JP2002525683A - ホトレジスト、ポリマーおよびマイクロリソグラフィの方法 - Google Patents
ホトレジスト、ポリマーおよびマイクロリソグラフィの方法Info
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Abstract
Description
めのホトレジスト(ポジ加工および/またはネガ加工)の使用に関する。本発明
はまた、レジストのベース樹脂として有用であり且つその他多くの応用の可能性
を持った新規なフッ素含有ポリマー組成物に関する。
mpson,C.G.Willson および M.J.Bowdenの共著「
Introduction to Microlithography.Sec
ond Edition」、ワシントン DC、アメリカ化学会、1994年発
行に記載されているものなど、光画像形成システムに使用される。そのようなシ
ステムにおいては、紫外(UV)光またはその他の電磁放射線が光活性成分を含
む物質に当たってその物質に物理的または化学的変化をひき起こす。有用な像ま
たは潜像がそれにより生成し、それを加工処理して半導体装置の製作に有用な像
とすることができる。
リマー製品以外に1個または複数の光活性成分を含有する。電磁放射線(たとえ
ば紫外光)に露光すると、上記のThompsonらの出版物に記載されている
ように、光活性成分が作用して感光性組成物のレオロジー状態、溶解性、表面特
性、屈折率、色相、電磁特性、その他物理的または化学的特性を変化させる。
紫外線または極紫外線(UV)の電磁放射線が必要である。半導体の製造には一
般にポジ加工のレジストが利用される。ノボラックポリマーと溶解防止剤として
ジアゾナフトキノンを使用し365nm(I−ライン)の紫外線で行うリソグラ
フィは、最近確立されたチップ技術であり、約0.35μm〜0.30μmの解
像限界を有する。p−ヒドロキシスチレンポリマーを使用し248nmの遠紫外
線で行うリソグラフィが知られており、0.35nm〜0.18nmの解像限界
を有する。波長が減少するにつれて解像限界は減少する(すなわち、193nm
の画像形成では解像限界は0.18μm〜0.12μm)ので、将来に向けては
さらに短波長でのホトリソグラフィが強く求められる。193nmの露光波長(
アルゴンフッ素(ArF)エキシマーレーザーから得られる)を用いるホトリソ
グラフィは、0.18μmおよび0.13μmの設計定規を使用する将来のマイ
クロエレクトロニクス製作の主要な候補である。157nmの露光波長(F2レ
ーザー光源を用いて得られる)を用いるホトリソグラフィは、0.100μm以
下の設計定規を使用する将来のマイクロエレクトロニクス製作用として使用され
ることになろう。従来の近紫外線および遠紫外線用有機ホトレジストは193n
m以下の短波長においては不透明であるために、このような波長における単層機
構でのそれら使用が妨げられている。
えば、シクロオレフィン−無水マレイン酸交互コポリマーを含むホトレジスト組
成物が193nmでの半導体の画像形成に有用であることが示されている(F.
M.Houlihan等、Macromolecules,30,pp.651
7−6534 (1997); T.Wallow等、SPIE,Vol.27
24,pp.355−364; およびF.M.Houlihan等、Jour
nal of Photopolymer Science and Tech
nology,10,No.3,pp.511−520 (1997)を参照さ
れたい)。出版物のいくつかは、193nmのレジストに集中している(すなわ
ち、U.Okoroanyanwu等、SPIE,Vol.3049,pp.9
2−103; R.Allen等、SPIE,Vol.2724,pp.334
−343; および、Semiconductor Internationa
l,1997年9月号、pp.74−80)。付加重合体および/または官能化
ノルボルネンのROPM(開環メタセシス重合)を含む組成物が開示されている
(例えば、B.F.GoodrichのPCTWO97/33198(9/12
/97))。ノルボルナジエンのホモポリマーおよび無水マレイン酸とのコポリ
マーと193nmリソグラフィにおけるそれらの使用が開示されている(J.N
iuおよびJ.Frechet,Angew.Chem.Int.Ed.,37
,No.5,(1998),pp.667−670)。157nmでの画像形成
用レジスト組成物は開示がない。
る(ダイキン工業社の米国特許第5,177,166号および米国特許第522
9473号)。これらの特許は、これらのコポリマーを感光性組成物に使用する
ことは何ら開示していない。特定のフッ化オレフィンと特定のビニルエステルお
よびビニルエーテルとのコポリマーが知られている。例えば、TFEのシクロヘ
キサンカルボキシレート、ビニルエステルとのコポリマー(大日本インキ化学工
業の日本国特許出願特開平03−281664号)およびシクロヘキシルビニル
エーテルとのコポリマー(旭硝子(株)の日本国特許出願特開昭54−0462
86号)が知られている。TFEと酢酸ビニルのようなビニルエステルとのコポ
リマーおよびこれらコポリマーを屈折率画像形成用(例えば、ホログラフィ)の
感光性組成物に使用することが知られている(デュポンの米国特許第4,963
,471号)。フッ化オレフィンと式CH2=CHO2CRのビニルエステルお
よび式CH2=CHOCH2RまたはCH2=CHORのビニルエーテルとを含
むコポリマーに関する従来技術はすべてC:Hの比が比較的小さく0.58より
小さいRの基を有する。
ノマーのホモポリマーとコポリマーが、光を当てて鮮明な像を形成することがで
きるフッ素含有ポリマーフィルムの成分としてそれらが応用されることと共に知
られている(日本国特開平9(1997)−43856号)。この参照文献には
、多環式コモノマーからなるホモポリマーまたはコポリマーをホトレジスト成分
とする教示はない。さらに、この日本の公開公報に開示されている組成物が18
0nmより小さい遠紫外線波長で有効な画像形成能を有するホトレジストに使用
できうるという教示はない。
t−ブチルメタクリレートのコポリマーを溶媒に溶かしたレジスト溶液でシリコ
ンウェーハを被覆し、次いで193nmで露光し、二酸化炭素臨界流体で現像し
て陰画のレジスト像を生成する方法が開示されている。
高透明性であるばかりでなく、例えば優れたプラズマエッチング耐性および接着
性を含むその他鍵となる特性をも有する別の新規なレジスト組成物が緊急に求め
られる。
むフッ素含有コポリマーであって、少なくとも1個のエチレン性不飽和化合物は
多環式であり、かつ少なくとも1個のエチレン性不飽和化合物はエチレン性不飽
和炭素原子に共有結合している少なくとも1個のフッ素原子を含むことを特徴と
するフッ素含有コポリマーと、 (b)少なくとも1個の光活性成分と、 を含むホトレジストであって、前述のフッ素含有コポリマーは芳香族官能基を含
有せず、前述のホトレジストを、365nmより小さい波長を有する紫外線の像
露光によりレリーフ像を生成するように現像可能にするのに十分な官能基を含有
する。
は下記の群から選択する。
じであり、 R1からR14は同一かまたは異なるものであり、それぞれ水素原子、ハロゲ
ン原子、カルボキシル基、C1からC14の二級または三級カルボキシレート、
炭化水素基または置換炭化水素基を表し、 R15は、炭素原子約4から約20の飽和アルキル基であり、炭素原子対水素
原子の比が0.58より大きいかまたは同じという条件下で、1個または複数の
エーテル酸素を任意で含有し、 R16からR21は、R18からR21の少なくとも1つはCO2Aであると
いう条件下で、各々独立に、水素原子、C1からC12のアルキル、(CH2) q CO2A、CO2(CH2)qCO2AまたはCO2Aであり、ここでqは1
から12であり、Aは水素または酸保護基である。
からなる群から選択される少なくとも1個の原子または基を有する少なくとも1
個の多環式エチレン性不飽和化合物から誘導された反復単位を含むフッ素含有コ
ポリマーであり、少なくとも1個の原子または基は、環構造中に含有されており
、少なくとも1個の共有結合している炭素原子によって、該エチレン性不飽和化
合物の各エチレン性不飽和炭素原子から離れている炭素原子に共有結合している
ことを特徴とするフッ素含有コポリマーと、 (b)少なくとも1個の光活性成分とを含み、 該フッ素含有コポリマーは芳香族の官能性を含有せず、該ホトレジストを、3
65nmより小さい波長を有する紫外線の像露光によりレリーフ像を生成するよ
うに現像可能にするのに十分な官能基を含有する。
方法であって、順に、 (W)基板上にホトレジスト組成物を塗布する工程であって、前述のホトレジ
スト組成物が、 (a)少なくとも1個のエチレン性不飽和化合物から誘導された反復単位を含
むフッ素含有コポリマーであり、少なくとも1個のエチレン性不飽和化合物は多
環式であり、かつ少なくとも1個のエチレン性不飽和化合物はエチレン性不飽和
炭素原子に共有結合している少なくとも1個のフッ素原子を含むことを特徴とし
、 前述のホトレジストを、365nmより小さい波長を有する紫外線の像露光に
よりレリーフ像を生成するように現像可能にするのに十分な官能基を含有するフ
ッ素含有コポリマーと、 (b)少なくとも1個の光活性成分と、 (c)溶媒と を含む塗布する工程と、 (X)塗布したホトレジスト組成物を乾燥して本質的に溶媒を除去し、それに
よって基板上にホトレジスト層を形成する工程と、 (Y)ホトレジスト層を像露光して、画像領域と非画像領域を形成する工程と
、 (Z)画像領域と非画像領域を有する露光したホトレジスト層を現像し、基板
上にレリーフ像を形成する工程と、を含む。
方法であって、順に、 (W)基板上にホトレジスト組成物を塗布する工程であって、該ホトレジスト
組成物が (a)フッ素原子、ペルフルオロアルキル基、およびペルフルオロアルコキシ
基からなる群から選んだ少なくとも1個の原子または基を有する少なくとも1個
の多環式エチレン性不飽和化合物から誘導された反復単位を含むフッ素含有コポ
リマーであって、少なくとも1個の原子または基は、環構造中に含有されており
、少なくとも1個の共有結合している炭素原子によって、該エチレン性不飽和化
合物の各エチレン性不飽和炭素原子から離れている炭素原子に共有結合している
ことを特徴とするコポリマーであり、フッ素含有コポリマーは、芳香族官能基を
含有せず365nmより小さい波長を有する紫外線の像露光により前述のホトレ
ジストがレリーフ像を生成するように現像可能にするのに十分な官能基を含有す
るフッ素含有コポリマーと、 (b)少なくとも1個の光活性成分と、 (c)溶媒と、 を含む塗布する工程と、 (X)塗布したホトレジスト組成物を乾燥して本質的に溶媒を除去し、それに
よって基板上にホトレジスト層を形成する工程と、 (Y)ホトレジスト層を像露光して、画像領域と非画像領域を形成する工程と
、 (Z)画像領域と非画像領域を有する露光したホトレジスト層を現像し、基板
上にレリーフ像を形成する工程と、を含む。
あってもよい。
原子を含有する少なくとも1個のエチレン性不飽和化合物から誘導された反復単
位と、 (ii)CH2=CHO2CR15、CH2=CHOCH2R15、およびC
H2=CHOR15からなる群から誘導される反復単位であって、式中、R15 が、炭素原子約4〜約20の飽和アルキル基であり、炭素原子対水素原子の比が
0.58より大きいかまたは同じという条件下で、1個または複数のエーテル酸
素を任意で含有する反復単位とを含むフッ素含有コポリマーである。
原子を含む少なくとも1個のエチレン性不飽和化合物から誘導した反復単位と、 (ii)構造式
いう条件付きで、各々独立に、水素原子、C1〜C12のアルキル、(CH2) q CO2A、CO2(CH2)qCO2AまたはCO2Aであり、ただしqは1
〜12であり、Aは水素または酸保護基である反復単位とを含むフッ素含有コポ
リマーである。
質は、多環式の反復単位と、フッ素を含有する同一または異なる反復単位と、さ
らには、芳香族官能基を含有しないコポリマーにおけるすべての反復単位とが、
連絡し合って結びついている点である。コポリマー中に多環式の反復単位が存在
することは、コポリマーがプラズマエッチング(例えば、反応性イオンエッチン
グ)に対して高い耐性を保持するために重要である。多環式の反復単位はまた、
レジストフィルムの寸法安定性を維持するために重要な、高いガラス転移温度を
付与する傾向がある。フッ素を含有する反復単位の存在は、コポリマーが高い光
学透明度を保持するために、つまり、極紫外線および遠紫外線において低い光学
的吸収作用を持つために重要である。コポリマーの反復単位中に芳香族の官能基
が存在しないこともまたポリマーが高い光学透明度を保持するために必要である
。
含まれている炭素原子に共有結合しているフッ素原子、ペルフルオロアルキル基
およびペルフルオロアルコキシ基からなる群から選んだ少なくとも1個の原子ま
たは基を有する少なくとも1個の多環式エチレン性不飽和化合物から誘導された
反復単位からなっているものと思われる。フッ素原子、ペルフルオロアルキル基
およびペルフルオロアルコキシ基は、これらの基がエチレン性不飽和炭素原子に
直接結びついている場合は、金属を触媒とする付加重合またはメタセシス重合に
よる環式エチレン性不飽和化合物の重合を抑制する傾向がある。そのため、この
場合、少なくとも1個のフッ素原子、ペルフルオロアルキル基およびペルフルオ
ロアルコキシ基は、少なくとも1個の共有結合している炭素原子によって、エチ
レン性不飽和化合物の各エチレン性不飽和炭素原子から離されていることが重要
である。さらに、この原子および/または基を環に直接結合することは、望まし
くない非フッ素化脂肪族炭素原子の存在を最小にすることになる。
特性を付与するために重要な特性バランスを驚くほど有している。第1に、これ
らのコポリマーは、193nmおよび157nmの波長を含む極紫外線および遠
紫外線において予想外に低い光吸収性を有する。光吸収性の低いコポリマーを有
することは高い露光速度(photospeed)のレジストを調合するのに重
要であり、そこでは、大部分の紫外光が光活性成分に吸収され、コポリマー(レ
ジストのマトリックス)の吸収による損失はない。第2に、本発明のフッ素含有
ポリマーを含むレジストは、好ましいことに、プラズマエッチングの速度が非常
に遅い。この後者の特性は、半導体の作製に必要な高い解像精度のレジストを与
えるために重要である。157nmで画像形成をするには、これらの特性の適切
な値を同時に達成することが特に重要である。この場合、超薄膜のレジストが高
い解像度を得るために必要となるが、それにもかかわらず、この薄いレジストに
は、エッチングの間、画像形成した基板上にとどまって、下にある基板の面域を
保護するために、高度なエッチング耐性がなければならない。
ば、極紫外線、遠紫外線、および近紫外線に対する高い透明性、高いプラズマエ
ッチング耐性、0.18μmと0.13μmの設計定規を使用するマイクロエレ
クトロニクス装置加工に適合する突出した高解像度特性などを有する。本発明の
ホトレジスト組成物は、特に、157nmにおける優れた光学透明度を有する。
本発明の新規なコポリマーもまた、157nmおよびその他の紫外線波長におい
て予想される高い透明性等の優れた特質を有する。
イクロリソグラフィ用のホトレジストであって、該フッ素含有コポリマーは該ホ
トレジストを365nm以下の波長を有する紫外線で像露光を行うことによって
、レリーフ像生成の現像を可能にするのに十分な官能基を含有するものである。
いくつかの好ましい実施形態において、その十分な官能基は、365nm以下の
波長を有する十分な紫外線に露光すると、露光してない部分は塩基性溶液中に不
溶であるがホトレジストの露光部分は塩基性溶液に可溶となるように、酸(例え
ばカルボン酸)および/または酸保護基から選択する。このようにしてレリーフ
像はホトレジストを使用して形成することができる。本発明のホトレジストは、
365nm(I−ライン)、248nm(KrFレーザー)、および特に193
nm(ArFレーザー)並びに157nm(F2レーザー)マイクロリソグラフ
ィ向けに有用である。これらのホトレジストは、01.0マイクロメータ以下の
範囲の大きさの形状を画像形成しようと思うときに重要である。
の多環式コモノマー(すなわち、例えばノルボルネンのような少なくとも2個の
環を含むコモノマー)から誘導される反復単位を含むコモノマーを含む。このこ
とは3つの主な理由、1)多環式モノマーは比較的高い炭素対水素の比(C:H
)を有しており、その結果これら多環式モノマーの反復単位からなるベースポリ
マーは一般に優れたプラズマエッチング耐性を有すること、2)好ましくは重合
した時点で完全に飽和の状態にすることができる多環式モノマーから誘導される
反復単位を有するポリマーは、一般に優れた透明度特性を有すること、および3
)多環式モノマーから調製したポリマーは通常比較的高いガラス転移温度を有し
工程中の寸法安定性向上のために良いこと、から重要である。エチレン性不飽和
基はノルボルネンにおけるように多環式部位中に含有されているかまたは1−ア
ダマンタンカルボン酸ビニルエステルにおけるように多環式部位にペンダントし
ている。多環式コモノマーから誘導された反復単位からなるポリマーは、高いC
:H比を有し、比較的低いオオニシナンバー(O.N.)を有する。ただし、 O.N.=N/(NC−NO) 式中、Nはポリマーの反復単位中の原子数であり、NCはポリマーの反復単位中
の炭素原子数であり、NOはポリマーの反復単位中の酸素原子数である。オオニ
シ等によって発見された経験則があり(J.Electrochem.Soc.
,Solid−State Sci.Technol.,130,143 (1
983))、それによれば、ポリマーの反応性イオンエッチング(RIE)速度
はオオニシナンバー(O.N.)の一次関数である。一例として、ポリ(ノルボ
ルネン)は式(C7H10)nを有し、O.N.=17/7=2.42である。
主として炭素と水素からなり、多環式部位を有し、酸素を含有する官能基が比較
的少ないポリマーは、比較的低いO.N.を持ち、オオニシの経験則に従えば、
相応した低い(ほぼ一次式にのった)RIEを有する。
はフリーラジカル重合するとエチレン性不飽和化合物から誘導された反復単位を
有するポリマーを与える。具体的には、次の構造式を有するエチレン性不飽和化
合物は
ール、アラルキル、シクロアルキルを示すことができるがこれらに限定はしない
。
ホモポリマーである。2個以上の別のエチレン性不飽和化合物が重合する場合は
、得られるポリマーはコポリマーである。
示す。
された反復単位を含むフッ素含有コポリマーであって、少なくとも1個のエチレ
ン性不飽和化合物は多環式であり、少なくとも1個のエチレン性不飽和化合物は
エチレン性不飽和炭素原子に共有結合している少なくとも1個のフッ素原子を含
むことを特徴とするコポリマーを含む。本発明のフッ素含有コポリマーに適合す
る代表的なエチレン性不飽和化合物としては、限定するものではないが、テトラ
フルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、
トリフルオロエチレン、フッ化ビニリデン、フッ化ビニル、ペルフルオロ−(2
,2−ジメチル−1,3−ジオキソール)、ペルフルオロ−(2−メチレン−4
−メチル−1,3−ジオキソラン、CF2=CFO(CF2)tCF=CF2(
式中、tは1または2である)および、式RfOCF=CF2(式中、Rfは炭
素原子1〜約10個の飽和フルオロアルキル基である)が挙げられる。本発明の
フッ素含有コポリマーは、限定はしないが、上に掲げたものを含む追加のフッ素
含有コモノマーを任意で整数個含有することができる。より好ましいコモノマー
は、テトラフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン、ヘキサフルオロプ
ロピレン、トリフルオロエチレン、および、式RfOCF=CF2(式中、Rf は炭素原子1〜約10個の飽和フルオロアルキル基である)である。より好まし
いコモノマーは、テトラフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン、ヘキ
サフルオロプロピレン、およびRfOCF=CF2(式中、Rfは、炭素原子1
から約10個の飽和ペルフルオロアルキル基)である。最も好ましいコモノマー
はテトラフルオロエチレンおよびクロロトリフルオロエチレンである。
含有コポリマーはさらに構造式H〜Nの群から選択する少なくとも1個の不飽和
化合物から誘導された反復単位を含む。
同じであり、 R1からR14は同一かまたは異なるものであり、それぞれ水素原子、ハロゲ
ン原子、カルボキシル基、C1からC14の二級または三級アルキルカルボキシ
レート、炭化水素基または置換炭化水素基を表し、 R15は、炭素原子約4から約20の飽和アルキル基であって、炭素原子対水
素原子の比が0.58より大きいかまたは同じという条件下で、1個または複数
のエーテル酸素を任意で含有し、 R16からR21は、R18からR21の少なくとも1つはCO2Aであると
いう条件下で、各々独立に、水素原子、C1からC12のアルキル、(CH2) q CO2A、CO2(CH2)qCO2AまたはCO2Aであり、ここでqは1
〜12であり、Aは水素または酸保護基である。上記の構造式H〜Nは本発明の
ホトレジスト中のフッ素含有ポリマーに追加して使用が可能なコモノマーを示し
ている。
はないが、
はないが、
はないが、
はないが、
はないが、
はないが、
、フッ素化オレフィンおよび式CH2=CHO2CRのビニルエステルまたは式
CH2=CHOCH2RまたはCH2=CHORのビニルエーテルを含むコポリ
マーであって、大きいC:H比は優れたプラズマエッチング耐性を反映すること
から、比較的大きく、0.58より大きいC:H比を有するR基を持つことを特
徴としている。これに対して、フッ素化オレフィンおよび式CH2=CHO2C
Rのビニルエステルまたは式CH2=CHOCH2RまたはCH2=CHORの
ビニルエーテルを含む従来技術のコポリマーはすべて、比較的小さく、0.58
より小さいC:H比を有するR基を持つ。
はないが、
1個を有する上記の好ましい実施形態において、もし(仮に)そのフッ素含有コ
ポリマーがカルボン酸および保護酸基から選んだ官能基を有している追加のコモ
ノマーを含有していない場合は、2番目のコモノマーには制限がある。この場合
、このフッ素含有コポリマーは、2種類だけのコモノマーを持つ(列挙した2種
類のコモノマーであって列挙してない追加のコモノマーは持たない)。この場合
、フッ素含有ポリマーを含有する本発明のホトレジストが以下でさらに詳細に説
明する像露光によって現像が可能となるように、少なくとも1個の不飽和化合物
(すなわち2番目に列挙したコモノマー)中にカルボン酸および保護酸基から選
ばれる十分な官能基が存在しなければならない。2つだけのコモノマーを有する
フッ素含有コポリマーの実施形態においては、コポリマー中の2つのコモノマー
のモルパーセントは、フルオロモノマー(最初に列挙したモノマー)および2番
目のコモノマーを、それぞれ、90%と10%から10%と90%の範囲とする
ことができる。好ましくは、2つのコモノマーのモルパーセントは、フルオロモ
ノマー(最初に列挙したモノマー)および2番目のコモノマーを、それぞれ、6
0%と40%から40%と60%の範囲とする。
に対して、列挙した2種類のコモノマー(すなわち、(i)エチレン性不飽和炭
素原子に共有結合している少なくとも1個のフッ素原子を含む少なくとも1個の
エチレン性不飽和化合物、および、(ii)構造式H〜Nの群から選択された少
なくとも1個の不飽和化合物)以外に無制限で任意の整数個の追加のコモノマー
を含有することができる。追加のコモノマーとして挙げることができる代表例と
しては、これらに限定するものではないが、アクリル酸、メタクリル酸、t−ブ
チルアクリレート、t−ブチルメタクリレート、t−アミルアクリレート、t−
アミルメタクリレート、イソブチルアクリレート、イソブチルメタクリレート、
エチレン、酢酸ビニル、イタコン酸、およびビニルアルコール等がある。フッ素
含有コポリマーを列挙した2種類のコモノマーを有し且つ3個以上のコモノマー
を含有する実施形態においては、2番目に列挙したコモノマー(すなわち、(i
i)構造式H〜Nの群から選択される少なくとも1個の不飽和化合物)のモルパ
ーセントは、約20モル%から約80モル%の範囲、好ましくは、約30モル%
から約70モル%の範囲、より好ましくは、約40モル%から約70モル%の範
囲であり、さらに最も好ましいのは、約50モル%から約70モル%である。コ
ポリマーを構成する他の全てのコモノマーのモルパーセントの合計は、2番目に
列挙したコモノマーのモルパーセントにその他すべてのコモノマーを加えたとき
のモルパーセントを加算すると全体で100%となるようなバランスをなす。2
番目に列挙したコモノマー以外でコポリマー中に存在するその他すべてのコモノ
マーのモルパーセント和は、おおまかに、約80モル%から約20モル%の範囲
内である。好ましくは、その他すべてのコモノマーのモルパーセントの和は、約
70モル%から約30モル%の範囲内である。より好ましくは、その他すべての
コモノマーのモルパーセントの和は、約60モル%から約30モル%の範囲内で
あり、そして、さらにより好ましくは、その他すべてのコモノマーのモルパーセ
ントの和は、約50モル%から約30モル%の範囲内である。フッ素含有ポリマ
ーがターポリマーであるときは、フルオロモノマー(最初に列挙したモノマー)
対追加のコモノマーの適当な比は、大まかに、5:95〜95:5の範囲とする
ことができる。フッ素含有コポリマーが、現像を可能にするために必要な十分量
の酸基または保護酸基の官能基を有する追加のコモノマーを含有するときは、2
番目に列挙したコモノマー中にこの官能基はあってもよいし無くてもよく、制約
は無い。
るコモノマーから誘導した反復単位を含有する、本発明のホトレジスト組成物の
、ある所与のフッ素含有コポリマーは、フリーラジカル重合によって調製するこ
とができる。ポリマーは、アゾ化合物または過酸化物など、フリーラジカル開始
剤を使用して、当業者に知られている、バルク重合、溶液重合、懸濁または乳化
重合の技術によって調製することができる。
飽和炭素原子に結びついている1個または複数のフッ素原子を持つコモノマーか
ら誘導される反復単位を完全に欠く、本発明のホトレジスト組成物の、所与のフ
ッ素含有コポリマーもまた、フリーラジカル重合によって調製することができる
が、さらに、ビニル付加重合および開環メタセシス重合(ROMP)を含むその
他の重合方法でも調製することができる。後者の重合方法は両方とも当業者には
知られている。ニッケル触媒およびパラジウム触媒を使用するビニル付加重合は
、以下の参照文献に記載されている;1)Okoroanyanwu U.;
Shimokawa,T.; Byers,J.D.,Willson,C.G
.J.Mol.Catal.A: Chemical 1998,133,93
、2)B.F.Goodrichに与えられたPCT特許WO97/33198
号(9/12/97)、3)Reinmuth,A.; Mathew,J.P
.; Melia,J.; Risse,W.Macromol.Rapid
Commun.1996,17,173、および、4)Breunig,S.;
Risse,W.Macromol.Chem.1992,193,2915
に開示されている。開環メタセシス重合は、ルテニウム触媒とイリジウム触媒を
使用するものが上記参照文献1)と2)に、および5)Schwab,P.;
Grubbs,R.H.; Ziller,J.W.J.Am.Chem.So
c.1996,118,100、および、6)Schwab,P.; Fran
ce,M.B.; Ziller,J.W.; Grubbs,R.H.Ang
ew.Chem.Int.Ed.Engl.1955,34,2039。
ルネン)を含有する、本発明のレジスト組成物のフッ素含有ニポリマーのいくつ
かは、限定するものではないが、以下に示す構造を有する交互または交互に近い
二ポリマーであるものと思われる。
かなる態様においても、交互コポリマー構造そのものに限定するものではない。
化合物である少なくとも1個の光活性成分(PAC)を含有している。化学線に
露光して酸が生成する場合は、そのPACは光酸発生剤(PAG(photoa
cid generator))と称する。化学線に露光して塩基が生成する場
合は、そのPACは光塩基発生剤(PBG(photobase genera
tor))と称する。
ホニウム塩(構造式I)、2)ヨードニウム塩(構造式II)、および、3)構
造式IIIのようなヒドロキサム酸エステル等がある。
もしくは、置換または非置換のC1〜C20のアルキルアリール(アラルキル)
である。代表的なアリール基には、限定するものではないが、フェニルおよびナ
フチルがある。適当な置換基としては、限定するものではないが、ヒドロキシル
(−OH)およびC1〜C20のアルキルオキシ(例えば、C10H21O)が
ある。構造式I〜IIの中のアニオンX−は、限定するものではないが、SbF 6 −(ヘキサフルオロアンチモネート)、CF3SO3−(トリフルオロメチル
スルホネート=トリフラート)、および、C4F9SO3−(ペルフルオロブチ
ルスルホネート)であり得る。
AC)から光分解によって発生する酸または塩基の触媒作用によって、レジスト
被覆物の現像を可能にする親水性の酸基または塩基を生ずることができる保護酸
基を有する1個または複数の成分を含有してもよい。所与の保護酸基は、像露光
で光酸が生成したときに、その酸が、水性条件下での現像に必要な親水性酸基の
脱保護および生成の触媒となるように、通常酸に不安定であることを基準にして
選ぶものである。さらに、このフッ素含有コポリマーはまた、保護してない酸官
能基を含有していてもよい。
有する成分の例としては、限定するものではないが、A)第三級カチオンを形成
または第三級カチオンに転位が可能なエステル類、B)ラクトンエステル、C)
アセタールエステル、D)β−環状ケトンエステル、E)α−環状エーテルエス
テル、および、F)MEEMA(メトキシエトキシエチルメタクリレート)およ
び近接性補助によって容易に加水分解するその他のエステル類が挙げられる。A
)のカテゴリーに入る特定例は、t−ブチルエステル、2−メチル−2−アダマ
ンチルエステル、およびイソボルニルエステルである。B)のカテゴリーに入る
特定例は、γ−ブチロラクトン−3−イル、γ−ブチロラクトン−2−イル、マ
バロニックラクトン、3−メチル−γ−ブチロラクトン−3−イル、3−テトラ
ヒドロフラニル、および、3−オキソシクロヘキシルである。C)のカテゴリー
に入る特定例は、2−テトラヒドロピラニル、2−テトラヒドロフラニル、およ
び、2,3−プロピレンカルボネート−1−イルである。C)のカテゴリーに入
るさらなる例としては、例えば、エトキシエチルビニルエーテル、メトキシエト
キシエチルビニルエーテル、およびアセトキシエトキシエチルビニルエーテルの
ようなビニルエーテルを付加して得られる様々なエステルが含まれる。
保護酸基を有する成分の例としては、限定するものではないが、t−ブトキシカ
ルボニル(t−BOC)、t−ブチルエーテル、および3−シクロヘキセニルエ
ーテルが挙げられる。
で述べたようにして)組成物のベースコポリマー樹脂中に組み込まれた保護酸基
を有する反復単位となっている。多くの場合、この保護酸基は、1個または複数
のコモノマー中に存在し、それが重合して本発明の所与のコポリマーベース樹脂
を形成する。これに代わるものとして、本発明においては、コポリマーベース樹
脂を酸含有コモノマーとの共重合によって形成することが可能で、その後続いて
、得られた酸含有コポリマー中の酸官能基を一部または全部、適当な方法で保護
酸基を有する誘導体に変換することもできる。1つの特定例としては、TFE/
NB/t−BA(テトラフルオロエチレン、ノルボルネン、およびt−ブチルア
クリレートのコポリマー)が、保護酸基としてt−ブチルエステル基を有する本
発明の領域に入るコポリマーベース樹脂である。
および極紫外線レジスト(例えば、193nmレジスト)用の溶解防止剤(DI
)は、所定のDI添加剤を含有するレジスト組成物の溶解防止性、プラズマエッ
チング耐性、接着挙動等を含む材料に求められる多様な必要性能を満足するよう
に設計/選択すべきである。溶解防止性化合物の中にはレジスト組成物の可塑剤
として役立つものもある。
物中のDIとして特に有用である。胆汁酸塩エステルは、1983年のReic
hmanis等による研究が始めであるが、ディープUVレジスト用の効果的な
溶解防止剤であることが知られている。(E.Reichmanis 等の論文
「The Effect of Substituents on the P
hotosensitivity of 2−Nitrobenzyl Est
er Deep UV Resists」,J.Electrochem.So
c.1983年、130,1433−1437)。胆汁酸塩エステル類は、いく
つかの理由、例えば、天然資源から得られること、高い脂環式炭素含量を保有す
ること、および特に、電磁スペクトルのディープUV領域および真空紫外領域(
これは基本的には遠紫外線領域および極紫外線領域でもある)において透明であ
ること(例えば、一般的にそれらは193nmで非常に透明である)によって、
DIの選択対象として特に魅力的である。さらには、この胆汁酸塩エステル類は
また、ヒドロキシル置換およびヒドロキシル官能基化によって疎水性から親水性
までの広範な適合性を有するように設計することができるのでDIの選択対象と
して魅力的である。
汁酸誘導体の代表例としては、限定するものではないが、以下に図示するものが
あり、それらは、コール酸(IV)、デオキシコール酸(V)、リトコール酸(
VI)、t−ブチルデオキシコレート(VII)、t−ブチルリトコレート(V
III)、およびt−ブチル3−α−アセチルリトコレート(IX)である。化
合物VII〜IXを含む胆汁酸エステルが本発明の好ましい溶解防止剤である。
使用に限定するものではない。様々なジアゾナフトキノン類(DNQs)および
ジアゾクマリン類(DCs)等、異なるタイプの溶解防止剤を、適用の仕方によ
っては本発明に利用することができる。ジアゾナフトキノン類およびジアゾクマ
リン類は、一般に、より高波長のUV光(例えば、365nmおよび多分248
nmでも)での画像形成用として設計するレジスト組成物に適している。これら
の溶解防止剤は通常193nmまたはそれ以下の波長のUV光で画像形成するよ
うに設計したレジスト組成物には好ましくない。それは、これらの化合物はUV
のこの領域を強く吸収し、このような低いUV波長での殆どの適用に対して大抵
は十分に透明ではないからである。
工のホトレジストは、少なくとも1個の酸に不安定な基を含有する結合剤ポリマ
ーおよび少なくとも1個の光で発生する酸を与える光活性成分を含む。レジスト
を像露光すると、光で発生する酸を与え、これが、前述の酸に不安定な基を極性
官能基に変換する(例えば、エステル官能基(わずかな極性)を酸官能基(より
大きい極性)に変換)。次いで有機溶媒中または臨界流体(中位から低位の極性
を有する)中で現像を行い、その結果、露光部分が残り、未露光部分が除去され
てネガ加工システムができあがる。
に異なる架橋剤を採用することができる。(橋かけによって現像液中での不溶化
が起こるようにする実施形態においては架橋剤が必要であるが、有機溶媒中およ
び中位/低位の極性を有する臨界流体中に不溶性の極性基が露光部分に形成され
る結果、現像液中の不溶化を伴う好ましい実施形態においては架橋剤は任意のも
のとなる)。適当な架橋剤としては、限定するものではないが、4,4′−ジア
ジドジフェニルスルフィド、3,3′−ジアジドジフェニルスルホン等様々なビ
ス−アジ化物がある。架橋剤を含有するネガ加工のレジスト組成物は、UVに露
光した際発生する反応性の種(例えば、ナイトレン)と反応して、現像液に溶解
したり、分散したり、あるいは実質上膨潤したりしない橋かけポリマーを生成し
、その結果として、その組成物にネガ加工特性を付与することができる適当な官
能基(例えば、不飽和C=C結合)をも含有することが好ましい。
追加の成分としては、限定するものではないが、解像度向上剤、接着促進剤、残
分減少剤、塗装助剤、可塑剤およびTg(ガラス転位温度)調節剤等がある。
m以下の波長に対して感光性を有する。本発明に関わるレジスト組成物の像露光
は、限定するものではないが、365nm、248nm、193nm、157n
m、およびそれより低波長のものを含む多くの異なるUV波長で行うことが可能
である。像露光は、好ましくは、248nm、193nm、157nm、または
それより低波長の紫外光で行い、より好ましくは、193nm、157nm、ま
たはそれより低波長の紫外光で行い、そしてさらにより好ましくは、157nm
、またはそれより低波長の紫外光で行う。像露光は、レーザーまたは同等の装置
によるディジタル方式またはフォトマスクを用いる非ディジタル方式のいずれで
も可能である。レーザーを用いるディジタル方式の画像形成が好ましい。本発明
の組成物のディジタル画像形成用に適するレーザー装置としては、限定するもの
ではないが、193nmのUVを発光するアルゴン−フッ素エキシマーレーザー
、248nmのUVを発光するクリプトン−フッ素エキシマーレーザー、および
157nmで発光のフッ素(F2)レーザーを含む。上で述べたように、像露光
に低波長のUV光を使用することは高い解像度(解像限界値が低い)につながる
ので、より低い波長(例えば、193nm、または157nm、またはそれ以下
)を使用する方がより高い波長(例えば、248nmまたはそれ以上)を使用す
るよりも通常は好ましい。特に、157nmでの画像形成は、この理由により、
193nmでの画像形成よりも好ましい。
現像のために、十分な官能基を含有していなければならない。官能基は、水酸化
ナトリウム溶液、水酸化カリウム溶液、または水酸化アンモニウム溶液のような
塩基性現像液を使用する水系の現像が可能なように酸または保護酸であることが
好ましい。本発明のレジスト組成物中の好ましいフッ素含有ポリマーのいくつか
は、少なくとも1個の次式の構造単位からなる酸含有モノマーを含む酸含有コポ
リマーまたはホモポリマーである。
ヒドロキシル置換のC1〜C12のアルキルである。アルキル基は1個から12
個、好ましくは1個から8個、の炭素原子を含有できる。使用にあたっての水系
での操作性(水系現像)にとって好ましい酸含有結合剤ポリマーは、カルボン酸
含有コポリマーである。カルボン酸基の量は、水性アルカリ現像液中の良好な現
像に必要な量を最適化することによって、所定の組成物に対して決定する。
するとき、このホトレジスト組成物を現像するには、そのホトレジスト(または
その他の光像形成性のコーティング組成物)を水性アルカリ現像液中で処理でき
るようにするために、結合剤材料は、十分な酸基(例えば、カルボン酸基)およ
び/または露光によって少なくとも一部が脱保護される保護酸基を含有すること
が当然必要となろう。ポジ加工のホトレジスト層の場合、そのホトレジスト層は
、UV放射光に露光した部分については現像中に除去されるが未露光の部分につ
いては現像中に本質的な影響を受けない。この現像は、0.262Nの水酸化テ
トラメチルアンモニウム(25℃で普通は120秒以下の現像)または重量で1
%の炭酸ナトリウム(30℃の温度で普通は2分以下の現像)を含有する完全水
性溶液のような水性アルカリ液による。ネガ加工のホトレジスト層の場合は、そ
のホトレジスト層は、UV放射光に未露光の部分については現像中に除去される
が、露光した部分については、臨界流体または有機溶媒のいずれかを使用する現
像中に、本質的な影響を受けない。
上の温度まで加熱し、その臨界圧の近くまたはその上の圧力まで加圧されている
1個または複数の実体である。本発明における臨界流体は、少なくともその流体
の臨界温度以下15℃よりも高い温度にあり、少なくともその流体の臨界圧以下
5気圧よりも高い圧力にある。本発明では、二酸化炭素を臨界流体として使用す
ることができる。様々な有機溶媒もまた本発明で現像液として使用することがで
きる。これらには、限定するものではないが、ハロゲン化溶媒および非ハロゲン
化溶媒が含まれる。ハロゲン化溶媒が好ましく、フッ素化溶媒はより好ましい。
セントはすべて重量パーセントである。
測システム(キャノンインスツルメントカンパニー、ペンシルバニア州ステート
カレッジ 16804)を使用して、指定の溶媒中で、通常は、35℃、濃度1
%で測定し、単位dl/gで報告した。ガラス転位温度(Tg)はDSC(示差
走査熱量計)によって加熱速度20℃/minを用いて測定し、データは2度目
の加熱から得られたものを報告している。使用したDSC装置は、デラウェア州
ウィルミントンのTAインスツルメント社製、モデルDSC2910である。
にノルボルネン28.2g(0.30モル)のCFC−113の300mlの溶
液を仕込んだ。このオートクレーブを閉めて、窒素で3回200psi(約1,
380kPa)まで加圧し、冷却し、そしてガスを抜いた。TFE(35g、0
.35モル)を加え、混合物をかき混ぜながら40℃まで加熱した。60%ジ(
sec−ブチル)ペルオキシジカーボネート5.0gのCFC−113の50m
l溶液の25ml分を5分間かけて注入した。得られた混合物を約18時間かき
まぜた。反応器を冷却し、口をあけ、そしてCFC−113をすすぎに使い、透
明な無色の溶液を取り出した。このCFC−113溶液を過剰のメタノール中に
入れて沈殿させ、ポリマーを単離した。この白色固体を濾過し、約45℃の真空
炉で一晩乾燥させた。単離した収量は、白色ポリマーが7.4gであり、GPC
(MEK)によるMw=2800、Mn=1700、Mw/Mn=1.59、イ
ンヘレント粘度=0.0271(MEK溶液)であった。分析値は、C=54.
27、H=5.28、F=30.81であり、Hの%からポリマーの組成は、T
FEが49モル%、ノルボルネンが51モル%と計算された。
5モル)のCFC−113の120mlの溶液を仕込み、Perkadox(登
録商標)16N(1.20g)を添加した。容器を閉めて窒素でパージし、冷却
して脱気し、そしてTFE40g(0.40モル)を仕込んだ。この容器を振と
うしながら50℃まで加熱し、18時間保持すると内部圧は200psi(約1
380kPa)から167psi(約1150kPa)まで減少した。容器を冷
却し、口をあけ、そして追加のCFC−113をすすぎに使って液体内容物を回
収した。このCFC−113溶液を過剰のメタノール中に入れて沈殿させ、ポリ
マーを単離した。この白色固体を濾過し、約65℃の真空炉で一晩乾燥させた。
単離した収量は、白色ポリマーが29.7g(41%)であり、GPC(MEK
)によるMw=10000、Mn=2900、Mw/Mn=3.57、インヘレ
ント粘度=0.0130(MEK)であった。分析値は、C=54.60、H=
5.05、F=31.21であった。Cの%からポリマーの組成は、TFEが5
2モル%、ノルボルネンが48モル%と計算された。
adox(登録商標)16N1.6gおよびTFE50g(0.50モル)を使
用して、実施例2の手順にしたがって、40℃、18時間の重合を行った。白色
ポリマー19.7g(20%)が単離され、GPC(MEK)によるMw=10
600、Mn=3700、Mw/Mn=2.89、インヘレント粘度=0.01
95(MEK)、Tg=152℃(DSC)であった。分析値は、C=58.3
3、H=5.63、F=33.13であった。C%分析からポリマーの組成は、
TFEが46モル%、ノルボルネンが54モル%と計算された。
4g(35%)が単離され、GPC(MEK)によるMw=6000、Mn=2
500、Mw/Mn=2.38、インヘレント粘度=0.048(MEK)、T
g=151℃(DSC)であった。分析値は、C=56.60、H=5.38、
F=31.57であった。C%分析からポリマーの組成は、TFEが49モル%
、ノルボルネンが51モル%と計算された。
erkadox(登録商標)16N1.5gおよびTFE50g(0.50モル
)を使用して、実施例2の手順にしたがった。白色ポリマー36g(39%)が
単離され、GPC(MEK)によるMw=6700、Mn=2800、Mw/M
n=2.37、インヘレント粘度=0.035(MEK)、Tg=151℃(D
SC)であった。分析値は、C=54.11、H=5.36、F=32.83で
あった。C%分析からポリマーの組成は、TFEが52モル%、ノルボルネンが
48モル%と計算された。
erkadox(登録商標)16N1.5gおよびTFE70g(0.70モル
)を使用して、実施例2の手順にしたがった。白色ポリマー58.7g(60%
)が単離され、GPC(MEK)によるMw=24200、Mn=8700、M
w/Mn=2.79、インヘレント粘度=0.037(MEK)、Tg=146
.5℃(DSC)であった。分析値は、C=50.60、H=4.51、F=3
7.34であった。C%分析からポリマーの組成は、TFEが58モル%、ノル
ボルネンが42モル%と計算された。
合成 ノルボルネン37.6g(0.40モル)、VAc8.6g(0.1モル)、
CFC−113の120ml、Perkadox(登録商標)16N1.6gお
よびTFE50gを使用して、実施例2の手順にしたがった。白色ポリマー45
.9g(48%)が単離され、GPC(MEK)によるMw=16600、Mn
=4300、Mw/Mn=3.84、インヘレント粘度=0.0489(MEK
)、Tg=124.3℃(DSC)であった。分析値は、C=53.07、H=
4.99、F=29.63であった。13C NMR(δ,TCB)は、168
(C=O)、112から126(CF2)、62から80(CH)、20から5
0(残りの炭素)。このスペクトル中で当てはまるピークの積分から、このポリ
マーは、TFE41モル%、ノルボルネン46モル%およびVAc12モル%を
含有することがわかった。
合成 ノルボルネン28.2g(0.30モル)、VAc12.9g(0.15モル
)、CFC−113の100ml、Perkadox(登録商標)16N1.5
gおよびTFE50gを使用して、実施例2の手順にしたがった。白色ポリマー
55.1g(60%)が単離され、GPC(MEK)によるMw=15200、
Mn=6300、Mw/Mn=2.4、インヘレント粘度=0.0531(ME
K)、Tg=101.3℃(DSC)であった。分析値は、C=50.98、H
=5.00、F=31.59であった。13C NMR(δ,TCB)は、16
8(C=O)、112〜126(CF2)、62〜80(CH)、20〜50(
残りの炭素)。このスペクトル中で当てはまるピークの積分から、このポリマー
は、TFE43モル%、ノルボルネン38モル%およびVAc20モル%を含有
することがわかった。
合成 ノルボルネン21.2g(0.225モル)、VAc19.4g(0.225
モル)、CFC−113の100ml、Perkadox(登録商標)16N1
.5gおよびTFE50gを使用して、実施例2の手順にしたがった。白色ポリ
マー57.2g(63%)が単離され、GPC(MEK)によるMw=2200
0、Mn=7900、Mw/Mn=2.8、インヘレント粘度=0.0694(
MEK)、Tg=91.7℃(DSC)であった。分析値は、C=48.62、
H=4.74、F=29.98であった。13C NMR(δ,TCB)は、1
68(C=O)、112から126(CF2)、62から80(CH)、20か
ら50(残りの炭素)。このスペクトル中で当てはまるピークの積分から、この
ポリマーは、TFE43モル%、ノルボルネン28モル%およびVAc29モル
%を含有することがわかった。
合成 ノルボルネン14.1g(0.15モル)、VAc25.8g(0.30モル
)、CFC−113の100ml、Perkadox(登録商標)16N1.5
gおよびTFE50gを使用して、実施例2の手順にしたがった。白色ポリマー
72.7g(81%)が単離され、GPC(MEK)によるMw=34600、
Mn=12300、Mw/Mn=2.8、インヘレント粘度=0.156(ME
K)、Tg=75.6℃(DSC)であった。分析値は、C=44.24、H=
3.99、F=36.90であった。
成 400mlのステンレススチールの圧力容器に、ノルボルネン14.1g(0
.15モル)、CFC−113の100ml、Perkadox(登録商標)1
6Nの1.13gを仕込んだ。容器を閉めて窒素でパージし、冷却して脱気した
後、エチレン4.2g(0.15モル)およびテトラフルオロエチレン45g(
0.45モル)を仕込んだ。この容器を50℃まで加熱し、18時間振とうした
。容器を室温まで冷却し、口をあけて、追加のCFC−113をすすぎに使って
内容物を透き通った液体として回収した。このCFC−113溶液を過剰のメタ
ノール中に加えて沈殿させ、ポリマーを単離した。この固体を濾過し、約65℃
の真空炉で一晩乾燥させた。白色ポリマー33.8g(53%)が単離され、G
PC(MEK)によるMw=18600、Mn=8600、Mw/Mn=2.1
7、インヘレント粘度=0.0892(MEK)、Tg=92.1℃であった。
分析値は、C=50.15、H=4.73、F=39.91であった。
成 ノルボルネン18.8g(0.20モル)、CFC−113の100ml、P
erkadox(登録商標)16Nの1.5g、エチレン5.6g(0.20モ
ル)およびテトラフルオロエチレン60g(0.60モル)を使用して、実施例
11の手順にしたがった。生成混合物は乳状溶液で、これを過剰のメタノールに
加えてポリマーを沈殿させた。白色ポリマー55.9g(66%)が単離され、
GPC(MEK)によるMw=22200、Mn=10300、Mw/Mn=2
.15、インヘレント粘度=0.0940(MEK)、Tg=98.7℃であっ
た。分析値は、C=47.80、H=4.39、F=42.79であった。
成 ノルボルネン28.2g(0.20モル)、CFC−113の100ml、P
erkadox(登録商標)16Nの1.5g、エチレン2.8g(0.10モ
ル)およびテトラフルオロエチレン60g(0.60モル)を使用して、実施例
11の手順にしたがった。生成混合物は透き通った溶液で、これを過剰のメタノ
ールに加えてポリマーを沈殿させた。白色ポリマー41.0g(45%)が単離
され、GPC(MEK)によるMw=16400、Mn=7000、Mw/Mn
=2.3、インヘレント粘度=0.0660(MEK)、Tg=131.9℃で
あった。分析値は、C=52.01、H=4.85、F=34.55であった。
P(TFE/NB/E/tBA)の合成 ノルボルネン23.5g(0.25モル)、t−ブチルアクリレート6.4g
(0.05モル)、CFC−113の100ml、Perkadox(登録商標
)16Nの1.5g、エチレン2.8g(0.10モル)およびテトラフルオロ
エチレン60g(0.60モル)を使用して、実施例11の手順にしたがった。
生成混合物は透き通った溶液で、これを過剰のメタノールに加えてポリマーを沈
殿させた。白色ポリマー35.8g(39%)が単離され、GPC(MEK)に
よるMw=13700、Mn=7000、Mw/Mn=1.96、インヘレント
粘度=0.0830(MEK)、Tg=108℃であった。分析値は、C=57
.47、H=6.11、F=24.40であった。共鳴の重なり合いのために1 3 CNMRによる完全なポリマー組成は測定できなかったが。しかしながら、1
12ppmから124ppm(CF2)のピークと80ppm(CH)のピーク
を対比した積分からTFE対t−ブチルアクリレートのモル比は3.0対1.0
であることが見出された。
NB/tBA)の合成 ノルボルネン33.9g(0.35モル)、t−ブチルアクリレート6.4g
(0.05モル)、CFC−113の100ml、Perkadox(登録商標
)16Nの1.5g、およびテトラフルオロエチレン60g(0.60モル)を
使用して、実施例2の手順にしたがった。生成混合物は透き通った溶液で、これ
を過剰のメタノールに加えてポリマーを沈殿させた。白色ポリマー27.8g(
28%)が単離され、GPC(MEK)によるMw=11100、Mn=560
0、Mw/Mn=1.99、インヘレント粘度=0.0462(MEK)、Tg
=130℃であった。分析値は、C=60.39、H=6.72、F=28.0
0であった。13C NMR(δ,TCB)は、166から178(C=O)、
112から124(CF2)、80(CH)、22から54(残りの炭素)。当
てはまる共鳴の積分から、このポリマー組成物は、TFE36モル%、t−ブチ
ルアクリレート17モル%およびノルボルネン47モル%であることがわかった
。
NB/tBA)の合成 ノルボルネン28.2g(0.30モル)、t−ブチルアクリレート12.8
g(0.05モル)、CFC−113の100ml、Perkadox(登録商
標)16Nの1.5g、およびテトラフルオロエチレン60g(0.60モル)
を使用して、実施例2の手順にしたがった。生成混合物は透き通った溶液で、こ
れを過剰のメタノールに加えてポリマーを沈殿させた。白色ポリマー28.8g
(29%)が単離され、GPC(MEK)によるMw=16100、Mn=75
00、Mw/Mn=2.15、インヘレント粘度=0.0862(MEK)、T
g=115℃(DSC)であった。分析値は、C=62.32、H=7.53、
F=18.98であった。13C NMR(δ,TCB)は、166〜178(
C=O)、112から124(CF2)、80(CH)、22から54(残りの
炭素)。当てはまる共鳴の積分から、このポリマー組成物は、TFE28モル%
、t−ブチルアクリレート34モル%およびノルボルネン38モル%であること
がわかった。
ルターポリマー=P(TFE/NB/5−NB−2−CO2tBu)の合成 以下の手順を用いて、このポリマー合成用のコモノマーとして、5−ノルボル
ネン−2−カルボン酸t−ブチルエステルを調製した。300mlの1つ口丸底
フラスコにクラッキングしたばかりのシクロペンタジエン(15.5g、230
ミリモル)とt−ブチルアクリレート(29.4g、229ミリモル)のキシレ
ン(85g)溶液を加えた。反応混合物を、窒素雰囲気のもと、還流温度で8時
間加熱し、生成物を次にスピニングバンド蒸留カラム(0.4mmHg〜0.5
mmHgで沸点44℃〜46℃)を用いて分別蒸留した。5−ノルボルネン−2
−カルボン酸t−ブチルエステルの収量は30g(67%)であった。
酸t−ブチルエステル19.4g(0.10モル)、Perkadox(登録商
標)16N1.6g、CFC−113の120ml、およびTFE50g(0.
50モル)を使用して、実施例2の重合手順にしたがった。生成混合物は透き通
った溶液で、これを過剰のメタノールに加えてポリマーを沈殿させた。白色ポリ
マー18.6g(17%)が単離され、GPC(MEK)によるMw=4300
、Mn=2300、Mw/Mn=1.9、インヘレント粘度=0.040(ME
K)、Tg=171℃であった。分析値は、C=59.26、H=6.00、F
=29.16であった。当てはまる13C NMR共鳴の積分から、このポリマ
ー組成物は、TFE42モル%、5−ノルボルネン−2−カルボン酸t−ブチル
エステル17モル%およびノルボルネン41モル%であることがわかった。
(TFE/NB/5−NB−2−CO2H)の合成 ノルボルネン37.6g(0.40モル)、5−ノルボルネン−2−カルボン
酸13.8g(0.10モル)、CFC−113の120ml、Perkado
x(登録商標)16N1.6g、およびTFE50g(0.50モル)を使用し
て、実施例2の手順にしたがった。生成混合物は透き通った溶液で、これを元の
容積の約2/3まで真空で濃縮し、過剰のメタノールに加えてポリマーを沈殿さ
せた。この白色固体をいくらかのメタノールで洗浄し乾燥した。白色ポリマー6
.8g(6.7%)が単離され、GPC(MEK)によるMw=3800、Mn
=2400、Mw/Mn=1.6、インヘレント粘度=0.0373(MEK)
、Tg=166℃であった。分析値は、C=58.07、H=5.59、F=3
0.73であった。当てはまる13C NMR共鳴の積分から、このポリマー組
成物は、TFE41モル%、5−ノルボルネン−2−カルボン酸8モル%および
ノルボルネン51モル%であることがわかった。
の合成 ノルボルネン37.6g(0.040モル)、アクリル酸7.2g(0.10
モル)、Perkadox(登録商標)16N1.5g、CFC−113の10
0ml、およびTFE50g(0.50モル)を使用して、実施例2の手順にし
たがった。生成混合物は、透き通った液体と下部には濁った液体と表面には白色
固体とからなっていた。よくかき混ぜた混合物を少量づつ過剰のヘキサン中に加
えてポリマーを沈殿させた。白色ポリマー18.9g(20%)が単離され、G
PC(MEK)によるMw=9700、Mn=5300、Mw/Mn=1.8、
インヘレント粘度=0.157(MEK)、Tg=165.3℃であった。分析
値は、C=58.60、H=6.20、F=18.95であった。
TFE/1−AdCO2CH=CH2)の合成 1−アダマンタンカルボキシレートビニルエステルの合成法については、S.
Nozakura等による論文、J.Polym.Sci.,Polym.Ch
em.Ed.,Vol.11,pp.1043−11051 (1973) に
記載されている。この化合物は、F.J.Wallerの米国特許第5,214
,172号(1993)に開示されている手順にしたがって、1−アダマンタン
カルボン酸(アルドリッチケミカルカンパニー)と酢酸ビニルから、ビピリジン
パラジウム二酢酸塩とエチルベンゼンスルホン酸の触媒を使用して調製した。
ビニルエステル8.2g(0.04モル)、t−ブタノール40ml、酢酸メチ
ル20ml、および、Vazo(登録商標)52の0.1gを仕込んだ。この容
器を閉じて、窒素でパージし、冷却、脱気した後、テトラフルオロエチレン6g
(0.06モル)を仕込んだ。容器の内容物を50℃で18時間撹拌した。この
容器を室温まで冷却し口を開けた。容器の内容物をアセトンをすすぎに使ってガ
ラスジャーに移した。生成物の混合物はゴム状の固体を含有し濁った溶液であっ
た。この混合物を過剰のメタノールに加え、沈殿した白色固体を濾別し、真空炉
で一夜乾燥した。白色ポリマー3.7g(26%)が単離され、GPC(THF
)によるMw=48700、Mn=23400、Mw/Mn=2.08、Tg=
151℃であった。分析値は、C=63.85、H=6.98、F=16.82
であった。C%分析からポリマーの組成は、TFEが38モル%、アダマンタン
カルボン酸ビニルエステルが62モル%と計算された。
VOH)の合成 実施例8で調製したポリマーの20g分をTHF200mlにかき混ぜながら
溶解し、約60℃まで加熱した。水酸化ナトリウムのペレット5gを水15ml
とメタノール15ml中に入れた溶液を分割しながら0.5時間かけて添加した
。得られた溶液をゆるく還流させて4時間加熱した。室温で一夜放置した後、こ
の溶液を過剰の1N塩酸水溶液と氷の中に加えた。沈殿したポリマーを濾過し、
いくらかの水で洗浄し、窒素パージした真空炉中70℃〜75℃で一夜乾燥した
。白色ポリマー16.7gが単離され、GPC(THF)によるMw=1170
0、Mn=3600、Mw/Mn=3.25、インヘレント粘度=0.0901
(THF)、Tg=115.8℃であった。分析値は、C=52.92、H=5
.34、F=33.52であった。
に3000rpmで1分間スピン塗装し、塗装したウェーハは次にホットプレー
ト上で90℃にて50秒の焼き付けを行った。スピン塗装したポリマーのプラズ
マエッチング耐性を、次にCF4/O2プラズマ(圧力=150mTorr(約
20Pa)、CF4/O2=40/7.1sccm、電源=300W、483V
直流バイアス)に暴露して評価した。プラズマエッチングの速度は、塗装したウ
ェーハ部分を顕微鏡のスライドまたはカバーグラスで保護し、ウェーハを次にC
F4/O2プラズマに一定時間暴露し、保護してないレジスト対ガラススライド
で保護したレジストの厚さの変化を、先端に5μの探針がついたアルファ−ステ
ップ200型スタイラスプロフィルメーターを使用して測定した。このエッチン
グ速度は、大抵、2つの異なる暴露時間(例えば、1.5分および3.0分)で
測定し若干異なることがわかった。比較の目的で、2つの異なる暴露時間におい
て市販のノボラック樹脂(Borden Inc.)に対して得られた結果を含
めた。ノボラックと対比して報告したエッチング速度は、2つのノボラックエッ
チング速度で「良い方」(すなわち、1716Å/min)を使用している。
FE/NB/NB−CO2 tBu)ターポリマーのフィルムを、クロロベンゼン
の溶液にして、石英基板に3500rpm〜5500rpmの速度でスピン塗装
し、そして紫外線を強く吸収する残留溶媒(クロロベンゼン)を除去するために
、100℃の真空炉で16時間乾燥した。フィルム厚さは、フィルムを回転した
速度とは無関係に、約2μmであった。2つのフィルムのUV吸光度スペクトル
(μm−1)は、図1に示した。両樹脂の光学吸収は248nmでは無視できる
。両樹脂とも193nmでも非常に低い吸収性を有し(フィルム厚さ1μm当た
り0.2より小)、この程度であればそれらおよび/または関連する材料をこの
波長でホトレジストとして使用することが可能であろう。
うにした。
ピンコーター/ホットプレートが組み合わせになっているブルワーサイエンスイ
ンク(Brewer Science Inc.)のModel−100CBを
用い、直径6インチ(約15cm)のシリコンウェーハ、「P」型、配向1.0
0、上に行った。現像は、リソテックジャッパン(Litho Tech Ja
pan)のレジストディベロプメントアナライザー(Resist Devel
opment Analyzer)(RDA−790)で行った。
たらし、1000rpmで5秒間回転させて調製した。続いて、上記の溶液6.
0mlをたらし、4500rpmで60秒回転させ、90℃で60秒間焼き付け
た。塗膜を、オーリエル(ORIEL)82421型ソーラーシミュレーター(
Solar Simulator)(1000ワット)によって、幅広のUV光
(350nm〜450nm)に15秒間像露光した。これが19.7mJ/cm 2 の線量を与え、その後石英によるUVホトマスク(マスクした部分のUV光を
UV全体にわたって遮断する効果のあるマスク)を通して90℃で90秒間焼き
付けた。画像形成した塗膜をTMAH溶液(ONKA NMD−3、TMAHが
2.38重量%)中で23℃、15秒間現像し、ポジの画像を与えた。
を作製する。この組成物の固形物成分は、実施例15のP(TFE/NB/tB
A)(70.5グラム)と、t−ブチルデオキシコレート(28グラム)ならび
にトリフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート(1.5グラム)で
ある。このレジスト溶液は、直径が6インチ(約15cm)のシリコンウェーハ
にスピン塗装し、150℃で乾燥する。このレジストは、193nmのUV光を
5mJ/cm2のレベルで出力するArFレーザーを用いてディジタル方式で画
像形成し、次いで90℃で90秒間焼付けする。こうして得られた像露光したレ
ジスト試料は、次に、0.262Nの水酸化テトラブチルアンモニウムを用いる
現像に1分間かける。現像によって、UV露光したレジスト部分は除去され、一
方UV未露光部分は残留することになり、それによって高解像度および高いコン
トラストをもつポジ加工レジストのレリーフ像を与える。
E/NB/5−NB−2−CO2tBu)を使用する以外は実施例25と同じで
ある。このポジ加工レジストのレリーフ像が高解像度および高いコントラストで
得られる。
%、およびノルボルネン37%の組成を持つP(TFE/NB/tBA/AA)
コポリマーを、実施例15で行ったものと概略同じ手順にしたがって、TFE、
tBA、AAおよびNBの4つのコモノマーを使用して合成する。本実施例は、
P(TFE/NB/tBA)の代わりに、P(TFE/NB/tBA/AA)を
使用する以外は実施例25と同じである。高解像度および高いコントラストをも
つこのポジ加工レジストのレリーフ像が結果として得られる。
)5mJ/cm2量のF2エキシマーレーザーからの157nmUV光を使用し
て画像形成を果たすこと以外は、実施例25〜27と同様であり且つ対応する。
高解像度および高いコントラストをもつこのポジ加工レジストのレリーフ像が結
果として得られる。
ンウェーハのネガ加工の画像形成を説明するものであり、このレジストは有機溶
媒で現像する。
(実施例15および16からのコポリマーと同様にして 調製したコポリマー) TFE/NB/tBA=22/36/42(モル%) 2.6 プロピレングリコールメチルエーテル酢酸エステル(PGMEA) 8.3 0.45μのPTFE製注射器フィルターで濾過した サートマーサーキャット(Sartomer SarCat) CD−1012のPGMEA5%(重量)溶液 2.8 [サーキャットCD−1012は、固体のジアリール ヨードニウムヘキサフルオロアンチモン酸塩− [4−(2−ヒドロキシ−1−テトラデシルオキシ)フェニル] フェニルヨードニウムヘキサフルオロアンチモネートである]
き混ぜた。スピン塗装は、スピンコーター/ホットプレートが組み合わせになっ
ているブルワーサイエンスインク(Brewer Science Inc.)
のModel−100CBを用い、直径5インチ(約13cm)のシリコンウェ
ーハ、「P」型、配向1.00、上に行った。このシリコンウェーハは、ヘキサ
メチルジシラザン(HMDS)のプライマー6.0mlをたらし、1000rp
mで5秒間、次いで3500rpmで10秒間回転させて調製した。続いて、上
記の溶液6.0mlをたらし、2000rpmで60秒回転させ、110℃で6
0秒間焼き付けた。オーリエル(ORIEL)82421型ソーラーシミュレー
ター(Solar Simulator)(1000ワット)からの幅広のUV
光を、248nmのところでエネルギーの約30%を通過する248nm干渉フ
ィルターを通過させて得た248nmの光に、塗装したウェーハの半分を60秒
間露光した。このウェーハを次に110℃で120秒間焼き付けた。そのウェー
ハを雰囲気温度のクロロベンゼンに60秒間浸して現像し、ネガ加工画像の生成
を得た(すなわち、塗装ウェーハのうち248nmの光を露光した部分は、現像
液に不溶でウェーハ上に残留し、一方、塗装ウェーハのうち248nmの光を露
光してない部分は、現像液に可溶/分散性で現像が進行している間に除去され、
その結果ネガ加工の画像が生成した)。
ンウェーハのネガ加工の画像形成をさらに説明するものであり、このレジストは
有機溶媒で現像する。
施例31と同様にして処理した。クロロベンゼン中の現像により、ネガ加工画像
の生成を得た。
に示す部分フッ素化二環式コモノマー「A」が45/5/50(モル%)のコポ
リマーを、実施例15で行ったものと概略同じ手順にしたがって合成する。この
コポリマーは、これを25重量%溶液になるようにクロロベンゼン溶媒中に溶解
し、トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネートである光酸発生剤
1重量%(コポリマーに対して)を加えることによって調合しホトレジストとす
る。このレジスト溶液を、直径6インチ(約15cm)のシリコンウェーハにス
ピン塗装し、150℃で乾燥する。このレジスト組成物を193nmのUV光に
(ArFレーザから5mJ/cm2のレベルで)マスクを通して露光する。露光
したウェーハを次に90℃で90秒間焼き付け、続いて4000psi(約27
600kPa)の圧力と80℃の臨界二酸化炭素中に10分間入れて現像する。
現像すると未露光部分が除去され、一方UV露光部分が残留し、それによって高
解像度および高いコントラストのネガ加工像が与えられる。
ナジエン(4当量)を、密閉した金属圧力容器内で、190℃で24時間反応さ
せて調製する。液状生成物をスピニングバンド蒸留にかけて精製し、純粋な二環
式コモノマーAの留分(99mmにおいて118℃の沸点を有する)を取る。
ウェーハにスピン塗装し、150℃で乾燥する。このレジスト組成物を193n
mのUV光に(ArFレーザーから5mJ/cm2のレベルで)マスクを通して
露光する。露光したウェーハを次に90℃で90秒間焼き付け、続いて、CF3 CFHCFHCF2CF3(VertrelXF(登録商標)、デラウェア州ウ
ィルミントンのイーアイデュポンドゥヌムールアンドカンパニーからの市販)中
、25℃で1分間現像する。現像すると未露光部分が除去され、一方UV露光部
分が残留することにより、このネガ加工ホトレジストから高解像度および高いコ
ントラストの像が与えられる。
ルカンパニー)と酢酸第二水銀1.0gのエチルビニルエーテル150g中の懸
濁液を窒素下で一夜還流した。得られた混合物を0.5mmおよび50℃で固体
になるまで濃縮した。この固体を酢酸第二水銀1.0gと共にエチルビニルエー
テル150g中に懸濁し、約72時間還流して透明な溶液とした。これを上のよ
うに濃縮し、別のエチルビニルエーテル150g分と混ぜて一夜還流した。この
溶液を上のように濃縮した。残留物をヘキサン250mlに溶解し、炭酸カリウ
ム5%水溶液2×50mlで洗浄した。このヘキサン溶液を硫酸マグネシウム上
で乾燥、濾過し、そして水素化カルシウム1.5gで処理して残留していたアル
コールをすべて不揮発性の塩に転化した。その溶液をロータリーエバポレーター
により濃縮し、残留物をクーゲルロール(Kugelrohr)装置中0.5m
mおよび65℃〜75℃で蒸留し、mp41℃〜42℃の白色固体67.2g(
81%)を得た。1HNMR(δ,CD2CL2)は、1.5(s)、1.6(
m)および1.8(m)(15H)、3.2(s、2H)、3.9(d、1H)
、4.1(d、1H)、6.5(dd、1H)。分析結果は、C13H20Oの
計算値がC=81.20%、H=10.48%、O=8.32%に対し実測値は
C=81.22%、H=9.85%、O=8.07%であった。
丸底フラスコを窒素置換し、2−ノルボルナンメタノール(アルドリッチケミカ
ルカンパニー)76.8g(0.61モル)と、エチルビニルエーテル(アルド
リッチケミカルカンパニー)93.6g(1.3モル)と、酢酸第二水銀2.2
3gとを仕込んだ。得られた混合物を48時間還流するままに維持した。過剰の
エチルビニルエーテルを減圧下で蒸発させた。残留物をヘキサンに溶かし5.5
×35cmのシリカゲルカラムを通してヘキサンで溶出した。所望の留分を合わ
せて減圧下で濃縮した。残ったものをクーゲルロール(Kugelrohr)装
置中0.1mmの圧および45℃で蒸留し、無色の液体49g(53%)を得た
。1HNMR(δ,CD2CL2)は、0.56〜3.6(複雑な多重線、13
H)、3.98(d、1H)、4.21(d、1H)、6.47(dd、1H)
。分析結果は、C10H16Oの計算値がC=78.90、H=10.59、O
=10.51であり、実測値はC=78.70%、H=10.67%、O=10
.21%であった。
dVE)の合成 1−アダマンタンメチルビニルエーテル19.0g(0.10モル)と、炭酸
カリウム0.1gと、t−ブタノール60mlと、Vazo(登録商標)52の
0.3gと、TFE15g(0.15モル)とを用いて実施例20の手順にした
がった。濁った液体中に白色の固体が生成した。この液体をデカンテーションし
て固体をTHF200mlに溶解した。このTHF溶液を過剰のメタノールにゆ
っくり加えてポリマーを沈殿させた。この白色固体を濾過し、メタノールで洗浄
し、そして室温の真空炉中で一夜乾燥した。白色ポリマー21.1g(62%)
が単離され、GPC(THF)によるMn=37300、Mw=240600、
Mw/Mn=6.5、Tg=121.4℃であった。分析:実測値は、C=61
.04、H=6.69、F=22.32%であった。炭素の百分率からこのポリ
マーは、TFE51モル%と、AdVE49モル%と計算された。
bVエーテル)の合成 2−ノルボルナンメチルビニルエーテル15.2g(0.10モル)と、炭酸
カリウム0.1gと、t−ブタノール60mlと、Vazo(登録商標)52の
0.3gと、TFE15g(0.15モル)とを用いて実施例20の手順にした
がった。濁った液体中に白色の固体が生成した。この液体をデカンテーションし
て固体をTHF150mlに溶解した。このTHF溶液を過剰のメタノールにゆ
っくり加えてポリマーを沈殿させた。この白色固体を濾過し、メタノールで洗浄
し、室温の真空炉中で一夜乾燥した。白色ポリマー23.7g(74%)が単離
され、GPC(THF)によるMn=57400、Mw=247000、Mw/
Mn=4.3、Tg=66℃であった。分析;実測値は、C=56.57%、H
=6.32、F=23.97%であった。炭素の百分率からこのポリマーは、T
FE51モル%と、AdVE49モル%と計算された。
サフルオロイソプロパノール置換ノルボルネン45.6g(0.15モル)と、
1,1,2−トリクロロトリフルオロエタン75mlと、Perkadox(登
録商標)16Nの1.2gとを仕込んだ。この容器を密閉し、ドライアイスで冷
却し、空気を抜いて、テトラフルオロエチレン45g(0.45モル)を仕込ん
だ。容器の内容物を撹拌しながら50℃まで加熱し、18時間持続した。容器を
室温まで冷却し、口を開けた。このポリマー溶液を過剰のヘキサンにゆっくりと
加えた。沈殿物を約50℃の真空炉で乾燥するとポリマーは3.5gとなった。 1 HNMR(δ,THF−d8)は、0.6〜4.0(複合パターン)。19F
NMR(δ,THF−d8)は、−78.8(s、CF3基)、−100〜−
125(m、CF2)。19F吸収の積分比から、ポリマー中のテトラフルオロ
エチレン単位とヘキサフルオロイソプロパノール置換ノルボルネンの反復単位と
のモル比は、1.76:1であると判定された。
7nmにおける光学透明度のデータを測定した。各フィルム試料に対して、フィ
ルム厚1ミクロン当たりの吸光度を測定し、下記の表にABS/MICRON@
157NMとして示した。コポリマーの組成は、表示した順序で各コモノマーの
モルパーセントを以下に示した。
7nmにおける光学透明度のデータを測定した。各フィルム試料に対して、フィ
ルム厚1μm当たりの吸光度を測定し、下記の表にABS/MICRON@15
7NMとして示した。コポリマーの組成は、表示した順序で各コモノマーのモル
パーセントを以下に示した。
200mlの圧力容器に、1−アダマンタンメチルビニルエーテル15.4g (0.08モル)と、CH2=CHOCH2CH2OCH2C(CF3)2OH
(このコモノマーのために用いた合成法は下に提供する)21.4g(0.08
モル)と、t−ブチルアクリレート5.1g(0.04モル)と、炭酸カリウム
0.5gと、t−ブタノール60mlと、イソプロパノール15mlとの溶液を
仕込んだ。Vazo(登録商標)52(0.4g)を添加した。この容器を密閉
し、窒素でパージし、ガス抜きし、そしてテトラフルオロエチレン24g(0.
24モル)を仕込んだ。容器の内容物を50℃で18時間撹拌したところ、その
間に内部圧が329psi(約2270kPa)から179psi(約1230
kPa)まで低下した。容器を室温まで冷却し、開口して、アセトンをすすぎに
使用して内容物を回収した。この混合物を濾過し、ロータリーエバポレーターに
より初期容積の約60%まで濃縮し、12倍過剰のヘキサンにゆっくりと加えた
。粘着性の沈殿物を集め、室温で空気乾燥した。それをTHF160mlに溶解
し、この溶液をブレンダー中の過剰の冷水にゆっくりと加えて沈殿させた。沈殿
したポリマーを集め、真空炉に入れて65℃〜70℃で一夜乾燥させた。収量は
ポリマーフォーム36.7g(56%)であった。GPC(THF)によるMn
=59000、Mw=130300、Mw/Mn=2.21。1HNMR(δ,
THF−d8)は、1.43(s、C(CH3)3)、1.5〜2.1(m、ア
ダマンタン水素+t−ブチルアクリレートからのCH2CH)、2.3〜2.8
(ブロード、ビニルエーテルモノマーからの主鎖CH2基)、3.2および3.
35(m、AdCH2)、3.7(s、CH2C(CF3)2)、3.9(s、
OCH2CH2O)、4.1〜4.4(m、ビニルエーテルからの主鎖CH)。 19 F NMR(δ,THF−d8)は、−75.7(s、CF3)、−108
から−125(M、CF2)。NMRスペクトルで適合する共鳴の積分から、こ
のポリマーは、およそ、TFE38モル%と、1−アダマンタンメチルビニルエ
ーテル22モル%と、CH2=CHOCH2CH2OCH2C(CF3)2OH
22モル%と、t−ブチルアクリレート17モル%とからなるものと計算された
。分析:実測値はC=47.94、H=5.05、F=35.13である。
の丸底フラスコ内を窒素で置換し、95%水素化ナトリウム14.2g(0.5
9モル)と、無水DMF400mlを仕込んだ。この混合物を10℃まで冷却し
、2−ヒドロキシエチルビニルエーテル41.6g(0.47モル)を1/2時
間かけて滴下しながら加えた。追加のDMF250mlを加え、1時間かきまぜ
た。1,1−ビス(トリフルオロメチル)エチレンオキシド(1,ヘキサフルオ
ロイソブチレンエポキシド)(85g、0.47モル)を20℃〜23℃で1時
間かけて加えた。得られた懸濁液を22時間かきまぜた。それを次に一口フラス
コに移し、DMFの殆どを、0.1mm、29℃のロータリーエバポレーターに
より除去した。残留物を水250mlに溶解し、溶液のpHが約8になるまで1
0%塩酸を注意しながら加えた。分離した油分を集め、水洗し、そして無水硫酸
ナトリウムと炭酸カリウムの混合物上で乾燥した。混合物を濾過し、濾液をクー
ゲルロール(Kugelrohr)装置内で、0.5mm、50℃〜59℃で少
量の無水炭酸カリウムから蒸留し、油分89g(71%)を得、炭酸カリウム上
に保存し、化合物2であることを同定した。1HNMR(δ,C6D6)は、3
.12(d、2H)、3.28(d、2H)、3.60(s、2H)、3.90
(d、1H)、4.07(d、1H)、6.20(dd、1H)。19F NM
R(δ,C6D6)は、−76.89(s)。
実施例42のTFEテトラポリマー 1.30 プロピレングリコールメチルエーテル酢酸エステル(PGMEA)12.1 t−ブチルリトコレート 0.45 シクロヘキサノンに溶解し、0.45μPTFE注射器フィルター を通して濾過したトリフェニルスルホニウムトリフラートの 5%(重量)溶液 1.12
っているブルワーサイエンスインク(Brewer Science Inc.
)のModel−100CBを用い、直径4インチ(約10cm)のシリコンウ
ェーハ、「P」型、配向1.00、上に行った。現像は、リソテックジャッパン
(Litho Tech Japan)のレジストディベロプメントアナライザ
ー(Resist Development Analyzer)(モデル−7
90)によって行った。
し、1000rpmで5秒間、次いで3500rpmで10秒間回転させて調製
した。続いて、0.45μPTFE注射器フィルターを通して濾過した後の上記
の溶液6mlをたらし、5000rpmで60秒回転させ、120℃で60秒間
焼き付けた。この塗装ウェーハを、オーリエル(ORIEL)82421型ソー
ラーシミュレーター(Solar Simulator)(1000ワット)か
らの幅広のUV光を、248nmのところでエネルギーの約30%を通過する2
48nm干渉フィルターを通過させて得た248nmの光に、露光した。露光時
間は30秒で、様々な露光線量を可能にする中性光学密度の異なる場所を18有
するマスクを通して、20.5mJ/cm2の線量を与えた。露光したウェーハ
を次いで120℃で120秒間焼き付けた。このウェーハをテトラメチルアンモ
ニウムヒドロキシド(TMAH)水溶液(ONKA NMD−W、TMAHが2
.38重量%溶液)中で23℃、60秒間現像し、ポジの画像を与えた。
7からのTFE/NB/NB−CO2 tBuターポリマー)の193nm付近の
極紫外領域での低い吸光度を示す図である。
ト−t−ブチルメタクリレートのコポリマーを溶媒に溶かしたレジスト溶液でシ
リコンウェーハを被覆し、次いで193nmで露光し、二酸化炭素臨界流体で現
像して陰画のレジスト像を生成する方法が開示されている。 1997年8月13日発行の欧州特許第0789278A2号には、下記の一
般式1および一般式2から選択した脂環式骨格構造を含有する樹脂と放射線感応
性酸発生剤とを含むホトレジストが開示されている。
炭素原子1個〜10個を有する一価の炭化水素基または炭素原子1個〜10個を
有する一価のハロゲン化炭化水素基を表し、XおよびYは独立に、水素原子、ハ
ロゲン原子、炭素原子1個〜10個を有する一価の炭化水素基、炭素原子1個〜
10個を有する一価のハロゲン化炭化水素基または、XとYの少なくとも1つが
酸開裂性基であれば、酸開裂性基である。ホトレジストパターンは、このホトレ
ジストを、KrFエキシマーレーザー(波長248nm)またはArFエキシマ
ーレーザー(波長193nm)など遠UV光線に露光することによって形成され
てもよい。
イクロリソグラフィ用のホトレジストであって、該フッ素含有コポリマーは該ホ
トレジストを365nm以下の波長を有する紫外線で像露光を行うことによって
、レリーフ像生成の現像を可能にするのに十分な官能基を含有するものである。
いくつかの好ましい実施形態において、その十分な官能基は、365nm以下の
波長を有する十分な紫外線に露光すると、露光してない部分は塩基性溶液中に不
溶であるがホトレジストの露光部分は塩基性溶液に可溶となるように、酸(例え
ばカルボン酸)および/または酸保護基から選択する。このようにしてレリーフ
像はホトレジストを使用して形成することができる。本発明のホトレジストは、
365nm(I−ライン)、248nm(KrFレーザー)、および特に193
nm(ArFレーザー)並びに157nm(F2レーザー)マイクロリソグラフ
ィ向けに有用である。これらのホトレジストは、0.10マイクロメータ以下の
範囲の大きさの形状を画像形成しようと思うときに重要である。
に示す部分フッ素化二環式コモノマー「A」が45/5/50(モル%)のコポ
リマーを、実施例15で行ったものと概略同じ手順にしたがって合成する。この
コポリマーは、これを25重量%溶液になるようにクロロベンゼン溶媒中に溶解
し、トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネートである光酸発生剤
1重量%(コポリマーに対して)を加えることによって調合しホトレジストとす
る。このレジスト溶液を、直径6インチ(約15cm)のシリコンウェーハにス
ピン塗装し、150℃で乾燥する。このレジスト組成物を193nmのUV光に
(ArFレーザから5mJ/cm2のレベルで)マスクを通して露光する。露光
したウェーハを次に90℃で90秒間焼き付け、続いて4000psi(約28
1.2kg/cm2)の圧力と80℃の臨界二酸化炭素中に10分間入れて現像
する。現像すると未露光部分が除去され、一方UV露光部分が残留し、それによ
って高解像度および高いコントラストのネガ加工像が与えられる。
Claims (26)
- 【請求項1】 (a)少なくとも1個のエチレン性不飽和化合物から誘導さ
れた反復単位を含むフッ素含有コポリマーであって、少なくとも1個のエチレン
性不飽和化合物は多環式であり、かつ少なくとも1個のエチレン性不飽和化合物
はエチレン性不飽和炭素原子に共有結合している少なくとも1個のフッ素原子を
含むことを特徴とするフッ素含有コポリマーと (b)少なくとも1個の光活性成分と、 を含むホトレジストであって、前記フッ素含有コポリマーは芳香族官能基を含有
せず、前記ホトレジストを365nmより小さい波長を有する紫外線の像露光に
よりレリーフ像を生成するように現像可能にするのに十分な官能基を含有するこ
とを特徴とするホトレジスト。 - 【請求項2】 前記光活性成分を、光酸発生剤および光塩基発生剤からなる
群から選択することを特徴とする請求項1に記載のホトレジスト。 - 【請求項3】 前記官能基を、カルボン酸および保護酸基からなる群から選
択することを特徴とする請求項1に記載のホトレジスト。 - 【請求項4】 少なくとも1個のエチレン性不飽和化合物を、 【化1】 からなる群から選択し、式中、 mおよびnはそれぞれ0、1または2であり、pは3以上の整数であり、 aおよびbは独立に1から3であるが、bが2の場合aは1でなく、その逆も
同じであり、 R1からR14は同じかまたは異なるものであり、それぞれ、水素原子、ハロ
ゲン原子、カルボキシル基、C1からC14の二級または三級アルキルカルボキ
シレート、炭化水素基または置換炭化水素基を表し、 R15は、炭素原子約4から約20個の飽和アルキル基であって、炭素原子対
水素原子の比が0.58より大きいかまたは同じという条件下で、1個または複
数のエーテル酸素を任意で含有し、 R16からR21は、R18からR21の少なくとも1つはCO2Aであると
いう条件下で、各々独立に、水素原子、C1からC12のアルキル、(CH2) q CO2A、CO2(CH2)qCO2AまたはCO2Aであり、ただし、qは
1〜12であり、Aは水素または酸保護基であることを特徴とする請求項1に記
載のホトレジスト。 - 【請求項5】 少なくとも1個のエチレン性不飽和化合物を、ビシクロ[2
.2.1]ヘプト−2−エン、ビシクロ[2.2.2]オクト−2−エン、1−
アダマンタンカルボン酸ビニルエステル、1−アダマンタンメチルビニルエーテ
ル、および2−ノルボルナンカルボン酸ビニルエステルからなる群から選択する
ことを特徴とする請求項4に記載のホトレジスト。 - 【請求項6】 前記フッ素含有コポリマーが、カルボン酸、二級アルキルカ
ルボン酸エステル、および三級アルキルカルボン酸エステルからなる群から選択
した官能基を有する少なくとも1個のエチレン性不飽和モノマーから誘導された
反復単位をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のホトレジスト。 - 【請求項7】 エチレン性不飽和炭素原子に共有結合している少なくとも1
個のフッ素原子を含有する前記エチレン性不飽和化合物を、テトラフルオロエチ
レン、クロロトリフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、トリフルオロ
エチレン、フッ化ビニリデン、フッ化ビニル、ペルフルオロ−(2,2−ジメチ
ル−1,3−ジオキソール)、ペルフルオロ−(2−メチレン−4−メチル−1
,3−ジオキソラン)、CF2=CFO(CF2)tCF=CF2(tは1また
は2である)およびRfOCF=CF2(Rfは炭素原子1個から約10個の飽
和フルオロアルキル基である)からなる群から選択することを特徴とする請求項
1に記載のホトレジスト。 - 【請求項8】 (C)溶解防止剤をさらに含むことを特徴とする請求項1に
記載のホトレジスト。 - 【請求項9】 (C)架橋剤をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載
のホトレジスト。 - 【請求項10】 (C)溶媒をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載
のホトレジスト。 - 【請求項11】 基板上にホトレジスト画像を作製する方法であって、順に
、 (W)基板上にホトレジスト組成物を塗布する工程であって、前記ホトレジスト
組成物が (a)少なくとも1個のエチレン性不飽和化合物から誘導された反復単位を含
むフッ素含有コポリマーであって、少なくとも1個のエチレン性不飽和化合物は
多環式であり、少なくとも1個のエチレン性不飽和化合物はエチレン性不飽和炭
素原子に共有結合している少なくとも1個のフッ素原子を含むことを特徴とし、 芳香族官能基を含有せず、前記ホトレジストを365nmより小さい波長を有
する紫外線の像露光によりレリーフ像を生成するように現像可能にするのに十分
な官能基を含有するフッ素含有コポリマーと、 (b)少なくとも1個の光活性成分と、 (c)溶媒と を含む塗布する工程と、 (X)被覆したホトレジスト組成物を乾燥して本質的に溶媒を除去し、それによ
って基板上にホトレジスト層を形成する工程と、 (Y)ホトレジスト層を像露光して、画像領域と非画像領域を形成する工程と、
(Z)画像領域と非画像領域を有する露光したホトレジスト層を現像し、基板上
にレリーフ像を形成する工程と、 を含むことを特徴とする方法。 - 【請求項12】 前記露光層を水性アルカリ現像液で現像することを特徴と
する請求項11に記載の方法。 - 【請求項13】 前記ホトレジスト層の像露光を波長193nmを有する紫
外線で行うことを特徴とする請求項11に記載の方法。 - 【請求項14】 前記ホトレジスト層の像露光を波長157nmを有する紫
外線で行うことを特徴とする請求項11に記載の方法。 - 【請求項15】 前記フッ素含有コポリマーの官能基をカルボン酸および保
護酸基からなる群から選択することを特徴とする請求項11に記載の方法。 - 【請求項16】 前記現像する工程を、臨界流体、ハロゲン化有機溶媒、お
よび非ハロゲン化有機溶媒からなる群から選択した現像液で行うことを特徴とす
る請求項11に記載の方法。 - 【請求項17】 前記臨界流体が二酸化炭素であることを特徴とする請求項
16に記載の方法。 - 【請求項18】 前記ハロゲン化溶媒がフルオロカーボン化合物であること
を特徴とする請求項16に記載の方法。 - 【請求項19】 フッ素含有コポリマーであって、 (i)エチレン性不飽和炭素原子に共有結合している少なくとも1個のフッ素
原子を含む少なくとも1個のエチレン性不飽和化合物から誘導された反復単位と
、 (ii)CH2=CHO2CR15、CH2=CHOCH2R15およびCH 2 =CHOR15からなる群から誘導された反復単位であり、式中、R15は、
炭素原子が約4個から約20個の飽和アルキル基であり、炭素原子対水素原子の
比が0.58より大きいかまたは同じであるという条件付きで、1個または複数
のエーテル酸素を任意で含有している反復単位と、 を含むことを特徴とするフッ素含有コポリマー。 - 【請求項20】 フッ素含有コポリマーであって、 (i)エチレン性不飽和炭素原子に共有結合している少なくとも1個のフッ素
原子を含む少なくとも1個のエチレン性不飽和化合物から誘導された反復単位と
、 (ii)構造式 【化2】 を有するコモノマーから誘導された反復単位であって、 式中、R16からR21は、R18からR21の少なくとも1つはCO2Aであ
るという条件付きで、各々独立に、水素原子、C1からC12のアルキル、(C
H2)qCO2A、CO2(CH2)qCO2AまたはCO2Aであり、ただし
qは1から12であり、Aは水素または保護酸基である反復単位と、 を含むことを特徴とするフッ素含有コポリマー。 - 【請求項21】 R16からR20は水素であり、R21はAが水素または
保護酸基であるCO2Aであることを特徴とする請求項20に記載のフッ素含有
コポリマー。 - 【請求項22】 エチレン性不飽和炭素原子に共有結合している少なくとも
1個のフッ素原子を含有する前記エチレン性不飽和化合物は、テトラフルオロエ
チレン、クロロトリフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、トリフルオ
ロエチレン、フッ化ビニリデン、フッ化ビニル、ペルフルオロ−(2,2−ジメ
チル−1,3−ジオキソール)、ペルフルオロ−(2−メチレン−4−メチル−
1,3−ジオキソラン)、CF2=CFO(CF2)tCF=CF2、(tは1
または2である)、およびRfOCF=CF2(Rfは炭素原子1個から約10
個の飽和フルオロアルキル基である)からなる群から選択されることを特徴とす
る請求項19または20に記載のフッ素含有コポリマー。 - 【請求項23】 (a)フッ素原子、ペルフルオロアルキル基およびペルフ
ルオロアルコキシ基からなる群から選択される少なくとも1個の原子または基を
有する少なくとも1個の多環式エチレン性不飽和化合物から誘導された反復単位
を含むフッ素含有コポリマーであり、少なくとも1個の原子または基は、環構造
中に含有されており、少なくとも1個の共有結合している炭素原子によって、該
エチレン性不飽和化合物の各エチレン性不飽和炭素原子から離れている炭素原子
に共有結合していることを特徴とするフッ素含有コポリマーと、 (b)少なくとも1個の光活性成分と、 を含むホトレジストであって、前記フッ素含有コポリマーは芳香族官能基を含有
せず、前記ホトレジストを、365nmより小さい波長を有する紫外線の像露光
によりレリーフ像を生成するように現像可能にするのに十分な官能基を含有する
ことを特徴とするホトレジスト。 - 【請求項24】 前記光活性成分を、光酸発生剤および光塩基発生剤からな
る群から選択することを特徴とする請求項23に記載のホトレジスト。 - 【請求項25】 前記官能基を、カルボン酸および保護酸基からなる群から
選択することを特徴とする請求項23に記載のホトレジスト。 - 【請求項26】 基板上にホトレジスト画像を作製する方法であって、順に
、 (W)基板上にホトレジスト組成物を塗布する工程であって、前記ホトレジスト
組成物が (a)フッ素原子、ペルフルオロアルキル基、およびペルフルオロアルコキシ
基からなる群から選んだ少なくとも1個の原子または基を有する少なくとも1個
の多環式エチレン性不飽和化合物から誘導された反復単位を含むフッ素含有コポ
リマーであり、少なくとも1個の原子または基は、環構造中に含まれており、少
なくとも1個の共有結合している炭素原子によって、該エチレン性不飽和化合物
の各エチレン性不飽和炭素原子から離れている炭素原子に共有結合していること
を特徴とするコポリマーであって、前記フッ素含有コポリマーは芳香族官能基を
含有せず、前記ホトレジストが365nmより小さい波長を有する紫外線の像露
光によりレリーフ像を生成するように現像可能にするのに十分な官能基を含有す
るフッ素含有コポリマーと、 (b)少なくとも1個の光活性成分と、 (c)溶媒と、 を含む塗布する工程と、 (X)被覆したホトレジスト組成物を乾燥して本質的に溶媒を除去し、それに
よって基板上にホトレジスト層を形成する工程と、 (Y)ホトレジスト層を像露光して、画像領域と非画像領域を形成する工程と
、 (Z)画像領域と非画像領域を有する露光したホトレジスト層を現像し、基板
上にレリーフ像を形成する工程と、 を含むことを特徴とする方法。
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