KR20160072810A - 염, 산 발생제, 레지스트 조성물 및 레지스트 패턴의 제조 방법 - Google Patents

염, 산 발생제, 레지스트 조성물 및 레지스트 패턴의 제조 방법 Download PDF

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KR20160072810A
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Abstract

우수한 라인 엣지 러프니스로 레지스트 패턴을 제작할 수 있는 레지스트 조성물에 이용하는 염, 산 발생제 및 레지스트 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
식 (I)로 나타내어지는 염, 이것을 포함하는 산 발생제 및 레지스트 조성물.
Figure pat00107

[식 중, R1 및 R2는, 각각 독립적으로, 수소 원자, 히드록시기 또는 탄화수소기; m 및 n은, 각각 1 또는 2; Ar은, 치환기를 갖고 있어도 되는 페닐기; Q1 및 Q2는, 각각 불소 원자 또는 퍼플루오로알킬기; A1은, 단결합, 탄소수 1∼24의 알칸디일기 등; Y는, 수소 원자 또는 지환식 탄화수소기를 나타내고, 지환식 탄화수소기는 1 이상의 치환기를 가지거나, 지환식 탄화수소기에 포함되는 -CH2-의 1 이상은, -O-, -SO2- 또는 -CO-로 치환되어 있다.]

Description

염, 산 발생제, 레지스트 조성물 및 레지스트 패턴의 제조 방법{SALT, ACID GENERATOR, RESIST COMPOSITION AND METHOD FOR PRODUCING RESIST PATTERN}
본 발명은, 반도체의 미세 가공에 이용되는 염, 당해 염을 포함하는 산 발생제, 레지스트 조성물 및 레지스트 패턴의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 집적 회로의 제조에 있어서, 반도체 기판에 대하여 불순물을 도핑하기 위해, 레지스트 패턴을 이용하여 이온 주입(이온 인플랜테이션이라고도 한다)이 행해지고 있다. 특허문헌 1에는, 산 발생제용의 염으로서, 하기 식으로 나타내어지는 염을 함유하는 레지스트 조성물이 기재되어 있다.
Figure pat00001
일본 공개특허 특개2012-224611호 공보
상기 식으로 나타내어지는 염을 포함하는 레지스트 조성물은, 이온 주입용의 마스크로서 이용되는 것 같은 비교적 두꺼운 막의 레지스트 패턴을 형성한 경우, 레지스트 패턴의 라인 엣지 러프니스(LER)가 반드시 충분히 만족할 수 없는 경우가 있었다.
본 발명은, 이하의 발명을 포함한다.
[1] 식 (I)로 나타내어지는 염.
Figure pat00002
[식 (I) 중,
R1 및 R2는, 각각 독립적으로, 수소 원자, 히드록시기 또는 탄소수 1∼12의 탄화수소기를 나타내고, 당해 탄화수소기에 포함되는 -CH2-는, -O- 또는 -CO-로 치환되어 있어도 된다.
m 및 n은, 각각 독립적으로, 1 또는 2를 나타낸다. m이 2일 때, 2개의 R1은 동일 또는 상이하며, n이 2일 때, 2개의 R2는 동일 또는 상이하다.
Ar은, 치환기를 갖고 있어도 되는 페닐기를 나타낸다.
Q1 및 Q2는, 각각 독립적으로, 불소 원자 또는 탄소수 1∼6의 퍼플루오로알킬기를 나타낸다.
A1은, 단결합, 탄소수 1∼24의 알칸디일기 또는 *-A2-X1-(A3-X2)a-(A4)b-를 나타내고, *은 카르보닐기와의 결합손을 나타낸다.
A2, A3 및 A4는, 각각 독립적으로, 탄소수 1∼6의 알칸디일기를 나타낸다.
X1 및 X2는, 각각 독립적으로, -O-, -CO-O- 또는 -O-CO-를 나타낸다.
a는, 0 또는 1을 나타낸다.
b는, 0 또는 1을 나타낸다.
Y는, 수소 원자 또는 치환기를 갖고 있어도 되는 탄소수 3∼18의 1가의 지환식 탄화수소기를 나타내고, 당해 1가의 지환식 탄화수소기에 포함되는 -CH2-는, -O-, -SO2- 또는 -CO-로 치환되어 있어도 된다. 단, 당해 1가의 지환식 탄화수소기는, 적어도 하나의 치환기를 가지거나, 당해 1가의 지환식 탄화수소기에 포함되는 -CH2- 중 적어도 하나는, -O-, -SO2- 또는 -CO-로 치환되어 있다.]
[2] A1이, 단결합인 [1]에 기재된 염.
[3] Y가, 치환기를 갖고 있어도 되는 탄소수 3∼18의 1가의 지환식 탄화수소기를 나타내고, 당해 1가의 지환식 탄화수소기는, 적어도 하나의 치환기를 가지거나, 지환식 탄화수소기에 포함되는 적어도 하나의 -CH2-는, -O-, -SO2- 또는 -CO-로 치환되는 [1] 또는 [2]에 기재된 염.
[4] [1]∼[3] 중 어느 하나에 기재된 염을 유효 성분으로서 함유하는 산 발생제.
[5] [4]에 기재된 산 발생제와 산 불안정기를 갖는 수지를 함유하는 레지스트 조성물.
[6] 산 발생제로부터 발생하는 산보다 산성도가 약한 산을 발생하는 염을 함유하는 [5]에 기재된 레지스트 조성물.
[7] (1) [5] 또는 [6]에 기재된 레지스트 조성물을 기판상에 도포하는 공정,
(2) 도포 후의 조성물을 건조시켜 조성물층을 형성하는 공정,
(3) 조성물층에 노광하는 공정,
(4) 노광 후의 조성물층을 가열하는 공정, 및
(5) 가열 후의 조성물층을 현상하는 공정을 포함하는 레지스트 패턴의 제조 방법.
본 발명의 염 및/또는 당해 염을 포함하는 산 발생제를 함유하는 레지스트 조성물은, 이온 주입용의 마스크로서 이용되는 것 같은 비교적 두꺼운 막의 레지스트 패턴을 형성하는 경우에, 우수한 라인 엣지 러프니스를 갖는 레지스트 패턴을 제조할 수 있다.
본 명세서에서는, 특별히 기재하지 않는 한, 화합물의 구조식의 설명에 있어서 「지방족 탄화수소기」는 직쇄상 또는 분기상의 탄화수소기를 의미하고, 「지환식 탄화수소기」는 지환식 탄화수소의 환으로부터 가수(價數)에 상당하는 수의 수소 원자를 제거한 기를 의미한다. 「방향족 탄화수소기」는 방향환에 탄화수소기가 결합한 기도 포함한다. 입체 이성체(立體異性體)가 존재하는 경우에는, 모든 입체 이성체를 포함한다.
본 명세서에 있어서, 「(메타)아크릴계 모노머」란, 「CH2＝CH-CO-」 또는 「CH2＝C(CH3)-CO-」의 구조를 갖는 모노머 중 적어도 1종을 의미한다. 마찬가지로 「(메타)아크릴레이트」 및 「(메타)아크릴산」이란, 각각 「아크릴레이트 및 메타크릴레이트 중 적어도 1종」 및 「아크릴산 및 메타크릴산 중 적어도 1종」을 의미한다. 또, 본 명세서 중에 기재하는 기에 있어서, 직쇄 구조와 분기 구조의 양방을 취할 수 있는 것에 대해서는, 그 어느 것이어도 된다.
< 염 (I) >
본 발명의 염은, 식 (I)로 나타내어지는 염(이하, 「염 (I)」이라고 하는 경우가 있다)이다.
Figure pat00003
[식 (I) 중,
R1 및 R2는, 각각 독립적으로, 수소 원자, 히드록시기 또는 탄소수 1∼12의 탄화수소기를 나타내고, 당해 탄화수소기에 포함되는 -CH2-는, -O- 또는 -CO-로 치환되어 있어도 된다.
m 및 n은, 각각 독립적으로, 1 또는 2를 나타내고, m이 2일 때, 2개의 R1은 동일 또는 상이하며, n이 2일 때, 2개의 R2는 동일 또는 상이하다.
Ar은, 치환기를 갖고 있어도 되는 페닐기를 나타낸다.
Q1 및 Q2는, 각각 독립적으로, 불소 원자 또는 탄소수 1∼6의 퍼플루오로알킬기를 나타낸다.
A1은, 단결합, 탄소수 1∼24의 알칸디일기 또는 *-A2-X1-(A3-X2)a-(A4)b-를 나타내고, *은 카르보닐기와의 결합 위치를 나타낸다.
A2, A3 및 A4는, 각각 독립적으로, 탄소수 1∼6의 알칸디일기를 나타낸다.
X1 및 X2는, 각각 독립적으로, -O-, -CO-O- 또는 -O-CO-를 나타낸다.
a는, 0 또는 1을 나타낸다.
b는, 0 또는 1을 나타낸다.
Y는, 수소 원자 또는 치환기를 갖고 있어도 되는 탄소수 3∼18의 1가의 지환식 탄화수소기를 나타내고, 당해 1가의 지환식 탄화수소기에 포함되는 -CH2-는, -O-, -SO2- 또는 -CO-로 치환되어 있어도 된다. 단, Y는, 적어도 하나의 치환기를 가지거나, 상기 1가의 지환식 탄화수소기에 포함되는 -CH2- 중 적어도 하나는, -O-, -SO2- 또는 -CO-로 치환되어 있다.]
R1 및 R2의 탄화수소기로서는, 알킬기, 지환식 탄화수소기, 방향족 탄화수소기 및 이들을 조합함으로써 형성되는 기 등을 들 수 있다.
알킬기로서는, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, 펜틸기, 헥실기, 헵틸기, 2-에틸헥실기, 옥틸기, 노닐기, 데실기, 운데실기 및 도데실기 등을 들 수 있다.
지환식 탄화수소기로서는, 단환식 또는 다환식 중 어느 것이어도 되고, 단환식의 지환식 탄화수소기로서는, 시클로프로필기, 시클로부틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 메틸시클로헥실기, 디메틸시클로헥실기, 시클로헵틸기, 시클로옥틸기, 시클로데실기 등의 시클로알킬기를 들 수 있다. 다환식의 지환식 탄화수소기로서는, 데카히드로나프틸기, 아다만틸기, 2-알킬아다만탄-2-일기, 1-(아타만탄-1-일) 알칸-1-일기, 노르보르닐기, 메틸노르보르닐기 및 이소보르닐기 등을 들 수 있다.
방향족 탄화수소기로서는, 페닐기, 나프틸기 등을 들 수 있다.
이들을 조합함으로써 형성되는 기로서는, 아랄킬기를 들 수 있고, 벤질기, 페네틸기 등을 들 수 있다.
탄화수소기에 포함되는 -CH2-가, -O- 또는 -CO-로 치환된 기로서는, 메톡시기, 에톡시기, 부톡시기, 아세틸기, 메톡시카르보닐기, 아세틸옥시기, 부톡시카르보닐옥시기, 벤조일옥시기 등을 들 수 있다.
m은, 2인 것이 바람직하다.
n은, 2인 것이 바람직하다.
m 및 n 중, 적어도 하나가 2인 것이 바람직하고, m 및 n이 모두 2인 것이 보다 바람직하다.
R1은, 수소 원자가 바람직하다.
R2는, 수소 원자가 바람직하다.
R1 및 R2는，모두 수소 원자인 것이 바람직하다.
Ar의 치환기로서는, 히드록시기, 탄소수 1∼12의 알킬기, 탄소수 1∼12의 알콕시기, 탄소수 2∼18의 알킬카르보닐옥시기, 탄소수 7∼18의 아릴카르보닐옥시기 또는 탄소수 2∼18의 알콕시카르보닐옥시기를 들 수 있고, 탄소수 1∼12의 알콕시기에 포함되는 -CH2-는, -O-로 치환되어 있어도 된다.
Ar의 치환기로서는, 바람직하게는, 히드록시기, 탄소수 1∼12의 알킬기, 탄소수 1∼12의 알콕시기이고, 보다 바람직하게는, 탄소수 1∼12의 알킬기이며, 더 바람직하게는, 탄소수 1∼4의 알킬기이다.
알킬기로서는, R1 및 R2의 탄화수소기로서 든 것과 마찬가지의 것을 들 수 있다.
알콕시기로서는, 메톡시기, 에톡시기, 프로폭시기, 부톡시기, 펜틸옥시기, 헥실옥시기, 헵틸옥시기, 옥틸옥시기, 데실옥시기 및 도데실옥시기 등을 들 수 있다. 바람직하게는, 탄소수 1∼6의 알콕시기이고, 보다 바람직하게는 메톡시기이다.
알킬카르보닐옥시기로서는, 메틸카르보닐옥시기, 에틸카르보닐옥시기, n-프로필카르보닐옥시기, 이소프로필카르보닐옥시기, n-부틸카르보닐옥시기, sec-부틸카르보닐옥시기, tert-부틸카르보닐옥시기, 펜틸카르보닐옥시기, 헥실카르보닐옥시기, 옥틸카르보닐옥시기 및 2-에틸헥실카르보닐옥시기 등을 들 수 있다. 바람직하게는, 탄소수 2∼12의 알킬카르보닐옥시기이고, 보다 바람직하게는 메틸카르보닐옥시기이다.
아릴카르보닐옥시기로서는, 페닐카르보닐옥시기, 토실카르보닐옥시기 등을 들 수 있다. 바람직하게는, 탄소수 7∼12의 아릴카르보닐옥시기이고, 보다 바람직하게는 페닐카르보닐옥시기이다.
알콕시카르보닐옥시기로서는, 메톡시카르보닐옥시기, 에톡시카르보닐옥시기, n-프로폭시카르보닐옥시기, 이소프로폭시카르보닐옥시기, n-부톡시카르보닐옥시기, sec-부톡시카르보닐옥시기, tert-부톡시카르보닐옥시기, 펜틸옥시카르보닐옥시기, 헥실옥시카르보닐옥시기, 옥틸옥시카르보닐옥시기 및 2-에틸헥실옥시카르보닐옥시기 등을 들 수 있다. 바람직하게는, 탄소수 2∼8의 알킬옥시카르보닐옥시기이고, 보다 바람직하게는 tert-부톡시카르보닐옥시기이다.
Ar은, 알킬기 또는 알콕시기를 갖고 있어도 되는 페닐기가 바람직하며, 알킬기를 갖고 있어도 되는 페닐기가 보다 바람직하다.
염 (I)의 카티온으로서는, 이하의 식 (I-c-1)∼식 (I-c-13)으로 나타내어지는 카티온 등을 들 수 있다.
Figure pat00004
그 중에서도, 식 (I-c-1), 식 (I-c-3), 식 (I-c-4), 식 (I-c-7), 식 (I-c-12) 및 식 (I-c-13)으로 나타내어지는 카티온이 바람직하고, 식 (I-c-1), 식 (I-c-3) 및 식 (I-c-4)로 나타내어지는 카티온이 보다 바람직하다.
Q1 및 Q2의 퍼플루오로알킬기로서는, 트리플루오로메틸기, 퍼플루오로에틸기, 퍼플루오로프로필기, 퍼플루오로이소프로필기, 퍼플루오로부틸기, 퍼플루오로 sec-부틸기, 퍼플루오로 tert-부틸기, 퍼플루오로펜틸기 및 퍼플루오로헥실기 등을 들 수 있다.
Q1 및 Q2는, 각각 독립적으로, 불소 원자 또는 트리플루오로메틸기가 바람직하고, 불소 원자가 보다 바람직하다. Q1 및 Q2가, 모두 불소 원자인 것이 더 바람직하다.
A1, A2, A3 및 A4의 알칸디일기로서는, 메틸렌기, 에틸렌기, 프로판-1,3-디일기, 부탄-1,4-디일기, 펜탄-1,5-디일기 및 헥산-1,6-디일기 등의 직쇄상 알칸디일기나, 직쇄상 알칸디일기에, 알킬기(특히, 탄소수 1∼4의 알킬기, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기 등)의 측쇄를 갖는 것, 에탄-1,1-디일기, 프로판-1,2-디일기, 부탄-1,3-디일기, 2-메틸프로판-1,3-디일기, 2-메틸프로판-1,2-디일기, 펜탄-1,4-디일기 및 2-메틸부탄-1,4-디일기 등의 분기상 알칸디일기를 들 수 있다.
*-A2-X1-(A3-X2)a-(A4)b-로서는, *-A2-O-, *-A2-CO-O-, *-A2-CO-O-A4-, *-A2-O-CO-, *-A2-CO-O-A3-CO-O-, *-A2-CO-O-A3-CO-O-A4-, *-A2-O-CO-A3-O-, *-A2-O-A3-CO-O-, *-A2-CO-O-A3-O-CO-, *-A2-O-CO-A3-O-CO-를 들 수 있다. 그 중에서도 *-A2-O- 또는 *-A2-0-CO-가 바람직하다.
A2, A3 및 A4는, 바람직하게는 탄소수 1∼4의 2가의 알칸디일기이다.
A1은, 단결합, 탄소수 1 내지 6의 알칸디일기 또는 *-A2-X1-인 것이 바람직하고, 단결합 또는 -CH2-O-CO-인 것이 보다 바람직하며, 단결합인 것이 더 바람직하다.
X1로서는, *-O-CO-인 것이 바람직하다. *은, A2 또는 A3과의 결합손이다.
Y의 지환식 탄화수소기로서는, 식 (Y1)∼식 (Y11)로 나타내어지는 기를 들 수 있다.
Y의 지환식 탄화수소기에 포함되는 -CH2-가 -O-, -SO2- 또는 -CO-로 치환된 기로서는, 식 (Y12)∼식 (Y27)로 나타내어지는 기를 들 수 있다.
Figure pat00005
그 중에서도, 바람직하게는 식 (Y1)∼식(Y20) 중 어느 하나로 나타내어지는 기이며, 보다 바람직하게는 식 (Y11), 식 (Y15), 식 (Y16) 또는 식 (Y20)으로 나타내어지는 기이며, 더 바람직하게는 식 (Y11) 또는 식 (Y15)로 나타내어지는 기이다.
Y의 지환식 탄화수소기의 치환기로서는, 할로겐 원자, 히드록시기, 탄소수 1∼12의 알킬기, 히드록시기 함유 탄소수 1∼12의 알킬기, 탄소수 3∼16의 지환식 탄화수소기, 탄소수 1∼12의 알콕시기, 탄소수 6∼18의 방향족 탄화수소기, 탄소수 7∼21의 아랄킬기, 탄소수 2∼4의 아실기, 글리시딜옥시기 또는 -(CH2)ja'-O-CO-Rb1'기(식 중, Rb1'는, 탄소수 1∼16의 알킬기, 탄소수 3∼16의 지환식 탄화수소기 또는 탄소수 6∼18의 방향족 탄화수소기를 나타낸다. ja'는, 0∼4의 정수를 나타낸다) 등을 들 수 있다.
히드록시기 함유 알킬기로서는, 히드록시메틸기, 히드록시에틸기 등을 들 수 있다.
알콕시기로서는, 메톡시기, 에톡시기, 프로폭시기, 부톡시기, 펜틸옥시기, 헥실옥시기, 헵틸옥시기, 옥틸옥시기, 데실옥시기 및 도데실옥시기 등을 들 수 있다.
방향족 탄화수소기로서는, 페닐기, 나프틸기, 안트릴기, p-메틸페닐기, p-tert-부틸페닐기, p-아다만틸페닐기;톨릴기, 크실릴기, 쿠메닐기, 메시틸기, 비페닐기, 페난트릴기, 2,6-디에틸페닐기, 2-메틸-6-에틸페닐기 등의 아릴기 등을 들 수 있다.
아랄킬기로서는, 벤질기, 페네틸기, 페닐프로필기, 나프틸메틸기 및 나프틸에틸기 등을 들 수 있다.
아실기로서는, 아세틸기, 프로피오닐기 및 부티릴기 등을 들 수 있다.
할로겐 원자로서는, 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자 및 요오드 원자 등을 들 수 있다.
Y는, 바람직하게는 치환기를 갖고 있어도 되는 탄소수 3∼18의 지환식 탄화수소기이고, 보다 바람직하게 치환기를 갖고 있어도 되는 아다만틸기이며, 당해 지환식 탄화수소기 또는 아다만틸기를 구성하는 -CH2-는, -O-, -SO2- 또는 -CO-로 치환되어 있어도 된다. Y는, 더 바람직하게는 아다만틸기, 히드록시아다만틸기, 옥소아다만틸기 또는 하기로 나타내어지는 기이다.
Figure pat00006
또한, Y가 수소 원자인 경우, A1은, 탄소수 1∼24의 알칸디일기여도 되지만, 탄소수 1∼6의 알칸디일기인 것이 바람직하다. 또, 전자는, 기 -A1-Y에 있어서는, A1이 탄소수 1∼6의 알칸디일기이고, 또한 Y가 탄소수 1∼18의 알킬기를 갖는 것과 마찬가지이다.
염 (I)의 아니온으로서는, 이하의 식 (Ia-1)∼식 (Ia-16)으로 나타내어지는 아니온 등을 들 수 있다.
Figure pat00007
Figure pat00008
염 (I)는, 아니온 및 카티온의 조합이다. 이들의 아니온과 카티온은 임의로 조합할 수 있다. 염 (I)의 구체예를 표 1 및 표 2에 나타낸다.
표 1에 있어서, 염 (I-1)은 이하에 나타낸 염이다.
Figure pat00009
Figure pat00010
Figure pat00011
염 (I)는, 식 (Ia-1), 식 (Ia-2), 식 (Ia-7), 식 (Ia-8), 식 (Ia-11), 식 (Ia-12), 식 (Ia-13) 또는 식 (Ia-14)의 아니온과, 식 (I-c-1), 식 (I-c-3), 식 (I-c-4), 식 (I-c-5), 식 (I-c-7), 식 (I-c-8), 식 (I-c-10), 식 (I-c-12) 또는 식 (I-c-13)의 카티온과의 조합이 바람직하다.
보다 구체적으로는, 염 (I)로서는, 염 (I-1), 염 (I-2), 염 (I-3), 염 (I-4), 염 (I-7), 염 (I-8), 염 (I-9), 염 (I-10), 염 (I-13), 염 (I-14), 염 (I-15), 염 (I-16), 염 (I-19), 염 (I-20), 염 (I-21), 염 (I-22), 염 (I-49), 염 (I-50), 염 (I-51) 및 염 (I-52), 염 (I-55), 염 (I-56), 염 (I-57), 염 (I-58) 및 염 (I-63) 및 염 (I-75)가 바람직하고, 염 (I-1), 염 (I-2), 염 (I-3), 염 (I-4), 염 (I-7), 염 (I-8), 염 (I-9), 염 (I-10), 염 (I-13), 염 (I-14), 염 (I-15), 염 (I-16), 염 (I-19), 염 (I-20), 염 (I-21), 염 (I-22), 염 (I-49), 염 (I-50), 염 (I-51), 염 (I-52), 염 (I-55), 염 (I-56), 염 (I-57), 염 (I-58), 염 (I-63) 및 염 (I-75)가 바람직하다.
염 (I)는, 식 (I-a)로 나타내어지는 염과 식 (I-b)로 나타내어지는 염을, 용제 중에서 반응시킴으로써 제조할 수 있다.
Figure pat00012
(식 중, R1, R2, Ar, m, n, Q1, Q2, A1 및 Y는, 상기와 마찬가지이다.)
용제로서는, 아세토니트릴, 클로로포름 등을 들 수 있다. 반응은, 15∼80℃의 온도 범위에서, 0.5∼12시간으로 행할 수 있다.
식 (I-a)로 나타내어지는 염은, 식 (I-c)로 나타내어지는 염과 식 (I-d)로 나타내어지는 화합물을, 촉매 존재하에, 용제 중에서 반응시킴으로써 제조할 수 있다.
Figure pat00013
용제로서는, 아세토니트릴, 클로로포름 등을 들 수 있다.
촉매로서는, 아세트산 구리(II) 등을 들 수 있다.
반응은, 15∼120℃의 온도 범위에서, 0.5∼12시간으로 행할 수 있다.
식 (I-c)로 나타내어지는 염으로서는, 하기 식으로 나타내어지는 염 등을 들 수 있고, 시장으로부터 용이하게 입수할 수 있다.
Figure pat00014
식 (I-d)로 나타내어지는 화합물은, 하기 식으로 나타내어지는 화합물 등을 들 수 있고, 시장으로부터 용이하게 입수할 수 있다.
Figure pat00015
식 (I-b)로 나타내어지는 염은, 식 (I-e)로 나타내어지는 염과 식 (I-f)로 나타내어지는 화합물을, 촉매 존재하에, 용제 중에서 반응시킴으로써 제조할 수 있다.
Figure pat00016
용제로서는, 아세토니트릴, 클로로포름 등을 들 수 있다.
촉매로서는, 카르보닐디이미다졸 등을 들 수 있다.
반응은, 15∼80℃의 온도 범위에서, 0.5∼12시간으로 행할 수 있다.
식 (I-f)로 나타내어지는 화합물은, 하기 식으로 나타내어지는 화합물 등을 들 수 있고, 시장으로부터 용이하게 입수할 수 있다.
Figure pat00017
식 (I-e)로 나타내어지는 염은, 식 (I-g)로 나타내어지는 염을, 용제 중에서 환원 반응시킴으로써 제조할 수 있다.
Figure pat00018
용제로서는, 테트라히드로푸란 등을 들 수 있다.
환원제로서는, 리튬알루미늄하이드라이드 등을 들 수 있다.
반응은, -5∼60℃의 온도 범위에서, 0.5∼12시간으로 행할 수 있다.
식 (I)에 있어서 Y가 케탈환을 갖는 지환식 탄화수소기인 화합물은, 황산 등의 산과 옥소아다만탄환을 갖는 염 (I)를 반응시킴으로써 제조할 수 있다.
식 (I-g)로 나타내어지는 화합물은, 하기 식으로 나타내어지는 화합물 등을 들 수 있고, 시장으로부터 용이하게 입수할 수 있다.
Figure pat00019
< 산 발생제 >
본 발명의 산 발생제는, 염 (I)를 유효 성분으로서 함유하는 산 발생제이다. 염 (I)를 산 발생제로서 이용하는 경우, 1종 또는 2종류 이상의 염 (I)를 유효 성분으로서 함유하고 있어도 되고, 염 (I) 이외의 유효 성분으로서 레지스트 분야에서 공지의 산 발생제(이하, 「산 발생제 (B)」라고 하는 경우가 있다)를 함유하고 있어도 된다.
산 발생제로서, 염 (I) 및 산 발생제 (B)를 함유하는 경우, 염 (I)와 산 발생제 (B)의 함유량의 비(질량비, 염 (I) : 산 발생제 (B))는, 통상 1:99∼99:1, 바람직하게는 2:98∼98:2, 보다 바람직하게는 5:95∼95:5이며, 더 바람직하게는, 15:85∼85:15이고, 한층 더 바람직하게는, 30:70∼70:30이다.
< 레지스트 조성물 >
본 발명의 레지스트 조성물은, 산 불안정기를 갖는 수지(이하「수지 (A)」라고 하는 경우가 있다)와 염 (I)를 유효 성분으로서 포함하는 상술한 산 발생제를 함유한다. 여기에서, 「산 불안정기」는, 탈리기를 갖고, 산과의 접촉에 의해 탈리기가 탈리하여, 구성 단위가 친수성기(예를 들면, 히드록시기 또는 카르복시기)를 갖는 구성 단위로 변환하는 기를 의미한다.
본 발명의 레지스트 조성물은, 레지스트 분야에서 공지의 산 발생제 (B)를 함유하고 있어도 된다. 레지스트 조성물은, ?처(이하, 「?처 (C)」라고 하는 경우가 있다)를 함유하는 것이 바람직하고, 용제(이하, 「용제 (E)」라고 하는 경우가 있다)를 함유하는 것이 바람직하다.
< 산 발생제 >
본 발명의 레지스트 조성물에서는, 염 (I)를 산 발생제로서 이용하는 경우, 염 (I)의 함유량은, 수지 (A) 100 중량부에 대하여, 1∼20 중량부인 것이 바람직하고, 2∼15 중량부인 것이 보다 바람직하다.
< 산 발생제 (B) >
산 발생제 (B)로서는, 공지의 산 발생제를 이용할 수 있고, 이온성 산 발생제여도 되고, 비이온성 산 발생제여도 된다. 바람직하게는, 이온성 산 발생제이다. 이온성 산 발생제로서는, 공지의 카티온과 공지의 아니온의 조합으로 이루어지는 이온성 산 발생제를 들 수 있다.
산 발생제 (B)로서는, 유기 술폰산, 유기 술포늄염 등을 들 수 있고, 예를 들면, 일본 공개특허 특개2013-68914호 공보, 일본 공개특허 특개2013-3155호 공보, 일본 공개특허 특개2013-11905호 공보에 기재된 산 발생제 등을 들 수 있다. 구체적으로는, 식 (B1-1)∼식 (B1-30)으로 나타내어지는 염을 들 수 있다. 그 중에서도 아릴술포늄 카티온을 포함하는 것이 바람직하고, 식 (B1-1), 식 (B1-2), 식 (B1-3), 식 (B1-6), 식 (B1-7), 식 (B1-11), 식 (B1-12), 식 (B1-13), 식 (B1-14), 식 (B1-20), 식 (B1-21), 식 (B1-22), 식 (B1-23), 식 (B1-24), 식 (B1-25), 식 (B1-26) 또는 식 (B1-29) 중 어느 하나로 나타내어지는 염이 보다 바람직하다.
Figure pat00020
Figure pat00021
Figure pat00022
Figure pat00023
Figure pat00024
Figure pat00025
산 발생제 (B)는, 1종을 단독으로 함유해도 되고, 2종 이상을 함유해도 된다.
산 발생제 (B)는, 수지 (A) 100 중량부에 대하여, 1∼20 중량부 함유하는 것이 바람직하고, 3∼15 중량부 이상이 보다 바람직하다.
레지스트 조성물에 있어서, 염 (I) 및 산 발생제 (B)를 산 발생제로서 이용하는 경우, 염 (I) 및 산 발생제 (B)의 함유량은, 수지 (A) 100 중량부에 대하여, 바람직하게는 1.5∼40 중량부이고, 보다 바람직하게는 3∼35 중량부이다.
< 수지 (A) >
수지 (A)는, 산 불안정기를 갖는 구조 단위(이하, 「구조 단위 (a1)」이라고 하는 경우가 있다)를 갖는다. 수지 (A)는, 추가로, 구조 단위 (a1) 이외의 구조 단위를 포함하고 있는 것이 바람직하다. 구조 단위 (a1) 이외의 구조 단위로서는, 산 불안정기를 갖지 않는 구조 단위(이하, 「구조 단위 (s)」라고 하는 경우가 있다), 구조 단위 (a1) 및 구조 단위 (s) 이외의 구조 단위 및 기타의 당해 분야에서 공지의 모노머에 유래하는 구조 단위를 들 수 있다.
< 구조 단위 (a1) >
구조 단위 (a1)은, 산 불안정기를 갖는 모노머(이하, 「모노머 (a1)」이라고 하는 경우가 있다)로부터 유도된다.
수지 (A)를 구성하는 구조 단위 (a1)에 포함되는 산 불안정기는, 식 (1)로 나타내어지는 기(이하, 기 (1)이라고 하는 경우가 있다.) 및/또는 식 (2)로 나타내어지는 기(이하, 기 (2)라고 하는 경우가 있다)가 바람직하다.
Figure pat00026
[식 (1) 중, Ra1∼Ra3은, 각각 독립적으로, 탄소수 1∼8의 알킬기, 탄소수 3∼20의 지환식 탄화수소기 또는 이들을 조합한 기를 나타내거나, Ra1 및 Ra2는 서로 결합하여 그들이 결합하는 탄소 원자와 함께 탄소수 3∼20의 2가의 지환식 탄화수소기를 형성한다.
na는, 0 또는 1을 나타낸다.
*은 결합손을 나타낸다.]
Figure pat00027
[식 (2) 중, Ra1' 및 Ra2'는, 각각 독립적으로, 수소 원자 또는 탄소수 1∼12의 탄화수소기를 나타내고, Ra3'는, 탄소수 1∼20의 탄화수소기를 나타내거나, Ra2' 및 Ra3'는 서로 결합하여 그들이 결합하는 탄소 원자 및 X와 함께 탄소수 3∼20의 2가의 복소환기를 형성하고, 당해 탄화수소기 및 당해 2가의 복소환기에 포함되는 -CH2-는, -O- 또는 -S-로 치환되어도 된다.
X는, 산소 원자 또는 유황 원자를 나타낸다.
*은 결합손을 나타낸다.]
Ra1∼Ra3의 알킬기로서는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, n-부틸기, n-펜틸기, n-헥실기, n-헵틸기, n-옥틸기 등을 들 수 있다.
Ra1∼Ra3의 지환식 탄화수소기로서는, 단환식 및 다환식 중 어느 것이어도 된다. 단환식의 지환식 탄화수소기로서는, 예를 들면, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 시클로헵틸기, 시클로옥틸기 등의 시클로알킬기를 들 수 있다. 다환식의 지환식 탄화수소기로서는, 예를 들면, 데카히드로나프틸기, 아다만틸기, 노르보르닐기 및 하기의 기(*은 결합손을 나타낸다.) 등을 들 수 있다. Ra1∼Ra3의 지환식 탄화수소기는, 바람직하게는 탄소수 3∼16의 지환식 탄화수소기이다.
Figure pat00028
알킬기와 지환식 탄화수소기를 조합한 기로서는, 메틸시클로헥실기, 디메틸시클로헥실기, 메틸노르보르닐기, 시클로헥실메틸기, 아다만틸메틸기, 노르보르닐에틸기 등을 들 수 있다.
na는, 바람직하게는 0이다.
Ra1 및 Ra2가 서로 결합하여 2가의 지환식 탄화수소기를 형성하는 경우의 -C(Ra1)(Ra2)(Ra3)으로서는, 예를 들면, 하기의 기를 들 수 있다. 2가의 지환식 탄화수소기는, 바람직하게는 탄소수 3∼12이다. *은 -O-와의 결합손을 나타낸다.
Figure pat00029
식 (1)로 나타내어지는 기로서는, 예를 들면, 1,1-디알킬알콕시카르보닐기(식 (1) 중에 있어서 Ra1∼Ra3이 알킬기인 기, 바람직하게는 tert-부톡시카르보닐기), 2-알킬아다만탄-2-일옥시카르보닐기(식 (1) 중, Ra1, Ra2 및 이들이 결합하는 탄소 원자가 아다만틸기를 형성하고, Ra3이 알킬기인 기) 및 1-(아다만탄-1-일)-1-알킬알콕시카르보닐기(식 (1) 중, Ra1 및 Ra2가 알킬기이고, Ra3이 아다만틸기인 기) 등을 들 수 있다.
Ra1'∼Ra3'의 탄화수소기로서는, 알킬기, 지환식 탄화수소기, 방향족 탄화수소기 및 이들을 조합함으로써 형성되는 기 등을 들 수 있다.
알킬기 및 지환식 탄화수소기는, 상기와 마찬가지의 것을 들 수 있다.
방향족 탄화수소기로서는, 페닐기, 나프틸기, 안트릴기, p-메틸페닐기, p-tert-부틸페닐기, p-아다만틸페닐기, 톨릴기, 크실릴기, 쿠메닐기, 메시틸기, 비페닐기, 페난트릴기, 2,6-디에틸페닐기, 2-메틸-6-에틸페닐기 등의 아릴기 등을 들 수 있다.
Ra2' 및 Ra3'가 서로 결합하여 그들이 결합하는 탄소 원자 및 X와 함께 형성하는 2가의 복소환기로서는, 하기의 기를 들 수 있다. *은 결합손을 나타낸다.
Figure pat00030
Ra1' 및 Ra2' 중, 적어도 1개는 수소 원자인 것이 바람직하다.
식 (2)로 나타내어지는 기의 구체예로서는, 이하의 기를 들 수 있다. *은 결합손을 나타낸다.
Figure pat00031
모노머 (a1)은, 바람직하게는, 산 불안정기와 에틸렌성 불포화 결합을 갖는 모노머, 보다 바람직하게는 산 불안정기를 갖는 (메타)아크릴계 모노머이다.
산 불안정기를 갖는 (메타)아크릴계 모노머 중, 바람직하게는, 탄소수 5∼20의 지환식 탄화수소기를 갖는 것을 들 수 있다. 지환식 탄화수소기와 같은 부피가 큰 구조를 갖는 모노머 (a1)에 유래하는 구조 단위를 갖는 수지 (A)를 레지스트 조성물에 사용하면, 레지스트 패턴의 해상도를 향상시킬 수 있다.
식 (1)로 나타내어지는 기를 갖는 (메타)아크릴계 모노머에 유래하는 구조 단위로서, 바람직하게는, 식 (a1-0)으로 나타내어지는 구조 단위, 식 (a1-1)로 나타내어지는 구조 단위 또는 식 (a1-2)로 나타내어지는 구조 단위를 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 된다. 본 명세서에서는, 식 (a1-0)으로 나타내어지는 구조 단위, 식 (a1-1)로 나타내어지는 구조 단위 및 식 (a1-2)로 나타내어지는 구조 단위를, 각각 구조 단위 (a1-0), 구조 단위 (a1-1) 및 구조 단위 (a1-2)라고 하고, 구조 단위 (a1-0)을 유도하는 모노머, 구조 단위 (a1-1)을 유도하는 모노머 및 구조 단위 (a1-2)를 유도하는 모노머를, 각각 모노머 (a1-0), 모노머 (a1-1) 및 모노머 (a1-2)라고 하는 경우가 있다.
Figure pat00032
[식 (a1-0) 중,
La01은, 산소 원자 또는 *-O-(CH2)k01-CO-O-를 나타내고, k01은 1∼7의 정수를 나타내고, *은 카르보닐기와의 결합손을 나타낸다.
Ra01은, 수소 원자 또는 메틸기를 나타낸다.
Ra02, Ra03 및 Ra04는, 각각 독립적으로, 탄소수 1∼8의 알킬기, 탄소수 3∼18의 지환식 탄화수소기 또는 이들을 조합한 기를 나타낸다.]
Figure pat00033
[식 (a1-1) 및 식 (a1-2) 중,
La1 및 La2는, 각각 독립적으로, -O- 또는 *-O-(CH2)k1-CO-O-를 나타내고, k1은 1∼7의 정수를 나타내고, *은 -CO-와의 결합손을 나타낸다.
Ra4 및 Ra5는, 각각 독립적으로, 수소 원자 또는 메틸기를 나타낸다.
Ra6 및 Ra7은, 각각 독립적으로, 탄소수 1∼8의 알킬기, 탄소수 3∼18의 지환식 탄화수소기 또는 이들을 조합함으로써 형성되는 기를 나타낸다.
m1은 0∼14의 정수를 나타낸다.
n1은 0∼10의 정수를 나타낸다.
n1'는 0∼3의 정수를 나타낸다.]
La01은, 바람직하게는, 산소 원자 또는 *-O-(CH2)k01-CO-O-이고(단, k01은, 바람직하게는 1∼4의 정수, 보다 바람직하게는 1이다.), 보다 바람직하게는 산소 원자이다.
Ra02, Ra03 및 Ra04의 알킬기, 지환식 탄화수소기 및 이들을 조합한 기로서는, 식 (1)의 Ra1∼Ra3에서 든 기와 마찬가지의 기를 들 수 있다.
Ra02, Ra03 및 Ra04의 알킬기는, 바람직하게는 탄소수 6 이하이다.
Ra02, Ra03 및 Ra04의 지환식 탄화수소기는, 바람직하게는 탄소수 8 이하, 보다 바람직하게는 6 이하이다.
알킬기와 지환식 탄화수소기를 조합한 기는, 이들 알킬기와 지환식 탄화수소기를 조합한 합계 탄소수가, 18 이하인 것이 바람직하다. 이와 같은 기로서는, 메틸시클로헥실기, 디메틸시클로헥실기, 메틸노르보르닐기, 메틸아다만틸기, 시클로헥실메틸기, 메틸시클로헥실메틸기, 아다만틸메틸기, 노르보르닐메틸기 등을 들 수 있다.
Ra02 및 Ra03은, 바람직하게는 탄소수 1∼6의 알킬기이고, 보다 바람직하게는 메틸기 또는 에틸기이다.
Ra04는, 바람직하게는 탄소수 1∼6의 알킬기 또는 탄소수 5∼12의 지환식 탄화수소기이고, 보다 바람직하게는 메틸기, 에틸기, 시클로헥실기 또는 아다만틸기이다.
La1 및 La2는, 바람직하게는 -O- 또는 *-O-(CH2)k1'-CO-O-이고(단, k1'는 1∼4의 정수이고, 바람직하게는 1이다.), 보다 바람직하게는 -O-이다.
Ra4 및 Ra5는, 바람직하게는 메틸기이다.
Ra6 및 Ra7의 알킬기, 지환식 탄화수소기 및 이들을 조합한 기로서는, 식 (1)의 Ra1∼Ra3에서 든 기와 마찬가지의 기를 들 수 있다.
Ra6 및 Ra7의 알킬기는, 바람직하게는 탄소수 6 이하이다.
Ra6 및 Ra7의 지환식 탄화수소기는, 바람직하게는 탄소수 8 이하의 지환식 탄화수소기이고, 보다 바람직하게는 6 이하의 지환식 탄화수소기이다.
m1은, 바람직하게는 0∼3의 정수, 보다 바람직하게는 0 또는 1이다.
n1은, 바람직하게는 0∼3의 정수, 보다 바람직하게는 0 또는 1이다.
n1'는 바람직하게는 0 또는 1이다.
구조 단위 (a1-0)으로서는, 식 (a1-0-1)∼식 (a1-0-12) 중 어느 하나로 나타내어지는 구조 단위가 바람직하고, 식 (a1-0-1)∼식 (a1-0-10) 중 어느 하나로 나타내어지는 구조 단위가 보다 바람직하다.
Figure pat00034
상기의 구조 단위에 있어서, Ra01에 상당하는 메틸기가 수소 원자로 치환된 구조 단위도, 구조 단위 (a1-0)의 구체예로서 들 수 있다.
모노머 (a1-1)로서는, 예를 들면, 일본 공개특허 특개2010-204646호 공보에 기재된 모노머를 들 수 있다. 그 중에서도, 식 (a1-1-1)∼식 (a1-1-8) 중 어느 하나로 나타내어지는 모노머가 바람직하고, 식 (a1-1-1)∼식 (a1-1-4) 중 어느 하나로 나타내어지는 모노머가 보다 바람직하다.
Figure pat00035
모노머 (a1-2)로서는, 1-메틸시클로펜탄-1-일(메타)아크릴레이트, 1-에틸시클로펜탄-1-일(메타)아크릴레이트, 1-메틸시클로헥산-1-일(메타)아크릴레이트, 1-에틸시클로헥산-1-일(메타)아크릴레이트, 1-에틸시클로헵탄-1-일(메타)아크릴레이트, 1-에틸시클로옥탄-1-일(메타)아크릴레이트, 1-이소프로필시클로펜탄-1-일(메타)아크릴레이트, 1-이소프로필시클로헥산-1-일(메타)아크릴레이트 등을 들 수 있다. 식 (a1-2-1)∼식 (a1-2-12)로 나타내어지는 모노머가 바람직하고, 식 (a1-2-3), 식 (a1-2-4), 식 (a1-2-9) 및 식 (a1-2-10)으로 나타내어지는 모노머가 보다 바람직하며, 식 (a1-2-3) 및 식 (a1-2-9)로 나타내어지는 모노머가 더 바람직하다.
Figure pat00036
수지 (A)가 구조 단위 (a1-0) 및/또는 구조 단위 (a1-1) 및/또는 구조 단위 (a1-2)를 포함하는 경우, 이들의 합계 함유율은, 수지 (A)의 전체 구조 단위에 대하여, 통상 10∼95 몰%이고, 바람직하게는 15∼90 몰%이고, 보다 바람직하게는 20∼85 몰%이다.
또한, 기 (1)을 갖는 구조 단위 (a1)로서는, 식 (a1-3)으로 나타내어지는 구조 단위도 들 수 있다. 식 (a1-3)으로 나타내어지는 구조 단위를, 구조 단위 (a1-3)이라고 하는 경우가 있다. 또, 구조 단위 (a1-3)을 유도하는 모노머를, 모노머 (a1-3)이라고 하는 경우가 있다.
Figure pat00037
식 (a1-3) 중,
Ra9는, 히드록시기를 갖고 있어도 되는 탄소수 1∼3의 지방족 탄화수소기, 카르복시기, 시아노기, 수소 원자 또는 -COORa13을 나타낸다.
Ra13은, 탄소수 1∼8의 지방족 탄화수소기, 탄소수 3∼20의 지환식 탄화수소기, 또는 이들을 조합함으로써 형성되는 기를 나타내고, 당해 지방족 탄화수소기 및 당해 지환식 탄화수소기에 포함되는 수소 원자는, 히드록시기로 치환되어 있어도 되고, 당해 지방족 탄화수소기 및 당해 지환식 탄화수소기에 포함되는 -CH2-는, -O- 또는 -CO-로 치환되어 있어도 된다.
Ra10, Ra11 및 Ra12는, 각각 독립적으로, 탄소수 1∼8의 알킬기, 탄소수 3∼20의 지환식 탄화수소기 또는 이들을 조합함으로써 형성되는 기를 나타내거나, Ra10 및 Ra11은 서로 결합하여, 그들이 결합하는 탄소 원자와 함께 탄소수 3∼20의 2가의 지환식 탄화수소기를 형성한다.
여기에서, -COORa13은, 메톡시카르보닐기 및 에톡시카르보닐기 등의 알콕시기에 카르보닐기가 결합한 기를 들 수 있다.
Ra9의 히드록시기를 갖고 있어도 되는 지방족 탄화수소기로서는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 히드록시메틸기 및 2-히드록시에틸기 등을 들 수 있다.
Ra13의 탄소수 1∼8의 지방족 탄화수소기로서는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, n-펜틸기, n-헥실기, n-헵틸기, 2-에틸헥실기, n-옥틸기 등을 들 수 있다.
Ra13의 탄소수 3∼20의 지환식 탄화수소기로서는, 시클로펜틸기, 시클로프로필기, 아다만틸기, 아다만틸메틸기, 1-아다만틸-1-메틸에틸기, 2-옥소-옥솔란-3-일기 및 2-옥소-옥솔란-4-일기 등을 들 수 있다.
Ra10∼Ra12의 알킬기로서는, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, 펜틸기, 헥실기, 헵틸기, 2-에틸헥실기, 옥틸기 등을 들 수 있다.
Ra10∼Ra12의 지환식 탄화수소기로서는, 단환식 또는 다환식 중 어느 것이어도 되고, 단환식의 지환식 탄화수소기로서는, 시클로프로필기, 시클로부틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 메틸시클로헥실기, 디메틸시클로헥실기, 시클로헵틸기, 시클로옥틸기, 시클로데실기 등의 시클로알킬기를 들 수 있다. 다환식의 지환식 탄화수소기로서는, 데카히드로나프틸기, 아다만틸기, 2-알킬아다만탄-2-일기, 1-(아다만탄-1-일)알칸-1-일기, 노르보르닐기, 메틸노르보르닐기 및 이소보르닐기 등을 들 수 있다.
Ra10 및 Ra11이 서로 결합하여, 그들이 결합하고 있는 탄소 원자와 함께 2가의 지환식 탄화수소기를 형성하는 경우의 -C(Ra10)(Ra11)(Ra12)로서는, 하기의 기가 바람직하다.
Figure pat00038
모노머 (a1-3)으로서는, 5-노르보르넨-2-카르본산-tert-부틸, 5-노르보르넨-2-카르본산 1-시클로헥실-1-메틸에틸, 5-노르보르넨-2-카르본산 1-메틸시클로헥실, 5-노르보르넨-2-카르본산 2-메틸-2-아다만틸, 5-노르보르넨-2-카르본산 2-에틸-2-아다만틸, 5-노르보르넨-2-카르본산 1-(4-메틸시클로헥실)-1-메틸에틸, 5-노르보르넨-2-카르본산 1-(4-히드록시시클로헥실)-1-메틸에틸, 5-노르보르넨-2-카르본산 1-메틸-1-(4-옥소시클로헥실)에틸 및 5-노르보르넨-2-카르본산 1-(1-아다만틸)-1-메틸에틸 등을 들 수 있다.
구조 단위 (a1-3)을 포함하는 수지 (A)는, 입체적으로 부피가 큰 구조 단위가 포함되게 되기 때문에, 이와 같은 수지 (A)를 포함하는 본 발명의 레지스트 조성물로부터는, 보다 고해상도로 레지스트 패턴을 얻을 수 있다. 또, 주쇄에 강직한 노르보르난환이 도입되기 때문에, 얻어지는 레지스트 패턴은, 드라이 에칭 내성이 우수한 경향이 있다.
수지 (A)가 구조 단위 (a1-3)을 포함하는 경우, 그 함유율은, 수지 (A)의 전체 구조 단위에 대하여, 10∼95 몰%가 바람직하고, 15∼90 몰%가 보다 바람직하며, 20∼85 몰%가 더 바람직하다.
기 (2)로 나타내어지는 기를 갖는 구조 단위 (a1)로서는, 식 (a1-4)로 나타내어지는 구조 단위(이하, 「구조 단위 (a1-4)」라고 하는 경우가 있다.)를 들 수 있다.
Figure pat00039
[식 (a1-4) 중,
Ra32는, 수소 원자, 할로겐 원자, 또는, 할로겐 원자를 가져도 되는 탄소수 1∼6의 알킬기를 나타낸다.
Ra33은, 할로겐 원자, 히드록시기, 탄소수 1∼6의 알킬기, 탄소수 1∼6의 알콕시기, 탄소수 2∼4의 아실기, 탄소수 2∼4의 아실옥시기, 아크릴로일옥시기 또는 메타크릴로일옥시기를 나타낸다.
la는 0∼4의 정수를 나타낸다. la가 2 이상인 경우, 복수의 Ra33은 서로 동일해도 되고 달라도 된다.
Ra34 및 Ra35는 각각 독립적으로, 수소 원자 또는 탄소수 1∼12의 탄화수소기를 나타내고, Ra36은, 탄소수 1∼20의 탄화수소기를 나타내거나, Ra35 및 Ra36은 서로 결합하여 그들이 결합하는 C-O와 함께 탄소수 3∼20의 2가의 복소환기를 형성하고, 당해 탄화수소기 및 당해 2가의 복소환기에 포함되는 -CH2-는, -O- 또는 -S-로 치환되어도 된다.]
Ra32 및 Ra33의 알킬기로서는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 펜틸기 및 헥실기 등을 들 수 있다. 당해 알킬기는, 탄소수 1∼4의 알킬기가 바람직하고, 메틸기 또는 에틸기가 보다 바람직하며, 메틸기가 더 바람직하다.
Ra32 및 Ra33의 할로겐 원자로서는, 불소 원자, 염소 원자 및 브롬 원자 등을 들 수 있다.
할로겐 원자를 가져도 되는 알킬기로서는, 트리플루오로메틸기, 디플루오로메틸기, 메틸기, 퍼플루오로에틸기, 1,1,1-트리플루오로에틸기, 1,1,2,2-테트라플루오로에틸기, 에틸기, 퍼플루오로프로필기, 1,1,1,2,2-펜타플루오로프로필기, 프로필기, 퍼플루오로부틸기, 1,1,2,2,3,3,4,4-옥타플루오로부틸기, 부틸기, 퍼플루오로펜틸기, 1,1,1,2,2,3,3,4,4-노나플루오로펜틸기, n-펜틸기, n-헥실기, n-퍼플루오로헥실기 등을 들 수 있다.
알콕시기로서는, 메톡시기, 에톡시기, 프로폭시기, 부톡시기, 펜틸옥시기 및 헥실옥시기 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 탄소수 1∼4의 알콕시기가 바람직하고, 메톡시기 또는 에톡시기가 보다 바람직하며, 메톡시기가 더 바람직하다.
아실기로서는, 아세틸기, 프로피오닐기 및 부티릴기를 들 수 있다.
아실옥시기로서는, 아세틸옥시기, 프로피오닐옥시기, 부티릴옥시기 등을 들 수 있다.
Ra34 및 Ra35의 탄화수소기로서는, 식 (2)의 Ra1' 및 Ra2'와 마찬가지의 기를 들 수 있다.
Ra36으로서는, 탄소수 1∼18의 알킬기, 탄소수 3∼18의 지환식 탄화수소기, 탄소수 6∼18의 방향족 탄화수소기 또는 이들이 조합함으로써 형성되는 기를 들 수 있다.
식 (a1-4)에 있어서, Ra32는, 수소 원자가 바람직하다.
Ra33은, 탄소수 1∼4의 알콕시기가 바람직하고, 메톡시기 및 에톡시기가 보다 바람직하며, 메톡시기가 더 바람직하다.
la는, 0 또는 1이 바람직하고, 0이 보다 바람직하다.
Ra34는, 바람직하게는, 수소 원자이다.
Ra35는, 바람직하게는, 탄소수 1∼12의 탄화수소기이고, 보다 바람직하게는 메틸기 또는 에틸기이다.
Ra36의 탄화수소기는, 바람직하게는, 탄소수 1∼18의 알킬기, 탄소수 3∼18의 지환식 탄화수소기, 탄소수 6∼18의 방향족 탄화수소기 또는 이들을 조합함으로써 형성되는 기이고, 보다 바람직하게는, 탄소수 1∼18의 알킬기, 탄소수 3∼18의 지환식 지방족 탄화수소기 또는 탄소수 7∼18의 아랄킬기이다. Ra36에 있어서의 알킬기 및 상기 지환식 탄화수소기는 무치환이 바람직하다. Ra36에 있어서의 방향족 탄화수소기가 치환기를 갖는 경우, 그 치환기로서는 탄소수 6∼10의 아릴옥시기가 바람직하다.
구조 단위 (a1-4)를 유도하는 모노머로서는, 예를 들면, 일본 공개특허 특개2010-204646호 공보에 기재된 모노머를 들 수 있다. 그 중에서도, 식 (a1-4-1)∼식 (a1-4-8)로 각각 나타내어지는 모노머가 바람직하고, 식 (a1-4-1)∼식 (a1-4-5) 및 식 (a1-4-8)로 각각 나타내어지는 모노머가 보다 바람직하다.
Figure pat00040
수지 (A)가, 구조 단위 (a1-4)를 갖는 경우, 그 함유율은, 수지 (A)의 전체 구조 단위에 대하여, 10∼95 몰%가 바람직하고, 15∼90 몰%가 보다 바람직하며, 20∼85 몰%가 더 바람직하다.
식 (2)로 나타내어지는 기를 갖는 (메타)아크릴계 모노머에 유래하는 구조 단위로서는, 식 (a1-5)로 나타내어지는 구조 단위(이하, 「구조 단위 (a1-5)」라고 하는 경우가 있다)도 들 수 있다.
Figure pat00041
식 (a1-5) 중,
Ra8은, 할로겐 원자를 가져도 되는 탄소수 1∼6의 알킬기, 수소 원자 또는 할로겐 원자를 나타낸다.
Za1은, 단결합 또는 *-(CH2)h3-CO-L54-를 나타내고, h3은 1∼4의 정수를 나타내고, *은 L51과의 결합손을 나타낸다.
L51, L52, L53 및 L54는, 각각 독립적으로, -O- 또는 -S-를 나타낸다.
s1은, 1∼3의 정수를 나타낸다.
s1'는, 0∼3의 정수를 나타낸다.
할로겐 원자로서는, 불소 원자 및 염소 원자를 들 수 있고, 불소 원자가 바람직하다.
할로겐 원자를 가져도 되는 탄소수 1∼6의 알킬기로서는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 헵틸기, 옥틸기, 플루오로메틸기 및 트리플루오로메틸기를 들 수 있다.
식 (a1-5)에 있어서는, Ra8은, 수소 원자, 메틸기 또는 트리플루오로메틸기가 바람직하다.
L51은, 산소 원자가 바람직하다.
L52 및 L53 중, 일방이 -O-이고, 타방이 -S-인 것이 바람직하다.
s1은, 1이 바람직하다.
s1'는, 0∼2의 정수가 바람직하다.
Za1은, 단결합 또는 *-CH2-CO-O-가 바람직하다.
구조 단위 (a1-5)를 유도하는 모노머로서는, 예를 들면, 일본 공개특허 특개2010-61117호 공보에 기재된 모노머를 들 수 있다. 그 중에서도, 식 (a1-5-1)∼식 (a1-5-4)로 각각 나타내어지는 모노머가 바람직하고, 식 (a1-5-1) 또는 식 (a1-5-2)로 나타내어지는 모노머가 보다 바람직하다.
Figure pat00042
수지 (A)가, 구조 단위 (a1-5)를 갖는 경우, 그 함유율은, 수지 (A)의 전체 구조 단위에 대하여, 1∼50 몰%가 바람직하고, 3∼45 몰%가 보다 바람직하며, 5∼40 몰%가 더 바람직하다.
수지 (A) 중의 산 불안정기를 갖는 구조 단위 (a1)로서는, 구조 단위 (a1-0), 구조 단위 (a1-1), 구조 단위 (a1-2) 및 구조 단위 (a1-5)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상이 바람직하고, 적어도 2종 이상이 보다 바람직하며, 구조 단위 (a1-1) 및 구조 단위 (a1-2)의 조합, 구조 단위 (a1-1) 및 구조 단위 (a1-5)의 조합, 구조 단위 (a1-1) 및 구조 단위 (a1-0)의 조합, 구조 단위 (a1-2) 및 구조 단위 (a1-0)의 조합, 구조 단위 (a1-5) 및 구조 단위 (a1-0)의 조합, 구조 단위 (a1-0), 구조 단위 (a1-1) 및 구조 단위 (a1-2)의 조합, 구조 단위 (a1-0), 구조 단위 (a1-1) 및 구조 단위 (a1-5)의 조합이 더 바람직하고, 구조 단위 (a1-1) 및 구조 단위 (a1-2)의 조합, 구조 단위 (a1-1) 및 구조 단위 (a1-5)의 조합이 보다 더 바람직하다.
구조 단위 (a1)은, 바람직하게는, 구조 단위 (a1-1)을 포함한다.
< 구조 단위 (s) >
구조 단위 (s)는, 산 불안정기를 갖지 않는 모노머(이하, 「모노머 (s)」라고 하는 경우가 있다)로부터 유도된다. 구조 단위 (s)를 유도하는 모노머는, 레지스트 분야에서 공지의 산 불안정기를 갖지 않는 모노머를 사용할 수 있다.
구조 단위 (s)로서는, 히드록시기 또는 락톤환을 갖고, 또한 산 불안정기를 갖지 않는 구조 단위가 바람직하다. 히드록시기를 갖고, 또한 산 불안정기를 갖지 않는 구조 단위(이하, 「구조 단위 (a2)」라고 하는 경우가 있다) 및/또는 락톤환을 갖고, 또한 산 불안정기를 갖지 않는 구조 단위(이하, 「구조 단위 (a3)」이라고 하는 경우가 있다)를 갖는 수지를 본 발명의 레지스트 조성물에 사용하면, 레지스트 패턴의 해상도 및 기판과의 밀착성을 향상시킬 수 있다.
< 구조 단위 (a2) >
구조 단위 (a2)가 갖는 히드록시기는, 알코올성 히드록시기여도 되고, 페놀성 히드록시기여도 된다.
본 발명의 레지스트 조성물로부터 레지스트 패턴을 제조할 때, 노광 광원으로서 KrF 엑시머 레이저(248 ㎚), 전자선 또는 EUV(초자외광) 등의 고에너지선을 이용하는 경우에는, 구조 단위 (a2)로서, 페놀성 히드록시기를 갖는 구조 단위 (a2)를 이용하는 것이 바람직하다. 또, ArF 엑시머 레이저(193 ㎚) 등을 이용하는 경우에는, 구조 단위 (a2)로서, 알코올성 히드록시기를 갖는 구조 단위 (a2)가 바람직하고, 구조 단위 (a2-1)을 이용하는 것이 보다 바람직하다. 구조 단위 (a2)로서는, 1종을 단독으로 포함하고 있어도 되고, 2종 이상을 포함하고 있어도 된다.
수지 (A)가, 구조 단위 (a2)를 갖는 경우, 그 합계 함유율은, 수지 (A)의 전체 구조 단위에 대하여, 5∼95 몰%가 바람직하고, 10∼80 몰%가 보다 바람직하며, 15∼80 몰%가 더 바람직하다.
페놀성 히드록시기를 갖는 구조 단위 (a2)로서는, 식 (a2-0)으로 나타내어지는 구조 단위(이하, 「구조 단위 (a2-0)」이라고 하는 경우가 있다.)를 들 수 있다.
Figure pat00043
[식 (a2-0) 중,
Ra30은, 수소 원자, 할로겐 원자 또는 할로겐 원자를 가져도 되는 탄소수 1∼6의 알킬기를 나타낸다.
Ra31은, 할로겐 원자, 히드록시기, 탄소수 1∼6의 알킬기, 탄소수 1∼6의 알콕시기, 탄소수 2∼4의 아실기, 탄소수 2∼4의 아실옥시기, 아크릴로일옥시기 또는 메타크릴로일옥시기를 나타낸다.
ma는 0∼4의 정수를 나타낸다. ma가 2 이상의 정수인 경우, 복수의 Ra31은 서로 동일해도 되고 달라도 된다.]
Ra30의 할로겐 원자를 가져도 되는 탄소수 1∼6의 알킬기로서는, 트리플루오로메틸기, 디플루오로메틸기, 메틸기, 퍼플루오로에틸기, 1,1,1-트리플루오로에틸기, 1,1,2,2-테트라플루오로에틸기, 에틸기, 퍼플루오로프로필기, 1,1,1,2,2-펜타플루오로프로필기, 프로필기, 퍼플루오로부틸기, 1,1,2,2,3,3,4,4-옥타플루오로부틸기, 부틸기, 퍼플루오로펜틸기, 1,1,1,2,2,3,3,4,4-노나플루오로펜틸기, n-펜틸기, n-헥실기, n-퍼플루오로헥실기 등을 들 수 있다. Ra30은, 수소 원자 또는 탄소수 1∼4의 알킬기가 바람직하고, 수소 원자, 메틸기 또는 에틸기가 보다 바람직하며, 수소 원자 또는 메틸기가 더 바람직하다.
Ra31의 알콕시기로서는, 메톡시기, 에톡시기, 프로폭시기, 부톡시기, 펜틸옥시기 및 헥실옥시기 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 탄소수 1∼4의 알콕시기가 바람직하고, 메톡시기 또는 에톡시기가 보다 바람직하며, 메톡시기가 더 바람직하다.
아실기로서는, 아세틸기, 프로피오닐기 및 부티릴기를 들 수 있다.
아실옥시기로서는, 아세틸옥시기, 프로피오닐옥시기, 부티릴옥시기 등을 들 수 있다.
ma는 0, 1 또는 2가 바람직하고, 0 또는 1이 보다 바람직하며, 0이 더 바람직하다.
구조 단위 (a2-0)을 유도하는 모노머로서는, 예를 들면, 일본 공개특허 특개2010-204634호 공보에 기재되어 있는 모노머를 들 수 있다.
그 중에서도, 구조 단위 (a2-0)으로서는, 식 (a2-0-1), 식 (a2-0-2), 식 (a2-0-3) 및 식 (a2-0-4)로 각각 나타내지는 것이 바람직하고, 식 (a2-0-1) 또는 식 (a2-0-2)로 나타내어지는 구조 단위가 보다 바람직하다.
Figure pat00044
구조 단위 (a2-0)을 포함하는 수지 (A)는, 구조 단위 (a2-0)을 유도하는 모노머가 갖는 페놀성 히드록시기를 보호기로 보호한 모노머를 이용하여 중합 반응을 행하고, 그 후 탈보호 처리함으로써 제조할 수 있다. 단, 탈보호 처리를 행할 때에는, 구조 단위 (a1)이 갖는 산 불안정기를 현저하게 손상하지 않도록 하여 행할 필요가 있다. 이와 같은 보호기로서는, 아세틸기 등을 들 수 있다.
수지 (A)가, 페놀성 히드록시기를 갖는 구조 단위 (a2-0)을 갖는 경우, 그 함유율은, 수지 (A)의 전체 구조 단위에 대하여, 5∼95 몰%가 바람직하고, 10∼80 몰%가 보다 바람직하며, 15∼80 몰%가 더 바람직하다.
알코올성 히드록시기를 갖는 구조 단위 (a2)로서는, 식 (a2-1)로 나타내어지는 구조 단위(이하, 「구조 단위 (a2-1)」이라고 하는 경우가 있다.)를 들 수 있다.
Figure pat00045
식 (a2-1) 중,
La3은, -O- 또는 *-O-(CH2)k2-CO-O-를 나타내고,
k2는 1∼7의 정수를 나타낸다. *은 -CO-와의 결합손을 나타낸다.
Ra14는, 수소 원자 또는 메틸기를 나타낸다.
Ra15 및 Ra16은, 각각 독립적으로, 수소 원자, 메틸기 또는 히드록시기를 나타낸다.
o1은, 0∼10의 정수를 나타낸다.
식 (a2-1)에서는, La3은, 바람직하게는, -O-, -O-(CH2)f1-CO-O-이고(상기 f1은, 1∼4의 정수이다), 보다 바람직하게는 -O-이다.
Ra14는, 바람직하게는 메틸기이다.
Ra15는, 바람직하게는 수소 원자이다.
Ra16은, 바람직하게는 수소 원자 또는 히드록시기이다.
o1은, 바람직하게는 0∼3의 정수, 보다 바람직하게는 0 또는 1이다.
구조 단위 (a2-1)은, 예를 들면, 일본 공개특허 특개2010-204646호 공보에 기재된 모노머로부터 유도되는 것을 들 수 있다. 식 (a2-1-1)∼식 (a2-1-6) 중 어느 하나로 나타내어지는 구조 단위가 바람직하고, 식 (a2-1-1)∼식 (a2-1-4) 중 어느 하나로 나타내어지는 구조 단위가 보다 바람직하며, 식 (a2-1-1) 또는 식 (a2-1-3)으로 나타내어지는 구조 단위가 더 바람직하다.
Figure pat00046
수지 (A)가 구조 단위 (a2-1)을 포함하는 경우, 그 함유율은, 수지 (A)의 전체 구조 단위에 대하여, 통상 1∼45 몰%이고, 바람직하게는 1∼40 몰%이며, 보다 바람직하게는 1∼35 몰%이고, 더 바람직하게는 2∼20 몰%이다.
< 구조 단위 (a3) >
구조 단위 (a3)이 갖는 락톤환은, β-프로피오락톤환, γ-부티로락톤환, δ-발레로락톤환과 같은 단환이어도 되고, 단환식의 락톤환과 다른 환과의 축합환이어도 된다. 바람직하게는, γ-부티로락톤환, 아다만탄락톤환 또는 γ-부티로락톤환 구조를 포함하는 다리 걸친 고리를 들 수 있다.
구조 단위 (a3)은, 바람직하게는, 식 (a3-1), 식 (a3-2), 식 (a3-3) 또는 식 (a3-4)로 나타내어지는 구조 단위이다. 이들 중 1종을 단독으로 함유해도 되고, 2종 이상을 함유해도 된다.
Figure pat00047
[식 (a3-1) 중,
La4는, -O- 또는 *-O-(CH2)k3-CO-O-(k3은 1∼7의 정수를 나타낸다.)로 나타내어지는 기를 나타낸다. *은 카르보닐기와의 결합손을 나타낸다.
Ra18은, 수소 원자 또는 메틸기를 나타낸다.
Ra21은 탄소수 1∼4의 지방족 탄화수소기를 나타낸다.
p1은 0∼5의 정수를 나타낸다. p1이 2 이상일 때, 복수의 Ra21은 서로 동일 또는 상이하다.
식 (a3-2) 중,
La5는, -O- 또는 *-O-(CH2)k3-CO-O-(k3은 1∼7의 정수를 나타낸다.)로 나타내어지는 기를 나타낸다. *은 카르보닐기와의 결합손을 나타낸다.
Ra19는, 수소 원자 또는 메틸기를 나타낸다.
Ra22는, 카르복시기, 시아노기 또는 탄소수 1∼4의 지방족 탄화수소기를 나타낸다.
q1은, 0∼3의 정수를 나타낸다. q1이 2 이상일 때, 복수의 Ra22는 서로 동일 또는 상이하다.
식 (a3-3) 중,
La6은, -O- 또는 *-O-(CH2)k3-CO-O-(k3은 1∼7의 정수를 나타낸다.)로 나타내어지는 기를 나타낸다. *은 카르보닐기와의 결합손을 나타낸다.
Ra20은, 수소 원자 또는 메틸기를 나타낸다.
Ra23은, 카르복시기, 시아노기 또는 탄소수 1∼4의 지방족 탄화수소기를 나타낸다.
r1은, 0∼3의 정수를 나타낸다. r1이 2 이상일 때, 복수의 Ra23은 서로 동일 또는 상이하다.
식 (a3-4) 중,
Ra24는, 할로겐 원자를 가져도 되는 탄소수 1∼6의 알킬기, 수소 원자 또는 할로겐 원자를 나타낸다.
La7은, 단결합, *-La8-O-, *-La8-CO-O-, *-La8-CO-O-La9-CO-O- 또는 *-La8-O-CO-La9-O-를 나타낸다.
*은 카르보닐기와의 결합손을 나타낸다.
La8 및 La9는, 서로 독립적으로, 탄소수 1∼6의 알칸디일기를 나타낸다.]
Ra21, Ra22 및 Ra23의 지방족 탄화수소기로서는, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, sec-부틸기 및 tert-부틸기 등의 알킬기를 들 수 있다.
Ra24의 할로겐 원자로서는, 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자 및 요오드 원자를 들 수 있다.
Ra24의 알킬기로서는, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, n-펜틸기 및 n-헥실기 등을 들 수 있고, 바람직하게는 탄소수 1∼4의 알킬기이고, 보다 바람직하게는 메틸기 또는 에틸기이다.
Ra24의 할로겐 원자를 갖는 알킬기로서는, 트리플루오로메틸기, 퍼플루오로에틸기, 퍼플루오로프로필기, 퍼플루오로이소프로필기, 퍼플루오로부틸기, 퍼플루오로 sec-부틸기, 퍼플루오로 tert-부틸기, 퍼플루오로펜틸기, 퍼플루오로헥실기, 트리클로로메틸기, 트리브로모메틸기, 트리요오드메틸기 등을 들 수 있다.
La8 및 La9의 알칸디일기로서는, 메틸렌기, 에틸렌기, 프로판-1,3-디일기, 프로판-1,2-디일기, 부탄-1,4-디일기, 펜탄-1,5-디일기, 헥산-1,6-디일기, 부탄-1,3-디일기, 2-메틸프로판-1,3-디일기, 2-메틸프로판-1,2-디일기, 펜탄-1,4-디일기 및 2-메틸부탄-1,4-디일기 등을 들 수 있다.
식 (a3-1)∼식 (a3-3)에 있어서, La4∼La6은, 각각 독립적으로, 바람직하게는 -O- 또는, k3이 1∼4의 정수인 *-O-(CH2)k3-CO-O-로 나타내어지는 기, 보다 바람직하게는 -O- 및, *-O-CH2-CO-O-, 더 바람직하게는 산소 원자이다.
Ra18∼Ra21은, 바람직하게는 메틸기이다.
Ra22 및 Ra23은, 각각 독립적으로, 바람직하게는 카르복시기, 시아노기 또는 메틸기이다.
p1, q1 및 r1은, 각각 독립적으로, 바람직하게는 0∼2의 정수이고, 보다 바람직하게는 0 또는 1이다.
식 (a3-4)에 있어서,
Ra24는, 바람직하게는, 수소 원자 또는 탄소수 1∼4의 알킬기이고, 보다 바람직하게는, 수소 원자, 메틸기 또는 에틸기이며, 더 바람직하게는, 수소 원자 또는 메틸기이다.
La7은, 바람직하게는, 단결합 또는 *-La8-CO-O-이고, 보다 바람직하게는, 단결합, -CH2-CO-O- 또는 -C2H4-CO-O-이다.
구조 단위 (a3)을 유도하는 모노머로서는, 일본 공개특허 특개2010-204646호 공보에 기재된 모노머, 일본 공개특허 특개2000-122294호 공보에 기재된 모노머, 일본 공개특허 특개2012-41274호 공보에 기재된 모노머를 들 수 있다. 구조 단위 (a3)으로서는, 식 (a3-1-1)∼식 (a3-1-4), 식 (a3-2-1)∼식 (a3-2-4), 식 (a3-3-1)∼식 (a3-3-4) 및 식 (a3-4-1)∼식 (a3-4-12) 중 어느 하나로 나타내어지는 구조 단위가 바람직하고, 식 (a3-1-1), 식 (a3-1-2), 식 (a3-2-3)∼식 (a3-2-4) 및 식 (a3-4-1)∼식 (a3-4-12) 중 어느 하나로 나타내어지는 구조 단위가 보다 바람직하며, 식 (a3-4-1)∼식 (a3-4-12) 중 어느 하나로 나타내어지는 구조 단위가 더 바람직하고, 식 (a3-4-1)∼식 (a3-4-6) 중 어느 하나로 나타내어지는 구조 단위가 보다 더 바람직하다.
Figure pat00048
Figure pat00049
이하의 식 (a3-4-1)∼식 (a3-4-6)으로 나타내어지는 구조 단위에 있어서는, Ra24에 상당하는 메틸기가 수소 원자로 치환된 화합물도, 구조 단위 (a3-4)의 구체예로서 들 수 있다.
Figure pat00050
수지 (A)가 구조 단위 (a3)을 포함하는 경우, 그 합계 함유율은, 수지 (A)의 전체 구조 단위에 대하여, 통상 5∼70 몰%이고, 바람직하게는 10∼65 몰%이며, 보다 바람직하게는 10∼60 몰%이다.
또한, 구조 단위 (a3-1), 구조 단위 (a3-2), 구조 단위 (a3-3) 및 구조 단위 (a3-4)의 함유율은, 각각, 수지 (A)의 전체 구조 단위에 대하여, 5∼60 몰%가 바람직하고, 5∼50 몰%가 보다 바람직하며, 10∼50 몰%가 더 바람직하다.
< 기타 구조 단위 (t) >
구조 단위 (t)로서는, 구조 단위 (a2) 및 구조 단위 (a3) 이외에 할로겐 원자를 갖는 구조 단위(이하, 경우에 따라 「구조 단위 (a4)」라고 한다.) 및 비탈리 탄화수소기를 갖는 구조 단위 (s)(이하, 「구조 단위 (a5)」라고 하는 경우가 있다) 등을 들 수 있다.
구조 단위 (a4)로서는, 식 (a4-0)으로 나타내어지는 구조 단위를 들 수 있다.
Figure pat00051
[식 (a4-0) 중,
R5는, 수소 원자 또는 메틸기를 나타낸다.
L4는, 단결합 또는 탄소수 1∼4의 지방족 포화 탄화수소기를 나타낸다.
L3은, 탄소수 1∼8의 퍼플루오로알칸디일기 또는 탄소수 3∼12의 퍼플루오로시클로알칸디일기를 나타낸다.
R6은, 수소 원자 또는 불소 원자를 나타낸다.]
L4의 지방족 포화 탄화수소기로서는, 탄소수 1∼4의 알칸디일기를 들 수 있고, 예를 들면, 메틸렌기, 에틸렌기, 프로판-1,3-디일기, 부탄-1,4-디일기 등의 직쇄상 알칸디일기, 직쇄상 알칸디일기에, 알킬기(특히, 메틸기, 에틸기 등)의 측쇄를 갖는 것, 에탄-1,1-디일기, 프로판-1,2-디일기, 부탄-1,3-디일기, 2-메틸프로판-1,3-디일기 및 2-메틸프로판-1,2-디일기 등의 분기상 알칸디일기를 들 수 있다.
L3의 퍼플루오로알칸디일기로서는, 디플루오로메틸렌기, 퍼플루오로에틸렌기, 퍼플루오로에틸플루오로메틸렌기, 퍼플루오로프로판-1,3-디일기, 퍼플루오로프로판-1,2-디일기, 퍼플루오로프로판-2,2-디일기, 퍼플루오로부탄-1,4-디일기, 퍼플루오로부탄-2,2-디일기, 퍼플루오로부탄-1,2-디일기, 퍼플루오로펜탄-1,5-디일기, 퍼플루오로펜탄-2,2-디일기, 퍼플루오로펜탄-3,3-디일기, 퍼플루오로헥산-1,6-디일기, 퍼플루오로헥산-2,2-디일기, 퍼플루오로헥산-3,3-디일기, 퍼플루오로헵탄-1,7-디일기, 퍼플루오로헵탄-2,2-디일기, 퍼플루오로헵탄-3,4-디일기, 퍼플루오로헵탄-4,4-디일기, 퍼플루오로옥탄-1,8-디일기, 퍼플루오로옥탄-2,2-디일기, 퍼플루오로옥탄-3,3-디일기, 퍼플루오로옥탄-4,4-디일기 등을 들 수 있다.
L3의 퍼플루오로시클로알칸디일기로서는, 퍼플루오로시클로헥산디일기, 퍼플루오로시클로펜탄디일기, 퍼플루오로시클로헵탄디일기, 퍼플루오로아다만탄디일기 등을 들 수 있다.
L4는, 바람직하게는 단결합, 메틸렌기 또는 에틸렌기이고, 보다 바람직하게는, 단결합 또는 메틸렌기이다.
L3은, 바람직하게는 탄소수 1∼6의 퍼플루오로알칸디일기이고, 보다 바람직하게는 탄소수 1∼3의 퍼플루오로알칸디일기이다.
구조 단위 (a4-0)으로서는, 이하에 나타낸 구조 단위 및 하기 구조 단위 중의 R5에 상당하는 메틸기가 수소 원자로 치환된 구조 단위를 들 수 있다.
Figure pat00052
구조 단위 (a4)로서는, 식 (a4-1)로 나타내어지는 구조 단위를 들 수 있다.
Figure pat00053
[식 (a4-1) 중,
Ra41은, 수소 원자 또는 메틸기를 나타낸다.
Ra42는, 치환기를 갖고 있어도 되는 탄소수 1∼20의 탄화수소기를 나타내고, 당해 탄화수소기에 포함되는 -CH2-는, -O- 또는 -CO-로 치환되어 있어도 된다.
Aa41은, 치환기를 갖고 있어도 되는 탄소수 1∼6의 알칸디일기 또는 식 (a-g1)로 나타내어지는 기를 나타낸다.
Figure pat00054
〔식 (a-g1) 중,
s는 0 또는 1을 나타낸다.
Aa42 및 Aa44는, 각각 독립적으로, 치환기를 갖고 있어도 되는 탄소수 1∼5의 지방족 탄화수소기를 나타낸다.
Aa43은, 단결합 또는 치환기를 갖고 있어도 되는 탄소수 1∼5의 지방족 탄화수소기를 나타낸다.
Xa41 및 Xa42는, 각각 독립적으로, -O-, -CO-, -CO-O- 또는 -O-CO-를 나타낸다.
단, Aa42, Aa43, Aa44, Xa41 및 Xa42의 탄소수의 합계는 7 이하이다.〕
*로 나타내어지는 2개의 결합손 중, 우측의 *이 -O-CO-Ra42와의 결합손이다.]
Ra42의 탄화수소기로서는, 쇄식 및 환식의 지방족 탄화수소기, 방향족 탄화수소기 및 이들을 조합함으로써 형성되는 기를 들 수 있다.
쇄식 및 환식의 지방족 탄화수소기는, 탄소-탄소 불포화 결합을 갖고 있어도 되지만, 쇄식 및 환식의 지방족 포화 탄화수소기가 바람직하다. 당해 지방족 포화탄화수소기로서는, 직쇄 또는 분기의 알킬기 및 단환 또는 다환의 지환식 탄화수소기 및 알킬기 및 지환식 탄화수소기를 조합함으로써 형성되는 지방족 탄화수소기 등을 들 수 있다.
쇄식의 지방족 탄화수소기로서는, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, n-부틸기, n-펜틸기, n-헥실기, n-헵틸기, n-옥틸기, n-데실기, n-도데실기, n-펜타데실기, n-헥사데실기, n-헵타데실기 및 n-옥타데실기를 들 수 있다. 환식의 지방족 탄화수소기로서는, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 시클로헵틸기, 시클로옥틸기 등의 시클로알킬기; 데카히드로나프틸기, 아다만틸기, 노르보르닐기 및 하기의 기(*은 결합손을 나타낸다.) 등의 다환식의 지환식 탄화수소기를 들 수 있다.
Figure pat00055
방향족 탄화수소기로서는, 페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 비페닐일기, 페난트릴기 및 플루오렌일기 등을 들 수 있다.
Ra42의 탄화수소기로서는, 쇄식 및 환식의 지방족 탄화수소기 및 이들을 조합함으로써 형성되는 기가 바람직하고, 탄소-탄소 불포화 결합을 갖고 있어도 되지만, 쇄식 및 환식의 지방족 포화 탄화수소기 및 이들을 조합함으로써 형성되는 기가 보다 바람직하다.
Ra42는, 치환기로서, 할로겐 원자 또는 식 (a-g3)으로 나타내어지는 기를 들 수 있다. 할로겐 원자로서는, 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자 및 요오드 원자를 들 수 있고, 바람직하게는 불소 원자이다.
Figure pat00056
[식 (a-g3) 중,
Xa43은, 산소 원자, 카르보닐기, 카르보닐옥시기 또는 옥시카르보닐기를 나타낸다.
Aa45는, 적어도 1개의 할로겐 원자를 갖는 탄소수 1∼17의 지방족 탄화수소기를 나타낸다.
*은 결합손을 나타낸다.]
Ra42는, 할로겐 원자를 가져도 되는 지방족 탄화수소기가 바람직하고, 할로겐 원자를 갖는 알킬기 및/또는 식 (a-g3)으로 나타내어지는 기를 갖는 지방족 탄화수소기가 보다 바람직하다.
Aa45의 지방족 탄화수소기로서는, Ra42에서 예시한 것과 마찬가지의 기를 들 수 있다.
Ra42가 할로겐 원자를 갖는 지방족 탄화수소기인 경우, 바람직하게는 불소 원자를 갖는 지방족 탄화수소기이고, 보다 바람직하게는 퍼플루오로알킬기 또는 퍼플루오로시클로알킬기이고, 더 바람직하게는 탄소수가 1∼6의 퍼플루오로알킬기이고, 특히 바람직하게는 탄소수 1∼3의 퍼플루오로알킬기이다. 퍼플루오로알킬기로서는, 퍼플루오로메틸기, 퍼플루오로에틸기, 퍼플루오로프로필기, 퍼플루오로부틸기, 퍼플루오로펜틸기, 퍼플루오로헥실기, 퍼플루오로헵틸기 및 퍼플루오로옥틸기를 들 수 있다. 퍼플루오로시클로알킬기로서는, 퍼플루오로시클로헥실기를 들 수 있다.
Ra42가, 식 (a-g3)으로 나타내어지는 기를 갖는 지방족 탄화수소기인 경우, 식 (a-g3)으로 나타내어지는 기에 포함되는 탄소수를 포함하여, 지방족 탄화수소기의 총 탄소수는, 15 이하가 바람직하고, 12 이하가 보다 바람직하다. 식 (a-g3)으로 나타내어지는 기를 치환기로서 갖는 경우, 그 수는 1개가 바람직하다.
식 (a-g3)으로 나타내어지는 기를 갖는 지방족 탄화수소기는, 더 바람직하게는 식 (a-g2)로 나타내어지는 기이다.
Figure pat00057
[식 (a-g2) 중,
Aa46은, 할로겐 원자를 갖고 있어도 되는 탄소수 1∼17의 지방족 탄화수소기를 나타낸다.
Xa44는, 카르보닐옥시기 또는 옥시카르보닐기를 나타낸다.
Aa47은, 할로겐 원자를 갖고 있어도 되는 탄소수 1∼17의 지방족 탄화수소기를 나타낸다.
단, Aa46, Aa47 및 Xa44의 탄소수의 합계는 18 이하이고, Aa46 및 Aa47 중, 적어도 일방은, 적어도 1개의 할로겐 원자를 갖는다.
*은 카르보닐기와의 결합손을 나타낸다.]
Aa46의 지방족 탄화수소기의 탄소수는 1∼6이 바람직하고, 1∼3이 보다 바람직하다.
Aa47의 지방족 탄화수소기의 탄소수는 4∼15가 바람직하고, 5∼12가 보다 바람직하며, Aa47은, 시클로헥실기 또는 아다만틸기가 더 바람직하다.
*-Aa46-Xa44-Aa47로 나타내어지는 부분 구조(*은 카르보닐기와의 결합손이다)의 보다 바람직한 구조는, 이하의 구조이다.
Figure pat00058
Aa41의 알칸디일기로서는, 메틸렌기, 에틸렌기, 프로판-1,3-디일기, 부탄-1,4-디일기, 펜탄-1,5-디일기, 헥산-1,6-디일기 등의 직쇄상 알칸디일기; 프로판-1,2-디일기, 부탄-1,3-디일기, 2-메틸프로판-1,2-디일기, 1-메틸부탄-1,4-디일기, 2-메틸부탄-1,4-디일기 등의 분기상 알칸디일기를 들 수 있다.
Aa41의 알칸디일기에 있어서의 치환기로서는, 히드록시기 및 탄소수 1∼6의 알콕시기 등을 들 수 있다.
Aa41은, 바람직하게는 탄소수 1∼4의 알칸디일기이고, 보다 바람직하게는 탄소수 2∼4의 알칸디일기이고, 더 바람직하게는 에틸렌기이다.
기 (a-g1)에 있어서의 Aa42, Aa43 및 Aa44의 지방족 탄화수소기로서는, 메틸렌기, 에틸렌기, 프로판-1,3-디일기, 프로판-1,2-디일기, 부탄-1,4-디일기, 1-메틸프로판-1,3-디일기, 2-메틸프로판-1,3-디일기, 2-메틸프로판-1,2-디일기 등을 들 수 있다. 이들의 치환기로서는, 히드록시기 및 탄소수 1∼6의 알콕시기 등을 들 수 있다.
s는, 0이 바람직하다.
Xa42가 산소 원자인 기 (a-g1)로서는, 이하의 기 등을 들 수 있다. 이하의 예시에 있어서, 각각 *로 나타내어지는 2개의 결합손 중, 우측의 *이 -O-CO-Ra42와의 결합손이다.
Figure pat00059
Xa42가 카르보닐기인 기 (a-g1)로서는, 이하의 기 등을 들 수 있다.
Figure pat00060
Xa42가 카르보닐옥시기인 기 (a-g1)로서는, 이하의 기 등을 들 수 있다.
Figure pat00061
Xa42가 옥시카르보닐기인 기 (a-g1)로서는, 이하의 기 등을 들 수 있다.
Figure pat00062
식 (a4-1)로 나타내어지는 구조 단위로서는, 식 (a4-2) 및 식 (a4-3)으로 나타내어지는 구조 단위가 바람직하다.
Figure pat00063
[식 (a4-2) 중,
Rf1은, 수소 원자 또는 메틸기를 나타낸다.
Af1은, 탄소수 1∼6의 알칸디일기를 나타낸다.
Rf2는, 불소 원자를 갖는 탄소수 1∼10의 탄화수소기를 나타낸다.]
Af1의 알칸디일기로서는, 메틸렌기, 에틸렌기, 프로판-1,3-디일기, 프로판-1,2-디일기, 부탄-1,4-디일기, 펜탄-1,5-디일기, 헥산-1,6-디일기 등의 직쇄상 알칸디일기; 1-메틸프로판-1,3-디일기, 2-메틸프로판-1,3-디일기, 2-메틸프로판-1,2-디일기, 1-메틸부탄-1,4-디일기, 2-메틸부탄-1,4-디일기 등의 분기상 알칸디일기를 들 수 있다.
Rf2의 탄화수소기는, 지방족 탄화수소기 및 방향족 탄화수소기를 포함하고, 지방족 탄화수소기는, 쇄식, 환식 및 이들을 조합함으로써 형성되는 기를 포함한다. 지방족 탄화수소기로서는, 알킬기, 지환식 탄화수소기가 바람직하다.
알킬기로서는, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, n-펜틸기, n-헥실기, n-옥틸기 및 2-에틸헥실기를 들 수 있다.
지환식 탄화수소기는, 단환식이어도 되고, 다환식이어도 된다. 단환식의 지환식 탄화수소기로서는, 시클로프로필기, 시클로부틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 메틸시클로헥실기, 디메틸시클로헥실기, 시클로헵틸기, 시클로옥틸기, 시클로데실기 등의 시클로알킬기를 들 수 있다. 다환식의 지환식 탄화수소기로서는, 데카히드로나프틸기, 아다만틸기, 2-알킬아다만탄-2-일기, 1-(아다만탄-1-일)알칸-1-일기, 노르보르닐기, 메틸노르보르닐기 및 이소보르닐기를 들 수 있다.
Rf2의 불소 원자를 갖는 탄화수소기로서는, 불소 원자를 갖는 알킬기, 불소 원자를 갖는 지환식 탄화수소기 등을 들 수 있다.
불소 원자를 갖는 알킬기로서는, 디플루오로메틸기, 트리플루오로메틸기, 1,1-디플루오로에틸기, 2,2-디플루오로에틸기, 2,2,2-트리플루오로에틸기, 퍼플루오로에틸기, 1,1,2,2-테트라플루오로프로필기, 1,1,2,2,3,3-헥사플루오로프로필기, 퍼플루오로에틸메틸기, 1-(트리플루오로메틸)-1,2,2,2-테트라플루오로에틸기, 1-(트리플루오로메틸)-2,2,2-트리플루오로에틸기, 퍼플루오로프로필기, 1,1,2,2-테트라플루오로부틸기, 1,1,2,2,3,3-헥사플루오로부틸기, 1,1,2,2,3,3,4,4-옥타플루오로부틸기, 퍼플루오로부틸기, 1,1-비스(트리플루오로)메틸-2,2,2-트리플루오로에틸기, 2-(퍼플루오로프로필)에틸기, 1,1,2,2,3,3,4,4-옥타플루오로펜틸기, 퍼플루오로펜틸기, 1,1,2,2,3,3,4,4,5,5-데카플루오로펜틸기, 1,1-비스(트리플루오로메틸)-2,2,3,3,3-펜타플루오로프로필기, 2-(퍼플루오로부틸)에틸기, 1,1,2,2,3,3,4,4,5,5-데카플루오로헥실기, 1,1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6-도데카플루오로헥실기, 퍼플루오로펜틸메틸기 및 퍼플루오로헥실기 등의 불화 알킬기를 들 수 있다.
불소 원자를 갖는 지환식 탄화수소기로서는, 퍼플루오로시클로헥실기, 퍼플루오로아다만틸기 등의 불화 시클로알킬기를 들 수 있다.
식 (a4-2)에 있어서의 Af1로서는, 탄소수 2∼4의 알칸디일기가 바람직하고, 에틸렌기가 보다 바람직하다.
Rf2로서는, 탄소수 1∼6의 불화 알킬기가 바람직하다.
Figure pat00064
[식 (a4-3) 중,
Rf11은, 수소 원자 또는 메틸기를 나타낸다.
Af11은, 탄소수 1∼6의 알칸디일기를 나타낸다.
Af13은, 불소 원자를 갖고 있어도 되는 탄소수 1∼18의 지방족 탄화수소기를 나타낸다.
Xf12는, 카르보닐옥시기 또는 옥시카르보닐기를 나타낸다.
Af14는, 불소 원자를 갖고 있어도 되는 탄소수 1∼17의 지방족 탄화수소기를 나타낸다.
단, Af13 및 Af14 중 적어도 하나는, 불소 원자를 갖는 지방족 탄화수소기를 나타낸다.]
Af11의 알칸디일기로서는, Af1의 알칸디일기와 마찬가지의 기를 들 수 있다.
Af13의 지방족 탄화수소기는, 쇄식 및 환식의 지방족 탄화수소기 및 이들을 조합함으로써 형성되는 2가의 지방족 탄화수소기가 포함된다. 이 지방족 탄화수소기는, 탄소-탄소 불포화 결합을 갖고 있어도 되지만, 바람직하게는 포화의 지방족 탄화수소기이다.
Af13의 불소 원자를 갖고 있어도 되는 지방족 탄화수소기로서는, 바람직하게는 불소 원자를 갖고 있어도 되는 지방족 포화 탄화수소기이고, 보다 바람직하게는 퍼플루오로알칸디일기이다.
불소 원자를 갖고 있어도 되는 2가의 쇄식의 지방족 탄화수소기로서는, 메틸렌기, 에틸렌기, 프로판디일기, 부탄디일기 및 펜탄디일기 등의 알칸디일기; 디플루오로메틸렌기, 퍼플루오로에틸렌기, 퍼플루오로프로판디일기, 퍼플루오로부탄디일기 및 퍼플루오로펜탄디일기 등의 퍼플루오로알칸디일기 등을 들 수 있다.
불소 원자를 갖고 있어도 되는 2가의 환식의 지방족 탄화수소기는, 단환식 및 다환식 중 어느 것이어도 된다. 단환식의 지방족 탄화수소기로서는, 시클로헥산디일기 및 퍼플루오로시클로헥산디일기 등을 들 수 있다. 다환식의 2가의 지방족 탄화수소기로서는, 아다만탄디일기, 노르보르난디일기, 퍼플루오로아다만탄디일기 등을 들 수 있다.
Af14의 지방족 탄화수소기로서는, 쇄식 및 환식 중 어느 하나 및 이들이 조합함으로써 형성되는 지방족 탄화수소기가 포함된다. 이 지방족 탄화수소기는, 탄소-탄소 불포화 결합을 갖고 있어도 되지만, 바람직하게는 포화의 지방족 탄화수소기이다.
Af14의 불소 원자를 갖고 있어도 되는 지방족 탄화수소기로서는, 바람직하게는 불소 원자를 갖고 있어도 되는 지방족 포화 탄화수소기이다.
불소 원자를 갖고 있어도 되는 쇄식의 지방족 탄화수소기로서는, 트리플루오로메틸기, 디플루오로메틸기, 메틸기, 퍼플루오로에틸기, 1,1,1-트리플루오로에틸기, 1,1,2,2-테트라플루오로에틸기, 에틸기, 퍼플루오로프로필기, 1,1,1,2,2-펜타플루오로프로필기, 프로필기, 퍼플루오로부틸기, 1,1,2,2,3,3,4,4-옥타플루오로부틸기, 부틸기, 퍼플루오로펜틸기, 1,1,1,2,2,3,3,4,4-노나플루오로펜틸기, 펜틸기, 헥실기, 퍼플루오로헥실기, 헵틸기, 퍼플루오로헵틸기, 옥틸기 및 퍼플루오로옥틸기 등을 들 수 있다.
불소 원자를 갖고 있어도 되는 환식의 지방족 탄화수소기는, 단환식 및 다환식 중 어느 것을 포함하는 기여도 된다. 단환식의 지방족 탄화수소기를 포함하는 기로서는, 시클로프로필메틸기, 시클로프로필기, 시클로부틸메틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 퍼플루오로시클로헥실기를 들 수 있다. 다환식의 지방족 탄화수소기를 포함하는 기로서는, 아다만틸기, 아다만틸메틸기, 노르보르닐기, 노르보르닐메틸기, 퍼플루오로아다만틸기, 퍼플루오로아다만틸메틸기 등을 들 수 있다.
식 (a4-3)에 있어서, Af11은, 에틸렌기가 바람직하다.
Af13의 지방족 탄화수소기는, 탄소수 1∼6의 지방족 탄화수소기가 바람직하고, 탄소수 2∼3의 지방족 탄화수소기가 더 바람직하다.
Af14의 지방족 탄화수소기는, 탄소수 3∼12의 지방족 탄화수소기가 바람직하고, 탄소수 3∼10의 지방족 탄화수소기가 더 바람직하다. 그 중에서도, Af14는, 바람직하게는 탄소수 3∼12의 지환식 탄화수소기를 포함하는 기이고, 보다 바람직하게는, 시클로프로필메틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 노르보르닐기 및 아다만틸기이다.
식 (a4-2)로 나타내어지는 구조 단위로서는, 식 (a4-1-1)∼식 (a4-1-22)로 나타내어지는 구조 단위를 들 수 있다.
Figure pat00065
Figure pat00066
식 (a4-3)으로 나타내어지는 구조 단위를 유도하는 모노머로서는, 식 (a4-1'-1)∼식 (a4-1'-22)로 각각 나타내어지는 모노머를 들 수 있다.
Figure pat00067
Figure pat00068
구조 단위 (a4)로서는, 식 (a4-4)로 나타내어지는 구조 단위도 들 수 있다.
Figure pat00069
[식 (a4-4) 중,
Rf21은, 수소 원자 또는 메틸기를 나타낸다.
Af21은, -(CH2)j1-, -(CH2)j2-O-(CH2)j3- 또는 -(CH2)j4-CO-O-(CH2)j5-를 나타낸다.
j1∼j5는, 각각 독립적으로, 1∼6의 정수를 나타낸다.
Rf22는, 불소 원자를 갖는 탄소수 1∼10의 탄화수소기를 나타낸다.]
Rf22의 불소 원자를 갖는 탄화수소기로서는, 식 (a4-2)에 있어서의 Rf2의 탄화수소기와 동일한 것을 들 수 있다. Rf22는, 불소 원자를 갖는 탄소수 1∼10의 알킬기 또는 불소 원자를 갖는 탄소수 3∼10의 지환식 탄화수소기가 바람직하고, 불소 원자를 갖는 탄소수 1∼10의 알킬기가 보다 바람직하며, 불소 원자를 갖는 탄소수 1∼6의 알킬기가 더 바람직하다.
식 (a4-4)에 있어서, Af21로서는, -(CH2)j1-이 바람직하고, 에틸렌기 또는 메틸렌기가 보다 바람직하며, 메틸렌기가 더 바람직하다.
식 (a4-4)로 나타내어지는 구조 단위로서는, 예를 들면, 이하의 구조 단위를 들 수 있다.
Figure pat00070
Figure pat00071
수지 (A)가, 구조 단위 (a4)를 갖는 경우, 그 함유율은, 수지 (A)의 전체 구조 단위에 대하여, 1∼20 몰%가 바람직하고, 2∼15 몰%가 보다 바람직하며, 3∼10 몰%가 더 바람직하다.
< 구조 단위 (a5) >
구조 단위 (a5)가 갖는 비탈리 탄화수소기로서는, 직쇄, 분기 또는 환상의 탄화수소기를 들 수 있다. 그 중에서도, 구조 단위 (a5)는, 지환식 탄화수소기를 포함하는 것이 바람직하다.
구조 단위 (a5)로서는, 예를 들면, 식 (a5-1)로 나타내어지는 구조 단위를 들 수 있다.
Figure pat00072
[식 (a5-1) 중,
R51은, 수소 원자 또는 메틸기를 나타낸다.
R52는, 탄소수 3∼18의 지환식 탄화수소기를 나타내고, 당해 지환식 탄화수소기에 포함되는 수소 원자는 탄소수 1∼8의 지방족 탄화수소기 또는 히드록시기로 치환되어 있어도 된다. 단, L51과의 결합 위치에 있는 탄소 원자에 결합하는 수소 원자는, 탄소수 1∼8의 지방족 탄화수소기로 치환되지 않는다.
L51은, 단결합 또는 탄소수 1∼18의 2가의 포화 탄화수소기를 나타내고, 당해 포화 탄화수소기에 포함되는 메틸렌기는, 산소 원자 또는 카르보닐기로 치환되어 있어도 된다.]
R52의 지환식 탄화수소기로서는, 단환식 및 다환식 중 어느 것이어도 된다. 단환식의 지환식 탄화수소기로서는, 예를 들면, 시클로프로필기, 시클로부틸기, 시클로펜틸기 및 시클로헥실기를 들 수 있다. 다환식의 지환식 탄화수소기로서는, 예를 들면, 아다만틸기 및 노르보르닐기 등을 들 수 있다.
탄소수 1∼8의 지방족 탄화수소기는, 예를 들면, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, 펜틸기, 헥실기, 옥틸기 및 2-에틸헥실기 등의 알킬기를 들 수 있다.
치환기를 가진 지환식 탄화수소기로서는, 3-히드록시아다만틸기, 3-메틸아다만틸기 등을 들 수 있다.
R52는, 바람직하게는, 무치환의 탄소수 3∼18의 지환식 탄화수소기이고, 보다 바람직하게는, 아다만틸기, 노르보르닐기 또는 시클로헥실기이다.
L51의 2가의 포화 탄화수소기로서는, 2가의 지방족 포화 탄화수소기 및 2가의 지환식 포화 탄화수소기를 들 수 있고, 바람직하게는 2가의 지방족 포화 탄화수소기이다.
2가의 지방족 포화 탄화수소기로서는, 예를 들면, 메틸렌기, 에틸렌기, 프로판디일기, 부탄디일기 및 펜탄디일기 등의 알칸디일기를 들 수 있다.
2가의 지환식 포화 탄화수소기는, 단환식 및 다환식 중 어느 것이어도 된다. 단환식의 지환식 포화 탄화수소기로서는, 시클로펜탄디일기 및 시클로헥산디일기 등의 시클로알칸디일기를 들 수 있다. 다환식의 2가의 지환식 포화 탄화수소기로서는, 아다만탄디일기 및 노르보르난디일기 등을 들 수 있다.
포화 탄화수소기에 포함되는 메틸렌기가, 산소 원자 또는 카르보닐기로 치환된 기로서는, 예를 들면, 식 (L1-1)∼식 (L1-4)로 나타내어지는 기를 들 수 있다. 하기 식 중, *은 산소 원자와의 결합손을 나타낸다.
Figure pat00073
식 (L1-1) 중,
Xx1은, 카르보닐옥시기 또는 옥시카르보닐기를 나타낸다.
Lx1은, 탄소수 1∼16의 2가의 지방족 포화 탄화수소기를 나타낸다.
Lx2는, 단결합 또는 탄소수 1∼15의 2가의 지방족 포화 탄화수소기를 나타낸다.
단, Lx1 및 Lx2의 합계 탄소수는, 16 이하이다.
식 (L1-2) 중,
Lx3은, 탄소수 1∼17의 2가의 지방족 포화 탄화수소기를 나타낸다.
Lx4는, 단결합 또는 탄소수 1∼16의 2가의 지방족 포화 탄화수소기를 나타낸다.
단, Lx3 및 Lx4의 합계 탄소수는, 17 이하이다.
식 (L1-3) 중,
Lx5는, 탄소수 1∼15의 2가의 지방족 포화 탄화수소기를 나타낸다.
Lx6 및 Lx7은, 각각 독립적으로, 단결합 또는 탄소수 1∼14의 2가의 지방족 포화 탄화수소기를 나타낸다.
단, Lx5, Lx6 및 Lx7의 합계 탄소수는, 15 이하이다.
식 (L1-4) 중,
Lx8 및 Lx9는, 단결합 또는 탄소수 1∼12의 2가의 지방족 포화 탄화수소기를 나타낸다.
Wx1은, 탄소수 3∼15의 2가의 지환식 포화 탄화수소기를 나타낸다.
단, Lx8, Lx9 및 Wx1의 합계 탄소수는, 15 이하이다.
Lx1은, 바람직하게는, 탄소수 1∼8의 2가의 지방족 포화 탄화수소기, 보다 바람직하게는, 메틸렌기 또는 에틸렌기이다.
Lx2는, 바람직하게는, 단결합 또는 탄소수 1∼8의 2가의 지방족 포화 탄화수소기, 보다 바람직하게는 단결합이다.
Lx3은, 바람직하게는, 탄소수 1∼8의 2가의 지방족 포화 탄화수소기이다.
Lx4는, 바람직하게는, 단결합 또는 탄소수 1∼8의 2가의 지방족 포화 탄화수소기이다.
Lx5는, 바람직하게는, 탄소수 1∼8의 2가의 지방족 포화 탄화수소기, 보다 바람직하게는, 메틸렌기 또는 에틸렌기이다.
Lx6은, 바람직하게는, 단결합 또는 탄소수 1∼8의 2가의 지방족 포화 탄화수소기, 보다 바람직하게는, 메틸렌기 또는 에틸렌기이다.
Lx7은, 바람직하게는, 단결합 또는 탄소수 1∼8의 2가의 지방족 포화 탄화수소기이다.
Lx8은, 바람직하게는, 단결합 또는 탄소수 1∼8의 2가의 지방족 포화 탄화수소기, 보다 바람직하게는, 단결합 또는 메틸렌기이다.
Lx9는, 바람직하게는, 단결합 또는 탄소수 1∼8의 2가의 지방족 포화 탄화수소기, 보다 바람직하게는, 단결합 또는 메틸렌기이다.
Wx1은, 바람직하게는, 탄소수 3∼10의 2가의 지환식 포화 탄화수소기, 보다 바람직하게는, 시클로헥산디일기 또는 아다만탄디일기이다.
식 (L1-1)로 나타내어지는 기로서는, 예를 들면, 이하에 나타내는 2가의 기를 들 수 있다.
Figure pat00074
식 (L1-2)로 나타내어지는 기로서는, 예를 들면, 이하에 나타내는 2가의 기를 들 수 있다.
Figure pat00075
식 (L1-3)으로 나타내어지는 기로서는, 예를 들면, 이하에 나타내는 2가의 기를 들 수 있다.
Figure pat00076
식 (L1-4)로 나타내어지는 기로서는, 예를 들면, 이하에 나타내는 2가의 기를 들 수 있다.
Figure pat00077
L51은, 단결합, 탄소수 1∼8의 2가의 포화 탄화수소기 또는 식 (L1-1)로 나타내어지는 기인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 단결합, 탄소수 1∼6의 2가의 포화 탄화수소기 또는 식 (L1-1)로 나타내어지는 기이다.
구조 단위 (a5-1)로서는, 이하의 것 등을 들 수 있다.
Figure pat00078
Figure pat00079
식 (a5-1-1)∼식 (a5-1-18)에 있어서, R51에 상당하는 메틸기가 수소 원자로 치환된 구조 단위도, 구조 단위 (a5-1)의 구체예로서 들 수 있다.
수지 (A)가, 구조 단위 (a5)를 갖는 경우, 그 함유율은, 수지 (A)의 전체 구조 단위에 대하여, 1∼30 몰%가 바람직하고, 2∼20 몰%가 보다 바람직하며, 3∼15 몰%가 더 바람직하다.
수지 (A)는, 바람직하게는, 구조 단위 (a1)과 구조 단위 (s)로 이루어지는 수지, 즉, 모노머 (a1)과 모노머 (s)의 공중합체이다.
구조 단위 (a1)은, 바람직하게는 구조 단위 (a1-1) 및 구조 단위 (a1-2)(바람직하게는 시클로헥실기, 시클로펜틸기를 갖는 당해 구조 단위)로부터 선택되는 적어도 1종, 보다 바람직하게는 구조 단위 (a1-1)이다.
구조 단위 (s)는, 바람직하게는 구조 단위 (a2) 및 구조 단위 (a3) 중 적어도 1종이다. 구조 단위 (a2)는, 바람직하게는 식 (a2-1)로 나타내어지는 구조 단위이다. 구조 단위 (a3)은, 바람직하게는 식 (a3-1)로 나타내어지는 구조 단위, 식 (a3-2)로 나타내어지는 구조 단위 및 식 (a3-4)로 나타내어지는 구조 단위로부터 선택되는 적어도 1종이다.
수지 (A)는, 아다만틸기를 갖는 모노머에 유래하는 구조 단위(특히, 구조 단위 (a1-1))를, 구조 단위 (a1)의 함유량에 대하여 15 몰% 이상 함유하고 있는 것이 바람직하다. 아다만틸기를 갖는 구조 단위의 함유량이 늘어나면, 레지스트 패턴의 드라이 에칭 내성이 향상한다.
수지 (A)를 구성하는 각 구조 단위는, 1종만 또는 2종 이상을 조합하여 이용해도 되고, 이들 구조 단위를 유도하는 모노머를 이용하여, 공지의 중합법(예를 들면 라디칼 중합법)에 의해서 제조할 수 있다. 수지 (A)가 갖는 각 구조 단위의 함유율은, 중합에 이용하는 모노머의 사용량으로 조정할 수 있다.
수지 (A)의 중량 평균 분자량은, 바람직하게는, 2,000 이상(보다 바람직하게는 2,500 이상, 더 바람직하게는 3,000 이상), 50,000 이하(보다 바람직하게는 30,000 이하, 더 바람직하게는 15,000 이하)이다. 중량 평균 분자량은, 겔 퍼미에이션 크로마토그래피 분석에 의해, 표준 폴리스티렌 기준의 환산값으로서 구해지는 것이고, 당해 분석의 상세한 분석 조건은, 본원의 실시예에서 상술한다.
< 수지 (A) 이외의 수지 >
본 발명의 레지스트 조성물은, 수지 (A) 이외의 수지를 포함해도 된다. 이와 같은 수지로서는, 예를 들면, 구조 단위 (s)로 이루어지는 수지, 구조 단위 (a4)를 포함하는 수지(단, 구조 단위 (a1)을 포함하지 않는다. 이하, 「수지 (X)」라고 하는 경우가 있다.) 등을 들 수 있다.
수지 (X)에 있어서, 구조 단위 (a4)의 함유율은, 수지 (X)의 전체 구조 단위에 대하여, 40 몰% 이상이 바람직하고, 45 몰% 이상이 보다 바람직하며, 50 몰% 이상이 더 바람직하다.
수지 (X)가 더 갖고 있어도 되는 구조 단위로서는, 구조 단위 (a2), 구조 단위 (a3) 및 기타의 공지의 모노머에 유래하는 구조 단위를 들 수 있다.
수지 (X)의 중량 평균 분자량은, 바람직하게는, 6,000 이상(보다 바람직하게는 7,000 이상), 80,000 이하(보다 바람직하게는 60,000 이하)이다. 이러한 수지 (X)의 중량 평균 분자량의 측정 수단은, 수지 (A)의 경우와 마찬가지이다.
레지스트 조성물이 수지 (X)를 포함하는 경우, 그 함유량은, 수지 (A) 100 질량부에 대하여, 바람직하게는 1∼60 질량부이고, 보다 바람직하게는 1∼50 질량부이며, 더 바람직하게는 1∼40 질량부이고, 특히 바람직하게는 2∼30 질량부이다.
수지 (A)와 수지 (A) 이외의 수지와의 함유율은, 레지스트 조성물의 고형분에 대하여, 80 질량% 이상 99 질량% 이하가 바람직하고, 90 질량% 이상 99 질량% 이하가 바람직하다. 본 명세서에 있어서, 「레지스트 조성물의 고형분」이란, 레지스트 조성물의 총량으로부터, 후술하는 용제 (E)를 제외한 성분의 합계를 의미한다. 레지스트 조성물의 고형분 및 이것에 대한 수지의 함유율은, 액체 크로마토그래피 또는 가스 크로마토그래피 등의 공지의 분석 수단으로 측정할 수 있다.
< 용제 (E) >
용제 (E)의 함유율은, 통상 레지스트 조성물 중 90 질량% 이상, 바람직하게는 92 질량% 이상, 보다 바람직하게는 94 질량% 이상이고, 통상 99.9 질량% 이하, 바람직하게는 99 질량% 이하이다. 용제 (E)의 함유율은, 액체 크로마토그래피 또는 가스 크로마토그래피 등의 공지의 분석 수단으로 측정할 수 있다.
용제 (E)로서는, 에틸셀로솔브아세테이트, 메틸셀로솔브아세테이트 및 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 등의 글리콜에테르에스테르류; 프로필렌글리콜모노메틸에테르 등의 글리콜에테르류; 락트산 에틸, 아세트산 부틸, 아세트산 아밀 및 피루빈산 에틸 등의 에스테르류; 아세톤, 메틸이소부틸케톤, 2-헵탄온 및 시클로헥산온 등의 케톤류; γ-부티로락톤 등의 환상 에스테르류; 등을 들 수 있다. 용제 (E)는, 1종을 단독으로 함유해도 되고, 2종 이상을 함유해도 된다.
< ?처 (C) >
?처 (C)는, 염기성의 함질소 유기 화합물 또는 염 (I) 및 산 발생제 (B)로부터 발생하는 산보다 산성도가 약한 산을 발생하는 염을 들 수 있다.
염기성의 함질소 유기 화합물로서는, 아민 및 암모늄염을 들 수 있다. 아민으로서는, 지방족 아민 및 방향족 아민을 들 수 있다. 지방족 아민으로서는, 제1급 아민, 제2급 아민 및 제3급 아민을 들 수 있다.
?처 (C)로서는, 1-나프틸아민, 2-나프틸아민, 아닐린, 디이소프로필아닐린, 2-, 3- 또는 4-메틸아닐린, 4-니트로아닐린, N-메틸아닐린, N,N-디메틸아닐린, 디페닐아민, 헥실아민, 헵틸아민, 옥틸아민, 노닐아민, 데실아민, 디부틸아민, 디펜틸아민, 디헥실아민, 디헵틸아민, 디옥틸아민, 디노닐아민, 디데실아민, 트리에틸아민, 트리메틸아민, 트리프로필아민, 트리부틸아민, 트리펜틸아민, 트리헥실아민, 트리헵틸아민, 트리옥틸아민, 트리노닐아민, 트리데실아민, 메틸디부틸아민, 메틸디펜틸아민, 메틸디헥실아민, 메틸디시클로헥실아민, 메틸디헵틸아민, 메틸디옥틸아민, 메틸디노닐아민, 메틸디데실아민, 에틸디부틸아민, 에틸디펜틸아민, 에틸디헥실아민, 에틸디헵틸아민, 에틸디옥틸아민, 에틸디노닐아민, 에틸디데실아민, 디시클로헥실메틸아민, 트리스〔2-(2-메톡시에톡시)에틸〕아민, 트리이소프로판올아민, 에틸렌디아민, 테트라메틸렌디아민, 헥사메틸렌디아민, 4,4'-디아미노-1,2-디페닐에탄, 4,4'-디아미노-3,3'-디메틸디페닐메탄, 4,4'-디아미노-3,3'-디에틸디페닐메탄, 피페라진, 모르폴린, 피페리딘, 피페리딘 골격을 갖는 힌더드아민 화합물, 2,2'-메틸렌비스아닐린, 이미다졸, 4-메틸이미다졸, 피리딘, 4-메틸피리딘, 1,2-디(2-피리딜)에탄, 1,2-디(4-피리딜)에탄, 1,2-디(2-피리딜)에텐, 1,2-디(4-피리딜)에텐, 1,3-디(4-피리딜)프로판, 1,2-디(4-피리딜옥시)에탄, 디(2-피리딜)케톤, 4,4'-디피리딜설파이드, 4,4'-디피리딜디설파이드, 2,2'-디피리딜아민, 2,2'-디피코릴아민, 비피리딘 등을 들 수 있다. 바람직하게는 2,6-디이소프로필아닐린을 들 수 있다.
암모늄염으로서는, 테트라메틸암모늄히드록시드, 테트라이소프로필암모늄히드록시드, 테트라부틸암모늄히드록시드, 테트라헥실암모늄히드록시드, 테트라옥틸암모늄히드록시드, 페닐트리메틸암모늄히드록시드, 3-(트리플루오로메틸)페닐트리메틸암모늄히드록시드, 테트라-n-부틸암모늄살리실레이트 및 콜린 등을 들 수 있다.
염 (I) 및 산 발생제 (B)로부터 발생하는 산보다 산성도가 약한 산을 발생하는 염에 있어서의 산성도는, 산 해리 상수(pKa)로 나타내어진다. 염 (I) 및 산 발생제 (B)로부터 발생하는 산보다 산성도가 약한 산을 발생하는 염은, 당해 염으로부터 발생하는 산의 산 해리 상수가, 통상 -3＜pKa인 염이고, 바람직하게는 -1＜pKa＜7인 염이고, 보다 바람직하게는 0＜pKa＜5인 염이다. 산 발생제 (B)로부터 발생하는 산보다 산성도가 약한 산을 발생하는 염으로서는, 하기 식으로 나타내어지는 염, 식 (D)로 나타내어지는 약산 분자 내 염 및 일본 공개특허 특개2012-229206호 공보, 일본 공개특허 특개2012-6908호 공보, 일본 공개특허 특개2012-72109호 공보, 일본 공개특허 특개2011-39502호 공보 및 일본 공개특허 특개2011-191745호 공보에 기재된 염을 들 수 있다. 바람직하게는, 식 (D)로 나타내어지는 약산 분자 내 염(이하, 「약산 분자 내 염 (D)」로 쓰는 경우가 있다)이다.
Figure pat00080
Figure pat00081
Figure pat00082
Figure pat00083
[식 (D) 중,
RD1 및 RD2는, 각각 독립적으로, 탄소수 1∼12의 1가의 탄화수소기, 탄소수 1∼6의 알콕시기, 탄소수 2∼7의 아실기, 탄소수 2∼7의 아실옥시기, 탄소수 2∼7의 알콕시카르보닐기, 니트로기 또는 할로겐 원자를 나타낸다.
m' 및 n'는, 각각 독립적으로, 0∼4의 정수를 나타내고, m'가 2 이상인 경우, 복수의 RD1은 동일 또는 상이하고, n'가 2 이상인 경우, 복수의 RD2는 동일 또는 상이하다.]
약산 분자 내 염 (D)에 있어서는, RD1 및 RD2의 탄화수소기로서는, 1가의 지방족 탄화수소기, 1가의 지환식 탄화수소기, 1가의 방향족 탄화수소기 및 이들을 조합함으로써 형성되는 기 등을 들 수 있다.
1가의 지방족 탄화수소기로서는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, t-부틸기, 펜틸기, 헥실기, 노닐기 등의 알킬기를 들 수 있다.
1가의 지환식 탄화수소기로서는, 단환식 및 다환식 중 어느 것이어도 되고, 포화 및 불포화 중 어느 것이어도 된다. 예를 들면, 시클로프로필기, 시클로부틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 시클로노닐기, 시클로도데실기 등의 시클로알킬기, 노르보닐기, 아다만틸기 등을 들 수 있다.
1가의 방향족 탄화수소기로서는, 페닐기, 1-나프틸기, 2-나프틸기, 2-메틸페닐기, 3-메틸페닐기, 4-메틸페닐기, 4-에틸페닐기, 4-프로필페닐기, 4-이소프로필 페닐기, 4-부틸페닐기, 4-t-부틸페닐기, 4-헥실페닐기, 4-시클로헥실페닐기, 안트릴기, p-아다만틸페닐기, 톨릴기, 크실릴기, 쿠메닐기, 메시틸기, 비페닐기, 페난트릴기, 2,6-디에틸페닐기, 2-메틸-6-에틸페닐기 등의 아릴기 등을 들 수 있다.
이들을 조합함으로써 형성되는 기로서는, 알킬-시클로알킬기, 시클로알킬-알킬기, 아랄킬기(예를 들면, 페닐메틸기, 1-페닐에틸기, 2-페닐에틸기, 1-페닐-1-프로필기, 1-페닐-2-프로필기, 2-페닐-2-프로필기, 3-페닐-1-프로필기, 4-페닐-1-부틸기, 5-페닐-1-펜틸기, 6-페닐-1-헥실기 등) 등을 들 수 있다.
알콕시기로서는, 메톡시기, 에톡시기 등을 들 수 있다.
아실기로서는, 아세틸기, 프로파노일기, 벤조일기, 시클로헥산카르보닐기 등을 들 수 있다.
아실옥시기로서는, 상기 아실기에 옥시기(-O-)가 결합한 기 등을 들 수 있다.
알콕시카르보닐기로서는, 상기 알콕시기에 카르보닐기(-CO-)가 결합한 기 등을 들 수 있다.
할로겐 원자로서는, 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자 등을 들 수 있다.
식 (D)에 있어서는, RD1 및 RD2는, 각각 독립적으로, 탄소수 1∼8의 알킬기, 탄소수 3∼10의 시클로알킬기, 탄소수 1∼6의 알콕시기, 탄소수 2∼4의 아실기, 탄소수 2∼4의 아실옥시기, 탄소수 2∼4의 알콕시카르보닐기, 니트로기 또는 할로겐 원자가 바람직하다.
m' 및 n'는, 각각 독립적으로, 0∼2의 정수가 바람직하고, 0이 보다 바람직하다. m'가 2 이상인 경우, 복수의 RD1은 동일 또는 상이하고, n'가 2 이상인 경우, 복수의 RD2는 동일 또는 상이하다.
약산 분자 내 염 (D)로서는, 이하의 화합물을 들 수 있다.
Figure pat00084
Figure pat00085
?처 (C)의 함유율은, 레지스트 조성물의 고형분 중, 바람직하게는, 0.01∼5 질량%이고, 보다 바람직하게는 0.01∼4 질량%이며, 특히 바람직하게는 0.01∼3 질량%이다.
< 기타 성분 >
레지스트 조성물은, 필요에 따라서, 상술의 성분 이외의 성분(이하, 「기타 성분 (F)」라고 하는 경우가 있다.)을 함유하고 있어도 된다. 기타 성분 (F)는, 레지스트 분야에서 공지의 첨가제, 예를 들면, 증감제, 용해억지제, 계면활성제, 안정제, 염료 등을 이용할 수 있다.
< 레지스트 조성물의 조제 >
레지스트 조성물은, 수지 (A) 및 염 (I) 및 필요에 따라서, 수지 (A) 이외의 수지, 산 발생제 (B), 용제 (E), ?처 (C) 및 기타 성분 (F)를 혼합함으로써 조제할 수 있다. 혼합 순서는 임의이며, 특별히 한정되는 것은 아니다. 혼합할 때의 온도는, 10∼40℃로부터, 수지 등의 종류나 수지 등의 용제 (E)에 대한 용해도 등에 따라서 적절한 온도를 선택할 수 있다. 혼합 시간은, 혼합 온도에 따라서, 0.5∼24시간 중에서 적절한 시간을 선택할 수 있다. 또한, 혼합 수단도 특별히 제한은 없고, 교반 혼합 등을 이용할 수 있다.
각 성분을 혼합한 후에는, 구멍 지름 0.003∼0.2 ㎛ 정도의 필터를 이용하여 여과하는 것이 바람직하다.
< 레지스트 패턴의 제조 방법 >
본 발명의 레지스트 패턴의 제조 방법은,
(1) 본 발명의 레지스트 조성물을 기판 상에 도포하는 공정,
(2) 도포 후의 조성물을 건조시켜 조성물층을 형성하는 공정,
(3) 조성물층에 노광하는 공정,
(4) 노광 후의 조성물층을 가열하는 공정, 및
(5) 가열 후의 조성물층을 현상하는 공정을 포함한다.
레지스트 조성물을 기판상에 도포하기 위해서는, 스핀 코터 등, 통상, 이용되는 장치에 의해서 행할 수 있다. 도포 장치의 조건을 조절함으로써, 도포 후의 조성물의 막 두께를 조정할 수 있다. 기판으로서는, 실리콘 웨이퍼 등의 무기 기판을 들 수 있다. 레지스트 조성물을 도포하기 전에, 기판을 세정해도 되고, 기판상에 SiO2 등의 보호막이나 반사 방지막 등을 형성해도 된다.
도포 후의 조성물을 건조함으로써, 용제를 제거하고, 조성물층을 형성한다. 건조는, 예를 들면, 핫 플레이트 등의 가열 장치를 이용하여 용제를 증발시키는 것(소위, 프리베이크)에 의해 행하거나, 또는 감압 장치를 이용하여 행한다. 가열 온도는 50∼200℃가 바람직하고, 가열 시간은 10∼180초간이 바람직하다. 또, 감압 건조할 때의 압력은, 1∼1.0×105 ㎩ 정도가 바람직하다.
얻어진 조성물층에, 통상, 노광기를 이용하여 노광한다. 노광기는, 액침 노광기여도 된다. 노광 광원으로서는, KrF 엑시머 레이저(파장 248 ㎚), ArF 엑시머 레이저(파장 193 ㎚), F2 엑시머 레이저(파장 157 ㎚)와 같은 자외 영역의 레이저광을 방사하는 것, 고체 레이저 광원(YAG 또는 반도체 레이저 등)으로부터의 레이저광을 파장 변환하여 원자외 영역 또는 진공 자외 영역의 고조파(高調波) 레이저광을 방사하는 것, 전자선이나, 초자외광(EUV)을 조사하는 것 등, 여러 가지의 것을 이용할 수 있다. 또한, 본 명세서에 있어서, 이들의 방사선을 조사하는 것을 총칭하여 「노광」이라고 하는 경우가 있다. 노광시, 통상, 요구되는 패턴에 상당하는 마스크를 개재하여 노광이 행해진다. 노광 광원이 전자선인 경우에는, 마스크를 이용하지 않고 직접 묘화에 의해 노광해도 된다.
노광 후의 조성물층을, 산 불안정기에 있어서의 탈보호 반응을 촉진하기 위하여 가열 처리(소위, 포스트 익스포저 베이크)를 행한다. 가열 온도는, 통상 50∼200℃ 정도, 바람직하게는 70∼150℃ 정도이다.
가열 후의 조성물층을, 통상, 현상 장치를 이용하여, 현상액을 이용하여 현상한다. 현상 방법으로서는, 딥법, 패들법, 스프레이법, 다이내믹 디스펜스법 등을 들 수 있다. 현상 온도는 5∼60℃가 바람직하고, 현상 시간은 5∼300초간이 바람직하다. 현상액의 종류를 이하와 같이 선택함으로써, 포지티브형 레지스트 패턴 또는 네거티브형 레지스트 패턴을 제조할 수 있다.
레지스트 조성물로부터 포지티브형 레지스트 패턴을 제조하는 경우에는, 현상액으로서 알칼리 현상액을 이용한다. 알칼리 현상액은, 이 분야에서 이용되는 각종의 알칼리성 수용액이면 된다. 테트라메틸암모늄히드록시드나 (2-히드록시에틸)트리메틸암모늄히드록시드(통칭, 콜린)의 수용액 등을 들 수 있다. 알칼리 현상액에는, 계면활성제가 포함되어 있어도 된다.
현상 후 레지스트 패턴을 초순수로 세정하고, 이어서, 기판 및 패턴 상에 남은 물을 제거하는 것이 바람직하다.
레지스트 조성물로부터 네거티브형 레지스트 패턴을 제조하는 경우에는, 현상액으로서 유기 용제를 포함하는 현상액(이하, 「유기계 현상액」이라고 하는 경우가 있다)을 이용한다.
유기계 현상액에 포함되는 유기 용제로서는, 2-헥산온, 2-헵탄온 등의 케톤 용제; 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 등의 글리콜에테르에스테르 용제; 아세트산 부틸 등의 에스테르 용제; 프로필렌글리콜모노메틸에테르 등의 글리콜에테르 용제; N,N-디메틸아세트아미드 등의 아미드 용제; 아니솔 등의 방향족 탄화수소 용제 등을 들 수 있다.
유기계 현상액 중, 유기 용제의 함유율은, 90 질량% 이상 100 질량% 이하가 바람직하고, 95 질량% 이상 100 질량% 이하가 보다 바람직하며, 실질적으로 유기 용제만인 것이 더 바람직하다.
유기계 현상액으로서는, 아세트산 부틸 및/또는 2-헵탄온을 포함하는 현상액이 바람직하다. 유기계 현상액 중, 아세트산 부틸 및 2-헵탄온의 합계 함유율은, 50 질량% 이상 100 질량% 이하가 바람직하고, 90 질량% 이상 100 질량% 이하가 보다 바람직하며, 실질적으로 아세트산 부틸 및/또는 2-헵탄온만인 것이 더 바람직하다.
유기계 현상액에는, 계면활성제가 포함되어 있어도 된다. 또, 유기계 현상액에는, 미량의 수분이 포함되어 있어도 된다.
현상시, 유기계 현상액과는 다른 종류의 용제로 치환함으로써, 현상을 정지해도 된다.
현상 후의 레지스트 패턴을 린스액으로 세정하는 것이 바람직하다. 린스액으로서는, 레지스트 패턴을 용해하지 않는 것이라면 특별히 제한은 없고, 일반적인 유기 용제를 포함하는 용액을 사용할 수 있고, 바람직하게는 알코올 용제 또는 에스테르 용제이다.
세정 후에는, 기판 및 패턴 상에 남은 린스액을 제거하는 것이 바람직하다.
< 용도 >
본 발명의 레지스트 조성물은, KrF 엑시머 레이저 노광용의 레지스트 조성물, ArF 엑시머 레이저 노광용의 레지스트 조성물, 전자선(EB) 노광용의 레지스트 조성물 또는 EUV 노광용의 레지스트 조성물, 특히 ArF 엑시머 레이저 노광용의 레지스트 조성물로서 바람직하고, 반도체의 미세 가공에 유용하다.
또, 본 발명의 레지스트 조성물에 의하면, 비교적 두꺼운 막이어도 라인 엣지 러프니스에 우수한 레지스트 패선을 형성할 수 있기 때문에, 특히, 임플란트용의 레지스트 조성물로서 유용하다.
[실시예]
실시예를 들어, 더 구체적으로 설명한다. 예 중, 함유량 내지 사용량을 나타내는 「%」 및 「부」는, 특별히 기재하지 않는 한 질량 기준이다.
중량 평균 분자량은, 겔 퍼미에이션 크로마토그래피로 하기 조건에 의해 구한 값이다.
장치: HLC-8120GPC형(型)(도소사 제)
컬럼: TSKgel Multipore HXL-Mx3+guardcolumn(도소사 제)
용리액: 테트라히드로푸란
유량: 1.0mL/min
검출기: RI 검출기
컬럼 온도: 40℃
주입량: 100㎕
분자량 표준: 표준 폴리스티렌(도소사 제)
또한, 화합물의 구조는, 질량 분석(LC는 Agilent 제 1100형, MASS는 Agilent 제 LC/MSD형)을 이용하여, 분자 피크를 측정함으로써 확인하였다. 이하의 실시예에서는 이 분자 피크의 값을 「MASS」로 나타낸다.
실시예 1 : 식 (I-13)으로 나타내어지는 염의 합성
Figure pat00086
식 (I-13-a)로 나타내어지는 화합물 50부, 식 (I-13-b)로 나타내어지는 화합물 10.33부 및 클로로포름 350부를 넣고, 23℃에서 30분간 교반하였다. 그 후, 이것에, 아세트산 구리(II) 0.20부를 넣고, 80℃에서 2시간 환류하고, 농축하였다. 회수된 농축물에, tert-부틸메틸에테르 440부를 추가하여 교반하고, 여과함으로써, 식 (I-13-c)로 나타내어지는 염 32.96부를 얻었다.
Figure pat00087
테트라히드로푸란 10부에, 5℃에서, 리튬 알루미늄하이드라이드 2.21부를 첨가하고, 5℃에서 30분간 교반하였다. 그 후, 이것에, 식 (I-13-d)로 나타내어지는 화합물 8.22부 및 테트라히드로푸란 30부의 혼합 용액을 1시간 걸쳐 적하하고, 추가로 23℃에서 18시간 교반하였다. 얻어진 반응물에, 1N 염산 30부를 넣고, 농축하였다. 회수된 농축물에, 아세토니트릴 82부를 추가하여 교반하고, 여과하여, 얻어진 여액을 농축함으로써, 식 (I-13-e)로 나타내어지는 화합물 6.28부를 얻었다.
Figure pat00088
식 (I-13-f)로 나타내어지는 화합물 13.25부 및 아세토니트릴 40부를 첨가하고, 23℃에서 30분간 교반하였다. 얻어진 혼합 용액에, 식 (I-13-g)로 나타내어지는 화합물 11.63부를 첨가하고, 추가로, 40℃에서 1시간 교반하였다. 얻어진 반응 매스에, 식 (I-13-h)로 나타내어지는 화합물 6.28부 및 아세토니트릴 13.20부의 혼합 용액을 첨가하고, 추가로, 23℃에서 16시간 교반하였다. 얻어진 반응물에, 아세토니트릴 30부를 추가하여 교반하고, 여과하여, 얻어진 여액을 농축함으로써, 식 (I-13-i)로 나타내어지는 화합물 9.06부를 얻었다.
Figure pat00089
식 (I-13-i)로 나타내어지는 화합물 9.06부, 식 (I-13-c)로 나타내어지는 화합물 11.89부, 아세토니트릴 20부, 클로로포름 63부 및 5% 옥살산 수용액 31.44부를 첨가하고, 23℃에서 2시간 교반하였다. 얻어진 반응 용액을 분액하였다. 회수된 유기층에, 5% 옥살산 수용액 21부를 추가하여 23℃에서 30분간 교반하고, 분액하여 유기층을 취출하였다. 이 세정 조작을 3회 반복하였다. 회수된 유기층에 5% 탄산수소나트륨 수용액 21부를 추가하여 23℃에서 30분간 교반하고, 분액하여 유기층을 취출하였다. 이 세정 조작을 2회 반복하였다. 회수된 유기층에 이온 교환수 21부를 추가하여 23℃에서 30분간 교반하고, 분액하여 유기층을 취출하였다. 이 수세 조작을 3회 반복하였다. 회수된 유기층을 농축하고, 농축 매스에, 아세토니트릴 80부 및 아세트산 에틸 60부를 추가하여 교반하고, 여과함으로써, 식 (I-13)으로 나타내어지는 화합물 4.53부를 얻었다.
MASS(ESI(+)Spectrum) : M+ 237.1
MASS(ESI(-)Spectrum) : M- 337.1
실시예 2 : 식 (I-14)로 나타내어지는 염의 합성
Figure pat00090
식 (I-14-f)로 나타내는 화합물 8.01부 및 아세토니트릴 28.06부를 첨가하고, 23℃에서 30분간 교반하였다. 얻어진 혼합 용액에, 식 (I-14-g)로 나타내어지는 화합물 6.96부를 첨가하고, 추가로, 50℃에서 6시간 교반하였다. 얻어진 반응 매스에, 식 (I-13-h)로 나타내어지는 화합물 3.76부 및 아세토니트릴 8.24부의 혼합 용액을 첨가하고, 추가로, 23℃에서 18시간 교반하였다. 얻어진 반응물에, 아세토니트릴 30부를 추가하여 교반하고, 여과하였다. 얻어진 여액을 농축함으로써, 식 (I-14-i)로 나타내어지는 화합물 4.93부를 얻었다.
Figure pat00091
식 (I-14-i)로 나타내어지는 화합물 4.93부, 식 (I-13-c)로 나타내어지는 화합물 7.16부, 아세토니트릴 7.50부, 클로로포름 50부 및 5% 옥살산 수용액 24.38부를 첨가하고, 23℃에서 2시간 교반하였다. 얻어진 반응 용액을 분액하였다. 회수된 유기층에, 5% 옥살산 수용액 16부를 추가하여 23℃에서 30분간 교반하고, 분액하여 유기층을 취출하였다. 회수된 유기층에 5% 탄산수소나트륨 수용액 16부를 추가하여 23℃에서 30분간 교반하고, 분액하여 유기층을 취출하였다. 회수된 유기층에 이온 교환수 16부를 추가하여 23℃에서 30분간 교반하고, 분액하여 유기층을 취출하였다. 이 수세 조작을 5회 반복하였다. 회수된 유기층을 농축하였다. 얻어진 농축 매스에, 아세토니트릴 5.5부 및 아세트산 에틸 19.5부를 추가하여 교반하고, 여과함으로써, 식 (I-14)로 나타내어지는 화합물 0.65부를 얻었다.
MASS(ESI(+)Spectrum) : M+ 237.1
MASS(ESI(-)Spectrum) : M- 339.1
실시예 3 : 식 (I-15)로 나타내어지는 염의 합성
Figure pat00092
식 (I-13)으로 나타내어지는 화합물 1.73부, 식 (I-15-b)로 나타내어지는 화합물 0.73부 및 1,2-디클로로에탄 10부를 첨가하고, 23℃에서 30분간 교반하였다. 얻어진 혼합 용액에, p-톨루엔술폰산 0.01부를 첨가하고, 100℃에서 3시간 환류 교반하였다. 얻어진 반응물을 23℃까지 냉각하고, 클로로포름 30부 및 5% 탄산수소나트륨 수용액 10부를 추가하여, 23℃에서 30분간 교반하였다. 그 후, 정치하고, 분액하였다. 회수된 유기층에, 이온 교환수 10부를 넣고 23℃에서 30분간 교반하고, 분액함으로써 유기층을 회수하였다. 이 수세의 조작을 7회 행하였다. 얻어진 유기층에 활성탄 1.00부를 넣고, 23℃에서 30분간 교반하고, 여과하였다. 여액을 농축하고, 얻어진 농축물에, 아세토니트릴 10부를 첨가하여 용해하고, 농축하였다. 회수된 농축물에, tert-부틸메틸에테르 10부를 추가하여 교반하고, 여과함으로써, 식 (I-15)로 나타내어지는 화합물 1.28부를 얻었다.
MASS(ESI(+)Spectrum) : M+ 237.1
MASS(ESI(-)Spectrum) : M- 481.1
실시예 4 : 식 (I-57)로 나타내어지는 염의 합성
Figure pat00093
식 (I-13)으로 나타내어지는 화합물 1.96부 및 에틸렌글리콜 10부를 넣고, 23℃에서 30분간 교반 후, 103℃까지 승온하였다. 이어서, 얻어진 혼합물에 황산 0.02부를 넣고, 103℃에서 1시간 교반하고, 23℃까지 냉각하였다. 얻어진 혼합물에 클로로포름 20부 및 이온 교환수 10부를 넣고 23℃에서 30분간 교반하고, 분액함으로써 유기층을 회수하였다. 이 수세의 조작을 3회 행하였다. 회수된 유기층을 농축하고, 얻어진 농축물에, 아세토니트릴 10부를 추가하여 23℃에서 30분간 교반하고, 농축하였다. 얻어진 농축물에, 아세트산 에틸 10부를 추가하여 23℃에서 30분간 교반하고, 상등액을 제거하였다. 또한, 농축함으로써, 식 (I-57)로 나타내어지는 염 1.84부를 얻었다.
MASS(ESI(+)Spectrum) : M+ 237.1
MASS(ESI(-)Spectrum) : M- 381.1
실시예 5 : 식 (I-75)로 나타내어지는 염의 합성
Figure pat00094
식 (I-75-a)로 나타내어지는 염 10.00부, 식 (I-13-c)로 나타내어지는 화합물 10.57부, 클로로포름 50부 및 5% 옥살산 수용액 25부를 첨가하고, 23℃에서 2시간 교반하였다. 얻어진 반응 용액에 아세토니트릴 10부를 첨가한 후, 분액하였다. 회수된 유기층에, 이온 교환수 25부를 추가하여 23℃에서 30분간 교반한 후, 분액하여 유기층을 취출하였다. 이 수세 조작을 5회 반복하였다. 회수된 유기층을 농축한 후, 농축 매스에, 아세토니트릴 30부 및 tert-부틸메틸에테르 50부를 추가하여 교반한 후, 여과함으로써, 식 (I-75)로 나타내어지는 화합물 10.25부를 얻었다.
MASS(ESI(+)Spectrum) : M+ 237.1
MASS(ESI(-)Spectrum) : M- 245.0
합성예 1 [식 (B1-21)로 나타내어지는 염의 합성]
Figure pat00095
일본 공개특허 특개2008-209917호 공보에 기재된 방법에 의해 얻어진 식 (B1-21-b)로 나타내어지는 화합물 30.00부, 식 (B1-21-a)로 나타내어지는 염 35.50부, 클로로포름 100부 및 이온 교환수 50부를 넣고, 23℃에서 15시간 교반하였다. 얻어진 반응액이 2층으로 분리되어 있었으므로, 클로로포름층을 분액하여 취출하고, 추가로, 당해 클로로포름층에 이온 교환수 30부를 첨가하고, 수세하였다. 이 조작을 5회 반복하였다. 클로로포름층을 농축하고, 얻어진 잔사에, tert-부틸메틸에테르 100부를 추가하여 23℃에서 30분간 교반한 후, 여과함으로써, 식 (B1-21-c)로 나타내어지는 염 48.57부를 얻었다.
Figure pat00096
식 (B1-21-c)로 나타내어지는 염 20.00부, 식 (B1-21-d)로 나타내어지는 화합물 2.84부 및 모노클로로벤젠 250부를 넣고, 23℃에서 30분간 교반하였다. 얻어진 혼합액에, 이안식향산 구리(II) 0.21부를 첨가한 후, 추가로, 100℃에서 1시간 교반하였다. 얻어진 반응 용액을 농축하였다. 얻어진 잔사에, 클로로포름 200부 및 이온 교환수 50부를 추가하여 23℃에서 30분간 교반한 후, 분액하여 유기층을 취출하였다. 회수된 유기층에 이온 교환수 50부를 추가하여 23℃에서 30분간 교반한 후, 분액하여 유기층을 취출하였다. 이 수세 조작을 5회 반복하였다. 얻어진 유기층을 농축한 후, 얻어진 잔사를, 아세토니트릴 53.51부에 용해하고, 농축한 후, tert-부틸메틸에테르 113.05부를 추가하여 교반하고, 여과함으로써, 식 (B1-21)로 나타내어지는 염 10.47부를 얻었다.
MASS(ESI(+)Spectrum): M+ 237.1
MASS(ESI(-)Spectrum): M- 339.1
합성예 2 [식 (B1-22)로 나타내어지는 염의 합성]
Figure pat00097
식 (B1-22-a)로 나타내어지는 염 11.26부, 식 (B1-22-b)로 나타내어지는 화합물 10.00부, 클로로포름 50부 및 이온 교환수 25부를 넣고, 23℃에서 15시간 교반하였다. 얻어진 반응액이 2층으로 분리되어 있었으므로, 클로로포름층을 분액하여 취출하고, 추가로, 당해 클로로포름층에 이온 교환수 15부를 첨가하고, 수세하였다. 이 조작을 5회 반복하였다. 클로로포름층을 농축하고, 얻어진 잔사에, tert-부틸메틸에테르 50부를 추가하여 23℃에서 30분간 교반하고, 여과함으로써, 식 (B1-22-c)로 나타내어지는 염 11.75부를 얻었다.
Figure pat00098
식 (B1-22-c)로 나타내어지는 염 11.71부, 식 (B1-22-d)로 나타내어지는 화합물 1.70부 및 모노클로로벤젠 46.84부를 넣고, 23℃에서 30분간 교반하였다. 얻어진 혼합액에, 이안식향산 구리(II) 0.12부를 첨가하고, 추가로, 100℃에서 30분간 교반하였다. 얻어진 반응 용액을 농축하였다. 얻어진 잔사에, 클로로포름 50부 및 이온 교환수 12.50부를 추가하여 23℃에서 30분간 교반하고, 분액하여 유기층을 취출하였다. 회수된 유기층에 이온 교환수 12.50부를 추가하여 23℃에서 30분간 교반하고, 분액하여 유기층을 취출하였다. 이 수세 조작을 8회 반복하였다. 얻어진 유기층을 농축하였다. 얻어진 잔사에, tert-부틸메틸에테르 50부를 추가하여 교반하고, 여과함으로써, 식 (B1-22)로 나타내어지는 염 6.84부를 얻었다.
MASS(ESI(+)Spectrum): M+ 237.1
MASS(ESI(-)Spectrum): M- 323.0
합성예 3 : 식 (B1-X)로 나타내어지는 염의 합성
Figure pat00099
식 (B1-X-f)로 나타내어지는 화합물 7.36부 및 아세토니트릴 28부를 첨가하고, 23℃에서 30분간 교반하였다. 얻어진 혼합 용액에, 식 (B1-X-g)로 나타내어지는 화합물 6.96부를 첨가하고, 추가로, 50℃에서 6시간 교반하였다. 얻어진 반응 매스에, 식 (I-13-h)로 나타내어지는 화합물 3.76부 및 아세토니트릴 8.24부의 혼합 용액을 첨가하고, 추가로, 23℃에서 18시간 교반하였다. 얻어진 반응물에, 아세토니트릴 30부를 추가하여 교반한 후, 여과하고, 얻어진 여액을 농축함으로써, 식 (B1-X-i)로 나타내어지는 화합물 4.76부를 얻었다.
Figure pat00100
식 (B1-X-i)로 나타내어지는 화합물 4.71부, 식 (I-13-c)로 나타내어지는 화합물 7.16부, 아세토니트릴 7.50부, 클로로포름 50부 및 5% 옥살산 수용액 24.38부를 첨가하고, 23℃에서 2시간 교반하였다. 얻어진 반응 용액을 분액하였다. 회수된 유기층에, 5% 옥살산 수용액 16부를 추가하여 23℃에서 30분간 교반하고, 분액하여 유기층을 취출하였다. 회수된 유기층에 5% 탄산수소나트륨 수용액 16부를 추가하여 23℃에서 30분간 교반하고, 분액하여 유기층을 취출하였다. 회수된 유기층에 이온 교환수 16부를 추가하여 23℃에서 30분간 교반하고, 분액하여 유기층을 취출하였다. 이 수세 조작을 5회 반복하였다. 회수된 유기층을 농축하였다. 농축 매스에, 아세토니트릴 5부 및 아세트산 에틸 20부를 추가하여 교반하고, 여과함으로써, 식 (B1-X)로 나타내어지는 화합물 1.18부를 얻었다.
MASS(ESI(+)Spectrum): M+ 237.1
MASS(ESI(-)Spectrum): M- 323.1
수지 (A)의 합성
수지 (A)의 합성에 사용한 화합물(모노머)을 하기에 나타낸다. 이하, 이들의 모노머를 식 번호에 따라 「모노머 (a1-1-2)」등이라고 한다.
Figure pat00101
합성예 4 〔수지 A1의 합성〕
모노머 (a1-1-2), 모노머 (a1-2-9), 모노머 (a2-1-1) 및 모노머 (a3-1-1)을, 그 몰비〔모노머 (a1-1-2):모노머 (a1-2-9):모노머 (a2-1-1):모노머 (a3-1-1)〕이 5:42:32:21이 되도록 혼합하고, 전체 모노머량의 2질량배의 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트를 추가하여 용액으로 하였다. 이 용액에, 개시제로서 아조비스이소부티로니트릴 및 아조비스(2,4-디메틸발레로니트릴)를 전체 모노머량에 대하여 각각, 1 mol% 및 3mol% 첨가하고, 이들을 75℃에서 약 5시간 가열하였다. 얻어진 반응 혼합물을, 대량의 메탄올/물 혼합 용매에 부어 수지를 침전시키고, 이 수지를 여과하였다. 얻어진 수지를 다시, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트에 용해시켜 얻어지는 용해액을 메탄올/물 혼합 용매에 부어 수지를 침전시키고, 이 수지를 여과한다는 재침전 조작을 2회 행하고, 중량 평균 분자량 9.1×103의 수지 A1(공중합체)을 수율 97%로 얻었다. 이 수지 A1은, 이하의 구조 단위를 갖는 것이다.
Figure pat00102
< 레지스트 조성물의 조제 >
표 3에 나타낸 바와 같이, 이하의 각 성분을 혼합하고, 얻어진 혼합물을 구멍 지름 0.2 ㎛의 불소 수지제 필터로 여과함으로써, 레지스트 조성물을 조제하였다.
Figure pat00103
< 수지 >
A1 : 수지 A1
< 염 (I) >
I-13 : 식 (I-13)으로 나타내어지는 염
I-14 : 식 (I-14)로 나타내어지는 염
I-15 : 식 (I-15)로 나타내어지는 염
I-57 : 식 (I-57)로 나타내어지는 염
I-75 : 식 (I-75)로 나타내어지는 염
< 산 발생제 >
B1-21 : 식 (B1-21)로 나타내어지는 염
B1-22 : 식 (B1-22)로 나타내어지는 염
B1-X : 식 (B1-X)로 나타내어지는 염
< 약산 분자 내 염(D) >
D1 : (도쿄 화성 공업(주) 제)
Figure pat00104
< 용제 >
프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 265부
프로필렌글리콜모노메틸에테르 20부
2-헵탄온 20부
γ-부티로락톤 3.5부
< 레지스트 패턴의 제조 >
표면에 막 두께 100 nm의 SiO2층이 형성된 실리콘 웨이퍼를, 헥사메틸디실라잔을 이용하여 120℃에서 60초 처리한 후, 그 위에, 레지스트 조성물을 프리베이크 후의 막 두께가 240 nm가 되도록 스핀코트하였다.
레지스트 조성물이 도포된 실리콘 웨이퍼를 다이렉트 핫 플레이트 상에서, 표 3의 「PB」란에 기재된 온도에서 60초간 프리베이크하여 조성물층을 형성하였다. 이와 같이 실리콘 웨이퍼 상에 형성된 조성물층에, ArF 엑시머 스테퍼〔FPA5000-AS3; (주) 캐논 제, NA＝0.75 2/3Annular〕로, 라인 앤드 스페이스 패턴(피치 200 nm/라인 100 nm)을 형성하기 위한 마스크를 이용하여, 노광량을 단계적으로 변화시켜 라인 앤드 스페이스 패턴을 액침 노광하였다. 또한, 액침 매체로서는 초순수를 사용하였다.
노광 후, 핫 플레이트 상에서, 표 3의 「PEB」란에 기재된 온도에서 60초간 포스트 익스포저 베이크(PEB)를 행하고, 추가로 2.38 질량% 테트라메틸암모늄히드록시드 수용액에서 60초간의 패들 현상을 행하고, 레지스트 패턴을 얻었다.
얻어진 레지스트 패턴에 있어서, 패턴의 라인 폭이 100 ㎚가 되는 노광량을 실효 감도로 하였다.
< 라인 엣지 러프니스 평가(LER) >
얻어진 레지스트 패턴에 대하여, 벽면의 요철의 진동 폭을 주사형 전자현미경으로 관찰하여 측정하였다. 이 진동 폭을 LER(㎚)로서 표 4에 나타내었다.
Figure pat00105
상기의 결과로부터, 본 발명의 염 및 이 염을 포함하는 산 발생제 및 이 산 발생제를 포함하는 레지스트 조성물에 의하면, 우수한 라인 엣지 러프니스로 레지스트 패턴을 제조할 수 있는 것을 알 수 있다.
본 발명의 염 및 이 염을 포함하는 산 발생제 및 이 산 발생제를 포함하는 레지스트 조성물에 의하면, 우수한 라인 엣지 러프니스의 레지스트 패턴을 제조할 수 있기 때문에, 반도체의 미세 가공에 적합하며, 산업상 유용하다. 또한, 본 발명의 레지스트 조성물은, 비교적 두꺼운 막이어도 라인 엣지 러프니스가 우수한 레지스트 패턴을 형성할 수 있기 때문에, 특히, 임플란트용의 레지스트 조성물로서도 유용하다.

Claims (7)

  1. 식 (I)로 나타내어지는 염.
    Figure pat00106

    [식 (I) 중,
    R1 및 R2는, 각각 독립적으로, 수소 원자, 히드록시기 또는 탄소수 1∼12의 탄화수소기를 나타내고, 당해 탄화수소기에 포함되는 -CH2-는, -O- 또는 -CO-로 치환되어 있어도 된다.
    m 및 n은, 각각 독립적으로, 1 또는 2를 나타내고, m이 2일 때, 2개의 R1은 동일 또는 상이하며, n이 2일 때, 2개의 R2는 동일 또는 상이하다.
    Ar은, 치환기를 갖고 있어도 되는 페닐기를 나타낸다.
    Q1 및 Q2는, 각각 독립적으로, 불소 원자 또는 탄소수 1∼6의 퍼플루오로알킬기를 나타낸다.
    A1은, 단결합, 탄소수 1∼24의 알칸디일기 또는 *-A2-X1-(A3-X2)a-(A4)b-를 나타내고, *은 카르보닐기와의 결합손을 나타낸다.
    A2, A3 및 A4는, 각각 독립적으로, 탄소수 1∼6의 알칸디일기를 나타낸다.
    X1 및 X2는, 각각 독립적으로, -O-, -CO-O- 또는 -O-CO-를 나타낸다.
    a는, 0 또는 1을 나타낸다.
    b는, 0 또는 1을 나타낸다.
    Y는, 수소 원자 또는 치환기를 갖고 있어도 되는 탄소수 3∼18의 1가의 지환식 탄화수소기를 나타내고, 당해 1가의 지환식 탄화수소기에 포함되는 -CH2-는, -O-, -SO2- 또는 -CO-로 치환되어 있어도 된다. 단, 당해 1가의 지환식 탄화수소기는, 적어도 하나의 치환기를 가지거나, 당해 1가의 지환식 탄화수소기에 포함되는 -CH2- 중 적어도 하나는, -O-, -SO2- 또는 -CO-로 치환되어 있다.]
  2. 제 1항에 있어서,
    A1이, 단결합인 염.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    Y가, 치환기를 갖고 있어도 되는 탄소수 3∼18의 1가의 지환식 탄화수소기를 나타내고, 당해 1가의 지환식 탄화수소기는, 적어도 하나의 치환기를 가지거나, 지환식 탄화수소기에 포함되는 -CH2- 중 적어도 하나는, -O-, -SO2- 또는 -CO-로 치환되는 염.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 기재된 염을 유효 성분으로서 함유하는 산 발생제.
  5. 제 4항에 기재된 산 발생제와 산 불안정기를 갖는 수지를 함유하는 레지스트 조성물.
  6. 제 5항에 있어서,
    산 발생제로부터 발생하는 산보다 산성도가 약한 염을 함유하는 레지스트 조성물.
  7. (1) 제 5항에 기재된 레지스트 조성물을 기판 상에 도포하는 공정,
    (2) 도포 후의 조성물을 건조시켜 조성물층을 형성하는 공정,
    (3) 조성물층에 노광하는 공정,
    (4) 노광 후의 조성물층을 가열하는 공정, 및
    (5) 가열 후의 조성물층을 현상하는 공정
    을 포함하는 레지스트 패턴의 제조 방법.
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