JP2008095087A - 重合体、その製造方法、レジスト組成物及びその応用 - Google Patents

重合体、その製造方法、レジスト組成物及びその応用 Download PDF

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Abstract

【課題】金属含有量が少なく、レジスト組成物が高感度、高解像度で、ディフェクトが少なく、レジストのラインエッジラフネスの小さい重合体、カラーフィルター等の用途で感度、顔料分散性及び現像性のバランスに優れた重合体、そのレジスト組成物及びレジスト組成物を用いたパターンが形成された基板又はカラーフィルターの製造方法を提供する。
【解決手段】グリシジル残基を有する構成単位を含有する重合体(P)単位及びカルボキシル残基及び酸無水物残基から選ばれる少なくとも1種を有する構成単位を含有する重合体(P)単位を有する重合体を代表とするレジスト用の重合体、その製造方法、レジスト組成物、基板の製造方法及びカラーフィルターの製造方法。
【選択図】なし

Description

本発明は重合体、それを含むレジスト組成物、及びパターンが形成された基板又はカラーフィルターの製造方法に関し、特に、紫外線、エキシマレーザー及び電子線リソグラフィーを使用する微細加工に好適なレジスト組成物に関する。
近年、半導体素子や液晶素子の製造における微細加工の分野ではリソグラフィー技術の進歩により急速に微細化が進んでいる。その微細化の手法としては、一般に、パターンの作成に使用する照射光の短波長化による微細化が図られている。具体的には、照射光が従来のg線(波長:438nm)及びi線(波長:365nm)に代表される紫外線からより短波長の遠紫外線(DUV)へと変化してきている。
現在では、KrFエキシマレーザー(波長:248nm)を用いるリソグラフィー技術が市場に導入され、より短波長化を図ったArFエキシマレーザー(波長:193nm)を用いるリソグラフィー技術も市場導入されつつある。更に、短波長のFエキシマレーザー(波長:157nm)及び超紫外線(EUV)エキシマレーザー(波長:13nm)を用いるリソグラフィー技術についても研究されている。一方で、高い解像度と広い焦点深度が得られる液浸リソグラフィー技術も市場導入へ向けて精力的に研究されている。また、これらとは異なるタイプのリソグラフィー技術として電子線リソグラフィー技術についても精力的に研究されている。
上記の短波長の照射光又は電子線を用いる高解像度のレジストとして光酸発生剤を含有する化学増幅型のレジストが提唱され、現在、この化学増幅型のレジストの改良及び開発が進められている。
例えば、ArFエキシマレーザーを用いるリソグラフィーにおいて使用される化学増幅型レジスト用重合体として波長193nmの光に対して透明なアクリル系重合体が広く使用されている。このようなアクリル系重合体としては、例えば、エステル部にアダマンタン骨格を有する(メタ)アクリル酸エステルとエステル部にラクトン骨格を有する(メタ)アクリル酸エステルの重合体が特許文献1及び特許文献2に開示されている。
しかしながら、これらのアクリル系重合体をレジスト組成物として使用した場合、レジストのパターンを製造するためのアルカリ現像液による現像及び純水によるリンス処理の際にディフェクトと呼ばれる現像欠陥が生じることがある。また、このディフェクトによってレジストのパターンの抜けやレジストのパターン間のブリッジが発生するため、回路の断線、欠陥やショート等を生じ、半導体製造工程での歩留まりの低下を招く恐れがある。
また、レジストのパターンの側壁の凹凸(ラインエッジラフネスとも言う)が大きい場合があり、ディフェクトと同様に、回路の断線や欠陥等を生じ、半導体製造工程での歩留まりの低下を招く恐れがある。
また、幹重合体と枝重合体とからなるフォトレジスト用グラフト重合体が特許文献3に記載されている。
しかしながら、前記グラフト重合体がリビングラジカル重合の一種であるATRP法により合成されているため、金属不純物が多量に残存している恐れがあり、半導体製造工程での歩留まりの低下を招く恐れがある。
一方、カラー液晶表示装置及びカラー撮像管素子等に用いられるカラーフィルターの製造方法としては、近年では、耐熱性や耐光性の観点で着色剤に顔料を用いた顔料分散型のレジスト組成物を用いたフォトリソグラフィー法が一般に採用されており、例えば、特許文献4及び特許文献5に開示されている。
しかしながら、カラーフィルターに用いられるレジスト組成物は顔料に代表される着色剤の分散性やレジスト組成物自身の現像性が十分でない場合がある。その結果として液晶の表示ムラが発生し、液晶表示素子としての性能を低下させる原因となっている。
特開平10−319595号公報 特開平10−274852号公報 特開2003−268057号公報 特開平2−144502号公報 特開平3−53201号公報
本発明は、金属含有量が少なく、DUVエキシマレーザーを用いるリソグラフィー等のレジスト組成物として用いた場合に高感度、高解像度であり、現像時のディフェクトが少なく、得られるレジストのラインエッジラフネスの小さい重合体、並びにカラーフィルター等のレジスト組成物として用いた場合に感度、顔料分散性及び現像性のバランスに優れた重合体を提供することを目的とする。
更に、上記重合体を含むレジスト組成物、及びこのレジスト組成物を用いたパターンが形成された基板又はカラーフィルターの製造方法を提供することを目的とする。
前記課題を解決するための第1の発明は式(2)で表される構成単位を含有するレジスト用の重合体(以下、「重合体(P)」という)である。
Figure 2008095087
(式(2)中、Rは水素原子、メチル基、炭素数1〜4のヒドロキシアルキル基又は炭素数1〜4のパーフルオロアルキル基を表す。Gは単結合、−C(=O)−O−、−O−又は−O−C(=O)−を表す。Lは単結合又は炭素数1〜20の直鎖、分岐若しくは環状の2価の炭化水素基を表し、置換基及びヘテロ原子から選ばれる少なくとも1種を有していてもよい。Polyはポリマー鎖を表す。)
また、第2の発明はグリシジル基を有する構成単位(以下、「構成単位(G)」という)を含有する重合体(P)とカルボキシル基及び酸無水物基から選ばれる少なくとも1種を有する構成単位(以下、「構成単位(A)」という)を含有する重合体(P)との反応工程(R1)を含む前記レジスト用の重合体(P)の製造方法である。
更に、第3の発明は幹重合体としての重合体(P)とカルボキシル基及び酸無水物基から選ばれる少なくとも1種を有するビニル単量体(m)との反応工程(R2GA)と、その後のビニル単量体(v)の重合によって枝重合体を生成させる重合工程(P2GA)を含む前記レジスト用の重合体(P)の製造方法である。
また、第4の発明は幹重合体としての重合体(P)とグリシジル基を有するビニル単量体(m)との反応工程(R3AG)と、その後のビニル単量体(v)の重合によって枝重合体を生成させる重合工程(P3AG)を含む前記レジスト用の重合体(P)の製造方法である。
更に、第5の発明は前記重合体(P)を含有するレジスト組成物である。
また、第6の発明は前記レジスト組成物を被加工基板上に塗布する工程、450nm以下の波長の光で露光する工程及び現像液を用いて現像する工程を含むパターンが形成された基板の製造方法である。
また、第7の発明は前記レジスト組成物を被加工基板上に塗布する工程、450nm以下の波長の光で露光する工程及び現像液を用いて現像する工程を含むパターンが形成されたカラーフィルターの製造方法である。
本発明の重合体(P)中には金属不純物が少なく、本発明のレジスト組成物はDUVエキシマレーザーを用いるリソグラフィー等で用いた場合に高感度、高解像度であり、現像時のディフェクトが少なく、得られるレジストのラインエッジラフネスが小さい。従って、半導体素子・液晶素子の製造で用いられる微細加工用のレジスト用の重合体として好適である。また、本発明のレジスト組成物はカラーフィルター等に用いた場合に感度、顔料分散性及び現像性のバランスに優れている。
従って、本発明の重合体(P)及びレジスト組成物はDUVエキシマレーザーを用いるリソグラフィー、これらの液浸リソグラフィー及び電子線リソグラフィー、特にArFエキシマレーザーを用いるリソグラフィー及びこの液浸リソグラフィーや、水銀ランプを用いるリソグラフィーに好適である。
また、本発明により高精度の微細なパターンが形成された基板又はカラーフィルターが得られる。更に、本発明の方法により高精度の微細なパターンが形成された基板を歩留まりよく製造することができる。
本発明の重合体(P)は半導体製造用、金属エッチング用、フォトファブリケーション用、製版用、ホログラム用、カラーフィルター用、位相差フィルム用等、種々の用途のレジスト組成物用として好適に用いることができる。
重合体(P)
本発明の重合体(P)は式(2)で表される構成単位を含有する。
式(2)中のGは単結合、−C(=O)−O−、−O−又は−O−C(=O)−を表す。また、Gは重合性の点で−C(=O)−O−又は−O−C(=O)−が好ましく、重合体(P)の耐熱性の点で単結合又は−O−が好ましい。
式(2)中のLは単結合又は炭素数1〜20の直鎖、分岐若しくは環状の2価の炭化水素基を表し、置換基及びヘテロ原子から選ばれる少なくとも1種を有していてもよい。
また、Lは重合体(P)の有機溶剤への溶解性の点で単結合、炭素数1〜4の直鎖又は分岐の2価の炭化水素基、−(CHCHO)g1−又は−(CHCH(CH)O)g2−が好ましい。ここで、g1及びg2はそれぞれ独立に1〜5の整数を表し、レジスト組成物の解像度の点で1又は2が好ましい。
更に、Lはレジスト組成物の顔料分散性の点で2価の芳香族炭化水素基が好ましく、中でもベンゼン環、ナフタレン環又はアントラセン環を有するものがより好ましい。
また、Lはレジストのドライエッチング耐性の点で式(2−1)〜(2−4)から選ばれる少なくとも1種が好ましい。
Figure 2008095087
式(2−1)〜式(2−4)中、R211、R212、R213、R214、R215及びR216はそれぞれ独立に水素原子又は炭素数1〜3のアルキル基を表し、ZはL中の炭素原子と環式炭化水素基を構成する原子団を表す。
尚、式(2−1)〜式(2−4)中、左上の結合手はGに、右下の結合手はL及びカルボキシル残基の酸素原子に結合している炭素原子にそれぞれ結合する。
更に、Gが−C(=O)−O−の場合、Lはレジスト感度の点で−C(CH−、−C(CH−CH−、−C(CH)(CHCH)−、式(2−1)及び式(2−2)から選ばれる少なくとも1種がより好ましい。
式(2)中のPolyはポリマー鎖を表す。このポリマー鎖としては、例えば、(1)グリシジル残基を有する構成単位を含有する重合体(P)並びに(2)カルボキシル残基及び酸無水物残基から選ばれる少なくとも1種を有する構成単位を含有する重合体(P)が挙げられる。
式(2)で表される構成単位は1種で又は2種以上を併用して使用できる。
また、式(2)で表される構成単位の含有量はレジスト組成物のディフェクト及び現像性並びにレジストのラインエッジラフネスの点で重合体(P)の構成単位中1モル%以上が好ましく、2モル%以上がより好ましい。また、式(2)で表される構成単位の含有量はレジスト組成物の基板表面等への密着性の点で30モル%以下が好ましく、25モル%以下がより好ましく、20モル%以下が更に好ましい。
式(2)で表される構成単位としては、例えば、式(6−1)〜式(6−14)で表される構成単位が挙げられる。式(6−1)〜式(6−14)中、Rは水素原子又はメチル基を表す。
Figure 2008095087
Figure 2008095087
Figure 2008095087
Figure 2008095087
本発明の重合体(P)の具体的構造例としては、グリシジル残基を有する構成単位を含有する重合体(P)単位及びカルボキシル残基及び酸無水物残基から選ばれる少なくとも1種を有する構成単位を含有する重合体(P)単位の架橋結合型の重合体、並びに重合体(P)単位及び重合体(P)単位のいずれか一方を幹重合体単位とし、他方を枝重合体単位としたグラフト結合型の重合体が挙げられる。
尚、本発明において、グリシジル残基並びにカルボキシル残基及び酸無水物残基から選ばれる少なくとも1種は、それぞれ、グリシジル基とカルボキシル基及び酸無水物基から選ばれる少なくとも1種とが反応した後に存在する、各基の反応後の状態を示すものである。
重合体(P)の質量平均分子量はレジストのドライエッチング耐性及びパターン形状の点で1,000以上が好ましく、2,500以上がより好ましく、4,000以上が更に好ましい。
また、重合体(P)の質量平均分子量はレジスト溶液に対する重合体(P)の溶解性及びレジスト組成物の解像度の点で100,000以下が好ましく、50,000以下がより好ましく、30,000以下が更に好ましい。
重合体(P )単位
重合体(P)単位を構成する重合体(P)としては、例えば、ビニル単量体(m)単位を含む重合体が挙げられる。
ビニル単量体(m
ビニル単量体(m)としては、例えば、グリシジル(メタ)アクリレート、メチルグリシジル(メタ)アクリレート、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル(メタ)アクリレート、オキソシクロヘキシルメチル(メタ)アクリレート、3−グリシジルオキシプロピル(メタ)アクリレート、3−グリシジルオキシブチル(メタ)アクリレート、4−グリシジルオキシブチル(メタ)アクリレート、6−グリシジルオキシヘキシル(メタ)アクリレート、8−グリシジルオキシオクチル(メタ)アクリレート、9−グリシジルオキシノニル(メタ)アクリレート、2−グリシジルオキシエチル(メタ)アクリレート、2−グリシジルオキシプロピル(メタ)アクリレート、2−グリシジルオキシブチル(メタ)アクリレートが挙げられる。
これらの中で、レジスト組成物の解像度や現像性の点でグリシジル(メタ)アクリレート及びメチルグリシジル(メタ)アクリレートが好ましい。
尚、本発明において、(メタ)アクリレート及び(メタ)アクリル酸は、それぞれ、メタクリレート又はアクリレート、及びメタクリル酸又はアクリル酸を意味する。
また、重合体(P)としては、グリシジル基を有する重合開始剤(igl)単位又はグリシジル基を有する連鎖移動剤(cg1)単位を含む重合体が挙げられる。
重合開始剤(igl)としては、例えば、ジグリシジル−2,2’−アゾビスイソブチレート等が挙げられる。
連鎖移動剤(cgl)としては、例えば、エポキシメチルメルカプタンが挙げられる。
また、重合体(P)としては、分子末端にグリシジル基を有する重合停止剤(tgl)単位を有する重合体が挙げられる。
重合停止剤(tgl)としては、例えば、ブロモ酢酸クリシジル等が挙げられる。
更に、重合体(P)としては、分子末端又は分子末端以外にグリシジル基を有するポリエステル樹脂が挙げられる。
重合体(P )単位
重合体(P)単位を構成する重合体(P)としては、例えば、ビニル単量体(m)単位を含む重合体が挙げられる。
ビニル単量体(m
ビニル単量体(m)としては、例えば、(メタ)アクリル酸、クロトン酸、ビニル安息香酸、フマル酸、イタコン酸、マレイン酸等のカルボキシル基含有α,β−不飽和ビニル単量体類;β−(メタ)アクリロキシエチルアシッドサクシネート、β−(メタ)アクリロキシエチルアシッドマレエート、β−(メタ)アクリロキシエチルアシッドフタレート、β−(メタ)アクリロキシエチルヘキサヒドロフタレート、γ−(メタ)アクリロキシプロピル−アシッドサクシネート、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートへのε−カプロラクトン又はγ−ブチロラクトンの開環付加物(例えば、ダイセル化学工業(株)製プラクセルF単量体、UCC社製トーンM単量体等)の末端水酸基を無水コハク酸や無水フタル酸又は無水ヘキサヒドロフタル酸でエステル化して末端にカルボキシル基を導入したモノサクシネートやモノフタレート又は無水ヘキサヒドロモノフタレート等のカプロラクトン変性水酸基含有(メタ)アクリレートと酸無水物化合物との半エステル化反応生成物等の長鎖カルボキシル基含有ビニル単量体類;無水マレイン酸、無水イタコン酸、無水シトラコン酸、2,3−ジメチル無水マレイン酸等のα,β−ジカルボン酸無水物基を有するビニル単量体類;モノメチルマレエート、モノエチルマレエート、モノブチルマレエート、モノオクチルマレエート、モノオクチルイタコネート、モノブチルフマレート、モノ−2−エチルヘキシルフマレート、モノエチルシトラコネート等のジカルボン酸モノエステル基を有するビニル単量体類が挙げられる。
これらの中で、レジスト組成物の解像度や現像性の点で(メタ)アクリル酸、無水マレイン酸が好ましい。
また、ビニル単量体(m)としては、上述したもの以外に、シクロペンタジエン、フラン、又はチオフェンと前述した(メタ)アクリル酸等のカルボキシル基含有α,β−不飽和ビニル単量体類とのDiels−Alder付加反応で得られたノルボルネン系単量体類;シクロペンタジエン、フラン又はチオフェンと前述したβ−(メタ)アクリロキシエチルアシッドサクシネート等の長鎖カルボキシル基含有ビニル単量体類とのDiels−Alder付加反応で得られたノルボルネン系単量体類;シクロペンタジエン、フラン又はチオフェンと前述した無水マレイン酸等のα,β−ジカルボン酸無水物基を有するビニル単量体類とのDiels−Alder付加反応で得られたノルボルネン系単量体類;シクロペンタジエン、フラン又はチオフェンと上述したマレイン酸モノメチル等のジカルボン酸モノエステル基を有するビニル単量体類とのDiels−Alder付加反応で得られたノルボルネン系単量体類等が挙げられる。
更に、ビニル単量体(m)として、シクロペンタジエン、フラン又はチオフェンと上記Diels−Alder付加反応で得られたノルボルネン系単量体類とのDiels−Alder付加反応で得られたテトラシクロドデセン系単量体類等が挙げられる。
また、重合体(P)としては、カルボキシル基及び酸無水物基から選ばれる少なくとも1種を有する重合開始剤(iac)単位或いはカルボキシル基及び酸無水物基から選ばれる少なくとも1種を有する連鎖移動剤(cac)単位を含む重合体が挙げられる。
重合開始剤(iac)としては、例えば、4,4’−アゾビス(4−シアノ吉草酸)が挙げられる。
また、連鎖移動剤(cac)としては、例えば、メルカプト酢酸、チオサリチル酸、ジチオジグリコール酸、3,3’−ジチオジプロピオン酸、2,2’−ジチオジベンゼン酸、DL−2−メルカプトメチル−3−グアニジノエチルチオプロパン酸、2−メルカプト−4−メチル−5−チアゾール酢酸、p−メルカプトフェノール、2−メルカプトプロピオン酸、3−メルカプトプロピオン酸、チオリンゴ酸、(5−メルカプト−1,3,4−チアジアゾール−2−イルチオ)酢酸、2−(5−メルカプト−1,3,4−チアジアゾール−2−イルチオ)プロピオン酸、3−(5−メルカプト−1,3,4−チアジアゾール−2−イルチオ)プロピオン酸、2−(5−メルカプト−1,3,4−チアジアゾール−2−イルチオ)コハク酸が挙げられる。
また、重合体(P)としては、分子末端にカルボキシル基及び酸無水物基から選ばれる少なくとも1種を有する重合停止剤(tac)単位を有する重合体が挙げられる。
重合停止剤(tac)としては、例えば、ブロモ酢酸、2−ブロモ安息香酸、3−ブロモ安息香酸、4−ブロモ安息香酸、2−ブロモ酪酸、3−ブロモ酪酸、4−ブロモ酪酸、クロロ酢酸、2−クロロ安息香酸、3−クロロ安息香酸、4−クロロ安息香酸、2−クロロ酪酸、3−クロロ酪酸、4−クロロ酪酸、ヨウド酢酸、2−ヨウド安息香酸、3−ヨウド安息香酸、4−ヨウド安息香酸、2−ヨウド酪酸、3−ヨウド酪酸、4−ヨウド酪酸が挙げられる。
更に、重合体(P)としては、分子末端或いは分子末端以外にカルボキシル基及び酸無水物基から選ばれる少なくとも1種を有するポリエステル樹脂が挙げられる。
重合体(P)又は重合体(P)は、必要に応じて、ラクトン骨格を有する構成単位(A)、ラクトン骨格及びナフタレン骨格を有さず酸脱離性基(酸の作用により分解又は脱離する基)を有する構成単位(B)、ラクトン骨格、酸脱離性基及びナフタレン骨格を有さず親水性基を有する構成単位(C)、ラクトン骨格を有さずナフタレン骨格を有する構成単位(D)等の他の構成単位を含有できる。
重合体(P)又は重合体(P)はレジスト組成物の基板表面等への密着性の点でラクトン骨格を有する構成単位(A)を含有することが好ましい。
構成単位(A)は環内にカルボニルオキシ基(−C(=O)−O−)を含む環状の飽和炭化水素を有する構造を含む構成単位であればよく、特に限定されない。
構成単位(A)は1種で又は2種以上を併用して使用できる。
構成単位(A)の含有量はレジスト組成物の基板表面等への密着性の点で重合体(P)又は重合体(P)の全構成単位に対して30モル%以上が好ましく、35モル%以上がより好ましい。また、構成単位(A)の含有量はレジスト組成物の感度及び解像度の点で重合体(P)又は重合体(P)の全構成単位に対して60モル%以下が好ましく、55モル%以下がより好ましく、50モル%以下が更に好ましい。
また、構成単位(A)が酸脱離性基を有する場合、レジスト組成物の基板表面等への密着性及び感度がより優れる傾向にある。
酸脱離性基としては後述する構成単位(B)と同様のものが挙げられる。
また、構成単位(A)が親水性基を有している場合、レジスト組成物の感度がより良好となり、レジストのパターン矩形性が良好となる傾向にある。
親水性基としては後述する構成単位(C)と同様のものが挙げられる。
更に、構成単位(A)がナフタレン骨格を有する場合、レジスト組成物の基板密着性及び焦点深度等のプロセスマージンが良好となる傾向にある。
ナフタレン骨格を有する構成単位としては後述する構成単位(D)と同様のものが挙げられる。
重合体(P)又は重合体(P)を含有するレジスト組成物が特に250nm以下の波長の光で露光する工程を含むリソグラフィー用として好適なものとするためには、構成単位(A)としては(メタ)アクリレート、α−フッ素置換(メタ)アクリレート又はα−メチレンから誘導される構成単位が好ましい。
ここで、α−フッ素置換(メタ)アクリレートはメタクリル酸のα位の炭素原子に結合したメチル基の水素原子がフッ素原子で置換されたα−フルオロメタクリレート及び/又はアクリル酸のα位の水素原子がフッ素原子で置換されたα−フルオロアクリレートを意味する。
また、(メタ)アクリレート、α−フッ素置換(メタ)アクリレート又はα−メチレンから誘導される構成単位は単量体として(メタ)アクリレート、α−フッ素置換(メタ)アクリレート又はα−メチレンが用いられたことを意味する。
構成単位(A)としてはレジスト組成物の感度又はドライエッチング耐性の点で式(4−1)〜式(4−6)からなる群より選ばれる少なくとも1種が好ましい。
Figure 2008095087
式(4−1)〜式(4−6)中、R41、R42、R43、R44、R45、R205、R206及びR207はそれぞれ独立に水素原子又はメチル基を表す。
210、R211はそれぞれ独立に水素原子又は炭素数1〜6の直鎖若しくは分岐アルキル基を表す。
201、R202、R203、R204、R93、R94、R208及びR209はそれぞれ独立に水素原子、炭素数1〜6の直鎖若しくは分岐アルキル基、ヒドロキシ基、カルボキシ基又は炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基を表す。
401、R402、A、A、A、A、R91、R92、A及びAはそれぞれ独立に水素原子、炭素数1〜6の直鎖若しくは分岐アルキル基、ヒドロキシ基、カルボキシ基又は炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基を表すか、或いはR401とR402、AとA、AとA、R91とR92及びAとAとが一緒になって−O−、−S−、−NH−又は鎖長1〜6のメチレン鎖(−(CH−(jは1〜6の整数を表す))を表す。
、X、X、X及びXはそれぞれ独立に炭素数1〜6の直鎖若しくは分岐アルキル基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、炭素数1〜6のアシル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基、シアノ基又はアミノ基を表す。前記炭素数1〜6の直鎖又は分岐アルキル基は、置換基としてヒドロキシ基、カルボキシ基、炭素数1〜6のアシル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基、シアノ基及びアミノ基からなる群より選ばれる少なくとも一つの基を有していてもよい。
n5、n6、n7、n8及びn9はそれぞれ独立に0〜4の整数を表す。尚、n5、n6、n7、n8及びn9が2以上の場合にはX、X、X、X及びXはそれぞれ複数の異なる基を有することができる。
11、Y12及びY13はそれぞれ独立に−CH−又は−C(=O)−O−を表し、そのうち少なくとも一つは−C(=O)−O−を表す。
21及びY22はそれぞれ独立に−CH−又は−C(=O)−を表し、そのうち少なくとも一つは−C(=O)−を表す。
iは0又は1を表す。m及びm1は1又は2を表す。
式(4−1)中のn5はレジストのドライエッチング耐性の点で0が好ましい。mはレジスト組成物の感度及び解像度の点で1が好ましい。
また、A及びAはレジストのドライエッチング耐性の点で一緒になって−CH−又は−CHCH−を表すことが好ましく、重合体(P)の有機溶媒への溶解性の点で一緒になって−O−を表すことが好ましい。
201及びR202は重合体(P)の有機溶媒への溶解性の点でそれぞれ独立に水素原子、メチル基、エチル基又はイソプロピル基が好ましい。
n6はレジストのドライエッチング耐性の点で0が好ましい。
式(4−3)中のA及びAはレジストのドライエッチング耐性の点で一緒になって−CH−又は−CHCH−を表すことが好ましく、重合体(P)の有機溶媒への溶解性の点で一緒になって−O−を表すことが好ましい。
また、R203及びR204は重合体(P)の有機溶媒への溶解性の点でそれぞれ独立に水素原子、メチル基、エチル基又はイソプロピル基が好ましい。
n7はレジストのドライエッチング耐性の点で0が好ましい。
式(4−4)中のR205、R206及びR207は重合体(P)の有機溶媒への溶解性の点で水素原子が好ましい。
また、Y11、Y12及びY13はレジスト組成物の基板表面等への密着性の点で一つは−C(=O)−O−で、残りの二つは−CH−が好ましい。
n8はレジストのドライエッチング耐性の点で0が好ましい。
式(4−5)中のR91、R92、R93及びR94は重合体(P)の有機溶媒への溶解性の点でそれぞれ独立に水素原子又はメチル基が好ましい。
また、m1はレジスト組成物の感度及び解像度の点で1が好ましい。
式(4−6)中のA及びAはレジストのドライエッチング耐性の点で一緒になって−CH−又は−CHCH−を表すことが好ましく、重合体(P)の有機溶媒への溶解性の点で一緒になって−O−を表すことが好ましい。
また、R208及びR209は重合体(P)の有機溶媒への溶解性の点でそれぞれ独立に水素原子、メチル基、エチル基又はイソプロピル基が好ましい。
210及びR211は重合体(P)の有機溶媒への溶解性の点でそれぞれ独立に水素原子、メチル基、エチル基又はイソプロピル基が好ましい。
21及びY22はレジスト組成物の基板表面等への密着性の点で1つは−C(=O)−で、残りの1つは−CH−が好ましい。
n9はレジストのドライエッチング耐性の点で0が好ましい。
構成単位(A)を有する重合体(P)は構成単位(A)を与える単量体(a)を含む単量体を重合することによって製造できる。
単量体(a)としては、例えば、式(10−1)〜式(10−29)で表される単量体が挙げられる。式(10−1)〜式(10−29)中、Rは水素原子又はメチル基を表す。
Figure 2008095087
Figure 2008095087
Figure 2008095087
これらの中で、感度の点で式(10−1)〜式(10−3)及び式(10−5)で表される単量体並びにこれらの幾何異性体及び光学異性体が好ましい。また、レジストのドライエッチング耐性の点で式(10−7)、式(10−9)、式(10−10)、式(10−12)、式(10−14)、式(10−24)〜式(10−26)及び式(10−29)で表される単量体並びにこれらの幾何異性体及び光学異性体が好ましい。また、重合体(P)の有機溶媒への溶解性の点で式(10−8)、式(10−13)、式(10−16)〜式(10−23)及び式(10−28)で表される単量体並びにこれらの幾何異性体及び光学異性体が好ましい。
また、重合体(P)又は重合体(P)はレジスト組成物の感度を優れたものとするためには酸脱離性基を有する構成単位(B)を含有することが好ましい。
酸脱離性基は化学増幅型のレジスト組成物に一般に配合されている、光の照射(露光)により酸を発生する光酸発生剤から発生する酸の作用により酸脱離性基中の結合が開裂し、酸脱離性基の一部又は全部が重合体の主鎖から分離又は脱離する。
従って、構成単位(B)は酸脱離性基の一部又は全部が脱離する前は重合体(P)をアルカリ不溶とし、酸によって酸脱離性基の一部又は全部が脱離することにより重合体(P)をアルカリ可溶とする成分であり、ポジ型の化学増幅型のレジストにおいてレジストのパターン形成を可能とする作用を奏する。
重合体(P)又は重合体(P)は構成単位(B)を含有することにより化学増幅型のレジスト用として好適なものとなる。
化学増幅型のレジストには露光された部分が現像液(アルカリ水溶液)に可溶となるポジ型と露光された部分が現像液に不溶となるネガ型とがある。
構成単位(B)は1種で又は2種以上を併用して使用できる。
構成単位(B)の含有量はレジスト組成物の感度及び解像度の点で重合体(P)又は重合体(P)の全構成単位に対して20モル%以上が好ましく、25モル%以上がより好ましい。また、構成単位(B)の含有量はレジスト組成物の基板表面等への密着性の点で重合体(P)又は重合体(P)の全構成単位に対して70モル%以下が好ましく、65モル%以下がより好ましく、60モル%以下が更に好ましい。
また、構成単位(B)は、親水性基を有する場合、より優れた感度を有する傾向にある。
親水性基としては後述する構成単位(C)と同様のものが挙げられる。
重合体(P)又は重合体(P)を含有するレジスト組成物が特に250nm以下の波長の光で露光する工程を含むリソグラフィー用として好適なものとするためには、構成単位(B)としては、構成単位(A)と同様、(メタ)アクリレート又はα−フッ素置換(メタ)アクリレートから誘導される構成単位が好ましい。
構成単位(B)としてはレジストのドライエッチング耐性の点で式(3−1−1)、式(3−2−1)、式(3−3−1)、式(3−4−1)、式(3−5−1)、式(3−6−1)、式(3−7−1)及び式(3−8−1)からなる群より選ばれる少なくとも1種が好ましい。
Figure 2008095087
Figure 2008095087
式(3−1−1)〜式(3−8−1)中、R31、R32、R33、R34、R35、R36、R37及びR38はそれぞれ独立に水素原子又はメチル基を表す。
、R、R、R及びRはそれぞれ独立に炭素数1〜3のアルキル基を表す。
、X、X、X、X51及びX61はそれぞれ独立に炭素数1〜6の直鎖又は分岐アルキル基を表す。
n1、n2、n3、n4、n51及びn61はそれぞれ独立に0〜4の整数を表す。尚、n1、n2、n3、n4、n51及びn61が2以上の場合にはX、X、X、X、X51及びX61はそれぞれ複数の異なる基を有することができる。
331、R332、R333、R334、R351、R352、R353、R354、R361、R362、R363及びR364はそれぞれ独立に水素原子又は炭素数1〜6の直鎖若しくは分岐アルキル基を表す。
、V、V、V、V及びVはそれぞれ独立に−O−、−S−、−NH−又は鎖長1〜6のメチレン鎖(−(CHu1−(u1は1〜6の整数を表す))を表す。
q、q3及びq4は0又は1を表す。rは0〜2の整数を表す。
355、R356及びR357はそれぞれ独立に炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基若しくはその誘導体又は炭素数1〜4の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基を表し、且つR355、R356及びR357のうち少なくとも1つが脂環式炭化水素基若しくはその誘導体であるか、又はR355、R356及びR357のうち何れか2つが互いに結合して、それぞれが結合している炭素原子と共に、炭素数4〜20の2価の脂環式炭化水素基又はその誘導体を形成し、R355、R356及びR357のうち結合に関与しなかった残りの1つは炭素数1〜4の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基又は炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基若しくはその誘導体を表す。
367及びR373はそれぞれ独立に炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基若しくはその誘導体又は炭素数1〜4の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基を表す。R365、R366、R371及びR372はそれぞれ独立に水素原子又は炭素数1〜4の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基を表すか、又はR365とR367、R366とR367、R371とR373若しくはR372とR373の2つが互いに結合して、それぞれが結合している炭素原子と共に、炭素数4〜20の2価の脂環式炭化水素基又はその誘導体を形成し、R365、R366、R371及びR372のうち結合に関与しなかった残りの1つは水素原子を表す。
381、R382及びR383はそれぞれ独立に炭素数1〜4の直鎖状又は分岐状のアルキル基を表す。
式(3−1−1)中のRはレジスト組成物の感度及び解像度の点でメチル基、エチル基又はイソプロピル基が好ましい。
また、n1はレジストのドライエッチング耐性の点で0が好ましい。
式(3−2−1)中のR及びRはレジスト組成物の感度及び解像度の点でそれぞれ独立にメチル基、エチル基又はイソプロピル基が好ましい。
また、n2はレジストのドライエッチング耐性の点で0が好ましい。
式(3−3−1)中のRはレジスト組成物の感度及び解像度の点でメチル基、エチル基又はイソプロピル基が好ましい。
また、V及びVはレジストのドライエッチング耐性の点でそれぞれ独立に−CH−又は−CHCH−が好ましい。
331、R332、R333及びR334は重合体(P)の有機溶媒への溶解性の点でそれぞれ独立に水素原子、メチル基、エチル基又はイソプロピル基が好ましい。
n3はレジストのドライエッチング耐性の点で0が好ましい。
また、qはレジストのドライエッチング耐性の点で1が好ましく、重合体(P)の有機溶媒への溶解性の点で0が好ましい。
式(3−4−1)中のRはレジスト組成物の感度及び解像度の点でメチル基、エチル基又はイソプロピル基が好ましい。
また、n4はレジストのドライエッチング耐性の点で0が好ましい。
rは、レジストのドライエッチング耐性の点で1が好ましく、重合体(P)の有機溶媒への溶解性の点で0が好ましい。
式(3−5−1)中のV及びVはレジストのドライエッチング耐性の点でそれぞれ独立に−CH−又は−CHCH−が好ましい。
また、R351、R352、R353、及びR354は重合体(P)の有機溶媒への溶解性の点でそれぞれ独立に水素原子、メチル基、エチル基又はイソプロピル基が好ましい。
n51はレジストのドライエッチング耐性の点で0が好ましい。
また、q3はレジストのドライエッチング耐性の点で1が好ましく、重合体(P)の有機溶媒への溶解性の点で0が好ましい。
更に、−C(R355)(R356)(R357)はレジストのラインエッジラフネスの点で式(K−1)〜式(K−6)で表される構造が好ましく、レジストのドライエッチング耐性の点で式(K−7)〜式(K−17)で表される構造が好ましい。
Figure 2008095087
式(3−6−1)中のV及びVはレジストのドライエッチング耐性の点でそれぞれ独立に−CH−又は−CHCH−が好ましい。
また、R361、R362、R363、及びR364は重合体(P)の有機溶媒への溶解性の点でそれぞれ独立に水素原子、メチル基、エチル基又はイソプロピル基が好ましい。
n61はレジストのドライエッチング耐性の点で0が好ましい。
また、q4はドライエッチング耐性の点で1が好ましく、重合体(P)の有機溶媒への溶解性の点で0が好ましい。
更に、−C(R365)(R366)−O−R367はレジストのラインエッジラフネスの点で式(J−1)〜式(J−24)で表される構造が好ましく、レジストのドライエッチング耐性の点で式(J−25)〜式(J−52)で表される構造が好ましい。
Figure 2008095087
Figure 2008095087
Figure 2008095087
Figure 2008095087
式(3−7−1)中の−C(R371)(R372)−O−R373はレジストのラインエッジラフネスの点で式(J−1)〜式(J−24)で表される構造が好ましい。また、レジストのドライエッチング耐性の点で式(J−25)〜式(J−52)で表される構造が好ましい。
構成単位(B)を有する重合体(P)は構成単位(B)を与える単量体(b)を含む単量体を重合することによって製造できる。
単量体(b)としては、例えば、式(9−1)〜式(9−224)で表される単量体が挙げられる。式(9−1)〜式(9−224)中、R及びR’はそれぞれ独立に水素原子又はメチル基を表す。
Figure 2008095087
Figure 2008095087
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更に、単量体(b)としてn−ブトキシエチル(メタ)アクリレート、iso−ブトキシエチル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
これらの中で、レジスト組成物の感度及び解像度の点で上式(9−1)〜式(9−3)、式(9−5)、式(9−16)、式(9−19)、式(9−20)、式(9−22)、式(9−23)、式(9−25)〜式(9−28)、式(9−30)、式(9−31)、式(9−33)、式(9−34)及び式(9−102)〜式(9−129)で表される単量体並びにこれらの幾何異性体及び光学異性体が好ましく、式(9−1)、式(9−2)、式(9−16)、式(9−20)、式(9−23)、式(9−28)、式(9−31)、式(9−34)、式(9−109)、式(9−111)、式(9−114)〜式(9−117)、式(9−125)、式(9−128)及び式(9−129)で表される単量体がより好ましい。
また、レジストのラインエッジラフネスの点で式(9−35)〜式(9−40)、式(9−52)〜式(9−62)、式(9−76)〜式(9−88)、式(9−130)〜式(9−135)、式(9−147)〜式(9−157)及び式(9−171)〜式(9−183)で表される単量体並びにこれらの幾何異性体及び光学異性体が好ましい。
また、レジストのドライエッチング耐性の点で式(9−41)〜式(9−51)、式(9−63)〜式(9−75)、式(9−89)〜式(9−101)、式(9−136)〜式(9−146)、式(9−158)〜式(9−170)及び式(9−184)〜式(9−196)で表される単量体並びにこれらの幾何異性体及び光学異性体が好ましい。
また、レジストのパターン矩形性の点で式(9−197)〜式(9−224)で表される単量体並びにこれらの幾何異性体及び光学異性体が好ましい。
更に、単量体(b)の具体例としてメタクリル酸のα位の炭素原子に結合したメチル基の水素原子がフッ素原子で置換されたα−フルオロメチルアクリレート又はアクリル酸のα位の水素原子がフッ素原子で置換されたα−フッ素置換(メタ)アクリレートが挙げられる。
前記単量体の具体例としては、例えば、tert−ブチルα−トリフルオロメチルアクリレート、メトキシメチルα−トリフルオロメチルアクリレート、エトキシエチルα−トリフルオロメチルアクリレート、n−プロポキシエチルα−トリフルオロメチルアクリレート、iso−プロポキシエチルα−トリフルオロメチルアクリレート、n−ブトキシエチルα−トリフルオロメチルアクリレート、iso−ブトキシエチルα−トリフルオロメチルアクリレート、tert−ブトキシエチルα−トリフルオロメチルアクリレート、tert−ブチルα−フルオロアクリレート、メトキシメチルα−フルオロアクリレート、エトキシエチルα−フルオロアクリレート、n−プロポキシエチルα−フルオロアクリレート、iso−プロポキシエチルα−フルオロアクリレート、n−ブトキシエチルα−フルオロアクリレート、iso−ブトキシエチルα−フルオロアクリレート及びtert−ブトキシエチルα−フルオロアクリレートが挙げられる。
また、単量体(b)としては、上記以外に2−メチル−2,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、2,5−ジメチル−2,5−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、1,4−ブタンジオールジ(1−(メタ)アクリロイルオキシ)エチルエーテル、1,4−ブタンジオールジ(1−(メタ)アクリロイルオキシ)メチルエーテル、(メタ)アクリロイルオキシエチレングリコールダイマー(1−(メタ)アクリロイルオキシ)エチルエーテル、(メタ)アクリロイルオキシエチレングリコールダイマー(1−(メタ)アクリロイルオキシ)メチルエーテル等の多官能(メタ)アクリレートが挙げられる。
重合体(P)又は重合体(P)はレジスト組成物のディフェクト低減及びレジストのパターン矩形性の点で親水性基を有する構成単位(C)を含有することが好ましい。
親水性基としては−C(CF−OH、ヒドロキシ基、シアノ基、メトキシ基、カルボキシ基及びアミノ基等が挙げられ、構成単位(C)は1種で又は2種以上を併用して使用できる。
構成単位(C)の含有量はレジストのパターン矩形性の点で重合体(P)又は重合体(P)の全構成単位に対して5〜35モル%が好ましく、10〜30モル%がより好ましい。
重合体(P)又は重合体(P)を含有するレジスト組成物を特に250nm以下の波長の光で露光する工程を含むリソグラフィー用として好適なものとするために、構成単位(C)としては(メタ)アクリレート又はα−フッ素置換(メタ)アクリレートから誘導される構成単位が好ましい。
構成単位(C)はレジストのドライエッチング耐性の点で式(5−1)〜式(5−7)からなる群より選ばれる少なくとも1種が好ましい。
Figure 2008095087
式(5−1)〜〜式(5−7)中、R51、R52、R53、R54、R55、R56及びR57はそれぞれ独立に水素原子又はメチル基を表す。
501、R502、R503、R504、R505及びR506はそれぞれ独立に水素原子又は炭素数1〜3のアルキル基を表す。
51、X52、X53、X54、X55、X56及びX57はそれぞれ独立に炭素数1〜6の直鎖若しくは分岐アルキル基、−C(CF−OH、ヒドロキシ基、シアノ基、カルボキシ基、炭素数1〜6のアシル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基又はアミノ基を表す。前記炭素数1〜6の直鎖又は分岐アルキル基は置換基として−C(CF−OH、ヒドロキシ基、シアノ基、カルボキシ基、炭素数1〜6のアシル基、炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基及びアミノ基からなる群より選ばれる少なくとも一つの基を有していてもよい。
また、X51、X52、X53、X54、X55、X56及びX57で置換される位置は環状構造のどの位置であってもよい。
n51、n52、n53、n54、n55及びn56はそれぞれ独立に1〜4の整数を表す。尚、n51、n52、n53、n54、n55及びn56が2以上の場合には、X51、X52、X53、X54、X55及びX56はそれぞれ複数の異なる基を有することができる。
531〜R536はそれぞれ独立に水素原子又は炭素数1〜6の直鎖若しくは分岐アルキル基を表す。W、W及びWはそれぞれ独立に−O−、−S−、−NH−又は鎖長1〜6のメチレン鎖(−(CHu2−(u2は1〜6の整数を表す))を表す。
q1及びq2は0又は1を表す。また、r1は0〜2の整数を表す。
571は水素原子、炭素数1〜6の直鎖若しくは分岐アルキル基、炭素数4〜16の橋かけ環式炭化水素基又は炭素数4〜16の橋かけ環式炭化水素基を有する炭素数1〜6の直鎖若しくは分岐アルキル基を表す。
572は水素原子又は炭素数1〜6の直鎖若しくは分岐アルキル基、或いはR571とR572とが一緒になって、それぞれが結合している炭素原子と共に炭素数4〜16の橋かけ環式炭化水素基を形成していてもよい。
ここで、R571とR572におけるアルキル基はヒドロキシ基、カルボキシ基、炭素数2〜6のアシル基又は炭素数1〜6のアルコールとエステル化されたカルボキシ基を有していても良い。また、R571とR572における橋かけ環式炭化水素基は炭素数1〜6の直鎖又は分岐アルキル基を有していてもよく、前記アルキル基はヒドロキシ基、カルボキシ基、炭素数2〜6のアシル基又は炭素数1〜6のアルコールとエステル化されたカルボキシ基を有していてもよい。
式(5−1)中のR501はレジスト組成物の感度及び解像度の点でメチル基、エチル基又はイソプロピル基が好ましく、重合体(P)の有機溶媒への溶解性の点で水素原子が好ましい。
また、n51はレジストのドライエッチング耐性の点で1が好ましい。
51はレジストのパターン形状の点で−C(CF−OH、ヒドロキシ基、シアノ基又はメトキシ基が好ましい。
式(5−2)中のn52はレジストのドライエッチング耐性の点で1が好ましい。
また、X52はレジストのパターン形状の点で−C(CF−OH、ヒドロキシ基、シアノ基又はメトキシ基が好ましい。
式(5−3)中のR502はレジスト組成物の感度及び解像度の点でメチル基、エチル基又はイソプロピル基が好ましく、重合体(P)の有機溶媒への溶解性の点で水素原子が好ましい。
また、W及びWはレジストのドライエッチング耐性の点でそれぞれ独立して−CH−又は−CHCH−が好ましい。
531、R532、R533及びR534は重合体(P)の有機溶媒への溶解性の点でそれぞれ独立して水素原子、メチル基、エチル基又はイソプロピル基が好ましい。
また、n53はレジストのドライエッチング耐性の点で1が好ましい。
53はレジストのパターン形状の点で−C(CF−OH、ヒドロキシ基、シアノ基又はメトキシ基が好ましい。
また、q1はレジストのドライエッチング耐性の点で1が好ましく、重合体(P)の有機溶媒への溶解性の点で0が好ましい。
式(5−4)中のR503はレジスト組成物の感度及び解像度の点でメチル基、エチル基又はイソプロピル基が好ましく、重合体(P)の有機溶媒への溶解性の点で水素原子が好ましい。
また、n54はレジストのドライエッチング耐性の点で1が好ましい。
54はレジストのパターン形状の点で−C(CF−OH、ヒドロキシ基、シアノ基又はメトキシ基が好ましい。
また、r1はレジストのドライエッチング耐性の点で1が好ましく、重合体(P)の有機溶媒への溶解性の点で0が好ましい。
式(5−5)中のR504及びR505はレジスト組成物の感度及び解像度の点でそれぞれ独立にメチル基、エチル基又はイソプロピル基が好ましい。
また、n55はレジストのドライエッチング耐性の点で1が好ましい。
55はレジストのパターン形状の点で−C(CF−OH、ヒドロキシ基、シアノ基又はメトキシ基が好ましい。
式(5−6)中のR506はレジスト組成物の感度及び解像度の点でメチル基、エチル基又はイソプロピル基が好ましく、重合体(P)の有機溶媒への溶解性の点で水素原子が好ましい。
また、Wはレジストのドライエッチング耐性の点で−CH−又は−CHCH−が好ましい。
535及びR536は重合体(P)の有機溶媒への溶解性の点で水素原子、メチル基、エチル基又はイソプロピル基が好ましい。
また、n56はレジストのドライエッチング耐性の点で1が好ましい。
56はレジストのパターン形状の点で−C(CF−OH、ヒドロキシ基、シアノ基又はメトキシ基が好ましい。
また、q2はレジストのドライエッチング耐性の点で1が好ましく、重合体(P)の有機溶媒への溶解性の点で0が好ましい。
式(5−7)中のR571及びR572はレジストのドライエッチング耐性の点でR571とR572とが一緒になって、それぞれが結合している炭素原子と共に炭素数4〜16の橋かけ環式炭化水素基を形成している構造が好ましい。また、レジストの耐熱性、安定性の点でR571とR572とが一緒になって、それぞれが結合している炭素原子と共に形成する橋かけ環式炭化水素基に含まれる環構造として、ショウノウ環、アダマンタン環、ノルボルナン環、ピナン環、ビシクロ[2.2.2]オクタン環、テトラシクロドデカン環、トリシクロデカン環、デカヒドロナフタレン環を有していることが好ましい。
また、X57はレジストのパターン形状の点で−C(CF−OH、−CH−OH、−CH−CN、−CH−O−CH又は−(CH−O−CHが好ましい。
構成単位(C)を有する重合体(P)は親水性基を有する構成単位(C)を与える単量体(c)を含む単量体を重合することによって製造できる。
単量体(c)としては、例えば、式(13−1)〜式(13−79)で表される単量体が挙げられる。式(13−1)〜式(13−79)中、Rは水素原子又はメチル基を表す。
Figure 2008095087
Figure 2008095087
Figure 2008095087
Figure 2008095087
Figure 2008095087
Figure 2008095087
Figure 2008095087
Figure 2008095087
また、単量体(c)としては、上記以外に2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、3−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシ−n−プロピル(メタ)アクリレート及び4−ヒドロキシ−n−ブチル(メタ)アクリレート等の環構造を有さない(メタ)アクリレート単量体;(メタ)アクリル酸、マレイン酸及びイタコン酸等の不飽和カルボン酸;p−ヒドロキシスチレン、p−tert−ブトキシカルボニルヒドロキシスチレン、3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシスチレン、3,5−ジメチル−4−ヒドロキシスチレン、p−(2−ヒドロキシ−iso−プロピル)スチレン等の芳香族アルケニル化合物が挙げられる。
これらの中でも、重合体(P)の有機溶媒への溶解性の点で式(13−1)〜式(13−9)、式(13−13)〜式(13−16)、式(13−21)〜式(13−24)、式(13−30)〜式(13−34)、式(13−37)〜式(13−43)、式(13−56)〜式(13−59)、式(13−62)、式(13−63)、式(13−66)〜式(13−69)、式(13−72)及び式(13−76)〜式(13−79)で表される単量体並びにこれらの幾何異性体及びこれらの光学異性体が好ましい。
また、レジストのドライエッチング耐性の点で式(13−25)〜式(13−30)、式(13−44)〜式(13−55)、式(13−60)〜式(13−61)、式(13−64)〜式(13−65)、式(13−71)及び式(13−73)〜式(13−75)で表される単量体並びにこれらの幾何異性体及びこれらの光学異性体が好ましい。
重合体(P)又は重合体(P)はレジスト組成物の焦点深度等のプロセスマージンの点及び液浸リソグラフィー工程での液浸液(例えば水)に対する撥水性の点並びに薄膜化したレジスト膜の反射防止性の点でナフタレン骨格を有する構成単位(D)を含有することが好ましい。
構成単位(D)の含有量はレジストのドライエッチング耐性や屈折率の点で重合体(P)又は重合体(P)の全構成単位に対して3モル%以上が好ましく、5モル%以上がより好ましい。また、構成単位(D)の含有量はレジスト組成物の感度及び解像度の点で重合体(P)又は重合体(P)の全構成単位に対して50モル%以下が好ましく、40モル%以下がより好ましく、30モル%以下が更に好ましい。
構成単位(D)が酸脱離性基又は親水性基を有する場合、レジスト組成物のより優れた焦点深度等のプロセスマージンを有する傾向にある。
構成単位(D)を含む重合体(P)は、構成単位(D)が酸脱離性基を有している場合(好ましくは、後述する式(1)においてYが酸脱離性基である場合)は、酸の作用により酸脱離性基が脱離することによってアルカリに可溶となる。そのため、露光された部分はアルカリ可溶性となり、露光されない部分はアルカリ不溶のままであるため、当該重合体(P)をポジ型の化学増幅型のレジストに用いた場合にレジストのパターンが形成される。
また、構成単位(D)が酸脱離性基を有さない場合(好ましくは、後述する式(1)においてYが−C(=O)−OH又は−OHである場合)は、構成単位(D)自体が酸性であるため、構成単位(D)はアルカリに対する親和性が向上し、レジストのラインエッジラフネスや焦点深度等のプロセスマージンが良好となる。
そのため、構成単位(D)を含む重合体(P)はレジスト用として好適であり、特にポジ型の化学増幅型のレジスト用として好適である。
構成単位(D)としては、例えば、レジストに必要とされる焦点深度等のプロセスマージンの点で式(1)で表されるものが好ましい。
Figure 2008095087
式(1)中のh1は0又は1である。レジスト組成物の解像度の点でh1は0が好ましく、ディフェクトやレジスト感度の点でh1は1が好ましい。
h2は1〜4の整数を表す。h2はレジスト組成物の解像度の点で1が好ましく、レジスト組成物のディフェクトやレジストの感度の点で2〜4が好ましい。
g1は0又は1であり、g2は0〜20の整数である。
また、h1=1の場合、g2はレジスト組成物の解像度の点で1〜4が好ましい。また、g3は0又は1である。R10は水素原子又はメチル基を表す。
は単結合、−C(=O)−O−、−O−又は−O−C(=O)−のいずれかを表す。中でも、重合性の点で−C(=O)−O−又は−O−C(=O)−が好ましい。
は単結合又は炭素数1〜20の直鎖、分岐、若しくは環状の2価の炭化水素基を表し、この2価の炭化水素基は置換基及びヘテロ原子から選ばれる少なくとも1種を有していてもよい。
は重合体(P)の有機溶媒への溶解性の点で炭素数1〜4の直鎖若しくは分岐の2価の炭化水素基、−(CHCHO)g21−又は−(CHCH(CH)O)g22−が好ましい。ここで、g21及びg22はそれぞれ1〜5の整数を表し、レジスト組成物の解像度の点でg21及びg22はそれぞれ1又は2が好ましい。
また、Lはレジストのドライエッチング耐性の点で式(1−11)〜式(1−14)から選ばれる少なくとも1種が好ましい。
Figure 2008095087
式(1−11)〜式(1−14)中、R111〜R116はそれぞれ独立に水素原子又は炭素数1〜3のアルキル基を表す。
また、ZはL中の炭素原子と環式炭化水素基を構成する原子団を表す。
尚、式(1−11)〜式(1−14)中、左上の結合手はGに、右下の結合手はLと結合したカルボキシル残基の酸素原子にそれぞれ結合する。
更に、Gが−C(=O)−O−の場合、レジストの感度の点でLは−C(CH−、−C(CH−CH−、−C(CH)(CHCH)−、式(1−11)及び式(1−12)の中から選ばれる少なくとも1種が好ましい。
また、h1=1の場合、レジストの感度の点でLは−C(CH−、−CH−C(CH−、−C(CH)(CHCH)−、式(1−13)及び式(1−14)の中から選ばれる少なくとも1種がより好ましい。
11及びR12はそれぞれ独立に水素原子、炭素数1〜6の直鎖若しくは分岐アルキル基、ヒドロキシ基、カルボキシ基又は炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基或いはR11とR12とが一緒になって−O−、−S−、−NH−又は鎖長1〜6のメチレン鎖を表す。
h1=1の場合、重合体(P)のエキシマレーザー光に対する透明性やレジスト組成物の解像度の点でR11及びR12はそれぞれ独立に水素原子又は炭素数1〜4の直鎖若しくは分岐アルキル基が好ましい。
また、Yは−C(=O)−OH、−OH又は酸脱離性基を表す。
Yはレジスト組成物のディフェクト及び感度並びにレジストのラインエッジラフネスの点で−C(=O)−OH又は−OHが好ましく、レジスト組成物の保存安定性の点で式(1−2)〜式(1−5)で表される酸脱離性基が好ましい。
Figure 2008095087
式(1−2)及び式(1−4)中、R121、R122及びR123並びにR141、R142及びR143は、(i)それぞれ独立に炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基若しくはその誘導体又は炭素数1〜4の直鎖若しくは分岐のアルキル基を表し、且つ、R121、R122及びR123並びにR141、R142及びR143のうち少なくとも1つが上記脂環式炭化水素基又はその誘導体であるか、或いは(ii)R121、R122及びR123並びにR141、R142及びR143のうち何れか2つが互いに結合して、それぞれが結合している炭素原子と共に、炭素数4〜20の2価の脂環式炭化水素基又はその誘導体を形成し、R121、R122及びR123並びにR141、R142及びR143のうち結合に関与しなかった残りの1つは炭素数1〜4の直鎖若しくは分岐のアルキル基又は炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基若しくはその誘導体を表す。
式(1−3)及び式(1−5)中、R133及びR153は、(i)それぞれ独立に炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基若しくはその誘導体又は炭素数1〜4の直鎖若しくは分岐のアルキル基を表し、R131、R132、R151及びR152はそれぞれ独立に水素原子又は炭素数1〜4の直鎖若しくは分岐のアルキル基を表すか、或いは(ii)R131とR133若しくはR132とR133又はR151とR153若しくはR152とR153の2つが互いに結合して、それぞれが結合している炭素原子と共に、炭素数4〜20の2価の脂環式炭化水素基又はその誘導体を形成し、R131、R132、R151及びR152のうち結合に関与しなかった残りの1つは水素原子を表す。
式(1)中のg4は0又は1であり、Yが式(1−2)〜式(1−4)のいずれか1種の場合、重合体(P)のエキシマレーザー光に対する透明性やレジスト組成物の感度の点で1が好ましく、Yが式(1−5)の場合、重合体(P)のエキシマレーザー光に対する透明性やレジスト組成物の感度の点で0が好ましい。
は単結合又は炭素数1〜20の直鎖、分岐若しくは環状の2価の炭化水素基を表し、この2価の炭化水素基は置換基及びヘテロ原子から選ばれる少なくとも1種を有していてもよい。ここで、置換基としては−C(CF−OH、ヒドロキシ基、シアノ基、カルボキシ基、炭素数1〜6のアシル基、炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基及びアミノ基等が挙げられる。ヘテロ原子としては硫黄原子、窒素原子及びリン原子等が挙げられる。
また、Lは、g4=1の場合、重合体(P)の有機溶媒への溶解性の点で炭素数1〜4の直鎖又は分岐の2価の炭化水素基、−(OCHCHg31−又は−(OCHCH(CH))g32−が好ましい。ここで、g31及びg32はそれぞれ独立に1〜5の整数を表し、レジスト組成物の解像度の点で1又は2が好ましい。
10はレジスト組成物のディフェクト低減及びレジストのパターン矩形性の点でヒドロキシ基又は置換基としてヒドロキシ基若しくはシアノ基を有する炭素数1〜6の直鎖若しくは分岐アルキル基が好ましい。
h11はレジスト組成物の解像度の点で0が好ましい。
式(1)で表されるナフタレン骨格を有する構成単位(D)は、重合体(P)のエキシマレーザー光(ArFエキシマレーザー光、KrFエキシマレーザー光等)等の250nm以下の波長の光に対する透明性の点で、式(7−1)で表されるものが好ましい。
Figure 2008095087
式(7−1)中、R10、R11、R12、G、L、L、X10、Y、h1、h11、g1、g2、g3及びg4はそれぞれ式(1)と同義である。
構成単位(D)は1種で又は2種以上を併用して使用することができる。
構成単位(D)を含有する重合体(P)は構成単位(D)を与える単量体(d)を含む単量体を重合することによって製造することができる。
単量体(d)としては、例えば、式(8−1)〜式(8−75)で表される単量体が挙げられる。式(8−1)〜式(8−75)中、Rは水素原子又はメチル基を表す。
Figure 2008095087
Figure 2008095087
Figure 2008095087
Figure 2008095087
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Figure 2008095087
Figure 2008095087
Figure 2008095087
Figure 2008095087
Figure 2008095087
Figure 2008095087
Figure 2008095087
これらの中で、レジスト組成物のディフェクトやレジストのラインエッジラフネスの点で式(8−1)〜式(8−30)、式(8−38)〜式(8−52)及び式(8−60)〜式(8−70)で表される単量体並びにこれらの幾何異性体及び光学異性体が好ましい。
また、レジスト組成物の感度の点で式(8−11)、式(8−12)、式(8−15)〜式(8−20)、式(8−23)〜式(8−28)、式(8−46)、式(8−47)、式(8−49)〜式(8−52)及び式(8−69)で表される単量体並びにこれらの幾何異性体及び光学異性体が好ましい。
また、レジスト組成物の保存安定性の点で式(8−31)〜式(8−37)、式(8−53)〜式(8−59)及び式(8−71)〜式(8−75)で表される単量体並びにこれらの幾何異性体及び光学異性体が好ましい。
重合体(P)又は重合体(P)は上述の構成単位(A)〜(D)以外に、必要に応じて、その他の構成単位(E)を含有してもよい。
構成単位(E)としては、例えば、酸脱離性基及び親水性基を有さず脂環式骨格(非極性脂環式骨格)を有する構成単位(E1)が挙げられる。
ここで脂環式骨格とは環状の飽和炭化水素基を1個以上有する骨格である。
構成単位(E1)はレジストのドライエッチング耐性を発現する作用を奏する傾向にある。
構成単位(E1)は1種で又は2種以上を併用して使用できる。
構成単位(E1)としてはレジストのドライエッチング耐性の点で式(11−1)〜式(11−4)で表される構成単位が好ましい。
Figure 2008095087
式(11−1)〜式(11−4)中、R301、R302、R303及びR304はそれぞれ独立に水素原子又はメチル基を表す。
また、X301、X302、X303及びX304はそれぞれ独立に炭素数1〜6の直鎖又は分岐アルキル基を表し、これらが結合する位置は環のどこでもよい。
n301、n302、n303及びn304はそれぞれ独立に0〜4の整数を表す。尚、n301、n302、n303及びn304が2以上の場合には、X301、X302、X303及びX304は複数の異なる基を有することができる。
p及びp1はそれぞれ独立に0〜2の整数を表す。
また、n301、n302、n303及びn304はレジストのドライエッチング耐性の点で0が好ましい。
p及びp1は重合体(P)の有機溶媒への溶解性の点で0が好ましく、レジストのドライエッチング耐性の点で1が好ましい。
構成単位(E1)を含有する重合体(P)は非極性脂環式骨格を有する単量体(e1)を含む単量体を重合することによって製造できる。
単量体(e1)としては、例えば、シクロヘキシル、(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、ノルボルニル(メタ)アクリレート、アダマンチル(メタ)アクリレート、トリシクロデカニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタジエニル(メタ)アクリレート及びこれらの化合物の脂環式骨格上に炭素数1〜6の直鎖若しくは分岐アルキル基を有する誘導体が挙げられる。
単量体(e1)としては、例えば、式(14−1)〜式(14−5)で表される単量体が挙げられる。式(14−1)〜式(14−5)中、Rは水素原子又はメチル基を表す。
また、上記単量体の他に、脂環式骨格としてノルボルネン等のシクロオレフィン構造を有するものが挙げられる。
Figure 2008095087
重合体(P)又は重合体(P)は、更に、構成単位(E)として構成単位(E1)以外の構成単位(E2)を含有してもよい。
構成単位(E2)を含有する重合体(P)は単量体(e2)を含む単量体を重合することによって製造できる。
単量体(e2)としては、例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、n−プロピル(メタ)アクリレート、イソプロピル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、2−エトキシエチル(メタ)アクリレート、2,2,2−トリフルオロエチル(メタ)アクリレート、2,2,3,3−テトラフルオロ−n−プロピル(メタ)アクリレート、2,2,3,3,3−ペンタフルオロ−n−プロピル(メタ)アクリレート、メチルα−(トリ)フルオロメチルアクリレート、エチルα−(トリ)フルオロメチルアクリレート、2−エチルヘキシルα−(トリ)フルオロメチルアクリレート、n−プロピルα−(トリ)フルオロメタクリレート、iso−プロピルα−(トリ)フルオロメチルアクリレート、n−ブチルα−(トリ)フルオロメチルアクリレート、iso−ブチルα−(トリ)フルオロメチルアクリレート等の直鎖若しくは分岐構造を持つ(メタ)アクリレート又はα−フッ素置換(メタ)アクリレート;スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、p−tert−ぺルフルオロブチルスチレン等の芳香族アルケニル化合物;無水マレイン酸、無水イタコン酸等のカルボン酸無水物;エチレン、プロピレン、テトラフルオロエチレン、アクリルアミド、N−メチルアクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、塩化ビニル、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン及びビニルピロリドンが挙げられる。
構成単位(E)の含有量は重合体(P)又は重合体(P)の全構成単位に対して20モル%以下が好ましい。
重合体(P)又は重合体(P)は、上記に挙げた構成単位(A)〜(E)の中でレジスト用、特にポジ型の化学増幅型のレジスト用として好適とするためには、構成単位(A)と構成単位(B)とを含有することが好ましい。
重合体(P)又は重合体(P)中の構成単位(A)と構成単位(B)の好ましい組み合わせとしては表1〜4に列挙するものが挙げられる。
Figure 2008095087
Figure 2008095087
Figure 2008095087
Figure 2008095087
また、構成単位(A)はレジスト組成物のディフェクトの点で式(10−1)及び式(10−3)からなる群より選ばれる1種以上と式(10−7)、式(10−8)、式(10−10)、式(10−12)、式(10−17)及び式(10−19)からなる群より選ばれる1種以上とを併用できる。
更に、パターン矩形性の点で重合体(P)又は重合体(P)は表1〜表4に列挙した構成単位(A)と構成単位(B)の組み合わせに加えて、構成単位(C)として式(13−1)、式(13−26)、式(13−27)、式(13−30)、式(13−31)及び式(13−68)からなる群より選ばれる1つの単量体から得られる構成単位を加えた3種の構成単位を有する組み合わせ(以下、「組み合わせ(1)」という)のものが好ましい。
また、ドライエッチング耐性の点で表1〜表4に列挙した組み合わせ又は組み合わせ(1)に構成単位(E1)として式(14−1)及び式(14−3)からなる群より選ばれる1種以上の単量体を加えた組み合わせのものが好ましい。
重合体(P)又は重合体(P)の質量平均分子量はレジストのドライエッチング耐性及びパターン形状の点で1,000以上が好ましく、2,000以上がより好ましく、3,000以上が更に好ましい。
また、重合体(P)又は重合体(P)の質量平均分子量はレジスト溶液に対する重合体(P)又は重合体(P)の溶解性及びレジスト組成物の解像度の点で100,000以下が好ましく、50,000以下がより好ましく、30,000以下が更に好ましく、20,000以下が特に好ましい。
重合体(P)又は重合体(P)の分子量分布(Mw/Mn)はレジスト溶液に対する重合体(P)又は重合体(P)の溶解性及びレジスト組成物の解像度の点で2.5以下が好ましく、2.3以下がより好ましく、2.0以下が特に好ましい。
本発明の重合体(P)の製造方法としては、例えば、以下に示す3つの方法が挙げられる。
方法(1):構成単位(G)を含有する重合体(P)と構成単位(A)を含有する重合体(P)との反応工程(R1)を経ることにより重合体(P)を製造する方法。
方法(2):構成単位(G)を含有する幹重合体としての重合体(P)とビニル単量体(m)との反応工程(R2GA)と、その後のビニル単量体(v)の重合によって枝重合体を生成させる重合工程(P2GA)を経ることにより重合体(P)を製造する方法。
方法(3):構成単位(A)を含有する幹重合体としての重合体(P)とビニル単量体(m)との反応工程(R3AG)と、その後のビニル単量体(v)の重合によって枝重合体を生成させる重合工程(P3AG)を経ることにより重合体(P)を製造する方法。
以下に重合体(P)又は重合体(P)の製造方法について説明する。
重合体(P)又は重合体(P)を製造する方法としては塊状重合、溶液重合、懸濁重合、乳化重合等の公知の重合方法を用いることができる。中でも、比較的低分子量の重合体を得やすい点で溶液重合が好ましい。
また、溶液重合は一括重合でも滴下重合でもよいが、単量体を重合容器中に滴下する滴下重合が好ましい。滴下する単量体は単量体単独又は単量体を有機溶媒に溶解させた溶液のいずれでもよい。
滴下重合法としては、例えば、有機溶媒を予め重合容器に仕込み(以下、この有機溶媒を「仕込み溶媒」という)、所定の重合温度まで加熱した後、単量体や重合開始剤をそれぞれ単独又は任意の組み合わせで有機溶媒に溶解させた溶液(以下、この有機溶媒を「滴下溶媒」という)を仕込み溶媒中に滴下する方法が挙げられる。
滴下方法はこれには限定されない。単量体は滴下溶媒に溶解させずに滴下することもでき、その場合、重合開始剤は単量体中又は滴下溶媒中に溶解させることができる。また、単量体や重合開始剤は仕込み溶媒が存在しない重合容器中に滴下することができる。
単量体と重合開始剤はそれぞれ独立した貯槽から所定の重合温度まで加熱された仕込み溶媒中へ直接滴下してもよいし、単量体と重合開始剤を滴下する直前で混合し、仕込み溶媒中へ滴下してもよい。
また、単量体の一部を仕込み溶媒と共に予め重合容器に仕込んでおいてもよい。
更に、単量体と重合開始剤を仕込み溶媒中へ滴下する方法としては、単量体を先に滴下した後に重合開始剤を滴下する方法、重合開始剤を先に滴下した後に単量体を滴下する方法又は単量体と重合開始剤を同じタイミングで滴下する方法のいずれでもよい。
また、これらの滴下速度は滴下終了まで一定の速度とする方法、単量体や重合開始剤の消費速度に応じて多段階に速度を変化させる方法又は間欠的に滴下を実施する方法のいずれでもよい。
滴下重合法における重合温度は50〜150℃が好ましい。
滴下重合法において用いられる有機溶媒(以下、「重合用溶媒」という)としては公知の溶媒が使用でき、例えば、ジエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル等の鎖状エーテル及びテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン等の環状エーテル等のエーテル類;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、乳酸ブチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、γ−ブチロラクトン等のエステル類;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類;N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド等のアミド類;ジメチルスルホキシド等のスルホキシド類;ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素、ヘキサン等の脂肪族炭化水素、シクロヘキサン等の脂環式炭化水素等の炭化水素類及びこれらの混合溶媒が挙げられる。
これらの中で、低分子量の重合体を得る場合は乳酸エチル等の水酸基含有エステルが好ましい。
また、これらの溶媒は1種で又は2種以上を併用して使用できる。
重合用溶媒の使用量は、通常、重合に使用する単量体全量100質量部に対して30〜700質量部で使用される。
滴下重合法においては、重合用溶媒を2種以上使用する場合、滴下溶媒と仕込み溶媒における重合用溶媒の混合比は任意の割合で設定できる。
重合用溶媒中に滴下する単量体溶液の単量体濃度は5〜50質量%が好ましい。
尚、仕込み溶媒の量は、通常は、重合に使用する単量体全量100質量部に対して30〜700質量部で使用される。
重合開始剤としては熱により効率的にラジカルを発生するものが好ましい。このような重合開始剤(以下、「重合開始剤A」という)としては、例えば、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、ジメチル−2,2’−アゾビスイソブチレート、2,2’−アゾビス[2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン]等のアゾ化合物;2,5−ジメチル−2,5−ビス(tert−ブチルパーオキシ)ヘキサン、ジ(4−tert−ブチルシクロヘキシル)パーオキシジカーボネート等の有機過酸化物が挙げられる。
これらの中で、ArFエキシマレーザー(波長:193nm)を用いるリソグラフィー用途に使用する場合にはレジスト組成物の感度の点でDAIBが好ましい。
重合体(P)又は重合体(P)をArFエキシマレーザー(波長:193nm)を用いるリソグラフィー用途に使用する場合には、光線透過率(波長193nmの光に対する透過率)をできるだけ低下させないために、重合開始剤Aとしては分子構造中に芳香環を有しないものを用いることが好ましい。
更に、重合時の安全性等を考慮すると重合開始剤Aは10時間半減期温度が60℃以上のものが好ましい。
重合開始剤Aの使用量は、重合体(P)又は重合体(P)の収率を高くするために、重合に使用する単量体全量100モル部に対して0.3モル部以上が好ましく、1モル部以上がより好ましい。また、重合開始剤Aの使用量は、重合体(P)又は重合体(P)の分子量分布を狭くするために、重合に使用する単量体全量100モル部に対して30モル部以下が好ましい。
重合体(P)又は重合体(P)をリソグラフィー用途に使用する場合にはレジスト組成物の保存安定性を妨げない範囲で連鎖移動剤(以下、「連鎖移動剤A」という)を使用してもよい。
このような連鎖移動剤Aとしては、例えば、1−ブタンチオール、2−ブタンチオール、1−オクタンチオール、1−デカンチオール、1−テトラデカンチオール、シクロヘキサンチオール、2−メチル−1−プロパンチオール及び2−ヒドロキシエチルメルカプタンが挙げられる。
ArFエキシマレーザー(波長:193nm)を用いるリソグラフィー用途に使用する場合には、光線透過率(波長193nmの光に対する透過率)をできるだけ低下させないために、連鎖移動剤Aは芳香環を有さないものが好ましい。
溶液重合によって製造された重合体溶液は、必要に応じて、重合用溶媒で希釈して適当な溶液粘度にした後、メタノール、水、ヘキサン、ヘプタン等の多量の貧溶媒中に滴下して重合体(P)又は重合体(P)を析出させることができる。
重合体(P)又は重合体(P)の析出は重合体溶液中に残存する単量体や重合開始剤等の未反応物を取り除くために非常に有効である。これらの未反応物がそのまま残存しているとレジスト性能に悪影響を及ぼす可能性があるので、重合体(P)又は重合体(P)をリソグラフィー用途に使用する場合にはできるだけ未反応物を取り除くことが好ましい。
重合体(P)又は重合体(P)の析出物は必要に応じて濾別、乾燥を行って、重合体(P)又は重合体(P)の粉体を得ることができる。
また、析出の後、濾別を行い、続いて溶剤への再溶解、再溶解した溶液の濃縮を順次行って、重合体(P)又は重合体(P)の溶液を得ることができる。
上記の工程の一部又は全部を経て製造された重合体(P)又は重合体(P)の湿粉、乾燥粉又は溶液はそのまま又は適当な溶剤で希釈して、後述する反応工程の原料として使える。その際、保存安定剤等の添加剤を適宜添加してもよい。
次に、前述した重合体(P)の製造法の1つである方法(1)について説明する。
方法(1)は重合体(P)と重合体(P)との反応工程(R1)を経て重合体(P)を製造する方法である。
反応工程(R1)
反応工程(R1)に用いる重合体(P)又は重合体(P)の状態としては、反応効率の点で少なくともいずれか一方は重合体溶液であることが好ましく、いずれも重合体溶液であることがより好ましい。
反応工程(R1)は、グリシジル基とカルボキシル基又はカルボン酸無水物基とを反応させる、公知の酸−エポキシ反応の方法と同様に行うことができる。
上記反応は重合体(P)と重合体(P)のいずれも溶解できる有機溶媒、例えば前述の重合用溶媒中で実施するのが好ましい。
反応温度は好ましくは30〜120℃であり、より好ましくは40〜100℃である。反応時間は、重合体(P)や重合体(P)に含まれるグリシジル基並びにカルボキシル基及び酸無水物基から選ばれる少なくとも1種の含有量、触媒の種類、反応温度等により好適な範囲が異なるが、例えば0.1〜24時間とすることができる。
また、重合体(P)と重合体(P)との熱硬化反応を促進するために、例えば、ベンジルトリメチルアンモニウムクロライド、ベンジルトリメチルアンモニウムブロマイド、テトラエチルホスホニウムブロマイド及びベンジルトリフェニルホスホニウムクロライドの酸基とエポキシ基のエステル化反応に用いられる公知の触媒を添加することができる。反応終了後に、カルボン酸又はカルボン酸無水物を有する低分子化合物を添加し、反応溶液中に残存する未反応のエポキシ基を完全に消失させるのが好ましい。また、エポキシ基の消失に用いた過剰のカルボン酸又はカルボン酸無水物を有する低分子化合物や触媒等を除去するために、必要に応じて、重合用溶媒で希釈して適当な溶液粘度にした後、メタノール、水、ヘキサン、ヘプタン等の多量の貧溶媒中に滴下して重合体(P)を析出させることができる。
重合体(P)の析出物は、必要に応じて、濾別、乾燥を行って、重合体(P)の粉体として得ることができる。
また、析出の後、濾別を行い、続いて溶剤への再溶解、再溶解した溶液の濃縮を順次行って、重合体(P)の溶液を得ることができる。
上記の工程の一部又は全部を経て製造された重合体(P)の湿粉、乾燥粉又は溶液はそのまま又は適当な溶剤で希釈して、後述する反応工程の原料として使える。その際、保存安定剤等の添加剤を適宜添加してもよい。
上記反応工程(R1)を経ることで、重合体(P)に含まれるグリシジル基と重合体(P)に含まれるカルボキシル基及び酸無水物基から選ばれる少なくとも1種とが酸−エポキシ反応によって架橋し、式(1)の構成単位を含有する重合体(P)が製造される。
このようにして製造された重合体(P)を使用した半導体用のレジスト組成物のディフェクトやレジストのラインエッジラフネス又はカラーフィルター用のレジスト組成物の顔料分散性や現像性の点で、下記(イ)及び(ロ)から選ばれる少なくとも1種と下記(ハ)〜(チ)から選ばれる少なくとも1種とを反応させる場合において、(ハ)〜(チ)の質量平均分子量が(イ)及び(ロ)の質量平均分子量よりも小さいことが好ましい。
(イ)グリシジル基を有する構成単位を与えるビニル単量体(m)を含む単量体を重合して製造された重合体(P)(以下、「重合体(P−m)」という)
(ロ)分子末端以外にグリシジル基を有するポリエステル樹脂である重合体(P)(以下、「重合体(P−Eb)」という)
(ハ)カルボキシル基及び酸無水物基から選ばれる少なくとも1種を有する重合開始剤(iac)を含む単量体を重合して製造された重合体(P)(以下、「重合体(P−i)」という)
(ニ)カルボキシル基及び酸無水物基から選ばれる少なくとも1種を有する連鎖移動剤(cac)を含む単量体を重合して製造された重合体(P)(以下、「重合体(P−c)」という)
(ホ)単量体の重合中に、カルボキシル基及び酸無水物基から選ばれる少なくとも1種を有する重合停止剤(tac)を添加して製造された重合体(P)(以下、「重合体(P−t)」という)
(ヘ)分子末端にカルボキシル基及び酸無水物基から選ばれる少なくとも1種を有するポリエステル樹脂である重合体(P)(以下、重合体「(P−Ee)」という)
(ト)カルボキシル基及び酸無水物基から選ばれる少なくとも1種を有する構成単位を与えるビニル単量体(m)を含む単量体を重合して製造された重合体(P)(以下、「重合体(P−m)」という)
(チ)分子末端以外にカルボキシル基及び酸無水物基から選ばれる少なくとも1種を有するポリエステル樹脂である重合体(P)(以下、重合体「(P−Eb)」という)
また、上記の重合体(P−m)及び重合体(P−Eb)から選ばれる少なくとも1種と下記(リ)〜(オ)から選ばれる少なくとも1種とを反応させる場合においては、(リ)〜(オ)の質量平均分子量が重合体(P−m)及び重合体(P−Eb)の質量平均分子量よりも小さいことが好ましい。
(リ)グリシジル基を有する重合開始剤(iac)を含む単量体を重合して製造された重合体(P)(以下、「重合体(P−i)」という)
(ヌ)グリシジル基を有する連鎖移動剤(cac)を含む単量体を重合して製造された重合体(P)(以下、「重合体(P−c)」という)
(ル)単量体の重合中にグリシジル基を有する重合停止剤(tac)を添加して製造された重合体(P)(以下、「重合体(P−t)」という)
(オ)分子末端にグリシジル基を有するポリエステル樹脂である重合体(P)(以下、「重合体(P−Ee)」という)
また、このようにして製造された重合体(P)を使用した半導体用のレジスト組成物のディフェクトやレジストのラインエッジラフネスの点で、重合体(P−m)及び重合体(P−Eb)から選ばれる少なくとも1種と重合体(P−i)、重合体(P−c)、重合体(P−t)、重合体(P−Ee)、重合体(P−m)及び重合体(P−Eb)から選ばれる少なくとも1種とを反応させる場合においては、後者(重合体(P−i)、重合体(P−c)、重合体(P−t)、重合体(P−Ee)、重合体(P−m)及び重合体(P−Eb))の重合体に含有される酸脱離性基を有する構成単位(B)及び親水性基を有する構成単位(C)から選ばれる少なくとも1種の共重合組成比が前者(重合体(P−m)及び重合体(P−Eb))の構成単位(B)及び構成単位(C)から選ばれる少なくとも1種の共重合組成比よりも大きいことが好ましい。
また、重合体(P−m)及び重合体(P−Eb)から選ばれる少なくとも1種と重合体(P−i)、重合体(P−c)、重合体(P−t)及び重合体(P−Ee)から選ばれる少なくとも1種とを反応させる場合においては、後者(重合体(P−i)、重合体(P−c)、重合体(P−t)、重合体(P−Ee))の構成単位(B)及び構成単位(C)から選ばれる少なくとも1種が前者(重合体(P−m)及び重合体(P−Eb))の構成単位(B)及び構成単位(C)から選ばれる少なくとも1種の共重合組成比よりも大きいことが好ましい。
また、このようにして製造された重合体(P)を使用したカラーフィルター用のレジスト組成物の顔料分散性や現像性の点で、重合体(P−m)及び重合体(P−Eb)から選ばれる少なくとも1種と重合体(P−i)、重合体(P−c)、重合体(P−t)、重合体(P−Ee)、重合体(P−m)及び重合体(P−Eb)から選ばれる少なくとも1種とを反応させることが好ましい。
中でも、重合体(P−m)及び重合体(P−Eb)から選ばれる少なくとも1種と重合体(P−m)及び重合体(P−Eb)から選ばれる少なくとも1種とを反応させることがより好ましい。
次に、前述した重合体(P)の製造法の1つである方法(2)について説明する。
方法(2)は幹重合体としての重合体(P)とビニル単量体(m)との反応工程(R2GA)とその後のビニル単量体(v)の重合によって枝重合体を生成させる重合工程(P2GA)を経て重合体(P)を製造する方法である。
反応工程(R2 GA
反応に用いる重合体(P)の状態は反応効率の点で重合体溶液であることが好ましい。
重合体(P)とビニル単量体(m)との反応工程(R2GA)における反応は前述の重合体(P)と重合体(P)との反応工程(R1)の場合と同様に取り扱うことができる。
上記反応を行うことで、重合体(P)に含まれるグリシジル基とビニル単量体(m)に含まれるカルボキシル基及び酸無水物基から選ばれる少なくとも1種との酸−エポキシ反応によって式(2)の構成単位を含有しビニル単量体(m)由来のエチレン性二重結合を有する反応性重合体(RP2GA)が製造される。
反応工程(R2GA)を経て製造された反応性重合体(RP2GA)の溶液は、重合用溶媒で希釈して適当な溶液粘度にした後、メタノール、水、ヘキサン、ヘプタン等の多量の貧溶媒中に滴下して反応性重合体(RP2GA)を析出させることができる。
重合体の析出物は必要に応じて濾別、乾燥を行って、反応性重合体(RP2GA)の粉体を得ることができる。
また、析出の後、濾別を行い、続いて溶剤への再溶解、再溶解した溶液の濃縮を順次行って、反応性重合体(RP2GA)の溶液を得ることができる。
上記の工程の一部又は全部を経て製造された反応性重合体(RP2GA)の湿粉、乾燥粉又は溶液はそのまま又は適当な溶剤で希釈して、後述する反応工程の原料として使える。その際、保存安定剤等の添加剤を適宜添加してもよい。
重合工程(P2 GA
ビニル単量体(v)
ビニル単量体(v)としては、例えば、前述の単量体(a)、単量体(b)、単量体(c)、単量体(d)、単量体(e1)及び単量体(e2)等が挙げられる。
前記の反応工程(R2GA)を経て製造された反応性重合体(RP2GA)とビニル単量体(v)の重合方法としては塊状重合、溶液重合、懸濁重合、乳化重合等の公知の重合方法が挙げられる。
これらの中では、反応性重合体(RP2GA)に含まれるエチレン性二重結合を起点として生成される枝重合体の分子量を小さくできる点で溶液重合が好ましい。また、溶液重合は一括重合でも滴下重合でもよい。
これらの中で、少なくともビニル単量体(v)を重合容器中に滴下する滴下重合が好ましい。滴下する単量体は単量体単独又は単量体を有機溶媒に溶解させた溶液のいずれでもよい。
また、反応性重合体(RP2GA)はビニル単量体(v)と同様に重合容器中に滴下してもよいし、予め重合容器に仕込んでおいてもよい。
滴下重合は重合体(P)又は重合体(P)を製造するときと同様の滴下の方法、重合温度、有機溶媒の種類及び量、重合開始剤の種類及び使用量並びに連鎖移動剤の種類及び使用量で実施できる。
また、得られた重合体(P)の析出法、析出物の濾過、乾燥を含めた各種処理法及び重合体(P)の湿粉、乾燥粉又は溶液の取り扱い方法並びにその際の各種添加剤の添加については重合体(P)又は重合体(P)の場合と同様に取り扱うことができる。
また、反応性重合体(RP2GA)に結合している枝重合体の質量平均分子量は、半導体用のレジスト組成物のディフェクト、レジストのラインエッジラフネス並びにカラーフィルター用のレジスト組成物の顔料分散性及び現像性の点で、反応性重合体(RP2GA)の質量平均分子量よりも小さいことが好ましい。
本発明の重合体(P)を半導体用のレジスト用の重合体として用いる場合には、反応性重合体(RP2GA)に結合している枝重合体に含有される構成単位(B)及び構成単位(C)から選ばれる少なくとも1種の共重合組成比はレジスト組成物のディフェクトやレジストのラインエッジラフネスの点で反応性重合体(RP2GA)に含有される構成単位(B)及び構成単位(C)から選ばれる少なくとも1種の共重合組成比よりも大きいことが好ましい。
また、本発明の重合体(P)をカラーフィルターレジスト用の重合体として用いる場合には、反応性重合体(RP2GA)に結合している枝重合体に含有される構成単位(C)の共重合組成比はレジスト組成物の顔料分散性や現像性の点で反応性重合体(RP2GA)に含有される構成単位(C)の共重合組成比よりも大きいことが好ましい。
次に、前述した重合体(P)の製造法の1つである方法(3)について説明する。
方法(3)は幹重合体としての重合体(P)とビニル単量体(m)との反応工程(R3AG)とその後のビニル単量体(v)の重合によって枝重合体を生成させる重合工程(P3AG)を経て重合体(P)を製造する方法である。
反応工程(R3 AG
反応に用いる重合体(P)の状態は反応効率の点で重合体溶液であることが好ましい。
重合体(P)とビニル単量体(m)との反応工程(R3AG)における反応は前記の重合体(P)とビニル単量体(m)との反応工程(R2GA)の場合と同様に取り扱うことができる。
上記反応を行うことで、重合体(P)に含まれるカルボキシル基及び酸無水物基から選ばれる少なくとも1種とビニル単量体(m)に含まれるグリシジル基との酸−エポキシ反応によって式(2)の構成単位を含有しビニル単量体(m)由来のエチレン性二重結合を有する反応性重合体(RP3AG)が製造される。
反応工程(R3AG)を経て製造された反応性重合体(RP3AG)の溶液は重合用溶媒で希釈して適当な溶液粘度にした後、メタノール、水、ヘキサン、ヘプタン等の多量の貧溶媒中に滴下して反応性重合体(RP3AG)を析出させることができる。
重合体の析出物は必要に応じて濾別、乾燥を行って、反応性重合体(RP3AG)の粉体として得ることができる。
また、析出の後、濾別を行い、続いて溶剤への再溶解、再溶解した溶液の濃縮を順次行って、反応性重合体(RP3AG)の溶液を得ることができる。
上記の工程の一部又は全部を経て製造された反応性重合体(RP3AG)の湿粉、乾燥粉又は溶液はそのまま又は適当な溶剤で希釈して後述する反応工程の原料として使える。その際、保存安定剤等の添加剤を適宜添加してもよい。
重合工程(P3 AG
重合工程(P3AG)における重合は重合工程(P2GA)の場合と同様に取り扱うことができる。
また、得られた重合体(P)の析出法、析出物の濾過、乾燥を含めた各種処理法及び重合体(P)の湿粉、乾燥粉又は溶液の取り扱い方法並びにその際の各種添加剤の添加も重合体(P)又は重合体(P)の場合と同様に取り扱うことができる。
また、反応性重合体(RP3AG)に結合している枝重合体の質量平均分子量は、レジスト組成物のディフェクト、レジストのラインエッジラフネス並びにカラーフィルター用レジスト組成物の顔料分散性及び現像性の点で、反応性重合体(RP3AG)の質量平均分子量よりも小さいことが好ましい。
本発明の重合体(P)を半導体レジスト用の重合体として用いる場合には、反応性重合体(RP3AG)に結合している枝重合体に含有される構成単位(B)及び構成単位(C)から選ばれる少なくとも1種の共重合組成比はレジスト組成物のディフェクトやレジストのラインエッジラフネスの点で反応性重合体(RP3AG)に含有される構成単位(B)及び構成単位(C)から選ばれる少なくとも1種の共重合組成比よりも大きいことが好ましい。
また、本発明の重合体(P)をカラーフィルターレジスト用の重合体として用いる場合には、反応性重合体(RP3AG)に結合している枝重合体に含有される構成単位(C)の共重合組成比はレジスト組成物の顔料分散性や現像性の点で反応性重合体(RP3AG)に含有される構成単位(C)の共重合組成比よりも大きいことが好ましい。
レジスト組成物
本発明のレジスト組成物は重合体(P)を含有する。
本発明のレジスト組成物は重合体(P)を溶媒に溶解したものを使用できる。また、溶液重合等によって得られた重合体溶液から重合体を分離することなく、この重合体溶液をそのままレジスト組成物の調製に使用することもできる。更に、この重合体溶液を適当な溶媒で希釈して、又は濃縮してレジスト組成物の調製に使用することができる。
また、重合体(P)の溶液を貧溶媒中に滴下して重合体(P)を析出させて得られた重合体を濾別した後、乾燥せずに湿粉のままレジスト組成物の調製に使用することもできる。更に、この重合体湿粉を適当な溶媒に溶解した後、濃縮した重合体溶液をレジスト組成物の調製に使用することができる。
溶媒としては、例えば、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、2−ペンタノン、2−ヘキサノン等の直鎖又は分岐鎖ケトン類;シクロペンタノン、シクロヘキサノン等の環状ケトン類;プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート等のプロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類;エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート等のエチレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類;プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等のプロピレングリコールモノアルキルエーテル類;エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル等のエチレングリコールモノアルキルエーテル類;ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル等のジエチレングリコールアルキルエーテル類;酢酸エチル、乳酸エチル等のエステル類;n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、n−ブチルアルコール、シクロヘキサノール、1−オクタノール等のアルコール類;ペンタン、2−メチルブタン、n−ヘキサン、2−メチルペンタン、2,2−ジブチルブタン、2,3−ジブチルブタン、n−ヘプタン、n−オクタン、イソオクタン、2,2,3−トリメチルペンタン、n−ノナン、2,2,5−トリメチルヘキサン、n−デカン、n−ドデカン等の炭素数5〜11の脂肪族炭化水素系溶媒;1,4−ジオキサン、炭酸エチレン及びγ−ブチロラクトンが挙げられる。
これらの溶媒は1種で又は2種以上を併用して使用できる。
これらの中で、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、乳酸エチル、シクロヘキサノン及びγ―ブチロラクトンが安全性の点で好ましい。
レジスト組成物の重合体(P)の含有量はレジスト組成物の粘度の点で50質量%以下が好ましく、40質量%以下がより好ましく、30質量%以下が更に好ましい。また、重合体(P)の含有量はレジスト膜厚の点で2質量%以上が好ましく、5質量%以上がより好ましく、8質量%以上が更に好ましい。
化学増幅型のレジスト組成物
本発明のレジスト組成物が化学増幅型のレジスト組成物である場合は、レジスト組成物は更に光酸発生剤を含有する。

光酸発生剤

光酸発生剤としては化学増幅型のレジスト組成物の酸発生剤として使用可能なものの中から任意に選択することができる。
光酸発生剤としては、例えば、オニウム塩化合物、スルホンイミド化合物、スルホン化合物、スルホン酸エステル化合物、キノンジアジド化合物及びジアゾメタン化合物が挙げられる。
これらの中で、スルホニウム塩、ヨードニウム塩、ホスホニウム塩、ジアゾニウム塩、ピリジニウム塩等のオニウム塩化合物が好ましい。
具体例としては、トリフェニルスルホニウムトリフレート、トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、トリフェニルスルホニウムナフタレンスルホネート、(ヒドロキシフェニル)ベンジルメチルスルホニウムトルエンスルホネート、ジフェニルヨードニウムトリフレート、ジフェニルヨードニウムピレンスルホネート、ジフェニルヨードニウムドデシルベンゼンスルホネート、ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロアンチモネート、p−メチルフェニルジフェニルスルホニウムノナフルオロブタンスルホネート、トリ(tert−ブチルフェニル)スルホニウムトリフルオロメタンスルホネートが挙げられる。
光酸発生剤は1種で又は2種以上を併用して使用できる。
光酸発生剤の含有量は光酸発生剤の種類により適宜決められるが、重合体(P)100質量部に対して0.1質量部以上が好ましく、0.5質量部以上がより好ましい。光酸発生剤の含有量をこの範囲にすることにより、露光により発生した酸の触媒作用による化学反応を十分に生起できる。
また、光酸発生剤の含有量は重合体(P)100質量部に対して20質量部以下が好ましく、10質量部以下がより好ましい。光酸発生剤の含有量をこの範囲にすることにより、レジスト組成物の安定性が向上し、レジスト組成物を塗布する際の塗布むらやレジスト組成物の現像時におけるスカム等の発生が少なくなる。
本発明のレジスト組成物は更に含窒素化合物を含有してもよい。含窒素化合物を含有することによりレジストのパターン形状、引き置き経時安定性等が向上する。即ち、レジストのパターンの断面形状が矩形により近くなり、また、レジスト膜を露光し、露光後ベーク(PEB)して、次の現像処理までの間放置したときにパターンの断面形状の劣化の発生がより抑制される。
含窒素化合物としては公知のものが使用可能であるが、アミンが好ましく、第2級低級脂肪族アミン及び第3級低級脂肪族アミンがより好ましい。
ここで「低級脂肪族アミン」とは炭素数5以下のアルキル又はアルキルアルコールのアミンをいう。
第2級低級脂肪族アミン及び第3級低級脂肪族アミンとしては、例えば、トリメチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、ジ−n−プロピルアミン、トリ−n−プロピルアミン、トリペンチルアミン、ジエタノールアミン及びトリエタノールアミンが挙げられる。これらの中で、トリエタノールアミン等の第3級アルカノールアミンがより好ましい。
含窒素化合物は1種で又は2種以上を併用して使用できる。
含窒素化合物の含有量は含窒素化合物の種類等により適宜決められるが、重合体(P)100質量部に対して0.01質量部以上が好ましい。含窒素化合物の含有量をこの範囲にすることによりレジストのパターン形状をより矩形にすることができる。
また、含窒素化合物の含有量は重合体(P)100質量部に対して2質量部以下が好ましい。含窒素化合物の含有量をこの範囲にすることによりレジスト組成物の感度の劣化を小さくすることができる。
また、本発明のレジスト組成物は、更に、有機カルボン酸又はリンのオキソ酸若しくはその誘導体を含有できる。これらの化合物を含有することにより含窒素化合物の配合によるレジスト組成物の感度劣化を防止することができ、また、レジストのパターン形状及び引き置き経時安定性等が更に向上する。
有機カルボン酸としては、例えば、マロン酸、クエン酸、リンゴ酸、コハク酸、安息香酸及びサリチル酸が好ましい。
リンのオキソ酸又はその誘導体としては、例えば、リン酸、リン酸ジ−n−ブチルエステル、リン酸ジフェニルエステル等のリン酸及びそれらのエステル誘導体;ホスホン酸、ホスホン酸ジメチルエステル、ホスホン酸ジ−n−ブチルエステル、フェニルホスホン酸、ホスホン酸ジフェニルエステル、ホスホン酸ジベンジルエステル等のホスホン酸及びそれらのエステル誘導体;ホスフィン酸、フェニルホスフィン酸等のホスフィン酸及びそれらのエステル誘導体が挙げられる。これらの中でホスホン酸が好ましい。
有機カルボン酸又はリンのオキソ酸若しくはその誘導体は1種で又は2種以上を併用して使用できる。
有機カルボン酸又はリンのオキソ酸若しくはその誘導体の含有量は化合物の種類等により適宜決められるが、重合体(P)100質量部に対して0.01質量部以上が好ましい。有機カルボン酸又はリンのオキソ酸若しくはその誘導体の含有量をこの範囲にすることによりレジストのパターン形状をより矩形にすることができる。
また、有機カルボン酸又はリンのオキソ酸若しくはその誘導体の含有量は重合体(P)100質量部に対して5質量部以下が好ましい。有機カルボン酸又はリンのオキソ酸若しくはその誘導体の含有量をこの範囲にすることによりレジストのパターンの膜減りを小さくすることができる。
尚、本発明の化学増幅型のレジスト組成物には含窒素化合物と有機カルボン酸又はリンのオキソ酸若しくはその誘導体の両方を含有することができる。
更に、本発明のレジスト組成物には、必要に応じて、界面活性剤、その他のクエンチャー、増感剤、ハレーション防止剤、保存安定剤、消泡剤等の各種添加剤を配合することができる。これらの添加剤は当該分野で公知のものであればいずれも使用可能である。また、これらの添加剤の配合量は適宜決めればよい。

カラーフィルター用のレジスト組成物
本発明のカラーフィルター用のレジスト組成物はレジスト組成物中に光重合性単量体(x)及び光重合開始剤(I)を含有する。

光重合性単量体(x)
本発明の光重合性単量体(x)は紫外線の露光によりラジカル重合し、露光部分の現像液に対する溶解性を低下させるための成分である。
光重合性単量体(x)としては、例えば、1価又は多価アルコールのモノ又はポリ(メタ)アクリレートが挙げられる。
具体的には、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、クレゾールエトキシ(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、ノニルフェノキシエチル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート等の1価アルコールのモノ(メタ)アクリレート;1,3−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、1,9−ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリテトラメチレングリコールジ(メタ)アクリレート、2,2−ビス[4−(メタ)アクリロイルオキシエトキシエチルフェニル]プロパン、2,2−ビス[4−(メタ)アクリロイルオキシプロピルオキシプロピルフェニル]プロパン、ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、グリセリンジ(メタ)アクリレート、グリセリントリ(メタ)アクリレート、トリメチロールエタンジ(メタ)アクリレート、トリメチロールエタントリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリス[エトキシ(メタ)アクリレート]、トリメチロールプロパントリス[ジエトキシ(メタ)アクリレート]、トリメチロールプロパントリス[トリエトキシ(メタ)アクリレート]、N,N’−〔ジ(メタ)アクリロイルオキシエチル〕−N”−ヒドロキシエチルイソシアヌレート、N,N’,N”−〔トリ(メタ)アクリロイルオキシエチル〕−イソシアヌレート、ペンタエリスリトールジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート等の多価アルコールのポリ(メタ)アクリレートが挙げられる。
更に、上記(メタ)アクリレート以外の光重合性単量体(x)として、例えば、フタル酸、アジピン酸等の多塩基酸と、エチレングリコール、ヘキサンジオール、ポリエチレングリコール、ポリテトラメチレングリコール等の多価アルコールと(メタ)アクリル酸又はその誘導体との反応で得られるポリエステルポリ(メタ)アクリレート類;ビスフェノールAジグリシジルエーテル、エチレングリコールジグリシジルエーテル等のグリシジルエーテル化合物に(メタ)アクリル酸又はその誘導体を反応させたエポキシポリ(メタ)アクリレート類;ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、水添ジフェニルメタンジイソシアネート等のイソシアネート化合物に2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート等の水酸基を持つ(メタ)アクリレートを反応させたウレタンポリ(メタ)アクリレート類;N−メトキシメチル(メタ)アクリルアミド、N−エトキシメチルアクリルアミド、N−ブトキシメチル(メタ)アクリルアミド、N−ヒドロキシメチル(メタ)アクリルアミド、メチレンビス(メタ)アクリルアミド等の(メタ)アクリルアミド類が挙げられる。
これら光重合性単量体(x)は1種で又は2種以上を併用して使用できる。
これらの中で、レジスト組成物の感度の点でトリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート等の分子内に(メタ)アクリロイル基を3個以上有する化合物が好ましい。
光重合性単量体(x)の配合量は重合体(P)、光重合性単量体(x)及び光重合開始剤(I)の合計量100質量部に対して10〜50質量部が好ましい。光重合性単量体(x)が10質量部以上でレジスト組成物の十分な感度が得られる傾向にあり、また、50質量部以下でレジスト組成物の現像性が低下しない傾向にある。

光重合開始剤(I)
光重合開始剤(I)としては公知のものが用いられる。具体例としては、ベンゾフェノン、4,4−ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン、t−ブチルアントラキノン、2−エチルアントラキノン、2,4−ジエチルチオキサントン、イソプロピルチオキサントン、2,4−ジクロロチオキサントン等のチオキサントン類;ジエトキシアセトフェノン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン、ベンジルジメチルケタール、1−ヒドロキシシクロヘキシル−フェニルケトン、2−メチル−2−モルホリノ(4−チオメチルフェニル)プロパン−1−オン、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルホリノフェニル)−ブタノン等のアセトフェノン類;ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル等のベンゾインエーテル類;2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキサイド、ビス(2,6−ジメトキシベンゾイル)−2,4,4−トリメチルペンチルホスフィンオキサイド等のアシルホスフィンオキサイド類;メチルベンゾイルホルメート、1,7−ビスアクリジニルヘプタン及び9−フェニルアクリジンが挙げられる。光重合開始剤(I)は1種で又は2種以上を併用して使用できる。
光重合開始剤(I)の配合量は重合体(P)、光重合性単量体(x)及び光重合開始剤(I)の合計量100質量部に対して1〜20質量部が好ましい。光重合開始剤(I)が1質量部以上で得られる感光性樹脂の光感度が満足される傾向にあり、20質量部以下で感光性樹脂の現像性が低下しない傾向にある。
本発明のカラーフィルター用のレジスト組成物には4−ジメチルアミノ安息香酸メチル、4−ジメチルアミノ安息香酸エチル、4−ジメチルアミノ安息香酸アミル、4−ジメチルアミノアセトフェノン等の公知の光増感剤を添加することができる。
本発明のカラーフィルター用のレジスト組成物には更に着色剤として以下に示す顔料を添加することができる。例えば、アゾ系、アンスラキノン系、キサンテン系、キナクリドン系、インジゴ系、ジオキサジン系、インダンスロン系、イソインドリノン系の顔料が挙げられる。具体的には、フタロシアニンブルー(C.I.ピグメントブルー15:6又はC.I.ピグメントブルー15:3)、フタロシアニングリーン(C.I.ピグメントグリーン7、36又は37)、ペリレン系顔料(C.I.ピグメントレッド155)、アントラキノン系顔料(C.I.ピグメントレッド177)等が挙げられる。また、色補正用顔料としてC.I.ピグメントイエロー83、C.I.ピグメントイエロー154、C.I.ピグメントバイオレット23等が挙げられる。
顔料の含有量は重合体(P)、光重合性単量体(x)及び光重合開始剤(I)の合計量100質量部に対して10〜100質量部が好ましい。顔料の添加量が10質量部以上でカラーフィルターを使用したときの画像の色濃度が低下しない傾向があり、100質量部以下でレジスト組成物の光感度が低下しない傾向にある。
顔料をカラーフィルター用のレジスト組成物の溶液に分散させるために必要に応じて分散剤を使用することができる。
分散剤としては、例えば、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、オキシエチレン−オキシプロピレンブロックコポリマー、ソルビタン脂肪酸エステル、グリセリン脂肪酸エステル等のノニオン系界面活性剤;フタロシアニン誘導体、オルガノシロキサンポリマー及びポリ(メタ)アクリル酸共重合体が挙げられる。
本発明のカラーフィルター用のレジスト組成物はガラス等の基板に塗布しやすいように有機溶剤で粘度を調整することができる。
有機溶剤としては、例えば、ジオキサン、ブチルアセテート、メチルセルソルブ、エチルセルソルブ、メチルセルソルブアセテート、エチルセルソルブアセテート、カルビトール、シクロヘキサノン、カルビトールアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート及びβ−メトキシイソ酪酸メチルエステルが挙げられる。
これらの中で、レジスト組成物の塗布時に適当な乾燥速度を有し、蒸発して均一且つ平滑な塗膜を形成するものが好ましく、沸点が100〜200℃のものが好ましい。
有機溶剤は1種で又は2種以上を併用して使用できる。また、有機溶剤の添加量は重合体(P)、光重合性単量体(x)及び光重合開始剤(I)の合計量100質量部に対して300〜1000質量部が好ましい。
カラーフィルター用のレジスト組成物には必要に応じて熱重合禁止剤、難燃剤、レベリング剤、シランカップリング剤、可塑剤、充填剤等の各種添加剤を更に添加することができる。

基板
本発明において、パターンが形成された基板は、本発明のレジスト組成物を用いて被加工基板上にレジスト膜を形成する工程と、レジスト膜を450nm以下の波長の光で露光する工程と、レジスト膜を現像液を用いて現像する工程とを含む製造方法で得られる。
以下、パターンが形成された基板の製造方法の一例について説明する。
最初に、パターンを形成するシリコンウエハー等の被加工基板の表面にレジスト組成物をスピンコート等により塗布する。次いで、レジスト組成物が塗布された被加工基板をベーキング処理(プリベーク)等により乾燥し、基板上にレジスト膜を得る。
この後、レジスト膜をフォトマスクを介して露光(放射線を照射)する。露光に用いる放射線としては450nm以下の波長の光が使用され、i線、g線等の紫外線、KrFエキシマレーザー、ArFエキシマレーザー又はFエキシマレーザーが好ましい。半導体製造用のレジスト組成物の場合にはArFエキシマレーザーが好ましい。
また、露光の際に、レジスト組成物の塗膜と露光装置の最終レンズとの間に、純水やパーフルオロ−2−ブチルテトラヒドロフランやパーフルオロトリアルキルアミン等の高屈折率液体を介在させた状態で露光する液浸露光が行える。また、電子線で露光してもよい。
露光後、熱処理(露光後ベーク(PEB))し、基板をアルカリ現像液に浸漬し、露光部分を現像液で溶解除去する(現像)。アルカリ現像液としては公知のものが使用できる。
現像後、基板を純水等でリンス処理し、被加工基板上にレジストのパターンが得られる。
レジストのパターンが形成された被加工基板は熱処理(ポストベーク)によりレジストが強化される。その後、基板上のレジストのない部分が選択的にエッチング処理される。エッチング後、レジストを剥離剤で除去することによってパターンが形成された基板が得られる。

カラーフィルター
本発明において、パターンが形成されたカラーフィルターは、本発明のレジスト組成物を用いて被加工基板上にレジスト膜を形成する工程と、レジスト膜を450nm以下の波長の光で露光する工程と、レジスト膜を現像液を用いて現像する工程とを含む製造方法で得られる。
例えば、カラーフィルター用のレジスト組成物を用いてパターンが形成されたカラーフィルターを形成するには、まず、被加工基板にレジスト組成物を塗装した後、溶剤を揮発乾燥させてレジスト膜を得る。その後、フォトマスクを介して露光を行い、パターンを形成し、次いで未露光部分をアルカリ性水溶液で現像除去する。
カラーフィルターの製造に使用される被加工基板としてはガラス、石英等の透明基板が使用される。
カラーフィルター用のレジスト組成物の透明基板への塗装方法としては、例えば、スプレーコート法、ロールコート法、ブレードコート法、スクリーン印刷法、カーテンコート法及びスピンコート法の公知の方法が挙げられる。その際、塗膜の乾燥膜厚は0.5〜10μとなるように塗布することが好ましく、塗膜の乾燥には循環式オーブン、赤外線ヒーター又はホットプレート等が使用される。
上記塗膜中の溶剤を揮発乾燥する条件はレジスト組成物中に含まれる溶剤により異なるが、乾燥時の加温により熱重合するのを防ぎ且つ効率的に溶剤を十分揮散させる点で50〜120℃で30秒〜30分加熱することが好ましい。
また、パターンを形成する際の露光方法としてはフォトマスクを使用する紫外線露光法やレーザー光を用いた走査露光方法等が挙げられる。
未露光部分を溶解除去することにより所望のパターンが得られるが、その際に用いる現像液としてはアルカリ水溶液が挙げられる。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、炭酸カリウム、リン酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、メタケイ酸ナトリウム、メタケイ酸カリウム、オルトケイ酸ナトリウム、オルトケイ酸カリウム等の無機アルカリ水溶液や、アンモニア、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド等の有機アルカリ水溶液が挙げられる。
これらの中で、濃度が0.001〜2質量%の無機アルカリ水溶液を使用することが好ましい。濃度が0.001質量%以上で現像時間が長くなりすぎず、又は現像が十分行われる傾向にある。また、濃度が2質量%以下の現像液を使用した場合、硬化パターン中にアルカリ金属イオンが残りにくく、これを用いた液晶表示素子の寿命を短くする心配が少ない。
前記アルカリ性の現像液には、被現像物の現像液中での分散性、消泡性を付与するため、各種界面活性剤、分散剤、消泡剤、有機溶剤等を添加することができる。
また、カラーフィルター用のレジスト組成物を用いて形成したレジストの現像方法としてはスプレー法が最も一般的であるが、場合によりその一部を浸漬法で代替させることができる。
現像により得られたカラーフィルター用のレジストのパターンに耐熱性を付与するため、熱重合によるポストキュア(後硬化)を実施することが好ましく、130〜250℃程度で10〜60分程度ポストキュアを実施することが好ましい。
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。また、各実施例、比較例中「部」及び「%」は、特に断りのない限り、それぞれ「質量部」及び「質量%」を示す。
また、以下の方法で重合体及びレジスト組成物を評価した。
1.重合体の評価
<重合体の各構成単位の含有量>
重合体の各構成単位の含有量はH−NMR測定で求めることができる場合にはH−NMR測定により求めた。また、プロトンピークの重なり等によりH−NMR測定で求めることができない場合には13C−NMR測定により求めた。
H−NMR測定には日本電子(株)製、GSX−400型FT−NMR(商品名)を用いた。約5%の重合体試料の溶液(重水素化クロロホルム溶液又は重水素化ジメチルスルホキシド溶液)を直径5mmφの試験管に入れ、観測周波数400MHz、シングルパルスモードにて64回の積算で測定を実施した。尚、測定温度は重水素化クロロホルムを溶媒とした場合は40℃、重水素化ジメチルスルホキシドを溶媒とした場合は60℃とした。
13C−NMR測定にはバリアンテクノロジーズ社製、UNITY−INOVA型FT−NMR(商品名)を用いた。約20質量%の重合体試料の重水素化ジメチルスルホキシド溶液を直径5mmφの試験管に入れ、測定温度60℃、観測周波数125MHz、核オーバーハウザー効果(NOE)が除去されたプロトン完全デカップリング法にて50,000回の積算で測定を実施した。
<質量平均分子量及び分子量分布>
約20mgの重合体を5mlのテトラヒドロフラン(以下、「THF」という)に溶解し、0.5μmメンブレンフィルターで濾過して試料溶液を調製した。この試料溶液を東ソー(株)製ゲル・パーミエーション・クロマトグラフィー(GPC)を用いて質量平均分子量及び分子量分布を測定した。
尚、分離カラムは昭和電工(株)製、Shodex GPC K−805L(商品名)を3本直列にしたものを用いた。また、測定には溶媒としてTHFを使用し、検出器として示差屈折計を使用した。測定は流量1.0ml/min、測定温度40℃、注入量0.1mlで実施し、標準ポリマーとしてポリスチレンを使用した。
<金属含有量>
重合体中の下記金属の含有量を測定した。
測定金属:Na(ナトリウム)、Mg(マグネシウム)、Al(アルミニウム)、K(カリウム)、Ca(カルシウム)、Cr(クロム)、Mn(マンガン)、Fe(鉄)、Ni(ニッケル)、Cu(銅)、Zn(亜鉛)、Sn(スズ)、Pb(鉛)、Co(コバルト)、Li(リチウム)
測定装置としては、ネブライザーとしてGlass Expansion社製、Micromist AR80−1−FM04(商品名)を装備したAgilent社製7500CS型ICP−MS(商品名)を用いた。
測定用サンプルとしては、非沸騰蒸留した電子工業用グレードのN−メチルピロドン(以下、「NMP」という)に重合体を溶解し、5%の重合体溶液としたものを使用した。
上記の非沸騰蒸留NMPは、粗体である電子工業グレードのNMPを非沸騰バッチ式透明石英製酸蒸留装置((株)藤原製作所製、SHF−special型(商品名))へ導入し、蒸留速度が約1滴/10秒になるようにヒーター出力を調整して得た。
尚、非沸騰蒸留した金属レベルの低い溶剤(ブランク)と金属濃度1ppbのチューニング液との金属イオンのカウント数の差が数十倍以上で、ブランクにおいては積分時間0.1秒で全ての金属が1桁カウント以下になるようにチューニングした後に、サンプルの金属含有量を標準添加法で測定した。
標準金属としてはSPEX社製XSTC−622(商品名)を使用し、各金属100ppbになるようにXSTC−622を非沸騰蒸留NMPで希釈して使用した。検量線はブランク、200ppt、500ppt、及び1,000pptの4点でブランク値を通る線形回帰直線にて作成した。
非沸騰蒸留NMP中の金属含有量の測定では、各金属10ppbになるようにXSTC−622を既に金属含有量測定済みの別の非沸騰蒸留NMPで希釈して使用した。検量線はブランク、20ppt、50ppt、及び100pptの4点でブランク値を通る線形回帰直線にて作成した。
尚、非沸騰蒸留、サンプル調製及び金属含有量の測定の操作は全てクラス1,000のクリーンルーム内で実施した。
上記の非沸騰蒸留NMPの金属含有量は全ての元素について金属及び半金属レベルが10ppt以下であった。
2.半導体用のレジスト組成物の評価
<半導体用のレジスト組成物の調製>
重合体を固形分換算で100部と光酸発生剤であるトリフェニルスルホニウムトリフレート2部とを、重合体濃度が12.5%になるようにプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(以下、「PGMEA」という)に溶解して均一溶液とした。この後、この溶液を孔径0.1μmのメンブレンフィルターで濾過してレジスト組成物の溶液を調製した。
<レジストのパターンの作成>
調製したレジスト組成物の溶液をシリコンウエハー上にスピンコートし、ホットプレートを用いて120℃で60秒間プリベークを行い、膜厚0.3μmのレジスト膜を製造した。次いで、ArFエキシマレーザー露光機(波長:193nm)を使用して露光した後、ホットプレートを用いて120℃で60秒間の露光後ベークを行った。次いで、2.38%水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液を用いて室温で現像し、純水で洗浄し、乾燥してレジストのパターンを作成した。
<感度>
0.16μmのライン・アンド・スペースパターンのマスクが0.16μmの線幅に転写される露光量(mJ/cm)を感度として測定した。
<解像度>
上記露光量で露光したときに解像されるレジストのパターンの最小寸法(μm)を解像度とした。
<ディフェクト量>
上記で得られたレジストのパターンについてKLAテンコール社製表面欠陥観察装置KLA2132を用いて現像欠陥数を測定し、ディフェクト量とした。
<ラインエッジラフネス>
マスクにおける0.16μmのレジストのパターンを再現する最小露光量により得られた0.16μmのレジストのパターンの長手方向の側端5μmの範囲について、日本電子(株)製JSM−6340F型電界放射形走査型電子顕微鏡(商品名)により、パターン側端があるべき基準線から実際のパターン側端までの距離を50個所について測定し、標準偏差を求めて3σを算出し、レジストのラインエッジラフネスの指標とした。この値が小さいほど良好な性能であることを示す。
3.カラーフィルター用のレジスト組成物の評価
<カラーフィルター用のレジスト組成物の調製>
(赤色のレジスト組成物)
重合体を固形分換算で46部、光重合性単量体(x)としてトリメチロールプロパントリアクリレート31部、ペンタエリスルトールトリアクリレート8部、光重合開始剤(I)として2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)−ブタノン−1−オン12部、イソプロピルチオキサントン3部及び顔料成分としてピグメントレッド177を50部混合した。次いで、固形分濃度が13%になるようにPGMEAを加え、ボールミルを用いて分散安定化させて赤色のレジスト組成物を得た。
(緑色のレジスト組成物)
顔料成分としてピグメントグリーン36を43部及びピグメントイエロー83を7部混合した以外は赤色のレジスト組成物と同様にして緑色のレジスト組成物を得た。
(青色のレジスト組成物)
顔料成分としてピグメントブルー15:3を47部及びピグメントバイオレット23を3部混合した以外は赤色のレジスト組成物と同様にして青色のレジスト組成物を得た。
<顔料分散性>
前記のレジスト組成物の平均粒子径を大塚電子(株)社製FPAR−1000(製品名)を用いて測定し、顔料分散性の指標とした。尚、測定温度を25℃、測定時間を120秒、解析方法をマルカッド法とし、3回測定の平均値を平均粒子径とした。この平均粒子径が小さいほど良好な顔料分散性を示す。
<レジストのパターンの作成>
RGB各色の前記のレジスト組成物を透明ガラス基板上に乾燥膜厚1.5μmになるようにスピンコートした後、70℃のホットプレートで5分間乾燥させた。ライン/スペースが5μm/5μmのフォトマスクを介して超高圧水銀灯((有)共和理研製、マスクアライナーK−307PS95(商品名))で11mW/cmの紫外線を照射し、27℃、0.04%の水酸化カリウム水溶液を用いて、60秒間スプレー現像し、純水で水洗した後、220℃の循環式オーブンで30分間ポストキュアを実施し、パターン化されたレジストを得た。
<現像性>
上記レジストのパターンの製造において、水酸化カリウム水溶液を用いて現像する際、未露光部が完全に溶解するまでに要した時間を測定し、現像性の指標とした。この時間が短いほど良好な性能であることを示す。
<感度>
表面粗さ計を用いてポストキュア後のレジストのパターンの膜厚を測定し、スピンコート後の乾燥膜厚に対するポストキュア後の膜厚の比率である残膜率が90%以上となり、且つ5μm/5μmのパターンが形成できる露光量を感度とした。
[製造例1]
窒素導入口、攪拌機、コンデンサー及び温度計を備えたフラスコに、窒素雰囲気下で乳酸エチル666.6部を添加し、攪拌しながら内温を80℃に上げた。
次いで、式(51)で表されるα−メタクリロイルオキシ−γ−ブチロラクトン(以下、「GBLMA」という)271.4部、式(52)で表される2−メタクリロイルオキシ−2−メチルアダマンタン(以下、「MAdMA」という)187.2部、式(53)で表される1−メタクリロイルオキシ−3−ヒドロキシアダマンタン(以下、「HAdMA」という)179.4部、式(54)で表されるグリシジルメタクリレート(以下、「GMA」という)22.8部、乳酸エチル1,200.0部及びジメチル−2,2’−アゾビスイソブチレート(以下、「DAIB」という)29.4部を混合した単量体溶液を調製した。この単量体溶液を滴下装置に入れ、一定速度で4時間かけてフラスコ中に滴下した。滴下終了後、内温80℃で3時間保持し、次いで、室温まで冷却し、重合体(P−1)を含む重合体乳酸エチル溶液(P−1)1,890.2部を得た。
Figure 2008095087
この後、撹拌状態の約10倍量のヘキサン/酢酸エチル=90/10(容量%比)の混合溶媒中に重合体乳酸エチル溶液(P−1)を滴下し、白色の析出物を得た。この析出物を濾別した後、再度、前記混合溶媒と同量の前記混合溶媒中に投入し、撹拌しながら析出物を洗浄した。
次いで、析出物を濾別し、重合体(P−1)の湿粉1740部を得た。この湿粉10部(乾粉3.2g)を減圧下40℃で約40時間乾燥した後、重合体(P−1)の評価を実施し、結果を表5に示した。
また、残りの湿粉をPGMEA6,500部中に投入し、完全に溶解させた後、得られた溶液を孔径0.04μmのナイロン製フィルター(日本ポール(株)製、ウルポチアN66(商品名))に通液して濾過した。
続いて、得られた濾液を減圧下で加熱してヘキサン、酢酸エチル及び一部のPGMEAを留去し、濃度30%の重合体PGMEA溶液(P−1)を得た。尚、最高到達真空度は0.7kPa、最高溶液温度は65℃、留去時間は8時間であった。
[製造例2]
フラスコ内の初期投入乳酸エチルを409.2部とし、滴下装置内の単量体溶液をGBLMA114.2部、MAdMA258.4部、HAdMA102.0部、式(55)で表されるメタクリル酸(以下、「MAA」という)16.6部、乳酸エチル736.6部及びDAIB66.2部を混合した単量体溶液とした。その他の条件は製造例1と同様にして重合体(P−1)を含む重合体乳酸エチル溶液(P−1)を得た。
Figure 2008095087
次いで、重合体の評価のために、撹拌状態の約10倍量のメタノール/水=90/10(容量%比)の混合溶媒中に重合体乳酸エチル溶液(P−1)10部を滴下し、白色の析出物を得た。析出物を濾別した後、再度、前記混合溶媒と同量の前記混合溶媒中に投入し、撹拌しながら析出物を洗浄した。この後、析出物を濾別し、減圧下60℃で約40時間乾燥した後、重合体(P−1)の評価を実施し、結果を表5に示した。
[製造例3]
製造例1の場合と同様のフラスコに窒素雰囲気下でPGMEA414部を添加し、攪拌しながら内温を100℃に上げた。
次いで、式(56)で表されるスチレン(以下、「St」という)470部、式(57)で表されるベンジルメタクリレート(以下、「BzMA」という)270部、式(58)で表されるα−メチルスチレン(以下、「αMS」という)50部、GMA37部、PGMEA1,654部及びDAIB175部を混合した単量体溶液の入った滴下装置から、この単量体溶液を一定速度で4時間かけてフラスコ中に滴下した。滴下終了後、DAIB1.3部を30分おきに3回に分けて添加した後、内温を120℃まで上昇させた。120℃で2時間保持した後、室温まで冷却し、重合体(P−2)を含む重合体PGMEA溶液(P−2)を得た。
Figure 2008095087
次いで、重合体の評価のために、撹拌状態の約10倍量のヘキサン/酢酸エチル=95/5(容量%比)の混合溶媒中に重合体PGMEA溶液(P−2)10部を滴下し、白色の析出物を得た。この析出物を濾別した後、再度、前記混合溶媒と同量の前記混合溶媒中に投入し、撹拌しながら析出物を洗浄した。
次いで、洗浄後の析出物を濾別し、製造例2と同様にして乾燥して、重合体(P−2)の評価を実施し、結果を表6に示した。
[製造例4]
製造例1の場合と同様のフラスコに窒素雰囲気下でPGMEA105部を添加し、攪拌しながら内温を100℃に上げた。
次いで、式(59)で表されるN−フェニルマレイミド(以下、「PMID」という)10部、MAA200部、PGMEA420部及びDAIB540部を混合した単量体溶液の入った滴下装置から、この単量体溶液を一定速度で4時間かけてフラスコ中に滴下した。滴下終了30分後にDAIB1.3部を添加し、内温を120℃まで上昇させた。120℃で3時間保持した後、室温まで冷却し、重合体(P−2)を含む重合体PGMEA溶液(P−2)を得た。
次いで、重合体の評価のために、重合体PGMEA溶液(PA−2)10部を用いて、製造例3と同様にして重合体の析出物を得、洗浄、濾別、乾燥した後、重合体(P−2)の評価を実施し、結果を表6に示した。
Figure 2008095087
[製造例5]
GMA37部をMAA23部に代えた以外は製造例3と同様にして重合体(P−3)を含む重合体PGMEA溶液(P−3)及び重合体(P−3)の乾燥体を得た。重合体(P−3)の評価を実施し、結果を表6に示した。
[実施例1]
製造例1の場合と同様のフラスコに窒素雰囲気下で製造例1で得られた重合体PGMEA溶液(P−1)720部を添加し、攪拌しながら内温を100℃に上げた。
次いで、製造例2で得られた重合体乳酸エチル溶液(P−1)の入った滴下装置から乳酸エチル溶液(P−1)1,690部を一定速度で1時間かけてフラスコ中に滴下した。滴下終了後、内温100℃で3時間保持し、重合体(P−1)と重合体(P−1)を反応させた。次いで、室温まで冷却し、重合体(P−1)を含む重合体PGMEA/乳酸エチル溶液(P−1)を得た。
重合体PGMEA/乳酸エチル溶液(P−1)について、製造例2と同様にして重合体の析出、洗浄及び乾燥を行い、重合体(P−1)を使用した半導体用のレジスト組成物の評価を実施し、結果を表5に示した。
[実施例2]
製造例1の場合と同様のフラスコに、窒素雰囲気下で、製造例1で得られた重合体PGMEA溶液(P−1)溶液720部を添加し、攪拌しながら内温を100℃に上げた。
次いで、MAA14.0部及びPGMEA14.0部を混合した単量体溶液の入った滴下装置からこの単量体溶液を一定速度で1時間かけてフラスコ中に滴下した。滴下終了後、内温100℃で3時間保持し、重合体(P−1)にカルボキシル基を有するビニル単量体(m)を反応させた。次いで、室温まで冷却し、反応性重合体(RP2GA−1)を含む反応性重合体PGMEA溶液(RP2GA−1)を得た。
上記と同様の別のフラスコに、窒素雰囲気下で、乳酸エチル107.6部を添加し、攪拌しながら内温を80℃に上げた。
GBLMA30.6部、MAdMA70.2部、HAdMA28.3部、乳酸エチル193.7部、DAIB16.6部及び反応性重合体PGMEA溶液(RP2GA−1)740部を混合した溶液の入った滴下装置からこの溶液を一定速度で4時間かけてフラスコ中に滴下した。滴下終了後、内温80℃で3時間保持し、幹重合体である重合体(P−1)に枝重合体を生成させた。次いで、室温まで冷却し、重合体(P−2)を含む重合体PGMEA/乳酸エチル溶液(P−2)を得た。
重合体PGMEA/乳酸エチル溶液(P−2)について、製造例2と同様にして重合体の析出、洗浄及び乾燥を行い、重合体(P−2)を使用した半導体用のレジスト組成物の評価を実施し、結果を表5に示した。
[実施例3]
フラスコ内の初期投入重合体溶液として、製造例2で得られた重合体乳酸エチル溶液(P−1)720部を使用し、滴下装置内の単量体溶液をGMA12.0部及び乳酸エチル12.0部を混合した単量体溶液とした。その他の条件は実施例2と同様にして重合体(P−1)にグリシジル基を有するビニル単量体(m)を反応させた反応性重合体(RP3AG−1)を含む重合体乳酸エチル溶液(RP3AG−1)を得た。
次いで、製造例1の重合体溶液(P−1)の場合と同様にして反応性重合体(RP3AG−1)の湿粉を得、この湿粉を溶解するPGMEAの量を3,200部に代えた以外は製造例1と同様にして濃度が30%の反応性重合体PGMEA溶液(RP3AG−1)を得た。
上記と同様の別のフラスコに窒素雰囲気下で乳酸エチルを107.6部、攪拌しながら内温を80℃に上げた。
GBLMA30.6部、MAdMA70.2部、HAdMA28.3部、乳酸エチル193.7部、DAIB16.6部及び反応性重合体溶液(RP2GA−1)740部を混合した溶液の入った滴下装置からこの溶液を一定速度で4時間かけてフラスコ中に滴下した。滴下終了後、内温80℃で3時間保持し、幹重合体である重合体(P−1)に枝重合体を生成させた。次いで、室温まで冷却し、重合体(P−3)を含む重合体PGMEA/乳酸エチル溶液(P−3)を得た。
重合体PGMEA/乳酸エチル溶液(P−3)について、製造例2と同様にして重合体の析出、洗浄及び乾燥を行い、重合体(P−3)を使用した半導体用のレジスト組成物の評価を実施し、結果を表5に示した。
[比較例1]
フラスコ内の初期投入乳酸エチルを346.9部とし、滴下装置内の単量体溶液をGBLMA139.4部、MAdMA182.5部、HAdMA94.4部、乳酸エチル624.5部及びDAIB12.4部を混合した単量体溶液とした。その他の条件は製造例2と同様にして重合体(C−1)を含む重合体乳酸エチル溶液(C−1)を得た。
また、製造例2と同様にして重合体の析出、洗浄及び乾燥を行い、重合体(C−1)を使用した半導体用のレジスト組成物の評価を実施し、結果を表5に示した。
[比較例2]
(1)幹重合体の製造
窒素導入口、攪拌機、コンデンサー及び温度計を備えたフラスコにシクロヘキシルメタクリレート8.02部、2−ブロモプロパノイロキシエチルメタクリレート1.98部、THF40部、メルカプトエタノール0.8部及びアゾビスイソブチロニトリル0.3部を仕込み、完全に溶解するまで撹拌した。次いで、アルゴンガスを吹き込み、十分脱酸素を行った後、80℃に昇温し、6時間重合させた。重合終了後の溶液を10倍量のメタノールに注ぎ、1時間激しく攪拌した。この混合液を−40℃で数時間冷却した後、沈澱物を濾過し、40℃にて減圧下で乾燥し、幹重合体を得た。
(2)グラフト重合体の製造
窒素導入口、攪拌機、コンデンサー及び温度計を備えたフラスコに上記の幹重合体2.0部、2−メチル−2−アダマンチルメタクリレート2.0部及びTHF2.0部を仕込み、完全に溶解するまで撹拌した。次いで、アルゴンガスを吹き込み、十分脱酸素を行った後、ニッケル錯体(ジブロモ−ビス(トリブチルホスフィン)ニッケル(II))0.0966部を添加し、混合液が赤褐色を呈するまで激しく攪拌した。その後、昇温し、還流下で1日重合させた。重合後の溶液を10倍量のメタノールに注ぎ、沈澱物を濾過し、40℃にて減圧下で乾燥した。得られた重合体は残存金属触媒を含有する粗製グラフト重合体であり、シリカゲルカラム分取により精製して重合体(C−2)を得た。重合体(C−2)を使用した半導体用のレジスト組成物の評価を実施し、結果を表5に示した。
[実施例4]
フラスコ内に製造例3で得られた重合体PGMEA溶液(P−2)2,400部を初期投入し、製造例4で得られた重合体PGMEA溶液(P−2)720部を滴下装置に入れた。その他の条件は実施例1と同様にして重合体(P−2)と重合体(P−2)を反応させた重合体(P−4)を含む重合体PGMEA溶液(P−4)を得た。
重合体PGMEA溶液(P−4)について、製造例3と同様にして重合体の析出、洗浄及び乾燥を行い、重合体(P−4)を使用した半導体用のレジスト組成物の評価を実施し、結果を表6に示した。
[実施例5]
フラスコ内に製造例3で得られた重合体PGMEA溶液(P−2)2,400部を初期投入し、MAA46部、PGMEA46部を混合した単量体溶液を滴下装置に入れた。その他の条件は実施例2と同様にして重合体(P−2)にカルボキシル基を有するビニル単量体(m)を反応させ、反応性重合体(RP2GA−2)を含む反応性重合体PGMEA溶液(RP2GA−2)を得た。
次いで、上記と同様の別のフラスコにPGMEA105部を添加し、攪拌しながら内温を80℃に上げた。
MAA200部、PMID10部、PGMEA420部、DAIB540部及び反応性重合体溶液(RP2GA−2)2,400部を混合した溶液の入った滴下装置から、この溶液を一定速度で4時間かけてフラスコ中に滴下した。滴下終了30分後にDAIB1.3部を添加し、内温を120℃まで上昇させた。120℃で3時間保持し、幹重合体である重合体(P−2)に枝重合体を生成させた。この後、室温まで冷却し、重合体(P−5)を含む重合体PGMEA溶液(P−5)を得た。
重合体PGMEA溶液(P−5)について、製造例3と同様にして重合体の析出、洗浄及び乾燥を行い、重合体(P−5)を使用した半導体用のレジスト組成物の評価を実施し、結果を表6に示した。
[実施例6]
フラスコ内に製造例5で得られた重合体PGMEA溶液(P−3)を入れ、窒素雰囲気下で、攪拌しながら内温を100℃に上げた。
GMA30部及びPGMEA30部を混合した単量体溶液の入った滴下装置からこの単量体溶液を一定速度で1時間かけてフラスコ中に滴下した。滴下終了後、内温を100℃で3時間保持し、重合体(P−3)にグリシジル基を有するビニル単量体(m)を反応させた。次いで、室温まで冷却し、反応性重合体(RP3AG−2)を含む反応性重合体PGMEA溶液(RP3AG−2)を得た。
次いで、反応性重合体PGMEA溶液(RP2GA−2)の代わりに反応性重合体PGMEA溶液(RP3AG−2)を使用する以外は実施例5と同様にして幹重合体である重合体(P−3)に枝重合体を生成させた重合体(P−6)を含む重合体PGMEA溶液(P−6)を得た。
重合体PGMEA溶液(P−6)について、製造例3と同様にして重合体の析出、洗浄及び乾燥を行い、重合体(P−6)を使用した半導体用のレジスト組成物の評価を実施し、結果を表6に示した。
[比較例3]
フラスコ内の初期投入PGMEAを500部とし、滴下装置内の単量体溶液を、St470部、BzMA270部、αMS50部、MAA200部、PMID10部、PGMEA2,000部及びDAIB175部を混合した単量体溶液とした。その他の条件は製造例3と同様にして重合体(C−3)を含む重合体PGMEA溶液(C−3)を得た。
重合体PGMEA溶液(C−3)について、製造例3と同様にして重合体の析出、洗浄及び乾燥を行い、重合体(C−3)を使用した半導体用のレジスト組成物の評価を実施し、結果を表6に示した。
Figure 2008095087
Figure 2008095087
表5から明らかなように式(2)の構成単位を有する実施例1〜3の重合体は金属含有量が少なかった。また、上記重合体を用いた半導体用のレジスト組成物は十分な感度及び解像度を有し、ディフェクト量が少なく、またレジストのラインエッジラフネスも小さかった。
一方、式(2)の構成単位を有しない比較例1の重合体を用いた半導体用のレジスト組成物はディフェクト量が多く、レジストのラインエッジラフネスも大きかった。
また、式(2)の構成単位を有しない比較例2の重合体は金属含有量が多く、上記重合体を用いた半導体用のレジスト組成物はディフェクト量が多く、レジストのラインエッジラフネスも大きかった。
また、式(2)の構成単位を有する実施例4〜6の重合体を用いたカラーフィルター用のレジスト組成物は顔料分散性に優れた上に、十分な感度を備え、現像性も良好であった。
一方、式(2)の構成単位を有しない比較例3の重合体を用いたカラーフィルター用のレジスト組成物は顔料分散性及び現像性が乏しかった。

Claims (10)

  1. 式(2)で表される構成単位を含有するレジスト用の重合体。
    Figure 2008095087
    (式(2)中、Rは水素原子、メチル基、炭素数1〜4のヒドロキシアルキル基又は炭素数1〜4のパーフルオロアルキル基を表す。Gは単結合、−C(=O)−O−、−O−又は−O−C(=O)−を表す。Lは単結合又は炭素数1〜20の直鎖、分岐若しくは環状の2価の炭化水素基を表し、置換基及びヘテロ原子から選ばれる少なくとも1種を有していてもよい。Polyはポリマー鎖を表す。)
  2. グリシジル残基を有する構成単位を含有する重合体(P)単位並びにカルボキシル残基及び酸無水物残基から選ばれる少なくとも1種を有する構成単位を含有する重合体(P)単位を有する請求項1に記載のレジスト用の重合体。
  3. グリシジル基を有する構成単位を含有する重合体(P)並びにカルボキシル基及び酸無水物基から選ばれる少なくとも1種を有する構成単位を含有する重合体(P)との反応工程(R1)を含む請求項2に記載の重合体の製造方法。
  4. グリシジル基を有する構成単位を含有する幹重合体としての重合体(P)とカルボキシル基及び酸無水物基から選ばれる少なくとも1種を有するビニル単量体(m)との反応工程(R2GA)と、その後のビニル単量体(v)の重合によって枝重合体を生成させる重合工程(P2GA)を含む請求項2に記載の重合体の製造方法。
  5. カルボキシル基及び酸無水物基から選ばれる少なくとも1種を有する構成単位を含有する幹重合体としての重合体(P)とグリシジル基を有するビニル単量体(m)との反応工程(R3AG)と、その後のビニル単量体(v)の重合によって枝重合体を生成させる重合工程(P3AG)を含む請求項2に記載の重合体の製造方法。
  6. 請求項1若しくは2に記載の重合体又は請求項3〜5のいずれかに記載の方法で得られる重合体を含有するレジスト組成物。
  7. 請求項1若しくは2に記載の重合体又は請求項3〜5のいずれかに記載の方法で得られる重合体及び光酸発生剤を含有する化学増幅型のレジスト組成物。
  8. 請求項1若しくは2に記載の重合体又は請求項3〜5のいずれかに記載の方法で得られる重合体、光重合性単量体(x)及び光重合開始剤(I)を含有するカラーフィルター用のレジスト組成物。
  9. 請求項6又は7に記載のレジスト組成物を被加工基板上に塗布する工程、450nm以下の波長の光で露光する工程及び現像液を用いて現像する工程を含む、パターンが形成された基板の製造方法。
  10. 請求項6又は8に記載のレジスト組成物を被加工基板上に塗布する工程、450nm以下の波長の光で露光する工程及び現像液を用いて現像する工程を含む、パターンが形成されたカラーフィルターの製造方法。
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