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JP2012031145A - 塩、酸発生剤、レジスト組成物及びレジストパターンの製造方法 - Google Patents

塩、酸発生剤、レジスト組成物及びレジストパターンの製造方法 Download PDF

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JP2012031145A
JP2012031145A JP2011134832A JP2011134832A JP2012031145A JP 2012031145 A JP2012031145 A JP 2012031145A JP 2011134832 A JP2011134832 A JP 2011134832A JP 2011134832 A JP2011134832 A JP 2011134832A JP 2012031145 A JP2012031145 A JP 2012031145A
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Abstract

【課題】レジストパターン形成時の露光マージン(EL)及びマスクエラーファクター(MEF)に優れる塩、この塩を含む酸発生剤、この酸発生剤を含むレジスト組成物を提供することを目的とする。
【解決手段】式(I)で表される塩、これを含む酸発生剤、この酸発生剤を含むレジスト組成物。
Figure 2012031145

[式中、Rは、置換基を有していてもよい飽和炭化水素基又は芳香族炭化水素基;R〜Rは、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、アルキル基又はアルコキシ基;R10及びR11は、それぞれ独立に、フッ素原子又はペルフルオロアルキル基;Lは、単結合又は2価の飽和炭化水素基;Yは、置換基を有していてもよい脂肪族炭化水素基又は置換基を有していてもよい飽和環状炭化水素基を表す。]
【選択図】なし

Description

本発明は、塩、酸発生剤、レジスト組成物及びレジストパターンの製造方法に関する。
特許文献1には、式(X1)で表される塩と、酸発生剤としてこの塩を含むレジスト組成物とが記載されている。
Figure 2012031145
特開2003−149800号公報
従来の塩を酸発生剤として含むレジスト組成物では、レジストパターン形成時の露光マージン(EL)及びマスクエラーファクター(MEF)が必ずしも満足できない場合があった。
本発明は、以下の発明を含む。
〔1〕式(I)で表される塩。
Figure 2012031145
[式(I)中、Rは、炭素数1〜12の飽和炭化水素基又は炭素数6〜14の芳香族炭化水素基を表し、該飽和炭化水素基及び該芳香族炭化水素基に含まれる水素原子は、ヒドロキシ基、ハロゲン原子又は炭素数1〜6のアルキル基で置換されていてもよい。
、R、R、R、R、R、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、炭素数1〜6のアルキル基又は炭素数1〜6のアルコキシ基を表す。
10及びR11は、それぞれ独立に、フッ素原子又は炭素数1〜6のペルフルオロアルキル基を表す。
は、単結合又は2価の炭素数1〜17の飽和炭化水素基を表し、該2価の飽和炭化水素基に含まれる水素原子はフッ素原子で置換されていてもよく、該2価の飽和炭化水素基に含まれる−CH−は、−O−又は−CO−で置き換わっていてもよい。
Yは、置換基を有していてもよい炭素数1〜18の脂肪族炭化水素基又は置換基を有していてもよい炭素数3〜18の飽和環状炭化水素基を表し、該脂肪族炭化水素基及び該飽和環状炭化水素基に含まれる−CH−は、−O−、−SO−又は−CO−で置き換わっていてもよい。]
〔2〕L1が、*−CO−O−(CH−(*は、−C(R10)(R11)−との結合手を表し、nは0又は1を表す)である〔1〕の塩。
〔3〕上記〔1〕又は〔2〕の塩を含有する酸発生剤。
〔4〕上記〔3〕の酸発生剤と樹脂とを含み、該樹脂は酸に不安定な基を有し、かつアルカリ水溶液に不溶又は難溶な樹脂であり、酸との作用によりアルカリ水溶液で溶解し得る樹脂であるレジスト組成物。
〔5〕さらに塩基性化合物を含む上記〔4〕のレジスト組成物。
〔6〕さらに溶剤を含む上記〔4〕又は〔5〕のレジスト組成物。
〔7〕(1)上記〔6〕のレジスト組成物を基板上に塗布する工程、
(2)塗布後の組成物から溶剤を除去して組成物層を形成する工程、
(3)組成物層に露光機を用いて露光する工程、
(4)露光後の組成物層を加熱する工程、
(5)加熱後の組成物層を、現像装置を用いて現像する工程を含むレジストパターンの製造方法。
本発明の塩によれば、該塩を含むレジスト組成物は、レジストパターン形成時の露光マージン(EL)及びマスクエラーファクター(MEF)に優れる。
本明細書では、特に断りのない限り、同様の置換基を有するいずれの化学構造式も、炭素数を適宜選択しながら、後述する具体的な各置換基を適用することができる。直鎖状、分岐状又は環状いずれかをとることができるものは、特記ない限りそのいずれをも含み、また、同一の基において、直鎖状、分岐状及び/又は環状の部分構造が混在していてもよい。立体異性体が存在する場合は、それらの立体異性体の全てを包含する。
さらに、「(メタ)アクリル系モノマー」とは、「CH2=CH−CO−」又は「CH2=C(CH3)−CO−」の構造を有するモノマーの少なくとも1種を意味する。同様に「(メタ)アクリレート」及び「(メタ)アクリル酸」とは、それぞれ「アクリレート及びメタクリレートの少なくとも1種」並びに「アクリル酸及びメタクリル酸の少なくとも1種」を意味する。
〈式(I)で表される塩〉
本発明の塩は、式(I)で表される塩(以下「塩(I)」という場合がある)である。
Figure 2012031145
[式(I)中、Rは、炭素数1〜12の飽和炭化水素基又は炭素数6〜14の芳香族炭化水素基を表し、該飽和炭化水素基及び該芳香族炭化水素基に含まれる水素原子は、ヒドロキシ基、ハロゲン原子又は炭素数1〜6のアルキル基で置換されていてもよい。
、R、R、R、R、R、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、炭素数1〜6のアルキル基又は炭素数1〜6のアルコキシ基を表す。
10及びR11は、それぞれ独立に、フッ素原子又は炭素数1〜6のペルフルオロアルキル基を表す。
は、単結合又は炭素数1〜17の2価の飽和炭化水素基を表し、該2価の飽和炭化水素基に含まれる水素原子はフッ素原子で置換されていてもよく、該2価の飽和炭化水素基に含まれる−CH−は、−O−又は−CO−で置き換わっていてもよい。
Yは、置換基を有していてもよい炭素数1〜18の脂肪族炭化水素基又は置換基を有していてもよい炭素数3〜18の飽和環状炭化水素基を表し、該脂肪族炭化水素基及び該飽和環状炭化水素基に含まれる−CH−は、−O−、−SO−又は−CO−で置き換わっていてもよい。]
の飽和炭化水素基としては、脂肪族炭化水素基、飽和環状炭化水素基等が挙げられる。
脂肪族炭化水素基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、1−メチルエチル基(イソプロピル基)、n−ブチル基、1,1−ジメチルエチル基(tert−ブチル基)、2,2−ジメチルエチル基、1−メチルプロピル基、2−メチルプロピル基、1,2−ジメチルプロピル基、2,2−ジメチルプロピル基、1−エチルプロピル基、n−ペンチル基、1−メチルブチル基、2−メチルブチル基、3−メチルブチル基、n−ヘキシル基、1−プロピルブチル基、ペンチル基、1−メチルペンチル基、1,4−ジメチルヘキシル基、ヘプチル基、1−メチルヘプチル基、オクチル基等のアルキル基が挙げられる。
飽和環状炭化水素基としては、単環式又は多環式のいずれでもよい。例えば、シクロアルキル基(例えば、シクロペンチル基、シクロへキシル基、メチルシクロヘキシル基、ジメチルシクロへキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基)などの単環式の飽和環状炭化水素基が挙げられる。縮合した芳香族炭化水素基を水素化して得られる基(例えば、ヒドロナフチル基)、橋かけ環状炭化水素基(例えば、アダマンチル基、ノルボルニル基、メチルノルボルニル基)などの多環式の飽和環状炭化水素基が挙げられる。さらに下記のような、橋かけ環(例えばノルボルナン環)と単環(例えばシクロヘプタン環、シクロヘキサン環)又は多環(例えば、デカヒドロナフタレン環)とが縮合した基又は橋かけ環同士が縮合した基;これらが組み合わせられた基(メチルシクロヘキシル基、ジメチルシクロへキシル基、メチルノルボルニル基)等が挙げられる。
Figure 2012031145
の芳香族炭化水素基としては、フェニル基、ナフチル基、p−メチルフェニル基、p−エチルフェニル基、p−tert−ブチルフェニル基、p−シクロへキシルフェニル基、p−メトキシフェニル基、p−アダマンチルフェニル基、トリル基、キシリル基、クメニル基、メシチル基、ビフェニル基、アントリル基、フェナントリル基、2,6−ジエチルフェニル基、2−メチル−6−エチルフェニル等のアリール基等が挙げられる。
等のハロゲン原子としては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素原子が挙げられる。
等のアルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、n−プロピポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、sec−ブトキシ基、tert−ブトキシ基、n−ペントキシ基、n−ヘキトキシ基等が挙げられる。
10及びR11のペルフルオロアルキル基としては、例えば、トリフルオロメチル基、ペルフルオロエチル基、ペルフルオロプロピル基、ペルフルオロイソプロピル基、ペルフルオロブチル基、ペルフルオロsec−ブチル基、ペルフルオロtert−ブチル基、ペルフルオロペンチル基、ペルフルオロヘキシル基などが挙げられる。
式(I)で表される塩においては、R10及びR11のペルフルオロアルキル基は、それぞれ独立に、好ましくはトリフルオロメチル基又はフッ素原子であり、より好ましくはともにフッ素原子である。
の2価の飽和炭化水素基としては、直鎖状アルカンジイル基、分岐状アルカンジイル基、単環式又は多環式の飽和環状炭化水素基が挙げられ、これらの基のうち2種以上を組み合わせたものでもよい。
具体的には、メチレン基、エチレン基、プロパン−1,3−ジイル基、プロパン−1,2−ジイル基、ブタン−1,4−ジイル基、ペンタン−1,5−ジイル基、ヘキサン−1,6−ジイル基、ヘプタン−1,7−ジイル基、オクタン−1,8−ジイル基、ノナン−1,9−ジイル基、デカン−1,10−ジイル基、ウンデカン−1,11−ジイル基、ドデカン−1,12−ジイル基、トリデカン−1,13−ジイル基、テトラデカン−1,14−ジイル基、ペンタデカン−1,15−ジイル基、ヘキサデカン−1,16−ジイル基、ヘプタデカン−1,17−ジイル基、エタン−1,1−ジイル基、プロパン−1,1−ジイル基、プロパン−2,2−ジイル基等の直鎖状アルカンジイル基;
直鎖状アルカンジイル基に、アルキル基(特に、炭素数1〜4のアルキル基、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基等)の側鎖を有したもの、例えば、ブタン−1,3−ジイル基、2−メチルプロパン−1,3−ジイル基、2−メチルプロパン−1,2−ジイル基、ペンタン−1,4−ジイル基、2−メチルブタン−1,4−ジイル基等の分岐状アルカンジイル基;
シクロブタン−1,3−ジイル基、シクロペンタン−1,3−ジイル基、シクロヘキサン−1,2−ジイル基、1−メチルシクロヘキサン−1,2−ジイル基、シクロヘキサン−1,4−ジイル基、シクロオクタン−1,2−ジイル基、シクロオクタン−1,5−ジイル基等のシクロアルカンジイル基である単環式の飽和環状炭化水素基;
ノルボルナン−2,3−ジイル基、ノルボルナン−1,4−ジイル基、ノルボルナン−2,5−ジイル基、アダマンタン−1,5−ジイル基、アダマンタン−2,6−ジイル基等の多環式の飽和環状炭化水素基等が挙げられる。
また、2価の飽和炭化水素基としては、上述した1価の飽和環状炭化水素基から任意の1つの水素原子を除いて結合手としたものであってもよい。
の2価の飽和炭化水素基における−CH−が−O−又は−CO−で置き換わった基としては、例えば、式(L1−1)〜式(L1−6)で表される基が挙げられる。Lは、好ましくは式(L1−1)〜式(L1−4)又は式(L1−6)で表される基、より好ましくは式(L1−1)、式(L1−2)又は式(L1−6)で表される基、さらに好ましくは式(L1−1)又は式(L1−6)で表される基が挙げられる。なお、式(L1−1)〜式(L1−6)は、その左右を式(I)に合わせて記載しており、左側でC(R10)(R11)−と結合し、右側でYと結合する。以下の式(L1−1)〜式(L1−6)の具体例も同様である。
Figure 2012031145
式(L1−1)〜式(L1−6)中、
b2は、単結合又は炭素数1〜15の2価の飽和炭化水素基を表す。
b3は、単結合又は炭素数1〜12の2価の飽和炭化水素基を表す。
b4は、炭素数1〜13の2価の飽和炭化水素基を表す。
b5は、炭素数1〜15の2価の飽和炭化水素基を表す。
b6及びLb7は、それぞれ独立に、炭素数1〜15の2価の飽和炭化水素基を表す。
b8は、炭素数1〜14の2価の飽和炭化水素基を表す。
b9及びLb11は、それぞれ独立に、単結合又は炭素数1〜11の2価の飽和炭化水素基を表す。
b10は、炭素数1〜11の2価の飽和炭化水素基を表す。
中でも、式(L1−1)で表される2価の基、式(L1−2)で表される2価の基及び式(L1−6)で表される2価の基が好ましい。
b2は、単結合又は−CH−であることが好ましい。
b3は、単結合又は−CH−であることが好ましい。
b4は、炭素数1〜6のアルカンジイル基、炭素数6〜11の2価の飽和環状炭化水素基又は飽和環状炭化水素基とアルカンジイル基とを組み合わせた炭素数7〜11の2価の基であることが好ましく、−CH−又はアダマンタンジイル基であることがより好ましい。
b9は、単結合又は炭素数1〜6の2価の飽和炭化水素基であることが好ましく、単結合又は−CH−であることがより好ましい。
b10は、炭素数6〜11の2価の飽和環状炭化水素基又は飽和環状炭化水素基とアルカンジイル基とを組み合わせた炭素数7〜11の2価の基であることが好ましく、
Figure 2012031145
であることがより好ましい。
b11は、単結合又は−CH−であることが好ましい。
式(L1−1)で表される2価の基としては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012031145
式(L1−2)で表される2価の基としては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012031145
式(L1−3)で表される2価の基としては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012031145
式(L1−4)で表される2価の基としては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012031145
式(L1−5)で表される2価の基としては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012031145
式(L1−6)で表される2価の基としては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012031145
Yにおける脂肪族炭化水素基及び飽和環状炭化水素基の置換基としては、例えば、ハロゲン原子(但しフッ素原子を除く)、ヒドロキシ基、オキソ基、炭素数1〜12の脂肪族炭化水素基、ヒドロキシ基含有炭素数1〜12の脂肪族炭化水素基、炭素数3〜16の飽和環状炭化水素基、炭素数1〜12のアルコキシ基、炭素数6〜18の芳香族炭化水素基、炭素数7〜21のアラルキル基、炭素数2〜4のアシル基、グリシジルオキシ基又は−(CH2j2−O−CO−Rb1基(式中、Rb1は、炭素数1〜16の脂肪族炭化水素基、炭素数3〜16の飽和環状炭化水素基又は炭素数6〜18の芳香族炭化水素基を表す。j2は、0〜4の整数を表す。)などが挙げられる。これらの置換基である脂肪族炭化水素基、飽和環状炭化水素基、芳香族炭化水素基及びアラルキル基等は、さらに置換基を有していてもよい。ここでの置換基は、例えば、アルキル基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、オキソ基等が挙げられる。
ヒドロキシ基含有脂肪族炭化水素基としては、例えば、ヒドロキシメチル基、2−ヒドロキシエチル基などが挙げられる。
アラルキル基としては、例えば、ベンジル基、フェネチル基、フェニルプロピル基、トリチル基、ナフチルメチル基、ナフチルエチル基等が挙げられる。
アシル基としては、例えば、アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基等が挙げられる。
Yの脂肪族炭化水素基及び飽和環状炭化水素基における−CH−が−O−、−SO−又は−CO−で置き換わった基としては、例えば、
エーテル結合又は環状エーテル基(−CH−が−O−で置き換わった基)、
オキソ基を有する飽和環状炭化水素基(−CH−が−CO−で置き換わった基)、
スルトン環基(隣り合う2つの−CH−が、それぞれ−O−及び−SO−で置き換わった基)及び
ラクトン環基(隣り合う2つの−CH−が、それぞれ−O−及び−CO−で置き換わった基)等が挙げられる。
具体的には、以下の式(Y12)〜式(Y26)で表される基が挙げられる。
Yの脂肪族炭化水素基としては、炭素数1〜6のアルキル基が好ましい。
Yの飽和環状炭化水素基としては、式(Y1)〜式(Y11)で表される基が挙げられる。
Figure 2012031145
なかでも、好ましくは式(Y1)〜式(Y19)のいずれかで表される基であり、より好ましくは式(Y11)、式(Y14)、式(Y15)又は式(Y19)で表される基であり、さらに好ましくは式(Y11)又は式(Y14)で表される基である。
脂肪族炭化水素基で置換された飽和環状炭化水素基であるYとしては、例えば、以下のものが挙げられる。
Figure 2012031145
ヒドロキシ基又はヒドロキシ基含有脂肪族炭化水素基で置換された飽和環状炭化水素基であるYとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012031145
芳香族炭化水素基で置換された飽和環状炭化水素基であるYとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012031145
−(CH2j2−O−CO−Rb1基で置換された飽和環状炭化水素基であるYとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012031145
なかでも、Yは、好ましくは置換基(例えば、ヒドロキシ基、オキソ基等)を有していてもよい炭素数3〜18の飽和環状炭化水素基であり、より好ましくは置換基を有していてもよいシクロヘキシル基又は置換基を有していてもよいアダマンチル基であり、さらに好ましくはシクロヘキシル基、アダマンチル基、ヒドロキシアダマンチル基又はオキソアダマンチル基である。
脂肪族炭化水素基又は無置換の飽和環状炭化水素基であるYと式(L1−1)で表される2価の基とを含むスルホン酸アニオン、及び脂肪族炭化水素基が置換された飽和環状炭化水素基であるYと式(L1−1)で表される2価の基とを含むスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012031145
Figure 2012031145
Figure 2012031145
Figure 2012031145
−(CH2j2−O−CO−Rb1基が置換された飽和環状炭化水素基であるYと式(L1−1)で表される2価の基とを含むスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012031145
ヒドロキシ基又はヒドロキシ基含有脂肪族炭化水素基が置換された飽和環状炭化水素基であるYと式(L1−1)で表される2価の基とを含むスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012031145
Figure 2012031145
Figure 2012031145
Figure 2012031145
芳香族炭化水素基又はアラルキル基が置換された飽和環状炭化水素基であるYと式(L1−1)で表される2価の基とを含むスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012031145
環状エーテルであるYと式(L1−1)で表される2価の基とを含むスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012031145
ラクトン環であるYと式(L1−1)で表される2価の基とを含むスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012031145
Figure 2012031145
オキソ基を有する飽和環状炭化水素であるYと式(L1−1)で表される2価の基とを含むスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012031145
スルトン環であるYと式(L1−1)で表される2価の基とを含むスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012031145
脂肪族炭化水素基又は無置換の飽和環状炭化水素基であるYと式(L1−2)で表される2価の基とを含むスルホン酸アニオン又は脂肪族炭化水素基が置換された飽和環状炭化水素基であるYと式(L1−2)で表される2価の基とを含むスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012031145
Figure 2012031145
Figure 2012031145
Figure 2012031145
Figure 2012031145
Figure 2012031145
−(CH2j2−O−CO−Rb1基が置換された飽和環状炭化水素基であるYと式(L1−2)で表される2価の基とを含むスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012031145
ヒドロキシ基又はヒドロキシ基含有脂肪族炭化水素基が置換された飽和環状炭化水素基であるYと式(L1−2)で表される2価の基とを含むスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012031145
Figure 2012031145
芳香族炭化水素基が置換された飽和環状炭化水素基であるYと式(L1−2)で表される2価の基とを含むスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012031145
環状エーテルであるYと式(L1−2)で表される2価の基とを含むスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012031145
ラクトン環であるYと式(L1−2)で表される2価の基とを含むスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012031145
オキソ基を有するYと式(L1−2)で表される2価の基とを含むスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012031145
スルトン環であるYと式(L1−2)で表される2価の基とを含むスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012031145
脂肪族炭化水素基又は無置換のYと式(L1−3)で表される2価の基とを含むスルホン酸アニオン又は脂肪族炭化水素基が置換された飽和環状炭化水素基であるYと式(L1−3)で表される2価の基とを含むスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012031145
Figure 2012031145
アルコキシ基が置換された飽和環状炭化水素基であるYと式(L1−3)で表される2価の基とを含むスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012031145
ヒドロキシ基又はヒドロキシ基含有脂肪族炭化水素基が置換された飽和環状炭化水素基であるYと式(L1−3)で表される2価の基とを含むスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012031145
オキソ基を有するYと式(L1−3)で表される2価の基とを含むスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012031145
脂肪族炭化水素基が置換された飽和環状炭化水素基であるYと式(L1−4)で表される2価の基とを含むスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012031145
アルコキシ基が置換された飽和環状炭化水素基であるYと式(L1−4)で表される2価の基とを含むスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012031145
ヒドロキシ基又はヒドロキシ基含有脂肪族炭化水素基が置換された飽和環状炭化水素基であるYと式(L1−4)で表される2価の基とを含むスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012031145
オキソ基を有する飽和環状炭化水素基であるYと式(L1−4)で表される2価の基とを含むスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012031145
ヒドロキシ基が置換された飽和環状炭化水素基であるYと式(b1−5)で表される2価の基とを含むスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012031145
ヒドロキシ基が置換された飽和環状炭化水素基であるYと式(b1−6)で表される2価の基とを含むスルホン酸アニオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012031145
式(I)で表される塩におけるスルホン酸アニオンとしては、例えば、Lが式(L1−1)である以下の式(L1−1−1)〜式(L1−1−9)で表されるアニオン、Lが式(L1−6)である式(L1−6−1)又は式(L1−6−2)で表されるアニオンが好ましい。以下の式においては、置換基Rb2及びRb3は、それぞれ独立に炭素数1〜4の脂肪族炭化水素基(好ましくは、メチル基)を表す。R10、R11及びLb2は上記と同じ意味を表す。
Figure 2012031145
Figure 2012031145
具体的には、式(L1−1)で表される2価の基又は式(L1−6)で表される2価の基を有する以下のスルホン酸アニオンがより好ましい。
Figure 2012031145
Figure 2012031145
式(I)で表される塩としては、例えば、以下の塩が挙げられる。
Figure 2012031145
Figure 2012031145
塩(I)は、当該分野で公知の方法によって製造することができる。
例えば、式(I−a)で表される化合物と式(I−b)で表される塩とを溶剤中で反応させることにより、式(I)で表される塩を得ることができる。
Figure 2012031145
溶剤としては、クロロホルム等が挙げられる。
式(I−b)で表される塩としては、特開第2008−209917号公報に記載された方法によって製造することができる。
式(I−a)で表される塩は、式(I−c)で表される化合物と式(I−d)で表される化合物とを、酸化銀及びメタンスルホン酸存在下、溶剤中で反応させることにより得ることができる。
Figure 2012031145
溶剤としては、アセトニトリル等が挙げられる。
式(I−c)で表される化合物としては、フェノチアジン等が挙げられる。
式(I−d)で表される化合物としては、ヨウ化メチル等が挙げられる。
〈酸発生剤〉
本発明の酸発生剤は、塩(I)を含有する。塩(I)は、酸発生剤として使用する際、単独で又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。また、本発明の酸発生剤は、さらに、塩(I)以外の公知の塩、塩(I)に含まれるカチオン及び公知のアニオンからなる塩並びに塩(I)に含まれるアニオン及び公知のカチオンからなる塩等を含んでいてもよい。
〈レジスト組成物〉
本発明のレジスト組成物は、上述した酸発生剤と樹脂とを含む。このレジスト組成物は、さらに塩基性化合物を含むものが好ましい。また、このレジスト組成物は、さらに溶剤を含むものが好ましい。
〈樹脂(以下「樹脂(A)」という場合がある。〉
樹脂(A)は、酸に不安定な基を有し、かつアルカリ水溶液に不溶又は難溶な樹脂であり、酸との作用によりアルカリ水溶液で溶解し得る樹脂である。「酸の作用によりアルカリ水溶液で溶解し得る」とは、「酸との接触前ではアルカリ水溶液に不溶又は難溶であるが、酸との接触後にはアルカリ水溶液に可溶となる」ことを意味する。
酸の作用によりアルカリ水溶液で溶解し得る樹脂は、酸に不安定な基を有するモノマー(以下「酸に不安定な基を有するモノマー(a1)」という場合がある)を重合することによって製造することができる。酸に不安定な基を有するモノマー(a1)は、単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
〈酸に不安定な基を有するモノマー(a1)〉
「酸に不安定な基」とは、酸と接触すると脱離基が開裂して、親水性基(例えば、カルボキシ基又はヒドロキシ基)を形成する基を意味する。酸に不安定な基としては、例えば、−O−が第三級炭素原子と結合した式(1)で表されるアルコキシカルボニル基が挙げられる。また、親水性基がヒドロキシ基である場合の酸に不安定な基としては、ヒドロキシ基の水素原子が、有機残基に置き換わり、アセタール構造を含む基となった式(2)で表されるものが挙げられる。以下、式(1)又は式(2)で表される基を「酸に不安定な基(1)」という場合がある。
Figure 2012031145
式(1)中、Ra1〜Ra3は、それぞれ独立に、炭素数1〜8の脂肪族炭化水素基又は炭素数3〜20の飽和環状炭化水素基を表すか、或いはRa1及びRa2は互いに結合して炭素数3〜20の環を形成する。*は結合手を表す(以下同じ)。
a1及びRa2が互いに結合して環を形成する場合、−C(Ra1)(Ra2)(Ra3)基としては、下記の基が挙げられる。
Figure 2012031145

式(1)では、Ra1及びRa2は互いに結合して形成する環は、好ましくは炭素数3〜12である。
また、飽和環状炭化水素基は、好ましくは炭素数3〜16である。
このようなカルボン酸エステルを有する基としては、(メタ)アクリル酸エステル、ノルボルネンカルボン酸エステル、トリシクロデセンカルボン酸エステル、テトラシクロデセンカルボン酸エステルを有する基が挙げられる。
酸に不安定な基(1)としては、例えば、
1,1−ジアルキルアルコキシカルボニル基(式(1)中、Ra1〜Ra3がアルキル基である基、好ましくはtert−ブトキシカルボニル基)、
2−アルキルアダマンタン−2−イルオキシカルボニル基(式(1)中、Ra1、Ra2及び炭素原子がアダマンチル基を形成し、Ra3がアルキル基である基)及び
1−(アダマンタン−1−イル)−1−アルキルアルコキシカルボニル基(式(1)中、Ra1及びRa2がアルキル基であり、Ra3がアダマンチル基である基)などが挙げられる。
Figure 2012031145
式(2)中、Rb1及びRb2は、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜12の炭化水素基を表し、Rb3は、炭素数1〜20の炭化水素基を表すか、あるいは、Rb2及びRb3は互いに結合して、それらが各々結合する炭素原子及び酸素原子とともに炭素数3〜20の環を形成する。Rb2及びRb3は互いに結合して形成される環又は該炭化水素基が−CH−を有する場合、該−CH−は、−O−、−S−又は−CO−で置き換わっていてもよい。*は結合手を表す。
b1〜Rb3の炭化水素基は、例えば、脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基及び芳香族炭化水素基が挙げられる。ここで、脂環式炭化水素基は、Ra1〜Ra3の基として説明したものと同じである。
b2及びRb3は互いに結合して形成される環は、Ra1及びRa2が互いに結合して形成される環と同様のものが挙げられる。
b1〜Rb2のうち、少なくとも1つは水素原子であることが好ましい。
酸に不安定な基(2)としては、以下の基が挙げられる。
Figure 2012031145
酸に不安定な基を有するモノマー(a1)は、好ましくは、酸に不安定な基(1)と炭素−炭素二重結合とを有するモノマー、より好ましくは酸に不安定な基(1)を有する(メタ)アクリル系モノマーである。
酸に不安定な基(1)を有する(メタ)アクリル系モノマーの中でも、炭素数5〜20の飽和環状炭化水素基を有するものが好ましい。飽和環状炭化水素基のような嵩高い構造を有するモノマー(a1)を重合して得られる樹脂を使用すれば、レジストの解像度を向上させることができる。
酸に不安定な基(1)と飽和環状炭化水素基とを有する(メタ)アクリル系モノマーの中でも、式(a1−1)で表されるモノマー又は式(a1−2)で表されるモノマーが好ましい。これらは単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
Figure 2012031145
[式(a1−1)及び式(a1−2)中、
a1及びLa2は、それぞれ独立に、−O−又は−O−(CH2k1−CO−O−を表す。
k1は1〜7の整数を表す。*は−CO−との結合手を表す。
a4及びRa5は、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基を表す。
a6及びRa7は、それぞれ独立に、炭素数1〜8の脂肪族炭化水素基又は炭素数3〜10の飽和環状炭化水素基を表す。
m1は0〜14の整数を表す。
n1は0〜10の整数を表す。
n2は0又は1の整数を表す。]
a1及びLa2は、好ましくは、−O−又は−O−(CH2f1−CO−O−であり(前記f1は、1〜4の整数を表す)、より好ましくは−O−である。k1は、好ましくは1〜4の整数、より好ましくは1である。
a4及びRa5は、好ましくはメチル基である。
a6及びRa7の脂肪族炭化水素基は、好ましくは炭素数6以下である。飽和環状炭化水素基は、好ましくは炭素数8以下、より好ましくは6以下である。
m1は、好ましくは0〜3の整数、より好ましくは0又は1である。
n1は、好ましくは0〜3の整数、より好ましくは0又は1である。
式(a1−1)で表されるモノマーとしては、例えば、以下のものが挙げられる。中でも、2−メチルアダマンタン−2−イル(メタ)アクリレート、2−エチルアダマンタン−2−イル(メタ)アクリレート及び2−イソプロピル−アダマンタン−2−イル(メタ)アクリレートが好ましく、2−メチルアダマンタン−2−イルメタクリレート、2−エチルアダマンタン−2−イルメタクリレート及び2−イソプロピルアダマンタン−2−イルメタクリレートがより好ましい。
Figure 2012031145
Figure 2012031145
Figure 2012031145
Figure 2012031145
Figure 2012031145
Figure 2012031145
Figure 2012031145
Figure 2012031145
Figure 2012031145
式(a1−2)で表されるモノマーとしては、例えば、以下のものが挙げられる。中でも、1−エチルシクロヘキサン−1−イル(メタ)アクリレートが好ましく、1−エチルシクロヘキサン−1−イルメタクリレートがより好ましい。
Figure 2012031145
樹脂(A)が式(a1−1)で表されるモノマー及び/又は式(a1−2)で表されるモノマーに由来する構造単位を含む場合、これらの合計含有量は、樹脂(A)の全構造単位に対して、通常10〜95モル%であり、好ましくは15〜90モル%であり、より好ましくは20〜85モル%である。
酸に不安定な基(1)と炭素−炭素二重結合とを有するモノマーとしては、例えば、式(a1−3)で表されるノルボルネン環を有するモノマーが挙げられる。式(a1−3)で表されるモノマーに由来する構造単位を有する樹脂は、嵩高い構造を有するので、レジストの解像度を向上させることができる。さらに式(a1−3)で表されるモノマーは、樹脂の主鎖に剛直なノルボルナン環を導入してレジストのドライエッチング耐性を向上させることができる。
Figure 2012031145
[式(a1−3)中、
a9は、水素原子、ヒドロキシ基を有していてもよい炭素数1〜3の脂肪族炭化水素基、カルボキシ基、シアノ基又は−COORa13を表す。
a13は、炭素数1〜8の脂肪族炭化水素基又は炭素数3〜20の飽和環状炭化水素基を表し、該脂肪族炭化水素基及び該飽和環状炭化水素基に含まれる水素原子はヒドロキシ基で置換されていてもよく、該脂肪族炭化水素基及び該飽和環状炭化水素基に含まれる−CH−は−O−又は−CO−で置き換わっていてもよい。
a10〜Ra12は、それぞれ独立に、炭素数1〜12の脂肪族炭化水素基又は炭素数3〜20の飽和環状炭化水素基を表すか、或いはRa10及びRa11は互いに結合して炭素数3〜20の環を形成し、該脂肪族炭化水素基及び前記飽和環状炭化水素基に含まれる水素原子はヒドロキシ基等で置換されていてもよく、該脂肪族炭化水素基及び該飽和環状炭化水素基に含まれる−CH−は−O−又は−CO−で置き換わっていてもよい。]
ここで、アルコキシカルボニル基としては、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基等のアルコキシ基にカルボニル基が結合した基が挙げられる。
a9のヒドロキシ基を有していてもよい脂肪族炭化水素基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ヒドロキシメチル基、2−ヒドロキシエチル基などが挙げられる。
a13としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、2−オキソ−オキソラン−3−イル基又は2−オキソ−オキソラン−4−イル基などが挙げられる。
a10〜Ra12としては、例えば、メチル基、エチル基、シクロへキシル基、メチルシクロへキシル基、ヒドロキシシクロへキシル基、オキソシクロへキシル基、アダマンチル基などが挙げられる。
a10、Ra11及びこれらが結合する炭素が形成する環としては、例えば、飽和環状炭化水素基が挙げられ、具体的には、シクロへキシル基、アダマンチル基などが挙げられる。
式(a1−3)で表されるモノマーとしては、例えば、5−ノルボルネン−2−カルボン酸tert−ブチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸1−シクロヘキシル−1−メチルエチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸1−メチルシクロヘキシル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸2−メチルアダマンタン−2−イル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸2−エチルアダマンタン−2−イル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸1−(4−メチルシクロヘキシル)−1−メチルエチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸1−(4−ヒドロキシシクロヘキシル)−1−メチルエチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸1−メチル−1−(4−オキソシクロヘキシル)エチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸1−(アダマンタン−1−イル)−1−メチルエチルなどが挙げられる。
樹脂(A)が式(a1−3)で表されるモノマーに由来する構造単位を含む場合、その含有量は、樹脂(A)の全構造単位に対して、通常10〜95モル%であり、好ましくは15〜90モル%であり、より好ましくは20〜85モル%である。
酸に不安定な基(1)と炭素−炭素二重結合とを有するモノマーとしては、式(a1−4)で表されるモノマーが挙げられる。
Figure 2012031145
[式(a1−4)中、
10は、水素原子、ハロゲン原子又はハロゲン原子を有してもよい炭素数1〜6のアルキル基を表す。
11は、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数2〜4のアシル基、炭素数2〜4のアシルオキシ基、アクリロイル基又はメタクリロイル基を表す。
laは0〜4の整数を表す。laが2以上の整数である場合、複数のR11は同一であっても異なってもよい。
12及びR13はそれぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜12の炭化水素基を表す。
a2は、単結合又は2価の炭素数1〜17の飽和炭化水素基を表し、前記飽和炭化水素基に含まれるに含まれる水素原子はハロゲン原子、ヒドロキシ基、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数2〜4のアシル基又は炭素数2〜4のアシルオキシ基で置換されていてもよく、前記飽和炭化水素基に含まれる−CH−は−CO−、−O−、−S−、−SO−又は−N(R)−で置き換わっていてもよい。Rは、水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基を表す。
a3は、炭素数1〜12の脂肪族炭化水素基、炭素数3〜18の飽和環状炭化水素基又は炭素数6〜18の芳香族炭化水素基であり、前記脂肪族炭化水素基、飽和環状炭化水素基及び芳香族炭化水素基に含まれるに含まれる水素原子はハロゲン原子、ヒドロキシ基、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数2〜4のアシル基又は炭素数2〜4のアシルオキシ基で置換されていてもよい。]
ハロゲン原子を有してもよいアルキル基としては、例えば、トリフルオロメチル基、ペルフルオロエチル基、ペルフルオロプロピル基、ペルフルオロイソプロピル基、ペルフルオロブチル基、ペルフルオロsec−ブチル基、ペルフルオロtert−ブチル基、ペルフルオロペンチル基、ペルフルオロヘキシル基、ペルクロロメチル基、ペルブロモメチル基、ペルヨードメチル基などが挙げられる。
アシル基としては、例えば、アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基等が挙げられる。
アシルオキシ基としては、例えば、アセチルオキシ基、プロピオニルオキシ基、ブチリルオキシ基等が挙げられる。
炭化水素基としては、例えば、脂肪族炭化水素基、飽和環状炭化水素基、芳香族炭化水素基等が挙げられる。
10及びR11のアルキル基としては、炭素数1〜4が好ましく、炭素数1又は2がより好ましく、メチル基が特に好ましい。
11のアルコキシ基としては、炭素数1又は2がより好ましく、メトキシ基が特に好ましい。
12及びR13の炭化水素基としては、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、2−エチルヘキシル基、シクロヘキシル基、アダマンチル基、2−アルキル−2−アダマンチル基、1−(1−アダマンチル)−1−アルキル基、イソボルニル基等が好ましい。
a2及びYa3が有していてもよい置換基としては、好ましくはヒドロキシ基である。
式(a1−4)で表されるモノマーとしては、例えば、以下のモノマーが挙げられる。

Figure 2012031145
Figure 2012031145
Figure 2012031145
Figure 2012031145
Figure 2012031145
Figure 2012031145
樹脂(A)が式(a1−4)で表されるモノマーに由来する構造単位を含む場合、その含有量は、樹脂(A)の全構造単位に対して、通常10〜95モル%であり、好ましくは15〜90モル%であり、より好ましくは20〜85モル%である。
〈その他の酸不安定モノマー〉
さらに、酸不安定基と炭素−炭素二重結合とを分子内に有する他の構造単位を誘導するその他のモノマーを用いてもよい。
このようなモノマーとしては、例えば、以下のモノマーが挙げられる。
Figure 2012031145
Figure 2012031145
Figure 2012031145
樹脂(A)がその他の酸不安定モノマーに由来する構造単位を有する場合、その含有量は、樹脂(A)の全構造単位に対して、通常、10〜95モル%であり、好ましくは15〜90モル%であり、より好ましくは20〜85モル%である。
樹脂(A)は、好ましくは、酸に不安定な基を有するモノマー(a1)と、酸に不安定な基を有さないモノマー(以下「酸安定モノマー」という場合がある)との共重合体である。酸安定モノマーは、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
樹脂(A)が酸に不安定な基を有するモノマー(a1)と酸安定モノマーとの共重合体である場合、酸に不安定な基を有するモノマー(a1)に由来する構造単位は、全構造単位100モル%に対して、好ましくは10〜80モル%、より好ましくは20〜60モル%である。また、アダマンチル基を有するモノマー(特に酸に不安定な基を有するモノマー(a1−1))に由来する構造単位を、酸に不安定な基を有するモノマー(a1)100モル%に対して15モル%以上とすることが好ましい。アダマンチル基を有するモノマーの比率が増えると、レジストのドライエッチング耐性が向上する。
〈酸安定モノマー〉
酸安定モノマーとしては、ヒドロキシ基又はラクトン環を有するものが好ましい。ヒドロキシ基を有する酸安定モノマー(以下「ヒドロキシ基を有する酸安定モノマー(a2)」という)又はラクトン環を含有する酸安定モノマー(以下「ラクトン環を有する酸安定モノマー(a3)」という)に由来する構造単位を有する樹脂を使用すれば、レジストの解像度及び基板への密着性を向上させることができる。
〈ヒドロキシ基を有する酸安定モノマー(a2)〉
レジスト組成物が、KrFエキシマレーザ露光(248nm)、電子線あるいはEUV光などの高エネルギー線照射に用いられる場合、ヒドロキシ基を有する酸安定モノマー(a2)として、ヒドロキシスチレン類であるフェノール性ヒドロキシ基を有する酸安定モノマー(a2−0)を使用することが好ましい。短波長のArFエキシマレーザ露光(193nm)などに用いられる場合は、ヒドロキシ基を有する酸安定モノマー(a2)として、式(a2−1)で表されるヒドロキシアダマンチル基を有する酸安定モノマーを使用することが好ましい。ヒドロキシ基を有する酸安定モノマー(a2)は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
フェノール性ヒドロキシ基を有するモノマー(a2−0)として、式(a2−0)で表されるp−又はm−ヒドロキシスチレンなどのスチレン系モノマーが挙げられる。
Figure 2012031145
[式(a2−0)中、
は、水素原子、ハロゲン原子又はハロゲン原子を有してもよい炭素数1〜6のアルキル基を表す。
は、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数2〜4のアシル基、炭素数2〜4のアシルオキシ基、アクリロイル基又はメタクリロイル基を表す。
maは0〜4の整数を表す。maが2以上の整数である場合、複数のRは互いに同一であっても異なってもよい。]
におけるアルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基が挙げられ、炭素数1〜4のアルキル基が好ましく、炭素数1又は2のアルキル基がより好ましく、メチル基が特に好ましい。
また、アルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、n−プロピポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、sec−ブトキシ基、tert−ブトキシ基、n−ペントキシ基、n−ヘキトキシ基等が挙げられ、炭素数1〜4のアルコキシ基が好ましく、炭素数1又は2のアルコキシ基がより好ましく、メトキシ基が特に好ましい。
maは0〜2が好ましく、0又は1がより好ましく、0が特に好ましい。
このようなフェノール性ヒドロキシ基を有するモノマーに由来する構造単位を有する共重合樹脂を得る場合は、フェノール性ヒドロキシ基がアセチルオキシ基に置き換わったものに相当するアセチルオキシスチレン類及び共重合させるモノマーをラジカル重合した後、酸によって脱アセチルすることによって得ることができる。
フェノール性ヒドロキシ基を有するモノマーとしては、例えば、以下のモノマーが挙げられる。
Figure 2012031145
Figure 2012031145
以上のモノマーのうち、4−ヒドロキシスチレン又は4−ヒドロキシ−α−メチルスチレンが特に好ましい。
樹脂(A)が式(a2−0)で表されるモノマーに由来する構造単位を含む場合、その含有量は、樹脂(A)の全構造単位に対して、通常5〜90モル%であり、好ましくは10〜85モル%であり、より好ましくは15〜80モル%である。
ヒドロキシアダマンチル基を有する酸安定モノマーとして、式(a2−1)で表されるモノマーが挙げられる。
Figure 2012031145
式(a2−1)中、
a3は、−O−又は−O−(CH2k2−CO−O−を表し、
k2は1〜7の整数を表す。*は−CO−との結合手を表す。
a14は、水素原子又はメチル基を表す。
a15及びRa16は、それぞれ独立に、水素原子、メチル基又はヒドロキシ基を表す。
o1は、0〜10の整数を表す。
式(a2−1)では、La3は、好ましくは、−O−、−O−(CH2f1−CO−O−であり(前記f1は、1〜4の整数である)、より好ましくは−O−である。
a14は、好ましくはメチル基である。
a15は、好ましくは水素原子である。
a16は、好ましくは水素原子又はヒドロキシ基である。
o1は、好ましくは0〜3の整数、より好ましくは0又は1である。
ヒドロキシアダマンチル基を有する酸安定モノマー(a2−1)としては、例えば、以下のものが挙げられる。中でも、3−ヒドロキシアダマンタン−1−イル(メタ)アクリレート、3,5−ジヒドロキシアダマンタン−1−イル(メタ)アクリレート及び(メタ)アクリル酸1−(3,5−ジヒドロキシアダマンタン−1−イルオキシカルボニル)メチルが好ましく、3−ヒドロキシアダマンタン−1−イル(メタ)アクリレート及び3,5−ジヒドロキシアダマンタン−1−イル(メタ)アクリレートがより好ましく、3−ヒドロキシアダマンタン−1−イルメタクリレート及び3,5−ジヒドロキシアダマンタン−1−イルメタクリレートがさらに好ましい。
Figure 2012031145
Figure 2012031145
Figure 2012031145
Figure 2012031145
樹脂(A)が式(a2−1)で表されるモノマーに由来する構造単位を含む場合、その含有量は、樹脂(A)の全構造単位に対して、通常3〜40モル%であり、好ましくは5〜35モル%であり、より好ましくは5〜30モル%であり、さらに好ましくは5〜20モル%である。
〈ラクトン環を有する酸安定モノマー(a3)〉
酸安定モノマー(a3)が有するラクトン環は、例えば、β−プロピオラクトン環、γ−ブチロラクトン環、δ−バレロラクトン環のような単環でもよく、単環式のラクトン環と他の環との縮合環でもよい。これらラクトン環の中で、γ−ブチロラクトン環及びγ−ブチロラクトン環と他の環との縮合環が好ましい。
ラクトン環を有する酸安定モノマー(a3)は、好ましくは、式(a3−1)、式(a3−2)又は式(a3−3)で表される。これらの1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
Figure 2012031145
式(a3−1)〜式(a3−3)中、
a4〜La6は、それぞれ独立に、−O−又は−O−(CH2k3−CO−O−を表す。
k3は1〜7の整数を表す。*は−CO−との結合手を表す。
a18〜Ra20は、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基を表す。
a21は、炭素数1〜4の脂肪族炭化水素基を表す。
p1は0〜5の整数を表す。
a22及びRa23は、それぞれ独立に、カルボキシ基、シアノ基又は炭素数1〜4の脂肪族炭化水素基を表す。
q1及びr1は、それぞれ独立に0〜3の整数を表す。p1、q1又はr1が2以上のとき、それぞれ、複数のRa21、Ra22又はRa23は、互いに同一でも異なってもよい。
式(a3−1)〜式(a3−3)では、La4〜La6は、それぞれ独立に、−O−又は−O−(CH2d1−CO−O−であることが好ましく(前記d1は、1〜4の整数である)、より好ましくは−O−である。
a18〜Ra21は、好ましくはメチル基である。
a22及びRa23は、それぞれ独立に、好ましくはカルボキシ基、シアノ基又はメチル基である。
p1〜r1は、それぞれ独立に、好ましくは0〜2、より好ましくは0又は1である。
γ−ブチロラクトン環を有する酸安定モノマー(a3−1)としては、例えば、以下のものが挙げられる。
Figure 2012031145
Figure 2012031145
Figure 2012031145
γ−ブチロラクトン環とノルボルナン環との縮合環を有する酸安定モノマー(a3−2)としては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012031145
Figure 2012031145
Figure 2012031145
Figure 2012031145
Figure 2012031145
Figure 2012031145
Figure 2012031145
γ−ブチロラクトン環とシクロヘキサン環との縮合環を有する酸安定モノマー(a3−3)としては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012031145
Figure 2012031145
Figure 2012031145
Figure 2012031145
ラクトン環を有する酸安定モノマー(a3)の中でも、(メタ)アクリル酸(5−オキソ−4−オキサトリシクロ[4.2.1.03,7]ノナン−2−イル、(メタ)アクリル酸テトラヒドロ−2−オキソ−3−フリル、(メタ)アクリル酸2−(5−オキソ−4−オキサトリシクロ[4.2.1.03,7]ノナン−2−イルオキシ)−2−オキソエチルが好ましく、メタクリレート形態のものがより好ましい。
樹脂(A)が式(a3−1)、式(a3−2)又は式(a3−3)で表されるモノマーに由来する構造単位を含む場合、その含有量は、樹脂(A)の全構造単位に対して、それぞれ通常5〜50モル%であり、好ましくは10〜45モル%であり、より好ましくは15〜40モル%である。また、樹脂(A)がラクトン環を有する酸安定モノマー(a3)に由来する構造単位を含む場合、その合計含有量は、樹脂(A)の全単位において、通常5〜60モル%であり、好ましくは15〜55モル%である。
〈その他の酸安定モノマー(a4)〉
その他の酸安定モノマー(a4)としては、例えば、式(a4−1)で表される無水マレイン酸、式(a4−2)で表される無水イタコン酸又は式(a4−3)で表されるノルボルネン環を有する酸安定モノマーなどが挙げられる。
Figure 2012031145
式(a4−3)中、
a25及びRa26は、それぞれ独立に、水素原子、ヒドロキシ基を有していてもよい炭素数1〜3の脂肪族炭化水素基、シアノ基、カルボキシ基又は−COORa27を表すか、或いはRa25及びRa26は互いに結合して−CO−O−CO−を形成し、
a27は、炭素数1〜18の脂肪族炭化水素基又は炭素数3〜18の飽和環状炭化水素基を表し、該脂肪族炭化水素基及び該飽和環状炭化水素基に含まれる−CH−は、−O−又は−CO−で置き換わっていてもよい。但し−COORa27が酸不安定基となるものは除く(即ちRa27は、第三級炭素原子が−O−と結合するものを含まない)。
a25及びRa26のヒドロキシ基を有していてもよい脂肪族炭化水素基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ヒドロキシメチル基、2−ヒドロキシエチル基などが挙げられる。
a27の脂肪族炭化水素基は、好ましくは炭素数1〜8、より好ましくは炭素数1〜6である。飽和環状炭化水素基は、好ましくは炭素数4〜18、より好ましくは炭素数4〜12である。
a27としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、2−オキソ−オキソラン−3−イル基、2−オキソ−オキソラン−4−イル基などが挙げられる。
ノルボルネン環を有する酸安定モノマー(a4−3)としては、例えば、2−ノルボルネン、2−ヒドロキシ−5−ノルボルネン、5−ノルボルネン−2−カルボン酸、5−ノルボルネン−2−カルボン酸メチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸2−ヒドロキシ−1−エチル、5−ノルボルネン−2−メタノール、5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸無水物などが挙げられる。
樹脂(A)が式(a4−1)、式(a4−2)又は式(a4−3)で表されるモノマーに由来する構造単位を含む場合、その含有量は、樹脂(A)の全構造単位に対して、通常2〜40モル%であり、好ましくは3〜30モル%であり、より好ましくは5〜20モル%である。
好ましい樹脂(A)は、少なくとも、酸に不安定な基を有するモノマー(a1)、ヒドロキシ基を有する酸安定モノマー(a2)及び/又はラクトン環を有する酸安定モノマー(a3)を重合させた共重合体である。この好ましい共重合体において、酸に不安定な基を有するモノマー(a1)は、より好ましくはアダマンチル基を有するモノマー(a1−1)及びシクロへキシル基を有するモノマー(a1−2)の少なくとも1種(さらに好ましくはアダマンチル基を有するモノマー(a1−1))であり、ヒドロキシ基を有する酸安定モノマー(a2)は、好ましくはヒドロキシアダマンチル基を有する酸安定モノマー(a2−1)であり、ラクトン環を有する酸安定モノマー(a3)は、より好ましくはγ−ブチロラクトン環を有する酸安定モノマー(a3−1)及びγ−ブチロラクトン環とノルボルナン環との縮合環を有する酸安定モノマー(a3−2)の少なくとも1種である。樹脂(A)は、公知の重合法(例えばラジカル重合法)によって製造できる。
樹脂(A)の重量平均分子量は、好ましくは、2,500以上(より好ましくは3,000以上、さらに好ましくは3,500以上)、50,000以下(より好ましくは30,000以下、さらに好ましくは10,000以下)である。
樹脂(A)の含有量は、組成物の固形分中80質量%以上99質量%以下であることが好ましい。
なお本明細書において「組成物中の固形分」とは、後述する溶剤(E)を除いたレジスト組成物成分の合計を意味する。組成物中の固形分及びこれに対する樹脂(A)の含有量は、例えば、液体クロマトグラフィー又はガスクロマトグラフィーなどの公知の分析手段で測定することができる。
〈塩基性化合物(以下「塩基性化合物(C)」という場合がある)〉
本発明のレジスト組成物は、塩基性化合物(C)を含有していることが好ましい。
塩基性化合物(C)の含有量は、レジスト組成物の固形分量を基準に、0.01〜1質量%程度であることが好ましい。
塩基性化合物(C)は、好ましくは塩基性の含窒素有機化合物(例えば、アミン及びアンモニウム塩)である。アミンは、脂肪族アミンでも、芳香族アミンでもよい。脂肪族アミンは、第一級アミン、第二級アミン及び第三級アミンのいずれも使用できる。芳香族アミンは、アニリンのような芳香族環にアミノ基が結合したものや、ピリジンのような複素芳香族アミンのいずれでもよい。好ましい塩基性化合物(C)として、式(C2)で表される芳香族アミン、特に式(C2−1)で表されるアニリンが挙げられる。
Figure 2012031145
ここで、Arc1は、芳香族炭化水素基を表す。
c5及びRc6は、それぞれ独立に、水素原子、脂肪族炭化水素基(好ましくはアルキル基又はシクロアルキル基)、飽和環状炭化水素基又は芳香族炭化水素基を表す。前記脂肪族炭化水素基、該飽和環状炭化水素基又は該芳香族炭化水素基に含まれる水素原子は、ヒドロキシ基、アミノ基又は炭素数1〜6のアルコキシ基で置換されていてもよく、該アミノ基は、炭素数1〜4のアルキル基で置換されていてもよい。
前記脂肪族炭化水素基は、好ましくは炭素数1〜6程度であり、前記飽和環状炭化水素基は、好ましくは炭素数5〜10程度であり、前記芳香族炭化水素基は、好ましくは炭素数6〜10程度である。
c7は、脂肪族炭化水素基(好ましくはアルキル基)、アルコキシ基、飽和環状炭化水素基(好ましくはシクロアルキル基)又は芳香族炭化水素基を表す。該脂肪族炭化水素基、該アルコキシ基、該飽和環状炭化水素基及び該芳香族炭化水素基に含まれる水素原子は、上記と同様の置換基で置換されていてもよい。
m3は0〜3の整数を表す。m3が2以上のとき、複数のRc7は、互いに同一でも異なってもよい。
c7の脂肪族炭化水素基、飽和環状炭化水素基及び芳香族炭化水素基の好ましい炭素数は、上記と同じであり、Rc7のアルコキシ基は、好ましくは炭素数1〜6程度である。
芳香族アミン(C2)としては、例えば、1−ナフチルアミン及び2−ナフチルアミンなどが挙げられる。
アニリン(C2−1)としては、例えば、アニリン、ジイソプロピルアニリン、2−,3−又は4−メチルアニリン、4−ニトロアニリン、N−メチルアニリン、N,N−ジメチルアニリン、ジフェニルアミンなどが挙げられる。
中でもジイソプロピルアニリン(特に2,6−ジイソプロピルアニリン)が好ましい。
塩基性化合物(C)としては、式(C3)〜式(C11)で表される化合物が挙げられる。
Figure 2012031145
ここで、
c8は、上記Rc7で説明したいずれかの基を表す。
窒素原子と結合するRc9、Rc10、Rc11〜Rc14、Rc16〜Rc19及びRc22は、それぞれ独立に、Rc5及びRc6で説明したいずれかの基を表す。
芳香族炭素と結合するRc20、Rc21、Rc23〜Rc28は、それぞれ独立に、Rc7で説明したいずれかの基を表す。
o3〜u3は、それぞれ独立に0〜3の整数を表す。o3〜u3のいずれかが2以上であるとき、それぞれ、複数のRc20〜Rc28のいずれかは互いに同一でも異なってもよい。
c15は、脂肪族炭化水素基、飽和環状炭化水素基又はアルカノイル基を表す。
n3は0〜8の整数を表す。n3が2以上のとき、複数のRc15は、互いに同一でも異なってもよい。
c15の脂肪族炭化水素基は、好ましくは炭素数1〜6程度であり、飽和環状炭化水素基は、好ましくは炭素数3〜6程度である。
アルカノイル基としては、アセチル基、2−メチルアセチル基、2,2−ジメチルアセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、イソブチリル基、ペンタノイル基、2,2−ジメチルプロピオニル基等が挙げられ、好ましくは炭素数2〜6程度である。
c1及びLc2は、それぞれ独立に、2価の脂肪族炭化水素基(好ましくはアルキレン基)、−CO−、−C(=NH)−、−C(=NRc3)−、−S−、−S−S−又はこれらの組合せを表す。前記2価の脂肪族炭化水素基は、好ましくは炭素数1〜6程度である。
c3は、炭素数1〜4のアルキル基を表す。
化合物(C3)としては、例えば、ヘキシルアミン、ヘプチルアミン、オクチルアミン、ノニルアミン、デシルアミン、ジブチルアミン、ジペンチルアミン、ジヘキシルアミン、ジヘプチルアミン、ジオクチルアミン、ジノニルアミン、ジデシルアミン、トリエチルアミン、トリメチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、トリペンチルアミン、トリヘキシルアミン、トリヘプチルアミン、トリオクチルアミン、トリノニルアミン、トリデシルアミン、メチルジブチルアミン、メチルジペンチルアミン、メチルジヘキシルアミン、メチルジシクロヘキシルアミン、メチルジヘプチルアミン、メチルジオクチルアミン、メチルジノニルアミン、メチルジデシルアミン、エチルジブチルアミン、エチルジペンチルアミン、エチルジヘキシルアミン、エチルジヘプチルアミン、エチルジオクチルアミン、エチルジノニルアミン、エチルジデシルアミン、ジシクロヘキシルメチルアミン、トリス〔2−(2−メトキシエトキシ)エチル〕アミン、トリイソプロパノールアミンエチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、4,4’−ジアミノ−1,2−ジフェニルエタン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジメチルジフェニルメタン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジエチルジフェニルメタンなどが挙げられる。
化合物(C4)としては、例えば、ピペラジンなどが挙げられる。
化合物(C5)としては、例えば、モルホリンなどが挙げられる。
化合物(C6)としては、例えば、ピペリジン及び特開平11−52575号公報に記載されているピペリジン骨格を有するヒンダードアミン化合物などが挙げられる。
化合物(C7)としては、例えば、2,2’−メチレンビスアニリンなどが挙げられる。
化合物(C8)としては、例えば、イミダゾール、4−メチルイミダゾールなどが挙げられる。
化合物(C9)としては、例えば、ピリジン、4−メチルピリジンなどが挙げられる。
化合物(C10)としては、例えば、1,2−ジ(2−ピリジル)エタン、1,2−ジ(4−ピリジル)エタン、1,2−ジ(2−ピリジル)エテン、1,2−ジ(4−ピリジル)エテン、1,3−ジ(4−ピリジル)プロパン、1,2−ジ(4−ピリジルオキシ)エタン、ジ(2−ピリジル)ケトン、4,4’−ジピリジルスルフィド、4,4’−ジピリジルジスルフィド、2,2’−ジピリジルアミン、2,2’−ジピコリルアミンなどが挙げられる。
化合物(C11)としては、例えば、ビピリジンなどが挙げられる。
アンモニウム塩としては、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトライソプロピルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド、テトラヘキシルアンモニウムヒドロキシド、テトラオクチルアンモニウムヒドロキシド、フェニルトリメチルアンモニウムヒドロキシド、3−(トリフルオロメチル)フェニルトリメ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サリチラート及びコリン等が挙げられる。
〈溶剤(以下「溶剤(E)」という場合がある〉
本発明のレジスト組成物は、溶剤(E)を、組成物中90質量%以上の量で含有していてもよい。溶剤(E)を含有する本発明のレジスト組成物は、薄膜レジストを製造するために適している。溶剤(E)の含有量は、組成物中90質量%以上(好ましくは92質量%以上、より好ましくは94質量%以上)、99.9質量%以下(好ましくは99質量%以下)である。
溶剤(E)の含有量は、例えば液体クロマトグラフィー又はガスクロマトグラフィーなどの公知の分析手段で測定できる。
溶剤(E)としては、例えば、エチルセロソルブアセテート、メチルセロソルブアセテート及びプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートのようなグリコールエーテルエステル類;プロピレングリコールモノメチルエーテルのようなグリコールエーテル類;乳酸エチル、酢酸ブチル、酢酸アミル及びピルビン酸エチルのようなエステル類;アセトン、メチルイソブチルケトン、2−ヘプタノン及びシクロヘキサノンのようなケトン類;γ−ブチロラクトンのような環状エステル類;などを挙げることができる。溶剤(E)は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
〈その他の成分(以下「その他の成分(F)」という場合がある)〉
本発明のレジスト組成物は、必要に応じて、その他の成分(F)を含有していてもよい。成分(F)に特に限定はなく、レジスト分野で公知の添加剤、例えば、増感剤、溶解抑止剤、界面活性剤、安定剤、染料などを利用できる。
〈レジストパターンの製造方法〉
本発明のレジストパターンの製造方法は、
(1)上述した本発明のレジスト組成物を基板上に塗布する工程、
(2)塗布後の組成物から溶剤を除去して組成物層を形成する工程、
(3)組成物層に露光機を用いて露光する工程、
(4)露光後の組成物層を加熱する工程、
(5)加熱後の組成物層を、現像装置を用いて現像する工程を含む。
レジスト組成物の基板上への塗布は、スピンコーターなど、通常、用いられる装置によって行うことができる。
溶剤の除去は、例えば、ホットプレート等の加熱装置を用いて溶剤を蒸発させること(いわゆるプリベーク)により行われるか、あるいは減圧装置を用いて行われ、溶剤が除去された組成物層が形成される。この場合の温度は、例えば、50〜200℃程度が例示される。また、圧力は、1〜1.0×10Pa程度が例示される。
得られた組成物層は、露光機を用いて露光する。露光機は、液浸露光機であってもよい。この際、通常、求められるパターンに相当するマスクを介して露光が行われる。露光光源としては、KrFエキシマレーザ(波長248nm)、ArFエキシマレーザ(波長193nm)、F2エキシマレーザ(波長157nm)のような紫外域のレーザ光を放射するもの、固体レーザ光源(YAG又は半導体レーザ等)からのレーザ光を波長変換して遠紫外域または真空紫外域の高調波レーザ光を放射するもの等、種々のものを用いることができる。また、露光機は、電子線や、超紫外光(EUV)を照射するものであってもよい。
露光後の組成物層は、脱保護基反応を促進するための加熱処理(いわゆるポストエキスポジャーベーク)が行われる。加熱温度としては、通常50〜200℃程度、好ましくは70〜150℃程度である。
加熱後の組成物層を、現像装置を用いて、通常、アルカリ現像液を利用して現像する。
ここで用いられるアルカリ現像液は、この分野で用いられる各種のアルカリ性水溶液であればよい。例えば、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドや(2−ヒドロキシエチル)トリメチルアンモニウムヒドロキシド(通称コリン)の水溶液等が挙げられる。
現像後、超純水でリンスし、基板及びパターン上に残った水を除去することが好ましい。
〈用途〉
本発明のレジスト組成物は、KrFエキシマレーザ露光用のレジスト組成物、ArFエキシマレーザ露光用のレジスト組成物、電子線(EB)露光用のレジスト組成物又はEUV露光用のレジスト組成物、さらには化学増幅型フォトレジスト組成物として好適である。
以下、本発明を実施例によって詳細に説明する。例中、含有量及び使用量を表す%及び部は、特記しないかぎり質量基準である。
以下の実施例において、化合物の構造は、質量分析(LC;Agilent製1100型、MASS;Agilent製LC/MSD型)で確認した。
重量平均分子量は、ポリスチレンを標準品として、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(東ソー株式会社製HLC−8120GPC型、カラムは”TSKgel Multipore HXL−M”3本、溶媒はテトラヒドロフラン)により求めた値である。
カラム:TSKgel Multipore HXL-M x 3 + guardcolumn(東ソー社製)
溶離液:テトラヒドロフラン
流量:1.0mL/min
検出器:RI検出器
カラム温度:40℃
注入量:100μl
分子量標準:標準ポリスチレン(東ソー社製)
実施例1:式(B1)で表される塩の合成
Figure 2012031145
酸化銀2.91部及びアセトニトリル5.81部を仕込み、23℃で30分間攪拌した。その後、メタンスルホン酸2.41部及びアセトニトリル4.82部の溶液を30分かけて添加した。23℃で30分間攪拌後、式(B1−a)で表される化合物5.00部及びアセトニトリル10.00部の溶液を仕込み、さらに、式(B1−b)で表される化合物3.56部を仕込み、23℃で15時間攪拌し、ろ過した。回収された濾液を濃縮し、tert−ブチルメチルエーテル28.02部を加えて23℃で30分間攪拌した。上澄み液を除き、その後、濃縮し、更にアセトニトリル50部を加えて23℃で30分間攪拌し、濃縮することにより、式(B1−c)で表される塩5.12部を得た。
Figure 2012031145
特開第2008−209917号公報に記載された方法によって得られた式(B1−d)で表される化合物3.90部及びクロロホルム58.75部を仕込み、23℃で30分間攪拌した。その後、式(B1−c)で表される化合物4.10部及びイオン交換水56.62部を仕込み、23℃で15時間攪拌した。得られた反応マスに、28%アンモニア水溶液3.00部を加えて23℃で30分間攪拌し、分液した。回収された有機層に、イオン交換水29.37部を仕込み23℃で30分間攪拌し、分液することにより有機層を回収した。この水洗の操作を3回行った。回収された有機層に、活性炭0.67部を添加し、23℃で30分間攪拌し、ろ過した。回収された濾液を濃縮し、tert−ブチルメチルエーテル25.83部を加えて23℃で30分間攪拌した。上澄み液を除き、濃縮し、更にアセトニトリル20部を加えて23℃で30分間攪拌し、濃縮した。得られた濃縮物に、酢酸エチル28.80部を加えて23℃で30分間攪拌し、濃縮した。得られた残渣に、tert−ブチルメチルエーテル45.75部を加えて23℃で30分間攪拌した。上澄み液を除き、濃縮し、更にアセトニトリル20部を加えて23℃で30分間攪拌し、濃縮することにより、式(B1)で表される塩4.10部を得た。
式(B1)で表される塩の同定;
MS(ESI(+)Spectrum):M 214.1
MS(ESI(−)Spectrum):M 271.1
実施例2:式(B2)で表される塩の合成
Figure 2012031145
特開第2008−209917号公報に記載された方法によって得られた式(B1−d)で表される化合物3.90部及びクロロホルム58.75部を仕込み、23℃で30分間攪拌した。その後、式(B2−a)で表される化合物5.34部及びイオン交換水73.74部を仕込み、23℃で15時間攪拌した。得られた反応マスに、28%アンモニア水溶液3.00部を加えて23℃で30分間攪拌し、分液した。回収された有機層に、イオン交換水38.42部を仕込み23℃で30分間攪拌し、分液することにより有機層を回収した。この水洗の操作を3回行った。回収された有機層に、活性炭0.82部を添加し、23℃で30分間攪拌し、ろ過した。回収された濾液を濃縮し、tert−ブチルメチルエーテル32.24部を加えて23℃で30分間攪拌した。上澄み液を除き、濃縮し、更にアセトニトリル20部を加えて23℃で30分間攪拌し、濃縮した。得られた濃縮物に、酢酸エチル28.98部を加えて23℃で30分間攪拌し、濃縮した。得られた残渣に、tert−ブチルメチルエーテル50.08部を加えて23℃で30分間攪拌した。上澄み液を除き、濃縮し、更にアセトニトリル20.09部を加えて23℃で30分間攪拌した。その後、濃縮することにより、式(B2)で表される塩4.28部を得た。
式(B2)で表される塩の同定;
MS(ESI(+)Spectrum):M 276.1
MS(ESI(−)Spectrum):M 271.1
実施例3:式(B3)で表される塩の合成
Figure 2012031145
特開第2006−257078号公報に記載された方法によって得られた式(B3−d)で表される化合物4.80部及びクロロホルム72.31部を仕込み、23℃で30分間攪拌した。その後、式(B2−a)で表される化合物5.34部及びイオン交換水73.74部を仕込み、23℃で15時間攪拌した。得られた反応マスに、28%アンモニア水溶液3.00部を加えて23℃で30分間攪拌し、分液した。回収された有機層に、イオン交換水40部を仕込み23℃で30分間攪拌し、分液することにより有機層を回収した。この水洗の操作を3回行った。回収された有機層に、活性炭1.00部を添加し、23℃で30分間攪拌し、ろ過した。回収された濾液を濃縮し、tert−ブチルメチルエーテル35部を加えて23℃で30分間攪拌した。上澄み液を除き、濃縮し、更にアセトニトリル15部を加えて23℃で30分間攪拌し、濃縮した。得られた濃縮物に、酢酸エチル30部を加えて23℃で30分間攪拌し、濃縮した。得られた残渣に、tert−ブチルメチルエーテル50部を加えて23℃で30分間攪拌した。上澄み液を除き、濃縮し、更にアセトニトリル20部を加えて23℃で30分間攪拌した。その後、濃縮することにより、式(B3)で表される塩3.22部を得た。
式(B3)で表される塩の同定;
MS(ESI(+)Spectrum):M 276.1
MS(ESI(−)Spectrum):M 339.1
実施例4:式(B4)で表される塩の合成
Figure 2012031145
特開第2006−257078号公報に記載された方法によって得られた式(B3−d)で表される化合物4.80部及びクロロホルム72.31部を仕込み、23℃で30分間攪拌した。その後、式(B1−c)で表される化合物4.10部及びイオン交換水56.62部を仕込み、23℃で15時間攪拌した。得られた反応マスに、28%アンモニア水溶液3.00部を加えて23℃で30分間攪拌し、分液した。回収された有機層に、イオン交換水30部を仕込み23℃で30分間攪拌し、分液することにより有機層を回収した。この水洗の操作を3回行った。回収された有機層に、活性炭1.00部を添加し、23℃で30分間攪拌し、ろ過した。回収された濾液を濃縮し、tert−ブチルメチルエーテル30部を加えて23℃で30分間攪拌した。上澄み液を除き、濃縮し、更にアセトニトリル20部を加えて23℃で30分間攪拌し、濃縮した。得られた濃縮物に、酢酸エチル30部を加えて23℃で30分間攪拌し、濃縮した。得られた残渣に、tert−ブチルメチルエーテル50部を加えて23℃で30分間攪拌した。上澄み液を除き、濃縮し、更にアセトニトリル20部を加えて23℃で30分間攪拌し、濃縮することにより、式(B4)で表される塩2.81部を得た。
式(B4)で表される塩の同定;
MS(ESI(+)Spectrum):M 214.1
MS(ESI(−)Spectrum):M 339.1
実施例5:式(B5)で表される塩の合成
Figure 2012031145
式(B3)で表される塩3.08部及びアセトニトリル15.00部を仕込み、23℃で30分間攪拌した。その後、式(B5−a)で表される化合物0.85部を添加し、60℃で1時間攪拌した。得られた反応溶液をろ過し、回収されたろ液を濃縮した。得られた濃縮物に、クロロホルム20部及びイオン交換水10部を加え、23℃で30分間攪拌した。その後、静置し、分液して有機層を得た。得られた有機層に、イオン交換水10部を加え、23℃で30分間攪拌した。この水洗の操作をさらに3回行った。得られた有機層に活性炭0.50部を仕込み、23℃で30分間攪拌し、ろ過した。ろ液を濃縮することにより、式(B5−b)で表される塩2.89部を得た。
Figure 2012031145
式(B5−b)で表される化合物2.55部、ジメチルホルムアミド20.00部及び式(B5−c)で表される化合物0.69部を仕込み、23℃で30分間攪拌し、炭酸カリウム0.05部を仕込み、23℃で2時間攪拌した。得られた反応物に、クロロホルム30部及びイオン交換水10部を仕込み、攪拌、分液を行った。水洗を6回行った。得られた有機層に活性炭0.60部を仕込み、23℃で30分間攪拌し、ろ過した。ろ液を濃縮し、得られた濃縮物に、アセトニトリル10部を添加して溶解し、濃縮した。その後、これに、tert−ブチルメチルエーテル30部を加えて攪拌し、上澄液を除去した。得られた残渣をクロロホルムに溶解し、濃縮した。得られた濃縮物をカラム(メルク シリカゲル60−200メッシュ 展開溶媒:クロロホルム/メタノール=5/1)分取することにより、式(B5)で表される塩1.12部を得た。
式(B5)で表される塩の同定;
MS(ESI(+)Spectrum):M 276.1
MS(ESI(−)Spectrum):M 547.2
樹脂の合成において使用したモノマーを下記に示す。
Figure 2012031145
〔樹脂A1の合成〕
式(A)で表されるモノマー、式(E)で表されるモノマー、式(B)で表されるモノマー、式(C)で表されるモノマー及び式(D)で表されるモノマーを、モル比30:14:6:20:30の割合で仕込んだ。次いで、全モノマーの合計質量に対して、1.5質量倍のジオキサンを加えた。得られた混合物に、開始剤としてアゾビスイソブチロニトリルとアゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)とを全モノマーの合計モル数に対して、それぞれ、1.00mol%と3.00mol%との割合で添加し、これを75℃で約5時間加熱した。その後、反応液を、大量のメタノールと水との混合溶媒(4:1)に注いで沈殿させる操作を3回行うことにより精製し、重量平均分子量が約7.2×10である共重合体を収率78%で得た。この共重合体は、次式の構造単位を有するものであり、これを樹脂A1とする。
Figure 2012031145
〔樹脂A2の合成〕
式(A)で表されるモノマー、式(B)で表されるモノマー及び式(C)で表されるモノマーを、モル比50:25:25の割合で仕込み、次いで、全モノマーの合計質量に対して、1.5質量倍のジオキサンを加えた。得られた混合物に、開始剤としてアゾビスイソブチロニトリルとアゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)とを全モノマーの合計モル数に対して、それぞれ、1mol%と3mol%との割合で添加し、これを80℃で約8時間加熱した。その後、反応液を、大量のメタノールと水との混合溶媒(3:1)に注いで沈殿させる操作を3回行うことにより精製し、重量平均分子量が約9.2×10である共重合体を収率60%で得た。この共重合体は、次式の構造単位を有するものであり、これを樹脂A2とする。
Figure 2012031145
〔レジスト組成物の調製〕
表1に示すように、各成分を混合して溶解することにより得られた混合物を孔径0.2μmのフッ素樹脂製フィルタで濾過することにより、レジスト組成物を調製した。
Figure 2012031145
<樹脂>
樹脂A1〜A2
樹脂A3:次式の構造単位を有するもの
Figure 2012031145
<酸発生剤>
B1:式(B1)で表される塩
Figure 2012031145
B2:式(B2)で表される塩
Figure 2012031145
B3:式(B3)で表される塩
Figure 2012031145
B4:式(B4)で表される塩
Figure 2012031145
B5:式(B5)で表される塩
Figure 2012031145
X1:式(X1)で表される塩
Figure 2012031145
X2:式(X2)で表される塩
Figure 2012031145
<塩基性化合物:クエンチャー>
C1:2,6−ジイソプロピルアニリン
<溶剤>
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 265部
2−ヘプタノン 20.0部
プロピレングリコールモノメチルエーテル 20.0部
γ−ブチロラクトン 3.5部
〔レジスト組成物の評価〕
12インチのシリコン製ウェハ上に、有機反射防止膜用組成物[ARC−29;日産化学(株)製]を塗布して、205℃、60秒の条件でベークすることによって、厚さ78nmの有機反射防止膜を形成した。次いで、前記の有機反射防止膜の上に、上記のレジスト組成物を、乾燥(プリベーク)後の膜厚が110nmとなるようにスピンコートした。
得られたシリコンウェハをダイレクトホットプレート上にて、表1の「PB」欄に記載された温度で60秒間プリベーク(PB)した。このようにレジスト組成物膜を形成したウェハに、液浸露光用ArFエキシマレーザステッパー[XT:1900Gi;ASML社製、NA=1.35、2−poles on axis照明(σout=0.97、σin=0.77、Y偏光]を用いて、露光量を段階的に変化させてラインアンドスペースパターンを液浸露光した。なお、液浸媒体としては超純水を使用した。
露光後、ホットプレート上にて、表1の「PEB」欄に記載された温度で60秒間ポストエキスポジャーベーク(PEB)を行った。
さらに、2.38質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液で60秒間のパドル現像を行い、レジストパターンを得た。
各レジスト組成物からのレジストパターン形成において、50nmのラインアンドスペースパターンの線幅が1:1となる露光量を実効感度とした。
露光マージン評価(EL):実効感度±10%の露光量範囲において露光量を横軸に、その露光量で形成された50nmのラインパターンの線幅を縦軸にプロットした。
該プロットから求めた回帰直線の傾きの絶対値が、
1.1nm/(mJ/cm)以下であるものを◎、
1.3nm/(mJ/cm)以下のものを○、
1.3nm/(mJ/cm)を超え、1.5nm/(mJ/cm)以下のものを△、
1.5nm/(mJ/cm)を超えるものを×とした。
マスクエラーファクター評価(MEF):実効感度において、マスクサイズが48nm、50nm、52nm(ピッチはともに100nm)のマスクを用いて、ラインパターンをそれぞれ形成した。マスクサイズを横軸に、各マスクサイズのマスクを用いて形成されたラインパターンの線幅を縦軸にプロットした。該プロットから求めた回帰直線の傾きが、2.3以下のものを◎、
2.5以下のものを○、
2.5を超え3.0以下のものを△、
3.0を超えるものを×とした。
これらの結果を表2に示す。
Figure 2012031145
本発明の塩によれば、該塩を含むレジスト組成物は、レジストパターン形成時の露光マージン(EL)及びマスクエラーファクター(MEF)に優れる。

Claims (7)

  1. 式(I)で表される塩。
    Figure 2012031145
    [式(I)中、Rは、炭素数1〜12の飽和炭化水素基又は炭素数6〜14の芳香族炭化水素基を表し、該飽和炭化水素基及び該芳香族炭化水素基に含まれる水素原子は、ヒドロキシ基、ハロゲン原子又は炭素数1〜6のアルキル基で置換されていてもよい。
    、R、R、R、R、R、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、炭素数1〜6のアルキル基又は炭素数1〜6のアルコキシ基を表す。
    10及びR11は、それぞれ独立に、フッ素原子又は炭素数1〜6のペルフルオロアルキル基を表す。
    は、単結合又は炭素数1〜17の2価の飽和炭化水素基を表し、該2価の飽和炭化水素基に含まれる水素原子はフッ素原子で置換されていてもよく、該2価の飽和炭化水素基に含まれる−CH−は、−O−又は−CO−で置き換わっていてもよい。
    Yは、置換基を有していてもよい炭素数1〜18の脂肪族炭化水素基又は置換基を有していてもよい炭素数3〜18の飽和環状炭化水素基を表し、該脂肪族炭化水素基及び該飽和環状炭化水素基に含まれる−CH−は、−O−、−SO−又は−CO−で置き換わっていてもよい。]
  2. 1が、*−CO−O−(CH−(*は、−C(R10)(R11)−との結合手を表し、nは0又は1を表す)である請求項1記載の塩。
  3. 請求項1又は2記載の塩を含有する酸発生剤。
  4. 請求項3記載の酸発生剤と樹脂とを含み、該樹脂は酸に不安定な基を有し、かつアルカリ水溶液に不溶又は難溶な樹脂であり、酸との作用によりアルカリ水溶液で溶解し得る樹脂であるレジスト組成物。
  5. さらに塩基性化合物を含む請求項4記載のレジスト組成物。
  6. さらに溶剤を含む請求項4又は5記載のレジスト組成物。
  7. (1)請求項6記載のレジスト組成物を基板上に塗布する工程、
    (2)塗布後の組成物から溶剤を除去して組成物層を形成する工程、
    (3)組成物層に露光機を用いて露光する工程、
    (4)露光後の組成物層を加熱する工程、
    (5)加熱後の組成物層を、現像装置を用いて現像する工程を含むレジストパターンの製造方法。
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