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JP2010126667A - アセタール化合物、その製造方法、高分子化合物、レジスト材料及びパターン形成方法 - Google Patents

アセタール化合物、その製造方法、高分子化合物、レジスト材料及びパターン形成方法 Download PDF

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JP2010126667A JP2008304123A JP2008304123A JP2010126667A JP 2010126667 A JP2010126667 A JP 2010126667A JP 2008304123 A JP2008304123 A JP 2008304123A JP 2008304123 A JP2008304123 A JP 2008304123A JP 2010126667 A JP2010126667 A JP 2010126667A
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Abstract

【解決手段】一般式(1)で示されるアセタール化合物。
Figure 2010126667

(R1は水素原子、メチル基、又はトリフルオロメチル基を示す。R2は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状の一価の炭化水素基を示す。R3、R4は、それぞれ独立に水素原子、又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状の一価の炭化水素基を示す。R2とR3は互いに結合してこれらが結合する炭素原子と共に脂肪族炭化水素環を形成してもよい。X1は単結合又は炭素数1〜4の直鎖状又は分岐状の二価の炭化水素基を示す。)
【効果】本発明のレジスト材料、特に化学増幅ポジ型レジスト材料は、微細加工技術、特にArFリソグラフィー技術において極めて高い解像性を有し、精密な微細加工に極めて有用である。
【選択図】なし

Description

本発明は、機能性材料、医薬・農薬等の原料として有用なアセタール化合物並びにその製造方法に関する。このアセタール化合物は、波長500nm以下、特に波長300nm以下の放射線、例えばKrFレーザー光、ArFレーザー光、F2レーザー光に対して優れた透明性を有し、かつ現像特性に優れた感放射線レジスト材料のベース樹脂を製造するための重合体(ポリマー)の原料単量体として非常に有用である。
更に、本発明は、このアセタール化合物に由来する繰り返し単位を有する重合体(高分子化合物)、この高分子化合物を含むフォトレジスト材料、及びこのフォトレジスト材料を用いたパターン形成方法に関する。
近年、LSIの高集積化と高速度化に伴い、パターンルールの微細化が求められている中、遠紫外線リソグラフィー及び真空紫外線リソグラフィーを用いた微細加工技術の開発が精力的に進められている。既に波長248nmのKrFエキシマレーザー光を光源としたフォトリソグラフィーは半導体デバイスの実生産において中心的な役割を担っており、また波長193nmのArFエキシマレーザー光を光源としたフォトリソグラフィーも最先端の微細加工において実生産に用いられ始めている。ArFエキシマレーザーリソグラフィーにおいては、その後継たる技術が未だ不確定であるという事情もあり、更なる解像性の伸長を実現すべく、レジスト材料の性能向上が強く求められている。また、レジスト塗布膜と投影レンズとの間に高屈折率液体を介在させることにより解像性の伸長を図る液浸露光プロセスの開発も進められており、それに対応したレジスト材料が必要とされている。
ArFエキシマレーザー用レジスト材料では、ポリアクリル酸又はポリメタクリル酸の誘導体や脂肪族環状化合物を主鎖に含有する高分子化合物等の材料が検討されている。いずれの場合にも、アルカリ可溶性樹脂のアルカリ易溶性部位の一部又は全部を適当な酸脱離性基で保護するのをその基本形としており、酸脱離性保護基を種々選択することにより、レジスト材料全体としての性能を調整している。
酸脱離性保護基の例としては、tert−ブトキシカルボニル(特許文献1:特公平2−27660号公報)、tert−ブチル(特許文献2:特開昭62−115440号公報、非特許文献1:J.Photopolym.Sci.Technol.7[3],507(1994))、2−テトラヒドロピラニル(特許文献3:特開平2−80515号公報、特許文献4:特開平5−88367号公報)、1−エトキシエチル(特許文献5:特開平2−19847号公報、特許文献6:特開平4−215661号公報)、アダマンタン骨格含有アルキル基(特許文献7:特開平9−73173号公報、特許文献8:特開平15−64134号公報)等が挙げられる。しかしながら、パターンルールのより一層の微細化が求められるなか、これらの酸脱離性保護基のいずれもが満足な性能を発揮しているとは言えない。
即ち、tert−ブトキシカルボニルやtert−ブチルは酸に対する反応性が著しく低く、露光前後での溶解速度差を確保するためには、かなりの量のエネルギー線照射を行って十分量の酸を発生させなければならない。酸発生剤を強酸発生型のものにすれば、酸の発生量が少なくても反応は進行するので、露光量は比較的低く抑えることができる。しかしながら、その場合には空気中の塩基性物質による発生酸の失活の影響が相対的に大きくなり、パターンがT−トップ形状になる等の問題を引き起こす。一方、2−テトラヒドロピラニルや1−エトキシエチルは、酸に対する反応性が高く、解像性の点では有利であるが、特にカルボン酸の保護基に用いた場合には、熱的安定性が乏しく、保存安定性に不安がある。
また、上述のレジスト材料では、いずれの場合も転写されるパターンの密な領域と粗い領域においてそれぞれ所望のパターンを同一の露光量で得ることができない、即ち、疎密依存性が大きいという共通の問題がある。一般にArFエキシマレーザーリソグラフィーにおいては、露光により発生した酸によるベース樹脂の脱保護反応は露光後の加熱処理(ポストエクスポージャーベーク、PEB)において進行するが、そのPEBの際に酸の移動が起こる。化学増幅型のレジスト材料の場合、酸が触媒的に機能することにより脱保護反応が進行するため、ある程度の酸の移動は必要である。しかしながら、酸の移動は光学像を劣化させるため、過度な酸の移動は解像性を損なうことになる。ArFエキシマレーザーリソグラフィーの更なる微細化、及び液浸露光プロセスを駆使した高解像化に対応すべく、酸の移動を効果的に抑制した、高い解像性能を有するレジスト材料が嘱望されている。
特公平2−27660号公報 特開昭62−115440号公報 特開平2−80515号公報 特開平5−88367号公報 特開平2−19847号公報 特開平4−215661号公報 特開平9−73173号公報 特開2003−64134号公報 J.Photopolym.Sci.Technol.7[3],507(1994)
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、ArFエキシマレーザー光等の高エネルギー線を光源としたフォトリソグラフィー、特に液浸リソグラフィーにおいて、解像性、特に疎密依存性、マスク忠実性を向上させたレジスト材料のベース樹脂用の単量体として有用なアセタール化合物及びその製造方法、そのアセタール化合物から得られる高分子化合物、その高分子化合物をベース樹脂として含有するレジスト材料及びこのレジスト材料を用いたパターン形成方法を提供することを目的とする。
本発明者らは上記目的を達成するため、鋭意検討を重ねた結果、下記一般式(2)並びに(3)で示される化合物を出発原料として極めて容易にレジスト材料の原料として有用な下記一般式(1)で示されるアセタール化合物に変換できることを知見した。
また、このアセタール化合物から得られた高分子化合物をベース樹脂として用いたレジスト材料が極めて高い解像性能を有し、精密な微細加工に極めて有用であることを知見するに至った。
即ち、本発明はアセタール化合物、その製造法、重合体、レジスト材料及びパターン形成方法を提供する。
請求項1:
下記一般式(1)で示されるアセタール化合物。
Figure 2010126667
(式中、R1は水素原子、メチル基、又はトリフルオロメチル基を示す。R2は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状の一価の炭化水素基を示す。R3、R4は、それぞれ独立に水素原子、又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状の一価の炭化水素基を示す。R2とR3は互いに結合してこれらが結合する炭素原子と共に脂肪族炭化水素環を形成してもよい。X1は単結合又は炭素数1〜4の直鎖状又は分岐状の二価の炭化水素基を示す。)
請求項2:
下記一般式(2)で示されるアダマンタン化合物と下記一般式(3)で示されるアルケニル化合物とのエーテル化により、下記一般式(4)で示されるアリルエーテル化合物を得た後、二重結合を異性化することを特徴とする下記一般式(5)で示されるビニルエーテル化合物の製造方法。
Figure 2010126667
(式中、R2は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状の一価の炭化水素基を示す。R3、R4は、それぞれ独立に水素原子、又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状の一価の炭化水素基を示す。R2とR3は互いに結合してこれらが結合する炭素原子と共に脂肪族炭化水素環を形成してもよい。X1は単結合又は炭素数1〜4の直鎖状又は分岐状の二価の炭化水素基を示す。T1、T2は、それぞれ独立に水酸基、ハロゲン原子、アルカンスルホニルオキシ基、又はアレーンスルホニルオキシ基を示す。)
請求項3:
請求項2記載の一般式(5)で示されるビニルエーテル化合物にハロゲン化水素を付加させ、下記一般式(6)で示されるハロゲン化アルキルエーテル化合物を得た後、下記一般式(7)で示される対応するカルボン酸塩を用い、エステル化することを特徴とする請求項1記載の一般式(1)で示されるアセタール化合物の製造方法。
Figure 2010126667
(式中、R1は水素原子、メチル基、又はトリフルオロメチル基を示す。R2は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状の一価の炭化水素基を示す。R3、R4は、それぞれ独立に水素原子、又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状の一価の炭化水素基を示す。R2とR3は互いに結合してこれらが結合する炭素原子と共に脂肪族炭化水素環を形成してもよい。X1は単結合又は炭素数1〜4の直鎖状又は分岐状の二価の炭化水素基を示す。T3はハロゲン原子を示す。MaはLi、Na、K、Mg1/2、Ca1/2又は置換もしくは未置換のアンモニウムを示す。)
請求項4:
下記一般式(8)で示される繰り返し単位を含有することを特徴とする高分子化合物。
Figure 2010126667
(式中、R1は水素原子、メチル基、又はトリフルオロメチル基を示す。R2は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状の一価の炭化水素基を示す。R3、R4は、それぞれ独立に水素原子、又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状の一価の炭化水素基を示す。R2とR3は互いに結合してこれらが結合する炭素原子と共に脂肪族炭化水素環を形成してもよい。X1は単結合又は炭素数1〜4の直鎖状又は分岐状の二価の炭化水素基を示す。)
請求項5:
更に、下記一般式(9)〜(12)で表される繰り返し単位をいずれか1種以上含有することを特徴とする請求項4記載の高分子化合物。
Figure 2010126667
(式中、R1は上記と同様である。Xは上記一般式(1)とは異なる酸不安定基を示す。Yはラクトン構造を有する置換基を示す。Zは、水素原子、炭素数1〜15のフルオロアルキル基又は炭素数1〜15のフルオロアルコール含有置換基を示す。X2、X3はそれぞれ独立に単結合又は炭素数1〜4の直鎖状又は分岐状の二価の炭化水素基を示す。k1は、1〜3の整数を示す。)
請求項6:
請求項4又は5記載の高分子化合物をベース樹脂として含有することを特徴とするレジスト材料。
請求項7:
請求項6に記載のレジスト材料を基板上に塗布する工程と、加熱処理後フォトマスクを介して高エネルギー線もしくは電子線で露光する工程と、加熱処理した後、現像液を用いて現像する工程とを含むことを特徴とするパターン形成方法。
請求項8:
請求項6に記載のレジスト材料を基板上に塗布する工程と、加熱処理後フォトマスクを介して高エネルギー線もしくは電子線で露光する工程と、加熱処理した後、現像液を用いて現像する工程とを含むパターン形成工程において、前記露光を屈折率1.0以上の高屈折率液体をレジスト塗布膜と投影レンズとの間に介在させて液浸露光にて行うことを特徴とするパターン形成方法。
請求項9:
請求項6に記載のレジスト材料を基板上に塗布する工程と、加熱処理後フォトマスクを介して高エネルギー線もしくは電子線で露光する工程と、加熱処理した後、現像液を用いて現像する工程とを含むパターン形成工程において、レジスト塗布膜の上に更に保護膜を塗布し、露光を屈折率1.0以上の高屈折率液体を該保護膜と投影レンズとの間に介在させて液浸露光にて行うことを特徴とするパターン形成方法。
本発明のレジスト材料、特に化学増幅ポジ型レジスト材料は、微細加工技術、特にArFリソグラフィー技術において極めて高い解像性を有し、精密な微細加工に極めて有用である。
以下、本発明を詳細に説明する。なお、以下の説明中、化学式で表される構造によっては不斉炭素が存在し、エナンチオ異性体(enantiomer)やジアステレオ異性体(diastereomer)が存在し得るものがあるが、その場合は一つの式でそれらの異性体を代表して表す。それらの異性体は単独で用いてもよいし、混合物として用いてもよい。
本発明のアセタール化合物は、下記一般式(1)で示されるものである。
Figure 2010126667
(式中、R1は水素原子、メチル基、又はトリフルオロメチル基を示す。R2は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状の一価の炭化水素基を示す。R3、R4は、それぞれ独立に水素原子、又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状の一価の炭化水素基を示す。R2とR3は互いに結合してこれらが結合する炭素原子と共に脂肪族炭化水素環を形成してもよい。X1は単結合又は炭素数1〜4の直鎖状又は分岐状の二価の炭化水素基を示す。)
2〜R4の炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状の一価の炭化水素基として具体的には、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、2−エチルヘキシル基、n−オクチル基等を例示できる。
2とR3とが結合してこれらが結合する炭素原子と共に形成する脂肪族炭化水素環としては、炭素数3〜20、特に4〜15のものが好ましく、具体的にはシクロプロパン、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、ビシクロ[2.2.1]ヘプタン、ビシクロ[2.2.2]オクタン、ビシクロ[3.3.1]ノナン、ビシクロ[4.4.0]デカン、アダマンタン等が挙げられる。
1の炭素数1〜4の直鎖状又は分岐状の二価の炭化水素基として具体的には、メチレン、エチレン、プロパン−1,1−ジイル、プロパン−1,2−ジイル、プロパン−1,3−ジイル、ブタン−1,1−ジイル、ブタン−1,2−ジイル、ブタン−1,3−ジイル、ブタン−1,4−ジイル等を例示できる。
上記一般式(1)で示される化合物として、具体的には下記のものを例示できる。
Figure 2010126667
(式中、R1は上記と同様である。)
Figure 2010126667
(式中、R1は上記と同様である。)
Figure 2010126667
(式中、R1は上記と同様である。)
また、本発明は、下記一般式(2)で示されるアダマンタン化合物と下記一般式(3)で示されるアルケニル化合物とのエーテル化により、下記一般式(4)で示されるアリルエーテル化合物を得た後、二重結合を異性化することを特徴とする下記一般式(5)で示されるビニルエーテル化合物の製造方法である。
Figure 2010126667
(式中、R2〜R4、X1は上記と同様である。T1、T2は、それぞれ独立に水酸基、ハロゲン原子、アルカンスルホニルオキシ基、又はアレーンスルホニルオキシ基を示す。)
まず、第一工程、アリルエーテル化合物(4)の合成について説明する。
第一工程はアダマンタン化合物(2)及びアルケニル化合物(3)のエーテル化によりアリルエーテル化合物(4)を得る段階である。
エーテル化の第一の方法として、アダマンタン化合物(2)とアルケニル化合物(3)とを塩基処理することによりエーテル化させる方法を例示できる。
1、T2のハロゲン原子としては、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子を例示できる。また、T1、T2のアルカンスルホニルオキシ基及びアレーンスルホニルオキシ基としては、メタンスルホニルオキシ、トリフルオロメタンスルホニルオキシ、ベンゼンスルホニルオキシ、p−トルエンスルホニルオキシ基を例示できる。このうち、原料入手の容易さから、T1=水酸基、T2=ハロゲン原子、特に塩素原子の組み合わせが最も好ましい。
用いられる塩基として、具体的にはナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、リチウムメトキシド、リチウムエトキシド、リチウムtert−ブトキシド、カリウムtert−ブトキシドなどのアルコキシド類、ピリジン、トリエチルアミン、N,N−ジメチルアニリン、4−ジメチルアミノピリジンなどの有機アミン類、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、水酸化カリウム、水酸化バリウム、水酸化テトラ−n−ブチルアンモニウムなどの無機水酸化物類、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸リチウム、炭酸カリウムなどの無機炭酸塩類、ナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、リチウムメトキシド、リチウムエトキシド、リチウムtert−ブトキシド、カリウムtert−ブトキシドなどのアルコキシド類、ボラン、アルキルボラン、水素化ナトリウム、水素化リチウム、水素化カリウム、水素化カルシウムなどの金属水素化物、トリチルリチウム、トリチルナトリウム、トリチルカリウム、メチルリチウム、フェニルリチウム、sec−ブチルリチウム、tert−ブチルリチウム、メチルマグネシウムクロリド、エチルマグネシウムクロリド、エチルマグネシウムブロマイドなどのアルキル金属化合物類、ナトリウムアミド、カリウムアミド、リチウムジイソプロピルアミド、カリウムジイソプロピルアミド、リチウムジシクロヘキシルアミド、カリウムジシクロヘキシルアミド、リチウム2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、リチウムビストリメチルシリルアミド、ナトリウムビストリメチルシリルアミド、カリウムビストリメチルシリルアミド、リチウムイソプロピルシクロヘキシルアミド、ブロモマグネシウムジイソプロピルアミドなどの金属アミド類、を例示できる。使用する塩基の量はアダマンタン化合物(2)1モルに対して0.9〜10モル、特に1.0〜3.0モルの使用が好ましい。
溶媒として水又はテトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、ジ−n−ブチルエーテル、1,4−ジオキサン等のエーテル類、n−ヘキサン、n−ヘプタン、ベンゼン、トルエン、キシレン、クメン等の炭化水素類、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、tert−ブチルアルコール等のアルコール類、ジメチルスルホキシド(DMSO)、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)等の非プロトン性極性溶媒類、塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素等の塩素系有機溶媒を反応条件により選択して単独又は混合して用いることができる。上記の塩基自身を溶媒として使用してもよい。
反応温度、時間は試薬・条件により種々異なるが、例えば、T1=水酸基、T2=塩素原子で、塩基として水素化ナトリウムを用いて反応を行う場合、反応温度は室温〜80℃、望ましくは30℃〜70℃が迅速な反応完結ために好ましい。反応時間はガスクロマトグラフィー(GC)やシリカゲル薄層クロマトグラフィー(TLC)で反応を追跡して反応を完結させることが収率の点で望ましいが、通常1〜60時間程度である。反応混合物から通常の水系後処理(aqueous work−up)により目的のアリルエーテル化合物(4)を得ることができ、必要があれば蒸留、クロマトグラフィー等の常法に従って精製することができる。
エーテル化の第二の方法として、T1、T2の両方が水酸基の場合、アダマンタン化合物(2)とアルケニル化合物(3)との脱水反応を用いたエーテル化を例示することができる。
この脱水反応は、酸又はその塩類、又は、リン試薬を用いるとよい結果が得られる。
用いる酸の例として塩酸、臭化水素酸、硫酸、硝酸、過塩素酸、リン酸などの無機酸類又はそれらの塩類、ギ酸、酢酸、シュウ酸、安息香酸、p−トルエンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸などの有機酸又はそれらの塩類、陽イオン交換樹脂などを例示できる。この場合、使用する酸はアダマンタン化合物(2)1モルに対して0.01〜10モル、特に0.01〜0.5モルの触媒量の使用が好ましい。反応の進行に伴い生じる水を除去するためにn−ヘキサン、n−ヘプタン、ベンゼン、トルエン、キシレン、クメンなどの炭化水素類を用いて共沸により積極的に水を系外に除き、反応を加速させることもできる。また、減圧下に反応を実施してもよい。
リン試薬の例としては、ヘキサメチルホスフォリックトリアミド(HMPA)、アゾジカルボン酸ジアルキル−トリフェニルホスフィン、トリエチルホスフィン、炭酸カリウム−トリフェニルホスフィンなどを挙げることができる。この場合使用するリン試薬はアダマンタン化合物(2)1モルに対して0.9〜10モル、特に1.0〜1.2モルの使用が好ましい。
反応温度、時間は条件により種々異なるが、例えば、トリフェニルホスフィンと四塩化炭素を用いる場合、反応温度は室温〜還流温度、望ましくは50℃〜還流温度が迅速な反応完結のために好ましい。反応時間はガスクロマトグラフィー(GC)やシリカゲル薄層クロマトグラフィー(TLC)で反応を追跡して反応を完結させることが収率の点で望ましいが、通常1〜30時間程度である。
第二工程は、アリルエーテル化合物(4)の二重結合を異性化させ、ビニルエーテル化合物(5)へ導く段階である。
異性化の方法として、公知の方法を用いることができるが、例えば、無溶媒又はジメチルスルホキシド(DMSO)、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)等の非プロトン性極性溶媒中で、第一工程で述べた塩基を用いる方法や、ロジウム、ルテニウム、イリジウムなどの遷移金属触媒を用いる方法などが挙げられる。このうち、釜収率やコスト面で、溶媒としてはDMSO、塩基としてはカリウムtert−ブトキシドを用いるのが好ましい。
また、本発明は、下記一般式(5)で示されるビニルエーテル化合物にハロゲン化水素を付加させ、下記一般式(6)で示されるハロゲン化アルキルエーテル化合物を得た後、下記一般式(7)で示される対応するカルボン酸塩を用い、エステル化することを特徴とする下記一般式(1)で示されるアセタール化合物の製造方法である。
Figure 2010126667
(式中、R1〜R4、X1、T3、Maは上記と同様である。)
まず、第一工程、ハロゲン化アルキルエーテル化合物(6)の合成について説明する。
第一工程はビニルエーテル化合物(5)へのハロゲン化水素の付加反応によりハロゲン化アルキルエーテル化合物(6)を得る段階である。
3のハロゲン原子としては、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子を例示できる。このうち取り扱いの容易さから、塩素原子が最も好ましい。
溶媒として無溶媒又はテトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、ジ−n−ブチルエーテル、1,4−ジオキサン等のエーテル類、n−ヘキサン、n−ヘプタン、ベンゼン、トルエン、キシレン、クメン等の炭化水素類、ジメチルスルホキシド(DMSO)、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)等の非プロトン性極性溶媒類、塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素等の塩素系有機溶媒を反応条件により選択して単独又は混合して用いることができる。
反応温度、時間は条件により種々異なるが、例えば、T3が塩素原子の場合は、反応温度は−30℃〜80℃、望ましくは−10℃〜40℃が迅速な反応完結のために好ましい。反応時間はガスクロマトグラフィー(GC)やシリカゲル薄層クロマトグラフィー(TLC)で反応を追跡して反応を完結させることが収率の点で望ましいが、通常0.1〜10時間程度である。反応混合物から必要があれば蒸留、クロマトグラフィー、再結晶などの常法に従って精製することもできるが、通常の場合、次工程の原料として十分な純度を有するので粗生成物のまま次の工程へ進むことができる。
続いて第二工程、アセタール化合物(1)の合成について説明する。
第二工程はハロゲン化アルキルエーテル化合物(6)と対応するカルボン酸塩(7)を用いたエステル化反応によりアセタール化合物(1)を得る段階である。
反応は、常法に従って行うことができる。カルボン酸塩(7)としては、各種カルボン酸金属塩などの市販のカルボン酸塩化合物をそのまま用いてもよいし、メタクリル酸、アクリル酸等の対応するカルボン酸と塩基より反応系内でカルボン酸塩化合物を調製して用いてもよい。カルボン酸塩(7)の使用量は、原料であるハロゲン化アルキルエーテル化合物(6)1モルに対し0.5〜10モル、特に1.0〜3.0モルとすることが好ましい。0.5モル未満の使用では原料が大量に残存するため収率が大幅に低下する場合があり、10モルを超える使用では使用原料費の増加、釜収率の低下などによりコスト面で不利となる場合がある。対応するカルボン酸と塩基より反応系内でカルボン酸塩化合物を調製する場合に用いることができる塩基としては、例えば、アンモニア、トリエチルアミン、ピリジン、ルチジン、コリジン、N,N−ジメチルアニリンなどのアミン類;水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化テトラメチルアンモニウムなどの水酸化物類;炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウムなどの炭酸塩類;ナトリウムなどの金属類;水素化ナトリウムなどの金属水素化物;ナトリウムメトキシド、カリウムtert−ブトキシドなどの金属アルコキシド類;ブチルリチウム、臭化エチルマグネシウムなどの有機金属類;リチウムジイソプロピルアミドなどの金属アミド類から選択して単独あるいは2種類以上を混合して用いることができる。塩基の使用量は、対応するカルボン酸1モルに対し0.2〜10モル、特に0.5〜2.0モルとすることが好ましい。0.2モル未満の使用では大量のカルボン酸が無駄になるためコスト面で不利になる場合があり、10モルを超える使用では副反応の増加により収率が大幅に低下する場合がある。
用いられる溶媒としてはトルエン、キシレン、ヘキサン、ヘプタンなどの炭化水素類;塩化メチレン、クロロホルム、ジクロロエタンなどの塩素系溶媒;ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジブチルエーテルなどのエーテル類;アセトン、2−ブタノンなどのケトン類;酢酸エチル、酢酸ブチルなどのエステル類;アセトニトリルなどのニトリル類;メタノール、エタノールなどのアルコール類;N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシドなどの非プロトン性極性溶媒;水から選択して単独あるいは2種類以上を混合して用いることができる。反応には、触媒として、硫酸水素テトラブチルアンモニウムなどの相関移動触媒を添加してもよい。その場合の相関移動触媒の添加量は原料であるハロゲン化アルキルエーテル化合物(6)1モルに対し0.0001〜1.0モル、特に0.001〜0.5モルとすることが好ましい。0.0001モル未満の使用では添加効果が得られない場合があり、1.0モルを超える使用では原料費の増加によりコスト面で不利となる場合がある。
反応温度は−70℃から使用する溶媒の沸点程度が好ましく、反応条件により適切な反応温度を選べるが、通常0℃〜30℃が特に好ましい。反応温度が高くなると副反応が顕著になる場合があるため、現実的速度で反応が進行する範囲のなるべく低温で反応を行うことが高収率を達成するために重要である。上記反応の反応時間は収率向上のため薄層クロマトグラフィー、ガスクロマトグラフィーなどにより反応の進行を追跡して決定することが好ましいが、通常30分〜40時間程度である。反応混合物から通常の水系後処理(aqueous work−up)によりアセタール化合物(1)を得ることができ、必要があれば蒸留、再結晶、クロマトグラフィー等の常法に従って精製することができる。
本発明のアセタール化合物(1)合成の別法としては、酸触媒の存在下、対応するカルボン酸とビニルエーテル化合物(5)との付加反応を挙げることができる。
反応は公知の方法により容易に進行するが、無溶媒又はトルエン、ヘキサン等の溶媒中、ビニルエーテル化合物(5)及びメタクリル酸、アクリル酸等の対応するカルボン酸を酸触媒の存在下、反応温度0〜50℃、必要に応じて生じる水を系外に除くなどして行うのがよい。用いる酸触媒としては例えば、塩酸、硫酸、硝酸、過塩素酸などの無機酸類、p−トルエンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸などの有機酸を挙げることができる。
本発明と同様にカルボン酸をアセタール保護した置換基としては、代表的にはエトキシエチル(EOE)基、テトラヒドロピラニル(THP)基などが挙げられるが、これは上述したように酸に対する反応性が著しく高く、このためレジストでの保存安定性などの問題が生じるおそれがあり実用的ではない。
一般的に、メタクリル酸三級エステルの酸脱離反応は、下記スキーム1に示すようにE2脱離反応により進行し、オレフィンとメタクリル酸を与える。円滑な反応進行には、メタクリロイル基に対して、二面角が180℃となる(trans anti−parallel位の)水素原子(=Ha)が必要となる。
Figure 2010126667
本発明の上記一般式(1)で示されるアセタール化合物において、上述の脱離反応に有利な配座をとるためには、下記一般式(13)に示すようにメタクリロイル基(式中、R1がメチル基である場合)とR2、R7とが隣り合うような立体的に最も不利な配座となる必要がある。このためEOE基やTHP基などの一般的なアセタール化合物に比べオレフィン形成が遅く、結果としてアセタール型脱離基の欠点であった酸に対する過剰な反応性を抑制することが可能になったと考えられる。従って本発明のアセタール化合物をベース樹脂として使用することにより、十分な反応性(=高感度、高解像性)と実用的な安定性を両立したレジスト材料を提供することが可能となる。
Figure 2010126667
(式中、R1、R2は、上記と同様である。R7は下記式
Figure 2010126667
を示し、Adは下記式
Figure 2010126667
を示す。R3、R4及びX1は上記と同様である。鎖線は結合手を示す(以下、同様)。)
本発明のアセタール化合物は、アセタールのアルコール部に剛直なアダマンタン環を有しており、ノルボルナンやトリシクロ[5.2.1.02,6]デカン(TCD)などのその他の縮合脂環基とは異なり、レジスト膜の自由体積を減らし、酸の移動を抑えられる。このため、マスク忠実性に優れる高解像性レジスト材料を実現できるのである。
更に、例えば縮合脂環基としてアダマンタンと同炭素数であるTCD環を有するアセタール化合物(14)では、下記スキーム2に示すように、アセタールのアルコール部にβ−水素(=Hb)を有するため、β−脱離機構による酸分解(脱保護)が可能である。ここで、本明細書中では、酸素原子に結合した炭素原子(α−炭素)に隣接した炭素原子(β−炭素)に結合した水素原子を、β−水素と呼ぶ。
Figure 2010126667
(式中、R1、R2及びR7は上記と同様である。)
一方、本発明のアセタール化合物の場合、例えば式(1)中のX1が単結合である下記式(15)では、アセタールのアルコール部にβ−水素(=Hb)は存在するが、ブレット則(Bredt’s rule)上、アダマンタン環内部に二重結合を形成できず、このルートでのβ−脱離による酸分解を起こすことが不可能である。このため、上述の説明に加え、アセタール型脱離基の欠点であった過剰な酸反応性を抑制することが可能になったと考えられる。
Figure 2010126667
なお、国際公開第2003/006407号パンフレットには、概念として本発明の上記一般式(1)で示されるアセタール化合物を含有する構造が開示されているが、合成法の開示はなく、本発明の化合物のように、アセタールのアルコール部にアダマンタン環を有する化合物を当時の技術として、どのように得ればよいのか不明である。
従って、アセタールのカルボニル化合物の部分が枝分かれ構造を有するもので、かつアルコール部にアダマンタン環を有する化合物の実質的開示は本発明が最初のものであり、その合成法についての開示も最初のものである。
また、本発明の高分子化合物は、一般式(1)で示されるアセタール化合物から得られる繰り返し単位を含有することを特徴とする高分子化合物である。
一般式(1)で示されるアセタール化合物から得られる繰り返し単位として、具体的には下記一般式(8)を挙げることができる。
Figure 2010126667
(式中、R1〜R4、X1は上記と同様である。)
また、本発明の高分子化合物には、上記一般式(1)で示される繰り返し単位等の一般式(8)で示される化合物の繰り返し単位に加え、下記一般式(9)〜(12)で示される繰り返し単位をいずれか1種以上含有することができる。
Figure 2010126667
(式中、R1は上記と同様である。Xは上記一般式(1)とは異なる酸不安定基を示す。Yはラクトン構造を有する置換基を示す。Zは、水素原子、炭素数1〜15のフルオロアルキル基又は炭素数1〜15のフルオロアルコール含有置換基を示す。X2、X3はそれぞれ独立に単結合又は炭素数1〜4の直鎖状又は分岐状のアルキレン基等の二価の炭化水素基を示す。k1は、1〜3の整数を示す。)
上記一般式(9)で示される繰り返し単位を含有する重合体は、酸の作用で分解してカルボン酸を発生し、アルカリ可溶性となる重合体を与える。酸不安定基Xとしては種々用いることができるが、具体的には下記一般式(L1)〜(L4)で示される基、炭素数4〜20、好ましくは4〜15の三級アルキル基、各アルキル基がそれぞれ炭素数1〜6のトリアルキルシリル基、炭素数4〜20のオキソアルキル基等を挙げることができる。
Figure 2010126667
ここで、破線は結合手を示す(以下、同様)。式中、RL01、RL02は水素原子又は炭素数1〜18、好ましくは1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基を示し、具体的にはメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、2−エチルヘキシル基、n−オクチル基、ノルボルニル基、トリシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、アダマンチル基等が例示できる。RL03は炭素数1〜18、好ましくは1〜10の酸素原子等のヘテロ原子を有してもよい一価の炭化水素基を示し、直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、これらの水素原子の一部が水酸基、アルコキシ基、オキソ基、アミノ基、アルキルアミノ基等に置換されたものを挙げることができ、具体的には下記の置換アルキル基等が例示できる。
Figure 2010126667
L01とRL02、RL01とRL03、RL02とRL03とは互いに結合してこれらが結合する炭素原子や酸素原子と共に環を形成してもよく、環を形成する場合には環の形成に関与するRL01、RL02、RL03はそれぞれ炭素数1〜18、好ましくは1〜10の直鎖状又は分岐状のアルキレン基を示す。
L04は炭素数4〜20、好ましくは4〜15の三級アルキル基、各アルキル基がそれぞれ炭素数1〜6のトリアルキルシリル基、炭素数4〜20のオキソアルキル基又は上記一般式(L1)で示される基を示し、三級アルキル基としては、具体的にはtert−ブチル基、tert−アミル基、1,1−ジエチルプロピル基、2−シクロペンチルプロパン−2−イル基、2−シクロヘキシルプロパン−2−イル基、2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2−イル)プロパン−2−イル基、2−(アダマンタン−1−イル)プロパン−2−イル基、1−エチルシクロペンチル基、1−ブチルシクロペンチル基、1−エチルシクロヘキシル基、1−ブチルシクロヘキシル基、1−エチル−2−シクロペンテニル基、1−エチル−2−シクロヘキセニル基、2−メチル−2−アダマンチル基、2−エチル−2−アダマンチル基等が例示でき、トリアルキルシリル基としては、具体的にはトリメチルシリル基、トリエチルシリル基、ジメチル−tert−ブチルシリル基等が例示でき、オキソアルキル基としては、具体的には3−オキソシクロヘキシル基、4−メチル−2−オキソオキサン−4−イル基、5−メチル−2−オキソオキソラン−5−イル基等が例示できる。yは0〜6の整数である。
L05は炭素数1〜8の置換されていてもよい直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基又は炭素数6〜20の置換されていてもよいアリール基を示し、置換されていてもよいアルキル基としては、具体的にはメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、tert−アミル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、これらの水素原子の一部が水酸基、アルコキシ基、カルボキシ基、アルコキシカルボニル基、オキソ基、アミノ基、アルキルアミノ基、シアノ基、メルカプト基、アルキルチオ基、スルホ基等に置換されたもの等が例示でき、置換されていてもよいアリール基としては、具体的にはフェニル基、メチルフェニル基、ナフチル基、アンスリル基、フェナンスリル基、ピレニル基等が例示できる。式(L3)において、mは0又は1、nは0、1、2、3のいずれかであり、2m+n=2又は3を満足する数である。
L06は炭素数1〜8の置換されていてもよい直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基又は炭素数6〜20の置換されていてもよいアリール基を示し、具体的にはRL05と同様のもの等が例示できる。RL07〜RL16はそれぞれ独立に水素原子又は炭素数1〜15の一価の炭化水素基を示し、具体的にはメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、tert−アミル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−オクチル基、n−ノニル基、n−デシル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロペンチルメチル基、シクロペンチルエチル基、シクロペンチルブチル基、シクロヘキシルメチル基、シクロヘキシルエチル基、シクロヘキシルブチル基等の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、これらの水素原子の一部が水酸基、アルコキシ基、カルボキシ基、アルコキシカルボニル基、オキソ基、アミノ基、アルキルアミノ基、シアノ基、メルカプト基、アルキルチオ基、スルホ基等に置換されたもの等が例示できる。RL07〜RL16は互いに結合して環を形成していてもよく(例えば、RL07とRL08、RL07とRL09、RL08とRL10、RL09とRL10、RL11とRL12、RL13とRL14等)、その場合には環の形成に関与する基は炭素数1〜15の二価の炭化水素基を示し、具体的には上記一価の炭化水素基で例示したものから水素原子を1個除いたもの等が例示できる。また、RL07〜RL16は隣接する炭素に結合するもの同士で何も介さずに結合し、二重結合を形成してもよい(例えば、RL07とRL09、RL09とRL15、RL13とRL15等)。
上記式(L1)で示される酸不安定基のうち直鎖状又は分岐状のものとしては、具体的には下記の基が例示できる。
Figure 2010126667
上記式(L1)で示される酸不安定基のうち環状のものとしては、具体的にはテトラヒドロフラン−2−イル基、2−メチルテトラヒドロフラン−2−イル基、テトラヒドロピラン−2−イル基、2−メチルテトラヒドロピラン−2−イル基等が例示できる。
上記式(L2)の酸不安定基としては、具体的にはtert−ブトキシカルボニル基、tert−ブトキシカルボニルメチル基、tert−アミロキシカルボニル基、tert−アミロキシカルボニルメチル基、1,1−ジエチルプロピルオキシカルボニル基、1,1−ジエチルプロピルオキシカルボニルメチル基、1−エチルシクロペンチルオキシカルボニル基、1−エチルシクロペンチルオキシカルボニルメチル基、1−エチル−2−シクロペンテニルオキシカルボニル基、1−エチル−2−シクロペンテニルオキシカルボニルメチル基、1−エトキシエトキシカルボニルメチル基、2−テトラヒドロピラニルオキシカルボニルメチル基、2−テトラヒドロフラニルオキシカルボニルメチル基等が例示できる。
上記式(L3)の酸不安定基としては、具体的には1−メチルシクロペンチル、1−エチルシクロペンチル、1−n−プロピルシクロペンチル、1−イソプロピルシクロペンチル、1−n−ブチルシクロペンチル、1−sec−ブチルシクロペンチル、1−シクロヘキシルシクロペンチル、1−(4−メトキシ−n−ブチル)シクロペンチル、1−メチルシクロヘキシル、1−エチルシクロヘキシル、3−メチル−1−シクロペンテン−3−イル、3−エチル−1−シクロペンテン−3−イル、3−メチル−1−シクロヘキセン−3−イル、3−エチル−1−シクロヘキセン−3−イル等が例示できる。
上記式(L4)の酸不安定基としては、下記式(L4−1)〜(L4−4)で示される基が特に好ましい。
Figure 2010126667
前記一般式(L4−1)〜(L4−4)中、破線は結合位置及び結合方向を示す。RL41はそれぞれ独立に炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基等の1価炭化水素基を示し、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、tert−アミル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等を例示できる。
前記一般式(L4−1)〜(L4−4)は、エナンチオ異性体(enantiomer)やジアステレオ異性体(diastereomer)が存在し得るが、前記一般式(L4−1)〜(L4−4)は、これらの立体異性体の全てを代表して表す。これらの立体異性体は単独で用いてもよいし、混合物として用いてもよい。
例えば、前記一般式(L4−3)は下記一般式(L4−3−1)、(L4−3−2)で示される基から選ばれる1種又は2種の混合物を代表して表すものとする。
Figure 2010126667
また、上記一般式(L4−4)は下記一般式(L4−4−1)〜(L4−4−4)で示される基から選ばれる1種又は2種以上の混合物を代表して表すものとする。
Figure 2010126667
上記一般式(L4−1)〜(L4−4)、(L4−3−1)、(L4−3−2)及び(L4−4−1)〜(L4−4−4)は、それらのエナンチオ異性体及びエナンチオ異性体混合物をも代表して示すものとする。
なお、(L4−1)〜(L4−4)、(L4−3−1)、(L4−3−2)及び(L4−4−1)〜(L4−4−4)の結合方向がそれぞれビシクロ[2.2.1]ヘプタン環に対してexo側であることによって、酸触媒脱離反応における高反応性が実現される(特開2000−336121号公報参照)。これらビシクロ[2.2.1]ヘプタン骨格を有する3級exo−アルキル基を置換基とする単量体の製造において、下記一般式(L4−1−endo)〜(L4−4−endo)で示されるendo−アルキル基で置換された単量体を含む場合があるが、良好な反応性の実現のためにはexo比率が50%以上であることが好ましく、exo比率が80%以上であることが更に好ましい。
Figure 2010126667
(特開2000−336121号公報参照)
上記式(L4)の酸不安定基としては、具体的には下記の基が例示できる。
Figure 2010126667
また、炭素数4〜20の三級アルキル基、各アルキル基がそれぞれ炭素数1〜6のトリアルキルシリル基、炭素数4〜20のオキソアルキル基としては、具体的にはRL04で挙げたものと同様のもの等が例示できる。
前記一般式(9)で表される繰り返し単位として、具体的には下記のものを例示できるが、これらに限定されない。
Figure 2010126667
Figure 2010126667
Figure 2010126667
Figure 2010126667
Figure 2010126667
Figure 2010126667
前記一般式(10)で表される繰り返し単位として、具体的には以下のものである。
Figure 2010126667
Figure 2010126667
Figure 2010126667
前記一般式(11)で表される繰り返し単位として、具体的には以下のものである。
Figure 2010126667
Figure 2010126667
Figure 2010126667
Figure 2010126667
前記一般式(12)で表される繰り返し単位として、具体的には以下のものである。
Figure 2010126667
Figure 2010126667
本発明の高分子化合物は、上記以外の炭素−炭素二重結合を含有する単量体から得られる繰り返し単位、例えば、メタクリル酸メチル、クロトン酸メチル、マレイン酸ジメチル、イタコン酸ジメチル等の置換アクリル酸エステル類、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸等の不飽和カルボン酸、ノルボルネン、ノルボルネン誘導体、テトラシクロ[4.4.0.12,5.177,10]ドデセン誘導体などの環状オレフィン類、無水イタコン酸等の不飽和酸無水物、その他の単量体から得られる繰り返し単位を含んでいてもよい。
なお、本発明の高分子化合物の重量平均分子量はポリスチレン換算でのゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いて測定した場合、1,000〜500,000、好ましくは3,000〜100,000である。この範囲を外れると、エッチング耐性が極端に低下したり、露光前後の溶解速度差が確保できなくなって解像性が低下したりすることがある。
本発明の高分子化合物において、各単量体から得られる各繰り返し単位の好ましい含有割合は、例えば以下に示す範囲(モル%)とすることができるが、これに限定されるものではない。
(I)上記式(1)の単量体に基づく式(8)で示される構成単位の1種又は2種以上を0モル%を超え100モル%以下、好ましくは5〜70モル%、より好ましくは10〜50モル%含有し、
(II)上記式(9)〜(12)で示される構成単位の1種又は2種以上を0モル%以上100モル%未満、好ましくは1〜95モル%、より好ましくは20〜90モル%、更に好ましくは30〜90モル%、特に50〜90モル%含有し、必要に応じ、
(III)その他の単量体に基づく構成単位の1種又は2種以上を0〜80モル%、好ましくは0〜70モル%、より好ましくは0〜50モル%含有することができる。
本発明の高分子化合物の製造は、上記一般式(1)で示される化合物を第1の単量体に、重合性二重結合を含有する化合物を第2以降の単量体に用いた共重合反応により行う。
本発明の高分子化合物を製造する共重合反応は種々例示することができるが、好ましくはラジカル重合、アニオン重合又は配位重合である。
共重合に用いる第1の単量体である本発明の単量体(1)及び第2以降の単量体は、オリゴマーや高分子量体の含量が10%以下、好ましくは3%以下、更に好ましくは1%以下であるものを用いることが好ましい。
ラジカル重合反応の反応条件は、(ア)溶剤としてベンゼン等の炭化水素類、テトラヒドロフラン等のエーテル類、エタノール等のアルコール類、又はメチルイソブチルケトン等のケトン類を用い、(イ)重合開始剤として2,2’−アゾビスイソブチロニトリル等のアゾ化合物、又は過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル等の過酸化物を用い、(ウ)反応温度を0〜100℃程度に保ち、(エ)反応時間を0.5〜48時間程度とするのが好ましいが、この範囲を外れる場合を排除するものではない。
アニオン重合反応の反応条件は、(ア)溶剤としてベンゼン等の炭化水素類、テトラヒドロフラン等のエーテル類、又は液体アンモニアを用い、(イ)重合開始剤としてナトリウム、カリウム等の金属、n−ブチルリチウム、sec−ブチルリチウム等のアルキル金属、ケチル、又はグリニャール反応剤を用い、(ウ)反応温度を−78〜0℃程度に保ち、(エ)反応時間を0.5〜48時間程度とし、(オ)停止剤としてメタノール等のプロトン供与性化合物、ヨウ化メチル等のハロゲン化物、その他求電子性物質を用いるのが好ましいが、この範囲を外れる場合を排除するものではない。
配位重合の反応条件は、(ア)溶剤としてn−ヘプタン、トルエン等の炭化水素類を用い、(イ)触媒としてチタン等の遷移金属とアルキルアルミニウムからなるチーグラー−ナッタ触媒、クロム及びニッケル化合物を金属酸化物に担持したフィリップス触媒、タングステン及びレニウム混合触媒に代表されるオレフィン−メタセシス混合触媒等を用い、(ウ)反応温度を0〜100℃程度に保ち、(エ)反応時間を0.5〜48時間程度とするのが好ましいが、この範囲を外れる場合を排除するものではない。
本発明の高分子化合物は、レジスト材料、特に化学増幅型レジスト材料のベースポリマーとして好適に用いられ、本発明は、上記高分子化合物を含有するレジスト材料、とりわけポジ型レジスト材料を提供する。この場合、レジスト材料としては、
(A)上記高分子化合物を含むベース樹脂、
(B)酸発生剤、
(C)有機溶剤
必要により、
(D)クエンチャー(含窒素有機化合物)、
(E)界面活性剤
を含有するものが好ましい。
上記(A)成分のベース樹脂として、本発明の高分子化合物以外に、必要に応じて他の、酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解速度が増加する樹脂を加えてもよい。例としては、i)ポリ(メタ)アクリル酸誘導体、ii)ノルボルネン誘導体−無水マレイン酸の共重合体、iii)開環メタセシス重合体の水素添加物、iv)ビニルエーテル−無水マレイン酸−(メタ)アクリル酸誘導体の共重合体などを挙げることができるがこれに限定されない。
このうち、開環メタセシス重合体の水素添加物の合成法は特開2003−66612号公報の実施例に具体的な記載がある。また、具体例としては以下の繰り返し単位を有するものを挙げることができるがこれに限定されない。
Figure 2010126667
Figure 2010126667
本発明の高分子化合物と別の高分子化合物との配合比率は、100:0〜10:90、特に100:0〜20:80の質量比の範囲内にあることが好ましい。本発明の高分子化合物の配合比がこれより少ないと、レジスト材料として好ましい性能が得られないことがある。上記の配合比率を適宜変えることにより、レジスト材料の性能を調整することができる。
なお、上記高分子化合物は1種に限らず2種以上を添加することができる。複数種の高分子化合物を用いることにより、レジスト材料の性能を調整することができる。
本発明で使用される(B)成分の酸発生剤として光酸発生剤を添加する場合は、高エネルギー線照射により酸を発生する化合物であればいずれでも構わない。好適な光酸発生剤としてはスルホニウム塩、ヨードニウム塩、N−スルホニルオキシイミド、オキシム−O−スルホネート型酸発生剤等がある。以下に詳述するが、これらは単独あるいは2種以上混合して用いることができる。
スルホニウム塩は、スルホニウムカチオンとスルホネートあるいはビス(置換アルカンスルホニル)イミド、トリス(置換アルカンスルホニル)メチドの塩であり、スルホニウムカチオンとしてトリフェニルスルホニウム、4−tert−ブトキシフェニルジフェニルスルホニウム、ビス(4−tert−ブトキシフェニル)フェニルスルホニウム、トリス(4−tert−ブトキシフェニル)スルホニウム、3−tert−ブトキシフェニルジフェニルスルホニウム、ビス(3−tert−ブトキシフェニル)フェニルスルホニウム、トリス(3−tert−ブトキシフェニル)スルホニウム、3,4−ジ−tert−ブトキシフェニルジフェニルスルホニウム、ビス(3,4−ジ−tert−ブトキシフェニル)フェニルスルホニウム、トリス(3,4−ジ−tert−ブトキシフェニル)スルホニウム、ジフェニル(4−チオフェノキシフェニル)スルホニウム、4−tert−ブトキシカルボニルメチルオキシフェニルジフェニルスルホニウム、トリス(4−tert−ブトキシカルボニルメチルオキシフェニル)スルホニウム、(4−tert−ブトキシフェニル)ビス(4−ジメチルアミノフェニル)スルホニウム、トリス(4−ジメチルアミノフェニル)スルホニウム、4−メチルフェニルジフェニルスルホニウム、4−tert−ブチルフェニルジフェニルスルホニウム、ビス(4−メチルフェニル)フェニルスルホニウム、ビス(4−tert−ブチルフェニル)フェニルスルホニウム、トリス(4−メチルフェニル)スルホニウム、トリス(4−tert−ブチルフェニル)スルホニウム、トリス(フェニルメチル)スルホニウム、2−ナフチルジフェニルスルホニウム、ジメチル(2−ナフチル)スルホニウム、4−ヒドロキシフェニルジメチルスルホニウム、4−メトキシフェニルジメチルスルホニウム、トリメチルスルホニウム、2−オキソシクロヘキシルシクロヘキシルメチルスルホニウム、トリナフチルスルホニウム、トリベンジルスルホニウム、ジフェニルメチルスルホニウム、ジメチルフェニルスルホニウム、2−オキソプロピルチアシクロペンタニウム、2−オキソブチルチアシクロペンタニウム、2−オキソ−3,3−ジメチルブチルチアシクロペンタニウム、2−オキソ−2−フェニルエチルチアシクロペンタニウム、4−n−ブトキシナフチル−1−チアシクロペンタニウム、2−n−ブトキシナフチル−1−チアシクロペンタニウム等が挙げられ、スルホネートとしては、トリフルオロメタンスルホネート、ペンタフルオロエタンスルホネート、ヘプタフルオロプロパンスルホネート、ノナフルオロブタンスルホネート、トリデカフルオロヘキサンスルホネート、パーフルオロ(4−エチルシクロヘキサン)スルホネート、ヘプタデカフルオロオクタンスルホネート、2,2,2−トリフルオロエタンスルホネート、ペンタフルオロベンゼンスルホネート、4−(トリフルオロメチル)ベンゼンスルホネート、4−フルオロベンゼンスルホネート、メシチレンスルホネート、2,4,6−トリイソプロピルベンゼンスルホネート、トルエンスルホネート、ベンゼンスルホネート、4−(p−トルエンスルホニルオキシ)ベンゼンスルホネート、6−(p−トルエンスルホニルオキシ)ナフタレン−2−スルホネート、4−(p−トルエンスルホニルオキシ)ナフタレン−1−スルホネート、5−(p−トルエンスルホニルオキシ)ナフタレン−1−スルホネート、8−(p−トルエンスルホニルオキシ)ナフタレン−1−スルホネート、ナフタレンスルホネート、カンファースルホネート、オクタンスルホネート、ドデシルベンゼンスルホネート、ブタンスルホネート、メタンスルホネート、1,1−ジフルオロ−2−ナフチルエタンスルホネート、1,1,2,2−テトラフルオロ−2−(ノルボルナン−2−イル)エタンスルホネート、1,1,2,2−テトラフルオロ−2−(テトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカ−3−エン−8−イル)エタンスルホネート、2−ベンゾイルオキシ−1,1,3,3,3−ペンタフルオロプロパンスルホネート、1,1,3,3,3−ペンタフルオロ−2−(4−フェニルベンゾイルオキシ)プロパンスルホネート、1,1,3,3,3−ペンタフルオロ−2−ピバロイルオキシプロパンスルホネート、2−シクロヘキサンカルボニルオキシ−1,1,3,3,3−ペンタフルオロプロパンスルホネート、1,1,3,3,3−ペンタフルオロ−2−フロイルオキシプロパンスルホネート、2−ナフトイルオキシ−1,1,3,3,3−ペンタフルオロプロパンスルホネート、2−(4−tert−ブチルベンゾイルオキシ)−1,1,3,3,3−ペンタフルオロプロパンスルホネート、2−(1−アダンマンタンカルボニルオキシ)−1,1,3,3,3−ペンタフルオロプロパンスルホネート、2−アセチルオキシ−1,1,3,3,3−ペンタフルオロプロパンスルホネート、1,1,3,3,3−ペンタフルオロ−2−ヒドロキシプロパンスルホネート、1,1,3,3,3−ペンタフルオロ−2−トシルオキシプロパンスルホネート、1,1−ジフルオロ−2−トシルオキシエタンスルホネート、アダマンタンメトキシカルボニルジフルオロメタンスルホネート、1−(3−ヒドロキシメチルアダマンタン)メトキシカルボニルジフルオロメタンスルホネート、メトキシカルボニルジフルオロメタンスルホネート、1−(ヘキサヒドロ−2−オキソ−3,5−メタノ−2H−シクロペンタ[b]フラン−6−イルオキシカルボニル)ジフルオロメタンスルホネート、4−オキソ−1−アダマンチルオキシカルボニルジフルオロメタンスルホネート等が挙げられ、ビス(置換アルカンスルホニル)イミドとしてはビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、ビス(ペンタフルオロエチルスルホニル)イミド、ビス(ヘプタフルオロプロピルスルホニル)イミド、パーフルオロ(1,3−プロピレンビススルホニル)イミド等が挙げられ、トリス(置換アルカンスルホニル)メチドとしてはトリス(トリフルオロメチルスルホニル)メチドが挙げられ、これらの組み合わせのスルホニウム塩が挙げられる。
ヨードニウム塩は、ヨードニウムカチオンとスルホネートあるいはビス(置換アルカンスルホニル)イミド、トリス(置換アルカンスルホニル)メチドの塩であり、ヨードニウムカチオンとしてはジフェニルヨードニウム、ビス(4−tert−ブチルフェニル)ヨードニウム、4−tert−ブトキシフェニルフェニルヨードニウム、4−メトキシフェニルフェニルヨードニウム等が挙げられ、スルホネートとしてはトリフルオロメタンスルホネート、ペンタフルオロエタンスルホネート、ヘプタフルオロプロパンスルホネート、ノナフルオロブタンスルホネート、トリデカフルオロヘキサンスルホネート、パーフルオロ(4−エチルシクロヘキサン)スルホネート、ヘプタデカフルオロオクタンスルホネート、2,2,2−トリフルオロエタンスルホネート、ペンタフルオロベンゼンスルホネート、4−(トリフルオロメチル)ベンゼンスルホネート、4−フルオロベンゼンスルホネート、メシチレンスルホネート、2,4,6−トリイソプロピルベンゼンスルホネート、トルエンスルホネート、ベンゼンスルホネート、4−(p−トルエンスルホニルオキシ)ベンゼンスルホネート、6−(p−トルエンスルホニルオキシ)ナフタレン−2−スルホネート、4−(p−トルエンスルホニルオキシ)ナフタレン−1−スルホネート、5−(p−トルエンスルホニルオキシ)ナフタレン−1−スルホネート、8−(p−トルエンスルホニルオキシ)ナフタレン−1−スルホネート、ナフタレンスルホネート、カンファースルホネート、オクタンスルホネート、ドデシルベンゼンスルホネート、ブタンスルホネート、メタンスルホネート、1,1−ジフルオロ−2−ナフチルエタンスルホネート、1,1,2,2−テトラフルオロ−2−(ノルボルナン−2−イル)エタンスルホネート、1,1,2,2−テトラフルオロ−2−(テトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカ−3−エン−8−イル)エタンスルホネート、2−ベンゾイルオキシ−1,1,3,3,3−ペンタフルオロプロパンスルホネート、1,1,3,3,3−ペンタフルオロ−2−(4−フェニルベンゾイルオキシ)プロパンスルホネート、1,1,3,3,3−ペンタフルオロ−2−ピバロイルオキシプロパンスルホネート、2−シクロヘキサンカルボニルオキシ−1,1,3,3,3−ペンタフルオロプロパンスルホネート、1,1,3,3,3−ペンタフルオロ−2−フロイルオキシプロパンスルホネート、2−ナフトイルオキシ−1,1,3,3,3−ペンタフルオロプロパンスルホネート、2−(4−tert−ブチルベンゾイルオキシ)−1,1,3,3,3−ペンタフルオロプロパンスルホネート、2−(1−アダンマンタンカルボニルオキシ)−1,1,3,3,3−ペンタフルオロプロパンスルホネート、2−アセチルオキシ−1,1,3,3,3−ペンタフルオロプロパンスルホネート、1,1,3,3,3−ペンタフルオロ−2−ヒドロキシプロパンスルホネート、1,1,3,3,3−ペンタフルオロ−2−トシルオキシプロパンスルホネート、1,1−ジフルオロ−2−トシルオキシエタンスルホネート、アダマンタンメトキシカルボニルジフルオロメタンスルホネート、1−(3−ヒドロキシメチルアダマンタン)メトキシカルボニルジフルオロメタンスルホネート、メトキシカルボニルジフルオロメタンスルホネート、1−(ヘキサヒドロ−2−オキソ−3,5−メタノ−2H−シクロペンタ[b]フラン−6−イルオキシカルボニル)ジフルオロメタンスルホネート、4−オキソ−1−アダマンチルオキシカルボニルジフルオロメタンスルホネート等が挙げられ、ビス(置換アルカンスルホニル)イミドとしてはビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、ビス(ペンタフルオロエチルスルホニル)イミド、ビス(ヘプタフルオロプロピルスルホニル)イミド、パーフルオロ(1,3−プロピレンビススルホニル)イミド等が挙げられ、トリス(置換アルカンスルホニル)メチドとしてはトリス(トリフルオロメチルスルホニル)メチドが挙げられ、これらの組み合わせのヨードニウム塩が挙げられる。
N−スルホニルオキシジカルボキシイミド型光酸発生剤としては、コハク酸イミド、ナフタレンジカルボキシイミド、フタル酸イミド、シクロヘキシルジカルボキシイミド、5−ノルボルネン−2,3−ジカルボキシイミド、7−オキサビシクロ[2.2.1]−5−ヘプテン−2,3−ジカルボキシイミド等のイミド骨格とトリフルオロメタンスルホネート、ペンタフルオロエタンスルホネート、ヘプタフルオロプロパンスルホネート、ノナフルオロブタンスルホネート、トリデカフルオロヘキサンスルホネート、パーフルオロ(4−エチルシクロヘキサン)スルホネート、ヘプタデカフルオロオクタンスルホネート、2,2,2−トリフルオロエタンスルホネート、ペンタフルオロベンゼンスルホネート、4−(トリフルオロメチル)ベンゼンスルホネート、4−フルオロベンゼンスルホネート、メシチレンスルホネート、2,4,6−トリイソプロピルベンゼンスルホネート、トルエンスルホネート、ベンゼンスルホネート、4−(p−トルエンスルホニルオキシ)ベンゼンスルホネート、6−(p−トルエンスルホニルオキシ)ナフタレン−2−スルホネート、4−(p−トルエンスルホニルオキシ)ナフタレン−1−スルホネート、5−(p−トルエンスルホニルオキシ)ナフタレン−1−スルホネート、8−(p−トルエンスルホニルオキシ)ナフタレン−1−スルホネート、ナフタレンスルホネート、カンファースルホネート、オクタンスルホネート、ドデシルベンゼンスルホネート、ブタンスルホネート、メタンスルホネート、1,1−ジフルオロ−2−ナフチルエタンスルホネート、1,1,2,2−テトラフルオロ−2−(ノルボルナン−2−イル)エタンスルホネート、1,1,2,2−テトラフルオロ−2−(テトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカ−3−エン−8−イル)エタンスルホネート、2−ベンゾイルオキシ−1,1,3,3,3−ペンタフルオロプロパンスルホネート、1,1,3,3,3−ペンタフルオロ−2−(4−フェニルベンゾイルオキシ)プロパンスルホネート、1,1,3,3,3−ペンタフルオロ−2−ピバロイルオキシプロパンスルホネート、2−シクロヘキサンカルボニルオキシ−1,1,3,3,3−ペンタフルオロプロパンスルホネート、1,1,3,3,3−ペンタフルオロ−2−フロイルオキシプロパンスルホネート、2−ナフトイルオキシ−1,1,3,3,3−ペンタフルオロプロパンスルホネート、2−(4−tert−ブチルベンゾイルオキシ)−1,1,3,3,3−ペンタフルオロプロパンスルホネート、2−(1−アダンマンタンカルボニルオキシ)−1,1,3,3,3−ペンタフルオロプロパンスルホネート、2−アセチルオキシ−1,1,3,3,3−ペンタフルオロプロパンスルホネート、1,1,3,3,3−ペンタフルオロ−2−ヒドロキシプロパンスルホネート、1,1,3,3,3−ペンタフルオロ−2−トシルオキシプロパンスルホネート、1,1−ジフルオロ−2−トシルオキシエタンスルホネート、アダマンタンメトキシカルボニルジフルオロメタンスルホネート、1−(3−ヒドロキシメチルアダマンタン)メトキシカルボニルジフルオロメタンスルホネート、メトキシカルボニルジフルオロメタンスルホネート、1−(ヘキサヒドロ−2−オキソ−3,5−メタノ−2H−シクロペンタ[b]フラン−6−イルオキシカルボニル)ジフルオロメタンスルホネート、4−オキソ−1−アダマンチルオキシカルボニルジフルオロメタンスルホネート等の組み合わせの化合物が挙げられる。
O−アレーンスルホニルオキシム化合物あるいはO−アルカンスルホニルオキシム化合物(オキシムスルホネート)型光酸発生剤としてはトリフルオロメチル基のような電子吸引基で化合物の安定性を増した下記式(Ox−1)で示されるオキシムスルホネートが挙げられる。
Figure 2010126667
(上記式中、R401は置換又は非置換の炭素数1〜10のハロアルカンスルホニル又はハロベンゼンスルホニル基を表す。R402は炭素数1〜11のハロアルキル基を表す。Ar401は置換又は非置換の芳香族基又はヘテロ芳香族基を表す。)
具体的には、2−(2,2,3,3,4,4,5,5−オクタフルオロ−1−(ノナフルオロブチルスルホニルオキシイミノ)ペンチル)フルオレン、2−(2,2,3,3,4,4−ペンタフルオロ−1−(ノナフルオロブチルスルホニルオキシイミノ)ブチル)フルオレン、2−(2,2,3,3,4,4,5,5,6,6−デカフルオロ−1−(ノナフルオロブチルスルホニルオキシイミノ)ヘキシル)フルオレン、2−(2,2,3,3,4,4,5,5−オクタフルオロ−1−(ノナフルオロブチルスルホニルオキシイミノ)ペンチル)−4−ビフェニル、2−(2,2,3,3,4,4−ペンタフルオロ−1−(ノナフルオロブチルスルホニルオキシイミノ)ブチル)−4−ビフェニル、2−(2,2,3,3,4,4,5,5,6,6−デカフルオロ−1−(ノナフルオロブチルスルホニルオキシイミノ)ヘキシル)−4−ビフェニル等が挙げられ、更に上記骨格に2−ベンゾイルオキシ−1,1,3,3,3−ペンタフルオロプロパンスルホネート、1,1,3,3,3−ペンタフルオロ−2−(4−フェニルベンゾイルオキシ)プロパンスルホネート、1,1,3,3,3−ペンタフルオロ−2−ピバロイルオキシプロパンスルホネート、2−シクロヘキサンカルボニルオキシ−1,1,3,3,3−ペンタフルオロプロパンスルホネート、1,1,3,3,3−ペンタフルオロ−2−フロイルオキシプロパンスルホネート、2−ナフトイルオキシ−1,1,3,3,3−ペンタフルオロプロパンスルホネート、2−(4−tert−ブチルベンゾイルオキシ)−1,1,3,3,3−ペンタフルオロプロパンスルホネート、2−(1−アダンマンタンカルボニルオキシ)−1,1,3,3,3−ペンタフルオロプロパンスルホネート、2−アセチルオキシ−1,1,3,3,3−ペンタフルオロプロパンスルホネート、1,1,3,3,3−ペンタフルオロ−2−ヒドロキシプロパンスルホネート、1,1,3,3,3−ペンタフルオロ−2−トシルオキシプロパンスルホネート、1,1−ジフルオロ−2−トシルオキシエタンスルホネート、アダマンタンメトキシカルボニルジフルオロメタンスルホネート、1−(3−ヒドロキシメチルアダマンタン)メトキシカルボニルジフルオロメタンスルホネート、メトキシカルボニルジフルオロメタンスルホネート、1−(ヘキサヒドロ−2−オキソ−3,5−メタノ−2H−シクロペンタ[b]フラン−6−イルオキシカルボニル)ジフルオロメタンスルホネート、4−オキソ−1−アダマンチルオキシカルボニルジフルオロメタンスルホネートを置換した化合物が挙げられる。
中でもより好ましく用いられるのは下記一般式(16)で示される酸発生剤である。
Figure 2010126667
ここで、式中、Rp5、Rp6、Rp7はそれぞれ独立に水素原子、又はヘテロ原子を含んでもよい炭素数1〜20の直鎖状、分岐状又は環状の1価の炭化水素基を示し、ヘテロ原子を含んでもよい炭化水素基として具体的にはメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、tert−アミル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、エチルシクロペンチル基、ブチルシクロペンチル基、エチルシクロヘキシル基、ブチルシクロヘキシル基、アダマンチル基、エチルアダマンチル基、ブチルアダマンチル基、及びこれらの基の任意の炭素−炭素結合間に−O−、−S−、−SO−、−SO2−、−NH−、−C(=O)−、−C(=O)O−、−C(=O)NH−等のヘテロ原子団が挿入された基や、任意の水素原子が−OH、−NH2、−CHO、−CO2H等の官能基に置換された基を例示することができる。Rp8はヘテロ原子を含んでもよい炭素数7〜30の直鎖状、分岐状又は環状の1価の炭化水素基を示し、具体的には以下のものが例示できるが、これらに限定されるものではない。
Figure 2010126667
より具体的には、以下のものが例示できる。
Figure 2010126667
Figure 2010126667
本発明の化学増幅型レジスト材料における(B)成分として添加する光酸発生剤の添加量は、本発明の効果を妨げない範囲であればいずれでもよいが、レジスト材料中のベース樹脂100質量部に対し0.1〜10質量部、好ましくは0.1〜5質量部である。(B)成分の光酸発生剤の割合が多すぎる場合には、解像性の劣化や、現像/レジスト剥離時の異物の問題が起きる可能性がある。上記(B)成分の光酸発生剤は、単独でも2種以上混合して用いることもできる。更に、露光波長における透過率が低い光酸発生剤を用い、その添加量でレジスト膜中の透過率を制御することもできる。
なお、光酸発生剤を2種以上混合して用い、一方の光酸発生剤がいわゆる弱酸を発生するオニウム塩である場合、酸拡散制御の機能を持たせることもできる。即ち、強酸(例えばフッ素置換されたスルホン酸)を発生する光酸発生剤と弱酸(例えばフッ素置換されていないスルホン酸もしくはカルボン酸)を発生するオニウム塩を混合して用いた場合、高エネルギー線照射により光酸発生剤から生じた強酸が未反応の弱酸アニオンを有するオニウム塩と衝突すると塩交換により弱酸を放出し強酸アニオンを有するオニウム塩を生じる。この過程で強酸がより触媒能の低い弱酸に交換されるため見かけ上、酸が失活して酸拡散の制御を行うことができる。
ここで強酸を発生する光酸発生剤がオニウム塩である場合には上記のように高エネルギー線照射により生じた強酸が弱酸に交換することはできるが、高エネルギー線照射により生じた弱酸は未反応の強酸を発生するオニウム塩と衝突して塩交換を行うことはできない。これらはオニウムカチオンがより強酸のアニオンとイオン対を形成し易いとの現象に起因する。
また、本発明のレジスト材料に、酸により分解し酸を発生する化合物(酸増殖化合物)を添加してもよい。これらの化合物については、J.Photopolym.Sci.and Tech.,8.43−44,45−46(1995)、J.Photopolym.Sci.and Tech.,9.29−30(1996)において記載されている。
酸増殖化合物の例としては、tert−ブチル−2−メチル−2−トシロキシメチルアセトアセテート、2−フェニル−2−(2−トシロキシエチル)−1,3−ジオキソラン等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。公知の光酸発生剤の中で安定性、特に熱安定性に劣る化合物は酸増殖化合物的な性質を示す場合が多い。
本発明のレジスト材料における酸増殖化合物の添加量としては、レジスト材料中のベース樹脂100部に対し2部以下、好ましくは1部以下である。添加量が多すぎる場合は拡散の制御が難しく、解像性の劣化、パターン形状の劣化が起こる。
本発明のレジスト材料は、上記(A)及び(B)成分に加え、(C)有機溶剤を含有し、また、必要に応じ、(D)クエンチャー(含窒素有機化合物)、(E)界面活性剤、(F)その他の成分を含有することができる。
本発明で使用される(C)成分の有機溶剤としては、ベース樹脂、酸発生剤、その他の添加剤等が溶解可能な有機溶剤であればいずれでもよい。このような有機溶剤としては、例えば、シクロヘキサノン、メチルアミルケトン等のケトン類、3−メトキシブタノール、3−メチル−3−メトキシブタノール、1−メトキシ−2−プロパノール、1−エトキシ−2−プロパノール等のアルコール類、プロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、乳酸エチル、ピルビン酸エチル、酢酸ブチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸エチル、酢酸tert−ブチル、プロピオン酸tert−ブチル、プロピレングリコールモノtert−ブチルエーテルアセテート等のエステル類、γ−ブチロラクトン等のラクトン類が挙げられ、これらの1種を単独で又は2種以上を混合して使用することができるが、これらに限定されるものではない。本発明では、これらの有機溶剤の中でもレジスト成分中の酸発生剤の溶解性が最も優れているジエチレングリコールジメチルエーテルや1−エトキシ−2−プロパノール、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート及びその混合溶剤が好ましく使用される。
有機溶剤の使用量は、ベース樹脂100質量部に対して200〜3,000質量部、特に400〜2,500質量部が好適である。
更に、本発明のレジスト材料には、(D)成分として含窒素有機化合物を1種又は2種以上配合することができる。
含窒素有機化合物としては、酸発生剤より発生する酸がレジスト膜中に拡散する際の拡散速度を抑制することができる化合物が適している。含窒素有機化合物の配合により、レジスト膜中での酸の拡散速度が抑制されて解像度が向上し、露光後の感度変化を抑制したり、基板や環境依存性を少なくし、露光余裕度やパターンプロファイル等を向上することができる。
このような含窒素有機化合物としては、従来からレジスト材料、特に化学増幅レジスト材料で用いられている公知のいずれの含窒素有機化合物であってもよく、例示すると、第一級、第二級、第三級の脂肪族アミン類、混成アミン類、芳香族アミン類、複素環アミン類、カルボキシ基を有する含窒素化合物、スルホニル基を有する含窒素化合物、水酸基を有する含窒素化合物、ヒドロキシフェニル基を有する含窒素化合物、アルコール性含窒素化合物、アミド類、イミド類、カーバメート類、アンモニウム塩類等が挙げられる。
具体的には、第一級の脂肪族アミン類として、アンモニア、メチルアミン、エチルアミン、n−プロピルアミン、イソプロピルアミン、n−ブチルアミン、イソブチルアミン、sec−ブチルアミン、tert−ブチルアミン、ペンチルアミン、tert−アミルアミン、シクロペンチルアミン、ヘキシルアミン、シクロヘキシルアミン、ヘプチルアミン、オクチルアミン、ノニルアミン、デシルアミン、ドデシルアミン、セチルアミン、メチレンジアミン、エチレンジアミン、テトラエチレンペンタミン等が例示され、第二級の脂肪族アミン類として、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジ−n−プロピルアミン、ジイソプロピルアミン、ジ−n−ブチルアミン、ジイソブチルアミン、ジ−sec−ブチルアミン、ジペンチルアミン、ジシクロペンチルアミン、ジヘキシルアミン、ジシクロヘキシルアミン、ジヘプチルアミン、ジオクチルアミン、ジノニルアミン、ジデシルアミン、ジドデシルアミン、ジセチルアミン、N,N−ジメチルメチレンジアミン、N,N−ジメチルエチレンジアミン、N,N−ジメチルテトラエチレンペンタミン等が例示され、第三級の脂肪族アミン類として、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリ−n−プロピルアミン、トリイソプロピルアミン、トリ−n−ブチルアミン、トリイソブチルアミン、トリ−sec−ブチルアミン、トリペンチルアミン、トリシクロペンチルアミン、トリヘキシルアミン、トリシクロヘキシルアミン、トリヘプチルアミン、トリオクチルアミン、トリノニルアミン、トリデシルアミン、トリドデシルアミン、トリセチルアミン、N,N,N’,N’−テトラメチルメチレンジアミン、N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン、N,N,N’,N’−テトラメチルテトラエチレンペンタミン等が例示される。
また、混成アミン類としては、例えばジメチルエチルアミン、メチルエチルプロピルアミン、ベンジルアミン、フェネチルアミン、ベンジルジメチルアミン等が例示される。芳香族アミン類及び複素環アミン類の具体例としては、アニリン誘導体(例えばアニリン、N−メチルアニリン、N−エチルアニリン、N−プロピルアニリン、N,N−ジメチルアニリン、2−メチルアニリン、3−メチルアニリン、4−メチルアニリン、エチルアニリン、プロピルアニリン、トリメチルアニリン、2−ニトロアニリン、3−ニトロアニリン、4−ニトロアニリン、2,4−ジニトロアニリン、2,6−ジニトロアニリン、3,5−ジニトロアニリン、N,N−ジメチルトルイジン等)、ジフェニル(p−トリル)アミン、メチルジフェニルアミン、トリフェニルアミン、フェニレンジアミン、ナフチルアミン、ジアミノナフタレン、ピロール誘導体(例えばピロール、2H−ピロール、1−メチルピロール、2,4−ジメチルピロール、2,5−ジメチルピロール、N−メチルピロール等)、オキサゾール誘導体(例えばオキサゾール、イソオキサゾール等)、チアゾール誘導体(例えばチアゾール、イソチアゾール等)、イミダゾール誘導体(例えばイミダゾール、4−メチルイミダゾール、4−メチル−2−フェニルイミダゾール等)、ピラゾール誘導体、フラザン誘導体、ピロリン誘導体(例えばピロリン、2−メチル−1−ピロリン等)、ピロリジン誘導体(例えばピロリジン、N−メチルピロリジン、ピロリジノン、N−メチルピロリドン等)、イミダゾリン誘導体、イミダゾリジン誘導体、ピリジン誘導体(例えばピリジン、メチルピリジン、エチルピリジン、プロピルピリジン、ブチルピリジン、4−(1−ブチルペンチル)ピリジン、ジメチルピリジン、トリメチルピリジン、トリエチルピリジン、フェニルピリジン、3−メチル−2−フェニルピリジン、4−tert−ブチルピリジン、ジフェニルピリジン、ベンジルピリジン、メトキシピリジン、ブトキシピリジン、ジメトキシピリジン、4−ピロリジノピリジン、2−(1−エチルプロピル)ピリジン、アミノピリジン、ジメチルアミノピリジン等)、ピリダジン誘導体、ピリミジン誘導体、ピラジン誘導体、ピラゾリン誘導体、ピラゾリジン誘導体、ピペリジン誘導体、ピペラジン誘導体、モルホリン誘導体、インドール誘導体、イソインドール誘導体、1H−インダゾール誘導体、インドリン誘導体、キノリン誘導体(例えばキノリン、3−キノリンカルボニトリル等)、イソキノリン誘導体、シンノリン誘導体、キナゾリン誘導体、キノキサリン誘導体、フタラジン誘導体、プリン誘導体、プテリジン誘導体、カルバゾール誘導体、フェナントリジン誘導体、アクリジン誘導体、フェナジン誘導体、1,10−フェナントロリン誘導体、アデニン誘導体、アデノシン誘導体、グアニン誘導体、グアノシン誘導体、ウラシル誘導体、ウリジン誘導体等が例示される。
更に、カルボキシ基を有する含窒素化合物としては、例えばアミノ安息香酸、インドールカルボン酸、アミノ酸誘導体(例えばニコチン酸、アラニン、アルギニン、アスパラギン酸、グルタミン酸、グリシン、ヒスチジン、イソロイシン、グリシルロイシン、ロイシン、メチオニン、フェニルアラニン、スレオニン、リジン、3−アミノピラジン−2−カルボン酸、メトキシアラニン)等が例示され、スルホニル基を有する含窒素化合物として3−ピリジンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸ピリジニウム等が例示され、水酸基を有する含窒素化合物、ヒドロキシフェニル基を有する含窒素化合物、アルコール性含窒素化合物としては、2−ヒドロキシピリジン、アミノクレゾール、2,4−キノリンジオール、3−インドールメタノールヒドレート、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、N−エチルジエタノールアミン、N,N−ジエチルエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン、2,2’−イミノジエタノール、2−アミノエタノ−ル、3−アミノ−1−プロパノール、4−アミノ−1−ブタノール、4−(2−ヒドロキシエチル)モルホリン、2−(2−ヒドロキシエチル)ピリジン、1−(2−ヒドロキシエチル)ピペラジン、1−[2−(2−ヒドロキシエトキシ)エチル]ピペラジン、ピペリジンエタノール、1−(2−ヒドロキシエチル)ピロリジン、1−(2−ヒドロキシエチル)−2−ピロリジノン、3−ピペリジノ−1,2−プロパンジオール、3−ピロリジノ−1,2−プロパンジオール、8−ヒドロキシユロリジン、3−クイヌクリジノール、3−トロパノール、1−メチル−2−ピロリジンエタノール、1−アジリジンエタノール、N−(2−ヒドロキシエチル)フタルイミド、N−(2−ヒドロキシエチル)イソニコチンアミド等が例示される。アミド類としては、ホルムアミド、N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、アセトアミド、N−メチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、プロピオンアミド、ベンズアミド、1−シクロヘキシルピロリドン等が例示される。イミド類としては、フタルイミド、サクシンイミド、マレイミド等が例示される。カーバメート類としては、N−t−ブトキシカルボニル−N,N−ジシクロヘキシルアミン、N−t−ブトキシカルボニルベンズイミダゾール、オキサゾリジノン等が例示される。
アンモニウム塩類としては、ピリジニウム=p−トルエンスルホナート、トリエチルアンモニウム=p−トルエンスルホナート、トリオクチルアンモニウム=p−トルエンスルホナート、トリエチルアンモニウム=2,4,6−トリイソプロピルベンゼンスルホナート、トリオクチルアンモニウム=2,4,6−トリイソプロピルベンゼンスルホナート、トリエチルアンモニウム=カンファースルホナート、トリオクチルアンモニウム=カンファースルホナート、テトラメチルアンモニウムヒドロキサイド、テトラエチルアンモニウムヒドロキサイド、テトラブチルアンモニウムヒドロキサイド、ベンジルトリメチルアンモニウムヒドロキサイド、テトラメチルアンモニウム=p−トルエンスルホナート、テトラブチルアンモニウム=p−トルエンスルホナート、ベンジルトリメチルアンモニウム=p−トルエンスルホナート、テトラメチルアンモニウム=カンファースルホナート、テトラブチルアンモニウム=カンファースルホナート、ベンジルトリメチルアンモニウム=カンファースルホナート、テトラメチルアンモニウム=2,4,6−トリイソプロピルベンゼンスルホナート、テトラブチルアンモニウム=2,4,6−トリイソプロピルベンゼンスルホナート、ベンジルトリメチルアンモニウム=2,4,6−トリイソプロピルベンゼンスルホナート、酢酸=テトラメチルアンモニウム、酢酸=テトラブチルアンモニウム、酢酸=ベンジルトリメチルアンモニウム、安息香酸=テトラメチルアンモニウム、安息香酸=テトラブチルアンモニウム、安息香酸=ベンジルトリメチルアンモニウム等が例示される。
更に、下記一般式(B)−1で示される含窒素有機化合物が例示される。
N(X)n(Y)3-n (B)−1
(上記式中、n=1、2又は3である。側鎖Xは同一でも異なっていてもよく、下記一般式(X1)〜(X3)
Figure 2010126667
で表すことができる。側鎖Yは同一又は異種の、水素原子、又は直鎖状、分岐状又は環状の炭素数1〜20のアルキル基を示し、エーテル基もしくはヒドロキシル基を含んでもよい。また、X同士が結合して環を形成してもよい。)
ここで、R300、R302、R305は炭素数1〜4の直鎖状又は分岐状のアルキレン基であり、R301、R304は水素原子、又は炭素数1〜20の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基であり、ヒドロキシ基、エーテル基、エステル基、ラクトン環いずれかを1あるいは複数含んでいてもよい。
303は単結合、又は炭素数1〜4の直鎖状又は分岐状のアルキレン基であり、R306は炭素数1〜20の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基であり、ヒドロキシ基、エーテル基、エステル基、ラクトン環を1あるいは複数含んでいてもよい。
上記一般式(B)−1で表される化合物として具体的には、トリス(2−メトキシメトキシエチル)アミン、トリス{2−(2−メトキシエトキシ)エチル}アミン、トリス{2−(2−メトキシエトキシメトキシ)エチル}アミン、トリス{2−(1−メトキシエトキシ)エチル}アミン、トリス{2−(1−エトキシエトキシ)エチル}アミン、トリス{2−(1−エトキシプロポキシ)エチル}アミン、トリス[2−{2−(2−ヒドロキシエトキシ)エトキシ}エチル]アミン、4,7,13,16,21,24−ヘキサオキサ−1,10−ジアザビシクロ[8.8.8]ヘキサコサン、4,7,13,18−テトラオキサ−1,10−ジアザビシクロ[8.5.5]エイコサン、1,4,10,13−テトラオキサ−7,16−ジアザビシクロオクタデカン、1−アザ−12−クラウン−4、1−アザ−15−クラウン−5、1−アザ−18−クラウン−6、トリス(2−ホルミルオキシエチル)アミン、トリス(2−アセトキシエチル)アミン、トリス(2−プロピオニルオキシエチル)アミン、トリス(2−ブチリルオキシエチル)アミン、トリス(2−イソブチリルオキシエチル)アミン、トリス(2−バレリルオキシエチル)アミン、トリス(2−ピバロイルオキシエチル)アミン、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)2−(アセトキシアセトキシ)エチルアミン、トリス(2−メトキシカルボニルオキシエチル)アミン、トリス(2−tert−ブトキシカルボニルオキシエチル)アミン、トリス[2−(2−オキソプロポキシ)エチル]アミン、トリス[2−(メトキシカルボニルメチル)オキシエチル]アミン、トリス[2−(tert−ブトキシカルボニルメチルオキシ)エチル]アミン、トリス[2−(シクロヘキシルオキシカルボニルメチルオキシ)エチル]アミン、トリス(2−メトキシカルボニルエチル)アミン、トリス(2−エトキシカルボニルエチル)アミン、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)2−(メトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)2−(メトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)2−(エトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)2−(エトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)2−(2−メトキシエトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)2−(2−メトキシエトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)2−(2−ヒドロキシエトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)2−(2−アセトキシエトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)2−[(メトキシカルボニル)メトキシカルボニル]エチルアミン、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)2−[(メトキシカルボニル)メトキシカルボニル]エチルアミン、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)2−(2−オキソプロポキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)2−(2−オキソプロポキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)2−(テトラヒドロフルフリルオキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)2−(テトラヒドロフルフリルオキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)2−[(2−オキソテトラヒドロフラン−3−イル)オキシカルボニル]エチルアミン、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)2−[(2−オキソテトラヒドロフラン−3−イル)オキシカルボニル]エチルアミン、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)2−(4−ヒドロキシブトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−ホルミルオキシエチル)2−(4−ホルミルオキシブトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−ホルミルオキシエチル)2−(2−ホルミルオキシエトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−メトキシエチル)2−(メトキシカルボニル)エチルアミン、N−(2−ヒドロキシエチル)ビス[2−(メトキシカルボニル)エチル]アミン、N−(2−アセトキシエチル)ビス[2−(メトキシカルボニル)エチル]アミン、N−(2−ヒドロキシエチル)ビス[2−(エトキシカルボニル)エチル]アミン、N−(2−アセトキシエチル)ビス[2−(エトキシカルボニル)エチル]アミン、N−(3−ヒドロキシ−1−プロピル)ビス[2−(メトキシカルボニル)エチル]アミン、N−(3−アセトキシ−1−プロピル)ビス[2−(メトキシカルボニル)エチル]アミン、N−(2−メトキシエチル)ビス[2−(メトキシカルボニル)エチル]アミン、N−ブチルビス[2−(メトキシカルボニル)エチル]アミン、N−ブチルビス[2−(2−メトキシエトキシカルボニル)エチル]アミン、N−メチルビス(2−アセトキシエチル)アミン、N−エチルビス(2−アセトキシエチル)アミン、N−メチルビス(2−ピバロイルオキシエチル)アミン、N−エチルビス[2−(メトキシカルボニルオキシ)エチル]アミン、N−エチルビス[2−(tert−ブトキシカルボニルオキシ)エチル]アミン、トリス(メトキシカルボニルメチル)アミン、トリス(エトキシカルボニルメチル)アミン、N−ブチルビス(メトキシカルボニルメチル)アミン、N−ヘキシルビス(メトキシカルボニルメチル)アミン、β−(ジエチルアミノ)−δ−バレロラクトンが例示される。
更に、下記一般式(B)−2に示される環状構造を持つ含窒素有機化合物が例示される。
Figure 2010126667
(上記式中、Xは前述の通り、R307は炭素数2〜20の直鎖状又は分岐状のアルキレン基であり、カルボニル基、エーテル基、エステル基、スルフィドを1個あるいは複数個含んでいてもよい。)
上記一般式(B)−2として具体的には、1−[2−(メトキシメトキシ)エチル]ピロリジン、1−[2−(メトキシメトキシ)エチル]ピペリジン、4−[2−(メトキシメトキシ)エチル]モルホリン、1−[2−[(2−メトキシエトキシ)メトキシ]エチル]ピロリジン、1−[2−[(2−メトキシエトキシ)メトキシ]エチル]ピペリジン、4−[2−[(2−メトキシエトキシ)メトキシ]エチル]モルホリン、酢酸2−(1−ピロリジニル)エチル、酢酸2−ピペリジノエチル、酢酸2−モルホリノエチル、ギ酸2−(1−ピロリジニル)エチル、プロピオン酸2−ピペリジノエチル、アセトキシ酢酸2−モルホリノエチル、メトキシ酢酸2−(1−ピロリジニル)エチル、4−[2−(メトキシカルボニルオキシ)エチル]モルホリン、1−[2−(t−ブトキシカルボニルオキシ)エチル]ピペリジン、4−[2−(2−メトキシエトキシカルボニルオキシ)エチル]モルホリン、3−(1−ピロリジニル)プロピオン酸メチル、3−ピペリジノプロピオン酸メチル、3−モルホリノプロピオン酸メチル、3−(チオモルホリノ)プロピオン酸メチル、2−メチル−3−(1−ピロリジニル)プロピオン酸メチル、3−モルホリノプロピオン酸エチル、3−ピペリジノプロピオン酸メトキシカルボニルメチル、3−(1−ピロリジニル)プロピオン酸2−ヒドロキシエチル、3−モルホリノプロピオン酸2−アセトキシエチル、3−(1−ピロリジニル)プロピオン酸2−オキソテトラヒドロフラン−3−イル、3−モルホリノプロピオン酸テトラヒドロフルフリル、3−ピペリジノプロピオン酸グリシジル、3−モルホリノプロピオン酸2−メトキシエチル、3−(1−ピロリジニル)プロピオン酸2−(2−メトキシエトキシ)エチル、3−モルホリノプロピオン酸ブチル、3−ピペリジノプロピオン酸シクロヘキシル、α−(1−ピロリジニル)メチル−γ−ブチロラクトン、β−ピペリジノ−γ−ブチロラクトン、β−モルホリノ−δ−バレロラクトン、1−ピロリジニル酢酸メチル、ピペリジノ酢酸メチル、モルホリノ酢酸メチル、チオモルホリノ酢酸メチル、1−ピロリジニル酢酸エチル、モルホリノ酢酸2−メトキシエチル、2−メトキシ酢酸2−モルホリノエチル、2−(2−メトキシエトキシ)酢酸2−モルホリノエチル、2−[2−(2−メトキシエトキシ)エトキシ]酢酸2−モルホリノエチル、ヘキサン酸2−モルホリノエチル、オクタン酸2−モルホリノエチル、デカン酸2−モルホリノエチル、ラウリン酸2−モルホリノエチル、ミリスチン酸2−モルホリノエチル、パルミチン酸2−モルホリノエチル、ステアリン酸2−モルホリノエチルが例示される。
更に、下記一般式(B)−3〜(B)−6で表されるシアノ基を含む含窒素有機化合物が例示される。
Figure 2010126667
(上記式中、X、R307、nは前述の通り、R308、R309は同一又は異種の炭素数1〜4の直鎖状又は分岐状のアルキレン基である。)
上記一般式(B)−3〜(B)−6で表されるシアノ基を含む含窒素有機化合物として具体的には3−(ジエチルアミノ)プロピオノニトリル、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)−3−アミノプロピオノニトリル、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)−3−アミノプロピオノニトリル、N,N−ビス(2−ホルミルオキシエチル)−3−アミノプロピオノニトリル、N,N−ビス(2−メトキシエチル)−3−アミノプロピオノニトリル、N,N−ビス[2−(メトキシメトキシ)エチル]−3−アミノプロピオノニトリル、N−(2−シアノエチル)−N−(2−メトキシエチル)−3−アミノプロピオン酸メチル、N−(2−シアノエチル)−N−(2−ヒドロキシエチル)−3−アミノプロピオン酸メチル、N−(2−アセトキシエチル)−N−(2−シアノエチル)−3−アミノプロピオン酸メチル、N−(2−シアノエチル)−N−エチル−3−アミノプロピオノニトリル、N−(2−シアノエチル)−N−(2−ヒドロキシエチル)−3−アミノプロピオノニトリル、N−(2−アセトキシエチル)−N−(2−シアノエチル)−3−アミノプロピオノニトリル、N−(2−シアノエチル)−N−(2−ホルミルオキシエチル)−3−アミノプロピオノニトリル、N−(2−シアノエチル)−N−(2−メトキシエチル)−3−アミノプロピオノニトリル、N−(2−シアノエチル)−N−[2−(メトキシメトキシ)エチル]−3−アミノプロピオノニトリル、N−(2−シアノエチル)−N−(3−ヒドロキシ−1−プロピル)−3−アミノプロピオノニトリル、N−(3−アセトキシ−1−プロピル)−N−(2−シアノエチル)−3−アミノプロピオノニトリル、N−(2−シアノエチル)−N−(3−ホルミルオキシ−1−プロピル)−3−アミノプロピオノニトリル、N−(2−シアノエチル)−N−テトラヒドロフルフリル−3−アミノプロピオノニトリル、N,N−ビス(2−シアノエチル)−3−アミノプロピオノニトリル、ジエチルアミノアセトニトリル、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)アミノアセトニトリル、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)アミノアセトニトリル、N,N−ビス(2−ホルミルオキシエチル)アミノアセトニトリル、N,N−ビス(2−メトキシエチル)アミノアセトニトリル、N,N−ビス[2−(メトキシメトキシ)エチル]アミノアセトニトリル、N−シアノメチル−N−(2−メトキシエチル)−3−アミノプロピオン酸メチル、N−シアノメチル−N−(2−ヒドロキシエチル)−3−アミノプロピオン酸メチル、N−(2−アセトキシエチル)−N−シアノメチル−3−アミノプロピオン酸メチル、N−シアノメチル−N−(2−ヒドロキシエチル)アミノアセトニトリル、N−(2−アセトキシエチル)−N−(シアノメチル)アミノアセトニトリル、N−シアノメチル−N−(2−ホルミルオキシエチル)アミノアセトニトリル、N−シアノメチル−N−(2−メトキシエチル)アミノアセトニトリル、N−シアノメチル−N−[2−(メトキシメトキシ)エチル]アミノアセトニトリル、N−(シアノメチル)−N−(3−ヒドロキシ−1−プロピル)アミノアセトニトリル、N−(3−アセトキシ−1−プロピル)−N−(シアノメチル)アミノアセトニトリル、N−シアノメチル−N−(3−ホルミルオキシ−1−プロピル)アミノアセトニトリル、N,N−ビス(シアノメチル)アミノアセトニトリル、1−ピロリジンプロピオノニトリル、1−ピペリジンプロピオノニトリル、4−モルホリンプロピオノニトリル、1−ピロリジンアセトニトリル、1−ピペリジンアセトニトリル、4−モルホリンアセトニトリル、3−ジエチルアミノプロピオン酸シアノメチル、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)−3−アミノプロピオン酸シアノメチル、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)−3−アミノプロピオン酸シアノメチル、N,N−ビス(2−ホルミルオキシエチル)−3−アミノプロピオン酸シアノメチル、N,N−ビス(2−メトキシエチル)−3−アミノプロピオン酸シアノメチル、N,N−ビス[2−(メトキシメトキシ)エチル]−3−アミノプロピオン酸シアノメチル、3−ジエチルアミノプロピオン酸(2−シアノエチル)、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)−3−アミノプロピオン酸(2−シアノエチル)、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)−3−アミノプロピオン酸(2−シアノエチル)、N,N−ビス(2−ホルミルオキシエチル)−3−アミノプロピオン酸(2−シアノエチル)、N,N−ビス(2−メトキシエチル)−3−アミノプロピオン酸(2−シアノエチル)、N,N−ビス[2−(メトキシメトキシ)エチル]−3−アミノプロピオン酸(2−シアノエチル)、1−ピロリジンプロピオン酸シアノメチル、1−ピペリジンプロピオン酸シアノメチル、4−モルホリンプロピオン酸シアノメチル、1−ピロリジンプロピオン酸(2−シアノエチル)、1−ピペリジンプロピオン酸(2−シアノエチル)、4−モルホリンプロピオン酸(2−シアノエチル)が例示される。
更に、下記一般式(B)−7で表されるイミダゾール骨格及び極性官能基を有する含窒素有機化合物が例示される。
Figure 2010126667
(上記式中、R310は炭素数2〜20の直鎖状、分岐状又は環状の極性官能基を有するアルキル基であり、極性官能基としては水酸基、カルボニル基、エステル基、エーテル基、スルフィド基、カーボネート基、シアノ基、アセタール基のいずれかを1個あるいは複数個含む。R311、R312、R313は水素原子、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、アリール基又はアラルキル基である。)
更に、下記一般式(B)−8で示されるベンズイミダゾール骨格及び極性官能基を有する含窒素有機化合物が例示される。
Figure 2010126667
(上記式中、R314は水素原子、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、アリール基、又はアラルキル基である。R315は炭素数1〜20の直鎖状、分岐状又は環状の極性官能基を有するアルキル基であり、極性官能基としてエステル基、アセタール基、シアノ基のいずれかを一つ以上含み、その他に水酸基、カルボニル基、エーテル基、スルフィド基、カーボネート基のいずれかを一つ以上含んでいてもよい。)
更に、下記一般式(B)−9及び(B)−10で示される極性官能基を有する含窒素複素環化合物が例示される。
Figure 2010126667
(上記式中、Aは窒素原子又は≡C−R322である。Bは窒素原子又は≡C−R323である。R316は炭素数2〜20の直鎖状、分岐状又は環状の極性官能基を有するアルキル基であり、極性官能基としては水酸基、カルボニル基、エステル基、エーテル基、スルフィド基、カーボネート基、シアノ基又はアセタール基を一つ以上含む。R317、R318、R319、R320は水素原子、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、又はアリール基であるか、又はR317とR318、R319とR320はそれぞれ結合してこれらが結合する炭素原子と共にベンゼン環、ナフタレン環あるいはピリジン環を形成してもよい。R321は水素原子、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、又はアリール基である。R322、R323は水素原子、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、又はアリール基である。R321とR323は結合してこれらが結合する炭素原子と共にベンゼン環又はナフタレン環を形成してもよい。)
更に、下記一般式(B)−11〜(B)−14で示される芳香族カルボン酸エステル構造を有する含窒素有機化合物が例示される。
Figure 2010126667
(上記式中、R324は炭素数6〜20のアリール基又は炭素数4〜20のヘテロ芳香族基であって、水素原子の一部又は全部が、ハロゲン原子、炭素数1〜20の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数7〜20のアラルキル基、炭素数1〜10のアルコキシ基、炭素数1〜10のアシルオキシ基、又は、炭素数1〜10のアルキルチオ基で置換されていてもよい。R325はCO2326、OR327又はシアノ基である。R326は一部のメチレン基が酸素原子で置換されていてもよい炭素数1〜10のアルキル基である。R327は一部のメチレン基が酸素原子で置換されていてもよい炭素数1〜10のアルキル基又はアシル基である。R328は単結合、メチレン基、エチレン基、硫黄原子又は−O(CH2CH2O)n−基である。n=0、1、2、3又は4である。R329は水素原子、メチル基、エチル基又はフェニル基である。Xは窒素原子又はCR330である。Yは窒素原子又はCR331である。Zは窒素原子又はCR332である。R330、R331、R332はそれぞれ独立に水素原子、メチル基又はフェニル基であるか、あるいはR330とR331又はR331とR332が結合してこれらが結合する炭素原子と共に炭素数6〜20の芳香環又は炭素数2〜20のヘテロ芳香環を形成してもよい。)
更に、下記一般式(B)−15で示される7−オキサノルボルナン−2−カルボン酸エステル構造を有する含窒素有機化合物が例示される。
Figure 2010126667
(上記式中、R333は水素、又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基である。R334及びR335はそれぞれ独立に、エーテル、カルボニル、エステル、アルコール、スルフィド、ニトリル、アミン、イミン、アミドなどの極性官能基を一つ又は複数含んでいてもよい炭素数1〜20のアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、又は炭素数7〜20のアラルキル基であって、水素原子の一部がハロゲン原子で置換されていてもよい。R334とR335は互いに結合してこれらが結合する窒素原子と共に炭素数2〜20のヘテロ環又はヘテロ芳香環を形成してもよい。)
なお、含窒素有機化合物の配合量は、ベース樹脂100質量部に対して0.001〜4質量部、特に0.01〜2質量部が好適である。配合量が0.001質量部より少ないと配合効果がなく、4質量部を超えると感度が低下しすぎる場合がある。
本発明のレジスト材料には、上記成分以外に任意成分として塗布性を向上させるために慣用されている界面活性剤(E)を添加することができる。なお、任意成分の添加量は、本発明の効果を妨げない範囲で通常量とすることができる。
界面活性剤の例としては、特に限定されるものではないが、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステリアルエーテル、ポリオキシエチレンセチルエーテル、ポリオキシエチレンオレインエーテル等のポリオキシエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンオクチルフェノールエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェノールエーテル等のポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル類、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンブロックコポリマー類、ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノパルミテート、ソルビタンモノステアレート等のソルビタン脂肪酸エステル類、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノパルミテート、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート、ポリオキシエチレンソルビタントリオレエート、ポリオキシエチレンソルビタントリステアレート等のポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステルなどのノニオン系界面活性剤、エフトップEF301、EF303、EF352((株)ジェムコ製)、メガファックF171、F172、F173、R08、R30、R90、R94(大日本インキ化学工業(株)製)、フロラードFC−430、FC−431、FC−4430、FC−4432(住友スリーエム(株)製)、アサヒガードAG710、サーフロンS−381、S−382、S−386、SC101、SC102、SC103、SC104、SC105、SC106、KH−10、KH−20、KH−30、KH−40(旭硝子(株)製)等のフッ素系界面活性剤、オルガノシロキサンポリマーKP341、X−70−092、X−70−093(信越化学工業(株)製)、アクリル酸系又はメタクリル酸系ポリフローNo.75、No.95(共栄社油脂化学工業(株)製)が挙げられ、また、下記構造式(surf−1)の部分フッ素化オキセタン開環重合物系の界面活性剤も好ましく用いられる。
Figure 2010126667
ここで、R、Rf、A、B、C、m’、n’は、上述の界面活性剤以外の記載に拘わらず、上記式(surf−1)のみに適用される。Rは2〜4価の炭素数2〜5の脂肪族基を示し、具体的には二価のものとしてエチレン、1,4−ブチレン、1,2−プロピレン、2,2−ジメチル−1,3−プロピレン、1,5−ペンチレンが挙げられ、3又は4価のものとしては下記のものが挙げられる。
Figure 2010126667
(式中、破線は結合手を示し、それぞれグリセロール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトールから派生した部分構造である。)
これらの中で好ましく用いられるのは、1,4−ブチレン又は2,2−ジメチル−1,3−プロピレンである。
Rfはトリフルオロメチル基又はペンタフルオロエチル基を示し、好ましくはトリフルオロメチル基である。m’は0〜3の整数、n’は1〜4の整数であり、m’とn’の和はRの価数を示し2〜4の整数である。Aは1、Bは2〜25の整数、Cは0〜10の整数を示す。好ましくはBは4〜20の整数を示し、Cは0又は1である。また、上記構造の各構成単位はその並びを規定したものではなくブロック的でもランダム的に結合してもよい。部分フッ素化オキセタン開環重合物系の界面活性剤の製造に関しては米国特許第5,650,483号明細書などに詳しい。
上記界面活性剤の中でもFC−4430、サーフロンS−381、KH−20、KH−30、及び上記構造式(surf−1)にて示したオキセタン開環重合物が好適である。これらは単独あるいは2種以上の組み合わせで用いることができる。
本発明の化学増幅型レジスト材料中の界面活性剤の添加量としては、レジスト材料中のベース樹脂100質量部に対し2質量部以下、好ましくは1質量部以下であり、配合する場合は0.01質量部以上とすることが好ましい。
本発明のレジスト材料には、上記成分以外に、任意成分として、塗布膜上部に偏在し、表面の親水性・疎水性バランスを調整したり、撥水性を高めたり、あるいは塗布膜が水やその他の液体と触れた際に低分子成分の流出や流入を妨げる機能を有する高分子化合物を添加してもよい。なお、該高分子化合物の添加量は、本発明の効果を妨げない範囲で通常量とすることができる。
ここで、塗布膜上部に偏在する高分子化合物としては、1種又は2種以上のフッ素含有単位からなる重合体、共重合体、及びフッ素含有単位とその他の単位からなる共重合体が好ましい。フッ素含有単位及びその他の単位としては具体的には以下のものが例示できるが、これらに限定されるものではない。
Figure 2010126667
上記塗布膜上部に偏在する高分子化合物の重量平均分子量は、好ましくは1,000〜50,000、より好ましくは2,000〜20,000である。この範囲から外れる場合は、表面改質効果が十分でなかったり、現像欠陥を生じたりすることがある。なお、上記重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算値を示す。また、この塗布膜上部に偏在する高分子化合物の配合量は、ベース樹脂100質量部に対し、0〜10質量部、特に0〜5質量部であることが好ましく、配合する場合は、1質量部以上とすることが好ましい。
本発明のレジスト材料には、必要に応じ、任意成分として更に、溶解制御剤、カルボン酸化合物、アセチレンアルコール誘導体などの他の成分を添加してもよい。なお、任意成分の添加量は、本発明の効果を妨げない範囲で通常量とすることができる。
本発明のレジスト材料に添加することができる溶解制御剤としては、重量平均分子量が100〜1,000、好ましくは150〜800で、かつ分子内にフェノール性水酸基を2つ以上有する化合物の該フェノール性水酸基の水素原子を酸不安定基により全体として平均0〜100モル%の割合で置換した化合物又は分子内にカルボキシ基を有する化合物の該カルボキシ基の水素原子を酸不安定基により全体として平均50〜100モル%の割合で置換した化合物を配合することができる。
なお、フェノール性水酸基の水素原子の酸不安定基による置換率は、平均でフェノール性水酸基全体の0モル%以上、好ましくは30モル%以上であり、その上限は100モル%、より好ましくは80モル%である。カルボキシ基の水素原子の酸不安定基による置換率は、平均でカルボキシ基全体の50モル%以上、好ましくは70モル%以上であり、その上限は100モル%である。
この場合、かかるフェノール性水酸基を2つ以上有する化合物又はカルボキシ基を有する化合物としては、下記式(D1)〜(D14)で示されるものが好ましい。
Figure 2010126667
上記式中、R201とR202は、それぞれ水素原子、又は炭素数1〜8の直鎖状又は分岐状のアルキル基又はアルケニル基を示し、例えば、水素原子、メチル基、エチル基、ブチル基、プロピル基、エチニル基、シクロヘキシル基が挙げられる。
203は、水素原子、又は炭素数1〜8の直鎖状又は分岐状のアルキル基又はアルケニル基、あるいは−(R207hCOOH(式中、R207は炭素数1〜10の直鎖状又は分岐状のアルキレン基を示す。)を示し、例えば、R201、R202と同様なもの、あるいは−COOH、−CH2COOHが挙げられる。
204は、−(CH2i−(i=2〜10)、炭素数6〜10のアリーレン基、カルボニル基、スルホニル基、酸素原子又は硫黄原子を示し、例えば、エチレン基、フェニレン基、カルボニル基、スルホニル基、酸素原子、硫黄原子等が挙げられる。
205は、炭素数1〜10のアルキレン基、炭素数6〜10のアリーレン基、カルボニル基、スルホニル基、酸素原子又は硫黄原子を示し、例えば、メチレン基、あるいはR204と同様なものが挙げられる。
206は、水素原子、炭素数1〜8の直鎖状又は分岐状のアルキル基、アルケニル基、又はそれぞれの水素原子の少なくとも1つが水酸基で置換されたフェニル基又はナフチル基を示し、例えば、水素原子、メチル基、エチル基、ブチル基、プロピル基、エチニル基、シクロヘキシル基、それぞれの水素原子の少なくとも1つが水酸基で置換されたフェニル基、ナフチル基等が挙げられる。
208は、水素原子又は水酸基を示す。
jは0〜5の整数である。u、hは0又は1である。s、t、s’、t’、s’’、t’’はそれぞれs+t=8、s’+t’=5、s’’+t’’=4を満足し、かつ各フェニル骨格中に少なくとも1つの水酸基を有するような数である。αは式(D8)、(D9)の化合物の重量平均分子量を100〜1,000とする数である。
溶解制御剤の酸不安定基としては、種々用いることができるが、具体的には前記一般式(L1)〜(L4)で示される基、炭素数4〜20の三級アルキル基、各アルキル基の炭素数がそれぞれ1〜6のトリアルキルシリル基、炭素数4〜20のオキソアルキル基等を挙げることができる。なお、それぞれの基の具体例については、先の説明と同様である。
上記溶解制御剤の配合量は、レジスト材料中のベース樹脂100質量部に対し、0〜50質量部、好ましくは0〜40質量部、より好ましくは0〜30質量部であり、単独又は2種以上を混合して使用できる。配合量が50質量部を超えるとパターンの膜減りが生じ、解像度が低下する場合がある。
なお、上記のような溶解制御剤は、フェノール性水酸基又はカルボキシ基を有する化合物に対し、有機化学的処方を用いて酸不安定基を導入することにより合成される。
本発明のレジスト材料に添加することができるカルボン酸化合物としては、例えば下記[I群]及び[II群]から選ばれる1種又は2種以上の化合物を使用することができるが、これらに限定されるものではない。本成分の配合により、レジスト膜のPED安定性が向上し、窒化膜基板上でのエッジラフネスが改善されるものである。
[I群]
下記一般式(A1)〜(A10)で示される化合物のフェノール性水酸基の水素原子の一部又は全部を−R401−COOH(R401は炭素数1〜10の直鎖状又は分岐状のアルキレン基)により置換してなり、かつ分子中のフェノール性水酸基(C)と≡C−COOHで示される基(D)とのモル比率がC/(C+D)=0.1〜1.0である化合物。
[II群]
下記一般式(A11)〜(A15)で示される化合物。
Figure 2010126667
Figure 2010126667
上記式中、R402、R403はそれぞれ水素原子又は炭素数1〜8の直鎖状又は分岐状のアルキル基又はアルケニル基を示す。R404は水素原子又は炭素数1〜8の直鎖状又は分岐状のアルキル基又はアルケニル基、あるいは−(R409h1−COOR’基(R’は水素原子又は−R409−COOH)を示す。
405は−(CH2i−(i=2〜10)、炭素数6〜10のアリーレン基、カルボニル基、スルホニル基、酸素原子又は硫黄原子を示す。
406は炭素数1〜10のアルキレン基、炭素数6〜10のアリーレン基、カルボニル基、スルホニル基、酸素原子又は硫黄原子を示す。
407は水素原子又は炭素数1〜8の直鎖状又は分岐状のアルキル基、アルケニル基、それぞれ水酸基で置換されたフェニル基又はナフチル基を示す。
408は水素原子又はメチル基を示す。
409は炭素数1〜10の直鎖状又は分岐状のアルキレン基を示す。
410は水素原子又は炭素数1〜8の直鎖状又は分岐状のアルキル基又はアルケニル基又は−R411−COOH基(式中、R411は炭素数1〜10の直鎖状又は分岐状のアルキレン基を示す。)を示す。
412は水素原子又は水酸基を示す。
jは0〜3の数であり、s1、t1、s2、t2、s3、t3、s4、t4は、それぞれs1+t1=8、s2+t2=5、s3+t3=4、s4+t4=6を満足し、かつ各フェニル骨格中に少なくとも1つの水酸基を有するような数である。
s5、t5は、s5≧0、t5≧0で、s5+t5=5を満足する数である。
u1は、1≦u1≦4を満足する数であり、h1は、0≦h1≦4を満足する数である。
κは式(A6)の化合物を重量平均分子量1,000〜5,000とする数である。
λは式(A7)の化合物を重量平均分子量1,000〜10,000とする数である。
本成分として、具体的には下記一般式(AI−1)〜(AI−14)及び(AII−1)〜(AII−10)で示される化合物を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
Figure 2010126667
Figure 2010126667
(上記式中、R’’は水素原子又はCH2COOH基を示し、各化合物においてR’’の10〜100モル%はCH2COOH基である。κとλは上記と同様の意味を示す。)
なお、上記分子内に≡C−COOHで示される基を有する化合物の添加量は、ベース樹脂100質量部に対して0〜5質量部、好ましくは0.1〜5質量部、より好ましくは0.1〜3質量部、更に好ましくは0.1〜2質量部である。5質量部より多いとレジスト材料の解像度が低下する場合がある。
本発明のレジスト材料に添加することができるアセチレンアルコール誘導体としては、下記一般式(S1)、(S2)で示されるものを好適に使用することができる。
Figure 2010126667
(上記式中、R501、R502、R503、R504、R505はそれぞれ水素原子、又は炭素数1〜8の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基であり、X、Yは0又は正数を示し、下記値を満足する。0≦X≦30、0≦Y≦30、0≦X+Y≦40である。)
アセチレンアルコール誘導体として好ましくは、サーフィノール61、サーフィノール82、サーフィノール104、サーフィノール104E、サーフィノール104H、サーフィノール104A、サーフィノールTG、サーフィノールPC、サーフィノール440、サーフィノール465、サーフィノール485(Air Products and Chemicals Inc.製)、サーフィノールE1004(日信化学工業(株)製)等が挙げられる。
上記アセチレンアルコール誘導体の添加量は、レジスト材料のベース樹脂100質量部に対し0〜2質量部、より好ましくは0.01〜2質量部、更に好ましくは0.02〜1質量部である。2質量部より多いとレジスト材料の解像性が低下する場合がある。
本発明のレジスト材料を使用したパターン形成は公知のリソグラフィー技術を利用して行うことができ、塗布、加熱処理(プリベーク)、露光、加熱処理(ポストエクスポージャーベーク、PEB)、現像の各工程を経て達成される。必要に応じて、更にいくつかの工程を追加してもよい。
パターン形成を行う際には、まず本発明のレジスト材料を集積回路製造用の基板(Si、SiO2、SiN、SiON、TiN、WSi、BPSG、SOG、有機反射防止膜、Cr、CrO、CrON、MoSi等)上にスピンコート、ロールコート、フローコート、ディップコート、スプレーコート、ドクターコート等の適当な塗布方法により塗布膜厚が0.01〜2.0μmとなるように塗布し、ホットプレート上で60〜150℃、1〜10分間、好ましくは80〜140℃、1〜5分間プリベークする。レジストの薄膜化と共に被加工基板のエッチング選択比の関係から加工が厳しくなっており、レジストの下層に珪素含有中間膜、その下に炭素密度が高くエッチング耐性が高い下層膜、その下に被加工基板を積層する3層プロセスが検討されている。酸素ガスや水素ガス、アンモニアガスなどを用いる珪素含有中間膜と下層膜とのエッチング選択比は高く、珪素含有中間膜は薄膜化が可能である。単層レジストと珪素含有中間層のエッチング選択比も比較的高く、単層レジストの薄膜化が可能となるのである。この場合、下層膜の形成方法としては塗布とベークによる方法とCVDによる方法とが挙げられる。塗布型の場合は、ノボラック樹脂や縮合環などを有するオレフィンを重合した樹脂が用いられ、CVD膜作製にはブタン、エタン、プロパン、エチレン、アセチレン等のガスが用いられる。珪素含有中間層の場合も塗布型とCVD型が挙げられ、塗布型としてはシルセスキオキサン、かご状オリゴシルセスキオキサン(POSS)等が挙げられ、CVD用としては各種シランガスが原料として挙げられる。珪素含有中間層は光吸収を持った反射防止機能を有していてもよく、フェニル基などの吸光基や、SiON膜であってもよい。珪素含有中間膜とフォトレジストの間に有機膜を形成してもよく、この場合の有機膜は有機反射防止膜であってもよい。フォトレジスト膜形成後に、純水リンス(ポストソーク)を行うことによって膜表面からの酸発生剤などの抽出、あるいはパーティクルの洗い流しを行ってもよいし、保護膜を塗布してもよい。
次いで、紫外線、遠紫外線、電子線、X線、エキシマレーザー、γ線、シンクロトロン放射線等から選ばれる光源を用い、目的のパターンを形成するための所定のマスクを通して露光を行う。露光量は1〜200mJ/cm2程度が好ましく、特に10〜100mJ/cm2程度がより好ましい。次に、ホットプレート上で60〜150℃、1〜5分間、好ましくは80〜120℃、1〜3分間ポストエクスポージャーベーク(PEB)する。更に、0.1〜5質量%、好ましくは2〜3質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)等のアルカリ水溶液の現像液を用い、0.1〜3分間、好ましくは0.5〜2分間、浸漬(dip)法、パドル(puddle)法、スプレー(spray)法等の常法を用いて現像することにより、基板上に目的のパターンが形成される。なお、本発明のレジスト材料は、好ましくは波長254〜193nmの遠紫外線、波長157nmの真空紫外線、電子線、軟X線、X線、エキシマレーザー、γ線、シンクロトロン放射線、より好ましくは波長180〜200nmの範囲の高エネルギー線による微細パターンニングに最適である。
また、本発明のレジスト材料は、液浸リソグラフィーに適用することも可能である。ArF液浸リソグラフィーにおいては液浸溶媒として純水、又はアルカンなどの屈折率が1以上で露光波長に高透明の液体が用いられる。液浸リソグラフィーでは、プリベーク後のレジスト膜と投影レンズの間に、純水やその他の液体を挿入する。これによってNAが1.0以上のレンズ設計が可能となり、より微細なパターン形成が可能になる。液浸リソグラフィーはArFリソグラフィーを45nmノードまで延命させるための重要な技術であり、開発が加速されている。液浸露光の場合は、レジスト膜上に残った水滴残りを除去するための露光後の純水リンス(ポストソーク)を行ってもよいし、レジストからの溶出物を防ぎ、膜表面の滑水性を上げるために、プリベーク後のレジスト膜上に保護膜を形成させてもよい。液浸リソグラフィーに用いられるレジスト保護膜としては、例えば、水に不溶でアルカリ現像液に溶解する1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−プロパノール残基を有する高分子化合物をベースとし、炭素数4以上のアルコール系溶剤、炭素数8〜12のエーテル系溶剤、及びこれらの混合溶媒に溶解させた材料が好ましい。
更に、ArFリソグラフィーの32nmまでの延命技術として、ダブルパターニング法が挙げられる。ダブルパターニング法としては、1回目の露光とエッチングで1:3トレンチパターンの下地を加工し、位置をずらして2回目の露光によって1:3トレンチパターンを形成して1:1のパターンを形成するトレンチ法、1回目の露光とエッチングで1:3孤立残しパターンの第1の下地を加工し、位置をずらして2回目の露光によって1:3孤立残しパターンを第1の下地の下に形成された第2の下地を加工してピッチが半分の1:1のパターンを形成するライン法が挙げられる。
以下、実施例及び比較例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
[実施例1]
本発明のアセタール化合物を以下に示す処方で合成した。
[実施例1−1]モノマー1の合成
Figure 2010126667
[実施例1−1−1]2−アダマンチル−2−メチル−2−プロペニルエーテルの合成
60%水素化ナトリウム111.6gをテトラヒドロフラン700mlに分散させた。50℃以下にて、2−アダマンタノール404.5g及びテトラヒドロフラン700mlの混合物を滴下した。50℃にて4時間撹拌を続け、ナトリウムアルコキサイドの調製を行った。ヨウ化ナトリウム19.9gを加えた後、60℃以下にてβ−メタリルクロリド336.8gを加え、60℃にて8時間撹拌を続けた。水500mlを加えて反応を停止し、通常の後処理操作を行った。蒸留により精製を行い、目的物537gを得た(収率98%)。
沸点:72℃/29Pa。
IR(NaCl):ν=3074、2904、2852、2672、1652、1450、1361、1106、1079、1043、896cm-1
1H−NMR(600MHz in CDCL3):δ=1.46(2H、d様)、1.63(2H、d)、1.69(2H、s)、1.75(3H、s)、1.76−1.85(4H、m)、2.01(2H、s様)、2.07(2H、d)、3.43(1H、t)、3.88(2H、s)、4.85(1H、m)、4.99(1H、m)ppm。
[実施例1−1−2]2−アダマンチル−2−メチル−1−プロペニルエーテルの合成
[実施例1−1−1]で得た2−アダマンチル−2−メチル−2−プロペニルエーテル539.8gとtert−ブトキシカリウム27.0gをジメチルスルホキシド432gに混合した。60℃にて3時間撹拌を続け、水400mlを加え、通常の後処理操作を行った。蒸留により精製を行い、目的物530gを得た(収率98%)。
沸点:76℃/30Pa。
IR(NaCl):ν=2906、2852、1689、1467、1450、1382、1332、1272、1182、1160、1101、1085、1054、1012、962、936cm-1
1H−NMR(600MHz in CDCL3):δ=1.48(2H、d様)、1.54(3H、d様)、1.63−1.68(5H、m)、1.71(2H、s)、1.78−1.86(4H、m)、1.98(2H、s様)、2.07(2H、d)、3.68(1H、t)、5.81(1H、m)ppm。
[実施例1−1−3]メタクリル酸=1−(2−アダマンチルオキシ)−2−メチルプロピルの合成
[実施例1−1−2]で得た2−アダマンチル−2−メチル−1−プロペニルエーテル104g、ヘキサン1,000gの混合物に、塩化水素ガスを氷冷下にて30分導入した。塩化水素ガスの導入を停止後、窒素ガスを氷冷下で2時間導入し、系内に残留している塩化水素を除去することで、モノマー1の前駆体となる2−アダマンチル−1−クロロ−2−メチルプロピルエーテルを調製した。続いてこの反応系内にメタクリル酸86.1g、トリエチルアミン111g、2,2’−メチレンビス(6−t−ブチル−p−クレゾール)0.1gを加え、室温で4時間撹拌した。その後水1,000gを加えて反応を停止し、有機層を回収した。回収した有機層を水、重曹水、飽和食塩水の順で洗浄後、濃縮した。蒸留により精製を行い、目的物126gを得た(収率86%)。
沸点:98−100℃/15Pa。
IR(NaCl):ν=2964、2906、2854、1716、1637、1471、1450、1382、1365、1319、1295、1176、1143、1099、1006、985、962、937、908、898cm-1
1H−NMR(600MHz in DMSO−d6):δ=0.89(3H、d)、0.92(3H、d)、1.41−1.47(2H、m)、1.56−1.59(2H、m)、1.65(1H、s様)、1.72−1.76(3H、m)、1.78−1.81(2H、m)、1.87(3H、t)、1.88−2.00(3H、m)、3.64(1H、t)、5.68−5.70(1H、m)、5.74(1H、d)、6.04(1H、d様)ppm。
13C−NMR(150MHz in DMSO−d6):δ=16.49、16.89、17.85、26.46、26.69、30.74、30.90、31.05、32.46、32.72、35.67、35.93、36.00、36.83、79.90、99.68、125.93、135.87、166.30ppm。
[実施例1−2]モノマー2の合成
メタクリル酸の代わりにアクリル酸を使用した以外は[実施例1−1−1]〜[実施例1−1−3]と同様な方法でアクリル酸=1−(2−アダマンチルオキシ)−2−メチルプロピルを得た(四工程収率77%)。
[実施例1−3]モノマー3の合成
メタクリル酸の代わりに2−(トリフルオロメチル)アクリル酸を使用した以外は[実施例1−1−1]〜[実施例1−1−3]と同様な方法で2−(トリフルオロメチル)アクリル酸=1−(2−アダマンチルオキシ)−2−メチルプロピルを得た(四工程収率66%)。
[実施例1−4]モノマー4の合成
[実施例1−4−1](1−アダマンチル)メチル−2−メチル−2−プロペニルエーテルの合成
2−アダマンタノールの代わりに1−アダマンタンメタノールを使用した以外は[実施例1−1−1]と同様な方法で目的物を得た(収率97%)。
沸点:75℃/26Pa。
IR(NaCl):ν=3074、2971、2902、2848、2678、2658、1656、1450、1371、1362、1348、1316、1291、1249、1188、1156、1092、1057、1014、997、937、897、813cm-1
1H−NMR(600MHz in CDCl3):δ=1.54−1.55(6H、m)、1.63−1.66(3H、m)、1.70−1.72(6H、m)、1.95(3H、m)、2.94(2H、s)、3.83(2H、s)、4.85(1H、d)、4.93(1H、m)ppm。
13C−NMR(150MHz in CDCl3):δ=19.33、28.31、33.96、37.24、39.76、75.21、80.99、111.45、142.83ppm。
GC−MS(EI):(m/z)+=29、41、55、67、79、93、107、121、135、149、165、177、189、202、220(M+)。
[実施例1−4−2](1−アダマンチル)メチル−2−メチル−1−プロペニルエーテルの合成
2−アダマンチル−2−メチル−2−プロペニルエーテルの代わりに(1−アダマンチル)メチル−2−メチル−2−プロペニルエーテルを使用した以外は[実施例1−1−2]と同様な方法で目的物を得た(収率97%)。
沸点:74℃/24Pa。
IR(NaCl):ν=2903、2849、2735、2675、1692、1452、1373、1344、1317、1291、1261、1225、1192、1165、1107、1049、1025、988、824cm-1
1H−NMR(600MHz in CDCl3):δ=1.51−1.52(3H、m)、1.54−1.53(6H、m)、1.61(3H,m)、1.63−1.1.66(3H、m)、1.70−1.72(3H、m)、1.96(3H、m)、5.77(1H、m)ppm。
13C−NMR(150MHz in CDCl3):δ=14.93、19.42、28.21、34.29、37.19、39.47、82.64、109.08、141.42ppm。
GC−MS(EI):(m/z)+=29、41、55、67、79、93、107、121、135、149、165、177、189、203、220(M+)。
[実施例1−4−3]メタクリル酸=1−[(1−アダマンチル)メトキシ]−2−メチルプロピル(モノマー4)の合成
2−アダマンチル−2−メチル−1−プロペニルエーテルの代わりに(1−アダマンチル)メチル−2−メチル−1−プロペニルエーテルを使用した以外は[実施例1−1−3]と同様な方法で目的物を得た(収率91%)。
沸点:97−100℃/13Pa。
IR(NaCl):ν=2964、2904、2849、1719、1638、1451、1366、1320、1292、1261、1176、1093、1007、990、936、908、812cm-1
1H−NMR(600MHz in DMSO−d6):δ=0.87(3H、d)、0.90(3H、d)、1.44−1.49(6H、m)、1.57−1.59(3H、m)、1.65−1.67(3H、m)、1.90−1.91(3H、m)、3.00(1H、d)、3.13(1H、d)、5.55(1H、d)、5.70(1H、m)、6.06(1H、m)ppm。
13C−NMR(150MHz in DMSO−d6):δ=16.58、16.84、17.86、27.46、32.19、33.39、36.57、38.89、79.17、101.64、126.04、135.76、166.34ppm。
GC−MS(EI):(m/z)+=25、41、69、93、121、149、177、193、220、245、263、288、306(M+)。
[実施例1−5]モノマー5の合成
2−アダマンタノールの代わりに1−アダマンタンメタノールを、メタクリル酸の代わりにアクリル酸を使用した以外は[実施例1−1−1]〜[実施例1−1−3]と同様な方法でアクリル酸=1−[(1−アダマンチル)メトキシ]−2−メチルプロピルを得た(四工程収率78%)。
[実施例1−6]モノマー6の合成
2−アダマンタノールの代わりに1−アダマンタンメタノールを、メタクリル酸の代わりに2−(トリフルオロメチル)アクリル酸を使用した以外は[実施例1−1−1]〜[実施例1−1−3]と同様な方法で2−(トリフルオロメチル)アクリル酸=1−[(1−アダマンチル)メトキシ]−2−メチルプロピルを得た(四工程収率67%)。
[実施例1−7]モノマー7の合成
[実施例1−7−1]1−アダマンチル−2−メチル−2−プロペニルエーテルの合成
2−アダマンタノールの代わりに1−アダマンタノールを使用した以外は[実施例1−1−1]と同様な方法で目的物を得た(収率96%)。
沸点:68℃/16Pa。
IR(NaCl):ν=3074、2908、2852、1654、1452、1369、1353、1315、1305、1184、1120、1105、1089、1049、894cm-1
1H−NMR(600MHz in CDCL3):δ=1.58−1.65(6H、m)、1.72(3H、s)、1.76(6H、d様)、2.13(2H、s)、3.84(2H、s)、4.82(1H、m)、4.98(1H、m)ppm。
[実施例1−7−2]1−アダマンチル−2−メチル−1−プロペニルエーテルの合成
2−アダマンチル−2−メチル−2−プロペニルエーテルの代わりに1−アダマンチル−2−メチル−2−プロペニルエーテルを使用した以外は[実施例1−1−2]と同様な方法で目的物を得た(収率97%)。
沸点:72℃/25Pa。
IR(NaCl):ν=2908、2852、1685、1452、1378、1367、1353、1317、1305、1272、1186、1153、1103、1076、973、937、919cm-1
1H−NMR(600MHz in CDCL3):δ=1.55(3H、m)、1.57−1.66(9H、m)、1.77(6H、d)、2.14(3H、s)、6.07(1H、sept)ppm。
[実施例1−7−3]メタクリル酸=1−(1−アダマンチルオキシ)−2−メチルプロピル(モノマー7)の合成
2−アダマンチル−2−メチル−1−プロペニルエーテルの代わりに1−アダマンチル−2−メチル−1−プロペニルエーテルを使用した以外は[実施例1−1−3]と同様な方法で目的物を得た(収率91%)。
沸点:106℃/11Pa。
IR(NaCl):ν=2963、2909、2853、1712、1637、1471、1453、1394、1365、1355、1321、1295、1177、1141、1104、1083、1005、962、936、898、858、812、667cm-1
1H−NMR(600MHz in DMSO−d6):δ=0.81(3H、d)、0.86(3H、d)、1.51−1.61(9H、m)、1.71−1.73(3H、m)、1.80(1H、m)1.86(3H、s)、2.07(3H、s)、5.66−5.67(1H、m)、5.92(1H、d)、6.01−6.02(1H、m)ppm。
13C−NMR(150MHz in DMSO−d6):δ=16.28、17.05、17.85、29.87、32.79、35.55、41.60、73.79、94.97、125.71、136.20、165.74ppm。
[実施例1−8]モノマー8の合成
2−アダマンタノールの代わりに1−アダマンタノールを、メタクリル酸の代わりにアクリル酸を使用した以外は[実施例1−1−1]〜[実施例1−1−3]と同様な方法でアクリル酸=1−(1−アダマンチルオキシ)−2−メチルプロピルを得た(四工程収率74%)。
[実施例1−9]モノマー9の合成
2−アダマンタノールの代わりに1−アダマンタノールを、メタクリル酸の代わりに2−(トリフルオロメチル)アクリル酸を使用した以外は[実施例1−1−1]〜[実施例1−1−3]と同様な方法で2−(トリフルオロメチル)アクリル酸=1−(1−アダマンチルオキシ)−2−メチルプロピルを得た(四工程収率63%)。
[実施例1−10]モノマー10の合成
2−アダマンタノールの代わりに2−アダマンタンメタノールを使用した以外は[実施例1−1−1]〜[実施例1−1−3]と同様な方法でメタクリル酸=1−[(2−アダマンチル)メトキシ]−2−メチルプロピルを得た(四工程収率75%)。
[実施例1−11]モノマー11の合成
2−アダマンタノールの代わりに2−アダマンチルエタノールを使用した以外は[実施例1−1−1]〜[実施例1−1−3]と同様な方法でメタクリル酸=1−[(2−アダマンチル)エトキシ]−2−メチルプロピルを得た(四工程収率76%)。
[実施例1−12]モノマー12の合成
2−アダマンタノールの代わりに1−アダマンチルエタノールを使用した以外は[実施例1−1−1]〜[実施例1−1−3]と同様な方法でメタクリル酸=1−[(1−アダマンチル)エトキシ]−2−メチルプロピルを得た(四工程収率75%)。
本発明の高分子化合物を以下に示す処方で合成した。
[実施例2−1]ポリマー1の合成
窒素雰囲気下、メタクリル酸=1−(2−アダマンチルオキシ)−2−メチルプロピル(モノマー1)28.3gとメタクリル酸4,8−ジオキサトリシクロ[4.2.1.03,7]ノナン−5−オン−2−イル21.7gと2,2’−アゾビスイソ酪酸ジメチル2.23gをメチルエチルケトン80.0gに溶解させ溶液を調製した。その溶液を窒素雰囲気下80℃で撹拌したメチルエチルケトン36.6gに4時間かけて滴下した。滴下終了後80℃を保ったまま2時間撹拌し、室温まで冷却した後、重合液を500gのn−ヘキサンに滴下した。析出した固形物を濾別し、50℃で16時間真空乾燥して、下記式ポリマー1で示される白色粉末固体状の高分子化合物が得られた。収量は45.5g、収率は91%であった。なお、Mwはポリスチレン換算でのGPCを用いて測定した重量平均分子量を表す。
Figure 2010126667
[実施例2−2〜28、比較合成例1−1〜4]ポリマー2〜32の合成
各単量体の種類、配合比を変えた以外は、上記[実施例2−1]と同様の手順により、表1に示した樹脂を製造した。表1中、各単位の構造を表2〜5に示す。なお、導入比はモル比である。
Figure 2010126667
Figure 2010126667
Figure 2010126667
Figure 2010126667
Figure 2010126667
レジスト材料の調製
[実施例3−1〜28、比較例2−1〜4]
上記で製造した本発明の樹脂(ポリマー1〜28)及び比較例用の樹脂(ポリマー29〜32)をベース樹脂として用い、酸発生剤、塩基性化合物、及び溶剤を表6に示す組成で添加し、混合溶解後にそれらをテフロン(登録商標)製フィルター(孔径0.2μm)で濾過し、本発明のレジスト材料(R−01〜28)及び比較例用のレジスト材料(R−29〜32)とした。なお、溶剤はすべて界面活性剤としてKH−20(旭硝子(株)製)を0.01質量%含むものを用いた。
Figure 2010126667
表6中、略号で示した酸発生剤、塩基及び溶剤は、それぞれ下記の通りである。
PAG−1 :トリフェニルスルホニウム 2−(アダマンタン−1−カルボニルオキシ
)−1,1,3,3,3−ペンタフルオロプロパン−1−スルホネート
Base−1:2−[2−(2−メトキシエトキシ)エトキシ]酢酸 2−モルホリノエ
チル
PGMEA :プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
CyHO :シクロヘキサノン
解像性の評価
[実施例4−1〜28、比較例3−1〜4]
本発明のレジスト材料(R−01〜28)及び比較用のレジスト材料(R−29〜32)を、反射防止膜(日産化学工業(株)製、ARC29A、78nm)を塗布したシリコンウエハー上へ回転塗布し、100℃、60秒間の熱処理を施して、厚さ120nmのレジスト膜を形成した。これをArFエキシマレーザーステッパー((株)ニコン製、NA=0.85)を用いて露光し、60秒間の熱処理(PEB)を施した後、2.38質量%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液を用いて30秒間パドル現像を行い、1:1のラインアンドスペースパターン及び1:10の孤立ラインパターンを形成した。PEBにおいては、各レジスト材料に最適化した温度を適用した。作製したパターン付きウエハーを上空SEM(走査型電子顕微鏡)で観察し、80nmの1:1のラインアンドスペースを1:1で解像する露光量を最適露光量(mJ/cm2)とし、該最適露光量において分離解像している1:1のラインアンドスペースパターンの最小寸法を限界解像性(マスク上寸法、5nm刻み、寸法が小さいほど良好)とした。また、該最適露光量において1:10の孤立ラインパターンも観察し、マスク上寸法140nmの孤立ラインパターンのウエハー上実寸法を測定し、マスク忠実性(ウエハー上寸法、寸法が大きいほど良好)とした。パターン形状については、矩形か否かを目視にて判定した。
本発明のレジスト材料の評価結果(限界解像性、マスク忠実性、形状)、比較用のレジスト材料の評価結果(限界解像性、マスク忠実性、形状)を表7にそれぞれ示す。
Figure 2010126667
表7の結果より、本発明のレジスト材料が優れた解像性能を有し、マスク忠実性に優れ、パターン形状も良好であることが確認できた。

Claims (9)

  1. 下記一般式(1)で示されるアセタール化合物。
    Figure 2010126667
    (式中、R1は水素原子、メチル基、又はトリフルオロメチル基を示す。R2は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状の一価の炭化水素基を示す。R3、R4は、それぞれ独立に水素原子、又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状の一価の炭化水素基を示す。R2とR3は互いに結合してこれらが結合する炭素原子と共に脂肪族炭化水素環を形成してもよい。X1は単結合又は炭素数1〜4の直鎖状又は分岐状の二価の炭化水素基を示す。)
  2. 下記一般式(2)で示されるアダマンタン化合物と下記一般式(3)で示されるアルケニル化合物とのエーテル化により、下記一般式(4)で示されるアリルエーテル化合物を得た後、二重結合を異性化することを特徴とする下記一般式(5)で示されるビニルエーテル化合物の製造方法。
    Figure 2010126667
    (式中、R2は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状の一価の炭化水素基を示す。R3、R4は、それぞれ独立に水素原子、又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状の一価の炭化水素基を示す。R2とR3は互いに結合してこれらが結合する炭素原子と共に脂肪族炭化水素環を形成してもよい。X1は単結合又は炭素数1〜4の直鎖状又は分岐状の二価の炭化水素基を示す。T1、T2は、それぞれ独立に水酸基、ハロゲン原子、アルカンスルホニルオキシ基、又はアレーンスルホニルオキシ基を示す。)
  3. 請求項2記載の一般式(5)で示されるビニルエーテル化合物にハロゲン化水素を付加させ、下記一般式(6)で示されるハロゲン化アルキルエーテル化合物を得た後、下記一般式(7)で示される対応するカルボン酸塩を用い、エステル化することを特徴とする請求項1記載の一般式(1)で示されるアセタール化合物の製造方法。
    Figure 2010126667
    (式中、R1は水素原子、メチル基、又はトリフルオロメチル基を示す。R2は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状の一価の炭化水素基を示す。R3、R4は、それぞれ独立に水素原子、又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状の一価の炭化水素基を示す。R2とR3は互いに結合してこれらが結合する炭素原子と共に脂肪族炭化水素環を形成してもよい。X1は単結合又は炭素数1〜4の直鎖状又は分岐状の二価の炭化水素基を示す。T3はハロゲン原子を示す。MaはLi、Na、K、Mg1/2、Ca1/2又は置換もしくは未置換のアンモニウムを示す。)
  4. 下記一般式(8)で示される繰り返し単位を含有することを特徴とする高分子化合物。
    Figure 2010126667
    (式中、R1は水素原子、メチル基、又はトリフルオロメチル基を示す。R2は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状の一価の炭化水素基を示す。R3、R4は、それぞれ独立に水素原子、又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状の一価の炭化水素基を示す。R2とR3は互いに結合してこれらが結合する炭素原子と共に脂肪族炭化水素環を形成してもよい。X1は単結合又は炭素数1〜4の直鎖状又は分岐状の二価の炭化水素基を示す。)
  5. 更に、下記一般式(9)〜(12)で表される繰り返し単位をいずれか1種以上含有することを特徴とする請求項4記載の高分子化合物。
    Figure 2010126667
    (式中、R1は上記と同様である。Xは上記一般式(1)とは異なる酸不安定基を示す。Yはラクトン構造を有する置換基を示す。Zは、水素原子、炭素数1〜15のフルオロアルキル基又は炭素数1〜15のフルオロアルコール含有置換基を示す。X2、X3はそれぞれ独立に単結合又は炭素数1〜4の直鎖状又は分岐状の二価の炭化水素基を示す。k1は、1〜3の整数を示す。)
  6. 請求項4又は5記載の高分子化合物をベース樹脂として含有することを特徴とするレジスト材料。
  7. 請求項6に記載のレジスト材料を基板上に塗布する工程と、加熱処理後フォトマスクを介して高エネルギー線もしくは電子線で露光する工程と、加熱処理した後、現像液を用いて現像する工程とを含むことを特徴とするパターン形成方法。
  8. 請求項6に記載のレジスト材料を基板上に塗布する工程と、加熱処理後フォトマスクを介して高エネルギー線もしくは電子線で露光する工程と、加熱処理した後、現像液を用いて現像する工程とを含むパターン形成工程において、前記露光を屈折率1.0以上の高屈折率液体をレジスト塗布膜と投影レンズとの間に介在させて液浸露光にて行うことを特徴とするパターン形成方法。
  9. 請求項6に記載のレジスト材料を基板上に塗布する工程と、加熱処理後フォトマスクを介して高エネルギー線もしくは電子線で露光する工程と、加熱処理した後、現像液を用いて現像する工程とを含むパターン形成工程において、レジスト塗布膜の上に更に保護膜を塗布し、露光を屈折率1.0以上の高屈折率液体を該保護膜と投影レンズとの間に介在させて液浸露光にて行うことを特徴とするパターン形成方法。
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