JP2002049151A - ネガ型レジスト組成物 - Google Patents

ネガ型レジスト組成物

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    • Y10S430/168X-ray exposure process

Abstract

(57)【要約】 【課題】 感度、解像力に優れ、しかも矩形なプロファ
イルが得られる電子線又はX線用ネガ型化学増幅系レジ
スト組成物の開発である。 【解決手段】 特定の構造単位を含むアルカリ可溶性樹
脂、感放射線性酸発生剤及び酸により架橋する架橋剤を
含有する電子線用及び/又はX線用化学増幅系ネガ型レ
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、超LSIや高容量
マイクロチップの製造などの超マイクロリソグラフィプ
ロセスやその他のフォトファブリケーションプロセスに
好適に用いられるネガ型レジスト組成物に関するもので
ある。さらに詳しくは、X線、電子線等を使用して高精
細化したパターン形成しうるネガ型フォトレジスト組成
物に関するものであり、特に電子線等の高エネルギー線
を用いる半導体素子の微細加工に好適に用いることので
きるネガ型レジスト組成物に関する。
【0002】
【従来の技術】集積回路はその集積度を益々高めてお
り、超LSIなどの半導体基板の製造に於いてはハーフ
ミクロン以下の線幅から成る超微細パターンの加工が必
要とされるようになってきた。その必要性を満たすため
にフォトリソグラフィーに用いられる露光装置の使用波
長は益々短波化し、今では、遠紫外光やエキシマレーザ
ー光(XeCl、KrF、ArFなど)が検討されるま
でになってきている。更に、電子線あるいはX線により
更に微細なパターン形成が検討されるに至っている。
【0003】特に電子線あるいはX線は次世代もしくは
次々世代のパターン形成技術として位置付けられ、高感
度、高解像かつ矩形なプロファイル形状を達成し得るネ
ガ型レジストの開発が望まれている。電子線リソグラフ
ィーは、加速された電子線がレジスト材料を構成する原
子と衝突散乱を起こす過程でエネルギーを放出し、レジ
スト材料を感光させるものである。高加速化した電子線
を用いることで直進性が増大し、電子散乱の影響が少な
くなり高解像で矩形な形状のパターン形成が可能となる
が、一方では電子線の透過性が高くなり、感度が低下し
てしまう。この様に、電子線リソグラフィーにおいて
は、感度と解像性・レジスト形状がトレードオフの関係
にあり、これを如何に両立し得るかが課題であった。
【0004】従来より化学増幅型ネガレジストについて
は種々のアルカリ可溶性樹脂が提案されてきた。特開平
8−152717号には部分アルキルエーテル化された
ポリビニルフェノールが、特開平6−67431号、特
開平10−10733号にはビニルフェノールとスチレ
ンの共重合体が、特許第2505033号にはノボラッ
ク樹脂が、特開平7−311463号、特開平8−29
2559号には単分散ポリビニルフェノールがそれぞれ
開示されているが、これらのアルカリ可溶性樹脂では電
子線あるいはX線照射下での感度と解像性・レジスト形
状の特性を両立し得るものではなかった。また、従来よ
り、化学増幅型ネガレジストについては種々の酸発生剤
が提案されてきた。特公平8−3635号公報には有機
ハロゲン化合物が、特開平2−150848、特開平6
−199770にヨードニウム塩、スルホニウム塩が、
特開平2−52348、特開平4−367864、特開
平4−367865にCl、Brを含有する酸発生剤
が、特開平4−210960、特開平4−217249
にジアゾジスルホン、ジアゾスルホン化合物、特開平4
−226454にトリアジン化合物、特開平3−877
46、特開平4−291259、特開平6−23602
4、US−5344742にスルホネート化合物がそれぞ
れ開示されているが、これらの酸発生剤では電子線照射
下での感度と解像性・レジスト形状のトレードオフを克
服できるものではなかった。更に、架橋剤についても従
来よりメチロールメラミン、レゾール樹脂、エポキシ化
されたノボラック樹脂、尿素樹脂等が用いられてきてい
るが、これらの架橋剤は、熱に対して不安定であり、レ
ジスト液とした時の保存安定性に問題があり、更に電子
線照射下での高感度と高解像性及び矩形なレジスト形状
の要求特性を満足できるものではなかった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従って本発明の目的
は、電子線又はX線を使用する半導体素子の微細加工に
おける性能向上技術の課題を解決することであり、電子
線またはX線の使用に対して感度と解像性・レジスト形
状の特性を満足する電子線又はX線用ネガ型化学増幅系
レジスト組成物の開発である。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、鋭意検討
した結果、ネガ型化学増幅系において、本発明の上記の
諸目的が、感放射線性組成物のタイプに依存し、特定の
アルカリ可溶性樹脂を用いることによって達成されるこ
とを知り、本発明に至った。即ち、本発明は下記構成に
よって達成される。 1.下記一般式(1)で表わされる構造単位を含むアル
カリ可溶性樹脂、電子線又はX線の照射により酸を発生
する化合物及び酸により架橋する架橋剤を含有すること
を特徴とする電子線用及び/又はX線用化学増幅系ネガ
型レジスト組成物。
【0007】
【化4】
【0008】式(1)中、R1aは、水素原子又はメチル
基を表す。 2. アルカリ可溶性樹脂が、下記一般式(2)で表わ
される樹脂であることを特徴とする上記1.に記載のネ
ガ型レジスト組成物。
【0009】
【化5】
【0010】式(2)中、R1a〜R5aは、各々独立に水
素原子又はメチル基を表す。R6a〜R11aは、水素原
子、炭素数1〜4個のアルキル基あるいはアルコキシ
基、水酸基又は−C(=O)O−R14aを表す。R14a
は、水素原子または炭素数1〜4個のアルキル基を表
す。)を表す。R12aは、−COOR15a(R15aは、水
素原子又は炭素数1〜4個のアルキル基を表す)を表
す。 0<l≦100 0≦m、n、o、p<100 l+m+n+o+p=100 3. 感放射線性酸発生剤が、下記一般式(I)〜(II
I)で表わされる化合物のうち少なくとも1種を含むこ
とを特徴とする上記1.又は2.に記載のネガ型レジス
ト組成物。
【0011】
【化6】 〔一般式(I)〜(III)において、R1〜R37は、水素原
子、アルキル基、アルコキシル基、ヒドロキシル基、ハ
ロゲン原子、又は−S−R38で示せる基を表す。−S−
38中のR38は、アルキル基又はアリール基を表す。R
1〜R38は、同一であってもよく、異なっていてもよ
い。R1〜R15の場合、その中から選択される二つ以上
は互いに直接末端で結合しあい、あるいは酸素、イオウ
及び窒素から選ばれる元素を介して結合しあって環構造
を形成していてもよい。R16〜R27の場合も、同じよう
に環構造を形成していてもよい。R28〜R37の場合も、
同じように環構造を形成していてもよい。X-は酸のア
ニオンである。アニオンを形成している酸は、ベンゼン
スルホン酸、ナフタレンスルホン酸、又はアントラセン
スルホン酸の中から選択される酸である。又はその酸
は、アルキル基、アルコキシル基、アシル基、アシロキ
シル基、スルホニル基、スルホニルオキシ基、スルホニ
ルアミノ基、アリール基、アラルキル基、アルコキシカ
ルボニル基からなる群から選択された少なくとも1種の
有機基を有する。〕 4. 酸により架橋する架橋剤が、分子内にベンゼン環
原子団を3〜5個含み、分子量は1200以下であり、
ヒドロキシメチル基及び/又はアルコキシメチル基をそ
のベンゼン環原子団に2個以上有するフェノール誘導体
であることを特徴とする上記1.〜3.のいずれかに記
載のネガ型レジスト組成物。 5. 有機塩基性化合物を含むことを特徴とする上記
1.〜4.のいずれかに記載のネガ型レジスト組成物。 6. フッ素系及び/またはシリコン系界面活性剤を含
むことを特徴とする上記1.〜5.のいずれかに記載のネ
ガ型レジスト組成物。 7. 前記アルカリ可溶性樹脂の分子量分布(Mw/M
n)が、1.0〜1.4であることを特徴とする前記
1.〜6.のいずれかに記載のネガ型レジスト組成物。 8. 前記アルカリ可溶性樹脂の重量平均分子量(M
w)が、2000〜9000であることを特徴とする前
記1.〜7.のいずれかに記載のネガ型レジスト組成
物。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明に使用する化合物に
ついて説明する。 本発明で使用されるアルカリ可溶性樹脂 本発明におけるアルカリ可溶性樹脂は、上記一般式
(1)で表わされる構造単位を含有する樹脂である。一
般式(1)で表わされる構造単位以外に、他の繰返し構
造単位を含んでいてもよい。含まれてもよい共重合成分
としては、下記モノマー(4)〜(7)に相当する繰返
し構造単位が好ましい。
【0013】本発明に用いられる一般式(1)で表わさ
れる構造単位を含有するアルカリ可溶性樹脂は、下記モ
ノマー(3)、必要により(4)〜(7)をラジカル重
合もしくはリビングアニオン重合法により目的のアルカ
リ可溶性樹脂を得ることができる。
【0014】
【化7】
【0015】上記において、R1a〜R12aは、前記と同
義である。上記の内、分子内に水酸基を有するモノマー
を使用する場合は、あらかじめ水酸基を保護しておき重
合後に保護基を外す方法が好ましい。本発明において、
前記一般式(1)で表される繰り返し構造単位の樹脂中
の含有量としては、本発明の効果が発現できうる量であ
ればいずれでもよいが、具体的には全繰り返し単位に対
して好ましくは30〜100モル%であり、より好まし
くは50〜90モル%である。本発明において、アルカ
リ可溶性樹脂は、好ましくは一般式(2)で表わされる
ものである。これにより、本発明の効果がより顕著にな
る。一般式(2)のR1a〜R5aは、水素原子もしくはメ
チル基である。R6a〜R11a、R14a、R15aの炭素数1
〜4個のアルキル基あるいはアルコキシ基は、直鎖状で
も分岐状でもよく、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、イソ
ブチル基、t−ブチル基が、また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、イソプロポキ
シ基、ブトキシ基、イソブトキシ基、t−ブトキシ基等
を挙げることができる。R16aは、炭素数1〜10個の
置換されていてもよい分岐状あるいは環状のアルキル基
(具体的には、エチル基、プロピル基、イソプロピル
基、ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、シクロヘ
キシル基、シクロヘキシルエチル基、フェノキシエチル
基等が挙げられる。)、炭素数6〜20個の置換されて
いてもよいアリール基(具体的には、フェニル基、トリ
ル基、キシリル基、ビフェニル基、ナフチル基、ハロゲ
ン置換フェニル基、ニトロ置換フェニル基等が挙げられ
る。)、炭素数7〜20個の置換されていてもよいアラ
ルキル基(具体的には、ベンジル基、フェネチル基、フ
ェニルプロピル基等が挙げられる。)を表す。
【0016】一般式(2)において、0<l≦100で
あるが、好ましくは30<l≦100であり、より好ま
しくは50<l≦90である。m、n、o、pについて
は、0≦m、n、o、p<100であるが、好ましくは
20≦m、n、o、p≦70であり、より好ましくは3
0≦m、n、o、p≦50である。l+m+n+o+p
=100。
【0017】こうして得られたアルカリ可溶性樹脂の重
量平均分子量は、1,000〜30,000の範囲であ
ることが好ましい。1,000未満では露光部の現像後
の膜減りが大きく、30,000を越えると現像速度が
小さくなってしまう。さらに好適なのは2,000〜2
0,000の範囲である。感度が特に優れている点で特
に好ましいアルカリ可溶性樹脂の重量平均分子量は、
2,000〜9,000の範囲であり、より好ましくは
2,500〜9,000の範囲であり、さらに好ましく
は3,000〜9,000の範囲である。また、アルカ
リ可溶性樹脂の分子量分布(Mw/Mn)は、1.0〜
1.5となる(単分散ポリマー)ほうが現像残さが少な
くなり好ましい。感度が特に優れている点で特に好まし
いアルカリ可溶性樹脂の分子量分布(Mw/Mn)は、
1.0〜1.4であり、より好ましくは1.0〜1.3
であり、さらに好ましくは1.0〜1.2である。ここ
で、重量平均分子量はゲルパーミエーションクロマトグ
ラフィーのポリスチレン換算値をもって定義される。本
発明における、分子量分布が1.0〜1.4、好ましく
は1.0〜1.3、より好ましくは1.0〜1.2のア
ルカリ可溶性樹脂は、公知のリビングアニオン重合によ
って合成でき、また、分子量分別によっても得ることが
できる。リビングアニオン重合については、新実験化学
講座19(丸善)高分子化学(I)59頁〜73頁に記
載されており、分子量分別については、新実験化学講座
19(丸善)高分子化学(II)522〜527頁に記
載されている。アルカリ可溶性樹脂のアルカリ溶解速度
は、0.261Nテトラメチルアンモニウムハイドロオ
キサイド(TMAH)で測定(23℃)して20Å/秒
以上のものが好ましい。特に好ましくは200Å/秒以
上のものである。本発明のアルカリ可溶性樹脂は、単独
で用いても良いが、他のアルカリ可溶性樹脂を併用する
こともできる。使用比率は本発明のアルカリ可溶性樹脂
100重量部に対して本発明以外の他のアルカリ可溶性
樹脂を最大100重量部まで併用することができる。以
下に併用できるアルカリ可溶性樹脂を例示する。
【0018】例えばノボラック樹脂、水素化ノボラツク
樹脂、アセトン−ピロガロール樹脂、ポリ−o−ヒドロ
キシスチレン、ポリ−p−ヒドロキシスチレン、水素化
ポリヒドロキシスチレン、ハロゲンもしくはアルキル置
換ポリヒドロキシスチレン、ヒドロキシスチレン−N−
置換マレイミド共重合体、o/p−ヒドロキシスチレン
共重合体、ポリヒドロキシスチレンの水酸基に対する一
部O−アルキル化物(例えば、5〜30モル%のO−メ
チル化物、O−(1−メトキシ)エチル化物、O−(1
−エトキシ)エチル化物、O−2−テトラヒドロピラニ
ル化物、O−(t−ブトキシカルボニル)メチル化物
等)もしくはO−アシル化物(例えば、5〜30モル%
のo−アセチル化物、O−(t−ブトキシ)カルボニル
化物等)、スチレン−無水マレイン酸共重合体、スチレ
ン−ヒドロキシスチレン共重合体、α−メチルスチレン
−ヒドロキシスチレン共重合体、カルボキシル基含有メ
タクリル系樹脂及びその誘導体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。すべてのアルカ
リ可溶性樹脂の使用量は、レジスト組成物の全重量(溶
媒を除く)を基準として、通常30〜90重量%、好ま
しくは50〜80重量%である。
【0019】(2)電子線又はX線の照射により酸を発
生する化合物(以下、酸発生剤ともいう) アルカリ可溶性樹脂とともに酸発生剤を用いる。アルカ
リ可溶性樹脂とともに用いられる酸発生剤は、放射線の
照射により酸を発生する化合物であればいずれの化合物
でも用いることができる。そのような酸発生剤として
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公知の光により酸を発生す
る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。例えば、ジアゾニウム塩、ホスホニウム
塩、ヨードニウム塩、スルホニウム塩、セレノニウム
塩、アルソニウム塩等のオニウム塩、有機ハロゲン化合
物、有機金属/有機ハロゲン化物、o−ニトロベンジル
型保護基を有する酸発生剤、イミノスルフォネ−ト等に
代表される光分解してスルホン酸を発生する化合物、ジ
スルホン化合物を挙げることができる。また、これらの
光により酸を発生する基、あるいは化合物をポリマーの
主鎖または側鎖に導入した化合物、たとえば、特開昭6
3−26653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62−15385
3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3,779,7
78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。
【0020】本発明においては、フッ素原子を有する有
機酸を発生するオニウム塩化合物が好ましく、特に好ま
しくは前記一般式(I)〜一般式(III)で示される
オニウム塩化合物である。一般式(I)〜一般式(II
I)中のR1〜R37は、水素原子、アルキル基、アルコ
キシ基、ヒドロキシル基、ハロゲン原子、または、−S
−R38で示すことができる基である。R1〜R37が表す
アルキル基は、直鎖状でもよく、分岐状でもよく、環状
でもよい。直鎖状又は分岐状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、
sec−ブチル基、t−ブチル基など、例えば炭素数1
〜4個のアルキル基を挙げることができる。環状アルキ
ル基としては、例えばシクロプロピル基、シクロペンチ
ル基、シクロヘキシル基など炭素数3〜8個のアルキル
基を挙げることができる。R1〜R37が表すアルコキシ
基は、直鎖状でもよく、分岐状でもよく、環状アルコキ
シ基でもよい。直鎖状又は分岐状アルコキシ基として
は、例えば炭素数1〜8個のもの例えばメトキシ基、エ
トキシ基、ヒドロキシエトキシ基、プロポキシ基、n−
ブトキシ基、イソブトキシ基、sec−ブトキシ基、t
−ブトキシ基、オクチルオキシ基などを挙げることがで
きる。環状アルコキシ基としては、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が挙げられる。
【0021】R1〜R37が表すハロゲン原子としては、
フッ素原子、塩素原子、臭素原子、沃素原子を挙げるこ
とができる。R1〜R37が表す−S−R38中のR38は、
アルキル基、又はアリール基である。R38が表すアルキ
ル基の範囲としては、例えばR1〜R37が表すアルキル
基として既に列挙したアルキル基中のいずれをも挙げる
ことができる。R38が表すアリール基は、フェニル基、
トリル基、メトキシフェニル基、ナフチル基など、炭素
数6〜14個のアリール基を挙げることができる。R1
〜R38が表すアルキル基以下、アリール基までは、いず
れも基の一部に更に置換基を結合して炭素数を増やして
いてもよく、置換基を有していなくてもよい。更に結合
していてもよい置換基としては、好ましくは、炭素数1
〜4個のアルコキシ基、炭素数6〜10個のアリール
基、炭素数2〜6個のアルケニル基を挙げることがで
き、シアノ基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、アルコキ
シカルボニル基、ニトロ基等も挙げることができる。そ
の他、ハロゲン原子でもよい。たとえば、フッ素原子、
塩素原子、沃素原子を挙げることができる。
【0022】一般式(I)中のR1〜R15で示す基は、
そのうちの2つ以上が結合し、環を形成していてもよ
い。環は、R1〜R15で示す基の末端が直接結合して形
成してもよい。炭素、酸素、イオウ、及び窒素から選択
される1種又は2種以上の元素を介して間接的に結びあ
い、環を形成していてもよい。R1〜R15のうちの2つ
以上が結合して形成する環構造としては、フラン環、ジ
ヒドロフラン環、ピラン環、トリヒドロピラン環、チオ
フェン環、ピロール環などに見られる環構造と同一の構
造を挙げることができる。一般式(II)中のR16〜R
27についても同様のことを言うことができる。2つ以上
が直接又は間接に結合し、環を形成していてもよい。一
般式(III)中のR28〜R37についても同様である。
一般式(I)〜(III)はX-を有する。一般式(I)〜
(III)が有するX-は、酸のアニオンである。アニオン
を形成している酸は、ベンゼンスルホン酸、ナフタレン
スルホン酸、又はアントラセンスルホン酸の中から選択
される酸である。酸には1以上のフッ素原子が置換して
いることがより好ましい。又はその酸は、アルキル基、
アルコキシル基、アシル基、アシロキシル基、スルホニ
ル基、スルホニルオキシ基、スルホニルアミノ基、アリ
ール基、アラルキル基、アルコキシカルボニル基、から
なる群から選択された少なくとも1種の有機基を有す
る。更に、その有機基は少なくとも1個のフッ素原子を
更に置換していることがより好ましい。また、上記のベ
ンゼンスルホン酸、ナフタレンスルホン酸、又はアント
ラセンスルホン酸は、フッ素以外のハロゲン原子、水酸
基、ニトロ基等で置換されていてもよい。
【0023】X-のアニオンを形成するベンゼンスルホ
ン酸などに結合するアルキル基は、例えば炭素数1〜1
2のアルキル基である。アルキル基は、直鎖状でもよ
く、分岐状でもよく、環状でもよい。好ましくは1〜2
5個のフッ素原子が置換している。具体的にはトリフロ
ロメチル基、ペンタフロロエチル基、2,2,2−トリ
フロロエチル基、ヘプタフロロプロピル基、ヘプタフロ
ロイソプロピル基、パーフロロブチル基、パーフロロオ
クチル基、パーフロロドデシル基、パーフロロシクロヘ
キシル基等を挙げることができる。なかでも、全てフッ
素で置換された炭素数1〜4のパーフロロアルキル基が
好ましい。アルキル基とともにあるいは単独で上記のベ
ンゼンスルホン酸などに結合するアルコキシ基は、炭素
数が1〜12のアルコキシ基である。アルコキシ基は、
直鎖状でもよく、分岐状でもよく、環状でもよい。好ま
しくは1〜25個のフッ素原子が置換している。具体的
にはトリフロロメトキシ基、ペンタフロロエトキシ基、
ヘプタフロロイソプロピルオキシ基、パーフロロブトキ
シ基、パーフロロオクチルオキシ基、パーフロロドデシ
ルオキシ基、パーフロロシクロヘキシルオキシ基等を挙
げることができる。なかでも、全てフッ素で置換された
炭素数1〜4のパーフロロアルコキシ基が好ましい。ア
ルキル基とともにあるいは単独で上記のベンゼンスルホ
ン酸などに結合するアシル基は、炭素数2〜12、1〜
23個のフッ素原子で置換されているものが好ましい。
具体的にはトリフロロアセチル基、フロロアセチル基、
ペンタフロロプロピオニル基、ペンタフロロベンゾイル
基等を挙げることができる。
【0024】アルキル基とともにあるいは単独で上記の
ベンゼンスルホン酸などに結合するアシロキシ基は、炭
素数が2〜12、1〜23個のフッ素原子で置換されて
いるものが好ましい。具体的にはトリフロロアセトキシ
基、フロロアセトキシ基、ペンタフロロプロピオニルオ
キシ基、ペンタフロロベンゾイルオキシ基等を挙げるこ
とができる。アルキル基とともにあるいは単独で上記の
ベンゼンスルホン酸などに結合するスルホニル基として
は、炭素数が1〜12、1〜25個のフッ素原子で置換
されているものが好ましい。具体的にはトリフロロメタ
ンスルホニル基、ペンタフロロエタンスルホニル基、パ
ーフロロブタンスルホニル基、パーフロロオクタンスル
ホニル基、ペンタフロロベンゼンスルホニル基、4−ト
リフロロメチルベンゼンスルホニル基等を挙げることが
できる。アルキル基とともにあるいは単独で上記のベン
ゼンスルホン酸などに結合する上記スルホニルオキシ基
としては、炭素数が1〜12、1〜25個のフッ素原子
で置換されているものが好ましい。具体的にはトリフロ
ロメタンスルホニルオキシ、パーフロロブタンスルホニ
ルオキシ基、4−トリフロロメチルベンゼンスルホニル
オキシ基等を挙げることができる。アルキル基とともに
あるいは単独で上記のベンゼンスルホン酸などに結合す
る上記スルホニルアミノ基としては、炭素数が1〜12
であって、1〜25個のフッ素原子で置換されているも
のが好ましい。具体的にはトリフロロメタンスルホニル
アミノ基、パーフロロブタンスルホニルアミノ基、パー
フロロオクタンスルホニルアミノ基、ペンタフロロベン
ゼンスルホニルアミノ基等を挙げることができる。
【0025】アルキル基とともにあるいは単独で上記の
ベンゼンスルホン酸などに結合する上記アリール基とし
ては、炭素数が6〜14、1〜9個のフッ素原子で置換
されているものが好ましい。具体的にはペンタフロロフ
ェニル基、4−トリフロロメチルフェニル基、ヘプタフ
ロロナフチル基、ノナフロロアントラニル基、4−フロ
ロフェニル基、2,4−ジフロロフェニル基等を挙げる
ことができる。アルキル基とともにあるいは単独で上記
のベンゼンスルホン酸などに結合する上記アラルキル基
としては、炭素数が7〜10、1〜15個のフッ素原子
で置換されているものが好ましい。具体的にはペンタフ
ロロフェニルメチル基、ペンタフロロフェニルエチル
基、パーフロロベンジル基、パーフロロフェネチル基等
を挙げることができる。アルキル基とともにあるいは単
独で上記のベンゼンスルホン酸などに結合する上記アル
コキシカルボニル基としては、炭素数が2〜13、1〜
25個のフッ素原子で置換されているものが好ましい。
具体的にはトリフロロメトキシカルボニル基、ペンタフ
ロロエトキシカルボニル基、ペンタフロロフェノキシカ
ルボニル基、パーフロロブトキシカルボニル基、パーフ
ロロオクチルオキシカルボニル基等を挙げることができ
る。
【0026】このようなアニオンの中で、最も好ましい
-はフッ素置換ベンゼンスルホン酸アニオンであり、
中でもペンタフルオロベンゼンスルホン酸アニオンが特
に好ましい。また、上記含フッ素置換基を有するベンゼ
ンスルホン酸、ナフタレンスルホン酸、又はアントラセ
ンスルホン酸は、さらに直鎖状、分岐状あるいは環状ア
ルコキシ基、アシル基、アシロキシ基、スルホニル基、
スルホニルオキシ基、スルホニルアミノ基、アリール
基、アラルキル基、アルコキシカルボニル基(これらの
炭素数範囲は前記のものと同様)、ハロゲン(フッ素を
除く)、水酸基、ニトロ基等で置換されてもよい。以下
に、これらの一般式(I)〜(III)で表される化合物の
具体例を示すが、これに限定されるものではない。
【0027】
【化8】
【0028】
【化9】
【0029】
【化10】
【0030】
【化11】
【0031】
【化12】
【0032】
【化13】
【0033】一般式(I)、一般式(II)の化合物は、
次のような方法で合成できる。例えば、アリールマグネ
シウムブロミドなどのアリールグリニャール試薬とフェ
ニルスルホキシドとを反応させ、得られたトリアリール
スルホニウムハライドを対応するスルホン酸と塩交換す
る。別の方法もある。例えば、フェニルスルホキシドと
対応する芳香族化合物をメタンスルホン酸/五酸化二リ
ンあるいは塩化アルミなどの酸触媒を用いて縮合、塩交
換する方法がある。また、ジアリールヨードニウム塩と
ジアリールスルフィドを酢酸銅などの触媒を用いて縮
合、塩交換する方法などによって合成できる。上記のい
ずれの方法でも、フェニルスルホキシドは、置換基をベ
ンゼン環に置換させていてもよく、そのような置換基が
なくてもよい。一般式(III)の化合物は過ヨウ素酸塩を
用いて芳香族化合物を反応させることにより合成可能で
ある。本発明で使用する酸発生剤の含有量は、全ネガ型
レジスト組成物の固形分に対し、0.1〜20重量%が
適当であり、好ましくは0.5〜10重量%、更に好ま
しくは1〜7重量%である。
【0034】(他の光酸発生剤)本発明においては、上
記一般式(I)〜一般式(III)で表わされる化合物
以外に、あるいはこれらと共に、放射線の照射により分
解して酸を発生する他の化合物を用いることができる。
一般式(I)〜一般式(III)で表わされる化合物と
ともに放射線の照射により分解して酸を発生する他の化
合物を用いる場合には、放射線の照射により分解して酸
を発生する他の化合物の比率は、モル比で100/0〜
20/80、好ましくは90/10〜40/60、更に
好ましくは80/20〜50/50である。
【0035】(3) 本発明で使用される架橋剤 本発明のネガ型レジスト組成物では、アルカリ可溶性樹
脂、酸発生剤とともに、酸により架橋する化合物(以
下、適宜、酸架橋剤又は単に架橋剤と称する)を使用す
る。 (3)−1 架橋剤は、フェノール誘導体を使用するこ
とができる。好ましくは、分子量が1200以下、分子
内にベンゼン環を3〜5個含み、さらにヒドロキシメチ
ル基またはアルコキシメチル基を合わせて2個以上有
し、そのヒドロキシメチル基、アルコキシメチル基を少
なくともいずれかのベンゼン環に集中させ、あるいは振
り分けて結合してなるフェノール誘導体を挙げることが
できる。このようなフェノール誘導体を用いることによ
り、本発明の効果をより顕著にすることができる。ベン
ゼン環に結合するアルコキシメチル基としては、炭素数
6個以下のものが好ましい。具体的にはメトキシメチル
基、エトキシメチル基、n−プロポキシメチル基、i−
プロポキシメチル基、n−ブトキシメチル基、i−ブト
キシメチル基、sec−ブトキシメチル基、t−ブトキ
シメチル基が好ましい。さらに、2−メトキシエトキシ
基及び、2−メトキシ−1−プロピル基の様に、アルコ
キシ置換されたアルコキシ基も好ましい。これらのフェ
ノール誘導体の内、特に好ましいものを以下に挙げる。
【0036】
【化14】
【0037】
【化15】
【0038】
【化16】
【0039】
【化17】
【0040】
【化18】
【0041】(式中、L1〜L8は、同じであっても異な
っていてもよく、ヒドロキシメチル基、メトキシメチル
基又はエトキシメチル基を示す。) ヒドロキシメチル基を有するフェノール誘導体は、対応
するヒドロキシメチル基を有さないフェノール化合物
(上記式においてL1〜L8が水素原子である化合物)と
ホルムアルデヒドを塩基触媒下で反応させることによっ
て得ることができる。この際、樹脂化やゲル化を防ぐた
めに、反応温度を60℃以下で行うことが好ましい。具
体的には、特開平6−282067号、特開平7−64
285号等に記載されている方法にて合成することがで
きる。アルコキシメチル基を有するフェノール誘導体
は、対応するヒドロキシメチル基を有するフェノール誘
導体とアルコールを酸触媒下で反応させることによって
得ることができる。この際、樹脂化やゲル化を防ぐため
に、反応温度を100℃以下で行うことが好ましい。具
体的には、欧州特許EP632003A1等に記載され
ている方法にて合成することができる。このようにして
合成されたヒドロキシメチル基またはアルコキシメチル
基を有するフェノール誘導体は、保存時の安定性の点で
好ましいが、アルコキシメチル基を有するフェノール誘
導体は保存時の安定性の観点から特に好ましい。ヒドロ
キシメチル基またはアルコキシメチル基を合わせて2個
以上有し、いずれかのベンゼン環に集中させ、あるいは
振り分けて結合してなるこのようなフェノール誘導体
は、単独で使用してもよく、また2種以上を組み合わせ
て使用してもよい。 (3)−2 上記フェノール誘導体以外にも、下記の
(i)、(ii)の化合物が架橋剤として使用できる。 (i) N−ヒドロキシメチル基、N−アルコキシメチ
ル基、若しくはN−アシルオキシメチル基を有する化合
物 (ii) エポキシ化合物
【0042】これらの架橋剤については以下に詳細に説
明する。 (i) N−ヒドロキシメチル基、N−アルコキシメチ
ル基、若しくはN−アシルオキシメチル基を有する化合
物としては、欧州特許公開(以下、「EP−A」と記載
する)第0,133,216号、西独特許第3,63
4,671号、同第3,711,264号に開示された
単量体及びオリゴマー−メラミン−ホルムアルデヒド縮
合物並びに尿素−ホルムアルデヒド縮合物、EP−A第
0,212,482号に開示されたアルコキシ置換化合
物等に開示されたベンゾグアナミン−ホルムアルデヒド
縮合物等が挙げられる。更に好ましい例としては、例え
ば、少なくとも2個の遊離N−ヒドロキシメチル基、N
−アルコキシメチル基、若しくはN−アシルオキシメチ
ル基を有するメラミン−ホルムアルデヒド誘導体が挙げ
られ、中でもN−アルコキシメチル誘導体が特に好まし
い。
【0043】(ii) エポキシ化合物としては、一つ
以上のエポキシ基を含む、モノマー、ダイマー、オリゴ
マー、ポリマー状のエポキシ化合物を挙げることができ
る。例えば、ビスフェノールAとエピクロルヒドリンと
の反応生成物、低分子量フェノール−ホルムアルデヒド
樹脂とエピクロルヒドリンとの反応生成物等が挙げられ
る。その他、米国特許第4,026,705号公報、英
国特許第1,539,192号公報に記載され、使用さ
れているエポキシ樹脂を挙げることができる。
【0044】本発明においては、上記のフェノール誘導
体が好ましい。上記のフェノール誘導体に加え、例えば
上述のような他の架橋剤(i)、(ii)を併用するこ
ともできる。上記のフェノール誘導体に加えて併用しう
る他の架橋剤の比率は、モル比で100/0〜20/8
0、好ましくは90/10〜40/60、更に好ましく
は80/20〜50/50である。
【0045】架橋剤は、全レジスト組成物固形分中、3
〜70重量%、好ましくは5〜50重量%の添加量で用
いられる。架橋剤の添加量が3重量%未満であると残膜
率が低下し、また、70重量%を越えると解像力が低下
し、更にレジスト液の保存時の安定性の点で余り好まし
くない。
【0046】(4)本発明の組成物に使用されるその他
の成分 本発明のネガ型レジスト組成物には必要に応じて、更に
有機塩基性化合物、染料、界面活性剤などを含有させる
ことができる。 (4)−1 染料 好適な染料としては油性染料及び塩基性染料がある。具
体的にはオイルイエロー#101、オイルイエロー#1
03、オイルピンク#312、オイルグリーンBG、オ
イルブルーBOS,オイルブルー#603、オイルブラ
ックBY、オイルブラックBS、オイルブラックT−5
05(以上オリエント化学工業株式会社製)、クリスタ
ルバイオレット(CI42555)、メチルバイオレッ
ト(CI42535)、ローダミンB(CI45170
B)、マラカイトグリーン(CI42000)、メチレ
ンブルー(CI52015)等を挙げることができる。 (4)−2 有機塩基性化合物 本発明で用いることのできる好ましい有機塩基性化合物
とは、フェノールよりも塩基性の強い化合物である。中
でも含窒素塩基性化合物が好ましい。好ましい化学的環
境として、下記式(A)〜(E)の構造を挙げることが
できる。
【0047】
【化19】
【0048】ここで、R250 、R251 及びR252 は、同
一でも異なってもよく、水素原子、炭素数1〜6個のア
ルキル基、炭素数1〜6個のアミノアルキル基、炭素数
1〜6個のヒドロキシアルキル基又は炭素数6〜20個
の置換もしくは非置換のアリール基を表し、ここで、R
251とR252は、互いに結合して環を形成してもよい。R
253 、R254 、R255 及びR256 は、同一でも異なって
もよく、炭素数1〜6個のアルキル基を表す。更に好ま
しい化合物は、一分子中に異なる化学的環境の窒素原子
を2個以上有する含窒素塩基性化合物であり、特に好ま
しくは、置換もしくは未置換のアミノ基と窒素原子を含
む環構造の両方を含む化合物もしくはアルキルアミノ基
を有する化合物である。
【0049】好ましい具体例としては、置換もしくは未
置換のグアニジン、置換もしくは未置換のアミノピリジ
ン、置換もしくは未置換のアミノアルキルピリジン、置
換もしくは未置換のアミノピロリジン、置換もしくは未
置換のインダゾール、イミダゾール、置換もしくは未置
換のピラゾール、置換もしくは未置換のピラジン、置換
もしくは未置換のピリミジン、置換もしくは未置換のプ
リン、置換もしくは未置換のイミダゾリン、置換もしく
は未置換のピラゾリン、置換もしくは未置換のピペラジ
ン、置換もしくは未置換のアミノモルフォリン、置換も
しくは未置換のアミノアルキルモルフォリン等が挙げら
れる。好ましい置換基は、アミノ基、アミノアルキル
基、アルキルアミノ基、アミノアリール基、アリールア
ミノ基、アルキル基、アルコキシ基、アシル基、アシロ
キシ基、アリール基、アリールオキシ基、ニトロ基、水
酸基、シアノ基である。
【0050】特に好ましい化合物として、グアニジン、
1,1−ジメチルグアニジン、1,1,3,3,−テト
ラメチルグアニジン、イミダゾール、2−メチルイミダ
ゾール、4−メチルイミダゾール、N−メチルイミダゾ
ール、2−フェニルイミダゾール、4,5−ジフェニル
イミダゾール、2,4,5−トリフェニルイミダゾー
ル、2−アミノピリジン、3−アミノピリジン、4−ア
ミノピリジン、2−ジメチルアミノピリジン、4−ジメ
チルアミノピリジン、2−ジエチルアミノピリジン、2
−(アミノメチル)ピリジン、2−アミノ−3−メチル
ピリジン、2−アミノ−4−メチルピリジン、2−アミ
ノ−5−メチルピリジン、2−アミノ−6−メチルピリ
ジン、3−アミノエチルピリジン、4−アミノエチルピ
リジン、3−アミノピロリジン、ピペラジン、N−(2
−アミノエチル)ピペラジン、N−(2−アミノエチ
ル)ピペリジン、4−アミノ−2,2,6,6−テトラ
メチルピペリジン、4−ピペリジノピペリジン、2−イ
ミノピペリジン、1−(2−アミノエチル)ピロリジ
ン、ピラゾール、3−アミノ−5−メチルピラゾール、
5−アミノ−3−メチル−1−p−トリルピラゾール、
ピラジン、2−(アミノメチル)−5−メチルピラジ
ン、ピリミジン、2,4−ジアミノピリミジン、4,6
−ジヒドロキシピリミジン、2−ピラゾリン、3−ピラ
ゾリン、N−アミノモルフォリン、N−(2−アミノエ
チル)モルフォリンなどが挙げられるがこれに限定され
るものではない。これらの含窒素塩基性化合物は、単独
であるいは2種以上一緒に用いられる。酸発生剤と有機
塩基性化合物の組成物中の使用割合は、(酸発生剤)/
(有機塩基性化合物)(モル比)=2.5〜300であ
ることが好ましい。該モル比が2.5未満では低感度と
なり、解像力が低下する場合があり、また、300を越
えると露光後加熱処理までの経時でレジストパターンの
太りが大きくなり、解像力も低下する場合がある。(酸
発生剤)/(有機塩基性化合物)(モル比)は、好まし
くは5.0〜200、更に好ましくは7.0〜150で
ある。これら含窒素塩基性化合物の添加は、レジスト膜
の引き置き経時安定性(PCD安定性及びPED安定
性)を改善する効果がある。ここで、PCD(Post Coat
ing Delay)安定性とは、基板にレジスト組成物を塗布
後、照射装置内あるいは装置外に放置した場合の塗膜安
定性であり、また、PED(Post Exposure Delay)安定
性とは、照射後に加熱操作を行うまでの間、照射装置内
あるいは装置外に放置した場合の塗膜安定性である。
【0051】(4)−3 溶剤類 本発明の組成物は、上記各成分を溶解する溶媒に溶かし
て支持体上に塗布する。ここで使用する溶媒としては、
エチレンジクロライド、シクロヘキサノン、シクロペン
タノン、2−ヘプタノン、γ−ブチロラクトン、メチル
エチルケトン、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、2−メト
キシエチルアセテート、エチレングリコールモノエチル
エーテルアセテート、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、トルエン、酢酸エチル、乳酸メチル、乳酸エ
チル、メトキシプロピオン酸メチル、エトキシプロピオ
ン酸エチル、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、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
ドロフラン等が好ましく、これらの溶媒を単独あるいは
混合して使用する。
【0052】(4)−4 界面活性剤類 本発明のネガ型レジスト組成物には、界面活性剤を加え
ることもできる。具体的には、ポリオキシエチレンラウ
リルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテ
ル、ポリオキシエチレンセチルエーテル、ポリオキシエ
チレンオレイルエーテル等のポリオキシエチレンアルキ
ルエーテル類、ポリオキシエチレンオクチルフェノール
エーテル、ポリオキシエチレンノニルフェノールエーテ
ル等のポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル類、
ポリオキシエチレン・ポリオキシプロピレンブロックコ
ポリマー類、ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモ
ノパルミテート、ソルビタンモノステアレート、ソルビ
タンモノオレエート、ソルビタントリオレエート、ソル
ビタントリステアレート等のソルビタン脂肪酸エステル
類、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート、ポ
リオキシエチレンソルビタンモノパルミテ−ト、ポリオ
キシエチレンソルビタンモノステアレート、ポリオキシ
エチレンソルビタントリオレエート、ポリオキシエチレ
ンソルビタントリステアレート等のポリオキシエチレン
ソルビタン脂肪酸エステル類等のノニオン系界面活性
剤、エフトップEF301,EF303,EF352
(新秋田化成(株)製)、メガファックF171,F1
73 (大日本インキ(株)製)、フロラ−ドFC43
0,FC431(住友スリーエム(株)製)、アサヒガ
ードAG710,サーフロンS−382,SC101,
SC102,SC103,SC104,SC105,S
C106(旭硝子(株)製)等のフッ素系界面活性剤、
オルガノシロキサンポリマーKP341(信越化学工業
(株)製)やアクリル酸系もしくはメタクリル酸系
(共)重合ポリフローNo.75,No.95(共栄社
油脂化学工業(株)製)、トロイゾルS−366(トロ
イケミカル(株)製)等を挙げることができる。尚、フ
ッ素系及びシリコン系界面活性剤のうち少なくとも1種
の界面活性剤が配合されることが好ましい。また、フッ
素原子と珪素原子の両方を有する界面活性剤が配合され
ることも好ましい。これらの界面活性剤として、例えば
特開昭62-36663号、特開昭61-226746号、特開昭61-2267
45号、特開昭62-170950号、特開昭63-34540号、特開平7
-230165号、特開平8-62834号、特開平9-54432号、特開
平9-5988号、米国特許5405720号, 米国特許5360692号,
米国特許5529881号, 米国特許5296330号, 米国特許5436
098号, 米国特許5576143号, 米国特許5296143号, 米国
特許5294511号、 及び、米国特許5824451号記載の界面
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。 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(株)製)、サーフロンS−382、SC101、102、10
3、104、105、106(旭硝子(株)製)、トロイゾルS−
366(トロイケミカル社製)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。これらの界面活性剤の配合量は、本発明の組成物中
の固形分100重量部当たり、通常、0.001〜2重
量部、好ましくは0.01〜1重量部である。これらの
界面活性剤は単独で添加してもよいし、また、いくつか
の組み合わせで添加することもできる。これらの界面活
性剤の添加により、レジスト膜の面内均一性が増し、解
像力が向上する効果がある。
【0053】精密集積回路素子の製造などにおいてレジ
スト膜上へのパターン形成工程は、基板(例:シリコン
/二酸化シリコン皮覆、ガラス基板、ITO基板等の透
明基板等)上に、本発明のネガ型フォトレジスト組成物
を塗布し、次に電子線又はX線描画装置を用いて照射を
行い、加熱、現像、リンス、乾燥することにより良好な
レジストパターンを形成することができる。本発明のネ
ガ型フォトレジスト組成物の現像液としては、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、
トリエタノーアミン等のアルコ−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、コリン等の第四級アンモニウム塩、
ピロール、ピペリジン等の環状アミン類、等のアルカリ
類の水溶液を使用することができる。更に、上記アルカ
リ類の水溶液にイソプロピルアルコール等のアルコール
類、ノニオン系等の界面活性剤を適当量添加して使用す
ることもできる。これらの現像液の中で好ましくは第四
アンモニウム塩、更に好ましくは、テトラメチルアンモ
ニウムヒドロオキシド、コリンである。
【0054】
【実施例】以下、本発明を実施例により更に詳細に説明
するが、本発明の内容がこれにより限定されるものでは
ない。 1.構成素材の合成例 (1)アルカリ可溶性樹脂 1)3−t−ブトキシスチレン17.6gを乾燥THF
27gに加えた後、窒素気流下70℃に加熱した。反応
温度が安定したところで、和光純薬(株)製アゾ系ラジ
カル開始剤V−601を前記モノマーの2モル%加え、
反応を開始させた。3時間反応させた後、再びV−60
1を2モル%加え、さらに3時間反応させた。反応混合
物をTHFで希釈し、大量のメタノール中に投入し、析
出させた。得られたポリマーを常法により塩酸酸性溶液
下で分解し、ヘキサン中に析出させ、さらに再沈殿精製
を二度繰り返し、減圧下乾燥して(P−1)を得た。T
HF溶媒GPC測定により、分子量(Mw:ポリスチレ
ン換算)、分子量分散度(Mw/Mn)を求めた。 2)モノマーを変更した以外は、ほぼ同様にして(P−
2)〜(P−4)、(P−6)、(P−7)、(P−1
1)を得た。
【0055】3)3−アセトキシスチレン16.2gを
乾燥THF24gに加えた後、窒素気流下70℃に加熱
した。反応温度が安定したところで、和光純薬(株)製
アゾ系ラジカル開始剤V−60を前記モノマーの2モル
%加え、反応を開始させた。3時間反応させた後、再び
V−60を2モル%加え、さらに3時間反応させた。反
応混合物をTHFで希釈し、大量のメタノール中に投入
し、析出させた。得られたポリマーを常法により塩基性
条件溶液下で加水分解し、ヘキサン中に析出させ、さら
に再沈殿精製を二度繰り返し、減圧下乾燥して(P−
5)を得た。
【0056】4)上記1)と同様にして得たポリマー
(P−1)12gを、乾燥プロピレングリコールモノメ
チルエーテルアセテートに溶解し、β−シクロヘキシル
エチルビニルエーテル1.0g、p−トルエンスルホン
酸10mgを加え、室温にて1時間撹拌し、トリエチル
アミンを加えた。反応液を水に注いで析出した粉体をろ
過して集め、減圧乾燥して(P−9)を得た。 5)上記4)に類似の方法で、試薬に応じて常法により
(P−8)、(P−10)を得た。
【0057】6)3−ヒドロキシスチレン11.3g,
4−t−ブトキシスチレン5.3gを乾燥THF30g
に加えた後、窒素気流下70℃に加熱した。反応温度が
安定したところで、和光純薬(株)製アゾ系ラジカル開
始剤V−601を前記モノマーの2モル%加え、反応を
開始させた。3時間反応させた後、再びV−601を2
モル%加え、さらに3時間反応させた。反応混合物をT
HFで希釈し、大量のメタノール中に投入し、析出させ
た。さらに再沈殿精製を二度繰り返し、減圧下乾燥して
(P−12)を得た。 7)上記6)と同様にして、(p−13)を得た。
【0058】8)3−t−ブトキシスチレン17.6g
を−78℃の脱気乾燥THF中、s−ブチルリチウムを
開始剤としてリビングアニオン重合した。3時間の反応
後、脱気したメタノールで反応を終了した。更に、大量
のメタノール中に投入し、析出した粉体をろ過して集
め、更に再沈殿精製を2度繰り返し、減圧乾燥して樹脂
を得た。常法により、塩酸酸性下、t−ブトキシ基を分
解してポリマー(P−21)を得た。 9)開始剤量を調節して同様な操作を行い、ポリマー
(P−22)を得た。 10)モノマーとしてそれぞれ、10重量%、20重量
%、30重量%を4−t−ブトキシスチレンに置き換
え、開始剤量を調節して、8)と同様の操作を行い、そ
れぞれポリマー(P−23)〜(P−28)を得た。 11)3−t−ブトキシスチレン/4−t−ブトキシス
チレン=60/40(重量比)の混合物をモノマー原料
として、1)と同様の操作を行い、ポリマーを得た。得
られたポリマーのアセトン希薄溶液からの分別沈殿を行
い、ポリマー(P−29)を得た。 12)開始剤量を調節して11)と同様の操作を行い、
ポリマー(P−30)を得た。 13)モノマーの20モル%を3,4−ジ−t−ブトキ
シスチレンに置き換え、開始剤量を調節して8)と同様
の操作を行い、ポリマー(P−31)、(P−32)を
得た。 14)開始剤量を調節して8)と同様の操作を行い得た
ポリマーを定法によりそれぞれ保護して、それぞれポリ
マー(P−33)、(P−34)、(P−37)〜(P
−40)を得た。 15)上記10)と同様に、モノマーを一部置き換え、
開始剤量を調節して、8)と同様な操作を行い、それぞ
れポリマー(P−35)、(P−36)、(P−41)
〜(P−44)を得た。
【0059】(2)酸発生剤 1)ペンタフロロベンゼンスルホン酸テトラメチルアン
モニウム塩の合成 ペンタフロロベンゼンスルホニルクロリド25gを氷冷
下メタノール100mlに溶解させ、これに25%テト
ラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液100gをゆ
っくり加えた。室温で3時間攪拌するとペンタフロロベ
ンゼンスルホン酸テトラメチルアンモニウム塩の溶液が
得られた。この溶液をスルホニウム塩、ヨードニウム塩
との塩交換に用いた。
【0060】2)トリフェニルスルホニウムペンタフロ
ロベンゼンスルホネートの合成 ジフェニルスルホキシド50gをベンゼン800mlに
溶解させ、これに塩化アルミニウム200gを加え、2
4時間還流した。反応液を氷2Lにゆっくりと注ぎ、こ
れに濃塩酸400mlを加えて70℃で10分加熱し
た。この水溶液を酢酸エチル500mlで洗浄し、ろ過
した後にヨウ化アンモニウム200gを水400mlに
溶解したものを加えた。析出した粉体をろ取、水洗した
後酢酸エチルで洗浄、乾燥するとトリフェニルスルホニ
ウムヨージドが70g得られた。トリフェニルスルホニ
ウムヨージド30.5gをメタノール1000mlに溶
解させ、この溶液に酸化銀19.1gを加え、室温で4
時間攪拌した。溶液をろ過し、これに過剰量のペンタフ
ロロベンゼンスルホン酸テトラメチルアンモニウム塩の
溶液を加えた。反応液を濃縮し、これをジクロロメタン
500mlに溶解し、この溶液を5%テトラメチルアン
モニウムヒドロキシド水溶液、および水で洗浄した。有
機相を無水硫酸ナトリウムで乾燥後、濃縮するとトリフ
ェニルスルホニウムペンタフロロベンゼンスルホネート
(I−1)が得られた。
【0061】3)ジ(4−t−アミルフェニル)ヨード
ニウムペンタフロロベンゼンスルホネートの合成 t−アミルベンゼン60g、ヨウ素酸カリウム39.5
g、無水酢酸81g、ジクロロメタン170mlを混合
し、これに氷冷下濃硫酸66.8gをゆっくり滴下し
た。氷冷下2時間攪拌した後、室温で10時間攪拌し
た。反応液に氷冷下、水500mlを加え、これをジク
ロロメタンで抽出、有機相を炭酸水素ナトリウム、水で
洗浄した後濃縮するとジ(4−t−アミルフェニル)ヨ
ードニウム硫酸塩が得られた。この硫酸塩を、過剰量の
ペンタフロロベンゼンスルホン酸テトラメチルアンモニ
ウム塩の溶液に加えた。この溶液に水500mlを加
え、これをジクロロメタンで抽出、有機相を5%テトラ
メチルアンモニウムヒドロキシド水溶液、および水で洗
浄した後濃縮するとジ(4−t−アミルフェニル)ヨー
ドニウムペンタフロロベンゼンスルホネート(III-1)が
得られた。その他の化合物についても上記と同様の方法
を用いて合成できる。
【0062】(3) 架橋剤 架橋剤〔HM−1〕の合成 1−〔α−メチル−α-(4−ヒドロキシフェニル)エ
チル〕−4−〔α,α−ビス(4−ヒドロキシフェニ
ル)エチル〕ベンゼン20g(本州化学工業(株)製T
risp−PA)を10%水酸化カリウム水溶液に加
え、撹拌、溶解した。次にこの溶液を撹伴しながら、3
7%ホルマリン水溶液60mlを室温下で1時間かけて
徐々に加えた。さらに室温下で6時間撹伴した後、希硫
酸水溶液に投人した。析出物をろ過し、十分水洗した
後、メタノール30mlより再結晶することにより、下
記構造のヒドロキシメチル基を有するフェノール誘導体
〔HM−1]の白色粉末20gを得た。純度は92%で
あった(液体クロマトグラフィー法)。
【0063】
【化20】
【0064】架橋剤〔MM−1〕の合成 上記合成例で得られたヒドロキシメチル基を有するフェ
ノール誘導体〔HM−1〕20gを1リットルのメタノ
ールに加え、加熱撹拌し、溶解した。次に、この溶液に
濃硫酸1mlを加え、12時間加熱還流した。反応終了
後、反応液を冷却し、炭酸カリウム2gをを加えた。こ
の混合物を十分濃縮した後、酢酸エチル300mlを加
えた。この溶液を水洗した後、濃縮乾固させることによ
り、下記構造のメトキシメチル基を有するフェノール誘
導体〔MM−1〕の白色固体22gを得た。純度は90
%であった(液体クロマトグラフィー法)。
【0065】
【化21】
【0066】さらに、同様にして以下に示すフェノール
誘導体を合成した。
【0067】
【化22】
【0068】
【化23】
【0069】
【化24】
【0070】2.実施例 〔実施例1〜3〕 (1)レジストの塗設 上記の合成例から選んだ本発明を構成する化合物と比較
用化合物を用いて、下記表1〜4に示す組成のフォトレ
ジスト組成物の溶液を調整した。各試料溶液を0.1μ
mのフィルターで濾過したのち、スピンコーターを利用
して、シリコンウェハー上に塗布し、110℃、90秒
間真空吸着型のホットプレートで乾燥して、膜厚0.3
μmのレジスト膜を得た。このようにして、表1に示す
実施例1(実施例1−1〜1−18、比較例1及び
2)、表2に示す実施例2(有機塩基性化合物及びフッ
素系またはシリコン系界面活性剤を含有する実施例2−
1〜2−18)、及び表3、4に示す実施例3(単分散
のアルカリ可溶性樹脂を含む実施例3−1〜3−36)
のサンプルを得た。
【0071】
【表1】
【0072】
【表2】
【0073】
【表3】
【0074】
【表4】
【0075】表1〜4において使用した略号は下記の内
容を示す。 <樹脂>
【0076】
【化25】
【0077】
【化26】
【0078】
【化27】
【0079】
【化28】
【0080】
【化29】
【0081】
【化30】
【0082】
【化31】
【0083】
【化32】
【0084】
【化33】
【0085】
【化34】
【0086】(溶剤) PGME:プロピレングリコールモノメチルエーテル PGMEA:プロピレングリコールモノメチルエーテル
アセテート (有機塩基性化合物) B−1: 2,4,5−トリフェニルイミダゾール B−2: 1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]ノナ−
5−エン B−3: 4−ジメチルアミノピリジン B−4: 1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデ
カ−7−エン B−5: N-シクロヘキシル−N'-モルホリノエチルチ
オウレア (界面活性剤) W−1: トロイゾル S−366(トロイケミカル社
製) W−2: メガファック F−176(大日本インキ化
学工業社製) W−3: メガファック R08(大日本インキ化学工
業社製) W−4: ポリシロキサンポリマー KP−341(信
越化学工業社製) W−5: サーフロン S−382(旭硝子社製) (2)レジストパターンの作成 このレジスト膜に電子線描画装置(加速電圧50Ke
V)を用いて照射を行った。照射後にそれぞれ110℃
の真空吸着型ホットプレートで60秒間加熱を行い、
2.38重量%テトラメチルアンモニウムハイドロオキ
サイド(TMAH)水溶液で60秒間浸漬し、30秒間
水でリンスして乾燥した。得られたパターンの断面形状
を走査型電子顕微鏡により観察した。 (3)感度は、0.20μmライン(ライン:スペース
=1:1)を解像する時の最小照射量を感度とし、その
照射量における限界解像力(ラインとスペースが分離解
像)を解像力とした。0.20μmライン(ライン:ス
ペース=1:1)が解像しないものついては限界の解像
力を解像力とし、その時の照射量を感度とした。PC
D、PED安定性の評価は次のように行った。上記
(1)の方法で塗設されたレジスト膜を電子線描画装置
内で60分放置した後、(2)の方法によりレジストパ
ターンを形成した。(3)の方法により求めた最小照射
量(この場合は、レジスト膜形成後、直ちに照射)と同
一の照射量で解像できる最小のパターンサイズを求め、
このサイズと(3)で得られた限界解像力との差が3%
以内であるものをPCD安定性合格とした。また、レジ
ストパターンを形成する際に、照射後、電子線描画装置
内で60分放置する工程を加える以外は(2)と同様の
方法で実施した。(3)の方法により求めた最小照射量
(この場合は、レジスト膜形成後、直ちに照射)と同一
の照射量で解像できる最小のパターンサイズを求め、こ
のサイズと(3)で得られた限界解像力との差が3%以
内であるものをPED安定性合格とした。そして、PC
D安定性及びPED安定性ともに合格のレジストを◎、
PCD安定性及びPED安定性の一方のみが合格のレジ
ストを○、PCD安定性及びPED安定性ともに不合格
のレジストを×、と評価した。表1〜4のレジストの性
能評価結果を、それぞれ、表5〜8に示した。
【0087】
【表5】
【0088】
【表6】
【0089】
【表7】
【0090】
【表8】
【0091】〔評価結果の説明〕表5〜8の結果は、本
発明に係るアルカリ可溶性樹脂と、本発明の好ましい態
様以外の架橋剤と一般式(I)〜(III)以外の酸発生剤を用
いたレジスト組成物〔実施例1−18〕が、本発明以外
のアルカリ可溶性樹脂、架橋剤、酸発生剤を用いた組成
物〔比較例1〜2〕よりも高感度、高解像力で且つ矩形
なプロファイルを示し、優れた性能を有することを示し
ている。これらの効果は本発明に係るアルカリ可溶性樹
脂を有するネガ型レジスト組成物が特に電子線及びX線
照射条件下で発揮するもであり、今までに全く知られて
いない効果である。本発明のアルカリ可溶性樹脂に、更
に一般式(I)〜(III)で表される酸発生剤を含む組成物
〔実施例1−16〜1−17〕あるいは本発明に係るア
ルカリ可溶性樹脂に、好ましい態様の架橋剤を含む組成
物〔実施例1−14〜1−15〕では、更に一段と優れ
た感度、解像力及びプロファイルを示す。更に特筆すべ
きことは、本発明に係るアルカリ可溶性樹脂、好ましい
態様の架橋剤及び酸発生剤の3つを同時に含む組成物
〔実施例1−1〜1−13〕は特に優れた感度、解像力
及びプロファイル性能を示す。これらにより本発明のア
ルカリ可溶性樹脂、酸発生剤及び架橋剤のすべてを含む
組成物が特に電子線照射に好適であり、極めて優れた性
能を示すことが明らかである。また、実施例2−1〜2
−18において、有機塩基性化合物及び界面活性剤の添
加により、性能向上(PCD安定性、PED安定性、解
像力)が達せられることが示された。また、実施例3−
1〜3−36において、単分散のアルカリ可溶性樹脂を
用いると、更に感度が著しく向上することが判り、その
際分子量を2000〜9000にすると一層優れた効果
が得られることが判る。
【0092】尚、実施例1、2及び3おいて、有機塩基
性化合物をB−1から、それぞれ、B−2、B−3、B
−4、B−5に変更して実施したところ、同等の性能が
得られた。また、実施例1、2及び3において界面活性
剤をW−1から、それぞれW−2、W−3、W−4、W
−5に変更して実施したところ、同等の性能が得られ
た。さらに、実施例1、2及び3において、溶剤をプロ
ピレングリコールモノメチルエーテルアセテート/プロ
ピレングリコールモノメチルエーテル=80/20(重
量比)に変更し、同様に実施したところ、同様の結果が
得られた。
【0093】[実施例4]実施例2の各レジスト溶液を
8インチシリコンウエハ上に、上記と同様に塗布、処理
を行い、面内均一性測定用のレジスト塗布膜を得た。こ
れを大日本スクリーン社製 Lambda A にて、塗布膜厚を
ウエハ直径方向にそって十字になるように均等に36カ
所測定した。 測定値の標準偏差をとり、その3倍が5
0に満たないものを○、50以上のものを×として評価
した。 結果は、すべて、○であった。
【0094】[実施例5]<等倍X線露光によるパター
ニング> 上記実施例2−1、比較例1と2の各レジスト組成物を
夫々用い、上記実施例1におけるのと同様の方法で膜厚
0.40μmのレジスト膜を得た。次いで、等倍X線露
光装置(ギャップ値;20nm)を用いた以外は上記実
施例1と同様にしてパターニングを行い、上記実施例1
と同様の方法でレジスト性能(感度、解像力、及びパタ
ーン形状)を評価した。評価結果を表9に示す。
【0095】 表9 レジスト組成物 感度(mJ/cm2) 解像力(μm) パターン形状 実施例2−1 100 0.09 矩形 比較例1 170 0.20 テーパー形状 比較例2 200 0.18 テーパー形状
【0096】上記表9より明らかなように、本発明のレ
ジスト組成物がX線露光においても極めて優れた性能を
示すことが判る。
【0097】
【発明の効果】本発明の電子線及びX線用化学増幅系ネ
ガ型レジスト組成物により、感度、解像力に優れ、しか
も矩形なプロファイルを有するネガ型感光性組成物を提
供できる。
───────────────────────────────────────────────────── 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) H01L 21/027 H01L 21/30 502R (72)発明者 白川 浩司 静岡県榛原郡吉田町川尻4000番地 富士写 真フイルム株式会社内 Fターム(参考) 2H025 AA01 AA02 AA03 AB16 AC05 AC06 AD01 BE00 BE07 CB16 CB52 CB55 CC04 CC20 FA03 FA12 FA17 4J002 BC021 EV056 EV066 EV076 EV296 4J100 AB03P AB03Q AB03R AB03S AB07P AB07Q AB07R AB07S AL03T BA03P BA03Q BA03R BA03S BA04Q BA04R BA04S BA20Q BA20R BA20S CA03 DA01 DA04 DA39 EA01 JA38

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下記一般式(1)で表わされる構造単位
    を含むアルカリ可溶性樹脂、電子線又はX線の照射によ
    り酸を発生する化合物及び酸により架橋する架橋剤を含
    有することを特徴とする電子線用及び/又はX線用化学
    増幅系ネガ型レジスト組成物。 【化1】 式(1)中、R1aは、水素原子又はメチル基を表す。
  2. 【請求項2】 アルカリ可溶性樹脂が、下記一般式
    (2)で表わされる樹脂であることを特徴とする請求項
    1に記載のネガ型レジスト組成物。 【化2】 式(2)中、R1a〜R5aは、各々独立に水素原子又はメ
    チル基を表す。R6a〜R11aは、水素原子、炭素数1〜
    4個のアルキル基あるいはアルコキシ基、水酸基又は−
    C(=O)O−R14aを表す。R14aは、水素原子または
    炭素数1〜4個のアルキル基を表す。)を表す。R12a
    は、−COOR15a(R15aは、水素原子又は炭素数1〜
    4個のアルキル基を表す)を表す。 0<l≦100 0≦m、n、o、p<100 l+m+n+o+p=100
  3. 【請求項3】 感放射線性酸発生剤が、下記一般式
    (I)〜(III)で表わされる化合物のうち少なくとも
    1種を含むことを特徴とする請求項1又は2に記載のネ
    ガ型レジスト組成物。 【化3】 〔一般式(I)〜(III)において、R1〜R37は、水素原
    子、アルキル基、アルコキシル基、ヒドロキシル基、ハ
    ロゲン原子、又は−S−R38で示せる基を表す。−S−
    38中のR38は、アルキル基又はアリール基を表す。R
    1〜R38は、同一であってもよく、異なっていてもよ
    い。R1〜R15の場合、その中から選択される二つ以上
    は互いに直接末端で結合しあい、あるいは酸素、イオウ
    及び窒素から選ばれる元素を介して結合しあって環構造
    を形成していてもよい。R16〜R27の場合も、同じよう
    に環構造を形成していてもよい。R28〜R37の場合も、
    同じように環構造を形成していてもよい。X-は酸のア
    ニオンである。アニオンを形成している酸は、ベンゼン
    スルホン酸、ナフタレンスルホン酸、又はアントラセン
    スルホン酸の中から選択される酸である。又はその酸
    は、アルキル基、アルコキシル基、アシル基、アシロキ
    シル基、スルホニル基、スルホニルオキシ基、スルホニ
    ルアミノ基、アリール基、アラルキル基、アルコキシカ
    ルボニル基からなる群から選択された少なくとも1種の
    有機基を有する。〕
  4. 【請求項4】 酸により架橋する架橋剤が、分子内にベ
    ンゼン環原子団を3〜5個含み、分子量は1200以下
    であり、ヒドロキシメチル基及び/又はアルコキシメチ
    ル基をそのベンゼン環原子団に2個以上有するフェノー
    ル誘導体であることを特徴とする請求項1〜3のいずれ
    かに記載のネガ型レジスト組成物。
  5. 【請求項5】 有機塩基性化合物を含むことを特徴とす
    る請求項1〜4のいずれかに記載のネガ型レジスト組成
    物。
  6. 【請求項6】 フッ素系及び/またはシリコン系界面活
    性剤を含むことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに
    記載のネガ型レジスト組成物。
  7. 【請求項7】 前記アルカリ可溶性樹脂の分子量分布
    (Mw/Mn)が、1.0〜1.4であることを特徴と
    する請求項1〜6のいずれかに記載のネガ型レジスト組
    成物。
  8. 【請求項8】 前記アルカリ可溶性樹脂の重量平均分子
    量(Mw)が、2000〜9000であることを特徴と
    する請求項1〜7のいずれかに記載のネガ型レジスト組
    成物。
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