WO2021111913A1 - 感放射線性樹脂組成物、レジストパターン形成方法、重合体及び化合物 - Google Patents

感放射線性樹脂組成物、レジストパターン形成方法、重合体及び化合物 Download PDF

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亮太郎 田中
泰一 古川
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Definitions

  • the present invention relates to a radiation-sensitive resin composition, a resist pattern forming method, a polymer and a compound.
  • Radiation-sensitive resin compositions used for micromachining by lithography include far-ultraviolet rays such as ArF excimer laser light (wavelength 193 nm) and KrF excimer laser light (wavelength 248 nm), electromagnetic waves such as extreme ultraviolet rays (EUV), and electron beams.
  • An acid is generated in the exposed part by irradiation with radiation such as a charged particle beam, and a chemical reaction using this acid as a catalyst causes a difference in the dissolution rate of the exposed part and the unexposed part in the developing solution, and a resist pattern is formed on the substrate. To form.
  • such a radiation-sensitive composition has LWR (Line Wids Roughness) performance showing uniformity of line width and CDU (Critical Division Uniformity) showing variation in line width over a long period of time. ) Performance is required.
  • LWR Line Wids Roughness
  • CDU Cosmetic Division Uniformity
  • Performance is required.
  • the types and molecular structures of polymers, acid generators, and other components used in radiation-sensitive resin compositions have been studied (Japanese Patent Laid-Open No. 2009-14815 and JP-A-2013). -See Publication No. -200560).
  • the resist pattern has high water repellency and few defects in addition to the above performance with respect to the radiation-sensitive resin composition. Is also required to be able to form.
  • the present invention has been made based on the above circumstances, and an object of the present invention is a resist having good sensitivity to exposure light, high water repellency and few defects (hereinafter, also referred to as "defect inhibitory property"). It is an object of the present invention to provide a radiation-sensitive resin composition capable of forming a pattern, a resist pattern forming method, a polymer, and a compound that can be used for these.
  • the invention made to solve the above problems is a first polymer having a structural unit containing an acid dissociable group (hereinafter, also referred to as “structural unit (I)”) (hereinafter, also referred to as [A] polymer).
  • a second polymer (hereinafter, also referred to as [E] polymer) having a second structural unit (hereinafter, also referred to as “structural unit (T)”) represented by the following formula (1), and radiation-sensitive.
  • It is a radiation-sensitive resin composition containing an acid generator (hereinafter, also referred to as [B] acid generator).
  • A is an oxygen atom or a sulfur atom.
  • m + n is 2 or 3
  • m is 1 or 2
  • n is 1 or 2.
  • X is a single bond or a divalent organic group having 1 to 20 carbon atoms.
  • R 1 is a monovalent organic group having a fluorine atom.
  • Another invention made to solve the above problems is a step of directly or indirectly coating a substrate with a radiation-sensitive resin composition, a step of exposing a resist film formed by the coating step, and the above.
  • a resist pattern forming method comprising a step of developing an exposed resist film, wherein the radiation-sensitive resin composition contains a [A] polymer, an [E] polymer, and a [B] acid generator. Is.
  • Another invention made to solve the above problems is an [E] polymer having a structural unit (T).
  • A is an oxygen atom or a sulfur atom.
  • m + n is 2 or 3
  • m is 1 or 2
  • n is 1 or 2.
  • X is a single bond or a divalent organic group having 1 to 20 carbon atoms.
  • R 1 is a monovalent organic group having a fluorine atom.
  • the radiation-sensitive resin composition, resist pattern forming method, polymer and compound of the present invention it is possible to form a resist pattern having good sensitivity to exposure light, high water repellency and few defects. Therefore, these can be suitably used for manufacturing semiconductor devices, which are expected to be further miniaturized in the future.
  • the radiation-sensitive resin composition contains a [A] polymer, an [E] polymer, and a [B] acid generator.
  • the radiation-sensitive resin composition may contain the [C] acid diffusion controller and the [D] solvent as suitable components, and may contain other optional components as long as the effects of the present invention are not impaired. You may be.
  • the radiation-sensitive resin composition contains the [A] polymer, the [E] polymer, and the [B] acid generator, it has good sensitivity to exposure light, is highly water repellent, and is defective. It is possible to form a resist pattern with a small amount of light.
  • the reason why the radiation-sensitive resin composition has the above-mentioned structure and exerts the above-mentioned effect is not always clear, but it can be inferred as follows, for example. That is, the sensitivity is improved due to the structural unit (T) in the [E] polymer contained in the radiation-sensitive resin composition, and in addition, high water repellency and defect suppression performance can be exhibited. Conceivable.
  • each component of the radiation-sensitive resin composition will be described.
  • the polymer is a polymer having a structural unit (I).
  • the [A] polymer contains a lactone structure, a cyclic carbonate structure, a sultone structure, or a structural unit containing a combination thereof (hereinafter, also referred to as “structural unit (II)”) and an alcoholic hydroxyl group. It has a structural unit containing (hereinafter, also referred to as “structural unit (III)”), a structural unit containing a phenolic hydroxyl group (hereinafter, also referred to as “structural unit (IV)”) and the like as preferable optional components.
  • the polymer may have other structural units other than the above structural units (I) to (IV).
  • the polymer may have one or more structural units. Hereinafter, each structural unit will be described.
  • the structural unit (I) is a structural unit containing an acid dissociative group.
  • the "acid dissociative group” is a group that replaces a hydrogen atom of a carboxy group or a phenolic hydroxyl group and is a group that dissociates by the action of an acid.
  • the acid dissociative group is dissociated in the exposed portion by the action of the acid generated by the exposure, and the exposed portion and the unexposed portion develop.
  • a resist pattern can be formed due to the difference in solubility in the liquid.
  • the structural unit (I) is, for example, a structural unit represented by the following formulas (2-1A), formula (2-1B), formula (2-2A), and formula (2-2B) (hereinafter, "structural unit (hereinafter,” structural unit (2-2B)).
  • I-1A), (I-1B), (I-2A), (I-2B) ") and the like.
  • structural unit (I-1A) ⁇ (I -2B) -CR X R Y R Z or -CR U R V binding to oxy oxygen atom derived from a carboxy group or a phenolic hydroxy group (OR W) is It is an acid dissociative group.
  • RT is a hydrogen atom, a fluorine atom, a methyl group or a trifluoromethyl group.
  • RX is a monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms.
  • RY and R Z are independently monovalent hydrocarbon groups having 1 to 20 carbon atoms, or the number of ring members composed of carbon atoms in which RY and R Z are combined with each other and bonded to each other. It is a part of 3 to 20 alicyclic structures.
  • RT is a hydrogen atom, a fluorine atom, a methyl group or a trifluoromethyl group.
  • RU is a hydrogen atom or a monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms.
  • R V and R W are each independently a monovalent hydrocarbon radical or where carbon atoms and the carbon atoms R V and R W are combined together, R U, bonded 1 to 20 carbon atoms It is part of an aliphatic heterocyclic structure having 4 to 20 ring members, which is composed of adjacent oxygen atoms.
  • R X, R Y, R Z , R U the monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms represented by R V and R W, for example, a monovalent chain hydrocarbon having 1 to 20 carbon atoms Examples thereof include a group, a monovalent alicyclic hydrocarbon group having 3 to 20 carbon atoms, and a monovalent aromatic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms.
  • the "alicyclic hydrocarbon group” does not have to be composed of only an alicyclic structure, and may include a chain structure as a part thereof.
  • the "aromatic hydrocarbon group” does not have to be composed of only an aromatic ring structure, and may include a chain structure or an alicyclic structure as a part thereof.
  • Examples of the monovalent chain hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms include an alkyl group such as a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group and an i-propyl group; an alkenyl group such as an ethenyl group and a propenyl group; an ethynyl group. , Alkinyl group such as propynyl group and the like.
  • Examples of the monovalent alicyclic hydrocarbon group having 3 to 20 carbon atoms include an alicyclic saturated hydrocarbon group such as a cyclopropyl group, a cyclobutyl group, a cyclopentyl group, a cyclohexyl group, a norbornyl group, and an adamantyl group; a cyclopropenyl group. , Cyclobutenyl group, Cyclopentenyl group, Cyclohexenyl group, Norbornenyl group and other alicyclic unsaturated hydrocarbon groups and the like.
  • Examples of the monovalent aromatic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms include aryl groups such as phenyl group, tolyl group, xsilyl group, naphthyl group and anthryl group; benzyl group, phenethyl group, naphthylmethyl group and anthryl group. Examples thereof include an arylyl group such as a methyl group.
  • Examples of the alicyclic structure having 3 to 20 ring members in which RY and R Z are combined with each other include a saturated alicyclic structure such as a cyclopropane structure, a cyclobutane structure, a cyclopentane structure, a cyclohexane structure, a norbornene structure, and an adamantan structure.
  • An unsaturated alicyclic structure such as a cyclopropene structure, a cyclobutene structure, a cyclopentene structure, a cyclohexane structure, or a norbornene structure; a heterocyclic structure such as a cyclic ether structure, a lactone structure, a cyclic carbonate structure, or a sulton structure can be mentioned.
  • the aliphatic heterocyclic structure R V and R W are combined with each other configured ring members 4-20, for example oxacyclobutane structure, oxacyclopentane structure, oxa cycloalkane structure such oxacyclohexane structure; oxa cyclobutene structure , Oxacyclopentene structure, oxacyclohexene structure and the like; oxacycloalkene structure; lactone structure and the like can be mentioned.
  • a hydrogen atom or a methyl group is preferable from the viewpoint of copolymerizability of the monomer giving the structural unit (I).
  • the R X a hydrogen atom, an alkyl group or an aryl group.
  • RY and R Z an alkyl group or an alicyclic saturated hydrocarbon group is preferable.
  • the structural unit (I) the structural unit (I-1A) is preferable.
  • the structural unit (I) is, for example, a structural unit in which a compound represented by the formulas (m-1) to (m-4) and the formula (m-20) described in Examples described later is used as a monomer. And so on.
  • the structural unit (I) among the structural units exemplified as the structural unit (I) in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2018-013744, the above formulas (2-1A), formula (2-1B), and the like. Examples thereof include structural units corresponding to the formula (2-2A) and the formula (2-2B).
  • the lower limit of the content ratio of the structural unit (I) 5 mol% is preferable, 10 mol% is more preferable, 20 mol% is more preferable, and 30 mol% is more preferable with respect to all the structural units constituting the polymer [A]. % Is particularly preferable.
  • the upper limit of the content ratio is preferably 80 mol%, more preferably 70 mol%, still more preferably 60 mol%. This content ratio is particularly preferable when the exposure light is ArF excimer laser light.
  • the lower limit of the content ratio is preferably 10 mol%, more preferably 20 mol%, based on all the structural units.
  • the upper limit of the content ratio is preferably 70 mol%, more preferably 60 mol%.
  • the structural unit (II) is a structural unit other than the structural unit (I), and is a structural unit including a lactone structure, a cyclic carbonate structure, a sultone structure, or a combination thereof.
  • the structural unit (II) it becomes easier to more appropriately adjust the solubility of the [A] polymer in the developing solution, and as a result, the exposure light of the radiation-sensitive resin composition It is possible to further increase the sensitivity to light, and further improve the high water repellency performance and the defect suppression performance.
  • the structural unit (II) is, for example, a structural unit in which a compound represented by the formulas (m-5) to (m-11) and formula (m-13) described in Examples described later is used as a monomer. And so on.
  • examples of the structural unit (II) include structural units exemplified as the structural unit (III) in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2018-013744.
  • the lower limit of the content ratio of the structural unit (II) 5 mol% is preferable, 10 mol% is more preferable, 20 mol% is further preferable, and 30 mol% is more preferable with respect to the total structural unit in the polymer [A].
  • the upper limit of the content ratio is preferably 80 mol%, more preferably 70 mol%.
  • the structural unit (III) is a structural unit other than the structural unit (I) and the structural unit (II), and is a structural unit containing an alcoholic hydroxyl group.
  • the [A] polymer has the structural unit (III)
  • Examples of the structural unit (III) include structural units having a compound represented by the formula (m-12) and the formula (m-14) described in Examples described later as a monomer.
  • examples of the structural unit (III) include structural units exemplified as the structural unit (IV) in JP-A-2018-028574.
  • the lower limit of the content ratio of the structural unit (III) 5 mol% is preferable and 10 mol% is more preferable with respect to the total structural unit in the [A] polymer.
  • the upper limit of the content ratio is preferably 40 mol%, more preferably 30 mol%. This content ratio is particularly preferable when the exposure light is ArF excimer laser light.
  • the lower limit of the content ratio is preferably 5 mol%, more preferably 10 mol%, still more preferably 20 mol%, based on the total structural units.
  • the upper limit of the content ratio is preferably 60 mol%, more preferably 50 mol%, still more preferably 40 mol%.
  • the radiation-sensitive resin composition is highly repellent. Water performance and defect suppression performance can be further improved.
  • the structural unit (IV) is a structural unit other than the structural unit (I), the structural unit (II), and the structural unit (III), and is a structural unit containing a phenolic hydroxyl group.
  • the "phenolic hydroxyl group” refers not only to the hydroxy group directly connected to the benzene ring but to all the hydroxy groups directly connected to the aromatic ring.
  • RA is a hydrogen atom, a fluorine atom, a methyl group or a trifluoromethyl group.
  • R B represents a single bond, -O -, - COO- or -CONH-.
  • Ar 2 is a group obtained by removing (p + q + 1) hydrogen atoms on an aromatic ring from an array having 6 to 20 ring members.
  • p is an integer from 0 to 10.
  • RC is a monovalent organic group or halogen atom having 1 to 20 carbon atoms.
  • p is 2 or more, plural R C, equal to or different from each other, combined or a monovalent organic group or a halogen atom having 1 to 20 carbon atoms, or two or more of the plurality of R C each other It is a part of a ring structure having 4 to 20 ring members, which is composed of a carbon chain to which these are bonded.
  • q is an integer from 1 to 11. However, p + q is 11 or less.
  • a hydrogen atom or a methyl group is preferable, and a hydrogen atom is more preferable, from the viewpoint of copolymerizability of the monomer giving the structural unit (IV).
  • the R B a single bond or -COO- is more preferably a single bond.
  • Examples of the arene having 6 to 20 ring members that give Ar 2 include benzene, naphthalene, anthracene, phenanthrene, tetracene, and pyrene. Of these, benzene or naphthalene is preferable, and benzene is more preferable.
  • Examples of the monovalent organic group having 1 to 20 carbon atoms represented by RC include a monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, and the carbon-carbon end of the hydrocarbon group or the terminal on the bond hand side.
  • a hydrocarbon group is preferable, and an alkyl group is more preferable.
  • the ring structure formed ring members 4-20 two or more are combined with each other among the plurality of R C, for example, alicyclic structure cyclohexane structure, and the like.
  • R C for example, alicyclic structure cyclohexane structure, and the like.
  • p 0 to 2 is preferable, 0 or 1 is more preferable, and 0 is further preferable.
  • q 1 to 3 is preferable, and 1 or 2 is more preferable.
  • Examples of the structural unit (IV) include structural units having a compound represented by the formula (m-15) and the formula (m-16) described in Examples described later as a monomer.
  • examples of the structural unit (IV) include structural units exemplified as the structural unit (II) in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2018-013744.
  • the lower limit of the content ratio of the structural unit (IV) 5 mol% is preferable, 10 mol% is more preferable, and 20 mol% is particularly preferable with respect to all the structural units constituting the [A] polymer.
  • the upper limit of the content ratio is preferably 80 mol%, more preferably 70 mol%, and particularly preferably 60 mol%.
  • Examples of other structural units include structural units containing non-acid dissociative hydrocarbon groups.
  • Examples of the non-acid dissociable hydrocarbon group include a monovalent chain hydrocarbon group bonded to an oxy group of ⁇ COO—, a monovalent alicyclic hydrocarbon group and the like.
  • the upper limit of the content ratio of the other structural units is preferably 30 mol%, more preferably 20 mol%.
  • the lower limit of the content ratio is, for example, 1 mol%.
  • Mw polystyrene-equivalent weight average molecular weight of the polymer by gel permeation chromatography (GPC)
  • 2000 is preferable, 3000 is more preferable, 4000 is further preferable, and 5000 is particularly preferable.
  • Mw polystyrene-equivalent weight average molecular weight
  • 30,000 is preferable, 20,000 is more preferable, 15,000 is further preferable, and 10,000 is particularly preferable.
  • the upper limit of the ratio (Mw / Mn) of Mw to the polystyrene-equivalent number average molecular weight (Mn) of the polymer by GPC is preferably 3.00, more preferably 2.50, still more preferably 2.00. 1.85 is particularly preferred.
  • the lower limit of the ratio is usually 1.00, preferably 1.10.
  • the Mw and Mn of the polymer in the present specification are values measured by gel permeation chromatography (GPC) under the following conditions.
  • GPC column 2 "G2000HXL", 1 "G3000HXL” and 1 "G4000HXL” from Toso Co., Ltd.
  • Elution solvent Tetrahydrofuran Flow rate: 1.0 mL / min Sample concentration: 1.0% by mass Sample injection volume: 100 ⁇ L
  • Detector Differential refractometer Standard material: Monodisperse polystyrene
  • the lower limit of the content ratio of the [A] polymer in all the components of the radiation-sensitive resin composition other than the [D] solvent is preferably 50% by mass, more preferably 70% by mass, and even more preferably 80% by mass.
  • the polymer [A] one kind or two or more kinds can be used.
  • the polymer [A] can be synthesized, for example, by polymerizing a monomer that gives each structural unit by a known method.
  • the [E] polymer is a polymer having a structural unit (T).
  • the [E] polymer is a polymer having a larger total mass content ratio of fluorine atoms than the [A] polymer.
  • a polymer having a higher hydrophobicity than a polymer serving as a base polymer tends to be unevenly distributed on the surface layer of a resist film, and the [E] polymer has a larger total mass content of fluorine atoms than the [A] polymer. Due to this hydrophobic property, it tends to be unevenly distributed on the surface layer of the resist film. Further, due to the property caused by this hydrophobicity, the receding contact angle between the resist membrane and the immersion medium becomes large. Therefore, the radiation-sensitive resin composition is suitable for the immersion exposure method by containing the [E] polymer, and in addition, it is possible to form a resist pattern having high water repellency and suppressing the occurrence of defects. it can.
  • the upper limit of the mass content is preferably 60% by mass, more preferably 50% by mass, and even more preferably 40% by mass.
  • the polymer preferably has the above-mentioned structural unit (I), structural unit (II), structural unit (III) and / or structural unit (IV) in addition to the structural unit (T), and has the above-mentioned structure. It may have other structural units other than the units (I) to (IV).
  • the [E] polymer is preferably a structural unit other than the structural unit (T) and preferably has a structural unit containing a fluorine atom (hereinafter, also referred to as “structural unit (F)”).
  • the polymer may have one or more structural units. Hereinafter, each structural unit will be described.
  • the structural unit (T) is a structural unit represented by the following formula (1). [E] Since the polymer has a structural unit (T), it has good sensitivity to exposure light, and can form a resist pattern having high water repellency and few defects.
  • A is an oxygen atom or a sulfur atom.
  • m + n is 2 or 3
  • m is 1 or 2
  • n is 1 or 2.
  • X is a single bond or a divalent organic group having 1 to 20 carbon atoms.
  • R 1 is a monovalent organic group having a fluorine atom.
  • an oxygen atom is preferable.
  • m 1 is preferable, and as n, 1 is preferable (that is, 2 is preferable as m + n).
  • Examples of X include a single bond, a substituted or unsubstituted divalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, a divalent organic group having a lactone structure of 4 to 20 carbon atoms, and -X 1- O- or-.
  • X 2 -NH- are preferred.
  • the X 1 and X 2 are independently divalent hydrocarbon groups having 1 to 20 carbon atoms.
  • R 1 is (1-2) described later, X is preferably a single bond, -X 1- O- or -X 2-NH-.
  • the X is preferably a substituted or unsubstituted divalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms.
  • the divalent hydrocarbon group of X include a chain hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms, an alicyclic hydrocarbon group having 6 to 10 carbon atoms, and an aromatic hydrocarbon group having 6 to 10 carbon atoms.
  • a methanediyl group, a cyclohexanediyl group, a norbornandyl group, an adamantandiyl group and a benzenediyl group are particularly preferable.
  • the divalent hydrocarbon group of X 1 and X 2 a chain hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms is more preferable.
  • Examples of the divalent chain hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms include an alkandyl group such as a methanediyl group, an ethanediyl group, an n-propanediyl group and an i-propanediyl group; an alkenyl group such as an ethenyl group and a propendyl group. ; Examples include an alkyldiyl group such as an ethyndiyl group and a propindiyl group.
  • Examples of the divalent alicyclic hydrocarbon group having 6 to 10 carbon atoms include a monocyclic cycloalkandyl group such as a cyclohexanediyl group; a monocyclic cycloalkendyl group such as a cyclohexendyl group; a norbornandyl group and an adamantan.
  • Polycyclic cycloalkandyl groups such as diyl group and tricyclodecandyl group; polycyclic cycloalkendyl groups such as norbornendyl group and tricyclodecendyl group can be mentioned.
  • Examples of the divalent aromatic hydrocarbon group having 6 to 10 carbon atoms include an arenediyl group such as a benzenediyl group, a toluenediyl group and a naphthalenediyl group; and an areneylalcandiyl group such as a benzenediylmethanediyl group. ..
  • lactone structure of X examples include structures represented by the following formulas (X-1) and (X-2).
  • the X, the hydrocarbon group in X 1 and X 2 are halogen atoms such as fluorine atom, it may have a substituent such as -COO-X 3. It said X 3 is a monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms. That is, each of the above X, X 1 and X 2 may be a divalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, which is independently substituted with a substituent such as a halogen atom or -COO-X 3. .. As the X 3, preferably a monovalent chain-like hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms.
  • R 1 the group represented by the following (1-1) or (1-2) is preferably mentioned.
  • the above R 1a is a carbon constituting a substituted or unsubstituted monovalent fluorinated hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms or a substituted or unsubstituted monovalent fluorinated hydrocarbon group having 2 to 20 carbon atoms.
  • R 1a of the above (1-1) a substituted or unsubstituted monovalent fluorinated hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, -R 1b- COO-R 1c , or -R 1d - OR 1e Is preferable.
  • the above R 1b is a substituted or unsubstituted divalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, a substituted or unsubstituted divalent fluorinated hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, or a divalent hydrocarbon group having 4 to 20 carbon atoms. It is a divalent organic group having a lactone structure.
  • R 1c is a substituted or unsubstituted monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, or a substituted or unsubstituted monovalent fluorinated hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms. However, at least one of the above R 1b and R 1c has a fluorine atom.
  • the above R 2d is a substituted or unsubstituted divalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, a substituted or unsubstituted divalent fluorinated hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, or a divalent hydrocarbon group having 4 to 20 carbon atoms. It is a divalent organic group having a lactone structure.
  • the R 1e is a substituted or unsubstituted monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, a substituted or unsubstituted monovalent fluorinated hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, or -R 1f- O-.
  • R is 1 g .
  • the R 1f is a substituted or unsubstituted divalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, or a substituted or unsubstituted divalent fluorinated hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms.
  • R 1g is a substituted or unsubstituted monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, or a substituted or unsubstituted monovalent fluorinated hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms. However, at least one of the above R 1d and R 1e has a fluorine atom.
  • R 1a is a monovalent fluorinated hydrocarbon group substituted or unsubstituted 1 to 20 carbon atoms
  • the monovalent fluorine hydrocarbon group represented by R X in the formula (2-1A) Examples thereof include a group in which one or more hydrogen atoms of a monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms are replaced with a fluorine atom.
  • the substituted or unsubstituted monovalent fluorinated hydrocarbon group of R 1a includes a substituted or unsubstituted monovalent chain fluorinated hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms and 6 to 6 carbon atoms.
  • a 10-substituted or unsubstituted monovalent alicyclic fluorinated hydrocarbon group and a substituted or unsubstituted monovalent aromatic fluorinated hydrocarbon group having 6 to 10 carbon atoms are preferable.
  • -OH is preferable as the substituent in R 1a.
  • examples of the divalent hydrocarbon group of the R 1b include groups similar to the divalent hydrocarbon group of the X.
  • Examples of the divalent fluorinated hydrocarbon group of R 1b include a group in which one or more hydrogen atoms of the same group as the divalent hydrocarbon group of X are substituted with a fluorine atom.
  • Examples of the lactone structure of R 1b include structures represented by the above formulas (X-1) and (X-2).
  • Examples of the monovalent hydrocarbon group of R 1c, etc. same group as the monovalent hydrocarbon groups represented by R X of the above formula (2-1A) can be mentioned.
  • the monovalent fluorinated hydrocarbon groups of R 1c, the radicals 1 or more hydrogen atoms of the monovalent hydrocarbon group represented by R X is substituted with a fluorine atom (2-1A) and the like Can be mentioned.
  • the R 1b is a substituted or unsubstituted divalent chain hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms, or a substituted or unsubstituted divalent chain fluorinated hydrocarbon having 1 to 10 carbon atoms.
  • a group, a substituted or unsubstituted divalent alicyclic fluorinated hydrocarbon group having 5 to 10 carbon atoms, and a divalent organic group having a lactone structure having 6 to 10 carbon atoms are preferable.
  • the R 1c includes a substituted or unsubstituted monovalent chain hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms, a substituted or unsubstituted monovalent aromatic hydrocarbon group having 6 to 10 carbon atoms, or 1 carbon number. Substituted or unsubstituted monovalent chain fluorinated hydrocarbon groups of ⁇ 4 are preferred.
  • R 1h is a divalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms.
  • the R 1i is a monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms.
  • Examples of the divalent hydrocarbon group of R 1 g include a group similar to the divalent hydrocarbon group in X.
  • Examples of the monovalent hydrocarbon group R 1i like same group as the monovalent hydrocarbon groups represented by R X of the above formula (2-1A) can be mentioned.
  • R 1h a divalent chain hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms is preferable.
  • R 1i a monovalent chain hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms is preferable.
  • examples of the divalent hydrocarbon group of R 1d include groups similar to the divalent hydrocarbon group of X.
  • examples of the divalent fluorinated hydrocarbon group of R 1d include a group in which one or more hydrogen atoms of the same group as the divalent hydrocarbon group of X are substituted with a fluorine atom.
  • Examples of the lactone structure of R 1d include structures represented by the above formulas (X-1) and (X-2).
  • Examples of the monovalent hydrocarbon group of R 1e, etc. same group as the monovalent hydrocarbon groups represented by R X of the above formula (2-1A) can be mentioned.
  • the monovalent fluorinated hydrocarbon groups of R 1e, the radicals 1 or more hydrogen atoms of the monovalent hydrocarbon group represented by R X is substituted with a fluorine atom (2-1A) and the like Can be mentioned.
  • examples of the divalent hydrocarbon group of R 1f include the same group as the divalent hydrocarbon group in X.
  • examples of the divalent fluorinated hydrocarbon group of R 1f include a group in which one or more hydrogen atoms of the same group as the divalent hydrocarbon group of X are substituted with a fluorine atom.
  • Examples of the monovalent hydrocarbon group R 1 g such as the same group and a monovalent hydrocarbon group represented by R X of the above formula (2-1A) can be mentioned.
  • the monovalent fluorinated hydrocarbon groups of R 1 g, the radicals 1 or more hydrogen atoms of the monovalent hydrocarbon group represented by R X is substituted with a fluorine atom (2-1A) and the like Can be mentioned.
  • the R 1d a substituted or unsubstituted divalent chain fluorinated hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms is preferable.
  • the R 1e is a substituted or unsubstituted monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms
  • the monovalent hydrocarbon group of the R 1e is a monovalent chain hydrocarbon having 1 to 4 carbon atoms.
  • Hydrocarbon groups are preferred.
  • the divalent hydrocarbon group of the R 1f is preferably a divalent chain hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms, and the divalent chain hydrocarbon group of the R 1 g .
  • the monovalent hydrocarbon group a monovalent chain hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms is preferable.
  • the substituents in R 1d , R 1e , R 1f and R 1g -OH is preferable independently.
  • Examples of the group represented by (1-2) above include a substituted or unsubstituted monovalent fluorinated hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, * -CO-R 2a , or * -R 2b- COO-R. 2c and * -R 2d - OR 2e are preferable.
  • R 2a is a substituted or unsubstituted monovalent fluorinated hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms.
  • the above R 2b is a substituted or unsubstituted divalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, a substituted or unsubstituted divalent fluorinated hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, or a divalent hydrocarbon group having 4 to 20 carbon atoms.
  • the R 2c is a substituted or unsubstituted monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, or a substituted or unsubstituted monovalent fluorinated hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms. However, at least one of the above R 2b and R 2c has a fluorine atom.
  • the above R 2d is a substituted or unsubstituted divalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, a substituted or unsubstituted divalent fluorinated hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, or a divalent hydrocarbon group having 4 to 20 carbon atoms. It is a divalent organic group having a lactone structure.
  • the R 2e is a substituted or unsubstituted monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, a substituted or unsubstituted monovalent fluorinated hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, or -R 2f- O-.
  • R is 2 g .
  • the R 2f is a substituted or unsubstituted divalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, or a substituted or unsubstituted divalent fluorinated hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms.
  • R 2g is a substituted or unsubstituted monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, or a substituted or unsubstituted monovalent fluorinated hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms. However, at least one of the above R 2d and R 2e has a fluorine atom.
  • the monovalent fluorine hydrocarbon group is represented by the above formula (2-).
  • monovalent group one or more hydrogen atoms of the same groups as the hydrocarbon group are substituted with fluorine atoms having 1 to 20 carbon atoms represented by R X, etc. 1A) and the like.
  • the monovalent fluorinated hydrocarbon group a monovalent chain fluorinated hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms or an aromatic fluorinated hydrocarbon group having 6 to 10 carbon atoms is preferable.
  • -OH is preferable.
  • R 2a a substituted or unsubstituted monovalent chain fluorinated hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms is preferable.
  • substituent in R 2a -OH or -COO-R 2h is preferable.
  • the above R 2h is a monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms. Examples of the monovalent hydrocarbon group R 2h, like same group as the monovalent hydrocarbon groups represented by R X of the above formula (2-1A) can be mentioned.
  • R 2h a monovalent chain hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms or a monovalent alicyclic hydrocarbon group having 6 to 10 carbon atoms is preferable.
  • the divalent hydrocarbon group of R 2b is the same as the divalent hydrocarbon group of X.
  • the group etc. can be mentioned.
  • the divalent fluorinated hydrocarbon group of R 2b include a group in which one or more hydrogen atoms of the same group as the divalent hydrocarbon group of X are substituted with a fluorine atom.
  • Examples of the lactone structure of R 2b include structures represented by the above formulas (X-1) and (X-2).
  • Examples of the monovalent hydrocarbon group of R 2c, etc. same group as the monovalent hydrocarbon groups represented by R X of the above formula (2-1A) can be mentioned.
  • the monovalent fluorinated hydrocarbon groups of R 2c, the radicals 1 or more hydrogen atoms of the monovalent hydrocarbon group represented by R X is substituted with a fluorine atom (2-1A) and the like Can be mentioned.
  • R 2b a substituted or unsubstituted divalent chain fluorinated hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms is preferable.
  • R 2c a monovalent chain hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms is preferable.
  • R 2i a monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms. Examples of the monovalent hydrocarbon group R 2i, etc. same group as the monovalent hydrocarbon groups represented by R X of the above formula (2-1A) can be mentioned.
  • R 2i a monovalent chain hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms is preferable.
  • the divalent hydrocarbon group of R 2d is the same as the divalent hydrocarbon group of X.
  • the group etc. can be mentioned.
  • the divalent fluorinated hydrocarbon group of R 2d include a group in which one or more hydrogen atoms of the same group as the divalent hydrocarbon group of X are substituted with a fluorine atom.
  • Examples of the lactone structure of R 2d include structures represented by the above formulas (X-1) and (X-2).
  • Examples of the monovalent hydrocarbon group R 2e, or the like same group as the monovalent hydrocarbon groups represented by R X of the above formula (2-1A) can be mentioned.
  • the monovalent fluorinated hydrocarbon groups of R 2e, the radicals 1 or more hydrogen atoms of the monovalent hydrocarbon group represented by R X is substituted with a fluorine atom (2-1A) and the like Can be mentioned.
  • examples of the divalent hydrocarbon group of R 2f include groups similar to the divalent hydrocarbon group in X.
  • examples of the divalent fluorinated hydrocarbon group of R 2f include a group in which one or more hydrogen atoms of the same group as the divalent hydrocarbon group of X are substituted with a fluorine atom.
  • the monovalent fluorinated hydrocarbon groups of R 2 g, the radicals 1 or more hydrogen atoms of the monovalent hydrocarbon group represented by R X is substituted with a fluorine atom (2-1A) and the like Can be mentioned.
  • R 2d a substituted or unsubstituted divalent chain fluorinated hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms is preferable.
  • the R 2e is a substituted or unsubstituted monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms
  • the monovalent hydrocarbon group of R 2e is a monovalent chain hydrocarbon having 1 to 4 carbon atoms.
  • Hydrocarbon groups are preferred.
  • the divalent hydrocarbon group of R 2f is preferably a divalent chain hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms, and the divalent chain hydrocarbon group of R 2g .
  • the monovalent hydrocarbon group a monovalent chain hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms is preferable.
  • the substituents in R 2d , R 2e , R 2f and R 2g -OH is preferable independently.
  • A is an oxygen atom or a sulfur atom.
  • m + n is 2 or 3
  • m is 1 or 2
  • n is 1 or 2.
  • X is a single bond or a divalent organic group having 1 to 20 carbon atoms.
  • R 1 is a monovalent organic group having a fluorine atom.
  • A, X and R 1 equals A, and X and R 1 in the formula (1).
  • Compound (M) is produced by the following cyclization reaction during polymerization, whereby a structural unit (T) is formed.
  • Examples of the structural unit (T) include a structural unit having the above-mentioned compound as a monomer.
  • the lower limit of the content ratio of the structural unit (T) 1 mol% is preferable, 5 mol% is more preferable, 20 mol% is further preferable, and 40 mol is more preferable with respect to all the structural units constituting the polymer [A]. % Is particularly preferable.
  • the upper limit of the content ratio is preferably 99 mol%, more preferably 95 mol%, still more preferably 90 mol%.
  • RJ is a hydrogen atom, a fluorine atom, a methyl group or a trifluoromethyl group.
  • G is a single bond, an oxygen atom, a sulfur atom, -COO-, -SO 2 NH-, -CONH- or -OCONH-.
  • RK is a monovalent organic group having 1 to 18 carbon atoms containing a fluorine atom.
  • R J from the viewpoint of copolymerizability of the monomer giving the structural unit (F), preferably a hydrogen atom or a methyl group, more preferably a methyl group.
  • G -COO-, -SO 2 NH-, -CONH- or -OCONH- are preferable, and -COO- is more preferable.
  • structural unit (F) for example, compounds represented by the formulas (m-14) to (m-19) and the formulas (m-21) to (m-23) described in Examples described later are used. Examples include structural units that are monomers.
  • the lower limit of the content ratio of the structural unit (F) 1 mol% is preferable, 5 mol% is more preferable, and 10 mol% is further more preferable with respect to all the structural units constituting the [E] polymer.
  • the upper limit of the content ratio is preferably 90 mol%, more preferably 80 mol%, still more preferably 70 mol%.
  • the [E] polymer preferably has a structural unit containing an acid dissociative group and / or a structural unit containing an alcoholic hydroxyl group.
  • the structural unit containing an acid dissociative group include the structural unit exemplified as the structural unit (I) of the above-mentioned [A] polymer.
  • the structural unit containing an alcoholic hydroxyl group include the structural unit exemplified as the structural unit (III) of the above-mentioned [A] polymer.
  • the lower limit of the content ratio of the structural unit containing the acid dissociative group 1 mol% is preferable and 5 mol% is more preferable with respect to all the structural units constituting the [E] polymer.
  • the upper limit of the content ratio is preferably 70 mol%, more preferably 60 mol%, still more preferably 50 mol%.
  • the lower limit of the content ratio of the structural unit containing the alcoholic hydroxyl group 1 mol% is preferable and 5 mol% is more preferable with respect to all the structural units constituting the [E] polymer.
  • the upper limit of the content ratio is preferably 60 mol%, more preferably 50 mol%, still more preferably 40 mol%.
  • the polymer may have other structural units as long as the effects of the present invention are not impaired.
  • the content ratio of the other structural units can be appropriately determined according to the purpose.
  • Mw polystyrene-equivalent weight average molecular weight of the [E] polymer by gel permeation chromatography (GPC)
  • 2000 is preferable, 3000 is more preferable, 4000 is further preferable, and 5000 is particularly preferable.
  • Mw polystyrene-equivalent weight average molecular weight of the [E] polymer by gel permeation chromatography
  • 2000 is preferable, 3000 is more preferable, 4000 is further preferable, and 5000 is particularly preferable.
  • Mw 30,000 is preferable, 20,000 is more preferable, 15,000 is further preferable, and 10,000 is particularly preferable.
  • the upper limit of the ratio (Mw / Mn) of Mw to the polystyrene-equivalent number average molecular weight (Mn) of the polymer by GPC is preferably 3.00, more preferably 2.50, still more preferably 2.00. 1.85 is particularly preferred.
  • the lower limit of the ratio is usually 1.00, preferably 1.10.
  • the radiation-sensitive resin composition may contain one or more [E] polymers.
  • the [E] polymer can be synthesized, for example, by polymerizing a monomer that gives each structural unit by a known method.
  • the acid generator is a component that generates an acid by irradiation with radiation.
  • radiation include visible light, ultraviolet rays, far ultraviolet rays, electromagnetic waves such as EUV, X-rays, and ⁇ -rays; and charged particle beams such as electron beams and ⁇ -rays.
  • the action of the acid generated from the acid generator can further promote changes in the solubility of the [A] complex in the developing solution in the radiation-sensitive resin composition, and as a result, the resolution and LWR can be improved. It can be improved further.
  • the content form of the [B] acid generator in the radiation-sensitive resin composition even in the form of a low molecular weight compound (hereinafter, also referred to as “[B] acid generator”), a polymer such as the [A] polymer is used. It may be a form incorporated as a part of or both of these forms.
  • Examples of the [B] acid generator include onium salt compounds, N-sulfonyloxyimide compounds, halogen-containing compounds, diazoketone compounds and the like.
  • onium salt compound examples include sulfonium salt, tetrahydrothiophenium salt, iodonium salt, phosphonium salt, diazonium salt, pyridinium salt and the like.
  • sulfonium salt examples include triphenylsulfonium trifluoromethanesulfonate, triphenylsulfonium nonafluoro-n-butanesulfonate, triphenylsulfonium perfluoro-n-octanesulfonate, and triphenylsulfonium 2-bicyclo [2.2.1] hept-.
  • tetrahydrothiophenium salt examples include 1- (4-n-butoxynaphthalene-1-yl) tetrahydrothiophenium trifluoromethanesulfonate and 1- (4-n-butoxynaphthalene-1-yl) tetrahydrothiophenium nona.
  • iodonium salt examples include diphenyliodonium trifluoromethanesulfonate, diphenyliodonium nonafluoro-n-butane sulfonate, diphenyliodonium perfluoro-n-octane sulfonate, and diphenyliodonium 2-bicyclo [2.2.1] hept-2-yl-.
  • examples thereof include 1,1,2,2-tetrafluoroethanesulfonate, diphenyliodonium camphor sulfonate, and bis (4-t-butylphenyl) iodonium nonafluoro-n-butane sulfonate.
  • N-sulfonyloxyimide compound examples include N-trifluoromethylsulfonyloxyphthalimide, N- (trifluoromethylsulfonyloxy) -1,8-naphthalimide, and N- (trifluoromethylsulfonyloxy) bicyclo [2.2].
  • the [B] acid generator a sulfonium salt or a tetrahydrothiophenium salt is preferable, and the compounds represented by the above formulas (B-1) to (B-6) are more preferable.
  • examples of the [B] acid generator include those exemplified as the [B] acid generator in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2018-013744.
  • the lower limit of the content of the [B] acid generator is preferably 0.1 part by mass with respect to 100 parts by mass of the [A] polymer. 1, 1 part by mass is more preferable, 2 parts by mass is further preferable, and 5 parts by mass is particularly preferable.
  • the upper limit of the content is preferably 100 parts by mass, more preferably 60 parts by mass, further preferably 40 parts by mass, and particularly preferably 30 parts by mass.
  • the irradiation-sensitive linear resin compound may contain one or more [B] acid generators.
  • the [B] acid generator a polymer in which the structure of the acid generator is incorporated as a part of a polymer such as the [A] polymer can also be mentioned.
  • the radiation-sensitive resin composition contains a [C] acid diffusion controller as an optional component.
  • the [C] acid diffusion controller has the effect of controlling the diffusion phenomenon of the acid generated from the [B] acid generator or the like in the resist film by exposure and controlling an unfavorable chemical reaction in the non-exposed region.
  • the [A] polymer or the like it may be in the form incorporated as a part of the polymer of the above, or in both of these forms.
  • Examples of the [C] acid diffusion control agent include photodisintegrating bases that are exposed to light by exposure to generate a weak acid.
  • Examples of the photodisintegrating base include compounds containing a radiation-sensitive onium cation and a weak acid anion that are decomposed by exposure. In the photodisintegrating base, weak acid is generated from the proton generated by the decomposition of the radiation-sensitive onium cation and the anion of the weak acid in the exposed portion, so that the acid diffusion controllability is lowered.
  • Examples of the photodisintegrating base include compounds represented by the formulas (C-1) to (C-4) described in Examples described later.
  • a nitrogen-containing compound can be mentioned as the [C] acid diffusion control agent.
  • nitrogen-containing compound examples include compounds represented by the formula (C-5) described in Examples described later.
  • Specific examples of the [C] acid diffusion control agent other than these photodisintegrating bases and nitrogen-containing compounds include those exemplified as the [D] acid diffusion control agent in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2018-013744. ..
  • the lower limit of the content of the [C] acid diffusion control agent is 0. 1 part by mass is preferable, 0.5 part by mass is more preferable, and 1 part by mass is further preferable.
  • the upper limit of the content is preferably 20 parts by mass, more preferably 10 parts by mass, and even more preferably 5 parts by mass.
  • the lower limit of the content ratio of the [C] acid diffusion control agent 1 mol% is preferable, 5 mol% is more preferable, and 10 mol% is further preferable with respect to 100 mol% of the [B] acid generator.
  • the upper limit of the content is preferably 250 mol%, more preferably 150 mol%, still more preferably 100 mol%.
  • the radioactive resin composition may contain one or more [C] acid diffusion controllers.
  • the radiation-sensitive resin composition usually contains a [D] solvent.
  • the solvent [D] is not particularly limited as long as it is a solvent capable of dissolving or dispersing at least the [A] polymer, the [E] polymer, the [B] acid generator and any component contained if desired.
  • Examples of the [D] solvent include alcohol solvents, ether solvents, ketone solvents, amide solvents, ester solvents, hydrocarbon solvents and the like.
  • the alcohol solvent examples include an aliphatic monoalcohol solvent having 1 to 18 carbon atoms such as 4-methyl-2-pentanol, an alicyclic monoalcohol solvent having 3 to 18 carbon atoms such as cyclohexanol, and 1, Examples thereof include a polyhydric alcohol solvent having 2 to 18 carbon atoms such as 2-propylene glycol, and a polyhydric alcohol partial ether solvent having 3 to 19 carbon atoms such as propylene glycol-1-monomethyl ether.
  • ether solvent examples include a dialkyl ether solvent such as diethyl ether, a cyclic ether solvent such as tetrahydrofuran, and an aromatic ring-containing ether solvent such as diphenyl ether.
  • ketone solvent examples include a chain ketone solvent such as acetone, a cyclic ketone solvent such as cyclohexanone, 2,4-pentandione, acetonyl acetone, and acetophenone.
  • amide solvent examples include a cyclic amide solvent such as N, N'-dimethylimidazolidinone, a chain amide solvent such as N-methylformamide, and the like.
  • ester solvent examples include a monocarboxylic acid ester solvent such as ethyl lactate, a polyhydric alcohol carboxylate solvent such as propylene glycol acetate, a polyhydric alcohol partial ether carboxylate solvent such as propylene glycol monomethyl ether acetate, and oxalic acid.
  • ester solvent examples include a polyvalent carboxylic acid diester solvent such as diethyl, a lactone solvent such as ⁇ -butyrolactone, and a carbonate solvent such as dimethyl carbonate.
  • hydrocarbon solvent examples include an aliphatic hydrocarbon solvent having 5 to 12 carbon atoms such as n-pentane, an aromatic hydrocarbon solvent having 6 to 16 carbon atoms such as toluene, and the like.
  • a ketone solvent or an ester solvent is preferable, a cyclic ketone solvent, a monocarboxylic acid ester solvent, a polyhydric alcohol partial ether carboxylate solvent or a lactone solvent is more preferable, and cyclohexanone, ethyl lactate, and acetic acid are preferable. More preferably, propylene glycol monomethyl ether or ⁇ -butyrolactone.
  • the radiation-sensitive resin composition may contain one kind or two or more kinds of [D] solvents.
  • the lower limit of the content ratio of the [D] solvent in the radiation-sensitive resin composition is preferably 50% by mass, more preferably 60% by mass, and even more preferably 70% by mass.
  • the upper limit of the content ratio is preferably 99.9 parts by mass, preferably 99.5 parts by mass, and even more preferably 99 parts by mass.
  • the lower limit of the content of the [D] solvent 100 parts by mass is preferable, 500 parts by mass is more preferable, and 1000 parts by mass is further preferable with respect to 100 parts by mass of the polymer of [A].
  • the upper limit of the content 20000 parts by mass is preferable, 15000 parts by mass is more preferable, and 10000 parts by mass is further preferable.
  • the radiation-sensitive resin composition may contain one or more other optional components, respectively.
  • the radiation-sensitive resin composition contains, for example, an optional component such as [A] polymer, [E] polymer, [B] acid generator and, if necessary, [C] acid diffusion controller, [D] solvent and the like. Is mixed at a predetermined ratio, and preferably the obtained mixture can be prepared by filtering with a polymer filter having a pore size of 0.2 ⁇ m or less.
  • the radiation-sensitive resin composition can be used for both positive pattern formation using an alkaline developer and negative pattern formation using an organic solvent-containing developer.
  • the radiation-sensitive resin composition is suitably used for ArF exposure for exposing ArF excimer laser light, EUV exposure for exposing extreme ultraviolet (EUV), and electron beam exposure for exposing electron beams. be able to.
  • the resist pattern forming method involves directly or indirectly coating a substrate with the radiation-sensitive resin composition (hereinafter, also referred to as “coating step”) and exposing the resist film formed by the coating step.
  • a step of developing the exposed resist film hereinafter, also referred to as “exposure step”
  • a step of developing the exposed resist film hereinafter, also referred to as “development step”.
  • the resist pattern forming method since the above-mentioned radiation-sensitive resin composition is used, it is possible to form a resist pattern having good sensitivity to exposure light, high water repellency and few defects. .. Hereinafter, each step will be described.
  • the radiation-sensitive resin composition is applied directly or indirectly to the substrate.
  • a resist film is formed.
  • the substrate include conventionally known wafers such as silicon wafers, silicon dioxide, and wafers coated with aluminum.
  • an organic or inorganic antireflection film disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-12452, Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-93448, and the like may be formed on the substrate.
  • the coating method include rotary coating (spin coating), cast coating, roll coating and the like.
  • prebaking (PB) may be performed to volatilize the solvent in the coating film.
  • PB prebaking
  • the upper limit of the temperature is preferably 150 ° C., more preferably 140 ° C.
  • the lower limit of the PB time 5 seconds is preferable, and 10 seconds is more preferable.
  • the upper limit of the time is preferably 600 seconds, more preferably 300 seconds.
  • the lower limit of the average thickness of the resist film formed is preferably 10 nm, more preferably 20 nm.
  • the upper limit of the average thickness is preferably 1000 nm, more preferably 500 nm.
  • the resist film formed by the above coating step is exposed.
  • This exposure is performed by irradiating the exposure light through a photomask (in some cases, through an immersion medium such as water).
  • the exposure light includes, for example, visible light, ultraviolet rays, far ultraviolet rays, EUV (13.5 nm), electromagnetic waves such as X-rays and ⁇ -rays, and charges of electron beams and ⁇ -rays, depending on the line width of the target pattern. Examples include particle beams.
  • the exposure conditions such as the exposure amount can be appropriately selected according to the compounding composition of the radiation-sensitive resin composition, the type of additive, the type of exposure light, and the like.
  • PEB post-exposure baking
  • the temperature of PEB 50 ° C. is preferable, 80 ° C. is more preferable, and 90 ° C. is further preferable.
  • the upper limit of the temperature is preferably 180 ° C., more preferably 130 ° C.
  • the lower limit of the PEB time 5 seconds is preferable, 10 seconds is more preferable, and 30 seconds is even more preferable.
  • the upper limit of the time is preferably 600 seconds, more preferably 300 seconds, and even more preferably 100 seconds.
  • the exposed resist film is developed. As a result, a predetermined resist pattern can be formed. After development, it is generally washed with a rinse solution such as water or alcohol and dried.
  • the developing method in the developing step may be alkaline development using an alkaline developer or organic solvent development using an organic solvent-containing developer.
  • the alkaline developing solution used for development includes, for example, sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate, sodium silicate, sodium metasilicate, aqueous ammonia, ethylamine, n-propylamine, diethylamine, di-n-.
  • TMAH tetramethylammonium hydroxide
  • pyrrole pyrrole
  • piperidine choline
  • 1,8-diazabicyclo- [5.4.0] -7-undecene 1
  • 5-Diazabicyclo- [4.3.0] -5-None and other alkaline compounds are dissolved in an alkaline aqueous solution.
  • the TMAH aqueous solution is preferable, and the 2.38 mass% TMAH aqueous solution is more preferable.
  • examples of the organic solvent-containing developing solution include organic solvents such as alcohol-based solvents, ether-based solvents, ketone-based solvents, ester-based solvents, and hydrocarbon-based solvents, and solvents containing the above-mentioned organic solvents. ..
  • examples of the organic solvent include one or more of the solvents exemplified as the above-mentioned [D] solvent.
  • an ester solvent or a ketone solvent is preferable.
  • the ester solvent an acetate ester solvent is preferable, and n-butyl acetate is more preferable.
  • As the ketone solvent a chain ketone is preferable, and 2-heptanone is more preferable.
  • the lower limit of the content ratio of the organic solvent in the developing solution 80% by mass is preferable, 90% by mass is more preferable, 95% by mass is further preferable, and 99% by mass is particularly preferable.
  • the components other than the organic solvent in the developing solution include water, silicone oil and the like.
  • Examples of the developing method include a method of immersing the substrate in a tank filled with a developing solution for a certain period of time (dip method) and a method of developing by raising the developing solution on the surface of the substrate by surface tension and allowing it to stand still for a certain period of time (paddle method). ), A method of spraying the developer on the surface of the substrate (spray method), a method of continuing to apply the developer on the substrate rotating at a constant speed while scanning the developer dispensing nozzle at a constant speed (dynamic discharge method). And so on.
  • Examples of the pattern formed by the resist pattern forming method include a line-and-space pattern and a hole pattern.
  • the polymer is an [E] polymer having a structural unit (T) represented by the above formula (1).
  • the polymer can be suitably used as a component of the above-mentioned radiation-sensitive resin composition.
  • the polymer is described as the above-mentioned [E] polymer.
  • Mw and Mn Weight average molecular weight (Mw) and number average molecular weight (Mn)
  • Mw and Mn of the polymer were obtained by gel permeation chromatography (GPC) using a GPC column (2 "G2000HXL”, 1 "G3000HXL”, and 1 "G4000HXL") of Toso Co., Ltd. It was measured according to the conditions of.
  • the dispersity (Mw / Mn) was calculated from the measurement results of Mw and Mn.
  • a mixed solution of methanol: water (1: 1 (mass ratio)) was added to the above alkoxy derivative to make a 1M solution, then 18.5 mmol of sodium hydroxide was added, and the mixture was reacted at 50 ° C. for 4 hours. Then, the reaction solution was cooled to 30 ° C. or lower, 1M hydrochloric acid was added to make the inside of the system acidic, and ethyl acetate was added for extraction, and the organic layer was separated. The resulting organic layer was washed with saturated aqueous sodium chloride solution and then with water. After drying over sodium sulfate, the solvent was distilled off to obtain a carboxylic acid derivative in a good yield.
  • the start of dropping was set as the start time of the polymerization reaction, and the polymerization reaction was carried out for 6 hours.
  • the polymerization solution was water-cooled and cooled to 30 ° C. or lower.
  • the cooled polymerization solution was put into methanol (2,000 parts by mass), and the precipitated white powder was filtered off.
  • the filtered white powder was washed twice with methanol, filtered, and dried at 50 ° C. for 17 hours to obtain a white powdery polymer (A-1) (yield: 80%).
  • the Mw of the polymer (A-1) was 8,700, and the Mw / Mn was 1.49.
  • the content ratios of the structural units derived from (m-1), (m-2) and (m-10) were 39.9 mol% and 14.3 mol%, respectively. And 45.8 mol%.
  • the polymerization solution was water-cooled and cooled to 30 ° C. or lower.
  • the cooled polymerization solution was put into hexane (2,000 parts by mass), and the precipitated white powder was filtered off.
  • the filtered white powder was washed twice with hexane, filtered, and dissolved in 1-methoxy-2-propanol (300 parts by mass).
  • methanol (500 parts by mass), triethylamine (50 parts by mass) and ultrapure water (10 parts by mass) were added, and a hydrolysis reaction was carried out at 70 ° C. for 6 hours with stirring.
  • the polymerization solution was water-cooled and cooled to 30 ° C. or lower.
  • hexane 100 parts by mass was added and stirred, and the operation of recovering the acetonitrile layer was repeated three times.
  • the solvent By substituting the solvent with propylene glycol monomethyl ether acetate, a solution of the polymer (E-1) was obtained (yield: 77%).
  • the Mw of the polymer (E-1) was 7,100, and the Mw / Mn was 1.51.
  • the content ratios of the structural units derived from (F-1) and (m-2) were 81.2 mol% and 18.8 mol%, respectively.
  • Example 1 [Preparation of positive radiation-sensitive resin composition for ArF exposure] [Example 1] [A] 100 parts by mass of (A-1) as a polymer, (B-4) 14.0 parts by mass as an acid generator, [C] (C-1) 2 as an acid diffusion control agent .3 parts by mass, 3.0 parts by mass (solid content) of (E-1) as [E] polymer, and (D-1) / (D-2) / (D-3) as [D] solvent. ), 3,230 parts by mass of the mixed solvent was mixed and filtered through a polymer filter having a pore size of 0.2 ⁇ m to prepare a radiation-sensitive resin composition (J-1).
  • ASML's "TWINSCAN XT-1900i” ArF excimer laser immersion exposure apparatus
  • the exposure amount for forming the 40 nm line-and-space pattern was defined as the optimum exposure amount, and this optimum exposure amount was defined as the sensitivity (mJ / cm 2 ).
  • the sensitivity was evaluated as "good” when it was 26 mJ / cm 2 or less, and as “poor” when it exceeded 26 mJ / cm 2.
  • the needle After draining water from the DSA-10 needle to form 25 ⁇ L of water droplets on the resist film, the needle sucked the water droplets at a speed of 10 ⁇ L / min for 90 seconds and measured the contact angle per second (90 times in total). .. In the measurement, the average value was calculated for a total of 20 contact angles from the time when the contact angle became stable, and used as the receding contact angle (°) after PB.
  • the receding contact angle after PB was evaluated as "good” when it was 70 ° or more, and “poor” when it was less than 70 °.
  • the resist film was exposed at the optimum exposure amount to form a line-and-space pattern having a line width of 40 nm, and used as a wafer for defect inspection.
  • the number of defects on the defect inspection wafer was measured using a defect inspection apparatus (“KLA2810” manufactured by KLA-Tencor).
  • KLA2810 manufactured by KLA-Tencor.
  • the number of defects after development was evaluated as "good” when the number of defects judged to be derived from the resist film was 15 or less, and as "defective" when the number of defects exceeded 15.
  • the radiation-sensitive resin compositions of Examples had good sensitivity, receding contact angle performance after PB, and defect performance after development when used for ArF exposure.
  • each characteristic was inferior to that in the example. Therefore, when the radiation-sensitive resin composition of the example is used for ArF exposure, a resist pattern having high sensitivity, high water repellency and few defects can be formed.
  • Example 52 [Preparation of Radiation Sensitive Resin Composition for Extreme Ultraviolet (EUV) Exposure] [Example 52] [A] 100 parts by mass of (A-9) as a polymer, (B-4) 14.0 parts by mass as an acid generator, [C] (C-1) 2 as an acid diffusion control agent .3 parts by mass, 3.0 parts by mass of (E-1) as the [E] polymer, and 6,110 parts by mass of the mixed solvent of (D-1) / (D-4) as the [D] solvent.
  • a radiation-sensitive resin composition (J-52) was prepared by mixing and filtering through a polymer filter having a pore size of 0.2 ⁇ m.
  • Example 53 to 79 and Comparative Examples 12 to 18 Radiation-sensitive resin compositions (J-53) to (J-79) and (CJ-12) to (CJ-12) to the same as in Example 52 except that each component of the type and content shown in Table 7 below was used. (CJ-18) was prepared.
  • PEB was performed at 120 ° C. for 60 seconds.
  • the resist film is alkaline-developed with a 2.38 mass% TMAH aqueous solution as an alkaline developer, washed with water after development, and further dried to form a positive resist pattern (32 nm line and space pattern). Formed.
  • the exposure amount for forming the 32 nm line-and-space pattern was defined as the optimum exposure amount, and this optimum exposure amount was defined as the sensitivity (mJ / cm 2 ).
  • the sensitivity was evaluated as "good” when it was 22 mJ / cm 2 or less, and as “poor” when it exceeded 22 mJ / cm 2.
  • the resist film was exposed at the optimum exposure amount to form a line-and-space pattern having a line width of 32 nm, and used as a wafer for defect inspection.
  • the number of defects on the defect inspection wafer was measured using a defect inspection apparatus (“KLA2810” manufactured by KLA-Tencor). Then, the measured defects were classified into those judged to be derived from the resist film and foreign substances derived from the outside, and the number of those judged to be derived from the resist film was calculated.
  • the number of defects after development was evaluated as "good” when the number of defects judged to be derived from the resist film was 15 or less, and as "defective" when the number of defects exceeded 15.
  • the radiation-sensitive resin composition of the example had good sensitivity and defect performance after development when used for EUV exposure, whereas in the comparative example, each characteristic was It was inferior to the examples. Therefore, when the radiation-sensitive resin composition of the example is used for EUV exposure, a resist pattern with high sensitivity and few defects can be formed.
  • the resist pattern using the positive type radiation-sensitive resin composition for ArF exposure other than using the negative type radiation-sensitive resin composition for ArF exposure (J-80) prepared above as the radiation-sensitive resin composition. Formed a resist film in the same manner, exposed to ArF, and subjected to PEB. Then, the resist film was developed with an organic solvent using n-butyl acetate as an organic solvent developer, and dried to form a negative resist pattern (40 nm line and space pattern).
  • the resist pattern using the negative-type radiation-sensitive resin composition for ArF exposure and the resist film before ArF exposure are evaluated in the same manner as the evaluation of the resist pattern using the positive-type radiation-sensitive resin composition for ArF exposure. did.
  • the radiation-sensitive resin composition of Example 80 had good sensitivity, receding contact angle performance after PB, and defect performance after development even when a negative resist pattern was formed by ArF exposure. ..
  • the radiation-sensitive resin composition and the resist pattern forming method of the present invention it is possible to form a resist pattern having good sensitivity to exposure light, high water repellency and few defects.
  • the polymer of the present invention can be suitably used as a polymer component of the radiation-sensitive resin composition.
  • the compound of the present invention can be suitably used as a monomer of the polymer. Therefore, these can be suitably used for processing processes of semiconductor devices, which are expected to be further miniaturized in the future.

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Abstract

露光光に対する感度が良好であり、高撥水性で欠陥の少ないレジストパターンを形成し得る感放射線性樹脂組成物、レジストパターン形成方法、重合体、及びこれらに用いることができる化合物の提供を目的とする。本発明は、酸解離性基を含む構造単位を有する第1重合体と、下記式(1)で表される構造単位を有する第2重合体と、感放射線性酸発生体とを含有する感放射線性樹脂組成物である。下記式(1)中、Aは、酸素原子又は硫黄原子である。m+nは2又は3であり、mは1又は2であり、nは1又は2である。Xは、単結合又は炭素数1~20の2価の有機基である。R1は、フッ素原子を有する1価の有機基である。

Description

感放射線性樹脂組成物、レジストパターン形成方法、重合体及び化合物
 本発明は、感放射線性樹脂組成物、レジストパターン形成方法、重合体及び化合物に関する。
 リソグラフィーによる微細加工に用いられる感放射線性樹脂組成物は、ArFエキシマレーザー光(波長193nm)、KrFエキシマレーザー光(波長248nm)等の遠紫外線、極端紫外線(EUV)等の電磁波、電子線等の荷電粒子線などの放射線の照射により露光部に酸を発生させ、この酸を触媒とする化学反応により露光部と未露光部との現像液に対する溶解速度に差を生じさせ、基板上にレジストパターンを形成する。
 かかる感放射線性組成物には、露光光に対する感度が良好であることに加え、線幅の均一性を示すLWR(Line Width Roughness)性能及び長周期で線幅のばらつきを示すCDU(Critical Dimention Uniformity)性能が要求される。これらの要求に対しては、感放射線性樹脂組成物に用いられる重合体、酸発生剤、その他の成分の種類や分子構造等が検討されている(特開2009-14815号公報及び特開2013-200560号公報参照)。
特開2009-14815号公報 特開2013-200560号公報
 しかし、レジストパターンの微細化が線幅40nm以下のレベルまで進展している現状にあっては、感放射線性樹脂組成物に対して、上記性能以外にも、高撥水性で欠陥が少ないレジストパターンを形成できることも要求されている。
 本発明は以上のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、露光光に対する感度が良好であり、高撥水性で欠陥の少ない(以下、「欠陥抑制性」ともいう。)レジストパターンを形成することができる感放射線性樹脂組成物、レジストパターン形成方法、重合体及びこれらに用いることができる化合物を提供することにある。
 上記課題を解決するためになされた発明は、酸解離性基を含む構造単位(以下、「構造単位(I)」ともいう)を有する第1重合体(以下、[A]重合体ともいう)と、下記式(1)で表される第2構造単位(以下、「構造単位(T)」ともいう)を有する第2重合体(以下、[E]重合体ともいう)と、感放射線性酸発生体(以下、[B]酸発生体ともいう)を含有する感放射線性樹脂組成物である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
 上記式(1)中、Aは、酸素原子又は硫黄原子である。m+nは2又は3であり、mは1又は2であり、nは1又は2である。Xは、単結合又は炭素数1~20の2価の有機基である。Rは、フッ素原子を有する1価の有機基である。
 上記課題を解決するためになされた別の発明は、基板に直接又は間接に感放射線性樹脂組成物を塗工する工程と、上記塗工工程により形成されたレジスト膜を露光する工程と、上記露光されたレジスト膜を現像する工程とを備え、上記感放射線性樹脂組成物が、[A]重合体と、[E]重合体と、[B]酸発生体とを含有するレジストパターン形成方法である。
 上記課題を解決するためになされた別の発明は、構造単位(T)を有する[E]重合体である。
 上記課題を解決するためになされた別の発明は、下記式(i)で表される化合物(以下、「化合物(F)」ともいう)である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
 上記式(i)中、Aは、酸素原子又は硫黄原子である。m+nは2又は3であり、mは1又は2であり、nは1又は2である。Xは、単結合又は炭素数1~20の2価の有機基である。Rは、フッ素原子を有する1価の有機基である。
 本発明の感放射線性樹脂組成物、レジストパターン形成方法、重合体及び化合物によれば、露光光に対する感度が良好であり、高撥水性で欠陥の少ないレジストパターンを形成することができる。従って、これらは今後さらに微細化が進行すると予想される半導体デバイス製造用に好適に用いることができる。
<感放射線性樹脂組成物>
 当該感放射線性樹脂組成物は、[A]重合体と、[E]重合体と、[B]酸発生体とを含有する。当該感放射線性樹脂組成物は、好適成分として、[C]酸拡散制御体及び[D]溶媒を含有していてもよく、本発明の効果を損なわない範囲において、その他の任意成分を含有していてもよい。
 当該感放射線性樹脂組成物は、[A]重合体と、[E]重合体と、[B]酸発生体とを含有することで、露光光に対する感度が良好であり、高撥水性で欠陥の少ないレジストパターンを形成することができる。当該感放射線性樹脂組成物が上記構成を備えることで、上記効果を奏する理由については必ずしも明確ではないが、例えば以下のように推察することができる。すなわち、当該感放射線性樹脂組成物に含まれる[E]重合体中の構造単位(T)に起因して感度が向上し、加えて高撥水性能及び欠陥抑制性能を発揮することができると考えられる。以下、当該感放射線性樹脂組成物の各成分について説明する。
<[A]重合体>
 [A]重合体は、構造単位(I)を有する重合体である。[A]重合体は、構造単位(I)以外に、ラクトン構造、環状カーボネート構造、スルトン構造又はこれらの組み合わせを含む構造単位(以下、「構造単位(II)」ともいう)、アルコール性水酸基を含む構造単位(以下、「構造単位(III)」ともいう)、フェノール性水酸基を含む構造単位(以下、「構造単位(IV)」ともいう)等を好ましい任意成分として有する。[A]重合体は、上記構造単位(I)~(IV)以外のその他の構造単位を有していてもよい。[A]重合体は、各構造単位を1種又は2種以上有していてもよい。以下、各構造単位について説明する。
[構造単位(I)]
 構造単位(I)は、酸解離性基を含む構造単位である。「酸解離性基」とは、カルボキシ基又はフェノール性水酸基の水素原子を置換する基であって、酸の作用により解離する基をいう。[A]重合体が構造単位(I)中に酸解離性基を有することで、露光により発生した酸の作用により露光部において酸解離性基が解離し、露光部と未露光部とで現像液に対する溶解性に差異が生じることにより、レジストパターンを形成することができる。
 構造単位(I)としては、例えば下記式(2-1A)、式(2-1B)、式(2-2A)、式(2-2B)で表される構造単位(以下、「構造単位(I-1A)、(I-1B)、(I-2A)、(I-2B)」ともいう)等が挙げられる。なお、構造単位(I-1A)~(I-2B)において、カルボキシ基又はフェノール性水酸基に由来するオキシ酸素原子に結合する-CR又は-CR(OR)が酸解離性基である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
 上記式(2-1A)及び式(2-1B)中、Rは、水素原子、フッ素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。Rは、炭素数1~20の1価の炭化水素基である。R及びRは、それぞれ独立して、炭素数1~20の1価の炭化水素基であるか、又はR及びRが互いに合わせられこれらが結合する炭素原子と共に構成される環員数3~20の脂環構造の一部である。
 上記式(2-2A)及び式(2-2B)中、Rは、水素原子、フッ素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。Rは、水素原子又は炭素数1~20の1価の炭化水素基である。R及びRは、それぞれ独立して、炭素数1~20の1価の炭化水素基であるか、又はR及びRが互いに合わせられRが結合する炭素原子及びこの炭素原子に隣接する酸素原子と共に構成される環員数4~20の脂肪族複素環構造の一部である。
 R、R、R、R、R及びRで表される炭素数1~20の1価の炭化水素基としては、例えば炭素数1~20の1価の鎖状炭化水素基、炭素数3~20の1価の脂環式炭化水素基、炭素数6~20の1価の芳香族炭化水素基等が挙げられる。なお、「脂環式炭化水素基」は、脂環構造のみで構成されている必要はなく、その一部に鎖状構造を含んでいてもよい。また、「芳香族炭化水素基」は、芳香環構造のみで構成されている必要はなく、その一部に鎖状構造や脂環構造を含んでいてもよい。
 炭素数1~20の1価の鎖状炭化水素基としては、例えばメチル基、エチル基、n-プロピル基、i-プロピル基等のアルキル基;エテニル基、プロペニル基等のアルケニル基;エチニル基、プロピニル基等のアルキニル基等が挙げられる。炭素数3~20の1価の脂環式炭化水素基としては、例えばシクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボルニル基、アダマンチル基等の脂環式飽和炭化水素基;シクロプロペニル基、シクロブテニル基、シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基、ノルボルネニル基等の脂環式不飽和炭化水素基等が挙げられる。炭素数6~20の1価の芳香族炭化水素基としては、例えばフェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、アントリル基等のアリール基;、ベンジル基、フェネチル基、ナフチルメチル基、アントリルメチル基等のアラルキル基等が挙げられる。
 R及びRが互いに合わせられ構成される環員数3~20の脂環構造としては、例えばシクロプロパン構造、シクロブタン構造、シクロペンタン構造、シクロヘキサン構造、ノルボルナン構造、アダマンタン構造等の飽和脂環構造;シクロプロペン構造、シクロブテン構造、シクロペンテン構造、シクロヘキセン構造、ノルボルネン構造等の不飽和脂環構造;環状エーテル構造、ラクトン構造、環状カーボネート構造、スルトン構造等の複素環構造等が挙げられる。
 R及びRが互いに合わせられ構成される環員数4~20の脂肪族複素環構造としては、例えばオキサシクロブタン構造、オキサシクロペンタン構造、オキサシクロヘキサン構造等のオキサシクロアルカン構造;オキサシクロブテン構造、オキサシクロペンテン構造、オキサシクロヘキセン構造等のオキサシクロアルケン構造;ラクトン構造等が挙げられる。
 Rとしては、構造単位(I)を与える単量体の共重合性の観点から、水素原子又はメチル基が好ましい。Rとしては、水素原子、アルキル基又はアリール基が好ましい。R及びRとしては、アルキル基又は脂環式飽和炭化水素基が好ましい。構造単位(I)としては、上記構造単位(I-1A)が好ましい。
 構造単位(I)としては、例えば後述する実施例に記載された式(m-1)~式(m-4)、式(m-20)で表される化合物を単量体とする構造単位等が挙げられる。この他、構造単位(I)としては、例えば特開2018-013744号公報にて構造単位(I)として例示された構造単位のうち、上記式(2-1A)、式(2-1B)、式(2-2A)及び式(2-2B)に相当する構造単位等が挙げられる。
 構造単位(I)の含有割合の下限としては、[A]重合体を構成する全構造単位に対して、5モル%が好ましく、10モル%がより好ましく、20モル%がさらに好ましく、30モル%が特に好ましい。上記含有割合の上限としては、80モル%が好ましく、70モル%がより好ましく、60モル%がさらに好ましい。この含有割合は、露光光がArFエキシマレーザー光である場合に特に好ましい。露光光がEUVである場合、上記含有割合の下限としては、上記全構造単位に対して、10モル%が好ましく、20モル%がより好ましい。上記含有割合の上限としては、70モル%が好ましく、60モル%がさらに好ましい。構造単位(I)の含有割合を上記範囲とすることで、当該感放射線性樹脂組成物の露光光に対する感度をより高めることができ、また、高撥水性能及び欠陥抑制性能をより向上させることができる。
[構造単位(II)]
 構造単位(II)は、構造単位(I)以外の構造単位であって、ラクトン構造、環状カーボネート構造、スルトン構造又はこれらの組み合わせを含む構造単位である。[A]重合体が構造単位(II)を有することで、[A]重合体の現像液への溶解性をより適度に調整し易くなり、その結果、当該感放射線性樹脂組成物の露光光に対する感度をより高めることができ、高撥水性能及び欠陥抑制性能をより向上させることができる。
 構造単位(II)としては、例えば後述する実施例に記載された式(m-5)~式(m-11)、式(m-13)で表される化合物を単量体とする構造単位等が挙げられる。この他、構造単位(II)としては、例えば特開2018-013744号公報にて構造単位(III)として例示された構造単位等が挙げられる。
 構造単位(II)の含有割合の下限としては、[A]重合体における全構造単位に対して、5モル%が好ましく、10モル%がより好ましく、20モル%がさらに好ましく、30モル%が特に好ましい。上記含有割合の上限としては、80モル%が好ましく、70モル%がより好ましい。構造単位(II)の含有割合を上記範囲とすることで、[A]重合体の現像液への溶解性をさらに適度に調整し易くなり、その結果、高撥水性能及び欠陥抑制性能をさらに向上させることができる。
[構造単位(III)]
 構造単位(III)は、構造単位(I)及び構造単位(II)以外の構造単位であって、アルコール性水酸基を含む構造単位である。[A]重合体が構造単位(III)を有することで、[A]重合体の現像液への溶解性をより適度に調整し易くなり、その結果、当該感放射線性樹脂組成物の高撥水性及び欠陥抑制性をより向上させることができる。
 構造単位(III)としては、例えば後述する実施例に記載された式(m-12)、式(m-14)で表される化合物を単量体とする構造単位等が挙げられる。この他、構造単位(III)としては、例えば特開2018-028574号公報にて構造単位(IV)として例示された構造単位等が挙げられる。
 構造単位(III)の含有割合の下限としては、[A]重合体における全構造単位に対して、5モル%が好ましく、10モル%がより好ましい。上記含有割合の上限としては、40モル%が好ましく、30モル%がより好ましい。この含有割合は、露光光がArFエキシマレーザー光である場合に特に好ましい。露光光がEUVである場合、上記含有割合の下限としては、上記全構造単位に対して、5モル%が好ましく、10モル%がより好ましく、20モル%がさらに好ましい。上記含有割合の上限としては、60モル%が好ましく、50モル%がより好ましく、40モル%がさらに好ましい。構造単位(III)の含有割合を上記範囲とすることで、[A]重合体の現像液への溶解性をさらに適度に調整し易くなり、その結果、当該感放射線性樹脂組成物の高撥水性能及び欠陥抑制性能をさらに向上させることができる。
[構造単位(IV)]
 構造単位(IV)は、構造単位(I)、構造単位(II)及び構造単位(III)以外の構造単位であって、フェノール性水酸基を含む構造単位である。「フェノール性水酸基」とは、ベンゼン環に直結するヒドロキシ基に限らず、芳香環に直結するヒドロキシ基全般を指す。放射線としてArFエキシマレーザー光、KrFエキシマレーザー光、EUV、電子線等を用いる場合には、[A]重合体が構造単位(IV)を有することで、露光光に対する感度をより高めることができ、その結果、当該感放射線性樹脂組成物のLWR性能及びCDU性能をより向上させることができる。構造単位(IV)としては、例えば下記式(P)で表される構造単位等が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
 上記式(P)中、Rは、水素原子、フッ素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。Rは、単結合、-O-、-COO-又は-CONH-である。Arは、環員数6~20のアレーンから(p+q+1)個の芳香環上の水素原子を除いた基である。pは、0~10の整数である。pが1の場合、Rは、炭素数1~20の1価の有機基又はハロゲン原子である。pが2以上の場合、複数のRは、互いに同一又は異なり、炭素数1~20の1価の有機基若しくはハロゲン原子であるか、又は複数のRのうちの2つ以上が互いに合わせられこれらが結合する炭素鎖と共に構成される環員数4~20の環構造の一部である。qは、1~11の整数である。但し、p+qは11以下である。
 Rとしては、構造単位(IV)を与える単量体の共重合性の観点から水素原子又はメチル基が好ましく、水素原子がより好ましい。Rとしては、単結合又は-COO-が好ましく、単結合がより好ましい。Arを与える環員数6~20のアレーンとしては、例えばベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、テトラセン、ピレン等が挙げられる。これらの中でベンゼン又はナフタレンが好ましく、ベンゼンがより好ましい。
 Rで表される炭素数1~20の1価の有機基としては、例えば炭素数1~20の1価の炭化水素基、この炭化水素基の炭素-炭素間又は結合手側の末端に2価のヘテロ原子含有基を含む基、上記炭化水素基及び上記2価のヘテロ原子含有基を含む基が有する水素原子の一部又は全部を1価のヘテロ原子含有基で置換した基等が挙げられる。Rとしては、炭化水素基が好ましく、アルキル基がより好ましい。複数のRのうちの2つ以上が互いに合わせられ構成される環員数4~20の環構造としては、例えばシクロヘキサン構造等の脂環構造などが挙げられる。pとしては、0~2が好ましく、0又は1がより好ましく、0がさらに好ましい。qとしては、1~3が好ましく、1又は2がより好ましい。
 構造単位(IV)としては、例えば後述する実施例に記載された式(m-15)、式(m-16)で表される化合物を単量体とする構造単位等が挙げられる。この他、構造単位(IV)としては、例えば特開2018-013744号公報にて構造単位(II)として例示された構造単位等が挙げられる。
 構造単位(IV)の含有割合の下限としては、[A]重合体を構成する全構造単位に対して、5モル%が好ましく、10モル%がさらに好ましく、20モル%が特に好ましい。上記含有割合の上限としては、80モル%が好ましく、70モル%がさらに好ましく、60モル%が特に好ましい。構造単位(IV)の含有割合を上記範囲とすることで、当該感放射線性樹脂組成物の高撥水性能及び欠陥抑制性能をより向上させることができる。
[その他の構造単位]
 その他の構造単位としては、例えば非酸解離性の炭化水素基を含む構造単位等が挙げられる。非酸解離性の炭化水素基としては、例えば-COO-のオキシ基に結合する1価の鎖状炭化水素基、1価の脂環式炭化水素基等が挙げられる。[A]重合体がその他の構造単位を有する場合、その他の構造単位の含有割合の上限としては、30モル%が好ましく、20モル%がより好ましい。上記含有割合の下限としては、例えば1モル%である。
 [A]重合体のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算重量平均分子量(Mw)の下限としては、2000が好ましく、3000がより好ましく、4000がさらに好ましく、5000が特に好ましい。上記Mwの上限としては、30000が好ましく、20000がより好ましく、15000がさらに好ましく、10000が特に好ましい。[A]重合体のMwを上記範囲とすることで、当該感放射線性樹脂組成物の塗工性を向上させることができ、その結果、高撥水性能及び欠陥抑制性能をより向上させることができる。
 [A]重合体のGPCによるポリスチレン換算数平均分子量(Mn)に対するMwの比(Mw/Mn)の上限としては、3.00が好ましく、2.50がより好ましく、2.00がさらに好ましく、1.85が特に好ましい。上記比の下限としては、通常1.00であり、1.10が好ましい。
 なお、本明細書における重合体のMw及びMnは、以下の条件によるゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定される値である。
 GPCカラム:東ソー(株)の「G2000HXL」2本、「G3000HXL」1本及び「G4000HXL」1本
 溶出溶媒  :テトラヒドロフラン
 流量    :1.0mL/分
 試料濃度  :1.0質量%
 試料注入量 :100μL
 カラム温度 :40℃
 検出器   :示差屈折計
 標準物質  :単分散ポリスチレン
 当該感放射線性樹脂組成物の[D]溶媒以外の全成分における[A]重合体の含有割合の下限としては、50質量%が好ましく、70質量%がより好ましく、80質量%がさらに好ましい。[A]重合体は、1種又は2種以上を用いることができる。
[[A]重合体の合成方法]
 [A]重合体は、例えば各構造単位を与える単量体を、公知の方法で重合することにより合成することができる。
<[E]重合体>
 [E]重合体は、構造単位(T)を有する重合体である。[E]重合体は、[A]重合体よりもフッ素原子の合計質量含有割合が大きい重合体である。ベース重合体となる重合体より疎水性が高い重合体は、レジスト膜表層に偏在化する傾向があり、[E]重合体は[A]重合体よりもフッ素原子の合計質量含有割合が大きいため、この疎水性に起因する特性により、レジスト膜表層に偏在化する傾向がある。また、この疎水性に起因する特性により、レジスト膜と液浸媒体との後退接触角が大きくなる。よって、当該感放射線性樹脂組成物は、[E]重合体を含有することで液浸露光法に好適であり、加えて高撥水性で欠陥の発生が抑制されたレジストパターンを形成することができる。
 [E]重合体中のフッ素原子の含有割合の下限としては、1質量%が好ましく、2質量%がより好ましく、3質量%がさらに好ましい。上記質量含有割合の上限としては、60質量%が好ましく、50質量%がより好ましく、40質量%がさらに好ましい。フッ素原子の合計質量含有割合を上記範囲とすることで、[E]重合体のレジスト膜における偏在化をより適度に調整することができる。なお、重合体中のフッ素原子の合計質量含有割合は、13C-NMRスペクトル測定により重合体の構造を求め、その構造から算出することができる。
 [E]重合体は、構造単位(T)以外に、上述した構造単位(I)、構造単位(II)、構造単位(III)及び/又は構造単位(IV)を有することが好ましく、上記構造単位(I)~(IV)以外のその他の構造単位を有していてもよい。例えば[E]重合体は、構造単位(T)以外の構造単位であって、フッ素原子を含む構造単位(以下、「構造単位(F)」ともいう)を有することが好ましい。[E]重合体は、各構造単位を1種又は2種以上有していてもよい。以下、各構造単位について説明する。
[構造単位(T)]
 構造単位(T)は、下記式(1)で表される構造単位である。[E]重合体が構造単位(T)を有することで、露光光に対する感度が良好であり、高撥水性で欠陥の少ないレジストパターンを形成することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009
 上記式(1)中、Aは、酸素原子又は硫黄原子である。m+nは2又は3であり、mは1又は2であり、nは1又は2である。Xは、単結合又は炭素数1~20の2価の有機基である。Rは、フッ素原子を有する1価の有機基である。
 上記Aとしては、酸素原子が好ましい。上記mとしては、1が好ましく、nとしては、1が好ましい(すなわち、m+nとしては、2が好ましい)。
 上記Xとしては、単結合、炭素数1~20の置換若しくは非置換の2価の炭化水素基、炭素数4~20のラクトン構造を有する2価の有機基、-X-O-又は-X-NH-が好ましい。上記X及びXは、それぞれ独立して、炭素数1~20の2価の炭化水素基である。
 なお、Rが後述する(1-2)である場合、Xは単結合、-X-O-又は-X-NH-が好ましい。
 上記Xとしては、これらの中でも炭素数1~20の置換又は非置換の2価の炭化水素基が好ましい。上記Xの2価の炭化水素基としては、炭素数1~4の鎖状炭化水素基、炭素数6~10の脂環式炭化水素基、炭素数6~10の芳香族炭化水素基がより好ましく、メタンジイル基、シクロヘキサンジイル基、ノルボルナンジイル基、アダマンタンジイル基、ベンゼンジイル基が特に好ましい。上記X及びXの2価の炭化水素基としては、炭素数1~4の鎖状炭化水素基がより好ましい。
 炭素数1~4の2価の鎖状炭化水素基としては、例えばメタンジイル基、エタンジイル基、n-プロパンジイル基、i-プロパンジイル基等のアルカンジイル基;エテンジイル基、プロペンジイル基等のアルケンジイル基;エチンジイル基、プロピンジイル基等のアルキンジイル基等が挙げられる。炭素数6~10の2価の脂環式炭化水素基としては、例えばシクロヘキサンジイル基等の単環のシクロアルカンジイル基;シクロヘキセンジイル基等の単環のシクロアルケンジイル基;ノルボルナンジイル基、アダマンタンジイル基、トリシクロデカンジイル基等の多環のシクロアルカンジイル基;ノルボルネンジイル基、トリシクロデセンジイル基等の多環のシクロアルケンジイル基等が挙げられる。炭素数6~10の2価の芳香族炭化水素基としては、例えばベンゼンジイル基、トルエンジイル基、ナフタレンジイル基等のアレーンジイル基;ベンゼンジイルメタンジイル基等のアレーンジイルアルカンジイル基等が挙げられる。
 上記Xのラクトン構造としては、例えば下記式(X-1)、式(X-2)で表される構造等が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000010
 上記X、X及びXにおける炭化水素基は、フッ素原子等のハロゲン原子、-COO-X等の置換基を有していてもよい。上記Xは、炭素数1~20の1価の炭化水素基である。すなわち、上記X、X及びXは、それぞれ独立して、ハロゲン原子、-COO-X等の置換基で置換された炭素数1~20の2価の炭化水素基であってもよい。上記Xとしては、炭素数1~4の1価の鎖状炭化水素基が好ましい。
 上記Rとしては、下記(1-1)又は(1-2)で表される基が好ましいものとして挙げられる。
(1-1)*-COO-R1aで表される基。上記R1aは、炭素数1~20の置換若しくは非置換の1価のフッ素化炭化水素基、又は炭素数2~20の置換若しくは非置換の1価のフッ素化炭化水素基を構成する炭素-炭素結合間に-O-、-CO-若しくは-COO-を有する1価の有機基。*は上記式(1)のXと結合する部位を示す。
(1-2)炭素数1~20の置換若しくは非置換の1価のフッ素化炭化水素基、又は炭素数2~20の置換若しくは非置換の1価のフッ素化炭化水素基を構成する炭素-炭素結合間に-O-、-CO-若しくは-COO-を有する基(但し上記(1-1)に含まれるものを除く)。
 上記(1-1)のR1aとしては、炭素数1~20の置換若しくは非置換の1価のフッ素化炭化水素基、-R1b-COO-R1c、又は-R1d-O-R1eが好ましい。上記R1bは、炭素数1~20の置換若しくは非置換の2価の炭化水素基、炭素数1~20の置換若しくは非置換の2価のフッ素化炭化水素基、又は炭素数4~20のラクトン構造を有する2価の有機基である。上記R1cは、炭素数1~20の置換若しくは非置換の1価の炭化水素基、又は炭素数1~20の置換若しくは非置換の1価のフッ素化炭化水素基である。但し、上記R1b及びR1cの少なくとも一方がフッ素原子を有する。上記R2dは、炭素数1~20の置換若しくは非置換の2価の炭化水素基、炭素数1~20の置換若しくは非置換の2価のフッ素化炭化水素基、又は炭素数4~20のラクトン構造を有する2価の有機基である。上記R1eは、炭素数1~20の置換若しくは非置換の1価の炭化水素基、炭素数1~20の置換若しくは非置換の1価のフッ素化炭化水素基、又は-R1f-O-R1gである。上記R1fは、炭素数1~20の置換若しくは非置換の2価の炭化水素基、又は炭素数1~20の置換若しくは非置換の2価のフッ素化炭化水素基である。上記R1gは、炭素数1~20の置換若しくは非置換の1価の炭化水素基、又は炭素数1~20の置換若しくは非置換の1価のフッ素化炭化水素基である。但し、上記R1d及びR1eの少なくとも一方がフッ素原子を有する。
 上記R1aが炭素数1~20の置換又は非置換の1価のフッ素化炭化水素基である場合、1価のフッ素炭化水素基としては、上記式(2-1A)のRで表される炭素数1~20の1価の炭化水素基の1以上の水素原子がフッ素原子で置換された基等が挙げられる。
 この場合、上記R1aの置換又は非置換の1価のフッ素化炭化水素基としては、炭素数1~6の置換若しくは非置換の1価の鎖状のフッ素化炭化水素基、炭素数6~10の置換若しくは非置換の1価の脂環式のフッ素化炭化水素基、炭素数6~10の置換若しくは非置換の1価の芳香族のフッ素化炭化水素基が好ましい。上記R1aにおける置換基としては、-OHが好ましい。
 上記R1aが-R1b-COO-R1cである場合、上記R1bの2価の炭化水素基としては、上記Xにおける2価の炭化水素基と同様の基等が挙げられる。上記R1bの2価のフッ素化炭化水素基としては、上記Xの2価の炭化水素基と同様の基の1以上の水素原子がフッ素原子で置換された基等が挙げられる。上記R1bのラクトン構造としては、上記式(X-1)、式(X-2)で表される構造等が挙げられる。上記R1cの1価の炭化水素基としては、上述した式(2-1A)のRで表される1価の炭化水素基と同様の基等が挙げられる。上記R1cの1価のフッ素化炭化水素基としては、上記式(2-1A)のRで表される1価の炭化水素基の1以上の水素原子がフッ素原子で置換された基等が挙げられる。
 この場合、上記R1bとしては、炭素数1~10の置換若しくは非置換の2価の鎖状炭化水素基、炭素数1~10の置換若しくは非置換の2価の鎖状のフッ素化炭化水素基、炭素数5~10の置換若しくは非置換の2価の脂環式のフッ素化炭化水素基、炭素数6~10のラクトン構造を有する2価の有機基が好ましい。上記R1cとしては、炭素数1~4の置換若しくは非置換の1価の鎖状炭化水素基、炭素数6~10の置換若しくは非置換の1価の芳香族炭化水素基、又は炭素数1~4の置換若しくは非置換の1価の鎖状のフッ素化炭化水素基が好ましい。
 上記R1b及びR1cにおける置換基としては、それぞれ独立して、-OH、-COO-R1h又は-O-R1iが好ましい。上記R1hは、炭素数1~20の2価の炭化水素基である。上記R1iは、炭素数1~20の1価の炭化水素基である。上記R1gの2価の炭化水素基としては、上記Xにおける2価の炭化水素基と同様の基等が挙げられる。上記R1iの1価の炭化水素基としては、上述した式(2-1A)のRで表される1価の炭化水素基と同様の基等が挙げられる。上記R1hとしては、炭素数1~4の2価の鎖状炭化水素基が好ましい。上記R1iとしては、炭素数1~4の1価の鎖状炭化水素基が好ましい。
 上記R1aが-R1d-O-R1eである場合、上記R1dの2価の炭化水素基としては、上記Xの2価の炭化水素基と同様の基等が挙げられる。上記R1dの2価のフッ素化炭化水素基としては、上記Xの2価の炭化水素基と同様の基の1以上の水素原子がフッ素原子で置換された基等が挙げられる。上記R1dのラクトン構造としては、上記式(X-1)、式(X-2)で表される構造等が挙げられる。上記R1eの1価の炭化水素基としては、上述した式(2-1A)のRで表される1価の炭化水素基と同様の基等が挙げられる。上記R1eの1価のフッ素化炭化水素基としては、上記式(2-1A)のRで表される1価の炭化水素基の1以上の水素原子がフッ素原子で置換された基等が挙げられる。上記R1eが-R1f-O-R1gである場合、上記R1fの2価の炭化水素基としては、上記Xにおける2価の炭化水素基と同様の基等が挙げられる。上記R1fの2価のフッ素化炭化水素基としては、上記Xの2価の炭化水素基と同様の基の1以上の水素原子がフッ素原子で置換された基等が挙げられる。上記R1gの1価の炭化水素基としては、上述した式(2-1A)のRで表される1価の炭化水素基と同様の基等が挙げられる。上記R1gの1価のフッ素化炭化水素基としては、上記式(2-1A)のRで表される1価の炭化水素基の1以上の水素原子がフッ素原子で置換された基等が挙げられる。
 この場合、上記R1dとしては、炭素数1~4の置換又は非置換の2価の鎖状のフッ素化炭化水素基が好ましい。上記R1eが炭素数1~20の置換又は非置換の1価の炭化水素基である場合、上記R1eの1価の炭化水素基としては、炭素数1~4の1価の鎖状炭化水素基が好ましい。上記R1eが-R1f-O-R1gである場合、上記R1fの2価の炭化水素基としては、炭素数1~4の2価の鎖状炭化水素基が好ましく、上記R1gの1価の炭化水素基としては、炭素数1~4の1価の鎖状炭化水素基が好ましい。上記R1d、R1e、R1f及びR1gにおける置換基としては、それぞれ独立して、-OHが好ましい。
 上記(1-2)で表される基としては、炭素数1~20の置換若しくは非置換の1価のフッ素化炭化水素基、*-CO-R2a、又は*-R2b-COO-R2c、*-R2d-O-R2eが好ましい。上記R2aは、炭素数1~20の置換又は非置換の1価のフッ素化炭化水素基である。上記R2bは、炭素数1~20の置換若しくは非置換の2価の炭化水素基、炭素数1~20の置換若しくは非置換の2価のフッ素化炭化水素基、又は炭素数4~20のラクトン構造を有する2価の有機基である。上記R2cは、炭素数1~20の置換若しくは非置換の1価の炭化水素基、又は炭素数1~20の置換若しくは非置換の1価のフッ素化炭化水素基である。但し、上記R2b及びR2cの少なくとも一方がフッ素原子を有する。上記R2dは、炭素数1~20の置換若しくは非置換の2価の炭化水素基、炭素数1~20の置換若しくは非置換の2価のフッ素化炭化水素基、又は炭素数4~20のラクトン構造を有する2価の有機基である。上記R2eは、炭素数1~20の置換若しくは非置換の1価の炭化水素基、炭素数1~20の置換若しくは非置換の1価のフッ素化炭化水素基、又は-R2f-O-R2gである。上記R2fは、炭素数1~20の置換若しくは非置換の2価の炭化水素基、又は炭素数1~20の置換若しくは非置換の2価のフッ素化炭化水素基である。上記R2gは、炭素数1~20の置換若しくは非置換の1価の炭化水素基、又は炭素数1~20の置換若しくは非置換の1価のフッ素化炭化水素基である。但し、上記R2d及びR2eの少なくとも一方がフッ素原子を有する。
 上記(1-2)で表される基が炭素数1~20の置換又は非置換の1価のフッ素化炭化水素基である場合、1価のフッ素炭化水素基としては、上記式(2-1A)のRで表される炭素数1~20の1価の炭化水素基と同様の基の1以上の水素原子がフッ素原子で置換された基等が挙げられる。
 この場合、1価のフッ素化炭化水素基としては、炭素数1~6の1価の鎖状のフッ素化炭化水素基、又は炭素数6~10の芳香族のフッ素化炭化水素基が好ましい。上記基における置換基としては、-OHが好ましい。
 上記(1-2)で表される基が*-CO-R2aである場合、上記R2aの1価のフッ素化炭化水素基としては、上記式(2-1A)のRで表される1価の炭化水素基と同様の基の1以上の水素原子がフッ素原子で置換された基等が挙げられる。
 この場合、上記R2aとしては、炭素数1~6の置換又は非置換の1価の鎖状のフッ素化炭化水素基が好ましい。上記R2aにおける置換基としては、-OH、又は-COO-R2hが好ましい。上記R2hは、炭素数1~20の1価の炭化水素基である。上記R2hの1価の炭化水素基としては、上述した式(2-1A)のRで表される1価の炭化水素基と同様の基等が挙げられる。上記R2hとしては、炭素数1~4の1価の鎖状炭化水素基、又は炭素数6~10の1価の脂環式炭化水素基が好ましい。
 上記(1-2)で表される基が*-R2b-COO-R2cである場合、上記R2bの2価の炭化水素基としては、上記Xにおける2価の炭化水素基と同様の基等が挙げられる。上記R2bの2価のフッ素化炭化水素基としては、上記Xの2価の炭化水素基と同様の基の1以上の水素原子がフッ素原子で置換された基等が挙げられる。上記R2bのラクトン構造としては、上記式(X-1)、式(X-2)で表される構造等が挙げられる。R2cの1価の炭化水素基としては、上述した式(2-1A)のRで表される1価の炭化水素基と同様の基等が挙げられる。上記R2cの1価のフッ素化炭化水素基としては、上記式(2-1A)のRで表される1価の炭化水素基の1以上の水素原子がフッ素原子で置換された基等が挙げられる。
 この場合、上記R2bとしては、炭素数1~6の置換又は非置換の2価の鎖状のフッ素化炭化水素基が好ましい。上記R2cとしては、炭素数1~4の1価の鎖状炭化水素基が好ましい。上記R2bにおける置換基としては、-OH、又は-COO-R2iが好ましい。上記R2iは、炭素数1~20の1価の炭化水素基である。上記R2iの1価の炭化水素基としては、上述した式(2-1A)のRで表される1価の炭化水素基と同様の基等が挙げられる。上記R2iとしては、炭素数1~4の1価の鎖状炭化水素基が好ましい。
 上記(1-2)で表される基が*-R2d-O-R2eである場合、上記R2dの2価の炭化水素基としては、上記Xにおける2価の炭化水素基と同様の基等が挙げられる。上記R2dの2価のフッ素化炭化水素基としては、上記Xの2価の炭化水素基と同様の基の1以上の水素原子がフッ素原子で置換された基等が挙げられる。上記R2dのラクトン構造としては、上記式(X-1)、式(X-2)で表される構造等が挙げられる。R2eの1価の炭化水素基としては、上述した式(2-1A)のRで表される1価の炭化水素基と同様の基等が挙げられる。上記R2eの1価のフッ素化炭化水素基としては、上記式(2-1A)のRで表される1価の炭化水素基の1以上の水素原子がフッ素原子で置換された基等が挙げられる。上記R2eが-R2f-O-R2gである場合、上記R2fの2価の炭化水素基としては、上記Xにおける2価の炭化水素基と同様の基等が挙げられる。上記R2fの2価のフッ素化炭化水素基としては、上記Xの2価の炭化水素基と同様の基の1以上の水素原子がフッ素原子で置換された基等が挙げられる。上記R2gの1価の炭化水素基としては、上述した式(2-1A)のRで表される1価の炭化水素基と同様の基等が挙げられる。上記R2gの1価のフッ素化炭化水素基としては、上記式(2-1A)のRで表される1価の炭化水素基の1以上の水素原子がフッ素原子で置換された基等が挙げられる。
 この場合、上記R2dとしては、炭素数1~4の置換又は非置換の2価の鎖状のフッ素化炭化水素基が好ましい。上記R2eが炭素数1~20の置換又は非置換の1価の炭化水素基である場合、上記R2eの1価の炭化水素基としては、炭素数1~4の1価の鎖状炭化水素基が好ましい。上記R2eが-R2f-O-R2gである場合、上記R2fの2価の炭化水素基としては、炭素数1~4の2価の鎖状炭化水素基が好ましく、上記R2gの1価の炭化水素基としては、炭素数1~4の1価の鎖状炭化水素基が好ましい。上記R2d、R2e、R2f及びR2gにおける置換基としては、それぞれ独立して、-OHが好ましい。
[化合物(F)]
 構造単位(T)を与える単量体としては、例えば下記式(i)で表される化合物(F)等が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000011
 上記式(i)中、Aは、酸素原子又は硫黄原子である。m+nは2又は3であり、mは1又は2であり、nは1又は2である。Xは、単結合又は炭素数1~20の2価の有機基である。Rは、フッ素原子を有する1価の有機基である。
 上記式(i)中、A、X及びRは、上記式(1)におけるA、X及びRと等しい。
 化合物(M)は、重合時の下記のような環化反応により生成し、これにより構造単位(T)が形成される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000012
 化合物(F)の具体例のうち、Rが上記(1-1)で表される基を有する化合物の具体例としては、下記式に記載の化合物を挙げることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000013
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000014
 化合物(F)の具体例のうち、Rが上記(1-2)で表される基を有する化合物の具体例としては、下記式に記載の化合物を挙げることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000015
 構造単位(T)としては、例えば上述した化合物を単量体とする構造単位等が挙げられる。
 構造単位(T)の含有割合の下限としては、[A]重合体を構成する全構造単位に対して、1モル%が好ましく、5モル%がより好ましく、20モル%がさらに好ましく、40モル%が特に好ましい。上記含有割合の上限としては、99モル%が好ましく、95モル%がより好ましく、90モル%がさらに好ましい。構造単位(T)の含有割合を上記範囲とすることで、当該感放射線性樹脂組成物の露光光に対する感度をより高めることができ、また、高撥水性能及び欠陥抑制性能をより向上させることができる。
[構造単位(F)]
 構造単位(F)としては例えば下記式(f-1)で表される構造単位等が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000016
 上記式(f-1)中、Rは、水素原子、フッ素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。Gは、単結合、酸素原子、硫黄原子、-COO-、-SONH-、-CONH-又は-OCONH-である。Rは、フッ素原子を含む炭素数1~18の1価の有機基である。
 上記Rとしては、構造単位(F)を与える単量体の共重合性の観点から、水素原子又はメチル基が好ましく、メチル基がより好ましい。上記Gとしては-COO-、-SONH-、-CONH-又は-OCONH-が好ましく、-COO-がより好ましい。
 構造単位(F)としては、例えば後述する実施例に記載された式(m-14)~式(m-19)、式(m-21)~式(m-23)で表される化合物を単量体とする構造単位等が挙げられる。
 構造単位(F)の含有割合の下限としては、[E]重合体を構成する全構造単位に対して、1モル%が好ましく、5モル%がより好ましく、10モル%がさらに好ましい。上記含有割合の上限としては、90モル%が好ましく、80モル%がより好ましく、70モル%がさらに好ましい。構造単位(F)の含有割合を上記範囲とすることで、[E]重合体のフッ素原子の質量含有割合をさらに適度に調整することができる。
 [E]重合体は、酸解離性基を含む構造単位及び/又はアルコール性水酸基を含む構造単位を有することが好ましい。酸解離性基を含む構造単位としては、例えば上記[A]重合体の構造単位(I)として例示した構造単位等が挙げられる。アルコール性水酸基を含む構造単位としては、例えば上記[A]重合体の構造単位(III)として例示した構造単位等が挙げられる。
 酸解離性基を含む構造単位の含有割合の下限としては、[E]重合体を構成する全構造単位に対して1モル%が好ましく、5モル%がより好ましい。上記含有割合の上限としては、70モル%が好ましく、60モル%がより好ましく、50モル%がさらに好ましい。
 アルコール性水酸基を含む構造単位の含有割合の下限としては、[E]重合体を構成する全構造単位に対して、1モル%が好ましく、5モル%がより好ましい。上記含有割合の上限としては、60モル%が好ましく、50モル%がより好ましく、40モル%がさらに好ましい。
 [その他の構造単位]
 [E]重合体は、本発明の効果を損なわない範囲で他の構造単位を有していてもよい。上記他の構造単位の含有割合としては、目的に応じて適宜決定することができる。
 [E]重合体のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算重量平均分子量(Mw)の下限としては、2000が好ましく、3000がより好ましく、4000がさらに好ましく、5000が特に好ましい。上記Mwの上限としては、30000が好ましく、20000がより好ましく、15000がさらに好ましく、10000が特に好ましい。[E]重合体のMwを上記範囲とすることで、当該感放射線性樹脂組成物の塗工性を向上させることができ、その結果、LWR性能及びCDU性能をより向上させることができる。
 [E]重合体のGPCによるポリスチレン換算数平均分子量(Mn)に対するMwの比(Mw/Mn)の上限としては、3.00が好ましく、2.50がより好ましく、2.00がさらに好ましく、1.85が特に好ましい。上記比の下限としては、通常1.00であり、1.10が好ましい。
 [E]重合体の含有量の下限としては、[A]重合体100質量部に対して、0.1質量部が好ましく、0.5質量部がより好ましく、1質量部がさらに好ましい。上記含有量の上限としては、30質量部が好ましく、25質量部がより好ましく、20質量部がさらに好ましい。当該感放射線性樹脂組成物は[E]重合体を1種又は2種以上含有していてもよい。
[[E]重合体の合成方法]
 [E]重合体は、例えば各構造単位を与える単量体を、公知の方法で重合することにより合成することができる。
<[B]酸発生体>
 [B]酸発生体は、放射線の照射により酸を発生する成分である。放射線としては、例えば可視光線、紫外線、遠紫外線、EUV、X線、γ線等の電磁波;電子線、α線等の荷電粒子線などが挙げられる。[B]酸発生体から発生する酸の作用により、感放射線性樹脂組成物における[A]錯体の現像液への溶解性等の変化をより促進することができ、その結果、解像度及びLWRをより向上させることができる。当該感放射線性樹脂組成物における[B]酸発生体の含有形態としては、低分子化合物の形態(以下、「[B]酸発生剤」ともいう)でも、[A]重合体等の重合体の一部として組み込まれた形態でも、これらの両方の形態でもよい。
 [B]酸発生剤としては、例えばオニウム塩化合物、N-スルホニルオキシイミド化合物、ハロゲン含有化合物、ジアゾケトン化合物等が挙げられる。
 オニウム塩化合物としては、例えばスルホニウム塩、テトラヒドロチオフェニウム塩、ヨードニウム塩、ホスホニウム塩、ジアゾニウム塩、ピリジニウム塩等が挙げられる。
 スルホニウム塩としては、例えばトリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムノナフルオロ-n-ブタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムパーフルオロ-n-オクタンスルホネート、トリフェニルスルホニウム2-ビシクロ[2.2.1]ヘプト-2-イル-1,1,2,2-テトラフルオロエタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムカンファースルホネート、4-シクロヘキシルフェニルジフェニルスルホニウムノナフルオロ-n-ブタンスルホネート、4-メタンスルホニルフェニルジフェニルスルホニウムノナフルオロ-n-ブタンスルホネート、トリフェニルスルホニウム1,1,2,2-テトラフルオロ-6-(1-アダマンタンカルボニロキシ)-ヘキサン-1-スルホネート(後述する実施例の式(B-4)で表される化合物)、トリフェニルスルホニウム2-(1-アダマンチル)-1,1-ジフルオロエタンスルホネート、トリフェニルスルホニウム2-(アダマンタン-1-イルカルボニルオキシ)-1,1,3,3,3-ペンタフルオロプロパン-1-スルホネート(後述する実施例の式(B-3)で表される化合物)、トリフェニルスルホニウムマレエート等が挙げられる。この他、後述する実施例の式(B-1)、式(B-5)、式(B-6)で表される化合物等が挙げられる。
 テトラヒドロチオフェニウム塩としては、例えば1-(4-n-ブトキシナフタレン-1-イル)テトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、1-(4-n-ブトキシナフタレン-1-イル)テトラヒドロチオフェニウムノナフルオロ-n-ブタンスルホネート、1-(4-n-ブトキシナフタレン-1-イル)テトラヒドロチオフェニウムパーフルオロ-n-オクタンスルホネート、1-(4-n-ブトキシナフタレン-1-イル)テトラヒドロチオフェニウム2-ビシクロ[2.2.1]ヘプト-2-イル-1,1,2,2-テトラフルオロエタンスルホネート(後述する実施例の式(B-2)で表される化合物)、1-(4-n-ブトキシナフタレン-1-イル)テトラヒドロチオフェニウムカンファースルホネート、1-(6-n-ブトキシナフタレン-2-イル)テトラヒドロチオフェニウムノナフルオロ-n-ブタンスルホネート、1-(3,5-ジメチル-4-ヒドロキシフェニル)テトラヒドロチオフェニウムノナフルオロ-n-ブタンスルホネート等が挙げられる。
 ヨードニウム塩としては、例えばジフェニルヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムノナフルオロ-n-ブタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムパーフルオロ-n-オクタンスルホネート、ジフェニルヨードニウム2-ビシクロ[2.2.1]ヘプト-2-イル-1,1,2,2-テトラフルオロエタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムカンファースルホネート、ビス(4-t-ブチルフェニル)ヨードニウムノナフルオロ-n-ブタンスルホネート等が挙げられる。
 N-スルホニルオキシイミド化合物としては、例えばN-トリフルオロメチルスルホニルオキシフタルイミド、N-(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)-1,8-ナフタルイミド、N-(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト-5-エン-2,3-ジカルボキシイミド、N-(ノナフルオロ-n-ブチルスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト-5-エン-2,3-ジカルボキシイミド、N-(パーフルオロ-n-オクチルスルホニルオキシ)-1,8-ナフタルイミド、N-(パーフルオロ-n-オクチルスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト-5-エン-2,3-ジカルボキシイミド、N-(2-ビシクロ[2.2.1]ヘプト-2-イル-1,1,2,2-テトラフルオロエチルスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト-5-エン-2,3-ジカルボキシイミド、N-(2-(3-テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカニル)-1,1-ジフルオロエチルスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト-5-エン-2,3-ジカルボキシイミド、N-(カンファースルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト-5-エン-2,3-ジカルボキシイミド等が挙げられる。
 [B]酸発生剤としては、これらの中で、スルホニウム塩又はテトラヒドロチオフェニウム塩が好ましく、上記した式(B-1)~式(B-6)で表される化合物がより好ましい。この他、[B]酸発生剤としては、例えば特開2018-013744号公報にて[B]酸発生体として例示されたもの等が挙げられる。
 [B]酸発生体が[B]酸発生剤である場合、[B]酸発生剤の含有量の下限としては、[A]重合体100質量部に対して、0.1質量部が好ましく、1質量部がより好ましく、2質量部がさらに好ましく、5質量部が特に好ましい。上記含有量の上限としては、100質量部が好ましく、60質量部がより好ましく、40質量部がさらに好ましく、30質量部が特に好ましい。[B]酸発生剤の含有量を上記範囲とすることで、当該感放射線性樹脂組成物の露光光に対する感度をより向上させることができ、また、高撥水性能及び欠陥抑制性能をより向上させることができる。当該感照射線性樹脂化合物は、1種又は2種以上の[B]酸発生体を含有することができる。
 また、[B]酸発生体としては、酸発生体の構造が[A]重合体等の重合体の一部として組み込まれた重合体も挙げられる。
<[C]酸拡散制御体>
 当該感放射線性樹脂組成物は、任意成分として[C]酸拡散制御体を含有する。[C]酸拡散制御体は、露光により[B]酸発生剤等から生じる酸のレジスト膜中における拡散現象を制御し、非露光領域における好ましくない化学反応を制御する効果を奏する。当該感放射線性樹脂組成物における[C]酸拡散制御体の含有形態としては、低分子化合物(以下、適宜「[C]酸拡散制御剤」ともいう)の形態でも、[A]重合体等の重合体の一部として組み込まれた形態でも、これらの両方の形態でもよい。
 [C]酸拡散制御剤としては、例えば露光により感光し弱酸を発生する光崩壊性塩基等が挙げられる。光崩壊性塩基としては、例えば露光により分解する感放射線性オニウムカチオンと弱酸のアニオンとを含む化合物等が挙げられる。光崩壊性塩基は、露光部において、感放射線性オニウムカチオンが分解して生じるプロトンと、弱酸のアニオンとから弱酸が発生するので、酸拡散制御性が低下する。光崩壊性塩基としては、例えば後述する実施例に記載された式(C-1)~式(C-4)で表される化合物等が挙げられる。この他、[C]酸拡散制御剤としては含窒素化合物が挙げられる。この含窒素化合物としては、具体的には、後述する実施例に記載された式(C-5)で表される化合物等が挙げられる。これら光崩壊性塩基及び含窒素化合物以外の[C]酸拡散制御剤の具体例としては、例えば特開2018-013744号公報にて[D]酸拡散制御剤として例示されたもの等が挙げられる。
 当該感放射線性樹脂組成物が[C]酸拡散制御剤を含有する場合、[C]酸拡散制御剤の含有量の下限としては、[A]重合体成分100質量部に対して、0.1質量部が好ましく、0.5質量部がより好ましく、1質量部がさらに好ましい。上記含有量の上限としては、20質量部が好ましく、10質量部がより好ましく、5質量部がさらに好ましい。
 [C]酸拡散制御剤の含有割合の下限としては、[B]酸発生剤100モル%に対して、1モル%が好ましく、5モル%がより好ましく、10モル%がさらに好ましい。上記含有量の上限としては、250モル%が好ましく、150モル%がより好ましく、100モル%がさらに好ましい。
 [C]酸拡散制御剤の含有量及び含有割合を上記範囲とすることで、当該感放射線性樹脂組成物の露光光に対する感度、高撥水性能及び欠陥抑制性能をより向上させることができる。当該感放射性樹脂組成物は1種又は2種以上の[C]酸拡散制御体を含有することができる。
<[D]溶媒>
 当該感放射線性樹脂組成物は、通常[D]溶媒を含有する。[D]溶媒は、少なくとも[A]重合体、[E]重合体、[B]酸発生体及び所望により含有される任意成分を溶解又は分散可能な溶媒であれば特に限定されない。
 [D]溶媒としては、例えばアルコール系溶媒、エーテル系溶媒、ケトン系溶媒、アミド系溶媒、エステル系溶媒、炭化水素系溶媒等が挙げられる。
 アルコール系溶媒としては、例えば4-メチル-2-ペンタノール等の炭素数1~18の脂肪族モノアルコール系溶媒、シクロヘキサノール等の炭素数3~18の脂環式モノアルコール系溶媒、1,2-プロピレングリコール等の炭素数2~18の多価アルコール系溶媒、プロピレングリコール-1-モノメチルエーテル等の炭素数3~19の多価アルコール部分エーテル系溶媒等が挙げられる。
 エーテル系溶媒としては、例えばジエチルエーテル等のジアルキルエーテル系溶媒、テトラヒドロフラン等の環状エーテル系溶媒、ジフェニルエーテル等の芳香環含有エーテル系溶媒等が挙げられる。
 ケトン系溶媒としては、例えばアセトン等の鎖状ケトン系溶媒、シクロヘキサノン等の環状ケトン系溶媒、2,4-ペンタンジオン、アセトニルアセトン、アセトフェノン等が挙げられる。
 アミド系溶媒としては、例えばN,N’-ジメチルイミダゾリジノン等の環状アミド系溶媒、N-メチルホルムアミド等の鎖状アミド系溶媒等が挙げられる。
 エステル系溶媒としては、例えば乳酸エチル等のモノカルボン酸エステル系溶媒、酢酸プロピレングリコール等の多価アルコールカルボキシレート系溶媒、酢酸プロピレングリコールモノメチルエーテル等の多価アルコール部分エーテルカルボキシレート系溶媒、シュウ酸ジエチル等の多価カルボン酸ジエステル系溶媒、γ-ブチロラクトン等のラクトン系溶媒、ジメチルカーボネート等のカーボネート系溶媒などが挙げられる。
 炭化水素系溶媒としては、例えばn-ペンタン等の炭素数5~12の脂肪族炭化水素系溶媒、トルエン等の炭素数6~16の芳香族炭化水素系溶媒等が挙げられる。
 これらの中で、ケトン系溶媒又はエステル系溶媒が好ましく、環状ケトン系溶媒、モノカルボン酸エステル系溶媒、多価アルコール部分エーテルカルボキシレート系溶媒又はラクトン系溶媒がより好ましく、シクロヘキサノン、乳酸エチル、酢酸プロピレングリコールモノメチルエーテル又はγ-ブチロラクトンがさらに好ましい。当該感放射線性樹脂組成物は、1種又は2種以上の[D]溶媒を含有することができる。
 当該感放射線性樹脂組成物における[D]溶媒の含有割合の下限としては、50質量%が好ましく、60質量%がより好ましく、70質量%がさらに好ましい。上記含有割合の上限としては、99.9質量部が好ましく、99.5質量部が好ましく、99質量部がさらに好ましい。
 [D]溶媒の含有量の下限としては、[A]重合体100質量部に対して、100質量部が好ましく、500質量部がより好ましく、1000質量部がさらに好ましい。上記含有量の上限としては、20000質量部が好ましく、15000質量部がより好ましく、10000質量部がさらに好ましい。
<その他の任意成分>
 その他の任意成分としては、例えば界面活性剤等が挙げられる。当該感放射線性樹脂組成物は、その他の任意成分をそれぞれ1種又は2種以上含有していてもよい。
<感放射線性樹脂組成物の調製方法>
 当該感放射線性樹脂組成物は、例えば[A]重合体、[E]重合体、[B]酸発生体及び必要に応じて、[C]酸拡散制御体、[D]溶媒等の任意成分を所定の割合で混合し、好ましくは得られた混合物を孔径0.2μm以下のメンブランフィルターでろ過することにより調製することができる。
 当該感放射線性樹脂組成物は、アルカリ現像液を用いるポジ型パターン形成用にも、有機溶媒含有現像液を用いるネガ型パターン形成用にも用いることができる。当該感放射線性樹脂組成物は、ArFエキシマレーザー光を露光するArF露光用にも、極端紫外線(EUV)を露光するEUV露光用にも、電子線を露光する電子線露光用にも好適に用いることができる。
<レジストパターン形成方法>
 当該レジストパターン形成方法は、基板に直接又は間接に当該感放射線性樹脂組成物を塗工する工程(以下、「塗工工程」ともいう)と、上記塗工工程により形成されたレジスト膜を露光する工程(以下、「露光工程」ともいう)と、上記露光されたレジスト膜を現像する工程(以下、「現像工程」ともいう)とを備える。
 当該レジストパターン形成方法によれば、上述の当該感放射線性樹脂組成物を用いているので、露光光に対する感度が良好であり、また、高撥水性で欠陥の少ないレジストパターンを形成することができる。以下、各工程について説明する。
[塗工工程]
 本工程では、基板に直接又は間接に当該感放射線性樹脂組成物を塗工する。これによりレジスト膜が形成される。基板としては、例えばシリコンウエハ、二酸化シリコン、アルミニウムで被覆されたウェハ等の従来公知のもの等が挙げられる。また、例えば特公平6-12452号公報や特開昭59-93448号公報等に開示されている有機系又は無機系の反射防止膜を基板上に形成してもよい。塗工方法としては、例えば回転塗工(スピンコーティング)、流延塗工、ロール塗工等が挙げられる。塗工した後に、必要に応じて、塗膜中の溶媒を揮発させるため、プレベーク(PB)を行ってもよい。PBの温度の下限としては、60℃が好ましく、80℃がより好ましい。上記温度の上限としては、150℃が好ましく、140℃がより好ましい。PBの時間の下限としては、5秒が好ましく、10秒がより好ましい。上記時間の上限としては、600秒が好ましく、300秒がより好ましい。形成されるレジスト膜の平均厚みの下限としては、10nmが好ましく、20nmがより好ましい。上記平均厚みの上限としては、1000nmが好ましく、500nmがより好ましい。
[露光工程]
 本工程では、上記塗工工程により形成されたレジスト膜を露光する。この露光は、フォトマスクを介して(場合によっては、水等の液浸媒体を介して)露光光を照射することにより行う。露光光としては、目的とするパターンの線幅等に応じて、例えば可視光線、紫外線、遠紫外線、EUV(13.5nm)、X線、γ線等の電磁波、電子線、α線等の荷電粒子線などが挙げられる。これらの中でも、遠紫外線、EUV又は電子線が好ましく、ArFエキシマレーザー光(波長193nm)、KrFエキシマレーザー光(波長248nm)、EUV又は電子線がより好ましく、ArFエキシマレーザー光又はEUVがさらに好ましい。なお、露光量等の露光条件は、当該感放射線性樹脂組成物の配合組成、添加剤の種類、露光光の種類等に応じて適宜選定することができる。
 上記露光の後、ポストエクスポージャーベーク(PEB)を行い、レジスト膜の露光された部分において、露光で発生した酸に起因する[A]重合体が有する酸解離性基の解離を促進させることが好ましい。このPEBによって、露光部と未露光部とで現像液に対する溶解性の差異を増大させることができる。PEBの温度の下限としては、50℃が好ましく、80℃がより好ましく、90℃がさらに好ましい。上記温度の上限としては、180℃が好ましく、130℃がより好ましい。PEBの時間の下限としては、5秒が好ましく、10秒がより好ましく、30秒がさらに好ましい。上記時間の上限としては、600秒が好ましく、300秒がより好ましく、100秒がさらに好ましい。
[現像工程]
 本工程では、上記露光されたレジスト膜を現像する。これにより、所定のレジストパターンを形成することができる。現像後は、水又はアルコール等のリンス液で洗浄し、乾燥することが一般的である。現像工程における現像方法は、アルカリ現像液を用いるアルカリ現像であっても、有機溶媒含有現像液を用いる有機溶媒現像であってもよい。
 アルカリ現像の場合、現像に用いるアルカリ現像液としては、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウム、アンモニア水、エチルアミン、n-プロピルアミン、ジエチルアミン、ジ-n-プロピルアミン、トリエチルアミン、メチルジエチルアミン、エチルジメチルアミン、トリエタノールアミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)、ピロール、ピペリジン、コリン、1,8-ジアザビシクロ-[5.4.0]-7-ウンデセン、1,5-ジアザビシクロ-[4.3.0]-5-ノネン等のアルカリ性化合物の少なくとも1種を溶解したアルカリ水溶液等が挙げられる。これらの中で、TMAH水溶液が好ましく、2.38質量%TMAH水溶液がより好ましい。
 有機溶媒現像の場合、有機溶媒含有現像液としては、アルコール系溶媒、エーテル系溶媒、ケトン系溶媒、エステル系溶媒、炭化水素系溶媒等の有機溶媒、上記有機溶媒を含有する溶媒等が挙げられる。上記有機溶媒としては、例えば上述の[D]溶媒として例示した溶媒の1種又は2種以上等が挙げられる。これらの中でも、エステル系溶媒又はケトン系溶媒が好ましい。エステル系溶媒としては、酢酸エステル系溶媒が好ましく、酢酸n-ブチルがより好ましい。ケトン系溶媒としては、鎖状ケトンが好ましく、2-ヘプタノンがより好ましい。現像液中の有機溶媒の含有割合の下限としては、80質量%が好ましく、90質量%がより好ましく、95質量%がさらに好ましく、99質量%が特に好ましい。現像液中の有機溶媒以外の成分としては、例えば水、シリコーンオイル等が挙げられる。
 現像方法としては、例えば現像液が満たされた槽中に基板を一定時間浸漬する方法(ディップ法)、基板表面に現像液を表面張力によって盛り上げて一定時間静止することで現像する方法(パドル法)、基板表面に現像液を噴霧する方法(スプレー法)、一定速度で回転している基板上に一定速度で現像液塗出ノズルをスキャンしながら現像液を塗出し続ける方法(ダイナミックディスペンス法)等が挙げられる。
 当該レジストパターン形成方法により形成されるパターンとしては、例えばラインアンドスペースパターン、ホールパターン等が挙げられる。
<重合体>
 当該重合体は、上記式(1)で表される構造単位(T)を有する[E]重合体である。当該重合体は、上述した当該感放射線性樹脂組成物の成分として好適に用いることができる。当該重合体は、上述の[E]重合体として説明している。
<化合物>
 当該化合物は、上記式(i)で表される化合物(F)である。当該化合物は、上述の化合物(F)として説明している。
 以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。各種物性値の測定方法を以下に示す。
[重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)]
 重合体のMw及びMnは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により、東ソー(株)のGPCカラム(「G2000HXL」2本、「G3000HXL」1本、及び「G4000HXL」1本)を使用し、以下の条件により測定した。また、分散度(Mw/Mn)は、Mw及びMnの測定結果より算出した。
 溶出溶媒 :テトラヒドロフラン
 流量   :1.0mL/分
 試料濃度 :1.0質量%
 試料注入量:100μL
 カラム温度:40℃
 検出器  :示差屈折計
 標準物質 :単分散ポリスチレン
13C-NMR分析]
 重合体の13C-NMR分析は、核磁気共鳴装置(日本電子(株)の「JNM-Delta400」)を用いて行った。
<[F]化合物(単量体)の合成>
[合成例1](化合物(F-1)の合成)
 反応容器に2-(ブロモメチル)アクリル酸エチル20.0mmol、アリルアルコール30.0mmol、トリエチルアミン40.0mmol及び酢酸エチル50gを加えて60℃で3時間撹拌した。その後、反応溶液を30℃以下に冷却し、水を加えて希釈させたのち、酢酸エチルを加えて抽出し、有機層を分離した。得られた有機層を飽和塩化ナトリウム水溶液、次いで水で洗浄した。硫酸ナトリウムで乾燥後、溶媒を留去し、カラムクロマトグラフィーで精製することで、アルコキシ誘導体を良好な収率で得た。
 上記アルコキシ誘導体にメタノール:水(1:1(質量比))の混合液を加えて1M溶液とした後、水酸化ナトリウム18.5mmolを加え、50℃で4時間反応させた。その後、反応溶液を30℃以下に冷却し、1M塩酸を加えて系内を酸性としたのち、酢酸エチルを加えて抽出し、有機層を分離した。得られた有機層を飽和塩化ナトリウム水溶液、次いで水で洗浄した。硫酸ナトリウムで乾燥後、溶媒を留去し、カルボン酸誘導体を良好な収率で得た。
 上記カルボン酸誘導体に、2,2,2-トリフルオロメチル-2-ブロモアセテート20.0mmol、炭酸セシウム40.0mmol及びジメチルホルムアミド50gを加えて120℃で10時間撹拌した。その後、反応溶液を30℃以下に冷却し、水を加えて希釈させたのち、酢酸エチルを加えて抽出し、有機層を分離した。得られた有機層を飽和塩化ナトリウム水溶液、次いで水で洗浄した。硫酸ナトリウムで乾燥後、溶媒を留去し、カラムクロマトグラフィーで精製することで、下記式(F-1)で表される化合物(以下、「化合物(F-1)」又は「単量体(F-1)」と記載する場合がある。)を良好な収率で得た。以下に、化合物(F-1)の合成スキームを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000017
[合成例2~10](単量体(F-2)~単量体(F-10)の合成)
 合成例1における2,2,2-トリフルオロメチル-2-ブロモアセテートに代えて、対応する原料を用いた以外は合成例1と同様にして、下記式(F-2)~式(F-10)で表される化合物を合成した(以下、式(F-2)~式(F-10)で表される化合物をそれぞれ「化合物(F-2)」~「化合物(F-10)」又は「単量体(F-2)」~「単量体(F-10)」ともいう。)。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000018
[合成例11](化合物(F-11)の合成)
 上記合成例1で得られたカルボン酸誘導体に1-(3-ジメチルアミノプロピル)-3-エチルカルボジイミド塩酸塩30.0mmol、4-ジメチルアミノピリジン3.0mmol、2-ヒドロキシエチル-2,2,3,3,3-ペンタフルオロプロパネート30.0mmol及びジクロロメタン50gを加えて50℃で24時間撹拌した。その後、反応溶液を30℃以下に冷却し、水を加えて希釈させたのち、ジクロロメタンを加えて抽出し、有機層を分離した。得られた有機層を飽和塩化ナトリウム水溶液、次いで水で洗浄した。硫酸ナトリウムで乾燥後、溶媒を留去し、カラムクロマトグラフィーで精製することで、下記式(F-11)で表される化合物(以下、「化合物(F-11)」又は「単量体(F-11)」ともいう。)を良好な収率で得た。以下に、化合物(F-11)の合成スキームを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000019
[合成例12~24](単量体(F-12)~単量体(F-24)の合成)
 合成例11における2-ヒドロキシエチル-2,2,3,3,3-ペンタフルオロプロパネートに代えて、対応する原料を用いた以外は合成例11と同様にして、下記式(F-12)~式(F-24)で表される化合物を合成した(以下、式(F-12)~式(F-24)で表される化合物をそれぞれ「化合物(F-12)」~「化合物(F-24)」又は「単量体(F-12)」~「単量体(F-24)」ともいう。)。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000020
<[A]重合体及び[E]重合体の合成>
 各実施例及び各比較例における各重合体の合成で用いた単量体のうち、上記単量体(F-1)~(F-24)以外の単量体を以下に示す。なお、以下の合成例においては特に断りのない限り、質量部は使用した単量体の合計質量を100質量部とした場合の値を意味し、モル%は使用した単量体の合計モル数を100モル%とした場合の値を意味する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000021
[合成例25](重合体(A-1)の合成)
 単量体(m-1)、単量体(m-2)及び単量体(m-10)を、モル比率が40/15/45(モル%)となるよう2-ブタノン(200質量部)に溶解し、開始剤としてAIBN(アゾビスイソブチロニトリル)(使用した単量体の合計100モル%に対して2モル%)を添加して単量体溶液を調製した。空の反応容器に2-ブタノン(100質量部)を入れ、30分窒素パージした後、反応容器内を80℃とし、撹拌しながら上記単量体溶液を3時間かけて滴下した。滴下開始を重合反応の開始時間とし、重合反応を6時間実施した。重合反応終了後、重合溶液を水冷して30℃以下に冷却した。冷却した重合溶液をメタノール(2,000質量部)中に投入し、析出した白色粉末をろ別した。ろ別した白色粉末をメタノールで2回洗浄した後、ろ別し、50℃で17時間乾燥して白色粉末状の重合体(A-1)を得た(収率:80%)。重合体(A-1)のMwは8,700であり、Mw/Mnは1.49であった。また、13C-NMR分析の結果、(m-1)、(m-2)及び(m-10)に由来する各構造単位の含有割合は、それぞれ39.9モル%、14.3モル%及び45.8モル%であった。
[合成例26~32](重合体(A-2)~重合体(A-8)の合成)
 下記表1に示す種類及び配合割合の単量体を用いたこと以外は合成例25と同様にして、重合体(A-2)~重合体(A-8)を合成した。得られた重合体の各構造単位の含有割合(モル%)、収率(%)及び物性値(Mw及びMw/Mn)を下記表1に併せて示す。なお、下記表1における「-」は、該当する単量体を使用しなかったことを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000022
[合成例33](重合体(A-9)の合成)
 単量体(m-1)及び単量体(m-15)を、モル比率が50/50(モル%)となるよう1-メトキシ-2-プロパノール(200質量部)に溶解し、開始剤としてAIBN(3モル%)を添加して単量体溶液を調製した。空の反応容器に1-メトキシ-2-プロパノール(100質量部)を入れ、30分窒素パージした後、反応容器内を80℃とし、撹拌しながら上記単量体溶液を3時間かけて滴下した。滴下開始を重合反応の開始時間とし、重合反応を6時間実施した。重合反応終了後、重合溶液を水冷して30℃以下に冷却した。冷却した重合溶液をヘキサン(2,000質量部)中に投入し、析出した白色粉末をろ別した。ろ別した白色粉末をヘキサンで2回洗浄した後、ろ別し、1-メトキシ-2-プロパノール(300質量部)に溶解した。次いで、メタノール(500質量部)、トリエチルアミン(50質量部)及び超純水(10質量部)を加え、撹拌しながら70℃で6時間加水分解反応を実施した。反応終了後、残溶媒を留去し、得られた固体をアセトン(100質量部)に溶解し、水(500質量部)の中に滴下して樹脂を凝固させた。得られた固体をろ別し、50℃で13時間乾燥させて白色粉末状の重合体(A-9)を得た(収率:78%)。重合体(A-9)のMwは7,700であり、Mw/Mnは1.77であった。また、13C-NMR分析の結果、(m-1)及び(m-15)に由来する各構造単位の含有割合は、それぞれ50.3モル%及び49.7モル%であった。
[合成例34~35](重合体(A-10)~重合体(A-11)の合成)
 下記表2に示す種類及び配合割合の単量体を用いたこと以外は合成例33と同様にして、重合体(A-10)~重合体(A-11)を合成した。得られた重合体の各構造単位の含有割合(モル%)、収率(%)及び物性値(Mw及びMw/Mn)を下記表2に併せて示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000023
[合成例36](重合体(E-1)の合成)
 単量体(F-1)及び単量体(m-2)を、モル比率が80/20(モル%)となるよう2-ブタノン(200質量部)に溶解し、開始剤としてAIBN(3モル%)を添加して単量体溶液を調製した。空の反応容器に2-ブタノン(100質量部)を入れ、30分窒素パージした後、反応容器内を80℃とし、撹拌しながら上記単量体溶液を3時間かけて滴下した。滴下開始を重合反応の開始時間とし、重合反応を6時間実施した。重合反応終了後、重合溶液を水冷して30℃以下に冷却した。溶媒をアセトニトリル(400質量部)に置換した後、ヘキサン(100質量部)を加えて撹拌しアセトニトリル層を回収する作業を3回繰り返した。溶媒をプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートに置換することで、重合体(E-1)の溶液を得た(収率:77%)。重合体(E-1)のMwは7,100であり、Mw/Mnは1.51であった。また、13C-NMR分析の結果、(F-1)及び(m-2)に由来する各構造単位の含有割合は、それぞれ81.2モル%及び18.8モル%であった。
[合成例37~62](重合体(E-2)~重合体(E-27)の合成)
 下記表3に示す種類及び配合割合の単量体を用いたこと以外は合成例36と同様にして、重合体(E-2)~重合体(E-27)を合成した。得られた重合体の各構造単位の含有割合(モル%)、収率(%)及び物性値(Mw及びMw/Mn)を下記表3に併せて示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000024
[合成例63~73](重合体(E-28)~重合体(E-38)の合成)
 下記表4に示す種類及び配合割合の単量体を用いたこと以外は合成例36と同様にして、重合体(E-28)~重合体(E-38)を合成した。得られた重合体の各構造単位の含有割合(モル%)、収率(%)及び物性値(Mw及びMw/Mn)を下記表4に併せて示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000025
<感放射線性樹脂組成物の調製>
 各感放射線性樹脂組成物の調製に用いた[A]重合体及び[E]重合体以外の成分を以下に示す。
[[B]酸発生剤]
 B-1~B-6:下記式(B-1)~式(B-6)で表される化合物
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000026
[[C]酸拡散抑制剤]
 C-1~C-5:下記式(C-1)~式(C-5)で表される化合物
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000027
[[D]溶媒]
 D-1:酢酸プロピレングリコールモノメチルエーテル
 D-2:シクロヘキサノン
 D-3:γ-ブチロラクトン
 D-4:乳酸エチル
[ArF露光用ポジ型感放射線性樹脂組成物の調製]
[実施例1]
 [A]重合体としての(A-1)100質量部、[B]酸発生剤としての(B-4)14.0質量部、[C]酸拡散制御剤としての(C-1)2.3質量部、[E]重合体としての(E-1)3.0質量部(固形分)、並びに[D]溶媒としての(D-1)/(D-2)/(D-3)の混合溶媒3,230質量部を混合し、孔径0.2μmのメンブランフィルターで濾過することにより、感放射線性樹脂組成物(J-1)を調製した。
[実施例2~51、及び比較例1~11]
 下記表5に示す種類及び含有量の各成分を用いたこと以外は実施例1と同様にして、感放射線性樹脂組成物(J-2)~(J-51)及び(CJ-1)~(CJ-11)を調製した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000028
<ArF露光用ポジ型感放射線性樹脂組成物を用いたレジストパターンの形成> 
 12インチのシリコンウエハ上に、スピンコーター(東京エレクトロン(株)の「CLEAN TRACK ACT12」)を使用して、下層反射防止膜形成用組成物(ブルワーサイエンス社の「ARC66」)を塗布した後、205℃で60秒間加熱することにより平均厚さ105nmの下層反射防止膜を形成した。この下層反射防止膜上に上記スピンコーターを使用して上記調製したArF露光用ポジ型感放射線性樹脂組成物を塗布し、90℃で60秒間PB(プレベーク)を行った。その後、23℃で30秒間冷却することにより、平均厚さ90nmのレジスト膜を形成した。次に、このレジスト膜に対し、ArFエキシマレーザー液浸露光装置(ASML社の「TWINSCAN XT-1900i」)を用い、NA=1.35、Annular(σ=0.8/0.6)の光学条件にて、40nmスペース、105nmピッチのマスクパターンを介して露光した。露光後、90℃で60秒間PEB(ポストエクスポージャーベーク)を行った。その後、アルカリ現像液として2.38質量%のTMAH水溶液を用いて上記レジスト膜をアルカリ現像し、現像後に水で洗浄し、さらに乾燥させることでポジ型のレジストパターン(40nmラインアンドスペースパターン)を形成した。
<評価>
 上記ArF露光用感放射線性樹脂組成物を用いて形成したレジストパターンについて、感度及び現像後欠陥数を下記方法に従って評価した。また、ArF露光前のレジスト膜について、後退接触角を下記方法に従って評価した。それらの結果を下記表6に示す。なお、レジストパターンの測長には、走査型電子顕微鏡(日立ハイテクノロジーズ(株)の「CG-5000」)を用いた。
[感度]
 上記ArF露光用感放射線性樹脂組成物を用いたレジストパターンの形成において、40nmラインアンドスペースパターンを形成する露光量を最適露光量とし、この最適露光量を感度(mJ/cm)とした。感度は、26mJ/cm以下の場合は「良好」と、26mJ/cmを超える場合は「不良」と評価した。
[PB後の後退接触角]
 上記レジストパターンの形成方法におけるArF露光前のレジスト膜について、室温23℃、相対湿度40%、常圧の環境下で、KRUESS社のDSA-10を用いて以下の手順で後退接触角を測定した。
 DSA-10の針から水を排出してレジスト膜上に25μLの水滴を形成した後、針によって水滴を10μL/分の速度で90秒間吸引するとともに、接触角を毎秒(計90回)測定した。その測定において、接触角が安定した時点から計20点の接触角について平均値を算出し、PB後の後退接触角(°)とした。PB後の後退接触角は、70°以上の場合は「良好」と、70°を下回る場合は「不良」と評価した。
[現像欠陥数]
 最適露光量にてレジスト膜を露光して線幅40nmのラインアンドスペースパターンを形成し、欠陥検査用ウェハとした。この欠陥検査用ウェハ上の欠陥数を、欠陥検査装置(KLA-Tencor社の「KLA2810」)を用いて測定した。現像後欠陥数は、このレジスト膜由来と判断される欠陥の数が15個以下の場合は「良好」と、15個を超える場合は「不良」と評価した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000029
 表6の結果から明らかなように、実施例の感放射線性樹脂組成物は、ArF露光に用いた場合、感度、PB後の後退接触角性能及び現像後欠陥性能が良好であったのに対し、比較例では、各特性が実施例に比べて劣っていた。従って、実施例の感放射線性樹脂組成物をArF露光に用いた場合、高い感度で、高撥水性かつ欠陥の少ないレジストパターンを形成することができる。
[極端紫外線(EUV)露光用感放射線性樹脂組成物の調製]
[実施例52]
 [A]重合体としての(A-9)100質量部、[B]酸発生剤としての(B-4)14.0質量部、[C]酸拡散制御剤としての(C-1)2.3質量部、[E]重合体としての(E-1)3.0質量部、並びに[D]溶媒としての(D-1)/(D-4)の混合溶媒6,110質量部を混合し、孔径0.2μmのメンブランフィルターで濾過することにより、感放射線性樹脂組成物(J-52)を調製した。
[実施例53~79及び比較例12~18]
 下記表7に示す種類及び含有量の各成分を用いたこと以外は実施例52と同様にして、感放射線性樹脂組成物(J-53)~(J-79)及び(CJ-12)~(CJ-18)を調製した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000030
<EUV露光用感放射線性樹脂組成物を用いたレジストパターンの形成>
 12インチのシリコンウエハ上に、スピンコーター(東京エレクトロン(株)の「CLEAN TRACK ACT12」)を使用して、下層反射防止膜形成用組成物(ブルワーサイエンス社の「ARC66」)を塗布した後、205℃で60秒間加熱することにより平均厚さ105nmの下層反射防止膜を形成した。この下層反射防止膜上に上記スピンコーターを使用して上記調製したEUV露光用感放射線性樹脂組成物を塗布し、130℃で60秒間PBを行った。その後、23℃で30秒間冷却することにより、平均厚さ55nmのレジスト膜を形成した。次に、このレジスト膜に対し、EUV露光装置(ASML社の「NXE3300」)を用い、NA=0.33、照明条件:Conventional s=0.89、マスク:imecDEFECT32FFR02にて露光した。露光後、120℃で60秒間PEBを行った。その後、アルカリ現像液として2.38質量%のTMAH水溶液を用いて上記レジスト膜をアルカリ現像し、現像後に水で洗浄し、さらに乾燥させることでポジ型のレジストパターン(32nmラインアンドスペースパターン)を形成した。
<評価>
 上記EUV露光用感放射線性樹脂組成物を用いて形成したレジストパターンについて、感度及び現像後欠陥数を下記方法に従って評価した。その結果を下記表8に示す。なお、レジストパターンの測長には、走査型電子顕微鏡(日立ハイテクノロジーズ(株)の「CG-5000」)を用いた。
[感度]
 上記EUV露光用感放射線性樹脂組成物を用いたレジストパターンの形成において、32nmラインアンドスペースパターンを形成する露光量を最適露光量とし、この最適露光量を感度(mJ/cm)とした。感度は、22mJ/cm以下の場合は「良好」と、22mJ/cmを超える場合は「不良」と評価した。
[現像欠陥数]
 最適露光量にてレジスト膜を露光して線幅32nmのラインアンドスペースパターンを形成し、欠陥検査用ウェハとした。この欠陥検査用ウェハ上の欠陥数を、欠陥検査装置(KLA-Tencor社の「KLA2810」)を用いて測定した。そして、上記測定された欠陥をレジスト膜由来と判断されるものと外部由来の異物とに分類し、レジスト膜由来と判断されるものの数を算出した。現像後欠陥数は、このレジスト膜由来と判断される欠陥の数が15個以下の場合は「良好」と、15個を超える場合は「不良」と評価した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000031
 表8の結果から明らかなように、実施例の感放射線性樹脂組成物は、EUV露光に用いた場合、感度、現像後欠陥性能が良好であったのに対し、比較例では、各特性が実施例に比べて劣っていた。従って、実施例の感放射線性樹脂組成物をEUV露光に用いた場合、高い感度で欠陥の少ないレジストパターンを形成することができる。
[ArF露光用ネガ型感放射線性樹脂組成物の調製、この組成物を用いたレジストパターンの形成及び評価] 
[実施例80]
 [A]重合体としての(A-1)100質量部、[B]酸発生剤としての(B-5)14.0質量部、[C]酸拡散制御剤としての(C-3)2.3質量部、[E]重合体としての(E-18)3.0質量部(固形分)、並びに[D]溶媒としての(D-1)/(D-2)/(D-3)の混合溶媒3,230質量部を混合し、孔径0.2μmのメンブランフィルターで濾過することにより、感放射線性樹脂組成物(J-80)を調製した。
 ArF露光用ポジ型感放射線性樹脂組成物を用いたレジストパターンの形成において、感放射線性樹脂組成物として上記調製したArF露光用ネガ型感放射線性樹脂組成物(J-80)を用いた以外は同様にしてレジスト膜を形成し、ArF露光し、PEBを行った。その後、有機溶媒現像液として酢酸n-ブチルを用いて上記レジスト膜を有機溶媒現像し、乾燥させることでネガ型のレジストパターン(40nmラインアンドスペースパターン)を形成した。
 上記ArF露光用ネガ型感放射線性樹脂組成物を用いたレジストパターン及びArF露光前のレジスト膜について、上記ArF露光用ポジ型感放射線性樹脂組成物を用いたレジストパターンの評価と同様にして評価した。その結果、実施例80の感放射線性樹脂組成物は、ArF露光にてネガ型のレジストパターンを形成した場合においても、感度、PB後の後退接触角性能及び現像後欠陥性能が良好であった。
 本発明の感放射線性樹脂組成物及びレジストパターン形成方法によれば、露光光に対する感度が良好であり、高撥水性で欠陥の少ないレジストパターンを形成することができる。本発明の重合体は、当該感放射線性樹脂組成物の重合体成分として好適に用いることができる。本発明の化合物は、当該重合体の単量体として好適に用いることができる。したがって、これらは、今後さらに微細化が進行すると予想される半導体デバイスの加工プロセス等に好適に用いることができる。

Claims (12)

  1.  酸解離性基を含む構造単位を有する第1重合体と、
     下記式(1)で表される構造単位を有する第2重合体と、
     感放射線性酸発生体と
     を含有する感放射線性樹脂組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
     上記式(1)中、Aは、酸素原子又は硫黄原子である。m+nは2又は3であり、mは1又は2であり、nは1又は2である。Xは、単結合又は炭素数1~20の2価の有機基である。Rは、フッ素原子を有する1価の有機基である。
  2.  上記式(1)におけるRが、下記(1-1)又は(1-2)で表される基である請求項1に記載の感放射線性樹脂組成物。
    (1-1)*-COO-R1aで表される基。上記R1aは、炭素数1~20の置換若しくは非置換の1価のフッ素化炭化水素基、又は炭素数2~20の置換若しくは非置換の1価のフッ素化炭化水素基を構成する炭素-炭素結合間に-O-、-CO-若しくは-COO-を有する1価の有機基。*は上記式(1)のXと結合する部位を示す。
    (1-2)炭素数1~20の置換若しくは非置換の1価のフッ素化炭化水素基、又は炭素数2~20の置換若しくは非置換の1価のフッ素化炭化水素基を構成する炭素-炭素結合間に-O-、-CO-若しくは-COO-を有する基(但し上記(1-1)に含まれるものを除く)。
  3.  上記(1-1)で表される基のR1aが、炭素数1~20の置換若しくは非置換の1価のフッ素化炭化水素基、-R1b-COO-R1c、又は-R1d-O-R1eであり、
     上記R1bが、炭素数1~20の置換若しくは非置換の2価の炭化水素基、炭素数1~20の置換若しくは非置換の2価のフッ素化炭化水素基、又は炭素数4~20のラクトン構造を有する2価の有機基であり、
     上記R1cが、炭素数1~20の置換若しくは非置換の1価の炭化水素基、又は炭素数1~20の置換若しくは非置換の1価のフッ素化炭化水素基であり、
     上記R1b及びR1cの少なくとも一方がフッ素原子を有し、
     上記R1dが、炭素数1~20の置換若しくは非置換の2価の炭化水素基、炭素数1~20の置換若しくは非置換の2価のフッ素化炭化水素基、又は炭素数4~20のラクトン構造を有する2価の有機基であり、
     上記R1eが、炭素数1~20の置換若しくは非置換の1価の炭化水素基、炭素数1~20の置換若しくは非置換の1価のフッ素化炭化水素基、又は-R1f-O-R1gであり、
     上記R1fが、炭素数1~20の置換若しくは非置換の2価の炭化水素基、又は炭素数1~20の置換若しくは非置換の2価のフッ素化炭化水素基であり、
     上記R1gが、炭素数1~20の置換若しくは非置換の1価の炭化水素基、又は炭素数1~20の置換若しくは非置換の1価のフッ素化炭化水素基であり、
     上記R1d及びR1eの少なくとも一方がフッ素原子を有する請求項2に記載の感放射線性樹脂組成物。
  4.  上記(1-2)で表される基が、炭素数1~20の置換若しくは非置換の1価のフッ素化炭化水素基、*-CO-R2a、*-R2b-COO-R2c、又は*-R2d-O-R2eであり、
     上記R2aが、炭素数1~20の置換又は非置換の1価のフッ素化炭化水素基であり、
     上記R2bが、炭素数1~20の置換若しくは非置換の2価の炭化水素基、炭素数1~20の置換若しくは非置換の2価のフッ素化炭化水素基、又は炭素数4~20のラクトン構造を有する2価の有機基であり、
     上記R2cが、炭素数1~20の置換若しくは非置換の1価の炭化水素基、又は炭素数1~20の置換若しくは非置換の1価のフッ素化炭化水素基であり、
     上記R2b及びR2cの少なくとも一方がフッ素原子を有し、
     上記R2dが、炭素数1~20の置換若しくは非置換の2価の炭化水素基、炭素数1~20の置換若しくは非置換の2価のフッ素化炭化水素基、又は炭素数4~20のラクトン構造を有する2価の有機基であり、
     上記R2eが、炭素数1~20の置換若しくは非置換の1価の炭化水素基、炭素数1~20の置換若しくは非置換の1価のフッ素化炭化水素基、又は-R2f-O-R2gであり、
     上記R2fが、炭素数1~20の置換若しくは非置換の2価の炭化水素基、又は炭素数1~20の置換若しくは非置換の2価のフッ素化炭化水素基であり、
     上記R2gが、炭素数1~20の置換若しくは非置換の1価の炭化水素基、又は炭素数1~20の置換若しくは非置換の1価のフッ素化炭化水素基であり、
     上記R2d及びR2eの少なくとも一方がフッ素原子を有する請求項2に記載の感放射線性樹脂組成物。
  5.  上記式(1)のXが、単結合、炭素数1~20の置換若しくは非置換の2価の炭化水素基、炭素数4~20のラクトン構造を有する2価の有機基、-X-O-又は-X-NH-であり、
     上記X及びXが、それぞれ独立して、炭素数1~20の2価の炭化水素基である請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の感放射線性樹脂組成物。
  6.  上記式(1)のX、X及びXにおける炭素数1~20の2価の炭化水素基が、それぞれ独立して、炭素数1~4の2価の鎖状炭化水素基、炭素数6~10の2価の脂環式炭化水素基又は炭素数6~10の2価の芳香族炭化水素基である請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の感放射線性樹脂組成物。
  7.  基板に直接又は間接に感放射線性樹脂組成物を塗工する工程と、
     上記塗工工程により形成されたレジスト膜を露光する工程と、
     上記露光されたレジスト膜を現像する工程と
     を備え、
     上記感放射線性樹脂組成物が、
     酸解離性基を含む構造単位を有する第1重合体と、
     下記式(1)で表される構造単位を有する第2重合体と、
     感放射線性酸発生体と
     を含有するレジストパターン形成方法。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
     上記式(1)中、Aは、酸素原子又は硫黄原子である。m+nは2又は3であり、mは1又は2であり、nは1又は2である。Xは、単結合又は炭素数1~20の2価の有機基である。Rは、フッ素原子を有する1価の有機基である。
  8.  上記式(1)におけるRが、下記(1-1)又は(1-2)で表される基である請求項7に記載のレジストパターン形成方法。
    (1-1)*-COO-R1aで表される基。上記R1aは、炭素数1~20の置換若しくは非置換の1価のフッ素化炭化水素基、又は炭素数2~20の置換若しくは非置換の1価のフッ素化炭化水素基を構成する炭素-炭素結合間に-O-、-CO-若しくは-COO-を有する1価の有機基。*は上記式(1)のXと結合する部位を示す。
    (1-2)炭素数1~20の置換若しくは非置換の1価のフッ素化炭化水素基、又は炭素数2~20の置換若しくは非置換の1価のフッ素化炭化水素基を構成する炭素-炭素結合間に-O-、-CO-若しくは-COO-を有する基(但し上記(1-1)に含まれるものを除く)。
  9.  下記式(1)で表される構造単位を有する重合体。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
     上記式(1)中、Aは、酸素原子又は硫黄原子である。m+nは2又は3であり、mは1又は2であり、nは1又は2である。Xは、単結合又は炭素数1~20の2価の有機基である。Rは、フッ素原子を有する1価の有機基である。
  10.  上記式(1)におけるRが、下記(1-1)又は(1-2)で表される基である請求項9に記載の重合体。
    (1-1)*-COO-R1aで表される基。上記R1aは、炭素数1~20の置換若しくは非置換の1価のフッ素化炭化水素基、又は炭素数2~20の置換若しくは非置換の1価のフッ素化炭化水素基を構成する炭素-炭素結合間に-O-、-CO-若しくは-COO-を有する1価の有機基。*は上記式(1)のXと結合する部位を示す。
    (1-2)炭素数1~20の置換若しくは非置換の1価のフッ素化炭化水素基、又は炭素数2~20の置換若しくは非置換の1価のフッ素化炭化水素基を構成する炭素-炭素結合間に-O-、-CO-若しくは-COO-を有する基(但し上記(1-1)に含まれるものを除く)。
  11.  下記式(i)で表される化合物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
     上記式(i)中、Aは、酸素原子又は硫黄原子である。m+nは2又は3であり、mは1又は2であり、nは1又は2である。Xは、単結合又は炭素数1~20の2価の有機基である。Rは、フッ素原子を有する1価の有機基である。
  12.  上記式(1)におけるRが、下記(1-1)又は(1-2)で表される基である請求項11に記載の化合物。
    (1-1)*-COO-R1aで表される基。上記R1aは、炭素数1~20の置換若しくは非置換の1価のフッ素化炭化水素基、又は炭素数2~20の置換若しくは非置換の1価のフッ素化炭化水素基を構成する炭素-炭素結合間に-O-、-CO-若しくは-COO-を有する1価の有機基。*は上記式(1)のXと結合する部位を示す。
    (1-2)炭素数1~20の置換若しくは非置換の1価のフッ素化炭化水素基、又は炭素数2~20の置換若しくは非置換の1価のフッ素化炭化水素基を構成する炭素-炭素結合間に-O-、-CO-若しくは-COO-を有する基(但し上記(1-1)に含まれるものを除く)。
PCT/JP2020/043493 2019-12-04 2020-11-20 感放射線性樹脂組成物、レジストパターン形成方法、重合体及び化合物 WO2021111913A1 (ja)

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