(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024176439
(43)【公開日】2024-12-19
(54)【発明の名称】感光性組成物、樹脂膜の形成方法、基板の製造方法、及び樹脂
(51)【国際特許分類】
G03F 7/038 20060101AFI20241212BHJP
C08L 83/04 20060101ALI20241212BHJP
C08K 5/42 20060101ALI20241212BHJP
C08K 5/09 20060101ALI20241212BHJP
C08K 5/3492 20060101ALI20241212BHJP
C08K 5/21 20060101ALI20241212BHJP
C08K 5/31 20060101ALI20241212BHJP
C09K 3/00 20060101ALI20241212BHJP
【FI】
G03F7/038 601
C08L83/04
C08K5/42
C08K5/09
C08K5/3492
C08K5/21
C08K5/31
C09K3/00 K
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023094972
(22)【出願日】2023-06-08
(71)【出願人】
【識別番号】000220239
【氏名又は名称】東京応化工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100106002
【弁理士】
【氏名又は名称】正林 真之
(74)【代理人】
【識別番号】100120891
【弁理士】
【氏名又は名称】林 一好
(72)【発明者】
【氏名】小林 三朗
(72)【発明者】
【氏名】衣幡 慶一
【テーマコード(参考)】
2H225
4J002
【Fターム(参考)】
2H225AE04P
2H225AF15P
2H225AF28P
2H225AF52P
2H225AF56P
2H225AF68P
2H225AF71P
2H225AF99P
2H225AM10P
2H225AM85P
2H225AM93P
2H225AN38P
2H225AN39P
2H225BA01P
2H225BA26P
2H225CA12
2H225CB14
2H225CC01
2H225CC17
4J002CP031
4J002CP051
4J002CP071
4J002EG016
4J002ER027
4J002ET017
4J002EU187
4J002EV256
4J002FD147
4J002FD206
4J002GQ00
4J002GQ05
(57)【要約】
【課題】極端紫外線(EUV)露光によって、ラフネスの小さいパターン化され樹脂膜を形成可能な感光性組成物と、前述の感光性組成物を用いる樹脂膜の形成方法と、前述の樹脂膜の形成方法を用いる基板の製造方法と、樹脂とを提供すること。
【解決手段】樹脂(A)と、光酸発生剤(B)と、クエンチャー(C)と、架橋剤(D)とを含む感光性組成物において、樹脂(A)として、フェノール性水酸基を有するポリオルガノシロキサン構造を有する樹脂(A1)を用い、樹脂(A)の分子量分散度を1.00以上1.50以下とする。
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
樹脂(A)と、光酸発生剤(B)と、クエンチャー(C)と、架橋剤(D)とを含み、
前記樹脂(A)は、フェノール性水酸基を有するポリオルガノシロキサン構造を有する樹脂(A1)を含み、
前記架橋剤(D)は、露光により前記光酸発生剤(B)が発生させる酸の作用により、前記樹脂(A)を架橋する化合物であり、
前記樹脂(A)の分子量分散度が1.00以上1.50以下である、感光性組成物。
【請求項2】
前記樹脂(A1)が、下記式(a1):
【化1】
で表される構成単位を含む、請求項1に記載の感光性組成物。
(前記式(a1)中、R
a1は、フェノール性水酸基を有する炭素原子数6以上20以下の有機基であり、L
aは、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、ケイ素原子、及びハロゲン原子からなる群より選択される少なくとも1つの原子を含む炭素原子数1以上20以下の有機基であり、R
a2は水素原子、又は炭素原子数1以上20以下の有機基である。)
【請求項3】
前記樹脂(A1)が、ポリオルガノシロキサンであり、
前記樹脂(A1)としての前記ポリオルガノシロキサンの全構成単位の量に対する前記式(a1)で表される構成単位の量の割合が50モル%以上100モル%以下である、請求項1、又は2に記載の感光性組成物。
【請求項4】
前記光酸発生剤(B)が、下記式(b1):
【化2】
で表される化合物である、請求項1、又は2に記載の感光性組成物。
(前記式(b1)中、R
b1は炭素原子数1以上40以下の有機基であり、R
b1としての前記有機基は、C-S結合により、式(b1)中の硫黄原子に結合し、前記C-S結合中の炭素原子はフッ素原子と結合し、M
b1はスルホニウムカチオン、又はヨードニウムカチオンである。)
【請求項5】
前記クエンチャー(C)が、下記式(c1)又は式(c2):
【化3】
で表される化合物である、請求項1、又は2に記載の感光性組成物。
(前記式(c1)中、R
c1は炭素原子数1以上20以下の有機基であり、R
c1としての前記有機基は、C-S結合により、式(c1)中の硫黄原子に結合し、前記C-S結合中の炭素原子にフッ素原子が結合せず、M
c1はスルホニウムカチオン、又はヨードニウムカチオンである。前記式(c2)中、R
c2は炭素原子数1以上20以下の有機基であり、M
c2はスルホニウムカチオン、又はヨードニウムカチオンである。)
【請求項6】
前記架橋剤(D)が、窒素原子に結合するメチロール基、又は窒素原子に結合するアルコキシメチル基を有するメチロール型架橋剤(D1)を含む、請求項1、又は2に記載の感光性組成物。
【請求項7】
前記メチロール型架橋剤(D1)が、メラミン系化合物、グアナミン系化合物、及び尿素系化合物から選択される1種以上である、請求項6に記載の感光性組成物。
【請求項8】
請求項1、又は2に記載の感光性組成物を基板上に塗布して塗布膜を形成することと、
前記塗布膜に対して、極端紫外線を位置選択的に露光することと、
露光された前記塗布膜を、現像液により現像することと、を含む、
パターン化された樹脂膜の形成方法。
【請求項9】
請求項8に記載の方法により、前記基板上にパターン化された前記樹脂膜を形成することと、
パターン化された前記樹脂膜をエッチングマスクとして、前記基板に対してドライエッチングを行うことと、を含む、
エッチングされた基板の製造方法。
【請求項10】
下記式(a1):
【化4】
で表される構成単位を含む、樹脂。
(前記式(a1)中、R
a1は、フェノール性水酸基を有する炭素原子数6以上20以下の有機基であり、L
aは、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、ケイ素原子、及びハロゲン原子からなる群より選択される少なくとも1つの原子を含む炭素原子数1以上20以下の有機基であり、R
a2は水素原子、又は炭素原子数1以上20以下の有機基である。)
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、感光性組成物と、前述の感光性組成物を用いる樹脂膜の形成方法と、前述の樹脂膜の形成方法を用いる基板の製造方法と、樹脂と、に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、半導体素子や液晶表示素子の製造においては、リソグラフィー技術の進歩により急速にパターンの微細化が進んでいる。パターンの微細化の手法としては、一般に、露光光源の短波長化(高エネルギー化)が行われている。微細なパターンの形成に用いられる短波長の露光光源としては、極端紫外線(EUV)が広く知られている。
【0003】
EUV露光により微細なパターンを形成するために、レジスト材料には、EUVに対する良好な感度や、微細な寸法のパターンを正確に再現できる解像性等の優れたリソグラフィー特性が求められる。
【0004】
また、レジスト材料としては、基板加工のマスクとしての機能を果たすために、エッチング耐性が求められることがある。エッチング耐性を有する材料として、通常、シリコン含有ポリマーが基材成分として用いられることが多い。
例えば、特許文献1には、パターンの微細化の目的で、2種の特定の構成単位を有するシルセスキオキサン樹脂と、酸発生剤成分と、架橋剤成分と、を含有し、電子線リソグラフィーやEUV露光に適用可能なネガ型レジスト組成物が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
今後、さらなるパターンの微細化に伴ってレジスト膜の薄膜化が進む。そうすると、レジスト膜のエッチング耐性の向上が必要となる。
さらに、パターンの微細化が進むにつれ、レジスト材料には、EUV露光を行う際の高い解像性が要求される。また、ラインパターンを形成する場合には、LWR(ラインワイズラフネス:ライン幅の不均一性)が低減されたラインパターンを形成できることが感光性組成物に要求される。円形の開口を有するホールを含むホールパターンを形成する場合には、ホールの開口の真円性が向上したホールパターンを形成できることが感光性組成物に要求される。このように、感光性組成物には、EUV露光を行う場合のリソグラフィー特性の向上が求められる。
しかしながら、シリコン含有ポリマーを基材成分として含む感光性組成物を用いる場合、高いエッチング耐性を備えるレジスト膜を形成しやすいが、感光性組成物のEUV露光を行う際のリソグラフィー特性に改良の余地がある。
【0007】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、極端紫外線(EUV)露光によって、ラフネスの小さいパターン化された樹脂膜を形成可能な感光性組成物と、前述の感光性組成物を用いる樹脂膜の形成方法と、前述の樹脂膜の形成方法を用いる基板の製造方法と、樹脂とを提供することを目的とする。
【0008】
本発明者らは、樹脂(A)と、光酸発生剤(B)と、クエンチャー(C)と、架橋剤(D)とを含み感光性組成物において、樹脂(A)として、フェノール性水酸基を有するポリオルガノシロキサン構造を有する樹脂(A1)を用い、樹脂(A)の分子量分散度が1.00以上1.50以下であることにより、上記の課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0009】
本発明の第1の態様は、樹脂(A)と、光酸発生剤(B)と、クエンチャー(C)と、架橋剤(D)とを含み、
樹脂(A)は、フェノール性水酸基を有するポリオルガノシロキサン構造を有する樹脂(A1)を含み、
架橋剤(D)は、露光により前記光酸発生剤(B)が発生させる酸の作用により、樹脂(A)を架橋する化合物であり、
樹脂(A)の分子量分散度が1.00以上1.50以下である、感光性組成物である。
【0010】
本発明の第2の態様は、第1の態様にかかる感光性組成物を基板上に塗布して塗布膜を形成することと、
塗布膜に対して、極端紫外線を位置選択的に露光することと、
露光された塗布膜を、現像液により現像することと、を含む、
パターン化された樹脂膜の形成方法である。
【0011】
本発明の第3の態様は、第2の態様にかかる樹脂膜の形成方法により、基板上にパターン化された前記樹脂膜を形成することと、
パターン化された樹脂膜をエッチングマスクとして、基板に対してドライエッチングを行うことと、を含む、
エッチングされた基板の製造方法である。
【0012】
本発明の第4の態様は、下記式(a1):
【化1】
で表される構成単位を含む、樹脂である。
(式(a1)中、R
a1は、フェノール性水酸基を有する炭素原子数6以上20以下の有機基であり、L
aは、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、ケイ素原子、及びハロゲン原子からなる群より選択される少なくとも1つの原子を含む炭素原子数1以上20以下の有機基であり、R
a2は水素原子、又は炭素原子数1以上20以下の有機基である。)
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、極端紫外線(EUV)露光によって、ラフネスの小さいパターン化された樹脂膜を形成可能な感光性組成物と、前述の感光性組成物を用いる樹脂膜の形成方法と、前述の樹脂膜の形成方法を用いる基板の製造方法と、樹脂とを提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【0014】
≪感光性組成物≫
以下、感光性組成物について説明する。
【0015】
感光性組成物は、樹脂(A)と、光酸発生剤(B)と、クエンチャー(C)と、架橋剤(D)とを含む。
樹脂(A)は、フェノール性水酸基を有するポリオルガノシロキサン構造を有する樹脂(A1)を含む。
架橋剤(D)は、露光により光酸発生剤(B)が発生させる酸の作用により、樹脂(A)を架橋する化合物である。
樹脂(A)の分子量分散度が1.00以上1.50以下である。
上記の感光性組成物を用いることにより、極端紫外線(EUV)露光によって、ラフネスの小さいパターン化された樹脂膜を形成可能である。
【0016】
<樹脂(A)>
樹脂(A)は、露光により後述する光酸発生剤(B)が発生させる酸の作用により、後述する架橋剤(D)により架橋される樹脂である。樹脂(A)は、フェノール性水酸基を有するポリオルガノシロキサン構造を有する樹脂(A1)を含む。樹脂(A)は、フェノール性水酸基を有さないポリオルガノシロキサン構造を有する樹脂を含んでいてもよい。
樹脂(A)の分子量分散度は、1.00以上1.50以下が好ましく、1.10以上1.30以下がより好ましい。樹脂(A)の分子量分散度が、前述の範囲であれば、ラフネスの小さいレジストパターンを形成することができる。樹脂(A)の分子量分散度は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)により測定できる。
樹脂(A1)は、所望する効果が損なわれない範囲で、樹脂(A1)とともに、樹脂(A1)に該当しない樹脂(A2)を含んでいてもよい。
以下、樹脂(A1)、及び樹脂(A2)について説明する。
【0017】
〔樹脂(A1)〕
樹脂(A1)は、下記式(a1)で表される構成単位を含む。
【化2】
【0018】
式(a1)中、Ra1は、フェノール性水酸基を有する炭素原子数6以上20以下の有機基である。Laは、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、ケイ素原子、及びハロゲン原子からなる群より選択される少なくとも1つの原子を含む炭素原子数1以上20以下の有機基である。Ra2は、水素原子、又は炭素原子数1以上20以下の有機基である。
【0019】
Ra1としてのフェノール性水酸基を有する炭素原子数6以上20以下の有機基としては、-Ph-OH、-CH2-Ph-OH、-CH2CH2-Ph-OH、-Np-OH、-CH2-Np-OH、及び-CH2CH2-Np-OHで表される基が挙げられる。
Phは、o-フェニレン基、m-フェニレン基、又はp-フェニレン基であり、p-フェニレン基が好ましい。これらのフェニレン基は、置換基を有してもよい。置換基としては、所望する効果が損なわれない限り特に制限されず、脂肪族炭化水素基、アリール基(芳香族炭化水素基)、並びに酸素原子、窒素原子、硫黄原子、ケイ素原子、及びハロゲン原子からなる群より選択される少なくとも1つの原子を含む炭素原子数1以上10以下の有機基が挙げられる。
Npとしては、ナフタレン-1,2-ジイル基、ナフタレン-1,3-ジイル基、ナフタレン-1,4ジイル基、ナフタレン-1,5-ジイル基、ナフタレン-1,6-ジイル基、ナフタレン-1,7-ジイル基、ナフタレン-1,8-ジイル基、ナフタレン-2,3-ジイル基、ナフタレン-2,6-ジイル基、又はナフタレン-2,7-ジイル基であり、ナフタレン-1,2-ジイル基、ナフタレン-1,4ジイル基、ナフタレン-2,3-ジイル基、ナフタレン-2,6-ジイル基、及びナフタレン-2,7-ジイル基が好ましい。これらのナフタレンジイル基は、置換基を有してもよい。置換基としては、所望する効果が損なわれない限り特に制限されず、脂肪族炭化水素基、アリール基、並びに酸素原子、窒素原子、硫黄原子、ケイ素原子、及びハロゲン原子からなる群より選択される少なくとも1つの原子を含む炭素原子数1以上10以下の有機基が挙げられる。
【0020】
Laは、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、ケイ素原子、及びハロゲン原子からなる群より選択される少なくとも1つの原子を含む炭素原子数1以上20以下の有機基である。
このような有機基としては、下記式(A-I)~式(A-V)で表される2価の基が好ましい。
-RA1-X-・・・(A-I)
-RA2-X-RA3-・・・(A-II)
-RA4-X-RA5-X-・・・(A-III)
-RA6-X-RA7-X-RA8-・・・(A-VI)
-RA9-X-RA10-X-RA11-X-・・・(A-V)
(式(A-I)~式(A-V)において、RA1~RA11は、2価の炭化水素基である。Xは、-O-、-CO-、-S-、-SO-、-SO2-、-S-S-、-CS-、-NH-、-NCH3-、-N=N-、-Si(CH3)2-、-CO-O-、-CO-S-、及び-CS-S-からなる群より選択される基である。下記式(A-I)~式(A-V)で表される2価の基の炭素原子数は、1以上20以下である。)
【0021】
RA1~RA11としての炭化水素基としては、アルキレン基、アリーレン基、アラルキル基中のアリール基から1つの水素原子を除いた基が挙げられる。
【0022】
Laとしての2価の有機基としては、ヘテロ原子として、酸素原子、又は硫黄原子を含む基が好ましい。
【0023】
Laに酸素原子が含まれる場合の具体例としては、*-CH2-O-**、*-CH2CH2-O-**、*-CH(CH3)-O-**、*-CH2CH2CH2-O-**、*-CH2CH(CH3)-O-**、*-CH2CH2CH2CH2-O-**、*-CH2CH(CH2CH3)-O-**、*-CH2CH2CH(CH3)-O-**、及び*-CH(CH3)CH(CH3)-O-**等のオキシアルキレン基;*-CH2-O-CH2-**、*-CH2CH2-O-CH2-**、*-CH2-O-CH2CH2-**、*-CH2CH2-O-CH2CH2-**、*-CH2CH2CH2-O-CH2-**、*-CH2CH2CH2-O-CH2CH2-**、*-CH2CH2CH2-O-CH2CH2CH2-**、*-CH2-O-CH2CH2CH2-**、及び*-CH2CH2-O-CH2CH2CH2-**等の酸素原子で中断されたアルキレン基;-Ph-O-、及び-Np-O-等のオキシアリーレン基;*-Ph-O-**、及び*-Np-O-**等のオキシアリーレン基;*-CH2-Ph-O-**、*-CH2CH2-Ph-O-**、*-CH2-Np-O-**、及び*-CH2CH2-Np-O-**等のアラルキル基中のアリール基に酸素原子が結合した2価の基;*-CH2-O-CO-**、*-CH2CH2-O-CO-**、*-CH(CH3)-O-CO-**、*-CH2CH2CH2-O-CO-**、*-CH2CH(CH3)-O-CO-**、*-CH2CH2CH2CH2-O-CO-**、*-CH2CH(CH2CH3)-O-CO-**、*-CH2CH2CH(CH3)-O-CO-**、及び*-CH(CH3)CH(CH3)-O-CO-**等の末端にエステル結合が結合したアルキレン基が挙げられる。
以上の例示において、Ph、及びNpは、それぞれ前述した通りである。
以上の例示した2価の基について、「*」が付された結合手が、式(a1)中のケイ素原子に結合する。「**」が付された結合手が、式(a1)中のRa1に結合する。
【0024】
Laに硫黄原子が含まれる場合の具体例としては、*-CH2-S-**、*-CH2CH2-S-**、*-CH(CH3)-S-**、*-CH2CH2CH2-S-**、*-CH2CH(CH3)-S-**、*-CH2CH2CH2CH2-S-**、*-CH2CH(CH2CH3)-S-**、*-CH2CH2CH(CH3)-S-**、及び*-CH(CH3)CH(CH3)-S-**等のチオアルキレン基;*-CH2-S-CH2-**、*-CH2CH2-S-CH2-**、*-CH2-S-CH2CH2-**、*-CH2CH2-S-CH2CH2-**、*-CH2CH2CH2-S-CH2-**、*-CH2CH2CH2-S-CH2CH2-**、*-CH2CH2CH2-S-CH2CH2CH2-**、*-CH2-S-CH2CH2CH2-**、及び*-CH2CH2-S-CH2CH2CH2-**等の硫黄原子で中断されたアルキレン基;-Ph-S-、及び-Np-S-等のチオアリーレン基;-CH2-Ph-S-、-CH2CH2-Ph-S-、-CH2-Np-S-、及び-CH2CH2-Np-S-等のアラルキル基中のアリール基に硫黄原子が結合した2価の基が挙げられる。
以上の例示において、Ph、及びNpは、それぞれ前述した通りである。
以上の例示した2価の基について、「*」が付された結合手が、式(a1)中のケイ素原子に結合する。「**」が付された結合手が、式(a1)中のRa1に結合する。
【0025】
式(a1)で表される構成単位の好適な具体例としては、下記の構成単位が挙げられる。
【化3】
【化4】
【0026】
樹脂(A1)としてのポリオルガノシロキサンの全構成単位の量に対する式(a1)で表される構成単位の割合は、30モル%以上100モル%以下が好ましく、50モル%以上100モル%以下がより好ましく、70モル%以上100モル%以下がさらに好ましい。
【0027】
上記の通り、樹脂(A1)は、式(a1)で表される構成単位以外の構成単位を含み得る。式(a1)で表される構成単位以外の構成単位は、所望する効果が損なわれない範囲で特に限定されない。
式(a1)で表される構成単位以外の構成単位の好適な例としては、下記式(a2)で表される構成単位が挙げられる。
【化5】
【0028】
式(a2)中、Ra3、及びRa4は、それぞれ独立して、水素原子、又はヘテロ原子を含んでいてもよい炭素原子数1以上20以下の有機基である。有機基の構造は直鎖状であっても、分岐鎖状であっても、環状であっても、これらの組み合わせであってもよい。有機基が有し得るヘテロ原子としては、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、ケイ素原子、及びハロゲン原子が挙げられる。ただし、有機基は、式(a1)中の-La-Ra1で表される基には該当しない。
【0029】
Ra3、及びRa4としての有機基がアルキル基である場合の具体例としては、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、sec-ブチル基、イソブチル基、n-ペンチル基、イソペンチル基、tert-ペンチル基、n-ヘキシル基、n-ヘキサン-2-イル基、n-ヘキサン-3-イル基、n-ヘプチル基、n-ヘプタン-2-イル基、n-ヘプタン-3-イル基、イソヘプチル基、tert-ヘプチル基、n-オクチル基、イソオクチル基、tert-オクチル基、2-エチルヘキシル基、n-ノニル基、イソノニル基、n-デシル基、n-ウンデシル基、n-ドデシル基、n-トリデシル基、n-テトラデシル基、n-ペンタデシル基、n-ヘキサデシル基、n-ヘプタデシル基、及びn-オクタデシル基が挙げられる。
【0030】
Ra3、及びRa4としての有機基がアルケニル基である場合の具体例としては、ビニル基、2-プロペニル基(アリル基)、3-ブテニル基、4-ペンテニル基、5-ヘキセニル基、6-ヘプテニル基、7-オクテニル基、8-ノネニル基、9-デセニル基、10-ウンデセニル基、11-ドデセニル基、12-トリデセニル基、13-テトラデセニル基、14-ペンタデセニル基、15-ヘキサデセニル基、16-へプタデセニル基、及び17-オクタデセニル基が挙げられる。
【0031】
Ra3、及びRa4としての有機基が脂肪族炭化水素基である場合の具体例は、シクロプロパン、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、シクロデカン、ビシクロ[2.1.1]ヘキサン、ビシクロ[2.2.1]ヘプタン、ビシクロ[3.2.1]オクタン、ビシクロ[2.2.2]オクタン、及びアダマンタン等の環状脂肪族炭化水素から水素原子を1つ除いた基が挙げられる。
【0032】
Ra3、及びRa4としての有機基がハロゲン原子で置換された脂肪族炭化水素基である場合の具体例は、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、2-クロロエチル基、2-ブロモエチル基、ペンタフルオロ-n-プロピル基、3-ブロモプロピル基、ノナフルオロ-n-ブチル基、トリデカフルオロ-n-ヘキシル基、ヘプタデカフルオロ-n-オクチル基、2,2,2-トリフルオロエチル基、1,1-ジフルオロエチル基、1,1-ジフルオロ-n-プロピル基、1,1,2,2-テトラフルオロ-n-プロピル基、3,3,3-トリフルオロ-n-プロピル基、2,2,3,3,3-ペンタフルオロ-n-プロピル基、2-ノルボルニル-1,1-ジフルオロエチル基、2-ノルボルニルテトラフルオロエチル基、及び3-アダマンチル-1,1,2,2-テトラフルオロプロピル基が挙げられる。
【0033】
Ra3、及びRa4としての有機基が置換基を有してもよいアリール基である場合の具体例は、フェニル基、ナフタレン-1-イル基、ナフタレン-2-イル基、4-フェニルフェニル基、3-フェニルフェニル基,2-フェニルフェニル基、4-メチルフェニル基、3-メチルフェニル基、2-メチルフェニル基、2,3-ジメチルフェニル、2,4-ジメチルフェニル基、2,5-ジメチルフェニル基、2,6-ジメチルフェニル基、3,4-ジメチルフェニル基、3,5-ジメチルフェニル基、4-ヒドロキシフェニル基、3-ヒドロキシフェニル基、2-ヒドロキシフェニル基、4-クロロフェニル基、3-クロロフェニル基、2-クロロフェニル基、4-ブロモフェニル基、3-ブロモフェニル基、2-ブロモフェニル基、4-シアノフェニル基、3-シアノフェニル基、及び2-シアノフェニル基等が挙げられる。
【0034】
Ra3、及びRa4としての有機基が置換基を有してもよいアラルキル基である場合の具体例は、ベンジル基、フェネチル基、2-フェニルプロパン-2-イル基、4-メチルフェニルメチル基、3-メチルフェニルメチル基、2-メチルフェニルメチル基、4-クロロフェニルメチル基、3-クロロフェニルメチル基、2-クロロフェニルメチル基、4-ブロモフェニルメチル基、3-ブロモフェニルメチル基、2-ブロモフェニルメチル基、4-ヒドロキシフェニルメチル基、3-ヒドロキシフェニルメチル基、及び2-ヒドロキシフェニルメチル基が挙げられる。
【0035】
Ra3、及びRa4としての有機基が酸素原子を含む有機基である場合の具体例は、-CH2-O-CH3、-CH2-O-CH2CH3、-CH2CH2-O-CH2CH3、-CH2-O-Ph、-CH2-O-Np、-CH2-O-CH2-Ph、-CH2-O-CH2-Np等が挙げられる。Ph、及びNpは、それぞれ前述した通りである。
【0036】
Ra3、及びRa4としての有機基が硫黄原子を含む有機基である場合の具体例は、-CH2-S-CH2CH3、-CH2CH2-S-CH2CH3、-CH2-S-Ph、-CH2-S-Np、-CH2-S-CH2-Ph、-CH2-S-CH2-Np等が挙げられる。
【0037】
式(a2)で表される構成単位の好適な具体例としては、下記のものが挙げられる。
【化6】
【0038】
〔樹脂(A2)〕
樹脂(A)は、所望する効果が損なわれない限りにおいて、樹脂(A1)とともに、樹脂(A1)に該当しない樹脂(A2)を含んでいてもよい。
樹脂(A2)としては、典型的にはケイ素含有樹脂が用いられる。樹脂(A2)としては、シロキサン結合を有する樹脂が好ましい。シロキサン結合を有する樹脂としては、ポリオルガノシロキサンや、ポリオルガノシルセスキオキサンが挙げられる。
【0039】
ポリオルガノシロキサンとしては、前述の式(a2)で表される1種以上の構成単位からなる、ポリオルガノシロキサンが好ましい。
ポリオルガノシロキサンとしては、前述の式(a2)で表される1種以上の構成単位からなり、式(a2)で表される構成単位の好適な具体例として上記される構成単位を1種以上含むポリオルガノシロキサンがより好ましい。
【0040】
ポリオルガノシルセスキオキサンは、典型的には、加水分解によりシラノール基を生成させる加水分解縮合性基を3つ有するオルガノシランの加水分解縮合により得られる。ポリオルガノシルセスキオキサンの構造は、かご型であっても、ラダー型であってもよい。加水分解縮合性基を3つ有するオルガノシランとしては、オルガノトリアルコキシシランが好ましく、オルガノトリメトキシシラン、及びオルガノトリエトキシシランがより好ましく、オルガノトリメトキシシランがさらに好ましい。
【0041】
オルガノトリアルコキシシランの好適な具体例としては、メチルトリメトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、プロピルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、アリルトリメトキシシラン、3-ブテニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、アリルトリエトキシシラン、3-ブテニルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、4-ヒドロキシフェニルトリメトキシシラン、3-ヒドロキシフェニルトリメトキシシラン、シクロペンチルトリメトキシシラン、シクロヘキシルトリメトキシシラン、シクロヘプチルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、4-ヒドロキシフェニルトリエトキシシラン、3-ヒドロキシフェニルトリエトキシシラン、シクロペンチルトリエトキシシラン、シクロヘキシルトリエトキシシラン、シクロヘプチルトリエトキシシラン、ベンジルトリメトキシシラン、4-ヒドロキフェニルメチルトリメトキシシラン、3-ヒドロキフェニルメチルトリメトキシシラン、ベンジルトリエトキシシラン、4-ヒドロキフェニルメチルトリエトキシシラン、及び3-ヒドロキフェニルメチルトリエトキシシランが挙げられる。
【0042】
ポリオルガノシルセスキオキサンとしては、それぞれ加水分解縮合性基を3つ有する、3官能性4-ヒドロキシフェニルシラン、3官能性3-ヒドロキシフェニルシラン、3官能性4-ヒドロキフェニルメチルシラン、及び3官能性3-ヒドロキフェニルメチルシランから選択される1種以上と、それぞれ加水分解縮合性基を3つ有する、3官能性メチルシラン、3官能性エチルシラン、及び3官能性フェニルシランから選択され1種以上のとの加水分解縮合物が好ましい。
上記の加水分解縮合物の中では、3官能性4-ヒドロキフェニルメチルシランと、3官能性メチルシランとの加水分解縮合物がより好ましく、3官能性4-ヒドロキフェニルメチルシラン1モルと、3官能性メチルシラン0.5モル以上2モル以下との加水分解縮合物がさらに好ましい。
【0043】
樹脂(A)の質量に対する、樹脂(A2)の質量の比率は、70質量%以下が好ましく、50質量%以下がより好ましく、30質量%以下がさらに好ましく、10質量%以下が特に好ましく、0質量%が最も好ましい。
【0044】
<光酸発生剤(B)>
感光性組成物は、光酸発生剤(B)を含む。露光により光酸発生剤(B)が発生させる酸の作用により、樹脂(A)が後述する架橋剤(D)により架橋される。
【0045】
光酸発生剤(B)としては、特に限定されず、従来より感光性組成物に配合されている光酸発生剤を特に限定なく用いることができる。
光酸発生剤(B)としては、下記式(b1)で表される化合物を用いるのが好ましい。
【化7】
【0046】
式(b1)中、Rb1は炭素原子数1以上40以下の有機基である。Rb1としての有機基は、C-S結合により、式(b1)中の硫黄原子に結合する。C-S結合中の炭素原子はフッ素原子と結合する。Mb1はスルホニウムカチオン、又はヨードニウムカチオンである。
以下、式(B1)で表される化合物を構成するアニオン部と、カチオン部とについて説明する。
【0047】
(アニオン部)
式(b1)中、R
b1としての有機基としては、下記式(b1-1-an1)で表される有機基が好ましい。
【化8】
【0048】
式(b1-1-an1)中、R101は、置換基を有していてもよい環式基含有基、置換基を有していてもよい鎖状のアルキル基、又は置換基を有していてもよい鎖状のアルケニル基である。R102は、炭素原子数1以上5以下のフッ素化アルキル基、又はフッ素原子である。Y101は、酸素原子を含む2価の連結基、又は単結合である。V101は、単結合、アルキレン基、又はフッ素化アルキレン基である。式中*は、式(b1-1-an1)中のY101に結合する結合手である。
【0049】
R101としての置換基を有してもよい環式基含有基は、環状の炭化水素基を含むのが好ましい。環状の炭化水素基は、アリール基であってもよく、脂肪族炭化水素基であってもよい。脂肪族炭化水素基は芳香族性を持たない炭化水素基を意味する。また、脂肪族炭化水素基は、飽和であってもよく、不飽和であってもよく、飽和であるのが好ましい。
アリール基の炭素原子数は、6以上30以下が好ましく。6以上20以下がより好ましく、6以上18以下がさらに好ましい。ただし、炭素原子数には、置換基における炭素原子数は含まないものとする。
【0050】
R101としての環式基含有基に含まれる芳香族炭化水素環の具体例として、ベンゼン環、フルオレン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環、及びビフェニル環が挙げられる。
【0051】
R101としてのアリール基を有する環式基含有基の具体例としては、アリール基、アラルキル基、アリール基に脂肪族炭化水素環が縮合した縮合環式基、及び環状脂肪族炭化水素基に芳香族炭化水素環が縮合した縮合環式基が挙げられる。 アリール基の例としては、フェニル基、ナフチル基、アントラニル基、フェナントレニル基、及びビフェニリル基が挙げられる。アラルキル基の例としては、ベンジル基、フェネチル基、ナフタレン-1-イルメチル基、ナフタレン-2-イルメチル基、ナフタレン-1-イルエチル基、及び2-ナフタレン-2-イルエチル基等が挙げられる。アラルキル基中のアルキル鎖の炭素原子数は、1以上4以下が好ましく、1以上2以下がより好ましく、1が特に好ましい。
【0052】
R101としての環式基含有基がその構造中に環を含む脂肪族炭化水素基である場合、脂肪族炭化水素基としては、脂環式炭化水素基、脂環式炭化水素基が直鎖状、又は分岐鎖状の脂肪族炭化水素基の末端に結合した基、及び脂環式炭化水素基が直鎖状、又は分岐鎖状の脂肪族炭化水素基の途中に介在する基等が挙げられる。
【0053】
脂環式炭化水素基の炭素原子数は、3以上20以下が好ましく、3以上12以下がより好ましい。
脂環式炭化水素基は、多環式基であってもよく、単環式基であってもよい。単環式の脂環式炭化水素基としては、モノシクロアルカンから1つ以上の水素原子を除いた基が好ましい。モノシクロアルカンの炭素原子数は、3以上6以下が好ましい。脂環式炭化水素基の具体例としては、シクロペンタン、及びシクロヘキサン等が挙げられる。
多環式の脂環式炭化水素基としては、ポリシクロアルカンから1つ以上の水素原子を除いた基が好ましい。ポリシクロアルカンの炭素原子数は、7以上30以下が好ましい。ポリシクロアルカンの具体例としては、アダマンタン、ノルボルナン、イソボルナン、トリシクロデカン、及びテトラシクロドデカン等の架橋環系の多環式骨格を有するポリシクロアルカン;ステロイド骨格を有する環式基等の縮合系の多環式骨格を有するポリシクロアルカンが挙げられる。
【0054】
脂肪族炭化水素基としては、モノシクロアルカン、又はポリシクロアルカンから水素原子を1つ以上除いた基が好ましく、ポリシクロアルカンから水素原子を1つ除いた基がより好ましく、アダマンチル基、及びノルボルニル基が特に好ましい。
【0055】
脂環式炭化水素基に結合してもよい、直鎖状の脂肪族炭化水素基の炭素原子数は、1以上10以下が好ましく、1以上6以下がより好ましく、1以上4以下がさらに好ましく、1以上3以下が最も好ましい。直鎖状の脂肪族炭化水素基としては、直鎖状のアルキレン基が好ましい。直鎖状のアルキレン基の具体例としては、メチレン基[-CH2-]、エチレン基[-(CH2)2-]、及びペンタメチレン基[-(CH2)5-]等が挙げられる。
【0056】
脂環式炭化水素基に結合してもよい、分岐鎖状の脂肪族炭化水素基の炭素原子数は、2以上10以下が好ましく、3以上6以下がより好ましく、3又は4が好ましく、3が最も好ましい。分岐鎖状の脂肪族炭化水素基としては、分岐鎖状のアルキレン基が好ましい。分岐鎖状のアルキレン基の具体例としては、-CH(CH3)-、-CH(CH2CH3)-、-CH(CH3)2-、-C(CH3)(CH2CH3)-、-C(CH3)(CH2CH2CH3)-、-C(CH2CH3)2-等のアルキルメチレン基;-CH(CH3)CH2-、-CH(CH3)CH(CH3)-、-C(CH3)2CH2-、-CH(CH2CH3)CH2-、-C(CH2CH3)2-CH2-等のアルキルエチレン基;-CH(CH3)CH2CH2-、-CH2CH(CH3)CH2-等のアルキルトリメチレン基;-CH(CH3)CH2CH2CH2-、-CH2CH(CH3)CH2CH2-等のアルキルテトラメチレン基等のアルキルアルキレン基等が挙げられる。アルキルアルキレン基におけるアルキル基としては、炭素原子数1以上5以下の直鎖状のアルキル基が好ましい。
【0057】
R101としての環式基含有基は、脂肪族炭化水素環と芳香環とが縮合した縮合環を含む縮合環式基であってもよい。縮合環としては、例えば、架橋環系の多環式骨格を有するポリシクロアルカンに、1個以上の芳香環が縮合した縮合環等が挙げられる。架橋環系ポリシクロアルカンの具体例としては、ビシクロ[2.2.1]ヘプタン(ノルボルナン)、及びビシクロ[2.2.2]オクタン等のビシクロアルカンが挙げられる。縮合環式基としては、ビシクロアルカンから1個の水素原子が除かれた基に、2又は3の芳香族炭化水素環が縮合した縮合環が好ましく、ビシクロ[2.2.2]オクタンから1個の水素原子が除かれた基に、2又は個の芳香族炭化水素環が縮合した縮合環がより好ましい。R101としての環式基含有基が上記の縮合環式である場合の縮合環式基の具体例としては、下記式(r-br-1)、及び式(r-br-2)で表される基が挙げられる。式中*は、式(b1-1-an1)中のYb11に結合する結合手を表す。
【0058】
【0059】
R101としての環式基含有基に含まれる環式基は、ヘテロ原子を含んでもよい。ヘテロ原子を含む環式基の例としては、ラクトン含有環式基、後述する式(b-r2-1)~(b-r2-4)で表される-SO2-含有環式基、及びその他の複素環式基が挙げられる。
【0060】
「-SO2-含有環式基」とは、その環骨格中に-SO2-結合を含む環式基である。-SO2-含有環式基は、単環式基であってもよく、多環式基であってもよい。-SO2-含有環式基が-SO2-含有環のみからなる場合、-SO2-含有環式基は、単環式基である。-SO2-含有環式基が、2以上の-SO2-環からなるか、-SO2-環とともに、-SO2-環構造の他の構造の環を有する場合は、-SO2-含有環式基は、多環式基である。
-SO2-含有環式基としては、特に、その環骨格中に-O-SO2-結合を含む環式基が好ましい。かかる環式基は、スルトン(sultone)環を含有する。
-SO2-含有環式基として、より具体的には、下記式(b-r2-1)~式(b-r2-4)で表される基が挙げられる。
【0061】
【0062】
式(b-r2-1)~式(b-r2-4)中、Rb21は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、水酸基、-COOR”、-OC(=O)R”、ヒドロキシアルキル基、又はシアノ基であり;R”は、水素原子、アルキル基、ラクトン含有環式基、カーボネート含有環式基、又は-SO2-含有環式基であり;B”は、酸素原子を含んでいてもよい炭素原子数1以上5以下のアルキレン基、硫黄原子を含んでいてもよい炭素原子数1以上5以下のアルキレン基、酸素原子、又は硫黄原子であり;n’は0、1、又は2である。
【0063】
式(b-r2-1)~式(b-r2-4)中、Rb21としてのアルキル基としては、炭素原子数1以上6以下のアルキル基が好ましい。アルキル基は、直鎖状、又は分岐鎖状であってよい。アルキル基の具体例としては、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、sec-ブチル基、tert-ブチル基、n-ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、及びn-ヘキシル基等が挙げられる。これらの中では、メチル基、及びエチル基が好ましく、メチル基が特に好ましい。
【0064】
Rb21としてのアルコキシ基としては、炭素原子数1以上6以下のアルコキシ基が好ましい。アルコキシ基は、直鎖状、又は分岐鎖状であってよい。アルコキシ基の具体例としては、メトキシ基、エトキシ基、n-プロピルオキシ基、イソプロピルオキシ基、n-ブチルオキシ基、イソブチルオキシ基、sec-ブチルオキシ基、tert-ブチルオキシ基、n-ペンチルオキシ基、イソペンチルオキシ基、ネオペンチルオキシ基、及びn-ヘキシルオキシ基等が挙げられる。これらの中では、メトキシ基、及びエトキシ基が好ましく、メトキシ基が特に好ましい。
【0065】
Rb21として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。これらの中では、フッ素原子が好ましい。
【0066】
Rb21としてのハロゲン化アルキル基としては、Rb21としてのアルキル基の水素原子の一部又は全部が前述のハロゲン原子で置換された基が挙げられる。ハロゲン化アルキル基としては、フッ素化アルキル基が好ましく、特にパーフルオロアルキル基が好ましい。
【0067】
Rb21としての-COOR”、及び-OC(=O)R”において、R”は、いずれも水素原子、アルキル基、脂環式炭化水素基、ラクトン含有環式基、カーボネート含有環式基、又は-SO2-含有環式基である。R”としての脂環式炭化水素基は、フッ素原子、又はフッ素化アルキル基で置換されていてもよい。
【0068】
式(b-r2-1)~式(b-r2-4)中、B”としての炭素原子数1以上5以下のアルキレン基は、直鎖状であっても、分岐鎖状であってもよい。アルキレン基の具体例としては、メチレン基、エチレン基、プロパン-1,3-ジイル基、プロパン-1,2-ジイル基等が挙げられる。アルキレン基が、酸素原子、又は硫黄原子を含む場合、その例としては、アルキレン基の末端又は炭素原子間に-O-、又は-S-が介在する基が挙げられる。このような基の具体例としては、-O-CH2-、-CH2-O-CH2-、-S-CH2-、-CH2-S-CH2-等が挙げられる。B”としては、炭素原子数1以上5以下のアルキレン基、又は-O-が好ましく、炭素原子数1以上5以下のアルキレン基がより好ましく、メチレン基が最も好ましい。
以下、式(b-r2-1)~式(b-r2-4)で表される基の具体例を挙げる。式中のAcは、アセチル基を示す。
【0069】
【0070】
【0071】
【0072】
式(b1-1-an1)中、R101としての環式基含有基が有してもよい置換基としては、例えば、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、水酸基、カルボニル基、及びニトロ基等が挙げられる。
置換基としてのアルキル基としては、炭素原子数1以上5以下のアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基、n-ブチル基、及びtert-ブチル基が好ましい。
置換基としてのアルコキシ基としては、炭素原子数1以上5以下のアルコキシ基が好ましく、メトキシ基、エトキシ基、n-プロポキシ基、イソプロポキシ基、n-ブトキシ基、及びtert-ブトキシ基がより好ましく、メトキシ基、及びエトキシ基がさらに好ましい。
置換基としてのハロゲン原子としては、臭素原子、ヨウ素原子、及びフッ素原子が好ましく、臭素原子、及びヨウ素原子がより好ましい。
置換基としてのハロゲン化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、n-ブチル基、及びtert-ブチル基等の炭素原子数1以上5以下のアルキル基の水素原子の一部又は全部がハロゲン原子で置換された基が挙げられる。
置換基としてのカルボニル基は、環状の炭化水素基を構成するメチレン基(―CH2-)を置換する基である。
【0073】
R101としての環式基含有基が有してもよい置換基としては、上記の中でも水酸基、アルコキシ基、臭素原子、及びヨウ素原子が好ましく、水酸基、臭素原子、及びヨウ素原子がより好ましい。
【0074】
R101としての鎖状のアルキル基は、直鎖状又は分岐鎖状のいずれでもよい。
直鎖状のアルキル基の炭素原子数は、1以上20以下が好ましく、1以上15以下がより好ましく、1以上10以下が最も好ましい。
直鎖状のアルキル基の好適な具体例としては、メチル基、エチル基、n-プロピル基、n-ブチル基、n-ペンチル基、n-ヘキシル基、n-ヘプチル基、n-オクチル基、n-ノニル基、n-デシル基、n-ウンデシル基、n-ドデシル基、n-トリデシル基、n-テトラデシル基、n-ペンタデシル基、n-ヘキサデシル基、n-ヘプタデシル基、n-オクタデシル基、n-ノナデシル基、及びn-イコシル基等が挙げられる。
【0075】
分岐鎖状のアルキル基の炭素原子数は、3以上20以下が好ましく、3以上15以下がより好ましく、3以上10以下が最も好ましい。分岐鎖状のアルキル基の好適な具体例としては、1-メチルエチル基(イソプロピル基)、1-メチルプロピル基(sec-ブチル基)、2-メチルプロピル基(イソブチル基)、1-メチルブチル基(sec-ペンチル基)、2-メチルブチル基、3-メチルブチル基(イソブチル基)、1-エチルブチル基、2-エチルブチル基、1-メチルペンチル基、2-メチルペンチル基、3-メチルペンチル基、及び4-メチルペンチル基等が挙げられる。
【0076】
R101としての鎖状のアルケニル基は、直鎖状であっても、分岐鎖状であってもよい。鎖状のアルケニル基の炭素原子数は、2以上10以下が好ましく、2以上5以下がより好ましく、2以上4以下がさらに好ましく、2が特に好ましい。直鎖状のアルケニル基の好適な具体例としては、例えば、ビニル基、1-プロペニル基、2-プロペニル基(アリル基)、及びブテニル基等が挙げられる。分岐鎖状のアルケニル基の好適な具体例としては、例えば、1-メチルビニル基、1-メチルプロペニル基、及び2-メチルプロペニル基等が挙げられる。
上記のアルケニル基の中では、直鎖状のアルケニル基が好ましく、ビニル基、及びプロペニル基がより好ましく、ビニル基が特に好ましい。
【0077】
R101としての鎖状のアルキル基、又は鎖状のアルケニル基が有してもよい置換基としては、例えば、アルコキシ基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、水酸基、カルボニル基、ニトロ基、アミノ基、及び上記のR101としての環式基含有基等が挙げられる。
【0078】
上記の中でも、R101は、置換基を有してもよい環式基が好ましい。また、R101は、ラフネスの提言の観点からは、置換基を有していてもよい多環式炭化水素基であることがより好ましく、置換基を有していてもよい架橋環系の多環式炭化水素基であることがさらに好ましい。また、R101は、感度向上の観点からは、ヨウ素原子又は臭素原子を有する環式基が好ましく、ヨウ素原子又は臭素原子を有するアリール基がより好ましい。
【0079】
多環式炭化水素基としては、多環式骨格を有するポリシクロアルカンから1個の水素原子を除いた基、多環式骨格を有するポリシクロアルカンに芳香族環が縮合した縮合環から水素原子を1つ除いた基等が挙げられる。ポリシクロアルカンとしては、アダマンタン、ノルボルナン(ビシクロヘプタン)、ビシクロオクタン等の架橋環系の多環式骨格を有するポリシクロアルカン;ステロイド骨格を有する環式基等の縮合環系の多環式骨格を有するポリシクロアルカン等が挙げられる。その中でも、架橋環系の多環式骨格を有するポリシクロアルカンが好ましい。多環式脂肪族炭化水素基の好適な具体例としては、アダマンチル基、及びノルボルニル基が挙げられる。
【0080】
多環式骨格を有するポリシクロアルカンに芳香族環が縮合した縮合環から水素原子を1つ除いた基としては、上記ポリシクロアルカンとベンゼン環との縮合環から水素原子を1つ除いた基が挙げられる。
【0081】
複素環を有する多環式炭化水素としては、複素環を有する架橋環系の多環式炭化水素基が好ましく、具体的には、上記式(b-r2-1)で表される-SO2-含有架橋環系の多環式基等が挙げられる。
【0082】
式(b1-1-an1)中、Y101は、単結合、又は酸素原子を含む2価の連結基である。
Y101が、酸素原子を含む2価の連結基である場合、Y101は、酸素原子以外の原子を含有してもよい。酸素原子以外の原子としては、例えば炭素原子、水素原子、硫黄原子、窒素原子等が挙げられる。
酸素原子を含む2価の連結基としては、例えば、酸素原子(-O-)、-C(=O)-、-O-C(=O)-、-C(=O)-NH-、カルボニル基、-O-C(=O)-O-等の酸素原子含有連結基;酸素原子含有連結基とアルキレン基との組み合わせ等が挙げられる。この組み合わせに、さらにスルホニル基(-SO2-)が連結されていてもよい。かかる酸素原子を含む2価の連結基としては、例えば下記式(b-y-1)~式(b-y-7)で表される連結基が挙げられる。
【0083】
【0084】
式(b-y-1)~式(b-y-7)中、V’101は、単結合、又は炭素原子数1以上5以下のアルキレン基である。V’102は、炭素原子数1以上30以下の2価の飽和炭化水素基である。
【0085】
V’102としての2価の飽和炭化水素基は、鎖状飽和炭化水素基であっても、環状飽和炭化水素基であっても、鎖状飽和炭化水素基と環状飽和炭化水素基との組み合わせであってもよい。V’102としての2価の飽和炭化水素基は、アルキレン基であるのが好ましい。アルキレン基の炭素原子数は、1以上30以下が好ましく、1以上10以下がより好ましく、1以上5以下がさらに好ましい。
【0086】
V’101及びV’102としてのアルキレン基は、直鎖状であっても、分岐鎖状であってもよく、直鎖状であるのが好ましい。
V’101及びV’102としてのアルキレン基の具体例としては、メチレン基;-CH(CH3)-、-CH(CH2CH3)-、-C(CH3)2-、-C(CH3)(CH2CH3)-、-C(CH3)(CH2CH2CH3)-、及び-C(CH2CH3)2-等のアルキルメチレン基;エチレン基(-CH2CH2-);-CH(CH3)CH2-、-CH(CH3)CH(CH3)-、-C(CH3)2CH2-、及び-CH(CH2CH3)CH2-等のアルキルエチレン基;トリメチレン基(-CH2CH2CH2-);-CH(CH3)CH2CH2-、及び-CH2CH(CH3)CH2-等のアルキルトリメチレン基;テトラメチレン基(-CH2CH2CH2CH2-);-CH(CH3)CH2CH2CH2-、及び-CH2CH(CH3)CH2CH2-等のアルキルテトラメチレン基;ペンタメチレン基(-CH2CH2CH2CH2CH2-)等が挙げられる。
【0087】
また、V’101、又はV’102としてのアルキレン基において、一部のメチレン基が、炭素原子数5以上10以下の2価の脂肪族環式基で置換されていてもよい。脂肪族環式基は単環式基でも多環式基でもよい。
単環式基である脂肪族炭化水素基としては、モノシクロアルカンから2個の水素原子を除いた基が好ましい。モノシクロアルカンの炭素原子数は、3以上6以下が好ましい。モノシクロアルカンから2個の水素原子を除いた基としては、シクロペンチレン基、及びシクロへキシレン基等が挙げられる。これらの中では、シクロへキシレン基がより好ましい。
多環式基である脂肪族炭化水素基としては、ポリシクロアルカンから2個の水素原子を除いた基が好ましい。ポリシクロアルカンの炭素原子数は、7以上12以下が好ましい。ポリシクロアルカンから2個の水素原子を除いた基としては、アダマンタンジイル基、ノルボルナンジイル基、イソボルナンジイル基、トリシクロデカンジイル基、及びテトラシクロドデカンジイル基等が挙げられる。これらのなかでは、アダマンタン-1,5-ジイル基、及びアダマンタン-2,6-ジイル基がより好ましい。
【0088】
脂肪族環式基は、置換基を有してもよい。この置換基としては、例えば、-RP1、-RP2-O-RP1、-RP2-CO-RP1、-RP2-CO-ORP1、-RP2-O-CO-RP1、-RP2-OH、-RP2-CN、及び-RP2-COOH等が挙げられる。
RP1は、炭素原子数1以上10以下のアルキル基、炭素原子数3以上20以下の環状飽和炭化水素基、又は炭素原子数6以上30以下のアリール基である。
RP2は、単結合、炭素原子数1以上10以下の2価の鎖状飽和炭化水素基、炭素原子数3以上20以下の2価の脂肪族環状飽和炭化水素基、又は炭素原子数6以上30以下の2価のアリール基である。
RP1及びRP2は、上記の鎖状飽和炭化水素基、環状飽和炭化水素基、及びアリール基が有する水素原子の一部、又は全部が、フッ素原子で置換された基であってもよい。
上記の環状炭化水素基は、上記置換基を1種単独で1つ以上有してもよいし、上記置換基のうち複数種を各1つ以上有してもよい。
【0089】
炭素原子数1以上10以下の1価の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、n-ブチル基、n-ペンチル基、n-ヘキシル基、n-ヘプチル基、オクチル基、及びデシル基等が挙げられる。
炭素原子数3以上20以下の1価の環状飽和炭化水素基としては、例えば、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、シクロオクチル基、シクロデシル基、及びシクロドデシル基等のシクロアルキル基;ビシクロ[2.2.2]オクタニル基、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカニル基、トリシクロ[3.3.1.13,7]デカニル基、テトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカニル基、及びアダマンチル基等の多環式飽和炭化水素基が挙げられる。
炭素原子数6以上30以下の1価のアリール基としては、例えば、フェニル基、ビフェニリル基、フルオレニル基、ナフチル基、アントリル基、及びフェナントリル基が挙げられる。
【0090】
Y101としては、エステル結合を含む2価の連結基、又はエーテル結合を含む2価の連結基が好ましく、上記式(b-y-1)~式(b-y-5)でそれぞれ表される連結基がより好ましい。
【0091】
式(b1-1-an1)中、V101は、単結合、アルキレン基、又はフッ素化アルキレン基である。V101としてのアルキレン基、及びフッ素化アルキレン基の炭素原子数は、1以上4以下が好ましい。V101としてのフッ素化アルキレン基としては、V101としてのアルキレン基の水素原子の一部又は全部がフッ素原子で置換された基が挙げられる。なかでも、V101としては、単結合、及び炭素原子数1以上4以下のフッ素化アルキレン基が好ましい。
【0092】
式(b1-1-an1)中、R102は、フッ素原子、又は炭素原子数1以上5以下のフッ素化アルキル基である。R102としては、フッ素原子、及び炭素原子数1以上5以下のパーフルオロアルキル基が好ましく、フッ素原子がより好ましい。
【0093】
Y101が単結合である場合、式(b1-1-an1)で表されるアニオン部の具体例としては、トリフルオロメタンスルホネートアニオン、及びパーフルオロブタンスルホネートアニオン等のフッ素化アルキルスルホネートアニオンが挙げられる。Y101が酸素原子を含む2価の連結基である場合、式(b1-1-an1)で表されるアニオン部の具体例としては、下記式(ba-1)~(ba-3)で表されるアニオンが挙げられる。
【0094】
【化15】
(式(ba-1)~(ba-3)中、R”
101は、置換基を有してもよい脂肪族環式基、置換基を有してもよい複素環式基、又は置換基を有してもよいアルキル基である。R”
102は、置換基を有してもよい脂環式炭化水素基、ラクトン含有環式基、又は式(b-r2-1)~式(b-r2-4)で表される-SO
2-含有環式基である。R”
103は、置換基を有してもよい芳香族基、置換基を有してもよい脂肪族環式基、又は置換基を有してもよいアルケニル基である。V”
101は、単結合、炭素原子数1以上4以下のアルキレン基、又は炭素原子数1以上4以下のフッ素化アルキレン基である。R
102は、フッ素原子、又は炭素原子数1以上5以下のフッ素化アルキル基である。v”は、それぞれ独立に0以上3以下の整数である。q”は、それぞれ独立に0以上20以下の整数である。n”は、0又は1である。)
【0095】
R”101、及びR”103としての置換基を有してもよい脂肪族環式基は、式(b1-1-an1)中のR101としての脂環式炭化水素基として例示された基であるのが好ましい。
R”102としての置換基を有してもよい脂肪族炭化水素基は、式(b1-1-an1)中のR101としての脂環式炭化水素基として例示された基であるのが好ましい。
置換基としては、式(b1-1-an1)中のR101としての脂環式炭化水素基が有してもよい置換基と同様の基が挙げられる。
【0096】
R”103としての置換基を有してもよい芳香族基は、式(b1-1-an1)中のR101について、アリール基として例示した基であるのが好ましい。置換基としては、式(b1-1-an1)中のR101としてのアリール基を置換してもよい置換基と同様の基が挙げられる。
【0097】
R”101としての置換基を有してもよい鎖状のアルキル基は、式(b1-1-an1)中のR101としての鎖状のアルキル基として例示した基であるのが好ましい。
R”103としての置換基を有してもよい鎖状のアルケニル基は、式(b1-1-an1)中のR101としての鎖状のアルケニル基として例示した基であるのが好ましい。
【0098】
以上説明したアニオン部として、下記式(ba1-1)~式(ba1-6)で表されるアニオンが特に好ましい。
【化16】
【0099】
(カチオン部)
式(b1)中、Mb1で表される有機カチオンとしては、特に制限されず、従来知られる光酸発生剤を構成するカチオン部として知られている有機カチオンを適宜用いることができる。かかるカチオン部としては、スルホニウムカチオン、又はヨードニウムカチオンが好ましい。
【0100】
M
b1におけるスルホニウムカチオンの具体例としては、例えば、下記式(bc-1)、又は(bc-2)で表されるスルホニウムカチオンが挙げられる。
【化17】
【0101】
式(bc-1)、及び(bc-2)中、Rbc1~Rbc5は、それぞれ独立に置換基を有してもよいアリール基、置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいシクロアルキル基、又は置換基を有してもよいアルケニル基である。Rbc1~Rbc3のうちの2つは、互いに結合して式中の硫黄原子とともに環を形成してもよい。Rbc4、及びRbc5は、互いに結合して式中の硫黄原子とともに環を形成してもよい。Rbc6~Rbc7は、それぞれ独立に水素原子、又は炭素原子数1以上5以下のアルキル基である。Rbc8は、置換基を有してもよいアリール基、置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいアルケニル基、又は置換基を有してもよいSO2-含有環式基である。Lbc1は、-C(=O)-、又は-C(=O)-O-である。
【0102】
式(bc-1)、及び(bc-2)中、Rbc1~Rbc5としてのアリール基としては、炭素原子数6以上20以下の無置換のアリール基が挙げられる。無置換のアリール基としては、フェニル基、及びナフチル基が好ましい。
Rbc1~Rbc5としてのアルキル基の炭素原子数は、1以上30以下が好ましい。
Rbc1~Rbc5としてのシクロアルキル基の炭素原子数は、3以上30以下が好ましい。
Rbc1~Rbc5としてのアルケニル基の炭素原子数は、2以上10以下が好ましい。
Rbc1~Rbc5、又はRbc8としてのアリール基、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、及びSO2-含有環式基が有してもよい置換基としては、例えば、アルキル基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、カルボニル基、シアノ基、アミノ基、アリール基、下記式(bc-r-1)~(bc-r-7)でそれぞれ表される基等が挙げられる。
【0103】
【0104】
式(bc-r-1)~(bc-r-7)中、R’b11は、それぞれ独立に、水素原子、置換基を有してもよい環式基、置換基を有してもよいアルキル基、又は置換基を有してもよいアルケニル基である。
【0105】
R’b11としての環式基としては、環状炭化水素基が好ましい。環状炭化水素基は、アリール基であってもよく、脂環式炭化水素基であってもよく、芳香族炭化水素環と、脂肪族炭化水素環とを含む基であってもよい。脂環式炭化水素基は、飽和であってもよく、不飽和であってもよい。脂環式炭化水素基は、好ましくは飽和脂環式炭化水素基である。
【0106】
R’b11としてのアリール基の炭素原子数は、3以上30以下が好ましく、5以上30以下がより好ましく、5以上20以下がさらに好ましく、6以上15以下が特に好ましく、6以上10以下が最も好ましい。ただし、炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含まない。
【0107】
R’b11としてのアリール基に含まれる芳香族炭化水素環の具体例としては、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環、ビフェニル環、及びフルオレン環が挙げられる。
【0108】
R’b11としての環式基は、上記の芳香族炭化水素環を構成する炭素原子の一部がヘテロ原子で置換された芳香族複素環を含んでいてもよい。芳香族複素環におけるヘテロ原子としては、酸素原子、硫黄原子、窒素原子等が挙げられる。
【0109】
R’b11としてのアリール基の具体例としては、フェニル基、ナフタレン-1-イル基、ナフタレン-2-イル基、4-フェニルフェニル基、3-フェニルフェニル基、及び2-フェニルフェニル基等が挙げられる。
【0110】
R’b11としての脂環式炭化水素基の炭素原子数は、3以上20以下が好ましく、3以上12以下がより好ましい。
脂環式炭化水素基は、多環式基であってもよく、単環式基であってもよい。単環式の脂環式炭化水素基は、シクロアルキル基である。シクロアルキル基の炭素原子数は、3以上6以下が好ましい。シクロアルキル基の好適な具体例としては、シクロペンチル基、及びシクロヘキシル基等が挙げられる。多環式の脂環式炭化水素基としては、ポリシクロアルカンから1個以上の水素原子を除いた基が好ましい。ポリシクロアルカンの炭素原子数は、7以上30以下が好ましい。ポリシクロアルカンの好適な具体例としては、アダマンタン、ノルボルナン、イソボルナン、トリシクロデカン、及びテトラシクロドデカン等の架橋環系の多環式骨格を有するポリシクロアルカン;ステロイド骨格を有する環式基等の縮合環系の多環式骨格を有するポリシクロアルカンが挙げられる。
【0111】
なかでも、R’b11としての脂環式炭化水素基としては、アダマンチル基、及びノルボルニル基が好ましく、アダマンチル基がより好ましい。
【0112】
R’b11としての環式基は、ヘテロ原子を含む複素環基であってもよい。具体的にはラクトン含有環式基、式(b-r2-1)~式(b-r2-4)で表される-SO2-含有環式基、その他の複素環式基が挙げられる。
【0113】
式(bc-r-1)~(bc-r-7)中のR’b11としての環式基が有してもよい置換基としては、例えば、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、水酸基、カルボニル基、及びニトロ基等が挙げられる。
置換基としてのアルキル基としては、炭素原子数1以上5以下のアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基、n-ブチル基、及びtert-ブチル基がより好ましい。
置換基としてのアルコキシ基としては、炭素原子数1以上5以下のアルコキシ基が好ましく、メトキシ基、エトキシ基、n-プロポキシ基、イソプロポキシ基、n-ブトキシ基、及びtert-ブトキシ基がより好ましく、メトキシ基、及びエトキシ基がさらに好ましい。
置換基としてのハロゲン原子としては、フッ素原子が好ましい。
置換基としてのハロゲン化アルキル基としては、炭素原子数1以上5以下のアルキル基、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、n-ブチル基、tert-ブチル基等の水素原子の一部、又は全部がハロゲン原子で置換された基が挙げられる。
置換基としてのカルボニル基は、環状の炭化水素基を構成するメチレン基(-CH2-)を置換する基である。
【0114】
R’b11としてのアルキル基は、直鎖状、及び分岐鎖状のいずれでもよい。
直鎖状のアルキル基の炭素原子数は、1以上20以下が好ましく1以上15以下がより好ましく、1以上10以下がさらに好ましい。
直鎖状のアルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、n-プロピル基、n-ブチル基、n-ペンチル基、n-ヘキシル基、n-ヘプチル基、n-オクチル基、n-ノニル基、n-デシル基、n-ウンデシル基、n-ドデシル基、n-トリデシル基、n-テトラデシル基、n-ペンタデシル基、n-ヘキサデシル基、n-ヘプタデシル基、n-オクタデシル基、n-ノナデシル基、及びn-イコシル基等が挙げられる。
分岐鎖状のアルキルの炭素原子数は、3以上20以下が好ましく、3以上15以下がより好ましく、3以上10以下がさらに好ましい。
分岐鎖状のアルキルの具体例としては、イソプロピル基、sec-ブチル基、イソブチル基、sec-ペンチル基、2-メチルブチル基、イソペンチル基、1-エチルブチル基、2-エチルブチル基、1-メチルペンチル基、2-メチルペンチル基、3-メチルペンチル基、及び4-メチルペンチル基等が挙げられる。
【0115】
R’b11としてのアルケニル基は、直鎖状、及び分岐鎖状のいずれでもよい。
直鎖状のアルケニル基の炭素原子数は、2以上10以下が好ましく、2以上5以下がより好ましく、2以上4以下がさらに好ましく、2が特に好ましい。
直鎖状のアルケニル基の具体例としては、ビニル基、1-プロペニル基、2-プロペニル基(アリル基)、及びブテニル基等が挙げられる。
分岐鎖状のアルケニル基の具体例としては、1-メチルビニル基、1-メチルプロペニル基、及び2-メチルプロペニル基等が挙げられる。
アルケニル基としては、直鎖状のアルケニル基が好ましく、ビニル基、及びプロペニル基がより好ましく、ビニル基が特に好ましい。
【0116】
R’b11としてのアルキル基、及びアルケニル基が有してもよい置換基としては、例えば、アルコキシ基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、水酸基、カルボニル基、ニトロ基、アミノ基、及び上記R’b11としての環式基等が挙げられる。
【0117】
なかでも、R’b11としては、置換基を有してもよい環式基が好ましく、置換基を有してもよい環状の炭化水素基がより好ましい。より具体的には、例えば、フェニル基、ナフチル基、ポリシクロアルカンから1個以上の水素原子を除いた基、ラクトン含有環式基、式(b-r2-1)~式(b-r2-4)で表される-SO2-含有環式基等が好ましい。
【0118】
式(bc-1)、又は(bc-2)中のRbc1~Rbc3のうちの2つが、互いに結合して式中の硫黄原子とともに環を形成する場合、Rbc1~Rbc3のうちの2つが、硫黄原子、酸素原子、窒素原子等のヘテロ原子や、カルボニル基、-SO-、-SO2-、-SO3-、-COO-、-CONH-又は-N(RN)-(RNは炭素原子数1以上5以下のアルキル基である。)等の官能基を介して結合してもよい。
Rbc1~Rbc3のうちの2つが結合して形成される環は、硫黄原子を含めて、3~10員環であることが好ましく、5~7員環であることが特に好ましい。環の具体例としては、チオフェン環、チアゾール環、ベンゾチオフェン環、ジベンゾチオフェン環、9H-チオキサンテン環、チオキサントン環、チアントレン環、フェノキサチイン環、テトラヒドロチオフェニウム環、及びテトラヒドロチオピラニウム環等が挙げられる。
【0119】
Rbc6~Rbc7は、それぞれ独立に、水素原子、又は炭素原子数1以上5以下のアルキル基を表す。Rbc6~Rbc7は、好ましくは、水素原子、又は炭素原子数1以上3以下のアルキル基である。Rbc6、及びRbc7の双方がアルキル基である場合、Rbc6、及びRbc7が相互に結合して環を形成してもよい。
【0120】
Rbc8は、置換基を有してもよいアリール基、置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいアルケニル基、又は置換基を有してもよい-SO2-含有環式基である。
Rbc8がアリール基である場合、アリール基としては、炭素原子数6以上20以下の無置換のアリール基が好ましく、フェニル基、ナフタレン-1-イル基、及びナフタレン-2-イル基がより好ましい。
Rbc8がアルキル基である場合、アルキル基は、鎖状又は環状のアルキル基であってよい。アルキル基の炭素原子数は、1以上30以下が好ましい。
Rbc8がアルケニル基である場合、アルケニル基の炭素原子数は、2以上10以下が好ましい。
Rbc8としての置換基を有してもよい-SO2-含有環式基は、好ましくは-SO2-含有多環式基である。
【0121】
式(bc-1)で表されるカチオンの好適な例を以下に示す。
【0122】
【0123】
【0124】
【0125】
式(bc-1-35)~(bc-1-37)中、g1、g2、及びg3は括弧内の基の繰返し数を示す。g1は1以上5の整数である。g2は0以上20以下の整数である。g3は0以上20以下の整数である。
【0126】
【0127】
【0128】
【0129】
【0130】
式中、R”b11は、水素原子、又は置換基である。置換基は、Rbc1~Rbc5、及びRbc8が有してもよい置換基と同様である。
【0131】
【0132】
式(bc-2)で表されるカチオンの好適な具体例としては、下記式(bc-2-1)~(bc-2-6)で表されるカチオンが挙げられる。
【0133】
【0134】
光酸発生剤(b1)のカチオン部としてのスルホニウムカチオンとしては、式(bc-1)、及び式(bc-2)で表されるスルホニウムカチオンが好ましい。中でも、式(bc-1-1)~式(bc-1-6)、式(bc-1-52)~式(bc-1-60)、式(bc-1-76)~式(bc-1-81)で表されるカチオンが好ましい。
【0135】
M
b1におけるヨードニウムカチオンの具体例としては、例えば、下記式(bc-3)で表されるヨードニウムカチオンが挙げられる。
【化28】
【0136】
式(bc-3)中、Rbc9、及びRbc10は、それぞれ独立に置換基を有してもよいアリール基を表す。Rbc9、及びRbc10は、互いに結合して式中のヨウ素原子とともに環を形成してもよい。
【0137】
式(bc-3)中、Rbc9、及びRbc10のアリール基としては、炭素原子数6以上20以下の無置換のアリール基が挙げられる。無置換のアリール基としては、フェニル基、及びナフチル基が好ましい。Rbc9、及びRbc10が有していてもよい置換基としては、上記式(bc-1)、及び式(bc-2)中、Rbc1~Rbc5、及びRbc8が有してもよい置換基と同様の置換基が挙げられる。
【0138】
式(bc-3)で表されるカチオンの好適な具体例を以下に示す。
【化29】
【0139】
【0140】
【0141】
式(bc-3-35)~(bc-3-37)中、g1、g2、及びg3は括弧内の基の繰返し数を示す。g1は1以上5の整数である。g2は0以上20以下の整数である。g3は0以上20以下の整数である。
【0142】
【0143】
【0144】
光酸発生剤(b1)のカチオン部としてのヨードニウムカチオンとしては、式(bc-3)で表されるヨードニウムカチオンが好ましい。その中でも、式(bc-3-1)~式(bc-3-8)、及び式(bc-3-60)~式(bc-3-67)で表されるカチオンが好ましい。
【0145】
感光性組成物において、光酸発生剤(B)は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
感光性組成物における光酸発生剤(B)の含有量は、樹脂(A)100質量部に対して、5質量部以上50質量部以下が好ましく、10質量部以上40質量部以下がより好ましく、15質量部以上35質量以下がさらに好ましい。
【0146】
<クエンチャー(C)>
感光性組成物は、クエンチャー(C)を含む。クエンチャー(C)としては、露光により分解して酸拡散制御性を光崩壊性塩基(C-1)、光崩壊性塩基(C-1)に該当しない含窒素有機化合物(C-2)等が挙げられる。これらの中でも、高感度化、ラフネス低減、塗布欠陥の発生の抑制の特性をいずれも高められやすいことから、光崩壊性塩基(C-1)が好ましい。
【0147】
〔光崩壊性塩基(C-1)〕
光崩壊性塩基(C-1)としては、露光により分解して酸拡散制御性を失うものであれば特に限定されず、下記式(c1)で表される化合物(以下「(c1)成分という。」)、及び下記式(c2)で表される化合物(以下「(c2)成分という。」)からなる群より選ばれる1種以上の化合物が好ましい。
(c1)成分、及び(c2)成分は、感光性組成物を用いて形成される塗布膜の露光部においては分解して酸拡散制御性(塩基性)を失うためクエンチャーとして作用せず、塗布膜の未露光部においてクエンチャーとして作用する。
【0148】
【0149】
式(c1)中、Rc1は炭素原子数1以上20以下の有機基であり、Rc1としての有機基は、C-S結合により、式(c1)中の硫黄原子に結合し、C-S結合中の炭素原子にフッ素原子が結合せず、Mc1はスルホニウムカチオン、又はヨードニウムカチオンである。
式(c2)中、Rc2は炭素原子数1以上20以下の有機基であり、Mc2はスルホニウムカチオン、又はヨードニウムカチオンである。
以下、式(c1)で表される化合物を「(c1)成分」とも記す。式(c2)で表される化合物を「(c2)成分」とも記す。
【0150】
〔(c1)成分〕
(アニオン部)
式(c1)中、Rc1は、置換基を有してもよい環式基、置換基を有してもよい鎖状のアルキル基、又は置換基を有してもよい鎖状のアルケニル基であり、式(bc-r-1)~式(bc-r-7)中のR’b11と同様の基が挙げられる。
ただし、Rc1における、硫黄原子に隣接する炭素原子にはフッ素原子は結合しない(フッ素原子で置換されない)。これにより、式(c1)で表される化合物のアニオンが適度な弱酸アニオンとなり、クエンチャー(C)としてのクエンチング能が向上する。
【0151】
Rc1としては、置換基を有してもよい鎖状のアルキル基、又は置換基を有してもよい脂肪族環式基であることが好ましい。鎖状のアルキル基の炭素原子数は、1以上10以下が好ましく、3以上10以下がより好ましい。
脂肪族環式基としては、アダマンタン、ノルボルナン、イソボルナン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカン等から1個以上の水素原子を除いた基;カンファー等から1個以上の水素原子を除いた基であることがより好ましい。これらの脂肪族環式基は、置換基を有してもよい。
Rc1としての炭化水素基は、置換基を有していてもよい。置換基としては、水酸基、オキソ基、アルキル基、アリール基、フッ素原子、ヨウ素原子、臭素原子、フッ素化アルキル基、ラクトン含有環式基、及びこれらの組み合わせが挙げられる。また、Rc1としての炭化水素基が鎖状のアルキル基であるか、アルキレン基を含む場合、鎖状のアルキル基、及びアルキレン基は、エーテル結合、又はエステル結合で中断されていてもよく、末端にエーテル結合、又はエステル結合を有してもよい。
【0152】
(c1)成分におけるアニオン部の好ましい具体例を以下に示す。
【化35】
【0153】
(カチオン部)
式(c1)中、Mc1はスルホニウムカチオン、又はヨードニウムカチオンである。
スルホニウムカチオンとしては、上記式(bc-1-1)~式(bc-1-111)で表されるカチオンと同様のカチオンが好ましい。これらの中でも、上記式(bc-1-70)~(bc-1-81)で表されるカチオンが好ましい。すなわち、フッ素原子を有するカチオンがカチオン部として好ましい。
ヨードニウムカチオンとしては、上記式(bc-3-1)~式(bc-1-75)で表されるカチオンと同様のカチオンが好ましい。これらの中でも、上記式(bc-3-60)~式(bc-1-67)で表されるカチオンが好ましい。すなわち、フッ素原子を有するカチオンがカチオン部として好ましい。
【0154】
〔(c2)成分〕
(アニオン部)
式(c2)中、Rc2は、置換基を有してもよい環式基、置換基を有してもよい鎖状のアルキル基、又は置換基を有してもよい鎖状のアルケニル基であり、それぞれ式(bc-r-1)~式(bc-r-7)中のR’b11と同様の基が挙げられる。
これらの中でも、Rc2としては、置換基を有してもよいアリール基、置換基を有してもよい脂肪族環式基、及び置換基を有してもよい鎖状のアルキル基が好ましい。
これらの基が有していてもよい置換基としては、水酸基、オキソ基、アルキル基、アリール基、フッ素原子、ヨウ素原子、臭素原子、フッ素化アルキル基、及びこれらの組み合わせが挙げられる。エーテル結合やエステル結合を置換基として含む場合、アルキレン基を介していてもよく、この場合の置換基としては、上記式(b-y-1)~(b-y-5)でそれぞれ表される連結基が好ましい。
また、Rc2が、鎖状のアルキル基であるか、アルキレン基を含む場合、鎖状のアルキル基、及びアルキレン基は、エーテル結合、又はエステル結合で中断されていてもよく、末端にエーテル結合、又はエステル結合を有してもよい。
【0155】
Rc2としての環式基としては、フェニル基、ナフチル基、及びビシクロオクタン骨格を含む多環構造が好適に挙げられる。
Rc2が脂肪増環式基である場合、脂肪族環式基としては、アダマンチル基、ノルボルニル基、イソボルニル基、トリシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基等のポリシクロアルカンから1個以上の水素原子を除いた基であることがより好ましい。
Rc2が鎖状のアルキル基である場合、鎖状のアルキル基の炭素原子数は、1以上10以下が好ましい。鎖状のアルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、n-プロピル基、n-ブチル基、n-ペンチル基、n-ヘキシル基、n-ヘプチル基、n-オクチル基、n-ノニル基、及びn-デシル基等の直鎖状のアルキル基;1-メチルエチル基、1-メチルプロピル基、2-メチルプロピル基、1-メチルブチル基、2-メチルブチル基、3-メチルブチル基、1-エチルブチル基、2-エチルブチル基、1-メチルペンチル基、2-メチルペンチル基、3-メチルペンチル基、4-メチルペンチル基等の分岐鎖状のアルキル基が挙げられる。
【0156】
鎖状のアルキル基が、フッ素化アルキル基である場合、フッ素化アルキル基の炭素原子数は、1以上11以下が好ましく、1以上8以下がより好ましく、1以上4以下さらに好ましい。フッ素化アルキル基は、フッ素原子以外の原子を含有してもよい。フッ素原子以外の原子としては、例えば、酸素原子、硫黄原子、及び窒素原子等が挙げられる。
【0157】
(c2)成分におけるアニオン部の好ましい具体例を以下に示す。
【化36】
【0158】
(カチオン部)
式(c2)中、Mc1はスルホニウムカチオン、又はヨードニウムカチオンである。
スルホニウムカチオンとしては、上記式(bc-1-1)~式(bc-1-111)で表されるカチオンと同様のカチオンが好ましい。これらの中でも、上記式(bc-1-70)~式(bc-1-81)で表されるカチオンが好ましい。すなわち、フッ素原子を有するカチオンがカチオン部として好ましい。
ヨードニウムカチオンとしては、上記式(bc-3-1)~式(bc-1-75)で表されるカチオンと同様のカチオンが好ましい。これらの中でも、上記式(bc-3-60)~式(bc-1-67)で表されるカチオンが好ましい。すなわち、フッ素原子を有するカチオンがカチオン部として好ましい。
【0159】
(c2)成分は、感度向上の観点からは、上記の中でも下記式(c0)で表される化合物(以下「(c0)成分」という。)を含むことが好ましい。
【0160】
【0161】
式(c0)中、X0は、臭素原子、又はヨウ素原子である。Rmは、ヒドロキシ基、アルキル基、フッ素原子、又は塩素原子である。nc1は、1以上5以下の整数である。nc2は、0以上4以下の整数である。nc1+nc2は、1以上5以下である。Yc0は、2価の連結基、又は単結合である。Mc0は、スルホニウムカチオン、又はヨードニウムカチオンである。
【0162】
〔(c0)成分〕
(アニオン部)
式(c0)中、X0は、臭素原子、又はヨウ素原子であり、ヨウ素原子がより好ましい。
【0163】
式(c0)中、Rmは、ヒドロキシ基、アルキル基、フッ素原子、又は塩素原子である。Rmとしてのアルキル基としては、炭素原子数1以上5以下のアルキル基が好ましく、メチル基、及びエチル基がより好ましい。
【0164】
式(c0)中、nc1は、1以上5以下の整数である。nc2は、0以上4以下の整数である。nc1+nc2は、1以上5以下である。
nc1は、1以上3以下の整数であることが好ましく、放射線の吸収性の点から、2又は3であることがより好ましく、3であることがさらに好ましい。
nc2は、0以上3以下の整数であることが好ましく、0又は1であることがより好ましく、0であることがさらに好ましい。
【0165】
式(c0)中、Yc0は、2価の連結基、又は単結合である。Yc0における2価の連結基としては、酸素原子を含む2価の連結基が好適に挙げられる。
Yc0が酸素原子を含む2価の連結基である場合、Yc0は、酸素原子以外の原子を含んでもよい。酸素原子以外の原子としては、例えば、炭素原子、水素原子、硫黄原子、及び窒素原子等が挙げられる。
酸素原子を含む2価の連結基としては、例えば、酸素原子(-O-)、-C(=O)-、-O-C(=O)-、-C(=O)-NH-、カルボニル基、-O-C(=O)-O-等の酸素原子含有連結基;酸素原子含有連結基とアルキレン基との組み合わせ等が挙げられる。この組み合わせに、さらにスルホニル基(-SO2-)が連結されていてもよい。
Yc0としては、酸素原子を含む2価の連結基、又は単結合であることが好ましく、単結合であることがより好ましい。
【0166】
(c0)成分のアニオン部の具体例を以下に示す。
【0167】
【0168】
(カチオン部)
式(c0)中、Mc0はスルホニウムカチオン、又はヨードニウムカチオンである。
スルホニウムカチオンとしては、上記式(bc-1-1)~式(bc-1-111)で表されるカチオンと同様のカチオンが好ましい。これらの中でも、上記式(bc-1-70)~式(bc-1-81)で表されるカチオンが好ましい。
ヨードニウムカチオンとしては、上記式(bc-3-1)~式(bc-1-75)で表されるカチオンと同様のカチオンが好ましい。これらの中でも、上記式(bc-3-60)~式(bc-1-67)で表されるカチオンが好ましい。
【0169】
〔含窒素有機化合物(C-2)〕
含窒素有機化合物(C-2)としては、通常、低分子化合物(非重合体)が用いられている。含窒素有機化合物(C-2)としては、例えば、脂肪族アミン、芳香族アミン等のアミンが挙げられる。クエンチャー(D)としては、脂肪族アミンが好ましく、第二級脂肪族アミン、及び第三級脂肪族アミンが特に好ましい。ここで、脂肪族アミンとは、1つ以上の脂肪族基を有するアミンである。脂肪族アミンが有する脂肪族基の炭素原子数は、1以上20以下が好ましい。
【0170】
脂肪族アミンとしては、例えば、アンモニア(NH3)の水素原子の少なくとも1つが、炭素原子数20以下のアルキル基で置換されたアルキルアミン、アンモニア(NH3)の水素原子の少なくとも1つがヒドロキシアルキル基で置換されたアルカノールアミン、及び環式アミンが挙げられる。
【0171】
アルキルアミン及びアルカノールアミンの具体例としては、n-ヘキシルアミン、n-ヘプチルアミン、n-オクチルアミン、n-ノニルアミン、n-デシルアミン等のモノアルキルアミン;ジエチルアミン、ジ-n-プロピルアミン、ジ-n-ヘプチルアミン、ジ-n-オクチルアミン、ジシクロヘキシルアミン等のジアルキルアミン;トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリ-n-プロピルアミン、トリ-n-ブチルアミン、トリ-n-ペンチルアミン、トリ-n-ヘキシルアミン、トリ-n-ヘプチルアミン、トリ-n-オクチルアミン、トリ-n-ノニルアミン、トリ-n-デシルアミン、トリ-n-ドデシルアミン等のトリアルキルアミン;ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン、トリイソプロパノールアミン、ジ-n-オクタノールアミン、トリ-n-オクタノールアミン、ステアリルジエタノールアミン、ラウリルジエタノールアミン等のアルカノールアミンが挙げられる。これらのなかでは、トリアルキルアミン、及びアルカノールアミンが好ましい。
【0172】
環式アミンとしては、例えば、含窒素複素環化合物が挙げられる。含窒素複素環化合物としては、単環式脂肪族アミンであっても、多環式脂肪族アミンであってもよい。
【0173】
脂肪族単環式アミンとして、具体的には、ピペリジン、及びピペラジン等が挙げられる。脂肪族多環式アミンの炭素原子数は、6以上10以下が好ましい。脂肪族多環式アミンとして、具体的には、1,5-ジアザビシクロ[4.3.0]-5-ノネン、1,8-ジアザビシクロ[5.4.0]-7-ウンデセン、ヘキサメチレンテトラミン、及び1,4-ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン等が挙げられる。
【0174】
その他の脂肪族アミンとしては、具体的には、トリス(2-メトキシメトキシエチル)アミン、トリス{2-(2-メトキシエトキシ)エチル}アミン、トリス{2-(2-メトキシエトキシメトキシ)エチル}アミン、トリス{2-(1-メトキシエトキシ)エチル}アミン、トリス{2-(1-エトキシエトキシ)エチル}アミン、トリス{2-(1-エトキシプロポキシ)エチル}アミン、トリス[2-{2-(2-ヒドロキシエトキシ)エトキシ}エチル]アミン等が挙げられる。
【0175】
芳香族アミンとしては、具体的には、アニリン、ピリジン、4-ジメチルアミノピリジン、ピロール、インドール、ピラゾール、イミダゾール又はこれらの誘導体、ジフェニルアミン、トリフェニルアミン、トリベンジルアミン、2,6-ジイソプロピルアニリン、2,2’-ジピリジル、4,4’-ジピリジル等が挙げられる。
【0176】
感光性組成物において、クエンチャー(C)は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
感光性組成物におけるクエンチャー(C)の含有量は、樹脂(A1)100質量部に対して、1質量部以上60質量部以下が好ましく、5質量部以上50質量部以下がより好ましく、20質量部以上45質量部以下がさらに好ましい。
【0177】
<架橋剤(D)>
感光性組成物は、架橋剤(D)を含む。架橋剤(D)は、露光により光酸発生剤(B)が発生させる酸の作用により、樹脂(A)を架橋する化合物であれば特に限定されない。架橋剤(D)は、分子中に、メチロール基、アルコキシメチル基、及びアシロキシメチル基から選択される基を2以上有する化合物であるメチロール型架橋剤(D1)が好ましい。
アルコキシメチル基中のアルコキシ基、アシロキシメチル基中のアシル基は、ハロゲン原子で置換されていてもよい。架橋剤(D1)は、メチロール基、及びアルコキシメチル基から選択される基を2つ以上有する化合物であるのが好ましい。
感光性組成物が架橋剤(D1)を含む場合、感光性組成物を加熱することにより、樹脂(A)が架橋剤(D1)により架橋される。その結果、耐薬品に優れる硬化物が形成される。
また、感光性組成物からなる塗布膜を露光、及び現像によりパターニングした後に、パターニングされた塗布膜を加熱することで、樹脂(A)が架橋剤により架橋される。その結果、耐薬品性に優れる、パターン化された樹脂膜(硬化膜)が形成される。
【0178】
感光性組成物を加熱して得られる硬化物の耐薬品性の点で、架橋剤(D1)における、1分子中のメチロール基、及びアルコキシメチル基から選択される基の数は、2以上10以下が好ましく、2以上8以下がより好ましく、2以上4以下がさらに好ましい。
【0179】
アルコキシメチル基中のアルコキシ基の炭素原子数は、1以上6以下が好ましく、1以上4以下がより好ましく、1以上3以下がさらに好ましく、1又は2が特に好ましく、1が最も好ましい。つまり、アルコキシメチル基としてはメトキシメチル基が最も好ましい。
アルコキシメチル基中のあるアルコキシ基は、直鎖状であっても、分岐鎖状であってもよく、直鎖状であるのが好ましい。
【0180】
アシロキシメチル基中のアシロキシ基は、R-CO-O-で表される基であれば特に限定されない。Rは、有機基である。Rは、C-C結合によって、カルボニル基と結合する。Rとしての有機基としては、アルキル基、及びアリール基が好ましく、アルキル基がより好ましい。Rとしての有機基の炭素源原子数は、1以上20以下が好ましく、1以上12以下がより好ましく、1以上6以下がさらに好ましい。
【0181】
架橋剤(D1)の好適な例としては、メラミン系化合物、グアナミン系化合物、尿素系化合物、レゾール樹脂、及び芳香環上にメチロール基又はアルコキシメチル基を有する芳香族化合物等が挙げられる。
これらの中では、メラミン系化合物、グアナミン系化合物、及び尿素系化合物から選択される1種以上が好ましい。
【0182】
芳香環上にメチロール基、又はアルコキシメチル基を有する芳香族化合物としては、特開2013-064829号公報の段落[0136]~[0139]に記載される化合物、及び特開平10-0120940号公報の段落[0029]~[0036]に記載されたる化合物が挙げられる。
【0183】
架橋剤(D1)としては、窒素原子に結合するメチロール基、又は窒素原子に結合するアルコキシメチル基を有する化合物が特に好ましい。
窒素原子に結合するメチロール基、又は窒素原子に結合するアルコキシメチル基を有する架橋剤(D1)としては、メラミン系化合物、グアナミン系化合物、及び尿素系化合物が好ましく、メラミン系化合物、及びメチロールウレア化合物がより好ましく、メラミン系化合物がさらに好ましい。
【0184】
メラミン系化合物としては、下記式(d1)で表される化合物が好ましい。
【化39】
【0185】
式(d1)中、Rd11~Rd16は、それぞれ独立に、水素原子、又は-CH2-O-Rdで表される基である。Rdは、水素原子、又は炭素原子数1以上6以下のアルキル基である。ただし、Rd11~Rd16の少なくとも2つは、-CH2-O-Rdで表される基である。
【0186】
Rdとしてのアルキル基は、直鎖状であっても、分岐鎖状であってもよく、直鎖状であるのが好ましい。Rdとしてのアルキル基の炭素原子数は、1以上6以下であり、1以上4以下が好ましく、1以上3以下がより好ましく、1、又は2がさらに好ましく、1が特に好ましい。
【0187】
式(d1)中、Rd11~Rd16のうちの-CH2-O-Rdで表される基の数は、4以上6が好ましく、5、又は6がより好ましく、6がさらに好ましい。
【0188】
グアナミン系化合物としては、下記式(d2)で表される化合物が好ましい。
【化40】
【0189】
式(d2)において、Rd21は、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、又はアリール基である。Rd22~Rd25は、それぞれ独立に、水素原子、又は-CH2-O-Rdで表される基である。Rd22~Rd25の少なくとも2つは、-CH2-O-Rdで表される基である。
【0190】
Rd21としてのアルキル基は、直鎖状であっても、分岐鎖状であってもよく、直鎖状であるのが好ましい。Rd21としてのアルキル基の炭素原子数は、1以上6以下が好ましく、1以上4以下がより好ましく、1以上3以下がさらに好ましく、1、又は2がさらにより好ましく、1が特に好ましい。
Rd21としてのシクロアルキル基の炭素原子数は、3以上10以下が好ましく、3以上8以下がより好ましく、4以上7以下がさらに好ましく、5、又は6が特に好ましい。
Rd21としてのアリール基の炭素原子数は、6以上14以下が好ましく、6以上10以下がより好ましい。アリール基としては、フェニル基が好ましい。
Rd21としては、水素原子、メチル基、及びフェニル基が好ましく、水素原子、及びフェニル基がより好ましく、フェニル基がさらに好ましい。
【0191】
式(d2)中、Rd22~Rd25のうちの-CH2-O-Rdで表される基の数は、2以上4以下が好ましく、3、又は4がより好ましく、4がさらに好ましい。
【0192】
尿素系化合物としては、下記式(d3)で表される化合物が好ましい。
【化41】
【0193】
式(d3)において、Rd31、及びRd33は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、又はシクロアルキル基である。Rd32、及びRd34は、-CH2-O-Rdで表される基である。Rd31、及びRd33は、互いに結合して環を形成してもよい。Rd31、及びRd33が結合して形成される環には、他の環が縮合していてもよい。式(d3)で表され、Rd31、及びRd33が結合して形成される環を含む化合物同士が縮合してもよい。
【0194】
Rd31、又はRd33としてのアルキル基は、直鎖状であっても、分岐鎖状であってもよく、直鎖状であるのが好ましい。Rd31、又はRd33としてのアルキル基の炭素原子数は、1以上8以下が好ましく、1以上6以下がより好ましく、1以上4以下がさらに好ましい。
Rd31、又はRd33としてのシクロアルキル基の炭素原子数は、3以上10以下が好ましく、3以上8以下がより好ましく、4以上7以下がさらに好ましく、5、又は6が特に好ましい。
【0195】
式(d3)において、R
d31、及びR
d33は、ともに水素原子であるか、互いに結合して環を形成するのが好ましい。R
d31、及びR
d33が環を形成する場合、式(d3)で表される化合物は、好ましくは、下記式(d4)、又は下記式(d5)で表される化合物である。下記式(d5)で表される化合物は、メチロールグリコールウリル化合物とも称される。
【化42】
【0196】
式(d4)中、Rd41、及びRd42は、-CH2-O-Rdで表される基である。Rd43、及びRd44は、水素原子、又は1価の有機基である。Lは、単結合、又は2価の連結基である。
【0197】
式(d4)において、Rd41、及びRd42は、いずれもメトキシメチル基であるのが好ましい。
【0198】
式(d4)において、Rd43、及びRd44は、1価の有機基であるのが好ましい。1価の有機基としては、特に限定されない。1価の有機基としては、アルキル基、及びアルコキシ基が好ましく、アルコキシ基がより好ましい。アルキル基、及びアルコキシ基の炭素原子数は、1以上6以下が好ましく、1以上4以下がより好ましく、1以上3以下がさらに好ましく、1、又は2が特に好ましく、1が最も好ましい。
【0199】
式(d4)において、Lは、単結合であるのが好ましい。Lとしての2価の連結基としては、アルキレン基が好ましい。アルキレン基は、酸素原子、カルボニル基、又はカルボン酸エステル結合で中断されていてもよい。
【0200】
式(d5)中、Rd51~Rd54は、水素原子、又は-CH2-O-Rdで表される基である。Rd51~Rd54のうちの少なくとも2つは、-CH2-O-Rdで表される基である。Rd51~Rd54としての-CH2-O-Rdで表される基の数は、3、又は4が好ましく、4がより好ましい。
【0201】
以上説明した架橋剤(D1)の好適な具体例としては、以下の化合物が挙げられる。
【化43】
【0202】
【0203】
【0204】
架橋剤(D1)としては、市販品を用いることもできる。市販品の具体例としては、例えば、ニカラックMX-270、ニカラックMW-100LM、ニカラックMX-280、及びニカラックMX-290(いずれも三和ケミカル社製)が挙げられる。
【0205】
架橋剤(D1)は、1種を単独で使用されてもよく、2種以上を組み合わせて使用されてもよい。
【0206】
感光性組成物における、架橋剤(D1)の含有量は、所望する効果が損なわれない限り特に限定されない。感光性組成物における、架橋剤(D1)の含有量は、樹脂(A)100質量部に対して、1.0質量部以上20.0質量部以下が好ましく、1.0質量部以上15.0質量以下がより好ましく、1.0質量部以上10.0質量部以下が特に好ましい。
【0207】
<溶剤(S)>
感光性組成物は、塗布性の調整の目的等で溶媒を含んでいてもよい。溶媒の種類は特に限定されないが、典型的には有機溶媒である。
【0208】
感光性組成物に配合され得る有機溶媒としては、例えば、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコール-n-プロピルエーテル、エチレングリコールモノ-n-ブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノ-n-プロピルエーテル、ジエチレングリコールモノ-n-ブチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノ-n-プロピルエーテル、プロピレングリコールモノ-n-ブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノ-n-プロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノ-n-ブチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、トリプロピレングリコールモノエチルエーテル等の(ポリ)アルキレングリコールモノアルキルエーテル類;エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート等の(ポリ)アルキレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類;ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、テトラヒドロフラン等の他のエーテル類;メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、2-ヘプタノン、3-ヘプタノン等のケトン類;2-ヒドロキシプロピオン酸メチル、2-ヒドロキシプロピオン酸エチル等の乳酸アルキルエステル類;2-ヒドロキシ-2-メチルプロピオン酸エチル、3-メトキシプロピオン酸メチル、3-メトキシプロピオン酸エチル、3-エトキシプロピオン酸メチル、3-エトキシプロピオン酸エチル、エトキシ酢酸エチル、ヒドロキシ酢酸エチル、2-ヒドロキシ-3-メチルブタン酸メチル、3-メチル-3-メトキシブチルアセテート、3-メチル-3-メトキシブチルプロピオネート、酢酸エチル、酢酸n-プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸n-ブチル、酢酸イソブチル、蟻酸n-ペンチル、酢酸イソペンチル、プロピオン酸n-ブチル、酪酸エチル、酪酸n-プロピル、酪酸イソプロピル、酪酸n-ブチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、ピルビン酸n-プロピル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、2-オキソブタン酸エチル等の他のエステル類;トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類;N-メチルピロリドン、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド等のアミド類等が挙げられる。これらの溶剤は、単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
【0209】
上記溶剤の中でも、プロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(GPMEA)、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル(MEDG)、シクロヘキサノン、及び3-メトキシブチルアセテート(MBA)が好ましく、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートが特に好ましい。
感光性組成物中、溶剤(S)の含有量は、樹脂(A)100質量部に対して、500質量部以上30,000質量部以下であることが好ましく、1,000質量部以上20,000質量部以下であることがより好ましい。含有量が上記範囲内であると、感光性組成物の塗布性が向上しやすく、感光性組成物を用いて形成される感光性組成物を用いて形成される塗布膜の膜厚の調整が容易である。
【0210】
<その他の成分(E)>
感光性組成物は、所望する効果が損なわれない範囲で、上記の各成分とともに、種々の添加剤を含んでいてもよい。添加剤は、従来より、感光性組成物に配合されている種々の添加剤から適宜選択され得る。その他の成分の具体例としては、ポリビニル樹脂、界面活性剤、並びに酸又は酸無水物等が挙げられる。
【0211】
感光性組成物は、形成される被膜の可塑性を向上させるため、ポリビニル樹脂を含有していてもよい。ポリビニル樹脂の具体例としては、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリヒドロキシスチレン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニル安息香酸、ポリビニルメチルエーテル、ポリビニルエチルエーテル、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリビニルフェノール、及びこれらの共重合体等が挙げられる。
【0212】
感光性組成物は、支持体との接着性を向上させるため、密着助剤を含有していてもよい。
【0213】
感光性組成物は、塗布性、消泡性、レベリング性等を向上させるため、界面活性剤を含有していてもよい。界面活性剤の具体例としては、BM-1000、BM-1100(いずれもBMケミー社製)、メガファックF142D、メガファックF172、メガファックF173、メガファックF183(いずれもDIC社製)、フロラードFC-135、フロラードFC-170C、フロラードFC-430、フロラードFC-431(いずれも住友スリーエム社製)、サーフロンS-112、サーフロンS-113、サーフロンS-131、サーフロンS-141、サーフロンS-145(いずれも旭硝子社製)、SH-28PA、SH-190、SH-193、SZ-6032、SF-8428(いずれも東レシリコーン社製)、ポリフォックスPF-136A、ポリフォックスPF-156A、ポリフォックスPF-151N、ポリフォックスPF-636、ポリフォックスPF-656、ポリフォックスPF-6520(いずれもOMNOVA Solutions社製)等の市販のフッ素系界面活性剤が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【0214】
感光性組成物は、現像液に対する溶解性を微調整するために、酸、又は酸無水物を含有していてもよい。酸としては、架橋剤(D)による樹脂(A)の架橋を進行させないものが使用される。
【0215】
感光性組成物に配合され得る酸、及び酸無水物の具体例としては、酢酸、プロピオン酸、n-酪酸、イソ酪酸、n-吉草酸、イソ吉草酸、安息香酸、桂皮酸等のモノカルボン酸類;乳酸、2-ヒドロキシ酪酸、3-ヒドロキシ酪酸、サリチル酸、m-ヒドロキシ安息香酸、p-ヒドロキシ安息香酸、2-ヒドロキシ桂皮酸、3-ヒドロキシ桂皮酸、4-ヒドロキシ桂皮酸、5-ヒドロキシイソフタル酸、シリンギン酸等のヒドロキシモノカルボン酸類;シュウ酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、マレイン酸、イタコン酸、ヘキサヒドロフタル酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、1,2-シクロヘキサンジカルボン酸、1,2,4-シクロヘキサントリカルボン酸、ブタンテトラカルボン酸、トリメリット酸、ピロメリット酸、シクロペンタンテトラカルボン酸、ブタンテトラカルボン酸、1,2,5,8-ナフタレンテトラカルボン酸等の多価カルボン酸類;無水イタコン酸、無水コハク酸、無水シトラコン酸、無水ドデセニルコハク酸、無水トリカルバニル酸、無水マレイン酸、無水ヘキサヒドロフタル酸、無水メチルテトラヒドロフタル酸、無水ハイミック酸、1,2,3,4-ブタンテトラカルボン酸無水物、シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、無水フタル酸、無水ピロメリット酸、無水トリメリット酸、無水ベンゾフェノンテトラカルボン酸、エチレングリコールビス無水トリメリタート、グリセリントリス無水トリメリタート等の酸無水物;等を挙げることができる。
【0216】
<感光性組成物の調製方法>
感光性組成物は、前述の各成分を通常の方法で混合、撹拌して調製される。前述の各成分を、混合、撹拌する際に使用できる装置としては、ディゾルバー、ホモジナイザー、3本ロールミル等が挙げられる。上記の各成分を均一に混合した後に、得られた混合物を、さらにメッシュ、メンブランフィルタ等を用いて濾過してもよい。
【0217】
≪パターン化された樹脂膜≫
以上説明した感光性組成物を用いて、フォトリソグラフィー法によりパターン化された樹脂膜を形成できる。
具体的には、前述の感光性組成物を基板上に塗布して塗布膜を形成することと、
塗布膜に対して、極端紫外線(EUV)を位置選択的に露光することと、
露光された塗布膜を、現像液により現像することと、を含む、方法によりパターン化された樹脂膜を形成できる。
上記の方法によれば、前述の感光性組成物を用いることによって、極端紫外線(EUV)露光によって、ラフネスの小さいパターン化された樹脂膜を形成できる。
【0218】
まず、上述した感光性組成物を、基板上にスピンナー等で塗布する。塗布された感光性組成物に対して、プリベーク(ポストアプライベーク(PAB))処理を、施すのが好ましい。PABは、例えば80℃以上150℃以下の温度条件にて40秒間以上120秒間以下、好ましくは60秒間以上90秒間以下の時間行われる。
【0219】
このようにして形成された塗布膜に対し、EUV露光装置を用いて、所定のパターンが形成されたマスク(マスクパターン)を介した位置選択的な露光を行う。
【0220】
露光された塗布膜に対して、ベーク(ポストエクスポージャーベーク(PEB))処理ほどこすのが好ましい。PEBは、例えば、80℃以上150℃以下の温度条件にて40秒間以上120秒間以下、好ましくは60秒間以上90秒間以下の時間行われる。
【0221】
次に、露光された塗布膜を、現像液により現像する。現像により、パターン化された樹脂膜が得られる。
現像は、アルカリ現像プロセスの場合は、アルカリ現像液を用いて現像が行われる。溶剤現像プロセスの場合は、有機溶剤を含有する現像液(有機系現像液)を用いて現像が行われる。
【0222】
現像後、好ましくはリンス処理を行う。アルカリ現像プロセスの場合は、純水を用いた水リンスが好ましい。溶剤現像プロセスの場合は、有機溶剤を含有するリンス液によるリンスが好ましい。
【0223】
現像後、又はリンス後、好ましくは、基板上のパターン化された樹脂膜を乾燥させる。また、現像処理後に、パターン化された樹脂膜に対してベーク処理(ポストベーク)を行ってもよい。
このようにして、パターン化された樹脂膜を形成することができる。
【0224】
基板としては、特に限定されず、従来公知の基板を用いることができ、例えば、電子部品用の基板や、これに所定の配線パターンが形成された基板等が挙げられる。より具体的には、シリコンウェーハ、銅、クロム、鉄、アルミニウム等の金属製の基板や、ガラス基板等が挙げられる。配線パターンの材料としては、例えば銅、アルミニウム、ニッケル、金等が使用可能である。
また、基板上に、無機系及び/又は有機系の膜が設けられていてもよい。無機系の膜としては、無機反射防止膜(無機BARC)が挙げられる。有機系の膜としては、有機反射防止膜(有機BARC)や、多層レジスト法における下層有機膜等の有機膜が挙げられる。
【0225】
アルカリ現像プロセスで用いられるアルカリ現像液としては、例えば濃度0.1質量%以上10質量%以下のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)水溶液が挙げられる。
【0226】
溶剤現像プロセスで用いられる有機系現像液に含まれる有機溶剤は、樹脂(A)(露光前の樹脂(A))を溶解し得る有機溶剤であればよい。有機系現像液として使用される有機溶剤は、公知の有機溶剤から適宜選択できる。有機溶剤の好適な例としては、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、アルコール系溶剤、ニトリル系溶剤、アミド系溶剤、及びエーテル系溶剤等の極性溶剤、並びに炭化水素系溶剤等が挙げられる。
【0227】
ケトン系溶剤は、C-C(=O)-Cで表される構造を有する有機溶剤である。エステル系溶剤は、カルボン酸エステル基を有する有機溶剤である。アルコール系溶剤は、アルコール性水酸基を有する有機溶剤である。ニトリル系溶剤は、ニトリル基を有する有機溶剤である。アミド系溶剤は、カルボン酸アミド基を含む有機溶剤である。カルボン酸アミド基中の窒素原子は、有機基、好ましくは炭化水素基で置換されていてもよい。エーテル系溶剤は、エーテル結合を有機溶剤である。
【0228】
有機溶剤の中には、構造中に上記各溶剤を特徴づける官能基を複数種含む有機溶剤も存在するが、その場合は、有機溶剤が有する官能基を含むいずれの溶剤種にも該当するものとする。例えば、ジエチレングリコールモノメチルエーテルは、上記分類中のアルコール系溶剤、エーテル系溶剤のいずれにも該当するものとする。
炭化水素系溶剤は、ハロゲン化されていてもよい炭化水素からなり、ハロゲン原子以外の置換基を有さない炭化水素溶剤である。ハロゲン原子としては、フッ素原子が好ましい。
有機系現像液が含有する有機溶剤としては、上記の中でも、極性溶剤が好ましく、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、ニトリル系溶剤等が好ましい。
【0229】
ケトン系溶剤としては、例えば、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、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、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン、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、イソホロン、プロピレンカーボネート、γ-ブチロラクトン、及びメチルアミルケトン(2-ヘプタノン)等が挙げられる。これらの中では、ケトン系溶剤としては、メチルアミルケトン(2-ヘプタノン)が好ましい。
【0230】
エステル系溶剤としては、例えば、酢酸メチル、酢酸ブチル、酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸アミル、酢酸イソアミル、メトキシ酢酸エチル、エトキシ酢酸エチル、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノフェニルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノフェニルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、2-メトキシブチルアセテート、3-メトキシブチルアセテート、4-メトキシブチルアセテート、3-メチル-3-メトキシブチルアセテート、3-エチル-3-メトキシブチルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、2-エトキシブチルアセテート、4-エトキシブチルアセテート、4-プロポキシブチルアセテート、2-メトキシペンチルアセテート、3-メトキシペンチルアセテート、4-メトキシペンチルアセテート、2-メチル-3-メトキシペンチルアセテート、3-メチル-3-メトキシペンチルアセテート、3-メチル-4-メトキシペンチルアセテート、4-メチル-4-メトキシペンチルアセテート、プロピレングリコールジアセテート、蟻酸メチル、蟻酸エチル、蟻酸ブチル、蟻酸プロピル、乳酸エチル、乳酸ブチル、乳酸プロピル、炭酸エチル、炭酸プロピル、炭酸ブチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、ピルビン酸プロピル、ピルビン酸ブチル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、プロピオン酸イソプロピル、2-ヒドロキシプロピオン酸メチル、2-ヒドロキシプロピオン酸エチル、メチル-3-メトキシプロピオネート、エチル-3-メトキシプロピオネート、エチル-3-エトキシプロピオネート、及びプロピル-3-メトキシプロピオネート等が挙げられる。これらの中では、エステル系溶剤としては、酢酸ブチルが好ましい。
【0231】
ニトリル系溶剤としては、例えば、アセトニトリル、プロピオニトリル、バレロニトリル、及びブチロニトリル等が挙げられる。
【0232】
有機系現像液には、必要に応じて公知の添加剤を配合できる。添加剤としては、例えば界面活性剤が挙げられる。界面活性剤としては、特に限定されないが、例えばイオン性や非イオン性のフッ素系界面活性剤、及びシリコン系界面活性剤等を用いることができる。界面活性剤としては、非イオン性の界面活性剤が好ましく、非イオン性のフッ素系界面活性剤、及び非イオン性のシリコン系界面活性剤がより好ましい。
界面活性剤を配合する場合、その配合量は、有機系現像液の全量に対して、通常0.001質量%以上5質量%以下が好ましく、0.005質量%以上2質量%以下がより好ましく、0.01質量%以上0.5質量%以下がさらに好ましい。
【0233】
現像は、公知の現像方法により実施することが可能である。例えば、現像液中に基板を一定時間浸漬する方法(ディップ法)、基板表面に現像液を表面張力によって盛り上げて一定時間静止する方法(パドル法)、基板表面に現像液を噴霧する方法(スプレー法)、一定速度で回転している基板上に一定速度で現像液塗出ノズルをスキャンしながら現像液を塗出し続ける方法(ダイナミックディスペンス法)等が挙げられる。
【0234】
溶剤現像プロセスにおいて、現像後のリンスに用いるリンス液が含有する有機溶剤としては、例えば前述の有機系現像液に用いる有機溶剤として挙げた有機溶剤のうち、形成された樹脂膜を溶解しにくいものを適宜選択して使用できる。通常、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、アミド系溶剤およびエーテル系溶剤から選択される少なくとも1種類の溶剤が使用される。これらのなかでも、炭化水素系溶剤、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、アルコール系溶剤及びアミド系溶剤から選択される少なくとも1種類が好ましく、アルコール系溶剤およびエステル系溶剤から選択される少なくとも1種類がより好ましく、アルコール系溶剤が特に好ましい。
リンス液として使用されるアルコール系溶剤は、炭素原子数6以上8以下の1価アルコールが好ましい。1価アルコールは直鎖状、分岐状又は環状のいずれであってもよい。1価アルコールの具体例としては、1-ヘキサノール、1-ヘプタノール、1-オクタノール、2-ヘキサノール、2-ヘプタノール、2-オクタノール、3-ヘキサノール、3-ヘプタノール、3-オクタノール、4-オクタノール、及びベンジルアルコール等が挙げられる。これらの中では、1-ヘキサノール、2-ヘプタノール、及び2-ヘキサノールが好ましく、1-ヘキサノール、2-ヘキサノールがより好ましい。
これらの有機溶剤は、いずれか1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。また、上記以外の有機溶剤や水と混合して用いてもよい。但し、現像特性を考慮すると、リンス液中の水の配合量は、リンス液の全量に対し、30質量%以下が好ましく、10質量%以下がより好ましく、5質量%以下がさらに好ましく、3質量%以下が特に好ましい。
リンス液には、必要に応じて公知の添加剤を配合できる。添加剤としては、例えば界面活性剤が挙げられる。界面活性剤としては、前記と同様の界面活性剤が挙げられる。界面活性剤としては、非イオン性の界面活性剤が好ましく、非イオン性のフッ素系界面活性剤、及び非イオン性のシリコン系界面活性剤がより好ましい。
界面活性剤を配合する場合、その配合量は、リンス液の全量に対して、通常0.001質量%以上5質量%以下であり、0.005質量%以上2質量%以下が好ましく、0.01質量%以上0.5質量%以下がより好ましい。
【0235】
リンス液を用いるリンス(洗浄処理)は、公知のリンス方法により実施できる。リンス処理の方法としては、例えば一定速度で回転している支持体上にリンス液を塗出し続ける方法(回転塗布法)、リンス液中に支持体を一定時間浸漬する方法(ディップ法)、支持体表面にリンス液を噴霧する方法(スプレー法)等が挙げられる。
【0236】
≪エッチングされた基板の製造方法≫
前述の方法により、基板上にパターン化された樹脂膜を形成することと、
パターン化された樹脂膜をエッチングマスクとして、基板に対してドライエッチングを行うことと、を含む、
方法によりエッチングされた基板を製造できる。
前述の通り、上記の感光性組成物を用いることにより、EUV露光により、ラフネスが小さく、微細にパターン化された樹脂膜を形成できる。
また、ポリオルガノシロキサンを含む樹脂(A)が架橋された樹脂膜は、種々のエッチャントに対する耐性に優れる。
このため、前述の方法により形成されたパターン化された樹脂膜をエッチングマスクとして基板に対してドライエッチングを行うことにより、基板を、微細、且つ精密に加工することができる。
エッチングされる材質と、エッチャントの組み合わせとしては、例えば、カーボンハードマスクとN2/O2、又はSiO2とCF4が好ましい。
ドライエッチングは、エッチャントの種類や、基板の種類に応じて、常法に従って行われる。
【0237】
上記の通り、本発明者らにより、以下の(1)~(10)が提供される。
(1)樹脂(A)と、光酸発生剤(B)と、クエンチャー(C)と、架橋剤(D)とを含み、
樹脂(A)は、フェノール性水酸基を有するポリオルガノシロキサン構造を有する樹脂(A1)を含み、
架橋剤(D)は、露光により前記光酸発生剤(B)が発生させる酸の作用により、樹脂(A)を架橋する化合物であり、
樹脂(A)の分子量分散度が1.00以上1.50以下である、感光性組成物。
(2)樹脂(A1)が、下記式(a1):
【化46】
で表される構成単位を含む、(1)に記載の感光性組成物。
(前記式(a1)中、R
a1は、フェノール性水酸基を有する炭素原子数6以上20以下の有機基であり、L
aは、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、ケイ素原子、及びハロゲン原子からなる群より選択される少なくとも1つの原子を含む炭素原子数1以上20以下の有機基であり、R
a2は水素原子、又は炭素原子数1以上20以下の有機基である。)
(3)樹脂(A1)が、ポリオルガノシロキサンであり、
樹脂(A1)としてのポリオルガノシロキサンの全構成単位の量に対する式(a1)で表される構成単位の量の割合が50モル%以上100モル%以下である、(1)、又は(2)に記載の感光性組成物。
(4)光酸発生剤(B)が、下記式(b1):
【化47】
で表される化合物である、(1)~(3)のいずれか1つに記載の感光性組成物。
(式(b1)中、R
b1は炭素原子数1以上40以下の有機基であり、R
b1としての有機基は、C-S結合により、式(b1)中の硫黄原子に結合し、C-S結合中の炭素原子はフッ素原子と結合し、M
b1はスルホニウムカチオン、又はヨードニウムカチオンである。)
(5)クエンチャー(C)が、下記式(c1)又は式(c2):
【化48】
で表される化合物である、(1)~(4)のいずれか1つに記載の感光性組成物。
(式(c1)中、R
c1は炭素原子数1以上20以下の有機基であり、R
c1としての有機基は、C-S結合により、式(c1)中の硫黄原子に結合し、C-S結合中の炭素原子にフッ素原子が結合せず、M
c1はスルホニウムカチオン、又はヨードニウムカチオンである。前記式(c2)中、R
c2は炭素原子数1以上20以下の有機基であり、M
c2はスルホニウムカチオン、又はヨードニウムカチオンである。)
(6)架橋剤(D)が、窒素原子に結合するメチロール基、又は窒素原子に結合するアルコキシメチル基を有するメチロール型架橋剤(D1)を含む、(1)~(5)のいずれか1つに記載の感光性組成物。
(7)メチロール型架橋剤(D1)が、メラミン系化合物、グアナミン系化合物、及び尿素系化合物から選択される1種以上である、(1)~(6)のいずれか1つに記載の感光性組成物。
(8)(1)~(7)のいずれか1つに記載の感光性組成物を基板上に塗布して塗布膜を形成することと、
塗布膜に対して、極端紫外線を位置選択的に露光することと、
露光された塗布膜を、現像液により現像することと、を含む、
パターン化された樹脂膜の形成方法。
(9)(8)に記載の方法により、基板上にパターン化された樹脂膜を形成することと、
パターン化された樹脂膜をエッチングマスクとして、基板に対してドライエッチングを行うことと、を含む、
エッチングされた基板の製造方法。
(10)下記式(a1):
【化49】
で表される構成単位を含む、樹脂。
(式(a1)中、R
a1は、フェノール性水酸基を有する炭素原子数6以上20以下の有機基であり、L
aは、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、ケイ素原子、及びハロゲン原子からなる群より選択される少なくとも1つの原子を含む炭素原子数1以上20以下の有機基であり、R
a2は水素原子、又は炭素原子数1以上20以下の有機基である。)
【実施例0238】
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。
【0239】
<樹脂(A)の調製>
実施例で使用した樹脂(A)を下記の方法により調製した。
【0240】
[樹脂(A-0)の調製]
2,4,6-トリメチル-2,4,6-トリビニルシクロトリシロキサン60.0g、水0.42g、脱水テトラヒドロフラン51g、及びジクロロメタン77.0gを、反応容器中に加えて混合した。得られた混合液を、窒素雰囲気下、60分間30℃で撹拌した。その後、1,5,7-トリアザビシクロ[4.4.0]デカ-5-エン32.3mgを、混合液に加えて、72分間30℃で撹拌した。次いで、ピリジン9.28g、クロロジメチルフェニルシラン11.9gを混合液に加えた。その後、混合液を、90分間30℃で撹拌した。
撹拌終了後、混合液を室温まで冷却した。冷却された混合液に、ヘプタン200g、及び水100gを加えて撹拌した。その後、反応容器内の液を静置して、水層と有機層とに分液させた。水層を除去して回収された有機層を、さらに純水100gで3回洗浄した。次いで、洗浄後に得られた有機層をロータリーエバポレーターを用いて濃縮した。その後、ヘプタン20g、及びメタノール500gを、濃縮後の残渣に加えた。希釈された残渣を静置して、上層と、下層とに分液させた。上層を除いて得た下層を、ロータリーエバポレーターを用いて濃縮した。その後、濃縮後の残渣をトルエン90gに溶解させ、得られた溶液をロータリーエバポレーターで濃縮することを3回繰り返した。その後、得られた残渣を、濃度が40質量%になるようにトルエンに溶解することで、下記式で表される構成単位からなる樹脂(A-0)の濃度40質量%トルエン溶液158gを得た。
GPCにより測定された樹脂(A-0)の重量平均分子量は5,100であり、分子量分散度1.15であった。
【化50】
【0241】
[樹脂(A-1)の調製]
4-ヒドロキシベンゼンチオール11.0g、トルエン6.00g、及びトリメチルシリルクロリド11.7gを反応容器内に加え、均一に溶解させた。その後、反応容器内の溶液を撹拌しながら、反応容器内にピリジン10.3gを5分間かけて滴下した。次いで、反応容器内の溶液を90分間撹拌しながら、反応容器内に、樹脂(A-0)の濃度40質量%のトルエン溶液10.0gと、アゾビスイソブチロニトリル1.30gとを加えた。その後、反応容器内の反応液を12時間70℃で撹拌した。撹拌終了後、反応液を室温まで冷却した。その後、反応液に、トルエン、及び熱水を加えて撹拌した。撹拌後、反応容器内の液を静置して分液させた。水層を除去して得た有機層を、さらに熱水60gで3回洗浄した。洗浄された有機層をロータリーエバポレーターを用いて濃縮して残渣を得た。
その後、メタノール72g、及び1M塩酸72gを残渣に加えて、得られた混合液を90分間室温で撹拌した。混合液に、さらに、プロピレングリコールモノメチルエーテル30g、及び純水60gを、加えた。混合液を静置して、水層と有機層とに分液した。水層を除去して得られた有機層を、さらに純水60gで2回洗浄した。洗浄された有機層をロータリーエバポレーターを用いて濃縮した。濃縮して得られた残渣を、トルエン75g、及びヘプタン50gで希釈した。得られた希釈液を撹拌した後、希釈液を静置した。静置後に生じた上澄みを除去した。トルエン70g、及びヘプタン50gによる、濃縮後、又は上澄み除去後の残渣の希釈と、静置と、上澄みの除去とを計3回繰り返し行った。次いで、プロピレングリコールモノメチルエーテル50gを、最後の上澄み除去後の残渣に加えて希釈した。得られた希釈液を、ロータリーエバポレーターで濃縮乾固した。プロピレングリコールモノメチルエーテル50gによる希釈と、濃縮乾固とを、計3回繰り返し行った。その後、最後の濃縮乾固後の残渣を、濃度が10質量%になるようにプロピレングリコールモノメチルエーテルに溶解させて、下記式で表される構成単位からなる樹脂(A-1)の濃度10質量%のプロピレングリコールモノメチルエーテル溶液56.3gを得た。GPCにより測定された樹脂(A-1)の重量平均分子量は6,200であり、分子量分散度は1.23であった。
【化51】
【0242】
[樹脂(A-2)の調製]
2,4,6-トリメチル-2,4,6-トリビニルシクロトリシロキサンを、2,4,6-トリフェニル-2,4,6-トリビニルシクロトリシロキサンに変更したこと以外は、樹脂(A-0)、及び樹脂(A-1)の調製と同様にして、下記式で表される構成単位からなる樹脂(A-2)の濃度10質量%のプロピレングリコールモノメチルエーテル溶液を得た。GPCにより測定された樹脂(A-2)の重量平均分子量は5,200であり、分子量分散度は1.18であった。
【化52】
【0243】
[樹脂(A-3)の調製]
反応容器に、ベンゼンチオール2.97g、及びトルエン6.00gを加え、均一に溶解させた。次いで、樹脂(A-0)のトルエン溶液10.0g、及びアゾビスイソブチロニトリル0.44gを反応容器に加えて、反応容器内の反応液を12時間70℃で撹拌した。その後、ヒドロキシベンゼンチオール8.83g、及びトリメチルシリルクロリド10.2gを、反応容器内に加えた。次いで、反応容器内の反応液を撹拌しながら、ピリジン8.86gを反応容器内に5分間かけて滴下した。その後、反応液を90分間撹拌した。次いで、アゾビスイソブチロニトリル1.03gを、反応容器内に加えて、反応液を12時間70℃で撹拌した。その後、反応液を室温まで冷却した。室温に冷却された反応液を、樹脂(A-1)の調製と同様に処理して、下記式で表される構成単位からなる樹脂(A-3)の濃度10質量%のプロピレングリコールモノメチルエーテル溶液を得た。GPCにより測定された樹脂(A-3)の重量平均分子量は5,800であり、分子量分散度は1.29であった。
【化53】
【0244】
[樹脂(A-4)の調製]
ベンゼンチオールの量を2.97gから4.96gに変更したこと、4-ヒドロキシベンゼンチオールの量を8.83gから6.13gに変更したこと、トリメチルシリルクロリドの量を10.2gから7.30gに変更したこと、及びピリジンの量を8.86gから6.33gに変更したこと以外は、樹脂(A-3)の調製と同様にして、下記式で表される構成単位からなる樹脂(A-4)の濃度10質量%のプロピレングリコールモノメチルエーテル溶液を得た。GPCにより測定された樹脂(A-4)の重量平均分子量は5,800であり、分子量分散度は1.25であった。
【化54】
【0245】
[樹脂(A-5)の調製]
4-ヒドロキシベンゼンチオールの量を11.0gから8.80gに変更したこと、トリメチルシリルクロリドの量を11.7gから10.2gに変更したこと、ピリジンの量を10.3gから8.9gに変更したこと、及びアゾビスイソブチロニトリルの量を1.30gから5.17gに変更したこと以外は、樹脂(A-1)の調製と同様にして、下記式で表される構成単位からなる樹脂(A-5)の濃度10質量%のプロピレングリコールモノメチルエーテル溶液を得た。GPCにより測定された樹脂(A-5)の重量平均分子量は4,800であり、分子量分散度は1.21であった。
【化55】
【0246】
<感光性組成物の調製>
実施例において、樹脂(A1)として、上述の樹脂(A-1)~(A-5)を用いた。実施例、及び比較例において、樹脂(A2)として、下記の樹脂(A-6)、及び(A-7)を用いた。なお、実施例13では、樹脂(A-1)75質量部と、樹脂(A-6)25質量部とを組み合わせて、樹脂(A)として用いた。実施例13で使用された樹脂(A)の分子量分散度は、1.00以上1.50以下の範囲内である。
【化56】
【0247】
実施例、及び比較例において、光酸発生剤(B)として、下記化合物(B-1)、及び化合物(B-2)を用いた。
【化57】
【0248】
実施例、及び比較例において、クエンチャー(C)として、下記化合物(C-1)、及び化合物(C-2)を用いた。
【化58】
【0249】
実施例、及び比較例において、架橋剤(D)として、下記化合物(D-1)、及び化合物(D-2)を用いた。
【化59】
【0250】
実施例及び比較例において、添加剤(E)として、サリチル酸(E-1)を用いた。
【0251】
実施例及び比較例において、溶剤(S)として、プロピレングリコールモノメチルエーテル(S-1)、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(S-2)を用いた。
【0252】
それぞれ、表1に記載の種類及び質量部の、樹脂(A1)又は樹脂(A2)と、光酸発生剤(B)と、クエンチャー(C)と、架橋剤(D)と、添加剤(E)とを、表1に記載の質量部の溶剤(S)に溶解させて、各実施例及び比較例の感光性組成物を得た。
【0253】
【0254】
<評価>
12インチのシリコンウェーハ上に、レジスト有機下層膜組成物(商品名:AL412、ブリューワサイエンス社製)を、スピンコーターを用いて塗布し、ホットプレート上で205℃、60秒間焼成することにより膜厚20nmの有機下層膜を形成した。
有機下層膜上にスピンコーターを用いて、各実施例及び各比較例の感光性組成物を塗布し、ホットプレート上で、90℃で60秒間プリベーク(PAB)処理を行うことにより、膜厚22nmの塗布膜を形成した。
次いで、EUV露光装置(製品名:NXE3400、ASML社製、NA(開口数)=0.33、照明条件:Annular σ-in=0.60、σ-out=0.82)により、ラインアンドスペースパターン形成用のフォトマスクを介して上記塗布膜に対して、EUV光(波長13.5nm)を照射した。そして、90℃で60秒間のポストエクスポージャーベーク(PEB)処理を行った。その後、23℃にて2.38質量%のTMAH水溶液(商品名:NMD-3)、東京応化工業株式会社製)で10秒間のアルカリ現像を行った。その後、純水を用いて30秒間のリンス、振り切り乾燥を行い、線幅14nmのライアンドスペース形状の硬化膜を形成した。
【0255】
[最適露光量(Eop)の評価]
各実施例及び各比較例で線幅14nmのライアンドスペース形状の硬化膜を形成した最適露光量Eop(mj/cm2)を測定した。
これらの測定結果を表2に記す。
【0256】
[ラインワイズラフネス(LWR)の評価]
各実施例及び各比較例で形成した線幅14nmのライアンドスペース形状の硬化膜について、LWRを示す尺度である3σを求めた。
3σは、走査型電子顕微鏡(製品名:S-9380、日立ハイテクノロジーズ社、加速電圧800V)によりラインの長手方向にラインポジションを400箇所測定し、その測定結果から求めた標準偏差(σ)の3倍値(3σ)(単位:nm)を示す。
これらの測定結果を表2に記す。3σの値が小さいほど、ライン側壁のラフネスが小さく、より均一な幅のLSパターンが得られたことを意味する。
各実施例及び各比較例を以下の基準に従い評価した。
〇:3σが、2.50以下であった。
×:3σが、2.50超であった。
【0257】
【0258】
表2によれば、樹脂(A)と、光酸発生剤(B)と、クエンチャー(C)と、架橋剤(D)とを含み、樹脂(A)は、フェノール性水酸基を有するポリオルガノシロキサン構造を有する樹脂(A1)を含み、樹脂(A)の分子量分散度が1.00以上1.50以下である、ことにより、LWRの小さいレジストパターンを形成できる感光性組成物を得ることができる。