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JP6271150B2 - パターン形成方法、組成物キット、及び電子デバイスの製造方法 - Google Patents

パターン形成方法、組成物キット、及び電子デバイスの製造方法 Download PDF

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JP6271150B2
JP6271150B2 JP2013094403A JP2013094403A JP6271150B2 JP 6271150 B2 JP6271150 B2 JP 6271150B2 JP 2013094403 A JP2013094403 A JP 2013094403A JP 2013094403 A JP2013094403 A JP 2013094403A JP 6271150 B2 JP6271150 B2 JP 6271150B2
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Description

本発明は、超LSIや高容量マイクロチップの製造などの超マイクロリソグラフィプロセスやその他のフォトファブリケーションプロセスに好適に用いられるパターン形成方法、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物、組成物キット、及び、レジスト膜、並びに、これらを用いた電子デバイスの製造方法、及び、電子デバイスに関するものである。更に詳しくは、電子線又はEUV光(波長:13nm付近)を用いる半導体素子の微細加工に好適に用いることができるパターン形成方法、組成物キット、及びレジスト膜、並びにこれらを用いた電子デバイスの製造方法、及び、電子デバイスに関するものである。
従来、ICやLSIなどの半導体デバイスの製造プロセスにおいては、フォトレジスト組成物を用いたリソグラフィーによる微細加工が行われている。近年、集積回路の高集積化に伴い、サブミクロン領域やクオーターミクロン領域の超微細パターン形成が要求されるようになってきている。それに伴い、露光波長もg線からi線に、更にKrFエキシマレーザー光に、というように短波長化の傾向が見られる。更には、現在では、エキシマレーザー光以外にも、電子線やX線、あるいはEUV光を用いたリソグラフィーも開発が進んでいる。
これら電子線やX線、あるいはEUV光リソグラフィーは、次世代若しくは次々世代のパターン形成技術として位置付けられ、高感度、高解像力のレジスト組成物が望まれている。
特にウェハー処理時間の短縮化のため、高感度化は非常に重要な課題であるが、高感度化を追求しようとすると、パターン形状、ラインエッジラフネス(LER)や、限界解像線幅で表される解像力が低下してしまい、これらの特性を同時に満足するレジスト組成物の開発が強く望まれている。
高感度と、高解像力、LER、良好なパターン形状はトレードオフの関係にあり、これを如何にして同時に満足させるかが重要である。
例えば、特許文献1には、高感度、高解像性、良好なパターン形状、及び良好なLERを達成する観点から、製膜により膜表面に偏在する化合物をレジスト組成物に含有させることが記載されている。
一方、例えば、特許文献2には、露光装置汚染防止のためのアウトガス発生防止の観点から、レジスト膜上にトップコート層を設けることが記載されている。
更に近年では、微細パターンの形成のニーズが急激に高まっており、これを受けて、線幅50nm以下の微細なパターン形成において、高感度、高解像力、ラインウィズスラフネス(LWR)、良好なパターン形状、及びブロッブ欠陥低減について更なる性能改善が求められ、特に、露光装置汚染防止のため、アウトガス発生について更なる抑制が求められている。
特開2010−175859号公報 特開2010−160283号公報
本発明の目的は、線幅50nm以下の微細なパターン形成において、感度、解像力、LWR、及びパターン形状を損なうことなく、ブロッブ欠陥を低減し、特に、アウトガス発生の抑制に優れるパターン形成方法、組成物キット、それを用いたレジスト膜、電子デバイスの製造方法、及び電子デバイスを提供することにある。
すなわち本発明は以下の通りである。
<1>
(ア)(A)酸の作用により分解して現像液に対する溶解性が変化する樹脂と、(C)フッ素原子、フッ素原子を有する基、珪素原子を有する基、炭素数6以上のアルキル基、アラルキル基、少なくとも1個のアルキル基で置換された芳香環基、及び少なくとも1個のシクロアルキル基で置換された芳香環基からなる群より選択される1つ以上の基を有する樹脂とを含有する感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を用いて基板上に膜を形成する工程、
(イ)前記膜上に、樹脂(T)を含有するトップコート組成物を用いてトップコート層を形成する工程、
(ウ)前記トップコート層を有する前記膜を活性光線又は放射線を用いて露光する工程、及び
(エ)前記露光後、前記トップコート層を有する前記膜を現像してパターンを形成する工程を有するパターン形成方法であって、
前記樹脂(A)が下記一般式(1)で表される繰り返し単位と、下記一般式(3)又は(4)で表される繰り返し単位とを有する樹脂であり、
前記樹脂(C)の含有量が、該感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物中の全固形分を基準として0.01〜10質量%の範囲である、パターン形成方法。

一般式(1)において、
11、R12及びR13は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。R13はArと結合して環を形成していてもよく、その場合のR13はアルキレン基を表す。
は、単結合又は2価の連結基を表す。
Arは、(n+1)価の芳香環基を表し、R13と結合して環を形成する場合には(n+2)価の芳香環基を表す。
nは、1〜4の整数を表す。

一般式(3)において、
Arは、芳香環基を表す。
は、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルコキシ基、アシル基又はヘテロ環基を表す。
は、単結合又は2価の連結基を表す。
は、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基又はヘテロ環基を表す。
、M及びRの少なくとも二つが結合して環を形成してもよい。

一般式(4)中、
41、R42及びR43は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。R42はLと結合して環を形成していてもよく、その場合のR42はアルキレン基を表す。
は、単結合又は2価の連結基を表し、R42と環を形成する場合には3価の連結基を表す。
44は、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルコキシ基、アシル基又はヘテロ環基を表す。
は、単結合又は2価の連結基を表す。
は、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基又はヘテロ環基を表す。
、M及びR44の少なくとも二つが結合して環を形成してもよい。
<2>
前記樹脂(C)が下記一般式(KA−1)若しくは(KB−1)で表される構造における−COO−で表される基を少なくとも2つ以上有する繰り返し単位、又は下記一般式(aa1−1)で表されるモノマーに由来する少なくとも1種の繰り返し単位を含有する樹脂である、<1>に記載のパターン形成方法。

一般式(KA−1)中、
kaは、アルキル基、シクロアルキル基、エーテル基、ヒドロキシル基、アミド基、アリール基、ラクトン環基、又は電子求引性基を表す。Zkaが複数存在する場合、複数のZkaは同じでも異なっていてもよく、Zka同士が連結して環を形成してもよい。
nkaは0〜10の整数を表す。
Qは、式中の原子と共にラクトン環を形成するのに必要な原子群を表す。
一般式(KB−1)中、
kb1及びXkb2は、各々独立して電子求引性基を表す。
nkb及びnkb’は、各々独立して0又は1を表す。
kb1、Rkb2、Rkb3及びRkb4は、各々独立して、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、又は電子求引性基を表す。Rkb1、Rkb2及びXkb1の少なくとも2つが互いに連結して環を形成していてもよく、Rkb3、Rkb4及びXkb2の少なくとも2つが互いに連結して環を形成していてもよい。

上記一般式(aa1−1)中、
は、重合性基を含む有機基を表す。
及びLは、各々独立して、単結合又は2価の連結基を表す。
Rfはフッ素原子を有する有機基を表す。
<3>
前記樹脂(C)が前記一般式(KA−1)若しくは(KB−1)で表される構造における−COO−で表される基を少なくとも2つ以上有する繰り返し単位を含有する樹脂である、<2>に記載のパターン形成方法。
<4>
前記樹脂(C)が酸の作用により現像液に対する溶解性が変化する基を有する繰り返し単位を更に有する、<1>〜<3>のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
<5>
酸の作用により現像液に対する溶解性が変化する基を有する繰り返し単位が、下記一般式(Ca1)〜(Ca4)のいずれかで表される繰り返し単位である、<4>に記載のパターン形成方法。

一般式(Ca1)中、
R’は水素原子又はアルキル基を表す。
Lは単結合又は2価の連結基を表す。
は水素原子又は1価の置換基を表す。
は、1価の置換基を表す。RとRとが互いに結合し、式中の酸素原子と共に環を形成してもよい。
は水素原子、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。
一般式(Ca2)中、
Raは水素原子、アルキル基、シアノ基又はハロゲン原子を表す。
は単結合又は2価の連結基を表す。
及びRはそれぞれ独立にアルキル基を表す。
11及びR12はそれぞれ独立にアルキル基を表し、R13は水素原子又はアルキル基を表す。R11及びR12は互いに連結して環を形成してもよく、R11及びR13は互いに連結して環を形成してもよい。
一般式(Ca3)中、
Raは水素原子、アルキル基、シアノ基又はハロゲン原子を表す。
は単結合又は2価の連結基を表す。
14、R15及びR16は、各々独立に、アルキル基を表す。R14〜R16の2つが互いに連結して環を形成しても良い。
一般式(Ca4)中、
Raは水素原子、アルキル基、シアノ基又はハロゲン原子を表す。
は単結合又は2価の連結基を表す。
ARは、アリール基を表す。Rnは、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を表す。RnとARとは互いに結合して非芳香族環を形成してもよい。
<6>
前記樹脂(C)が、下記一般式(C−Ia)〜(C−Id)のいずれかで表される繰り返し単位を有する、<1>〜<5>のいずれか1項に記載のパターン形成方法。

上記一般式中、
10及びR11は、各々独立に、水素原子、フッ素原子、又は、アルキル基を表す。
、W及びWは、それぞれ独立して、フッ素原子を有する基、珪素原子を有する基、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、及び、アラルキル基からなる群より選択される1つ以上を有する有機基を表す。
は、フッ素原子を有する基、珪素原子を有する基、アルキル基、及び、シクロアルキル基からなる群より選択される1つ以上を有する有機基を表す。
Ar11は、(r+1)価の芳香環基を表す。
rは、1〜10の整数を表す。
<7>
前記樹脂(A)が前記一般式(1)で表される繰り返し単位と、前記一般式(3)で表される繰り返し単位とを有する樹脂であり、前記一般式(3)におけるRが炭素数2以上の基である、<1>〜<6>のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
<8>
前記樹脂(A)が前記一般式(1)で表される繰り返し単位と、前記一般式(3)で表される繰り返し単位とを有する樹脂であり、前記一般式(3)におけるRが下記一般式(3−2)で表される基である、<7>に記載のパターン形成方法。

上記一般式(3−2)中、R61、R62及びR63は、各々独立に、アルキル基、アルケニル基、シクロアルキル基又はアリール基を表す。n61は0又は1を表す。
61〜R63の少なくとも2つは互いに連結して環を形成してもよい。
<9>
樹脂(T)が芳香環を有する繰り返し単位を有する、<1>〜<8>のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
<10>
樹脂(T)が酸性基を有する繰り返し単位を有する、<1>〜<9>のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
<11>
前記感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物が、(B)活性光線又は放射線により酸を発生する化合物を更に含有し、前記化合物(B)が240Å以上の大きさの酸を発生する化合物である、<1>〜<10>のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
<12>
前記露光が電子線又はEUVを用いて行われる、<1>〜<11>のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
<13>
前記露光による光学像が、線幅50nm以下のライン部若しくはホール径50nm以下のホール部を露光部又は未露光部として有する光学像である、<1>〜<12>のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
<14>
<1>〜<13>のいずれか1項に記載のパターン形成方法に用いられるトップコート組成物と感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物とを含む組成物キット。
<1
<1>〜<13>のいずれか1項に記載のパターン形成方法を含む、電子デバイスの製造方法。
なお、本発明は上記<1>〜<1>に記載の構成を有するものであるが、以下その他についても参考のため記載した。
〔1〕
(ア)(A)酸の作用により分解して現像液に対する溶解性が変化する樹脂と、(C)フッ素原子、フッ素原子を有する基、珪素原子を有する基、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、少なくとも1個のアルキル基で置換された芳香環基、及び少なくとも1個のシクロアルキル基で置換された芳香環基からなる群より選択される1つ以上の基を有する樹脂とを含有する感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を用いて基板上に膜を形成する工程、
(イ)前記膜上に、樹脂(T)を含有するトップコート組成物を用いてトップコート層を形成する工程、
(ウ)前記トップコート層を有する前記膜を活性光線又は放射線を用いて露光する工程、及び
(エ)前記露光後、前記トップコート層を有する前記膜を現像してパターンを形成する工程を有するパターン形成方法。
〔2〕
前記樹脂(C)が下記一般式(KA−1)若しくは(KB−1)で表される構造における−COO−で表される基を少なくとも2つ以上有する繰り返し単位、又は下記一般式(aa1−1)で表されるモノマーに由来する少なくとも1種の繰り返し単位を含有する樹脂である、〔1〕に記載のパターン形成方法。
一般式(KA−1)中、
kaは、アルキル基、シクロアルキル基、エーテル基、ヒドロキシル基、アミド基、アリール基、ラクトン環基、又は電子求引性基を表す。Zkaが複数存在する場合、複数のZkaは同じでも異なっていてもよく、Zka同士が連結して環を形成してもよい。
nkaは0〜10の整数を表す。
Qは、式中の原子と共にラクトン環を形成するのに必要な原子群を表す。
一般式(KB−1)中、
kb1及びXkb2は、各々独立して電子求引性基を表す。
nkb及びnkb’は、各々独立して0又は1を表す。
kb1、Rkb2、Rkb3及びRkb4は、各々独立して、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、又は電子求引性基を表す。Rkb1、Rkb2及びXkb1の少なくとも2つが互いに連結して環を形成していてもよく、Rkb3、Rkb4及びXkb2の少なくとも2つが互いに連結して環を形成していてもよい。
上記一般式(aa1−1)中、
は、重合性基を含む有機基を表す。
及びLは、各々独立して、単結合又は2価の連結基を表す。
Rfはフッ素原子を有する有機基を表す。
〔3〕
前記樹脂(C)が前記一般式(KA−1)若しくは(KB−1)で表される構造における−COO−で表される基を少なくとも2つ以上有する繰り返し単位を含有する樹脂である、〔2〕に記載のパターン形成方法。
〔4〕
前記樹脂(C)が酸の作用により現像液に対する溶解性が変化する基を有する繰り返し単位を更に有する、〔1〕〜〔3〕のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
〔5〕
酸の作用により現像液に対する溶解性が変化する基を有する繰り返し単位が、下記一般式(Ca1)〜(Ca4)のいずれかで表される繰り返し単位である、〔4〕に記載のパターン形成方法。
一般式(Ca1)中、
R’は水素原子又はアルキル基を表す。
Lは単結合又は2価の連結基を表す。
は水素原子又は1価の置換基を表す。
は、1価の置換基を表す。RとRとが互いに結合し、式中の酸素原子と共に環を形成してもよい。
は水素原子、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。
一般式(Ca2)中、
Raは水素原子、アルキル基、シアノ基又はハロゲン原子を表す。
は単結合又は2価の連結基を表す。
及びRはそれぞれ独立にアルキル基を表す。
11及びR12はそれぞれ独立にアルキル基を表し、R13は水素原子又はアルキル基を表す。R11及びR12は互いに連結して環を形成してもよく、R11及びR13は互いに連結して環を形成してもよい。
一般式(Ca3)中、
Raは水素原子、アルキル基、シアノ基又はハロゲン原子を表す。
は単結合又は2価の連結基を表す。
14、R15及びR16は、各々独立に、アルキル基を表す。R14〜R16の2つが互いに連結して環を形成しても良い。
一般式(Ca4)中、
Raは水素原子、アルキル基、シアノ基又はハロゲン原子を表す。
は単結合又は2価の連結基を表す。
ARは、アリール基を表す。Rnは、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を表す。RnとARとは互いに結合して非芳香族環を形成してもよい。
〔6〕
前記樹脂(C)が、下記一般式(C−Ia)〜(C−Id)のいずれかで表される繰り返し単位を有する、〔1〕〜〔5〕のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
上記一般式中、
10及びR11は、各々独立に、水素原子、フッ素原子、又は、アルキル基を表す。
、W及びWは、それぞれ独立して、フッ素原子を有する基、珪素原子を有する基、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、及び、アラルキル基からなる群より選択される1つ以上を有する有機基を表す。
は、フッ素原子を有する基、珪素原子を有する基、アルキル基、及び、シクロアルキル基からなる群より選択される1つ以上を有する有機基を表す。
Ar11は、(r+1)価の芳香環基を表す。
rは、1〜10の整数を表す。
〔7〕
樹脂(C)の含有量が、該組成物中の全固形分を基準として0.01〜10質量%の範囲である、〔1〕〜〔6〕のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
〔8〕
前記樹脂(A)が下記一般式(1)で表される繰り返し単位と、下記一般式(3)又は(4)で表される繰り返し単位とを有する樹脂である、〔1〕〜〔7〕のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
一般式(1)において、
11、R12及びR13は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。R13はArと結合して環を形成していてもよく、その場合のR13はアルキレン基を表す。
は、単結合又は2価の連結基を表す。
Arは、(n+1)価の芳香環基を表し、R13と結合して環を形成する場合には(n+2)価の芳香環基を表す。
nは、1〜4の整数を表す。
一般式(3)において、
Arは、芳香環基を表す。
は、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルコキシ基、アシル基又はヘテロ環基を表す。
は、単結合又は2価の連結基を表す。
は、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基又はヘテロ環基を表す。
、M及びRの少なくとも二つが結合して環を形成してもよい。
一般式(4)中、
41、R42及びR43は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。R42はLと結合して環を形成していてもよく、その場合のR42はアルキレン基を表す。
は、単結合又は2価の連結基を表し、R42と環を形成する場合には3価の連結基を表す。
44は、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルコキシ基、アシル基又はヘテロ環基を表す。
は、単結合又は2価の連結基を表す。
は、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基又はヘテロ環基を表す。
、M及びR44の少なくとも二つが結合して環を形成してもよい。
〔9〕
前記樹脂(A)が前記一般式(1)で表される繰り返し単位と、前記一般式(3)で表される繰り返し単位とを有する樹脂であり、前記一般式(3)におけるRが炭素数2以上の基である、〔8〕に記載のパターン形成方法。
〔10〕
前記樹脂(A)が前記一般式(1)で表される繰り返し単位と、前記一般式(3)で表される繰り返し単位とを有する樹脂であり、前記一般式(3)におけるRが下記一般式(3−2)で表される基である、〔9〕に記載のパターン形成方法。
上記一般式(3−2)中、R61、R62及びR63は、各々独立に、アルキル基、アルケニル基、シクロアルキル基又はアリール基を表す。n61は0又は1を表す。
61〜R63の少なくとも2つは互いに連結して環を形成してもよい。
〔11〕
樹脂(T)が芳香環を有する繰り返し単位を有する、〔1〕〜〔10〕のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
〔12〕
樹脂(T)が酸性基を有する繰り返し単位を有する、〔1〕〜〔11〕のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
〔13〕
前記感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物が、(B)活性光線又は放射線により酸を発生する化合物を更に含有し、前記化合物(B)が240Å以上の大きさの酸を発生する化合物である、〔1〕〜〔12〕のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
〔14〕
前記露光が電子線又はEUVを用いて行われる、〔1〕〜〔13〕のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
〔15〕
前記露光による光学像が、線幅50nm以下のライン部若しくはホール径50nm以下のホール部を露光部又は未露光部として有する光学像である、〔1〕〜〔14〕のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
〔16〕
〔1〕〜〔15〕のいずれか1項に記載のパターン形成方法に用いられるトップコート組成物と感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物とを含む組成物キット。
〔17〕
〔16〕に記載の組成物キットを用いて形成されるレジスト膜。
〔18〕
〔1〕〜〔15〕のいずれか1項に記載のパターン形成方法を含む、電子デバイスの製造方法。
〔19〕
〔18〕に記載の電子デバイスの製造方法により製造された電子デバイス。
本発明は、更に、下記構成であることが好ましい。
〔20〕
上記樹脂(C)におけるフッ素原子、フッ素原子を有する基、珪素原子を有する基、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、少なくとも1個のアルキル基で置換された芳香環基、及び少なくとも1個のシクロアルキル基で置換された芳香環基からなる群より選択される1つ以上の基が、フッ素原子、フッ素原子を有する基、珪素原子を有する基、炭素数が6以上のアルキル基、炭素数が5以上のシクロアルキル基、炭素数が6以上のアリール基、炭素数が7以上のアラルキル基、少なくとも1個の炭素数3以上のアルキル基で置換された芳香環基、及び、少なくとも1個の炭素数5以上のシクロアルキル基で置換された芳香環基からなる群より選択される1つ以上の基である、上記〔1〕〜〔15〕のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
〔21〕
上記樹脂(T)が下記一般式(d1)で表される複数の芳香環を有する繰り返し単位(d)を更に有する、上記〔1〕〜〔15〕及び〔20〕のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
一般式(d1)中、
は、水素原子、アルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はニトロ基を表し、
Yは、単結合又は2価の連結基を表し、
Zは、単結合又は2価の連結基を表し、
Arは、芳香環基を表し、
pは1以上の整数を表す。
本発明によれば、線幅50nm以下の微細なパターン形成において、感度、解像力、LWR、及びパターン形状を損なうことなく、ブロッブ欠陥を低減し、特に、アウトガス発生の抑制に優れるパターン形成方法、組成物キット、それを用いたレジスト膜、電子デバイスの製造方法、及び電子デバイスを提供することができる。
本明細書に於ける基(原子団)の表記に於いて、置換及び無置換を記していない表記は、置換基を有さないものと共に置換基を有するものをも包含するものである。例えば、「アルキル基」とは、置換基を有さないアルキル基(無置換アルキル基)のみならず、置換基を有するアルキル基(置換アルキル基)をも包含するものである。
本明細書中における「活性光線」又は「放射線」とは、例えば、水銀灯の輝線スペクトル、エキシマレーザーに代表される遠紫外線、極紫外線(EUV光)、X線、電子線(EB)等を意味する。また、本発明において光とは、活性光線又は放射線を意味する。
また、本明細書中における「露光」とは、特に断らない限り、水銀灯、エキシマレーザーに代表される遠紫外線、極紫外線、X線、EUV光などによる露光のみならず、電子線、イオンビーム等の粒子線による描画も露光に含める。
<パターン形成方法>
本発明のパターン形成方法は、
(ア)(A)酸の作用により分解して現像液に対する溶解性が変化する樹脂と、(C)フッ素原子、フッ素原子を有する基、珪素原子を有する基、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、少なくとも1個のアルキル基で置換された芳香環基、及び少なくとも1個のシクロアルキル基で置換された芳香環基からなる群より選択される1つ以上の基を有する樹脂とを含有する感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を用いて基板上に膜を形成する工程、
(イ)前記膜上に、樹脂(T)を含有するトップコート組成物を用いてトップコート層を形成する工程、
(ウ)前記トップコート層を有する前記膜を活性光線又は放射線を用いて露光する工程、及び
(エ)前記露光後、前記トップコート層を有する前記膜を現像してパターンを形成する工程
を有する。
本発明のパターン形成方法によれば、線幅50nm以下の微細なパターン形成において、感度、解像力、LWR、及びパターン形状を損なうことなく、ブロッブ欠陥を低減し、特に、アウトガス発生の抑制に優れる理由は、定かではないが以下のように推定される。
トップコート層がレジスト膜上を覆うのみならず、レジスト膜中においても樹脂(C)がレジスト膜表層部に偏在することにより、アウトガス発生が一段と抑制されるものと推定される。
また、樹脂(C)が偏在しているレジスト膜表層部をトップコート層が覆うことにより、トップコート層を設けない場合と比べ、レジスト膜表面を恐らく親水化するものと考えられ、ブロッブ欠陥が低減されるものと推定される。
特に、樹脂(C)が特定の繰り返し単位(例えば、一般式(KA−1)若しくは(KB−1)で表される構造における−COO−で表される基を少なくとも2つ以上有する繰り返し単位、又は一般式(aa1−1)で表されるモノマーに由来する少なくとも1種の繰り返し単位)を有するとき、線幅50nm以下の微細なパターン形成において、アウトガス発生の低減とブロッブ欠陥低減との両立がより効果的に達成されるものと推定される。
レジスト膜は、後述する感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物から形成されるものであり、より具体的には、基板上に形成されることが好ましい。
基板上に感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を塗布する方法としては、スピン塗布が好ましく、その回転数は1000〜3000rpmが好ましい。
例えば、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を精密集積回路素子の製造に使用されるような基板(例:シリコン/二酸化シリコン被覆)上にスピナー、コーター等の適当な塗布方法により塗布、乾燥し、レジスト膜を形成する。なお、予め公知の反射防止膜を塗設することもできる。また、トップコート層の形成前にレジスト膜を乾燥することが好ましい。
次いで、得られたレジスト膜上に、上記レジスト膜の形成方法と同様の手段によりトップコート組成物を塗布、必要に応じて乾燥し、トップコート層を形成することができる。
このレジスト膜の膜厚は、解像力向上の観点から、10〜200nmであることが好ましく、10〜100nmであることがより好ましい。
組成物中の固形分濃度を適切な範囲に設定して適度な粘度をもたせ、塗布性、製膜性を向上させることにより、このような膜厚とすることができる。
トップコート層の膜厚は、好ましくは10〜200nm、更に好ましくは20〜100nm、特に好ましくは30〜80nmである。
トップコート層を上層に有するレジスト膜に、必要に応じてマスクを通して、電子線(EB)、X線又はEUV光を照射し、好ましくはベーク(加熱)を行い、現像する。これにより良好なパターンを得ることができる。
本発明において膜を形成する基板は特に限定されるものではなく、シリコン、SiN、SiOやSiN等の無機基板、SOG等の塗布系無機基板等、IC等の半導体製造工程、液晶、サーマルヘッド等の回路基板の製造工程、更にはその他のフォトファブリケーションのリソグラフィー工程で一般的に用いられる基板を用いることができる。更に、必要に応じて有機反射防止膜を膜と基板の間に形成させても良い。
レジスト膜を形成する前に、基板上に予め反射防止膜を塗設してもよい。
反射防止膜としては、チタン、二酸化チタン、窒化チタン、酸化クロム、カーボン、アモルファスシリコン等の無機膜型と、吸光剤とポリマー材料からなる有機膜型のいずれも用いることができる。また、有機反射防止膜として、ブリューワーサイエンス社製のDUV30シリーズや、DUV−40シリーズ、シプレー社製のAR−2、AR−3、AR−5等の市販の有機反射防止膜を使用することもできる。
本発明のパターン形成方法は、(ウ)露光工程の後に、(オ)加熱工程を有することが好ましい。
製膜後、露光工程の前に、前加熱工程(PB;Prebake)を含むことも好ましい。また、露光工程の後かつ現像工程の前に、露光後加熱工程(PEB;Post Exposure Bake)を含むことも好ましい。
加熱温度はPB、PEB共に70〜120℃で行うことが好ましく、80〜110℃で行うことがより好ましい。
加熱時間は30〜300秒が好ましく、30〜180秒がより好ましく、30〜90秒が更に好ましい。
加熱は通常の露光・現像機に備わっている手段で行うことができ、ホットプレート等を用いて行っても良い。
ベークにより露光部の反応が促進され、感度やパターンプロファイルが改善する。
またリンス工程の後に加熱工程(Post Bake)を含むことも好ましい。ベークによりパターン間及びパターン内部に残留した現像液及びリンス液が除去される。
本発明のパターン形成方法は、工程(ウ)における露光による光学像が、線幅50nm以下のライン部若しくはホール径50nm以下のホール部を露光部又は未露光部として有する光学像となるような微細パターンの形成に好適である。特に、極紫外線(EUV光)又は電子線(EB)を用いることで、線幅40nm以下の微細パターンの形成も可能であり、線幅30nm以下の微細パターンの形成であることが好ましく、線幅20nm以下の微細パターンの形成であることがより好ましい。
工程(ウ)における露光に使用され得る活性光線又は放射線としては、例えば、KrFエキシマレーザー、ArFエキシマレーザー、電子線、X線及び極紫外線(EUV光)が挙げられる。電子線、X線又はEUV光により露光されることが好ましく、特に微細なパターンを形成する観点からEUV光又は電子線により露光されることがより好ましい。
極紫外線(EUV光)を露光源とする場合、形成した該膜に、所定のマスクを通してEUV光(13nm付近)を照射することが好ましい。電子ビーム(EB)の照射では、マスクを介さない描画(直描)であることが好ましい。露光は、極紫外線を使用することが好ましい。
また上記工程(ウ)における露光が、液浸露光であってもよい。
上記工程(エ)における現像液は、アルカリ現像液であっても良く、有機溶剤を含む現像液であっても良いが、アルカリ現像液であることが好ましい。
本発明のパターン形成方法においては、有機溶剤を含む現像液を用いて現像する工程(有機溶剤現像工程)と、アルカリ水溶液を用いて現像を行う工程(アルカリ現像工程)を組み合わせて使用してもよい。これにより、より微細なパターンを形成することができる。
本発明において、有機溶剤現像工程によって露光強度の弱い部分が除去されるが、更にアルカリ現像工程を行うことによって露光強度の強い部分も除去される。このように現像を複数回行う多重現像プロセスにより、中間的な露光強度の領域のみを溶解させずにパターン形成が行えるので、通常より微細なパターンを形成できる(特開2008−292975号公報 [0077]と同様のメカニズム)。
本発明のパターン形成方法においては、アルカリ現像工程及び有機溶剤現像工程の順序は特に限定されないが、アルカリ現像を、有機溶剤現像工程の前に行うことがより好ましい。
本発明のパターン形成方法が、アルカリ現像液を用いて現像する工程を有する場合、アルカリ現像液としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウム、アンモニア水等の無機アルカリ類、エチルアミン、n−プロピルアミン等の第一アミン類、ジエチルアミン、ジ−n−ブチルアミン等の第二アミン類、トリエチルアミン、メチルジエチルアミン等の第三アミン類、ジメチルエタノールアミン、トリエタノールアミン等のアルコールアミン類、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド等の第四級アンモニウム塩、ピロール、ピヘリジン等の環状アミン類等のアルカリ性水溶液を使用することができる。
更に、上記アルカリ性水溶液にアルコール類、界面活性剤を適当量添加して使用することもできる。
アルカリ現像液のアルカリ濃度は、通常0.1〜20質量%である。
アルカリ現像液のpHは、通常10.0〜15.0である。
特に、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドの2.38質量%の水溶液が望ましい。
アルカリ現像の後に行うリンス処理におけるリンス液としては、純水を使用し、界面活性剤を適当量添加して使用することもできる。
また、現像処理又はリンス処理の後に、パターン上に付着している現像液又はリンス液を超臨界流体により除去する処理を行うことができる。
本発明のパターン形成方法が、有機溶剤を含有する現像液を用いて現像する工程を有する場合、該工程における当該現像液(以下、有機系現像液とも言う)としては、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、アルコール系溶剤、アミド系溶剤、エーテル系溶剤等の極性溶剤及び炭化水素系溶剤を用いることができる。
ケトン系溶剤としては、例えば、1−オクタノン、2−オクタノン、1−ノナノン、2−ノナノン、アセトン、2−ヘプタノン(メチルアミルケトン)、4−ヘプタノン、1−ヘキサノン、2−ヘキサノン、ジイソブチルケトン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン、フェニルアセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、アセチルアセトン、アセトニルアセトン、イオノン、ジアセトニルアルコール、アセチルカービノール、アセトフェノン、メチルナフチルケトン、イソホロン、プロピレンカーボネート等を挙げることができる。
エステル系溶剤としては、例えば、酢酸メチル、酢酸ブチル、酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸ペンチル、酢酸イソペンチル、酢酸アミル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチル−3−エトキシプロピオネート、3−メトキシブチルアセテート、3−メチル−3−メトキシブチルアセテート、蟻酸メチル、蟻酸エチル、蟻酸ブチル、蟻酸プロピル、乳酸エチル、乳酸ブチル、乳酸プロピル等を挙げることができる。
アルコール系溶剤としては、例えば、メチルアルコール、エチルアルコール、n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、n−ブチルアルコール、sec−ブチルアルコール、tert−ブチルアルコール、イソブチルアルコール、n−ヘキシルアルコール、n−ヘプチルアルコール、n−オクチルアルコール、n−デカノール等のアルコールや、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール等のグリコール系溶剤や、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メチルエーテル、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モノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、メトキシメチルブタノール等のグリコールエーテル系溶剤等を挙げることができる。
エーテル系溶剤としては、例えば、上記グリコールエーテル系溶剤の他、ジオキサン、テトラヒドロフラン等が挙げられる。
アミド系溶剤としては、例えば、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、ヘキサメチルホスホリックトリアミド、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン等が使用できる。
炭化水素系溶剤としては、例えば、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素系溶剤、ペンタン、ヘキサン、オクタン、デカン等の脂肪族炭化水素系溶剤が挙げられる。
上記の溶剤は、複数混合してもよいし、上記以外の溶剤や水と混合し使用してもよい。但し、本発明の効果を十分に奏するためには、現像液全体としての含水率が10質量%未満であることが好ましく、実質的に水分を含有しないことがより好ましい。
すなわち、有機系現像液に対する有機溶剤の使用量は、現像液の全量に対して、90質量%以上100質量%以下であることが好ましく、95質量%以上100質量%以下であることが好ましい。
特に、有機系現像液は、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、アルコール系溶剤、アミド系溶剤及びエーテル系溶剤からなる群より選択される少なくとも1種類の有機溶剤を含有する現像液であるのが好ましい。
また、有機系現像液は、必要に応じて塩基性化合物を適当量含有していてもよい。塩基性化合物の例としては、[6]塩基性化合物の項で後述するものを挙げることができる。
現像方法としては、たとえば、現像液が満たされた槽中に基板を一定時間浸漬する方法(ディップ法)、基板表面に現像液を表面張力によって盛り上げて一定時間静止することで現像する方法(パドル法)、基板表面に現像液を噴霧する方法(スプレー法)、一定速度で回転している基板上に一定速度で現像液吐出ノズルをスキャンしながら現像液を吐出しつづける方法(ダイナミックディスペンス法)などを適用することができる。
〔感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物〕
本発明のパターン形成方法において、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物は、(A)酸の作用により分解して現像液に対する溶解性が変化する樹脂と、(C)フッ素原子、フッ素原子を有する基、珪素原子を有する基、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、少なくとも1個のアルキル基で置換された芳香環基、及び少なくとも1個のシクロアルキル基で置換された芳香環基からなる群より選択される1つ以上の基を有する樹脂とを含有する。
感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物は、後述する(B)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物を更に含有することが好ましい。
感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物は、典型的にはレジスト組成物であり、ネガ型の現像(露光されると現像液に対して溶解性が減少し、露光部がパターンとして残り、未露光部が除去される現像)に用いることもできるが、ポジ型のレジスト組成物であることが、特に高い効果を得ることができることから好ましい。また本発明に係る組成物は、典型的には化学増幅型のレジスト組成物である。
本発明に係る感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物は、有機溶剤を含む現像液を用いた現像に用いられる感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物とすることもできるが、アルカリ現像液を用いた現像に用いられる感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物とすることが好ましい。
[1]酸の作用により分解して現像液に対する溶解性が変化する樹脂(A)
感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物は、酸の作用により分解して現像液に対する溶解性が変化する樹脂(A)(以下、「樹脂(A)」ともいう。)を含有する。
前記樹脂(A)は、樹脂の主鎖又は側鎖、あるいは、主鎖及び側鎖の両方に、酸の作用により分解して極性基を生じる基(以下、「酸分解性基」ともいう)を有する樹脂(A)であることがより好ましい。前記樹脂(A)は、酸分解性基を有する繰り返し単位を有していることが更に好ましい。
また、極性基の定義は後述する繰り返し単位(c)の項で説明する定義と同義であるが、酸分解性基が分解して生じる極性基の例としては、アルカリ可溶性基、アミノ基、酸性基などが挙げられるが、アルカリ可溶性基であることが好ましい。
アルカリ可溶性基としては、アルカリ現像液中で可溶化する基であれば特に限定されないが、好ましくは、フェノール性ヒドロキシル基、カルボン酸基、スルホン酸基、フッ素化アルコール基、スルホンアミド基、スルホニルイミド基、(アルキルスルホニル)(アルキルカルボニル)メチレン基、(アルキルスルホニル)(アルキルカルボニル)イミド基、ビス(アルキルカルボニル)メチレン基、ビス(アルキルカルボニル)イミド基、ビス(アルキルスルホニル)メチレン基、ビス(アルキルスルホニル)イミド基、トリス(アルキルカルボニル)メチレン基、トリス(アルキルスルホニル)メチレン基であり、より好ましくは、カルボン酸基、フッ素化アルコール基(好ましくはヘキサフルオロイソプロパノール)、フェノール性ヒドロキシル基、スルホン酸基等の酸性基(従来レジストの現像液として用いられている、2.38質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液中で解離する基)が挙げられる。
酸分解性基として好ましい基は、これらの基の水素原子を酸で脱離する基で置換した基である。
酸で脱離する基としては、例えば、−C(R36)(R37)(R38)、−C(R36)(R37)(OR39)、−C(R01)(R02)(OR39)等を挙げることができる。
式中、R36〜R39は、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アルキレン基とアリール基とを組み合わせた基、又はアルケニル基を表す。R36とR37とは、互いに結合して環を形成してもよい。
01及びR02は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アルキレン基とアリール基とを組み合わせた基、又はアルケニル基を表す。
酸分解性基としては好ましくは、クミルエステル基、エノールエステル基、アセタールエステル基、第3級のアルキルエステル基等である。
(a)酸分解性基を有する繰り返し単位
また、樹脂(A)は、酸分解性基を有する繰り返し単位(a)として、下記一般式(VI)で表される繰り返し単位を含んでいることが好ましい。
一般式(VI)中、
61、R62及びR63は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基、又はアルコキシカルボニル基を表す。但し、R62はArと結合して環を形成していてもよく、その場合のR62は単結合又はアルキレン基を表す。
は、単結合、−COO−、又は−CONR64−を表す。R64は、水素原子又はアルキル基を表す。
は、単結合又はアルキレン基を表す。
Arは、(n+1)価の芳香環基を表し、R62と結合して環を形成する場合には(n+2)価の芳香環基を表す。
は、n≧2の場合には各々独立に、水素原子又は酸の作用により脱離する基を表す。但し、Yの少なくとも1つは、酸の作用により脱離する基を表す。
nは、1〜4の整数を表す。
一般式(VI)について更に詳細に説明する。
一般式(VI)におけるR61〜R63のアルキル基としては、好ましくは置換基を有していても良いメチル基、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、ヘキシル基、2−エチルヘキシル基、オクチル基、ドデシル基など炭素数20以下のアルキル基が挙げられ、より好ましくは炭素数8以下のアルキル基、特に好ましくは炭素数3以下のアルキル基が挙げられる。
アルコキシカルボニル基に含まれるアルキル基としては、上記R61〜R63におけるアルキル基と同様のものが好ましい。
シクロアルキル基としては、単環型でも、多環型でもよい。好ましくは置換基を有していても良いシクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基のような炭素数3〜10個で単環型のシクロアルキル基が挙げられる。
ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子が挙げられ、フッ素原子が特に好ましい。
上記各基における好ましい置換基としては、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アミノ基、アミド基、ウレイド基、ウレタン基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、ハロゲン原子、アルコキシ基、チオエーテル基、アシル基、アシルオキシ基、アルコキシカルボニル基、シアノ基、ニトロ基等を挙げることができ、置換基の炭素数は8以下が好ましい。
62がアルキレン基を表す場合、アルキレン基としては、好ましくは置換基を有していてもよいメチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ヘキシレン基、オクチレン基等の炭素数1〜8個のものが挙げられる。
式(VI)におけるR61及びR63としては、水素原子、アルキル基、ハロゲン原子がより好ましく、水素原子、メチル基、エチル基、トリフルオロメチル基(−CF)、ヒドロキシメチル基(−CH−OH)、クロロメチル基(−CH−Cl)、フッ素原子
(−F)が特に好ましい。R62としては、水素原子、アルキル基、ハロゲン原子、アルキレン基(Lと環を形成)がより好ましく、水素原子、メチル基、エチル基、トリフルオロメチル基(−CF)、ヒドロキシメチル基(−CH−OH)、クロロメチル基(−CH−Cl)、フッ素原子(−F)、メチレン基(Arと環を形成)、エチレン基(Arと環を形成)が特に好ましい。
により表わされる−CONR64−(R64は、水素原子、アルキル基を表す)におけるR64のアルキル基としては、R61〜R63のアルキル基と同様のものが挙げられる。
としては、単結合、−COO−、−CONH−が好ましく、単結合、−COO−がより好ましい。
におけるアルキレン基としては、好ましくは置換基を有していてもよいメチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ヘキシレン基、オクチレン基等の炭素数1〜8個のものが挙げられる。R62とLとが結合して形成する環は、5又は6員環であることが特に好ましい。
Arは、(n+1)価の芳香環基を表す。nが1である場合における2価の芳香環基は、置換基を有していても良く、例えば、フェニレン基、トリレン基、ナフチレン基などの炭素数6〜18のアリーレン基、あるいは、例えば、チオフェン、フラン、ピロール、ベンゾチオフェン、ベンゾフラン、ベンゾピロール、トリアジン、イミダゾール、ベンゾイミダゾール、トリアゾール、チアジアゾール、チアゾール等のヘテロ環を含む2価の芳香環基を好ましい例として挙げることができる。
nが2以上の整数である場合における(n+1)価の芳香環基の具体例としては、2価の芳香環基の上記した具体例から、(n−1)個の任意の水素原子を除してなる基を好適に挙げることができる。
(n+1)価の芳香環基は、更に置換基を有していても良い。
上述したアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシカルボニル基、アルキレン基及び(n+1)価の芳香環基が有し得る置換基としては、上述した一般式(VI)におけるR61〜R63により表わされる各基が有し得る置換基と同様の具体例が挙げられる。
nは1又は2であることが好ましく、1であることがより好ましい。
n個のYは、各々独立に、水素原子又は酸の作用により脱離する基を表す。但し、n個中の少なくとも1つは、酸の作用により脱離する基を表す。
酸の作用により脱離する基Yとしては、例えば、−C(R36)(R37)(R38)、−C(=O)−O−C(R36)(R37)(R38)、−C(R01)(R02)(OR39)、−C(R01)(R02)−C(=O)−O−C(R36)(R37)(R38)、−CH(R36)(Ar)等を挙げることができる。
式中、R36〜R39は、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アルキレン基とアリール基を組み合わせた基又はアルケニル基を表す。R36とR37とは、互いに結合して環を形成してもよい。
01及びR02は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アルキレン基とアリール基とを組み合わせた基、又はアルケニル基を表す。
Arは、アリール基を表す。
36〜R39、R01及びR02のアルキル基は、直鎖状であっても分岐状であってもよく、炭素数1〜8のアルキル基が好ましく、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、へキシル基、オクチル基等を挙げることができる。
36〜R39、R01及びR02のシクロアルキル基は、単環型でも、多環型でもよい。単環型としては、炭素数3〜10のシクロアルキル基が好ましく、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、シクロへキシル基、シクロオクチル基等を挙げることができる。多環型としては、炭素数6〜20のシクロアルキル基が好ましく、例えば、アダマンチル基、ノルボルニル基、イソボロニル基、カンファニル基、ジシクロペンチル基、α−ピネル基、トリシクロデカニル基、テトラシクロドデシル基、アンドロスタニル基等を挙げることができる。なお、シクロアルキル基中の炭素原子の一部が酸素原子等のヘテロ原子によって置換されていてもよい。
36〜R39、R01、R02及びArのアリール基は、炭素数6〜10のアリール基が好ましく、例えば、フェニル基、ナフチル基、アントリル基等のアリール基、チオフェン、フラン、ピロール、ベンゾチオフェン、ベンゾフラン、ベンゾピロール、トリアジン、イミダゾール、ベンゾイミダゾール、トリアゾール、チアジアゾール、チアゾール等のヘテロ環を含む2価の芳香環基を挙げることができる。
36〜R39、R01及びR02のアルキレン基とアリール基とを組み合わせた基としては、炭素数7〜12のアラルキル基が好ましく、例えば、ベンジル基、フェネチル基、ナフチルメチル基等を挙げることができる。
36〜R39、R01及びR02のアルケニル基は、炭素数2〜8のアルケニル基が好ましく、例えば、ビニル基、アリル基、ブテニル基、シクロへキセニル基等を挙げることができる。
36とR37とが、互いに結合して形成する環は、単環型でも、多環型でもよい。単環型としては、炭素数3〜10のシクロアルキル構造が好ましく、例えば、シクロプロパン構造、シクロブタン構造、シクロペンタン構造、シクロへキサン構造、シクロヘプタン構造、シクロオクタン構造等を挙げることができる。多環型としては、炭素数6〜20のシクロアルキル構造が好ましく、例えば、アダマンタン構造、ノルボルナン構造、ジシクロペンタン構造、トリシクロデカン構造、テトラシクロドデカン構造等を挙げることができる。なお、シクロアルキル構造中の炭素原子の一部が酸素原子等のヘテロ原子によって置換されていてもよい。
36〜R39、R01、R02、及びArとしての上記各基は、置換基を有していてもよく、置換基としては、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アミノ基、アミド基、ウレイド基、ウレタン基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、ハロゲン原子、アルコキシ基、チオエーテル基、アシル基、アシルオキシ基、アルコキシカルボニル基、シアノ基、ニトロ基等を挙げることができ、置換基の炭素数は8以下が好ましい。
酸の作用により脱離する基Yとしては、下記一般式(VI−A)で表される構造がより好ましい。
ここで、L及びLは、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、又はアルキレン基とアリール基とを組み合わせた基を表す。
Mは、単結合又は2価の連結基を表す。
Qは、アルキル基、ヘテロ原子を含んでいてもよいシクロアルキル基、ヘテロ原子を含んでいてもよいアリール基、アミノ基、アンモニウム基、メルカプト基、シアノ基又はアルデヒド基を表す。
Q、M、Lの少なくとも2つが結合して環(好ましくは、5員若しくは6員環)を形成してもよい。
及びLとしてのアルキル基は、例えば炭素数1〜8個のアルキル基であって、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、ヘキシル基、オクチル基を好ましく挙げることができる。
及びLとしてのシクロアルキル基は、例えば炭素数3〜15個のシクロアルキル基であって、具体的には、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボルニル基、アダマンチル基等を好ましい例として挙げることができる。
及びLとしてのアリール基は、例えば炭素数6〜15個のアリール基であって、具体的には、フェニル基、トリル基、ナフチル基、アントリル基等を好ましい例として挙げることができる。
及びLとしてのアルキレン基とアリール基を組み合わせた基は、例えば、炭素数6〜20であって、ベンジル基、フェネチル基などのアラルキル基が挙げられる。
Mとしての2価の連結基は、例えば、アルキレン基(例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ヘキシレン基、オクチレン基など)、シクロアルキレン基(例えば、シクロペンチレン基、シクロヘキシレン基、アダマンチレン基など)、アルケニレン基(例えば、エテニレン基、プロペニレン基、ブテニレン基など)、2価の芳香環基(例えば、フェニレン基、トリレン基、ナフチレン基など)、−S−、−O−、−CO−、−SO−、−N(R)−、及びこれらの複数を組み合わせた2価の連結基である。Rは、水素原子又はアルキル基(例えば炭素数1〜8個のアルキル基であって、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、ヘキシル基、オクチル基など)である。
Qとしてのアルキル基は、上述のL及びLとしての各基と同様である。
Qとしてのヘテロ原子を含んでいてもよいシクロアルキル基及びヘテロ原子を含んでいてもよいアリール基に於ける、ヘテロ原子を含まない肪族炭化水素環基及びへテロ原子を含まないアリール基としては、上述のL及びLとしてのシクロアルキル基、及びアリール基などが挙げられ、好ましくは、炭素数3〜15である。
ヘテロ原子を含むシクロアルキル基及びヘテロ原子を含むアリール基としては、例えば、チイラン、シクロチオラン、チオフェン、フラン、ピロール、ベンゾチオフェン、ベンゾフラン、ベンゾピロール、トリアジン、イミダゾール、ベンゾイミダゾール、トリアゾール、チアジアゾール、チアゾール、ピロリドン等のヘテロ環構造を有する基が挙げられるが、一般にヘテロ環と呼ばれる構造(炭素とヘテロ原子で形成される環、あるいはヘテロ原子にて形成される環)であれば、これらに限定されない。
Q、M、Lの少なくとも2つが結合して形成してもよい環としては、Q、M、Lの少なくとも2つが結合して、例えば、プロピレン基、ブチレン基を形成して、酸素原子を含有する5員又は6員環を形成する場合が挙げられる。
一般式(VI−A)におけるL、L、M、Qで表される各基は、置換基を有していてもよく、例えば、前述のR36〜R39、R01、R02、及びArが有してもよい置換基として説明したものが挙げられ、置換基の炭素数は8以下が好ましい。
−M−Qで表される基として、炭素数1〜30個で構成される基が好ましい。
感度、解像力、LWR及びパターン形状を向上し、なかでも特に感度向上の観点から、上記一般式(VI)で表される繰り返し単位は、下記一般式(3)で表される繰り返し単位であることが好ましい。
一般式(3)において、
Arは、芳香環基を表す。
は、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルコキシ基、アシル基又はヘテロ環基を表す。
は、単結合又は2価の連結基を表す。
は、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基又はヘテロ環基を表す。
、M及びRの少なくとも二つが結合して環を形成してもよい。
Arが表す芳香環基は、上記一般式(VI)におけるnが1である場合の、上記一般式(VI)におけるArと同様であり、より好ましくはフェニレン基、ナフチレン基。更に好ましくはフェニレン基である。
Arは置換基を有していてもよく、有し得る置換基としては、上述の一般式(IV)におけるArが有し得る置換基と同様のものが挙げられる。
が表すアルキル基又はシクロアルキル基は、前述のR36〜R39、R01及びR02が表すアルキル基又はシクロアルキル基と同義である。
が表すアリール基は、前述のR36〜R39、R01及びR02が表すアリール基と同義であり、また好ましい範囲も同様である。
が表すアラルキル基は、炭素数7〜12のアラルキル基が好ましく、例えば、ベンジル基、フェネチル基、ナフチルメチル基等を挙げることができる。
が表すアルコキシ基のアルキル基部分としては、前述のR36〜R39、R01及びR02が表すアルキル基と同様であり、また好ましい範囲も同様である。
が表すアシル基としては、ホルミル基、アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、イソブチリル基、バレリル基、ピバロイル基、ベンゾイル基、ナフトイル基などの炭素数1〜10の脂肪族アシル基が挙げられ、アセチル基又はベンゾイル基であることが好ましい。
が表すヘテロ環基としては、前述のヘテロ原子を含むシクロアルキル基及びヘテロ原子を含むアリール基が挙げられ、ピリジン環基又はピラン環基であることが好ましい。
は、炭素数1〜8個の直鎖又は分岐のアルキル基(具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、2−エチルヘキシル基、オクチル基)、炭素数3〜15個のシクロアルキル基(具体的には、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボルニル基、アダマンチル基等)であることが好ましく、炭素数2個以上の基であることが好ましい。Rは、エチル基、i−プロピル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ネオペンチル基、シクロヘキシル基、アダマンチル基、シクロヘキシルメチル基又はアダマンタンメチル基であることがより好ましく、tert−ブチル基、sec−ブチル基、ネオペンチル基、シクロヘキシルメチル基又はアダマンタンメチル基であることが更に好ましい。
上述したアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルコキシ基、アシル基又はヘテロ環基は、置換基を更に有していてもよく、有し得る置換基としては、前述のR36〜R39、R01、R02、及びArが有してもよい置換基として説明したものが挙げられる。
が表す2価の連結基は、前述の一般式(VI−A)で表される構造におけるMと同義であり、また好ましい範囲も同様である。Mは置換基を有していてもよく、Mが有し得る置換基としては、上述の一般式(VI−A)で表される基におけるMが有し得る置換基と同様の基が挙げられる。
が表すアルキル基、シクロアルキル基及びアリール基は、前述の一般式(VI−A)で表される構造におけるQにおけるものと同義であり、また好ましい範囲も同様である。
が表すヘテロ環基としては、前述の一般式(VI−A)で表される構造におけるQとしてのヘテロ原子を含むシクロアルキル基及びヘテロ原子を含むアリール基が挙げられ、また好ましい範囲も同様である。
は置換基を有していてもよく、Qが有し得る置換基としては、上述の一般式(VI−A)で表される基におけるQが有し得る置換基と同様の基が挙げられる。
、M及びRの少なくとも二つが結合して形成する環は、前述の一般式(VI−A)におけるQ、M、Lの少なくとも2つが結合して形成してもよい環と同義であり、また好ましい範囲も同様である。
感度、解像力、LWR及びパターン形状を向上し、なかでも特に感度向上の観点から、前記一般式(3)におけるRは下記一般式(3−2)で表される基であることが好ましい。
上記一般式(3−2)中、R61、R62及びR63は、各々独立に、アルキル基、アルケニル基、シクロアルキル基又はアリール基を表す。n61は0又は1を表す。
61〜R63の少なくとも2つは互いに連結して環を形成してもよい。
61〜R63で表されるアルキル基としては、直鎖であっても分岐であってもよく、炭素数1〜8個のアルキル基であることが好ましい。
61〜R63で表されるアルケニル基としては、直鎖であっても分岐であってもよく、炭素数1〜8個のアルケニル基であることが好ましい。
61〜R63で表されるシクロアルキル基は、前述のR36〜R39、R01及びR02が表すシクロアルキル基と同義である。
61〜R63で表されるアリール基は、前述のR36〜R39、R01及びR02が表すアリール基と同義であり、また好ましい範囲も同様である。
61〜R63としては、アルキル基であることが好ましく、メチル基であることがより好ましい。
61〜R63の少なくとも2つが形成し得る環としてシクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボルニル基又はアダマンチル基であることが好ましい。
以下に繰り返し単位(a)の好ましい具体例として、一般式(VI)で表される繰り返し単位の具体例を示すが、本発明はこれに限定されるものではない。
樹脂(A)は、感度、解像力、LWR及びパターン形状を向上し、なかでも特に感度向上の観点から、下記一般式(4)で表される繰り返し単位を含むことも好ましい。
一般式(4)中、
41、R42及びR43は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。R42はLと結合して環を形成していてもよく、その場合のR42はアルキレン基を表す。
は、単結合又は2価の連結基を表し、R42と環を形成する場合には3価の連結基を表す。
44は、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルコキシ基、アシル基又はヘテロ環基を表す。
は、単結合又は2価の連結基を表す。
は、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基又はヘテロ環基を表す。
、M及びR44の少なくとも二つが結合して環を形成してもよい。
41、R42及びR43は、前述の一般式(VI)中のR61、R62、R63と同義であり、また好ましい範囲も同様である。
で表される2価の連結基としては、アルキレン基、2価の芳香環基、−COO−L−、−O−L−、これらの2つ以上を組み合わせて形成される基等が挙げられる。ここで、Lはアルキレン基、シクロアルキレン基、2価の芳香環基、アルキレン基と2価の芳香環基を組み合わせた基を表す。
は、単結合、−COO−L−で表される基又は2価の芳香環基が好ましい。Lは炭素数1〜5のアルキレン基が好ましく、メチレン、プロピレン基がより好ましい。2価の芳香環基としては、1,4−フェニレン基、1,3−フェニレン基、1,2−フェニレン基、1,4−ナフチレン基が好ましく、1,4−フェニレン基がより好ましい。
がR42と結合して環を形成する場合における、Lで表される3価の連結基としては、Lで表される2価の連結基の上記した具体例から1個の任意の水素原子を除してなる基を好適に挙げることができる。
44は、前述の一般式(3)中のRと同義であり、また好ましい範囲も同様である。
は、前述の一般式(3)中のMと同義であり、また好ましい範囲も同様である。
は、前述の一般式(3)中のQと同義であり、また好ましい範囲も同様である。Q、M及びR44の少なくとも二つが結合して形成される環としては、Q、M及びRの少なくとも二つが結合して形成される環があげられ、また好ましい範囲も同様である。
以下に一般式(4)で表される繰り返し単位の具体例を示すが、本発明はこれに限定されるものではない。
酸分解性基を有する繰り返し単位(a)としては、下記一般式(V)で表される繰り返し単位であってもよい。
一般式(V)中、
51、R52、及びR53は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基、又はアルコキシカルボニル基を表す。R52はLと結合して環を形成していてもよく、その場合のR52はアルキレン基を表す。
は、単結合又は2価の連結基を表し、R52と環を形成する場合には3価の連結基を表す。
54はアルキル基を表し、R55及びR56は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、又はアラルキル基を表す。R55及びR56は互いに結合して環を形成してもよい。但し、R55とR56とが同時に水素原子であることはない。
一般式(V)について、更に詳細に説明する。
一般式(V)におけるR51〜R53は、前述の一般式(VI)中のR61、R62、R63と同義であり、また好ましい範囲も同様である。
またR52がアルキレン基でありLと環を形成する場合、アルキレン基としては、好ましくはメチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ヘキシレン基、オクチレン基等の炭素数1〜8のアルキレン基が挙げられる。炭素数1〜4のアルキレン基がより好ましく、炭素数1〜2のアルキレン基が特に好ましい。R52とLとが結合して形成する環は、5又は6員環であることが特に好ましい。
は前述の一般式(4)中のLと同義であり、また好ましい範囲も同様である。
54〜R56のアルキル基としては炭素数1〜20のものが好ましく、より好ましくは炭素数1〜10のものであり、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、イソブチル基、t−ブチル基などの炭素数1〜4のものが特に好ましい。
55及びR56で表されるシクロアルキル基としては、炭素数3〜20のものが好ましく、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等の単環性のものであってもよいし、ノルボニル基、アダマンチル基、テトラシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、等の多環性のものであってもよい。
また、R55及びR56が互いに結合して形成される環としては、炭素数3〜20のものが好ましく、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等の単環性のものであってもよいし、ノルボニル基、アダマンチル基、テトラシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、等の多環性のものであってもよい。R55及びR56が互いに結合して環を形成する場合、R54は炭素数1〜3のアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基がより好ましい。
55及びR56で表されるアリール基としては、炭素数6〜20のものが好ましく、単環でも多環でもよく、置換基を有しても良い。例えば、フェニル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基、4−メチルフェニル基、4―メトキシフェニル基等が挙げられる。R55及びR56のどちらか一方が水素原子の場合、他方はアリール基であることが好ましい。
55及びR56で表されるアラルキル基としては、単環でも多環でもよく、置換基を有しても良い。好ましくは炭素数7〜21であり、ベンジル基、1−ナフチルメチル基等が挙げられる。
一般式(V)で表される繰り返し単位に相当するモノマーの合成方法としては、一般的な重合性基含有エステルの合成法を適用することが可能であり、特に限定されることはない。
以下に、一般式(V)で表される繰り返し単位(a)の具体例を示すが、本発明はこれに限定されるものではない。
具体例中、Rx、Xaは、水素原子、CH、CF、又はCHOHを表す。Rxa、Rxbは、それぞれ独立して、炭素数1〜4のアルキル基、炭素数6〜18のアリール基、又は、炭素数7〜19のアラルキル基を表す。Zは、置換基を表す。pは0又は正の整数を表し、好ましくは0〜2であり、より好ましくは0又は1である。Zが複数存在する場合、互いに同じでも異なっていてもよい。Zとしては、酸分解前後での有機溶剤を含有する現像液に対する溶解コントラストを増大させる観点から、水素原子及び炭素原子のみからなる基が好適に挙げられ、例えば、直鎖又は分岐のアルキル基、シクロアルキル基であることが好ましい。

また、樹脂(A)は、繰り返し単位(a)として、下記一般式(BZ)で表される繰り返し単位を含んでいてもよい。
一般式(BZ)中、ARは、アリール基を表す。Rnは、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を表す。RnとARとは互いに結合して非芳香族環を形成してもよい。
は、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアルキルオキシカルボニル基を表す。
前記一般式(BZ)で表される繰り返し単位についての説明(各基の説明、前記一般式(BZ)で表される繰り返し単位の具体例等)としては、特開2012−208447号公報段落0101〜0131に記載の一般式(BZ)で表される繰り返し単位の説明を参酌でき、これらの内容は本願明細書に組み込まれる。
上記酸分解性基を有する繰り返し単位は、1種類であってもよいし、2種以上を併用してもよい。
樹脂(A)における酸分解性基を有する繰り返し単位の含有量(複数種類含有する場合はその合計)は、前記樹脂(A)中の全繰り返し単位に対して5モル%以上80モル%以下であることが好ましく、5モル%以上75モル%以下であることがより好ましく、10モル%以上65モル%以下であることが更に好ましい。
感度、解像力、LWR及びパターン形状の観点から、樹脂(A)は下記一般式(1)で表される繰り返し単位と、前述した一般式(3)又は(4)で表される繰り返し単位とを有する樹脂であることが好ましく、下記一般式(1)で表される繰り返し単位と、前記一般式(3)で表される繰り返し単位とを有する樹脂であり、かつ前記一般式(3)におけるRが炭素数2以上の基であることがより好ましく、下記一般式(1)で表される繰り返し単位と、前記一般式(3)で表される繰り返し単位とを有する樹脂であり、かつ前記一般式(3)におけるRが前記一般式(3−2)で表される基であることが更に好ましい。
(b)一般式(1)で表される繰り返し単位
本発明の樹脂(A)は、下記一般式(1)で表される繰り返し単位を有することが好ましい。
一般式(1)において、
11、R12及びR13は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。R13はArと結合して環を形成していてもよく、その場合のR13はアルキレン基を表す。
は、単結合又は2価の連結基を表す。
Arは、(n+1)価の芳香環基を表し、R13と結合して環を形成する場合には(n+2)価価の芳香環基を表す。
nは、1〜4の整数を表す。
式(1)におけるR11、R12、R13のアルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、アルコキシカルボニル基、及びこれらの基が有し得る置換基の具体例としては、上記一般式(VI)におけるR61、R62、及びR63により表される各基について説明した具体例と同様である。
Arは、(n+1)価の芳香環基を表す。nが1である場合における2価の芳香環基は、置換基を有していてもよく、例えば、フェニレン基、トリレン基、ナフチレン基、アントラセニレン基などの炭素数6〜18のアリーレン基、あるいは、例えば、チオフェン、フラン、ピロール、ベンゾチオフェン、ベンゾフラン、ベンゾピロール、トリアジン、イミダゾール、ベンゾイミダゾール、トリアゾール、チアジアゾール、チアゾール等のヘテロ環を含む芳香環基を好ましい例として挙げることができる。
nが2以上の整数である場合における(n+1)価の芳香環基の具体例としては、2価の芳香環基の上記した具体例から、(n−1)個の任意の水素原子を除してなる基を好適に挙げることができる。
(n+1)価の芳香環基は、更に置換基を有していても良い。
上述したアルキレン基及び(n+1)価の芳香環基が有し得る置換基としては、一般式(VI)におけるR61〜R63で挙げたアルキル基、メトキシ基、エトキシ基、ヒドロキシエトキシ基、プロポキシ基、ヒドロキシプロポキシ基、ブトキシ基等のアルコキシ基、フェニル基等のアリール基が挙げられる。
の2価の連結基としては、−COO−又は−CONR64−が挙げられる。
により表わされる−CONR64−(R64は、水素原子、アルキル基を表す)におけるR64のアルキル基としては、R61〜R63のアルキル基と同様のものが挙げられる。
としては、単結合、−COO−、−CONH−が好ましく、単結合、−COO−がより好ましい。
Arとしては、置換基を有していても良い炭素数6〜18の芳香環基がより好ましく、ベンゼン環基、ナフタレン環基、ビフェニレン環基が特に好ましい。
繰り返し単位(b)は、ヒドロキシスチレン構造を備えていることが好ましい。即ち、Arは、ベンゼン環基であることが好ましい。
nは1〜4の整数を表し、1又は2を表すことが好ましく、1を表すことがより好ましい。
以下に、一般式(1)で表される繰り返し単位の具体例を示すが、本発明はこれに限定されるものではない。式中、aは1又は2を表す。
樹脂(A)は、一般式(1)で表される繰り返し単位を2種類以上含んでいてもよい。
一般式(1)で表される繰り返し単位、の含有量(複数種含有する際はその合計)は、樹脂(A)中の全繰り返し単位に対して、3〜98モル%の範囲内であることが好ましく、10〜80モル%の範囲内であることがより好ましく、25〜70モル%の範囲内であることが更に好ましい。
(c)一般式(1)で表される繰り返し単位以外の極性基を有する繰り返し単位
樹脂(A)は極性基を有する繰り返し単位(c)を含むことが好ましい。繰り返し単位(c)を含むことにより、例えば、樹脂を含んだ組成物の感度を向上させることができる。繰り返し単位(c)は、非酸分解性の繰り返し単位であること(すなわち、酸分解性基を有さないこと)が好ましい。
繰り返し単位(c)が含み得る「極性基」としては、例えば、以下の(1)〜(4)が挙げられる。なお、以下において、「電気陰性度」とは、Paulingによる値を意味している。
(1)酸素原子と、酸素原子との電気陰性度の差が1.1以上である原子とが、単結合により結合した構造を含む官能基
このような極性基としては、例えば、ヒドロキシ基などのO−Hにより表される構造を含んだ基が挙げられる。
(2)窒素原子と、窒素原子との電気陰性度の差が0.6以上である原子とが、単結合により結合した構造を含む官能基
このような極性基としては、例えば、アミノ基などのN−Hにより表される構造を含んだ基が挙げられる。
(3)電気陰性度が0.5以上異なる2つの原子が二重結合又は三重結合により結合した構造を含む官能基
このような極性基としては、例えば、C≡N、C=O、N=O、S=O又はC=Nにより表される構造を含んだ基が挙げられる。
(4)イオン性部位を有する官能基
このような極性基としては、例えば、N又はSにより表される部位を有する基が挙げられる。
以下に、「極性基」が含み得る部分構造の具体例を挙げる。
繰り返し単位(c)が含み得る極性基は、ヒドロキシル基、シアノ基、ラクトン基、スルトン基、カルボン酸基、スルホン酸基、アミド基、スルホンアミド基、アンモニウム基、スルホニウム基、カーボネート基(−O−CO−O−)(例えば、環状炭酸エステル構造等)、及びこれらの2つ以上を組み合わせてなる基より選択されることが好ましく、アルコール性ヒドロキシ基、シアノ基、ラクトン基、スルトン基、又は、シアノラクトン構造を含んだ基であることが特に好ましい。
樹脂にアルコール性ヒドロキシ基を備えた繰り返し単位を更に含有させると、樹脂を含んだ組成物の露光ラチチュード(EL)を更に向上させることができる。
樹脂にシアノ基を備えた繰り返し単位を更に含有させると、樹脂を含んだ組成物の感度を更に向上させることができる。
樹脂にラクトン基を備えた繰り返し単位を更に含有させると、有機溶剤を含んだ現像液に対する溶解コントラストを更に向上させることができる。また、こうすると、樹脂を含んだ組成物のドライエッチング耐性、塗布性、及び基板との密着性を更に向上させることも可能となる。
樹脂にシアノ基を有するラクトン構造を含んだ基を備えた繰り返し単位を更に含有させると、有機溶剤を含んだ現像液に対する溶解コントラストを更に向上させることができる。また、こうすると、樹脂を含んだ組成物の感度、ドライエッチング耐性、塗布性、及び基板との密着性を更に向上させることも可能となる。加えて、こうすると、シアノ基及びラクトン基のそれぞれに起因した機能を単一の繰り返し単位に担わせることが可能となり、樹脂の設計の自由度を更に増大させることも可能となる。
繰り返し単位(c)が有する極性基がアルコール性ヒドロキシ基である場合、下記一般式(I−1H)〜(I−10H)からなる群より選択される少なくとも1つにより表されることが好ましい。特には、下記一般式(I−1H)〜(I−3H)からなる群より選択される少なくとも1つにより表されることがより好ましく、下記一般式(I−1H)により表されることが更に好ましい。
式中、
Raは、各々独立に、水素原子、アルキル基又は−CH−O−Raにより表される基を表す。ここで、Raは、水素原子、アルキル基又はアシル基を表す。
は、(n+1)価の有機基を表す。
は、m≧2の場合は各々独立に、単結合又は(n+1)価の有機基を表す。
Wは、メチレン基、酸素原子又は硫黄原子を表す。
n及びmは、1以上の整数を表す。なお、一般式(I−2H)、(I−3H)又は(I−8H)においてRが単結合を表す場合、nは1である。
lは、0以上の整数を表す。
は、−COO−、−OCO−、−CONH−、−O−、−Ar−、−SO−又は−SONH−により表される連結基を表す。ここで、Arは、2価の芳香環基を表す。
Rは、各々独立に、水素原子又はアルキル基を表す。
は、水素原子又は有機基を表す。
は、(m+2)価の連結基を表す。
は、m≧2の場合は各々独立に、(n+1)価の連結基を表す。
は、p≧2の場合は各々独立に、置換基を表す。p≧2の場合、複数のRは、互いに結合して環を形成していてもよい。
pは、0〜3の整数を表す。
Raは、水素原子、アルキル基又は−CH−O−Raにより表される基を表す。Raは、水素原子又は炭素数が1〜10のアルキル基であることが好ましく、水素原子又はメチル基であることがより好ましい。
Wは、メチレン基、酸素原子又は硫黄原子を表す。Wは、メチレン基又は酸素原子であることが好ましい。
は、(n+1)価の有機基を表す。Rは、好ましくは、非芳香族性の炭化水素基である。この場合、Rは、鎖状炭化水素基であってもよく、脂環状炭化水素基であってもよい。Rは、より好ましくは、脂環状炭化水素基である。
は、単結合又は(n+1)価の有機基を表す。Rは、好ましくは、単結合又は非芳香族性の炭化水素基である。この場合、Rは、鎖状炭化水素基であってもよく、脂環状炭化水素基であってもよい。
及び/又はRが鎖状炭化水素基である場合、この鎖状炭化水素基は、直鎖状であってもよく、分岐鎖状であってもよい。また、この鎖状炭化水素基の炭素数は、1〜8であることが好ましい。例えば、R及び/又はRがアルキレン基である場合、R及び/又はRは、メチレン基、エチレン基、n−プロピレン基、イソプロピレン基、n−ブチレン基、イソブチレン基又はsec−ブチレン基であることが好ましい。
及び/又はRが脂環状炭化水素基である場合、この脂環状炭化水素基は、単環式であってもよく、多環式であってもよい。この脂環状炭化水素基は、例えば、モノシクロ、ビシクロ、トリシクロ又はテトラシクロ構造を備えている。この脂環状炭化水素基の炭素数は、通常は5以上であり、6〜30であることが好ましく、7〜25であることがより好ましい。
この脂環状炭化水素基としては、例えば、以下に列挙する部分構造を備えたものが挙げられる。これら部分構造の各々は、置換基を有していてもよい。また、これら部分構造の各々において、メチレン基(−CH−)は、酸素原子(−O−)、硫黄原子(−S−)、カルボニル基〔−C(=O)−〕、スルホニル基〔−S(=O)−〕、スルフィニル基〔−S(=O)−〕、又はイミノ基〔−N(R)−〕(Rは水素原子若しくはアルキル基)によって置換されていてもよい。
例えば、R及び/又はRがシクロアルキレン基である場合、R及び/又はRは、アダマンチレン基、ノルアダマンチレン基、デカヒドロナフチレン基、トリシクロデカニレン基、テトラシクロドデカニレン基、ノルボルニレン基、シクロペンチレン基、シクロヘキシレン基、シクロヘプチレン基、シクロオクチレン基、シクロデカニレン基、又はシクロドデカニレン基であることが好ましく、アダマンチレン基、ノルボルニレン基、シクロヘキシレン基、シクロペンチレン基、テトラシクロドデカニレン基又はトリシクロデカニレン基であることがより好ましい。
及び/又はRの非芳香族性の炭化水素基は、置換基を有していてもよい。この置換基としては、例えば、炭素数1〜4のアルキル基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、炭素数1〜4のアルコキシ基、カルボキシ基、及び炭素数2〜6のアルコキシカルボニル基が挙げられる。上記のアルキル基、アルコキシ基及びアルコキシカルボニル基は、置換基を更に有していてもよい。この置換基としては、例えば、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、及びアルコキシ基が挙げられる。
は、−COO−、−OCO−、−CONH−、−O−、−Ar−、−SO−又は−SONH−により表される連結基を表す。ここで、Arは、2価の芳香環基を表す。Lは、好ましくは−COO−、−CONH−又は−Ar−により表される連結基であり、より好ましくは−COO−又は−CONH−により表される連結基である。
Rは、水素原子又はアルキル基を表す。アルキル基は、直鎖状であってもよく、分岐鎖状であってもよい。このアルキル基の炭素数は、好ましくは1〜6であり、より好ましくは1〜3である。Rは、好ましくは水素原子又はメチル基であり、より好ましくは水素原子である。
は、水素原子又は有機基を表す。有機基としては、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アルキニル基、及びアルケニル基が挙げられる。Rは、好ましくは、水素原子又はアルキル基であり、より好ましくは、水素原子又はメチル基である。
は、(m+2)価の連結基を表す。即ち、Lは、3価以上の連結基を表す。このような連結基としては、例えば、後掲の具体例における対応した基が挙げられる。
は、(n+1)価の連結基を表す。即ち、Rは、2価以上の連結基を表す。このような連結基としては、例えば、アルキレン基、シクロアルキレン基及び後掲の具体例における対応した基が挙げられる。Rは、互いに結合して又は下記Rと結合して、環構造を形成していてもよい。
は、置換基を表す。この置換基としては、例えば、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、アルコキシ基、アシルオキシ基、アルコキシカルボニル基、及びハロゲン原子が挙げられる。
nは、1以上の整数である。nは、1〜3の整数であることが好ましく、1又は2であることがより好ましい。また、nを2以上とすると、有機溶剤を含んだ現像液に対する溶解コントラストを更に向上させることが可能となる。従って、こうすると、限界解像力及びラフネス特性を更に向上させることができる。
mは、1以上の整数である。mは、1〜3の整数であることが好ましく、1又は2であることがより好ましい。
lは、0以上の整数である。lは、0又は1であることが好ましい。
pは、0〜3の整数である。
酸の作用により分解してアルコール性ヒドロキシ基を生じる基を備えた繰り返し単位と、上記一般式(I−1H)〜(I−10H)からなる群より選択される少なくとも1つにより表される繰り返し単位とを併用すると、例えば、アルコール性ヒドロキシ基による酸拡散の抑制と、酸の作用により分解してアルコール性ヒドロキシ基を生じる基による感度の増大とにより、他の性能を劣化させることなしに、露光ラチチュード(EL)を改良することが可能となる。
アルコール性ヒドロキシ基を有する繰り返し単位の含有率は、樹脂(A)中の全繰り返し単位に対し、1〜60モル%が好ましく、より好ましくは3〜50モル%、更に好ましくは5〜40モル%である。
以下に、一般式(I−1H)〜(I−10H)の何れかにより表される繰り返し単位の具体例を示す。なお、具体例中、Raは、一般式(I−1H)〜(I−10H)におけるものと同義である。
繰り返し単位(c)が有する極性基がアルコール性ヒドロキシ基又はシアノ基である場合、好ましい繰り返し単位の一つの態様として、水酸基又はシアノ基で置換された脂環炭化水素構造を有する繰り返し単位であることが挙げられる。このとき、酸分解性基を有さないことが好ましい。水酸基又はシアノ基で置換された脂環炭化水素構造に於ける、脂環炭化水素構造としては、アダマンチル基、ジアマンチル基、ノルボルナン基が好ましい。好ましい水酸基又はシアノ基で置換された脂環炭化水素構造としては、下記一般式(VIIa)〜(VIIc)で表される部分構造が好ましい。これにより基板密着性、及び現像液親和性が向上する。

一般式(VIIa)〜(VIIc)に於いて、
c〜Rcは、各々独立に、水素原子又は水酸基又はシアノ基を表す。ただし、Rc〜Rcの内の少なくとも1つは、水酸基を表す。好ましくは、Rc〜Rcの内の1つ又は2つが、水酸基で、残りが水素原子である。一般式(VIIa)に於いて、更に好ましくは、Rc〜Rcの内の2つが、水酸基で、残りが水素原子である。
一般式(VIIa)〜(VIIc)で表される部分構造を有する繰り返し単位としては、下記一般式(AIIa)〜(AIIc)で表される繰り返し単位を挙げることができる。

一般式(AIIa)〜(AIIc)に於いて、
cは、水素原子、メチル基、トリフロロメチル基又はヒドロキシメチル基を表す。
c〜Rcは、一般式(VIIa)〜(VIIc)に於ける、Rc〜Rcと同義である。
樹脂(A)は水酸基又はシアノ基を有する繰り返し単位を含有していても含有していなくてもよいが、含有する場合、水酸基又はシアノ基を有する繰り返し単位の含有量は、樹脂(A)中の全繰り返し単位に対し、1〜60モル%が好ましく、より好ましくは3〜50モル%、更に好ましくは5〜40モル%である。
水酸基又はシアノ基を有する繰り返し単位の具体例を以下に挙げるが、本発明はこれらに限定されない。
繰り返し単位(c)は、極性基としてラクトン構造を有する繰り返し単位であってもよい。
ラクトン構造を有する繰り返し単位としては、下記一般式(AII)で表される繰り返し単位がより好ましい。
一般式(AII)中、
Rbは、水素原子、ハロゲン原子又は置換基を有していてもよいアルキル基(好ましくは炭素数1〜4)を表す。
Rbのアルキル基が有していてもよい好ましい置換基としては、水酸基、ハロゲン原子が挙げられる。Rbのハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、沃素原子を挙げることができる。Rbとして、好ましくは、水素原子、メチル基、ヒドロキシメチル基、トリフルオロメチル基であり、水素原子、メチル基が特に好ましい。
Abは、単結合、アルキレン基、単環又は多環のシクロアルキル構造を有する2価の連結基、エーテル結合、エステル結合、カルボニル基、又はこれらを組み合わせた2価の連結基を表す。Abは、好ましくは、単結合、−Ab−CO−で表される2価の連結基である。
Abは、直鎖又は分岐アルキレン基、単環又は多環のシクロアルキレン基であり、好ましくはメチレン基、エチレン基、シクロヘキシレン基、アダマンチレン基、ノルボルニレン基である。
Vは、ラクトン構造を有する基を表す。
ラクトン構造を有する基としては、ラクトン構造を有していればいずれでも用いることができるが、好ましくは5〜7員環ラクトン構造であり、5〜7員環ラクトン構造にビシクロ構造、スピロ構造を形成する形で他の環構造が縮環しているものが好ましい。下記一般式(LC1−1)〜(LC1−17)のいずれかで表されるラクトン構造を有する繰り返し単位を有することがより好ましい。また、ラクトン構造が主鎖に直接結合していてもよい。好ましいラクトン構造としては(LC1−1)、(LC1−4)、(LC1−5)、(LC1−6)、(LC1−8)、(LC1−13)、(LC1−14)である。
ラクトン構造部分は、置換基(Rb)を有していても有していなくてもよい。好ましい置換基(Rb)としては、炭素数1〜8のアルキル基、炭素数4〜7の1価のシクロアルキル基、炭素数1〜8のアルコキシ基、炭素数2〜8のアルコキシカルボニル基、カルボキシル基、ハロゲン原子、水酸基、シアノ基、酸分解性基などが挙げられる。より好ましくは炭素数1〜4のアルキル基、シアノ基、酸分解性基である。nは、0〜4の整数を表す。nが2以上の時、複数存在する置換基(Rb)は、同一でも異なっていてもよく、また、複数存在する置換基(Rb)同士が結合して環を形成してもよい。
ラクトン基を有する繰り返し単位は、通常光学異性体が存在するが、いずれの光学異性体を用いてもよい。また、1種の光学異性体を単独で用いても、複数の光学異性体を混合して用いてもよい。1種の光学異性体を主に用いる場合、その光学純度(ee)が90%以上のものが好ましく、より好ましくは95%以上である。
樹脂(A)はラクトン構造を有する繰り返し単位を含有しても含有しなくてもよいが、ラクトン構造を有する繰り返し単位を含有する場合、樹脂(A)中の前記繰り返し単位の含有量は、全繰り返し単位に対して、1〜70モル%の範囲が好ましく、より好ましくは3〜65モル%の範囲であり、更に好ましくは5〜60モル%の範囲である。
以下に、樹脂(A)中のラクトン構造を有する繰り返し単位の具体例を示すが、本発明はこれに限定されるものではない。式中、Rxは、H,CH,CHOH,又はCFを表す。
また、樹脂(A)が有するスルトン基としては、下記一般式(SL−1)、(SL−2)が好ましい。式中のRb、nは、上述した一般式(LC1−1)〜(LC1−17)と同義である。
樹脂(A)が有するスルトン基を含む繰り返し単位としては、前述したラクトン基を有する繰り返し単位におけるラクトン基を、スルトン基に置換したものが好ましい。
また、繰り返し単位(c)が有しうる極性基が酸性基であることも特に好ましい態様の一つである。好ましい酸性基としてはフェノール性ヒドロキシル基、カルボン酸基、スルホン酸基、フッ素化アルコール基(例えばヘキサフロロイソプロパノール基)、スルホンアミド基、スルホニルイミド基、(アルキルスルホニル)(アルキルカルボニル)メチレン基、(アルキルスルホニル)(アルキルカルボニル)イミド基、ビス(アルキルカルボニル)メチレン基、ビス(アルキルカルボニル)イミド基、ビス(アルキルスルホニル)メチレン基、ビス(アルキルスルホニル)イミド基、トリス(アルキルカルボニル)メチレン基、トリス(アルキルスルホニル)メチレン基が挙げられる。なかでも繰り返し単位(c)はカルボキシル基を有する繰り返し単位であることがより好ましい。酸性基を有する繰り返し単位としては、アクリル酸、メタクリル酸による繰り返し単位のような樹脂の主鎖に直接酸性基が結合している繰り返し単位、あるいは連結基を介して樹脂の主鎖に酸性基が結合している繰り返し単位、更には酸性基を有する重合開始剤や連鎖移動剤を重合時に用いてポリマー鎖の末端に導入のいずれも好ましい。特に好ましくはアクリル酸、メタクリル酸による繰り返し単位である。
繰り返し単位(c)が有しうる酸性基は、芳香環を含んでいてもいなくてもよいが、芳香環を有する場合はフェノール性水酸基以外の酸性基から選ばれることが好ましい。繰り返し単位(c)が酸性基を有する場合、酸性基を有する繰り返し単位の含有量は、樹脂(A)中の全繰り返し単位に対し、30モル%以下であることが好ましく、20モル%以下であることがより好ましい。樹脂(A)が酸性基を有する繰り返し単位を含有する場合、樹脂(A)における酸性基を有する繰り返し単位の含有量は、通常、1モル%以上である。
酸性基を有する繰り返し単位の具体例を以下に示すが、本発明は、これに限定されるものではない。
具体例中、RxはH、CH、CHOH又はCFを表す。
(d)複数の芳香環を有する繰り返し単位
樹脂(A)は複数の芳香環を有する繰り返し単位(d)を有していても良い。
なかでも、下記一般式(d1)で表される複数の芳香環を有する繰り返し単位(d)を更に有することが好ましい。
一般式(d1)中、
は、水素原子、アルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はニトロ基を表し、
Yは、単結合又は2価の連結基を表し、
Zは、単結合又は2価の連結基を表し、
Arは、芳香環基を表し、
pは1以上の整数を表す。
前記一般式(d1)で表される複数の芳香環を有する繰り返し単位(d)についての説明(各基の説明、前記一般式(d1)で表される複数の芳香環を有する繰り返し単位(d)の具体例等)としては、特開2012−255845号公報段落0028〜0045に記載の一般式(B1)又は(B2)で表される繰り返し単位(B)の説明を参酌でき、これらの内容は本願明細書に組み込まれる。
樹脂(A)は、繰り返し単位(d)を含有してもしなくても良いが、含有する場合、繰り返し単位(d)の含有率は、樹脂(A)全繰り返し単位に対して、1〜30モル%の範囲であることが好ましく、より好ましくは1〜20モル%の範囲であり、更に好ましくは1〜15モル%の範囲である。樹脂(A)に含まれる繰り返し単位(d)は2種類以上を組み合わせて含んでもよい。
本発明における樹脂(A)は、前記繰り返し単位(a)〜(d)以外の繰り返し単位を適宜有していてもよい。そのような繰り返し単位の一例として、更に極性基(例えば、前記酸基、水酸基、シアノ基)を持たない脂環炭化水素構造を有し、酸分解性を示さない繰り返し単位を有することができる。これにより、有機溶剤を含む現像液を用いた現像の際に樹脂の溶解性を適切に調整することができる。このような繰り返し単位としては、一般式(IV)で表される繰り返し単位が挙げられる。
一般式(IV)中、Rは少なくとも1つの環状構造を有し、極性基を有さない炭化水素基を表す。
Raは水素原子、アルキル基又は−CH−O−Ra基を表す。式中、Raは、水素原子、アルキル基又はアシル基を表す。Raは、水素原子、メチル基、ヒドロキシメチル基、トリフルオロメチル基が好ましく、水素原子、メチル基が特に好ましい。
が有する環状構造には、単環式炭化水素基及び多環式炭化水素基が含まれる。単環式炭化水素基としては、たとえば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロへプチル基、シクロオクチル基などの炭素数3〜12のシクロアルキル基、シクロへキセニル基など炭素数3〜12のシクロアルケニル基が挙げられる。好ましい単環式炭化水素基としては、炭素数3〜7の単環式炭化水素基であり、より好ましくは、シクロペンチル基、シクロヘキシル基が挙げられる。
多環式炭化水素基には環集合炭化水素基、架橋環式炭化水素基が含まれ、環集合炭化水素基の例としては、ビシクロヘキシル基、パーヒドロナフタレニル基などが含まれる。架橋環式炭化水素環として、例えば、ピナン、ボルナン、ノルピナン、ノルボルナン、ビシクロオクタン環(ビシクロ[2.2.2]オクタン環、ビシクロ[3.2.1]オクタン環等)などの2環式炭化水素環及び、ホモブレダン、アダマンタン、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン、トリシクロ[4.3.1.12,5]ウンデカン環などの3環式炭化水素環、テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカン、パーヒドロ−1,4−メタノ−5,8−メタノナフタレン環などの4環式炭化水素環などが挙げられる。また、架橋環式炭化水素環には、縮合環式炭化水素環、例えば、パーヒドロナフタレン(デカリン)、パーヒドロアントラセン、パーヒドロフェナントレン、パーヒドロアセナフテン、パーヒドロフルオレン、パーヒドロインデン、パーヒドロフェナレン環などの5〜8員シクロアルカン環が複数個縮合した縮合環も含まれる。
好ましい架橋環式炭化水素環として、ノルボルニル基、アダマンチル基、ビシクロオクタニル基、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカニル基、などが挙げられる。より好ましい架橋環式炭化水素環としてノルボニル基、アダマンチル基が挙げられる。
これらの脂環式炭化水素基は置換基を有していても良く、好ましい置換基としてはハロゲン原子、アルキル基、水素原子が置換されたヒドロキシル基、水素原子が置換されたアミノ基などが挙げられる。好ましいハロゲン原子としては臭素、塩素、フッ素原子、好ましいアルキル基としてはメチル、エチル、ブチル、t−ブチル基が挙げられる。上記のアルキル基は更に置換基を有していても良く、更に有していてもよい置換基としては、ハロゲン原子、アルキル基、水素原子が置換されたヒドロキシル基、水素原子が置換されたアミノ基を挙げることができる。
上記水素原子の置換基としては、たとえばアルキル基、シクロアルキル基、アラルキル基、置換メチル基、置換エチル基、アルコキシカルボニル基、アラルキルオキシカルボニル基が挙げられる。好ましいアルキル基としては、炭素数1〜4のアルキル基、好ましい置換メチル基としてはメトキシメチル、メトキシチオメチル、ベンジルオキシメチル、t−ブトキシメチル、2−メトキシエトキシメチル基、好ましい置換エチル基としては、1−エトキシエチル、1−メチル−1−メトキシエチル、好ましいアシル基としては、ホルミル、アセチル、プロピオニル、ブチリル、イソブチリル、バレリル、ピバロイル基などの炭素数1〜6の脂肪族アシル基、アルコキシカルボニル基としては炭素数1〜4のアルコキシカルボニル基などが挙げられる。
樹脂(A)は、極性基を持たない脂環炭化水素構造を有し、酸分解性を示さない繰り返し単位を含有してもしなくてもよいが、含有する場合、この繰り返し単位の含有量は、樹脂(A)中の全繰り返し単位に対し、1〜20モル%が好ましく、より好ましくは5〜15モル%である。
極性基を持たない脂環炭化水素構造を有し、酸分解性を示さない繰り返し単位の具体例を以下に挙げるが、本発明はこれらに限定されない。式中、Raは、H、CH、CHOH、又はCFを表す。
また、樹脂(A)は、下記一般式(P)により表される繰り返し単位を更に含んでも良い。
41は、水素原子又はメチル基を表す。L41は、単結合又は2価の連結基を表す。L42は、2価の連結基を表す。Sは、活性光線又は放射線の照射により分解して側鎖に酸を発生させる構造部位を表す。
以下に、一般式(P)で表される繰り返し単位の具体例を示すが、本発明がこれに限定されるものではない。
樹脂(A)における一般式(P)で表される繰り返し単位の含有量は、樹脂(A)の全繰り返し単位に対して、1〜40モル%の範囲が好ましく、2〜30モル%の範囲がより好ましく、5〜25モル%の範囲が特に好ましい。
また、樹脂(A)は、Tgの向上やドライエッジング耐性の向上、先述のアウトオブバンド光の内部フィルター等の効果を鑑み、下記のモノマー成分を含んでも良い。
本発明の組成物に用いられる樹脂(A)において、各繰り返し構造単位の含有モル比は、レジストのドライエッチング耐性や標準現像液適性、基板密着性、レジストプロファイル、更にはレジストの一般的な必要性能である解像力、耐熱性、感度等を調節するために適宜設定される。
本発明の樹脂(A)の形態としては、ランダム型、ブロック型、クシ型、スター型のいずれの形態でもよい。
樹脂(A)は、例えば、各構造に対応する不飽和モノマーのラジカル、カチオン、又はアニオン重合により合成することができる。また各構造の前駆体に相当する不飽和モノマーを用いて重合した後に、高分子反応を行うことにより目的とする樹脂を得ることも可能である。
例えば、一般的合成方法としては、不飽和モノマー及び重合開始剤を溶剤に溶解させ、加熱することにより重合を行う一括重合法、加熱溶剤に不飽和モノマーと重合開始剤の溶液を1〜10時間かけて滴下して加える滴下重合法などが挙げられ、滴下重合法が好ましい。
樹脂(A)の製造における、反応溶媒、重合開始剤、反応条件(温度、濃度等)、及び、反応後の精製方法としては、特開2012−208447号公報段落0173〜0183の記載を参酌でき、これらの内容は本願明細書に組み込まれる。
本発明に係わる樹脂(A)の分子量は、特に制限されないが、重量平均分子量が1000〜100000の範囲であることが好ましく、1500〜60000の範囲であることがより好ましく、2000〜30000の範囲であることが特に好ましい。重量平均分子量を1000〜100000の範囲とすることにより、耐熱性やドライエッチング耐性の劣化を防ぐことができ、且つ現像性が劣化したり、粘度が高くなって製膜性が劣化することを防ぐことができる。ここで、樹脂の重量平均分子量は、GPC(キャリア:THFあるいはN−メチル−2−ピロリドン(NMP))によって測定したポリスチレン換算分子量を示す。
また分散度(Mw/Mn)は、好ましくは1.00〜5.00、より好ましくは1.00〜3.50であり、更に好ましくは、1.00〜2.50である。分子量分布の小さいものほど、解像度、レジスト形状が優れ、且つレジストパターンの側壁がスムーズであり、ラフネス性に優れる。
樹脂(A)は、1種類単独で、又は2種類以上を組み合わせて使用することができる。樹脂(A)の含有率は、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物中の全固形分を基準にして、20〜99質量%が好ましく、30〜99質量%がより好ましく、40〜99質量%が更に好ましい。
[2](C)樹脂
本発明のパターン形成方法に用いられる感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物は、(C)フッ素原子、フッ素原子を有する基、珪素原子を有する基、アルキル基(樹脂(C)の疎水性をより向上させる観点から、好ましくは炭素数6以上)、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、少なくとも1個のアルキル基で置換された芳香環基、及び少なくとも1個のシクロアルキル基で置換された芳香環基からなる群より選択される1つ以上の基を有する樹脂(以下、単に「樹脂(C)」ともいう)を含有する。
ここで、樹脂(C)は上記樹脂(A)とは異なる樹脂である。
樹脂(C)は、製膜後にレジスト膜表面に偏在し、保護膜を形成する化合物として機能し得る。
なお、製膜後に膜表面に偏在し、保護膜を形成したかどうかは、例えば、樹脂(C)を添加しないレジスト膜の表面静止接触角(純水による接触角)と、樹脂(C)を添加したレジスト膜の表面静止接触角とを比較して、その接触角が上昇した場合、保護層が形成されたとみなすことができる。
樹脂(C)が有する上記した原子又は基は疎水性が高いため、樹脂(C)を、レジスト膜の露光部及び未露光部を問わず、レジスト膜の表面に偏在させることができる。
樹脂(C)により接触角が向上するためキャピラリーフォースが低減しパターン倒れの発生を抑制でき解像力が向上し得る。
樹脂(C)は、フッ素原子、フッ素原子を有する基、珪素原子を有する基、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、少なくとも1個のアルキル基で置換された芳香環基、及び、少なくとも1個のシクロアルキル基で置換された芳香環基からなる群より選択される1つ以上の基を有する繰り返し単位(以下、単に繰り返し単位(α)ともいう)を有することが好ましく、フッ素原子、フッ素原子を有する基、珪素原子を有する基、炭素数が6以上のアルキル基、炭素数が5以上のシクロアルキル基、炭素数が6以上のアリール基、炭素数が7以上のアラルキル基、少なくとも1個の炭素数3以上のアルキル基で置換された芳香環基、及び、少なくとも1個の炭素数5以上のシクロアルキル基で置換された芳香環基からなる群より選択される1つ以上の基を有する繰り返し単位を有することがより好ましい。
ただし、フッ素原子は、樹脂(C)をレジスト膜の表面に偏在させる機能には優れるが、一方、極紫外線(EUV光)に対して感度が高く、これにより、未露光部も感光しやすくなることから、露光源が極紫外線(EUV光)である場合、樹脂(C)は、珪素原子を有する基、炭素数が6以上のアルキル基、炭素数が5以上のシクロアルキル基、炭素数が6以上のアリール基、炭素数が7以上のアラルキル基、少なくとも1個の炭素数3以上のアルキル基で置換された芳香環基、及び、少なくとも1個の炭素数5以上のシクロアルキル基で置換された芳香環基からなる群より選択される1つ以上の基を有することが好ましい。
フッ素原子を有する基としては、フッ素原子を有するアルキル基、フッ素原子を有するシクロアルキル基、又は、フッ素原子を有するアリール基などが挙げられる。
フッ素原子を有するアルキル基としては、好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは炭素数1〜4のフッ素原子を有するアルキル基が挙げられ、少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換された直鎖又は分岐アルキル基であり、更にフッ素原子以外の置換基を有していてもよい。
フッ素原子を有するシクロアルキル基としては、少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換された単環又は多環のシクロアルキル基であり、更にフッ素原子以外の置換基を有していてもよい。
フッ素原子を有するアリール基としては、フェニル基、ナフチル基などのアリール基の少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換されたものが挙げられ、更にフッ素原子以外の置換基を有していてもよい。
フッ素原子を有するアルキル基、フッ素原子を有するシクロアルキル基、及びフッ素原子を有するアリール基として、好ましくは、下記一般式(F2)〜(F4)で表される基を挙げることができるが、本発明は、これに限定されるものではない。
一般式(F2)〜(F4)中、
57〜R68は、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子又はアルキル基(直鎖若しくは分岐)を表す。但し、R57〜R61少なくとも1つ、R62〜R64の少なくとも1つ、及びR65〜R68の少なくとも1つは、それぞれ独立に、フッ素原子又は少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換されたアルキル基(好ましくは炭素数1〜4)を表す。
57〜R61及びR65〜R67は、全てがフッ素原子であることが好ましい。R62、R63及びR68は、少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換されたアルキル基(好ましくは炭素数1〜4)が好ましく、炭素数1〜4のパーフルオロアルキル基であることが更に好ましい。R62とR63は、互いに連結して環を形成してもよい。
一般式(F2)で表される基の具体例としては、例えば、p−フルオロフェニル基、ペンタフルオロフェニル基、3,5−ジ(トリフルオロメチル)フェニル基等が挙げられる。
一般式(F3)で表される基の具体例としては、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロプロピル基、ペンタフルオロエチル基、ヘプタフルオロブチル基、ヘキサフルオロイソプロピル基、ヘプタフルオロイソプロピル基、ヘキサフルオロ(2−メチル)イソプロピル基、ノナフルオロブチル基、オクタフルオロイソブチル基、ノナフルオロヘキシル基、ノナフルオロ−t−ブチル基、パーフルオロイソペンチル基、パーフルオロオクチル基、パーフルオロ(トリメチル)ヘキシル基、2,2,3,3−テトラフルオロシクロブチル基、パーフルオロシクロヘキシル基などが挙げられる。ヘキサフルオロイソプロピル基、ヘプタフルオロイソプロピル基、ヘキサフルオロ(2−メチル)イソプロピル基、オクタフルオロイソブチル基、ノナフルオロ−t−ブチル基、パーフルオロイソペンチル基が好ましく、ヘキサフルオロイソプロピル基、ヘプタフルオロイソプロピル基が更に好ましい。
一般式(F4)で表される基の具体例としては、例えば、−C(CFOH、−C(COH、−C(CF)(CH)OH、−CH(CF)OH等が挙げられ、−C(CFOHが好ましい。
珪素原子を有する基としては、アルキルシリル構造(好ましくはトリアルキルシリル基)、環状シロキサン構造などが挙げられる。
〜Wについてのアルキルシリル構造、又は環状シロキサン構造としては、具体的には、下記一般式(CS−1)〜(CS−3)で表される基などが挙げられる。
一般式(CS−1)〜(CS−3)に於いて、
12〜R26は、各々独立に、直鎖若しくは分岐アルキル基(好ましくは炭素数1〜20)又はシクロアルキル基(好ましくは炭素数3〜20)を表す。
〜Lは、単結合又は2価の連結基を表す。2価の連結基としては、アルキレン基、フェニレン基、エーテル結合、チオエーテル結合、カルボニル基、エステル結合、アミド結合、ウレタン結合、及びウレア結合よりなる群から選択される単独或いは2つ以上の組み合わせ(好ましくは総炭素数12以下)が挙げられる。
nは、1〜5の整数を表す。nは、好ましくは、2〜4の整数である。
樹脂(C)が有し得るアルキル基としては、樹脂(C)の疎水性をより向上させる観点から、好ましくは炭素数6以上、より好ましくは炭素数6〜20、更に好ましくは炭素数6〜15の直鎖又は分岐アルキル基を挙げられ、更に、置換基(ただし、フッ素原子、フッ素原子を有する基、及び、珪素原子を有する基には相当しない)を有していてもよい。
樹脂(C)が有し得るシクロアルキル基としては、好ましくは炭素数5以上、より好ましくは、炭素数6〜20、更に好ましくは炭素数6〜15のシクロアルキル基が挙げられ、更に、置換基(ただし、フッ素原子、フッ素原子を有する基、及び、珪素原子を有する基には相当しない)を有していてもよい。
樹脂(C)が有し得るアリール基としては、好ましくは炭素数6以上、樹脂(C)の疎水性をより向上させる観点から、より好ましくは、炭素数9〜20、更に好ましくは、炭素数9〜15のアリール基が挙げられ、更に、置換基(ただし、フッ素原子、フッ素原子を有する基、及び、珪素原子を有する基には相当しない)を有していてもよい。
樹脂(C)が有し得るアラルキル基としては、好ましくは炭素数7以上、より好ましくは、炭素数7〜20、より好ましくは炭素数10〜20のアラルキル基が挙げられ、更に、置換基(ただし、フッ素原子、フッ素原子を有する基、及び、珪素原子を有する基には相当しない)を有していてもよい。
少なくとも1個のアルキル基で置換された芳香環基、及び、少なくとも1個のシクロアルキル基で置換された芳香環基における芳香環としては、好ましくは、炭素数6〜20、より好ましくは、炭素数6〜15の芳香環が挙げられ、アルキル基及びシクロアルキル基以外の置換基(ただし、フッ素原子、フッ素原子を有する基、及び、珪素原子を有する基には相当しない)を有していてもよい。
上記アルキル基としては、樹脂(C)の疎水性をより向上させる観点から、好ましくは炭素数3以上、より好ましくは、炭素数3〜15、更に好ましくは炭素数3〜10の直鎖又は分岐アルキル基が挙げられる。少なくとも1個のアルキル基で置換された芳香環基において、芳香環は、1〜9個のアルキル基(好ましくは炭素数3以上)により置換されることが好ましく、1〜7個の炭素数3以上のアルキル基により置換されることがより好ましく、1〜5個の炭素数3以上のアルキル基により置換されることが更に好ましい。
上記シクロアルキル基としては、好ましくは炭素数5以上、より好ましくは、炭素数5〜20、更に好ましくは炭素数5〜15のシクロアルキル基が挙げられる。少なくとも1個のシクロアルキル基(好ましくは炭素数5以上)で置換された芳香環基において、芳香環は、1〜5個の炭素数5以上のシクロアルキル基により置換されることが好ましく、1〜4個の炭素数5以上のシクロアルキル基により置換されることがより好ましく、1〜3個の炭素数5以上のシクロアルキル基により置換されることが更に好ましい。
樹脂(C)は、上記繰り返し単位(α)として、下記一般式(C−Ia)〜(C−Id)のいずれかで表される繰り返し単位を少なくとも1種有することが好ましい。
上記一般式中、
10及びR11は、各々独立に、水素原子、フッ素原子、又は、アルキル基を表す。該アルキル基は、好ましくは炭素数1〜4の直鎖又は分岐のアルキル基であり、置換基を有していてもよく、置換基を有するアルキル基としては特にフッ素化アルキル基を挙げることができる。R10及びR11は、各々独立に、水素原子、又は、メチル基であることが好ましい。
、W及びWは、それぞれ独立して、フッ素原子を有する基、珪素原子を有する基、アルキル基(樹脂(C)の疎水性をより向上させる観点から、好ましくは炭素数6以上)、シクロアルキル基、アリール基、及び、アラルキル基からなる群より選択される1つ以上を有する有機基を表す。
は、フッ素原子を有する基、珪素原子を有する基、アルキル基、及び、シクロアルキル基からなる群より選択される1つ以上を有する有機基を表す。
Ar11は、(r+1)価の芳香環基を表す。
rは、1〜10の整数を表す。
(r+1)価の芳香環基Ar11として、rが1である場合における2価の芳香環基は、置換基を有していてもよく、例えば、フェニレン基、トリレン基、ナフチレン基、アントラセニレン基などの炭素数6〜18のアリーレン基などが挙げられる。
rが2以上の整数である場合における(r+1)価の芳香環基の具体例としては、2価の芳香環基の上記した具体例から、(r−1)個の任意の水素原子を除してなる基を好適に挙げることができる。
〜Wについてのフッ素原子を有する基としては、前記したフッ素原子を有する基で挙げたものと同様である。
〜Wについてのフッ素原子を有する基は、前記一般式(C−Ia)〜(C−Id)で表される繰り返し単位に直接結合しても良く、更に、アルキレン基、フェニレン基、エーテル結合、チオエーテル結合、カルボニル基、エステル結合、アミド結合、ウレタン結合及びウレイレン結合よりなる群から選択される基、或いはこれらの2つ以上を組み合わせた基を介して前記一般式(C−Ia)〜(C−Id)で表される繰り返し単位に結合しても良い。
〜Wについての珪素原子を有する基としては、前記した珪素原子を有する基で挙げたものと同様である。
、W、Wについてのアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、及び、アラルキル基は、それぞれ、樹脂(C)が有し得るアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基として前述したものと同様であり、具体例、好ましい例も同様である。
についてのアルキル基、及び、シクロアルキル基は、それぞれ、前記の少なくとも1個のアルキル基で置換された芳香環基におけるアルキル基、及び、前記の少なくとも1個のシクロアルキル基で置換された芳香環基におけるシクロアルキル基に関して説明したものと同様である。
露光源が極紫外線(EUV光)である場合は、上記した理由により、W、W及びWは、それぞれ独立して、珪素原子を有する基、炭素数6以上のアルキル基、炭素数5以上のシクロアルキル基、炭素数6以上のアリール基、及び、炭素数以上のアラルキル基からなる群より選択される1つ以上を有する有機基を表すことも好ましく、Wは、珪素原子を有する基、炭素数3以上のアルキル基、及び、炭素数5以上のシクロアルキル基からなる群より選択される1つ以上を有する有機基を表すことも好ましい。
、W及びWは、それぞれ独立して、フッ素原子を有する有機基、珪素原子を有する有機基、炭素数6以上のアルキル基、炭素数5以上のシクロアルキル基、炭素数6以上のアリール基、又は、炭素数7以上のアラルキル基であることが好ましく、露光源が極紫外線(EUV光)である場合は、上記した理由により、珪素原子を有する有機基、炭素数6以上のアルキル基、炭素数6以上のシクロアルキル基、炭素数9以上のアリール基、又は、炭素数10以上のアラルキル基であることも好ましい。
は、フッ素原子を有する有機基、珪素原子を有する有機基、炭素数3以上のアルキル基、又は、炭素数5以上のシクロアルキル基であることが好ましく、露光源が極紫外線(EUV光)である場合は、上記した理由により、珪素原子を有する有機基、炭素数3以上のアルキル基、又は、炭素数5以上のシクロアルキル基であることも好ましい。
以下、前記一般式(C−Ia)〜(C−Id)のいずれかで表される繰り返し単位の具体例を示すが、本発明は、これに限定されるものではない。
具体例中、Xは、水素原子、−CH、−F又は−CFを表す。
樹脂(C)は、芳香環基を有することが好ましく、芳香環基を有する繰り返し単位を有することがより好ましい。樹脂(C)が芳香環基を有することにより、芳香環基が、EUV光のアウトオブバンド光を吸収し、露光部の表面のみが、アウトオブバンド光によって感光して、パターンの表面が荒れたり(特に、EUV露光の場合)、パターンの断面形状がT−top形状や逆テーパー形状になったり、分離すべきパターンの表面同士が分離せずに、ブリッジ部が発生するという不具合をより抑制できる。
この場合、前記繰り返し単位(α)が芳香環基を有してもよく、あるいは、樹脂(C)が更に前記繰り返し単位(α)以外の繰り返し単位を有するとともに、該繰り返し単位が芳香環基を有していてもよい。
前記繰り返し単位(α)が芳香環基を有する場合における繰り返し単位(α)は、下記一般式(C−II)で表される繰り返し単位であることが好ましい。
上記一般式中、
12は水素原子、メチル基、トリフルオロメチル基、又は、フッ素原子を表す。
は、フッ素原子を有する基、珪素原子を有する基、アルキル基、シクロアルキル基からなる群より選択される1つ以上を有する有機基を表す。
は単結合、又は、−COOL−基を表す。Lは、単結合又はアルキレン基を表す。
nは、1〜5の整数を表す。
についてのフッ素原子を有する基、及び、珪素原子を有する基としては、それぞれ、前記したフッ素原子を有する基、及び、珪素原子を有する基で挙げたものと同様である。
についてのアルキル基、及び、シクロアルキル基は、それぞれ、前記の少なくとも1個のアルキル基で置換された芳香環基におけるアルキル基、及び、前記の少なくとも1個のシクロアルキル基で置換された芳香環基におけるシクロアルキル基に関して説明したものと同様である。
はトリアルキルシリル基、トリアルコキシシリル基、トリアルキルシリル基を有するアルキル基、トリアルコキシシリル基を有するアルキル基、炭素数3以上のアルキル基、又は、炭素数5以上のシクロアルキル基であることが好ましい。
としてのトリアルキルシリル基、トリアルコキシシリル基、トリアルキルシリル基を有するアルキル基、及び、トリアルコキシシリル基を有するアルキル基において、珪素原子に結合するアルキル基又はアルコキシ基の炭素数は、1〜5であることが好ましく、1〜3であることがより好ましい。
また、Wとしてのトリアルキルシリル基を有するアルキル基、及び、トリアルコキシシリル基を有するアルキル基において、トリアルキルシリル基又はトリアルコキシシリル基に結合するアルキル基の炭素数は、1〜5であることが好ましく、1〜3であることがより好ましい。
12は水素原子又はメチル基であることが好ましい。
としてのアルキレン基は、炭素数1〜5のアルキレン基であることが好ましく、炭素数1〜3のアルキレン基であることがより好ましい。Lは単結合であることが好ましい。
は、フッ素原子を有する有機基、珪素原子を有する有機基、炭素数3以上のアルキル基、又は、炭素数5以上のシクロアルキル基であることが好ましい。
以下に一般式(C−II)で表される繰り返し単位の具体例を示すが、これらに限定されるものではない。
繰り返し単位(α)の樹脂(C)の全繰り返し単位に対する含有量は、5〜100モル%であることが好ましく、10〜90モル%であることがより好ましく、10〜80モル%であることが更に好ましい。
また、樹脂(C)が更に前記繰り返し単位(α)以外の繰り返し単位を有するとともに、該繰り返し単位が芳香環基を有する場合においては、樹脂(C)は、前記一般式(C−Ia)〜(C−Id)のいずれかで表される繰り返し単位と芳香環基を有する繰り返し単位とを含む共重合体が挙げられる。
前記芳香環基を有する繰り返し単位としては、下記一般式(II)で表される繰り返し単位であることが好ましい。
上記一般式中、
51、R52及びR53は、各々独立に、水素原子、アルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。但し、R52はArと結合して環を形成していてもよく、その場合のR52は単結合又はアルキレン基を表す。
は、単結合、−COO−、又は−CONR64−を表し、R64は、水素原子又はアルキル基を表す。
は、単結合又はアルキレン基を表す。
Arは、1価の芳香環基を表し、R52と結合して環を形成する場合には2価の芳香環基を表す。
式(II)におけるR51、R52、R53のアルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、アルコキシカルボニル基、及びこれらの基が有し得る置換基の具体例としては、上記一般式(VI)におけるR61、R62、及びR63により表される各基について説明した具体例と同様である。
1価の芳香環基Arは、置換基を有していてもよく、例えば、フェニル基、トリル基、ナフチル基、アントラセニル基などの炭素数6〜18のアリーレン基、あるいは、例えば、チオフェン、フラン、ピロール、ベンゾチオフェン、ベンゾフラン、ベンゾピロール、トリアジン、イミダゾール、ベンゾイミダゾール、トリアゾール、チアジアゾール、チアゾール等のヘテロ環を含む芳香環基を好ましい例として挙げることができる。
2価の芳香環基の具体例としては、1価の芳香環基の上記した具体例から、1個の任意の水素原子を除してなる基を好適に挙げることができる。
上述したアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシカルボニル基、アルキレン基及び1価の芳香環基が有し得る置換基としては、樹脂(A)についての一般式(VI)におけるR61〜R63で挙げたアルキル基、メトキシ基、エトキシ基、ヒドロキシエトキシ基、プロポキシ基、ヒドロキシプロポキシ基、ブトキシ基等のアルコキシ基、フェニル基等のアリール基が挙げられる。
により表わされる−CONR64−(R64は、水素原子、アルキル基を表す)におけるR64のアルキル基としては、R51〜R53のアルキル基と同様のものが挙げられる。
としては、単結合、−COO−、−CONH−が好ましく、単結合、−COO−がより好ましい。
におけるアルキレン基としては、好ましくは置換基を有していてもよいメチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ヘキシレン基、オクチレン基等の炭素数1〜8個のものが挙げられる。
Arとしては、置換基を有していても良い炭素数6〜18の芳香環基がより好ましく、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基が特に好ましい。
以下に、一般式(II)で表される繰り返し単位の具体例を示すが、これらに限定されるものではない。
樹脂(C)は、一般式(II)で表される繰り返し単位を含有してもしなくても良いが、含有する場合、一般式(II)で表される繰り返し単位の樹脂(C)の全繰り返し単位に対する含有量は、1〜40モル%であることが好ましく、1〜35モル%であることがより好ましく、1〜30モル%であることが更に好ましい。
<繰り返し単位(β)又は(γ)>
樹脂(C)は下記一般式(KA−1)若しくは(KB−1)で表される構造における−COO−で表される基(以下、「極性変換基」ともいう。)を少なくとも2つ以上有する繰り返し単位(以下、「繰り返し単位(β)」ともいう。)、又は下記一般式(aa1−1)で表されるモノマーに由来する少なくとも1種の繰り返し単位(以下、「繰り返し単位(γ)」ともいう。)を含有することが好ましく、下記一般式(KA−1)若しくは(KB−1)で表される構造における−COO−で表される基を少なくとも2つ以上有する繰り返し単位(β)を含有することがより好ましい。
一般式(KA−1)中、
kaは、アルキル基、シクロアルキル基、エーテル基、ヒドロキシル基、アミド基、アリール基、ラクトン環基、又は電子求引性基を表す。Zkaが複数存在する場合、複数のZkaは同じでも異なっていてもよく、Zka同士が連結して環を形成してもよい。
nkaは0〜10の整数を表す。
Qは、式中の原子と共にラクトン環を形成するのに必要な原子群を表す。
一般式(KB−1)中、
kb1及びXkb2は、各々独立して電子求引性基を表す。
nkb及びnkb’は、各々独立して0又は1を表す。
kb1、Rkb2、Rkb3及びRkb4は、各々独立して、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、又は電子求引性基を表す。Rkb1、Rkb2及びXkb1の少なくとも2つが互いに連結して環を形成していてもよく、Rkb3、Rkb4及びXkb2の少なくとも2つが互いに連結して環を形成していてもよい。
上記一般式(aa1−1)中、
は、重合性基を含む有機基を表す。
及びLは、各々独立して、単結合又は2価の連結基を表す。
Rfはフッ素原子を有する有機基を表す。
極性変換基は、アルカリ現像液の作用により分解し、アルカリ現像液中での溶解度が増大する基であり、膜表層部にアルカリ現像液の作用により分解する成分が偏在することにより、現像液との親和性が高くなり、ブロッブ欠陥の低減を図ることができる。また、一般式(aa1−1)で表されるモノマーに由来する少なくとも1種の繰り返し単位(γ)についても同様に極性変換基を有することから、ブロッブ欠陥の低減を図ることができる。その理由の一つとしては、例えば側鎖の末端に存在する含フッ素エステル基がアルカリ現像液により加水分解を受け、樹脂の親水化が起きることが考えられる。
繰り返し単位(β)が、1つの側鎖上に、少なくとも2つ以上の極性変換基と、フッ素原子及び珪素原子の少なくともいずれかとを有する繰り返し単位(β')であることが好ましい。即ち、複数の極性変換基を有する側鎖上に、フッ素原子及び珪素原子の少なくともいずれかを有する構造をもつ繰り返し単位である。なお、フッ素原子は、後述する極性変換基における電子求引性基としてのフッ素原子であっても、該電子求引性基としてのフッ素原子とは異なるフッ素原子であってもよい。
また、繰り返し単位(β)が、少なくとも2つ以上の極性変換基を有し、かつ、フッ素原子及び珪素原子を有さない繰り返し単位(β*)であり、樹脂(C)がフッ素原子及び珪素原子の少なくともいずれかを有する繰り返し単位を更に有することも好ましい。
あるいは、繰り返し単位(β)が、1つの側鎖上に少なくとも2つ以上の極性変換基を有し、かつ、同一繰り返し単位内の前記側鎖と異なる側鎖上に、フッ素原子及び珪素原子の少なくともいずれかを有する繰り返し単位(β'')であることも好ましい。この場合、極性変換基を有する側鎖とフッ素原子及び珪素原子の少なくともいずれかを有する側鎖とは、主鎖の炭素原子を介してα位の位置関係、すなわち下記式(4)のような位置関係にあることが好ましい。式中、B1は極性変換基を有する部分構造、B2はフッ素原子及び珪素原子の少なくともいずれかを有する部分構造を表す。
これら樹脂(C)の態様のうち、繰り返し単位(β')を有することがより好ましい。
ここで、極性変換基とは、上述したように、アルカリ現像液の作用により分解し、アルカリ現像液中での溶解度が増大する基であり、後掲の一般式(KA−1)又は(KB−1)で示す構造における−COO−で表される部分構造である。
一般式(KA−1)で表すラクトン構造は、ラクトン環を有していればいずれの基でも用いることができるが、好ましくは5〜7員環ラクトン構造を有する基であり、5〜7員環ラクトン構造にビシクロ構造、スピロ構造を形成する形で他の環構造が縮環しているものが好ましい。
なお、繰り返し単位における樹脂の主鎖に直結のエステル基(例えばアクリレートにおける−COO−)は極性変換基としての機能が劣るため、本件における極性変換基には含まれない。
また、繰り返し単位(β)は、(KA−1)又は(KB−1)で表される構造全体を別個に2つ有していなくてもよく、一部を重複して、例えば1つの電子求引性基を2つのエステル構造が挟む形であっても、後述する式(KY−1)の形態であっても、2つの極性変換基を含むと解する。
また、繰り返し単位(β*)及び繰り返し単位(β'')においては、極性変換基が、一般式(KA−1)で示す構造における−COO−で表される部分構造であることがより好ましい。
一般式(KA−1)中、
kaは、アルキル基、シクロアルキル基、エーテル基、ヒドロキシル基、アミド基、アリール基、ラクトン環基、又は電子求引性基を表す。Zkaが複数存在する場合、複数のZkaは同じでも異なっていてもよく、Zka同士が連結して環を形成してもよい。Zka同士が連結して形成する環としては、例えば、シクロアルキル環、ヘテロ環(環状エーテル環、ラクトン環など)が挙げられる。
nkaは0〜10の整数を表す。nkaは、好ましくは0〜8の整数であり、より好ましくは0〜5の整数であり、更に好ましくは1〜4の整数であり、最も好ましくは1〜3の整数である。
Qは、式中の原子と共にラクトン環を形成するのに必要な原子群を表す。ラクトン環は、上述したように、ラクトン構造を有する基であれば特に限定されないが、好ましくは5〜7員環ラクトン構造を有する基であり、5〜7員環ラクトン構造にビシクロ構造、スピロ構造を形成する形で他の環構造が縮環しているものが好ましい。
一般式(KB−1)中、
kb1及びXkb2は、各々独立して電子求引性基を表す。
nkb及びnkb’は、各々独立して0又は1を表す。なお、nkb、nkb’が0の場合、Xkb1、Xkb2はエステル基(−COO−)と直結していることを表す。
kb1、Rkb2、Rkb3及びRkb4は、各々独立して、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、又は電子求引性基を表す。Rkb1、Rkb2及びXkb1の少なくとも2つが互いに連結して環を形成していてもよく、Rkb3、Rkb4及びXkb2の少なくとも2つが互いに連結して環を形成していてもよい。
kb3、Rkb4及びXkb2の少なくとも2つが互いに連結して形成してもよい環としては、好ましくはシクロアルキル基又はヘテロ環基が挙げられ、ヘテロ環基としてはラクトン環基が好ましい。ラクトン環としては、例えば樹脂(A)について前述した式(LC1−1)〜(LC1−17)で表わされる構造が挙げられる。
なお、一般式(KA−1)又は(KB−1)で表される構造は、一般式(KA−1)で表される構造、Xkb1、Xkb2が1価である場合の(KB−1)で表される構造の場合のように、結合手を有しない場合は、該構造における任意の水素原子を少なくとも1つ除いた1価以上の部分構造である。
ka、Xkb1、Xkb2、Rkb1〜Rkb4における電子求引性基としては、ハロゲン原子、シアノ基、オキシ基、カルボニル基、カルボニルオキシ基、オキシカルボニル基、ニトリル基、ニトロ基、スルホニル基、スルフィニル基、又は、−C(Rf1)(Rf2)−Rf3で表されるハロ(シクロ)アルキル基又はハロアリール基、及びこれらの組み合わせをあげることができる。
なお、「ハロ(シクロ)アルキル基」とは、少なくとも一部がハロゲン化したアルキル基及びシクロアルキル基を表す。電子求引性基が2価以上の基である場合、残る結合手は、任意の原子又は置換基との結合を形成するものであり、更なる置換基を介して樹脂(C)の主鎖に連結していてもよい。
ここでRf1はハロゲン原子、パーハロアルキル基、パーハロシクロアルキル基、又はパーハロアリール基を表し、より好ましくはフッ素原子、パーフルオロアルキル基又はパーフルオロシクロアルキル基、更に好ましくはフッ素原子又はトリフルオロメチル基を表す。
f2、Rf3は各々独立して水素原子、ハロゲン原子又は有機基を表し、Rf2とRf3とが連結して環を形成してもよい。有機基としては例えばアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基等を表す。
f1〜Rf3の少なくとも2つは連結して環を形成してもよく、形成する環としては、(ハロ)シクロアルキル環、(ハロ)アリール環等が挙げられる。
f1〜Rf3における(ハロ)アルキル基としては、例えば前記Zkaにおけるアルキル基、及びこれがハロゲン化した構造が挙げられる。
f1〜Rf3における、又は、Rf2とRf3とが連結して形成する環における(パー)ハロシクロアルキル基及び(パー)ハロアリール基としては、例えば前記Zkaにおけるシクロアルキル基がハロゲン化した構造、より好ましくは−C(n)(2n−2)Hで表されるフルオロシクロアルキル基、及び、−C(n)(n−1)で表されるパーフルオロアリール基が挙げられる。ここで炭素数nは特に限定されないが、5〜13のものが好ましく、6がより好ましい。
f2、はRf1と同様の基を表すか、又はRf3と連結して環を形成していることがより好ましい。
電子求引性基としては、好ましくはハロゲン原子、又は、−C(Rf1)(Rf2)−Rf3で表されるハロ(シクロ)アルキル基又はハロアリール基であり、より好ましくは−C(CFH又は−C(CFCHである。
なお、上記電子求引性基は、一部のフッ素原子が別の電子求引性基で置換されていてもよい。
kaは好ましくは、アルキル基、シクロアルキル基、エーテル基、ヒドロキシル基、又は電子求引性基であり、より好ましくは、アルキル基、シクロアルキル基又は電子求引性基である。なお、エーテル基としては、アルキル基又はシクロアルキル基等で置換されたもの、すなわち、アルキルエーテル基等が好ましい。電子求引性基は前記と同義である。
kaとしてのハロゲン原子はフッ素原子、塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子等が挙げられ、フッ素原子が好ましい。
kaとしてのアルキル基は置換基を有していてもよく、直鎖、分岐のいずれでもよい。直鎖アルキル基としては、好ましくは炭素数1〜30、更に好ましくは1〜20である。分岐アルキル基としては、好ましくは炭素数3〜30、更に好ましくは3〜20である。メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、i−ブチル基、t−ブチル基などの炭素数1〜4のものが好ましい。
kaのシクロアルキル基は、単環型であってもよく、多環型であってもよい。後者の場合、シクロアルキル基は、有橋式であってもよい。即ち、この場合、シクロアルキル基は、橋かけ構造を有していてもよい。なお、シクロアルキル基中の炭素原子の一部は、酸素原子等のヘテロ原子によって置換されていてもよい。
単環型のシクロアルキル基としては、炭素数が3〜8のものが好ましい。
多環型のシクロアルキル基としては、例えば、炭素数が5以上のビシクロ、トリシクロ又はテトラシクロ構造を有する基が挙げられる。この多環型のシクロアルキル基は、炭素数が6〜20であることが好ましい。
上記脂環部分の好ましいものとしては、アダマンチル基、ノルアダマンチル基、デカリン基、トリシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、ノルボルニル基、セドロール基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロデカニル基、シクロドデカニル基を挙げることができる。より好ましくは、アダマンチル基、デカリン基、ノルボルニル基、セドロール基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロデカニル基、シクロドデカニル基、トリシクロデカニル基である。
これらの脂環式構造の置換基としては、アルキル基、ハロゲン原子、水酸基、アルコキシ基、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基が挙げられる。アルキル基としてはメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基等の低級アルキル基が好ましく、更に好ましくはメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基を表す。上記アルコキシ基としては、好ましくはメトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等の炭素数1〜4個のものを挙げることができる。アルキル基及びアルコキシ基が有してもよい置換基としては、水酸基、ハロゲン原子、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜4)等を挙げることができる。
kaのアリール基としては、例えば、フェニル基及びナフチル基が挙げられる。
kaのアルキル基、シクロアルキル基及びアリール基が更に有し得る置換基としては、例えば、水酸基;ハロゲン原子;ニトロ基;シアノ基;上記のアルキル基;メトキシ基、エトキシ基、ヒドロキシエトキシ基、プロポキシ基、ヒドロキシプロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基、sec−ブトキシ基及びt−ブトキシ基等のアルコキシ基;メトキシカルボニル基及びエトキシカルボニル基等のアルコキシカルボニル基;ベンジル基、フェネチル基及びクミル基等のアラルキル基;アラルキルオキシ基;ホルミル基、アセチル基、ブチリル基、ベンゾイル基、シアナミル基及びバレリル基等のアシル基;ブチリルオキシ基等のアシロキシ基;アルケニル基;ビニルオキシ基、プロペニルオキシ基、アリルオキシ基及びブテニルオキシ基等のアルケニルオキシ基;上記のアリール基;フェノキシ基等のアリールオキシ基;並びに、ベンゾイルオキシ基等のアリールオキシカルボニル基が挙げられる。
極性変換基がアルカリ現像液の作用により分解し極性変換がなされることによって、アルカリ現像後のレジスト膜の水との後退接触角を下げることが出来る。
アルカリ現像後のレジスト膜の水との後退接触角は、露光時の温度、通常室温23±3℃、湿度45±5%において50°以下であることが好ましく、より好ましくは40°以下、更に好ましくは35°以下、最も好ましくは30°以下である。
後退接触角とは、液滴−トップコート層(ないしはレジスト膜)界面での接触線が後退する際に測定される接触角であり、動的な状態での液滴の移動しやすさをシミュレートする際に有用であることが一般に知られている。簡易的には、針先端から吐出した液滴を基板上に着滴させた後、その液滴を再び針へと吸い込んだときの、液滴の界面が後退するときの接触角として定義でき、一般に拡張収縮法と呼ばれる接触角の測定方法を用いて測定することができる。
樹脂(C)のアルカリ現像液に対する加水分解速度は0.001nm/sec以上であることが好ましく、0.01nm/sec以上であることがより好ましく、0.1nm/sec以上であることが更に好ましく、1nm/sec以上であることが最も好ましい。
ここで樹脂(C)のアルカリ現像液に対する加水分解速度は23℃のTMAH(テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液)(2.38質量%)に対して、樹脂(C)のみでレジスト膜を製膜した際の膜厚が減少する速度である。
一般式(KA−1)におけるラクトン環構造としては、樹脂(A)について前述した式(LC1−1)〜(LC1−17)のいずれかで表されるラクトン構造を有する基がより好ましい。また、ラクトン構造を有する基が主鎖に直接結合していてもよい。好ましいラクトン構造としては、(LC1−1)、(LC1−4)、(LC1−5)、(LC1−6)、(LC1−13)、(LC1−14)、(LC1−17)である。
上記(KB−1)で表される構造は、エステル構造に近い位置に電子求引性基が存在する構造を有するため、高い極性変換能を有する。
kb2は好ましくはハロゲン原子、又は、前記−C(Rf1)(Rf2)−Rf3で表されるハロ(シクロ)アルキル基又はハロアリール基である。
繰り返し単位(β)が有する少なくとも2つの極性変換基は、下記一般式(KY−1)で示す、2つの極性変換基を有する部分構造であることがより好ましい。なお、一般式(KY−1)で表される構造は、該構造における任意の水素原子を少なくとも1つ除いた1価以上の基を有する基である。
一般式(KY−1)において、
ky1、Rky4はそれぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、シクロアルキル基、カルボニル基、カルボニルオキシ基、オキシカルボニル基、エーテル基、ヒドロキシル基、シアノ基、アミド基、又はアリール基を表す。或いは、Rky1、Rky4が同一の原子と結合して二重結合を形成していてもよく、例えばRky1、Rky4が同一の酸素原子と結合してカルボニル基の一部(=O)を形成してもよい。
ky2、Rky3はそれぞれ独立して電子求引性基であるか、又はRky1とRky3が連結してラクトン環を形成するとともにRky2が電子求引性基である。形成するラクトン環としては、前記(LC1−1)〜(LC1−17)の構造が好ましい。電子求引性基としては、前記式(KB−1)におけるXkb1と同様のものが挙げられ、好ましくはハロゲン原子、又は、前記−C(Rf1)(Rf2)−Rf3で表されるハロ(シクロ)アルキル基又はハロアリール基である。
ky1、Rky3及びRky4の少なくとも2つが互いに連結して単環又は多環構造を形成しても良い。
kb1〜Rkb4、nkb、nkb’は各々前記式(KB−1)におけるものと同義である。
ky1、Rky4は具体的には式(KA−1)におけるZkaと同様の基が挙げられる。
ky1とRky3が連結して形成するラクトン環としては、前記(LC1−1)〜(LC1−17)の構造が好ましい。電子求引性基としては、前記式(KB−1)におけるXkb1と同様のものが挙げられる。
一般式(KY−1)で表わされる構造としては、下記一般式(KY−2)で示す構造であることがより好ましい。なお、一般式(KY−2)で表される構造は、該構造における任意の水素原子を少なくとも1つ除いた1価以上の基を有する基である。
式(KY−2)中、
ky6〜Rky10は、各々独立して、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、シクロアルキル基、カルボニル基、カルボニルオキシ基、オキシカルボニル基、エーテル基、ヒドロキシル基、シアノ基、アミド基、又はアリール基を表す。
ky6〜Rky10は、2つ以上が互いに連結して単環又は多環構造を形成しても良い。
ky5は電子求引性基を表す。電子求引性基は前記式(KB−1)におけるXkb1におけるものと同様のものが挙げられ、好ましくはハロゲン原子、又は、前記−C(Rf1)(Rf2)−Rf3で表されるハロ(シクロ)アルキル基又はハロアリール基である。
kb1、Rkb2、nkbは各々前記式(KB−1)におけるものと同義である。
ky5〜Rky10は具体的には式(KA−1)におけるZkaと同様の基が挙げられる。
式(KY−2)で表される構造は、下記一般式(KY−3)で示す部分構造であることがより好ましい。
一般式(KY−3)中、
Rsは、鎖状若しくは環状アルキレン基を表し、複数個ある場合は、同じでも異なっていてもよい。
Lsは、単結合、エーテル結合、エステル結合、アミド結合、ウレタン結合又はウレア結合を表し、複数ある場合は、同じでも異なっていてもよい。
nsは、−(Rs−Ls)−で表される連結基の繰り返し数を表し、0〜5の整数を表す。
kyはアルキレン基、酸素原子又は硫黄原子を表す。
kaは、アルキル基、シクロアルキル基、エーテル基、ヒドロキシル基、アミド基、アリール基、ラクトン環基、又は電子求引性基を表す。Zkaが複数存在する場合、複数のZkaは同じでも異なっていてもよく、Zka同士が連結して環を形成してもよい。
nkaは、0〜10の整数を表す。
kb1及びRkb2は、各々独立して、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、又は電子求引性基を表し、Rkb1、Rkb2及びRky5の少なくとも2つが互いに連結して環を形成していてもよい。
nkbは、0又は1を表す。
ky5は電子求引性基を表す。
*は、繰り返し単位の残部との結合部位を表す。
一般式(KY−3)について更に詳細に説明する。
ka、nkaは各々、前記一般式(KA−1)と同義である。Rky5は前記式(KY−2)と同義である。
kb1、Rkb2、nkbは各々前記式(KB−1)におけるものと同義である。
kyは、上述の通り、アルキレン基、酸素原子又は硫黄原子を表す。Lkyのアルキレン基としてはメチレン基、エチレン基等が挙げられる。Lkyは酸素原子又はメチレン基であることが好ましく、メチレン基であることが更に好ましい。
Rsは、上述の通り、鎖状若しくは環状アルキレン基を表し、複数個ある場合は、同じでも異なっていてもよい。
Lsは、上述の通り、単結合、エーテル結合、エステル結合、アミド結合、ウレタン結合又はウレア結合を表し、複数ある場合は、同じでも異なっていてもよい。
nsは、−(Rs−Ls)−で表される連結基の繰り返し数を表し、0〜5の整数を表す。nsは、好ましくは0又は1である。
繰り返し単位(β)は式(K0)で示される構造を有することが好ましい。
式中、Rk1は水素原子、ハロゲン原子、水酸基、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基又は極性変換基を有する基を表す。
k2はアルキル基、シクロアルキル基、アリール基又は極性変換基を有する基を表す。但し、Rk1、Rk2は、全体として、極性変換基を2つ以上有する。
なお、一般式(K0)に示されている繰り返し単位の主鎖に直結しているエステル基は、前述したように、本発明における極性変換基には含まれない。
繰り返し単位(β)は、付加重合、縮合重合、付加縮合、等、重合により得られる繰り返し単位であれば限定されるものではないが、炭素−炭素2重結合の付加重合により得られる繰り返し単位であることが好ましい。例として、アクリレート系繰り返し単位(α位、β位に置換基を有する系統も含む)、スチレン系繰り返し単位(α位、β位に置換基を有する系統も含む)、ビニルエーテル系繰り返し単位、ノルボルネン系繰り返し単位、マレイン酸誘導体(マレイン酸無水物やその誘導体、マレイミド、等)の繰り返し単位、等を挙げることが出来、アクリレート系繰り返し単位、スチレン系繰り返し単位、ビニルエーテル系繰り返し単位、ノルボルネン系繰り返し単位が好ましく、アクリレート系繰り返し単位、ビニルエーテル系繰り返し単位、ノルボルネン系繰り返し単位が好ましく、アクリレート系繰り返し単位が最も好ましい。
以下、繰り返し単位(β)の具体例を示すが、本発明は、これに限定されるものではない。Raは水素原子、フッ素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基を表す。
樹脂(C)が繰り返し単位(β)を含有する場合、繰り返し単位(β)の含有率は、樹脂(C)中の全繰り返し単位に対し、10〜90mol%が好ましく、より好ましくは30〜85mol%、更に好ましくは50〜80mol%である。
繰り返し単位(β’)の含有率は、樹脂(C)中の全繰り返し単位に対し、10〜90mol%が好ましく、より好ましくは30〜85mol%、更に好ましくは50〜80mol%である。
繰り返し単位(β*)の含有率は、樹脂(C)中の全繰り返し単位に対し、10〜90mol%が好ましく、より好ましくは30〜85mol%、更に好ましくは50〜80mol%である。
繰り返し単位(β”)の含有率は、樹脂(C)中の全繰り返し単位に対し、10〜90mol%が好ましく、より好ましくは30〜85mol%、更に好ましくは50〜80mol%である。
次に、一般式(aa1−1)で表されるモノマーに由来する繰り返し単位(γ)について説明する。
式中のQにより表される重合性基を含む有機基は、重合性基を含む基であれば特に限定されるものではない。重合性基として、例えば、アクリル基、メタクリル基、スチリル基、ノルボルネニル基、マレイミド基、ビニルエーテル基等が挙げられ、アクリル基、メタクリル基、及びスチリル基が特に好ましい。
及びLにより表される2価の連結基としては、例えば、置換又は無置換のアリーレン基、置換又は無置換のアルキレン基、置換又は無置換のシクロアルキレン基、−O−、−CO−、又はこれらの複数を組み合わせた2価の連結基が挙げられる。
アリーレン基としては、例えば、炭素数が6〜14個のものが好ましく、具体例としては、フェニレン基、ナフチレン基、アントリレン基、フェナントリレン基、ビフェニレン基、ターフェニレン基等が挙げられる。
アルキレン基及びシクロアルキレン基としては、例えば、炭素数が1〜15のものが好ましく、具体例としては、次に挙げる直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基中の水素原子を1個引き抜いた形式のものが挙げられる: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、tert−アミル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、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、アダマンチル基。
上記アリーレン基、アルキレン基及びシクロアルキレン基が有し得る置換基としては、例えば、アルキル基、アラルキル基、アルコキシ基、フッ素原子等が挙げられる。
本発明の一態様において、Lは、単結合、フェニレン基、エーテル基、カルボニル基、カルボニルオキシ基がより好ましく、Lは、アルキレン基、エーテル基、カルボニル基、カルボニルオキシ基がより好ましい。
Rfとしてのフッ素原子を有する有機基における有機基は、炭素原子を少なくとも1つ含む基であり、炭素−水素結合部分を含む有機基が好ましい。Rfは、例えば、フッ素原子で置換されたアルキル基又はフッ素原子で置換されたシクロアルキル基である。
繰り返し単位(γ)は、一態様において、下記一般式(aa1−2−1)又は(aa1−3−1)で表される繰り返し単位であることが好ましい。
一般式(aa1−2−1)及び(aa1−3−1)中、
Ra及びRaは、各々独立に、水素原子又はアルキル基を表す。Ra及びRaは、好ましくは、水素原子又はメチル基である。
21及びL22は、各々独立に、単結合又は2価の連結基を表し、先に説明した一般式(aa1−1)におけるLと同義である。
Rf及びRfは、各々独立に、フッ素原子を有する有機基を表し、一般式(aa1−1)におけるRfと同義である。
また、繰り返し単位(γ)は、一態様において、下記一般式(aa1−2−2)又は(aa1−3−2)で表される繰り返し単位であることが好ましい。
一般式(aa1−2−2)及び(aa1−3−2)中、
Ra及びRaは、各々独立に、水素原子又はアルキル基を表す。
、R、R及びRは、各々独立に、水素原子又はアルキル基を表す。
及びmは、各々独立に、0〜5の整数を表す。
Rf及びRfは、各々独立に、フッ素原子を有する有機基を表す。
Ra及びRaは、好ましくは、水素原子又はメチル基である。
、R、R及びRにより表されるアルキル基としては、例えば、炭素数1〜10の直鎖又は分岐鎖のアルキル基が好ましい。このアルキル基は、置換基を有していてもよく、置換基としては、例えば、アルコキシ基、アリール基、ハロゲン原子等が挙げられる。
及びmは、好ましくは0〜3の整数であり、より好ましくは0又は1であり、最も好ましくは1である。
Rf及びRfとしてのフッ素原子を有する有機基は、一般式(aa1−1)におけるRfと同義である。
また、繰り返し単位(γ)は、一態様において、下記一般式(aa1−2−3)又は(aa1−3−3)で表される繰り返し単位であることが好ましい。
一般式(aa1−2−3)及び(aa1−3−3)中、
Raは水素原子又はメチル基を表す。
Rf及びRfは、各々独立に、フッ素原子を有する有機基を表し、一般式(aa1−1)におけるRfと同義である。
以下に、繰り返し単位(γ)の具体例を示すが、本発明はこれに限定されるものではない。
樹脂(C)における、繰り返し単位(γ)の含有量は、樹脂(C)中の全繰り返し単位に対し、30〜99mol%であることが好ましく、より好ましくは40〜99mol%であり、更に好ましくは50〜99mol%であり、特に好ましくは70〜99mol%である。
樹脂(C)は、酸の作用により現像液に対する溶解性が変化する基を有する繰り返し単位を更に有することが好ましい。これにより、樹脂(C)が露光により酸分解し、現像除去することができるようになり、膜表面に偏在させるために十分な量の樹脂(C)を使用することができる。更に、上記繰り返し単位(β)又は(γ)と併用することにより、より十分な現像後接触角の低減を達成することもできる。
また、樹脂(C)が、酸の作用により現像液に対する溶解性が変化する基を有する繰り返し単位を更に有することによりパターンのT−トップ化を抑制することができ、解像力、LWR及びパターン形状をより向上させることができる。
酸の作用により現像液に対する溶解性が変化する基を有する繰り返し単位としては、下記一般式(Ca1)〜(Ca4)のいずれかで表される繰り返し単位であることがより好ましい。
一般式(Ca1)中、
R’は水素原子又はアルキル基を表す。
Lは単結合又は2価の連結基を表す。
は水素原子又は1価の置換基を表す。
は、1価の置換基を表す。RとRとが互いに結合し、式中の酸素原子と共に環を形成してもよい。
は水素原子、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。
一般式(Ca2)中、
Raは水素原子、アルキル基、シアノ基又はハロゲン原子を表す。
は単結合又は2価の連結基を表す。
及びRはそれぞれ独立にアルキル基を表す。
11及びR12はそれぞれ独立にアルキル基を表し、R13は水素原子又はアルキル基を表す。R11及びR12は互いに連結して環を形成してもよく、R11及びR13は互いに連結して環を形成してもよい。
一般式(Ca3)中、
Raは一般式(Ca2)におけるRaと同義であり、具体例、好ましい例も同様である。
は一般式(Ca2)におけるLと同義であり、具体例、好ましい例も同様である。
14、R15及びR16は、各々独立に、アルキル基を表す。R14〜R16の2つが互いに連結して環を形成しても良い。
一般式(Ca4)中、
Raは一般式(Ca2)におけるRaと同義であり、具体例、好ましい例も同様である。
は一般式(Ca2)におけるLと同義であり、具体例、好ましい例も同様である。
ARは、アリール基を表す。Rnは、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を表す。RnとARとは互いに結合して非芳香族環を形成してもよい。
上記一般式(Ca1)において、R’のアルキル基は、炭素数1〜10のアルキル基であることが好ましい。
R’は、水素原子、又は、炭素数1〜5のアルキル基であることが好ましく、水素原子、メチル基又はエチル基であることが更に好ましく、水素原子であることがより好ましい。
Lで表される2価の連結基としては、アルキレン基、芳香環基、シクロアルキレン基、−COO−L’−、−O−L’−、−CONH−、これらの2つ以上を組み合わせて形成される基等が挙げられる。ここで、L’はアルキレン基(好ましくは炭素数1〜20)、シクロアルキレン基(好ましくは炭素数3〜20)、ラクトン構造を有する基、芳香環基、アルキレン基と芳香環基を組み合わせた基を表す。
Lで表される2価の連結基としてのアルキレン基としては、好ましくは炭素数1〜8のアルキレン基が挙げられる。
Lで表される2価の連結基としてのシクロアルキレン基は、炭素数3〜20のシクロアルキレン基であることが好ましい。
Lで表される2価の連結基としての芳香環基は、炭素数6〜18(より好ましくは炭素数6〜10)の芳香環基、あるいは、例えば、チオフェン環、フラン環、ピロール環、ベンゾチオフェン環、ベンゾフラン環、ベンゾピロール環、トリアジン環、イミダゾール環、ベンゾイミダゾール環、トリアゾール環、チアジアゾール環、チアゾール環等のヘテロ環を含む芳香環基を好ましい例として挙げることができ、ベンゼン環基であることが特に好ましい。
’が表すアルキレン基、シクロアルキレン基及び芳香環基の定義及び好ましい範囲は、Lで表される2価の連結基としてのアルキレン基、シクロアルキレン基及び芳香環基におけるものと同様である。
’が表すラクトン構造を有する基としては、ラクトン構造を有していればいずれでも用いることができるが、好ましくは5〜7員環ラクトン構造であり、5〜7員環ラクトン構造にビシクロ構造、スピロ構造を形成する形で他の環構造が縮環しているものが好ましい。
’が表すアルキレン基と芳香環基を組み合わせた基におけるアルキレン基及び芳香族基の定義及び好ましい範囲は、Lで表される2価の連結基としてのアルキレン基及び芳香環基におけるものと同様である。
Lは、単結合、芳香環基、ノルボルナン環基又はアダマンタン環基であることが好ましく、単結合、ノルボルナン環基又はアダマンタン環基がより好ましく、単結合又はノルボルナン環基が更に好ましく、単結合が特に好ましい。
の1価の置換基としては、*−C(R111)(R112)(R113)で表される基であることが好ましい。*は一般式(Ca1)で表される繰り返し単位内の炭素原子に連結する結合手を表す。R111〜R113はそれぞれ独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基又はヘテロ環基を表す。
111〜R113のアルキル基は、炭素数1〜15のアルキル基であることが好ましい。R111〜R113のアルキル基は、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基又はt−ブチル基であることが好ましい。
111〜R113の少なくとも2つは、それぞれ独立に、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基又はヘテロ環基を表し、R111〜R113の全てが、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基又はヘテロ環基を表すことが好ましい。
111〜R113のシクロアルキル基は、単環型であっても、多環型であってもよく、炭素数3〜15のシクロアルキル基であることが好ましい。R111〜R113のシクロアルキル基は、シクロプロピル基、シクロペンチル基、又は、シクロヘキシル基であることが好ましい。
111〜R113のアリール基は、炭素数6〜15のアリール基であることが好ましく、複数の芳香環が単結合を介して互いに連結された構造(例えば、ビフェニル基、ターフェニル基)も含む。R111〜R113のアリール基は、フェニル基、ナフチル基、又は、ビフェニル基であることが好ましい。
111〜R113のアラルキル基は、炭素数6〜20のアラルキル基であることが好ましい。R111〜R113のアラルキル基の具体例としては、例えば、ベンジル基、フェネチル基、ナフチルメチル基、ナフチルエチル基等が挙げられる。
111〜R113のヘテロ環基は、炭素数6〜20のヘテロ環基であることが好ましい。R111〜R113のヘテロ環基の具体例としては、例えば、ピリジル基、ピラジル基、テトラヒドロフラニル基、テトラヒドロピラニル基、テトラヒドロチオフェン基、ピペリジル基、ピペラジル基、フラニル基、ピラニル基、クロマニル基等が挙げられる。
111〜R113としてのアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基及びヘテロ環基は、置換基を更に有していてもよい。
111〜R113としてのアルキル基が更に有し得る置換基としては、例えば、シクロアルキル基、アリール基、アミノ基、アミド基、ウレイド基、ウレタン基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、ハロゲン原子、アルコキシ基、アラルキルオキシ基、チオエーテル基、アシル基、アシロキシ基、アルコキシカルボニル基、シアノ基及びニトロ基などが挙げられる。上記置換基同士が互いに結合して環を形成してもよく、上記置換基同士が互いに結合して環を形成するときの環は、炭素数3〜10のシクロアルキル基又はフェニル基が挙げられる。
111〜R113としてのシクロアルキル基が更に有し得る置換基としては、アルキル基、及び、R111〜R113としてのアルキル基が更に有し得る置換基の具体例として前述した各基が挙げられる。
なお、シクロアルキル基が更に有し得る置換基の炭素数は、好ましくは、1〜8である。
111〜R113としてのアリール基、アラルキル基及びヘテロ環基が更に有し得る置換基としては、例えば、ニトロ基、フッ素原子等のハロゲン原子、カルボキシル基、水酸基、アミノ基、シアノ基、アルキル基(好ましくは炭素数1〜15)、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜15)、シクロアルキル基(好ましくは炭素数3〜15)、アリール基(好ましくは炭素数6〜14)、アルコキシカルボニル基(好ましくは炭素数2〜7)、アシル基(好ましくは炭素数2〜12)、及びアルコキシカルボニルオキシ基(好ましくは炭素数2〜7)などが挙げられる。
111〜R113の少なくとも2つは、互いに環を形成していてもよい。
111〜R113の少なくとも2つが互いに結合して環を形成する場合、形成される環としては、例えばテトラヒドロピラン環、シクロペンタン環、シクロヘキサン環、アダマンタン環、ノルボルネン環、ノルボルナン環などが挙げられる。これらの環は置換基を有しても良く、有し得る置換基としては、アルキル基、及び、R111〜R113としてのアルキル基が更に有し得る置換基の具体例として前述した各基が挙げられる。
111〜R113の全てが互いに結合して環を形成する場合、形成される環としては、例えばアダマンタン環、ノルボルナン環、ノルボルネン環、ビシクロ[2,2,2]オクタン環、ビシクロ[3,1,1]ヘプタン環が挙げられる。中でもアダマンタン環が特に好ましい。これらは置換基を有しても良く、有し得る置換基としては、アルキル基、及び、R111〜R113としてのアルキル基が更に有し得る置換基の具体例として前述した各基が挙げられる。
本発明の一形態において、Rの1価の置換基は、炭素原子、水素原子、酸素原子、窒素原子、ケイ素原子及び硫黄原子から選択される2種以上の原子からなる基であることが好ましく、炭素原子、水素原子、酸素原子及び窒素原子から選択される2種以上の原子からなる基であることがより好ましく、炭素原子、水素原子及び酸素原子から選択される2種以上の原子からなる基であることが更に好ましく、炭素原子及び水素原子からなる基であることが特に好ましい。
本発明の一形態において、Rの1価の置換基は、*−M−Qで表される基であることが好ましい。*は一般式(Ca1)中の酸素原子に連結する結合手を表す。Mは、樹脂(A)における一般式(VI−A)におけるMと同義であり、具体例、好ましい例も同様である。Qは、樹脂(A)における一般式(VI−A)におけるQと同義であり、具体例、好ましい例も同様である。
は、アルキル基、シクロアルキル基で置換されたアルキル基、シクロアルキル基、アラルキル基、アリールオキシアルキル基又はヘテロ環基であることが好ましく、アルキル基又はシクロアルキル基であることがより好ましい。
が表す置換基には、具体的には、例えば、メチル基、エチル基、イソプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘキシルエチル基、2−アダマンチル基、8−トリシクロ[5.2.1.02,6]デシル基、2−ビシクロ[2.2.1]ヘプチル基、ベンジル基、2−フェネチル基、2−フェノキシエチレン基等が挙げられる。
とRとは互いに結合し、式中の酸素原子と共に環(含酸素複素環)を形成してもよい。含酸素複素環構造としては、単環、多環又はスピロ環のいずれであっても良く、好ましくは、単環の含酸素複素環構造であり、その炭素数は好ましくは3〜10、より好ましくは4又は5である。
また、上記したように、Mが2価の連結基である場合、Qは単結合又は別の連結基を介してMに結合し、環を形成しても良い。上記別の連結基としては、アルキレン基(好ましくは炭素数1〜3のアルキレン基)が挙げられ、形成される環は、5又は6員環であることが好ましい。
は、水素原子、又は、炭素数1〜5のアルキル基であることが好ましく、水素原子、又は、炭素数1〜3のアルキル基であることがより好ましく、水素原子、メチル基又はエチル基であることが更に好ましく、水素原子であることが特に好ましい。
本発明の一形態において、R及びRの一方は、炭素原子を2以上含む基であることが好ましい。
以下に、上記一般式(Ca1)で表される繰り返し単位の具体例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
樹脂(C)における上記一般式(Ca1)で表される繰り返し単位の含有量(複数種類含有する場合はその合計)は、前記樹脂(C)中の全繰り返し単位に対して5〜80モル%であることが好ましく、5〜60モル%であることがより好ましく、10〜40モル%であることが更に好ましい。
一般式(Ca2)中、
Raは水素原子、アルキル基、シアノ基又はハロゲン原子を表す。
は単結合又は2価の連結基を表す。
及びRはそれぞれ独立にアルキル基を表す。但し、少なくとも一方のアルキル基が有する炭素数は2以上であることが好ましい。
11及びR12はそれぞれ独立にアルキル基を表し、R13は水素原子又はアルキル基を表す。R11及びR12は互いに連結して環を形成してもよく、R11及びR13は互いに連結して環を形成してもよい。
一般式(Ca2)において、本発明の効果をより確実に達成する観点から、R及びRの双方が炭素数2以上のアルキル基であることが好ましく、炭素数2〜10のアルキル基であることがより好ましく、R及びRのいずれもがエチル基であることが更に好ましい。
11〜R13としてのアルキル基は、炭素数1〜10のアルキル基であることが好ましい。
11及びR12についてのアルキル基としては、炭素数1〜4のアルキル基であることがより好ましく、メチル基又はエチル基であることが更に好ましく、メチル基であることが特に好ましい。
13としては水素原子又はメチル基であることがより好ましい。
上述したように、R11及びR12は互いに連結して環を形成してもよく、R11及びR13は互いに連結して環を形成してもよい。形成される環としては、例えば、単環又は多環の脂環式炭化水素基が好ましく、特にR11及びR12が互いに結合して単環又は多環の脂環式炭化水素基を形成することが好ましい。
11及びR12が連結して形成する環としては、3〜8員環であることが好ましく、5又は6員環であることがより好ましい。
11及びR13が連結して形成する環としては、3〜8員環であることが好ましく、5又は6員環であることがより好ましい。
、R及びR11〜R13としてのアルキル基は、置換基を更に有していてもよい。このような置換基としては、例えば、シクロアルキル基、アリール基、アミノ基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、ハロゲン原子、アルコキシ基、アラルキルオキシ基、チオエーテル基、アシル基、アシロキシ基、アルコキシカルボニル基、シアノ基及びニトロ基などが挙げられる。
また、R11及びR12が連結して形成する環、並びに、R11及びR13が連結して形成する環は、置換基を更に有していてもよく、そのような置換基としては、アルキル基(メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、パーフルオロアルキル基(例えば、トリフルオロメチル基)等)、及び、R、R及びR11〜R13としてのアルキル基が更に有し得る置換基の具体例として上述した各基が挙げられる。
上記置換基同士が互いに結合して環を形成してもよく、上記置換基同士が互いに結合して環を形成するときの環は、炭素数3〜10のシクロアルキル基又はフェニル基が挙げられる。
Raは、上述したように、水素原子、アルキル基、シアノ基又はハロゲン原子を表す。
Raについてのアルキル基は、炭素数1〜4のアルキル基であることが好ましく、置換基を有していてもよい。
Raのアルキル基が有していてもよい好ましい置換基としては、例えば、水酸基、ハロゲン原子が挙げられる。
Raのハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、沃素原子を挙げることができる。
Raとして、好ましくは、水素原子、メチル基、ヒドロキシメチル基、炭素数1〜4のパーフルオロアルキル基(例えば、トリフルオロメチル基)であることが好ましく、樹脂(C)のガラス転移点(Tg)を向上させ、解像力、スペースウィズスラフネスを向上させる観点からメチル基であることが特に好ましい。
ただし、以下に説明するLがフェニレン基の場合、Raは水素原子であることも好ましい。
で表される2価の連結基としては、アルキレン基、2価の芳香環基、−COO−L11−、−O−L11−、これらの2つ以上を組み合わせて形成される基等が挙げられる。ここで、L11はアルキレン基、シクロアルキレン基、2価の芳香環基、アルキレン基と2価の芳香環基を組み合わせた基を表す。
及びL11についてのアルキレン基としては、炭素数1〜8のアルキレン基が挙げられる。
11についてのシクロアルキレン基は、炭素数3〜20のシクロアルキレン基であることが好ましい。
11についてのシクロアルキレン基は、環を構成する炭素(環形成に寄与する炭素)は、カルボニル炭素であってもよく、酸素原子等のヘテロ原子であってもよく、エステル結合を含有しラクトン環を形成していても良い。
及びL11についての2価の芳香環基としては、1,4−フェニレン基、1,3−フェニレン基、1,2−フェニレン基等のフェニレン基、1,4−ナフチレン基が好ましく、1,4−フェニレン基がより好ましい。
は、単結合、2価の芳香環基、ノルボルニレン基を有する2価の基又はアダマンチレン基を有する2価の基であることが好ましく、単結合であることが特に好ましい。
以下に、上記一般式(Ca2)で表される繰り返し単位の具体例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
樹脂(C)における上記一般式(Ca2)で表される繰り返し単位の含有率(複数種類含有する場合はその合計)は、樹脂(C)中の全繰り返し単位に対して5〜80モル%であることが好ましく、5〜60モル%であることがより好ましく、10〜40モル%であることが更に好ましい。
一般式(Ca3)中、
Raは一般式(Ca2)におけるRaと同義であり、具体例、好ましい例も同様である。
は一般式(Ca2)におけるLと同義であり、具体例、好ましい例も同様である。
14、R15及びR16は、各々独立に、アルキル基を表す。R14〜R16の2つが互いに連結して環を形成しても良い。
14〜R16のアルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基などの炭素数1〜4のものが好ましい。
14〜R16の2つが結合して形成されるシクロアルキル基としては、シクロペンチル基、シクロヘキシル基などの単環のシクロアルキル基、ノルボルニル基、テトラシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、アダマンチル基などの多環のシクロアルキル基が好ましい。炭素数5又は6の単環のシクロアルキル基が特に好ましい。
好ましい態様の1つとしては、R14がメチル基又はエチル基であり、R15とR16とが結合して上述のシクロアルキル基を形成している態様が挙げられる。
上記各基は、置換基を有していてもよく、置換基としては、例えば、水酸基、ハロゲン原子(例えば、フッ素原子)、アルキル基(炭素数1〜4)、シクロアルキル基(炭素数3〜8)、アルコキシ基(炭素数1〜4)、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基(炭素数2〜6)などが挙げられ、炭素数8以下が好ましい。
一般式(Ca4)中、
Raは一般式(Ca2)におけるRaと同義であり、具体例、好ましい例も同様である。
は一般式(Ca2)におけるLと同義であり、具体例、好ましい例も同様である。
ARは、アリール基を表す。Rnは、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を表す。RnとARとは互いに結合して非芳香族環を形成してもよい。
AR、Rnの具体例、好ましい例としては、特開2012−208447号公報段落0101〜0131に記載の一般式(BZ)で表される繰り返し単位におけるAR、Rnの具体例、好ましい例と同様のものが挙げられ、これらの内容は本願明細書に組み込まれる。
RnとARとが互いに結合して形成しても良い非芳香族環としても、特開2012−208447号公報段落0101〜0131に記載の一般式(BZ)で表される繰り返し単位におけるRnとARとが互いに結合して形成しても良い非芳香族環の具体例、好ましい例と同様のものが挙げられ、これらの内容は本願明細書に組み込まれる。
樹脂(C)が繰り返し単位(Ca1)〜(Ca4)を有する場合、その含有量(複数種類含有する場合はその合計)は、樹脂(C)の全繰り返し単位を基準として、5モル%〜30モル%であることが好ましく、10モル%〜20モル%であることがより好ましい。
更に、樹脂(C)は、下記(x)及び(y)の群から選ばれる基を少なくとも1つを有していてもよい。
(x)酸基、
(y)ラクトン構造を有する基、酸無水物基、又は酸イミド基、
酸基(x)としては、フェノール性水酸基、カルボン酸基、フッ素化アルコール基、スルホン酸基、スルホンアミド基、スルホニルイミド基、(アルキルスルホニル)(アルキルカルボニル)メチレン基、(アルキルスルホニル)(アルキルカルボニル)イミド基、ビス(アルキルカルボニル)メチレン基、ビス(アルキルカルボニル)イミド基、ビス(アルキルスルホニル)メチレン基、ビス(アルキルスルホニル)イミド基、トリス(アルキルカルボニル)メチレン基、トリス(アルキルスルホニル)メチレン基等が挙げられる。
好ましい酸基としては、フッ素化アルコール基(好ましくはヘキサフルオロイソプロパノール)、スルホンイミド基、ビス(アルキルカルボニル)メチレン基が挙げられる。
酸基(x)を有する繰り返し単位としては、アクリル酸、メタクリル酸による繰り返し単位のような樹脂の主鎖に、直接、酸基が結合している繰り返し単位、或いは、連結基を介して樹脂の主鎖に酸基が結合している繰り返し単位などが挙げられ、更には酸基を有する重合開始剤や連鎖移動剤を重合時に用いてポリマー鎖の末端に導入することもでき、いずれの場合も好ましい。酸基(x)を有する繰り返し単位が、フッ素原子及び珪素原子の少なくともいずれかを有していても良い。
酸基(x)を有する繰り返し単位の含有量は、樹脂(C)中の全繰り返し単位に対し、10モル%以下であることが好ましく、5モル%以下であることがより好ましく、樹脂(C)は、酸基(x)を有する繰り返し単位を実質的に有さない(理想的には、酸基(x)を有する繰り返し単位の含有量は、樹脂(C)中の全繰り返し単位に対し0モル%、すなわち、酸基(x)を有する繰り返し単位を有さない)ことが好ましい。
酸基(x)を有する繰り返し単位の具体例を以下に示すが、本発明は、これに限定されるものではない。式中、Rxは水素原子、CH、CF、又は、CHOHを表す。
ラクトン構造を有する基、酸無水物基、又は酸イミド基(y)としては、ラクトン構造を有する基が特に好ましい。
これらの基を含んだ繰り返し単位は、例えば、アクリル酸エステル及びメタクリル酸エステルによる繰り返し単位等の、樹脂の主鎖に直接この基が結合している繰り返し単位である。或いは、この繰り返し単位は、この基が連結基を介して樹脂の主鎖に結合している繰り返し単位であってもよい。或いは、この繰り返し単位は、この基を有する重合開始剤又は連鎖移動剤を重合時に用いて、樹脂の末端に導入されていてもよい。
ラクトン構造を有する基を有する繰り返し単位としては、例えば、先に樹脂(A)の項で説明したラクトン構造を有する繰り返し単位と同様のものが挙げられる。
ラクトン構造を有する基、酸無水物基、又は酸イミド基を有する繰り返し単位の含有量は、疎水性樹脂中の全繰り返し単位を基準として、10モル%以下であることが好ましく、5モル%以下であることがより好ましく、樹脂(C)は、ラクトン構造を有する基、酸無水物基、又は酸イミド基を有する繰り返し単位を実質的に有さない(理想的には、ラクトン構造を有する基、酸無水物基、又は酸イミド基を有する繰り返し単位の含有量は、樹脂(C)中の全繰り返し単位に対し0モル%、すなわち、ラクトン構造を有する基、酸無水物基、又は酸イミド基を有する繰り返し単位を有さない)ことが好ましい。
樹脂(C)は、更に、下記一般式(CIII)で表される繰り返し単位を有していてもよい。
一般式(CIII)に於いて、
c31は、水素原子、アルキル基(フッ素原子等で置換されていても良い)、シアノ基又は−CH−O−Rac基を表す。式中、Racは、水素原子、アルキル基又はアシル基を表す。Rc31は、水素原子、メチル基、ヒドロキシメチル基、トリフルオロメチル基が好ましく、水素原子、メチル基が特に好ましい。
c32は、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、シクロアルケニル基又はアリール基を有する基を表す。これら基はフッ素原子、珪素原子を含む基で置換されていても良い。
c3は、単結合又は2価の連結基を表す。
一般式(CIII)に於ける、Rc32のアルキル基は、炭素数3〜20の直鎖若しくは分岐状アルキル基が好ましい。
シクロアルキル基は、炭素数3〜20のシクロアルキル基が好ましい。
アルケニル基は、炭素数3〜20のアルケニル基が好ましい。
シクロアルケニル基は、炭素数3〜20のシクロアルケニル基が好ましい。
アリール基は、炭素数6〜20のアリール基が好ましく、フェニル基、ナフチル基がより好ましく、これらは置換基を有していてもよい。
c32は無置換のアルキル基又はフッ素原子で置換されたアルキル基が好ましい。
c3の2価の連結基は、アルキレン基(好ましくは炭素数1〜5)、エーテル結合、フェニレン基、エステル結合(−COO−で表される基)が好ましい。
一般式(CIII)により表される繰り返し単位の含有量は、疎水性樹脂中の全繰り返し単位を基準として、1〜100モル%であることが好ましく、10〜90モル%であることがより好ましく、30〜70モル%であることが更に好ましい。
樹脂(C)は、更に、下記一般式(CII−AB)で表される繰り返し単位を有することも好ましい。
式(CII−AB)中、
c11’及びRc12’は、各々独立に、水素原子、シアノ基、ハロゲン原子又はアルキル基を表す。
Zc’は、結合した2つの炭素原子(C−C)を含み、脂環式構造を形成するための原子団を表す。
一般式(CII−AB)により表される繰り返し単位の含有量は、疎水性樹脂中の全繰り返し単位を基準として、1〜100モル%であることが好ましく、10〜90モル%であることがより好ましく、30〜70モル%であることが更に好ましい。
以下に一般式(III)、(CII−AB)で表される繰り返し単位の具体例を以下に挙げるが、本発明はこれらに限定されない。式中、Raは、H、CH、CHOH、CF又はCNを表す。
樹脂(C)の標準ポリスチレン換算の重量平均分子量は、好ましくは1,000〜100,000で、より好ましくは1,000〜50,000、更により好ましくは2,000〜15,000である。
樹脂(C)がフッ素原子又はフッ素原子を有する基を含んでいる場合、フッ素原子を有する繰り返し単位の含有量は、樹脂(C)の全繰り返し単位を基準として、5〜100モル%であることが好ましく、10〜100モル%であることが好ましい。ただし、露光源がEUV光である場合は、上記した理由により、フッ素原子を有する繰り返し単位の含有量は、樹脂(C)の全繰り返し単位を基準として、50モル%以下であることも好ましく、30モル%以下であることも好ましく、10モル%以下であることも好ましく、フッ素原子を有さないことも好ましい。
また、特に露光源がEUV光である場合は、樹脂(C)は、上記したように、芳香環基がEUV光のアウトオブバンド光を吸収できるため、芳香環基を有する繰り返し単位を有することが好ましい。
樹脂(C)が芳香環基を有する繰り返し単位を有する場合、芳香環基を有する繰り返し単位の含有量は、樹脂(C)の全繰り返し単位を基準として、3モル%〜100モル%であることが好ましく、5モル%〜80モル%であることがより好ましく、5〜70モル%であることが更に好ましい。
樹脂(C)は、1種で使用してもよいし、複数併用してもよい。樹脂(C)を複数併用する場合、複数の樹脂(C)の少なくとも1種は、芳香環基を有することが好ましい。
樹脂(C)の組成物中の含有量は、本発明の組成物中の全固形分に対し、0.01〜10質量%が好ましく、0.05〜8質量%がより好ましく、0.1〜5質量%が更に好ましい。
樹脂(C)は、樹脂(A)同様、金属等の不純物が少ないのは当然のことながら、残留単量体やオリゴマー成分が0.01〜5質量%であることが好ましく、より好ましくは0.01〜3質量%、0.05〜1質量%が更により好ましい。それにより、液中異物や感度等の経時変化のない感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物が得られる。また、解像度、レジスト形状、レジストパターンの側壁、ラフネスなどの点から、分子量分布(Mw/Mn、分散度ともいう)は、1〜5の範囲が好ましく、より好ましくは1〜3、更に好ましくは1〜2の範囲である。
樹脂(C)及び前記した樹脂(A)は、各々、ヒドロキシル基、シアノ基、ラクトン基、カルボン酸基、スルホン酸基、アミド基、スルホンアミド基、アンモニウム基、スルホニウム基及びこれらの2つ以上を組み合わせてなる基より選択される極性基を有する繰り返し単位を有していてもよいが、該極性基を有する繰り返し単位の樹脂(C)の全繰り返し単位に対する含有率(モル%)は、該極性基を有する繰り返し単位の樹脂(A)の全繰り返し単位に対する含有率(モル%)よりも10モル%以上少ないことが好ましく、20モル%以上少ないことが好ましく、30モル%以上少ないことが特に好ましい。上記したように、樹脂(C)は、疎水性の高い基を有する樹脂であるが、極性基を有する繰り返し単位の含有率に関して、上記関係を満たすことにより、樹脂(C)が樹脂(A)に対して相対的に十分に疎水的となり、効果的にレジスト膜の表面に偏在しやすくなる。
樹脂(C)は、各種市販品を利用することもできるし、常法に従って(例えばラジカル重合)合成することができる。例えば、一般的合成方法としては、モノマー種及び開始剤を溶剤に溶解させ、加熱することにより重合を行う一括重合法、加熱溶剤にモノマー種と開始剤の溶液を1〜10時間かけて滴下して加える滴下重合法などが挙げられ、滴下重合法が好ましい。
反応溶媒、重合開始剤、反応条件(温度、濃度等)、及び、反応後の精製方法は、樹脂(A)で説明した内容と同様であるが、樹脂(C)の合成においては、反応の濃度が30〜50質量%であることが好ましい。
以下に樹脂(C)の具体例を示す。また、下記表1及び表2に、各樹脂における繰り返し単位のモル比(各繰り返し単位と左から順に対応)、重量平均分子量、分散度を示す。
[3]活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物(B)
本発明の組成物は、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物(以下、「酸発生剤」ともいう)を含有することが好ましい。
酸発生剤としては、公知のものであれば特に限定されないが、活性光線又は放射線の照射により、有機酸、例えば、スルホン酸、ビス(アルキルスルホニル)イミド、又はトリス(アルキルスルホニル)メチドの少なくともいずれかを発生する化合物が好ましい。
より好ましくは下記一般式(ZI)、(ZII)、(ZIII)で表される化合物を挙げることができる。
上記一般式(ZI)において、
201、R202及びR203は、各々独立に、有機基を表す。
201、R202及びR203としての有機基の炭素数は、一般的に1〜30、好ましくは1〜20である。
また、R201〜R203のうち2つが結合して環構造を形成してもよく、環内に酸素原子、硫黄原子、エステル結合、アミド結合、カルボニル基を含んでいてもよい。R201〜R203の内の2つが結合して形成する基としては、アルキレン基(例えば、ブチレン基、ペンチレン基)を挙げることができる。
は、非求核性アニオン(求核反応を起こす能力が著しく低いアニオン)を表す。
非求核性アニオンとしては、例えば、スルホン酸アニオン(脂肪族スルホン酸アニオン、芳香族スルホン酸アニオン、カンファースルホン酸アニオンなど)、カルボン酸アニオン(脂肪族カルボン酸アニオン、芳香族カルボン酸アニオン、アラルキルカルボン酸アニオンなど)、スルホニルイミドアニオン、ビス(アルキルスルホニル)イミドアニオン、トリス(アルキルスルホニル)メチドアニオン等を挙げられる。
脂肪族スルホン酸アニオン及び脂肪族カルボン酸アニオンにおける脂肪族部位は、アルキル基であってもシクロアルキル基であってもよく、好ましくは炭素数1〜30の直鎖又は分岐のアルキル基及び炭素数3〜30のシクロアルキル基が挙げられる。
芳香族スルホン酸アニオン及び芳香族カルボン酸アニオンにおける芳香族基としては、好ましくは炭素数6〜14のアリール基、例えば、フェニル基、トリル基、ナフチル基等を挙げることができる。
上記で挙げたアルキル基、シクロアルキル基及びアリール基は、置換基を有していてもよい。この具体例としては、ニトロ基、フッ素原子などのハロゲン原子、カルボキシル基、水酸基、アミノ基、シアノ基、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜15)、シクロアルキル基(好ましくは炭素数3〜15)、アリール基(好ましくは炭素数6〜14)、アルコキシカルボニル基(好ましくは炭素数2〜7)、アシル基(好ましくは炭素数2〜12)、アルコキシカルボニルオキシ基(好ましくは炭素数2〜7)、アルキルチオ基(好ましくは炭素数1〜15)、アルキルスルホニル基(好ましくは炭素数1〜15)、アルキルイミノスルホニル基(好ましくは炭素数1〜15)、アリールオキシスルホニル基(好ましくは炭素数6〜20)、アルキルアリールオキシスルホニル基(好ましくは炭素数7〜20)、シクロアルキルアリールオキシスルホニル基(好ましくは炭素数10〜20)、アルキルオキシアルキルオキシ基(好ましくは炭素数5〜20)、シクロアルキルアルキルオキシアルキルオキシ基(好ましくは炭素数8〜20)等を挙げることができる。各基が有するアリール基及び環構造については、置換基として更にアルキル基(好ましくは炭素数1〜15)を挙げることができる。
アラルキルカルボン酸アニオンにおけるアラルキル基としては、好ましくは炭素数7〜12のアラルキル基、例えば、ベンジル基、フェネチル基、ナフチルメチル基、ナフチルエチル基、ナフチルブチル基等を挙げることができる。
スルホニルイミドアニオンとしては、例えば、サッカリンアニオンを挙げることができる。
ビス(アルキルスルホニル)イミドアニオン、トリス(アルキルスルホニル)メチドアニオンにおけるアルキル基は、炭素数1〜5のアルキル基が好ましい。これらのアルキル基の置換基としてはハロゲン原子、ハロゲン原子で置換されたアルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アルキルオキシスルホニル基、アリールオキシスルホニル基、シクロアルキルアリールオキシスルホニル基等を挙げることができ、フッ素原子又はフッ素原子で置換されたアルキル基が好ましい。
また、ビス(アルキルスルホニル)イミドアニオンにおけるアルキル基は、互いに結合して環構造を形成してもよい。これにより、酸強度が増加する。
その他の非求核性アニオンとしては、例えば、弗素化燐(例えば、PF )、弗素化硼素(例えば、BF )、弗素化アンチモン(例えば、SbF )等を挙げることができる。
非求核性アニオンとしては、スルホン酸の少なくともα位がフッ素原子で置換された脂肪族スルホン酸アニオン、フッ素原子又はフッ素原子を有する基で置換された芳香族スルホン酸アニオン、アルキル基がフッ素原子で置換されたビス(アルキルスルホニル)イミドアニオン、アルキル基がフッ素原子で置換されたトリス(アルキルスルホニル)メチドアニオンが好ましい。非求核性アニオンとして、より好ましくはパーフロロ脂肪族スルホン酸アニオン(更に好ましくは炭素数4〜8)、フッ素原子を有するベンゼンスルホン酸アニオン、更により好ましくはノナフロロブタンスルホン酸アニオン、パーフロロオクタンスルホン酸アニオン、ペンタフロロベンゼンスルホン酸アニオン、3,5−ビス(トリフロロメチル)ベンゼンスルホン酸アニオンである。
酸強度の観点からは、発生酸のpKaが−1以下であることが、感度向上のために好ましい。
また、非求核性アニオンとしては、以下の一般式(AN1)で表されるアニオンも好ましい態様として挙げられる。
式中、
Xfは、それぞれ独立に、フッ素原子、又は少なくとも1つのフッ素原子で置換されたアルキル基を表す。
、Rは、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子、又は、アルキル基を表し、複数存在する場合のR、Rは、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
Lは、二価の連結基を表し、複数存在する場合のLは同一でも異なっていてもよい。
Aは、環状の有機基を表す。
xは1〜20の整数を表し、yは0〜10の整数を表し、zは0〜10の整数を表す。
一般式(AN1)について、更に詳細に説明する。
Xfのフッ素原子で置換されたアルキル基におけるアルキル基としては、好ましくは炭素数1〜10であり、より好ましくは炭素数1〜4である。また、Xfのフッ素原子で置換されたアルキル基は、パーフルオロアルキル基であることが好ましい。
Xfとして好ましくは、フッ素原子又は炭素数1〜4のパーフルオロアルキル基である。Xfの具体的としては、フッ素原子、CF、C、C、C、CHCF、CHCHCF、CH、CHCH、CH、CHCH、CH、CHCHが挙げられ、中でもフッ素原子、CFが好ましい。特に、双方のXfがフッ素原子であることが好ましい。
、Rのアルキル基は、置換基(好ましくはフッ素原子)を有していてもよく、炭素数1〜4のものが好ましい。更に好ましくは炭素数1〜4のパーフルオロアルキル基である。R、Rの置換基を有するアルキル基の具体例としては、CF、C、C、C、C11、C13、C15、C17、CHCF、CHCHCF、CH、CHCH、CH、CHCH、CH、CHCHが挙げられ、中でもCFが好ましい。
、Rとしては、好ましくはフッ素原子又はCFである。
xは1〜10が好ましく、1〜5がより好ましい。
yは0〜4が好ましく、0がより好ましい。
zは0〜5が好ましく、0〜3がより好ましい。
Lの2価の連結基としては特に限定されず、―COO−、−OCO−、−CO−、−O−、−S―、−SO―、―SO−、アルキレン基、シクロアルキレン基、アルケニレン基又はこれらの複数が連結した連結基などを挙げることができ、総炭素数12以下の連結基が好ましい。このなかでも―COO−、−OCO−、−CO−、−O−が好ましく、―COO−、−OCO−がより好ましい。
Aの環状の有機基としては、環状構造を有するものであれば特に限定されず、脂環基、アリール基、複素環基(芳香族性を有するものだけでなく、芳香族性を有さないものも含む)等が挙げられる。
脂環基としては、単環でも多環でもよく、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロオクチル基などの単環のシクロアルキル基、ノルボルニル基、トリシクロデカニル基、テトラシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、アダマンチル基などの多環のシクロアルキル基が好ましい。中でも、ノルボルニル基、トリシクロデカニル基、テトラシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、アダマンチル基等の炭素数7以上のかさ高い構造を有する脂環基が、露光後加熱工程での膜中拡散性を抑制でき、MEEF向上の観点から好ましい。
アリール基としては、ベンゼン環、ナフタレン環、フェナンスレン環、アントラセン環が挙げられる。
複素環基としては、フラン環、チオフェン環、ベンゾフラン環、ベンゾチオフェン環、ジベンゾフラン環、ジベンゾチオフェン環、ピリジン環由来のものが挙げられる。中でもフラン環、チオフェン環、ピリジン環由来のものが好ましい。
また、環状の有機基としては、ラクトン構造も挙げることができ、具体例としては、前述の樹脂(A)が有していてもよい一般式(LC1−1)〜(LC1−17)で表されるラクトン構造を挙げることができる。
上記環状の有機基は、置換基を有していてもよく、該置換基としては、アルキル基(直鎖、分岐、環状のいずれであっても良く、炭素数1〜12が好ましい)、シクロアルキル基(単環、多環、スピロ環のいずれであっても良く、炭素数3〜20が好ましい)、アリール基(炭素数6〜14が好ましい)、ヒドロキシ基、アルコキシ基、エステル基、アミド基、ウレタン基、ウレイド基、チオエーテル基、スルホンアミド基、スルホン酸エステル基等が挙げられる。なお、環状の有機基を構成する炭素(環形成に寄与する炭素)はカルボニル炭素であっても良い。
201、R202及びR203の有機基としては、アリール基、アルキル基、シクロアルキル基などが挙げられる。
201、R202及びR203のうち、少なくとも1つがアリール基であることが好ましく、三つ全てがアリール基であることがより好ましい。アリール基としては、フェニル基、ナフチル基などの他に、インドール残基、ピロール残基などのヘテロアリール基も可能である。R201〜R203のアルキル基及びシクロアルキル基としては、好ましくは、炭素数1〜10の直鎖又は分岐アルキル基、炭素数3〜10のシクロアルキル基を挙げることができる。アルキル基として、より好ましくはメチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基等を挙げることができる。シクロアルキル基として、より好ましくは、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、シクロへプチル基等を挙げることができる。これらの基は更に置換基を有していてもよい。その置換基としては、ニトロ基、フッ素原子などのハロゲン原子、カルボキシル基、水酸基、アミノ基、シアノ基、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜15)、シクロアルキル基(好ましくは炭素数3〜15)、アリール基(好ましくは炭素数6〜14)、アルコキシカルボニル基(好ましくは炭素数2〜7)、アシル基(好ましくは炭素数2〜12)、アルコキシカルボニルオキシ基(好ましくは炭素数2〜7)等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
また、R201〜R203のうち2つが結合して環構造を形成する場合、以下の一般式(A1)で表される構造であることが好ましい。
一般式(A1)中、
1a〜R13aは、各々独立に、水素原子又は置換基を表す。
1a〜R13aのうち、1〜3つが水素原子でないことが好ましく、R9a〜R13aのいずれか1つが水素原子でないことがより好ましい。
Zaは、単結合又は2価の連結基である。
は、一般式(ZI)におけるZと同義である。
1a〜R13aが水素原子でない場合の具体例としては、ハロゲン原子、直鎖、分岐、環状のアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、複素環基、シアノ基、ニトロ基、カルボキシル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、シリルオキシ基、ヘテロ環オキシ基、アシルオキシ基、カルバモイルオキシ基、アルコキシカルボニルオキシ基、アリールオキシカルボニルオキシ基、アミノ基(アニリノ基を含む)、アンモニオ基、アシルアミノ基、アミノカルボニルアミノ基、アルコキシカルボニルアミノ基、アリールオキシカルボニルアミノ基、スルファモイルアミノ基、アルキル及びアリールスルホニルアミノ基、メルカプト基、アルキルチオ基、アリールチオ基、ヘテロ環チオ基、スルファモイル基、スルホ基、アルキル及びアリールスルフィニル基、アルキル及びアリールスルホニル基、アシル基、アリールオキシカルボニル基、アルコキシカルボニル基、カルバモイル基、アリール及びヘテロ環アゾ基、イミド基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスフィニルオキシ基、ホスフィニルアミノ基、ホスホノ基、シリル基、ヒドラジノ基、ウレイド基、ボロン酸基(−B(OH))、ホスファト基(−OPO(OH))、スルファト基(−OSOH)、その他の公知の置換基が例として挙げられる。
1a〜R13aが水素原子でない場合としては、水酸基で置換された直鎖、分岐、環状のアルキル基であることが好ましい。
Zaの2価の連結基としては、アルキレン基、アリーレン基、カルボニル基、スルホニル基、カルボニルオキシ基、カルボニルアミノ基、スルホニルアミド基、エーテル結合、チオエーテル結合、アミノ基、ジスルフィド基、−(CH−CO−、−(CH−SO−、−CH=CH−、アミノカルボニルアミノ基、アミノスルホニルアミノ基等が挙げられる(nは1〜3の整数)。
なお、R201、R202及びR203のうち、少なくとも1つがアリール基でない場合の好ましい構造としては、特開2004−233661号公報の段落0046〜0048、特開2003−35948号公報の段落0040〜0046、米国特許出願公開第2003/0224288A1号明細書に式(I−1)〜(I−70)として例示されている化合物、米国特許出願公開第2003/0077540A1号明細書に式(IA−1)〜(IA−54)、式(IB−1)〜(IB−24)として例示されている化合物等のカチオン構造を挙げることができる。
一般式(ZII)、(ZIII)中、
204〜R207は、各々独立に、アリール基、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。
204〜R207のアリール基、アルキル基、シクロアルキル基としては、前述の化合物(ZI)におけるR201〜R203のアリール基、アルキル基、シクロアルキル基として説明したアリール基と同様である。
204〜R207のアリール基、アルキル基、シクロアルキル基は、置換基を有していてもよい。この置換基としても、前述の化合物(ZI)におけるR201〜R203のアリール基、アルキル基、シクロアルキル基が有していてもよいものが挙げられる。
は、非求核性アニオンを表し、一般式(ZI)に於けるZの非求核性アニオンと同様のものを挙げることができる。
酸発生剤として、更に、下記一般式(ZIV)、(ZV)、(ZVI)で表される化合物も挙げられる。
一般式(ZIV)〜(ZVI)中、
Ar及びArは、各々独立に、アリール基を表す。
208、R209及びR210は、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を表す。
Aは、アルキレン基、アルケニレン基又はアリーレン基を表す。
Ar、Ar、R208、R209及びR210のアリール基の具体例としては、上記一般式(ZI)におけるR201、R202及びR203としてのアリール基の具体例と同様のものを挙げることができる。
208、R209及びR210のアルキル基及びシクロアルキル基の具体例としては、それぞれ、上記一般式(ZI)におけるR201、R202及びR203としてのアルキル基及びシクロアルキル基の具体例と同様のものを挙げることができる。
Aのアルキレン基としては、炭素数1〜12のアルキレン基(例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、イソプロピレン基、ブチレン基、イソブチレン基など)を、Aのアルケニレン基としては、炭素数2〜12のアルケニレン基(例えば、エテニレン基、プロペニレン基、ブテニレン基など)を、Aのアリーレン基としては、炭素数6〜10のアリーレン基(例えば、フェニレン基、トリレン基、ナフチレン基など)を、それぞれ挙げることができる。
酸発生剤の中で、特に好ましい例を以下に挙げる。
本発明においては、前記酸を発生する化合物(B)は、露光で発生した酸の非露光部への拡散を抑制し解像力、LWRを良好にする観点から、活性光線又は放射線の照射により、体積240Å以上の大きさの酸を発生する化合物であることが好ましく、体積300Å以上の大きさの酸を発生する化合物であることがより好ましく、体積350Å以上の大きさの酸を発生する化合物であることが更に好ましく、体積400Å以上の大きさの酸を発生する化合物であることが特に好ましい。ただし、感度や塗布溶剤溶解性の観点から、上記体積は、2000Å以下であることが好ましく、1500Å以下であることが更に好ましい。上記体積の値は、富士通株式会社製の「WinMOPAC」を用いて求めた。すなわち、まず、各例に係る酸の化学構造を入力し、次に、この構造を初期構造としてMM3法を用いた分子力場計算により、各酸の最安定立体配座を決定し、その後、これら最安定立体配座についてPM3法を用いた分子軌道計算を行うことにより、各酸の「accessible volume」を計算することができる。
以下に本発明において、特に好ましい酸発生剤を以下に例示する。なお、例の一部には、体積の計算値を付記している(単位Å)。なお、ここで求めた計算値は、アニオン部にプロトンが結合した酸の体積値である。
酸発生剤は、1種類単独で又は2種類以上を組み合わせて使用することができる。
酸発生剤の組成物中の含有率は、組成物の全固形分を基準として、0.1〜50質量%が好ましく、より好ましくは0.5〜45質量%、更に好ましくは1〜40質量%である。
[4]酸の作用により分解して酸を発生する化合物
本発明の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物は、更に、酸の作用により分解して酸を発生する化合物を1種又は2種以上含んでいてもよい。上記酸の作用により分解して酸を発生する化合物が発生する酸は、スルホン酸、メチド酸又はイミド酸であることが好ましい。
以下に本発明に用いることができる酸の作用により分解して酸を発生する化合物の例を示すが、これらに限定されるものではない。
前記酸の作用により分解して酸を発生する化合物は、1種単独で又は2種以上を組合せて使用することができる。
なお、酸の作用により分解して酸を発生する化合物の含有量は、前記感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物の全固形分を基準として、0.1〜40質量%であることが好ましく、0.5〜30質量%であることがより好ましく、1.0〜20質量%であることが更に好ましい。
[5]溶剤(塗布溶媒)
本発明における組成物は溶剤を含有することが好ましい。
組成物を調製する際に使用できる溶剤としては、各成分を溶解するものである限り特に限定されないが、例えば、アルキレングリコールモノアルキルエーテルカルボキシレート(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA;別名1−メトキシ−2−アセトキシプロパン)など)、アルキレングリコールモノアルキルエーテル(プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME;別名1−メトキシ−2−プロパノール)など)、乳酸アルキルエステル(乳酸エチル、乳酸メチルなど)、環状ラクトン(γ−ブチロラクトンなど、好ましくは炭素数4〜10)、鎖状又は環状のケトン(2−ヘプタノン、シクロヘキサノンなど、好ましくは炭素数4〜10)、アルキレンカーボネート(エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートなど)、カルボン酸アルキル(酢酸ブチルなどの酢酸アルキルが好ましい)、アルコキシ酢酸アルキル(エトキシプロピオン酸エチル)などが挙げられる。その他使用可能な溶媒として、例えば、米国特許出願公開第2008/0248425A1号明細書の[0244]以降に記載されている溶剤などが挙げられる。
上記のうち、アルキレングリコールモノアルキルエーテルカルボキシレート及びアルキレングリコールモノアルキルエーテルが好ましい。
これら溶媒は、単独で用いても2種以上を混合して用いてもよい。2種以上を混合する場合、水酸基を有する溶剤と水酸基を有しない溶剤とを混合することが好ましい。水酸基を有する溶剤と水酸基を有しない溶剤との質量比は、1/99〜99/1、好ましくは10/90〜90/10、更に好ましくは20/80〜60/40である。
水酸基を有する溶剤としてはアルキレングリコールモノアルキルエーテルが好ましく、水酸基を有しない溶剤としてはアルキレングリコールモノアルキルエーテルカルボキシレートが好ましい。
[6]塩基性化合物
本発明に係る感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物は、塩基性化合物を更に含んでいてもよい。塩基性化合物は、好ましくは、フェノールと比較して塩基性がより強い化合物である。また、この塩基性化合物は、有機塩基性化合物であることが好ましく、含窒素塩基性化合物であることが更に好ましい。
使用可能な含窒素塩基性化合物は特に限定されないが、例えば、以下の(1)〜(7)に分類される化合物を用いることができる。
(1)一般式(BS−1)により表される化合物
一般式(BS−1)中、
Rは、各々独立に、水素原子又は有機基を表す。但し、3つのRのうち少なくとも1つは有機基である。この有機基は、直鎖若しくは分岐鎖のアルキル基、単環若しくは多環のシクロアルキル基、アリール基又はアラルキル基である。
前記一般式(BS−1)により表される化合物についての説明(各基の説明、一般式(BS−1)により表される化合物の具体例等)としては、特開2013−015572号公報段落0471〜0481の記載を参酌でき、これらの内容は本願明細書に組み込まれる。
(2)含窒素複素環構造を有する化合物
この含窒素複素環は、芳香族性を有していてもよく、芳香族性を有していなくてもよい。また、窒素原子を複数有していてもよい。更に、窒素以外のヘテロ原子を含有していてもよい。具体的には、例えば、イミダゾール構造を有する化合物(2−フェニルベンゾイミダゾール、2,4,5−トリフェニルイミダゾールなど)、ピペリジン構造を有する化合物〔N−ヒドロキシエチルピペリジン及びビス(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル)セバケートなど〕、ピリジン構造を有する化合物(4−ジメチルアミノピリジンなど)、並びにアンチピリン構造を有する化合物(アンチピリン及びヒドロキシアンチピリンなど)が挙げられる。
好ましい含窒素複素環構造を有する化合物の例としては、例えば、グアニジン、アミノピリジン、アミノアルキルピリジン、アミノピロリジン、インダゾール、イミダゾール、ピラゾール、ピラジン、ピリミジン、プリン、イミダゾリン、ピラゾリン、ピペラジン、アミノモルフォリン及びアミノアルキルモルフォリンが挙げられる。これらは、置換基を更に有していてもよい。
好ましい置換基としては、例えば、アミノ基、アミノアルキル基、アルキルアミノ基、アミノアリール基、アリールアミノ基、アルキル基、アルコキシ基、アシル基、アシロキシ基、アリール基、アリールオキシ基、ニトロ基、水酸基及びシアノ基が挙げられる。
特に好ましい塩基性化合物としては、例えば、イミダゾール、2−メチルイミダゾール、4−メチルイミダゾール、N−メチルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール、4,5−ジフェニルイミダゾール、2,4,5−トリフェニルイミダゾール、2−アミノピリジン、3−アミノピリジン、4−アミノピリジン、2−ジメチルアミノピリジン、4−ジメチルアミノピリジン、2−ジエチルアミノピリジン、2−(アミノメチル)ピリジン、2−アミノ−3−メチルピリジン、2−アミノ−4−メチルピリジン、2−アミノ5−メチルピリジン、2−アミノ−6−メチルピリジン、3−アミノエチルピリジン、4−アミノエチルピリジン、3−アミノピロリジン、ピペラジン、N−(2−アミノエチル)ピペラジン、N−(2−アミノエチル)ピペリジン、4−アミノ−2,2,6,6テトラメチルピペリジン、4−ピペリジノピペリジン、2−イミノピペリジン、1−(2−アミノエチル)ピロリジン、ピラゾール、3−アミノ−5−メチルピラゾール、5−アミノ−3−メチル−1−p−トリルピラゾール、ピラジン、2−(アミノメチル)−5メチルピラジン、ピリミジン、2,4−ジアミノピリミジン、4,6−ジヒドロキシピリミジン、2−ピラゾリン、3−ピラゾリン、N−アミノモルフォリン及びN−(2−アミノエチル)モルフォリンが挙げられる。
また、環構造を2つ以上有する化合物も好適に用いられる。具体的には、例えば、1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]ノナ−5−エン及び1,8−ジアザビシクロ〔5.4.0〕−ウンデカ−7−エンが挙げられる。
(3)フェノキシ基を有するアミン化合物
フェノキシ基を有するアミン化合物とは、アミン化合物が含んでいるアルキル基のN原子と反対側の末端にフェノキシ基を備えた化合物である。フェノキシ基は、例えば、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、カルボキシ基、カルボン酸エステル基、スルホン酸エステル基、アリール基、アラルキル基、アシロキシ基及びアリールオキシ基等の置換基を有していてもよい。
この化合物は、より好ましくは、フェノキシ基と窒素原子との間に、少なくとも1つのオキシアルキレン鎖を有している。1分子中のオキシアルキレン鎖の数は、好ましくは3〜9個、更に好ましくは4〜6個である。オキシアルキレン鎖の中でも−CHCHO−が特に好ましい。
具体例としては、2−[2−{2―(2,2―ジメトキシ−フェノキシエトキシ)エチル}−ビス−(2−メトキシエチル)]−アミン、及び、US2007/0224539A1号明細書の段落[0066]に例示されている化合物(C1−1)〜(C3−3)が挙げられる。
フェノキシ基を有するアミン化合物は、例えば、フェノキシ基を有する1級又は2級アミンとハロアルキルエーテルとを加熱して反応させ、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム及びテトラアルキルアンモニウム等の強塩基の水溶液を添加した後、酢酸エチル及びクロロホルム等の有機溶剤で抽出することにより得られる。また、フェノキシ基を有するアミン化合物は、1級又は2級アミンと、末端にフェノキシ基を有するハロアルキルエーテルとを加熱して反応させ、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム及びテトラアルキルアンモニウム等の強塩基の水溶液を添加した後、酢酸エチル及びクロロホルム等の有機溶剤で抽出することによって得ることもできる。
(4)アンモニウム塩
塩基性化合物として、アンモニウム塩も適宜用いることができる。
アンモニウム塩のカチオンとしては、炭素数1〜18のアルキル基が置換したテトラアルキルアンモニウムカチオンが好ましく、テトラメチルアンモニウムカチオン、テトラエチルアンモニウムカチオン、テトラ(n−ブチル)アンモニウムカチオン、テトラ(n−ヘプチル)アンモニウムカチオン、テトラ(n−オクチル)アンモニウムカチオン、ジメチルヘキサデシルアンモニウムカチオン、ベンジルトリメチルカチオン等がより好ましく、テトラ(n−ブチル)アンモニウムカチオンがもっとも好ましい。
アンモニウム塩のアニオンとしては、例えば、ヒドロキシド、カルボキシレート、ハライド、スルホネート、ボレート及びフォスフェートが挙げられる。これらのうち、ヒドロキシド又はカルボキシレートが特に好ましい。
ハライドとしては、クロライド、ブロマイド及びアイオダイドが特に好ましい。
スルホネートとしては、炭素数1〜20の有機スルホネートが特に好ましい。有機スルホネートとしては、例えば、炭素数1〜20のアルキルスルホネート及びアリールスルホネートが挙げられる。
アルキルスルホネートに含まれるアルキル基は、置換基を有していてもよい。この置換基としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、アルコキシ基、アシル基及びアリール基が挙げられる。アルキルスルホネートとして、具体的には、メタンスルホネート、エタンスルホネート、ブタンスルホネート、ヘキサンスルホネート、オクタンスルホネート、ベンジルスルホネート、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及びノナフルオロブタンスルホネートが挙げられる。
アリールスルホネートに含まれるアリール基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基及びアントリル基が挙げられる。これらアリール基は、置換基を有していてもよい。この置換基としては、例えば、炭素数1〜6の直鎖若しくは分岐鎖アルキル基及び炭素数3〜6のシクロアルキル基が好ましい。具体的には、例えば、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、i−ブチル、t−ブチル、n−ヘキシル及びシクロヘキシル基が好ましい。他の置換基としては、炭素数1〜6のアルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ、ニトロ、アシル基及びアシロキシ基が挙げられる。
カルボキシレートとしては、脂肪族カルボキシレートでも芳香族カルボキシレートでも良く、アセテート、ラクテート、ビルベート、トリフルオロアセテート、アダマンタンカルボキシレート、ヒドロキシアダマンタンカルボキシレート、ベンゾエート、ナフトエート、サリチレート、フタレート、フェノレート等が挙げられ、特にベンゾエート、ナフトエート、フェノレート等が好ましく、ベンゾエートが最も好ましい。
この場合、アンモニウム塩としては、テトラ(n−ブチル)アンモニウムベンゾエート、
テトラ(n−ブチル)アンモニウムフェノレート等が好ましい。
ヒドロキシドの場合、このアンモニウム塩は、炭素数1〜8のテトラアルキルアンモニウムヒドロキシド(テトラメチルアンモニウムヒドロキシド及びテトラエチルアンモニウムヒドロキシド、テトラ−(n−ブチル)アンモニウムヒドロキシド等のテトラアルキルアンモニウムヒドロキシドであることが特に好ましい。
(5)プロトンアクセプター性官能基を有し、かつ、活性光線又は放射線の照射により分解してプロトンアクセプター性が低下、消失、又はプロトンアクセプター性から酸性に変化した化合物を発生する化合物(PA)
本発明に係る組成物は、塩基性化合物として、プロトンアクセプター性官能基を有し、かつ、活性光線又は放射線の照射により分解してプロトンアクセプター性が低下、消失、又はプロトンアクセプター性から酸性に変化した化合物を発生する化合物〔以下、化合物(PA)ともいう〕を更に含んでいてもよい。
プロトンアクセプター性官能基を有し、かつ、活性光線又は放射線の照射により分解してプロトンアクセプター性が低下、消失、又はプロトンアクセプター性から酸性に変化した化合物を発生する化合物(PA)としては、特開2012−32762号公報段落0379〜0425(対応する米国特許出願公開第2012/0003590号明細書の[0386]〜[0435])の記載を参酌でき、これらの内容は本願明細書に組み込まれる。
本発明の組成物において、化合物(PA)の組成物全体中の配合率は、全固形分中0.1〜10質量%が好ましく、より好ましくは1〜8質量%である。
(6)グアニジン化合物
本発明の組成物は、グアニジン化合物を更に含有していてもよい。
グアニジン化合物としては、特開2012−32762号公報段落0374〜0378(対応する米国特許出願公開第2012/0003590号明細書の[0382]〜[0385])の記載を参酌でき、これらの内容は本願明細書に組み込まれる。
(7) 窒素原子を有し、酸の作用により脱離する基を有する低分子化合物
本発明の組成物は、窒素原子を有し、酸の作用により脱離する基を有する低分子化合物(以下において、「低分子化合物(D)」又は「化合物(D)」ともいう)を含有することができる。低分子化合物(D)は、酸の作用により脱離する基が脱離した後は、塩基性を有することが好ましい。
低分子化合物(D)としては、特開2012−133331号公報段落0324〜0337の記載を参酌でき、これらの内容は本願明細書に組み込まれる。
本発明において、低分子化合物(D)は、一種単独でも又は2種以上を混合しても使用することができる。
本発明の組成物は、低分子化合物(D)を含有してもしなくてもよいが、含有する場合、化合物(D)の含有量は、上述した塩基性化合物と合わせた組成物の全固形分を基準として、通常、0.001〜20質量%、好ましくは0.001〜10質量%、より好ましくは0.01〜5質量%である。
また、本発明の組成物が酸発生剤を含有する場合、酸発生剤と化合物(D)の組成物中の使用割合は、酸発生剤/[化合物(D)+下記塩基性化合物](モル比)=2.5〜300であることが好ましい。即ち、感度、解像度の点からモル比が2.5以上が好ましく、露光後加熱処理までの経時でのレジストパターンの太りによる解像度の低下抑制の点から300以下が好ましい。酸発生剤/[化合物(D)+上記塩基性化合物](モル比)は、より好ましくは5.0〜200、更に好ましくは7.0〜150である。
その他、本発明に係る組成物に使用可能なものとして、特開2002−363146号公報の実施例で合成されている化合物、及び特開2007−298569号公報の段落0108に記載の化合物等が挙げられる。
塩基性化合物として、感光性の塩基性化合物を用いてもよい。感光性の塩基性化合物としては、例えば、特表2003−524799号公報、及び、J.Photopolym.Sci&Tech.Vol.8,P.543−553(1995)等に記載の化合物を用いることができる。
塩基性化合物の分子量は、通常は100〜1500であり、好ましくは150〜1300であり、より好ましくは200〜1000である。
これらの塩基性化合物は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明に係る組成物が塩基性化合物を含んでいる場合、その含有量は、組成物の全固形分を基準として、0.01〜10.0質量%であることが好ましく、0.1〜8.0質量%であることがより好ましく、0.2〜5.0質量%であることが特に好ましい。
塩基性化合物の光酸発生剤に対するモル比は、好ましくは0.01〜10とし、より好ましくは0.05〜5とし、更に好ましくは0.1〜3とする。このモル比を過度に大きくすると、感度及び/又は解像度が低下する場合がある。このモル比を過度に小さくすると、露光と加熱(ポストベーク)との間において、パターンの細りを生ずる可能性がある。より好ましくは0.05〜5、更に好ましくは0.1〜3である。なお、上記モル比における光酸発生剤とは、上記樹脂の繰り返し単位(B)と上記樹脂が更に含んでいてもよい光酸発生剤との合計の量を基準とするものである。
[7]界面活性剤
本発明に係る組成物は、界面活性剤を更に含んでいてもよい。界面活性剤を含有することにより、波長が250nm以下、特には220nm以下の露光光源を使用した場合に、良好な感度及び解像度で、密着性及び現像欠陥のより少ないパターンを形成することが可能となる。
界面活性剤としては、フッ素系及び/又はシリコン系界面活性剤を用いることが特に好ましい。
フッ素系及び/又はシリコン系界面活性剤としては、例えば、米国特許出願公開第2008/0248425号明細書の[0276]に記載の界面活性剤が挙げられる。また、エフトップEF301若しくはEF303(新秋田化成(株)製);フロラードFC430、431若しくは4430(住友スリーエム(株)製);メガファックF171、F173、F176、F189、F113、F110、F177、F120若しくはR08(DIC(株)製);サーフロンS−382、SC101、102、103、104、105若しくは106(旭硝子(株)製);トロイゾルS−366(トロイケミカル(株)製);GF−300若しくはGF−150(東亜合成化学(株)製)、サーフロンS−393(セイミケミカル(株)製);エフトップEF121、EF122A、EF122B、RF122C、EF125M、EF135M、EF351、EF352、EF801、EF802若しくはEF601((株)ジェムコ製);PF636、PF656、PF6320若しくはPF6520(OMNOVA社製);又は、FTX−204G、208G、218G、230G、204D、208D、212D、218D若しくは222D((株)ネオス製)を用いてもよい。なお、ポリシロキサンポリマーKP−341(信越化学工業(株)製)も、シリコン系界面活性剤として用いることができる。
また、界面活性剤は、上記に示すような公知のものの他に、テロメリゼーション法(テロマー法ともいわれる)又はオリゴメリゼーション法(オリゴマー法ともいわれる)により製造されたフルオロ脂肪族化合物を用いて合成してもよい。具体的には、このフルオロ脂肪族化合物から導かれたフルオロ脂肪族基を備えた重合体を、界面活性剤として用いてもよい。このフルオロ脂肪族化合物は、例えば、特開2002−90991号公報に記載された方法によって合成することができる。
フルオロ脂肪族基を有する重合体としては、フルオロ脂肪族基を有するモノマーと(ポリ(オキシアルキレン))アクリレート若しくはメタクリレート及び/又は(ポリ(オキシアルキレン))メタクリレートとの共重合体が好ましく、不規則に分布していても、ブロック共重合していてもよい。
ポリ(オキシアルキレン)基としては、例えば、ポリ(オキシエチレン)基、ポリ(オキシプロピレン)基及びポリ(オキシブチレン)基が挙げられる。また、ポリ(オキシエチレンとオキシプロピレンとオキシエチレンとのブロック連結体)及びポリ(オキシエチレンとオキシプロピレンとのブロック連結体)等の、同じ鎖内に異なる鎖長のアルキレンを有するユニットであってもよい。
さらに、フルオロ脂肪族基を有するモノマーと(ポリ(オキシアルキレン))アクリレート若しくはメタクリレートとの共重合体は、異なる2種以上のフルオロ脂肪族基を有するモノマー及び異なる2種以上の(ポリ(オキシアルキレン))アクリレート若しくはメタクリレート等を同時に共重合してなる3元系以上の共重合体であってもよい。
例えば、市販の界面活性剤として、メガファックF178、F−470、F−473、F−475、F−476及びF−472(DIC(株)製)が挙げられる。さらに、C13基を有するアクリレート若しくはメタクリレートと(ポリ(オキシアルキレン))アクリレート若しくはメタクリレートとの共重合体、C13基を有するアクリレート若しくはメタクリレートと(ポリ(オキシエチレン))アクリレート若しくはメタクリレートと(ポリ(オキシプロピレン))アクリレート若しくはメタクリレートとの共重合体、C17基を有するアクリレート若しくはメタクリレートと(ポリ(オキシアルキレン))アクリレート若しくはメタクリレートとの共重合体、及び、C17基を有するアクリレート若しくはメタクリレートと(ポリ(オキシエチレン))アクリレート若しくはメタクリレートと(ポリ(オキシプロピレン))アクリレート若しくはメタクリレートとの共重合体等が挙げられる。
また、米国特許出願公開第2008/0248425号明細書の[0280]に記載されているフッ素系及び/又はシリコン系以外の界面活性剤を使用してもよい。
これら界面活性剤は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明に係る組成物が界面活性剤を含んでいる場合、その含有量は、組成物の全固形分を基準として、好ましくは0〜2質量%、より好ましくは0.0001〜2質量%、更に好ましくは0.0005〜1質量%である。
[8]その他の添加剤
本発明の組成物は、上記に説明した成分以外にも、カルボン酸、カルボン酸オニウム塩、Proceeding of SPIE, 2724,355 (1996)等に記載の分子量3000以下の溶解阻止化合物、染料、可塑剤、光増感剤、光吸収剤、酸化防止剤などを適宜含有することができる。
特にカルボン酸は、性能向上のために好適に用いられる。カルボン酸としては、安息香酸、ナフトエ酸などの、芳香族カルボン酸が好ましい。
カルボン酸の含有量は、組成物の全固形分濃度中、0.01〜10質量%が好ましく、より好ましくは0.01〜5質量%、更に好ましくは0.01〜3質量%である。
本発明における感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物の固形分濃度は、通常1.0〜10質量%であり、好ましくは、2.0〜5.7質量%、更に好ましくは2.0〜5.3質量%である。固形分濃度を前記範囲とすることで、レジスト溶液を基板上に均一に塗布することができ、更にはラインウィズスラフネスに優れたレジストパターンを形成することが可能になる。その理由は明らかではないが、恐らく、固形分濃度を10質量%以下、好ましくは5.7質量%以下とすることで、レジスト溶液中での素材、特には光酸発生剤の凝集が抑制され、その結果として、均一なレジスト膜が形成できたものと考えられる。
固形分濃度とは、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物の総重量に対する、溶剤を除く他のレジスト成分の重量の重量百分率である。
本発明における感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物は、上記の成分を所定の有機溶剤、好ましくは前記混合溶剤に溶解し、フィルター濾過した後、所定の支持体(基板)上に塗布して用いる。フィルター濾過に用いるフィルターのポアサイズは0.1μm以下、より好ましくは0.05μm以下、更に好ましくは0.03μm以下のポリテトラフロロエチレン製、ポリエチレン製、ナイロン製のものが好ましい。フィルター濾過においては、例えば特開2002−62667号公報のように、循環的な濾過を行ったり、複数種類のフィルターを直列又は並列に接続して濾過を行ったりしてもよい。また、組成物を複数回濾過してもよい。更に、フィルター濾過の前後で、組成物に対して脱気処理などを行ってもよい。
<トップコート組成物>
本発明のパターン形成方法において、トップコート層の形成に用いられるトップコート組成物について説明する。
本発明におけるトップコート組成物は、樹脂(以下、単に樹脂(T)ともいう)を含有する。
樹脂(T)は酸性基を有する繰り返し単位を有することも好ましい。
トップコート組成物の樹脂(T)における酸性基のpKaは好ましくは−10〜5、更に好ましくは−4〜4、特に好ましくは−4〜3である。
またトップコート組成物のpHは、好ましくは0〜5、更に好ましくは0〜4、特に好ましくは0〜3である。
樹脂(T)が有し得る酸性基を有する繰り返し単位としては、下記一般式(I−1)〜(I−5)で表される繰り返し単位の少なくともいずれかであることがより好ましい。

上記一般式(I−1)〜(I−5)中、
t1、Rt2及びRt3は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基、又はアルコキシカルボニル基を表す。但し、Rt2はLt1と結合して環を形成していてもよい。
t1は、各々独立に、単結合、−COO−又は−CONRt7−を表す。Rt7は、水素原子又はアルキル基を表す。
t1は、各々独立に、単結合、アルキレン基、アリーレン基又はその組み合わせを表し、間に−O−又は−COO−が挿入されても良く、Lt2と連結するときは、Lt2との間に−O−を介して連結していてもよい。
t4、Rt5、及びRt6は各々独立にアルキル基又はアリール基を表す。
t2は、少なくとも1個の電子求引性基を有するアルキレン基又はアリーレン基を表す。
t1〜Rt3のアルキル基としては、置換基を有していてもよく、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、ヘキシル基、2−エチルヘキシル基、オクチル基、ドデシル基などの炭素数20以下のアルキル基が挙げられ、炭素数8以下のアルキル基であることが好ましい。
アルコキシカルボニル基に含まれるアルキル基としては、上記Rt1〜Rt3におけるアルキル基と同様のものが好ましい。
シクロアルキル基としては、単環型でも多環型でもよく、好ましくは置換基を有していても良いシクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基のような炭素数3〜10個の単環型のシクロアルキル基が挙げられる。
ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子が挙げられ、フッ素原子がより好ましい。
t1及びRt2は水素原子であることが好ましく、Rt3は水素原子又はメチル基であることが好ましい。
t7のアルキル基としては、Rt1〜Rt3のアルキル基と同様のものが挙げられる。
t1は単結合又は−COO−であることが好ましい。
t1は、各々独立に、単結合、アルキレン基、アリーレン基又はその組み合わせを表し、間に−O−又は−COO−が挿入されても良く、Lt2と連結するときは、Lt2との間に−O−を介して連結していてもよい。
t1についてのアルキレン基としては、直鎖状であっても、分岐状であってもよく、置換基を有していてもよく、炭素数1〜8のアルキレン基であることが好ましく、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ヘキシレン基、オクチレン基等が挙げられる。
t1についてのアリーレン基としては、置換基を有していてもよく、1,4−フェニレン基、1,3−フェニレン基、1,2−フェニレン基、1,4−ナフチレン基が好ましく、1,4−フェニレン基がより好ましい。
t1が単結合のとき、EUV光のアウトオブバンド光を取り除く観点(いわゆる、EUVアウトオブバンド光フィルター)から、Lt1はアリーレン基を含む基であることが好ましく、アリーレン基であることが更に好ましい。Xt1が−COO−のときは、Lt1はアルキレン基を含む基であることが好ましい。
t4、Rt5及びRt6についてのアルキル基としては、置換基を有していてもよく、上記Rt1〜Rt3におけるアルキル基と同様のものが好ましい。
t4、Rt5、及びRt6についてのアリール基としては、炭素数6〜20のものが好ましく、単環でも多環でもよく、置換基を有しても良い。例えば、フェニル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基、4−メチルフェニル基、4―メトキシフェニル基等が挙げられる。
上記各基における好ましい置換基としては、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アミノ基、アミド基、ウレイド基、ウレタン基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、ハロゲン原子、アルコキシ基、チオエーテル基、アシル基、アシルオキシ基、アルコキシカルボニル基、シアノ基、ニトロ基等を挙げることができ、置換基の炭素数は8以下が好ましく、なかでもフッ素原子がより好ましい。
t2についての少なくとも1個以上の電子求引性基を有するアルキレン基としては、少なくとも1個以上の電子求引性基を有する炭素数1〜8のアルキレン基であることが好ましく、少なくとも1個以上の電子求引性基を有する、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ヘキシレン基、オクチレン基等が挙げられる。
t2についての少なくとも1個以上の電子求引性基を有するアリーレン基としては、少なくとも1個以上の電子求引性基を有する、1,4−フェニレン基、1,3−フェニレン基、1,2−フェニレン基、1,4−ナフチレン基が好ましく、1,4−フェニレン基がより好ましい。
電子求引性基としては、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、ヘテロ環基、アルコキシカルボニル基、カルボキシル基、アシル基、アルキルスルホニル基、アリールスルホニル基、スルファモイル基、スルホン酸基が好ましく、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、アルコキシカルボニル基、カルボキシル基、アシル基、アルキルスルホニル基、アリールスルホニル基が好ましく、フッ素原子が最も好ましい。
前記一般式(I−1)〜(I−5)で表される繰り返し単位の中でも、前記一般式(I−1)、(I−2)、(I−3)又は(I−5)で表される繰り返し単位が好ましく、前記一般式(I−1)、(I−2)又は(I−3)で表される繰り返し単位がより好ましく、前記一般式(I−1)又は(I−2)で表される繰り返し単位が更に好ましい。
本発明におけるトップコート組成物に含有される樹脂(T)は、上記の繰り返し単位以外に、(1)塗布溶剤に対する溶解性、(2)製膜性(ガラス転移点)、(3)現像性(特に、アルカリ現像性)等を調節する目的で様々な繰り返し単位を有することができる。
このような繰り返し構造単位としては、下記の単量体に由来する繰り返し単位を挙げることができる。
このような単量体として、例えば、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸エステル類、ビニルエステル類(例えば、ビニルアセテート)、スチレン類(例えば、スチレン、p−ヒドロキシスチレン)、ビニルピロリドン、(メタ)アクリルアミド類、アリル化合物、ビニルエーテル類、クロトン酸エステル類等から選ばれる付加重合性不飽和結合を1個有する化合物等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。
その他にも、上記種々の繰り返し構造単位に相当する単量体と共重合可能である付加重合性の不飽和化合物であれば、共重合されていてもよい。
本発明において、特にEUV露光を行う際には、アウトオブバンド光のフィルターとして機能する観点から、樹脂(T)は芳香環を有する繰り返し単位を有することが好ましい。
この観点から、上述のように、前記一般式(I−1)〜(I−5)におけるL51がアリーレン基を含む基であることが好ましく、アリーレン基であることが更に好ましい。また、樹脂(T)は、前記一般式(I−1)〜(I−5)で表される繰り返し単位以外に、芳香環を有する繰り返し単位を含有することも好ましい。このような芳香環を有する繰り返し単位としては、例えば、スチレン、p−ヒドロキシスチレン、フェニルアクリレート、フェニルメタクリレート等の単量体に由来する繰り返し単位を挙げることができる。なかでも複数の芳香環を有する繰り返し単位(d)を有することが好ましい。
複数の芳香環を有する繰り返し単位(d)としては、樹脂(A)が有し得る前記一般式(d1)で表される複数の芳香環を有する繰り返し単位(d)と同様の繰り返し単位が挙げられる。
なかでも、前記一般式(d2)で表される繰り返し単位が好ましいことについても同様である。
ここで、極紫外線(EUV光)露光に関しては、波長100〜400nmの紫外線領域に発生する漏れ光(アウトオブバンド光)が表面ラフネスを悪化させ、結果、パターン間におけるブリッジや、パターンの断線によって、解像性及びLWR性能が低下する傾向となる。
しかしながら、繰り返し単位(d)における芳香環は、上記アウトオブバンド光を吸収可能な内部フィルターとして機能し得る。
繰り返し単位(d)の具体例としては樹脂(A)が有し得る繰り返し単位(d)の具体例として前述したものと同様である。
樹脂(T)は、繰り返し単位(d)を含有してもしなくても良いが、含有する場合、繰り返し単位(d)の含有率は、樹脂(T)全繰り返し単位に対して、1〜30モル%の範囲であることが好ましく、より好ましくは1〜20モル%の範囲である。樹脂(T)に含まれる繰り返し単位(d)は2種類以上を組み合わせて含んでもよい。
トップコート組成物に含有される樹脂(T)として、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物の項において前述した樹脂(C)を用いることができる。特に、トップコート組成物中の溶剤が有機溶媒である場合に好適である。
樹脂(T)以外のトップコート組成物に含有される樹脂(T)は、水溶性の樹脂であってもよい。特に、トップコート組成物中の溶剤が水やアルコール系溶剤である場合に好適である。樹脂(T)が水溶性の樹脂であることにより、現像液による溶解性の均一性をより高めることができると考えられる。好ましい水溶性樹脂としては、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリヒドロキシスチレン、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリビニルエーテル、ポリビニルアセタール、ポリアクリルイミド、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキサイド、ポリエチレンイミン、ポリエステルポリオール及びポリエーテルポリオール、多糖類、等が挙げられる。特に好ましくは、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリヒドロキシスチレン、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコールである。なお、水溶性樹脂としてはホモポリマーのみに限定されず、共重合体であっても構わない。例えば、上記で挙げたホモポリマーの繰り返し単位に相当するモノマーと、それ以外のモノマー単位を有する共重合体であってもよい。具体的には、アクリル酸―メタクリル酸共重合体、アクリル酸−ヒドロキシスチレン共重合体なども本発明に用いることができる。
本発明に用いうる水溶性の樹脂としては、市販品としても入手可能であり、そのような具体例としては、ポリアクリル酸ジュリマーAC−10L(日本純薬(株)製)、ポリ(N−ビニルピロリドン)Luviskol K90(BASFジャパン(株)製)、(ビニルアルコール60/酢酸ビニル40)共重合体SMR−8M(信越化学工業(株)製)等が挙げられる。
また、樹脂(T)は、1種で使用してもよいし、複数併用してもよい。
樹脂(T)の重量平均分子量は、特に制限はないが、2000〜100万が好ましく、更に好ましくは5000〜10万、特に好ましくは6000〜5万である。ここで、樹脂の重量平均分子量は、GPC(キャリア:THFあるいはN−メチル−2−ピロリドン(NMP))によって測定したポリスチレン換算分子量を示す。
また分散度(Mw/Mn)は、好ましくは1.00〜5.00、より好ましくは1.00〜3.50であり、更に好ましくは、1.00〜2.50である。
トップコート組成物には樹脂(T)以外の成分を含んでもよいが、トップコート組成物の固形分に占める樹脂(T)の割合は、好ましくは80〜100質量%であり、更に好ましくは90〜100質量%、特に好ましくは95〜100質量%である。
以下にトップコート組成物に含有される樹脂(T)の具体例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。各具体例中の各繰り返し単位の組成比はモル比で表す。
トップコート組成物に含有し得る樹脂(T)以外の成分としては、界面活性剤、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物、塩基性化合物などが挙げられる。活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物及び塩基性化合物を含む場合、その具体例及びそれらの含有量としては、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物の項において前述した活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物(B)及び塩基性化合物と同様の化合物及びそれらの含有量が挙げられる。
界面活性剤を使用する場合、界面活性剤の使用量は、トップコート組成物の全固形分質量に対して、好ましくは0.0001〜2質量%、より好ましくは0.001〜1質量%である。
トップコート組成物に界面活性剤を添加することによって、トップコート組成物を塗布する場合の塗布性が向上し得る。界面活性剤としては、ノニオン性、アニオン性、カチオン性及び両性界面活性剤が挙げられる。
ノニオン性界面活性剤としては、BASF社製のPlufaracシリーズ、青木油脂工業社製のELEBASEシリーズ、ファインサーフシリーズ、ブラウノンシリーズ、旭電化工業社製のアデカプルロニック P−103、花王ケミカル社製のエマルゲンシリーズ、アミートシリーズ、アミノーン PK−02S、エマノーン CH−25、レオドールシリーズ、AGCセイミケミカル社製のサーフロン S−141、第一工業製薬社製のノイゲンシリーズ、竹本油脂社製のニューカルゲンシリーズ、日信化学工業社製のDYNOL604、エンバイロジェムAD01、オルフィンEXPシリーズ、サーフィノールシリーズ、菱江化学社製のフタージェント 300、等を用いることができる。
アニオン性界面活性剤として、花王ケミカル社製のエマール20T、ポイズ 532A、TOHO社製のフォスファノール ML−200、クラリアントジャパン社製のEMULSOGENシリーズ、AGCセイミケミカル社製のサーフロンS−111N、サーフロンS−211、第一工業製薬社製のプライサーフシリーズ、竹本油脂社製のパイオニンシリーズ、日信化学工業社製のオルフィンPD−201、オルフィンPD−202、日本サーファクタント工業社製のAKYPO RLM45、ECT−3、ライオン社製のライポン、等を用いる事ができる。
カチオン性界面活性剤として、花王ケミカル社製のアセタミン24、アセタミン86等を用いる事ができる。
両性界面活性剤として、サーフロンS−131(AGCセイミケミカル社製)、エナジコールC−40H、リポミン LA (以上 花王ケミカル社製)等を用いる事ができる。またこれらの界面活性剤を混合して用いることもできる。
トップコート組成物は、レジスト膜上層部への塗布適性を有することが好ましく、レジスト膜と混合せず、更にレジスト膜上層に均一に塗布できることがより好ましい。
本発明のトップコート組成物は水又は有機溶剤を含有することが好ましく、水を含有することが好ましい。
溶媒が有機溶剤である場合、レジスト膜を溶解しない溶剤であることが好ましい。使用しうる溶剤としては、アルコール系溶剤、フッ素系溶剤、炭化水素系溶剤を用いることが好ましく、非フッ素系のアルコール系溶剤を用いることが更に好ましい。アルコール系溶剤としては、塗布性の観点からは1級のアルコールが好ましく、更に好ましくは炭素数4〜8の1級アルコールである。炭素数4〜8の1級アルコールとしては、直鎖状、分岐状、環状のアルコールを用いることができるが、直鎖状、分岐状のアルコールが好ましい。具体的には、例えば1−ブタノール、1−ヘキサノール、1−ペンタノール及び3−メチル−1−ブタノールなどが挙げられる。
本発明におけるトップコート組成物の固形分濃度は、0.1〜10質量%であることが好ましく、0.2〜6質量%であることがより好ましく、0.3〜5質量%であることが更に好ましい。固形分濃度を前記範囲とすることで、トップコート組成物をレジスト膜上に均一に塗布することができる。
<組成物キット>
本発明は、前述したトップコート組成物と感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物とを含む組成物キットにも関する。
この組成物キットは本発明のパターン形成方法に好適に適用し得る。
また、本発明は、上記組成物キットを用いて形成されたレジスト膜にも関する。
[用途]
本発明のパターン形成方法は、超LSIや高容量マイクロチップの製造などの半導体微細回路作成に好適に用いられる。なお、半導体微細回路作成時には、パターンを形成されたレジスト膜は回路形成やエッチングに供された後、残ったレジスト膜部は、最終的には溶剤等で除去されるため、プリント基板等に用いられるいわゆる永久レジストとは異なり、マイクロチップ等の最終製品には、本発明に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物に由来するレジスト膜は残存しない。
また、本発明は、上記した本発明のパターン形成方法を含む、電子デバイスの製造方法、及び、この製造方法により製造された電子デバイスにも関する。
本発明の電子デバイスは、電気電子機器(家電、OA・メディア関連機器、光学用機器及び通信機器等)に、好適に、搭載されるものである。
以下、本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
なお、実施例103〜106、114、203〜206、及び214は、それぞれ参考例103〜106、114、203〜206、及び214に読み替えるものとする。
〔合成例1:樹脂(P−1)の合成〕
ポリ(p−ヒドロキシスチレン)(VP−2500、日本曹達株式会社製)20.0gをプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)80.0gに溶解した。この溶液に、2−シクロヘキシルエチルビニルエーテル10.3g及びカンファースルホン酸10mgを加え、室温(25℃)で3時間撹拌した。84mgのトリエチルアミンを加え、しばらく撹拌した後、反応液を酢酸エチル100mLの入った分液ロートに移した。この有機層を蒸留水50mLで3回洗浄後、有機層をエバポレーターで濃縮した。得られたポリマーをアセトン300mLに溶解した後、ヘキサン3000gに滴下再沈して、沈殿をろ過することで、(P−1)を17.5g得た。
〔合成例2:樹脂(P−2)の合成〕
p−アセトキシスチレン10.00gを酢酸エチル40gに溶解させ、0℃に冷却し、ナトリウムメトキシド(28質量%メタノール溶液)4.76gを30分かけて滴下して加え、室温で5時間撹拌した。酢酸エチルを加えて、有機相を蒸留水で3回洗浄した後、無水硫酸ナトリウムで乾燥し、溶媒を留去して、p−ヒドロキシスチレン(下記式(1)で表される化合物、54質量%酢酸エチル溶液)13.17gを得た。得られたp−ヒドロキシスチレン(1)の54質量%酢酸エチル溶液8.89g(p−ヒドロキシスチレン(1)を4.8g含有)、下記式(2)で表される化合物(神戸天然物化学(株)製)11.9g、下記式(3)で表される化合物(ダイセル(株)製)2.2g及び重合開始剤V−601(和光純薬工業(株)製)2.3gをプロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)14.2gに溶解させた。反応容器中にPGME3.6gを入れ、窒素ガス雰囲気下、85℃で先程調製した溶液を4時間かけて滴下した。反応溶液を2時間加熱撹拌した後、室温まで放冷した。得られた反応溶液を、ヘキサン/酢酸エチル(8/2(質量比))の混合溶液889gに滴下再沈して、沈殿をろ過することで、(P−2)を15.0g得た。
以下、合成例1及び2と同様の方法を用いて、樹脂P−3〜P−14を合成した。
以下、樹脂P−1〜P−14のポリマー構造、重量平均分子量(Mw)、分散度(Mw/Mn)を示す。また、下記ポリマー構造の各繰り返し単位の組成比をモル比で示した。

〔合成例3:樹脂HR−31の合成〕
下記スキームに従って合成した。
1.08gの化合物(4)と、19.77gの化合物(5)と、0.69gの重合開始剤V−601(和光純薬工業(株)製)とを、92.09gのシクロヘキサノンに溶解させた。反応容器中に23.02gのシクロヘキサノンを入れ、窒素ガス雰囲気下、85℃の系中に4時間かけて滴下した。反応溶液を2時間に亘って加熱撹拌した後、これを室温まで放冷した。
上記反応溶液を、1350gのヘプタン/酢酸エチル=8/2(質量比)中に滴下し、ポリマーを沈殿させ、ろ過した。400gのヘプタン/酢酸エチル=8/2(質量比)を用いて、ろ過した固体のかけ洗いを行なった。その後、洗浄後の固体を減圧乾燥に供して、9.55gの樹脂(樹脂(HR−31))を得た。
この樹脂HR−31について、GPC(東ソー株式会社製;HLC−8120;Tsk gel Multipore HXL−M)を用い、溶媒としてTHFを使用して重量平均分子量及び分散度を測定した。また、NMR(ブルカー・バイオスピン株式会社製;AVANCEIII400型)を用い、H−NMR又は13C−NMRで組成比を算出した。その結果を前掲の表1に示す。
樹脂HR−31と同様にして、樹脂HR−1、HR−24、HR−26、HR−30〜HR−40を合成した。合成したポリマー構造、組成比、重量平均分子量(Mw)、分散度(Mw/Mn)は具体例として前掲の通りである。
〔合成例4:トップコート用の樹脂T−4の合成〕
下記スキームに従って合成した。
1−メトキシ−2−プロパノール 32.5gを窒素気流下、80℃に加熱した。この液を攪拌しながら、モノマー(1)1.53g、モノマー(2)3.00g、モノマー(3)11.81g、1−メトキシ−2−プロパノール 32.5g、2,2’−アゾビスイソ酪酸ジメチル〔V−601、和光純薬工業(株)製〕1.61gの混合溶液を2時間かけて滴下した。滴下終了後、80℃で更に4時間攪拌した。反応液を放冷後、多量のヘキサンで再沈殿・真空乾燥を行うことで、トップコート用の樹脂T−4を20.5g得た。
樹脂T−4と同様にして、樹脂T−2、T−12、TT−1、TT−2、TT−3を合成した。合成したポリマー構造は具体例として前掲の通りである。
また、前述のように合成し、後述の実施例で使用する各樹脂の重量平均分子量(Mw)、分散度(Mw/Mn)を下表に示す。
トップコート樹脂として下記樹脂TT−4、TT−5及びTT−6も使用した。
TT−4:ポリアクリル酸ジュリマーAC−10L(日本純薬(株)製)
TT−5:ポリ(N−ビニルピロリドン) Luviskol K90(BASFジャパン(株)製)
TT−6:(ビニルアルコール60/酢酸ビニル40(モル比))共重合体 SMR−8M(信越化学工業(株)製)
〔光酸発生剤〕
光酸発生剤としては先に挙げた酸発生剤z1〜z141から適宜選択して用いた。
〔塩基性化合物〕
塩基性化合物としては、下記化合物(N−1)〜(N−11)の何れかを用いた。
なお、上記化合物(N−7)は、上述した化合物(PA)に該当するものであり、特開2006−330098号公報の[0354]の記載に基づいて合成した。
〔界面活性剤〕
界面活性剤としては、下記W−1〜W−4を用いた。
W−1:メガファックR08(DIC(株)製;フッ素及びシリコン系)
W−2:ポリシロキサンポリマーKP−341(信越化学工業(株)製;シリコン系)
W−3:トロイゾルS−366(トロイケミカル(株)製;フッ素系)
W−4:PF6320(OMNOVA社製;フッ素系)
<レジスト塗布溶剤>
レジスト塗布溶剤としては、以下のものを用いた。
S1:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)
S2:プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)
S3:乳酸エチル
S4:シクロヘキサノン
<トップコート塗布溶剤>
トップコート塗布溶剤としては、以下のものを用いた。
TS−1:水
TS−2:メタノール
TS−3:水:メタノール=1:1(質量比)
TS−4:ブタノール
TS−5:アセトニトリル
〔実施例101〜119、比較例101〜109(電子線(EB)露光(アルカリ現像ポジ))〕
(1)トップコート組成物の調製
下表に示したトップコート用樹脂(トップコートポリマー)を、下表に示したトップコート塗布溶媒に溶解させ、これを0.1μmのポアサイズを有するポリテトラフルオロエチレンフィルターによりろ過して固形分濃度1質量%のトップコート組成物を調製した。
(2)感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物の塗液調製及び塗設
下表に示した組成を有する固形分濃度3質量%の塗液組成物を0.1μm孔径のメンブレンフィルターで精密ろ過して、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物(レジスト組成物)溶液を得た。
この感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を、予めヘキサメチルジシラザン(HMDS)処理を施した6インチSiウェハ上に東京エレクトロン製スピンコーターMark8を用いて塗布し、100℃、60秒間ホットプレート上で乾燥して、膜厚100nmのレジスト膜を得た。
このレジスト膜上に上記調製したトップコート組成物をスピンコートで均一に塗布し、120℃で90秒間ホットプレートにて加熱乾燥を行い、レジスト膜とトップコート層合計膜厚が140nmの膜を形成した。
(3)EB露光及び現像
上記(2)で得られたトップコート層付きのレジスト膜が塗布されたウェハを、電子線描画装置((株)日立製作所製HL750、加速電圧50KeV)を用いて、パターン照射を行った。この際、1:1のラインアンドスペースが形成されるように描画を行った。電子線描画後、ホットプレート上で、110℃で60秒間加熱した後、2.38質量%テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)水溶液を用いて60秒間浸漬した後、30秒間、水でリンスして乾燥し、線幅60nmの1:1ラインアンドスペースパターンのレジストパターンを得た。
(4)レジストパターンの評価
走査型電子顕微鏡((株)日立製作所製S−9220)を用いて、得られたレジストパターンを下記の方法で、感度、解像力、LWR、パターン形状、ブロッブ欠陥低減及びアウトガス低減について評価した。
(4−1)感度
線幅60nmのライン/スペース=1:1のパターンを解像する時の照射エネルギーを感度(Eop)とした。この値が小さいほど性能が良好であることを示す。
(4−2)解像力
前記Eopにおけるラインアンドスペースパターン(ライン:スペース=1:1)の限界解像力(ラインとスペースが分離解像する最小の線幅)を求めた。そして、この値を「解像力(nm)」とした。この値が小さいほど性能が良好であることを示す。
(4−3)LWR
LWRは、前記Eopに於いて、ライン/スペース=1:1のレジストパターンの長手方向0.5μmの任意の50点について、線幅を計測し、その標準偏差を求め、3σを算出した。値が小さいほど良好な性能であることを示す。
(4−4)パターン形状評価
上記の感度を示す照射量における線幅60nmの1:1ラインアンドスペースパターンの断面形状を走査型電子顕微鏡((株)日立製作所製S−4300)を用いて観察し、矩形、テーパー、逆テーパーの3段階評価を行った。
(4−5)ブロッブ欠陥低減評価
上記得られたレジストパターンをケーエルエー・テンコール(株)製KLA−2360によりブロッブ欠陥数を測定した。この際の検査面積は計205cm、ピクセルサイズ0.25μm、スレッシュホールド=30、検査光は可視光を用いた。得られた数値を検査面積で割った値をブロッブ欠陥数(個/cm)として評価した。値が1.0未満のものをA、1.0以上3.0未満のものをB、3.0以上5.0未満のものをC、5.0以上10.0未満のものをD、10.0以上のものをEとした。値が小さいほど良好な性能であることを示す。
(4−6)アウトガス低減評価
電子線照射装置((株)日立製作所製HL750、加速電圧50keV)を用いて全面露光を行い、現像にて完全溶解するのに必要な最小の照射エネルギーをEthとしたとき、Ethの1.5倍の照射エネルギーを与えた後の露光後の膜厚減少幅(シュリンク膜厚(nm))からアウトガス量を簡易評価した。シュリンク膜厚は、露光によってレジスト膜から揮発した成分の量と相関があるため、シュリンク膜厚が小さいほどアウトガス特性に優れることがわかる。
評価結果を下記表に示す。
上記表に示した結果から明らかなように、トップコート層を用いていないか、樹脂(C)を用いていないかの少なくともいずれかの比較例101〜109は、アウトガス発生が多く、感度、解像力、LWRにも劣り、ブロッブ欠陥の発生も多く、パターン形状も逆テーパーになることがあることが分かる。
一方、樹脂(C)を含有し、かつトップコート層を有する実施例101〜119は、アウトガス発生が少なく、感度、解像力、LWRに優れ、ブロッブ欠陥の発生も少なく、パターン形状も矩形であることが分かる。
より具体的には例えば、実施例101、107、113は、トップコート層を有さないこと以外はすべて同じ成分で構成される、対応する比較例103、106、109に対し、アウトガス抑制及びブロッブ欠陥抑制共に優れることがわかる。このことから、トップコート層を置くことで、樹脂が有する酸分解性基や光酸発生剤の分解物の揮発を防ぐのみならず、恐らくレジスト膜表面を親水化することで、ブロッブ欠陥抑制にも優れる効果もあると考えられる。
同様に、例えば、実施例101、107、113は、樹脂(C)を有さないこと以外はすべて同じ成分で構成される、対応する比較例102、105、108に対し、ブロッブ欠陥抑制及びアウトガス抑制共に優れることがわかる。このことから、樹脂(C)は疎水性であるため恐らくレジスト膜表面に偏在し、さらに極性変換基がアルカリ現像後分解して親水性になることで、ブロッブ欠陥を防ぎつつ、さらには、樹脂が有する酸分解性基や光酸発生剤の分解物の揮発を防ぐ効果もあると考えられる。
さらには、樹脂(C)もトップコート層も有さない比較例101、104、107は、それ以外はすべて同じ成分で構成される対応する実施例101、107、113に対して、ブロッブ欠陥もアウトガスもさらに悪化していることからも上記効果は明らかである。
特に、樹脂(C)が酸分解性基を有する実施例107、109〜112、115、117及び118は樹脂(C)の使用量を増やすことができ、最もブロッブ欠陥低減に優れることが分かる。
また、樹脂(A)が酸分解性基を有する一般式(3)又は(4)で表される繰り返し単位を有する実施例101、102、107〜113及び115〜118は、酸分解性基の活性化エネルギー(Ea)が適度に低いことにより、感度、解像力、LWRに特に優れることが分かる。なかでも、樹脂(A)の酸分解性基を有する繰り返し単位が一般式(3)で表され、Eaがより好適であり、Rが炭素数2以上の基である実施例109〜112、115、117、118は、感度、解像力、LWRに最も優れることが分かる。
〔実施例201〜219、比較例201〜209(EUV露光(アルカリ現像ポジ))〕
(1)トップコート組成物の調製
下表に示したトップコート用樹脂を、下表に示したトップコート塗布溶媒に溶解させ、これを0.1μmのポアサイズを有するポリテトラフルオロエチレンフィルターによりろ過して固形分濃度1質量%のトップコート組成物を調製した。
(2)感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物の塗液調製及び塗設
下表に示した組成を有する固形分濃度3質量%の塗液組成物を0.1μm孔径のメンブレンフィルターで精密ろ過して、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物(レジスト組成物)溶液を得た。
この感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を、予めヘキサメチルジシラザン(HMDS)処理を施した6インチSiウェハ上に東京エレクトロン製スピンコーターMark8を用いて塗布し、100℃、60秒間ホットプレート上で乾燥して、膜厚50nmのレジスト膜を得た。
このレジスト膜上に上記調製したトップコート組成物をスピンコートで均一に塗布し、120℃で90秒間ホットプレートにて加熱乾燥を行い、レジスト膜とトップコート層合計膜厚が90nmの膜を形成した。
(3)EUV露光及び現像
上記(2)で得られたトップコート層付きのレジスト膜の塗布されたウェハを、EUV露光装置(Exitech社製 Micro Exposure Tool、NA0.3、Quadrupole、アウターシグマ0.68、インナーシグマ0.36)を用い、露光マスク(ライン/スペース=1/1)を使用して、パターン露光を行った。照射後、ホットプレート上で、110℃で60秒間加熱した後、2.38質量%テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)水溶液を用いて60秒間浸漬した後、30秒間、水でリンスして乾燥し、線幅30nmの1:1ラインアンドスペースパターンのレジストパターンを得た。
(4)レジストパターンの評価
走査型電子顕微鏡((株)日立製作所製S−9220)を用いて、得られたレジストパターンを下記の方法で、感度、解像力、LWR及びパターン形状について評価した。
(4−1)感度
線幅30nmのライン/スペース=1:1のパターンを解像する時の照射エネルギーを感度(Eop)とした。この値が小さいほど性能が良好であることを示す。
(4−2)解像力
前記Eopにおけるラインアンドスペースパターン(ライン:スペース=1:1)の限界解像力(ラインとスペースが分離解像する最小の線幅)を求めた。そして、この値を「解像力(nm)」とした。この値が小さいほど性能が良好であることを示す。
(4−3)LWR
LWRは、前記Eopに於いて、ライン/スペース=1:1のレジストパターンの長手方向0.5μmの任意の50点について、線幅を計測し、その標準偏差を求め、3σを算出した。値が小さいほど良好な性能であることを示す。
(4−4)パターン形状評価
上記の感度を示す照射量における線幅30nmの1:1ラインアンドスペースパターンの断面形状を走査型電子顕微鏡((株)日立製作所製S−4300)を用いて観察し、矩形、テーパー、逆テーパーの3段階評価を行った。
(4−5)ブロッブ欠陥低減評価
上記得られたレジストパターンをケーエルエー・テンコール(株)製KLA−2360によりブロッブ欠陥数を測定した。この際の検査面積は計205cm、ピクセルサイズ0.25μm、スレッシュホールド=30、検査光は可視光を用いた。得られた数値を検査面積で割った値をブロッブ欠陥数(個/cm)として評価した。値が1.0未満のものをA、1.0以上3.0未満のものをB、3.0以上5.0未満のものをC、5.0以上10.0未満のものをD、10.0以上のものをEとした。値が小さいほど良好な性能であることを示す。
(4−6)アウトガス低減評価
EUV露光装置(Exitech社製 Micro Exposure Tool、NA0.3、Quadrupole、アウターシグマ0.68、インナーシグマ0.36)を用いて全面露光を行い、現像にて完全溶解するのに必要な最小の露光エネルギーをEthとしたとき、Ethの1.5倍の露光エネルギーを与えた後の露光後の膜厚減少幅(シュリンク膜厚(nm))からアウトガス量を簡易評価した。シュリンク膜厚は、露光によってレジスト膜から揮発した成分の量と相関があるため、シュリンク膜厚が小さいほどアウトガス特性に優れることがわかる。
評価結果を下記表に示す。
上記表に示した結果から明らかなように、トップコート層を用いていないか、樹脂(C)を用いていないかの少なくともいずれかの比較例201〜209は、アウトガス発生が多く、感度、解像力、LWRにも劣り、ブロッブ欠陥の発生も多く、パターン形状も逆テーパーになることがあることが分かる。
一方、樹脂(C)を含有し、かつトップコート層を有する実施例201〜219は、アウトガス発生が少なく、感度、解像力、LWRに優れ、ブロッブ欠陥の発生も少なく、パターン形状も矩形であることが分かる。
より具体的には例えば、実施例201、207、213は、トップコート層を有さないこと以外はすべて同じ成分で構成される、対応する比較例203、206、209に対し、アウトガス抑制及びブロッブ欠陥抑制共に優れることがわかる。このことから、トップコート層を置くことで、ポリマー酸分解性保護基や光酸発生剤の分解物の揮発を防ぐのみならず、恐らくレジスト膜表面を親水化することで、ブロッブ欠陥抑制にも優れる効果もあると考えられる。
同様に、例えば、実施例201、207、213は、樹脂(C)を有さないこと以外はすべて同じ成分で構成される、対応する比較例202、205、208に対し、ブロッブ欠陥抑制及びアウトガス抑制共に優れることがわかる。このことから、樹脂(C)は疎水性であるため恐らくレジスト膜表面に偏在し、さらに極性変換基がアルカリ現像後分解して親水性になることで、ブロッブ欠陥を防ぎつつ、さらには、ポリマー酸分解性保護基や光酸発生剤の分解物の揮発を防ぐ効果もあると考えられる。
さらには、樹脂(C)もトップコート層も有さない比較例201、204、207は、それ以外はすべて同じ成分で構成される対応する実施例201、207、213に対して、ブロッブ欠陥もアウトガスもさらに悪化していることからも上記効果は明らかである。
特に、樹脂(C)が酸分解性基を有する実施例207、209〜212、215、217及び218は樹脂(C)の使用量を増やすことができ、最もブロッブ欠陥低減に優れることが分かる。
また、樹脂(A)が酸分解性基を有する一般式(3)又は(4)で表される繰り返し単位を有する実施例201、202、207〜213及び215〜218は、酸分解性基の活性化エネルギー(Ea)が適度に低いことにより、感度、解像力、LWRに特に優れることが分かる。なかでも、樹脂(A)の酸分解性基を有する繰り返し単位が一般式(3)で表され、Eaがより好適であり、Rが炭素数2以上の基である実施例209〜212、215、217、218は、感度、解像力、LWRに最も優れることが分かる。

Claims (15)

  1. (ア)(A)酸の作用により分解して現像液に対する溶解性が変化する樹脂と、(C)フッ素原子、フッ素原子を有する基、珪素原子を有する基、炭素数6以上のアルキル基、アラルキル基、少なくとも1個のアルキル基で置換された芳香環基、及び少なくとも1個のシクロアルキル基で置換された芳香環基からなる群より選択される1つ以上の基を有する樹脂とを含有する感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を用いて基板上に膜を形成する工程、
    (イ)前記膜上に、樹脂(T)を含有するトップコート組成物を用いてトップコート層を形成する工程、
    (ウ)前記トップコート層を有する前記膜を活性光線又は放射線を用いて露光する工程、及び
    (エ)前記露光後、前記トップコート層を有する前記膜を現像してパターンを形成する工程を有するパターン形成方法であって、
    前記樹脂(A)が下記一般式(1)で表される繰り返し単位と、下記一般式(3)又は(4)で表される繰り返し単位とを有する樹脂であり、
    前記樹脂(C)の含有量が、該感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物中の全固形分を基準として0.01〜10質量%の範囲である、パターン形成方法。

    一般式(1)において、
    11、R12及びR13は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。R13はArと結合して環を形成していてもよく、その場合のR13はアルキレン基を表す。
    は、単結合又は2価の連結基を表す。
    Arは、(n+1)価の芳香環基を表し、R13と結合して環を形成する場合には(n+2)価の芳香環基を表す。
    nは、1〜4の整数を表す。

    一般式(3)において、
    Arは、芳香環基を表す。
    は、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルコキシ基、アシル基又はヘテロ環基を表す。
    は、単結合又は2価の連結基を表す。
    は、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基又はヘテロ環基を表す。
    、M及びRの少なくとも二つが結合して環を形成してもよい。

    一般式(4)中、
    41、R42及びR43は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。R42はLと結合して環を形成していてもよく、その場合のR42はアルキレン基を表す。
    は、単結合又は2価の連結基を表し、R42と環を形成する場合には3価の連結基を表す。
    44は、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルコキシ基、アシル基又はヘテロ環基を表す。
    は、単結合又は2価の連結基を表す。
    は、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基又はヘテロ環基を表す。
    、M及びR44の少なくとも二つが結合して環を形成してもよい。
  2. 前記樹脂(C)が下記一般式(KA−1)若しくは(KB−1)で表される構造における−COO−で表される基を少なくとも2つ以上有する繰り返し単位、又は下記一般式(aa1−1)で表されるモノマーに由来する少なくとも1種の繰り返し単位を含有する樹脂である、請求項1に記載のパターン形成方法。

    一般式(KA−1)中、
    kaは、アルキル基、シクロアルキル基、エーテル基、ヒドロキシル基、アミド基、アリール基、ラクトン環基、又は電子求引性基を表す。Zkaが複数存在する場合、複数のZkaは同じでも異なっていてもよく、Zka同士が連結して環を形成してもよい。
    nkaは0〜10の整数を表す。
    Qは、式中の原子と共にラクトン環を形成するのに必要な原子群を表す。
    一般式(KB−1)中、
    kb1及びXkb2は、各々独立して電子求引性基を表す。
    nkb及びnkb’は、各々独立して0又は1を表す。
    kb1、Rkb2、Rkb3及びRkb4は、各々独立して、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、又は電子求引性基を表す。Rkb1、Rkb2及びXkb1の少なくとも2つが互いに連結して環を形成していてもよく、Rkb3、Rkb4及びXkb2の少なくとも2つが互いに連結して環を形成していてもよい。

    上記一般式(aa1−1)中、
    は、重合性基を含む有機基を表す。
    及びLは、各々独立して、単結合又は2価の連結基を表す。
    Rfはフッ素原子を有する有機基を表す。
  3. 前記樹脂(C)が前記一般式(KA−1)若しくは(KB−1)で表される構造における−COO−で表される基を少なくとも2つ以上有する繰り返し単位を含有する樹脂である、請求項2に記載のパターン形成方法。
  4. 前記樹脂(C)が酸の作用により現像液に対する溶解性が変化する基を有する繰り返し単位を更に有する、請求項1〜3のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
  5. 酸の作用により現像液に対する溶解性が変化する基を有する繰り返し単位が、下記一般式(Ca1)〜(Ca4)のいずれかで表される繰り返し単位である、請求項4に記載のパターン形成方法。

    一般式(Ca1)中、
    R’は水素原子又はアルキル基を表す。
    Lは単結合又は2価の連結基を表す。
    は水素原子又は1価の置換基を表す。
    は、1価の置換基を表す。RとRとが互いに結合し、式中の酸素原子と共に環を形成してもよい。
    は水素原子、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。
    一般式(Ca2)中、
    Raは水素原子、アルキル基、シアノ基又はハロゲン原子を表す。
    は単結合又は2価の連結基を表す。
    及びRはそれぞれ独立にアルキル基を表す。
    11及びR12はそれぞれ独立にアルキル基を表し、R13は水素原子又はアルキル基を表す。R11及びR12は互いに連結して環を形成してもよく、R11及びR13は互いに連結して環を形成してもよい。
    一般式(Ca3)中、
    Raは水素原子、アルキル基、シアノ基又はハロゲン原子を表す。
    は単結合又は2価の連結基を表す。
    14、R15及びR16は、各々独立に、アルキル基を表す。R14〜R16の2つが互いに連結して環を形成しても良い。
    一般式(Ca4)中、
    Raは水素原子、アルキル基、シアノ基又はハロゲン原子を表す。
    は単結合又は2価の連結基を表す。
    ARは、アリール基を表す。Rnは、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を表す。RnとARとは互いに結合して非芳香族環を形成してもよい。
  6. 前記樹脂(C)が、下記一般式(C−Ia)〜(C−Id)のいずれかで表される繰り返し単位を有する、請求項1〜5のいずれか1項に記載のパターン形成方法。

    上記一般式中、
    10及びR11は、各々独立に、水素原子、フッ素原子、又は、アルキル基を表す。
    、W及びWは、それぞれ独立して、フッ素原子を有する基、珪素原子を有する基、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、及び、アラルキル基からなる群より選択される1つ以上を有する有機基を表す。
    は、フッ素原子を有する基、珪素原子を有する基、アルキル基、及び、シクロアルキル基からなる群より選択される1つ以上を有する有機基を表す。
    Ar11は、(r+1)価の芳香環基を表す。
    rは、1〜10の整数を表す。
  7. 前記樹脂(A)が前記一般式(1)で表される繰り返し単位と、前記一般式(3)で表される繰り返し単位とを有する樹脂であり、前記一般式(3)におけるRが炭素数2以上の基である、請求項1〜6のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
  8. 前記樹脂(A)が前記一般式(1)で表される繰り返し単位と、前記一般式(3)で表される繰り返し単位とを有する樹脂であり、前記一般式(3)におけるRが下記一般式(3−2)で表される基である、請求項7に記載のパターン形成方法。

    上記一般式(3−2)中、R61、R62及びR63は、各々独立に、アルキル基、アルケニル基、シクロアルキル基又はアリール基を表す。n61は0又は1を表す。
    61〜R63の少なくとも2つは互いに連結して環を形成してもよい。
  9. 樹脂(T)が芳香環を有する繰り返し単位を有する、請求項1〜8のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
  10. 樹脂(T)が酸性基を有する繰り返し単位を有する、請求項1〜9のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
  11. 前記感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物が、(B)活性光線又は放射線により酸を発生する化合物を更に含有し、前記化合物(B)が240Å以上の大きさの酸を発生する化合物である、請求項1〜10のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
  12. 前記露光が電子線又はEUVを用いて行われる、請求項1〜11のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
  13. 前記露光による光学像が、線幅50nm以下のライン部若しくはホール径50nm以下のホール部を露光部又は未露光部として有する光学像である、請求項1〜12のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
  14. 請求項1〜13のいずれか1項に記載のパターン形成方法に用いられるトップコート組成物と感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物とを含む組成物キット。
  15. 請求項1〜13のいずれか1項に記載のパターン形成方法を含む、電子デバイスの製造方法。
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