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WO2004041881A1 - フォトレジスト用高分子化合物及びフォトレジスト用樹脂組成物 - Google Patents

フォトレジスト用高分子化合物及びフォトレジスト用樹脂組成物 Download PDF

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Publication number
WO2004041881A1
WO2004041881A1 PCT/JP2003/013744 JP0313744W WO2004041881A1 WO 2004041881 A1 WO2004041881 A1 WO 2004041881A1 JP 0313744 W JP0313744 W JP 0313744W WO 2004041881 A1 WO2004041881 A1 WO 2004041881A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
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group
protected
monomer unit
photoresist
protecting group
Prior art date
Application number
PCT/JP2003/013744
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Masamichi Nishimura
Hiroshi Koyama
Kiyoharu Tsutsumi
Original Assignee
Daicel Chemical Industries, Ltd.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daicel Chemical Industries, Ltd. filed Critical Daicel Chemical Industries, Ltd.
Priority to US10/494,686 priority Critical patent/US7033726B2/en
Priority to EP03758962A priority patent/EP1584634A4/en
Publication of WO2004041881A1 publication Critical patent/WO2004041881A1/ja

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Definitions

  • the present invention relates to a polymer compound for photoresist used when performing microfabrication of a semiconductor, a resin composition for photoresist containing the polymer compound, and a method for producing a semiconductor.
  • the resin for photoresist used in the semiconductor manufacturing process has a portion that shows adhesion to the substrate, such as a silicon wafer, and a resin that is desorbed by the acid generated from the photoacid generator upon exposure to the developer. A soluble part is needed.
  • the photoresist resin must also have resistance to dry etching.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-24664 describes an alicyclic hydrocarbon skeleton containing a rataton ring as a structure that imparts substrate adhesion and has dry etching resistance. ing.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-73137 proposes an alicyclic hydrocarbon skeleton containing a tertiary carbon atom as a structure that imparts acid desorption properties and has dry etching resistance. ing. Therefore, by copolymerizing a monomer having these two skeletons, it is possible to obtain a polymer in which functions necessary for a resin for photoresist are integrated.
  • Such a copolymer has substrate adhesion, acid desorption properties, and dry etching resistance, but has an alicyclic hydrocarbon skeleton and has extremely low polarity, so it is dissolved in a photoresist solvent. These resist resins are difficult to dissolve in alkali developers after exposure. The balance of performance is poor. Disclosure of the invention
  • An object of the present invention is to provide a polymer compound for a photoresist which has not only excellent substrate adhesion, acid desorption properties, and dry etching resistance, but also a good solubility in a resist solvent and a good alkali-soluble balance.
  • An object of the present invention is to provide a resin composition for a photoresist containing a polymer compound for a photoresist.
  • Still another object of the present invention is to provide a polymer compound for photoresist, a resin composition for photoresist, and a method for producing a semiconductor, which can form a fine pattern with high precision.
  • the present inventors have conducted intensive studies to achieve the above object, and as a result, when a monomer having a specific structure is used as a comonomer of a polymer compound for photoresist, substrate adhesion, acid desorption properties, dry etching The inventors have found that a polymer having a good balance of not only resistance but also solubility in a resist solvent and alkali solubility can be obtained, and the present invention has been completed.
  • the present invention provides a polymer compound for photoresist containing a monomer unit having a 2,6-dioxabicyclo [3.3.0] octane skeleton in a polymer structure.
  • the polymer compound for photoresist includes a monomer unit having a 2,6-dioxabicyclo [3.3.0] octane skeleton, a monomer unit having a substrate adhesive group, and a monomer unit having an acid leaving group.
  • high molecular compounds consisting of:
  • the polymer compound for photoresist also includes (A) a monomer unit having a 2,6-dioxabicyclo [3.3.0] octane skeleton, and (B) a C6 to C6 group containing a rataton ring. 20 alicyclic hydrocarbon groups are bonded to oxygen atoms constituting an ester bond, and (C) a monomer unit corresponding to an acrylate ester; and (C) an alicyclic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms. And a polymer compound containing a monomer unit corresponding to a (meth) acrylate ester having a group capable of leaving by the action of an acid.
  • the polymer compound for photoresist further includes (A) a monomer unit having a 2,6-dioxabicyclo [3.3.0] octane skeleton, (B1) a monomer unit represented by the following formulas (IIa) to (IIe):
  • R represents a hydrogen atom or a methyl group.
  • the lengths 1 to! ⁇ 3 are the same or different, and are a hydrogen atom, an alkyl group, a hydroxy group that may be protected by a protecting group, or a protecting group.
  • Vi V 3 may be the same or different and represents one CH 2 _, _ CO— or one COO _
  • at least one of V 1 to V 3 is one C OO—
  • R 4 to R 8 are the same or different and are protected by a hydrogen atom, an alkyl group, or a protecting group.
  • R 9 to R 17 may be the same or different and represent a hydrogen atom, a hydroxy group, a hydroxyalkyl group which may be protected by a protecting group, or a carboxyl group which may be protected by a protecting group.
  • R 18 to R 26 are the same or different and are each protected by a hydrogen atom, an alkyl group, a hydroxyl group which may be protected by a protecting group, a hydroxyalkyl group which may be protected by a protecting group, or a protecting group; And at least one monomer unit selected from the group consisting of a carboxyl xyl group, and (C1) the following formulas (IIIa) to (IIIc):
  • ring Z represents an optionally substituted alicyclic hydrocarbon ring having 6 to 20 carbon atoms.
  • R represents a hydrogen atom or a methyl group.
  • R 27 to R 29 are the same. Or different, and represents an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, wherein R 3 is a substituent bonded to ring Z and is the same or different and is protected by an oxo group, an alkyl group, or a protecting group.
  • a hydroxyl group which may be protected by a protecting group, a hydroxyalkyl group or a carboxyl group which may be protected by a protecting group, provided that at least one of n R 3 ° both one.
  • the R B is tertiary optionally substituted hydrocarbon group showing an CO oR a group, Te Jewishi Dorofuraeru group, Te Jerusalemi Dorobira group, or Okisepani Le group N is an integer from 1 to 3.
  • the present invention also provides a polymer compound for a photoresist and a photoacid generator. To provide a resin composition for photoresist containing at least:
  • the present invention further provides a method for producing a semiconductor, comprising a step of applying the above resin composition for photoresist on a substrate or a substrate to form a resist coating film, and forming a pattern through exposure and development.
  • a method for producing a semiconductor comprising a step of applying the above resin composition for photoresist on a substrate or a substrate to form a resist coating film, and forming a pattern through exposure and development.
  • the polymer compound for photoresist of the present invention contains a monomer unit having a specific structure, it has not only substrate adhesion, acid desorption properties and dry etching resistance, but also solubility in a resist solvent and alkali solubility. Is excellent. Therefore, by using the resin composition for photoresist containing such a polymer compound in the production of a semiconductor, a fine pattern can be accurately formed.
  • acryl J and“ methacryl ” may be collectively referred to as“ (meth) acryl ”, and“ atariloyl ”and“ methacryloyl ”may be collectively referred to as r (meth) acryloyl j.
  • the protecting group such as a hydroxyl group and a carboxyl group, those commonly used in the field of organic synthesis can be used.
  • the polymer compound for photoresist of the present invention has 2,2
  • 6-Dioxabicyclo [3.3.0] Contains a monomer unit having an octane skeleton.
  • a monomer unit having a low polarity is used as a monomer unit for imparting substrate adhesion, acid desorption properties, dry etching resistance, etc.
  • the solubility of the polymer itself in a photoresist solvent and the solubility in an alkaline developer can be improved without deteriorating the solubility. Therefore, the preparation of the photoresist resin composition and the manufacture of the semiconductor can be smoothly performed with good operability.
  • the 2,6-dioxabicyclo [3.3.0] octane skeleton may be directly bonded to the main chain of the polymer, or may be bonded via an appropriate linking group.
  • the linking group include an ester group (-COO-), an amide group (-CONH-), an ether bond (-O-), a carbonyl group (-C-), an alkylene group (methylene, ethylene, A linear or branched alkylene group having 1 to 6 carbon atoms, such as a pyrene or trimethylene group), or a group obtained by bonding two or more of these.
  • the 2,6-dioxabicyclo [3.3.0] octane skeleton may have a substituent.
  • substituents include an oxo group, an alkyl group, a hydroxyl group optionally protected with a protecting group, a hydroxyalkyl group optionally protected with a protecting group, and a group protected with a protecting group. And an optionally substituted carboxy group.
  • alkyl group include straight or branched chains such as methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isoptyl, s-butyl, t-butyl, hexyl, octyl, decyl, and dodecyl groups.
  • an alkyl group having 1 to 13 carbon atoms (preferably a C 4 alkyl group). It is a protected or unprotected human Dorokishiru group with a protecting group, for example, human Dorokishiru group, a substituted Okishi group (e.g., main butoxy, et butoxy, etc. C 4 alkoxy group such as a propoxy group) that is like .
  • a protecting group for example, human Dorokishiru group, a substituted Okishi group (e.g., main butoxy, et butoxy, etc. C 4 alkoxy group such as a propoxy group) that is like .
  • the hydroxyalkyl group which may be protected with a protecting group include a group in which a hydroxyl group which may be protected with the above-mentioned protecting group is bonded via an alkylene group having 1 to 6 carbon atoms. Is mentioned.
  • Examples of the carboxyl group which may be protected by a protecting group include a CO— Rb group.
  • R b represents a hydrogen atom or an alkyl group
  • the alkyl group is a linear group such as methyl, ethyl, propynole, isopropynole, butyl, isoptinole, s-butyl, t-butyl, hexyl, etc. Or a branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms. 2,6-dioxabicyclo [3. 3.0]
  • a hydroxyl group optionally protected by a protecting group a hydroxyalkyl group optionally protected by a protecting group, and the like are preferable.
  • Representative examples of the monomer unit having a 2,6-dioxabicyclo [3.3.0] octane skeleton include a monomer unit (repeating unit) represented by the above formula (I).
  • the monomer unit having the 2,6-dioxabicyclo [3.3.0] octane skeleton, the monomer unit having a substrate adhesive group, A polymer compound comprising a monomer unit having a group has an extremely good balance of substrate adhesion, acid desorption, dry etching resistance, solubility in a resist solvent, and alkali solubility. Therefore, when a semiconductor is manufactured using the resin composition for photoresist containing such a polymer compound, a fine pattern can be formed with high accuracy.
  • the monomer unit having a substrate adhesive group is not particularly limited as long as it exhibits adhesiveness to a substrate such as a silicon wafer.
  • the monomer unit having a lactone ring has 6 to 20 carbon atoms.
  • An alicyclic hydrocarbon group [a group having a structure in which a ratatone ring and a monocyclic or polycyclic (bridged ring) alicyclic carbocyclic ring are condensed] is bonded to an oxygen atom constituting an ester bond
  • Monomer unit corresponding to (meth) acrylate (a repeating unit when polymerized at a carbon-carbon double bond site).
  • Typical examples of such a monomer unit include units represented by the above formulas (Ila), (lib), (lie), (lid), and (lie).
  • a monomer unit having a substrate adhesion group a monomer corresponding to a (meth) acrylate in which a ⁇ -butyrolactone ring or a ⁇ -valerolactone ring is bonded to an oxygen atom constituting an ester bond Unit (carbon (A repeating unit when polymerized at a single carbon double bond site) can also be used.
  • a monomer unit having a substrate adhesion group a monomer unit corresponding to a (meth) acrylic acid ester in which a hydrocarbon group having a polar substituent is bonded to an oxygen atom forming an ester bond (carbon (A repeating unit when polymerized at a single carbon double bond site) can also be used.
  • hydrocarbon group having a polar substituent examples include a hydroxyl group, an oxo group, a carboxyl group, an amino group, a sulfonic acid group, and a substituted oxy group (for example, methoxy, ethoxy, propoxy, etc. C i-4 alkoxy group etc.
  • hydrocarbon groups having one or more (preferably about 1 to 3) polar groups for example, a 0-aliphatic hydrocarbon group, a 3- to 20-membered monocyclic or polycyclic (bridged ring) Alicyclic hydrocarbon group, aromatic hydrocarbon group, these may or may not be via a connecting group such as oxygen atom, ester bond, amide bond, etc.
  • the polar group may be protected with a protecting group.
  • the monomer unit having an acid leaving group is not particularly limited as long as it is eliminated by an acid generated from a photoacid generator upon exposure and shows solubility in an alkali developing solution.
  • (Meth) acrylic acid esters containing an alicyclic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms and having a group capable of leaving by the action of an acid include: (Meth) acrylic acid esters having an alicyclic hydrocarbon group and having a tertiary carbon atom at a bonding site with an oxygen atom constituting an ester bond of the (meth) acrylic acid ester are included.
  • the alicyclic hydrocarbon group may be directly bonded to an oxygen atom constituting an ester bond of the (meth) acrylic acid ester. And may be bonded via a linking group such as an alkylene group.
  • the alicyclic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms may be a monocyclic hydrocarbon group or a polycyclic (bridged cyclic) hydrocarbon group.
  • a monomer unit corresponding to the (meth) acrylate ester a unit represented by the above formula ( ⁇ la) or (Ilb) is exemplified.
  • (meth) acrylic acid ester containing an alicyclic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms and having a group capable of leaving by the action of an acid includes 6 carbon atoms.
  • at least 20 alicyclic hydrocarbon groups, and the alicyclic hydrocarbon group may be a —COOR a group (where Ra is a tertiary hydrocarbon group which may have a substituent, (Indicating a methyl group, a tetrahydrovinylil group, or an oxepanyl group) directly or via a linking group.
  • Examples of the tertiary hydrocarbon group in R a of the COOR a group include t-butyl, t-amyl, 2-methyl-12-adamantyl, and (1-methyl-1-1-adamantyl) ethyl group.
  • Examples of the substituent which the tertiary hydrocarbon group may have include, for example, a halogen atom, an alkyl group (for example, a Ci- 4 alkyl group), and a protective group. Examples thereof include a hydroxyl group, an oxo group, and a carboxyl group which may be protected with a protecting group.
  • a tetratetrahydrofuranyl group in Ra includes a 2-tetrahydrofuranyl group
  • a tetrahydropiranil group includes a 2-tetrahydroviranyl group
  • an oxepaeal group includes a 2-oxepanyl group.
  • the linking group include an alkylene group (for example, a linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms).
  • the alicyclic hydrocarbon group may be directly bonded to an oxygen atom constituting an ester bond of the (meth) acrylic ester, or may be bonded via a linking group such as an alkylene group.
  • the alicyclic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms may be a monocyclic hydrocarbon group, and may be a polycyclic (bridged cyclic) carbon group. It may be a hydride group. As a typical example of such a monomer unit,
  • an oxygen atom constituting an ester bond is bonded to the] -position 3 of the lactone ring and has at least one hydrogen atom at the tertiary position of the lactone ring. It is also possible to use a monomer unit corresponding to a (meth) acrylic acid ester containing a ton ring (a repeating unit when polymerized at a carbon-carbon double bond site).
  • the polymer compound for photoresist of the present invention may contain one or more kinds of a repeating unit having a substrate adhesive group and a monomer unit having an acid leaving group.
  • a monomer unit having a 2,6-dioxabicyclo [3.3.0] octane skeleton [for example, a monomer unit represented by the formula (I)]
  • Each of the monomer units (A), (B) and (C) may be of one type or of two or more types.
  • Such a polymer compound for photoresist is particularly excellent in balance among the properties of substrate adhesion, acid desorption, dry etching resistance, solubility in a resist solvent, and alkali solubility.
  • the ratio of the monomer units (A), (B) and (C) can be appropriately set depending on the combination, but the ratio of the monomer unit (A) is usually 1 to 50 mol%. , preferably 2 to 4 0 mole 0/0, a further preferably 3-3 0 mole 0/0 approximately monomer unit Ratio of (B) is usually 1-9 9 mole 0/0, 1 0-9 5 mol%, further preferred properly is 2 0-8 5 mol 0/0 approximately, the ratio of the monomer unit (C) is , usually 1-9 9 mole 0/0, preferably 5-8 0 mole 0/0, more preferably about 1 5-7 0 mol%.
  • This polymer compound may contain a monomer unit other than the monomer units (A), (B) and (C).
  • a polymer compound for photoresist also has an extremely good balance between the properties of substrate adhesion, acid desorption, dry etching resistance, solubility in a resist solvent, and solubility in an alkaline solvent. .
  • the polymer compound for photoresist is in this polymer composition for photoresists, which is useful for improving dry etching resistance, the ratio of the monomer units (A), (B1) and (C1) can be appropriately set depending on the combination thereof.
  • ratio of a) is usually 1-5 0 mole 0/0, preferably from 2 to 4 0 mole 0/0, more preferably 3-3 0 mole 0/0 approximately, the ratio of the monomer unit (B1) is , Normal:!
  • the ratio of the monomer units (C1) is usually 1-9 9 mole 0/0, preferably 5-8 0 mole 0/0, more preferably Aru in about 1 5-7 0 mol%.
  • the polymer compound may contain a monomer unit other than the monomer units (A), (B1) and (C1).
  • alkyl group for R 1 to R 26 methyl, ethynole, propyl, isopropynole, butyl, isobutynole, s-butyl, t-butyl, hexyl, octyl
  • alkyl group having 1 to 13 carbon atoms such as decyl and dodecyl groups.
  • an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms is preferable.
  • Examples of the hydroxyl group which may be protected with a protecting group include, for example, a hydroxyl group and a substituted oxy group (for example, a Ci-4 alkoxy group such as a methoxy, ethoxy, propoxy group, etc.) And the like.
  • Examples of the hydroxyalkyl group that may be protected with a protecting group include a group in which a hydroxyl group that may be protected with the above-mentioned protecting group is bonded via an alkylene group having 1 to 6 carbon atoms. Is mentioned.
  • Examples of the carboxyl group that may be protected with a protecting group include one COOR b group.
  • R b represents a hydrogen atom or an alkyl group, and the alkyl group is a linear or branched chain such as methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl, s-butyl, t-butyl, hexinole, etc. And an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms.
  • the alicyclic hydrocarbon ring having 6 to 20 carbon atoms in ring Z may be a single ring or a polycyclic ring such as a condensed ring or a bridged ring. .
  • Representative alicyclic hydrocarbon rings include, for example, a cyclohexane ring, a cyclooctane ring, a cyclodecane ring, an adamantane ring, a norbornane ring, a norpolenene ring, a bornane ring, an isobornane ring, a perhydrinindene ring, a decalin ring, over heat mud fluorene ring (tricyclo [7.4.3 0.0 3 '8] preparative Ridekan ring), Pahi mud anthracene ring, preparative Rishikuro [5.2. 1.0 2'6] decane ring, tricyclo [4. 2. 2.
  • the alicyclic hydrocarbon ring includes an alkyl group such as a methyl group (for example, d-4 alkyl group), a halogen atom such as a chlorine atom, and a protecting group. It may have a substituent such as a hydroxyl group, an oxo group, and a carboxyl group which may be protected by a protecting group.
  • the number of carbon atoms in R 27 to R 29 examples include straight- or branched-chain carbons 1 to 6 such as methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isoptyl, s-butyl, t-butyl, and hexyl. Alkyl group.
  • examples of the alkyl group at R 3 ° include methyl, ethyl, propynole, isopropyl, butyl, isobutynole, s-butyl, t_butyl, hexyl, octyl, decyl, and dodecyl groups.
  • examples thereof include a linear or branched alkyl group having about 1 to 20 carbon atoms.
  • R 3 protecting group in a protected or unprotected human Dorokishiru group in °, protected or may inhibit mud have alkoxyalkyl group with a protective group, a protected or unprotected carboxyl group, one C_ ⁇ _ ⁇ _R a
  • the groups are the same as described above.
  • SP value solubility parameter value
  • a resist coating film formed by applying a resin composition for photoresist containing a polymer compound having such a solubility parameter to a semiconductor substrate (such as a silicon wafer) has an adhesive property (adhesion property) to the substrate. ), And a pattern with high resolution can be formed by re-development.
  • the solubility parameter of the high molecular compound can be adjusted by appropriately selecting the type of the constituent monomer (the solubility parameter of the monomer) and the composition ratio.
  • the weight-average molecular weight (Mw) of the polymer compound for photoresist of the present invention is, for example, about 1,000 to 500,000, and preferably about 3,000 to 500,000.
  • the molecular weight distribution (Mw / Mn) is, for example, about 1.5 to 3.5.
  • Mn represents a number average molecular weight
  • both Mn and Mw are values in terms of polystyrene.
  • the polymer compound for photoresist of the present invention can be produced by copolymerizing a mixture of monomers corresponding to each monomer unit.
  • Each monomer unit represented by the formulas (I), (IIa) to (Ilg) and (IIIa) to (IIIc) is formed by polymerizing the corresponding (meth) acrylate ester as a comonomer. it can.
  • the monomer corresponding to the monomer unit represented by the formula (I) is represented by the following formula (1).
  • the compound represented by the formula (1) has stereoisomers, which can be used alone or as a mixture of two or more.
  • R represents a hydrogen atom or a methyl group
  • Typical examples of the compound represented by the formula (1) include the following compounds.
  • the compound represented by the above formula (1) is the corresponding 1,4: 3,6-dianhydrohexitol (1,4: 3,6-dianhydro form of a sugar alcohol having 6 carbon atoms).
  • (E.g., isosorbide, isomannide, etc.) and (meth) acrylic acid or a reactive derivative thereof can be obtained by reacting according to a conventional esterification method using an acid catalyst or a transesterification catalyst. .
  • the monomers corresponding to the monomer units represented by the formulas (Ila) to (lie) are represented by the following formulas (2a) to (2e), respectively.
  • the compounds represented by the formulas (2a) to (2e) may exist in stereoisomers, respectively, and they may be used alone or as a mixture of two or more.
  • R represents a hydrogen atom or a methyl group.! ⁇ 1 to! ⁇ 3 may be the same or different, and may be a hydrogen atom, an alkyl group, a hydroxy group, or a protecting group which may be protected by a protecting group. Represents a hydroxyalkyl group which may be protected with a protecting group, or a carboxyl group which may be protected with a protecting group, and Vi V 3 is the same or different, and represents one CH 2 —, one CO— or one COO. However, at least one of V 1 to V 3 is equal to one CO.
  • R 4 to R 8 are the same or different.
  • R 9 to R 17 are the same or different and are each protected with a hydrogen atom, an alkyl group, a hydroxyl group optionally protected by a protecting group, a hydroxyalkyl group optionally protected by a protecting group, or a protecting group; Represents a carboxyl group which may be substituted.
  • R 1 S to R 26 are the same or different and each represents a hydrogen atom, an alkyl group, a hydroxyl group optionally protected by a protecting group, a hydroxyalkyl group optionally protected by a protecting group, or a protecting group;
  • Representative examples of the compound represented by the formula (2a) include the following compounds, but are not limited thereto.
  • the compound represented by the above formula (2a) reacts the corresponding cyclic alcohol derivative with (meth) acrylic acid or a reactive derivative thereof in accordance with the resentment esterification method using an acid catalyst or a transesterification catalyst. Can be obtained.
  • Representative examples of the compound represented by the formula (2b) include the following compounds, but are not limited thereto.
  • the compound represented by the above formula (2b) is prepared by reacting the corresponding cyclic alcohol derivative with (meth) acrylic acid or a reactive derivative thereof according to a conventional esterification method using an acid catalyst or a transesterification catalyst. Can be obtained.
  • the cyclic alcohol derivative used as a raw material may be, for example, a corresponding 5-norbornene-2-carboxylic acid derivative or an ester thereof peracid (peracetic acid, m-chloroperbenzoic acid, etc.) or It can be obtained by reaction (epoxidation and cyclization reaction) with peroxide (hydrogen peroxide, hydrogen peroxide + metal compound such as tungsten oxide or tungstic acid).
  • Representative examples of the compound represented by the formula (2c) include, but are not limited to, the following compounds.
  • the compound represented by the above formula (2c) is obtained by reacting the corresponding cyclic alcohol derivative with (meth) acrylic acid or a reactive derivative thereof according to a conventional esterification method using an acid catalyst or a transesterification catalyst. Can be obtained by doing so.
  • Representative examples of the compound represented by the formula (2d) include the following compounds, but are not limited thereto.
  • the compounds represented by the above formulas (2d) and (2e) are obtained by converting a corresponding cyclic alcohol derivative and (meth) acrylic acid or a reactive derivative thereof into a conventional ester using an acid-catalyzed ester exchange catalyst. It can be obtained by reacting according to the chemical formula.
  • the monomers corresponding to the monomer units represented by the above formulas (Ilia) to (IIIc) are represented by the following formulas (3a) to (3c), respectively.
  • the compounds represented by the formulas (3a) to (3c) can exist in stereoisomers, respectively, and they can be used alone or as a mixture of two or more.
  • ring Z is an alicyclic carbon having 6 to 20 carbon atoms which may have a substituent. Shows a hydrogen ring.
  • R represents a hydrogen atom or a methyl group.
  • R 27 to R 29 are the same or different and represent an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms.
  • R 3. Is a substituent bonded to ring Z and may be the same or different and may be protected by an oxo group, an alkyl group, a hydroxyl group which may be protected by a protecting group, or a protecting group. It represents a droxyalkyl group or a carboxyl group which may be protected by a protecting group.
  • ⁇ , n R 3 One at least of the shows one CO OR a group.
  • Ra represents a tertiary hydrocarbon group which may have a substituent, a tetrahydrofuranyl group, a tetrahydrobiral group, or an oxepanyl group.
  • n represents an integer of 1 to 3)
  • Typical examples of the compound represented by the formula (3a) include the following compounds, but are not limited thereto.
  • the compound represented by the above formula (3a) can be obtained, for example, by subjecting a corresponding cyclic alcohol to (meth) acrylic acid or a reactive derivative thereof according to a conventional esterification method using an acid catalyst or an ester exchange catalyst. It can be obtained by reacting.
  • Representative examples of the compound represented by the formula (3b) include, but are not limited to, the following compounds.
  • the compound represented by the above formula (3b) is obtained, for example, by using a methanol derivative having a corresponding alicyclic group at the 1-position and (meth) acrylic acid or a reactive derivative thereof using an acid catalyst or a transesterification catalyst. It can be obtained by reacting according to a conventional esterification method.
  • Typical examples of the compound represented by the formula (3c) include, but are not limited to, the following compounds.
  • the compound represented by the above formula (3c) is obtained, for example, by reacting the corresponding cyclic alcohol with (meth) acrylic acid or a reactive derivative thereof according to a conventional esterification method using an acid catalyst or an ester exchange catalyst. Can be obtained.
  • the polymerization of the monomer mixture is carried out when producing an acrylic polymer such as a solution polymerization, a bulk polymerization, a suspension polymerization, a bulk-one suspension polymerization, and an emulsion polymerization.
  • the reaction can be carried out by a conventional method used, but solution polymerization is particularly preferable.
  • drop polymerization is preferable among solution polymerization. Specifically, drop polymerization is carried out, for example, by (i) preparing a monomer solution previously dissolved in an organic solvent and a polymerization initiator solution dissolved in an organic solvent, and preparing the solution in an organic solvent maintained at a constant temperature.
  • a method of dropping the monomer solution and the polymerization initiator solution respectively, (ii) A method in which a mixed solution of an initiator and an organic solvent is dropped into an organic solvent maintained at a constant temperature; (iii) a monomer solution previously dissolved in an organic solvent, and a polymerization initiator dissolved in an organic solvent.
  • the polymerization is carried out by a method such as a method of preparing a solution and a method of dropping a polymerization initiator solution into the monomer solution maintained at a constant temperature.
  • Known solvents can be used as the polymerization solvent.
  • the polymerization solvent include ethers (chain ethers such as glycol ethers such as methyl ether ether, propylene glycol and monomethyl ether), cyclic ethers such as tetrahydrofuran and dioxane, and esters.
  • the polymer obtained by polymerization can be purified by precipitation or reprecipitation.
  • the precipitation or reprecipitation solvent may be either an organic solvent or water, or may be a mixed solvent.
  • the organic solvent used as a precipitation or reprecipitation solvent include: hydrocarbons (aliphatic hydrocarbons such as pentane, hexane, heptane, and octane; alicyclic hydrocarbons such as cyclohexane and methylcyclohexane; benzene, toluene, Aromatic hydrocarbons such as xylene), halogenated hydrocarbons (such as methylene chloride, chloroform, and carbon tetrachloride) Lipogenic aliphatic hydrocarbons; halogenated aromatic hydrocarbons such as benzene and benzene, etc., nitro compounds (nitromethane, nitroethane, etc.), and nitrile (acetonitrile, benzonitrile) Et
  • a solvent containing at least a hydrocarbon is preferable as the organic solvent used as the precipitation or reprecipitation solvent.
  • the resin composition for photoresist of the present invention contains the polymer compound for photoresist of the present invention and a photoacid generator.
  • the photoacid generator examples include commonly used or known compounds that efficiently generate an acid upon exposure to light, such as diazonium salts, eodonium salts (e.g., dipheninoleode hexafenole phosphite), and snorehonium salts (for example, Trifenylsulfo-dimethylhexafluoroantimonate, triphenylenolesnorefonium, hexaphnoleophthalic phosphate, triphenylenolesnorefo Dimethyl sulfonate, etc.), sulfonic acid esters [for example, 1-phenylenol-1- (4-methinolefeninole) snolephoninoleoxy-1- 1-benzoinolemethane, 1,2,3—tris-nolephonyloxymethinolebenzene, 1,3-Dinitro 2- (4-phenylenolenoleoxyl
  • the amount of the photoacid generator to be used can be appropriately selected according to the strength of the acid generated by light irradiation, the ratio of each monomer unit (repeat unit) in the polymer compound, and the like. It can be selected from a range of about 0.1 to 30 parts by weight, preferably about 1 to 25 parts by weight, and more preferably about 2 to 20 parts by weight with respect to parts by weight.
  • the resin composition for photoresist includes an alkali-soluble component such as an alkali-soluble resin (for example, a novolak resin, a phenol resin, an imido resin, and a carboxyl group-containing resin), a coloring agent (for example, a dye), and an organic solvent.
  • an alkali-soluble component such as an alkali-soluble resin (for example, a novolak resin, a phenol resin, an imido resin, and a carboxyl group-containing resin), a coloring agent (for example, a dye), and an organic solvent.
  • Solvents eg, hydrocarbons, halogenated hydrocarbons, alcohols, esters, amides, ketones, ethers, cellosolves, carbitols, glycol ether esters, mixed solvents of these, etc. May be included.
  • the coating film (resist film) is exposed to a light beam through a predetermined mask (or the beta after exposure is further reduced). Performing) By forming a latent image pattern and then developing, a fine pattern can be formed with high precision.
  • the substrate or substrate include a silicon wafer, metal, plastic, glass, and ceramic.
  • the application of the resin composition for photoresist can be performed by using a conventional coating means such as a spin coater, a dip coater, and a roller coater.
  • the thickness of the coating film is, for example, about 0.1 to 20 111, and preferably about 0.3 to 2 ⁇ .
  • Exposure energy for example 1 ⁇ 1 0 0 0 m JZ cm 2, rather preferably is 1 0 ⁇ 5 0 0 m J Roh cm 2.
  • an acid is generated from the photoacid generator, and the acid generates a protecting group such as a carboxyl group of a monomer unit having an acid-labile group of the polymer compound (alkali soluble unit). (Eliminable group) is rapidly eliminated, and a carboxyl group or the like contributing to solubilization is generated. Therefore, a predetermined pattern can be accurately formed by development with water or an alkaline developer.
  • a protecting group such as a carboxyl group of a monomer unit having an acid-labile group of the polymer compound (alkali soluble unit). (Eliminable group) is rapidly eliminated, and a carboxyl group or the like contributing to solubilization is generated. Therefore, a predetermined pattern can be accurately formed by development with water or an alkaline developer.
  • the term “atalylate” after the compound number (monomer number) indicates a compound having an atarilo isoleoxy group among two compounds corresponding to the compound number described in the specification.
  • the term “methacrylate” refers to a compound having a metathalyloxy group among the above two compounds.
  • the number at the lower right of the parenthesis in the structural formula indicates the mole% of the charged monomer corresponding to the monomer unit (repeating unit).
  • the weight average molecular weight (M w) and molecular weight distribution (M w ZM n) were measured using a refractometer (RI) as the detector and tetrahydrogen as the eluent. It was determined by standard polystyrene conversion by GPC measurement using drofuran (THF). The GPC measurement was performed using three columns of Showa Denko KF-806 LJ (trade name) connected in series. The column temperature was 40 ° C, the RI temperature was 40 ° C, and the eluent was The flow rate was set at 0.8 m1 min.
  • the obtained reaction solution was filtered through a filter having a pore size of 0.1 m, and then 310 g of hexane and ethyl acetate.
  • the mixture was added dropwise with stirring to a mixed solution of 280 g, and the resulting precipitate was separated by filtration to purify the polymer.
  • the collected precipitate is dried under reduced pressure, dissolved in 200 g of THF (tetrahydrofuran), and the above-mentioned precipitation purification operation using a mixed solution of hexane and ethyl acetate is repeated to obtain a desired resin 45. 5 g were obtained.
  • GPC analysis of the recovered polymer showed a weight average molecular weight (Mw) of 9400 and a molecular weight distribution (Mw / Mn) of 2.37.
  • Example 1 As a monomer component, 5-methacryloyloxy-2,6-norbornanecarboratatone [compound number [2-6] (methacrylate)] 19.54 g (88.0 mimol) , Isosorbide methacrylate [mixture of compound number [1-1] (methacrylate) and [1-2] (methacrylate)] 4.7 1 g (22.0 millimoles), 2-methacrylate Liloyloxy-2-methyladamantane [Compound No. [3-1] (methacrylate)] The same operation as in Example 1 except that 2.5.75 g (10.0 mmol) was used. As a result, 44.7 g of a desired resin was obtained. GPC analysis of the recovered polymer revealed a weight-average molecular weight (Mw) of 1100 and a molecular weight distribution (Mw / Mn) of 2.53.
  • Mw weight-average molecular weight
  • Mw / Mn molecular weight distribution
  • Example 1 as the monomer component, 5-atalyloyloxy-1,2,6-norbornanecarboratatone [Compound No. [2-6] (atalylate)] 18.31 g (8.80 Millimol), isosorpide acrylate [mixture of compound numbers [1-1] (atalylate) and [1-2] (atalylate)] 4.40 g (22.0 milliliters) Mol), 1— (1-Attalyloyloxy 1-methylethyl) adamantane [Compound No. [3-13] (atalylate)] 27.29 g (11.00.0 mimol)
  • Mw weight average molecular weight
  • Mn molecular weight distribution
  • Isosorbide manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.
  • 146 g 100 g of pyridine, 1.5 L of tetrahydrofuran were stirred under a nitrogen atmosphere at room temperature while stirring at room temperature. g was added dropwise over 1 hour. After stirring at room temperature for 3 hours, 300 g of water was added to the reaction solution, and the organic layer was concentrated under reduced pressure.
  • the 1,4: 3,6-dianhydro D-glucitol 2-methacrylate 24 g represented by the following formula (A) and 24 g of the following formula (A) were obtained.
  • isosorbide acrylate was produced in the same manner as above using acrylic acid chloride instead of methacrylic acid chloride, and used as the monomer raw material in Example 3.

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Description

明 細 書 フォ トレジス ト用高分子化合物及ぴフォ トレジス ト用樹脂組成物 技術分野
本発明は半導体の微細加工などを行う際に用いるフォ トレジス ト用の 高分子化合物と、 この高分子化合物を含有するフォ トレジス ト用樹脂組 成物、 及び半導体の製造方法に関する。 背景技術
半導体製造工程で用いられるフォ トレジス ト用樹脂は、 シリコンゥェ ハーなどの基板に対して密着性を示す部分と、 露光によって光酸発生剤 から発生する酸により脱離してアル力リ現像液に対して可溶になる部分 が必要である。 また、 フォ トレジス ト用樹脂は、 ドライエッチングに対 する耐性をも具備している必要がある。
特開 2 0 0 0— 2 6 4 4 6号公報には、 基板密着性を付与し、 且つド ライ'エッチング耐性を有する構造として、 ラタ トン環を含有する脂環式 炭化水素骨格が記載されている。 また、 特開平 9 - 7 3 1 3 7号公報に は、 酸脱離性を付与し、 且つドライエッチング耐性を有する構造として 、 第 3級炭素原子を含有する脂環式炭化水素骨格が提案されている。 従 つて、 これらの 2つの骨格を有する単量体を共重合させれば、 フオ トレ ジス ト用樹脂に必要な機能が集積されたポリマーを得ることが可能であ る。 このような共重合体は、 基板密着性、 酸脱離性、 ドライエッチング 耐性を有するが、 脂環式炭化水素骨格を有しており極性が非常に低いた め、 フォ トレジス ト用溶剤に溶解しにく く、 また露光後のアルカリ現像 液にも溶解しにくいなどの問題が生じやすく、 これらのレジス ト用樹脂 としての性能のバランスが悪い。 発明の開示
本発明の目的は、 基板密着性、 酸脱離性、 ドライエッチング耐性のみ ならず、 レジス ト溶剤への溶解性、 及びアルカリ可溶性のパランスが良 いフォ トレジス ト用高分子化合物と、 そのフォ トレジス ト用高分子化合 物を含むフォトレジス ト用樹脂組成物を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、 微細なパターンを精度よく形成できるフ ォ トレジス ト用高分子化合物、 フォ トレジス ト用樹脂組成物、 及び半導 体の製造方法を提供することにある。
本発明者らは、 上記目的を達成するため鋭意検討した結果、 特定構造 を有する単量体をフォ トレジス ト用高分子化合物のコモノマーとして用 いると、 基板密着性、 酸脱離性、 ドライエッチング耐性のみならず、 レ ジス ト用溶剤への溶解性、 及びアルカリ可溶性のバランスが良いポリマ —が得られることを見出し、 本発明を完成した。
すなわち、 本発明は、 ポリマー構造中に、 2, 6 一ジォキサビシク口 [ 3 . 3 . 0 ] オクタン骨格を有するモノマー単位を含むフォ トレジス ト用高分子化合物を提供する。
前記 2 , 6 —ジォキサビシクロ [ 3 . 3 . 0 ] オクタン骨格を有する モノマー単位の代表的な例として、 下記式 ( I )
( I )
Figure imgf000004_0001
(式中、 Rは水素原子又はメチル基を示す)
で表されるモノマー単位が挙げられる。
前記フォ トレジス ト用高分子化合物には、 2, 6—ジォキサビシクロ [ 3. 3. 0] オクタン骨格を有するモノマー単位と、 基板密着性基を 有するモノマー単位と、 酸脱離性基を有するモノマー単位とからなる高 分子化合物が含まれる。
前記フォ トレジス ト用高分子化合物には、 また、 (A) 2, 6—ジォ キサビシクロ [3. 3. 0] オクタン骨格を有するモノマー単位、 (B ) ラタ トン環を含有する炭素数 6〜 2 0の脂環式炭化水素基がエステル 結合を構成する酸素原子に結合している (メタ) アクリル酸エステルに 対応するモノマー単位、 及び (C) 炭素数 6〜20の脂環式炭化水素基 を含有し且つ酸の作用により脱離可能な基を有している (メタ) アタリ ル酸エステルに対応するモノマー単位を含む高分子化合物が含まれる。 前記フォ トレジス ト用高分子化合物には、 さらに、 (A) 2 , 6—ジ ォキサビシクロ [ 3. 3. 0] オクタン骨格を有するモノマー単位、 ( B1) 下記式 (II a ) 〜 (II e )
Figure imgf000006_0001
(Ila) (lib) (lie) (lid)
Figure imgf000006_0002
(He)
(式中、 Rは水素原子又はメチル基を示す。 尺 1〜!^3は、 同一又は異な つて、 水素原子、 アルキル基、 保護基で保護されていてもよいヒ ドロキ シル基、 保護基で保護されていてもよいヒ ドロキシアルキル基、 又は保 護基で保護されていてもよいカルボキシル基を示し、 Vi V3は、 同一 又は異なって、 一 CH2_、 _ C O—又は一 C O O _を示す。 但し、 V1 〜V3のうち少なく とも 1つは一 C OO—である。 R4〜R8は、 同一又 は異なって、 水素原子、 アルキル基、 保護基で保護されていてもよいヒ ドロキシル基、 保護基で保護されていてもよいヒ ドロキシアルキル基、 保護基で保護されていてもよいカルボキシル基を示す。 R 9〜R 17は、 同一又は異なって、 水素原子、 アルキル基、 保護基で保護されていても よいヒ ドロキシル基、 保護基で保護されていてもよいヒ ドロキシアルキ ル基、 保護基で保護されていてもよいカルボキシル基を示す。 R 18〜R 26は、 同一又は異なって、 水素原子、 アルキル基、 保護基で保護されて いてもよいヒ ドロキシル基、 保護基で保護されていてもよいヒ ドロキシ アルキル基、 保護基で保護されていてもよいカルボ'キシル基を示す) から選択された少なく とも 1種のモノマー単位、 及び (C1) 下記式 (II I a ) 〜 (III c )
R R R
I I I
+ CH2 - C+ - CH2-C - +CH2-C +
Figure imgf000007_0001
(Ilia) (Illb) (IIIc)
(式中、 環 Zは置換基を有していてもよい炭素数 6〜 2 0の脂環式炭化 水素環を示す。 Rは水素原子又はメチル基を示す。 R27〜R29は、 同一 又は異なって、 炭素数 1〜 6のアルキル基を示す。 R 3。は環 Zに結合し ている置換基であって、 同一又は異なって、 ォキソ基、 アルキル基、 保 護基で保護されていてもよいヒ ドロキシル基、 保護基で保護されていて もよぃヒ ドロキシアルキル基、 又は保護基で保護されていてもよいカル ボキシル基を示す。 但し、 n個の R3°のうち少なく とも 1つは、 一 C O OR a基を示す。 前記 R Bは置換基を有していてもよい第 3級炭化水素基 、 テ トラヒ ドロフラエル基、 テ トラヒ ドロビラ二ル基、 又はォキセパニ ル基を示す。 nは 1〜 3の整数を示す)
から選択された少なく とも 1種のモノマー単位を含む高分子化合物が含 まれる。 なお、 V i V3における 「一 C O O—」 の向きは問わない。 本発明は、 また、 上記のフォ トレジス ト用高分子化合物と光酸発生剤 とを少なく とも含むフォトレジス ト用樹脂組成物を提供する。
本発明は、 さらに、 上記のフォ トレジス ト用樹脂組成物を基材又は基 板上に塗布してレジス ト塗膜を形成し、 露光及び現像を経てパターンを 形成する工程を含む半導体の製造方法を提供する。
本発明のフォ トレジス ト用高分子化合物は、 特定構造のモノマー単位 を含んでいるため、 基板密着性、 酸脱離性、 ドライエッチング耐性のみ ならず、 レジス ト溶剤への溶解性、 及びアルカリ可溶性のパランスが優 れている。 そのため、 このような高分子化合物を含むフォ トレジス ト用 榭脂組成物を半導体の製造に用いることにより、 微細なパターンを精度 よく形成することができる。
なお、 本明細書では、 「アクリル J と 「メタクリル」 とを 「 (メタ) アクリル」 、 「アタリロイル」 と 「メタクリ ロイル」 とを r (メタ) 了 クリロイル j 等と総称する場合がある。 また、 ヒ ドロキシル基、 カルボ キシル基等の保護基としては、 有機合成の分野で慣用のものを使用でき る。
発明を実施するための最良の形態
本発明のフォ トレジス ト用高分子化合物は、 ポリマー構造中に、 2,
6—ジォキサビシクロ [ 3 . 3 . 0 ] オクタン骨格を有するモノマー単 位を含んでいる。 このようなモノマー単位をポリマー構造中に組み込む と、 基板密着性、 酸脱離性、 ドライエッチング耐性等を付与するための モノマー単位として極性の低いモノマー単位を用いる場合であっても、 上記各特性を損なうことなく、 ポリマー自身のフォ トレジスト用溶剤に 対する溶解性やアル力リ現像液に対する溶解性を向上させることができ る。 そのため、 フォ トレジス ト用樹脂組成物の調製や半導体の製造を操 作性良く、 円滑に行うことができる。 2 , 6 —ジォキサビシクロ [ 3 . 3 . 0 ] オクタン骨格は、 ポリマー の主鎖と直接結合していてもよく、 適当な連結基を介して結合していて もよい。 該連結基としては、 例えば、 エステル基 (一 C O O—) 、 アミ ド基 (― C O N H—) 、 エーテル結合 (一 O— ) 、 カルボニル基 (一 C 〇ー) 、 アルキレン基 (メチレン、 エチレン、 プロ ピレン、 ト リ メチレ ン基などの炭素数 1 〜 6の直鎖状又は分岐鎖状のアルキレン基など) 、 これらを 2以上結合した基などが挙げられる。
2 , 6 —ジォキサビシクロ [ 3 . 3 . 0 ] オクタン骨格は置換基を有 していてもよい。 該置換基と しては、 例えば、 ォキソ基、 アルキル基、 保護基で保護されていてもよいヒ ドロキシル基、 保護基で保護されてい- てもよいヒ ドロキシアルキル基、 保護基で保護されていてもよいカルボ キシル基などが例示される。 アルキル基としては、 例えば、 メチル、 ェ チル、 プロ ピル、 イ ソプロ ピル、 ブチル、 イ ソプチル、 s —プチル、 t 一プチル、 へキシル、 ォクチル、 デシル、 ドデシル基などの直鎖状又は 分岐鎖状の炭素数 1 〜 1 3のアルキル基 (好ましくは Cい 4アルキル基 ) などが挙げられる。 保護基で保護されていてもよいヒ ドロキシル基と しては、 例えば、 ヒ ドロキシル基、 置換ォキシ基 (例えば、 メ トキシ、 エ トキシ、 プロポキシ基等の C 4アルコキシ基など) などが挙げられ る。 保護基で保護されていてもよいヒ ドロキシアルキル基としては、 前 記保護基で保護されていてもよいヒ ドロキシル基が炭素数 1 〜 6のアル キレン基を介して結合している基などが挙げられる。 保護基で保護され ていてもよいカルボキシル基と しては、 一 C O〇 R b基などが挙げられ る。 前記 R bは水素原子又はアルキル基を示し、 アルキル基と しては、 メチル、 ェチル、 プロピノレ、 イ ソプロ ピノレ、 ブチル、 イ ソプチノレ、 s — プチル、 t 一プチル、 へキシル基などの直鎖状又は分岐鎖状の炭素数 1 〜 6のアルキル基などが挙げられる。 2 , 6—ジォキサビシクロ [ 3 . 3. 0] オクタン骨格の有する置換基としては、 特に保護基で保護され ていてもよいヒ ドロキシル基、 保護基で保護されていてもよいヒ ドロキ シアルキル基などが好ましい。
2 , 6—ジォキサビシクロ [ 3. 3. 0] オクタン骨格を有するモノ マー単位の代表的な例として、 前記式 ( I ) で表されるモノマー単位 ( 繰り返し単位) が挙げられる。
本発明のフォ トレジス ト用高分子化合物において、 前記 2 , 6—ジォ キサビシクロ [ 3. 3. 0] オクタン骨格を有するモノマー単位と、 基 板密着性基を有するモノマー単位と、 酸脱離性基を有するモノマー単位 とからなる高分子化合物は、 基板密着性、 酸脱離性、 ドライエッチング 耐性、 レジス ト溶剤への溶解性、 及びアルカリ可溶性のバランスが極め て良好である。 そのため、 このような高分子化合物を含むフォ トレジス ト用樹脂組成物を用いて半導体を製造すると、 微細なパターンを精度よ く形成することができる。
基板密着性基を有するモノマー単位と しては、 シリ コンウェハーなど の基板に対して密着性を示すものであれば特に限定されず、 例えば、 ラ ク トン環を含有する炭素数 6〜 2 0の脂環式炭化水素基 [ラタ トン環と 単環又は多環 (橋かけ環) の脂環式炭素環とが縮合した構造を有する基 等] がエステル結合を構成する酸素原子に結合している (メタ) アタ リ ル酸エステルに対応するモノマー単位 (炭素一炭素二重結合部位で重合 した場合の繰り返し単位) などが挙げられる。 このようなモノマー単位 の代表的な例として、 前記式 (Ila ) 、 (lib) 、 (lie ) 、 (lid) 、 (lie ) で表される単位が例示される。
また、 基板密着性基を有するモノマー単位と して、 γ—プチロラク ト ン環又は δ—バレロラク トン環がエステル結合を構成する酸素原子に結 合している (メタ) アクリル酸エステルに対応するモノマー単位 (炭素 一炭素二重結合部位で重合した場合の繰り返し単位) を用いることも可 能である。 さらに、 基板密着性基を有するモノマー単位と して、 極性の 置換基を有する炭化水素基がエステル結合を構成する酸素原子に結合し ている (メタ) アク リル酸エステルに対応するモノマー単位 (炭素一炭 素二重結合部位で重合した場合の繰り返し単位) を用いることもできる 。 「極性の置換基を有する炭化水素基」 と しては、 ヒ ドロキシル基、 ォ キソ基、 カルボキシル基、 アミノ基、 スルホン酸基、 置換ォキシ基 (例 えば、 メ トキシ、 エ トキシ、 プロポキシ基等の C i - 4アルコキシ基など
) などの極性基を 1又は 2以上 (好ましくは 1〜 3程度) 有する炭化水 素基 [例えば、 0脂肪族炭化水素基、 3〜 2 0員の単環又は多環 ( 橋かけ環) の脂環式炭化水素基、 芳香族炭化水素基、 これらが、 酸素原 子、 エステル結合、 アミ ド結合等の連結基を介して又は介することなく
、 複数個結合した炭化水素基] などが挙げられる。 前記極性基は保護基 で保護されていてもよい。
酸脱離性基を有するモノマー単位と しては、 露光によって光酸発生剤 から発生する酸により脱離してアルカリ現像液に対して可溶性を示すも のであれば特に限定されず、 例えば、 炭素数 6〜 2 0の脂環式炭化水素 基を含有し且つ酸の作用により脱離可能な基を有している (メタ) ァク リル酸エステルに対応するモノマー単位 (炭素一炭素二重結合部位で重 合した場合の繰り返し単位) などが挙げられる。 「炭素数 6〜 2 0の脂 環式炭化水素基を含有し且つ酸の作用により脱離可能な基を有している (メタ) アク リル酸エステル」 には、 炭素数 6〜 2 0の脂環式炭化水素 基を有すると共に、 (メタ) アク リル酸エステルのエステル結合を構成 する酸素原子との結合部位に第 3級炭素原子を有する (メタ) アク リル 酸エステルが含まれる。 前記脂環式炭化水素基は、 (メタ) アク リル酸 エステルのエステル結合を構成する酸素原子と直接結合していてもよく 、 アルキレン基等の連結基を介して結合していてもよい。 前記炭素数 6 〜 2 0の脂環式炭化水素基は単環式炭化水素基であってもよく、 多環式 (橋かけ環式) 炭化水素基であってもよい。 このような (メタ) アタ リ ル酸エステルに対応するモノマー単位の代表的な例と して、 前記式 (Π l a ) 、 ( Il l b ) で表される単位が例示される。
また、 「炭素数 6〜 2 0の脂環式炭化水素基を含有し且つ酸の作用に よ り脱離可能な基を有している (メタ) アク リル酸エステル」 には、 炭 素数 6〜 2 0の脂環式炭化水素基を有すると共に、 該脂環式炭化水素基 に— C O O R a基 (R aは置換基を有していてもよい第 3級炭化水素基、 テ トラヒ ドロブラ-ル基、 テ トラヒ ドロビラ二ル基、 又はォキセパニル 基を示す) が直接又は連結基を介して結合している (メタ) アク リル酸 エステルも含まれる。 一 C O O R a基の R aにおける第 3級炭化水素基と しては、 例えば、 t—プチル、 tーァミル、 2—メチル一 2—ァダマン チル、 ( 1一メチル _ 1—ァダマンチル) ェチル基などが挙げられる。 この第 3級炭化水素基が有していてもよい置換基と して、 例えば、 ハロ ゲン原子、 アルキル基 (例えば、 C i - 4アルキル基など) 、 保護基で保 護されていてもよいヒ ドロキシル基、 ォキソ基、 保護基で保護されてい てもよいカルボキシル基などが挙げられる。 また、 R aにおけるテ トラ ヒ ドロフラニル基には 2—テ トラヒ ドロフラエル基が、 テ トラヒ ドロピ ラニル基には 2—テ トラヒ ドロビラニル基が、 ォキセパエル基には 2— ォキセパニル基が含まれる。 前記連結基と しては、 アルキレン基 (例え ば、 炭素数 1〜 6の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基等) などが挙げら れる。 前記脂環式炭化水素基は、 (メタ) アク リル酸エステルのエステ ル結合を構成する酸素原子と直接結合していてもよく、 アルキレン基等 の連結基を介して結合していてもよい。 前記炭素数 6〜 2 0の脂環式炭 化水素基は単環式炭化水素基であってもよく、 多環式 (橋かけ環式) 炭 化水素基であってもよい。 このようなモノマー単位の代表的な例として
、 前記式 (III c ) で表される単位が例示される。
また、 酸脱離性基を有する繰り返し単位として、 エステル結合を構成 する酸素原子がラク トン環の ]3位に結合し且つラク トン環のひ位に少な く とも 1つの水素原子を有する、 ラタ トン環を含む (メタ) アクリル酸 エステルに対応するモノマー単位 (炭素一炭素二重結合部位で重合した 場合の繰り返し単位) などを用いることも可能である。
本発明のフォ トレジス ト用高分子化合物は、 基板密着性基を有する繰 り返し単位及び酸脱離性基を有するモノマー単位を、 それぞれ 1種又は 2種以上含んでいてもよい。
本発明のフォ トレジス ト用高分子化合物の好ましい態様では、 (A) 2 , 6—ジォキサビシクロ [3. 3. 0] オクタン骨格を有するモノマ 一単位 [例えば、 式 ( I ) で表されるモノマー単位] 、 (B) ラク トン 環を含有する炭素数 6〜 2 0の脂環式炭化水素基がエステル結合を構成 する酸素原子に結合している (メタ) アクリル酸エステルに対応するモ ノマー単位、 及び (C) 炭素数 6〜20の脂環式炭化水素基を含有し且 つ酸の作用により脱離可能な基を有している (メタ) アクリル酸エステ ルに対応するモノマー単位を含んでいる。 (A) 、 (B) 、 (C) の各 モノマー単位は、 それぞれ 1種であってもよく、 2種以上であってもよ い。 このようなフォ トレジス ト用高分子化合物は、 基板密着性、 酸脱離 性、 ドライエッチング耐性、 レジス ト溶剤への溶解性、 アルカリ可溶性 の各特性のパランスにおいて特に優れている。
このフォ トレジス ト用高分子化合物において、 モノマー単位 (A) 、 (B) 及び (C) の比率は、 その組み合わせにより適宜設定できるが、 モノマー単位 (A) の比率は、 通常 1〜 50モル%、 好ましくは 2〜4 0モル0 /0、 さらに好ましくは 3〜 3 0モル0 /0程度であり、 モノマー単位 (B) の比率は、 通常 1〜 9 9モル0 /0、 1 0〜9 5モル%、 さらに好ま しくは 2 0〜 8 5モル0 /0程度であり、 モノマー単位 (C) の比率は、 通 常 1〜 9 9モル0 /0、 好ましくは 5〜 8 0モル0 /0、 さらに好ましくは 1 5 〜7 0モル%程度である。 なお、 この高分子化合物は、 モノマー単位 ( A) 、 (B) 及び (C) 以外のモノマー単位を含んでいてもよい。
本発明のフォ トレジス ト用高分子化合物の他の好ましい態様では、 ( A) 2, 6 _ジォキサビシクロ [ 3. 3. 0] オクタン骨格を有するモ ノマー単位 [例えば、 式 ( I ) で表されるモノマー単位] 、 (B1) 前記 式 (II a ) 〜 (Π e ) から選択された少なく とも 1種のモノマー単位、 及び (C1) 前記式 (Ilia ) 〜 (III c ) から選択された少なく とも 1種 のモノマー単位を含んでいる。 このようなフォ トレジス ト用高分子化合 物もまた、 基板密着性、 酸脱離性、 ドライエッチング耐性、 レジス ト溶 剤への溶解性、 アル力リ可溶性の各特性のバランスが極めて良好である 。 なお、 式 (II a ) 〜 (lie ) 及び式 (Ilia ) 〜 (III c ) で表される モノマー単位は脂環式炭化水素環を有していることから、 フォ トレジス ト用高分子化合物のドライエツチング耐性を向上させるのに有用である このフォ トレジス ト用高分子化合物において、 モノマー単位 (A) 、 (B1) 及ぴ (C1) の比率は、 その組み合わせにより適宜設定できるが、 モノマー単位 (A) の比率は、 通常 1〜 5 0モル0 /0、 好ましくは 2〜4 0モル0 /0、 さらに好ましくは 3〜 3 0モル0 /0程度であり、 モノマー単位 (B1) の比率は、 通常:!〜 9 9モル0 /0、 1 0〜 9 5モル%、 さらに好ま しくは 20〜 8 5モル%程度であり、 モノマー単位 (C1) の比率は、 通 常 1〜 9 9モル0 /0、 好ましくは 5〜 8 0モル0 /0、 さらに好ましくは 1 5 〜 7 0モル%程度でぁる。 なお、 この高分子化合物は、 モノマー単位 ( A) 、 (B1) 及び (C1) 以外のモノマー単位を含んでいてもよい。 式 (Ila ) 〜 (lie ) 中、 R 1〜 R 26におけるアルキル基と しては、 メチル、 ェチノレ、 プロピル、 イ ソプロ ピノレ、 プチル、 イ ソブチノレ、 s— ブチル、 tーブチル、 へキシル、 ォクチル、 デシル、 ドデシル基などの 直鎖状又は分岐鎖状の炭素数 1〜 1 3のアルキル基等が挙げられる。 こ れらの中でも、 炭素数 1〜4のアルキル基が好ましい。 保護基で保護さ れていてもよいヒ ドロキシル基と しては、 例えば、 ヒ ドロキシル基、 置 換ォキシ基 (例えば、 メ トキシ、 エ トキシ、 プロポキシ基等の C i - 4ァ ルコキシ基など) などが挙げられる。 保護基で保護されていてもよいヒ ドロキシアルキル基としては、 前記保護基で保護されていてもよいヒ ド 口キシル基が炭素数 1〜6のアルキレン基を介して結合している基など が挙げられる。 保護基で保護されていてもよいカルボキシル基と しては 、 一 COORb基などが挙げられる。 前記 R bは水素原子又はアルキル基 を示し、 アルキル基としては、 メチル、 ェチル、 プロピル、 イソプロピ ル、 プチル、 イソブチル、 s—プチル、 t―ブチル、 へキシノレ基などの 直鎖状又は分岐鎖状の炭素数 1〜 6のアルキル基などが挙げられる。 式 (Ilia ) 〜 (III c ) 中、 環 Zにおける炭素数 6〜 20の脂環式炭 化水素環は単環であっても、 縮合環や橋かけ環等の多環であってもよい 。 代表的な脂環式炭化水素環として、 例えば、 シクロへキサン環、 シク 口オクタン環、 シクロデカン環、 ァダマンタン環、 ノルボルナン環、 ノ ルポルネン環、 ボルナン環、 イソボルナン環、 パーヒ ドロインデン環、 デカリン環、 ノ ーヒ ドロフルオレン環 (トリシクロ [ 7. 4. 0. 03' 8] ト リデカン環) 、 パーヒ ドロアントラセン環、 ト リシクロ [ 5. 2 . 1. 02' 6] デカン環、 トリシクロ [4. 2. 2. I 2' 5] ゥンデカン 環、 テ トラシクロ [4. 4. 0. I 2' 5. I 7' 10] ドデカン環などが挙 げられる。 脂環式炭化水素環には、 メチル基等のアルキル基 (例えば、 d- 4アルキル基など) 、 塩素原子等のハロゲン原子、 保護基で保護さ れていてもよいヒ ドロキシル基、 ォキソ基、 保護基で保護されていても よいカルボキシル基などの置換基を有していてもよい。
式 (Ilia ) 及び (Illb) 中、 R27〜R29における炭素数 :!〜 6のァ ルキル基と しては、 例えば、 メチル、 ェチル、 プロピル、 イソプロピル 、 プチル、 イソプチル、 s—プチル、 t一プチル、 へキシル基などの直 鎖状又は分岐鎖状の炭素 1〜 6のアルキル基が挙げられる。 式 (III c ) 中、 R3°におけるアルキル基としては、 例えば、 メチル、 ェチル、 プ ロピノレ、 イソプロピル、 ブチル、 イソブチノレ、 s—ブチル、 t _ブチル 、 へキシル、 ォクチル、 デシル、 ドデシル基などの直鎖状又は分岐鎖状 の炭素 1〜 2 0程度のアルキル基が挙げられる。 R3°における保護基で 保護されていてもよいヒ ドロキシル基、 保護基で保護されていてもよい ヒ ドロキシアルキル基、 保護基で保護されていてもよいカルボキシル基 、 一C〇〇Ra基は前記と同様である。
本発明のフォ トレジス ト用高分子化合物は、 F e d o r sの方法 [Po lym. Eng. Sci. , 14, 147 (1974)参照] による溶解度パラメーターの値 (以下、 単に 「 S P値」 と称することがある) が 9. 5 ( c a 1 / c m つ 1/2〜 1 2 ( c a 1 / c m3) 1/2 [= 1 9. AMP a ^ S . 5 MP a 1 2] の範囲にあるのが好ましい。
このような溶解度パラメーターを有する高分子化合物を含むフォ トレ ジス ト用樹脂組成物を半導体基板 (シリ コンウェハー等) に塗布して形 成されたレジス ト塗膜は、 基板に対する接着性 (密着性) に優れるとと もに、 アル力リ現像により解像度の高いパターンを形成することができ る。 S P値が 9. 5 ( c a 1 / c m3) 1/2 [= 1 9. 4MP a 1/2] よ り低いと、 基板に対する接着性が低下して、 現像によりパターンが剥が れて残らないという問題が起こりやすい。 また、 S P値が 1 2 ( c a 1 / c m3) 1/2 [= 2 4. 5MP a 1/2] より大きいと、 基板にはじかれ て塗布することが困難になりやすい上、 アル力リ現像液に対する親和性 が高くなり、 その結果、 露光部と未露光部の溶解性のコントラス トが悪 くなって解像度が低下しやすくなる。 高分子化合物の溶解度パラメータ 一は、 構成モノマーの種類 (モノマーの溶解度パラメーター) 及び組成 比を適宜選択することにより調整できる。
本発明のフォ トレジス ト用高分子化合物の重量平均分子量 (Mw) は 、 例えば 1, 0 0 0〜 5 0 0, 0 00程度、 好ましくは 3, 0 00〜 5 0, 0 0 0程度であり、 分子量分布 (Mw/Mn) は、 例えば 1. 5〜 3. 5程度である。 なお、 前記 Mnは数平均分子量を示し、 Mn、 Mw ともにポリスチレン換算の値である。
本発明のフォ トレジス ト用高分子化合物は、 各モノマー単位に対応す るモノマーの混合物を共重合することにより製造できる。 式 ( I ) 、 ( II a ) 〜 (Ilg) 、 (III a ) 〜 (IIIc ) で表される各モノマー単位は 、 それぞれ対応する (メタ) アクリル酸エステルをコモノマーとして重 合に付すことにより形成できる。
[式 ( I ) で表されるモノマー単位]
前記式 ( I ) で表されるモノマー単位に対応するモノマーは、 下記式 (1 ) で表される。 式 ( 1 ) で表される化合物には立体異性体が存在す るが、 それらは単独で又は 2種以上の混合物として使用できる。
Figure imgf000017_0001
(式中、 Rは水素原子又はメチル基を示す) 式 ( 1 ) で表される化合物の代表的な例として、 下記化合物が挙げら れる。
[1-1] 1 ' 4 : 3 , 6—ジアンヒ ドロー D—グルシ トール 2— (メ タ) アタ リ レ—ト (R = H又は CE )
[1-2] 1, 4 : 3, 6—ジアンヒ ドロ _ D—グノレシ トール 5— (メ タ) アタ リ レー ト (R二 H又は CH3) [イ ソソルパイ ド (メ タ) ァク リ レートは前記 [1-1] 及び [1-2] の混合物である。 ]
[1-3] 1 , 4 : 3, 6—ジアンヒ ドロ一 Lーグルシ トール 2— (メ タ) ァク リ レ—ト (R = H又は CH3)
[1-4] 1 , 4 : 3, 6—ジアンヒ ドロー L—グルシ トール 5 - (メ タ) アタ リ レ一 ト (R = H又は CH3)
[1-5] 1 , 4 : 3, 6—ジアンヒ ドロ一 D—マ二 トール (メタ) ァ ク リ レー ト (=ィ ソマンナイ ド (メタ) アタ リ レー ト) (R = H又は C
H3)
[1-6] 1 , 4 : 3, 6—ジアンヒ ドロ一 L—マ二 トール (メ タ) ァ タ リ レート (R
[1-7] 1 ' 4 : 3, 6—ジアンヒ ドロ一 D—イデイ トール (メタ) アタ リ レー ト (R = H又は CH3)
[1-8] 1, 4 : 3, 6—ジアンヒ ドロー L一イデイ トール (メ タ) アタ リ レート (R = H又は CH3)
上記式 ( 1 ) で表される化合物は、 対応する 1 , 4 : 3, 6一ジアン ヒ ドロへキシ トール (炭素数 6の糖アルコールの 1 , 4 : 3 , 6—ジァ ンヒ ドロ体) (例えば、 イ ソソルバイ ド、 イ ソマンナイ ドなど) と (メ タ) アクリル酸又はその反応性誘導体とを、 酸触媒やエステル交換触媒 を用いた慣用のエステル化法に従って反応させることにより得ることが できる。 [式 (Ila ) 〜 (lie ) で表されるモノマー単位]
前記式 (Ila ) 〜 (lie ) で表されるモノマー単位に対応するモノマ 一は、 それぞれ下記式 (2a) 〜 (2e) で表される。 式 (2a) 〜 (2e) で 表される化合物には、 それぞれ立体異性体が存在しうるが、 それらは単 独で又は 2種以上の混合物として使用できる。
Figure imgf000019_0001
Figure imgf000019_0002
(式中、 Rは水素原子又はメチル基を示す。 !^1〜!^3は、 同一又は異な つて、 水素原子、 アルキル基、 保護基で保護されていてもよいヒ ドロキ シル基、 保護基で保護されていてもよいヒ ドロキシアルキル基、 又は保 護基で保護されていてもよいカルボキシル基を示し、 Vi V3は、 同一 又は異なって、 一 CH2—、 一 C O—又は一 C O O—を示す。 但し、 V1 〜V3のうち少なく とも 1つは一 C O〇一である。 R4〜R8は、 同一又 は異なって、 水素原子、 アルキル基、 保護基で保護されていてもよいヒ ドロキシル基、 保護基で保護されていてもよいヒ ドロキシアルキル基、 保護基で保護されていてもよいカルボキシル基を示す。 R 9〜R 17は、 同一又は異なって、 水素原子、 アルキル基、 保護基で保護されていても よいヒ ドロキシル基、 保護基で保護されていてもよいヒ ドロキシアルキ ル基、 保護基で保護されていてもよいカルボキシル基を示す。 R1 S〜.R 26は、 同一又は異なって、 水素原子、 アルキル基、 保護基で保護されて いてもよいヒ ドロキシル基、 保護基で保護されていてもよいヒ ドロキシ アルキル基、 保護基で保護されていてもよいカルボキシル基を示す) 式 (2a) で表される化合物の代表的な例として下記化合物が挙げられ るが、 これらに限定されるものではない。
[2-1] 1 - (メタ) アタリ ロイルォキシ一 4—ォキソァダマンタン ( R = H又は CH3、 R1 = R2=R3 = H、 V1:— C O—、 V2= V3=- CH2-)
[2-2] 1一 (メタ) ァクリ ロイルォキシ一 4ーォキサトリシクロ [4 . 3. 1. I 3' 8] ゥンデカン— 5—オン (R二 H又は CH3、 R = R = R3 = H、 V2=— CO— O— (左側が R2の結合している炭素原子側 ) 、 V1 = V3 = -CH2-)
[2-3] 1一 (メタ) アタリロイルォキシ一 4 , 7—ジォキサトリシク 口 [ 4. 4. 1. 13' 9] ドデカン— 5 , 8—ジオン (1 = 11又は〇113 、 R x= R 2= R 3 = H, V^-C O-O- (左側が R 1の結合している 炭素原子側) 、 V2 =— CO— O— (左側が R2の結合している炭素原子 側) 、 V3=— CH2— )
[2-4] 1— (メタ) ァクリ ロイルォキシ一 4 , 8—ジォキサトリシク 口 [ 4. 4. 1. 13' 9] ドデカン一 5, 7—ジオン (R = H又は CHs 、 R L= R 2= R 3 = H, V^-O-C O- (左側が R 1の結合している 炭素原子側) 、 V2 =— CO_O_ (左側が R2の結合している炭素原子 側) 、 V3=— CH2_)
[2-5] 1一 (メタ) ァク リ ロイルォキシ一 5, 7—ジォキサトリ シク 口 [4. 4. 1. I 3' 9] ドデカン一 4, 8—ジオン (1 = 11又は〇^13 、 R R 2= R 3 = H, V^-CO-O- (左側が R 1の結合している 炭素原子側) 、 V2=— 0— CO— (左側が R2の結合している炭素原子 側) 、 V3=— CH2_)
上記式 (2a) で表される化合物は、 対応する環式アルコール誘導体と (メタ) アク リル酸又はその反応性誘導体とを、 酸触媒やエステル交換 触媒を用いた憤用のエステル化法に従って反応させることにより得るこ とができる。
式 (2b) で表される化合物の代表的な例として下記化合物が挙げられ るが、 これらに限定されるものではない。
[2-6] 5— (メタ) ァク リ ロイルォキシー 3—ォキサ ト リ シク口 [ 4 . 2. 1. 04' 8] ノナン一 2—オン (= 5— (メタ) ァク リ ロイルォ キシ一 2, 6—ノルボルナンカルボラタ トン) (R = H又は CH3、 R4 = R5=R6=R7=R8 = H)
[2-7] 5— (メタ) アタ リ ロイルォキシー 5—メチルー 3—ォキサト リシクロ [4. 2. 1. 04' 8] ノナンー 2 _オン (R = H又は CH3、 R4=CH3、 R5 = R6=R7=RS = H)
[2-8] 5― (メタ) ァク リ ロイルォキシー 1—メチル _ 3 _ォキサ ト リシクロ [4. 2. 1. 04' 8] ノナン一 2—オン (R = H又は CH3、 R5=CH3、 R4=R6 = R7=R8 = H)
[2-9] 5 - (メタ) アタ リ ロイルォキシー 9一メチル一 3—ォキサト リシクロ [4. 2. 1. 04' 8] ノナン一 2—オン (R = H又は CH3、 R6=CH3、 R4=R5 = R7=R8 = H) [2 - 10] 5— (メタ) アタ リ ロイルォキシ一 9—カルボキシ _ 3—ォキ サト リ シクロ [4. 2. 1. 04' 8] ノナン一 2—オン (R二 H又は C H3、 R4=R5 = R7=R8 = H、 R6=C OOH)
[2-11] 5— (メタ) ァク リ ロイルォキシ _ 9ーメ トキシカルボ二ルー 3—ォキサ ト リ シクロ [4. 2. 1. 04' 8] ノナン一 2—オン (R = H又は CH3、 R4=R5=R7=R8 = H、 R6 =メ トキシカルボニル基)
[2-12] 5 - (メタ) ァク リ ロイルォキシ一 9一エトキシカルボ二ルー 3—ォキサ ト リ シクロ [4. 2. 1. 04' 8] ノナン一 2—オン (R = H又は CH3、 R4=R5=R7=R8 = H、 R 6 =エトキシカルボニル基) [2-13] 5 - (メタ) ァク リ ロイルォキシー 9— t—ブトキシカルボ二 ル一 3—ォキサト リシクロ [4. 2. 1. 04' 8] ノナン一 2—オン ( R = H又は CH3、 R4=R5=R7 = R8 = H、 R6= t—ブトキシカルボ ニル基)
上記式 (2b) で表される化合物は、 対応する環式アルコール誘導体と (メタ) アク リル酸又はその反応性誘導体とを、 酸触媒やエステル交換 触媒を用いた慣用のエステル化法に従って、 反応させることにより得る ことができる。 なお、 その際に原料と して用いる環式アルコール誘導体 は、 例えば、 対応する 5—ノルボルネンー 2—力ルボン酸誘導体又はそ のエステルを過酸 (過酢酸、 m_クロ口過安息香酸など) 又は過酸化物 (過酸化水素、 過酸化水素 +酸化タングステンやタングステン酸などの 金属化合物) と反応 (エポキシ化及び環化反応) させることにより得る ことができる。
式 (2c) で表される化合物の代表的な例として下記化合物が挙げられ るが、 これらに限定されるものではない。
[2-14] 8 - (メタ) ァク リ ロイルォキシ一 4ーォキサトリシクロ [5 . 2. 1. 02' 6] デカン一 5—オン (R = H又は CH3) [2-15] 9― (メタ) ァク リ ロイルォキシー 4一ォキサト リシク口 [ 5 . 2. 1. 02' 6] デカン _ 5 _オン (R = H又は CH3)
上記式 (2c) で表される化合物は、 対応する環式アルコール誘導体と (メタ) アク リル酸又はその反応性誘導体とを、 酸触媒やエステル交換 触媒を用いた慣用のエステル化法に従って反応させることにより得るこ とができる。
式 (2d) で表される化合物の代表的な例と して下記化合物が挙げられ るが、 これらに限定されるものではない。
[2-16] 4 - (メタ) ァク リ ロイルォキシ一 6—ォキサビシクロ [ 3. 2. 1 ] オクタン一 7—オン (R=H又は CH3、 R9=R10=R11 = R 12=R13=R14=R15=R16 = R17 = H)
[2-17] 4— (メタ) アタ リ ロイルォキシー 4 _メチル _ 6—ォキサビ シクロ [ 3. 2. 1 ] オクタン一 7 _オン (R = H又は CH3、 R 10 = R i i = R i 2 = R l 3 = R i 4 = R l 5 = R l 6 = R l 7 = HR 9 = C H 3 ) [2-18] 4 - (メタ) アタ リ ロイルォキシ一 5—メチル一 6—ォキサビ シクロ [ 3. 2. 1 ] オクタン一 7 _オン (R = H又は CH3、 R 9= R i i = R i2= R l 3 = R l 4 = R l 5 = R l 6 = R l 7 = HR i o = c H3)
[2-19] 4— (メタ) ァク リ ロイルォキシ一 4, 5—ジメチル一 6—ォ キサビシクロ [ 3. 2. 1 ] オクタン一 7—オン (R = H又は CH3、 R !^R !^R!^R!^R!^R!^R!^H, R9=R10= CH3) 式 (2e) で表される化合物の代表的な例と して下記化合物が挙げられ るが、 これらに限定されるものではない。
[2-20] 6— (メタ) アタ リ ロイルォキシー 2—ォキサビシクロ [ 2. 2. 2 ] オクタン一 3—オン (R = H又は CH3、 R 18= R 19= R 20 = R21 = R22 = R23=R24=R25=R26 = H)
[2-21] 6一 (メタ) アタ リ ロイルォキシー 6—メチル一 2—ォキサビ シクロ [ 2. 2. 2] オクタン一 3—オン (R = H又は CH3、 R 18 =
R 20 = R 21 = R 2 2 = R 23 = R 24 := R 25 = R 26 = H ^ R ^ = Q H 3)
[2 - 22] 6— (メタ) アタ リ ロイルォキシ一 1一メチル _ 2—ォキサビ シクロ [ 2. 2. 2] オクタン一 3—オン (R = H又は CH3、 R 19 = R20=R21 = R22=R23=R24 = R25=R26 = H、 R 18= CH3)
[2-23] 6 - (メタ) ァク リ ロイルォキシ一 1 , 6—ジメチル一 2—ォ キサビシクロ [ 2. 2. 2 ] オクタン一 3—オン (R = H又は CH3
R 20 = R 21 = R 22 = R 23 =: R 24 = R 25 = R 26 = H ^ R ^= R ^= Q H s
)
上記式 (2d) 及び (2e) で表される化合物は、 対応する環式アルコー ル誘導体と (メタ) アクリル酸又はその反応性誘導体とを、 酸触媒ゃェ ステル交換触媒を用いた慣用のエステル化法に従って反応させることに より得ることができる。
[式 (Ilia ) 〜 (IIIc ) で表されるモノマー単位]
前記式 (Ilia ) 〜 (IIIc ) で表されるモノマー単位に対応するモノ マーは、 それぞれ下記式 (3a) 〜 (3c) で表される。 式 (3a) 〜 (3c) で表される化合物には、 それぞれ立体異性体が存在しうるが、 それらは 単独で又は 2種以上の混合物として使用できる。
Figure imgf000024_0001
(式中、 環 Zは置換基を有していてもよい炭素数 6〜 2 0の脂環式炭化 水素環を示す。 Rは水素原子又はメチル基を示す。 R27〜R29は、 同一 又は異なって、 炭素数 1〜 6のアルキル基を示す。 R3。は環 Zに結合し ている置換基であって、 同一又は異なって、 ォキソ基、 アルキル基、 保 護基で保護されていてもよいヒ ドロキシル基、 保護基で保護されていて もよぃヒ ドロキシアルキル基、 又は保護基で保護されていてもよいカル ボキシル基を示す。 伹し、 n個の R3。のうち少なく とも 1つは、 一CO OR a基を示す。 前記 R aは置換基を有していてもよい第 3級炭化水素基 、 テ トラヒ ドロフラニル基、 テ トラヒ ドロビラ-ル基、 又はォキセパニ ル基を示す。 nは 1〜 3の整数を示す)
式 (3a) .で表される化合物の代表的な例として下記化合物が挙げられ るが、 これらに限定されるものではない。
[3-1] 2― (メタ) アタ リ ロイルォキシー 2—メチルァダマンタン ( R = H又は CH3、 R27=CH3、 Z=7ダマンタン環)
[3-2] 1—ヒ ドロキシー 2— (メタ) ァク リ ロイルォキシ _ 2—メチ ルァダマンタン (R = H又は CH3、 R27=CH3、 Z = l位にヒ ドロキ シル基を有するァダマンタン環)
[3-3] 5—ヒ ドロキシ一 2— (メタ) ァク リ ロイルォキシー 2—メチ ルァダマンタン (R = H又は CH3、 R27=CH3、 Z = 5位にヒ ドロキ シル基を有するァダマンタン環)
[3-4] 1 , 3—ジヒ ドロキシー 2— (メタ) アタ リ ロイルォキシ一 2— メチルァダマンタン (R = H又は CH3、 R 27= C H 3 , Z = l位と 3位 にヒ ドロキシル基を有するァダマンタン環)
[3-5] 1 , 5—ジヒ ドロキシ一 2— (メタ) ァク リ ロイルォキシー 2— メチルァダマンタン (R = H又は CH3、 R27=CH3、 Z = l位と 5位 にヒ ドロキシル基を有するァダマンタン環)
[3-6] 1, 3—ジヒ ドロキシ一 6 _ (メタ) ァク リ ロイルォキシ一 6— メチルァダマンタン (R = H又は CH3、 R27= CH3、 Z = l位と 3位 にヒ ドロキシル基を有するァダマンタン環)
[3-7] 2 - (メタ) ァク リ ロイルォキシ一 2—ェチルァダマンタン ( R = H又は CH3、 R27=CH2CH3、 Z =7ダマンタン環)
[3-8] 1 —ヒ ドロキシー 2— (メタ) ァク リ ロイルォキシ一 2—ェチ ルァダマンタン (R = H又は CH3、 R27= CH2CH3、 Z = l位にヒ ドロキシル基を有するァダマンタン環)
[3-9] 5—ヒ ドロキシ一 2— (メタ) ァク リ ロイルォキシ一 2—ェチ ルァダマンタン (R = H又は CH3、 R27= CH2CH3、 Z = 5位にヒ ドロキシル基を有するァダマンタン環)
[3 - 10] 1 , 3—ジヒ ドロキシ一 2— (メタ) ァク リ ロイルォキシ _ 2 ーェチルァダマンタン (R = H又は CH3、 R 27= C H 2 C H a, Z = 1 位と 3位にヒ ドロキシル基を有するァダマンタン環)
[3-11] 1, 5 _ジヒ ドロキシ_ 2— (メタ) ァク リ ロイルォキシー 2 —ェチルァダマンタン ( R = H又は C H 3、 R 27 = C H 2 C H 3、 Z = 1 位と 5位にヒ ドロキシル基を有するァダマンタン環)
[3-12] 1 , 3—ジヒ ドロキシ一 6— (メタ) アタ リ ロイルォキシ _ 6 —ェチルァダマンタン (R = H又は CH3、 R27= CH2CH3, Z = 1 位と 3位にヒ ドロキシル基を有するァダマンタン環)
上記式 (3a) で表される化合物は、 例えば、 対応する環式アルコール と (メタ) アク リル酸又はその反応性誘導体とを、 酸触媒やエステル交 換触媒を用いた慣用のエステル化法に従って反応させることにより得る ことができる。
式 (3b) で表される化合物の代表的な例として下記化合物が挙げられ るが、 これらに限定されるものではない。
[3-13] 1一 ( 1— (メタ) ァク リ ロイルォキシー 1—メチルェチル) ァダマンタン (R = H又は CH3、 R28=R29= CH3、 Z =ァダマンタ ン環)
[3 - 14] 1ーヒ ドロキシ一 3— ( 1— (メタ) アタ リ ロイルォキシ _ 1 ーメチルェチル) ァダマンタン (R = H又は CH3、 R 28= R 29= C Ha 、 Z = 1位にヒ ドロキシル基を有するァダマンタン環)
[3-15] 1― ( 1—ェチルー 1一 (メタ) アタ リ ロイルォキシプロピル ) ァダマンタン (R = H又は CH3、 R28=R29= CH2CH3、 Z =7 ダマンタン環)
[3-16] 1—ヒ ドロキシ一 3— ( 1—ェチル一 1 _ (メタ) ァク リ ロイ ルォキシプロピル) ァダマンタン (R = H又は CH3、 R28=R29= C H2CH3、 Z = l位にヒ ドロキシル基を有するァダマンタン環)
[3-17] 1一 ( 1— (メタ) ァク リ ロイルォキシー 1ーメチルプロピル ) ァダマンタン (R = H又は CH3、 R28= CH3、 R29= CH2CH3, 2 =ァダマンタン環)
[3-18] 1—ヒ ドロキシー 3— ( 1— (メタ) ァク リ ロイルォキシ _ 1 —メチルプロピル) ァダマンタン (R = H又は CH3、 R28= CH3、 R 29=CH2CH3、 Z = l位にヒ ドロキシル基を有するァダマンタン環) [3-19] 1― ( 1一 (メタ) ァク リ ロイルォキシー 1, 2—ジメチルプ 口ピル) ァダマンタン (R=H又は CH3、 R28= CH3、 R 29= C H ( CH3) 2、 Ζ -ァダマンタン環)
[3-20] 1—ヒ ドロキシ一 3— ( 1— (メタ) アタ リ ロイルォキシ一 1 , 2—ジメチルプロピル) ァダマンタン (R = H又は CH3、 R 28= C H3、 R29= CH (CHa) 2、 Z = 1位にヒ ドロキシル基を有するァダ マンタン環)
[3-21] 1, 3—ジヒ ドロキシ一 5— ( 1 - (メタ) ァク リ ロイルォキ シ一 1ーメチルェチル) ァダマンタン (R = H又は CH3、 R 28= R 29 = CH3、 Z = 1位と 3位にヒ ドロキシル基を有するァダマンタン環)
[3-22] 1— ( 1ーェチルー 1 一 (メタ) アタ リ ロイルォキシプロピル ) — 3 , 5—ジヒ ドロキシァダマンタン (R = H又は CH3、 R 28= R 2 9=CH2CH3、 Z = 3位と 5位にヒ ドロキシル基を有するァダマンタ ン環)
[3 - 23] 1 , 3—ジヒ ドロキシ一 5— ( 1— (メタ) ァク リ ロイルォキ シ— 1一メチルプロピル) ァダマンタン (R = H又は CH3、 R 28= C H3、 R 29= CH2CH3、 Z = 1位と 3位にヒ ドロキシル基を有するァ ダマンタン環)
[3-24] 1 ,. 3—ジヒ ドロキシ一 5— ( 1— (メタ) アタ リ ロイルォキ シ一 1, 2—ジメチルプロピル) ァダマンタン (R = H又は CH3、 R 2 8= CH3、 R 29= C H ( C Ha) 2、 Z = 1位と 3位にヒ ドロキシル基を 有するァダマンタン環)
上記式 (3b) で表される化合物は、 例えば、 対応する 1位に脂環式基 を有するメタノール誘導体と (メタ) アク リル酸又はその反応性誘導体 とを、 酸触媒やエステル交換触媒を用いた慣用のエステル化法に従って 反応させることにより得ることができる。
式 (3c) で表される化合物の代表的な例として下記化合物が挙げられ るが、 これらに限定されるものではない。
[3-25] 1— t—ブトキシカルボ二ルー 3— (メタ) アタ リ ロイルォキ シァダマンタン (R = H又は CH3、 R 3。= t—ブトキシカルボニル基 、 n = 1、 Z =ァダマンタン環)
[3 - 26] 1 , 3—ビス ( t—プトキシカルボニル) - 5 - (メタ) ァク リ ロイルォキシァダマンタン [R = H又は CH3、 R3°= t—ブトキシ カルボ-ル基、 n = 2、 Ζ -ァダマンタン環]
[3-27] 1一 t一ブトキシカルボ二ルー 3—ヒ ドロキシ _ 5— (メタ) ァク リ ロイルォキシァダマンタン (R = H又は CH3、 R3。=OH, t —プトキシカルボニル基、 n= 2、 Ζ ァダマンタン環)
[3-28] 1一 ( 2—テトラヒ ドロピラニルォキシカルボニル) 一 3— ( メタ) ァク リ ロイルォキシァダマンタン (R = H又は CH3、 R 30= 2 —テ トラヒ ドロビラ-ルォキシカノレボニル基、 n = l、 Z =ァダマンタ ン環)
[3-29] 1, 3 _ビス ( 2—テ トラヒ ドロビラニルォキシカルボ-ル) — 5 — (メタ) ァク リ ロイルォキシァダマンタン ( =^[又は〇113、 R 3。= 2—テトラヒ ドロビラニルォキシカルボ-ル基、 n = 2、 Z =7 ダマンタン環)
[3-30] 1—ヒ ドロキシ _ 3— ( 2—テ トラヒ ドロビラニルォキシカル ボニル) — 5— (メタ) ァク リ ロイルォキシァダマンタン ( R = H又は CH3、 R3°=〇H, 2—テ トラヒ ドロビラニルォキシカルボニル基、 n = 2、 Z =ァダマンタン環)
上記式 (3c) で表される化合物は、 例えば、 対応する環式アルコール と (メタ) アクリル酸又はその反応性誘導体とを、 酸触媒やエステル交 換触媒を用いた慣用のエステル化法に従って反応させることにより得る ことができる。
本発明のフォ トレジス ト用高分子化合物を得るに際し、 モノマー混合 物の重合は、 溶液重合、 塊状重合、 懸濁重合、 塊状一懸濁重合、 乳化重 合など、 アクリル系ポリマーを製造する際に用いる慣用の方法により行 うことができるが、 特に、 溶液重合が好適である。 さらに、 溶液重合の なかでも滴下重合が好ましい。 滴下重合は、 具体的には、 例えば、 ( i ) 予め有機溶媒に溶解した単量体溶液と、 有機溶媒に溶解した重合開始 剤溶液とをそれぞれ調製し、 一定温度に保持した有機溶媒中に前記単量 体溶液と重合開始剤溶液とを各々滴下する方法、 (ii) 単量体と重合開 始剤とを有機溶媒に溶解した混合溶液を、 一定温度に保持した有機溶媒 中に滴下する方法、 (i i i ) 予め有機溶媒に溶解した単量体溶液と、 有 機溶媒に溶解した重合開始剤溶液とをそれぞれ調製し、 一定温度に保持 した前記単量体溶液中に重合開始剤溶液を滴下する方法などの方法によ り行われる。
重合溶媒としては公知の溶媒を使用でき、 例えば、 エーテル (ジェチ ノレエーテル、 プロピレンダリ コーノレモノメチルエーテル等グリ コーノレエ 一テル類などの鎖状エーテル、 テ トラヒ ドロフラン、 ジォキサン等の環 状エーテルなど) 、 エステル (酢酸メチル、 酢酸ェチル、 酢酸ブチル、 乳酸ェチル、 プロピレングリ コールモノメチルエーテルアセテート等の グリ コールエーテルエステル類など) 、 ケトン (アセ トン、 メチルェチ ルケ トン、 メチルイソブチルケトン、 シクロへキサノンなど) 、 アミ ド ( N , N—ジメチルァセ トアミ ド、 N , N—ジメチルホルムアミ ドなど ) 、 スルホキシド (ジメチルスルホキシドなど) 、 アルコール (メタノ ール、 エタノール、 プロパノールなど) 、 炭化水素 (ベンゼン、 トルェ ン、 キシレン等の芳香族炭化水素、 へキサン等の脂肪族炭化水素、 シク 口へキサン等の脂環式炭化水素など) 、 これらの混合溶媒などが挙げら れる。 また、 重合開始剤として公知の重合開始剤を使用できる。 重合温 度は、 例えば 3 0〜1 5 0 °C程度の範囲で適宜選択できる。
重合により得られたポリマーは、 沈殿又は再沈殿により精製できる。 沈殿又は再沈殿溶媒は有機溶媒及び水の何れであってもよく、 また混合 溶媒であってもよい。 沈殿又は再沈殿溶媒として用いる有機溶媒として 、 例えば、 炭化水素 (ペンタン、 へキサン、 ヘプタン、 オクタンなどの 脂肪族炭化水素 ; シクロへキサン、 メチルシクロへキサンなどの脂環式 炭化水素 ;ベンゼン、 トルエン、 キシレンなどの芳香族炭化水素) 、 ハ ロゲン化炭化水素 (塩化メチレン、 クロ口ホルム、 四塩化炭素などのハ 口ゲン化脂肪族炭化水素 ; ク口口ベンゼン、 ジク口口ベンゼンなどのハ ロゲン化芳香族炭化水素など) 、 ニトロ化合物 (ニトロメタン、 ニ トロ ェタンなど) 、 二 トリル (ァセ トニト リル、 ベンゾニトリルなど) 、 ェ ーテノレ (ジェチノレエ一テル、 ジイソプロピノレエーテ^^ ジメ トキシエタ ンなどの鎖状エーテル ; テ トラヒ ドロフラン、 ジォキサンなどの環状ェ 一テル) 、 ケトン (アセ トン、 メチルェチルケトン、 ジィソブチルケト ンなど) 、 エステル (酢酸ェチル、 酢酸プチルなど) 、 カーボネート ( ジメチノレカーボネート、 ジェチノレカーボネート、 エチレンカーボネート 、 プロピレンカーボネートなど) 、 ァノレコーノレ (メタノーノレ、 エタノー ノレ、 プロパノール、 イソプロピルアルコール、 ブタノールなど) 、 カル ボン酸 (酢酸など) 、 これらの溶媒を含む混合溶媒等が挙げられる。 中でも、 前記沈殿又は再沈殿溶媒と して用いる有機溶媒として、 少な く とも炭化水素 (特に、 へキサンなどの脂肪族炭化水素) を含む溶媒が 好ましい。 このような少なく とも炭化水素を含む溶媒において、 炭化水 素 (例えば、 へキサンなどの脂肪族炭化水素) と他の溶媒との比率は、 例えば前者 Z後者 (体積比 ; 2 5 °C ) = 1 0 Z 9 0〜9 9 Z l、 好まし くは前者/後者 (体積比 ; 2 5 °C ) = 3 0 / 7 0〜 9 8 / 2、 さらに好 ましくは前者/後者 (体積比 ; 2 5 °C ) = 5 0 Z 5 0〜9 7 3程度で ある。
本発明のフォ トレジス ト用樹脂組成物は、 前記本発明のフォ トレジス ト用高分子化合物と光酸発生剤とを含んでいる。
光酸発生剤としては、 露光により効率よく酸を生成する慣用乃至公知 の化合物、 例えば、 ジァゾニゥム塩、 ョードニゥム塩 (例えば、 ジフエ ニノレョ一ドへキサフノレオ口ホスフエ一トなど) 、 スノレホニゥム塩 (例え ば、 トリフエニルスルホ -ゥムへキサフルォロアンチモネート、 トリフ ェニノレスノレホニゥムへキサフノレオ口ホスフエ一ト、 トリフエエノレスノレホ ニゥムメタンスルホネートなど) 、 スルホン酸エステル [例えば、 1 一 フエニノレー 1 一 ( 4 —メ チノレフェニノレ) スノレホニノレォキシ一 1 —ベンゾ ィノレメタン、 1, 2 , 3 — トリスノレホニルォキシメチノレベンゼン、 1, 3—ジニ トロ一 2— ( 4 _フエニノレスノレホニノレォキシメチノレ) ベンゼン 、 1 一フエ二ノレ一 1— ( 4—メチルフエニノレスルホニノレオキシメチノレ) 一 1—ヒ ドロキシ一 1—ベンゾィルメタンなど] 、 才キサチアゾール誘 導体、 s — ト リアジン誘導体、 ジスルホン誘導体 (ジフヱユルジスルホ ンなど) 、 イミ ド化合物、 ォキシムスルホネート、 ジァゾナフ トキノン 、 ベンゾイントシレートなどを使用できる。 これらの光酸発生剤は単独 で又は 2種以上組み合わせて使用できる。
光酸発生剤の使用量は、 光照射により生成する酸の強度や前記高分子 化合物における各モノマー単位 (繰り返し単位) の比率などに応じて適 宜選択でき、 例えば、 前記高分子化合物 1 0 0重量部に対して 0 . 1〜 3 0重量部、 好ましくは 1〜 2 5重量部、 さらに好ましくは 2〜 2 0重 量部程度の範囲から選択できる。
フォ トレジス ト用樹脂組成物は、 アルカリ可溶性樹脂 (例えば、 ノボ ラック樹脂、 フヱノール樹脂、 イミ ド樹脂、 カルボキシル基含有樹脂な ど) などのアルカリ可溶成分、 着色剤 (例えば、 染料など) 、 有機溶媒 (例えば、 炭化水素類、 ハロゲン化炭化水素類、 アルコール類、 エステ ル類、 アミ ド類、 ケトン類、 エーテル類、 セロソルブ類、 カルビトール 類、 グリ コールエーテルエステル類、 これらの混合溶媒など) などを含 んでいてもよレ、。
このフォ トレジス ト用樹脂組成物を基材又は基板上に塗布し、 乾燥し た後、 所定のマスクを介して、 塗膜 (レジスト膜) に光線を露光して ( 又は、 さらに露光後ベータを行い) 潜像パターンを形成し、 次いで現像 することにより、 微細なパターンを高い精度で形成できる。 基材又は基板としては、 シリ コンウェハ、 金属、 プラスチック、 ガラ ス、 セラミ ックなどが挙げられる。 フォ ト レジス ト用樹脂組成物の塗布 は、 スピンコータ、 ディップコータ、 ローラコータなどの慣用の塗布手 段を用いて行うことができる。 塗膜の厚みは、 例えば 0 . 1〜 2 0 111 、 好ましくは 0 . 3〜 2 μ ηι程度である。
露光には、 種々の波長の光線、 例えば、 紫外線、 X線などが利用でき 、 半導体レジス ト用では、 通常、 g線、 i線、 エキシマレーザー (例え ば、 X e C 1 、 K r F、 K r C 1 、 A r F、 A r C 1など) などが使用 される。 露光エネルギーは、 例えば 1〜 1 0 0 0 m J Z c m 2、 好まし くは 1 0〜 5 0 0 m Jノ c m 2程度である。
光照射により光酸発生剤から酸が生成し、 この酸により、 例えば前記 高分子化合物の酸脱離性基を有するモノマー単位 (アル力リ可溶性ュ- ッ ト) のカルボキシル基等の保護基 (脱離性基) が速やかに脱離して、 可溶化に寄与するカルボキシル基等が生成する。 そのため、 水又はアル カリ現像液による現像により、 所定のパターンを精度よく形成できる。
実施例
以下に、 実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、 本発明は これらの実施例により何ら限定されるものではない。 なお、 化合物番号 (モノマー番号) の後ろに 「アタ リ レー ト」 とあるのは、 明細書中に記 载の化合物番号に相当する 2つの化合物のうちアタリロイソレォキシ基を 有する化合物を示し、 「メタクリ レー ト」 とあるのは、 前記 2つの化合 物のうちメタタリロイルォキシ基を有する化合物を示す。 構造式中の括 弧の右下の数字は該モノマー単位 (繰り返し単位) に対応する仕込単量 体のモル%を示す。 重量平均分子量 (M w ) 及び分子量分布 (M w ZM n ) は、 検出器として屈折率計 (R I ) を用い、 溶離液としてテトラヒ ドロフラン (THF) を用いた G P C測定により、 標準ポリスチレン換 算で求めた。 G P C測定は昭和電工 (株) 製カラム 「KF— 8 0 6 LJ (商品名) を 3本直列につないだものを使用し、 カラム温度 4 0°C、 R I温度 4 0°C、 溶離液の流速 0. 8 m 1ノ分の条件で行った。
実施例 1
下記構造の樹脂の合成
Figure imgf000034_0001
還流管、 攪拌子、 3方コックを備えた丸底フラスコに、 窒素雰囲気下 、 プロピレングリ コールモノメチルエーテルアセテート (P GMEA) 2 0 gを入れて温度を 7 5 °Cに保ち、 攪拌しながら、 5—メタクリロイ ルォキシ一 2, 6—ノルボルナンカルボラタ トン [化合物番号 [2-6] (メタタ リ レート) ] 1 8. 4 1 g ( 8 2. 9 ミ リモル) 、 イソソルパ イ ドメタタリ レート [化合物番号 [1-1] (メタタリ レート) 及び [1 - 2 ] (メタクリ レー ト) の混合物] 4. 4 4 g ( 2 0. 7ミ リモル) 、 1 — ( 1ーメタク リ ロイルォキシ一 1ーメチルェチル) ァダマンタン [化 合物番号 [3-13] (メタクリ レー ト) ] 2 7. 1 6 g ( 1 0 3. 6 ミリ モル) 、 ジメチルー 2, 2' —ァゾビスイソプチレー ト (開始剤、 和光 純薬工業製 「V— 6 0 1」 ) 6. 0 g、 及び P GME A 1 8 0 gを混合 したモノマー溶液を、 6時間かけて一定速度で滴下した。 滴下終了後、 さらに 2時間攪拌を続けた。 重合反応終了後、 得られた反応溶液を孔径 0. 1 mのフィルターで濾過した後、 へキサン 3 4 1 0 g、 酢酸ェチ ル 2 8 0 gの混合溶液中に攪拌しながら滴下し、 生じた沈殿物を濾別す ることでポリマーの精製を行った。 回収した沈殿を減圧乾燥後、 THF (テトラヒ ドロフラン) 2 0 0 gに溶解させ、 上述のへキサンと酢酸ェ チルの混合溶液を用いた沈殿精製操作を繰り返すことにより、 所望の樹 脂 4 5. 5 gを得た。 回収したポリマーを G P C分析したところ、 重量 平均分子量 (Mw) が 9 4 0 0、 分子量分布 (Mw/Mn ) が 2. 3 7 であった。
実施例 2
下記構造の樹脂の合成
Figure imgf000035_0001
実施例 1において、 モノマー成分として、 5—メタクリロイルォキシ — 2 , 6—ノルボルナンカルボラタ トン [化合物番号 [2 - 6] (メタク リ レート) ] 1 9. 54 g (8 8. 0 ミ リモル) 、 ィソソルバイ ドメタ クリ レート [化合物番号 [1-1] (メタクリ レート) 及ぴ [1-2] (メタ クリ レー ト) の混合物] 4. 7 1 g ( 2 2. 0 ミ リモル) 、 2—メタク リ ロイルォキシ— 2—メチルァダマンタン [化合物番号 [3-1] (メタ クリ レート) ] 2 5. 7 5 g ( 1 1 0. 0 ミリモル) を用いた以外は、 実施例 1 と同様の操作を行ったところ、 所望の樹脂 4 4. 7 gを得た。 回収したポリマーを GP C分析したところ、 重量平均分子量 (Mw) が 1 0 1 0 0、 分子量分布 (Mw/Mn) が 2. 5 3であった。
実施例 3 下記構造の樹脂の合成
Figure imgf000036_0001
実施例 1において、 モノマー成分として、 5—アタ リ ロイルォキシ一 2 , 6—ノルボルナンカルボラタ トン [化合物番号 [2-6] (アタ リ レ ー ト) ] 1 8. 3 1 g (8 8. 0 ミ リモル) 、 ィ ソソルパイ ドアク リ レ ート [化合物番号 [1-1] (アタ リ レート) 及び [1-2] (アタ リ レート ) の混合物] 4. 4 0 g ( 2 2. 0 ミ リ モル) 、 1— ( 1—アタ リ ロイ ルォキシー 1ーメチルェチル) ァダマンタン [化合物番号 [3-13] (ァ タ リ レート) ] 2 7. 2 9 g ( 1 1 0. 0 ミ リモル) を用いた以外は、 実施例 1 と同様の操作を行ったところ、 所望の樹脂 4 3. 8 gを得た。 回収したポリマーを G P C分析したところ、 重量平均分子量 (Mw) が 8 7 0 0、 分子量分布 (Mw/Mn ) が 2. 3 5であった。
比較例 1
下記構造の樹脂の合成
Figure imgf000036_0002
還流管、 攪拌子、 3方コックを備えた丸底フラスコに、 窒素雰囲気下 プロピレングリ コールモノメチルエーテルァセテ一ト (P GME A) 2 0 gを入れて温度を 7 5 °Cに保ち、 攪拌しながら、 5—メタクリロイ ルォキシー 2 , 6—ノルボルナンカルボラク トン [化合物番号 [2-6] (メタク リ レー ト) ] 2 2. 9 3 g ( 1 0 3. 3 ミ リモル) 、 1一 ( 1 ーメタクリ ロイルォキシー 1—メチルェチル) ァダマンタン [化合物番 号 [3-13] (メタタリ レート) ] 2 7. 0 7 g ( 1 0 3. 3ミ リモル) 、 ジメチルー 2, 2' ーァゾビスイソプチレート (開始剤、 和光純薬ェ 業製 「V— 6 0 1」 ) 6. 0 g、 及び P GMEA 1 8 0 gを混合したモ ノマー溶液を、 6時間かけて一定速度で滴下した。 滴下中に重合溶液が 白濁し、 ポリマーが析出した。 よって、 P GME Aに溶解するポリマー を得ることができなかった。
比較例 2
下記構造の樹脂の合成
Figure imgf000037_0001
比較例 1において、 モノマー成分として、 5—メタクリロイルォキシ 一 2 , 6—ノルボルナンカルボラク トン [化合物番号 [2 - 6] (メタク リ レート) ] 2 4. 3 4 g ( 1 0 9. 6 ミ リモル) 、 2—メタクリロイ ルォキシー 2—メチルァダマンタン [化合物番号 [3-1] (メタク リ レ 一ト) ] 2 5. 6 6 g ( 1 0 9. 6 ミ リモル) を用いた以外は、 比較例 1 と同様の操作を行ったところ、 滴下中に重合溶液が白濁し、 ポリマー が析出した。 よって、 P GMEAに溶解するポリマーを得ることができ なかった。
比較例 3 下記構造の榭脂の合成
Figure imgf000038_0001
比較例 1において、 モノマー成分として、 5—アタリロイルォキシ一 2 , 6—ノルポルナンカルボラタ トン [化合物番号 [2- 6] (アタ リ レ 一ト) ] 2 2. 8 1 g ( 1 0 9. 6ミ リモル) 、 1一 ( 1ーァクリ ロイ ルォキシー 1ーメチルェチル) ァダマンタン- [化合物番号 [3- 13] (ァ クリ レー ト) ] 2 7. 1 9 g ( 1 0 9. 6 ミリモル) を用いた以外は、 比較例 1 と同様の操作を行ったところ、 滴下中に重合溶液が白濁し、 ポ リマーが析出した。 よって、 P GME Aに溶解するポリマーを得ること ができなかった。
評価試験
上記実施例により得られた各ポリマーについて、 ポリマー 1 0 0重量 部と トリフエエルスルホニゥムへキサフルォロアンチモネ一ト 1 0重量 部とを P GMEAと混合して、 ポリマー濃度 1 7重量%のフォ トレジス ト用榭脂組成物を調製した。 得られた組成物をシリコンウェハ一上にス ピンコーティング法により塗布し、 厚み 1. Ο μ πιの感光層を形成した 。 ホッ トプレートにより温度 1 0 0°Cで 1 5 0秒間プリベータした後、 波長 24 7 n mの K r Fエキシマレーザーを用い、 マスクを介して、 照 射量 3 0 m Jノ c m 2で露光した後、 温度 1 0 0。(:で 6 0秒間ボス トべ ークした。 次いで、 0. 3 Mのテトラメチルアンモ-ゥムヒ ドロキシド 水溶液により 6 0秒間現像し、 純水でリ ンスしたところ、 何れの場合も 、 0. 2 0 μ mのライン ' アン ド ' スペースパターンが得られた。 製造例 1
[ィ ソソルバイ ドメタク リ レー ト及びィ ソソルバイ ドアク リ レー トの 製造]
ィソソルバイ ド (東京化成工業 (株) 製) 1 46 g、 ピリ ジン 1 00 g、 テ トラヒ ドロフラン 1. 5 Lの混合物を、 窒素雰囲気下、 室温で攪 拌しながら、 メタク リル酸クロリ ド 8 3 gを 1時間かけて滴下した。 室 温で 3時間攪拌した後、 反応液に水 3 00 gを加え、 有機層を減圧濃縮 した。 濃縮物をシリ力ゲルカラムク口マ トグラフィ一に付すことにより 、 下記式 (A) で表される 1 , 4 : 3 , 6—ジアンヒ ドロー D—グルシ トール 2—メタク リ レート 24 g、 及び下記式 (B) で表される 1 4 : 3, 6—ジァンヒ ドロー D—グノレシ ト一ノレ 5—メタク リ レー ト 1 1 gを得た。 実施例 1及び 2では、 これらの混合物をモノマー原料とし て用いた。
また、 メタク リル酸ク口リ ドの代わりにアタ リル酸ク口リ ドを用いて 上記と同様の方法によりィソソルバイ ドアク リ レートを製造し、 実施例 3のモノマー原料と して用いた。
Figure imgf000039_0001
(A) (B)
[ 1, 4 : 3, 6—ジアンヒ ドロー D—グルシトール 2—メ タク リ レー ト) (A) のスペク トルデータ]
'H-NMR (C D C 1 3) δ : 1. 9 5 ( s , 3 Η) , 2. 6 9 ( b r s, 1 H) , 3. 5 8 ( d d , 1 H) , 3. 9 1 (d d, 1 H) , 4 . 0 7 ( s , 2 H) , 4. 3 2 ( b r s 1 H) , 4. 5 3 ( d , 1 H
) , 4. 6 5 ( t, 1 H) , 5. 2 8 ( s 1 H) , 5 . 6 2 ( t , 1
H) , 6. 1 2 ( s , 1 H)
13C— NMR (C D C ") δ : 1 8. 1 , 7 2. 3 7 3. 5 , 7
3. 6 , 7 8. 7 , 8 2. 1 , 8 5. 7 1 2 6. 5 , 1 3 5. 6 , 1
6 6. 3
MS m/ e 2 1 5 (M + H)
[ 1 , 4 : 3 , 6—ジアンヒ ドロー D ―グルシ トール 5一メタク リ レー ト) (B) のスペク トルデータ]
'H-NMR (C D C 1 3) δ : 1. 9 6 ( s , 3 H) 2 . 6 7 r s , 1 H) , 3. 8 0 - 3. 9 3 ( m 4 H) , 4. 3 2 ( d, 1 H
) , 4. 4 0 ( d , 1 H) , 4. 8 9 ( t 1 H) , 5 • 2 0 ( q , 1
H) , 5. 6 2 ( s , 1 H) , 6. 1 5 ( s , 1 H)
13 C一 NMR (C D C ) δ : 1 8. 2 , , 7 0. 8 , 7 4. 3 , 7
5. 3 , 7 5. 5, 8 1 . 0, 8 8. 5 1 2 6. 3, 1 3 5 · 7 , 1
6 6. 9
MS m/ e 2 1 5 (M+H)
[ィ ソソノレパイ ドアタ リ レー トのスぺク トノレデータ]
M S / e 2 0 1 (M+H) 産業上の利用可能性
本発明のフォ トレジス ト用高分子化合物を含むフォ トレジス ト用樹脂 組成物を半導体の製造に用いることにより、 微細なパターンを精度よく 形成することができる。

Claims

O 2004/041881 39 請 求 の 範 囲
1. ポリマー構造中に、 2, 6—ジォキサビシクロ [ 3. 3. 0] ォ クタン骨格を有するモノマー単位を含むフォ トレジス ト用高分子化合物
2. 2, 6—ジォキサビシクロ [3. 3. 0] オクタン骨格を有する モノマー単位が、 下記式 ( I )
R
■ CH2 - C +
Figure imgf000041_0001
(式中、 Rは水素原子又はメチル基を示す)
で表されるモノマー単位である請求の範囲第 1項記載のフォトレジス ト 用高分子化合物。
3. 2, 6—ジォキサビシクロ [ 3. 3. 0] オクタン骨格を有する モノマー単位と、 基板密着性基を有するモノマー単位と、 酸脱離性基を 有するモノマー単位とからなる請求の範囲第 1項記載のフォ トレジス ト 用高分子化合物。
4. (A) 2 , 6—ジォキサビシクロ [3. 3. 0] オクタン骨格を 有するモノマー単位、 (B) ラク トン環を含有する炭素数 6〜20の脂 環式炭化水素基がエステル結合を構成する酸素原子に結合している (メ タ) アクリル酸エステルに対応するモノマー単位、 及び (C) 炭素数 6 〜20の脂環式炭化水素基を含有し且つ酸の作用により脱離可能な基を 有している (メタ) アクリル酸エステルに対応するモノマー単位を含む 請求の範囲第 1項記載のフォ トレジスト用高分子化合物。
5. (A) 2, 6—ジォキサビシクロ [ 3. 3. 0 ] オクタン骨格を 有するモノマー単位、 (B1) 下記式 (Ila ) 〜 (lie )
Figure imgf000042_0001
R
+ CH2— C +
Figure imgf000042_0002
(式中、 Rは水素原子又はメチル基を示す。 R1〜; R3は、 同一又は異な つて、 水素原子、 アルキル基、 保護基で保護されていてもよいヒ ドロキ シル基、 保護基で保護されていてもよいヒ ドロキシアルキル基、 又は保 護基で保護されていてもよいカルボキシル基を示し、 V 〜V3は、 同一 又は異なって、 一 CH2—、 一 C O—又は一 C〇 O—を示す。 但し、 V1 〜V3のうち少なく とも 1つは一 COO—である。 R4〜R8は、 同一又 は異なって、 水素原子、 アルキル基、 保護基で保護されていてもよいヒ ドロキシル基、 保護基で保護されていてもよいヒ ドロキシアルキル基、 保護基で保護されていてもよいカルボキシル基を示す。 R9〜R 17は、 同一又は異なって、 水素原子、 アルキル基、 保護基で保護されていても O 2004/041881
41 よいヒ ドロキシル基、 保護基で保護されていてもよいヒ ドロキシアルキ ル基、 保護基で保護されていてもよいカルボキシル基を示す。 R18〜R 26は、 同一又は異なって、 水素原子、 アルキル基、 保護基で保護されて いてもよいヒ ドロキシル基、 保護基で保護されていてもよいヒ ドロキシ アルキル基、 保護基で保護されていてもよいカルボキシル基を示す) から選択された少なく とも 1種のモノマー単位、 及び (C1) 下記式 (II I a ) 〜 (III c )
Figure imgf000043_0001
(Ilia) (Illb) (IIIc) (式中、 環 Zは置換基を有していてもよい炭素数 6〜 2 0の脂環式炭化 水素環を示す。 Rは水素原子又はメチル基を示す。 R27〜R29は、 同一 又は異なって、 炭素数 1〜 6のアルキル基を示す。 R3。は環 Zに結合し ている置換基であって、 同一又は異なって、 ォキソ基、 アルキル基、 保 護基で保護されていてもよいヒ ドロキシル基、 保護基で保護されていて もよぃヒ ドロキシアルキル基、 又は保護基で保護されていてもよいカル ポキシル基を示す。 但し、 n個の R3°のうち少なく とも 1つは、 一CO OR 3基を示す。 前記 Raは置換基を有していてもよい第 3級炭化水素基 、 テトラヒ ドロフラ-ル基、 テトラヒ ドロビラニル基、 又はォキセパニ ル基を示す。 nは 1〜3の整数を示す)
から選択された少なく とも 1種のモノマー単位を含む請求の範囲第 1項 記載のフォ トレジス ト用高分子化合物。
6 . 請求の範囲第 1項〜第 5項の何れかの項に記載のフォ トレジス ト用 高分子化合物と光酸発生剤とを少なく とも含むフォ ト レジス ト用樹脂組 成物。
7 . 請求の範囲第 6項記載のフォ トレジス ト用樹脂組成物を基材又は基 板上に塗布してレジス ト塗膜を形成し、 露光及び現像を経てパターンを 形成する工程を含む半導体の製造方法。
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