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JP6118586B2 - パターン形成方法、及び、電子デバイスの製造方法 - Google Patents

パターン形成方法、及び、電子デバイスの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、超LSIや高容量マイクロチップの製造などの超マイクロリソグラフィプロセスやその他のフォトファブリケーションプロセスに好適に用いられる、有機溶剤を含む現像液を用いたパターン形成方法、感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物、それを用いたレジスト膜、電子デバイスの製造方法、及び、電子デバイスに関するものである。更に詳しくは、電子線又はEUV光(波長:13nm付近)を用いる半導体素子の微細加工に好適に用いることができる、有機溶剤を含む現像液を用いたパターン形成方法、感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物、それを用いたレジスト膜、電子デバイスの製造方法、及び、電子デバイスに関するものである。
従来、ICやLSIなどの電子デバイスの製造プロセスにおいては、フォトレジスト組成物を用いたリソグラフィーによる微細加工が行われている。近年、集積回路の高集積化に伴い、サブミクロン領域やクオーターミクロン領域の超微細パターン形成が要求されるようになってきている。それに伴い、露光波長もg線からi線に、更にKrFエキシマレーザー光に、というように短波長化の傾向が見られる。更には、現在では、エキシマレーザー光以外にも、電子線やX線、あるいはEUV光を用いたリソグラフィーも開発が進んでいる。
これら電子線やX線、あるいはEUV光リソグラフィーは、次世代若しくは次々世代のパターン形成技術として位置付けられ、高感度、高解像性のレジスト組成物が望まれている。
特にウェハー処理時間の短縮化のため、高感度化は非常に重要な課題であるが、高感度化を追求しようとすると、パターン形状や、限界解像線幅で表される解像力が低下してしまい、これらの特性を同時に満足するレジスト組成物の開発が強く望まれている。
高感度と、高解像性、良好なパターン形状はトレードオフの関係にあり、これを如何にして同時に満足させるかが非常に重要である。
感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物には、一般に、アルカリ現像液に難溶性若しくは不溶性の樹脂を用い、放射線の露光によって露光部をアルカリ現像液に対し可溶化することでパターンを形成する「ポジ型」と、アルカリ現像液に可溶性の樹脂を用い、放射線の露光によって露光部をアルカリ現像液に対して難溶化若しくは不溶化することでパターンを形成する「ネガ型」とがある。
かかる電子線、X線、あるいはEUV光を用いたリソグラフィープロセスに適した感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物としては、高感度化の観点から主に酸触媒反応を利用した化学増幅型ポジ型レジスト組成物が検討され、主成分としてアルカリ現像液には不溶又は難溶性で、酸の作用によりアルカリ現像液に可溶となる性質を有するフェノール性樹脂(以下、フェノール性酸分解性樹脂と略す)、及び酸発生剤からなる化学増幅型ポジ型レジスト組成物が有効に使用されている。
一方、半導体素子等の製造にあたってはライン、トレンチ、ホール、など種々の形状を有するパターン形成の要請がある。種々の形状を有するパターン形成の要請に応えるためにはポジ型だけではなく、ネガ型の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物の開発も行われている(例えば、特許文献1又は2参照)。
特開2012−230328号公報 特開2012−032782号公報
しかしながら、超微細領域(例えば、ライン幅又はスペース幅が数十nmオーダーの領域)において、良好なパターン形状を実現する感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物については、上記の文献には記載されておらず、更なる改良の余地があった。
また、電子線、X線、あるいはEUV光を用いたリソグラフィープロセスは、高真空下で行われるため、露光中に発生した酸によって生成した低分子成分や、発生した酸によって分解した分解物が低分子成分として揮発し、露光機内の環境を汚染するアウトガスの問題を解決することが求められている。
本発明の目的は、電子線あるいは極紫外線(EUV光)を使用する半導体素子の微細加工における性能向上技術の課題を解決することであり、特に超微細(例えば、数十nmオーダー)のライン幅又はスペース幅を有するパターンの形成において、良好なパターン形状、及び、高いアウトガス性能を有するパターン形成方法、感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物、それを用いたレジスト膜、電子デバイスの製造方法、及び、電子デバイスを提供することにある。
すなわち本発明は以下の通りである。
<1>
フッ素原子、フッ素原子を有するアルキル基、フッ素原子を有するシクロアルキル基、フッ素原子を有するアリール基、珪素原子を有する基、炭素数が6以上のアルキル基、炭素数が10以上のアラルキル基、少なくとも1個の炭素数3以上のアルキル基で置換されたアリール基、及び、少なくとも1個の炭素数5以上のシクロアルキル基で置換されたアリール基からなる群より選択される1つ以上の基を有する樹脂(Aa)と、酸の作用により極性が変化する樹脂(Ab)とを含有する感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物を用いて、膜を形成する工程(1)、
前記膜を電子線又は極紫外線を用いて露光する工程(2)、及び、
露光後に有機溶剤を含む現像液を用いて現像を行い、ネガ型のパターンを形成する工程(3)をこの順序で含むパターン形成方法であって、
前記感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物中の全固形分に対する、樹脂(Aa)の含有率が31〜90質量%であり、
前記樹脂(Ab)が、下記一般式(A)で表される繰り返し単位を有し、電子線又は極紫外線の照射により分解して酸を発生する構造部位を備えた繰り返し単位(B)を含まない、パターン形成方法。
Figure 0006118586

一般式(A)中、
21、R22及びR23は、各々独立に、水素原子、アルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。但し、R22はArと結合して環を形成していてもよく、その場合のR22は単結合又はアルキレン基を表す。
は、単結合、−COO−、又は−CONR30−を表し、R30は、水素原子又はアルキル基を表す。
は、単結合又はアルキレン基を表す。
Arは、(n+1)価の芳香環基を表し、R22と結合して環を形成する場合には(n+2)価の芳香環基を表す。
nは、1〜4の整数を表す。
<2>
前記樹脂(Aa)が、酸に対して安定な繰り返し単位を有し、前記フッ素原子、フッ素原子を有するアルキル基、フッ素原子を有するシクロアルキル基、フッ素原子を有するアリール基、珪素原子を有する基、炭素数が6以上のアルキル基、炭素数が10以上のアラルキル基、少なくとも1個の炭素数3以上のアルキル基で置換されたアリール基、及び、少なくとも1個の炭素数5以上のシクロアルキル基で置換されたアリール基からなる群より選択される1つ以上の基が、前記酸に対して安定な繰り返し単位中にある<1>に記載のパターン形成方法。
<3>
フッ素原子、フッ素原子を有するアルキル基、フッ素原子を有するシクロアルキル基、フッ素原子を有するアリール基、珪素原子を有する基、炭素数が6以上のアルキル基、炭素数が10以上のアラルキル基、少なくとも1個の炭素数3以上のアルキル基で置換されたアリール基、及び、少なくとも1個の炭素数5以上のシクロアルキル基で置換されたアリール基からなる群より選択される1つ以上の基を有する樹脂(Aa)と、酸の作用により極性が変化する樹脂(Ab)とを含有する感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物を用いて、膜を形成する工程(1)、
前記膜を電子線又は極紫外線を用いて露光する工程(2)、及び、
露光後に有機溶剤を含む現像液を用いて現像を行い、ネガ型のパターンを形成する工程(3)をこの順序で含むパターン形成方法であって、
前記感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物中の全固形分に対する、樹脂(Aa)の含有
率が31〜90質量%であり、
前記樹脂(Ab)が、下記一般式(A)で表される繰り返し単位を有し、
下記一般式(A)で表される繰り返し単位の含有量が、前記樹脂(Ab)の全繰り返し単位に対して、25mol%以上である、パターン形成方法。
Figure 0006118586

一般式(A)中、
21、R22及びR23は、各々独立に、水素原子、アルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。但し、R22はArと結合して環を形成していてもよく、その場合のR22は単結合又はアルキレン基を表す。
は、単結合、−COO−、又は−CONR30−を表し、R30は、水素原子又はアルキル基を表す。
は、単結合又はアルキレン基を表す。
Arは、(n+1)価の芳香環基を表し、R22と結合して環を形成する場合には(n+2)価の芳香環基を表す。
nは、1〜4の整数を表す。
<4>
前記樹脂(Aa)が、酸に対して安定な繰り返し単位を有し、前記フッ素原子、フッ素原子を有するアルキル基、フッ素原子を有するシクロアルキル基、フッ素原子を有するアリール基、珪素原子を有する基、炭素数が6以上のアルキル基、炭素数が10以上のアラルキル基、少なくとも1個の炭素数3以上のアルキル基で置換されたアリール基、及び、少なくとも1個の炭素数5以上のシクロアルキル基で置換されたアリール基からなる群より選択される1つ以上の基が、前記酸に対して安定な繰り返し単位中にある<3>に記載のパターン形成方法。
<5>
フッ素原子、フッ素原子を有するアルキル基、フッ素原子を有するシクロアルキル基、フッ素原子を有するアリール基、珪素原子を有する基、炭素数が6以上のアルキル基、炭素数が6以上のシクロアルキル基、炭素数が9以上のアリール基、炭素数が10以上のアラルキル基、少なくとも1個の炭素数3以上のアルキル基で置換されたアリール基、及び、少なくとも1個の炭素数5以上のシクロアルキル基で置換されたアリール基からなる群より選択される1つ以上の基を有する樹脂(Aa)と、酸の作用により極性が変化する樹脂(Ab)(但し、酸不安定基で置換されたヒドロキシ基を有する繰り返し単位を含む高分子化合物であって、下記一般式(1)に示される繰り返し単位(a1)及び/又は(a2)を有する高分子化合物は除く)とを含有する感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物を用いて、膜を形成する工程(1)、
前記膜を電子線又は極紫外線を用いて露光する工程(2)、及び、
露光後に有機溶剤を含む現像液を用いて現像を行い、ネガ型のパターンを形成する工程(3)をこの順序で含むパターン形成方法であって、
前記感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物中の全固形分に対する、樹脂(Aa)の含有率が31〜90質量%であり、
前記樹脂(Ab)が、下記一般式(A)で表される繰り返し単位を有し、
下記一般式(A)で表される繰り返し単位の含有量が、前記樹脂(Ab)の全繰り返し単位に対して、25mol%以上である、パターン形成方法。
Figure 0006118586

(式中、R、Rはそれぞれ独立に水素原子又はメチル基を示す。Rは炭素数1〜16の直鎖状、分岐状又は環状の2〜5価の脂肪族炭化水素基であり、エーテル基又はエステル基を有していてもよい。R、Rは酸不安定基であるが、Rにアダマンタン環を含有する場合にはRが下記一般式(2)で示されるアセタール型酸不安定基である場合を除外する。
Figure 0006118586

は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状の1価の炭化水素基を示す。R、Rはそれぞれ独立に水素原子、又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状の1価の炭化水素基を示し、RとRは互いに結合してこれらが結合する炭素原子と共に脂肪族炭化水素環を形成してもよい。Rは炭素数1〜15の直鎖状、分岐状又は環状の1価の炭化水素基を示す。mは1〜4の整数である。a1、a2は0≦a1<1.0、0≦a2<1.0、0<a1+a2<1.0の範囲である。)
Figure 0006118586

一般式(A)中、
21、R22及びR23は、各々独立に、水素原子、アルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。但し、R22はArと結合して環を形成していてもよく、その場合のR22は単結合又はアルキレン基を表す。
は、単結合、−COO−、又は−CONR30−を表し、R30は、水素原子又はアルキル基を表す。
は、単結合又はアルキレン基を表す。
Arは、(n+1)価の芳香環基を表し、R22と結合して環を形成する場合には(
n+2)価の芳香環基を表す。
nは、1〜4の整数を表す。
<6>
前記樹脂(Aa)が、酸に対して安定な繰り返し単位を有し、前記フッ素原子、フッ素原子を有するアルキル基、フッ素原子を有するシクロアルキル基、フッ素原子を有するアリール基、珪素原子を有する基、炭素数が6以上のアルキル基、炭素数が6以上のシクロアルキル基、炭素数が9以上のアリール基、炭素数が10以上のアラルキル基、少なくとも1個の炭素数3以上のアルキル基で置換されたアリール基、及び、少なくとも1個の炭素数5以上のシクロアルキル基で置換されたアリール基からなる群より選択される1つ以上の基が、前記酸に対して安定な繰り返し単位中にある<5>のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
<7>
上記一般式(A)で表される繰り返し単位の含有量が、前記樹脂(Ab)の全繰り返し単位に対して、25〜60mol%である、<3>〜<6>のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
<8>
上記一般式(A)で表される繰り返し単位の含有量が、前記樹脂(Ab)の全繰り返し単位に対して、25〜40mol%である、<7>に記載のパターン形成方法。
<9>
前記樹脂(Ab)が、電子線又は極紫外線の照射により酸を発生する構造部位を備えた繰り返し単位(B)を有する<3>〜<8>のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
<10>
前記感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物の全固形分に対する、前記樹脂(Aa)の含有率が35〜75質量%である<1>〜<9>のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
<11>
前記感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物の全固形分に対する、前記樹脂(Aa)の含有率が40〜60質量%である<10>に記載のパターン形成方法。
<12>
前記樹脂(Aa)が、製膜により膜表面に偏在し、保護膜を形成する樹脂である<1>〜<11>のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
<13>
前記樹脂(Aa)が、下記一般式(aa2−1)で表される繰り返し単位を有する樹脂である<1>〜<12>のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
Figure 0006118586

一般式(aa2−1)中、
1aは置換基を表し、複数存在する場合はそれぞれのS1aが同一であっても、互いに異なっていてもよい。
pは0〜5の整数を表す。
<14>
前記樹脂(Ab)が、下記式(A1)で表される繰り返し単位、又は、下記一般式(A2)で表される繰り返し単位を有する<1>〜<13>のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
Figure 0006118586

一般式(A2)中、R23は、水素原子、アルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。
<15>
前記感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物が、電子線又は極紫外線の照射により酸を発生する化合物を更に含む<1>〜<14>のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
<16>
<1>〜<15>のいずれか1項に記載のパターン形成方法を含む電子デバイスの製造方法。
本発明は上記の<1>〜<16>に関するものであるが、以下、その他の事項についても記載した。
〔1〕
フッ素原子、フッ素原子を有する基、珪素原子を有する基、炭素数が6以上のアルキル基、炭素数が6以上のシクロアルキル基、炭素数が9以上のアリール基、炭素数が10以上のアラルキル基、少なくとも1個の炭素数3以上のアルキル基で置換されたアリール基、及び、少なくとも1個の炭素数5以上のシクロアルキル基で置換されたアリール基からなる群より選択される1つ以上の基を有する樹脂(Aa)と、酸の作用により極性が変化する樹脂(Ab)とを含有する感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物を用いて、膜を形成する工程(1)、
前記膜を電子線又は極紫外線を用いて露光する工程(2)、及び、
露光後に有機溶剤を含む現像液を用いて現像を行い、ネガ型のパターンを形成する工程(3)をこの順序で含むパターン形成方法であって、
前記感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物中の全固形分に対する、樹脂(Aa)の含有率が31〜90質量%であるパターン形成方法。
〔2〕
前記感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物の全固形分に対する、前記樹脂(Aa)の含有率が35〜75質量%である〔1〕に記載のパターン形成方法。
〔3〕
前記感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物の全固形分に対する、前記樹脂(Aa)の含有率が40〜60質量%である〔2〕に記載のパターン形成方法。
〔4〕
前記樹脂(Aa)が、製膜により膜表面に偏在し、保護膜を形成する樹脂である〔1〕〜〔3〕のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
〔5〕
前記樹脂(Aa)が、下記一般式(aa2−1)で表される繰り返し単位を有する樹脂である〔1〕〜〔4〕のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
Figure 0006118586

一般式(aa2−1)中、
1aは置換基を表し、複数存在する場合はそれぞれのS1aが同一であっても、互いに異なっていてもよい。
pは0〜5の整数を表す。
〔6〕
前記樹脂(Aa)が、酸に対して安定な繰り返し単位を有し、前記フッ素原子、フッ素原子を有する基、珪素原子を有する基、炭素数が6以上のアルキル基、炭素数が6以上のシクロアルキル基、炭素数が9以上のアリール基、炭素数が10以上のアラルキル基、少なくとも1個の炭素数3以上のアルキル基で置換されたアリール基、及び、少なくとも1個の炭素数5以上のシクロアルキル基で置換されたアリール基からなる群より選択される1つ以上の基が、前記酸に対して安定な繰り返し単位中にある〔1〕〜〔5〕のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
〔7〕
前記樹脂(Ab)が、下記一般式(A)で表される繰り返し単位を有する〔1〕〜〔6〕のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
Figure 0006118586

一般式(A)中、
21、R22及びR23は、各々独立に、水素原子、アルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。但し、R22はArと結合して環を形成していてもよく、その場合のR22は単結合又はアルキレン基を表す。
は、単結合、−COO−、又は−CONR30−を表し、R30は、水素原子又はアルキル基を表す。
は、単結合又はアルキレン基を表す。
Arは、(n+1)価の芳香環基を表し、R22と結合して環を形成する場合には(n+2)価の芳香環基を表す。
nは、1〜4の整数を表す。
〔8〕
前記樹脂(Ab)が、下記式(A1)で表される繰り返し単位、又は、下記一般式(A2)で表される繰り返し単位を有する〔1〕〜〔7〕のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
Figure 0006118586

一般式(A2)中、R23は、前記一般式(A)におけるR23と同義である。
〔9〕
前記感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物が、電子線又は極紫外線の照射により酸を発生する化合物を更に含む、〔1〕〜〔8〕のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
〔10〕
前記樹脂(Ab)が、電子線又は極紫外線の照射により酸を発生する構造部位を備えた繰り返し単位(B)を有する含有する〔1〕〜〔9〕のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
〔11〕
〔1〕〜〔10〕のいずれか1項に記載のパターン形成方法に用いられる感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物。
〔12〕
〔11〕に記載の感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物により形成されるレジスト膜。
〔13〕
〔1〕〜〔10〕のいずれか1項に記載のパターン形成方法を含む、電子デバイスの整造方法。
〔14〕
〔13〕に記載の電子デバイスの整合方法により製造された電子デバイス。
本発明によれば、超微細領域(例えば、ライン幅又はスペース幅が数十nmオーダーの領域)において、良好なパターン形状、及び、高いアウトガス性能を有するするパターン形成方法、感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物、それを用いたレジスト膜、電子デバイスの製造方法、及び、電子デバイスを提供できる。
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
本明細書に於ける基(原子団)の表記に於いて、置換及び無置換を記していない表記は、置換基を有さないものと共に置換基を有するものをも包含するものである。例えば、「アルキル基」とは、置換基を有さないアルキル基(無置換アルキル基)のみならず、置換基を有するアルキル基(置換アルキル基)をも包含するものである。
また、本発明において「光」とは、極紫外線(EUV光)のみならず、電子線も含む。
また、本発明における「露光」とは、特に断らない限り、極紫外線(EUV光)による露光のみならず、電子線による描画も露光に含める。
[パターン形成方法]
まず、本発明のパターン形成方法を説明する。
本発明のパターン形成方法は、フッ素原子、フッ素原子を有する基、珪素原子を有する基、炭素数が6以上のアルキル基、炭素数が6以上のシクロアルキル基、炭素数が9以上のアリール基、炭素数が10以上のアラルキル基、少なくとも1個の炭素数3以上のアルキル基で置換されたアリール基、及び、少なくとも1個の炭素数5以上のシクロアルキル基で置換されたアリール基からなる群より選択される1つ以上の基を有する樹脂(Aa)と、酸の作用により極性が変化する樹脂(Ab)とを含有する感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物を用いて、膜を形成する工程(1)、
前記膜を電子線又は極紫外線を用いて露光する工程(2)、
及び、露光後に有機溶剤を含む現像液を用いて現像を行い、ネガ型のパターンを形成する工程(3)をこの順序で含むパターン形成方法であって、前記感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物中の固形分に対する、樹脂(Aa)の含有率は31〜90質量%である。
上記の本発明のパターン形成方法によれば、超微細領域(例えば、ライン幅又はスペース幅が数十nmオーダーの領域)において、良好なパターン形状、及び、高いアウトガス性能を同時に満足するパターン形成方法、感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物、それを用いたレジスト膜、電子デバイスの製造方法、及び、電子デバイスを提供できる。その理由は定かではないが、以下のように推定される。
先ず、本発明に係る感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物は、樹脂(Aa)を含有しており、上記樹脂(Aa)の、感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物の全固形分に対する含有率は31〜90質量%である。
ここで、樹脂(Aa)は、疎水性が高く、感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物レジスト膜を形成した場合において膜の表面に偏在する性質を有しているため、樹脂(Aa)の含有率を上記範囲に保った場合、レジスト膜の上層が、充分な量の樹脂(Aa)による膜で覆われるため、露光時に酸によって発生したレジスト膜内の低分子成分が揮発し、露光機内の環境を汚染するというアウトガスの問題を充分に低減することが可能になると考えられる。
また、レジスト膜の上層が、充分な量の樹脂(Aa)による膜で覆われるため、露光時に発生するアウトバンド光を抑制することができ、結果として良好なパターン形成が可能になるものと考えられる、
一方、上記樹脂(Aa)の、感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物の全固形分に対する含有率を31質量%未満とした場合、充分な量の樹脂(Aa)がレジスト膜表面に偏在することが出来ず、アウトガスを充分に低減することが困難な傾向となる。
また、上記樹脂(Aa)の、感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物の全固形分に対する含有率を90質量%超過とした場合、レジスト膜内の、酸の作用により分解する樹脂の割合が相対的に低下し、結果としてパターン形成が困難な傾向となる。
(1)製膜
本発明のレジスト膜は、上記した感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物により形成される膜である。
より具体的には、レジスト膜の形成は、感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物の後述する各成分を溶剤に溶解し、必要に応じてフィルター濾過した後、支持体(基板)に塗布して行うことができる。フィルターとしては、ポアサイズ0.5μm以下、より好ましくは0.2μm以下、更に好ましくは0.1μm以下のポリテトラフロロエチレン製、ポリエチレン製、ナイロン製のものが好ましい。
組成物は、集積回路素子の製造に使用されるような基板(例:シリコン、二酸化シリコン被覆)上にスピンコーター等の適当な塗布方法により塗布される。その後乾燥し、感光性の膜を形成する。乾燥の段階では加熱(プリベーク)を行うことが好ましい。
膜厚には特に制限はないが、好ましくは10〜500nmの範囲に、より好ましくは10〜200nmの範囲に、更により好ましくは10〜100nmの範囲に調整する。スピナーにより感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物を塗布する場合、その回転速度は、通常500〜3000rpm、好ましくは800〜2000rpm、より好ましくは1000〜1500rpmである。
加熱(プリベーク)の温度は60〜200℃で行うことが好ましく、80〜150℃で行うことがより好ましく、90〜140℃で行うことが更に好ましい。
加熱(プリベーク)の時間は、特に制限はないが、30〜300秒が好ましく、30〜180秒がより好ましく、30〜90秒が更に好ましい。
加熱は通常の露光・現像機に備わっている手段で行うことができ、ホットプレート等を用いて行っても良い。
必要により、市販の無機あるいは有機反射防止膜を使用することができる。更に感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物の下層に反射防止膜を塗布して用いることもできる。反射防止膜としては、チタン、二酸化チタン、窒化チタン、酸化クロム、カーボン、アモルファスシリコン等の無機膜型と、吸光剤とポリマー材料からなる有機膜型のいずれも用いることができる。また、有機反射防止膜として、ブリューワーサイエンス社製のDUV30シリーズや、DUV−40シリーズ、シプレー社製のAR−2、AR−3、AR−5等の市販の有機反射防止膜を使用することもできる。
(2)露光
露光は、電子線又は極紫外線により行う。
(3)ベーク
露光後、現像を行う前にベーク(加熱)を行うことが好ましい。
加熱温度は60〜150℃で行うことが好ましく、80〜150℃で行うことがより好ましく、90〜140℃で行うことが更に好ましい。
加熱時間は特に限定されないが、30〜300秒が好ましく、30〜180秒がより好ましく、30〜90秒が更に好ましい。
加熱は通常の露光・現像機に備わっている手段で行うことができ、ホットプレート等を用いて行っても良い。
ベークにより露光部の反応が促進され、感度やパターンプロファイルが改善する。また、リンス工程の後に加熱工程(Post Bake)を含むことも好ましい。加熱温度及び加熱時間は上述の通りである。ベークによりパターン間及びパターン内部に残留した現像液及びリンス液が除去される。
(4)現像
本発明においては、有機溶剤を含む現像液を用いて現像を行う。
・現像液
現像液の蒸気圧(混合溶媒である場合は全体としての蒸気圧)は、20℃に於いて、5kPa以下が好ましく、3kPa以下が更に好ましく、2kPa以下が特に好ましい。有機溶剤の蒸気圧を5kPa以下にすることにより、現像液の基板上あるいは現像カップ内での蒸発が抑制され、ウェハ面内の温度均一性が向上し、結果としてウェハ面内の寸法均一性が良化するものと考えられる。
現像液に用いられる有機溶剤としては、種々の有機溶剤が広く使用されるが、たとえば、エステル系溶剤、ケトン系溶剤、アルコール系溶剤、アミド系溶剤、エーテル系溶剤、炭化水素系溶剤等の溶剤を用いることができる。
本発明において、エステル系溶剤とは分子内にエステル基を有する溶剤のことであり、ケトン系溶剤とは分子内にケトン基を有する溶剤のことであり、アルコール系溶剤とは分子内にアルコール性水酸基を有する溶剤のことであり、アミド系溶剤とは分子内にアミド基を有する溶剤のことであり、エーテル系溶剤とは分子内にエーテル結合を有する溶剤のことである。これらの中には、1分子内に上記官能基を複数種類有する溶剤も存在するが、その場合は、その溶剤の有する官能基を含むいずれの溶剤種にも該当するものとする。例えば、ジエチレングリコールモノメチルエーテルは、上記分類中の、アルコール系溶剤、エーテル系溶剤いずれにも該当するものとする。また、炭化水素系溶剤とは置換基を有さない炭化水素溶剤のことである。
特に、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、アルコール系溶剤及びエーテル系溶剤から選択される少なくとも1種類の溶剤を含有する現像液であることが好ましい。
エステル系溶剤としては、例えば、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸ペンチル、酢酸イソプロピル、酢酸アミル、酢酸イソアミル、メトキシ酢酸エチル、エトキシ酢酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA;別名1−メトキシ−2−アセトキシプロパン)、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノフェニルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノフェニルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、2−メトキシブチルアセテート、3−メトキシブチルアセテート、4−メトキシブチルアセテート、3−メチル−3−メトキシブチルアセテート、3−エチル−3−メトキシブチルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、2−エトキシブチルアセテート、4−エトキシブチルアセテート、4−プロポキシブチルアセテート、2−メトキシペンチルアセテート、3−メトキシペンチルアセテート、4−メトキシペンチルアセテート、2−メチル−3−メトキシペンチルアセテート、3−メチル−3−メトキシペンチルアセテート、3−メチル−4−メトキシペンチルアセテート、4−メチル−4−メトキシペンチルアセテート、プロピレングリコールジアセテート、蟻酸メチル、蟻酸エチル、蟻酸ブチル、蟻酸プロピル、乳酸エチル、乳酸ブチル、乳酸プロピル、炭酸エチル、炭酸プロピル、炭酸ブチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、ピルビン酸プロピル、ピルビン酸ブチル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、プロピオン酸イソプロピル、2−ヒドロキシプロピオン酸メチル、2−ヒドロキシプロピオン酸エチル、メチル−3−メトキシプロピオネート、エチル−3−メトキシプロピオネート、エチル−3−エトキシプロピオネート、プロピル−3−メトキシプロピオネート等を挙げることができる。
ケトン系溶剤としては、例えば、1−オクタノン、2−オクタノン、1−ノナノン、2−ノナノン、アセトン、2−ヘプタノン、4−ヘプタノン、1−ヘキサノン、2−ヘキサノン、ジイソブチルケトン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン、フェニルアセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、アセチルアセトン、アセトニルアセトン、イオノン、ジアセトニルアルコール、アセチルカービノール、アセトフェノン、メチルナフチルケトン、イソホロン、プロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン等を挙げることができる。
アルコール系溶剤としては、例えば、メチルアルコール、エチルアルコール、n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、n−ブチルアルコール、sec−ブチルアルコール、tert−ブチルアルコール、イソブチルアルコール、n−ヘキシルアルコール、n−ヘプチルアルコール、n−オクチルアルコール、n−デカノール、3−メトキシ−1−ブタノール等のアルコールや、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール等のグリコール系溶剤や、エチ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(PGME;別名1−メトキシ−2−プロパノール)、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、メトキシメチルブタノール、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノフェニルエーテル等の水酸基を含有するグリコールエーテル系溶剤等を挙げることができる。これらの中でもグリコールエーテル系溶剤を用いることが好ましい。
エーテル系溶剤としては、例えば、上記水酸基を含有するグリコールエーテル系溶剤の他、プロピレングリコールジメチルエーテル、プロピ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、ジエチレングリコールジエチルエーテル等の水酸基を含有しないグリコールエーテル系溶剤、アニソール、フェネトール等の芳香族エーテル溶剤、ジオキサン、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、パーフルオロ−2−ブチルテトラヒドロフラン、パーフルオロテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン等が挙げられる。好ましくは、グリコールエーテル系溶剤、又はアニソールなどの芳香族エーテル溶剤を用いる。
アミド系溶剤としては、例えば、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、ヘキサメチルホスホリックトリアミド、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン等が使用できる。
炭化水素系溶剤としては、例えば、ペンタン、ヘキサン、オクタン、デカン、2,2,4−トリメチルペンタン、2,2,3−トリメチルヘキサン、パーフルオロヘキサン、パーフルオロヘプタン等の脂肪族炭化水素系溶剤、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、プロピルベンゼン、1−メチルプロピルベンゼン、2−メチルプロピルベンゼン、ジメチルベンゼン、ジエチルベンゼン、エチルメチルベンゼン、トリメチルベンゼン、エチルジメチルベンゼン、ジプロピルベンゼンなどの芳香族炭化水素系溶剤が挙げられる。これらの中でも、芳香族炭化水素系溶剤が好ましい。
上記の溶剤は、複数混合してもよいし、上記以外の溶剤や水と混合し使用してもよい。但し、本発明の効果を十二分に奏するためには、現像液全体としての含水率が10質量%未満であることが好ましく、実質的に水分を含有しないことがより好ましい。
現像液における有機溶剤(複数混合の場合は合計)の濃度は、好ましくは50質量%以上、より好ましくは70質量%以上、更に好ましくは90質量%以上である。特に好ましくは、実質的に有機溶剤のみからなる場合である。なお、実質的に有機溶剤のみからなる場合とは、微量の界面活性剤、酸化防止剤、安定剤、消泡剤などを含有する場合を含むものとする。
上記溶剤のうち、酢酸ブチル、酢酸ペンチル、酢酸イソペンチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、2−へプタノン及びアニソールの群から選ばれる1種以上を含有することがより好ましい。
現像液として用いる有機溶剤としては、エステル系溶剤を好適に挙げることができる。
エステル系溶剤としては、後述する一般式(S1)で表される溶剤又は後述する一般式(S2)で表される溶剤を用いることがより好ましく、一般式(S1)で表される溶剤を用いることが更により好ましく、酢酸アルキルを用いることが特に好ましく、酢酸ブチル、酢酸ペンチル、酢酸イソペンチルを用いることが最も好ましい。
R−C(=O)−O−R’ 一般式(S1)
一般式(S1)に於いて、
R及びR’は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシル基、アルコキシカルボニル基、カルボキシル基、ヒドロキシル基、シアノ基又はハロゲン原子を表す。R及びR’は、互いに結合して環を形成してもよい。
R及びR’についてのアルキル基、アルコキシル基、アルコキシカルボニル基の炭素数は、1〜15の範囲であることが好ましく、シクロアルキル基の炭素数は、3〜15であることが好ましい。
R及びR’としては水素原子又はアルキル基が好ましく、R及びR’についてのアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシル基、アルコキシカルボニル基、及びRとR’とが互いに結合して形成する環は、水酸基、カルボニル基を含む基(例えば、アシル基、アルデヒド基、アルコキシカルボニル等)、シアノ基などで置換されていても良い。
一般式(S1)で表される溶剤としては、例えば、酢酸メチル、酢酸ブチル、酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸アミル、酢酸イソアミル、蟻酸メチル、蟻酸エチル、蟻酸ブチル、蟻酸プロピル、乳酸エチル、乳酸ブチル、乳酸プロピル、炭酸エチル、炭酸プロピル、炭酸ブチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、ピルビン酸プロピル、ピルビン酸ブチル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、プロピオン酸イソプロピル、2−ヒドロキシプロピオン酸メチル、2−ヒドロキシプロピオン酸エチル等を挙げることができる。
これらの中でも、R及びR’が無置換のアルキル基であることが好ましい。
一般式(S1)で表される溶剤としては、酢酸アルキルであることが好ましく、酢酸ブチル、酢酸ペンチル、酢酸イソペンチルであることがより好ましい。
一般式(S1)で表される溶剤は他の有機溶剤1種以上と併用して用いても良い。この場合の併用溶剤としては、一般式(S1)で表される溶剤に分離することなく混合できれば特に制限は無く、一般式(S1)で表される溶剤同士を併用して用いても良いし、一般式(S1)で表される溶剤を他のエステル系溶剤、ケトン系溶剤、アルコール系溶剤、アミド系溶剤、エーテル系溶剤及び炭化水素系溶剤から選択される溶剤に混合して用いても良い。併用溶剤は1種以上用いることができるが、安定した性能を得る上では、1種であることが好ましい。併用溶剤1種を混合して用いる場合の、一般式(S1)で表される溶剤と併用溶剤の混合比は、質量比で通常20:80〜99:1、好ましくは50:50〜97:3、より好ましくは60:40〜95:5、最も好ましくは60:40〜90:10である。
R’’−C(=O)−O−R’’’−O−R’’’’ 一般式(S2)
一般式(S2)に於いて、
R’’及びR’’’’は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシル基、アルコキシカルボニル基、カルボキシル基、ヒドロキシル基、シアノ基又はハロゲン原子を表す。R’’及びR’’’’は、互いに結合して環を形成してもよい。
R’’及びR’’’’は、水素原子又はアルキル基であることが好ましい。R’’及びR’’’’についてのアルキル基、アルコキシル基、アルコキシカルボニル基の炭素数は、1〜15の範囲であることが好ましく、シクロアルキル基の炭素数は、3〜15であることが好ましい。
R’’’は、アルキレン基又はシクロアルキレン基を表す。R’’’は、アルキレン基であることが好ましい。R’’’についてのアルキレン基の炭素数は、1〜10の範囲であることが好ましい。R’’’についてのシクロアルキレン基の炭素数は、3〜10の範囲であることが好ましい。
R’’及びR’’’’についてのアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシル基、アルコキシカルボニル基、R’’’についてのアルキレン基、シクロアルキレン基、及びR’’とR’’’’とが互いに結合して形成する環は、水酸基、カルボニル基を含む基(例えば、アシル基、アルデヒド基、アルコキシカルボニル等)、シアノ基などで置換されていても良い。
一般式(S2)に於ける、R’’’についてのアルキレン基は、アルキレン鎖中にエーテル結合を有していてもよい。
一般式(S2)で表される溶剤としては、例えば、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノフェニルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノフェニルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、メチル−3−メトキシプロピオネート、エチル−3−メトキシプロピオネート、エチル−3−エトキシプロピオネート、プロピル−3−メトキシプロピオネート、メトキシ酢酸エチル、エトキシ酢酸エチル、2−メトキシブチルアセテート、3−メトキシブチルアセテート、4−メトキシブチルアセテート、3−メチル−3−メトキシブチルアセテート、3−エチル−3−メトキシブチルアセテート、2−エトキシブチルアセテート、4−エトキシブチルアセテート、4−プロポキシブチルアセテート、2−メトキシペンチルアセテート、3−メトキシペンチルアセテート、4−メトキシペンチルアセテート、2−メチル−3−メトキシペンチルアセテート、3−メチル−3−メトキシペンチルアセテート、3−メチル−4−メトキシペンチルアセテート、4−メチル−4−メトキシペンチルアセテート等が挙げられ、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートであることが好ましい。
これらの中でも、R’’及びR’’’’が無置換のアルキル基であり、R’’’が無置換のアルキレン基であることが好ましく、R’’及びR’’’’がメチル基及びエチル基のいずれかであることがより好ましく、R’’及びR’’’’がメチル基であることが更により好ましい。
一般式(S2)で表される溶剤は他の有機溶剤1種以上と併用して用いても良い。この場合の併用溶剤としては、一般式(S2)で表される溶剤に分離することなく混合できれば特に制限は無く、一般式(S2)で表される溶剤同士を併用して用いても良いし、一般式(S2)で表される溶剤を他のエステル系溶剤、ケトン系溶剤、アルコール系溶剤、アミド系溶剤、エーテル系溶剤及び炭化水素系溶剤から選択される溶剤に混合して用いても良い。併用溶剤は1種以上用いることができるが、安定した性能を得る上では、1種であることが好ましい。併用溶剤1種を混合して用いる場合の、一般式(S2)で表される溶剤と併用溶剤の混合比は、質量比で通常20:80〜99:1、好ましくは50:50〜97:3、より好ましくは60:40〜95:5、最も好ましくは60:40〜90:10である。
また、現像液として用いる有機溶剤としては、エーテル系溶剤も好適に挙げることができる。
用いることができるエーテル系溶剤としては、前述のエーテル系溶剤が挙げられ、このなかでも芳香環を一つ以上含むエーテル系溶剤が好まく、下記一般式(S3)で表される溶剤がより好ましく、最も好ましくはアニソールである。
Figure 0006118586
一般式(S3)に於いて、
は、アルキル基を表す。アルキル基としては炭素数1〜4が好ましく、メチル基又はエチル基がより好ましく、メチル基であることが最も好ましい。
本発明で用いられる現像液は、塩基性化合物を含んでいてもよい。本発明で用いられる現像液が含みうる塩基性化合物の具体例及び好ましい例としては、後述する、感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物が含みうる塩基性化合物として例示した化合物が挙げられる。
本発明において、現像液の含水率は、通常10質量%以下であり、5質量%以下であることが好ましく、1質量%以下であることがより好ましく、実質的に水分を含有しないことが最も好ましい。
・界面活性剤
有機溶剤を含む現像液には、必要に応じて界面活性剤を適当量含有させることができる。
界面活性剤としては、後述する、感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物に用いられる界面活性剤と同様のものを用いることができる。
界面活性剤の使用量は現像液の全量に対して、通常0.001〜5質量%、好ましくは0.005〜2質量%、更に好ましくは0.01〜0.5質量%である。
・現像方法
現像方法としては、たとえば、現像液が満たされた槽中に基板を一定時間浸漬する方法(ディップ法)、基板表面に現像液を表面張力によって盛り上げて一定時間静止することで現像する方法(パドル法)、基板表面に現像液を噴霧する方法(スプレー法)、一定速度で回転している基板上に一定速度で現像液吐出ノズルをスキャンしながら現像液を吐出しつづける方法(ダイナミックディスペンス法)などを適用することができる。
また、現像を行う工程の後に、他の溶媒に置換しながら、現像を停止する工程を実施してもよい。
現像時間は未露光部の樹脂が十分に溶解する時間であれば特に制限はなく、通常は10秒〜300秒であり。好ましくは、20秒〜120秒である。
現像液の温度は0℃〜50℃が好ましく、15℃〜35℃が更に好ましい。
上記現像により、後述の樹脂(Aa)がレジスト膜の表面に偏在し、形成された保護膜が除去され、レジスト膜の膜厚が減少する。
上述の工程(1)、すなわち製膜工程後の膜厚は、現像後のレジスト膜の膜厚の1.3倍以上であることが好ましく、1.6倍以上2.5倍以下であることがより好ましい。
(5)リンス
本発明のパターン形成方法では、現像工程(4)の後に、有機溶剤を含むリンス液を用いて洗浄する工程(5)を含んでいてもよいが、スループット、リンス液使用量等の観点から、リンス工程を含まない方が好ましい。
・リンス液
現像後に用いるリンス液の蒸気圧(混合溶媒である場合は全体としての蒸気圧)は、20℃に於いて0.05kPa以上、5kPa以下が好ましく、0.1kPa以上、5kPa以下が更に好ましく、0.12kPa以上、3kPa以下が最も好ましい。リンス液の蒸気圧を0.05kPa以上、5kPa以下にすることにより、ウェハ面内の温度均一性が向上し、更にはリンス液の浸透に起因した膨潤が抑制され、ウェハ面内の寸法均一性が良化する。
前記リンス液としては、種々の有機溶剤が用いられるが、炭化水素系溶剤、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、アルコール系溶剤、アミド系溶剤及びエーテル系溶剤から選択される少なくとも1種類の有機溶剤又は水を含有するリンス液を用いることが好ましい。
より好ましくは、現像の後に、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、アルコール系溶剤、アミド系溶剤又は炭化水素系溶剤から選択される少なくとも1種類の有機溶剤を含有するリンス液を用いて洗浄する工程を行う。更により好ましくは、現像の後に、アルコール系溶剤又は炭化水素系溶剤を含有するリンス液を用いて洗浄する工程を行う。
特に好ましくは、一価のアルコール及び炭化水素系溶剤の群から選ばれる少なくとも1種以上を含有するリンス液を用いる。
ここで、現像後のリンス工程で用いられる1価アルコールとしては、直鎖状、分岐状、環状の1価アルコールが挙げられ、具体的には、1−ブタノール、2−ブタノール、3−メチル−1−ブタノール、tert―ブチルアルコール、1−ペンタノール、2−ペンタノール、1−ヘキサノール、1−ヘプタノール、1−オクタノール、2−ヘキサノール、2−ヘプタノール、2−オクタノール、3−ヘキサノール、3−ヘプタノール、3−オクタノール、4−オクタノール、3−メチル−3−ペンタノール、シクロペンタノール、2,3−ジメチル−2−ブタノール、3,3−ジメチル−2−ブタノール、2−メチル−2−ペンタノール、2−メチル−3−ペンタノール、3−メチル−2−ペンタノール、3−メチル−3−ペンタノール、4−メチル−2−ペンタノール、4−メチル−3−ペンタノール、シクロヘキサノール、5−メチル−2−ヘキサノール、4−メチル−2−ヘキサノール、4,5−ジチル−2−ヘキサール、6−メチル−2−ヘプタノール、7−メチル−2−オクタノール、8−メチル−2−ノナール、9−メチル−2−デカノールなどを用いることができ、好ましくは、1−ヘキサノール、2−ヘキサノール、1−ペンタノール、3−メチル−1−ブタノール、3−メチル−2−ペンタノール、3−メチル−3−ペンタノール、4−メチル−2−ペンタノール、4−メチル−3−ペンタノールであり、最も好ましくは、1−ヘキサノール又は4−メチル−2−ペンタノールである。
炭化水素系溶剤としては、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素系溶剤、オクタン、デカン等の脂肪族炭化水素系溶剤が挙げられる。
前記リンス液は、1−ヘキサノール、4−メチルー2−ペンタノール、デカンの群から選ばれる1種以上を含有することがより好ましい。
前記各成分は、複数混合してもよいし、上記以外の有機溶剤と混合し使用してもよい。上記溶剤は水と混合しても良いが、リンス液中の含水率は通常60質量%以下であり、好ましくは30質量%以下、更に好ましくは10質量%以下、最も好ましくは5質量%以下である。含水率を60質量%以下にすることで、良好なリンス特性を得ることができる。
リンス液には、界面活性剤を適当量含有させて使用することもできる。
界面活性剤としては、後述する、感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物に用いられる界面活性剤と同様のものを用いることができ、その使用量はリンス液の全量に対して、通常0.001〜5質量%、好ましくは0.005〜2質量%、更に好ましくは0.01〜0.5質量%である。
・リンス方法
リンス工程においては、現像を行ったウェハを前記の有機溶剤を含むリンス液を用いて洗浄処理する。
洗浄処理の方法は特に限定されないが、たとえば、一定速度で回転している基板上にリンス液を吐出しつづける方法(回転吐出法)、リンス液が満たされた槽中に基板を一定時間浸漬する方法(ディップ法)、基板表面にリンス液を噴霧する方法(スプレー法)、などを適用することができ、この中でも回転吐出方法で洗浄処理を行い、洗浄後に基板を2000rpm〜4000rpmの回転数で回転させ、リンス液を基板上から除去することが好ましい。
リンス時間には特に制限はないが、通常は10秒〜300秒であり。好ましくは10秒〜180秒であり、最も好ましくは20秒〜120秒である。
リンス液の温度は0℃〜50℃が好ましく、15℃〜35℃が更に好ましい。
また、現像処理又はリンス処理の後に、パターン上に付着している現像液又はリンス液を超臨界流体により除去する処理を行うことができる。
更に、現像処理又はリンス処理又は超臨界流体による処理の後、パターン中に残存する溶剤を除去するために加熱処理を行うことができる。加熱温度は、良好なレジストパターンが得られる限り特に限定されるものではなく、通常40℃〜160℃である。加熱温度は50℃以上150℃以下が好ましく、50℃以上110℃以下が最も好ましい。加熱時間に関しては良好なレジストパターンが得られる限り特に限定されないが、通常15秒〜300秒であり、好ましくは、15〜180秒である。
本発明のパターン形成方法は、更に、アルカリ水溶液を用いて現像を行い、レジストパターンを形成する工程(アルカリ現像工程)を含むことができる。これにより、より微細なパターンを形成することができる。
本発明において、有機溶剤現像工程(4)によって露光強度の弱い部分が除去されるが、更にアルカリ現像工程を行うことによって露光強度の強い部分も除去される。このように現像を複数回行う多重現像プロセスにより、中間的な露光強度の領域のみを溶解させずにパターン形成が行えるので、通常より微細なパターンを形成できる(特開2008−292975[0077]と同様のメカニズム)。
アルカリ現像は、有機溶剤を含む現像液を用いて現像する工程(4)の前後どちらでも
行うことが出来るが、有機溶剤現像工程(4)の前に行うことがより好ましい。
本発明の組成物による膜と液浸液との間には、膜を直接、液浸液に接触させないために、液浸液難溶性膜(以下、「トップコート」ともいう)を設けてもよい。トップコートに必要な機能としては、組成物膜上層部への塗布適正、液浸液難溶性である。トップコートは、組成物膜と混合せず、さらに組成物膜上層に均一に塗布できることが好ましい。
トップコートは、具体的には、炭化水素ポリマー、アクリル酸エステルポリマー、ポリメタクリル酸、ポリアクリル酸、ポリビニルエーテル、シリコン含有ポリマー、フッ素含有ポリマーなどが挙げられる。トップコートから液浸液へ不純物が溶出すると光学レンズを汚染するという観点からは、トップコートに含まれるポリマーの残留モノマー成分は少ない方が好ましい。
トップコートを剥離する際は、現像液を使用してもよいし、別途剥離剤を使用してもよい。剥離剤としては、膜への浸透が小さい溶剤が好ましい。剥離工程が膜の現像処理工程と同時にできるという点では、有機溶媒を含んだ現像液で剥離できることが好ましい。
トップコートと液浸液との間には屈折率の差がない方が、解像力が向上する。液浸液として水を用いる場合には、トップコートは、液浸液の屈折率に近いことが好ましい。屈折率を液浸液に近くするという観点からは、トップコート中にフッ素原子を有することが好ましい。また、透明性・屈折率の観点から薄膜の方が好ましい。
トップコートは、膜と混合せず、さらに液浸液とも混合しないことが好ましい。この観点から、液浸液が水の場合には、トップコートに使用される溶剤は、本発明の組成物に使用される溶媒に難溶で、かつ非水溶性の媒体であることが好ましい。さらに、液浸液が有機溶剤である場合には、トップコートは水溶性であっても非水溶性であってもよい。
以下、本発明で使用し得る感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物について説明する。
本発明に係る感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物は、ネガ型の現像(露光されると現像液に対して溶解性が減少し、露光部がパターンとして残り、未露光部が除去される現像)に用いられる。即ち、本発明に係る感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物は、有機溶剤を含む現像液を用いた現像に用いられる有機溶剤現像用の感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物とすることができる。ここで、有機溶剤現像用とは、少なくとも、有機溶剤を含む現像液を用いて現像する工程に供される用途を意味する。
このように、本発明は、上記した本発明のパターン形成方法に供される感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物にも関する。
本発明の感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物は、典型的にはレジスト組成物であり、ネガ型のレジスト組成物(即ち、有機溶剤現像用のレジスト組成物)であることが、特に高い効果を得ることができることから好ましい。また本発明に係る組成物は、典型的には化学増幅型のレジスト組成物である。
以下、本発明の感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物の各成分について詳細に説明する。
〔1〕樹脂(Aa)
本発明の感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物は、樹脂(Aa)を含有する。樹脂(Aa)は、フッ素原子、フッ素原子を有する基、珪素原子を有する基、炭素数が6以上のアルキル基、炭素数が6以上のシクロアルキル基、炭素数が9以上のアリール基、炭素数が10以上のアラルキル基、少なくとも1個の炭素数3以上のアルキル基で置換されたアリール基、及び、少なくとも1個の炭素数5以上のシクロアルキル基で置換されたアリール基からなる群より選択される1つ以上の基(以下「基(aa)」ともいう。)を有する。
樹脂(Aa)は、基(aa)を樹脂の主鎖中に有していても、側鎖に有していてもよく、樹脂(Aa)は、基(aa)を有する繰り返し単位を有していることが好ましい。
樹脂(Aa)は、酸に対して安定な繰り返し単位を有することが好ましく、樹脂(Aa)は、基(aa)を、上記酸に対して安定な繰り返し単位中に有することが更に好ましい。換言すれば、樹脂(Aa)が、後述する樹脂(Ab)が有してもよい酸分解性基を有する繰り返し単位を有する場合において、酸分解性基を有する繰り返し単位に基(aa)が存在しないことが更に好ましい。
樹脂(Aa)は、本発明の感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物に添加することにより、膜表面に偏在的に保護層を形成可能な樹脂(すなわち、製膜により膜表面に偏在し、保護膜を形成する樹脂)であることが好ましい。保護層を形成したかどうかは、例えば、樹脂(Aa)を添加しない膜の表面静止接触角(純水による接触角)と、樹脂(Aa)を添加した膜の表面静止接触角とを比較して、その接触角が上昇した場合、保護層が形成されたとみなすことができる。
樹脂(Aa)は、フッ素原子を有する基として、フッ素原子を有するアルキル基、フッ素原子を有するシクロアルキル基、又は、フッ素原子を有するアリール基を有することが好ましい。
フッ素原子を有するアルキル基(好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは炭素数1〜4)は、少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換された直鎖又は分岐アルキル基であり、更に他の置換基を有していてもよい。
フッ素原子を有するシクロアルキル基は、少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換された単環又は多環のシクロアルキル基であり、更に他の置換基を有していてもよい。
フッ素原子を有するアリール基としては、フェニル基、ナフチル基などのアリール基の少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換されたものが挙げられ、更に他の置換基を有していてもよい。
感度の観点から、樹脂(Aa)は、フッ素原子、又は、フッ素原子を有する基を有することが好ましい。樹脂(Aa)がフッ素原子、又は、フッ素原子を有する基を有することにより、樹脂(Aa)の極紫外線に対する吸収係数が向上し、また樹脂(Aa)はレジスト膜表面に偏在する性質を有しているため、露光時に極紫外線がより強く照射される膜表面において、上記極紫外線のエネルギーを効率的に吸収することが可能となり、結果として感度が向上するものと考えられる。
フッ素原子を有するアルキル基、フッ素原子を有するシクロアルキル基、又は、フッ素原子を有するアリール基として、好ましくは、下記一般式(F2)〜(F4)で表される基を挙げることができるが、本発明は、これに限定されるものではない。
Figure 0006118586
一般式(F2)〜(F4)中、
57〜R68は、各々独立に、水素原子、フッ素原子、直鎖もしくは分岐アルキル基(好ましくは、炭素数1〜4の直鎖もしくは分岐アルキル基)、又はアリール基(好ましくは、炭素数6〜14のアリール基)を表す。但し、R57〜R61、R62〜R64及びR65〜R68のそれぞれにおいて、少なくとも1つは、フッ素原子又は少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換されたアルキル基(好ましくは炭素数1〜4)を表す。R57〜R61及びR65〜R67は、全てがフッ素原子であることが好ましい。R62、R63及びR68は、少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換されたアルキル基(好ましくは炭素数1〜4)が好ましく、炭素数1〜4のパーフルオロアルキル基であることが更に好ましい。R62とR63は、互いに連結して環を形成してもよい。
一般式(F2)で表される基の具体例としては、例えば、p−フルオロフェニル基、ペンタフルオロフェニル基、3,5−ジ(トリフルオロメチル)フェニル基等が挙げられる。
一般式(F3)で表される基の具体例としては、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロプロピル基、ペンタフルオロエチル基、ヘプタフルオロブチル基、ヘキサフルオロイソプロピル基、ヘプタフルオロイソプロピル基、ヘキサフルオロ(2−メチル)イソプロピル基、ノナフルオロブチル基、オクタフルオロイソブチル基、ノナフルオロヘキシル基、ノナフルオロ−t−ブチル基、パーフルオロイソペンチル基、パーフルオロオクチル基、パーフルオロ(トリメチル)ヘキシル基、2,2,3,3−テトラフルオロシクロブチル基、パーフルオロシクロヘキシル基などが挙げられる。ヘキサフルオロイソプロピル基、ヘプタフルオロイソプロピル基、ヘキサフルオロ(2−メチル)イソプロピル基、オクタフルオロイソブチル基、ノナフルオロ−t−ブチル基、パーフルオロイソペンチル基が好ましく、ヘキサフルオロイソプロピル基、ヘプタフルオロイソプロピル基が更に好ましい。
一般式(F4)で表される基の具体例としては、例えば、−C(CFOH、−C(COH、−C(CF)(CH)OH、−CH(CF)OH等が挙げられ、−C(CFOHが好ましい。
樹脂(Aa)は、珪素原子を有する基として、アルキルシリル構造(好ましくはトリアルキルシリル基)、又は環状シロキサン構造を有する樹脂であることが好ましい。
アルキルシリル構造、又は環状シロキサン構造としては、具体的には、下記一般式(CS−1)〜(CS−3)で表される基などが挙げられるが、本発明は、これに限定されるものではない。
Figure 0006118586
一般式(CS−1)〜(CS−3)に於いて、
12〜R26は、各々独立に、直鎖もしくは分岐アルキル基(好ましくは炭素数1〜20)又はシクロアルキル基(好ましくは炭素数3〜20)を表す。
L3〜L5は、単結合又は2価の連結基を表す。2価の連結基としては、アルキレン基、シクロアルキレン基、フェニレン基、エーテル基、チオエーテル基、カルボニル基、エステル基、アミド基、ウレタン基、又はウレイレン基よりなる群から選択される単独あるいは2つ以上の基の組み合わせを挙げられる。
nは、1〜5の整数を表す。nは好ましくは2〜4の整数である。
一般式(F2)〜(F4)、及び一般式(CS−1)〜(CS−3)で表される基は、アクリレート又はメタクリレート繰り返し単位に含まれていることが好ましい。
炭素数が6以上のアルキル基としては、炭素数が6〜20のものが好ましく、6〜15のものがより好ましく、具体的には、ヘキシル基、2−エチルヘキシル基、オクチル基、デカニル基などが挙げられる。アルキル基は、更に置換基を有していてもよい。更に有し得る好ましい置換基としては、例えば、アルキル基、ハロゲン原子、アルコキシ基、シクロアルキル基、水酸基、ニトロ基、アシル基、アシルオキシ基、アシルアミノ基、スルホニルアミノ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、アラルキルチオ基、チオフェンカルボニルオキシ基、チオフェンメチルカルボニルオキシ基、ピロリドン残基等のヘテロ環残基などが挙げられ、好ましくは、炭素数12以下の置換基である。
炭素数が6以上のシクロアルキル基としては、炭素数6〜20のものが好ましく、6〜10のものがより好ましく、具体的には、シクロヘキシル基、ノルボルニル基、アダマンチル基等が挙げられる。炭素数が6以上のシクロアルキル基は、更なる置換基を有していてもよく、そのような置換基としては、例えば、上述した炭素数が6以上のアルキル基が有し得る好ましい置換基と同様の基が挙げられる。
炭素数が9以上のアリール基としては、炭素数9〜20のものが好ましく、炭素数10〜20のものがより好ましく、具体的には、ナフチル基、アントラセニル基等が挙げられる。炭素数が9以上のアリール基は、更なる置換基を有していてもよく、そのような置換基としては、例えば、上述した炭素数が6以上のアルキル基が有し得る好ましい置換基と同様の基が挙げられる。
炭素数が10以上のアラルキル基としては、炭素数が10〜20のものが好ましく、炭素数11〜20のものがより好ましい。これらの基は、更なる置換基を有していてもよく、そのような置換基としては、例えば、上述した炭素数が6以上のアルキル基が有し得る好ましい置換基と同様の基が挙げられる。
少なくとも1個の炭素数3以上のアルキル基で置換されたアリール基における炭素数3以上のアルキル基としては、炭素数3〜20個のものが好ましく、炭素数5〜20のものがより好ましく、具体的には、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基などが挙げられる。これらの基は、更なる置換基を有していてもよく、そのような置換基としては、例えば、上述した炭素数が6以上のアルキル基が有し得る好ましい置換基と同様の基が挙げられる。
少なくとも1個の炭素数3以上のアルキル基で置換されたアリール基におけるアリール基としては、例えば、炭素原子数6〜20個のものが好ましく、炭素数8〜20のものがより好ましく、具体的には、フェニル基、ナフチル基、アントラセニル基等が挙げられる。これらの基は、更なる置換基を有していてもよく、そのような置換基としては、例えば、上述した炭素数が6以上のアルキル基が有し得る好ましい置換基と同様の基が挙げられる。
少なくとも1個の炭素数5以上のシクロアルキル基で置換されたアリール基における炭素数5以上のシクロアルキル基としては、例えば、炭素数が5〜20個のシクロアルキル基が好ましく、炭素数が5〜10のものが好ましく、具体的には、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボルネル基、アダマンチル基等が挙げられる。これらの基は、更なる置換基を有していてもよく、そのような置換基としては、例えば、上述した炭素数が6以上のアルキル基が有し得る好ましい置換基と同様の基が挙げられる。
少なくとも1個の炭素数5以上のシクロアルキル基で置換されたアリール基におけるアリール基の具体例としては、少なくとも1個の炭素数3以上のアルキル基で置換されたアリール基におけるアリール基と同様のものが挙げられる。これらの基は、更なる置換基を有していてもよく、そのような置換基としては、例えば、上述した炭素数が6以上のアルキル基が有し得る好ましい置換基と同様の基が挙げられる。
本発明の感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物は、高い解像力及び良好なパターン形状の実現の観点から、アリール基を有する繰り返し単位を有することが好ましい。
本発明の感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物が含有する樹脂(Aa)が、上記アリール基を有する繰り返し単位を有することにより、露光時に発生するアウトバンド光を吸収又は反射することが可能であるため、露光時に上記アウトバンド光により発生する余分な酸の発生を抑制することが可能となり、結果として、特にEUV露光によるパターン形成において、高い解像力及び良好なパターン形状の実現が可能となるものと考えられる。
アリール基を有する繰り返し単位が有するアリール基の具体例及び好ましい範囲としては、少なくとも1個の炭素数5以上のシクロアルキル基で置換されたアリール基におけるアリール基と同様のものが挙げられる。
本発明の感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物は、下記一般式(aa2−1)で表される繰り返し単位(Aa2)を有することが好ましい。
Figure 0006118586
一般式(aa2−1)中、
1aは置換基を表し、複数存在する場合はそれぞれのS1aが同一であっても、互いに異なっていてもよい。
pは0〜5の整数を表す。
1aは、置換基を表す。
1aにより表される置換基としては、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、アシル基、アシルオキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、珪素原子を有する基、アリール基、アリールオキシ基、アラルキル基、アラルキルオキシ基、ヒドロキシ基、ニトロ基、スルホニルアミノ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、アラルキルチオ基等が挙げられる。
1aにより表される置換基は、また、上述した基が、2価の連結基に結合した基であってもよく、2価の連結基としては、例えば、置換又は無置換のアルキレン基、置換又は無置換のシクロアルキレン基、−O−、もしくはこれらの複数を組み合わせた2価の連結基が挙げられる。
1aにより表されるアルキル基としては、例えば、炭素原子数が1〜20個のアルキル基が好ましく、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、イソブチル基、t−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基などが挙げられる。アルキル基は、更に置換基を有していてもよい。更に有し得る好ましい置換基としては、例えば、ハロゲン原子、アルコキシ基、シクロアルキル基、水酸基、ニトロ基、アシル基、アシルオキシ基、アシルアミノ基、スルホニルアミノ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、アラルキルチオ基、チオフェンカルボニルオキシ基、チオフェンメチルカルボニルオキシ基、ピロリドン残基等のヘテロ環残基などが挙げられ、好ましくは、炭素数12以下の置換基である。
1aにより表されるシクロアルキル基としては、例えば、炭素原子数が3〜10個のシクロアルキル基が好ましく、具体的には、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボルネル基、アダマンチル基等が挙げられる。シクロアルキル基は、更に置換基を有していてもよい。更に有し得る好ましい置換基としては、例えば、上述したS1aとしてのアルキル基が有し得る置換基に加え、アルキル基が挙げられる。
1aにより表されるアルコキシ基としては、例えば、炭素原子数が1〜10個のアルコキシ基が好ましく、具体的には、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等が挙げられる。アルコキシ基は、更なる置換基を有していてもよく、そのような置換基としては、例えば、上述したS1aとしてのアルキル基が有し得る好ましい置換基と同様の基が挙げられる。
1aにより表されるアシル基としては、例えば、炭素原子数2〜10個のものが好ましく、具体的には、アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、イソブチリル基等が挙げられる。アシル基は、更なる置換基を有していてもよく、そのような置換基としては、例えば、上述したS1aとしてのアルキル基が有し得る好ましい置換基と同様の基が挙げられる。
1aにより表されるアシルオキシ基としては、例えば、炭素原子数2〜10個のものが好ましい。アシルオキシ基におけるアシル基としては、例えば、上述したアシル基と同様の具体例が挙げられ、有し得る置換基も同様である。
1aにより表されるアリール基としては、例えば、炭素原子数6〜10個のものが好ましく、具体的には、フェニル基、キシリル基、トルイル基、クメニル基、ナフチル基、アントラセニル基等が挙げられる。アリール基は、更なる置換基を有していてもよく、そのような置換基としては、例えば、上述したS1aとしてのアルキル基又はシクロアルキル基が有し得る好ましい置換基と同様の基が挙げられる。
1aにより表されるアリールオキシ基、アリールチオ基としては、例えば、炭素原子数2〜10個のものが好ましい。アリールオキシ基及びアリールチオ基におけるアリール基としては、例えば、上述したアリール基と同様の具体例が挙げられ、有し得る置換基も同様である。
1aにより表されるアラルキル基としては、例えば、炭素原子数7〜15個のものが好ましく、具体的には、ベンジル基等が挙げられる。これらの基は、更なる置換基を有していてもよく、そのような置換基としては、例えば、上述したS1aとしてのアルキル基又はシクロアルキル基が有し得る好ましい置換基と同様の基が挙げられる。
1aにより表されるアラルキルオキシ基、アラルキルチオ基としては、例えば、炭素原子数7〜15個のものが好ましい。アラルキルオキシ基及びアラルキルチオ基におけるアラルキル基としては、例えば、上述したアラルキルと同様の具体例が挙げられ、有し得る置換基も同様である。
1aにより表されるアルキルチオ基としては、例えば、炭素原子数1〜10個のものが好ましい。アルキルチオ基におけるアルキル基としては、例えば、上述したアルキルと同様の具体例が挙げられ、有し得る置換基も同様である。
1aにより表されるハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、沃素原子が挙げられ、フッ素原子及び塩素原子が好ましく、フッ素原子が最も好ましい。
1aにより表される、珪素原子を有する基における有機基は、炭素原子を少なくとも1つ含む基であり、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、珪素原子、ハロゲン原子(例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子等)などのヘテロ原子を含んでいてもよい。この有機基は、炭素原子数が1〜30個であることが好ましい。
珪素原子を有する基は、一態様において、下記一般式(S)で表されることが好ましい。
Figure 0006118586
式中、
、R及びRは、各々独立に、水素原子、アルキル基、アルケニル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、アリール基、アラルキル基、ハロゲン原子を表す。
Lは単結合又は2価の連結基を表す。
、R及びRにおけるアルキル基としては、例えば、炭素原子数が1〜20のアルキル基が好ましく、置換基を有していてもよい。
、R及びRにおけるアルケニル基としては、例えば、炭素原子数が2〜10のアルケニル基が好ましく、置換基を有していてもよい。
、R及びRにおけるシクロアルキル基としては、例えば、炭素原子数が3〜10のシクロアルキル基が好ましく、置換基を有していてもよい。
、R及びRにおけるアルコキシ基としては、例えば、炭素原子数が1〜10のアルコキシ基が好ましく、置換基を有していてもよい。
、R及びRにおけるアリール基としては、例えば、炭素原子数が6〜10のアリール基が好ましく、置換基を有していてもよい。
、R及びRにおけるアラルキル基としては、例えば、炭素原子数が7〜15のアラルキル基が好ましく、置換基を有していてもよい。
Lにより表される2価の連結基としては、例えば、置換又は無置換のアルキレン基、−O−、−S−、−(C=O)−、又はこれらの複数を組み合わせた2価の連結基が挙げられる。
1aは、一態様において、置換基を有していてもよいアルキル基、ハロゲン原子又は珪素原子を有する基であることが好ましく、アルキル基、ハロゲン原子で置換されたアルキル基、又は珪素原子を有する基であることがより好ましく、アルキル基又は下記一般式(S−1)で表される基であることが更に好ましい。
Figure 0006118586
式中、
11、R21及びR31は、各々独立に、アルキル基を表す。
は単結合又は2価の連結基を表す。
11、R21及びR31としてのアルキル基は、先に述べた一般式(S)におけるR、R及びRとしてのアルキル基と同義であり、Lとしての2価の連結基は、一般式(S)におけるLとしての2価の連結基と同義である。
pは、上述したように、0〜5の整数を表す。pは、好ましくは1〜5の整数である。
樹脂(Aa)における、繰り返し単位(Aa2)の含有率は、樹脂(Aa)中の全繰り返し単位に対し、1〜99mol%が好ましく、より好ましくは1〜70mol%であり、更に好ましくは1〜50mol%であり、特に好ましくは1〜30mol%である。
樹脂(Aa)は、下記一般式(KA−1)により表される部分構造を有する繰り返し単位を有することも好ましい。
Figure 0006118586
一般式(KA−1)中、
ka1は、nkaが2以上の場合には各々独立して、アルキル基、シクロアルキル基、エーテル基、ヒドロキシ基、アミド基、アリール基、ラクトン環基、又は電子求引性基を表す。nkaが2以上の場合、複数のZka1が互いに結合して、環を形成していてもよい。この環としては、例えば、シクロアルキル環、並びに、環状エーテル環及びラクトン環等のヘテロ環が挙げられる。
nkaは0〜10の整数を表す。nkaは、好ましくは0〜8であり、より好ましくは0〜5であり、更に好ましくは1〜4であり、特に好ましくは1〜3である。
なお、一般式(KA−1)により表される構造は、樹脂の主鎖、側鎖、末端などに存在する部分構造であり、この構造中に含まれる少なくとも1つの水素原子を除いてなる1価以上の置換基として存在する。
ka1は、好ましくは、アルキル基、シクロアルキル基、エーテル基、ヒドロキシ基又は電子求引性基であり、より好ましくは、アルキル基、シクロアルキル基又は電子求引性基である。なお、エーテル基としては、アルキルエーテル基又はシクロアルキルエーテル基が好ましい。
ka1のアルキル基は、直鎖状であってもよく、分岐鎖状であってもよい。このアルキル基は、置換基を更に有していてもよい。
ka1のアルキル基は、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、i−ブチル基及びt−ブチル基等の炭素数が1〜4のものであることが好ましい。
ka1のシクロアルキル基は、単環型であってもよく、多環型であってもよい。後者の場合、シクロアルキル基は、有橋式であってもよい。即ち、この場合、シクロアルキル基は、橋かけ構造を有していてもよい。なお、シクロアルキル基中の炭素原子の一部は、酸素原子等のヘテロ原子によって置換されていてもよい。
単環型のシクロアルキル基としては、炭素数が3〜8のものが好ましく、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基及びシクロオクチル基が挙げられる。
多環型のシクロアルキル基としては、例えば、炭素数が5以上のビシクロ、トリシクロ又はテトラシクロ構造を有する基が挙げられる。この多環型のシクロアルキル基は、炭素数が6〜20であることが好ましく、例えば、アダマンチル基、ノルボルニル基、イソボロニル基、カンファニル基、ジシクロペンチル基、α−ピネル基、トリシクロデカニル基、テトシクロドデシル基及びアンドロスタニル基が挙げられる。
これら構造は、置換基を更に有していてもよい。この置換基としては、例えば、アルキル基、ハロゲン原子、水酸基、アルコキシ基、カルボキシ基、及びアルコキシカルボニル基が挙げられる。
置換基としてのアルキル基は、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基及びブチル基等の低級アルキル基であることが好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基及びイソプロピル基であることが更に好ましい。
置換基としてのアルコキシ基は、好ましくはメトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基及びブトキシ基等の炭素数が1〜4のものが挙げられる。
これら置換基としてのアルキル基及びアルコキシ基は、更なる置換基を有していてもよい。この更なる置換基としては、例えば、水酸基、ハロゲン原子及びアルコキシ基(好ましくは炭素数1〜4)が挙げられる。
ka1のアリール基としては、例えば、フェニル基及びナフチル基が挙げられる。
ka1のアルキル基、シクロアルキル基及びアリール基が更に有し得る置換基としては、例えば、水酸基;ハロゲン原子;ニトロ基;シアノ基;上記のアルキル基;メトキシ基、エトキシ基、ヒドロキシエトキシ基、プロポキシ基、ヒドロキシプロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基、sec−ブトキシ基及びt−ブトキシ基等のアルコキシ基;メトキシカルボニル基及びエトキシカルボニル基等のアルコキシカルボニル基;ベンジル基、フェネチル基及びクミル基等のアラルキル基;アラルキルオキシ基;ホルミル基、アセチル基、ブチリル基、ベンゾイル基、シアナミル基及びバレリル基等のアシル基;ブチリルオキシ基等のアシロキシ基;アルケニル基;ビニルオキシ基、プロペニルオキシ基、アリルオキシ基及びブテニルオキシ基等のアルケニルオキシ基;上記のアリール基;フェノキシ基等のアリールオキシ基;並びに、ベンゾイルオキシ基等のアリールオキシカルボニル基が挙げられる。
ka1の電子求引性基としては、例えば、ハロゲン原子、シアノ基、オキシ基、カルボニル基、カルボニルオキシ基、オキシカルボニル基、ニトリル基、ニトロ基、スルホニル基、スルフィニル基、−C(Rf1)(Rf2)−Rf3により表されるハロ(シクロ)アルキル基、ハロアリール基、及びこれらの組み合わせが挙げられる。なお、「ハロ(シクロ)アルキル基」とは、少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子で置換された(シクロ)アルキル基を意味している。
ka1のハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子が挙げられる。これらのうち、フッ素原子が特に好ましい。
−C(Rf1)(Rf2)−Rf3により表されるハロ(シクロ)アルキル基において、Rf1は、ハロゲン原子、パーハロアルキル基、パーハロシクロアルキル基、又はパーハロアリール基を表す。このRf1は、フッ素原子、パーフルオロアルキル基又はパーフルオロシクロアルキル基であることがより好ましく、フッ素原子又はトリフルオロメチル基であることが更に好ましい。
−C(Rf1)(Rf2)−Rf3により表されるハロ(シクロ)アルキル基において、Rf2及びRf3は、各々独立して、水素原子、ハロゲン原子又は有機基を表す。この有機基としては、例えば、アルキル基、シクロアルキル基及びアルコキシ基が挙げられる。これら基は、ハロゲン原子等の置換基を更に有していてもよい。
f1〜Rf3のうち少なくとも2つは、互いに結合して、環を形成していてもよい。この環としては、例えば、シクロアルキル環、ハロシクロアルキル環、アリール環、及びハロアリール環が挙げられる。
f1〜Rf3のアルキル基及びハロアルキル基としては、例えば、先にZka1について説明したアルキル基、及び、これらアルキル基の水素原子の少なくとも一部がハロゲン原子により置換された基が挙げられる。
上記のハロシクロアルキル基及びハロアリール基としては、例えば、先にZka1について説明したシクロアルキル基及びアリール基の水素原子の少なくとも一部がハロゲン原子により置換された基が挙げられる。このハロシクロアルキル基及びハロアリール基としては、より好ましくは、−C(n)(2n−2)Hにより表されるフルオロシクロアルキル基、及びパーフルオロアリール基などが挙げられる。ここで、炭素数nの範囲に特に制限はないが、nは5〜13の整数であることが好ましく、nは6であることが特に好ましい。
f2は、Rf1と同一の基であるか、又は、Rf3と結合して環を形成していることがより好ましい。
上記の電子求引性基は、ハロゲン原子、ハロ(シクロ)アルキル基又はハロアリール基であることが特に好ましい。
上記の電子求引性基は、フッ素原子の一部がフッ素原子以外の電子求引性基で置換されていてもよい。
なお、電子求引性基が2価以上の基である場合、残りの結合手は、任意の原子又は置換基との結合に供される。この場合、上記の部分構造は、更なる置換基を介して疎水性樹脂の主鎖に結合していてもよい。
上記一般式(KA−1)で表されるもののうち、更に、以下の一般式(KY−1)で表されるものが好ましい。
Figure 0006118586
式(KY−1)中、
ky6〜Rky10は、各々独立して、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、シクロアルキル基、カルボニル基、カルボニルオキシ基、オキシカルボニル基、エーテル基、ヒドロキシ基、シアノ基、アミド基、又はアリール基を表す。Rky6〜Rky10のうち少なくとも2つが互いに結合して、環を形成していてもよい。
ky5は、電子求引性基を表す。電子求引性基としては、上記一般式(KA−1)におけるZka1と同様のものが挙げられる。この電子求引性基は、好ましくは、ハロゲン原子、−C(Rf1)(Rf2)−Rf3により表されるハロ(シクロ)アルキル基、又はハロアリール基であり、これらの具体例は上記一般式(KA−1)における具体例と同様である。
nkbは、0又は1を表す。
kb1、Rkb2は、各々独立して、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、又は電子求引性基を表す。これら原子団として具体的には、上記一般式(KA−1)におけるZka1と同様のものが挙げられる。
一般式(KY−1)により表される構造は、下記一般式(KY−1−1)により表される構造であることがより好ましい。
Figure 0006118586
式(KY−1−1)中、Zka1及びnkaの各々は、上記一般式(KA−1)におけるものと同義である。Rky、Rkb1、Rkb2及びnkbの各々は、上記一般式(KY−1)におけるものと同義である。
kyは、アルキレン基、酸素原子又は硫黄原子を表す。Lkyのアルキレン基としては、例えば、メチレン基及びエチレン基が挙げられる。Lkyは、酸素原子又はメチレン基であることが好ましく、メチレン基であることがより好ましい。
Rsは、各々独立に、アルキレン基又はシクロアルキレン基を表す。nsが2以上の場合、複数のRsは、互いに同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。 Lsは、単結合、エーテル結合、エステル結合、アミド結合、ウレタン結合又はウレア結合を表し、複数ある場合は、同じでも異なっていてもよい。
nsは、−(Rs−Ls)−により表される連結基の繰り返し数であり、0〜5の整数を表す。
一般式(KA−1)により表される部分構造を有する繰り返し単位の含有量は、樹脂(Aa)中の全繰り返し単位を基準として、1〜40モル%であることが好ましく、3〜30モル%であることがより好ましく、5〜15モル%であることが更に好ましい。
Figure 0006118586
Figure 0006118586
Figure 0006118586
Figure 0006118586
Figure 0006118586
Figure 0006118586
Figure 0006118586
Figure 0006118586
本発明の感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物中の全固形分に対する、樹脂(Aa)の含有量は、上記したように31〜90質量%であり、35〜75質量%であることが好ましく、40〜60質量%であることがより好ましい。樹脂(Aa)の含有量が上記範囲内にあることにより、後述の樹脂(Ab)の含有量をリソグラフィ性能に悪影響を与えない範囲に保ったまま、アウトガスをより抑制することが可能となると考えられる。
〔2〕酸の作用により極性が変化する樹脂(Ab)
本発明に係る組成物は、酸の作用により極性が変化する樹脂(Ab)を含有する。
樹脂(Ab)は、酸の作用により極性が変化する樹脂であり、具体的には、酸の作用により、アルカリ現像液に対する溶解度が増大し、あるいは、有機溶剤を含有する現像液に対する溶解度が減少する樹脂である。
樹脂(Ab)は上述の基(aa)を有する繰り返し単位を実質的に有さないことが好ましいが、有していてもよい。樹脂(Ab)及び前述の樹脂(Aa)が、共に基(aa)を有する繰り返し単位を有する場合、樹脂(Aa)に含まれる、基(aa)を有する繰り返し単位の含有率は、樹脂(Ab)に含まれる、基(aa)を有する繰り返し単位の含有率より大きい。樹脂(Aa)の膜表面における偏在化の観点から、樹脂(Aa)における、基(aa)を有する繰り返し単位の含有率は、樹脂(Ab)における、基(aa)を有する繰り返し単位の含有率よりも5モル%以上大きいことが好ましく、10モル%以上大きいことがより好ましく、15モル%以上大きいことが特に好ましい。
また、樹脂(Aa)の膜表面における偏在化の観点から、樹脂(Ab)は上述の基(aa)を有する繰り返し単位を実質的に有さないことが好ましく、より具体的には、樹脂(Ab)の全繰り返し単位中、上述の基(aa)を有する繰り返し単位の含有量が1モル%以下であることが好ましく、0.5モル%であることがより好ましく、理想的には0モル%、すなわち上述の基(aa)を有する繰り返し単位を有さないことが特に好ましい。
樹脂(Ab)は、好ましくはアルカリ現像液に不溶又は難溶性である。
樹脂(Ab)は、酸分解性基を有する繰り返し単位を有することが好ましい。
酸分解性基としては、例えば、カルボキシル基、フェノール性水酸基、スルホン酸基、チオール基等のアルカリ可溶性基の水素原子が、酸の作用により脱離する基で保護された基を挙げることができる。
酸の作用により脱離する基としては、例えば、−C(R36)(R37)(R38)、−C(R36)(R37)(OR39)、−C(=O)−O−C(R36)(R37)(R38)、−C(R01)(R02)(OR39)、−C(R01)(R02)−C(=O)−O−C(R36)(R37)(R38)等を挙げることができる。
式中、R36〜R39は、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基又はアルケニル基表す。R36とR37とは、互いに結合して環を形成してもよい。R01〜R02は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基又はアルケニル基を表す。
樹脂(Ab)は、他の態様において、下記一般式(A1)及び(A2)で表される繰り返し単位の少なくとも1種を含有することが好ましい。
Figure 0006118586
一般式(A1)中、
nは1〜5の整数を表し、mは1≦m+n≦5なる関係を満足する0〜4の整数を表す。
は、置換基(水素原子を除く)を表し、mが2以上の場合には、複数のSは互いに同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。
は、水素原子又は酸の作用により脱離する基を表す。但し、少なくとも1つのAは酸の作用により脱離する基を表す。n≧2の場合には、複数のAは、互いに同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。
一般式(A2)中、
Xは、水素原子、アルキル基、水酸基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、アシル基、アシロキシ基、シクロアルキル基、シクロアルキルオキシ基、アリール基、カルボキシ基、アルキルオキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基又はアラルキル基を表す。
は、酸の作用により脱離する基を表す。
Tは、単結合又は2価の連結基を表す。
まず、一般式(A1)により表される繰り返し単位について説明する。
nは、上述したように、1〜5の整数を表し、好ましくは1又は2であり、特に好ましくは1である。
mは、上述したように、1≦m+n≦5なる関係を満足する0〜4の整数を表し、好ましくは0〜2であり、より好ましくは0又は1であり、特に好ましくは0である。
は、上述したように、置換基(水素原子を除く)を表す。この置換基としては、例えば、後述する一般式(A)におけるSについて説明する置換基と同様のものが挙げられる。
は、上述したように、水素原子又は酸の作用により脱離する基を表し、少なくとも1つのAは酸の作用により脱離する基である。
酸の作用により脱離する基としては、例えば、t−ブチル基及びt−アミル基等の3級アルキル基、t−ブトキシカルボニル基、t−ブトキシカルボニルメチル基、並びに、式−C(L)(L)−O−Zにより表されるアセタール基が挙げられる。
以下、式−C(L)(L)−O−Zにより表されるアセタール基について説明する。式中、L及びLは、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基又はアラルキル基を表す。Zは、アルキル基、シクロアルキル基又はアラルキル基を表す。なお、ZとLとは、互いに結合して、5員又は6員環を形成していてもよい。
アルキル基は、直鎖アルキル基であってもよく、分岐鎖アルキル基であってもよい。
直鎖アルキル基としては、炭素数が1〜30のものが好ましく、炭素数が1〜20のものがより好ましい。このような直鎖アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、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−ノニル基及びn−デカニル基が挙げられる。
分岐鎖アルキル基としては、炭素数が3〜30のものが好ましく、炭素数が3〜20のものがより好ましい。このような分岐鎖アルキル基としては、例えば、i−プロピル基、i−ブチル基、t−ブチル基、i−ペンチル基、t−ペンチル基、i−ヘキシル基、tヘキシル基、i−ヘプチル基、t−ヘプチル基、i−オクチル基、t−オクチル基、iノニル基及びt−デカノイル基が挙げられる。
これらアルキル基は、置換基を更に有していてもよい。この置換基としては、例えば、水酸基;フッ素、塩素、臭素及びヨウ素原子等のハロゲン原子;ニトロ基;シアノ基;アミド基;スルホンアミド基;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、ヘキシル基、2−エチルヘキシル基、オクチル基及びドデシル基等のアルキル基;メトキシ基、エトキシ基、ヒドロキシエトキシ基、プロポキシ基、ヒドロキシプロポキシ基及びブトキシ基等のアルコキシ基;メトキシカルボニル基及びエトキシカルボニル基等のアルコキシカルボニル基;ホルミル基、アセチル基及びベンゾイル基等のアシル基;アセトキシ基及びブチリルオキシ基等のアシロキシ基、並びにカルボキシ基が挙げられる。
アルキル基としては、エチル基、イソプロピル基、イソブチル基、シクロヘキシルエチル基、フェニルメチル基又はフェニルエチル基が特に好ましい。
シクロアルキル基は、単環型であってもよく、多環型であってもよい。後者の場合、シクロアルキル基は、有橋式であってもよい。即ち、この場合、シクロアルキル基は、橋かけ構造を有していてもよい。なお、シクロアルキル基中の炭素原子の一部は、酸素原子等のヘテロ原子によって置換されていてもよい。
単環型のシクロアルキル基としては、炭素数3〜8のものが好ましい。このようなシクロアルキル基としては、例えば、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロブチル基及びシクロオクチル基が挙げられる。
多環型のシクロアルキル基としては、例えば、ビシクロ、トリシクロ又はテトラシクロ構造を有する基が挙げられる。多環型のシクロアルキル基としては、炭素数が6〜20のものが好ましい。このようなシクロアルキル基としては、例えば、アダマンチル基、ノルボルニル基、イソボロニル基、カンファニル基、ジシクロペンチル基、 α−ピナニル基
、トリシクロデカニル基、テトシクロドデシル基及びアンドロスタニル基が挙げられる。
、L及びZにおけるアラルキル基としては、例えば、ベンジル基及びフェネチル基等の炭素数が7〜15のものが挙げられる。
これらアラルキル基は、置換基を更に有していてもよい。この置換基としては、好ましくは、アルコキシ基、水酸基、ハロゲン原子、ニトロ基、アシル基、アシルアミノ基、スルホニルアミノ基、アルキルチオ基、アリールチオ基及びアラルキルチオ基が挙げられる。置換基を有するアラルキル基としては、例えば、アルコキシベンジル基、ヒドロキシベンジル基及びフェニルチオフェネチル基が挙げられる。なお、これらアラルキル基が有し得る置換基の炭素数は、好ましくは12以下である。
とLとが互いに結合して形成し得る5員又は6員環としては、例えば、テトラヒドロピラン環及びテトラヒドロフラン環が挙げられる。これらのうち、テトラヒドロピラン環が特に好ましい。
は、直鎖又は分岐鎖状のアルキル基であることが好ましい。これにより、本発明の効果が一層顕著になる。
以下に、一般式(A1)により表される繰り返し単位の具体例を挙げるが、これらに限定されるものではない。
Figure 0006118586
Figure 0006118586
次に、一般式(A2)により表される繰り返し単位について説明する。
Xは、上述したように、水素原子、アルキル基、水酸基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、アシル基、アシロキシ基、シクロアルキル基、シクロアルキルオキシ基、アリール基、カルボキシ基、アルキルオキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基又はアラルキル基を表す。
Xとしてのアルキル基は、置換基を有していてもよく、直鎖、分岐のいずれでもよい。直鎖アルキル基としては、好ましくは炭素数1〜30、さらに好ましくは1〜20であり、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、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−デカニル基等が挙げられる。分岐アルキル基としては、好ましくは炭素数3〜30、さらに好ましくは3〜20であり、例えば、i−プロピル基、i−ブチル基、t−ブチル基、i−ペンチル基、t−ペンチル基、i−ヘキシル基、t−ヘキシル基、i−ヘプチル基、t−ヘプチル基、i−オクチル基、t−オクチル基、i−ノニル基、t−デカノイル基等が挙げられる。
Xとしてのアルコキシ基は、置換基を有していてもよく、例えば炭素数1〜8の上記アルコキシ基であり、例えばメトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基等を挙げることができる。
Xとしてのハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子が挙げられ、フッ素原子が好ましい。
Xとしてのアシル基は、置換基を有していてもよく、例えば炭素数2〜8個のアシル基であって、具体的には、ホルミル基、アセチル基、プロパノイル基、ブタノイル基、ピバロイル基、ベンゾイル基等を好ましく挙げることができる。
Xとしてのアシロキシ基は、置換基を有していてもよく、好ましくは炭素数2〜8のアシロキシ基であり、例えば、アセトキシ基、プロピオニルオキシ基、ブチルリオキシ基、バレリルオキシ基、ピバロイルオキシ基、ヘキサノイルオキシ基、オクタノイルオキシ基、ベンゾイルオキシ基等を挙げることができる。
Xとしてのシクロアルキル基は、置換基を有していてもよく、単環型でもよく、多環型でもよく、有橋式であってもよい。例えば、シクロアルキル基は橋かけ構造を有していてもよい。単環型としては、炭素数3〜8のシクロアルキル基が好ましく、例えば、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロブチル基、シクロオクチル基等を挙げることができる。多環型としては、炭素数5以上のビシクロ、トリシクロ、テトラシクロ構造等を有する基を挙げることができ、炭素数6〜20のシクロアルキル基が好ましく、例えば、アダマンチル基、ノルボルニル基、イソボロニル基、カンファニル基、ジシクロペンチル基、α−ピナニル基、トリシクロデカニル基、テトシクロドデシル基、アンドロスタニル基等を挙げることができる。尚、シクロアルキル基中の炭素原子の一部が、酸素原子等のヘテロ原子によって置換されていてもよい。
Xとしてのアリール基は、置換基を有していてもよく、好ましくは炭素数6〜14であり、例えば、フェニル基、キシリル基、トルイル基、クメニル基、ナフチル基、アントラセニル基等が挙げられる。
Xとしてのアルキルオキシカルボニル基は、置換基を有していてもよく、好ましくは炭素数2〜8であり、例えば、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、プロポキシカルボニル基を挙げることができる。
Xとしてのアルキルカルボニルオキシ基は、置換基を有していてもよく、好ましくは炭素数2〜8であり、例えば、メチルカルボニルオキシ基、エチルカルボニルオキシ基を挙げることができる。
Xとしてのアラルキル基は、置換基を有していてもよく、好ましくは炭素数7〜16のアラルキル基である、例えば、ベンジル基を挙げることができる。
Xとしてのアルキル基、アルコキシ基、アシル基、シクロアルキル基、アリール基、アルキルオキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基、アラルキル基が更に有していてもよい置換基としては、水酸基、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、沃素原子、アルキル基、水酸基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、アシル基、アシロキシ基、シクロアルキル基、アリール基、カルボキシル基、アルキルオキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基又はアラルキル基などが挙げられる。
は、上述したように、酸の作用により脱離する基を表す。即ち、一般式(A2)により表される繰り返し単位は、酸分解性基として、「−COOA」により表される基を備えている。Aとしては、例えば、先に一般式(A1)におけるAについて説明したのと同様のものが挙げられる。
2は炭化水素基(好ましくは炭素数20以下、より好ましくは4〜12)であること
が好ましく、t−ブチル基、t−アミル基、脂環構造を有する炭化水素基(例えば、脂環基自体、及び、アルキル基に脂環基が置換した基)がより好ましい。
2は、3級のアルキル基又は3級のシクロアルキル基であることが好ましい。
脂環構造は、単環でも、多環でもよい。具体的には、炭素数5以上のモノシクロ、ビシクロ、トリシクロ、テトラシクロ構造等を挙げることができる。その炭素数は6〜30個が好ましく、特に炭素数7〜25個が好ましい。これらの脂環構造を有する炭化水素基は置換基を有していてもよい。
本発明においては、上記脂環構造の好ましいものとしては、一価の脂環基の表記として、アダマンチル基、ノルアダマンチル基、デカリン残基、トリシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、ノルボルニル基、セドロール基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロデカニル基、シクロドデカニル基を挙げることができる。より好ましくは、アダマンチル基、デカリン残基、ノルボルニル基、セドロール基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロデカニル基、シクロドデカニル基である。
Tの2価の連結基としては、アルキレン基、−COO−Rt−基、−O−Rt−基等が挙げられる。式中、Rtは、アルキレン基又はシクロアルキレン基を表す。
Tは、単結合又は−COO−Rt−基が好ましい。Rtは、炭素数1〜5のアルキレン基が好ましく、−CH−基、−(CH−基がより好ましい。
また、一般式(A2)で表される繰り返し単位は、他の形態において、以下に示す一般式(A3)で表される繰り返し単位である場合も好ましい。
Figure 0006118586
一般式(A3)中、
ARは、アリール基を表す。
Rnは、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を表す。RnとARとは互いに結合して非芳香族環を形成してもよい。
Rは、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアルキルオキシカルボニル基を表す。
一般式(A3)により表される繰り返し単位について詳細に説明する。
ARは、上述したようにアリール基を表す。ARのアリール基としては、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、又は、フルオレン基等の炭素数6〜20のものが好ましく、炭素数6〜15のものがより好ましい。
ARがナフチル基、アントリル基又はフルオレン基である場合、Rnが結合している炭素原子とARとの結合位置には、特に制限はない。例えば、ARがナフチル基である場合、この炭素原子は、ナフチル基のα位に結合していてもよく、β位に結合していてもよい。或いは、ARがアントリル基である場合、この炭素原子は、アントリル基の1位に結合していてもよく、2位に結合していてもよく、9位に結合していてもよい。
ARとしてのアリール基は、1以上の置換基を有していてもよい。このような置換基の具体例としては、例えば、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、t−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基及びドデシル基等の炭素数が1〜20の直鎖又は分岐鎖アルキル基、これらアルキル基部分を含んだアルコキシ基、シクロペンチル基及びシクロヘキシル基等のシクロアルキル基、これらシクロアルキル基部分を含んだシクロアルコキシ基、水酸基、ハロゲン原子、アリール基、シアノ基、ニトロ基、アシル基、アシルオキシ基、アシルアミノ基、スルホニルアミノ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、アラルキルチオ基、チオフェンカルボニルオキシ基、チオフェンメチルカルボニルオキシ基、及びピロリドン残基等のヘテロ環残基が挙げられる。この置換基としては、炭素数1〜5の直鎖若しくは分岐鎖アルキル基、これらアルキル基部分を含んだアルコキシ基が好ましく、パラメチル基又はパラメトキシ基がより好ましい。
ARとしてのアリール基が、複数の置換基を有する場合、複数の置換基のうちの少なくとも2つが互いに結合して環を形成しても良い。環は、5〜8員環であることが好ましく、5又は6員環であることがより好ましい。また、この環は、環員に酸素原子、窒素原子、硫黄原子等のヘテロ原子を含むヘテロ環であってもよい。
更に、この環は、置換基を有していてもよい。この置換基としては、Rnが有していてもよい更なる置換基について後述するものと同様のものが挙げられる。
また、一般式(A3)により表される繰り返し単位は、ラフネス性能の観点から、2個以上の芳香環を含有ことが好ましい。この繰り返し単位が有する芳香環の個数は、通常、5個以下であることが好ましく、3個以下であることがより好ましい。
また、一般式(A3)により表される繰り返し単位において、ラフネス性能の観点から、ARは2個以上の芳香環を含有することがより好ましく、ARがナフチル基又はビフェニル基であることが更に好ましい。ARが有する芳香環の個数は、通常、5個以下であることが好ましく、3個以下であることがより好ましい。
Rnは、上述したように、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を表す。
Rnのアルキル基は、直鎖アルキル基であってもよく、分岐鎖アルキル基であってもよい。このアルキル基としては、好ましくは、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、t−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、オクチル基及びドデシル基等の炭素数が1〜20のものが挙げられる。Rnのアルキル基は、炭素数1〜5のものが好ましく、炭素数1〜3のものがより好ましい。
Rnのシクロアルキル基としては、例えば、シクロペンチル基及びシクロヘキシル基等の炭素数が3〜15のものが挙げられる。
Rnのアリール基としては、例えば、フェニル基、キシリル基、トルイル基、クメニル基、ナフチル基及びアントリル基等の炭素数が6〜14のものが好ましい。
Rnとしてのアルキル基、シクロアルキル基及びアリール基の各々は、置換基を更に有していてもよい。この置換基としては、例えば、アルコキシ基、水酸基、ハロゲン原子、ニトロ基、アシル基、アシルオキシ基、アシルアミノ基、スルホニルアミノ基、ジアルキルアミノ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、アラルキルチオ基、チオフェンカルボニルオキシ基、チオフェンメチルカルボニルオキシ基、及びピロリドン残基等のヘテロ環残基が挙げられる。中でも、アルコキシ基、水酸基、ハロゲン原子、ニトロ基、アシル基、アシルオキシ基、アシルアミノ基及びスルホニルアミノ基が特に好ましい。
Rは、上述したように、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアルキルオキシカルボニル基を表す。
Rのアルキル基及びシクロアルキル基としては、例えば、先にRnについて説明したのと同様のものが挙げられる。これらアルキル基及びシクロアルキル基の各々は、置換基を有していてもよい。この置換基としては、例えば、先にRnについて説明したのと同様のものが挙げられる。
Rが置換基を有するアルキル基又はシクロアルキル基である場合、特に好ましいRとしては、例えば、トリフルオロメチル基、アルキルオキシカルボニルメチル基、アルキルカルボニルオキシメチル基、ヒドロキシメチル基、及びアルコキシメチル基が挙げられる。
Rのハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子が挙げられる。中でも、フッ素原子が特に好ましい。
Rのアルキルオキシカルボニル基に含まれるアルキル基部分としては、例えば、先にRのアルキル基として挙げた構成を採用することができる。
RnとARとが互いに結合して非芳香族環を形成することが好ましく、これにより、特に、ラフネス性能をより向上させることができる。
RnとARとは互いに結合して形成しても良い非芳香族環としては、5〜8員環であることが好ましく、5又は6員環であることがより好ましい。
非芳香族環は、脂肪族環であっても、環員として酸素原子、窒素原子、硫黄原子等のヘテロ原子を含むヘテロ環であってもよい。
非芳香族環は、置換基を有していてもよい。この置換基としては、例えば、Rnが有していてもよい更なる置換基について先に説明したのと同様のものが挙げられる。
以下に、一般式(A2)により表される繰り返し単位に対応したモノマーの具体例、及び、該繰り返し単位の具体例を挙げるが、これらに限定されるものではない。
Figure 0006118586
Figure 0006118586
Figure 0006118586
Figure 0006118586
Figure 0006118586
以下に、一般式(A3)により表される繰り返し単位の構造の具体例を挙げるが、これらに限定されるものではない。
Figure 0006118586
Figure 0006118586
Figure 0006118586
Figure 0006118586
Figure 0006118586
Figure 0006118586
Figure 0006118586
Figure 0006118586
中でも、下記に示す繰り返し単位がより好ましい。
Figure 0006118586
Figure 0006118586
一般式(A2)により表される繰り返し単位は、一形態において、t−ブチルメタクリレート又はエチルシクロペンチルメタクリレートの繰り返し単位であることが好ましい。
一般式(A2)で表される繰り返し単位に対応するモノマーは、THF、アセトン、塩化メチレン等の溶媒中、(メタ)アクリル酸クロリドとアルコール化合物を、トリエチルアミン、ピリジン、DBU等の塩基性触媒存在下でエステル化させることにより合成することができる。なお、市販のものを用いてもよい。
樹脂(Ab)は、更に、下記一般式(A5)で表される繰り返し単位を含有していてもよい。
Figure 0006118586
式(A5)中、
Xは、水素原子、アルキル基、水酸基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、アシル基、アシロキシ基、シクロアルキル基、アリール基、カルボキシル基、アルキルオキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基、又はアラルキル基を表し、一般式(A2b)に於けるXと同様のものである。
は、酸の作用により脱離しない炭化水素基を表す。
一般式(A5)に於ける、Aの酸の作用により脱離しない炭化水素基としては、上記の酸分解性基以外の炭化水素基が挙げられ、例えば、酸の作用により脱離しないアルキル基(好ましくは炭素数1〜15)、酸の作用により脱離しないシクロアルキル基(好ましくは炭素数3〜15)、酸の作用により脱離しないアリール基(好ましくは炭素数6〜15)等を挙げることができる。
の酸の作用により脱離しない炭化水素基は、更に、水酸基、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基等で置換されていてもよい。
樹脂(Ab)は、更に一般式(A6)で表される繰り返し単位を有することも好ましい。
Figure 0006118586
一般式(A6)中、
2は、水素原子、メチル基、シアノ基、ハロゲン原子又は炭素数1〜4のペルフルオ
ロ基を表す。
3は、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、アリール基、アル
コキシ基又はアシル基を表す。
qは、0〜4の整数を表す。
Arは、q+2価の芳香環を表す。
Wは、酸の作用により分解しない基又は水素原子を表す。
Arにより表される芳香環としては、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環が好ましく、ベンゼン環であることがより好ましい。
Wは酸の作用により分解しない基(酸安定基ともいう)を表すが、上記の酸分解性基以外の基が挙げられ、具体的にはハロゲン原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アリール基、アシル基、アルキルアミド基、アリールアミドメチル基、アリールアミド基等が挙げられる。酸安定基としては、好ましくはアシル基、アルキルアミド基であり、より好ましくはアシル基、アルキルカルボニルオキシ基、アルキルオキシ基、シクロアルキルオキシ基、アリールオキシ基である。
Wの酸安定基において、アルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基の様な炭素数1〜4個のものが好ましく、シク
ロアルキル基としてはシクロプロピル基、シクロブチル基、シクロヘキシル基、アダマンチル基の様な炭素数3〜10個のものが好ましく、アルケニル基としてはビニル基、プロペニル基、アリル基、ブテニル基の様な炭素数2〜4個のものが好ましく、アルケニル基としてはビニル基、プロペニル基、アリル基、ブテニル基の様な炭素数2〜4個のものが好ましく、アリール基としてはフェニル基、キシリル基、トルイル基、クメニル基、ナフチル基、アントラセニル基の様な炭素数6〜14個のものが好ましい。Wはベンゼン環上のどの位置にあってもよいが、好ましくはスチレン骨格のメタ位かパラ位であり、特に好ましくはパラ位である。
以下に、一般式(A6)で表される繰り返し単位の具体例を挙げるがこれらに限定するものではない。
Figure 0006118586
Figure 0006118586
Figure 0006118586
樹脂(Ab)は、更に酸の作用により分解しない(メタ)アクリル酸誘導体からなる繰り返し単位を有することも好ましい。以下に具体例を挙げるがこれに限定するものではない。
Figure 0006118586
樹脂(Ab)における酸分解性基を有する繰り返し単位の含有率は、全繰り返し単位中、5〜95モル%が好ましく、より好ましくは10〜60モル%であり、特に好ましくは15〜50モル%である。
樹脂(Ab)における一般式(A1)で表される繰り返し単位の含有率は、全繰り返し単位中、0〜90モル%が好ましく、より好ましくは10〜70モル%であり、特に好ましくは20〜50モル%である。
樹脂(Ab)における一般式(A2)で表される繰り返し単位の含有率は、全繰り返し単位中、0〜90モル%が好ましく、より好ましくは5〜75モル%であり、特に好ましくは10〜60モル%である。
樹脂(Ab)における一般式(A3)で表される繰り返し単位の含有率は、全繰り返し単位中、0〜90モル%が好ましく、より好ましくは5〜75モル%であり、特に好ましくは10〜60モル%である。
樹脂(Ab)における一般式(A5)で表される繰り返し単位の含有率は、全繰り返し単位中、0〜50モル%が好ましく、より好ましくは0〜40モル%であり、特に好ましくは0〜30モル%である。
樹脂(Ab)は、更に一般式(A6)で表される繰返し単位を有していてもよく、膜質向上、未露光部の膜減り抑制等の観点から好ましい。一般式(A5)で表される繰り返し単位の含有率は、それぞれの全繰り返し単位中、0〜50モル%であることが好ましく、より好ましくは0〜40モル%であり、特に好ましくは0〜30モル%である。
また、樹脂(Ab)は、アルカリ現像液に対する良好な現像性を維持するために、アルカリ可溶性基、例えばフェノール性水酸基、カルボキシル基が導入され得るように適切な他の重合性モノマーが共重合されていてもよいし、膜質向上のためにアルキルアクリレートやアルキルメタクリレートのような疎水性の他の重合性モノマーが共重合されてもよい。
一般式(A2)で表される繰り返し単位に対応するモノマーは、THF、アセトン、塩化メチレン等の溶媒中、(メタ)アクリル酸クロリドとアルコール化合物を、トリエチルアミン、ピリジン、DBU等の塩基性触媒存在下でエステル化させることにより合成することができる。なお、市販のものを用いてもよい。
一般式(A1)で表される繰り返し単位に対応するモノマーは、THF、塩化メチレン等の溶媒中、ヒドロキシ置換スチレンモノマーとビニルエーテル化合物を、p−トルエンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸ピリジン塩等の酸性触媒存在下でアセタール化させること、又は、二炭酸t−ブチルを用いてトリエチルアミン、ピリジン、DBU等の塩基性触媒存在下でt−Boc保護化する事により合成することができる。なお、市販のものを用いてもよい。
樹脂(Ab)は、下記一般式(A)で表される繰り返し単位を有することが好ましい。
Figure 0006118586
上記一般式中、
21、R22及びR23は、各々独立に、水素原子、アルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。但し、R22はArと結合して環を形成していてもよく、その場合のR22は単結合又はアルキレン基を表す。
は、単結合、−COO−、又は−CONR30−を表し、R30は、水素原子又はアルキル基を表す。
は、単結合又はアルキレン基を表す。
Arは、(n+1)価の芳香環基を表し、R22と結合して環を形成する場合には(n+2)価の芳香環基を表す。
nは、1〜4の整数を表す。
上記一般式(A)におけるR21、R22及びR23のアルキル基としては、好ましくは置換基を有していても良いメチル基、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、ヘキシル基、2−エチルヘキシル基、オクチル基、ドデシル基など炭素数20以下のアルキル基が挙げられ、より好ましくは炭素数8以下のアルキル基、特に好ましくは炭素数3以下のアルキル基が挙げられる。
アルコキシカルボニル基に含まれるアルキル基としては、上記R’及びLにおけるアルキル基と同様のものが好ましい。
シクロアルキル基としては、単環型でも、多環型でもよい。好ましくは置換基を有していても良いシクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基のような炭素数3〜8個で単環型のシクロアルキル基が挙げられる。
ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子が挙げられ、フッ素原子が特に好ましい。
上記各基における好ましい置換基としては、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アミノ基、アミド基、ウレイド基、ウレタン基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、ハロゲン原子、アルコキシ基、チオエーテル基、アシル基、アシロキシ基、アルコキシカルボニル基、シアノ基、ニトロ基等を挙げることができ、置換基の炭素数は8以下が好ましい。
Arは、(n+1)価の芳香環基を表す。nが1である場合における2価の芳香環基は、置換基を有していてもよく、例えば、フェニレン基、トリレン基、ナフチレン基、アントラセニレン基などの炭素数6〜18のアリーレン基、あるいは、例えば、チオフェン、フラン、ピロール、ベンゾチオフェン、ベンゾフラン、ベンゾピロール、トリアジン、イミダゾール、ベンゾイミダゾール、トリアゾール、チアジアゾール、チアゾール等のヘテロ環を含む芳香環基を好ましい例として挙げることができる。
nが2以上の整数である場合における(n+1)価の芳香環基の具体例としては、2価の芳香環基の上記した具体例から、(n−1)個の任意の水素原子を除してなる基を好適に挙げることができる。
(n+1)価の芳香環基は、更に置換基を有していても良い。
により表わされる−CONR30−(R30は、水素原子、アルキル基を表す)におけるR30のアルキル基としては、R21〜R23のアルキル基と同様のものが挙げられる。
としては、単結合、−COO−、−CONH−が好ましく、単結合、−COO−がより好ましい。
におけるアルキレン基としては、好ましくは置換基を有していてもよいメチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ヘキシレン基、オクチレン基等の炭素数1〜8個のものが挙げられる。
Arとしては、置換基を有していても良い炭素数6〜18の芳香環基がより好ましく、ベンゼン環基、ナフタレン環基、ビフェニレン環基が特に好ましい。
この繰り返し単位は、ヒドロキシスチレン構造を備えていることが好ましい。即ち、Arは、ベンゼン環基であることが好ましい。
以下に、一般式(A)で表される繰り返し単位の具体例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。式中、aは1又は2を表す。
Figure 0006118586
Figure 0006118586
前記一般式(A)で表される繰り返し単位は、下記式(A1)又は(A2)で表される繰り返し単位であることが好ましく、(A1)で表される繰り返し単位であることが更に好ましい。
Figure 0006118586
上記式(A2)中、R23は、一般式(A)におけるR23と同義である。
樹脂(P)は、一般式(A)で表される繰り返し単位を2種類以上含んでいてもよい。
樹脂(Ab)は、一態様において、電子線又は極紫外線の照射により分解して酸を発生する構造部位を備えた繰り返し単位(B)(以下において、「酸発生繰り返し単位(B)」又は「繰り返し単位(B)」という)を含んでいてもよい。
この構造部位は、例えば、活性光線又は放射線の照射により分解することにより、繰り返し単位(B)中に酸アニオンを生じさせる構造部位であってもよいし、酸アニオンを放出して繰り返し単位(B)中にカチオン構造を生じさせる構造部位であってもよい。
また、この構造部位は、例えば、スルホニウム塩構造又はヨードニウム塩構造を備えたイオン性構造部位であることが好ましい。
この構造部位は、例えば、以下に説明する一般式(B1)、(B2)及び(B3)中のAにより表される構造部位と同様の構造部位であってもよい。
繰り返し単位(B)は、一態様において、下記一般式(B1)、(B2)及び(B3)で表される繰り返し単位からなる群より選択される少なくとも1つであることが好ましい。これらのうち、下記一般式(B1)又は(B3)により表される繰り返し単位がより好ましく、下記一般式(B1)により表される繰り返し単位が特に好ましい。
Figure 0006118586
一般式(B1)、(B2)及び(B3)中、
Aは、活性光線又は放射線の照射により分解して酸アニオンを発生する構造部位を表す。
04、R05及びR07〜R09は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。
06は、シアノ基、カルボキシ基、−CO−OR25又は−CO−N(R26)(R27)を表す。R25は、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アリール基又はアラルキル基を表す。R26及びR27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、シクロアルケニル基、アリール基又はアラルキル基を表す。R26とR27とは、互いに結合して、窒素原子と共に環を形成していてもよい。
、X及びXは、各々独立に、単結合、アリーレン基、アルキレン基、シクロアルキレン基、−O−、−SO−、−CO−、−N(R33)−又はこれらの複数を組み合わせた2価の連結基を表す。R33は、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アリール基又はアラルキル基を表す。
04、R05及びR07〜R09のアルキル基としては、炭素数が20以下のものが好ましく、炭素数が8以下のものがより好ましい。このようなアルキル基としては、例えば、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、ヘキシル基、2−エチルヘキシル基、オクチル基、及びドデシル基が挙げられる。なお、これらアルキル基は、置換基を更に有していてもよい。
04、R05及びR07〜R09のシクロアルキル基は、単環型であっても、多環型であってもよい。このシクロアルキル基としては、炭素数が3〜8のものが好ましい。このようなシクロアルキル基としては、例えば、シクロプロピル基、シクロペンチル基及びシクロヘキシル基が挙げられる。
04、R05及びR07〜R09のハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子が挙げられる。これらのうち、フッ素原子が特に好ましい。
04、R05及びR07〜R09のアルコキシカルボニル基に含まれるアルキル基としては、例えば、先にR04、R05及びR07〜R09のアルキル基として挙げたものが好ましい。
25〜R27及びR33のアルキル基としては、例えば、先にR04、R05及びR07〜R09のアルキル基として挙げたものが好ましい。
25〜R27及びR33のシクロアルキル基としては、例えば、先にR04、R05及びR07〜R09のシクロアルキル基として挙げたものが好ましい。
25〜R27及びR33のアルケニル基としては、炭素数が2〜6のものが好ましい。このようなアルケニル基としては、例えば、ビニル基、プロペニル基、アリル基、ブテニル基、ペンテニル基及びヘキセニル基が挙げられる。
25〜R27及びR33のシクロアルケニル基としては、炭素数が3〜6のものが好ましい。このようなシクロアルケニル基としては、例えば、シクロヘキセニル基が挙げられる。
25〜R27及びR33のアリール基は、単環の芳香族基であってもよく、多環の芳香族基であってもよい。このアリール基としては、炭素数が6〜14のものが好ましい。このアリール基は、置換基を更に有していてもよい。また、アリール基同士が互いに結合して、複環を形成していてもよい。R25〜R27及びR33のアリール基としては、例えば、フェニル基、トリル基、クロロフェニル基、メトキシフェニル基及びナフチル基が挙げられる。
25〜R27及びR33のアラルキル基としては、炭素数が7〜15のものが好ましい。このアラルキル基は、置換基を更に有していてもよい。R25〜R27及びR33のアラルキル基としては、例えば、ベンジル基、フェネチル基及びクミル基が挙げられる。
26とR27とが互いに結合して窒素原子と共に形成する環としては、5〜8員環が好ましく、具体的には、例えば、ピロリジン、ピペリジン及びピペラジンが挙げられる。
〜Xのアリーレン基としては、炭素数が6〜14のものが好ましい。このようなアリーレン基としては、例えば、フェニレン基、トリレン基及びナフチレン基が挙げられる。これらアリーレン基は、置換基を更に有していてもよい。
〜Xのアルキレン基としては、炭素数が1〜8のものが好ましい。このようなアルキレン基としては、例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ヘキシレン基及びオクチレン基が挙げられる。これらアルキレン基は、置換基を更に有していてもよい。
〜Xのシクロアルキレン基としては、炭素数が5〜8のものが好ましい。このようなシクロアルキレン基としては、例えば、シクロペンチレン基及びシクロヘキシレン基が挙げられる。これらシクロアルキレン基は、置換基を更に有していてもよい。
上記一般式(B1)〜(B3)における各基が有し得る好ましい置換基としては、例えば、水酸基;ハロゲン原子(フッ素、塩素、臭素、ヨウ素);ニトロ基;シアノ基;アミド基;スルホンアミド基;先にR04、R05及びR07〜R09として挙げたアルキル基;メトキシ基、エトキシ基、ヒドロキシエトキシ基、プロポキシ基、ヒドロキシプロポキシ基、及びブトキシ基等のアルコキシ基;メトキシカルボニル基及びエトキシカルボニル基等のアルコキシカルボニル基;ホルミル基、アセチル基及びベンゾイル基等のアシル基;アセトキシ基及びブチリルオキシ基等のアシロキシ基、並びにカルボキシ基が挙げられる。これら置換基は、炭素数が8以下であることが好ましい。
Aは、活性光線又は放射線の照射により分解して酸アニオンを発生する構造部位を表し、具体的には、光カチオン重合の光開始剤、光ラジカル重合の光開始剤、色素類の光消色剤、光変色剤、及びマイクロレジスト等に使用されている公知の光により酸を発生する化合物が有する構造部位が挙げられる。
また、Aとしては、スルホニウム塩構造又はヨードニウム塩構造を備えたイオン性構造部位がより好ましい。より具体的には、Aとして、下記一般式(ZI)又は(ZII)で表される基が好ましい。
Figure 0006118586
一般式(ZI)中、
201、R202及びR203は、各々独立に、有機基を表す。
201、R202及びR203としての有機基の炭素数は、一般的には1〜30であり、好ましくは1〜20である。また、R201〜R203のうち2つが結合して環構造を形成してもよく、環内に酸素原子、硫黄原子、エステル結合、アミド結合、カルボニル基を含んでいてもよい。R201〜R203の内の2つが結合して形成する基としては、例えば、ブチレン基及びペンチレン基等のアルキレン基が挙げられる。
は、活性光線又は放射線の照射により分解して発生する酸アニオンを表す。Zは、非求核性アニオンであることが好ましい。非求核性アニオンとしては、例えば、スルホン酸アニオン、カルボン酸アニオン、スルホニルイミドアニオン、ビス(アルキルスルホニル)イミドアニオン、及びトリス(アルキルスルホニル)メチルアニオンが挙げられる。
なお、非求核性アニオンとは、求核反応を起こす能力が著しく低いアニオンを意味している。非求核性アニオンを用いると、分子内求核反応による経時分解を抑制することができる。これにより樹脂及び組成物の経時安定性を向上させることが可能となる。
201、R202及びR203の有機基としては、例えば、後述する(ZI−1)、(ZI−2)、(ZI−3)で表される基における対応する基が挙げられる。
更に好ましい(ZI)で表される基として、以下に説明する(ZI−1)基、(ZI−2)基、(ZI−3)基及び(ZI−4)基を挙げることができる。
(ZI−1)基は、上記一般式(ZI)におけるR201〜R203の少なくとも1つがアリール基である、アリールスルホニウムをカチオンとする基である。
201〜R203の全てがアリール基でもよいし、R201〜R203の一部がアリール基で、残りがアルキル基又はシクロアルキル基でもよい。
(ZI−1)基としては、例えば、トリアリールスルホニウム、ジアリールアルキルスルホニウム、アリールジアルキルスルホニウム、ジアリールシクロアルキルスルホニウム、及びアリールジシクロアルキルスルホニウムのそれぞれに相当する基が挙げられる。
アリールスルホニウムにおけるアリール基としては、フェニル基又はナフチル基が好ましく、フェニル基がより好ましい。アリール基は、酸素原子、窒素原子及び硫黄原子等のヘテロ原子を含んだ複素環構造を有していてもよい。この複素環構造としては、例えば、ピロール、フラン、チオフェン、インドール、ベンゾフラン及びベンゾチオフェンが挙げられる。アリールスルホニウムが2つ以上のアリール基を有する場合、これらアリール基は、互いに同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。
アリールスルホニウムが必要に応じて有しているアルキル基又はシクロアルキル基は、炭素数1〜15の直鎖若しくは分岐アルキル基、又は、炭素数3〜15のシクロアルキル基が好ましい。このようなアルキル基又はシクロアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、シクロプロピル基、シクロブチル基及びシクロヘキシル基が挙げられる。
201〜R203のアリール基、アルキル基又はシクロアルキル基は、アルキル基(例えば炭素数1〜15)、シクロアルキル基(例えば炭素数3〜15)、アリール基(例えば炭素数6〜14)、アルコキシ基(例えば炭素数1〜15)、ハロゲン原子、水酸基又はフェニルチオ基を置換基として有してもよい。
好ましい置換基としては、例えば、炭素数1〜12の直鎖又は分岐アルキル基、炭素数3〜12のシクロアルキル基、及び、炭素数1〜12の直鎖、分岐又は環状のアルコキシ基が挙げられる。より好ましい置換基としては、例えば、炭素数1〜4のアルキル基、及び、炭素数1〜4のアルコキシ基が挙げられる。置換基は、3つのR201〜R203のうちの何れか1つに置換していてもよいし、これらの2つ以上に置換していてもよい。また、R201〜R203がフェニル基の場合、これら置換基は、フェニル基のp−位に置換していることが好ましい。
次に、(ZI−2)基について説明する。
(ZI−2)基は、一般式(ZI)におけるR201〜R203が、各々独立に、芳香環を有さない有機基を表す基である。ここで、芳香環には、ヘテロ原子を含んだ複素環も含まれる。
201〜R203としての芳香環を含有しない有機基は、炭素数が一般的には1〜30であり、好ましくは1〜20である。
201〜R203は、各々独立に、好ましくは、アルキル基、シクロアルキル基、アリル基、又はビニル基であり、より好ましくは、直鎖若しくは分岐鎖の2−オキソアルキル基、2−オキソシクロアルキル基又はアルコキシカルボニルメチル基であり、更に好ましくは、直鎖又は分岐鎖の2−オキソアルキル基である。
201〜R203のアルキル基及びシクロアルキル基としては、好ましくは、炭素数1〜10の直鎖又は分岐アルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基若しくはペンチル基)、及び、炭素数3〜10のシクロアルキル基(例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基若しくはノルボニル基)が挙げられる。このアルキル基としては、より好ましくは、2−オキソアルキル基及びアルコキシカルボニルメチル基が挙げられる。シクロアルキル基としては、より好ましくは、2−オキソシクロアルキル基が挙げられる。
2−オキソアルキル基は、直鎖状であってもよく、分岐鎖状であってもよい。2−オキソアルキル基としては、好ましくは、上記のアルキル基の2位に>C=Oを有する基が挙げられる。2−オキソシクロアルキル基としては、好ましくは、上記のシクロアルキル基の2位に>C=Oを有する基が挙げられる。
アルコキシカルボニルメチル基におけるアルコキシ基としては、好ましくは、炭素数1〜5のアルコキシ基(例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基又はペントキシ基)が挙げられる。
201〜R203は、例えば、ハロゲン原子、アルコキシ基(例えば炭素数1〜5)、水酸基、シアノ基又はニトロ基によって更に置換されていてもよい。
次いで、(ZI−3)基について説明する。
(ZI−3)基とは、以下の一般式(ZI−3)で表される基であり、フェナシルスルフォニウム塩構造を有する基である。
Figure 0006118586
一般式(ZI−3)中、R1c〜R5cは、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基又はハロゲン原子を表す。
6c及びR7c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。
及びRは、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基、アリル基又はビニル基を表す。
1c〜R5cのうちの2以上、R6c及びR7c、並びに、R及びRは、それぞれ、互いに結合して、環構造を形成していてもよい。この環構造は、酸素原子、硫黄原子、エステル結合及び/又はアミド結合を含んでいてもよい。これらが互いに結合して形成する基としては、例えば、ブチレン基及びペンチレン基が挙げられる。
Zcは、非求核性アニオンを表し、例えば、一般式(ZI)におけるZと同様のものが挙げられる。
一般式(ZI−3)のカチオン部の具体的構造としては、特開2004−233661号公報の段落0047及び0048、並びに、特開2003−35948号公報の段落0040〜0046に例示されている酸発生剤のカチオン部の構造を参照されたい。
続いて、(ZI−4)基について説明する。
(ZI−4)基とは、以下の一般式(ZI−4)により表される基である。この基は、アウトガスの抑制に有効である。
Figure 0006118586
一般式(ZI−4)中、R〜R13は、各々独立に、水素原子又は置換基を表す。
〜R13のうち少なくとも1つは、アルコール性水酸基を含む置換基であることが好ましい。なお、ここで「アルコール性水酸基」とは、アルキル基の炭素原子に結合した水酸基を意味している。
Zは、単結合又は2価の連結基である。
は、非求核性アニオンを表し、例えば、一般式(ZI)におけるZと同様のものが挙げられる。
〜R13がアルコール性水酸基を含む置換基である場合、R〜R13は−(WY)により表される基であることが好ましい。ここで、Yは水酸基で置換されたアルキル基であり、Wは単結合又は2価の連結基である。
Yにより表されるアルキル基の好ましい例としては、エチル基、プロピル基及びイソプロピル基が挙げられる。Yは、特に好ましくは、−CH2CH2OHにより表される構造を含んでいる。
Wにより表される2価の連結基としては、特に制限は無いが、好ましくは単結合、アルコキシ基、アシルオキシ基、アシルアミノ基、アルキル及びアリールスルホニルアミノ基、アルキルチオ基、アルキルスルホニル基、アシル基、アルコキシカルボニル基又はカルバモイル基における任意の水素原子を単結合で置き換えた2価の基であり、更に好ましくは、単結合、アシルオキシ基、アルキルスルホニル基、アシル基又はアルコキシカルボニル基における任意の水素原子を単結合で置き換えた2価の基である。
〜R13がアルコール性水酸基を含む置換基である場合、含まれる炭素数は、好ましくは2〜10であり、更に好ましくは2〜6であり、特に好ましくは2〜4である。
〜R13としてのアルコール性水酸基を含む置換基は、アルコール性水酸基を2つ以上有していてもよい。R〜R13としてのアルコール性水酸基を含む置換基の有するアルコール性水酸基の数は、1〜6であり、好ましくは1〜3であり、更に好ましくは1である。
(ZI−4)基が含んでいるアルコール性水酸基の数は、R〜R13すべて合わせて好ましくは1〜10であり、より好ましくは1〜6であり、更に好ましくは1〜3である。
〜R13がアルコール性水酸基を含有しない場合、R〜R13は、例えば、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、アリール基、複素環基、シアノ基、ニトロ基、カルボキシ基、アルコキシ基、アリールオキシ基、シリルオキシ基、複素環オキシ基、アシルオキシ基、カルバモイルオキシ基、アルコキシカルボニルオキシ基、アリールオキシカルボニルオキシ基、アミノ基(アニリノ基を含む)、アンモニオ基、アシルアミノ基、アミノカルボニルアミノ基、アルコキシカルボニルアミノ基、アリールオキシカルボニルアミノ基、スルファモイルアミノ基、アルキル及びアリールスルホニルアミノ基、メルカプト基、アルキルチオ基、アリールチオ基、複素環チオ基、スルファモイル基、スルホ基、アルキル及びアリールスルフィニル基、アルキル及びアリールスルホニル基、アシル基、アリールオキシカルボニル基、アルコキシカルボニル基、カルバモイル基、アリール及び複素環アゾ基、イミド基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスフィニルオキシ基、ホスフィニルアミノ基、ホスホノ基、シリル基、ヒドラジノ基、ウレイド基、ボロン酸基〔−B(OH)〕、ホスファト基〔−OPO(OH)〕、スルファト基(−OSOH)、並びに、他の公知の置換基が挙げられる。
〜R13がアルコール性水酸基を含有しない場合、R〜R13は、好ましくは、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、シクロアルキル基、シアノ基、アルコキシ基、アシルオキシ基、アシルアミノ基、アミノカルボニルアミノ基、アルコキシカルボニルアミノ基、アルキル及びアリールスルホニルアミノ基、アルキルチオ基、スルファモイル基、アルキル及びアリールスルホニル基、アルコキシカルボニル基又はカルバモイル基である。
〜R13がアルコール性水酸基を含有しない場合、R〜R13は、特に好ましくは水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子又はアルコキシ基である。
〜R13のうちの隣接する2つが互いに結合して、環構造を形成してもよい。この環構造には、芳香族及び非芳香族の炭化水素環並びに複素環が含まれる。これら環構造は、更に組み合わされて、縮合環を形成していてもよい。
(ZI−4)基は、好ましくは、R〜R13のうち少なくとも1つがアルコール性水酸基を含んだ構造を有しており、更に好ましくは、R〜R13のうち少なくとも1つがアルコール性水酸基を含んだ構造を有している。
Zは、上述したように、単結合又は2価の連結基を表している。この2価の連結基としては、例えば、アルキレン基、アリーレン基、カルボニル基、スルホニル基、カルボニルオキシ基、カルボニルアミノ基、スルホニルアミド基、エーテル結合、チオエーテル結合、アミノ基、ジスルフィド基、アシル基、アルキルスルホニル基、−CH=CH−、アミノカルボニルアミノ基及びアミノスルホニルアミノ基が挙げられる。
この2価の連結基は、置換基を有していてもよい。これらの置換基としては、例えば、先にR〜R13について列挙したのと同様のものが挙げられる。
Zは、好ましくは、単結合、エーテル結合又はチオエーテル結合であり、特に好ましくは、単結合である。
次に、一般式(ZII)について説明する。
一般式(ZII)中、R204及びR205は、各々独立に、アリール基、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。
204及びR205のアリール基、アルキル基、シクロアルキル基の具体例及び好ましい態様等は、前述の化合物(ZI−1)におけるR201〜R203について説明したものと同様である。
204及びR205のアリール基、アルキル基、シクロアルキル基は、置換基を有していてもよい。この置換基としても、前述の化合物(ZI−1)におけるR201〜R203について説明したものと同様のものが挙げられる。
は、活性光線又は放射線の照射により分解して発生する酸アニオンを示し、非求核性アニオンが好ましく、例えば、一般式(ZI)におけるZと同様のものが挙げられ
る。
Aの好ましい例としては、下記一般式(ZCI)又は(ZCII)で表される基も挙げられる。
Figure 0006118586
上記一般式(ZCI)及び(ZCII)中、
301及びR302は、各々独立に、有機基を表す。この有機基の炭素数は、一般的には1〜30であり、好ましくは1〜20である。R301及びR302は、互いに結合して、環構造を形成していてもよい。この環構造は、環内に酸素原子、硫黄原子、エステル結合、アミド結合及びカルボニル基の少なくとも1つを含んでいてもよい。R301及びR302とが互いに結合して形成し得る基としては、ブチレン基及びペンチレン基等のアルキレン基が挙げられる。
301及びR302の有機基としては、例えば、一般式(ZI)におけるR201〜R203の例として挙げたアリール基、アルキル基及びシクロアルキル基が挙げられる。
Mは、プロトンが付加されることにより酸を形成する原子団を表す。より具体的には、後述する一般式AN1〜AN3の何れかにより表される構造が挙げられる。これらのうち、一般式AN1により表される構造が特に好ましい。
303は有機基を表す。R303としての有機基の炭素数は、一般的に1〜30、好ましくは1〜20である。R303の有機基として具体的には、例えば前記一般式(ZII)におけるR204、R205の具体例として挙げたアリール基、アルキル基、シクロアルキル基等を挙げることができる。
また、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する構造部位としては、例えば、下記光酸発生剤が有しているスルホン酸前駆体となる構造部位を挙げることができる。この光酸発生剤としては、例えば、以下の(1)〜(3)の化合物が挙げられる。
(1)M.TUNOOKAetal.,PolymerPreprintsJapan,35(8);G.Berneretal.,J.Rad.Curing,13(4);W.J.Mijsetal.,CoatingTechnol.,55
(697),45(1983);H.Adachietal.,PolymerPreprints,Japan,37(3);欧州特許第0199,672号、同84515号、同199,672号、同044,115号、同0101,122号、米国特許第618,564号、同4,371,605号、同4,431,774号の各明細書、特開昭64−18143号、特開平2−245756号、及び特開平4−365048号等の各公報に記載のイミノスルフォネ−ト等に代表される光分解してスルホン酸を発生する化合物。
(2)特開昭61−166544号公報等に記載のジスルホン化合物。
(3)V.N.R.Pillai,Synthesis,(1),1(1980);A.Abadetal,TetrahedronLett.,(47)4555(1971);D.H.R.Bartonetal.,J.Chem.Soc.,(C),329(1970);米国特許第3,779,778号;及び欧州特許第126,712号等に記載の光により酸を発生する化合物。
繰り返し単位(B)は、活性光線又は放射線の照射により酸アニオンへと変換される構造部位を備えていることが好ましい。例えば、上記一般式(B1)〜(B3)におけるAは、活性光線又は放射線の照射により酸アニオンへと変換される構造部位であることが好ましい。
即ち、繰り返し単位(B)は、活性光線又は放射線の照射により樹脂の側鎖に酸アニオンを生じる構造であることがより好ましい。このような構造を採用すると、発生した酸アニオンの拡散が抑制され、解像度及びラフネス特性等を更に向上させることが可能となる。
一般式(B1)における部位−X−A、一般式(B2)における部位−X−A、及び一般式(B3)における部位−X−Aの各々は、下記一般式(L1)、(L2)及び(L3)の何れかにより表されることが好ましい。
−X11−L11−X12−Ar−X13−L12−Z(L1)
−Ar−X21−L21−X22−L22−Z(L2)
−X31−L31−X32−L32−Z(L3)
まず、一般式(L1)により表される部位について説明する。
11は、−O−、−S−、−CO−、−SO−、−NR−(Rは水素原子若しくはアルキル基)、2価の窒素含有非芳香族複素環基、又は、これらを組み合わせた基を表す。
12及びX13は、各々独立に、単結合、−O−、−S−、−CO−、−SO−、−NR−(Rは水素原子若しくはアルキル基)、2価の窒素含有非芳香族複素環基、又は、これらを組み合わせた基を表す。
Rのアルキル基は、直鎖状であってもよく、分岐鎖状であってもよい。また、Rのアルキル基は、置換基を更に有していてもよい。このアルキル基は、炭素数が20以下であることが好ましく、炭素数が8以下であることがより好ましく、炭素数が3以下であることが更に好ましい。このようなアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基が挙げられる。Rとしては、水素原子、メチル基又はエチル基が特に好ましい。
なお、2価の窒素含有非芳香族複素環基とは、少なくとも1個の窒素原子を有する、好ましくは3〜8員の非芳香族複素環基を意味する。
11は、−O−、−CO−、−NR−(Rは水素原子若しくはアルキル基)、又は、これらを組み合わせた基であることがより好ましく、−COO−又は−CONR−(Rは水素原子若しくはアルキル基)であることが特に好ましい。
11は、アルキレン基、アルケニレン基、2価の脂肪族炭化水素環基、又はこれらの2以上を組み合わせた基を表す。上記の組み合わせた基において、組み合わされる2以上の基は、互いに同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。また、これら基は、O−、−S−、−CO−、−SO−、−NR−(Rは水素原子若しくはアルキル基)、2価の窒素含有非芳香族複素環基、2価の芳香環基、又は、これらを組み合わせた基を介して連結されていてもよい。
11のアルキレン基は、直鎖状であってもよく、分岐鎖状であってもよい。このアルキレン基としては、炭素数が1〜8のものが好ましく、炭素数1〜6のものがより好ましく、炭素数が1〜4のものが更に好ましい。
11のアルケニレン基としては、例えば、上記のアルキレン基の任意の位置に二重結合を備えた基が挙げられる。
11としての2価の脂肪族炭化水素環基は、単環型であってもよく、多環型であってもよい。この2価の脂肪族炭化水素環基としては、炭素数が5〜12のものが好ましく、炭素数が6〜10のものがより好ましい。
連結基としての2価の芳香環基は、アリーレン基であってもよく、ヘテロアリーレン基であってもよい。この芳香環基は、炭素数が6〜14であることが好ましい。この芳香環基は、置換基を更に有していてもよい。
また、連結基としての−NR−及び2価の窒素含有非芳香族複素環基は、例えば、上述したX11における各々と同様である。
11としては、アルキレン基、2価の脂肪族炭化水素環基、又は、−OCO−、−O−若しくは−CONH−を介してアルキレン基と2価の脂肪族炭化水素環基とを組み合わせた基(例えば、−アルキレン基−O−アルキレン基−、−アルキレン基−OCO−アルキレン基−若しくは−2価の脂肪族炭化水素環基−O−アルキレン基−、−アルキレン基−CONH−アルキレン基−)が特に好ましい。
12及びX13における−NR−及び2価の窒素含有非芳香族複素環基としては、上述したX11における各々と同様の具体例が挙げられ、好ましい例も同様である。
12としては、単結合、−S−、−O−、−CO−、−SO−、又はこれらを組み合わせた基がより好ましく、単結合、−S−、−OCO−又は−OSO−が特に好ましい。
13としては、−O−、−CO−、−SO−、又は、これらを組み合わせた基がより好ましく、−OSO−が特に好ましい。
Arは、2価の芳香環基を表す。2価の芳香環基は、アリーレン基であってもよく、ヘテロアリーレン基であってもよい。この2価の芳香環基は、置換基を更に有していてもよい。この置換基としては、例えば、アルキル基、アルコキシ基及びアリール基が挙げられる。
Arとしては、置換基を有していてもよい炭素数6〜18のアリーレン基、又は、炭素数6〜18のアリーレン基と炭素数1〜4のアルキレンよを組み合わせたアラルキレン基がより好ましく、フェニレン基、ナフチレン基、ビフェニレン基、又は、フェニル基で置換されたフェニレン基が特に好ましい。
12は、アルキレン基、アルケニレン基、2価の脂肪族炭化水素環基、2価の芳香環基、又はこれらの2以上を組み合わせた基を表し、これらの基は、水素原子の一部又は全部が、フッ素原子、フッ化アルキル基、ニトロ基、及びシアノ基から選択される置換基で置換されている。上記の組み合わせた基において、組み合わされる2以上の基は、互いに同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。また、これら基は、−O−、−S−、−CO−、−SO−、−NR−(Rは水素原子若しくはアルキル基)、2価の窒素含有非芳香族複素環基、2価の芳香環基、又は、これらを組み合わせた基を介して連結されていてもよい。
12としては、水素原子の一部又は全部が、フッ素原子若しくはフッ化アルキル基(より好ましくはペルフルオロアルキル基)で置換された、アルキレン基、2価の芳香環基、又は、これらを組み合わせた基がより好ましく、水素原子の一部又は全部がフッ素原子で置換された、アルキレン基又は2価の芳香環基が特に好ましい。L12としては、水素原子数の30〜100%がフッ素原子で置換されたアルキレン基又は2価の芳香環基が特に好ましい。
12のアルキレン基は、直鎖状であってもよく、分岐鎖状であってもよい。このアルキレン基は、炭素数が1〜6であることが好ましく、炭素数が1〜4であることがより好ましい。
12のアルケニレン基としては、例えば、上記アルキレン基の任意の位置に二重結合を備えた基が挙げられる。
12の2価の脂肪族炭化水素環基は、単環型であってもよく、多環型であってもよい。この2価の脂肪族炭化水素環基としては、炭素数が3〜17のものが好ましい。
12の2価の芳香環基としては、例えば、先にL11における連結基として説明したのと同様のものが挙げられる。
また、L12における連結基の−NR−及び2価の窒素含有非芳香族複素環基としては、上述したX11における各々と同様の具体例が挙げられ、好ましい例も同様である。
は、活性光線又は放射線の照射によりスルホン酸基となる部位を表し、具体的には、例えば、上記式(ZI)により表される構造が挙げられる。
次に、一般式(L2)により表される部位について説明する。
Arは、2価の芳香環基を表す。2価の芳香環基は、アリーレン基であってもよく、ヘテロアリーレン基であってもよい。これら2価の芳香環基は、炭素数が6〜18であることが好ましい。これら2価の芳香環基は、置換基を更に有していてもよい。
21は、−O−、−S−、−CO−、−SO−、−NR−(Rは水素原子若しくはアルキル基)、2価の窒素含有非芳香族複素環基、又は、これらを組み合わせた基を表す。
21における−NR−及び2価の窒素含有非芳香族複素環基としては、例えば、先にX11について説明したのと同様のものが挙げられる。
21としては、−O−、−S−、−CO−、−SO−、又は、これらを組み合わせた基がより好ましく、−O−、−OCO−又は−OSO−が特に好ましい。
22は、単結合、−O−、−S−、−CO−、−SO−、−NR−(Rは水素原子若しくはアルキル基)、2価の窒素含有非芳香族複素環基、又は、これらを組み合わせた基を表す。X22における−NR−及び2価の窒素含有非芳香族複素環基としては、例えば、先にX11について説明したのと同様のものが挙げられる。
22としては、−O−、−S−、−CO−、−SO−、又は、これらを組み合わせた基がより好ましく、−O−、−OCO−又は−OSO−が特に好ましい。
21は、単結合、アルキレン基、アルケニレン基、2価の脂肪族炭化水素環基、2価の芳香環基、又はこれらの2以上を組み合わせた基を表す。上記の組み合わせた基において、組み合わされる2以上の基は、互いに同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。また、これら基は、−O−、−S−、−CO−、−SO−、−NR−(Rは水素原子若しくはアルキル基)、2価の窒素含有非芳香族複素環基、2価の芳香環基、又は、これらを組み合わせた基を介して連結されていてもよい。
21のアルキレン基、アルケニレン基、及び2価の脂肪族炭化水素環基としては、例えば、先にL11における各々について説明したのと同様のものが挙げられる。
21の2価の芳香環基は、アリーレン基であってもよく、ヘテロアリーレン基であってもよい。この2価の芳香環基は、炭素数が6〜14であることが好ましい。
21における−NR−及び2価の窒素含有非芳香族複素環基としては、例えば、先にX11について説明したのと同様のものが挙げられる。
21としては、単結合、アルキレン基、2価の脂肪族炭化水素環基、2価の芳香環基、これらの2以上を組み合わせた基(例えば、−アルキレン基−2価の芳香環基−若しくは−2価の脂肪族炭化水素環基−アルキレン基−)、又は、−OCO−、−COO−、−O−及び−S−等の連結基を介してこれらの2以上を組み合わせた基(例えば、−アルキレン基−OCO−2価の芳香環基−、−アルキレン基−S−2価の芳香環基−、若しくは、−アルキレン基−O−アルキレン基−2価の芳香環基−)が特に好ましい。
22は、アルキレン基、アルケニレン基、2価の脂肪族炭化水素環基、2価の芳香環基、又はこれらの2以上を組み合わせた基を表し、これらの基は、水素原子の一部又は全部が、フッ素原子、フッ化アルキル基、ニトロ基、及びシアノ基から選択される置換基で置換されていてもよい。上記の組み合わせた基において、組み合わされる2以上の基は、互いに同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。また、これら基は、−O−、S−、−CO−、−SO−、−NR−(Rは水素原子若しくはアルキル基)、2価の窒素含有非芳香族複素環基、2価の芳香環基、又は、これらを組み合わせた基を介して連結されていてもよい。
22としては、水素原子の一部又は全部が、フッ素原子又はフッ化アルキル基(より好ましくはペルフルオロアルキル基)で置換された、アルキレン基、2価の芳香環基、又はこれらを組み合わせた基がより好ましく、水素原子の一部又は全部がフッ素原子で置換された、アルキレン基又は2価の芳香環基が特に好ましい。
22により表わされるアルキレン基、アルケニレン基、基脂肪族炭化水素環基、2価の芳香環基、及び、これらの2以上を組み合わせた基の具体例としては、一般式(L1)においてL12として先に例示した具体例と同様の基が挙げられる。
また、L22における連結基の−NR−及び2価の窒素含有非芳香族複素環基としては、上述したX11における各々と同様の具体例が挙げられ、好ましい例も同様である。
は、活性光線又は放射線の照射によりスルホン酸基となる部位を表す。Zの具体例としては、先にZ1について説明したのと同様のものが挙げられる。
続いて、一般式(L3)により表される部位について説明する。
31及びX32は、各々独立に、単結合、−O−、−S−、−CO−、−SO−、−NR−(Rは水素原子若しくはアルキル基)、2価の窒素含有非芳香族複素環基、又は、これらを組み合わせた基を表す。
31及びX32の各々における−NR−及び2価の窒素含有非芳香族複素環基としては、例えば、先にX11について説明したのと同様のものが挙げられる。
31としては、単結合、−O−、−CO−、−NR−(Rは水素原子若しくはアルキル基)、又は、これらを組み合わせた基がより好ましく、単結合、−COO−又は−CONR−(Rは水素原子若しくはアルキル基)が特に好ましい。
32としては、−O−、−S−、−CO−、−SO−、2価の窒素含有非芳香族複素環基、又は、これらを組み合わせた基がより好ましく、−O−、−OCO−又は−OSO−が特に好ましい。
31は、単結合、アルキレン基、アルケニレン基、2価の脂肪族炭化水素環基、2価の芳香環基、又はこれらの2以上を組み合わせた基を表す。上記の組み合わせた基において、組み合わされる2以上の基は、互いに同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。また、これら基は、−O−、−S−、−CO−、−SO−、−NR−(Rは水素原子若しくはアルキル基)、2価の窒素含有非芳香族複素環基、2価の芳香環基、又は、これらを組み合わせた基を介して連結されていてもよい。
31のアルキレン基、アルケニレン基、2価の脂肪族炭化水素環基、及び2価の芳香環基としては、例えば、先にL21について説明したのと同様のものが挙げられる。
また、L31における連結基の−NR−及び2価の窒素含有非芳香族複素環基としては、上述したX11における各々と同様の具体例が挙げられ、好ましい例も同様である。
32は、アルキレン基、アルケニレン基、2価の脂肪族炭化水素環基、2価の芳香環基、又は、これらの2以上を組み合わせた基を表す。上記の組み合わせた基において、組み合わされる2以上の基は、互いに同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。また、これら基は、−O−、−S−、−CO−、−SO−、−NR−(Rは水素原子若しくはアルキル基)、2価の窒素含有非芳香族複素環基、2価の芳香環基、又は、これらを組み合わせた基を介して連結されていてもよい。
32のアルキレン基、アルケニレン基、2価の脂肪族炭化水素環基、2価の芳香環基、又は、これらの2以上を組み合わせた基は、水素原子の一部又は全部が、フッ素原子、フッ化アルキル基、ニトロ基、及びシアノ基から選択される置換基で置換されていることが好ましい。
32としては、水素原子の一部又は全部が、フッ素原子若しくはフッ化アルキル基(より好ましくはペルフルオロアルキル基)で置換された、アルキレン基、2価の芳香環基、又はこれらを組み合わせた基がより好ましく、水素原子の一部又は全部がフッ素原子で置換された、アルキレン基又は2価の芳香環基が特に好ましい。
32のアルキレン基、アルケニレン基、2価の脂肪族炭化水素環基、2価の芳香環基、及び、これらの2以上を組み合わせた基としては、例えば、先にL12について説明したのと同様のものが挙げられる。L32における連結基の−NR−及び2価の窒素含有非芳香族複素環基としては、上述したX11における各々と同様の具体例が挙げられ、好ましい例も同様である。
また、Xが単結合でありかつL31が芳香環基である場合において、R32がL31の芳香環基と環を形成する場合、R32により表わされるアルキレン基は、炭素数が1〜8であることが好ましく、炭素数が1〜4のものがより好ましく、炭素数が1〜2のものが更に好ましい。
は、活性光線又は放射線の照射により、イミド酸基又はメチド酸基となるオニウム塩を表す。Zにより表わされるオニウム塩としては、スルホニウム塩あるいはヨードニウム塩が好ましく、下記一般式(ZIII)又は(ZIV)により表される構造が好ましい。
Figure 0006118586
一般式(ZIII)及び(ZIV)中、Z、Z、Z、Z、Zは、各々独立に、−CO−又は−SO−を表し、より好ましくは、−SO−である。
Rz、Rz及びRzは、各々独立に、アルキル基、1価の脂肪族炭化水素環基、アリール基、又はアラルキル基を表す。水素原子の一部又は全部がフッ素原子又はフルオロアルキル基(より好ましくはペルフルオロアルキル基)で置換された態様がより好ましい。
Rz、Rz及びRzのアルキル基は、直鎖状であってもよく、分岐鎖状であってもよい。このアルキル基は、炭素数が1〜8であることが好ましく、炭素数が1〜6であることがより好ましく、炭素数が1〜4であることが更に好ましい。
Rz、Rz及びRzの1価の脂肪族炭化水素環基は、炭素数が3〜10であることが好ましく、炭素数が3〜6であることがより好ましい。
Rz、Rz及びRzのアリール基は、炭素数が6〜18であることが好ましく、炭素数が6〜10のアリール基であることがより好ましい。このアリール基としては、フェニル基が特に好ましい。
Rz、Rz及びRzのアラルキル基の好ましい例としては、炭素数1〜8のアルキレン基と上記アリール基とが結合したものが挙げられる。炭素数1〜6のアルキレン基と上記アリール基とが結合してなるアラルキル基がより好ましく、炭素数1〜4のアルキレン基と上記アリール基とが結合してなるアラルキル基が特に好ましい。
は、スルホニウムカチオン又はヨードニウムカチオンを表す。Aの好ましい例としては、一般式(ZI)におけるスルホニウムカチオン又は一般式(ZII)におけるヨードニウムカチオン構造が挙げられる。
以下に繰り返し単位(B)の具体例を挙げるが、本発明の範囲は、これらに限定されるものではない。
Figure 0006118586
Figure 0006118586
Figure 0006118586
Figure 0006118586
樹脂(Ab)が繰り返し単位(B)を含有する場合、樹脂(Ab)における、繰り返し単位(B)の含有率は、樹脂(Ab)中の全繰り返し単位に対し、0.1〜80mol%が好ましく、より好ましくは0.5〜60mol%であり、更に好ましくは1〜40mol%である。
樹脂(Ab)は、水酸基又はシアノ基を有する繰り返し単位を有してもよく、上記水酸基又はシアノ基を有する繰り返し単位の具体例としては、特開2012−208447号公報段落〔0161〕の記載を参酌することができ、これらの内容は本願明細書に組み込まれる。
樹脂(Ab)の重量平均分子量(Mw)は、それぞれ1000〜200,000の範囲であることが好ましい。樹脂自体のアルカリに対する溶解速度、感度の点から200,000以下が好ましい。分散度(Mw/Mn)は、1.0〜3.0であることが好ましく、より好ましくは1.0〜2.5、特に好ましくは、1.0〜2.0である。
その中で、樹脂の重量平均分子量(Mw)は、1,000〜200,000の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは1,000〜100,000の範囲であり、特に好ましくは1,000〜50,000の範囲であり、最も好ましくは1,000〜25,000の範囲である。
ここで、重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーのポリスチレン換算値をもって定義される。詳細には、樹脂(Ab)の重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)は、例えば、HLC−8120(東ソー(株)製)を用い、カラムとしてTSK gel Multipore HXL−M(東ソー(株)製、7.8mmID×30.0cmを、溶離液としてTHF(テトラヒドロフラン)を用いることによって求めることができる。
アゾ系重合開始剤を用いてラジカル重合を行うことで分散度2.0以下の樹脂(Ab)を合成することができる。さらに好ましい分散度1.0〜1.5の樹脂(Ab)は例えばリビングラジカル重合によって合成可能である。
樹脂(Ab)は、公知のアニオン重合法又はラジカル重合法などで重合することが好ましい。
アニオン重合法は、アルカリ金属又は有機アルカリ金属を重合開始剤として、通常、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下、有機溶媒中において、−100〜90℃の温度で行なわれる。そして、共重合においては、モノマー類を反応系に逐次添加して重合することによりブロック共重合体が、また、各モノマー類の混合物を反応系に添加して重合することによりランダム共重合体が得られる。
上記重合開始剤のアルカリ金属としては、リチウム、ナトリウム、カリウム、セシウム等が挙げられ、有機アルカリ金属としては、上記アルカリ金属のアルキル化物、アリル化物及びアリール化物が使用することができ、具体的には、エチルリチウム、n−ブチルリチウム、sec−ブチルリチウム、tert−ブチルリチウム、エチルナトリウム、リチウムビフェニル、リチウムナフタレン、リチウムトリフェニル、ナトリウムナフタレン、α−メチルスチレンナトリウムジアニオン、1、1−ジフェニルヘキシルリチウム、1、1−ジフェニル−3−メチルペンチルリチウム等を挙げることができる。
ラジカル重合法は、アゾビスイソブチロニトリル、アゾビスイソバレロニトリル等のアゾ化合物や、過酸化ベンゾイル、メチルエチルケトンパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド、等の有機化酸化物のような公知のラジカル重合開始剤を用い、必要に応じて、1−ドデカンチオール等の公知の連鎖移動剤を併用して、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下、有機溶媒中において、50〜200℃の温度で行なわれる。
有機溶媒としては、n−ヘキサン、n−ヘプタン等の脂肪族炭化水素類、シクロヘキサン、シクロペンタン等の脂環族炭化水素類、ベンゼン、トルエン等の芳香族炭化水素類、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテル等の多価アルコール誘導体類、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類、アニソール、ヘキサメチルホスホルアミド等の通常アニオン重合において使用される有機溶媒を挙げることができ、これらは単独溶媒又は二種以上の混合溶媒として使用される。より好ましい溶剤として、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、シクロヘキサノンが挙げられる。
樹脂(Ab)は、更に、ラクトン基、水酸基、シアノ基及びアルカリ可溶性基から選ばれる少なくとも1種類の基を有する繰り返し単位を有することが好ましい。
樹脂(Ab)が含有し得るラクトン基を有する繰り返し単位について説明する。
ラクトン基としては、ラクトン構造を有していればいずれでも用いることができるが、好ましくは5〜7員環ラクトン構造であり、5〜7員環ラクトン構造にビシクロ構造、スピロ構造を形成する形で他の環構造が縮環しているものが好ましい。下記一般式(LC1−1)〜(LC1−16)のいずれかで表されるラクトン構造を有する繰り返し単位を有することがより好ましい。また、ラクトン構造が主鎖に直接結合していてもよい。
好ましいラクトン構造としては(LC1−1)、(LC1−4)、(LC1−5)、(LC1−6)、(LC1−13)、(LC1−14)であり、特定のラクトン構造を用いることでラインエッジラフネス、現像欠陥が良好になる。
Figure 0006118586
ラクトン構造部分は、置換基(Rb2)を有していても有していなくてもよい。好まし
い置換基(Rb2)としては、炭素数1〜8のアルキル基、炭素数4〜7のシクロアルキ
ル基、炭素数1〜8のアルコキシ基、炭素数1〜8のアルコキシカルボニル基、カルボキシル基、ハロゲン原子、水酸基、シアノ基、酸分解性基などが挙げられる。より好ましくは炭素数1〜4のアルキル基、シアノ基、酸分解性基である。n2は、0〜4の整数を表す。n2が2以上の時、複数存在する置換基(Rb2)は、同一でも異なっていてもよく
、また、複数存在する置換基(Rb2)同士が結合して環を形成してもよい。
一般式(LC1−1)〜(LC1−16)のいずれかで表されるラクトン構造を有する繰り返し単位としては、下記一般式(AII)で表される繰り返し単位を挙げることができる。
Figure 0006118586
一般式(AII)中、
Rb0は、水素原子、ハロゲン原子又は炭素数1〜4のアルキル基を表す。Rb0のアルキル基が有していてもよい好ましい置換基としては、水酸基、ハロゲン原子が挙げられる。Rb0のハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、沃素原子を挙げることができる。好ましくは、水素原子、メチル基、ヒドロキシメチル基、トリフルオロメチル基であり、水素原子、メチル基が特に好ましい。
Abは、単結合、アルキレン基、単環又は多環の脂環炭化水素構造を有する2価の連結基、エーテル基、エステル基、カルボニル基、又はこれらを組み合わせた2価の連結基を表す。好ましくは、単結合、−Ab1−CO2−で表される2価の連結基である。
Ab1は、直鎖、分岐アルキレン基、単環又は多環のシクロアルキレン基であり、好ま
しくはメチレン基、エチレン基、シクロヘキシレン基、アダマンチレン基、ノルボルニレン基である。
Vは、一般式(LC1−1)〜(LC1−16)の内のいずれかで示される構造を有する基を表す。
ラクトン基を有する繰り返し単位は、通常光学異性体が存在するが、いずれの光学異性体を用いてもよい。また、1種の光学異性体を単独で用いても、複数の光学異性体混合して用いてもよい。1種の光学異性体を主に用いる場合、その光学純度(ee)が90以上のものが好ましく、より好ましくは95以上である。
ラクトン基を有する繰り返し単位の含有率は、樹脂(Ab)中の全繰り返し単位に対し、 15〜60mol%が好ましく、より好ましくは20〜50mol%、更に好ましくは30〜50mol%である。
ラクトン基を有する繰り返し単位の具体例を以下に挙げるが、本発明はこれらに限定されない。
Figure 0006118586
Figure 0006118586
Figure 0006118586
樹脂(Ab)は、2種類以上組み合わせて使用してもよい。
樹脂(Ab)の添加量は、総量として、本発明の組成物の全固形分に対し、通常10〜99質量%であり、好ましくは20〜99質量%であり、特に好ましくは30〜99質量%である。
以下に樹脂(Ab)の具体例を以下に示すがこれらに限定するものではない。
Figure 0006118586
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Figure 0006118586
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Figure 0006118586
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樹脂(Ab)が酸発生繰り返し単位(B)を含有しない場合は、フッ素原子を含む繰り返し単位の含有率は1モル%以下であることが好ましく、フッ素原子は含有しないことがより好ましい。樹脂(Ab)が繰り返し単位(B)を有する場合は、繰り返し単位(B)以外の繰り返し単位であって、フッ素原子を含む繰り返し単位の含有率は1モル%以下であることが更に好ましく、フッ素原子は含有しないことが最も好ましい。
[3]活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物
本発明の組成物は、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物(以下、「酸発生剤」ともいう)を含有することが好ましい。
活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物は、低分子化合物の形態であっても良く、樹脂の一部に組み込まれた形態であっても良い。また、低分子化合物の形態と樹脂の一部に組み込まれた形態を併用しても良い。
活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物が、低分子化合物の形態である場合、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物の分子量は3000以下であることが好ましく、2000以下であることがより好ましく、1000以下であることが更に好ましい。
活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物が、樹脂の一部に組み込まれた形態である場合、前述した樹脂(Ab)の一部に組み込まれても良く、樹脂(Ab)とは異なる樹脂に組み込まれても良い。
酸発生剤としては、特に限定されないが、活性光線又は放射線の照射により、有機酸、例えば、スルホン酸、ビス(アルキルスルホニル)イミド、又はトリス(アルキルスルホニル)メチドの少なくともいずれかを発生する化合物が好ましい。
より好ましくは下記一般式(ZI)、(ZII)、(ZIII)で表される化合物を挙げることができる。
Figure 0006118586
上記一般式(ZI)において、
201、R202及びR203は、各々独立に、有機基を表す。
201、R202及びR203としての有機基の炭素数は、一般的に1〜30、好ましくは1〜20である。
また、R201〜R203のうち2つが結合して環構造を形成してもよく、環内に酸素原子、硫黄原子、エステル結合、アミド結合、カルボニル基を含んでいてもよい。R201〜R203の内の2つが結合して形成する基としては、アルキレン基(例えば、ブチレン基、ペンチレン基)を挙げることができる。
は、非求核性アニオン(求核反応を起こす能力が著しく低いアニオン)を表す。
非求核性アニオンとしては、例えば、スルホン酸アニオン(脂肪族スルホン酸アニオン、芳香族スルホン酸アニオン、カンファースルホン酸アニオンなど)、カルボン酸アニオン(脂肪族カルボン酸アニオン、芳香族カルボン酸アニオン、アラルキルカルボン酸アニオンなど)、スルホニルイミドアニオン、ビス(アルキルスルホニル)イミドアニオン、トリス(アルキルスルホニル)メチドアニオン等を挙げられる。
脂肪族スルホン酸アニオン及び脂肪族カルボン酸アニオンにおける脂肪族部位は、アルキル基であってもシクロアルキル基であってもよく、好ましくは炭素数1〜30の直鎖又は分岐のアルキル基及び炭素数3〜30のシクロアルキル基が挙げられる。
芳香族スルホン酸アニオン及び芳香族カルボン酸アニオンにおける芳香族基としては、好ましくは炭素数6〜14のアリール基、例えば、フェニル基、トリル基、ナフチル基等を挙げることができる。
上記で挙げたアルキル基、シクロアルキル基及びアリール基は、置換基を有していてもよい。この具体例としては、ニトロ基、フッ素原子などのハロゲン原子、カルボキシル基、水酸基、アミノ基、シアノ基、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜15)、シクロアルキル基(好ましくは炭素数3〜15)、アリール基(好ましくは炭素数6〜14)、アルコキシカルボニル基(好ましくは炭素数2〜7)、アシル基(好ましくは炭素数2〜12)、アルコキシカルボニルオキシ基(好ましくは炭素数2〜7)、アルキルチオ基(好ましくは炭素数1〜15)、アルキルスルホニル基(好ましくは炭素数1〜15)、アルキルイミノスルホニル基(好ましくは炭素数2〜15)、アリールオキシスルホニル基(好ましくは炭素数6〜20)、アルキルアリールオキシスルホニル基(好ましくは炭素数7〜20)、シクロアルキルアリールオキシスルホニル基(好ましくは炭素数10〜20)、アルキルオキシアルキルオキシ基(好ましくは炭素数5〜20)、シクロアルキルアルキルオキシアルキルオキシ基(好ましくは炭素数8〜20)等を挙げることができる。各基が有するアリール基及び環構造については、置換基として更にアルキル基(好ましくは炭素数1〜15)を挙げることができる。
アラルキルカルボン酸アニオンにおけるアラルキル基としては、好ましくは炭素数7〜12のアラルキル基、例えば、ベンジル基、フェネチル基、ナフチルメチル基、ナフチルエチル基、ナフチルブチル基等を挙げることができる。
スルホニルイミドアニオンとしては、例えば、サッカリンアニオンを挙げることができる。
ビス(アルキルスルホニル)イミドアニオン、トリス(アルキルスルホニル)メチドアニオンにおけるアルキル基は、炭素数1〜5のアルキル基が好ましい。これらのアルキル基の置換基としてはハロゲン原子、ハロゲン原子で置換されたアルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アルキルオキシスルホニル基、アリールオキシスルホニル基、シクロアルキルアリールオキシスルホニル基等を挙げることができ、フッ素原子又はフッ素原子で置換されたアルキル基が好ましい。
また、ビス(アルキルスルホニル)イミドアニオンにおけるアルキル基は、互いに結合して環構造を形成してもよい。これにより、酸強度が増加する。
その他の非求核性アニオンとしては、例えば、弗素化燐(例えば、PF )、弗素化硼素(例えば、BF )、弗素化アンチモン(例えば、SbF )等を挙げることができる。
非求核性アニオンとしては、スルホン酸の少なくともα位がフッ素原子で置換された脂肪族スルホン酸アニオン、フッ素原子又はフッ素原子を有する基で置換された芳香族スルホン酸アニオン、アルキル基がフッ素原子で置換されたビス(アルキルスルホニル)イミドアニオン、アルキル基がフッ素原子で置換されたトリス(アルキルスルホニル)メチドアニオンが好ましい。非求核性アニオンとして、より好ましくはパーフロロ脂肪族スルホン酸アニオン(更に好ましくは炭素数4〜8)、フッ素原子を有するベンゼンスルホン酸アニオン、更により好ましくはノナフロロブタンスルホン酸アニオン、パーフロロオクタンスルホン酸アニオン、ペンタフロロベンゼンスルホン酸アニオン、3,5−ビス(トリフロロメチル)ベンゼンスルホン酸アニオンである。
酸強度の観点からは、発生酸のpKaが−1以下であることが、感度向上のために好ましい。
また、非求核性アニオンとしては、以下の一般式(AN1)で表されるアニオンも好ましい態様として挙げられる。
Figure 0006118586
式中、
Xfは、それぞれ独立に、フッ素原子、又は少なくとも1つのフッ素原子で置換されたアルキル基を表す。
、Rは、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子、又は、アルキル基を表し、複数存在する場合のR、Rは、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
Lは、二価の連結基を表し、複数存在する場合のLは同一でも異なっていてもよい。
Aは、環状の有機基を表す。
xは1〜20の整数を表し、yは0〜10の整数を表し、zは0〜10の整数を表す。
一般式(AN1)について、更に詳細に説明する。
Xfのフッ素原子で置換されたアルキル基におけるアルキル基としては、好ましくは炭素数1〜10であり、より好ましくは炭素数1〜4である。また、Xfのフッ素原子で置換されたアルキル基は、パーフルオロアルキル基であることが好ましい。
Xfとして好ましくは、フッ素原子又は炭素数1〜4のパーフルオロアルキル基である。Xfの具体的としては、フッ素原子、CF、C、C、C、CHCF、CHCHCF、CH、CHCH、CH、CHCH、CH、CHCHが挙げられ、中でもフッ素原子、CFが好ましい。特に、双方のXfがフッ素原子であることが好ましい。
、Rのアルキル基は、置換基(好ましくはフッ素原子)を有していてもよく、炭素数1〜4のものが好ましい。更に好ましくは炭素数1〜4のパーフルオロアルキル基である。R、Rの置換基を有するアルキル基の具体例としては、CF、C、C、C、C11、C13、C15、C17、CHCF、CHCHCF、CH、CHCH、CH、CHCH、CH、CHCHが挙げられ、中でもCFが好ましい。
、Rとしては、好ましくはフッ素原子又はCFである。
xは1〜10が好ましく、1〜5がより好ましい。
yは0〜4が好ましく、0がより好ましい。
zは0〜5が好ましく、0〜3がより好ましい。
Lの2価の連結基としては特に限定されず、―COO−、−OCO−、−CO−、−O−、−S―、−SO―、―SO−、アルキレン基、シクロアルキレン基、アルケニレン基又はこれらの複数が連結した連結基などを挙げることができ、総炭素数12以下の連結基が好ましい。このなかでも―COO−、−OCO−、−CO−、−O−が好ましく、―COO−、−OCO−がより好ましい。
Aの環状の有機基としては、環状構造を有するものであれば特に限定されず、脂環基、アリール基、複素環基(芳香族性を有するものだけでなく、芳香族性を有さないものも含む)等が挙げられる。
脂環基としては、単環でも多環でもよく、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロオクチル基などの単環のシクロアルキル基、ノルボルニル基、トリシクロデカニル基、テトラシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、アダマンチル基などの多環のシクロアルキル基が好ましい。中でも、ノルボルニル基、トリシクロデカニル基、テトラシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、アダマンチル基等の炭素数7以上のかさ高い構造を有する脂環基が、露光後加熱工程での膜中拡散性を抑制でき、MEEF向上の観点から好ましい。
アリール基としては、ベンゼン環、ナフタレン環、フェナンスレン環、アントラセン環が挙げられる。
複素環基としては、フラン環、チオフェン環、ベンゾフラン環、ベンゾチオフェン環、ジベンゾフラン環、ジベンゾチオフェン環、ピリジン環由来のものが挙げられる。中でもフラン環、チオフェン環、ピリジン環由来のものが好ましい。
また、環状の有機基としては、ラクトン構造も挙げることができ、具体例としては、前述の樹脂(P)が有していてもよい一般式(LC1−1)〜(LC1−17)で表されるラクトン構造を挙げることができる。
上記環状の有機基は、置換基を有していてもよく、該置換基としては、アルキル基(直鎖、分岐、環状のいずれであっても良く、炭素数1〜12が好ましい)、シクロアルキル基(単環、多環、スピロ環のいずれであっても良く、炭素数3〜20が好ましい)、アリール基(炭素数6〜14が好ましい)、ヒドロキシ基、アルコキシ基、エステル基、アミド基、ウレタン基、ウレイド基、チオエーテル基、スルホンアミド基、スルホン酸エステル基等が挙げられる。なお、環状の有機基を構成する炭素(環形成に寄与する炭素)はカルボニル炭素であっても良い。
201、R202及びR203の有機基としては、アリール基、アルキル基、シクロアルキル基などが挙げられる。
201、R202及びR203のうち、少なくとも1つがアリール基であることが好ましく、三つ全てがアリール基であることがより好ましい。アリール基としては、フェニル基、ナフチル基などの他に、インドール残基、ピロール残基などのヘテロアリール基も可能である。
201〜R203のアルキル基及びシクロアルキル基としては、好ましくは、炭素数1〜10の直鎖又は分岐アルキル基、炭素数3〜10のシクロアルキル基を挙げることができる。アルキル基として、より好ましくはメチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基等を挙げることができる。シクロアルキル基として、より好ましくは、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロへプチル基等を挙げることができる。これらの基は更に置換基を有していてもよい。その置換基としては、ニトロ基、フッ素原子などのハロゲン原子、カルボキシル基、水酸基、アミノ基、シアノ基、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜15)、シクロアルキル基(好ましくは炭素数3〜15)、アリール基(好ましくは炭素数6〜14)、アルコキシカルボニル基(好ましくは炭素数2〜7)、アシル基(好ましくは炭素数2〜12)、アルコキシカルボニルオキシ基(好ましくは炭素数2〜7)等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
また、R201〜R203のうち2つが結合して環構造を形成する場合、以下の一般式(A1)で表される構造であることが好ましい。
Figure 0006118586
一般式(A1)中、
1a〜R13aは、各々独立に、水素原子又は置換基を表す。
1a〜R13aのうち、1〜3つが水素原子でないことが好ましく、R9a〜R13aのいずれか1つが水素原子でないことがより好ましい。
Zaは、単結合又は2価の連結基である。
は、一般式(ZI)におけるZと同義である。
1a〜R13aが水素原子でない場合の具体例としては、ハロゲン原子、直鎖、分岐、環状のアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、複素環基、シアノ基、ニトロ基、カルボキシル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、シリルオキシ基、ヘテロ環オキシ基、アシルオキシ基、カルバモイルオキシ基、アルコキシカルボニルオキシ基、アリールオキシカルボニルオキシ基、アミノ基(アニリノ基を含む)、アンモニオ基、アシルアミノ基、アミノカルボニルアミノ基、アルコキシカルボニルアミノ基、アリールオキシカルボニルアミノ基、スルファモイルアミノ基、アルキル及びアリールスルホニルアミノ基、メルカプト基、アルキルチオ基、アリールチオ基、ヘテロ環チオ基、スルファモイル基、スルホ基、アルキル及びアリールスルフィニル基、アルキル及びアリールスルホニル基、アシル基、アリールオキシカルボニル基、アルコキシカルボニル基、カルバモイル基、アリール及びヘテロ環アゾ基、イミド基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスフィニルオキシ基、ホスフィニルアミノ基、ホスホノ基、シリル基、ヒドラジノ基、ウレイド基、ボロン酸基(−B(OH))、ホスファト基(−OPO(OH))、スルファト基(−OSOH)、その他の公知の置換基が例として挙げられる。
1a〜R13aが水素原子でない場合としては、水酸基で置換された直鎖、分岐、環状のアルキル基であることが好ましい。
Zaの2価の連結基としては、アルキレン基、アリーレン基、カルボニル基、スルホニル基、カルボニルオキシ基、カルボニルアミノ基、スルホニルアミド基、エーテル結合、チオエーテル結合、アミノ基、ジスルフィド基、−(CH−CO−、−(CH−SO−、−CH=CH−、アミノカルボニルアミノ基、アミノスルホニルアミノ基等が挙げられる(nは1〜3の整数)。
なお、R201、R202及びR203のうち、少なくとも1つがアリール基でない場合の好ましい構造としては、特開2004−233661号公報の段落0046、0047、0048、特開2003−35948号公報の段落0040〜0046、米国特許出願公開第2003/0224288A1号明細書に式(I−1)〜(I−70)として例示されている化合物、米国特許出願公開第2003/0077540A1号明細書に式(IA−1)〜(IA−54)、式(IB−1)〜(IB−24)として例示されている化合物等のカチオン構造を挙げることができる。
一般式(ZII)、(ZIII)中、
204〜R207は、各々独立に、アリール基、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。
204〜R207のアリール基、アルキル基、シクロアルキル基としては、前述の化合物(ZI)におけるR201〜R203のアリール基、アルキル基、シクロアルキル基として説明したアリール基と同様である。
204〜R207のアリール基、アルキル基、シクロアルキル基は、置換基を有していてもよい。この置換基としても、前述の化合物(ZI)におけるR201〜R203のアリール基、アルキル基、シクロアルキル基が有していてもよいものが挙げられる。
は、非求核性アニオンを表し、一般式(ZI)に於けるZの非求核性アニオンと同様のものを挙げることができる。
酸発生剤として、更に、下記一般式(ZIV)、(ZV)、(ZVI)で表される化合物も挙げられる。
Figure 0006118586
一般式(ZIV)〜(ZVI)中、
Ar及びArは、各々独立に、アリール基を表す。
208、R209及びR210は、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を表す。
Aは、アルキレン基、アルケニレン基又はアリーレン基を表す。
Ar、Ar、R208、R209及びR210のアリール基の具体例としては、上記一般式(ZI)におけるR201、R202及びR203としてのアリール基の具体例と同様のものを挙げることができる。
208、R209及びR210のアルキル基及びシクロアルキル基の具体例としては、それぞれ、上記一般式(ZI)におけるR201、R202及びR203としてのアルキル基及びシクロアルキル基の具体例と同様のものを挙げることができる。
Aのアルキレン基としては、炭素数1〜12のアルキレン基(例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、イソプロピレン基、ブチレン基、イソブチレン基など)を、Aのアルケニレン基としては、炭素数2〜12のアルケニレン基(例えば、エテニレン基、プロペニレン基、ブテニレン基など)を、Aのアリーレン基としては、炭素数6〜10のアリーレン基(例えば、フェニレン基、トリレン基、ナフチレン基など)を、それぞれ挙げることができる。
酸発生剤の中で、特に好ましい例を以下に挙げる。
Figure 0006118586
Figure 0006118586
Figure 0006118586
Figure 0006118586
Figure 0006118586
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Figure 0006118586
Figure 0006118586
Figure 0006118586
酸発生剤は、1種類単独で又は2種類以上を組み合わせて使用することができる。
また、光酸発生剤の含量は、組成物の全固形分を基準として、好ましくは0.1〜50質量%であり、より好ましくは0.5〜45質量%であり、更に好ましくは1〜40質量%である。
[4]酸の作用により分解して酸を発生する化合物
本発明の感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物は、更に、酸の作用により分解して酸を発生する化合物を1種又は2種以上含んでいてもよい。上記酸の作用により分解して酸を発生する化合物が発生する酸は、スルホン酸、メチド酸又はイミド酸であることが好ましい。
以下に本発明に用いることができる酸の作用により分解して酸を発生する化合物の例を示すが、これらに限定されるものではない。
Figure 0006118586
前記酸の作用により分解して酸を発生する化合物は、1種単独で又は2種以上を組合せて使用することができる。
なお、酸の作用により分解して酸を発生する化合物の含有量は、前記感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物の全固形分を基準として、0.1〜40質量%であることが好ましく、0.5〜30質量%であることがより好ましく、1.0〜20質量%であることが更に好ましい。
[5]レジスト溶剤(塗布溶媒)
組成物を調製する際に使用できる溶剤としては、各成分を溶解するものである限り特に限定されないが、例えば、アルキレングリコールモノアルキルエーテルカルボキシレート(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA;別名1−メトキシ−2−アセトキシプロパン)など)、アルキレングリコールモノアルキルエーテル(プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME;1−メトキシ−2−プロパノール)など)、乳酸アルキルエステル(乳酸エチル、乳酸メチルなど)、環状ラクトン(γ−ブチロラクトンなど、好ましくは炭素数4〜10)、鎖状又は環状のケトン(2−ヘプタノン、シクロヘキサノンなど、好ましくは炭素数4〜10)、アルキレンカーボネート(エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートなど)、カルボン酸アルキル(酢酸ブチルなどの酢酸アルキルが好ましい)、アルコキシ酢酸アルキル(エトキシプロピオン酸エチル)などが挙げられる。その他使用可能な溶媒として、例えば、米国特許出願公開第2008/0248425A1号明細書の[0244]以降に記載されている溶剤などが挙げられる。
上記のうち、アルキレングリコールモノアルキルエーテルカルボキシレート及びアルキレングリコールモノアルキルエーテルが好ましい。
これら溶媒は、単独で用いても2種以上を混合して用いてもよい。2種以上を混合する場合、水酸基を有する溶剤と水酸基を有しない溶剤とを混合することが好ましい。水酸基を有する溶剤と水酸基を有しない溶剤との質量比は、1/99〜99/1、好ましくは10/90〜90/10、更に好ましくは20/80〜60/40である。
水酸基を有する溶剤としてはアルキレングリコールモノアルキルエーテルが好ましく、水酸基を有しない溶剤としてはアルキレングリコールモノアルキルエーテルカルボキシレートが好ましい。
[6]塩基性化合物
本発明に係る感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物は、塩基性化合物を更に含んでいてもよい。塩基性化合物は、好ましくは、フェノールと比較して塩基性がより強い化合物である。また、この塩基性化合物は、有機塩基性化合物であることが好ましく、含窒素塩基性化合物であることが更に好ましい。
使用可能な含窒素塩基性化合物は特に限定されないが、例えば、以下の(1)〜(7)に分類される化合物を用いることができる。
(1)一般式(BS−1)により表される化合物
Figure 0006118586
一般式(BS−1)中、
Rは、各々独立に、水素原子又は有機基を表す。但し、3つのRのうち少なくとも1つは有機基である。この有機基は、直鎖若しくは分岐鎖のアルキル基、単環若しくは多環のシクロアルキル基、アリール基又はアラルキル基である。
Rとしてのアルキル基の炭素数は、特に限定されないが、通常1〜20であり、好ましくは1〜12である。
Rとしてのシクロアルキル基の炭素数は、特に限定されないが、通常3〜20であり、好ましくは5〜15である。
Rとしてのアリール基の炭素数は、特に限定されないが、通常6〜20であり、好ましくは6〜10である。具体的には、フェニル基及びナフチル基等が挙げられる。
Rとしてのアラルキル基の炭素数は、特に限定されないが、通常7〜20であり、好ましくは7〜11である。具体的には、ベンジル基等が挙げられる。
Rとしてのアルキル基、シクロアルキル基、アリール基及びアラルキル基は、水素原子が置換基により置換されていてもよい。この置換基としては、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルキルカルボニルオキシ基及びアルキルオキシカルボニル基等が挙げられる。
なお、一般式(BS−1)により表される化合物では、Rのうち少なくとも2つが有機基であることが好ましい。
一般式(BS−1)により表される化合物の具体例としては、トリ−n−ブチルアミン、トリ−n−ペンチルアミン、トリ−n−オクチルアミン、トリ−n−デシルアミン、トリイソデシルアミン、ジシクロヘキシルメチルアミン、テトラデシルアミン、ペンタデシルアミン、ヘキサデシルアミン、オクタデシルアミン、ジデシルアミン、メチルオクタデシルアミン、ジメチルウンデシルアミン、N,N−ジメチルドデシルアミン、メチルジオクタデシルアミン、N,N−ジブチルアニリン、N,N−ジヘキシルアニリン、2,6−ジイソプロピルアニリン、及び2,4,6−トリ(t−ブチル)アニリンが挙げられる。
また、一般式(BS−1)により表される好ましい塩基性化合物として、少なくとも1つのRがヒドロキシ基で置換されたアルキル基であるものが挙げられる。具体的には、例えば、トリエタノールアミン及びN,N−ジヒドロキシエチルアニリンが挙げられる。
なお、Rとしてのアルキル基は、アルキル鎖中に酸素原子を有していてもよい。即ち、オキシアルキレン鎖が形成されていてもよい。オキシアルキレン鎖としては、−CHCHO−が好ましい。具体的には、例えば、トリス(メトキシエトキシエチル)アミン、及び、US6040112号明細書のカラム3の60行目以降に例示されている化合物が挙げられる。
一般式(BS−1)で表される塩基性化合物としては、例えば、以下のものが挙げられる。
Figure 0006118586
Figure 0006118586
(2)含窒素複素環構造を有する化合物
この含窒素複素環は、芳香族性を有していてもよく、芳香族性を有していなくてもよい。また、窒素原子を複数有していてもよい。更に、窒素以外のヘテロ原子を含有していてもよい。具体的には、例えば、イミダゾール構造を有する化合物(2−フェニルベンゾイミダゾール、2,4,5−トリフェニルイミダゾールなど)、ピペリジン構造を有する化合物〔N−ヒドロキシエチルピペリジン及びビス(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル)セバケートなど〕、ピリジン構造を有する化合物(4−ジメチルアミノピリジンなど)、並びにアンチピリン構造を有する化合物(アンチピリン及びヒドロキシアンチピリンなど)が挙げられる。
また、環構造を2つ以上有する化合物も好適に用いられる。具体的には、例えば、1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]ノナ−5−エン及び1,8−ジアザビシクロ〔5.4.0〕−ウンデカ−7−エンが挙げられる。
(3)フェノキシ基を有するアミン化合物
フェノキシ基を有するアミン化合物とは、アミン化合物が含んでいるアルキル基のN原子と反対側の末端にフェノキシ基を備えた化合物である。フェノキシ基は、例えば、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、カルボキシ基、カルボン酸エステル基、スルホン酸エステル基、アリール基、アラルキル基、アシロキシ基及びアリールオキシ基等の置換基を有していてもよい。
この化合物は、より好ましくは、フェノキシ基と窒素原子との間に、少なくとも1つのオキシアルキレン鎖を有している。1分子中のオキシアルキレン鎖の数は、好ましくは3〜9個、更に好ましくは4〜6個である。オキシアルキレン鎖の中でも−CHCHO−が特に好ましい。
具体例としては、2−[2−{2―(2,2―ジメトキシ−フェノキシエトキシ)エチル}−ビス−(2−メトキシエチル)]−アミン、及び、US2007/0224539A1号明細書の段落[0066]に例示されている化合物(C1−1)〜(C3−3)が挙げられる。
フェノキシ基を有するアミン化合物は、例えば、フェノキシ基を有する1級又は2級アミンとハロアルキルエーテルとを加熱して反応させ、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム及びテトラアルキルアンモニウム等の強塩基の水溶液を添加した後、酢酸エチル及びクロロホルム等の有機溶剤で抽出することにより得られる。また、フェノキシ基を有するアミン化合物は、1級又は2級アミンと、末端にフェノキシ基を有するハロアルキルエーテルとを加熱して反応させ、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム及びテトラアルキルアンモニウム等の強塩基の水溶液を添加した後、酢酸エチル及びクロロホルム等の有機溶剤で抽出することによって得ることもできる。
(4)アンモニウム塩
塩基性化合物として、アンモニウム塩も適宜用いることができる。アンモニウム塩のアニオンとしては、例えば、ハライド、スルホネート、ボレート及びフォスフェートが挙げられる。これらのうち、ハライド及びスルホネートが特に好ましい。
ハライドとしては、クロライド、ブロマイド及びアイオダイドが特に好ましい。
スルホネートとしては、炭素数1〜20の有機スルホネートが特に好ましい。有機スルホネートとしては、例えば、炭素数1〜20のアルキルスルホネート及びアリールスルホネートが挙げられる。
アルキルスルホネートに含まれるアルキル基は、置換基を有していてもよい。この置換基としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、アルコキシ基、アシル基及びアリール基が挙げられる。アルキルスルホネートとして、具体的には、メタンスルホネート、エタンスルホネート、ブタンスルホネート、ヘキサンスルホネート、オクタンスルホネート、ベンジルスルホネート、トリフルオロメタンスルホネート、ペンタフルオロエタンスルホネート及びノナフルオロブタンスルホネートが挙げられる。
アリールスルホネートに含まれるアリール基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基及びアントリル基が挙げられる。これらアリール基は、置換基を有していてもよい。この置換基としては、例えば、炭素数1〜6の直鎖若しくは分岐鎖アルキル基及び炭素数3〜6のシクロアルキル基が好ましい。具体的には、例えば、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、i−ブチル、t−ブチル、n−ヘキシル及びシクロヘキシル基が好ましい。他の置換基としては、炭素数1〜6のアルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ、ニトロ、アシル基及びアシロキシ基が挙げられる。
このアンモニウム塩は、ヒドロキシド又はカルボキシレートであってもよい。この場合、このアンモニウム塩は、炭素数1〜8のテトラアルキルアンモニウムヒドロキシド(テトラメチルアンモニウムヒドロキシド及びテトラエチルアンモニウムヒドロキシド、テトラ−(n−ブチル)アンモニウムヒドロキシド等のテトラアルキルアンモニウムヒドロキシドであることが特に好ましい。
好ましい塩基性化合物としては、例えば、グアニジン、アミノピリジン、アミノアルキルピリジン、アミノピロリジン、インダゾール、イミダゾール、ピラゾール、ピラジン、ピリミジン、プリン、イミダゾリン、ピラゾリン、ピペラジン、アミノモルフォリン及びアミノアルキルモルフォリンが挙げられる。これらは、置換基を更に有していてもよい。
好ましい置換基としては、例えば、アミノ基、アミノアルキル基、アルキルアミノ基、アミノアリール基、アリールアミノ基、アルキル基、アルコキシ基、アシル基、アシロキシ基、アリール基、アリールオキシ基、ニトロ基、水酸基及びシアノ基が挙げられる。
特に好ましい塩基性化合物としては、例えば、グアニジン、1,1−ジメチルグアニジン、1,1,3,3,−テトラメチルグアニジン、イミダゾール、2−メチルイミダゾール、4−メチルイミダゾール、N−メチルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール、4,5−ジフェニルイミダゾール、2,4,5−トリフェニルイミダゾール、2−アミノピリジン、3−アミノピリジン、4−アミノピリジン、2−ジメチルアミノピリジン、4−ジメチルアミノピリジン、2−ジエチルアミノピリジン、2−(アミノメチル)ピリジン、2−アミノ−3−メチルピリジン、2−アミノ−4−メチルピリジン、2−アミノ5−メチルピリジン、2−アミノ−6−メチルピリジン、3−アミノエチルピリジン、4−アミノエチルピリジン、3−アミノピロリジン、ピペラジン、N−(2−アミノエチル)ピペラジン、N−(2−アミノエチル)ピペリジン、4−アミノ−2,2,6,6テトラメチルピペリジン、4−ピペリジノピペリジン、2−イミノピペリジン、1−(2−アミノエチル)ピロリジン、ピラゾール、3−アミノ−5−メチルピラゾール、5−アミノ−3−メチル−1−p−トリルピラゾール、ピラジン、2−(アミノメチル)−5メチルピラジン、ピリミジン、2,4−ジアミノピリミジン、4,6−ジヒドロキシピリミジン、2−ピラゾリン、3−ピラゾリン、N−アミノモルフォリン及びN−(2−アミノエチル)モルフォリンが挙げられる。
(5)プロトンアクセプター性官能基を有し、かつ、活性光線又は放射線の照射により分解してプロトンアクセプター性が低下、消失、又はプロトンアクセプター性から酸性に変化した化合物を発生する化合物(PA)
本発明に係る組成物は、塩基性化合物として、プロトンアクセプター性官能基を有し、かつ、活性光線又は放射線の照射により分解してプロトンアクセプター性が低下、消失、又はプロトンアクセプター性から酸性に変化した化合物を発生する化合物〔以下、化合物(PA)ともいう〕を更に含んでいてもよい。
プロトンアクセプター性官能基とは、プロトンと静電的に相互作用し得る基或いは電子を有する官能基であって、例えば、環状ポリエーテル等のマクロサイクリック構造を有する官能基や、 π共役に寄与しない非共有電子対をもった窒素原子を有する官能基を意味する。π共役に寄与しない非共有電子対を有する窒素原子とは、例えば、下記一般式に示す部分構造を有する窒素原子である。
Figure 0006118586
プロトンアクセプター性官能基の好ましい部分構造として、例えば、クラウンエーテル、アザクラウンエーテル、1〜3級アミン、ピリジン、イミダゾール、ピラジン構造などを挙げることができる。
化合物(PA)は、活性光線又は放射線の照射により分解してプロトンアクセプター性が低下、消失、又はプロトンアクセプター性から酸性に変化した化合物を発生する。ここで、プロトンアクセプター性の低下、消失、又はプロトンアクセプター性から酸性への変化とは、プロトンアクセプター性官能基にプロトンが付加することに起因するプロトンアクセプター性の変化であり、具体的には、プロトンアクセプター性官能基を有する化合物(PA)とプロトンからプロトン付加体が生成する時、その化学平衡に於ける平衡定数が減少することを意味する。
以下、化合物(PA)の具体例を示すが、これらに限定されるものではない。
Figure 0006118586
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Figure 0006118586
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Figure 0006118586
Figure 0006118586
Figure 0006118586
Figure 0006118586
また、本発明においては、一般式(PA−1)で表される化合物を発生する化合物以外の化合物(PA)も適宜選択可能である。例えば、イオン性化合物であって、カチオン部にプロトンアクセプター部位を有する化合物を用いてもよい。より具体的には、下記一般式(7)で表される化合物などが挙げられる。
Figure 0006118586
式中、Aは硫黄原子又はヨウ素原子を表す。
mは1又は2を表し、nは1又は2を表す。但し、Aが硫黄原子の時、m+n=3、Aがヨウ素原子の時、m+n=2である。
Rは、アリール基を表す。
は、プロトンアクセプター性官能基で置換されたアリール基を表す。
は、対アニオンを表す。
の具体例としては、上述した一般式(ZI)におけるX−と同様のものが挙げられる。
R及びRのアリール基の具体例としては、フェニル基が好ましく挙げられる。
RNが有するプロトンアクセプター性官能基の具体例としては、前述の式(PA−1)で説明したプロトンアクセプター性官能基と同様である。
本発明の組成物において、化合物(PA)の組成物全体中の配合率は、全固形分中0.1〜10質量%が好ましく、より好ましくは1〜8質量%である。
(6)グアニジン化合物
本発明の組成物は、下式で表される構造を有するグアニジン化合物を更に含有していてもよい。
Figure 0006118586
グアニジン化合物は3つの窒素によって共役酸のプラスの電荷が分散安定化されるため、強い塩基性を示す。
本発明のグアニジン化合物(A)の塩基性としては、共役酸のpKaが6.0以上であることが好ましく、7.0〜20.0であることが酸との中和反応性が高く、ラフネス特性に優れるため好ましく、8.0〜16.0であることがより好ましい。
このような強い塩基性のため、酸の拡散性を抑制し、優れたパターン形状の形成に寄与することができる。
なお、ここで「pKa」とは、水溶液中でのpKaのことを表し、例えば、化学便覧(II)(改訂4版、1993年、日本化学会編、丸善株式会社)に記載のものであり、この値が低いほど酸強度が大きいことを示している。水溶液中でのpKaは、具体的には、無限希釈水溶液を用い、25℃での酸解離定数を測定することにより実測することができ、また、下記ソフトウェアパッケージ1を用いて、ハメットの置換基定数及び公知文献値のデータベースに基づいた値を、計算により求めることもできる。本明細書中に記載したpKaの値は、全て、このソフトウェアパッケージを用いて計算により求めた値を示している。
ソフトウェアパッケージ1:AdvancedChemistryDevelopment(ACD/Labs)SoftwareV8.14forSolaris(1994−2007ACD/Labs)。
本発明において、logPとは、n−オクタノール/水分配係数(P)の対数値であり、広範囲の化合物に対し、その親水性/疎水性を特徴づけることのできる有効なパラメータである。一般的には実験によらず計算によって分配係数は求められ、本発明においては、CSChemDrawUltraVer.8.0softwarepackage(Crippen’sfragmentationmethod)により計算された値を示す。
また、グアニジン化合物(A)のlogPが10以下であることが好ましい。上記値以下であることによりレジスト膜中に均一に含有させることができる。
本発明におけるグアニジン化合物(A)のlogPは2〜10の範囲であることが好ましく、3〜8の範囲であることがより好ましく、4〜8の範囲であることが更に好ましい。
また、本発明におけるグアニジン化合物(A)はグアニジン構造以外に窒素原子を有さないことが好ましい。
以下、グアニジン化合物の具体例を示すが、これらに限定されるものではない。
Figure 0006118586

Figure 0006118586
Figure 0006118586
Figure 0006118586
Figure 0006118586
(7) 窒素原子を有し、酸の作用により脱離する基を有する低分子化合物
本発明の組成物は、窒素原子を有し、酸の作用により脱離する基を有する低分子化合物(以下において、「低分子化合物(D)」又は「化合物(D)」ともいう)を含有することができる。低分子化合物(D)は、酸の作用により脱離する基が脱離した後は、塩基性を有することが好ましい。
酸の作用により脱離する基としては特に限定されないが、アセタール基、カルボネート基、カルバメート基、3級エステル基、3級水酸基、ヘミアミナールエーテル基が好ましく、カルバメート基、ヘミアミナールエーテル基であることが特に好ましい。
酸の作用により脱離する基を有する低分子化合物(D)の分子量は、100〜1000が好ましく、100〜700がより好ましく、100〜500が特に好ましい。
化合物(D)としては、酸の作用により脱離する基を窒素原子上に有するアミン誘導体が好ましい。
化合物(D)は、窒素原子上に保護基を有するカルバメート基を有しても良い。カルバメート基を構成する保護基としては、下記一般式(d−1)で表すことができる。
Figure 0006118586
一般式(d−1)において、
R’は、それぞれ独立に、水素原子、直鎖状又は分岐状アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、又はアルコキシアルキル基を表す。R’は相互に結合して環を形成していても良い。
R’として好ましくは、直鎖状、又は分岐状のアルキル基、シクロアルキル基、アリール基である。より好ましくは、直鎖状、又は分岐状のアルキル基、シクロアルキル基である。
このような基の具体的な構造を以下に示す。
Figure 0006118586
化合物(D)は、塩基性化合物と一般式(d−1)で表される構造を任意に組み合わせることで構成することも出来る。
化合物(D)は、下記一般式(A)で表される構造を有するものであることが特に好ましい。
なお、化合物(D)は、酸の作用により脱離する基を有する低分子化合物であるかぎり、前記の塩基性化合物に相当するものであってもよい。
Figure 0006118586
一般式(A)において、Raは、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基又はアラルキル基を示す。また、n=2のとき、2つのRaは同じでも異なっていてもよく、2つのRaは相互に結合して、2価の複素環式炭化水素基(好ましくは炭素数20以下)若しくはその誘導体を形成していてもよい。
Rbは、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルコキシアルキル基を示す。但し、−C(Rb)(Rb)(Rb)において、1つ以上のRbが水素原子のとき、残りのRbの少なくとも1つはシクロプロピル基、1−アルコキシアルキル基又はアリール基である。
少なくとも2つのRbが結合して脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基、複素環式炭化水素基若しくはその誘導体を形成していてもよい。
nは0〜2の整数を表し、mは1〜3の整数を表し、n+m=3である。
一般式(A)において、Ra及びRbが示すアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基は、ヒドロキシル基、シアノ基、アミノ基、ピロリジノ基、ピペリジノ基、モルホリノ基、オキソ基等の官能基、アルコキシ基、ハロゲン原子で置換されていてもよい。Rbが示すアルコキシアルキル基についても同様である。
前記Ra及び/又はRbのアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、及びアラルキル基(これらのアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、及びアラルキル基は、上記官能基、アルコキシ基、ハロゲン原子で置換されていてもよい)としては、
例えば、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカン等の直鎖状、分岐状のアルカンに由来する基、これらのアルカンに由来する基を、例えば、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基の1種以上或いは1個以上で置換した基、
シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、ノルボルナン、アダマンタン、ノラダマンタン等のシクロアルカンに由来する基、これらのシクロアルカンに由来する基を、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基等の直鎖状、分岐状のアルキル基の1種以上或いは1個以上で置換した基、
ベンゼン、ナフタレン、アントラセン等の芳香族化合物に由来する基、これらの芳香族化合物に由来する基を、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基等の直鎖状、分岐状のアルキル基の1種以上或いは1個以上で置換した基、
ピロリジン、ピペリジン、モルホリン、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、インドール、インドリン、キノリン、パーヒドロキノリン、インダゾール、ベンズイミダゾール等の複素環化合物に由来する基、これらの複素環化合物に由来する基を直鎖状、分岐状のアルキル基或いは芳香族化合物に由来する基の1種以上或いは1個以上で置換した基、直鎖状、分岐状のアルカンに由来する基・シクロアルカンに由来する基をフェニル基、ナフチル基、アントラセニル基等の芳香族化合物に由来する基の1種以上或いは1個以上で置換した基等或いは前記の置換基がヒドロキシル基、シアノ基、アミノ基、ピロリジノ基、ピペリジノ基、モルホリノ基、オキソ基等の官能基で置換された基等が挙げられる。
また、前記Raが相互に結合して、形成する2価の複素環式炭化水素基(好ましくは炭素数1〜20)若しくはその誘導体としては、例えば、ピロリジン、ピペリジン、モルホリン、1,4,5,6−テトラヒドロピリミジン、1,2,3,4−テトラヒドロキノリン、1,2,3,6−テトラヒドロピリジン、ホモピペラジン、4−アザベンズイミダゾール、ベンゾトリアゾール、5−アザベンゾトリアゾール、1H−1,2,3−トリアゾール、1,4,7−トリアザシクロノナン、テトラゾール、7−アザインドール、インダゾール、ベンズイミダゾール、イミダゾ[1,2−a]ピリジン、(1S,4S)−(+)−2,5−ジアザビシクロ[2.2.1]ヘプタン、1,5,7−トリアザビシクロ[4.4.0]デック−5−エン、インドール、インドリン、1,2,3,4−テトラヒドロキノキサリン、パーヒドロキノリン、1,5,9−トリアザシクロドデカン等の複素環式化合物に由来する基、これらの複素環式化合物に由来する基を直鎖状、分岐状のアルカンに由来する基、シクロアルカンに由来する基、芳香族化合物に由来する基、複素環化合物に由来する基、ヒドロキシル基、シアノ基、アミノ基、ピロリジノ基、ピペリジノ基、モルホリノ基、オキソ基等の官能基の1種以上或いは1個以上で置換した基等が挙げられる。
本発明における特に好ましい化合物(D)を具体的に示すが、本発明は、これに限定されるものではない。
Figure 0006118586
Figure 0006118586
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一般式(A)で表される化合物は、特開2007−298569号公報、特開2009−199021号公報などに基づき合成することができる。
本発明において、低分子化合物(D)は、一種単独でも又は2種以上を混合しても使用することができる。
本発明の組成物は、低分子化合物(D)を含有してもしなくてもよいが、含有する場合、化合物(D)の含有量は、上述した塩基性化合物と合わせた組成物の全固形分を基準として、通常、0.001〜20質量%、好ましくは0.001〜10質量%、より好ましくは0.01〜5質量%である。
また、本発明の組成物が酸発生剤を含有する場合、酸発生剤と化合物(D)の組成物中の使用割合は、酸発生剤/[化合物(D)+下記塩基性化合物](モル比)=2.5〜300であることが好ましい。即ち、感度、解像度の点からモル比が2.5以上が好ましく、露光後加熱処理までの経時でのレジストパターンの太りによる解像度の低下抑制の点から300以下が好ましい。酸発生剤/[化合物(D)+上記塩基性化合物](モル比)は、より好ましくは5.0〜200、更に好ましくは7.0〜150である。
その他、本発明に係る組成物に使用可能なものとして、特開2002−363146号公報の実施例で合成されている化合物、及び特開2007−298569号公報の段落0108に記載の化合物等が挙げられる。
塩基性化合物として、感光性の塩基性化合物を用いてもよい。感光性の塩基性化合物としては、例えば、特表2003−524799号公報、及び、J.Photopolym.Sci&Tech.Vol.8,P.543−553(1995)等に記載の化合物を用いることができる。
塩基性化合物の分子量は、通常は100〜1500であり、好ましくは150〜1300であり、より好ましくは200〜1000である。
これらの塩基性化合物は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明に係る組成物が塩基性化合物を含んでいる場合、その含有量は、組成物の全固形分を基準として、0.01〜8.0質量%であることが好ましく、0.1〜5.0質量%であることがより好ましく、0.2〜4.0質量%であることが特に好ましい。
塩基性化合物の光酸発生剤に対するモル比は、好ましくは0.01〜10とし、より好ましくは0.05〜5とし、更に好ましくは0.1〜3とする。このモル比を過度に大きくすると、感度及び/又は解像度が低下する場合がある。このモル比を過度に小さくすると、露光と加熱(ポストベーク)との間において、パターンの細りを生ずる可能性がある。より好ましくは0.05〜5、更に好ましくは0.1〜3である。なお、上記モル比における光酸発生剤とは、上記樹脂の繰り返し単位(B)と上記樹脂が更に含んでいてもよい光酸発生剤との合計の量を基準とするものである。
〔7〕界面活性剤
本発明の化学増幅型レジスト組成物は、更に、塗布性を向上させるため界面活性剤を含有してもよい。界面活性剤の例としては、特に限定されるものではないが、ポリオキシエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル類、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンブロックコポリマー類、ソルビタン脂肪酸エステル類、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステルなどのノニオン系界面活性剤、メガファックF171、F176(大日本インキ化学工業製)やフロラードFC430(住友スリーエム製)やサーフィノールE1004(旭硝子製)、OMNOVA社製のPF656及びPF6320、等のフッ素系界面活性剤、ポリシロキサンポリマーKP−341(信越化学工業(株)製)等のオルガノシロキサンポリマーが挙げられる。
レジスト組成物が界面活性剤を含有する場合、界面活性剤の使用量は、レジスト組成物の全量(溶剤を除く)に対して、好ましくは0.0001〜2質量%、より好ましくは0.0005〜1質量%である。
[8] その他の添加剤
本発明の組成物は、上記に説明した成分以外にも、カルボン酸、カルボン酸オニウム塩、Proceeding of SPIE, 2724,355 (1996)等に記載の分子量3000以下の溶解阻止化合物、染料、可塑剤、光増感剤、光吸収剤、酸化防止剤などを適宜含有することができる。
特にカルボン酸は、性能向上のために好適に用いられる。カルボン酸としては、安息香酸、ナフトエ酸などの、芳香族カルボン酸が好ましい。
カルボン酸の含有量は、組成物の全固形分濃度中、0.01〜10質量%が好ましく、より好ましくは0.01〜5質量%、更に好ましくは0.01〜3質量%である。
なお、本発明に係る組成物を用いてインプリント用モールドを作製してもよく、その詳細については、例えば、特許第4109085号公報、特開2008−162101号公報、及び「ナノインプリントの基礎と技術開発・応用展開―ナノインプリントの基板技術と最新の技術展開―編集:平井義彦(フロンティア出版)」を参照されたい。
また、本発明は、上記した本発明のパターン形成方法を含む、電子デバイスの製造方法、及び、この製造方法により製造された電子デバイスにも関する。
本発明の電子デバイスは、電気電子機器(家電、OA・メディア関連機器、光学用機器及び通信機器等)に、好適に、搭載されるものである。
以下、実施例1−7、1−8、1−15〜1−17、1−20〜1−23及び実施例2−7、2−8、2−15〜2−17、2−20〜2−23は参考例に読み替えるものとする。
〔合成例1(樹脂(Ab−289)の合成)〕
46.50gの化合物(10)を263.5gのn−ヘキサンに溶解させ、87.19gのシクロヘキサノール、46.50gの無水硫酸マグネシウム、4.81gの10−カンファースルホン酸を加えて、室温で6時間攪拌した。10.49gのトリエチルアミンを加えて、10分間攪拌した後、ろ過して固体を取り除いた。400gの酢酸エチルを加えて、有機層を200gのイオン交換水で5回洗浄した後、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、溶媒を留去して、化合物(11)含有溶液を116.27g得た。
化合物(11)含有溶液41.19gに、8.80gの塩化アセチルを加えて、室温で2時間攪拌して、化合物(12)含有溶液を49.89g得た。
7.40gの化合物(8)を79.93gの脱水テトラヒドロフランに溶解させ、7.40gの無水硫酸マグネシウム、60.89gのトリエチルアミンを加えて、窒素雰囲気下で攪拌した。0℃に冷却し、49.99gの化合物(12)含有溶液を滴下し、室温で3時間攪拌した後、ろ過して固体を取り除いた。400gの酢酸エチルを加えて、有機層を200gのイオン交換水で5回洗浄した後、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、溶媒を留去した。カラムクロマトグラフィーで単離精製し、23.91gの化合物(13)を得た。
3.61gの化合物(6)(50.00質量%シクロヘキサノン溶液)と、6.31gの化合物(13)と、0.35gの重合開始剤V−601(和光純薬工業(株)製)とを、28.07gのシクロヘキサノンに溶解させた。反応容器中に16.09gのシクロヘキサノンを入れ、窒素ガス雰囲気下、85℃の系中に4時間かけて滴下した。反応溶液を2時間に亘って加熱撹拌した後、これを室温まで放冷した。
上記反応溶液を、400gのヘプタン/酢酸エチル=9/1(質量比)中に滴下し、ポリマーを沈殿させ、ろ過した。200gのヘプタン/酢酸エチル=9/1(質量比)を用いて、ろ過した固体のかけ洗いを行なった。その後、洗浄後の固体を減圧乾燥に供して、4.20gの樹脂(Ab−289)を得た。
Figure 0006118586
〔合成例2(樹脂(Ab−281)の合成)〕
20.00gの化合物(1)を113.33gのn−ヘキサンに溶解させ、42.00gのシクロヘキサノール、20.00gの無水硫酸マグネシウム、2.32gの10−カンファースルホン酸を加えて、室温で7.5時間攪拌した。5.05gのトリエチルアミンを加えて、10分間攪拌した後、ろ過して固体を取り除いた。400gの酢酸エチルを加えて、有機層を200gのイオン交換水で5回洗浄した後、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、溶媒を留去して、化合物(2)含有溶液を44.86g得た。
化合物(2)含有溶液23.07gに、4.52gの塩化アセチルを加えて、室温で2時間攪拌して、化合物(3)含有溶液を27.58g得た。
3.57gの化合物(8)を26.18gの脱水テトラヒドロフランに溶解させ、3.57gの無水硫酸マグネシウム、29.37gのトリエチルアミンを加えて、窒素雰囲気下で攪拌した。0℃に冷却し、27.54gの化合物(3)含有溶液を滴下し、室温で3.5時間攪拌した後、ろ過して固体を取り除いた。400gの酢酸エチルを加えて、有機層を150gのイオン交換水で5回洗浄した後、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、溶媒を留去した。カラムクロマトグラフィーで単離精製し、8.65gの化合物(4)を得た。
2.52gの化合物(6)(50.00質量%シクロヘキサノン溶液)と、0.78gの化合物(5)と、5.64gの化合物(4)と、0.32gの重合開始剤V−601(和光純薬工業(株)製)とを、27.01gのシクロヘキサノンに溶解させた。反応容器中に15.22gのシクロヘキサノンを入れ、窒素ガス雰囲気下、85℃の系中に4時間かけて滴下した。反応溶液を2時間に亘って加熱撹拌した後、これを室温まで放冷した。
上記反応溶液を、400gのヘプタン中に滴下し、ポリマーを沈殿させ、ろ過した。200gのヘプタンを用いて、ろ過した固体のかけ洗いを行なった。その後、洗浄後の固体を減圧乾燥に供して、2.98gの樹脂(Ab−281)を得た。
Figure 0006118586
樹脂(Ab―289)と同様にして、実施例において使用した他の樹脂を合成した。
合成した樹脂の構造、繰り返し単位の組成比(モル比)、質量平均分子量(Mw)、及び、分散度(Mw/Mn)を以下に示す。
Figure 0006118586
Figure 0006118586
Figure 0006118586
以下、実施例において用いた、光酸発生剤、塩基性化合物、溶剤、界面活性剤、現像液及びリンス液を示す。
〔光酸発生剤〕
光酸発生剤としては先に挙げた酸発生剤z1〜z143から適宜選択して用いた。
〔塩基性化合物〕
Figure 0006118586
〔溶剤〕
S−1:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)(b.p.=146℃)
S−2:プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)(b.p.=120℃)
S−3:乳酸メチル(b.p.=145℃)
S−4:シクロヘキサノン(b.p.=157℃)
〔界面活性剤〕
W−1:メガファックR08(大日本インキ化学工業(株)製;フッ素及びシリコン系)
W−2:ポリシロキサンポリマーKP−341(信越化学工業(株)製;シリコン系)
W−3:トロイゾルS−366(トロイケミカル(株)製;フッ素系)
W−4:PF6320(OMNOVA社製;フッ素系)
〔現像液・リンス液〕
G−1:酢酸ブチル
G−2:2−ヘプタノン
G−3:アニソール
G−4:4−メチル−2−ペンタノール
G−5:1−ヘキサノール
G−6:デカン
(EB実施例:実施例1−1〜1−23、及び比較例1−1〜1−5)
(1)感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物の塗液調製及び塗設
下記表3に示す成分を同表に示す溶剤に固形分で1.5質量%溶解させ、それぞれを0.05μm孔径のメンブレンフィルターで精密ろ過して、感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物(レジスト組成物)溶液を得た。
この感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物溶液を、予めヘキサメチルジシラザン(HMDS)処理を施した6インチSiウェハ上に東京エレクトロン製スピンコーターMark8を用いて塗布し、100℃、60秒間ホットプレート上で乾燥して、膜厚50nmのレジスト膜を得た。
(2)EB露光及び現像
上記(1)で得られたレジスト膜が塗布されたウェハを、電子線描画装置((株)日立製作所製HL750、加速電圧50KeV)を用いて、パターン照射を行った。この際、1:1のラインアンドスペースが形成されるように描画を行った。電子線描画後、ホットプレート上で、100℃で90秒間加熱した後、下表に記載の有機系現像液をパドルして30秒間現像し、下表に記載のリンス液を用いてリンスをした後、4000rpmの回転数で30秒間ウェハを回転させた後、95℃で60秒間加熱を行うことにより、線幅75nmの1:1ラインアンドスペースパターンのレジストパターンを得た。
(3)レジストパターンの評価
走査型電子顕微鏡((株)日立製作所製S−9220)を用いて、得られたレジストパターンを下記の方法で、感度、解像力、パターン形状及びアウトガスについて評価した。
〔感度〕
線幅75nmの1:1ラインアンドスペースパターンを解像する時の照射エネルギーを感度とした。ただし、比較例1−1〜1−5においては、線幅75nmの1:1ラインアンドスペースパターンを解像することができなかったので、後述する限界解像力における1:1ラインアンドスペースを解像する時の照射エネルギーを感度とした。
〔解像力〕
上記感度を示す露光量において、ライン:スペース=1:1のマスクを通して、限界解像力(ラインとスペースが分離解像する最小の線幅)を求めた。そして、この値を「解像力(nm)」とした。
〔パターン形状〕
上記感度を示す露光量における線幅75nmのライン:スペース=1:1のパターンの断面形状を走査型電子顕微鏡((株)日立製作所製S−4300)を用いて観察し、下記5段階評価を行った。ただし、比較例1−1〜1−5においては、線幅75nmの1:1ラインアンドスペースパターンを解像することができなかったので、後述する限界解像力における1:1ラインアンドスペースパターンを観察することによりパターン形状を評価した。
A:矩形
B:AとCの間
C:やや矩形
D:CとEの間
E:ラウンドトップ又はT−トップ
〔アウトガス評価〕
EB露光による面露光を行なって決定した、(上記)感度での照射量(μC/cm)の2.0倍の照射量を照射し、露光後(後加熱前)の膜厚を測定し、以下の式から未露光時の膜厚からの変動率を求めた。
膜厚変動率(%)=(未露光時の膜厚−露光後の膜厚)/未露光時の膜厚×100
A:膜厚変動率(%)が0.0以上1.0未満
B:膜厚変動率(%)が1.0以上3.0未満
C:膜厚変動率(%)が3.0以上5.0未満
D:膜厚変動率(%)が5.0以上7.0未満
E:膜厚変動率(%)が7.0以上
以上の評価結果を下記表3に示す。
Figure 0006118586
上掲の表から明らかなように、実施例1−1〜1−23は、本発明の、樹脂(Aa)を使用していない比較例1−1〜1−5と比べて、解像力、パターン形状及びアウトガス性能に優れていることが分かった。
(EUV実施例:実施例2−1〜2−23、及び比較例2−1〜2−5)
(4)感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物の塗液調製及び塗設
下記表に示す成分を同表に示す溶剤に固形分で1.5質量%溶解させ、それぞれを0.05μm孔径のメンブレンフィルターで精密ろ過して、感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物(レジスト組成物)溶液を得た。
この感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物溶液を、予めヘキサメチルジシラザン(HMDS)処理を施した6インチSiウェハ上に東京エレクトロン製スピンコーターMark8を用いて塗布し、100℃、60秒間ホットプレート上で乾燥して、膜厚50nmのレジスト膜を得た。
(5)EUV露光及び現像
上記(4)で得られたレジスト膜の塗布されたウェハを、EUV露光装置(Exitech社製 Micro Exposure Tool、NA0.3、Quadrupole、アウターシグマ0.68、インナーシグマ0.36)を用い、露光マスク(ライン/スペース=1/1)を使用して、パターン露光を行った。露光後、ホットプレート上で、100℃で90秒間加熱した後、下表に記載の有機系現像液をパドルして30秒間現像し、下表に記載のリンス液を用いてリンスした後、4000rpmの回転数で30秒間ウェハを回転させた後、95℃で60秒間ベークを行なうことにより、線幅50nmの1:1ラインアンドスペースパターンのレジストパターンを得た。
(6)レジストパターンの評価
走査型電子顕微鏡((株)日立製作所製S−9380II)を用いて、得られたレジストパターンを下記の方法で、解像力、パターン形状及びアウトガスについて評価した。結果を下表に示す。
〔感度〕
線幅50nmの1:1ラインアンドスペースパターンを解像する時の露光量を感度とした。
〔解像力〕
上記感度を示す露光量において、ライン:スペース=1:1のマスクを通して、限界解像力(ラインとスペースが分離解像する最小の線幅)を求めた。そして、この値を「解像力(nm)」とした。
〔パターン形状〕
上記感度を示す露光量における線幅50nmのライン:スペース=1:1のパターンの断面形状を走査型電子顕微鏡((株)日立製作所製S−4300)を用いて観察し、下記5段階評価を行った。
A:矩形
B:AとCの間
C:やや矩形
D:CとEの間
E:ラウンドトップ又はT−トップ
〔アウトガス評価〕
EUV露光による面露光を行なって決定した、(上記)感度での照射量(mJ/cm)の2.0倍の照射量を照射し、露光後(後加熱前)の膜厚を測定し、以下の式から未露光時の膜厚からの変動率を求めた。
膜厚変動率(%)=(未露光時の膜厚−露光後の膜厚)/未露光時の膜厚×100
A:膜厚変動率(%)が0.0以上1.0未満
B:膜厚変動率(%)が1.0以上3.0未満
C:膜厚変動率(%)が3.0以上5.0未満
D:膜厚変動率(%)が5.0以上7.0未満
E:膜厚変動率(%)が7.0以上
以上の評価結果を下記表4に示す。
Figure 0006118586
上掲の表から明らかなように、実施例2−1〜2−23は、本発明の、樹脂(Aa)をしていない比較例2−1〜2−5と比べて、解像力、パターン形状及びアウトガス性能に優れていることが分かった。

Claims (16)

  1. フッ素原子、フッ素原子を有するアルキル基、フッ素原子を有するシクロアルキル基、フッ素原子を有するアリール基、珪素原子を有する基、炭素数が6以上のアルキル基、炭素数が10以上のアラルキル基、少なくとも1個の炭素数3以上のアルキル基で置換されたアリール基、及び、少なくとも1個の炭素数5以上のシクロアルキル基で置換されたアリール基からなる群より選択される1つ以上の基を有する樹脂(Aa)と、酸の作用により極性が変化する樹脂(Ab)とを含有する感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物を用いて、膜を形成する工程(1)、
    前記膜を電子線又は極紫外線を用いて露光する工程(2)、及び、
    露光後に有機溶剤を含む現像液を用いて現像を行い、ネガ型のパターンを形成する工程(3)をこの順序で含むパターン形成方法であって、
    前記感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物中の全固形分に対する、樹脂(Aa)の含有率が31〜90質量%であり、
    前記樹脂(Ab)が、下記一般式(A)で表される繰り返し単位を有し、電子線又は極紫外線の照射により分解して酸を発生する構造部位を備えた繰り返し単位(B)を含まない、パターン形成方法。
    Figure 0006118586

    一般式(A)中、
    21、R22及びR23は、各々独立に、水素原子、アルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。但し、R22はArと結合して環を形成していてもよく、その場合のR22は単結合又はアルキレン基を表す。
    は、単結合、−COO−、又は−CONR30−を表し、R30は、水素原子又はアルキル基を表す。
    は、単結合又はアルキレン基を表す。
    Arは、(n+1)価の芳香環基を表し、R22と結合して環を形成する場合には(n+2)価の芳香環基を表す。
    nは、1〜4の整数を表す。
  2. 前記樹脂(Aa)が、酸に対して安定な繰り返し単位を有し、前記フッ素原子、フッ素原子を有するアルキル基、フッ素原子を有するシクロアルキル基、フッ素原子を有するアリール基、珪素原子を有する基、炭素数が6以上のアルキル基、炭素数が10以上のアラルキル基、少なくとも1個の炭素数3以上のアルキル基で置換されたアリール基、及び、少なくとも1個の炭素数5以上のシクロアルキル基で置換されたアリール基からなる群より選択される1つ以上の基が、前記酸に対して安定な繰り返し単位中にある請求項1に記載のパターン形成方法。
  3. フッ素原子、フッ素原子を有するアルキル基、フッ素原子を有するシクロアルキル基、フッ素原子を有するアリール基、珪素原子を有する基、炭素数が6以上のアルキル基、炭素数が10以上のアラルキル基、少なくとも1個の炭素数3以上のアルキル基で置換されたアリール基、及び、少なくとも1個の炭素数5以上のシクロアルキル基で置換されたアリール基からなる群より選択される1つ以上の基を有する樹脂(Aa)と、酸の作用により極性が変化する樹脂(Ab)とを含有する感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物を用いて、膜を形成する工程(1)、
    前記膜を電子線又は極紫外線を用いて露光する工程(2)、及び、
    露光後に有機溶剤を含む現像液を用いて現像を行い、ネガ型のパターンを形成する工程(3)をこの順序で含むパターン形成方法であって、
    前記感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物中の全固形分に対する、樹脂(Aa)の含有率が31〜90質量%であり、
    前記樹脂(Ab)が、下記一般式(A)で表される繰り返し単位を有し、
    下記一般式(A)で表される繰り返し単位の含有量が、前記樹脂(Ab)の全繰り返し単位に対して、25mol%以上である、パターン形成方法。
    Figure 0006118586

    一般式(A)中、
    21、R22及びR23は、各々独立に、水素原子、アルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。但し、R22はArと結合して環を形成していてもよく、その場合のR22は単結合又はアルキレン基を表す。
    は、単結合、−COO−、又は−CONR30−を表し、R30は、水素原子又はアルキル基を表す。
    は、単結合又はアルキレン基を表す。
    Arは、(n+1)価の芳香環基を表し、R22と結合して環を形成する場合には(
    n+2)価の芳香環基を表す。
    nは、1〜4の整数を表す。
  4. 前記樹脂(Aa)が、酸に対して安定な繰り返し単位を有し、前記フッ素原子、フッ素原子を有するアルキル基、フッ素原子を有するシクロアルキル基、フッ素原子を有するアリール基、珪素原子を有する基、炭素数が6以上のアルキル基、炭素数が10以上のアラルキル基、少なくとも1個の炭素数3以上のアルキル基で置換されたアリール基、及び、少なくとも1個の炭素数5以上のシクロアルキル基で置換されたアリール基からなる群より選択される1つ以上の基が、前記酸に対して安定な繰り返し単位中にある請求項3に記載のパターン形成方法。
  5. フッ素原子、フッ素原子を有するアルキル基、フッ素原子を有するシクロアルキル基、フッ素原子を有するアリール基、珪素原子を有する基、炭素数が6以上のアルキル基、炭素数が6以上のシクロアルキル基、炭素数が9以上のアリール基、炭素数が10以上のアラルキル基、少なくとも1個の炭素数3以上のアルキル基で置換されたアリール基、及び、少なくとも1個の炭素数5以上のシクロアルキル基で置換されたアリール基からなる群より選択される1つ以上の基を有する樹脂(Aa)と、酸の作用により極性が変化する樹脂(Ab)(但し、酸不安定基で置換されたヒドロキシ基を有する繰り返し単位を含む高分子化合物であって、下記一般式(1)に示される繰り返し単位(a1)及び/又は(a2)を有する高分子化合物は除く)とを含有する感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物を用いて、膜を形成する工程(1)、
    前記膜を電子線又は極紫外線を用いて露光する工程(2)、及び、
    露光後に有機溶剤を含む現像液を用いて現像を行い、ネガ型のパターンを形成する工程(3)をこの順序で含むパターン形成方法であって、
    前記感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物中の全固形分に対する、樹脂(Aa)の含有率が31〜90質量%であり、
    前記樹脂(Ab)が、下記一般式(A)で表される繰り返し単位を有し、
    下記一般式(A)で表される繰り返し単位の含有量が、前記樹脂(Ab)の全繰り返し単位に対して、25mol%以上である、パターン形成方法。
    Figure 0006118586

    (式中、R、Rはそれぞれ独立に水素原子又はメチル基を示す。Rは炭素数1〜16の直鎖状、分岐状又は環状の2〜5価の脂肪族炭化水素基であり、エーテル基又はエステル基を有していてもよい。R、Rは酸不安定基であるが、Rにアダマンタン環を含有する場合にはRが下記一般式(2)で示されるアセタール型酸不安定基である場合を除外する。
    Figure 0006118586

    は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状の1価の炭化水素基を示す。R、Rはそれぞれ独立に水素原子、又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状の1価の炭化水素基を示し、RとRは互いに結合してこれらが結合する炭素原子と共に脂肪族炭化水素環を形成してもよい。Rは炭素数1〜15の直鎖状、分岐状又は環状の1価の炭化水素基を示す。mは1〜4の整数である。a1、a2は0≦a1<1.0、0≦a2<1.0、0<a1+a2<1.0の範囲である。)
    Figure 0006118586

    一般式(A)中、
    21、R22及びR23は、各々独立に、水素原子、アルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。但し、R22はArと結合して環を形成していてもよく、その場合のR22は単結合又はアルキレン基を表す。
    は、単結合、−COO−、又は−CONR30−を表し、R30は、水素原子又はアルキル基を表す。
    は、単結合又はアルキレン基を表す。
    Arは、(n+1)価の芳香環基を表し、R22と結合して環を形成する場合には(n+2)価の芳香環基を表す。
    nは、1〜4の整数を表す。
  6. 前記樹脂(Aa)が、酸に対して安定な繰り返し単位を有し、前記フッ素原子、フッ素原子を有するアルキル基、フッ素原子を有するシクロアルキル基、フッ素原子を有するアリール基、珪素原子を有する基、炭素数が6以上のアルキル基、炭素数が6以上のシクロアルキル基、炭素数が9以上のアリール基、炭素数が10以上のアラルキル基、少なくとも1個の炭素数3以上のアルキル基で置換されたアリール基、及び、少なくとも1個の炭素数5以上のシクロアルキル基で置換されたアリール基からなる群より選択される1つ以上の基が、前記酸に対して安定な繰り返し単位中にある請求項5に記載のパターン形成方法。
  7. 上記一般式(A)で表される繰り返し単位の含有量が、前記樹脂(Ab)の全繰り返し単位に対して、25〜60mol%である、請求項3〜6のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
  8. 上記一般式(A)で表される繰り返し単位の含有量が、前記樹脂(Ab)の全繰り返し単位に対して、25〜40mol%である、請求項7に記載のパターン形成方法。
  9. 前記樹脂(Ab)が、電子線又は極紫外線の照射により酸を発生する構造部位を備えた繰り返し単位(B)を有する請求項3〜8のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
  10. 前記感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物の全固形分に対する、前記樹脂(Aa)の含有率が35〜75質量%である請求項1〜9のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
  11. 前記感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物の全固形分に対する、前記樹脂(Aa)の含
    有率が40〜60質量%である請求項10に記載のパターン形成方法。
  12. 前記樹脂(Aa)が、製膜により膜表面に偏在し、保護膜を形成する樹脂である請求項1〜11のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
  13. 前記樹脂(Aa)が、下記一般式(aa2−1)で表される繰り返し単位を有する樹脂である請求項1〜12のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
    Figure 0006118586

    一般式(aa2−1)中、
    1aは置換基を表し、複数存在する場合はそれぞれのS1aが同一であっても、互いに異なっていてもよい。
    pは0〜5の整数を表す。
  14. 前記樹脂(Ab)が、下記式(A1)で表される繰り返し単位、又は、下記一般式(A2)で表される繰り返し単位を有する請求項1〜13のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
    Figure 0006118586

    一般式(A2)中、R23は、水素原子、アルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。
  15. 前記感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物が、電子線又は極紫外線の照射により酸を発生する化合物を更に含む請求項1〜14のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
  16. 請求項1〜15のいずれか1項に記載のパターン形成方法を含む電子デバイスの製造方法。
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