説明

オキシムスルホネート系化合物

【課題】レジスト組成物の成分として利用できる高分子化合物用のモノマーとして有用な新規化合物、および該化合物の製造用として有用な新規化合物を提供する。
【解決手段】下記一般式(I)で表される化合物[式中、Rは水素原子またはメチル基であり;Rは直鎖または分岐鎖状の炭素数1〜5のアルキレン基またはフッ素化アルキレン基であり;Rは置換基を有していてもよいフェニル基またはナフチル基であり;Rは炭素数1〜5のフッ素化アルキル基である。]。下記一般式(III−1)で表される化合物。下記一般式(IV−1)で表される化合物。下記一般式(V−1)で表される化合物。各
[化1]

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、新規なオキシムスルホネート系の化合物、該化合物の製造用として好適な新規化合物に関する。
【背景技術】
【0002】
リソグラフィー技術においては、例えば基板の上にレジスト材料からなるレジスト膜を形成し、該レジスト膜に対し、所定のパターンが形成されたマスクを介して、光、電子線等の放射線にて選択的露光を行い、現像処理を施すことにより、前記レジスト膜に所定形状のレジストパターンを形成する工程が行われる。
露光した部分が現像液に溶解する特性に変化するレジスト材料をポジ型、露光した部分が現像液に溶解しない特性に変化するレジスト材料をネガ型という。
近年、半導体素子や液晶表示素子の製造においては、リソグラフィー技術の進歩により急速にパターンの微細化が進んでいる。
微細化の手法としては、一般に、露光光源の短波長化が行われている。具体的には、従来は、g線、i線に代表される紫外線が用いられていたが、現在では、KrFエキシマレーザーや、ArFエキシマレーザーを用いた半導体素子の量産が開始されている。また、これらエキシマレーザーより短波長のFエキシマレーザー、電子線、EUV(極紫外線)やX線などについても検討が行われている。
【0003】
レジスト材料には、これらの露光光源に対する感度、微細な寸法のパターンを再現できる解像性等のリソグラフィー特性が求められる。
このような要求を満たすレジスト材料として、酸の作用によりアルカリ溶解性が変化するベース樹脂と、露光により酸を発生する酸発生剤とを含有する化学増幅型レジストが用いられている。
例えばポジ型の化学増幅型レジストは、酸解離性溶解抑制基を有し、酸の作用によりアルカリ溶解性が増大する樹脂成分(ベース樹脂)と、酸発生剤成分とを含有しており、レジストパターン形成時に、露光により酸発生剤から酸が発生すると、当該酸の作用により樹脂成分から酸解離性溶解抑制基が脱離し、露光部がアルカリ可溶性となる。
現在、ArFエキシマレーザーリソグラフィー等において使用されるレジストのベース樹脂としては、193nm付近における透明性に優れることから、(メタ)アクリル酸エステルから誘導される構成単位を主鎖に有する樹脂(アクリル系樹脂)などが一般的に用いられている(たとえば特許文献1参照)。ここで、「(メタ)アクリル酸」とは、α位に水素原子が結合したアクリル酸と、α位にメチル基が結合したメタクリル酸の一方あるいは両方を意味する。「(メタ)アクリル酸エステル」とは、α位に水素原子が結合したアクリル酸エステルと、α位にメチル基が結合したメタクリル酸エステルの一方あるいは両方を意味する。「(メタ)アクリレート」とは、α位に水素原子が結合したアクリレートと、α位にメチル基が結合したメタクリレートの一方あるいは両方を意味する。
また、化学増幅型レジストにおいて使用される酸発生剤としては、これまで多種多様のものが提案されており、たとえばヨードニウム塩やスルホニウム塩などのオニウム塩系酸発生剤、オキシムスルホネート系酸発生剤、ジアゾメタン系酸発生剤、ニトロベンジルスルホネート系酸発生剤、イミノスルホネート系酸発生剤、ジスルホン系酸発生剤などが知られている。
【特許文献1】特開2003−241385号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
今後、リソグラフィー技術のさらなる進歩、応用分野の拡大等が予想されるなか、リソグラフィー用途に使用できる新規な材料に対する要求が高まっている。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、レジスト組成物の成分として利用できる高分子化合物用のモノマーとして有用な新規化合物、および該化合物の製造用として有用な新規化合物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
すなわち、本発明の第一の態様は、下記一般式(I)で表される化合物(以下、化合物(I)ということがある。)である。
【0006】
【化1】

[式中、Rは水素原子またはメチル基であり;Rは直鎖または分岐鎖状の炭素数1〜5のアルキレン基またはフッ素化アルキレン基であり;Rは置換基を有していてもよいフェニル基またはナフチル基であり;Rは炭素数1〜5のフッ素化アルキル基である。]
【0007】
本発明の第二の態様は、下記一般式(III−1)で表される化合物(以下、化合物(III−1)ということがある。)である。
【0008】
【化2】

[式中、R303は置換基を有していてもよい1−ナフチル基または2−ナフチル基であり;R403は炭素数2〜5のフッ素化アルキル基である。]
【0009】
本発明の第三の態様は、下記一般式(IV−1)で表される化合物(以下、化合物(IV−1)ということがある。)である。
【0010】
【化3】

[式中、R304は置換基を有していてもよい1−ナフチル基または2−ナフチル基であり;R404は炭素数2〜5のフッ素化アルキル基である。]
【0011】
本発明の第四の態様は、下記一般式(V−1)で表される化合物(以下、化合物(V−1)ということがある。)である。
【0012】
【化4】

[式中、R305は置換基を有していてもよいフェニル基、1−ナフチル基または2−ナフチル基であり;R405は炭素数2〜5のフッ素化アルキル基である。]
【0013】
本明細書および特許請求の範囲において、「アルキル基」は、特に断りがない限り、直鎖、分岐鎖および環状の1価の飽和炭化水素基を包含するものとする。
「低級アルキル基」は、炭素数1〜5のアルキル基である。
「ハロゲン化アルキル基」は、アルキル基の水素原子の一部または全部がハロゲン原子で置換された基であり、ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。
「アルキレン基」は、特に断りがない限り、直鎖、分岐鎖および環状の2価の飽和炭化水素基を包含するものとする。
【発明の効果】
【0014】
本発明の化合物(I)は、新規な化合物であり、レジスト組成物の成分として利用できる高分子化合物用のモノマーとして有用である。
また、本発明の化合物(III−1)〜(V−1)は、それぞれ、新規な化合物であり、化合物(I)の製造用として有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0015】
≪化合物(I)≫
本発明の化合物(I)は、前記一般式(I)で表される。
式(I)中の波線は、当該一般式(I)が、下記一般式(Ia)で表される構造および下記一般式(Ib)で表される構造の2種の幾何異性構造を包括するものであることを示す。以下の化学式中の波線も同様の意味を有する。
すなわち化合物(I)においては、窒素−炭素間の2重結合による2種の幾何異性構造(anti異性体およびsyn異性体)が存在している。
化合物(I)は、前記一般式(Ia)で表される化合物であってもよく、前記一般式(Ib)で表される化合物であってもよく、これらの混合物であってもよい。
【0016】
【化5】

[式中、R〜Rは前記と同じである。]
【0017】
式(I)中、Rのアルキレン基は、直鎖状、分岐鎖状のいずれであってもよく、好ましくは直鎖状である。該アルキレン基の炭素数は、1〜5が好ましく、3が特に好ましい。具体的には、メチレン基、エチレン基、トリメチレン基(−(CH−)、プロピレン基(−C(CH)−CH−)、テトラメチレン基(−(CH−)、ペンタメチレン基(−(CH−)等が挙げられ、中でも、トリメチレン基が好ましい。
のフッ素化アルキレン基としては、前記アルキレン基における水素原子の一部または全部がフッ素原子で置換された基が挙げられる。
【0018】
は、フェニル基であってもよく、1−ナフチル基であってもよく、2−ナフチル基であってもよい。
において、フェニル基、1−ナフチル基または2−ナフチル基が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、ハロゲン化アルキル基等が挙げられる。
ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。前記アルキル基またはハロゲン化アルキル基は、炭素数1〜6が好ましく、1〜3がより好ましく、1がさらに好ましい。また、該ハロゲン化アルキル基は、フッ素化アルキル基であることが好ましい。
フェニル基が置換基を有する場合、該置換基の数は、1〜5個の範囲内であり、1〜2個が好ましい。
1−ナフチル基または2−ナフチル基が置換基を有する場合、該置換基の数は、1〜7個の範囲内であり、1〜2個がより好ましい。
【0019】
のフッ素化アルキル基は、直鎖状、分岐状または環状のいずれであってもよく、好ましくは直鎖状または分岐状であり、より好ましくは直鎖状である。該フッ素化アルキル基の炭素数は2〜5が好ましく、4または5がより好ましく、4が最も好ましい。
該フッ素化アルキル基としては、アルキル基の水素原子の一部がフッ素原子で置換された基(部分フッ素化アルキル基)であってもよく、前記水素原子の全部がハロゲン原子で置換された基(完全フッ素化アルキル基)であってもよく、完全フッ素化アルキル基が好ましい。
【0020】
化合物(I)としては、特に、下記一般式(I−1)で表される化合物が好ましい。
【0021】
【化6】

[式中、Rは前記と同じであり;fは1〜5の整数である。]
【0022】
式(I−1)中、ナフチル基は、1−ナフチル基であってもよく、2−ナフチル基であってもよい。
fは、2〜5の整数であることが好ましく、4または5がより好ましく、4が最も好ましい。
【0023】
≪化合物(I)の製造方法≫
化合物(I)の製造方法としては、特に限定されないが、好ましい方法として、例えば、下記一般式(II)で表される化合物(II)から下記一般式(III)で表される化合物(III)を得る工程(以下、第1工程という。)、該化合物(III)から下記一般式(IV)で表される化合物(IV)を得る工程(以下、第2工程という。)、該化合物(IV)から下記一般式(V)で表される化合物(V)を得る工程(以下、第3工程という。)、および該化合物(V)と下記一般式(VI)で表される化合物(VI)とを反応させて化合物(I)を得る工程(以下、第4工程という。)を行う方法が挙げられる。
【0024】
【化7】

【0025】
式(II)〜(VI)中のR,R,R,Rはそれぞれ前記式(I)中のR,R,R,Rと同じである。
式(VI)中のXはハロゲン原子であり、臭素原子、塩素原子、ヨウ素原子、フッ素原子等が挙げられる。Xとしては、反応性に優れることから、塩素原子が好ましい。
【0026】
「第1工程」
化合物(II)(アルデヒド体)から化合物(III)(アルコール体)を得る方法としては、たとえば、反応溶媒中において、化合物(II)と、RSi(CH等の、Rを有するシラン化合物とを反応させる方法が挙げられる。
化合物(II)としては、市販のものを用いてもよく、合成してもよい。化合物(II)の合成方法は、従来公知の芳香族アルデヒドの合成方法を適用すればよい。
反応溶媒としては特に限定されないが、原料である化合物(II)を溶解できるものが好ましく、具体的には、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジメトキシエタン等が挙げられる。
反応は、フッ化セシウム、フッ化カリウム等の塩基の存在下で行うことが好ましい。
反応温度は0〜80℃が好ましく、20〜40℃がより好ましい。反応時間は0.5〜24時間が好ましく、1〜12時間がより好ましく、1〜3時間が特に好ましい。
反応終了後、反応液中の化合物(III)を単離、精製してもよい。単離、精製には、従来公知の方法が利用でき、たとえば濃縮、溶媒抽出、結晶化、再結晶、クロマトグラフィー、蒸留等をいずれか単独で、または2種以上を組み合わせて用いることができる。
【0027】
「第2工程」
化合物(III)(アルコール体)から化合物(IV)(ケトン体)は、化合物(III)(アルコール体)を酸化することにより得ることができる。該酸化方法としては、一般的にアルコールをケトンに変換するために用いられている方法が利用できる。
具体例としては、たとえば反応溶媒中において、化合物(III)を酸化剤と反応させる方法が挙げられ、たとえば五酸化二リン−ジメチルスルホキシド(DMSO)法、有機酸過酸化物と接触させる方法、金属酸化物と接触させる方法(たとえば過マンガン酸法、無水クロム酸/ピリジン法)等が利用できる。
反応溶媒としては特に限定されないが、原料である化合物(III)を溶解できるものが好ましく、具体的には、ジメチルホルムアミド(DMF)、塩化メチレン、酢酸等が挙げられる。
たとえば五酸化二リン−DMSO法では、反応温度は、0〜100℃が好ましく、20〜60℃がより好ましい。反応時間は0.5〜12時間が好ましく、1〜2時間がより好ましい。
反応終了後、上記と同様、反応液中の化合物(IV)の単離、精製を行ってもよい。
【0028】
「第3工程」
化合物(IV)(ケトン体)から化合物(V)(オキシム体)を得る方法としては、一般的に、ケトンからオキシムを製造する際に用いられる方法が利用でき、たとえば、反応溶媒中において、化合物(IV)と、ヒドロキシアミンまたはその誘導体とを混合し、所定の反応温度に加熱する方法が挙げられる。
反応溶媒としては特に限定されないが、原料である化合物(IV)を溶解できるものが好ましく、具体的には、テトラヒドロフラン、アセトニトリル、ピリジン等が挙げられる。また、これらの溶媒と、メタノール変性エタノール、エタノール、プロパノール等の水性溶媒とを併用してもよい。
反応温度は0〜100℃が好ましく、60〜100℃がより好ましく、90〜100℃が特に好ましい。反応時間は1〜12時間が好ましく、2〜7時間がより好ましく、3〜5時間が特に好ましい。
【0029】
「第4工程」
化合物(V)(オキシム体)と化合物(VI)とを反応させる方法としては、たとえば、反応溶媒に化合物を溶解し、該溶液に、好ましくは塩基の存在下で、化合物(VI)を添加する方法が挙げられる。
化合物(VI)としては、市販のものを用いてもよく、合成してもよい。
反応溶媒としては、原料である化合物(V)を溶解できるものであればよく、具体的には、アセトン、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド(DMSO)、テトラヒドロフラン(THF)、アセトニトリル等が挙げられる。
塩基としては、4−ジメチルアミノピリジン(DMAP)、トリエチルアミン、ピリジン等の有機塩基;KCO、CsCO等の無機塩基が挙げられる。
反応温度は−20〜60℃が好ましく、0〜30℃がより好ましく、10〜20℃が特に好ましい。反応時間は1〜12時間がより好ましく、1〜3時間が特に好ましい。
反応終了後、反応液中の化合物(I)を単離、精製してもよい。単離、精製には、従来公知の方法が利用でき、たとえば濃縮、溶媒抽出、結晶化、再結晶、クロマトグラフィー等をいずれか単独で、または2種以上を組み合わせて用いることができる。
【0030】
本発明においては、第4工程の前または後に、必要に応じて、各異性体を分離する工程(異性体制御工程)を行ってもよい。これにより、化合物(V)または化合物(I)を、いずれか一方の単一の異性体として得ることができる。
すなわち、上記第3工程において得られる化合物(V)は、通常、下記一般式(Va)で表される幾何異性体と、下記一般式(Vb)で表される幾何異性体との混合物である。これらの幾何異性体は、いずれか一方がanti異性体であり、他方がsyn異性体である。
【0031】
【化8】

[式中、RおよびRは前記と同じである。]
【0032】
通常、化合物(V)としていずれか一方の異性体(異性体制御された化合物(V))を用いると、次工程で得られる化合物(I)も、異性体制御されたものとなる。すなわち、上記一般式(Va)で表される幾何異性体を用いて第4工程を行うと、前記下記一般式(Ia)で表される幾何異性体が得られ、上記一般式(Vb)で表される幾何異性体を用いて第4工程を行うと、前記一般式(Ib)で表される幾何異性体が得られる。
一方、異性体制御を行わずに第4工程を行うと、それらの混合物が得られる。かかる異性体混合物を用いて第4工程を行うと、得られる化合物(I)は、前記一般式(Ia)で表される幾何異性体と前記一般式(Ib)で表される幾何異性体との混合物となる。そのため、第4工程後に異性体制御工程を行うと、それらの幾何異性体のいずれか一方を得ることができる。
【0033】
異性体制御は、従来公知の方法により行うことができ、たとえば再結晶、液体クロマトグラフィー、カラムクロマトグラフィー等をいずれか単独で、または2種以上を組み合わせて用いることができる。
異性体制御は、反応生成物を所定の溶媒に溶解し、酸触媒下で、該溶液を加熱してから行うことが好ましい。これにより、2種の異性体の一方が、より熱安定性の高い方の異性体に変化するため、一方の異性体を高い収率で得ることができる。酸触媒としては、塩酸、硫酸、p−トルエンスルホン酸等が挙げられる。
溶媒としては、化合物(V)を溶解できるものであればよい。好ましくはメタノール、エタノール等のアルコール、アセトン、アセトニトリルなどが用いられる。
得られる化合物(V)および化合物(I)が異性体混合物であるか単一の異性体であるかどうか、あるいはそれらが異性体混合物である場合の各異性体の割合等は、19F−核磁気共鳴スペクトル法(NMR)、薄層クロマトグラフィー(TLC)、液体クロマトグラフィー等により確認できる。
【0034】
上記各工程で得られる化合物の構造は、H−NMR、13C−NMR、19F−NMR、赤外線吸収スペクトル法(IR)、質量分析法(MS)、元素分析法、X線結晶回折法等の一般的な有機分析法により確認できる。
【0035】
本発明の化合物(I)は、従来知られていない新規なものである。
化合物(I)は、レジスト組成物の成分として使用できる高分子化合物の製造用として好適に用いることができる。
すなわち、化合物(I)は、重合性を有する化合物であり、高分子化合物(重合体、共重合体)のモノマーとして用いることができる。
化合物(I)をモノマーとして用いることにより製造される高分子化合物は、下記一般式(a0−1)で表される構成単位(a0)を含む高分子化合物(以下、高分子化合物(A1)という。)である。
ここで、本明細書において、「構成単位」とは、高分子化合物(重合体、共重合体)を構成するモノマー単位(単量体単位)を意味する。
【0036】
【化9】

[式中、R〜Rは前記と同じである。]
【0037】
高分子化合物(A1)は、側鎖末端部に−R−SO−O−N=C(R)(R)で表される構造を有する構成単位(a0)を含んでおり、該構造は、放射線が照射された際に、当該構造内の結合が開裂して−R−SOHとC(R)(R)=NOHとに分解する。つまり、高分子化合物(A1)においては、放射線の照射により、酸性基(−SOH)が形成される。
前記酸性基の形成は、高分子化合物(A1)のアルカリ溶解性を増大させる。そのため、レジストパターンの形成において、当該高分子化合物(A1)を含有するレジスト組成物を用いて得られるレジスト膜に対して選択的露光を行うと、露光部はアルカリ可溶性へ転じる一方で、未露光部はアルカリ不溶性のまま変化しないので、アルカリ現像を行うことにより、レジストパターンを形成することができる。
【0038】
また、従来の化学増幅型のレジスト組成物には、一般的に、酸の作用によりアルカリ溶解性が変化する樹脂成分(ベース樹脂)と、放射線の照射により酸を発生する酸発生剤とが配合されており、該酸発生剤から発生する酸の作用により前記樹脂成分のアルカリ溶解性が増大し、レジストパターンを形成することができる。該酸発生剤としては、通常、低分子量の非重合体(以下、低分子量酸発生剤ということがある。)が用いられている。
高分子化合物(A1)における酸性基は、前記酸発生剤から発生する酸と同様の機能を発揮する。そのため、当該高分子化合物(A1)は、酸発生剤として用いることもでき、一般的な化学増幅型レジスト組成物における酸発生剤の代わりに当該高分子化合物(A1)を用いることができる。したがって、高分子化合物(A1)を用いることにより、従来の化学増幅型レジスト組成物に比べて、低分子量酸発生剤の含有量が少ないか、または低分子量酸発生剤を全く含有しないレジスト組成物を得ることができる。
【0039】
以下、前記高分子化合物(A1)の好ましい態様を説明する。
≪高分子化合物(A1)≫
高分子化合物(A1)は、前記構成単位(a0)を有する。
高分子化合物(A1)において、構成単位(a0)は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
高分子化合物(A1)において、構成単位(a0)は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
高分子化合物(A1)中の構成単位(a0)の割合は、高分子化合物(A1)を構成する全構成単位の合計に対し、5〜90モル%が好ましく、10〜70モル%がより好ましく、15〜60モル%がさらに好ましく、20〜50モル%が最も好ましい。下限値以上とすることにより構成単位(a0)を含有させることによる効果が充分に得られ、上限値以下とすることにより他の構成単位とのバランスをとることができる。
【0040】
高分子化合物(A1)は、前記構成単位(a0)以外の他の構成単位を有していてもよい。かかる他の構成単位としては、これまで、化学増幅型レジスト組成物用のベース樹脂を構成する構成単位として提案されているもののなかから、必要に応じて、適宜選択すればよい。
かかる構成単位としては、たとえば後述する(A2)成分を構成する構成単位が挙げられ、具体例としては、樹脂(A”1)における構成単位(a”1)〜(a”4)、後述する樹脂(A”2)における構成単位(a”5)〜(a”7)等が挙げられる。
【0041】
本発明においては、特に、高分子化合物(A1)が、前記構成単位(a0)に加えて、さらに、親水基を有する構成単位(a1)を含むことが好ましい。これにより、高分子化合物(A1)の親水性が高まり、レジストパターンを形成する際、現像液(アルカリ水溶液)との親和性が高まって、解像性が向上する。
親水基としては、水酸基、カルボキシ基、ヒドロキシフルオロアルキル基(炭素原子に結合した水素原子の一部または全部がフッ素原子で置換されたヒドロキシアルキル基)、アミノ基、−SOH等が挙げられ、特に水酸基が好ましい。
構成単位(a1)の具体例としては、後述する樹脂(A”1)において挙げる、親水性基含有脂肪族炭化水素基を含むアクリル酸エステルから誘導される構成単位(a”3−1)、後述する樹脂(A”2)において挙げる構成単位(a”6)等が挙げられる。
これらの構成単位は、露光光源の種類等を考慮して適宜選択すればよい。たとえばKrFエキシマレーザー、電子線等を用いる場合は、構成単位(a”6)を含むことが好ましい。また、ArFエキシマレーザーを用いる場合は、構成単位(a”3−1)、特に、後述する式(a3−1)で表される構成単位を含むことが好ましい。
【0042】
高分子化合物(A1)において、構成単位(a1)は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
高分子化合物(A1)中の構成単位(a1)の割合は、高分子化合物(A1)を構成する全構成単位の合計に対し、10〜90モル%が好ましく、50〜80モル%がより好ましく、60〜80モル%がさらに好ましい。下限値以上とすることにより構成単位(a1)を含有させることによる効果が充分に得られ、上限値以下とすることにより他の構成単位とのバランスをとることができる。
【0043】
また、本発明においては、高分子化合物(A1)が、前記構成単位(a0)に加えて、または前記構成単位(a0)および(a1)に加えて、さらに、ラクトン含有環式基を有する構成単位(a2)を含むことが好ましい。
ここで、ラクトン含有環式基とは、−O−C(O)−構造を含むひとつの環(ラクトン環)を含有する環式基を示す。ラクトン環をひとつの目の環として数え、ラクトン環のみの場合は単環式基、さらに他の環構造を有する場合は、その構造に関わらず多環式基と称する。
構成単位(a2)のラクトン含有環式基は、高分子化合物(A1)をレジスト膜の形成に用いた場合に、レジスト膜の基板への密着性を高めたり、水を含有する現像液との親和性を高めたりするうえで有効なものである。
構成単位(a2)の具体例としては、後述する樹脂(A”1)における構成単位(a”2)等が挙げられる。
【0044】
高分子化合物(A1)において、構成単位(a2)は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
高分子化合物(A1)中の構成単位(a2)の割合は、高分子化合物(A1)を構成する全構成単位の合計に対し、5〜80モル%が好ましく、10〜70モル%がより好ましく、20〜60モル%がさらに好ましい。下限値以上とすることにより構成単位(a1)を含有させることによる効果が充分に得られ、上限値以下とすることにより他の構成単位とのバランスをとることができる。
【0045】
これらの構成単位は、露光光源の種類等を考慮して適宜選択すればよい。たとえばKrFエキシマレーザー、電子線等を用いる場合は、構成単位(a”6)を含むことが好ましい。また、ArFエキシマレーザーを用いる場合は構成単位(a”2)および/または(a”3)を含むことが好ましい。
【0046】
本発明において、高分子化合物(A1)は、少なくとも構成単位(a0)および(a1)の2種の構成単位を有する共重合体、または少なくとも構成単位(a0)および(a2)の2種の構成単位を有する共重合体であることが好ましく、特に、構成単位(a0)および(a1)からなる2元共重合体、または構成単位(a0)および(a2)からなる2元共重合体が好ましい。
本発明において、高分子化合物(A1)としては、特に、下記一般式(A1−01)に示す組み合わせの2種の構成単位を含む共重合体、または下記一般式(A1−02)に示す組み合わせの2種の構成単位を含む共重合体が好ましい。
【0047】
【化10】

[式中、R101〜R104はそれぞれ独立に水素原子またはメチル基であり、fは前記と同じである。]
【0048】
高分子化合物(A1)の質量平均分子量(Mw)(ゲルパーミエーションクロマトグラフィーによるポリスチレン換算基準)は、特に限定するものではないが、2000〜100000が好ましく、3000〜80000がより好ましく、5000〜50000が最も好ましい。この範囲の上限よりも小さいと、レジストとして用いるのに充分なレジスト溶剤への溶解性があり、この範囲の下限よりも大きいと、耐ドライエッチング性やレジストパターン断面形状が良好である。
また、分散度(Mw/Mn)は1.0〜5.0が好ましく、1.0〜4.0がより好ましく、1.2〜3.5が最も好ましい。なお、Mnは数平均分子量を示す。
【0049】
高分子化合物(A1)は、各構成単位を誘導するモノマーを、例えばジメチル−2,2−アゾビス(2−メチルプロピオネート)、アゾビスイソブチロニトリルのようなラジカル重合開始剤を用いた公知のラジカル重合等によって重合させることによって得ることができる。
また、高分子化合物(A1)には、上記重合の際に、たとえばHS−CH−CH−CH−C(CF−OHのような連鎖移動剤を併用して用いることにより、末端に−C(CF−OH基を導入してもよい。このように、アルキル基の水素原子の一部がフッ素原子で置換されたヒドロキシアルキル基が導入された共重合体は、現像欠陥の低減やLER(ラインエッジラフネス:ライン側壁の不均一な凹凸)の低減に有効である。
【0050】
前記高分子化合物(A1)は、上述したように、レジスト組成物用として有用である。以下、高分子化合物(A1)を含有するレジスト組成物の好ましい態様を説明する。
≪レジスト組成物≫
本態様のレジスト組成物は、前記高分子化合物(A1)を含有するものである。
高分子化合物(A1)は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
レジスト組成物中の高分子化合物(A1)の含有量は、特に限定されず、形成しようとするレジスト膜厚等に応じて調整すればよい。通常、当該レジスト組成物の有機溶剤溶液中の高分子化合物の濃度(高分子化合物(A1)と、任意に添加される後述の(A2)成分との合計の濃度)が高いほど、形成されるレジスト膜の膜厚が厚いものとなる。
【0051】
<任意成分>
本態様のレジスト組成物は、高分子化合物(A1)以外に、さらに、酸の作用によりアルカリ溶解性が変化する樹脂成分(以下、(A2)成分という。)を含有してもよい。
かかる(A2)成分を含有するレジスト組成物を用いて得られるレジスト膜に対して選択的露光を行うと、前記高分子化合物(A1)において酸性基が形成され、該酸性基の作用により(A2)成分のアルカリ溶解性が変化する。たとえばポジ型レジスト組成物用の樹脂成分の場合はアルカリ溶解性が増大し、ネガ型レジスト組成物用の樹脂成分の場合はアルカリ溶解性が低下する。その結果、露光部のアルカリ溶解性が変化する一方で、未露光部のアルカリ溶解性は変化しないので、アルカリ現像を行うことにより、レジストパターンを形成することができる。
(A2)成分としては、特に限定されず、これまで化学増幅型レジスト組成物用の樹脂成分、たとえばArFエキシマレーザー用レジスト組成物、KrFエキシマレーザー用レジスト組成物等の樹脂成分として多数提案されているもののなかから任意に選択して用いればよい。
【0052】
レジスト組成物がポジ型レジスト組成物である場合、(A2)成分としては、たとえばアルカリ可溶性基(水酸基、カルボキシ基等)を有する樹脂における前記アルカリ可溶性基の一部または全部が酸解離性溶解抑制基で保護された樹脂が挙げられる。このような樹脂成分は、前記酸性基が作用すると、当該樹脂成分の酸解離性溶解抑制基が解離し、アルカリ可溶性基が露出してアルカリ溶解性が増大する。
前記アルカリ可溶性基を有する樹脂としては、たとえばノボラック樹脂、ヒドロキシスチレンから誘導される構成単位を有するポリヒドロキシスチレン(PHS)系樹脂(ポリヒドロキシスチレン、ヒドロキシスチレン−スチレン共重合体等)、アクリル酸エステルから誘導される構成単位を有するアクリル系樹脂、シクロオレフィンから誘導される構成単位を有するポリシクロオレフィン(PCO)系樹脂等が挙げられ、これらの中でも、PHS系樹脂および/またはアクリル系樹脂が好ましい。
すなわち、(A2)成分としては、酸解離性溶解抑制基を有するアクリル系樹脂(以下、樹脂(A”1)という。)、または酸解離性溶解抑制基を有するPHS系樹脂(以下、樹脂(A”2)という。)が好ましい。
【0053】
ここで、本明細書および特許請求の範囲において、「ヒドロキシスチレンから誘導される構成単位」とは、ヒドロキシスチレンのエチレン性二重結合が開裂して構成される構成単位を意味する。
「ヒドロキシスチレン」は、狭義のヒドロキシスチレン、および狭義のヒドロキシスチレンのα位のα位の炭素原子に置換基(水素原子以外の原子または基)が結合しているものも含む概念とする。前記置換基としては、低級アルキル基、ハロゲン化低級アルキル基等が挙げられる。ハロゲン化低級アルキル基におけるハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられる。なお、ヒドロキシスチレンのα位(α位の炭素原子)」とは、特に断りがない限り、ベンゼン環が結合している炭素原子のことである。
ヒドロキシスチレンにおいて、α位の置換基としての低級アルキル基として、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基などの低級の直鎖状または分岐状のアルキル基が挙げられる。
本発明において、ヒドロキシスチレンのα位に結合しているのは、水素原子、低級アルキル基またはハロゲン化低級アルキル基であることが好ましく、水素原子または低級アルキル基であることがより好ましく、工業上の入手の容易さから、水素原子またはメチル基であることが最も好ましい。
【0054】
また、本明細書および特許請求の範囲において、「アクリル酸エステルから誘導される構成単位」とは、アクリル酸エステルのエチレン性二重結合が開裂して構成される構成単位を意味する。
「アクリル酸エステル」は、α位の炭素原子に水素原子が結合しているアクリル酸エステルのほか、α位の炭素原子に置換基(水素原子以外の原子または基)が結合しているものも含む概念とする。置換基としては、低級アルキル基、ハロゲン化低級アルキル基等が挙げられる。ハロゲン化低級アルキル基におけるハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられる。
アクリル酸エステルにおいて、α位の置換基としての低級アルキル基として、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基などの低級の直鎖状または分岐状のアルキル基が挙げられる。
本発明において、アクリル酸エステルのα位に結合しているのは、水素原子、低級アルキル基またはハロゲン化低級アルキル基であることが好ましく、水素原子または低級アルキル基であることがより好ましく、工業上の入手の容易さから、水素原子またはメチル基であることが最も好ましい。
【0055】
[樹脂(A”1)]
樹脂(A”1)としては、酸解離性溶解抑制基を有するアクリル酸エステルから誘導される構成単位(a”1)を有する樹脂が挙げられる。
構成単位(a”1)における酸解離性溶解抑制基は、解離前は樹脂(A”1)全体をアルカリ不溶とするアルカリ溶解抑制性を有するとともに、解離後はこの樹脂(A”1)全体をアルカリ可溶性へ変化させるものであれば、これまで、化学増幅型レジスト用のベース樹脂の酸解離性溶解抑制基として提案されているものを使用することができる。一般的には、(メタ)アクリル酸等におけるカルボキシ基と環状または鎖状の第3級アルキルエステルを形成する基;アルコキシアルキル基等のアセタール型酸解離性溶解抑制基などが広く知られている。
【0056】
ここで、「第3級アルキルエステル」とは、カルボキシ基の水素原子が、鎖状または環状のアルキル基で置換されることによりエステルを形成しており、そのカルボニルオキシ基(−C(O)−O−)の末端の酸素原子に、前記鎖状または環状のアルキル基の第3級炭素原子が結合している構造を示す。この第3級アルキルエステルにおいては、酸(たとえば高分子化合物(A1)において露光により形成される酸性基)が作用すると、酸素原子と第3級炭素原子との間で結合が切断される。
なお、前記鎖状または環状のアルキル基は置換基を有していてもよい。
以下、カルボキシ基と第3級アルキルエステルを構成することにより、酸解離性となっている基を、便宜上、「第3級アルキルエステル型酸解離性溶解抑制基」という。
第3級アルキルエステル型酸解離性溶解抑制基としては、脂肪族分岐鎖状酸解離性溶解抑制基、脂肪族環式基を含有する酸解離性溶解抑制基が挙げられる。
【0057】
ここで、本特許請求の範囲及び明細書における「脂肪族」とは、芳香族に対する相対的な概念であって、芳香族性を持たない基、化合物等を意味するものと定義する。
「脂肪族分岐鎖状」とは、芳香族性を持たない分岐鎖状の構造を有することを示す。「脂肪族分岐鎖状酸解離性溶解抑制基」の構造は、炭素および水素からなる基(炭化水素基)であることに限定はされないが、炭化水素基であることが好ましい。また、「炭化水素基」は飽和または不飽和のいずれでもよいが、通常は飽和であることが好ましい。
脂肪族分岐鎖状酸解離性溶解抑制基としては、炭素数4〜8の第3級アルキル基が好ましく、具体的にはtert−ブチル基、tert−ペンチル基、tert−ヘプチル基等が挙げられる。
【0058】
「脂肪族環式基」は、芳香族性を持たない単環式基または多環式基であることを示す。
構成単位(a”1)における「脂肪族環式基」は、置換基を有していてもよいし、有していなくてもよい。置換基としては、炭素数1〜5の低級アルキル基、フッ素原子、フッ素原子で置換された炭素数1〜5のフッ素化低級アルキル基、酸素原子(=O)等が挙げられる。
「脂肪族環式基」の置換基を除いた基本の環の構造は、炭素および水素からなる基(炭化水素基)であることに限定はされないが、炭化水素基であることが好ましい。また、「炭化水素基」は飽和または不飽和のいずれでもよいが、通常は飽和であることが好ましい。「脂肪族環式基」は、多環式基であることが好ましい。
脂肪族環式基の具体例としては、例えば、低級アルキル基、フッ素原子またはフッ素化アルキル基で置換されていてもよいし、されていなくてもよいモノシクロアルカン、ビシクロアルカン、トリシクロアルカン、テトラシクロアルカンなどのポリシクロアルカンから1個以上の水素原子を除いた基などを例示できる。具体的には、シクロペンタン、シクロヘキサン等のモノシクロアルカンや、アダマンタン、ノルボルナン、イソボルナン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカンなどのポリシクロアルカンから1個以上の水素原子を除いた基などが挙げられる。
脂肪族環式基を含有する酸解離性溶解抑制基としては、例えば環状のアルキル基の環骨格上に第3級炭素原子を有する基を挙げることができ、具体的には2−メチル−2−アダマンチル基や、2−エチル−2−アダマンチル基等が挙げられる。あるいは、下記一般式(a”1−1)で示す構成単位において、カルボニルオキシ基(−C(O)−O−)の酸素原子に結合した基の様に、アダマンチル基等の脂肪族環式基と、これに結合する、第3級炭素原子を有する分岐鎖状アルキレン基とを有する基が挙げられる。
【0059】
【化11】

[式中、Rは水素原子、低級アルキル基またはハロゲン化低級アルキル基であり、R15、R16はアルキル基(直鎖、分岐鎖状のいずれでもよく、好ましくは炭素数1〜5である)を示す。]
【0060】
式(a”1−1)中、Rの低級アルキル基またはハロゲン化低級アルキル基としては、上記アクリル酸エステルの説明において、α位の置換基として挙げた低級アルキル基またはハロゲン化低級アルキル基と同じものが挙げられる。
【0061】
「アセタール型酸解離性溶解抑制基」は、一般的に、カルボキシ基、水酸基等のアルカリ可溶性基末端の水素原子と置換して酸素原子と結合している。そして、露光により酸が発生すると、この酸が作用して、アセタール型酸解離性溶解抑制基と、当該アセタール型酸解離性溶解抑制基が結合した酸素原子との間で結合が切断される。
アセタール型酸解離性溶解抑制基としては、たとえば、下記一般式(p1)で表される基が挙げられる。
【0062】
【化12】

[式中、R1’,R2’はそれぞれ独立して水素原子または低級アルキル基を表し、nは0〜3の整数を表し、Yは低級アルキル基または脂肪族環式基を表す。]
【0063】
上記式中、nは、0〜2の整数であることが好ましく、0または1がより好ましく、0が最も好ましい。
1’,R2’の低級アルキル基としては、上記Rの低級アルキル基と同様のものが挙げられ、メチル基またはエチル基が好ましく、メチル基が最も好ましい。
本発明においては、R1’,R2’のうち少なくとも1つが水素原子であることが好ましい。すなわち、酸解離性溶解抑制基(p1)が、下記一般式(p1−1)で表される基であることが好ましい。
【0064】
【化13】

[式中、R1’、n、Yは上記と同様である。]
【0065】
Yの低級アルキル基としては、上記Rの低級アルキル基と同様のものが挙げられる。
Yの脂肪族環式基としては、従来ArFレジスト等において多数提案されている単環又は多環式の脂肪族環式基の中から適宜選択して用いることができ、たとえば上記「脂肪族環式基」と同様のものが例示できる。
【0066】
また、アセタール型酸解離性溶解抑制基としては、下記一般式(p2)で示される基も挙げられる。
【0067】
【化14】

[式中、R17、R18はそれぞれ独立して直鎖状または分岐鎖状のアルキル基または水素原子であり、R19は直鎖状、分岐鎖状または環状のアルキル基である。または、R17およびR19がそれぞれ独立に直鎖状または分岐鎖状のアルキレン基であって、R17の末端とR19の末端とが結合して環を形成していてもよい。]
【0068】
17、R18において、アルキル基の炭素数は好ましくは1〜15であり、直鎖状、分岐鎖状のいずれでもよく、エチル基、メチル基が好ましく、メチル基が最も好ましい。特にR17、R18の一方が水素原子で、他方がメチル基であることが好ましい。
19は直鎖状、分岐鎖状または環状のアルキル基であり、炭素数は好ましくは1〜15であり、直鎖状、分岐鎖状又は環状のいずれでもよい。
19が直鎖状、分岐鎖状の場合は炭素数1〜5であることが好ましく、エチル基、メチル基がさらに好ましく、特にエチル基が最も好ましい。
19が環状の場合は炭素数4〜15であることが好ましく、炭素数4〜12であることがさらに好ましく、炭素数5〜10が最も好ましい。具体的にはフッ素原子またはフッ素化アルキル基で置換されていてもよいし、されていなくてもよいモノシクロアルカン、ビシクロアルカン、トリシクロアルカン、テトラシクロアルカンなどのポリシクロアルカンから1個以上の水素原子を除いた基などを例示できる。具体的には、シクロペンタン、シクロヘキサン等のモノシクロアルカンや、アダマンタン、ノルボルナン、イソボルナン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカンなどのポリシクロアルカンから1個以上の水素原子を除いた基などが挙げられる。中でもアダマンタンから1個以上の水素原子を除いた基が好ましい。
また、上記式においては、R17及びR19がそれぞれ独立に直鎖状または分岐鎖状のアルキレン基(好ましくは炭素数1〜5のアルキレン基)であってR19の末端とR17の末端とが結合していてもよい。
この場合、R17とR19と、R19が結合した酸素原子と、該酸素原子およびR17が結合した炭素原子とにより環式基が形成されている。該環式基としては、4〜7員環が好ましく、4〜6員環がより好ましい。該環式基の具体例としては、テトラヒドロピラニル基、テトラヒドロフラニル基等が挙げられる。
【0069】
構成単位(a”1)としては、下記一般式(a”1−0−1)で表される構成単位および下記一般式(a”1−0−2)で表される構成単位からなる群から選ばれる1種以上を用いることが好ましい。
【0070】
【化15】

[式中、Rは水素原子、低級アルキル基またはハロゲン化低級アルキル基を示し;Xは酸解離性溶解抑制基を示す。]
【0071】
【化16】

[式中、Rは水素原子、低級アルキル基またはハロゲン化低級アルキル基を示し;Xは酸解離性溶解抑制基を示し;Yはアルキレン基または脂肪族環式基を示す。]
【0072】
一般式(a”1−0−1)において、Rの低級アルキル基またはハロゲン化低級アルキル基は、上記アクリル酸エステルのα位に結合していてよい低級アルキル基またはハロゲン化低級アルキル基と同様である。
は、酸解離性溶解抑制基であれば特に限定することはなく、例えば上述した第3級アルキルエステル型酸解離性溶解抑制基、アセタール型酸解離性溶解抑制基などを挙げることができ、第3級アルキルエステル型酸解離性溶解抑制基が好ましい。
【0073】
一般式(a”1−0−2)において、Rは上記と同様である。
は、式(a”1−0−1)中のXと同様である。
は好ましくは炭素数1〜4のアルキレン基又は2価の脂肪族環式基であり、該脂肪族環式基としては、水素原子が2個以上除かれた基が用いられる以外は前記「脂肪族環式基」の説明と同様のものを用いることができる。
【0074】
構成単位(a”1)として、より具体的には、下記一般式(a1−1)〜(a1−4)で表される構成単位が挙げられる。
【0075】
【化17】

[上記式中、X’は第3級アルキルエステル型酸解離性溶解抑制基を表し、Yは炭素数1〜5の低級アルキル基、または脂肪族環式基を表し;nは0〜3の整数を表し;mは0または1を表し;Rは前記と同じであり、R’、R’はそれぞれ独立して水素原子または炭素数1〜5の低級アルキル基を表す。]
【0076】
前記R’、R’は好ましくは少なくとも1つが水素原子であり、より好ましくは共に水素原子である。nは好ましくは0または1である。
X’は前記Xにおいて例示した第3級アルキルエステル型酸解離性溶解抑制基と同様のものである。
Yの脂肪族環式基については、上述の「脂肪族環式基」の説明において例示したものと同様のものが挙げられる。
【0077】
以下に、上記一般式(a1−1)〜(a1−4)で表される構成単位の具体例を示す。
【0078】
【化18】

【0079】
【化19】

【0080】
【化20】

【0081】
【化21】

【0082】
【化22】

【0083】
【化23】

【0084】
【化24】

【0085】
【化25】

【0086】
【化26】

【0087】
【化27】

【0088】
【化28】

【0089】
構成単位(a”1)としては、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
上記の中でも、一般式(a1−1)で表される構成単位が好ましく、具体的には(a1−1−1)〜(a1−1−6)または(a1−1−35)〜(a1−1−41)で表される構成単位から選ばれる少なくとも1種を用いることがより好ましい。
さらに、構成単位(a”1)としては、特に式(a1−1−1)〜式(a1−1−4)の構成単位を包括する下記一般式(a”1−1−01)で表されるものや、式(a1−1−35)〜(a1−1−41)の構成単位を包括する下記一般式(a”1−1−02)も好ましい。
【0090】
【化29】

(式中、Rは水素原子、低級アルキル基またはハロゲン化低級アルキル基を示し、R11は低級アルキル基を示す。)
【0091】
【化30】

(式中、Rは水素原子、低級アルキル基またはハロゲン化低級アルキル基を示し、R12は低級アルキル基を示す。hは1〜3の整数を表す)
【0092】
一般式(a”1−1−01)において、Rについては上記と同様である。R11の低級アルキル基はRにおける低級アルキル基と同様であり、メチル基又はエチル基が好ましい。
一般式(a”1−1−02)において、Rについては上記と同様である。R12の低級アルキル基はRにおける低級アルキル基と同様であり、メチル基又はエチル基が好ましく、エチル基が最も好ましい。hは1又は2が好ましく、2が最も好ましい。
【0093】
樹脂(A”1)成分中、構成単位(a”1)の割合は、樹脂(A”1)を構成する全構成単位に対し、10〜80モル%が好ましく、20〜70モル%がより好ましく、25〜50モル%がさらに好ましい。下限値以上とすることによって、レジスト組成物とした際に容易にパターンを得ることができ、上限値以下とすることにより他の構成単位とのバランスをとることができる。
【0094】
・構成単位(a”2):
樹脂(A”1)は、上記構成単位(a”1)に加えて、さらに、ラクトン含有環式基を含むアクリル酸エステルから誘導される構成単位(a”2)を有することが好ましい。
ラクトン含有環式基とは、上述したように、−O−C(O)−構造を含むひとつの環(ラクトン環)を含有する環式基を示す。ラクトン環をひとつの目の環として数え、ラクトン環のみの場合は単環式基、さらに他の環構造を有する場合は、その構造に関わらず多環式基と称する。
構成単位(a”2)のラクトン環式基は、樹脂(A”1)をレジスト膜の形成に用いた場合に、レジスト膜の基板への密着性を高めたり、水を含有する現像液との親和性を高めたりするうえで有効なものである。
【0095】
構成単位(a”2)としては、特に限定されることなく任意のものが使用可能である。
具体的には、ラクトン含有単環式基としては、γ−ブチロラクトンから水素原子1つを除いた基が挙げられる。また、ラクトン含有多環式基としては、ラクトン環を有するビシクロアルカン、トリシクロアルカン、テトラシクロアルカンから水素原子一つを除いた基が挙げられる。
【0096】
構成単位(a”2)の例として、より具体的には、下記一般式(a2−1)〜(a2−5)で表される構成単位が挙げられる。
【0097】
【化31】

[式中、Rは水素原子、低級アルキル基またはハロゲン化低級アルキル基であり、R’は水素原子、低級アルキル基、または炭素数1〜5のアルコキシ基であり、mは0または1の整数であり、Aは炭素数1〜5のアルキレン基または酸素原子である。]
【0098】
一般式(a2−1)〜(a2−5)におけるRは前記構成単位(a1)におけるRと同様である。
R’の低級アルキル基としては、前記構成単位(a1)におけるRの低級アルキル基と同じである。
Aの炭素数1〜5のアルキレン基として、具体的には、メチレン基、エチレン基、n−プロピレン基、イソプロピレン基等が挙げられる。
一般式(a2−1)〜(a2−5)中、R’は、工業上入手が容易であること等を考慮すると、水素原子が好ましい。
以下に、前記一般式(a2−1)〜(a2−5)の具体的な構成単位を例示する。
【0099】
【化32】

【0100】
【化33】

【0101】
【化34】

【0102】
【化35】

【0103】
【化36】

【0104】
これらの中でも、一般式(a2−1)〜(a2−5)から選択される少なくとも1種以上を用いることが好ましく、一般式(a2−1)〜(a2−3)から選択される少なくとも1種以上を用いることが好ましい。具体的には、化学式(a2−1−1)、(a2−1−2)、(a2−2−1)、(a2−2−2)、(a2−3−1)、(a2−3−2)、(a2−3−9)及び(a2−3−10)から選択される少なくとも1種以上を用いることが好ましい。
【0105】
樹脂(A”1)において、構成単位(a”2)としては、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
樹脂(A”1)中の構成単位(a”2)の割合は、樹脂(A”1)を構成する全構成単位の合計に対して、5〜60モル%が好ましく、10〜60モル%がより好ましく、20〜55モル%がさらに好ましい。下限値以上とすることにより構成単位(a”2)を含有させることによる効果が充分に得られ、上限値以下とすることにより他の構成単位とのバランスをとることができる。
【0106】
・構成単位(a”3):
樹脂(A”1)は、上記構成単位(a”1)に加えて、または構成単位(a”1)および構成単位(a”2)に加えて、さらに、極性基含有脂肪族炭化水素基を含むアクリル酸エステルから誘導される構成単位(a”3)を有することが好ましい。構成単位(a”3)を有することにより、樹脂(A”1)の親水性が高まり、現像液との親和性が高まって、露光部でのアルカリ溶解性が向上し、解像性の向上に寄与する。
極性基としては、水酸基、シアノ基、カルボキシ基、ヒドロキシフルオロアルキル基(炭素原子に結合した水素原子の一部または全部がフッ素原子で置換されたヒドロキシアルキル基)等が挙げられ、特に水酸基が好ましい。
脂肪族炭化水素基としては、炭素数1〜10の直鎖状または分岐状の炭化水素基(好ましくはアルキレン基)や、多環式の脂肪族炭化水素基(多環式基)が挙げられる。該多環式基としては、例えばArFエキシマレーザー用レジスト組成物用の樹脂において、多数提案されているものの中から適宜選択して用いることができる。該多環式基の炭素数は7〜30であることが好ましい。
その中でも、水酸基、シアノ基、カルボキシ基、またはアルキル基の水素原子の一部がフッ素原子で置換されたヒドロキシアルキル基を含有する脂肪族多環式基を含むアクリル酸エステルから誘導される構成単位がより好ましい。該多環式基としては、ビシクロアルカン、トリシクロアルカン、テトラシクロアルカンなどから1個以上の水素原子を除いた基などを例示できる。具体的には、アダマンタン、ノルボルナン、イソボルナン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカンなどのポリシクロアルカンから1個以上の水素原子を除いた基などが挙げられる。これらの多環式基の中でも、アダマンタンから2個以上の水素原子を除いた基、ノルボルナンから2個以上の水素原子を除いた基、テトラシクロドデカンから2個以上の水素原子を除いた基が工業上好ましい。
【0107】
構成単位(a”3)としては、極性基含有脂肪族炭化水素基における炭化水素基が炭素数1〜10の直鎖状または分岐状の炭化水素基のときは、アクリル酸のヒドロキシエチルエステルから誘導される構成単位が好ましく、該炭化水素基が多環式基のときは、下記式(a3−1)で表される構成単位、(a3−2)で表される構成単位、(a3−3)で表される構成単位が好ましいものとして挙げられる。
【0108】
【化37】

(式中、Rは前記と同じであり、jは1〜3の整数であり、kは1〜3の整数であり、t’は1〜3の整数であり、lは1〜5の整数であり、sは1〜3の整数である。)
【0109】
式(a3−1)中、jは1又は2であることが好ましく、1であることがさらに好ましい。jが2の場合は、水酸基がアダマンチル基の3位と5位に結合しているものが好ましい。jが1の場合は、水酸基がアダマンチル基の3位に結合しているものが好ましい。
jは1であることが好ましく、特に水酸基がアダマンチル基の3位に結合しているものが好ましい。
式(a3−2)中、kは1であることが好ましい。シアノ基はノルボルニル基の5位または6位に結合していることが好ましい。
式(a3−3)中、t’は1であることが好ましい。lは1であることが好ましい。sは1であることが好ましい。これらはアクリル酸のカルボキシ基の末端に2−ノルボルニル基または3−ノルボルニル基が結合していることが好ましい。フッ素化アルキルアルコールはノルボルニル基の5又は6位に結合していることが好ましい。
【0110】
構成単位(a”3)としては、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
構成単位(a”3)としては、特に、極性基として、水酸基、カルボキシ基、ヒドロキシフルオロアルキル基等の親水性基を有する構成単位が好ましい。すなわち、構成単位(a”3)は、親水性基含有脂肪族炭化水素基を含むアクリル酸エステルから誘導される構成単位(a”3−1)であることが好ましい。構成単位(a”3−1)の具体例としては、たとえば前記式(a3−1)で表される構成単位、式(a3−3)で表される構成単位等が挙げられ、特に式(a3−1)で表される構成単位が好ましい。
樹脂(A”1)中、構成単位(a”3)の割合は、当該樹脂(A”1)を構成する全構成単位に対し、5〜50モル%であることが好ましく、5〜40モル%がより好ましく、5〜25モル%がさらに好ましい。
【0111】
・構成単位(a”4):
樹脂(A”1)は、本発明の効果を損なわない範囲で、上記構成単位(a”1)〜(a”3)以外の他の構成単位(a”4)を含んでいてもよい。
構成単位(a”4)は、上述の構成単位(a”1)〜(a”3)に分類されない他の構成単位であれば特に限定するものではなく、ArFエキシマレーザー用、KrFエキシマレーザー用(好ましくはArFエキシマレーザー用)等のレジスト用樹脂に用いられるものとして従来から知られている多数のものが使用可能である。
構成単位(a”4)としては、例えば酸非解離性の脂肪族多環式基を含むアクリル酸エステルから誘導される構成単位などが好ましい。該多環式基は、例えば、前記の構成単位(a”1)の場合に例示したものと同様のものを例示することができ、ArFエキシマレーザー用、KrFエキシマレーザー用(好ましくはArFエキシマレーザー用)等のレジスト組成物の樹脂成分に用いられるものとして従来から知られている多数のものが使用可能である。
特にトリシクロデカニル基、アダマンチル基、テトラシクロドデカニル基、イソボルニル基、ノルボルニル基から選ばれる少なくとも1種以上であると、工業上入手し易いなどの点で好ましい。これらの多環式基は、炭素数1〜5の直鎖又は分岐状のアルキル基を置換基として有していてもよい。
構成単位(a”4)として、具体的には、下記一般式(a4−1)〜(a4−5)の構造のものを例示することができる。
【0112】
【化38】

(式中、Rは前記と同じである。)
【0113】
かかる構成単位(a”4)を樹脂(A”1)に含有させる際には、樹脂(A”1)を構成する全構成単位の合計に対して、構成単位(a”4)を1〜30モル%、好ましくは10〜20モル%含有させると好ましい。
【0114】
本発明において、樹脂(A”1)は、構成単位(a”1)、(a”2)および(a”3)を有する共重合体であることが好ましい。かかる共重合体としては、たとえば、上記構成単位(a”1)、(a”2)および(a”3)からなる共重合体、上記構成単位(a”1)、(a”2)、(a”3)および(a”4)からなる共重合体等が例示できる。
【0115】
樹脂(A”1)は、各構成単位を誘導するモノマーを、例えばアゾビスイソブチロニトリル(AIBN)のようなラジカル重合開始剤を用いた公知のラジカル重合等によって重合させることによって得ることができる。
また、樹脂(A”1)には、上記重合の際に、たとえばHS−CH−CH−CH−C(CF−OHのような連鎖移動剤を併用して用いることにより、末端に−C(CF−OH基を導入してもよい。このように、アルキル基の水素原子の一部がフッ素原子で置換されたヒドロキシアルキル基が導入された共重合体は、現像欠陥の低減やLER(ラインエッジラフネス:ライン側壁の不均一な凹凸)の低減に有効である。
【0116】
樹脂(A”1)の質量平均分子量(Mw)(ゲルパーミエーションクロマトグラフィーによるポリスチレン換算基準)は、特に限定するものではないが、2000〜50000が好ましく、3000〜30000がより好ましく、5000〜20000が最も好ましい。この範囲の上限よりも小さいと、レジストとして用いるのに充分なレジスト溶剤への溶解性があり、この範囲の下限よりも大きいと、耐ドライエッチング性やレジストパターン断面形状が良好である。
また分散度(Mw/Mn)は、1.0〜5.0が好ましく、1.0〜3.0がより好ましく、1.2〜2.5がさらに好ましい。なお、Mnは数平均分子量を示す。
【0117】
[樹脂(A”2)]
樹脂(A”2)としては、たとえば、ヒドロキシスチレンから誘導される構成単位における水酸基の水素原子が酸解離性溶解抑制基含有基で置換されてなる構成単位(a”5)を有する樹脂が挙げられる。
構成単位(a”5)における酸解離性溶解抑制基含有基は、酸解離性溶解抑制基そのものであってもよく、酸解離性溶解抑制基とそれ以外の基および/または原子とをその構造中に含む基であってもよい。
【0118】
構成単位(a”5)における酸解離性溶解抑制基としては、前記構成単位(a”1)で挙げたものと同様のものを用いることができる。また、構成単位(a”5)においては、それらの他に、鎖状第3級アルコキシカルボニル基、鎖状第3級アルコキシカルボニルアルキル基等も好ましく用いられる。
鎖状第3級アルキルオキシカルボニル基における鎖状第3級アルキル基の炭素数は、4〜10が好ましく、4〜8がより好ましい。鎖状第3級アルキルオキシカルボニル基として、具体的には、tert−ブトキシカルボニル基、tert−ペンチルオキシカルボニル基等が挙げられる。
鎖状第3級アルコキシカルボニルアルキル基における鎖状第3級アルキル基としては前記と同様のものが挙げられる。鎖状第3級アルコキシカルボニル基が結合したアルキル基(アルキレン基)の炭素数は、1〜5が好ましく、1〜4がより好ましい。鎖状第3級アルコキシカルボニルアルキル基として、具体的には、tert−ブトキシカルボニルメチル基、tert−ペンチルオキシカルボニルメチル基等が挙げられる。
【0119】
酸解離性溶解抑制基とそれ以外の基および/または原子とをその構造中に含む基としては、たとえば下記一般式(p’1)で表される基が挙げられる。かかる構造を有する基においては、露光により、高分子化合物(A1)において酸性基が形成されると、該酸性基の作用により、Y’に結合した酸素原子と、R13およびR14が結合した炭素原子との間の結合が切れて、−C(R13)(R14)−OYが解離する。
【0120】
【化39】

[式中、Y’は脂肪族環式基、芳香族環式炭化水素基または低級アルキル基を表し、R13は水素原子または低級アルキル基を表す。または、Y’およびR13がそれぞれ独立に炭素数1〜5のアルキレン基であってY’の末端とR13の末端とが結合していてもよい。R14は低級アルキル基または水素原子を表し、A’は脂肪族環式基を表す。]
【0121】
Y’における脂肪族環式基としては、上記式(p1)のYの脂肪族環式基として挙げたものと同様のものが挙げられる。
Y’の芳香族環式炭化水素基としては、炭素数10〜16の芳香族多環式基が挙げられる。具体的には、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ピレンなどから1個の水素原子を除いた基などを例示できる。具体的には、1−ナフチル基、2−ナフチル基、1−アントラセニル基、2−アントラセニル基、1−フェナントリル基、2−フェナントリル基、3−フェナントリル基、1−ピレニル基等が挙げられ、2−ナフチル基が工業上特に好ましい。
Y’の低級アルキル基としては、メチル基またはエチル基がより好ましく、エチル基が最も好ましい。
A’の脂肪族環式基としては、上記Y’における脂肪族環式基からさらに水素原子を1つ除いた基が挙げられる。
【0122】
構成単位(a”5)としては、たとえば、下記一般式(a”5−1)で表される構成単位が例示できる。
【0123】
【化40】

[上記式中、Rは水素原子、低級アルキル基またはハロゲン化低級アルキル基を表し;Xは酸解離性溶解抑制基含有基を表し;Rは低級アルキル基を表し;n11は1〜3の整数を表し;n12は0〜2の整数を表す。]
【0124】
一般式(a”5−1)中、Rは上記と同様であり、水素原子またはメチル基が好ましい。
の酸解離性溶解抑制基含有基は上記と同様である。
n11は1〜3の整数であり、好ましくは1である。
水酸基の置換位置は、n11が1である場合、o−位、m−位、p−位のいずれでもよいが、容易に入手可能で低価格であることからp−位が好ましい。さらに、n11が2または3の場合には、任意の置換位置を組み合わせることができる。
【0125】
n12は0〜2の整数であり、0または1であることが好ましく、工業上、0であることが特に好ましい。
の低級アルキル基としては、Rの低級アルキル基と同様のものが挙げられる。
の置換位置は、n12が1である場合には、o−位、m−位、p−位のいずれでもよく、さらに、n12が2の場合には、任意の置換位置を組み合わせることができる。
【0126】
構成単位(a”5)は1種または2種以上を混合して用いることができる。
樹脂(A”2)中、構成単位(a”5)の割合は、樹脂(A”2)を構成する全構成単位に対し、10〜90モル%であることが好ましく、50〜80モル%がより好ましく、60〜80モル%がさらに好ましい。下限値以上とすることによって、レジスト組成物とした際に容易にパターンを得ることができ、上限値以下とすることにより他の構成単位とのバランスをとることができる。
【0127】
・構成単位(a”6):
樹脂(A”2)は、上記構成単位(a”5)に加えて、さらに、ヒドロキシスチレンから誘導される構成単位(a”6)を有することが好ましい。構成単位(a”6)を有することにより、樹脂(A”2)の親水性が高まり、現像液との親和性が高まって、露光部でのアルカリ溶解性が向上し、解像性の向上に寄与する。
構成単位(a”6)としては、たとえば、下記一般式(a”6−1)で表される構成単位が例示できる。
【0128】
【化41】

[上記式中、Rは水素原子、炭素数1〜5の低級アルキル基またはハロゲン化低級アルキル基を表し;Rは炭素数1〜5の低級アルキル基を表し;n13は1〜3の整数を表し;n14は0〜2の整数を表す。]
【0129】
一般式(a”6−1)中、R、R、n13およびn14はそれぞれ上記式(a”5−1)中のR、R、n11およびn12と同様である。
【0130】
構成単位(a”6)は1種または2種以上を混合して用いることができる。
樹脂(A”2)中、構成単位(a”6)の割合は、樹脂(A”2)を構成する全構成単位に対し、10〜95モル%であることが好ましく、20〜85モル%がより好ましく、30〜80モル%がさらに好ましく、60〜70モル%が特に好ましい。該範囲内であると、適度なアルカリ溶解性が得られるとともに、他の構成単位とのバランスが良好である。
【0131】
・構成単位(a”7):
樹脂(A”2)は、さらに、スチレンから誘導される構成単位(a”7)を有してもよい。樹脂(A”2)に構成単位(a”7)を含有させ、その含有量を調整することにより、樹脂(A”2)のアルカリ現像液に対する溶解性を調整でき、それによって、レジスト膜のアルカリ溶解性をコントロールでき、形状をさらに向上させることができる。
ここで、「スチレンから誘導される構成単位」とは、スチレンのエチレン性二重結合が開裂して構成される構成単位を意味する。「スチレン」とは、狭義のスチレン、および狭義のスチレンのα位の水素原子がアルキル基、ハロゲン化アルキル基等の他の置換基に置換されたもの、ならびにそれらの誘導体を含む概念とする。スチレンは、フェニル基の水素原子が低級アルキル基等の置換基で置換されていても良い。
構成単位(a”7)としては、下記一般式(a”7−1)で表される構成単位が例示できる。
【0132】
【化42】

[式中、Rは水素原子、炭素数1〜5の低級アルキル基またはハロゲン化低級アルキル基を表し;Rは炭素数1〜5の低級アルキル基を表し;n15は0〜3の整数を表す。]
【0133】
式(a”7−1)中、RおよびRとしては、それぞれ、上記式(a”5−1)中のRおよびRと同様のものが挙げられる。
n15は、0〜3の整数であり、0または1であることが好ましく、工業上、0であることが特に好ましい。
の置換位置は、n15が1である場合にはo−位、m−位、p−位のいずれでもよく、n15が2または3の場合には任意の置換位置を組み合わせることができる。
【0134】
構成単位(a”7)としては、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
樹脂(A”2)中、構成単位(a”7)の割合は、樹脂(A”2)を構成する全構成単位に対し、1〜20モル%が好ましく、3〜15モル%がより好ましく、5〜15モル%が特に好ましい。この範囲内であると、構成単位(a”7)を有することによる効果が高く、他の構成単位とのバランスも良好である。
【0135】
・その他の構成単位:
樹脂(A”2)は、本発明の効果を損なわない範囲で、上記構成単位(a”5)〜(a”7)以外の他の構成単位を含んでいてもよい。該他の構成単位としては、上記構成単位(a”5)〜(a”7)に分類されない他の構成単位であれば特に限定するものではなく、ArFエキシマレーザー用、KrFポジエキシマレーザー用(好ましくはArFエキシマレーザー用)等のレジスト用樹脂に用いられるものとして従来から知られている多数のものが使用可能であり、たとえば樹脂(A”1)で挙げた構成単位(a”1)〜(a”4)等が挙げられる。
【0136】
樹脂(A”2)は、各構成単位を誘導するモノマーを常法、例えばアゾビスイソブチロニトリル(AIBN)のようなラジカル重合開始剤を用いた公知のラジカル重合等によって重合させることによって得ることができる。
【0137】
樹脂(A”2)は、質量平均分子量(Mw;ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算。)が2000〜50000の範囲内であることが好ましく、3000〜30000がより好ましく、5000〜20000がさらに好ましい。Mwが上記範囲の上限値以下であると、レジスト溶剤に対する溶解性を充分に確保でき、レジストパターンの表面荒れ(ラフネス)を低減できる。また、下限値以上であると、現像液に対する溶解性を調整しやすい。また、ドライエッチング耐性が向上し、膜減りが改善される。
樹脂(A”2)の分散度(Mw/Mn(数平均分子量))は、小さいほど(単分散に近いほど)、解像性に優れ、好ましい。該分散度は1.0〜5.0が好ましく、1.0〜3.0がより好ましく、1.0〜2.5が最も好ましい。
【0138】
レジスト組成物がネガ型レジスト組成物である場合、該レジスト組成物は、(A2)成分としてアルカリ可溶性樹脂を含有する必要があり、さらに架橋剤が配合される。かかるネガ型レジスト組成物は、レジストパターン形成時に選択的露光を行うと、露光部は、高分子化合物(A1)において形成される酸性基の作用によりアルカリ可溶性樹脂と架橋剤との間で架橋が生じてアルカリ不溶性へ変化する一方、未露光部はアルカリ可溶性のまま変化しないため、アルカリ現像を行うことによりレジストパターンが形成される。
アルカリ可溶性樹脂としては、α−(ヒドロキシアルキル)アクリル酸、またはα−(ヒドロキシアルキル)アクリル酸の低級アルキルエステルから選ばれる少なくとも一つから誘導される単位を有する樹脂が、膨潤の少ない良好なレジストパターンが形成でき、好ましい。なお、α−(ヒドロキシアルキル)アクリル酸は、カルボキシ基が結合するα位の炭素原子に水素原子が結合しているアクリル酸と、このα位の炭素原子にヒドロキシアルキル基(好ましくは炭素数1〜5のヒドロキシアルキル基)が結合しているα−ヒドロキシアルキルアクリル酸の一方または両方を示す。
架橋剤としては、例えば、通常は、メチロール基またはアルコキシメチル基を有するグリコールウリルなどのアミノ系架橋剤を用いると、膨潤の少ない良好なレジストパターンが形成でき、好ましい。架橋剤の配合量は、アルカリ可溶性樹脂100質量部に対し、1〜50質量部であることが好ましい。
【0139】
(A2)成分は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
(A2)成分を配合する場合、(A2)成分の含有量は、現像液に対する溶解性等を考慮すると、高分子化合物(A1)に対し、300〜10000質量%が好ましく、600〜3000質量%がより好ましい。上記範囲の下限値以上であると、リソグラフィー特性が向上し、上限値以下であると、パターン形成が充分に行われる。
【0140】
レジスト組成物は、放射線の照射により酸を発生する酸発生剤成分(B)(以下、(B)成分という。)を含有してもよい。(B)成分を含有することにより、感度等が向上する。
(B)成分としては、特に限定されず、これまで化学増幅型レジスト用の酸発生剤として提案されているものを使用することができる。このような酸発生剤としては、これまで、ヨードニウム塩やスルホニウム塩などのオニウム塩系酸発生剤、オキシムスルホネート系酸発生剤、ビスアルキルまたはビスアリールスルホニルジアゾメタン類、ポリ(ビススルホニル)ジアゾメタン類などのジアゾメタン系酸発生剤、ニトロベンジルスルホネート系酸発生剤、イミノスルホネート系酸発生剤、ジスルホン系酸発生剤など多種のものが知られている。
【0141】
オニウム塩系酸発生剤としては、例えば下記一般式(b−0)で表される酸発生剤が挙げられる。
【0142】
【化43】

[式中、R51は、直鎖、分岐鎖若しくは環状のアルキル基、または直鎖、分岐鎖若しくは環状のフッ素化アルキル基を表し;R52は、水素原子、水酸基、ハロゲン原子、直鎖若しくは分岐鎖状のアルキル基、直鎖若しくは分岐鎖状のハロゲン化アルキル基、または直鎖若しくは分岐鎖状のアルコキシ基であり;R53は置換基を有していてもよいアリール基であり;u”は1〜3の整数である。]
【0143】
一般式(b−0)において、R51は、直鎖、分岐鎖若しくは環状のアルキル基、または直鎖、分岐鎖若しくは環状のフッ素化アルキル基を表す。
前記直鎖若しくは分岐鎖状のアルキル基としては、炭素数1〜10であることが好ましく、炭素数1〜8であることがさらに好ましく、炭素数1〜4であることが最も好ましい。
前記環状のアルキル基としては、炭素数4〜12であることが好ましく、炭素数5〜10であることがさらに好ましく、炭素数6〜10であることが最も好ましい。
前記フッ素化アルキル基としては、炭素数1〜10であることが好ましく、炭素数1〜8であることがさらに好ましく、炭素数1〜4であることが最も好ましい。また、該フッ化アルキル基のフッ素化率(該フッ化アルキル基中のフッ素原子および水素原子の合計数に対するフッ素原子数の割合(%))は、好ましくは10〜100%、さらに好ましくは50〜100%であり、特に水素原子をすべてフッ素原子で置換したものが、酸の強度が強くなるので好ましい。
51としては、直鎖状のアルキル基またはフッ素化アルキル基であることが最も好ましい。
【0144】
52は、水素原子、水酸基、ハロゲン原子、直鎖若しくは分岐鎖状のアルキル基、直鎖若しくは分岐鎖状のハロゲン化アルキル基、または直鎖若しくは分岐鎖状のアルコキシ基である。
52において、ハロゲン原子としては、フッ素原子、臭素原子、塩素原子、ヨウ素原子などが挙げられ、フッ素原子が好ましい。
52において、アルキル基は、直鎖または分岐鎖状であり、その炭素数は好ましくは1〜5、特に1〜4、さらには1〜3であることが望ましい。
52において、ハロゲン化アルキル基は、アルキル基中の水素原子の一部または全部がハロゲン原子で置換された基である。ここでのアルキル基は、前記R52における「アルキル基」と同様のものが挙げられる。置換するハロゲン原子としては上記「ハロゲン原子」について説明したものと同様のものが挙げられる。ハロゲン化アルキル基において、水素原子の全個数の50〜100%がハロゲン原子で置換されていることが望ましく、全て置換されていることがより好ましい。
52において、アルコキシ基としては、直鎖状または分岐鎖状であり、その炭素数は好ましくは1〜5、特に1〜4、さらには1〜3であることが望ましい。
52としては、これらの中でも水素原子が好ましい。
【0145】
53は置換基を有していてもよいアリール基であり、置換基を除いた基本環(母体環)の構造としては、ナフチル基、フェニル基、アントラセニル基などが挙げられ、本発明の効果やArFエキシマレーザーなどの露光光の吸収の観点から、フェニル基が望ましい。
置換基としては、水酸基、低級アルキル基(直鎖または分岐鎖状であり、その好ましい炭素数は5以下であり、特にメチル基が好ましい)などを挙げることができる。
53のアリール基としては、置換基を有しないものがより好ましい。
u”は1〜3の整数であり、2または3であることが好ましく、特に3であることが望ましい。
【0146】
一般式(b−0)で表される酸発生剤の好ましいものは以下の様なものを挙げることができる。
【0147】
【化44】

【0148】
また一般式(b−0)で表される酸発生剤の他のオニウム塩系酸発生剤として、例えば下記一般式(b−1)または(b−2)で表される化合物が挙げられる。
【0149】
【化45】

[式中、R”〜R”,R”〜R”は、それぞれ独立に、アリール基またはアルキル基を表し;R”は、直鎖、分岐または環状のアルキル基またはフッ素化アルキル基を表し;R”〜R”のうち少なくとも1つはアリール基を表し、R”〜R”のうち少なくとも1つはアリール基を表す。]
【0150】
式(b−1)中、R”〜R”はそれぞれ独立にアリール基またはアルキル基を表す。R”〜R”のうち、少なくとも1つはアリール基を表す。R”〜R”のうち、2以上がアリール基であることが好ましく、R”〜R”のすべてがアリール基であることが最も好ましい。
”〜R”のアリール基としては、特に制限はなく、例えば、炭素数6〜20のアリール基であって、該アリール基は、その水素原子の一部または全部がアルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子等で置換されていてもよく、されていなくてもよい。アリール基としては、安価に合成可能なことから、炭素数6〜10のアリール基が好ましい。具体的には、たとえばフェニル基、ナフチル基が挙げられる。
前記アリール基の水素原子が置換されていても良いアルキル基としては、炭素数1〜5のアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基、n−ブチル基、tert−ブチル基であることが最も好ましい。
前記アリール基の水素原子が置換されていても良いアルコキシ基としては、炭素数1〜5のアルコキシ基が好ましく、メトキシ基、エトキシ基が最も好ましい。
前記アリール基の水素原子が置換されていても良いハロゲン原子としては、フッ素原子であることが好ましい。
”〜R”のアルキル基としては、特に制限はなく、例えば炭素数1〜10の直鎖状、分岐状または環状のアルキル基等が挙げられる。解像性に優れる点から、炭素数1〜5であることが好ましい。具体的には、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、n−ペンチル基、シクロペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、ノニル基、デカニル基等が挙げられ、解像性に優れ、また安価に合成可能なことから好ましいものとして、メチル基を挙げることができる。
これらの中で、R”〜R”は、それぞれ、フェニル基またはナフチル基であることが最も好ましい。
【0151】
”は、直鎖、分岐または環状のアルキル基またはフッ素化アルキル基を表す。
前記直鎖または分岐のアルキル基としては、炭素数1〜10であることが好ましく、炭素数1〜8であることがさらに好ましく、炭素数1〜4であることが最も好ましい。
前記環状のアルキル基としては、前記R”で示したような環式基であって、炭素数4〜15であることが好ましく、炭素数4〜10であることがさらに好ましく、炭素数6〜10であることが最も好ましい。
前記フッ素化アルキル基としては、炭素数1〜10であることが好ましく、炭素数1〜8であることがさらに好ましく、炭素数1〜4であることが最も好ましい。また、該フッ化アルキル基のフッ素化率(アルキル基中のフッ素原子の割合)は、好ましくは10〜100%、さらに好ましくは50〜100%であり、特に水素原子をすべてフッ素原子で置換したものが、酸の強度が強くなるので好ましい。
”としては、直鎖または環状のアルキル基、またはフッ素化アルキル基であることが最も好ましい。
【0152】
式(b−2)中、R”〜R”はそれぞれ独立にアリール基またはアルキル基を表す。R”〜R”のうち、少なくとも1つはアリール基を表す。R”〜R”のすべてがアリール基であることが好ましい。
”〜R”のアリール基としては、R”〜R”のアリール基と同様のものが挙げられる。
”〜R”のアルキル基としては、R”〜R”のアルキル基と同様のものが挙げられる。
これらの中で、R”〜R”はすべてフェニル基であることが最も好ましい。
式(b−2)中のR”としては上記式(b−1)のR”と同様のものが挙げられる。
【0153】
式(b−1)、(b−2)で表されるオニウム塩系酸発生剤の具体例としては、ジフェニルヨードニウムのトリフルオロメタンスルホネートまたはノナフルオロブタンスルホネート、ビス(4−tert−ブチルフェニル)ヨードニウムのトリフルオロメタンスルホネートまたはノナフルオロブタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムのトリフルオロメタンスルホネート、そのヘプタフルオロプロパンスルホネートまたはそのノナフルオロブタンスルホネート、トリ(4−メチルフェニル)スルホニウムのトリフルオロメタンスルホネート、そのヘプタフルオロプロパンスルホネートまたはそのノナフルオロブタンスルホネート、ジメチル(4−ヒドロキシナフチル)スルホニウムのトリフルオロメタンスルホネート、そのヘプタフルオロプロパンスルホネートまたはそのノナフルオロブタンスルホネート、モノフェニルジメチルスルホニウムのトリフルオロメタンスルホネート、そのヘプタフルオロプロパンスルホネートまたはそのノナフルオロブタンスルホネート、ジフェニルモノメチルスルホニウムのトリフルオロメタンスルホネート、そのヘプタフルオロプロパンスルホネートまたはそのノナフルオロブタンスルホネート、(4−メチルフェニル)ジフェニルスルホニウムのトリフルオロメタンスルホネート、そのヘプタフルオロプロパンスルホネートまたはそのノナフルオロブタンスルホネート、(4−メトキシフェニル)ジフェニルスルホニウムのトリフルオロメタンスルホネート、そのヘプタフルオロプロパンスルホネートまたはそのノナフルオロブタンスルホネート、トリ(4−tert−ブチル)フェニルスルホニウムのトリフルオロメタンスルホネート、そのヘプタフルオロプロパンスルホネートまたはそのノナフルオロブタンスルホネート、ジフェニル(1−(4−メトキシ)ナフチル)スルホニウムのトリフルオロメタンスルホネート、そのヘプタフルオロプロパンスルホネートまたはそのノナフルオロブタンスルホネート、ジ(1−ナフチル)フェニルスルホニウムのトリフルオロメタンスルホネート、そのヘプタフルオロプロパンスルホネートまたはそのノナフルオロブタンスルホネートなどが挙げられる。また、これらのオニウム塩のアニオン部がメタンスルホネート、n−プロパンスルホネート、n−ブタンスルホネート、n−オクタンスルホネートに置き換えたオニウム塩も用いることができる。
【0154】
また、前記一般式(b−1)又は(b−2)において、アニオン部を下記一般式(b−3)又は(b−4)で表されるアニオン部に置き換えたオニウム塩系酸発生剤も用いることができる(カチオン部は(b−1)又は(b−2)と同様)。
【0155】
【化46】

[式中、X”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炭素数2〜6のアルキレン基を表し;Y”、Z”は、それぞれ独立に、少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換された炭素数1〜10のアルキル基を表す。]
【0156】
X”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直鎖状または分岐状のアルキレン基であり、該アルキレン基の炭素数は2〜6であり、好ましくは炭素数3〜5、最も好ましくは炭素数3である。
Y”、Z”は、それぞれ独立に、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状または分岐状のアルキル基であり、該アルキル基の炭素数は1〜10であり、好ましくは炭素数1〜7、より好ましくは炭素数1〜3である。
X”のアルキレン基の炭素数またはY”、Z”のアルキル基の炭素数は、上記炭素数の範囲内において、レジスト溶媒への溶解性も良好である等の理由により、小さいほど好ましい。
また、X”のアルキレン基またはY”、Z”のアルキル基において、フッ素原子で置換されている水素原子の数が多いほど、酸の強度が強くなり、また200nm以下の高エネルギー光や電子線に対する透明性が向上するので好ましい。該アルキレン基またはアルキル基中のフッ素原子の割合、すなわちフッ素化率は、好ましくは70〜100%、さらに好ましくは90〜100%であり、最も好ましくは、全ての水素原子がフッ素原子で置換されたパーフルオロアルキレン基またはパーフルオロアルキル基である。
【0157】
本明細書において、オキシムスルホネート系酸発生剤とは、下記一般式(B−1)で表される基を少なくとも1つ有する化合物であって、放射線の照射によって酸を発生する特性を有するものである。この様なオキシムスルホネート系酸発生剤は、化学増幅型レジスト組成物用として多用されているので、任意に選択して用いることができる。
【0158】
【化47】

(式(B−1)中、R31、R32はそれぞれ独立に有機基を表す。)
【0159】
31、R32の有機基は、炭素原子を含む基であり、炭素原子以外の原子(たとえば水素原子、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子等)等)を有していてもよい。
31の有機基としては、直鎖、分岐または環状のアルキル基またはアリール基が好ましい。これらのアルキル基、アリール基は置換基を有していても良い。該置換基としては、特に制限はなく、たとえばフッ素原子、炭素数1〜6の直鎖、分岐または環状のアルキル基等が挙げられる。ここで、「置換基を有する」とは、アルキル基またはアリール基の水素原子の一部または全部が置換基で置換されていることを意味する。
アルキル基としては、炭素数1〜20が好ましく、炭素数1〜10がより好ましく、炭素数1〜8がさらに好ましく、炭素数1〜6が特に好ましく、炭素数1〜4が最も好ましい。アルキル基としては、特に、部分的または完全にハロゲン化されたアルキル基(以下、ハロゲン化アルキル基ということがある)が好ましい。なお、部分的にハロゲン化されたアルキル基とは、水素原子の一部がハロゲン原子で置換されたアルキル基を意味し、完全にハロゲン化されたアルキル基とは、水素原子の全部がハロゲン原子で置換されたアルキル基を意味する。ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられ、特にフッ素原子が好ましい。すなわち、ハロゲン化アルキル基は、フッ素化アルキル基であることが好ましい。
アリール基は、炭素数4〜20が好ましく、炭素数4〜10がより好ましく、炭素数6〜10が最も好ましい。アリール基としては、特に、部分的または完全にハロゲン化されたアリール基が好ましい。なお、部分的にハロゲン化されたアリール基とは、水素原子の一部がハロゲン原子で置換されたアリール基を意味し、完全にハロゲン化されたアリール基とは、水素原子の全部がハロゲン原子で置換されたアリール基を意味する。
31としては、特に、置換基を有さない炭素数1〜4のアルキル基、または炭素数1〜4のフッ素化アルキル基が好ましい。
【0160】
32の有機基としては、直鎖、分岐または環状のアルキル基、アリール基またはシアノ基が好ましい。R32のアルキル基、アリール基としては、前記R31で挙げたアルキル基、アリール基と同様のものが挙げられる。
32としては、特に、シアノ基、置換基を有さない炭素数1〜8のアルキル基、または炭素数1〜8のフッ素化アルキル基が好ましい。
【0161】
オキシムスルホネート系酸発生剤として、さらに好ましいものとしては、下記一般式(B−2)または(B−3)で表される化合物が挙げられる。
【0162】
【化48】

[式(B−2)中、R33は、シアノ基、置換基を有さないアルキル基またはハロゲン化アルキル基である。R34はアリール基である。R35は置換基を有さないアルキル基またはハロゲン化アルキル基である。]
【0163】
【化49】

[式(B−3)中、R36はシアノ基、置換基を有さないアルキル基またはハロゲン化アルキル基である。R37は2または3価の芳香族炭化水素基である。R38は置換基を有さないアルキル基またはハロゲン化アルキル基である。p”は2または3である。]
【0164】
前記一般式(B−2)において、R33の置換基を有さないアルキル基またはハロゲン化アルキル基は、炭素数が1〜10であることが好ましく、炭素数1〜8がより好ましく、炭素数1〜6が最も好ましい。
33としては、ハロゲン化アルキル基が好ましく、フッ素化アルキル基がより好ましい。
33におけるフッ素化アルキル基は、アルキル基の水素原子が50%以上フッ素化されていることが好ましく、より好ましくは70%以上、さらに好ましくは90%以上フッ素化されていることが好ましい。
【0165】
34のアリール基としては、フェニル基、ビフェニル(biphenyl)基、フルオレニル(fluorenyl)基、ナフチル基、アントラセル(anthracyl)基、フェナントリル基等の、芳香族炭化水素の環から水素原子を1つ除いた基、およびこれらの基の環を構成する炭素原子の一部が酸素原子、硫黄原子、窒素原子等のヘテロ原子で置換されたヘテロアリール基等が挙げられる。これらのなかでも、フルオレニル基が好ましい。
34のアリール基は、炭素数1〜10のアルキル基、ハロゲン化アルキル基、アルコキシ基等の置換基を有していても良い。該置換基におけるアルキル基またはハロゲン化アルキル基は、炭素数が1〜8であることが好ましく、炭素数1〜4がさらに好ましい。また、該ハロゲン化アルキル基は、フッ素化アルキル基であることが好ましい。
【0166】
35の置換基を有さないアルキル基またはハロゲン化アルキル基は、炭素数が1〜10であることが好ましく、炭素数1〜8がより好ましく、炭素数1〜6が最も好ましい。
35としては、ハロゲン化アルキル基が好ましく、フッ素化アルキル基がより好ましく、部分的にフッ素化されたアルキル基が最も好ましい。
35におけるフッ素化アルキル基は、アルキル基の水素原子が50%以上フッ素化されていることが好ましく、より好ましくは70%以上、さらに好ましくは90%以上フッ素化されていることが、発生する酸の強度が高まるため好ましい。最も好ましくは、水素原子が100%フッ素置換された完全フッ素化アルキル基である。
【0167】
前記一般式(B−3)において、R36の置換基を有さないアルキル基またはハロゲン化アルキル基としては、上記R33の置換基を有さないアルキル基またはハロゲン化アルキル基と同様のものが挙げられる。
37の2または3価の芳香族炭化水素基としては、上記R34のアリール基からさらに1または2個の水素原子を除いた基が挙げられる。
38の置換基を有さないアルキル基またはハロゲン化アルキル基としては、上記R35の置換基を有さないアルキル基またはハロゲン化アルキル基と同様のものが挙げられる。
p”は好ましくは2である。
【0168】
オキシムスルホネート系酸発生剤の具体例としては、α−(p−トルエンスルホニルオキシイミノ)−ベンジルシアニド、α−(p−クロロベンゼンスルホニルオキシイミノ)−ベンジルシアニド、α−(4−ニトロベンゼンスルホニルオキシイミノ)−ベンジルシアニド、α−(4−ニトロ−2−トリフルオロメチルベンゼンスルホニルオキシイミノ)−ベンジルシアニド、α−(ベンゼンスルホニルオキシイミノ)−4−クロロベンジルシアニド、α−(ベンゼンスルホニルオキシイミノ)−2,4−ジクロロベンジルシアニド、α−(ベンゼンスルホニルオキシイミノ)−2,6−ジクロロベンジルシアニド、α−(ベンゼンスルホニルオキシイミノ)−4−メトキシベンジルシアニド、α−(2−クロロベンゼンスルホニルオキシイミノ)−4−メトキシベンジルシアニド、α−(ベンゼンスルホニルオキシイミノ)−チエン−2−イルアセトニトリル、α−(4−ドデシルベンゼンスルホニルオキシイミノ)−ベンジルシアニド、α−[(p−トルエンスルホニルオキシイミノ)−4−メトキシフェニル]アセトニトリル、α−[(ドデシルベンゼンスルホニルオキシイミノ)−4−メトキシフェニル]アセトニトリル、α−(トシルオキシイミノ)−4−チエニルシアニド、α−(メチルスルホニルオキシイミノ)−1−シクロペンテニルアセトニトリル、α−(メチルスルホニルオキシイミノ)−1−シクロヘキセニルアセトニトリル、α−(メチルスルホニルオキシイミノ)−1−シクロヘプテニルアセトニトリル、α−(メチルスルホニルオキシイミノ)−1−シクロオクテニルアセトニトリル、α−(トリフルオロメチルスルホニルオキシイミノ)−1−シクロペンテニルアセトニトリル、α−(トリフルオロメチルスルホニルオキシイミノ)−シクロヘキシルアセトニトリル、α−(エチルスルホニルオキシイミノ)−エチルアセトニトリル、α−(プロピルスルホニルオキシイミノ)−プロピルアセトニトリル、α−(シクロヘキシルスルホニルオキシイミノ)−シクロペンチルアセトニトリル、α−(シクロヘキシルスルホニルオキシイミノ)−シクロヘキシルアセトニトリル、α−(シクロヘキシルスルホニルオキシイミノ)−1−シクロペンテニルアセトニトリル、α−(エチルスルホニルオキシイミノ)−1−シクロペンテニルアセトニトリル、α−(イソプロピルスルホニルオキシイミノ)−1−シクロペンテニルアセトニトリル、α−(n−ブチルスルホニルオキシイミノ)−1−シクロペンテニルアセトニトリル、α−(エチルスルホニルオキシイミノ)−1−シクロヘキセニルアセトニトリル、α−(イソプロピルスルホニルオキシイミノ)−1−シクロヘキセニルアセトニトリル、α−(n−ブチルスルホニルオキシイミノ)−1−シクロヘキセニルアセトニトリル、α−(メチルスルホニルオキシイミノ)−フェニルアセトニトリル、α−(メチルスルホニルオキシイミノ)−p−メトキシフェニルアセトニトリル、α−(トリフルオロメチルスルホニルオキシイミノ)−フェニルアセトニトリル、α−(トリフルオロメチルスルホニルオキシイミノ)−p−メトキシフェニルアセトニトリル、α−(エチルスルホニルオキシイミノ)−p−メトキシフェニルアセトニトリル、α−(プロピルスルホニルオキシイミノ)−p−メチルフェニルアセトニトリル、α−(メチルスルホニルオキシイミノ)−p−ブロモフェニルアセトニトリルなどが挙げられる。
また、特開平9−208554号公報(段落[0012]〜[0014]の[化18]〜[化19])に開示されているオキシムスルホネート系酸発生剤、WO2004/074242A2(65〜85頁目のExample1〜40)に開示されているオキシムスルホネート系酸発生剤も好適に用いることができる。
また、好適なものとして以下のものを例示することができる。
【0169】
【化50】

【0170】
上記例示化合物の中でも、下記の4つの化合物が好ましい。
【0171】
【化51】

【0172】
ジアゾメタン系酸発生剤のうち、ビスアルキルまたはビスアリールスルホニルジアゾメタン類の具体例としては、ビス(イソプロピルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(p−トルエンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(1,1−ジメチルエチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(シクロヘキシルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(2,4−ジメチルフェニルスルホニル)ジアゾメタン等が挙げられる。
また、特開平11−035551号公報、特開平11−035552号公報、特開平11−035573号公報に開示されているジアゾメタン系酸発生剤も好適に用いることができる。
また、ポリ(ビススルホニル)ジアゾメタン類としては、例えば、特開平11−322707号公報に開示されている、1,3−ビス(フェニルスルホニルジアゾメチルスルホニル)プロパン、1,4−ビス(フェニルスルホニルジアゾメチルスルホニル)ブタン、1,6−ビス(フェニルスルホニルジアゾメチルスルホニル)ヘキサン、1,10−ビス(フェニルスルホニルジアゾメチルスルホニル)デカン、1,2−ビス(シクロヘキシルスルホニルジアゾメチルスルホニル)エタン、1,3−ビス(シクロヘキシルスルホニルジアゾメチルスルホニル)プロパン、1,6−ビス(シクロヘキシルスルホニルジアゾメチルスルホニル)ヘキサン、1,10−ビス(シクロヘキシルスルホニルジアゾメチルスルホニル)デカンなどを挙げることができる。
【0173】
(B)成分としては、これらの酸発生剤を1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
レジスト組成物に(B)成分を配合する場合、(B)成分の含有量は、高分子化合物(A1)および(A2)成分の合計量の1〜30質量%が好ましく、1〜20質量%がより好ましい。上記範囲の下限値以上であると、(B)成分を配合することによる効果が充分に得られ、上限値以下であると、有機溶剤に溶解した際に均一な溶液が得られ、保存安定性が良好となるため好ましい。
【0174】
レジスト組成物には、レジストパターン形状、引き置き経時安定性などを向上させるために、さらに任意の成分として、含窒素有機化合物(D)(以下、(D)成分という)を配合することができる。
この(D)成分は、既に多種多様なものが提案されているので、公知のものから任意に用いれば良いが、環式アミン、脂肪族アミン、特に第2級脂肪族アミンや第3級脂肪族アミンが好ましい。ここで、脂肪族アミンとは、1つ以上の脂肪族基を有するアミンであり、該脂肪族基は炭素数が1〜12であることが好ましい。
脂肪族アミンとしては、アンモニアNHの水素原子の少なくとも1つを、炭素数12以下のアルキル基またはヒドロキシアルキル基で置換したアミン(アルキルアミンまたはアルキルアルコールアミン)が挙げられる。その具体例としては、n−ヘキシルアミン、n−ヘプチルアミン、n−オクチルアミン、n−ノニルアミン、n−デシルアミン等のモノアルキルアミン;ジエチルアミン、ジ−n−プロピルアミン、ジ−n−ヘプチルアミン、ジ−n−オクチルアミン、ジシクロヘキシルアミン等のジアルキルアミン;トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリ−n−プロピルアミン、トリ−n−ブチルアミン、トリ−n−ヘキシルアミン、トリ−n−ペンチルアミン、トリ−n−ヘプチルアミン、トリ−n−オクチルアミン、トリ−n−ノニルアミン、トリ−n−デカニルアミン、トリ−n−ドデシルアミン等のトリアルキルアミン;ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン、トリイソプロパノールアミン、ジ−n−オクタノールアミン、トリ−n−オクタノールアミン等のアルキルアルコールアミン等が挙げられる。
これらの中でも、アルキルアルコールアミン及びトリアルキルアミンが好ましく、アルキルアルコールアミンが最も好ましい。アルキルアルコールアミンの中でもトリエタノールアミンやトリイソプロパノールアミンが最も好ましい。
環式アミンとしては、たとえば、ヘテロ原子として窒素原子を含む複素環化合物が挙げられる。該複素環化合物としては、単環式のもの(脂肪族単環式アミン)であっても多環式のもの(脂肪族多環式アミン)であってもよい。
脂肪族単環式アミンとして、具体的には、ピペリジン、ピペラジン等が挙げられる。
脂肪族多環式アミンとしては、炭素数が6〜10のものが好ましく、具体的には、1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]−5−ノネン、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]−7−ウンデセン、ヘキサメチレンテトラミン、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン等が挙げられる。
これらは単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
(D)成分を配合する場合、その含有量は、高分子化合物(A1)および(A2)成分の合計量の0.01〜5.0質量%が好ましい。
【0175】
レジスト組成物には、感度劣化の防止や、レジストパターン形状、引き置き経時安定性等の向上の目的で、任意の成分として、有機カルボン酸、ならびにリンのオキソ酸およびその誘導体からなる群から選択される少なくとも1種の化合物(E)(以下、(E)成分という)を含有させることができる。
有機カルボン酸としては、例えば、酢酸、マロン酸、クエン酸、リンゴ酸、コハク酸、安息香酸、サリチル酸などが好適である。
リンのオキソ酸およびその誘導体としては、リン酸、ホスホン酸、ホスフィン酸等が挙げられ、これらの中でも特にホスホン酸が好ましい。
リンのオキソ酸の誘導体としては、たとえば、上記オキソ酸の水素原子を炭化水素基で置換したエステル等が挙げられ、前記炭化水素基としては、炭素数1〜5のアルキル基、炭素数6〜15のアリール基等が挙げられる。
リン酸の誘導体としては、リン酸ジ−n−ブチルエステル、リン酸ジフェニルエステル等のリン酸エステルなどが挙げられる。
ホスホン酸の誘導体としては、ホスホン酸ジメチルエステル、ホスホン酸−ジ−n−ブチルエステル、フェニルホスホン酸、ホスホン酸ジフェニルエステル、ホスホン酸ジベンジルエステル等のホスホン酸エステルなどが挙げられる。
ホスフィン酸の誘導体としては、フェニルホスフィン酸等のホスフィン酸エステルなどが挙げられる。
(E)成分は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
(E)成分を配合する場合、その含有量は、高分子化合物(A1)および(A2)成分の合計量の0.01〜5.0質量%が好ましい。
【0176】
レジスト組成物には、さらに所望により混和性のある添加剤、例えばレジスト膜の性能を改良するための付加的樹脂、塗布性を向上させるための界面活性剤、溶解抑制剤、可塑剤、安定剤、着色剤、ハレーション防止剤、染料などを適宜、添加含有させることができる。
【0177】
<有機溶剤>
レジスト組成物は、材料を有機溶剤(以下、(S)成分ということがある)に溶解させて製造することができる。
(S)成分としては、使用する各成分を溶解し、均一な溶液とすることができるものであればよく、従来、化学増幅型レジストの溶剤として公知のものの中から任意のものを1種または2種以上適宜選択して用いることができる。
例えば、γ−ブチロラクトン等のラクトン類;
アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、メチル−n−ペンチルケトン、メチルイソペンチルケトン、2−ヘプタノンなどのケトン類;
エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコールなどの多価アルコール類;
エチレングリコールモノアセテート、ジエチレングリコールモノアセテート、プロピレングリコールモノアセテート、またはジプロピレングリコールモノアセテート等のエステル結合を有する化合物、前記多価アルコール類または前記エステル結合を有する化合物のモノメチルエーテル、モノエチルエーテル、モノプロピルエーテル、モノブチルエーテル等のモノアルキルエーテルまたはモノフェニルエーテル等のエーテル結合を有する化合物等の多価アルコール類の誘導体[これらの中では、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)、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)が好ましい];
ジオキサンのような環式エーテル類や、乳酸メチル、乳酸エチル(EL)、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、メトキシプロピオン酸メチル、エトキシプロピオン酸エチルなどのエステル類;
アニソール、エチルベンジルエーテル、クレジルメチルエーテル、ジフェニルエーテル、ジベンジルエーテル、フェネトール、ブチルフェニルエーテル、エチルベンゼン、ジエチルベンゼン、ペンチルベンゼン、イソプロピルベンゼン、トルエン、キシレン、シメン、メシチレン等の芳香族系有機溶剤などを挙げることができる。
これらの有機溶剤は単独で用いてもよく、2種以上の混合溶剤として用いてもよい。中でも、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)、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)、ELが好ましい。
また、PGMEAと極性溶剤とを混合した混合溶媒は好ましい。その配合比(質量比)は、PGMEAと極性溶剤との相溶性等を考慮して適宜決定すればよいが、好ましくは1:9〜9:1、より好ましくは2:8〜8:2の範囲内とすることが好ましい。
より具体的には、極性溶剤としてELを配合する場合は、PGMEA:ELの質量比は、好ましくは1:9〜9:1、より好ましくは2:8〜8:2である。また、極性溶剤としてPGMEを配合する場合は、PGMEA:PGMEの質量比は、好ましくは1:9〜9:1、より好ましくは2:8〜8:2、さらに好ましくは3:7〜7:3である。
また、(S)成分として、その他には、PGMEA及びELの中から選ばれる少なくとも1種とγ−ブチロラクトンとの混合溶剤も好ましい。この場合、混合割合としては、前者と後者の質量比が好ましくは70:30〜95:5とされる。
(S)成分の使用量は特に限定しないが、基板等に塗布可能な濃度で、塗布膜厚に応じて適宜設定されるものであるが、一般的にはレジスト組成物の固形分濃度が2〜20質量%、好ましくは5〜15質量%の範囲内となる様に用いられる。
【0178】
<レジストパターン形成方法>
上記レジスト組成物は、レジスト組成物を用いて支持体上にレジスト膜を形成する工程、前記レジスト膜を露光する工程、および前記レジスト膜を現像してレジストパターンを形成する工程を含むレジストパターン形成方法に好適に用いられる。なお、本明細書において、「露光」は放射線の照射全般を含む概念とする。
該レジストパターン形成方法において、支持体としては、特に限定されず、従来公知のものを用いることができ、例えば、電子部品用の基板や、これに所定の配線パターンが形成されたもの等を例示することができる。より具体的には、シリコンウェーハ、銅、クロム、鉄、アルミニウム等の金属製の基板や、ガラス基板等が挙げられる。配線パターンの材料としては、例えば銅、アルミニウム、ニッケル、金等が使用可能である。
また、支持体としては、上述のような基板上に、無機系および/または有機系の膜が設けられたものであってもよい。無機系の膜としては、無機反射防止膜(無機BARC)が挙げられる。有機系の膜としては、有機反射防止膜(有機BARC)が挙げられる。
【0179】
上記レジストパターン形成方法は、例えば以下の様にして行うことができる。
すなわち、まず支持体上に、上記レジスト組成物をスピンナーなどで塗布し、80〜150℃の温度条件下、プレベーク(ポストアプライベーク(PAB))を40〜120秒間、好ましくは60〜90秒間施し、レジスト膜を形成する。該レジスト膜に対し、所定の露光光源を用いて、所望のマスクパターンを介してまたは介さずに選択的に露光する。すなわちマスクパターンを介して露光する、またはマスクパターンを介さずに電子線を直接照射して描画する。
選択的露光後、80〜150℃の温度条件下、加熱処理(ポストエクスポージャーベーク(PEB))を40〜120秒間、好ましくは60〜90秒間施す。次いで、これをアルカリ現像液、例えば0.1〜10質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)水溶液を用いて現像処理し、好ましくは純水を用いて水リンスを行い、乾燥を行うことにより、レジストパターンを形成できる。
露光に用いる波長は、特に限定されず、KrFエキシマレーザー、ArFエキシマレーザー、Fエキシマレーザー、EUV(極紫外線)、VUV(真空紫外線)、EB(電子線)、X線、軟X線などの放射線を用いて行うことができる。これらの中でも、上記レジスト組成物は、KrFエキシマレーザー、ArFエキシマレーザー、EBに対して特に有効である。
【0180】
上記レジスト組成物においては、従来化学増幅型のレジスト組成物に用いられている低分子量酸発生剤を含有しなくても、実際に、レジストパターンを形成することができる。そのため、従来のレジスト組成物に比べて、低分子量酸発生剤の配合量を少なくするか、または全く配合しないこともできる。すなわち、従来の化学増幅型のレジスト組成物は、少なくとも、酸の作用によりアルカリ溶解性が変化する樹脂成分(ベース樹脂)と、低分子量酸発生剤とを含有する2成分系のものが一般的である。しかし、本発明においては、高分子化合物(A1)がベース樹脂としての機能および酸発生剤としての機能の両方を備えているため、1成分単独であってもレジストパターンを形成することができる。
【0181】
また、上記レジスト組成物は、感度、解像性等のリソグラフィー特性も良好であり、たとえばラインアンドスペースパターンのライン幅が300nm以下の微細なレジストパターンを形成できる。
さらに、上記レジスト組成物によれば、レジストパターン表面の荒れ(ラフネス)を低減できる。ラフネスは、ホールパターンにおけるホール周囲の歪みや、ラインアンドスペースパターンにおけるライン幅のばらつき等の原因となるため、微細な半導体素子の形成等に悪影響を与えるおそれがある。そのため、近年、レジストパターンの微細化がますます進み、高解像性の要望がさらに高まるなか、LERの改善が深刻な問題となってきている。
また、上記レジスト組成物によれば、レジストパターン形成時のガスの発生(アウトガス)を防止できる。そのため、露光装置の汚染を低減でき、そのため、これらに対する保護対策を行わなくてもよく、プロセスや露光装置の簡便化に貢献できる。
かかる効果が得られる理由は、定かではないが、以下の理由が推測される。すなわち、低分子量酸発生剤を用いた従来のレジスト組成物においては、一見、各成分が溶剤中で均一に混ざり合っているように見える。しかし、成膜時の加熱等によりレジスト膜中の至るところで酸発生剤の局在化が起こり、結果、レジスト膜中での酸解離性溶解抑制基の解離(脱保護)が均一に起こらず、ラフネスの悪化や解像性の低下の問題が起こると推測される。また、発生した酸がPEB等の加熱によりガス化し、アウトガスを引き起こすと考えられる。
これに対し、本発明においては、高分子化合物(A1)が酸性基を生じ得る基を有しており、また、該酸性基は高分子化合物(A1)に結合している。そのため、レジスト膜中での低分子量の酸の発生とその拡散、酸の局在化等が防止されると推測され、これによって上記効果が得られると推測される。
【0182】
≪化合物(III−1)≫
本発明の化合物(III−1)は、前記一般式(III−1)で表される化合物である。式(III−1)中、R303は、置換基を有していてもよい1−ナフチル基または2−ナフチル基である。該置換基としては、前記一般式(I−1)中のRで挙げた置換基と同様のものが挙げられる。R303としては、2−ナフチル基が特に好ましい。
また、R403は炭素数2〜5のフッ素化アルキル基であり、炭素数4または5のフッ素化アルキル基が好ましく、炭素数4のフッ素化アルキル基が最も好ましい。
化合物(III−1)は、上述した化合物(I)の製造方法において、化合物(III)として利用できる。
【0183】
≪化合物(IV−1)≫
本発明の化合物(IV−1)は、前記一般式(IV−1)で表される化合物である。式(IV−1)中、R304は、置換基を有していてもよい1−ナフチル基または2−ナフチル基である。該置換基としては、前記一般式(I−1)中のRで挙げた置換基と同様のものが挙げられる。R304としては、2−ナフチル基が特に好ましい。
また、R404は炭素数2〜5のフッ素化アルキル基であり、炭素数4または5のフッ素化アルキル基が好ましく、炭素数4のフッ素化アルキル基が最も好ましい。
化合物(IV−1)は、上述した化合物(I)の製造方法において、化合物(IV)として利用できる。
【0184】
≪化合物(V−1)≫
本発明の化合物(V−1)は、前記一般式(V−1)で表される化合物である。式(V−1)中、R305は、置換基を有していてもよいフェニル基、1−ナフチル基または2−ナフチル基である。該置換基としては、前記一般式(I−1)中のRで挙げた置換基と同様のものが挙げられる。R305としては、1−ナフチル基または2−ナフチル基が好ましく、2−ナフチル基が特に好ましい。
また、R405は炭素数2〜5のフッ素化アルキル基であり、炭素数4または5のフッ素化アルキル基が好ましく、炭素数4のフッ素化アルキル基が最も好ましい。
化合物(V−1)は、上述した化合物(I)の製造方法において、化合物(V)として利用できる。
【実施例】
【0185】
次に、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。
[実施例1]
(第1工程)
ノナフルオロブチルトリメチルシラン(CSiMe)7.01g、2−ナフトアルデヒド3.13gを、1,2−ジメトキシエタン(glyme)6.6mlに溶解した。この溶液に、CsF0.20gを、室温にて攪拌下、分割添加した。更に2時間攪拌を続けた後、メタノール6.6mlを加えて1時間攪拌した。反応溶液を減圧下濃縮し、残渣にトルエン13.2ml、飽和食塩水6.6mlを添加し、30分間攪拌した後に分液した。トルエン溶液を飽和食塩水6.6mlで洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥した後、減圧下濃縮した。ヘキサンから再結晶させると、α−ノナフルオロブチル−2−ナフタレンメタノール5.61g(理論値の74%に相当)が得られた。
【0186】
【化52】

【0187】
得られたα−ノナフルオロブチル−2−ナフタレンメタノールの機器分析結果を以下に示す。
融点(Mp):82.4℃。
IR(KBr)(ν/cm−1):3416(ν OH)、1280〜1100(ν CF)。
H−NMR(CDCl、300MHz):δ(ppm)=2.64(1H,broad,OH)、5.35(1H,m,CH)、7.49〜7.56(3H,m,naphthyl)、7.83〜7.92(4H,m,naphthyl)。
19F−NMR(CDCl、283MHz):δ(ppm)=−128.0〜−125.5(2F)、−123.8〜−121.7(2F)、−126.7,−125.7,−118.0,−119.0(2F) −81.6(3F)。
MS:421(M−H+HCOOH)
【0188】
(第2工程)
α−ノナフルオロブチル−2−ナフタレンメタノール5.59g、五酸化二リン4.22gをジメチルホルムアミド(DMF)15mlに懸濁させた。この溶液に、ジメチルスルホキシド(DMSO)4.95gを、室温にて攪拌下添加した。更に2時間攪拌を続けた後、30℃以下に冷却した。反応液にトルエン75ml、水75mlを添加し、30分攪拌した後分液した。トルエン溶液を、5%炭酸水素ナトリウム水溶液45ml、飽和食塩水45mlで順次洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥した後、減圧下濃縮することで、2−ナフチルノナフルオロブチルケトンの粗生成物6.88gが得られた。粗生成物は未精製のまま次の反応に使用した。
【0189】
【化53】

【0190】
得られた2−ナフチルノナフルオロブチルケトン(粗生成物)の機器分析結果を以下に示す。
沸点(Bp):130℃/5mmHg。
IR(neat)(ν/cm−1):1701(ν C=O)、1300〜1100(ν CF)。
H−NMR(CDCl、300MHz):δ(ppm)=7.58〜7.72(2H,m,naphthyl)、7.88〜8.08(4H,m,naphthyl)、8.64(1H,s,naphthyl)。
19F−NMR(CDCl、283MHz):δ(ppm)=−125.8(2F)、−122.5(2F)、−113.0(2F)、−81.6(3F)。
【0191】
(第3工程)
粗生成物である2−ナフチルノナフルオロブチルケトン6.88gおよび塩酸ヒドロキシルアミン1.35gを、メタノール変性エタノール3.8mlおよびピリジン15mlに溶解した。この溶液を内温95℃にて3時間、加熱攪拌した。反応溶液を減圧下濃縮し、残渣に水15ml、酢酸エチル45mlを添加し、30分間攪拌した。反応液を分液し、得られた酢酸エチル溶液を1N塩酸15mlで2回、飽和食塩水15mlで2回、順次洗浄した。この酢酸エチル溶液を硫酸マグネシウムで乾燥した後、減圧下濃縮することで、2−ナフチルノナフルオロブチルケトンオキシムの粗生成物5.75gが得られた。
【0192】
【化54】

【0193】
得られた2−ナフチルノナフルオロブチルケトンオキシム(粗生成物)の機器分析結果を以下に示す。
MS:388(M−H)
IR(KBr)(ν/cm−1):3277(ν OH)、1300〜1110(ν CF)。
H−NMR(CDCl、300MHz):δ(ppm)=7.43〜7.59(3H,m,naphthyl)、7.84〜7.96(4H,m,naphthyl)、8.92(1H,broad,OH)。
19F−NMR(CDCl、283MHz):δ(ppm)=−126.9、−126.0(0.68F、1.32F)、−121.5、−120.7(1.34F、0.66F)、−110.7、−108.5(1.34F、0.66F)、−81.6、−81.4(3F)。
【0194】
19F−NMRにより、2−ナフチルノナフルオロブチルケトンオキシム(粗生成物)が2種の異性体の混合物(約2:1の混合比)として得られたことが確認できた。その19F−NMRチャートを図1に示す。
また、TLC分析(プレート:シリカゲル、展開溶媒:酢酸エチル/ヘキサン=1/5)において、各異性体を確認することができた(Rf=0.27、0.36)。
【0195】
(異性体制御工程)
得られた粗生成物をメタノール28mlに溶解した。この溶液に35%塩酸0.42gを室温にて攪拌下添加した。更に攪拌下、30時間加熱還流させた。TLC分析(プレート:シリカゲル、展開溶媒:酢酸エチル/ヘキサン=1/5)において、Rf=0.27の成分が痕跡量となったことを確認した後、反応液にメタノール14ml、水14mlを添加し、晶析させることで、2−ナフチルノナフルオロブチルケトンオキシム4.58g(2−ナフトアルデヒドからの理論値の79%に相当)が得られた。
【0196】
得られた2−ナフチルノナフルオロブチルケトンオキシムの機器分析結果を以下に示す。
Mp:142.4℃。
IR(KBr)(ν/cm−1):3276(ν OH)、1290〜1110(ν CF)。
H−NMR(CDCl、300MHz):δ(ppm)=7.45(1H,d,naphthyl)、7.51〜7.60(2H,m,naphthyl)、7.86〜7.94(4H,m,naphthyl) 8.57(1H,s,OH)。
19F−NMR(CDCl、283MHz):δ(ppm)=−126.0(2F)、−121.5(2F)、−110.7(2F)、−81.6(3F)。
【0197】
19F−NMRにより、2−ナフチルノナフルオロブチルケトンオキシムが純粋な立体異性体(異性体制御品)として得られたことが確認できた。その19F−NMRチャートを図2に示す。
また、この異性体制御品について、X線結晶構造解析を行った。その結果をもとに作成された該異性体制御品の立体構造図を図3に示す。
【0198】
(第4工程)
2−ナフチルノナフルオロブチルケトンオキシム(異性体制御品)100.2g、4−ジメチルアミノピリジン69.20gをDMF250ml、アセトン1Lに溶解した。この溶液を内温20℃以下に冷却し、3−クロロスルホニルプロピルメタクリレート(SPM−Cl)105.1gのDMF155ml溶液を攪拌下添加し、1時間攪拌した。更に内温20℃以下でメタノール250mlを添加し、1時間攪拌した。反応液を水10L/並塩1kg中に激しく攪拌しながら投入し、酢酸エチル5Lで抽出した。酢酸エチル溶液を、1N塩酸2kg、10%食塩水2kg、5%炭酸水素ナトリウム水溶液2kg、飽和食塩水2Lで2回、順次洗浄した。この酢酸エチル溶液を硫酸マグネシウムで乾燥した後、減圧下濃縮した。残渣を、ジイソプロピルエーテル(IPE)134ml、ヘキサン1340mlから再結晶させると、2−ナフチルノナフルオロブチルケトン O−3−(メタクリロイルオキシ)プロパンスルホニルオキシム113.4g(理論値の76%に相当)が得られた。
【0199】
【化55】

【0200】
得られた2−ナフチルノナフルオロブチルケトン O−3−(メタクリロイルオキシ)プロパンスルホニルオキシムの機器分析結果を以下に示す。
Mp:53.9℃。
IR(KBr)(ν/cm−1):1714(ν C=O)、1385(ν SO)、1280〜1110(ν CF。)
H−NMR(CDCl、300MHz):δ(ppm)=1.95(3H,s,CH)、2.20〜2.30(2H,m,CH)、3.54(2H,t,CH)、4.27(2H,t,CH)、5.61(1H,s,C=CH)、6.12(1H,s,C=CH)、7.40(1H,d,naphthyl)、7.56〜7.65(2H,m,naphthyl)、7.88〜7.97(4H,m, naphthyl)。
19F−NMR(CDCl、283MHz):δ(ppm)=−125.9(2F)、−121.1(2F)、−110.5(2F)、−81.6(3F)。
【0201】
19F−NMRにより、2−ナフチルノナフルオロブチルケトン O−3−(メタクリロイルオキシ)プロパンスルホニルオキシムが純粋な立体異性体(異性体制御品)として得られたことが確認できた。その19F−NMRチャートを図4に示す。
【0202】
[実施例2]
実施例1と同じ手順で第1工程〜第3工程を行った後、異性体制御工程を行わずに第4工程を行った。これにより、2−ナフチルノナフルオロブチルケトン O−3−(メタクリロイルオキシ)プロパンスルホニルオキシムを得た。
得られた2−ナフチルノナフルオロブチルケトン O−3−(メタクリロイルオキシ)プロパンスルホニルオキシムの機器分析結果を以下に示す。
Mp:54.2℃。
IR(KBr)(ν/cm−1):1715(ν C=O)、1385(ν SO)、1280〜1110(ν CF)。
H−NMR(CDCl、300MHz):δ(ppm)=1.88、1.95(3H,s,CH)、2.21〜2.36(2H,m,CH)、3.54(2H,m,CH)、4.28(2H,m,CH)、5.51、5.61(0.38H、0.62H,s,C=CH)、6.06、6.12(0.37H、0.63H,s,C=CH)、7.39〜8.07(7H,m,naphthyl)。
19F−NMR(CDCl、283MHz):δ(ppm)=−126.7、−125.9(0.76F、1.24F)、−121.1、−120.1(1.24F、0.76F)、−110.5、−107.3(1.24F、0.76F)、−81.6、−81.3(3F)。
【0203】
19F−NMRにより、2−ナフチルノナフルオロブチルケトン O−3−(メタクリロイルオキシ)プロパンスルホニルオキシムが異性体混合物として得られたことが確認できた。その19F−NMRチャートを図5に示す。
【0204】
[実施例3]
(第一工程)
SiMe 67.76g、1−ナフトアルデヒド18.08gを1,2−ジメトキシエタン36mlに溶解した。この溶液に、CsF1.74gを室温にて攪拌下、分割添加した。更に2時間攪拌を続けた後、メタノール36mlを加えて1晩攪拌した。反応溶液を減圧下濃縮し、残渣にトルエン72ml、飽和食塩水36mlを添加し、30分間攪拌し後に分液した。トルエン溶液を飽和食塩水36mlで洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥した後、減圧下濃縮した。ヘキサンから再結晶させると、α−ノナフルオロブチル−1−ナフタレンメタノール28.89g(理論値の66%に相当)が得られた。
【0205】
【化56】

【0206】
得られたα−ノナフルオロブチル−1−ナフタレンメタノールの機器分析結果を以下に示す。
Mp:78.4℃。
IR(KBr)(ν/cm−1)3481(ν OH)、1290〜1100(ν CF)。
H−NMR(CDCl、300MHz):δ(ppm)=2.55(1H,broad,OH)、6.14(1H,d,CH)、7.49〜7.60(3H,m,naphthyl)、7.81〜8.01(4H,m,naphthyl)。
19F−NMR(CDCl、283MHz):δ(ppm)=−128.2〜−125.4(2F)、−124.3〜−121.9(2F)、−127.8,−126.8,−117.2,−116.2(2F)、−81.6(3F)。
【0207】
(第二工程)
α−ノナフルオロブチル−1−ナフタレンメタノール28.88g、五酸化二リン27.24gをDMF77mlに懸濁させた。この溶液に、DMSO25.19gを室温にて攪拌下添加した。更に2時間攪拌を続けた後、30℃以下に冷却した。反応液にトルエン385ml、水385mlを添加し、30分攪拌した後分液した。トルエン溶液を、5%炭酸水素ナトリウム水溶液97ml、飽和食塩水97mlで順次洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥した後、減圧下濃縮することで、1−ナフチルノナフルオロブチルケトンの粗生成物31.55gが得られた。粗生成物は未精製のまま次の反応に使用した。
【0208】
【化57】

【0209】
得られた1−ナフチルノナフルオロブチルケトン(粗生成物)の機器分析結果を以下に示す。
IR(neat)(ν/cm−1):1706(ν C=O)、1280〜1110(ν CF)。
H−NMR(CDCl、300MHz):δ(ppm)=7.53〜7.69(3H,m,naphthyl)、7.92(1H,d,naphthyl)、8.06〜8.13(2H,m,naphthyl)、8.42(1H,d,naphthyl)。
19F−NMR(CDCl、283MHz):δ(ppm)=−125.9(2F)、−122.1(2F)、−112.8(2F)、−81.7(3F)。
【0210】
(第三工程)
粗生成物である1−ナフチルノナフルオロブチルケトン31.55g、塩酸ヒドロキシルアミン16.00gをメタノール変性エタノール19ml、ピリジン76mlに溶解した。この溶液を内温95℃にて24時間、加熱攪拌した。反応溶液を減圧下濃縮し、残渣に水76ml、酢酸エチル228mlを添加し、30分間攪拌した。反応液を分液し、得られた酢酸エチル溶液を、1N塩酸76mlで2回、飽和食塩水76mlで2回、順次洗浄した。この酢酸エチル溶液を硫酸マグネシウムで乾燥した後、減圧下濃縮することで、1−ナフチルノナフルオロブチルケトンオキシムの粗生成物28.37gが得られた。粗生成物は未精製のまま次の反応に使用した。
【0211】
【化58】

【0212】
得られた1−ナフチルノナフルオロブチルケトンオキシム(粗生成物)の機器分析結果を以下に示す。
IR(neat)(ν/cm−1):3318(ν OH)、1270〜1120(ν CF)。
H−NMR(CDCl、300MHz):δ(ppm)=7.41〜7.64(5H,m,naphthyl)、7.81〜7.98(2H,m,naphthyl)、8.78、9.11(0.68H、0.32H,broad,OH)。
19F−NMR(CDCl、283MHz):δ(ppm)=−127.1、−125.9(0.62F、1.38F)、−121.2、−120.2(1.33F、0.67F)、−111.8〜−108.3、−109.0(1.38F、0.62F)、−81.7、−81.5(3F)。
【0213】
19F−NMRにより、1−ナフチルノナフルオロブチルケトンオキシムが異性体混合物として得られたことが確認できた。その19F−NMRチャートを図6に示す。
なお、該チャートにおいては、未反応の原料である1−ナフチルノナフルオロブチルケトン由来のピークがδ=−125.9、−81.7にて重なっている。
【0214】
(第四工程)
粗生成物である1−ナフチルノナフルオロブチルケトンオキシム28.37g、4−ジメチルアミノピリジン19.59gをDMF73ml、アセトン292mlに溶解した。この溶液を内温20℃以下に冷却し、3−クロロスルホニルプロピルメタクリレート(SPM−Cl)29.74gを攪拌下添加し、1時間攪拌した。更に内温20℃以下でメタノール73mlを添加し、1時間攪拌した。反応液を水2920ml/並塩292g中に激しく攪拌しながら投入し、酢酸エチル1460mlで抽出した。酢酸エチル溶液を、1N塩酸584ml、10%食塩水584ml、5%炭酸水素ナトリウム水溶液584ml、飽和食塩水584mlで2回、順次洗浄した。この酢酸エチル溶液を硫酸マグネシウムで乾燥した後、減圧下濃縮した。IPE38ml、ヘキサン380mlから再結晶させると、1−ナフチルノナフルオロブチルケトン O−3−(メタクリロイルオキシ)プロパンスルホニルオキシム19.95g(α−ノナフルオロブチル−1−ナフタレンメタノールからの理論値の45%に相当)が得られた。
【0215】
【化59】

【0216】
得られた1−ナフチルノナフルオロブチルケトン O−3−(メタクリロイルオキシ)プロパンスルホニルオキシムの機器分析結果を以下に示す。
Mp:78.6℃。
IR(KBr)(ν/cm−1):1705(ν C=O)、1384(ν SO)、1280〜1120(ν CF)。
H−NMR(CDCl、300MHz):δ(ppm)=1.86、1.96(0.26H、2.74H,s,CH)、2.15〜2.36(2H,m,CH)、3.51(2H,m,CH)、4.25(2H,m,CH)、5.50、5.62(0.08H、0.92H,s,C=CH)、6.02、6.13(0.08H、0.92H,s,C=CH)、7.42〜8.05(7H,m,naphthyl)。
19F−NMR(CDCl、283MHz):δ(ppm)=−126.8、−125.8(0.20F、1.80F)、−120.8、−119.6(1.80F、0.20F)、−111.5〜−108.3、−107.7(1.83F、0.17F)、−81.7、−81.4(3F)。
【0217】
19F−NMRにより、1−ナフチルノナフルオロブチルケトン O−3−(メタクリロイルオキシ)プロパンスルホニルオキシムが2種の異性体の混合物(約9:1の混合比)として得られたことが確認できた。その19F−NMRチャートを図7に示す。
【0218】
(異性体制御工程)
得られた異性体混合物を、IPE/ヘキサンから2回再結晶することで、1−ナフチルノナフルオロブチルケトン O−3−(メタクリロイルオキシ)プロパンスルホニルオキシムの異性体制御品16.14g(α−ノナフルオロブチル−1−ナフタレンメタノールからの理論値の36%に相当)が得られた。
得られた異性体制御品の機器分析結果を以下に示す。
Mp:82.0℃。
IR(KBr)(ν/cm−1):1706(ν C=O)、1383(ν SO)、1280〜1120(ν CF)。
H−NMR(CDCl、300MHz):δ(ppm)=1.96(3H,s,CH)、2.15〜2.24(2H,m,CH)、3.51(2H,t,CH)、4.24(2H,t,CH)、5.62(1H,s,C=CH)、6.13(1H,s,C=CH)、7.44(1H,d,naphthyl)、7.54〜7.63(4H,m,naphthyl)、7.92〜8.05(2H,m,naphthyl)。
19F−NMR(CDCl、283MHz):δ(ppm)=−125.8(2F)、−120.8(2F)、−111.5〜−108.3(2F)、−81.7(3F)。
【0219】
19F−NMRにより、1−ナフチルノナフルオロブチルケトン O−3−(メタクリロイルオキシ)プロパンスルホニルオキシムが異性体制御品として得られたことが確認できた。その19F−NMRチャートを図8に示す。
【0220】
[参考合成例1:高分子化合物の合成]
モノマーとしてp−アセトキシスチレン16.20g(100mmol)および実施例1で得た2−ナフチルノナフルオロブチルケトン O−3−(メタクリロイルオキシ)プロパンスルホニルオキシム(異性体制御品)14.13g(25mmol)、ならびに重合開始剤としてジメチル2,2−アゾビス(2−メチルプロピオネート)2.88g(12.5mmol)を、乳酸エチル(EL)45.49gを加えて溶かし、モノマー溶液を調製した。
80℃に加熱したEL25.27gにモノマー溶液を滴下し、6時間攪拌後、1時間静置した。その後、反応溶液を、メタノール−水の混合溶媒(メタノール:水=95:5(体積比))の混合溶媒中に滴下し、メタノール−水、n−ヘプタンで再沈殿精製を行って乾燥させることにより、白色固体22.18gを得た。
得られた白色固体について、分子量および分散度はGPC結果から算出し、組成(高分子化合物中の各構成単位の割合(モル%))をH−NMRから算出した。H−NMRデータを以下に示す。
H−NMR(CDCl、270MHz):δ(ppm)=2.20(3H,s,acetyl)、3.00〜3.60(6H,s,−(CH−)、6.80(4H,s,phenyl)、8.10,7.65,7.45(7H,s,naphthyl)。
【0221】
上記結果から、得られた白色固体が、下記式(1)で表される共重合体(1)(収率73%、分子量(Mw)6900、分散度(Mw/Mn)1.58)であることが確認できた。式(1)中、x0およびy0は各構成単位の割合を示し、x0:y0=76.5:23.5(モル比)である。
【0222】
【化60】

【0223】
前記共重合体(1)2g(7.94mmol)をテトラヒドロフラン(THF)4gに溶かし、80%ヒドラジン水溶液0.387g(6.18mmol)を加え、室温で一時間攪拌した。その後、大量の水中に滴下して析出物を得た。この析出物を濾別、洗浄、再沈殿精製、乾燥して白色固体1.49gを得た。
得られた白色固体について、上記と同様にして分子量、分散度および組成を算出し、また、熱分解温度(Td)およびガラス転移温度(Tg)を測定した。H−NMRデータを以下に示す。
H−NMR(DMSO、270MHz):δ(ppm)=3.00〜3.60(6H,s,−(CH−)、6.50(4H,s,phenyl)、8.10,7.65,7.45(7H,s,naphthyl)、8.98(1H,s,OH)。
【0224】
上記結果から、得られた白色固体が、下記式(A1−1)で表される共重合体(A1−1)(収率86%、Mw5800、Mw/Mn1.89、Td250℃、Tg102℃)であることが確認できた。式(A1−1)中、x1およびy1は各構成単位の割合を示し、x1:y1=75.7:24.3(モル比)である。
【0225】
【化61】

【0226】
[参考合成例2:高分子化合物の合成]
2−ナフチルノナフルオロブチルケトン O−3−(メタクリロイルオキシ)プロパンスルホニルオキシム(異性体制御品)の代わりに、実施例3で得た1−ナフチルノナフルオロブチルケトン O−3−(メタクリロイルオキシ)プロパンスルホニルオキシム(異性体制御品)を用いた以外は参考合成例1と同様にして白色固体2.51gを得た。
得られた白色固体について、上記と同様にして分子量、分散度、組成、TdおよびTgを求めた。H−NMRデータを以下に示す。
H−NMR(DMSO、400MHz):δ(ppm)=3.00〜3.80(6H,s,−(CH−)、6.50(4H,s,phenyl)、8.10,7.60,7.45(7H,s,naphthyl)、9.00(1H,s,OH)。
【0227】
上記結果から、得られた白色固体が、下記式(A1−2)で表される共重合体(A1−2)(収率96%、分子量5900、分散度1.75、Td248℃、Tg100℃)であることが確認できた。式(A1−2)中、x2およびy2は各構成単位の割合を示し、x2:y2=75:25(モル比)である。
【0228】
【化62】

【0229】
[参考合成例3:高分子化合物の合成]
実施例1で得た2−ナフチルノナフルオロブチルケトン O−3−(メタクリロイルオキシ)プロパンスルホニルオキシム7.23g、5−メタクリロイロキシ−2,6−ノルボルナンカルボラクトン2.77g、及びアゾビスイソブチロニトリル0.41gをTHF8.73gに溶解した。その溶液を3時間還流させた後、室温まで冷却し、メタノール/水=9/1へゆっくりと滴下し、得られた析出物をろ過した。ろ過物を再度THFに溶解させた後、メタノール/水=9/1へゆっくりと滴下し、得られた析出物をろ過することで、下記式(A1−3)で表される共重合体(A1−3)(分子量47900、分散度3.52、Td276℃、Tg217℃)であることが確認できた。式(A1−3)中、x3およびy3は各構成単位の割合を示し、x3:y3=49:51(モル比)である。
【0230】
【化63】

【0231】
[参考例1]
参考合成例1で得られた共重合体(A1−1)100質量部と、PGMEA1900質量部とを混合、溶解してポジ型のレジスト組成物を調製した。
【0232】
[参考例2]
参考合成例2で得られた共重合体(A1−2)100質量部と、PGMEA1900質量部とを混合、溶解してポジ型のレジスト組成物を調製した。
【0233】
[参考例3]
下記化学式(A2−1)で表される共重合体100質量部と、参考合成例3で得られた共重合体(A1−3)15質量部とを、PGMEA1900質量部に混合、溶解してポジ型のレジスト組成物を調製した。式(A2−1)中、( )の右下の数値は各構成単位の割合(モル比)を示す。
【0234】
【化64】

(質量平均分子量10000、分散度2.0)
【0235】
参考例1または2のレジスト組成物を用いて以下の評価を行った。
[EBリソグラフィー評価]
表1に示すレジスト組成物を、ヘキサメチルジシラザン処理を施した8インチシリコン基板上に均一に塗布し、表1に示すPAB温度で90秒間のベーク処理(PAB)を行って成膜し、膜厚100nmのレジスト膜を得た。
該レジスト膜に対し、電子線描画機Hitachi HL−800D(日立製作所製、加速電圧:70kV)を用い、表1に示す露光量で描画を行った後、表1に示すPEB温度で90秒間のベーク処理(PEB)を行い、2.38質量%TMAH水溶液(23℃)で60秒間現像し、その後60秒間、純水を用いて水リンスし、振り切り乾燥を行った。
その後、該基板について、パターンが形成されているかどうかを走査型電子顕微鏡(SEM)により観察した。その結果、実施例1〜3のいずれの例においても、ライン幅100nmのラインパターンが等間隔(ピッチ200nm)に配置されたラインアンドスペース(1:1)のレジストパターン(以下、1:1LSパターンという。)が形成されていた。
また、表1に示す露光量における限界解像度(nm)を求めた。その結果を表1に併記する。
【0236】
【表1】

【0237】
[KrFリソグラフィー評価]
支持体として、ヘキサメチルジシラザン処理を施した8インチシリコン基板(BARCなし)と、該基板上に、有機系反射防止膜組成物「ARC−29」(商品名、ブリュワーサイエンス社製)を、スピンナーを用いて塗布し、ホットプレート上で205℃、60秒間焼成して乾燥させることにより膜厚77nmの有機系反射防止膜(BARC)を形成した基板(BARCあり)とを用意した。
参考例1で得られたレジスト組成物を、上記各支持体上に均一に塗布し、80℃で90秒間のベーク処理(PAB)を行って成膜し、膜厚230nmのレジスト膜を得た。
該レジスト膜に対し、KrF露光装置S−203B(ニコン社製;NA(開口数)=0.68,σ=0.60)により、KrFエキシマレーザー(248nm)を、表2に示す露光量で、マスクパターンを介して選択的に照射した後、80℃で90秒間のベーク処理(PEB)を行い、2.38質量%TMAH水溶液(23℃)で60秒間現像し、その後60秒間、純水を用いて水リンスし、振り切り乾燥を行った。
その後、該基板について、パターンが形成されているかどうかを走査型電子顕微鏡(SEM)により観察した。その結果、ライン幅300nmの1:1LSパターンが形成されていた。
また、表2に示す露光量における限界解像度(nm)を求めた。その結果を表2に併記する。
【0238】
【表2】

【0239】
[ArFリソグラフィー評価]
有機系反射防止膜組成物「ARC29A」(商品名、ブリュワーサイエンス社製)を、スピンナーを用いて8インチシリコンウェーハ上に塗布し、ホットプレート上で205℃、60秒間焼成して乾燥させることにより、膜厚77nmの有機系反射防止膜を形成した。該反射防止膜上に、参考例3のポジ型レジスト組成物を、スピンナーを用いて塗布し、ホットプレート上で、110℃で60秒間のプレベーク(PAB)処理を行い、乾燥することにより、膜厚150nmのレジスト膜を形成した。
ついで、ArF露光装置NSR−S302(ニコン社製;NA(開口数)=0.60,2/3輪帯照明)により、ArFエキシマレーザー(193nm)を、マスクパターンを介して選択的に照射した。
そして、125℃で60秒間のPEB処理を行い、さらに23℃にて2.38質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)水溶液で30秒間現像し、その後30秒間水洗し、振り切り乾燥を行った。その結果、ライン幅200nm、ピッチ400nmのレジストパターンの解像が確認された。その際の感度は89mJ/cmであった。
【図面の簡単な説明】
【0240】
【図1】実施例1:2−ナフチルノナフルオロブチルケトンオキシム(異性体混合物)のの19F−NMRチャート。
【図2】実施例1:2−ナフチルノナフルオロブチルケトンオキシム(異性体制御品)の19F−NMRチャート。
【図3】2−ナフチルノナフルオロブチルケトンオキシム(異性体制御品)のX線結晶構造解析結果をもとに作成された立体構造図である。
【図4】実施例1:2−ナフチルノナフルオロブチルケトン O−3−(メタクリロイルオキシ)プロパンスルホニルオキシム(異性体制御品)の19F−NMRチャート。
【図5】実施例2:2−ナフチルノナフルオロブチルケトン O−3−(メタクリロイルオキシ)プロパンスルホニルオキシム(異性体混合物)の19F−NMRチャート。
【図6】実施例3:1−ナフチルノナフルオロブチルケトンオキシム(異性体混合物)の19F−NMRチャート。
【図7】実施例3:1−ナフチルノナフルオロブチルケトン O−3−(メタクリロイルオキシ)プロパンスルホニルオキシム(異性体混合物)の19F−NMRチャート。
【図8】実施例3:1−ナフチルノナフルオロブチルケトン O−3−(メタクリロイルオキシ)プロパンスルホニルオキシム(異性体制御品)の19F−NMRチャート。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
下記一般式(I)で表される化合物。
【化1】

[式中、Rは水素原子またはメチル基であり;Rは直鎖または分岐鎖状の炭素数1〜5のアルキレン基またはフッ素化アルキレン基であり;Rは置換基を有していてもよいフェニル基、1−ナフチル基または2−ナフチル基であり;Rは炭素数1〜5のフッ素化アルキル基である。]
【請求項2】
下記一般式(I−1)で表される請求項1記載の化合物。
【化2】

[式中、Rは前記と同じであり;fは1〜5の整数である。]
【請求項3】
下記一般式(III−1)で表される化合物。
【化3】

[式中、R303は置換基を有していてもよい1−ナフチル基または2−ナフチル基であり;R403は炭素数2〜5のフッ素化アルキル基である。]
【請求項4】
下記一般式(IV−1)で表される化合物。
【化4】

[式中、R304は置換基を有していてもよい1−ナフチル基または2−ナフチル基であり;R404は炭素数2〜5のフッ素化アルキル基である。]
【請求項5】
下記一般式(V−1)で表される化合物。
【化5】

[式中、R305は置換基を有していてもよいフェニル基、1−ナフチル基または2−ナフチル基であり;R405は炭素数2〜5のフッ素化アルキル基である。]

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【公開番号】特開2008−162984(P2008−162984A)
【公開日】平成20年7月17日(2008.7.17)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−356551(P2006−356551)
【出願日】平成18年12月28日(2006.12.28)
【出願人】(591028544)日本ファインケミカル株式会社 (2)
【Fターム(参考)】