JP2004500596A - ニトリル/フルオロアルコールポリマー含有フォトレジストおよび関連するミクロリソグラフィのための方法 - Google Patents
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Abstract
ニトリル/フルオロアルコール含有フォトレジストおよびミクロリソグラフィのための関連するプロセスを記載する。これらのフォトレジストはフルオロアルコール官能基およびニトリルを含有する化合物から構成され、それらは共に、これら材料に対して、高い紫外(UV)透明性および塩基性媒質における現像性を付与する。本発明の材料は、特に短波長(たとえば157nm)において高いUV透明性を有し、それは、これらの短波長におけるリソグラフィに関して、本発明の材料を高度に有用なものにする。
Description
【0001】
(発明の背景)
1.発明の分野
本発明は光画像形成、および詳細には、半導体デバイスの製造における画像形成のためのフォトレジスト(ポジ型および/またはネガ型)の使用に関する。また、本発明は、レジストおよび潜在的に多くの他の用途における原樹脂として有用である高いUV透明性(特に短波長、たとえば157nmまたは193nmにおいて)を有するポリマー組成物を含有するフォトレジストに関する。
【0002】
2.背景
ポリマー製品は、画像形成および感光性システムの成分として、および特にL. F. Thompson, C. G. Wilson, and M. J. BowdenによるIntroduction to Microlithography, Second Edition (American Chemical Society, Washington DC, 1994)に記載されるような光画像形成システムにおいて用いられる。そのようなシステムにおいては、紫外(UV)光または他の電磁放射線が光活性成分を含有する材料に入射して、その材料中の物理的または化学的変化を誘導する。それによって、半導体デバイスの製造のための有用な画像へと加工することができる潜像が生成される。
【0003】
ポリマー製品それ自身が光活性であってもよいが、一般的には、感光性組成物は、該ポリマー製品に加えて1つ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UV光)に対する露光時に、前述のThompsonらの刊行物に記載されるように、光活性成分が機能して、感光性組成物のレオロジー的状態、溶解性、表面特性、屈折率、色、電磁的性質および/または他のそのような物理的または化学的特性を変化させる。
【0004】
半導体デバイス中のサブミクロンレベルの非常に微細な造作を画像形成するためには、遠紫外または極紫外の電磁放射線が必要である。半導体製造には、一般的にポジ型フォトレジストが用いられる。ノボラックポリマー類と、溶解抑制剤としてジアゾナフトキノン類とを用いる365nmのUV(I線)におけるリソグラフィが、現在確立されているチップ技術であり、約0.35〜0.30ミクロンの解像限界を有する。p−ヒドロキシスチレンポリマー類を用いる248nmの遠紫外におけるリソグラフィが知られており、および0.35〜0.18nmの解像限界を有する。波長を減少させることを用いて解像下限を減少させること(すなわち、193nm画像形成における0.18〜0.12ミクロンの解像限界、および157nm画像形成における約0.07ミクロンの解像限界)により、より短い波長における将来のフォトリソグラフィに対する強い推進力が存在する。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)を用いるフォトリソグラフィが、0.18および0.13μm設計基準を用いる将来のマイクロエレクトロニクス製造に対する最も有力な候補である。157nmの露光波長(フッ素エキシマーレーザーから得られる)を用いるフォトリソグラフィは、さらに遠い先にある(193nmを越える)将来のミクロリソグラフィの最も有力な候補である。これらの非常に短い波長における充分な透明性および他の必要とされる性質を有するフォトレジスト材料に対する強い要求が存在する。従来の近UVおよび遠UV有機フォトレジストの193nm以下の波長における不透明性が、これらの短波長における単層構成でのそれらレジストの使用を不可能にする。
【0005】
157nmにおける画像形成のために適切であるフォトレジスト組成物(本明細書中では「レジスト」とも呼ぶ)は、現在知られていない。この157nmレジストの現在の状況の主たる理由は、全ての慣用のレジスト材料がこの波長を相当な程度まで吸収して、157nmレジスト中の成分としてのそれらの使用を不可能にすることである。
【0006】
193nm、および特に157nmまたはより短い波長における使用に適当な新規レジスト組成物(これらの波長における高い透明性のみならず、良好なプラズマエッチ抵抗性、現像性および粘着特性を含む適切な他の基幹となる特性をも有する)に関する決定的な要求が存在する。
【0007】
(発明の概要)
いくつかの実施形態において、本発明は、
(a)(i)構造
−C(Rf)(Rf’)OH
(式中、RfおよびRf’は、1から約10個の炭素原子を有する同一または異なるフルオロアルキル基であるか、または一緒になって(CF2)n(nは2から約10である)である)を有するフルオロアルコール官能基を含有する少なくとも1つのエチレン性不飽和化合物から誘導される反復単位と、
(ii)構造
(H)(R1)C=C(R2)(CN)
(式中、R1は水素原子またはCN基であり;R2はC1〜C8アルキル基、水素原子またはCO2R3基(R3はC1〜C8アルキル基または水素原子である)である)を有する少なくとも1つのエチレン性不飽和化合物から誘導される反復単位とを含むポリマーと;
(b)少なくとも1つの光活性成分と
を含むフォトレジストである。
【0008】
別の実施形態において、本発明は、
(A)基板上にフォトレジスト組成物を付着してフォトレジスト層を形成する工程であって、該フォトレジスト組成物は、
(i)(a)構造
−C(Rf)(Rf’)OH
(式中、RfおよびRf’は、1から約10個の炭素原子を有する同一または異なるフルオロアルキル基であるか、または一緒になって(CF2)n(nは2から約10である)である)を有するフルオロアルコール官能基を含有する少なくとも1つのエチレン性不飽和化合物から誘導される反復単位と、
(b)構造
(H)(R1)C=C(R2)(CN)
(式中、R1は水素原子またはCN基であり;R2はC1〜C8アルキル基、水素原子またはCO2R3基(R3はC1〜C8アルキル基または水素原子である)である)を有する少なくとも1つのエチレン性不飽和化合物から誘導される反復単位とを含むポリマーと;
(ii)少なくとも1つの光活性成分と
を含む工程と;
(B)該フォトレジスト層を画像様に露光して、画像形成区域および非画像形成区域を形成する工程と;
(C)画像形成区域および非画像形成区域を有する露光されたフォトレジスト層を現像して、該基板上のフォトレジスト画像を形成する工程と
を順に含む基板上のフォトレジスト画像を調製するための方法である。
【0009】
本発明のフォトレジストおよび関連する方法のいくつかの具体的実施形態に関して、フォトレジストの成分として存在するポリマー(ニトリル/フルオロアルコール含有ポリマー)は、157nmの波長において好ましくは5.0μm−1未満の吸光係数を有する。他のある種の実施形態においては、(ニトリル/フルオロアルコール含有)ポリマーは、保護された酸性基および/または脂肪族多環式官能基をさらに含む。いくつかの実施形態において、フォトレジストおよび関連する方法の光活性成分は、光酸発生剤である。さらに他の実施形態において、フォトレジストおよび関連する方法は、溶解抑制剤をさらに含む。
【0010】
(発明の詳細な説明)
本発明のポリマー(およびポリマーから構成されるフォトレジスト)の基幹となる特徴は、シアノ(CN)基を含有する反復単位と、フルオロアルコール官能基を含有する反復単位とのポリマー中での協調的組合せである。該ポリマーの別の特徴は、極UVおよび遠UVをポリマーが有害に吸収するのに充分な量の官能基がないことである。ポリマーが塩基性媒質中で現像可能であるのに充分な酸性であり、同時に現像性のために存在する代替の官能基(カルボン酸のようなもの)を有する必要性を最小限にするために、フルオロアルコール官能基を含有する反復単位の存在が望ましい。その代替の官能基は、これらの材料をこれらの低い画像形成波長(たとえば157nmまたは193nm)で用いるには高すぎる深UVにおける吸収をもたらす恐れがある。ポリマーが高い光学的透明性(すなわち極UVおよび遠UVにおける低い光学吸収を有すること)および改善されたエッチ抵抗性を有し、同時にこれらのポリマーに対して、改善された現像性を著しく付与し、他の方法で通常必要とされるより低いレベルのフルオロアルコール官能基を用いて適切な現像特性を与える極性官能基を提供するために、これらのポリマー中のシアノ(CN)官能基を含有する反復単位の存在が望ましい。ポリマーが高い光学透明性を備えるために、ポリマーの反復単位中で極紫外を吸収する芳香族基のような官能基を最小限度にすることが望ましい。
【0011】
(ニトリル/フルオロアルコール−含有ポリマー)
本発明にしたがってフルオロアルコール官能基を含有する少なくとも1つのエチレン性不飽和化合物から誘導される反復単位を含む所与のニトリル/フルオロアルコール含有ポリマーは、フルオロアルコール官能基の一部として存在するフルオロアルキル基を有する。
【0012】
これらのフルオロアルキル基は、RfおよびRf’として示され、それらは部分的にフッ素化されたアルキル基または完全にフッ素化されたアルキル基(すなわち、ペルフルオロアルキル基)であることができる。RfおよびRf’で示される基は、1から約10個の炭素原子を有する同一もしくは異なるフルオロアルキル基であるか、または一緒になって(CF2)n(ここで、nは2から約10である)である。術語「一緒になって」とは、RfおよびRf’が独立した別個のフッ素化されたアルキル基ではなく、むしろ一緒になって、それらが環構造(5員環の場合に以下に示されるようなもの)を形成することを意味する。
【0013】
【化1】
【0014】
RfおよびRf’は、充分なフッ素化の程度が存在して、フルオロアルコール官能基のヒドロキシル(−OH)基に酸性を付与し、ヒドロキシルプロトンが塩基性媒質中(水酸化ナトリウム水溶液またはテトラアルキルアンモニウム溶液中のようなもの)で実質的に除去されるようにしなければならないことを除いて、本発明による制限なしに、部分的にフルオロ化されたアルキル基であることができる。本発明によれば、通常、ヒドロキシル基が約11以下のpKa値を有するような、フルオロアルコール官能基のフッ素化された官能基中の充分なフッ素置換が存在する。本発明による好ましい場合において、ヒドロキシル基が約4と約11との間のpKa値を有するような、フルオロアルコール官能基のフッ素化された官能基中の充分なフッ素置換が存在する。より好ましくは、RfおよびRf’は、独立的に、1から5個の炭素原子を有するペルフルオロアルキル基であり、および最も好ましくは、RfおよびRf’の両方がトリフルオロメチル(CF3)基である。
【0015】
フルオロアルコール官能基を含有する一般化された構造式(上述)および本発明の範囲に含まれるモノマーのいくつかの例示的であるが非制限的な例を以下に与える。
【0016】
【化2】
【0017】
本発明の特定の実施形態に関して、フルオロアルコール官能基は以下の構造を有する。
−XCH2C(Rf)(Rf’)OH
式中、RfおよびRf’は、1から約10個の炭素原子を有する同一もしくは異なるフルオロアルキル基であるか、または一緒になって(CF2)n(ここで、nは2から約10である)であり;Xは、酸素原子、硫黄原子、窒素原子、リン原子、他のVA族元素、および他のVIA族元素(Sargent Welch Periodic Table, 1979, Sargent Welch Scientific Company (Skokie, IL))からなる群から選択される。術語「他のVA族元素」および「他のVIA元素」は、これらの基において列挙された元素(すなわち、酸素、硫黄、窒素、リン)以外である、周期表のこれらの族の1つの任意の他の元素を意味すると理解される。酸素が好ましいX基である。
【0018】
本発明のニトリル/フルオロアルコール含有ポリマー中に存在するニトリル官能基の少なくとも一部は、少なくとも1つのニトリル基を有し、および構造
(H)(R1)C=C(R2)(CN)
(式中、R1はHまたはCNであり;R2はC1〜C8アルキル、HまたはCO2R3(R3はC1〜C8アルキル基または水素原子である)である)を有する少なくとも1つのエチレン性不飽和化合物から誘導される反復単位の組み込みによりもたらされる。CNはシアノ(ニトリル)基を表す。アクリロニトリル、メタクリロニトリル、フマロニトリル(トランス−1,2−ジシアノエチレン)、およびマレオニトリル(シス−1,2−ジシアノエチレン)が好ましい。アクリロニトリルが最も好ましい。
【0019】
好ましくは、フルオロアルコール官能基を含有する少なくとも1つのエチレン性不飽和化合物から誘導され、ニトリル/フルオロアルコール含有ポリマーは、ニトリル/フルオロアルコール含有ポリマー中に約10から約60モルパーセント存在する反復単位と、少なくとも1つのニトリル基を含有する少なくとも1つのエチレン性不飽和化合物から誘導され、該ポリマー中に約20から約80モルパーセント存在する反復単位とを有することにより、特徴づけられる。低吸収係数を達成することに関してより好ましいニトリル/フルオロアルコールポリマーは、該ポリマーの残余の少なくとも一部を形成するニトリルを含有する比較的少量の反復単位とともに、フルオロアルコール官能基を含有する少なくとも1つのエチレン性不飽和化合物から誘導され、該ポリマー中に45モルパーセント以下、およびさらに好ましくは30モルパーセント以下で存在する反復単位を有することにより、特徴づけられる。
【0020】
しかし、現像性のために必要とされる、ポリマーを塩基性水溶液(たとえば、標準的な0.262NのTMAH溶液)中に可溶性および/または分散可能にするために最小限のレベルのフルオロアルコール官能基が通常存在することは認識される。この最小限のレベルは、分子量のようなポリマーの他のパラメータに伴うことに加えて、フルオロアルコール官能基を担持する部分の構造、ならびにポリマー中に存在するコモノマーの選択およびそれらの濃度に伴って変化し得る。水性塩基性媒質中の低すぎる溶解性を有することが見出されたフルオロアルコールを有するポリマーのいくつかの具体的で例示的な例は、AN/IBFA(76/24)およびAN/IBFA/NB(61/21/18)である。当業者は、所与のポリマーが塩基性水溶液中に可溶/分散可能であるか否かを、容易に決定することができる。ポリマー中に適切な最小限の濃度のフルオロアルコール官能基を有してポリマーに塩基溶解性/分散可能性を付与することに関するこの要件は、電磁放射スペクトルの遠/極UV範囲におけるポリマーの透明性を最大限にするために、実現可能な限り低いレベルを保つことに対して調和させられる。
【0021】
本発明の1つの実施形態において、フォトレジストは少なくとも1つの保護された官能基を含む。少なくとも1つの保護された官能基の官能基は、典型的には、酸性官能基および塩基性官能基から成る群から選択される。保護された官能基の官能基の非制限的な例は、カルボン酸およびフルオロアルコールである。ポリマーの少なくとも1つのフルオロアルコール官能基またはポリマーの他の官能基(カルボン酸基のようなもの)を保護してもよい。別の実施形態においては、保護された官能基を含有する添加剤組成物を、フォトレジスト組成物中に組み込んでもよい。そのような添加剤が含まれる場合には、ポリマーの官能基は保護されなくてもよいし、または、いくらかもしくは全てのポリマーの官能基を保護してもよい。このようにフォトレジスト組成物は、カルボン酸、フルオロアルコール(ニトリル/フルオロアルコールポリマー由来、しかし加えて添加剤由来であることもできる)、保護されたフルオロアルコール、および保護されたカルボン酸から成る群から選択される少なくとも1つの構成要素を含んでもよい。
【0022】
本発明の所与のニトリル/フルオロアルコールポリマーは、保護された酸性基をさらに含んでもよい。これらの実施形態において、保護された酸性基を含有するニトリル/フルオロアルコールポリマーの反復単位のパーセントは、概して約1から約70モルパーセントまで;好ましくは5から55モルパーセントまで;およびより好ましくは10から45モルパーセントまで変動する。
【0023】
別の実施形態において、本発明のニトリル/フルオロアルコールポリマーは、脂肪族多環式官能基を含むことができる。この実施形態において、脂肪族多環式官能基を含有するニトリル/フルオロアルコールポリマーの反復単位のパーセントは、約1から約70モルパーセントまで;好ましくは約10から約55モルパーセントまで;およびより好ましくは約20から約45モルパーセントまで変動する。
【0024】
本発明のニトリル/フルオロアルコールポリマーは、好ましくはニトリル/フルオロアルコールポリマー中に芳香族官能基が存在しないことを条件として、本明細書に具体的に言及されたもの以外の追加の官能基を含有することができる。これらのポリマー中の芳香族官能基の存在は、それらの透明性を損ない、およびこれらの波長において画像形成されるフォトレジストにおける使用に適切であるためには深UV域および極UV域において強度に吸収しすぎることをもたらすことが見出された。
【0025】
本発明にしたがう多くの実施形態において、所定のニトリル/フルオロアルコールポリマーは、157nmの波長において好ましくは5.0μm−1未満、この波長においてより好ましくは4.0μm−1未満、さらにこの波長においてより好ましくは3.5μm−1未満、およびこの波長において最も好ましくは3.00μm−1未満の吸収係数を有する。
【0026】
本発明のポリマーを、実施例において述べられている溶液重合手順によって合成することができる。当業者に知られている一般的に用いられる有機溶媒のいずれもを、重合のための溶媒として用いることができる。重合のために用いられる溶媒は、ポリマーの組成に依存する。重合のための温度は、重合が大気圧および還流条件下で実施される場合、重合反応混合物の還流温度以下であることができる。重合が減圧下で実施される場合、重合温度は約20℃から約150℃の範囲内であることができる。あるいはまた、上記ポリマーを、(a)乳化重合手順または(b)懸濁(ビード)重合手順によって合成することができる。
【0027】
(分枝ポリマー)
本発明のいくつかの実施形態において、ポリマーは、線状主鎖セグメントに沿って化学的に結合される1つまたは複数の分枝セグメントを含む分枝ポリマーである。分枝ポリマーを、少なくとも1つのエチレン性不飽和マクロモノマー成分および少なくとも1つのエチレン性不飽和コモノマーのフリーラジカル付加重合中に形成することができる。エチレン性不飽和マクロモノマー成分は、数百と約40000との間の数平均分子量(Mn)を有し、および重合により得られる線状主鎖セグメントは約2000と約500000との間の数平均分子量(Mn)を有する。線状主鎖セグメント対分枝セグメントの重量比は、約50/1から約1/10の範囲内、および好ましくは約80/20から約60/40の範囲内にある。該マクロモノマー成分は、好ましくは約500から約40000までの、およびより好ましくは約1000から約15000までの数平均分子量(Mn)を有する。典型的には、そのようなエチレン性不飽和マクロモノマー成分は、マクロモノマー成分を形成するのに用いられる約2から約500個のモノマー単位、好ましくは約30および約200個の間のモノマー単位、および最も好ましくは約10から約50個のモノマー単位のモノマー単位に由来するものと等価の数平均分子量を有することができる。
【0028】
好ましい実施形態において、分枝ポリマーは約25質量%から約100質量%まで、好ましくは約50質量%から約100質量%まで、およびより好ましくは約75質量%から約100%までの相溶化基(すなわち光酸発生剤との相溶性を増大させるために存在する官能基)を含有する。イオン性光酸発生剤のために適当な相溶化基は、非親水性極性基および親水性極性基の両方を含むが、それらに限定されるものではない。適当な非親水性極性基は、シアノ(−CN)およびニトロ(−NO2)を含むが、それらに限定されるものではない。適当な親水性極性基は、ヒドロキシ(OH)、アミノ(NH2)、アンモニウム、アミド、イミド、ウレタン、ウレイドまたはメルカプトのようなプロトン性基;あるいはカルボン酸(CO2H)、スルホン酸、スルフィン酸、リン酸、またはリン酸あるいはそれらの塩を含むが、それらに限定されるものではない。好ましくは、相溶化基は、分枝セグメント中に存在する。
【0029】
好ましくは、分枝ポリマー中に存在する保護された酸性基は、UVまたは他の化学線に対する露光および引き続く露光後ベーキングの後に(すなわち、脱保護中に)、フルオロアルコール基および/またはカルボン酸基を生成する。本発明の感光性組成物中に存在する場合、分枝ポリマーは、保護された酸性基を含有するモノマー単位の、典型的には約3質量%から約40質量%の間、好ましくは約5質量%から約50質量%の間、およびより好ましくは約5質量%から約20質量%の間を含有する。そのような好ましい分枝ポリマーの分枝セグメントは、典型的には存在する保護された酸性基の35%から100%の間を含有する。そのような分枝ポリマーは、完全に脱保護される(全ての保護された酸性基が遊離の酸性基へと変換される)ときに、約20と約500との間、好ましくは約30と約330との間、およびより好ましくは約30と約130との間の酸価を有し、および類似してエチレン性不飽和マクロモノマー成分は、好ましくは約20と約650との、より好ましくは約90と約300との間の酸価を有し、および遊離の酸性基の大部分は分枝セグメント中にある。
【0030】
特定の実施形態において、分枝ポリマーは、線状主鎖セグメントに沿って化学的に結合した1つまたは複数の分枝セグメントを含み、ここで分枝ポリマーは約500から約40000までの数平均分子量(Mn)を有する。分枝ポリマーは少なくとも約0.5質量%の分枝セグメントを有する。ポリマーアームとしても知られる分枝セグメントは、典型的には線状主鎖セグメントに沿ってランダムに分布している。「ポリマーアーム」すなわち分枝セグメントは、少なくとも2つの反復するモノマー単位を有するポリマーまたはオリゴマーであり、それは共有結合によって線状主鎖セグメントに結合している。分枝セグメント、すなわちポリマーアームを、マクロマーおよびコモノマーの付加重合プロセス中に、マクロマー成分として分枝ポリマー中に組み込むことができる。本発明の目的のための「マクロマー」は、末端エチレン性不飽和で重合可能な基を含有し、数百から約40000まで変動する分子量を有するポリマー、コポリマーまたはオリゴマーである。好ましくは、マクロマーは、エチレン性基によってエンドキャップされる線状ポリマーまたはコポリマーである。分枝ポリマーは、典型的には1つまたは複数のポリマーアーム、および好ましくは少なくとも2つのポリマーアームを担持するコポリマーであり、およびその重合プロセス中に用いられるモノマー成分の約0.5%と約80質量%との間、好ましくは約5と約50質量%との間はマクロモノマーであることを特徴とする。典型的には、重合プロセス中にマクロマーと共に用いられるコモノマー成分は同様に、エチレン性不飽和マクロマーと重合することができる単一のエチレン性基を含有する。
【0031】
エチレン性不飽和マクロマーおよび分枝ポリマーの分枝セグメント、および/または分枝ポリマーの主鎖は、それに対して1つまたは複数の保護された酸性基を結合させることができる。本発明の目的のためには、「保護された酸性基」とは、脱保護される際に、それが結合しているマクロマーおよび/または分枝ポリマーの水性環境における溶解性、膨潤性、または分散可能性を向上させる遊離の酸性官能基を与える官能基を意味する。保護された酸性基は、それらの形成中または形成後のいずれかにおいて、エチレン性不飽和マクロマー、および得られる分枝ポリマー中の分枝セグメント、および/または分枝ポリマーの主鎖中に組み込まれてもよい。
【0032】
分枝ポリマーを形成するためには、マクロマーおよび少なくとも1つのエチレン性不飽和モノマーを用いる付加重合が好ましいとはいえ、付加または縮合のいずれかを用いる分枝ポリマーを調製するための全ての知られている方法を、本発明において用いることができる。さらに、あらかじめ形成された主鎖および分枝セグメント、またはその場で重合されるセグメントのいずれの使用もまた、本発明に対して適用可能である。
【0033】
線状主鎖セグメントに結合した分枝セグメントを、米国特許第4,680,352号および米国特許第4,694,054号中の一般的な記載に与えられるような、当該技術においてよく知られている方法によって調製される末端エチレン性不飽和マクロマーから誘導することもできる。
【0034】
分枝ポリマーを、任意の慣用の重合方法により調製してもよい。分枝ポリマー、または櫛形ポリマーは、1つまたは複数の相溶性のエチレン性不飽和マクロマー成分と1つまたは複数の相溶性の慣用のエチレン性不飽和マクロマー成分と、1つまたは複数の相溶性の慣用のエチレン性不飽和モノマー成分とから調製してもよい。好ましい付加重合可能なエチレン性不飽和モノマー成分は、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、フマロニトリル、マレオニトリル、保護されたおよび/または保護されていない不飽和フルオロアルコール類、および保護されたおよび/または保護されていない不飽和カルボン酸類である。
【0035】
(光活性成分(PAC))
本発明の組成物は、少なくとも1つの光活性成分(PAC)を含有する。その光活性成分は、通常、化学線に対する露光時に酸または塩基のいずれかを与える化合物である、化学線に対する露光時に酸が生成される場合、PACは光酸発生剤(PAG)と称される。化学線に対する露光時に塩基が生成される場合、PACは光塩基発生剤(PBG)と称される。
【0036】
本発明に適当な光酸発生剤は、1)スルホニウム塩(構造I)、2)ヨードニウム塩(構造II)、および3)構造IIIのようなヒドロキサム酸エステルを含むが、それらに限定されるものではない。
【0037】
【化3】
【0038】
構造I〜IIにおいて、R4〜R6は、独立的に置換または無置換のアリール、または置換または無置換のC1〜C20アルキルアリール(アラルキル)である。代表的アリール基は、フェニルおよびナフチルを含むが、それらに限定されるものではない。適当な置換基は、ヒドロキシル(−OH)およびC1〜C20アルキルオキシ(たとえばC10H21O)を含むがそれらに限定されるものではない。構造I〜IIにおけるアニオンX−は、SbF6 −(ヘキサフルオロアンチモナート)、CF3SO3 −(トリフルオロメタンスルホナート=トリフラート)、およびC4F9SO3 −(ペルフルオロブチルスルホナート)であることができるが、それらに限定されるものではない。
【0039】
(PAC触媒作用による除去のための保護基)
本発明のレジスト組成物のニトリル/フルオロアルコール含有ポリマーは、保護された酸性フルオロアルコール基、および/または光活性化合物(PAC類)から光分解的に発生される酸または塩基の触媒作用により、レジスト被膜の現像を可能にする親水性の酸性または塩基性基を生じることができる他の酸性または塩基性基を有する1つまたは複数の成分を含有してもよい。通常、所定の保護された酸性または塩基性基は、画像様露光時に光酸または光塩基が生成される際に、それら酸または塩基が脱保護および水性条件下での現像のために必要な親水性の酸性または塩基性基の生成を触媒するように、それが酸不安定または塩基不安定であることに基づいて選択されるものである。加えて、ニトリル/フルオロアルコール含有ポリマーは、保護されていない酸性基または塩基性基を同様に含有してもよい。ニトリル/フルオロアルコール含有ポリマーは、少なくとも1つ、2つ以上、または全ての保護されているフルオロアルコール基を含有してもよい。本発明のニトリル/フルオロアルコール含有ポリマーから構成されるフォトレジストを加熱して、画像形成に必要な脱保護を促進することができる。脱保護される際に、官能基は、該官能基が結合しているポリマーの水性環境における溶解性、膨潤性および/または分散可能性を向上させる遊離の酸性官能基を与える。
【0040】
光発生される酸に対する暴露時に親水性基として酸性基を与える保護された酸性基を有する成分の非制限的な例は、a)第3級カチオンを形成するかまたは第3級カチオンへと転位することができるエステル類、b)ラクトンのエステル類、c)アセタールエステル類、d)β−環状ケトンエステル類、e)α−環状エーテルエステル類、f)MEEMA(メトキシエトキシエチルメタクリレート)およびアンキメリックアシスタンスにより容易に加水分解可能な他のエステル類、g)フッ素化されたアルコールおよび第3級脂肪族アルコールから形成されるカーボネート類を含む。カテゴリーa)のいくつかの具体的な例は、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。カテゴリーb)のいくつかの具体的な例は、γ−ブチロラクトン−3−イル、γ−ブチロラクトン−2−イル、メバロン酸ラクトン、3−メチル−γ−ブチロラクトン−3−イル、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。カテゴリーc)のいくつかの具体的な例は、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−プロピレンカーボネート−1−イルである。カテゴリーc)の追加の例は、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類の付加による種々のエステル類を含む。
【0041】
光発生される酸または塩基に対する暴露時に親水性基としてフッ素化アルコールを与える保護された酸性基を有する成分の例は、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を含むが、それらに制限されるものではない。これら保護された酸性基のそれぞれを、本発明のフルオロアルコール官能基と組み合わせて用いて、保護された酸性フルオロアルコール官能基を与えることができる。本発明のフルオロアルコール官能基(保護されているまたは保護されていない)を単独で用いることもできるし、あるいは、カルボン酸官能基(保護されていない)およびカルボン酸官能基のt−ブチルエステル(保護されている)のような1つまたは複数の他の酸基と組み合わせて用いることもできる。
【0042】
本発明において、保護された基を有する成分は、常にではないがしばしば、組成物(上述)の原コポリマー樹脂中に組み込まれた保護された酸基を有する反復単位である。保護された酸基は、しばしば、重合されて本発明の所与のポリマー原樹脂を形成する1つまたは複数のモノマー中に存在する。あるいはまた、本発明において、酸含有モノマーとの重合によりポリマー原樹脂を形成することができ、そして次に引き続いて、得られる酸含有ポリマー中の酸官能基を、適切な手段により保護された酸基を有する誘導体へと部分的または完全に変換することができる。1つの具体的な例として、AN/IBFA/tBAのポリマー(アクリロニトリル、1,1,1−トリフルオロ−4−メチル−2−(トリフルオロメチル)−4−ペンテン−2−オール、およびt−ブチルアクリレートを含有するポリマー)は、保護された酸基としてt−ブチルエステル基を有する本発明の範囲内のポリマー原樹脂である。
【0043】
(溶解抑制剤および添加剤)
本発明においては、種々の熔解抑制剤を用いることができる。理想的には、遠UVおよび極UVレジスト(たとえば、193nmレジスト)のための溶解抑制剤(DI類)は、所定のDI添加剤を含むレジスト組成物の溶解抑制、プラズマエッチ抵抗性、および粘着挙動を含む多様な要求を満たすように設計/選択されるべきである。いくつかの溶解抑制化合物は、レジスト組成物中の可塑剤としても機能する。
【0044】
種々の胆汁酸塩エステル類(すなわちコール酸エステル類)が、本発明の組成物中におけるDIとして特に有用である。胆汁酸塩エステル類は、1983年のReichmanisらの研究(E. Reichmanisら、「The Effect of Substituents on the Photosensitivity of 2−Nitrobenzyl Ester Deep UV Resists」、J. Electrochem. Soc., 1983, 130, 1433−1437)に始まり、深UVレジスト用の効果的な溶解抑制剤であることが知られている。胆汁酸塩エステル類は、天然源からのそれらの入手可能性、それらが高い環状脂肪族炭素の含量を有すること、および特にそれらが電磁スペクトルの深UVおよび真空UV領域(遠UVおよび極UV領域においても本質的に同様である)において透明であること(たとえば、典型的にはそれらは193nmにおいて高度に透明である)を含むいくつかの理由により、DIとして特に魅力的な選択肢である。さらに、胆汁酸塩エステルは、同様に魅力的なDIの選択肢である。なぜなら、それらを、ヒドロキシル置換および官能基化に依存して広範囲にわたる疎水性および親水性の相溶性を有するように設計してもよいからである。
【0045】
本発明のための添加剤および/または溶解抑制剤として適当である胆汁酸および胆汁酸誘導体は、以下に例示されるものを含むが、それらに限定されるものではない。それらは以下のようなものである:コール酸(IV)、デオキシコール酸(V)、リトコール酸(VI)、デオキシコール酸t−ブチル(VII)、リトコール酸t−ブチル(VIII)および3−α−アセチルリトコール酸t−ブチル(IX)。化合物VII〜IXを含む胆汁酸エステル類が、本発明のおける好ましい溶解抑制剤である。
【0046】
【化4】
【0047】
(ネガ型フォトレジスト実施形態のための成分)
本発明のいくつかの実施形態は、ネガ型フォトレジストである。これらネガ型フォトレジストは、酸不安定基を含む少なくとも1つの結合剤ポリマーと、光発生される酸を与える少なくとも1つの光活性成分とを含む。レジストの画像様露光は、光発生される酸を与え、それは、酸不安定基を極性官能基へと変換する(たとえば、エステル官能基(より低極性)から酸官能基(より高極性)への変換)。次に、有機溶媒または臨界流体(中程度から低い極性を有する)中で現像を行い、それは露光された区域が残留し、および露光されない区域が除去されるネガ型システムをもたらす。
【0048】
本発明のネガ型組成物において、必要なまたは任意選択の光活性成分として種々の別個の架橋剤を用いることができる。(架橋剤は、架橋の結果としての現像剤溶液中の不溶化を伴う実施形態においては必要であるが、露光される区域に中程度/低い極性を有する有機溶媒および臨界流体中に不溶である極性基が形成される結果としての現像剤溶液中の不溶化を伴う好ましい実施形態においては任意選択である。)
【0049】
(他の成分)
本発明の組成物は、任意選択の追加の成分を含有することができる。添加することができる追加の成分の例は、解像度向上剤、粘着促進剤、残渣減少剤、塗布助剤、界面活性剤、可塑剤、およびTg(ガラス転移温度)調節剤を含むが、それらに限定されるものではない。
【0050】
(プロセス工程)
(画像様露光)
本発明のフォトレジスト組成物は、電子スペクトルの紫外領域、および特に波長≦365nmのものにおいて感受性である。本発明のレジスト組成物の画像様露光は、多くの異なるUV波長において実施することができ、その波長は365nm、248nm、193nm、157nmおよびより低い波長を含むが、それらに限定されるものではない。画像様露光は、好ましくは248nm、193nm、157nmまたはより低い波長の紫外光を用いて実施され、より好ましくは、193nm、157nmまたはより低い波長の紫外光を用いて実施され、および最も好ましくは157nm以下の波長の紫外光を用いて実施される。画像様露光を、レーザーまたは同等の装置を用いてデジタル的に実施すること、あるいはフォトマスクの使用を伴う非デジタル的に行うことのいずれも可能である。本発明の組成物のデジタル画像形成に適当なレーザー装置は、193nmにUV出力を有するアルゴン−フッ素エキシマーレーザー、248nmにUV出力を有するクリプトン−フッ素エキシマーレーザーおよび157nmに出力を有するフッ素(F2)レーザーを含むが、それらに限定されるものではない。前述のように、画像様露光におけるより低い波長のUV光の使用は、より高い解像度(より小さい解像限界)に相当するので、より低い波長(たとえば193nmまたは157nm以下)の使用が、より高い波長(たとえば248nm以上)よりも一般的に好ましい。
【0051】
(現像)
本発明のレジスト組成物中のニトリル/フルオロアルコール含有ポリマーは、UV光に対する画像様露光に引き続く現像のために充分な官能基を含有しなければならない。好ましくは、該官能基は酸性または保護された酸性であり、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テトラメチルアンモニウム溶液のような塩基性現像剤を用いる水性現像を可能にするようなものである。本発明において、用いられる水性加工性(水性現像)のための所定の酸性含有結合剤ポリマーは、少なくとも1つのフルオロアルコール官能基を含有するフルオロアルコール含有コポリマー(露光後)である。フルオロアルコールの濃度は、所与の組成物に関して、水性アルカリ性現像剤中での良好な現像のために必要とされる量を最適化することにより決定される。
【0052】
水性処理可能なフォトレジストを基板に被覆または他の方法で付着し、およびUV光に対して画像様に露光する時、フォトレジストのポリマーは、UVに対する露光時に露光されたフォトレジストが塩基性溶液中で現像可能になるように、充分な保護されたおよび/保護されていない酸性基を有さなければならない。ポジ型フォトレジスト層の場合、UV放射に露光される部分において現像中にフォトレジスト層が除去されるが、0.262N水酸化テトラメチルアンモニウム(25℃において通常120秒以下にわたる現像を用いる)または1質量%炭酸ナトリウム(30℃において通常2分以下にわたる現像を用いる)を含有する完全に水性の溶液のような水性アルカリ性液体による現像中に露光されていない部分は実質的に変化しない。ネガ型フォトレジスト層の場合、UV放射に対して露光されない部分において、現像中にフォトレジストが除去されるが、臨界流体または有機溶剤のいずれかを用いる現像中に露光された部分は実質的に変化しない。
【0053】
本明細書で用いられる際に、臨界流体は、その臨界温度付近またはそれを超える温度に加熱され、かつその臨界圧力付近またはそれを越える圧力まで圧縮される1つまたは複数の物質である。本発明の臨界流体は、少なくとも該流体の臨界温度より15℃低い温度より高い温度にあり、および少なくとも該流体の臨界圧力より5気圧低い圧力より高い圧力にある。本発明における臨界流体として二酸化炭素を用いてもよい。同様に、種々の有機溶媒を、本発明における現像剤として用いることもできる。これらは、ハロゲン化溶媒および非ハロゲン化溶媒を含むが、それらに限定されるものではない。ハロゲン化された溶媒が好ましく、およびフッ素化された溶媒がより好ましい。
【0054】
(用語集)
(分析/測定)
δ 指示される溶媒中で測定されるNMR化学シフト
g グラム
NMR 核磁気共鳴
1H NMR プロトンNMR
13C NMR 炭素−13NMR
s 一重線
m 多重線
ml ミリリットル
mm ミリメートル
Tg ガラス転移温度
Mn ポリスチレン標準を用いるゲル透過クロマトグラフィにより測定される所与のポリマーの数平均分子量
Mw ポリスチレン標準を用いるゲル透過クロマトグラフィにより測定される所与のポリマーの重量平均分子量
P=Mw/Mn 所与のポリマーの多分散性
吸収係数 AC=A/b(式中、A、すなわち吸光度=Log10(1/T)およびb=ミクロン単位の膜厚、T=以下で定義される透過度である)
透過度 透過度T=サンプルに入射する放射強度に対するサンプルによって透過される放射強度の比であり、および指定された波長(たとえばnm)に関して測定される。
【0055】
(化学物質/モノマー類)
AA アクリル酸
Aldrich Chemical Co. (Milwaukee, WI)
AIBN 2,2’−アゾイソブチロニトリル
Aldrich Chemical Co. (Milwaukee, WI)
CFC−113 1,1,2−トリクロロトリフルオロエタン
E. I. du Pont de Nemours and Company (Wilmington, DE)
IBFA 1,1,1−トリフルオロ−4−メチル−2−(トリフルオロメチル)−4−ペンテン−2−オール
MAA メタクリル酸
Aldrich Chemical Co. (Milwaukee, WI)
MEK 2−ブタノン
Aldrich Chemical Co. (Milwaukee, WI)
NB ノルボルネン=ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン
Aldrich Chemical Co. (Milwaukee, WI)
NBFA 3−[(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−イル)メトキシ]−1,1,1−トリフルオロ−2−(トリフルオロメチル)−2−プロパノール
THF テトラヒドロフラン
Aldrich Chemical Co. (Milwaukee, WI)
tBA 第3級ブチルアクリレート
TCB トリクロロベンゼン
Aldrich Chemical Co. (Milwaukee, WI)
Vazo(登録商標)52 2,4−ジメチル−2,2’−アゾビス(ペンタンニトリル)
(E. I. du Pont de Nemours and Company (Wilmington, DE))
Vazo(登録商標)67 2,2’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)
(E. I. du Pont de Nemours and Company (Wilmington, DE))
PGMEA プロピレングリコールメチルエーテルアセテート
Aldrich Chemical Co. (Milwaukee, WI)
【0056】
NB−Me−OH X=OH(下式)
NB−Me−F−OH X=OCH2C(CF3)2OH(下式)
NB−Me−F−OMOM X=OCH2C(CF3)2OCH2OCH3
(下式)
【0057】
【化5】
【0058】
NB−OAc X=OCOCH3(下式)
NB−OH X=OH(下式)
NB−F−OH X=OCH2C(CF3)2OH(下式)
NB−F−OMOM X=OCH2C(CF3)2OCH2OCH3(下式)
【0059】
【化6】
【0060】
VE−F−OH CH2=CHOCH2CH2OCH2C(CF3)2OH
VE−F−OMOM CH2=CHOCH2CH2OCH2C(CF3)2O
CH2OCH3
【0061】
(紫外)
UV 10ナノメートルから390ナノメートルまで変動する電磁スペクトルの紫外領域
極UV 10ナノメートルから200ナノメートルまで変動する紫外中の電磁スペクトルの領域
遠UV 200ナノメートルから300ナノメートルまで変動する紫外中の電磁スペクトルの領域
近UV 300ナノメートルから390ナノメートルまで変動する紫外中の電磁スペクトルの領域
【0062】
(ポリマー)
P(A/B/C)X/Y/Z Xモル%のA、Yモル%のBおよびZモル%のCを含有する、A、BおよびCの共重合によるポリマー
P(AN/IBFA/NBFA) ポリ(アクリロニトリル−co−1,1,1−トリフルオロ−4−メチル−2−(トリフルオロメチル)−4−ペンテン−2−オール−co−3−[(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−イル)メトキシ]−1,1,1−トリフルオロ−2−(トリフルオロメチル)−2−プロパノール)(アクリロニトリル、コモノマー3およびコモノマー2の共重合によるポリマー)
P(AN/NBFA) ポリ(アクリロニトリル−co−3−[(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−イル)メトキシ]−1,1,1−トリフルオロ−2−(トリフルオロメチル)−2−プロパノール)(アクリロニトリルおよびコモノマー2の共重合によるポリマー)
P(AN/IBFA/NBFA/tBA) ポリ(アクリロニトリル−co−1,1,1−トリフルオロ−4−メチル−2−(トリフルオロメチル)−4−ペンテン−2−オール−co−3−[(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−イル)メトキシ]−1,1,1−トリフルオロ−2−(トリフルオロメチル)−2−プロパノール−co−t−ブチルアクリレート)(アクリロニトリル、コモノマー3、t−ブチルアクリレートおよびコモノマー2の共重合によるポリマー)
P(AN/NB−F−OMOM/MAA) ポリ(アクリロニトリル−co−メトキシメチルノルボルニレンヘキサフルオロアルコールエーテル付加物−co−メタクリル酸)(アクリロニトリル、NB−F−OMOM、およびメタクリル酸の共重合によるポリマー)
P(AN/NB−F−OH/tBMA) ポリ(アクリロニトリル−co−ノルボルニレンヘキサフルオロアルコールエーテル付加物−co−第3級ブチルメタクリレート)(アクリロニトリル、NB−F−OH、および第3級ブチルメタクリレートの共重合によるポリマー)
P(AN/NB−F−OMOM/MAA/tBMA) ポリ(アクリロニトリル−co−メトキシメチルノルボルニレンヘキサフルオロアルコールエーテル付加物−co−メタクリル酸−co−第3級ブチルメタクリレート)(アクリロニトリル、NB−F−OMOM、メタクリル酸、および第3級ブチルメタクリレートの共重合によるポリマー)
【0063】
(実施例)
別に指定しない限り、全ての温度は摂氏温度であり、全ての質量測定値はグラム単位であり、コモノマーのパーセントを除く全てのパーセントは重量パーセントである。本発明のポリマー中に存在するモノマーの全てのパーセントは、別に指定がない限り、モルパーセントで表される。全ての分子量測定は、ポリスチレン標準を用いるGPCによりなされた。実施例中に用いられるポリマー中のコモノマーパーセントは、5〜10パーセント以内で正確であり、およびC−13 NMR分光法により測定された。
【0064】
本明細書で用いられる際に、術語「クリア線量」は、所与のフォトレジストフィルムが露光に引き続いて現像を受けるのを可能にするために最小露光エネルギー密度(たとえばmJ/cm2単位)を示す。
【0065】
(透明性測定)
所定のポリマーに関して異なる厚さを有する2つのフィルムサンプルを作成し、それらの厚さを測定し、以下の一般的手順を用いて157nmにおけるそれらの吸収係数値を測定した。
【0066】
サンプルは、最初にBrewer Cee, (Rolla, MO)スピンコータ/ホットプレートモデル100CBによりシリコンウェーハ上にスピンコートされた。
【0067】
a)2から4枚のシリコンウェーハを、少量(数ml)のポリマー溶液を塗布した後に、異なる速度(たとえば、2000、3000、4000、6000rpm)で回転させて、異なる厚さを有するフィルムを得て、引き続いてそれを120℃において30分間にわたってベークして残留溶媒を除去した。次に、乾燥したフィルムの厚さを、Gaertner Scientific (Chicago, IL), L116Aエリプソメータ(400〜1200オングストローム範囲)を用いて測定した。
【0068】
b)2つのCaF2基板(1インチ(2.54cm)直径×0.80インチ(2.03cm)厚さ)を選択し、そしてそれらを測定して参照データファイルを得た。測定は、234/302モノクロメータ、632重水素光源およびKeithley485ピコアンメータを用いてその出力を測定される658光電子増倍管検出器を含むMcPherson分光計(Chemsford, MA)を用いて行った。
【0069】
c)次に、シリコンウェーハのデータ(a)から2つの速度を選択して、CaF2参照基板上にサンプル物質をスピンさせて(たとえば、2000および4000rpm)、所望される膜圧を達成した。次に、それぞれのフィルムおよび基板を120℃で30分間にわたってベークし、その後に、それぞれの試料の透過データを、McPherson分光計を用いて収集した。次に、サンプルを、参照CaF2ファイルにより調整(すなわち除算)して、透過度ファイル(すなわち、CaF2ブランクで除算されるCaF2上のサンプルフィルム)を与えた。次に、GRAMS386およびKALEIDAGRAPHソフトウェアを用いて、透過度ファイルを吸光度ファイルに変換した。
【0070】
d)次に、c)から得られる吸光度ファイルおよび膜厚値を用いて、いくつかの実施例において以下に報告されるように、膜厚1ミクロン当たりの吸光度(AC)を決定した。
【0071】
(実施例1)
1,1−ビス(トリフルオロメチル)エチレンオキシドの調製
ヘキサフルオロイソブテンCH2=C(CF3)2(25ml,40g)をNaOClの溶液(100mlの水中の50質量%のNaOHを有する溶液50ml中に、15gの塩素をバブリングすることにより−5〜−3℃にて作成される)を含有するフラスコ中に凝縮させ、そして激しい攪拌を伴い、−2〜+2℃において、0.5gの相間移動触媒(メチルトリカプリリルアンモニウムクロリド)を添加した。反応混合物を、1〜1.5時間にわたってこの温度に保持した。
【0072】
得られる反応混合物を、減圧下反応器の外へ移し、冷却トラップ(−78℃)中に収集し、そして蒸留して37.5g(収率86%)の液体(沸点42℃/760mmHg)を与え、その液体は、1,1−ビス(トリフルオロメチル)エチレンオキシド(1)と同定された。以下に示されるように得られる分析データに基づいて、得られる化合物(1)が指示される構造を有することを確証した。
1H NMR: 3.28(s)ppm
19F NMR: 73.34(s)ppm
13C{H} NMR: 46.75(s),54.99(7重線、37Hz)、126.76(q,275)
IR(気体、メジャー): 1404(s),1388(s),1220(s),1083(s),997(m),871(m),758(w),690(m),636(w)cm−1
元素分析 C4H2F6Oの計算値:C26.68,H1.12。実測値:C27.64,H1.10。
【0073】
(実施例2)
3−[(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−イル)メトキシ]−1,1,1−トリフルオロ−2−(トリフルオロメチル)−2−プロパノールの合成
【0074】
【化7】
【0075】
メカニカルスターラおよび冷却管を伴う乾燥した丸底フラスコに、窒素下で、28.8g(1.2モル)の95%水素化ナトリウムおよび400mlの無水DMF(N,N’−ジメチルホルムアミド)を投入した。室温において、0.5時間かけて、5−ノルボルネン−2−メタノール(108.6g、0.875モル)を滴下した。得られる混合物を3時間にわたって攪拌した。実施例1由来の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)(173.2g,0.96モル)を、2時間かけて滴下した。得られる混合物を室温において72時間にわたって攪拌した。45℃および1mmにおいて、ロータリーエバポレータによりDMFを留去した。30mlの氷酢酸を含有する300mlの氷水を用いて、残渣を希釈した。下層を分離し、そして水層を2×25mlの塩化メチレンを用いて抽出した。組み合わせた有機層を3×100mlの水で洗浄し、無水塩化マグネシウム上で乾燥し、濾過し、そして65〜87℃および0.1mmにおいてKugelrohr装置により減圧蒸留した。NMRスペクトルが、生成物が少量のDMFを含有することを明らかにしたので、それを100mlのヘキサンに溶解させ、4×200mlの水で洗浄し、無水硫酸マグネシウム上で乾燥させ、濾過し、70〜80℃および0.1mmにおいてKugelrohr装置により蒸留して、233.9g(88%)の表題化合物(3−[(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−イル)メトキシ]−1,1,1−トリフルオロ−2−(トリフルオロメチル)−2−プロパノール、コモノマー2)を与えた。別の調製において、該生成物を12インチのVigreuxカラムを通して蒸留して、0.1mmにおける52〜53℃の沸点を示した。1H NMR(δ,CD2Cl2)0.5〜4.3(複雑な多重線、12H),5.90,6.19および6.26(m,2H)。19F NMR(δ,CD2Cl2)−77.4(s)。
【0076】
(実施例3)
CH2=C(CH3)CH2C(CF3)2OH(1,1,1−トリフルオロ−4−メチル−2−(トリフルオロメチル)−4−ペンテン−2−オール、コモノマー3、IBFA)の合成
800mlの圧力容器を排気し、約−80℃まで冷却し、そして100g(0.6モル)のヘキサフルオロアセトンおよび68g(1.2モル)の2−メチルプロペンを投入した。混合物を室温において72時間にわたってかき混ぜた。該容器を約10℃まで冷却し、大気圧に向かってゆっくりとガス抜きした。すすぐために少量の塩化メチレンを用いて液体残渣を取り出した。この混合物を、約200mmにおいて12インチのVigreuxカラムを通して速やかに蒸留して、136gの粗生成物を与えた。これを、同一スケールの別の反応からの生成物と合わせ、そして12インチVigreuxカラムを通して蒸留して、210g(79%)の生成物を与え、それは化合物3であると特定された:200mmにおける沸点72℃。1H NMR(δ,C6D6) 1.51(s,3H),2.30(s,2H),2.57(bs,1H),4.52(s,1H),4.70(s,1H)。 19F NMR(δ,C6D6) −76.9(s)。
【0077】
(実施例4)
P(AN/IBFA/NBFA)
(68/10/22)(モルパーセント)
このポリマーを、次の手順を用いて、アクリロニトリル、1,1,1−トリフルオロ−4−メチル−2−(トリフルオロメチル)−4−ペンテン−2−オール(IBFA、コモノマー3)、および3−[(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−イル)メトキシ]−1,1,1−トリフルオロ−2−(トリフルオロメチル)−2−プロパノール(NBFA、コモノマー2)のフリーラジカル共重合により合成した。熱電対、攪拌機、滴下ロート、還流冷却器、Dean−Starkトラップおよび反応を通して窒素をバブリングする手段を取り付けた100mlのフラスコ中に、以下の成分を投入した。
【0078】
【表1】
【0079】
Vazo(登録商標)−67(ポーション1の一部)を、2mlのMEK(ポーション1の一部)に溶解させた。2mlのMEKを除いて、ポーション1の残りの成分の全てを100mlの反応フラスコ中に添加し、そして次に、得られる混合物をその還流温度まで上昇させた。次に、開始剤溶液を1回でフラスコ中に添加した。開始剤容器を、残りの2mlのMEKですすぎ、そして反応フラスコ中に添加した。Vazo(登録商標)−67開始剤の注入に速やかに引き続いて、ポーション2のVazo(登録商標)−52をMEK中に完全に溶解させ、そして還流温度において300分かけて供給した。次に溶媒をストリップして、未反応のアクリロニトリルを除去した。次に、20mlのMEKを加え、そして再びストリップしてポリマー中に残存する痕跡量のアクリロニトリルを除去した。反応フラスコ中に毎回20mlのMEKを添加することにより、ストリッピング手順をさらに2回繰り返した。最後に、大過剰(300ml)の石油エーテル中へポリマー溶液を添加することにより、ポリマーを析出させた。析出したポリマーを濾過し、そして石油エーテルで2回洗浄した。湿潤したポリマーを、60℃において12時間にわたって真空オーブン中で乾燥して。収量は7.15グラム(17.8%)であった。得られるポリマーは、2610の分子量(Mn)および1.37の多分散性を有すると特徴づけられた。C−13 NMR分析は、共重合体組成(モル部)がP(AN/IBFA/NBFA)(68/10/22 m/m/m)であることを示した。
【0080】
異なる厚さを有する2つのフィルムサンプルを、このポリマーから作成し、それらの厚さを測定し、および前述の一般的手順を用いてそれらの157nmにおける吸光係数値を測定した。
【0081】
第1のフィルムサンプルは、501Åの厚さを有し、および157nmにおいて2.91の吸収係数を示した。第2のフィルムサンプルは、833Åの厚さを有し、および157nmにおいて3.18の吸収係数を示した。
【0082】
(実施例5)
P(AN/IBFA/NBFA/tBA)
(62/4/18/16)(モルパーセント)
このポリマーを、次の手順を用いて、アクリロニトリル、1,1,1−トリフルオロ−4−メチル−2−(トリフルオロメチル)−4−ペンテン−2−オール(コモノマー3)、3−[(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−イル)メトキシ]−1,1,1−トリフルオロ−2−(トリフルオロメチル)−2−プロパノール(コモノマー2)、およびt−ブチルアクリレートのフリーラジカル共重合により合成した。熱電対、攪拌機、滴下ロート、還流冷却器、Dean−Starkトラップおよび反応を通して窒素をバブリングする手段を取り付けた100mlのフラスコ中に、以下の成分を投入した。
【0083】
【表2】
【0084】
Vazo(登録商標)−67(ポーション1の一部)を、2mlのMEK(ポーション1の一部)に溶解させた。2mlのMEKを除いて、ポーション1の残りの成分の全てを100mlの反応フラスコ中に添加し、そして次に、得られる混合物をその還流温度まで上昇させた。次に、開始剤溶液を1回でフラスコ中に添加した。開始剤容器を、残りの2mlのMEKですすぎ、および反応フラスコ中に添加した。Vazo(登録商標)−67開始剤の注入に速やかに引き続いて、ポーション2のVazo(登録商標)−52をMEK中に完全に溶解させ、そして還流温度において300分かけて供給した。次に溶媒をストリップして、未反応のアクリロニトリルを除去した。次に、20mlのMEKを加え、そして再びストリップしてポリマー中に残存する痕跡量のアクリロニトリルを除去した。反応フラスコ中に毎回20mlのMEKを添加することにより、ストリッピング手順をさらに2回繰り返した。最後に、大過剰(300ml)の石油エーテル中へポリマー溶液を添加することにより、ポリマーを析出させた。析出したポリマーを濾過し、そして石油エーテルで2回洗浄した。湿潤したポリマーを、60℃において12時間にわたって真空オーブン中で乾燥した。収量は10グラム(23.7%)であった。得られるポリマーは、2646の分子量(Mn)および1.44の多分散性を有すると特徴づけられた。C−13 NMR分析は、共重合体組成(モル部)がP(AN/IBFA/NBFA/tBA)(64/4/18/16 m/m/m/m)であることを示した。
【0085】
前述の手順を用いて、このポリマーから作製される異なる厚さを有する2つのフィルムサンプルの157nmにおける吸光係数値を測定した。第1のフィルムサンプルは、579Åの厚さを有し、および157nmにおいて3.98の吸収係数を示した。第2のフィルムサンプルは、702Åの厚さを有し、および157nmにおいて3.77の吸収係数を示した。
【0086】
(実施例6)
以下の成分を有する溶液を調製し、および終夜にわたって磁気的に攪拌した。
【0087】
Brewer Science Inc. Model−100CB組合せスピンコータ/ホットプレートを用い4インチ直径のシリコンウェーハ(P型、100配向)上に、前記溶液のスピンコーティングを行った。リソテックジャパン株式会社レジスト現像アナライザー(Model−790)(リソテックジャパン株式会社、川口、埼玉、日本)により、現像を実施した。
【0088】
6mlのヘキサメチルジシラザン(HMDS)プライマーを堆積させ、そして5秒間にわたり1000回転毎秒(rpm)、そして次に10秒間にわたって3500rpmで回転させることにより、ウェーハを準備した。次に、4mlの上記溶液を、0.45μPTFE(ポリ(テトラフルオロエチレン))シリンジフィルタを通して濾過した後に堆積させ、そして60秒間にわたり3000rpmで回転させ、そして60秒間にわたって120℃でベークした。ORIEL Model−82421 Solar Simulator(1000ワット)からの広帯域紫外(UV)光を248nmにおいて約30%のエネルギーを通過させる248nm干渉フィルターを通過させることにより得られる248nm光に対して、被覆されたウェーハを露光した。露光時間は300秒であり、205.0mJ/cm2の線量を与え、種々の中間色光学濃度を有する18位置を有するマスクを通して、種々の露光線量を与えた。次に、露光されたウェーハを120秒にわたって100℃でベークした。ウェーハを、合計で360秒(60秒および300秒の期間)にわたって、22℃において、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液(ONKA, NMD−3、2.38%TMAH溶液)中で現像した。Model−790 Resist Development Analyzerによる被覆表面の監視は、ポジ画像の形成の証拠を与えた、すなわち、合計約120秒以内に露光された区域が除去され、一方、未露光区域は合計約260〜310秒以内に除去された。
【0089】
(実施例7)
以下の成分を有する溶液を調製し、および終夜にわたって磁気的に攪拌した。
【0090】
【表3】
【0091】
Brewer Science Inc. Model−100CB組合せスピンコータ/ホットプレートを用い4インチ直径のシリコンウェーハ(P型、100配向)上に、前記溶液のスピンコーティングを行った。リソテックジャパン株式会社レジスト現像アナライザー(Model−790)(リソテックジャパン株式会社、川口、埼玉、日本)により、現像を実施した。
【0092】
6mlのヘキサメチルジシラザン(HMDS)プライマーを堆積させ、そして5秒間にわたり1000回転毎秒(rpm)、そして次に10秒間にわたって3500rpmで回転させることにより、ウェーハを準備した。次に、4mlの上記溶液を、0.45PTFEシリンジフィルタを通して濾過した後に堆積させ、そして60秒間にわたり5000rpmで回転させ、そして60秒間にわたって120℃でベークした。ORIEL Model−82421 Solar Simulator(1000ワット)からの広帯域紫外(UV)光を248nmにおいて約30%のエネルギーを通過させる248nm干渉フィルターを通過させることにより得られる248nm光に対して、被覆されたウェーハを露光した。露光時間は30秒であり、20.5mJ/cm2の線量を与え、種々の中間色光学濃度を有する18位置を有するマスクを通して、種々の露光線量を与えた。次に、露光されたウェーハを120秒にわたって120℃でベークした。ウェーハを、60秒にわたって、22℃において、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液(ONKA, NMD−3、2.38%TMAH溶液)中で現像して、ポジ画像を与えた。
【0093】
(実施例8)
NB−F−OHの合成
メカニカルスターラ、滴下ロートおよび窒素注入口を取り付けた乾燥した丸底フラスコを、窒素で洗い流し、そして19.7g(0.78モル)の95%水素化ナトリウムおよび500mlの無水DMFを投入した。攪拌される混合物を5℃まで冷却し、そして温度が15℃未満に維持されるように、80.1g(0.728モル)のエキソ−ノルボルネン−2−オールを滴下した。得られる混合物を1/2時間にわたって攪拌した。室温において、HFIBO(131g、0.728モル)を滴下した。得られる混合物を終夜にわたって室温にて攪拌した。メタノール(40ml)を添加し、および大部分のDMFを減圧下ロータリーエバポレータにより除去した。残渣を200mlの水で処理し、そしてpHが約8.0になるまで氷酢酸を添加した。水性混合物を、3×150mlのエーテルで抽出した。組み合わせたエーテル抽出物を、3×150mlの水および150mlの塩水で洗浄し、無水硫酸ナトリウム上で乾燥し、そして、ロータリーエバポレータにより油状物まで濃縮した。0.15〜0.20トールおよび30〜60℃のポット温度におけるKugelrohr蒸留が、190.1(90%)の生成物を与えた。1H NMR(δ,CD2Cl2) 1.10〜1.30(m,1H),1.50(d,1H),1.55〜1.65(m,1H),1.70(s,1H),1.75(d,1H),2.70(s,1H),2.85(s,1H),3.90(d,1H),5.95(s,1H),6.25(s,1H)。同様に調製される別のサンプルを元素分析にかけた。C11H12F6O2に関する計算値:C,45.33;H,4.17;F,39.28。実測値:C,44.98;H,4.22;F,38.25。
【0094】
(実施例9)
NB−F−OMOMの合成
マグネティックスターラ、滴下ロート、熱電対および窒素注入口を取り付けた乾燥した丸底フラスコに、5.05g(0.2モル)の95%水素化ナトリウムおよび200mlのTHFを投入した。混合物を0℃まで冷却し、そして55.7g(0.192モル)のNB−F−OHを滴下し、H2発生および6℃への発熱をもたらした。混合物を2時間にわたって攪拌して、黄色の均一溶液を与えた。クロロメチルメチルエーテル(1.52ml、0.2モル)(Aldrich Chemical Company)を滴下した。得られる混合物を、析出物の形成を伴って終夜にわたり攪拌した。混合物を濾過し、および固形物を3×50mlのTHFで洗浄した。合わせた濾液および洗浄液を、ロータリーエバポレータにより黄色油状物まで濃縮した。30〜47℃および0.13トールにおけるKugelrohr装置中での該油状物の蒸留は、少量の前留の後に47.1g(73%)の生成物を与えた。1H NMR(δ,CDCl3)1.40(m,1H),1.58(m,2H),1.68(m,1H),2.78(s,1H),2.90(s,1H),3.45(s,3H),3.50(m,1H),4.08(dd,1H),5.08(s,2H),5.96(m,1H),6.11(m,1H)。19F NMR(δ,CDCl3)−76.8(s)。同様に調製される別のサンプルを元素分析にかけた。C13H16F6O3の計算値:C,46.71;H,4.82;F,34.10。実測値:C,46.26;H,5.03;F,32.01。
【0095】
(実施例10)
P(AN/NB−F−OMOM/MAA)
(50/28/22)(モルパーセント)
熱電対、攪拌機、滴下ロート、還流冷却管、Dean−Starkトラップおよび反応を通して窒素をバブリングする手段を取り付けた100mlのフラスコに対して、以下の成分を投入することにより、アクリロニトリル(AN)/メトキシメチルノルボルニレンヘキサフルオロアルコールエーテル付加物(NB−F−OMOM)/メタクリル酸(MAA)共重合体を調製した。
【0096】
【表4】
【0097】
Vazo(登録商標)−67開始剤(ポーション1の一部)を、2グラムのアセトン(ポーション1の一部)に溶解させた。ポーション1の残りの構成要素を100ml反応フラスコ中に添加し、そして還流温度まで加熱した。次に、開始剤溶液を該フラスコ中に1回で添加した。開始剤容器を残りの1.169gのアセトンですすぎ、そして反応フラスコ中に添加した。Vazo(登録商標)−67開始剤の注入に速やかに引き続いて、ポーション2のモノマーおよび開始剤をアセトン中に完全に溶解させ、そして還流温度において240分かけて供給した。その供給が終了した後に、アセトン中に溶解したポーション3の開始剤を反応容器中に1回で添加した。反応をさらなる90分間にわたって還流にて継続した。次に溶媒をストリップして、未反応のアクリロニトリルを除去した。次に、18mlのアセトンを加え、そして再びストリップしてポリマー中に残存する痕跡量のアクリロニトリルを除去した。反応フラスコ中に毎回18mlのアセトンを添加することにより、ストリッピング手順をさらに3回繰り返した。最後に、大過剰(700グラム)の石油エーテル中にポリマー溶液を添加することにより、ポリマーを析出させた。溶媒をデカントした後に、少量の石油エーテルを用いて白色ポリマー粉末を洗浄し、そしてデカントした。湿潤したポリマーを、40℃において12時間にわたって真空オーブン中で乾燥した。C−13 NMR分析は、共重合体組成(モル部)がP(AN/NB−F−OMOM/MAA)(50.6/27.9/21.6 m/m/m)であることを示した。
【0098】
前述の手順を用いて、このポリマーから作製される異なる厚さを有する2つのフィルムサンプルの157nmにおける吸光係数値を測定した。第1のフィルムサンプルは、505Åの厚さを有し、および157nmにおいて3.33μm−1の吸収係数を示した。第2のフィルムサンプルは、837Åの厚さを有し、および157nmにおいて3.61μm−1の吸収係数を示した。これら2つの値の平均値は、3.47μm−1である。
【0099】
(実施例11)
P(AN/NBFOH/tBMA)
(65/22/13)(モルパーセント)
熱電対、攪拌機、滴下ロート、還流冷却管、Dean−Starkトラップおよび反応を通して窒素をバブリングする手段を取り付けた100mlのフラスコに対して、以下の成分を投入することにより、アクリロニトリル(AN)/ノルボルニレンヘキサフルオロアルコール付加物(NB−F−OH)/第3級ブチルメタクリレート(t−BMA)共重合体を調製した。
【0100】
【表5】
【0101】
Vazo(登録商標)−67開始剤(ポーション1の一部)を、2グラムのアセトン(ポーション1の一部)に溶解させた。ポーション1の残りの構成要素を100ml反応フラスコ中に添加し、そして還流温度まで加熱した。次に、開始剤溶液を該フラスコ中に1回で添加した。開始剤容器を残りの1.169gのアセトンですすぎ、そして反応フラスコ中に添加した。Vazo(登録商標)−67の注入に速やかに引き続いて、ポーション2のモノマーおよび開始剤をアセトン中に完全に溶解させ、そして還流温度において240分かけて供給した。その供給が終了した後に、アセトン中に溶解したポーション3の開始剤を反応容器中に1回で添加した。反応をさらなる90分間にわたって還流にて継続した。次に溶媒をストリップして、未反応のアクリロニトリルを除去した。次に、18mlのアセトンを加え、そして再びストリップしてポリマー中に残存する痕跡量のアクリロニトリルを除去した。反応フラスコ中に毎回18mlのアセトンを添加することにより、ストリッピング手順をさらに3回繰り返した。最後に、大過剰(700グラム)の石油エーテル中へポリマー溶液を添加することにより、ポリマーを析出させた。溶媒をデカントした後に、少量の石油エーテルを用いて白色ポリマー粉末を洗浄し、そしてデカントした。湿潤したポリマーを、50℃において12時間にわたって真空オーブン中で乾燥した。収量は7.86グラム(29.8%)であった。C−13 NMR分析は、共重合体組成(モル部)がP(AN/NB−F−OH/t−BMA)(65.3/21.7/13.0 m/m/m)であることを示した。
【0102】
前述の手順を用いて、このポリマーから作製される異なる厚さを有する2つのフィルムサンプルの157nmにおける吸光係数値を測定した。第1のフィルムサンプルは、644Åの厚さを有し、および157nmにおいて3.35μm−1の吸収係数を示した。第2のフィルムサンプルは、605Åの厚さを有し、および157nmにおいて3.38μm−1の吸収係数を示した。これら2つの値の平均値は、3.37μm−1である。
【0103】
(実施例12)
P(AN/NB−F−OMOM/MAA/tBMA)
(52/18/15/15)(モルパーセント)
熱電対、攪拌機、滴下ロート、還流冷却管、Dean−Starkトラップおよび反応を通して窒素をバブリングする手段を取り付けた100mlのフラスコに対して、以下の成分を投入することにより、アクリロニトリル(AN)/メトキシメチルノルボルニレンヘキサフルオロアルコールエーテル付加物(NB−F−OMOM)/メタクリル酸(MAA)/第3級−ブチルメタクリレート(tBMA)共重合体を調製した。
【0104】
【表6】
【0105】
Vazo(登録商標)−67開始剤(ポーション1の一部)を、2グラムのアセトン(ポーション1の一部)に溶解させた。ポーション1の残りの構成要素を100ml反応フラスコ中に添加し、そして還流温度まで加熱した。次に、開始剤溶液を該フラスコ中に1回で添加した。開始剤容器を残りの1.169gのアセトンですすぎ、そして反応フラスコ中に添加した。Vazo(登録商標)−67の注入に速やかに引き続いて、ポーション2のモノマーおよび開始剤をアセトン中に完全に溶解させ、そして還流温度において240分かけて供給した。その供給が終了した後に、45分にわたって還流において反応を継続し、そして次にアセトン中に溶解したポーション3の開始剤を反応容器中に1回で添加した。反応をさらなる45分間にわたって還流にて継続した。次に溶媒をストリップして、未反応のアクリロニトリルを除去した。次に、18mlのアセトンを加え、そして再びストリップしてポリマー中に残存する痕跡量のアクリロニトリルを除去した。反応フラスコ中に毎回18mlのアセトンを添加することにより、ストリッピング手順をさらに3回繰り返した。最後に、大過剰(650ml)の石油エーテル中へポリマー溶液を添加することにより、ポリマーを析出させた。溶媒をデカントした後に、少量の石油エーテルを用いて白色ポリマー粉末を洗浄し、そしてデカントした。湿潤したポリマーを、45℃において12時間にわたって真空オーブン中で乾燥した。収量は6.19グラム(21.9%)であった。C−13 NMR分析は、共重合体組成(モル部)がP(AN/NB−F−OMOM/MAA/t−BMA)(52.0/18.7/15.4/14.0 m/m/m/m)であることを示した。
【0106】
前述の手順を用いて、このポリマーから作製される異なる厚さを有する2つのフィルムサンプルの157nmにおける吸光係数値を測定した。第1のフィルムサンプルは、683Åの厚さを有し、および157nmにおいて3.88μm−1の吸収係数を示した。第2のフィルムサンプルは、625Åの厚さを有し、および157nmにおいて3.96μm−1の吸収係数を示した。これら2つの値の平均値は、3.92μm−1である。
【0107】
(実施例13)
以下の構成要素を有する溶液を調製し、そして終夜にわたって磁気的に攪拌した。
【0108】
【表7】
【0109】
Brewer Science Inc. Model−100CB組合せスピンコータ/ホットプレートを用い4インチ直径のシリコンウェーハ(P型、100配向)上に、スピンコーティングを行った。リソテックジャパン株式会社レジスト現像アナライザー(Model−790)により、現像を実施した。
【0110】
6mlのヘキサメチルジシラザン(HMDS)プライマーを堆積させ、そして10秒間にわたって5000rpmで回転させることによりウェーハを準備した。次に、約3mlの前記コポリマー含有溶液を、0.45μmPTFEシリンジフィルタを通して濾過した後に堆積させ、そして60秒間にわたり3000rpmで回転させ、そして60秒間にわたって120℃でベークした。
【0111】
ORIEL Model−82841 Solar Simulator(1000ワット)からの広帯域UV光を248nmにおいて約30%のエネルギーを通過させる248nm干渉フィルターを通過させることにより得られる光に対して、被覆されたウェーハを露光することにより、248nm画像形成を行った。露光時間は300秒であり、205mJ/cm2の非減衰線量を与えた。種々の中間色光学濃度を有する18位置を有するマスクを用いて、広範な露光線量を発生させた。露光の後に、露光されたウェーハを120秒にわたって100℃でベークした。
【0112】
該ウェーハを、60秒にわたって、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)水溶液(OHKA, nmD−3、2.38%TMAH溶液)中で現像して、ポジ画像を与えた。
【0113】
(実施例14)
以下の構成要素を有する溶液を調製し、そして終夜にわたって磁気的に攪拌した。
【0114】
【表8】
【0115】
Brewer Science Inc. Model−100CB組合せスピンコータ/ホットプレートを用い4インチ直径のシリコンウェーハ(P型、100配向)上に、スピンコーティングを行った。リソテックジャパン株式会社レジスト現像アナライザー(Model−790)により、現像を実施した。
【0116】
6mlのヘキサメチルジシラザン(HMDS)プライマーを堆積させ、そして10秒間にわたって5000rpmで回転させることによりウェーハを準備した。次に、約3mlの前記溶液を、0.45μmPTFEシリンジフィルタを通して濾過した後に堆積させ、そして60秒間にわたり3000rpmで回転させ、そして60秒間にわたって120℃でベークした。
【0117】
ORIEL Model−82841 Solar Simulator(1000ワット)からの広帯域UV光を248nmにおいて約30%のエネルギーを通過させる248nm干渉フィルターを通過させることにより得られる光に対して、被覆されたウェーハを露光することにより、248nm画像形成を行った。露光時間は300秒であり、205mJ/cm2の非減衰線量を与えた。種々の中間色光学濃度を有する18位置を有するマスクを用いて、広範な露光線量を発生させた。露光の後に、露光されたウェーハを120秒にわたって120℃でベークした。
【0118】
該ウェーハを、60秒にわたって、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)水溶液(OHKA, NMD−3、2.38%TMAH溶液)中で現像して、ポジ画像を与えた。
【0119】
(実施例15)
以下の構成要素を有する溶液を調製し、そして終夜にわたって磁気的に攪拌した。
【0120】
【表9】
【0121】
Brewer Science Inc. Model−100CB組合せスピンコータ/ホットプレートを用い4インチ直径のシリコンウェーハ(P型、100配向)上に、スピンコーティングを行った。リソテックジャパン株式会社レジスト現像アナライザー(Model−790)により、現像を実施した。
【0122】
6mlのヘキサメチルジシラザン(HMDS)プライマーを堆積させ、そして10秒間にわたって5000rpmで回転させることによりウェーハを準備した。次に、約3mlの前記コポリマー含有溶液を、0.45μmPTFEシリンジフィルタを通して濾過した後に堆積させ、そして60秒間にわたり3000rpmで回転させ、そして60秒間にわたって120℃でベークした。
【0123】
ORIEL Model−82421 Solar Simulator(1000ワット)からの広帯域UV光を248nmにおいて約30%のエネルギーを通過させる248nm干渉フィルターを通過させることにより得られる光に対して、被覆されたウェーハを露光することにより、248nm画像形成を行った。露光時間は300秒であり、205mJ/cm2の非減衰線量を与えた。種々の中間色光学濃度を有する18位置を有するマスクを用いて、広範な露光線量を発生させた。露光の後に、露光されたウェーハを100秒にわたって110℃でベークした。
【0124】
該ウェーハを、60秒にわたって、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)水溶液(OHKA, NMD−3、2.38%TMAH溶液)中で現像して、ポジ画像を与えた。
(発明の背景)
1.発明の分野
本発明は光画像形成、および詳細には、半導体デバイスの製造における画像形成のためのフォトレジスト(ポジ型および/またはネガ型)の使用に関する。また、本発明は、レジストおよび潜在的に多くの他の用途における原樹脂として有用である高いUV透明性(特に短波長、たとえば157nmまたは193nmにおいて)を有するポリマー組成物を含有するフォトレジストに関する。
【0002】
2.背景
ポリマー製品は、画像形成および感光性システムの成分として、および特にL. F. Thompson, C. G. Wilson, and M. J. BowdenによるIntroduction to Microlithography, Second Edition (American Chemical Society, Washington DC, 1994)に記載されるような光画像形成システムにおいて用いられる。そのようなシステムにおいては、紫外(UV)光または他の電磁放射線が光活性成分を含有する材料に入射して、その材料中の物理的または化学的変化を誘導する。それによって、半導体デバイスの製造のための有用な画像へと加工することができる潜像が生成される。
【0003】
ポリマー製品それ自身が光活性であってもよいが、一般的には、感光性組成物は、該ポリマー製品に加えて1つ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UV光)に対する露光時に、前述のThompsonらの刊行物に記載されるように、光活性成分が機能して、感光性組成物のレオロジー的状態、溶解性、表面特性、屈折率、色、電磁的性質および/または他のそのような物理的または化学的特性を変化させる。
【0004】
半導体デバイス中のサブミクロンレベルの非常に微細な造作を画像形成するためには、遠紫外または極紫外の電磁放射線が必要である。半導体製造には、一般的にポジ型フォトレジストが用いられる。ノボラックポリマー類と、溶解抑制剤としてジアゾナフトキノン類とを用いる365nmのUV(I線)におけるリソグラフィが、現在確立されているチップ技術であり、約0.35〜0.30ミクロンの解像限界を有する。p−ヒドロキシスチレンポリマー類を用いる248nmの遠紫外におけるリソグラフィが知られており、および0.35〜0.18nmの解像限界を有する。波長を減少させることを用いて解像下限を減少させること(すなわち、193nm画像形成における0.18〜0.12ミクロンの解像限界、および157nm画像形成における約0.07ミクロンの解像限界)により、より短い波長における将来のフォトリソグラフィに対する強い推進力が存在する。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)を用いるフォトリソグラフィが、0.18および0.13μm設計基準を用いる将来のマイクロエレクトロニクス製造に対する最も有力な候補である。157nmの露光波長(フッ素エキシマーレーザーから得られる)を用いるフォトリソグラフィは、さらに遠い先にある(193nmを越える)将来のミクロリソグラフィの最も有力な候補である。これらの非常に短い波長における充分な透明性および他の必要とされる性質を有するフォトレジスト材料に対する強い要求が存在する。従来の近UVおよび遠UV有機フォトレジストの193nm以下の波長における不透明性が、これらの短波長における単層構成でのそれらレジストの使用を不可能にする。
【0005】
157nmにおける画像形成のために適切であるフォトレジスト組成物(本明細書中では「レジスト」とも呼ぶ)は、現在知られていない。この157nmレジストの現在の状況の主たる理由は、全ての慣用のレジスト材料がこの波長を相当な程度まで吸収して、157nmレジスト中の成分としてのそれらの使用を不可能にすることである。
【0006】
193nm、および特に157nmまたはより短い波長における使用に適当な新規レジスト組成物(これらの波長における高い透明性のみならず、良好なプラズマエッチ抵抗性、現像性および粘着特性を含む適切な他の基幹となる特性をも有する)に関する決定的な要求が存在する。
【0007】
(発明の概要)
いくつかの実施形態において、本発明は、
(a)(i)構造
−C(Rf)(Rf’)OH
(式中、RfおよびRf’は、1から約10個の炭素原子を有する同一または異なるフルオロアルキル基であるか、または一緒になって(CF2)n(nは2から約10である)である)を有するフルオロアルコール官能基を含有する少なくとも1つのエチレン性不飽和化合物から誘導される反復単位と、
(ii)構造
(H)(R1)C=C(R2)(CN)
(式中、R1は水素原子またはCN基であり;R2はC1〜C8アルキル基、水素原子またはCO2R3基(R3はC1〜C8アルキル基または水素原子である)である)を有する少なくとも1つのエチレン性不飽和化合物から誘導される反復単位とを含むポリマーと;
(b)少なくとも1つの光活性成分と
を含むフォトレジストである。
【0008】
別の実施形態において、本発明は、
(A)基板上にフォトレジスト組成物を付着してフォトレジスト層を形成する工程であって、該フォトレジスト組成物は、
(i)(a)構造
−C(Rf)(Rf’)OH
(式中、RfおよびRf’は、1から約10個の炭素原子を有する同一または異なるフルオロアルキル基であるか、または一緒になって(CF2)n(nは2から約10である)である)を有するフルオロアルコール官能基を含有する少なくとも1つのエチレン性不飽和化合物から誘導される反復単位と、
(b)構造
(H)(R1)C=C(R2)(CN)
(式中、R1は水素原子またはCN基であり;R2はC1〜C8アルキル基、水素原子またはCO2R3基(R3はC1〜C8アルキル基または水素原子である)である)を有する少なくとも1つのエチレン性不飽和化合物から誘導される反復単位とを含むポリマーと;
(ii)少なくとも1つの光活性成分と
を含む工程と;
(B)該フォトレジスト層を画像様に露光して、画像形成区域および非画像形成区域を形成する工程と;
(C)画像形成区域および非画像形成区域を有する露光されたフォトレジスト層を現像して、該基板上のフォトレジスト画像を形成する工程と
を順に含む基板上のフォトレジスト画像を調製するための方法である。
【0009】
本発明のフォトレジストおよび関連する方法のいくつかの具体的実施形態に関して、フォトレジストの成分として存在するポリマー(ニトリル/フルオロアルコール含有ポリマー)は、157nmの波長において好ましくは5.0μm−1未満の吸光係数を有する。他のある種の実施形態においては、(ニトリル/フルオロアルコール含有)ポリマーは、保護された酸性基および/または脂肪族多環式官能基をさらに含む。いくつかの実施形態において、フォトレジストおよび関連する方法の光活性成分は、光酸発生剤である。さらに他の実施形態において、フォトレジストおよび関連する方法は、溶解抑制剤をさらに含む。
【0010】
(発明の詳細な説明)
本発明のポリマー(およびポリマーから構成されるフォトレジスト)の基幹となる特徴は、シアノ(CN)基を含有する反復単位と、フルオロアルコール官能基を含有する反復単位とのポリマー中での協調的組合せである。該ポリマーの別の特徴は、極UVおよび遠UVをポリマーが有害に吸収するのに充分な量の官能基がないことである。ポリマーが塩基性媒質中で現像可能であるのに充分な酸性であり、同時に現像性のために存在する代替の官能基(カルボン酸のようなもの)を有する必要性を最小限にするために、フルオロアルコール官能基を含有する反復単位の存在が望ましい。その代替の官能基は、これらの材料をこれらの低い画像形成波長(たとえば157nmまたは193nm)で用いるには高すぎる深UVにおける吸収をもたらす恐れがある。ポリマーが高い光学的透明性(すなわち極UVおよび遠UVにおける低い光学吸収を有すること)および改善されたエッチ抵抗性を有し、同時にこれらのポリマーに対して、改善された現像性を著しく付与し、他の方法で通常必要とされるより低いレベルのフルオロアルコール官能基を用いて適切な現像特性を与える極性官能基を提供するために、これらのポリマー中のシアノ(CN)官能基を含有する反復単位の存在が望ましい。ポリマーが高い光学透明性を備えるために、ポリマーの反復単位中で極紫外を吸収する芳香族基のような官能基を最小限度にすることが望ましい。
【0011】
(ニトリル/フルオロアルコール−含有ポリマー)
本発明にしたがってフルオロアルコール官能基を含有する少なくとも1つのエチレン性不飽和化合物から誘導される反復単位を含む所与のニトリル/フルオロアルコール含有ポリマーは、フルオロアルコール官能基の一部として存在するフルオロアルキル基を有する。
【0012】
これらのフルオロアルキル基は、RfおよびRf’として示され、それらは部分的にフッ素化されたアルキル基または完全にフッ素化されたアルキル基(すなわち、ペルフルオロアルキル基)であることができる。RfおよびRf’で示される基は、1から約10個の炭素原子を有する同一もしくは異なるフルオロアルキル基であるか、または一緒になって(CF2)n(ここで、nは2から約10である)である。術語「一緒になって」とは、RfおよびRf’が独立した別個のフッ素化されたアルキル基ではなく、むしろ一緒になって、それらが環構造(5員環の場合に以下に示されるようなもの)を形成することを意味する。
【0013】
【化1】
【0014】
RfおよびRf’は、充分なフッ素化の程度が存在して、フルオロアルコール官能基のヒドロキシル(−OH)基に酸性を付与し、ヒドロキシルプロトンが塩基性媒質中(水酸化ナトリウム水溶液またはテトラアルキルアンモニウム溶液中のようなもの)で実質的に除去されるようにしなければならないことを除いて、本発明による制限なしに、部分的にフルオロ化されたアルキル基であることができる。本発明によれば、通常、ヒドロキシル基が約11以下のpKa値を有するような、フルオロアルコール官能基のフッ素化された官能基中の充分なフッ素置換が存在する。本発明による好ましい場合において、ヒドロキシル基が約4と約11との間のpKa値を有するような、フルオロアルコール官能基のフッ素化された官能基中の充分なフッ素置換が存在する。より好ましくは、RfおよびRf’は、独立的に、1から5個の炭素原子を有するペルフルオロアルキル基であり、および最も好ましくは、RfおよびRf’の両方がトリフルオロメチル(CF3)基である。
【0015】
フルオロアルコール官能基を含有する一般化された構造式(上述)および本発明の範囲に含まれるモノマーのいくつかの例示的であるが非制限的な例を以下に与える。
【0016】
【化2】
【0017】
本発明の特定の実施形態に関して、フルオロアルコール官能基は以下の構造を有する。
−XCH2C(Rf)(Rf’)OH
式中、RfおよびRf’は、1から約10個の炭素原子を有する同一もしくは異なるフルオロアルキル基であるか、または一緒になって(CF2)n(ここで、nは2から約10である)であり;Xは、酸素原子、硫黄原子、窒素原子、リン原子、他のVA族元素、および他のVIA族元素(Sargent Welch Periodic Table, 1979, Sargent Welch Scientific Company (Skokie, IL))からなる群から選択される。術語「他のVA族元素」および「他のVIA元素」は、これらの基において列挙された元素(すなわち、酸素、硫黄、窒素、リン)以外である、周期表のこれらの族の1つの任意の他の元素を意味すると理解される。酸素が好ましいX基である。
【0018】
本発明のニトリル/フルオロアルコール含有ポリマー中に存在するニトリル官能基の少なくとも一部は、少なくとも1つのニトリル基を有し、および構造
(H)(R1)C=C(R2)(CN)
(式中、R1はHまたはCNであり;R2はC1〜C8アルキル、HまたはCO2R3(R3はC1〜C8アルキル基または水素原子である)である)を有する少なくとも1つのエチレン性不飽和化合物から誘導される反復単位の組み込みによりもたらされる。CNはシアノ(ニトリル)基を表す。アクリロニトリル、メタクリロニトリル、フマロニトリル(トランス−1,2−ジシアノエチレン)、およびマレオニトリル(シス−1,2−ジシアノエチレン)が好ましい。アクリロニトリルが最も好ましい。
【0019】
好ましくは、フルオロアルコール官能基を含有する少なくとも1つのエチレン性不飽和化合物から誘導され、ニトリル/フルオロアルコール含有ポリマーは、ニトリル/フルオロアルコール含有ポリマー中に約10から約60モルパーセント存在する反復単位と、少なくとも1つのニトリル基を含有する少なくとも1つのエチレン性不飽和化合物から誘導され、該ポリマー中に約20から約80モルパーセント存在する反復単位とを有することにより、特徴づけられる。低吸収係数を達成することに関してより好ましいニトリル/フルオロアルコールポリマーは、該ポリマーの残余の少なくとも一部を形成するニトリルを含有する比較的少量の反復単位とともに、フルオロアルコール官能基を含有する少なくとも1つのエチレン性不飽和化合物から誘導され、該ポリマー中に45モルパーセント以下、およびさらに好ましくは30モルパーセント以下で存在する反復単位を有することにより、特徴づけられる。
【0020】
しかし、現像性のために必要とされる、ポリマーを塩基性水溶液(たとえば、標準的な0.262NのTMAH溶液)中に可溶性および/または分散可能にするために最小限のレベルのフルオロアルコール官能基が通常存在することは認識される。この最小限のレベルは、分子量のようなポリマーの他のパラメータに伴うことに加えて、フルオロアルコール官能基を担持する部分の構造、ならびにポリマー中に存在するコモノマーの選択およびそれらの濃度に伴って変化し得る。水性塩基性媒質中の低すぎる溶解性を有することが見出されたフルオロアルコールを有するポリマーのいくつかの具体的で例示的な例は、AN/IBFA(76/24)およびAN/IBFA/NB(61/21/18)である。当業者は、所与のポリマーが塩基性水溶液中に可溶/分散可能であるか否かを、容易に決定することができる。ポリマー中に適切な最小限の濃度のフルオロアルコール官能基を有してポリマーに塩基溶解性/分散可能性を付与することに関するこの要件は、電磁放射スペクトルの遠/極UV範囲におけるポリマーの透明性を最大限にするために、実現可能な限り低いレベルを保つことに対して調和させられる。
【0021】
本発明の1つの実施形態において、フォトレジストは少なくとも1つの保護された官能基を含む。少なくとも1つの保護された官能基の官能基は、典型的には、酸性官能基および塩基性官能基から成る群から選択される。保護された官能基の官能基の非制限的な例は、カルボン酸およびフルオロアルコールである。ポリマーの少なくとも1つのフルオロアルコール官能基またはポリマーの他の官能基(カルボン酸基のようなもの)を保護してもよい。別の実施形態においては、保護された官能基を含有する添加剤組成物を、フォトレジスト組成物中に組み込んでもよい。そのような添加剤が含まれる場合には、ポリマーの官能基は保護されなくてもよいし、または、いくらかもしくは全てのポリマーの官能基を保護してもよい。このようにフォトレジスト組成物は、カルボン酸、フルオロアルコール(ニトリル/フルオロアルコールポリマー由来、しかし加えて添加剤由来であることもできる)、保護されたフルオロアルコール、および保護されたカルボン酸から成る群から選択される少なくとも1つの構成要素を含んでもよい。
【0022】
本発明の所与のニトリル/フルオロアルコールポリマーは、保護された酸性基をさらに含んでもよい。これらの実施形態において、保護された酸性基を含有するニトリル/フルオロアルコールポリマーの反復単位のパーセントは、概して約1から約70モルパーセントまで;好ましくは5から55モルパーセントまで;およびより好ましくは10から45モルパーセントまで変動する。
【0023】
別の実施形態において、本発明のニトリル/フルオロアルコールポリマーは、脂肪族多環式官能基を含むことができる。この実施形態において、脂肪族多環式官能基を含有するニトリル/フルオロアルコールポリマーの反復単位のパーセントは、約1から約70モルパーセントまで;好ましくは約10から約55モルパーセントまで;およびより好ましくは約20から約45モルパーセントまで変動する。
【0024】
本発明のニトリル/フルオロアルコールポリマーは、好ましくはニトリル/フルオロアルコールポリマー中に芳香族官能基が存在しないことを条件として、本明細書に具体的に言及されたもの以外の追加の官能基を含有することができる。これらのポリマー中の芳香族官能基の存在は、それらの透明性を損ない、およびこれらの波長において画像形成されるフォトレジストにおける使用に適切であるためには深UV域および極UV域において強度に吸収しすぎることをもたらすことが見出された。
【0025】
本発明にしたがう多くの実施形態において、所定のニトリル/フルオロアルコールポリマーは、157nmの波長において好ましくは5.0μm−1未満、この波長においてより好ましくは4.0μm−1未満、さらにこの波長においてより好ましくは3.5μm−1未満、およびこの波長において最も好ましくは3.00μm−1未満の吸収係数を有する。
【0026】
本発明のポリマーを、実施例において述べられている溶液重合手順によって合成することができる。当業者に知られている一般的に用いられる有機溶媒のいずれもを、重合のための溶媒として用いることができる。重合のために用いられる溶媒は、ポリマーの組成に依存する。重合のための温度は、重合が大気圧および還流条件下で実施される場合、重合反応混合物の還流温度以下であることができる。重合が減圧下で実施される場合、重合温度は約20℃から約150℃の範囲内であることができる。あるいはまた、上記ポリマーを、(a)乳化重合手順または(b)懸濁(ビード)重合手順によって合成することができる。
【0027】
(分枝ポリマー)
本発明のいくつかの実施形態において、ポリマーは、線状主鎖セグメントに沿って化学的に結合される1つまたは複数の分枝セグメントを含む分枝ポリマーである。分枝ポリマーを、少なくとも1つのエチレン性不飽和マクロモノマー成分および少なくとも1つのエチレン性不飽和コモノマーのフリーラジカル付加重合中に形成することができる。エチレン性不飽和マクロモノマー成分は、数百と約40000との間の数平均分子量(Mn)を有し、および重合により得られる線状主鎖セグメントは約2000と約500000との間の数平均分子量(Mn)を有する。線状主鎖セグメント対分枝セグメントの重量比は、約50/1から約1/10の範囲内、および好ましくは約80/20から約60/40の範囲内にある。該マクロモノマー成分は、好ましくは約500から約40000までの、およびより好ましくは約1000から約15000までの数平均分子量(Mn)を有する。典型的には、そのようなエチレン性不飽和マクロモノマー成分は、マクロモノマー成分を形成するのに用いられる約2から約500個のモノマー単位、好ましくは約30および約200個の間のモノマー単位、および最も好ましくは約10から約50個のモノマー単位のモノマー単位に由来するものと等価の数平均分子量を有することができる。
【0028】
好ましい実施形態において、分枝ポリマーは約25質量%から約100質量%まで、好ましくは約50質量%から約100質量%まで、およびより好ましくは約75質量%から約100%までの相溶化基(すなわち光酸発生剤との相溶性を増大させるために存在する官能基)を含有する。イオン性光酸発生剤のために適当な相溶化基は、非親水性極性基および親水性極性基の両方を含むが、それらに限定されるものではない。適当な非親水性極性基は、シアノ(−CN)およびニトロ(−NO2)を含むが、それらに限定されるものではない。適当な親水性極性基は、ヒドロキシ(OH)、アミノ(NH2)、アンモニウム、アミド、イミド、ウレタン、ウレイドまたはメルカプトのようなプロトン性基;あるいはカルボン酸(CO2H)、スルホン酸、スルフィン酸、リン酸、またはリン酸あるいはそれらの塩を含むが、それらに限定されるものではない。好ましくは、相溶化基は、分枝セグメント中に存在する。
【0029】
好ましくは、分枝ポリマー中に存在する保護された酸性基は、UVまたは他の化学線に対する露光および引き続く露光後ベーキングの後に(すなわち、脱保護中に)、フルオロアルコール基および/またはカルボン酸基を生成する。本発明の感光性組成物中に存在する場合、分枝ポリマーは、保護された酸性基を含有するモノマー単位の、典型的には約3質量%から約40質量%の間、好ましくは約5質量%から約50質量%の間、およびより好ましくは約5質量%から約20質量%の間を含有する。そのような好ましい分枝ポリマーの分枝セグメントは、典型的には存在する保護された酸性基の35%から100%の間を含有する。そのような分枝ポリマーは、完全に脱保護される(全ての保護された酸性基が遊離の酸性基へと変換される)ときに、約20と約500との間、好ましくは約30と約330との間、およびより好ましくは約30と約130との間の酸価を有し、および類似してエチレン性不飽和マクロモノマー成分は、好ましくは約20と約650との、より好ましくは約90と約300との間の酸価を有し、および遊離の酸性基の大部分は分枝セグメント中にある。
【0030】
特定の実施形態において、分枝ポリマーは、線状主鎖セグメントに沿って化学的に結合した1つまたは複数の分枝セグメントを含み、ここで分枝ポリマーは約500から約40000までの数平均分子量(Mn)を有する。分枝ポリマーは少なくとも約0.5質量%の分枝セグメントを有する。ポリマーアームとしても知られる分枝セグメントは、典型的には線状主鎖セグメントに沿ってランダムに分布している。「ポリマーアーム」すなわち分枝セグメントは、少なくとも2つの反復するモノマー単位を有するポリマーまたはオリゴマーであり、それは共有結合によって線状主鎖セグメントに結合している。分枝セグメント、すなわちポリマーアームを、マクロマーおよびコモノマーの付加重合プロセス中に、マクロマー成分として分枝ポリマー中に組み込むことができる。本発明の目的のための「マクロマー」は、末端エチレン性不飽和で重合可能な基を含有し、数百から約40000まで変動する分子量を有するポリマー、コポリマーまたはオリゴマーである。好ましくは、マクロマーは、エチレン性基によってエンドキャップされる線状ポリマーまたはコポリマーである。分枝ポリマーは、典型的には1つまたは複数のポリマーアーム、および好ましくは少なくとも2つのポリマーアームを担持するコポリマーであり、およびその重合プロセス中に用いられるモノマー成分の約0.5%と約80質量%との間、好ましくは約5と約50質量%との間はマクロモノマーであることを特徴とする。典型的には、重合プロセス中にマクロマーと共に用いられるコモノマー成分は同様に、エチレン性不飽和マクロマーと重合することができる単一のエチレン性基を含有する。
【0031】
エチレン性不飽和マクロマーおよび分枝ポリマーの分枝セグメント、および/または分枝ポリマーの主鎖は、それに対して1つまたは複数の保護された酸性基を結合させることができる。本発明の目的のためには、「保護された酸性基」とは、脱保護される際に、それが結合しているマクロマーおよび/または分枝ポリマーの水性環境における溶解性、膨潤性、または分散可能性を向上させる遊離の酸性官能基を与える官能基を意味する。保護された酸性基は、それらの形成中または形成後のいずれかにおいて、エチレン性不飽和マクロマー、および得られる分枝ポリマー中の分枝セグメント、および/または分枝ポリマーの主鎖中に組み込まれてもよい。
【0032】
分枝ポリマーを形成するためには、マクロマーおよび少なくとも1つのエチレン性不飽和モノマーを用いる付加重合が好ましいとはいえ、付加または縮合のいずれかを用いる分枝ポリマーを調製するための全ての知られている方法を、本発明において用いることができる。さらに、あらかじめ形成された主鎖および分枝セグメント、またはその場で重合されるセグメントのいずれの使用もまた、本発明に対して適用可能である。
【0033】
線状主鎖セグメントに結合した分枝セグメントを、米国特許第4,680,352号および米国特許第4,694,054号中の一般的な記載に与えられるような、当該技術においてよく知られている方法によって調製される末端エチレン性不飽和マクロマーから誘導することもできる。
【0034】
分枝ポリマーを、任意の慣用の重合方法により調製してもよい。分枝ポリマー、または櫛形ポリマーは、1つまたは複数の相溶性のエチレン性不飽和マクロマー成分と1つまたは複数の相溶性の慣用のエチレン性不飽和マクロマー成分と、1つまたは複数の相溶性の慣用のエチレン性不飽和モノマー成分とから調製してもよい。好ましい付加重合可能なエチレン性不飽和モノマー成分は、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、フマロニトリル、マレオニトリル、保護されたおよび/または保護されていない不飽和フルオロアルコール類、および保護されたおよび/または保護されていない不飽和カルボン酸類である。
【0035】
(光活性成分(PAC))
本発明の組成物は、少なくとも1つの光活性成分(PAC)を含有する。その光活性成分は、通常、化学線に対する露光時に酸または塩基のいずれかを与える化合物である、化学線に対する露光時に酸が生成される場合、PACは光酸発生剤(PAG)と称される。化学線に対する露光時に塩基が生成される場合、PACは光塩基発生剤(PBG)と称される。
【0036】
本発明に適当な光酸発生剤は、1)スルホニウム塩(構造I)、2)ヨードニウム塩(構造II)、および3)構造IIIのようなヒドロキサム酸エステルを含むが、それらに限定されるものではない。
【0037】
【化3】
【0038】
構造I〜IIにおいて、R4〜R6は、独立的に置換または無置換のアリール、または置換または無置換のC1〜C20アルキルアリール(アラルキル)である。代表的アリール基は、フェニルおよびナフチルを含むが、それらに限定されるものではない。適当な置換基は、ヒドロキシル(−OH)およびC1〜C20アルキルオキシ(たとえばC10H21O)を含むがそれらに限定されるものではない。構造I〜IIにおけるアニオンX−は、SbF6 −(ヘキサフルオロアンチモナート)、CF3SO3 −(トリフルオロメタンスルホナート=トリフラート)、およびC4F9SO3 −(ペルフルオロブチルスルホナート)であることができるが、それらに限定されるものではない。
【0039】
(PAC触媒作用による除去のための保護基)
本発明のレジスト組成物のニトリル/フルオロアルコール含有ポリマーは、保護された酸性フルオロアルコール基、および/または光活性化合物(PAC類)から光分解的に発生される酸または塩基の触媒作用により、レジスト被膜の現像を可能にする親水性の酸性または塩基性基を生じることができる他の酸性または塩基性基を有する1つまたは複数の成分を含有してもよい。通常、所定の保護された酸性または塩基性基は、画像様露光時に光酸または光塩基が生成される際に、それら酸または塩基が脱保護および水性条件下での現像のために必要な親水性の酸性または塩基性基の生成を触媒するように、それが酸不安定または塩基不安定であることに基づいて選択されるものである。加えて、ニトリル/フルオロアルコール含有ポリマーは、保護されていない酸性基または塩基性基を同様に含有してもよい。ニトリル/フルオロアルコール含有ポリマーは、少なくとも1つ、2つ以上、または全ての保護されているフルオロアルコール基を含有してもよい。本発明のニトリル/フルオロアルコール含有ポリマーから構成されるフォトレジストを加熱して、画像形成に必要な脱保護を促進することができる。脱保護される際に、官能基は、該官能基が結合しているポリマーの水性環境における溶解性、膨潤性および/または分散可能性を向上させる遊離の酸性官能基を与える。
【0040】
光発生される酸に対する暴露時に親水性基として酸性基を与える保護された酸性基を有する成分の非制限的な例は、a)第3級カチオンを形成するかまたは第3級カチオンへと転位することができるエステル類、b)ラクトンのエステル類、c)アセタールエステル類、d)β−環状ケトンエステル類、e)α−環状エーテルエステル類、f)MEEMA(メトキシエトキシエチルメタクリレート)およびアンキメリックアシスタンスにより容易に加水分解可能な他のエステル類、g)フッ素化されたアルコールおよび第3級脂肪族アルコールから形成されるカーボネート類を含む。カテゴリーa)のいくつかの具体的な例は、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。カテゴリーb)のいくつかの具体的な例は、γ−ブチロラクトン−3−イル、γ−ブチロラクトン−2−イル、メバロン酸ラクトン、3−メチル−γ−ブチロラクトン−3−イル、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。カテゴリーc)のいくつかの具体的な例は、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−プロピレンカーボネート−1−イルである。カテゴリーc)の追加の例は、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類の付加による種々のエステル類を含む。
【0041】
光発生される酸または塩基に対する暴露時に親水性基としてフッ素化アルコールを与える保護された酸性基を有する成分の例は、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を含むが、それらに制限されるものではない。これら保護された酸性基のそれぞれを、本発明のフルオロアルコール官能基と組み合わせて用いて、保護された酸性フルオロアルコール官能基を与えることができる。本発明のフルオロアルコール官能基(保護されているまたは保護されていない)を単独で用いることもできるし、あるいは、カルボン酸官能基(保護されていない)およびカルボン酸官能基のt−ブチルエステル(保護されている)のような1つまたは複数の他の酸基と組み合わせて用いることもできる。
【0042】
本発明において、保護された基を有する成分は、常にではないがしばしば、組成物(上述)の原コポリマー樹脂中に組み込まれた保護された酸基を有する反復単位である。保護された酸基は、しばしば、重合されて本発明の所与のポリマー原樹脂を形成する1つまたは複数のモノマー中に存在する。あるいはまた、本発明において、酸含有モノマーとの重合によりポリマー原樹脂を形成することができ、そして次に引き続いて、得られる酸含有ポリマー中の酸官能基を、適切な手段により保護された酸基を有する誘導体へと部分的または完全に変換することができる。1つの具体的な例として、AN/IBFA/tBAのポリマー(アクリロニトリル、1,1,1−トリフルオロ−4−メチル−2−(トリフルオロメチル)−4−ペンテン−2−オール、およびt−ブチルアクリレートを含有するポリマー)は、保護された酸基としてt−ブチルエステル基を有する本発明の範囲内のポリマー原樹脂である。
【0043】
(溶解抑制剤および添加剤)
本発明においては、種々の熔解抑制剤を用いることができる。理想的には、遠UVおよび極UVレジスト(たとえば、193nmレジスト)のための溶解抑制剤(DI類)は、所定のDI添加剤を含むレジスト組成物の溶解抑制、プラズマエッチ抵抗性、および粘着挙動を含む多様な要求を満たすように設計/選択されるべきである。いくつかの溶解抑制化合物は、レジスト組成物中の可塑剤としても機能する。
【0044】
種々の胆汁酸塩エステル類(すなわちコール酸エステル類)が、本発明の組成物中におけるDIとして特に有用である。胆汁酸塩エステル類は、1983年のReichmanisらの研究(E. Reichmanisら、「The Effect of Substituents on the Photosensitivity of 2−Nitrobenzyl Ester Deep UV Resists」、J. Electrochem. Soc., 1983, 130, 1433−1437)に始まり、深UVレジスト用の効果的な溶解抑制剤であることが知られている。胆汁酸塩エステル類は、天然源からのそれらの入手可能性、それらが高い環状脂肪族炭素の含量を有すること、および特にそれらが電磁スペクトルの深UVおよび真空UV領域(遠UVおよび極UV領域においても本質的に同様である)において透明であること(たとえば、典型的にはそれらは193nmにおいて高度に透明である)を含むいくつかの理由により、DIとして特に魅力的な選択肢である。さらに、胆汁酸塩エステルは、同様に魅力的なDIの選択肢である。なぜなら、それらを、ヒドロキシル置換および官能基化に依存して広範囲にわたる疎水性および親水性の相溶性を有するように設計してもよいからである。
【0045】
本発明のための添加剤および/または溶解抑制剤として適当である胆汁酸および胆汁酸誘導体は、以下に例示されるものを含むが、それらに限定されるものではない。それらは以下のようなものである:コール酸(IV)、デオキシコール酸(V)、リトコール酸(VI)、デオキシコール酸t−ブチル(VII)、リトコール酸t−ブチル(VIII)および3−α−アセチルリトコール酸t−ブチル(IX)。化合物VII〜IXを含む胆汁酸エステル類が、本発明のおける好ましい溶解抑制剤である。
【0046】
【化4】
【0047】
(ネガ型フォトレジスト実施形態のための成分)
本発明のいくつかの実施形態は、ネガ型フォトレジストである。これらネガ型フォトレジストは、酸不安定基を含む少なくとも1つの結合剤ポリマーと、光発生される酸を与える少なくとも1つの光活性成分とを含む。レジストの画像様露光は、光発生される酸を与え、それは、酸不安定基を極性官能基へと変換する(たとえば、エステル官能基(より低極性)から酸官能基(より高極性)への変換)。次に、有機溶媒または臨界流体(中程度から低い極性を有する)中で現像を行い、それは露光された区域が残留し、および露光されない区域が除去されるネガ型システムをもたらす。
【0048】
本発明のネガ型組成物において、必要なまたは任意選択の光活性成分として種々の別個の架橋剤を用いることができる。(架橋剤は、架橋の結果としての現像剤溶液中の不溶化を伴う実施形態においては必要であるが、露光される区域に中程度/低い極性を有する有機溶媒および臨界流体中に不溶である極性基が形成される結果としての現像剤溶液中の不溶化を伴う好ましい実施形態においては任意選択である。)
【0049】
(他の成分)
本発明の組成物は、任意選択の追加の成分を含有することができる。添加することができる追加の成分の例は、解像度向上剤、粘着促進剤、残渣減少剤、塗布助剤、界面活性剤、可塑剤、およびTg(ガラス転移温度)調節剤を含むが、それらに限定されるものではない。
【0050】
(プロセス工程)
(画像様露光)
本発明のフォトレジスト組成物は、電子スペクトルの紫外領域、および特に波長≦365nmのものにおいて感受性である。本発明のレジスト組成物の画像様露光は、多くの異なるUV波長において実施することができ、その波長は365nm、248nm、193nm、157nmおよびより低い波長を含むが、それらに限定されるものではない。画像様露光は、好ましくは248nm、193nm、157nmまたはより低い波長の紫外光を用いて実施され、より好ましくは、193nm、157nmまたはより低い波長の紫外光を用いて実施され、および最も好ましくは157nm以下の波長の紫外光を用いて実施される。画像様露光を、レーザーまたは同等の装置を用いてデジタル的に実施すること、あるいはフォトマスクの使用を伴う非デジタル的に行うことのいずれも可能である。本発明の組成物のデジタル画像形成に適当なレーザー装置は、193nmにUV出力を有するアルゴン−フッ素エキシマーレーザー、248nmにUV出力を有するクリプトン−フッ素エキシマーレーザーおよび157nmに出力を有するフッ素(F2)レーザーを含むが、それらに限定されるものではない。前述のように、画像様露光におけるより低い波長のUV光の使用は、より高い解像度(より小さい解像限界)に相当するので、より低い波長(たとえば193nmまたは157nm以下)の使用が、より高い波長(たとえば248nm以上)よりも一般的に好ましい。
【0051】
(現像)
本発明のレジスト組成物中のニトリル/フルオロアルコール含有ポリマーは、UV光に対する画像様露光に引き続く現像のために充分な官能基を含有しなければならない。好ましくは、該官能基は酸性または保護された酸性であり、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テトラメチルアンモニウム溶液のような塩基性現像剤を用いる水性現像を可能にするようなものである。本発明において、用いられる水性加工性(水性現像)のための所定の酸性含有結合剤ポリマーは、少なくとも1つのフルオロアルコール官能基を含有するフルオロアルコール含有コポリマー(露光後)である。フルオロアルコールの濃度は、所与の組成物に関して、水性アルカリ性現像剤中での良好な現像のために必要とされる量を最適化することにより決定される。
【0052】
水性処理可能なフォトレジストを基板に被覆または他の方法で付着し、およびUV光に対して画像様に露光する時、フォトレジストのポリマーは、UVに対する露光時に露光されたフォトレジストが塩基性溶液中で現像可能になるように、充分な保護されたおよび/保護されていない酸性基を有さなければならない。ポジ型フォトレジスト層の場合、UV放射に露光される部分において現像中にフォトレジスト層が除去されるが、0.262N水酸化テトラメチルアンモニウム(25℃において通常120秒以下にわたる現像を用いる)または1質量%炭酸ナトリウム(30℃において通常2分以下にわたる現像を用いる)を含有する完全に水性の溶液のような水性アルカリ性液体による現像中に露光されていない部分は実質的に変化しない。ネガ型フォトレジスト層の場合、UV放射に対して露光されない部分において、現像中にフォトレジストが除去されるが、臨界流体または有機溶剤のいずれかを用いる現像中に露光された部分は実質的に変化しない。
【0053】
本明細書で用いられる際に、臨界流体は、その臨界温度付近またはそれを超える温度に加熱され、かつその臨界圧力付近またはそれを越える圧力まで圧縮される1つまたは複数の物質である。本発明の臨界流体は、少なくとも該流体の臨界温度より15℃低い温度より高い温度にあり、および少なくとも該流体の臨界圧力より5気圧低い圧力より高い圧力にある。本発明における臨界流体として二酸化炭素を用いてもよい。同様に、種々の有機溶媒を、本発明における現像剤として用いることもできる。これらは、ハロゲン化溶媒および非ハロゲン化溶媒を含むが、それらに限定されるものではない。ハロゲン化された溶媒が好ましく、およびフッ素化された溶媒がより好ましい。
【0054】
(用語集)
(分析/測定)
δ 指示される溶媒中で測定されるNMR化学シフト
g グラム
NMR 核磁気共鳴
1H NMR プロトンNMR
13C NMR 炭素−13NMR
s 一重線
m 多重線
ml ミリリットル
mm ミリメートル
Tg ガラス転移温度
Mn ポリスチレン標準を用いるゲル透過クロマトグラフィにより測定される所与のポリマーの数平均分子量
Mw ポリスチレン標準を用いるゲル透過クロマトグラフィにより測定される所与のポリマーの重量平均分子量
P=Mw/Mn 所与のポリマーの多分散性
吸収係数 AC=A/b(式中、A、すなわち吸光度=Log10(1/T)およびb=ミクロン単位の膜厚、T=以下で定義される透過度である)
透過度 透過度T=サンプルに入射する放射強度に対するサンプルによって透過される放射強度の比であり、および指定された波長(たとえばnm)に関して測定される。
【0055】
(化学物質/モノマー類)
AA アクリル酸
Aldrich Chemical Co. (Milwaukee, WI)
AIBN 2,2’−アゾイソブチロニトリル
Aldrich Chemical Co. (Milwaukee, WI)
CFC−113 1,1,2−トリクロロトリフルオロエタン
E. I. du Pont de Nemours and Company (Wilmington, DE)
IBFA 1,1,1−トリフルオロ−4−メチル−2−(トリフルオロメチル)−4−ペンテン−2−オール
MAA メタクリル酸
Aldrich Chemical Co. (Milwaukee, WI)
MEK 2−ブタノン
Aldrich Chemical Co. (Milwaukee, WI)
NB ノルボルネン=ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン
Aldrich Chemical Co. (Milwaukee, WI)
NBFA 3−[(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−イル)メトキシ]−1,1,1−トリフルオロ−2−(トリフルオロメチル)−2−プロパノール
THF テトラヒドロフラン
Aldrich Chemical Co. (Milwaukee, WI)
tBA 第3級ブチルアクリレート
TCB トリクロロベンゼン
Aldrich Chemical Co. (Milwaukee, WI)
Vazo(登録商標)52 2,4−ジメチル−2,2’−アゾビス(ペンタンニトリル)
(E. I. du Pont de Nemours and Company (Wilmington, DE))
Vazo(登録商標)67 2,2’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)
(E. I. du Pont de Nemours and Company (Wilmington, DE))
PGMEA プロピレングリコールメチルエーテルアセテート
Aldrich Chemical Co. (Milwaukee, WI)
【0056】
NB−Me−OH X=OH(下式)
NB−Me−F−OH X=OCH2C(CF3)2OH(下式)
NB−Me−F−OMOM X=OCH2C(CF3)2OCH2OCH3
(下式)
【0057】
【化5】
【0058】
NB−OAc X=OCOCH3(下式)
NB−OH X=OH(下式)
NB−F−OH X=OCH2C(CF3)2OH(下式)
NB−F−OMOM X=OCH2C(CF3)2OCH2OCH3(下式)
【0059】
【化6】
【0060】
VE−F−OH CH2=CHOCH2CH2OCH2C(CF3)2OH
VE−F−OMOM CH2=CHOCH2CH2OCH2C(CF3)2O
CH2OCH3
【0061】
(紫外)
UV 10ナノメートルから390ナノメートルまで変動する電磁スペクトルの紫外領域
極UV 10ナノメートルから200ナノメートルまで変動する紫外中の電磁スペクトルの領域
遠UV 200ナノメートルから300ナノメートルまで変動する紫外中の電磁スペクトルの領域
近UV 300ナノメートルから390ナノメートルまで変動する紫外中の電磁スペクトルの領域
【0062】
(ポリマー)
P(A/B/C)X/Y/Z Xモル%のA、Yモル%のBおよびZモル%のCを含有する、A、BおよびCの共重合によるポリマー
P(AN/IBFA/NBFA) ポリ(アクリロニトリル−co−1,1,1−トリフルオロ−4−メチル−2−(トリフルオロメチル)−4−ペンテン−2−オール−co−3−[(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−イル)メトキシ]−1,1,1−トリフルオロ−2−(トリフルオロメチル)−2−プロパノール)(アクリロニトリル、コモノマー3およびコモノマー2の共重合によるポリマー)
P(AN/NBFA) ポリ(アクリロニトリル−co−3−[(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−イル)メトキシ]−1,1,1−トリフルオロ−2−(トリフルオロメチル)−2−プロパノール)(アクリロニトリルおよびコモノマー2の共重合によるポリマー)
P(AN/IBFA/NBFA/tBA) ポリ(アクリロニトリル−co−1,1,1−トリフルオロ−4−メチル−2−(トリフルオロメチル)−4−ペンテン−2−オール−co−3−[(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−イル)メトキシ]−1,1,1−トリフルオロ−2−(トリフルオロメチル)−2−プロパノール−co−t−ブチルアクリレート)(アクリロニトリル、コモノマー3、t−ブチルアクリレートおよびコモノマー2の共重合によるポリマー)
P(AN/NB−F−OMOM/MAA) ポリ(アクリロニトリル−co−メトキシメチルノルボルニレンヘキサフルオロアルコールエーテル付加物−co−メタクリル酸)(アクリロニトリル、NB−F−OMOM、およびメタクリル酸の共重合によるポリマー)
P(AN/NB−F−OH/tBMA) ポリ(アクリロニトリル−co−ノルボルニレンヘキサフルオロアルコールエーテル付加物−co−第3級ブチルメタクリレート)(アクリロニトリル、NB−F−OH、および第3級ブチルメタクリレートの共重合によるポリマー)
P(AN/NB−F−OMOM/MAA/tBMA) ポリ(アクリロニトリル−co−メトキシメチルノルボルニレンヘキサフルオロアルコールエーテル付加物−co−メタクリル酸−co−第3級ブチルメタクリレート)(アクリロニトリル、NB−F−OMOM、メタクリル酸、および第3級ブチルメタクリレートの共重合によるポリマー)
【0063】
(実施例)
別に指定しない限り、全ての温度は摂氏温度であり、全ての質量測定値はグラム単位であり、コモノマーのパーセントを除く全てのパーセントは重量パーセントである。本発明のポリマー中に存在するモノマーの全てのパーセントは、別に指定がない限り、モルパーセントで表される。全ての分子量測定は、ポリスチレン標準を用いるGPCによりなされた。実施例中に用いられるポリマー中のコモノマーパーセントは、5〜10パーセント以内で正確であり、およびC−13 NMR分光法により測定された。
【0064】
本明細書で用いられる際に、術語「クリア線量」は、所与のフォトレジストフィルムが露光に引き続いて現像を受けるのを可能にするために最小露光エネルギー密度(たとえばmJ/cm2単位)を示す。
【0065】
(透明性測定)
所定のポリマーに関して異なる厚さを有する2つのフィルムサンプルを作成し、それらの厚さを測定し、以下の一般的手順を用いて157nmにおけるそれらの吸収係数値を測定した。
【0066】
サンプルは、最初にBrewer Cee, (Rolla, MO)スピンコータ/ホットプレートモデル100CBによりシリコンウェーハ上にスピンコートされた。
【0067】
a)2から4枚のシリコンウェーハを、少量(数ml)のポリマー溶液を塗布した後に、異なる速度(たとえば、2000、3000、4000、6000rpm)で回転させて、異なる厚さを有するフィルムを得て、引き続いてそれを120℃において30分間にわたってベークして残留溶媒を除去した。次に、乾燥したフィルムの厚さを、Gaertner Scientific (Chicago, IL), L116Aエリプソメータ(400〜1200オングストローム範囲)を用いて測定した。
【0068】
b)2つのCaF2基板(1インチ(2.54cm)直径×0.80インチ(2.03cm)厚さ)を選択し、そしてそれらを測定して参照データファイルを得た。測定は、234/302モノクロメータ、632重水素光源およびKeithley485ピコアンメータを用いてその出力を測定される658光電子増倍管検出器を含むMcPherson分光計(Chemsford, MA)を用いて行った。
【0069】
c)次に、シリコンウェーハのデータ(a)から2つの速度を選択して、CaF2参照基板上にサンプル物質をスピンさせて(たとえば、2000および4000rpm)、所望される膜圧を達成した。次に、それぞれのフィルムおよび基板を120℃で30分間にわたってベークし、その後に、それぞれの試料の透過データを、McPherson分光計を用いて収集した。次に、サンプルを、参照CaF2ファイルにより調整(すなわち除算)して、透過度ファイル(すなわち、CaF2ブランクで除算されるCaF2上のサンプルフィルム)を与えた。次に、GRAMS386およびKALEIDAGRAPHソフトウェアを用いて、透過度ファイルを吸光度ファイルに変換した。
【0070】
d)次に、c)から得られる吸光度ファイルおよび膜厚値を用いて、いくつかの実施例において以下に報告されるように、膜厚1ミクロン当たりの吸光度(AC)を決定した。
【0071】
(実施例1)
1,1−ビス(トリフルオロメチル)エチレンオキシドの調製
ヘキサフルオロイソブテンCH2=C(CF3)2(25ml,40g)をNaOClの溶液(100mlの水中の50質量%のNaOHを有する溶液50ml中に、15gの塩素をバブリングすることにより−5〜−3℃にて作成される)を含有するフラスコ中に凝縮させ、そして激しい攪拌を伴い、−2〜+2℃において、0.5gの相間移動触媒(メチルトリカプリリルアンモニウムクロリド)を添加した。反応混合物を、1〜1.5時間にわたってこの温度に保持した。
【0072】
得られる反応混合物を、減圧下反応器の外へ移し、冷却トラップ(−78℃)中に収集し、そして蒸留して37.5g(収率86%)の液体(沸点42℃/760mmHg)を与え、その液体は、1,1−ビス(トリフルオロメチル)エチレンオキシド(1)と同定された。以下に示されるように得られる分析データに基づいて、得られる化合物(1)が指示される構造を有することを確証した。
1H NMR: 3.28(s)ppm
19F NMR: 73.34(s)ppm
13C{H} NMR: 46.75(s),54.99(7重線、37Hz)、126.76(q,275)
IR(気体、メジャー): 1404(s),1388(s),1220(s),1083(s),997(m),871(m),758(w),690(m),636(w)cm−1
元素分析 C4H2F6Oの計算値:C26.68,H1.12。実測値:C27.64,H1.10。
【0073】
(実施例2)
3−[(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−イル)メトキシ]−1,1,1−トリフルオロ−2−(トリフルオロメチル)−2−プロパノールの合成
【0074】
【化7】
【0075】
メカニカルスターラおよび冷却管を伴う乾燥した丸底フラスコに、窒素下で、28.8g(1.2モル)の95%水素化ナトリウムおよび400mlの無水DMF(N,N’−ジメチルホルムアミド)を投入した。室温において、0.5時間かけて、5−ノルボルネン−2−メタノール(108.6g、0.875モル)を滴下した。得られる混合物を3時間にわたって攪拌した。実施例1由来の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)(173.2g,0.96モル)を、2時間かけて滴下した。得られる混合物を室温において72時間にわたって攪拌した。45℃および1mmにおいて、ロータリーエバポレータによりDMFを留去した。30mlの氷酢酸を含有する300mlの氷水を用いて、残渣を希釈した。下層を分離し、そして水層を2×25mlの塩化メチレンを用いて抽出した。組み合わせた有機層を3×100mlの水で洗浄し、無水塩化マグネシウム上で乾燥し、濾過し、そして65〜87℃および0.1mmにおいてKugelrohr装置により減圧蒸留した。NMRスペクトルが、生成物が少量のDMFを含有することを明らかにしたので、それを100mlのヘキサンに溶解させ、4×200mlの水で洗浄し、無水硫酸マグネシウム上で乾燥させ、濾過し、70〜80℃および0.1mmにおいてKugelrohr装置により蒸留して、233.9g(88%)の表題化合物(3−[(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−イル)メトキシ]−1,1,1−トリフルオロ−2−(トリフルオロメチル)−2−プロパノール、コモノマー2)を与えた。別の調製において、該生成物を12インチのVigreuxカラムを通して蒸留して、0.1mmにおける52〜53℃の沸点を示した。1H NMR(δ,CD2Cl2)0.5〜4.3(複雑な多重線、12H),5.90,6.19および6.26(m,2H)。19F NMR(δ,CD2Cl2)−77.4(s)。
【0076】
(実施例3)
CH2=C(CH3)CH2C(CF3)2OH(1,1,1−トリフルオロ−4−メチル−2−(トリフルオロメチル)−4−ペンテン−2−オール、コモノマー3、IBFA)の合成
800mlの圧力容器を排気し、約−80℃まで冷却し、そして100g(0.6モル)のヘキサフルオロアセトンおよび68g(1.2モル)の2−メチルプロペンを投入した。混合物を室温において72時間にわたってかき混ぜた。該容器を約10℃まで冷却し、大気圧に向かってゆっくりとガス抜きした。すすぐために少量の塩化メチレンを用いて液体残渣を取り出した。この混合物を、約200mmにおいて12インチのVigreuxカラムを通して速やかに蒸留して、136gの粗生成物を与えた。これを、同一スケールの別の反応からの生成物と合わせ、そして12インチVigreuxカラムを通して蒸留して、210g(79%)の生成物を与え、それは化合物3であると特定された:200mmにおける沸点72℃。1H NMR(δ,C6D6) 1.51(s,3H),2.30(s,2H),2.57(bs,1H),4.52(s,1H),4.70(s,1H)。 19F NMR(δ,C6D6) −76.9(s)。
【0077】
(実施例4)
P(AN/IBFA/NBFA)
(68/10/22)(モルパーセント)
このポリマーを、次の手順を用いて、アクリロニトリル、1,1,1−トリフルオロ−4−メチル−2−(トリフルオロメチル)−4−ペンテン−2−オール(IBFA、コモノマー3)、および3−[(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−イル)メトキシ]−1,1,1−トリフルオロ−2−(トリフルオロメチル)−2−プロパノール(NBFA、コモノマー2)のフリーラジカル共重合により合成した。熱電対、攪拌機、滴下ロート、還流冷却器、Dean−Starkトラップおよび反応を通して窒素をバブリングする手段を取り付けた100mlのフラスコ中に、以下の成分を投入した。
【0078】
【表1】
【0079】
Vazo(登録商標)−67(ポーション1の一部)を、2mlのMEK(ポーション1の一部)に溶解させた。2mlのMEKを除いて、ポーション1の残りの成分の全てを100mlの反応フラスコ中に添加し、そして次に、得られる混合物をその還流温度まで上昇させた。次に、開始剤溶液を1回でフラスコ中に添加した。開始剤容器を、残りの2mlのMEKですすぎ、そして反応フラスコ中に添加した。Vazo(登録商標)−67開始剤の注入に速やかに引き続いて、ポーション2のVazo(登録商標)−52をMEK中に完全に溶解させ、そして還流温度において300分かけて供給した。次に溶媒をストリップして、未反応のアクリロニトリルを除去した。次に、20mlのMEKを加え、そして再びストリップしてポリマー中に残存する痕跡量のアクリロニトリルを除去した。反応フラスコ中に毎回20mlのMEKを添加することにより、ストリッピング手順をさらに2回繰り返した。最後に、大過剰(300ml)の石油エーテル中へポリマー溶液を添加することにより、ポリマーを析出させた。析出したポリマーを濾過し、そして石油エーテルで2回洗浄した。湿潤したポリマーを、60℃において12時間にわたって真空オーブン中で乾燥して。収量は7.15グラム(17.8%)であった。得られるポリマーは、2610の分子量(Mn)および1.37の多分散性を有すると特徴づけられた。C−13 NMR分析は、共重合体組成(モル部)がP(AN/IBFA/NBFA)(68/10/22 m/m/m)であることを示した。
【0080】
異なる厚さを有する2つのフィルムサンプルを、このポリマーから作成し、それらの厚さを測定し、および前述の一般的手順を用いてそれらの157nmにおける吸光係数値を測定した。
【0081】
第1のフィルムサンプルは、501Åの厚さを有し、および157nmにおいて2.91の吸収係数を示した。第2のフィルムサンプルは、833Åの厚さを有し、および157nmにおいて3.18の吸収係数を示した。
【0082】
(実施例5)
P(AN/IBFA/NBFA/tBA)
(62/4/18/16)(モルパーセント)
このポリマーを、次の手順を用いて、アクリロニトリル、1,1,1−トリフルオロ−4−メチル−2−(トリフルオロメチル)−4−ペンテン−2−オール(コモノマー3)、3−[(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−イル)メトキシ]−1,1,1−トリフルオロ−2−(トリフルオロメチル)−2−プロパノール(コモノマー2)、およびt−ブチルアクリレートのフリーラジカル共重合により合成した。熱電対、攪拌機、滴下ロート、還流冷却器、Dean−Starkトラップおよび反応を通して窒素をバブリングする手段を取り付けた100mlのフラスコ中に、以下の成分を投入した。
【0083】
【表2】
【0084】
Vazo(登録商標)−67(ポーション1の一部)を、2mlのMEK(ポーション1の一部)に溶解させた。2mlのMEKを除いて、ポーション1の残りの成分の全てを100mlの反応フラスコ中に添加し、そして次に、得られる混合物をその還流温度まで上昇させた。次に、開始剤溶液を1回でフラスコ中に添加した。開始剤容器を、残りの2mlのMEKですすぎ、および反応フラスコ中に添加した。Vazo(登録商標)−67開始剤の注入に速やかに引き続いて、ポーション2のVazo(登録商標)−52をMEK中に完全に溶解させ、そして還流温度において300分かけて供給した。次に溶媒をストリップして、未反応のアクリロニトリルを除去した。次に、20mlのMEKを加え、そして再びストリップしてポリマー中に残存する痕跡量のアクリロニトリルを除去した。反応フラスコ中に毎回20mlのMEKを添加することにより、ストリッピング手順をさらに2回繰り返した。最後に、大過剰(300ml)の石油エーテル中へポリマー溶液を添加することにより、ポリマーを析出させた。析出したポリマーを濾過し、そして石油エーテルで2回洗浄した。湿潤したポリマーを、60℃において12時間にわたって真空オーブン中で乾燥した。収量は10グラム(23.7%)であった。得られるポリマーは、2646の分子量(Mn)および1.44の多分散性を有すると特徴づけられた。C−13 NMR分析は、共重合体組成(モル部)がP(AN/IBFA/NBFA/tBA)(64/4/18/16 m/m/m/m)であることを示した。
【0085】
前述の手順を用いて、このポリマーから作製される異なる厚さを有する2つのフィルムサンプルの157nmにおける吸光係数値を測定した。第1のフィルムサンプルは、579Åの厚さを有し、および157nmにおいて3.98の吸収係数を示した。第2のフィルムサンプルは、702Åの厚さを有し、および157nmにおいて3.77の吸収係数を示した。
【0086】
(実施例6)
以下の成分を有する溶液を調製し、および終夜にわたって磁気的に攪拌した。
【0087】
Brewer Science Inc. Model−100CB組合せスピンコータ/ホットプレートを用い4インチ直径のシリコンウェーハ(P型、100配向)上に、前記溶液のスピンコーティングを行った。リソテックジャパン株式会社レジスト現像アナライザー(Model−790)(リソテックジャパン株式会社、川口、埼玉、日本)により、現像を実施した。
【0088】
6mlのヘキサメチルジシラザン(HMDS)プライマーを堆積させ、そして5秒間にわたり1000回転毎秒(rpm)、そして次に10秒間にわたって3500rpmで回転させることにより、ウェーハを準備した。次に、4mlの上記溶液を、0.45μPTFE(ポリ(テトラフルオロエチレン))シリンジフィルタを通して濾過した後に堆積させ、そして60秒間にわたり3000rpmで回転させ、そして60秒間にわたって120℃でベークした。ORIEL Model−82421 Solar Simulator(1000ワット)からの広帯域紫外(UV)光を248nmにおいて約30%のエネルギーを通過させる248nm干渉フィルターを通過させることにより得られる248nm光に対して、被覆されたウェーハを露光した。露光時間は300秒であり、205.0mJ/cm2の線量を与え、種々の中間色光学濃度を有する18位置を有するマスクを通して、種々の露光線量を与えた。次に、露光されたウェーハを120秒にわたって100℃でベークした。ウェーハを、合計で360秒(60秒および300秒の期間)にわたって、22℃において、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液(ONKA, NMD−3、2.38%TMAH溶液)中で現像した。Model−790 Resist Development Analyzerによる被覆表面の監視は、ポジ画像の形成の証拠を与えた、すなわち、合計約120秒以内に露光された区域が除去され、一方、未露光区域は合計約260〜310秒以内に除去された。
【0089】
(実施例7)
以下の成分を有する溶液を調製し、および終夜にわたって磁気的に攪拌した。
【0090】
【表3】
【0091】
Brewer Science Inc. Model−100CB組合せスピンコータ/ホットプレートを用い4インチ直径のシリコンウェーハ(P型、100配向)上に、前記溶液のスピンコーティングを行った。リソテックジャパン株式会社レジスト現像アナライザー(Model−790)(リソテックジャパン株式会社、川口、埼玉、日本)により、現像を実施した。
【0092】
6mlのヘキサメチルジシラザン(HMDS)プライマーを堆積させ、そして5秒間にわたり1000回転毎秒(rpm)、そして次に10秒間にわたって3500rpmで回転させることにより、ウェーハを準備した。次に、4mlの上記溶液を、0.45PTFEシリンジフィルタを通して濾過した後に堆積させ、そして60秒間にわたり5000rpmで回転させ、そして60秒間にわたって120℃でベークした。ORIEL Model−82421 Solar Simulator(1000ワット)からの広帯域紫外(UV)光を248nmにおいて約30%のエネルギーを通過させる248nm干渉フィルターを通過させることにより得られる248nm光に対して、被覆されたウェーハを露光した。露光時間は30秒であり、20.5mJ/cm2の線量を与え、種々の中間色光学濃度を有する18位置を有するマスクを通して、種々の露光線量を与えた。次に、露光されたウェーハを120秒にわたって120℃でベークした。ウェーハを、60秒にわたって、22℃において、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液(ONKA, NMD−3、2.38%TMAH溶液)中で現像して、ポジ画像を与えた。
【0093】
(実施例8)
NB−F−OHの合成
メカニカルスターラ、滴下ロートおよび窒素注入口を取り付けた乾燥した丸底フラスコを、窒素で洗い流し、そして19.7g(0.78モル)の95%水素化ナトリウムおよび500mlの無水DMFを投入した。攪拌される混合物を5℃まで冷却し、そして温度が15℃未満に維持されるように、80.1g(0.728モル)のエキソ−ノルボルネン−2−オールを滴下した。得られる混合物を1/2時間にわたって攪拌した。室温において、HFIBO(131g、0.728モル)を滴下した。得られる混合物を終夜にわたって室温にて攪拌した。メタノール(40ml)を添加し、および大部分のDMFを減圧下ロータリーエバポレータにより除去した。残渣を200mlの水で処理し、そしてpHが約8.0になるまで氷酢酸を添加した。水性混合物を、3×150mlのエーテルで抽出した。組み合わせたエーテル抽出物を、3×150mlの水および150mlの塩水で洗浄し、無水硫酸ナトリウム上で乾燥し、そして、ロータリーエバポレータにより油状物まで濃縮した。0.15〜0.20トールおよび30〜60℃のポット温度におけるKugelrohr蒸留が、190.1(90%)の生成物を与えた。1H NMR(δ,CD2Cl2) 1.10〜1.30(m,1H),1.50(d,1H),1.55〜1.65(m,1H),1.70(s,1H),1.75(d,1H),2.70(s,1H),2.85(s,1H),3.90(d,1H),5.95(s,1H),6.25(s,1H)。同様に調製される別のサンプルを元素分析にかけた。C11H12F6O2に関する計算値:C,45.33;H,4.17;F,39.28。実測値:C,44.98;H,4.22;F,38.25。
【0094】
(実施例9)
NB−F−OMOMの合成
マグネティックスターラ、滴下ロート、熱電対および窒素注入口を取り付けた乾燥した丸底フラスコに、5.05g(0.2モル)の95%水素化ナトリウムおよび200mlのTHFを投入した。混合物を0℃まで冷却し、そして55.7g(0.192モル)のNB−F−OHを滴下し、H2発生および6℃への発熱をもたらした。混合物を2時間にわたって攪拌して、黄色の均一溶液を与えた。クロロメチルメチルエーテル(1.52ml、0.2モル)(Aldrich Chemical Company)を滴下した。得られる混合物を、析出物の形成を伴って終夜にわたり攪拌した。混合物を濾過し、および固形物を3×50mlのTHFで洗浄した。合わせた濾液および洗浄液を、ロータリーエバポレータにより黄色油状物まで濃縮した。30〜47℃および0.13トールにおけるKugelrohr装置中での該油状物の蒸留は、少量の前留の後に47.1g(73%)の生成物を与えた。1H NMR(δ,CDCl3)1.40(m,1H),1.58(m,2H),1.68(m,1H),2.78(s,1H),2.90(s,1H),3.45(s,3H),3.50(m,1H),4.08(dd,1H),5.08(s,2H),5.96(m,1H),6.11(m,1H)。19F NMR(δ,CDCl3)−76.8(s)。同様に調製される別のサンプルを元素分析にかけた。C13H16F6O3の計算値:C,46.71;H,4.82;F,34.10。実測値:C,46.26;H,5.03;F,32.01。
【0095】
(実施例10)
P(AN/NB−F−OMOM/MAA)
(50/28/22)(モルパーセント)
熱電対、攪拌機、滴下ロート、還流冷却管、Dean−Starkトラップおよび反応を通して窒素をバブリングする手段を取り付けた100mlのフラスコに対して、以下の成分を投入することにより、アクリロニトリル(AN)/メトキシメチルノルボルニレンヘキサフルオロアルコールエーテル付加物(NB−F−OMOM)/メタクリル酸(MAA)共重合体を調製した。
【0096】
【表4】
【0097】
Vazo(登録商標)−67開始剤(ポーション1の一部)を、2グラムのアセトン(ポーション1の一部)に溶解させた。ポーション1の残りの構成要素を100ml反応フラスコ中に添加し、そして還流温度まで加熱した。次に、開始剤溶液を該フラスコ中に1回で添加した。開始剤容器を残りの1.169gのアセトンですすぎ、そして反応フラスコ中に添加した。Vazo(登録商標)−67開始剤の注入に速やかに引き続いて、ポーション2のモノマーおよび開始剤をアセトン中に完全に溶解させ、そして還流温度において240分かけて供給した。その供給が終了した後に、アセトン中に溶解したポーション3の開始剤を反応容器中に1回で添加した。反応をさらなる90分間にわたって還流にて継続した。次に溶媒をストリップして、未反応のアクリロニトリルを除去した。次に、18mlのアセトンを加え、そして再びストリップしてポリマー中に残存する痕跡量のアクリロニトリルを除去した。反応フラスコ中に毎回18mlのアセトンを添加することにより、ストリッピング手順をさらに3回繰り返した。最後に、大過剰(700グラム)の石油エーテル中にポリマー溶液を添加することにより、ポリマーを析出させた。溶媒をデカントした後に、少量の石油エーテルを用いて白色ポリマー粉末を洗浄し、そしてデカントした。湿潤したポリマーを、40℃において12時間にわたって真空オーブン中で乾燥した。C−13 NMR分析は、共重合体組成(モル部)がP(AN/NB−F−OMOM/MAA)(50.6/27.9/21.6 m/m/m)であることを示した。
【0098】
前述の手順を用いて、このポリマーから作製される異なる厚さを有する2つのフィルムサンプルの157nmにおける吸光係数値を測定した。第1のフィルムサンプルは、505Åの厚さを有し、および157nmにおいて3.33μm−1の吸収係数を示した。第2のフィルムサンプルは、837Åの厚さを有し、および157nmにおいて3.61μm−1の吸収係数を示した。これら2つの値の平均値は、3.47μm−1である。
【0099】
(実施例11)
P(AN/NBFOH/tBMA)
(65/22/13)(モルパーセント)
熱電対、攪拌機、滴下ロート、還流冷却管、Dean−Starkトラップおよび反応を通して窒素をバブリングする手段を取り付けた100mlのフラスコに対して、以下の成分を投入することにより、アクリロニトリル(AN)/ノルボルニレンヘキサフルオロアルコール付加物(NB−F−OH)/第3級ブチルメタクリレート(t−BMA)共重合体を調製した。
【0100】
【表5】
【0101】
Vazo(登録商標)−67開始剤(ポーション1の一部)を、2グラムのアセトン(ポーション1の一部)に溶解させた。ポーション1の残りの構成要素を100ml反応フラスコ中に添加し、そして還流温度まで加熱した。次に、開始剤溶液を該フラスコ中に1回で添加した。開始剤容器を残りの1.169gのアセトンですすぎ、そして反応フラスコ中に添加した。Vazo(登録商標)−67の注入に速やかに引き続いて、ポーション2のモノマーおよび開始剤をアセトン中に完全に溶解させ、そして還流温度において240分かけて供給した。その供給が終了した後に、アセトン中に溶解したポーション3の開始剤を反応容器中に1回で添加した。反応をさらなる90分間にわたって還流にて継続した。次に溶媒をストリップして、未反応のアクリロニトリルを除去した。次に、18mlのアセトンを加え、そして再びストリップしてポリマー中に残存する痕跡量のアクリロニトリルを除去した。反応フラスコ中に毎回18mlのアセトンを添加することにより、ストリッピング手順をさらに3回繰り返した。最後に、大過剰(700グラム)の石油エーテル中へポリマー溶液を添加することにより、ポリマーを析出させた。溶媒をデカントした後に、少量の石油エーテルを用いて白色ポリマー粉末を洗浄し、そしてデカントした。湿潤したポリマーを、50℃において12時間にわたって真空オーブン中で乾燥した。収量は7.86グラム(29.8%)であった。C−13 NMR分析は、共重合体組成(モル部)がP(AN/NB−F−OH/t−BMA)(65.3/21.7/13.0 m/m/m)であることを示した。
【0102】
前述の手順を用いて、このポリマーから作製される異なる厚さを有する2つのフィルムサンプルの157nmにおける吸光係数値を測定した。第1のフィルムサンプルは、644Åの厚さを有し、および157nmにおいて3.35μm−1の吸収係数を示した。第2のフィルムサンプルは、605Åの厚さを有し、および157nmにおいて3.38μm−1の吸収係数を示した。これら2つの値の平均値は、3.37μm−1である。
【0103】
(実施例12)
P(AN/NB−F−OMOM/MAA/tBMA)
(52/18/15/15)(モルパーセント)
熱電対、攪拌機、滴下ロート、還流冷却管、Dean−Starkトラップおよび反応を通して窒素をバブリングする手段を取り付けた100mlのフラスコに対して、以下の成分を投入することにより、アクリロニトリル(AN)/メトキシメチルノルボルニレンヘキサフルオロアルコールエーテル付加物(NB−F−OMOM)/メタクリル酸(MAA)/第3級−ブチルメタクリレート(tBMA)共重合体を調製した。
【0104】
【表6】
【0105】
Vazo(登録商標)−67開始剤(ポーション1の一部)を、2グラムのアセトン(ポーション1の一部)に溶解させた。ポーション1の残りの構成要素を100ml反応フラスコ中に添加し、そして還流温度まで加熱した。次に、開始剤溶液を該フラスコ中に1回で添加した。開始剤容器を残りの1.169gのアセトンですすぎ、そして反応フラスコ中に添加した。Vazo(登録商標)−67の注入に速やかに引き続いて、ポーション2のモノマーおよび開始剤をアセトン中に完全に溶解させ、そして還流温度において240分かけて供給した。その供給が終了した後に、45分にわたって還流において反応を継続し、そして次にアセトン中に溶解したポーション3の開始剤を反応容器中に1回で添加した。反応をさらなる45分間にわたって還流にて継続した。次に溶媒をストリップして、未反応のアクリロニトリルを除去した。次に、18mlのアセトンを加え、そして再びストリップしてポリマー中に残存する痕跡量のアクリロニトリルを除去した。反応フラスコ中に毎回18mlのアセトンを添加することにより、ストリッピング手順をさらに3回繰り返した。最後に、大過剰(650ml)の石油エーテル中へポリマー溶液を添加することにより、ポリマーを析出させた。溶媒をデカントした後に、少量の石油エーテルを用いて白色ポリマー粉末を洗浄し、そしてデカントした。湿潤したポリマーを、45℃において12時間にわたって真空オーブン中で乾燥した。収量は6.19グラム(21.9%)であった。C−13 NMR分析は、共重合体組成(モル部)がP(AN/NB−F−OMOM/MAA/t−BMA)(52.0/18.7/15.4/14.0 m/m/m/m)であることを示した。
【0106】
前述の手順を用いて、このポリマーから作製される異なる厚さを有する2つのフィルムサンプルの157nmにおける吸光係数値を測定した。第1のフィルムサンプルは、683Åの厚さを有し、および157nmにおいて3.88μm−1の吸収係数を示した。第2のフィルムサンプルは、625Åの厚さを有し、および157nmにおいて3.96μm−1の吸収係数を示した。これら2つの値の平均値は、3.92μm−1である。
【0107】
(実施例13)
以下の構成要素を有する溶液を調製し、そして終夜にわたって磁気的に攪拌した。
【0108】
【表7】
【0109】
Brewer Science Inc. Model−100CB組合せスピンコータ/ホットプレートを用い4インチ直径のシリコンウェーハ(P型、100配向)上に、スピンコーティングを行った。リソテックジャパン株式会社レジスト現像アナライザー(Model−790)により、現像を実施した。
【0110】
6mlのヘキサメチルジシラザン(HMDS)プライマーを堆積させ、そして10秒間にわたって5000rpmで回転させることによりウェーハを準備した。次に、約3mlの前記コポリマー含有溶液を、0.45μmPTFEシリンジフィルタを通して濾過した後に堆積させ、そして60秒間にわたり3000rpmで回転させ、そして60秒間にわたって120℃でベークした。
【0111】
ORIEL Model−82841 Solar Simulator(1000ワット)からの広帯域UV光を248nmにおいて約30%のエネルギーを通過させる248nm干渉フィルターを通過させることにより得られる光に対して、被覆されたウェーハを露光することにより、248nm画像形成を行った。露光時間は300秒であり、205mJ/cm2の非減衰線量を与えた。種々の中間色光学濃度を有する18位置を有するマスクを用いて、広範な露光線量を発生させた。露光の後に、露光されたウェーハを120秒にわたって100℃でベークした。
【0112】
該ウェーハを、60秒にわたって、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)水溶液(OHKA, nmD−3、2.38%TMAH溶液)中で現像して、ポジ画像を与えた。
【0113】
(実施例14)
以下の構成要素を有する溶液を調製し、そして終夜にわたって磁気的に攪拌した。
【0114】
【表8】
【0115】
Brewer Science Inc. Model−100CB組合せスピンコータ/ホットプレートを用い4インチ直径のシリコンウェーハ(P型、100配向)上に、スピンコーティングを行った。リソテックジャパン株式会社レジスト現像アナライザー(Model−790)により、現像を実施した。
【0116】
6mlのヘキサメチルジシラザン(HMDS)プライマーを堆積させ、そして10秒間にわたって5000rpmで回転させることによりウェーハを準備した。次に、約3mlの前記溶液を、0.45μmPTFEシリンジフィルタを通して濾過した後に堆積させ、そして60秒間にわたり3000rpmで回転させ、そして60秒間にわたって120℃でベークした。
【0117】
ORIEL Model−82841 Solar Simulator(1000ワット)からの広帯域UV光を248nmにおいて約30%のエネルギーを通過させる248nm干渉フィルターを通過させることにより得られる光に対して、被覆されたウェーハを露光することにより、248nm画像形成を行った。露光時間は300秒であり、205mJ/cm2の非減衰線量を与えた。種々の中間色光学濃度を有する18位置を有するマスクを用いて、広範な露光線量を発生させた。露光の後に、露光されたウェーハを120秒にわたって120℃でベークした。
【0118】
該ウェーハを、60秒にわたって、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)水溶液(OHKA, NMD−3、2.38%TMAH溶液)中で現像して、ポジ画像を与えた。
【0119】
(実施例15)
以下の構成要素を有する溶液を調製し、そして終夜にわたって磁気的に攪拌した。
【0120】
【表9】
【0121】
Brewer Science Inc. Model−100CB組合せスピンコータ/ホットプレートを用い4インチ直径のシリコンウェーハ(P型、100配向)上に、スピンコーティングを行った。リソテックジャパン株式会社レジスト現像アナライザー(Model−790)により、現像を実施した。
【0122】
6mlのヘキサメチルジシラザン(HMDS)プライマーを堆積させ、そして10秒間にわたって5000rpmで回転させることによりウェーハを準備した。次に、約3mlの前記コポリマー含有溶液を、0.45μmPTFEシリンジフィルタを通して濾過した後に堆積させ、そして60秒間にわたり3000rpmで回転させ、そして60秒間にわたって120℃でベークした。
【0123】
ORIEL Model−82421 Solar Simulator(1000ワット)からの広帯域UV光を248nmにおいて約30%のエネルギーを通過させる248nm干渉フィルターを通過させることにより得られる光に対して、被覆されたウェーハを露光することにより、248nm画像形成を行った。露光時間は300秒であり、205mJ/cm2の非減衰線量を与えた。種々の中間色光学濃度を有する18位置を有するマスクを用いて、広範な露光線量を発生させた。露光の後に、露光されたウェーハを100秒にわたって110℃でベークした。
【0124】
該ウェーハを、60秒にわたって、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)水溶液(OHKA, NMD−3、2.38%TMAH溶液)中で現像して、ポジ画像を与えた。
Claims (24)
- (a)(i)構造
−C(Rf)(Rf’)OH
(式中、RfおよびRf’は、1から約10個の炭素原子を有する同一または異なるフルオロアルキル基であるか、または一緒になって(CF2)n(nは2から約10である)である)を有するフルオロアルコール官能基を含有する少なくとも1つのエチレン性不飽和化合物から誘導される反復単位と、
(ii)構造
(H)(R1)C=C(R2)(CN)
(式中、R1は水素原子またはCN基であり;R2はC1〜C8アルキル基、水素原子またはCO2R3基(R3はC1〜C8アルキル基または水素原子である)である)を有する少なくとも1つのエチレン性不飽和化合物から誘導される反復単位とを含むポリマーと;
(b)少なくとも1つの光活性成分と
を含むことを特徴とするフォトレジスト。 - 前記ポリマーは、157nmの波長において5.0μm−1未満の吸収係数を有することを特徴とする請求項1に記載のフォトレジスト。
- 前記フルオロアルコール官能基を含有する前記少なくとも1つのエチレン性不飽和化合物から誘導される前記反復単位は、約10から約60モルパーセントで前記ポリマー中に存在し、少なくとも1つのニトリル基を含有する前記少なくとも1つのエチレン性不飽和化合物から誘導される前記反復単位は、約20から約80モルパーセントで前記ポリマー中に存在することを特徴とする請求項1に記載のフォトレジスト。
- 前記フルオロアルコール官能基を含有する前記少なくとも1つのエチレン性不飽和化合物から誘導される前記反復単位は、約45モルパーセント以下で前記ポリマー中に存在することを特徴とする請求項1に記載のフォトレジスト。
- 前記フルオロアルコール官能基を含有する前記少なくとも1つのエチレン性不飽和化合物から誘導される前記反復単位は、約30モルパーセント以下で前記ポリマー中に存在することを特徴とする請求項4に記載のフォトレジスト。
- ポジ型フォトレジストであることを特徴とする請求項1に記載のフォトレジスト。
- 少なくとも1つの保護された官能基をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のフォトレジスト。
- 前記反復単位(ii)は、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、トランス−1,2−ジシアノエチレン、およびシス−1,2−ジシアノエチレンから成る群から選択されるエチレン性不飽和化合物から誘導されることを特徴とする請求項1に記載のフォトレジスト。
- 前記反復単位(ii)は、アクリロニトリルから誘導されることを特徴とする請求項8に記載のフォトレジスト。
- 前記保護された官能基の官能基は、カルボン酸およびフルオロアルコールから成る群から選択されることを特徴とする請求項7に記載のフォトレジスト。
- 少なくとも1つのフルオロアルコール官能基が保護されることを特徴とする請求項1に記載のフォトレジスト。
- 前記ポリマーは脂肪族多環式基をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のフォトレジスト。
- 脂肪族多環式基を含有するポリマーの反復単位のパーセントは約1から約50モルパーセントまで変動することを特徴とする請求項12に記載のフォトレジスト。
- 前記光活性成分は、光酸発生剤であることを特徴とする請求項1に記載のフォトレジスト。
- 前記フォトレジストは、<365nmの波長を有する紫外放射に対する画像様露光時に、浮き彫り画像を形成するように現像可能であることを特徴とする請求項1に記載のフォトレジスト。
- カルボン酸、保護されたフルオロアルコール、および保護されたカルボン酸から成る群から選択される少なくとも1つの要素をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のフォトレジスト。
- 溶解抑制剤をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のフォトレジスト。
- 前記フルオロアルコール官能基は、11以下のpKaを有することを特徴とする請求項1に記載のフォトレジスト。
- 前記ポリマーは、分枝ポリマーであることを特徴とする請求項1に記載のフォトレジスト。
- (A)基板上にフォトレジスト組成物を付着してフォトレジスト層を形成する工程であって、該フォトレジスト組成物は、
(i)(a)構造
−C(Rf)(Rf’)OH
(式中、RfおよびRf’は、1から約10個の炭素原子を有する同一または異なるフルオロアルキル基であるか、または一緒になって(CF2)n(nは2から約10である)である)を有するフルオロアルコール官能基を含有する少なくとも1つのエチレン性不飽和化合物から誘導される反復単位と、
(b)構造
(H)(R1)C=C(R2)(CN)(式中、R1は水素原子またはCN基であり;R2はC1〜C8アルキル基、水素原子またはCO2R3基(R3はC1〜C8アルキル基または水素原子である)である)を有する少なくとも1つのエチレン性不飽和化合物から誘導される反復単位と
を含むポリマーと;
(ii)少なくとも1つの光活性成分と
を含む工程と;
(B)該フォトレジスト層を画像様に露光して、画像形成区域および非画像形成区域を形成する工程と;
(C)画像形成区域および非画像形成区域を有する露光されたフォトレジスト層を現像して、該基板上のフォトレジスト画像を形成する工程と
を順に含むことを特徴とする基板上のフォトレジスト画像を調製するための方法。 - 工程(A)と工程(B)との間に、前記フォトレジスト組成物を乾燥して溶媒を実質的に除去し、およびそれによって前記基板上に前記フォトレジスト層を形成する工程をさらに含み、ここで前記フォトレジスト組成物は溶媒をさらに含むことを特徴とする請求項20に記載の方法。
- 前記フォトレジスト組成物に対して少なくとも1つの保護された官能基を含有する添加剤を添加するかあるいは前記ポリマー中の官能基を保護する工程、引き続いて前記フォトレジスト層を加熱して画像形成のための脱保護を促進する工程をさらに含むことを特徴とする請求項20に記載の方法。
- 前記露光された層を、水性アルカリ性現像剤を用いて現像することを特徴とする請求項20に記載の方法。
- 前記ポリマーに対して官能基を添加する工程をさらに含み、該官能基は、カルボン酸、保護されたフルオロアルコールおよび保護されたカルボン酸から成る群から選択されることを特徴とする請求項20に記載の方法。
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