JP7622177B2 - 感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物、パターン形成方法、レジスト膜、電子デバイスの製造方法 - Google Patents
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Description
リソグラフィーの方法として、感光性組成物によりレジスト膜を形成した後、得られた膜を露光して、その後、現像する方法が挙げられる。
例えば、特許文献1では下記化合物を含むレジスト組成物が開示されている。
また、本発明は、上記感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物に関する、レジスト膜、パターン形成方法、及び、電子デバイスの製造方法を提供することを課題とする。
一般式(1)で表される化合物、一般式(2)で表される化合物、及び、一般式(3)で表される化合物からなる群から選択される1以上の特定化合物と、
酸分解性樹脂と、を含む、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
一般式(1)中、X-は、有機アニオンを表す。
Ar1及びAr2は、それぞれ独立に、少なくとも1つの置換基を有する芳香族炭化水素環基を表す。
Ar3は、一般式(1R)で表される芳香族炭化水素環基を表す。
一般式(1R)中、*は結合位置を表す。
R1~R5は、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子、又は、置換基を有してもよいアルキル基を表す。
ただし、R1及びR5のうち、少なくとも一方は、フッ素原子及びフルオロアルキル基からなる群から選択される含フッ素基を表す。
一般式(1)中、Ar1、Ar2、及び、Ar3のうち、少なくとも2つは異なる構造の基を表す。
一般式(2)中、X-は、有機アニオンを表す。
Ar4及びAr5は、それぞれ独立に、少なくとも1つの置換基を有する芳香族炭化水素環基を表す。
Ar6は、一般式(2R)で表される芳香族炭化水素環基を表す。
一般式(2R)中、*は結合位置を表す。
R6、R7、R9、及び、R10は、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子、又は、置換基を有してもよいアルキル基を表す。
R8は、フッ素原子及びフルオロアルキル基からなる群から選択される含フッ素基を表す。
ただし、一般式(2)中、Ar4、Ar5、及び、Ar6のうち、少なくとも2つは異なる構造の基を表す。
また、一般式(2)中、Ar4、Ar5、及び、Ar6で表される上記芳香族炭化水素環基は、上記含フッ素基を合計2つ以上有する。
一般式(3)中、X-は、有機アニオンを表す。
Ar7及びAr8は、それぞれ独立に、電子求引性基以外の有機基を有してもよい芳香族炭化水素環基を表す。
ただし、Ar7及びAr8で表される上記芳香族炭化水素環基は、上記電子求引性基以外の有機基を合計1つ以上有する。
Ar9は、一般式(3R)で表される芳香族炭化水素環基を表す。
一般式(3R)中、*は結合位置を表す。
R11、R13、及び、R15は、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子、又は、置換基を有してもよいアルキル基を表す。
R12及びR14は、それぞれ独立に、フッ素原子及びフルオロアルキル基からなる群から選択される含フッ素基を表す。
〔2〕
上記一般式(1)~(3)中、上記含フッ素基が、フルオロアルキル基である、〔1〕に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
〔3〕
上記一般式(1)中、Ar1、Ar2、及び、Ar3で表される上記芳香族炭化水素環基が、フルオロアルキル基を合計3つ以上有するか、又は、電子求引性基以外の有機基を合計1つ以上有し、上記合計1つ以上の上記電子求引性基以外の有機基に含まれる炭素原子の合計数が3以上であり、
上記一般式(2)中、Ar4、Ar5、及び、Ar6で表される上記芳香族炭化水素環基が、上記含フッ素基を合計3つ以上有するか、又は、
Ar4、Ar5、及び、Ar6で表される上記芳香族炭化水素環基が、電子求引性基以外の直鎖状又は分岐鎖状の有機基を合計1つ以上有し、上記合計1つ以上の上記電子求引性基以外の直鎖状又は分岐鎖状の有機基に含まれる炭素原子の合計数が3以上であり、
上記一般式(3)中、Ar7、Ar8、及び、Ar9で表される上記芳香族炭化水素環基が有する、上記電子求引性基以外の有機基に含まれる炭素原子の合計数が3以上である、〔1〕又は〔2〕に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
〔4〕
Ar6が、一般式(2S)で表される基を表す、〔1〕~〔3〕のいずれかに記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
一般式(2S)中、*は結合位置を表す。
R8Fは、フルオロアルキル基を表す。
〔5〕
Ar5及びAr6が、上記一般式(2S)で表される基を表す、〔4〕に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
〔6〕
〔1〕~〔5〕のいずれかに記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を用いて形成された、レジスト膜。
〔7〕
〔1〕~〔5〕のいずれかに記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を用いて、基板上にレジスト膜を形成する工程と、
上記レジスト膜を露光する工程と、
現像液を用いて、上記露光されたレジスト膜を現像し、パターンを形成する工程と、を有するパターン形成方法。
〔8〕
〔7〕に記載のパターン形成方法を含む、電子デバイスの製造方法。
また、本発明は、上記感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物に関する、レジスト膜、パターン形成方法、及び、電子デバイスの製造方法を提供できる。
なお、本明細書において「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
本明細書における基(原子団)の表記において、置換又は無置換を記していない表記は、置換基を有していない基と共に置換基を有する基をも含む。例えば、「アルキル基」とは、置換基を有さないアルキル基(無置換アルキル基)のみならず、置換基を有するアルキル基(置換アルキル基)をも含む。
置換基は、特に断らない限り、1価の置換基が好ましい。
本明細書中における「有機基」とは、少なくとも1個の炭素原子を含む基をいう。
本明細書中における「露光」とは、特に断らない限り、水銀灯の輝線スペクトル、エキシマレーザー(ArFエキシマレーザー等)に代表される遠紫外線、極紫外線、X線、及び、EUV光等による露光のみならず、電子線、及び、イオンビーム等の粒子線による描画も含む。
Chromatography)装置(東ソー社製HLC-8120GPC)によるGPC測定(溶媒:テトラヒドロフラン、流量(サンプル注入量):10μL、カラム:東ソー社製TSK gel Multipore HXL-M、カラム温度:40℃、流速:1.0mL/分、検出器:示差屈折率検出器(Refractive Index Detector))によるポリスチレン換算値として定義される。
H+解離自由エネルギーの計算方法については、例えばDFT(密度汎関数法)により計算できるが、他にも様々な手法が文献等で報告されており、これに制限されるものではない。なお、DFTを実施できるソフトウェアは複数存在するが、例えば、Gaussian16が挙げられる。
本発明の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物(以下、「レジスト組成物」とも言う)について説明する。
本発明のレジスト組成物は、ポジ型のレジスト組成物であっても、ネガ型のレジスト組成物であってもよい。また、アルカリ現像用のレジスト組成物であっても、有機溶剤現像用のレジスト組成物であってもよい。
本発明の組成物は、典型的には、化学増幅型のレジスト組成物である。
このような構成で本発明の課題が解決されるメカニズムは必ずしも明らかではないが、本発明者らは以下のように考えている。
特定化合物は、有機アニオンと有機カチオンとを含むオニウム塩であり、通常光酸発生剤として作用する。各一般式で表されるそれぞれの特定化合物において、上記有機カチオンは、含フッ素基(フッ素原子又はフルオロアルキル基)と置換基とを、所定の数、位置、及び/又は、種類等の条件の条件を満たすように有している。このような特定化合物は、露光時における分解効率が優れており、酸分解性樹脂との相溶性にも優れているため、形成されたパターンのLWR性能が良好となる。また、カチオン全体の電子求引性が適度調整され、及び/又は、スルホニウム原子への求核性を低下されているため、特定化合物の安定性が高められており、レジスト組成物を長期間保管した場合でも良好なLWR性能を維持できる、と考えている。
以下、本明細書において、レジスト組成物を長期間保存した場合でもLWR性能に優れるパターンを得られることを、本発明の効果が優れるとも言う。
以下、レジスト組成物が含み得る成分について詳述する。
本発明のレジスト組成物は、特定化合物を含む。
特定化合物は、通常、光酸発生剤として作用する。光酸発生剤は、活性光線又は放射線(好ましくはEUV光又はArF)の照射(露光)により酸を発生する化合物である。
光酸発生剤は、低分子化合物の形態であるのが好ましい。
光酸発生剤が、低分子化合物の形態である場合、分子量は3000以下が好ましく、2000以下がより好ましく、1200以下が更に好ましい。
特定化合物は、露光により、有機酸を発生する化合物が好ましい。
上記有機酸として、例えば、スルホン酸(脂肪族スルホン酸、芳香族スルホン酸、及び、カンファースルホン酸等)、カルボン酸(脂肪族カルボン酸、芳香族カルボン酸、及び、アラルキルカルボン酸等)、カルボニルスルホニルイミド酸、ビス(アルキルスルホニル)イミド酸、及び、トリス(アルキルスルホニル)メチド酸等が挙げられる。
上記体積の値は、富士通株式会社製の「WinMOPAC」を用いて求める。上記体積の値の計算にあたっては、まず、各例に係る酸の化学構造を入力し、次に、この構造を初期構造としてMM(Molecular Mechanics)3法を用いた分子力場計算により、各酸の最安定立体配座を決定し、その後、これら最安定立体配座についてPM(Parameterized Model number)3法を用いた分子軌道計算を行って、各酸の「accessible volume」を計算できる。
極性基としては、例えば、エーテル基、エステル基、アミド基、アシル基、スルホ基、スルホニルオキシ基、スルホンアミド基、チオエーテル基、チオエステル基、ウレア基、カーボネート基、カーバメート基、水酸基、及び、メルカプト基が挙げられる。
発生する酸が有する極性基の数は特に制限されず、1個以上であるのが好ましく、2個以上であるのがより好ましい。ただし、過剰な現像を抑制する点から、極性基の数は、6個未満であるのが好ましく、4個未満であるのがより好ましい。
以下、一般式(1)で表される化合物、一般式(2)で表される化合物、及び、一般式(3)で表される化合物について、それぞれ説明する。
一般式(1)を以下に示す。
上記有機アニオンは、非求核性アニオン(求核反応を起こす能力が著しく低いアニオン)が好ましい。
上記アルキル基は、例えば、フルオロアルキル基(フッ素原子以外の置換基を有していてもよいし有していなくてもよい。パーフルオロアルキル基でもよい)でもよい。
また、ビス(アルキルスルホニル)イミドアニオンにおけるアルキル基は、互いに結合して環構造を形成してもよい。これにより、酸強度が増加する。
oは、1~3の整数を表す。pは、0~10の整数を表す。qは、0~10の整数を表す。
Xfは、フッ素原子又は炭素数1~4のパーフルオロアルキル基であることが好ましく、フッ素原子又はCF3であることがより好ましい。特に、双方のXfがフッ素原子であることが更に好ましい。
R4及びR5で表されるアルキル基は、置換基を有していてもよく、炭素数1~4が好ましい。R4及びR5は、好ましくは水素原子である。
少なくとも一つのフッ素原子で置換されたアルキル基の具体例及び好適な態様は式(AN1)中のXfの具体例及び好適な態様と同じである。
2価の連結基としては、例えば、-O-CO-O-、-COO-、-OCO-、-CONH-、-NHCO-、-CO-、-O-、-S-、-SO-、-SO2-、アルキレン基(好ましくは炭素数1~6)、シクロアルキレン基(好ましくは炭素数3~15)、アルケニレン基(好ましくは炭素数2~6)、及び、これらの複数を組み合わせた2価の連結基等が挙げられる。中でも、-O-CO-O-、-COO-、-OCO-、-CONH-、-NHCO-、-CO-、-O-、-SO2-、-O-CO-O-アルキレン基-、-アルキレン基-O-CO-O-、-COO-アルキレン基-、-OCO-アルキレン基-、-CONH-アルキレン基-、又は、-NHCO-アルキレン基-が好ましく、-O-CO-O-、-O-CO-O-アルキレン基-、-アルキレン基-O-CO-O-、-COO-、-OCO-、-CONH-、-SO2-、-COO-アルキレン基-、又は、-OCO-アルキレン基-がより好ましい。
環状の有機基としては、例えば、脂環基、アリール基、及び、複素環基が挙げられる。
脂環基は、単環式であってもよく、多環式であってもよい。単環式の脂環基としては、例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、及び、シクロオクチル基等の単環のシクロアルキル基が挙げられる。多環式の脂環基としては、例えば、ノルボルニル基、トリシクロデカニル基、テトラシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、及び、アダマンチル基等の多環のシクロアルキル基が挙げられる。中でも、ノルボルニル基、トリシクロデカニル基、テトラシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、及び、アダマンチル基等の炭素数7以上の嵩高い構造を有する脂環基が好ましい。
複素環基は、単環式であってもよく、多環式であってもよい。多環式の方がより酸の拡散を抑制可能である。また、複素環基は、芳香族性を有していてもよいし、芳香族性を有していなくてもよい。芳香族性を有している複素環としては、例えば、フラン環、チオフェン環、ベンゾフラン環、ベンゾチオフェン環、ジベンゾフラン環、ジベンゾチオフェン環、及び、ピリジン環が挙げられる。芳香族性を有していない複素環としては、例えば、テトラヒドロピラン環、ラクトン環、スルトン環、及び、デカヒドロイソキノリン環が挙げられる。複素環基における複素環としては、フラン環、チオフェン環、ピリジン環、又は、デカヒドロイソキノリン環が特に好ましい。
XB1及びXB2は、それぞれ独立に、水素原子、又は、フッ素原子を有さない1価の有機基を表す。XB1及びXB2は、水素原子であることが好ましい。
XB3及びXB4は、それぞれ独立に、水素原子、又は、1価の有機基を表す。XB3及びXB4の少なくとも一方がフッ素原子又はフッ素原子を有する1価の有機基であることが好ましく、XB3及びXB4の両方がフッ素原子又はフッ素原子を有する1価の有機基であることがより好ましい。XB3及びXB4の両方が、フッ素で置換されたアルキル基であることが更に好ましい。
L、q及びWは、式(AN1)と同様である。
上記電子求引性基ではない置換基としては、炭化水素基、水酸基、オキシ炭化水素基、オキシカルボニル炭化水素基、アミノ基、炭化水素置換アミノ基、及び、炭化水素置換アミド基等が挙げられる。
また、電子求引性基ではない置換基としては、それぞれ独立に、-R’、-OH、-OR’、-OCOR’、-NH2、-NR’2、-NHR’、又は、-NHCOR’が好ましい。R’は、1価の炭化水素基である。
メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等のアルキル基;エテニル基、プロペニル基、ブテニル基等のアルケニル基;エチニル基、プロピニル基、ブチニル基等のアルキニル基などの1価の直鎖状又は分岐鎖状の炭化水素基;
シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボルニル基、アダマンチル基等のシクロアルキル基;シクロプロペニル基、シクロブテニル基、シクロペンテニル基、ノルボルネニル基等のシクロアルケニル基などの1価の脂環式炭化水素基;
フェニル基、トリル基、キシリル基、メシチル基、ナフチル基、メチルナフチル基、アントリル基、メチルアントリル基等のアリール基;ベンジル基、フェネチル基、フェニルプロピル基、ナフチルメチル基、アントリルメチル基等のアラルキル基などの1価の芳香族炭化水素基などが挙げられる。
中でも、R1及びR2は、それぞれ独立に、炭化水素基(好ましくはシクロアルキル基)又は水素原子が好ましい。
連結基Sは、*A-O-CO-O-*B、*A-CO-*B、*A-CO-O-*B、*A-O-CO-*B、*A-O-*B、*A-S-*B、及び、*A-SO2-*Bからなる群から選択される基である。
ただし、Lが、「1つ以上の連結基Sと1つ以上の置換基を有していてもよいアルキレン基との組み合わせからなる2価の連結基」の一形態である、「1つ以上の連結基Sと1つ以上の置換基を有さないアルキレン基との組み合わせからなる2価の連結基」である場合、連結基Sは、*A-O-CO-O-*B、*A-CO-*B、*A-O-CO-*B、*A-O-*B、*A-S-*B、及び、*A-SO2-*Bからなる群から選択される基であるのが好ましい。言い換えると、「1つ以上の連結基Sと1つ以上の置換基を有していてもよいアルキレン基との組み合わせからなる2価の連結基」における、アルキレン基が、いずれも無置換アルキレン基である場合、連結基Sは、*A-O-CO-O-*B、*A-CO-*B、*A-O-CO-*B、*A-O-*B、*A-S-*B、及び、*A-SO2-*Bからなる群から選択される基であるのが好ましい。
*Aは、式(AN4)におけるR3側の結合位置を表し、*Bは、式(AN4)における-SO3 -側の結合位置を表す。
なお、連結基S同士が連続して結合してもよい。ただし、*A-CO-*B、*A-O-CO-*B、及び、*A-O-*Bからなる群から選択される基が連続して結合して「*A-O-CO-O-*B」が形成されないことが好ましい。また、*A-CO-*B及び*A-O-*Bからなる群から選択される基が連続して結合して「*A-O-CO-*B」及び「*A-CO-O-*B」のいずれも形成されないことが好ましい。
この場合も、*A-CO-*B、*A-O-CO-*B、及び、*A-O-*Bからなる群から選択される基が連続して結合して「*A-O-CO-O-*B」が形成されないことが好ましい。また、*A-CO-*B及び*A-O-*Bからなる群から選択される基が連続して結合して「*A-O-CO-*B」及び「*A-CO-O-*B」のいずれも形成されないことが好ましい。
なお、上記β位の原子が炭素原子である場合、上記炭素原子にはフッ素原子が直接置換していなければよく、上記炭素原子はフッ素原子を有する置換基(例えば、トリフルオロメチル基等のフルオロアルキル基)を有していてもよい。
また、上記β位の原子とは、言い換えると、式(AN4)における-C(R1)(R2)-と直接結合するL中の原子である。
つまり、Lは、1つの連結基Sと1つ以上の置換基を有していてもよいアルキレン基との組み合わせからなる2価の連結基、又は、1つの連結基Sからなる2価の連結基を表すのが好ましい。
*a-(CR2a 2)X-Q-(CR2b 2)Y-*b (AN4-2)
*bは、式(AN4)における-C(R1)(R2)-との結合位置を表す。
X及びYは、それぞれ独立に、0~10の整数を表し、0~3の整数が好ましい。
R2a及びR2bは、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。
R2a及びR2bがそれぞれ複数存在する場合、複数存在するR2a及びR2bは、それぞれ同一でも異なっていてもよい、
ただし、Yが1以上の場合、式(AN4)における-C(R1)(R2)-と直接結合するCR2b 2におけるR2bは、フッ素原子以外である。
Qは、*A-O-CO-O-*B、*A-CO-*B、*A-CO-O-*B、*A-O-CO-*B、*A-O-*B、*A-S-*B、又は、*A-SO2-*Bを表す。
ただし、式(AN4-2)中のX+Yが1以上かつ、式(AN4-2)中のR2a及びR2bのいずれもが全て水素原子である場合、Qは、*A-O-CO-O-*B、*A-CO-*B、*A-O-CO-*B、*A-O-*B、*A-S-*B、又は、*A-SO2-*Bを表す。
*Aは、式(AN4)におけるR3側の結合位置を表し、*Bは、式(AN4)における-SO3 -側の結合位置を表す。
上記有機基は、炭素原子を1以上有していれば制限はなく、直鎖状の基(例えば、直鎖状のアルキル基)でも、分岐鎖状の基(例えば、t-ブチル基等の分岐鎖状のアルキル基)でもよく、環状構造を有していてもよい。上記有機基は、置換基を有していても有していなくてもよい。上記有機基は、ヘテロ原子(酸素原子、硫黄原子、及び/又は、窒素原子等)を有していても有してなくてもよい。
上記環状構造を有する有機基は、例えば、ヘテロ原子(酸素原子、硫黄原子、及び/又は、窒素原子等)を有していても有してなくてもよい。ヘテロ原子は、環状構造を形成する炭素原子の1つ以上と置換していてもよい。
上記環状構造を有する有機基は、例えば、環状構造の炭化水素基、ラクトン環基、及び、スルトン環基が好ましい。中でも、上記環状構造を有する有機基は、環状構造の炭化水素基が好ましい。
上記環状構造の炭化水素基は、単環又は多環のシクロアルキル基が好ましい。これらの基は、置換基を有していてもよい。
上記シクロアルキル基は、単環(シクロヘキシル基等)でも多環(アダマンチル基等)でもよく、炭素数は5~12が好ましい。
上記ラクトン基及びスルトン基としては、例えば、後述の一般式(LC1-1)~(LC1-21)で表される構造、及び、一般式(SL1-1)~(SL1-3)で表される構造のいずれかにおいて、ラクトン構造又はスルトン構造を構成する環員原子から、水素原子を1つ除いてなる基が好ましい。
Arは、アリール基(フェニル基等)を表し、スルホン酸アニオン及び-(D-B)基以外の置換基を更に有していてもよい。更に有してもよい置換基としては、フッ素原子及び水酸基等が挙げられる。
ジスルホンアミドアニオンは、例えば、N-(SO2-Rq)2で表されるアニオンである。
ここで、Rqは置換基を有していてもよいアルキル基を表し、フルオロアルキル基が好ましく、パーフルオロアルキル基がより好ましい。2個のRqは互いに結合して環を形成してもよい。2個のRqが互いに結合して形成される基は、置換基を有していてもよいアルキレン基が好ましく、フルオロアルキレン基が好ましく、パーフルオロアルキレン基が更に好ましい。上記アルキレン基の炭素数は2~4が好ましい。
アニオンとして下記式(d1-1)~(d1-3)で表されるアニオンを有する特定化合物は、後述する酸拡散制御剤としての機能を持つこともできる。
式(d1-2)中、Z2cは置換基を有していてもよい炭素数1~30の炭化水素基(ただし、Sに隣接する炭素原子にはフッ素原子が置換されない)を表す。
Z2cにおける上記炭化水素基は、直鎖状でも分岐鎖状でもよく、環状構造を有していてもよい。また、上記炭化水素基における炭素原子(好ましくは、上記炭化水素基が環状構造を有する場合における、環員原子である炭素原子)は、カルボニル炭素(-CO-)であってもよい。上記炭化水素基としては、例えば、置換基を有していてもよいノルボルニル基を有する基が挙げられる。上記ノルボルニル基を形成する炭素原子は、カルボニル炭素であってもよい。
また、式(d1-2)中の「Z2c-SO3 -」は、上述の式(AN1)~(AN5)で表されるアニオンとは異なるのが好ましい。例えば、Z2cは、アリール基以外が好ましい。また、例えば、Z2cにおける、-SO3 -に対してα位及びβ位の原子は、置換基としてフッ素原子を有する炭素原子以外の原子が好ましい。例えば、Z2cは、-SO3 -に対してα位の原子及び/又はβ位の原子は環状基中の環員原子であるのが好ましい。
式(d1-3)中、R52は有機基(好ましくはフッ素原子を有する炭化水素基)を表し、Y3は直鎖状、分岐鎖状、若しくは、環状のアルキレン基、アリーレン基、又は、カルボニル基を表し、Rfは炭化水素基を表す。
上記芳香族炭化水素環基としては、例えば、ベンゼン環基、ナフタレン環基、及び、アントラセン環基が挙げられる。中でも、上記芳香族炭化水素環基は、それぞれ独立に、ベンゼン環基が好ましい。
上記芳香族炭化水素環基が、少なくとも1つ(好ましくは1~5つ)有する置換基は、それぞれ独立に、フッ素原子、フルオロアルキル基、又は、電子求引性基以外の有機基が好ましく、フルオロアルキル基、又は、電子求引性基以外の有機基がより好ましい。
上記フルオロアルキル基としては、例えば、後述する含フッ素基におけるフルオロアルキル基と同様のフルオロアルキル基が挙げられる。
上記電子求引性基以外の有機基は、それぞれ独立に、炭化水素基、オキシ炭化水素基、炭化水素置換アミノ基、又は、炭化水素置換アミド基等が好ましい。ただし、これらの有機基における炭化水素基部分が置換基としてハロゲン原子を有することはない。また、これらの有機基における炭化水素基部分は直鎖状でも分岐鎖状でもよいし、環状構造を全体又は一部分として有していてもよい。中でも、上記炭化水素基部分は直鎖状又は分岐鎖状であるのが好ましく、環状構造を有していないのが好ましい。また、上記炭化水素基部分は置換意を有さないのが好ましい。
また、上記電子求引性基以外の有機基は、それぞれ独立に、-R’、-OR’、-NR’2、-NHR’、又は、-NHCOR’がより好ましい。R’は、1価の炭化水素基である。ただし、上記炭化水素基は、置換基としてハロゲン原子を有することはない。上記炭化水素基は直鎖状でも分岐鎖状でもよいし、環状構造を全体又は一部分として有していてもよい。中でも、上記炭化水素基は直鎖状又は分岐鎖状であるのが好ましく、環状構造を有していないのが好ましい。また、上記炭化水素基は置換意を有さないのも好ましい。
上記電子求引性基以外の有機基は、それぞれ独立に、炭化水素基(-R’)が好ましく、直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基がより好ましい。
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、tert-ブチル基等のアルキル基;エテニル基、プロペニル基、ブテニル基等のアルケニル基;エチニル基、プロピニル基、ブチニル基等のアルキニル基などの直鎖状又は分岐鎖状の炭化水素基;
シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボルニル基、アダマンチル基等のシクロアルキル基;シクロプロペニル基、シクロブテニル基、シクロペンテニル基、ノルボルネニル基等のシクロアルケニル基などの脂環式炭化水素基;
フェニル基、トリル基、キシリル基、メシチル基、ナフチル基、メチルナフチル基、アントリル基、メチルアントリル基等のアリール基;ベンジル基、フェネチル基、フェニルプロピル基、ナフチルメチル基、アントリルメチル基等のアラルキル基などの芳香族炭化水素基などが挙げられる。
上記R’で表される1価の炭化水素基の炭素数は、それぞれ独立に、1~10が好ましく、2~8がより好ましく、3~6が更に好ましい。
上記電子求引性基以外の有機基全体の炭素数(置換基を有する場合は置換基に含まれる炭素原子も含めた炭素数)は、それぞれ独立に、1~10が好ましく、2~8がより好ましく、3~6が更に好ましい。
なお、上記芳香族炭化水素基が置換基(電子求引性基以外の有機基等)を有すると言う場合、置換基(電子求引性基以外の有機基等)が上記芳香族炭化水素基の環員原子に直接結合していることを意図する。例えば、上記芳香族炭化水素基が電子求引性基以外の有機基を有すると言う場合、上記芳香族炭化水素基が有する置換基の一部分に電子求引性基以外の有機基が含まれているのではなく、電子求引性基以外の有機基が上記芳香族炭化水素基の環員原子に直接結合していることを意図する。以下、特定化合物について同様の表現をする場合、同様の意図である。
一般式(1R)中、R1~R5は、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子、又は、置換基を有してもよいアルキル基を表す。
上記置換基を有してもよいアルキル基は、フルオロアルキル基が好ましい。
ただし、R1及びR5のうち、少なくとも一方は、フッ素原子及びフルオロアルキル基からなる群から選択される含フッ素基を表す。
上記含フッ素基におけるフルオロアルキル基は、少なくとも1つのフッ素原子を置換基として有するアルキル基である。上記フルオロアルキル基におけるアルキル基は、直鎖状でも分岐鎖状でもよい。上記フルオロアルキル基におけるアルキル基は、フッ素原子以外の置換基を有さないのも好ましい。上記フルオロアルキル基は、パーフルオロアルキル基であってもよい。上記フルオロアルキル基の炭素数は、それぞれ独立に、1~10が好ましく、1~5がより好ましい。
中でも、上記含フッ素基はフルオロアルキル基であるのが好ましい。
Ar1、Ar2、及び、Ar3で表される芳香族炭化水素環基は、含フッ素基(好ましくはフルオロアルキル基)を合計1~10有するのが好ましい。
なお、Ar1、Ar2、及び、Ar3の全てが、同じ構造の基であるとは、例えば、Ar1及びAr2の芳香族炭化水素環基がいずれもベンゼン環基であり、かつ、Ar1、Ar2、及び、Ar3のベンゼン環基が有する基の種類及び配置(結合位置)もそれぞれ一致している状態が挙げられる。言い換えると、Ar1、Ar2、及び、Ar3のベンゼン環基が有する基の種類の組み合わせが全て同一であっても、それらの基の配置の全てが同一ではないのであれば、Ar1、Ar2、及び、Ar3の全てが、同じ構造の基とは言わない。
以下、一般式(2)及び一般式(3)において、同様の表現をする場合、同様の意図である。
条件A:一般式(1)中、Ar1、Ar2、及び、Ar3で表される前記芳香族炭化水素環基が、含フッ素基(好ましくはフルオロアルキル基)を合計2つ以上(好ましくは3つ以上、より好ましくは3~10つ)有する。
条件B:一般式(1)中、Ar1、Ar2、及び、Ar3で表される芳香族炭化水素環基が、電子求引性基以外の有機基(好ましくは炭化水素基、より好ましくはアルキル基。直鎖状又は分岐鎖状であるのも好ましい)を合計1つ以上(好ましくは1~5、より好ましくは2)有し、合計1つ以上の電子求引性基以外の有機基に含まれる炭素原子の合計数が2以上(好ましくは3以上、より好ましくは3~20、更に好ましくは6~10)である。
ここで、合計1つ以上の電子求引性基以外の有機基に含まれる炭素原子の合計数が3以上であるとは、例えば、Ar1、Ar2、及び、Ar3で表される芳香族炭化水素環基の置換基として、電子求引性基以外の有機基が複数存在する場合は、複数の電子求引性基以外の有機基に含まれる炭素原子の合計数が3以上であることを言う。また、例えば、Ar1、Ar2、及び、Ar3で表される芳香族炭化水素環基の置換基として、電子求引性基以外の有機基が1つだけ存在する場合は、1つだけの電子求引性基以外の有機基に含まれる炭素原子の合計数が3以上であることを言う。
例えば、化合物(A)、化合物(B)、及び、化合物(C)を一般式(1)に当てはめた場合において、Ar1、Ar2、及び、Ar3で表される芳香族炭水素環基が有する、電子求引性基以外の有機基の合計は、いずれも2つである。
また、化合物(A)、化合物(B)、及び、化合物(C)を一般式(1)に当てはめた場合において、Ar1、Ar2、及び、Ar3で表される芳香族炭化水素環基が有する、電子求引性基以外の有機基に含まれる炭素原子の合計数は、左から、8、2、8である。
また、化合物(A)、化合物(B)、及び、化合物(C)を一般式(1)に当てはめた場合において、Ar1、Ar2、及び、Ar3で表される芳香族炭化水素環基が有する、含フッ素基の合計数は、左から、1、5、2である。
この他にも特定化合物において同様の表現をする場合、同様の意図である。
一般式(2)を以下に示す。
一般式(2)のX-で表される有機アニオンとしては、例えば、一般式(1)に関して説明したX-で表される有機アニオンが同様に挙げられる。
上記芳香族炭化水素環基としては、例えば、ベンゼン環基、ナフタレン環基、及び、アントラセン環基が挙げられる。中でも、上記芳香族炭化水素環基は、それぞれ独立に、ベンゼン環基が好ましい。
上記芳香族炭化水素環基が、少なくとも1つ(好ましくは1~5つ)有する置換基は、それぞれ独立に、フッ素原子、フルオロアルキル基、又は、電子求引性基以外の有機基が好ましく、フルオロアルキル基、又は、電子求引性基以外の有機基がより好ましい。
なお、一般式(2)(一般式(2R)も含む)におけるフルオロアルキル基としては、一般式(1)(一般式(1R)も含む)に関して説明した含フッ素基がなり得るフルオロアルキル基が同様に挙げられる。
一般式(2)(一般式(2R)も含む)における電子求引性基以外の有機基としては、一般式(1)(一般式(1R)も含む)に関して説明した電子求引性基以外の有機基が同様に挙げられる。
中でも、Ar4及びAr5の芳香族炭化水素環基の置換基としての電子求引性基以外の有機基は、直鎖状又は分岐鎖状であるのが好ましい。例えば、上記電子求引性基以外の有機基が、それぞれ独立に、-R’、-OR’、-OCOR’、-NR’2、-NHR’、又は、-NHCOR’であって、R’が直鎖状又は分岐鎖状の炭化水素基であるのが好ましい。上記電子求引性基以外の有機基が直鎖状又は分岐鎖状である場合、一般式(2)で表される化合物は、酸分解性樹脂との相溶性が良好になりやすく、本発明の効果がより優れると考えられている。
一般式(2R)中、それぞれ独立に、R6、R7、R9、及び、R10は、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子、又は、置換基を有してもよいアルキル基を表す。
上記置換基を有してもよいアルキル基は、フルオロアルキル基が好ましい。
つまり、R6、R7、R9、及び、R10は、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子、又は、フルオロアルキル基が好ましく、水素原子がより好ましい。
一般式(2R)中、R8は、フッ素原子及びフルオロアルキル基からなる群から選択される含フッ素基を表す。上記含フッ素基はフルオロアルキル基が好ましい。
一般式(2S)中、R8Fは、フルオロアルキル基を表す。R8Fにおけるフルオロアルキル基は、例えば、一般式(2R)のR8におけるフルオロアルキル基と同様である。
この場合、Ar5における一般式(2S)で表される基と、Ar6における一般式(2S)で表される基とは、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
また、一般式(2)中のAr5及びAr6の両方が、それぞれ独立に、一般式(2S)で表される基である場合、Ar4の芳香族炭化水素基が電子求引性基以外の有機基を少なくとも1つ(好ましくは1~5つ)有するのも好ましく、Ar4の芳香族炭化水素基が置換基を少なくとも2つ(好ましくは2~5つ)有するのも好ましい。
なお、Ar6で表される芳香族炭化水素環基だけで置換基としての含フッ素基を2つ以上(例えば2~3つ)有していてもよいし、Ar6で表される芳香族炭化水素環基が置換基としての含フッ素基を1つだけ有し、Ar4で表される芳香族炭化水素環基、及び/又は、Ar5で表される芳香族炭化水素環基が置換基としての含フッ素基を1つ以上(例えば1~3つ)有していてもよい。
条件1:一般式(2)中、Ar4、Ar5、及び、Ar6で表される芳香族炭化水素環基が、含フッ素基(好ましくはフルオロアルキル基)を合計3つ以上(好ましくは3~6つ)有する。
条件2:一般式(2)中、Ar4、Ar5、及び、Ar6で表される芳香族炭化水素環基が、電子求引性基以外の直鎖状又は分岐鎖状の有機基を合計1つ以上(好ましくは1~6つ)有し、合計1つ以上の電子求引性基以外の直鎖状又は分岐鎖状の有機基に含まれる炭素原子の合計数が2以上(好ましくは3以上、より好ましくは3~8)である。
例えば、一般式(2)で表される化合物は、S+に結合するベンゼン環基が、S+との結合位置に対してオルト位に含フッ素基を有さないのも好ましい。
一般式(3)を以下に示す。
一般式(3)のX-で表される有機アニオンとしては、例えば、一般式(1)に関して説明したX-で表される有機アニオンが同様に挙げられる。
上記芳香族炭化水素環基としては、例えば、ベンゼン環基、ナフタレン環基、及び、アントラセン環基が挙げられる。中でも、上記芳香族炭化水素環基は、それぞれ独立に、ベンゼン環基が好ましい。
上述の通り、上記芳香族炭化水素環基は、それぞれ独立に、電子求引性基以外の有機基を(好ましくは1~5つ)有してもよい。言い換えると、Ar7及びAr8の芳香族炭化水素環基は、「電子求引性基以外の有機基」以外の置換基は有さない。
ただし、Ar7及びAr8で表される芳香族炭化水素環基は、電子求引性基以外の有機基を合計1つ以上(好ましくは1~8つ)有する。
なお、一般式(3)(一般式(3R)も含む)における電子求引性基以外の有機基としては、一般式(1)(一般式(1R)も含む)に関して説明した電子求引性基以外の有機基が同様に挙げられる。
一般式(3R)中、R11、R13、及び、R15は、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子、又は、置換基を有してもよいアルキル基を表す。上記置換基を有してもよいアルキル基は、フルオロアルキル基が好ましい。
一般式(3R)中、R12及びR14、は、それぞれ独立に、フッ素原子及びフルオロアルキル基からなる群から選択される含フッ素基を表す。上記含フッ素基はフルオロアルキル基が好ましい。
なお、一般式(3R)におけるフルオロアルキル基としては、一般式(1)(一般式(1R)も含む)に関して説明した含フッ素基がなり得るフルオロアルキル基が同様に挙げられる。
Ar7、Ar8、及び、Ar9で表される芳香族炭化水素環基は、含フッ素基(好ましくはフルオロアルキル基)を合計2~5つ有するのが好ましい。
例えば、一般式(3)で表される化合物は、S+に結合するベンゼン環基が、S+との結合位置に対してオルト位及び/又はパラ位に含フッ素基を有さないのも好ましい。
また、特定化合物として、式(d1-1)~(d1-3)のいずれかで表されるアニオンを有する特定化合物を含む場合、上記特定化合物の含有量は、全固形分中、1~30質量%が好ましく、3~20質量%がより好ましい。
特定化合物として、式(d1-1)~(d1-3)のいずれかで表されるアニオン以外のアニオン(例えば、式(AN1)~(AN5)で表されるアニオン、ジスルホンアミドアニオン、及び、パーフルオロ脂肪族スルホン酸アニオン等)を有する特定化合物を含む場合、上記特定化合物の含有量は、全固形分中、3~35質量%が好ましく、10~25質量%がより好ましい。
特定化合物は、1種単独で使用してもよいし、2種以上使用してもよい。
なお、固形分とは、後述の溶剤以外の全ての成分を意味する。
つまり、本発明のパターン形成方法において、典型的には、現像液としてアルカリ現像液を採用した場合には、ポジ型パターンが好適に形成され、現像液として有機系現像液を採用した場合には、ネガ型パターンが好適に形成される。
樹脂(A)は、通常、酸の作用により分解し極性が増大する基(以下、「酸分解性基」ともいう)を含み、酸分解性基を有する繰り返し単位を含むことが好ましい。
酸分解性基とは、酸の作用により分解して極性基を生じる基をいう。酸分解性基は、酸の作用により脱離する脱離基で極性基が保護された構造を有することが好ましい。つまり、樹脂(A)は、酸の作用により分解し、極性基を生じる基を有する繰り返し単位を有する。この繰り返し単位を有する樹脂は、酸の作用により極性が増大してアルカリ現像液に対する溶解度が増大し、有機溶剤に対する溶解度が減少する。
極性基としては、アルカリ可溶性基が好ましく、例えば、カルボキシル基、フェノール性水酸基、フッ素化アルコール基、スルホン酸基、リン酸基、スルホンアミド基、スルホニルイミド基、(アルキルスルホニル)(アルキルカルボニル)メチレン基、(アルキルスルホニル)(アルキルカルボニル)イミド基、ビス(アルキルカルボニル)メチレン基、ビス(アルキルカルボニル)イミド基、ビス(アルキルスルホニル)メチレン基、ビス(アルキルスルホニル)イミド基、トリス(アルキルカルボニル)メチレン基、及び、トリス(アルキルスルホニル)メチレン基等の酸性基、並びにアルコール性水酸基等が挙げられる。
中でも、極性基としては、カルボキシル基、フェノール性水酸基、フッ素化アルコール基(好ましくはヘキサフルオロイソプロパノール基)、又は、スルホン酸基が好ましい。
式(Y1):-C(Rx1)(Rx2)(Rx3)式(Y2):-C(=O)OC(Rx1)(Rx2)(Rx3)式(Y3):-C(R36)(R37)(OR38)式(Y4):-C(Rn)(H)(Ar)
中でも、Rx1~Rx3は、それぞれ独立に、直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基を表すことが好ましく、Rx1~Rx3は、それぞれ独立に、直鎖状のアルキル基を表すことがより好ましい。
Rx1~Rx3の2つが結合して、単環又は多環を形成してもよい。
Rx1~Rx3のアルキル基としては、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、及び、t-ブチル基等の炭素数1~5のアルキル基が好ましい。
Rx1~Rx3のシクロアルキル基としては、シクロペンチル基、及び、シクロヘキシル基等の単環のシクロアルキル基、並びにノルボルニル基、テトラシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、及び、アダマンチル基等の多環のシクロアルキル基が好ましい。
Rx1~Rx3のアリール基としては、炭素数6~10のアリール基が好ましく、例えば、フェニル基、ナフチル基、及び、アントリル基等が挙げられる。
Rx1~Rx3のアルケニル基としては、ビニル基が好ましい。
Rx1~Rx3の2つが結合して形成される環としては、シクロアルキル基が好ましい。Rx1~Rx3の2つが結合して形成されるシクロアルキル基としては、シクロペンチル基、若しくは、シクロヘキシル基等の単環のシクロアルキル基、又は、ノルボルニル基、テトラシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、若しくは、アダマンチル基等の多環のシクロアルキル基が好ましく、炭素数5~6の単環のシクロアルキル基がより好ましい。
Rx1~Rx3の2つが結合して形成されるシクロアルキル基は、例えば、環を構成するメチレン基の1つが、酸素原子等のヘテロ原子、カルボニル基等のヘテロ原子を有する基、又は、ビニリデン基で置き換わっていてもよい。また、これらのシクロアルキル基は、シクロアルカン環を構成するエチレン基の1つ以上が、ビニレン基で置き換わっていてもよい。
式(Y1)又は式(Y2)で表される基は、例えば、Rx1がメチル基又はエチル基であり、Rx2とRx3とが結合して上述のシクロアルキル基を形成している態様が好ましい。
なお、上記アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、及び、アラルキル基には、酸素原子等のヘテロ原子及び/又はカルボニル基等のヘテロ原子を有する基が含まれていてもよい。例えば、上記アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、及び、アラルキル基は、例えば、メチレン基の1つ以上が、酸素原子等のヘテロ原子及び/又はカルボニル基等のヘテロ原子を有する基で置き換わっていてもよい。
また、R38は、繰り返し単位の主鎖が有する別の置換基と互いに結合して、環を形成してもよい。R38と繰り返し単位の主鎖が有する別の置換基とが互いに結合して形成する基は、メチレン基等のアルキレン基が好ましい。
Mは、単結合又は2価の連結基を表す。
Qは、ヘテロ原子を含んでいてもよいアルキル基、ヘテロ原子を含んでいてもよいシクロアルキル基、ヘテロ原子を含んでいてもよいアリール基、アミノ基、アンモニウム基、メルカプト基、シアノ基、アルデヒド基、又は、これらを組み合わせた基(例えば、アルキル基とシクロアルキル基とを組み合わせた基)を表す。
アルキル基及びシクロアルキル基は、例えば、メチレン基の1つが、酸素原子等のヘテロ原子、又は、カルボニル基等のヘテロ原子を有する基で置き換わっていてもよい。
なお、L1及びL2のうち一方は水素原子であり、他方はアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、又は、アルキレン基とアリール基とを組み合わせた基であることが好ましい。
Q、M、及び、L1の少なくとも2つが結合して環(好ましくは、5員若しくは6員環)を形成してもよい。
パターンの微細化の点では、L2が2級又は3級アルキル基であることが好ましく、3級アルキル基であることがより好ましい。2級アルキル基としては、イソプロピル基、シクロヘキシル基又はノルボルニル基が挙げられ、3級アルキル基としては、tert-ブチル基又はアダマンタン基が挙げられる。これらの態様では、Tg(ガラス転移温度)及び活性化エネルギーが高くなるため、膜強度の担保に加え、かぶりの抑制ができる。
L1は、フッ素原子又はヨウ素原子を有していてもよい2価の連結基を表す。フッ素原子又はヨウ素原子を有していてもよい2価の連結基としては、-CO-、-O-、-S―、-SO-、―SO2-、フッ素原子又はヨウ素原子を有していてもよい炭化水素基(例えば、アルキレン基、シクロアルキレン基、アルケニレン基、アリーレン基等)、及び、これらの複数が連結した連結基等が挙げられる。中でも、L1としては、-CO-、又は、-アリーレン基-フッ素原子若しくはヨウ素原子を有するアルキレン基-が好ましい。
アリーレン基としては、フェニレン基が好ましい。
アルキレン基は、直鎖状であっても、分岐鎖状であってもよい。アルキレン基の炭素数は特に制限されないが、1~10が好ましく、1~3がより好ましい。
フッ素原子又はヨウ素原子を有するアルキレン基に含まれるフッ素原子及びヨウ素原子の合計数は特に制限されないが、2以上が好ましく、2~10がより好ましく、3~6が更に好ましい。
アルキル基は、直鎖状であっても、分岐鎖状であってもよい。アルキル基の炭素数は特に制限されないが、1~10が好ましく、1~3がより好ましい。
フッ素原子又はヨウ素原子を有するアルキル基に含まれるフッ素原子及びヨウ素原子の合計数は特に制限されないが、1以上が好ましく、1~5がより好ましく、1~3が更に好ましい。
上記アルキル基は、ハロゲン原子以外の酸素原子等のヘテロ原子を含んでいてもよい。
中でも、脱離基としては、式(Z1)~(Z4)で表される基が挙げられる。
式(Z1):-C(Rx11)(Rx12)(Rx13)式(Z2):-C(=O)OC(Rx11)(Rx12)(Rx13)式(Z3):-C(R136)(R137)(OR138)式(Z4):-C(Rn1)(H)(Ar1)
Rx11~Rx13は、フッ素原子又はヨウ素原子を有していてもよい点以外は、上述した(Y1)、(Y2)中のRx1~Rx3と同じであり、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、及び、アリール基の定義及び好適範囲と同じである。
なお、上記アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、及び、アラルキル基には、フッ素原子及びヨウ素原子以外に、酸素原子等のヘテロ原子が含まれていてもよい。つまり、上記アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、及び、アラルキル基は、例えば、メチレン基の1つが、酸素原子等のヘテロ原子、又は、カルボニル基等のヘテロ原子を有する基で置き換わっていてもよい。
また、R138は、繰り返し単位の主鎖が有する別の置換基と互いに結合して、環を形成してもよい。この場合、R138と繰り返し単位の主鎖が有する別の置換基とが互いに結合して形成する基は、メチレン基等のアルキレン基が好ましい。
M1は、単結合又は2価の連結基を表す。
Q1は、フッ素原子、ヨウ素原子及び酸素原子からなる群から選択されるヘテロ原子を有していてもよいアルキル基;フッ素原子、ヨウ素原子及び酸素原子からなる群から選択されるヘテロ原子を有していてもよいシクロアルキル基;フッ素原子、ヨウ素原子及び酸素原子からなる群から選択されるアリール基;アミノ基;アンモニウム基;メルカプト基;シアノ基;アルデヒド基;又はこれらを組み合わせた基(例えば、フッ素原子、ヨウ素原子及び酸素原子からなる群から選択されるヘテロ原子を有していてもよい、アルキル基とシクロアルキル基とを組み合わせた基)を表す。
Xa1は、水素原子、又は、置換基を有していてもよいアルキル基を表す。
Tは、単結合、又は、2価の連結基を表す。
Rx1~Rx3は、それぞれ独立に、アルキル基(直鎖状、又は、分岐鎖状)、シクロアルキル基(単環若しくは多環)、アルケニル基(直鎖状若しくは分岐鎖状)、又は、アリール(単環若しくは多環)基を表す。ただし、Rx1~Rx3の全てがアルキル基(直鎖状、又は、分岐鎖状)である場合、Rx1~Rx3のうち少なくとも2つはメチル基であることが好ましい。
Rx1~Rx3の2つが結合して、単環又は多環(単環又は多環のシクロアルキル基等)を形成してもよい。
Tは、単結合又は-COO-Rt-基が好ましい。Tが-COO-Rt-基を表す場合、Rtは、炭素数1~5のアルキレン基が好ましく、-CH2-基、-(CH2)2-基、又は、-(CH2)3-基がより好ましい。
Rx1~Rx3のシクロアルキル基としては、シクロペンチル基、及び、シクロヘキシル基等の単環のシクロアルキル基、又は、ノルボルニル基、テトラシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、及び、アダマンチル基等の多環のシクロアルキル基が好ましい。
Rx1~Rx3のアリール基としては、炭素数6~10のアリール基が好ましく、例えば、フェニル基、ナフチル基、及び、アントリル基等が挙げられる。
Rx1~Rx3のアルケニル基としては、ビニル基が好ましい。
Rx1~Rx3の2つが結合して形成されるシクロアルキル基としては、シクロペンチル基、及び、シクロヘキシル基等の単環のシクロアルキル基が好ましく、その他にも、ノルボルニル基、テトラシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、及び、アダマンチル基等の多環のシクロアルキル基が好ましい。中でも、炭素数5~6の単環のシクロアルキル基が好ましい。
Rx1~Rx3の2つが結合して形成されるシクロアルキル基は、例えば、環を構成するメチレン基の1つが、酸素原子等のヘテロ原子、カルボニル基等のヘテロ原子を有する基、又は、ビニリデン基で置き換わっていてもよい。また、これらのシクロアルキル基は、シクロアルカン環を構成するエチレン基の1つ以上が、ビニレン基で置き換わっていてもよい。
一般式(AI)で表される繰り返し単位は、例えば、Rx1がメチル基又はエチル基であり、Rx2とRx3とが結合して上述のシクロアルキル基を形成している態様が好ましい。
例えば、樹脂(A)は、以下のA群からなる群から選択される少なくとも1種の繰り返し単位、及び/又は以下のB群からなる群から選択される少なくとも1種の繰り返し単位を含んでいてもよい。
A群:以下の(20)~(29)の繰り返し単位からなる群。
(20)後述する、酸基を有する繰り返し単位
(21)後述する、フッ素原子又はヨウ素原子を有する繰り返し単位
(22)後述する、ラクトン基、スルトン基、又は、カーボネート基を有する繰り返し単位
(23)後述する、光酸発生基を有する繰り返し単位
(24)後述する、一般式(V-1)又は下記一般式(V-2)で表される繰り返し単位(25)後述する、式(A)で表される繰り返し単位
(26)後述する、式(B)で表される繰り返し単位
(27)後述する、式(C)で表される繰り返し単位
(28)後述する、式(D)で表される繰り返し単位
(29)後述する、式(E)で表される繰り返し単位B群:以下の(30)~(32)の繰り返し単位からなる群。
(30)後述する、ラクトン基、スルトン基、カーボネート基、水酸基、シアノ基、及び、アルカリ可溶性基から選ばれる少なくとも1種類の基を有する繰り返し単位
(31)後述する、脂環炭化水素構造を有し、酸分解性を示さない繰り返し単位
(32)後述する、水酸基及びシアノ基のいずれも有さない、一般式(III)で表される繰り返し単位
また、組成物がEUV用の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物として用いられる場合、樹脂(A)は、フッ素原子及びヨウ素原子の少なくとも一方を含むことが好ましい。樹脂(A)がフッ素原子及びヨウ素原子の両方を含む場合、樹脂(A)は、フッ素原子及びヨウ素原子の両方を含む1つの繰り返し単位を有していてもよいし、樹脂(A)は、フッ素原子を有する繰り返し単位とヨウ素原子を含む繰り返し単位との2種を含んでいてもよい。
また、組成物がEUV用の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物として用いられる場合、樹脂(A)が、芳香族基を有する繰り返し単位を有するのも好ましい。
本発明の組成物がArF用の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物として用いられる場合、樹脂(A)は上記B群からなる群から選択される少なくとも1種の繰り返し単位を有することが好ましい。
なお、本発明の組成物がArF用の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物として用いられる場合、樹脂(A)は、フッ素原子及び珪素原子のいずれも含まないことが好ましい。
また、組成物がArF用の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物として用いられる場合、樹脂(A)は、芳香族基を有さないことが好ましい。
樹脂(A)は、酸基を有する繰り返し単位を有していてもよい。
酸基としては、pKaが13以下の酸基が好ましい。
酸基としては、例えば、カルボキシル基、フェノール性水酸基、フッ素化アルコール基(好ましくはヘキサフルオロイソプロパノール基)、スルホン酸基、スルホンアミド基、又は、イソプロパノール基等が好ましい。
また、上記ヘキサフルオロイソプロパノール基は、フッ素原子の1つ以上(好ましくは1~2つ)が、フッ素原子以外の基(アルコキシカルボニル基等)で置換されてもよい。このように形成された-C(CF3)(OH)-CF2-も、酸基として好ましい。また、フッ素原子の1つ以上がフッ素原子以外の基に置換されて、-C(CF3)(OH)-CF2-を含む環を形成してもよい。
酸基を有する繰り返し単位は、上述の酸の作用により脱離する脱離基で極性基が保護された構造を有する繰り返し単位、及び、後述するラクトン基、スルトン基、又は、カーボネート基を有する繰り返し単位とは異なる繰り返し単位であるのが好ましい。
フッ素原子又はヨウ素原子を有していてもよい1価の有機基としては、-L4-R8で表される基が好ましい。L4は、単結合、又は、エステル基を表す。R8は、フッ素原子若しくはヨウ素原子を有していてもよいアルキル基、フッ素原子若しくはヨウ素原子を有していてもよいシクロアルキル基、フッ素原子若しくはヨウ素原子を有していてもよいアリール基、又は、これらを組み合わせた基が挙げられる。
L3は、(n+m+1)価の芳香族炭化水素環基、又は、(n+m+1)価の脂環式炭化水素環基を表す。芳香族炭化水素環基としては、ベンゼン環基、及び、ナフタレン環基が挙げられる。脂環式炭化水素環基としては、単環であっても、多環であってもよく、例えば、シクロアルキル環基が挙げられる。
R6は、水酸基、又は、フッ素化アルコール基(好ましくは、ヘキサフルオロイソプロパノール基)を表す。なお、R6が水酸基の場合、L3は(n+m+1)価の芳香族炭化水素環基であることが好ましい。
R7は、ハロゲン原子を表す。ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、又は、ヨウ素原子が挙げられる。
mは、1以上の整数を表す。mは、1~3の整数が好ましく、1~2の整数が好ましい。
nは、0又は1以上の整数を表す。nは、1~4の整数が好ましい。
なお、(n+m+1)は、1~5の整数が好ましい。
R41、R42及びR43は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。但し、R42はAr4と結合して環を形成していてもよく、その場合のR42は単結合又はアルキレン基を表す。
X4は、単結合、-COO-、又は、-CONR64-を表し、R64は、水素原子又はアルキル基を表す。
L4は、単結合又はアルキレン基を表す。
Ar4は、(n+1)価の芳香環基を表し、R42と結合して環を形成する場合には(n+2)価の芳香環基を表す。
nは、1~5の整数を表す。
一般式(I)におけるR41、R42、及び、R43のハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、及び、ヨウ素原子が挙げられ、フッ素原子が好ましい。
一般式(I)におけるR41、R42、及び、R43のアルコキシカルボニル基に含まれるアルキル基としては、上記R41、R42、R43におけるアルキル基と同様のものが好ましい。
(n+1)価の芳香環基は、更に置換基を有していてもよい。
X4により表される-CONR64-(R64は、水素原子又はアルキル基を表す)におけるR64のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、sec-ブチル基、ヘキシル基、2-エチルヘキシル基、オクチル基、及び、ドデシル基等の炭素数20以下のアルキル基が挙げられ、炭素数8以下のアルキル基が好ましい。
X4としては、単結合、-COO-、又は、-CONH-が好ましく、単結合、又は、-COO-がより好ましい。
Ar4としては、炭素数6~18の芳香環基が好ましく、ベンゼン環基、ナフタレン環基、及び、ビフェニレン環基がより好ましい。
一般式(I)で表される繰り返し単位は、ヒドロキシスチレン構造を備えていることが好ましい。即ち、Ar4は、ベンゼン環基であることが好ましい。
Aは水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、又は、シアノ基を表す。
Rは、ハロゲン原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アルケニル基、アラルキル基、アルコキシ基、アルキルカルボニルオキシ基、アルキルスルホニルオキシ基、アルキルオキシカルボニル基又はアリールオキシカルボニル基を表し、複数個ある場合には同じであっても異なっていてもよい。複数のRを有する場合には、互いに共同して環を形成していてもよい。Rとしては水素原子が好ましい。
aは1~3の整数を表す。
bは0~(5-a)の整数を表す。
樹脂(A)は、上述した<酸分解性基を有する繰り返し単位>及び<酸基を有する繰り返し単位>とは別に、フッ素原子又はヨウ素原子を有する繰り返し単位を有していてもよい。また、ここで言う<フッ素原子又はヨウ素原子を有する繰り返し単位>は、後述の<ラクトン基、スルトン基、又は、カーボネート基を有する繰り返し単位>、及び、<光酸発生基を有する繰り返し単位>等の、A群に属する他の種類の繰り返し単位とは異なるのが好ましい。
R9は、水素原子、又は、フッ素原子若しくはヨウ素原子を有していてもよいアルキル基を表す。
R10は、水素原子、フッ素原子若しくはヨウ素原子を有していてもよいアルキル基、フッ素原子若しくはヨウ素原子を有していてもよいシクロアルキル基、フッ素原子若しくはヨウ素原子を有していてもよいアリール基、又は、これらを組み合わせた基を表す。
なお、上述したように、フッ素原子又はヨウ素原子を有する繰り返し単位には、<酸分解性基を有する繰り返し単位>及び<酸基を有する繰り返し単位>は含まれないことから、上記フッ素原子又はヨウ素原子を有する繰り返し単位の含有量も、<酸分解性基を有する繰り返し単位>及び<酸基を有する繰り返し単位>を除いたフッ素原子又はヨウ素原子を有する繰り返し単位の含有量を意図する。
なお、フッ素原子及びヨウ素原子の少なくとも一方を含む繰り返し単位としては、例えば、フッ素原子又はヨウ素原子を有し、且つ、酸分解性基を有する繰り返し単位、フッ素原子又はヨウ素原子を有し、且つ、酸基を有する繰り返し単位、及び、フッ素原子又はヨウ素原子を有する繰り返し単位が挙げられる。
樹脂(A)は、ラクトン基、スルトン基、及び、カーボネート基からなる群から選択される少なくとも1種を有する繰り返し単位(以下、総称して「ラクトン基、スルトン基、又は、カーボネート基を有する繰り返し単位」とも言う)を有していてもよい。
ラクトン基、スルトン基、又は、カーボネート基を有する繰り返し単位は、ヘキサフルオロプロパノール基等の酸基を有さないのも好ましい。
樹脂(A)は、下記一般式(LC1-1)~(LC1-21)のいずれかで表されるラクトン構造、又は、下記一般式(SL1-1)~(SL1-3)のいずれかで表されるスルトン構造の環員原子から、水素原子を1つ以上引き抜いてなるラクトン基又はスルトン基を有する繰り返し単位を有することが好ましい。
また、ラクトン基又はスルトン基が主鎖に直接結合していてもよい。例えば、ラクトン基又はスルトン基の環員原子が、樹脂(A)の主鎖を構成してもよい。
Rb0のアルキル基が有していてもよい好ましい置換基としては、水酸基、及び、ハロゲン原子が挙げられる。
Rb0のハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、及び、ヨウ素原子が挙げられる。Rb0は、水素原子又はメチル基が好ましい。
Abは、単結合、アルキレン基、単環又は多環の脂環炭化水素構造を有する2価の連結基、エーテル基、エステル基、カルボニル基、カルボキシル基、又は、これらを組み合わせた2価の基を表す。中でも、単結合、又は、-Ab1-CO2-で表される連結基が好ましい。Ab1は、直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキレン基、又は、単環若しくは多環のシクロアルキレン基であり、メチレン基、エチレン基、シクロヘキシレン基、アダマンチレン基、又は、ノルボルニレン基が好ましい。
Vは、一般式(LC1-1)~(LC1-21)のいずれかで表されるラクトン構造の環員原子から水素原子を1つ引き抜いてなる基、又は、一般式(SL1-1)~(SL1-3)のいずれかで表されるスルトン構造の環員原子から水素原子を1つ引き抜いてなる基を表す。
環状炭酸エステル基を有する繰り返し単位としては、下記一般式(A-1)で表される繰り返し単位が好ましい。
nは0以上の整数を表す。
RA 2は、置換基を表す。nが2以上の場合、複数存在するRA 2は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
Aは、単結合又は2価の連結基を表す。上記2価の連結基としては、アルキレン基、単環又は多環の脂環炭化水素構造を有する2価の連結基、エーテル基、エステル基、カルボニル基、カルボキシル基、又は、これらを組み合わせた2価の基が好ましい。
Zは、式中の-O-CO-O-で表される基と共に単環又は多環を形成する原子団を表す。
樹脂(A)は、上記以外の繰り返し単位として、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する基(以下「光酸発生基」ともいう)を有する繰り返し単位を有していてもよい。
この場合、この光酸発生基を有する繰り返し単位が、後述する活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物(「光酸発生剤」ともいう。)にあたると考えることができる。
このような繰り返し単位としては、例えば、下記一般式(4)で表される繰り返し単位が挙げられる。
樹脂(A)は、下記一般式(V-1)、又は、下記一般式(V-2)で表される繰り返し単位を有していてもよい。
下記一般式(V-1)、及び、下記一般式(V-2)で表される繰り返し単位は上述の繰り返し単位とは異なる繰り返し単位であるのが好ましい。
R6及びR7は、それぞれ独立に、水素原子、水酸基、アルキル基、アルコキシ基、アシロキシ基、シアノ基、ニトロ基、アミノ基、ハロゲン原子、エステル基(-OCOR又は-COOR:Rは炭素数1~6のアルキル基又はフッ素化アルキル基)、又は、カルボキシル基を表す。アルキル基としては、炭素数1~10の直鎖状、分岐鎖状又は環状のアルキル基が好ましい。
n3は、0~6の整数を表す。
n4は、0~4の整数を表す。
X4は、メチレン基、酸素原子、又は、硫黄原子である。
一般式(V-1)又は(V-2)で表される繰り返し単位を以下に例示する。
樹脂(A)は、発生酸の過剰な拡散又は現像時のパターン崩壊を抑制できる観点から、ガラス転移温度(Tg)が高い方が好ましい。Tgは、90℃より大きいことが好ましく、100℃より大きいことがより好ましく、110℃より大きいことが更に好ましく、125℃より大きいことが特に好ましい。なお、過度な高Tg化は現像液への溶解速度低下を招くため、Tgは400℃以下が好ましく、350℃以下がより好ましい。
なお、本明細書において、樹脂(A)等のポリマーのガラス転移温度(Tg)は、以下の方法で算出する。まず、ポリマー中に含まれる各繰り返し単位のみからなるホモポリマーのTgを、Bicerano法によりそれぞれ算出する。以後、算出されたTgを、「繰り返し単位のTg」という。次に、ポリマー中の全繰り返し単位に対する、各繰り返し単位の質量割合(%)を算出する。次に、Foxの式(Materials Letters 62(2008)3152等に記載)を用いて各質量割合におけるTgを算出して、それらを総和して、ポリマーのTg(℃)とする。
Bicerano法はPrediction of polymer properties, Marcel Dekker Inc, New York(1993)等に記載されている。またBicerano法によるTgの算出は、ポリマーの物性概算ソフトウェアMDL Polymer(MDL Information Systems, Inc.)を用いて行うことができる。
(a)主鎖への嵩高い置換基の導入
(b)主鎖への複数の置換基の導入
(c)主鎖近傍への樹脂(A)間の相互作用を誘発する置換基の導入
(d)環状構造での主鎖形成
(e)主鎖への環状構造の連結
なお、樹脂(A)は、ホモポリマーのTgが130℃以上を示す繰り返し単位を有することが好ましい。
なお、ホモポリマーのTgが130℃以上を示す繰り返し単位の種類は特に制限されず、Bicerano法により算出されるホモポリマーのTgが130℃以上である繰り返し単位であればよい。なお、後述する式(A)~式(E)で表される繰り返し単位中の官能基の種類によっては、ホモポリマーのTgが130℃以上を示す繰り返し単位に該当する。
上記(a)の具体的な達成手段の一例としては、樹脂(A)に式(A)で表される繰り返し単位を導入する方法が挙げられる。
式(A)で表される繰り返し単位の具体例としては、下記繰り返し単位が挙げられる。
Raは、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルケニル基、水酸基、アルコキシ基、アシロキシ基、シアノ基、ニトロ基、アミノ基、ハロゲン原子、エステル基(-OCOR’’’又は-COOR’’’:R’’’は炭素数1~20のアルキル基又はフッ素化アルキル基)、又は、カルボキシル基を表す。なお、上記アルキル基、上記シクロアルキル基、上記アリール基、上記アラルキル基、及び、上記アルケニル基は、それぞれ、置換基を有してもよい。また、Raで表される基中の炭素原子に結合している水素原子は、フッ素原子又はヨウ素原子で置換されていてもよい。
また、R’及びR’’は、それぞれ独立に、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルケニル基、水酸基、アルコキシ基、アシロキシ基、シアノ基、ニトロ基、アミノ基、ハロゲン原子、エステル基(-OCOR’’’又は-COOR’’’:R’’’は炭素数1~20のアルキル基又はフッ素化アルキル基)、又は、カルボキシル基を表す。なお、上記アルキル基、上記シクロアルキル基、上記アリール基、上記アラルキル基、及び、上記アルケニル基は、それぞれ、置換基を有してもよい。また、R’及びR’’で表される基中の炭素原子に結合している水素原子は、フッ素原子又はヨウ素原子で置換されていてもよい。
Lは、単結合又は2価の連結基を表す。2価の連結基としては、例えば、―COO-、-CO-、-O-、-S―、-SO-、-SO2-、アルキレン基、シクロアルキレン基、アルケニレン基、及び、これらの複数が連結した連結基等が挙げられる。
m及びnは、それぞれ独立に、0以上の整数を表す。m及びnの上限は特に制限されないが、2以下の場合が多く、1以下の場合がより多い。
上記(b)の具体的な達成手段の一例としては、樹脂(A)に式(B)で表される繰り返し単位を導入する方法が挙げられる。
また、有機基の少なくとも1つが、繰り返し単位中の主鎖に直接環構造が連結している基である場合、他の有機基の種類は特に制限されない。
また、有機基のいずれも繰り返し単位中の主鎖に直接環構造が連結している基ではない場合、有機基の少なくとも2つ以上は、水素原子を除く構成原子の数が3つ以上である置換基である。
R’は、それぞれ独立に、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルケニル基、水酸基、アルコキシ基、アシロキシ基、シアノ基、ニトロ基、アミノ基、ハロゲン原子、エステル基(-OCOR’’又は-COOR’’:R’’は炭素数1~20のアルキル基又はフッ素化アルキル基)、又は、カルボキシル基を表す。なお、上記アルキル基、上記シクロアルキル基、上記アリール基、上記アラルキル基、及び、上記アルケニル基は、それぞれ、置換基を有してもよい。また、R’で表される基中の炭素原子に結合している水素原子は、フッ素原子又はヨウ素原子で置換されていてもよい。
mは0以上の整数を表す。mの上限は特に制限されないが、2以下の場合が多く、1以下の場合がより多い。
上記(c)の具体的な達成手段の一例としては、樹脂(A)に式(C)で表される繰り返し単位を導入する方法が挙げられる。
R’は、水素原子又は有機基を表す。有機基としては、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、及び、アルケニル基、等の有機基が挙げられる。なお、有機基中の水素原子は、フッ素原子又はヨウ素原子で置換されていてもよい。
上記(d)の具体的な達成手段の一例としては、樹脂(A)に式(D)で表される繰り返し単位を導入する方法が挙げられる。
上記式中、R’は、それぞれ独立に、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルケニル基、水酸基、アルコキシ基、アシロキシ基、シアノ基、ニトロ基、アミノ基、ハロゲン原子、エステル基(-OCOR’’又は-COOR’’:R’’は炭素数1~20のアルキル基又はフッ素化アルキル基)、又は、カルボキシル基を表す。なお、上記アルキル基、上記シクロアルキル基、上記アリール基、上記アラルキル基、及び、上記アルケニル基は、それぞれ、置換基を有してもよい。また、R’で表される基中の炭素原子に結合している水素原子は、フッ素原子又はヨウ素原子で置換されていてもよい。
mは0以上の整数を表す。mの上限は特に制限されないが、2以下の場合が多く、1以下の場合がより多い。
上記(e)の具体的な達成手段の一例としては、樹脂(A)に式(E)で表される繰り返し単位を導入する方法が挙げられる。
「cyclic」は、主鎖の炭素原子を含む環状基である。環状基に含まれる原子数は特に制限されない。
R’は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、及び、アルケニル基、水酸基、アルコキシ基、アシロキシ基、シアノ基、ニトロ基、アミノ基、ハロゲン原子、エステル基(-OCOR’’又は-COOR’’:R’’は炭素数1~20のアルキル基又はフッ素化アルキル基)、又は、カルボキシル基を表す。なお、上記アルキル基、上記シクロアルキル基、上記アリール基、上記アラルキル基、及び、上記アルケニル基は、それぞれ、置換基を有してもよい。また、R’で表される基中の炭素原子に結合している水素原子は、フッ素原子又はヨウ素原子で置換されていてもよい。
mは0以上の整数を表す。mの上限は特に制限されないが、2以下の場合が多く、1以下の場合がより多い。
また、同一の炭素原子に結合する2つのRは互いに結合して環を形成していてもよい。
式(E-2)、式(E-4)、式(E-6)、及び、式(E-8)中、2つのRは、共同して「=O」を形成していてもよい。
樹脂(A)は、ラクトン基、スルトン基、カーボネート基、水酸基、シアノ基、及び、アルカリ可溶性基から選ばれる少なくとも1種類の基を有する繰り返し単位を有していてもよい。
樹脂(A)が有するラクトン基、スルトン基、又は、カーボネート基を有する繰り返し単位としては、上述した<ラクトン基、スルトン基、又は、カーボネート基を有する繰り返し単位>で説明した繰り返し単位が挙げられる。好ましい含有量も上述した<ラクトン基、スルトン基、又は、カーボネート基を有する繰り返し単位>で説明した通りである。
水酸基又はシアノ基を有する繰り返し単位は、水酸基又はシアノ基で置換された脂環炭化水素構造を有する繰り返し単位であることが好ましい。
水酸基又はシアノ基を有する繰り返し単位は、酸分解性基を有さないことが好ましい。
水酸基又はシアノ基を有する繰り返し単位としては、下記一般式(AIIa)~(AIId)で表される繰り返し単位が挙げられる。
R1cは、水素原子、メチル基、トリフルオロメチル基又はヒドロキシメチル基を表す。
R2c~R4cは、それぞれ独立に、水素原子、水酸基又はシアノ基を表す。ただし、R2c~R4cのうちの少なくとも1つは、水酸基又はシアノ基を表す。好ましくは、R2c~R4cの内の1つ又は2つが水酸基で、残りが水素原子である。より好ましくは、R2c~R4cの内の2つが水酸基で、残りが水素原子である。
アルカリ可溶性基としては、カルボキシル基、スルホンアミド基、スルホニルイミド基、ビスルスルホニルイミド基、α位が電子求引性基で置換された脂肪族アルコール基(例えば、ヘキサフルオロイソプロパノール基)が挙げられ、カルボキシル基が好ましい。樹脂(A)がアルカリ可溶性基を有する繰り返し単位を含むことにより、コンタクトホール用途での解像性が増す。
アルカリ可溶性基を有する繰り返し単位としては、アクリル酸及びメタクリル酸による繰り返し単位のような樹脂の主鎖に直接アルカリ可溶性基が結合している繰り返し単位、又は、連結基を介して樹脂の主鎖にアルカリ可溶性基が結合している繰り返し単位が挙げられる。なお、連結基は、単環又は多環の環状炭化水素構造を有していてもよい。
アルカリ可溶性基を有する繰り返し単位としては、アクリル酸又はメタクリル酸による繰り返し単位が好ましい。
樹脂(A)は、脂環炭化水素構造を有し、酸分解性を示さない繰り返し単位を有してもよい。これにより液浸露光時にレジスト膜から液浸液への低分子成分の溶出が低減できる。このような繰り返し単位として、例えば、1-アダマンチル(メタ)アクリレート、ジアダマンチル(メタ)アクリレート、トリシクロデカニル(メタ)アクリレート、又は、シクロヘキシル(メタ)アクリレート由来の繰り返し単位等が挙げられる。
樹脂(A)は、水酸基及びシアノ基のいずれも有さない、一般式(III)で表される繰り返し単位を有していてもよい。
Raは水素原子、アルキル基又は-CH2-O-Ra2基を表す。式中、Ra2は、水素原子、アルキル基又はアシル基を表す。
架橋環式炭化水素基として、ノルボルニル基、アダマンチル基、ビシクロオクタニル基、又は、トリシクロ[5、2、1、02,6]デカニル基が好ましく、ノルボルニル基又はアダマンチル基がより好ましい。
ハロゲン原子としては、臭素原子、塩素原子、又は、フッ素原子が好ましい。
アルキル基としては、メチル基、エチル基、ブチル基、又は、t-ブチル基が好ましい。上記アルキル基は更に置換基を有していてもよく、置換基としては、ハロゲン原子、アルキル基、保護基で保護されたヒドロキシル基、又は、保護基で保護されたアミノ基が挙げられる。
アルキル基としては、炭素数1~4のアルキル基が好ましい。
置換メチル基としては、メトキシメチル基、メトキシチオメチル基、ベンジルオキシメチル基、t-ブトキシメチル基、又は、2-メトキシエトキシメチル基が好ましい。
置換エチル基としては、1-エトキシエチル基、又は、1-メチル-1-メトキシエチル基が好ましい。
アシル基としては、ホルミル基、アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、イソブチリル基、バレリル基、及び、ピバロイル基等の炭素数1~6の脂肪族アシル基が好ましい。
アルコキシカルボニル基としては、炭素数1~4のアルコキシカルボニル基が好ましい。
一般式(III)で表される繰り返し単位の具体例を以下に挙げるが、本発明はこれらに限定されない。式中、Raは、H、CH3、CH2OH、又は、CF3を表す。
更に、樹脂(A)は、上述した繰り返し単位以外の繰り返し単位を有してもよい。
例えば樹脂(A)は、オキサチアン環基を有する繰り返し単位、オキサゾロン環基を有する繰り返し単位、ジオキサン環基を有する繰り返し単位、及び、ヒダントイン環基を有する繰り返し単位からなる群から選択される繰り返し単位を有していてもよい。
このような繰り返し単位を以下に例示する。
GPC法によりポリスチレン換算値として、樹脂(A)の重量平均分子量は、1,000~200,000が好ましく、3,000~20,000がより好ましく、5,000~15,000が更に好ましい。樹脂(A)の重量平均分子量を、1,000~200,000とすることにより、耐熱性及びドライエッチング耐性の劣化をより一層抑制できる。また、現像性の劣化、及び、粘度が高くなって製膜性が劣化することもより一層抑制できる。
樹脂(A)の分散度(分子量分布)は、通常1~5であり、1~3が好ましく、1.2~3.0がより好ましく、1.2~2.0が更に好ましい。分散度が小さいものほど、解像度、及び、レジスト形状がより優れ、更に、レジストパターンの側壁がよりスムーズであり、ラフネス性にもより優れる。
なお、固形分とは、組成物中の溶剤を除いた成分を意図し、溶剤以外の成分であれば液状成分であっても固形分とみなす。
また、樹脂(A)は、1種で使用してもよいし、複数併用してもよい。
レジスト組成物は、特定化合物には該当しないその他の光酸発生剤(特定化合物に該当しない、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物)を含んでいてもよい。その他の光酸発生剤は、露光(好ましくはEUV光及び/又はArFの露光)により酸を発生する化合物である。
その他の光酸発生剤は、低分子化合物の形態であってもよく、重合体の一部に組み込まれた形態であってもよい。また、低分子化合物の形態と重合体の一部に組み込まれた形態を併用してもよい。
その他の光酸発生剤が、低分子化合物の形態である場合、分子量は3000以下が好ましく、2000以下がより好ましく、1000以下が更に好ましい。
その他の光酸発生剤が、重合体の一部に組み込まれた形態である場合、樹脂(A)の一部に組み込まれてもよく、樹脂(A)とは異なる樹脂に組み込まれてもよい。
本発明において、光酸発生剤が、低分子化合物の形態であるのが好ましい。
その他の光酸発生剤は特に限定されず、中でも、有機酸を発生する化合物が好ましく、上記有機酸としては、特定化合物が発生し得る有機酸として説明した有機酸が同様に挙げられる。
「M+ X-」で表される化合物において、X-は、有機アニオンを表す。
「M+ X-」におけるX-は、特定化合物における一般式(1)に関して説明したX-で表される有機アニオンが同様に使用できる。
「M+ X-」で表される化合物において、M+は、有機カチオンを表す。
上記有機カチオンは、それぞれ独立に、一般式(ZaI)で表されるカチオン(カチオン(ZaI))又は一般式(ZaII)で表されるカチオン(カチオン(ZaII))が好ましい。
ただし、一般式(ZaI)で表されるカチオンは、特定化合物(一般式(1)~(3)で表される化合物)におけるカチオン(X-以外の部分)とは異なる。
R201、R202、及び、R203は、それぞれ独立に、有機基を表す。
R201、R202、及び、R203としての有機基の炭素数は、通常1~30であり、1~20が好ましい。また、R201~R203のうち2つが結合して環構造を形成してもよく、環内に酸素原子、硫黄原子、エステル基、アミド基、又は、カルボニル基を含んでいてもよい。R201~R203の内の2つが結合して形成する基としては、例えば、アルキレン基(例えば、ブチレン基、ペンチレン基)、及び、-CH2-CH2-O-CH2-CH2-が挙げられる。
アリールスルホニウムカチオンは、R201~R203の全てがアリール基でもよいし、R201~R203の一部がアリール基であり、残りがアルキル基又はシクロアルキル基であってもよい。
また、R201~R203のうちの1つがアリール基であり、R201~R203のうちの残りの2つが結合して環構造を形成してもよく、環内に酸素原子、硫黄原子、エステル基、アミド基、又は、カルボニル基を含んでいてもよい。R201~R203のうちの2つが結合して形成する基としては、例えば、1つ以上のメチレン基が酸素原子、硫黄原子、エステル基、アミド基、及び/又はカルボニル基で置換されていてもよいアルキレン基(例えば、ブチレン基、ペンチレン基、又は、-CH2-CH2-O-CH2-CH2-)が挙げられる。
アリールスルホニウムカチオンとしては、例えば、トリアリールスルホニウムカチオン、ジアリールアルキルスルホニウムカチオン、アリールジアルキルスルホニウムカチオン、ジアリールシクロアルキルスルホニウムカチオン、及び、アリールジシクロアルキルスルホニウムカチオンが挙げられる。
アリールスルホニウムカチオンが必要に応じて有しているアルキル基又はシクロアルキル基は、炭素数1~15の直鎖状アルキル基、炭素数3~15の分岐鎖状アルキル基、又は、炭素数3~15のシクロアルキル基が好ましく、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、n-ブチル基、sec-ブチル基、t-ブチル基、シクロプロピル基、シクロブチル基、及び、シクロヘキシル基等が挙げられる。
上記置換基は可能な場合は更に置換基を有していてもよく、例えば、上記アルキル基が置換基としてハロゲン原子を有して、トリフルオロメチル基等のハロゲン化アルキル基となっていてもよい。
光酸発生剤は、1種単独で使用してもよく、2種以上を使用してもよい。
レジスト組成物は、溶剤を含んでいてもよい。
溶剤は、(M1)プロピレングリコールモノアルキルエーテルカルボキシレート、並びに、(M2)プロピレングリコールモノアルキルエーテル、乳酸エステル、酢酸エステル、アルコキシプロピオン酸エステル、鎖状ケトン、環状ケトン、ラクトン、及び、アルキレンカーボネートからなる群より選択される少なくとも1つの少なくとも一方を含んでいるのが好ましい。なお、この溶剤は、成分(M1)及び(M2)以外の成分を更に含んでいてもよい。
プロピレングリコールモノアルキルエーテルは、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)、及び、プロピレングリコールモノエチルエーテル(PGEE)が好ましい。
乳酸エステルは、乳酸エチル、乳酸ブチル、又は、乳酸プロピルが好ましい。
酢酸エステルは、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、酢酸プロピル、酢酸イソアミル、蟻酸メチル、蟻酸エチル、蟻酸ブチル、蟻酸プロピル、又は、酢酸3-メトキシブチルが好ましい。
また、酪酸ブチルも好ましい。
アルコキシプロピオン酸エステルは、3-メトキシプロピオン酸メチル(MMP)、又は、3-エトキシプロピオン酸エチル(EEP)が好ましい。
鎖状ケトンは、1-オクタノン、2-オクタノン、1-ノナノン、2-ノナノン、アセトン、2-ヘプタノン、4-ヘプタノン、1-ヘキサノン、2-ヘキサノン、ジイソブチルケトン、フェニルアセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、アセチルアセトン、アセトニルアセトン、イオノン、ジアセトニルアルコール、アセチルカービノール、アセトフェノン、メチルナフチルケトン、又は、メチルアミルケトンが好ましい。
環状ケトンは、メチルシクロヘキサノン、イソホロン、シクロペンタノン、又は、シクロヘキサノンが好ましい。
ラクトンは、γ-ブチロラクトンが好ましい。
アルキレンカーボネートは、プロピレンカーボネートが好ましい。
なお、ここで「引火点」とは、東京化成工業株式会社又はシグマアルドリッチ社の試薬カタログに記載されている値を意味している。
つまり、溶剤は、成分(M1)と成分(M2)との双方を含む場合、成分(M2)に対する成分(M1)の質量比は、15/85以上が好ましく、40/60以上がより好ましく、60/40以上が更に好ましい。このような構成を採用すると、現像欠陥数を更に減少させられる。
なお、固形分とは、溶剤以外の全ての成分を意味する。
レジスト組成物は、酸拡散制御剤を更に含んでいてもよい。酸拡散制御剤は、光酸発生剤から生じた酸をトラップするクエンチャーとして作用し、レジスト膜中における酸の拡散現象を制御する役割を果たす。
酸拡散制御剤は、例えば、塩基性化合物であってもよい。
塩基性化合物は、下記一般式(A)~一般式(E)で示される構造を有する化合物が好ましい。
R203、R204、R205及びR206は、同一でも異なってもよく、炭素数1~20のアルキル基を表す。
これら一般式(A)及び一般式(E)中のアルキル基は、無置換であるのがより好ましい。
また、アミン化合物は、オキシアルキレン基を有するのが好ましい。オキシアルキレン基の数は、分子内に1以上が好ましく、3~9がより好ましく、4~6が更に好ましい。
オキシアルキレン基の中でもオキシエチレン基(-CH2CH2O-)、又は、オキシプロピレン基(-CH(CH3)CH2O-若しくはCH2CH2CH2O-)が好ましく、オキシエチレン基がより好ましい。
アンモニウム塩化合物は、オキシアルキレン基を有するのが好ましい。オキシアルキレン基の数は、分子内に1以上が好ましく、3~9がより好ましく、4~6が更に好ましい。オキシアルキレン基の中でもオキシエチレン基(-CH2CH2O-)、又は、オキシプロピレン基(-CH(CH3)CH2O-、又は、-CH2CH2CH2O-)が好ましく、オキシエチレン基がより好ましい。
アンモニウム塩化合物のアニオンとしては、例えば、ハロゲン原子、スルホネート、ボレート、及び、フォスフェート等が挙げられ、中でも、ハロゲン原子、又は、スルホネートが好ましい。ハロゲン原子は、塩素原子、臭素原子、又は、ヨウ素原子が好ましい。スルホネートは、炭素数1~20の有機スルホネートが好ましい。有機スルホネートとしては、例えば、炭素数1~20のアルキルスルホネート、及び、アリールスルホネートが挙げられる。アルキルスルホネートのアルキル基は置換基を有していてもよく、置換基としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、アルコキシ基、アシル基、及び、芳香環基等が挙げられる。アルキルスルホネートとしては、例えば、メタンスルホネート、エタンスルホネート、ブタンスルホネート、ヘキサンスルホネート、オクタンスルホネート、ベンジルスルホネート、トリフルオロメタンスルホネート、ペンタフルオロエタンスルホネート、及び、ノナフルオロブタンスルホネート等が挙げられる。アリールスルホネートのアリール基としてはベンゼン環基、ナフタレン環基、及び、アントラセン環基が挙げられる。ベンゼン環基、ナフタレン環基、及び、アントラセン環基が有し得る置換基は、炭素数1~6の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、又は、炭素数3~6のシクロアルキル基が好ましい。直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、及び、シクロアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、i-ブチル基、t-ブチル基、n-ヘキシル基、及び、シクロヘキシル基等が挙げられる。他の置換基としては、例えば、炭素数1~6のアルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、アシル基、及び、アシルオキシ基等が挙げられる。
フェノキシ基の置換基としては、例えば、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、カルボン酸基、カルボン酸エステル基、スルホン酸エステル基、アリール基、アラルキル基、アシルオキシ基、及び、アリールオキシ基等が挙げられる。置換基の置換位は、2~6位のいずれであってもよい。置換基の数は、1~5のいずれであってもよい。
レジスト組成物は、酸拡散制御剤として、プロトンアクセプター性官能基を有し、かつ、活性光線又は放射線の照射により分解してプロトンアクセプター性が低下若しくは消失、又は、プロトンアクセプター性から酸性に変化した化合物を発生する化合物(以下、化合物(PA)ともいう)を含んでいてもよい。
酸の作用により脱離する基は、アセタール基、カルボネート基、カルバメート基、3級エステル基、3級水酸基、又は、ヘミアミナールエーテル基が好ましく、カルバメート基、又は、ヘミアミナールエーテル基がより好ましい。
低分子化合物の分子量は、100~1000が好ましく、100~700がより好ましく、100~500が更に好ましい。
低分子化合物は、窒素原子上に保護基を有するカルバメート基を有してもよい。
酸拡散制御剤は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を使用してもよい。
また、レジスト組成物が式(d1-1)~(d1-3)のいずれかで表されるアニオンを有する特定化合物及び/又は式(d1-1)~(d1-3)のいずれかで表されるアニオンを有するその他の光酸発生剤(これらを総称して「d1系光酸発生剤」ともいう)を含む場合、d1系光酸発生剤にも酸拡散制御剤としての役割を持たせることもできる。レジスト組成物がd1系光酸発生剤を含む場合、レジスト組成物が酸拡散制御剤を実質的に含まないのも好ましい。ここで酸拡散制御剤を実質的に含まないとは、酸拡散制御剤の含有量が、d1系光酸発生剤の合計含有量に対して5質量%以下であることを意図する。
また、レジスト組成物がd1系光酸発生剤と酸拡散制御剤との両方を含む場合、その合計含有量は、1~30質量%が好ましく、3~20質量%がより好ましい。
レジスト組成物は、上記樹脂(A)とは別に、樹脂(A)とは異なる疎水性樹脂を含んでいてもよい。
疎水性樹脂はレジスト膜の表面に偏在するように設計されるのが好ましいが、界面活性剤とは異なり、必ずしも分子内に親水基を有する必要はなく、極性物質及び非極性物質の均一な混合に寄与しなくてもよい。
疎水性樹脂の添加による効果として、水に対するレジスト膜表面の静的及び動的な接触角の制御、並びに、アウトガスの抑制等が挙げられる。
フッ素原子を有するアルキル基(好ましくは炭素数1~10、より好ましくは炭素数1~4)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又は分岐鎖状のアルキル基であり、更にフッ素原子以外の置換基を有していてもよい。
フッ素原子を有するシクロアルキル基は、少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換された単環又は多環のシクロアルキル基であり、更にフッ素原子以外の置換基を有していてもよい。
フッ素原子を有するアリール基としては、例えば、フェニル基、及び、ナフチル基等のアリール基の少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換されたものが挙げられ、更にフッ素原子以外の置換基を有していてもよい。
フッ素原子又は珪素原子を有する繰り返し単位としては、例えば、US2012/0251948A1の段落[0519]に例示された繰り返し単位が挙げられる。
ここで、疎水性樹脂中の側鎖部分が有するCH3部分構造は、エチル基、及び、プロピル基等が有するCH3部分構造を含むものである。
一方、疎水性樹脂の主鎖に直接結合しているメチル基(例えば、メタクリル酸構造を有する繰り返し単位のα-メチル基)は、主鎖の影響により疎水性樹脂の表面偏在化への寄与が小さいため、本発明におけるCH3部分構造には含めない。
レジスト組成物は、界面活性剤を含んでいてもよい。界面活性剤を含むと、密着性により優れ、現像欠陥のより少ないパターンを形成できる。
界面活性剤は、フッ素系及び/又はシリコン系界面活性剤が好ましい。
フッ素系及び/又はシリコン系界面活性剤としては、例えば、米国特許出願公開第2008/0248425号明細書の段落[0276]に記載の界面活性剤が挙げられる。また、エフトップEF301、又は、EF303(新秋田化成(株)製);フロラードFC430、431、及び、4430(住友スリーエム(株)製);メガファックF171、F173、F176、F189、F113、F110、F177、F120、及び、R08(DIC(株)製);サーフロンS-382、SC101、102、103、104、105又は106(旭硝子(株)製);トロイゾルS-366(トロイケミカル(株)製);GF-300又はGF-150(東亜合成化学(株)製)、サーフロンS-393(セイミケミカル(株)製);エフトップEF121、EF122A、EF122B、RF122C、EF125M、EF135M、EF351、EF352、EF801、EF802又はEF601((株)ジェムコ製);PF636、PF656、PF6320、及び、PF6520(OMNOVA社製);KH-20(旭化成(株)製);FTX-204G、208G、218G、230G、204D、208D、212D、218D、及び、222D((株)ネオス製)を用いてもよい。なお、ポリシロキサンポリマーKP-341(信越化学工業(株)製)も、シリコン系界面活性剤として使用できる。
また、米国特許出願公開第2008/0248425号明細書の段落[0280]に記載されているフッ素系及び/又はシリコン系以外の界面活性剤を使用してもよい。
レジスト組成物は、溶解阻止化合物、染料、可塑剤、光増感剤、光吸収剤、及び/又は、現像液に対する溶解性を促進させる化合物(例えば、分子量1000以下のフェノール化合物、又は、カルボン酸基を含んだ脂環族若しくは脂肪族化合物)を更に含んでいてもよい。
上記レジスト組成物を用いたパターン形成方法の手順は特に制限されないが、以下の工程を有するのが好ましい。
工程1:レジスト組成物を用いて、基板上にレジスト膜を形成する工程
工程2:レジスト膜を露光する工程
工程3:現像液を用いて、露光されたレジスト膜を現像し、パターンを形成する工程
以下、上記それぞれの工程の手順について詳述する。
工程1は、レジスト組成物を用いて、基板上にレジスト膜を形成する工程である。
レジスト組成物の定義は、上述の通りである。
なお、塗布前にレジスト組成物を必要に応じてフィルター濾過するのが好ましい。フィルターのポアサイズは、0.1μm以下が好ましく、0.05μm以下がより好ましく、0.03μm以下が更に好ましい。また、フィルターは、ポリテトラフルオロエチレン製、ポリエチレン製、又は、ナイロン製が好ましい。
レジスト組成物の塗布後、基板を乾燥し、レジスト膜を形成してもよい。なお、必要により、レジスト膜の下層に、各種下地膜(無機膜、有機膜、反射防止膜)を形成してもよい。
トップコート組成物は、レジスト膜と混合せず、更にレジスト膜上層に均一に塗布できるのが好ましい。
トップコート組成物は、例えば、樹脂と添加剤と溶剤とを含む。
上記樹脂としては、上述の疎水性樹脂と同様の樹脂を使用できる。樹脂の含有量は、トップコート組成物の全固形分に対して、50~99.9質量%が好ましく、60~99.7質量%がより好ましい。
上記添加剤としては、上述の酸拡散制御剤及びd1系光酸発生剤を使用できる。また、N-オキシルフリーラジカル基を有する化合物のようなラジカルトラップ基を有する化合物も使用できる。このような化合物としては、例えば、[4-(ベンゾイルオキシ)-2,2,6,6-テトラメチルピペリジノオキシ]ラジカルが挙げられる。添加剤の含有量は、トップコート組成物の全固形分に対して、0.01~20質量%が好ましく、0.1~15質量%がより好ましい。
上記溶剤は、レジスト膜を溶解しないのが好ましく、例えば、アルコール系溶剤(4-メチル-2-ペンタノール等)、エーテル系溶剤(ジイソアミルエーテル等)、エステル系溶剤、フッ素系溶剤、及び、炭化水素系溶剤(n-デカン等)が挙げられる。
トップコート組成物中の溶剤の含有量は、固形分濃度が0.5~30質量%となるように定めることが好ましく、1~20質量%となるように定めることがより好ましい。
また、トップコート組成物は、上述の添加剤以外に界面活性剤を含んでもよく、上記界面活性剤としては、本発明の組成物が含んでもよい界面活性剤を使用できる。界面活性剤の含有量は、トップコート組成物の全固形分に対して、0.0001~2質量%が好ましく、0.0005~1質量%がより好ましい。
その他にも、トップコートは、特に限定されず、従来公知のトップコートを、従来公知の方法によって形成でき、例えば、特開2014-059543号公報の段落[0072]~[0082]の記載に基づいてトップコートを形成できる。
例えば、特開2013-61648号公報に記載されたような塩基性化合物を含むトップコートを、レジスト膜上に形成するのが好ましい。トップコートが含み得る塩基性化合物の具体的な例は、レジスト組成物が含んでいてもよい塩基性化合物が挙げられる。
また、トップコートは、エーテル結合、チオエーテル結合、水酸基、チオール基、カルボニル結合、及び、エステル結合からなる群より選択される基又は結合を少なくとも一つ含む化合物を含むのも好ましい。
工程2は、レジスト膜を露光する工程である。
露光の方法としては、例えば、形成したレジスト膜に所定のマスクを通してEUV光を照射する方法が挙げられる。
加熱温度は80~150℃が好ましく、80~140℃がより好ましく、80~130℃が更に好ましい。
加熱時間は10~1000秒が好ましく、10~180秒がより好ましく、30~120秒が更に好ましい。
加熱は通常の露光機及び/又は現像機に備わっている手段で実施でき、ホットプレート等を用いて行ってもよい。
この工程は露光後ベークともいう。
工程3は、現像液を用いて、露光されたレジスト膜を現像し、パターンを形成する工程である。
現像液は、アルカリ現像液であっても、有機溶剤を含有する現像液(以下、有機系現像液ともいう)であってもよい。
また、現像を行う工程の後に、他の溶剤に置換しながら、現像を停止する工程を実施してもよい。
現像時間は未露光部の樹脂が十分に溶解する時間であれば特に制限はなく、10~300秒が好ましく、20~120秒がより好ましい。
現像液の温度は0~50℃が好ましく、15~35℃がより好ましい。
有機系現像液に対する有機溶剤の含有量は、現像液の全量に対して、50質量%以上100質量%以下が好ましく、80質量%以上100質量%以下がより好ましく、90質量%以上100質量%以下が更に好ましく、95質量%以上100質量%以下が特に好ましい。
上記パターン形成方法は、工程3の後に、リンス液を用いて洗浄する工程を含むのが好ましい。
リンス液には、界面活性剤を適当量添加してもよい。
炭化水素系溶剤、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、アルコール系溶剤、アミド系溶剤、及び、エーテル系溶剤の例としては、有機溶剤を含む現像液において説明したものと同様のものが挙げられる。
また、本発明のパターン形成方法は、リンス工程の後に加熱工程(Post Bake)を含んでいてもよい。本工程により、ベークによりパターン間及びパターン内部に残留した現像液及びリンス液が除去される。また、本工程により、レジストパターンがなまされ、パターンの表面荒れが改善される効果もある。リンス工程の後の加熱工程は、通常40~250℃(好ましくは90~200℃)で、通常10秒間~3分間(好ましくは30秒間~120秒間)行う。
基板(又は、下層膜及び基板)の加工方法は特に限定されないが、工程3で形成されたパターンをマスクとして、基板(又は、下層膜及び基板)に対してドライエッチングを行うことにより、基板にパターンを形成する方法が好ましい。
ドライエッチングは、1段のエッチングであっても、複数段からなるエッチングであってもよい。エッチングが複数段からなるエッチングである場合、各段のエッチングは同一の処理であっても異なる処理であってもよい。
エッチングは、公知の方法をいずれも使用でき、各種条件等は、基板の種類又は用途等に応じて、適宜、決定される。例えば、国際光工学会紀要(Proc.of SPIE)Vol.6924,692420(2008)、特開2009-267112号公報等に準じて、エッチングを実施できる。また、「半導体プロセス教本 第4版 2007年刊行 発行人:SEMIジャパン」の「第4章 エッチング」に記載の方法に準ずることもできる。
中でも、ドライエッチングは、酸素プラズマエッチングが好ましい。
レジスト組成物の製造においては、例えば、樹脂、及び、光酸発生剤等の各成分を溶剤に溶解させた後、素材が異なる複数のフィルターを用いて循環濾過を行うのが好ましい。例えば、孔径50nmのポリエチレン製フィルター、孔径10nmのナイロン製フィルター、孔径3nmのポリエチレン製フィルターを順列に接続し、10回以上循環濾過を行うのが好ましい。フィルター間の圧力差は小さい程好ましく、一般的には0.1MPa以下であり、0.05MPa以下が好ましく、0.01MPa以下がより好ましい。フィルターと充填ノズルの間の圧力差も小さい程好ましく、一般的には0.5MPa以下であり、0.2MPa以下が好ましく、0.1MPa以下がより好ましい。
レジスト組成物の製造装置の内部は、窒素等の不活性ガスによってガス置換を行うのが好ましい。これにより、酸素等の活性ガスのレジスト組成物中への溶解を抑制できる。
レジスト組成物はフィルターによって濾過された後、清浄な容器に充填される。容器に充填されたレジスト組成物は、冷蔵保存されるのが好ましい。これにより、経時による性能劣化が抑制される。組成物の容器への充填が完了してから、冷蔵保存を開始するまでの時間は短い程好ましく、一般的には24時間以内であり、16時間以内が好ましく、12時間以内がより好ましく、10時間以内が更に好ましい。保存温度は0~15℃が好ましく、0~10℃がより好ましく、0~5℃が更に好ましい。
薬液配管としては、例えば、SUS(ステンレス鋼)、又は、帯電防止処理の施されたポリエチレン、ポリプロピレン、若しくは、フッ素樹脂(ポリテトラフルオロエチレン、又は、パーフルオロアルコキシ樹脂等)で被膜された各種配管を使用できる。フィルター及びO-リングに関しても同様に、帯電防止処理の施されたポリエチレン、ポリプロピレン、又は、フッ素樹脂(ポリテトラフルオロエチレン、又は、パーフルオロアルコキシ樹脂等)を使用できる。
形成されるパターンがトレンチ(溝)パターン状又はコンタクトホールパターン状である場合、パターン高さをトレンチ幅又はホール径で割った値で求められるアスペクト比が、4.0以下が好ましく、3.5以下がより好ましく、3.0以下が更に好ましい。
本発明の電子デバイスは、電気電子機器(家電、OA(Office Automation)、メディア関連機器、光学用機器及び通信機器等)に、好適に、搭載されるものである。
以下に、実施例又は比較例で用いた感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物(以下「レジスト組成物」ともいう)が含む成分及び製造の手順を示す。
(特定化合物A-3の合成)
特定化合物A-3を、下記スキームに基づいて合成した。
塩化チオニル(37.7g)をテトラヒドロフラン(500mL)に加え、混合液を得た。得られた混合液を0℃に冷却し、上記混合液に、先に調製したグリニャール試薬Aを滴下した。上記混合液を1時間攪拌した後、上記混合液に1N塩酸(600mL)を、上記混合液の温度を0℃に維持しながら添加した。
上記混合液中に生成された反応生成物を酢酸エチル(600mL)で抽出した。得られた有機相を、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液(500mL)及び水(500mL)で洗浄し、その後、上記有機相から溶媒を留去した。得られた濃縮物をヘキサン(300mL)で洗浄し、ろ過することでろ物として中間体A(60g)を得た(収率56%)。
中間体A(20.0g)をテトラヒドロフラン(170mL)に加え、混合液を得た。得られた混合液を0℃に冷却し、上記混合液に、トリフルオロメタンスルホン酸トリメチルシリル(91.9g)を滴下した。続いて、上記混合液に、先に調製したグリニャール試薬Bを滴下してから、上記混合液を1時間攪拌した。
上記混合液に、水(500mL)を、上記混合液の温度を0℃に維持しながら添加してから、上記混合液中に生成された反応生成物を塩化メチレン(500mL)で抽出した。得られた有機相を水(500mL)で洗浄し、その後、上記有機相から溶媒を留去した。得られた濃縮物をジイソプロピルエーテル(300mL)で洗浄し、ろ過することでろ物として中間体B(20g)を得た(収率58%)。
以下に、実施例で使用した光酸発生剤を示す。
なお、A-1~A-13、及び、B-2~B-5が特定化合物に該当し、B-1、及び、Z-1~Z-2は特定化合物に該当しない。
レジスト組成物の製造に使用した酸分解性樹脂(樹脂(A))を以下に示す。
レジスト組成物が酸拡散制御剤を含む場合、下記酸拡散制御剤を使用した。
レジスト組成物が疎水性樹脂を含む場合、下記モノマーに基づく繰り返し単位を有する疎水性樹脂を使用した。
組成物が界面活性剤を含む場合、下記界面活性剤を使用した。
E-1:メガファックF176(DIC(株)製、フッ素系界面活性剤)E-2:メガファックR08(DIC(株)製、フッ素及びシリコン系界面活性剤)E-3:PF656(OMNOVA社製、フッ素系界面活性剤)
組成物が含む溶剤を下記に示す。
F-1: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)
F-2:プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)
F-3:プロピレングリコールモノエチルエーテル(PGEE)
F-4:シクロヘキサノン
F-5:シクロペンタノン
F-6:2-ヘプタノン
F-7:乳酸エチル
F-8:γ-ブチロラクトン
F-9:プロピレンカーボネート
下記表に示した各成分を固形分濃度が2質量%となるように混合した。次いで、得られた混合液を、最初に孔径50nmのポリエチレン製フィルター、次に孔径10nmのナイロン製フィルター、最後に孔径5nmのポリエチレン製フィルターの順番で濾過することにより、EUV露光による試験に使用するレジスト組成物(感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物)を調製した。
なお、レジスト組成物において、固形分とは、溶剤以外の全ての成分を意味する。得られたレジスト組成物を、実施例及び比較例で使用した。
なお、下記表において、各成分の含有量(質量%)は、全固形分に対する含有量を意味する。
下記表に示した各成分を固形分濃度が4質量%となるように混合した。次いで、得られた混合液を、最初に孔径50nmのポリエチレン製フィルター、次に孔径10nmのナイロン製フィルター、最後に孔径5nmのポリエチレン製フィルターの順番で濾過して、ArF露光による試験に使用するレジスト組成物(感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物)を調製した。
本実施例では、上記レジスト組成物を用いてレジスト膜を作製する際に、更に、所望に応じてレジスト膜上に作成したトップコートを作製した。
以下に、トップコートの形成に使用したトップコート組成物に使用した成分及び製造の手順を示す。
トップコート組成物に使用した樹脂の、各モノマーに基づく繰り返し単位のモル分率、各樹脂の重量平均分子量(Mw)、及び、分散度(Mw/Mn)を下記表に示す。
なお、表中に示した繰り返し単位に対応するモノマーの構造は、上述の<疎水性樹脂>の説明中で示したモノマーを参照できる。
トップコート組成物が含む添加剤を下記に示す。
トップコート組成物が界面活性剤を含む場合、下記界面活性剤を使用した。
E-3:PF656(OMNOVA社製、フッ素系界面活性剤)
トップコート組成物が含む溶剤を下記に示す。
FT-1:4-メチル-2-ペンタノール(MIBC)FT-2:n-デカンFT-3:ジイソアミルエーテル
下記表に記載の配合を満たし、かつ、固形分濃度3.8質量%となるように、各成分を溶剤に溶解させ、溶液を調製した。
次いで、得られた溶液を0.1μmのポアサイズを有するポリエチレンフィルターで濾過して、トップコート組成物を調製した。
〔試験〕
上述の通り調製したレジスト組成物を用いて、以下に示す各条件で現像したパターンのLWRを評価した。
なお、いずれの試験でも、パターン形成に使用したレジスト組成物(感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物)は、製造してから、4℃の環境で3か月間放置した後のレジスト組成物を使用した。
(パターン形成)
シリコンウエハ上に下層膜形成用組成物AL412(Brewer Science社製)を塗布し、205℃で60秒間ベークして、膜厚20nmの下地膜を形成した。その上に、表6に示すレジスト組成物を塗布し、100℃で60秒間ベークして、膜厚30nmのレジスト膜を形成した。
EUV露光装置(Exitech社製、Micro Exposure Tool、NA0.3、Quadrupol、アウターシグマ0.68、インナーシグマ0.36)を用いて、得られたレジスト膜を有するシリコンウエハに対してパターン照射を行った。なお、レクチルとしては、ラインサイズ=20nmであり、かつ、ライン:スペース=1:1であるマスクを用いた。
露光後のレジスト膜を90℃で60秒間ベークした後、酢酸n-ブチルで30秒間現像し、これをスピン乾燥してネガ型のパターンを得た。
ライン幅が平均20nmのラインパターンを解像する時の最適露光量にて解像した20nm(1:1)のラインアンドスペースのパターンに対して、測長走査型電子顕微鏡(SEM((株)日立製作所S-9380II))を使用してパターン上部から観察した。パターンの線幅を任意のポイント(100箇所)で観測し、その測定ばらつきを3σで評価し、LWRとした。LWRの値が小さいほど良好なLWR性能であることを示す。LWR(nm)は、4.5nm以下が好ましく、3.9nm以下がより好ましく、3.5nm以下が更に好ましい。
表中「式」欄は、使用した特定化合物が、一般式(1)~(3)のいずれに該当するかを示す。
「F-AL」欄は、使用した特定化合物におけるカチオンが、フルオロアルキル基である含フッ素基を有するか否かを示す。本要件を満たす場合は「A」とし、満たさない場合は「B」とした。
「条件X」欄は、使用した特定化合物が、下記条件X1~X3のいずれかを満たすか否かを示す。本要件を満たす場合は「A」とし、満たさない場合は「B」とした。
条件X1:使用した特定化合物が、一般式(1)で表される化合物であり、Ar1、Ar2、及び、Ar3で表される芳香族炭化水素環基が、フルオロアルキル基を合計3つ以上有するか、又は、
電子求引性基以外の有機基を合計1つ以上有し、合計1つ以上の電子求引性基以外の有機基に含まれる炭素原子の合計数が3以上である。
条件X2:使用した特定化合物が、一般式(2)で表される化合物であり、Ar4、Ar5、及び、Ar6で表される芳香族炭化水素環基が、含フッ素基を合計3つ以上有するか、又は、
Ar4、Ar5、及び、Ar6で表される芳香族炭化水素環基が、直鎖状又は分岐鎖状の電子求引性基以外の有機基を合計1つ以上有し、合計1つ以上の直鎖状又は分岐鎖状の電子求引性基以外の有機基に含まれる炭素原子の合計数が3以上である。
条件X3:使用した特定化合物が、一般式(3)で表される化合物であり、Ar7、Ar8、及び、Ar9で表される芳香族炭化水素環基が有する、電子求引性基以外の有機基に含まれる炭素原子の合計数が3以上である。
また、含フッ素基がフルオロアルキル基である特定化合物を使用する場合、本発明の効果がより優れることが確認された(表中、「F-AL」欄の要件を満たす特定化合物を使用した実施例と満たさない特定化合物を使用した実施例との比較等を参照)。
条件Xを満たす特定化合物を使用する場合、本発明の効果が更に優れることが確認された(表中、「条件X」欄の要件を満たす特定化合物を使用した実施例と満たさない特定化合物を使用した実施例との比較等を参照)。
(パターン形成)
シリコンウエハ上に下層膜形成用組成物AL412(Brewer Science社製)を塗布し、205℃で60秒間ベークして、膜厚20nmの下地膜を形成した。その上に、表7に示すレジスト組成物を塗布し、100℃で60秒間ベークして、膜厚30nmのレジスト膜を形成した。
EUV露光装置(Exitech社製、Micro Exposure Tool、NA0.3、Quadrupol、アウターシグマ0.68、インナーシグマ0.36)を用いて、得られたレジスト膜を有するシリコンウエハに対してパターン照射を行った。なお、レクチルとしては、ラインサイズ=20nmであり、且つ、ライン:スペース=1:1であるマスクを用いた。
露光後のレジスト膜を90℃で60秒間ベークした後、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液(2.38質量%)で30秒間現像し、次いで純水で30秒間リンスした。その後、これをスピン乾燥してポジ型のパターンを得た。
得られたパターンについて、<EUV露光、有機溶剤現像>でパターンのLWRを評価したのと同様の方法で評価した。
結果を下記表に示す。表中の各欄の意味は上述の通りである。
また、含フッ素基がフルオロアルキル基である特定化合物を使用する場合、本発明の効果がより優れることが確認された(表中、「F-AL」欄の要件を満たす特定化合物を使用した実施例と満たさない特定化合物を使用した実施例との比較等を参照)。
条件Xを満たす特定化合物を使用する場合、本発明の効果が更に優れることが確認された(表中、「条件X」欄の要件を満たす特定化合物を使用した実施例と満たさない特定化合物を使用した実施例との比較等を参照)。
(パターン形成)
シリコンウエハ上に有機反射防止膜形成用組成物ARC29SR(Brewer Science社製)を塗布し、205℃で60秒間ベークして、膜厚98nmの反射防止膜を形成した。その上に、表8に示すレジスト組成物を塗布し、100℃で60秒間ベークして、膜厚90nmのレジスト膜(感活性光線性又は感放射線性膜)を形成した。
なお、実施例3-8、実施例3-9、及び、実施例3-10については、レジスト膜の上層にトップコート膜を形成した(使用したトップコート組成物の種類については、表8に示す)。トップコート膜の膜厚は、いずれにおいても100nmとした。
レジスト膜に対して、ArFエキシマレーザー液浸スキャナー(ASML社製;XT1700i、NA1.20、Dipole、アウターシグマ0.950、インナーシグマ0.850、Y偏向)を用いて、線幅45nmの1:1ラインアンドスペースパターンの6%ハーフトーンマスクを介して露光した。液浸液は、超純水を使用した。
露光後のレジスト膜を90℃で60秒間ベークした後、酢酸n-ブチルで30秒間現像し、次いで4-メチル-2-ペンタノールで30秒間リンスした。その後、これをスピン乾燥してネガ型のパターンを得た。
ライン幅が平均45nmのラインパターンを解像する時の最適露光量にて解像した45nm(1:1)のラインアンドスペースのパターンに対して、測長走査型電子顕微鏡(SEM((株)日立製作所S-9380II))を使用してパターン上部から観察した。パターンの線幅を任意のポイント(100箇所)で観測し、その測定ばらつきを3σで評価し、LWRとした。LWRの値が小さいほど良好なLWR性能であることを示す。LWR(nm)は、4.0nm以下が好ましく、3.5nm以下がより好ましく、3.0nm以下が更に好ましい。
結果を下記表に示す。表中の各欄の意味は上述の通りである。
また、含フッ素基がフルオロアルキル基である特定化合物を使用する場合、本発明の効果がより優れることが確認された(表中、「F-AL」欄の要件を満たす特定化合物を使用した実施例と満たさない特定化合物を使用した実施例との比較等を参照)。
条件Xを満たす特定化合物を使用する場合、本発明の効果が更に優れることが確認された(表中、「条件X」欄の要件を満たす特定化合物を使用した実施例と満たさない特定化合物を使用した実施例との比較等を参照)。
(パターン形成)
シリコンウエハ上に有機反射防止膜形成用組成物ARC29SR(Brewer Science社製)を塗布し、205℃で60秒間ベークして、膜厚98nmの反射防止膜を形成した。その上に、表9に示すレジスト組成物を塗布し、100℃で60秒間ベークして、膜厚90nmのレジスト膜を形成した。実施例4-8、実施例4-9、及び、実施例4-10については、レジスト膜の上層にトップコート膜を形成した(使用したトップコート組成物の種類については、表9に示す)。トップコート膜の膜厚は、いずれにおいても100nmとした。
レジスト膜に対して、ArFエキシマレーザー液浸スキャナー(ASML社製;XT1700i、NA1.20、Dipole、アウターシグマ0.950、インナーシグマ0.890、Y偏向)を用いて、線幅45nmの1:1ラインアンドスペースパターンの6%ハーフトーンマスクを介して露光した。液浸液は、超純水を使用した。
露光後のレジスト膜を90℃で60秒間ベークした後、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液(2.38質量%)で30秒間現像し、次いで純水で30秒間リンスした。その後、これをスピン乾燥してポジ型のパターンを得た。
得られたパターンについて、<ArF液浸露光、有機溶剤現像>でパターンのLWRを評価したのと同様の方法で評価した。
結果を下記表に示す。表中の各欄の意味は上述の通りである。
また、含フッ素基がフルオロアルキル基である特定化合物を使用する場合、本発明の効果がより優れることが確認された(表中、「F-AL」欄の要件を満たす特定化合物を使用した実施例と満たさない特定化合物を使用した実施例との比較等を参照)。
条件Xを満たす特定化合物を使用する場合、本発明の効果が更に優れることが確認された(表中、「条件X」欄の要件を満たす特定化合物を使用した実施例と満たさない特定化合物を使用した実施例との比較等を参照)。
Claims (8)
- 一般式(1)で表される化合物である特定化合物と、
酸分解性樹脂と、を含む、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
一般式(1)中、X-は、有機アニオンを表す。
Ar1及びAr2は、それぞれ独立に、少なくとも1つの置換基を有する芳香族炭化水素環基を表す。
Ar3は、一般式(1R)で表される芳香族炭化水素環基を表す。
一般式(1R)中、*は結合位置を表す。
R1~R5は、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子、又は、置換基を有してもよいアルキル基を表す。
ただし、R1及びR5のうち、少なくとも一方は、フッ素原子及びフルオロアルキル基からなる群から選択される含フッ素基を表す。
一般式(1)中、Ar1、Ar2、及び、Ar3のうち、少なくとも2つは異なる構造の基を表す。
一般式(1)中、Ar1、Ar2、及び、Ar3で表される前記芳香族炭化水素環基が、フルオロアルキル基を合計2つ以上有する。 - 一般式(1)で表される化合物である特定化合物と、
酸の作用により分解してアルカリ可溶性基を生じる基を有する繰り返し単位を含む酸分解性樹脂と、を含む、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
一般式(1)中、X-は、有機アニオンを表す。
Ar1及びAr2は、それぞれ独立に、少なくとも1つの置換基を有する芳香族炭化水素環基を表す。
Ar3は、一般式(1R)で表される芳香族炭化水素環基を表す。
一般式(1R)中、*は結合位置を表す。
R1~R5は、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子、又は、置換基を有してもよいアルキル基を表す。
ただし、R1及びR5のうち、少なくとも一方は、フッ素原子及びフルオロアルキル基からなる群から選択される含フッ素基を表す。
一般式(1)中、Ar1、Ar2、及び、Ar3のうち、少なくとも2つは異なる構造の基を表す。
一般式(1)中、Ar1、Ar2、及び、Ar3で表される前記芳香族炭化水素環基が、フルオロアルキル基を合計2つ以上有する。 - 前記一般式(1)中、前記含フッ素基が、フルオロアルキル基である、請求項1又は2に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
- 前記一般式(1)中、Ar1、Ar2、及び、Ar3で表される前記芳香族炭化水素環基が、フルオロアルキル基を合計3つ以上有するか、又は、
電子求引性基以外の有機基を合計1つ以上有し、前記合計1つ以上の前記電子求引性基以外の有機基に含まれる炭素原子の合計数が3以上である、請求項1~3のいずれか1項に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。 - 前記一般式(1)中、Ar1、Ar2、及び、Ar3で表される前記芳香族炭化水素環基が、フルオロアルキル基を合計3つまたは4つ有する、請求項1~4のいずれか1項に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
- 請求項1~5のいずれか1項に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を用いて形成された、レジスト膜。
- 請求項1~5のいずれか1項に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を用いて、基板上にレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜を露光する工程と、
現像液を用いて、前記露光されたレジスト膜を現像し、パターンを形成する工程と、を有するパターン形成方法。 - 請求項7に記載のパターン形成方法を含む、電子デバイスの製造方法。
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