JP2973998B2 - 感光性樹脂組成物およびそれを用いたパターン形成方法 - Google Patents
感光性樹脂組成物およびそれを用いたパターン形成方法Info
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Description
スにおけるフォトリソグラフィー工程に関し、紫外線、
遠紫外線、電子線、イオンビーム、X線などの活性光線
を用いたリソグラフィーに好適なパターン形成材料およ
びそれを用いたパターン形成方法に関するものである。
(DRAM)に代表される各種半導体デバイスの製造に
おいては、デバイスの高密度、高集積化への要求がます
ます高まっており、これらの要求を満たすにはパターン
の微細化が必須となってきている。このためフォトリソ
グラフィー技術に対する要求がますます厳しくなってい
る。
は、レジストパターン形成の際に使用する露光光を短波
長化がある。現在256MビットDRAM(最少加工寸
法が0.25μm以下)の量産プロセスには、従来用い
られてきた露光光源である水銀灯のi線(波長=365
nm)に替わり、より短波長のKrFエキシマレーザ
(波長248nm)が導入される見込みである。しか
し、さらに微細な加工が要求される集積度1G(加工寸
法が0.2μm以下)以上のDRAM製造には、さらな
る短波長の光源が必要とされており、現在では特にAr
Fエキシマレーザ(波長193nm)をフォトリソグラ
フィー技術が盛んに研究されている。
成材料であるレジスト材料には、加工寸法の微細化に対
応する高解像性に加え、高感度化の要求も高まってきて
いる。これは露光装置におけるレンズなどの光学材料へ
のダメージを緩和するため、比較的低露光量で所望のパ
ターンを形成する必要があるからである。加えて、特に
エキシマレーザのような露光源を用いる場合は、レーザ
発振の原料であるガスの寿命が短いこと、レーザ装置自
体が高価であるなどなどから、レーザのコストパフォー
マンスの向上を満たす必要があるためである。
として活性光線による露光により酸を発生させる光カチ
オン発生剤などの光酸発生剤を用いた化学増幅型レジス
トがよく知られている。たとえば、特公平2−2766
0号公報には、トリフェニルスルホニウム・ヘキサフル
オロアーセナートとポリ(p−ターシャルブトキシカル
ボニルオキシ−α−メチルスチレン)の組み合わせから
なるレジストが記載されている。化学増幅型レジストの
特徴は、含有成分である、光照射により酸を発生させる
物質である光酸発生剤が生成するプロトン酸を、露光後
の加熱処理によりレジスト固相内を移動させ、当該酸に
よりレジスト樹脂などの化学変化を触媒反応的に数百倍
〜数千倍にも増幅させることである。このようにして光
反応効率(一光子あたりの反応)が1未満の従来のレジ
ストに比べて飛躍的な高感度化を達成している。現在で
は開発されるレジストの大半が化学増幅型であり、露光
光源の短波長化に対応した高感度材料の開発には、化学
増幅機構の採用が必須となっている。
を露光光とするリソグラフィーの場合、微細パターンを
形成するためのレジスト(感光性樹脂組成物)には従来
の材料では満足できない新たな特性が要求される。即
ち、樹脂成分に関しては、220nm以下の露光光に対
する高透明性とエッチング耐性である。
長波長の露光光を用いる従来のリソグラフィーにおいて
は、感光性樹脂組成物の樹脂成分はノボラック樹脂ある
いはポリ(p−ビニルフェノール)などの構造単位中に
芳香環を有する樹脂が利用されており、この芳香環のド
ライエッチング耐性により樹脂のエッチング耐性を維持
できた。しかし、220nm以下の波長については芳香
環による光吸収が極めて強く、このためこれら従来樹脂
をそのまま220nm以下の短波長光には適用できない
(即ち、レジストも表面で大部分の露光光が吸収され、
露光光が基板まで達しないため微細なレジストパターン
形成が出来ない。[笹子ら、“ArFエキシマレーザリ
ソグラフィ(3)−レジスト評価−”、第35回応用物
理学会関係連合講演会講演予稿集、1p−K−4(19
89)])。従って、芳香環を含まず且つエッチング耐
性を有する樹脂材料が切望されている。
ドライエッチング耐性を持つ高分子化合物として、脂環
族高分子であるアダマンチルメタクリレート単位を持つ
共重合体[S.タケチ(S.Takechi)ら、ジャ
ーナルオブ・フォトポリマー・サイエンス・アンド・テ
クノロジー(Journal of Photopol
ymer Science and Technolo
gy)、5巻(3号)、439頁〜446頁(1992
年)、および特開平5−265212号公報]、ポリ
(ノルボニルメタクリレート)[M.エンドー(M.E
ndo)ら、プロシーディングス・オブ・アイ・イー・
ディー・エム(Proceedingsof IED
M)、CA14−18、サン・フランシスコ(199
2)]、あるいはポリ(イソボルニルメタクリレート)
単位を持つ共重合体[G.M.ウォルラフ(G.M.W
allraff)ら、ジャーナル・オブ・ヴァキューム
サイエンス・アンド・テクノロジー(Journal
of Vacuum Science and Tec
hnology)、B11巻(6号)、2783頁〜2
788頁(1993年)]、およびポリ(メンチルメタ
クリレート)単位を持つ共重合体[特開平8−8292
5号公報]などが提案されている。
公知の技術はドライエッチング耐性の由来となる脂環基
(アダマンチル基、ノルボルニル基、イソボルニル基、
メンチル基)残基単位中に露光前後での溶解度差を発現
しうる残基を有していないため、例えばターシャルブチ
ルメタクリレートや、テトラヒドロピラニルメタクリレ
ートなどの溶解度差を発揮しうるコモノマー(メタクリ
ル酸単位のカルボキシル基を保護したモノマー)との共
重合体とすることにより初めてレジストの樹脂成分とし
て利用できる。しかしパターンニングにはコモノマーが
30から50モル%程度含有させることが必要であり、
結果として(コモノマー単位のドライエッチング耐性が
著しく低いため)、脂環基骨格によるドライエッチング
耐性効果が著しく低下するため実用性に乏しい。
合体は高分子化合物中の脂環基、及び保護基(極性変換
基)が疎水性であるため、一般的に疎水性が高い。この
ため、これらの高分子化合物により形成した薄膜はシリ
コン基板との密着性が悪く、均一な塗布膜を再現性良く
形成することは困難であった。即ち、従来レジストに多
用されてきたノボラック樹脂と異なり極性部位を含有し
ないため、シリコン基板に対する密着性が悪い。更に、
アルカリ性現像水溶液に対する溶解性が低いため、低感
度であり、更に現像液に残渣(スカム)が出やすいとい
う欠点を持つ。
は既に、220nm以下の光に対する光透明性が高く、
高ドライエッチング耐性を示し、かつ露光前後の溶解度
差を発揮しうるポリマーおよびそれを用いた感光性樹脂
組成物を開発した(特開平8−259626号公報)。
すなわちドライエッチング耐性の由来となる脂環基に極
性の高いカルボキシル基を結合せしめ、ポリマーの極
性、親水性を補完、向上させた。その結果、前記公報に
より開示した樹脂組成物は、高い透明性(膜厚1ミクロ
ンあたり70%以上の透過率)、高いドライエッチング
耐性(ポリ(ビニルフェノール)ベースのKrF露光用
化学増幅型ポジ型レジストと同等)、およびシリコン基
板への良好な密着性と、半導体製造工程において使用さ
れる現像液である、アルカリ性水溶液(テトラメチルア
ンモニウムヒドロキシド2.38重量%含有水溶液、た
とえば東京応化工業製NMD−3)への良好な溶解性を
示した。またさらにArFエキシマレーザ試作露光機
((株)ニコン製、レンズ開口数0.6)を用いて、
0.16ミクロンのライン/スペースパターンを解像し
た[K.マエダ(K.Maeda]ら、プロシーディン
グス・オブ・SPIE(Proceedings of
SPIE)、第2724巻、377頁〜385頁]。
8−259626号公報)により開示した樹脂組成物の
いずれも、樹脂中に存在するカルボキシル基に由来する
高い極性のため、高解像性が得られる反面アルカリ水溶
液の現像液に対しポリ(ビニルフェノール)樹脂よりも
速やかに溶解してしまうという問題があった。結果とし
て、未露光部における現像液への耐性が弱いため膜減り
が起こり、微細パターンの再現性が低下し、ひいては形
状の劣化が見られた。このためアルカリ性水溶液現像液
を用いるときに、通常濃度以下に希釈して用いる必要が
あった。またこのとき、未露光部の所望現像液への耐性
を得ようとするならば、化学増幅レジストにおける極性
変換基であるターシャルブチル基やテトラヒドロピラニ
ル基などのカルボン酸を保護する保護基の保護率を上げ
ることで未露光部の現像液耐性が得られるが、そのとき
には結果としてポリマーの極性をおとしめるため密着性
が損なわれ、またパターン形状が劣化するなどの問題点
が派生した。すなわち上記問題点は、特開平8−259
626号公報において開示したポリマーがレジストとし
て解像度を発揮する保護率においては、現行プロセスで
多用されている濃度の現像液(2.38重量%テトラメ
チルアンモニウムヒドロキシド水溶液)に対して十分な
溶解抑制能と、密着性を発揮できない点にあった。
下に開示する新規な化合物を構成単位として含有する共
重合体により解決されることを見い出し本発明に至っ
た。
ッチング耐性の付与のために脂環式炭化水素残基を導入
し、さらにその脂環式基にカルボキシル基より極性の低
い極性基である水酸基、メトキシ基およびアセチルオキ
シ基を導入したモノマーを用いた重合体を用いることに
より、先に述べた欠点を克服することができた。
ノマーと他の重合性化合物とを共重合させて成ることを
特徴とする重合体と、露光により酸を発生する光酸発生
剤を含有する感光性樹脂組成物を提供する。
メチル基、R2 は炭素数7から22の有橋環式炭化水素
基(具体的には、表1に示すようなトリシクロ[5.
2.1.02,6 ]デカンジイル基、ノルボルナンジイル
基、メチルノルボルナンジイル基、イソボルナンジイル
基、テトラシクロ[4.4.0.12,5 .17,10]ドデ
カンジイル基、メチルテトラシクロ[4.4.0.1
2,5 .17,10]ドデカンジイル基、2,7−ジメチルテ
トラシクロ[4.4.0.12,5 .17,10]ドデカンジ
イル基、2,10−ジメチルテトラシクロ[4.4.
0.12,5 .17,10]ドデカンジイル基、11,12−
ジメチルテトラシクロ[4.4.0.12,5 .17,10]
ドデカンジイル基、ヘキサシクロ[6.6.1.1
3,6 .110,13 .02,7 .09,14]ヘプタデカンジイル
基、オクタシクロ[8.8.12,9 .14,7 .1
11.18 .113,16 .0.03,8 .012,17 ]ドコサンジ
イル基、アダマンタンジイル基、などが挙げられるが、
これらだけに限定されるものではない)、R3は水素、
メチル基あるいはアセチル基、m、nは0または1を表
す。)
他の重合性化合物とを共重合させてなる重合体の具体的
な例としては、一般式(2)で示されるポリマーが挙げ
られるが、これらだけに限定されるものではない。
ぞれ水素原子あるいはメチル基、R2、R5 、R7 はそ
れぞれ炭素数7から22の有橋環式炭化水素基(具体的
には、表1に示したようなトリシクロ[5.2.1.0
2,6 ]デカンジイル基、ノルボルナンジイル基、メチル
ノルボルナンジイル基、イソボルナンジイル基、テトラ
シクロ[4.4.0.12,5 .17,10]ドデカンジイル
基、メチルテトラシクロ[4.4.0.12,5 .
17,10]ドデカンジイル基、2,7−ジメチルテトラシ
クロ[4.4.0.12,5 .17,10]ドデカンジイル
基、2,10−ジメチルテトラシクロ[4.4.0.1
2,5 .17,10]ドデカンジイル基、11,12−ジメチ
ルテトラシクロ[4.4.0.12,5 .17,10]ドデカ
ンジイル基、ヘキサシクロ[6.6.1.13,6 .1
10,13 .02,7 .09,14]ヘプタデカンジイル基、オク
タシクロ[8.8.12,9 .14,7 .111.18 .1
13,16 .0.03,8.012,17 ]ドコサンジイル基、ア
ダマンタンジイル基、などが挙げられるが、これらだけ
に限定されるものではない)、R7 は酸により分解する
基(具体的には、ターシャリーブチル基、テトラヒドロ
ピラン−2−イル基、4−メトキシテトラヒドロピラン
−4−イル基、1−エトキシエチル基、1−ブトキシエ
チル基、1−プロポキシエチル基、3−オキソシクロヘ
キシル基等が挙げられるが、これらだけに限定されるも
のではない)、R3 は水素、メチル基あるいはアセチル
基、m、n、i、kはそれぞれ0または1、x+y+z
=1、xは0.05から0.75、yは0から0.8、
zは0から0.6を表す。また重合体の重量平均分子量
は1、000から50、000である。) モノメタクリレートモノオール誘導体あるいはモノアク
リレートモノオール誘導体(即ち、一般式(1)のR1
が水素原子またはメチル基である化合物))は、例えば
以下のような方法で製造できる。即ち、一般式(3)で
示されるジオール化合物
数7から22の有橋環式炭化水素基(具体的には、表1
に示したようなトリシクロ[5.2.1.02,6 ]デカ
ンジイル基、ノルボルナンジイル基、メチルノルボルナ
ンジイル基、イソボルナンジイル基、テトラシクロ
[4.4.0.12,5 .17,10]ドデカンジイル基、メ
チルテトラシクロ[4.4.0.12,5 .17,10]ドデ
カンジイル基、2,7−ジメチルテトラシクロ[4.
4.0.12,5 .17,10]ドデカンジイル基、2,10
−ジメチルテトラシクロ[4.4.0.12,5 .
17,10]ドデカンジイル基、11,12−ジメチルテト
ラシクロ[4.4.0.12,5 .17,10]ドデカンジイ
ル基、ヘキサシクロ[6.6.1.13,6 .110,13 .
02,7 .09,14]ヘプタデカンジイル基、オクタシクロ
[8.8.12,9 .14,7 .111.18 .113,16.0.
03,8 .012,17 ]ドコサンジイル基、などが挙げられ
るが、これらだけに限定されるものではない。m、nは
0または1を表す)をトリエチルアミンあるいはピリジ
ン共存下、例えば脱水テトラヒドロフランあるいは塩化
メチレン溶媒中、氷冷下ないし50℃において等モルの
メタクリロイルクロリドあるいはアクリロイルクロリド
と1〜10時間反応させた後、常法に従い処理、精製す
る事により合成される。
それを用いた共重合体の重合反応は、例えばテトラヒド
ロフラン溶剤中、不活性ガス(アルゴン、窒素など)雰
囲気下、適当なラジカル開始剤(例えばアゾビスイソブ
チロニトリル、単量体/開始剤の仕込みモル比=10〜
200)を加えて50〜70℃で0.5〜10時間加熱
攪拌することにより実施される。
(2)のn値)は、10〜500であり、より好ましく
は10ないし200である。
厚=1.0μm)のArFエキシマレーザー光(193
nm)の透過率は65〜74%と高く、実用的であるこ
とを確認した。
3 がメチル基、R2 がトリシクロ[5.2.1.0
2,6 ]デカンジメチル、a=1、bとcおよびd=0)
で表される重合体の薄膜のCF4 ガス反応性イオンエッ
チングにおけるエッチング速度は約180A/minで
ありポリ(p−ビニルフェノール)薄膜に匹敵した。
良好な密着性があることを確認した。
要素は、本発明に記載された重合体、光酸発生剤、溶媒
である。
て好ましいものは、300nm以下、好ましくは220
nm以下の範囲の光で酸を発生する光酸発生剤であるこ
とが望ましく、なおかつ先に示した本発明における重合
体等との混合物が有機溶媒に十分に溶解し、かつその溶
液がスピンコートなどの製膜法で均一な塗布膜が形成可
能なものであれば、いかなる光酸発生剤でもよい。ま
た、単独、2種以上を混合して用いたり、適当な増感剤
と組み合わせて用いてもよい。
光剤(光酸発生剤)の露光光に対する光透明性も樹脂同
様に重要な課題であり、特公平2−27660号公報に
記載されているトリフェニルスルホニウム・ヘキサフル
オロアーセナートに代表される従来の芳香環を有する光
酸発生剤を使用するうえでは含有率を、レジスト膜の透
過率が損なわない程度に抑える必要がある。220nm
以下の露光光を用いるときに有利な、芳香環を有する化
合物より吸収が低く、かつ感度が高い新規な光酸発生剤
を発明者らは既に開発した(特願平5−174528号
明細書、特願平5−174532号明細書)。
ば、ジャーナル・オブ・ジ・オーガニック・ケミストリ
ー(Journal of the Organic
Chemistry) 43巻、15号、3055頁〜
3058頁(1978年)に記載されているJ.V.ク
リベロ(J.V.Crivello)らのトリフェニル
スルホニウム塩誘導体、およびそれに代表される他のオ
ニウム塩(例えば、スルホニウム塩、ヨードニウム塩、
ホスホニウム塩、ジアゾニウム塩、アンモニウム塩など
の化合物)や、2、6−ジニトロベンジルエステル類
[T.X.ヌーナン(T.X.Neenan)ら、SP
IEプロシーディング、1086巻、2−10頁(19
89年)]、1、2、3−トリ(メタンスルホニルオキ
シ)ベンゼン[タクミ ウエノら、プロシーディング・
オブ・PME’89、講談社、413〜424頁(19
90年)]、特開平5−134416号公報で開示され
たスルホサクシンイミド、特願平5−174528号明
細書、特願平5−174532号明細書で開示された一
般式(4)あるいは一般式(5)で表された光酸発生剤
である。
状、または環状のアルキル基、R11は直鎖状、分枝状、
または環状のアルキル基、2−オキソ環状アルキル基、
あるいは2−オキソ直鎖状または分枝状アルキル基、A
- はBF4 -、AsF6 -、SbF6 -、PF6 -、CF3 CO
O- 、ClO4 -、CF3 SO3 -、アルキルスルホナー
ト、あるいはアリールスルホナート等の対イオンであ
る。)
して水素、直鎖状、分枝状または環状のアルキル基であ
り、R14は直鎖状、分枝状、環状のアルキル基、または
トリフルオロメチルなどのペルフルオロアルキルに代表
されるハロアルキル基である。) 波長が220nm以下の露光光を使用する場合、感光性
樹脂組成物の光透過性高めるには上記の光酸発生剤の
内、特に一般式(4)あるいは一般式(5)で表される
光酸発生剤を使用することがより好ましい。これは、K
rFエキシマレーザリソグラフィ用に多用されている光
酸発生剤[例えばクリベロらの上記文献記載のトリフェ
ニルスルホニウム トリフルオロメタンスルホナート
(以後TPSと略す)]は220nm以下の遠紫外線領
域で極めて強い光吸収性を有するため、本発明における
光酸発生剤として使用するにはその使用量が制限され
る。ここで、例えばArFエキシマレーザ光の中心波長
である193.4nmにおける透過率を比較すると、T
PSを全膜重量に対し1.5重量部含有する一般式
(2)の塗布膜(膜厚1μm)の透過率は、約40%で
あり、同様に5.5重量部含有する塗布膜の透過率は約
6%であった。これに対し、下記一般式(4)で示した
スルホニウム塩誘導体のうち、例えばシクロヘキシルメ
チル(2−オキソシクロヘキシル)スルホニウムトリフ
ルオロメタンスルホナートを含有するポリ(メチルメタ
クリレート)塗布膜の透過率は、5重量部含有するもの
で71%、さらに30重量部含有する塗布膜においても
55%と高い透過率を示した。また一般式(5)で示す
光酸発生剤のうち、例えばN−ヒドロキシスクシイミド
トリフルオロメタンスルホナートを5重量部含有する塗
布膜では約50%であった。このように一般式(4)、
(5)で示した光酸発生剤はいずれも185.5〜22
0nmの遠紫外領域の光吸収が著しく少なく、露光光に
対する透明性という点ではArFエキシマレーザリソグ
ラフィ用レジストの構成成分としてさらに好適であるこ
とが明らかである。具体的には、シクロヘキシルメチル
(2−オキソシクロヘキシル)スルホニウムトリフルオ
ロメタンスルホナート、ジシクロヘキシル(2−オキソ
シクロヘキシル)スルホニウムトリフルオロメタンスル
ホナート、ジシクロヘキシルスルホニルシクロヘキサノ
ン、ジメチル(2−オキソシクロヘキシル)スルホニウ
ムトリフルオロメタンスルホナート、トリフェニルスル
ホニウムトリフルオロメタンスルホナート、ジフェニル
ヨードニウムトリフルオロメタンスルホナート、N−ヒ
ドロキシスクシイミドトリフルオロメタンスルホナー
ト、などが挙げられるが、これらだけに限定されるもの
ではない。
発生剤は単独でも用いられるが、2種以上を混合して用
いても良い。光酸発生剤の含有率は、それ自身を含む全
構成成分100重量部に対して通常0.2ないし25重
量部、好ましくは1ないし15重量部である。この含有
率が0.5重量部未満では本発明の感度が著しく低下
し、パターンの形成が困難である。また25重量部を越
えると、均一な塗布膜の形成が困難になり、さらに現像
後には残さ(スカム)が発生し易くなるなどの問題が生
ずる。また高分子化合物の含有率は、特にポジ型で好適
に用いられる組成物では、それ自身を含む全構成分10
0重量部に対して通常75ないし99.8重量部、好ま
しくは85ないし99重量部である。また特にネガ型で
好適に用いられる組成物の場合では、架橋性の化合物
を、それ自身を含む全構成分100重量部に対して通常
1から40重量部、好ましくは5ないし20重量部であ
る。架橋性化合物の含有量については、露光波長での透
過率を損なわず、かつ適当な感度で反応が進行する重量
範囲を設定すればよい。具体的には3重量部未満である
と露光感度は低下し、また40重量部を超えると均一な
塗布膜の形成が困難であり、膜の相分離が見られる。さ
らには透過率が著しく低下し、たとえば193nmにお
いては一般的に1ミクロン膜厚換算で20から30%以
下の透過率であり、パターンの形成が困難である。
発明のパターン形成方法を実施する上で、樹脂の共重合
比x/y/zを適当な値に設定し、かつ添加物を適宜加
えることで、ポジ型またはネガ型いずれかのモードを選
択することが可能である。ポジ型としては、例えば一般
式(2)においてx、yおよびzいずれもが0になるこ
となく、たとえばxを0.4、yを0.3、zを0.3
として、R1 、R3 、R4 およびR6 が水素、m、n、
i、kが0であり、R2 、R5 およびR7 がテトラシク
ロ[4.4.0.12,5 .17,10]ドデカンジイル基、
R8 がテトラヒドロピラン−2−イル基である樹脂を用
いるとき、光酸発生剤(例えば一般式(4)で示したス
ルホニウム塩誘導体、例えばシクロヘキシルメチル(2
−オキソシクロヘキシル)スルホニウムトリフルオロメ
タンスルホナート)を適当量(例えば全重量に対し3重
量%)加えることで、ポジ型として機能するレジスト材
料が得られる。すなわち露光により発生した酸が酸分解
性基(R8 )を分解し、樹脂の極性を変換、アルカリ水
溶液現像液に溶解可能とし、露光部が溶解することでポ
ジ型として機能する。
酸により架橋反応を引き起こす化合物を添加することで
ネガ型として機能させることができる。例えば樹脂とし
ては、一般式(2)においてzが0であり、たとえばx
を0.5、yを0.5として、R1 、R3 、R4 および
R6 が水素、m、n、i、kが0であり、R2 がトリシ
クロ[5.2.1.02,6 ]デカンジイル基、R7がテ
トラシクロ[4.4.0.12,5 .17,10]ドデカンジ
イル基である樹脂を用いるとき、架橋性化合物として例
えばヘキサメトキシメチロールメラミンを全重量に対し
10重量%、光酸発生剤として例えば一般式(4)で示
したスルホニウム塩誘導体であるシクロヘキシルメチル
(2−オキソシクロヘキシル)スルホニウムトリフルオ
ロメタンスルホナートを全重量に対し2重量%加えるこ
とで、ネガ型として機能するレジスト材料が得られる。
すなわち露光により発生した酸がヘキサメトキシメチロ
ールメラミンに作用し、ポリマーとの架橋反応が促進す
ることで露光部の現像液に対する溶解性が低下、不溶化
が起こり、かつ未露光部が溶解除去されることでネガ型
パターンが得られる。
する場合、架橋性化合物として好ましいものは、本発明
の樹脂と良く混合し、キャスト溶媒として用いる溶媒に
溶解し、かつ酸の存在によって本発明の樹脂と速やかに
架橋反応を起こす化合物であればいかなる化合物でも良
い。また、単独でも2種類以上を混合して用いても良
い。具体的にはヘキサメトキシメチロールメラミン、メ
チロール尿素、ジメチル化メチロール尿素、ジエチル化
メチロール尿素、ジイソブチル化メチロール尿素、ジ−
β−オキソプロピル化メチロール尿素、1,3−ビス
(ヒドロキシメチル)エチレンユリア、1,3−ビス
(ヒドロキシメチル)エチレンユリア、1,3−ビス
(メトキシメチル)エチレンユリア、1,3−ビス(エ
トキシメチル)エチレンユリア、1,3−ビス(イソブ
トキシメチル)エチレンユリア、1,3−ビス(β−オ
キソプロポキシメチル)エチレンユリア、1,3−ビス
(ヒドロキシメチル)−4,5−ビス(ヒドロキシ)エ
チレンユリア、1,3−ビス(ヒドロキシメチル)−
4,5−ビス(ヒドロキシ)エチレンユリア、1,3−
ビス(メトキシメチル)−4,5−ビス(メトキシ)エ
チレンユリア、1,3−ビス(エトキシメチル)−4,
5−ビス(エトキシ)エチレンユリア、1,3−ビス
(イソプロポキシメチル)−4,5−ビス(イソプロポ
キシ)エチレンユリア、1,3−ビス(ターシャルブト
キシメチル)−4,5−ビス(ターシャルブトキシ)エ
チレンユリア、1,3−ビス(β−オキソプロポキシメ
チル)−4,5−ビス(β−オキソプロポキシ)エチレ
ンユリア、1,3−ビス(ヒドロキシメチル)−テトラ
−ヒドロ−2(1H)ピリミジノン、ジメチル化1,3
−ビス(ヒドロキシメチル)−テトラヒドロ−2(1
H)ピリミジノン、ジエチル化1,3−ビス(ヒドロキ
シメチル)−テトラヒドロ−2(1H)ピリミジノン、
ブチル化1,3−ビス(ヒドロキシメチル)−テトラヒ
ドロ−2(1H)ピリミジノンなどの化合物、ならび
に、ジメチロールウロン、1,3−ビス(ヒドロキシメ
チル)−テトラヒドロ−5−ヒドロキシー2(H)ピリ
ミジノン、1,3,4,6−テトラキス(ヒドロキシメ
チル)グリコールウリル(別名1,3,4,6−テトラ
キス(ヒドロキシメチル)アセチレンユリア、テトラメ
チロール化グレオキサゾールジウレイン)、1,3,
4,6−テトラキス(ヒドロキシメチル)グリコールウ
リル、1,3,4,6−テトラキス(メトキシメチル)
グリコールウリル、1,3,4,6−テトラキス(エト
キシメチル)グリコールウリル、1,3,4,6−テト
ラキス(イソブトキシメチル)グリコールウリル、1,
3,4,6−テトラキス(β−オキソプロポキシメチ
ル)グリコールウリル、あるいはトリス(2−ヒドロキ
シエチルイソシアヌレート)などのイソシアヌレート化
合物などが挙げられるが、これらだけに限定されるもの
ではない。
酸基を持つ化合物に対して高選択的に結合を形成する。
すなわち本発明の樹脂においてR3 が水素原子である場
合、反応は非常に速やかに進行するため、ネガ型におい
てはR3 が水素原子である場合、一般式(2)における
xの値がより大きいことが好ましい。
光性樹脂組成物中に、少なくとも2個以上の水酸基を持
つ化合物を添加することで、活性光線による露光後に、
より高密度な架橋構造を得ることができる。たとえば水
酸基を持つ有橋環式化合物、あるいは水酸基を持つ芳香
環族化合物などが挙げられる。たとえば、2,3−ジヒ
ドロキシ5(6)−ヒドロキシメチルノルボルネン、
3,4,8,(9)−トリヒドロキシトリシクロデカ
ン、2−ヒドロキシー5(6)−(1’、2’−ジヒド
ロキシエチル)ノルボルネン、2−ヒドロキシ−5,6
−ビスヒドロキシメチルノルボルネンなどの水酸基を持
つ有橋環式化合物、およびカテコール類などが添加剤と
して考えられるが、これらだけに限定されるものではな
い。
いるとき、共重合比x/y/zはポリマーの現像液に対
する溶解性を考慮して決定することができる。その結
果、xは0.05から0.75、yとzは同時に0にな
ることは無く、yは0から0.8、zは0から0.6の
範囲をとることができる。より好ましくは、xは0.2
から0.7、yは0から0.5、zは0から0.45で
ある。これら範囲はxの導入比率が溶解速度におよぼす
影響を調べることで設定できる。たとえばzが0で、y
に相当する成分がトリシクロデカンジオールモノアクリ
レート(一般式(2)において、R1 、R3 が水素、
m、nが0、R2 がトリシクロデカンジイル基)であ
り、zに相当する成分がカルボキシテトラシクロデセン
(一般式(2)において、R4 が水素、iが0、R5 が
テトラシクロドデカンジイル基)であるとき、xを0か
ら0.75まで導入しても、アルカリ現像液(2.38
%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液)に対
する溶解速度は0.7から4ミクロン/秒と、レジスト
として十分速やかに溶解する値を示す。しかし、さらに
xを0.8とすると溶解速度は3×10-5ミクロン/秒
にまで低下する。このため、xは0.75までが適当で
ある。
は、高分子化合物とアルキルスルホニウム塩等からなる
成分が充分に溶解し、かつその溶液がスピンコート法な
どの方法で均一な塗布膜が形成可能な有機溶媒であれば
いかなる溶媒でもよい。また、単独でも2種類以上を混
合して用いても良い。具体的には、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、ターシャル−ブチルアルコール、メチルセロソルブ
アセテート、エチルセロソルブアセテート、プロピレン
グリコールモノエチルエーテルアセテート、乳酸メチ
ル、乳酸エチル、酢酸2−メトキシブチル、酢酸2−エ
トキシエチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、
3−メトキシプロピオン酸メチル、3−メトキシプロピ
オン酸エチル、N−メチル−2−ピロリジノン、シクロ
ヘキサノン、シクロペンタノン、シクロヘキサノール、
メチルエチルケトン、1,4−ジオキサン、エチレング
リコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノ
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、エチレングリコールモノイソプロピルエ
ーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジ
エチレングリコールジメチルエーテル、などが挙げられ
るが、もちろんこれらだけに限定されるものではない。
な」構成成分は、上記のアルキルスルホニウム塩化合
物、高分子化合物、およびネガ型においては架橋性化合
物、溶媒、であるが、必要に応じて界面活性剤、色素、
安定剤、塗布性改良剤、染料などの他の成分を添加して
も構わない。
をおこなう場合の現像液としては、本発明で使用する高
分子化合物の溶解性に応じて適当な有機溶媒、またはそ
の混合溶媒、あるいは適度な濃度のアルカリ溶液、水溶
液またはその混合物を選択すれば良い。使用される有機
溶媒としては、例えば、アセトン、メチルエチルケト
ン、メチルイソブチルケトン、シクロペンタノン、シク
ロヘキサノンなどのケトン類、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、イソブチルアルコ
ール、ターシャル−ブチルアルコール、シクロペンタノ
ール、シクロヘキサノールなどのアルコール類、そのほ
か、テトラヒドロフラン、ジオキサン、酢酸エチル、酢
酸ブチル、酢酸イソアミル、ベンゼン、トルエン、キシ
レン、フェノールなどの有機溶剤が挙げられる。また、
使用されるアルカリ溶液としては、例えば、水酸化ナト
リウム、水酸化カリウム、ケイ酸ナトリウム、アンモニ
アなどの無機アルカリ類や、エチルアミン、プロピルア
ミン、ジエチルアミン、ジプロピルアミン、トリメチル
アミン、トリエチルアミン、などの有機アミン類、そし
てテトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチ
ルアンモニウムヒドロキシド、トリメチルヒドロキシメ
チルアンモニウムヒドロキシド、トリエチルヒドロキシ
メチルアンモニウムヒドロキシド、トリメチルヒドロキ
シエチルアンモニウムヒドロキシドなどの有機アンモニ
ウム塩などを含む水溶液、または有機溶剤、およびそれ
らの混合物が挙げられるが、これらだけに限定されるも
のではない。中でも特に現像液としては、半導体製造プ
ロセスにおいて現像液として広く一般的に用いられてい
る、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液を用
いると、本発明の感光性樹脂組成物を用いた本発明の微
細パターン形成方法を実施するには好適である。その場
合の水溶液濃度は5%以下であれば水による希釈により
適切な濃度を設定することが出来る。すなわち5%から
0.02%の範囲において本発明の感光性樹脂組成物が
本発明のパターン形成方法を実施するうえで速やかに溶
解する濃度を設定すればよい。中でも特に、濃度2.3
8%のものが生産工場での使用実績があり、2.38%
が好適な濃度であると思われるが、この濃度だけに限定
されるものではない。
詳細に説明するが、本発明はこれらの例によって何ら制
限されるものではない。
詳細に説明するが、本発明はこれらの例によって何ら制
限されるものではない。
シヘプタンモノメタクリレート]の合成
温度計付き500ml用4つ口フラスコに、ノルボルナ
ン−2,3−ジオール(文献(ハインス(K.Heyn
s)ら、ケミシェ・ベリヒテ、105巻、1019頁
(1972);ランバート(J.B.Lambert)
ら、ジャーナル・オブ・ジ・アメリカン・ケミカル・ソ
サイアテイ、100巻、2501頁)に従い合成し
た。)12.8g(100mmol)、乾燥トリエチル
アミン10.1g(100mmol)、乾燥テトラヒド
ロフラン200mlを仕込んだ。攪拌後均一溶液とした
後、氷水浴にて冷却した。この溶液をテフロンバーにて
激しく攪拌しながら、塩化メタクリロイル(東京化成
(株))10.4g(100mmol)を乾燥テトラヒ
ドロフラン50mlに溶解した溶液を滴下ロートからゆ
っくり滴下した。滴下終了後、攪拌しながら氷水浴中で
1時間、引き続き室温で10時間反応した。沈殿を濾別
後、濾液を集め減圧下で溶媒を留去した。残渣をクロロ
ホルム500mlに溶解後、この溶液を0.5N塩酸、
飽和食塩水、3%炭酸水素ナトリウム水、飽和食塩水の
順で処理した。クロロホルム層を硫酸マグネシウムで脱
水処理後、濾過。エバポレータを用い溶媒を除去して得
られた残渣を、シリカゲルカラムで分離精製し目的物
6.6g(収率25%)を得た。IRは島津製作所IR
−470型、 1H−NMRはブルカー社AMX−400
型の分析装置を用いて測定した。 収量3.5g(収率18%)。 元素分析値(重量%) C:68.30(68.38) H: 10.61(10.59) 但し、括弧内の数値はC13H24O3 (MW228.33
08)の計算値を表す。 IR(cm-1): 3350(νOH)、1725(ν
C=O )、1630(νC=C)1 H−NMR(CDCl3 、内部標準物質:テトラメチ
ルシラン)ppm:1.0〜2.3(m、11H)、
3.8(m、1H)、4.8(m、1H)、5.6
(m、1H)、6.1(m、1H) (実施例2) トリシクロデカンジメタノールモノメタクリレートの合
成
温度計付き500ml用4つ口フラスコに、トリシクロ
デカン−4,8−ジメタノール(Aldrich Ch
emical Company, Inc.(U.S.
A.)、 製品番号 B4,590−9)19.6g
(100mmol)、乾燥トリエチルアミン10.1g
(100mmol)、乾燥テトラヒドロフラン200m
lを仕込んだ。攪拌後均一溶液とした後、氷水浴にて冷
却した。この溶液をテフロンバーにて激しく攪拌しなが
ら、塩化メタクリロイル(東京化成(株))10.4g
(100mmol)を乾燥テトラヒドロフラン50ml
に溶解した溶液を滴下ロートからゆっくり滴下した。滴
下終了後、攪拌しながら氷水浴中で1時間、引き続き室
温で10時間反応した。沈殿を濾別後、濾液を集め減圧
下で溶媒を留去した。残渣をクロロホルム500mlに
溶解後、この溶液を0.5N塩酸、飽和食塩水、3%炭
酸水素ナトリウム水、飽和食塩水の順で処理した。クロ
ロホルム層を硫酸マグネシウムで脱水処理後、濾過。エ
バポレータを用い溶媒を除去して得られた残渣を、シリ
カゲルカラムで分離精製し目的物6.6g(収率25
%)を得た。 元素分析値(重量%) C:73.6(73.43) H:10.2(10.27) 但し、括弧内の数値はC18H30O3 (MW 294.4
332)の計算値を表す。 IR(cm-1): 3350(νOH)、1720(ν
C=O )、1640(νC=C) NMR(CDCl3 、内部標準物質:テトラメチルシラ
ン)ppm:0.9〜2.1(m、17H)、3.2
(s、2H)、3.9(s、2H)、4.3〜4.5
(s、1H)、5.6(m、1H)、6.1(m、1
H) (実施例3) トリシクロデカンジメタノールモノアクリレートの合成
イル10.4g(100mmol)に代えて塩化アクリ
ロイル9.1g(100mmol)を用いて合成を行っ
た。収量5.0g(収率20%)。
トラメチルシラン):0.8〜2.45(m:14
H)、3.2〜3.35(w、2H)、3.6〜3.8
5(w、2H)、5.45〜5.55(w、1H)、6
〜6.05(w、1H)。 元素分析値(重量%) C:72.8(72.82) H:10.1(10.06) 但し、括弧内の数値はC17H28O3 (MW 280.4
064)の計算値を表す。 IR(cm-1): 3350(νOH)、1725(ν
C=O )、1630(νC=C)1 H−NMR(CDCl3 、内部標準物質:テトラメチ
ルシラン)ppm:0.9〜2.1(m、14H)、
3.2(s、2H)、3.8(s、2H)、5.6〜
6.4(m、3H) (実施例4) トリシクロデカンジオールモノメタクリレートの合成
トリシクロデセン50gを塩化メチレン200mlに溶
解した。ここへ2,3H−ジヒドロピラン42gおよび
トルエンスルホン酸ピリジン塩1.6gを加え5時間放
置した。これをジエチルエーテル300mlに溶解し
2.5wt%水酸化ナトリウム水溶液にて3回、水で3
回洗浄した。硫酸マグネシウム上で一晩乾燥後、。エバ
ポレーターにて溶媒を留去し、テトラヒドロピラニルオ
キシトリシクロデセン76.36gを得た。
にヒドロキシトリシクロデセン70g(0.3mol)
を乾燥THF溶液100mlに溶解し氷冷した。ここ
へ、アルゴン雰囲気下でボランテトラヒドロフラン錯体
の1Mヘキサン溶液150mlを滴下した。滴下後、氷
冷にて30分その後室温にて3時間撹拌し反応をおこな
った。再び氷冷し、水24ml、3M水酸化ナトリウム
水溶液54ml、30%H2O2水溶液を36mlを順
次滴下した。室温にて2時間撹拌後、ジエチルエーテル
300mlを加え、飽和食塩水で5回洗浄した。エーテル
層を分離し硫酸マグネシウム上で一晩乾燥した後、溶媒
を留去することによりテトラヒドロピラニルオキシテト
ラシクロデカノール71gを得た。
4つ口フラスコ中でテトラヒドロピラニルオキシテトラ
シクロデカノール50g(0.198mol)および乾
燥ピリジン20gを乾燥テトラヒドロフラン200ml
に溶解し氷冷した。ここへアルゴン雰囲気下で塩化メタ
クリロイル21mlを滴下し、氷温で1時間、室温で3
時間撹拌した。ジエチルエーテル300mlを加え、
2.5%水酸化ナトリウム水溶液で3回、2%塩酸化水
溶液で2回洗浄、水で3回洗浄した後、エーテル層を硫
酸マグネシウムで一晩乾燥した。溶媒を減圧留去後、シ
リカゲルカラムにてカラム精製(流出溶媒 ヘキサン:
酢酸エチル=2:1)を行うことにとりテトラヒドロピ
ラニルオキシトリシクロデシルメタクリレートを52g
を得た。
ラスコ中にテトラヒドロピラニルオキシトリシクロデシ
ルメタクリレート50g(0.155mol)をエタノ
ール150mlに溶解しトルエンスルホン酸0.5gを
加え40に3時間加熱した。これをジエチルエーテル3
00mlに溶解し、2.5%水酸化ナトリウム水溶液で
3回、水で3回洗浄浄した。硫酸マグネシウム上で一晩
乾燥後、溶媒を留去することによりヒドロキシトリシク
ロデカニルメタクリレート29gを(収率80%)得
た。 元素分析値(重量%) C:71.2(71.39) H: 9.7(9.59) 但し、括弧内の数値はC15H24O3 (MW 252.3
528)の計算値を表す。
トラメチルシラン):0.95〜2.5(m:12
H)、3.2〜3.35(s、1H)、3.6〜3.8
5(m、1H)、4.5〜4.8(m、1H)、5.4
8〜5.55(w、1H)、6〜6.05(w、1
H)。
イル10.4g(100mmol)に代えて塩化アクリ
ロイル9.1g(100mmol)を用いて合成を行っ
た。 収量5.2g(収率21%)。
トラメチルシラン):0.95〜2.5(m、13
H)、3.0〜3.2(s、1H)、4.0〜4.05
(m、1H)、4.6〜4.8(m、0.7H)、5.
2〜5.3(m、0.3H)、5.75〜5.8(m、
1H)、6.0〜6.1(m、1H)、6.3〜6.4
5(m、1H)。 元素分析値(重量%) C:71.0(70.6) H:9.10.1(9.3) 但し、括弧内の数値はC14H22O3 (MW 238.1
6)の計算値を表す。
5(νC=O )、1630(νC=C ) (実施例6)テトラシクロドデカンジオールモノメタク
リレートの合成
(アルドリッチ社製、商品番号10774−3)50g
とジシクロペンタジエン87g、メチルヒドロキノン
0.137gを170〜180℃で15時間反応させ
る。その後減圧蒸留することで3−テトラシクロ[4.
4.0.12,5 .17,10]ドデセン−8−イルアセテー
トを17.5g得た(沸点120−121℃/2mmH
g)。次に3−テトラシクロ[4.4.0.12,5 .1
7,10]ドデセン−8−イルアセテート35gを乾燥TH
F70mlに溶解し0℃に冷却する。反応系をアルゴン
雰囲気下にし、そこにボランTHF錯体の1MTHF溶
液96mlを滴下する。0℃で1時間反応させた後、更
に室温で1時間反応させる。次に0℃に冷却し、水1
3.3ml、3mol/lのNaOH水溶液29.5m
l、30%H2O219.9mlを順次滴下する。その
後室温で1.5反応させた後、塩化ナトリウムを加え、
水層を塩化ナトリウムで飽和させる。水層を分離した
後、有機層を硫酸マグネシウムで乾燥し、溶媒を減圧下
留去することでヒドロキシ−テトラシクロ[4.4.
0.12,5 .17,10]ドデセン−8−イルアセテートを
36.8g得た。次にヒドロキシ−テトラシクロ[4.
4.0.12,5 .17,10]ドデセン−8−イルアセテー
ト36.8gを95%エタノール110mlに溶解し、
そこに水酸化カリウム15.4g加え、加熱還流させ
る。放冷後、溶媒を減圧下留去し、そこに水200m
l、エーテル200mlを加える。水層を分離し、有機
層を飽和食塩水、水の順に洗浄し、硫酸マグネシウムで
乾燥させる。溶媒を減圧下留去することで白色固体のテ
トラシクロ[4.4.0.12,5 .17,10]ドデカンジ
オールを12g得た。次にテトラシクロ[4.4.0.
12,5 .17,10]ドデカンジオール12g、ピリジン
4.89gとフェノチアジン20mgを乾燥THF70
mlに溶解し0℃に冷却する。そこに塩化メタクリロイ
ル6.46gを乾燥THF20mlに溶解したものを滴
下する。0℃で1時間反応後、室温で1晩反応させる。
析出したピリジン塩酸塩をろ別し、ろ液を減圧下留去す
る。そしてエーテル150mlで希釈し、0.5N塩
酸、飽和食塩水、3%炭酸ナトリウム酸水溶液、飽和食
塩水、水の順で洗浄する。有機層を硫酸マグネシウムで
乾燥後、エーテルを留去する。残さをシリカゲルカラム
(流出溶媒:ヘキサン/酢酸エチル=2/1)で分離精
製することで目的物を6g得た(粘性液体)。 元素分析値(重量%) C:73.1(73.43) H:10.4(10.27) 但し、括弧内の数値はC18H30O3 (MW 294.4
332)の計算値を表す。
1.83(7H、m)、1.91(3H、s)、1.9
5−2.6(7H、m)、4.04−4.24(1H、
m)、4.99(1H、br)、5.52(1H、
s)、6.05(1H、s);IR(cm-1)3420
(νOH)、2950、2890(νCH)、1714(ν
C=O )、1634(νC=C )、1165(νC-O ) (実施例7) テトラシクロドデカンジオールモノアクリレートの合成
イル10.4g(100mmol)に代えて塩化アクリ
ロイル9.1g(100mmol)を用いて合成を行っ
た。 収量5.0g(収率20%)。
トラメチルシラン):0.65〜2.6(m、14
H)、4.04〜4.24(m、1H)、4.99
(m、1H)、5.75〜5.8(m、1H)、6.0
〜6.1(m、1H)、6.3〜6.45(m、1
H)。 元素分析値(重量%) C:72.7(72.69) H: 8.89(9.15) 但し、括弧内の数値はC16H24O3 (MW 264.1
7)の計算値を表す。 IR(cm-1): 3420(νOH)、1715(ν
C=O )、1634(νC=C)、1165(νC-O ) (実施例8) ヘキサシクロヘプタデカンジオールモノメタクリレート
の合成
ルボニルテトラシクロ[4.4.0.12,5 .17,10]
−3−ドデセン65gとジシクロペンタジエン87g、
メチルヒドロキノン0.14gを加え170〜180℃
で17時間反応させる。放冷後、減圧蒸留により原料の
8−メトキシカルボニルテトラシクロ[4.4.0.1
2,5 .17,10]−3−ドデセンとジシクロペンタジエン
を除去する。残さに熱メタノールを加え不溶物を濾別
し、濾液を減圧下濃縮する。残さをメタノールから再結
することで白色結晶の12−メトキシカルボニルヘキサ
シクロ[6.6.1.13,6 .110,13 .02,7 .0
9,14]ヘプタデセンを10g得た。次に12−メトキシ
カルボニルヘキサシクロ[6.6.1.13,6 .1
10,13 .02,7 .09,14]ヘプタデセン3.6gを95
%エタノール30mlに溶解し、そこに水酸化カリウム
1.25gを加え加熱還流させる。2時間後放冷し、エ
バポレーターで溶液を1/3まで濃縮する。水50m
l、エーテル50mlを加え水層を分離する。水層を3
%HClで酸性にすると白色沈殿が生成する。それを濾
別し、中性になるまで水で洗浄することで12−カルボ
キシヘキサシクロ[6.6.1.13,6 .110,13 .0
2,7 .09,14]ヘプタデセン2.2gを得た。次にカル
ボキシヘキサシクロ[6.6.1.13,6 .110,13 .
02,7 .09,14]ヘプタデセン2.1gと3,4−ジヒ
ドロ−2H−ピラン1.71gをテトラヒドロフラン5
0mlに溶解し、そこにp−トルエンスルホン酸0.0
3g加え室温で2時間反応させる。そしてエーテル10
0mlで希釈し、3%Na2 CO3 、飽和食塩水、水の
順で洗浄し、有機層をMgSO4 で乾燥する。エーテル
と未反応の3,4−ジヒドロ−2H−ピランを減圧下エ
バポレーターで留去させることで12−テトラヒドロピ
ラニルオキシカルボニルヘキサシクロ[6.6.1.1
3,6.110,13 .02,7 .09,14]ヘプタデセンを2g
得た。次に12−テトラヒドロピラニルオキシカルボニ
ルヘキサシクロ[6.6.1.13,6 .110,13 .0
2,7 .09,14]ヘプタデセン2gを乾燥THF8mlを
加え0℃に冷却する。雰囲気をアルゴン置換した後、1
Mボラン−THF錯塩THF溶液6mlを滴下する。0
℃で1時間攪拌後、室温で更に1時間攪拌する。その後
0℃に冷却し、水0.5mlを滴下し、更に3MNaO
H水溶液1.1ml、30%H2O20.7mlを20
℃以下で滴下する。その後室温で1.5時間攪拌した
後、NaClで水層を飽和し、エーテル100mlで希
釈する。エーテル層を飽和食塩水、水で洗浄し、MgS
O4 で乾燥、エーテルを留去することでヒドロキシ−テ
トラヒドロピラニルオキシカルボニル−ヘキサシクロ
[6.6.1.13,6 .110,13.02,7 .09,14]ヘ
プタデカン1.8gを得た。次にヒドロキシ−テトラヒ
ドロピラニルオキシカルボニル−ヘキサシクロ[6.
6.1.13,6 .110,13 .02,7 .09,14]ヘプタデ
カン1.8gとピリジン0.48gを乾燥THF4ml
に溶解する。0℃に冷却後、メタクリルロイルクロリド
0.63gをTHF1mlに溶解したものを滴下する。
1時間攪拌後、更に室温で1晩反応させる。析出したピ
リジン塩酸塩を濾別し、濾液をエーテル20mlで希釈
し、0.5N塩酸、飽和食塩水、3%Na2 CO3 、飽
和食塩水の順で洗浄し、MgSO4 で乾燥する。エーテ
ルを減圧下留去する。次に残さを酢酸/テトラヒドロフ
ラン/水(4/2/1)混合溶媒10mlに溶解し、4
0〜45℃で1時間反応させる。溶液を氷水50mlに
注ぎ、析出した白色沈殿を濾別し水で洗浄後、乾燥する
ことで目的物を1g得た。 元素分析値(重量%) C:76.3(76.62) H:10.2(10.06) 但し、括弧内の数値はC23H36O3 (MW 360.5
356)の計算値を表す。
成
−2−イルアセテートに変えて実施例8で合成されたヘ
キサシクロヘプタデセニルアセテートを用いて合成し
た。元素分析値(重量%) C:78.5(78.83) H: 9.7(9.92) 但し、括弧内の数値はC28H42O3 (MW 426.6
38)の計算値を表す。
R2がノルボルナンジイル基、R3が水素原子、Xが酸
素−炭素結合からなる連結基、Yが炭素−炭素結合から
なる連結基であるビニルモノマーの合成200ml3つ
口フラスコに、ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エ
ン−2−カルボン酸tert−ブチルエステル50gと
メタクリル酸133g、濃硫酸1.35g、水2gを加
え、60〜70℃で5時間反応させる。放冷後、未反応
のメタクリル酸を減圧下留去し、更に残渣をシリカゲル
カラムで分離精製することにより粘性液体の目的物を2
g得た。 元素分析値(重量%) C:65.7(65.60) H: 9.7(9.44) 但し、括弧内の数値はC14H24O4 (MW 256.3
412)の計算値を表す。 IR(cm-1): 2400〜3600(νOH)、29
60、2880(νCH)、1704(νC=O )、162
8(νC=C )、1168(νC-O )1 H−NMR(CDCl3 、内部標準物質:テトラメチ
ルシラン)ppm:1.25〜2.05(6H)、1.
92(3H)、2.3〜2.85(3H) 4.69〜4.74(1H)、5.53(1H)、6.
06(1H) (実施例11) カルボキシトリシクロデカニルメチルメタクリレートの
合成
R2がトリシクロ[5.2.1.02,6 ]デカン−4,
8−ジイル基、R3が水素原子、Xが−CH2- 、Yが
炭素−炭素結合からなる連結基であるビニルモノマーの
合成 塩化カルシウム乾燥管、等圧滴下ロート、温度計付き5
00ml用4つ口フラスコに、トリシクロ[5.2.
1.02,6 ]デカン−4,8−ジメタノール(Aldr
ich Chemical Company,Inc.
(U.S.A.)、製品番号 B4,590−9)50
g(0.25mol)、乾燥ピリジン25.76g
(0.25mol)、乾燥テトラヒドロフラン300m
lを仕込んだ。攪拌後均一溶液とした後、氷水浴にて冷
却した。この溶液をテフロンバーにて激しく攪拌しなが
ら、塩化メタクリロイル(東京化成(株))26.53
g(0.25mol)を乾燥テトラヒドロフラン100
mlに溶解した溶液を滴下ロートからゆっくり滴下し
た。滴下終了後、攪拌しながら氷水浴中で1時間、引き
続き室温で10時間反応させた。沈殿を濾別後、濾液を
集め減圧下で溶媒を留去した。残渣を塩化メチレン50
0mlに溶解後、この溶液を0.5N塩酸、飽和食塩
水、3%炭酸水素ナトリウム水、飽和食塩水の順で処理
した。塩化メチレン層を硫酸マグネシウムで脱水処理
後、濾過。エバポレータを用い溶媒を除去して得られた
残渣を、シリカゲルカラムで分離精製することにより粘
性液体のトリシクロ[5.2.1.02,6 ]デカン−
4,8−ジメタノールモノメタクリレートを29.6g
得た(収率44%)。次に、塩化カルシウム乾燥管、等
圧滴下ロート、温度計付き100ml用4つ口フラスコ
に、ジクロム酸ピリジニウム24.9g(66.2mm
ol)、N,N−ジメチルホルムアミド40mlを仕込
んだ。攪拌後均一溶液とした後、トリシクロ[5.2.
1.02,6 ]デカン−4,8−ジメタノールモノメタク
リレート5g(18.9mmol)をN,N−ジメチル
ホルムアミド10mlに溶解した溶液を滴下した。滴下
終了後、室温で10時間反応させた。反応溶液を水50
0mlで希釈し、有機層をジエチルエーテルで抽出した
(150ml×3)。エーテル層を硫酸マグネシウムで
脱水処理後、濾過した。エバポレーターを用いて溶媒を
除去して得られた残渣を、シリカゲルカラムで分離精製
することにより目的物を2.12g得た(粘性液体、収
率40%)。 元素分析値(重量%) C:70.0(70.10) H: 9.05(9.15) 但し、括弧内の数値はC18H28O4 (MW=308.4
168)の計算値を表す。 IR(cm-1): 2400〜3350(νOH)、29
50(νCH)、1696(νC=O )、1626(ν
C=C )、1166(νC-O )1 H−NMR(CDCl3 、内部標準物質:テトラメチ
ルシラン)ppm:0.95〜2.74(m、14
H)、1.95(s、3H)、3.88〜4.17
(m、2H)、5.55(d、J=1.5Hz、1
H)、6.1(s、1H)、9.58〜10.8(br
s、1H) (実施例12) カルボキシトリシクロデカニルメチルアクリレートの合
成
ロイル10.4g(100mmol)に代えて塩化アク
リロイル9.1g(100mmol)を用いて合成を行
った。 収量5.0g(収率20%)。
トラメチルシラン):0.8〜2.7(m、14H)、
3.88〜4.17(m、2H)、5.75〜5.8
(m、1H)、6.0〜6.1(m、1H)、6.3〜
6.45(m、1H)。 元素分析値(重量%) C:70.33(68.55) H: 8.52(8.63) 但し、括弧内の数値はC16H24O4 (MW 280.1
67)の計算値を表す。 IR(cm-1): 3355(νOH)、1725(ν
C=O )、1635(νC=C)。
リー−ブチトキシカルボニルテトラシクロ[4.4.
0.12,5 .17,10]−3−ドデセン10gと乾燥TH
F25mlを加え0℃に冷却する。雰囲気をアルゴン置
換した後、1Mボラン−THF錯塩THF溶液20ml
を滴下する。0℃で1時間攪拌後、室温で更に1時間攪
拌する。その後0℃に冷却し、水3mlを滴下し、更に
3MNaOH水溶液6.6ml、30%H2 O2 4.3
mlを20℃以下で滴下する。その後室温で1.5時間
攪拌した後、NaClで水層を飽和し、エーテル100
mlで希釈する。エーテル層を飽和食塩水、水で洗浄
し、MgSO4で乾燥、エーテルを留去することでヒド
ロキシ−8−t−ブチトキシカルボニルテトラシクロ
[4.4.0.12,5 .17,10]ドデカン10gを得た
(収率94%)。次にヒドロキシ−8−t−ブチトキシ
カルボニルテトラシクロ[4.4.0.12,5 .
17,10]ドデカン7.7g(0.0276mol)とピ
リジン2.19g(0.0276mol)を乾燥THF
40mlに溶解する。0℃に冷却後、メタクリル酸クロ
リド289g(0.0276mol)をTHF10ml
に溶解したものを滴下する。1時間攪拌後、更に室温で
1晩反応させる。析出したピリジン塩酸塩を濾別し、濾
液を濃縮後塩化メチレン100mlで希釈し、5%塩
酸、3%Na2CO3、飽和食塩水の順で洗浄し、Mg
SO4 で乾燥する。塩化メチレンを留去し、カラム分離
(ヘキサン/酢エチ=10/1)することでt−ブトキ
シカルボニルテトラシクロ[4.4.0.12,5 .1
7,10]ドデカニルメタクリレートを4.5g得た(収率
47%)。次に上記方法で得たメタクリレート3gをト
ルエン20mlに溶解する。そこにトリフルオロメタン
スルホン酸10滴加え、室温で5時間攪拌する。トルエ
ン層を飽和食塩水で洗浄し、3%NaCO3 で抽出す
る。水層を5%塩酸で酸性にし、有機層をエーテルで抽
出する。飽和食塩水、水で洗浄し、MgSO4で乾燥。
カラム精製(ヘキサン/酢酸エチル=1/1)すること
で目的物を1.68g得た(粘性液体、収率67%)。 元素分析値(重量%) C:70.56(70.77) H: 9.22(9.387) 但し、括弧内の数値はC19H30O4 (MW 322.4
436)の計算値を表す。
質:テトラメチルシラン)ppm:1.1−1.9(9
H、m)、2.1−2.7(6H、m)、4.98(1
H、s)、5.52(1H、s)、6.05(1H、
s)、10.5−12.4(1H、br s) IR(cm-1)2800−3400(νOH)、304
8、2960(νCH)、1710、1700(ν
C=O )、1632(νC=C )、1170(νC-O ) (実施例14) カルボキシテトラシクロドデセンアクリレートの合成
ロイル10.4g(100mmol)に代えて塩化アク
リロイル9.1g(100mmol)を用いて合成を行
った。 収量5.0g(収率20%)。
トラメチルシラン):TM1.1−1.95(10H、
m)、2.1−2.85(5H、m)、5.0(1H、
s)、5.79(1H、d)、6.07(1H、d
d)、6.36(1H、d)、10.5−12(1H、
br)。 元素分析値(重量%) C:70.81(69.84) H:7.92(8.27) 但し、括弧内の数値はC17H24O4 (MW 292.1
67)の計算値を表す。 IR(cm-1): 2800−3450(νOH)、29
50(νCH)、1700、1714(νC=O )、161
8、1632(νC=C )、1200(νO-O )。
合成
ルボニルテトラシクロ[4.4.0.12,5 .17,10]
−3−ドデセン65gとジシクロペンタジエン87g、
メチルヒドロキノン0.14gを加え170〜180℃
で17時間反応させる。放冷後、減圧蒸留により原料の
8−メトキシカルボニルテトラシクロ[4.4.0.1
2,5 .17,10]−3−ドデセンとジシクロペンタジエン
を除去する。残さに熱メタノールを加え不溶物を濾別
し、濾液を減圧下濃縮する。残さをメタノールから再結
することで白色結晶の12−メトキシカルボニルヘキサ
シクロ[6.6.1.13,6 .110,13 .02,7 .0
9,14]ヘプタデセンを10g得た。次に12−メトキシ
カルボニルヘキサシクロ[6.6.1.13,6 .1
10,13 .02,7 .09,14]ヘプタデセン3.6gを95
%エタノール30mlに溶解し、そこに水酸化カリウム
1.25gを加え加熱還流させる。2時間後放冷し、エ
バポレーターで溶液を1/3まで濃縮する。水50m
l、エーテル50mlを加え水層を分離する。水層を3
%HClで酸性にすると白色沈殿が生成する。それを濾
別し、中性になるまで水で洗浄することで12−カルボ
キシヘキサシクロ[6.6.1.13,6 .110,13 .0
2,7 .09,14]ヘプタデセン2.2gを得た。次にカル
ボキシヘキサシクロ[6.6.1.13,6 .110,13 .
02,7 .09,14]ヘプタデセン2.1gと3,4−ジヒ
ドロ−2H−ピラン1.71gをテトラヒドロフラン5
0mlに溶解し、そこにp−トルエンスルホン酸0.0
3g加え室温で2時間反応させる。そしてエーテル10
0mlで希釈し、3%Na2 CO3 、飽和食塩水、水の
順で洗浄し、有機層をMgSO4 で乾燥する。エーテル
と未反応の3,4−ジヒドロ−2H−ピランを減圧下エ
バポレーターで留去させることで粘性液体の12−テト
ラヒドロピラニルオキシカルボニルヘキサシクロ[6.
6.1.13,6 .110,13 .02,7 .09,14]ヘプタデ
センを2g得た。次に12−テトラヒドロピラニルオキ
シカルボニルヘキサシクロ[6.6.1.13,6 .1
10,13 .02,7 .09,14]ヘプタデセン2gを乾燥TH
F8mlに溶解し0℃に冷却する。雰囲気をアルゴン置
換した後、1Mボラン−THF錯塩THF溶液6mlを
滴下する。0℃で1時間攪拌後、室温で更に1時間攪拌
する。その後0℃に冷却し、水0.5mlを滴下し、更
に3MNaOH水溶液1.1ml、30%H2 O2 0.
7mlを20℃以下で滴下する。その後室温で1.5時
間攪拌した後、NaClで水層を飽和し、エーテル10
0mlで希釈する。エーテル層を飽和食塩水、水で洗浄
し、MgSO4 で乾燥、エーテルを留去することでヒド
ロキシ−テトラヒドロピラニルオキシカルボニル−ヘキ
サシクロ[6.6.1.13,6 .110,13 .02,7 .0
9,14]ヘプタデカン2gを得た。次にヒドロキシ−テト
ラヒドロピラニルオキシカルボニル−ヘキサシクロ
[6.6.1.13,6 .110,13 .02,7 .09,14]ヘ
プタデカン2gとピリジン0.53gを乾燥THF8m
lに溶解する。0℃に冷却後、メタクリロイルクロリド
0.7gをTHF1mlに溶解したものを滴下する。1
時間攪拌後、更に室温で1晩反応させる。析出したピリ
ジン塩酸塩を濾別し、濾液をエーテル20mlで希釈
し、0.5N塩酸、飽和食塩水、3%Na2 CO3 、飽
和食塩水の順で洗浄し、MgSO4 で乾燥する。エーテ
ルを減圧下留去し、カラム分離(ヘキサン/酢エチ=5
/1)することでカルボキシヘキサシクロ[6.6.
1.13,6 .110,13 .02,7 .09,14]ヘプタデカン
メタクリレートを2g得た(粘性液体)。このメタクリ
レート2gを酢酸/テトラヒドロフラン/水(4/2/
1)混合溶媒14mlに溶解し、40〜45℃で45分
間反応させる。溶液を氷水250mlに注ぎ、析出した
結晶を濾別し、水で数回洗浄し、更にヘキサンで洗浄す
ることで目的物を0.79g得た。
質:テトラメチルシラン)ppm:1.0−1.88
(m、1H)、1.93−2.75(m、1H)、1.
91(3H、s)4.99(1H、s)、5.51(1
H、s)、6.04(1H、s)、9.5−11.3
(1H、br)IR(cm-1)2800−3600(ν
OH)、2950、3048(νCH)、1712(ν
C=O )、1634(νC=C )、1172(νC-O ) 元素分析値(重量%) C:73.98(74.19) H: 9.11(9.34) 但し、括弧内の数値はC24H36O4 (MW 388.5
460)の計算値を表す。
ルボニルテトラシクロ[4.4.0.12,5 .17,10]
−3−ドデセンに代えて実施例11の合成中間体である
12−メトキシカルボニルヘキサシクロ[6.6.1.
13,6 .110,13 .02,7 .09,14]ヘプタデセンを用
いて合成した。IR(cm-1)3050、2940(ν
CH)、1740、1715(νC=O )、1636(ν
C=C )、1170(νC-O ) 元素分析値(重量%) C:76.3(76.61) H: 9.10(9.31) 但し、括弧内の数値はC29H42O4 (MW 454.6
484)の計算値を表す。
[5.2.1.02,6 ]カン−4,8−ジイル基、R8
がtert−ブチル基、kが1であるビニルモノマーの
合成
フラスコに実施例11で得たビニルモノマー5g(0.
018mol)と塩化メチレン30ml、t−ブチルア
ルコール3.99g(0.054mol)、4−ジメチ
ルアミノピリジン1.76g(0.014mol)を入
れ、0℃に冷却する。そこにジシクロヘキシルカルボジ
イミド4.08g(0.020mol)を徐々に加え
る。0℃で5分間攪拌した後、室温で4時間攪拌する。
析出したシクロヘキシル尿素を濾別し、濾液を0.5M
塩酸(2×10ml)、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液
(2×10ml)の順で洗浄する。有機層を硫酸マグネ
シウムで脱水処理後、濾過した。エバポレーターを用い
て溶媒を除去しシリカゲルカラムで精製することにより
目的物を5.67g得た(粘性液体、収率90%)。 元素分析値(重量%) C:71.4(71.96) H: 9.4(9.78) 但し、括弧内の数値はC21H34O4 (MW=350.4
972)の計算値を表す。 IR(cm-1):2950、2874(νCH)、171
6(νC=O )、1626(νC=C )、1166(ν
C-O ) (実施例18) 下記式において、R6 がメチル基、R7 がトリシクロ
[5.2.1.02,6 ]デカン−4,8−ジイル基、R
8 がテトラヒドロフラン−2−イル基、kが1であるビ
ニルモノマーの合成
コールの代わりに2,3−ジヒドロフランを用いて合成
した(粘性液体、収率62%)。 元素分析値(重量%) C:68.9(69.20) H: 8.3(8.85) 但し、括弧内の数値はC21H32O5 (MW=364.4
808)の計算値を表す。 IR(cm-1):2950、2874(νCH)、171
8(νC=O )、1630(νC=C )、1166(ν
C-O-C )1 H−NMR(CDCl3 、内部標準物質:テトラメチ
ルシラン)ppm:1.1〜2.8(m、18H)、
3.5〜3.8(m、2H)、3.8〜4.1(m、2
H)、5.6〜6.5(m、4H)、 (実施例19) 下記式において、R6 が水素、R7 がトリシクロ[5.
2.1.02,6 ]デカン−4,8−ジイル基、R8 がテ
トラヒドロピラン−2−イル基、kが1であるビニルモ
ノマーの合成
ml用3つ口フラスコに、実施例12で得られたビニル
モノマー(上記式において、R6 が水素、R7 がトリシ
クロ[5.2.1.02,6 ]デカン−4,8−ジイル
基、R8が水素、kが1)6g(0.022mol)、
3,4−ジヒドロ−2H−ピラン4.54g(0.05
4mol)と塩化メチレン80mlを加え氷冷する。そ
こにp−トルエンスルホン酸・一水和物20mgを加
え、30分間攪拌する。反応終了後、ジエチルエーテル
120mlで希釈し、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液8
0ml、飽和食塩水80ml、水150mlの順で洗浄
する。有機層を硫酸マグネシウムで脱水処理後、濾過し
た。エバポレーターを用いて溶媒と未反応の3,4−ジ
ヒドロ−2H−ピランを除去することにより目的物を
6.59g得た(粘性液体、収率84%)。 元素分析値(重量%) C:69.5(69.2) H: 8.64(8.85) 但し、括弧内の数値はC21H32O5 (MW=364.2
3)の計算値を表す。 IR(cm-1):2950、2870(νCH)、171
6(νC=O )、1632(νC=C )、1166(ν
C-O )1 H−NMR(CDCl3 、内部標準物質:テトラメチ
ルシラン)ppm:1.2〜2.7(m、20H)、
3.47〜3.57(m、1H)、3.63〜3.73
(m、1H)、3.8〜4.1(m、2H)、5.79
(m、1H)、5.9〜6.0(s、1H)、6.05
(m、1H)、6.36(m、1H)、 (実施例20) 下記式において、R6 が水素、R7 がトリシクロ[5.
2.1.02,6 ]デカン−4,8−ジイル基、R8 が1
−エトキシエチル基、kが1であるビニルモノマーの合
成
ml用3つ口フラスコに、実施例12で得られたビニル
モノマー(上記式において、R6 が水素、R7 がトリシ
クロ[5.2.1.02,6 ]デカン−4,8−ジイル
基、R8 が水素、kが1)6g(0.022mol)、
ビニルエチルエーテル1.30g(0.022mol)
と塩化メチレン60mlを加え氷冷する。そこにp−ト
ルエンスルホン酸・一水和物15mgを加え、1時間攪
拌する。反応終了後、ジエチルエーテル120mlで希
釈し、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液80ml、飽和食
塩水80ml、水150mlの順で洗浄する。有機層を
硫酸マグネシウムで脱水処理後、濾過した。エバポレー
ターを用いて溶媒を除去することにより目的物を5.6
7g得た(粘性液体、収率90%)。 元素分析値(重量%) C:69.9(68.15) H: 9.02(9.15) 但し、括弧内の数値はC20H32O5 (MW=352.2
25)の計算値を表す。 IR(cm-1):2950、2872(νCH)、172
0(νC=O )、1630(νC=C )、1166(ν
C-O )1 H−NMR(CDCl3 、内部標準物質:テトラメチ
ルシラン)ppm:1.0〜2.7(m、14H)、
1.45(d、3H)、1.95(s、3H)、3.7
5(q、2H)、3.8〜4.1(m、2H)、5.7
5(m、1H)、5.9(s、1H)、6.05(m、
1H)、6.36(m、1H)。
[5.2.1.02,6 ]デカン−4,8−ジイル基、R
8 が1−ブトキシエチル基、kが1であるビニルモノマ
ーの合成
ーテルに代えてブチルビニルエーテルを用いて合成した
(粘性液体、収率70%)。 元素分析値(重量%) C:68.05(67.29) H: 9.12(9.33) 但し、括弧内の数値はC23H38O6 (MW=410.5
496)の計算値を表す。
[4.4.0.12,5 .17,10]ドデカンジイル基、R
8 がtert−ブチル基、kが0であるビニルモノマー
の合成
フラスコに実施例14で得たビニルモノマー5g(0.
018mol)と塩化メチレン30ml、t−ブチルア
ルコール3.99g(0.054mol)、4−ジメチ
ルアミノピリジン1.76g(0.014mol)を入
れ、0℃に冷却する。そこにジシクロヘキシルカルボジ
イミド4.08g(0.020mol)を徐々に加え
る。0℃で5分間攪拌した後、室温で4時間攪拌する。
析出したシクロヘキシル尿素を濾別し、濾液を0.5M
塩酸(2×10ml)、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液
(2×10ml)の順で洗浄する。有機層を硫酸マグネ
シウムで脱水処理後、濾過した。エバポレーターを用い
て溶媒を除去しシリカゲルカラムで精製することにより
目的物を5.67g得た(粘性液体、収率90%)。 元素分析値(重量%) C:72.6(72.38) H: 9.03(9.15) 但し、括弧内の数値はC21H32O4 (MW=348.2
3)の計算値を表す。 IR(cm-1):3460(νOH)、2950
(νCH)、1720(νC=O )、1634(νC=C )、
1166(νC-O ) (実施例23) 下記式において、R6 が水素、R7 がテトラシクロ
[4.4.0.12,5 .17,10]ドデカンジイル基、R
8 がテトラヒドロフラン−2−イル基、kが0であるビ
ニルモノマーの合成
ールに代わり2,3−ジヒドロフランを用いて合成した
(粘性液体、収率62%)。 元素分析値(重量%) C:69.98(69.59) H: 8.28(8.34) 但し、括弧内の数値はC21H30O5 (MW=362.2
09)の計算値を表す。 IR(cm-1):2950、2874(νCH)、171
8(νC=O )、1630(νC=C )、1166(ν
C-O-C )1 H−NMR(CDCl3 、内部標準物質:テトラメチ
ルシラン)ppm:1.1〜2.8(m、21H)、
3.5〜3.8(m、1H)、3.8〜4.1(m、2
H)、5.7(m、1H)、5.95(s、1H)、
6.05(m、1H)、6.36(m、1H)。
[6.6.1.13,6.110,13 .02,7 .09,14]ヘ
プタデカンジイル基、R8 がテトラヒドロピラン−2−
イル基、kが0であるビニルモノマーの合成
ml用3つ口フラスコに、実施例15で得られたビニル
モノマー(上記式において、R6 がメチル基、R7 がヘ
キサシクロ[6.6.1.13,6 .110,13 .02,7 .
09,14]ヘプタデカンジイル基、R8 が水素、kが0)
6g(0.022mol)、3,4−ジヒドロ−2H−
ピラン4.54g(0.054mol)と塩化メチレン
80mlを加え氷冷する。そこにp−トルエンスルホン
酸・一水和物20mgを加え、30分間攪拌する。反応
終了後、ジエチルエーテル120mlで希釈し、飽和炭
酸水素ナトリウム水溶液80ml、飽和食塩水80m
l、水150mlの順で洗浄する。有機層を硫酸マグネ
シウムで脱水処理後、濾過した。エバポレーターを用い
て溶媒と未反応の3,4−ジヒドロ−2H−ピランを除
去することにより目的物を6.59g得た(粘性液体、
収率84%)。 元素分析値(重量%) C:74.33(73.65) H: 8.98(8.83) 但し、括弧内の数値はC28H40O5 (MW=456.6
210)の計算値を表す。 IR(cm-1):2950、2870(νCH)、171
6(νC=O )、1632(νC=C )、1166(ν
C-O )1 H−NMR(CDCl3 、内部標準物質:テトラメチ
ルシラン)ppm:1.2〜2.7(m、20H)、
1.95(s、3H)、3.47〜3.57(m、1
H)、3.63〜3.73(m、1H)、3.8〜4.
1(m、2H)、5.55(s、1H)、5.94
(s、1H)、6.1(s、1H)。
[6.6.1.13.6.110,13 .02,7 .09,14]ヘ
プタデカンジイル基、R8 が1−エトキシエチル基、k
が0であるビニルモノマーの合成
ml用3つ口フラスコに、実施例15で得られたビニル
モノマー(上記式において、R6 がメチル基、R7 がヘ
キサシクロ[6.6.1.13,6 .110,13 .02,7 .
09,14]ヘプタデカンジイル基、R8 が水素、kが0)
6g(0.022mol)、ビニルエチルエーテル1.
30g(0.022mol)と塩化メチレン60mlを
加え氷冷する。そこにp−トルエンスルホン酸・一水和
物15mgを加え、1時間攪拌する。反応終了後、ジエ
チルエーテル120mlで希釈し、飽和炭酸水素ナトリ
ウム水溶液80ml、飽和食塩水80ml、水150m
lの順で洗浄する。有機層を硫酸マグネシウムで脱水処
理後、濾過した。エバポレーターを用いて溶媒を除去す
ることにより目的物を5.67g得た(粘性液体、収率
90%)。 元素分析値(重量%) C:71.22(72.94) H: 8.9(9.07) 但し、括弧内の数値はC27H40O5 (MW=444.6
100)の計算値を表す。 IR(cm-1):2950、2872(νCH)、172
0(νC=O )、1630(νC=C )、1166(ν
C-O )1 H−NMR(CDCl3 、内部標準物質:テトラメチ
ルシラン)ppm:1.0〜2.7(m、14H)、
1.2(t、3H)、1.45(d、3H)、1.95
(s、3H)、3.75(q、2H)、3.8〜4.1
(m、2H)、5.55(s、1H)、5.9(q、1
H)、6.1(s、1H) (実施例26) 下記式において、R6 がメチル基、R7 がオクタシクロ
[8.8.12,9 .14,7 .111,18 .113,16 .0.
02,8 .012,17 ]ドコサンジイル基、R8 が1−ブト
キシエチル基、kが0であるビニルモノマーの合成
ニルモノマーに変えて実施例16のビニルモノマー(上
記式において、R6 がメチル基、R7 がオクタシクロ
[8.8.12,9 .14,7 .111,18 .113,16 .0.
02,8 .012,17 ]ドコサンジイル基、R8 が水素、k
が0)を、ビニルエチルエーテルに代えてブチルビニル
エーテルを用いて合成した(粘性液体、収率70%)。 元素分析値(重量%) C:73.98(75.80) H: 9.21(9.35) 但し、括弧内の数値はC34H50O5 (MW=538.7
660)の計算値を表す。
あるビニルモノマーの合成
モノメタクリレート5.9gをピリジン6mlに溶解
し、0℃に冷却する。そして無水酢酸3mlを加え、室
温で15時間反応させる。混合物を氷水100mlに注
ぎ、有機層をエーテル100mlで抽出し、0.5N塩
酸、飽和食塩水、3%炭酸水素ナトリウム水、飽和食塩
水の順で洗浄した。エーテル層をMgSO4 で乾燥、エ
ーテルを留去し、シリカゲルカラム(展開溶媒:ヘキサ
ン/酢酸エチル=2/1)で精製することで目的物を5
g得た(粘性液体)。 元素分析値(重量%) C:66.00(66.12) H: 8.53(8.72) 但し、括弧内の数値はC14H22O4 (MW=254.3
254)の計算値を表す。 IR(cm-1)2880、2950(νCH)、171
8、1738(νC=O )、1634(νC=C )、124
0、1164(νC-O ) (実施例28) 下記式において、R2 がトリシクロ[5.2.1.0
2,6 ]デカン−4,8−ジイル基、m、nが1であるビ
ニルモノマーの合成
1.02,6 ]デカン−4,8−ジメタノールモノメタク
リレート5.9gをピリジン6mlに溶解し、0℃に冷
却する。そして無水酢酸3mlを加え、室温で15時間
反応させる。混合物を氷水100mlに注ぎ、有機層を
エーテル100mlで抽出し、0.5N塩酸、飽和食塩
水、3%炭酸水素ナトリウム水、飽和食塩水の順で洗浄
した。エーテル層をMgSO4 で乾燥、エーテルを留去
し、シリカゲルカラム(展開溶媒:ヘキサン/酢酸エチ
ル=2/1)で精製することで目的物を5g得た(粘性
液体)。 元素分析値(重量%) C:69.89(70.77) H: 8.58(9.38) 但し、括弧内の数値はC19H30O4 (MW=322.4
436)の計算値を表す。 IR(cm-1)2880、2950(νCH)、171
8、1738(νC=O )、1634(νC=C )、124
0、1164(νC-O ) (実施例29) 下記式において、R2 がテトラシクロ[4.4.0.1
2,5 .17,10]ドデカンジイル基、m、nが0であるビ
ニルモノマーの合成
ジオールモノメタクリレート5.9gをピリジン6ml
に溶解し、0℃に冷却する。そして無水酢酸3mlを加
え、室温で15時間反応させる。混合物を氷水100m
lに注ぎ、有機層をエーテル100mlで抽出し、0.
5N塩酸、飽和食塩水、3%炭酸水素ナトリウム水、飽
和食塩水の順で洗浄した。エーテル層をMgSO4 で乾
燥、エーテルを留去し、シリカゲルカラム(展開溶媒:
ヘキサン/酢酸エチル=2/1)で精製することで目的
物を5g得た(粘性液体)。 元素分析値(重量%) C:70.65(71.39) H: 9.23(9.59) 但し、括弧内の数値はC20H32O4 (MW=336.4
704)の計算値を表す。 IR(cm-1)2880、2950(νCH)、171
8、1738(νC=O )、1634(νC=C )、124
0、1164(νC-O ) (実施例30) 下記式においてR2 がヘキサシクロヘプタデカン基、
m、nが0であるビニルモノマーの合成
カンジオールモノメタクリレート5.9gをピリジン6
mlに溶解し、0℃に冷却する。そして無水酢酸3ml
を加え、室温で15時間反応させる。混合物を氷水10
0mlに注ぎ、有機層をエーテル100mlで抽出し、
0.5N塩酸、飽和食塩水、3%炭酸水素ナトリウム
水、飽和食塩水の順で洗浄した。エーテル層をMgSO
4 で乾燥、エーテルを留去し、シリカゲルカラム(展開
溶媒:ヘキサン/酢酸エチル=2/1)で精製すること
で目的物を5g得た(粘性液体)。 元素分析値(重量%) C:73.21(74.58) H: 8.98(8.87) 但し、括弧内の数値はC24H34O4 (MW=386.5
302)の計算値を表す。 IR(cm-1)2880、2950(νCH)、171
8、1738(νC=O )、1634(νC=C )、124
0、1164(νC-O ) (実施例31) 下記式においてR2 がオクタシクロドコカン基)、m、
nが0であるビニルモノマーの合成
ジオールモノメタクリレート5.9gをピリジン6ml
に溶解し、0℃に冷却する。そして無水酢酸3mlを加
え、室温で15時間反応させる。混合物を氷水100m
lに注ぎ、有機層をエーテル100mlで抽出し、0.
5N塩酸、飽和食塩水、3%炭酸水素ナトリウム水、飽
和食塩水の順で洗浄した。エーテル層をMgSO4 で乾
燥、エーテルを留去し、シリカゲルカラム(展開溶媒:
ヘキサン/酢酸エチル=2/1)で精製することで目的
物を5g得た(粘性液体)。 元素分析値(重量%) C:75.21(76.95) H: 8.98(8.91) 但し、括弧内の数値はC29H40O4 (MW=452.6
326)の計算値を表す。 IR(cm-1)2880、2950(νCH)、171
8、1738(νC=O )、1634(νC=C )、124
0、1164(νC-O ) (実施例32) 実施例17、11および3で得られたビニルモノマーの
共重合体の合成 三方活栓、冷却管付き100ml用ナス型フラスコ中に
アルゴンガス雰囲気下で、乾燥テトラヒドロフラン50
ml中に実施例17、11、3で合成したモノマーをモ
ル比で0.4/0.4/0.2となるように溶解した。
更に開始剤であるアゾビスイソブチロニトリル0.16
4g(1.0mmol)を加え、アルゴンガス雰囲気
下、60℃で3時間加熱した。反応系を室温に冷却後、
反応溶液を0.5リットルのエーテル中に注加した。沈
殿を集め、テトラヒドロフラン/エーテル系で再沈精製
を更に1回繰り返した。析出した重合体の沈澱をろ集
し、2mmHg、40℃で24時間減圧乾燥をおこなう
ことにより、目的とするポリマーの白色粉末を3.5g
得た(収率70%)。ポリスチレン換算の重量平均分子
量は9000であった(分析装置:島津製作所LC−9
A/SPD−6A;分析カラム:昭和電工GPCKF−
80M、溶出溶媒:テトラヒドロフラン)。 IR(cm-1): 3350(νOH)、1720(ν
C=O )、νC=C 特性吸収帯 消失 (実施例33−40)実施例32と同様の方法にて共重
合体を合成した。以下の表にて、用いたモノマー、仕込
み比(モル基準)、共重合比(x/y/z)、重量平均
分子量(MW)を示す。
で得られたポリマーそれぞれ2gをジエチレングリコー
ルジメチルエーテル10gに溶解し、さらに孔径0.2
ミクロンのテフロンフィルターを用いてろ過し、3イン
チシリコン基板上にスピンコート塗布し、90℃、60
秒間ホットプレート上でベーキングをおこない、膜厚
0.7ミクロンの薄膜を形成した。得られた膜をそれぞ
れ日電アネルバ製DEM451リアクティブイオンエッ
チング(RIE)装置を用いて、CF4 ガスに対するエ
ッチング速度を測定した(エッチング条件:Power
=100W、圧力5Pa、ガス流量=30sccm)。
その結果を表に示す。なお比較例として、KrFエキシ
マレーザリソグラフィ用レジストのベース樹脂として多
用されている、ポリ(p−ビニルフェノール)および、
分子構造に有橋環式炭化水素基を含有しないポリマーで
あるポリメチルメタクリレートの塗布膜を用いたときの
結果も示す。本発明により得られたポリマーはポリ(メ
チルメタクリレート)よりも遅いエッチング速度を示し
た。さらにポリ(p−ビニルフェノール)と比較した場
合でも同等あるいはそれよりも遅いエッチング速度を示
した。すなわち、本発明により得られたポリマーは、レ
ジスト材料として十分なエッチング耐性があることが明
らかである。
ト材料を調製した。以下の実験はイエローランプ下にて
おこなった。 (a)ポリマー(実施例32) 0.950g (b)シクロヘキシルメチル(2−オキソシクロヘキシル)スルホニウム トリ フルオロメタンスルホナート(光酸発生剤:一般式(4)の化合物) 0. 050g (c)プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート (溶媒) 4 .000g 上記混合物を0.2μmのテフロンフィルターを用いて
ろ過し、レジストを調製した。3インチシリコン基板上
に上記レジスト材料をスピンコート塗布し、80℃、6
0秒間ホットプレート上でベーキングをおこない、膜厚
が0.7μmの薄膜を形成した。得られた膜の透過率の
波長依存性を紫外可視分光光度計を用いて測定した結
果、この薄膜の193.4nmにおける透過率は71%
であり、単層レジストとして充分な透明性を示すことを
確認した。
トを用い、ArF縮小露光機(NA=0.55、σ=
0.7)にて露光した。その後すぐさま90℃、60秒
間ホットプレート上でベークし、液温23℃のアルカリ
現像液(2.3重量部のテトラメチルアンモニウムヒド
ロオキサイドを含有する水溶液)で60秒間浸漬法によ
る現像をおこない、続けて60秒間純水でリンス処理を
それぞれおこなった。この結果、レジスト膜の露光部分
のみが現像液に溶解除去され、ポジ型のパターンが得ら
れた。この実験において露光エネルギーが約15mJ/
cm2 のとき0.20μmラインアンドスペースの解像
性が得られた。このとき走査電子顕微鏡(SEM、日立
製作所製、SE−4100)にて解像したパターンを観
察したが、現像残り、パターン剥がれなどの現象はみら
れなかった。
してレジスト溶液を調製し、実施例47と同様にして露
光実験をおこなった。この結果を表に示す。
ト材料を調製した。以下の実験はイエローランプ下にて
おこなった。 (a)ポリマー(実施例43) 0.87g (b)シクロヘキシルメチル(2−オキソシクロヘキシル)スルホニウム トリ フルオロメタンスルホナート(光酸発生剤:一般式(4)の化合物) 0. 03g (c)ヘキサメトキシメチロールメラミン 0.1g (d)シクロヘキサノン (溶媒) 5.67g 上記混合物を実施例58と同様の手法にてシリコン基板
上にスピンコート塗布し、120℃、60秒間ホットプ
レート上でベーキングをおこない、膜厚が0.5μmの
薄膜を形成した。さらに実施例59と同様に、ArF縮
小露光機(NA=0.55、σ=0.7)にて露光、現
像をおこなった。この結果、レジスト膜の露光部分が不
溶化し、未露光部分のみが現像液に溶解除去され、ネガ
型のパターンが得られた。この実験において露光エネル
ギーが約6mJ/cm2 のとき0.30μmラインアン
ドスペースの解像性が得られた。このとき走査電子顕微
鏡にて解像したパターンを観察したが、現像残り、パタ
ーン剥がれなどの現象はみられなかった。
し実施例44のポリマーを用いて、実施例58と同様の
手法にてシリコン基板上にスピンコート塗布し、115
℃、60秒間ホットプレート上でベーキングをおこな
い、膜厚が0.5μmの薄膜を形成した。さらに実施例
59と同様に、ArF縮小露光機(NA=0.55、σ
=0.7)にて露光、現像をおこなった。この結果ネガ
型のパターンが得られた。この実験において露光エネル
ギーが約9.5mJ/cm2 のとき0.20μmライン
アンドスペースの解像性が得られた。このとき走査電子
顕微鏡にて解像したパターンを観察したが、現像残り、
パターン剥がれなどの現象はみられなかった。
で得られたポリマーを実施例45と同様の方法でシリコ
ン基板上に塗布し、薄膜を得た。また参照試料として、
ノボラックi線露光用レジストのPFI−15A(住友
化学工業(株)製)、およびポリ(カルボキシテトラシ
クロドデセンメタクリレート)(実施例13のモノマー
を実施例32と同様に乾燥テトラヒドロフランに溶か
し、アゾビスイソブチロニトリルを加えてアルゴンガス
雰囲気下で加熱し重合した)を合成し、同様に薄膜を形
成した。その後得られた膜の純水、およびメチレンヨー
ダイドに対する接触角を接触角計(CA−X型、共和界
面科学(株)製)を用いて測定した。得られた値から、
ヤング、およびオーエンスの方程式(H.ヤナザワ
(H.Yanazawa)ら、コロイズ・アンド・サー
フェイシズ(Colloids and Surfac
es)、第9巻、133頁〜145頁(1984年))
を用いてポリマーの基板密着性の指標となる接着仕事を
見積もった。以下の表にて結果を示す。
リマーはi線露光用レジストよりも大きな値を示してお
り、基板に対し十分な接着力を有していることが分かっ
た。またいずれのポリマーも、ポリ(カルボキシテトラ
シクロドデセンメタクリレート)(一般式(2)におけ
るy、zがともに0となる事例)よりも大きな接着力を
示しており、xに相当するモノマー単位(一般式
(1))を導入することで、レジストの基板への接着力
が飛躍的に増大することが明らかである。
1 、R3 が水素、m、nが0、R2 がトリシクロデカン
ジイル基であり、R4 が水素、iが0、R5 がテトラシ
クロドデカンジイル基、z=0であるとき、xを0から
1まで変化させたときの樹脂のアルカリ現像液(2.3
8%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液)に
対する溶解速度を測定した。測定結果を図1に示す。x
を0から0.75まで導入すると、溶解速度は0.7か
ら4ミクロン/秒と、レジストとして十分速やかに溶解
する値を示す。しかし、さらにxを0.8とすると溶解
速度は3×10-5ミクロン/秒にまで低下する。すなわ
ち本発明の樹脂は、xが適当な値をとるとき(本例では
0.75)で溶解挙動に関してしきい値を持つという特
異な挙動を示す。このようにxは溶解挙動を鑑みてその
範囲を設定する事が出来る。また、この様なしきい値を
利用して、本発明の樹脂組成物中の酸分解性極性変換基
(一般式(2)におけるR8 )、あるいは、架橋性化合
物の反応に起因するわずかな溶解性の変化が、本発明の
樹脂組成物全体の溶解性を急激に変換させることが容易
である事が明らかである。ひいては本発明の感光性樹脂
組成物を用いることで、わずかな活性光線のエネルギー
量で、極めて高解像度パターンを容易に得られることが
明らかである。
に、本発明の新規な単量体を重合することにより得られ
る新規な重合体を含有成分とする感光性樹脂組成物は、
248nm以下の遠紫外領域に対し高い透明性を有し、
かつ遠紫外線の露光光に対し高い感度、解像度を示す。
すなわち、248nm以下の遠紫外線とくにArFエキ
シマレーザを露光光とするフォトレジストに最適なもの
である。さらに、本発明の感光性樹脂組成物を用いるこ
とで、半導体素子製造に必要な微細パターン形成が可能
である。
液に対する溶解速度を測定した結果を表す図である。
Claims (10)
- 【請求項1】少なくとも一般式(1)で示されるモノマ
ーと他の重合性化合物とを共重合させて成ることを特徴
とする重合体と、露光により酸を発生する光酸発生剤を
含有する感光性樹脂組成物であって、組成物中の含有率
は、樹脂が75から99.8重量部であり、光酸発生剤
が0.2から25重量部であることを特徴とする感光性
樹脂組成物。 【化1】 (上式において、R1 は水素原子あるいはメチル基、R
2 は炭素数7から22の有橋環式炭化水素基、m、nは
0または1、R3 は水素、メチル基あるいはアセチル基
を表す。) - 【請求項2】少なくとも一般式(1)で示されるモノマ
ーと他の重合性化合物とを共重合させて成ることを特徴
とする重合体と、露光により酸を発生する光酸発生剤
と、酸が存在することによって架橋反応を起こす架橋性
化合物を含有する感光性樹脂組成物であって、組成物中
の含有率は、樹脂が50から98.8重量部、光酸発生
剤が0.2から25重量部、架橋性化合物が1から40
重量部であることを特徴とする感光性樹脂組成物。 【化2】 (上式において、R1 は水素原子あるいはメチル基、R
2 は炭素数7から22の有橋環式炭化水素基、m、nは
0または1、R3 は水素、メチル基あるいはアセチル基
を表す。) - 【請求項3】少なくとも一般式(2)で示される重合体
と、露光により酸を発生する光酸発生剤を含有する感光
性樹脂組成物であって、組成物中の含有率は、樹脂が7
5から99.8重量部であり、光酸発生剤が0.2から
25重量部であることを特徴とする感光性樹脂組成物。 【化3】 (上式において、R1 、R4 、R6 はそれぞれ水素原子
あるいはメチル基、R2、R5 、R7 はそれぞれ炭素数
7から22の有橋環式炭化水素基、R3 は水素、メチル
基あるいはアセチル基、R8 は酸により分解する基、
m、n、iはそれぞれ0または1、x+y+z=1、x
は0.05から0.75、yは0から0.8、zは0か
ら0.6を表す。また重合体の重量平均分子量は1、0
00から50、000である。) - 【請求項4】少なくとも一般式(2)で示される重合体
と、露光により酸を発生する光酸発生剤と、酸が存在す
ることによって架橋反応を起こす架橋性化合物を含有す
る感光性樹脂組成物であって、組成物中の含有率は、樹
脂が50から98.8重量部、光酸発生剤が0.2から
25重量部、架橋性化合物が1から40重量部であるこ
とを特徴とする感光性樹脂組成物。 【化4】 (上式において、R1 、R4 、R6 はそれぞれ水素原子
あるいはメチル基、R2、R5 、R7 はそれぞれ炭素数
7から22の有橋環式炭化水素基、R3 は水素、メチル
基あるいはアセチル基、R8 は酸により分解する基、
m、n、iはそれぞれ0または1、x+y+z=1、x
は0.05から0.75、yは0から0.8、zは0か
ら0.6を表す。また重合体の重量平均分子量は1、0
00から50、000である。) - 【請求項5】活性光線を照射した部位が現像液に溶ける
ことでポジ型パターンを形成することを特徴とする請求
項1または3記載の感光性樹脂組成物。 - 【請求項6】活性光線を照射した部位が現像液に不溶化
することでネガ型パターンを形成することを特徴とする
請求項2または4記載の感光性樹脂組成物。 - 【請求項7】請求項1から4のいずれかに記載の感光性
樹脂組成物を被加工基板上に塗布し、加熱した後で活性
光線にて露光し、次いで加熱処理をおこなった後に現像
し、パターンを形成することを特徴とするパターン形成
方法。 - 【請求項8】前記の露光をする際に用いる露光光に波長
248nm以下の光を用いることを特徴とする請求項7記載
のパターン形成方法。 - 【請求項9】前記露光光がArFエキシマレーザである
ことを特徴とする請求項8記載のパターン形成方法。 - 【請求項10】前記現像をする際に用いる現像液にアル
カリ性の水溶液を用いることを特徴とする請求項7から
9のいずれかに記載のパターン形成方法。
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