JP5207878B2 - リソグラフィー用重合体の製造方法、及びパターン形成方法 - Google Patents

リソグラフィー用重合体の製造方法、及びパターン形成方法 Download PDF

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本発明は、半導体の微細加工などを行う際に用いるリソグラフィー用重合体(フォトレジスト用樹脂)の製造方法、該製造方法により製造されたリソグラフィー用重合体、レジスト組成物(リソグラフィー用組成物)、並びに該レジスト組成物を用いるパターン形成方法(半導体の製造方法)に関するものである。
半導体の製造において、パターン形成のためのリソグラフ技術は飛躍的な革新により、近年その線幅が極微細化されている。リソグラフのための露光は当初、i線、g線が使用され、その線幅も広いものであった。従って、製造される半導体の容量も低かった。しかし、近年の技術開発によりKrFエキシマレーザーの使用が可能となり、さらにはArFエキシマレーザーが適用され、その線幅も飛躍的に微細なものとなった。更には、液浸漬下での露光が可能となる露光機の開発、また、更なる短波長紫外線露光であるEUV(極端紫外線)による露光など、パターンの微細化を求める開発は更に活発となっている。パターンの微細化に伴って、パターン表面粗さの指標であるLER(Line Edge Roughness)に対する要求も厳しくなってきている。LERを改善するために、ポリマー共重合体組成の均一化を図る、モノマー間の極性差を小さくして分子鎖の凝集を抑制する、ポリマーを低分子量化してアルカリ現像時の溶解単位を小さくするといった手法が検討されている。ポリマー低分子量化は、LERを小さくするという観点からは有効な方法であるが、低分子量化すると結晶性が生じて製膜性が低下したり、強度が低下するためパターン倒れが生じる等の問題が発生する。これらの問題を解決するために、ポリマー鎖を酸等により切断可能な化合物で架橋するという方法が提案されている。このような架橋ポリマーを使用すれば、露光されない部分は高分子量で十分な強度を示し、また、露光された部分は露光で発生した酸により架橋が切断され、アルカリ現像液により現像される際には小さな構造単位となって溶解していく。このため露光部の脱落単位が小さくなりLERが低減されると考えられる。
特開2002−296782号公報では、架橋ポリマーの架橋鎖の中にアセタール構造を一つ有するポリマーを提案している。この化合物は酸による切断点が架橋鎖の中に一つしか無いために低分子量化の効率が十分でない。
特開2006−003844号公報では、ポリマー側鎖の多環の脂環式炭化水素基に結合している水酸基を利用したジビニルエーテル化合物による架橋ポリマーが開示されている。この化合物の場合には、ジビニルエーテルによる架橋点として多価の脂環式炭化水素に結合している水酸基を利用しているので立体障害の影響があるためか、架橋反応の効率が悪い。また、ジビニルエーテルとの反応点として水酸基を利用しているために、架橋の切断前後でアルカリ現像液に対する溶解性がほとんど変化しないためにLERの改善効果が十分でない。
特許第3756270号公報では、ポリマー側鎖のカルボキシル基をジビニルエーテル化合物で架橋したポリマーが開示されている。この化合物の場合は露光後のポリマー鎖の分子量を十分に小さくするためには架橋点となるカルボキシル基を大量に導入しなければならず、酸に対する感度が高くなりすぎる。このため露光ぶれ等の酸の発生量に対する許容度が小さくなってしまい、取扱が困難である。上述のように、LERとエッチング耐性のバランスがとれた材料は見出されておらず、上記問題点が改善されたレジスト用ポリマーの提供が望まれていた。
特開2002−296782号公報 特開2006−003844号公報 特許第3756270号公報
本発明者らは、これらの問題点を改善するために、ポリマー側鎖の水酸基とカルボキシル基が混在した状態でジビニルエーテル化合物で架橋したポリマーを提案している。更に、エッチング耐性を強化するためにポリマー側鎖の水酸基もしくはカルボキシル基を特定の構造を有する芳香族系ジビニルエーテルで架橋したポリマーを提案している。これらの手法によりLERは大幅に低減されている。前記のいずれの方法においても予め合成した低分子量のポリマーを一旦再沈殿等の方法で精製して開始剤残渣や未反応の単量体成分を除去・精製した後にジビニルエーテルの架橋反応に供している。
しかしながら、未反応の単量体成分を完全に除去することは工業的には困難であり、系中にOH基を有する未反応の単量体成分等の不純物が存在する状態で架橋反応を行なっているのが実情である。このため系中のOH基を有する未反応の単量体と架橋のために添加したジビニルエーテル化合物が反応してしまうために、ポリマー鎖の架橋反応を進行させるために過剰量のジビニルエーテルを添加する必要がある。過剰量のジビニルエーテルの添加はコストが増大するという問題だけでなく、レジストとして深紫外光でパターニングを行なう際に透明性を低下させるという問題も生じる。特にArF光源による露光の場合にその影響が顕著なものとなる。このため、ジビニルエーテルによる架橋型ポリマーを合成する際にジビニルエーテルによる架橋効率を向上させる方法の提供が望まれる。
本発明の目的は、半導体の製造において極微細で均一なパターン形成を可能とするリソグラフィー用重合体(或いは化学増幅型フォトレジスト用樹脂)、そのようなリソグラフィー用重合体を効率よく製造しうる方法、そのようなリソグラフィー用重合体を含むレジスト組成物(リソグラフィー用組成物)、並びに該レジスト組成物を用いるパターン形成方法(或いは半導体の製造方法)を提供することにある。
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、ジビニルエーテルによる架橋反応を実施する前に、OH基と反応性を有する化合物を添加して系中に存在するポリマー鎖以外のOH基を有する化合物の量を低減させることにより、架橋反応に用いるジビニルエーテルの添加量を低減でき、架橋効率を向上できること、及びこうして得られるリソグラフィー用重合体を含むレジスト組成物を用いて半導体を製造すると、微細で均一なパターンを形成できることを見出し、さらに検討を加えて、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、下記一般式(IIa)〜(IIs)
Figure 0005207878
Figure 0005207878
Figure 0005207878
(式中、R a は水素原子、ハロゲン原子、又はハロゲン原子を有していてもよい炭素数1〜6のアルキル基を示す。)
で表される繰り返し構造単位から選択された少なくとも一種の繰り返し構造単位を少なくとも一つ有し且つ重量平均分子量が500〜10000である高分子化合物(B′)と、下記式(IIIa)〜(IIIw)
Figure 0005207878
Figure 0005207878
Figure 0005207878
Figure 0005207878
で表される化合物から選択された少なくとも一種の化合物(C′)とを触媒の存在下で反応させてリソグラフィー用重合体を製造する方法であって、前記高分子化合物(B)に対して、ビニルエーテル基、ビニルスルフィド基、酸無水物基、ハロホルミル基、ハロスルホニル基、リン酸基、イソシアネート基、エポキシ基、アルデヒド基、ハロゲン化シリル基、カルボジイミド基から選択されるOH基反応性官能基を1つ有する化合物(D)による前処理を施した後、高分子化合物(B)と化合物(C)とを反応させることを特徴とするリソグラフィー用重合体の製造方法を提供する。
前処理に供する高分子化合物(B)として、重合反応後に未反応モノマーを除去するための精製処理が施されている精製ポリマーを用いることができる。また、前処理に供する高分子化合物(B)として、未反応モノマーを除去するための精製処理が施されていない重合反応溶液を用いることもできる。
化合物(D)の添加量は、反応系中に存在する高分子化合物(B)以外のOH基を有する化合物に対して当量以下の量であるのが好ましい。
高分子化合物(B)は、さらに、下記一般式(IVa)〜(IVe)で表される酸により脱離してアルカリ可溶となる基を含む繰り返し構造単位を少なくとも1種含有する高分子化合物であってもよい。
Figure 0005207878
(式中、環Z1は置換基を有していてもよい炭素数5〜20の単環又は多環の脂環式炭化水素環を示す。Raは水素原子、ハロゲン原子、又はハロゲン原子を有していてもよい炭素数1〜14のアルキル基を示し、E1は炭素数1〜12の2価の炭化水素基を示す。s1は0〜3の整数を示す。R14〜R16は、同一又は異なって、置換基を有していてもよい炭素数1〜6のアルキル基を示す。R17は、環Z1に結合している置換基であり、同一又は異なって、オキソ基、アルキル基、保護基で保護されていてもよいヒドロキシル基、保護基で保護されていてもよいヒドロキシアルキル基、又は保護基で保護されていてもよいカルボキシル基を示す。rはR17の個数であって、1〜3の整数を示す。但し、r個のR17のうち少なくとも一つは−COORi基を示す。Riは置換基を有していてもよい第3級炭化水素基、テトラヒドロフラニル基、テトラヒドロピラニル基、又はオキセパニル基を示す。R18、R19は、同一又は異なって、水素原子又は置換基を有していてもよい炭素数1〜6のアルキル基を示す。R20は水素原子又は有機基を示す。R18、R19、R20のうち少なくとも2つが互いに結合して隣接する原子とともに環を形成していてもよい。R21は、t−ブチル基、2−テトラヒドロフラニル基、2−テトラヒドロピラニル基、又は2−オキセパニル基を示す。sは0又は1を示す。)
高分子化合物(B′)は、さらに、下記一般式(Va)〜(Vb)、(Vd)〜(Vh)で表されるラクトン骨格を有する繰り返し構造単位、8−(メタ)アクリロイルオキシ−4−オキサトリシクロ[5.2.1.0 2,6 ]デカン−5−オンに由来する繰り返し構造単位、及び9−(メタ)アクリロイルオキシ−4−オキサトリシクロ[5.2.1.0 2,6 ]デカン−5−オンに由来する繰り返し構造単位から選択された少なくとも1種の繰り返し構造単位を含有する高分子化合物であってもよい。
Figure 0005207878
(式中、Raは水素原子、ハロゲン原子、又はハロゲン原子を有していても良い炭素数1〜6のアルキル基を示す。R22〜R24は、同一又は異なって、水素原子、アルキル基、保護基で保護されていてもよいヒドロキシル基、保護基で保護されていてもよいヒドロキシアルキル基、又は保護基で保護されていてもよいカルボキシル基を示す。V1〜V3は、同一又は異なって、−CH2−、−CO−又は−COO−を示す。但し、V1〜V3のうち少なくとも一つは−COO−である。Y1は炭素原子、酸素原子又は硫黄原子を示し、炭素原子のときにのみR28及びR29が存在する。R25〜R29及びR30は同一又は異なって、水素原子、アルキル基、保護基で保護されていてもよいヒドロキシル基、保護基で保護されていてもよいヒドロキシアルキル基、保護基で保護されていてもよいカルボキシル基、シアノ基、ハロゲン原子、炭素数1〜6のフルオロアルキル基を示す。uは0又は1の整数を示す。Y2は酸素原子、硫黄原子又はメチレン基を示す。R31は水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基を示す。R32、R33、R34及びR35は、同一又は異なって、水素原子又はメチル基を示す。o、p、q及びvは、それぞれ0又は1を示す。R36は水素原子、ハロゲン原子、又は置換基を有していてもよい炭素数1〜6のアルキル基を示し、R37はラクトン骨格を有する基を示し、Mは炭素数1〜6の2価の有機基を示す。)
本発明は、また、前記リソグラフィー用重合体の製造方法により製造されたリソグラフィー用重合体を提供する。
本発明は、さらに、前記リソグラフィー用重合体を含有するレジスト組成物を提供する。
本発明は、さらにまた、酸分解性樹脂及び酸発生剤を含有するポジ型レジスト組成物であって、前記酸分解性樹脂が前記リソグラフィー用重合体であるポジ型レジスト組成物を提供する。
本発明は、また、前記各レジスト組成物によりレジスト膜を形成する工程、及び該レジスト膜を露光、現像する工程を含むことを特徴とするパターン形成方法を提供する。
なお、本明細書では、下記一般式(II)
Figure 0005207878
(式中、R1、R3は各々独立に、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、アルキル基又はハロアルキル基を表す。R2は、水素原子、シアノ基、−CO−ORA、−CO−N(RB)(RC)を示す。X1は、単結合あるいは置換基を有していても良い2価のアルキレン基、アルケニレン基、シクロアルキレン基、アリレン基、もしくは−O−、−SO2−、−O−CO−RD−、−CO−O−RE−、−CO−N(RF)−RG−を表す。X3は、単結合、もしくは−CO−を表す。RAは水素原子、又はアルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、もしくは酸分解性基を表す。RB、RC、RFは、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基を表す。また、RB、RCは、互いに結合して、隣接する窒素原子とともに環を形成していてもよい。RD、RE、RGは、各々独立に、単結合、又はエーテル基、エステル基、アミド基、ウレタン基、ウレイド基を有していても良い2価のアルキレン基、アルケニレン基、シクロアルキレン基、アリレン基、もしくは有橋環状炭化水素基、又はこれらが2以上結合した基を表す。)
で表される繰り返し構造単位を少なくとも一つ有する高分子化合物(B)と、下記一般式(III)
Figure 0005207878
(式中、R11は水素原子又は炭素数1〜16のアルキル基を示し、R12及びR13は同一又は異なって、水素原子、アルキル基、又はシクロアルキル基を示す。R11、R12、R13は、その少なくとも2つが互いに結合して、隣接する1又は2個の炭素原子とともに環を形成していてもよい。Xはk価の有機基を表す。kは2以上の整数である。k個のかっこ内の基は、それぞれ、同一であっても異なっていてもよい。)
で表される化合物(C)とを触媒の存在下で反応させてリソグラフィー用重合体を製造する方法であって、前記高分子化合物(B)に対して、OH基反応性官能基を1つ有する化合物(D)による前処理を施した後、高分子化合物(B)と化合物(C)とを反応させることを特徴とするリソグラフィー用重合体の製造方法についても説明する。
前記高分子化合物(B′)、化合物(C′)、化合物(D′)は、それぞれ、上記高分子化合物(B)、化合物(C)、化合物(D)に包含される化合物である。
また、本明細書において、式(Vc)は下記式を表す。式中、R a は前記に同じであり、tは1又は2の整数を示す。
Figure 0005207878
本発明のリソグラフィー用重合体の製造方法によれば、OH基を有するポリマーに多官能ビニルエーテルを反応させて架橋させる前に、OH基を有するポリマーを含む系内に、モノビニルエーテル等の単官能のOH基反応性化合物を添加するため、系中に存在する架橋反応を阻害する不純物が低減されるためか、少ない多官能ビニルエーテルの添加量で効率的に架橋反応が進行する。そのため、コスト的に有利であり、また露光光に対する透明性を損なわない。さらに、副反応が抑制されるために分子量分布の狭いポリマーを得ることができる。このため、該重合体をリソグラフィー用途に使用した場合は、極微細で鮮明なパターン形成が可能となり、特に高精度の作業が要求される高集積半導体等の製造にも極めて好適に使用することができる。
本発明において最終ターゲットとなるリソグラフィー用重合体(A)は、下記一般式(I)で表される繰り返し構造単位を有するポリマーである。
Figure 0005207878
(式中、R1、R3、R4、R6は、各々独立に、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、アルキル基又はハロアルキル基を表す。R2、R5は、各々独立に、水素原子、シアノ基、−CO−ORA、又は−CON(RB)(RC)を表す。X1、X2は、各々独立に、単結合、あるいは置換基を有していても良い2価のアルキレン基、アルケニレン基、シクロアルキレン基、アリレン基、もしくは−O−、−SO2−、−O−CORD−、−CO−O−RE−、又は−CO−N(RF)−RG−を表す。X3、X4は、各々独立に、単結合、もしくは−CO−を表す。R7、R8、R9、R10は、各々独立に、水素原子、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。また、R7とR8、R9とR10は、それぞれ、互いに結合して隣接する炭素原子とともに環を形成していてもよい。Xはk価の有機基を表す。kは2以上の整数である。RAは水素原子、又はアルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、もしくは酸分解性基を表す。RB、RC、RFは、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基を表す。また、RB、RCが結合して環を形成しても良い。RD、RE、RGは、各々独立に、単結合、又はエーテル基、エステル基、アミド基、ウレタン基、ウレイド基を有していても良い2価のアルキレン基、アルケニレン基、シクロアルキレン基、アリレン基、もしくは有橋環状炭化水素基(橋架け環式炭化水素基)、又はこれらが2以上結合した基を表す。(k−1)個のかっこ内の基は、それぞれ、同一であっても異なっていてもよい。)
式(I)において、Xにおけるk価の有機基としては、それぞれ置換基を有していてもよい、k価の脂肪族炭化水素基、k価の脂環式炭化水素基、k価の芳香族炭化水素基、k価の複素環式基、脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基及び複素環式基の少なくとも2つが結合したk価の基、又はこれらの基の1以上(特に2以上)が、エーテル基、エステル基、アミド基、ウレタン基及びウレイド基から選択された少なくとも1つの基を介して結合したk価の基が挙げられる。Xにおけるk価の有機基の炭素数は、一般には1〜40程度、好ましくは1〜30程度である。前記置換基としては、例えば、ハロゲン原子、ハロゲン原子;アルキル基、シクロアルキル基、ビシクロアルキル基、トリシクロアルキル基、橋架け炭化水素基などの炭化水素基;ハロゲン原子で置換された炭化水素基;酸素、硫黄等のヘテロ原子を含む官能基を含む炭化水素基;又は上記置換基が2以上結合した基等が挙げられる。
前記k価の脂肪族炭化水素基のうち、2価の脂肪族炭化水素基の代表的な例として、メチレン、エチレン、プロピレン、トリメチレン、テトラメチレン、ペンタメチレン、ヘキサメチレン、オクタメチレン、デカメチレン、ドデカメチレン基などの直鎖状又は分岐鎖状のアルキレン基;ビニレン、1−プロペニレン、3−メチル−2−ブテニレン基等の直鎖状又は分岐鎖状のアルケニレン基などが挙げられる。k価の脂環式炭化水素基のうち、2価の脂環式炭化水素基の代表的な例として、1,2−シクロペンチレン、1,3−シクロペンチレン、1,2−シクロへキシレン、1,3−シクロへキシレン、1,4−シクロへキシレン基などのシクロアルキレン基;シクロペンチリデン、シクロヘキシリデン基などのシクロアルキリデン基;アダマンタンジイル、ノルボルナンジイル、イソボルナンジイル、トリシクロデカンジイル、テトラシクロデカンジイル基などの2価の橋かけ環式炭化水素基などが挙げられる。
k価の芳香族炭化水素基のうち、2価の芳香族炭化水素基(アリレン基)の代表的な例として、1,2−フェニレン、1,3−フェニレン、1,4−フェニレン、1,5−ナフチレン、2,6−ナフチレン、アントラニレン基などが挙げられる。
Xにおけるk価の有機基が芳香族環式基を含むk価の基である場合には、エッチング耐性が大幅に向上し、またパターン倒れを顕著に抑制できるため、リソグラフィー用途に用いた場合に、特に極微細で鮮明なパターンを形成することができる。
前記芳香族環式基を含むk価の基としては、芳香族環式基Xaを中心骨格とし、これに連結基を含んでいてもよい非芳香族炭化水素基Xbがk個結合した基が挙げられる。非芳香族炭化水素基Xbが式(I)中のXに結合している酸素原子と直接結合する。
上記Xaにおける芳香族環の具体例としては、例えば、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環、ピレン環、テトラセン環、ペンタセン環、クリセン環、ピセン環等が挙げられる。中でもArF光に対する透明性の観点からは、ナフタレン環、アントラセン環が好ましく、特にナフタレン環が好ましい。
bは、例えば、直鎖状、分岐鎖状、環状の炭化水素基若しくは有橋脂環式炭化水素基、又はこれらの炭化水素基から選択される1又は2以上の基と、エーテル基、エステル基、アミド基、ウレタン基、ウレイド基、芳香族環式基から選択される1又は2以上の連結基が結合した基である。
前記芳香族環式基を含むk価の基としては、上記のほか、Xが、Xbを含まず、芳香族環式基Xaが直接アセタール基における酸素原子と結合している基が挙げられる。この場合、Xaは置換基を有する芳香族環式基であることが好ましい。上記置換基としては、例えば、ハロゲン原子;アルキル基、シクロアルキル基、ビシクロアルキル基、トリシクロアルキル基、橋架け炭化水素基などの炭化水素基;ハロゲン原子で置換された炭化水素基;酸素、硫黄等のヘテロ原子を含む官能基を含む炭化水素基;又は上記置換基が2以上結合した基等が挙げられる。特に芳香環の電子吸引性を抑制する置換基を官能基として導入されていることが好ましい。XがXbを含まず、かつ、上記置換基を有しないと、架橋反応が進行しない場合がある。
kは2以上の整数である必要がある。1以下では分子鎖間に結合を形成することができないので、パターンの強度が大幅に低下してしまう。kは2以上であればその数は制限されるものではないが、数が多すぎると架橋密度が上がりすぎる恐れがある。従って、kは好ましくは2から5の整数であり、特に好ましくは2又は3である。
式(I)中、R1、R2、R3、R4、R6におけるハロゲン原子にはフッ素、塩素、臭素原子などが含まれる。R1、R2、R3、R4、R6、R7、R8、R9、R10、RAにおけるアルキル基としては、例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、s−ブチル、t−ブチル、ヘキシル基などの炭素数1〜10程度のアルキル基等が挙げられる。R1、R3、R4、R6におけるハロアルキル基としては、上記のアルキル基の少なくとも1つの水素原子がフッ素原子に置換した基、例えば、モノフルオロメチル、ジフルオロメチル、トリフルオロメチル、2,2,2−トリフルオロメチル、テトラフルオロエチル、2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピル基などが挙げられる。
1、X2及びRD、RE、RGにおけるアルキレン基としては、例えば、メチレン、メチルメチレン、ジメチルメチレン、エチレン、プロピレン、トリメチレン基などの直鎖状又は分岐鎖状の炭素数1〜6のアルキレン基等が挙げられる。また、アルケニレン基としては、例えば、ビニレン、1−プロペニレン、1,3−ブタジエニレン、3−メチル−2−ブテニレン基などの炭素数2〜6のアルケニレン基等が例示できる。シクロアルキレン基としては、シクロペンチレン基、シクロへキシレン基、シクロヘプチレン基、シクロオクチレン基等の炭素数3〜12程度のシクロアルキレン基を例示できる。アリレン(arylene)基としては、フェニレン基、ナフチレン基等が挙げられる。
Aにおける酸分解性基としては、例えば、置換基を有していてもよい第3級炭化水素基;テトラヒドロフラニル基、テトラヒドロピラニル基、オキセパニル基等の酸により分解してカルボキシル基を生成しうる基があげられる。
7、R8、R9、R10及びRA、RB、RC、RFにおけるシクロアルキル基としては、シクロプロピル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、シクロオクチル等の3〜12員程度のシクロアルキル基等が挙げられる。RB、RC、RFにおけるアルケニル基としては、例えば、アリル基を例示できる。RD、RE、RGにおける有橋環式炭化水素基(橋かけ環式炭化水素基)としては、例えば、アダマンタン環、ノルボルナン環、ノルボルネン環、ボルナン環、イソボルナン環、トリシクロ[5.2.1.02,6」デカン環、テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカン環基等を例示できる。
B、RCが互いに結合して隣接する窒素原子とともに形成しうる環としては、例えば、ピロリジン環、ピペリジン環、ピペラジン環、モルホリン環などの3〜12員の含窒素環が挙げられる。また、R7とR8、R9とR10がそれぞれ互いに結合して隣接する炭素原子とともに形成しうる環としては、例えば、例えば、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、シクロオクタン環などの3〜12員のシクロアルカン環などが挙げられる。
このようなリソグラフィー用重合体(A)は、前記式(I)中に示される橋架け構造を有することにより、パターン表面のLER(Line Edge Roughness)が低減されるのみならず、エッチング耐性の向上、パターン強度の向上を図ることができる。このようなリソグラフィー用重合体(A)は本発明の製造方法により製造できる。
本発明のリソグラフィー用重合体の製造方法は、前記一般式(II)で表される繰り返し構造単位を有する高分子化合物(B)と、前記一般式(III)で表される化合物(C)とを触媒の存在下で反応させて、リソグラフィー用重合体を合成するに際し、高分子化合物(B)と化合物(C)とを反応させる前に、高分子化合物(B)を含む系内に[高分子化合物(B)を含む溶液等に]、OH基に対して反応性を有する官能基を1つ有する化合物(D)(単官能のOH基反応性化合物)を添加して前処理を施した後、化合物(C)を添加して、高分子化合物(B)と化合物(C)とを反応させることを特徴とする。
式(II)中、R1、R3は、各々独立に、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、アルキル基又はハロアルキル基を表す。R2は、水素原子、シアノ基、−CO−ORA、−CO−N(RB)(RC)を示す。X1は、単結合あるいは置換基を有していても良い2価のアルキレン基、アルケニレン基、シクロアルキレン基、もしくは−O−、−SO2−、−O−CO−RD−、−CO−O−RE、−CO−N(RF)−RG−を表す。X3は、単結合、もしくは−CO−を表す。RAは水素原子、又はアルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、もしくは酸分解性基を表す。RB、RC、RFは、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基を表す。また、RB、RCは、互いに結合して、隣接する窒素原子とともに環を形成していてもよい。RD、RE、RGは、各々独立に、単結合、又はエーテル基、エステル基、アミド基、ウレタン基、ウレイド基を有していても良い2価のアルキレン基、アルケニレン基、シクロアルキレン基、もしくは有橋環状炭化水素基、又はこれらが2以上結合した基を表す。各記号の意義は前記式(I)と同様である。
式(III)中、R11は水素原子又は炭素数1〜16のアルキル基を示し、R12及びR13は同一又は異なって、水素原子、アルキル基、又はシクロアルキル基を示す。R11、R12、R13は、その少なくとも2つが互いに結合して、隣接する1又は2個の炭素原子とともに環を形成していてもよい。Xはk価の有機基を表す。kは2以上の整数である。k個のかっこ内の基は、それぞれ、同一であっても異なっていてもよい。
11における炭素数1〜16のアルキル基としては、例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、s−ブチル、t−ブチル、ヘキシル、オクチル、デシル、ドデシル、テトラデシル基などが挙げられる。R12、R13におけるアルキル基、シクロアルキル基は、前記RA等におけるアルキル基、シクロアルキル基と同様である。R11、R12、R13の少なくとも2つが互いに結合して隣接する1又は2個の炭素原子とともに形成しうる環としては、例えば、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、シクロオクタン環、シクロペンテン環、シクロヘキセン環などの3〜12員の炭素環(シクロアルカン環、シクロアルケン環、橋かけ炭素環等)又は複素環(酸素、イオウ、窒素原子の少なくとも1つを有する複素環)が挙げられる。
本発明の製造方法に係る反応式を以下に示す。
Figure 0005207878
[一般式(II)で表される繰り返し構造単位を有する高分子化合物(B)]
一般式(II)で表される構成単位は、例えば、(メタ)アクリル酸等のα,β−不飽和カルボン酸、もしくは、水酸基又はカルボキシル基を含有するモノ(α−低級アルキル)アクリル酸エステルから誘導される構成単位であり、(α−低級アルキル)アクリル酸エステルのエステル側鎖部に、連結基を介して少なくとも連結基の水素の1個が水酸基又はカルボキシル基で置換されてなる基が結合した構成単位である。
上記連結基としては、単結合、アルカン、シクロアルカン、ビシクロアルカン、トリシクロアルカン、テトラシクロアルカン等から1個の水素原子を除いた基等を例示できる。具体的には、メチレン、エチレン、プロペン、ブテン、ペンテン、ヘキセン、ヘプテン、オクテン、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、アダマンタン、ノルボルナン、イソボルナン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカン等のポリシクロアルカンから1個の水素原子を除いた基などが挙げられる。上記連結基は炭化水素基、ハロゲン原子、ハロゲン原子で置換された炭化水素基、あるいは酸素、硫黄等のヘテロ原子を含む官能基で置換あるいは連結していてもかまわない。連結基の水素原子と置換している水酸基またはカルボキシル基の数は1以上であればよく、上限は置換可能な数とすることができる。好ましくは1〜3である。1つの連結基に水酸基およびカルボキシル基の両方が置換していてもよい。
高分子化合物(B)中の一般式(II)で表される繰り返し構造単位の具体例としては、下記一般式(IIa)〜(IIs)で表される構成単位が挙げられる。
Figure 0005207878
Figure 0005207878
Figure 0005207878
上記式中、Raは水素原子、ハロゲン原子、又はハロゲン原子を有していてもよい炭素数1〜6のアルキル基を示す。ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子等が挙げられる。炭素数1〜6のアルキル基としては、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル基等が挙げられる。
上記式(IIa)〜(IIs)において、Raとしては水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基が好ましく、特に水素原子又はメチル基が好ましい。
高分子化合物(B)中の一般式(II)で表される繰り返し構造単位は、一種類だけでもかまわないが、二種類以上組み合わせて使用することが好ましい。特に、水酸基を有する繰り返し単位とカルボキシル基を有する繰り返し単位を組み合わせて使用することが好ましい。水酸基を有する繰り返し単位とカルボキシル基を有する繰り返し単位を組み合わせて使用することにより、露光量のばらつきに対する許容幅を広げることができる。
高分子化合物(B)中の一般式(II)で表される繰り返し構造単位は、高分子化合物(B)中の全繰り返し単位に対して1〜60モル%であることが好ましい。1モル%より少ないと架橋反応が十分に進まないだけでなく、基板等に対する密着性が不足しやすくなる。60モル%よりも多くなると、エッチング耐性が低下しやすくなる。
[一般式(III)で表される化合物(C)]
一般式(III)で表される化合物(C)(多官能ビニルエーテル化合物)は従来公知の方法で合成できる。特に遷移金属化合物を触媒として用いることにより効率的に合成することができる。遷移金属化合物を触媒として用いる合成方法は特開2004‐161742号公報に詳細に記載されている。
化合物(C)の具体例を以下に示す[式(IIIa)〜(IIIw)]が、これに限定されるものではない。
Figure 0005207878
Figure 0005207878
Figure 0005207878
Figure 0005207878
[その他の繰り返し構造単位]
本発明の製造方法において原料として用いる前記高分子化合物(B)及び目的物であるリソグラフィー用重合体は、前記の一般式(II)で表される繰り返し構造単位[目的物であるリソグラフィー用重合体の場合は、式(II)で表される繰り返し構造単位と、式(III)で表される化合物に由来する架橋構造]のほかに、酸の作用によりアルカリ可溶となる基を含む繰り返し構造単位を有することが好ましい。アルカリ可溶となる基を含む繰り返し構造単位がレジスト用樹脂に含まれることにより、酸の作用によりアルカリへの溶解性が良好となり、より鮮明なパターン形成を可能とする。また、露光部のポリマーのアルカリ溶解性の制御が可能となるので、分子量・架橋点の数等の分子設計の幅を広げることが可能である。アルカリ可溶となる基を含む繰り返し構造単位として、前記式(IVa)〜(IVe)で表される構造単位(モノマー単位)が挙げられる。
式中、環Z1は置換基を有していてもよい炭素数5〜20の単環又は多環の脂環式炭化水素環を示す。Raは水素原子、ハロゲン原子、又はハロゲン原子を有していても良い炭素数1〜14のアルキル基を示し、E1は炭素数1〜12の2価の炭化水素基を示す。s1は0〜3の整数を示す。R14〜R16は、同一又は異なって、置換基を有していてもよい炭素数1〜6のアルキル基を示す。R17は、環Z1に結合している置換基であって、同一又は異なって、オキソ基、アルキル基、保護基で保護されていてもよいヒドロキシル基、保護基で保護されていてもよいヒドロキシアルキル基、又は保護基で保護されていてもよいカルボキシル基を示す。rはR17の個数であって、1〜3の整数を示す。但し、r個のR17のうち少なくとも一つは−COORi基を示す。Riは置換基を有していてもよい第3級炭化水素基、テトラヒドロフラニル基、テトラヒドロピラニル基、又はオキセパニル基を示す。R18、R19は、同一又は異なって、水素原子又は置換基を有していてもよい炭素数1〜6のアルキル基を示す。R20は水素原子又は有機基を示す。R18、R19、R20のうち少なくとも2つが互いに結合して隣接する原子とともに環を形成していてもよい。R21はt−ブチル基、2−テトラヒドロフラニル基、2−テトラヒドロピラニル基、又は2−オキセパニル基を示す。sは0又は1を示す。
aにおけるハロゲン原子には、フッ素、塩素、臭素原子などが含まれる。炭素数1〜6のアルキル基としては、例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、s−ブチル、t−ブチル、ヘキシル基などが挙げられる。炭素数1〜6ハロゲン原子を有するアルキル基としては、前記炭素数1〜6のアルキル基の少なくとも1つの水素原子がフッ素原子に置換した基、例えば、モノフルオロメチル、ジフルオロメチル、トリフルオロメチル、2,2,2−トリフルオロエチル、テトラフルオロエチル、2,2,3,3,3−テトラフルオロプロピル基などが挙げられる。Raとしては水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基を好適に使用でき、これらの中で、水素原子又はメチル基が特に好ましい。
14〜R16及びR18、R19における置換基を有していてもよい炭素数1〜6のアルキル基としては、例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、s−ブチル、t−ブチル、ヘキシル基などの直鎖状又は分岐鎖状の炭素1〜6のアルキル基;トリフルオロメチル基等の炭素1〜6のハロアルキル基などが挙げられる。式(IVc)中、R17におけるアルキル基としては、例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、s−ブチル、t−ブチル、ヘキシル、オクチル、デシル、ドデシル基などの直鎖状又は分岐鎖状の炭素1〜20程度のアルキル基が挙げられる。R17における保護基で保護されていてもよいヒドロキシル基としては、例えば、ヒドロキシル基、置換オキシ基(例えば、メトキシ、エトキシ、プロポキシ基等のC1-4アルコキシ基など)などが挙げられる。保護基で保護されていてもよいヒドロキシアルキル基としては、前記保護基で保護されていてもよいヒドロキシル基が炭素数1〜6のアルキレン基を介して結合している基などが挙げられる。R17で−COORiにおけるRiの第3級炭化水素基としては、例えば、t−ブチル、t−アミル、2−メチル−2−アダマンチル、(1−メチル−1−アダマンチル)エチル基などが挙げられる。テトラヒドロフラニル基には2−テトラヒドロフラニル基が、テトラヒドロピラニル基には2−テトラヒドロピラニル基が、オキセパニル基には2−オキセパニル基が含まれる。
環Z1における5〜20の脂環式炭化水素環は単環であっても、縮合環や橋かけ環等の多環であってもよい。代表的な脂環式炭化水素環として、例えば、シクロヘキサン環、シクロオクタン環、シクロデカン環、アダマンタン環、ノルボルナン環、ノルボルネン環、ボルナン環、イソボルナン環、パーヒドロインデン環、デカリン環、パーヒドロフルオレン環(トリシクロ[7.4.0.03,8]トリデカン環)、パーヒドロアントラセン環、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン環、トリシクロ[4.2.2.12,5]ウンデカン環、テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカン環などが挙げられる。脂環式炭化水素環には、メチル基等のアルキル基(例えば、C1-4アルキル基など)、塩素原子等のハロゲン原子、保護基で保護されていてもよいヒドロキシル基、オキソ基、保護基で保護されていてもよいカルボキシル基などの置換基を有していてもよい。環Z1は例えばアダマンタン環等の多環の脂環式炭化水素環(橋かけ環式炭化水素環)であるのが好ましい。
20における有機基としては、炭化水素基及び/又は複素環式基を含有する基が挙げられる。炭化水素基には脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基及びこれらが2以上結合した基が含まれる。脂肪族炭化水素基としては、例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、s−ブチル、t−ブチル、ヘキシル、オクチル基等の直鎖状または分岐鎖状のアルキル基(C1-8アルキル基等);アリル基等の直鎖状または分岐鎖状のアルケニル基(C2-8アルケニル基等);プロピニル基等の直鎖状または分岐鎖状のアルキニル基(C2-8アルキニル基等)などが挙げられる。脂環式炭化水素基としては、例えば、シクロプロピル、シクロペンチル、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基(3〜8員シクロアルキル基等);シクロペンテニル、シクロヘキセニル基等のシクロアルケニル基(3〜8員シクロアルケニル基等);アダマンチル、ノルボルニル基等の橋架け炭素環式基(C4-20橋架け炭素環式基等)などが挙げられる。芳香族炭化水素基としては、例えば、フェニル、ナフチル基等のC6-14芳香族炭化水素基などが挙げられる。脂肪族炭化水素基と芳香族炭化水素基とが結合した基としては、ベンジル、2−フェニルエチル基などが挙げられる。これらの炭化水素基は、アルキル基(C1-4アルキル基等)、ハロアルキル基(C1-4ハロアルキル基等)、ハロゲン原子、保護基で保護されていてもよいヒドロキシル基、保護基で保護されていてもよいヒドロキシメチル基、保護基で保護されていてもよいカルボキシル基、オキソ基などの置換基を有していてもよい。保護基としては有機合成の分野で慣用の保護基を使用できる。
好ましい有機基として、C1-8アルキル基、環式骨格を含む有機基等が挙げられる。前記環式骨格を構成する「環」には、単環又は多環の非芳香族性又は芳香族性の炭素環又は複素環が含まれる。なかでも、単環又は多環の非芳香族性炭素環、ラクトン環(非芳香族性炭素環が縮合していてもよい)が特に好ましい。単環の非芳香族性炭素環として、例えば、シクロペンタン環、シクロヘキサン環などの3〜15員程度のシクロアルカン環などが挙げられる。
式(IVa)〜(IVd)で表されるモノマー単位を形成するモノマーには、それぞれ立体異性体が存在しうるが、それらは単独で又は2種以上の混合物として使用できる。
[式(IVa)のモノマー単位]
式(IVa)で表されるモノマー単位を形成するモノマーの代表的な例として下記化合物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。2−(メタ)アクリロイルオキシ−2−メチルアダマンタン、1−ヒドロキシ−2−(メタ)アクリロイルオキシ−2−メチルアダマンタン、5−ヒドロキシ−2−(メタ)アクリロイルオキシ−2−メチルアダマンタン、2−(メタ)アクリロイルオキシ−2−エチルアダマンタン。
[式(IVb)のモノマー単位]
式(IVb)で表されるモノマー単位を形成するモノマーの代表的な例として下記化合物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。1−(1−(メタ)アクリロイルオキシ−1−メチルエチル)アダマンタン、1−ヒドロキシ−3−(1−(メタ)アクリロイルオキシ−1−メチルエチル)アダマンタン、1−(1−エチル−1−(メタ)アクリロイルオキシプロピル)アダマンタン、1−(1−(メタ)アクリロイルオキシ−1−メチルプロピル)アダマンタン。
[式(IVc)のモノマー単位]
式(IVc)で表されるモノマー単位を形成するモノマーの代表的な例として下記化合物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。1−t−ブトキシカルボニル−3−(メタ)アクリロイルオキシアダマンタン、1−(2−テトラヒドロピラニルオキシカルボニル)−3−(メタ)アクリロイルオキシアダマンタン。
[式(IVd)のモノマー単位]
式(IVd)で表されるモノマー単位を形成するモノマーの代表的な例として下記化合物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。1−アダマンチルオキシ−1−エチル(メタ)アクリレート、1−アダマンチルメチルオキシ−1−エチル(メタ)アクリレート、2−(1−アダマンチルエチル)オキシ−1−エチル(メタ)アクリレート、1−ボルニルオキシ−1−エチル(メタ)アクリレート、2−ノルボルニルオキシ−1−エチル(メタ)アクリレート、2−テトラヒドロピラニル(メタ)アクリレート、2−テトラヒドロフラニル(メタ)アクリレート。
上記式(IVd)で表される化合物は、例えば、対応するビニルエーテル化合物と(メタ)アクリル酸とを酸触媒を用いた慣用の方法で反応させることにより得ることができる。例えば、1−アダマンチルオキシ−1−エチル(メタ)アクリレートは、1−アダマンチル−ビニルエーテルと(メタ)アクリル酸とを酸触媒の存在下で反応させることにより製造できる。
[式(IVe)のモノマー単位]
式(IVe)で表されるモノマー単位を形成するモノマーの代表的な例として下記化合物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。5−t−ブトキシカルボニルノルボルネン、9−t−ブトキシカルボニルテトラシクロ[6.2.13,6.02,7]ドデカ−4−エン、5−(2−テトラヒドロピラニルオキシカルボニル)ノルボルネン、9−(2−テトラヒドロピラニルオキシカルボニル)テトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカ−4−エン。
本発明の製造方法において原料として用いる前記高分子化合物(B)及び目的物であるリソグラフィー用重合体は、前記の一般式(II)で表される繰り返し構造単位[目的物であるリソグラフィー用重合体の場合は、式(II)で表される繰り返し構造単位と、式(III)で表される化合物に由来する架橋構造]のほかに、ラクトン骨格を有する繰り返し構造単位を有することが好ましい。ラクトン骨格を有する繰り返し構造単位を有することにより、レジスト樹脂の基板への密着性が良好となり、より鮮明なパターン形成を可能とする。ラクトン骨格を有する繰り返し構造単位として、前記式(Va)〜(Vh)で表される構造単位(モノマー単位)が挙げられる。
式中、Raは水素原子、ハロゲン原子、又はハロゲン原子を有していても良い炭素数1〜6のアルキル基を示す。R22〜R24は、同一又は異なって、水素原子、アルキル基、保護基で保護されていてもよいヒドロキシル基、保護基で保護されていてもよいヒドロキシアルキル基、又は保護基で保護されていてもよいカルボキシル基を示す。V1〜V3は、同一又は異なって、−CH2−、−CO−又は−COO−を示す。但し、V1〜V3のうち少なくとも一つは−COO−である。Y1は炭素原子、酸素原子又は硫黄原子を示し、炭素原子のときにのみR28及びR29が存在する。R25〜R29及びR30は同一又は異なって、水素原子、アルキル基、保護基で保護されていてもよいヒドロキシル基、保護基で保護されていてもよいヒドロキシアルキル基、保護基で保護されていてもよいカルボキシル基、シアノ基、ハロゲン原子、炭素数1〜6のフルオロアルキル基を示す。tは1又は2の整数を示し、uは0又は1の整数を示す。Y2は酸素原子、硫黄原子又はメチレン基を示す。R31は水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基を示す。R32、R33、R34及びR35は、同一又は異なって、水素原子又はメチル基を示す。o、p、q及びvは、それぞれ0又は1を示す。R36は水素原子、ハロゲン原子、又は置換基を有していてもよい炭素数1〜6のアルキル基を示す。R37はラクトン骨格を有する基を示し、Mは炭素数1〜6の2価の有機基を示す。
aにおけるけるハロゲン原子には、フッ素、塩素、臭素原子などが含まれる。炭素数1〜6のアルキル基としては、例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、s−ブチル、t−ブチル、ヘキシル基などが挙げられる。炭素数1〜6のハロゲン原子を有するアルキル基としては、前記炭素数1〜6のアルキル基の少なくとも1つの水素原子がフッ素原子に置換した基、例えば、モノフルオロメチル、ジフルオロメチル、トリフルオロメチル、2,2,2−トリフルオロエチル、テトラフルオロエチル、2,2,3,3,3−テトラフルオロプロピル基などが挙げられる。これらの中で、水素原子、炭素数1〜6のアルキル基を好適に使用でき、特に水素原子又はメチル基が好ましい。
22〜R24、R25〜R29及びR30におけるアルキル基としては、前記Raにおけるアルキル基と同様のものを使用することができる。R25〜R29及びR30におけるハロゲン原子には、例えば、フッ素、塩素、臭素原子などが含まれる。保護基としては有機合成の分野で慣用の保護基を使用できる。
[式(Va)のモノマー単位]
式(Va)で表されるモノマー単位を形成するモノマーの代表的な例として下記化合物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。1−(メタ)アクリロイルオキシ−4−オキサトリシクロ[4.3.1.13,8]ウンデカン−5−オン、1−(メタ)アクリロイルオキシ−4,7−ジオキサトリシクロ[4.4.1.13,9]ドデカン−5,8−ジオン、1−(メタ)アクリロイルオキシ−4,8−ジオキサトリシクロ[4.4.1.13,9]ドデカン−5,7−ジオン、1−(メタ)アクリロイルオキシ−5,7−ジオキサトリシクロ[4.4.1.13,9]ドデカン−4,8−ジオン、1−(メタ)アクリロイルオキシ−3−ヒドロキシアダマンタン、1−(メタ)アクリロイルオキシ−3,5−ジヒドロキシアダマンタン、1−(メタ)アクリロイルオキシ−3,5,7−トリヒドロキシアダマンタン、1−(メタ)アクリロイルオキシ−3−ヒドロキシ−5,7−ジメチルアダマンタン、1−(メタ)アクリロイルオキシ−3−カルボキシアダマンタン。
[式(Vb)のモノマー単位]
式(Vb)で表されるモノマー単位を形成するモノマーの代表的な例として下記化合物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。例えば、Y1が炭素原子の時には、5−(メタ)アクリロイルオキシ−3−オキサトリシクロ[4.2.1.04,8]ノナン−2−オン、5−(メタ)アクリロイルオキシ−5−メチル−3−オキサトリシクロ[4.2.1.04,8]ノナン−2−オン、5−(メタ)アクリロイルオキシ−1−メチル−3−オキサトリシクロ[4.2.1.04,8]ノナン−2−オン、5−(メタ)アクリロイルオキシ−9−メチル−3−オキサトリシクロ[4.2.1.04,8]ノナン−2−オン、5−(メタ)アクリロイルオキシ−9−カルボキシ−3−オキサトリシクロ[4.2.1.04,8]ノナン−2−オン、5−(メタ)アクリロイルオキシ−9−メトキシカルボニル−3−オキサトリシクロ[4.2.1.04,8]ノナン−2−オン、5−(メタ)アクリロイルオキシ−9−エトキシカルボニル−3−オキサトリシクロ[4.2.1.04,8]ノナン−2−オン、5−(メタ)アクリロイルオキシ−9−t−ブトキシカルボニル−3−オキサトリシクロ[4.2.1.04,8]ノナン−2−オンなどが挙げられる。
また、1−シアノ−5−(メタ)アクリロイルオキシ−3−オキサトリシクロ[4.2.1.04,8]ノナン−2−オン、1−フルオロ−5−(メタ)アクリロイルオキシ−3−オキサトリシクロ[4.2.1.04,8]ノナン−2−オン、1−クロロ−5−(メタ)アクリロイルオキシ−3−オキサトリシクロ[4.2.1.04,8]ノナン−2−オン、1−クロロ−5−(メタ)アクリロイルオキシ−3−オキサトリシクロ[4.2.1.04,8]ノナン−2−オン、1−トリフルオロメチル−5−(メタ)アクリロイルオキシ−3−オキサトリシクロ[4.2.1.04,8]ノナン−2−オン、9−シアノ−5−(メタ)アクリロイルオキシ−3−オキサトリシクロ[4.2.1.04,8]ノナン−2−オン、9−フルオロ−5−(メタ)アクリロイルオキシ−3−オキサトリシクロ[4.2.1.04,8]ノナン−2−オン、9−クロロ−5−(メタ)アクリロイルオキシ−3−オキサトリシクロ[4.2.1.04,8]ノナン−2−オン、9−クロロ−5−(メタ)アクリロイルオキシ−3−オキサトリシクロ[4.2.1.04,8]ノナン−2−オン、9−トリフルオロメチル−5−(メタ)アクリロイルオキシ−3−オキサトリシクロ[4.2.1.04,8]ノナン−2−オン等が挙げられる。
また、Y1が酸素原子のときは、1−シアノ−5−(メタ)アクリロイルオキシ−3、7−ジオキサトリシクロ[4.2.1.04,8]ノナン−2−オン、1−フルオロ−5−(メタ)アクリロイルオキシ−3、7−ジオキサトリシクロ[4.2.1.04,8]ノナン−2−オン、1−クロロ−5−(メタ)アクリロイルオキシ−3、7−ジオキサトリシクロ[4.2.1.04,8]ノナン−2−オン、1−クロロ−5−(メタ)アクリロイルオキシ−3、7−ジオキサトリシクロ[4.2.1.04,8]ノナン−2−オン、1−トリフルオロメチル−5−(メタ)アクリロイルオキシ−3、7−ジオキサトリシクロ[4.2.1.04,8]ノナン−2−オン、9−シアノ−5−(メタ)アクリロイルオキシ−3、7−ジオキサトリシクロ[4.2.1.04,8]ノナン−2−オン、9−フルオロ−5−(メタ)アクリロイルオキシ−3、7−ジオキサトリシクロ[4.2.1.04,8]ノナン−2−オン、9−クロロ−5−(メタ)アクリロイルオキシ−3、7−ジオキサトリシクロ[4.2.1.04,8]ノナン−2−オン、9−クロロ−5−(メタ)アクリロイルオキシ−3、7−ジオキサトリシクロ[4.2.1.04,8]ノナン−2−オン、9−トリフルオロメチル−5−(メタ)アクリロイルオキシ−3、7−ジオキサトリシクロ[4.2.1.04,8]ノナン−2−オン等が挙げられる。
[式(Vc)のモノマー単位]
式(Vc)で表されるモノマー単位を形成するモノマーの代表的な例として下記化合物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。例えば、8−(メタ)アクリロイルオキシ−4−オキサトリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−5−オン、9−(メタ)アクリロイルオキシ−4−オキサトリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−5−オン等が挙げられる。
[式(Vd)のモノマー単位]
式(Vd)で表されるモノマー単位を形成するモノマーの代表的な例として下記化合物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。例えば、α−(メタ)アクリロイルオキシ−γ−ブチロラクトン、α−(メタ)アクリロイルオキシ−α−メチル−γ−ブチロラクトン、α−(メタ)アクリロイルオキシ−β,β−ジメチル−γ−ブチロラクトン、α−(メタ)アクリロイルオキシ−α,β,β−トリメチル−γ−ブチロラクトン、α−(メタ)アクリロイルオキシ−γ,γ−ジメチル−γ−ブチロラクトン、α−(メタ)アクリロイルオキシ−α,γ,γ−トリメチル−γ−ブチロラクトン、α−(メタ)アクリロイルオキシ−β,β,γ,γ−テトラメチル−γ−ブチロラクトン、α−(メタ)アクリロイルオキシ−α,β,β,γ,γ−ペンタメチル−γ−ブチロラクトン、α−(メタ)アクリロイルオキシ−γ−ブチロラクトン、α−(メタ)アクリロイルオキシ−α−メチル−γ−ブチロラクトン、α−(メタ)アクリロイルオキシ−β,β−ジメチル−γ−ブチロラクトン、α−(メタ)アクリロイルオキシ−α,β,β−トリメチル−γ−ブチロラクトン、α−(メタ)アクリロイルオキシ−γ,γ−ジメチル−γ−ブチロラクトン、α−(メタ)アクリロイルオキシ−α,γ,γ−トリメチル−γ−ブチロラクトン、α−(メタ)アクリロイルオキシ−β,β,γ,γ−テトラメチル−γ−ブチロラクトン、α−(メタ)アクリロイルオキシ−α,β,β,γ,γ−ペンタメチル−γ−ブチロラクトンなどのα−(メタ)アクリロイルオキシ−γ−ブチロラクトン類;β−(メタ)アクリロイルオキシ−γ−ブチロラクトン、β−(メタ)アクリロイルオキシ−γ−ブチロラクトンなどのβ−(メタ)アクリロイルオキシ−γ−ブチロラクトン類などが挙げられる。
[式(Ve)のモノマー単位]
式(Ve)で表されるモノマー単位を形成するモノマーの代表的な例として下記化合物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。例えば、5−(メタ)アクリロイルオキシ−4−オキサトリシクロ[5.2.1.05,9]デカン−3−オン、2−メチル−5−(メタ)アクリロイルオキシ−4−オキサトリシクロ[5.2.1.05,9]デカン−3−オン、2−エチル−5−(メタ)アクリロイルオキシ−4−オキサトリシクロ[5.2.1.05,9]デカン−3−オン、5−(メタ)アクリロイルオキシ−4、8−ジオキサトリシクロ[5.2.1.05,9]デカン−3−オン、2−メチル−5−(メタ)アクリロイルオキシ−4、8−ジオキサトリシクロ[5.2.1.05,9]デカン−3−オン、2−エチル−5−(メタ)アクリロイルオキシ−4、8−ジオキサトリシクロ[5.2.1.05,9]デカン−3−オンなどが挙げられる。
[式(Vf)のモノマー単位]
式(Vf)で表されるモノマー単位を形成するモノマーの代表的な例として下記化合物が挙げられるがこれらに限定されるものではない。例えば、4−オキサトリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−エン−5−オン、3−オキサトリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−エン−4−オン、5−オキサトリシクロ[6.2.1.02,7]ウンデカン−9−エン−6−オン、4−オキサトリシクロ[6.2.1.02,7]ウンデカン−9−エン−5−オン、4−オキサペンタシクロ[6.5.1.19,12.02,6.08,13]ペンタデカン−10−エン−5−オン、3−オキサペンタシクロ[6.6.1.110,13.02,7.09,14]ヘキサデカン−11−エン−6−オン、4−オキサペンタシクロ[6.6.1.110,13.02,7.09,14]ヘキサデカン−11−エン−5−オン。
[式(Vg)のモノマー単位]
式(Vg)のモノマー単位を形成するモノマーの代表的な例には下記の化合物が挙げられるがこれらに限定されるものではない。例えば、8−(メタ)アクリロイルオキシ−4−オキサトリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−5−オン[=9−(メタ)アクリロイルオキシ−4−オキサトリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−3−オン]、9−(メタ)アクリロイルオキシ−4−オキサトリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−5−オン[=8−(メタ)アクリロイルオキシ−4−オキサトリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−3−オン]、8−(メタ)アクリロイルオキシ−9−ヒドロキシ−4−オキサトリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−5−オン[=9−(メタ)アクリロイルオキシ−8−ヒドロキシ−4−オキサトリシクロ[5.2.1.02,6]デカン3−オン、9−(メタ)アクリロイルオキシ−8−ヒドロキシ−4−オキサトリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−5−オン[=8−((メタ)アクリロイルオキシ−9−ヒドロキシ−4−オキサトリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−3−オン]、8−(メタ)アクリロイルオキシ−3−オキサトリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−4−オン、9−(メタ)アクリロイルオキシ−4−オキサトリシクロ[6.2.1.02,7]ウンデカン−3−オン、10−(メタ)アクリロイルオキシ−4−オキサトリシクロ[6.2.1.02,7]ウンデカン−3−オン、9−(メタ)アクリロイルオキシ−4−オキサトリシクロ[6.2.1.02,7]ウンデカン−5−オン、10−(メタ)アクリロイルオキシ−4−オキサトリシクロ[6.2.1.02,7」ウンデカン−5−オン。
[式(Vh)のモノマー単位]
式(Vh)のモノマー単位中のR36において、ハロゲン原子には、例えば、フッ素、塩素、臭素原子などが含まれる。炭素数1〜6のアルキル基としては、例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、s−ブチル、t−ブチル、ペンチル、ヘキシル基などが挙げられる。これらの中でも、C1-4アルキル基、特にメチル基が好ましい。置換基を有する炭素数1〜6のアルキル基としては、例えば、クロロメチル基などのクロロアルキル基;トリフルオロメチル、2,2,2−トリフルオロエチル、ペンタフルオロエチル基などのフルオロアルキル基(好ましくは、C1-3フルオロアルキル基)などのハロゲン原子を有する炭素数1〜6のアルキル基などが挙げられる。
36としては、水素原子、メチル基等のC1-3アルキル基、トリフルオロメチル基等のC1-3ハロアルキル基が好ましく、特に、水素原子又はメチル基が好ましい。
37におけるラクトン骨格を有する基としては、例えば、γ−ブチロラクトン環、δ−バレロラクトン環、ε−カプロラクトン環などの単環のラクトン環から構成されるラクトン骨格を有する基;6−オキサビシクロ[3.2.11,5]オクタン−7−オン環、3−オキサトリシクロ[4.2.1.04,8]ノナン−2−オン環等の、ラクトン環を含む多環のラクトン骨格などが挙げられる。これらの中でも、単環のラクトン環から構成されるラクトン骨格を有する基、特にγ−ブチロラクトン環から構成される単環のラクトン骨格を有する基が好ましい。
ラクトン骨格は置換基を有していてもよい。置換基としては、例えば、メチル基等のアルキル基(例えば、C1-4アルキル基など)、トリフルオロメチル基などのハロアルキル基(例えば、C1-4ハロアルキル基など)、塩素原子やフッ素原子等のハロゲン原子、保護基で保護されていてもよいヒドロキシル基、保護基で保護されていてもよいヒドロキシアルキル基、保護基で保護されていてもよいメルカプト基、保護基で保護されていてもよいカルボキシル基、保護基で保護されていてもよいアミノ基、保護基で保護されていてもよいスルホン酸基などが挙げられる。前記保護基としては有機合成の分野で慣用の保護基を使用できる。
式(Vh)において、R37におけるラクトン骨格は式中に示されるエステル結合(−COO−)と直接結合していてもよく、連結基を介して結合していてもよい。連結基としては、メチレン、エチレン、プロピレン、トリメチレン、テトラメチレン、ヘキサメチレン基等のアルキレン基(例えばC1-6アルキレン基等)などが挙げられる。
37の代表的な例として、γ−ブチロラクトン−2−イル基、3−メチル−γ−ブチロラクトン−2−イル基、3,3−ジメチル−γ−ブチロラクトン−2−イル基、4−メチル−γ−ブチロラクトン−2−イル基、4,4−ジメチル−γ−ブチロラクトン−2−イル基、3,4,4−トリメチル−γ−ブチロラクトン−2−イル基、3,3,4−トリメチル−γ−ブチロラクトン−2−イル基、3,3,4,4−テトラメチル−γ−ブチロラクトン−2−イル基等のC1-4アルキル基等の置換基を有していてもよいγ−ブチロラクトン−2−イル基;δ−バレロラクトン−2−イル基、3−メチル−δ−バレロラクトン−2−イル基、3,3−ジメチル−δ−バレロラクトン−2−イル基、4−メチル−δ−バレロラクトン−2−イル基、4,4−ジメチル−δ−バレロラクトン−2−イル基、5−メチル−δ−バレロラクトン−2−イル基、5,5−ジメチル−δ−バレロラクトン−2−イル基等のC1-4アルキル基等の置換基を有していてもよいδ−バレロラクトン−2−イル基;ε−カプロラクトン−2−イル基、2−メチル−ε−カプロラクトン−2−イル基、2,2−ジメチル−ε−カプロラクトン−2−イル基等のC1-4アルキル基等の置換基を有していてもよいε−カプロラクトン−2−イル基などが挙げられる。これらの中でも、C1-4アルキル基を1又は2以上(特に2個)有するγ−ブチロラクトン−2−イル基、C1-4アルキル基を1又は2以上(特に2個)有するδ−バレロラクトン−2−イル基、C1-4アルキル基を1又は2以上(特に2個)有するε−カプロラクトン−2−イル基が好ましく、とりわけ3,3−ジメチル−γ−ブチロラクトン−2−イル基等のC1-4アルキル基を1又は2以上(特に2個)有するγ−ブチロラクトン−2−イル基が好ましい。
Mは炭素数1〜6の2価の有機基を示す。2価の有機基としては、メチレン、エチレン、プロピレン、ブチレンなどのアルキレン基(特に、C1-6アルキレン基);ビニレンなどのアルケニレン基(特に、C2-6アルケニレン基);シクロペンチレン、シクロヘキシレン基等のシクロアルケニレン基;これらの2以上が、エーテル結合(−O−)、チオエーテル結合(−S−)、エステル結合(−COO−;−OCO−)などの連結基を介して結合した2価の有機基などが挙げられる。特に、メチレン、エチレン、プロピレンなどが好ましい。これらの例示された基にはハロゲン原子、特にフッ素原子で置換されたものも有用である。
式(Vh)で表されるモノマー単位を形成するモノマー(ラクトン骨格を有する単量体)の代表的な例として、2−(メタ)アクリロイルオキシアセトキシ−3−メチル−γ−ブチロラクトン[=α−(メタ)アクリロイルオキシアセトキシ−β−メチル−γ−ブチロラクトン]、2−(メタ)アクリロイルオキシアセトキシ−3,3−ジメチル−γ−ブチロラクトン[=α−(メタ)アクリロイルオキシアセトキシ−β,β−ジメチル−γ−ブチロラクトン]、2−(メタ)アクリロイルオキシアセトキシ−4−メチル−γ−ブチロラクトン、2−(メタ)アクリロイルオキシアセトキシ−4,4−ジメチル−γ−ブチロラクトン、2−(メタ)アクリロイルオキシアセトキシ−3−メチル−δ−バレロラクトン、2−(メタ)アクリロイルオキシアセトキシ−3,3−ジメチル−δ−バレロラクトン、2−(メタ)アクリロイルオキシアセトキシ−4−メチル−δ−バレロラクトン、2−(メタ)アクリロイルオキシアセトキシ−4,4−ジメチル−δ−バレロラクトン、2−(メタ)アクリロイルオキシアセトキシ−5−メチル−δ−バレロラクトン、2−(メタ)アクリロイルオキシアセトキシ−5,5−ジメチル−δ−バレロラクトン、2−(メタ)アクリロイルオキシアセトキシ−3−メチル−ε−カプロラクトン、2−(メタ)アクリロイルオキシアセトキシ−3,3−ジメチル−ε−カプロラクトンなどが挙げられる。
[高分子化合物(B)の製造]
高分子化合物(B)は、ポリマーを構成する繰り返し構造単位に対応するモノマーを重合することにより得ることができる。重合方法としては、特に限定はされないが、ラジカル重合が好ましい。重合は、溶液重合、塊状重合、懸濁重合、塊状−懸濁重合、乳化重合など、アクリル系ポリマー等を製造する際に用いる慣用の方法により行うことができ特に制限されないが、溶液重合が最も適している。さらに、溶液重合のなかでも滴下重合が好ましい。滴下重合は、具体的には、例えば、(i)予め有機溶媒に溶解した単量体溶液と、有機溶媒に溶解した重合開始剤溶液とをそれぞれ調製し、一定温度に保持した有機溶媒中に前記単量体溶液と重合開始剤溶液とを各々滴下する方法、(ii)単量体と重合開始剤とを有機溶媒に溶解した混合溶液を、一定温度に保持した有機溶媒中に滴下する方法、(iii)予め有機溶媒に溶解した単量体溶液と、有機溶媒に溶解した重合開始剤溶液とをそれぞれ調製し、一定温度に保持した前記単量体溶液中に重合開始剤溶液を滴下する方法などの方法により行われる。
重合開始剤としては特に限定されず、公知のものを使用できる。ラジカル重合開始剤としては、例えば、アゾ系化合物、過酸化物系化合物、レドックス系化合物が挙げられる。特に、ジメチル2,2′−アゾビスイソブチレート、アゾビスイソブチロニトリル、2,2′−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)、t−ブチルパーオキシピバレート、ジ−t−ブチルパーオキシド、イソ−ブチリルパーオキシド、ラウロイルパーオキサイド、スクシン酸パーオキシド、ジシンナミルパーオキシド、ジ−n−プロピルパーオキシジカーボネート、t−ブチルパーオキシアリルモノカーボネート、過酸化ベンゾイル、過酸化水素、過硫酸アンモニウム等が好ましい。
重合溶媒としては公知の溶媒を使用でき、例えば、エーテル(ジエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル等グリコールエーテル類などの鎖状エーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン等の環状エーテルなど)、エステル(酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のグリコールエーテルエステル類など)、ケトン(アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンなど)、アミド(N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミドなど)、スルホキシド(ジメチルスルホキシドなど)、アルコール(メタノール、エタノール、プロパノールなど)、炭化水素(ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素、ヘキサン等の脂肪族炭化水素、シクロヘキサン等の脂環式炭化水素など)、これらの混合溶媒などが挙げられる。重合温度は、例えば30〜150℃程度の範囲で適宜選択できる。
重合により得られたポリマーは、沈殿又は再沈殿により精製できる。沈殿又は再沈殿溶媒は有機溶媒及び水の何れであってもよく、また混合溶媒であってもよい。沈殿又は再沈殿溶媒として用いる有機溶媒として、例えば、炭化水素(ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタンなどの脂肪族炭化水素;シクロヘキサン、メチルシクロヘキサンなどの脂環式炭化水素;ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素)、ハロゲン化炭化水素(塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素などのハロゲン化脂肪族炭化水素;クロロベンゼン、ジクロロベンゼンなどのハロゲン化芳香族炭化水素など)、ニトロ化合物(ニトロメタン、ニトロエタンなど)、ニトリル(アセトニトリル、ベンゾニトリルなど)、エーテル(ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジメトキシエタンなどの鎖状エーテル;テトラヒドロフラン、ジオキサンなどの環状エーテル)、ケトン(アセトン、メチルエチルケトン、ジイソブチルケトンなど)、エステル(酢酸エチル、酢酸ブチルなど)、カーボネート(ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートなど)、アルコール(メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロピルアルコール、ブタノールなど)、カルボン酸(酢酸など)、これらの溶媒を含む混合溶媒等が挙げられる。
中でも、前記沈殿又は再沈殿溶媒として用いる有機溶媒として、少なくとも炭化水素(特に、ヘキサンなどの脂肪族炭化水素)を含む溶媒が好ましい。このような少なくとも炭化水素を含む溶媒において、炭化水素(例えば、ヘキサンなどの脂肪族炭化水素)と他の溶媒との比率は、例えば前者/後者(体積比;25℃)=10/90〜99/1、好ましくは前者/後者(体積比;25℃)=30/70〜98/2、さらに好ましくは前者/後者(体積比;25℃)=50/50〜97/3程度である。
高分子化合物(B)の重量平均分子量(Mw)は、例えば500〜10000程度、好ましくは1000〜8000程度、さらに好ましくは2000〜5000程度であり、分子量分布(Mw/Mn)は、例えば1.2〜2.5程度である。なお、前記Mnは数平均分子量を示し、Mn、Mwともにポリスチレン換算の値である。
なお、高分子化合物(B)として市販品を用いることもできる。
[リソグラフィー用重合体の製造]
本発明のリソグラフィー用重合体の製造方法の重要な特徴は、前記高分子化合物(B)(OH基を有する高分子化合物)を含む系内に、OH基反応性官能基を1つ有する化合物(D)(単官能のOH基反応性化合物)を添加して前処理を施した後、前記化合物(C)(多官能ビニルエーテル化合物)を添加して、高分子化合物(B)と化合物(C)とを架橋反応させることにある。
架橋反応を実施する前に、高分子化合物(B)に対して、OH基反応性官能基を1つ有する化合物(D)による前処理を施すと、高分子化合物(B)、或いは高分子化合物(B)を含む溶液中に不純物として含まれているOH基を有する低分子化合物(架橋反応を阻害する不純物)が化合物(D)と反応して、架橋反応の阻害が防止されるためか、化合物(C)による架橋反応が効率よく進行する。このため、化合物(C)の添加量を減少させることができコストを低減できると共に、過剰の多官能ビニルエーテル化合物に起因する露光光に対する透明性の低下を防止でき、さらには、副反応が抑制されるために分子量分布の狭い均質なポリマーを得ることができる。したがって、この重合体をリソグラフィー用途に用いることにより、極微細で鮮明なパターンを形成することができる。この重合体は、特に高精度の作業が要求される高集積半導体等の製造に有用である。
[前処理]
本発明の製造方法において、用いる高分子化合物(B)としては、特に限定されないが、化合物(D)の添加量を少なくする等の理由で、高分子化合物(B)を生成させる重合反応の後に未反応モノマーを除去するための精製処理が施された精製ポリマー(不純物としての未反応モノマー含量の少ないポリマー)を用いることが好ましい。精製処理として、例えば、沈殿、再沈殿等が挙げられる。
なお、高分子化合物(B)を生成させる重合反応の後に未反応モノマーを除去するための精製処理が特に施されていない重合反応溶液を前処理に供することもできる。このような場合でも、化合物(D)による前処理を行うことで、高分子化合物(B)と化合物(C)との架橋効率が大きく向上する。
OH基反応性官能基としては、OH基に対して反応性を有する官能基であれば特に限定されない。「OH基」には、ヒドロキシル基のほか、OH基を含有する基、例えば、カルボキシル基も含まれる。OH基反応性官能基の具体的な例として、例えば、ビニルエーテル基、ビニルスルフィド基、酸無水物基、ハロホルミル基、ハロスルホニル基、リン酸基、イソシアネート基、エポキシ基、アルデヒド基、ハロゲン化シリル基、カルボジイミド基などが挙げられる。これらの中でも、ビニルエーテル基、酸無水物基、ハロホルミル基、ハロスルホニル基が好ましく用いられる。ビニルエーテル基が特に好ましい。化合物(D)は、このようなOH基反応性官能基を1つのみ有している。
ビニルエーテル基を1つ有する化合物としては、例えば、メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、プロピルビニルエーテル、イソプロピルビニルエーテル、ブチルビニルエーテル、ヘキシルビニルエーテル等のアルキルビニルエーテル;シクロヘキシルビニルエーテル等のシクロアルキルビニルエーテル;フェニルビニルエーテル、ナフチルビニルエーテル等のアリールビニルエーテル;ベンジルビニルエーテル等のアラルキルビニルエーテルなどが挙げられる。
ビニルスルフィド基を1つ有する化合物としては、例えば、エチルビニルスルフィド、フェニルビニルスルフィド、2,4−ジニトロフェニルビニルスルフィドなどが挙げられる。
酸無水物基を1つ有する化合物としては、無水酢酸、無水プロピオン酸等の脂肪族カルボン酸の酸無水物;無水安息香酸等の芳香族カルボン酸の酸無水物などが挙げられる。
ハロホルミル基を1つ有する化合物としては、例えば、アセチルクロリド、アセチルブロミド、プロピオニルクロリド、ブチリルクロリド等の脂肪族カルボン酸ハライド;安息香酸クロリド、安息香酸ブロミド等の芳香族カルボン酸ハライドなどが挙げられる。
ハロスルホニル基を1つ有する化合物としては、例えば、メタンスルホン酸クロリド、エタンスルホン酸クロリド、ベンゼンスルホン酸クロリド、p−トルエンスルホン酸クロリド、ナフタレンスルホン酸クロリドなどが挙げられる。
リン酸基を1つ有する化合物としては、例えば、リン酸、メチルリン酸、ジメチルリン酸などが挙げられる。
イソシアネート基を1つ有する化合物としては、例えば、メチルイソシアネート、エチルイソシアネート、イソプロピルイソシアネート、イソブチルイソシアネート等の脂肪族モノイソシアネート;シクロヘキシルイソシアネート等の脂環式モノイソシアネート;フェニルイソシアネート、トリルイソシアネート、ナフチルイソシアネート等の芳香族モノイソシアネートなどが挙げられる。
エポキシ基を1つ有する化合物としては、例えば、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、1,2−エポキシヘキサン、1,2−エポキシデカン、1,2−エポキシドデカン、スチレンオキシド、シクロヘキセンオキシド、メチルグリシジルエーテル、エチルグリシジルエーテル、プロピルグリシジルエーテル、フェニルグリシジルエーテル、ベンジルグリシジルエーテルなどが挙げられる。
アルデヒド基(ホルミル基)を1つ有する化合物としては、例えば、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ブチルアルデヒド、1−ヘキサナール等の脂肪族アルデヒド;シクロヘキサンカルバルデヒド等の脂環式アルデヒド;ベンズアルデヒド、ナフタレンカルバルデヒド等の芳香族アルデヒド;フルフラール等の複素環式アルデヒドなどが挙げられる。
ハロゲン化シリル基を1つ有する化合物としては、例えば、トリメチルシリルクロリド、トリエチルシリルクロリド、t−ブチルジメチルシリルクロリドなどが挙げられる。
カルボジイミド基を1つ有する化合物としては、例えば、N,N′−ジイソプロピルカルボジイミド、N,N′−ジ−t−ブチルカルボジイミド、N,N′−ジシクロヘキシルカルボジイミド、N,N′−ジ−p−トリルカルボジイミドなどが挙げられる。
OH基反応性官能基を1つ有する化合物(D)(単官能のOH基反応性化合物)の添加量は、特に制限されるものではないが、反応系中に存在する高分子化合物(B)以外のOH基を有する化合物[例えば、高分子化合物(B)の重合における残存未反応モノマーのうち、OH基(ヒドロキシル基、カルボキシル基など)を有するモノマー]に対して当量以下の量であるのが好ましい。化合物(D)の添加量が過剰となると、高分子化合物(B)中のOH基との反応が起こり、高分子化合物(B)の構造が所望する構造とは違ったものとなり、得られるリソグラフィー用重合体の特性が変化してしまうおそれがある。
そのため、架橋反応に供する高分子化合物(B)を含む液(例えば、重合反応溶液)を少量サンプリングして、化合物(D)(単官能のOH基反応性化合物)の最適添加量を確認するのが望ましい。具体的には、サンプリングした高分子化合物(B)を含む液を分割して、化合物(D)の添加量を変えて反応を行い、ポリマーを精製・回収する。回収したポリマーの分子量をGPC等で確認すると共に、官能基量をNMR、酸価等の方法で確認し、ポリマーの特性に影響を及ぼさない化合物(D)の最大添加量を確認する。確認された最大添加量の化合物(D)を高分子化合物(B)を含む液に添加・処理した後に、化合物(C)による架橋反応を実施する。同一の製品を繰り返し製造する場合で、系中に存在する反応に影響を及ぼす化合物量の変化が少ない場合は、上記添加量の確認を省略しても構わない。
高分子化合物(B)に対する化合物(D)による前処理は溶液の状態で実施することが好ましい。使用される溶媒としては公知の溶媒を使用でき、例えば、エーテル(ジエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル等グリコールエーテル類などの鎖状エーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン等の環状エーテルなど)、エステル(酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のグリコールエーテルエステル類など)、ケトン(アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンなど)、アミド(N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミドなど)、スルホキシド(ジメチルスルホキシドなど)、アルコール(メタノール、エタノール、プロパノールなど)、炭化水素(ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素、ヘキサン等の脂肪族炭化水素、シクロヘキサン等の脂環式炭化水素など)、これらの混合溶媒などが挙げられる。
溶媒としては、高分子化合物(B)、化合物(C)及び化合物(D)に対して反応性を有しない溶媒であるの好ましい。具体的には、好ましい溶媒として、例えば、THF(テトラヒドロフラン)、シクロヘキサノン、PGMEA(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート)、炭化水素等が挙げられる。
前処理の具体的な操作としては、例えば、高分子化合物(B)を前記溶媒に溶解した溶液、或いは高分子化合物(B)の重合反応溶液(必要に応じて、濾過、液性調整、溶媒交換等の適宜な処理を施した溶液であってもよい)に、化合物(D)を添加する。化合物(D)の添加方法としては、一括で添加してもよいし、分割添加、更には連続滴下により添加してもよい。前処理温度は、化合物(D)の種類等によっても異なるが、例えば0〜150℃、好ましくは10〜100℃程度の範囲で適宜選択できる。前処理時間は、例えば2分〜2時間、好ましくは5分〜1時間程度である。
化合物(D)(単官能のOH基反応性化合物)による前処理において、反応速度を速くするために触媒あるいは酵素等を用いてもよい。触媒としては、化合物(D)の有する官能基の種類に応じて適宜選択できる。触媒の代表的な例として、酸触媒、塩基触媒などが挙げられる。例えば、化合物(D)として単官能のビニルエーテル化合物を用いる場合には、酸触媒が好ましく用いられる。酸触媒としては、硫酸、塩酸、p−トルエンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸ピリジニウム、三フッ化ホウ素等を挙げることができる。これらのなかでは、特に、塩酸、p−トルエンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸ピリジニウム等が好ましく用いられる。このような酸触媒は、使用される化合物(D)に対して、通常0.01〜10モル%であり、好ましくは0.05〜5モル%の範囲で用いられる。
こうして得られる前処理後の液は、そのまま化合物(C)による架橋反応に供してもよいが、必要に応じて、濾過、液性調整、溶媒交換等の適宜な処理を施した後、架橋反応に供してもよい。また、化合物(D)による前処理後の液から、沈殿、再沈殿等の方法で高分子化合物(B)を一旦精製・回収し、これを適宜な溶媒に溶解して化合物(C)による架橋反応に供してもよい。生産性等の観点からは、化合物(D)により処理された溶液を特に精製することなく、化合物(C)による架橋反応に供することが好ましい。
[化合物(C)による架橋]
高分子化合物(B)への化合物(C)による架橋反応は溶液の状態で実施することが好ましい。使用される溶媒としては公知の溶媒を使用でき、例えば、前記前処理で用いられる溶媒として例示したものと同様の溶媒を使用できる。化合物(C)及び触媒等との副反応を抑制するという観点からは、これらの化合物に対して反応性を有しない溶媒を用いることがこのましい。好ましい溶媒として、具体的には、THF(テトラヒドロフラン)、シクロヘキサノン、PGMEA(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート)、炭化水素化合物等が挙げられる。
架橋の具体的な操作としては、例えば、前処理の終了した高分子化合物(B)を含む溶液に、架橋温度において触媒及び化合物(C)を添加する。添加方法としては一括で添加してもよいし、分割添加、更には連続滴下による添加してもよい。架橋温度は、例えば0〜150℃、好ましくは10〜100℃程度の範囲で適宜選択できる。反応時間は、例えば20分〜10時間、好ましくは30分〜4時間程度である。
高分子化合物(B)は単独で、又は2種以上組み合わせて使用することができる。化合物(C)の使用量は架橋反応に使用される高分子化合物(B)に対して、例えば0.01重量%〜100重量%であり、好ましくは0.03重量%〜50重量%である。0.01重量%より低いと架橋反応が進行せずに微細で鮮明なレジストパターンが得られにくい。また、100重量%を超えると架橋度が高くなり、レジスト用溶媒への溶解性が低下する。また、高分子化合物(B)を合成した重合溶液を使用して続けて前処理及び架橋反応を実施する場合においては、仕込み比率は使用される高分子化合物(B)に代えて、高分子化合物(B)を合成するために使用された単量体全体の重量を基準とし、この重量に対しての化合物(C)の量を前記した範囲で使用する。
架橋反応において、反応速度を速くするために触媒が用いられる。触媒としては、通常酸触媒を使用される。酸触媒としては、硫酸、塩酸、p−トルエンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸ピリジウム、三フッ化ホウ素等を挙げることができる。これらのなかでは、特に、塩酸、p−トルエンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸ピリジウム等が好ましく用いられる。このような酸触媒は、使用される化合物(C)に対して、通常、0.01〜10モル%であり、好ましくは、0.05〜5モル%の範囲で用いられる。前処理工程で酸触媒を使用し、前処理後の液をそのまま架橋反応に付す場合などには、あらためて酸触媒を添加する必要はない。
[架橋後の精製方法]
架橋反応終了後、生成した樹脂(リソグラフィー用重合体)を分離精製する。例えば、架橋反応後の反応溶液を、生成した樹脂に対して溶解性が低い貧溶媒中へ添加して沈殿させる。また、得られた沈殿物を回収再溶解し、更には再沈殿させて残存する単量体および低分子量化合物を除くことも好ましい。沈殿又は再沈殿溶媒は有機溶媒及び水の何れであってもよく、また混合溶媒であってもよい。沈殿又は再沈殿溶媒として用いる有機溶媒として、例えば、炭化水素(ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタンなどの脂肪族炭化水素;シクロヘキサン、メチルシクロヘキサンなどの脂環式炭化水素;ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素)、ハロゲン化炭化水素(塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素などのハロゲン化脂肪族炭化水素;クロロベンゼン、ジクロロベンゼンなどのハロゲン化芳香族炭化水素など)、ニトロ化合物(ニトロメタン、ニトロエタンなど)、ニトリル(アセトニトリル、ベンゾニトリルなど)、エーテル(ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジメトキシエタンなどの鎖状エーテル;テトラヒドロフラン、ジオキサンなどの環状エーテル)、ケトン(アセトン、メチルエチルケトン、ジイソブチルケトンなど)、エステル(酢酸エチル、酢酸ブチルなど)、カーボネート(ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートなど)、アルコール(メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロピルアルコール、ブタノールなど)、カルボン酸(酢酸など)、これらの溶媒を含む混合溶媒等が挙げられる。
中でも、前記沈殿又は再沈殿溶媒として用いる有機溶媒として、少なくとも炭化水素(特に、ヘキサン、ヘプタンなどの脂肪族炭化水素)を含む溶媒が好ましい。このような少なくとも炭化水素を含む溶媒において、炭化水素(例えば、ヘキサン、ヘプタンなどの脂肪族炭化水素)と他の溶媒との比率は、例えば前者/後者(体積比;25℃)=10/90〜100/0、好ましくは前者/後者(体積比;25℃)=30/70〜100/0、さらに好ましくは前者/後者(体積比;25℃)=50/50〜100/0程度である。
[分子量]
生成した架橋分子化合物の重量平均分子量(Mw)は、例えば5000〜1000000程度、好ましくは5000〜500000程度、さらに好ましくは5000〜300000であり、分子量分布(Mw/Mn)は、例えば1.2〜10.0程度、好ましくは1.2〜4.0程度である。なお、前記Mnは数平均分子量を示し、Mn、Mwともにポリスチレン換算の値である。
高分子化合物(B)の一分子中に複数の一般式(II)で表される繰り返し構造単位が含まれる場合は、一般式(II)で表される繰り返し構造単位の全部を化合物(C)と反応させてもよいが、高分子化合物(B)中の構造(II)が一部未反応で残っているのも好ましい。未反応で残った一般式(II)で表される繰り返し構造単位が存在することにより、加工対象となる基板あるいは下層反射防止膜との密着性が付与されるためパターン倒れが抑制される。高分子化合物(B)中の一般式(II)で表される繰り返し構造単位のうち、化合物(C)と反応するものの割合は、一般式(II)で表される繰り返し構造単位全量に対して、10〜100モル%の範囲にあることが好ましい。さらに好ましくは、20〜90モル%の範囲である。
リソグラフィー用重合体(架橋反応後の樹脂)において、上記一般式(II)で表される繰り返し構造単位の樹脂中の含有量としては、該重合体を構成する全繰り返し単位に対して、例えば1〜60モル%であり、好ましくは1〜50モル%、特に好ましくは5〜30モル%である。なお、リソグラフィー用重合体(架橋反応後の樹脂)において、一般式(II)で表される繰り返し構造単位が架橋して生成した構造単位[例えば、リソグラフィー用重合体(A)における一般式(I)で表される繰り返し構造単位]の樹脂中の含有量としては、該重合体を構成する全繰り返し単位に対して、例えば0.1〜30モル%であり、好ましくは0.2〜25モル%、特に好ましくは0.3〜20モル%である。
[レジスト組成物]
本発明のレジスト組成物(リソグラフィー用組成物)は、上記本発明の方法により製造されたリソグラフィー用重合体と光酸発生剤とレジスト用溶剤とを含む。レジスト組成物は、例えば、上記架橋反応後の反応液(若しくは、これに、濾過、液性調整、溶媒交換等の適宜な処理を施したもの)、又は上記のように分離精製したリソグラフィー用重合体をレジスト用溶剤に溶解させた溶液(フォトレジスト用ポリマー溶液)に光酸発生剤を添加することにより調製できる。
[光酸発生剤]
光酸発生剤としては、露光により効率よく酸を生成する慣用乃至公知の化合物、例えば、ジアゾニウム塩、ヨードニウム塩(例えば、ジフェニルヨードヘキサフルオロホスフェートなど)、スルホニウム塩(例えば、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メタンスルホネートなど)、スルホン酸エステル[例えば、1−フェニル−1−(4−メチルフェニル)スルホニルオキシ−1−ベンゾイルメタン、1,2,3−トリスルホニルオキシメチルベンゼン、1,3−ジニトロ−2−(4−フェニルスルホニルオキシメチル)ベンゼン、1−フェニル−1−(4−メチルフェニルスルホニルオキシメチル)−1−ヒドロキシ−1−ベンゾイルメタンなど]、オキサチアゾール誘導体、s−トリアジン誘導体、ジスルホン誘導体(ジフェニルジスルホンなど)、イミド化合物、オキシムスルホネート、ジアゾナフトキノン、ベンゾイントシレートなどを使用できる。これらの光酸発生剤は単独で又は2種以上組み合わせて使用できる。
光酸発生剤の使用量は、光照射により生成する酸の強度やポリマー[リソグラフィー用重合体(フォトレジスト用樹脂)]における各繰り返し単位の比率などに応じて適宜選択でき、例えば、ポリマー100重量部に対して0.1〜30重量部、好ましくは0.5〜25重量部、さらに好ましくは1〜20重量部程度の範囲から選択できる。
[レジスト溶媒]
レジスト用溶剤としては、前記重合溶媒として例示したグリコール系溶媒、エステル系溶媒、ケトン系溶媒、これらの混合溶媒などが挙げられる。これらのなかでも、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、乳酸エチル、メチルイソブチルケトン、メチルアミルケトン、シクロヘキサノン、これらの混合液が好ましく、特に、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート単独溶媒、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートとプロピレングリコールモノメチルエーテルとの混合溶媒、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートと乳酸エチルとの混合溶媒、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートとシクロヘキサノンとの混合溶媒などの、少なくとも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含む溶媒が好適に用いられる。
[レジスト組成物中のポリマー濃度]
レジスト組成物(リソグラフィー用組成物)中のリソグラフィー用重合体の濃度は、例えば、1〜40重量%程度である。
レジスト組成物(リソグラフィー用組成物)は、アルカリ可溶性樹脂(例えば、ノボラック樹脂、フェノール樹脂、イミド樹脂、カルボキシル基含有樹脂など)などのアルカリ可溶成分、着色剤(例えば、染料など)などを含んでいてもよい。
こうして得られるレジスト組成物(リソグラフィー用組成物)を基材又は基板上に塗布し、乾燥した後、所定のマスクを介して、塗膜(レジスト膜)に光線を露光して(又は、さらに露光後ベークを行い)潜像パターンを形成し、次いで現像することにより、微細なパターンを高い精度で形成できる。
基材又は基板としては、シリコンウエハ、金属、プラスチック、ガラス、セラミックなどが挙げられる。レジスト組成物の塗布は、スピンコータ、ディップコータ、ローラコータなどの慣用の塗布手段を用いて行うことができる。塗膜の厚みは、例えば0.01〜20μm、好ましくは0.02〜2μm程度である。
[露光方法]
露光には、種々の波長の光線、例えば、紫外線、X線などが利用でき、半導体レジスト用では、通常、g線、i線、エキシマレーザー(例えば、XeCl、KrF、KrCl、ArF、ArClなど)、極端紫外光(EUV)などを使用することができる。本発明のレジスト組成物(リソグラフィー用組成物)は、特に、波長220nm以下の遠紫光での露光に適している。露光エネルギーは、例えば1〜1000mJ/cm2、好ましくは2〜100mJ/cm2程度である。
光照射により光酸発生剤から酸が生成し、この酸により、例えばリソグラフィー用重合体(フォトレジスト用樹脂)の酸の作用によりアルカリ可溶となる繰り返し単位(酸脱離性基を有する繰り返し単位)のカルボキシル基等の保護基(脱離性基)が速やかに脱離して、可溶化に寄与するカルボキシル基等が生成する。また、架橋部分のアセタール結合も酸により切断されて、露光部のポリマー鎖は低分子量化する。そのため、水又はアルカリ現像液による現像により、所定のパターンを精度よく形成できる。
上述の工程によりパターンを形成することにより、高精度かつ効率よく半導体の製造を行うことができる。
以下に実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら制限されるものではない。
なお、ポリマーの重量平均分子量(Mw)、分子量分布(Mw/Mn)は検出器として屈折率計(RI)を用い、溶離液としてテトラヒドロフラン(THF)を用いたGPC測定により、標準ポリスチレン換算で求めた。GPC測定は昭和電工(株)製カラム「Shodex KF−806L」(商品名)を3本直列につないだものを使用し、試料濃度0.5%、サンプル注入量35μl、カラム温度40℃、RI温度40℃、溶離液の流速0.8ml/分、分析時間60分の条件で行った。GPC測定装置として、(株)島津製作所製の「GPCLC−10A」を用いた。
(参考例1)
[2,6−ナフタレンジメタノールジビニルエーテルの合成]
ジ−μ−クロロビス(1,5−シクロオクタジエン)二イリジウム(I)[Ir(cod)Cl]2(0.86g、1.3mmol)と炭酸ナトリウム(10.7g、127.5mmol)のトルエン(100g)混合溶液に2,6−ナフタレンジメタノール(12.0g、63.8mmol)及びプロピオン酸ビニル(25.5g、255.0mmol)を加え、アルゴン雰囲気下、110℃で6時間攪拌した。反応液をガスクロマトグラフィーにより分析したところ、2,6−ビス(ビニルオキシメチル)ナフタレン[=2,6−ナフタレンジメタノールジビニルエーテル]が収率40%で生成していた。
[2,6−ビス(ビニルオキシメチル)ナフタレンのスペクトルデータ]
1H NMR (CDCl3)δ:4.11(2H,d)、4.36(2H,d)、4.92(4H,s)、6.61(2H,dd)、7.47(2H,d)、7.81(2H,s)、7.84(2H,d)
(合成例1)
[下記構造の高分子化合物の合成]
Figure 0005207878
還流管、撹拌子、3方コック、温度計を備えた丸底フラスコに、窒素雰囲気下、CHO(シクロヘキサノン)59.5gをいれて温度を90℃に保ち、撹拌しながら5−アクリロイルオキシ−3−オキサトリシクロ[4.2.1.04,8]ノナン−2−オン15.8g(75.9mmol)、1−ヒドロキシ−5−メタクリロイルオキシアダマンタン3.6g(15.2mmol)、1−(1−メタクリロイルオキシ−1−メチルエチル)アダマンタン8.0g(30.5mmol)、メタクリル酸2.6g(30.2mmol)、ジメチル2,2'−アゾビス(イソ酪酸)ジメチル(和光純薬工業(株)製;商品名「V−601」)2.70g、CHO110.2gの混合溶液を5時間かけて滴下した。さらに同温度で2時間撹拌を続けた。重合溶液は冷却後、酢酸エチル:ヘプタン=1:9(重量比)の混合溶液1680g中に撹拌子ながら添加し、沈殿させた。生成した沈殿はろ過後乾燥した。得られた樹脂の重量平均分子量(Mw)は3800であり、分子量分布(Mw/Mn)は2.2であった。
(合成例2)
[下記構造の高分子化合物溶液の合成]
Figure 0005207878
還流管、撹拌子、3方コック、温度計を備えた丸底フラスコに、窒素雰囲気下、CHO(シクロヘキサノン)59.5gをいれて温度を90℃に保ち、撹拌しながら5−アクリロイルオキシ−3−オキサトリシクロ[4.2.1.04,8]ノナン−2−オン15.8g(75.9mmol)、1−ヒドロキシ−5−メタクリロイルオキシアダマンタン3.6g(15.2mmol)、1−(1−メタクリロイルオキシ−1−メチルエチル)アダマンタン8.0g(30.5mmol)、メタクリル酸2.6g(30.2mmol)、ジメチル2,2'−アゾビス(イソ酪酸)ジメチル(和光純薬工業(株)製;商品名「V−601」)2.71g、CHO110.1gの混合溶液を5時間かけて滴下した。さらに同温度で2時間撹拌を続けた。重合溶液は冷却後、特に処理することなく溶液状態のままで以降の工程に使用した。得られた溶液中の樹脂の重量平均分子量(Mw)は3900であり、分子量分布(Mw/Mn)は1.9であった。
(実施例1)
[リソグラフィー用重合体の調製]
合成例1で得られた高分子化合物1.4gを10gのCHO(シクロヘキサノン)に均一に溶解した。0.005gのp−トルエンスルホン酸を均一に分散させた後に、2.0gのCHOに均一に溶解したブチルビニルエーテル0.10gを加えて室温で15分間撹拌を行なった。さらに2.0gのCHOに均一に溶解した1,4−シクロヘキサンジメタノールジビニルエーテル0.2gを加えて室温で2時間撹拌を行なった。反応終了後トリエチルアミンの1重量%THF(テトラヒドロフラン)溶液1.2gを添加して中和した。得られた反応液は110gのヘプタン/酢酸エチル=8/2(重量比)混合溶液に再沈殿させた。減圧ろ過により湿ポリマーを回収し、45℃で10時間減圧乾燥し、リソグラフィー用重合体aを得た。得られたリソグラフィー用重合体aの分子量はMw=11400、Mw/Mn=2.8であった。
[吸光係数測定用サンプルの調製]
リソグラフィー用重合体a(0.2g)を、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートとプロピレングリコールモノメチルエーテルとの6:4混合溶媒(重量比)3.0gに、リソグラフィー用重合体の濃度が6.7重量%となるように溶解し、0.1μmのミクロフィルターで濾過して、吸光係数測定用サンプルaを得た。
(実施例2)
[リソグラフィー用重合体の調製]
合成例1で得られた高分子化合物1.4gを10gのCHO(シクロヘキサノン)に均一に溶解した。0.005gのp−トルエンスルホン酸を均一に分散させた後に、2.0gのCHOに均一に溶解したブチルビニルエーテル0.10gを加えて室温で15分間撹拌を行なった。さらに2.0gのCHOに均一に溶解した1,4−シクロヘキサンジメタノールジビニルエーテル0.3gを加えて室温で2時間撹拌を行なった。反応終了後トリエチルアミンの1重量%THF(テトラヒドロフラン)溶液1.2gを添加して中和した。得られた反応液は110gのヘプタン/酢酸エチル=8/2(重量比)混合溶液に再沈殿させた。減圧ろ過により湿ポリマーを回収し、45℃で10時間減圧乾燥し、リソグラフィー用重合体bを得た。得られたリソグラフィー用重合体bの分子量はMw=13600、Mw/Mn=3.0であった。
[吸光係数測定用サンプルの調製]
リソグラフィー用重合体aに代えてリソグラフィー用重合体bを使用した以外は実施例1の[吸光係数測定用サンプルの調製]と同様の操作を行い吸光係数測定用サンプルbを得た。
(実施例3)
[リソグラフィー用重合体の調製]
合成例2で得られた樹脂溶液11.4gに0.005gのp−トルエンスルホン酸を均一に分散させた後に、2.0gのCHO(シクロヘキサノン)に均一に溶解したブチルビニルエーテル0.35gを加えて室温で15分間撹拌を行なった。さらに2.0gのCHOに均一に溶解した1,4−シクロヘキサンジメタノールジビニルエーテル0.2gを加えて室温で2時間撹拌を行なった。反応終了後トリエチルアミンの1重量%THF(テトラヒドロフラン)溶液1.5gを添加して中和した。得られた反応液は110gのヘプタン/酢酸エチル=8/2(重量比)混合溶液により再沈殿させた。減圧ろ過により湿ポリマーを回収し、45℃で10時間減圧乾燥してリソグラフィー用重合体cを得た。リソグラフィー用重合体cの分子量はMw=9500、Mw/Mn=3.3であった。
[吸光係数測定用サンプルの調製]
リソグラフィー用重合体aに代えてリソグラフィー用重合体cを使用した以外は実施例1の[吸光係数測定用サンプルの調製]と同様の操作を行い吸光係数測定用サンプルcを得た。
(実施例4)
[リソグラフィー用重合体の調製]
合成例2で得られた樹脂溶液11.4gに0.005gのp−トルエンスルホン酸を均一に分散させた後に、2.0gのCHO(シクロヘキサノン)に均一に溶解したブチルビニルエーテル0.35gを加えて室温で15分間撹拌を行なった。さらに2.0gのCHOに均一に溶解した1,4−シクロヘキサンジメタノールジビニルエーテル0.4gを加えて室温で2時間撹拌を行なった。反応終了後トリエチルアミンの1重量%THF(テトラヒドロフラン)溶液1.5gを添加して中和した。得られた反応液は110gのヘプタン/酢酸エチル=8/2(重量比)混合溶液により再沈殿させた。減圧ろ過により湿ポリマーを回収し、45℃で10時間減圧乾燥してリソグラフィー用重合体dを得た。リソグラフィー用重合体dの分子量はMw=12500、Mw/Mn=3.6であった。
[吸光係数測定用サンプルの調製]
リソグラフィー用重合体aに代えてリソグラフィー用重合体dを使用した以外は実施例1の[吸光係数測定用サンプルの調製]と同様の操作を行い吸光係数測定用サンプルdを得た。
(実施例5)
[リソグラフィー用重合体の調製]
合成例1で得られた高分子化合物1.4gを10gのCHO(シクロヘキサノン)に均一に溶解した。0.005gのp−トルエンスルホン酸を均一に分散させた後に、2.0gのCHOに均一に溶解したブチルビニルエーテル0.10gを加えて室温で15分間撹拌を行なった。さらに2.0gのCHOに均一に溶解した2,6−ナフタレンジメタノールジビニルエーテル0.2gを加えて室温で2時間撹拌を行なった。反応終了後トリエチルアミンの1重量%THF(テトラヒドロフラン)溶液1.2gを添加して中和した。得られた反応液は110gのヘプタン/酢酸エチル=8/2(重量比)混合溶液に再沈殿させた。減圧ろ過により湿ポリマーを回収し、45℃で10時間減圧乾燥し、リソグラフィー用重合体eを得た。得られたリソグラフィー用重合体eの分子量はMw=13600、Mw/Mn=3.0であった。
[吸光係数測定用サンプルの調製]
リソグラフィー用重合体aに代えてリソグラフィー用重合体eを使用した以外は実施例1の[吸光係数測定用サンプルの調製]と同様の操作を行い吸光係数測定用サンプルeを得た。
(比較例1)
[リソグラフィー用重合体の調製]
合成例1で得られた高分子化合物1.4gを10gのCHO(シクロヘキサノン)に均一に溶解した。0.005gのp−トルエンスルホン酸を均一に分散させた後に、4.0gのCHOに均一に溶解した1,4−シクロヘキサンジメタノールジビニルエーテル0.2gを加えて室温で2時間撹拌を行なった。反応終了後トリエチルアミンの1重量%THF(テトラヒドロフラン)溶液1.2gを添加して中和した。得られた反応液は110gのヘプタン/酢酸エチル=8/2(重量比)混合溶液により再沈殿させた。減圧ろ過により湿ポリマーを回収し、45℃で10時間減圧乾燥し、リソグラフィー用重合体a′を得た。得られたリソグラフィー用重合体a′の分子量はMw=4500、Mw/Mn=2.1であった。
[吸光係数測定用サンプルの調製]
リソグラフィー用重合体aに代えてリソグラフィー用重合体a′を使用した以外は実施例1の[吸光係数測定用サンプルの調製]と同様の操作を行い吸光係数測定用サンプルa′を得た。
(比較例2)
[リソグラフィー用重合体の調製]
合成例1で得られた高分子化合物1.4gを10gのCHO(シクロヘキサノン)に均一に溶解した。0.005gのp−トルエンスルホン酸を均一に分散させた後に、4.0gのCHOに均一に溶解した1,4−シクロヘキサンジメタノールジビニルエーテル0.3gを加えて室温で2時間撹拌を行なった。反応終了後トリエチルアミンの1重量%THF(テトラヒドロフラン)溶液1.5gを添加して中和した。得られた反応液は110gのヘプタン/酢酸エチル=8/2(重量比)混合溶液により再沈殿させた。減圧ろ過により湿ポリマーを回収し、45℃で10時間減圧乾燥してリソグラフィー用重合体b′を得た。リソグラフィー用重合体b′の分子量はMw=11800、Mw/Mn=4.8であった。
[吸光係数測定用サンプルの調製]
リソグラフィー用重合体aに代えてリソグラフィー用重合体b′を使用した以外は実施例1の[吸光係数測定用サンプルの調製]と同様の操作を行い吸光係数測定用サンプルb’を得た。
(比較例3)
[リソグラフィー用重合体の調製]
合成例2で得られた樹脂溶液11.4gに0.005gのp−トルエンスルホン酸を均一に分散させた後に、4.0gのCHO(シクロヘキサノン)に均一に溶解した1,4−シクロヘキサンジメタノールジビニルエーテル0.2gを加えて室温で2時間撹拌を行なった。反応終了後トリエチルアミンの1重量%THF(テトラヒドロフラン)溶液1.5gを添加して中和した。得られた反応液は110gのヘプタン/酢酸エチル=8/2(重量比)混合溶液により再沈殿させた。減圧ろ過により湿ポリマーを回収し、45℃で10時間減圧乾燥してリソグラフィー用重合体c′を得た。リソグラフィー用重合体c′の分子量はMw=3800、Mw/Mn=2.1であった。
[吸光係数測定用サンプルの調製]
リソグラフィー用重合体aに代えてリソグラフィー用重合体c′を使用した以外は実施例1の[吸光係数測定用サンプルの調製]と同様の操作を行い吸光係数測定用サンプルc′を得た。
(比較例4)
[リソグラフィー用重合体の調製]
合成例2で得られた樹脂溶液11.4gに0.005gのp−トルエンスルホン酸を均一に分散させた後に、4.0gのCHO(シクロヘキサノン)に均一に溶解した1,4−シクロヘキサンジメタノールジビニルエーテル0.4gを加えて室温で2時間撹拌を行なった。反応終了後トリエチルアミンの1重量%THF(テトラヒドロフラン)溶液1.5gを添加して中和した。得られた反応液は110gのヘプタン/酢酸エチル=8/2(重量比)混合溶液により再沈殿させた。減圧ろ過により湿ポリマーを回収し、45℃で10時間減圧乾燥してリソグラフィー用重合体d′を得た。リソグラフィー用重合体d′の分子量はMw=11800、Mw/Mn=4.7であった。
[吸光係数測定用サンプルの調製]
リソグラフィー用重合体aに代えてリソグラフィー用重合体d′を使用した以外は実施例1の[吸光係数測定用サンプルの調製]と同様の操作を行い吸光係数測定用サンプルd′を得た。
(比較例5)
[リソグラフィー用重合体の調製]
合成例1で得られた高分子化合物1.4gを10gのCHO(シクロヘキサノン)に均一に溶解した。0.005gのp−トルエンスルホン酸を均一に分散させた後に、4.0gのCHOに均一に溶解した2,6−ナフタレンジメタノールジビニルエーテル0.3gを加えて室温で2時間撹拌を行なった。反応終了後トリエチルアミンの1重量%THF(テトラヒドロフラン)溶液1.5gを添加して中和した。得られた反応液は110gのヘプタン/酢酸エチル=8/2(重量比)混合溶液により再沈殿させた。減圧ろ過により湿ポリマーを回収し、45℃で10時間減圧乾燥してリソグラフィー用重合体e′を得た。リソグラフィー用重合体e′の分子量はMw=11800、Mw/Mn=4.8であった。
[吸光係数測定用サンプルの調製]
リソグラフィー用重合体aに代えてリソグラフィー用重合体e′を使用した以外は実施例1の[吸光係数測定用サンプルの調製]と同様の操作を行い吸光係数測定用サンプルe′を得た。
(評価)
[ArF光に対する透明性の測定(吸光係数の測定)]
予めArF光を照射した際に透過するエネルギーE1を測定した厚さ1mmの石英板上に、実施例及び比較例で調製した各吸光係数測定用サンプル溶液約0.2mlを滴下し、4000rpmで10秒間スピンコートした。さらにホットプレート上で120℃で60秒間ベークを行なった。得られたポリマー膜が形成された石英板にArF光を照射し、透過するエネルギーE2を測定した。
測定には、MPB Technologies inc.社のEXCIMER LASER PSX−100を使用したArF光源を用いた。石英板並びにポリマーを塗布した石英板を透過したArF光は、(株)オフィールジャパン社製のパイロエレクトリックヘッドPE25−SHとエネルギーメーターNOVA DISPLAYを組み合わせて検出した。なお、20 pulse 分の透過光の強度測定を行い平均値を算出した。
また、エリプソメーター(HORIBA JOBIN YVON製、「分光エリプソメーターUVISEL」)を用いて、石英板上に形成されたポリマー膜の膜厚d(μm)を測定した(石英板上の3点の膜厚を測定し、平均値を算出した)。上で得られた数値を下式にあてはめて、得られたポリマーのArF光に対する吸光係数(1/μm)を得た。
吸光係数(1/μm)=(−log10(E2/E1))/d
以上の結果を表1にまとめた。なお、表中、BVEはブチルビニルエーテルを示し、CHDNDVEは1,4−シクロヘキサンジメタノールジビニルエーテルを示し、NFDMDVEは2,6−ナフタレンジメタノールジビニルエーテルを示す。
Figure 0005207878
表1に示されるように、実施例で得られた重合体を用いた場合には、露光光に対する透明性に優れると共に、ポリマーの分子量分布が狭いので、極微細で鮮明なパターン形成が可能となる。これに対し、比較例1では、実施例1と同量のジビニルエーテルを添加しているにもかかわらず、分子量がほとんど増大しておらず、多官能ビニルエーテルによる高分子量化の効果が現れておらず、レジストとして使用した際にパターン倒れ等の不具合が生じる可能性がある。比較例2では、実施例1の倍量のジビニルエーテルを添加してようやく分子量が実施例1並のものとなっており、大量のジビニルエーテルが必要となっている。また、得られたポリマーの分子量分布は実施例1と比較すると大変広いものとなっている。比較例3では、実施例3と同量のジビニルエーテルを添加しているにもかかわらず、分子量がほとんど増大しておらず、多官能ビニルエーテルによる高分子量化の効果が現れておらず、レジストとして使用した際にパターン倒れ等の不具合が生じる可能性がある。比較例4では、実施例3の倍量のジビニルエーテルを添加して分子量が実施例3よりも少しだけ大きなものとなっており、大量のジビニルエーテルが必要となっている。また、得られたポリマーの分子量分布は実施例3と比較すると大変広いものとなっている。また、比較例5では、実施例5の倍量のジビニルエーテルを添加しているにもかかわらず、分子量は実施例5ほど増大していない。また、分子量分布も実施例5よりもかなり広くなっている。さらに架橋に使用するナフタレン化合物(ジビニルエーテル)の添加量が多いため、ArF光の吸光係数が大変増大しており、ArF用レジストとして使用に耐えないものとなっている。

Claims (10)

  1. 下記一般式(IIa)〜(IIs)
    Figure 0005207878
    Figure 0005207878
    Figure 0005207878
    (式中、Raは水素原子、ハロゲン原子、又はハロゲン原子を有していてもよい炭素数1〜6のアルキル基を示す。)
    で表される繰り返し構造単位から選択された少なくとも一種の繰り返し構造単位を少なくとも一つ有し且つ重量平均分子量が500〜10000である高分子化合物(B′)と、下記式(IIIa)〜(IIIw)
    Figure 0005207878
    Figure 0005207878
    Figure 0005207878
    Figure 0005207878
    で表される化合物から選択された少なくとも一種の化合物(C′)とを触媒の存在下で反応させてリソグラフィー用重合体を製造する方法であって、前記高分子化合物(B′)に対して、ビニルエーテル基、ビニルスルフィド基、酸無水物基、ハロホルミル基、ハロスルホニル基、リン酸基、イソシアネート基、エポキシ基、アルデヒド基、ハロゲン化シリル基、カルボジイミド基から選択されるOH基反応性官能基を1つ有する化合物(D′)による前処理を施した後、高分子化合物(B′)と化合物(C′)とを反応させることを特徴とするリソグラフィー用重合体の製造方法。
  2. 前処理に供する高分子化合物(B′)として、重合反応後に未反応モノマーを除去するための精製処理が施されている精製ポリマーを用いる請求項1記載のリソグラフィー用重合体の製造方法。
  3. 前処理に供する高分子化合物(B′)として、未反応モノマーを除去するための精製処理が施されていない重合反応溶液を用いる請求項1記載のリソグラフィー用重合体の製造方法。
  4. 化合物(D′)の添加量が、反応系中に存在する高分子化合物(B′)以外のOH基を有する化合物に対して当量以下の量である請求項1〜3の何れかの項に記載のリソグラフィー用重合体の製造方法。
  5. 高分子化合物(B′)が、さらに、下記一般式(IVa)〜(IVe)で表される酸により脱離してアルカリ可溶となる基を含む繰り返し構造単位を少なくとも1種含有する高分子化合物である請求項1〜4の何れかの項に記載のリソグラフィー用重合体の製造方法。
    Figure 0005207878
    (式中、環Z1は置換基を有していてもよい炭素数5〜20の単環又は多環の脂環式炭化水素環を示す。Raは水素原子、ハロゲン原子、又はハロゲン原子を有していてもよい炭素数1〜14のアルキル基を示し、E1は炭素数1〜12の2価の炭化水素基を示す。s1は0〜3の整数を示す。R14〜R16は、同一又は異なって、置換基を有していてもよい炭素数1〜6のアルキル基を示す。R17は、環Z1に結合している置換基であり、同一又は異なって、オキソ基、アルキル基、保護基で保護されていてもよいヒドロキシル基、保護基で保護されていてもよいヒドロキシアルキル基、又は保護基で保護されていてもよいカルボキシル基を示す。rはR17の個数であって、1〜3の整数を示す。但し、r個のR17のうち少なくとも一つは−COORi基を示す。Riは置換基を有していてもよい第3級炭化水素基、テトラヒドロフラニル基、テトラヒドロピラニル基、又はオキセパニル基を示す。R18、R19は、同一又は異なって、水素原子又は置換基を有していてもよい炭素数1〜6のアルキル基を示す。R20は水素原子又は有機基を示す。R18、R19、R20のうち少なくとも2つが互いに結合して隣接する原子とともに環を形成していてもよい。R21は、t−ブチル基、2−テトラヒドロフラニル基、2−テトラヒドロピラニル基、又は2−オキセパニル基を示す。sは0又は1を示す。)
  6. 高分子化合物(B′)が、さらに、下記一般式(Va)〜(Vb)、(Vd)〜(Vh)で表されるラクトン骨格を有する繰り返し構造単位、8−(メタ)アクリロイルオキシ−4−オキサトリシクロ[5.2.1.0 2,6 ]デカン−5−オンに由来する繰り返し構造単位、及び9−(メタ)アクリロイルオキシ−4−オキサトリシクロ[5.2.1.0 2,6 ]デカン−5−オンに由来する繰り返し構造単位から選択された少なくとも1種の繰り返し構造単位を含有する高分子化合物である請求項1〜5の何れかの項に記載のリソグラフィー用重合体の製造方法。
    Figure 0005207878
    (式中、Raは水素原子、ハロゲン原子、又はハロゲン原子を有していても良い炭素数1〜6のアルキル基を示す。R22〜R24は、同一又は異なって、水素原子、アルキル基、保護基で保護されていてもよいヒドロキシル基、保護基で保護されていてもよいヒドロキシアルキル基、又は保護基で保護されていてもよいカルボキシル基を示す。V1〜V3は、同一又は異なって、−CH2−、−CO−又は−COO−を示す。但し、V1〜V3のうち少なくとも一つは−COO−である。Y1は炭素原子、酸素原子又は硫黄原子を示し、炭素原子のときにのみR28及びR29が存在する。R25〜R29及びR30は同一又は異なって、水素原子、アルキル基、保護基で保護されていてもよいヒドロキシル基、保護基で保護されていてもよいヒドロキシアルキル基、保護基で保護されていてもよいカルボキシル基、シアノ基、ハロゲン原子、炭素数1〜6のフルオロアルキル基を示す。uは0又は1の整数を示す。Y2は酸素原子、硫黄原子又はメチレン基を示す。R31は水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基を示す。R32、R33、R34及びR35は、同一又は異なって、水素原子又はメチル基を示す。o、p、q及びvは、それぞれ0又は1を示す。R36は水素原子、ハロゲン原子、又は置換基を有していてもよい炭素数1〜6のアルキル基を示し、R37はラクトン骨格を有する基を示し、Mは炭素数1〜6の2価の有機基を示す。)
  7. 請求項1〜6の何れかの項に記載のリソグラフィー用重合体の製造方法により製造されたリソグラフィー用重合体。
  8. 請求項7記載のリソグラフィー用重合体を含有するレジスト組成物。
  9. 酸分解性樹脂及び酸発生剤を含有するポジ型レジスト組成物であって、前記酸分解性樹脂が請求項7記載のリソグラフィー用重合体であるポジ型レジスト組成物。
  10. 請求項8又は9記載のレジスト組成物によりレジスト膜を形成する工程、及び該レジスト膜を露光、現像する工程を含むことを特徴とするパターン形成方法。
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