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TW202536006A - 感光化射線性或感放射線性樹脂組成物、光阻膜、圖案形成方法、及電子器件之製造方法 - Google Patents

感光化射線性或感放射線性樹脂組成物、光阻膜、圖案形成方法、及電子器件之製造方法

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Publication number
TW202536006A
TW202536006A TW113136259A TW113136259A TW202536006A TW 202536006 A TW202536006 A TW 202536006A TW 113136259 A TW113136259 A TW 113136259A TW 113136259 A TW113136259 A TW 113136259A TW 202536006 A TW202536006 A TW 202536006A
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TW
Taiwan
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groups
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alkyl
represented
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Application number
TW113136259A
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Inventor
金子明弘
土村智孝
Original Assignee
日商富士軟片股份有限公司
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Publication date
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    • C08F220/00Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical or a salt, anhydride ester, amide, imide or nitrile thereof
    • C08F220/02Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms; Derivatives thereof
    • C08F220/10Esters
    • C08F220/38Esters containing sulfur
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Abstract

在酸的作用下極性增加的樹脂(A)、在受到光化射線或輻射照射時產生酸(AC B1)的鎓鹽(B-1)以及在受到光化射線或輻射照射時產生酸(AC B1)的鎓鹽(B-2)生成酸(AC)和鎓鹽(B-2),鎓鹽(B-3),鎓鹽(B-4),酸(AC B1)的pKa比酸(AC B2)的pKa高1.0以上,且鎓鹽(B-1)具有特定結構且含有氟原子。原子時,氟原子的含量為鎓鹽(B-1)所含全部原子的3質量%以下,且鎓鹽(B-2)具有特定結構,且不含有氟原子,或含有氟原子時,氟原子的含量為鎓鹽(B-2)所含全部原子的3質量%以下的光化性射線敏感或輻射敏感樹脂組合物、抗蝕劑膜、圖案形成方法、以及包括該圖案形成方法的電子器件的製造方法。

Description

感光化射線性或感放射線性樹脂組成物、光阻膜、圖案形成方法、及電子器件之製造方法
本發明涉及感光化射線性或感放射線性樹脂組成物、光阻膜、圖案形成方法、及電子器件之製造方法。更詳細而言,本發明涉及可較佳地使用於可適用於超LSI(Large Scale Integration、大型積體電路)及高容量微晶片之製造製程、奈米壓印用模具製作製程以及高密度資訊記錄介質之製造製程等超微影製程;以及其他光加工製程的感光化射線性或感放射線性樹脂組成物、光阻膜、圖案形成方法、及電子器件之製造方法。
以往,在IC(Integrated Circuit,積體電路)、LSI(Large Scale Integration,大型積體電路)等半導體器件之製造製程中,藉由使用光阻組成物之微影技術進行微細加工。近年來,隨著積體電路之高積體化,要求形成次微米區域或四分之一微米區域的超微細圖案。伴隨於此,曝光波長亦呈現如自g射線向i射線、進而向KrF準分子雷射光之短波長化傾向,目前已開發出以波長為193nm的ArF準分子雷射作為光源的曝光機。又,作為進一步提高解析力之技術,正在開發在投影透鏡與試樣之間充滿高折射率之液體(以下亦稱為「液浸液」)的所謂液浸法。
又,目前除準分子雷射光之外,亦在開發使用電子束(EB)、X射線及極紫外線(EUV)等的微影技術。伴隨於此,已開發出有效地感應各種光化射線或放射線的光阻組成物。
專利文獻1記載了一種感放射線性樹脂組成物,其含有:具有包含酸解離性基的結構單元的聚合物;及特定的感放射線性酸產生劑。 又,專利文獻2記載了一種化學增幅型光阻組成物,其含有:具有包含特定酸解離性基的結構單元的聚合物;感放射線性酸產生體;及具有特定結構的化合物,藉由曝光從該化合物產生的酸比藉由曝光從上述感放射線性酸產生體產生的酸相對弱。 [先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1:日本特開2018-49177號公報 專利文獻2:日本特開2016-197242號公報
發明所欲解決之課題] 近來,對光阻組成物的性能要求變得越來越高。尤其,在形成圖案時的線寬粗糙度(Line Width Roughness:LWR)性能、及圖案形狀(圖案的的截面形狀的矩形性)之方面,要求進一步提高性能。所謂LWR性能,係指能夠減小圖案的LWR之性能。
因此,本發明的課題在於提供一種能夠形成LWR性能及圖案形狀優異之圖案的感光化射線性或感放射線性樹脂組成物、光阻膜、圖案形成方法、及包括上述圖案形成方法的電子器件之製造方法。 [解決課題之手段]
本發明人等發現藉由以下結構能夠解決上述課題。
[1] 一種感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其含有: 藉由酸的作用而極性增大的樹脂(A); 藉由光化射線或放射線的照射而產生酸(AC B1)的鎓鹽(B-1);以及 藉由光化射線或放射線的照射而產生酸(AC B2)的鎓鹽(B-2), 其中,上述酸(AC B1)的pKa比上述酸(AC B2)的pKa大1.0以上, 上述鎓鹽(B-1)不含氟原子,或當含氟原子時,氟原子的含有率相對於上述鎓鹽(B-1)中所含的所有原子為3質量%以下, 上述鎓鹽(B-2)不含氟原子,或當含氟原子時,氟原子的含有率相對於上述鎓鹽(B-2)中所含的所有原子為3質量%以下, 上述鎓鹽(B-1)為選自由由下述式(b1-1)表示的鎓鹽及由下述式(b1-2)表示的鎓鹽所組成之群組中的至少一種, 上述鎓鹽(B-2)為由下述式(b2-1)表示的鎓鹽。
[化學式1]
式(b1-1)及式(b1-2)中,R 11表示有機基。L 12表示單鍵或二價的連結基。X 11 -表示-O -、-COO -、-SO 3 -或-SO 2N -Y 11(R 111) k。R 111表示烷基、環烷基或芳基。Y 11表示-CO-、-SO-、-SO 2-或單鍵。k表示0或1。當k表示0時,R 111不存在,且Y 11與R 11鍵結。當k表示1時,R 111可以與R 11鍵結。X 12 -表示-O -、-COO -、-SO 3 -或-SO 2N -Y 12(R 112) h。R 112表示烷基、環烷基或芳基。Y 12表示-CO-、-SO-、-SO 2-或單鍵。h表示0或1。當h表示0時,R 112不存在,且Y 12與L 12或Z 12 +鍵結。當h表示1時,R 112可以與L 12或Z 12 +鍵結。Z 11 +表示有機陽離子。Z 12 +表示有機陽離子基。 其中,式(b1-1)中的R 11-X 11 -不會表示由下述式(i)-1~(i)-3中任一個表示的陰離子。
[化學式2]
[化學式3]
式(b2-1)中,R 2a表示拉電子基。R 2b及R 2c分別獨立地表示氫原子或有機基。選自由R 2a、R 2b及R 2c所組成之群組中的至少兩個可以鍵結而形成環。其中,R 2b及R 2c不會均表示氫原子。Z 2 +表示有機陽離子。 [2] 如[1]所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其中,上述式(b2-1)中的R 2a表示氰基、硝基、二氰基甲基或由下述式(1A)表示的基團。
[化學式4]
式(1A)中,Y 1及Y 3分別獨立地表示-O-或-NR 3-。R 3表示氫原子或烷基。Y 2表示-C(=O)-或-SO 2-。R 4表示烷基、環烷基或芳基。選自由R 3及R 4所組成之群組中的至少兩個可以鍵結而形成環。p及r分別獨立地表示0或1。q表示1或2。*表示鍵結位置。 [3] 如[1]或[2]所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其中,上述鎓鹽(B-1)為選自由由下述式(b1-2a)~(b1-2e)中任一個表示的鎓鹽及上述式(b1-2)所表示的鎓鹽所組成之群組中的至少一種。
[化學式5]
式(b1-2a)中,R 21a~R 21e分別獨立地表示氫原子或有機基。其中,選自由R 21c及R 21d所組成之群組中的至少一個表示選自由氰基、硝基、由下述式(2A)表示的基團及由下述式(2B)表示的基團所組成之群組中的基團,並且R 21a及R 21b均不會表示選自由氰基、硝基、由下述式(2A)表示的基團及由下述式(2B)表示的基團所組成之群組中的基團。L 21表示單鍵或二價的連結基。n 21表示1~4的整數。當n 21表示2以上的整數時,複數個R 21c可以相同亦可以不同,複數個R 21d可以相同亦可以不同。選自由R 21a、R 21b、R 21c、R 21d及L 21所組成之群組中的至少兩個可以鍵結而形成環。Z 11 +表示有機陽離子。
[化學式6]
式(2A)中,Y 21a及Y 22a分別獨立地表示-O-或-NR 32a-。R 32a表示氫原子或烷基。R 42a表示烷基、環烷基或芳基。p 21a及r 21a分別獨立地表示0或1。其中,p 21a和r 21a不會均表示0。q 21a表示1或2。*表示鍵結位置。 式(2B)中,Y 21b及Y 22b分別獨立地表示-O-或-NR 32b-。R 32b表示氫原子或烷基。R 42b表示烷基、環烷基或芳基。p 21b及r 21b分別獨立地表示0或1。*表示鍵結位置。 式(b1-2b)中,R 22a表示鹵素原子、羥基或羧基以外的有機基。Ar 12表示芳香族基。p 12表示0以上的整數。p 12表示2以上的整數時,複數個R 22a可以相同亦可以不同。Z 11 +表示有機陽離子。 式(b1-2c)中,Ar 13表示芳香族基。R 23a表示鹵素原子或有機基。p 13及q 13分別獨立地表示0以上的整數。p 13表示2以上的整數時,複數個R 23a可以相同亦可以不同。其中,p 13及q 13不會均表示0。q 13表示1時,p 13表示1以上的整數。Z 11 +表示有機陽離子。 式(b1-2d)中,R 24a表示有機基。其中,當R 24a具有芳香環時,式(b1-2d)中明示的-COO -的碳原子不會直接鍵結於上述芳香環。Z 11 +表示有機陽離子。 式(b1-2e)中,Y 25a表示-CO-、-SO-、-SO 2-或單鍵。R 25a及R 25b分別獨立地表示烷基、環烷基或芳基。R 25a與R 25b可以鍵結而形成環。Z 11 +表示有機陽離子。 [4] 如[1]至[3]中任一項所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其進一步包含與上述樹脂(A)不同的樹脂(D)。 其中,上述樹脂(D)滿足下述條件(i)。 (i)上述樹脂(D)的SP值小於上述樹脂(A)的SP值,且為17.2以下。 [5] 如[1]至[4]中任一項所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其中,上述鎓鹽(B-1)不含氟原子。 [6] 如[1]至[5]中任一項所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其中,上述鎓鹽(B-2)不含氟原子。 [7] 如[1]至[6]中任一項所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其中,上述樹脂(A)具有由下述式(AP-1)表示的重複單元。
[化學式7]
式(AP-1)中,R A11表示氫原子、鹵素原子或烷基。L A11表示單鍵或二價的連結基。R A12表示含有SO 2基的環式基。 [8] 如[1]至[7]中任一項所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其中,上述樹脂(A)具有由下述式(AP-2)表示的重複單元。
[化學式8]
式(AP-2)中,R A21表示氫原子、鹵素原子或烷基。L A21表示單鍵或二價的連結基。R A22表示烷基。 [9] 如[1]至[8]中任一項所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其中,上述樹脂(A)具有由下述式(AP-3)表示的重複單元。
[化學式9]
式(AP-3)中,R A31表示氫原子、鹵素原子或烷基。L A31表示單鍵或二價的連結基。R A32表示脂環式烴基。R A33表示具有雙鍵的取代基。 [10] 如[4]所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其進一步滿足所有下述條件(ii)及(iii)。 (ii)上述樹脂(D)所具有的重複單元中,不含氟原子的重複單元的含量之總和相對於上述樹脂(D)中的所有重複單元為80莫耳%以上。 (iii)上述樹脂(D)的含量相對於上述感光化射線性或感放射線性樹脂組成物中的總固體成分為0.01~10質量%。 [11] 一種光阻膜,其使用如[1]至[10]中任一項所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物而形成。 [12] 一種圖案形成方法,其具有:使用如[1]至[10]中任一項所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物在基板上形成光阻膜之製程;對上述光阻膜進行曝光之製程;及使用顯影液對上述曝光後的光阻膜進行顯影之製程。 [13] 一種電子器件之製造方法,其包括如[12]所述之圖案形成方法。 [發明效果]
根據本發明,可提供一種能夠形成LWR性能及圖案形狀優異之圖案的感光化射線性或感放射線性樹脂組成物、光阻膜、圖案形成方法、及包括上述圖案形成方法的電子器件之製造方法。
以下,對本發明進行詳細說明。 以下所記載的對構成要素之說明,有時係基於本發明之代表性實施態樣而進行,但本發明並不限定於此等實施態樣。
本說明書中,所謂「光化射線」或「放射線」係意指,例如,水銀燈之明線光譜、以準分子雷射為代表的遠紫外線、極紫外線(EUV:Extreme Ultraviolet)、X射線、軟X射線及電子束(EB:Electron Beam)等。 在本說明書中,所謂「光」係意指光化射線或放射線。 在本說明書中,所謂「曝光」,若無特別指明,則不僅包括利用水銀燈的明線光譜、以準分子雷射為代表的遠紫外線、極紫外線、X射線、及EUV等的曝光,亦包括利用電子束及離子束等粒子束的描繪。 在本說明書中,所謂「~」係以將其前後記載之數值作為下限值及上限值而包含之意來使用。
在本說明書中,(甲基)丙烯酸酯表示丙烯酸酯及甲基丙烯酸酯中之至少一種。又,(甲基)丙烯酸表示丙烯酸及甲基丙烯酸中之至少一種。
在本說明書中,樹脂之重量平均分子量(Mw)、數量平均分子量(Mn)及分散度(亦稱為「分子量分佈」)(Mw/Mn)係以利用GPC(Gel Permeation Chromatography:凝膠滲透層析)裝置(東曹(Tosoh)股份有限公司製HLC-8120GPC)藉由GPC測定(溶劑:四氫呋喃,流量(樣品注入量):10μL,管柱:東曹(Tosoh)股份有限公司製TSK gel Multipore HXL-M,管柱溫度:40℃,流速:1.0mL/分,檢測器:示差折射率檢測器(Refractive Index Detector))而得到的聚苯乙烯換算值來定義。
關於本說明書中之基團(原子團)的表述,只要不違背本發明之主旨,未記載取代及未經取代之表述,既包括不具有取代基的基團,亦包括含有取代基的基團。例如,所謂「烷基」,不僅包含不具有取代基的烷基(未經取代烷基),亦包含具有取代基的烷基(取代烷基)。又,本說明書中之所謂「有機基」,係指含有至少一個碳原子的基團。 作為取代基,若無特別指明,則較佳為一價的取代基。作為取代基的例子,可舉出除氫原子之外的一價的非金屬原子團,例如,可從以下取代基T中選擇。
(取代基T) 作為取代基T,可舉出氟原子、氯原子、溴原子及碘原子等鹵素原子;甲氧基、乙氧基及第三丁氧基等烷氧基;環烷氧基;苯氧基及對甲苯氧基等芳氧基;甲氧基羰基及丁氧基羰基等烷氧基羰基;環烷基氧基羰基;苯氧基羰基等芳氧基羰基;乙醯氧基、丙醯氧基及苯甲醯氧基等醯氧基;乙醯基、苯甲醯基、異丁醯基、丙烯醯基、甲基丙烯醯基及甲基草醯基等醯基;硫烷基;甲基硫烷基及第三丁基硫烷基等烷基硫烷基;苯基硫烷基及對甲苯基硫烷基等芳基硫烷基;烷基;烯基;環烷基;芳基;芳香族雜環式基;羥基;羧基;甲醯基;磺基;氰基;烷基胺基羰基;芳基胺基羰基;磺醯胺基;矽烷基;胺基;胺甲醯基等。又,當此等取代基可進一步具有一個以上的取代基時,具有一個以上選自上述取代基的取代基的基團(例如,單烷基胺基、二烷基胺基、芳基胺基、三氟甲基等)作為該進一步的取代基亦包括在取代基T的例子中。 其中,鎓鹽(A)及鎓鹽(B)中的取代基,作為上述取代基T不含氟原子。
在本說明書中,所表述之二價的基團的鍵結方向,若無特別指明,則並無特別限制。例如,「X-Y-Z」之式所表示的化合物中,當Y為-COO-時,Y可以為-CO-O-,亦可以為-O-CO-。上述化合物可以為「X-CO-O-Z」,亦可以為「X-O-CO-Z」。
在本說明書中,所謂酸解離常數(pKa)係表示水溶液中之pKa,具體而言,係使用下述軟體包1,將基於哈米特取代基常數及公知文獻值之資料庫的值藉由計算求得的值。本說明書中記載之pKa值,皆表示使用該軟件包藉由計算求出的值。 軟體包1:Advanced Chemistry Development (ACD/Labs) Software V8.14 for Solaris (1994-2007 ACD/Labs)。
又,pKa亦可利用分子軌道計算法求得。作為該具體方法,可舉出藉由基於熱力學循環計算水溶液中的H +解離自由能來算出的方法。關於H +解離自由能的計算方法,例如可藉由DFT(密度泛函理論)來計算,但在文獻等中亦報告有其他各種方法,計算方法不限於此。此外,可實施DFT的軟件存在複數種,例如,可舉出Gaussian16。
在本說明書中,所謂pKa,如上所述,係指使用軟體包1將基於哈米特取代基常數及公知文獻值之資料庫的值藉由計算求得的值,但在利用該方法無法算出pKa時,採用基於DFT(密度泛函理論)藉由Gaussian16得到的值。 在本說明書中,pKa如上所述係指「水溶液中之pKa」,但在無法算出水溶液中之pKa的情況下,設為採用「二甲基亞碸(DMSO)溶液中之pKa」。
在本說明書中,所謂「固體成分」係意指形成使用感光化射線性或感放射線性樹脂組成物而形成的膜(較佳為光阻膜)之成分,不包含溶劑。又,若為形成使用感光化射線性或感放射線性樹脂組成物而形成的膜(較佳為光阻膜)之成分,則即使其性狀為液體狀,亦視為固體成分。
<感光化射線性或感放射線性樹脂組成物> 本發明之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物(亦稱為「本發明之組成物」),係如下的感光化射線性或感放射線性樹脂組成物: 含有: 藉由酸的作用而極性增大的樹脂(A); 藉由光化射線或放射線的照射而產生酸(AC B1)的鎓鹽(B-1);以及 藉由光化射線或放射線的照射而產生酸(AC B2)的鎓鹽(B-2), 其中,酸(AC B1)的pKa比酸(AC B2)的pKa大1.0以上, 鎓鹽(B-1)不含氟原子,或當含氟原子時,氟原子的含有率相對於鎓鹽(B-1)中所含的所有原子為3質量%以下, 鎓鹽(B-2)不含氟原子,或當含氟原子時,氟原子的含有率相對於鎓鹽(B-2)中所含的所有原子為3質量%以下, 鎓鹽(B-1)為選自由由下述式(b1-1)表示的鎓鹽及由下述式(b1-2)表示的鎓鹽所組成之群組中的至少一種, 鎓鹽(B-2)為由下述式(b2-1)表示的鎓鹽。
[化學式10]
式(b-1)及式(b-2)中,R 11表示有機基。L 12表示單鍵或二價的連結基。X 11 -表示-O -、-COO -、-SO 3 -或-SO 2N -Y 11(R 111) k。R 111表示烷基、環烷基或芳基。Y 11表示-CO-、-SO-、-SO 2-或單鍵。k表示0或1。當k表示0時,R 111不存在,且Y 11與R 11鍵結。當k表示1時,R 111可以與R 11鍵結。X 12 -表示-O -、-COO -、-SO 3 -或-SO 2N -Y 12(R 112) h。R 112表示烷基、環烷基或芳基。Y 12表示-CO-、-SO-、-SO 2-或單鍵。h表示0或1。當h表示0時,R 112不存在,且Y 12與L 12或Z 12 +鍵結。當h表示1時,R 112可以與L 12或Z 12 +鍵結。Z 11 +表示有機陽離子。Z 12 +表示有機陽離子基。 其中,式(b1-1)中的R 11-X 11 -不會表示由下述式(i)-1~(i)-3中任一個表示的陰離子。
[化學式11]
[化學式12]
式(b2-1)中,R 2a表示拉電子基。R 2b及R 2c分別獨立地表示氫原子或有機基。選自由R 2a、R 2b及R 2c所組成之群組中的至少兩個可以鍵結而形成環。其中,R 2b及R 2c不會均表示氫原子。Z 2 +表示有機陽離子。
雖然本發明之組成物能夠形成LWR性能及圖案形狀優異的圖案的機理尚未明確,但本發明人等推測如下。然而,本發明不受以下推測之機理的任何限制。 由於藉由光化射線或放射線的照射從鎓鹽(B-1)產生的酸(AC B1)的pKa比藉由光化射線或放射線的照射從鎓鹽(B-2)產生的酸(AC B2)的pKa大1.0以上,因此,在本發明之組成物中,鎓鹽(B-2)可作為產生酸的化合物(光酸產生劑)發揮作用,該酸用於進行藉由酸的作用而極性增大的樹脂(A)的酸分解性基的脫保護反應;鎓鹽(B-1)可作為猝滅劑(酸擴散控制劑)發揮作用,該猝滅劑捕捉曝光時從光酸產生劑等產生的酸,並抑制因多餘的產生酸而引起的未曝光部中的樹脂(A)的反應。 鎓鹽(B-1)及鎓鹽(B-2)均不含氟原子,或當含氟原子時,氟原子的含有率相對於各化合物中所含的所有原子為3質量%以下。以下,將「不含氟原子,或當含氟原子時,氟原子的含有率相對於各化合物中所含的所有原子為3質量%以下」亦稱為「含氟率低」或「係低含氟率」。由於鎓鹽(B-2)含氟率低,因此與樹脂(A)的相溶性高,且分散均勻。認為,由此可抑制從鎓鹽(B-2)產生的酸(AC B2)的濃度的偏差,從而可得到優異的LWR性能。又,由於鎓鹽(B-1)亦含氟率低,因此鎓鹽(B-1)與鎓鹽(B-2)的相溶性高。認為,由此可進一步抑制酸(AC B2)的濃度的偏差,進一步提高LWR性能。 又,如下所述,圖案形狀的改良係意外的效果。通常,愈靠近吸收的影響小的光阻膜表面,曝光量愈大,為了使圖案形狀成為理想的矩形狀,可考慮將猝滅劑調整為稍微疏水且偏在於光阻膜表面。曾擔心當使用含氟率低的鎓鹽(B-1)時,光阻膜的親水性會增加而導致圖案形狀劣化,但實際上圖案形狀反而有所改善。推測其原因在於,由於鎓鹽(B-1)和鎓鹽(B-2)的分佈高度均勻,因此能夠毫無遺漏地猝滅所產生的酸(AC B2)之效果超越了由微小的吸收差引起的曝光量的偏差。
本發明之組成物,典型而言,為光阻組成物,可以為正型光阻組成物,亦可以為負型光阻組成物。本發明之組成物,可以為鹼顯影用光阻組成物,亦可以為有機溶劑顯影用光阻組成物。 本發明之組成物,可以為化學增幅型光阻組成物,亦可以為非化學增幅型光阻組成物。本發明之組成物較佳為化學增幅型光阻組成物。 可使用本發明之組成物形成感光化射線性或感放射線性膜。使用本發明之組成物而形成的感光化射線性或感放射線性膜,典型而言為光阻膜。 以下,首先對本發明之組成物的各種成分進行詳細說明。
[鎓鹽(B-1)] 對本發明之組成物中所含的鎓鹽(B-1)進行說明。 鎓鹽(B-1)係選自由由下述式(b1-1)表示的鎓鹽及由下述式(b1-2)表示的鎓鹽所組成之群組中的至少一種。
[化學式13]
式(b1-1)及式(b1-2)中,R 11表示有機基。L 12表示單鍵或二價的連結基。X 11 -表示-O -、-COO -、-SO 3 -或-SO 2N -Y 11(R 111) k。R 111表示烷基、環烷基或芳基。Y 11表示-CO-、-SO-、-SO 2-或單鍵。k表示0或1。當k表示0時,R 111不存在,且Y 11與R 11鍵結。當k表示1時,R 111可以與R 11鍵結。X 12 -表示-O -、-COO -、-SO 3 -或-SO 2N -Y 12(R 112) h。R 112表示烷基、環烷基或芳基。Y 12表示-CO-、-SO-、-SO 2-或單鍵。h表示0或1。當h表示0時,R 112不存在,且Y 12與L 12或Z 12 +鍵結。當h表示1時,R 112可以與L 12或Z 12 +鍵結。Z 11 +表示有機陽離子。Z 12 +表示有機陽離子基。 其中,式(b1-1)中的R 11-X 11 -不會表示由下述式(i)-1~(i)-3中任一個表示的陰離子。
[化學式14]
式(b1-1)中的R 11表示有機基。 R 11較佳為表示一價的有機基。其中,當R 11與Y 11鍵結時及當R 11與R 111鍵結時,R 11較佳為表示二價的有機基。 R 11所表示的有機基並無特別限定,但較佳為烷基、環烷基、烯基、炔基、芳基、雜芳基、芳烷基、烷氧基、芳氧基、羧基、醯基、醯氧基、甲醯氧基、烷氧基羰基、烷基磺氧基、芳基磺氧基、烷基磺醯基、芳基磺醯基、-OCO(OR 8)或-OCO(NR 9R 10)。R 8、R 9及R 10分別獨立地表示氫原子、烷基、環烷基、烯基、炔基、芳基、雜芳基或芳烷基。
R 11所表示的烷基、環烷基、烯基、炔基、芳基、雜芳基、芳烷基、烷氧基、芳氧基、羧基、醯氧基、甲醯氧基、烷氧基羰基、烷基磺氧基及芳基磺氧基,可以進一步具有一個以上取代基。例如,羥基可以在烷基上取代。又,羧基的氫原子可以被取代基取代。
關於R 11所表示的各基團如下記載。 烷基的碳數並無特別限定,例如,可以為1~20,亦可以為1~10或1~6。烷基可以為直鏈狀及支鏈狀中的任一種。作為烷基,例如,可舉出甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、第三丁基、正己基等。關於烷氧基中的烷基部分、芳烷基中的烷基部分、烷氧基羰基中的烷基部分、烷基磺醯基中的烷基部分、烷基磺氧基中的烷基部分、醯基為烷基羰基時的烷基部分及醯氧基為烷基羰氧基時的烷基部分,亦與上述相同。 環烷基可以為環戊基、環己基等單環的環烷基,亦可以為降冰片基、四環癸基、四環十二烷基、金剛烷基等多環的環烷基。環烷基的碳數並無特別限定,例如,可以為5~20,亦可以為5~15。 烯基可以為直鏈狀及支鏈狀中的任一種。烯基的碳數並無特別限定,例如,可以為2~20,亦可以為2~10,又可以為2~6。 炔基可以為直鏈狀及支鏈狀中的任一種。上述炔基的碳數並無特別限定,例如,可以為2~20,亦可以為2~10,又可以為2~6。 芳基可以為單環及多環(例如,2~6環等)中的任一種。芳基的環員原子數並無特別限定,例如,可以為6~20,亦可以為6~15,又可以為6~10。作為芳基,較佳為苯基、萘基或蒽基,更佳為苯基。關於芳烷基中的芳基部分、芳氧基中的芳基部分、芳基磺醯基中的芳基部分、芳基磺氧基中的芳基部分、醯基為芳基羰基時的芳基部分及醯氧基為芳基羰氧基時的芳基部分,亦與上述相同。 雜芳基可以為單環及多環(例如,2~6環等)中的任一種。雜芳基作為環員原子所具有的雜原子的數並無特別限定,例如,可以為1~10。作為雜原子,例如,可舉出氮原子、硫原子、氧原子、硒原子、碲原子、磷原子、矽原子、硼原子等。雜芳基的環員原子數並無特別限定,例如,可以為5~15。
R 8、R 9及R 10分別獨立地表示氫原子、烷基、環烷基、烯基、炔基、芳基、雜芳基或芳烷基。關於R 8、R 9及R 10所表示的烷基、環烷基、烯基、炔基、芳基、雜芳基及芳烷基的說明、具體例及較佳範圍,分別與前述的R 11中者相同。
式(b1-1)中的X 11 -表示-O -、-COO -、-SO 3 -或-SO 2N -Y 11(R 111) k。R 111表示烷基、環烷基或芳基。Y 11表示-CO-、-SO-、-SO 2-或單鍵。k表示0或1。當k表示0時,R 111不存在,且Y 11與R 11鍵結。當k表示1時,R 111可以與R 11鍵結。 R 111所表示的烷基的碳數並無特別限定,例如,可以為1~20,亦可以為1~10,又可以為1~6。烷基可以為直鏈狀及支鏈狀中的任一種。作為烷基,例如,可舉出甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、第三丁基、正己基等。 R 111所表示的環烷基,可以為環戊基、環己基等單環的環烷基,亦可以為降冰片基、四環癸基、四環十二烷基、金剛烷基等多環的環烷基。環烷基的碳數並無特別限定,例如,可以為5~20,亦可以為5~15。 R 111所表示的芳基可以為單環及多環(例如,2~6環等)中的任一種。芳基的環員原子數並無特別限定,例如,可以為6~20,亦可以為6~15,又可以為6~10。作為芳基,較佳為苯基、萘基或蒽基,更佳為苯基。 X 11 -較佳為-COO -、-SO 3 -或-SO 2N -Y 11(R 111) k,更佳為-COO -或-SO 3 -
式(b1-1)中的Z 11 +表示有機陽離子。 Z 11 +較佳為鋶陽離子或碘鎓陽離子。 作為Z 11 +所表示的陽離子並無特別限制。陽離子的價數可以為一價或二價以上。作為陽離子,較佳為由下述式(ZaI)表示的陽離子(以下亦稱為「陽離子(ZaI)」。)、或由下述式(ZaII)表示的陽離子(以下亦稱為「陽離子(ZaII)」。)。
[化學式15]
在上述式(ZaI)中,R 201、R 202及R 203分別獨立地表示有機基。 作為R 201、R 202及R 203的有機基的碳數,較佳為1~30,更佳為1~20。R 201~R 203中的兩個可以鍵結而形成環結構,亦可以於環內含有氧原子、硫原子、酯基、醯胺基、或羰基。作為R 201~R 203中的兩個鍵結而形成的基團,例如,可舉出伸烷基(例如,伸丁基及伸戊基)、及-CH 2-CH 2-O-CH 2-CH 2-。
作為式(ZaI)中的有機陽離子的較佳態樣,可舉出後述的陽離子(ZaI-1)、陽離子(ZaI-2)、陽離子(ZaI-3b)、陽離子(ZaI-4b)。
首先,對陽離子(ZaI-1)進行說明。 陽離子(ZaI-1)係芳基鋶陽離子,其中,上述式(ZaI)的R 201~R 203中的至少一個為芳基。 芳基鋶陽離子可以為R 201~R 203均為芳基,亦可以為R 201~R 203中的一部分為芳基,餘者為烷基或環烷基。 可以為R 201~R 203中的一個為芳基、R 201~R 203中剩餘的兩個鍵結而形成環結構,亦可以為於環內包含氧原子、硫原子、酯基、醯胺基或羰基。作為R 201~R 203中的兩個鍵結而形成的基團,例如,可舉出一個以上的伸甲基可以被氧原子、硫原子、酯基、醯胺基及/或羰基取代的伸烷基(例如,伸丁基、伸戊基、及-CH 2-CH 2-O-CH 2-CH 2-)。 作為芳基鋶陽離子,可舉出三芳基鋶陽離子、二芳基烷基鋶陽離子、芳基二烷基鋶陽離子、二芳基環烷基鋶陽離子、及芳基二環烷基鋶陽離子。
作為芳基鋶陽離子中所含的芳基,較佳為苯基或萘基,更佳為苯基。芳基可以為含有具有氧原子、氮原子、或硫原子等之雜環結構的芳基。作為雜環結構,可舉出吡咯殘基、呋喃殘基、噻吩殘基、吲哚殘基、苯並呋喃殘基、及苯並噻吩殘基。當芳基鋶陽離子具有兩個以上的芳基時,兩個以上的芳基可以相同亦可以不同。 芳基鋶陽離子視需要而具有的烷基或環烷基較佳為碳數1~15的直鏈狀烷基、碳數3~15的支鏈狀烷基、或碳數3~15的環烷基,更佳為甲基、乙基、丙基、正丁基、第二丁基、第三丁基、環丙基、環丁基、或環己基。
作為R 201~R 203的芳基、烷基、及環烷基可以具有的取代基,較佳為烷基(例如,碳數1~15)、環烷基(例如,碳數3~15)、芳基(例如,碳數6~14)、烷氧基(例如,碳數1~15)、環烷基烷氧基(例如,碳數1~15)、氟原子以外的鹵素原子(例如,氯原子、溴原子、碘原子)、羥基、羧基、酯基、亞磺醯基、磺醯基、烷硫基、或苯硫基。 若有可能,上述取代基亦可以進一步具有取代基。 上述取代基亦較佳為藉由任意的組合而形成酸分解性基。
接下來,對陽離子(ZaI-2)進行說明。 陽離子(ZaI-2)為式(ZaI)中的R 201~R 203分別獨立地表示不具有芳香環的有機基的陽離子。所謂芳香環,亦包含含雜原子的芳香族環。 作為R 201~R 203的不具有芳香環的有機基之碳數,較佳為1~30,更佳為1~20。 作為R 201~R 203,分別獨立地,較佳為烷基、環烷基、烯丙基或乙烯基,更佳為直鏈狀或支鏈狀的2-氧代烷基、2-氧代環烷基、或烷氧基羰基甲基,進一步較佳為直鏈狀或支鏈狀的2-氧代烷基。
R 201~R 203的烷基及環烷基,例如,可舉出碳數1~10的直鏈狀烷基或碳數3~10的支鏈狀烷基(例如,甲基、乙基、丙基、丁基、戊基)、以及碳數3~10的環烷基(例如,環戊基、環己基、降冰片基)。 R 201~R 203可以進一步被氟原子以外的鹵素原子、烷氧基(例如,碳數1~5)、羥基、氰基或硝基取代。 R 201~R 203的取代基,分別獨立地,亦較佳為藉由取代基之任意組合形成酸分解性基。
接下來,對陽離子(ZaI-3b)進行說明。 陽離子(ZaI-3b)為由下述式(ZaI-3b)表示的陽離子。
[化學式16]
式(ZaI-3b)中,R 1c~R 5c分別獨立地表示氫原子、烷基、環烷基、芳基、烷氧基、芳氧基、烷氧基羰基、烷基羰氧基、環烷基羰氧基、氟原子以外的鹵素原子、羥基、硝基、烷硫基、或芳硫基。 R 6c及R 7c分別獨立地表示氫原子、烷基(例如,第三丁基等)、環烷基、氟原子以外的鹵素原子、氰基、或芳基。 R x及R y分別獨立地表示烷基、環烷基、2-氧代烷基、2-氧代環烷基、烷氧基羰基烷基、烯丙基、或乙烯基。 R 1c~R 7c、以及R x及R y的取代基,分別獨立地,亦較佳為藉由取代基之任意組合形成酸分解性基。
R 1c~R 5c中的任意兩個以上、R 5c與R 6c、R 6c與R 7c、R 5c與R x、及R x與R y可以分別相互鍵結而形成環,該環可以分別獨立地包含氧原子、硫原子、酮基、酯鍵、或醯胺鍵。 作為上述環,可舉出芳香族或非芳香族的烴環、芳香族或非芳香族的雜環、及將兩個以上此等環組合而成的多環縮合環。作為環,可舉出3~10員環,較佳為4~8員環,更佳為5或6員環。
作為R 1c~R 5c中的任意兩個以上、R 6c與R 7c、及R x與R y鍵結而形成的基團,可舉出伸丁基及伸戊基等伸烷基。該伸烷基中的伸甲基可以被氧原子等雜原子取代。 作為R 5c與R 6c、及R 5c與R x鍵結而形成的基團,較佳為單鍵或伸烷基。作為伸烷基,可舉出伸甲基及伸乙基。
R 1c~R 5c、R 6c、R 7c、R x、R y、以及R 1c~R 5c中的任意兩個以上、R 5c與R 6c、R 6c與R 7c、R 5c與R x、及R x與R y分別相互鍵結而形成的環可以具有取代基。
接下來,對陽離子(ZaI-4b)進行說明。 陽離子(ZaI-4b)為由下述式(ZaI-4b)表示的陽離子。
[化學式17]
式(ZaI-4b)中,l表示0~2的整數,r表示0~8的整數。 R 13表示氫原子、氟原子以外的鹵素原子(例如,氯原子、溴原子、碘原子)、羥基、烷基、氟原子以外的鹵化烷基、烷氧基、羧基、烷氧基羰基、或含有環烷基的基團(可以為環烷基本身,亦可以為部分包含環烷基的基團)。此等基團可以具有取代基。 R 14表示羥基、氟原子以外的鹵素原子(例如,氯原子、溴原子、碘原子)、烷基、氟原子以外的鹵化烷基、烷氧基、烷氧基羰基、烷基羰基、烷基磺醯基、環烷基磺醯基、或包含環烷基的基團(可以為環烷基本身,亦可以為部分包含環烷基的基團)。此等基團可以具有取代基。R 14存在複數個時,分別獨立地表示羥基等上述基團。 R 15分別獨立地表示烷基、環烷基、或萘基。兩個R 15可以相互鍵結而形成環。當兩個R 15相互鍵結而形成環時,在環骨架內可以包含氧原子或氮原子等雜原子。 在一態樣中,較佳為兩個R 15為伸烷基,且相互鍵結而形成環結構。此外,上述烷基、上述環烷基、及上述萘基、以及兩個R 15相互鍵結而形成的環可以具有取代基。
在式(ZaI-4b)中,R 13、R 14、及R 15的烷基可以為直鏈狀或支鏈狀。烷基的碳數較佳為1~10。烷基較佳為甲基、乙基、正丁基、或第三丁基等。 R 13~R 15、以及R x及R y的各取代基,分別獨立地,亦較佳為藉由取代基之任意組合形成酸分解性基。
接下來,對式(ZaII)進行說明。 式(ZaII)中,R 204及R 205分別獨立地表示芳基、烷基或環烷基。 作為R 204及R 205的芳基,較佳為苯基或萘基,更佳為苯基。R 204及R 205的芳基可以為具有雜環的芳基,該雜環具有氧原子、氮原子、或硫原子等。作為具有雜環的芳基的骨架,例如,可舉出吡咯、呋喃、噻吩、吲哚、苯並呋喃及苯並噻吩。 作為R 204及R 205的烷基及環烷基,較佳為碳數1~10的直鏈狀烷基或碳數3~10的支鏈狀烷基(例如,甲基、乙基、丙基、丁基、或戊基)、或碳數3~10的環烷基(例如環戊基、環己基、或降冰片基)。
R 204及R 205的芳基、烷基、及環烷基,可以分別獨立地具有取代基。作為R 204及R 205的芳基、烷基、及環烷基可以具有的取代基,例如,可舉出烷基(例如,碳數1~15)、環烷基(例如,碳數3~15)、芳基(例如,碳數6~15)、烷氧基(例如,碳數1~15)、氟原子以外的鹵素原子、羥基、及苯硫基。又,R 204及R 205的取代基亦較佳為,分別獨立地,藉由取代基之任意組合形成酸分解性基。
以下示出Z 11 +所表示的有機陽離子之具體例,但並不限定於此等。
[化學式18]
[化學式19]
其中,式(b1-1)中的R 11-X 11 -不會表示上述式(i)-1~(i)-3中的任一個所表示的陰離子。亦即,式(b1-1)中的R 11-X 11 -並非為上述式(i)-1所表示的陰離子,並非為上述式(i)-2所表示的陰離子,亦非為式(i)-3所表示的陰離子。
式(b1-1)中的R 11及Z 11 +較佳為不包含由下述式(Am-1)表示的結構。
[化學式20]
式(Am-1)中,Q 1~Q 3分別獨立地表示氫原子或有機基。Q 1~Q 3中的至少兩個可以相互鍵結而形成環。
式(Am-1)中的Q 1~Q 3分別獨立地表示氫原子或有機基。 Q 1~Q 3所表示的有機基並無特別限定,但較佳為烷基、環烷基、烯基、炔基、芳基、雜芳基、芳烷基、烷氧基、芳氧基、羧基、醯基、醯氧基、甲醯氧基、烷氧基羰基、烷基磺氧基、芳基磺氧基、烷基磺醯基、芳基磺醯基、-OCO(OR 8)或-OCO(NR 9R 10)。R 8、R 9及R 10分別獨立地表示氫原子、烷基、環烷基、烯基、炔基、芳基、雜芳基或芳烷基。
Q 1~Q 3所表示的烷基、環烷基、烯基、炔基、芳基、雜芳基、芳烷基、烷氧基、芳氧基、羧基、醯氧基、甲醯氧基、烷氧基羰基、烷基磺氧基及芳基磺氧基,可以進一步具有一個以上取代基。例如,羥基可以在烷基上取代。又,羧基的氫原子可以被取代基取代。
關於Q 1~Q 3所表示的各基團如下記載。 烷基的碳數並無特別限定,例如,可以為1~20,亦可以為1~10,又可以為1~6。烷基可以為直鏈狀及支鏈狀中的任一種。作為烷基,例如,可舉出甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、第三丁基、正己基等。關於烷氧基中的烷基部分、芳烷基中的烷基部分、烷氧基羰基中的烷基部分、烷基磺醯基中的烷基部分、烷基磺氧基中的烷基部分、醯基為烷基羰基時的烷基部分及醯氧基為烷基羰氧基時的烷基部分,亦與上述相同。 環烷基可以為環戊基、環己基等單環的環烷基,亦可以為降冰片基、四環癸基、四環十二烷基、金剛烷基等多環的環烷基。環烷基的碳數並無特別限定,例如,可以為5~20,亦可以為5~15。 烯基可以為直鏈狀及支鏈狀中的任一種。烯基的碳數並無特別限定,例如,可以為2~20,亦可以為2~10,又可以為2~6。 炔基可以為直鏈狀及支鏈狀中的任一種。上述炔基的碳數並無特別限定,例如,可以為2~20,亦可以為2~10,又可以為2~6。 芳基可以為單環及多環(例如,2~6環等)中的任一種。芳基的環員原子數並無特別限定,例如,可以為6~20,亦可以為6~15,又可以為6~10。作為芳基,較佳為苯基、萘基或蒽基,更佳為苯基。關於芳烷基中的芳基部分、芳氧基中的芳基部分、芳基磺醯基中的芳基部分、芳基磺氧基中的芳基部分、醯基為芳基羰基時的芳基部分及醯氧基為芳基羰氧基時的芳基部分,亦與上述相同。 雜芳基可以為單環及多環(例如,2~6環等)中的任一種。雜芳基作為環員原子所具有的雜原子的數並無特別限定,例如,可以為1~10。作為雜原子,例如,可舉出氮原子、硫原子、氧原子、硒原子、碲原子、磷原子、矽原子、硼原子等。雜芳基的環員原子數並無特別限定,例如,可以為5~15。
R 8、R 9及R 10分別獨立地表示氫原子、烷基、環烷基、烯基、炔基、芳基、雜芳基或芳烷基。關於R 8、R 9及R 10所表示的烷基、環烷基、烯基、炔基、芳基、雜芳基及芳烷基的說明、具體例及較佳範圍,分別與前述的Q 1~Q 3中者相同。
Q 1~Q 3可以包含陽離子或陰離子。亦即,Q 1~Q 3中所含的原子或原子團,可以放出電子而成為陽離子,亦可以接受電子而成為陰離子。
此外,由下述式(XX-1)表示的結構及由下述式(XX-2)表示的結構並不相當於式(Am-1)所表示的結構。
[化學式21]
式(XX-1)及式(XX-2)中,Q 1~Q 4分別獨立地表示氫原子或有機基。Q 1~Q 4中的至少兩個可以相互鍵結而形成環。 關於Q 1~Q 3所表示的有機基的說明如前所述。關於Q 4所表示的有機基的說明與前述的Q 1~Q 3中者相同。
式(b1-2)中的L 12表示單鍵或二價的連結基。 作為L 12所表示的二價的連結基並無特別限定,例如,可舉出-O-、-NR 1-、-S-、-SO-、-SO 2-、有機基(較佳為二價的有機基)、及將兩種以上此等基團組合而成的基團,較佳為-O-、-CO-、-COO-、-OCOO-、-NR 1-、-CONR 1-、-S-、-SO-、-SO 2-、伸烷基、伸環烷基、伸烯基、伸芳基、及將兩種以上此等基團組合而成的基團。R 1表示氫原子或烷基。 作為L 12所表示的伸烷基,並無特別限定,例如,較佳為伸甲基、伸乙基、伸丙基、伸丁基、伸己基、伸辛基等碳數1~8的伸烷基。 L 12所表示的伸環烷基的碳數並無特別限定,例如,較佳為3~20,更佳為4~15。伸環烷基可以為伸環戊基、伸環己基等單環的伸環烷基,亦可以為伸降冰片基、伸四環癸基、伸四環十二烷基、伸金剛烷基等多環的伸環烷基。伸環烷基之構成環烷烴環的伸甲基中的一個,可以被氧原子等雜原子、羰基及酯鍵等具有雜原子的基團、或亞乙烯基取代。又,伸環烷基中構成環烷烴環的伸乙基中的一個以上,可以被伸乙烯基取代。 作為L 12所表示的伸烯基並無特別限定,例如,較佳為碳數2~8的伸烯基。 作為L 12所表示的伸芳基並無特別限定,例如,可舉出碳數6~20伸芳基,較佳為碳數6~15的伸芳基。作為伸芳基,較佳為伸苯基或伸萘基,特佳為伸苯基。 作為R 1表示烷基時的烷基,例如,可舉出甲基、乙基、丙基、異丙基、正丁基、第二丁基、己基、2-乙基己基、辛基、十二烷基等碳數20以下的烷基,較佳為碳數8以下的烷基。
式(b1-2)中的X 12 -表示-O -、-COO -、-SO 3 -或-SO 2N -Y 12(R 112) h。R 112表示烷基、環烷基或芳基。Y 12表示-CO-、-SO-、-SO 2-或單鍵。h表示0或1。當h表示0時,R 112不存在,且Y 12與L 12或Z 12 +鍵結。當h表示1時,R 112可以與L 12或Z 12 +鍵結。 R 112所表示的烷基的碳數並無特別限定,例如,可以為1~20,亦可以為1~10,又可以為1~6。烷基可以為直鏈狀及支鏈狀中的任一種。作為烷基,例如,可舉出甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、第三丁基、正己基等。 R 112所表示的環烷基,可以為環戊基、環己基等單環的環烷基,亦可以為降冰片基、四環癸基、四環十二烷基、金剛烷基等多環的環烷基。環烷基的碳數並無特別限定,例如,可以為5~20,亦可以為5~15。 R 112所表示的芳基可以為單環及多環(例如,2~6環等)中的任一種。芳基的環員原子數並無特別限定,例如,可以為6~20,亦可以為6~15,又可以為6~10。作為芳基,較佳為苯基、萘基或蒽基,更佳為苯基。 X 12 -較佳為-COO -、-SO 3 -或-SO 2N -Y 12(R 112) h,更佳為-COO -或-SO 3 -
式(b1-2)中的Z 12 +表示有機陽離子基。所謂有機陽離子基係指具有陽離子的有機基。 作為Z 12 +所表示的有機陽離子基並無特別限定,當較佳為去除前述的式(b1-1)中之Z 11 +所表示的有機陽離子中的任意一個氫原子而成的基團。
鎓鹽(B-1)較佳為選自由由下述式(b1-2a)~(b1-2e)中任一個表示的鎓鹽及上述式(b1-2)所表示的鎓鹽所組成之群組中的至少一種。
[化學式22]
式(b1-2a)中,R 21a~R 21e分別獨立地表示氫原子或有機基。其中,選自由R 21c及R 21d所組成之群組中的至少一個表示選自由氰基、硝基、由下述式(2A)表示的基團及由下述式(2B)表示的基團所組成之群組中的基團,並且R 21a及R 21b均不會表示選自由氰基、硝基、由下述式(2A)表示的基團及由下述式(2B)表示的基團所組成之群組中的基團。L 21表示單鍵或二價的連結基。n 21表示1~4的整數。當n 21表示2以上的整數時,複數個R 21c可以相同亦可以不同,複數個R 21d可以相同亦可以不同。選自由R 21a、R 21b、R 21c、R 21d及L 21所組成之群組中的至少兩個可以鍵結而形成環。Z 11 +表示有機陽離子。
[化學式23]
式(2A)中,Y 21a及Y 22a分別獨立地表示-O-或-NR 32a-。R 32a表示氫原子或烷基。R 42a表示烷基、環烷基或芳基。p 21a及r 21a分別獨立地表示0或1。其中,p 21a及r 21a不會均表示0。q 21a表示1或2。*表示鍵結位置。 式(2B)中,Y 21b及Y 22b分別獨立地表示-O-或-NR 32b-。R 32b表示氫原子或烷基。R 42b表示烷基、環烷基或芳基。p 21b及r 21b分別獨立地表示0或1。*表示鍵結位置。 式(b1-2b)中,R 22a表示鹵素原子、羥基或羧基以外的有機基。Ar 12表示芳香族基。p 12表示0以上的整數。p 12表示2以上的整數時,複數個R 22a可以相同亦可以不同。Z 11 +表示有機陽離子。 式(b1-2c)中,Ar 13表示芳香族基。R 23a表示鹵素原子或有機基。p 13及q 13分別獨立地表示0以上的整數。p 13表示2以上的整數時,複數個R 23a可以相同亦可以不同。其中,p 13及q 13不會均表示0。q 13表示1時,p 13表示1以上的整數。Z 11 +表示有機陽離子。 式(b1-2d)中,R 24a表示有機基。其中,當R 24a具有芳香環時,式(b1-2d)中明示的-COO -的碳原子不會直接鍵結於上述芳香環。Z 11 +表示有機陽離子。 式(b1-2e)中,Y 25a表示-CO-、-SO-、-SO 2-或單鍵。R 25a及R 25b分別獨立地表示烷基、環烷基或芳基。R 25a與R 25b可以鍵結而形成環。Z 11 +表示有機陽離子。
式(b1-2a)中的R 21c及R 21d分別獨立地表示氫原子或有機基。其中,選自由R 21c及R 21d所組成之群組中的至少一個,表示選自由氰基、硝基、式(2A)所表示的基團及式(2B)所表示的基團所組成之群組中的基團。 R 21c及R 21d所表示的有機基並無特別限定,但較佳為烷基、環烷基、烯基、炔基、芳基、雜芳基、烷氧基、芳氧基、氰基、式(2A)所表示的基團或式(2B)所表示的基團。
R 21c及R 21d所表示的烷基、環烷基、烯基、炔基、芳基、雜芳基、烷氧基及芳氧基,可以進一步具有一個以上取代基。例如,羥基可以在烷基上取代。
關於R 21c及R 21d所表示的各基團如下記載。 烷基的碳數並無特別限定,例如,可以為1~20,亦可以為1~10,又可以為1~6。烷基可以為直鏈狀及支鏈狀中的任一種。作為烷基,例如,可舉出甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、第三丁基、正己基等。關於烷氧基中的烷基部分,亦與上述相同。 環烷基,可以為環戊基、環己基等單環的環烷基,亦可以為降冰片基、四環癸基、四環十二烷基、金剛烷基等多環的環烷基。環烷基的碳數並無特別限定,例如,可以為5~20,亦可以為5~15。 烯基可以為直鏈狀及支鏈狀中的任一種。烯基的碳數並無特別限定,例如,可以為2~20,亦可以為2~10,又可以為2~6。 炔基可以為直鏈狀及支鏈狀中的任一種。上述炔基的碳數並無特別限定,例如,可以為2~20,亦可以為2~10,又可以為2~6。 芳基可以為單環及多環(例如,2~6環等)中的任一種。芳基的環員原子數並無特別限定,例如,可以為6~20,亦可以為6~15,又可以為6~10。作為芳基,較佳為苯基、萘基或蒽基,更佳為苯基。關於芳氧基中的芳基部分,亦與上述相同。 雜芳基可以為單環及多環(例如,2~6環等)中的任一種。雜芳基作為環員原子所具有的雜原子的數並無特別限定,例如,可以為1~10。作為雜原子,例如,可舉出氮原子、硫原子、氧原子、硒原子、碲原子、磷原子、矽原子、硼原子等。雜芳基的環員原子數並無特別限定,例如,可以為5~15。
式(b1-2a)中的n 21表示1~4的整數。當n 21表示2以上的整數時,複數個R 21c可以相同亦可以不同,複數個R 21d可以相同亦可以不同。選自由R 21a、R 21b、R 21c、R 21d及L 21所組成之群組中的至少兩個可以鍵結而形成環。n 21較佳為表示1或2。 作為選自由R 21a、R 21b、R 21c、R 21d及L 21所組成之群組中的至少兩個鍵結而形成的環並無特別限定,但較佳為環烷烴環。環烷烴環可以為單環的環烷烴環,亦可以為多環的環烷烴環。環烷烴環較佳為環員碳數5~20的單環或多環的環烷烴環。環烷烴環中構成環的伸甲基中的一個以上,可以被氧原子等雜原子、羰基等具有雜原子的基團、或亞乙烯基取代。又,構成環烷烴環的伸乙基中的一個以上,可以被伸乙烯基取代。
式(2A)中的Y 21a及Y 22a分別獨立地表示-O-或-NR 32a-。R 32a表示氫原子或烷基。 R 32a所表示的烷基的碳數並無特別限定,例如,可以為1~20,亦可以為1~10,又可以為1~6。烷基可以為直鏈狀及支鏈狀中的任一種。作為烷基,例如,可舉出甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、第三丁基、正己基等。 Y 21a及Y 22a較佳為表示-O-。
式(2A)中的R 42a表示烷基、環烷基或芳基,較佳為表示烷基或環烷基。 R 42a所表示的烷基,可以為直鏈狀亦可以為支鏈狀,較佳為碳數1~12的烷基,更佳為碳數1~6的烷基,進一步較佳為碳數1~3的烷基。作為R 42a所表示的烷基,例如,可舉出甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、第二丁基、第三丁基等。上述烷基可以進一步具有取代基。 R 42a所表示的環烷基,可以為單環亦可以為多環,較佳為碳數3~20的環烷基,更佳為碳數4~15的環烷基,進一步較佳為碳數5~10的環烷基。作為R 42a所表示的環烷基,例如,可舉出環戊基、1-甲基環戊基、環己基、金剛烷基、1-乙基金剛烷基、降冰片基、四環癸基、四環十二烷基等。環烷基之構成環烷烴環的伸甲基中的一個,可以被氧原子等雜原子、羰基及酯鍵等具有雜原子的基團、或亞乙烯基取代。又,環烷基中構成環烷烴環的伸乙基中的一個以上,可以被伸乙烯基取代。上述環烷基可以進一步具有取代基。 R 42a所表示的芳基,較佳為碳數6~20的芳基,更佳為碳數6~15的芳基,進一步較佳為碳數6~10的芳基,特佳為苯基或萘基,最佳為苯基。上述芳基可以進一步具有取代基。
式(2A)中的p 21a及r 21a分別獨立地表示0或1。其中,p 21a和r 21a不會均表示0。 較佳為p 21a及r 21a中的任一方表示1,且另一方表示0。 式(2A)中的q 21a表示1或2,較佳為表示1。
式(2B)中的Y 21b及Y 22b分別獨立地表示-O-或-NR 32b-。R 32b表示氫原子或烷基。 R 32b所表示的烷基的碳數並無特別限定,例如,可以為1~20,亦可以為1~10,又可以為1~6。烷基可以為直鏈狀及支鏈狀中的任一種。作為烷基,例如,可舉出甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、第三丁基、正己基等。 Y 21b及Y 22b較佳為表示-O-。
式(2B)中的R 42b表示烷基、環烷基或芳基,較佳為表示烷基或環烷基。 R 42b所表示的烷基,可以為直鏈狀亦可以為支鏈狀,較佳為碳數1~12的烷基,更佳為碳數1~6的烷基,進一步較佳為碳數1~3的烷基。作為R 42b所表示的烷基,例如,可舉出甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、第二丁基、第三丁基等。 R 42b所表示的環烷基,可以為單環亦可以為多環,較佳為碳數3~20的環烷基,更佳為碳數4~15的環烷基,進一步較佳為碳數5~10的環烷基。作為R 42b所表示的環烷基,例如,可舉出環戊基、1-甲基環戊基、環己基、金剛烷基、1-乙基金剛烷基、降冰片基、四環癸基、四環十二烷基等。環烷基之構成環烷烴環的伸甲基中的一個,可以被氧原子等雜原子、羰基及酯鍵等具有雜原子的基團、或亞乙烯基取代。又,環烷基中構成環烷烴環的伸乙基中的一個以上,可以被伸乙烯基取代。 R 42b所表示的芳基,較佳為碳數6~20的芳基,更佳為碳數6~15的芳基,進一步較佳為碳數6~10的芳基,特佳為苯基或萘基,最佳為苯基。
式(2B)中的p 21b及r 21b分別獨立地表示0或1。 較佳為p 21b及r 21b中的至少一方表示0,更佳為p 21b及r 21b表示0。
式(b1-2a)中的R 21a及R 21b分別獨立地表示氫原子或有機基。其中,R 21a及R 21b均不會表示選自由氰基、硝基、式(2A)所表示的基團及式(2B)所表示的基團所組成之群組中的基團。關於式(2A)所表示的基團及式(2B)所表示的基團如前所述。 R 21a及R 21b所表示的有機基只要係除氰基、硝基、式(2A)所表示的基團及式(2B)所表示的基團以外的基團即可,並無特別限定,但較佳為烷基、環烷基、烯基、炔基、芳基、雜芳基、烷氧基或芳氧基。
關於R 21a及R 21b所表示的烷基、環烷基、烯基、炔基、芳基、雜芳基、烷氧基及芳氧基的說明、具體例及較佳範圍,與前述的R 21c及R 21d中者相同。
式(b1-2a)中的R 21e表示氫原子或有機基。 R 21e所表示的有機基並無特別限定,但較佳為烷基、環烷基、烯基、炔基、芳基、雜芳基、烷氧基、芳氧基、氰基、式(2A)所表示的基團或式(2B)所表示的基團。關於此等基團的說明、具體例及較佳範圍,與前述的R 21c及R 21d中者相同。
式(b1-2a)中的L 21表示單鍵或二價的連結基。 作為L 21所表示的二價的連結基並無特別限定,例如,可舉出-O-、-NR 1-、-S-、-SO-、-SO 2-、有機基(較佳為二價的有機基)、及將兩種以上此等基團組合而成的基團,較佳為-O-、-CO-、-COO-、-OCOO-、-NR 1-、-CONR 1-、-S-、-SO-、-SO 2-、伸烷基、伸環烷基、伸烯基、伸芳基、及將兩種以上此等基團組合而成的基團。R 1表示氫原子或烷基。 作為L 21所表示的伸烷基,並無特別限定,較佳為伸甲基、伸乙基、伸丙基、伸丁基、伸己基、伸辛基等碳數1~8的伸烷基。 L 21所表示的伸環烷基的碳數並無特別限定,例如,較佳為3~20,較佳為4~15。伸環烷基,可以為伸環戊基、伸環己基等單環的伸環烷基,亦可以為伸降冰片基、伸四環癸基、伸四環十二烷基、伸金剛烷基等多環的伸環烷基。伸環烷基之構成環烷烴環的伸甲基中的一個,可以被氧原子等雜原子、羰基及酯鍵等具有雜原子的基團、或亞乙烯基取代。又,伸環烷基中構成環烷烴環的伸乙基中的一個以上,可以被伸乙烯基取代。 作為L 21所表示的伸烯基並無特別限定,例如,較佳為碳數2~8的伸烯基。 作為L 21所表示的伸芳基並無特別限定,例如,可舉出碳數6~20的伸芳基,較佳為碳數6~15的伸芳基。作為伸芳基,較佳為伸苯基或伸萘基,特佳為伸苯基。 作為R 1表示烷基時的烷基,例如,可舉出甲基、乙基、丙基、異丙基、正丁基、第二丁基、己基、2-乙基己基、辛基、十二烷基等碳數20以下的烷基,較佳為碳數8以下的烷基。
式(b1-2a)中的Z 11 +表示有機陽離子。關於式(b1-2a)中的Z 11 +的說明、具體例及較佳範圍,與前述的(b1-1)的Z 11 +中者相同。
式(b1-2b)中的R 22a表示鹵素原子、羥基或羧基以外的有機基。 R 22a所表示的鹵素原子較佳為氯原子、溴原子或碘原子。 R 22a所表示的有機基只要係羧基以外的有機基即可,並無特別限定,但較佳為烷基、環烷基、烯基、炔基、芳基、雜芳基、烷氧基或芳氧基。 R 22a所表示的烷基、環烷基、烯基、炔基、芳基、雜芳基、烷氧基及芳氧基可以進一步具有一個以上取代基。例如,羥基可以在烷基上取代。
關於R 22a所表示的各基團如下記載。 烷基的碳數並無特別限定,例如,可以為1~20,亦可以為1~10,又可以為1~6。烷基可以為直鏈狀及支鏈狀中的任一種。作為烷基,例如,可舉出甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、第三丁基、正己基等。關於烷氧基中的烷基部分,亦與上述相同。 環烷基可以為環戊基、環己基等單環的環烷基,亦可以為降冰片基、四環癸基、四環十二烷基、金剛烷基等多環的環烷基。環烷基的碳數並無特別限定,例如,可以為5~20,亦可以為5~15。 烯基可以為直鏈狀及支鏈狀中的任一種。烯基的碳數並無特別限定,例如,可以為2~20,亦可以為2~10,又可以為2~6。 炔基可以為直鏈狀及支鏈狀中的任一種。上述炔基的碳數並無特別限定,例如,可以為2~20,亦可以為2~10,又可以為2~6。 芳基可以為單環及多環(例如,2~6環等)中的任一種。芳基的環員原子數並無特別限定,例如,可以為6~20,亦可以為6~15,又可以為6~10。作為芳基,較佳為苯基、萘基或蒽基,更佳為苯基。關於芳氧基中的芳基部分,亦與上述相同。 雜芳基可以為單環及多環(例如,2~6環等)中的任一種。雜芳基作為環員原子所具有的雜原子的數並無特別限定,例如,可以為1~10。作為雜原子,例如,可舉出氮原子、硫原子、氧原子、硒原子、碲原子、磷原子、矽原子、硼原子等。雜芳基的環員原子數並無特別限定,例如,可以為5~15。
式(b1-2b)中的Ar 12表示芳香族基(更具體而言,p 12+1價的芳香族基)。 Ar 12所表示的芳香族基可以為芳香族烴基,亦可以為芳香族雜環基。 當Ar 12所表示的芳香族基為芳香族烴基時,芳香族烴基可以為單環及多環中的任一種。芳香族烴基的碳數並無特別限制,例如,較佳為6~20,更佳為6~14。 又,芳香族烴基可以為從具有芳香族烴(例如,苯、萘等)與環烷烴(例如,環戊烷、環己烷等)縮合的結構的縮合環式化合物中去除任意p 12+1個氫原子而成的基團。
當Ar 12所表示的芳香族基為芳香族雜環基時,芳香族雜環基可以為單環及多環中的任一種。芳香族雜環基較佳為於環員內包含選自由氮原子、氧原子及硫原子所組成之群組中的至少一個雜原子。芳香族雜環基的碳數並無特別限制,例如,較佳為2~18,更佳為3~12,進一步較佳為4~12。芳香族雜環基的環員原子數並無特別限制,例如,較佳為5~20,更佳為6~15。作為芳香族雜環基,例如,可舉出從吡咯、咪唑、吡唑、噁唑、異噁唑、噻唑、異噻唑、三唑、噻吩、呋喃等五員環芳香族雜環式化合物、或吡啶、吡嗪、嘧啶、噠嗪、三嗪、噻嗪、惡嗪等六員環芳香族雜環式化合物中去除任意p 12+1個氫原子而成的基團。 又,芳香族雜環基可以為從縮合環式化合物(例如,吲哚、喹啉、異喹啉等)中去除任意p 12+1個氫原子而成的基團,該縮合環式化合物具有如下結構:上述五員環芳香族雜環式化合物或上述六員環芳香族雜環式化合物與選自由上述五員環芳香族雜環式化合物、上述六員環芳香族雜環式化合物、芳香族烴(例如,苯、萘等)、環烷烴(例如,環戊烷、環己烷等)及非芳香族雜環化合物(例如,吡咯烷、吡咯啉、2-噁唑烷酮、四氫呋喃、四氫噻吩等五員環非芳香族雜環化合物、及嗎啉、哌啶、哌嗪、四氫吡喃等六員環非芳香族雜環化合物等)所組成之群組中的至少一個縮環。
式(b1-2b)中的p 12表示0以上的整數。p 12表示2以上的整數時,複數個R 22a可以相同亦可以不同。 p 12較佳為表示1或2。
式(b1-2b)中的Z 11 +表示有機陽離子。關於式(b1-2b)中的Z 11 +的說明、具體例及較佳範圍,與前述的式(b1-1)中的Z 11 +中者相同。
式(b1-2c)中的Ar 13表示芳香族基(更具體而言,p 13+q 13+1價的芳香族基)。 Ar 13所表示的芳香族基可以為芳香族烴基,亦可以為芳香族雜環基。 當Ar 13所表示的芳香族基為芳香族烴基時,芳香族烴基可以為單環及多環中的任一種。芳香族烴基的碳數並無特別限制,例如,較佳為6~20,更佳為6~14。 又,芳香族烴基可以為從具有芳香族烴(例如,苯、萘等)與環烷烴(例如,環戊烷、環己烷等)縮合的結構的縮合環式化合物中去除任意p 13+q 13+1個氫原子而成的基團。
當Ar 13所表示的芳香族基為芳香族雜環基時,芳香族雜環基可以為單環及多環中的任一種。芳香族雜環基較佳為於環員內包含選自由氮原子、氧原子及硫原子所組成之群組中的至少一個雜原子。芳香族雜環基的碳數並無特別限制,例如,較佳為2~18,更佳為3~12,進一步較佳為4~12。芳香族雜環基的環員原子數並無特別限制,例如,較佳為5~20,更佳為6~15。作為芳香族雜環基,例如,可舉出從吡咯、咪唑、吡唑、噁唑、異噁唑、噻唑、異噻唑、三唑、噻吩、呋喃等五員環芳香族雜環式化合物、或吡啶、吡嗪、嘧啶、噠嗪、三嗪、噻嗪、惡嗪等六員環芳香族雜環式化合物中去除任意p 13+q 13+1個氫原子而成的基團。 又,芳香族雜環基可以為從縮合環式化合物(例如,吲哚、喹啉、異喹啉等)中去除任意p 13+q 13+1個氫原子而成的基團,該縮合環式化合物具有如下結構:上述五員環芳香族雜環式化合物或上述六員環芳香族雜環式化合物與選自由上述五員環芳香族雜環式化合物、上述六員環芳香族雜環式化合物、芳香族烴(例如,苯、萘等)、環烷烴(例如,環戊烷、環己烷等)及非芳香族雜環化合物(例如,吡咯烷、吡咯啉、2-噁唑烷酮、四氫呋喃、四氫噻吩等五員環非芳香族雜環化合物、及嗎啉、哌啶、哌嗪、四氫吡喃等六員環非芳香族雜環化合物等)所組成之群組中的至少一個縮環。
式(b1-2c)中的R 23a表示鹵素原子或有機基。 R 23a所表示的鹵素原子較佳為氯原子、溴原子或碘原子。 R 23a所表示的有機基並無特別限定,但較佳為羧基、烷基、環烷基、烯基、炔基、芳基、雜芳基、烷氧基或芳氧基。 R 23a所表示的羧基、烷基、環烷基、烯基、炔基、芳基、雜芳基、烷氧基及芳氧基可以進一步具有一個以上取代基。例如,羥基可以在烷基上取代。
關於R 23a所表示的各基團如下記載。 烷基的碳數並無特別限定,例如,可以為1~20,亦可以為1~10,又可以為1~6。烷基可以為直鏈狀及支鏈狀中的任一種。作為烷基,例如,可舉出甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、第三丁基、正己基等。關於烷氧基中的烷基部分,亦與上述相同。 環烷基可以為環戊基、環己基等單環的環烷基,亦可以為降冰片基、四環癸基、四環十二烷基、金剛烷基等多環的環烷基。環烷基的碳數並無特別限定,例如,可以為5~20,亦可以為5~15。 烯基可以為直鏈狀及支鏈狀中的任一種。烯基的碳數並無特別限定,例如,可以為2~20,亦可以為2~10,又可以為2~6。 炔基可以為直鏈狀及支鏈狀中的任一種。上述炔基的碳數並無特別限定,例如,可以為2~20,亦可以為2~10,又可以為2~6。 芳基可以為單環及多環(例如,2~6環等)中的任一種。芳基的環員原子數並無特別限定,例如,可以為6~20,亦可以為6~15,又可以為6~10。作為芳基,較佳為苯基、萘基或蒽基,更佳為苯基。關於芳氧基中的芳基部分,亦與上述相同。 雜芳基可以為單環及多環(例如,2~6環等)中的任一種。雜芳基作為環員原子所具有的雜原子的數並無特別限定,例如,可以為1~10。作為雜原子,例如,可舉出氮原子、硫原子、氧原子、硒原子、碲原子、磷原子、矽原子、硼原子等。雜芳基的環員原子數並無特別限定,例如,可以為5~15。
式(b1-2c)中的p 13及q 13分別獨立地表示0以上的整數。p 13表示2以上的整數時,複數個R 23a可以相同亦可以不同。其中,p 13及q 13不會均表示0。q 13表示1時,p 13表示1以上的整數。p 13較佳為表示1或2。q 13較佳為表示1或2。
式(b1-2c)中的Z 11 +表示有機陽離子。關於式(b1-2c)中的Z 11 +的說明、具體例及較佳範圍,與前述的式(b1-1)中的Z 11 +中者相同。
式(b1-2d)中的R 24a表示有機基。 R 24a所表示的有機基並無特別限定,但較佳為烷基、環烷基、烯基、炔基或烷氧基。 R 24a所表示的烷基、環烷基、烯基、炔基及烷氧基可以進一步具有一個以上取代基。例如,羥基可以在烷基上取代。
關於R 24a所表示的各基團如下記載。 烷基的碳數並無特別限定,例如,可以為1~20,亦可以為1~10,又可以為1~6。烷基可以為直鏈狀及支鏈狀中的任一種。作為烷基,例如,可舉出甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、第三丁基、正己基等。關於烷氧基中的烷基部分,亦與上述相同。 環烷基可以為環戊基、環己基等單環的環烷基,亦可以為降冰片基、四環癸基、四環十二烷基、金剛烷基等多環的環烷基。環烷基的碳數並無特別限定,例如,可以為5~20,亦可以為5~15。 烯基可以為直鏈狀及支鏈狀中的任一種。烯基的碳數並無特別限定,例如,可以為2~20,亦可以為2~10,又可以為2~6。 炔基可以為直鏈狀及支鏈狀中的任一種。上述炔基的碳數並無特別限定,例如,可以為2~20,亦可以為2~10,又可以為2~6。
R 24a所表示的有機基可以具有芳香環,但當R 24a具有芳香環時,式(b1-2d)中明示的-COO -的碳原子不會直接鍵結於上述芳香環。
式(b1-2d)中的Z 11 +表示有機陽離子。關於式(b1-2d)中的Z 11 +的說明、具體例及較佳範圍,與前述的式(b1-1)中的Z 11 +中者相同。
式(b1-2e)中的Y 25a表示-CO-、-SO-、-SO 2-或單鍵。
式(b1-2e)中的R 25a及R 25b分別獨立地表示烷基、環烷基或芳基。R 25a與R 25b可以鍵結而形成環。 R 25a及R 25b所表示的烷基的碳數並無特別限定,例如,可以為1~20,亦可以為1~10,又可以為1~6。烷基可以為直鏈狀及支鏈狀中的任一種。作為烷基,例如,可舉出甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、第三丁基、正己基等。 作為R 25a及R 25b所表示的環烷基,可以為環戊基、環己基等單環的環烷基,亦可以為降冰片基、四環癸基、四環十二烷基、金剛烷基等多環的環烷基。環烷基的碳數並無特別限定,例如,可以為5~20,亦可以為5~15。 R 25a及R 25b所表示的芳基可以為單環及多環(例如,2~6環等)中的任一種。芳基的環員原子數並無特別限定,例如,可以為6~20,亦可以為6~15,又可以為6~10。作為芳基,較佳為苯基、萘基或蒽基,更佳為苯基。
式(b1-2e)中的Z 11 +表示有機陽離子。關於式(b1-2e)中的Z 11 +的說明、具體例及較佳範圍,與前述的式(b1-1)中的Z 11 +中者相同。
(鎓鹽(B-1)的分子量) 鎓鹽(B-1)可以為低分子化合物形態,亦可以為聚合物形態。又,亦可以併用低分子化合物形態及聚合物形態。 當鎓鹽(B-1)為低分子化合物形態時,鎓鹽(B-1)的分子量並無特別限定,例如,較佳為5000以下,更佳為3000以下,特佳為2000以下。又,鎓鹽(B-1)的分子量較佳為100以上,更佳為200以上。 當鎓鹽(B-1)為聚合物形態時,可以將其組入至藉由酸的作用而極性增大的樹脂(A)的一部分中,亦可以將其組入至與藉由酸的作用而極性增大的樹脂(A)不同的樹脂中。 當鎓鹽(B-1)被組入至樹脂(A)的一部分中時,由於樹脂(A)兼作鎓鹽(B-1),因此本發明之組成物可以單獨包含鎓鹽(B-1),亦較佳為不包含鎓鹽(B-1)。 鎓鹽(B-1)較佳為低分子化合物形態。
(鎓鹽(B-1)的含氟率) 鎓鹽(B-1)不含氟原子,或當含氟原子時,氟原子的含有率(含氟率)相對於鎓鹽(B-1)中所含的所有原子為3質量%以下。 當鎓鹽(B-1)含氟原子時,氟原子的含有率相對於鎓鹽(B-1)中所含的所有原子,較佳為2質量%以下,更佳為1質量%以下。 鎓鹽(B-1),特佳為不含氟原子(亦即,含氟率為0質量%)。 鎓鹽(B-1)的含氟率表示氟原子相對於鎓鹽(B-1)的所有原子的質量比。含氟率(質量%)可透過下述式(1)算出。 100×19×F B1/MW B1(1) 式(1)中,F B1表示鎓鹽(B-1)中所含的氟原子數,MW B1表示鎓鹽(B-1)的分子量。 本說明書中,鎓鹽(B-1)的含氟率係指透過上述方法求得的值,但當無法透過上述方法求得含氟率時,採用對使組成物的溶劑成分蒸發而得的膜進行元素分析等解析性方法來算出的值。
(鎓鹽(B-1)的含量) 本發明之組成物中的鎓鹽(B-1)的含量並無特別限制,相對於本發明之組成物的總固體成分,較佳為0.1~30.0質量%,更佳為0.5~20.0質量%,進一步較佳為1.0~15.0質量%。 鎓鹽(B-1)可以單獨使用一種,亦可以使用兩種以上。使用兩種以上時,較佳為其合計含量在上述較佳含量的範圍內。
鎓鹽(B-1)可以參照公知方法合成。
作為鎓鹽(B-1)的具體例,例如,可舉出在後述的實施例中使用的B1-1~B1-18等,但並不限定於此等。
[鎓鹽(B-2)] 對本發明之組成物中所含的鎓鹽(B-2)進行說明。 鎓鹽(B-2)係由下述式(b2-1)表示的鎓鹽。
[化學式24]
式(b2-1)中,R 2a表示拉電子基。R 2b及R 2c分別獨立地表示氫原子或有機基。選自由R 2a、R 2b及R 2c所組成之群組中的至少兩個可以鍵結而形成環。其中,R 2b及R 2c不會均表示氫原子。Z 2 +表示有機陽離子。
鎓鹽(B-2)係與前述的鎓鹽(B-1)不同的化合物。
式(b2-1)中的R 2a表示拉電子基。 拉電子基較佳為哈米特取代基常數σp值大於0的基團,更佳為σp值為0.1以上的基團,進一步較佳為σp值為0.2以上的基團。對於哈米特取代基常數σp值,例如,可參照「Chemical Reviews,1991年,第91號,第165~195頁」。 作為拉電子基,例如,可舉出鹵素原子(例如,氟原子、氯原子、溴原子、碘原子)、鹵化烷基(例如,-CF 3基)、甲醯基、羧基、氰基、硝基、二氰基甲基(-(CH)CN 2)、由下述式(1A)表示的基團等。 R 2a較佳為表示氰基、硝基、二氰基甲基或由下述式(1A)表示的基團,更佳為表示氰基、二氰基甲基或由下述式(1A)表示的基團。
[化學式25]
式(1A)中,Y 1及Y 3分別獨立地表示-O-或-NR 3-。R 3表示氫原子或烷基。Y 2表示-C(=O)-或-SO 2-。R 4表示烷基、環烷基或芳基。選自由R 3及R 4所組成之群組中的至少兩個可以鍵結而形成環。p及r分別獨立地表示0或1。q表示1或2。*表示鍵結位置。
式(1A)中的Y 1及Y 3分別獨立地表示-O-或-NR 3-。R 3表示氫原子或烷基。 R 3所表示的烷基的碳數並無特別限定,例如,可以為1~20,亦可以為1~10,又可以為1~6。烷基可以為直鏈狀及支鏈狀中的任一種。作為烷基,例如,可舉出甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、第三丁基、正己基等。 Y 1及Y 3較佳為表示-O-。
式(1A)中的R 4表示烷基、環烷基或芳基,較佳為表示烷基或環烷基。 R 4所表示的烷基,可以為直鏈狀亦可以為支鏈狀,較佳為碳數1~12的烷基,更佳為碳數1~6的烷基,進一步較佳為碳數1~3的烷基。作為R 4所表示的烷基,例如,可舉出甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、第二丁基、第三丁基等。上述烷基可以進一步具有取代基。 R 4所表示的環烷基,可以為單環亦可以為多環,較佳為碳數3~20的環烷基,更佳為碳數4~15的環烷基,進一步較佳為碳數5~10的環烷基。作為R 4所表示的環烷基,例如,可舉出環戊基、1-甲基環戊基、環己基、金剛烷基、1-乙基金剛烷基、降冰片基、四環癸基、四環十二烷基等。環烷基之構成環烷烴環的伸甲基中的一個,可以被氧原子等雜原子、羰基及酯鍵等具有雜原子的基團、或亞乙烯基取代。又,環烷基中構成環烷烴環的伸乙基中的一個以上,可以被伸乙烯基取代。上述環烷基可以進一步具有取代基。 R 4所表示的芳基,較佳為碳數6~20的芳基,更佳為碳數6~15的芳基,進一步較佳為碳數6~10的芳基,特佳為苯基或萘基,最佳為苯基。上述芳基可以進一步具有取代基。
式(1A)中的Y 2表示-C(=O)-或-SO 2-。 式(1A)中的p及r分別獨立地表示0或1。 式(1A)中的q表示1或2,較佳為表示1。
式(1A)所表示的基團較佳為-O(C=O)R 4、-(C=O)OR 4、-O(SO 2)R 4、-(SO 2)OR 4或-(SO 2)R 4,更佳為-O(C=O)R 4、-(C=O)OR 4或-(SO 2)R 4
式(b2-1)中的R 2b及R 2c分別獨立地表示氫原子或有機基。其中,R 2b及R 2c不會均表示氫原子。 R 2b及R 2c所表示的有機基並無特別限定,但較佳為烷基、環烷基、烯基、炔基、芳基、雜芳基、烷氧基、芳氧基、氰基、二氰基甲基或式(1A)所表示的基團。
R 2b及R 2c所表示的烷基、環烷基、烯基、炔基、芳基、雜芳基、烷氧基及芳氧基,可以進一步具有一個以上取代基。例如,羥基可以在烷基上取代。
關於R 2b及R 2c所表示的各基團如下記載。 烷基的碳數並無特別限定,例如,可以為1~20,亦可以為1~10,又可以為1~6。烷基可以為直鏈狀及支鏈狀中的任一種。作為烷基,例如,可舉出甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、第三丁基、正己基等。關於烷氧基中的烷基部分,亦與上述相同。 環烷基可以為環戊基、環己基等單環的環烷基,亦可以為降冰片基、四環癸基、四環十二烷基、金剛烷基等多環的環烷基。環烷基的碳數並無特別限定,例如,可以為5~20,亦可以為5~15。 烯基可以為直鏈狀及支鏈狀中的任一種。烯基的碳數並無特別限定,例如,可以為2~20,亦可以為2~10,又可以為2~6。 炔基可以為直鏈狀及支鏈狀中的任一種。上述炔基的碳數並無特別限定,例如,可以為2~20,亦可以為2~10,又可以為2~6。 芳基可以為單環及多環(例如,2~6環等)中的任一種。芳基的環員原子數並無特別限定,例如,可以為6~20,亦可以為6~15,又可以為6~10。作為芳基,較佳為苯基、萘基或蒽基,更佳為苯基。關於芳氧基中的芳基部分,亦與上述相同。 雜芳基可以為單環及多環(例如,2~6環等)中的任一種。雜芳基作為環員原子所具有的雜原子的數並無特別限定,例如,可以為1~10。作為雜原子,例如,可舉出氮原子、硫原子、氧原子、硒原子、碲原子、磷原子、矽原子、硼原子等。雜芳基的環員原子數並無特別限定,例如,可以為5~15。
選自由R 2a、R 2b及R 2c所組成之群組中的至少兩個可以鍵結而形成環。 作為選自由R 2a、R 2b及R 2c所組成之群組中的至少兩個鍵結而形成的環並無特別限定,但較佳為環烷烴環。環烷烴環可以為單環的環烷烴環,亦可以為多環的環烷烴環。環烷烴環,較佳為環員碳數5~20的單環或多環的環烷烴環。環烷烴環中構成環的伸甲基中的一個以上,可以被氧原子等雜原子、磺醯基、羰基等具有雜原子的基團、或亞乙烯基取代。又,構成環烷烴環的伸乙基中的一個以上,可以被伸乙烯基取代。
式(b2-1)中的Z 2 +表示有機陽離子。關於式(b2-1)中的Z 2 +的說明、具體例及較佳範圍,與前述的式(b1-1)中的Z 11 +中者相同。
(鎓鹽(B-2)的分子量) 鎓鹽(B-2)可以為低分子化合物形態,亦可以為聚合物形態。又,亦可以併用低分子化合物形態及聚合物形態。 當鎓鹽(B-2)為低分子量化合物形態時,鎓鹽(B-2)的分子量並無特別限定,例如,較佳為5000以下,更佳為3000以下,特佳為2000以下。又,鎓鹽(B-2)的分子量較佳為100以上,更佳為200以上。 當鎓鹽(B-2)為聚合物形態時,可以將其組入至藉由酸的作用而極性增大的樹脂(A)的一部分中,亦可以將其組入至與藉由酸的作用而極性增大的樹脂(A)不同的樹脂中。 當鎓鹽(B-2)組入至樹脂(A)的一部分中時,由於樹脂(A)兼作鎓鹽(B-2),因此本發明之組成物可以單獨包含鎓鹽(B-2),亦較佳為不包含鎓鹽(B-2)。 鎓鹽(B-2)較佳為低分子化合物形態。
(鎓鹽(B-2)的含氟率) 鎓鹽(B-2)不含氟原子,或當含氟原子時,氟原子的含有率(含氟率)相對於鎓鹽(B-2)中所含的所有原子為3質量%以下。 當鎓鹽(B-2)含氟原子時,氟原子的含有率相對於鎓鹽(B-2)中所含的所有原子,較佳為2質量%以下,更佳為1質量%以下。 鎓鹽(B-2),特佳為不含氟原子(亦即,含氟率為0質量%)。 鎓鹽(B-2)的含氟率表示氟原子相對於鎓鹽(B-2)的所有原子的質量比。含氟率(質量%)可透過下述式(2)算出。 100×19×F B2/MW B2(2) 式(2)中,F B2表示鎓鹽(B-2)中所含的氟原子數,MW B2表示鎓鹽(B-2)的分子量。 本說明書中,鎓鹽(B-2)的含氟率係指透過上述方法求得的值,但當無法以上述方法求得含氟率時,採用對使組成物的溶劑成分蒸發而得的膜進行藉由元素分析等解析性方法來算出的值。
(鎓鹽(B-2)的含量) 本發明之組成物中的鎓鹽(B-2)的含量並無特別限制,相對於本發明之組成物的總固體成分,較佳為1.0~50.0質量%,更佳為3.0~45.0質量%,進一步較佳為5.0~40.0質量%。 鎓鹽(B-2)可以單獨使用一種,亦可以使用兩種以上。使用兩種以上時,較佳為其合計含量在上述較佳含量的範圍內。
鎓鹽(B-2)例如可透過實施例中記載的方法來合成。
作為鎓鹽(B-2)的具體例,例如,可舉出後述的實施例中使用的B2-1~B2-30或下述化合物等,但並不限定於此等。
[化學式26]
(酸(AC B1)及酸(AC B2)的pKa) 鎓鹽(B-1)藉由光化射線或放射線的照射而產生酸(AC B1)。酸(AC B1)的pKa(亦稱為「pKa B1」。),比鎓鹽(B-2)藉由光化射線或放射線的照射而產生的酸(AC B2)的pKa(亦稱為「pKa B2」。)大1.0以上。 pKa B1-pKa B2(亦稱為「ΔpKa」。)為1.0以上,較佳為1.3以上,更佳為1.5以上,進一步較佳為2.0以上。又,ΔpKa較佳為15.0以下,更佳為13.0以下,進一步較佳為10.0以下。 pKa B1較佳為-2.0~12.0,更佳為-1.0~11.0,進一步較佳為0.0~10.0。 pKa B2較佳為-8.0~1.0,更佳為-7.0~0.5,進一步較佳為-6.0~0.0。 pKa B1及pKa B2的具體測定方法如下所示。 對於各鎓鹽的陰離子部分進行質子化而成的結構(例如,若陰離子部分為SO 3 -、則SO 3H),利用軟體(Advanced Chemistry Development (ACD/Labs) Software V8.14 for Solaris (1994-2007 ACD/Labs))計算。當用此方法無法計算pKa時,採用基於DFT(密度泛函理論)的Gaussian 16所得的值。 當含有複數種鎓鹽作為鎓鹽(B-1)時,使用pKa最低的鎓鹽種類的計算值來計算ΔpKa(pKa B1-pKa B2)。又,當含有複數種鎓鹽作為鎓鹽(B-2)時,使用pKa最高的鎓鹽種類的計算值來計算ΔpKa(pKa B1-pKa B2)。
本發明之組成物中所含的、鎓鹽(B-2)的含量相對於鎓鹽(B-1)的含量的質量比(B-2)/(B-1),較佳為1~25,更佳為1~20,進一步較佳為1~15。
[藉由酸的作用而極性增大的樹脂(A)] 本發明之組成物含有藉由酸的作用而極性增大的樹脂(A)(亦單純稱為「樹脂(A)」)。 樹脂(A)包含藉由酸的作用分解而極性增大的基團(亦稱為「酸分解性基」。),較佳為包含具有酸分解性基的重複單元。樹脂(A)具有酸分解性基時,在使用本發明之組成物的圖案形成方法中,典型而言,在採用鹼顯影液作為顯影液的情況下,可較佳地形成正型圖案,在採用有機系顯影液作為顯影液的情況下,可較佳地形成負型圖案。 作為具有酸分解性基的重複單元,除了具有酸分解性基的重複單元之外,較佳為具有包含不飽和鍵的酸分解性基的重複單元。
(具有酸分解性基的重複單元) 所謂酸分解性基,係指藉由酸的作用分解而產生極性基之基團。酸分解性基較佳為具有極性基被藉由酸的作用脫離的基團(脫離基)保護之結構。亦即,樹脂(A)具有重複單元,該重複單元具有藉由酸的作用分解而產生極性基的基團。具有該重複單元的樹脂,藉由酸的作用而極性增大,從而對鹼顯影液的溶解度增大,對有機溶劑的溶解度減小。 作為極性基,較佳為鹼可溶性基,例如,可舉出羧基、酚性羥基、氟化醇基、磺酸基、磷酸基、磺醯胺基、磺醯亞胺基、(烷基磺醯基)(烷基羰基)伸甲基、(烷基磺醯基)(烷基羰基)醯亞胺基、雙(烷基羰基)伸甲基、雙(烷基羰基)醯亞胺基、雙(烷基磺醯基)伸甲基、雙(烷基磺醯基)醯亞胺基、參(烷基羰基)伸甲基、及參(烷基磺醯基)伸甲基等酸性基,以及醇性羥基。 其中,作為極性基,較佳為羧基、酚性羥基、氟化醇基(較佳為六氟異丙醇基)、或磺酸基。
作為藉由酸的作用脫離的基團,例如,可舉出由式(Y1)~(Y4)表示的基團。 式(Y1):-C(Rx 1)(Rx 2)(Rx 3) 式(Y2):-C(=O)OC(Rx 1)(Rx 2)(Rx 3) 式(Y3):-C(R 36)(R 37)(OR 38) 式(Y4):-C(Rn)(H)(Ar)
式(Y1)及式(Y2)中,Rx 1~Rx 3分別獨立地表示烷基(直鏈狀或支鏈狀)、環烷基(單環或多環)、烯基(直鏈狀或支鏈狀)、或芳基(單環或多環)。此外,當Rx 1~Rx 3全部均為烷基(直鏈狀或支鏈狀)時,Rx 1~Rx 3中的至少兩個較佳為甲基。 其中,Rx 1~Rx 3較佳為分別獨立地表示直鏈狀或支鏈狀烷基,Rx 1~Rx 3更佳為分別獨立地表示直鏈狀烷基。 Rx 1~Rx 3中的兩個可以鍵結而形成單環或多環。 作為Rx 1~Rx 3的烷基,較佳為甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、及第三丁基等碳數1~5的烷基。 作為Rx 1~Rx 3的環烷基,較佳為環戊基及環己基等單環的環烷基、以及降冰片基、四環癸基、四環十二烷基及金剛烷基等多環的環烷基。 作為Rx 1~Rx 3的芳基,較佳為碳數6~10的芳基,例如,可舉出苯基、萘基、及蒽基。 作為Rx 1~Rx 3的烯基,較佳為乙烯基。 作為Rx 1~Rx 3中的兩個鍵結而形成的環,較佳為環烷基。作為Rx 1~Rx 3中的兩個鍵結而形成的環烷基,較佳為環戊基或者環己基等單環的環烷基、或降冰片基、四環癸基、四環十二烷基或者金剛烷基等多環的環烷基,更佳為碳數5~6的單環的環烷基。 作為Rx 1~Rx 3中的兩個鍵結而形成的環烷基,可以為構成環的伸甲基中的一個被氧原子等雜原子、羰基等含雜原子的基團、或亞乙烯基取代。此等環烷基中,構成環烷烴環的一個以上伸乙基可以被伸乙烯基取代。 式(Y1)或式(Y2)所表示的基團例如較佳為,Rx 1為甲基或乙基、且Rx 2與Rx 3鍵結而形成上述的環烷基之態樣。 感光化射線性或感放射線性樹脂組成物例如為EUV曝光用光阻組成物時,Rx 1~Rx 3所表示的烷基、環烷基、烯基、芳基、及Rx 1~Rx 3中的兩個鍵結而形成的環亦較佳為,進一步具有氟原子或碘原子作為取代基。
式(Y3)中,R 36~R 38分別獨立地表示氫原子或一價的有機基。R 37與R 38可以相互鍵結而形成環。作為一價的有機基,可舉出烷基、環烷基、芳基、芳烷基及烯基。R 36亦較佳為氫原子。 此外,上述烷基、環烷基、芳基、及芳烷基中,可以包含氧原子等雜原子及/或羰基等含雜原子的基團。例如,在上述烷基、環烷基、芳基、及芳烷基中,伸甲基中的一個以上可以被氧原子等雜原子及/或羰基等含雜原子的基團取代。 R 38可以與重複單元的主鏈所具有的另一取代基相互鍵結而形成環。R 38與重複單元的主鏈所具有的另一取代基相互鍵結而形成的基團較佳為伸甲基等伸烷基。 感光化射線性或感放射線性樹脂組成物例如為EUV曝光用光阻組成物時,R 36~R 38所表示的一價的有機基、及R 37與R 38相互鍵結而形成的環亦較佳為,進一步具有氟原子或碘原子作為取代基。
作為式(Y3),較佳為由下述式(Y3-1)表示的基團。
[化學式27]
在此,L 1及L 2分別獨立地表示氫原子、烷基、環烷基、芳基、或將此等組合而成的基團(例如,將烷基與芳基組合而成的基團)。 M表示單鍵或二價的連結基。 Q表示可以含有雜原子的烷基、可以含有雜原子的環烷基、可以含有雜原子的芳基、胺基、銨基、巰基、氰基、醛基、或將此等組合而成的基團(例如,將烷基與環烷基組合而成的基團)。 烷基及環烷基中,例如,伸甲基中的一個可以被氧原子等雜原子、或羰基等含雜原子的基團取代。 此外,較佳為L 1及L 2中的一個為氫原子,另一個為烷基、環烷基、芳基、或將伸烷基與芳基組合而成的基團。 Q、M、及L 1中的至少兩個可以鍵結而形成環(較佳為5員或者6員環)。 從圖案微細化之觀點而言,L 2較佳為二級或三級烷基,更佳為三級烷基。作為二級烷基,可舉出異丙基、環己基、及降冰片基,作為三級烷基,可舉出第三丁基及金剛烷基。在此等態樣中,由於Tg(玻璃轉移溫度)及活性化能變高,因此除了確保膜強度之外,亦可抑制霧化。
感光化射線性或感放射線性樹脂組成物例如為EUV曝光用光阻組成物時,L 1及L 2所表示的、烷基、環烷基、芳基、及將此等組合而成的基團亦較佳為,進一步具有氟原子或碘原子作為取代基。亦較佳為上述烷基、環烷基、芳基、及芳烷基中,除了氟原子及碘原子之外,還包含氧原子等雜原子。具體而言,上述烷基、環烷基、芳基、及芳烷基,例如伸甲基中的一個可以被氧原子等雜原子、或羰基等含雜原子的基團取代。 感光化射線性或感放射線性樹脂組成物例如為EUV曝光用光阻組成物時,在Q所表示的可以含有雜原子的烷基、可以含有雜原子的環烷基、可以含有雜原子的芳基、胺基、銨基、巰基、氰基、醛基、及將此等組合而成的基團中,作為雜原子,較佳為選自由氟原子、碘原子及氧原子所組成之群組中的雜原子。
式(Y4)中,Ar表示芳香環基。Rn表示烷基、環烷基、或芳基。Rn與Ar可以相互鍵結而形成非芳香族環。作為Ar,較佳為芳基。 感光化射線性或感放射線性樹脂組成物例如為EUV曝光用光阻組成物時,Ar所表示的芳香環基、以及Rn所表示的烷基、環烷基、及芳基亦較佳為具有氟原子及碘原子作為取代基。
從重複單元的酸分解性優異之觀點而言,在保護極性基的脫離基中,當非芳香族環直接鍵結於極性基(或其殘基)時,上述非芳香環中的、與上述極性基(或其殘基)直接鍵結的環員原子相鄰的環員原子亦較佳為,不具有氟原子等鹵素原子作為取代基。
除此以外,藉由酸的作用脫離的基團亦可以為,具有諸如3-甲基-2-環戊烯基的取代基(烷基等)的2-環戊烯基、及具有諸如1,1,4,4-四甲基環己基的取代基(烷基等)的環己基。
作為具有酸分解性基的重複單元,亦較佳為由式(A)表示的重複單元。
[化學式28]
L 1表示可以具有氟原子或碘原子的二價的連結基,R 1表示氫原子、氟原子、碘原子、可以具有氟原子或者碘原子的烷基、或可以具有氟原子或者碘原子的芳基,R 2表示藉由酸的作用而脫離、且可以具有氟原子或碘原子的脫離基。其中,L 1、R 1、及R 2中的至少一個具有氟原子或碘原子。 作為由L 1表示的、可以具有氟原子或碘原子的二價的連結基,可舉出-CO-、-O-、-S-、-SO-、-SO 2-、可以具有氟原子或碘原子的烴基(例如,伸烷基、伸環烷基、伸烯基、及伸芳基等)、及該等複數種連結而成的連結基。其中,作為L 1,較佳為-CO-、伸芳基、或-伸芳基-具有氟原子或者碘原子的伸烷基-,更佳為-CO-、或-伸芳基-具有氟原子或者碘原子的伸烷基-。 作為伸芳基,較佳為伸苯基。 伸烷基可以為直鏈狀,亦可以為支鏈狀。伸烷基的碳數並無特別限制,較佳為1~10,更佳為1~3。 具有氟原子或碘原子的伸烷基中所包含的氟原子及碘原子之合計數並無特別限制,但較佳為2以上,更佳為2~10,進一步較佳為3~6。
R 1所表示的烷基可以為直鏈狀,亦可以為支鏈狀。烷基的碳數並無特別限制,較佳為1~10,更佳為1~3。 R 1所表示的、具有氟原子或碘原子的烷基中所包含的、氟原子及碘原子之合計數並無特別限制,但較佳為1以上,更佳為1~5,進一步較佳為1~3。 R 1所表示的烷基可以含有鹵素原子以外的氧原子等雜原子。
作為R 2所表示的、可以具有氟原子或碘原子的脫離基,可舉出上述式(Y1)~(Y4)所表示、且具有氟原子或碘原子的脫離基。
作為具有酸分解性基的重複單元,亦較佳為由式(AI)表示的重複單元。
[化學式29]
在式(AI)中,Xa 1表示氫原子或可以具有取代基的烷基。T表示單鍵或二價的連結基。Rx 1~Rx 3分別獨立地表示烷基(直鏈狀或支鏈狀)、環烷基(單環或多環)、烯基(直鏈狀或支鏈狀)、或芳基(單環或多環)。其中,當Rx 1~Rx 3全部均為烷基(直鏈狀或支鏈狀)時,Rx 1~Rx 3中的至少兩個較佳為甲基。 Rx 1~Rx 3中的兩個可以鍵結而形成單環或多環(單環或多環的環烷基等)。
作為Xa 1所表示的、可以具有取代基的烷基,例如,可舉出甲基或由-CH 2-R 11表示的基團。R 11表示鹵素原子(氟原子等)、羥基、或一價的有機基。作為R 11所表示的一價的有機基,例如,可舉出可以被鹵素原子取代的碳數5以下的烷基、可以被鹵素原子取代的碳數5以下的醯基、以及可以被鹵素原子取代的碳數5以下的烷氧基,較佳為碳數3以下的烷基,更佳為甲基。作為Xa 1,較佳為氫原子、甲基、三氟甲基、或羥基甲基。
作為T的二價的連結基,可舉出伸烷基、芳香環基、-COO-Rt-基、及-O-Rt-基。式中,Rt表示伸烷基或伸環烷基。 T較佳為單鍵或-COO-Rt-基。T表示-COO-Rt-基時,作為Rt,較佳為碳數1~5的伸烷基,更佳為-CH 2-基、-(CH 2) 2-基、或-(CH 2) 3-基。
作為Rx 1~Rx 3的烷基,較佳為甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、及第三丁基等碳數1~4的烷基。 作為Rx 1~Rx 3的環烷基,較佳為環戊基及環己基等單環的環烷基、或降冰片基、四環癸基、四環十二烷基及金剛烷基等多環的環烷基。 作為Rx 1~Rx 3的芳基,較佳為碳數6~10的芳基,例如,可舉出苯基、萘基、及蒽基。 作為Rx 1~Rx 3的烯基,較佳為乙烯基。 作為Rx1~Rx 3中的兩個鍵結而形成的環烷基,較佳為環戊基及環己基等單環的環烷基。又,亦較佳為降冰片基、四環癸基、四環十二烷基、及金剛烷基等多環的環烷基。其中,較佳為碳數5~6的單環的環烷基。 作為Rx 1~Rx 3中的兩個鍵結而形成的環烷基,例如,可以為構成環的伸甲基中的一個被氧原子等雜原子、羰基等含雜原子的基團、或亞乙烯基取代。又,此等環烷基中,構成環烷烴環的伸乙基中的一個以上可以被伸乙烯基取代。 式(AI)所表示的重複單元例如較佳為,Rx 1為甲基或乙基且Rx 2與Rx 3鍵結而形成上述環烷基之態樣。
上述各基團具有取代基時,作為取代基,例如,可舉出烷基(碳數1~4)、鹵素原子、羥基、烷氧基(碳數1~4)、羧基、及烷氧基羰基(碳數2~6)。取代基中的碳數較佳為8以下。
作為式(AI)所表示的重複單元,較佳為酸分解性(甲基)丙烯酸三級烷基酯系重複單元(Xa 1表示氫原子或甲基、且T為表示單鍵的重複單元)。
具有酸分解性基的重複單元之具體例如下所示,但並不限定於此。此外,式中,Xa 1表示H、CH 3、CF 3或CH 2OH,Rxa及Rxb分別獨立地表示碳數1~5的直鏈狀或支鏈狀的烷基。
[化學式30]
作為具有酸分解性基的重複單元,樹脂(A)可以含有具有包含不飽和鍵的酸分解性基的重複單元。 作為具有包含不飽和鍵的酸分解性基的重複單元,較佳為由式(B)表示的重複單元。
[化學式31]
在式(B)中,Xb表示氫原子、鹵素原子、或可以具有取代基的烷基。L表示單鍵或可以具有取代基的二價的連結基。Ry 1~Ry 3分別獨立地表示直鏈狀或者支鏈狀烷基、單環或者多環的環烷基、烯基、炔基、或單環或者多環的芳基。其中,Ry 1~Ry 3中的至少一個表示烯基、炔基、單環或者多環的環烯基、或單環或者多環的芳基。 Ry 1~Ry 3中的兩個可以鍵結而形成單環或多環(單環或多環的環烷基、環烯基等)。
作為由Xb表示的、可以具有取代基的烷基,例如,可舉出甲基或由-CH 2-R 11表示的基團。R 11表示鹵素原子(氟原子等)、羥基、或一價的有機基,例如,可舉出可以被鹵素原子取代的碳數5以下的烷基、可以被鹵素原子取代的碳數5以下的醯基、及可以被鹵素原子取代的碳數5以下的烷氧基,較佳為碳數3以下的烷基,更佳為甲基。作為Xb,較佳為氫原子、氟原子、甲基、三氟甲基、或羥基甲基。
作為L的二價的連結基,可舉出-Rt-基、-CO-基、-COO-Rt-基、-COO-Rt-CO-基、-Rt-CO-基、及-O-Rt-基。式中,Rt表示伸烷基、伸環烷基、或芳香環基,較佳為芳香環基。 作為L,較佳為-Rt-基、-CO-基、-COO-Rt-CO-基、或-Rt-CO-基。Rt可以具有鹵素原子、羥基、烷氧基等取代基。
作為Ry 1~Ry 3的烷基,較佳為甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、及第三丁基等碳數1~4的烷基。 作為Ry 1~Ry 3的環烷基,較佳為環戊基及環己基等單環的環烷基、或降冰片基、四環癸基、四環十二烷基、及金剛烷基等多環的環烷基。 作為Ry 1~Ry 3的芳基,較佳為碳數6~10的芳基,例如,可舉出苯基、萘基、及蒽基。 作為Ry 1~Ry 3的烯基,較佳為乙烯基。 作為Ry 1~Ry 3的炔基,較佳為乙炔基。 作為Ry 1~Ry 3的環烯基,較佳為在環戊基及環己基等單環的環烷基的一部分中包含雙鍵的結構。 作為Ry 1~Ry 3中的兩個鍵結而形成的環烷基,較佳為環戊基及環己基等單環的環烷基、或降冰片基、四環癸基、四環十二烷基、及金剛烷基等多環的環烷基。其中,更佳為碳數5~6的單環的環烷基。 Ry 1~Ry 3中的兩個鍵結而形成的環烷基或環烯基中,例如,構成環的伸甲基中的一個可以被氧原子等雜原子、羰基、-SO 2-基及-SO 3-基等含有雜原子的基團、亞乙烯基、或此等之組合所取代。又,此等環烷基或環烯基中,構成環烷烴環或環烯烴環的伸乙基中的一個以上可以被伸乙烯基所取代。 式(B)所表示的重複單元例如較佳為Ry 1為甲基、乙基、乙烯基、烯丙基、或芳基、且Ry 2與Ry 3鍵結而形成上述環烷基或環烯基之態樣。
上述各基團具有取代基時,作為取代基,例如,可舉出烷基(碳數1~4)、鹵素原子、羥基、烷氧基(碳數1~4)、羧基、及烷氧基羰基(碳數2~6)。取代基中的碳數較佳為8以下。
作為式(B)所表示的重複單元,較佳為酸分解性(甲基)丙烯酸三級酯系重複單元(Xb表示氫原子或甲基、且L表示-CO-基的重複單元)、酸分解性羥基苯乙烯三級烷基醚系重複單元(Xb表示氫原子或甲基、且L表示苯基的重複單元)、酸分解性苯乙烯羧酸三級酯系重複單元(Xb表示氫原子或甲基、且L表示-Rt-CO-基(Rt為芳香族基)的重複單元)。
具有包含不飽和鍵的酸分解性基的重複單元的含量,相對於樹脂(A)中的所有重複單元,較佳為15莫耳%以上,更佳為20莫耳%以上,進一步較佳為30莫耳%以上。又,作為其上限值,相對於樹脂(A)中的所有重複單元,較佳為80莫耳%以下,更佳為70莫耳%以下,進一步較佳為60莫耳%以下。 作為具有包含不飽和鍵的酸分解性基的重複單元之具體例,例如,可舉出國際公開第2022/024928號之[0067]~[0071]中記載的重複單元。將上述記載併入本說明書中。
具有酸分解性基的重複單元的含量,相對於樹脂(A)中的所有重複單元,較佳為15莫耳%以上,更佳為20莫耳%以上,進一步較佳為30莫耳%以上。又,作為其上限值,相對於樹脂(A)中的所有重複單元,較佳為90莫耳%以下,更佳為80莫耳%以下,進一步較佳為70莫耳%以下,特佳為60莫耳%以下。
樹脂(A)可以含有選自由以下群組A所組成之群組中的至少一種重複單元、及/或選自由以下群組B所組成之群組中的至少一種重複單元。 A群組:由以下(20)~(25)的重複單元所組成之群組。 (20)後述的、具有酸基的重複單元 (21)後述的、不具有酸分解性基及酸基中之任一者而具有氟原子、溴原子或碘原子的重複單元 (22)後述的、具有內酯基、磺內酯基、或碳酸酯基的重複單元 (23)後述的、具有光酸產生基的重複單元 (24)後述的、由式(V-1)或式(V-2)表示的重複單元 (25)用於降低主鏈的運動性的重複單元 此外,後述的、由式(A)~(E)表示的重複單元相當於(25)用於降低主鏈的運動性的重複單元。 B群組:由以下(30)~(32)的重複單元所組成之群組。 (30)後述的、具有選自內酯基、磺內酯基、碳酸酯基、羥基、氰基、及鹼可溶性基中的至少一種基團的重複單元 (31)後述的、具有脂環式烴結構、且不顯示酸分解性的重複單元 (32)後述的、不具有羥基及氰基中之任一者的、由式(III)表示的重複單元
樹脂(A)較佳為具有酸基,並且如後所述,較佳為含有具有酸基的重複單元。此外,關於酸基的定義,將在後面與具有酸基的重複單元的較佳態樣一起進行說明。樹脂(A)具有酸基時,樹脂(A)與從光酸產生劑產生的酸之間的相互作用性更優異。作為其結果,可進一步抑制酸的擴散,所形成的圖案之截面形狀可更加矩形化。
樹脂(A)可以具有選自由上述群組A所組成之群組中的至少一種重複單元。當感光化射線性或感放射線性樹脂組成物用作EUV曝光用感光化射線性或感放射線性樹脂組成物時,樹脂(A)較佳為具有選自由上述群組A所組成之群組中的至少一種重複單元。 樹脂(A)可以含有氟原子及碘原子中的至少一者。當感光化射線性或感放射線性樹脂組成物用作EUV曝光用感光化射線性或感放射線性樹脂組成物時,樹脂(A)較佳為含有氟原子及碘原子中的至少一者。樹脂(A)含有氟原子及碘原子兩者時,樹脂(A)可以具有含有氟原子及碘原子兩者的一個重複單元,樹脂(A)亦可以含有具有氟原子的重複單元及含有碘原子的重複單元這兩種。 樹脂(A)亦可以含有具有芳香族基的重複單元。當感光化射線性或感放射線性樹脂組成物用作EUV曝光用感光化射線性或感放射線性樹脂組成物時,亦較佳為樹脂(A)含有具有芳香族基的重複單元。 樹脂(A)可以具有選自由上述群組B所組成之群組中的至少一種重複單元。當感光化射線性或感放射線性樹脂組成物用作ArF用感光化射線性或感放射線性樹脂組成物時,樹脂(A)較佳為含有選自由上述群組B所組成之群組中的至少一種重複單元。 此外,當感光化射線性或感放射線性樹脂組成物用作ArF用感光化射線性或感放射線性樹脂組成物時,樹脂(A)較佳為不含氟原子及矽原子中的任一者。 當感光化射線性或感放射線性樹脂組成物用作ArF用感光化射線性或感放射線性樹脂組成物時,樹脂(A)較佳為不具有芳香族基。
(具有酸基的重複單元) 樹脂(A)可以含有具有酸基的重複單元。 作為酸基,較佳為pKa為13以下的酸基。上述酸基的酸解離常數較佳為13以下,更佳為3~13,進一步較佳為5~10。 樹脂(A)具有pKa為13以下的酸基時,樹脂(A)中的酸基之含量並無特別限制,但多為0.2~6.0mmol/g。其中,較佳為0.8~6.0mmol/g,更佳為1.2~5.0mmol/g,進一步較佳為1.6~4.0mmol/g。若酸基之含量在上述範圍內,則顯影會良好地進行,所形成的圖案形狀優異,解析度亦優異。 作為酸基,例如,較佳為羧基、酚性羥基、氟化醇基(較佳為六氟異丙醇基)、磺酸基、磺醯胺基、或異丙醇基。 上述六氟異丙醇基中,一個以上(較佳為1~2個)的氟原子可以被氟原子以外的基團(烷氧基羰基等)取代。作為酸基,亦較佳為如此形成的-C(CF 3)(OH)-CF 2-。又,可以為氟原子中的一個以上被氟原子以外的基團取代,以形成含有-C(CF 3)(OH)-CF 2-的環。 具有酸基的重複單元較佳為,與上述具有極性基被藉由酸的作用脫離的基團保護的結構之重複單元、及後述的具有內酯基、磺內酯基、或碳酸酯基的重複單元不同的重複單元。 具有酸基的重複單元可以具有氟原子或碘原子。 作為具有酸基的重複單元之具體例,例如,可舉出國際公開第2022/024928號的[0088]~[0089]、[0103]~[0110]中所記載之重複單元。將上述記載併入本說明書中。
作為具有酸基的重複單元,較佳為由下述式(b1-1)表示的重複單元。
[化學式32]
式(b1-1)中,A a1表示氫原子、烷基、環烷基、鹵素原子、或氰基。R 21表示鹵素原子、烷基、環烷基、芳基、烯基、芳烷基、烷氧基、烷基羰氧基、烷基磺醯氧基、烷氧基羰基、或芳氧基羰基,當存在複數個時,可以相同亦可以不同。當具有複數個R 21時,可以相互共同而形成環。作為R 21較佳為氫原子。a表示1~3的整數。b表示0~(5-a)的整數。
當樹脂(A)包含具有酸基的重複單元時,具有酸基的重複單元之含量,相對於樹脂(A)中的所有重複單元,較佳為10莫耳%以上,更佳為15莫耳%以上。又,作為其上限值,相對於樹脂(A)中的所有重複單元,較佳為70莫耳%以下,更佳為65莫耳%以下,進一步較佳為60莫耳%以下。
(不具有酸分解性基及酸基中之任一種而具有氟原子、溴原子或碘原子的重複單元) 樹脂(A)除上述的<具有酸分解性基的重複單元>及<具有酸基的重複單元>以外,可以含有不具有酸分解性基及酸基中之任一種而具有氟原子、溴原子或碘原子的重複單元(以下,亦稱為單元X。)。在此所說的<不具有酸分解性基及酸基中之任一種而具有氟原子、溴原子或碘原子的重複單元>,較佳為與後述的<具有內酯基、磺內酯基或碳酸酯基的重複單元>及<具有光酸產生基的重複單元>等所屬於群組A中的其他種類重複單元不同。
作為單元X,較佳為由式(C)表示的重複單元。
[化學式33]
L 5表示單鍵或酯基。R 9表示氫原子、或可以具有氟原子或者碘原子的烷基。R 10表示氫原子、可以具有氟原子或者碘原子的烷基、可以具有氟原子或者碘原子的環烷基、可以具有氟原子或者碘原子的芳基、或將此等組合而成的基團。 作為具有氟原子或碘原子的重複單元之具體例,例如,可舉出國際公開第2022/024928號的[0116]~[0117]中所記載之重複單元。將上述記載併入本說明書中。
單元X之含量,相對於樹脂(A)中的所有重複單元,較佳為0莫耳%以上,更佳為5莫耳%以上,進一步較佳為10莫耳%以上。又,作為其上限值,相對於樹脂(A)中的所有重複單元,較佳為50莫耳%以下,更佳為45莫耳%以下,進一步較佳為40莫耳%以下。
在樹脂(A)的重複單元中,含有氟原子、溴原子及碘原子中的至少一種的重複單元的合計含量,相對於樹脂(A)的所有重複單元,較佳為10莫耳%以上,更佳為20莫耳%以上,進一步較佳為30莫耳%以上,特佳為40莫耳%以上。上限值並無特別限制,但例如相對於樹脂(A)的所有重複單元為100莫耳%以下。 此外,作為包含氟原子、溴原子及碘原子中的至少一種的重複單元,例如,可舉出具有氟原子、溴原子或碘原子並且具有酸分解性基的重複單元;具有氟原子、溴原子或碘原子並且具有酸基的重複單元;以及具有氟原子、溴原子或碘原子的重複單元。
(具有內酯基、磺內酯基、或碳酸酯基的重複單元) 樹脂(A)可以含有具有選自由內酯基、磺內酯基、及碳酸酯基所組成之群組中的至少一種的重複單元(以下亦稱為「單元Y」。)。 單元Y亦較佳為不具有羥基、及六氟丙醇基等酸基。
作為內酯基或磺內酯基,只要具有內酯結構或磺內酯結構即可。內酯結構或磺內酯結構較佳為5~7員環內酯結構或5~7員環磺內酯結構。其中,更佳為以形成雙環結構或者螺環結構之形式在5~7員環內酯結構上縮環有其他環結構者、或以形成雙環結構或者螺環結構之形式在5~7員環磺內酯結構上縮環有其他環結構者。 樹脂(A)較佳為包含具有從由下述式(LC1-1)~(LC1-22)中之任一個表示的內酯結構、由下述式(SL1-1)~(SL1-3)中之任一個表示的磺內酯結構或由下述式(CC1-1)~(CC1-2)中之任一個表示的環狀碳酸酯結構的環員原子中去除一個以上氫原子而成的內酯基、磺內酯基或碳酸酯基的重複單元,內酯基、磺內酯基或碳酸酯基可以直接鍵結於主鏈上。例如,內酯基、磺內酯基或碳酸酯基的環員原子可以構成樹脂(A)的主鏈。內酯基、磺內酯基及碳酸酯基可以具有取代基。
下述結構式中的R L表示取代基。當R L存在複數個時,複數個R L可以相同亦可以不同。作為R L,例如,可舉出碳數1~8的烷基、碳數4~10的環烷基、碳數1~8的烷氧基、碳數2~8的烷氧基羰基、羧基、鹵素原子、氰基及酸分解性基。e1表示0~4的整數。當e1存在複數個時,複數個e1可以相同亦可以不同。e1為2以上時,存在複數個的R L可以相同亦可以不同,又可以為存在複數個的R L彼此鍵結而形成環。
[化學式34]
作為具有內酯基、磺內酯基或碳酸酯基的重複單元,例如,可舉出由下述式(AI-2)表示的重複單元。
[化學式35]
式(AI-2)中,Rb 0表示氫原子、鹵素原子、或碳數1~4的烷基。作為Rb 0的烷基可以具有的較佳的取代基,可舉出羥基及鹵素原子。 作為Rb 0的鹵素原子,可舉出氟原子、氯原子、溴原子、及碘原子。Rb 0較佳為氫原子或甲基。 Ab表示單鍵、伸烷基、具有單環或多環的脂環式烴結構的二價的連結基、醚基、酯基、羰基、羧基、或將此等組合而成的二價的連結基。其中,作為Ab,較佳為單鍵、或由-Ab 1-CO 2-表示的連結基。Ab 1為直鏈狀或者支鏈狀的伸烷基,或單環或者多環的伸環烷基,較佳為伸甲基、伸乙基、伸環己基、伸金剛烷基、或伸降冰片基。 V表示從式(LC1-1)~(LC1-22)中之任一個所表示的內酯結構的環員原子中去除一個氫原子而成的基團、從式(SL1-1)~(SL1-3)中之任一個所表示的磺內酯結構的環員原子中去除一個氫原子而成的基團或從式(CC1-1)~(CC1-2)中之任一個所表示的環狀碳酸酯結構的環員原子中去除一個氫原子而成的基團。
具有內酯基或磺內酯基的重複單元中存在光學異構體時,可以使用任意一種光學異構體。又,可以單獨使用一種光學異構體,亦可以混合使用複數種光學異構體。主要使用一種光學異構體時,其光學純度(ee)較佳為90以上,更佳為95以上。
作為碳酸酯基,較佳為環狀碳酸酯基。 關於具有環狀碳酸酯基的重複單元,例如,可以參考國際公開第2022/024928號的[0127]~[0133]中之記載。將上述記載併入本說明書中。
當樹脂(A)含有單元Y時,單元Y的含量,相對於樹脂(A)中的所有重複單元,較佳為1莫耳%以上,更佳為10莫耳%以上。又,作為其上限值,相對於樹脂(A)中的所有重複單元,較佳為85莫耳%以下,更佳為80莫耳%以下,進一步較佳為70莫耳%以下,特佳為60莫耳%以下。
(具有光酸產生基的重複單元) 作為上述之外的重複單元,樹脂(A)可以具有含有藉由光化射線或放射線的照射而產生酸的基團(亦稱為「光酸產生基」)的重複單元。 作為含有光酸產生基的重複單元,可舉出由式(4)表示的重複單元。
[化學式36]
R 41表示氫原子或甲基。L 41表示單鍵或二價的連結基。L 42表示二價的連結基。R 40表示藉由光化射線或放射線的照射發生分解而在側鏈產生酸的結構部位。 作為具有光酸產生基的重複單元之具體例,例如,可舉出日本特開2014-041327號公報的[0094]~[0105]中所記載之重複單元、國際公開第2018/193954號公報的[0094]中所記載之重複單元、以及國際公開第2022/024928號的[0138]中所記載之重複單元。將上述記載併入本說明書中。
作為由式(4)表示的重複單元,例如,可舉出日本特開2014-041327號公報之段落[0094]~[0105]中所記載之重複單元、及國際公開第2018/193954號之段落[0094]中所記載之重複單元。
當樹脂(A)包含具有光酸產生基的重複單元時,具有光酸產生基的重複單元的含量,相對於樹脂(A)中的所有重複單元,較佳為1莫耳%以上,更佳為3莫耳%以上,特佳為5莫耳%以上。又,具有光酸產生基的重複單元的含量,相對於樹脂(A)中的所有重複單元,較佳為40莫耳%以下,更佳為30莫耳%以下,進一步較佳為20莫耳%以下。 樹脂(A)亦較佳為不含具有光酸產生基的重複單元。
(由式(V-1)或式(V-2)表示的重複單元) 樹脂(A)可以具有由下述式(V-1)或下述式(V-2)表示的重複單元。 由下述式(V-1)及下述式(V-2)表示的重複單元,較佳為與上述的重複單元不同的重複單元。
[化學式37]
式中, R 6及R 7分別獨立地表示氫原子、羥基、烷基、烷氧基、醯氧基、氰基、硝基、胺基、鹵素原子、酯基(-OCOR或-COOR:R為碳數1~6的烷基或氟化烷基)、或羧基。作為烷基,較佳為碳數1~10的直鏈狀、支鏈狀或環狀烷基。 n 3表示0~6的整數。 n 4表示0~4的整數。 X 4為伸甲基、氧原子、或硫原子。 以下例示式(V-1)或(V-2)所表示的重複單元。 作為式(V-1)或(V-2)所表示的重複單元,例如,可舉出國際公開第2018/193954號之段落[0100]中所記載之重複單元。
(用於降低主鏈的運動性的重複單元) 從能夠抑制產生酸的過度擴散或顯影時的圖案崩塌之觀點而言,樹脂(A)較佳為玻璃轉移溫度(Tg)較高者。Tg較佳為高於90℃,更佳為高於100℃,進一步較佳為高於110℃,特佳為高於125℃。此外,從在顯影液中的溶解速度優異之觀點而言,Tg較佳為400℃以下,更佳為350℃以下。 此外,在本說明書中,樹脂(A)等聚合物的玻璃轉移溫度(Tg)(以下亦稱為「重複單元的Tg」。)藉由以下方法算出。首先,藉由Bicerano法分別計算出包含於聚合物中的僅由各重複單元構成的均聚物之Tg。接著,計算出各重複單元相對於聚合物中的所有重複單元的質量比(%)。接著,使用Fox公式(記載於Materials Letters 62(2008)3152等中)計算出各質量比下的Tg,並將此等進行總和,設為聚合物之Tg(℃)。 Bicerano法記載於Prediction of polymer properties, Marcel Dekker Inc, New York(1993)。利用Bicerano法計算Tg時,可使用聚合物之物性概算軟體MDL Polymer(MDL Information Systems, Inc.)來進行。
為了提高樹脂(A)之Tg(較佳為將Tg設為超過90℃),較佳為使樹脂(A)的主鏈的運動性降低。使樹脂(A)的主鏈的運動性降低之方法,可舉出以下(a)~(e)之方法。 (a)向主鏈中導入大體積的取代基 (b)向主鏈中導入複數個取代基 (c)向主鏈附近導入誘發樹脂(A)間之相互作用的取代基 (d)在環狀結構中形成主鏈 (e)與主鏈連結環狀結構 此外,樹脂(A)較佳為具有均聚物之Tg顯示130℃以上的重複單元。 此外,均聚物之Tg顯示130℃以上的重複單元的種類並無特別限制,只要是藉由Bicerano法計算出的均聚物之Tg為130℃以上的重複單元即可。此外,後述的由式(A)~(E)表示的重複單元根據其官能基的種類,相當於均聚物之Tg顯示130℃以上的重複單元。
作為具體實現上述(a)之手段之一例,可舉出在樹脂(A)中導入式(A)所表示的重複單元的方法。
[化學式38]
式(A)中,R A表示包含多環結構的基團。R x表示氫原子、甲基、或乙基。所謂包含多環結構的基團,係包含複數個環結構之基團,複數個環結構可以縮合,亦可以不縮合。 作為式(A)所表示的重複單元之具體例,可舉出國際公開第2018/193954號之段落[0107]~[0119]中所記載者。
作為具體實現上述(b)之手段之一例,可舉出在樹脂(A)中導入式(B)所表示的重複單元的方法。
[化學式39]
式(B)中,R b1~R b4分別獨立地表示氫原子或有機基,R b1~R b4中的至少兩個以上表示有機基。 當有機基中的至少一個為環結構直接連結於重複單元中的主鏈的基團時,其他有機基的種類並無特別限制。 又,當有機基中的任一個均非環結構直接連結於重複單元中的主鏈的基團時,有機基中的至少兩個以上為除氫原子之外的構成原子數為三個以上的取代基。 作為式(B)所表示的重複單元之具體例,可舉出國際公開第2018/193954號之段落[0113]~[0115]中所記載者。
作為具體實現上述(c)之手段之一例,可舉出在樹脂(A)中導入式(C)所表示的重複單元的方法。
[化學式40]
式(C)中,R c1~R c4分別獨立地表示氫原子或有機基,且R c1~R c4中的至少一個為距主鏈碳在原子數3以內含有氫鍵性的氫原子之基團。其中,為了誘發樹脂(A)的主鏈間的相互作用,較佳為在原子數2以內(更靠近主鏈側)具有氫鍵性的氫原子。 作為式(C)所表示的重複單元之具體例,可舉出國際公開第2018/193954號之段落[0119]~[0121]中所記載者。
作為具體實現上述(d)之手段之一例,可舉出在樹脂(A)中導入式(D)所表示的重複單元的方法。
[化學式41]
式(D)中,「Cyclic」表示以環狀結構形成主鏈的基團。環的構成原子數並無特別限制。 作為式(D)所表示的重複單元之具體例,可舉出國際公開第2018/193954號之段落[0126]~[0127]中所記載者。
作為具體實現上述(e)之手段之一例,可舉出在樹脂(A)中導入式(E)所表示的重複單元的方法。
[化學式42]
式(E)中,Re分別獨立地表示氫原子或有機基。作為有機基,例如,可舉出可以具有取代基的、烷基、環烷基、芳基、芳烷基、及烯基。 「Cyclic」係含有主鏈碳原子的環狀基。環狀基中所含的原子數並無特別限制。 作為式(E)所表示的重複單元之具體例,可舉出國際公開第2018/193954號之段落[0131]~[0133]中所記載者。
(具有選自內酯基、磺內酯基、碳酸酯基、羥基、氰基、及鹼可溶性基中的至少一種基團的重複單元) 樹脂(A)可以含有具有選自內酯基、磺內酯基、碳酸酯基、羥基、氰基、及鹼可溶性基中的至少一種基團的重複單元。 作為樹脂(A)所含有的具有內酯基、磺內酯基、或碳酸酯基的重複單元,可舉出在上述的<具有內酯基、磺內酯基、或碳酸酯基的重複單元>中所說明的重複單元。較佳的含量亦如在上述<具有內酯基、磺內酯基、或碳酸酯基的重複單元>中所作說明。
樹脂(A)可以含有具有羥基或氰基的重複單元。藉此,可提高基板密接性、顯影液親和性。 具有羥基或氰基的重複單元,較佳為具有被羥基或氰基取代的脂環式烴結構的重複單元。 具有羥基或氰基的重複單元較佳為不具有酸分解性基。作為具有羥基或氰基的重複單元,例如,可舉出日本特開2014-098921號公報之段落[0081]~[0084]中所記載之重複單元。
樹脂(A)可以含有具有鹼可溶性基的重複單元。 作為鹼可溶性基,可舉出羧基、磺醯胺基、磺醯亞胺基、雙磺醯亞胺基、及α位被拉電子基取代的脂肪族醇基(例如,六氟異丙醇基),較佳為羧基。藉由樹脂(A)包含具有鹼可溶性基的重複單元,在接觸孔用途中的解析度增加。作為具有鹼可溶性基的重複單元,可舉出日本特開2014-098921號公報之段落[0085]及[0086]中所記載之重複單元。
(具有脂環式烴結構且不顯示酸分解性的重複單元) 樹脂(A)可以含有具有脂環式烴結構且不顯示酸分解性的重複單元。藉此,在液浸曝光時,能夠減少低分子成分從光阻膜溶出到液浸液中。作為具有脂環式烴結構且不顯示酸分解性的重複單元,例如,可舉出源自(甲基)丙烯酸1-金剛烷酯、(甲基)丙烯酸二金剛烷酯、(甲基)丙烯酸三環癸酯、或(甲基)丙烯酸環己酯的重複單元。
(不具有羥基及氰基中之任一種的、由式(III)表示的重複單元) 樹脂(A)可以含有不具有羥基及氰基中之任一種的、由式(III)表示的重複單元。
[化學式43]
式(III)中,R 5表示具有至少一個環狀結構且不具有羥基及氰基中之任一者的烴基。 Ra表示氫原子、烷基或-CH 2-O-Ra 2基。式中,Ra 2表示氫原子、烷基或醯基。 作為不具有羥基及氰基中之任一種的、由式(III)表示的重複單元,可舉出日本特開2014-098921號公報之段落[0087]~[0094]中所記載之重複單元。
(由式(AP-1)表示的重複單元) 亦較佳為樹脂(A)具有由下述式(AP-1)表示的重複單元。
[化學式44]
式(AP-1)中,R A11表示氫原子、鹵素原子或烷基。L A11表示單鍵或二價的連結基。R A12表示含有SO 2基的環式基。
作為式(AP-1)中的R A11所表示的鹵素原子,可舉出氟原子、氯原子、溴原子、碘原子。 作為R A11所表示的烷基較佳為碳數1~4的烷基,更佳為甲基。R A11所表示的烷基可以具有取代基。作為上述取代基可舉出羥基及鹵素原子。 R A11較佳為氫原子或甲基。
作為式(AP-1)中L A11所表示的二價的連結基並無特別限定,可舉出伸烷基、具有單環或多環的脂環式烴結構的二價的連結基、醚基、酯基、羰基、羧基、或將此等組合而成的二價的連結基。 L A11較佳為單鍵或-L A111-CO 2-所表示的連結基。L A111表示直鏈狀或者支鏈狀的伸烷基,或單環或者多環的伸環烷基,較佳為表示伸甲基、伸乙基、伸環己基、伸金剛烷基或伸降冰片基。
作為式(AP-1)中的R A12所表示的含有SO 2基的環式基並無特別限定,可舉出碳數3~20的單環或多環的基團。含有SO 2基的環式基,除了SO 2基以外,可以進一步具有選自由硫原子、氧原子及氮原子所組成之群組中的至少一個雜原子。含有SO 2基的環式基的環員原子數,較佳為4~30,更佳為5~20。含有SO 2基的環式基,較佳為從前述的式(SL1-1)~(SL1-3)中任一項所表示的磺內酯結構的環員原子中去除一個以上氫原子而成的磺內酯基。
當樹脂(A)含有式(AP-1)所表示的重複單元時,式(AP-1)所表示的重複單元的含量,相對於樹脂(A)中的所有重複單元,較佳為1莫耳%以上,更佳為10莫耳%以上。又,作為其上限值,相對於樹脂(A)中的所有重複單元,較佳為85莫耳%以下,更佳為80莫耳%以下,進一步較佳為70莫耳%以下,特佳為60莫耳%以下。
(由式(AP-2)表示的重複單元) 亦較佳為樹脂(A)具有由下述式(AP-2)表示的重複單元。
[化學式45]
式(AP-2)中,R A21表示氫原子、鹵素原子或烷基。L A21表示單鍵或二價的連結基。R A22表示烷基。
作為式(AP-2)中的R A21所表示的鹵素原子,可舉出氟原子、氯原子、溴原子、碘原子。 作為R A21所表示的烷基,較佳為碳數1~4的烷基,更佳為甲基。 R A21較佳為氫原子或甲基。
作為式(AP-2)中的L A21所表示的二價的連結基並無特別限定,例如,可舉出-O-、-NR 1-、-S-、-SO-、-SO 2-、有機基(較佳為二價的有機基)、及將兩種以上此等基團組合而成的基團,較佳為-O-、-CO-、-COO-、-OCOO-、-NR 1-、-CONR 1-、-S-、-SO-、-SO 2-、伸烷基、伸環烷基、伸烯基、伸芳基、及將兩種以上此等基團組合而成的基團。R 1表示氫原子或烷基。 作為L A21所表示的伸烷基並無特別限定,例如,較佳為伸甲基、伸乙基、伸丙基、伸丁基、伸己基、伸辛基等碳數1~8的伸烷基。 L A21所表示的伸環烷基的碳數並無特別限定,例如,較佳為3~20,更佳為4~15。伸環烷基,可以為伸環戊基、伸環己基等單環的伸環烷基,亦可以為伸降冰片基、伸四環癸基、伸四環十二烷基、伸金剛烷基等多環的伸環烷基。伸環烷基之構成環烷烴環的伸甲基中的一個,可以被氧原子等雜原子、羰基及酯鍵等具有雜原子的基團、或亞乙烯基取代。又,伸環烷基中構成環烷烴環的伸乙基中的一個以上,可以被伸乙烯基取代。 作為L A21所表示的伸烯基並無特別限定,例如,較佳為碳數2~8的伸烯基。 作為L A21所表示的伸芳基並無特別限定,例如,可舉出碳數6~20的伸芳基,較佳為碳數6~15的伸芳基。作為伸芳基,較佳為伸苯基或伸萘基,特佳為伸苯基。 作為R 1表示烷基時的烷基,例如,可舉出甲基、乙基、丙基、異丙基、正丁基、第二丁基、己基、2-乙基己基、辛基、十二烷基等碳數20以下的烷基,較佳為碳數8以下的烷基。
作為式(AP-2)中的R A22所表示的烷基並無特別限定,但較佳為表示碳數1~5的直鏈狀或支鏈狀的烷基。
當樹脂(A)含有式(AP-2)所表示的重複單元時,式(AP-2)所表示的重複單元的含量,相對於樹脂(A)中的所有重複單元,較佳為1莫耳%以上,更佳為10莫耳%以上。又,作為其上限值,相對於樹脂(A)中的所有重複單元,較佳為85莫耳%以下,更佳為80莫耳%以下,進一步較佳為70莫耳%以下,特佳為60莫耳%以下。
(由式(AP-3)表示的重複單元) 亦較佳為樹脂(A)具有由下述式(AP-3)表示的重複單元。
[化學式46]
式(AP-3)中,R A31表示氫原子、鹵素原子或烷基。L A31表示單鍵或二價的連結基。R A32表示脂環式烴基。R A33表示具有雙鍵的取代基。
作為式(AP-3)中的R A31所表示的鹵素原子,可舉出氟原子、氯原子、溴原子、碘原子。 作為R A31所表示的烷基,較佳為碳數1~4的烷基,更佳為甲基。 R A31較佳為氫原子或甲基。
作為式(AP-3)中的L A31所表示的二價的連結基並無特別限定,例如,可舉出-O-、-NR 1-、-S-、-SO-、-SO 2-、有機基(較佳為二價的有機基)、及將兩種以上此等基團組合而成的基團,較佳為-O-、-CO-、-COO-、-OCOO-、-NR 1-、-CONR 1-、-S-、-SO-、-SO 2-、伸烷基、伸環烷基、伸烯基、伸芳基、及將兩種以上此等基團組合而成的基團。R 1表示氫原子或烷基。 作為L A31所表示的伸烷基,並無特別限定,較佳為伸甲基、伸乙基、伸丙基、伸丁基、伸己基、伸辛基等碳數1~8的伸烷基。 L A31所表示的伸環烷基的碳數並無特別限定,例如,較佳為3~20,更佳為4~15。伸環烷基,可以為伸環戊基、伸環己基等單環的伸環烷基,亦可以為伸降冰片基、伸四環癸基、伸四環十二烷基、伸金剛烷基等多環的伸環烷基。伸環烷基之構成環烷烴環的伸甲基中的一個,可以被氧原子等雜原子、羰基及酯鍵等具有雜原子的基團、或亞乙烯基取代。又,伸環烷基中構成環烷烴環的伸乙基中的一個以上,可以被伸乙烯基取代。 作為L A31所表示的伸烯基並無特別限定,例如,較佳為碳數2~8的伸烯基。 作為L A31所表示的伸芳基並無特別限定,例如,可舉出碳數6~20的伸芳基,較佳為碳數6~15的伸芳基。作為伸芳基,較佳為伸苯基或伸萘基,特佳為伸苯基。 作為R 1表示烷基時的烷基,例如,可舉出甲基、乙基、丙基、異丙基、正丁基、第二丁基、己基、2-乙基己基、辛基、十二烷基等碳數20以下的烷基,較佳為碳數8以下的烷基。
作為式(AP-3)中的R A32所表示的脂環式烴基並無特別限定,可舉出碳數3~20的單環或多環的脂環式烴基。
作為式(AP-3)中的R A33所表示的具有雙鍵的取代基,較佳為烯基或芳基。作為烯基並無特別限定,較佳為碳數2~20的烯基,更佳為烯丙基。作為芳基並無特別限定,較佳為碳數6~20的芳基,更佳為苯基或萘基。 R A33特佳為表示烯丙基、苯基或萘基。
當樹脂(A)含有式(AP-3)所表示的重複單元時,式(AP-3)所表示的重複單元的含量,相對於樹脂(A)中的所有重複單元,較佳為1莫耳%以上,更佳為10莫耳%以上。又,作為其上限值,相對於樹脂(A)中的所有重複單元,較佳為85莫耳%以下,更佳為80莫耳%以下,進一步較佳為70莫耳%以下,特佳為60莫耳%以下。
(其他重複單元) 進一步,樹脂(A)可以具有上述重複單元以外的其他重複單元。 例如,樹脂(A)可以具有選自由具有氧硫雜環己烷(oxathiane)環基的重複單元、具有噁唑啉酮(oxazolone)環基的重複單元、具有二噁烷(dioxane)環基的重複單元、及具有乙內醯脲(hydantoin)環基的重複單元所組成之群組中的重複單元。
除了上述重複單元之外,樹脂(A)亦可以以調整耐乾蝕刻性、標準顯影液適應性、基板密接性、光阻輪廓、解析度、耐熱性、及感度等為目的而具有各種重複單元。
作為樹脂(A),特別是在將本發明之組成物用作ArF用感光化射線性性或感放射線性樹脂組成物的情況下,較佳為所有重複單元皆由源自具有烯鍵性不飽和鍵的化合物之重複單元構成。特別地,亦較佳為所有重複單元皆由(甲基)丙烯酸酯系重複單元構成。當所有重複單元皆由(甲基)丙烯酸酯系重複單元構成時,較佳為可使用所有重複單元均為甲基丙烯酸酯系重複單元者、所有重複單元均為丙烯酸酯系重複單元、所有重複單元均為由甲基丙烯酸酯系重複單元及丙烯酸酯系重複單元構成者中的任一者,且丙烯酸酯系重複單元為所有重複單元的50莫耳%以下。
樹脂(A)可依據常規方法(例如自由基聚合)來合成。 利用GPC法以聚苯乙烯換算值計,樹脂(A)的重量平均分子量(Mw)較佳為30000以下,更佳為1000~30000,進一步較佳為3000~30000,特佳為5000~15000。 樹脂(A)的分散度(分子量分佈,Mw/Mn)較佳為1~5,更佳為1~3,進一步較佳為1.2~3.0,特佳為1.2~2.0。分散度愈小者,其解析度及光阻形狀愈優異,而且,光阻圖案之側壁愈平滑,粗糙度亦愈優異。
本發明之組成物中的樹脂(A)的含量,相對於本發明之組成物的總固體成分,較佳為30.0~99.9質量%,更佳為40.0~99.9質量%,進一步較佳為60.0~90.0質量%。 樹脂(A)可以單獨使用一種,亦可以使用兩種以上。使用兩種以上時,較佳為其合計含量在上述較佳含量的範圍內。
[酸擴散控制劑] 本發明之組成物可以進一步含有酸擴散控制劑(亦稱為「化合物(C)」)。 化合物(C)係與鎓鹽(B-1)及鎓鹽(B-2)不同的化合物。 酸擴散控制劑作為猝滅劑發揮作用,該猝滅劑捕獲曝光時從光酸產生劑等產生的酸,並抑制因多餘的產生酸而引起的未曝光部中的藉由酸的作用而極性增大的、樹脂的反應。 化合物(C)之種類並無特別限制,例如,可舉出鹼性化合物(CA)、具有氮原子且具有藉由酸的作用而脫離的基團的低分子化合物(CB)、及藉由光化射線或放射線的照射而酸擴散控制能力降低或消失的化合物(CC)。 作為化合物(CC),可舉出相對於光酸產生劑成為相對弱酸的鎓鹽化合物(CD)、及藉由光化射線或放射線的照射而鹼性降低或消失的鹼性化合物(CE)。 作為鹼性化合物(CA)之具體例,例如,可舉出國際公開第2020/066824號之段落[0132]~[0136]中所記載者,作為藉由光化射線或放射線的照射而鹼性降低或消失的鹼性化合物(CE)之具體例,可舉出國際公開第2020/066824號之段落[0137]~[0155]中所記載者及國際公開第2020/066824號公報之段落[0164]中所記載者,作為具有氮原子且具有藉由酸的作用而脫離的基團的低分子化合物(CB)之具體例,可舉出國際公開第2020/066824號之段落[0156]~[0163]中所記載者。 作為相對於光酸產生劑成為相對弱酸的鎓鹽化合物(CD)之具體例,例如,可舉出國際公開第2020/158337號之段落[0305]~[0314]中所記載者。
除了上述之外,例如,可較佳為地使用美國專利申請公開2016/0070167A1號之段落[0627]~[0664]、美國專利申請公開2015/0004544A1號之段落[0095]~[0187]、美國專利申請公開2016/0237190A1號之段落[0403]~[0423]、及美國專利申請公開2016/0274458A1號之段落[0259]~[0328]中所揭示之公知的化合物作為酸擴散控制劑。
當本發明之組成物中包含化合物(C)時,化合物(C)的含量相對於本發明之組成物的總固體成分,較佳為0.01~30.0質量%,更佳為0.05~20.0質量%,進一步較佳為0.1~15.0質量%。 化合物(C)可以單獨使用一種,亦可以使用兩種以上。使用兩種以上時,較佳為其合計含量在上述較佳含量的範圍內。
[樹脂(D)] 本發明之組成物可以進一步含有與樹脂(A)不同的樹脂(D)(亦稱為「疏水性樹脂」)。 其中,樹脂(D)滿足下述條件(i)。 (i)樹脂(D)的SP值小於樹脂(A)的SP值,且為17.2以下。
(樹脂SP值的計算方法) 樹脂的SP值(溶解度參數、Solubility Parameter)的計算方法如下所示。 1.使用「HSPiP 5th Edition 5.1.08」計算與構成樹脂的各重複單元對應的單體的SP值。 2.將以質量基準計的各重複單元相對於樹脂的含有比率與上述1.中所得的與各重複單元對應的單體的SP值相乘,並將對所得值進行總和的數值設為樹脂的SP值。
使用上述計算方法計算樹脂(A)的SP值(SP A)和樹脂(D)的SP值(SP D)。當併用兩種以上樹脂時,在上述計算方法2.中,將以質量基準計的各樹脂的含有比率與各樹脂的SP值相乘,並將對所得值進行總和的數值設為樹脂的SP值。
樹脂(D)較佳為設計成偏在於光阻膜之表面,但與界面活性劑不同,其分子內並非一定要具有親水基,亦可以無助於極性物質與非極性物質的均勻混合。 作為經添加樹脂(D)而帶來的效果,可舉出控制光阻膜表面相對於水的靜態及動態之接觸角,以及抑制逸氣。
從對膜表層偏在化之觀點而言,樹脂(D)較佳為具有氟原子、矽原子、及包含於樹脂的側鏈部分之CH 3部分結構中之任一種以上,更佳為具有兩種以上。樹脂(D)較佳為碳數5以上的烴基。此等基團可以存在於樹脂之主鏈中,亦可以於側鏈進行取代。 作為樹脂(D),可舉出國際公開第2020/004306號之段落[0275]~[0279]中所記載之化合物。
當本發明之組成物含有樹脂(D)時,樹脂(D)的含量,相對於本發明之組成物的總固體成分,較佳為0.01~10.0質量%,更佳為0.1~5質量%。 樹脂(D)可以單獨使用一種,亦可以使用兩種以上。使用兩種以上時,較佳為其合計含量在上述較佳含量的範圍內。
當本發明之組成物包含樹脂(D)時,較佳為滿足下述條件(ii)及(iii)兩者。 (ii)樹脂(D)所具有的重複單元中,不含氟原子的重複單元的含量之總和相對於樹脂(D)中的所有重複單元為80莫耳%以上。 (iii)樹脂(D)的含量相對於感光化射線性或感放射線性樹脂組成物中的總固體成分為0.01~10質量%。
[界面活性劑] 本發明之組成物可以含有界面活性劑。當含有界面活性劑時,能夠形成密接性更優異、顯影缺陷更少的圖案。 界面活性劑較佳為氟系及/或矽系界面活性劑。 作為氟系及/或矽系界面活性劑,可舉出在國際公開第2018/193954號之段落[0218]及[0219]中所揭示之界面活性劑。
界面活性劑可以單獨使用一種,亦可以使用兩種以上。
當本發明之組成物包含界面活性劑時,界面活性劑之含量,相對於本發明之組成物的總固體成分,較佳為0.0001~2.0質量%,更佳為0.0005~1.0質量%,進一步較佳為0.1~1.0質量%。 界面活性劑可以單獨使用一種,亦可以使用兩種以上。使用兩種以上時,較佳為其合計含量在上述較佳含量的範圍內。
[溶劑] 本發明之組成物較佳為含有溶劑。 溶劑較佳為包含(M1)及(M2)中的至少一方,該(M1)為丙二醇單烷基醚羧酸酯,該(M2)為選自由丙二醇單烷基醚、乳酸酯、乙酸酯、烷氧基丙酸酯、鏈狀酮、環狀酮、內酯及碳酸伸烷基酯所組成之群組中的至少一者。此外,上述溶劑亦可以進一步含有成分(M1)及(M2)以外之成分。
從提高本發明之組成物的塗佈性及減少圖案的顯影缺陷數之觀點而言,較佳為將上述的溶劑與上述的樹脂組合。由於上述樹脂的溶解性、沸點及粘度的平衡良好,上述溶劑能夠抑制光阻膜的膜厚不均及旋塗過程中產生析出物等。 成分(M1)及成分(M2)之詳細記載於國際公開第2020/004306號之段落[0218]~[0226]中,此等內容併入本說明書中。
溶劑進一步含有成分(M1)及(M2)以外的成分時,成分(M1)及(M2)以外的成分的含量相對於溶劑之總量,較佳為5~30質量%。
本發明之組成物中的溶劑的含量,較佳為設定成使固體成分濃度成為0.5~30質量%,更佳為設定成為1~20質量%。如此,可進一步提高本發明之組成物的塗佈性。
[其他添加劑] 本發明之組成物可以進一步含有溶解抑制化合物、染料、塑化劑、光增感劑、光吸收劑、及/或促進對顯影液的溶解性之化合物(例如,分子量1000以下之酚化合物、或含有羧基的脂環族或者脂肪族化合物)。
上述所謂「溶解抑制化合物」,係指藉由酸的作用分解而在有機系顯影液中的溶解度降低的、分子量3000以下的化合物。
本發明之組成物的總固體成分中所含的氟原子的含量較佳為1質量%以下,更佳為0.5質量%以下,進一步較佳為0.1質量%以下。
氟原子的含量,表示本發明之組成物中的總固體成分中的氟原子相對於總固體成分中的所有原子的質量比。例如,當本發明之組成物中的總固體成分由碳原子、氫原子、氟原子、氮原子、氧原子及硫原子構成時,氟原子的含量(質量%)可以藉由下述式(1a)算出。 100×19×[F]/(12×[C]+1×[H]+19×[F]+14×[N]+16×[O]+32×[S])...(1a) [C]表示總固體成分中的碳原子的莫耳比,[H]表示總固體成分中的氫原子的莫耳比,[F]表示總固體成分中的氟原子的莫耳比,[N]表示總固體成分中氮原子的莫耳比,[O]表示總固體成分中的氧原子的莫耳比,[S]表示總固體成分中的硫原子的莫耳比。總固體成分中的碳原子的莫耳比[C]可根據固體成分中的碳原子數、分子量及含量來算出。例如,鎓鹽(B-1)中的碳原子的莫耳比可藉由下述式(1b)算出。 A w/A M×A C...(1b) A w表示總固體成分中的鎓鹽(B-1)的量(單位為「g」或「質量%」),A M表示鎓鹽(B-1)的分子量,A C表示鎓鹽(B-1)的碳原子數。對於其他構成成分,亦可以同樣算出碳原子的莫耳比,並藉由對其進行總和來算出總固體成分中的碳原子的莫耳比[C]。藉由將上述式中的碳原子取代為其他原子,亦可以同樣算出其他原子的莫耳比。又,當本發明的之組成物中的總固體成分含有上述以外的原子時,亦可以同樣使用該原子的原子量和總固體成分中的莫耳比來算出。又,除了上述方法以外,例如,可對使本發明之組成物的溶劑成分蒸發而得的光阻膜進行藉由元素分析等解析性方法來算出。
本說明書之組成物亦適於用作EUV曝光用感光性組成物。
<感光化射線性或感放射線性膜、圖案形成方法> 本發明還涉及由本發明之組成物形成的感光化射線性或感放射線性膜。本發明之感光化射線性或感放射線性膜較佳為光阻膜。 使用本發明的組成物的圖案形成方法的步驟並無特別限制,較佳為具有以下製程。 製程1:使用本發明的組成物在基板上形成光阻膜之製程 製程2:對光阻膜進行曝光之製程 製程3:使用顯影液對曝光後的光阻膜進行顯影之製程 以下,對上述各個製程的步驟進行詳細描述。
(製程1:光阻膜形成製程) 製程1係使用本發明的組成物在基板上形成光阻膜之製程。
作為使用本發明之組成物在基板上形成光阻膜的方法,例如,可舉出將本發明之組成物塗佈到基板上的方法。 此外,較佳為在塗佈之前視需要用過濾器過濾本發明之組成物。過濾器之孔徑較佳為0.1μm以下,更佳為0.05μm以下,進一步較佳為0.03μm以下。過濾器較佳為聚四氟乙烯製、聚乙烯製、或尼龍製。
本發明之組成物可藉由旋轉器或塗佈機等適當的塗佈方法塗佈到諸如用於製造積體電路元件的基板(例如,矽、被覆有二氧化矽的矽)上。塗佈方法較佳為使用旋轉器的旋轉塗佈。使用旋轉器進行旋轉塗佈時的轉速,較佳為1000~3000rpm(rotations per minute,每分鐘轉數)。 塗佈本發明之組成物之後,可以將基板乾燥,形成光阻膜。此外,視需要,可以在光阻膜的下層形成各種基底膜(無機膜、有機膜、抗反射膜)。
作為乾燥方法,例如,可舉出加熱乾燥的方法。加熱可藉由通常的曝光機、及/或顯影機所具備的裝置來實施,亦可以使用熱板等來實施。加熱溫度,較佳為80~150℃,更佳為80~140℃,進一步較佳為80~130℃。加熱時間較佳為30~1000秒,更佳為60~800秒,進一步較佳為60~600秒。
光阻膜之膜厚並無特別限制,但從可形成更高精度的微細圖案之觀點而言,較佳為10~120nm。其中,在設為EUV曝光之情況下,作為光阻膜的膜厚,更佳為10~65nm,進一步較佳為15~50nm。在設為ArF液浸曝光之情況下,作為光阻膜之膜厚更佳為10~120nm,進一步較佳為15~90nm。
此外,可以使用頂塗層組成物在光阻膜的上層形成頂塗層。 頂塗層組成物較佳為不與光阻膜混合,而且能夠均勻地塗佈於光阻膜上層。頂塗層並無特別限定,可藉由先前公知的方法來形成先前公知的頂塗層,例如,可基於日本特開2014-059543號公報之段落[0072]~[0082]中之記載來形成頂塗層。 例如,較佳為在光阻膜上形成諸如日本特開2013-61648號公報中所記載的包含鹼性化合物之頂塗層。頂塗層可含有的鹼性化合物之具體例,可舉出本發明之組成物可以含有的鹼性化合物。 頂塗層亦較佳為包含含有至少一個選自由醚鍵、硫醚鍵、羥基、硫醇基、羰基鍵及酯鍵所組成之群組中的基團或鍵的化合物。
(製程2:曝光製程) 製程2係對光阻膜進行曝光之製程。 作為曝光的方法,可舉出透過規定的遮罩對所形成的光阻膜照射光化射線或放射線之方法。 作為光化射線或放射線,可舉出紅外光、可見光、紫外光、遠紫外光、極紫外光、X射線、及電子束,較佳為250nm以下、更佳為220nm以下、特佳為1~200nm波長之遠紫外光,具體而言,可舉出KrF準分子雷射(248nm)、ArF準分子雷射(193nm)、F 2準分子雷射(157nm)、EUV(13.5nm)、X射線、及電子束。
較佳為在曝光後且進行顯影之前進行烘烤(加熱)。藉由烘烤可促進曝光部的反應,感度及圖案形狀變得更加良好。 加熱溫度較佳為80~150℃,更佳為80~140℃,進一步較佳為80~130℃。 加熱時間較佳為10~1000秒,更佳為10~180秒,進一步較佳為30~120秒。 加熱可藉由通常的曝光機及/或顯影機所具備之裝置實施,亦可以使用熱板等進行。 該製程亦稱為曝光後烘烤。
(製程3:顯影製程) 製程3係使用顯影液,對曝光後的光阻膜進行顯影以形成圖案之製程。 顯影液可以為鹼顯影液,亦可以為含有有機溶劑的顯影液(以下,亦稱為有機系顯影液)。
作為顯影方法,例如,可舉出將基板浸漬於填滿顯影液的槽中一定時間之方法(浸漬法)、藉由表面張力將顯影液堆積於基板表面並靜置一定時間後進行顯影之方法(覆液法(puddle method))、向基板表面噴灑顯影液之方法(噴塗法)、及一邊以一定速度對顯影液吐出噴嘴進行掃描一邊將顯影液持續吐出至以一定速度旋轉的基板上之方法(動態分配法)。 又,在進行顯影之製程之後,亦可以實施一邊取代為其他溶劑一邊停止顯影之製程。 顯影時間只要係使未曝光部的樹脂充分溶解的時間則並無特別限制,較佳為10~300秒,更佳為20~120秒。 顯影液的溫度較佳為0~50℃,更佳為15~35℃。
鹼顯影液較佳為使用含有鹼之鹼水溶液。鹼水溶液的種類並無特別限制,例如,可舉出包含以四甲基氫氧化銨為代表之四級銨鹽、無機鹼、一級胺、二級胺、三級胺、醇胺、或環狀胺等之鹼水溶液。其中,鹼顯影液較佳為以四甲基氫氧化銨(TMAH)為代表的四級銨鹽的水溶液。可以向鹼顯影液中添加適量的醇類、界面活性劑等。鹼顯影液的鹼濃度通常較佳為0.1~20質量%。鹼顯影液之pH,通常較佳為10.0~15.0。
有機系顯影液較佳為含有選自由酮系溶劑、酯系溶劑、醇系溶劑、醯胺系溶劑、醚系溶劑、及烴系溶劑所組成之群組中的至少一種有機溶劑的顯影液。
上述溶劑可以混合複數種,亦可以與上述以外的溶劑或水混合。作為顯影液整體之含水率,較佳為小於50質量%,更佳為小於20質量%,進一步較佳為小於10質量%,特佳為實質上不含水。 有機溶劑相對於有機系顯影液的含量,相對於顯影液的總量,較佳為50質量%以上且100質量%以下,更佳為80質量%以上且100質量%以下,進一步較佳為90質量%以上且100質量%以下,特佳為95質量%以上且100質量%以下。
(其他製程) 上述圖案形成方法較佳為,於製程3之後,包括用沖洗液進行清洗之製程。
作為在用鹼顯影液進行顯影的製程之後的沖洗製程中使用的沖洗液,例如,可舉出純水。此外,可以在純水中添加適量的界面活性劑。 亦可以在沖洗液中添加適量的界面活性劑。
在使用了有機系顯影液之顯影製程後的沖洗製程中使用的沖洗液,只要係不溶解圖案者則無特別限制,可使用含有一般有機溶劑之溶液。沖洗液較佳為使用含有選自由烴系溶劑、酮系溶劑、酯系溶劑、醇系溶劑、醯胺系溶劑、及醚系溶劑所組成之群組中的至少一種有機溶劑的沖洗液。
沖洗製程之方法並無特別限定,例如,可舉出向以一定速度旋轉的基板上持續吐出沖洗液之方法(旋轉塗佈法)、將基板浸漬於充滿沖洗液的槽中一定時間之方法(浸漬法)、及向基板表面噴灑沖洗液之方法(噴塗法)。 又,圖案形成方法可以包括在沖洗製程之後的加熱製程(Post Bake)。藉由本製程,殘留於圖案間及圖案內部的顯影液及沖洗液藉由烘烤而被去除。又,藉由本製程,亦具有使光阻圖案退火、圖案的表面粗糙度得到改善之效果。沖洗製程之後的加熱製程通常在40~250℃(較佳為90~200℃)下、通常進行10秒鐘~3分鐘(較佳為30秒鐘~120秒鐘)。
又,可以將所形成的圖案作為遮罩,實施基板的蝕刻處理。亦即,可以將在製程3中所形成的圖案作為遮罩,對基板(或下層膜及基板)進行加工,在基板上形成圖案。 基板(或下層膜及基板)的加工方法並無特別限定,但較佳為藉由將在製程3中所形成之圖案作為遮罩,對基板(或下層膜及基板)進行乾式蝕刻,在基板上形成圖案之方法。乾法蝕刻較佳為氧電漿蝕刻。
在本發明之組成物及圖案形成方法中所使用的各種材料(例如,溶劑、顯影液、沖洗液、抗反射膜形成用組成物、頂塗層形成用組成物等)較佳為不含金屬等雜質。此等材料中所含的雜質的含量,較佳為1質量ppm(parts per million,百萬分之一)以下,更佳為10質量ppb(parts per billion,十億分之一)以下,進一步較佳為100質量ppt(parts per trillion,萬億分之一)以下,特佳為10質量ppt以下,最佳為1質量ppt以下。下限並無特別限制,較佳為0質量ppt以上。在此,作為金屬雜質,例如,可舉出Na、K、Ca、Fe、Cu、Mg、Al、Li、Cr、Ni、Sn、Ag、As、Au、Ba、Cd、Co、Pb、Ti、V、W、及Zn。
作為從各種材料中去除金屬等雜質之方法,例如,可舉出使用過濾器之過濾。在國際公開第2020/004306號之段落[0321]中,記載有使用過濾器之過濾的細節。
作為減少各種材料中所含的金屬等雜質之方法,例如,可舉出選擇金屬含量少的原料作為構成各種材料的原料之方法、對構成各種材料的原料進行過濾器過濾之方法、及利用TEFLON(註冊商標)在裝置內形成內襯等而在儘可能抑制污染的條件下進行蒸餾之方法。
除過濾器過濾之外,可以利用吸附材料去除雜質,亦可以將過濾器過濾與吸附材料組合使用。作為吸附材料,可使用公知的吸附材料,例如,可使用矽膠及沸石等無機系吸附材料、以及活性碳等有機系吸附材料。為了減少上述各種材料中所含的金屬等雜質,需要防止製造製程中的金屬雜質的混入。關於金屬雜質係否已從製造裝置中充分去除,可藉由測定已使用於清洗製造裝置的清洗液中所含的金屬成分之含量來確認。使用後的清洗液中所含的金屬成分之含量,較佳為100質量ppt(parts per trillion,萬億分之一)以下,更佳為10質量ppt以下,進一步較佳為1質量ppt以下。下限並無特別限制,較佳為0質量ppt以上。
沖洗液等有機系處理液中,可以添加導電性化合物,以防止伴隨靜電帶電及隨後產生的靜電放電,藥液配管及各種部件(過濾器、O型環、及管等)出現故障。導電性化合物並無特別限制,例如,可舉出甲醇。添加量並無特別限制,但從維持較佳顯影特性或沖洗特性之觀點而言,較佳為10質量%以下,更佳為5質量%以下。下限並無特別限制,較佳為0.01質量%以上。 作為藥液配管,例如,可使用SUS(不鏽鋼)、或塗覆有已施加防帶電處理的聚乙烯、聚丙烯或者氟樹脂(聚四氟乙烯或全氟烷氧基樹脂等)之各種配管。同樣,對於過濾器及O型環,亦可同樣使用已施加防帶電處理的聚乙烯、聚丙烯或氟樹脂(聚四氟乙烯或全氟烷氧基樹脂等)。
<電子器件之製造方法> 本發明亦涉及包括上述圖案形成方法的電子器件之製造方法、及藉由該製造方法製造的電子器件。 作為本發明的電子器件的較佳態樣,可舉出搭載於電氣電子機器(家電、OA(Office Automation,辦公自動化)、媒體相關機器、光學用機器及通訊機器等)之態樣。 [實施例]
以下基於實施例對本發明進行更詳細的說明。以下的實施例中所表示的材料、用量、比例、處理內容、及處理步驟,只要不脫離本發明的主旨,可適當變更。因此,本發明的範圍不應被以下所表示的實施例限定解釋。
(酸(AC B1)及酸(AC B2)的pKa) 藉由光化射線或放射線的照射從鎓鹽(B-1)產生的酸(AC B1)的pKa(pKa B1)、及藉由光化射線或放射線的照射從鎓鹽(B-2)產生的酸(AC B2)的pKa(pKa B2),透過以下方法求得。 對於各鎓鹽的陰離子部分進行質子化而成的結構(例如,若陰離子部分為SO 3 -、則SO 3H),利用軟體(Advanced Chemistry Development (ACD/Labs) Software V8.14 for Solaris (1994-2007 ACD/Labs))計算。 當含有複數種鎓鹽作為鎓鹽(B-1)時,使用pKa最低的鎓鹽種類的計算值來計算ΔpKa(pKa B1-pKa B2)。又,當含有複數種鎓鹽作為鎓鹽(B-2)時,使用pKa最高的鎓鹽種類的計算值來計算ΔpKa(pKa B1-pKa B2)。
(鎓鹽(B-1)的含氟率) 鎓鹽(B-1)的含氟率表示氟原子相對於鎓鹽(B-1)的所有原子的質量比(質量%),透過下述式(1)算出。 100×19×F B1/MW B1(1) 式(1)中,F B1表示鎓鹽(B-1)中所含的氟原子數,MW B1表示鎓鹽(B-1)的分子量。
(鎓鹽(B-2)的含氟率) 鎓鹽(B-2)的含氟率表示氟原子相對於鎓鹽(B-2)的所有原子的質量比(質量%),透過下述式(2)算出。 100×19×F B2/MW B2(2) 式(2)中,F B2表示鎓鹽(B-2)中所含的氟原子數,MW B2表示鎓鹽(B-2)的分子量。
<鎓鹽(B-1)> 作為鎓鹽(B-1),使用B1-1~B1-18。B1-1~B1-18可作為酸擴散控制劑發揮作用,該酸擴散控制劑藉由光化射線或放射線的照射而降低或消除酸擴散控制能力。 又,作為非鎓鹽(B-1)的酸擴散控制劑,使用Z1-1~Z1-4。為方便起見,在下述表中,Z1-1~Z1-4亦記載於鎓鹽(B-1)欄。
[化學式47]
[化學式48]
[化學式49]
下述表1示出鎓鹽(B-1)的含氟率和從鎓鹽(B-1)產生的酸(AC B1)的pKa(pKa B1)。
[表1]
<鎓鹽(B-2)> 作為鎓鹽(B-2),使用B2-1~B2-30。B2-1~B2-30可作為光酸產生劑發揮作用。 又,作為非鎓鹽(B-2)的光酸產生劑,使用Z2-1。為方便起見,在下述表中,Z2-1亦記載於鎓鹽(B-2)欄。
[化學式50]
[化學式51]
[化學式52]
[化學式53]
下述表2示出鎓鹽(B-2)的含氟率和從鎓鹽(B-2)產生的酸(AC B2)的pKa(pKa B2)。
[表2]
鎓鹽(B-2)的合成例如下所示。
(合成例1:B2-4的合成) <中間體B2-4-1的合成>
[化學式54]
氮氣氛下,在-40℃下攪拌66.3g(0.65mol)三乙胺和175ml乙腈的混合溶液的同時,緩慢滴加50.0g(0.44mol)甲磺醯氯。這樣一直攪拌1小時後,緩慢滴加16.2g(0.22mol)2-丁醇,進一步攪拌2小時。過濾除去析出的三乙胺鹽酸鹽後,濾液中添加400ml乙酸乙酯,並將所得的溶液加入冰冷卻至10℃以下的1mol/l鹽酸水300ml中。進行分液操作,除去水層後,將有機層用300ml水清洗3次,藉由減壓濃縮來蒸餾除去溶媒。將所得的殘渣溶解於20ml乙酸乙酯中,在室溫(23℃)下攪拌的同時加入120ml己烷,使結晶析出。這樣一直攪拌30分鐘後,過濾收集晶體,得到31.2g中間體B2-4-1(收率:62%)。 1H NMR(CDCl 3):4.56,4.22,3.25,2.11,1.01ppm
<中間體B2-4-2的合成>
[化學式55]
將10g(0.060mol)1-金剛烷甲醇、11.1g(0.13mol)碳酸氫鈉、和120ml乙腈的混合溶液,在冰冷卻下,於5℃以下攪拌的同時,緩慢滴加13.4g(0.066mol)溴乙酸溴。這樣一直在冰冷卻下攪拌1小時後,緩慢滴加100ml水。加入200ml二氯甲烷和100ml水,進行分液操作來除去水層後,將有機層用200ml水清洗3次。將有機層減壓濃縮來蒸餾除去溶媒,得到16g中間體B2-4-2的粗體。未對該粗體進行進一步純化,直接用於下一步反應。
<中間體B2-4-3的合成>
[化學式56]
氮氣氛下,在0℃下,向5.0g(0.022mol)中間體B2-4-1、50ml四氫呋喃(THF)、和20ml的N,N-二甲基甲醯胺(DMF)的混合溶液中,緩慢加入2.6g(0.023mol)第三丁氧基鉀,這樣一直攪拌10分鐘。然後,緩慢加入6.9g(0.024mol)中間體B2-4-2,進一步在室溫(23℃)下攪拌5小時。在冰冷卻下且在10℃以下,將上述反應液加入70ml的1mol/l鹽酸水中。加入150ml乙酸乙酯,進行分液操作來除去水層後,將有機層用70ml水清洗3次,藉由減壓濃縮來蒸餾除去溶媒。將所得的殘渣用矽膠柱層析法(己烷/乙酸乙酯=4/1(體積比))純化,得到3.5g中間體B2-4-3(收率:37%)。 1H NMR(CDCl 3):5.06,4.21,3.79,3.34-3.18,3.27,2.06,2.00,1.78-1.61,1.54,1.00ppm
<中間體B2-4-4的合成>
[化學式57]
向3.0g(6.9mmol)中間體B2-4-3和50ml乙腈的混合溶液中,加入1.1g(7.6mmol)碘化鈉,在50℃下攪拌3小時。過濾收集析出的晶體,得到2.4g中間體B2-4-4(收率:87%)。 1H NMR(DMSO-d6):4.27,3.65,3.13,2.98-2.80,1.94,1.73-1.56,1.50ppm
<B2-4的合成>
[化學式58]
向2.1g(5.2mmol)中間體B2-4-4、35ml二氯甲烷、和35ml水的混合溶媒中,加入1.8g(5.4mmol)溴化三苯基鋶,在室溫(23℃)下攪拌1小時。反應後,萃取有機層,用35ml的0.1mol/l鹽酸水清洗1次,用35ml水清洗4次,然後減壓濃縮。在殘渣中加入30ml第三丁基甲基醚,在室溫下攪拌,進行過濾,將所得固體真空乾燥,得到3g的B2-4(收率:88%)。 1H NMR(CDCl 3):7.82-7.66,4.76,3.68,3.31,3.35-3.12,1.95,1.74-1.58,1.52ppm
其他鎓鹽(B-2)亦與上述同樣合成。 依照日本特開2010-155824號公報中記載的方法合成B1-1。其他鎓鹽(B-1)亦同樣合成。
<樹脂(A)> 作為樹脂(A)(藉由酸的作用而極性增大的樹脂),使用表3所示的A-1~A-20。 表3中示出如下所示的、樹脂(A)中的各重複單元的含量(莫耳%;由左起依序對應)、樹脂(A)的重量平均分子量(Mw)、及樹脂(A)的分散度(Mw/Mn)。重量平均分子量(Mw)及分散度(Mw/Mn)藉由GPC(載體:四氫呋喃(THF))測定(係聚苯乙烯換算量)。又,各重複單元的含量藉由 13C-NMR(Nuclear Magnetic Resonance,核磁共振)測定。 又,表3亦記載有各樹脂的SP值(SP A)。
在本實施例中,樹脂的SP值如下計算。
(樹脂的SP值的計算方法) 樹脂的SP值的計算方法如下所示。 1.使用「HSPiP 5th Edition 5.1.08」計算與構成樹脂的各重複單元對應的單體的SP值。 2.將以質量基準計的各重複單元相對於樹脂的含有比率與上述1.中所得的與各重複單元對應的單體的SP值相乘,並將對所得值進行總和的數值設為樹脂的SP值。
使用上述計算方法計算樹脂(A)的SP值(SP A)和樹脂(D)的SP值(SP D)。當併用兩種以上樹脂時,在上述計算方法2.中,將以質量基準計的各樹脂的含有比率與各樹脂的SP值相乘,並將對所得值進行總和的數值設為樹脂的SP值。
[表3]
[化學式59]
[化學式60]
<鹼性化合物> 作為鹼性化合物,使用C-1~C-4。C-1~C-4可作為酸擴散控制劑發揮作用。
[化學式61]
<樹脂(D)> 作為樹脂(D),使用表4所示的D-1~D-6。 表4中示出如下所示的、樹脂(D)中的各重複單元的含量(莫耳%;由左起依序對應)、樹脂(D)的重量平均分子量(Mw)、及樹脂(D)的分散度(Mw/Mn)。重量平均分子量(Mw)及分散度(Mw/Mn)藉由GPC(載體:四氫呋喃(THF))測定(係聚苯乙烯換算量)。又,各重複單元的含量藉由 13C-NMR(Nuclear Magnetic Resonance,核磁共振)測定。 又,表4亦記載有各樹脂的SP值(SP D)。
[表4]
[化學式62]
<界面活性劑> 作為界面活性劑,使用E-1。 E-1:PolyFox PF-6320(OMNOVA Solutions Inc.製;氟系)
<溶劑> 以下示出使用的溶劑。 S1:丙二醇單甲醚乙酸酯(PGMEA) S2:丙二醇單甲醚(PGME) S3:γ-丁內酯 S4:乳酸乙酯 S5:環己酮. S6:2-庚酮
(ArF曝光) <光阻組成物的製備> 將表5~8所示的溶劑以外的成分溶解於表5~8所示的溶劑中,製備固體成分濃度為4.0質量%的溶液,將其用孔徑0.02μm的聚乙烯過濾器過濾,製備光阻組成物(RA-1~RA-87、及RZ-1~RZ-10)。 此外,所謂固體成分係意指溶劑之外的所有成分。將所得光阻組成物用於實施例及比較例中。 表5~8中,「質量%」欄示出各成分相對於光阻組成物中的總固體成分之含量(質量%)。又,表5~8中記載了所使用的溶劑的使用量(質量比)。 當使用兩種以上各成分時,將各自的種類和含量(質量%)用「/」分隔表示(種類和含量由左依次對應)。 表5~8示出各光阻組成物中的從鎓鹽(B-1)產生的酸(AC B1)的pKa(pKa B1)與從鎓鹽(B-2)產生的酸(AC B2)的pKa(pKa B2)之差ΔpKa(pKa B1-pKa B2)。
[表5]
[表6]
[表7]
[表8]
<圖案形成方法(1):ArF曝光、鹼顯影(正型)、實施例1-1~1-59、比較例X1-1~X1-5> 使用東京電子(Tokyo Electron)製的旋塗機Mark8將表9~10所示的光阻組成物塗佈於預先用六甲基二矽氮烷(HMDS)處理過的6英吋Si晶圓上,並於熱板上以100℃乾燥60秒鐘,獲得膜厚90nm的光阻膜。在此,1英吋係0.0254m。 使用ArF準分子雷射掃描儀(ASML製,PAS5500/1500,波長193nm,NA0.50)透過曝光遮罩對形成有光阻膜的晶圓進行圖案曝光。然後,在115℃的溫度下烘烤60秒鐘,用2.38質量%的四甲基氫氧化銨水溶液(TMAHaq)顯影30秒鐘,用純水沖洗後,旋轉乾燥。藉由此,獲得線寬50nm的1:1線與空間圖案的光阻圖案。
<性能評價> [LWR(Line Width Roughness,線寬粗糙度)性能] 對於以對線寬平均為50nm的線圖案進行解析時的最佳曝光量進行了解析的50nm的1:1線與空間圖案,使用測長掃描型電子顯微鏡(SEM((股)日立製作所S-9380II))從圖案上方進行觀察時,在50處觀測線寬,並求出其標準偏差(σ)。以3σ評價線寬的測定偏差,並將3σ的值設為LWR(nm)。LWR值愈小,LWR性能愈良好。LWR較佳為4.8nm以下,更佳為4.2nm以下,特佳為3.9nm以下。
[圖案形狀] 使用掃描型電子顯微鏡((股)日立製作所S-4800)目視觀察線寬50nm的1:1線與空間圖案中的線部分的圖案截面形狀。判斷圖案的截面形狀對應於「矩形」、「錐形」、「微錐形」、「倒錐形」、「微倒錐形」中的哪一個。 「錐形」及「微錐形」係線部分的寬度從圖案的上部向圖案的下部逐漸增加的形狀。「微錐形」與「錐形」相比,線部分的寬度的增加率小。 「倒錐形」及「微倒錐形」係線部分的寬度從圖案的上部向圖案的下部逐漸減少的形狀。「微倒錐形」與「倒錐形」相比,線部分的寬度的減少率小。 圖案截面形狀較佳為矩形。
結果示於表9~10中。
[表9]
[表10]
<圖案形成方法(2):ArF曝光、有機溶劑顯影(負型)、實施例2-1~2-59、比較例X2-1~X2-5> 使用東京電子(Tokyo Electron)製的旋塗機Mark8將表11~12所示的光阻組成物塗佈於預先用六甲基二矽氮烷(HMDS)處理過的6英吋Si晶圓上,並於熱板上以100℃乾燥60秒鐘,獲得膜厚90nm的光阻膜。在此,1英吋係0.0254m。 使用ArF準分子雷射掃描儀(ASML製,PAS5500/1500,波長193nm,NA0.50)透過曝光遮罩對形成有光阻膜的晶圓進行圖案曝光。然後,在115℃的溫度下烘烤60秒鐘,用乙酸正丁酯顯影30秒鐘,並旋轉乾燥。由此,獲得線寬50nm的1:1線與空間圖案的光阻圖案。
使用與前述的圖案形成方法(1)的性能評價相同的方法來評價LWR性能和圖案形狀。 結果示於表11中。
[表11]
[表12]
(EUV曝光) <光阻組成物的製備> 在前述光阻組成物(RA-1~RA-87、RZ-1~RZ-10)的製備中,將固體成分濃度從4.0質量%變更為2.0質量%,並將對所得混合液進行過濾的方法從用孔徑0.02μm的聚乙烯過濾器過濾變更為首先用孔徑50nm的聚乙烯製過濾器、然後用孔徑10nm的尼龍製過濾器、最後用孔徑5nm的聚乙烯製過濾器依序進行過濾,除此以外皆以相同操作製備光阻組成物(ERA-1~ERA-87、及ERZ-1~ERZ-10)。亦即,ERA-1~ERA-87、及ERZ-1~ERZ-10中所含的溶劑以外的成分的種類和含量(質量%)、溶劑的種類和各溶劑的質量比,分別與表5~8中記載的RA-1~RA-87、及RZ-1~RZ-10相同。
<圖案形成方法(3):EUV曝光、鹼顯影(正型)、實施例3-1~3-41、比較例X3-1~X3-5> 將下層膜形成用組成物AL412(Brewer Science公司製)塗佈於矽晶圓上,並在205℃下烘烤60秒鐘,形成膜厚20nm的下層膜。在下層膜上,塗佈表13~14中所示的光阻組成物,並在100℃下烘烤60秒鐘,形成膜厚30nm的光阻膜。 使用EUV曝光裝置(Exitech公司製,Micro Exposure Tool,NA0.3,Quadrupole,外西格瑪0.68,內西格瑪 0.36),對具有所得光阻膜的矽晶圓進行圖案照射。此外,作為光罩(reticle),使用線尺寸=25nm且線:空間=1:1的遮罩。 將曝光後的光阻膜在90℃下烘烤60秒鐘後,用四甲基氫氧化銨水溶液(2.38質量%)顯影30秒鐘,接著用純水沖洗30秒鐘。之後,將其旋轉乾燥而獲得正型圖案。
<性能評價> [LWR性能] 對於以對線寬平均為25nm的線圖案進行解析時的最佳曝光量進行了解析的25nm(1:1)的線與空間圖案,使用測長掃描型電子顯微鏡(SEM((股)日立製作所S-9380II))從圖案上方進行觀察時,在50處觀測線寬,並求出其標準偏差(σ)。以3σ評價線寬的測定偏差,並將3σ的值設為LWR(nm)。LWR值愈小,LWR性能愈良好。LWR較佳為4.5nm以下,更佳為4.0nm以下,特佳為3.7nm以下。
[圖案形狀] 使用掃描型電子顯微鏡((股)日立製作所S-4800)目視觀察線寬25nm的1:1線與空間圖案中的線部分的圖案截面形狀。判斷圖案的截面形狀對應於「矩形」、「錐形」、「微錐形」、「倒錐形」、「微倒錐形」中的哪一個。截面形狀較佳為矩形。
結果示於表13~14中。
[表13]
[表14]
<圖案形成方法(4):EUV曝光、有機溶劑顯影(負型)、實施例4-1~4-41、比較例X4-1~X4-5> 將下層膜形成用組成物AL412(Brewer Science公司製)塗佈於矽晶圓上,並在205℃下烘烤60秒鐘,形成膜厚20nm的下層膜。在下層膜上,塗佈表15~16中所示的光阻組成物,並在100℃下烘烤60秒鐘,形成膜厚30nm的光阻膜。 使用EUV曝光裝置(Exitech公司製,Micro Exposure Tool,NA0.3,Quadrupole,外西格瑪0.68,內西格瑪 0.36),對具有所得光阻膜的矽晶圓進行圖案照射。此外,作為光罩(reticle),使用線尺寸=25nm且線:空間=1:1的遮罩。 將曝光後的光阻膜在90℃下烘烤60秒鐘後,用乙酸正丁酯顯影30秒鐘,將其旋轉乾燥,得到負型圖案。
使用與前述的圖案形成方法(3)的性能評價相同的方法來評價LWR性能和圖案形狀。 結果示於表15~16中。
[表15]
[表16]
從表9~16的結果可知,實施例中所使用的光阻組成物,能夠形成LWR性能及圖案形狀優異的圖案。 [產業上之可利用性]
根據本發明,可提供一種能夠形成LWR性能及圖案形狀優異之圖案的感光化射線性或感放射線性樹脂組成物、光阻膜、圖案形成方法、及包括上述圖案形成方法的電子器件之製造方法。
儘管詳細地且參照特定實施態樣對本發明進行了說明,但對於本領域技術人員而言,顯而易見地能夠在不脫離本發明之精神及範圍的情況下進行各種改變和修改。 本申請係基於2023年9月29日提交的日本專利申請(日本特願2023-170588),其內容作為參照併入本文中。
無。

Claims (13)

  1. 一種感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其含有: 藉由酸的作用而極性增大的樹脂(A); 藉由光化射線或放射線的照射而產生酸(AC B1)的鎓鹽(B-1);以及 藉由光化射線或放射線的照射而產生酸(AC B2)的鎓鹽(B-2), 其中,所述酸(AC B1)的pKa比所述酸(AC B2)的pKa大1.0以上, 所述鎓鹽(B-1)不含氟原子,或當含氟原子時,氟原子的含有率相對於所述鎓鹽(B-1)中所含的所有原子為3質量%以下, 所述鎓鹽(B-2)不含氟原子,或當含氟原子時,氟原子的含有率相對於所述鎓鹽(B-2)中所含的所有原子為3質量%以下, 所述鎓鹽(B-1)為選自由由下述式(b1-1)表示的鎓鹽及由下述式(b1-2)表示的鎓鹽所組成之群組中的至少一種, 所述鎓鹽(B-2)為由下述式(b2-1)表示的鎓鹽, [化學式1] 式(b1-1)及式(b1-2)中,R 11表示有機基;L 12表示單鍵或二價的連結基;X 11 -表示-O -、-COO -、-SO 3 -或-SO 2N -Y 11(R 111) k;R 111表示烷基、環烷基或芳基;Y 11表示-CO-、-SO-、-SO 2-或單鍵;k表示0或1;當k表示0時,R 111不存在,且Y 11與R 11鍵結;當k表示1時,R 111可以與R 11鍵結;X 12 -表示-O -、-COO -、-SO 3 -或-SO 2N -Y 12(R 112) h;R 112表示烷基、環烷基或芳基;Y 12表示-CO-、-SO-、-SO 2-或單鍵;h表示0或1;當h表示0時,R 112不存在,且Y 12與L 12或Z 12 +鍵結;當h表示1時,R 112可以與L 12或Z 12 +鍵結;Z 11 +表示有機陽離子;Z 12 +表示有機陽離子基, 其中,式(b1-1)中的R 11-X 11 -不會表示由下述式(i)-1~(i)-3中任一個表示的陰離子, [化學式2] [化學式3] 式(b2-1)中,R 2a表示拉電子基;R 2b及R 2c分別獨立地表示氫原子或有機基;選自由R 2a、R 2b及R 2c所組成之群組中的至少兩個可以鍵結而形成環;其中,R 2b及R 2c不會均表示氫原子;Z 2 +表示有機陽離子。
  2. 如請求項1所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其中,所述式(b2-1)中的R 2a表示氰基、硝基、二氰基甲基或由下述式(1A)表示的基團, [化學式4] 式(1A)中,Y 1及Y 3分別獨立地表示-O-或-NR 3-;R 3表示氫原子或烷基;Y 2表示-C(=O)-或-SO 2-;R 4表示烷基、環烷基或芳基;選自由R 3及R 4所組成之群組中的至少兩個可以鍵結而形成環;p及r分別獨立地表示0或1;q表示1或2;*表示鍵結位置。
  3. 如請求項1或請求項2所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其中,所述鎓鹽(B-1)為選自由由下述式(b1-2a)~(b1-2e)中任一個表示的鎓鹽及所述式(b1-2)所表示的鎓鹽所組成之群組中的至少一種, [化學式5] 式(b1-2a)中,R 21a~R 21e分別獨立地表示氫原子或有機基;其中,選自由R 21c及R 21d所組成之群組中的至少一個表示選自由氰基、硝基、由下述式(2A)表示的基團及由下述式(2B)表示的基團所組成之群組中的基團,並且R 21a及R 21b均不會表示選自由氰基、硝基、由下述式(2A)表示的基團及由下述式(2B)表示的基團所組成之群組中的基團;L 21表示單鍵或二價的連結基;n 21表示1~4的整數;當n 21表示2以上的整數時,複數個R 21c可以相同亦可以不同,複數個R 21d可以相同亦可以不同;選自由R 21a、R 21b、R 21c、R 21d及L 21所組成之群組中的至少兩個可以鍵結而形成環;Z 11 +表示有機陽離子, [化學式6] 式(2A)中,Y 21a及Y 22a分別獨立地表示-O-或-NR 32a-;R 32a表示氫原子或烷基;R 42a表示烷基、環烷基或芳基;p 21a及r 21a分別獨立地表示0或1;其中,p 21a及r 21a不會均表示0;q 21a表示1或2;*表示鍵結位置, 式(2B)中,Y 21b及Y 22b分別獨立地表示-O-或-NR 32b-;R 32b表示氫原子或烷基;R 42b表示烷基、環烷基或芳基;p 21b及r 21b分別獨立地表示0或1;*表示鍵結位置, 式(b1-2b)中,R 22a表示鹵素原子、羥基或羧基以外的有機基;Ar 12表示芳香族基;p 12表示0以上的整數;p 12表示2以上的整數時,複數個R 22a可以相同亦可以不同;Z 11 +表示有機陽離子, 式(b1-2c)中,Ar 13表示芳香族基;R 23a表示鹵素原子或有機基;p 13及q 13分別獨立地表示0以上的整數;p 13表示2以上的整數時,複數個R 23a可以相同亦可以不同;其中,p 13及q 13不會均表示0;q 13表示1時,p 13表示1以上的整數;Z 11 +表示有機陽離子, 式(b1-2d)中,R 24a表示有機基;其中,當R 24a具有芳香環時,式(b1-2d)中明示的-COO -的碳原子不會直接鍵結於所述芳香環;Z 11 +表示有機陽離子, 式(b1-2e)中,Y 25a表示-CO-、-SO-、-SO 2-或單鍵;R 25a及R 25b分別獨立地表示烷基、環烷基或芳基;R 25a與R 25b可以鍵結而形成環;Z 11 +表示有機陽離子。
  4. 如請求項1或請求項2所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其進一步含有與所述樹脂(A)不同的樹脂(D), 其中,所述樹脂(D)滿足下述條件(i), (i)所述樹脂(D)的SP值小於所述樹脂(A)的SP值,且為17.2以下。
  5. 如請求項1或請求項2所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其中,所述鎓鹽(B-1)不含氟原子。
  6. 如請求項1或請求項2所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其中,所述鎓鹽(B-2)不含氟原子。
  7. 如請求項1或請求項2所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其中,所述樹脂(A)具有由下述式(AP-1)表示的重複單元, [化學式7] 式(AP-1)中,R A11表示氫原子、鹵素原子或烷基;L A11表示單鍵或二價的連結基;R A12表示含有SO 2基的環式基。
  8. 如請求項1或請求項2所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其中,所述樹脂(A)具有由下述式(AP-2)表示的重複單元, [化學式8] 式(AP-2)中,R A21表示氫原子、鹵素原子或烷基;L A21表示單鍵或二價的連結基;R A22表示烷基。
  9. 如請求項1或請求項2所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其中,所述樹脂(A)具有由下述式(AP-3)表示的重複單元, [化學式9] 式(AP-3)中,R A31表示氫原子、鹵素原子或烷基;L A31表示單鍵或二價的連結基;R A32表示脂環式烴基;R A33表示具有雙鍵的取代基。
  10. 如請求項4所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其進一步滿足所有下述條件(ii)及(iii), (ii)所述樹脂(D)所具有的重複單元中,不含氟原子的重複單元的含量之總和相對於所述樹脂(D)中的所有重複單元為80莫耳%以上, (iii)所述樹脂(D)的含量相對於所述感光化射線性或感放射線性樹脂組成物中的總固體成分為0.01~10質量%。
  11. 一種光阻膜,其使用請求項1至10中任一項所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物而形成。
  12. 一種圖案形成方法,其具有: 使用如請求項1至10中任一項所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物在基板上形成光阻膜之製程; 對所述光阻膜進行曝光之製程;及 使用顯影液對所述曝光後的光阻膜進行顯影之製程。
  13. 一種電子器件之製造方法,其包括請求項12所述之圖案形成方法。
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