(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0007】
<本レジスト組成物>
本発明のレジスト組成物(以下、場合により「本レジスト組成物」という。)は、樹脂(A)と、酸発生剤(B2)と酸増殖剤(G)とを含有する。
樹脂(A)は、酸の作用によりアルカリ水溶液への溶解性が増大する樹脂である。
酸発生剤(B2)は、分子内に酸不安定基を有する酸発生剤である。
酸増殖剤(G)は、上記酸発生剤(B2)などの本レジスト組成物に含有される酸発生剤から生成する酸の触媒作用によって、酸を自ら発生して自己触媒的に酸を増殖するものであり、好ましくは酸の作用によりスルホン酸を発生する化合物である。
さらに、本レジスト組成物は溶剤(D)を含有することが好ましい。
【0008】
まず、本明細書で例示する各化合物で共通する基を説明する。
【0009】
本明細書において、「(メタ)アクリル系モノマー」とは、「CH
2=CH−CO−」又は「CH
2=C(CH
3)−CO−」の構造を有するモノマーの少なくとも1種を意味する。同様に「(メタ)アクリレート」及び「(メタ)アクリル酸」とは、それぞれ「アクリレート及びメタクリレートの少なくとも1種」並びに「アクリル酸及びメタクリル酸の少なくとも1種」を意味する。
【0010】
本明細書では、特に断りのない限り、炭素数を適宜選択しながら、以下の置換基の例示は、同様の置換基を有するいずれの化学構造式においても適用される。直鎖状、分岐状又は環状をとることができるものは、そのいずれをも含み、かつそれらが混在していてもよい。立体異性体が存在する場合は、全ての立体異性体を包含する。また、*は結合てを表す。以下の置換基の例示において、「C」に付して記載した数値は、各々の基の炭素数を示すものである。
【0011】
本明細書において、「炭化水素基」とは、脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基及びこれらの組み合わせを包含する。該脂肪族炭化水素基は、鎖式炭化水素基、脂環式炭化水素基及びこれらの組み合わさった脂肪族炭化水素基を含む。
【0012】
鎖式の脂肪族炭化水素基(以下、場合により「鎖式炭化水素基」という。)のうち1価のものは典型的には、アルキル基であり、アルキル基としては、メチル基(C
1)、エチル基(C
2)、プロピル基(C
3)、ブチル基(C
4)、ペンチル基(C
5)、ヘキシル基(C
6)、ヘプチル基(C
7)、オクチル基(C
8)、デシル基(C
10)、ドデシル基(C
12)、ヘキサデシル基(C
14)、ペンタデシル基(C
15)、ヘキシルデシル基(C
16)、ヘプタデシル基(C
17)及びオクタデシル基(C
18)等が挙げられ、これらは直鎖でも分岐していてもよい。この鎖式炭化水素基は特に限定しない限り、鎖式不飽和炭化水素基でもよいが、鎖式飽和炭化水素基、すなわちアルキル基が好ましい。2価の鎖式炭化水素基としては、例えば、ここに示したアルキル基から水素原子を1個取り去ったアルカンジイル基が挙げられる。
【0013】
脂環式の脂肪族炭化水素基(以下、場合により「脂環式炭化水素基」という。)のうち1価のものは、脂環式炭化水素から水素原子1個を取り去った基である。該脂環式炭化水素基は、脂環式不飽和炭化水素基でもよいが、本明細書においては脂環式飽和炭化水素基が好ましい。また、脂環式炭化水素基は単環式でも、多環式でもよい。単環式の脂環式炭化水素は典型的にはシクロアルカンから水素原子1個を取り去った基であり、当該シクロアルカンとは例えば、式(KA−1)で表されるシクロプロパン(C
3)、式(KA−2)で表されるシクロブタン(C
4)、式(KA−3)で表されるシクロペンタン(C
5)、式(KA−4)で表されるシクロヘキサン(C
6)、式(KA−5)で表されるシクロヘプタン(C
7)、式(KA−6)で表されるシクロオクタン(C
8)、及び、式(KA−7)で表されるシクロドデカン(C
12)などが挙げられる。
【0014】
多環式の脂環式炭化水素基は例えば、式(KA−8)で示されるビシクロ〔2.2.1〕ヘプタン(以下「ノルボルナン」という場合がある。)(C
7)、式(KA−9)で示されるアダマンタン(C
10)、式(KA−10)で示される脂環式炭化水素(C
10)、式(KA−11)で示される脂環式炭化水素(C
14)、式(KA−12)で示される脂環式炭化水素(C
17)、式(KA−13)で示される脂環式炭化水素(C
10)、式(KA−14)で示される脂環式炭化水素(C
11)、式(KA−15)で示される脂環式炭化水素(C
15)、式(KA−16)で示される脂環式炭化水素(C
12)、式(KA−17)で示される脂環式炭化水素(C
14)、式(KA−18)で示される脂環式炭化水素(C
15)、式(KA−19)で示される脂環式炭化水素(C
17)、式(KA−20)で示される脂環式炭化水素(C
9)、式(KA−21)で示される脂環式炭化水素(C
8)及び、式(KA−22)で示される脂環式炭化水素(C
10)などの脂環式炭化水素から水素原子1個を取り去った基が挙げられる。
2価の脂環式炭化水素基としては、例えば、式(KA−1)〜式(KA−22)の脂環式炭化水素から水素原子を2個取り去った基が挙げられる。
【0015】
本明細書において、1価の芳香族炭化水素基は典型的には、アリール基であり、フェニル基(C
6)、ナフチル基(C
10)、アントリル基(C
14)、ビフェニル基(C
12)、フェナントリル基(C
14)及びフルオレニル基(C
13)等が挙げられる。2価の芳香族炭化水素基としては、1価の芳香族炭化水素基から、さらに1個の水素原子を取り去ったアリーレン基が挙げられる。
【0016】
脂肪族炭化水素基は置換基を有することがある。該置換基はそのつど定義するが、例えば、ハロゲン原子、アルコキシ基、アシル基、アリール基、アラルキル基及びアリールオキシ基を挙げることができる。
【0017】
ハロゲン原子は特に限定のない限り、フッ素原子、塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子である。
アルコキシ基としては、メトキシ基(C
1)、エトキシ基(C
2)、プロポキシ基(C
3)、ブトキシ基(C
4)、ペンチルオキシ基(C
5)、ヘキシルオキシ基(C
6)、ヘプチルオキシ基(C
7)、オクチルオキシ基(C
8)、デシルオキシ基(C
10)及びドデシルオキシ基(C
12)などが挙げられる。該アルコキシ基は直鎖でも分岐していてもよい。
アシル基としては、アセチル基(C
2)、プロピオニル基(C
3)、ブチリル基(C
4)、バレイル基(C
5)、ヘキサノイル基(C
6)、ヘプタノイル基(C
7)、オクタノイル基(C
8)、デカノイル基(C
10)及びドデカノイル基(C
12)などのアルキル基とカルボニル基とが結合したもの、ベンゾイル基(C
7)などのように、アリール基とカルボニル基とが結合したものが挙げられる。該アシル基のうち、アルキル基とカルボニル基とが結合したものの該アルキル基は直鎖でも分岐していてもよい。
アリールオキシ基は、上記アリール基と酸素原子とが結合したものが挙げられる。
アラルキル基としては、例えば、ベンジル基(C
7)、フェネチル基(C
8)、フェニルプロピル基(C
9)、ナフチルメチル基(C
11)及びナフチルエチル基(C
12)などが挙げられる。
【0018】
芳香族炭化水素基も置換基を有することがある。該置換基はそのつど定義するが、例えば、アルキル基、ハロゲン原子、アルコキシ基、アシル基及びアリールオキシ基を挙げることができる。
【0019】
<樹脂(A)>
樹脂(A)は上述のとおり、酸の作用によりアルカリ水溶液への溶解性が増大するという特性(以下、場合により「酸作用特性」という。)を有する。このような樹脂(A)は、酸不安定基を有するものであり、酸との接触前ではアルカリ水溶液に不溶又は難溶であり、酸との接触後にアルカリ水溶液に可溶となることが好ましい。
【0020】
「酸不安定基」は、酸発生剤(B2)も有するものであるが、ここで好適な酸不安定基を定義する。
「酸不安定基」は、脱離基を有し、酸と接触すると脱離基が脱離して、親水性基(例えば、ヒドロキシ基又はカルボキシ基)を形成する基を意味する。樹脂(A)は、酸不安定基を含む構造単位(以下、場合により「構造単位(a1)」といい、かかる構造単位(a1)を誘導する、酸不安定基を有するモノマーを以下、場合により、「モノマー(a1)」という。)を有する。
【0021】
好ましい酸不安定基としては、例えば、式(1)で表される基(以下、場合により「酸不安定基(1)」という。)、及び式(2)で表される基(以下、場合により「酸不安定基(2)」という。)などが挙げられる。
[式(1)中、
R
a1〜R
a3はそれぞれ独立に、炭素数1〜8のアルキル基又は炭素数3〜20の脂環式炭化水素基を表すか、R
a1及びR
a2は互いに結合して炭素数2〜20の2価の炭化水素基を形成し、R
a3は炭素数1〜8のアルキル基又は炭素数3〜20の脂環式炭化水素基を表す。*は結合手を表す。]
【0022】
[式(2)中、
R
a1’及びR
a2’はそれぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜12の1価の炭化水素基、R
a3’は炭素数1〜20の1価の炭化水素基を表すか、R
a2’及びR
a3’は互いに結合して炭素数2〜20の2価の炭化水素基を形成し、該1価の炭化水素基及び該2価の炭化水素基を構成するメチレン基は、酸素原子又は硫黄原子に置き換わってもよい。*は結合手を表す。]
【0023】
R
a1〜R
a3の脂環式炭化水素基は、好ましくは炭素数3〜16である。
【0024】
R
a1及びR
a2が互いに結合して2価の炭化水素基を形成する場合の−C(R
a1)(R
a2)(R
a3)としては、例えば、下記の基が挙げられる。該2価の炭化水素基は、好ましくは炭素数3〜12である。
【0025】
酸不安定基(1)としては、例えば、1,1−ジアルキルアルコキシカルボニル基(式(1)中、R
a1〜R
a3がアルキル基である基、好ましくはtert−ブトキシカルボニル基)、2−アルキルアダマンタン−2−イルオキシカルボニル基(式(1)中、R
a1及びR
a2が結合してアダマンチル基を形成し、R
a3がアルキル基である基)及び1−(アダマンタン−1−イル)−1−アルキルアルコキシカルボニル基(式(1)中、R
a1及びR
a2がアルキル基であり、R
a3がアダマンチル基である基)などが挙げられる。
【0026】
酸不安定基(2)のR
a1’及びR
a2’の炭化水素基は例えば、アルキル基、脂環式炭化水素基及び芳香族炭化水素基などである。R
a1'及びR
a2'のうち少なくとも1つは水素原子であると好ましい。
【0027】
酸不安定基(2)の具体例としては、以下の基が挙げられる。
【0028】
かかる構造単位(a1)を誘導するモノマー(a1)は、酸不安定基と炭素−炭素二重結合とを有するモノマーが好ましく、酸不安定基と(メタ)アクリル基とを有するモノマーがより好ましい。
モノマー(a1)は、酸不安定基(1)及び/又は酸不安定基(2)を有するモノマー(a1)が好ましく、酸不安定基(1)及び/又は酸不安定基(2)を有するを有する(メタ)アクリル系モノマーが特に好ましい。
【0029】
また、モノマー(a1)は、炭素数5〜20の脂環式炭化水素基を有するものが好ましい。このようなモノマー(a1)を用いて得られる樹脂(A)は、嵩高い構造である脂環式炭化水素基を有するので、該樹脂(A)を含有する本レジスト組成物から得られるレジストパターンの解像度が一層高くなる傾向がある。
脂環式炭化水素基を有するモノマー(a1)に由来する構造単位(a1)としては、式(a1−1)で表される構造単位(以下、場合により「構造単位(a1−1)」という。)及び式(a1−2)で表される構造単位(以下、場合により「構造単位(a1−2)」という。)が好ましく、構造単位(a1−1)がより好ましい。
[式(a1−1)及び式(a1−2)中、
L
a1及びL
a2は、互いに独立に、酸素原子又は
*−O−(CH
2)
k1−CO−O−を表し、k1は1〜7の整数を表し、*はカルボニル基との結合手を表す。
R
a4及びR
a5は、互いに独立に、水素原子又はメチル基を表す。
R
a6及びR
a7は、互いに独立に、炭素数1〜10の脂肪族炭化水素基を表す。
m1は0〜14の整数を表す。
n1は0〜10の整数を表す。
n1’は0〜3の整数を表す。]
【0030】
L
a1及びL
a2の
*−O−(CH
2)
k1−CO−O−におけるk1は、好ましくは1〜4の整数であり、より好ましくは1である。L
a1及びL
a2は、好ましくは酸素原子である。
R
a4及びR
a5は、好ましくはメチル基である。
R
a6及びR
a7の脂肪族炭化水素基は、好ましくは炭素数1〜8のアルキル基又は炭素数3〜10の脂環式炭化水素基である。該アルキル基は、好ましくは炭素数6以下である。該脂環式炭化水素基は、好ましくは炭素数8以下であり、より好ましくは炭素数6以下である。
m1は、好ましくは0〜3の整数、より好ましくは0又は1である。
n1は、好ましくは0〜3の整数、より好ましくは0又は1である。
n1’は好ましくは0又は1である。
【0031】
構造単位(a1−1)を誘導するモノマー(a1)としては、例えば、特開2010−204646号公報に記載されたモノマーが挙げられる。構造単位(a1−1)としては、式(a1−1−1)〜式(a1−1−8)でそれぞれ表される構造単位が好ましく、式(a1−1−1)〜(a1−1−4)でそれぞれ表される構造単位がより好ましい。
【0033】
構造単位(a1−2)を導くモノマーとしては、例えば、1−エチルシクロペンタン−1−イル(メタ)アクリレート、1−エチルシクロヘキサン−1−イル(メタ)アクリレート、1−エチルシクロヘプタン−1−イル(メタ)アクリレート、1−メチルシクロペンタン−1−イル(メタ)アクリレート及び1−イソプロピルシクロペンタン−1−イル(メタ)アクリレートなどが挙げられる
【0034】
構造単位(a1−2)としては、好ましくは、式(a1−2−1)〜式(a1−2−12)]でそれぞれ表される構造単位がであり、より好ましくは、式(a1−2−3)、(a1−2−4)、(a1−2−7)及び(a1−2−8)でそれぞれ表される構造単位(a1−2)であり、さらに好ましくは式(a1−2−3)及び(a1−2−7)でそれぞれ表される構造単位である。
【0035】
樹脂(A)が構造単位(a1−1)及び/又は構造単位(a1−2)を有する場合、これらの合計含有割合は、樹脂(A)の全構造単位(100モル%)に対して、10〜95モル%の範囲が好ましく、15〜90モル%の範囲がより好ましく、20〜85モル%の範囲がさらに好ましく、20〜60モル%の範囲が特に好ましい。
【0036】
また、構造単位(a1)としては、アダマンチル基を有する構造単位(特に好ましくは、構造単位(a1−1))が好ましい。アダマンチル基を有する構造単位(a1)を有する場合、その含有割合は、構造単位(a1)の合計に対して、15モル%以上が好ましい。アダマンチル基を有する酸不安定構造単位の含有率が上記の範囲内であると、樹脂(A)を含有する本レジスト組成物から製造されるレジストパターンのドライエッチング耐性が良好となる傾向がある。
【0037】
以下、構造単位(a1−1)及び構造単位(a1−2)以外の構造単位(a1)を、当該構造単位(a1)を誘導するモノマー(a1)を示すことで説明する。
【0038】
樹脂(A)は、式(a1−3)で表されるモノマー(以下、場合により「モノマー(a1−3)」という。)に由来する構造単位(a1)を有していてもよい。このようなモノマー(a1−3)に由来する構造単位(a1)を有する樹脂(A)は、主鎖に剛直なノルボルナン環を含むものとなるので、当該樹脂(A)を含有する本レジスト組成物は、ドライエッチング耐性に優れたレジストパターンを製造できる傾向がある。
[式(a1−3)中、
R
a9は、水素原子、置換基(例えばヒドロキシ基)を有していてもよい炭素数1〜3の脂肪族炭化水素基、カルボキシ基、シアノ基、又は−COOR
a13を表し、R
a13は、炭素数1〜8の脂肪族炭化水素基を表し、該脂肪族炭化水素基に含まれる水素原子はヒドロキシ基等に置換されていてもよく、該脂肪族炭化水素基を構成するメチレン基は、酸素原子又はカルボニル基に置き換わっていてもよい。
R
a10、R
a11及びR
a12は、互いに独立に、炭素数1〜12の脂肪族炭化水素基を表すか、R
a10及びR
a11は互いに結合してこれらが結合する炭素原子とともに環を形成し、R
a12は、炭素数1〜12の脂肪族炭化水素基を表す。該脂肪族炭化水素基及に含まれる水素原子はヒドロキシ基等で置換されていてもよく、該脂肪族炭化水素基を構成するメチレン基は、酸素原子又はカルボニル基に置き換わっていてもよい。]
【0039】
R
a9〜R
a12の脂肪族炭化水素基は典型的にはアルキル基であり、該アルキル基の具体例は、炭素数1〜12の範囲ですでに例示したものを含む。置換基、特にヒドロキシ基を有する脂肪族炭化水素基としては、例えば、ヒドロキシメチル基及び2−ヒドロキシエチル基などである。
【0040】
R
a10とR
a11とが結合しこれらが結合する炭素原子とともに形成される環としては、シクロへキサン環及びアダマンタン環などである。
【0041】
モノマー(a1−3)としては例えば、特開2010−204646号公報に記載されたものが挙げられる。これらの中でも、式(a1−3−1)、式(a1−3−2)、式(a1−3−3)及び式(a1−3−4)でそれぞれ表されるモノマーが好ましく、式(a1−3−2)又は(a1−3−4)で表されるモノマーがより好ましく、式(a1−3−2)で表されるモノマーがさらに好ましい。
【0042】
樹脂(A)が、モノマー(a1−3)に由来する構造単位(a1)を有する場合、その含有割合は、樹脂(A)の全構造単位に対して、10〜95モル%の範囲が好ましく、15〜90モル%の範囲がより好ましく、20〜85モル%の範囲がさらに好ましい。
【0043】
樹脂(A)は、式(a1−4)で表されるモノマー(以下、場合により「モノマー(a1−4)」という。)に由来する構造単位(a1)を有していてもよい。
[式(a1−4)中、
R
10は、ハロゲン原子を有してもよい炭素数1〜6のアルキル基、水素原子又はハロゲン原子を表す。
laは0〜4の整数を表す。
R
11は、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数2〜4のアシル基、炭素数2〜4のアシルオキシ基、アクリロイルオキシ基又はメタクリロイルオキシ基を表し、laが2以上である場合、複数のR
11は互いに同一であっても異なってもよい。
R
12及びR
13は互いに独立に、水素原子又は炭素数1〜12の炭化水素基を表す。
Y
a3は、置換基を有していてもよい炭素数1〜18の炭化水素基を表す。]
【0044】
R
10は、好ましくは炭素数1〜6のアルキル基又は水素原子であり、より好ましくはメチル基及び水素原子であり、さらに好ましくは水素原子である。
R
11のアルコキシ基は、炭素数1〜4のアルコキシ基が好ましく、メトキシ基及びエトキシ基がより好ましく、メトキシ基が特に好ましい。
R
12及びR
13の炭化水素基は、好ましくは、炭素数1〜12の脂肪族炭化水素基及び炭素数6〜12の芳香族炭化水素基である。
Y
a3の炭化水素基は、好ましくは、炭素数1〜18の脂肪族炭化水素基、炭素数6〜18の芳香族炭化水素基又はこれらを組み合わせた基であり、より好ましくは、炭素数1〜18の脂肪族炭化水素基又は炭素数7〜18のアラルキル基である。Y
a3の炭化水素基が脂肪族炭化水素基である場合、無置換の脂肪族炭化水素基が好ましく、Y
a3の炭化水素基が芳香族炭化水素基である場合、置換基としては、炭素数1〜6のアルキル基及び炭素数6〜10のアリールオキシ基が好ましい。
【0045】
モノマー(a1−4)としては、例えば、特開2010−204646号公報に記載されたモノマーが挙げられる。中でも、式(a1−4−1)〜式(a1−4−7)でそれぞれ表されるモノマーが好ましく、式(a1−4−1)〜式(a1−4−5)でそれぞれ表されるモノマーがより好ましい。
【0046】
樹脂(A)がモノマー(a1−4)に由来する構造単位(a1)を有する場合、その含有割合は、樹脂(A)の全構造単位に対して、10〜95モル%の範囲が好ましく、15〜90モル%の範囲がより好ましく、20〜85モル%の範囲がさらに好ましい。
【0047】
また、樹脂(A)はアダマンタン環を有する構造単位(a1)として、以下の式(a1−5)で表される構造単位(以下、場合により「構造単位(a1−5)」という。)を有することもある。
[式(a1−5)中、
R
a8は、水素原子又はメチル基を表す。
A
1は、単結合、酸素原子又はカルボニル基を表す。
A
2は炭素数1〜6のアルカンジイル基を表す。
R
a1〜R
a3は、上記と同じ意味である。]
【0048】
構造単位(a1−5)のR
a1〜R
a3はそれぞれ独立に、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘプチル基及びヘキシル基であるか、R
a2及びR
a3が互いに結合して、それらが結合する炭素原子とともに、炭素数3〜12の環を形成していることが好ましい。該環は、アダマンタン環又はシクロヘキサン環が好ましい。
【0049】
構造単位(a1−5)としては、例えば、以下の構造単位が挙げられる。
【0050】
樹脂(A)が、構造単位(a1−5)を有する場合、その含有割合は、樹脂(A)の全構造単位に対して、3〜80モル%の範囲が好ましく、5〜70モル%の範囲がより好ましく、5〜60モル%の範囲がさらに好ましい。
【0051】
以上、樹脂(A)が、その酸作用特性のために有する構造単位(a1)について、その具体例及び好適例を説明したが、樹脂(A)はさらに、酸不安定基を有さない構造単位(以下、場合により「酸安定構造単位」という。)を有していてもよい。酸安定構造単位は、酸不安定基を有さないモノマー(以下、場合により「酸安定モノマー」という。)から誘導される。
【0052】
樹脂(A)が酸安定構造単位を有する場合、構造単位(a1)の含有割合を基準にして、酸安定性構造単位の含有割合を定めるとよい。より具体的には、構造単位(a1)の含有割合と酸安定性構造単位の含有割合とのモル比は、〔構造単位(a1)〕/〔酸安定構造単位〕で表して、好ましくは10/90〜80/20であり、より好ましくは20/80〜60/40である。このような含有比であると、本レジスト組成物から得られるレジストパターンのドライエッチング耐性がより一層良好になる傾向がある。
【0053】
酸安定構造単位は、ヒドロキシ基又はラクトン環を有する酸安定構造単位が好ましい。ヒドロキシ基を有する酸安定構造単位(以下、場合により「酸安定構造単位(a2)」という。)及び/又はラクトン環を有する酸安定構造単位(以下、場合により「酸安定構造単位(a3)」という。)を有する樹脂(A1)は、後述するレジストパターンの製造において、基板上に形成される塗布膜、又は塗布膜から得られる組成物層が基板との間に優れた密着性を発現し易くなり、この本レジスト組成物は良好な解像度で、レジストパターンを製造することができる。
【0054】
酸安定構造単位(a2)を樹脂(A1)に導入する場合、後述するレジストパターンの製造において、露光に用いる露光源の種類によって、各々、好適な酸安定構造単位(a2)を選択することができる。すなわち、本レジスト組成物を、KrFエキシマレーザ(波長:248nm)を露光源とする露光、電子線あるいはEUV光などの高エネルギー線を露光源とする露光(なお、電子線照射による場合にも、本明細書では「露光」ということとし、当該電子線も「露光源」の一つと見なす。)に用いる場合には、酸安定構造単位(a2)として、フェノール性ヒドロキシ基を有する酸安定構造単位(a2−0)を樹脂(A1)に導入することが好ましい。短波長のArFエキシマレーザ(波長:193nm)を露光源とする露光を用いる場合は、酸安定構造単位(a2)として、後述の式(a2−1)で表される酸安定構造単位を樹脂(A1)に導入することが好ましい。このように、樹脂(A1)が有する酸安定構造単位(a2)は各々、レジストパターンを製造する際の露光源によって好ましいものを選ぶことができるが、樹脂(A)が有する酸安定構造単位(a2)は、露光源の種類に応じて好適な酸安定構造単位(a2)1種のみを有していてもよく、露光源の種類に応じて好適な酸安定構造単位(a2)2種以上を有していてもよく、或いは、露光源の種類に応じて好適な酸安定構造単位(a2)と、それ以外の酸安定構造単位(a2)とを組み合わせて有していてもよい。
【0055】
酸安定構造単位(a2)の具体例の1つは、以下の式(a2−1)で表されるもの(以下、場合により「酸安定構造単位(a2−1)」という。)である。
式(a2−1)中、
L
a3は、酸素原子又は
*−O−(CH
2)
k2−CO−O−(k2は1〜7の整数を表し、*はカルボニル基(−CO−)との結合手を表す。)で表される基を表す。
R
a14は、水素原子又はメチル基を表す。
R
a15及びR
a16は、互いに独立に、水素原子、メチル基又はヒドロキシ基を表す。
o1は、0〜10の整数を表す。
【0056】
L
a3は、好ましくは、酸素原子又は、k2が1〜4の整数である−O−(CH
2)
k2−CO−O−で表される基であり、より好ましくは、酸素原子又は、−O−CH
2−CO−O−であり、さらに好ましくは酸素原子である。
R
a14は、好ましくはメチル基である。
R
a15は、好ましくは水素原子である。
R
a16は、好ましくは水素原子又はヒドロキシ基である。
o1は、好ましくは0〜3の整数、より好ましくは0又は1である。
【0057】
酸安定構造単位(a2−1)としては、例えば、以下のものが挙げられる。
【0058】
以上、例示した酸安定構造単位(a2−1)は、例えば、特開2010−204646号公報に記載された酸安定モノマーから誘導される。これらの中でも、式(a2−1−1)、式(a2−1−2)、式(a2−1−3)及び式(a2−1−4)でそれぞれ表される酸安定構造単位(a2−1)がより好ましく、式(a2−1−1)又は(a2−1−3)で表される酸安定構造単位(a2−1)がさらに好ましい。
【0059】
樹脂(A)が酸安定構造単位(a2−1)を有する場合、その含有割合は、樹脂(A)の全構造単位に対して、1〜45モル%の範囲が好ましく、2〜35モル%の範囲がより好ましく、3〜30モル%の範囲がさらに好ましい。
【0060】
次に、ヒドロキシ基を有する酸安定構造単位(a2)のうち、フェノール性ヒドロキシ基を有する酸安定構造単位(a2)について説明する。該酸安定構造単位(a2)は、以下の式(a2−0)で表されるもの(以下、場合により「酸安定構造単位(a2−0)」という。)が挙げられる。
式(a2−0)中、
R
a30は、ハロゲン原子を有してもよい炭素数1〜6のアルキル基、水素原子又はハロゲン原子を表す。
R
a31は、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数2〜4のアシル基、炭素数2〜4のアシルオキシ基、アクリロイルオキシ基又はメタクリロイルオキシ基を表す。
maは0〜4の整数を表す。maが2以上の整数である場合、複数のR
a31は同一でも異なっていてもよい。
【0061】
R
a30は、水素原子又は炭素数1〜4のアルキル基が好ましく、水素原子、メチル基及びエチル基がより好ましく、水素原子又はメチル基が特に好ましい。
R
a31は、炭素数1〜4のアルコキシ基が好ましく、メトキシ基及びエトキシ基がより好ましく、メトキシ基がさらに好ましい。
maは0、1又は2が好ましく、0又は1がより好ましく、0がさらに好ましい。
【0062】
酸安定構造単位(a2−0)としては、式(a2−0−1)、式(a2−0−2)、式(a2−0−3)及び式(a2−0−4)でそれぞれ表されるものが好ましい。かかる構造単位(a2−0)を導く酸安定モノマーとしては、例えば、特開2010−204634号公報に記載のモノマーが挙げられる。
【0063】
p−ヒドロキシスチレンやp−ヒドロキシ−α−メチルスチレンといった酸安定構造単位(a2−0)を誘導し得る酸安定モノマーを、樹脂(A)製造に用いることにより、式(a2−0−1)又は式(a2−0−2)で表される酸安定構造単位(a2−0)を、樹脂(A1)に導入することができるが、該酸安定モノマーにあるフェノール性ヒドロキシ基を例えば、アセチル基のような保護基で保護し、保護化酸安定モノマーとした後、この保護化酸安定モノマーを用いて樹脂(A)を製造することもできる。保護化酸安定モノマーに由来する構造単位を有する樹脂を脱保護処理して、保護基を脱離することにより、酸安定構造単位(a2−0)を有する樹脂(A1)を製造できる。ただし、脱保護処理を実施する際には、構造単位(a1)が有する酸不安定基を著しく損なわないようにして、該脱保護処理を実施する必要がある。
【0064】
樹脂(A)が酸安定構造単位(a2−0)を有する場合、その含有割合は、樹脂(A)の全構造単位に対して、5〜90モル%の範囲が好ましく、10〜85モル%の範囲がより好ましく、15〜80モル%の範囲がさらに好ましい。
【0065】
続いて、ラクトン環を有する酸安定構造単位(a3)について説明する。
酸安定構造単位(a3)が有するラクトン環は例えば、β−プロピオラクトン環、γ−ブチロラクトン環及びδ−バレロラクトン環のような単環式でもよく、単環式のラクトン環と他の環との縮合環でもよい。これらラクトン環の中で、γ−ブチロラクトン環及びγ−ブチロラクトン環と他の環との縮合環が好ましい。
【0066】
酸安定構造単位(a3)は好ましくは、式(a3−1)、式(a3−2)又は式(a3−3)で表される構造単位である。樹脂(A)は、これらのうち1種のみを有していてもよく、2種以上を有していてもよい。なお、以下の説明においては、式(a3−1)で示されるものを「酸安定構造単位(a3−1)」といい、式(a3−2)で示されるものを「酸安定構造単位(a3−2)」といい、式(a3−3)で示されるものを「酸安定構造単位(a3−3)」という。
[式(a3−1)中、
L
a4は、酸素原子又は
*−O−(CH
2)
k3−CO−O−(k3は1〜7の整数を表す。)で表される基を表す。*はカルボニル基との結合手を表す。
R
a18は、水素原子又はメチル基を表す。
p1は0〜5の整数を表す。
R
a21は炭素数1〜4の脂肪族炭化水素基を表し、p1が2以上の場合、複数のR
a21は互いに同一でも異なってもよい。
式(a3−2)中、
L
a5は、酸素原子又は
*−O−(CH
2)
k3−CO−O−(k3は1〜7の整数を表す。)で表される基を表す。*はカルボニル基との結合手を表す。
R
a19は、水素原子又はメチル基を表す。
q1は、0〜3の整数を表す。
R
a22は、カルボキシ基、シアノ基又は炭素数1〜4の脂肪族炭化水素基を表し、q1が2以上の場合、複数のR
a22は互いに同一でも異なってもよい。
式(a3−3)中、
L
a6は、酸素原子又は
*−O−(CH
2)
k3−CO−O−(k3は1〜7の整数を表す。)で表される基を表す。*はカルボニル基との結合手を表す。
R
a20は、水素原子又はメチル基を表す。
r1は、0〜3の整数を表す。
R
a23は、カルボキシ基、シアノ基又は炭素数1〜4の脂肪族炭化水素基を表し、r1が2以上の場合、複数のR
a23は互いに同一でも異なってもよい。]
【0067】
式(a3−1)〜式(a3−3)において、L
a4〜L
a6は、式(a2−1)のL
a3で説明したものと同じものが挙げられる。
L
a4〜L
a6は、互いに独立に、酸素原子又は、k3が1〜4の整数である*−O−(CH
2)
k3−CO−O−で表される基が好ましく、酸素原子及び、*−O−CH
2−CO−O−がより好ましく、さらに好ましくは酸素原子である。
R
a18〜R
a21は、好ましくはメチル基である。
R
a22及びR
a23は、それぞれ独立に、好ましくはカルボキシ基、シアノ基又はメチル基である。
p1、q1及びr1は、好ましくは0〜2の整数であり、より好ましくは0又は1である。
【0068】
以下、酸安定構造単位(a3−1)、酸安定構造単位(a3−2)及び酸安定構造単位(a3−3)の各々の好適例を示す。
【0069】
酸安定構造単位(a3−1)の好適例は、以下の式(a3−1−1)、式(a3−1−2)、式(a3−1−3)及び式(a3−1−4)でそれぞれ表されるものである。
【0070】
酸安定構造単位(a3−2)の好適例は、以下の式(a3−2−1)、式(a3−2−2)、式(a3−2−3)及び式(a3−2−4)でそれぞれ表されるものである。
【0071】
酸安定構造単位(a3−3)の好適例は、以下の式(a3−3−1)、式(a3−3−2)、式(a3−3−3)及び式(a3−3−4)でそれぞれ表されるものである。
【0072】
酸安定構造単位(a3−1)、酸安定構造単位(a3−2)及び酸安定構造単位(a3−3)は、特開2010−204646号公報に記載された酸安定モノマーにより誘導できる。上記の酸安定構造単位(a3)の具体例の中でも、式(a3−1−1)〜式(a3−1−2)、式(a3−2−3)〜式(a3−2−4)でそれぞれ表される酸安定構造単位(a3)がより好ましく、式(a3−1−1)又は式(a3−2−3)で表される酸安定構造単位(a3)がさらに好ましい。
【0073】
樹脂(A)が、酸安定構造単位(a3)を有する場合、その含有割合は、樹脂(A)の全構造単位に対して、5〜70モル%の範囲が好ましく、10〜65モル%の範囲がより好ましく、10〜60モル%の範囲がさらに好ましい。
【0074】
樹脂(A)は、酸安定構造単位(a2)及び酸安定構造単位(a3)以外の酸安定構造単位(以下、場合により「酸安定構造単位(a4)」という。]を有することもある。この酸安定構造単位(a4)を導くモノマーとしては、レジスト分野で公知のモノマーを挙げることができる。例えば、スチレン、α−メチルスチレン、4-メチルスチレン、2-メチルスチレン、3−メチルスチレン、イソボルニルアクリレート、トリシクロデカニル(メタ)アクリレート及びテトラシクロドデセニル(メタ)アクリレートなどが挙げられ、好ましくは、スチレン、α−メチルスチレン、4-メチルスチレン、2-メチルスチレン及び3−メチルスチレンが挙げられる。
【0075】
樹脂(A)が、このような酸安定構造単位(a4)を有する場合、その含有割合は、該樹脂(A)の全構造単位に対して、60モル%以下が好ましく、50モル%以下がより好ましく、40モル%以下の範囲がさらに好ましい。
【0076】
樹脂(A1)は、構造単位(a1)を誘導するモノマー(a1)を、さらに好ましくは、モノマー(a1)と、酸安定モノマーとを共重合させたものであり、より好ましくは、構造単位(a1−1)及び/又は構造単位(a1−2)を誘導するモノマー(a1)と、酸安定構造単位(a2)及び/又は酸安定構造単位(a3)を誘導する酸安定モノマーとを共重合させたものである。なお、例えば、本レジスト組成物を、EUVを露光源とするレジストパターン製造に用いるうえでは、構造単位(a1−1)及び/又は構造単位(a1−2)を誘導するモノマー(a1)と、酸安定構造単位(a2−0)を誘導する酸安定モノマーとを共重合させたものを挙げることができる。
樹脂(A)は、構造単位(a1)として、アダマンチル基を有する構造単位(a1−1)を有することがさらに好ましい。樹脂(A)は、上述したようなモノマーを公知の重合法(例えばラジカル重合法)に供し、共重合することにより製造できる。
【0077】
樹脂(A)の具体例を構造単位の組み合わせで示すと、式(A−1)〜式(A−19)でそれぞれ表される樹脂が挙げられる。
【0080】
樹脂(A)の重量平均分子量は、好ましくは、2,000以上50,000以下であり、より好ましくは3,000以上30,000以下である。なお、ここでいう重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより、標準ポリスチレン基準の換算値として求められるものである。この分析の詳細な分析条件は、本願の実施例に記載する。
【0081】
<酸発生剤>
本レジスト組成物は、放射光のエネルギーを受けて酸を発生する酸発生剤を含有し、該酸発生剤は、少なくとも、分子内に酸不安定基を有する。本レジスト組成物に含有される酸発生剤は、有機アニオンと有機カチオンとからなる塩であるイオン性の酸発生剤(B2)が好ましい。、該酸発生剤(B2)を構成する有機アニオン及び有機カチオンのうち、少なくとも一方が酸不安定基を有する。
【0082】
酸発生剤(B2)の好適例の1つは例えば、以下の式(B2−1)で表されるものである。
[式(B2−1)中、
Q
1及びQ
2は、それぞれ独立に、フッ素原子又は炭素数1〜6のペルフルオロアルキル基を表す。
Aは有機基、Z1
+は有機カチオンをそれぞれ表し、A及びZ1
+の少なくとも一方が酸不安定基を有する。]
【0083】
酸不安定基の定義及びその具体例は、樹脂(A)が有する酸不安定基で説明したものであり、好ましくは、酸不安定基(1)及び酸不安定基(2)を挙げることができる。
【0084】
Z1
+で表される有機カチオンは、光吸収部として機能する公知の有機オニウムカチオンであり、その具体例は、有機スルホニウムカチオン、有機ヨードニウムカチオン、有機アンモニウムカチオン、ベンソチアゾニウムカチオン及び有機ホスホニウムカチオンなどが挙げられ、これらの中でも、有機スルホニウムカチオン及び有機ヨードニウムカチオンが好ましい。なお、Z1
+で表される有機カチオンが酸不安定基を有する場合には、この公知の有機オニウムカチオンに含まれる水素原子のうち、少なくとも1つが、酸不安定基、好ましくは酸不安定基(1)及び酸不安定基(2)からなる群より選ばれる酸不安定基に置換されたものを挙げることができる。
【0085】
Q
1及びQ
2のペルフルオロアルキル基とは、すでに例示した炭素数1〜6のアルキル基に含まれる水素原子の全部がフッ素原子に置換されたものであり、例えば、ペルフルオロメチル基、ペルフルオロエチル基、ペルフルオロプロピル基、ペルフルオロイソプロピル基、ペルフルオロブチル基、ペルフルオロsec−ブチル基、ペルフルオロtert−ブチル基、ペルフルオロペンチル基及びペルフルオロヘキシル基が挙げられる。
Q
1及びQ
2は、好ましくは、それぞれ独立に、ペルフルオロメチル基又はフッ素原子であり、より好ましくはともにフッ素原子である。
【0086】
式(B2−1)で表される酸発生剤(B2)は、該酸発生剤(B2)を構成する有機アニオン及び有機カチオンのいずれか又は双方に、酸不安定基を有するが、酸発生剤(B2)の製造上の容易さを考慮すると、有機アニオン又は有機カチオンのいずれか一方が酸不安定基を有していると好ましい。
【0087】
有機アニオンが酸不安定基を有する場合、式(B2−1)中のAで表される有機基は、好ましくは、式(2−2a)で表される基である。
[式(B2−2a)中、
L
b1は、2価の連結基を表す
X
b1は、酸不安定基を表す。
*はC(Q
1)(Q
2)の炭素原子との結合手を表す。]
【0088】
より具体的に、式(B2−2a)で表される基を有機アニオンに有し、有機カチオンに酸不安定基を有さない酸発生剤(B2)は以下の式(B2−2)で表されるもの(以下、場合により「酸発生剤(B2−2)」という。)である。
[式(B2−2)中、
Q
1及びQ
2は、式(B−1)と同義である。
X
b1、L
b1は式(B2−2a)と同義である。
Z2
+は、酸不安定基を有さない有機カチオンを表す。]
【0089】
X
b1の酸不安定基は、好ましくは、酸不安定基(1)又は酸不安定基(2)である。
【0090】
L
b1の2価の連結基は、好ましくは、炭素数1〜24の2価の炭化水素基であり、該炭化水素基を構成するメチレン基は、酸素原子又はカルボニル基に置き換わっていてもよい。
このような2価の連結基としては、例えば、*−CO−L
b2−、*−CO−O−L
b2−、*−CO−O−L
b2−O−、*−CO−O−L
b2−CO−、*−CO−O−L
b2−O−CO−、*−CO−O−L
b2−CO−O−、*−CO−O−L
b2−O−L
b3−、*−CO−O−L
b2−CO−O−L
b3−、*−CO−O−L
b2−O−CO−L
b3−、*−L
b2−O−L
b3−、*−L
b2−CO−O−L
b3−、*−L
b2−O−CO−L
b3−、*−CO−O−L
b2−O−L
b3−O−L
b4−及び*−CO−O−L
b2−O−L
b3−CO−L
b4−などが挙げられ、好ましくは、*−CO−O−L
b2−、*−CO−O−L
b2−O−、*−CO−O−L
b2−CO−、*−CO−O−L
b2−O−CO−、*−CO−O−L
b2−CO−O−、*−CO−O−L
b2−O−L
b3−、*−CO−O−L
b2−CO−O−L
b3−、*−CO−O−L
b2−O−CO−L
b3−であり、より好ましくは、*−CO−O−L
b2−、*−CO−O−L
b2−CO−、*−CO−O−L
b2−O−L
b3−、*−CO−O−L
b2−CO−O−L
b3−である。
*はC(Q
1)(Q
2)の炭素原子との結合手を表す。
L
b2、L
b3及びL
b4は、それぞれ独立に、炭素数1〜12の炭化水素基を表す。
L
b2、L
b3及びL
b4の炭化水素基としては、アルカンジイル基、2価の脂環式炭化水素基、2価の芳香族炭化水素基、これらを組み合わせた2価の基が挙げられる。
ただし、上記2価の連結基に、L
b2、L
b3及びL
b4からなる群より選ばれる2つ以上が含まれる場合、これらの合計炭素数は24以下である。この炭素数は、メチレン基が酸素原子又はカルボニル基で置き換わる前の炭素数を表す。
【0091】
酸発生剤(B2−2)を構成する有機アニオンとしては、例えば、式(B2−2−1)〜式(B2−2−7)でそれぞれ表されるアニオン、並びに特開2011-46694号公報及び特開2011−126869号公報に記載されたスルホン酸アニオンが挙げられる。式中、Q
1、Q
2、R
a1、R
a2、R
a3、R
a1’、R
a2’、R
a3’、L
b2及びL
b3はいずれも上記と同じ意味である。
【0092】
酸発生剤(B2−2)を構成する有機カチオン(Z2
+)は、好ましくは、式(b2−1)〜式(b2−4)でそれぞれ表される有機カチオンである。
[式(b2−1)〜式(b2−4)中、
R
b4、R
b5及びR
b6は、互いに独立に、置換基を有していてもよい炭素数1〜30の炭化水素基を表す。
R
b7及びR
b8は、互いに独立に、ヒドロキシ基、炭素数1〜12のアルキル基又は炭素数1〜12のアルコキシ基を表す。
m2及びn2は、互いに独立に0〜5の整数を表す。
R
b9及びR
b10は、互いに独立に、炭素数1〜18のアルキル基又は炭素数3〜18の脂環式炭化水素基を表すか、R
b9とR
b10とは、それらが結合する硫黄原子とともに互いに結合して3員環〜12員環(好ましくは3員環〜7員環)を形成する。該環に含まれるメチレン基は、酸素原子、硫黄原子又はカルボニル基に置き換わってもよい。
R
b9及びR
b10は、それぞれ独立に、炭素数1〜18のアルキル基又は炭素数3〜18の脂環式炭化水素基を表すか、R
b9とR
b10とは、それらが結合する硫黄原子とともに互いに結合して3員環〜12員環(好ましくは3員環〜7員環)を形成する。該環に含まれるメチレン基は、酸素原子、硫黄原子又はカルボニル基に置き換わってもよい。。
R
b11は、水素原子、炭素数1〜18のアルキル基、炭素数3〜18の脂環式炭化水素基又は炭素数6〜18の芳香族炭化水素基を表す。
R
b12は、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数3〜18の脂環式炭化水素基又は炭素数6〜18の芳香族炭化水素基を表す。該芳香族炭化水素基は、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数1〜12のアルコキシ基、炭素数3〜18の脂環式炭化水素基又は炭素数1〜12のアルキルカルボニルオキシ基で置換されていてもよい。
R
b11とR
b12は、それらがそれぞれ結合する炭素原子とともに3員環〜12員環(好ましくは3員環〜7員環)を形成していてもよく、該環に含まれるメチレン基は、酸素原子、硫黄原子又はカルボニル基に置き換わってもよい。
R
b13〜R
b18は、互いに独立に、ヒドロキシ基、炭素数1〜12のアルキル基又は炭素数1〜12のアルコキシ基を表す。
L
b11は、酸素原子又は硫黄原子を表す。
o2、p2、s2及びt2は、互いに独立に、0〜5の整数を表す。
q2及びr2は、互いに独立に、0〜4の整数を表す。
u2は0又は1を表す。
o2が2以上のとき、複数のR
b13は同一でも異なってもよく、p2が2以上のとき、複数のR
b14は同一でも異なってもよく、s2が2以上のとき、複数のR
b15は同一でも異なってもよく、t2が2以上のとき、複数のR
b18は同一でも異なってもよい。]
【0093】
R
b4、R
b5及びR
b6の炭化水素基としては、好ましくは、それぞれ独立に、炭素数1〜30のアルキル基、炭素数3〜18の脂環式炭化水素基又は炭素数6〜18の芳香族炭化水素基であり、前記アルキル基に含まれる水素原子は、ヒドロキシ基、炭素数1〜12のアルコキシ基又は炭素数6〜18の芳香族炭化水素基で置換されていてもよく、前記脂環式炭化水素基に含まれる水素原子は、ハロゲン原子、炭素数2〜4のアシル基又はグリシジルオキシ基で置換されていてもよく、前記芳香族炭化水素基に含まれる水素原子は、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、炭素数1〜18のアルキル基、炭素数3〜18の脂環式飽和炭化水素基又は炭素数1〜12のアルコキシ基で置換されていてもよい。
【0094】
R
b12のアルキルカルボニルオキシ基の具体例は、メチルカルボニルオキシ基、エチルカルボニルオキシ基、n−プロピルカルボニルオキシ基、イソプロピルカルボニルオキシ基、n−ブチルカルボニルオキシ基、sec−ブチルカルボニルオキシ基、tert−ブチルカルボニルオキシ基、ペンチルカルボニルオキシ基、ヘキシルカルボニルオキシ基、オクチルカルボニルオキシ基及び2−エチルヘキシルカルボニルオキシ基などが挙げられる。
【0095】
R
b9〜R
b12のアルキル基の具体例は炭素数1〜12の範囲ですでに例示したものを含み、中でも、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基及び2−エチルヘキシル基などが好ましい。
R
b9〜R
b11の脂環式炭化水素基の具体例は炭素数3〜18の範囲ですでに例示したものを含み、中でも、、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロデシル基、2−アルキルアダマンタン−2−イル基、1−(アダマンタン−1−イル)アルカン−1−イル基及びイソボルニル基などが好ましい。
R
b12の芳香族炭化水素基としては、フェニル基、4−メチルフェニル基、4−エチルフェニル基、4−tert−ブチルフェニル基、4−シクロへキシルフェニル基、4−メトキシフェニル基、ビフェニリル基及びナフチル基などが好ましい。
R
b12の芳香族炭化水素基とアルキル基が結合したものは、典型的にはアラルキル基である。
R
b9とR
b10とが結合して形成する環としては例えば、チオラン−1−イウム環(テトラヒドロチオフェニウム環)、チアン−1−イウム環及び1,4−オキサチアン−4−イウム環などが挙げられる。
R
b11とR
b12とが結合して形成する環としては例えば、オキソシクロヘプタン環、オキソシクロヘキサン環、オキソノルボルナン環及びオキソアダマンタン環などが挙げられる。
【0096】
式(b2−1)〜式(b2−4)でそれぞれ表される有機カチオンとしては、例えば、特開2010−204646号公報に記載されたものが挙げられる。
【0097】
式(b2−1)〜式(b2−4)でそれぞれ表される有機カチオンの中でも、式(b2−1)で表される有機カチオンが好ましく、式(b2−1−1)で表されるカチオンがより好ましく、トリフェニルスルホニウムカチオン(式(b2−1−1)中、v2=w2=x2=0である。)又はトリトリルスルホニウムカチオン(式(b2−1−1)中、v2=w2=x2=1であり、R
b19、R
b20及びR
b21がいずれもメチル基である。)がさらに好ましい。
[式(b2−1−1)中、
R
b19、R
b20及びR
b21は、互いに独立に、ハロゲン原子(より好ましくはフッ素原子)、ヒドロキシ基、置換基を有していてもよい炭素数1〜18の脂肪族炭化水素基又は炭素数1〜12のアルコキシ基を表す。
v2、w2及びx2は、互いに独立に0〜5の整数(好ましくは0又は1)を表す。
v2が2以上のとき、複数のR
b19は互いに同一でも異なってもよく、w2が2以上のとき、複数のR
b20は互いに同一でも異なってもよく、x2が2以上のとき、複数のR
b21は互いに同一でも異なってもよい。]
【0098】
R
b19、R
b20及びR
b21の脂肪族炭化水素基は、好ましくは炭素数1〜12の脂肪族炭化水素基であり、より好ましくは炭素数1〜12のアルキル基又は炭素数4〜12の脂環式炭化水素基である。この脂肪族炭化水素基が任意に有する置換基としては、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、炭素数1〜12のアルコキシ基、炭素数6〜18の芳香族炭化水素基、炭素数2〜4のアシル基及びグリシジルオキシ基が挙げられる。
R
b19、R
b20及びR
b21は、好ましくは、互いに独立に、ハロゲン原子(より好ましくはフッ素原子)、ヒドロキシ基、炭素数1〜12のアルキル基、又は炭素数1〜12のアルコキシ基である。
【0099】
酸発生剤(B2−2)は、上述の有機アニオンと上述の有機カチオンとの組合せである。これらは任意に組み合わせることができるが、好ましい組み合わせとしては、下記式で表される酸発生剤、特開2011-46694及び特開2011-126896記載の酸発生剤が挙げられる。なお、このような酸発生剤(B2−2)は、ここに例示した特許文献記載の製造方法などに準じれば、当業者は容易に得ることができる。
【0101】
続いて、有機アニオンが酸不安定基を有さず、有機カチオンが酸不安定基を有する酸発生剤(B2)についても、その具体例を挙げておく。
この場合、式(B2)中のAの有機基は、好ましくは、式(B2−3a)で表される基である。
[式(B2−3a)中、
L
b5は、2価の連結基を表す
Y
b1は、置換基を有していてもよい炭素数1〜18のアルキル基又は置換基を有していてもよい炭素数3〜18の脂環式炭化水素基を表し、該アルキル基及び該脂環式炭化水素基を構成するメチレン基は、酸素原子、スルホニル基又はカルボニル基に置き換わっていてもよい。ただし、酸不安定基を含有しない。
*はC(Q
1)(Q
2)の炭素原子との結合手を表す。]
【0102】
有機カチオンが酸不安定基を有し、有機アニオンが酸不安定基を有さない場合の酸発生剤(B2)は、好ましくは式(B2−3)で表されるもの(以下、場合により「酸発生剤(B2−3)」という。)である。
[式(B2−3)中、
Q
1及びQ
2は、式(B2)と同義である。
L
b5及びY
b1は、式(B2−3a)と同義である。
Z3
+は、酸不安定基を有する有機カチオンを表す。]
【0103】
L
b5の2価の連結基は、好ましくは、炭素数1〜18の2価の炭化水素基であり、該炭化水素基を構成するメチレン基は、酸素原子又はカルボニル基に置き換わっていてもよい。
このような2価の連結基としては、例えば、*−CO−L
b6−、*−CO−O−L
b6−、*−CO−O−L
b7−O−L
b6−、*−CO−O−L
b7−CO−L
b6−、*−CO−O−L
b7−CO−O−L
b6−、*−CO−O−L
b7−O−CO−L
b6−、*−L
b7−O−L
b6−、*−L
b7−CO−O−L
b6−、*−L
b7−O−CO−L
b6−、*−CO−O−L
b7−O−L
b8−O−L
b6−及び*−CO−O−L
b7−O−L
b8−CO−L
b6−等が挙げられ、好ましくは、*−CO−O−L
b6−、*−CO−O−L
b7−CO−L
b6−、*−CO−O−L
b7−CO−O−L
b6−、*−CO−O−L
b7−O−CO−L
b6−、*−CO−O−L
b7−O−L
b6−、であり、より好ましくは、*−CO−O−L
b6−である。
*はC(Q
1)(Q
2)との結合手を表す。
L
b6は、単結合及又は炭素数1〜12の炭化水素基を表す。
L
b7及びL
b8は、それぞれ独立に、炭素数1〜12の炭化水素基を表す。
L
b6、L
b7及びL
b8の炭化水素基としては、アルカンジイル基、2価の脂環式炭化水素基、2価の芳香族炭化水素基、これらを組み合わせた2価の基が挙げられる。
ただし、上記2価の連結基に、L
b6、L
b7及びL
b8からなる群より選ばれる2つ以上が含まれる場合、これらの合計炭素数はそれぞれ17以下である。この炭素数は、メチレン基が酸素原子又はカルボニル基に置き換わる前の炭素数を表す。
酸発生剤(B2−3)を構成する有機アニオンとしては、例えば、式(B2−3−1)〜式(B2−3−9)でそれぞれ表されるアニオン、及び、特開2010−204646号公報記載のスルホン酸アニオンが挙げられる。なお、式(B2−3−1)〜式(B2−3−9)中のL
b6は上記と同じ意味であり、より好ましくは、単結合及びメチレン基である。R
b2及びR
b3は、それぞれ独立に、炭素数1〜4のアルキル基が好ましく、メチル基が特に好ましい。
【0104】
酸発生剤(B2−3)を構成する有機カチオン(Z3
+)は、好ましくは、式(b2−5)で表される。
[式(b2−5)中、
R
b22、R
b23及びR
b24はそれぞれ独立に、ハロゲン原子(より好ましくはフッ素原子)、ヒドロキシ基、炭素数1〜18の脂肪族炭化水素基又は炭素数1〜12のアルコキシ基を表す。
L
b9は、単結合及び2価の連結基を表す。
X
b3は酸不安定基を表す。
v3、w3及びx3は、互いに独立に0〜5の整数を表す(好ましくは0及び2である)。
y3は1〜3の整数(好ましくは1)を表すが、w3+y3は5以下である。
v3が2以上のとき、複数のR
b22は互いに同一でも異なってもよく、w3が2以上のとき、複数のR
b23は互いに同一でも異なってもよく、x3が2以上のとき、複数のR
b24は互いに同一でも異なってもよい。
y3が2以上のとき、−L
b9−X
b2で表される基は同一でも異なっていてもよい。]
【0105】
R
b22、R
b23及びR
b24の脂肪族炭化水素基は、前記式(b2−1−1)のR
b19〜R
b21で説明した脂肪族炭化水素基と同じものが挙げられ、より好ましくは炭素数1〜6のアルキル基である。
【0106】
X
b2は、好ましくは、酸不安定基(1)又は酸不安定基(2)である。
【0107】
L
b9の2価の連結基は、好ましくは、炭素数1〜18の2価の炭化水素基であり、該炭化水素基を構成するメチレン基は、酸素原子又はカルボニル基に置き換わっていてもよい。
このような2価の連結基としては、例えば、*−O−L
b10−、*−O−L
b11−O−L
b10―、*−O−L
b11−CO−L
b10−、*−O−L
b11−CO−O−L
b10−、*−O−L
b11−CO−O−L
b12−O−L
b10−、*−O−L
b11−CO−O−L
b12−CO−L
b10−、*−O−L
b11−CO−O−L
b12−COO−L
b10−、*−CO−L
b10−、*−CO−O−L
b10−、*−L
b11−O−L
b10−、*−L
b11−CO−O−L
b10−、*−L
b11−O−CO−L
b10−等が挙げられ、好ましくは、*−O−L
b10−、*−O−L
b11−O−L
b10―、*−O−L
b11−CO−L
b10−、*−O−L
b11−CO−O−L
b10−であり、より好ましくは、*−O−L
b10−である。
*はフェニル基との結合手を表す。
L
b10、互いに独立に、単結合、炭素数1〜12の炭化水素基を表す。
L
b11及びL
b12は、互いに独立に、炭素数1〜12の炭化水素基を表す。
L
b10、L
b11及びL
b12の炭化水素基としては、アルカンジイル基、2価の脂環式炭化水素基が挙げられる。
ただし、上記2価の連結基L
b10、L
b11及びL
b12からなる群より選ばれる2つ以上が含まれる場合、これらの合計炭素数はそれぞれ18以下である。この炭素数は、メチレン基が酸素原子又はカルボニル基に置き換わる前の炭素数を表す。
上記2価の連結基の中でも、単結合及び*−O−L
b10−で表される2価の連結基が好ましく、L
b10は単結合及びメチレン基が好ましく、より好ましくはメチレン基である。
【0108】
式(b2−5)で表される有機カチオンの中でも、式(b2−5−1)及び式(b2−5−2)でそれぞれ表されるカチオンが好ましく、より好ましくは式(b2−5−1)で表されるカチオンである。なお、式(b2−5−1)及び式(b2−5−2)中のR
a1、R
a2、R
a3、R
a1’、R
a2’、R
a3’、L
b10は上記と同じ意味である。R
b23は、好ましくは、メチル基である。
【0109】
酸発生剤(B2−3)は、上述の有機アニオンと上述の有機カチオンとの組合せである。これらは任意に組み合わせることができるが、好ましい組み合わせとしては、下記式で表される酸発生剤、及び、特開2011−6400号公報記載の酸発生剤が挙げられる。なお、このような酸発生剤(B2−3)は、ここに例示した特許文献記載の製造方法などに準じれば、当業者は容易に得ることができる。
【0110】
本レジスト組成物は酸発生剤(B2)以外の酸発生剤(酸不安定基を有さない酸発生剤)を含有していてもよい。かかる酸不安定基を有さない酸発生剤としては例えば、式(B1−1)〜式(B1−22)でそれぞれ表されるものなどが挙げられる。
【0115】
<酸増殖剤(G)>
本レジスト組成物に含有される酸増殖剤(G)は、酸の作用により分解して、酸、好ましくは強酸、より好ましくはスルホン酸を発生する化合物である。かかる酸増殖剤(G)はレジスト分野で公知のものを用いることができる。酸増殖剤として用いられる化合物としては、例えばJ.Photopolym.Sci.Technol.10(1997)315、J.Photopolym.Sci.Technol.12(1999)509、J.Photopolym.Sci.Technol.12(1999)293、Macromol.Rapid Commun 21(2000)1050、Chem.Mater.11(1999)2119、Macromol.Chem.Phys.201(2000)132、J.Am.Chem.Soc.120(1998)37、J.Photopolym.Sci.Technol.13(2000)215、J.Am.Chem.Soc.131(2009)9862記載の化合物(酸増殖剤)が挙げられる。
【0116】
なかでも酸増殖剤は、式(g)で表される化合物が好ましい。
[式(g)中、
R
g1〜R
g5はそれぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜6のアルキル基又はフェニル基を表し、R
g1及びR
g2は、互いに結合し2価の基を形成していてもよい。
R
g6は、炭素数1〜18の炭化水素基を表し、当該炭化水素基を構成するメチレン基は、酸素原子又はカルボニル基に置き換わっていてもよく、当該炭化水素基に含まれる水素原子は、ハロゲン原子又はニトロ基に置換されていてもよい。]
【0117】
R
g1〜R
g5のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基等が挙げられる。
R
g1及びR
g2はそれぞれ独立に、好ましくは、水素原子、メチル基又はエチル基であり、より好ましくは、R
g1及びR
g2がともにメチル基である。
R
g3、R
g4及びR
g5はそれぞれ独立に、好ましくは水素原子、メチル基又はエチル基であり、より好ましくは、R
g3、R
g4及びR
g5の全てが水素原子である。
【0118】
R
g6の炭化水素基としては、式(b2−1)〜式(b2−4)で説明した炭化水素基と同じものが挙げられる
R
g6は、好ましくは、炭素数1〜10のアルキル基、フェニル基、ナフチル基、及び、脂環式炭化水素環又は芳香族環を含む炭素数3〜15の炭化水素基であり、。該脂環式炭化水素環を構成するメチレン基は、酸素原子又はカルボニル基に置き換わってもよい。
R
g6に含まれる水素原子は、置換基に置換されていてもよい。当該置換基は好ましくは、炭素数1〜5のアルコキシ基、ニトロ基、ヒドロキシ基及びハロゲン原子であり、より好ましくは、ニトロ基及びフッ素原子である。
以上の具体例の中でも、R
g6は、メチレン基が酸素原子又はカルボニル基に置き換わることもある脂環式炭化水素環を含む炭素数3〜12の炭化水素基であるか、フッ素原子、ニトロ基又はペルフルオロメチル基を有するフェニル基であると好ましい。
【0119】
式(g)で表される化合物としては、式(g−1)〜式(g−39)でそれぞれ表される化合物が挙げられる。これらの中でも式(g−3)〜式(g−16)及び式(g−24)〜式(g−39)でそれぞれ表される化合物が好ましく、式(g−3)〜式(g−6)でそれぞれ表される化合物がさらに好ましい。なお、ここに例示した化合物は、Jpn.J.Appl.Phys.49(2010)041602記載の方法に準じることにより製造することできる。
【0121】
上記に具体例を挙げた式(g)で表される化合物(酸増殖剤(G))は、Jpn.J.Appl.Phys.49(2010)041602記載の方法に準じることにより製造することを説明したが、これらのうち、以下の式(g1)
[式(g1)中、
R
g1〜R
g5はそれぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜6のアルキル基又はフェニル基を表し、R
g1及びR
g2は、互いに結合し2価の基を形成していてもよい。
R
g7は、脂肪族環を含む3〜12の炭化水素基を表し、該脂肪族環を構成するメチレン基は、酸素原子又はカルボニル基に置き換わってもよい。]
で表される化合物は、当該化合物を酸増殖剤(G)として用いることにより、一層優れたLERを有するレジストパターンを実現する本レジスト組成物を得ることができるという効果を奏する新規な化合物であり、本発明はかかる式(g1)で表される化合物及びその酸増殖剤としての使用に係る発明も提供する。
【0122】
酸増殖剤(G)として特に好適且つ新規な化合物である、式(g1)で表される化合物は上記の例示の中では、式(g−3)〜式(g−6)、式(g−24)〜式(g−28)、式(g−33)、式(g−37)でそれぞれ表されるものが該当する。
【0123】
<クエンチャー(以下、場合により「クエンチャー(C)」という。)>
本レジスト組成物はレジスト分野で「クエンチャー」と呼ばれるものを含有していてもよい。クエンチャー(C)は、酸拡散抑制作用、つまり、露光により酸発生剤から発生する酸をトラップする作用を有する化合物が用いられる。クエンチャー(C)としては例えば、塩基性の含窒素有機化合物及び弱酸塩が挙げられる。
【0124】
塩基性の含窒素有機化合物としては、例えば、アミン及びアンモニウム塩が挙げられる。アミンとしては、脂肪族アミン及び芳香族アミンが挙げられる。脂肪族アミンとしては、第一級アミン、第二級アミン及び第三級アミンが挙げられる。
【0125】
アミンとしては、例えば、式(C1)〜式(C8)のいずれかで表される化合物が挙げられ、好ましくは式(C1−1)で表される化合物である。
【0126】
[式(C1)中、
R
c1、R
c2及びR
c3は、互いに独立に、水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数5〜10の脂環式炭化水素基又は炭素数6〜10の芳香族炭化水素基を表し、該アルキル基及び該脂環式炭化水素基に含まれる水素原子は、ヒドロキシ基、アミノ基又は炭素数1〜6のアルコキシ基で置換されていてもよく、該芳香族炭化水素基に含まれる水素原子は、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数5〜10の脂環式炭化水素又は炭素数6〜10の芳香族炭化水素基で置換されていてもよい。]
【0127】
[式(C1−1)中、
R
c2及びR
c3は、前記と同義である。
R
c4は、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数5〜10の脂環式炭化水素又は炭素数6〜10の芳香族炭化水素基を表す。
m3は0〜3の整数を表し、m3が2以上のとき、複数のR
c4は、互いに同一でも異なってもよい。]
【0128】
[式(C2)、式(C3)及び式(C4)中、
R
c5、R
c6、R
c7及びR
c8は、互いに独立に、R
c1と同義である。
R
c9は、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数3〜6の脂環式炭化水素基又は炭素数2〜6のアルカノイル基を表す。
n3は0〜8の整数を表し、n3が2以上のとき、複数のR
c9は、互いに同一又は相異なる。]
アルカノイル基としては、アセチル基、2−メチルアセチル基、2,2−ジメチルアセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、イソブチリル基、ペンタノイル基、2,2−ジメチルプロピオニル基等が挙げられる。
【0129】
[式(C5)及び式(C6)中、
R
c10、R
c11、R
c12、R
c13及びR
c16は、互いに独立に、R
c1と同義である。
R
c14、R
c15及びR
c17は、互いに独立に、R
c4と同義である。
o3及びp3は、互いに独立に0〜3の整数を表し、o3が2以上のとき、複数のR
c14は互いに同一でも異なってもよく、p3が2以上のとき、複数のR
c15は互いに同一でも異なってもよい。
L
c1は、炭素数1〜6のアルカンジイル基、−CO−、−C(=NH)−、−S−又はこれらを組合せた2価の基を表す。]
【0130】
[式(C7)及び式(C8)中、
R
c18、R
c19及びR
c20は、互いに独立に、R
c4と同義である。
q3、r3及びs3は、互いに独立に0〜3の整数を表し、q3が2以上のとき、複数のR
c18は互いに同一でも異なってもよく、r3が2以上のとき、複数のR
c19は互いに同一でも異なってもよく、s3が2以上のとき、複数のR
c20は互いに同一でも異なってもよい。
L
c2は、単結合又は炭素数1〜6のアルカンジイル基、−CO−、−C(=NH)−、−S−又はこれらを組合せた2価の基を表す。]
【0131】
式(C1)で表される化合物としては、1−ナフチルアミン、2−ナフチルアミン、アニリン、ジイソプロピルアニリン、2−,3−又は4−メチルアニリン、4−ニトロアニリン、N−メチルアニリン、N,N−ジメチルアニリン、ジフェニルアミン、ヘキシルアミン、ヘプチルアミン、オクチルアミン、ノニルアミン、デシルアミン、ジブチルアミン、ジペンチルアミン、ジヘキシルアミン、ジヘプチルアミン、ジオクチルアミン、ジノニルアミン、ジデシルアミン、トリエチルアミン、トリメチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、トリペンチルアミン、トリヘキシルアミン、トリヘプチルアミン、トリオクチルアミン、トリノニルアミン、トリデシルアミン、メチルジブチルアミン、メチルジペンチルアミン、メチルジヘキシルアミン、メチルジシクロヘキシルアミン、メチルジヘプチルアミン、メチルジオクチルアミン、メチルジノニルアミン、メチルジデシルアミン、エチルジブチルアミン、エチルジペンチルアミン、エチルジヘキシルアミン、エチルジヘプチルアミン、エチルジオクチルアミン、エチルジノニルアミン、エチルジデシルアミン、ジシクロヘキシルメチルアミン、トリス〔2−(2−メトキシエトキシ)エチル〕アミン、トリイソプロパノールアミン、エチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、4,4’−ジアミノ−1,2−ジフェニルエタン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジメチルジフェニルメタン及び4,4’−ジアミノ−3,3’−ジエチルジフェニルメタンなどが挙げられ、好ましくはジイソプロピルアニリンが挙げられ、特に好ましくは2,6−ジイソプロピルアニリンが挙げられる。
【0132】
式(C2)で表される化合物としては、ピペラジンなどが挙げられる。
式(C3)で表される化合物としては、モルホリンなどが挙げられる。
式(C4)で表される化合物としては、ピペリジン及び特開平11−52575号公報に記載されているピペリジン骨格を有するヒンダードアミン化合物などが挙げられる。
式(C5)で表される化合物としては、2,2’−メチレンビスアニリンなどが挙げられる。
式(C6)で表される化合物としては、イミダゾール及び4−メチルイミダゾールなどが挙げられる。
式(C7)で表される化合物としては、ピリジン及び4−メチルピリジンなどが挙げられる。
式(C8)で表される化合物としては、1,2−ジ(2−ピリジル)エタン、1,2−ジ(4−ピリジル)エタン、1,2−ジ(2−ピリジル)エテン、1,2−ジ(4−ピリジル)エテン、1,3−ジ(4−ピリジル)プロパン、1,2−ジ(4−ピリジルオキシ)エタン、ジ(2−ピリジル)ケトン、4,4’−ジピリジルスルフィド、4,4’−ジピリジルジスルフィド、2,2’−ジピリジルアミン、2,2’−ジピコリルアミン及びビピリジンなどが挙げられる。
【0133】
アンモニウム塩としては、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトライソプロピルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド、テトラヘキシルアンモニウムヒドロキシド、テトラオクチルアンモニウムヒドロキシド、フェニルトリメチルアンモニウムヒドロキシド、3−(トリフルオロメチル)フェニルトリメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラ−n−ブチルアンモニウムサリチラート及びコリンなどが挙げられる。
【0134】
弱酸塩としては、酸発生剤(B)より発生する酸よりも弱酸の塩が挙げられ、例えば、カルボン酸塩や、塩基性窒素原子を有するスルホン酸の塩であり、好ましくは、式(C10)又は式(C11)で表されるカルボン酸塩、あるいは式(C9)で表されるスルホン酸塩である。
[式(C10)中、
R
C21は、置換基を有していてもよい炭素数1〜10の脂肪族炭化水素基、置換基を有してもよい炭素数4〜36の脂環式炭化水素基、置換基を有していてもよい炭素数3〜36の芳香族炭化水素基又は置換基を有していてもよい炭素数3〜36の複素環基を表し、該脂肪族炭化水素基及び該脂環式炭化水素基を構成するメチレン基は、酸素原子又はカルボニル基で置換されていてもよい。
Z6
+は、有機カチオンを表す。]
【0135】
[式(C11)中、
R
C22及びR
C23は、互いに独立に、水素原子、炭素数1〜12の脂肪族炭化水素基、炭素数3〜20の脂環式飽和炭化水素基、炭素数6〜20の芳香族炭化水素基又は炭素数7〜21のアラルキル基を表し、該脂肪族炭化水素基、該脂環式飽和炭化水素基、該芳香族炭化水素基及びアラルキル基に含まれる水素原子は、ヒドロキシ基、シアノ基、フッ素原子、トリフルオロメチル基又はニトロ基で置換されていてもよく、該脂肪族炭化水素基を構成するメチレン基は、酸素原子又はカルボニル基で置き換わっていてもよく、R
C22及びR
C23は互いに結合してこれらが結合する窒素原子とともに炭素数4〜20の環を形成してもよい。
Z7
+は、有機カチオンを表す。]
【0136】
[式(C9)中、
Q
e1及びQ
e2は、互いに独立に、フッ素原子又は炭素数1〜6のペルフルオロアルキル基を表す。
L
e2は、単結合又は炭素数1〜17の2価の脂肪族飽和炭化水素基を表し、該2価の脂肪族飽和炭化水素基に含まれるメチレン基は、酸素原子又はカルボニル基に置き換わっていてもよい。
Y
Nは塩基性窒素原子を含む有機基を表す。
Z5
+は、有機カチオンを表す。]
【0137】
Q
e1及びQ
e2は、式(B2−1)のQ
1及びQ
2と同じ基が挙げられ、好ましくはフッ素原子である。
Y
Nは、好ましくは、塩基性窒素原子を含む複素環基である。該複素環を構成する複素環としては、例えば、イミダゾール環、モリホリン環などが挙げられる。
【0138】
Z5
+、Z6
+及びZ7
+の有機カチオンとしては、式(I)のZ1
+、Z2
+及びZ3
+と同様の有機カチオンが挙げられ、好ましくは、有機スルホニウムカチオン又は有機ヨードニウムカチオン(ただし、これら有機スルホニウムカチオン又は有機ヨードニウムカチオンは酸不安定基を有することはない)であり、より好ましくは、すでに示した式(b2−1)〜式(b2−4)で表されるカチオンである。
【0139】
式(C9)で表されるスルホン酸塩としては、例えば、下記式で表されるもの、及び特開2012−6908号公報記載の塩が挙げられる。
【0140】
式(C10)で表される塩としては、例えば、下記で表されるもの、及び特開2011−39502号公報記載の塩が挙げられる。
【0141】
式(C11)で表される塩としては、例えば、下記で表されるもの、及び特開2011−191745号公報記載の塩が挙げられる。
【0142】
<溶剤(D)>
本レジスト組成物を後述のレジストパターン製造に用いる際には、すでに述べたとおち、溶剤(D)を含有すると好ましい。
溶剤(D)は、本レジスト組成物に含有される成分を溶解するものであれば、特に限定されず、例えば、エチルセロソルブアセテート、メチルセロソルブアセテート及びプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートなどのグリコールエーテルエステル類;プロピレングリコールモノメチルエーテルなどのグリコールエーテル類;乳酸エチル、酢酸ブチル、酢酸アミル及びピルビン酸エチルなどのエステル類;アセトン、メチルイソブチルケトン、2−ヘプタノン及びシクロヘキサノンなどのケトン類;γ−ブチロラクトンなどのラクトン類、及びこれらの混合溶剤が挙げられる。
【0143】
<その他の成分(以下、場合により「成分(F)」という。)>
以上、本レジスト組成物が含有する樹脂(A)、酸発生剤(B)及び酸増殖剤(G)、並びに必要に応じて含有されるクエンチャー(C)及び溶剤(D)について説明したが、本レジスト組成物は、必要に応じて、その他の成分(F)を含有していてもよい。成分(F)とは、レジスト分野で公知の添加剤であり、例えば、増感剤、溶解抑止剤、界面活性剤、安定剤及び染料などである。
【0144】
<本レジスト組成物の製造方法>
本レジスト組成物は、樹脂(A)、酸発生剤(B)及び酸増殖剤(G)、並びに、必要に応じて用いられる溶剤(D)、クエンチャー(C)及びその他の成分(F)を混合することにより調製できる。混合順は任意であり、特に限定されるものではない。混合する際の温度は、樹脂(A)及び酸増殖剤(G)などの種類や、これらの溶剤(D)に対する溶解度などに応じて、10〜40℃の範囲で適宜選択できる。混合時間は、混合温度に応じて、0.5〜24時間の範囲で適宜選択できる。なお、混合手段も特に制限はなく、攪拌混合などを用いることができる。各成分を混合した後は、孔径0.003〜0.2μm程度のフィルターを用いてろ過することが好ましい。
【0145】
樹脂(A)の含有量は、本レジスト組成物の固形分の総量に対して、好ましくは80質量%以上99質量%以下である。なお、この「固形分」とは、本レジスト組成物から溶剤(D)を除いた成分の合計を意味する。該固形分の質量及び本レジスト組成物に含有される各成分の含有量は、例えば、液体クロマトグラフィー又はガスクロマトグラフィーなどの公知の分析手段で測定することができる。
【0146】
酸発生剤(B)の含有量は、樹脂(A)の含有量100質量部に対して、好ましくは1質量部以上35質量部以下であり、より好ましくは3質量部以上30質量部以下である。なお、すでに述べたとおり、酸発生剤(B)は、酸発生剤(B2)を必須として含み、必要に応じて、酸発生剤(B2)以外の酸発生剤を含むこともあり、ここでいう酸発生剤(B)の含有量は、酸発生剤(B2)と、酸発生剤(B2)以外の酸発生剤との総含有量をいう。
【0147】
酸増殖剤(G)の含有量は、樹脂(A)の含有量100質量部に対して、好ましくは1質量部以上50質量部以下であり、より好ましくは3質量部以上30質量部以下である。
【0148】
本レジスト組成物がクエンチャー(C)を含有する場合、その含有割合は、固形分の総量に対して、0.01〜4質量%程度が好ましい。
【0149】
溶剤(D)の含有割合は、本レジスト組成物の総量に対して、90質量%以上が好ましく、92質量%以上がより好ましく、94質量%以上がさらに好ましく、99.9質量%以下が好ましく、99.5質量%以下がより好ましい。溶剤(D)の含有率が上記範囲内であると、レジストパターンを製造する際に、厚み30〜300nm程度の組成物層を形成しやすい。
【0150】
本レジスト組成物に成分(F)を含有させる場合、その含有量は、成分(F)の種類に応じて適宜選択できる。
【0151】
<レジストパターンの製造方法>
続いて、本レジスト組成物を用いるレジストパターンの製造方法について説明する。該製造方法は、
(1)本レジスト組成物を基板上に塗布する工程、
(2)塗布後の組成物を乾燥させて組成物層を形成する工程、
(3)組成物層を露光する工程、
(4)露光後の組成物層を加熱する工程、及び
(5)加熱後の組成物層を現像する工程
を含む。以下、ここに示す工程の各々を、「工程(1)」〜「工程(5)」のようにいう。
【0152】
工程(1)における本レジスト組成物の基板上への塗布は、スピンコーターなど、半導体の微細加工のレジスト材料塗布用として広く用いられている塗布装置によって行うことができる。かくして基板上にレジスト組成物からなる塗布膜が形成される。当該塗布装置の条件(塗布条件)を種々調節することで、該塗布膜の膜厚は調整可能であり、適切な予備実験等を行うことにより、所望の膜厚の塗布膜になるように塗布条件を選ぶことができる。本レジスト組成物を塗布する前の基板は、微細加工を実施しようとする種々のものを選ぶことができる。なお、本レジスト組成物を塗布する前に、基板を洗浄したり、反射防止膜を形成したりしておいてもよい。この反射防止膜の形成には例えば、市販の有機反射防止膜用組成物を用いることができる。
【0153】
工程(2)においては、基板上に塗布された本レジスト組成物、すなわち塗布膜を乾燥させて、該塗布膜から溶剤〔溶剤(D)〕を除去する。このような溶剤除去は、例えば、ホットプレートなどの加熱装置を用いた加熱手段(いわゆるプリベーク)、又は減圧装置を用いた減圧手段により、或いはこれらの手段を組み合わせて、該塗布膜から溶剤を蒸発させることにより行われる。加熱手段や減圧手段の条件は、本レジスト組成物に含まれる溶剤(D)の種類などに応じて選択でき、例えばホットプレートの場合、該ホットプレートの表面温度を50〜200℃程度の範囲にすることが好ましい。また、減圧手段では、適当な減圧機の中に、塗布膜が形成された基板を封入した後、該減圧機の内部圧力を1〜1.0×10
5Pa程度にすればよい。かくして塗布膜から溶剤を除去することにより、該基板上には組成物層が形成される。
【0154】
工程(3)は該組成物層を露光する工程であり、好ましくは、露光機を用いて該組成物層を露光するものである。この際には、微細加工を実施しようとする所望のパターンが形成されたマスク(フォトマスク)を介して露光が行われる。露光機の露光光源としては、KrFエキシマレーザ(波長248nm)、ArFエキシマレーザ(波長193nm)、F
2エキシマレーザ(波長157nm)のような紫外域のレーザ光を放射するもの、固体レーザ光源(YAG又は半導体レーザ等)からのレーザ光を波長変換して遠紫外域または真空紫外域の高調波レーザ光を放射するもの等、種々のものを用いることができる。また、該露光機は液浸露光機(液浸媒体として例えば、超純水などが用いられる。)であってもよい。また、露光機は、電子線、超紫外光(EUV)を照射するものであってもよく、すでに述べたように、電子線を照射する場合においても、本明細書では露光ということにし、電子線を照射する場合には、マスクを用いることなく、組成物層に電子線を直接照射することもある。以下の説明では、マスクを介して、組成物層を露光する露光工程を中心に説明する。
上述のとおり、マスクを介して露光することにより、該組成物層には露光された部分(露光部)及び露光されていない部分(未露光部)が生じる。露光部の組成物層では該組成物層に含まれる酸発生剤(B)が露光エネルギーを受けて酸を発生し、さらに露光により発生した酸との作用により、酸増殖剤(G)が酸を発生する。酸発生剤(B)及び酸増殖剤(G)より発生した酸との作用により、酸作用特性を有する樹脂(好ましくは、酸作用特性を有する樹脂(A))にある酸不安定基が脱保護反応により親水性基を生じ、結果として露光部の組成物層にある上記樹脂はアルカリ水溶液に可溶なものとなる。一方、未露光部では露光エネルギーを受けていないため、上記樹脂はアルカリ水溶液に対して不溶又は難溶のままとなる。かくして、露光部にある組成物層と未露光部にある組成物層とは、アルカリ水溶液に対する溶解性が著しく相違するため、アルカリ水溶液による現像によりレジストパターンを形成することができる。
【0155】
工程(4)においては、露光工程により露光部で生じうる脱保護基反応を、さらにその進行を促進するための加熱処理(いわゆるポストエキスポジャーベーク)が行われる。かかる加熱処理は前記乾燥工程で示したホットプレートを用いる加熱手段などが好ましい。なお、工程(4)におけるホットプレート加熱を行う場合、該ホットプレートの表面温度は50〜200℃程度が好ましく、70〜150℃程度がより好ましい。加熱時間としては、通常20〜90秒程度、好ましくは、30〜70秒程度である。加熱処理により、上記脱保護反応が促進される。
【0156】
工程(5)は、加熱後の組成物層を現像する工程であり、好ましくは、加熱後の組成物層を現像装置により現像する工程である。現像には、通常、アルカリ現像液(アルカリ水溶液)が利用される。該アルカリ現像液としては例えば、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドや(2−ヒドロキシエチル)トリメチルアンモニウムヒドロキシド(通称コリン)の水溶液などが挙げられる。
現像後、超純水等でリンス処理を行い、さらに基板及びレジストパターン上に残存している水分を除去することが好ましい。
【0157】
<用途>
本レジスト組成物は、KrFエキシマレーザ露光用のレジスト組成物、ArFエキシマレーザ露光用のレジスト組成物、電子線(EB)照射用のレジスト組成物又はEUV露光用のレジスト組成物などに有用である。特に、優れたLERを有するレジストパターンを製造し得る、電子線用又はEUV用のレジスト組成物に有用である。
【実施例】
【0158】
実施例を挙げて、本発明をさらに具体的に説明する。例中、含有量ないし使用量を表す「%」及び「部」は、特記しないかぎり質量基準である。
樹脂の重量平均分子量は、下記の分析条件でゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより求めた値である。
装置 :HLC−8120GPC型(東ソー(株)製)
カラム:TSKgel Multipore H
XL-M x 3 + guardcolumn(東ソー(株)製)
溶離液:テトラヒドロフラン
流量:1.0mL/min
検出器:RI検出器
カラム温度:40℃
注入量:100μl
分子量標準:標準ポリスチレン(東ソー(株)製)
【0159】
樹脂(A)の合成
樹脂(A)の合成に使用した化合物(モノマー)を下記に示す。
以下、これらのモノマーをその式符号に応じて、「モノマーA」などという。
【0160】
合成例1〔樹脂A1の合成〕
冷却管、攪拌機を備えた四つ口フラスコに、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート18.9部を仕込み、85℃まで昇温した。そこへモノマーK15.0部、モノマーA5.81部、モノマーB7.31部、モノマーD1.37部、モノマーL1.63部〔モル比;モノマーK:モノマーA:モノマーB:モノマーD:モノマーL:モノマーK=50:15:20:5:10〕及びアゾビス−2,4−ジメチルバレロニトリル1.15部をプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート28.3部に溶解した溶液を2時間かけて滴下した。その後85℃を保ったまま6時間攪拌を継続した。反応溶液を40℃まで冷却した。メタノール327部と水82部との混合溶液を10℃に冷却し、そこへ反応溶液を注ぐことにより、樹脂を析出させた。濾取した樹脂をメチルイソブチルケトン94部に溶解し、p−トルエンスルホン酸0.63部及び水63.0部を加え6時間攪拌した。静置・分液して回収された有機層を、3回程度水洗した後、水洗後の有機層をn−ヘプタン409部に注ぎ樹脂を析出させた。析出した樹脂を濾取し、さらに減圧乾燥して、重量平均分子量7.6×10
3の樹脂A1 22.8部得た。この樹脂A1は、以下の構造単位を有するものである。
【0161】
合成例2〔樹脂A2の合成〕
冷却管、攪拌機を備えた四つ口フラスコに、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート18.9部及びモノマーE4.00部を仕込み、75℃まで昇温した。そこへ、モノマーE12.0部、モノマーF5.50部、モノマーC2.57部、モノマーI12.2部、モノマーH11.8部〔モル比;モノマーE:モノマーF:モノマーC:モノマーI:モノマーH=28:15:5:20:32〕、アゾビス−2,4−ジメチルバレロニトリル0.61部及びアゾビス−2,4−ジメチルバレロニトリル2.76部をプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート57.8部に溶解した溶液を1時間かけて滴下した。その後75℃を保ったまま5時間攪拌を継続した。反応溶液を40℃まで冷却した。メタノール594部と水31部との混合溶液を10℃に冷却し、そこへ反応溶液を注ぐことにより、樹脂を析出させた。濾取した樹脂をメタノール313部に添加し、リパルプ操作を3回行った。得られた樹脂を濾取し減圧乾燥して、重量平均分子量7.5×10
3の樹脂A2 36.2部得た。この樹脂A2は、以下の構造単位を有するものである。
【0162】
合成例3〔樹脂A3の合成〕
冷却管、攪拌機を備えた四つ口フラスコに、ジオキサン96.9部を仕込み、そこへモノマーA16.0部、モノマーG5.90部、モノマーC3.04部、モノマーH7.31部、モノマーJ14.3部〔モル比;モノマーA:モノマーG:モノマーC:モノマーH:モノマーJ=30:14:6:20:30〕を加えた。得られた混合物にアゾビスイソブチロニトリル0.35部及びアゾビス−2,4−ジメチルバレロニトリル1.60部を添加し、77℃5時間加熱した。その後、反応液を、メタノール484部と水121部の混合液に注ぐことにより、樹脂を析出させた。濾取した樹脂を大量のメタノール溶媒に添加し、リパルプ操作を3回行った。得られた樹脂を濾取し減圧乾燥して、重量平均分子量7×10
3の樹脂A3 33.6部得た。この樹脂を樹脂A3とする。この樹脂A3は、以下の構造単位を有するものである。
【0163】
実施例1〔酸増殖剤G1の合成〕
四つ口フラスコに、3−メチル−1,3−ブタンジオール6.23部、酢酸エチル80部、トリエチルアミン4.44部を仕込み攪拌した。そこへ、(+)−10−カンファースルホニルクロリド10.0部を添加した。反応溶液を室温で、24時間攪拌した。反応溶液に水40部加え攪拌し静置後、分液した。この分液水洗操作を計5回行った。得られた有機層を濃縮し、減圧乾燥して、式(g−6)で表される化合物(酸増殖剤G1)10.9部を得た。
MS(ESI(+)Spectrum):M+ 318.1
【0164】
合成例4〔酸増殖剤G2の合成〕
四つ口フラスコに、3−メチル−1,3−ブタンジオール5.64部、酢酸エチル80部、トリエチルアミン5.02部を仕込み攪拌した。そこへ、4−ニトロベンゼンスルホニルクロリド10.0部を添加した。反応溶液を60℃で、2時間攪拌した。反応溶液を室温まで冷却後、水40部を反応溶液に加え攪拌し静置後、分液した。この分液水洗操作を計5回行った。得られた有機層を濃縮し、減圧乾燥して、式(g−12)で表される化合物(酸増殖剤G2)7.93部を得た。
MS(ESI(+)Spectrum):M+ 289.0
【0165】
合成例5〔酸増殖剤G3の合成〕
四つ口フラスコに、3−メチル−1,3−ブタンジオール2.55部、酢酸エチル40部、トリエチルアミン2.28部を仕込み攪拌した。そこへ、4−(トリフルオロメチル)ベンゼンスルホニルクロリド5.00部を添加した。反応溶液を室温で、24時間攪拌した。反応溶液を室温まで冷却後、水20部を反応溶液に加え攪拌して静置し、分液した。この分液水洗操作を計5回行った。得られた有機層を濃縮し、減圧乾燥して、式(g−10)で表される化合物(酸増殖剤G3)5.13部を得た。
MS(ESI(+)Spectrum):M+ 312.0
【0166】
合成例6〔酸増殖剤G4の合成〕
四つ口フラスコに、3−メチル−1,3−ブタンジオール2.50部、酢酸エチル40部、トリエチルアミン1.78部を仕込み攪拌した。そこへ、3,5−ビス(トリフルオロメチル)ベンゼンスルホニルクロリド5.00部を添加した。反応溶液を室温で、24時間攪拌した。反応溶液を室温まで冷却後、水20部を反応溶液に加え攪拌し静置後、分液した。この分液水洗操作を計5回行った。得られた有機層を濃縮し、減圧乾燥して、式(g−11)で表される化合物(酸増殖剤G4)4.31部得た。
MS(ESI(+)Spectrum):M+ 380.0
【0167】
実施例2〜15及び比較例1
(レジスト組成物の調製)
以下に示す成分の各々を表1に示す質量部で混合して溶剤に溶解させた後、孔径0.2μmのフッ素樹脂製フィルターでろ過して、レジスト組成物を調製した。
【0168】
【表1】
【0169】
<樹脂(A)>
A1:樹脂A1
A2:樹脂A2
A3:樹脂A3
【0170】
<酸発生剤(B)>
B1:式(B−1)で表される塩;特開2011−126869号公報記載の方法で合成
B2:式(B−2)で表される塩;特開2011−46694号公報記載の方法で合成
<酸増殖剤(G)>
G1:式(g−6)で表される化合物
G2:式(g−12)で表される化合物
G3:式(g−10)で表される化合物
G4:式(g−11)で表される化合物
<クエンチャー(C)>
C1:式(C10−1)で表される塩;特開2011−39502号公報記載の方法で合成
C2:2,6−ジイソプロピルアニリン(東京化成工業(株)製)
<溶剤>
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 400部
プロピレングリコールモノメチルエーテル 150部
γ−ブチロラクトン 5部
【0171】
(レジスト組成物の電子線露光評価)
6インチのシリコンウェハを、ダイレクトホットプレート上で、ヘキサメチルジシラザンを用いて90℃で60秒処理した。このシリコンウェハに、レジスト組成物を、組成物層の膜厚が0.04μmとなるようにスピンコートした。その後、ダイレクトホットプレート上で、表1の「PB」欄に示す温度で60秒間プリベークして組成物層を形成した。組成物層が形成されたウェハに、電子線描画機〔(株)日立製作所製の「HL−800D 50keV」〕を用い、露光量を段階的に変化させてラインアンドスペースパターンを露光した。
【0172】
露光後、ホットプレート上にて表1の「PEB」欄に示す温度で60秒間ポストエキスポジャーベークを行い、さらに2.38質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液で60秒間のパドル現像を行うことにより、レジストパターンを得た。
得られたレジストパターン(ラインアンドスペースパターン)を走査型電子顕微鏡で観察し、線幅100nmのラインアンドスペースパターンのライン幅とスペース幅とが1:1となる露光量を実効感度とした。
【0173】
解像度評価:実効感度において得られたレジストパターンを走査型電子顕微鏡で観察し、レジストパターンが倒れずに解像する最小線幅を解像度とした。その結果を表2に示す。
ラインエッジラフネス評価(LER):100nmのラインアンドスペースパターンが1:1となる露光量で露光して製造されたレジストパターンの壁面を走査型電子顕微鏡で観察し、ラインエッジラフネスを求めた。その結果を表2に示す。
【0174】
実施例2〜16及び比較例1のレジスト組成物についても実施例1と同様の評価を行い、その結果を表2に示した。
【0175】
【表2】
【0176】
(レジスト組成物のEUV露光評価)
本評価には、上記表1のレジスト組成物5を用いた。
4インチのシリコンウェハを、ダイレクトホットプレート上で、ヘキサメチルジシラザンを用いて90℃で60秒処理した。このシリコンウェハに、レジスト組成物を組成物層の膜厚が0.030μmとなるようにスピンコートした。
その後、ダイレクトホットプレート上で、表1の「PB」欄に示す温度(110℃)で60秒間プリベークして組成物層を形成した。組成物層が形成されたウェハに、EUV露光機を用い、露光量を段階的に変化させてラインアンドスペースパターンを露光した。
露光後、ホットプレート上にて表1の「PEB」欄に示す温度(110℃)で60秒間ポストエキスポジャーベークを行い、さらに2.38質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液で60秒間のパドル現像を行うことにより、レジストパターンを得た。
得られたレジストパターン(ラインアンドスペースパターン)を走査型電子顕微鏡で観察し、線幅20nmのラインアンドスペースパターンのライン幅とスペース幅とが1:1となる露光量を実効感度とした。
【0177】
解像度評価:実効感度において得られたレジストパターンを走査型電子顕微鏡で観察し、レジストパターンが倒れずに解像する最小線幅を解像度とした。その結果を表3に示す。
【0178】
【表3】