JP4190538B2 - ハイパーブランチポリマー、ハイパーブランチポリマーの製造方法、およびレジスト組成物 - Google Patents

ハイパーブランチポリマー、ハイパーブランチポリマーの製造方法、およびレジスト組成物 Download PDF

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Description

本発明は、光リソグラフィーを中心としたナノファブリケーションのための高分子素材として好適なハイパーブランチポリマー及びその製造方法、並びに該ハイパーブランチポリマーをレジスト材料のベースポリマーとして含み、超LSI製造用の微細パターンを形成することが可能なレジスト組成物に関する。
近年、微細加工技術として有望視されている光リソグラフィーでは、光源の短波長化により微細化が進み、超LSIの高集積化を実現している。そのため、レジスト組成物には、各光源に対して透明な化学構造を持つベースポリマーの開発が進められている。例えば、KrFエキシマレーザー光(波長248nm)ではPHS(ポリヒドロキシスチレン)を基本骨格としたポリマー、ArFエキシマレーザー光(波長193nm)では脂環式構造のポリマー、又はF2エキシマレーザー光(波長157nm)ではフッ素原子(パーフルオロ構造)を導入したポリマーを含むレジスト組成物がそれぞれ提案されている(たとえば、下記特許文献1を参照。)。
しかし、上記ポリマーを今後必要となる50nm以細の超微細パターン形成に適用した場合、ラインエッジラフネスを指標とするパターン側壁の凹凸が問題となってきた。たとえば、PMMA(ポリメチルメタクリレート)、及びPHS(ポリヒドロキシスチレン)を主とした従来のレジストに対して電子線や極紫外線(EUV)露光を行って、50nm以細のパターンを形成するためには、表面平滑性をナノレベルで制御することが課題となることが指摘されている(たとえば、下記非特許文献1を参照。)。
たとえば、パターン側壁の凹凸はレジストを構成するポリマーの会合体によるものとされ、ポリマーの分子集合を抑制する技術について数多くの報告がなされている(たとえば、下記非特許文献2を参照。)。非特許文献2には、ポジ型電子線レジストの表面平滑性を向上させる手段として、線状ポリマーへの架橋構造の導入が有効であることが報告されている。
また、線状分子に比べ、ラインエッジラフネスが向上する分岐型ポリマーの例としては、直鎖フェノール誘導体主鎖を分岐結合連鎖したポリマーが開示されている(たとえば、下記特許文献2を参照。)が、50nm以細のパターン形成には至っていない。
また、たとえば、カルボキシル基を有するフェノール誘導体よりなる分岐型のポリエステルが開示されている(たとえば、下記非特許文献3を参照。)が、基板に対する密着性が悪い。
たとえば、リソグラフィーの主体となる高分子であるスチレン誘導体の高分岐化について、クロロメチルスチレンのリビングラジカル重合による分岐度、重量平均分子量の制御が可能であることが報告されている(たとえば、下記特許文献3,4および非特許文献4,5を参照。)。
WO00/17712号公報 特開2000−347412号公報 特表2000−000516号公報 特表2000−514479号公報 Franco Cerrina, Vac.Sci.Tech.B,19,62890(2001) Toru Yamaguti, Jpn.J.Appl.Phys., 38,7114(1999) Alexander R. Trimble,Proceedings of SPIE,3999,1198,(2000) Krzysztof Matyjaszewski, Macromolecules 29,1079(1996) Jean M.J.Frecht,J.Poly.Sci.,36、955(1998)
しかしながら、現在までのところ、レジストに必要な、露光による加工性を付与するための分子設計については報告がなく、その速やかな開発が望まれているのが現状である。
本発明は、光リソグラフィーを中心としたナノファブリケーションのためのポリマー素材として利用可能な、表面平滑性及びアルカリ可溶性を向上させたハイパーブランチポリマー、該ハイパーブランチポリマーの製造方法、該ハイパーブランチポリマーを含むレジスト組成物を提供することを目的とする。
前記課題を解決するため本発明者らが鋭意検討を重ねた結果、以下の知見を得た。即ち、高度なブランチ(分岐)構造をコア部とし、分子末端に酸分解性基を有するハイパーブランチポリマーは、線状ポリマーに見られる分子間での絡まりが小さく、主鎖を架橋する分子構造に比べて溶媒による膨潤も小さいことが判った。その結果、パターン側壁における表面ラフネスの原因となる大きな分子集合体の形成が抑制されることが判った。
また、ハイパーブランチポリマーは、通常、球状形態をとるが、球状ポリマー表面に酸分解性基が存在すると、光リソグラフィーにおいて、露光部分では光酸発生剤から発生する酸の作用によって分解反応が起こり親水基が生じる結果、ポリマー分子の外周に多数の親水基が存在する球状ミセル状の構造をとることができることが判った。その結果、該ポリマーはアルカリ水溶液に対し効率よく溶解し、アルカリ溶液と共に除去されるため、微細なパターンを形成することができ、レジスト材料のベース樹脂として好適に利用可能であることが判った。
本発明は、本発明者らの前記知見に基づきなされたものである。すなわち、本発明は、ポリマー分子末端に酸分解性基を有することを特徴とするハイパーブランチポリマーを提供する。
本発明はまた、スチレン誘導体をリビングラジカル重合反応させて得られるハイパーブランチポリマーの分子末端に酸分解性基を有することを特徴とするハイパーブランチポリマーを提供する。
本発明において、前記ハイパーブランチポリマーにおけるコア部は、下記式(1)で表わされるモノマーの単独重合物であるか、又は下記式(1)で表されるモノマーと下記式(2)から(5)から選ばれる少なくとも1種のモノマーとの共重合物であるのが好ましい。
Figure 0004190538
(式(1)において、Yは、ヒドロキシル基又はカルボキシル基を含んでいてもよい炭素数1〜10のアルキレン基を表す。Zは、ハロゲン原子を示す。)
Figure 0004190538
(式(2)〜(5)において、R1は水素原子又は炭素数1〜3のアルキル基を表わす。
2、R3は水素原子、炭素数1〜30の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基、又は炭素数6〜30のアリール基を表わし、R2、R3は互いに同一でも異なっていても良い。
4は水素原子;炭素数1〜40の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルキル基;トリアルキルシリル基(ここで、各アルキル基の炭素数は1〜6である);オキソアルキル基(ここで、アルキル基の炭素数は4〜20である);又は下記式(6)で表される基(ただし、R5は直鎖状、分岐鎖状、もしくは環状の炭素数1〜10のアルキル基、R6、R7は互いに独立して水素原子、直鎖状、分岐鎖状又は環状の炭素数1〜10のアルキル基を示すか、或いはR6、R7が直鎖状又は分岐鎖状の炭素数1〜10のアルキル基を表すとき、互いに一緒になって環を形成しても良い)を表す。nは0から10の整数を示す。)
Figure 0004190538
本発明はまた、前記式(1)で表わされるモノマーを単独でリビングラジカル重合させるか、又は前記式(1)で表されるモノマーと前記式(2)〜(5)から選ばれる少なくとも1種のモノマーとをリビングラジカル重合させる工程と、該工程において得られた重合体と酸分解性基を含有する化合物とを反応させることにより、該重合体に酸分解性基を導入する工程とを含むことを特徴とするハイパーブランチポリマーの製造方法を提供する。
本発明はまた、下記式(1)で表わされるモノマーをリビングラジカル重合反応させてハイパーブランチポリマーを合成するハイパーブランチポリマー合成工程と、該合成されたハイパーブランチポリマーを酸分解性基を含有する化合物と反応させて、該ハイパーブランチポリマーの末端に酸分解性基を導入する酸分解性基導入工程とを含むことを特徴とするハイパーブランチポリマーの製造方法を提供する。
Figure 0004190538
(式(1)において、Yは、ヒドロキシル基又はカルボキシル基を含んでいてもよい炭素数1〜10のアルキレン基を表す。Zは、ハロゲン原子を示す。)
本発明はまた、上記ハイパーブランチポリマーを含有するレジスト組成物を提供する。
本発明によると、従来における諸問題を解決でき、光リソグラフィーを中心としたナノファブリケーションのための高分子素材として利用可能なハイパーブランチポリマー、及び、表面平滑性がナノオーダーで求められる電子線、遠紫外線(DUV)、及び極紫外線(EUV)光源に対応したレジスト材料のベースポリマーとして好適であり、超LSI製造用の微細パターンを形成することが可能なハイパーブランチポリマーを含むレジスト組成物を提供できる。
本発明によれば、表面平滑性及びアルカリ可溶性を向上させたレジスト材料のベースポリマーを提供することができる。本発明によればまた、感度、エッチング耐性、成膜性に優れ、金属触媒等による汚染の少ないレジスト材料のベースポリマーを提供することができる。
以下に添付図面を参照して、この発明にかかるハイパーブランチポリマー、ハイパーブランチポリマーの製造方法、およびレジスト組成物の好適な実施の形態を詳細に説明する。
(ハイパーブランチポリマー及びハイパーブランチポリマーの製造方法)
本発明のハイパーブランチポリマーは、高度なブランチ(分岐)構造のコア部分の末端に酸分解性基を有する。
本発明のハイパーブランチポリマーは、スチレン誘導体をリビングラジカル重合反応させて得られるハイパーブランチポリマーの分子末端に酸分解性基を有する。
本発明のハイパーブランチポリマーは、本発明のハイパーブランチポリマーの製造方法により得ることが出来る。
本発明のハイパーブランチポリマーの製造方法は、コア部の合成工程と、酸分解性基導入工程とを含み、必要に応じてその他の工程を含む。
以下、本発明のハイパーブランチポリマーの製造方法の説明を通じて、本発明のハイパーブランチポリマーの詳細も明らかにする。
−コア部の合成工程−
本発明のハイパーブランチポリマーのコア部を形成するモノマーとしては、リビングラジカル重合が可能であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、上記式(1)〜(5)で表されるものが好適である。
本発明で用いることのできるスチレン誘導体としては、リビングラジカル重合が可能であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、上記構造式(1)で表されるものが好適である。
本発明のハイパーブランチポリマーにおけるコア部は、上記式(1)で表わされるモノマーの単独重合物であるか、又は上記式(1)で表されるモノマーと下記式(2)から(5)から選ばれる少なくとも1種のモノマーとの共重合物であるのが更に好ましい。
本発明のハイパーブランチポリマーのコア部において、上記式(1)で表わされるモノマーの構成モルパーセントは5〜100%、好ましくは20〜100%、より好ましくは50〜100%が好適である。
前記式(1)中、Yは、ヒドロキシル基又はカルボキシル基を含んでいてもよい炭素数1〜10、好ましくは炭素数1〜8、より好ましくは炭素数1〜6の直鎖状、分岐状又は環状のアルキレン基を表し、例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、イソプロピレン基、ブチレン基、イソブチレン基、アミレン基、ヘキシレン基、シクロヘキシレン基等などや、これらが結合した基、或いはこれらに−O−、−CO−、−COO−が介在した基が挙げられる。このうち、炭素数1〜8のアルキレン基が好ましく、炭素数1〜8の直鎖アルキレン基がより好ましく、メチレン基、エチレン基、−OCH2−基、−OCH2CH2−基がさらに好ましい。
Zは、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素などのハロゲン原子を示す。このうち、塩素原子、臭素原子が好ましい。
本発明において使用できる前記式(1)で表されるモノマーとしては、例えば、クロロメチルスチレン、ブロモメチルスチレン、p−(1−クロロエチル)スチレン、ブロモ(4−ビニルフェニル)フェニルメタン、1−ブロモ−1−(4−ビニルフェニル)プロパン−2−オン、3−ブロモ−3−(4−ビニルフェニル)プロパノール、などが挙げられる。このうち、クロロメチルスチレン、ブロモメチルスチレン、p−(1−クロロエチル)スチレンが好ましい。
前記式(2)〜(5)において、R1は水素原子又は炭素数1〜3のアルキル基を示す。このうち、水素原子及びメチル基が好ましい。
2、R3は水素原子;炭素数1〜30、好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜10の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基;又は炭素数6〜30、好ましくは炭素数6〜20、より好ましくは炭素数6〜10のアリール基を表わし、R2、R3は互いに同一でも異なっていても良い。直鎖状、分岐状、環状のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、シクロヘキシル基などが挙げられ、アリール基としては、フェニル基、4−メチルフェニル基、ナフチル基などが挙げられる。このうち、水素原子、メチル基、エチル基、フェニル基が好ましい。
4は水素原子;炭素数1〜40、好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基;トリアルキルシリル基(ここで、各アルキル基の炭素数は1〜6、好ましくは1〜4である);オキソアルキル基(ここで、アルキル基の炭素数は4〜20、好ましくは4〜10である);又は上記式(6)で表される基(ただし、R5は水素原子;又は直鎖状、分岐鎖状、もしくは環状の炭素数1〜10、好ましくは炭素数1〜8、より好ましくは炭素数1〜6のアルキル基を表し、R6、R7は互いに独立して水素原子;又は直鎖状、分岐鎖状もしくは環状の炭素数1〜10、好ましくは炭素数1〜8、より好ましくは炭素数1〜6のアルキル基を示すか、或いは互いに一緒になって環を形成しても良い)を表す。
前記R4において、直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、トリエチルカルビル基、1−エチルノルボニル基、1−メチルシクロヘキシル基、アダマンチル基、2−(2−メチル)アダマンチル基、tert−アミル基などが挙げられる。
前記R4において、トリアルキルシリル基としては、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、ジメチル−tert−ブチルシリル基等の各アルキル基の炭素数が1〜6のものが挙げられる。オキソアルキル基としては、3−オキソシクロヘキシル基、などが挙げられる。
式(6)で示される基としては、1−メトキシエチル基、1−エトキシエチル基、1−n−プロポキシエチル基、1−イソプロポキシエチル基、1−n−ブトキシエチル基、1−イソブトキシエチル基、1−sec−ブトキシエチル基、1−tert−ブトキシエチル基、1−tert−アミロキシエチル基、1−エトキシ−n−プロピル基、1−シクロヘキシロキシエチル基、メトキシプロピル基、エトキシプロピル基、1−メトキシ−1−メチル−エチル基、1−エトキシ−1−メチル−エチル基等の直鎖状又は分岐状アセタール基;テトラヒドロフラニル基、テトラヒドロピラニル基等の環状アセタール基、などが挙げられ、これらの中でも、エトキシエチル基、ブトキシエチル基、エトキシプロピル基、テトラヒドロピラニル基が特に好適である。
式(5)中、nは0から10の整数、好ましくは0〜7の整数、より好ましくは0〜4の整数を示す。
式(2)で表されるモノマーとしては、式(2)において、R1が水素原子又はメチル基であり、R2及びR3が互いに独立して、水素原子又は炭素数1〜6の直鎖又は分岐アルキル基であるものが好ましい。式(2)で表されるモノマーの具体例としては、スチレン、α−メチルスチレン、メチルスチレン、ジメチルスチレン、エチルスチレン、tert−ブチルスチレン、フェニルスチレン等があげられる。このうち、スチレン、α−メチルスチレン、メチルスチレンが好ましい。
式(3)で表されるモノマーとしては、式(3)において、R1が水素原子又はメチル基であり、R2が水素原子又は炭素数1〜6の直鎖又は分岐アルキル基であり、R4が水素原子、又は炭素数1〜12の直鎖状、分岐状、環状のアルキル基、アルキル基の各々が炭素数1〜6のトリアルキルシリル基、又は前記式(6)で表わされる(ただし、R5は直鎖状、分岐鎖状、もしくは環状の炭素数1〜6のアルキル基、R6、R7は互いに独立した水素原子、若しくは直鎖状、分岐鎖状、又は環状の炭素数1〜6のアルキル基を示すか、或いは互いに結合して環を形成しても良い)であるものが好ましい。式(3)で表されるモノマーの具体例としては、ヒドロキシスチレン、α―メチルヒドロキシスチレン、メトキシスチレン、tert−ブトキシスチレン、シクロヘキシルオキシスチレン、トリメチルシロキシスチレン、4−(1−メトキシエトキシ)スチレン、4−(1−エトキシエトキシ)スチレン、テトラヒドロピラニルオキシスチレン等があげられる。このうち、ヒドロキシスチレン、メトキシスチレン、tert−ブトキシスチレン、4−(1−エトキシエトキシ)スチレン、テトラヒドロピラニルオキシスチレンが好ましい。
式(4)で表されるモノマーとしては、式(4)において、R1が水素原子又はメチル基であり、R4が水素原子、又は炭素数1〜12の直鎖状、分岐状、環状のアルキル基、又は前記式(6)で表わされる(ただし、R5は直鎖状、分岐鎖状、もしくは環状の炭素数1〜6のアルキル基、R6、R7は互いに独立した水素原子、若しくは直鎖状、分岐鎖状、又は環状の炭素数1〜6のアルキル基を示すか、或いは互いに結合して環を形成しても良い)であるものが好ましい。式(4)で表されるモノマーの具体例としては、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸メチル、メタクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸tert−ブチル、メタクリル酸tert−ブチル、アクリル酸アダマンチル、メタクリル酸アダマンチル、アクリル酸2−(2−メチル)アダマンチル、メタクリル酸2−(2−メチル)アダマンチル等があげられる。このうち、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸tert−ブチル、メタクリル酸tert−ブチル、アクリル酸2−(2−メチル)アダマンチル、メタクリル酸2−(2−メチル)アダマンチルが好ましい。
式(5)で表されるモノマーとしては、式(5)において、R4が水素原子、又は炭素数1〜12の直鎖状、分岐状、環状のアルキル基であり、nが1〜5であるものが好ましい。式(5)で表されるモノマーの具体例としては、以下の式(a1)〜(g1)で表わされる化合物等があげられる。このうち、(a1)、(d1)、(e1)、(g1)が好ましい。
Figure 0004190538
本発明のハイパーブランチポリマーのコア部が式(1)で表されるモノマーと式(2)〜(5)から選ばれる少なくとも1種のモノマーとの共重合物であるとき、コア部を構成する全モノマー中における上記式(1)の量は、20〜90モル%であるのが好ましく、50〜80モル%であるのがより好ましい。このような量で式(1)で表されるモノマーを含んでいると、コア部は分子間の絡まり抑制に有利な球状形態をとるので好ましい。
本発明のハイパーブランチポリマーのコア部は、前記式(1)で表されるモノマーをリビングラジカル重合させるか、又は前記式(1)と前記式(2)〜(5)から選ばれる少なくとも1種のモノマーとをリビングラジカル重合反応させることにより、合成することができる。具体的には、通常、0〜200℃で、0.1〜30時間、クロロベンゼン等の溶媒中で原料モノマーを反応させることにより、本発明のハイパーブランチポリマーのコア部を製造することが出来る。
前記式(1)で表されるモノマーにおけるY−Z結合は、遷移金属錯体によって可逆的にラジカル解離し、2分子停止が抑制されることによりリビングラジカル重合が進行する。
例えば、式(1)で表されるモノマーとしてクロロメチルスチレン、触媒として銅(I価)ビピリジル錯体を用いる場合には、クロロメチルスチレンにおけるクロル原子が、銅(I価)錯体を銅(II価)に酸化した状態で付加体を中間体として形成し、クロル原子のはずれた側にメチレンラジカルが発生する(Jean M.J. Frecht, J.Poly.Sci., 36, 955(1998)参照)。
このラジカル中間体は、他のクロロメチルスチレンのエチレン性二重結合と反応し、下記式(9)で表される2量体を形成する。このとき、分子内に生成する1級炭素(1)、2級炭素(2)はクロル基を置換基として有しているので、各々がさらに他のクロロメチルスチレンのエチレン性二重結合と反応する。以下同様にして、逐次クロロメチルスチレンと重合を起こす。
また、下記式(10)で表される4量体では、1級炭素(1)及び(2)、2級炭素(3)及び(4)がクロル基を置換基として有しているので、各々がさらに他のクロロメチルスチレンのエチレン性二重結合と反応する。以下同様に反応を繰り返すことで、高度に分岐した高分子が生成する。
なお、このとき触媒となる銅錯体の量を増すと分岐度は更に上昇する。好ましくは、コア部を形成するモノマー上記式(1)の全量に対し、触媒の量を、0.1〜60モル%となるように使用するのが好ましく、1〜40モル%となるように使用するのがより好ましい。このような量で触媒を使用すると、後述する好適な分岐度を有するハイパーブランチポリマーコア部を得ることができる。
Figure 0004190538
前記式(1)と前記式(2)〜(5)から選ばれる少なくとも1種のモノマーとの共重合物は、前記式(1)で表されるモノマーの単独重合と同様な手法により、遷移金属錯体を用いてリビングラジカル重合することにより製造することができる。
なお、本発明のハイパーブランチポリマーのコア部分を構成するモノマーとしては、式(1)〜(5)で表されるもの以外のモノマーも、ラジカル重合性の不飽和結合を有する構造であれば使用することができる。
使用することができる共重合モノマーとしては、以下に示すものがあげられる。例えば、上記以外のスチレン類及びアクリル酸エステル類、メタアクリル酸エステ類、及びアリル化合物、ビニルエーテル類、ビニルエステル類などから選ばれるラジカル重合性の不飽和結合を有する化合物である。
スチレン類の具体例としては、ベンジルスチレン、トリフルオルメチルスチレン、アセトキシスチレン、クロルスチレン、ジクロルスチレン、トリクロルスチレン、テトラクロルスチレン、ペンタクロルスチレン、ブロムスチレン、ジブロムスチレン、ヨードスチレン、フルオルスチレン、トリフルオルスチレン、2−ブロム−4−トリフルオルメチルスチレン、4−フルオル−3−トリフルオルメチルスチレン、ビニルナフタレンなどが挙げられる。
アクリル酸エステル類の具体例としては、アクリル酸クロルエチル、アクリル酸2−ヒドロキシエチル、アクリル酸2,2−ジメチルヒドロキシプロピル、アクリル酸5−ヒドロキシペンチル、アクリル酸トリメチロールプロパン、アクリル酸グリシジル、アクリル酸ベンジル、アクリル酸フェニル、アクリル酸ナフチルなどが挙げられる。
メタクリル酸エステル類の具体例としては、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸クロルベンジル、メタクリル酸2−ヒドロキシエチル、メタクリル酸4−ヒドロキシブチル、メタクリル酸5−ヒドロキシペンチル、メタクリル酸2,2−ジメチル−3−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸グリシジル、メタクリル酸フェニル、メタクリル酸ナフチルなどが挙げられる。
アリルエステル類の具体例としては、酢酸アリル、カプロン酸アリル、カプリル酸アリル、ラウリン酸アリル、パルミチン酸アリル、ステアリン酸アリル、安息香酸アリル、アセト酢酸アリル、乳酸アリル、アリルオキシエタノールなどが挙げられる。
ビニルエーテル類具体例としては、ヘキシルビニルエーテル、オクチルビニルエーテル、デシルビニルエーテル、エチルヘキシルビニルエーテル、メトキシエチルビニルエーテル、エトキシエチルビニルエーテル、クロルエチルビニルエーテル、1−メチル−2,2−ジメチルプロピルビニルエーテル、2−エチルブチルビニルエーテル、ヒドロキシエチルビニルエーテル、ジエチレングリコールビニルエーテル、ジメチルアミノエチルビニルエーテル、ジエチルアミノエチルビニルエーテル、ブチルアミノエチルビニルエーテル、ベンジルビニルエーテル、テトラヒドロフルフリルビニルエーテル、ビニルフェニルエーテル、ビニルトリルエーテル、ビニルクロルフェニルエーテル、ビニル−2,4−ジクロルフェニルエーテル、ビニルナフチルエーテル、ビニルアントラニルエーテルなどが挙げられる。
ビニルエステル類の具体例としては、ビニルブチレート、ビニルイソブチレート、ビニルトリメチルアセテート、ビニルジエチルアセテート、ビニルバレート、ビニルカプロエート、ビニルクロルアセテート、ビニルジクロルアセテート、ビニルメトキシアセテート、ビニルブトキシアセテート、ビニルフェニルアセテート、ビニルアセトアセテート、ビニルラクテート、ビニル−β−フェニルブチレート、ビニルシクロヘキシルカルボキシレートなどが挙げられる。
このうち、スチレン類が好ましく、中でも、ベンジルスチレン、クロルスチレン、ビニルナフタレンが好ましい。
本発明のハイパーブランチポリマーにおいて、コア部を形成するモノマーの構成モルパーセントは10〜90%、好ましくは20〜80%、より好ましくは30〜70%が好適である。コア部を構成するモノマーの構成モルパーセントがこのような範囲内にあると、現像液に対し適度な疎水性を有するために、未露光部分の溶解が抑制されるので好ましい。
コア部を構成するモノマーとして、上記式(1)〜(5)で表されるもの以外のモノマーを使用する場合、コア部を構成する全モノマー中における上記式(1)〜(5)で表されるモノマーの量は、40〜90モル%であるのが好ましく、50〜80モル%であるのがより好ましい。このような量で上記式(1)〜(5)で表されるモノマーを使用すると、コア部の球状形態を保ちつつ、基板密着性やガラス転移温度の上昇等の機能が付与されるので好ましい。なお、コア部における式(1)〜(5)で表されるモノマーとそれ以外のモノマーとの量は、目的に応じて重合時の仕込み量比により調節することができる。
−酸分解性基導入工程−
本発明のハイパーブランチポリマーにおいて、酸分解性基は、既述のようにして合成できるハイパーブランチポリマーのコア部と、酸分解性基を含有する化合物とを反応させることにより、ポリマー末端に導入することができる。
本発明において、酸分解性基とは、酸(好ましくは、光エネルギーによって酸を発生する光酸発生剤)の作用により分解する基を意味する。分解して親水基となる基が好ましい。前記酸分解性基としては、下記式(I)〜(IV)及び下記式(7)からなる群から選ばれるものが好ましい。
Figure 0004190538
ここで、R1'及びR2'は、R1及びR2について記載したのと同じ基を表わす。このうち、水素原子、炭素数1〜3の直鎖アルキル基、特に水素原子及びメチル基が好ましい。R8は水素原子;炭素数3〜40、好ましくは炭素数3〜30、より好ましくは炭素数3〜20の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基;トリアルキルシリル基(ここで、各アルキル基の炭素数は炭素数1〜6である);オキソアルキル基(ここで、アルキル基の炭素数は4〜20である);又は前記式(6)で表される基を示す。このうち、炭素数3〜40の直鎖状又は分岐状アルキル基が好ましく、特に3級アルキル基であるのが好ましい。
前記R8において、直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基(好ましくは3級アルキル基)としては、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、トリエチルカルビル基、1−エチルノルボニル基、1−メチルシクロヘキシル基、アダマンチル基、2−(2−メチル)アダマンチル基、tert−アミル基などが挙げられる。このうち、t-ブチル基、1−メチルシクロヘキシル基、アダマンチル基、2−(2−メチル)アダマンチル基が好ましい。
前記R8において、トリアルキルシリル基としては、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、ジメチル−tert−ブチルシリル基等の各アルキル基の炭素数が1〜6のものが挙げられる。オキソアルキル基としては、3−オキソシクロヘキシル基、などが挙げられる。
9及びR10は、水素原子;直鎖状、分岐鎖状もしくは環状の炭素数1〜10のアルキル基;又は炭素数6〜30のアリール基を示し、R9及びR10は互いに同一でも異なっていても良く、互いに一緒になって環を形成しても良い。
前記R9及びR10において、直鎖状、分岐鎖状もしくは環状の炭素数1〜10のアルキル基、炭素数6〜30のアリール基の例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、シクロペンチル基、1−メチルシクロペンチル基、シクロヘキシル基、1−メチルシクロヘキシル基、アダマンチル基、トリエチルカルビル基、1−エチルノルボニル基、1−メチルシクロヘキシル基、アダマンチル基、2−(2−メチル)アダマンチル基、tert−アミル基、フェニル基、2−メチルフェニル基、2−イソプロピルフェニル基、2−t−ブチルフェニル基、フェニルメチル基、1−フェニルエチル基などが挙げられる。また前記R9及びR10において、R9とR10が一緒になって環を形成する例としては、シクロプロパン環、シクロブタン環、シクロペンタン環、シクロヘキサン環などが挙げられる。このうち、メチル基、フェニル基、シクロペンタン環、シクロヘキサン環等が好ましい。
Gはハロゲン原子、水素原子、シアノ基、直鎖状、分岐鎖状、もしくは環状の炭素数1〜10のアルキル基、炭素数6〜30のアリール基、アルキルカルボニルオキシ基(ここで、アルキル基の炭素数は1〜10である)、アルキルオキシ基(ここで、アルキル基の炭素数は1〜10である)、フェニルオキシ基、チオエーテル基、アミノ基を示す。このうち、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アリール基、アルキルカルボニルオキシ基、フェニルオキシ基、特に水素原子、塩素原子、臭素原子、メチルカルボニルオキシ基、フェニル基、フェニルオキシ基が好ましい。
前記Gにおいて、ハロゲン原子は塩素原子、臭素原子などが挙げられ、アルキル基やアリール基としてはメチル基、エチル基、プロピル基、シクロヘキシル基、アリル基、フェニル基などが挙げられる。また前記Gにおいて、アルキルカルボニルオキシ基としては、メチルカルボニルオキシ基、エチルカルボニルオキシ基などが挙げられ、チオエーテル基としては、メチルチオエーテル基、エチルチオエーテル基、フェニルチオエーテル基などが挙げられる。また前記Gにおいて、アミノ基としては、メチルアミノ基、ジメチルアミノ基、トリメチルアミノ基、エチルアミノ基、ジエチルアミノ基、トリエチルアミノ基、フェニルアミノ基などが挙げられる。このうち、塩素原子、メチル基、フェニル基、メチルカルボニルオキシ基、フェニルチオエーテル基、フェニルアミノ基が好ましい。
前記単位(II)においてmは0から10の整数、好ましくは0〜7の整数、より好ましくは0〜4の整数を示す。前記単位(I)から(IV)においてa、b、c、dは1以上の整数、好ましくは1〜20の整数、より好ましくは1〜10の整数を示す。
式(7)中、Xは酸素原子、硫黄原子、窒素原子又は炭素数1〜6の直鎖状又は分岐鎖状アルキル基、又は原子間結合を表わす。このうち、酸素原子が好ましい。Wは、水素原子、炭素数1〜10の直鎖状、分岐鎖状若しくは環状のアルキル基;フェニル基;炭素数7〜20のアルコキシフェニル基、炭素数2〜10のアルコキシカルボニル基、又は下記式(8)で表される基を示す。このうち、炭素数7〜20のアルコキシフェニル基、炭素数2から10のアルコキシカルボニル基、下記式(8)で表される基が好ましい。
−R11−COO−R8' 式(8)
式(8)中、R11は、炭素数1〜40、好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20の直鎖状、分岐状、環状のアルキレン基、又は炭素数6〜30、好ましくは炭素数6〜20、より好ましくは炭素数6〜10のアリーレン基を表す。なお、R11はエーテル結合又はエステル結合を含んでいても良い。R8'は上記と同様の基を示す。
前記式(7)において、アルコキシフェニル基としては、例えば、t−ブトキシフェニル基、p−(1−メトキシエトキシ)フェニル基、p−(1−エトキシエトキシ)フェニル基、テトラヒドロフラニルオキシフェニル基、テトラヒドロピラニルオキシフェニル基などが挙げられる。
前記式(7)において、アルコキシカルボニル基としては、例えば、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、t−ブトキシカルボニル基、シクロヘキシルカルボニル基、フェニルオキシカルボニル基、などが挙げられる。
前記式(8)において、R11としては、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、イソプロピレン基、ブチレン基、イソブチレン基、シクロペンチレン基、シクロヘキシレン基、フェニレン基、ナフチレン基、−C64OCH2−、−C68OCH2−、−C65O−、などが挙げられる。
したがって前記式(7)で表わされる基としては、tert−ブトキシカルボニルオキシ基、tert−ブトキシカルボニルメチルオキシ基、p−tert−ブトキシカルボニルメトキシフェニルオキシ基、tert−アミロキシカルボニルオキシ基、tert−アミロキシカルボニルメチルオキシ基、1−エトキシエトキシカルボニルメチルオキシ基、2−テトラヒドロピラニルオキシカルボニルメチルオキシ基、2−テトラヒドロフラニルオキシカルボニルメチルオキシ基、などが挙げられる。このうち、tert−ブトキシカルボニルメチルオキシ基、p−tert−ブトキシカルボニルメトキシフェニルオキシ基が好ましい。
酸分解性基を含有する化合物の具体例としては、下記式(i)から(iv)で表される化合物があげられる。このうち、式(i)、(iv)で表される化合物が好ましい。
Figure 0004190538
式(i)で表される化合物の具体例としては、アクリル酸tert−ブチル、メタクリル酸tert−ブチル、アクリル酸1−メチルシクロヘキシル、メタクリル酸1−メチルシクロヘキシル、アクリル酸アダマンチル、メタクリル酸アダマンチル、アクリル酸2−(2−メチル)アダマンチル、メタクリル酸2−(2−メチル)アダマンチル、アクリル酸トリエチルカルビル、アクリル酸1−エチルノルボニル、アクリル酸1−メチルシクロヘキシル、アクリル酸テトラヒドロピラニル、メタクリル酸テトラヒドロピラニル、アクリル酸トリメチルシリル、アクリル酸ジメチル−tert−ブチルシリルがあげられる。このうち、アクリル酸tert−ブチル、メタクリル酸tert−ブチル、アクリル酸2−(2−メチル)アダマンチル、メタクリル酸2−(2−メチル)アダマンチル、アクリル酸テトラヒドロピラニル、メタクリル酸テトラヒドロピラニルが好ましい。
式(ii)で表される化合物の具体例としては、前記構造式(d1)、(g1)があげられる。このうち、(d1)、(g1)が好ましい。
式(iii)で表される化合物の具体例としては、下記式(15)〜(17)で表される化合物があげられる。このうち、(15)、(16)が好ましい。
Figure 0004190538
式(iv)で表される化合物の具体例としては、tert.−ブトキシスチレン、α−メチル−tert−ブトキシスチレン、4−(1−メトキシエトキシ)スチレン、4−(1−エトキシエトキシ)スチレン、テトラヒドロピラニルオキシスチレン、アダマンチルオキシスチレン、4−(2−メチル−2−アダマンチルオキシ)スチレン、4−(1−メチルシクロヘキシルオキシ)スチレン、トリメチルシリルオキシスチレン、ジメチル−tert−ブチルシリルオキシスチレン、テトラヒドロピラニルオキシスチレンがあげられる。このうち、tert−ブトキシスチレン、4−(1−エトキシエトキシ)スチレン、テトラヒドロピラニルオキシスチレン、4−(2−メチル−2−アダマンチルオキシ)スチレンが好ましい。
(I)〜(IV)で表されるもの以外のモノマーも、ラジカル重合性の不飽和結合を有する構造であれば酸分解性基として使用することができる。
使用することができる共重合モノマーとしては、以下に示すものがあげられる。例えば、上記以外のスチレン類及びアクリル酸エステル類、メタアクリル酸エステ類、及びアリル化合物、ビニルエーテル類、ビニルエステル類、クロトン酸エステル類などから選ばれるラジカル重合性の不飽和結合を有する化合物である。
スチレン類の具体例としては、ベンジルスチレン、トリフルオルメチルスチレン、アセトキシスチレン、クロルスチレン、ジクロルスチレン、トリクロルスチレン、テトラクロルスチレン、ペンタクロルスチレン、ブロムスチレン、ジブロムスチレン、ヨードスチレン、フルオルスチレン、トリフルオルスチレン、2−ブロム−4−トリフルオルメチルスチレン、4−フルオル−3−トリフルオルメチルスチレン、ビニルナフタレンなどが挙げられる。
アクリル酸エステル類の具体例としては、アクリル酸クロルエチル、アクリル酸2−ヒドロキシエチル、アクリル酸2,2−ジメチルヒドロキシプロピル、アクリル酸5−ヒドロキシペンチル、アクリル酸トリメチロールプロパン、アクリル酸グリシジル、アクリル酸ベンジル、アクリル酸フェニル、アクリル酸ナフチルなどが挙げられる。
メタクリル酸エステル類の具体例としては、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸クロルベンジル、メタクリル酸2−ヒドロキシエチル、メタクリル酸4−ヒドロキシブチル、メタクリル酸5−ヒドロキシペンチル、メタクリル酸2,2−ジメチル−3−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸グリシジル、メタクリル酸フェニル、メタクリル酸ナフチルなどが挙げられる。
アリルエステル類の具体例としては、酢酸アリル、カプロン酸アリル、カプリル酸アリル、ラウリン酸アリル、パルミチン酸アリル、ステアリン酸アリル、安息香酸アリル、アセト酢酸アリル、乳酸アリル、アリルオキシエタノールなどが挙げられる。
ビニルエーテル類の具体例としては、ヘキシルビニルエーテル、オクチルビニルエーテル、デシルビニルエーテル、エチルヘキシルビニルエーテル、メトキシエチルビニルエーテル、エトキシエチルビニルエーテル、クロルエチルビニルエーテル、1−メチル−2,2−ジメチルプロピルビニルエーテル、2−エチルブチルビニルエーテル、ヒドロキシエチルビニルエーテル、ジエチレングリコールビニルエーテル、ジメチルアミノエチルビニルエーテル、ジエチルアミノエチルビニルエーテル、ブチルアミノエチルビニルエーテル、ベンジルビニルエーテル、テトラヒドロフルフリルビニルエーテル、ビニルフェニルエーテル、ビニルトリルエーテル、ビニルクロルフェニルエーテル、ビニル−2,4−ジクロルフェニルエーテル、ビニルナフチルエーテル、ビニルアントラニルエーテルなどが挙げられる。
ビニルエステル類の具体例としては、ビニルブチレート、ビニルイソブチレート、ビニルトリメチルアセテート、ビニルジエチルアセテート、ビニルバレート、ビニルカプロエート、ビニルクロルアセテート、ビニルジクロルアセテート、ビニルメトキシアセテート、ビニルブトキシアセテート、ビニルフェニルアセテート、ビニルアセトアセテート、ビニルラクテート、ビニル−β−フェニルブチレート、ビニルシクロヘキシルカルボキシレートなどが挙げられる。
クロトン酸エステル類の具体例としては、クロトン酸ブチル、クロトン酸ヘキシル、グリセリンモノクロトネート、イタコン酸ジメチル、イタコン酸ジエチル、イタコン酸ジブチル、ジメチルマレレート、ジブチルフマレート、無水マレイン酸、マレイミド、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、マレイロニトリルなどが挙げられる。
このうち、スチレン類、アクリル酸エステル類、メタクリル酸エステル類、クロトン酸エステル類が好ましく、中でもベンジルスチレン、クロルスチレン、ビニルナフタレン、アクリル酸ベンジル、アクリル酸フェニル、アクリル酸ナフチル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸フェニル、メタクリル酸ナフチル、クロトン酸ブチル、クロトン酸ヘキシル、無水マレイン酸が好ましい。
本発明のハイパーブランチポリマーにおいて、酸分解性基を形成する前記式(I)〜(IV)から選ばれる少なくとも1種の繰り返し単位の構成モルパーセントは、10〜90%、好ましくは20〜80%、より好ましくは30〜70%が好適である。このような範囲内にあると、現像工程において露光部が効率よくアルカリ溶液に溶解し除去されるので好ましい。
本発明のハイパーブランチポリマーにおいて、酸分解性基を形成する前記式(7)で表される基の構成モルパーセントは、10〜50%、好ましくは20〜50%、より好ましくは30〜50%が好適である。このような範囲内にあると、現像工程において露光部が効率よくアルカリ溶液に溶解し除去されるので好ましい。
酸分解性基として、上記式(I)〜(IV)及び式(7)で表されるもの以外のモノマーを使用する場合、酸分解性基を構成する全繰り返し単位に対して、上記式(I)〜(IV)及び式(7)で表される繰り返し単位が、30〜90モル%であるのが好ましく、50〜70モル%であるのがより好ましい。このような範囲内にあると、露光部の効率的アルカリ溶解性を阻害せずに、エッチング耐性、ぬれ性、ガラス転移温度の上昇等の機能が付与されるので好ましい。なお、全酸分解性基における式(I)〜(IV)及び式(7)で表される繰り返し単位とそれ以外の繰り返し単位の量は、目的に応じてコア部導入時の仕込み量比により調節することができる。
前記酸分解性基は、次の二つの方法のいずれか一方又はそれらの併用によって導入することができる。
<第一の方法>
第一の方法は、酸分解性基を含有する化合物として上記式(i)〜(iv)を用い、(I)〜(IV)で表される酸分解性基を導入することができる方法である。
触媒として、ハイパーブランチポリマーのコア部の合成に用いた触媒と同様の遷移金属錯体触媒、例えば、銅(I価)ビピリジル錯体を用い、前記コア部の末端に多数存在するハロゲン化炭素を開始点として、上記式(i)〜(iv)で表される少なくとも1種の化合物の二重結合とのリビングラジカル重合によって直鎖状に付加重合させるものである。具体的には、通常、0〜200℃で、0.1〜30時間、クロロベンゼン等の溶媒中で、コア部と上記式(i)〜(iv)で表される少なくとも1種の化合物とを反応させることにより、(I)〜(IV)で表される酸分解性基を導入して、本発明のハイパーブランチポリマーを製造することが出来る。
一例として、クロロメチルスチレンより形成されたハイパーブランチポリマーのコア部に酸分解性基を導入する反応式を反応式1に示す。
Figure 0004190538
なお、前記(I)から(IV)で表される基においてGで表わされる基は、導入された酸分解性基をハロゲン化炭素に対する公知の反応で導入することができる。
<第二の方法>
第二の方法は、酸分解性基を含有する化合物として下記反応式2におけるA−X−W(ここでAはAの脱離により、X上にアニオン種、カチオン種、ラジカル種を発生できる基である。)を用い、式(7)で表される酸分解性基を導入することができる方法である。具体的には、通常、−78〜150℃で、0.5〜30時間、クロロベンゼン等の溶媒中で、コア部とA−X−Wとを反応させることにより、式(7)で表される酸分解性基を導入して、本発明のハイパーブランチポリマーを製造することが出来る。合成されたコア部の末端に多数存在するハロゲン化炭素を反応点とし、ハロゲン化炭素に対する公知の反応で導入すればよい。例えば、クロロメチルスチレンから合成されたコア部の末端に存在するクロル基と、X−W基の下記置換反応による。
反応式2 −C−Cl + A−X−W → −C−X−W
前記反応式2において、Aは、Aの脱離により、X上にアニオン種、カチオン種、ラジカル種を発生できる基である。
前記ハイパーブランチポリマーが、前記式(1)で表されるモノマーの単独重合物又は前記式(1)で表されるモノマーと前記式(2)〜(5)で表されるモノマーからなる群から選ばれる少なくとも1種との共重合体であるコア部と、前記式(I)、(II)、(III)又は(7)で表される酸分解性基とから構成されるのが好ましい。
前記ハイパーブランチポリマーが、前記式(1)で表されるモノマーの単独重合物又は前記式(1)で表されるモノマーと前記式(2)〜(4)で表されるモノマーからなる群から選ばれる少なくとも1種との共重合体であるコア部と、前記式(I)、(III)又は(IV)で表される酸分解性基とから構成されるのもまた好ましい。
前記ハイパーブランチポリマーが、前記式(2)、(4)又は(5)で表されるモノマーからなる群から選ばれる少なくとも1種との共重合体であるコア部と、前記式(IV)で表される酸分解性基とから構成されるのもまた好ましい。
本発明のハイパーブランチポリマーにおける酸分解性基の導入比は、ハイパーブランチポリマーのコア部分を構成する前記式(1)で表わされるモノマー数に対して、好ましくは0.05以上、より好ましくは0.1以上、さらに好ましくは0.15以上、さらに好ましくは0.2以上、さらに好ましくは0.3以上、さらに好ましくは0.5以上、さらに好ましくは0.6以上であって、好ましくは20以下、より好ましくは15以下、さらに好ましくは10以下、さらに好ましくは7以下、さらに好ましくは5以下である。
好ましくは0.05〜20、より好ましくは0.1〜20、より好ましくは0.3〜20、さらに好ましくは0.3〜15、さらに好ましくは0.5〜10、最も好ましくは0.6〜5である。このような範囲にあると、現像工程において、微細パターン形成に有利な露光部の効率的アルカリ溶解除去と未露光部の溶解抑制がなされるので好ましい。
本発明のハイパーブランチポリマーにおいて、ハイパーブランチポリマーを構成する酸分解性基は、コア部に導入した後に触媒を用いた部分的な分解反応により、カルボキシル基又はフェノール性水酸基などの酸性基に変換されても良い。
上記触媒の具体例としては、塩酸、硫酸、リン酸、臭化水素酸、パラトルエンスルホン酸、酢酸、トリフルオロ酢酸、トリフルオロメタンスルホン酸、ギ酸などの酸触媒、又は水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ触媒が挙げられる。好ましくは酸触媒、より好ましくは塩酸、パラトルエンスルホン酸、酢酸、トリフルオロ酢酸、ギ酸が好適である。
酸分解性基を形成する前記式(I)〜(IV)から選ばれる少なくとも1種の繰り返し単位において、本発明のハイパーブランチポリマーにおけるR8が水素原子である酸性基を有する繰り返し単位の構成モルパーセントは、0〜70%、好ましくは0〜60%、より好ましくは0〜50%が好適である。このような範囲にあると、露光工程におけるレジストの高感度化に有利になるので好ましい。
酸分解性基を形成する前記式(7)において、本発明のハイパーブランチポリマーにおけるR8が水素原子である基の構成モルパーセントは、0〜40%、好ましくは0〜30%、より好ましくは0〜20%が好適である。このような範囲にあると、未露光部の溶解抑制を疎外することなくレジストの高感度化に有利になるので好ましい。
ここで、前記酸分解性基の導入比は、生成物の1H−NMRを測定し、酸分解性基に特徴的なプロトンの積分値の、前記式(1)で表されるモノマーに対するモル比として算出するか又は以下の数式(a)〜(c)のいずれかを用いて算出できる。
Figure 0004190538
R :コア部分を構成する式1で表されるモノマーに対する、
酸分解性基の導入モル比
Am:酸分解性基を有するモノマーの平均分子量
Bm:脱ハロゲン化した酸分解性基を有する分子の平均分子量
Cm:コア部分を構成する式1で表されるモノマーの平均分子量
Dm:コア部分を構成する式1以外で、かつ、酸分解性基が無いモノマー
の平均分子量
Em:コア部分を構成し、かつ、酸分解性基を有するモノマーの平均分子量
AW:酸分解性基が導入されたハイパーブランチポリマーの重量平均分子量
BW:脱ハロゲン化したハイパーブランチポリマーの重量平均分子量
CW:コア部分の重量平均分子量
X :コア部分を構成するモノマーに存在するハロゲンの原子量
r :コア部分を構成する式1で表されるモノマーのモル%
s :コア部分を構成し、かつ、酸分解性基を有するモノマーのモル%
前記ハイパーブランチポリマーにおけるコア部の分岐度(Br)は、0.1〜0.9であるのが好ましく、0.3〜0.7であるのがより好ましく、0.4〜0.5であるのがさらに好ましく、0.5であるのが最も好ましい。コア部の分岐度がこのような範囲にあると、ポリマー分子間での絡まりが小さく、パターン側壁における表面ラフネスが抑制されるので好ましい。
ここで、前記分岐度は、生成物の1H−NMRを測定し、以下のようにして求めることができる。即ち、4.6ppmに現われる−CH2Cl部位のプロトンの積分比H1°と、4.8ppmに現われるCHCl部位のプロトンの積分比H2°を用い、下記数式(A)により算出した。なお、−CH2Cl部位とCHCl部位との両方で重合が進行し、分岐が高まると、Br値は0.5に近づく。
Figure 0004190538
本発明のハイパーブランチポリマーにおけるコア部の重量平均分子量は、300〜100,000であるのが好ましく、500〜80,000であるのもまた好ましく、1,000〜100、000であるのがより好ましく、1、000〜50,000であるのがさらに好ましく、5,000〜50,000であるのが最も好ましい。コア部の分子量がこのような範囲にあると、コア部は球状形態をとり、又酸分解性基導入反応において、反応溶媒への溶解性を確保できるので好ましい。さらに、成膜性に優れ、上記分子量範囲のコア部に酸分解性基を誘導したハイパーブランチポリマーおいて、未露光部の溶解抑止に有利となるので好ましい。
本発明のハイパーブランチポリマーの重量平均分子量(Mw)は、500〜150,000が好ましく、2,000〜150,000がより好ましく、さらに好ましくは1,000〜100,000、さらに好ましくは2,000〜60,000、最も好ましくは6,000〜60,000である。
前記重量平均分子量が500未満であるハイパーブランチポリマーを含有するレジストは、成膜性が劣り基板にコーティングができないか、リソグラフィー工程で形成された加工パターンの強度が低く形状を保てないことがあり、またエッチング工程においては耐エッチング性が低下することがある。前記重量平均分子量が2,000未満であると、加工パターンの強度が低く形状を保てないことがあり、150,000を超えると、表面ラフネスに対するポリマー分子の大きさが悪影響を及ぼすことがある。
ここで、前記重量平均分子量(Mw)は、0.05重量%のテトラヒドロフラン溶液を調製し、温度40℃でGPC測定を行って求めることができる。移動溶媒としてはテトラヒドロフランを用い、標準物質としてはスチレンを使用することができる。
触媒として遷移金属錯体を使用して本発明のハイパーブランチポリマーを合成すると、得られるハイパーブランチポリマーが遷移金属を含む場合がある。その量は、使用する触媒の種類や量にも依るが、通常、5〜7ppmの量でハイパーブランチポリマー中に含まれ得る。このとき、本発明のハイパーブランチポリマー中に含まれる触媒由来の金属を、その量が100ppb未満、好ましくは80ppb未満、より好ましくは60ppb未満になるまで除去するのが好ましい。
触媒由来の金属量が100ppb以上であると、露光工程において、混入金属元素により照射光が吸収されレジスト感度が低下し、スループットに弊害を及ぼすことがある。さらにドライエッチング処理されたレジストをO2プラズマなどによるドライアッシングによって除去する工程において、プラズマによって混入金属元素が基板上に付着または拡散し、後工程において様々な弊害をもたらすことがある。
なお、金属元素量は、ICPMAS(例えば、日立製作所製 P-6000型MIP-MS)で測定することができる。除去する手段としては、例えば、イオン交換膜(例えば、日本マイクロリス(株)製、プロテゴCP)及びメンブレン膜(例えば、ミリポア社製、ミリポアフィルター)を単独で使用するか又は併用して濾過する手段があげられる。濾過時には加圧してもよく、例えばポリマー溶液の流速が0.5〜10ml/分になるようにすると、金属元素除去効果に有利に作用するので好ましい。
本発明のハイパーブランチポリマーのアルカリ水溶液への溶解性は、例えば、電子線描画装置を用い、シリコンウエハ上に成膜した所定厚さの試料薄膜に対し、所定大きさ部分に50〜5000mJ/cm2の電子線を照射するか、又は放電管式紫外線照射装置を用い、シリコンウエハ上に成膜した所定厚さの試料薄膜に対し、所定大きさ部分に波長245nmエネルギー0〜200mJ/cm2の紫外線を照射し、熱処理後、アルカリ水溶液中に浸漬させて、水洗、乾燥後の状態をデジタルマイクロスコープで観察するか、又は水洗、乾燥後の膜厚を製薄膜測定装置で測定することにより評価することができる。
露光面の表面ラフネスは、例えば、永瀬雅夫,早稲田大学審査学位論文2475号,「原子間力顕微鏡によるナノ構造計測とそのデバイス・プロセスへの応用に関する研究」,pp99−107(1996)記載の方法に従って測定できる。具体的には、電子線描画装置又は放電管式紫外線照射装置を用い、上記アルカリ水溶液で溶解性を示した電子線又は紫外線露光量露光量の30%の表面について行うことができる。アルカリ水溶液への溶解性について記載したのと同様の方法で作成した評価試料について、原子間力顕微鏡を用い、表面粗さの指標であるJIS B0601−1994の十点平均粗さの求め方に従って測定できる。
本発明のハイパーブランチポリマーの製造方法により得られる本発明のハイパーブランチポリマーは、コア部に高度なブランチ(分岐)構造を有するため、線状高分子に見られる分子間での絡まりが小さく、しかも、主鎖を架橋する分子構造に比べて溶媒による膨潤も小さく、従って表面ラフネスの原因となる大きな分子集合体の形成が抑制される。
また、本発明のハイパーブランチポリマーは、分子末端に酸分解性基を有しているので、光リソグラフィーにおいて、露光部分では光酸発生剤から発生する酸の作用によって分解反応が起こり親水基が生じる結果、分子の外周に多数の親水基を持ったミセル状の構造をとることができ、アルカリ水溶液に対し効率よく溶解し、微細なパターンを形成することができ、以下のレジスト組成物のベース樹脂として好適に利用可能である。
(レジスト組成物)
本発明のレジスト組成物は、前記本発明のハイパーブランチポリマーを少なくとも含み、光酸発生剤、更に必要に応じて、酸拡散抑制剤(酸捕捉剤)、界面活性剤、その他の成分、及び溶剤を含むことができる。
前記本発明のハイパーブランチポリマーの配合量は、レジスト組成物の全量に対し、4〜40重量%が好ましく、4〜20重量%がより好ましい。
前記光酸発生剤としては、紫外線、X線、電子線などの照射によって酸を発生するものであれば特に制限はなく、公知のものの中から目的に応じて適宜選択することができ、例えば、オニウム塩、スルホニウム塩、ハロゲン含有トリアジン化合物、スルホン化合物、スルホネート化合物、芳香族スルホネート化合物、N−ヒドロキシイミドのスルホネート化合物、などが挙げられる。
前記オニウム塩としては、例えば、ジアリールヨードニウム塩、トリアリールセレノニウム塩、トリアリールスルホニウム塩、などが挙げられる。前記ジアリール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、4−メトキシフェニルフェニルヨードニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−メトキシフェニルフェニルヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、ビス(4−tert−ブチルフェニル)ヨードニウムテトラフルオロボレート、ビス(4−tert−ブチルフェニル)ヨードニウムヘキサフルオロホスフェート、ビス(4−tert−ブチルフェニル)ヨードニウムヘキサフルオロアンチモネート、ビス(4−tert−ブチルフェニル)ヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、などが挙げられる。前記トリアリールセレノニウム塩としては、例えば、トリフェニルセレノニウムヘキサフロロホスホニウム塩、トリフェニルセレノニウムホウフッ化塩、トリフェニルセレノニウムヘキサフロロアンチモネート塩、等が挙げられる。前記トリアリール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ヘキサフロロホスホニウム塩、トリフェニルスルホニウムヘキサフロロアンチモネート塩、ジフェニル−4−チオフェノキシフェニルスルホニウムヘキサフロロアンチモネート塩、ジフェニル−4−チオフェノキシフェニルスルホニウムペンタフロロヒドロキシアンチモネート塩、などが挙げられる。
前記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ヘキサフルオロホスフェート、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トリフルオロメタンスルホネート、4−メトキシフェニルジフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−メトキシフェニルジフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、p−トリルジ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、2,4,6−トリメチルフェニルジフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、4−tert−ブチルフェニルジフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、4−フェニルチオフェニルジフェニルスルホニウムヘキサフルオロホスフェート、4−フェニルチオフェニルジフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、1−(2−ナフトイルメチル)チオラニウムヘキサフルオロアンチモネート、1−(2−ナフトイルメチル)チオラニウムトリフルオロメタンスルホネート、4−ヒドロキシ−1−ナフチルジメチルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−ヒドロキシ−1−ナフチルジメチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、などが挙げられる。
前記ハロゲン含有トリアジン化合物としては、例えば、2−メチル−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2,4,6−トリス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−フェニル−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−(4−クロロフェニル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−(4−メトキシフェニル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−(4−メトキシ−1−ナフチル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−(ベンゾ[d][1,3]ジオキソラン−5−イル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−(4−メトキシスチリル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−(3,4,5−トリメトキシスチリル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−(3,4−ジメトキシスチリル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−(2,4−ジメトキシスチリル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−(2−メトキシスチリル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−(4−ブトキシスチリル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−(4−ペンチルオキシスチリル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、などが挙げられる。
前記スルホン化合物としては、例えば、ジフェニルジスルホン、ジ−p−トリルジスルホン、ビス(フェニルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(4−クロロフェニルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(p−トリルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(4−tert−ブチルフェニルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(2,4−キシリルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(シクロヘキシルスルホニル)ジアゾメタン、(ベンゾイル)(フェニルスルホニル)ジアゾメタン、フェニルスルホニルアセトフェノン、などが挙げられる。
前記芳香族スルホネート化合物としては、例えば、α−ベンゾイルベンジルp−トルエンスルホネート(通称ベンゾイントシレート)、β−ベンゾイル−β−ヒドロキシフェネチルp−トルエンスルホネート(通称α−メチロールベンゾイントシレート)、1,2,3−ベンゼントリイルトリスメタンスルホネート、2,6−ジニトロベンジルp−トルエンスルホネート、2−ニトロベンジルp−トルエンスルホネート、4−ニトロベンジルp−トルエンスルホネート、などが挙げられる。
前記N−ヒドロキシイミドのスルホネート化合物としては、例えば、N−(フェニルスルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(p−クロロフェニルスルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(シクロヘキシルスルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(1−ナフチルスルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(ベンジルスルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(10−カンファースルホニルオキシ)スクシンイミド、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)−5−ノルボルネン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)ナフタルイミド、N−(10−カンファースルホニルオキシ)ナフタルイミド、などが挙げられる。
前記光酸発生剤としては、スルホニウム塩、特に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;スルホン化合物、特にビス(4−tert−ブチルフェニルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(シクロヘキシルスルホニル)ジアゾメタンが好ましい。前記光酸発生剤は単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。前記光酸発生剤の配合量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記本発明のハイパーブランチポリマー100重量部に対し0.1〜30重量部が好ましく、0.1〜10重量部がより好ましい。
また、前記酸拡散抑制剤としては、露光により酸発生剤から生じる酸のレジスト被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抑制する作用を有する成分であれば特に制限はなく、公知のものの中から目的に応じて適宜選択することができ、例えば、同一分子内に窒素原子を1個有する含窒素化合物、同一分子内に窒素原子を2個有する化合物、窒素原子を3個以上有するポリアミノ化合物や重合体、アミド基含有化合物、ウレア化合物、含窒素複素環化合物、などが挙げられる。
前記同一分子内に窒素原子を1個有する含窒素化合物としては、例えば、モノ(シクロ)アルキルアミン、ジ(シクロ)アルキルアミン、トリ(シクロ)アルキルアミン、芳香族アミン、などが挙げられる。前記モノ(シクロ)アルキルアミンとしては、例えば、n−ヘキシルアミン、n−ヘプチルアミン、n−オクチルアミン、n−ノニルアミン、n−デシルアミン、シクロヘキシルアミン、などが挙げられる。前記ジ(シクロ)アルキルアミンとしては、例えば、ジ−n−ブチルアミン、ジ−n−ペンチルアミン、ジ−n−ヘキシルアミン、ジ−n−ヘプチルアミン、ジ−n−オクチルアミン、ジ−n−ノニルアミン、ジ−n−デシルアミン、シクロヘキシルメチルアミン、などが挙げられる。前記トリ(シクロ)アルキルアミンとしては、トリエチルアミン、トリ−n−プロピルアミン、トリ−n−ブチルアミン、トリ−n−ペンチルアミン、トリ−n−ヘキシルアミン、トリ−n−ヘプチルアミン、トリ−n−オクチルアミン、トリ−n−ノニルアミン、トリ−n−デシルアミン、シクロヘキシルジメチルアミン、メチルジシクロヘキシルアミン、トリシクロヘキシルアミン、などが挙げられる。前記芳香族アミンとしては、例えば、アニリン、N−メチルアニリン、N,N−ジメチルアニリン、2−メチルアニリン、3−メチルアニリン、4−メチルアニリン、4−ニトロアニリン、ジフェニルアミン、トリフェニルアミン、ナフチルアミン、などが挙げられる。
前記同一分子内に窒素原子を2個有する含窒素化合物としては、例えば、エチレンジアミン、N,N,N’N’−テトラメチルエチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ジアミノベンゾフェノン、4,4’−ジアミノジフェニルアミン、2,2−ビス(4−アミノフェニル)プロパン、2−(3−アミノフェニル)−2−(4−アミノフェニル)プロパン、2−(4−アミノフェニル)−2−(3−ヒドロキシフェニル)プロパン、2−(4−アミノフェニル)−2−(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、1,4−ビス〔1−(4−アミノフェニル)−1−メチルエチル〕ベンゼン、1,3−ビス〔1−(4−アミノフェニル)−1−メチルエチル〕ベンゼン、ビス(2−ジメチルアミノエチル)エーテル、ビス(2−ジエチルアミノエチル)エーテル、などが挙げられる。
前記窒素原子を3個以上有するポリアミノ化合物や重合体としては、例えば、ポリエチレンイミン、ポリアリルアミン、N−(2−ジメチルアミノエチル)アクリルアミドの重合体、などが挙げられる。
前記アミド基含有化合物としては、例えば、N−t−ブトキシカルボニルジ−n−オクチルアミン、N−t−ブトキシカルボニルジ−n−ノニルアミン、N−t−ブトキシカルボニルジ−n−デシルアミン、N−t−ブトキシカルボニルジシクロヘキシルアミン、N−t−ブトキシカルボニル−1−アダマンチルアミン、N−t−ブトキシカルボニル−N−メチル−1−アダマンチルアミン、N,N−ジ−t−ブトキシカルボニル−1−アダマンチルアミン、N,N−ジ−t−ブトキシカルボニル−N−メチル−1−アダマンチルアミン、N−t−ブトキシカルボニル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、N,N’−ジ−t−ブトキシカルボニルヘキサメチレンジアミン、N,N,N’N’−テトラ−t−ブトキシカルボニルヘキサメチレンジアミン、N,N’−ジ−t−ブトキシカルボニル−1,7−ジアミノヘプタン、N,N’−ジ−t−ブトキシカルボニル−1,8−ジアミノオクタン、N,N’−ジ−t−ブトキシカルボニル−1,9−ジアミノノナン、N,N’−ジ−t−ブトキシカルボニル−1,10−ジアミノデカン、N,N’−ジ−t−ブトキシカルボニル−1,12−ジアミノドデカン、N,N’−ジ−t−ブトキシカルボニル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、N−t−ブトキシカルボニルベンズイミダゾール、N−t−ブトキシカルボニル−2−メチルベンズイミダゾール、N−t−ブトキシカルボニル−2−フェニルベンズイミダゾール、ホルムアミド、N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、アセトアミド、N−メチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、プロピオンアミド、ベンズアミド、ピロリドン、N−メチルピロリドン、などが挙げられる。
前記ウレア化合物としては、例えば、尿素、メチルウレア、1,1−ジメチルウレア、1,3−ジメチルウレア、1,1,3,3−テトラメチルウレア、1,3−ジフェニルウレア、トリ−n−ブチルチオウレア、などが挙げられる。
前記含窒素複素環化合物としては、例えば、イミダゾール、4−メチルイミダゾール、4−メチル−2−フェニルイミダゾール、ベンズイミダゾール、2−フェニルベンズイミダゾール、ピリジン、2−メチルピリジン、4−メチルピリジン、2−エチルピリジン、4−エチルピリジン、2−フェニルピリジン、4−フェニルピリジン、2−メチル−4−フェニルピリジン、ニコチン、ニコチン酸、ニコチン酸アミド、キノリン、4−ヒドロキシキノリン、8−オキシキノリン、アクリジン、ピペラジン、1−(2−ヒドロキシエチル)ピペラジン、ピラジン、ピラゾール、ピリダジン、キノザリン、プリン、ピロリジン、ピペリジン、3−ピペリジノ−1,2−プロパンジオール、モルホリン、4−メチルモルホリン、1,4−ジメチルピペラジン、1,4−ジアザビシクロ [2.2.2] オクタン、などが挙げられる。
前記酸拡散抑制剤は単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。前記酸拡散抑制剤の配合量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記光酸発生剤100重量部に対し0.1〜1000重量部が好ましく、0.5〜10重量部がより好ましい。
また、前記界面活性剤としては、塗布性、ストリエーション、現像性等を改良する作用を示す成分であれば特に制限はなく、公知のものの中から目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステルのノニオン系界面活性剤、フッ素系界面活性剤、シリコン系界面活性剤、などが挙げられる。
前記ポリオキシエチレンアルキルエーテルとしては、例えば、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンセチルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、などが挙げられる。前記ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテルとしては、例えば、ポリオキシエチレンオクチルフェノールエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェノールエーテル、などが挙げられる。
前記ソルビタン脂肪酸エステルとしては、例えば、ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノパルミテート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタンモノオレエート、ソルビタントリオレエート、ソルビタントリステアレート、などが挙げられる。前記ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステルのノニオン系界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノパルミテ−ト、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート、ポリオキシエチレンソルビタントリオレエート、ポリオキシエチレンソルビタントリステアレート、などが挙げられる。
前記フッ素系界面活性剤としては、例えば、エフトップEF301、EF303、EF352(新秋田化成(株)製)、メガファックF171、F173、F176、F189、R08(大日本インキ化学工業(株)製)、フロラ−ドFC430、FC431(住友スリーエム(株)製)、アサヒガードAG710、サーフロンS−382、SC101、SC102、SC103、SC104、SC105、SC106(旭硝子(株)製)、などが挙げられる。前記シリコン系界面活性剤としては、例えば、オルガノシロキサンポリマーKP341(信越化学工業(株)製)、などが挙げられる。
前記界面活性剤は単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。前記界面活性剤の配合量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記本発明のハイパーブランチポリマー100重量部に対し、0.0001〜5重量部が好ましく、0.0002〜2重量部がより好ましい。
前記その他の成分としては、例えば、増感剤、溶解制御剤、酸解離性基を有する添加剤、アルカリ可溶性樹脂、染料、顔料、接着助剤、消泡剤、安定剤、ハレーション防止剤、などが挙げられる。
前記増感剤としては、放射線のエネルギーを吸収して、そのエネルギーを光酸発生剤に伝達し、それにより酸の生成量を増加する作用を示し、レジスト組成物のみかけの感度を向上させる効果を有するものであれば特に制限はなく、例えば、アセトフェノン類、ベンゾフェノン類、ナフタレン類、ビアセチル、エオシン、ローズベンガル、ピレン類、アントラセン類、フェノチアジン類、などが挙げられる。これらの増感剤は単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
前記溶解制御剤としては、レジストとしたときの溶解コントラストおよび溶解速度をより適切に制御するものであれば特に制限はなく、例えば、ポリケトン、ポリスピロケタール、などが挙げられる。これらの溶解制御剤は単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
前記酸解離性基を有する添加剤としては、ドライエッチング耐性、パターン形状、基板との接着性等をさらに改善するものであれば特に制限はなく、例えば、1−アダマンタンカルボン酸t−ブチル、1−アダマンタンカルボン酸t−ブトキシカルボニルメチル、1,3−アダマンタンジカルボン酸ジ−t−ブチル、1−アダマンタン酢酸t−ブチル、1−アダマンタン酢酸t−ブトキシカルボニルメチル、1,3−アダマンタンジ酢酸ジ−t−ブチル、デオキシコール酸t−ブチル、デオキシコール酸t−ブトキシカルボニルメチル、デオキシコール酸2−エトキシエチル、デオキシコール酸2−シクロヘキシルオキシエチル、デオキシコール酸3−オキソシクロヘキシル、デオキシコール酸テトラヒドロピラニル、デオキシコール酸メバロノラクトンエステル、リトコール酸t−ブチル、リトコール酸t−ブトキシカルボニルメチル、リトコール酸2−エトキシエチル、リトコール酸2−シクロヘキシルオキシエチル、リトコール酸3−オキソシクロヘキシル、リトコール酸テトラヒドロピラニル、リトコール酸メバロノラクトンエステル、などが挙げられる。これらの溶解制御剤は単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
前記アルカリ可溶性樹脂としては、本発明のレジスト組成物のアルカリ可溶性を向上させるものであれば特に制限はなく、例えば、ポリ(4−ヒドロキシスチレン)、部分水素添加ポリ(4−ヒドロキシスチレン)、ポリ(3−ヒドロキシスチレン)、ポリ(3−ヒドロキシスチレン)、4−ヒドロキシスチレン/3−ヒドロキシスチレン共重合体、4−ヒドロキシスチレン/スチレン共重合体、ノボラック樹脂、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸などが挙げられ、Mwは、通常、1000−1000000、好ましくは2000−100000である。これらのアルカリ可溶性樹脂は単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
前記染料あるいは顔料は、露光部の潜像を可視化させて露光時のハレーションの影響を緩和できる。また、前記接着助剤は、基板との接着性を改善することができる。
前記溶剤としては、前記成分等を溶解することができる限り特に制限はなく、レジスト組成物に安全に使用可能なものの中から適宜選択することができ、例えば、ケトン、環状ケトン、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、2−ヒドロキシプロピオン酸アルキル、3−アルコキシプロピオン酸アルキル、その他の溶剤などが挙げられる。
前記ケトンとしては、例えば、メチルイソブチルケトン、メチルエチルケトン、2−ブタノン、2−ペンタノン、3−メチル−2−ブタノン、2−ヘキサノン、4−メチル−2−ペンタノン、3−メチル−2−ペンタノン、3,3−ジメチル−2−ブタノン、2−ヘプタノン、2−オクタノン、などが挙げられる。前記環状ケトンとしては、例えば、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、3−メチルシクロペンタノン、2−メチルシクロヘキサノン、2,6−ジメチルシクロヘキサノン、イソホロン、などが挙げられる。
前記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としては、例えば、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、プロピレングリコールモノ−n−プロピルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノ−i−プロピルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノ−n−ブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノ−i−ブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノ−sec−ブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノ−t−ブチルエーテルアセテート、などが挙げられる。
前記2−ヒドロキシプロピオン酸アルキルとしては、例えば、2−ヒドロキシプロピオン酸メチル、2−ヒドロキシプロピオン酸エチル、2−ヒドロキシプロピオン酸n−プロピル、2−ヒドロキシプロピオン酸i−プロピル、2−ヒドロキシプロピオン酸n−ブチル、2−ヒドロキシプロピオン酸i−ブチル、2−ヒドロキシプロピオン酸sec−ブチル、2−ヒドロキシプロピオン酸t−ブチル、などが挙げられる。前記3−アルコキシプロピオン酸アルキルとしては、例えば、3−メトキシプロピオン酸メチル、3−メトキシプロピオン酸エチル、3−エトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸エチル、などが挙げられる。
前記その他の溶剤としては、例えば、n−プロピルアルコール、i−プロピルアルコール、n−ブチルアルコール、t−ブチルアルコール、シクロヘキサノール、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、エチレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、エチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、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ジエチルエーテル、ジエチレングリコールジ−n−プロピルエーテル、ジエチレングリコールジ−n−ブチルエーテル、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、エチレングリコールモノ−n−プロピルエーテルアセテート、プロピレングリコール、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、プロピレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオン酸エチル、エトキシ酢酸エチル、ヒドロキシ酢酸エチル、2−ヒドロキシ−3−メチル酪酸メチル、3−メトキシブチルアセテート、3−メチル−3−メトキシブチルアセテート、3−メチル−3−メトキシブチルプロピオネート、3−メチル−3−メトキシブチルブチレート、酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸n−ブチル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、N−メチルピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ベンジルエチルエーテル、ジ−n−ヘキシルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、γ−ブチロラクトン、トルエン、キシレン、カプロン酸、カプリル酸、オクタン、デカン、1−オクタノール、1−ノナノール、ベンジルアルコール、酢酸ベンジル、安息香酸エチル、しゅう酸ジエチル、マレイン酸ジエチル、炭酸エチレン、炭酸プロピレン等を挙げることができる。これらの溶剤は、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
本発明のレジスト組成物は、パターン状に露光された後、現像を行ってパターニング処理することができる。本発明のレジスト組成物は、表面平滑性がナノオーダーで求められる電子線、遠紫外線(DUV)、及び極紫外線(EUV)光源に対応し得、超LSI製造用の微細パターンを形成できるので各種分野で好適に用いることができる。本発明のレジスト組成物は、露光及び加熱によりアルカリ現像液中に溶解させて水洗等することにより、露光面に溶け残りが殆ど無く、ほぼ垂直なエッジを得ることができる。
(実施例1A)
−ハイパーブランチポリマーの合成−
50mL反応容器内に、反応モノマーとしてのクロロメチルスチレン21mmol、触媒としての2,2−ビピリジル2.1mmol、塩化銅(I)1.1mmol、及び溶媒としてのクロロベンゼン8mLを収容し、反応容器内をアルゴン置換した後、温度115℃で攪拌して1時間重合反応させた。この反応液にテトラヒドロフラン50mLを加え、ポリマーを希釈溶解後、活性アルミナろ過で触媒を除いた。ろ液を濃縮後、メタノール200mLを加え、ポリマーを沈殿させて、上澄み液を除くことにより未反応モノマーと反応溶媒を除去した。次いで、沈降したポリマーをテトラヒドロフラン20mLに溶解させて、メタノール500mLを加え、再沈殿させる操作を2回繰り返し、ポリマー1を合成した(収率75%)。以上が、前記ハイパーブランチポリマー合成工程である。
得られたポリマー1について、以下のようにして、重量平均分子量(Mw)、及び分岐度(Br)を測定した。結果を表1Aに示す。
<重量平均分子量(Mw)の測定>
ハイパーブランチポリマーの重量平均分子量(Mw)は、0.05質量%のテトラヒドロフラン溶液を調製し、温度40℃でGPC測定を行って求めた。移動溶媒としてはテトラヒドロフランを用いた。標準物質としてはスチレンを使用した。
<分岐度>
ハイパーブランチポリマーの分岐度は、生成物の1H−NMRを測定し、以下のようにして求めた。即ち、4.6ppmに現われる−CH2Cl部位のプロトンの積分比H1°と、4.8ppmに現われるCHCl部位のプロトンの積分比H2°を用い、下記数式(A)により算出した。なお、−CH2Cl部位とCHCl部位との両方で重合が進行し、分岐が高まると、Br値は0.5に近づく。
Figure 0004190538
次に、50mL反応容器内に、原料ポリマーとしての前記ポリマー1を1g、酸分解性基を含有する化合物としてのp−tert−ブトキシスチレンを6.5mmol、触媒としての2,2−ビピリジル3.2mmol及び塩化銅(I)1.6mmol、溶媒としてのクロロベンゼン8mLを収容し、反応容器内をアルゴン置換後、温度125℃で攪拌し30分重合させた。この反応液にテトラヒドロフラン50mLを加え、ポリマーを希釈溶解後、活性アルミナろ過で触媒を除いた。ろ液を濃縮後、メタノール200mLを加え、ポリマーを沈殿させ、上澄み液を除くことで未反応モノマーと反応溶媒を除去した。次いで、沈降したポリマーをテトラヒドロフラン20mLに溶解させて、メタノール500mLを加え、再沈殿させる操作を2回繰り返し、下記式に示す目的の酸分解性基が導入されたハイパーブランチポリマーを合成した。以上が、前記酸分解性基導入工程である。
得られた酸分解性基が導入されたハイパーブランチポリマーにおける酸分解性基の付加量(導入量)を以下のようにして測定した。結果を表1Aに示す。
<酸分解性基の付加量(導入量)>
酸分解性基の付加量は、生成物の1H−NMRを測定し、酸分解性基に特徴的なプロトンの積分値の、ハイパーブランチポリマーの構成単位であるスチレン誘導体数に対する比として算出した。
Figure 0004190538
(実施例2A)
−ハイパーブランチポリマーの合成−
実施例1において、前記ハイパーブランチポリマー合成工程での触媒量を5倍とし、反応温度を125℃、反応時間を30分として重合した以外は、実施例1と同様にして、ポリマー2を合成した(収率77%)。実施例1と同様にしてポリマー2の重量平均分子量(Mw)、及び分岐度(Br)を測定した。結果を表1Aに示す。
前記酸分解性基導入工程での原料ポリマーとしてのポリマー2を1g、酸分解性基を含有する化合物としてのp−tert−ブトキシスチレンを65mmol、反応時間を3時間とした以外は、実施例1と同様にして、p−tert−ブトキシスチレンとの重合、精製を行い、目的の酸分解性基が導入されたハイパーブランチポリマーを合成した。
実施例1と同様にして、酸分解性基の付加量(導入量)を測定した。結果を表1Aに示す。
(実施例3A)
−ハイパーブランチポリマーの合成−
実施例1において、前記ハイパーブランチポリマー合成工程での触媒量を4倍、反応温度を125℃、反応時間を1時間とした以外は、実施例1と同様にしてポリマー3を合成した(収率78%)。
実施例1と同様にしてポリマー3の重量平均分子量(Mw)、及び分岐度(Br)を測定した。結果を表1Aに示す。
前記酸分解性基導入工程での原料ポリマーとしてのポリマー3を1g、酸分解性基を含有する化合物としてのp−エトキシエトキシスチレンを65mmol、反応時間を3時間とした以外は、実施例1と同様にして、p−エトキシエトキシスチレンとの重合、精製を行い、目的の酸分解性基が導入されたハイパーブランチポリマーを合成した。
実施例1と同様にして、酸分解性基の付加量(導入量)を測定した。結果を表1Aに示す。
(実施例4A)
50mL反応容器内に、原料ポリマーとしてのポリマー3を1g、酸分解性基を含有する化合物としてのヒドロキノンtert−ブチルエーテルを13.0mmol、及びNaHを13.0mmol収容し、溶媒としてテトラヒドロフラン30mLを加え、温度70℃、還流下で、5時間重合反応させた。反応物にメタノールを200mL加え、析出したポリマーをデカンテーションにより分け、水洗、乾燥して、下記式に示す目的の酸分解性基が導入されたハイパーブランチポリマーを合成した。以上が、前記酸分解性基導入工程である。
実施例1と同様にして、酸分解性基の付加量(導入量)を測定した。結果を表1Aに示す。
Figure 0004190538
(実施例5A)
実施例4において、前記酸分解性基導入工程での酸分解性基を含有する化合物としての4−ヒドロキシフェニルオキシ酢酸tert−ブチルエステルを65mmol、反応時間は3時間とした以外は、実施例4と同様にして、4−ヒドロキシフェニルオキシ酢酸tert−ブチルエステルとの重合、精製を行い、目的の酸分解性基が導入されたハイパーブランチポリマーを合成した。実施例1と同様にして、酸分解性基の付加量(導入量)を測定した。結果を表1Aに示す。
Figure 0004190538
(実施例6A〜10A)
−レジスト組成物の調製−
実施例1〜5の酸分解性基が導入されたハイパーブランチポリマーをそれぞれ10質量%と、光酸発生剤(PAG1〜3)を0.1質量%含有プロピレングリコールモノメチルアセテート溶液とを表1Aに示す組み合わせで混合して、実施例6〜10のレジスト組成物を調製した。
得られた各レジスト組成物をシリコンウエハ上にスピンコートし、90℃にて1分間の熱処理で溶媒を蒸発させて、厚さ300nmの薄膜を作製し、評価試料とした。
<アルカリ可溶性の評価方法>
アルカリ水溶液への溶解性は、電子線描画装置(クレステック社製、CABL9000)を用い、シリコンウエハ上に成膜した厚さ約300nmの試料薄膜に対し、縦30μm×横30μmの正方形の部分に50〜5000mJ/cm2の電子線を照射し、120℃にて90秒熱処理後、アルカリ剤としてのテトラメチルアンモニウムヒドロオキサイド(TMAH)2.4質量%水溶液中に25℃にて4分浸漬させて、水洗、乾燥後の状態をデジタルマイクロスコープ(キーエンス社製、VH−6300VH)で観察し、下記基準で評価した。結果を表2Aに示す。
〔評価基準〕
○・・・露光面に溶け残りのない状態
△・・・溶け残りのある状態
×・・・溶け残りが大量にある状態
<表面ラフネスの測定方法>
露光面の表面ラフネスは、永瀬雅夫,早稲田大学審査学位論文2475号,「原子間力顕微鏡によるナノ構造計測とそのデバイス・プロセスへの応用に関する研究」,pp99−107(1996)記載の方法に従い、電子線描画装置(クレステック社製、CABL9000)を用い、上記アルカリ水溶液で溶解性が示された電子線露光量の30%の表面について行った。電子線の照射は、シリコンウエハ上に成膜した厚さ約300nmの試料薄膜に対して、縦30μm×横30μmの正方形の部分に行い、120℃にて90秒の熱処理、テトラメチルアンモニウムヒドロオキサイド(TMAH)2.4質量%水溶液に25℃にて4分浸漬し、水洗、乾燥した表面を評価試料とした。
得られた評価試料について、原子間力顕微鏡(島津製作所社製、SPM−9500J3)を用い、表面粗さの指標であるJIS B0601−1994の十点平均粗さの求め方に従って測定した。結果を表2Aに示す。
Figure 0004190538
(実施例1B)
−ハイパーブランチポリマーの合成−
50mL反応容器内に、反応モノマーとしてのクロロメチルスチレン21mmol、触媒としての2,2−ビピリジル13.1mmol、塩化銅(I)6.6mmol、及び溶媒としてのクロロベンゼン8mLを収容し、反応容器内をアルゴン置換した後、温度115℃で攪拌して30分重合反応させた。この反応液にテトラヒドロフラン50mLを加え、ポリマーを希釈溶解後、活性アルミナろ過で触媒を除いた。ろ液を濃縮後、メタノール200mLを加え、ポリマーを沈殿させて、上澄み液を除くことにより未反応モノマーと反応溶媒を除去した。次いで、沈降したポリマーをテトラヒドロフラン20mLに溶解させて、メタノール500mLを加え、再沈殿させる操作を2回繰り返し、コア部分Aを合成した(収率60%)。
次に、50mL反応容器内に、原料ポリマーとしてのコア部分Aを1g、酸分解性基を含有する化合物としてのアクリル酸−tert−ブチルエステルを33mmol、触媒としての2,2−ビピリジル4.1mmol及び塩化銅(I)2.1mmol、溶媒としてのクロロベンゼン13mLを収容し、反応容器内をアルゴン置換後、温度125℃で攪拌し30分重合させた。この反応液にテトラヒドロフラン50mLを加え、生成ポリマーを希釈溶解後、活性アルミナろ過で触媒を除いた。ろ液を濃縮後、メタノール200mLを加え、ポリマーを沈殿させ、上澄み液を除くことで未反応モノマーと反応溶媒を除去した。次いで、沈降したポリマーをテトラヒドロフラン20mLに溶解させて、メタノール500mLを加え、再沈殿させる操作を2回繰り返し、下記式に示す目的の酸分解性基が導入されたハイパーブランチポリマー<1>を合成した。
Figure 0004190538
得られたコア部分Aについて、以下のようにして、重量平均分子量(Mw)、及び分岐度(Br)を測定した。
すなわち、コア部分Aの重量平均分子量(Mw)は、0.05重量%のテトラヒドロフラン溶液を調製し、温度40℃でGPC測定を行って求めた。移動溶媒としてはテトラヒドロフランを用いた。標準物質としてはスチレンを使用した。コア部分Aの分岐度は、既述の数式(A)により算出した。結果を表1Bに示す。
また、ハイパーブランチポリマー<1>の重量平均分子量(Mw)は、コア部分Aの重量平均分子量(Mw)と同様の方法で測定した。さらに、酸分解性基の導入比を上記数式(a)により計算した。結果を表1Bに示す。
−レジスト組成物の調製−
酸分解性基が導入されたハイパーブランチポリマー<1>を10重量%、光酸発生剤として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を0.5重量%含有するプロピレングリコールモノメチルアセテート溶液を作製し、0.45μmのフィルターで濾過して、レジスト組成物を調製した。
得られた各レジスト組成物をシリコンウエハ上にスピンコートし、90℃にて1分間の熱処理で溶媒を蒸発させて、厚さ300nmの薄膜を作製し、評価試料とした。
<アルカリ可溶性の評価方法>
アルカリ水溶液への溶解性は、電子線描画装置(クレステック社製、CABL9000)を用い、シリコンウエハ上に成膜した厚さ約300nmの試料薄膜に対し、縦3μm×横50μmの長方形の部分に50〜5000mJ/cm2の電子線を照射し、100℃にて4分の熱処理後、アルカリ剤としてのテトラメチルアンモニウムヒドロオキサイド(TMAH)2.4重量%水溶液中に25℃にて2分浸漬させて、水洗、乾燥後の状態をデジタルマイクロスコープ(キーエンス社製、VH−6300VH)で観察し、下記基準で評価した。結果を表2Bに示す。
〔評価基準〕
◎・・・・露光面に溶け残りが全くなく、エッジが垂直な状態
◎−○・・露光面に溶け残りが全くなく、エッジにやや傾斜がある状態
○・・・・露光面に溶け残りが殆どない状態
×・・・・溶け残りがある状態
<表面ラフネスの測定方法>
露光面の表面ラフネスは、永瀬雅夫,早稲田大学審査学位論文2475号,「原子間力顕微鏡によるナノ構造計測とそのデバイス・プロセスへの応用に関する研究」,pp99−107(1996)記載の方法に従い、電子線描画装置(クレステック社製、CABL9000)を用い、上記アルカリ水溶液で溶解性が示された電子線露光量の30%の表面について行った。電子線の照射は、シリコンウエハ上に成膜した厚さ約300nmの試料薄膜に対して、縦30μm×横30μmの正方形の部分に行い、100℃にて4分の熱処理後、テトラメチルアンモニウムヒドロオキサイド(TMAH)2.4重量%水溶液に25℃にて2分浸漬し、水洗、乾燥した表面を評価試料とした。
得られた評価試料について、原子間力顕微鏡(島津製作所社製、SPM−9500J3)を用い、表面粗さの指標であるJIS B0601−1994の十点平均粗さの求め方に従って測定した。結果を表2Bに示す。
(実施例2B)
−ハイパーブランチポリマーの合成−
前記ハイパーブランチポリマー分子コア合成工程での触媒量(2,2−ビピリジル、及び、塩化銅(I))を0.8倍とし、反応温度を125℃として重合した以外は、実施例1Bと同様にして、コア部分Bを合成した(収率77%)。また、実施例1Bと同様にしてコア部分Bの重量平均分子量(Mw)、及び分岐度(Br)を測定した。結果を表1Bに示す。
次に、前記酸分解性基導入工程での原料ポリマーとしてのコア部分Bを1g、触媒量(2,2−ビピリジル、及び、塩化銅(I))を0.8倍、反応時間を3時間として重合した以外は、実施例1Bと同様にして、ハイパーブランチポリマー<2>を合成した。
実施例1Bと同様にして、得られた酸分解性基が導入されたハイパーブランチポリマー<2>の重量平均分子量(Mw)を測定し、コア部分を構成する式1で表されるモノマー数に対する、酸分解性基の導入比を数式(a)により計算した。結果を表1Bに示す。
−レジスト組成物の調製−
酸分解性基が導入されたハイパーブランチポリマー<2>を用いた以外は、実施例1Bと同様にして、レジスト組成物を調製した。
また、実施例1Bと同様に、アルカリ可溶性を評価し、表面ラフネスを測定した。その結果を表2Bに示す。
(実施例3B)
−ハイパーブランチポリマーの合成−
前記ハイパーブランチポリマー分子コア合成工程での反応温度を125℃として重合した以外は、実施例1Bと同様にして、コア部分Cを合成した(収率78%)。また、実施例1Bと同様にしてコア部分Cの重量平均分子量(Mw)、及び分岐度(Br)を測定した。結果を表1Bに示す。
次に、前記酸分解性基導入工程での原料ポリマーとしてのコア部分Cを1g、反応時間を3時間として重合した以外は、実施例1Bと同様にして、ハイパーブランチポリマー<3>を合成した。
実施例1Bと同様にして、得られた酸分解性基が導入されたハイパーブランチポリマー<3>の重量平均分子量(Mw)を測定し、コア部分を構成する式1で表されるモノマー数に対する、酸分解性基の導入比を数式(a)により計算した。結果を表1Bに示す。
−レジスト組成物の調製−
酸分解性基が導入されたハイパーブランチポリマー<3>を用いた以外は、実施例1Bと同様にして、レジスト組成物を調製後、評価試料を作製した。また、実施例1Bと同様に、アルカリ可溶性を評価し、表面ラフネスを測定した。その結果を表2Bに示す。
(実施例4B)
−ハイパーブランチポリマーの合成−
実施例2Bで合成した前記酸分解性基導入工程での原料ポリマーとしてのコア部分Bを1g、酸分解性基を含有する化合物としてのメタクリル酸−tert−ブチルエステルを33mmolとして重合した以外は、実施例2Bと同様にして、下記式に示す目的のハイパーブランチポリマー<4>を合成した。
実施例1Bと同様にして、得られた酸分解性基が導入されたハイパーブランチポリマー<4>の重量平均分子量(Mw)を測定し、コア部分を構成する式1で表されるモノマー数に対する、酸分解性基の導入比を数式(a)により計算した。結果を表1Bに示す。
Figure 0004190538
−レジスト組成物の調製−
酸分解性基が導入されたハイパーブランチポリマー<4>を用いた以外は、実施例1Bと同様にして、レジスト組成物を調製した。また、実施例1Bと同様に、アルカリ可溶性を評価し、表面ラフネスを測定した。その結果を表2Bに示す。
(実施例5B)
−ハイパーブランチポリマーの合成−
実施例2Bで合成した前記酸分解性基導入工程での原料ポリマーとしてのコア部分Bを1g、酸分解性基を含有する化合物としてのtert−ブトキシスチレンを33mmolとして重合した以外は、実施例2Bと同様にして、下記式に示す目的のハイパーブランチポリマー<5>を合成した。
実施例1Bと同様にして、得られた酸分解性基が導入されたハイパーブランチポリマー<5>の重量平均分子量(Mw)を測定し、コア部分を構成する式1で表されるモノマー数に対する、酸分解性基の導入比を数式(a)により計算した。結果を表1Bに示す。
Figure 0004190538
−レジスト組成物の調製−
酸分解性基が導入されたハイパーブランチポリマー<5>を用いた以外は、実施例1Bと同様にして、レジスト組成物を調製した。また、実施例1Bと同様に、アルカリ可溶性を評価し、表面ラフネスを測定した。その結果を表2Bに示す。
(実施例6B)
−ハイパーブランチポリマーの合成−
実施例2Bで合成した前記酸分解性基導入工程での原料ポリマーとしてのコア部分Bを1g、酸分解性基を含有する化合物としての式(15)に示すモノマーを33mmolとして重合した以外は、実施例2Bと同様にして、下記式に示す目的のハイパーブランチポリマー<6>を合成した。
実施例1Bと同様にして、得られた酸分解性基が導入されたハイパーブランチポリマー<6>の重量平均分子量(Mw)を測定し、コア部分を構成する式1で表されるモノマー数に対する、酸分解性基の導入比を数式(a)により計算した。結果を表1Bに示す。
Figure 0004190538
−レジスト組成物の調製−
酸分解性基が導入されたハイパーブランチポリマー<6>を用いた以外は、実施例1Bと同様にして、レジスト組成物を調製した。また、実施例1Bと同様に、アルカリ可溶性を評価し、表面ラフネスを測定した。その結果を表2Bに示す。
(実施例7B)
−ハイパーブランチポリマーの合成−
実施例2Bで合成した前記酸分解性基導入工程での原料ポリマーとしてのコア部分Bを1g、酸分解性基を含有する化合物としての式(16)に示すモノマーを33mmolとして重合した以外は、実施例2Bと同様にして、下記式に示す目的のハイパーブランチポリマー<7>を合成した。
実施例1Bと同様にして、得られた酸分解性基が導入されたハイパーブランチポリマー<7>の重量平均分子量(Mw)を測定し、コア部分を構成する式1で表されるモノマー数に対する、酸分解性基の導入比を数式(a)により計算した。結果を表1Bに示す。
Figure 0004190538
−レジスト組成物の調製−
酸分解性基が導入されたハイパーブランチポリマー<7>を用いた以外は、実施例1Bと同様にして、レジスト組成物を調製した。また、実施例1Bと同様に、アルカリ可溶性を評価し、表面ラフネスを測定した。その結果を表2Bに示す。
(実施例8B)
−ハイパーブランチポリマーの合成−
実施例2Bで合成した前記酸分解性基導入工程での原料ポリマーとしてのコア部分Bを1g、酸分解性基を含有する化合物としての式(17)に示すモノマーを33mmolとして重合した以外は、実施例2Bと同様にして、下記式に示す目的のハイパーブランチポリマー<8>を合成した。
実施例1Bと同様にして、得られた酸分解性基が導入されたハイパーブランチポリマー<8>の重量平均分子量(Mw)を測定し、コア部分を構成する式1で表されるモノマー数に対する、酸分解性基の導入比を数式(a)により計算した。結果を表1Bに示す。
Figure 0004190538
−レジスト組成物の調製−
酸分解性基が導入されたハイパーブランチポリマー<8>を用いた以外は、実施例1Bと同様にして、レジスト組成物を調製した。また、実施例1Bと同様に、アルカリ可溶性を評価し、表面ラフネスを測定した。その結果を表2Bに示す。
(実施例9B)
−ハイパーブランチポリマーの合成−
実施例2Bで合成した前記酸分解性基導入工程での原料ポリマーとしてのコア部分Bを1g、酸分解性基を含有する化合物としてのアクリル酸−tert−ブチルエステルを18mmolと式(15)に示すモノマーを18mmolとを混合して重合した以外は、実施例2Bと同様にして、下記式に示す目的のハイパーブランチポリマー<9>を合成した。
実施例1Bと同様にして、得られた酸分解性基が導入されたハイパーブランチポリマー<9>の重量平均分子量(Mw)を測定し、コア部分を構成する式1で表されるモノマー数に対する、酸分解性基の導入比を数式(a)により計算した。結果を表1Bに示す。
Figure 0004190538
−レジスト組成物の調製−
酸分解性基が導入されたハイパーブランチポリマー<9>を用いた以外は、実施例1Bと同様にして、レジスト組成物を調製した。また、実施例1Bと同様に、アルカリ可溶性を評価し、表面ラフネスを測定した。その結果を表2Bに示す。
(実施例10B)
−ハイパーブランチポリマーの合成−
50mL反応容器内に、原料ポリマーとしてのコア部分Bを1g、酸分解性基を含有する化合物としのヒドロキノン−tert−ブチルエーテルを13.0mmol、及びNaHを13.0mmol収容し、溶媒としてテトラヒドロフラン30mLを加え、温度70℃、還流下で、5時間重合反応させた。反応物にメタノールを200mL加え、析出したポリマーをデカンテーションにより分け、水洗、乾燥して、下記式に示す目的の酸分解性基が導入されたハイパーブランチポリマー<10>を合成した。
Figure 0004190538
実施例1Bと同様にして、得られた酸分解性基が導入されたハイパーブランチポリマー<10>の重量平均分子量(Mw)を測定し、コア部分を構成する式1で表されるモノマー数に対する、酸分解性基の導入比を数式(b)により計算した。結果を表1Bに示す。
−レジスト組成物の調製−
酸分解性基が導入されたハイパーブランチポリマー<10>を用いた以外は、実施例1Bと同様にして、レジスト組成物を調製した。また、実施例1Bと同様に、アルカリ可溶性を評価し、表面ラフネスを測定した。その結果を表2Bに示す。
(実施例11B)
−ハイパーブランチポリマーの合成−
実施例10Bにおいて、前記酸分解性基導入工程での酸分解性基を含有する化合物としての4−ヒドロキシフェニルオキシ酢酸−tert−ブチルエステルを65mmol、反応時間は3時間とした以外は、実施例10Bと同様にして、4−ヒドロキシフェニルオキシ酢酸−tert−ブチルエステルとの重合、精製を行い、下記式に示す目的の酸分解性基が導入されたハイパーブランチポリマー<11>を合成した。
Figure 0004190538
実施例1Bと同様にして、得られた酸分解性基が導入されたハイパーブランチポリマー<10>の重量平均分子量(Mw)を測定し、コア部分を構成する式1で表されるモノマー数に対する、酸分解性基の導入比を数式(b)により計算した。結果を表1Bに示す。
−レジスト組成物の調製−
酸分解性基が導入されたハイパーブランチポリマー<11>を用いた以外は、実施例1Bと同様にして、レジスト組成物を調製した。また、実施例1Bと同様に、アルカリ可溶性を評価し、表面ラフネスを測定した。その結果を表2Bに示す。
(実施例12B)
−ハイパーブランチポリマーの合成−
50ml反応容器内に、原料ポリマーとしての実施例2Bで合成したハイパーブランチポリマー<2>を1g、2,2−ビピリジル4.1mmol、塩化銅(I)2.1mmo
l、水素化トリ−n−ブチルすず6.3mmol及び溶媒としてのクロロベンゼン13mlを収容し、温度60℃で撹拌して24時間反応させた。実施例1B同様のろ過及び沈殿精製を経て、下記式に示す目的のハイパーブランチポリマー<12>を合成した。
Figure 0004190538
実施例1Bと同様にして、脱ハロゲン化したハイパーブランチポリマー<12>の重量平均分子量(Mw)を測定した。結果を表1Bに示す。
(実施例13B)
−ハイパーブランチポリマーの合成−
50mL反応容器内に、反応モノマーとしてのクロロメチルスチレン21mmol、触媒としての2,2−ビピリジル10.5mmol、塩化銅(I)5.3mmol、及び溶媒としてのクロロベンゼン8mLを収容し、反応容器内をアルゴン置換した後、温度125℃で攪拌して30分重合反応させた。
次に、精製を行わず、同じ反応容器内に、酸分解性基を含有する化合物としてのアクリル酸−tert−ブチルエステルを105mmol、溶媒としてのクロロベンゼン32mLを滴下し、温度125℃で攪拌し30分重合させた。この反応液にテトラヒドロフラン50mLを加え、生成ポリマーを希釈溶解後、活性アルミナろ過で触媒を除いた。ろ液を濃縮後、メタノール200mLを加え、ポリマーを沈殿させ、上澄み液を除くことで未反応モノマーと反応溶媒を除去した。次いで、沈降したポリマーをテトラヒドロフラン20mLに溶解させて、メタノール500mLを加え、再沈殿させる操作を2回繰り返し、目的の酸分解性基が導入されたハイパーブランチポリマー<13>を合成した。
これは、前記ハイパーブランチポリマー分子コア合成工程と、前記酸分解性基導入工程を連続して行ったケースである。
実施例1Bと同様にして、得られた酸分解性基が導入されたハイパーブランチポリマー<13>の重量平均分子量(Mw)を測定した。また、酸分解性基の付加量は、生成物の1H−NMRを測定し、酸分解性基に特徴的なプロトンの積分値の、コア部分の構成単位であるスチレン誘導対数に対する比として算出した。結果を表1Bに示す。
−レジスト組成物の調製−
酸分解性基が導入されたハイパーブランチポリマー<13>を用いた以外は、実施例1Bと同様にして、レジスト組成物を調製した。また、実施例1Bと同様に、アルカリ可溶性を評価し、表面ラフネスを測定した。その結果を表2Bに示す。
(実施例14B)
−ハイパーブランチポリマーの合成−
前記ハイパーブランチポリマー分子コア合成工程での反応モノマーとしてのクロロメチルスチレン18mmol、スチレン2mmolとして重合した以外は、実施例2Bと同様にして、コア部分Dを合成した(収率76%)。また、実施例1Bと同様にしてコア部分Dの重量平均分子量(Mw)を測定した。結果を表1Bに示す。
次に、前記酸分解性基導入工程での原料ポリマーとしてのコア部分Dを1gとして重合した以外は、実施例2Bと同様にして、ハイパーブランチポリマー<14>を合成した。
実施例1Bと同様にして、得られた酸分解性基が導入されたハイパーブランチポリマー<14>の重量平均分子量(Mw)を測定し、コア部分を構成する式1で表されるモノマー数に対する、酸分解性基の導入比を上記数式(c)により計算した。結果を表1Bに示す。
−レジスト組成物の調製−
酸分解性基が導入されたハイパーブランチポリマー<14>を用いた以外は、実施例1Bと同様にして、レジスト組成物を調製した。また、実施例1Bと同様に、アルカリ可溶性を評価し、表面ラフネスを測定した。その結果を表2Bに示す。
(実施例15B)
−ハイパーブランチポリマーの合成−
前記ハイパーブランチポリマー分子コア合成工程での反応モノマーとしてのクロロメチルスチレン18mmol、アクリル酸−tert−ブチルエステル2mmolとして重合した以外は、実施例2Bと同様にして、コア部分Eを合成した(収率77%)。なお、アクリル酸−tert−ブチルエステルは酸分解性基でもある。また、実施例1Bと同様にしてコア部分Eの重量平均分子量(Mw)を測定した。結果を表1Bに示す。
次に、前記酸分解性基導入工程での原料ポリマーとしてのコア部分Eを1gとして重合した以外は、実施例2Bと同様にして、ハイパーブランチポリマー<15>を合成した。実施例1Bと同様にして、得られた酸分解性基が導入されたハイパーブランチポリマー<15>の重量平均分子量(Mw)を測定し、コア部分を構成する式1で表されるモノマー数に対する、酸分解性基の導入比を数式(c)により計算した。結果を表1Bに示す。
−レジスト組成物の調製−
酸分解性基が導入されたハイパーブランチポリマー<15>を用いた以外は、実施例1Bと同様にして、レジスト組成物を調製した。
また、実施例1Bと同様に、アルカリ可溶性を評価し、表面ラフネスを測定した。その結果を表2Bに示す。
(実施例16B)
−ハイパーブランチポリマーの合成−
前記ハイパーブランチポリマー分子コア合成工程での反応モノマーとしてのクロロメチルスチレン16mmol、スチレン2mmol、tert−ブトキシスチレン2mmolとして重合した以外は、実施例2Bと同様にして、コア部分Fを合成した(収率80%)。なお、tert−ブトキシスチレンは酸分解性基でもある。また、実施例1Bと同様にしてコア部分Fの重量平均分子量(Mw)を測定した。結果を表1Bに示す。
次に、前記酸分解性基導入工程での原料ポリマーとしてのコア部分Fを1gとして重合した以外は、実施例2Bと同様にして、ハイパーブランチポリマー<16>を合成した。
実施例1Bと同様にして、得られた酸分解性基が導入されたハイパーブランチポリマー<16>の重量平均分子量(Mw)を測定し、コア部分を構成する式1で表されるモノマー数に対する、酸分解性基の導入比を数式(c)により計算した。結果を表1Bに示す。
−レジスト組成物の調製−
酸分解性基が導入されたハイパーブランチポリマー<16>を用いた以外は、実施例1Bと同様にして、レジスト組成物を調製した。また、実施例1Bと同様に、アルカリ可溶性を評価し、表面ラフネスを測定した。その結果を表2Bに示す。
(実施例17B)
−ハイパーブランチポリマーの合成−
実施例14Bで合成した前記酸分解性基導入工程での原料ポリマーとしてのコア部分Dを1g、酸分解性基を含有する化合物としてのtert−ブトキシスチレンを33mmolとして重合した以外は、実施例2Bと同様にして、目的のハイパーブランチポリマー<17>を合成した。
実施例1Bと同様にして、得られた酸分解性基が導入されたハイパーブランチポリマー<17>の重量平均分子量(Mw)を測定し、コア部分を構成する式1で表されるモノマー数に対する、酸分解性基の導入比を数式(c)により計算した。結果を表1Bに示す。
−レジスト組成物の調製−
酸分解性基が導入されたハイパーブランチポリマー<17>を用いた以外は、実施例1Bと同様にして、レジスト組成物を調製した。また、実施例1Bと同様に、アルカリ可溶性を評価し、表面ラフネスを測定した。その結果を表2Bに示す。
(実施例18B)
−ハイパーブランチポリマーの合成−
実施例15Bで合成した前記酸分解性基導入工程での原料ポリマーとしてのコア部分Eを1g、酸分解性基を含有する化合物としてのtert−ブトキシスチレンを33mmolとして重合した以外は、実施例2Bと同様にして、目的のハイパーブランチポリマー<18>を合成した。
実施例1Bと同様にして、得られた酸分解性基が導入されたハイパーブランチポリマー<18>の重量平均分子量(Mw)を測定し、コア部分を構成する式1で表されるモノマー数に対する、酸分解性基の導入比を数式(c)により計算した。結果を表1Bに示す。
−レジスト組成物の調製−
酸分解性基が導入されたハイパーブランチポリマー<18>を用いた以外は、実施例1Bと同様にして、レジスト組成物を調製した。また、実施例1Bと同様に、アルカリ可溶性を評価し、表面ラフネスを測定した。その結果を表2Bに示す。
(実施例19B)
−ハイパーブランチポリマーの合成−
実施例16Bで合成した前記酸分解性基導入工程での原料ポリマーとしてのコア部分Fを1g、酸分解性基を含有する化合物としてのtert−ブトキシスチレンを33mmolとして重合した以外は、実施例2Bと同様にして、下記式に示す目的のハイパーブランチポリマー<19>を合成した。
実施例1Bと同様にして、得られた酸分解性基が導入されたハイパーブランチポリマー<19>の重量平均分子量(Mw)を測定し、コア部分を構成する式1で表されるモノマー数に対する、酸分解性基の導入比を数式(c)により計算した。結果を表1Bに示す。
−レジスト組成物の調製−
酸分解性基が導入されたハイパーブランチポリマー<19>を用いた以外は、実施例1Bと同様にして、レジスト組成物を調製した。また、実施例1Bと同様に、アルカリ可溶性を評価し、表面ラフネスを測定した。その結果を表2Bに示す。
(実施例20B)
−レジスト組成物の調製−
酸分解性基が導入されたハイパーブランチポリマー<2>を10重量%、光酸発生剤としてビス(シクロヘキシルスルフォニル)ジアゾメタンを0.5重量%用いた以外は、実施例1Bと同様にして、レジスト組成物を調製した。また、実施例1Bと同様に、アルカリ可溶性を評価し、表面ラフネスを測定した。その結果を表2Bに示す。
(実施例21B)
−レジスト組成物の調製−
酸分解性基が導入されたハイパーブランチポリマー<2>を10重量%、光酸発生剤としてビス(tert−ブチルスルフォニル)ジアゾメタンを0.5重量%用いた以外は、実施例1Bと同様にして、レジスト組成物を調製した。また、実施例1Bと同様に、アルカリ可溶性を評価し、表面ラフネスを測定した。その結果を表2Bに示す。
Figure 0004190538
Figure 0004190538
(実施例1C)
−ハイパーブランチポリマーの合成−
1000mL反応容器内に、反応モノマーとしてのクロロメチルスチレン630mmol、触媒としての2,2−ビピリジル315mmol、塩化銅(I)157.5mmol、及び溶媒としてのクロロベンゼン480mLを収容し、反応容器内をアルゴン置換した後、温度125℃で攪拌して27分間重合反応させた。この反応液にテトラヒドロフラン100mLを加え、ポリマーを希釈溶解後、活性アルミナろ過で触媒を除いた。ろ液を濃縮後、メタノール700mLを加え、ポリマーを沈殿させて、上澄み液を除くことにより未反応モノマーと反応溶媒を除去した。次いで、減圧乾燥したポリマーにテトラヒドロフランとメタノール混合溶媒(混合比8:2mL/mL)600mLを加えて攪拌洗浄した。この洗浄操作を2回繰り返し、重量平均分子量(Mw)2,000、分岐度0.47のコア部分Gを合成した(収率77%)。
次に、1000mL反応容器内に、原料ポリマーとしてのコア部分Gを16.2g、酸分解性基を含有する化合物としてのアクリル酸−tert−ブチルエステルを76mmol、触媒としての2,2−ビピリジル53mmol及び塩化銅(I)26mmol、溶媒としてのクロロベンゼン400mLを収容し、反応容器内をアルゴン置換後、温度125℃で攪拌し5時間重合させた。この反応液にテトラヒドロフラン100mLを加え、生成ポリマーを希釈溶解後、活性アルミナろ過で触媒を除いた。ろ液を濃縮後、メタノール750mLを加え、ポリマーを沈殿させ、上澄み液を除くことで未反応モノマーと反応溶媒を除去した。次いで、沈降したポリマーをテトラヒドロフラン50mLに溶解させて、メタノール500mLを加え、再沈殿させる操作を2回繰り返し、目的の酸分解性基が導入されたハイパーブランチポリマー<20>を合成した。
次に、50mL反応容器内に、ハイパーブランチポリマー<20>を0.5g、10N塩酸を0.75mL、ジオキサン25mLを収容し、温度85℃で60分間加熱攪拌して酸分解性基を部分分解した。この反応液を水250mLに注ぎ、ポリマーを沈殿させた。次いで、上澄み液を除き沈降したポリマーをジオキサンに溶解させて、水より再沈殿させる操作を繰り返し、下記式に示すカルボキシル基が導入されたハイパーブランチポリマー<21>を合成した。
Figure 0004190538
得られたハイパーブランチポリマー<21>の重量平均分子量は上記のGPC測定により求めた。また、得られたハイパーブランチポリマーの組成は1H−NMRを測定し、酸分解性基に特徴的なプロトンの積分値より算出した。結果を表1Cに示す。
−ポリマーに含まれる銅元素の除去−
ハイパーブランチポリマー<21>7.5重量%を含有するプロピレングリコールモノメチルアセテート(PEGMEA)溶液を調整し、イオン交換膜とメンブラン膜処理により銅元素の除去処理を行った。まず上層にイオン交換膜として日本マイクロリス株式会社製プロテゴCPを直径47mmの円形に裁断した膜3枚、下層にミリポア社製の孔径0.05μm、直径47mmメンブランフィルター1枚を重ねたものを濾過フィルターとし、加圧濾過によってポリマー溶液10mlを流速4ml/分で流し金属除去を行った。 除去処理を行った試料の銅元素残存量は、標準物質としてCONOSTAN社製有機金属標準液を用い、日立製作所社製P−6000型MIP−MS(銅元素検出限界50ppb)を用いて定量した。結果を表1Cに示す。
−レジスト組成物の調製−
銅元素除去処理をしたハイパーブランチポリマー<21>を4重量%、光酸発生剤として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を0.04重量%含有するプロピレングリコールモノメチルアセテート(PEGMEA)溶液を作成し、細孔径0.45μmのフィルターで濾過してレジスト組成物を調整した。得られたレジスト組成物をシリコンウエハ上にスピンコートし、90℃にて1分間の熱処理で溶媒を蒸発させて、厚さ100nmの薄膜を作成した。
−アルカリ可溶性の評価−
アルカリ溶解性は、放電管式紫外線照射装置(アトー株式会社製、DF−245型ドナフィックス)を用い、シリコンウエハ上に製膜した約100nmの試料薄膜に対し、縦10mm×横3mmの長方形の部分に波長245nmエネルギー0〜200mJ/cm2の紫外線を照射し、100℃にて4分間の熱処理後、アルカリ剤としてのテトラメチルアンモニウムヒドロキサイド(TMAH)2.4重量%水溶液中に25℃にて2分間浸漬させて、水洗、乾燥後の膜厚を、Filmetrics株式会社製薄膜測定装置F20で測定し、下記基準で評価した。
未露光部 露光部
○‥‥膜厚の減少0〜30%未満 ○‥‥膜厚の減少100%
△‥‥膜厚の減少30〜50%未満 △‥‥膜厚の減少100未満〜90%
×‥‥膜厚の減少50〜100% ×‥‥膜厚の減少90%未満
また、テトラメチルアンモニウムヒドロキサイド(TMAH)2.4重量%水溶液中に25℃にて2分間浸漬後、露光部の膜厚減少が100%になる最小の紫外線(254nm)照射量を感度として測定した。結果を表2Cに示す。
−表面ラフネスの測定−
露光面の表面ラフネスは、永瀬雅夫,早稲田大学審査学位論文2475号,「原子間力顕微鏡によるナノ構造計測とそのデバイス・プロセスへの応用に関する研究」,pp99−107(1996)記載の方法を参考に、放電管式紫外線照射装置(アトー株式会社製、DF−245型ドナフィックス)を用い、上記アルカリ水溶液で溶解性が示された紫外線(245nm)露光量の30%の表面について行った。紫外線の照射は、シリコンウエハ上に成膜した厚さ約500nmの試料薄膜に対して、縦10mm×横3mmの長方形の部分に行い、100℃にて4分の熱処理後、テトラメチルアンモニウムヒドロオキサイド(TMAH)2.4質量%水溶液に25℃にて2分浸漬し、水洗、乾燥した表面を評価試料とした。
得られた評価試料について、原子間力顕微鏡(島津製作所社製、SPM−9500J3)を用い、表面粗さの指標であるJIS B0601−1994の十点平均粗さの求め方に従って測定した。結果を表2Cに示す。
(実施例2C)
−ハイパーブランチポリマーの合成−
50mL反応容器内に、実施例1C記載のハイパーブランチポリマー<20>を8.0g、10N塩酸を12.0mL、ジオキサン400mLを収容し、温度85℃で65分間加熱攪拌して酸分解性基を部分分解した。実施例1Cと同様な精製と銅元素除去処理によりカルボキシル基が導入されたハイパーブランチポリマー<22>を合成した。結果を表1Cに示す。
−レジスト組成物の調製−
ハイパーブランチポリマー<22>を用いた以外は、実施例1Cと同様にして、レジスト組成物を調製後、評価試料を作製した。また、実施例1Cと同様に、アルカリ可溶性を評価し、感度及び表面ラフネスを測定した。その結果を表2Cに示す。
(実施例3C)
−ハイパーブランチポリマーの合成−
500mL反応容器内に、反応モノマーとしてのクロロメチルスチレン210mmol、触媒としての2,2−ビピリジル105mmol、塩化銅(I)52.5mmol、及び溶媒としてのクロロベンゼン160mLを収容し、反応容器内をアルゴン置換した後、温度125℃で攪拌して40分間重合反応させた。この反応液にテトラヒドロフラン100mLを加え、ポリマーを希釈溶解後、活性アルミナろ過で触媒を除いた。ろ液を濃縮後、メタノール200mLを加え、ポリマーを沈殿させて、上澄み液を除くことにより未反応モノマーと反応溶媒を除去した。次いで、減圧乾燥したポリマーにテトラヒドロフランとメタノール混合溶媒(混合比7:3mL/mL)200mLを加えて攪拌洗浄した。この洗浄操作を2回繰り返し、重量平均分子量(Mw)4,000、分岐度0.50のコア部分Hを合成した(収率70%)。
次に、1000mL反応容器内に、原料ポリマーとしてのコア部分Hを13.1g、酸分解性基を含有する化合物としてのアクリル酸−tert−ブチルエステルを62mmol、触媒としての2,2−ビピリジル42.9mmol及び塩化銅(I)21.5mmol、溶媒としてのクロロベンゼン327mLを収容し、反応容器内をアルゴン置換後、温度125℃で攪拌し5時間重合させた。実施例1Cと同様な精製により、目的の酸分解性基が導入されたハイパーブランチポリマー<23>を合成した。
次に、50mL反応容器内に、ハイパーブランチポリマー<23>を0.5g、10N塩酸を0.5mL、ジオキサン25mLを収容し、温度90℃で60分間加熱攪拌して酸分解性基を部分分解した。実施例1Cと同様な精製と銅元素除去処理によりカルボキシル基が導入されたハイパーブランチポリマー<24>を合成した。結果を表1Cに示す。
−レジスト組成物の調製−
ハイパーブランチポリマー<24>を用いた以外は、実施例1Cと同様にして、レジスト組成物を調製後、評価試料を作製した。また、実施例1Cと同様に、アルカリ可溶性を評価し、感度及び表面ラフネスを測定した。その結果を表2Cに示す。
(実施例4C)
−ハイパーブランチポリマーの合成−
50mL反応容器内に、実施例3C記載のハイパーブランチポリマー<23>を12.0g、10N塩酸を24.0mL、ジオキサン600mLを収容し、温度90℃で60分間加熱攪拌して酸分解性基を部分分解した。実施例1Cと同様な精製と銅元素除去処理によりカルボキシル基が導入されたハイパーブランチポリマー<25>を合成した。結果を表1Cに示す。
−レジスト組成物の調製−
ハイパーブランチポリマー<25>を用いた以外は、実施例1Cと同様にして、レジスト組成物を調製後、評価試料を作製した。また、実施例1Cと同様に、アルカリ可溶性を評価し、感度及び表面ラフネスを測定した。その結果を表2Cに示す。
(実施例5C)
−ハイパーブランチポリマーの合成−
1000mL反応容器内に、原料ポリマーとしてのコア部分Hを14.7g、酸分解性基を含有する化合物としてのアクリル酸−tert−ブチルエステルを63mmol、触媒としての2,2−ビピリジル24.1mmol及び塩化銅(I)12.1mmol、溶媒としてのクロロベンゼン366mLを収容し、反応容器内をアルゴン置換後、温度125℃で攪拌し3時間重合させた。実施例1Cと同様な精製により、目的の酸分解性基が導入されたハイパーブランチポリマー<26>を合成した。
次に、1000mL反応容器内に、ハイパーブランチポリマー<26>を12.0g、10N塩酸を54mL、ジオキサン600mLを収容し、温度90℃で60分間加熱攪拌して酸分解性基を部分分解した。実施例1Cと同様な精製と銅元素除去処理によりカルボキシル基が導入されたハイパーブランチポリマー<27>を合成した。結果を表1Cに示す。
−レジスト組成物の調製−
ハイパーブランチポリマー<27>を用いた以外は、実施例1Cと同様にして、レジスト組成物を調製後、評価試料を作製した。また、実施例1Cと同様に、アルカリ可溶性を評価し、感度及び表面ラフネスを測定した。その結果を表2Cに示す。
(実施例6C)
−ハイパーブランチポリマーの合成−
50mL反応容器内に、実施例5C記載のハイパーブランチポリマー<26>を0.6g、10N塩酸を2.4mL、ジオキサン30mLを収容し、温度90℃で60分間加熱攪拌して酸分解性基を部分分解した。実施例1Cと同様な精製と銅元素除去処理によりカルボキシル基が導入されたハイパーブランチポリマー<28>を合成した。結果を表1Cに示す。
−レジスト組成物の調製−
ハイパーブランチポリマー<28>を用いた以外は、実施例1Cと同様にして、レジスト組成物を調製後、評価試料を作製した。また、実施例1Cと同様に、アルカリ可溶性を評価し、感度及び表面ラフネスを測定した。その結果を表2Cに示す。
(実施例7C)
−ハイパーブランチポリマーの合成−
50mL反応容器内に、実施例5C記載のハイパーブランチポリマー<26>を0.6g、10N塩酸を2.7mL、ジオキサン30mLを収容し、温度90℃で60分間加熱攪拌して酸分解性基を部分分解した。実施例1Cと同様な精製と銅元素除去処理によりカルボキシル基が導入されたハイパーブランチポリマー<29>を合成した。結果を表1Cに示す。
−レジスト組成物の調製−
ハイパーブランチポリマー<29>を用いた以外は、実施例1Cと同様にして、レジスト組成物を調製後、評価試料を作製した。また、実施例1Cと同様に、アルカリ可溶性を評価し、感度及び表面ラフネスを測定した。その結果を表2Cに示す。
Figure 0004190538
Figure 0004190538
以上の結果より、本発明のハイパーブランチポリマーを用いたレジスト組成物は、電子線リソグラフィーまたは光リソグラフィーにおいて、優れた溶解性と表面平滑性を有していることがわかった。特に、表2Bの実施例1B、2B、12B〜15Bから明らかなように、導入比率1以上でアクリル酸−tert−ブチルエステルを導入したポリマーを含有するレジストは、エッジが垂直になり、表面ラフネスが極めて小さいことより、超微細パターンの形成に好適であることがわかった。また表1C,2Cの結果、特に実施例2Cと7Cの結果より、アクリル酸−tert−ブチルエステルとアクリル酸よりなる酸分解性基を有し、重合触媒由来の銅元素をppbオーダーまで除去したハイパーブランチポリマーを用いたレジスト組成物は、極めて高い感度を有し、高スループットなリソグラフィーにおいて要望される感度を十分に満たすことがわかった。
以上のように、本発明にかかるハイパーブランチポリマーは、表面平滑性がナノオーダーで求められる電子線、遠紫外線(DUV)、及び極紫外線(EUV)光源に対応したレジスト材料のベース樹脂に有用であり、特に、超LSI製造用の微細パターンを形成することが可能であり、今後必要となる50nm以細の超微細パターン形成に対応できるレジスト組成物に適している。

Claims (12)

  1. ポリマー分子末端に酸分解性基を有するハイパーブランチポリマーであって、
    該ハイパーブランチポリマーにおけるコア部が、下記式(1)で表わされるモノマーの単独重合物であるか、又は下記式(1)で表されるモノマーと下記式(2)から(5)から選ばれる少なくとも1種のモノマーとをリビングラジカル重合反応させることにより得られた共重合物であり、
    前記ハイパーブランチポリマーにおける酸分解性基が、下記式(I)〜(IV)からなる群から選ばれる少なくとも1種の基であり、
    前記ハイパーブランチポリマーが、前記式(1)で表されるモノマーの単独重合物又は前記式(1)で表されるモノマーと前記式(2)〜(5)で表されるモノマーからなる群から選ばれる少なくとも1種との共重合体であるコア部と、前記式(I)、(II)又は(III)、(IV)および(7)式で表される酸分解性基とから構成されることを特徴とするハイパーブランチポリマー。
    Figure 0004190538
    (式(1)において、Yは、ヒドロキシル基又はカルボキシル基を含んでいてもよい炭素数1〜10のアルキレン基を表す。Zは、ハロゲン原子を示す。)
    Figure 0004190538
    (式(2)〜(5)において、R1は水素原子又は炭素数1〜3のアルキル基を表わす。
    2、R3は水素原子、炭素数1〜30の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基、又は炭素数6〜30のアリール基を表わし、R2、R3は互いに同一でも異なっていても良い。R4は水素原子;炭素数1〜40の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルキル基;トリアルキルシリル基(ここで、各アルキル基の炭素数は1〜6である);オキソアルキル基(ここで、アルキル基の炭素数は4〜20である);又は下記式(6)で表される基(ただし、R5は直鎖状、分岐鎖状、もしくは環状の炭素数1〜10のアルキル基、R6、R7は互いに独立して水素原子、直鎖状、分岐鎖状又は環状の炭素数1〜10のアルキル基を示すか、或いはR6、R7が直鎖状又は分岐鎖状の炭素数1〜10のアルキル基を表すとき、互いに一緒になって環を形成しても良い)を表す。nは0から10の整数を示す。)
    Figure 0004190538
    Figure 0004190538
    (式(I)〜(IV)において、R1’及びR2’はそれぞれR1及びR2について定義したのと同じであり、R8は水素原子;炭素数3〜40の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルキル基;トリアルキルシリル基(ここで、各アルキル基の炭素数は1〜6である);オキソアルキル基(ここで、アルキル基の炭素数は4〜20である);又は上記式(6)で表される基を示す。R9及びR10は、水素原子;直鎖状、分岐鎖状もしくは環状の炭素数1〜10のアルキル基;又は炭素数6〜30のアリール基を示し、R9及びR10は互いに同一でも異なっていても良く、R9、R10は互いに一緒になって環を形成しても良い。Gはハロゲン原子;水素原子;直鎖状、分岐鎖状もしくは環状の炭素数1〜10のアルキル基;炭素数6〜30のアリール基;アルキルカルボニルオキシ基(ここで、アルキル基の炭素数は1〜10である)、アルキルオキシ基(ここで、アルキル基の炭素数は1〜10である)、フェニルオキシ基、チオエーテル基、アミノ基又はシアノ基を示す。mは0から10の整数を示し、a、b、c及びdはそれぞれ1以上の整数を示す。)
    −X−W (7)
    (式(7)において、Xは、酸素原子、硫黄原子、窒素原子、炭素数1〜6の直鎖状若しくは分岐鎖状アルキレン基、又は原子間結合を表わし、Wは、水素原子、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルキル基;フェニル基;炭素数7〜20のアルコキシフェニル基、炭素数2〜10のアルコキシカルボニル基、又は下記式(8)で表される基を示す。
    −R11−COO−R8’ (8)
    (式(8)において、R11は、炭素数1〜30の直鎖状、分岐状、環状のアルキレン基、又は炭素数6〜30のアリーレン基を表し、エーテル結合又はエステル結合を含んでいても良い。R8'はR8について記載したのと同じである。)
  2. ポリマー分子末端に酸分解性基を有するハイパーブランチポリマーであって、該ハイパーブランチポリマーが、前記式(1)で表されるモノマーの単独重合物又は前記式(1)で表されるモノマーと前記式(2)〜(5)で表されるモノマーからなる群から選ばれる少なくとも1種との共重合体であるコア部と、前記式(I)、(II)又は(III)で表される酸分解性基とから構成されることを特徴とする請求項1に記載のハイパーブランチポリマー。
  3. 記ハイパーブランチポリマーが、前記式(1)で表されるモノマーの単独重合物又は前記式(1)で表されるモノマーと前記式(2)〜(4)で表されるモノマーからなる群から選ばれる少なくとも1種との共重合体であるコア部と、前記式(I)、(III)又は(IV)で表される酸分解性基とから構成されることを特徴とする請求項1に記載のハイパーブランチポリマー。
  4. 前記ハイパーブランチポリマーが、前記式(2)、(4)又は(5)で表されるモノマーからなる群から選ばれる少なくとも1種との共重合体であるコア部と、前記式(IV)で表される酸分解性基とから構成されることを特徴とする請求項1に記載のハイパーブランチポリマー。
  5. 前記式(1)で表されるモノマーが、前記式(1)においてYが炭素数1〜8のアルキレン基である請求項1〜4のいずれか1項記載のハイパーブランチポリマー。
  6. 前記式(1)で表されるモノマーがクロロメチルスチレンである請求項1〜5のいずれか1項記載のハイパーブランチポリマー。
  7. ハイパーブランチポリマーの重量平均分子量(Mw)が500〜150,000である請求項5記載のハイパーブランチポリマー。
  8. 前記ハイパーブランチポリマーのコア部を構成するモノマー単位が、前記ハイパーブランチポリマーを構成するモノマー単位に対し、10〜90モル%含有されることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか1項記載のハイパーブランチポリマー。
  9. 酸分解性基を構成する前記式(I)〜(IV)から選ばれる少なくとも1種の繰り返し単位が、前記ハイパーブランチポリマーを構成するモノマー単位に対し、10〜90モル%含有されることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか1項記載のハイパーブランチポリマー。
  10. 酸分解性基を構成する前記式(7)で表される基が、前記ハイパーブランチポリマーを構成するモノマー単位に対し、10〜50モル%含有されることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか1項記載のハイパーブランチポリマー。
  11. 酸分解性基を構成する前記式(I)〜(IV)から選ばれる少なくとも1種の繰り返し単位において、R8が水素原子である繰り返し単位が、前記ハイパーブランチポリマーを構成するモノマー単位に対し、0〜70モル%含有されることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか1項記載のハイパーブランチポリマー。
  12. ハイパーブランチポリマーに含まれる金属元素量が100ppb未満である請求項1〜11いずれか1項記載のハイパーブランチポリマー。
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