JP4288518B2 - ラクトン含有化合物、高分子化合物、レジスト材料及びパターン形成方法 - Google Patents
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Description
下記一般式(1)で示されるラクトン含有化合物。
請求項2:
請求項1記載のラクトン含有化合物から得られる繰り返し単位を含有することを特徴とする高分子化合物。
請求項3:
下記一般式(2)で示される繰り返し単位を含有することを特徴とする高分子化合物。
請求項4:
更に下記一般式(3)〜(6)で表される繰り返し単位をいずれか1種以上含有することを特徴とする請求項2又は3記載の高分子化合物。
請求項5:
請求項2乃至4のいずれか1項記載の高分子化合物をベース樹脂として含有することを特徴とするレジスト材料。
請求項6:
請求項5に記載のレジスト材料を基板上に塗布する工程と、加熱処理後フォトマスクを介して高エネルギー線もしくは電子線で露光する工程と、必要に応じて加熱処理した後、現像液を用いて現像する工程とを含むことを特徴とするパターン形成方法。
(式中、R1は水素原子、フッ素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基を示す。R2、R3はそれぞれ独立に炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状の1価炭化水素基を示す。又は、R2、R3は互いに結合してこれらが結合する炭素原子と共に脂肪族炭化水素環を形成してもよい。R4は水素原子又はCO2R5を示す。R5はハロゲン原子又は酸素原子を有していてもよい炭素数1〜15の直鎖状、分岐状又は環状の1価炭化水素基を示す。Wは、CH2、O又はSを示し、WがCH2の場合は、R4はCO2R5を示す。WがO又はSの場合は、R4は水素原子又はCO2R5を示す。k1は0又は1である。)
R5として具体的には、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、1−メチルシクロペンチル基、1−エチルシクロペンチル基、1−メチルシクロヘキシル基、1−エチルシクロヘキシル基、2−エチルヘキシル基、n−オクチル基、2−メチル−2−ビシクロ[2.2.1]ヘプチル基、2−エチル−2−ビシクロ[2.2.1]ヘプチル基、2−メチル−2−アダマンチル基、2−エチル−2−アダマンチル基、8−メチル−8−トリシクロ[5.2.1.02,6]デシル基、8−エチル−8−トリシクロ[5.2.1.02,6]デシル基、3−メチル−3−テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデシル基、3−エチル−3−テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデシル基、メトキシメチル基、エトキシメチル基、メトキシエチル基、エトキシエチル基、メトキシエトキシエチル基、及び下記の基等が例示できる。
(式中、R1〜R4、W及びk1は、上記と同様である。R8は水素原子又はハロゲン原子を示す。R9はハロゲン原子、水酸基又は−OR11を示す。R10はハロゲン原子、水酸基又は−OR12を示す。R11はメチル基、エチル基又は下記式
を示す。R12はメチル基、エチル基又は下記式
を示す。MaはLi、Na、K、Mg1/2、Ca1/2又は置換もしくは未置換のアンモニウムを示す。MbはLi、Na、K、MgYa又はZnYaを示す。Yaはハロゲン原子を示す。)
なお、ヒドロキシラクトン化合物(7)の合成法は、特開2000−159758号公報及び特願2006−001102号に詳述されている。例えば、下記R4がCO2Rである場合、下記式に従ってヒドロキシラクトン化合物(7)を合成し得る。
反応は、常法に従って行うことができる。カルボン酸塩化合物(10)としては、各種カルボン酸金属塩などの市販のカルボン酸塩化合物をそのまま用いてもよいし、メタクリル酸、アクリル酸等の対応するカルボン酸と塩基より反応系内でカルボン酸塩化合物を調製して用いてもよい。カルボン酸塩化合物(10)の使用量は、原料である(ハロ)酢酸エステル化合物(9)1モルに対し0.5〜10モル、特に1.0〜3.0モルとすることが好ましい。0.5モル未満の使用では原料が大量に残存するため収率が大幅に低下する場合があり、10モルを超える使用では使用原料費の増加、釜収率の低下などによりコスト面で不利となる場合がある。対応するカルボン酸と塩基より反応系内でカルボン酸塩化合物を調製する場合に用いることができる塩基としては、例えば、アンモニア、トリエチルアミン、ピリジン、ルチジン、コリジン、N,N−ジメチルアニリンなどのアミン類;水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化テトラメチルアンモニウムなどの水酸化物類;炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウムなどの炭酸塩類;ナトリウムなどの金属類;水素化ナトリウムなどの金属水素化物;ナトリウムメトキシド、カリウムt−ブトキシドなどの金属アルコキシド類;ブチルリチウム、臭化エチルマグネシウムなどの有機金属類;リチウムジイソプロピルアミドなどの金属アミド類から選択して単独あるいは2種類以上を混合して用いることができる。塩基の使用量は、対応するカルボン酸1モルに対し0.2〜10モル、特に0.5〜2.0モルとすることが好ましい。0.2モル未満の使用では大量のカルボン酸が無駄になるためコスト面で不利になる場合があり、10モルを超える使用では副反応の増加により収率が大幅に低下する場合がある。
上記エステル化反応の反応温度は−70℃から使用する溶媒の沸点程度が好ましく、反応条件により適切な反応温度を選べるが、通常0℃から使用する溶媒の沸点程度が特に好ましい。反応温度が高くなると副反応が顕著になる場合があるため、現実的速度で反応が進行する範囲のなるべく低温で反応を行うことが高収率を達成するために重要である。上記反応の反応時間は収率向上のため薄層クロマトグラフィー、ガスクロマトグラフィーなどにより反応の進行を追跡して決定することが好ましいが、通常30分〜40時間程度である。反応混合物から通常の水系後処理(aqueous work−up)によりラクトン含有化合物(1)を得ることができ、必要があれば蒸留、再結晶、クロマトグラフィー等の常法に従って精製することができる。
用いられる塩基として、具体的には、酢酸エステル{式(9)において、R8が水素原子の場合}の場合は、ナトリウムアミド、カリウムアミド、リチウムジイソプロピルアミド、カリウムジイソプロピルアミド、リチウムジシクロヘキシルアミド、カリウムジシクロヘキシルアミド、リチウム2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、リチウムビストリメチルシリルアミド、ナトリウムビストリメチルシリルアミド、カリウムビストリメチルシリルアミド、リチウムイソプロピルシクロヘキシルアミド、ブロモマグネシウムジイソプロピルアミド等の金属アミド、ナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、リチウムメトキシド、リチウムエトキシド、リチウムtert−ブトキシド、カリウムtert−ブトキシド等のアルコキシド、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、水酸化カリウム、水酸化バリウム、水酸化テトラ−n−ブチルアンモニウム等の無機水酸化物、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸リチウム、炭酸カリウムなどの無機炭酸塩、ボラン、アルキルボラン、水素化ナトリウム、水素化リチウム、水素化カリウム、水素化カルシウムなどの金属水素化物、トリチルリチウム、トリチルナトリウム、トリチルカリウム、メチルリチウム、フェニルリチウム、sec−ブチルリチウム、tert−ブチルリチウム、エチルマグネシウムブロマイド等のアルキル金属化合物等を例示でき、ハロ酢酸エステル{式(9)において、R8がハロゲン原子の場合}の場合は、リチウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、亜鉛等の金属等(ハロ酢酸エステル、及び亜鉛を使用した反応は、いわゆるReformatsky反応として知られている。)を例示できるが、これに限定されるものではない。
反応は公知の方法により容易に進行するが、エステル化剤(14)としては、酸クロリド{式(14)において、R10が塩素原子の場合}又はカルボン酸{式(14)において、R10が水酸基の場合}が好ましい。酸クロリドを用いる場合は、無溶媒あるいは塩化メチレン、トルエン、ヘキサン等の溶媒中、β−ヒドロキシエステル化合物(13)と、メタクリル酸クロリド、アクリル酸クロリド等の対応する酸クロリド及びトリエチルアミン、ピリジン、4−ジメチルアミノピリジン等の塩基とを順次又は同時に加え、必要に応じ、冷却あるいは加熱するなどして行うのがよい。また、カルボン酸を用いる場合は、トルエン、ヘキサン等の溶媒中、β−ヒドロキシエステル化合物(13)及びメタクリル酸、アクリル酸等の対応するカルボン酸を酸触媒の存在下加熱し、必要に応じて生じる水を系外に除くなどして行うのがよい。用いる酸触媒としては例えば、塩酸、硫酸、硝酸、過塩素酸などの無機酸類、p−トルエンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸などの有機酸を挙げることができる。
一般式(1)で示されるラクトン含有化合物から得られる繰り返し単位として、具体的には下記式(2)を挙げることができる。
(式中、R1は上記と同様である。R6及びR7はそれぞれ独立に水素原子又は水酸基を示す。Xは酸不安定基を示す。Yは上記一般式(1)とは異なるラクトン構造を有する置換基を示す。Zは、水素原子、炭素数1〜15のフルオロアルキル基又は炭素数1〜15のフルオロアルコール含有置換基を示す。)
(II)上記式(3)〜(6)で示される構成単位の1種又は2種以上を0モル%以上、100モル%未満、好ましくは1〜95モル%、より好ましくは20〜90モル%含有し、必要に応じ、
(III)その他の単量体に基づく構成単位の1種又は2種以上を0〜80モル%、好ましくは0〜70モル%、より好ましくは0〜50モル%含有することができる。
本発明の高分子化合物を製造する共重合反応は種々例示することができるが、好ましくはラジカル重合、アニオン重合又は配位重合である。
(A)上記高分子化合物を含むベース樹脂、
(B)酸発生剤、
(C)有機溶剤
必要により、
(D)クエンチャー、
(E)界面活性剤
を含有するものが好ましい。
(上記式中、R401は置換又は非置換の炭素数1〜10のハロアルキルスルホニル又はハロベンゼンスルホニル基を表す。R402は炭素数1〜11のハロアルキル基を表す。Ar401は置換又は非置換の芳香族基又はヘテロ芳香族基を表す。)
ここで強酸を発生するオニウム塩と弱酸を発生するオニウム塩を混合して用いた場合、上記のように強酸が弱酸に交換することはできるが、弱酸は未反応の強酸を発生するオニウム塩と衝突して塩交換を行うことはできない。これらはオニウムカチオンがより強酸のアニオンとイオン対を形成し易いとの現象に起因する。
クエンチャーとは、本技術分野において広く一般的に用いられる用語であり、酸発生剤より発生する酸などがレジスト膜中に拡散する際の拡散速度を抑制することができる化合物を言う。クエンチャーの配合により、レジスト感度の調整が容易となることに加え、レジスト膜中での酸の拡散速度が抑制されて解像度が向上し、露光後の感度変化を抑制したり、基板や環境依存性を少なくし、露光余裕度やパターンプロファイル等を向上することができる。
アンモニウム塩類としては、ピリジニウム=p−トルエンスルホナート、トリエチルアンモニウム=p−トルエンスルホナート、トリオクチルアンモニウム=p−トルエンスルホナート、トリエチルアンモニウム=2,4,6−トリイソプロピルベンゼンスルホナート、トリオクチルアンモニウム=2,4,6−トリイソプロピルベンゼンスルホナート、トリエチルアンモニウム=カンファースルホナート、トリオクチルアンモニウム=カンファースルホナート、テトラメチルアンモニウムヒドロキサイド、テトラエチルアンモニウムヒドロキサイド、テトラブチルアンモニウムヒドロキサイド、ベンジルトリメチルアンモニウムヒドロキサイド、テトラメチルアンモニウム=p−トルエンスルホナート、テトラブチルアンモニウム=p−トルエンスルホナート、ベンジルトリメチルアンモニウム=p−トルエンスルホナート、テトラメチルアンモニウム=カンファースルホナート、テトラブチルアンモニウム=カンファースルホナート、ベンジルトリメチルアンモニウム=カンファースルホナート、テトラメチルアンモニウム=2,4,6−トリイソプロピルベンゼンスルホナート、テトラブチルアンモニウム=2,4,6−トリイソプロピルベンゼンスルホナート、ベンジルトリメチルアンモニウム=2,4,6−トリイソプロピルベンゼンスルホナート、酢酸=テトラメチルアンモニウム、酢酸=テトラブチルアンモニウム、酢酸=ベンジルトリメチルアンモニウム、安息香酸=テトラメチルアンモニウム、安息香酸=テトラブチルアンモニウム、安息香酸=ベンジルトリメチルアンモニウム等が例示される。
N(X)n(Y)3-n (B)−1
(上記式中、nは1、2又は3である。側鎖Xは同一でも異なっていてもよく、下記一般式(X)−1〜(X)−3で表すことができる。側鎖Yは同一又は異種の、水素原子もしくは直鎖状、分岐状又は環状の水素原子の一部又は全部がフッ素原子で置換されていてもよい炭素数1〜20のアルキル基を示し、エーテル基もしくはヒドロキシル基を含んでもよい。また、X同士が結合して環を形成してもよい。)
(上記式中、R300、R302、R305は炭素数1〜4の直鎖状又は分岐状のアルキレン基であり、R301、R304は水素原子、水素原子の一部又は全部がフッ素原子で置換されていてもよい炭素数1〜20の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基であり、ヒドロキシ基、エーテル基、エステル基、ラクトン環を1個あるいは複数個含んでいてもよい。R303は単結合、炭素数1〜4の直鎖状又は分岐状のアルキレン基であり、R306は水素原子の一部又は全部がフッ素原子で置換されていてもよい炭素数1〜20の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基であり、ヒドロキシ基、エーテル基、エステル基、ラクトン環を1個あるいは複数個含んでいてもよい。)
(上記式中、Xは前述の通り、R307は炭素数2〜20の直鎖状又は分岐状の水素原子の一部又は全部がフッ素原子で置換されていてもよいアルキレン基であり、カルボニル基、エーテル基、エステル基又はスルフィドを1個あるいは複数個含んでいてもよい。)
(上記式中、X、R307、nは前述の通り、R308、R309は同一又は異種の炭素数1〜4の直鎖状又は分岐状のアルキレン基である。)
(上記式中、R310は水素原子の一部又は全部がフッ素原子で置換されていてもよい炭素数2〜20の直鎖状、分岐状又は環状の極性官能基を有するアルキル基であり、極性官能基としては水酸基、カルボニル基、エステル基、エーテル基、スルフィド基、カーボネート基、シアノ基、アセタール基を1個あるいは複数個含む。R311、R312、R313は水素原子、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、アリール基又はアラルキル基である。)
(上記式中、R314は水素原子、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、アリール基又はアラルキル基である。R315は水素原子の一部又は全部がフッ素原子で置換されていてもよい炭素数1〜20の直鎖状、分岐状又は環状の極性官能基を有するアルキル基であり、極性官能基としてエステル基、アセタール基、シアノ基を一つ以上含み、その他に水酸基、カルボニル基、エーテル基、スルフィド基、カーボネート基を一つ以上含んでいてもよい。)
(上記式中、Aは窒素原子又は≡C−R322である。Bは窒素原子又は≡C−R323である。R316は水素原子の一部又は全部がフッ素原子で置換されていてもよい炭素数2〜20の直鎖状、分岐状又は環状の極性官能基を有するアルキル基であり、極性官能基としては水酸基、カルボニル基、エステル基、エーテル基、スルフィド基、カーボネート基、シアノ基又はアセタール基を一つ以上含む。R317、R318、R319、R320は水素原子、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基又はアリール基であるか、又はR317とR318、R319とR320はそれぞれ結合してベンゼン環、ナフタレン環あるいはピリジン環を形成してもよい。R321は水素原子、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基又はアリール基である。R322、R323は水素原子、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基又はアリール基である。R321とR323は結合してベンゼン環又はナフタレン環を形成してもよい。)
(上記式中、R324は炭素数6〜20のアリール基又は炭素数4〜20のヘテロ芳香族基であって、水素原子の一部又は全部が、ハロゲン原子、炭素数1〜20の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数7〜20のアラルキル基、炭素数1〜10のアルコキシ基、炭素数1〜10のアシルオキシ基、又は、炭素数1〜10のアルキルチオ基で置換されていてもよい。R325はCO2R326、OR327又はシアノ基である。R326は一部のメチレン基が酸素原子で置換されていてもよい炭素数1〜10のアルキル基である。R327は一部のメチレン基が酸素原子で置換されていてもよい炭素数1〜10のアルキル基又はアシル基である。R328は単結合、メチレン基、エチレン基、硫黄原子又は−O(CH2CH2O)n−基である。n=0,1,2,3又は4である。R329は水素原子、メチル基、エチル基又はフェニル基である。Xは窒素原子又はCR330である。Yは窒素原子又はCR331である。Zは窒素原子又はCR332である。R330、R331、R332はそれぞれ独立に水素原子、メチル基又はフェニル基であるか、あるいはR330とR331又はR331とR332が結合して、炭素数6〜20の芳香環又は炭素数2〜20のヘテロ芳香環を形成してもよい。)
(上記式中、R333は水素又は炭素数1〜10の直鎖状、分枝状又は環状のアルキル基である。R334及びR335はそれぞれ独立に、エーテル、カルボニル、エステル、アルコール、スルフィド、ニトリル、アミン、イミン、アミドなどの極性官能基を一つ又は複数含んでいてもよい炭素数1〜20のアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数7〜20のアラルキル基であって水素原子の一部がハロゲン原子で置換されていてもよい。R334とR335は互いに結合して、炭素数2〜20のヘテロ環又はヘテロ芳香環を形成してもよい。)
6−ヒドロキシ−2−オキソヘキサヒドロ−3,5−メタノ−2H−シクロペンタ[b]フラン−7−カルボン酸メチル25.0g及び2−クロロ酢酸クロリド16.0gをテトラヒドロフラン180mlに溶解した。20℃以下にて、ピリジン10.7gを滴下した。室温で1時間撹拌した後、5%炭酸水素ナトリウム水溶液40gを加え、通常の後処理操作を行った。イソプロピルエーテルより再結晶を行い、目的物31.5gを得た(収率93%)。
1H−NMR(600MHz in CDCl3):δ=1.69(1H,dd)、2.07(1H,d)、2.80(1H,m)、2.84(1H,dd)、3.11(1H,dd)、3.35(1H,t様)、3.73(3H,s)、4.06(2H,s)、4.63(1H,d)、5.34(1H,s)ppm
メタクリル酸ナトリウム12.4g、ヨウ化ナトリウム3.0g及びジメチルホルムアミド50gの混合物に[1−1−1]で得た2−クロロ酢酸エステル28.9g及びジメチルホルムアミド40gの混合物を、30℃以下にて滴下した。そのままの温度で8時間撹拌した。水100mlを30℃以下で加え、通常の後処理操作を行った。トルエン及びn−ヘキサンより再結晶を行い、目的物29.1gを得た(収率86%)。
IR(薄膜):ν=3002,2958,1779,1758,1733,1722,1436,1371,1340,1220,1205,1199,1155,1052,1006cm-1
1H−NMR(600MHz in CDCl3):δ=1.67(1H,dd)、1.96(3H,m)、2.01(1H,d)、2.80(1H,m)、2.82(1H,dd)、3.08(1H,dd)、3.32(1H,t様)、3.72(3H,s)、4.61(1H,d)、4.66(2H,s)、5.33(1H,s)、5.66(1H,m)、6.20(1H,s)ppm
メタクリル酸9.2g、炭酸カリウム16.2g、ヨウ化ナトリウム3.0g及びジメチルホルムアミド50gの混合物に[1−1−1]で得た2−クロロ酢酸エステル28.9g及びジメチルホルムアミド40gの混合物を、30℃以下にて滴下した。そのままの温度で8時間撹拌した。水100mlを30℃以下で加え、通常の後処理操作を行った。トルエン及びn−ヘキサンより再結晶を行い、目的物28.1gを得た(収率83%)。この分光学的性質は上記[1−1−2]に記載のものと完全に一致した。
メタクリル酸の代わりにアクリル酸を使用した以外は実施例[1−1−1]、[1−1−3]と同様な方法で2−(アクリロイルオキシ)酢酸7−メトキシカルボニル−2−オキソヘキサヒドロ−3,5−メタノ−2H−シクロペンタ[b]フラン−6−イルを得た(二工程収率80%)。
メタクリル酸の代わりに2−(トリフルオロメチル)アクリル酸を使用した以外は実施例[1−1−1]、[1−1−3]と同様な方法で2−[2−(トリフルオロメチル)アクリロイルオキシ]酢酸7−メトキシカルボニル−2−オキソヘキサヒドロ−3,5−メタノ−2H−シクロペンタ[b]フラン−6−イルを得た(二工程収率74%)。
6−ヒドロキシ−2−オキソヘキサヒドロ−3,5−メタノ−2H−シクロペンタ[b]フラン−7−カルボン酸メチルの代わりに6−ヒドロキシ−2−オキソヘキサヒドロ−3,5−メタノ−2H−シクロペンタ[b]フラン−7−カルボン酸エチルを使用した以外は実施例[1−1−1]、[1−1−2]と同様な方法で2−(メタクリロイルオキシ)酢酸7−エトキシカルボニル−2−オキソヘキサヒドロ−3,5−メタノ−2H−シクロペンタ[b]フラン−6−イルを得た(二工程収率78%)。
[実施例1−5−1]2−クロロ酢酸2−オキソ−4−オキサヘキサヒドロ−3,5−メタノ−2H−シクロペンタ[b]フラン−6−イルの合成
6−ヒドロキシ−2−オキソヘキサヒドロ−3,5−メタノ−2H−シクロペンタ[b]フラン−7−カルボン酸メチルの代わりに6−ヒドロキシ−2−オキソ−4−オキサヘキサヒドロ−3,5−メタノ−2H−シクロペンタ[b]フランを使用した以外は実施例[1−1−1]と同様な方法で目的物を得た(収率91%)。
1H−NMR(600MHz in DMSO−d6):δ=2.04−2.12(2H,m)、2.68−2.73(1H,m)、4.41(2H,dd様)、4.66(1H,d)、4.70(1H,d)、4.85(1H,s)、5.44(1H,t)ppm
2−クロロ酢酸7−メトキシカルボニル−2−オキソヘキサヒドロ−3,5−メタノ−2H−シクロペンタ[b]フラン−6−イルの代わりに2−クロロ酢酸2−オキソ−4−オキサヘキサヒドロ−3,5−メタノ−2H−シクロペンタ[b]フラン−6−イルを使用した以外は実施例[1−1−2]と同様な方法で目的物を得た(収率81%)。
IR(薄膜):ν=2989,2960,1791,1762,1724,1454,1421,1326,1299,1230,1182,1157,1047,1024,811cm-1
1H−NMR(600MHz in CDCl3):δ=1.97(3H,m)、2.07(1H,dd)、2.25(1H,m)、2.76(1H,m)、4.65(1H,d)、4.70(2H,s)、4.72(1H,d)、4.81(1H,s)、5.36(1H,t)、5.67(1H,m)、6.21(1H,m)ppm
6−ヒドロキシ−2−オキソヘキサヒドロ−3,5−メタノ−2H−シクロペンタ[b]フラン−7−カルボン酸メチルの代わりに6−ヒドロキシ−2−オキソ−4−オキサヘキサヒドロ−3,5−メタノ−2H−シクロペンタ[b]フランを、メタクリル酸の代わりにアクリル酸を使用した以外は実施例[1−1−1]、[1−1−3]と同様な方法で2−(アクリロイルオキシ)酢酸2−オキソ−4−オキサヘキサヒドロ−3,5−メタノ−2H−シクロペンタ[b]フラン−6−イルを得た(二工程収率77%)。
6−ヒドロキシ−2−オキソヘキサヒドロ−3,5−メタノ−2H−シクロペンタ[b]フラン−7−カルボン酸メチルの代わりに6−ヒドロキシ−2−オキソ−4−オキサヘキサヒドロ−3,5−メタノ−2H−シクロペンタ[b]フランを、メタクリル酸の代わりに2−(トリフルオロメチル)アクリル酸を使用した以外は実施例[1−1−1]、[1−1−3]と同様な方法で2−[2−(トリフルオロメチル)アクリロイルオキシ]酢酸2−オキソ−4−オキサヘキサヒドロ−3,5−メタノ−2H−シクロペンタ[b]フラン−6−イルを得た(二工程収率73%)。
6−ヒドロキシ−2−オキソヘキサヒドロ−3,5−メタノ−2H−シクロペンタ[b]フラン−7−カルボン酸メチルの代わりに6−ヒドロキシ−2−オキソヘキサヒドロ−3,5−メタノ−2H−シクロペンタ[b]フラン−7−カルボン酸tert−ブチルを使用した以外は実施例[1−1−1]、[1−1−2]と同様な方法で2−(メタクリロイルオキシ)酢酸7−tert−ブトキシカルボニル−2−オキソヘキサヒドロ−3,5−メタノ−2H−シクロペンタ[b]フラン−6−イルを得た(二工程収率79%)。
6−ヒドロキシ−2−オキソヘキサヒドロ−3,5−メタノ−2H−シクロペンタ[b]フラン−7−カルボン酸メチルの代わりに6−ヒドロキシ−2−オキソヘキサヒドロ−3,5−メタノ−2H−シクロペンタ[b]フラン−7−カルボン酸tert−ブチルを、メタクリル酸の代わりにアクリル酸を使用した以外は実施例[1−1−1]、[1−1−3]と同様な方法で2−(アクリロイルオキシ)酢酸7−tert−ブトキシカルボニル−2−オキソヘキサヒドロ−3,5−メタノ−2H−シクロペンタ[b]フラン−6−イルを得た(二工程収率77%)。
6−ヒドロキシ−2−オキソヘキサヒドロ−3,5−メタノ−2H−シクロペンタ[b]フラン−7−カルボン酸メチルの代わりに6−ヒドロキシ−2−オキソヘキサヒドロ−3,5−メタノ−2H−シクロペンタ[b]フラン−7−カルボン酸シクロヘキシルを使用した以外は実施例[1−1−1]、[1−1−2]と同様な方法で2−(メタクリロイルオキシ)酢酸7−シクロヘキシルオキシカルボニル−2−オキソヘキサヒドロ−3,5−メタノ−2H−シクロペンタ[b]フラン−6−イルを得た(二工程収率82%)。
6−ヒドロキシ−2−オキソヘキサヒドロ−3,5−メタノ−2H−シクロペンタ[b]フラン−7−カルボン酸メチルの代わりに6−ヒドロキシ−2−オキソヘキサヒドロ−3,5−メタノ−2H−シクロペンタ[b]フラン−7−カルボン酸シクロヘキシルを、メタクリル酸の代わりにアクリル酸を使用した以外は実施例[1−1−1]、[1−1−3]と同様な方法で2−(アクリロイルオキシ)酢酸7−シクロヘキシルオキシカルボニル−2−オキソヘキサヒドロ−3,5−メタノ−2H−シクロペンタ[b]フラン−6−イルを得た(二工程収率79%)。
6−ヒドロキシ−2−オキソヘキサヒドロ−3,5−メタノ−2H−シクロペンタ[b]フラン−7−カルボン酸メチルの代わりに6−ヒドロキシ−2−オキソヘキサヒドロ−3,5−メタノ−2H−シクロペンタ[b]フラン−7−カルボン酸シクロヘキシルを、メタクリル酸の代わりに2−(トリフルオロメチル)アクリル酸を使用した以外は実施例[1−1−1]、[1−1−3]と同様な方法で2−[2−(トリフルオロメチル)アクリロイルオキシ]酢酸7−シクロヘキシルオキシカルボニル−2−オキソヘキサヒドロ−3,5−メタノ−2H−シクロペンタ[b]フラン−6−イルを得た(二工程収率73%)。
[実施例1−13−1]2−クロロ酢酸7−(1−エチル−1−シクロペンチルオキシカルボニル)−2−オキソヘキサヒドロ−3,5−メタノ−2H−シクロペンタ[b]フラン−6−イルの合成
6−ヒドロキシ−2−オキソヘキサヒドロ−3,5−メタノ−2H−シクロペンタ[b]フラン−7−カルボン酸メチルの代わりに6−ヒドロキシ−2−オキソヘキサヒドロ−3,5−メタノ−2H−シクロペンタ[b]フラン−7−カルボン酸1−エチル−1−シクロペンチルを使用した以外は実施例[1−1−1]と同様な方法で目的物を得た(収率91%)。
1H−NMR(600MHz in CDCl3):δ=0.85(3H,t)、1.56−1.71(6H,m)、1.78(1H,dd)、1.89−2.12(5H,m)、2.70(1H,s)、2.86(1H,s)、3.09(1H,d)、3.23(1H,dt様)、4.07(2H,s)、4.56(1H,d)、4.70(1H,d)ppm
2−クロロ酢酸7−メトキシカルボニル−2−オキソヘキサヒドロ−3,5−メタノ−2H−シクロペンタ[b]フラン−6−イルの代わりに2−クロロ酢酸7−(1−エチル−1−シクロペンチルオキシカルボニル)−2−オキソヘキサヒドロ−3,5−メタノ−2H−シクロペンタ[b]フラン−6−イルを使用した以外は実施例[1−1−2]と同様な方法で目的物を得た(収率76%)。
IR(薄膜):ν=2979,2960,2929,1795,1787,1764,1727,1459,1367,1303,1251,1211,1176,1160,1112,1006cm-1
1H−NMR(600MHz in CDCl3):δ=0.84(3H,t)、1.56−1.71(6H,m)、1.77(1H,dd)、1.85−2.12(8H,m)、2.68(1H,s)、2.84(1H,s)、3.07(1H,d)、3.20(1H,dt様)、4.53(1H,d)、4.68(2H,s)、4.70(1H,d)、5.68(1H,m)、6.21(1H,m)ppm
6−ヒドロキシ−2−オキソヘキサヒドロ−3,5−メタノ−2H−シクロペンタ[b]フラン−7−カルボン酸メチルの代わりに6−ヒドロキシ−2−オキソヘキサヒドロ−3,5−メタノ−2H−シクロペンタ[b]フラン−7−カルボン酸1−エチル−1−シクロペンチルを、メタクリル酸の代わりに2−(トリフルオロメチル)アクリル酸を使用した以外は実施例[1−1−1]、[1−1−3]と同様な方法で2−[2−(トリフルオロメチル)アクリロイルオキシ]酢酸7−(1−エチル−1−シクロペンチルオキシカルボニル)−2−オキソヘキサヒドロ−3,5−メタノ−2H−シクロペンタ[b]フラン−6−イルを得た(二工程収率71%)。
6−ヒドロキシ−2−オキソヘキサヒドロ−3,5−メタノ−2H−シクロペンタ[b]フラン−7−カルボン酸メチルの代わりに6−ヒドロキシ−2−オキソ−4−オキサヘキサヒドロ−3,5−メタノ−2H−シクロペンタ[b]フラン−7−カルボン酸メチルを使用した以外は実施例[1−1−1]、[1−1−2]と同様な方法で2−(メタクリロイルオキシ)酢酸7−メトキシカルボニル−2−オキソ−4−オキサヘキサヒドロ−3,5−メタノ−2H−シクロペンタ[b]フラン−6−イルを得た(二工程収率74%)。
6−ヒドロキシ−2−オキソヘキサヒドロ−3,5−メタノ−2H−シクロペンタ[b]フラン−7−カルボン酸メチルの代わりに6−ヒドロキシ−2−オキソヘキサヒドロ−3,5−メタノ−2H−シクロペンタ[b]フラン−7−カルボン酸2,2,2−トリフルオロエチルを使用した以外は実施例[1−1−1]、[1−1−2]と同様な方法で2−(メタクリロイルオキシ)酢酸7−(2,2,2−トリフルオロエトキシカルボニル)−2−オキソヘキサヒドロ−3,5−メタノ−2H−シクロペンタ[b]フラン−6−イルを得た(二工程収率77%)。
6−ヒドロキシ−2−オキソヘキサヒドロ−3,5−メタノ−2H−シクロペンタ[b]フラン−7−カルボン酸メチルの代わりに6−ヒドロキシ−2−オキソヘキサヒドロ−3,5−メタノ−2H−シクロペンタ[b]フラン−7−カルボン酸2,2,2−トリフルオロエチルを、メタクリル酸の代わりにアクリル酸を使用した以外は実施例[1−1−1]、[1−1−3]と同様な方法で2−(アクリロイルオキシ)酢酸7−(2,2,2−トリフルオロエトキシカルボニル)−2−オキソヘキサヒドロ−3,5−メタノ−2H−シクロペンタ[b]フラン−6−イルを得た(二工程収率72%)。
6−ヒドロキシ−2−オキソヘキサヒドロ−3,5−メタノ−2H−シクロペンタ[b]フラン−7−カルボン酸メチルの代わりに6−ヒドロキシ−2−オキソヘキサヒドロ−3,5−メタノ−2H−シクロペンタ[b]フラン−7−カルボン酸2−メトキシエチルを使用した以外は実施例[1−1−1]、[1−1−2]と同様な方法で2−(メタクリロイルオキシ)酢酸7−(2−メトキシエトキシカルボニル)−2−オキソヘキサヒドロ−3,5−メタノ−2H−シクロペンタ[b]フラン−6−イルを得た(二工程収率78%)。
6−ヒドロキシ−2−オキソヘキサヒドロ−3,5−メタノ−2H−シクロペンタ[b]フラン−7−カルボン酸メチルの代わりに6−ヒドロキシ−2−オキソヘキサヒドロ−3,5−メタノ−2H−シクロペンタ[b]フラン−7−カルボン酸2−メトキシエチルを、メタクリル酸の代わりにアクリル酸を使用した以外は実施例[1−1−1]、[1−1−3]と同様な方法で2−(アクリロイルオキシ)酢酸7−(2−メトキシエトキシカルボニル)−2−オキソヘキサヒドロ−3,5−メタノ−2H−シクロペンタ[b]フラン−6−イルを得た(二工程収率75%)。
本発明の高分子化合物を以下に示す処方で合成した。
[実施例2−1]ポリマー1の合成
窒素雰囲気下、80℃で撹拌したメチルエチルケトン23.3gに、モノマー1 22.1gとメタクリル酸3−エチル−3−exo−テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカニル17.9gと2,2’−アゾビスイソブチロニトリル858mgをメチルエチルケトン70.0gに溶かした溶液を4時間かけて滴下した。更に80℃で2時間撹拌した。室温まで冷却した後、メタノール640gに激しく撹拌しながら滴下した。生じた固形物を濾過して取り、50℃で15時間真空乾燥して、下記式ポリマー1で示される白色粉末固体状の高分子化合物が得られた。収量は32.4g、収率は81%であった。なお、Mwは、ポリスチレン換算でのGPCを用いて測定した重量平均分子量を表す。
各単量体の種類、配合比を変えた以外は、実施例2−1と同様の手順により、表1に示した樹脂を製造した。表1中、各単位の構造を表2〜5に示す。なお、下記表において、導入比はモル比を示す。
[実施例3−1〜59、比較例2−1〜3]
上記で製造した本発明の樹脂[ポリマー1〜35(P01〜35)]及び比較例用の樹脂[ポリマー36〜38(P36〜38)]をベース樹脂として用い、酸発生剤、クエンチャー(塩基)、及び溶剤を表6に示す組成で添加し、混合溶解後にそれらをテフロン(登録商標)製フィルター(孔径0.2μm)で濾過し、レジスト材料(R−01〜59)及び比較例用のレジスト材料(R−60〜62)とした。なお、溶剤はすべて界面活性剤としてKH−20(旭硝子(株)製)を0.01質量%含むものを用いた。
PAG−1:ノナフルオロブタンスルホン酸トリフェニルスルホニウム
PAG−2:ノナフルオロブタンスルホン酸4−t−ブトキシフェニルジフェニルスルホニウム
PAG−3:1,1,3,3,3−ペンタフルオロ−2−シクロへキシルカルボキシプロパンスルホン酸トリフェニルスルホニウム
Base−1:トリ(2−メトキシメトキシエチル)アミン
Base−2:2−(2−メトキシエトキシメトキシ)エチルモルホリン
PGMEA:酢酸1−メトキシイソプロピル
CyHO:シクロヘキサノン
[実施例4−1〜59及び比較例3−1〜4]
本発明のレジスト材料(R−01〜59)及び比較用のレジスト材料(R−60〜62)を、反射防止膜(日産化学工業(株)製、ARC29A、78nm)を塗布したシリコンウエハー上へ回転塗布し、110℃、60秒間の熱処理を施して、厚さ170nmのレジスト膜を形成した。これをArFエキシマレーザーステッパー((株)ニコン製、NA=0.85)を用いて露光し、60秒間の熱処理(PEB)を施した後、2.38質量%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液を用いて30秒間パドル現像を行い、1:1のラインアンドスペースパターン及び1:10の孤立ラインパターンを形成した。PEBにおいては、各レジスト材料に最適化した温度を適用した。作製したパターン付きウエハーを上空SEM(走査型電子顕微鏡)で観察し、90nmの1:1のラインアンドスペースを1:1で解像する露光量を最適露光量(mJ/cm2)とし、該最適露光量において分離解像している1:1のラインアンドスペースパターンの最小寸法を限界解像性(マスク上寸法、5nm刻み、寸法が小さいほど良好)とした。また、該最適露光量において1:10の孤立ラインパターンも観察し、マスク上寸法140nmの孤立ラインパターンのウエハー上実寸法を測定し、マスク忠実性(ウエハー上寸法、寸法が大きいほど良好)とした。次に、90nmの1:1のラインアンドスペースパターンのライン部分について、ラインエッジラフネスの測定を行った。左右それぞれのラインエッジにおいて、300nm長の測定領域に渡って16箇所の測定点を設け、各測定点の中心線からのゆらぎの平均値をそれぞれL、Rとし、(L2+R2)の平方根をラインエッジラフネス(nm、ゆらぎが小さいほど良好)とした。
本発明のレジスト材料の評価結果(限界解像性、マスク忠実性及びラインエッジラフネス)、及び比較用のレジスト材料の評価結果(限界解像性、マスク忠実性及びラインエッジラフネス)を表7に示す。
Claims (6)
- 下記一般式(1)で示されるラクトン含有化合物。
(式中、R1は水素原子、フッ素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基を示す。R2、R3はそれぞれ独立に炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状の1価炭化水素基を示す。又は、R2、R3は互いに結合してこれらが結合する炭素原子と共に脂肪族炭化水素環を形成してもよい。R4は水素原子又はCO2R5を示す。R5はハロゲン原子又は酸素原子を有していてもよい炭素数1〜15の直鎖状、分岐状又は環状の1価炭化水素基を示す。Wは、CH2 又はOを示し、WがCH2の場合は、R4はCO2R5を示す。WがOの場合は、R4は水素原子又はCO2R5を示す。k1は0又は1である。) - 請求項1記載のラクトン含有化合物から得られる繰り返し単位を含有することを特徴とする高分子化合物。
- 下記一般式(2)で示される繰り返し単位を含有することを特徴とする高分子化合物。
(式中、R1は水素原子、フッ素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基を示す。R2、R3はそれぞれ独立に炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状の1価炭化水素基を示す。又は、R2、R3は互いに結合してこれらが結合する炭素原子と共に脂肪族炭化水素環を形成してもよい。R4は水素原子又はCO2R5を示す。R5はハロゲン原子又は酸素原子を有していてもよい炭素数1〜15の直鎖状、分岐状又は環状の1価炭化水素基を示す。Wは、CH2 又はOを示し、WがCH2の場合は、R4はCO2R5を示す。WがOの場合は、R4は水素原子又はCO2R5を示す。k1は0又は1である。) - 請求項2乃至4のいずれか1項記載の高分子化合物をベース樹脂として含有することを特徴とするレジスト材料。
- 請求項5に記載のレジスト材料を基板上に塗布する工程と、加熱処理後フォトマスクを介して高エネルギー線もしくは電子線で露光する工程と、必要に応じて加熱処理した後、現像液を用いて現像する工程とを含むことを特徴とするパターン形成方法。
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