포네이트 ; 1-(3,5-디메틸-4-히드록시페닐)테트라히드로티오피라늄의 트리플루오로메탄술포네이트, 그 헵타플루오로프로판술포네이트 또는 그 노나플루오로부탄술포네이트 ; 1-(4-메틸페닐)테트라히드로티오피라늄의 트리플루오로메탄술포네이트, 그 헵타플루오로프로판술포네이트 또는 그 노나플루오로부탄술포네이트 등을 들 수 있다.
또한, 이들 오늄염의 아니온부가 메탄술포네이트, n-프로판술포네이트, n-부탄술포네이트, n-옥탄술포네이트로 치환된 오늄염도 사용할 수 있다.
또한, 상기 일반식 (b-1) 또는 (b-2) 에 있어서, 아니온부를 하기 일반식 (b-3) 또는 (b-4) 로 나타내는 아니온으로 치환한 오늄염계 산발생제도 사용할 수 있다 (카티온부는 (b-1) 또는 (b-2) 와 동일).
[화학식 47]
Figure pat00068
[식 중, X" 는, 적어도 1 개의 수소 원자가 불소 원자로 치환된 탄소수 2 ∼ 6 의 알킬렌기를 나타내고 ; Y" , Z" 는, 각각 독립적으로, 적어도 1 개의 수소 원자가 불소 원자로 치환된 탄소수 1 ∼ 10 의 알킬기를 나타낸다.]
X" 는, 적어도 1 개의 수소 원자가 불소 원자로 치환된 직사슬형 또는 분기사슬형의 알킬렌기이고, 그 알킬렌기의 탄소수는 2 ∼ 6 이고, 바람직하게는 탄소수 3 ∼ 5, 가장 바람직하게는 탄소수 3 이다.
Y", Z" 는, 각각 독립적으로 적어도 1 개의 수소 원자가 불소 원자로 치환된 직사슬형 또는 분기사슬형의 알킬기이고, 그 알킬기의 탄소수는 1 ∼ 10 이고, 바람직하게는 탄소수 1 ∼ 7, 보다 바람직하게는 탄소수 1 ∼ 3 이다.
X" 의 알킬렌기의 탄소수 또는 Y" , Z" 의 알킬기의 탄소수는, 상기 탄소수의 범위 내에서, 레지스트 용매에 대한 용해성도 양호하다는 등의 이유에 의해 작을수록 바람직하다.
또한, X" 의 알킬렌기 또는 Y", Z" 의 알킬기에 있어서, 불소 원자로 치환되어 있는 수소 원자의 수가 많을수록 산의 강도가 강해지고, 또한 200 ㎚ 이하의 고에너지광이나 전자선에 대한 투명성이 향상되기 때문에 바람직하다.
그 알킬렌기 또는 알킬기 중의 불소 원자의 비율, 즉 불소화율은, 바람직하게는 70 ∼ 100 ％, 더욱 바람직하게는 90 ∼ 100 ％ 이고, 가장 바람직하게는, 모든 수소 원자가 불소 원자로 치환된 퍼플루오로알킬렌기 또는 퍼플루오로알킬기이다.
또한, 하기 일반식 (b-5) 또는 (b-6) 으로 나타내는 카티온부를 갖는 술포늄염을 오늄염계 산발생제로서 사용할 수도 있다.
[화학식 48]
Figure pat00069
[식 중, R41 ∼ R46 은 각각 독립적으로 알킬기, 아세틸기, 알콕시기, 카르복시기, 수산기 또는 히드록시알킬기이고 ; n1 ∼ n5 는 각각 독립적으로 0 ∼ 3 의 정수이고, n6 은 0 ∼ 2 의 정수이다.]
R41 ∼ R46 에 있어서, 알킬기는, 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기가 바람직하고, 그 중에서도 직사슬 또는 분기사슬형의 알킬기가 보다 바람직하고, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, 또는 tert-부틸기인 것이 특히 바람직하다.
알콕시기는, 탄소수 1 ∼ 5 의 알콕시기가 바람직하고, 그 중에서도 직사슬 또는 분기사슬형의 알콕시기가 보다 바람직하고, 메톡시기, 에톡시기가 특히 바람직하다.
히드록시알킬기는, 상기 알킬기 중의 1 개 또는 복수 개의 수소 원자가 히드록시기로 치환된 기가 바람직하고, 히드록시메틸기, 히드록시에틸기, 히드록시프로필기 등을 들 수 있다.
R41 ∼ R46 에 부여된 부호 n1 ∼ n6 이 2 이상의 정수인 경우, 복수의 R41 ∼ R46 는 각각 동일해도 되고 상이해도 된다.
n1 은 바람직하게는 0 ∼ 2 이고, 보다 바람직하게는 0 또는 1 이고, 더욱 바람직하게는 0 이다.
n2 및 n3 은 바람직하게는 각각 독립적으로 0 또는 1 이고, 보다 바람직하게는 0 이다.
n4 는 바람직하게는 0 ∼ 2 이고, 보다 바람직하게는 0 또는 1 이다.
n5 는 바람직하게는 0 또는 1 이고, 보다 바람직하게는 0 이다.
n6 은 바람직하게는 0 또는 1 이고, 보다 바람직하게는 1 이다.
식 (b-5) 또는 (b-6) 으로 나타내는 카티온부를 갖는 술포늄염의 아니온부는 특별히 한정되지 않고, 지금까지 제안되어 있는 오늄염계 산발생제의 아니온부와 동일한 것이어도 된다.
이러한 아니온부로서는, 예를 들어 상기 일반식 (b-1) 또는 (b-2) 로 나타내는 오늄염계 산발생제의 아니온부 (R4"SO3 -) 등의 불소화 알킬술폰산 이온 ; 상기 일반식 (b-3) 또는 (b-4) 로 나타내는 아니온부 등을 들 수 있다.
이들 중에서도, 불소화 알킬술폰산 이온이 바람직하고, 탄소수 1 ∼ 4 의 불소화 알킬술폰산 이온이 보다 바람직하고, 탄소수 1 ∼ 4 의 직사슬형 퍼플루오로알킬술폰산 이온이 특히 바람직하다. 구체예로는, 트리플루오로메틸술폰산 이온, 헵타플루오로-n-프로필술폰산 이온, 노나플루오로-n-부틸술폰산 이온 등을 들 수 있다.
본 명세서에 있어서, 옥심술포네이트계 산발생제란, 하기 일반식 (B-1) 로 나타내는 기를 적어도 1 개 갖는 화합물로서, 방사선의 조사에 의해 산을 발생시키는 특성을 갖는 것이다. 이러한 옥심술포네이트계 산발생제는 화학 증폭형 레지스트 조성물용으로서 다용되고 있기 때문에, 임의로 선택하여 사용할 수 있다.
[화학식 49]
Figure pat00070
(식 (B-1) 중, R31, R32 는 각각 독립적으로 유기기를 나타낸다.)
R31, R32 의 유기기는 탄소 원자를 함유하는 기이고, 탄소 원자 이외의 원자 (예를 들어 수소 원자, 산소 원자, 질소 원자, 황 원자, 할로겐 원자 (불소 원자, 염소 원자 등) 등) 를 가지고 있어도 된다.
R31 의 유기기로서는, 직사슬형, 분기사슬형 또는 고리형의 알킬기 또는 아릴기가 바람직하다. 이들 알킬기, 아릴기는 치환기를 가지고 있어도 된다. 그 치환기로서는 특별히 제한은 없고, 예를 들어 불소 원자, 탄소수 1 ∼ 6 의 직사슬형, 분기사슬형 또는 고리형 알킬기 등을 들 수 있다. 여기서, 「치환기를 갖는다」란, 알킬기 또는 아릴기의 수소 원자의 일부 또는 전부가 치환기로 치환되어 있는 것을 의미한다.
알킬기로서는, 탄소수 1 ∼ 20 이 바람직하고, 탄소수 1 ∼ 10 이 보다 바람직하고, 탄소수 1 ∼ 8 이 더욱 바람직하고, 탄소수 1 ∼ 6 이 특히 바람직하며, 탄소수 1 ∼ 4 가 가장 바람직하다. 알킬기로서는, 특히, 부분적 또는 완전히 할로겐화된 알킬기 (이하, 할로겐화 알킬기라고 하는 경우가 있다) 가 바람직하다. 또, 부분적으로 할로겐화된 알킬기란, 수소 원자의 일부가 할로겐 원자로 치환된 알킬기를 의미하고, 완전히 할로겐화된 알킬기란, 수소 원자의 전부가 할로겐 원자로 치환된 알킬기를 의미한다. 할로겐 원자로서는 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자, 요오드 원자 등을 들 수 있고, 특히 불소 원자가 바람직하다. 즉, 할로겐화 알킬기는 불소화 알킬기인 것이 바람직하다.
아릴기는 탄소수 4 ∼ 20 이 바람직하고, 탄소수 4 ∼ 10 이 보다 바람직하고, 탄소수 6 ∼ 10 이 가장 바람직하다. 아릴기로서는, 특히 부분적 또는 완전히 할로겐화된 아릴기가 바람직하다. 또, 부분적으로 할로겐화된 아릴기란, 수소 원자의 일부가 할로겐 원자로 치환된 아릴기를 의미하고, 완전히 할로겐화된 아릴기란, 수소 원자의 전부가 할로겐 원자로 치환된 아릴기를 의미한다.
R31 로는, 특히 치환기를 갖지 않은 탄소수 1 ∼ 4 의 알킬기, 또는 탄소수 1 ∼ 4 의 불소화 알킬기가 바람직하다.
R32 의 유기기로는, 직사슬형, 분기사슬형 또는 고리형의 알킬기, 아릴기 또는 시아노기가 바람직하다. R32 의 알킬기, 아릴기로서는, 상기 R31 에서 예시한 알킬기, 아릴기와 동일한 것을 들 수 있다.
R32 로는, 특히 시아노기, 치환기를 갖지 않은 탄소수 1 ∼ 8 의 알킬기, 또는 탄소수 1 ∼ 8 의 불소화 알킬기가 바람직하다.
옥심술포네이트계 산발생제로서 더욱 바람직한 것으로는, 하기 일반식 (B-2) 또는 (B-3) 으로 나타내는 화합물을 들 수 있다.
[화학식 50]
Figure pat00071
[식 (B-2) 중, R33 은 시아노기, 치환기를 갖지 않은 알킬기 또는 할로겐화 알킬기이다. R34 는 아릴기이다. R35 는 치환기를 갖지 않은 알킬기 또는 할로겐화 알킬기이다.]
[화학식 51]
Figure pat00072
[식 (B-3) 중, R36 은 시아노기, 치환기를 갖지 않은 알킬기 또는 할로겐화 알킬기이다. R37 은 2 또는 3 가의 방향족 탄화수소기이다. R38 은 치환기를 갖지 않은 알킬기 또는 할로겐화 알킬기이다. p" 는 2 또는 3 이다.]
상기 일반식 (B-2) 에 있어서, R33 의 치환기를 갖지 않은 알킬기 또는 할로겐화 알킬기는 탄소수가 1 ∼ 10 인 것이 바람직하고, 탄소수 1 ∼ 8 이 보다 바람직하고, 탄소수 1 ∼ 6 이 가장 바람직하다.
R33 으로는, 할로겐화 알킬기가 바람직하고, 불소화 알킬기가 보다 바람직하다.
R33 에 있어서의 불소화 알킬기는 알킬기의 수소 원자가 50 ％ 이상 불소화되어 있는 것이 바람직하고, 70 ％ 이상 불소화되어 있는 것이 보다 바람직하고, 90 ％ 이상 불소화되어 있는 것이 특히 바람직하다.
R34 의 아릴기로서는, 페닐기, 비페닐 (biphenyl) 기, 플루오레닐 (fluorenyl) 기, 나프틸기, 안트릴 (anthryl) 기, 페난트릴기 등의, 방향족 탄화수소의 고리로부터 수소 원자를 1 개 제거한 기, 및 이들 기의 고리를 구성하는 탄소 원자의 일부가 산소 원자, 황 원자, 질소 원자 등의 헤테로 원자로 치환된 헤테로아릴기 등을 들 수 있다. 이들 중에서도 플루오레닐기가 바람직하다.
R34 의 아릴기는 탄소수 1 ∼ 10 의 알킬기, 할로겐화 알킬기, 알콕시기 등의 치환기를 가지고 있어도 된다. 그 치환기에 있어서의 알킬기 또는 할로겐화 알킬기는 탄소수가 1 ∼ 8 인 것이 바람직하고, 탄소수 1 ∼ 4 가 더욱 바람직하다. 또, 그 할로겐화 알킬기는 불소화 알킬기인 것이 바람직하다.
R35 의 치환기를 갖지 않은 알킬기 또는 할로겐화 알킬기는 탄소수가 1 ∼ 10 인 것이 바람직하고, 탄소수 1 ∼ 8 이 보다 바람직하고, 탄소수 1 ∼ 6 이 가장 바람직하다.
R35 로는, 할로겐화 알킬기가 바람직하고, 불소화 알킬기가 보다 바람직하다.
R35 에 있어서의 불소화 알킬기는, 알킬기의 수소 원자가 50 ％ 이상 불소화되어 있는 것이 바람직하고, 70 ％ 이상 불소화되어 있는 것이 보다 바람직하고, 90 ％ 이상 불소화되어 있는 것이, 발생하는 산의 강도가 높아지기 때문에 특히 바람직하다. 가장 바람직하게는, 수소 원자가 100 ％ 불소 치환된 완전 불소화 알킬기이다.
상기 일반식 (B-3) 에 있어서, R36 의 치환기를 갖지 않은 알킬기 또는 할로겐화 알킬기로는, 상기 R33 의 치환기를 갖지 않은 알킬기 또는 할로겐화 알킬기와 동일한 것을 들 수 있다.
R37 의 2 또는 3 가의 방향족 탄화수소기로는, 상기 R34 의 아릴기로부터 추가로 1 또는 2 개의 수소 원자를 제거한 기를 들 수 있다.
R38 의 치환기를 갖지 않은 알킬기 또는 할로겐화 알킬기로는, 상기 R35 의 치환기를 갖지 않은 알킬기 또는 할로겐화 알킬기와 동일한 것을 들 수 있다.
p" 는 바람직하게는 2 이다.
옥심술포네이트계 산발생제의 구체예로서는,
Figure pat00073
-(p-톨루엔술포닐옥시이미노)-벤질시아나이드,
Figure pat00074
-(p-클로로벤젠술포닐옥시이미노)-벤질시아나이드,
Figure pat00075
-(4-니트로벤젠술포닐옥시이미노)-벤질시아나이드,
Figure pat00076
-(4-니트로-2-트리플루오로메틸벤젠술포닐옥시이미노)-벤질시아나이드,
Figure pat00077
-(벤젠술포닐옥시이미노)-4-클로로벤질시아나이드,
Figure pat00078
-(벤젠술포닐옥시이미노)-2,4-디클로로벤질시아나이드,
Figure pat00079
-(벤젠술포닐옥시이미노)-2,6-디클로로벤질시아나이드,
Figure pat00080
-(벤젠술포닐옥시이미노)-4-메톡시벤질시아나이드,
Figure pat00081
-(2-클로로벤젠술포닐옥시이미노)-4-메톡시벤질시아나이드,
Figure pat00082
-(벤젠술포닐옥시이미노)-티엔-2-일아세토니트릴,
Figure pat00083
-(4-도데실벤젠술포닐옥시이미노)-벤질시아나이드,
Figure pat00084
-[(p-톨루엔술포닐옥시이미노)-4-메톡시페닐]아세토니트릴,
Figure pat00085
-[(도데실벤젠술포닐옥시이미노)-4-메톡시페닐]아세토니트릴,
Figure pat00086
-(토실옥시이미노)-4-티에닐시아나이드,
Figure pat00087
-(메틸술포닐옥시이미노)-1-시클로펜테닐아세토니트릴,
Figure pat00088
-(메틸술포닐옥시이미노)-1-시클로헥세닐아세토니트릴,
Figure pat00089
-(메틸술포닐옥시이미노)-1-시클로헵테닐아세토니트릴,
Figure pat00090
-(메틸술포닐옥시이미노)-1-시클로옥테닐아세토니트릴,
Figure pat00091
-(트리플루오로메틸술포닐옥시이미노)-1-시클로펜테닐아세토니트릴,
Figure pat00092
-(트리플루오로메틸술포닐옥시이미노)-시클로헥실아세토니트릴,
Figure pat00093
-(에틸술포닐옥시이미노)-에틸아세토니트릴,
Figure pat00094
-(프로필술포닐옥시이미노)-프로필아세토니트릴,
Figure pat00095
-(시클로헥실술포닐옥시이미노)-시클로펜틸아세토니트릴,
Figure pat00096
-(시클로헥실술포닐옥시이미노)-시클로헥실아세토니트릴,
Figure pat00097
-(시클로헥실술포닐옥시이미노)-1-시클로펜테닐아세토니트릴,
Figure pat00098
-(에틸술포닐옥시이미노)-1-시클로펜테닐아세토니트릴,
Figure pat00099
-(이소프로필술포닐옥시이미노)-1-시클로펜테닐아세토니트릴,
Figure pat00100
-(n-부틸술포닐옥시이미노)-1-시클로펜테닐아세토니트릴,
Figure pat00101
-(에틸술포닐옥시이미노)-1-시클로헥세닐아세토니트릴,
Figure pat00102
-(이소프로필술포닐옥시이미노)-1-시클로헥세닐아세토니트릴,
Figure pat00103
-(n-부틸술포닐옥시이미노)-1-시클로헥세닐아세토니트릴,
Figure pat00104
-(메틸술포닐옥시이미노)-페닐아세토니트릴,
Figure pat00105
-(메틸술포닐옥시이미노)-p-메톡시페닐아세토니트릴,
Figure pat00106
-(트리플루오로메틸술포닐옥시이미노)-페닐아세토니트릴,
Figure pat00107
-(트리플루오로메틸술포닐옥시이미노)-p-메톡시페닐아세토니트릴,
Figure pat00108
-(에틸술포닐옥시이미노)-p-메톡시페닐아세토니트릴,
Figure pat00109
-(프로필술포닐옥시이미노)-p-메틸페닐아세토니트릴,
Figure pat00110
-(메틸술포닐옥시이미노)-p-브로모페닐아세토니트릴 등을 들 수 있다.
또한, 일본 공개특허공보 평9-208554호 (단락 [0012] ∼ [0014] 의 [화학식 18] ∼ [화학식 19]) 에 개시되어 있는 옥심술포네이트계 산발생제, 국제 공개 04/074242호의 팜플렛 (65 ∼ 85 페이지의 Example 1 ∼ 40) 에 개시되어 있는 옥심술포네이트계 산발생제도 바람직하게 사용할 수 있다.
또한, 바람직한 것으로서 이하의 것을 예시할 수 있다.
[화학식 52]
Figure pat00111
디아조메탄계 산발생제 중, 비스알킬 또는 비스아릴술포닐디아조메탄류의 구체예로서는, 비스(이소프로필술포닐)디아조메탄, 비스(p-톨루엔술포닐)디아조메탄, 비스(1,1-디메틸에틸술포닐)디아조메탄, 비스(시클로헥실술포닐)디아조메탄, 비스(2,4-디메틸페닐술포닐)디아조메탄 등을 들 수 있다.
또한, 일본 공개특허공보 평11-035551호, 일본 공개특허공보 평11-035552호, 일본 공개특허공보 평11-035573호에 개시되어 있는 디아조메탄계 산발생제도 바람직하게 사용할 수 있다.
또한, 폴리(비스술포닐)디아조메탄류로서는, 예를 들어 일본 공개특허공보 평11-322707호에 개시되어 있는, 1,3-비스(페닐술포닐디아조메틸술포닐)프로판, 1,4-비스(페닐술포닐디아조메틸술포닐)부탄, 1,6-비스(페닐술포닐디아조메틸술포닐)헥산, 1,10-비스(페닐술포닐디아조메틸술포닐)데칸, 1,2-비스(시클로헥실술포닐디아조메틸술포닐)에탄, 1,3-비스(시클로헥실술포닐디아조메틸술포닐)프로판, 1,6-비스(시클로헥실술포닐디아조메틸술포닐)헥산, 1,10-비스(시클로헥실술포닐디아조메틸술포닐)데칸 등을 들 수 있다.
(B2) 성분으로는, 이들 산발생제를 1 종 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 조합하여 사용해도 된다.
본 발명의 레지스트 조성물에 있어서의 (B) 성분 전체의 총 함유량은, (A) 성분 100 질량부에 대하여 0.5 ∼ 60 질량부가 바람직하고, 1 ∼ 40 질량부가 보다 바람직하다. 상기 범위로 함으로써 패턴 형성이 충분히 이루어진다. 또한, 균일한 용액이 얻어지고, 보존 안정성이 양호해지기 때문에 바람직하다.
<임의 성분>
[(D) 성분]
본 발명의 레지스트 조성물에 있어서는, 임의의 성분으로서 추가로 함질소 유기 화합물 성분 (D) (이하, 「(D) 성분」이라고 한다.) 를 함유하는 것이 바람직하다.
이 (D) 성분은, 산확산 제어제, 즉 노광에 의해 상기 (B) 성분으로부터 발생하는 산을 트랩하는 켄처로서 작용하는 것이면 특별히 한정되지 않고, 이미 다종 다양한 것이 제안되어 있기 때문에, 공지된 것에서 임의로 사용하면 되고, 그 중에서도 지방족 아민, 특히 제 2 급 지방족 아민이나 제 3 급 지방족 아민이 바람직하다.
지방족 아민이란, 1 개 이상의 지방족기를 갖는 아민으로, 그 지방족기는 탄소수가 1 ∼ 12 인 것이 바람직하다.
지방족 아민으로는, 암모니아 NH3 의 수소 원자의 적어도 1 개를, 탄소수 12 이하의 알킬기 또는 히드록시알킬기로 치환한 아민 (알킬아민 또는 알킬알코올아민) 또는 고리형 아민을 들 수 있다.
알킬아민 및 알킬알코올아민의 구체예로는, n-헥실아민, n-헵틸아민, n-옥틸아민, n-노닐아민, n-데실아민 등의 모노알킬아민 ; 디에틸아민, 디-n-프로필아민, 디-n-헵틸아민, 디-n-옥틸아민, 디시클로헥실아민 등의 디알킬아민 ; 트리메틸아민, 트리에틸아민, 트리-n-프로필아민, 트리-n-부틸아민, 트리-n-펜틸아민, 트리-n-헥실아민, 트리-n-헵틸아민, 트리-n-옥틸아민, 트리-n-노닐아민, 트리-n-데카닐아민, 트리-n-도데실아민 등의 트리알킬아민 ; 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 디이소프로판올아민, 트리이소프로판올아민, 디-n-옥탄올아민, 트리-n-옥탄올아민 등의 알킬알코올아민을 들 수 있다. 이들 중에서도, 탄소수 5 ∼ 10 의 트리알킬아민이 더욱 바람직하고, 트리-n-펜틸아민, 트리-n-옥틸아민이 특히 바람직하다.
고리형 아민으로는, 예를 들어, 헤테로 원자로서 질소 원자를 함유하는 복소고리 화합물을 들 수 있다. 그 복소고리 화합물로는, 단고리형인 것 (지방족 단고리형 아민) 이어도 되고 다고리형인 것 (지방족 다고리형 아민) 이어도 된다.
지방족 단고리형 아민으로서 구체적으로는, 피페리딘, 피페라진 등을 들 수 있다.
지방족 다고리형 아민으로는 탄소수가 6 ∼ 10 인 것이 바람직하고, 구체적으로는, 1,5-디아자비시클로[4.3.0]-5-노넨, 1,8-디아자비시클로[5.4.0]-7-운데센, 헥사메틸렌테트라민, 1,4-디아자비시클로[2.2.2]옥탄 등을 들 수 있다.
이들은 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 조합하여 사용해도 된다.
본 발명에서는, 그 중에서도 (D) 성분으로서 탄소수 5 ∼ 10 의 트리알킬아민을 사용하는 것이 바람직하다.
(D) 성분은, (A) 성분 100 질량부에 대하여, 통상 0.01 ∼ 5.0 질량부의 범위로 사용된다. 상기 범위로 함으로써, 레지스트 패턴 형상, 노광 후 시간 경과적 안정성 등이 향상된다.
[(E) 성분]
본 발명의 레지스트 조성물에는, 감도 열화의 방지나, 레지스트 패턴 형상, 노광 후 시간 경과적 안정성 등의 향상 목적에서, 임의의 성분으로서 유기 카르복실산, 그리고 인의 옥소산 및 그 유도체로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 화합물 (E) (이하, 「(E) 성분」이라고 한다) 를 함유시킬 수 있다.
유기 카르복실산으로는, 예를 들어 아세트산, 말론산, 시트르산, 말산, 숙신산, 벤조산, 살리실산 등이 바람직하다.
인의 옥소산으로는, 인산, 포스폰산, 포스핀산 등을 들 수 있고, 이들 중에서도 특히 포스폰산이 바람직하다.
인의 옥소산의 유도체로는, 예를 들어 상기 옥소산의 수소 원자를 탄화수소기로 치환한 에스테르 등을 들 수 있고, 상기 탄화수소기로는, 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기, 탄소수 6 ∼ 15 의 아릴기 등을 들 수 있다.
인산의 유도체로는, 인산디-n-부틸에스테르, 인산디페닐에스테르 등의 인산에스테르 등을 들 수 있다.
포스폰산의 유도체로서는, 포스폰산디메틸에스테르, 포스폰산-디-n-부틸에스테르, 페닐포스폰산, 포스폰산디페닐에스테르, 포스폰산디벤질에스테르 등의 포스폰산에스테르 등을 들 수 있다.
포스핀산의 유도체로는, 페닐포스핀산 등의 포스핀산에스테르 등을 들 수 있다.
(E) 성분은 1 종을 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다.
(E) 성분으로는, 유기 카르복실산이 바람직하고, 특히 살리실산이 바람직하다.
(E) 성분은, (A) 성분 100 질량부 당 0.01 ∼ 5.0 질량부의 비율로 사용된다.
본 발명의 레지스트 조성물에는, 추가로 원한다면 혼화성이 있는 첨가제, 예를 들어 레지스트막의 성능을 개량하기 위한 부가적 수지, 도포성을 향상시키기 위한 계면 활성제, 용해 억제제, 가소제, 안정제, 착색제, 헐레이션 방지제, 염료 등을 적절히 첨가 함유시킬 수 있다.
[(S) 성분]
본 발명의 레지스트 조성물은, 재료를 유기 용제 (이하 「(S) 성분」이라고 한다.) 에 용해시켜 제조할 수 있다.
(S) 성분으로는, 사용하는 각 성분을 용해시켜 균일한 용액으로 할 수 있는 것이면 되고, 종래 화학 증폭형 레지스트의 용제로서 공지된 것 중에서 임의의 것을 1 종 또는 2 종 이상 적절히 선택하여 사용할 수 있다.
예를 들어, γ-부티로락톤 등의 락톤류 ; 아세톤, 메틸에틸케톤, 시클로헥사논, 메틸-n-펜틸케톤, 메틸이소펜틸케톤, 2-헵타논 등의 케톤류 ; 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 디프로필렌글리콜 등의 다가 알코올류 ; 에틸렌글리콜모노아세테이트, 디에틸렌글리콜모노아세테이트, 프로필렌글리콜모노아세테이트, 또는 디프로필렌글리콜모노아세테이트 등의 에스테르 결합을 갖는 화합물, 상기 다가 알코올류 또는 상기 에스테르 결합을 갖는 화합물의 모노메틸에테르, 모노에틸에테르, 모노프로필에테르, 모노부틸에테르 등의 모노알킬에테르 또는 모노페닐에테르 등의 에테르 결합을 갖는 화합물 등의 다가 알코올류의 유도체 [이들 중에서는, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 (PGMEA), 프로필렌글리콜모노메틸에테르 (PGME) 가 바람직하다] ; 디옥산과 같은 고리형 에테르류나, 락트산메틸, 락트산에틸, 아세트산메틸, 아세트산에틸, 아세트산부틸, 피루브산메틸, 피루브산에틸, 메톡시프로피온산메틸, 에톡시프로피온산에틸 등의 에스테르류 ; 아니솔, 에틸벤질에테르, 크레실메틸에테르, 디페닐에테르, 디벤질에테르, 페네톨, 부틸페닐에테르, 에틸벤젠, 디에틸벤젠, 펜틸벤젠, 이소프로필벤젠, 톨루엔, 자일렌, 시멘, 메시틸렌 등의 방향족계 유기 용제 등을 들 수 있다.
이들 유기 용제는 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상의 혼합 용제로서 사용해도 된다.
그 중에서도, γ-부티로락톤, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 (PGMEA), 프로필렌글리콜모노메틸에테르 (PGME), EL 이 바람직하다.
또한, PGMEA 와 극성 용제를 혼합한 혼합 용매도 바람직하다. 그 배합비 (질량비) 는 PGMEA 와 극성 용제의 상용성 등을 고려하여 적절히 결정하면 되는데, 바람직하게는 1 : 9 ∼ 9 : 1, 보다 바람직하게는 2 : 8 ∼ 8 : 2 의 범위 내로 하는 것이 바람직하다.
보다 구체적으로는, 극성 용제로서 EL 을 배합하는 경우에는, PGMEA : EL 의 질량비는 바람직하게는 1 : 9 ∼ 9 : 1, 보다 바람직하게는 2 : 8 ∼ 8 : 2 이다. 또한, 극성 용제로서 PGME 를 배합하는 경우에는, PGMEA : PGME 의 질량비는 바람직하게는 1 : 9 ∼ 9 : 1, 보다 바람직하게는 2 : 8 ∼ 8 : 2, 더욱 바람직하게는 3 : 7 ∼ 7 : 3 이다.
또한, (S) 성분으로서, 그 밖에는 PGMEA 및 EL 중에서 선택되는 적어도 1 종과 γ-부티로락톤의 혼합 용제도 바람직하다. 이 경우, 혼합 비율로는, 전자와 후자의 질량비가 바람직하게는 70 : 30 ∼ 95 : 5 가 된다.
(S) 성분의 사용량은 특별히 한정되지 않지만, 기판 등에 도포 가능한 농도로, 도포 막두께에 따라 적절히 설정되는 것인데, 일반적으로는 레지스트 조성물의 고형분 농도가 1 ∼ 20 질량％, 바람직하게는 1.5 ∼ 15 질량％ 의 범위 내가 되도록 사용된다.
이상 설명한 본 발명의 레지스트 조성물은, 종래 알려져 있지 않은 신규한 것이다.
본 발명의 레지스트 조성물에 의하면, 미세한 레지스트 패턴 형성에 있어서, 노광량 (EL) 마진의 향상, 레지스트 패턴 형상의 향상 등, 리소그래피 특성이나 형상이 양호한 레지스트 패턴을 형성할 수 있다. 이러한 효과가 얻어지는 이유는 분명치 않지만, 다음과 같이 추측된다.
본 발명의 레지스트 조성물에 있어서는, 산발생제로서 상기 (B1-0) 성분, 즉 일반식 (b1-1) 로 나타내는 화합물로 이루어지는 산발생제 (B1), 식 (b1-1') 로 나타내는 화합물로 이루어지는 산발생제 (B1') 및 식 (b1-1") 로 나타내는 화합물로 이루어지는 산발생제 (B1") 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종이 사용된다.
상기 (B1) 성분의 아니온부는, 「-(CF2)p-SO3-」의 골격에, 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소수 3 ∼ 30 의 탄화수소기 (X) 가, 카르보닐기를 함유하는 2 가의 연결기 (-Q1-) 를 개재하여 결합된 구조를 갖는다. 그 때문에, (B1) 성분의 아니온부는, 오늄염계 산발생제의 아니온부로서 종래 사용되어 온 불소화 알킬술폰산 이온에 비하여 극성이 높고, 입체적으로 부피가 큰 벌키한 구조로 되어 있다. 이 극성이 높은 것에 의한 분자간의 상호 작용에 의해서, 또한, 그 벌키한 입체 구조에 의해서, 노나플루오로부탄술포네이트 등의 종래 산발생제의 아니온부와 비교하여 레지스트막 내에서의 당해 아니온부의 확산이 화학적으로도 물리적으로도 억제되는 것으로 추측된다. 그 때문에, (B1) 성분을 사용함으로써 노광역에서 발생한 산의 미노광역으로의 확산이 억제되고, 그 결과, 미노광역과 노광역의 알칼리 용해성의 차 (용해 콘트라스트) 가 향상됨으로써, 레지스트 패턴 형상 또는 노광량 (EL) 마진이 향상되는 것으로 추측된다.
여기서, 「EL 마진」이란, 노광량을 변화시켜 노광하였을 때에, 타깃 치수에 대한 어긋남이 소정의 범위 내가 되는 치수로 레지스트 패턴을 형성할 수 있는 노광량의 범위, 즉 마스크 패턴에 충실한 레지스트 패턴이 얻어지는 노광량의 범위를 말하고, EL 마진은, 그 값이 클수록 노광량의 변동에 수반하는 패턴 사이즈의 변화량이 작고, 프로세스의 여유도가 향상되기 때문에 바람직하다.
또한, 상기 일반식 (b1-1') 로 나타내는 화합물 (즉(B1') 성분) 은, 아니온부가 「Y11-SO2-」의 골격에 「X10-Q3-Y10-N--」가 결합된 구조를 갖는다.
이 때문에, 종래에 산발생제의 아니온부로서 사용되어 온 불소화 알킬술폰산 이온에 비하여, 친유성이 높고, 입체적으로 부피가 큰 벌키한 구조로 되어 있다. 당해 화합물은, 그 벌키한 입체 구조에 의해 노나플루오로부탄술포네이트의 종래의 산발생제의 아니온부와 비교하여, 레지스트막 내에서의 당해 아니온부 (산) 의 확산이 화학적으로도 물리적으로도 억제되는 것으로 추측된다. 또한, 친유성이 높기 때문에, 레지스트막 내의 균일성이 향상되는 것으로 추측된다. 이로써, 본 발명의 레지스트 조성물에 있어서는, 노광역에서 발생한 산의 미노광역으로의 확산이 억제되는 결과, 미노광역과 노광역의 알칼리 현상액에 대한 용해성의 차 (용해 콘트라스트) 가 충분히 얻어진다. 이상으로부터, 본 발명의 레지스트 조성물에 의하면, 레지스트 패턴 형상 또는 노광량 (EL) 마진이 향상되는 것으로 추측된다.
또한, 상기 (B1") 성분의 아니온부는, 「-O-(CF2)p-SO3-」의 골격에, 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소수 3 ∼ 30 의 탄화수소기 (X) 가, 단결합 또는 알킬렌기 (-Q2-) 를 개재하여 결합된 구조를 갖는다. 그 때문에, (B1) 성분의 아니온부는, 오늄염계 산발생제의 아니온부로서 종래에 사용되어 온 불소화 알킬술폰산 이온에 비하여 입체적으로 부피가 큰 벌키한 구조로 되어 있다. 이 벌키한 입체 구조에 의해, 노나플루오로부탄술포네이트의 종래의 산발생제의 아니온부와 비교하여, 레지스트막 내에서의 당해 아니온부의 확산이 화학적으로도 물리적으로도 억제되는 것으로 추측된다. 그 때문에, (B1") 성분을 사용함으로써, 노광역에서 발생한 산의 미노광역으로의 확산이 억제되고, 그 결과, 미노광역과 노광역의 알칼리 용해성의 차 (용해 콘트라스트) 가 향상됨으로써, 레지스트 패턴 형상이 향상되는 것으로 추측된다. 또한, 노광량에 다소의 편차가 생기더라도, 예를 들어 상기 서술한 구성 단위 (a1) 에서의 산해리성 용해 억제기를 해리시키는 데 충분한 산이 발생하기 때문에, 노광량 (EL) 마진이 향상되는 것으로 추측된다.
또한, 본 발명의 레지스트 조성물에 의하면, 레지스트 패턴을 형성하였을 때의 형상, 예를 들어 홀 패턴을 형성하였을 때의 홀의 진원성이나 균일성, 라인 패턴을 형성하였을 때의 라인 위드 러프니스 (LWR), 라인 에지 러프니스 (LER) 등이 향상된다. 그 이유는 분명치 않지만, 상기 EL 마진의 향상과 동일한 이유에 따른 것으로 추측된다. 「LWR」은 형성한 라인 패턴의 선폭이, 「LER」은 라인 패턴의 측벽이 불균일해지는 현상으로, 패턴이 미세화될수록 그 개선이 중요해진다.
≪레지스트 패턴 형성 방법≫
본 발명의 제 2 양태인 레지스트 패턴 형성 방법은, 지지체 상에, 상기 본 발명의 제 1 양태의 레지스트 조성물을 사용하여 레지스트막을 형성하는 공정, 상기 레지스트막을 노광하는 공정, 및 상기 레지스트막을 알칼리 현상하여 레지스트 패턴을 형성하는 공정을 포함한다.
본 발명의 레지스트 패턴 형성 방법은, 예를 들어 다음과 같이 하여 실시할 수 있다.
즉, 먼저 지지체 상에, 상기 레지스트 조성물을 스피너 등으로 도포하고, 80 ∼ 150 ℃ 의 온도 조건하에서 프레베이크 (포스트 어플라이 베이크 (PAB)) 를 40 ∼ 120 초간, 바람직하게는 60 ∼ 90 초간 실시하고, 이것에 예를 들어 ArF 노광 장치 등에 의해 ArF 엑시머 레이저광을 원하는 마스크 패턴을 개재하여 선택적으로 노광한 후, 80 ∼ 150 ℃ 의 온도 조건 하에서 PEB (노광후 가열) 를 40 ∼ 120 초간, 바람직하게는 60 ∼ 90 초간 실시한다. 이어서, 이것을 알칼리 현상액, 예를 들어 0.1 ∼ 10 질량％ 테트라메틸암모늄히드록시드 (TMAH) 수용액을 사용하여 알칼리 현상 처리하고, 바람직하게는 순수를 사용하여 물 린스를 실시하고, 건조시킨다. 또한, 경우에 따라서는, 상기 알칼리 현상 처리 후에 베이크 처리 (포스트 베이크) 를 실시해도 된다. 이렇게 해서, 마스크 패턴에 충실한 레지스트 패턴을 얻을 수 있다.
지지체로는 특별히 한정되지 않으며, 종래 공지된 것을 사용할 수 있고, 예를 들어, 전자 부품용의 기판이나, 이것에 소정의 배선 패턴이 형성된 것 등을 예시할 수 있다. 보다 구체적으로는, 실리콘 웨이퍼, 구리, 크롬, 철, 알루미늄 등의 금속제 기판이나, 유리 기판 등을 들 수 있다. 배선 패턴의 재료로는, 예를 들어 구리, 알루미늄, 니켈, 금 등이 사용 가능하다.
또한, 지지체로는, 전술한 바와 같은 기판 상에, 무기계 및/또는 유기계의 막이 형성된 것이어도 된다. 무기계 막으로는, 무기 반사 방지막 (무기 BARC) 을 들 수 있다. 유기계 막으로는, 유기 반사 방지막 (유기 BARC) 을 들 수 있다.
노광에 사용하는 파장은 특별히 한정되지 않고, ArF 엑시머 레이저, KrF 엑시머 레이저, F2 엑시머 레이저, EUV (극자외선), VUV (진공 자외선), EB (전자선), X 선, 연(軟) X 선 등의 방사선을 사용하여 실시할 수 있다.
본 발명의 레지스트 조성물은, KrF 엑시머 레이저, ArF 엑시머 레이저, EB 또는 EUV 에 대하여 보다 유효하고, ArF 엑시머 레이저에 대하여 특히 유효하다.
레지스트막의 노광은, 공기나 질소 등의 불활성 가스 중에서 실시하는 통상적인 노광 (드라이 노광) 이어도 되고, 액침 노광이어도 된다.
액침 노광에서는, 노광시에, 종래에는 공기나 질소 등의 불활성 가스로 채워져 있는 렌즈와 웨이퍼 상의 레지스트막 사이의 부분을, 공기의 굴절률보다 큰 굴절률을 갖는 용매 (액침 매체) 로 채운 상태에서 노광을 실시한다.
보다 구체적으로는, 액침 노광은, 상기한 바와 같이 하여 얻어진 레지스트막과 노광 장치의 최하 위치의 렌즈사이를, 공기의 굴절률보다 큰 굴절률을 갖는 용매 (액침 매체) 로 채우고, 그 상태에서 원하는 마스크 패턴을 개재하여 노광 (침지 노광) 함으로써 실시할 수 있다.
액침 매체로는, 공기의 굴절률보다 크고, 또한 당해 침지노광에 의해서 노광되는 레지스트막이 갖는 굴절률보다 작은 굴절률을 갖는 용매가 바람직하다. 이러한 용매의 굴절률로는, 상기 범위 내이면 특별히 제한되지 않는다.
공기의 굴절률보다 크고, 또한 레지스트막의 굴절률보다 작은 굴절률을 갖는 용매로는, 예를 들어, 물, 불소계 불활성 액체, 실리콘계 용제, 탄화수소계 용제 등을 들 수 있다.
불소계 불활성 액체의 구체예로는, C3HCl2F5, C4F9OCH3, C4F9OC2H5, C5H3F7 등의 불소계 화합물을 주성분으로 하는 액체 등을 들 수 있고, 비점이 70 ∼ 180 ℃ 인 것이 바람직하고, 80 ∼ 160 ℃ 인 것이 보다 바람직하다. 불소계 불활성 액체가 상기 범위의 비점을 갖는 것이면, 노광 종료 후에, 액침에 사용한 매체의 제거를 간편한 방법으로 실시할 수 있는 점에서 바람직하다.
불소계 불활성 액체로는, 특히 알킬기의 수소 원자가 모두 불소 원자로 치환된 퍼플루오로알킬 화합물이 바람직하다. 퍼플루오로알킬 화합물로는, 구체적으로는, 퍼플루오로알킬에테르 화합물이나 퍼플루오로알킬아민 화합물을 들 수 있다.
또한 구체적으로는, 상기 퍼플루오로알킬에테르 화합물로는, 퍼플루오로(2-부틸-테트라히드로푸란) (비점 102 ℃) 을 들 수 있고, 상기 퍼플루오로알킬아민 화합물로는, 퍼플루오로트리부틸아민 (비점 174 ℃) 을 들 수 있다.
≪화합물≫
본 발명의 제 3 양태인 화합물은, 하기 일반식 (b1-1) 로 나타내는 화합물 (B1), 하기 일반식 (b1-1') 로 나타내는 화합물 (B1') 및 하기 일반식 (b1-1") 로 나타내는 화합물 (B1") 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 화합물이다. 당해 화합물은, 상기 서술한 본 발명의 제 1 양태인 레지스트 조성물의 (B) 성분에 함유되는 (B1-0) 성분과 동일한 것이다.
[화학식 53]
Figure pat00112
[식 중, R1" ∼ R3" 는 각각 독립적으로 치환기를 가지고 있어도 되는 아릴기 또는 알킬기를 나타내고, R1" ∼ R3" 중 적어도 1 개는, 수소 원자의 일부가 하기 일반식 (b1-1-0) 으로 나타내는 기로 치환된 치환 아릴기이고, R1" ∼ R3" 중 어느 2 개가 서로 결합하여 식 중의 황 원자와 함께 고리를 형성해도 된다. X 는 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소수 3 ∼ 30 의 탄화수소기이고, Q1 은 카르보닐기를 함유하는 2 가의 연결기이고, p 는 1 ∼ 3 의 정수이고, X10 은 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소수 1 ∼ 30 의 탄화수소기이고, Q3 은 단결합 또는 2 가의 연결기이고, Y10 은 -C(=O)- 또는 -SO2- 이고, Y11 은 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소수 1 ∼ 10 의 알킬기 또는 불소화 알킬기이며, Q2 는 단결합 또는 알킬렌기이다.]
[화학식 54]
Figure pat00113
[식 (b1-1-0) 중, W 는 탄소수 2 ∼ 10 의 직사슬형 또는 분기사슬형 알킬렌기이다.]
본 발명의 화합물에 관한 설명은, 상기 (B1-0) 성분에 관한 설명과 동일하다.
(화합물의 제조 방법)
상기 일반식 (b1-1) 로 나타내는 화합물 (B1) ((B1) 성분), 상기 일반식 (b1-1') 로 나타내는 화합물 (B1') ((B1') 성분) 및 상기 일반식 (b1-1") 로 나타내는 화합물 (B1") ((B1") 성분) 은, 각각 종래 공지된 방법에 의해 제조할 수 있다.
(화합물 (B1) 의 제조 방법)
화합물 (B1) 은, 예를 들어, 아니온부로서 상기 일반식 (b1-3-10) 으로 나타내는 아니온을 갖는 화합물, 아니온부로서 상기 일반식 (b1-3-20) 으로 나타내는 아니온을 갖는 화합물, 아니온부로서 상기 일반식 (b1-3-31) 로 나타내는 아니온을 갖는 화합물, 또는 아니온부로서 상기 일반식 (b1-3-41) 로 나타내는 아니온을 갖는 화합물은, 각각 다음과 같이 하여 제조할 수 있다.
[일반식 (b1-3-10) 으로 나타내는 아니온을 갖는 화합물의 제조 방법]
상기 식 (b1-3-10) 으로 나타내는 아니온을 갖는 화합물 (b1-1-1) 은, 하기 일반식 (b0-1) 로 나타내는 화합물 (b0-1) 과, 하기 일반식 (b0-2) 로 나타내는 화합물 (b0-2) 를 반응시킴으로써 제조할 수 있다.
[화학식 55]
Figure pat00114
식 (b0-1) 및 (b0-2) 중, X, Q2, p 는, 각각 상기 식 (b1-3-10) 중의 X, Q2, p 와 동일하다.
식 (b0-2) 중, R1" ∼ R3" 는, 각각 상기 식 (b1-1) 중의 R1" ∼ R3" 와 동일하다.
M+ 는, 알칼리 금속 이온, 또는 치환기를 가지고 있어도 되는 암모늄 이온이다.
그 알칼리 금속 이온으로는, 나트륨 이온, 리튬 이온, 칼륨 이온 등을 들 수 있고, 나트륨 이온 또는 리튬 이온이 바람직하다.
그 치환기를 가지고 있어도 되는 암모늄 이온으로는, 예를 들어 하기 일반식 (b1-2-2) 로 나타내는 것을 들 수 있다.
[화학식 56]
Figure pat00115
[식 중, R3 ∼ R6 은 각각 독립적으로 수소 원자, 또는 치환기를 가지고 있어도 되는 탄화수소기이고, R3 ∼ R6 중의 적어도 1 개는 상기 탄화수소기이고, R3 ∼ R6 중의 적어도 2 개가 각각 결합하여 고리를 형성하고 있어도 된다.]
식 (b1-2-2) 중, R3 ∼ R6 은, 각각 독립적으로, 수소 원자, 또는 치환기를 가지고 있어도 되는 탄화수소기이고, R3 ∼ R6 중의 적어도 1 개는 상기 탄화수소기이다.
R3 ∼ R6 에 있어서의 탄화수소기로는, 상기 X 와 동일한 것을 들 수 있다.
그 탄화수소기는, 지방족 탄화수소기이어도 되고, 방향족 탄화수소기이어도 된다. 그 탄화수소기가 지방족 탄화수소기인 경우, 그 지방족 탄화수소기로는, 특히 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소수 1 ∼ 12 의 알킬기가 바람직하다.
R3 ∼ R6 중, 적어도 1 개는 상기 탄화수소기이고, 2 또는 3 개가 상기 탄화수소기인 것이 바람직하다.
R3 ∼ R6 중의 적어도 2 개가 각각 결합하여 고리를 형성하고 있어도 된다. 예를 들어, R3 ∼ R6 중의 2 개가 결합하여 1 개의 고리를 형성하고 있어도 되고, R3 ∼ R6 중의 3 개가 결합하여 1 개의 고리를 형성하고 있어도 되며, R3 ∼ R6 중의 2 개씩이 각각 결합하여 2 개의 고리를 형성하고 있어도 된다.
R3 ∼ R6 중의 적어도 2 개가 각각 결합하여, 식 중의 질소 원자와 함께 형성하는 고리 (헤테로 원자로서 질소 원자를 함유하는 복소고리) 로는, 지방족 복소고리이어도 되고, 방향족 복소고리이어도 된다. 또, 그 복소고리는, 단고리형이어도 되고, 다고리형이어도 된다.
식 (b1-2-2) 로 나타내는 암모늄 이온의 구체예로는, 아민으로부터 유도되는 암모늄 이온을 들 수 있다.
여기서, 「아민으로부터 유도되는 암모늄 이온」이란, 아민의 질소 원자에 수소 원자가 결합하여 카티온이 된 것, 아민의 질소 원자에 추가로 치환기가 1 개 결합한 제 4 급 암모늄 이온이다.
상기 암모늄 이온을 유도하는 아민은 지방족 아민이어도 되고, 방향족 아민이어도 된다.
지방족 아민으로는, 특히 암모니아 NH3 의 수소 원자의 적어도 1 개를 탄소수 12 이하의 알킬기 또는 히드록시알킬기로 치환한 아민 (알킬아민 또는 알킬알코올아민) 또는 고리형 아민이 바람직하다.
알킬아민 및 알킬알코올아민의 구체예로는, n-헥실아민, n-헵틸아민, n-옥틸아민, n-노닐아민, n-데실아민 등의 모노알킬아민 ; 디에틸아민, 디-n-프로필아민, 디-n-헵틸아민, 디-n-옥틸아민, 디시클로헥실아민 등의 디알킬아민 ; 트리메틸아민, 트리에틸아민, 트리-n-프로필아민, 트리-n-부틸아민, 트리-n-헥실아민, 트리-n-펜틸아민, 트리-n-헵틸아민, 트리-n-옥틸아민, 트리-n-노닐아민, 트리-n-데카닐아민, 트리-n-도데실아민 등의 트리알킬아민 ; 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 디이소프로판올아민, 트리이소프로판올아민, 디-n-옥탄올아민, 트리-n-옥탄올아민 등의 알킬알코올아민을 들 수 있다.
고리형 아민으로는, 예를 들어 헤테로 원자로서 질소 원자를 함유하는 복소 고리 화합물을 들 수 있다. 그 복소 고리 화합물로는, 단고리형인 것 (지방족 단고리형 아민) 이어도 되고 다고리형인 것 (지방족 다고리형 아민) 이어도 된다.
지방족 단고리형 아민으로서, 구체적으로는 피페리딘, 피페라진 등을 들 수 있다.
지방족 다고리형 아민으로는, 탄소수가 6 ∼ 10 인 것이 바람직하고, 구체적으로는 1,5-디아자비시클로[4.3.0]-5-노넨, 1,8-디아자비시클로[5.4.0]-7-운데센, 헥사메틸렌테트라민, 1,4-디아자비시클로[2.2.2]옥탄 등을 들 수 있다.
방향족 아민으로는, 아닐린, 피리딘, 4-디메틸아미노피리딘 (DMAP), 피롤, 인돌, 피라졸, 이미다졸 등을 들 수 있다.
제 4 급 암모늄 이온으로는, 테트라메틸암모늄 이온, 테트라에틸암모늄 이온, 테트라부틸암모늄 이온 등을 들 수 있다.
식 (b1-2-2) 로 나타내는 암모늄 이온으로는, 특히 R3 ∼ R6 중 적어도 1 개가 알킬기이고, 또한 적어도 1 개가 수소 원자인 것이 바람직하다.
그 중에서도, R3 ∼ R6 중 3 개가 알킬기이고, 또한 나머지 1 개가 수소 원자인 것 (트리알킬암모늄 이온), 또는 R3 ∼ R6 중 2 개가 알킬기이고, 또한 나머지 1 개가 수소 원자인 것 (디알킬암모늄 이온) 이 바람직하다.
트리알킬암모늄 이온 또는 디알킬암모늄 이온에 있어서의 알킬기는, 각각 독립적으로 탄소수가 1 ∼ 10 인 것이 바람직하고, 1 ∼ 8 인 것이 보다 바람직하고, 1 ∼ 5 가 가장 바람직하다. 구체적으로는, 예를 들어 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 헵틸기, 옥틸기, 노닐기, 데카닐기 등을 들 수 있다. 이들 중에서도 에틸기가 가장 바람직하다.
상기 식 (b0-2) 중, Z- 는 비(非)구핵성 이온이다.
그 비구핵성 이온으로는, 예를 들어 브롬 이온, 염소 이온 등의 할로겐 이온, 화합물 (b0-1) 보다 산성도가 낮은 산이 될 수 있는 이온, BF4 -, AsF6 -, SbF6 -, PF6 - 또는 ClO4 - 등을 들 수 있다.
Z- 에 있어서의 화합물 (b0-1) 보다 산성도가 낮은 산이 될 수 있는 이온으로서는, p-톨루엔술폰산 이온, 메탄술폰산 이온, 벤젠술폰산 이온 등의 술폰산 이온을 들 수 있다.
화합물 (b0-1), 화합물 (b0-2) 으로는 시판되는 것을 사용해도 되고, 공지된 수법에 의해 합성해도 된다.
화합물 (b0-1) 은, 그 제조 방법은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 하기 일반식 (b0-1-11) 로 나타내는 화합물을 테트라히드로푸란, 물 등의 용매 중, 수산화나트륨, 수산화리튬 등의 알칼리 금속 수산화물 또는 암모늄 화합물의 수용액 중에서 반응시켜 하기 일반식 (b0-1-12) 로 나타내는 화합물로 한 후, 그 화합물을, 벤젠, 디클로로에탄 등의 유기 용제 중에서, 산성 촉매의 존재하에 하기 일반식 (b0-1-13) 으로 나타내는 알코올과 탈수 축합시킴으로써, 상기 일반식 (b0-1) 로 나타내는 화합물이 얻어진다.
[화학식 57]
Figure pat00116
[식 중, R21 은 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기이고, X, Q2, p, M+ 는 각각 식 (b0-1) 중의 X, Q2, p, M+ 와 동일하다.]
상기 화합물 (b0-2) 는, 예를 들어, 다음과 같이 하여 제조할 수 있다.
먼저, 유기산 H＋B- (B- 는, 예를 들어 메탄술폰산 이온 등, 유기산의 아니온부를 나타낸다.) 의 용액 중에, 하기 일반식 (b1-15-01) 로 나타내는 화합물과 하기 일반식 (b1-15-02) 로 나타내는 화합물을 첨가하여 반응시킨 후, 순수 및 유기 용제 (예를 들어, 디클로로메탄, 테트라히드로푸란 등) 를 첨가하여, 유기층을 회수하고, 이 유기층으로부터 하기 일반식 (b1-15-03) 으로 나타내는 화합물을 얻는다.
[화학식 58]
Figure pat00117
[식 중, R2", R3" 는 상기와 동일하고 ; R01" 는 상기 일반식 (b1-1) 중의 R1" 중, 치환기 이외로부터 1 개의 수소 원자를 제거한 기이고 ; B- 는 유기산의 아니온부이다.]
식 중, R2", R3" 는, 상기 일반식 (b1-1) 에 있어서의 R2", R3" 와 동일하다.
R01" 는 상기 일반식 (b1-1) 중의 R1" 중, 치환기 이외로부터 1 개의 수소 원자를 제거한 기이고, 예를 들어 R1" 가 아릴기인 경우에는, R01" 는 아릴렌기이고, R1" 가 알킬기인 경우에는, R01" 는 알킬렌기이다.
이어서, 일반식 (b1-15-03) 으로 나타내는 화합물을, 유기 용제 (예를 들어, 아세토니트릴, 디클로로메탄, 테트라히드로푸란 등) 에 첨가하여 교반하고, 탄산칼륨 등의 염기성 촉매의 존재하에서, 그곳에 하기 일반식 (b1-0-1) 로 나타내는 화합물을 첨가하여 반응시키고, 분액 및 물로 세정한 후, 유기층으로부터 하기 일반식 (b1-15-04) 로 나타내는 화합물을 얻는다.
[화학식 59]
Figure pat00118
[식 중, R2", R3", R01", B-, W 는 상기와 동일하고 ; Ha 는 할로겐 원자를 나타내고 ; Ha- 는 할로겐 이온을 나타낸다.]
상기 식 중, R2", R3", R01", B- 는 상기와 동일하고, W 는 상기 일반식 (b1-1-0) 에 있어서의 W 와 동일하다.
Ha 는 할로겐 원자를 나타내고, Ha- 는 할로겐 이온을 나타낸다.
또한, 일반식 (b1-15-04) 에 있어서, 「-R01"-O-W-O-CH=CH2」로 나타내는 기는, 상기 일반식 (b1-1) 에 있어서의, 하나의 수소 원자가 상기 일반식 (b1-1-0) 으로 나타내는 기로 치환된 「-R1"」와 동일하다.
또, 상기 일반식 (b1-15-04) 로 나타내는 화합물은, 유기산의 아니온부 (B-) 를 갖는 화합물과 할로겐 이온 (Ha-) 을 아니온부에 갖는 화합물의 혼합물이다.
상기 화합물 (b0-1) 과 화합물 (b0-2) 는, 예를 들어, 이들 화합물을 물, 디클로로메탄, 아세토니트릴, 메탄올, 클로로포름, 염화메틸렌 등의 용매에 용해하고, 교반하는 것 등에 의해 반응시킬 수 있다.
반응 온도는, 0 ℃ ∼ 150 ℃ 정도가 바람직하고, 0 ℃ ∼ 100 ℃ 정도가 보다 바람직하다. 반응 시간은, 화합물 (b0-1) 및 화합물 (b0-2) 의 반응성이나 반응 온도 등에 따라서도 상이하지만, 통상 0.5 ∼ 10 시간이 바람직하고, 1 ∼ 5 시간이 보다 바람직하다.
상기 반응에 있어서의 화합물 (b0-2) 의 사용량은, 통상 화합물 (b0-1) 1 몰에 대하여 0.5 ∼ 2 몰 정도가 바람직하다.
반응 종료 후, 반응액 중의 화합물 (b1-1-1) 을 단리, 정제해도 된다. 단리, 정제에는 종래 공지된 방법을 이용할 수 있고, 예를 들어 농축, 용매 추출, 증류, 결정화, 재결정, 크로마토그래피 등을 어느 것 단독으로, 또는 2 종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
[일반식 (b1-3-20) 으로 나타내는 아니온을 갖는 화합물의 제조 방법]
상기 식 (b1-3-20) 으로 나타내는 아니온을 갖는 화합물 (b1-1-2) 는, 하기 일반식 (b0-01) 로 나타내는 화합물 (b0-01) 과, 하기 일반식 (b0-02) 로 나타내는 화합물 (b0-02) 를 반응시킴으로써 제조할 수 있다.
식 중, Z'- 의 비구핵성 이온으로는, 예를 들어 브롬 이온, 염소 이온 등의 할로겐 이온, 화합물 (b0-01) 보다 산성도가 낮은 산이 될 수 있는 이온, BF4 -, AsF6 -, SbF6 -, PF6 - 또는 ClO4 - 등을 들 수 있다.
Z'- 에 있어서의 화합물 (b0-01) 보다 산성도가 낮은 산이 될 수 있는 이온으로는, p-톨루엔술폰산 이온, 메탄술폰산 이온, 벤젠술폰산 이온 등의 술폰산 이온을 들 수 있다.
[화학식 60]
Figure pat00119
[식 중, X, Q3, p, M+ 는, 각각 상기와 동일하고, Z'- 는 비구핵성 이온이다. R1" ∼ R3" 는, 각각 상기 일반식 (b1-1) 에 있어서의 R1" ∼ R3" 와 동일하다.]
화합물 (b0-01) 은, 예를 들어, 하기 일반식 (1-3) 으로 나타내는 화합물 (1-3) 과, 하기 일반식 (2-1) 로 나타내는 화합물 (2-1) 을 반응시킴으로써 합성할 수 있다.
[화학식 61]
Figure pat00120
[식 중, X, Q3, p, M+ 는 각각 상기와 동일하고, X22 는 할로겐 원자이다.]
X22 의 할로겐 원자로는, 브롬 원자, 염소 원자, 요오드 원자, 불소 원자 등을 들 수 있고, 반응성이 우수하다는 점에서 브롬 원자 또는 염소 원자가 바람직하며, 염소 원자가 특히 바람직하다.
화합물 (1-3), (2-1) 은, 각각 시판되는 것을 사용해도 되고, 합성해도 된다.
화합물 (1-3) 의 바람직한 합성 방법으로서, 하기 일반식 (1-1) 로 나타내는 화합물 (1-1) 과, 하기 일반식 (1-2) 로 나타내는 화합물 (1-2) 를 반응시켜 화합물 (1-3) 을 얻는 공정을 갖는 방법을 들 수 있다.
[화학식 62]
Figure pat00121
[식 중, Q3, p, M+ 는 각각 상기와 동일하고, R9 는 치환기로서 방향족기를 가지고 있어도 되는 지방족기이다.]
상기 식 (1-1) 중, R9 는, 치환기로서 방향족기를 가지고 있어도 되는 지방족기이다.
그 지방족기는, 포화 지방족기이어도 되고, 불포화 지방족기이어도 된다. 또, 지방족기는, 직사슬형, 분기사슬형, 고리형 중 어느 것이어도 되고, 그들의 조합이어도 된다.
지방족기는, 탄소 원자 및 수소 원자만으로 이루어지는 지방족 탄화수소기이어도 되고, 그 지방족 탄화수소기를 구성하는 탄소 원자의 일부가 헤테로 원자를 함유하는 치환기로 치환된 기이어도 되며, 당해 지방족 탄화수소기를 구성하는 수소 원자의 일부 또는 전부가 헤테로 원자를 함유하는 치환기로 치환된 기이어도 된다.
상기 헤테로 원자로는, 탄소 원자 및 수소 원자 이외의 원자이면 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 할로겐 원자, 산소 원자, 황 원자, 질소 원자 등을 들 수 있다. 할로겐 원자로는, 불소 원자, 염소 원자, 요오드 원자, 브롬 원자 등을 들 수 있다.
헤테로 원자를 함유하는 치환기는, 헤테로 원자만으로 이루어지는 것이어도 되고, 헤테로 원자 이외의 기 또는 원자를 함유하는 기이어도 된다.
탄소 원자의 일부를 치환하는 치환기로서 구체적으로는, 예를 들어 -O-, -C(=O)-O-, -C(=O)-, -O-C(=O)-O-, -C(=O)-NH-, -NH- (H 가 알킬기, 아실기 등의 치환기로 치환되어 있어도 된다), -S-, -S(=O)2-, -S(=O)2-O- 등을 들 수 있다. 지방족기가 고리형기를 함유하는 경우, 이들 치환기를 당해 고리형기의 고리 구조 중에 함유하고 있어도 된다.
수소 원자의 일부 또는 전부를 치환하는 치환기로서 구체적으로는, 예를 들어 알콕시기, 할로겐 원자, 할로겐화 알킬기, 수산기, 산소 원자 (=O), -COOR96, -OC(=O)R97, 시아노기 등을 들 수 있다.
상기 알콕시기로는 탄소수 1 ∼ 5 의 알콕시기가 바람직하고, 메톡시기, 에톡시기, n-프로폭시기, iso-프로폭시기, n-부톡시기, tert-부톡시기가 바람직하고, 메톡시기, 에톡시기가 가장 바람직하다.
상기 할로겐 원자로는 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자, 요오드 원자 등을 들 수 있고, 불소 원자가 바람직하다.
상기 할로겐화 알킬기로는 탄소수 1 ∼ 5 의 알킬기, 예를 들어 메틸기, 에틸기, 프로필기, n-부틸기, tert-부틸기 등의 알킬기의 수소 원자의 일부 또는 전부가 상기 할로겐 원자로 치환된 기를 들 수 있다.
R96 및 R97 은 각각 독립적으로 수소 원자 또는 탄소수 1 ∼ 15 의 직사슬형, 분기사슬형 또는 고리형의 알킬기이다.
R96 및 R97 에 있어서의 알킬기가 직사슬형 또는 분기사슬형인 경우, 그 탄소수는 1 ∼ 10 인 것이 바람직하고, 1 ∼ 5 인 것이 보다 바람직하고, 1 또는 2 가 더욱 바람직하다. 구체적으로는, 후술하는 직사슬형 또는 분기사슬형의 1 가의 포화 탄화수소기와 동일한 것을 들 수 있다.
R96 및 R97 에 있어서의 알킬기가 고리형인 경우, 그 고리는 단고리이어도 되고, 다고리이어도 된다. 그 탄소수는 3 ∼ 15 인 것이 바람직하고, 4 ∼ 12 인 것이 보다 바람직하고, 5 ∼ 10 이 더욱 바람직하다. 구체적으로는, 후술하는 고리형의 1 가의 포화 탄화수소기와 동일한 것을 들 수 있다.
지방족 탄화수소기로서는, 탄소수 1 ∼ 30 의 직사슬형 또는 분기사슬형의 포화 탄화수소기, 탄소수 2 ∼ 10 의 직사슬형 또는 분기사슬형의 1 가의 불포화 탄화수소기, 또는 탄소수 3 ∼ 30 의 고리형의 지방족 탄화수소기 (지방족 고리형기) 가 바람직하다.
직사슬형의 포화 탄화수소기로는, 탄소수가 1 ∼ 20 인 것이 바람직하고, 1 ∼ 15 인 것이 보다 바람직하고, 1 ∼ 10 이 가장 바람직하다. 구체적으로는, 예를 들어, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 헵틸기, 옥틸기, 노닐기, 데실기, 운데실기, 도데실기, 트리데실기, 이소트리데실기, 테트라데실기, 펜타데실기, 헥사데실기, 이소헥사데실기, 헵타데실기, 옥타데실기, 노나데실기, 에이코실기, 헨에이코실기, 도코실기 등을 들 수 있다.
분기사슬형의 포화 탄화수소기로서는, 탄소수가 3 ∼ 20 인 것이 바람직하고, 3 ∼ 15 인 것이 보다 바람직하고, 3 ∼ 10 이 가장 바람직하다. 구체적으로는, 예를 들어 1-메틸에틸기, 1-메틸프로필기, 2-메틸프로필기, 1-메틸부틸기, 2-메틸부틸기, 3-메틸부틸기, 1-에틸부틸기, 2-에틸부틸기, 1-메틸펜틸기, 2-메틸펜틸기, 3-메틸펜틸기, 4-메틸펜틸기 등을 들 수 있다.
불포화 탄화수소기로는, 탄소수가 2 ∼ 5 인 것이 바람직하고, 2 ∼ 4 가 바람직하고, 3 이 특히 바람직하다. 직사슬형의 1 가의 불포화 탄화수소기로는, 예를 들어 비닐기, 프로페닐기 (알릴기), 부티닐기 등을 들 수 있다. 분기사슬형의 1 가의 불포화 탄화수소기로는, 예를 들어 1-메틸프로페닐기, 2-메틸프로페닐기 등을 들 수 있다.
불포화 탄화수소기로는, 상기 중에서도 특히 프로페닐기가 바람직하다.
지방족 고리형기로는, 단고리형기이어도 되고, 다고리형기이어도 된다. 그 탄소수는 3 ∼ 30 인 것이 바람직하고, 5 ∼ 30 인 것이 보다 바람직하고, 5 ∼ 20 이 더욱 바람직하고, 6 ∼ 15 가 특히 바람직하며, 6 ∼ 12 가 가장 바람직하다. 구체적으로는, 예를 들어 모노시클로알칸으로부터 1 개 이상의 수소 원자를 제거한 기 ; 비시클로알칸, 트리시클로알칸, 테트라시클로알칸 등의 폴리시클로알칸으로부터 1 개 이상의 수소 원자를 제거한 기 등을 들 수 있다. 보다 구체적으로는, 시클로펜탄, 시클로헥산 등의 모노시클로알칸으로부터 1 개 이상의 수소 원자를 제거한 기 ; 아다만탄, 노르보르난, 이소보르난, 트리시클로데칸, 테트라시클로도데칸 등의 폴리시클로알칸으로부터 1 개 이상의 수소 원자를 제거한 기 등을 들 수 있다.
상기 식 (1-1) 중의 R9 에 있어서, 상기 지방족기는, 치환기로서 방향족기를 가지고 있어도 된다.
방향족기로는, 페닐기, 비페닐 (biphenyl) 기, 플루오레닐 (fluorenyl) 기, 나프틸기, 안트릴 (anthryl) 기, 페난트릴기 등의, 방향족 탄화수소의 고리로부터 수소 원자를 1 개 제거한 아릴기 ; 이들 아릴기의 고리를 구성하는 탄소 원자의 일부가 산소 원자, 황 원자, 질소 원자 등의 헤테로 원자로 치환된 헤테로아릴기 등을 들 수 있다.
이들 방향족기는, 탄소수 1 ∼ 10 의 알킬기, 할로겐화 알킬기, 알콕시기, 수산기, 할로겐 원자 등의 치환기를 가지고 있어도 된다. 그 치환기에 있어서의 알킬기 또는 할로겐화 알킬기는 탄소수가 1 ∼ 8 인 것이 바람직하고, 탄소수가 1 ∼ 4 인 것이 더욱 바람직하다. 또, 그 할로겐화 알킬기는 불소화 알킬기인 것이 바람직하다. 그 할로겐 원자는, 불소 원자, 염소 원자, 요오드 원자, 브롬 원자 등을 들 수 있고, 불소 원자인 것이 바람직하다.
또, 화합물 (1-1) 에 있어서의 R9 가 방향족기이면, 요컨대 R9 에 인접하는 산소 원자가 지방족기를 사이에 두지 않고 직접 방향 고리에 결합하고 있으면, 화합물 (1-1) 과 화합물 (1-2) 의 반응은 진행되지 않아, 화합물 (1-3) 은 얻어지지 않는다.
화합물 (1-1), (1-2) 는 각각 시판되는 것을 사용해도 되고, 공지된 수법을 이용하여 합성해도 된다.
예를 들어 화합물 (1-2) 는, 하기 일반식 (0-1) 로 나타내는 화합물 (0-1) 을 알칼리의 존재하에서 가열하고, 중화시킴으로써 하기 일반식 (0-2) 로 나타내는 화합물 (0-2) 를 얻는 공정 (이하, 염형성 공정이라고 한다.) 과,
상기 화합물 (0-2) 를, 화합물 (1-2) 보다 산 강도가 높은 산의 존재하에서 가열함으로써 화합물 (1-2) 를 얻는 공정 (이하, 카르복실산화 공정이라고 한다.) 을 포함하는 방법을 들 수 있다.
[화학식 63]
Figure pat00122
[식 중, R02 는 알킬기이고, p, M+ 는 상기와 동일하다.]
R02 의 알킬기로는 직사슬형 또는 분기사슬형의 알킬기가 바람직하고, 구체적으로는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기, 펜틸기, 이소펜틸기, 네오펜틸기 등을 들 수 있다.
이들 중에서도 탄소수 1 ∼ 4 의 알킬기가 바람직하고, 메틸기가 가장 바람직하다.
화합물 (0-1) 로는 시판되는 것을 사용할 수 있다.
염형성 공정은, 예를 들어 화합물 (0-1) 을 용매에 용해시키고, 그 용액에 알칼리를 첨가하고, 가열함으로써 실시할 수 있다.
용매로는 화합물 (0-1) 을 용해하는 것이면 되고, 예를 들어 물, 테트라히드로푸란 등을 들 수 있다.
알칼리로서는 식 (0-2) 중의 M 에 대응하는 알칼리가 사용되고, 그 알칼리로는, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화리튬 등의 알칼리 금속 수산화물을 들 수 있다.
알칼리의 사용량은, 화합물 (0-1) 1 몰에 대하여 1 ∼ 5 몰이 바람직하고, 2 ∼ 4 몰이 보다 바람직하다.
가열 온도는 20 ∼ 120 ℃ 정도가 바람직하고, 50 ∼ 100 ℃ 정도가 보다 바람직하다. 가열 시간은 가열 온도 등에 따라서도 상이하지만, 통상 0.5 ∼ 12 시간이 바람직하고, 1 ∼ 5 시간이 보다 바람직하다.
상기 가열 후의 중화는, 상기 가열 후의 반응액에 염산, 황산, p-톨루엔술폰산 등의 산을 첨가함으로써 실시할 수 있다.
이 때, 중화는, 산 첨가 후의 반응액의 pH (25 ℃) 가 6 ∼ 8 이 되도록 실시하는 것이 바람직하다. 또한, 중화시의 반응액의 온도는 20 ∼ 30 ℃ 인 것이 바람직하고, 23 ∼ 27 ℃ 인 것이 보다 바람직하다.
반응 종료 후, 반응액 중의 화합물 (0-2) 를 단리, 정제해도 된다. 단리, 정제에는 종래 공지된 방법을 이용할 수 있고, 예를 들어 농축, 용매 추출, 증류, 결정화, 재결정, 크로마토그래피 등을 어느 것 단독으로, 또는 2 종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
카르복실산화 공정에서는, 상기 염형성 공정에서 얻은 화합물 (0-2) 를, 화합물 (1-2) 보다 산 강도가 높은 산의 존재하에서 가열함으로써 그 화합물 (1-2) 를 얻는다.
「화합물 (1-2) 보다 산 강도가 높은 산 (이하, 간단히 강산 (强酸) 이라고 하는 경우가 있다.)」이란, 화합물 (1-2) 에 있어서의 -COOH 보다 pKa (25 ℃) 의 값이 작은 산을 의미한다. 이러한 강산을 사용함으로써, 화합물 (0-2) 중의 -COO-M+ 가 -COOH 가 되어, 화합물 (1-2) 가 얻어진다.
강산으로는, 공지된 산 중에서, 상기 화합물 (1-2) 에 있어서의 -COOH 의 pKa 보다 pKa 가 작은 산을 적절히 선택하여 사용하면 된다. 화합물 (1-2) 에 있어서의 -COOH 의 pKa 는, 공지된 적정법에 의해 구할 수 있다.
강산으로서 구체적으로는, 아릴술폰산, 알킬술폰산 등의 술폰산, 황산, 염산 등을 들 수 있다. 아릴술폰산으로는, 예를 들어 p-톨루엔술폰산을 들 수 있다. 알킬술폰산으로는, 예를 들어 메탄술폰산이나 트리플루오로메탄술폰산 등을 들 수 있다. 강산으로는, 유기 용제에 대한 용해성이나 정제하기 쉽다는 점에서, 특히 p-톨루엔술폰산이 바람직하다.
카르복실산화 공정은, 예를 들어 화합물 (0-2) 를 용매에 용해시키고, 산을 첨가하여 가열함으로써 실시할 수 있다.
용매로는 화합물 (0-2) 를 용해시키는 것이면 되고, 예를 들어 아세토니트릴, 메틸에틸케톤 등을 들 수 있다.
강산의 사용량은, 화합물 (0-2) 1 몰에 대하여 0.5 ∼ 3 몰이 바람직하고, 1 ∼ 2 몰이 보다 바람직하다.
가열 온도는 20 ∼ 150 ℃ 정도가 바람직하고, 50 ∼ 120 ℃ 정도가 보다 바람직하다. 가열 시간은 가열 온도 등에 따라서도 상이하지만, 통상 0.5 ∼ 12 시간이 바람직하고, 1 ∼ 5 시간이 보다 바람직하다.
반응 종료 후, 반응액 중의 화합물 (1-2) 를 단리, 정제해도 된다. 단리, 정제에는 종래 공지된 방법을 이용할 수 있고, 예를 들어 농축, 용매 추출, 증류, 결정화, 재결정, 크로마토그래피 등을 어느 것 단독으로, 또는 2 종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
화합물 (1-3) 과 화합물 (2-1) 을 반응시키는 방법으로는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 반응 용매 증에서, 화합물 (1-3) 및 화합물 (2-1) 을 접촉시키는 방법을 들 수 있다. 그 방법은, 예를 들어 염기의 존재하에서, 화합물 (1-3) 이 반응 용매에 용해된 용액에, 화합물 (2-1) 을 첨가함으로써 실시할 수 있다.
반응 용매로는, 원료인 화합물 (1-3) 및 화합물 (2-1) 을 용해시킬 수 있는 것이면 되고, 구체적으로는, 테트라히드로푸란 (THF), 아세톤, 디메틸포름아미드 (DMF), 디메틸아세트아미드, 디메틸술폭사이드 (DMSO), 아세토니트릴 등을 들 수 있다.
염기로는, 예를 들어 트리에틸아민, 4-디메틸아미노피리딘 (DMAP), 피리딘 등의 유기 염기 ; 수소화나트륨, K2CO3, Cs2CO3 등의 무기 염기 등을 들 수 있다.
화합물 (2-1) 의 첨가량은, 화합물 (1-3) 에 대하여 약 1 ∼ 3 당량이 바람직하고, 1 ∼ 2 당량이 보다 바람직하다.
반응 온도는 -20 ∼ 40 ℃ 가 바람직하고, 0 ∼ 30 ℃ 가 보다 바람직하다. 반응 시간은, 화합물 (1-3) 및 화합물 (2-1) 의 반응성이나 반응 온도 등에 따라서도 상이하지만, 통상 1 ∼ 120 시간이 바람직하고, 1 ∼ 48 시간이 보다 바람직하다.
화합물 (b0-01) 과 화합물 (b0-02) 의 반응은, 종래 공지된 염 치환 방법과 동일하게 하여 실시할 수 있다. 예를 들어, 화합물 (b0-01) 과 화합물 (b0-02) 를 물, 디클로로메탄, 아세토니트릴, 메탄올, 클로로포름 등의 용매에 용해시키고, 교반하는 것 등에 의해서 반응시킬 수 있다.
반응 온도는 0 ℃ ∼ 150 ℃ 정도가 바람직하고, 0 ℃ ∼ 100 ℃ 정도가 보다 바람직하다. 반응 시간은, 화합물 (b0-01) 및 화합물 (b0-02) 의 반응성이나 반응 온도 등에 따라서도 상이하지만, 통상 0.5 ∼ 10 시간이 바람직하고, 1 ∼ 5 시간이 보다 바람직하다.
반응 종료 후, 반응액 중의 화합물 (b1-2) 를 단리, 정제해도 된다. 단리, 정제에는 종래 공지된 방법을 이용할 수 있고, 예를 들어 농축, 용매 추출, 증류, 결정화, 재결정, 크로마토그래피 등을 어느 것 단독으로, 또는 2 종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
[일반식 (b1-3-31) 로 나타내는 아니온을 갖는 화합물의 제조 방법]
상기 식 (b1-3-31) 로 나타내는 아니온을 갖는 화합물 (b1-1-3) 은, 하기 일반식 (I-5) 로 나타내는 화합물 (I-5) 와, 하기 일반식 (b0-2) 로 나타내는 화합물 (b0-2) 를 반응시킴으로써 제조할 수 있다.
[화학식 64]
Figure pat00123
[식 중, R2, b, c, q5 및 p 는, 각각 상기 식 (b1-3-31) 에 있어서의 R2, b, c, q5 및 p 와 동일하다. M+ 는 상기와 동일하다. Z- 는 상기 식 (b0-2) 에 있어서의 Z- 와 동일하다. R1" ∼ R3" 는, 각각 상기 일반식 (b1-1) 에 있어서의 R1" ∼ R3" 와 동일하다.]
화합물 (I-5), 화합물 (b0-2) 로는 시판되는 것을 사용해도 되고, 공지된 수법에 의해 합성해도 된다.
화합물 (I-5) 는, 그 제조 방법은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 하기 일반식 (1-2) 로 나타내는 화합물 (1-2) 와, 하기 일반식 (I-4) 로 나타내는 화합물 (I-4) 을, 산성 촉매의 존재하에서 탈수 축합시킴으로써 제조할 수 있다.
[화학식 65]
Figure pat00124
화합물 (1-2) 는, 상기 서술한 화합물 (1-3) 의 합성에 사용되는 화합물 (1-2) 와 동일하다.
상기 일반식 (I-4) 중, R2, b, c, q5 는, 각각 상기 식 (b1-3-31) 에 있어서의 R2, b, q5, c 와 동일하다.
화합물 (1-2), 화합물 (I-4) 로는, 각각 시판되는 것을 사용해도 되고, 합성해도 된다.
화합물 (1-2) 와 화합물 (I-4) 의 탈수 축합 반응은, 예를 들어, 화합물 (1-2) 및 화합물 (I-4) 를 디클로로에탄, 벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 클로로벤젠, 아세토니트릴, N,N-디메틸포름아미드 등의 비프로톤성 유기 용제에 용해하고, 이것을 산성 촉매의 존재하에서 교반하는 것에 의해 실시할 수 있다.
상기 탈수 축합 반응에 있어서, 유기 용제로는 특히 톨루엔, 자일렌, 클로로벤젠 등의 방향족계 유기 용제를 사용하는 것이, 얻어지는 화합물 (I) 의 수율, 순도 등이 향상되기 때문에 바람직하다.
탈수 축합 반응의 반응 온도는 20 ℃ ∼ 200 ℃ 정도가 바람직하고, 50 ℃ ∼ 150 ℃ 정도가 보다 바람직하다. 반응 시간은 화합물 (1-2) 및 화합물 (I-4) 의 반응성이나 반응 온도 등에 따라서도 상이하지만, 통상 1 ∼ 30 시간이 바람직하고, 3 ∼ 30 시간이 보다 바람직하다.
탈수 축합 반응에 있어서의 화합물 (1-2) 의 사용량은 특별히 한정되지 않지만, 통상 화합물 (I-4) 1 몰에 대하여, 0.2 ∼ 3 몰 정도가 바람직하고, 0.5 ∼ 2 몰 정도가 보다 바람직하고, 0.75 ∼ 1.5 몰 정도가 가장 바람직하다.
산성 촉매로는 p-톨루엔술폰산 등의 유기산, 황산, 염산 등의 무기산 등을 들 수 있고, 이들은 어느 1 종을 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다.
탈수 축합 반응에 있어서의 산성 촉매의 사용량은 촉매량이어도 되고, 용매에 상당하는 양이어도 되며, 통상 화합물 (I-4) 1 몰에 대하여 0.001 ∼ 5 몰 정도이다.
탈수 축합 반응은, 딘스타크 장치를 사용하는 등에 의해서 탈수하면서 실시해도 된다. 이로써 반응 시간을 단축할 수 있다.
또한, 탈수 축합 반응시에 있어서, 1,1'-카르보닐디이미다졸, N,N'-디시클로헥실카르보디이미드 등의 탈수제를 병용해도 된다.
탈수제를 사용하는 경우, 그 사용량은 통상 화합물 (I-4) 1 몰에 대하여 0.2 ∼ 5 몰 정도가 바람직하고, 0.5 ∼ 3 몰 정도가 보다 바람직하다.
상기 화합물 (I-5) 과 화합물 (b0-2) 는, 예를 들어 이들 화합물을 물, 디클로로메탄, 아세토니트릴, 메탄올, 클로로포름, 염화메틸렌 등의 용매에 용해하고, 교반하는 것 등에 의해서 반응시킬 수 있다.
반응 온도는 0 ℃ ∼ 150 ℃ 정도가 바람직하고, 0 ℃ ∼ 100 ℃ 정도가 보다 바람직하다. 반응 시간은 화합물 (I-5) 및 화합물 (b0-2) 의 반응성이나 반응 온도 등에 따라서도 상이하지만, 통상 0.5 ∼ 10 시간이 바람직하고, 1 ∼ 5 시간이 보다 바람직하다.
상기 반응에 있어서의 화합물 (b0-2) 의 사용량은, 통상 화합물 (I-5) 1 몰에 대하여 0.5 ∼ 2 몰 정도가 바람직하다.
반응 종료 후, 반응액 중의 화합물 (b1-1-3) 을 단리, 정제해도 된다. 단리, 정제에는 종래 공지된 방법을 이용할 수 있고, 예를 들어 농축, 용매 추출, 증류, 결정화, 재결정, 크로마토그래피 등을 어느 것 단독으로, 또는 2 종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
[일반식 (b1-3-41) 로 나타내는 아니온을 갖는 화합물의 제조 방법]
상기 식 (b1-3-41) 로 나타내는 아니온을 갖는 화합물 (b1-1-4) 는, 하기 일반식 (I-6) 으로 나타내는 화합물 (I-6) 과, 하기 일반식 (b0-2) 로 나타내는 화합물 (b0-2) 를 반응시킴으로써 제조할 수 있다.
[화학식 66]
Figure pat00125
[식 중, p, q6, w4 및 R10" 는, 각각 상기 식 (b1-3-41) 에 있어서의 p, q6, w4 및 R10" 와 동일하다. M+ 는 상기와 동일하다. Z- 는 상기 식 (b0-2) 에 있어서의 Z- 와 동일하다. R1" ∼ R3" 는, 각각 상기 일반식 (b1-1) 에 있어서의 R1" ∼ R3" 와 동일하다.]
화합물 (I-6), 화합물 (b0-2) 로는, 시판되는 것을 사용해도 되고, 공지된 수법에 의해 합성해도 된다.
화합물 (I-6) 은, 그 제조 방법은 특별히 한정되지 않고, 종래 공지된 제조 방법에 의해 제조할 수 있다.
상기 화합물 (I-6) 과 화합물 (b0-2) 는, 예를 들어, 이들 화합물을, 물, 디클로로메탄, 아세토니트릴, 메탄올, 클로로포름, 염화메틸렌 등의 용매에 용해하고, 교반하는 것 등에 의해 반응시킬 수 있다.
반응 온도는 0 ℃ ∼ 150 ℃ 정도가 바람직하고, 0 ℃ ∼ 100 ℃ 정도가 보다 바람직하다. 반응 시간은, 화합물 (I-6) 및 화합물 (b0-2) 의 반응성이나 반응 온도 등에 따라서도 상이하지만, 통상 0.5 ∼ 10 시간이 바람직하고, 1 ∼ 5 시간이 보다 바람직하다.
상기 반응에 있어서의 화합물 (b0-2) 의 사용량은, 통상 화합물 (I-6) 1 몰에 대하여 0.5 ∼ 2 몰 정도가 바람직하다.
반응 종료 후, 반응액 중의 화합물 (b1-1-4) 을 단리, 정제해도 된다. 단리, 정제에는 종래 공지된 방법을 이용할 수 있고, 예를 들어 농축, 용매 추출, 증류, 결정화, 재결정, 크로마토그래피 등을 어느 것 단독으로, 또는 2 종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
(화합물 (B1') 의 제조 방법)
화합물 (B1'), 즉, 상기 일반식 (b1-1') 로 나타내는 화합물은, 예를 들어, 하기 일반식 (b0-1') 로 나타내는 화합물 (b0-1') 와, 하기 일반식 (b0-2') 로 나타내는 화합물 (b0-2') 를 반응시킴으로써 제조할 수 있다.
[화학식 67]
Figure pat00126
상기 식 (b0-1') 중, X10, Q3, Y10 및 Y11 은, 각각 상기 일반식 (b1-1') 중의 X10, Q3, Y10 및 Y11 과 동일하다.
상기 식 (b0-2') 중, R1" ∼ R3" 는, 각각 상기 식 (b1-1') 중의 R1" ∼ R3" 와 동일하다.
상기 식 (b0-1') 중, M+ 는, 알칼리 금속 이온, 또는 치환기를 가지고 있어도 되는 암모늄 이온이고, 상기 식 (b0-1) 중의 M+ 와 동일한 것을 들 수 있다.
상기 식 (b0-2') 중, Z- 는 비구핵성 이온이고, 상기 식 (b0-2) 중의 Z- 와 동일하다.
화합물 (b0-1') 와 화합물 (b0-2') 는, 예를 들어, 이들의 화합물을, 물, 디클로로메탄, 아세토니트릴, 메탄올, 클로로포름, 염화메틸렌 등의 용매에 용해하고, 교반하는 것 등에 의해 반응시킬 수 있다.
반응 온도는, 0 ℃ ∼ 150 ℃ 정도가 바람직하고, 0 ℃ ∼ 100 ℃ 정도가 보다 바람직하다.
반응 시간은, 화합물 (b0-1') 및 화합물 (b0-2') 의 반응성이나, 반응 온도 등에 따라서도 상이하지만, 통상 0.5 ∼ 30 시간이 바람직하고, 1 ∼ 20 시간이 보다 바람직하다.
상기 반응에 있어서의 화합물 (b0-2') 의 사용량은, 통상 화합물 (b0-1') 1 몰에 대하여 0.5 ∼ 2 몰 정도가 바람직하다.
상기한 바와 같이 하여 얻어지는 본 발명의 화합물의 구조는, 1H-핵자기 공명 (NMR) 스펙트럼법, 13C-NMR 스펙트럼법, 19F-NMR 스펙트럼법, 적외선 흡수 (IR) 스펙트럼법, 질량 분석 (MS) 법, 원소 분석법, X 선 결정 회절법 등의 일반적인 유기 분석법에 의해 확인할 수 있다.
상기 화합물 (b0-1') 의 제조 방법으로는 특별히 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 하기 일반식 (b0-1-1) 로 나타내는 화합물 (b0-1-1) 과, 하기 일반식 (b0-1-2) 로 나타내는 화합물 (b0-1-2) 를, 염기와 유기 용매의 존재하에서 반응시킴으로써 화합물 (b0-1') 를 얻는 공정을 포함하는 방법이 바람직하게 사용된다.
[화학식 68]
Figure pat00127
상기 일반식 (b0-1-1) 및 (b0-1-2) 중, X10, Q3, Y10 및 Y11 은, 각각 상기 식 (b0-1') 중의 X10, Q3, Y10 및 Y11 과 동일하다.
Xh 는 할로겐 원자이고, 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자, 요오드 원자 등을 들 수 있다.
화합물 (b0-1-1), 화합물 (b0-1-2) 로는, 각각 시판되는 것을 사용해도 되고, 합성해도 된다.
화합물 (b0-1-1) 과 화합물 (b0-1-2) 의 반응은, 먼저 화합물 (b0-1-2) 를 적당한 유기 용제에 용해하고, 그것을 적당한 염기의 존재하에서 교반한다.
상기 반응에 있어서, 유기 용제로는, 얻어지는 화합물 (b0-1') 의 수율, 순도 등이 향상되는 점에서, 아세톤, 테트라히드로푸란 (THF), 메탄올, 에탄올, 디클로로메탄을 사용하는 것이 특히 바람직하다.
그 후, 반응액을 빙랭하고, 화합물 (b0-1-1) 을 첨가하여, 교반한다. 또한, 반응 혼합물을 여과하고, 여과액을 건조시킨다.
마지막으로, tert-부틸메틸에테르 (TBME) 등의 유기 용제 등으로 세정함으로써 실시할 수 있다.
반응 온도는, 20 ℃ ∼ 200 ℃ 정도가 바람직하고, 20 ℃ ∼ 150 ℃ 정도가보다 바람직하다.
반응 시간은, 화합물 (b0-1-1) 및 화합물 (b0-1-2) 의 반응성이나 반응 온도 등에 따라서도 상이하지만, 통상 1 ∼ 80 시간이 바람직하고, 3 ∼ 70 시간이 보다 바람직하다.
반응에 있어서의 화합물의 사용량은 특별히 한정되는 것이 아니라, 통상 화합물 (b0-1-1) 1 몰에 대하여 화합물 (b0-1-2) 이 0.5 ∼ 5 몰 정도가 바람직하고, 1 ∼ 5 몰 정도가 보다 바람직하다.
염기로는, 탄산나트륨, 탄산칼륨, 트리에틸아민, 수소화나트륨 등을 들 수 있고, 이들은 어느 1 종을 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다.
염기의 사용량은, 촉매량이어도 되고, 용매에 상당하는 양이어도 되며, 통상 화합물 (b0-1-1) 1 몰에 대하여 0.001 ∼ 5 몰 정도이다.
상기 화합물 (b0-2') 는, 상기 화합물 (b0-2) 와 동일한 방법에 의해 제조할 수 있다.
(화합물 (B1") 의 제조 방법)
화합물 (B1"), 즉 상기 일반식 (b1-1") 로 나타내는 화합물은, 예를 들어, 하기 일반식 (b0-1-11") 로 나타내는 화합물 (b0-1-11") 를, 테트라히드로푸란, 아세톤 또는 메틸에틸케톤 등의 유기 용제 또는 물 등의 용매 중, 수산화나트륨이나 수산화리튬 등의 알칼리 금속 수산화물 또는 암모늄 화합물의 수용액 중에서 반응시킴으로써, 하기 일반식 (b0-1") 로 나타내는 화합물 (b0-1") 를 얻는다.
그리고, 당해 화합물 (b0-1") 와, 하기 일반식 (b0-2") 로 나타내는 화합물 (b0-2") 를, 예를 들어 수용액 중에서 반응시킴으로써 제조할 수 있다.
[화학식 69]
Figure pat00128
상기 식 (b0-1-11"), (b0-1") 및 (b0-2") 중, X, Q2, p 는, 각각 상기 식 (b1-1") 중의 X, Q2, p 와 동일하다.
상기 식 (b0-2") 중, R1" ∼ R3" 는, 각각 상기 식 (b1-1") 중의 R1" ∼ R3" 와 동일하다.
상기 식 (b0-1") 중, M+ 는, 알칼리 금속 이온, 또는 치환기를 가지고 있어도 되는 암모늄 이온이고, 상기 식 (b0-1) 중의 M+ 와 동일한 것을 들 수 있다.
상기 식 (b0-2") 중, Z- 는 비구핵성 이온이고, 상기 식 (b0-2) 중의 Z- 와 동일하다.
화합물 (b0-1-11") 로는 시판되는 것을 사용해도 되고, 공지된 수법에 의해 합성해도 된다.
화합물 (b0-1-11") 는, 그 제조 방법은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 일본 공표특허공보 평11-502543호의 실시예 1 에 기재된 방법 등을 참고로 하여, 불화은 (AgF) 과, 하기 일반식 (b0-1-01) 로 나타내는 화합물과, 하기 일반식 (b0-1-02) 로 나타내는 화합물을, 무수 디글림 등의 유기 용제 중에서 반응시킴으로써 제조할 수 있다.
식 (b0-1-02) 중의 Xh 의 할로겐 원자로는, 브롬 원자 또는 염소 원자가 바람직하다.
[화학식 70]
Figure pat00129
[식 중, X, Q2, p 는, 각각 상기 식 (b0-1") 중의 X, Q2, p 와 동일하고, Xh 는 할로겐 원자이다.]
상기 일반식 (b0-1-01) 로 나타내는 화합물은, 예를 들어, 일본 공개특허공보 2006-348382호, 미국 6,624,328 B1호 공보에 기재된 방법 등에 의해 제조할 수 있다.
상기 화합물 (b0-2") 는, 상기 화합물 (b0-2) 와 동일한 방법에 의해 제조할 수 있다.
상기한 바와 같이 하여 얻어지는 화합물의 구조는, 1H-핵자기 공명 (NMR) 스펙트럼법, 13C-NMR 스펙트럼법, 19F-NMR 스펙트럼법, 적외선 흡수 (IR) 스펙트럼법, 질량 분석 (MS) 법, 원소 분석법, X 선 결정 회절법 등의 일반적인 유기 분석법에 의해 확인할 수 있다.
상기 서술한 본 발명의 화합물은 레지스트 조성물용의 산발생제로서 유용한 신규 화합물이며, 산발생제로서 레지스트 조성물에 배합할 수 있다.
또한, 본 발명의 화합물은, 예를 들어 탄소수 6 ∼ 10 의 퍼플루오로알킬렌기가 난분해성인 데 반하여, 그 아니온부에 있어서의 「-(CF2)p」의 불소화 알킬렌기는 분해성이 양호하기 때문에, 생체 축적성을 고려한 취급면에서 보다 안전하다는 효과도 얻어진다.
≪산발생제≫
본 발명의 제 4 양태인 산발생제는, 상기 제 3 양태의 화합물로 이루어지는 것이다.
당해 산발생제는, 화학 증폭형 레지스트 조성물용의 산발생제, 예를 들어 상기 본 발명의 제 1 양태인 레지스트 조성물의 산발생제 성분 (B) 로서 유용하다.
실시예
다음으로 실시예에 의해 본 발명을 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명은 이들 예에 의해 한정되는 것은 아니다.
<화합물 (B1) 의 합성>
(실시예 1 ∼ 8)
이하에 나타내는 합성예에 의해, 신규 화합물 (B1-1) ∼ (B1-8) 을 각각 합성하였다.
[합성예 1 : 화합물 (1) 의 합성예]
[화학식 71]
Figure pat00130
20 ℃ 이하로 제어한 메탄술폰산 (60.75 g) 에, 산화인 (8.53 g) 과 2,6-디메틸페놀 (8.81 g) 과 디페닐술폭사이드 (12.2 g) 를 소량씩 첨가하였다. 온도를 15 ∼ 20 ℃ 로 제어하면서 30 분 숙성시킨 후, 40 ℃ 까지 승온하여 2 시간 숙성시켰다. 그 후, 15 ℃ 이하로 냉각한 순수 (109.35 g) 에 반응액을 적하하였다. 적하 종료 후, 디클로로메탄 (54.68 g) 을 첨가하고, 교반 후, 디클로로메탄층을 회수하였다. 다른 용기에 20 ∼ 25 ℃ 의 헥산 (386.86 g) 을 넣고, 디클로로메탄층을 적하하였다. 적하 종료 후, 20 ∼ 25 ℃ 에서 30 분간 숙성시킨 후, 여과함으로써 원하는 중간체인 화합물 (1) 을 얻었다 (수율 70.9 ％).
얻어진 화합물 (1) 에 관해서, 1H-NMR 에 의한 분석을 실시하였다.
Figure pat00131
상기의 결과로부터, 얻어진 화합물 (1) 이 하기에 나타내는 구조를 갖는 것을 확인할 수 있었다.
[화학식 72]
Figure pat00132
[합성예 2 : 화합물 (2) 의 합성예]
질소 분위기하에서, 3 구 플라스크에, 화합물 (1) (10.65 g) 과 아세토니트릴 (106.46 g) 을 첨가하여 교반하였다. 그곳에, 탄산칼륨 (18.28 g) 을 첨가하고, 실온에서 10 분간 교반한 후, 2-클로로에틸비닐에테르 (32.1 g) 를 적하하였다.
그 후, 80 ℃ 까지 온도를 올리고, 72 시간 교반하였다. 반응액을, 실온까지 냉각한 후, 여과하고, 여과액을 로터리 이배퍼레이터로 농축 건조시켰다. 얻어진 오일 생성물을 물 (52.47 g) 에 용해시키고, 헥산 (52.47 g) 으로 3 회 세정하였다. 그리고, 디클로로메탄 (159.69 g) 으로 추출하고, 유기 용매층을 물 (52.47 g) 로 3 회 세정하였다. 세정 후, 유기 용매층을 농축 건조 고화시킴으로써 목적하는 전구체인 화합물 (2) 5.6 g 을 얻었다.
얻어진 화합물 (2) 에 관해서, NMR 에 의한 분석을 실시하였다.
Figure pat00133
또한, 이온 크로마토그래프의 결과로부터, 아니온부가 상이한 CH3SO3 체와 Cl 체의 혼합 비율이 CH3SO3 : Cl = 73.4 : 26.6 (㏖ 비) 의 혼합물인 것을 알 수 있었다.
상기의 결과로부터, 얻어진 화합물 (2) 이 하기에 나타내는 구조를 갖는 것을 확인할 수 있었다.
[화학식 73]
Figure pat00134
[실시예 1 : 화합물 (B1-1) 의 합성예]
(i) 화합물 (3) 의 합성예
플루오로술포닐(디플루오로)아세트산메틸 150 g, 순수 375 g 에, 빙욕 (氷浴) 중에서 10 ℃ 이하로 유지하면서, 30 ％ 수산화나트륨 수용액 343.6 g 을 적하하였다. 적하 후, 100 ℃ 에서 3 시간 환류하고, 냉각 후, 진한 염산으로 중화하였다. 얻어진 용액을 아세톤 8888 g 에 적하하고, 석출물을 여과, 건조시킴으로써, 백색 고체로서 화합물 (I) 184.5 g (순도 : 88.9 ％, 수율 : 95.5 ％) 을 얻었다.
[화학식 74]
Figure pat00135
이어서, 화합물 (I) 56.2 g, 아세토니트릴 562.2 g 을 넣고, p-톨루엔술폰산 1수화물 77.4 g 을 첨가하여, 110 ℃ 에서 3 시간 환류하였다. 그 후, 여과하고, 여과액을 농축하여, 건조시켰다. 얻어진 고체에 t-부틸메틸에테르 900 g 을 첨가 교반하였다. 그 후, 여과하고, 여과물을 건조시킴으로써, 백색 고체로서 화합물 (II) 22.2 g (순도 : 91.0 ％, 수율 : 44.9 ％) 을 얻었다.
[화학식 75]
Figure pat00136
이어서, 화합물 (II) 4.34 g (순도 : 94.1 ％), 2-벤질옥시에탄올 3.14 g, 톨루엔 43.4 g 을 넣고, p-톨루엔술폰산 1수화물 0.47 g 을 첨가하여, 105 ℃ 에서 20 시간 환류하였다. 반응액을 여과하고, 여과물에 헥산 20 g 을 첨가하여, 교반하였다. 재차 여과하고, 여과물을 건조시킴으로써 화합물 (III) 을 1.41 g (수율 : 43.1 ％) 얻었다.
[화학식 76]
Figure pat00137
얻어진 화합물 (III) 에 관해서, NMR 에 의한 분석을 실시하였다.
Figure pat00138
상기의 결과로부터, 화합물 (III) 이 하기에 나타내는 구조를 갖는 것을 확인할 수 있었다.
[화학식 77]
Figure pat00139
이어서, 화합물 (III) 1.00 g 및 아세토니트릴 3.00 g 에 대하여, 1-아다만탄카르보닐클로라이드 0.82 g 및 트리에틸아민 0.397 g 을 빙랭하에서 적하하였다. 적하 종료 후, 실온에서 20 시간 교반하고, 여과하였다. 여과액을 농축 건조 고화하고, 디클로로메탄 30 g 에 용해시켜 물로 세정을 3 회 실시하였다. 유기층을 농축 건조시킴으로써 화합물 (3) 을 0.82 g (수율 : 41 ％) 얻었다.
[화학식 78]
Figure pat00140
얻어진 화합물 (3) 에 관해서, NMR 에 의한 분석을 실시하였다.
Figure pat00141
상기의 결과로부터, 화합물 (3) 이 하기에 나타내는 구조를 갖는 것을 확인할 수 있었다.
[화학식 79]
Figure pat00142
(ii) 화합물 (B1-1) 의 합성예
디클로로메탄 (20 g) 과 물 (20 g) 에 화합물 (2) (2 g) 을 첨가하고, 교반하였다. 추가로 화합물 (3) (2.54 g) 을 첨가하고, 1 시간 교반하였다. 반응액을 분액한 후, 물 (20 g) 로 4 회 세정하였다. 세정 후, 유기 용매층을 농축 건조 고화시킴으로써 화합물 (B1-1) 2.3 g 을 얻었다.
얻어진 화합물 (B1-1) 에 관해서, NMR 에 의한 분석을 실시하였다.
Figure pat00143
상기의 결과로부터, 얻어진 화합물 (B1-1) 이 하기에 나타내는 구조를 갖는 것을 확인할 수 있었다.
[화학식 80]
Figure pat00144
[실시예 2 : 화합물 (B1-2) 의 합성예]
(i) 화합물 (4) 의 합성예
상기 실시예 1 중에서 얻은 화합물 (II) 5.00 g (순도 : 91.0 ％), 펜타플루오로페녹시에탄올 10.48 g, 톨루엔 50.00 g 을 넣고, p-톨루엔술폰산 1수화물 0.935 g 을 첨가하여, 110 ℃ 에서 15 시간 환류하였다. 그 후, 여과하고, 잔류물에 톨루엔 46.87 g 을 첨가하여, 실온에서 15 분간 교반하고, 여과를 실시하는 공정을 2 회 반복하여 백색의 분말을 얻었다. 그 백색 분말을 하룻밤 감압 건조시켰다. 다음날, 백색 분말에 아세토니트릴 46.87 g 을 첨가하고, 실온에서 15 분간 교반한 후, 여과하여, 얻어진 여과액을 TBME 468.7 g 에 천천히 적하하고, 석출된 고체를 여과에 의해 회수·건조시킴으로써, 백색 분체 (粉體) 로서 화합물 (4) 6.69 g (순도 : 99.5 ％, 수율 : 71.0 ％) 을 얻었다.
[화학식 81]
Figure pat00145
화합물 (4) 에 관해서, 1H-NMR 및 19F-NMR 에 의한 분석을 실시하였다.
Figure pat00146
(단, 헥사플루오로벤젠의 피크를 -160 ppm 으로 하였다.)
상기의 결과로부터, 화합물 (4) 가 하기에 나타내는 구조를 갖는 것을 확인할 수 있었다.
[화학식 82]
Figure pat00147
(ii) 화합물 (B1-2) 의 합성예
디클로로메탄 (20 g) 과 물 (20 g) 에 화합물 (2) (2 g) 을 첨가하고, 교반하였다. 추가로 화합물 (4) (2.14 g) 을 첨가하고, 1 시간 교반하였다. 반응액을 분액한 후, 물 (20 g) 로 4 회 세정하였다. 세정 후, 유기 용매층을 농축 건조 고화시킴으로써 화합물 (B1-2) 2.6 g 을 얻었다.
얻어진 화합물 (B1-2) 에 관해서, NMR 에 의한 분석을 실시하였다.
Figure pat00148
상기의 결과로부터, 얻어진 화합물 (B1-2) 가 하기에 나타내는 구조를 갖는 것을 확인할 수 있었다.
[화학식 83]
Figure pat00149
[실시예 3 : 화합물 (B1-3) 의 합성예]
(i) 화합물 (5) 의 합성예
상기 실시예 1 중에서 얻은 화합물 (III) 2.42 g 및 아세토니트릴 7.26 g 에 대하여, 운데카노일카르보닐클로라이드 2.19 g 및 트리에틸아민 1.01 g 을 빙랭하에서 적하하였다.
적하 종료 후, 실온에서 20 시간 교반하고, 여과하였다. 여과액을 농축 건조 고화시키고, 디클로로메탄 20 g 에 용해시켜 물 세정을 3 회 실시하였다. 유기층을 농축 건조시킴으로써 화합물 (5) 3.41 g 을 얻었다 (수율 : 80.4 ％).
[화학식 84]
Figure pat00150
얻어진 화합물 (5) 에 관해서, NMR 에 의한 분석을 실시하였다.
Figure pat00151
상기의 결과로부터, 화합물 (5) 이 하기에 나타내는 구조를 갖는 것을 확인할 수 있었다.
[화학식 85]
Figure pat00152
(ii) 화합물 (B1-3) 의 합성예
실시예 1 의 합성예(ii) 에 있어서, 화합물 (3) 을 화합물 (5) 로 변경한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 조작하여, 화합물 (B1-3) 을 얻었다.
얻어진 화합물 (B1-3) 에 관해서, NMR 에 의한 분석을 실시하였다.
Figure pat00153
상기의 결과로부터, 얻어진 화합물 (B1-3) 이 하기에 나타내는 구조를 갖는 것을 확인할 수 있었다.
[화학식 86]
Figure pat00154
[실시예 4 : 화합물 (B1-4) 의 합성예]
(i) 화합물 (6) 의 합성예
상기 실시예 1 중에서 얻은 화합물 (II) 5.00 g (순도 : 91.0 ％), 술톤-OH (3) 4.80 g, 톨루엔 25.0 g 을 넣고, p-톨루엔술폰산 1수화물 0.935 g 을 첨가하여, 110 ℃ 에서 26 시간 환류하였다. 그 후, 여과하고, 잔류물에 톨루엔 25.0 g 을 첨가하여, 실온에서 10 분간 교반하고, 여과를 실시하는 공정을 2 회 반복하여 백색 분말을 얻었다.
그 백색 분말을 하룻밤 감압 건조시켰다. 다음날, 백색 분말에 아세톤 5 g 을 첨가하여, 실온에서 15 분간 교반한 후, 여과하고, 얻어진 여과액을 TBME 25.0 g 과 염화메틸렌 25.0 g 에 천천히 적하하여, 석출된 고체를 여과에 의해 회수·건조시킴으로써, 백색 분체로서 화합물 (6) 5.89 g (순도 : 98.4 ％, 수율 : 68.1 ％) 을 얻었다.
[화학식 87]
Figure pat00155
화합물 (6) 에 관해서, 1H-NMR 및 19F-NMR 에 의한 분석을 실시하였다.
Figure pat00156
(단, 헥사플루오로벤젠의 피크를 -160 ppm 으로 하였다.)
상기의 결과로부터, 화합물 (6) 이 하기에 나타내는 구조를 갖는 것을 확인할 수 있었다.
[화학식 88]
Figure pat00157
(ii) 화합물 (B1-4) 의 합성예
실시예 2 의 합성예 (ii) 에 있어서, 화합물 (4) 를 화합물 (6) 으로 변경한 것 이외에는 실시예 2 와 동일하게 조작하여, 화합물 (B1-4) 를 얻었다.
얻어진 화합물 (B1-4) 에 관해서, NMR 에 의한 분석을 실시하였다.
Figure pat00158
상기의 결과로부터, 얻어진 화합물 (B1-4) 가 하기에 나타내는 구조를 갖는 것을 확인할 수 있었다.
[화학식 89]
Figure pat00159
[실시예 5 : 화합물 (B1-5) 의 합성예]
(i) 화합물 (7) 의 합성예
상기 실시예 1 중에서 얻은 화합물 (III) 10.0 g 과 아세토니트릴 50 g 을 3 구 플라스크에 첨가하고, 그곳에 이소니코티노일클로라이드염산염 7.35 g 을 첨가하였다. 그 현탁 용액을 빙랭하고, 그곳에 트리에틸아민 8.36 g 을 천천히 적하하였다. 적하 종료 후 빙랭을 멈추고, 실온에서 1.5 시간 교반하였다. 그 후 반응액을 여과하고, 여과액을 감압하에서 농축하였다. 얻어진 조(粗)생성물을 디클로로메탄 130.2 g 에 용해시키고, 물 37.2 g 으로 세정하였다. 유기층을 농축하고, 감압 건조시킴으로써 화합물 (7) 을 10.7 g 얻었다.
[화학식 90]
Figure pat00160
얻어진 화합물 (7) 에 관해서, NMR 에 의한 분석을 실시하였다.
Figure pat00161
상기의 결과로부터, 화합물 (7) 이 하기에 나타내는 구조를 갖는 것을 확인할 수 있었다.
[화학식 91]
Figure pat00162
(ii) 화합물 (B1-5) 의 합성예
실시예 1 의 합성예 (ii) 에 있어서, 화합물 (3) 을 화합물 (7) 로 변경한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 조작하여, 화합물 (B1-5) 를 얻었다.
얻어진 화합물 (B1-5) 에 관해서, NMR 에 의한 분석을 실시하였다.
Figure pat00163
상기의 결과로부터, 얻어진 화합물 (B1-5) 가 하기에 나타내는 구조를 갖는 것을 확인할 수 있었다.
[화학식 92]
Figure pat00164
[실시예 6 : 화합물 (B1-6) 의 합성예]
(i) 화합물 (8) 의 합성예
상기 실시예 1 중에서 얻은 화합물 (II) 3.23 g (순도 : 91.0 ％), 하기 식 (II') 로 나타내는 화합물 (II') 5.00 g, 디클로로에탄 32.2 g 을 넣고, p-톨루엔술폰산 1수화물 0.328 g 을 첨가하여, 110 ℃ 에서 21 시간 환류하였다.
그 후, 여과하고, 잔류물에 메틸에틸케톤 49.4 g 을 첨가 교반하였다. 그 후, 여과하고, 여과물을 건조시킴으로써, 다백색 (茶白色) 고체로서 화합물 (8) 2.62 g (순도 : 43.8 ％, 수율 : 21.3 ％) 을 얻었다.
[화학식 93]
Figure pat00165
(ii) 화합물 (B1-6) 의 합성예
실시예 2 의 합성예 (ii) 에 있어서, 화합물 (4) 를 화합물 (8) 로 변경한 것 이외에는 실시예 2 와 동일하게 조작하여, 화합물 (B1-6) 을 얻었다.
얻어진 화합물 (B1-6) 에 관해서, NMR 에 의한 분석을 실시하였다.
Figure pat00166
상기의 결과로부터, 얻어진 화합물 (B1-6) 이 하기에 나타내는 구조를 갖는 것을 확인할 수 있었다.
[화학식 94]
Figure pat00167
[실시예 7 : 화합물 (B1-7) 의 합성예]
실시예 2 의 합성예 (ii) 에 있어서, 화합물 (4) 를 화합물 (9) 로 변경한 것 이외에는 실시예 2 와 동일하게 조작하여, 화합물 (B1-7) 을 얻었다.
얻어진 화합물 (B1-7) 에 관해서, NMR 에 의한 분석을 실시하였다.
Figure pat00168
상기의 결과로부터, 얻어진 화합물 (B1-7) 이 하기에 나타내는 구조를 갖는 것을 확인할 수 있었다.
[화학식 95]
Figure pat00169
[실시예 8 : 화합물 (B1-8) 의 합성예]
(i) 화합물 (10) 의 합성예
상기 실시예 1 중에서 얻은 화합물 (III) 8.00 g 및 디클로로메탄 150.00 g 에 대하여, 1-아다만탄아세틸클로라이드 7.02 g 및 트리에틸아민 3.18 g 을 빙랭하에서 적하하였다. 적하 종료 후, 실온에서 20 시간 교반하고, 여과하였다. 여과액을 순수 54.6 g 으로 3 회 세정하고, 유기층을 농축 건조시킴으로써 화합물 (10) 을 14.90 g (수율 : 88.0 ％) 얻었다.
[화학식 96]
Figure pat00170
얻어진 화합물 (10) 에 관해서, NMR 에 의한 분석을 실시하였다.
Figure pat00171
상기의 결과로부터, 화합물 (10) 이 하기에 나타내는 구조를 갖는 것을 확인할 수 있었다.
[화학식 97]
Figure pat00172
(ii) 화합물 (B1-8) 의 합성예
실시예 1 의 합성예 (ii) 에 있어서, 화합물 (3) 을 화합물 (10) 으로 변경한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 조작하여, 화합물 (B1-8) 을 얻었다.
얻어진 화합물 (B1-8) 에 관해서, NMR 에 의한 분석을 실시하였다.
Figure pat00173
상기의 결과로부터, 얻어진 화합물 (B1-8) 이 하기에 나타내는 구조를 갖는 것을 확인할 수 있었다.
[화학식 98]
Figure pat00174
<레지스트 조성물의 조제>
(실시예 9, 비교예 1)
표 1 에 나타내는 각 성분을 혼합하고 용해하여, 포지티브형의 레지스트 조성물을 조제하였다.
Figure pat00175
표 1 중, 각 약호는 각각 이하의 것을 나타내고, [ ] 안의 수치는 배합량 (질량부) 이다.
(A)-1 : 하기 화학식 (A1-11-1) 로 나타내는 공중합체, Mw 10000, Mw/Mn 1.5. 식 중, () 의 오른쪽 아래의 수치는 각 구성 단위의 비율 (몰％) 을 나타낸다.
[화학식 99]
Figure pat00176
(B)-1 : 상기 화합물 (B1-6).
(B)-2 : (4-메틸페닐)디페닐술포늄노나플루오로-n-부탄술포네이트.
(D)-1 : 트리-n-펜틸아민.
(E)-1 : 살리실산.
(S)-1 : PGMEA/PGME = 6/4 (질량비) 의 혼합 용제.
(S)-2 : γ-부티로락톤.
<리소그래피 특성의 평가-(1)>
얻어진 레지스트 조성물을 사용하여, 이하의 순서로 레지스트 패턴을 형성하고, 리소그래피 특성을 평가하였다.
[레지스트 패턴 형성-(1)]
8 인치의 실리콘 웨이퍼 상에, 유기계 반사 방지막 조성물 「ARC29A」(상품명, 브루워 사이언스사 제조) 를 스피너를 사용하여 도포하고, 핫 플레이트 상에서 205 ℃, 60 초간 소성하여 건조시킴으로써, 막두께 82 ㎚ 의 유기계 반사 방지막을 형성하였다.
그리고, 그 반사 방지막 상에, 상기 레지스트 조성물을 스피너를 사용하여 각각 도포하고, 핫 플레이트 상에서, 110 ℃ 에서 60 초간의 프레베이크 (PAB) 처리를 실시하여, 건조시킴으로써 막두께 150 ㎚ 의 레지스트막을 형성하였다.
다음으로, 상기 레지스트막에 대하여, ArF 노광 장치 NSR-S302 (니콘사 제조 ; NA (개구수) = 0.60, 2/3 윤대(輪帶) 조명) 에 의해, ArF 엑시머 레이저 (193 ㎚) 를 마스크 패턴 (6 ％ 하프톤 마스크) 를 개재하여 선택적으로 조사하였다.
그리고, 110 ℃ 에서 60 초간의 노광후 가열 (PEB) 처리를 실시하고, 다시 23℃ 에서 2.38 질량％ 테트라메틸암모늄히드록시드 (TMAH) 수용액 NMD-3 (상품명, 토쿄 오카 공업 주식회사 제조) 에 의해 30 초간의 조건으로 알칼리 현상하고, 그 후 30 초간, 순수를 사용하여 물 린스하고, 물기를 털어서 건조시켰다.
그 결과, 어떠한 예에 있어서도, 상기 레지스트막에 라인 폭 120 ㎚, 피치 240 ㎚ 의 라인 앤드 스페이스 패턴 (이하 「L/S 패턴」이라고 한다.) 이 형성되었다.
[감도-(1)]
상기의 레지스트 패턴 형성에 있어서, 라인 폭 120 ㎚, 피치 240 ㎚의 L/S 패턴이 형성되는 최적 노광량 Eop (mJ/㎠ ; 감도) 를 구하였다. 그 결과를 표 2 에 나타낸다.
[노광량 (EL) 마진의 평가]
상기 Eop 에서, L/S 패턴의 라인이 타깃 치수 (라인 폭 120 ㎚) 의 ±5 ％ (114 ㎚ ∼ 126 ㎚) 의 범위 내에서 형성될 때의 노광량을 구하여, 다음 식에 의해 EL 마진 (단위 : ％) 을 구하였다. 그 결과를 표 2 에 나타낸다.
EL 마진 (％) = (|E1 - E2| / Eop) × 100
E1 : 라인 폭 114 ㎚ 의 L/S 패턴이 형성되었을 때의 노광량 (mJ/㎠)
E2 : 라인 폭 126 ㎚ 의 L/S 패턴이 형성되었을 때의 노광량 (mJ/㎠)
Figure pat00177
표 2 의 결과로부터, 본 발명에 관련된 화합물 (B1-6) 으로 이루어지는 산발생제를 함유하는 실시예 9 의 레지스트 조성물은, 비교예 1 의 레지스트 조성물에 비하여 EL 마진이 양호한 것을 확인할 수 있었다.
[레지스트 패턴 형상의 평가-(1)]
상기의 레지스트 패턴 형성에 의해 얻어진 L/S 패턴에 관해서, 주사형 전자 현미경 (SEM) 을 사용하여 상공에서부터 레지스트 패턴 형상을 관찰하였다.
그 결과, 실시예 9 의 L/S 패턴은, 비교예 1 의 L/S 패턴과 비교하여, 표면의 거칠기와 라인 에지 러프니스가 적은 양호한 형상인 것을 확인할 수 있었다.
<화합물 (B1') 의 합성>
(실시예 10 ∼ 13)
이하에 나타내는 합성예에 의해, 신규 화합물 (B1-1') ∼ (B1-4') 를 각각 합성하였다.
[실시예 10 : 화합물 (B1-1') 의 합성예]
디클로로메탄 (20 g) 과 물 (20 g) 에 화합물 (2) (2 g) 을 첨가하고, 교반하였다. 추가로 화합물 (3') (2.16 g) 을 첨가하고, 1 시간 교반하였다. 반응액을 분액한 후, 물 (20 g) 로 4 회 세정하였다. 세정 후, 유기 용매층을 농축 건조 고화시킴으로써 화합물 (B1-1') 2.1 g 을 얻었다.
얻어진 화합물 (B1-1') 에 관해서, NMR 에 의한 분석을 실시하였다.
Figure pat00178
상기의 결과로부터, 얻어진 화합물 (B1-1') 가 하기에 나타내는 구조를 갖는 것을 확인할 수 있었다.
[화학식 100]
Figure pat00179
[실시예 11 : 화합물 (B1-2') 의 합성예]
(i) 화합물 (4') 의 합성예
교반기, 온도계를 구비한 3 구 플라스크에, 트리플루오로메탄술폰아미드 2.35 g 및 아세톤 11.75 g 을 첨가하고 용해한 후, 그곳에 탄산나트륨 3.34 g 을 첨가하여, 실온에서 10 분간 교반하였다. 반응액을 빙랭하고, 시클로헥실술포닐클로라이드 3.20 g 을 천천히 첨가하였다. 그 후, 실온에서 60 시간 교반하고, 반응 혼합물을 여과하여, 여과액을 건조시켰다. 마지막으로, tert-부틸메틸에테르 (TBME) 로 세정함으로써, 하기 화합물 (4') 1.94 g 을 얻었다.
얻어진 화합물 (4') 에 관해서, NMR 에 의한 분석을 실시하였다.
Figure pat00180
상기의 결과로부터, 화합물 (4') 가 하기에 나타내는 구조를 갖는 것을 확인할 수 있었다.
[화학식 101]
Figure pat00181
(ii) 화합물 (B1-2') 의 합성예
디클로로메탄 (20 g) 과 물 (20 g) 에 화합물 (2) (2 g) 을 첨가하고, 교반하였다. 추가로 화합물 (4') (1.64 g) 을 첨가하고, 1 시간 교반하였다. 반응액을 분액한 후, 물 (20 g) 로 4 회 세정하였다. 세정 후, 유기 용매층을 농축 건조 고화시킴으로써 화합물 (B1-2') 2.2 g 을 얻었다.
얻어진 화합물 (B1-2') 에 관해서, NMR 에 의한 분석을 실시하였다.
Figure pat00182
상기의 결과로부터, 얻어진 화합물 (B1-2') 가 하기에 나타내는 구조를 갖는 것을 확인할 수 있었다.
[화학식 102]
Figure pat00183
[실시예 12 : 화합물 (B1-3') 의 합성예]
디클로로메탄 (20 g) 과 물 (20 g) 에 화합물 (2) (2 g) 을 첨가하고, 교반하였다. 추가로 화합물 (5') (2.07 g) 을 첨가하고, 1 시간 교반하였다. 반응액을 분액한 후, 물 (20 g) 로 4 회 세정하였다. 세정 후, 유기 용매층을 농축 건조 고화시킴으로써 화합물 (B1-3') 2.1 g 을 얻었다.
얻어진 화합물 (B1-3') 에 관해서, NMR 에 의한 분석을 실시하였다.
Figure pat00184
상기의 결과로부터, 얻어진 화합물 (B1-3') 가 하기에 나타내는 구조를 갖는 것을 확인할 수 있었다.
[화학식 103]
Figure pat00185
[실시예 13 : 화합물 (B1-4') 의 합성예]
(i) 화합물 (6') 의 합성예
트리플루오로메탄술폰아미드 1.71 g 과 THF 17.1 g 을 빙랭에서 교반하고, 수소화나트륨 0.45 g 을 첨가하였다. 그곳에, 화합물 (I') 3.62 g 과 THF 7.24 g 의 혼합액을, 10 ℃ 이하를 유지하면서 첨가한 후, 환류 상태에서 20 시간 반응시켰다. 그 후, 물 22 ㎖, t-부틸메틸에테르 (TBME) 44 g 의 순서로 첨가하여 교반하고, TBME 층을 회수하였다. 이것을 건조 고화 정제함으로써, 화합물 (6') 로 투명 액체 1.2 g (순도 ％, 수율 24 ％) 을 얻었다.
얻어진 화합물 (6') 에 관해서, NMR 에 의한 분석을 실시하였다.
Figure pat00186
상기의 결과로부터, 화합물 (6') 가 하기에 나타내는 구조를 갖는 것을 확인할 수 있었다.
[화학식 104]
Figure pat00187
(ii) 화합물 (B1-4') 의 합성예
디클로로메탄 (20 g) 과 물 (20 g) 에 화합물 (2) (2 g) 을 첨가하고, 교반하였다. 추가로 화합물 (6') (2.57 g) 을 첨가하고, 1 시간 교반하였다. 반응액을 분액한 후, 물 (20 g) 로 4 회 세정하였다. 세정 후, 유기 용매층을 농축 건조 고화시킴으로써 화합물 (B1-4') 2.7 g 을 얻었다.
얻어진 화합물 (B1-4') 에 관해서, NMR 에 의한 분석을 실시하였다.
Figure pat00188
상기의 결과로부터, 얻어진 화합물 (B1-4') 가 하기에 나타내는 구조를 갖는 것을 확인할 수 있었다.
[화학식 105]
Figure pat00189
<레지스트 조성물의 조제>
(실시예 14, 비교예 2)
표 3 에 나타내는 각 성분을 혼합하고 용해하여, 포지티브형의 레지스트 조성물을 조제하였다.
Figure pat00190
표 3 중, 각 약호는 각각 이하의 것을 나타내고, [ ] 안의 수치는 배합량 (질량부) 이다.
(A)-1 : 상기 화학식 (A1-11-1) 로 나타내는 공중합체, Mw 10000, Mw/Mn 1.5.
(B)-1' : 상기 화합물 (B1-4').
(B)-2 : (4-메틸페닐)디페닐술포늄노나플루오로-n-부탄술포네이트.
(D)-1 : 트리-n-펜틸아민.
(E)-1 : 살리실산.
(S)-1 : PGMEA/PGME = 6/4 (질량비) 의 혼합 용제.
(S)-2 : γ-부티로락톤.
<리소그래피 특성의 평가-(2)>
얻어진 레지스트 조성물을 사용하여 이하의 순서로 레지스트 패턴을 형성하고, 리소그래피 특성을 평가하였다.
[레지스트 패턴 형성-(2)]
상기 [레지스트 패턴 형성-(1)] 과 동일하게 레지스트 패턴을 형성하였다.
그 결과, 어떠한 예에 있어서도, 상기 레지스트막에 라인 폭 120 ㎚, 피치 240 ㎚ 의 L/S 패턴이 형성되었다.
[감도-(2)]
상기의 레지스트 패턴 형성에 있어서, 라인 폭 120 ㎚, 피치 240 ㎚ 의 L/S 패턴이 형성되는 최적 노광량 Eop (mJ/㎠ ; 감도) 를 구하였다. 그 결과를 표 3 에 나타낸다.
[레지스트 패턴 형상의 평가-(2)]
상기의 레지스트 패턴 형성에 의해 얻어진 L/S 패턴에 관해서, 주사형 전자 현미경 (SEM) 을 사용하여 상공에서부터 레지스트 패턴 형상을 관찰하였다.
그 결과, 실시예 14 의 L/S 패턴은, 비교예 2 의 L/S 패턴과 비교하여, 표면의 거칠기와 라인 에지 러프니스가 적은 양호한 형상인 것을 확인할 수 있었다.
<화합물의 합성 (B1")>
(실시예 15 ∼ 16)
이하에 나타내는 합성예에 의해, 신규 화합물 (B1-1") ∼ (B1-2") 를 각각 합성하였다.
[실시예 15 : 화합물 (B1-1") 의 합성예]
(i) 화합물 (3") 의 합성예
5.0 g 의 2-나프틸메틸옥시테트라플루오로에탄술포닐플루오라이드에 16.7 ㎖ 의 테트라히드로푸란을 첨가하고, 빙욕 중에서 그 용액에, 0.98 g 의 수산화리튬을 13.6 ㎖ 의 순수에 녹인 수용액을 적하하였다. 그 후, 빙욕 중에서 교반하였다. -SO2F 에 의한 -217.6 ppm 에서의 19F-NMR 의 흡수가 없어진 것에 의해서, 모든 불소화 술포닐기가 술폰산리튬으로 전화된 것이 확인되었다.
그 후, 반응 용액을 농축, 건조시킴으로써 백색의 점성 고체를 얻었다. 얻어진 조생성물을 14.2 ㎖ 의 아세톤에 용해시키고, 부생성물인 LiF 를 제거하기 위해 여과하고, 여과액을 농축함으로써 5.50 g 의 전구체인 화합물 (3") 를 얻었다.
[화학식 106]
Figure pat00191
(ii) 화합물 (B1-1") 의 합성예
디클로로메탄 (20 g) 과 물 (20 g) 에 화합물 (2) (2 g) 을 첨가하고, 교반하였다. 추가로 화합물 (3") (1.87 g) 을 첨가하고, 1 시간 교반하였다. 반응액을 분액한 후, 물 (20 g) 로 4 회 세정하였다. 세정 후, 유기 용매층을 농축 건조 고화시킴으로써 화합물 (B1-1") 2.4 g 을 얻었다.
얻어진 화합물 (B1-1") 에 관해서, NMR 에 의한 분석을 실시하였다.
Figure pat00192
상기의 결과로부터, 얻어진 화합물 (B1-1") 가 하기에 나타내는 구조를 갖는 것을 확인할 수 있었다.
[화학식 107]
Figure pat00193
[실시예 16 : 화합물 (B1-2") 의 합성예]
(i) 화합물 (4") 의 합성예
불화은 28.57 g 에 디글림 142.35 g 을 첨가하여 0 ℃ 까지 냉각하고, 테트라플루오로-1,2-옥사티에탄-2,2-디옥사이드 40.55 g 을 적하하였다. 실온에서 1 시간 교반한 후, 다시 계 내를 0 ℃ 까지 냉각하였다. 그곳에, 1-브로모아다만탄 49.94 g 의 디글림 (99.88 g) 용액을 적하하고, 실온에서 14 시간 교반하였다. 그곳에, 헥산 508 ㎖ 를 첨가하고, 계 내를 0 ℃ 로 냉각하였다. 물 127 ㎖ 를 0 ℃ 에서 적하한 후, 10 분간 교반하였다. 불용물을 여과 분리한 후, 여과액을 분액하였다. 얻어진 유기층을 포화 식염수 169 ㎖ 로 세정하고, 황산마그네슘으로 건조시킨 후, 감압 농축하였다. 잔류물에 헥산 254 ㎖ 를 첨가하고, 석출된 결정을 여과 분리 후, 여과액을 감압 농축함으로써, 23.30 g 의 1-아다만톡시테트라플루오로에탄술포닐플루오라이드 (화합물 A) 를 얻었다 (수율 : 30 ％).
화합물 A 에 관해서, NMR 에 의한 분석을 실시하였다.
Figure pat00194
상기의 결과로부터, 화합물 A 가 하기에 나타내는 구조를 갖는 것을 확인할 수 있었다.
[화학식 108]
Figure pat00195
다음으로, 10 g 의 1-아다만톡시테트라플루오로에탄술포닐플루오라이드 (화합물 A) 에 16.7 ㎖ 의 테트라히드로푸란을 첨가하고, 빙욕 중에서 그 용액에 0.64 g 의 수산화리튬을 13.6 ㎖ 의 순수에 녹인 수용액을 적하하였다. 그 후, 빙욕 중에서 교반하였다. 그 후, 반응 용액을 여과하여 LiF 를 제거한 후, 여과액을 t-부틸메틸에테르 33.4 ㎖ 로 세정하고, 분액하여 수용액을 회수함으로써, 화합물 (4") 의 32 질량％ 수용액을 얻었다 (수율 : 70 ％).
화합물 (4") 에 관해서, NMR 에 의한 분석을 실시하였다.
Figure pat00196
상기의 결과로부터, 화합물 (4") 가 하기에 나타내는 구조를 갖는 것을 확인할 수 있었다.
[화학식 109]
Figure pat00197
(ii) 화합물 (B1-2") 의 합성예
디클로로메탄 (20 g) 과 물 (20 g) 에 화합물 (2) (2 g) 을 첨가하고, 교반하였다. 추가로 화합물 (4") (1.84 g) 을 첨가하고, 1 시간 교반하였다. 반응액을 분액한 후, 물 (20 g) 로 4 회 세정하였다. 세정 후, 유기 용매층을 농축 건조 고화시킴으로써 화합물 (B1-2") 2.3 g 을 얻었다.
얻어진 화합물 (B1-2") 에 관해서, NMR 에 의한 분석을 실시하였다.
Figure pat00198
상기의 결과로부터, 얻어진 화합물 (B1-2") 가 하기에 나타내는 구조를 갖는 것을 확인할 수 있었다.
[화학식 110]
Figure pat00199
<레지스트 조성물의 조제>
(실시예 17 ∼ 18, 비교예 3)
표 4 에 나타내는 각 성분을 혼합하고 용해하여, 포지티브형의 레지스트 조성물을 조제하였다.
Figure pat00200
표 1 중, 각 약호는 각각 이하의 것을 나타내고, [ ] 안의 수치는 배합량 (질량부) 이다.
(A)-1 : 상기 화학식 (A1-11-1) 로 나타내는 공중합체, Mw 10000, Mw/Mn 1.5.
(B)-1" : 상기 화합물 (B1-1").
(B)-2" : 상기 화합물 (B1-2").
(B)-2 : (4-메틸페닐)디페닐술포늄노나플루오로-n-부탄술포네이트.
(D)-1 : 트리-n-펜틸아민.
(E)-1 : 살리실산.
(S)-1 : PGMEA/PGME = 6/4 (질량비) 의 혼합 용제.
(S)-2 : γ-부티로락톤.
<리소그래피 특성의 평가-(3)>
얻어진 레지스트 조성물을 사용하여 이하의 순서로 레지스트 패턴을 형성하고, 리소그래피 특성을 평가하였다.
[레지스트 패턴 형성-(3)]
상기 [레지스트 패턴 형성-(1)] 과 동일하게 레지스트 패턴을 형성하였다.
그 결과, 어떠한 예에 있어서도, 상기 레지스트막에 라인 폭 120 ㎚, 피치 240 ㎚ 의 L/S 패턴이 형성되었다.
[감도-(3)]
상기의 레지스트 패턴 형성에 있어서, 라인 폭 120 ㎚, 피치 240 ㎚ 의 L/S 패턴이 형성되는 최적 노광량 Eop (mJ/㎠ ; 감도) 를 구하였다. 그 결과를 표 4 에 나타낸다.
[레지스트 패턴 형상의 평가-(3)]
상기의 레지스트 패턴 형성에 의해 얻어진 L/S 패턴에 관해서, 주사형 전자 현미경 (SEM) 을 사용하여 상공에서부터 레지스트 패턴 형상을 관찰하였다.
그 결과, 실시예 17 및 실시예 18 의 L/S 패턴은 모두, 비교예 3 의 L/S 패턴과 비교하여, 표면의 거칠기와 라인 에지 러프니스가 적은 양호한 형상인 것을 확인할 수 있었다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였는데, 본 발명은 이들 실시예에 한정되지 않는다. 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서, 구성의 부가, 생략, 치환, 및 그 밖의 변경이 가능하다. 본 발명은 전술한 설명에 의해서 한정되지 않고, 첨부된 클레임의 범위에 의해서만 한정된다.

Claims (9)

  1. 산의 작용에 의해 알칼리 현상액에 대한 용해성이 변화되는 기재 성분 (A), 및 노광에 의해 산을 발생하는 산발생제 성분 (B) 를 함유하는 레지스트 조성물로서,
    상기 산발생제 성분 (B) 는, 하기 일반식 (b1-1") 로 나타내는 화합물로 이루어지는 산발생제 (B1") 을 함유하는 것을 특징으로 하는 레지스트 조성물.
    Figure pat00201

    [식 (b1-1") 중, R1" ∼ R3" 는 각각 독립적으로 치환기를 가지고 있어도 되는 아릴기 또는 알킬기를 나타내고, R1" ∼ R3" 중 적어도 1 개는, 수소 원자의 일부가 하기 일반식 (b1-1-0) 으로 나타내는 기로 치환된 치환 아릴기이고, R1" ∼ R3" 중 어느 2 개가 서로 결합하여 식 중의 황 원자와 함께 고리를 형성해도 된다. X 는 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소수 3 ∼ 30 의 탄화수소기이고, Q2 는 단결합 또는 알킬렌기이고, p 는 1 ∼ 3 의 정수이다.]
    Figure pat00202

    [식 (b1-1-0) 중, W 는 탄소수 2 ∼ 10 의 직사슬형 또는 분기사슬형의 알킬렌기이다.]
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기재 성분 (A) 가 산의 작용에 의해 알칼리 현상액에 대한 용해성이 증대되는 기재 성분인 레지스트 조성물.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 기재 성분 (A) 가
    Figure pat00203
    위치의 탄소 원자에 치환기가 결합되어 있어도 되는 아크릴산에스테르로부터 유도되는 구성 단위로서 산해리성 용해 억제기를 함유하는 구성 단위 (a1) 을 갖는 수지 성분 (A1) 을 함유하는 레지스트 조성물.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 수지 성분 (A1) 이, 추가로,
    Figure pat00204
    위치의 탄소 원자에 치환기가 결합되어 있어도 되는 아크릴산에스테르로부터 유도되는 구성 단위로서 락톤 함유 고리형기를 함유하는 구성 단위 (a2) 를 갖는 레지스트 조성물.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 수지 성분 (A1) 이, 추가로,
    Figure pat00205
    위치의 탄소 원자에 치환기가 결합되어 있어도 되는 아크릴산에스테르로부터 유도되는 구성 단위로서 극성기 함유 지방족 탄화수소기를 함유하는 구성 단위 (a3) 을 갖는 레지스트 조성물.
  6. 제 1 항에 있어서,
    추가로, 함질소 유기 화합물 성분 (D) 를 함유하는 레지스트 조성물.
  7. 지지체 상에, 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 레지스트 조성물을 사용하여 레지스트막을 형성하는 공정, 상기 레지스트막을 노광하는 공정, 및 상기 레지스트막을 알칼리 현상하여 레지스트 패턴을 형성하는 공정을 포함하는 레지스트 패턴 형성 방법.
  8. 하기 일반식 (b1-1") 로 나타내는 화합물.
    Figure pat00206

    [식 (b1-1") 중, R1" ∼ R3" 는 각각 독립적으로 치환기를 가지고 있어도 되는 아릴기 또는 알킬기를 나타내고, R1" ∼ R3" 중 적어도 1 개는, 수소 원자의 일부가 하기 일반식 (b1-1-0) 으로 나타내는 기로 치환된 치환 아릴기이고, R1" ∼ R3" 중 어느 2 개가 서로 결합하여 식 중의 황 원자와 함께 고리를 형성해도 된다. X 는 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소수 3 ∼ 30 의 탄화수소기이고, Q2 는 단결합 또는 알킬렌기이고, p 는 1 ∼ 3 의 정수이다.]
    Figure pat00207

    [식 (b1-1-0) 중, W 는 탄소수 2 ∼ 10 의 직사슬형 또는 분기사슬형의 알킬렌기이다.]
  9. 제 8 항에 기재된 화합물로 이루어지는 산발생제.
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