JP4831307B2 - 新規なエステル化合物、高分子化合物、レジスト材料及びパターン形成方法 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体素子などの製造工程における微細加工技術、特に波長193nmのArFエキシマレーザーを光源とし、投影レンズとウエハーの間に水を挿入する液浸フォトリソグラフィーに適した化学増幅ポジ型レジスト材料、及びそのベースポリマーを形成するためのエステル化合物とそのベースポリマーとして有用な高分子化合物、並びにそのレジスト材料を用いたパターン形成方法に関する。
近年、LSIの高集積化と高速度化に伴い、パターンルールの微細化が急速に進んでいる。その背景には露光光源の短波長化があり、例えば水銀灯のi線(365nm)からKrFエキシマレーザー(248nm)への短波長化により64Mビット(加工寸法が0.25μm以下)のDRAM(ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリー)の量産が可能になった。更に集積度256M及び1G以上のDRAM製造を実現するため、ArFエキシマレーザー(193nm)を用いたリソグラフィーが本格的に検討されており、高NAのレンズ(NA≧0.9)と組み合わせることにより65nmノードのデバイスの検討が行われている。その次の45nmノードのデバイス製作には波長157nmのF2レーザーの利用が候補に挙げられたが、スキャナーのコストアップ、光学系の変更、レジストの低エッチング耐性等に代表される多くの問題により適用が先送りされた。そして、F2リソグラフィーの代替として提案されたのがArF液浸リソグラフィーであり、現在その早期導入に向けて開発が進められている(非特許文献1:Proc.SPIE.Vol.4690、xxix(2002))。
ArF液浸リソグラフィーでは、投影レンズとウエハーの間に水を含浸させ、水を介してArFエキシマレーザーを照射する。193nmにおける水の屈折率は1.44であるため、NAが1.0以上のレンズを使ってもパターン形成が可能になり、理論上はNAを1.44にまで上げることができる。NAの向上分だけ解像力が向上し、NAが1.2以上のレンズと強い超解像技術の組み合わせで45nmノードの可能性が示唆されている(非特許文献2:Proc.SPIE.Vol.5040、p724(2003))。
ArFリソグラフィーでは酸を触媒とした化学増幅ポジ型レジスト材料(例えば、特許文献1,2:特公平2−27660号公報、特開昭63−27829号公報参照)が用いられる。i線レジストやKrFレジストではアルカリ溶解性のベース樹脂としてノボラック樹脂やポリヒドロキシスチレン樹脂が使われているが、これらは波長193nm付近に非常に強い吸収を持つため、ArFリソグラフィーでは用いることができない。その代わりとして、カルボキシル基をアルカリ可溶性基として用いるポリ(メタ)アクリレート樹脂やノルボルネン等の脂肪族環状オレフィンを重合単位として用いた樹脂が検討されている(例えば、特許文献3〜6:特開平9−73173号公報、特開平10−10739号公報、特開平9−230595号公報、国際公開第97/33198号パンフレット参照)。
このうちポリ(メタ)アクリレートは重合の容易さから実用化が有望視されており、例えば、酸不安定基としてメチルアダマンチル基、密着性基としてラクトン環を有するポリ(メタ)アクリレートが提案されている(例えば、特許文献7:特開平9−90637号公報参照)。更には、エッチング耐性を強化するため、ノルボルニルラクトンなどを密着性基として含む樹脂も開発された(例えば、特許文献8,9:特開2000−26446号公報、特開2000−159758号公報参照)。また、F2レジスト材料のベースポリマー候補の一つであったα−トリフルオロメチルアクリル酸エステルとノルボルネンの共重合体は波長193nm付近の透明性が高い上、エッチング耐性も高いため、ArFリソグラフィーへの適用が検討されている(例えば、非特許文献3:Proc.SPIE.Vol.4345、p273(2001)参照)。
ArF液浸リソグラフィーは水を通して露光を行うため、これまでのリソグラフィーとは異なる様々な問題が発生する。例えば、露光後にレジスト膜上に残った水がレジスト膜中に浸透すると、たとえ微量であっても、それが現像欠陥の原因になる可能性がある。このような水の浸透を防ぐ手法の一つとしてレジスト膜上にトップコート膜を形成する方法も提案されているが、レジスト膜自体の撥水性を高めることも有効な手段と考えられる。
レジスト膜の撥水性を高めるためにはベース樹脂の高撥水化が必要である。一般に樹脂中へのフッ素原子の導入により高撥水性が実現できるが、フッ素導入率が高くなるに従い樹脂の基板密着性が低下することが懸念される。そこで良好な基板密着性を保持しつつ、撥水性の高い含フッ素樹脂の開発が求められていた。
Proc.SPIE.Vol.4690、xxix(2002) Proc.SPIE.Vol.5040、p724(2003) Proc.SPIE.Vol.4345、p273(2001) 特公平2−27660号公報 特開昭63−27829号公報 特開平9−73173号公報 特開平10−10739号公報 特開平9−230595号公報 国際公開第97/33198号パンフレット 特開平9−90637号公報 特開2000−26446号公報 特開2000−159758号公報
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、良好な液浸リソグラフィーを可能とするレジスト材料及びそのベースポリマー、そしてその原料のモノマー化合物、及びこのようなレジスト材料を用いたパターン形成方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を行った結果、同一の分子内にフッ素化アルキル基、ラクトン環、酸脱離性ユニットを含む重合性エステル化合物から得られる高分子化合物が、液浸リソグラフィーに必要な撥水性能を満たす上、樹脂の透明性やドライエッチング耐性、レジスト膜の解像性にも優れる材料になり得ることを知見し、本発明に至ったものである。
即ち、本発明は、下記のエステル化合物、高分子化合物、レジスト材料及びパターン形成方法を提供する。
請求項1:
下記一般式(1)で表されるエステル化合物。
Figure 0004831307
(式中、R 2 は水素原子、又は炭素数1〜8の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基である。R3は酸素原子、又は炭素数1〜6の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキレン基である。R4及びR5は水素原子、又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基又はフッ素化されたアルキル基である。R6は水素原子又は酸不安定基である。)
請求項
下記一般式(2)で表される繰り返し単位を含むことを特徴とする重量平均分子量1,000〜500,000の高分子化合物。
Figure 0004831307
(式中、R 2 は水素原子、又は炭素数1〜8の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基である。R3は酸素原子、又は炭素数1〜6の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキレン基である。R4及びR5は水素原子、又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基又はフッ素化されたアルキル基である。R6は水素原子又は酸不安定基である。)
請求項
下記一般式(2)で表される繰り返し単位及び下記一般式(3)で表される繰り返し単位を含むことを特徴とする重量平均分子量1,000〜500,000の高分子化合物。
Figure 0004831307
(式中、R 2 は水素原子、又は炭素数1〜8の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基である。R3は酸素原子、又は炭素数1〜6の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキレン基である。R4及びR5は水素原子、又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基又はフッ素化されたアルキル基である。R6は水素原子又は酸不安定基である。R7a、R7b、R7c、R7dは水素原子、フッ素原子、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フッ素化されたアルキル基、−R8−C(=O)−OR9で表される置換基、又は−R8−OR9で表される置換基である。R8は単結合、又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキレン基又はフッ素化されたアルキレン基である。R9は水素原子又は酸不安定基である。0<a1<1、0<a2<1であり、0<a1+a2≦1である。bは0又は1である。
請求項4:
一般式(3)で表される繰り返し単位が、下記式で示される繰り返し単位より選ばれるものである請求項3記載の高分子化合物
Figure 0004831307
(式中、R 9 は水素原子又は酸不安定基である。)
請求項5:
一般式(2)で表される繰り返し単位が、下記式で示される繰り返し単位より選ばれるものである請求項2乃至4のいずれか1項に記載の高分子化合物。
Figure 0004831307
請求項6:
更に、下記一般式(4)で表される繰り返し単位を含有する請求項2乃至5のいずれか1項に記載の高分子化合物。
Figure 0004831307
(式中、R 1 はフッ素原子、又は炭素数1〜6の直鎖状もしくは分岐状のフッ素化されたアルキル基である。R 10 は水素原子、又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のフッ素化アルキル基、酸不安定基、又は密着性基である。)
請求項
請求項乃至のいずれか1項に記載の高分子化合物を含むことを特徴とするレジスト材料。
請求項
(A)請求項乃至のいずれか1項に記載の高分子化合物、
(B)有機溶剤、
(C)酸発生剤
を含有することを特徴とする化学増幅ポジ型レジスト材料。
請求項
更に、(D)塩基性化合物を含有する請求項記載のレジスト材料。
請求項10
更に、(E)溶解阻止剤を含有する請求項又は記載のレジスト材料。
請求項11
(1)請求項乃至10のいずれか1項に記載のレジスト材料を基板上に塗布する工程と、(2)次いで加熱処理後、フォトマスクを介して波長100〜250nm帯又は1〜30nm帯の高エネルギー線で露光する工程と、(3)必要に応じて加熱処理した後、現像液を用いて現像する工程とを含むことを特徴とするパターン形成方法。
請求項12
(1)請求項乃至10のいずれか1項に記載のレジスト材料を基板上に塗布する工程と、(2)次いで加熱処理後、投影レンズ−ウエハー間に液体を挿入し、フォトマスクを介して波長100〜250nm帯の高エネルギー線で露光する工程と、(3)必要に応じて加熱処理した後、現像液を用いて現像する工程とを含むことを特徴とするパターン形成方法。
請求項13
(1)請求項乃至10のいずれか1項に記載のレジスト材料を基板上に塗布する工程と、(2)次いで加熱処理後、保護膜材料を塗布する工程と、(3)次いで加熱処理後、投影レンズ−ウエハー間に液体を挿入し、フォトマスクを介して波長100〜250nm帯の高エネルギー線で露光する工程と、(4)必要に応じて加熱処理した後、保護膜材料を剥離する工程と、(5)現像液を用いて現像する工程とを含むことを特徴とするパターン形成方法。
請求項14
前記高エネルギー線がArFエキシマレーザー、F2レーザー、又はAr2レーザーであることを特徴とする請求項11、12又は13記載のパターン形成方法。
本発明の重合性エステル化合物から得られる高分子化合物をベース樹脂として用いたレジスト材料は、ArF露光において優れた解像性と透明性、小さいラインエッジラフネス、優れたエッチング耐性、特にエッチング後の表面ラフネスが小さい特性を有している。また、樹脂の撥水性が高いため、投影レンズとウエハー間に液体を挿入して露光を行うArF液浸リソグラフィーでも同様の高い性能を発揮することができる。
本発明の重合性エステル化合物は、下記一般式(1)で表される。
Figure 0004831307
(式中、R1はフッ素原子、又は炭素数1〜6の直鎖状もしくは分岐状のフッ素化されたアルキル基である。R2は水素原子、又は炭素数1〜8の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基である。R3は酸素原子、又は炭素数1〜6の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキレン基である。R4及びR5は水素原子、又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基又はフッ素化されたアルキル基である。R6は水素原子又は酸不安定基である。)
一般式(1)で表される化合物には、不斉炭素原子や環構造に起因するエナンチオ異性体(Enantiomer)やジアステレオ異性体(Diastereomer)が存在し得るが、一般式(1)はこれらの立体異性体の全てを代表して表す。これらの立体異性体は、単独で用いてもよいし、混合物として用いてもよい。
1の炭素数1〜6の直鎖状又は分岐状のフッ素化アルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、tert−アミル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基等のアルキル基中の1個以上の水素原子をフッ素原子で置換した形式のものが用いられ、具体例としては、トリフルオロメチル基、2,2,2−トリフルオロエチル基、3,3,3−トリフルオロプロピル基、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロイソプロピル基、1,1,2,2,3,3,3−n−ヘプタフルオロプロピル基等が例示できる。R2の炭素数1〜6の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、tert−アミル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基などが例示できる。R3の炭素数1〜6の直鎖状、分岐状又は環状のアルキレン基としては、R2で例示したアルキル基中の1つの水素原子を引き抜いた形式のものが用いられる。R4及びR5の炭素数1〜10の直鎖状、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、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、tert−アミル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−ノニル基、n−デシル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロペンチルメチル基、シクロペンチルエチル基、シクロペンチルブチル基、シクロヘキシルメチル基、シクロヘキシルエチル基、シクロヘキシルブチル基、アダマンチル基等が用いられ、フッ素化アルキル基としてはこれらのアルキル基中の1個以上の水素原子をフッ素原子で置換した形式のものが用いられる。
6の酸不安定基としては、種々用いることができるが、具体的には下記一般式(AL−1)〜(AL−3)で示される基、各アルキル基がそれぞれ炭素数1〜6のトリアルキルシリル基、炭素数4〜20のオキソアルキル基等を挙げることができる。
Figure 0004831307
(式中、鎖線は結合手を表す。Ral 1、Ral 2、Ral 3は同一又は異種の炭素数1〜20の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基等の一価炭化水素基であり、酸素、硫黄、窒素などのヘテロ原子を含んでもよく、有橋環式炭化水素基であってもよい。Ral 1とRal 2、Ral 1とRal 3、Ral 2とRal 3は互いに結合して環を形成してもよく、環を形成する場合はRal 1、Ral 2、Ral 3はそれぞれ炭素数1〜20の直鎖状、分岐状のアルキレン基を表す。Ral 4及びRal 7は炭素数1〜20の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基であり、酸素、硫黄、窒素、フッ素などのヘテロ原子を含んでもよい。Ral 5及びRal 6は水素原子、又は炭素数1〜20の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基であり、酸素、硫黄、窒素、フッ素などのヘテロ原子を含んでもよい。Ral 5とRal 6、Ral 5とRal 7、Ral 6とRal 7はそれぞれ結合して環を形成してもよく、環を形成する場合はRal 5、Ral 6、Ral 7はそれぞれ炭素数1〜20の直鎖状、分岐状のアルキレン基を表す。αは0〜6の整数である。)
上記一般式(AL−1)において、Ral 1、Ral 2、Ral 3の具体例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、tert−ブチル基、シクロヘキシル基、シクロペンチル基、ノルボルニル基、アダマンチル基、メンチル基等が挙げられる。上記一般式(AL−1)に示される酸不安定基の具体例として、下記に示す置換基を挙げることができる。
Figure 0004831307
(式中、鎖線は結合手を表す。Ral 8及びRal 9は直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基を示す。Ral 10及びRal 11は水素原子、炭素数1〜6のヘテロ原子を含んでもよい1価炭化水素基、又は炭素数1〜6のヘテロ原子を介してもよい1価炭化水素基を示し、これらは直鎖状、分岐状又は環状のいずれでもよい。)
al 8及びRal 9の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、シクロプロピル基、シクロプロピルメチル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等を例示できる。また、Ral 10及びRal 11の具体例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、ヒドロキシメチル基、ヒドロキシエチル基、メトキシ基、メトキシメトキシ基、エトキシ基、tert−ブトキシ基等を例示できる。なお、Ral 10及びRal 11が酸素原子、硫黄原子、窒素原子などのヘテロ原子を含む場合、例えば、−OH、−ORal 12、−O−、−S−、−S(=O)−、−NH2、−NHRal 12、−N(Ral 122、−NH−、−NRal 12−等の形で含有することができる。この場合、Ral 12は炭素数1〜5のアルキル基を示す。
上記一般式(AL−2)の酸不安定基の具体例としては、tert−ブトキシカルボニル基、tert−ブトキシカルボニルメチル基、tert−アミロキシカルボニル基、tert−アミロキシカルボニルメチル基、1,1−ジエチルプロピルオキシカルボニル基、1,1−ジエチルプロピルオキシカルボニルメチル基、1−エチルシクロペンチルオキシカルボニル基、1−エチルシクロペンチルオキシカルボニルメチル基、1−エチル−2−シクロペンテニルオキシカルボニル基、1−エチル−2−シクロペンテニルオキシカルボニルメチル基、1−エトキシエトキシカルボニルメチル基、2−テトラヒドロピラニルオキシカルボニルメチル基、2−テトラヒドロフラニルオキシカルボニルメチル基等が例示できる。
上記一般式(AL−3)において、Ral 5及びRal 6の炭素数1〜20の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、2−エチルヘキシル基、n−オクチル基等を例示できる。また、Ral 7の具体例としては下記の置換アルキル基等が例示できる。
Figure 0004831307
(式中、鎖線は結合手を表す。)
上記一般式(AL−3)で示される酸不安定基の具体例としては環状のものでは、テトラヒドロフラン−2−イル基、2−メチルテトラヒドロフラン−2−イル基、テトラヒドロピラン−2−イル基、2−メチルテトラヒドロピラン−2−イル基等が例示できる。また、直鎖状又は分岐状のものとしては、具体的には下記の基が例示できるが、このうちエトキシエチル基、ブトキシエチル基、エトキシプロピル基が好ましい。
Figure 0004831307
(式中、鎖線は結合手を表す。)
本発明の重合性エステル化合物は、下記の原料アルコール中の水酸基をアシル化することにより得られる。アシル化反応は公知のエステルの製造方法、例えば、アシル化剤との反応、カルボン酸との反応、エステル交換反応を適用できる。
Figure 0004831307
(式中、R1はフッ素原子、又は炭素数1〜6の直鎖状もしくは分岐状のフッ素化されたアルキル基である。R2は水素原子、又は炭素数1〜8の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基である。R3は酸素原子、又は炭素数1〜6の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキレン基である。R4及びR5は水素原子、又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基又はフッ素化されたアルキル基である。R6は水素原子又は酸不安定基である。)
アシル化剤を用いるアシル化反応では、原料アルコールと有機溶剤を混合し、アシル化剤、塩基類を順次又は同時に加えて反応させる。アシル化剤の具体例としては、アクリル酸クロリド、メタクリル酸クロリド、アクリル酸ブロミド、メタクリル酸ブロミド、α−フルオロアクリル酸クロリド、α−トリフルオロメチルアクリル酸クロリド等の酸ハロゲン化物、又は、無水アクリル酸、無水メタクリル酸、無水α−トリフルオロメチルアクリル酸、無水α−フルオロアクリル酸、アクリル酸トリフルオロ酢酸混合酸無水物、メタクリル酸トリフルオロ酢酸混合酸無水物、α−トリフルオロメチルアクリル酸トリフルオロ酢酸混合酸無水物、アクリル酸p−ニトロ安息香酸混合酸無水物、メタクリル酸p−ニトロ安息香酸混合酸無水物、アクリル酸エチル炭酸混合酸無水物、メタクリル酸エチル炭酸混合酸無水物等の酸無水物等が例示できる。用いる有機溶剤の具体例としては、好ましくは塩化メチレン、クロロホルム、トリクロロエチレン等の塩素系溶剤類、へキサン、ヘプタン、ベンゼン、トルエン、キシレン、クメン等の炭化水素類、ジブチルエーテル、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メチルエーテル、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン等のエーテル類、アセトニトリルなどのニトリル類、アセトン、2−ブタノンなどのケトン類、酢酸エチル、酢酸n−ブチルなどのエステル類、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルホスホリックトリアミドなどの非プロトン性極性溶媒類等が例示でき、このうち単独あるいは2種類以上を混合して用いる。用いる塩基の具体例としては、トリエチルアミン、ジイソプロピルエチルアミン、N,N−ジメチルアニリン、ピリジン、4−ジメチルアミノピリジン等が挙げられる。反応温度は用いるアシル化剤の種類や反応条件により適切な反応温度を選択できるが、一般的には−50℃から溶媒の沸点程度が好ましく、−20℃から室温程度が更に好ましい。アシル化剤の使用量は、構造に依存するが、原料アルコール1モルに対し1〜40モル、好ましくは1〜5モルの範囲である。
カルボン酸を用いるアシル化反応では、対応するカルボン酸、即ち、アクリル酸、メタクリル酸、α−トリフルオロメチルアクリル酸のいずれかと原料アルコールからの脱水反応であり、酸触媒下に行うのが一般的である。カルボン酸の使用量は、構造に依存するが、原料アルコール1モルに対し1〜40モル、好ましくは1〜5モルの範囲である。酸触媒の例として、塩酸、臭化水素酸、硫酸、硝酸等の無機酸類、シュウ酸、トリフルオロ酢酸、メタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸等の有機酸類を例示でき、これらは単独又は混合して用いられる。酸触媒の使用量は、原料アルコール1モルに対し0.001〜1モル、好ましくは0.01〜0.05モルの触媒量である。溶媒としては上記アシル化剤との反応に挙げたものと同様のものを例示できる。反応温度は用いるカルボン酸の種類や反応条件により適切な反応温度を選択できるが、一般的には−50℃から溶媒の沸点程度が好ましい。へキサン、ヘプタン、ベンゼン、トルエン、キシレン、クメン等の炭化水素類を含む溶媒を用いて、これらの溶媒の沸点付近で反応を行い、生じる水を共沸により系外に除去しながら反応を進行させるのもよい。また、常圧で還流しながら水を留去してもよいが、減圧下に沸点より低い温度で反応させて水の留去を行ってもよい。
エステル交換反応を用いる方法では、対応するカルボン酸のエステル、即ち、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、α−トリフルオロメチルアクリル酸エステルのいずれかと原料アルコールとを触媒存在下に反応させ、生じるアルコールを除去することにより実施する。用いるカルボン酸エステルとしては第一級アルキルエステルが好ましく、特にメチルエステル、エチルエステル、n−プロピルエステルが価格、反応の進行のしやすさ等の点から好ましい。カルボン酸エステルの使用量は、構造に依存するが、原料アルコール1モルに対し1〜40モル、好ましくは1〜5モルの範囲である。触媒としては、塩酸、臭化水素酸、硫酸、硝酸等の無機酸類、シュウ酸、トリフルオロ酢酸、メタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸等の有機酸類、ナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、カリウムt−ブトキシド、4−ジメチルアミノピリジン等の塩基類、青酸ナトリウム、青酸カリウム、酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、酢酸カルシウム、酢酸錫、酢酸アルミニウム、アセト酢酸アルミニウム、アルミナ等の塩類、三塩化アルミニウム、アルミニウムエトキシド、アルミニウムイソプロポキシド、三フッ化ホウ素、三塩化ホウ素、三臭化ホウ素、四塩化錫、四臭化錫、二塩化ジブチル錫、ジブチル錫ジメトキシド、ジブチル錫オキシド、四塩化チタン、四臭化チタン、チタン(IV)メトキシド、チタン(IV)エトキシド、チタン(IV)イソプロポキシド、酸化チタン(IV)等のルイス酸類を挙げることができ、これらは単独又は混合して用いられる。触媒の使用量は、原料アルコール1モルに対し0.001〜20モル、好ましくは0.01〜0.05モルの触媒量である。反応は無溶媒(反応試薬であるカルボン酸エステル自身を溶媒として用いてもよい)で行うことができ、余計な濃縮・溶媒回収等の操作を必要としないので好ましいが、目的物や反応試薬の重合を防ぐ等の目的で溶媒を補助的に用いることも可能である。この場合、溶媒として、へキサン、ヘプタン、ベンゼン、トルエン、キシレン、クメン等の炭化水素類、ジブチルエーテル、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メチルエーテル、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン等のエーテル類の単独又は混合使用が好ましい。反応温度は用いるカルボン酸エステルの種類や反応条件により適切な反応温度を選択できるが、通常、加熱下に行われ、エステル交換反応で生じる低沸点のアルコール、即ち、メタノール、エタノール、1−プロパノール等の沸点付近で反応を行い、生じるアルコールを留去しながら行うのがよい結果を与える。減圧下に沸点より低い温度でアルコールの留去を行ってもよい。
上記のアシル化反応の反応時間は、収率向上のため薄層クロマトグラフィー、ガスクロマトグラフィーなどにより反応の進行を追跡して決定することが好ましいが、通常0.1〜240時間程度である。反応終了後は、水系後処理(aqueous work−up)や濃縮等の後処理により目的物の上記一般式(1)で表される重合性エステル化合物を得る。
重合性エステル化合物(1)は必要に応じて再結晶、クロマトグラフィー、蒸留などの常法により精製することが可能である。
上記一般式(1)で表される重合性エステル化合物の具体例としては下記のものが例示できるが、これらに限定されるものではない。
Figure 0004831307
本発明の高分子化合物は、下記一般式(2)で表される繰り返し単位を含むことを特徴とする。
Figure 0004831307
(式中、R1はフッ素原子、又は炭素数1〜6の直鎖状もしくは分岐状のフッ素化されたアルキル基である。R2は水素原子、又は炭素数1〜8の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基である。R3は酸素原子、又は炭素数1〜6の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキレン基である。R4及びR5は水素原子、又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基又はフッ素化されたアルキル基である。R6は水素原子又は酸不安定基である。)
1の炭素数1〜6の直鎖状もしくは分岐状のフッ素化されたアルキル基、R2の炭素数1〜6の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基、R3の炭素数1〜6の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキレン基、R4及びR5の炭素数1〜10の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基又はフッ素化されたアルキル基、及びR6の酸不安定基については、上述の重合性エステル化合物と同様のものが用いられる。
また、本発明の高分子化合物は下記一般式(2)で表される繰り返し単位に加えて、下記一般式(3)で表される繰り返し単位を含むことが好ましい。
Figure 0004831307
(式中、R1はフッ素原子、又は炭素数1〜6の直鎖状もしくは分岐状のフッ素化されたアルキル基である。R2は水素原子、又は炭素数1〜8の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基である。R3は酸素原子、又は炭素数1〜6の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキレン基である。R4及びR5は水素原子、又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基又はフッ素化されたアルキル基である。R6は水素原子又は酸不安定基である。R7a、R7b、R7c、R7dは水素原子、フッ素原子、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フッ素化されたアルキル基、−R8−C(=O)−OR9で表される置換基、又は−R8−OR9で表される置換基である。R8は単結合、又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキレン基又はフッ素化されたアルキレン基である。R9は水素原子又は酸不安定基である。0<a1<1、0<a2<1であり、0<a1+a2≦1である。bは0又は1である。
1の炭素数1〜6の直鎖状もしくは分岐状のフッ素化されたアルキル基、R2の炭素数1〜8の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基、R3の炭素数1〜6の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキレン基、R4及びR5の炭素数1〜10の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基又はフッ素化されたアルキル基、及びR6の酸不安定基については、上述の重合性エステル化合物と同様のものが用いられる。R7a、R7b、R7c、R7dの炭素数1〜10の直鎖状、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、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、tert−アミル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−ノニル基、n−デシル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロペンチルメチル基、シクロペンチルエチル基、シクロペンチルブチル基、シクロヘキシルメチル基、シクロヘキシルエチル基、シクロヘキシルブチル基、アダマンチル基等が用いられ、フッ素化アルキル基としてはこれらのアルキル基中の1個以上の水素原子をフッ素原子で置換した形式のものが用いられ、R8の炭素数1〜10の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキレン基又はフッ素化されたアルキレン基は、これらのアルキル基又はフッ素化アルキル基から水素原子が一つ抜けた形式のものが用いられる。R9の酸不安定基としては、一般式(1)で表される重合性エステル化合物中のR6と同様のものが用いられる。
一般式(2)で表される繰り返し単位にはR1〜R6の組み合わせにより数多くのバリエーションがあり得るが、一般式(2)はこれらの繰り返し単位の全てを代表して表す。また、一般式(3)で表される繰り返し単位にはR7a〜R9の組み合わせにより数多くのバリエーションがあり得るが、一般式(3)はこれらの繰り返し単位の全てを代表して表す。本発明の高分子化合物は、これらの繰り返し単位のうち一つだけを用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
上記一般式(2)で表される繰り返し単位の具体例としては下記のものが例示できるが、これらに限定されるものではない。
Figure 0004831307
上記一般式(3)で表される繰り返し単位の具体例としては下記のものが例示できるが、これらに限定されるものではない。
Figure 0004831307
(式中、R9は水素原子又は酸不安定基である。)
本発明の高分子化合物は上記一般式(2)又は(3)で表される繰り返し単位に加えて、レジスト膜の解像特性や樹脂の透明性、エッチング耐性、密着性、撥水性を向上させる観点から下記一般式(4)で表される繰り返し単位を導入することができる。
Figure 0004831307
(式中、R1はフッ素原子、又は炭素数1〜6の直鎖状もしくは分岐状のフッ素化されたアルキル基である。R10は水素原子、又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のフッ素化アルキル基、酸不安定基、又は密着性基である。)
10の炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のフッ素化アルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、tert−アミル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−ノニル基、n−デシル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロペンチルメチル基、シクロペンチルエチル基、シクロペンチルブチル基、シクロヘキシルメチル基、シクロヘキシルエチル基、シクロヘキシルブチル基、アダマンチル基等の1個以上の水素原子をフッ素原子で置換した形式のものが用いられる。R10の酸不安定基としては、一般式(1)で表される重合性エステル化合物中のR6と同様のものが用いられる。
10の密着性基としては種々選定されるが、特に下記式で例示される基等であることが好ましい。
Figure 0004831307
Figure 0004831307
一般式(4)で表される繰り返し単位にはR1とR10の組み合わせにより数多くのバリエーションがあり得るが、一般式(4)はこれらの繰り返し単位の全てを代表して表す。本発明の高分子化合物は、これらの繰り返し単位のうち一つだけを用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明の高分子化合物は、上記一般式(2)、(3)、又は(4)で表される繰り返し単位に加えて、レジストの解像特性や樹脂の透明性、エッチング耐性、密着性、撥水性を向上させる観点から更に下記のような繰り返し単位を1種又は2種以上組み合わせて導入することができる。
Figure 0004831307
(式中、Rop 1及びRop 2は水素原子、又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基又はフッ素化されたアルキル基である。Rop 3〜Rop 6は水素原子、フッ素原子、又は炭素数1〜4のフッ素化されたアルキル基であり、Rop 3〜Rop 6のうち少なくとも1個以上はフッ素原子を含む。Rop 7、Rop 8及びRop 9は水素原子、フッ素原子、又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基又はフッ素化アルキル基を示す。Rop 10は水素原子、又は炭素数1〜10のヘテロ原子を含んでもよい直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基又はフッ素化されたアルキル基等を示す。Rop 7、Rop 8、Rop 9及びRop 10のうち、2つ以上が結合してこれらが結合する炭素原子や酸素原子と共に環を形成してもよい。Rop 11及びRop 12は水素原子、メチル基、又はトリフルオロメチル基である。)
op 1、Rop 2、Rop 7〜Rop 10の炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、tert−アミル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−ノニル基、n−デシル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロペンチルメチル基、シクロペンチルエチル基、シクロペンチルブチル基、シクロヘキシルメチル基、シクロヘキシルエチル基、シクロヘキシルブチル基、アダマンチル基等が用いられ、フッ素化アルキル基としてはこれらのアルキル基の1個以上の水素原子をフッ素原子で置換した形式のものが用いられる。Rop 3〜Rop 6の炭素数1〜4のフッ素化されたアルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基の1個以上の水素原子をフッ素原子で置換した形式のものが用いられる。
本発明の高分子化合物を合成する場合、上記一般式(2)、(3)、(4)で表される繰り返し単位に対応するモノマー、密着性や透明性向上のための繰り返し単位に対応するモノマー等を溶媒に溶解させ、触媒を添加して、場合によっては加熱又は冷却しながら重合反応を行う。重合反応は開始剤(又は触媒)の種類、開始の方法(光、熱、放射線、プラズマ等)、重合条件(温度、圧力、濃度、溶媒、添加物)等によっても支配される。本発明の高分子化合物の重合においては、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル(以下、AIBNと略記)等のラジカルによって重合が開始されるラジカル共重合、アルキルリチウム等の触媒を用いたイオン重合(アニオン重合)等が一般的である。これらの重合はその常法に従って行うことができる。
ラジカル重合開始剤としては特に限定されるものではないが、例としてAIBN、2,2’−アゾビス(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス(2,4,4−トリメチルペンタン)等のアゾ系化合物、tert−ブチルパーオキシピバレート、ラウロイルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、tert−ブチルパーオキシラウレート等の過酸化物系化合物、また、水溶性開始剤としては過硫酸カリウムのような過硫酸塩、更には過硫酸カリウムや過酸化水素等の過酸化物と亜硫酸ナトリウムのような還元剤の組み合わせからなるレドックス系開始剤が例示される。重合開始剤の使用量は、種類、重合反応条件等に応じて適宜変更可能であるが、通常は重合させるべき単量体全量に対して0.001〜10モル%、特に0.01〜5モル%が採用される。
また、ドデシルメルカプタンや2−メルカプトエタノールのような公知の分子量調整剤を併用してもよく、その場合の添加量は0.01〜10モル%であることが好ましい。
重合反応を行う場合、必要に応じて溶媒を用いてもよい。重合溶媒としては重合反応を阻害しないものが好ましく、代表的なものとしては、酢酸エチル、酢酸n−ブチル、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、トルエン、キシレン、シクロヘキサン等の脂肪族又は芳香族炭化水素類、イソプロピルアルコール、エチレングリコールモノメチルエーテル等のアルコール類、ジエチルエーテル、ジオキサン、テトラヒドロフラン等のエーテル系溶剤が使用できる。これらの溶剤は単独で用いても、2種類以上を混合して用いてもよい。重合溶媒の使用量は、目標となる重合度(分子量)、開始剤の添加量、重合温度等の重合条件に応じて適宜変更可能であり、通常は重合させる単量体の濃度が0.1〜95質量%、特に5〜90質量%になるように溶媒を添加する。
重合反応の反応温度は、重合開始剤の種類あるいは溶媒の沸点により適宜変更され、通常は20〜200℃が好ましく、特に50〜140℃が好ましい。かかる重合反応に用いる反応容器は特に限定されない。
このようにして得られた重合体の溶液又は分散液から、媒質である有機溶媒又は水を除去する方法としては、公知の方法のいずれも利用できるが、例を挙げれば再沈澱濾過又は減圧下での加熱留出等の方法がある。
本発明の高分子化合物は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)が、1,000〜500,000、好ましくは2,000〜30,000であることが望ましい。
本発明の高分子化合物は、上記一般式(2)の単位に対応するモノマーをU1、(3)の単位に対応するモノマーをU2、(4)で表される繰り返し単位に対応するモノマーをU3、密着性や透明性向上のための上記繰り返し単位に対応するモノマーをU4とし、U1+U2+U3+U4=Uとした場合、
0<U1/U≦1、より好ましくは0.2<U1/U≦0.8、
0≦U2/U≦0.6、より好ましくは0.2≦U2/U≦0.5、
0≦U3/U≦0.5、より好ましくは0.1≦U3/U≦0.4、
0≦U4/U≦0.3、より好ましくは0≦U4/U≦0.1
であることが好ましい。
なお、本発明の高分子化合物は、レジスト材料、特に化学増幅型、とりわけ化学増幅ポジ型レジスト材料のベース樹脂、レジスト保護膜用のベース樹脂として使用することができるが、膜の力学物性、熱的物性、アルカリ可溶性、その他の物性を変える目的で他の高分子化合物を混合することもできる。その際、混合する高分子化合物の範囲は特に限定されないが、レジスト用の公知の高分子化合物等と任意の範囲で混合することができる。
本発明のレジスト材料は、本発明の高分子化合物をベース樹脂とする以外は公知の成分を用いて調製し得るが、特に化学増幅ポジ型レジスト材料は、
(A)上記高分子化合物(ベース樹脂)、
(B)有機溶剤、
(C)酸発生剤
を含有するものである。この場合、更に
(D)塩基性化合物、
(E)溶解阻止剤
を配合してもよい。
本発明で使用される(B)成分の有機溶剤としては、ベース樹脂、酸発生剤、その他の添加剤等が溶解可能であればいずれでもよい。このような有機溶剤としては、例えばシクロヘキサノン、メチル−2−n−アミルケトン等のケトン類、3−メトキシブタノール、3−メチル−3−メトキシブタノール、1−メトキシ−2−プロパノール、1−エトキシ−2−プロパノール等のアルコール類、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、プロピレングリコールジメチルエーテル、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、ジエチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類、プロピレングリコールモノエ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、乳酸エチル、ピルビン酸エチル、酢酸ブチル、3−メ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、酢酸tert−ブチル、プロピオン酸tert−ブチル、プロピレングリコールモノtert−ブチルエーテルアセテート等のエステル類が挙げられる。
これらの溶剤は1種を単独で又は2種以上を混合して使用することもできるが、これらに限定されるものではない。本発明では、これらの有機溶剤の中でもレジスト成分中の酸発生剤の溶解性が最も優れているジエチレングリコールジメチルエーテルや1−エトキシ−2−プロパノールの他、安全溶剤である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と略記)、及びその混合溶剤が好ましく使用される。
上記(B)成分の有機溶剤の使用量は、(A)成分のベース樹脂100部(質量部、以下同じ)に対し300〜10,000部、特に500〜5,000部が好ましい。
(C)成分の酸発生剤としては、
(i)下記一般式(P1a−1)、(P1a−2)、(P1b)のオニウム塩、
(ii)下記一般式(P2)のジアゾメタン誘導体、
(iii)下記一般式(P3)のグリオキシム誘導体、
(iv)下記一般式(P4)のビススルホン誘導体、
(v)下記一般式(P5)のN−ヒドロキシイミド化合物のスルホン酸エステル、
(vi)β−ケトスルホン酸誘導体、
(vii)ジスルホン誘導体、
(viii)ニトロベンジルスルホネート誘導体、
(ix)スルホン酸エステル誘導体
等が用いられる。
(i)のオニウム塩としては下記一般式(P1a−1)、(P1a−2)、(P1b)で表されるものが用いられる。
Figure 0004831307
(式中、R101a、R101b、R101cはそれぞれ炭素数1〜12の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、アルケニル基、オキソアルキル基又はオキソアルケニル基、炭素数6〜20のアリール基、又は炭素数7〜12のアラルキル基又はアリールオキソアルキル基を示し、これらの基の水素原子の一部又は全部がアルコキシ基等によって置換されていてもよい。また、R101bとR101cとは環を形成してもよく、環を形成する場合には、R101b、R101cはそれぞれ炭素数1〜6のアルキレン基を示す。R102a、R102bはそれぞれ炭素数1〜8の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基を示す。R103は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキレン基を示す。R104a、R104bはそれぞれ炭素数3〜7の2−オキソアルキル基を示す。K-は非求核性対向イオンを表す。)
101a、R101b、R101cは互いに同一であっても異なっていてもよく、具体的にはアルキル基として、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロプロピルメチル基、4−メチルシクロヘキシル基、シクロヘキシルメチル基、ノルボルニル基、アダマンチル基等が挙げられる。アルケニル基としては、ビニル基、アリル基、プロぺニル基、ブテニル基、ヘキセニル基、シクロヘキセニル基等が挙げられる。オキソアルキル基としては、2−オキソシクロペンチル基、2−オキソシクロヘキシル基等が挙げられ、2−オキソプロピル基、2−シクロペンチル−2−オキソエチル基、2−シクロヘキシル−2−オキソエチル基、2−(4−メチルシクロヘキシル)−2−オキソエチル基等を挙げることができる。アリール基としては、フェニル基、ナフチル基等や、p−メトキシフェニル基、m−メトキシフェニル基、o−メトキシフェニル基、エトキシフェニル基、p−tert−ブトキシフェニル基、m−tert−ブトキシフェニル基等のアルコキシフェニル基、2−メチルフェニル基、3−メチルフェニル基、4−メチルフェニル基、エチルフェニル基、4−tert−ブチルフェニル基、4−ブチルフェニル基、ジメチルフェニル基等のアルキルフェニル基、メチルナフチル基、エチルナフチル基等のアルキルナフチル基、メトキシナフチル基、エトキシナフチル基等のアルコキシナフチル基、ジメチルナフチル基、ジエチルナフチル基等のジアルキルナフチル基、ジメトキシナフチル基、ジエトキシナフチル基等のジアルコキシナフチル基等が挙げられる。アラルキル基としてはベンジル基、フェニルエチル基、フェネチル基等が挙げられる。アリールオキソアルキル基としては、2−フェニル−2−オキソエチル基、2−(1−ナフチル)−2−オキソエチル基、2−(2−ナフチル)−2−オキソエチル基等の2−アリール−2−オキソエチル基等が挙げられる。R102a、R102bとして具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロプロピルメチル基、4−メチルシクロヘキシル基、シクロヘキシルメチル基等が挙げられる。R103としては、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ペンチレン基、へキシレン基、へプチレン基、オクチレン基、ノニレン基、1,4−シクロへキシレン基、1,2−シクロへキシレン基、1,3−シクロペンチレン基、1,4−シクロオクチレン基、1,4−シクロヘキサンジメチレン基等が挙げられる。R104a、R104bとしては、2−オキソプロピル基、2−オキソシクロペンチル基、2−オキソシクロヘキシル基、2−オキソシクロヘプチル基等が挙げられる。K-の非求核性対向イオンとしては塩化物イオン、臭化物イオン等のハライドイオン、トリフレート、1,1,1−トリフルオロエタンスルホネート、ノナフルオロブタンスルホネート等のフルオロアルキルスルホネート、トシレート、ベンゼンスルホネート、4−フルオロベンゼンスルホネート、1,2,3,4,5−ペンタフルオロベンゼンスルホネート等のアリールスルホネート、メシレート、ブタンスルホネート等のアルキルスルホネートが挙げられる。
(ii)のジアゾメタン誘導体としては下記一般式(P2)で表されるものが用いられる。
Figure 0004831307
(式中、R105、R106は炭素数1〜12の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基又はハロゲン化アルキル基、炭素数6〜20のアリール基又はハロゲン化アリール基、又は炭素数7〜12のアラルキル基を示す。)
105、R106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、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、アミル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、ノルボルニル基、アダマンチル基等が挙げられる。ハロゲン化アルキル基としてはトリフルオロメチル基、1,1,1−トリフルオロエチル基、1,1,1−トリクロロエチル基、ノナフルオロブチル基等が挙げられる。アリール基としてはフェニル基、p−メトキシフェニル基、m−メトキシフェニル基、o−メトキシフェニル基、エトキシフェニル基、p−tert−ブトキシフェニル基、m−tert−ブトキシフェニル基等のアルコキシフェニル基、2−メチルフェニル基、3−メチルフェニル基、4−メチルフェニル基、エチルフェニル基、4−tert−ブチルフェニル基、4−ブチルフェニル基、ジメチルフェニル基等のアルキルフェニル基が挙げられる。ハロゲン化アリール基としてはフルオロフェニル基、クロロフェニル基、1,2,3,4,5−ペンタフルオロフェニル基等が挙げられる。アラルキル基としてはベンジル基、フェネチル基等が挙げられる。
(iii)のグリオキシム誘導体としては下記一般式(P3)で表されるものが用いられる。
Figure 0004831307
(式中、R107、R108、R109は炭素数1〜12の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基又はハロゲン化アルキル基、炭素数6〜20のアリール基又はハロゲン化アリール基、又は炭素数7〜12のアラルキル基を示す。R108、R109は互いに結合して環状構造を形成してもよく、環状構造を形成する場合、R108、R109はそれぞれ炭素数1〜6の直鎖状又は分岐状のアルキレン基を示す。)
107、R108、R109のアルキル基、ハロゲン化アルキル基、アリール基、ハロゲン化アリール基、アラルキル基としては、R105、R106で説明したものと同様の基が挙げられる。なお、R108、R109のアルキレン基としてはメチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ヘキシレン基等が挙げられる。
(iv)のビススルホン誘導体としては下記一般式(P4)で表されるものが用いられる。
Figure 0004831307
(式中、R101a及びR101bは炭素数1〜12の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、アルケニル基、オキソアルキル基又はオキソアルケニル基、炭素数6〜20のアリール基、又は炭素数7〜12のアラルキル基又はアリールオキソアルキル基を示し、これらの基の水素原子の一部又は全部がアルコキシ基等によって置換されていてもよい。)
101a及びR101bとしては、(i)のオニウム塩の項で説明したものと同様のものが用いられる。
(v)のN−ヒドロキシイミド化合物のスルホン酸エステルとしては下記一般式(P5)で表されるものが用いられる。
Figure 0004831307
(式中、R110は炭素数6〜10のアリーレン基、炭素数1〜6のアルキレン基、又は炭素数2〜6のアルケニレン基を示し、R110中の一部又は全部の水素原子が更に炭素数1〜4の直鎖状又は分岐状のアルキル基又はアルコキシ基、ニトロ基、アセチル基、又はフェニル基で置換されていてもよい。R111は炭素数1〜8の直鎖状、分岐状又は置換のアルキル基、アルケニル基又はアルコキシアルキル基、フェニル基、又はナフチル基を示し、R111中の一部又は全部の水素原子が更に炭素数1〜4のアルキル基又はアルコキシ基、炭素数1〜4のアルキル基、アルコキシ基、ニトロ基又はアセチル基で置換されていてもよいフェニル基、炭素数3〜5のヘテロ芳香族基、又は塩素原子、フッ素原子で置換されていてもよい。)
110のアリーレン基としては、1,2−フェニレン基、1,8−ナフチレン基等が、アルキレン基としては、メチレン基、エチレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基、フェニルエチレン基、ノルボルナン−2,3−ジイル基等が、アルケニレン基としては、1,2−ビニレン基、1−フェニル−1,2−ビニレン基、5−ノルボルネン−2,3−ジイル基等が挙げられる。R111のアルキル基としてはR101a〜R101cと同様のものが例示され、アルケニル基としては、ビニル基、1−プロペニル基、アリル基、1−ブテニル基、3−ブテニル基、イソプレニル基、1−ペンテニル基、3−ペンテニル基、4−ペンテニル基、ジメチルアリル基、1−ヘキセニル基、3−ヘキセニル基、5−ヘキセニル基、1−ヘプテニル基、3−ヘプテニル基、6−ヘプテニル基、7−オクテニル基等が例示できる。また、R111のアルコキシアルキル基としては、メトキシメチル基、エトキシメチル基、プロポキシメチル基、ブトキシメチル基、ペンチロキシメチル基、ヘキシロキシメチル基、ヘプチロキシメチル基、メトキシエチル基、エトキシエチル基、プロポキシエチル基、ブトキシエチル基、ペンチロキシエチル基、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、プロポキシプロピル基、ブトキシプロピル基、メトキシブチル基、エトキシブチル基、プロポキシブチル基、メトキシペンチル基、エトキシペンチル基、メトキシヘキシル基、メトキシヘプチル基等が例示できる。なお、R111中の水素原子が更に置換されてもよい炭素数1〜4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、n−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基等が、炭素数1〜4のアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基、tert−ブトキシ基等が例示でき、炭素数1〜4のアルキル基、アルコキシ基、ニトロ基又はアセチル基で置換されていてもよいフェニル基としては、フェニル基、トリル基、p−tert−ブトキシフェニル基、p−アセチルフェニル基、p−ニトロフェニル基等が、炭素数3〜5のヘテロ芳香族基としては、ピリジル基、フリル基等が挙げられる。
(i)〜(ix)の酸発生剤の具体例としては、例えばトリフルオロメタンスルホン酸ジフェニルヨードニウム、トリフルオロメタンスルホン酸(p−tert−ブトキシフェニル)フェニルヨードニウム、p−トルエンスルホン酸ジフェニルヨードニウム、p−トルエンスルホン酸(p−tert−ブトキシフェニル)フェニルヨードニウム、トリフルオロメタンスルホン酸トリフェニルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸(p−tert−ブトキシフェニル)ジフェニルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸ビス(p−tert−ブトキシフェニル)フェニルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸トリス(p−tert−ブトキシフェニル)スルホニウム、p−トルエンスルホン酸トリフェニルスルホニウム、p−トルエンスルホン酸(p−tert−ブトキシフェニル)ジフェニルスルホニウム、p−トルエンスルホン酸ビス(p−tert−ブトキシフェニル)フェニルスルホニウム、p−トルエンスルホン酸トリス(p−tert−ブトキシフェニル)スルホニウム、ノナフルオロブタンスルホン酸トリフェニルスルホニウム、ブタンスルホン酸トリフェニルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸トリメチルスルホニウム、p−トルエンスルホン酸トリメチルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸シクロヘキシルメチル(2−オキソシクロヘキシル)スルホニウム、p−トルエンスルホン酸シクロヘキシルメチル(2−オキソシクロヘキシル)スルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸ジメチルフェニルスルホニウム、p−トルエンスルホン酸ジメチルフェニルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸ジシクロヘキシルフェニルスルホニウム、p−トルエンスルホン酸ジシクロヘキシルフェニルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸トリナフチルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸シクロヘキシルメチル(2−オキソシクロヘキシル)スルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸(2−ノルボニル)メチル(2−オキソシクロヘキシル)スルホニウム、エチレンビス[メチル(2−オキソシクロペンチル)スルホニウムトリフルオロメタンスルホナート]、1,2’−ナフチルカルボニルメチルテトラヒドロチオフェニウムトリフレート等のオニウム塩、ビス(ベンゼンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(p−トルエンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(キシレンスルホニル)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、ビス(シクロペンチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(n−ブチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(イソブチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(sec−ブチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(n−プロピルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(イソプロピルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(tert−ブチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(n−アミルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(イソアミルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(sec−アミルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(tert−アミルスルホニル)ジアゾメタン、1−シクロヘキシルスルホニル−1−(tert−ブチルスルホニル)ジアゾメタン、1−シクロヘキシルスルホニル−1−(tert−アミルスルホニル)ジアゾメタン、1−tert−アミルスルホニル−1−(tert−ブチルスルホニル)ジアゾメタン等のジアゾメタン誘導体、ビス−O−(p−トルエンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−O−(p−トルエンスルホニル)−α−ジフェニルグリオキシム、ビス−O−(p−トルエンスルホニル)−α−ジシクロヘキシルグリオキシム、ビス−O−(p−トルエンスルホニル)−2,3−ペンタンジオングリオキシム、ビス−O−(p−トルエンスルホニル)−2−メチル−3,4−ペンタンジオングリオキシム、ビス−O−(n−ブタンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−O−(n−ブタンスルホニル)−α−ジフェニルグリオキシム、ビス−O−(n−ブタンスルホニル)−α−ジシクロヘキシルグリオキシム、ビス−O−(n−ブタンスルホニル)−2,3−ペンタンジオングリオキシム、ビス−O−(n−ブタンスルホニル)−2−メチル−3,4−ペンタンジオングリオキシム、ビス−O−(メタンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−O−(トリフルオロメタンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−O−(1,1,1−トリフルオロエタンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−O−(tert−ブタンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−O−(パーフルオロオクタンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−O−(シクロヘキサンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−O−(ベンゼンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−O−(p−フルオロベンゼンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−O−(p−tert−ブチルベンゼンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−O−(キシレンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−O−(カンファースルホニル)−α−ジメチルグリオキシム等のグリオキシム誘導体、ビスナフチルスルホニルメタン、ビストリフルオロメチルスルホニルメタン、ビスメチルスルホニルメタン、ビスエチルスルホニルメタン、ビスプロピルスルホニルメタン、ビスイソプロピルスルホニルメタン、ビス−p−トルエンスルホニルメタン、ビスベンゼンスルホニルメタン等のビススルホン誘導体、2−シクロヘキシルカルボニル−2−(p−トルエンスルホニル)プロパン、2−イソプロピルカルボニル−2−(p−トルエンスルホニル)プロパン等のβ−ケトスルホン酸誘導体、ジフェニルジスルホン、ジシクロヘキシルジスルホン等のジスルホン誘導体、p−トルエンスルホン酸2,6−ジニトロベンジル、p−トルエンスルホン酸2,4−ジニトロベンジル等のニトロベンジルスルホネート誘導体、1,2,3−トリス(メタンスルホニルオキシ)ベンゼン、1,2,3−トリス(トリフルオロメタンスルホニルオキシ)ベンゼン、1,2,3−トリス(p−トルエンスルホニルオキシ)ベンゼン等のスルホン酸エステル誘導体、N−ヒドロキシスクシンイミドメタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミドトリフルオロメタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミドエタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミド1−プロパンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミド2−プロパンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミド1−ペンタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミド1−オクタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミドp−トルエンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミドp−メトキシベンゼンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミド2−クロロエタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミドベンゼンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミド−2,4,6−トリメチルベンゼンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミド1−ナフタレンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミド2−ナフタレンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシ−2−フェニルスクシンイミドメタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシマレイミドメタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシマレイミドエタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシ−2−フェニルマレイミドメタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシグルタルイミドメタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシグルタルイミドベンゼンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシフタルイミドメタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシフタルイミドベンゼンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシフタルイミドトリフルオロメタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシフタルイミドp−トルエンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシナフタルイミドメタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシナフタルイミドベンゼンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシ−5−ノルボルネン−2,3−ジカルボキシイミドメタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシ−5−ノルボルネン−2,3−ジカルボキシイミドトリフルオロメタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシ−5−ノルボルネン−2,3−ジカルボキシイミドp−トルエンスルホン酸エステル等のN−ヒドロキシイミド化合物のスルホン酸エステル誘導体等が挙げられるが、トリフルオロメタンスルホン酸トリフェニルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸(p−tert−ブトキシフェニル)ジフェニルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸トリス(p−tert−ブトキシフェニル)スルホニウム、p−トルエンスルホン酸トリフェニルスルホニウム、p−トルエンスルホン酸(p−tert−ブトキシフェニル)ジフェニルスルホニウム、p−トルエンスルホン酸トリス(p−tert−ブトキシフェニル)スルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸トリナフチルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸シクロヘキシルメチル(2−オキソシクロヘキシル)スルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸(2−ノルボニル)メチル(2−オキソシクロヘキシル)スルホニウム、1,2’−ナフチルカルボニルメチルテトラヒドロチオフェニウムトリフレート等のオニウム塩、ビス(ベンゼンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(p−トルエンスルホニル)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、ビス(n−ブチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(イソブチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(sec−ブチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(n−プロピルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(イソプロピルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(tert−ブチルスルホニル)ジアゾメタン等のジアゾメタン誘導体、ビス−O−(p−トルエンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−O−(n−ブタンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム等のグリオキシム誘導体、ビスナフチルスルホニルメタン等のビススルホン誘導体、N−ヒドロキシスクシンイミドメタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミドトリフルオロメタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミド1−プロパンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミド2−プロパンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミド1−ペンタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミドp−トルエンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシナフタルイミドメタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシナフタルイミドベンゼンスルホン酸エステル等のN−ヒドロキシイミド化合物のスルホン酸エステル誘導体が好ましく用いられる。
なお、上記酸発生剤は1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。この場合、オニウム塩は矩形性向上効果に優れ、ジアゾメタン誘導体及びグリオキシム誘導体は定在波低減効果に優れるため、両者を組み合わせることによりプロファイルの微調整を行うことが可能である。
(C)成分の酸発生剤の添加量は、(A)成分のベース樹脂100部に対して0.1〜50部、好ましくは0.5〜40部である。0.1部より少ないと露光時の酸発生量が少なく、感度及び解像力が劣る場合があり、50部を超えるとレジストの透過率が低下し、解像力が劣る場合がある。
(D)成分の塩基性化合物としては、酸発生剤より発生する酸がレジスト膜中に拡散する際の拡散速度を抑制することができる化合物が適している。塩基性化合物の配合により、レジスト膜中での酸の拡散速度が抑制されて解像度が向上し、露光後の感度変化を抑制したり、基板や環境依存性を少なくし、露光余裕度やパターンプロファイル等を向上することができる。
このような塩基性化合物としては、アンモニア、第一級、第二級、第三級の脂肪族アミン類、混成アミン類、芳香族アミン類、複素環アミン類、カルボキシ基を有する含窒素化合物、スルホニル基を有する含窒素化合物、水酸基を有する含窒素化合物、ヒドロキシフェニル基を有する含窒素化合物、アルコール性含窒素化合物、アミド誘導体、イミド誘導体等が挙げられる。
第一級の脂肪族アミン類の具体例としては、メチルアミン、エチルアミン、n−プロピルアミン、イソプロピルアミン、n−ブチルアミン、イソブチルアミン、sec−ブチルアミン、tert−ブチルアミン、ペンチルアミン、tert−アミルアミン、シクロペンチルアミン、ヘキシルアミン、シクロヘキシルアミン、ヘプチルアミン、オクチルアミン、ノニルアミン、デシルアミン、ドデシルアミン、セチルアミン、メチレンジアミン、エチレンジアミン、テトラエチレンペンタミン等が例示される。
第二級の脂肪族アミン類の具体例としては、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジ−n−プロピルアミン、ジイソプロピルアミン、ジ−n−ブチルアミン、ジイソブチルアミン、ジ−sec−ブチルアミン、ジペンチルアミン、ジシクロペンチルアミン、ジヘキシルアミン、ジシクロヘキシルアミン、ジヘプチルアミン、ジオクチルアミン、ジノニルアミン、ジデシルアミン、ジドデシルアミン、ジセチルアミン、N,N−ジメチルメチレンジアミン、N,N−ジメチルエチレンジアミン、N,N−ジメチルテトラエチレンペンタミン等が例示される。
第三級の脂肪族アミン類の具体例としては、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリ−n−プロピルアミン、トリイソプロピルアミン、トリ−n−ブチルアミン、トリイソブチルアミン、トリ−sec−ブチルアミン、トリペンチルアミン、トリシクロペンチルアミン、トリヘキシルアミン、トリシクロヘキシルアミン、トリヘプチルアミン、トリオクチルアミン、トリノニルアミン、トリデシルアミン、トリドデシルアミン、トリセチルアミン、N,N,N’,N’−テトラメチルメチレンジアミン、N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン、N,N,N’,N’−テトラメチルテトラエチレンペンタミン等が例示される。
混成アミン類の具体例としては、ジメチルエチルアミン、メチルエチルプロピルアミン、ベンジルアミン、フェネチルアミン、ベンジルジメチルアミン等が例示される。
芳香族アミン類及び複素環アミン類の具体例としては、アニリン誘導体(例えば、アニリン、N−メチルアニリン、N−エチルアニリン、N−プロピルアニリン、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、エチルアニリン、プロピルアニリン、トリメチルアニリン、2−ニトロアニリン、3−ニトロアニリン、4−ニトロアニリン、2,4−ジニトロアニリン、2,6−ジニトロアニリン、3,5−ジニトロアニリン、N,N−ジメチルトルイジン等)、ジフェニル(p−トリル)アミン、メチルジフェニルアミン、トリフェニルアミン、フェニレンジアミン、ナフチルアミン、ジアミノナフタレン、ピロール誘導体(例えば、ピロール、2H−ピロール、1−メチルピロール、2,4−ジメチルピロール、2,5−ジメチルピロール、N−メチルピロール等)、オキサゾール誘導体(例えば、オキサゾール、イソオキサゾール等)、チアゾール誘導体(例えば、チアゾール、イソチアゾール等)、イミダゾール誘導体(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等)、ピラゾール誘導体、フラザン誘導体、ピロリン誘導体(例えば、ピロリン、2−メチル−1−ピロリン等)、ピロリジン誘導体(例えば、ピロリジン、N−メチルピロリジン、ピロリジノン、N−メチルピロリドン等)、イミダゾリン誘導体、イミダゾリジン誘導体、ピリジン誘導体(例えば、ピリジン、メチルピリジン、エチルピリジン、プロピルピリジン、ブチルピリジン、4−(1−ブチルペンチル)ピリジン、ジメチルピリジン、トリメチルピリジン、トリエチルピリジン、フェニルピリジン、3−メチル−2−フェニルピリジン、4−tert−ブチルピリジン、ジフェニルピリジン、ベンジルピリジン、メトキシピリジン、ブトキシピリジン、ジメトキシピリジン、4−ピロリジノピリジン、1−メチル−4−フェニルピリジン、2−(1−エチルプロピル)ピリジン、アミノピリジン、ジメチルアミノピリジン等)、ピリダジン誘導体、ピリミジン誘導体、ピラジン誘導体、ピラゾリン誘導体、ピラゾリジン誘導体、ピペリジン誘導体、ピペラジン誘導体、モルホリン誘導体、インドール誘導体、イソインドール誘導体、1H−インダゾール誘導体、インドリン誘導体、キノリン誘導体(例えば、キノリン、3−キノリンカルボニトリル等)、イソキノリン誘導体、シンノリン誘導体、キナゾリン誘導体、キノキサリン誘導体、フタラジン誘導体、プリン誘導体、プテリジン誘導体、カルバゾール誘導体、フェナントリジン誘導体、アクリジン誘導体、フェナジン誘導体、1,10−フェナントロリン誘導体、アデニン誘導体、アデノシン誘導体、グアニン誘導体、グアノシン誘導体、ウラシル誘導体、ウリジン誘導体等が例示される。
カルボキシ基を有する含窒素化合物の具体例としては、例えばアミノ安息香酸、インドールカルボン酸、アミノ酸誘導体(例えば、ニコチン酸、アラニン、アルギニン、アスパラギン酸、グルタミン酸、グリシン、ヒスチジン、イソロイシン、グリシルロイシン、ロイシン、メチオニン、フェニルアラニン、スレオニン、リジン、3−アミノピラジン−2−カルボン酸、メトキシアラニン)等が例示される。
スルホニル基を有する含窒素化合物として3−ピリジンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸ピリジニウム等が例示される。
水酸基を有する含窒素化合物、ヒドロキシフェニル基を有する含窒素化合物、アルコール性含窒素化合物としては、2−ヒドロキシピリジン、アミノクレゾール、2,4−キノリンジオール、3−インドールメタノールヒドレート、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、N−エチルジエタノールアミン、N,N−ジエチルエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン、2,2’−イミノジエタノール、2−アミノエタノール、3−アミノ−1−プロパノール、4−アミノ−1−ブタノール、4−(2−ヒドロキシエチル)モルホリン、2−(2−ヒドロキシエチル)ピリジン、1−(2−ヒドロキシエチル)ピペラジン、1−[2−(2−ヒドロキシエトキシ)エチル]ピペラジン、ピペリジンエタノール、1−(2−ヒドロキシエチル)ピロリジン、1−(2−ヒドロキシエチル)−2−ピロリジノン、3−ピペリジノ−1,2−プロパンジオール、3−ピロリジノ−1,2−プロパンジオール、8−ヒドロキシユロリジン、3−クイヌクリジノール、3−トロパノール、1−メチル−2−ピロリジンエタノール、1−アジリジンエタノール、N−(2−ヒドロキシエチル)フタルイミド、N−(2−ヒドロキシエチル)イソニコチンアミド等が例示される。
アミド誘導体の具体例としては、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、ベンズアミド等が例示される。
イミド誘導体の具体例としては、フタルイミド、サクシンイミド、マレイミド等が例示される。
更に、下記一般式(B)−1で示される塩基性化合物から選ばれる1種又は2種以上を添加することもできる。
Figure 0004831307
(式中、nは1、2又は3である。側鎖Xは同一でも異なっていてもよく、上記一般式(X)−1〜(X)−3で表すことができる。側鎖Yは同一又は異種の、水素原子、又は直鎖状、分岐状又は環状の炭素数1〜20のアルキル基を示し、エーテル基もしくはヒドロキシル基を含んでもよい。また、X同士が結合して環を形成してもよい。R300、R302、R305は炭素数1〜4の直鎖状又は分岐状のアルキレン基である。R301及びR304は水素原子、又は炭素数1〜20の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基であり、ヒドロキシ基、エーテル基、エステル基、ラクトン環のいずれかを1個あるいは複数個含んでいてもよい。R303は単結合、又は炭素数1〜4の直鎖状又は分岐状のアルキレン基であり、R306は水素原子、又は炭素数1〜20の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基であり、ヒドロキシ基、エーテル基、エステル基、ラクトン環のいずれかを1個あるいは複数個含んでいてもよい。)
上記一般式(B)−1で表される化合物の具体例としては、トリス(2−メトキシメトキシエチル)アミン、トリス{2−(2−メトキシエトキシ)エチル}アミン、トリス{2−(2−メトキシエトキシメトキシ)エチル}アミン、トリス{2−(1−メトキシエトキシ)エチル}アミン、トリス{2−(1−エトキシエトキシ)エチル}アミン、トリス{2−(1−エトキシプロポキシ)エチル}アミン、トリス[2−{2−(2−ヒドロキシエトキシ)エトキシ}エチル]アミン、4,7,13,16,21,24−ヘキサオキサ−1,10−ジアザビシクロ[8.8.8]ヘキサコサン、4,7,13,18−テトラオキサ−1,10−ジアザビシクロ[8.5.5]エイコサン、1,4,10,13−テトラオキサ−7,16−ジアザビシクロオクタデカン、1−アザ−12−クラウン−4、1−アザ−15−クラウン−5、1−アザ−18−クラウン−6、トリス(2−フォルミルオキシエチル)アミン、トリス(2−アセトキシエチル)アミン、トリス(2−プロピオニルオキシエチル)アミン、トリス(2−ブチリルオキシエチル)アミン、トリス(2−イソブチリルオキシエチル)アミン、トリス(2−バレリルオキシエチル)アミン、トリス(2−ピバロイルオキシエチル)アミン、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)2−(アセトキシアセトキシ)エチルアミン、トリス(2−メトキシカルボニルオキシエチル)アミン、トリス(2−tert−ブトキシカルボニルオキシエチル)アミン、トリス[2−(2−オキソプロポキシ)エチル]アミン、トリス[2−(メトキシカルボニルメチル)オキシエチル]アミン、トリス[2−(tert−ブトキシカルボニルメチルオキシ)エチル]アミン、トリス[2−(シクロヘキシルオキシカルボニルメチルオキシ)エチル]アミン、トリス(2−メトキシカルボニルエチル)アミン、トリス(2−エトキシカルボニルエチル)アミン、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)2−(メトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)2−(メトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)2−(エトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)2−(エトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)2−(2−メトキシエトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)2−(2−メトキシエトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)2−(2−ヒドロキシエトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)2−(2−アセトキシエトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)2−[(メトキシカルボニル)メトキシカルボニル]エチルアミン、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)2−[(メトキシカルボニル)メトキシカルボニル]エチルアミン、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)2−(2−オキソプロポキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)2−(2−オキソプロポキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)2−(テトラヒドロフルフリルオキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)2−(テトラヒドロフルフリルオキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)2−[(2−オキソテトラヒドロフラン−3−イル)オキシカルボニル]エチルアミン、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)2−[(2−オキソテトラヒドロフラン−3−イル)オキシカルボニル]エチルアミン、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)2−(4−ヒドロキシブトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−ホルミルオキシエチル)2−(4−ホルミルオキシブトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−ホルミルオキシエチル)2−(2−ホルミルオキシエトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−メトキシエチル)2−(メトキシカルボニル)エチルアミン、N−(2−ヒドロキシエチル)ビス[2−(メトキシカルボニル)エチル]アミン、N−(2−アセトキシエチル)ビス[2−(メトキシカルボニル)エチル]アミン、N−(2−ヒドロキシエチル)ビス[2−(エトキシカルボニル)エチル]アミン、N−(2−アセトキシエチル)ビス[2−(エトキシカルボニル)エチル]アミン、N−(3−ヒドロキシ−1−プロピル)ビス[2−(メトキシカルボニル)エチル]アミン、N−(3−アセトキシ−1−プロピル)ビス[2−(メトキシカルボニル)エチル]アミン、N−(2−メトキシエチル)ビス[2−(メトキシカルボニル)エチル]アミン、N−ブチルビス[2−(メトキシカルボニル)エチル]アミン、N−ブチルビス[2−(2−メトキシエトキシカルボニル)エチル]アミン、N−メチルビス(2−アセトキシエチル)アミン、N−エチルビス(2−アセトキシエチル)アミン、N−メチルビス(2−ピバロイルオキシエチル)アミン、N−エチルビス[2−(メトキシカルボニルオキシ)エチル]アミン、N−エチルビス[2−(tert−ブトキシカルボニルオキシ)エチル]アミン、トリス(メトキシカルボニルメチル)アミン、トリス(エトキシカルボニルメチル)アミン、N−ブチルビス(メトキシカルボニルメチル)アミン、N−ヘキシルビス(メトキシカルボニルメチル)アミン、β−(ジエチルアミノ)−δ−バレロラクトンを例示できるが、これらに制限されない。
更に下記一般式(B)−2に示される環状構造を持つ塩基性化合物の1種又は2種以上を添加することもできる。
Figure 0004831307
(式中、Xは前述の一般式(X)−1〜(X)−3で表される置換基が用いられる。R307は炭素数2〜20の直鎖状もしくは分岐状のアルキレン基であり、カルボニル基、エーテル基、エステル基、スルフィドのいずれかを1個あるいは複数個含んでいてもよい。)
上記一般式(B)−2で表される化合物の具体例としては、1−[2−(メトキシメトキシ)エチル]ピロリジン、1−[2−(メトキシメトキシ)エチル]ピペリジン、4−[2−(メトキシメトキシ)エチル]モルホリン、1−[2−[(2−メトキシエトキシ)メトキシ]エチル]ピロリジン、1−[2−[(2−メトキシエトキシ)メトキシ]エチル]ピペリジン、4−[2−[(2−メトキシエトキシ)メトキシ]エチル]モルホリン、酢酸2−(1−ピロリジニル)エチル、酢酸2−ピペリジノエチル、酢酸2−モルホリノエチル、ギ酸2−(1−ピロリジニル)エチル、プロピオン酸2−ピペリジノエチル、アセトキシ酢酸2−モルホリノエチル、メトキシ酢酸2−(1−ピロリジニル)エチル、4−[2−(メトキシカルボニルオキシ)エチル]モルホリン、1−[2−(t−ブトキシカルボニルオキシ)エチル]ピペリジン、4−[2−(2−メトキシエトキシカルボニルオキシ)エチル]モルホリン、3−(1−ピロリジニル)プロピオン酸メチル、3−ピペリジノプロピオン酸メチル、3−モルホリノプロピオン酸メチル、3−(チオモルホリノ)プロピオン酸メチル、2−メチル−3−(1−ピロリジニル)プロピオン酸メチル、3−モルホリノプロピオン酸エチル、3−ピペリジノプロピオン酸メトキシカルボニルメチル、3−(1−ピロリジニル)プロピオン酸2−ヒドロキシエチル、3−モルホリノプロピオン酸2−アセトキシエチル、3−(1−ピロリジニル)プロピオン酸2−オキソテトラヒドロフラン−3−イル、3−モルホリノプロピオン酸テトラヒドロフルフリル、3−ピペリジノプロピオン酸グリシジル、3−モルホリノプロピオン酸2−メトキシエチル、3−(1−ピロリジニル)プロピオン酸2−(2−メトキシエトキシ)エチル、3−モルホリノプロピオン酸ブチル、3−ピペリジノプロピオン酸シクロヘキシル、α−(1−ピロリジニル)メチル−γ−ブチロラクトン、β−ピペリジノ−γ−ブチロラクトン、β−モルホリノ−δ−バレロラクトン、1−ピロリジニル酢酸メチル、ピペリジノ酢酸メチル、モルホリノ酢酸メチル、チオモルホリノ酢酸メチル、1−ピロリジニル酢酸エチル、モルホリノ酢酸2−メトキシエチルを例示することができる。
更に、下記一般式(B)−3〜(B)−6で表されるシアノ基を含む塩基性化合物を添加することができる。
Figure 0004831307
(式中、Xは前述の一般式(X)−1〜(X)−3で表される置換基が用いられる。R307は前述と同様のものが用いられる。nは1、2又は3である。R308及びR309は同一又は異種の炭素数1〜4の直鎖状もしくは分岐状のアルキレン基である。)
上記一般式(B)−3〜(B)−6で表されるシアノ基を含む塩基性化合物の具体例としては、3−(ジエチルアミノ)プロピオノニトリル、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)−3−アミノプロピオノニトリル、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)−3−アミノプロピオノニトリル、N,N−ビス(2−ホルミルオキシエチル)−3−アミノプロピオノニトリル、N,N−ビス(2−メトキシエチル)−3−アミノプロピオノニトリル、N,N−ビス[2−(メトキシメトキシ)エチル]−3−アミノプロピオノニトリル、N−(2−シアノエチル)−N−(2−メトキシエチル)−3−アミノプロピオン酸メチル、N−(2−シアノエチル)−N−(2−ヒドロキシエチル)−3−アミノプロピオン酸メチル、N−(2−アセトキシエチル)−N−(2−シアノエチル)−3−アミノプロピオン酸メチル、N−(2−シアノエチル)−N−エチル−3−アミノプロピオノニトリル、N−(2−シアノエチル)−N−(2−ヒドロキシエチル)−3−アミノプロピオノニトリル、N−(2−アセトキシエチル)−N−(2−シアノエチル)−3−アミノプロピオノニトリル、N−(2−シアノエチル)−N−(2−ホルミルオキシエチル)−3−アミノプロピオノニトリル、N−(2−シアノエチル)−N−(2−メトキシエチル)−3−アミノプロピオノニトリル、N−(2−シアノエチル)−N−[2−(メトキシメトキシ)エチル]−3−アミノプロピオノニトリル、N−(2−シアノエチル)−N−(3−ヒドロキシ−1−プロピル)−3−アミノプロピオノニトリル、N−(3−アセトキシ−1−プロピル)−N−(2−シアノエチル)−3−アミノプロピオノニトリル、N−(2−シアノエチル)−N−(3−ホルミルオキシ−1−プロピル)−3−アミノプロピオノニトリル、N−(2−シアノエチル)−N−テトラヒドロフルフリル−3−アミノプロピオノニトリル、N,N−ビス(2−シアノエチル)−3−アミノプロピオノニトリル、ジエチルアミノアセトニトリル、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)アミノアセトニトリル、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)アミノアセトニトリル、N,N−ビス(2−ホルミルオキシエチル)アミノアセトニトリル、N,N−ビス(2−メトキシエチル)アミノアセトニトリル、N,N−ビス[2−(メトキシメトキシ)エチル]アミノアセトニトリル、N−シアノメチル−N−(2−メトキシエチル)−3−アミノプロピオン酸メチル、N−シアノメチル−N−(2−ヒドロキシエチル)−3−アミノプロピオン酸メチル、N−(2−アセトキシエチル)−N−シアノメチル−3−アミノプロピオン酸メチル、N−シアノメチル−N−(2−ヒドロキシエチル)アミノアセトニトリル、N−(2−アセトキシエチル)−N−(シアノメチル)アミノアセトニトリル、N−シアノメチル−N−(2−ホルミルオキシエチル)アミノアセトニトリル、N−シアノメチル−N−(2−メトキシエチル)アミノアセトニトリル、N−シアノメチル−N−[2−(メトキシメトキシ)エチル]アミノアセトニトリル、N−(シアノメチル)−N−(3−ヒドロキシ−1−プロピル)アミノアセトニトリル、N−(3−アセトキシ−1−プロピル)−N−(シアノメチル)アミノアセトニトリル、N−シアノメチル−N−(3−ホルミルオキシ−1−プロピル)アミノアセトニトリル、N,N−ビス(シアノメチル)アミノアセトニトリル、1−ピロリジンプロピオノニトリル、1−ピペリジンプロピオノニトリル、4−モルホリンプロピオノニトリル、1−ピロリジンアセトニトリル、1−ピペリジンアセトニトリル、4−モルホリンアセトニトリル、3−ジエチルアミノプロピオン酸シアノメチル、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)−3−アミノプロピオン酸シアノメチル、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)−3−アミノプロピオン酸シアノメチル、N,N−ビス(2−ホルミルオキシエチル)−3−アミノプロピオン酸シアノメチル、N,N−ビス(2−メトキシエチル)−3−アミノプロピオン酸シアノメチル、N,N−ビス[2−(メトキシメトキシ)エチル]−3−アミノプロピオン酸シアノメチル、3−ジエチルアミノプロピオン酸(2−シアノエチル)、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)−3−アミノプロピオン酸(2−シアノエチル)、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)−3−アミノプロピオン酸(2−シアノエチル)、N,N−ビス(2−ホルミルオキシエチル)−3−アミノプロピオン酸(2−シアノエチル)、N,N−ビス(2−メトキシエチル)−3−アミノプロピオン酸(2−シアノエチル)、N,N−ビス[2−(メトキシメトキシ)エチル]−3−アミノプロピオン酸(2−シアノエチル)、1−ピロリジンプロピオン酸シアノメチル、1−ピペリジンプロピオン酸シアノメチル、4−モルホリンプロピオン酸シアノメチル、1−ピロリジンプロピオン酸(2−シアノエチル)、1−ピペリジンプロピオン酸(2−シアノエチル)、4−モルホリンプロピオン酸(2−シアノエチル)が例示される。
更に、下記一般式(B)−7で表されるイミダゾール骨格及び極性官能基を有する塩基性化合物が例示される。
Figure 0004831307
(式中、R310は炭素数2〜20の直鎖状、分岐状又は環状の極性官能基を有するアルキル基であり、極性官能基としては水酸基、カルボニル基、エステル基、エーテル基、スルフィド基、カーボネート基、シアノ基、アセタール基を1個あるいは複数個含む。R311、R312、R313は水素原子、又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、アリール基又はアラルキル基である。)
更に、下記一般式(B)−8で示されるベンズイミダゾール骨格及び極性官能基を有する塩基性化合物が例示される。
Figure 0004831307
(式中、R314は水素原子、又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、アリール基又はアラルキル基である。R315は炭素数1〜20の直鎖状、分岐状又は環状の極性官能基を有するアルキル基であり、極性官能基としてエステル基、アセタール基、シアノ基のいずれかを1個以上含み、その他に水酸基、カルボニル基、エーテル基、スルフィド基、カーボネート基のいずれかを1個以上含んでいてもよい。)
更に、下記一般式(B)−9及び(B)−10で示される極性官能基を有する含窒素複素環化合物が例示される。
Figure 0004831307
(式中、Aは窒素原子又は≡C−R322である。Bは窒素原子又は≡C−R323である。R316は炭素数2〜20の直鎖状、分岐状又は環状の極性官能基を有するアルキル基であり、極性官能基としては水酸基、カルボニル基、エステル基、エーテル基、スルフィド基、カーボネート基、シアノ基又はアセタール基を1個以上含む。R317、R318、R319、R320は水素原子、又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基又はアリール基であるか、又はR317とR318、R319とR320はそれぞれ結合してこれらが結合する炭素原子と共にベンゼン環、ナフタレン環あるいはピリジン環を形成してもよい。R321は水素原子、又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基又はアリール基である。R322及びR323は水素原子、又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基又はアリール基である。R321及びR323は結合してこれらが結合する炭素原子と共にベンゼン環又はナフタレン環を形成してもよい。)
なお、(D)成分の塩基性化合物又は含窒素複素環化合物の配合量は、(A)成分のベース樹脂100部に対して0.001〜2部、特に0.01〜1部が好適である。配合量が0.001部より少ないと配合効果がなく、2部を超えると感度が低下しすぎる場合がある。
(E)成分の溶解阻止剤は、酸の作用によりアルカリ現像液への溶解性が変化する重量平均分子量3,000以下の化合物、特に重量平均分子量2,500以下のフェノールもしくはカルボン酸誘導体の水酸基の一部あるいは全部を先述の酸不安定基で置換した化合物が適している。
重量平均分子量2,500以下のフェノール及びカルボン酸誘導体としては、4,4’−(1−メチルエチリデン)ビスフェノール、[1,1’−ビフェニル−4,4’−ジオール]−2,2’−メチレンビス[4−メチルフェノール]、4,4−ビス(4’−ヒドロキシフェニル)吉草酸、トリス(4−ヒドロキシフェニル)メタン、1,1,1−トリス(4’−ヒドロキシフェニル)エタン、1,1,2−トリス(4’−ヒドロキシフェニル)エタン、フェノールフタレイン、チモールフタレイン、3、3’−ジフルオロ[(1,1’−ビフェニル)−4,4’−ジオール]、3,3’,5,5’−テトラフルオロ[(1,1’−ビフェニル−4,4’−ジオール]、4,4’−[2,2,2−トリフルオロ−1−(トリフルオロメチル)エチリデン]ビスフェノール、4,4’−メチレンビス[2−フルオロフェノール]、2,2’−メチレンビス[4−フルオロフェノール]、4,4’−イソプロピリデンビス[2−フルオロフェノール]、シクロヘキシリデンビス[2−フルオロフェノール]、4,4’−[(4−フルオロフェニル)メチレン]ビス[2−フルオロフェノール]、4,4’−メチレンビス[2,6−ジフルオロフェノール]、4,4’−(4−フルオロフェニル)メチレンビス[2,6−ジフルオロフェノール]、2,6−ビス[(2−ヒドロキシ−5−フルオロフェニル)メチル]−4−フルオロフェノール、2,6−ビス[(4−ヒドロキシ−3−フルオロフェニル)メチル]−4−フルオロフェノール、2,4−ビス[(3−ヒドロキシ−4−ヒドロキシフェニル)メチル]−6−メチルフェノール等が挙げられ、酸不安定基としては、上記一般式(AL−1)〜(AL−3)と同様のものが用いられる。
好適に用いられる溶解阻止剤の具体例としては、3,3’,5,5’−テトラフルオロ[(1,1’−ビフェニル)−4,4’−ジ−tert−ブトキシカルボニル]、4,4’−[2,2,2−トリフルオロ−1−(トリフルオロメチル)エチリデン]ビスフェノール−4,4’−ジ−tert−ブトキシカルボニル、ビス(4−(2’−テトラヒドロピラニルオキシ)フェニル)メタン、ビス(4−(2’−テトラヒドロフラニルオキシ)フェニル)メタン、ビス(4−tert−ブトキシフェニル)メタン、ビス(4−tert−ブトキシカルボニルオキシフェニル)メタン、ビス(4−tert−ブトキシカルボニルメチルオキシフェニル)メタン、ビス(4−(1’−エトキシエトキシ)フェニル)メタン、ビス(4−(1’−エトキシプロピルオキシ)フェニル)メタン、2,2−ビス(4’−(2’’−テトラヒドロピラニルオキシ))プロパン、2,2−ビス(4’−(2’’−テトラヒドロフラニルオキシ)フェニル)プロパン、2,2−ビス(4’−tert−ブトキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(4’−tert−ブトキシカルボニルオキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−tert−ブトキシカルボニルメチルオキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(4’−(1’’−エトキシエトキシ)フェニル)プロパン、2,2−ビス(4’−(1’’−エトキシプロピルオキシ)フェニル)プロパン、4,4−ビス(4’−(2’’−テトラヒドロピラニルオキシ)フェニル)吉草酸tert−ブチル、4,4−ビス(4’−(2’’−テトラヒドロフラニルオキシ)フェニル)吉草酸tert−ブチル、4,4−ビス(4’−tert−ブトキシフェニル)吉草酸tert−ブチル、4,4−ビス(4−tert−ブトキシカルボニルオキシフェニル)吉草酸tert−ブチル、4,4−ビス(4’−tert−ブトキシカルボニルメチルオキシフェニル)吉草酸tert−ブチル、4,4−ビス(4’−(1’’−エトキシエトキシ)フェニル)吉草酸tert−ブチル、4,4−ビス(4’−(1’’−エトキシプロピルオキシ)フェニル)吉草酸tert−ブチル、トリス(4−(2’−テトラヒドロピラニルオキシ)フェニル)メタン、トリス(4−(2’テトラヒドロフラニルオキシ)フェニル)メタン、トリス(4−tert−ブトキシフェニル)メタン、トリス(4−tert−ブトキシカルボニルオキシフェニル)メタン、トリス(4−tert−ブトキシカルボニルオキシメチルフェニル)メタン、トリス(4−(1’−エトキシエトキシ)フェニル)メタン、トリス(4−(1’−エトキシプロピルオキシ)フェニル)メタン、1,1,2−トリス(4’−(2’’−テトラヒドロピラニルオキシ)フェニル)エタン、1,1,2−トリス(4’−(2’’−テトラヒドロフラニルオキシ)フェニル)エタン、1,1,2−トリス(4’−tert−ブトキシフェニル)エタン、1,1,2−トリス(4’−tert−ブトキシカルボニルオキシフェニル)エタン、1,1,2−トリス(4’−tert−ブトキシカルボニルメチルオキシフェニル)エタン、1,1,2−トリス(4’−(1’−エトキシエトキシ)フェニル)エタン、1,1,2−トリス(4’−(1’−エトキシプロピルオキシ)フェニル)エタン、2−トリフルオロメチルベンゼンカルボン酸1,1−tert−ブチル、2−トリフルオロメチルシクロヘキサンカルボン酸tert−ブチル、デカヒドロナフタレン−2,6−ジカルボン酸tert−ブチル、コール酸tert−ブチル、デオキシコール酸tert−ブチル、アダマンタンカルボン酸tert−ブチル、アダマンタン酢酸tert−ブチル、1,1’−ビシクロヘキシル−3,3’,4,4’−テトラカルボン酸テトラtert−ブチル等が挙げられる。
本発明のレジスト材料中における(E)成分の溶解阻止剤の添加量としては、(A)成分のベース樹脂100部に対して20部以下、好ましくは15部以下である。20部より多いとモノマー成分が増えるためレジスト材料の耐熱性が低下する。
本発明のレジスト材料には、上記成分以外に任意成分として塗布性を向上させるために慣用されている界面活性剤を添加することができる。なお、任意成分の添加量は、本発明の効果を妨げない範囲で通常量とすることができる。
界面活性剤としては非イオン性のものが好ましく、パーフルオロアルキルポリオキシエチレンエタノール、フッ素化アルキルエステル、パーフルオロアルキルアミンオキサイド、パーフルオロアルキルEO付加物、含フッ素オルガノシロキサン系化合物等が挙げられる。例えばフロラード「FC−430」、「FC−431」(いずれも住友スリーエム(株)製)、サーフロン「S−141」、「S−145」(いずれも旭硝子(株)製)、ユニダイン「DS−401」、「DS−403」、「DS−451」(いずれもダイキン工業(株)製)、メガファック「F−8151」(大日本インキ工業(株)製)、「X−70−092」、「X−70−093」(いずれも信越化学工業(株)製)等を挙げることができる。好ましくはフロラード「FC−430」(住友スリーエム(株)製)、「X−70−093」(信越化学工業(株)製)が挙げられる。
本発明のレジスト材料を使用してパターンを形成するには、公知のリソグラフィー技術を採用して行うことができる。例えばシリコンウエハー等の基板上にスピンコーティング等の手法で膜厚が0.1〜1.0μmとなるように塗布し、これをホットプレート上で60〜200℃、10秒〜10分間、好ましくは80〜150℃、30秒〜5分間ベークする。次いで目的のパターンを形成するためのマスクを上記のレジスト膜上にかざし、波長100〜250nm帯又は1〜30nm帯の高エネルギー線、具体的には遠紫外線、エキシマレーザー、X線等の高エネルギー線もしくは電子線を露光量1〜200mJ/cm2程度、好ましくは10〜100mJ/cm2程度となるように照射した後、ホットプレート上で60〜150℃、10秒〜5分間、好ましくは80〜130℃、30秒〜3分間ポストエクスポージャベーク(PEB)する。更に、0.1〜5質量%、好ましくは2〜3質量%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)等のアルカリ水溶液の現像液を用い、10秒〜3分間、好ましくは30秒〜2分間、浸漬(dip)法、パドル(puddle)法、スプレー(spray)法等の常法により現像することにより基板上に目的のパターンが形成される。
本発明のレジスト材料は、高エネルギー線の中でも254〜120nmの遠紫外線又はエキシマレーザー、特に193nmのArFエキシマレーザー、157nmのF2レーザー、146nmのKr2レーザー、134nmのKrArエキシマレーザー、126nmのAr2レーザー、X線及び電子線による微細パターンニングに最適である。また、上記範囲を上限及び下限から外れる場合は、目的のパターンを得ることができない場合がある。
本発明のレジスト材料を使用してパターンを形成する場合、上記と同様の手法でレジストを塗布後、ウエハーと投影レンズの間に液体を挿入し、マスクを介して上記の高エネルギー線を照射する手法を用いることができる。ウエハーと投影レンズ間に挿入する液体としては、屈折率が高くかつ透明性が高い特性が求められ、ArF液浸リソグラフィーでは波長193nmにおける屈折率が1.44の水が主に用いられる。
液浸リソグラフィーを行う場合、発生した酸やレジスト膜に添加されている塩基性化合物が水に溶解することを防止するため、レジスト膜の上に保護膜を形成させて露光を行うことができる。保護膜材料としては公知の高分子材料を用いることが可能であり、高分子化合物を溶媒に溶解させた後、スピンコート法などの方法によりレジスト膜上に成膜する。膜厚は10〜500nmの範囲が好ましい。露光方法は上記と同様の方法でレジスト保護膜と投影レンズの間に液体を挿入し、マスクを介して上記の高エネルギー線を照射する。
保護膜を剥離する方法は保護膜材料の性質によって異なる。アルカリ溶解性の保護膜材料の場合、アルカリ現像液で現像を行う際に同時に保護膜材料の剥離を行う。非アルカリ溶解性の保護膜材料を用いる場合、現像を行う前に保護膜を剥離液で除去後、現像を行う。
以下、合成例及び実施例と比較例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は下記実施例に制限されるものではない。
なお、下記の例で重量平均分子量Mw及び数平均分子量Mnは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン基準の測定値である。
[モノマー合成例1] 下記モノマー1の合成
200mLフラスコ中に窒素気流下で下記原料アルコール1を16.9g、塩化メチレンを50g投入し、氷浴で冷却した。次に、(α−トリフルオロメチル)アクリル酸クロリド10.2gを滴下漏斗に投入し、5分かけてフラスコ中に滴下した。その後、トリエチルアミン6.0gを滴下漏斗に投入し、15分かけてフラスコ中に滴下した。トリエチルアミンの全量を滴下後、氷浴に浸したまま2時間反応させた。反応系に水100gを添加後、有機層を飽和炭酸水素ナトリウムで洗浄した。その後、有機層を水100gで2回洗浄し、硫酸ナトリウムで有機層の乾燥を行った。硫酸ナトリウムを分離後、エバポレーターにて減圧濃縮し、得られた油状物質にヘキサンを添加し、冷却した結果、白色の結晶性固体が得られた。収量は18.2gで収率は69.4%であった。
FT−IR(KBr):ν=2973,2942,2925,2877,1791,1731,1720,1461,1409,1384,1346,1305,1295,1247,1211,1178,1155,1137,1116,1110,1058,1043,1010,983,948,933,809,746,700cm-1
1H−NMR(300.5MHz in DMSO−d6):δ=0.82(t、J=7.3Hz、3H)、1.55〜2.01(m、12H)、2.70〜3.32(m、4H)、4.55〜4.77(m、2H)、4.82(s、1H)、6.77(m、1H)、6.93(m、1H)ppm。
13C−NMR(75.6MHz in CHCl3−d1):δ=8.8,24.0,29.6,31.9,37.1,41.5,44.6,45.5,48.2,79.4,83.8,95.7,126.5,130.3,134.3,159.9,169.6,177.6ppm。
19F−NMR(282.8MHz in DMSO−d6):δ=−65.4(Total:3F)ppm。
Figure 0004831307
[ポリマー合成例1] 下記ポリマー1の合成
200mLのフラスコにモノマー1を15.60g、下記モノマー2を4.40g、溶媒としてトルエンを8.58g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素フローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤としてAIBNを0.26g加え、60℃まで昇温後、24時間反応させた。この反応溶液をn−ヘキサン300g中に注ぎ、重合体を沈殿させた。得られたポリマーをn−ヘキサンで洗浄後、重合体を分離し、40℃で20時間真空乾燥した。
得られた樹脂の組成は1H−NMR、分子量はGPCで確認し、実施例ポリマー1とした。収率は72.5%であった。
Figure 0004831307
[ポリマー合成例2] 下記ポリマー2の合成
200mLのフラスコに下記モノマー3を16.00g、モノマー2を4.01g、溶媒としてトルエンを8.58g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素フローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤としてAIBNを0.24g加え、60℃まで昇温後、24時間反応させた。この反応溶液をn−ヘキサン300g中に注ぎ、重合体を沈殿させた。得られたポリマーをn−ヘキサンで洗浄後、重合体を分離し、40℃で20時間真空乾燥した。
得られた樹脂の組成は1H−NMR、分子量はGPCで確認し、実施例ポリマー2とした。収率は70.3%であった。
Figure 0004831307
[ポリマー合成例3] 下記ポリマー3の合成
200mLのフラスコに下記モノマー4を16.08g、モノマー2を3.92g、溶媒としてトルエンを8.58g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素フローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤としてAIBNを0.24g加え、60℃まで昇温後、24時間反応させた。この反応溶液をn−ヘキサン300g中に注ぎ、重合体を沈殿させた。得られたポリマーをn−ヘキサンで洗浄後、重合体を分離し、40℃で20時間真空乾燥した。
得られた樹脂の組成は1H−NMR、分子量はGPCで確認し、実施例ポリマー3とした。収率は72.5%であった。
Figure 0004831307
[ポリマー合成例4] 下記ポリマー4の合成
200mLのフラスコにモノマー1を9.38g、モノマー2を5.30g、下記モノマー5を5.32g、溶媒としてトルエンを8.58g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素フローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤としてAIBNを0.32g加え、60℃まで昇温後、24時間反応させた。この反応溶液をn−ヘキサン300g中に注ぎ、重合体を沈殿させた。得られたポリマーをn−ヘキサンで洗浄後、重合体を分離し、40℃で20時間真空乾燥した。
得られた樹脂の組成は1H−NMR、分子量はGPCで確認し、実施例ポリマー4とした。収率は74.1%であった。
Figure 0004831307
[ポリマー合成例5] 下記ポリマー5の合成
200mLのフラスコにモノマー1を12.33g、モノマー2を4.87g、下記モノマー6を2.80g、溶媒としてトルエンを8.58g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素フローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤としてAIBNを0.29g加え、60℃まで昇温後、24時間反応させた。この反応溶液をn−ヘキサン300g中に注ぎ、重合体を沈殿させた。得られたポリマーをn−ヘキサンで洗浄後、重合体を分離し、40℃で20時間真空乾燥した。
得られた樹脂の組成は1H−NMR、分子量はGPCで確認し、実施例ポリマー5とした。収率は70.0%であった。
Figure 0004831307
[ポリマー合成例6] 下記ポリマー6の合成
200mLのフラスコにモノマー1を13.67g、モノマー6を3.10g、下記モノマー7を3.23g、溶媒としてトルエンを8.58g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素フローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤としてAIBNを0.32g加え、60℃まで昇温後、24時間反応させた。この反応溶液をn−ヘキサン300g中に注ぎ、重合体を沈殿させた。得られたポリマーをn−ヘキサンで洗浄後、重合体を分離し、40℃で20時間真空乾燥した。
得られた樹脂の組成は1H−NMR、分子量はGPCで確認し、実施例ポリマー6とした。収率は66.8%であった。
Figure 0004831307
[比較合成例1]
300mLのフラスコに下記モノマーAを8.37g、下記モノマーBを5.97g、下記モノマーCを5.66g、溶媒としてトルエンを60.0g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素フローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤としてAIBNを0.42g添加し、60℃まで昇温後、24時間反応させた。この反応溶液をn−ヘキサン400g中に注ぎ、重合体を沈殿させた。得られたポリマーをn−ヘキサンで洗浄後、重合体を分離し、40℃で20時間真空乾燥した。
得られた樹脂の組成は1H−NMR、分子量はGPCで確認し、比較例ポリマー1とした。収率は89.8%であった。
Figure 0004831307
[レジストの調製及び露光]
上記ポリマー及び下記に示す成分を表1に示す量で混合し、常法によりレジスト液を調製した。次に、シリコンウエハー上にARC−29A(日産化学社製)を78nmの膜厚で成膜し、その膜上に得られたレジスト液をスピンコーティング後、ホットプレートを用いて110℃で60秒間ベークし、レジスト膜の厚みを200nmの厚さにした。
このウエハーをArFエキシマレーザースキャナー(ニコン社製、NSR−S307E;NA,0.85;σ,0.93、6%ハーフトーン位相シフトマスク、+30nmバイアス、120nmホール、240nmピッチ)で露光量とフォーカスを変化させながら露光を行った。露光後直ちに120℃で60秒間ベークし、2.38質量%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシドの水溶液で60秒間現像を行った。
120nmホールパターンが115〜125nmの範囲内で開口している露光量を最適露光量(Eop)とした。100nm以上の寸法で開口しているフォーカスマージン(DoF)を求めた。結果を表1に併記する。
なお、表中でPGMEAはプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを表す。
Figure 0004831307
Figure 0004831307
[ドライエッチング耐性試験]
ポリマー2gをPGMEA10gに溶解させ、0.2μmサイズのフィルターで濾過後、シリコン基板上にスピンコートで300nmの厚さに成膜し、次の2系統の条件で評価した。CHF3/CF4系ガスでのエッチング試験では、ドライエッチング装置(東京エレクトロン社製、TE−8500P)を用い、Cl2/BCl3系ガスでのエッチング試験では、ドライエッチング装置(日電アネルバ社製、L−507D−L)を用い、それぞれエッチング前後のポリマー膜の膜厚差を求めた。エッチング条件を表2に示す。
Figure 0004831307
表3にエッチング耐性試験の結果を示す。この評価では膜厚差の少ないポリマー、即ち減少量が少ないポリマーのエッチング耐性が高いことから、本発明のレジスト材料は、従来型のレジスト材料と同等のエッチング耐性を有することがわかった。
Figure 0004831307

Claims (14)

  1. 下記一般式(1)で表されるエステル化合物。
    Figure 0004831307
    (式中、R 2 は水素原子、又は炭素数1〜8の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基である。R3は酸素原子、又は炭素数1〜6の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキレン基である。R4及びR5は水素原子、又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基又はフッ素化されたアルキル基である。R6は水素原子又は酸不安定基である。)
  2. 下記一般式(2)で表される繰り返し単位を含むことを特徴とする重量平均分子量1,000〜500,000の高分子化合物。
    Figure 0004831307
    (式中、R 2 は水素原子、又は炭素数1〜8の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基である。R3は酸素原子、又は炭素数1〜6の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキレン基である。R4及びR5は水素原子、又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基又はフッ素化されたアルキル基である。R6は水素原子又は酸不安定基である。)
  3. 下記一般式(2)で表される繰り返し単位及び下記一般式(3)で表される繰り返し単位を含むことを特徴とする重量平均分子量1,000〜500,000の高分子化合物。
    Figure 0004831307
    (式中、R 2 は水素原子、又は炭素数1〜8の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基である。R3は酸素原子、又は炭素数1〜6の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキレン基である。R4及びR5は水素原子、又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基又はフッ素化されたアルキル基である。R6は水素原子又は酸不安定基である。R7a、R7b、R7c、R7dは水素原子、フッ素原子、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フッ素化されたアルキル基、−R8−C(=O)−OR9で表される置換基、又は−R8−OR9で表される置換基である。R8は単結合、又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキレン基又はフッ素化されたアルキレン基である。R9は水素原子又は酸不安定基である。0<a1<1、0<a2<1であり、0<a1+a2≦1である。bは0又は1である。
  4. 一般式(3)で表される繰り返し単位が、下記式で示される繰り返し単位より選ばれるものである請求項3記載の高分子化合物
    Figure 0004831307
    (式中、R 9 は水素原子又は酸不安定基である。)
  5. 一般式(2)で表される繰り返し単位が、下記式で示される繰り返し単位より選ばれるものである請求項2乃至4のいずれか1項に記載の高分子化合物。
    Figure 0004831307
  6. 更に、下記一般式(4)で表される繰り返し単位を含有する請求項2乃至5のいずれか1項に記載の高分子化合物。
    Figure 0004831307
    (式中、R 1 はフッ素原子、又は炭素数1〜6の直鎖状もしくは分岐状のフッ素化されたアルキル基である。R 10 は水素原子、又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のフッ素化アルキル基、酸不安定基、又は密着性基である。)
  7. 請求項乃至のいずれか1項に記載の高分子化合物を含むことを特徴とするレジスト材料。
  8. (A)請求項乃至のいずれか1項に記載の高分子化合物、
    (B)有機溶剤、
    (C)酸発生剤
    を含有することを特徴とする化学増幅ポジ型レジスト材料。
  9. 更に、(D)塩基性化合物を含有する請求項記載のレジスト材料。
  10. 更に、(E)溶解阻止剤を含有する請求項又は記載のレジスト材料。
  11. (1)請求項乃至10のいずれか1項に記載のレジスト材料を基板上に塗布する工程と、(2)次いで加熱処理後、フォトマスクを介して波長100〜250nm帯又は1〜30nm帯の高エネルギー線で露光する工程と、(3)必要に応じて加熱処理した後、現像液を用いて現像する工程とを含むことを特徴とするパターン形成方法。
  12. (1)請求項乃至10のいずれか1項に記載のレジスト材料を基板上に塗布する工程と、(2)次いで加熱処理後、投影レンズ−ウエハー間に液体を挿入し、フォトマスクを介して波長100〜250nm帯の高エネルギー線で露光する工程と、(3)必要に応じて加熱処理した後、現像液を用いて現像する工程とを含むことを特徴とするパターン形成方法。
  13. (1)請求項乃至10のいずれか1項に記載のレジスト材料を基板上に塗布する工程と、(2)次いで加熱処理後、保護膜材料を塗布する工程と、(3)次いで加熱処理後、投影レンズ−ウエハー間に液体を挿入し、フォトマスクを介して波長100〜250nm帯の高エネルギー線で露光する工程と、(4)必要に応じて加熱処理した後、保護膜材料を剥離する工程と、(5)現像液を用いて現像する工程とを含むことを特徴とするパターン形成方法。
  14. 前記高エネルギー線がArFエキシマレーザー、F2レーザー、又はAr2レーザーであることを特徴とする請求項11、12又は13記載のパターン形成方法。
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