JP4524154B2 - 化学増幅型レジスト組成物及びそれを用いたパターン形成方法 - Google Patents

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Description

本発明は、平版印刷板やIC等の半導体製造工程、液晶、サーマルヘッド等の回路基板の製造、更にその他のフォトファブリケーション工程に使用される化学増幅型レジスト組成物及びそれを用いたパターン形成方法に関するものである。特に本発明は、遠紫外線(エキシマレーザ等を含む)、電子線、X線又は放射光のような高エネルギーの放射線によって作用し、半導体集積回路の製作に好適な化学増幅型レジスト組成物及びそれを用いたパターン形成方法に関するものである。
従来、ICやLSIなどの半導体デバイスの製造プロセスにおいては、フォトレジスト組成物を用いたリソグラフィによる微細加工が行なわれている。近年、集積回路の高集積化に伴い、サブミクロン領域やクオーターミクロン領域の超微細パターン形成が要求されるようになっている。それに伴い、露光波長もg線からi線に、さらにKrFエキシマレーザ光に、というように短波長化の傾向が見られる。現在では、エキシマレーザ光を用いるリソグラフィがこの分野における重要な加工技術となっており、かかるエキシマレーザリソグラフィプロセスに適したレジストとして化学増幅型レジストが採用されている。
化学増幅型レジスト組成物は、遠紫外光などの放射線の照射により露光部に酸を生成させ、この酸を触媒とする反応によって、活性放射線の照射部と非照射部の現像液に対する溶解性を変化させることにより基板上にパターンを形成させる材料である。化学増幅型レジスト組成物は、高い感度と解像性を有し、少量の放射線放射により酸を発生する化合物(以下、「光酸発生剤」という)で像形成できるという利点を有している。
上記化学増幅型レジスト組成物は、(a)アルカリ可溶性樹脂、光酸発生剤、及び酸分解性基を有しアルカリ可溶性樹脂に対する溶解阻止化合物から成る3成分系と、(b)酸との反応により分解しアルカリ可溶となる基を有する樹脂と光酸発生剤からなる2成分系、さらに(c)酸との反応により分解しアルカリ可溶となる基を有する樹脂、酸分解性基を有する低分子溶解阻止化合物、及び光酸発生剤から成るハイブリッド系に大別できる。これら2成分系、3成分系、ハイブリッド系のポジ型化学増幅レジストにおいては、いずれも露光により光酸発生剤からの酸を介在させて、熱処理後現像してレジストパターンを得るものである。
化学増幅型レジストを用いたリソグラフィにおいては、一般的に、感度、解像力、プロファィル、塗布性、耐熱性、ドライエッチング耐性、密着性、基板依存性、耐環境安定性(例えば、引き置き時間変動によるレジスト寸法安定性)、及び焦点深度(例えば、放射線照射時の焦点ずれに対するパターン形成性)等の諸特性に優れたフォトレジストが求められ、添加剤による性能改良のための工夫がこれまでに多く開示されている。
例えば、特許文献1(特開平4−217251号公報)には、化学増幅型レジスト組成物の感度向上のために芳香族ポリヒドロキシ化合物を添加することが開示されいる。
特許文献2(特開平2003−156845号公報)では、現像欠陥の問題を少なくする目的として、化学増幅型レジスト組成物に分子内にフッ素原子を有する化合物を添加することが試みられている。
特許文献3(特開平9−185158号公報)には、パターンの再現性、安定性を向上させる為に特定のアルコールを添加することが開示されている。
また、特許文献4(特開2003−270791号公報)には、ラインエッジラフネスを向上させ、パターン倒れを防止する為に3つ以上の水酸基若しくは置換された水酸基を
有する鎖状化合物を添加することが記載されている。
ところが、以上のような技術でも化学増幅型レジスト組成物において、良好なパターンプロファイルが得られること、現像欠陥が少ないこと、更にパターン倒れを防止できることの3点を両立することが困難であった。
特開平4−217251号公報 特開2003−156845号公報 特開平9−185158号公報 特開2003−270791号公報
本発明の目的は、現像欠陥の問題が改善され、優れたレジストパターンプロファイルが得られ、かつパターン倒れを防止できる化学増幅型レジスト組成物及びそれを用いたパターン形成方法を提供することにある。
本発明者等は、化学増幅型レジスト組成物の構成材料を鋭意検討した結果、特定のフッ素原子含有化合物により上記目的が達成されることを知り、本発明に至った。即ち、上記目的は、下記構成によって達成される。
<1> (A)酸の作用により、アルカリ現像液に対する溶解度が増大する樹脂、(B)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物、(Ca)下記一般式(FAD−I)又は(FAD−III)で表される化合物及び(D)溶剤を含有することを特徴とする化学増幅型レジスト組成物。
Figure 0004524154
一般式(FAD−I)及び(FAD−III)中、
Ra 101 〜Ra 104 は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、脂環式アルキル基、アルコキシ基、アシル基又はアシルオキシ基を表す。
Aa 101 は、パーフルオロアルキレン基又はパーフルオロシクロアルキレン基を表す。
Aa 102 は、単結合又は2価の有機基を表す。
Ra 106 は、それぞれ同じでも異なってもよく、フッ素原子又はパーフルオロアルキル基を表す。
<2> (Ca)成分が、下記一般式(FAD−Ia)で表される化合物であることを特徴とする上記<1>に記載の化学増幅型レジスト組成物。
Figure 0004524154
一般式(FAD−Ia)中、
Aa 101 は、パーフルオロアルキレン基又はパーフルオロシクロアルキレン基を表す。
<3> 前記(C)成分又は(Ca)成分の化合物の化学増幅型レジスト組成物の固形分中における濃度が、0.1〜10質量%であることを特徴とする上記<1>又は<2>に記載の化学増幅型レジスト組成物。
<4> (A)成分の樹脂が、下記一般式(pI)〜一般式(pVI)のいずれかで示される脂環式炭化水素を含む部分構造を有する繰り返し単位及び下記一般式(II)で示される繰り返し単位の群から選択される少なくとも1種を有することを特徴とする上記<1>〜<3>のいずれか一項に記載の化学増幅型レジスト組成物。
Figure 0004524154
一般式(pI)〜(pVI)中、
11 は、アルキル基を表し、Zは、炭素原子とともに脂環式炭化水素基を形成するのに必要な原子団を表す。
12 〜R 16 は、各々独立に、アルキル基又は脂環式炭化水素基を表す。但し、R 12 〜R 14 のうち少なくとも1つ、もしくはR 15 、R 16 のいずれかは、脂環式炭化水素基を表す。
17 〜R 21 は、各々独立に、水素原子、アルキル基又は脂環式炭化水素基を表す。但し、R 17 〜R 21 のうち少なくとも1つは、脂環式炭化水素基を表す。また、R 19 、R 21 のいずれかは、アルキル基又は脂環式炭化水素基を表す。
22 〜R 25 は、各々独立に、アルキル基又は脂環式炭化水素基を表す。但し、R 22 〜R 25 のうち少なくとも1つは、脂環式炭化水素基を表す。また、R 23 とR 24 は、互いに結合して環を形成していてもよい。
Figure 0004524154
一般式(II−AB)中、
11' ,R 12' は、各々独立に、水素原子、シアノ基、ハロゲン原子、又はアルキル基を表す。
Z'は、結合した2つの炭素原子(C−C)を含み、脂環式構造を形成するための原子
団を表す。
<5> (A)成分の樹脂が、ラクトン基を有することを特徴とする上記<4>に記載の化学増幅型レジスト組成物。
<6> (D)成分が、乳酸アルキル又はプロピレングリコールモノアルキルエーテルカルボキシレートの単一溶剤、又は、プロピレングリコールモノアルキルエーテルカルボキシレート、プロピレングリコールモノアルキルエーテル、シクロヘキサノン、乳酸アル
キルの群から選択される少なくとも2種類の溶剤を含有する混合溶剤であることを特徴とする上記<1>〜<5>のいずれか一項に記載の化学増幅型レジスト組成物。
<7> 更に、含窒素塩基性化合物を含有することを特徴とする上記<1>〜<6>のいずれか一項に記載の化学増幅型レジスト組成物。
<8> 上記<1>〜<7>のいずれか一項に記載の化学増幅型レジスト組成物により、レジスト膜を形成し、該レジスト膜を露光、現像する工程を含むことを特徴とするパターン形成方法。
本発明は、上記<1>〜<8>に係る発明であるが、以下、他の事項を含めて記載している。
(1) (A)酸の作用により、アルカリ現像液に対する溶解度が増大する樹脂、(B)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物、(C)フッ素原子と、水酸基とを有し、かつpKaの値が4〜15の範囲にある化合物及び(D)溶剤を含有することを特徴とする化学増幅型レジスト組成物。
(2) (A)酸の作用により、アルカリ現像液に対する溶解度が増大する樹脂、(B)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物、(Ca)下記一般式(FAD−I)〜(FAD−III)のいずれかで表される化合物及び(D)溶剤を含有することを特徴とする化学増幅型レジスト組成物。
Figure 0004524154
一般式(FAD−I)〜(FAD−III)中、
Ra101〜Ra104は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、脂環式アルキル基、アルコキシ基、アシル基又はアシルオキシ基を表す。
Aa101は、パーフルオロアルキレン基又はパーフルオロシクロアルキレン基を表す。
Ra105は、複数個ある場合に同じでも異なってもよく、フッ素原子又はパーフルオロアルキル基を表す。
nは、1又は2であり、n+m=6である。
Aa102は、単結合又は2価の有機基を表す。
Ra106は、同じでも異なってもよく、フッ素原子又はパーフルオロアルキル基を表す。
(3) (Ca)成分が、 下一般式(FAD−Ia)で表される化合物であることを特徴とする(2)に記載の化学増幅型レジスト組成物。
Figure 0004524154
一般式(FAD−Ia)中、
Aa101は、パーフルオロアルキレン基又はパーフルオロシクロアルキレン基を表す。
(4) 前記(C)成分又は(Ca)成分の化合物の化学増幅型レジスト組成物の固形分中における濃度が、0.1〜10質量%であることを特徴とする(1)〜(3)のいずれかに記載の化学増幅型レジスト組成物。
(5) (A)成分の樹脂が、下記一般式(pI)〜一般式(pVI)で示される脂環式炭化水素を含む部分構造を有する繰り返し単位及び下記一般式(II)で示される繰り返し単位の群から選択される少なくとも1種を有することを特徴とする(1)〜(4)のいずれかに記載の化学増幅型レジスト組成物。
Figure 0004524154
一般式(pI)〜(pVI)中、
11は、アルキル基を表し、Zは、炭素原子とともに脂環式炭化水素基を形成するのに必要な原子団を表す。
12〜R16は、各々独立に、アルキル基又は脂環式炭化水素基を表す。但し、R12〜R
14のうち少なくとも1つ、もしくはR15、R16のいずれかは、脂環式炭化水素基を表す。
17〜R21は、各々独立に、水素原子、アルキル基又は脂環式炭化水素基を表す。但し、R17〜R21のうち少なくとも1つは、脂環式炭化水素基を表す。また、R19、R21のいずれかは、アルキル基又は脂環式炭化水素基を表す。
22〜R25は、各々独立に、アルキル基又は脂環式炭化水素基を表す。但し、R22〜R25のうち少なくとも1つは、脂環式炭化水素基を表す。また、R23とR24は、互いに結合して環を形成していてもよい。
Figure 0004524154
一般式(II−AB)中、
11',R12'は、各々独立に、水素原子、シアノ基、ハロゲン原子、又はアルキル基を表す。
Z'は、結合した2つの炭素原子(C−C)を含み、脂環式構造を形成するための原子団を表す。
(6) (D)成分が、乳酸アルキル又はプロピレングリコールモノアルキルエーテルカルボキシレートの単一溶剤、又は、プロピレングリコールモノアルキルエーテルカルボキシレート、プロピレングリコールモノアルキルエーテル、シクロヘキサノン、乳酸アルキルの群から選択される少なくとも2種類の溶剤を含有する混合溶剤であることを特徴とする(1)〜(5)のいずれかに記載の化学増幅型レジスト組成物。
(7) 更に、含窒素塩基性化合物を含有することを特徴とする(1)〜(6)のいずれかに記載の化学増幅型レジスト組成物。
(8) (1)〜(7)のいずれかに記載の化学増幅型レジスト組成物により、レジスト膜を形成し、該レジスト膜を露光、現像する工程を含むことを特徴とするパターン形成方法。
以下に好ましい態様を記載する。
(9) 更に、フッ素系及び/又はシリコン系界面活性剤を含有することを特徴とする(1)〜(7)のいずれかに記載の化学増幅型レジスト組成物。
本発明により、現像欠陥の問題が改善され、優れたレジストパターンプロファイルが得られ、かつパターン倒れを防止できる化学増幅型レジスト組成物及びそれを用いたパターン形成方法を提供することができる。
以下、本発明について詳細に説明する。
尚、本明細書に於ける基(原子団)の表記に於いて、置換及び無置換を記していない表記は、置換基を有さないものと共に置換基を有するものをも包含するものである。例えば、「アルキル基」とは、置換基を有さないアルキル基(無置換アルキル基)のみならず、置換基を有するアルキル基(置換アルキル基)をも包含するものである。
〔1〕酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解度が増大する樹脂(A成分)
本発明の化学増幅型レジスト組成物に用いられる酸により分解し、アルカリ現像液中での溶解度が増大する樹脂としては、樹脂の主鎖又は側鎖、あるいは、主鎖及び側鎖の両方に、酸で分解し得る基(以下、「酸分解性基」ともいう)を有する樹脂である。
酸で分解し得る基として好ましい基は、−COOH基の水素原子を酸で脱離する基で置換した基である。
酸分解性基としては好ましくは、クミルエステル基、エノールエステル基、アセタールエステル基、第3級のアルキルエステル基等である。更に好ましくは、第3級アルキルエステル基である。
(A)成分の樹脂は、脂肪族環状炭化水素基を有することが好ましい。
脂肪族環状炭化水素基を有し、酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解速度が増加する樹脂(以下、「脂環炭化水素系酸分解性樹脂」ともいう)としては、下記一般式(pI)〜一般式(pVI)で示される脂環式炭化水素を含む部分構造を有する繰り返し単位及び下記一般式(II−AB)で示される繰り返し単位の群から選択される少なくとも1種を有する樹脂であることが好ましい。
Figure 0004524154
一般式(pI)〜(pVI)中、
11は、アルキル基を表し、Zは、炭素原子とともに脂環式炭化水素基を形成するのに必要な原子団を表す。
12〜R16は、各々独立に、アルキル基又は脂環式炭化水素基を表す。但し、R12〜R14のうち少なくとも1つ、もしくはR15、R16のいずれかは、脂環式炭化水素基を表す。
17〜R21は、各々独立に、水素原子、アルキル基又は脂環式炭化水素基を表す。但し、R17〜R21のうち少なくとも1つは、脂環式炭化水素基を表す。また、R19、R21のいずれかは、アルキル基又は脂環式炭化水素基を表す。
22〜R25は、各々独立に、アルキル基又は脂環式炭化水素基を表す。但し、R22〜R25のうち少なくとも1つは、脂環式炭化水素基を表す。また、R23とR24は、互いに結合して環を形成していてもよい。
Figure 0004524154
一般式(II−AB)中、
11',R12'は、各々独立に、水素原子、シアノ基、ハロゲン原子、又はアルキル基を表す。
Z'は、結合した2つの炭素原子(C−C)を含み、脂環式構造を形成するための原子団を表す。
また、上記一般式(II−AB)は、下記一般式(II−A)又は一般式(II−B)であることが更に好ましい。
Figure 0004524154
式(II−A)、(II−B)中:R13'〜R16'は、各々独立に、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、−COOH、−COOR5、酸の作用により分解する基、−C(=O)−X−A'−R17'、アルキル基又は環状炭化水素基を表す。Rl3'〜R16'のうちの少なくとも2つが結合して環を形成してもよい。nは0又は1を表す。
ここで、R5は、アルキル基、環状炭化水素基又は下記の−Y基を表す。
Xは、酸素原子、硫黄原子、−NH−、−NHSO2−又は−NHSO2NH−を表す。
A'は、単結合又は2価の連結基を表す。
17'は、−COOH、−COOR5、−CN、水酸基、アルコキシ基、−CO−NH−R6、−CO−NH−SO2−R6又は下記の−Y基を表す。
6は、アルキル基又は環状炭化水素基を表す。
−Y基;
Figure 0004524154
−Y基中、
21'〜R30'は、各々独立に、水素原子又はアルキル基を表す。
a,bは、1又は2を表す。
一般式(pI)〜(pVI)において、R11〜R25におけるアルキル基は、置換もしくは非置換のいずれであってもよく、1〜4個の炭素原子を有する直鎖もしくは分岐のアルキル基が好ましい。そ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、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基等が挙げられる。
また、上記アルキル基の更なる置換基としては、炭素数1〜4個のアルコキシ基、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子)、アシル基、アシロキシ基、シアノ基、水酸基、カルボキシ基、アルコキシカルボニル基、ニトロ基等を挙げることができる。
12〜R25における脂環式炭化水素基或いはZと炭素原子が形成する脂環式炭化水素基としては、単環式でも、多環式でもよい。具体的には、炭素数5以上のモノシクロ、ビシクロ、トリシクロ、テトラシクロ構造等を有する基を挙げることができる。その炭素数は6〜30個が好ましく、特に炭素数7〜25個が好ましい。これらの脂環式炭化水素基は置換基を有していてもよい。
脂環式炭化水素基の好ましいものとしては、アダマンチル基、ノルアダマンチル基、デカリン残基、トリシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、ノルボルニル基、セドロール基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロデカニル基、シクロドデカニル基を挙げることができる。より好ましくは、アダマンチル基、デカリン残基、ノルボルニル基、セドロール基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロデカニル基、シクロドデカニル基である。
これらの脂環式炭化水素基の置換基としては、アルキル基、ハロゲン原子、水酸基、アルコキシ基、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基が挙げられる。アルキル基としてはメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基等の低級アルキル基が好
ましく、更に好ましくはメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基である。アルコキシ基としてはメトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等の炭素数1〜4個のものを挙げることができる。アルキル基、アルコキシ基は、更に置換基を有していてもよい。アルキル基、アルコキシ基の更なる置換基としては、水酸基、ハロゲン原子、アルコキシ基を挙げることができる。
上記樹脂における一般式(pI)〜(pVI)で示される構造は、アルカリ可溶性基の保護に使用することができる。アルカリ可溶性基としては、この技術分野において公知の種々の基が挙げられる。
具体的には、カルボン酸基、スルホン酸基、フェノール基、チオール基などが挙げられ、好ましくはカルボン酸基、スルホン酸基である。
上記樹脂における一般式(pI)〜(pVI)で示される構造で保護されたアルカリ可溶性基としては、好ましくはカルボキシル基の水素原子が一般式(pI)〜(PVI)で表される構造で置換された構造が挙げられる。
一般式(pI)〜(pVI)で示される構造で保護されたアルカリ可溶性基を有する繰り返し単位としては、下記一般式(pA)で示される繰り返し単位が好ましい。
Figure 0004524154
ここで、Rは、水素原子、ハロゲン原子又は1〜4個の炭素原子を有する置換もしくは非置換の直鎖もしくは分岐のアルキル基を表す。複数のRは、各々同じでも異なっていてもよい。
Aは、単結合、アルキレン基、エーテル基、チオエーテル基、カルボニル基、エステル基、アミド基、スルフォンアミド基、ウレタン基、又はウレア基よりなる群から選択される単独あるいは2つ以上の基の組み合わせを表す。アルキレン基は、置換基を有していてもよい。
Raは、上記式(pI)〜(pVI)のいずれかの基を表す。
一般式(pA)で表される繰り返し単位は、最も好ましくは、2−アルキル−2−アダマンチル(メタ)アクリレート、ジアルキル(1−アダマンチル)メチル(メタ)アクリレート、1−エチル−2−イソプロピル−5−メチル−シクロヘキシル(メタ)アクリレートによる繰り返し単位である。
以下、一般式(pA)で示される繰り返し単位の具体例を示す。
(式中、RxはH、CH3、CH2OH又はCF3を表す。)
Figure 0004524154
上記一般式(II−AB)において、R11'、R12'は、各々独立に、水素原子、シアノ基、ハロゲン原子、又はアルキル基を表す。
Z'は、結合した2つの炭素原子(C−C)を含み、置換基を有していてもよい脂環式構造を形成するための原子団を表す。
上記R11'、R12'におけるハロゲン原子としては、塩素原子、臭素原子、フッ素原子、沃素原子等を挙げることができる。
上記R11'、R12'におけるアルキル基としては、炭素数1〜10個の直鎖状あるいは分岐状アルキル基が好ましく、より好ましくは炭素数1〜6個の直鎖状あるいは分岐状アルキル基であり、更に好ましくはメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基である。
上記アルキル基は、更に置換基を有していてもよい。アルキル基における更なる置換基としては、水酸基、ハロゲン原子、カルボキシル基、アルコキシ基、アシル基、シアノ基、アシルオキシ基等を挙げることができる。ハロゲン原子としては塩素原子、臭素原子、フッ素原子、沃素原子等を挙げることができ、アルコキシ基としてはメトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等の炭素数1〜4個のものを挙げることができ、アシル基としてはホルミル基、アセチル基等を挙げることができ、アシルオキシ基としてはアセトキシ基等を挙げることができる。
上記Z'の脂環式構造を形成するための原子団は、置換基を有していてもよい脂環式炭化水素の繰り返し単位を樹脂に形成する原子団であり、中でも有橋式の脂環式炭化水素の繰り返し単位を形成する有橋式脂環式構造を形成するための原子団が好ましい。
形成される脂環式炭化水素の骨格としては、一般式(pI)〜(pVI)に於けるR11〜R25の脂環式炭化水素基と同様のものが挙げられる。
上記脂環式炭化水素の骨格には置換基を有していてもよい。そのような置換基としては、前記一般式(II−A)あるいは(II−B)中のR13'〜R16'を挙げることができる。
上記有橋式の脂環式炭化水素を有する繰り返し単位の中でも、上記一般式(II−A)あるいは(II−B)で表される繰り返し単位が更に好ましい。
本発明に係わる脂環炭化水素系酸分解性樹脂において、酸分解性基は、前記−C(=O)−X−A'−R17'に含まれてもよいし、一般式(II−AB)のZ'の置換基として含まれてもよい。
酸分解性基の構造としては、−C(=O)−X1−R0 で表される。
式中、R0 としては、t−ブチル基、t−アミル基等の3級アルキル基、イソボロニル基、1−エトキシエチル基、1−ブトキシエチル基、1−イソブトキシエチル基、1−シクロヘキシロキシエチル基等の1−アルコキシエチル基、1−メトキシメチル基、1−エトキシメチル基等のアルコキシメチル基、3−オキソアルキル基、テトラヒドロピラニル基、テトラヒドロフラニル基、トリアルキルシリルエステル基、3−オキソシクロヘキシルエステル基、2−メチル−2−アダマンチル基、メバロニックラクトン残基等を挙げることができる。X1は、上記Xと同義である。
上記R13'〜R16'におけるハロゲン原子としては、塩素原子、臭素原子、フッ素原子、沃素原子等を挙げることができる。
上記R5、R6、R13'〜R16'、R21'〜R30'におけるアルキル基としては、炭素数1〜10個の直鎖状あるいは分岐状アルキル基が好ましく、より好ましくは炭素数1〜6個の直鎖状あるいは分岐状アルキル基であり、更に好ましくはメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基である。
上記R5、R6、R13'〜R16'における環状炭化水素基としては、例えば環状アルキル基、有橋式炭化水素であり、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、アダマンチル基、2−メチル−2−アダマンチル基、ノルボルニル基、ボロニル基、イソボロニル基、トリシクロデカニル基、ジシクロペンテニル基、ノボルナンエポキシ基、メンチル基、イソメンチル基、ネオメンチル基、テトラシクロドデカニル基等を挙げることができる。
上記R13'〜R16'のうち少なくとも2つが結合して形成する環としては、シクロペンテン、シクロヘキセン、シクロヘプタン、シクロオクタン等の炭素数5〜12の環が挙げられる。
上記R17'におけるアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等の炭素数1〜4個のものを挙げることができる。
上記アルキル基、環状炭化水素基、アルコキシ基における更なる置換基としては、水酸基、ハロゲン原子、カルボキシル基、アルコキシ基、アシル基、シアノ基、アシルオキシ基、アルキル基、環状炭化水素基等を挙げることができる。ハロゲン原子としては、塩素原子、臭素原子、フッ素原子、沃素原子等を挙げることができる。アルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等の炭素数1〜4個のものが挙げることができ、アシル基としてはホルミル基、アセチル基等を挙げることができ、アシルオキシ基としてはアセトキシ基等を挙げることができる。
また、アルキル基、環状炭化水素基は、上記で挙げたものが挙げられる。
上記A'の2価の連結基としては、アルキレン基、エーテル基、チオエーテル基、カルボニル基、エステル基、アミド基、スルフォンアミド基、ウレタン基、ウレア基よりなる群から選択される単独あるいは2つ以上の基の組み合わせが挙げられる。アルキレン基は、更に置換基を有していてもよい。
本発明に係る脂環炭化水素系酸分解性樹脂においては、酸の作用により分解する基は、前記一般式(pI)〜一般式(pVI)で示される脂環式炭化水素を含む部分構造を有する繰り返し単位、一般式(II−AB)で表される繰り返し単位、及び後記共重合成分の繰り返し単位のうち少なくとも1種の繰り返し単位に含有することができる。
上記一般式(II−A)あるいは一般式(II−B)におけるR13'〜R16'の各種置換基は、上記一般式(II−AB)における脂環式構造を形成するための原子団ないし有橋式脂環式構造を形成するための原子団Zの置換基ともなるものである。
上記一般式(II−A)あるいは一般式(II−B)で表される繰り返し単位の具体例として次のものが挙げられるが、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。
Figure 0004524154
本発明の脂環炭化水素系酸分解性樹脂は、ラクトン基を有することが好ましく、より好ましくは下記一般式(Lc)又は下記一般式(V−1)〜(V−7)のいずれかで表されるラクトン構造を有する基を有する繰り返し単位を有することであり、ラクトン構造を有する基が主鎖に直接結合していてもよい。
Figure 0004524154
一般式(Lc)中、Ra1,Rb1,Rc1,Rd1,Re1は、各々独立に、水素原子又はアルキル基を表す。m,nは各々独立に0〜3の整数を表し、m+nは、2以上6以下である。
一般式(V−1)〜(V−7)において、R1b〜R5bは、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アルキルスルホニルイミノ基又はアルケニル基を表す。R1b〜R5bの内の2つは、結合して環を形成してもよい。
一般式(V−6)、(V−7)において、XLは、−O−、−S−、−SO2−、−N(RXL)−を表す。ここでRXLは、水素原子、水酸基、アルキル基又は−OSO2−RXL1を表す。RXL1は、アルキル基、シクロアルキル基又は樟脳残基を表す。
一般式(Lc)に於けるRa1〜Re1のアルキル基及び一般式(V−1)〜(V−7)に於けるR1b〜R5bのアルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アルキルスルホニルイミノ基におけるアルキル基としては、直鎖状、分岐状のアルキル基が挙げられ、置換基を有していてもよい。
一般式(Lc)又は一般式(V−1)〜(V−7)のいずれかで表されるラクトン構造を有する基を有する繰り返し単位としては、上記一般式(II−A)又は(II−B)中のR13'〜R16'のうち少なくとも1つが一般式(Lc)又は一般式(V−1)〜(V−7)で表される基を有するもの(例えば−COOR5のR5が一般式(Lc)又は一般式(V−1)〜(V−7)で表される基を表す)、又は下記一般式(AI)で表される繰り返し単位等を挙げることができる。
Figure 0004524154
一般式(AI)中、Rb0は、水素原子、ハロゲン原子、又はアルキル基を表す。Rb0のアルキル基は、炭素数1〜4のアルキル基が好ましい。Rb0のアルキル基は、更に置換基を有していてもよい。
b0のハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、沃素原子を挙げることができる。Rb0は水素原子が好ましい。
A'は、単結合、エーテル基、エステル基、カルボニル基、アルキレン基、又はこれらを組み合わせた2価の基を表す。
2は、一般式(Lc)又は一般式(V−1)〜(V−7)のうちのいずれかで示される基を表す。
以下に、ラクトン構造を有する基を有する繰り返し単位の具体例を挙げるが、本発明がこれに限定されるものではない。
Figure 0004524154
Figure 0004524154
Figure 0004524154
本発明の脂環炭化水素系酸分解性樹脂は、下記一般式(VII)で表される基を有する繰り返し単位を有してもよい。
Figure 0004524154
一般式(VII)中、R2c〜R4cは、各々独立に、水素原子又は水酸基を表す。ただし、R2c〜R4cのうちの少なくとも1つは水酸基を表す。
一般式(VII)で表される基は、好ましくはジヒドロキシ体、モノヒドロキシ体であり、より好ましくはジヒドロキシ体である。
一般式(VII)で表される基を有する繰り返し単位としては、上記一般式(II−A)又は(II−B)中のR13'〜R16'のうち少なくとも1つが上記一般式(VII)で表される基を有するもの(例えば−COOR5のR5が一般式(VII)で表される基を表す)、又は下記一般式(AII)で表される繰り返し単位等を挙げることができる。
Figure 0004524154
一般式(AII)中、
1cは、水素原子又はメチル基を表す。
2c〜R4cは、各々独立に、水素原子又は水酸基を表す。ただし、R2c〜R4cのうち少なくとも1つは水酸基を表す。R2c〜R4cのうちの二つが水酸基であるものが好ましい。
以下に、一般式(AII)で表される構造を有する繰り返し単位の具体例を挙げるが、これらに限定されるものではない。
Figure 0004524154
本発明の脂環炭化水素系酸分解性樹脂は、下記一般式(VIII)で表される繰り返し単位を有してもよい。
Figure 0004524154
上記一般式(VIII)に於いて、Z2は、−O−又は−N(R41)−を表す。ここでR41は、水素原子、水酸基、アルキル基、又は−OSO2−R42を表す。R42は、アルキル基、シクロアルキル基又は樟脳残基を表す。アルキル基は、ハロゲン原子等の置換基を有していてもよい。
上記一般式(VIII)で表される繰り返し単位の具体例として次の[I'−1]〜[I'−7]が挙げられるが、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。
Figure 0004524154
本発明の脂環炭化水素系酸分解性樹脂は、上記の繰り返し構造単位以外に、ドライエッチング耐性や標準現像液適性、基板密着性、レジストプロファイル、さらにレジストの一般的な必要な特性である解像力、耐熱性、感度等を調節する目的で様々な繰り返し単位を有することができる。
このような繰り返し単位としては、下記の単量体に相当する繰り返し単位を挙げること
ができるが、これらに限定されるものではない。
これにより、脂環炭化水素系酸分解性樹脂に要求される性能、特に、
(1)塗布溶剤に対する溶解性、
(2)製膜性(ガラス転移点)、
(3)アルカリ現像性、
(4)膜べり(親疎水性、アルカリ可溶性基選択)、
(5)未露光部の基板への密着性、
(6)ドライエッチング耐性、
等の微調整が可能となる。
このような単量体として、例えばアクリル酸エステル類、メタクリル酸エステル類、アクリルアミド類、メタクリルアミド類、アリル化合物、ビニルエーテル類、ビニルエステル類等から選ばれる付加重合性不飽和結合を1個有する化合物等を挙げることができる。
その他にも、上記種々の繰り返し構造単位に相当する単量体と共重合可能である付加重合性の不飽和化合物であれば、共重合されていてもよい。
脂環炭化水素系酸分解性樹脂において、各繰り返し構造単位の含有モル比はレジストのドライエッチング耐性や標準現像液適性、基板密着性、レジストプロファイル、さらにはレジストの一般的な必要性能である解像力、耐熱性、感度等を調節するために適宜設定される。
本発明の脂環炭化水素系酸分解性樹脂の好ましい態様としては、以下のものが挙げられる。
(1)上記一般式(pI)〜(pVI)で表される脂環式炭化水素を含む部分構造を有する繰り返し単位を有するもの(側鎖型)
(2)一般式(II−AB)で表される繰り返し単位を有するもの(主鎖型)
但し、(2)においては例えば、更に以下のものが挙げられる。
(3)一般式(II−AB)で表される繰り返し単位、無水マレイン酸誘導体及び(メタ)アクリレート構造を有するもの(ハイブリッド型)
脂環炭化水素系酸分解性樹脂中、酸分解性基を有する繰り返し単位の含有量は、全繰り返し構造単位中10〜70モル%が好ましく、より好ましくは20〜65モル%、更に好ましくは25〜60モル%である。
脂環炭化水素系酸分解性樹脂中、一般式(pI)〜(pVI)で表される脂環式炭化水素を含む部分構造を有する繰り返し単位の含有量は、全繰り返し構造単位中20〜70モル%が好ましく、より好ましくは24〜65モル%、更に好ましくは28〜60モル%である。
脂環炭化水素系酸分解性樹脂中、一般式(II−AB)で表される繰り返し単位の含有量は、全繰り返し構造単位中10〜60モル%が好ましく、より好ましくは15〜55モル%、更に好ましくは20〜50モル%である。
また、上記更なる共重合成分の単量体に基づく繰り返し構造単位の樹脂中の含有量も、所望のレジストの性能に応じて適宜設定することができるが、一般的に、上記一般式(pI)〜(pVI)で表される脂環式炭化水素を含む部分構造を有する繰り返し構造単位と上記一般式(II−AB)で表される繰り返し単位の合計した総モル数に対して99モル%
以下が好ましく、より好ましくは90モル%以下、さらに好ましくは80モル%以下である。
本発明の組成物がArF露光用であるとき、ArF光への透明性の点から樹脂は芳香族基を有さないことが好ましい。
本発明に用いる脂環炭化水素系酸分解性樹脂は、常法に従って(例えばラジカル重合)合成することができる。例えば、一般的合成方法としては、モノマー種を、一括であるいは反応途中で反応容器に仕込み、これを必要に応じ反応溶媒、例えばテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサンなどの環状エーテル類やメチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンのようなケトン類、さらには後述の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メチルエーテルのような本発明の組成物を溶解する溶媒に溶解させ均一とした後、窒素やアルゴンなど不活性ガス雰囲気下で必要に応じ加熱、市販のラジカル開始剤(アゾ系開始剤、パーオキサイドなど)を用いて重合を開始させる。所望により開始剤を追加、あるいは分割で添加し、反応終了後、溶剤に投入して粉体あるいは固形回収等の方法で所望のポリマーを回収する。反応の濃度は10質量%以上であり、好ましくは15質量%以上、さらに好ましくは20質量%以上である。反応温度は10℃〜150℃であり、好ましくは30℃〜130℃、さらに好ましくは50℃〜110℃である。
上記具体例で表される繰り返し構造単位は、各々1種で使用してもよいし、複数を混合して用いてもよい。
また、本発明において、樹脂は、1種で使用してもよいし、複数併用してもよい。
本発明に係る樹脂の重量平均分子量は、GPC法によりポリスチレン換算値として、好ましくは1,000〜200,000であり、更に好ましくは3,000〜20,000である。重量平均分子量を、1,000〜200,000とすることにより、耐熱性、ドライエッチング耐性、現像性、製膜性の劣化を防ぐことができる。
分子量分布は通常1〜5であり、好ましくは1〜4、更に好ましくは1〜3の範囲のものが使用される。分子量分布が1〜5とすることにより、解像度、レジスト形状の劣化、レジストパターンの側壁の荒れ、ラフネス性の劣化などを防ぐことができる。
本発明の化学増幅型レジスト組成物において、本発明に係わる全ての樹脂の組成物全体中の配合量は、全レジスト固形分中40〜99.99質量%が好ましく、より好ましくは50〜99.97質量%である。
〔2〕活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物(B成分)
本発明の化学増幅型レジスト組成物は活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物を含有する。そのような光酸発生剤としては、光カチオン重合の光開始剤、光ラジカル重合の光開始剤、色素類の光消色剤、光変色剤、あるいはマイクロレジスト等に使用されている活性光線又は放射線の照射により酸を発生する公知の化合物及びそれらの混合物を適宜に選択して使用することができる。
たとえば、ジアゾニウム塩、ホスホニウム塩、スルホニウム塩、ヨードニウム塩、イミドスルホネート、オキシムスルホネート、ジアゾジスルホン、ジスルホン、o−ニトロベンジルスルホネートを挙げることができる。
また、これらの活性光線又は放射線の照射により酸を発生する基、あるいは化合物をポ
リマーの主鎖又は側鎖に導入した化合物、たとえば、米国特許第3,849,137号、独国特許第3914407号、特開昭63−26653号、特開昭55−164824号、特開昭62−69263号、特開昭63−146038号、特開昭63−163452号、特開昭62−153853号、特開昭63−146029号等に記載の化合物を用いることができる。
さらに米国特許第3,779,778号、欧州特許第126,712号等に記載の光により酸を発生する化合物も使用することができる。
使用してもよい活性光線又は放射線の照射により分解して酸を発生する化合物の内で好ましい化合物として、下記一般式(ZI)、(ZII)、(ZIII)で表される化合物を挙げることができる。
Figure 0004524154
上記一般式(ZI)において、R201、R202及びR203は、各々独立に有機基を表す。
-は、非求核性アニオンを表し、好ましくはスルホン酸アニオン、カルボン酸アニオン、ビス(アルキルスルホニル)アミドアニオン、トリス(アルキルスルホニル)メチドアニオン、BF4 、PF6 、SbF6 などが挙げられ、好ましくは炭素原子を有する有機アニオンである。
好ましい有機アニオンとしては下式に示す有機アニオンが挙げられる。
Figure 0004524154
Rc1は、有機基を表す。
Rc1における有機基として炭素数1−30のものが挙げられ、好ましくはアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、またはこれらの複数が、単結合、−O−、−CO2−、−S−、−SO3−、−SO2N(Rd1)−などの連結基で連結された基を挙げることができる。
Rd1は、水素原子、アルキル基を表す。
Rc3、Rc4、Rc5は、各々独立に、有機基を表す。
Rc3、Rc4、Rc5の有機基として、好ましくはRc1における好ましい有機基と同じものを挙げることができ、最も好ましくは炭素数1−4のパーフロロアルキル基である。
Rc3とRc4が結合して環を形成していてもよい。
Rc3とRc4が結合して形成される基としてはアルキレン基、アリーレン基が挙げられる。好ましくは炭素数2−4のパーフロロアルキレン基である。
Rc1、Rc3−Rc5の有機基として、最も好ましくは1位がフッ素原子またはフロロアルキル基で置換されたアルキル基、フッ素原子またはフロロアルキル基で置換されたフェニル基である。フッ素原子またはフロロアルキル基を有することにより、光照射によって発生した酸の酸性度が上がり、感度が向上する。
201、R202及びR203としての有機基の炭素数は、一般的に1〜30、好ましくは1〜20である。
また、R201〜R203のうち2つが結合して環構造を形成してもよく、環内に酸素原子、硫黄原子、エステル結合、アミド結合、カルボニル基を含んでいてもよい。R201〜R203の内の2つが結合して形成する基としては、アルキレン基(例えば、ブチレン基、ペンチレン基)を挙げることができる。
201、R202及びR203としての有機基の具体例としては、後述する化合物(ZI−1)、(ZI−2)、(ZI−3)における対応する基を挙げることができる。
尚、一般式(ZI)で表される構造を複数有する化合物であってもよい。例えば、一般式(ZI)で表される化合物のR201〜R203の少なくともひとつが、一般式(ZI)で表されるもうひとつの化合物のR201〜R203の少なくともひとつと結合した構造を有する化合物であってもよい。
更に好ましい(ZI)成分として、以下に説明する化合物(ZI−1)、(ZI−2)、及び(ZI−3)を挙げることができる。
化合物(ZI−1)は、上記一般式(ZI)のR201〜R203の少なくとも1つがアリール基である、アリールスルホニム化合物、即ち、アリールスルホニウムをカチオンとする化合物である。
アリールスルホニウム化合物は、R201〜R203の全てがアリール基でもよいし、R201〜R203の一部がアリール基で、残りがアルキル基、シクロアルキル基でもよい。
アリールスルホニウム化合物としては、例えば、トリアリールスルホニウム化合物、ジアリールアルキルスルホニウム化合物、アリールジアルキルスルホニウム化合物、ジアリールシクロアルキルスルホニウム化合物、アリールジシクロアルキルスルホニウム化合物等を挙げることができる。
アリールスルホニウム化合物のアリール基としてはフェニル基、ナフチル基などのアリール基、インドール残基、ピロール残基、などのヘテロアリール基が好ましく、更に好ましくはフェニル基、インドール残基である。アリールスルホニム化合物が2つ以上のアリール基を有する場合に、2つ以上あるアリール基は同一であっても異なっていてもよい。
アリールスルホニウム化合物が必要に応じて有しているアルキル基は、炭素数1〜15の直鎖又は分岐状アルキル基が好ましく、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基等を挙げることができる。
アリールスルホニウム化合物が必要に応じて有しているシクロアルキル基は、炭素数3〜15のシクロアルキル基が好ましく、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロヘキシル基等を挙げることができる。
201〜R203のアリール基、アルキル基、シクロアルキル基は、アルキル基(例えば炭素数1〜15)、シクロアルキル基(例えば炭素数3〜15)、アリール基(例えば炭素数6−から14)、アルコキシ基(例えば炭素数1〜15)、ハロゲン原子、水酸基、フェニルチオ基を置換基として有してもよい。好ましい置換基としては、炭素数1〜12の直鎖又は分岐状アルキル基、炭素数3〜12のシクロアルキル基、炭素数1〜12の直鎖、分岐又は環状のアルコキシ基であり、最も好ましくは炭素数1〜4のアルキル基、炭素数1〜4のアルコキシ基である。置換基は、3つのR201〜R203のうちのいずれか1つに置換していてもよいし、3つ全てに置換していてもよい。また、R201〜R203がアリール基の場合に、置換基はアリール基のp−位に置換していることが好ましい。
次に、化合物(ZI−2)について説明する。
化合物(ZI−2)は、式(ZI)におけるR201〜R203が、各々独立に、芳香環を含有しない有機基を表す場合の化合物である。ここで芳香環とは、ヘテロ原子を含有する芳香族環も包含するものである。
201〜R203としての芳香環を含有しない有機基は、一般的に炭素数1〜30、好ましくは炭素数1〜20である。
201〜R203は、各々独立に、好ましくはアルキル基、シクロアルキル基、アリル基、ビニル基であり、より好ましくは直鎖、分岐、環状2−オキソアルキル基、アルコキシカルボニルメチル基、特に好ましくは直鎖、分岐2−オキソアルキル基である。
201〜R203としてのアルキル基は、直鎖状、分岐状のいずれであってもよく、好ましくは、炭素数1〜10の直鎖又は分岐アルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基)を挙げることができ、直鎖、分岐2−オキソアルキル基、アルコキシカルボニルメチル基がより好ましい。
201〜R203としてのシクロアルキル基は、好ましくは、炭素数3〜10のシクロアルキル基(シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボニル基)を挙げることができ、環状2−オキソアルキル基がより好ましい。
201〜R203の直鎖、分岐、環状2−オキソアルキル基としては、好ましくは、上記のアルキル基、シクロアルキル基の2位に>C=Oを有する基を挙げることができる。
201〜R203としてのアルコキシカルボニルメチル基におけるアルコキシ基としては、好ましくは炭素数1〜5のアルコキシ基(メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ペントキシ基)を挙げることができる。
201〜R203は、ハロゲン原子、アルコキシ基(例えば炭素数1〜5)、水酸基、シアノ基、ニトロ基によって更に置換されていてもよい。
化合物(ZI−3)とは、以下の一般式(ZI−3)で表される化合物であり、フェナシルスルフォニウム塩構造を有する化合物である。
Figure 0004524154
一般式(ZI−3)に於いて、
1c〜R5cは、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、又はハロゲン原子を表す。
6c及びR7cは、各々独立に、水素原子、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。
Rx及びRyは、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基、アリル基、又はビニル基を表す。
1c〜R5c中のいずれか2つ以上、R6cとR7c、及びRxとRyは、それぞれ結合して環構造を形成してもよい。
Zc-は、非求核性アニオンを表し、一般式(ZI)に於けるX-の非求核性アニオンと同様のものを挙げることができる。
1c〜R7cとしてのアルキル基は、直鎖状、分岐状のいずれであってもよく、例えば炭素数1〜20個、好ましくは炭素数1〜12個の直鎖及び分岐アルキル基(例えば、メチル基、エチル基、直鎖又は分岐プロピル基、直鎖又は分岐ブチル基、直鎖又は分岐ペンチル基)を挙げることができる。
1c〜R7cのシクロアルキル基として、好ましくは、炭素数3〜8個のシクロアルキル基(例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基)を挙げることができる。
1c〜R5cとしてのアルコキシ基は、直鎖、分岐、環状のいずれであってもよく、例えば炭素数1〜10のアルコキシ基、好ましくは、炭素数1〜5の直鎖及び分岐アルコキシ基(例えば、メトキシ基、エトキシ基、直鎖又は分岐プロポキシ基、直鎖又は分岐ブトキシ基、直鎖又は分岐ペントキシ基)、炭素数3〜8の環状アルコキシ基(例えば、シクロペンチルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基)を挙げることができる。
1c〜R5c中のいずれか2つ以上、R6cとR7c、及びRxとRyが結合して形成する基としては、ブチレン基、ペンチレン基等を挙げることができる。この環構造は、酸素原子、硫黄原子、エステル結合、アミド結合を含んでいてもよい。
好ましくはR1c〜R5cのうちいずれかが直鎖状若しくは分岐状アルキル基、シクロアルキル基又は直鎖、分岐、環状アルコキシ基であり、更に好ましくはR1cからR5cの炭素数の和が2〜15である。これにより、より溶剤溶解性が向上し、保存時にパーティクルの発生が抑制される。
x及びRyとしてのアルキル基、シクロアルキル基は、R1c〜R7cとしてのアルキル基、シクロアルキル基と同様のものを挙げることができる。
Rx及びRyは、2−オキソアルキル基、アルコキシカルボニルメチル基であることが好ましい。
2−オキソアルキル基は、R1c〜R5cとしてのアルキル基、シクロアルキル基の2位に>C=Oを有する基を挙げることができる。
アルコキシカルボニルメチル基におけるアルコキシ基については、R1c〜R5cとしてのアルコキシ基と同様のものを挙げることができる。
x、Ryは、好ましくは炭素数4個以上のアルキル基、シクロアルキル基であり、より好ましくは6個以上、更に好ましくは8個以上のアルキル基、シクロアルキル基である。
一般式(ZII)、(ZIII)中、R204〜R207は、各々独立に、アリール基、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。X-は、非求核性アニオンを表し、一般式(I)に於けるX-の非求核性アニオンと同様のものを挙げることができる。
204〜R207のアリール基としてはフェニル基、ナフチル基が好ましく、更に好ましくはフェニル基である。
204〜R207としてのアルキル基は、直鎖状、分岐状のいずれであってもよく、好ましくは、炭素数1〜10の直鎖又は分岐アルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基)を挙げることができる。
204〜R207としてのシクロアルキル基は、好ましくは、炭素数3〜10のシクロアルキル基(シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボニル基)を挙げることができる。
204〜R207が有していてもよい置換基としては、例えば、アルキル基(例えば炭素数1〜15)、シクロアルキル基(例えば炭素数3〜15)、アリール基(例えば炭素数6〜15)、アルコキシ基(例えば炭素数1〜15)、ハロゲン原子、水酸基、フェニルチオ基等を挙げることができる。
使用してもよい活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物として、更に、下記一般式(ZIV)、(ZV)、(ZVI)で表される化合物を挙げることができる。
Figure 0004524154
一般式(ZIV)〜(ZVI)中、Ar3及びAr4は、各々独立に、アリール基を表す。
206、R207及びR208は、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を表す。
Aは、アルキレン基、アルケニレン基又はアリーレン基を表す。
活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物の内でより好ましくは、一般式(ZI)〜(ZIII)で表される化合物である。
活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物の中で、特に好ましいものの例を以下に挙げる。
Figure 0004524154
Figure 0004524154
Figure 0004524154
活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物は、1種単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物の化学増幅型レジスト組成物中の含量は、レジスト組成物の全固形分を基準として、0.1〜20質量%が好ましく、より好ましくは0.5〜18質量%、更に好ましくは1.0〜15質量%である。
〔3〕フッ素原子と、水酸基とを有し、かつpKaの値が4〜15の範囲にある化合物
本発明の化学増幅型レジスト組成物は、フッ素原子と、水酸基とを有し、かつpKaの値が4〜15の範囲にある化合物(以下、「(C)成分」ともいう)を含有する。
pKaとは、酸の電離平衡の平衡定数であり、酸の強さを示す尺度である。この値が小さければ小さいほど強酸である。
一般的に酸HAが電離平衡しているとき、その電離平衡は、下記式(1)で示され、そのpKaは、下記式(2)で与えられる。
Figure 0004524154
pKa=−log([H+][A-]/[HA]) 式(2)
pKaの値は、化学構造解析ソフトウェア「ACD5.0」(Advanced Chemistry Development Inc.製、URL:http://www.acdlabs.com)等で計算することが可能であり、本発明でのpKaの値は、このソフトウェアで計算した値である。
(C)成分のpKaの範囲は、4〜15であり、好ましくは4.5〜14であり、より好ましくは5〜13.5である。
(C)成分は、分子量1500以下の化合物であることが好ましい。
(C)成分は、下記一般式(FAD−I)〜(FAD−III)のいずれかで表される化合物(以下、「(Ca)成分」ともいう)あることが好ましい。
Figure 0004524154
一般式(FAD−I)〜(FAD−III)中、
Ra101〜Ra104は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、脂環式アルキル基、アルコキシ基、アシル基又はアシルオキシ基を表す。
Aa101は、パーフルオロアルキレン基又はパーフルオロシクロアルキレン基を表す。
Ra105は、複数個ある場合に同じでも異なってもよく、フッ素原子又はパーフルオロアルキル基を表す。
nは、1又は2であり、n+m=6である。
Aa102は、単結合又は2価の有機基を表す。
Ra106は、同じでも異なってもよく、フッ素原子又はパーフルオロアルキル基を表す。
一般式(FAD−I)に於ける、Ra101〜Ra104のアルキル基は、炭素数1〜30の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基が好ましく、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチ
ル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基等を挙げることができる。
Ra101〜Ra104の脂環式アルキル基は、炭素数3〜30の脂環式アルキル基が好ましく、例えば、アダマンチル基、ノルアダマンチル基、デカリン残基、トリシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、ノルボルニル基、セドロール基、シクロプロピル基、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、シクロデカニル基、シクロドデカニル基、テトラヒドロフラニル基、テトラヒドロチエニル基、テトラヒドロピラニル基等を挙げることができる。Ra101〜Ra104の脂環式アルキル基は、環内にヘテロ原子や官能基を有していてもよい。
Ra101〜Ra104のアルコキシ基は、アルキルオキシ基でもよいし、シクロアルキルオキシ基でもよい。Ra101〜Ra104のアルコキシ基中のアルキル基は、炭素数1〜30の直鎖状若しくは分岐状アルキル基が好ましく、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基等を挙げることができる。Ra101〜Ra104のアルコキシ基中のシクロアルキル基は、炭素数3〜30のシクロアルキル基が好ましく、例えば、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、アダマンチル基、ノルボニル基、ボロニル基等を挙げることができる。
Ra101〜Ra104のアシル基は、炭素数1〜10のアシル基が好ましく、例えば、アセチル基、エチルカルボニル基、プロピルカルボニル基等を挙げることができる。
Ra101〜Ra104のアシルオキシ基は、炭素数1〜10のアシルオキシ基が好ましく、例えば、アセトキシ基、エチルカルボニルオキシ基等を挙げることができる。
Aa101のパーフルオロアルキレン基は、炭素数1〜15の直鎖又は分岐状のパーフルオロアルキレン基が好ましく、ヘテロ原子を有していてもよい。Aa101のパーフルオロシクロアルキレン基は、炭素数3〜15のパーフルオロシクロアルキレン基が好ましく、ヘテロ原子を有していてもよい。
以下に、Aa101のパーフルオロアルキレン基、パーフルオロシクロアルキレン基の具体例を示すが、本発明はこれに限定されるものではない。
Figure 0004524154
一般式(FAD−I)で表される化合物は、下記一般式(FAD−Ia)で表されることが好ましい。
Figure 0004524154
一般式(FAD−Ia)中、
Aa101は、パーフルオロアルキレン基又はパーフルオロシクロアルキレン基を表す。
以下、一般式(FAD−Ia)で表される化合物の具体例を示すが、本発明はこれに限定されるものではない。
Figure 0004524154
一般式(FAD−II)に於ける、Ra105のパーフルオロアルキル基は、炭素数1〜20のパーフルオロアルキル基が好ましく、例えば、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、パーフルオロ−n−プロピル基、パーフルオロイソプロピル基等が挙げられる。
以下、一般式(FAD−II)で表される化合物の具体例を示すが、本発明はこれに限定されるものではない。
Figure 0004524154
一般式(FAD−III)に於ける、Aa102の2価の有機基としては、例えば、アルキレン基、エーテル基、チオエーテル基、カルボニル基、エステル基、アミド基、スルホニル基、スルホンアミド基、ウレタン基、ウレア基の単独の基及びこれらの内の2つ以上が結合した基等を挙げることができる。アルキレンは、フッ素原子等の置換基を有していてもよい。
Ra106のパーフルオロアルキル基としては、Ra105のパーフルオロアルキル基と同様のものを挙げることができる。
以下、一般式(FAD−III)で表される化合物の具体例を示すが、本発明はこれに限定されるものではない。
Figure 0004524154
一般式(FAD−I)で表される化合物は、実験化学講座第四版、20巻、p1〜p27にあるように、対応するケトン化合物を出発原料として還元反応を行い、ケトンをアルコールに変換することによって合成することもできるし、実験化学講座第四版、20巻、p49〜p67にあるように、対応するジヨード体、ジブロミド体、ジクロロ体等を出発原料として置換反応を行うことによりフッ素以外のハロゲン原子をアルコールに変換することによって合成することもできる。
一般式(FAD−II)で表される化合物及び一般式(FAD−III)で表される化合物は、実験化学講座第四版、20巻、p114〜p121にあるように、対応するジヨード体、ジブロミド体、ジクロロ体等を出発原料として置換反応を行うことによりフッ素原子以外のハロゲン元素をアルコールに変換することによって合成することができる。尚、多くの化合物は、和光純薬社、Aldrich社、アヅマックス社等から市販されており、市販品を入手可能である。
(C)成分、(Ca)成分の化合物は、1種単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。(C)成分、(Ca)成分の化合物の化学増幅型レジスト組成物中の含量は、組成物の固形分を基準として、0.05〜10.0質量%が好ましく、より好ましくは0.07〜8.0質量%、更に好ましくは0.10〜7.0質量%である。
〔4〕(E)含窒素塩基性化合物
本発明の化学増幅型レジスト組成物は、(E)含窒素塩基性化合物を含有することが好ましい。(E)含窒素塩基性化合物としては、有機アミン、塩基性のアンモニウム塩、塩基性のスルホニウム塩などが用いられ、昇華やレジスト性能を劣化させないものであればよい。
これらの含窒素塩基性化合物の中でも、有機アミンが画像性能が優れる点で好ましい。
例えば特開昭63-149640号、特開平5-249662号、特開平5-127369号、特開平5-289322号、特開平5-249683号、特開平5-289340号、特開平5-232706号、特開平5-257282号、特開平6-242605号、特開平6-242606号、特開平6-266100号、特開平6-266110 号、特開平6-317902号、特開平7-120929号、特開平7-146558号、特開平7-319163号、特開平7-508840号、特開平7-333844号、特開平7-219217号、特開平7-92678号、 特開平7-28247号、特開平8-22120号、特開平8-110638号、特開平8-123030号、特開平9-274312号、特開平9-166871号、特開平9-292708号、特開平9-325496号、特表平7-508840号、USP5525453号、USP5629134号、USP5667938号等に記載の塩基性化合物を用いることができる。
含窒素塩基性化合物としては、好ましくは、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、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン、4−ジメチルアミノピリジン、1−ナフチルアミン、ピペリジン、ヘキサメチレンテトラミン、イミダゾール類、ヒドロキシピリジン類、ピリジン類、4,4'−ジアミノジフェニルエーテル、ピリジニウムp−トルエンスルホナート、2,4,6−トリメチルピリジニウムp−トルエンスルホナート、テトラメチルアンモニウムp−トルエンスルホナート、及びテトラブチルアンモニウムラクテート、トリエチルアミン、トリブチルアミン等が挙げられる。
これらの中でも、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、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン、4−ジメチルアミノピリジン、1−ナフチルアミン、ピペリジン、ヘキサメチレンテトラミン、イミダゾール類、ヒドロキシピリジン類、ピリジン類、4,4'−ジアミノジフェニルエーテル、トリエチルアミン、トリブチルアミン等の有機アミンが好ましい。
含窒素塩基性化合物の含有量は、化学増幅型レジスト組成物(固形分)100質量部に対し、通常、0.001〜10質量部、好ましくは0.001〜5質量部、より好ましくは0.001〜0.5質量部である。
〔5〕(F)フッ素及び/又はシリコン系界面活性剤
本発明の化学増幅型レジスト組成物は、更に(F)フッ素及び/又はシリコン系界面活性剤(フッ素系界面活性剤及びシリコン系界面活性剤、フッ素原子と珪素原子の両方を含有する界面活性剤)のいずれか、あるいは2種以上を含有することが好ましい。
本発明の化学増幅型レジスト組成物が上記(F)界面活性剤を含有することにより、250nm以下、特に220nm以下の露光光源の使用時に、良好な感度及び解像度で、密着性及び現像欠陥の少ないレジストパターンを与えることが可能となる。
これらの(F)界面活性剤として、例えば特開昭62−36663号公報、特開昭61−226746号公報、特開昭61−226745号公報、特開昭62−170950号公報、特開昭63−34540号公報、特開平7−230165号公報、特開平8−62834号公報、特開平9−54432号公報、特開平9−5988号公報、特開2002−277862号公報、米国特許第5405720号明細書、同5360692号明細書、同5529881号明細書、同5296330号明細書、同5436098号明細書、同5576143号明細書、同 5294511号明細書、同5824451号明細書記載の界面活性剤を挙げることができ、下記市販の界面活性剤をそのまま用いることもできる。
使用できる市販の界面活性剤として、例えばエフトップEF301、EF303、(新秋田化成(株)製)、フロラードFC430、431(住友スリーエム(株)製)、メガファックF171、F173、F176、F189、R08(大日本インキ化学工業(株)製)、サーフロンS−382、SC101、102、103、104、105、106(旭硝子(株)製)、トロイゾルS−366(トロイケミカル(株)製)等のフッ素系界面活性剤又はシリコン系界面活性剤を挙げることができる。またポリシロキサンポリマーKP−341(信越化学工業(株)製)もシリコン系界面活性剤として用いることができる。
また、界面活性剤としては、上記に示すような公知のものの他に、テロメリゼーション法(テロマー法ともいわれる)もしくはオリゴメリゼーション法(オリゴマー法ともいわれる)により製造されたフルオロ脂肪族化合物から導かれたフルオロ脂肪族基を有する重合体を用いた界面活性剤を用いることが出来る。フルオロ脂肪族化合物は、特開2002−90991号公報に記載された方法によって合成することが出来る。
フルオロ脂肪族基を有する重合体としては、フルオロ脂肪族基を有するモノマーと(ポリ(オキシアルキレン))アクリレート及び/又は(ポリ(オキシアルキレン))メタクリレートとの共重合体が好ましく、不規則に分布しているものでも、ブロック共重合していてもよい。また、ポリ(オキシアルキレン)基としては、ポリ(オキシエチレン)基、ポリ(オキシプロピレン)基、ポリ(オキシブチレン)基などが挙げられ、また、ポリ(オキシエチレンとオキシプロピレンとオキシエチレンとのブロック連結体)やポリ(オキシエチレンとオキシプロピレンとのブロック連結体)など同じ鎖長内に異なる鎖長のアルキレンを有するようなユニットでもよい。さらに、フルオロ脂肪族基を有するモノマーと(ポリ(オキシアルキレン))アクリレート(又はメタクリレート)との共重合体は2元共重合体ばかりでなく、異なる2種以上のフルオロ脂肪族基を有するモノマーや、異なる2種以上の(ポリ(オキシアルキレン))アクリレート(又はメタクリレート)などを同時に共重合した3元系以上の共重合体でもよい。
例えば、市販の界面活性剤として、メガファックF178、F−470、F−473、F−475、F−476、F−472(大日本インキ化学工業(株)製)を挙げることができる。さらに、C613基を有するアクリレート(又はメタクリレート)と(ポリ(オキシアルキレン))アクリレート(又はメタクリレート)との共重合体、C613基を有するアクリレート(又はメタクリレート)と(ポリ(オキシエチレン))アクリレート(又はメタクリレート)と(ポリ(オキシプロピレン))アクリレート(又はメタクリレート)との共重合体、C817基を有するアクリレート(又はメタクリレート)と(ポリ(オキシアルキレン))アクリレート(又はメタクリレート)との共重合体、C817基を有するアクリレート(又はメタクリレート)と(ポリ(オキシエチレン))アクリレート(又はメタクリレート)と(ポリ(オキシプロピレン))アクリレート(又はメタクリレート)との共重合体、などを挙げることができる。
(F)界面活性剤の使用量は、化学増幅型レジスト組成物全量(溶剤を除く)に対して、好ましくは0.0001〜2質量%、より好ましくは0.001〜1質量%である。
〔6〕(D)溶剤
本発明に於いては、各成分を溶剤に溶解させて化学増幅型レジスト組成物を調製する。 尚、本発明に於いて、溶剤とは、25℃、760mmHgの条件下で、液体であり、且つ沸点が250℃以下のものを指す。
本発明の化学増幅型レジスト組成物は、(D)溶剤として単一溶剤又は混合溶剤を使用することができる。単一溶剤としては、乳酸アルキル又はプロピレングリコールモノアルキルエーテルカルボキシレートが好ましい。混合溶剤としては、プロピレングリコールモノアルキルエーテルカルボキシレート、プロピレングリコールモノアルキルエーテル、シクロヘキサノン、乳酸アルキルの群から選択される少なくとも2種類の溶剤を含有する混合溶剤が好ましく、プロピレングリコールモノアルキルエーテルカルボキシレート、乳酸アルキルの群(A群の溶剤ともいう)から選択される少なくとも1種類の溶剤と、プロピレングリコールモノアルキルエーテル、シクロヘキサノンの群(B群の溶剤ともいう)から選択される少なくとも1種類の溶剤との混合溶剤及びプロピレングリコールモノアルキルエーテルカルボキシレートと乳酸アルキルとの混合溶剤がより好ましい。
プロピレングリコールモノアルキルエーテルカルボキシレートとしては、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルプロピオネート、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エチルエーテルプロピオネートを好ましく挙げることができる。
プロピレングリコールモノアルキルエーテルとしては、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を好ましく挙げることができる。
乳酸アルキルとしては、乳酸メチル、乳酸エチルを好ましく挙げることができる。
上記A群の溶剤とB群の溶剤との使用質量比率(A:B)は、90:10〜15:85が好ましく、より好ましくは85:15〜20:80であり、更に好ましくは80:20〜25:75である。
プロピレングリコールモノアルキルエーテルカルボキシレートと乳酸アルキルとの使用質量比率(プロピレングリコールモノアルキルエーテルカルボキシレート:乳酸アルキル)は、90:10〜10:90が好ましく、より好ましくは85:15〜15:85であり、更に好ましくは80:20〜20:80である。
本発明において、上記各成分を含む組成物の固形分を、上記混合溶剤に固形分濃度として3〜25質量%溶解することが好ましく、より好ましくは5〜22質量%であり、更に好ましくは7〜20質量%である。
本発明における混合溶剤の好ましい組み合わせとしては、
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート+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+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メチルエーテルアセテート+シクロヘキサノン
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート+乳酸エチル
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート+乳酸メチル
プロピレングリコールモノメチルエーテルプロピオネート+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プロピオネート+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メチルエーテルプロピオネート+シクロヘキサノン
プロピレングリコールモノメチルエーテルプロピオネート+乳酸エチル
プロピレングリコールモノメチルエーテルプロピオネート+乳酸メチル
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アセテート+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エチルエーテルアセテート+シクロヘキサノン
プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート+乳酸エチル
プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート+乳酸メチル
プロピレングリコールモノエチルエーテルプロピオネート+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オネート+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エチルエーテルプロピオネート+シクロヘキサノン
プロピレングリコールモノエチルエーテルプロピオネート+乳酸エチル
プロピレングリコールモノエチルエーテルプロピオネート+乳酸メチル
乳酸エチル+プロピレングリコールモノメチルエーテル
乳酸エチル+プロピレングリコールモノエチルエーテル
乳酸メチル+プロピレングリコールモノメチルエーテル
乳酸メチル+プロピレングリコールモノエチルエーテル
乳酸エチル+シクロヘキサノン
乳酸メチル+シクロヘキサノン
である。
特に好ましい溶剤の組み合わせとしては、
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート+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+シクロヘキサノン
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート+乳酸エチル
乳酸エチル+プロピレングリコールモノメチルエーテル
である。
上記の各混合溶剤は、他の溶剤を添加してもよい。このような他の溶剤の添加量は、一般的には、本発明の各混合溶剤100質量部に対し、30質量部以下である。他の溶剤としては、例えば、エチレンジクロライド、シクロペンタノン、メチルエチルケトン、γ−ブチロラクトン、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、トルエン、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、N−メチルピロリドン、テトラヒドロフラン等を挙げることができる。
本発明の化学増幅型レジスト組成物は、必要に応じて、分子量が2000以下であって、酸の作用により分解し得る基を有し、アルカリ溶解性が酸の作用により増大する低分子酸分解性化合物を含むことができる。
例えばProc.SPIE,2724, 355(1996)、特開平8-15865号、USP5310619号、USP−5372912号、J.Photopolym.Sci.,Tech.,Vol.10,No.3,511(1997))に記載されている酸分解性基を含有する、コール酸誘導体、デヒドロコール酸誘導体、デオキシコール酸誘導体、リトコール酸誘導体、ウルソコール酸誘導体、アビエチン酸誘導体等の脂環族化合物、酸分解性基を含有するナフタレン誘導体などの芳香族化合物を上記低分子酸分解性化合物として用いることができる。
さらに、特開平6-51519号記載の低分子の酸分解性溶解阻止化合物も220n mの透過性を悪化させないレベルの添加範囲で用いることもできるし、1,2−ナフトキノンジアジト化合物も使用できる。
本発明のレジスト組成物に上記低分子酸分解性溶解阻止化合物を使用する場合、その含有量はレジスト組成物の100質量部(固形分)を基準として、通常0.5〜50質量部の範囲で用いられ、好ましくは0.5〜40質量部、更に好ましくは0.5〜30質量部、特に好ましくは0.5〜20.0質量部の範囲で使用される。
これらの低分子酸分解性溶解阻止化合物を添加すると、前記現像欠陥がさらに改良されるばかりか耐ドライエッチング性が改良される。
本発明の化学増幅型レジスト組成物には、必要に応じて、さらに現像液に対する溶解促進性化合物、ハレーション防止剤、可塑剤、界面活性剤、光増感剤、接着助剤、架橋剤、光塩基発生剤等を含有することができる。
本発明で使用できる現像液に対する溶解促進性化合物の例としては、例えば特開平3-206458号記載のフェノール性水酸基を2個以上含有する化合物、1−ナフトールなどのナフトール類又はカルボキシル基を1個以上有する化合物、カルボン酸無水物、スルホンアミド化合物やスルホニルイミド化合物などの分子量1000以下の低分子化合物等を挙げることができる。
これらの溶解促進性化合物の配合量としては、組成物全質量(固形分)に対して、好ましくは30質量%以下、より好ましくは20質量%以下である。
好適なハレーション防止剤としては、照射する放射線を効率よく吸収する化合物が好ましく、フルオレン、9−フルオレノン、ベンゾフェノンのような置換ベンゼン類;アントラセン、アントラセン−9−メタノール、アントラセン−9−カルボキシエチル、フェナントレン、ペリレン、アジレンのような多環式芳香族化合物などが挙げられる。なかでも、多環式芳香族化合物が特に好ましい。これらのハレーション防止剤は基板からの反射光を低減し、レジスト膜内の多重反射の影響を少なくさせることで、定在波改良の効果を発現する。
また露光による酸発生率を向上させるために、光増感剤を添加することができる。好適な光増感剤として、ベンゾフェノン、p,p'−テトラメチルジアミノベンゾフェノン、2−クロロチオキサントン、アントロン、9−エトキシアントラセン、ピレン、フェノチアジン、ベンジル、ベンゾフラビン、アセトフェノン、フェナントレン、ベンゾキノン、アントラキノン、1,2−ナフトキノン等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。これらの光増感剤は前記ハレーション防止剤としても使用可能である。
(使用方法)
本発明の化学増幅型レジスト組成物は、次のように所定の支持体上に塗布して用いる。
すなわち、化学増幅型レジスト組成物を精密集積回路素子の製造に使用されるような基板(例:シリコン/二酸化シリコン被覆)上にスピナー、コーター等の適当な塗布方法により塗布し、加熱してレジスト膜を形成する。
次いで、所定のマスクを通して露光し、加熱を行い現像する。このようにすると、良好なレジストパターンを得ることができる。ここで露光光としては、好ましくは250nm以下、より好ましくは220nm以下の波長の遠紫外線である。具体的には、KrFエキシマレーザー(248nm)、ArFエキシマレーザー(193nm)、F2エキシマレーザー(157nm)、X線、電子ビーム等が挙げられる。
化学増幅型レジスト組成物のアルカリ現像液としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウム、アンモニア水等の無機アルカリ類、エチルアミン、n−プロピルアミン等の第一アミン類、ジエチルアミン、ジ−n−ブチルアミン等の第二アミン類、トリエチルアミン、メチルジエチルアミン等の第三アミン類、ジメチルエタノールアミン、トリエタノールアミン等のアルコールアミン類、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド等の第四級アンモニウム塩、ピロール、ピヘリジン等の環状アミン類等のアルカリ性水溶液を使用することができる。
さらに、上記アルカリ性水溶液にアルコール類、界面活性剤を適当量添加して使用することもできる。
アルカリ現像液のアルカリ濃度は、通常0.1〜20質量%である。
アルカリ現像液のpHは、通常10.0〜15.0である。
以下、本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
合成例(1) 樹脂(1)の合成
2−メチル−2−アダマンチルメタクリレート、ブチロラクトンメタクリレートを55/45(モル比)の割合で仕込みメチルエチルケトン/テトラヒドロフラン=5/5に溶解し、固形分濃度20質量%の溶液100mLを調製した。この溶液に和光純薬工業製重合開始剤V−65を2mol%加え、これを窒素雰囲気下、4時間かけて60℃に加熱したメチルエチルケトン10mLに滴下した。滴下終了後、反応液を4時間加熱、再度V−65を1mol%添加し、4時間攪拌した。反応終了後、反応液を室温まで冷却し、蒸留水/ISOプロピルアルコール=1/1(質量比)の混合溶媒3Lに晶析、析出した白色粉体である下記構造の樹脂(1)を回収した。
Figure 0004524154
13CNMRから求めたポリマー組成比は46/54であった。また、GPC測定により求めた標準ポリスチレン換算の重量平均分子量は10700であった。
上記合成例(1)と同様の操作で樹脂(2)〜(23)を合成した。
以下、樹脂(2)〜(23)の構造を示す。
Figure 0004524154
Figure 0004524154
以下に樹脂(2)〜(23)の組成比、重量平均分子量を示す。(繰り返し単位1、2、3、4は構造式の左からの順番である。)
Figure 0004524154
実施例1〜39及び比較例1〜3(但し、実施例10及び11は参考例である。)
(化学増幅型レジスト組成物の調製と評価)
樹脂 1.03g、
酸発生剤 0.00035mol、
(C)成分の化合物 16.5mg、
含窒素塩基性化合物 0.00010mol及び
界面活性剤 全体の100ppm
を表2に示すように配合し、それぞれ固形分が10質量%になるように表2に示す溶剤に溶解した後、0.1μmのミクロフィルターで濾過し、実施例1〜39と比較例1〜3の化学増幅型レジスト組成物を調製した。
Figure 0004524154
含窒素塩基性化合物としては、
N−1:1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]−5−ノネン
N−2:1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]−7−ウンデセン
N−3:4−ジメチルアミノピリジン
N−4:N,N−ジ(2−ヒドロキシエチル)アニリン
N−5:ジイソプロピルアニリン
N−6:トリブチルアミン
N−7:トリオクチルアミン
を表す。
界面活性剤としては、
W−1:メガファックF176(大日本インキ化学工業(株)製)(フッ素系)
W−2:メガファックR08(大日本インキ化学工業(株)製)(フッ素及びシリコ
ン系)
W−3:ポリシロキサンポリマーKP−341(信越化学工業(株)製)
W−4:トロイゾルS−366(トロイケミカル(株)製)
を表す。
溶剤としては、
S−1:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
S−2:乳酸エチル
S−3:シクロヘキサノン
S−4:プロピレングリコールモノメチルエーテル
を表す。
(C)成分の化合物は、アヅマックス社から販売されている市販品を使用した。
また、(C)成分の化合物のpKaは、化学構造解析ソフトウェア「ACD5.0」で計算した。
<評価方法>
(1)パターン倒れ抑制評価
スピンコーターにてヘキサメチルジシラザン処理を施したシリコン基板上にブリューワーサイエンス社製反射防止膜DUV−42を600オングストロームに均一に塗布し、100℃で90秒間ホットプレート上で乾燥した後、190℃で240秒間加熱乾燥を行った。その後、各化学増幅型レジスト組成物をスピンコーターで塗布し120℃で90秒乾燥を行い0.30μmのレジスト膜を形成させた。このレジスト膜に対し、マスクを通してArFエキシマレーザーステッパー(ISI社製 NA=0.60 0.60/0.80輪帯)で露光し、露光後直ぐに120℃で90秒間ホットプレート上で加熱した。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23℃で60秒間現像し、30秒間純水にてリンスした後、乾燥し、ラインパターンを得た。連続する15本のラインアンドスペース1:1のマスクパターンを評価した。0.13μmのラインアンドスペース1:1のマスクパターンを再現する露光量から線幅の測定を始め、露光量を変化させた時、最中央の5本中、少なくとも1本が倒れる時をパターン倒れ開始点とした。このパターン倒れ開始点の直前(最中央の5本中が倒れずに残る限界)での線幅を、パターン倒れの限界線幅として表した。
(2)現像欠陥評価
上記パターン倒れ評価で得られた繰り返しパターンをKLA2112機(KLAテンコール社製)により、現像欠陥数を測定した(Threshold=12,ピクセルサイズ=0.39)。
(3)プロファイル評価
上記パターン倒れ抑制評価にて、0.13μmのラインアンドスペース1:1のマスクパターンを再現したパターンの断面プロファイルを、走査型電子顕微鏡(日立製作所社製S4300)で加速電圧20kV、エミッション電流5μAの条件で8万倍の倍率で観察し、パターンの矩形性を評価した。矩形性が良いものを○、矩形性があまり良くないものを△、矩形性が悪いものを×で示した。
評価結果を、表2に示した。
表2から、本発明の化学増幅型レジスト組成物は、現像欠陥が極めて少なく、かつパターン倒れ抑制効果、プロファイルに優れていることが明らかである。

Claims (8)

  1. (A)酸の作用により、アルカリ現像液に対する溶解度が増大する樹脂、(B)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物、(Ca)下記一般式(FAD−I)又は(FAD−III)で表される化合物及び(D)溶剤を含有することを特徴とする化学増幅型レジスト組成物。
    Figure 0004524154
    一般式(FAD−I)及び(FAD−III)中、
    Ra101〜Ra104は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、脂環式アルキル基、アルコキシ基、アシル基又はアシルオキシ基を表す。
    Aa101は、パーフルオロアルキレン基又はパーフルオロシクロアルキレン基を表す。
    Aa 102 は、単結合又は2価の有機基を表す。
    Ra106は、それぞれ同じでも異なってもよく、フッ素原子又はパーフルオロアルキル基を表す
  2. (Ca)成分が、下記一般式(FAD−Ia)で表される化合物であることを特徴とする請求項1に記載の化学増幅型レジスト組成物。
    Figure 0004524154
    一般式(FAD−Ia)中、
    Aa101は、パーフルオロアルキレン基又はパーフルオロシクロアルキレン基を表す。
  3. 前記(C)成分又は(Ca)成分の化合物の化学増幅型レジスト組成物の固形分中における濃度が、0.1〜10質量%であることを特徴とする請求項1又は2に記載の化学増幅型レジスト組成物。
  4. (A)成分の樹脂が、下記一般式(pI)〜一般式(pVI)のいずれかで示される脂環式炭化水素を含む部分構造を有する繰り返し単位及び下記一般式(II)で示される繰り返し単位の群から選択される少なくとも1種を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の化学増幅型レジスト組成物。
    Figure 0004524154
    一般式(pI)〜(pVI)中、
    11は、アルキル基を表し、Zは、炭素原子とともに脂環式炭化水素基を形成するのに必要な原子団を表す。
    12〜R16は、各々独立に、アルキル基又は脂環式炭化水素基を表す。但し、R12〜R14のうち少なくとも1つ、もしくはR15、R16のいずれかは、脂環式炭化水素基を表す。
    17〜R21は、各々独立に、水素原子、アルキル基又は脂環式炭化水素基を表す。但し、R17〜R21のうち少なくとも1つは、脂環式炭化水素基を表す。また、R19、R21のいずれかは、アルキル基又は脂環式炭化水素基を表す。
    22〜R25は、各々独立に、アルキル基又は脂環式炭化水素基を表す。但し、R22〜R25のうち少なくとも1つは、脂環式炭化水素基を表す。また、R23とR24は、互いに結合して環を形成していてもよい。
    Figure 0004524154
    一般式(II−AB)中、
    11',R12'は、各々独立に、水素原子、シアノ基、ハロゲン原子、又はアルキル基を表す。
    Z'は、結合した2つの炭素原子(C−C)を含み、脂環式構造を形成するための原子
    団を表す。
  5. (A)成分の樹脂が、ラクトン基を有することを特徴とする請求項4に記載の化学増幅型レジスト組成物。
  6. (D)成分が、乳酸アルキル又はプロピレングリコールモノアルキルエーテルカルボキシレートの単一溶剤、又は、プロピレングリコールモノアルキルエーテルカルボキシレート、プロピレングリコールモノアルキルエーテル、シクロヘキサノン、乳酸アルキルの群から選択される少なくとも2種類の溶剤を含有する混合溶剤であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の化学増幅型レジスト組成物。
  7. 更に、含窒素塩基性化合物を含有することを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の化学増幅型レジスト組成物。
  8. 請求項1〜7のいずれか一項に記載の化学増幅型レジスト組成物により、レジスト膜を形成し、該レジスト膜を露光、現像する工程を含むことを特徴とするパターン形成方法。
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