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JP2011074365A - 化合物、樹脂、レジスト組成物及びレジストパターンの製造方法 - Google Patents

化合物、樹脂、レジスト組成物及びレジストパターンの製造方法 Download PDF

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JP2011074365A
JP2011074365A JP2010192069A JP2010192069A JP2011074365A JP 2011074365 A JP2011074365 A JP 2011074365A JP 2010192069 A JP2010192069 A JP 2010192069A JP 2010192069 A JP2010192069 A JP 2010192069A JP 2011074365 A JP2011074365 A JP 2011074365A
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Kazuhiko Hashimoto
和彦 橋本
Koji Ichikawa
幸司 市川
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Sumitomo Chemical Co Ltd
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Sumitomo Chemical Co Ltd
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Abstract

【課題】得られるパターンのラインエッジラフネスが良好なレジスト組成物を提供することを目的とする。
【解決手段】式(A)で表される化合物及びそれに由来する繰り返し単位を有する樹脂。
Figure 2011074365

[式中、Rは、水素原子、アルキル基等;Zは、単結合、−CO−O−又は−CO−O−(CH−CO−O−;Zは、単結合、−CO−(CH)−O−または−O−CO−(CH)−O−CO−等;kは1〜6の整数;はWとの結合手;Wは、脂環式又は芳香族炭化水素基;Rは、水素原子、式(R−1)又は式(R−2)で表される基;R、R、R、R及びRは、それぞれ独立に、炭化水素基;Rは炭化水素基;Rは、ハロゲン原子、水酸基、アルキル基等;nは、1〜3の整数;mは、0〜4の整数を表す。]
【選択図】なし

Description

本発明は、化合物、樹脂、レジスト組成物及びレジストパターンの製造方法に関する。
特許文献1には、メタクリル酸2−エチル−2−アダマンチル及びp−ヒドロキシスチレンと、該化合物に由来する構造単位を有する樹脂と、該樹脂を含有するレジスト組成物が記載されている。
特開2003−107708号公報
従来の化合物では、該化合物に由来する構造単位を有する樹脂を含有するレジスト組成物から得られるパターンのラインエッジラフネスが、必ずしも満足できるものではない場合があった。
本発明は、以下の発明を含む。
[1]式(A)で表される化合物。
Figure 2011074365
[式(A)中、
は、水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基を表す。
は、単結合、−CO−O−又は−CO−O−(CH−CO−O−を表す。
は、単結合、−O−CO−、−CO−O−、−O−(CH−CO−、−CO−(CH−O−、−O−(CH−CO−O−、−O−CO−(CH−O−又は−O−CO−(CH−O−CO−を表す。
kは1〜6の整数を表す。
はWとの結合手を表す。
Wは、炭素数4〜36の(n+1)価の脂環式炭化水素基又は炭素数6〜18の(n+1)価の芳香族炭化水素基を表し、該脂環式炭化水素基及び該芳香族炭化水素基に含まれる水素原子は、ハロゲン原子、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数1〜12のアルコキシ基、炭素数2〜4のアシル基又は−OR10基で置換されていてもよい。
10は、水素原子又は式(R−2)で表される基を表す。
は、水素原子、式(R−1)で表される基又は式(R−2)で表される基を表す。
nは、1〜3の整数を表す。
Figure 2011074365
(式(R−1)中、R、R及びRは、それぞれ独立に、炭素数1〜12の炭化水素基を表す。)
Figure 2011074365
(式(R−2)中、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜12の炭化水素基を表す。
は、炭素数1〜14の炭化水素基を表す。)]
[2]式(A)で表される化合物が、式(A1)で表される化合物である[1]記載の化合物。
Figure 2011074365
[式(A1)中、
、Z、Z、R、R10及びnは、上記と同じ意味を表す。
pは、0〜3の整数を表す。ただし、n+pは、1〜3の整数である。]
[3]Zが、−CO−O−で表される基である[1]又は[2]記載の化合物。
[4]Zが、−O−(CH−CO−又は−O−CO−(CH−O−CO−で表される基である[1]〜[3]のいずれか記載の化合物。
[5]nが1である[1]〜[4]のいずれか記載の化合物。
[6]上記[1]〜[5]のいずれか記載の化合物に由来する構造単位を有する樹脂。
[7]酸に不安定な基を有し、かつアルカリ水溶液に不溶又は難溶であり、酸の作用によりアルカリ水溶液で溶解し得る[6]記載の樹脂。
[8]上記[6]又は[7]記載の樹脂及び酸発生剤を含有するレジスト組成物。
[9]さらに塩基性化合物を含有する[8]記載のレジスト組成物。
[10](1)上記[8]又は[9]記載のレジスト組成物を基板上に塗布する工程、
(2)塗布後の組成物から溶剤を除去して組成物層を形成する工程、
(3)組成物層に露光機を用いて露光する工程、
(4)露光後の組成物層を加熱する工程、
(5)加熱後の組成物層を、現像装置を用いて現像する工程を含むレジストパターンの製造形成方法。
本発明の化合物によれば、該化合物に由来する構造単位を有する樹脂を含有するレジスト組成物から、優れたラインエッジラフネスを有するレジストパターンを得ることができる。
本発明の化合物は、式(A)で表される化合物である。
式(A)で表される化合物。
Figure 2011074365
[式(A)中、
は、水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基を表す。
は、単結合、−CO−O−又は−CO−O−(CH−CO−O−を表す。
は、単結合、−O−CO−、−CO−O−、−O−(CH−CO−、−CO−(CH−O−、−O−(CH−CO−O−、−O−CO−(CH−O−又は−O−CO−(CH−O−CO−を表す。
kは1〜6の整数を表す。
はWとの結合手を表す。
Wは、炭素数4〜36の(n+1)価の脂環式炭化水素基又は炭素数6〜18の(n+1)価の芳香族炭化水素基を表し、該脂環式炭化水素基及び該芳香族炭化水素基に含まれる水素原子は、ハロゲン原子、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数1〜12のアルコキシ基、炭素数2〜4のアシル基又は−OR10基で置換されていてもよい。
10は、水素原子又は式(R−2)で表される基を表す。
は、水素原子、式(R−1)で表される基又は式(R−2)で表される基を表す。
nは、1〜3の整数を表す。
Figure 2011074365
(式(R−1)中、R、R及びRは、それぞれ独立に、炭素数1〜12の炭化水素基を表す。)
Figure 2011074365
(式(R−2)中、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜12の炭化水素基を表す。
は、炭素数1〜14の炭化水素基を表す。)]
本明細書においては、ハロゲン原子としては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素原子が挙げられる。
アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、ヘプチル基、2−エチルヘキシル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基などが挙げられる。
脂環式炭化水素基としては、一価の脂環式炭化水素基として、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロノニル基、シクロデシル基、ノルボルニル基、1−アダマンチル基、2−アダマンチル基、イソボルニル基などのシクロアルキル基が挙げられる。二価以上の脂環式炭化水素等としては、一価の脂環式炭化水素基の1以上の水素原子を結合手としたものが挙げられる。
芳香族炭化水素基としては、一価の芳香族炭化水素基として、例えば、フェニル基、ナフチル基、アントニル基等のアリール基が挙げられる。二価以上の芳香族炭化水素基としては、一価の芳香族炭化水素基の1以上の水素原子を結合手としたものが挙げられる。
アルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、n−プロピポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、sec−ブトキシ基、tert−ブトキシ基、n−ペントキシ基、n−ヘキトキシ基、ヘプトキシ基、オクトキシ基、2−エチルヘキトキシ基、ノニルオキシ基、デシルオキシ基、ウンデシルオキシ基、ドデシルオキシ基等が挙げられる。
アシル基としては、アセチル、プロピオニル、ブチリル等が挙げられる。
炭化水素基としては、飽和炭化水素基及び不飽和炭化水素基のいずれでもよく、アルキル基、一価の脂環式炭化水素基及び一価の芳香族炭化水素基のいずれでもよい。また、これらの置換基が混在した炭化水素基(例えば、アラルキル基、アルキル−アリール基等)であってもよい。
不飽和炭化水素基としては、アルケニル基(ビニル基、アリル基等)、アルキニル基(エチニル基等)が挙げられる。
アラルキル基としては、例えば、ベンジル基、ナフチルメチル基等が挙げられる。
式(A)で表される化合物では、特に、Rは、水素原子又はメチル基であることが適している。
は、単結合又は−CO−O−あることが適している(はWとの結合手を表す、以下同じ意味を表す)。
は、−O−CO−、−CO−O−、−O−(CH−CO−、−O−(CH−CO−O−又は−O−CO−(CH−O−CO−であることが適しており、さらに、−O−(CH−CO−又は−O−CO−(CH−O−CO−が好ましく、これらのうちkが1であるものがより好ましい。
Wは、式(W−1)で表される基であることが適している。
Figure 2011074365
[式(W−1)中、
10は、水素原子、式(R−1)で表される基又は式(R−2)で表される基を表す。
nは、上記と同じ意味を表す。
pは、0〜3の整数を表す。ただし、n+pは、1〜3の整数である。
*1はZとの結合手を表し、*2はZとの結合手を表す。]
式(R−1)で表される基及び式(R−2)で表される基としては、例えば、以下の基が挙げられる。ここで、*はWとの結合手を示す。
Figure 2011074365
Figure 2011074365
なかでも、第三級アルキル基含有基が好ましく、tert−ブチルオキシカルボニル基がより好ましい。
においては、R、R及びRが、それぞれ独立に、炭素数1〜4のアルキル基であるものが好ましい。
及びRが、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜4のアルキル基であるものが好ましく、さらに、Rが、式(R−1)〜式(R−4)のいずれかで表される基であるものが好ましい。なかでも、Rは水素原子が好ましい。
Figure 2011074365
nは1であることが好ましい。pは0又は1であることが好ましい。
式(A)で表される化合物としては、例えば、以下の式(A1)〜式(A4)で表される化合物であることが好ましい。
Figure 2011074365
[式中、
、Z、Z、W、R、R10、n及びpは、上記と同じ意味を表す。
ただし、n+pは、1〜3の整数である。]
また、式(A1)で表される化合物としては、以下の式(A1a)で表される化合物又は式(A1b)で表される化合物が好ましい。
Figure 2011074365
[式(A1a)及び式(A1b)中、
11は、それぞれ独立に、水素原子、水酸基又は−OR10基を表す。
、R及R10は、上記と同じ意味を表す。]
より好ましくは、式(A1)で表される化合物は、以下の式(A1a1)で表される化合物、式(A1a2)で表される化合物、式(A1b1)で表される化合物又は式(A1b2)で表される化合物である。
Figure 2011074365
[式(A1a1)、式(A1a2)、式(A1b1)、式(A1b2)中、
、R及びR10は、上記と同じ意味を表す。]
さらに好ましくは、上記式(A1a1)、式(A1a2)、式(A1b1)又は式(A1b2)において、Rが水素原子又はメチル基であり、かつRが水素原子である化合物が挙げられる。
式(A)で表される化合物としては、例えば、以下のものが挙げられる。
Figure 2011074365
Figure 2011074365
Figure 2011074365
Figure 2011074365
Figure 2011074365
Figure 2011074365
Figure 2011074365
Figure 2011074365
上述した式(A)で表される化合物は、例えば、下記の反応式で表される製造方法によって製造することができる。
出発物質として使用する式(1)で表される化合物(例えば、(メタ)アクリル酸3−ヒドロキシ−1−アダマンチル又は(メタ)アクリル酸3,5−ジヒドロキシ−1−アダマンチル等)と式(2)で表される化合物(例えば、クロロアセチルクロリドなど)とを、塩基性触媒下、溶媒中で反応させることにより式(3)で表される化合物が得られる。ここで、塩基性触媒としては、ピリジン等が好ましい。溶剤としては、テトラヒドロフラン等が好ましい。
次いで、得られた式(3)で表される化合物と式(4)で表される化合物(例えば、安息香酸など)とを、触媒下、溶剤中で反応させることにより、Zが、−O−CO−(CH−O−CO−である式(A−1)で表される化合物を得ることができる。ここで、触媒としては、炭酸カリウム及びヨウ化カリウムの混合触媒が好ましい。溶剤としては、ジメチルホルムアミドが好ましい。
Figure 2011074365
[R、Z、W、R及びnは、上記と同じ意味を表す。
は、−CO−(CH−を表す。]
また、出発物質として使用する式(5)で表される化合物(例えば、4−アセチルフェノールなど)のメチル基の水素原子を溶剤中、ハロゲンに置き換えることにより、式(6)で表される化合物を得る。ここで、溶剤としては、クロロホルムが好ましい。ハロゲンとしては臭素が好ましい。
次いで、得られた式(6)で表される化合物と式(7)で表される化合物(例えば、(メタ)アクリル酸3−ヒドロキシ−1−アダマンチル又は(メタ)アクリル酸3,5−ジヒドロキシ−1−アダマンチルなど)とを、触媒下、溶剤中で反応させることにより、Zが、―O―CH−CO−である式(A−2)で表される化合物を得ることができる。ここで、触媒としては、炭酸カリウム及びヨウ化カリウムの混合触媒が好ましい。溶剤としては、ジメチルホルムアミドが好ましい。
Figure 2011074365
[R、Z、W、R及びnは、上記と同じ意味を表す。
Xは、ハロゲン原子を表す。]
本発明の樹脂は、式(A)で表される化合物に由来する構造単位を含む。この樹脂では、式(A)で表される化合物が単独又は複数種で用いられていてもよい。また、式(A)のみを含有する樹脂であってもよいが、酸に不安定な基を有する化合物に由来する構造単位を含んでいることが好ましい。本発明の酸に不安定な基を有する化合物に由来する構造単位を含んでいる樹脂は、アルカリ水溶液に不溶又は難溶な樹脂であり、酸と作用した樹脂はアルカリ水溶液で溶解し得る樹脂である。
酸に不安定な基としては、−COOR基が挙げられ、Rとしては、tert−ブチル、メトキシメチル、エトキシメチル、1−エトキシエチル、1−イソブトキシエチル、1−イソプロポキシエチル、1−エトキシプロピル、1−(2−メトキシエトキシ)エチル、1−(2−アセトキシエトキシ)エチル、1−〔2−(1−アダマンチルオキシ)エトキシ〕エチル、1−〔2−(1−アダマンタンカルボニルオキシ)エトキシ〕エチル、テトラヒドロ−2−フリル、テトラヒドロ−2−ピラニル、イソボルニル、1−アルキルシクロアルキル、2−アルキル−2−アダマンチル、1−(1−アダマンチル)−1−アルキルアルキルなどが挙げられる。
本発明の樹脂は、酸に不安定な基と炭素−炭素二重結合とを有するモノマーを付加重合して製造することができる。
該モノマーとしては、酸に不安定な基として、2−アルキル−2−アダマンチル基、1−(1−アダマンチル)−1−アルキルアルキル基などの脂環式構造などの嵩高い基を含むモノマーが、得られるレジストの解像度が優れる傾向があることから好ましい。
具体的な嵩高い基を含むモノマーとしては、例えば、(メタ)アクリル酸2−アルキル−2−アダマンチル、(メタ)アクリル酸1−(1−アダマンチル)−1−アルキルアルキル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸2−アルキル−2−アダマンチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸1−(1−アダマンチル)−1−アルキルアルキル、α−クロロアクリル酸2−アルキル−2−アダマンチル、α−クロロアクリル酸1−(1−アダマンチル)−1−アルキルアルキルなどが挙げられる。
特に(メタ)アクリル酸2−アルキル−2−アダマンチルやα−クロロアクリル酸2−アルキル−2−アダマンチルをモノマーとして用いた場合は、得られるレジストの解像度が優れる傾向があることから好ましい。
具体的には、(メタ)アクリル酸2−アルキル−2−アダマンチルとしては、例えば、アクリル酸2−メチル−2−アダマンチル、メタクリル酸2−メチル−2−アダマンチル、アクリル酸2−エチル−2−アダマンチル、メタクリル酸2−エチル−2−アダマンチル、アクリル酸2−n−ブチル−2−アダマンチルなどが挙げられ、α−クロロアクリル酸2−アルキル−2−アダマンチルとしては、例えば、α−クロロアクリル酸2−メチル−2−アダマンチル、α−クロロアクリル酸2−エチル−2−アダマンチルなどが挙げられる。
これらの中でも(メタ)アクリル酸2−エチル−2−アダマンチル又は(メタ)アクリル酸2−イソプロピル−2−アダマンチルは、得られるレジストの感度が優れ耐熱性にも優れる傾向があることから好ましい。
(メタ)アクリル酸2−アルキル−2−アダマンチルは、通常、2−アルキル−2−アダマンタノール又はその金属塩とアクリル酸ハライド又はメタクリル酸ハライドとの反応により製造できる。
本発明に用いられる樹脂は、式(A)で表される化合物に由来する構造単位及び酸に不安定な基を有するモノマーに由来する構造単位に加えて、酸に安定なモノマーに由来する構造単位を含んでいてもよい。ここで、酸に安定なモノマーに由来する構造とは、後述する酸発生剤によって開裂しない構造を意味する。
具体的には、
アクリル酸やメタクリル酸等に由来する構造単位、
無水マレイン酸や無水イタコン酸のような脂肪族不飽和ジカルボン酸無水物に由来する構造単位、
2−ノルボルネンに由来する構造単位、
(メタ)アクリロニトリルに由来する構造単位、−COO−CH(R’)基又は−COO−CH(R’)基(R’はアルキル又は1−アダマンチル)を有する(メタ)アクリル酸エステル類に由来する構造単位、
p−又はm−ヒドロキシスチレンなどのスチレン系モノマーに由来する構造単位、
ラクトン環がアルキル基で置換されていてもよい(メタ)アクリロイロキシ−γ−ブチロラクトンに由来する構造単位、
水酸基を有していてもよい1−アダマンチルを有するモノマーに由来する構造単位などを挙げることができる。
具体的な酸に安定なモノマーとしては、(メタ)アクリル酸3−ヒドロキシ−1−アダマンチル、(メタ)アクリル酸3,5−ジヒドロキシ−1−アダマンチル、α−(メタ)アクリロイロキシ−γ−ブチロラクトン、β−(メタ)アクリロイロキシ−γ−ブチロラクトン、式(a)で示される構造単位を与えるモノマー、式(b)で示される構造単位を与えるモノマー、p−又はm−ヒドロキシスチレン、2−ノルボルネン、無水マレイン酸、無水イタコン酸などが例示される。
なかでも、特に、スチレン系モノマーに由来する構造単位、(メタ)アクリル酸3−ヒドロキシ−1−アダマンチルに由来する構造単位、(メタ)アクリル酸3,5−ジヒドロキシ−1−アダマンチルに由来する構造単位、式(a)で示される構造単位、式(b)で示される構造単位又は式(f)で表される構造単位を有する樹脂を含有するレジスト組成物は、基板への接着性及びレジストの解像性が向上する傾向にあることから好ましい。
Figure 2011074365
(式中、R21及びR22は、互いに独立に、水素原子又はメチル基を表し、
23及びR24は、互いに独立に水素原子、メチル基、トリフルオロメチル基又はハロゲン原子を表し、
i及びjは、1〜3の整数を表す。iが2又は3のときには、R23は互いに異なる基であってもよく、jが2又は3のときには、R24は互いに異なる基であってもよい。)
(メタ)アクリロイロキシ−γ−ブチロラクトンとしては、例えば、α−アクリロイロキシ−γ−ブチロラクトン、α−メタクリロイロキシ−γ−ブチロラクトン、α−アクリロイロキシ−β,β−ジメチル−γ−ブチロラクトン、α−メタクリロイロキシ−β,β−ジメチル−γ−ブチロラクトン、α−アクリロイロキシ−α−メチル−γ−ブチロラクトン、α−メタクリロイロキシ−α−メチル−γ−ブチロラクトン、β−アクリロイロキシ−γ−ブチロラクトン、β−メタクリロイロキシ−γ−ブチロラクトン、β−メタクリロイロキシ−α−メチル−γ−ブチロラクトンなどが挙げられる。
KrFエキシマレーザ露光、EUV露光又はEB露光を利用する場合は、樹脂の構造単位として、スチレン系モノマーに由来する構造単位を用いても充分な透過率を得ることができる。このような樹脂を得る場合は、該当する(メタ)アクリル酸エステルモノマーとアセトキシスチレン、及びスチレンをラジカル重合した後、酸によって脱アセチルすることによって得ることができる。
スチレン系モノマーに由来する構造単位を与えるモノマーとしては、例えば、以下の化合物が挙げられる。
Figure 2011074365
Figure 2011074365
スチレン系モノマーとしては、4−ヒドロキシスチレン又は4−ヒドロキシ−α−メチルスチレンが特に好ましい。
2−ノルボルネンに由来する構造単位を含む樹脂は、その主鎖に直接脂環式骨格を有するために頑丈な構造となり、ドライエッチング耐性に優れるという特性を示す。2−ノルボルネンに由来する構造単位は、例えば、対応する2−ノルボルネンの他に無水マレイン酸や無水イタコン酸のような脂肪族不飽和ジカルボン酸無水物を併用したラジカル重合により主鎖へ導入し得る。したがって、ノルボルネン構造の二重結合が開いて形成されるものは式(c)で表すことができ、無水マレイン酸無水物及び無水イタコン酸無水物の二重結合が開いて形成されるものはそれぞれ式(d)及び式(e)で表すことができる。
Figure 2011074365
ここで、式(c)中のR25及びR26は、互いに独立に、水素原子、炭素数1〜3のアルキル基、カルボキシル基、シアノ基もしくは−COOUを表すか、R25及びR26が結合して、−C(=O)OC(=O)−で示される基を形成し、該アルキル基に含まれる水素原子は水酸基で置換されていてもよい。
Uは、置換されていてもよい炭素数1〜8程度のアルキル基、2−オキソオキソラン−3−又は−4−イル基を表し、該アルキル基は、水酸基又は脂環式炭化水素基で置換されていてもよい。
アルキル基としては、メチル基、エチル基及びプロピル基が挙げられ、水酸基を有するアルキル基としては、ヒドロキシメチル基及び2−ヒドロキシエチル基が挙げられる。
式(c)で示される構造単位を与えるモノマーとしては、次のような化合物を挙げることができる。
2−ノルボルネン、
2−ヒドロキシ−5−ノルボルネン、
5−ノルボルネン−2−カルボン酸、
5−ノルボルネン−2−カルボン酸メチル、
5−ノルボルネン−2−カルボン酸2−ヒドロキシ−1−エチル、
5−ノルボルネン−2−メタノール、
5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸無水物。
樹脂は、酸に安定な基として、式(f)で表される構造単位を含有してもよい。
Figure 2011074365
[式(f)中、
30は、水素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基を表す。
ARは、炭素数1〜30の炭化水素基を表し、該炭化水素基に含まれる水素原子の少なくとも1個以上がフッ素原子に置換されている。該炭化水素基に含まれるメチレン基は、酸素原子、硫黄原子又は−N(R)−で置換されていてもよく、該炭化水素基に含まれる水素原子は、水酸基又は炭素数1〜6のアルキル基で置換されていてもよい。
は、水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基を表す。]
式(f)で表される構造単位を与えるモノマーとしては、具体的には、以下のモノマーを挙げることができる。
Figure 2011074365
Figure 2011074365
樹脂は、通常、酸に不安定な基を有するモノマーに由来する構造単位を、樹脂の全構造単位に対して10〜80モル%含む。
酸に不安定な基を有するモノマーに由来する構造単位として、特に、メタクリル酸2−アルキル−2−アダマンチル、アクリル酸2−アルキル−2−アダマンチル、メタクリル酸1−(1−アダマンチル)−1−アルキルアルキル、アクリル酸2−アルキル−2−アダマンチルメタアクリル酸1−(1−アダマンチル)−1−アルキルアルキルに由来する構造単位を含む場合は、該構造単位が樹脂を構成する全構造単位のうち15モル%以上となると、レジスト組成物のドライエッチング耐性の面で有利である。
樹脂の重量平均分子量は、好ましくは2,500以上100,000以下であり、より好ましくは2,700以上50,000以下であり、さらに好ましくは3,000以上40,000以下である。なお、ここでいう重量平均分子量は、ゲルパーミュエーションクロマトグラフィー分析により、標準ポリスチレン基準の換算値として求められるものであり、該分析の詳細な分析条件は、本願の実施例で詳述する。
樹脂においては、式(A)で表される化合物に由来する構造単位は、樹脂の全単位において、質量換算で、好ましくは5〜95%であり、より好ましくは10〜90%である。
樹脂としては、下記の構造単位を有する樹脂B1〜B24が挙げられる。
Figure 2011074365
Figure 2011074365

Figure 2011074365
本発明のレジスト組成物は、上述した樹脂及び酸発生剤を含有する。
酸発生剤としては、ジアゾニウム塩、ホスホニウム塩、スルホニウム塩、ヨードニウム塩、イミドスルホネート、オキシムスルホネート、ジアゾジスルホン、ジスルホン、o−ニトロベンジルスルホネート等が挙げられる。
酸発生剤としては、例えば、米国特許第3,849,137号、独国特許第3914407号、特開昭63−26653号、特開昭55−164824号、特開昭62−69263号、特開昭63−146038号、特開昭63−163452号、特開昭62−153853号、特開昭63−146029号、米国特許第3,779,778号、欧州特許第126,712号等に記載の化合物が挙げられる。
酸発生剤は、式(I)で表される塩であることが好ましい。
Figure 2011074365
[式(I)中、
及びQは、互いに独立に、フッ素原子又は炭素数1〜6のペルフルオロアルキル基を表す。
は、単結合又は炭素数1〜21の2価の飽和炭化水素基を表し、該飽和炭化水素基に含まれるメチレン基は酸素原子又はカルボニル基で置換されていてもよい。
は、炭素数1〜36のアルキル基、炭素数3〜36の脂環式炭化水素基又は炭素数6〜36の芳香族炭化水素基であり、該アルキル基、脂環式炭化水素基及び芳香族炭化水素基は置換基を有していてもよく、脂環式炭化水素基に含まれるメチレン基は酸素原子又はカルボニル基で置換されていてもよい。
は、有機対カチオンを表す。]
ペルフルオロアルキル基としては、ペルフルオロメチル基、ペルフルオロエチル基、ペルフルオロ−n−プロピル基、ペルフルオロイソプロピル基、ペルフルオロ−n−ブチル基、ペルフルオロ−sec−ブチル基、ペルフルオロ−tert−ブチル基、ペルフルオロ−n−ペンチル基、ペルフルオロ−n−ヘキシル基などが挙げられる。なかでも、ペルフルオロメチル基が好ましい。
2価の飽和炭化水素基としては、例えば、アルキレン基、シクロアルキレン基を含む基が挙げられる。
アルキレン基としては、例えば、メチレン基、ジメチレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基、ペンタメチレン基、ヘキサメチレン基、ヘプタメチレン基、オクタメチレン基、ノナメチレン基、デカメチレン基、ウンデカメチレン基、ドデカメチレン基、トリデカメチレン基、テトラデカメチレン基、ペンタデカメチレン基、ヘキサデカメチレン基、ヘプタデカメチレン基、エチレン基、プロピレン基、イソプロピレン基、sec−ブチレン基及びtert−ブチレン基などが挙げられる。
シクロアルキレン基としては、シクロプロピレン基、シクロブリレン基、シクロペンチレン基、シクロへキシレン基、メチルシクロヘキシレン基、ジメチルシクロへキシレン基、シクロヘプチレン基及びシクロオクチレン基などが挙げられる。
式(I)で表される塩(以下、塩(I)と記載することがある)のアニオンにおいて、Q1及びQ2は、それぞれ独立にフッ素原子又は−CFであることが好ましく、両方ともフッ素原子がより好ましい。
は、−CO−O−X10−、−CO−O−X11−CO−O−、−X11−O−CO−、−X11−O−X12−であることが適しており、−CO−O−X10−、−CO−O−X11
−CO−O−が好ましい。X10、X11及びX12は、それぞれ独立に、単結合又は炭素数1〜15のアルキレン基を表す。
は、置換基を有してもよい炭素数4〜36の脂環式炭化水素基が適している。
また、Yのアルキル基、脂環式炭化水素基及び芳香族炭化水素基に置換されていてもよい置換基としては、例えば、ハロゲン原子、水酸基、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数6〜20の芳香族炭化水素基、炭素数7〜21のアラルキル基、グリシジルオキシ基又は炭素数2〜4のアシル基が挙げられる。
式(I)で表される塩のアニオンとしては、以下の式(IA)、式(IB)、式(IC)、式(ID)等が挙げられる。なかでも、式(IA)及び式(IB)で表されるアニオン等が適している。
Figure 2011074365
[式(IA)、式(IB)、式(IC)及び式(ID)中、
、Q、Y、X10、X11及びX12は、上記と同じ意味を表す。]
として、式(W1)〜式(W26)で表される基などが挙げられる。なかでも、式(W1)〜式(W19)で表される基などが好ましく、より好ましくは式(W12)、式(W15)、式(W16)及び式(W19)で表される基である。
Figure 2011074365
としては、例えば、以下の基が挙げられる。
Figure 2011074365
Figure 2011074365
Figure 2011074365
Figure 2011074365
アニオンとしては、例えば、下記のもの等が挙げられる。
Figure 2011074365
Figure 2011074365
Figure 2011074365
Figure 2011074365
Figure 2011074365
Figure 2011074365
Figure 2011074365
Figure 2011074365
Figure 2011074365
Figure 2011074365
Figure 2011074365
Figure 2011074365
Figure 2011074365
Figure 2011074365
Figure 2011074365
Figure 2011074365
Figure 2011074365
Figure 2011074365
Figure 2011074365
Figure 2011074365
Figure 2011074365
式(I)で表される塩におけるZとしては、例えば、式(IXz)、式(IXb)、式(IXc)又は式(IXd)で表されるカチオン等が挙げられる。
Figure 2011074365
[式(IXz)中、
、P及びPは、互いに独立に、炭素数1〜30のアルキル基、炭素数3〜30の脂環式炭化水素基又は炭素数6〜20の芳香族炭化水素基を表し、該アルキル基に含まれる水素原子は、水酸基、炭素数1〜12のアルコキシ基又は炭素数3〜12の環式炭化水素基で置換されていてもよく、該脂環式炭化水素基及び芳香族炭化水素に含まれる水素原子は、水酸基、ハロゲン原子、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数1〜12のアルコキシ基又は炭素数4〜36の脂環式炭化水素で置換されていてもよい。
式(IXb)中、P及びPは、互いに独立に、水素原子、水酸基、炭素数1〜12のアルキル基又は炭素数1〜12のアルコキシ基を表す。
式(IXc)中、P及びPは、互いに独立に、炭素数1〜12のアルキル基又は炭素数3〜12のシクロアルキル基を表すか、PとPとが一緒になって、炭素数3〜12の環を形成する。
は、水素原子を表し、Pは、炭素数6〜20の芳香族炭化水素基を表すか、PとPとが一緒になって、炭素数3〜12の環を形成し、該芳香族炭化水素基に含まれる水素原子は、炭素数1〜12のアルキル基又は炭素数3〜12のシクロアルキル基で置換されていてもよい。
式(IXd)中、P10〜P21は、互いに独立に、水素原子、水酸基、炭素数1〜12のアルキル基又は炭素数1〜12のアルコキシ基を表す。
Eは、硫黄原子又は酸素原子を表す。
mは、0又は1を表す。]
環式炭化水素基としては、脂環式炭化水素及び芳香族炭化水素等のいずれでもよい。なかでも、芳香族炭化水素基が好ましい。
前記の式(IXz)で表されるカチオンの中でも、例えば、式(IXa)で表されるカチオン等が好ましい。
Figure 2011074365
[式(IXa)中、P〜Pは、互いに独立に、水素原子、水酸基、ハロゲン原子、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数1〜12のアルコキシ基又は炭素数4〜36の脂環式炭化水素を表し、該脂環式炭化水素基に含まれる水素原子は、ハロゲン原子、水酸基、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数1〜12のアルコキシ基、炭素数6〜12のアリール基、炭素数7〜12のアラルキル基、グリシジルオキシ基又は炭素数2〜4のアシル基で置換されていてもよい。]
特に、脂環式炭化水素基として、アダマンチル骨格、イソボルニル骨格を含むものが適しており、好ましくは2−アルキル−2−アダマンチル基、1−(1−アダマンチル)−1−アルキル基及びイソボルニル基等が挙げられる。
式(IXa)で表されるカチオンとしては、例えば、下記のもの等が挙げられる。
Figure 2011074365
式(IXa)で表されるカチオンの中でも、式(IXe)で表されるカチオンが、その製造が容易であること等の理由により、好ましく挙げられる。
Figure 2011074365
[式(IXe)中、
22、P23及びP24は、互いに独立に、水素原子、水酸基、ハロゲン原子、炭素数1〜12のアルキル基又は炭素数1〜12のアルコキシ基を表す。]
前記式(IXb)で表されるカチオンとしては、例えば、下記のもの等が挙げられる。
Figure 2011074365
前記式(IXc)で表されるカチオンとしては、例えば、下記のもの等が挙げられる。
Figure 2011074365
Figure 2011074365
前記式(IXd)で表されるカチオンとしては、例えば、下記のもの等が挙げられる。
Figure 2011074365
Figure 2011074365
上述したアニオン及びカチオンは、任意に組合せることができる。
例えば、式(I)で表される塩としては、式(Xa)〜式(Xi)で表される化合物が挙げられる。
Figure 2011074365
[式(Xa)〜(Xi)中、
25、P26及びP27は、互いに独立に、水素原子、炭素数1〜4のアルキル基又は炭素数4〜36の脂環式炭化水素基を表す。
28及びP29は、互いに独立に、炭素数1〜12のアルキル基又は炭素数4〜36の脂環式炭化水素基を表すか、P28とP29とが一緒になってSを含んで炭素数2〜6の環を形成する。
30は、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数4〜36の脂環式炭化水素基又は置換されていてもよい炭素数6〜20の芳香族炭化水素基を表すか、P30とP31とが一緒になって炭素数3〜12の環を形成し、該環に含まれるメチレン基は、酸素原子、硫黄原子又はカルボニル基で置換されていてもよい。
及びQは、上記と同義である。
13は、単結合又はメチレン基を表す。]
28とP29とが一緒になって形成する環としては、テトラヒドロチオフェニウム基などが挙げられる。
30とP31とが一緒になって形成する環としては、上述した式(W13)〜式(W15)の基などが挙げられる。
上記の組合せのうち、以下の塩が好ましい。
Figure 2011074365
式(I)で表される塩は、例えば、特開第2008−209917号公報に記載された方法に準じて製造することができる。
本発明の組成物では、酸発生剤の含有量は、樹脂100質量部に対して、1〜30質量部であることが好ましく、1〜20質量部であることがより好ましく、1〜15質量部であることがさらに好ましい。式(I)で表される酸発生剤は、単独で又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。
上述した酸発生剤と樹脂とを含有するレジスト組成物は、塩基性化合物を含んでいてもよい。塩基性化合物としては、好ましくは、塩基性含窒素有機化合物、とりわけ好ましくはアミン又はアンモニウム塩が挙げられる。塩基性化合物をクエンチャーとして添加することにより、露光後の引き置きに伴う酸の失活による性能劣化を改良することができる。クエンチャーに用いられる塩基性化合物の具体的な例としては、以下の各式で示されるようなものが挙げられる。
Figure 2011074365
式中、T、T及びTは、互いに独立に、水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数5〜10の脂環式炭化水素基又は炭素数6〜20の芳香族炭化水素基を表し、該アルキル基、該脂環式炭化水素基及び芳香族炭化水素基に含まれる水素原子は、水酸基、アミノ基又は炭素数1〜6のアルコキシ基で置換されていてもよく、該アミノ基に含まれる水素原子は、炭素数1〜4のアルキル基で置換されていてもよい。
〜Tは、互いに独立に、水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数5〜10の脂環式炭化水素基又は炭素数6〜20の芳香族炭化水素基を表し、該アルキル基、該脂環式炭化水素基、該芳香族炭化水素基及び該アルコキシ基に含まれる水素原子は、水酸基、アミノ基又は炭素数1〜6のアルコキシ基で置換されていてもよく、該アミノ基に含まれる水素原子は、炭素数1〜4のアルキル基で置換されていてもよい。
は、炭素数1〜6のアルキル基又は炭素数5〜10の脂環式炭化水素基を表し、該アルキル基及び該脂環式炭化水素基に含まれる水素原子は、水酸基、アミノ基又は炭素数1〜6のアルコキシ基で置換されていてもよく、該アミノ基に含まれる水素原子は、炭素数1〜4のアルキル基で置換されていてもよい。
Aは、炭素数2〜6のアルキレン基、カルボニル基、イミノ基、スルファンジイル基又はジスルファンジイル基を表す。
このような化合物として、具体的には、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、アニリン、2−,3−又は4−メチルアニリン、4−ニトロアニリン、ジイソプロピルアニリン、1−又は2−ナフチルアミン、エチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、4,4’−ジアミノ−1,2−ジフェニルエタン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジメチルジフェニルメタン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジエチルジフェニルメタン、ジブチルアミン、ジペンチルアミン、ジヘキシルアミン、ジヘプチルアミン、ジオクチルアミン、ジノニルアミン、ジデシルアミン、N−メチルアニリン、ピペリジン、ジフェニルアミン、トリエチルアミン、トリメチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、トリペンチルアミン、トリヘキシルアミン、トリヘプチルアミン、トリオクチルアミン、トリノニルアミン、トリデシルアミン、メチルジブチルアミン、メチルジペンチルアミン、メチルジヘキシルアミン、メチルジシクロヘキシルアミン、メチルジヘプチルアミン、メチルジオクチルアミン、メチルジノニルアミン、メチルジデシルアミン、エチルジブチルアミン、エチルジペンチルアミン、エチルジヘキシルアミン、エチルジヘプチルアミン、エチルジオクチルアミン、エチルジノニルアミン、エチルジデシルアミン、ジシクロヘキシルメチルアミン、トリス〔2−(2−メトキシエトキシ)エチル〕アミン、トリイソプロパノールアミン、N,N−ジメチルアニリン、2,6−ジイソプロピルアニリン、イミダゾール、ピリジン、4−メチルピリジン、4−メチルイミダゾール、ビピリジン、2,2’−ジピリジルアミン、ジ−2−ピリジルケトン、1,2−ジ(2−ピリジル)エタン、1,2−ジ(4−ピリジル)エタン、1,3−ジ(4−ピリジル)プロパン、1,2−ビス(2−ピリジル)エチレン、1,2−ビス(4−ピリジル)エチレン、1,2−ビス(4−ピリジルオキシ)エタン、4,4’−ジピリジルスルフィド、4,4’−ジピリジルジスルフィド、1,2−ビス(4−ピリジル)エチレン、2,2′−ジピコリルアミン、3,3′−ジピコリルアミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトライソプロピルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド、テトラ−n−ヘキシルアンモニウムヒドロキシド、テトラ−n−オクチルアンモニウムヒドロキシド、フェニルトリメチルアンモニウムヒドロキシド、3−トリフルオロメチルフェニルトリメチルアンモニウムヒドロキシド、(2−ヒドロキシエチル)トリメチルアンモニウムヒドロキシド(通称:コリン)などを挙げることができる。なかでも、ジイソプロピルアニリンが好ましい。
さらには、特開平11−52575号公報に開示されているような、ピペリジン骨格を有するヒンダードアミン化合物をクエンチャーとすることもできる。
本発明のレジスト組成物は、その全固形分量を基準に、樹脂を80〜99.9重量%程度、そして酸発生剤を0.1〜20重量%程度の範囲で含有することが好ましい。
また、クエンチャーとして塩基性化合物を含有する場合は、レジスト組成物の全固形分量を基準に、0.01〜1重量%程度の範囲で含有するのが好ましい。
レジスト組成物としては、さらに、必要に応じて、増感剤、溶解抑止剤、他の樹脂、界面活性剤、安定剤、染料など、各種の添加物を少量含有することもできる。
本発明のレジスト組成物は、通常、上記の各成分が溶剤に溶解された状態でレジスト液組成物とされ、シリコンウェハなどの基体上に、スピンコーティングなどの通常工業的に用いられている方法によって塗布される。ここで用いる溶剤は、各成分を溶解し、適当な乾燥速度を有し、溶剤が蒸発した後に均一で平滑な塗膜を与えるものであればよく、この分野で通常工業的に用いられている溶剤が使用できる。
例えば、エチルセロソルブアセテート、メチルセロソルブアセテート及びプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートのようなグリコールエーテルエステル類、プロピレングリコールモノメチルエーテルのようなグリコールエーテル類、乳酸エチル、酢酸ブチル、酢酸アミル及びピルビン酸エチルのようなエステル類、アセトン、メチルイソブチルケトン、2−ヘプタノン及びシクロヘキサノンのようなケトン類、γ−ブチロラクトンのような環状エステル類などを挙げることができる。これらの溶剤は、それぞれ単独で、又は2種以上組み合わせて用いることができる。
本発明のレジストパターンの製造方法は、
(1)上述した本発明のレジスト組成物を基板上に塗布する工程、
(2)塗布後の組成物から溶剤を除去して組成物層を形成する工程、
(3)組成物層に露光機を用いて露光する工程、
(4)露光後の組成物層を加熱する工程、
(5)加熱後の組成物層を、現像装置を用いて現像する工程を含む。
レジスト組成物の基体上への塗布は、スピンコーターなど、通常、用いられる装置によって行うことができる。
溶剤の除去は、例えば、ホットプレート等の加熱装置を用いて溶剤を蒸発させることにより行われるか、又は減圧装置を用いて行われ、溶剤が除去された組成物層が形成される。この場合の温度は、例えば、50〜200℃程度が例示される。また、圧力は、1〜1.0×10Pa程度が例示される。
得られた組成物層は、露光機を用いて露光する。ここでの露光機は、液浸露光機であってもよい。この際、通常、求められるパターンに相当するマスクを介して露光が行われる。露光光源としては、KrFエキシマレーザ(波長248nm)、ArFエキシマレーザ(波長193nm)、F2エキシマレーザ(波長157nm)のような紫外域のレーザ光を放射するもの、固体レーザ光源(YAG又は半導体レーザ等)からのレーザ光を波長変換して遠紫外域又は真空紫外域の高調波レーザ光を放射するもの等、種々のものを用いることができる。
露光後の組成物層は、脱保護基反応を促進するための加熱処理が行われる。加熱温度としては、通常50〜200℃程度、好ましくは70〜150℃程度である。
加熱後の組成物層を、現像装置を用いて、通常、アルカリ現像液を利用して現像する。ここで用いられるアルカリ現像液は、この分野で用いられる各種のアルカリ性水溶液であればよい。例えば、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドや(2−ヒドロキシエチル)トリメチルアンモニウムヒドロキシド(通称コリン)の水溶液等が挙げられる。
現像後は超純水でリンスし、基板及びパターン上に残った水を除去することが好ましい。
本発明の樹脂及びそれを用いた組成物は、レジスト組成物、特に、化学増幅型フォトレジスト組成物に有用であり、半導体の微細加工、液晶、サーマルヘッド等の回路基板の製造、さらにその他のフォトファブリケーション工程等、広範な用途に好適に利用することができる。特に、良好なLERを示すことから、KrFなどのエキシマレーザーリソグラフィならびにEBリソグラフィ、EUV露光リソグラフィに好適な化学増幅型フォトレジスト組成として用いることができる。また、液浸露光のほか、ドライ露光などにも用いることができる。さらに、ダブルイメージング用にも用いることができ、工業的に有用である。
以下、本発明を実施例によって詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
実施例及び比較例中、含有量及び使用量を表す%及び部は、特記ないかぎり質量基準である。
重量平均分子量は、ポリスチレンを標準品として、ゲルパーミュエーションクロマトグラフィー(東ソー株式会社製HLC−8120GPC型、カラムは”TSKgel Multipore HXL−M”3本、溶媒はテトラヒドロフラン)により求めた値である。
カラム:TSKgel Multipore HXL−M 3本+ ガードカラム(東ソー(株)製)
溶離液:テトラヒドロフラン
流量:1.0mL/min
検出器:RI検出器
カラム温度:40℃
注入量:100μl
分子量標準:標準ポリスチレン(東ソー社製)
化合物の構造は、NMR(日本電子製GX−270型又はEX−270型)、質量分析(LCはAgilent製1100型、MASSはAgilent製LC/MSD型又はLC/MSD TOF型)で確認した。
実施例1:化合物(a1−4)の合成
Figure 2011074365
化合物(a1−4−a)13.62部、1,4−ジオキサン23.30部を仕込み、23℃で攪拌下溶解させた。得られた混合液に、臭素−ジオキサン錯体25.00部を1,4−ジオキサン125部に溶解した混合液を、23℃で1時間かけて滴下した。得られた混合液をさらに23℃で1時間攪拌した。得られた混合液に5%炭酸カリウム水溶液140部を加え、酢酸エチル115部を加え、得られた溶液を攪拌して、分液を行った。回収された有機層にイオン交換水133部を添加し、分液水洗し、有機層を回収した。得られた有機層の濃縮を行った。得られた濃縮マスにメタノール50部を加えて攪拌し、23℃で再結晶を行い、ろ過することにより、白色固体として、化合物(a1−4−b)17.80部を得た。
化合物(a1−4−b)15.05部、酢酸エチル45.00部及びp−トルエンスルホン酸0.0013部を仕込み、23℃で攪拌下溶解させた。得られた混合液に、エチルビニルエーテル6.06部を仕込み、23℃で5時間攪拌した。得られた混合液に、イオン交換水33部を添加し、分液水洗し、有機層を回収した。得られた有機層の濃縮することにより、化合物(a1−4−b)の水酸基保護体を得た。
テトラヒドロフラン(THF)10.00部、4−ジメチルアミノピリジン1.46部及びメタクリル酸3−ヒドロキシ−1−アダマンチル2.36部をそれぞれ仕込み、23℃で攪拌下溶解させた。得られた混合液に化合物(a1−4−b)の水酸基保護体2.87部を40℃で1時間かけて添加し、40℃で16時間攪拌した。得られた混合物にイオン交換水10.00部及び酢酸エチル25.00部を添加し、分液して有機層を回収した。回収された有機層に5%炭酸水素ナトリウム水溶液25.00部を添加し、分液して有機層を回収した。さらに、回収された有機層に1%塩酸25.00部を添加し、3時間攪拌し、分液して有機層を回収した。回収された有機層を濃縮し、以下の条件でカラム分取して、化合物(a1−4)1.58部を得た。
展開媒体;シリカゲル60−200メッシュ;メルク社製
展開溶媒:n−ヘプタン/酢酸エチル=10/1(容量比)
MS:370.2
H−NMR(ジメチルスルホキシド−d、内部標準物質テトラメチルシラン):δ(ppm)1.47−2.20(m,15H)、2.31−2.40(m,2H)、4.67(s,2H)、5.49(m,1H)、6.01(m,1H)、7.78(m,2H)、7.85(m,2H)、9.59(s,1H)
実施例2:化合物(a1−5)の合成
Figure 2011074365
実施例1のメタクリル酸3−ヒドロキシ−1−アダマンチル2.36部を、メタクリル酸3,5−ジヒドロキシ−1−アダマンチル2.52部に置き換える以外は実施例1と同様にして、化合物(a1−5)0.42部を得た。
MS:386.2
H−NMR(ジメチルスルホキシド−d、内部標準物質テトラメチルシラン):δ(ppm)1.89(s,3H)、1.95−2.15(m,6H)、2.35−2.62(m,7H)、4.42(bs,1H)、4.67(s,2H)、5.49(m,1H)、6.01(m,1H)、7.78(m,2H)、7.85(m,2H)、9.59(s,1H)
実施例3:化合物(a1−4’)の合成
Figure 2011074365
メタクリル酸3−ヒドロキシ−1−アダマンチル23.63部及びTHF100部を仕込み、23℃で1時間攪拌した。得られた混合物に、4−ジメチルアミノピリジン10.49部を仕込み、40℃に昇温した。さらに、クロロアセチルクロリド16.94部及びTHF34部の混合溶液を1時間かけて滴下した。滴下した後、40℃で8時間攪拌し、5℃に温度を下げた。5℃に冷却したイオン交換水100部を添加、攪拌し、分液により水層を回収した。回収された水層に酢酸エチル300部を添加し、分液して有機層を回収した。回収された有機層に、5℃の10%炭酸カリウム水溶液200部を添加して洗浄し、分液して有機層を回収した。その後、回収された有機層にさらに、イオン交換水200部を添加して水洗し、分液を行って有機層を回収した。この水洗操作を3回繰り返して行った。回収された有機層を濃縮することにより、化合物(a1−4’−b)10.69部を得た。
4−ヒドロキシ安息香酸1.38部及びDMF20部を仕込み、23℃で1時間攪拌した。その後、炭酸カリウム0.69部及びヨウ化カリウム0.17部を添加し、50℃に昇温した。さらに1時間攪拌し、100℃に昇温した。得られた混合物に化合物(a1−4’−b)3.13部及びDMF30部の混合液を1時間かけて滴下し、さらに100℃で3時間攪拌した。得られた混合物を23℃に戻した。その後、イオン交換水50部及び酢酸エチル200部を添加し、攪拌し、分液を行って有機層を回収した。回収された有機層に、5%炭酸カリウム水溶液50部を添加して洗浄し、分液を行って有機層を回収した。回収された有機層に、さらにイオン交換水100部を添加して洗浄し、分液を行って有機層を回収した。この水洗操作を3回繰り返して行った。回収された有機層を濃縮し、以下の条件でカラム分取することにより、化合物(a1−4’)1.26部を得た。
展開媒体;シリカゲル60−200メッシュ;メルク社製
展開溶媒:n−ヘプタン/酢酸エチル=10/1(容量比)
MS:414.2
H−NMR(ジメチルスルホキシド−d、内部標準物質テトラメチルシラン):δ(ppm)1.47−2.20(m,15H)、2.31−2.40(m,2H)、5.25(s,2H)、5.49(m,1H)、6.01(m,1H)、7.78(m,2H)、7.95(m,2H)、9.59(s,1H)
実施例4:化合物(a1−5’)の合成
Figure 2011074365
実施例3のメタクリル酸3−ヒドロキシ−1−アダマンチル23.63部をメタクリル酸3,5−ジヒドロキシ−1−アダマンチル25.23部に置き換える以外は実施例3と同様にして、化合物(a1−5’)0.43部を得た。
MS:430.2
H−NMR(ジメチルスルホキシド−d、内部標準物質テトラメチルシラン):δ(ppm)1.89(s,3H)、1.95−2.15(m,6H)、2.35−2.62(m,7H)、4.42(bs,1H)、5.25(s,2H)、5.49(m,1H)、6.01(m,1H)、7.78(m,2H)、7.85(m,2H)、9.59(s,1H)
実施例5:化合物(a1−A)の合成
Figure 2011074365
実施例3の4−ヒドロキシ安息香酸を3−ヒドロキシ安息香酸に置き換える以外は実施例3と同様にして、化合物(a1−A)0.86部を得た。
MS:414.2
実施例6:化合物(a1−B)の合成
Figure 2011074365
水素化ナトリウム2.59部及びテトラヒドロフラン15.00部を仕込み、0℃で30分間攪拌した。得られた混合物に、化合物(a1−4)11.00部及びTHF40.00部の混合溶液を0℃で2時間かけて添加し、0℃で1時間攪拌した。得られた混合物に、さらに、メトキシメチルクロライド3.81部を0℃で40分かけて添加し、0℃で2時間攪拌した。得られた混合物に、イオン交換水55部及び酢酸エチル220部を添加し、分液を行って有機層を回収した。回収された有機層にイオン交換水55部を添加し、分液を行って有機層を回収した。回収された有機層を濃縮し、以下の条件でカラム分取して、化合物(a1−B)6.84部を得た。
展開媒体;シリカゲル60−200メッシュ;メルク社製
展開溶媒:n−ヘプタン/酢酸エチル=4/1(容量比)
MS:414.2
実施例7:化合物(a1−C)の合成
Figure 2011074365
水素化ナトリウム4.97部及びテトラヒドロフラン15.00部を仕込み、0℃で30分間攪拌した。得られた混合物に、化合物(a1−4)11.00部及びTHF40.00部の混合溶液を0℃で2時間かけて添加し、0℃で1時間攪拌した。得られた混合物に、さらに、メトキシメチルクロライド7.31部を0℃で40分かけて添加し、0℃で2時間攪拌した。得られた混合物に、イオン交換水55部及び酢酸エチル220部を添加し、分液を行って有機層を回収した。回収された有機層にイオン交換水55部を添加し、分液を行って有機層を回収した。回収された有機層を濃縮し、以下の条件でカラム分取して、化合物(a1−C)3.72部を得た。
展開媒体;シリカゲル60−200メッシュ;メルク社製
展開溶媒:n−ヘプタン/酢酸エチル=1/1(容量比)
MS:474.2
実施例8:化合物(a1−D)の合成
Figure 2011074365
化合物(a1−4)4.41部、テトラヒドロフラン30.83部及び4−ジメチルアミノピリジン2.18部をそれぞれ仕込み、23℃で30分間攪拌した。得られた混合液に、ジ−tert−ブチルジカーボネート3.37部を滴下し、これを40℃で5時間攪拌した。更に、濃塩酸1.81部を添加した。30分攪拌後、さらに酢酸エチル40部を添加し、攪拌した後、分液を行い、有機層を取り出した。取り出された有機層に、イオン交換水10部を添加し、水洗を行い、分液して有機層を取り出した。更に、取り出された有機層をイオン交換水10部で水洗した後、分液して有機層を取り出し、次いで、有機層を濃縮した。回収された有機層を濃縮し、以下の条件でカラム分取して、化合物(a1−D)1.46部を得た。
展開媒体;シリカゲル60−200メッシュ;メルク社製
展開溶媒:n−ヘプタン/酢酸エチル=1/1(容量比)
MS:470.2
実施例9:化合物(a1−E)の合成
Figure 2011074365
実施例3の、4−ヒドロキシ安息香酸1.38部を3.45部、炭酸カリウム0.69部を1.73部、ヨウ化カリウム0.17部を0.42部に置き換える以外は実施例4と同様にして、化合物(a1−E)0.28部を得た。
実施例10:樹脂B1の合成
メタクリル酸2−エチル−2−アダマンチル、化合物(a1−4)をモル比25:75で仕込み、全モノマー量の1.5重量倍のジオキサンを加えて溶液とした。そこに開始剤としてアゾビスイソブチロニトリルとアゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を全モノマー量に対してそれぞれ1mol%、3mol%添加し、75℃で約5時間加熱した。その後、反応液を、大量のメタノールと水の混合溶媒に注いで沈殿させる操作を3回行って精製し、重量平均分子量が7.9×10の共重合体を収率65%で得た。この共重合体を樹脂B1とする。
実施例11:樹脂B2の合成
メタクリル酸2−エチル−2−アダマンチル、化合物(a1−5)をモル比25:75で仕込み、全モノマー量の1.5重量倍のジオキサンを加えて溶液とした。そこに開始剤としてアゾビスイソブチロニトリルとアゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を全モノマー量に対してそれぞれ1mol%、3mol%添加し、75℃で約5時間加熱した。その後、反応液を、大量のメタノールと水の混合溶媒に注いで沈殿させる操作を3回行って精製し、重量平均分子量が7.8×10の共重合体を収率64%で得た。この共重合体を樹脂B2とする。
実施例12:樹脂B3の合成
メタクリル酸2−エチル−2−アダマンチル、化合物(a1−4’)をモル比25:75で仕込み、全モノマー量の1.5重量倍のジオキサンを加えて溶液とした。そこに開始剤としてアゾビスイソブチロニトリルとアゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を全モノマー量に対してそれぞれ1mol%、3mol%添加し、75℃で約5時間加熱した。その後、反応液を、大量のメタノールと水の混合溶媒に注いで沈殿させる操作を3回行って精製し、重量平均分子量が7.6×10の共重合体を収率60%で得た。この共重合体を樹脂B3とする。
実施例13:樹脂B4の合成
メタクリル酸2−エチル−2−アダマンチル、化合物(a1−5’)をモル比25:75で仕込み、全モノマー量の1.5重量倍のジオキサンを加えて溶液とした。そこに開始剤としてアゾビスイソブチロニトリルとアゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を全モノマー量に対してそれぞれ1mol%、3mol%添加し、75℃で約5時間加熱した。その後、反応液を、大量のメタノールと水の混合溶媒に注いで沈殿させる操作を3回行って精製し、重量平均分子量が7.3×10の共重合体を収率59%で得た。この共重合体を樹脂B4とする。
実施例14:樹脂B5の合成
メタクリル酸2−エチル−2−アダマンチル、化合物(a1−A)をモル比25:75で仕込み、全モノマー量の1.5重量倍のジオキサンを加えて溶液とした。そこに開始剤としてアゾビスイソブチロニトリルとアゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を全モノマー量に対してそれぞれ1mol%、3mol%添加し、75℃で約5時間加熱した。その後、反応液を、大量のメタノールと水の混合溶媒に注いで沈殿させる操作を3回行って精製し、重量平均分子量が7.0×10の共重合体を収率52%で得た。この共重合体を樹脂B5とする。
実施例15:樹脂B6の合成
メタクリル酸2−エチル−2−アダマンチル、化合物(a1−B)をモル比25:75で仕込み、全モノマー量の1.5重量倍のジオキサンを加えて溶液とした。そこに開始剤としてアゾビスイソブチロニトリルとアゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を全モノマー量に対してそれぞれ1.2mol%、3.6mol%添加し、75℃で約5時間加熱した。その後、反応液を、大量のメタノールと水の混合溶媒に注いで沈殿させる操作を3回行って精製し、重量平均分子量が5.9×10の共重合体を収率55%で得た。この共重合体を樹脂B6とする。
実施例16:樹脂B7の合成
メタクリル酸2−エチル−2−アダマンチル、化合物(a1−C)をモル比25:75で仕込み、全モノマー量の1.5重量倍のジオキサンを加えて溶液とした。そこに開始剤としてアゾビスイソブチロニトリルとアゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を全モノマー量に対してそれぞれ1.5mol%、4.5mol%添加し、75℃で約5時間加熱した。その後、反応液を、大量のメタノールと水の混合溶媒に注いで沈殿させる操作を3回行って精製し、重量平均分子量が4.8×10の共重合体を収率48%で得た。この共重合体を樹脂B7とする。
実施例17:樹脂B8の合成
メタクリル酸2−エチル−2−アダマンチル、化合物(a1−D)をモル比25:75で仕込み、全モノマー量の1.5重量倍のジオキサンを加えて溶液とした。そこに開始剤としてアゾビスイソブチロニトリルとアゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を全モノマー量に対してそれぞれ1.2mol%、3.6mol%添加し、75℃で約5時間加熱した。その後、反応液を、大量のメタノールと水の混合溶媒に注いで沈殿させる操作を3回行って精製し、重量平均分子量が5.6×10の共重合体を収率48%で得た。この共重合体を樹脂B8とする。
実施例18:樹脂B9の合成
メタクリル酸2−エチル−2−アダマンチル、化合物(a1−E)をモル比25:75で仕込み、全モノマー量の1.5重量倍のジオキサンを加えて溶液とした。そこに開始剤としてアゾビスイソブチロニトリルとアゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を全モノマー量に対してそれぞれ1.2mol%、3.6mol%添加し、75℃で約5時間加熱した。その後、反応液を、大量のメタノールと水の混合溶媒に注いで沈殿させる操作を3回行って精製し、重量平均分子量が5.5×10の共重合体を収率44%で得た。この共重合体を樹脂B9とする。
樹脂Z1の合成
メタクリル酸2−エチル−2−アダマンチル39.7g(0.16モル)とp−アセトキシスチレン103.8g(0.64モル)とをイソプロパノール265gに溶解して、溶液を窒素雰囲気下で75℃まで昇温した。この溶液に、ラジカル開始剤としてジメチル2,2−アゾビス(2−メチルプロピオネート)11.05g(0.048モル)をイソプロパノール22.11gに溶解した液を滴下した。得られた反応液を12時間加熱還流した。冷却した後、反応液を大量のメタノールに注いで重合物を沈殿ろ過した。得られたメタクリル酸2−エチル−2−アダマンチルとp−アセトキシスチレンとの共重合体は250g(メタノール含有)であった。
得られた共重合体250gと4−ジメチルアミノピリジン10.3g(0.084モル)とをメタノール202gに加えて20時間加熱還流した。冷却後、反応液を氷酢酸7.6g(0.126モル)で中和して、大量の水に注いで沈殿させた。析出した重合物をろ別し、アセトンに溶解させた。これを大量の水に注いで沈殿させる操作を3回繰り返して精製した。得られたメタクリル酸2−エチル−2−アダマンチルとp−ヒドロキシスチレンの共重合体は95.9gであった。重量平均分子量は約8.6×10(GPCポリスチレン換算)であり、共重合比は約20:80であった。この樹脂を樹脂Z1とする。
樹脂Z2の合成
メタクリル酸2−エチル−2−アダマンチル及びp−アセトキシスチレンの使用量を59.6g(0.24モル)及び90.8g(0.56モル)に変更したこと以外は、樹脂Z1の合成と同様の操作を行って、メタクリル酸2−エチル−2−アダマンチルとp−ヒドロキシスチレンとの共重合体102.8gを得た。重量平均分子量は約8.2×10(GPCポリスチレン換算)であり、共重合比は約30:70(C13NMR測定)であった。この樹脂を樹脂Z2とする。
実施例及び比較例
以下の各成分を混合して溶解し、さらに孔径0.2μmのフッ素樹脂製フィルターで濾過して、レジスト液を調製した。
Figure 2011074365
<酸発生剤>
酸発生剤A1
Figure 2011074365
酸発生剤A2
トリフェニルスルホニウム2,4,6−トリイソプロピルベンゼンスルホネート
酸発生剤A3
ビス(シクロヘキシルスルホニウム)ジアゾメタン
<塩基性化合物:クエンチャー>
クエンチャーQ1:2,6−ジイソプロピルアニリン
クエンチャーQ2:テトラブチルアンモニウムヒドロキシド
<溶剤>
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 400.0部
プロピレングリコールモノメチルエーテル 100.0部
γ−ブチロラクトン 5.0部
(電子線用レジスト組成物としての評価)
シリコンウェハを、ダイレクトホットプレート上にて、ヘキサメチルジシラザンを用いて90℃で60秒処理した。このシリコンウェハ上に、上記のレジスト液を乾燥後の膜厚が0.06μmとなるようにスピンコートした。
その後、ダイレクトホットプレート上にて、表1に示す温度で60秒間プリベークした。こうしてレジスト膜を形成したそれぞれのウェハに、電子線描画機〔(株)日立製作所製の「HL−800D 50keV」を用い、露光量を段階的に変化させてラインアンドスペースパターンを露光した。
露光後、ホットプレート上にて表1に示す温度で60秒間ポストエキスポジャーベークを行った。
さらに2.38重量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液で60秒間のパドル現像を行った。
シリコン基板上のもので現像後のパターンを走査型電子顕微鏡で観察し、その結果を表2に示した。
ラインエッジラフネス評価(LER):100nmのラインアンドスペースパターンが1:1となる露光量で露光したリソグラフィプロセス後のレジストパターンの壁面を走査型電子顕微鏡で観察した。側壁の凹凸の触れ幅が7nm以下であるものを◎、7nmを超え、8nm以下であるものを○、8nmを超えるものを×とした。表中の括弧内の数値は測定結果(単位:nm)を示す。
Figure 2011074365
(EUV用レジスト組成物としての評価)
シリコンウェハを、ダイレクトホットプレート上にて、ヘキサメチルジシラザンを用いて90℃で60秒処理した。得られたシリコンウェハ上に、上記のレジスト液を乾燥後の膜厚が0.05μmとなるようにスピンコートした。
その後、ダイレクトホットプレート上にて、表1に示す温度で60秒間プリベークした。こうしてレジスト膜を形成したそれぞれのウェハに、EUV露光機を用い、露光量を段階的に変化させてラインアンドスペースパターンを露光した。
露光後、ホットプレート上にて表1に示す温度で60秒間ポストエキスポジャーベークを行った。
さらに、2.38重量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液で60秒間のパドル現像を行った。
シリコン基板上のもので現像後のパターンを走査型電子顕微鏡で観察し、その結果を表6に示した。
ラインエッジラフネス評価(LER):50nmのラインアンドスペースパターンが1:1となる露光量で露光したリソグラフィプロセス後のレジストパターンの壁面を走査型電子顕微鏡で観察した。側壁の凹凸の触れ幅が、5nm以下であるものを◎、5nmを超え、7nm以下であるものを○、7nmを超えるものを×とした。表中の括弧内の数値は測定結果(単位:nm)を示す。
Figure 2011074365
本発明の化合物によれば、該化合物に由来する構造単位を有する樹脂を含有するレジスト組成物から、優れたラインエッジラフネスを有するレジストパターンを得ることができる。

Claims (10)

  1. 式(A)で表される化合物。
    Figure 2011074365
    [式(A)中、
    は、水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基を表す。
    は、単結合、−CO−O−又は−CO−O−(CH−CO−O−を表す。
    は、単結合、−O−CO−、−CO−O−、−O−(CH−CO−、−CO−(CH−O−、−O−(CH−CO−O−、−O−CO−(CH−O−又は−O−CO−(CH−O−CO−を表す。
    kは1〜6の整数を表す。
    はWとの結合手を表す。
    Wは、炭素数4〜36の(n+1)価の脂環式炭化水素基又は炭素数6〜18の(n+1)価の芳香族炭化水素基を表し、該脂環式炭化水素基及び該芳香族炭化水素基に含まれる水素原子は、ハロゲン原子、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数1〜12のアルコキシ基、炭素数2〜4のアシル基又は−OR10基で置換されていてもよい。
    10は、水素原子又は式(R−2)で表される基を表す。
    は、水素原子、式(R−1)で表される基又は式(R−2)で表される基を表す。
    nは、1〜3の整数を表す。
    Figure 2011074365
    (式(R−1)中、R、R及びRは、それぞれ独立に、炭素数1〜12の炭化水素基を表す。)
    Figure 2011074365
    (式(R−2)中、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜12の炭化水素基を表す。
    は、炭素数1〜14の炭化水素基を表す。)]
  2. 式(A)で表される化合物が、式(A1)で表される化合物である請求項1記載の化合物。
    Figure 2011074365
    [式(A1)中、
    、Z、Z、R、R10及びnは、上記と同じ意味を表す。
    pは、0〜3の整数を表す。ただし、n+pは、1〜3の整数である。]
  3. が、−CO−O−で表される基である請求項1又は2記載の化合物。
  4. が、−O−(CH−CO−又は−O−CO−(CH−O−CO−で表される基である請求項1〜3のいずれか記載の化合物。
  5. nが1である請求項1〜4のいずれか1つに記載の化合物。
  6. 請求項1〜5のいずれか1つに記載の化合物に由来する構造単位を有する樹脂。
  7. 酸に不安定な基を有し、かつアルカリ水溶液に不溶又は難溶であり、酸の作用によりアルカリ水溶液で溶解し得る請求項6記載の樹脂。
  8. 請求項6又は7記載の樹脂及び酸発生剤を含有するレジスト組成物。
  9. さらに塩基性化合物を含有する請求項8記載のレジスト組成物。
  10. (1)請求項8又は9記載のレジスト組成物を基板上に塗布する工程、
    (2)塗布後の組成物から溶剤を除去して組成物層を形成する工程、
    (3)組成物層に露光機を用いて露光する工程、
    (4)露光後の組成物層を加熱する工程、
    (5)加熱後の組成物層を、現像装置を用いて現像する工程を含むレジストパターンの製造方法。
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