JP2001356480A - レジスト組成物 - Google Patents

レジスト組成物

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JP2001356480A JP2000176604A JP2000176604A JP2001356480A JP 2001356480 A JP2001356480 A JP 2001356480A JP 2000176604 A JP2000176604 A JP 2000176604A JP 2000176604 A JP2000176604 A JP 2000176604A JP 2001356480 A JP2001356480 A JP 2001356480A
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俊一 児玉
Shinji Okada
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 特に放射線に対する透明性、ドライエッチン
グ性に優れ、さらに感度、解像度、平坦性、耐熱性等に
優れたレジストパターンを与える化学増幅型レジスト用
組成物を提供すること。 【解決手段】 CF2=CX12(ただし、X1は水素原
子またはフッ素原子、X2は水素原子、フッ素原子、塩
素原子、炭素数3以下のパーフルオロアルキル基または
炭素数3以下のパーフルオロアルコキシ基、を表す)で
表される含フッ素モノマーのモノマー単位(a)、脂環
基型エチレン性モノマーのモノマー単位(b)、2−ア
シルオキシ−3,3,3−トリフルオロプロペンのモノ
マー単位を加水分解して得られる水酸基を、酸によって
水酸基を再生可能な基でブロックした最終的モノマー単
位(c)を含む含フッ素ポリマー(A)、光照射を受け
て酸を発生する酸発生化合物(B)および有機溶媒
(C)を含むことを特徴とするレジスト組成物。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、新規な含フッ素レ
ジスト組成物に関する。さらに詳しくはKrFレーザ
ー、ArFレーザー等の遠紫外線、F2レーザー等の真
空紫外線、X線、電子線等の各種放射線を用いる微細加
工に有用な化学増幅型含フッ素光レジスト組成物に関す
る。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体集積回路の製造工程におい
て、回路パターンの細密化に伴い高解像度でしかも高感
度の光レジスト材料が求められている。回路パターンが
微細になればなるほど露光装置の光源の短波長が必須で
ある。250nm以下のエキシマレーザーを用いるリソ
グラフィー用途に対しポリビニルフェノール系樹脂、脂
環式アクリル系樹脂、ポリノルボルネン系樹脂等が提案
されているが、充分なる解像性、感度を有するに至って
いないのが現状である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、化学
増幅型レジストとして特に放射線に対する透明性、ドラ
イエッチング性に優れ、さらに感度、解像度、平坦性、
耐熱性等に優れたレジストパターンを与えるレジスト組
成物を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は前述の問題点を
解決すべくなされた以下の発明である。
【0005】CF2=CX12(ただし、X1は水素原子
またはフッ素原子、X2は水素原子、フッ素原子、塩素
原子、炭素数3以下のパーフルオロアルキル基または炭
素数3以下のパーフルオロアルコキシ基、を表す)で表
される含フッ素モノマーのモノマー単位(a)、脂環基
型エチレン性モノマーのモノマー単位(b)、式1に示
す2−アシルオキシ−3,3,3−トリフルオロプロペ
ンのモノマー単位のエステル結合を加水分解した後、生
成した水酸基を酸により再生可能な基でブロックしたモ
ノマー単位(c)を含む含フッ素ポリマー(A)、光照
射を受けて酸を発生する酸発生化合物(B)および有機
溶媒(C)を含むことを特徴とするレジスト組成物。
【0006】 CH2=C(CF3)OCOR 式1 (式中、Rは炭素数1ないし6のアルキル基を表す。)
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明の組成物について具
体的に説明する。
【0008】含フッ素ポリマー(A)は、含フッ素モノ
マーのモノマー単位(a)、脂環型エチレン性モノマー
のモノマー単位(b)および酸によって水酸基に再生可
能な基でブロックした特定の構造を有するモノマー単位
(c)(以下、各モノマー単位をモノマー単位(a)、
モノマー単位(b)、モノマー単位(c)という)を必
須成分として含有する。
【0009】CF2=CX12で表される含フッ素モノ
マー(a)としては、X1がフッ素原子で、かつX2がフ
ッ素原子、パーフルオロアルキル基またはパーフルオロ
アルコキシ基である化合物が好ましい。これ以外の好ま
しいモノマーとしてはフッ化ビニリデンがある。含フッ
素モノマー(a)としては、特にテトラフルオロエチレ
ン、ヘキサフルオロプロピレン、フッ化ビニリデン、ア
ルコキシ基の炭素数が3以下のパーフルオロ(アルキル
ビニルエーテル)が好ましい。これらのモノマーは単独
でも2種以上併用も可能である。
【0010】脂環型エチレン性モノマー(b)は付加重
合性のエチレン性二重結合を有する脂環式炭化水素であ
る。「付加重合性のエチレン性二重結合」とは、エチレ
ンの1又は2個の水素原子をヘテロ原子又は炭素原子で
結合する置換基により置換した付加重合性の二重結合を
いう。この重合性二重結合は脂環内にあっても脂環外に
あってもよい。また、脂環式炭化水素は単環の化合物に
限られず、多環や縮合多環の化合物であってもよい。脂
環外にエチレン性二重結合を有する脂環式エチレン性モ
ノマーとしては、ビニル基、ビニルオキシ基、アリル基
などが結合したシクロアルカン、ビシクロアルカン、ト
リシクロアルカンなどがあり、また脂環内にエチレン性
二重結合を有するモノマーとしては、シクロアルケンや
ビシクロアルケンなどがある。
【0011】具体的な脂環型エチレン性モノマー(b)
としてはたとえば以下の化合物が挙げられる。ビニルシ
クロヘキサン、ビニルアダマンタン、ビニルノルボルナ
ン類、ビニルビシクロオクタン、シクロヘキシルビニル
エーテル、アダマンチルビニルエーテル類、ノルボルニ
ルビニルエーテル類、ビシクロオクチルビニルエーテル
類、ノルボルネン類、ノルボルナジエン。
【0012】2−アシルオキシ−3,3,3−トリフル
オロプロペンとしては、前記の式1に示すものである。
式中、Rで表されるアルキル基は、炭素数1ないし6で
あり、特に1〜3が好ましく、また、直鎖状でも分岐状
でも良く、置換基を有していても良い。このアルキル基
の具体例としては、酢酸トリフルオロイソプロペニル、
プロピオン酸トリフルオロイソプロペニル、酪酸トリフ
ルオロイソプロペニルが挙げられる。
【0013】モノマー単位(c)の生成に関係する、エ
ステル部分の水酸基への転換反応は、通常の加水分解反
応により実施される。すなわち水酸基に加水分解できる
エステル結合を有する含フッ素ポリマーの有機溶剤溶液
に水酸化アルカリ金属のアルコール溶液を加え、室温か
ら100℃の温度下で加熱攪拌した後、得られるアルコ
キシドをプロトン酸により処理することにより変換可能
である。
【0014】変換された水酸基を、酸によって水酸基を
再生可能な基によりブロックした構造としては、水酸基
の水素原子を、アルキル基、アルコキシカルボニル基、
アシル基、環状エーテル基などにより置換した構造が挙
げられる。水酸基の水素原子を置換するのに好ましいア
ルキル基としては、置換基(アリール基、アルコキシ基
など)を有していても良い炭素数1〜6のアルキル基が
挙げられる。これらのアルキル基の具体例としては、炭
素数6以下のアルキル基(tert−ブチル基など)、
全炭素数7〜20のアリール基置換アルキル基(ベンジ
ル基、トリフェニルメチル基、p−メトキシベンジル
基、3,4−ジメトキシベンジル基など)、全炭素数8
以下のアルコキシアルキル基(メトキシメチル基、(2
−メトキシエトキシ)メチル基、ベンジルオキシメチル
基など)が挙げられる。水酸基の水素原子を置換するの
に好ましいアルコキシカルボニル基としては、全炭素数
8以下のアルコキシカルボニル基があり、tert−ブ
トキシカルボニル基などが挙げられる。水酸基の水素原
子を置換するのに好ましいアシル基としては、全炭素数
8以下のアシル基があり、ピバロイル基、ベンゾイル
基、アセチル基などが挙げられる。水酸基の水素原子を
置換するのに好ましい環状エーテル基としてはテトラヒ
ドロピラニル基などが挙げられる。
【0015】変換された水酸基を、酸によって水酸基を
再生可能な基によりブロックするためには、アルコール
類やカルボン酸またはこれらの活性誘導体などを反応さ
せる。これらの活性誘導体としては、アルキルハライ
ド、酸塩化物、酸無水物、クロル炭酸エステル類、ジア
ルキルジカーボネート(ジ−tert−ブチル ジカー
ボネートなど)、3,4−ジヒドロ−2H−ピランなど
が挙げられる。水酸基をブロック化するのに有用な試薬
の具体例は、 A. J. PearsonおよびW. R. Roush編、Han
dbook of Reagents for Organic Sybthesis: Activatin
g Agents and Protecting Groups, John Wiley & Sons
(1999) に記載されている。
【0016】含フッ素ポリマー(A)における各モノマ
ー単位の割合はモノマー単位(a):モノマー単位
(b):モノマー単位(c)=20〜50モル%:20
〜50モル%:30〜70モル%であることが好まし
い。モノマー単位(a)の割合が少なすぎると光線透過
率が低下する傾向にあり、モノマー単位(c)の割合が
少なすぎるかまたはモノマー単位(a)の割合が高すぎ
ると現像性が低下する傾向にあり、モノマー単位(b)
の割合が少なすぎると耐熱性が低下する傾向にある。
【0017】含フッ素ポリマー(A)は、モノマー単位
(a)、モノマー単位(b)およびモノマー単位(c)
を必須のモノマー単位として含むが、その特性を損なわ
ない範囲でそれら以外の共重合性モノマー、好ましくは
ラジカル重合性モノマーのモノマー単位を含んでもよ
い。他のモノマー単位の割合は20モル%以下が好まし
い。
【0018】含フッ素ポリマー(A)の分子量は、後述
する有機溶媒に均一に溶解し、基材に均一に塗布できる
限り特に限定されないが、通常そのポリスチレン換算数
平均分子量は1000〜10万が適当であり、好ましく
は2000〜2万である。数平均分子量が1000未満
であると、得られるレジストパターンが不良になった
り、現像後の残膜率の低下、パターン熱処理時の形状安
定性が低下したりする不具合を生じやすい。また数平均
分子量が10万を超えると組成物の塗布性が不良となっ
たり、現像性が低下したりする場合がある。
【0019】含フッ素ポリマー(A)は、所定割合の前
記モノマーを重合開始源の下で共重合させることにより
得られる。重合開始源としては、重合反応をラジカル的
に進行させるものであればなんら限定されないが、例え
ばラジカル発生剤、光、電離放射線などが挙げられる。
特にラジカル発生剤が好ましく、過酸化物、アゾ化合
物、過硫酸塩などが例示される。
【0020】重合の方法もまた特に限定されるものでは
なく、モノマーをそのまま重合に供するいわゆるバルク
重合、モノマーを溶解するフッ化炭化水素、塩化炭化水
素、フッ化塩化炭化水素、アルコール、炭化水素、その
他の有機溶剤中で行う溶液重合、水性媒体中で適当な有
機溶剤存在下あるいは非存在下に行う懸濁重合、水性媒
体に乳化剤を添加して行う乳化重合などが例示される。
【0021】重合を行う温度、圧力も特に限定されるも
のではないが、0〜200℃の範囲で設定することが好
ましく、室温から100℃が好ましい。圧力は10MP
a以下の範囲が好ましく用いられ、3MPa以下の範囲
が特に好ましい。
【0022】光照射を受けて酸を発生する酸発生化合物
(B)としては、通常の化学増幅型レジスト材に使用さ
れている酸発生化合物が採用可能である。すなわち、ジ
アリールヨードニウム塩、トリアリールスルホニウム
塩、アリールフェニルジアゾニウム塩、トリアルキルス
ルホニウム塩、のようなオニウム塩、トリクロロメチル
−s−トリアジン類などが挙げられる。
【0023】(C)成分の有機溶媒は(A)、(B)両
成分を溶解するものであれば特に限定されるものではな
い。メチルアルコール、エチルアルコール等のアルコー
ル類、アセトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキ
サノン等のケトン類、酢酸エチル、酢酸ブチル等の酢酸
エステル類、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素、
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等のグリコールモノアル
キルエーテル類、プロピレングリコールモノメチルエー
テルアセテート、カルビトールアセテート等のグリコー
ルモノアルキルエーテルエステル類などが挙げられる。
【0024】本発明のレジスト組成物における各成分の
割合は、通常含フッ素ポリマー(A)100質量部に対
し酸発生化合物(B)0.1〜20質量部および有機溶
媒(C)50〜2000質量部が適当である。好ましく
は、含フッ素ポリマー(A)100質量部に対し酸発生
化合物(B)0.1〜10質量部および有機溶媒(C)
100〜1000質量部である。
【0025】本発明のレジスト組成物には塗布性の改善
のために界面活性剤、酸発生パターンの調整のために含
窒素塩基性化合物、基材との密着性を向上させるために
接着助剤、組成物の保存性を高めるために保存安定剤等
を目的に応じ適宜配合できる。また本発明のレジスト組
成物は、各成分を均一に混合した後0.2〜2μmのフ
ィルターによってろ過して用いることが好ましい。
【0026】本発明のレジスト組成物をシリコーンウエ
ハなどの基板上に塗布乾燥することによりレジスト膜が
形成される。塗布方法には回転塗布、流し塗布、ロール
塗布等が採用される。形成されたレジスト膜上にパター
ンが描かれたマスクを介して光照射が行われ、その後現
像処理がなされパターンが形成される。
【0027】照射される放射線としては、波長436n
mのg線、波長365nmのi線等の紫外線、波長24
8nmのKrFレーザー、波長193nmのArFレー
ザー、波長157nmのF2レーザー等の遠紫外線や真
空紫外線、電子線、及びX線が挙げられる。本発明のレ
ジスト組成物は、特に波長200nm以下の紫外線(以
下、短波長紫外線という)が光源として使用される用途
に有用なレジスト組成物である。
【0028】現像処理液としては、各種アルカリ水溶液
が適用される。水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水
酸化アンモニウム、テトラメチルアンモニウムハイドロ
オキサイド、トリエチルアミン等が例示可能である。
【0029】
【実施例】以下、実施例により本発明をさらに詳しく説
明するが、本発明はこれらの実施例にのみに限定される
ものではない。まず実施例に先立ち本発明で使用したポ
リマーの合成例を示す。なお、R113はトリクロロト
リフルオロエタン(有機溶媒)、TFEはテトラフルオ
ロエチレン、HFPはヘキサフルオロプロピレン、PT
FEはポリテトラフルオロエチレンを表す。
【0030】合成例1 脱気した撹拌機付きの内容積0.2リットルのステンレ
ス製オートクレーブに、R113を120g仕込み、T
FE15.0g、ノルボルネン7.1g、酢酸トリフル
オロイソプロペニル12.0gを導入した。40℃に昇
温し、10質量%のジイソプロピルパーオキシジカーボ
ネートのR113溶液4mlを圧入し重合を開始した。
40℃に達した時点での圧力は0.10MPaであっ
た。7時間反応後圧力は0.08MPaに低下した。オ
ートクレーブを室温まで冷却後、未反応ガスをパージ
し、ポリマー溶液を取り出した。得られたポリマー溶液
をメタノールに投入しポリマーを析出させ、洗浄後50
℃にて真空乾燥を行い、4.6gの含フッ素ポリマーを
得た。
【0031】得られたポリマーの組成はTFE単位/ノ
ルボルネン単位/酢酸トリフルオロイソプロペニル単位
=35/30/35(モル%)であった。得られたポリ
マーの分子量をGPCで測定したところ、ポリスチレン
換算数平均分子量は5000であった。
【0032】ポリマー3gをテトラヒドロフラン30g
に溶解し、水酸化ナトリウム10質量%含有するエタノ
ール溶液25mlと混合後、室温で48時間攪拌し、そ
の後希塩酸で中和した。IRスペクトルにてカルボニル
基の消失と水酸基の生成を確認後、ポリマーを単離乾燥
した。
【0033】合成例2、3 連鎖移動剤(メタノール)を10g、20g追加するこ
と以外合成例1と同様な方法で実施した。ポリマー組成
はそれぞれ34/31/35モル%、38/30/32
モル%、数平均分子量はそれぞれ4300および350
0であった。
【0034】合成例4 脱気した撹拌機付きの内容積0.2リットルのステンレ
ス製オートクレーブに、R113を120g仕込み、T
FE15.0g、ノルボルナジエン6.9g、酢酸トリ
フルオロイソプロペニル12.0gを導入した。40℃
に昇温し、10質量%のジイソプロピルパーオキシジカ
ーボネートのR113溶液4mlを圧入し重合を開始し
た。40℃に達した時点での圧力は0.11MPaであ
った。5時間反応後圧力は0.09MPaに低下した。
オートクレーブを室温まで冷却後、未反応ガスをパージ
し、ポリマー溶液を取り出した。得られたポリマー溶液
をメタノールに投入しポリマーを析出させ、洗浄後50
℃にて真空乾燥を行い、3.8gの含フッ素ポリマーを
得た。
【0035】得られたポリマーの組成はTFE単位/ノ
ルボルナジエン単位/酢酸トリフルオロイソプロペニル
単位=35/35/30(モル%)であった。得られた
ポリマーの分子量をGPCで測定したところ、ポリスチ
レン換算数平均分子量は4000であった。
【0036】ポリマー3gをテトラヒドロフラン30g
に溶解し、水酸化ナトリウムを10質量%含有するエタ
ノール溶液35mlと混合後、室温で48時間攪拌し、
その後希塩酸で中和した。IRスペクトルにてカルボニ
ル基の消失と水酸基の生成を確認後、ポリマーを単離乾
燥した。
【0037】合成例5 脱気した撹拌機付きの内容積0.2リットルのステンレ
ス製オートクレーブに、R113を120g仕込み、H
FP22.5g、シクロヘキシルビニルエーテル9.5
g、酢酸トリフルオロイソプロペニル12.0gを導入
した。40℃に昇温し、10質量%のジイソプロピルパ
ーオキシジカーボネートのR113溶液4mlを圧入し
重合を開始した。40℃に達した時点での圧力は0.0
6MPaであった。6時間反応後圧力は0.045MP
aに低下した。オートクレーブを室温まで冷却後、未反
応ガスをパージし、ポリマー溶液を取り出した。得られ
たポリマー溶液をメタノールに投入しポリマーを析出さ
せ、洗浄後50℃にて真空乾燥を行い、5.1gの含フ
ッ素ポリマーを得た。
【0038】得られたポリマーの組成はTFE単位/シ
クロヘキシルビニルエーテル単位/酢酸トリフルオロイ
ソプロペニル単位=34/45/21(モル%)であっ
た。得られたポリマーの分子量をGPCで測定したとこ
ろ、ポリスチレン換算数平均分子量は8300であっ
た。
【0039】得られたポリマー3gをテトラヒドロフラ
ン30gに溶解し、水酸化ナトリウムを10質量%含有
するエタノール溶液35mlと混合後、室温で48時間
攪拌し、その後希塩酸で中和した。IRスペクトルにて
カルボニル基の消失と水酸基の生成を確認後、ポリマー
を単離乾燥した。
【0040】合成例6 合成例1で合成したポリマー3gをN,N−ジメチルア
セトアミド10gに溶解し、この溶液の中にジ−ter
t−ブチル−ジカーボネート4.6gを加え、かき混ぜ
て完全に溶解したのち、かき混ぜながらトリエチルアミ
ン2.1gを約1分間かけて滴下した。滴下終了後、そ
のまま約3時間かき混ぜた。次いで、得られた溶液に対
して20倍量の純水を加え、かき混ぜて水酸基がter
t−ブトキシカルボニルオキシ基で置換された含フッ素
ポリマーを析出させた。該析出物を純水で洗浄、脱水、
乾燥して、水酸基がtert−ブトキシカルボニルオキ
シ基で置換された含フッ素ポリマー3.5gを得た。
【0041】合成例7〜10 合成例2〜5で合成したポリマーを合成例6と同様な方
法で処理し、含フッ素ポリマーを得た。
【0042】実施例1 合成例6で合成した含フッ素ポリマー100質量部とト
リメチルスルホニウムトリフレート5質量部をシクロヘ
キサノン700質量部に溶解させ、口径0.1μmのP
TFE製フィルターを用いろ過してレジスト用の組成物
を製造した。ヘキサメチルジシラザンで処理したシリコ
ン基板上に、上記のレジスト組成物を回転塗布し塗布後
80℃で2分間加熱処理して、膜厚0.3μmのレジス
ト膜を形成した。この膜の吸収スペクトルを紫外可視光
光度計で測定したところ193nmの透過率は74%で
あった。
【0043】窒素置換した露光実験装置内に、上記のレ
ジスト膜を形成した基板を入れ、その上に石英板上にク
ロムでパターンを描いたマスクを密着させた。そのマス
クを通じてArFエキシマレーザ光を照射し、その後8
0℃で2分間露光後ベークを行った。現像はテトラメチ
ルアンモニウムヒドロキシド水溶液(0.15質量%)
で、23℃で2分間行い、続けて1分間純水で洗浄し
た。その結果、露光量25mJ/cm2でレジスト膜の露
光部のみが現像液に溶解除去され、ポジ型の0.30μ
mラインアンドスペースパターンが得られた。
【0044】実施例2〜5 合成例2〜5で合成した含フッ素ポリマーを用い、実施
例1と同様の方法で実施した。その結果を表1に示す。
【0045】
【表1】
【0046】実施例6 実施例1〜5のレジスト膜のエッチング耐性を測定し
た。その結果を表2に示す。
【0047】
【表2】
【0048】エッチング耐性:アルゴン/オクタフルオ
ロシクロブタン/酸素混合ガスプラズマによりエッチン
グ速度を測定し、ノボラック樹脂を1としたとき、1.
0及びそれ未満であるものを◎、1より大1.2未満の
ものを〇、1.2より大なるものを×とした。
【0049】
【発明の効果】本発明のレジスト組成物は、化学増幅型
レジストとして特に短波長紫外線に対する透明性、ドラ
イエッチング性に優れ、さらに感度、解像度、平坦性、
耐熱性等に優れたレジストパターンを容易に形成でき
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C08L 27/12 C08L 27/12 31/02 31/02 45/00 45/00 H01L 21/027 H01L 21/30 502R Fターム(参考) 2H025 AA01 AA02 AA09 AA10 AA18 AB16 AD03 BE00 BE07 BE10 BF11 BG00 CB06 CB45 FA17 4J002 BB161 BD121 BD141 BD151 BD161 BE041 BF011 BK001 EA057 EC007 ED007 EE027 EH007 EH157 EQ016 EU186 EV296 FD206 FD207 GP03 4J100 AA15Q AA20Q AC24P AC26P AC27P AE09P AE09Q AG33R AR11Q AR21Q BB18P BC04Q BC08Q BC09Q BC12Q CA05 CA31 HA08 HA11 HA19 HB39 HC05 HC08 HC28 JA38

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 CF2=CX12(ただし、X1は水素原
    子またはフッ素原子、X2は水素原子、フッ素原子、塩
    素原子、炭素数3以下のパーフルオロアルキル基または
    炭素数3以下のパーフルオロアルコキシ基、を表す)で
    表される含フッ素モノマーのモノマー単位(a)、脂環
    型エチレン性モノマーのモノマー単位(b)、式1で表
    されるモノマーのモノマー単位のエステル結合を加水分
    解した後、生成する水酸基を酸によって水酸基に再生可
    能な基でブロックしたモノマー単位(c)を含む含フッ
    素ポリマー(A)、光照射を受けて酸を発生する酸発生
    化合物(B)および有機溶媒(C)を含むことを特徴と
    するレジスト組成物。 CH2=C(CF3)OCOR 式1 (式中、Rは炭素数1ないし6のアルキル基を表す。)
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