JP2005114968A - レジスト材料及びパターン形成方法 - Google Patents

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Abstract

【解決手段】 ヒドロキシ基の水素原子が部分的に酸不安定基で置換されたヒドロキシスチレン、ヒドロキシビニルナフタレン又はヒドロキシビニルアントラセンを繰り返し単位として有する重合体であって、重合体の片末端又は両末端の繰り返し単位において、そのヒドロキシ基の水素原子が酸不安定基で選択的に置換されている重合体を添加してなることを特徴とするレジスト材料。
【効果】本発明のレジスト材料は、露光前後のアルカリ溶解速度コントラストが大幅に高く、高感度で高解像性を有し、その上、特に優れたエッチング耐性を示し、特に超LSI製造用の微細パターン形成材料として好適な化学増幅型レジスト材料等のレジスト材料を与えることが可能である。
【選択図】 なし

Description

本発明は、露光前後のアルカリ溶解速度コントラストが大幅に高く、高感度で高解像性を有し、優れたエッチング耐性と基板密着性を示し、特に超LSI製造用及びフォトマスクの微細パターン形成材料として好適な化学増幅ポジ型レジスト材料及びパターン形成方法に関する。
近年、LSIの高集積化と高速度化に伴い、パターンルールのより微細化の求めに応じて遠紫外線リソグラフィーが実用化されてきた。遠紫外線リソグラフィーは、0.3μm以下の加工も可能であり、光吸収の低いレジスト材料を用いた場合、基板に対して垂直に近い側壁を有したパターン形成が可能になる。
例えば、酸を触媒とした化学増幅ポジ型レジスト材料(特許文献1,2:特公平2−27660号、特開昭63−27829号公報等記載)は、遠紫外線の光源として高輝度なKrFエキシマレーザーを利用し、感度、解像性、ドライエッチング耐性が高く、優れた特徴を有した遠紫外線リソグラフィー用のレジスト材料である。
このような化学増幅ポジ型レジスト材料としては、ベースポリマー、酸発生剤からなる二成分系、ベースポリマー、酸発生剤、酸不安定基を有する溶解阻止剤からなる三成分系が知られている。
例えば、特開昭62−115440号公報(特許文献3)にはポリ−p−tert−ブトキシスチレンと酸発生剤からなるレジスト材料が提案され、この提案と類似したものとして特開平3−223858号公報(特許文献4)に分子内にtert−ブトキシ基を有する樹脂と酸発生剤からなる二成分系レジスト材料、更には特開平4−211258号公報(特許文献5)にはメチル基、イソプロピル基、tert−ブチル基、テトラヒドロピラニル基、トリメチルシリル基含有ポリヒドロキシスチレンと酸発生剤からなる二成分系のレジスト材料が提案されている。
更に、特開平6−100488号公報(特許文献6)にはポリ[3,4−ビス(2−テトラヒドロピラニルオキシ)スチレン]、ポリ[3,4−ビス(tert−ブトキシカルボニルオキシ)スチレン]、ポリ[3,5−ビス(2−テトラヒドロピラニルオキシ)スチレン]等のポリジヒドロキシスチレン誘導体と酸発生剤からなるレジスト材料が提案されている。
しかしながら、これらレジスト材料のベース樹脂は、酸不安定基を側鎖に有するものであり、酸不安定基がtert−ブチル基、tert−ブトキシカルボニル基のように強酸で分解されるものであると、そのレジスト材料のパターン形状がT−トップ形状になり易く、一方、エトキシエチル基等のようなアルコキシアルキル基は弱酸で分解されるため、露光から加熱処理までの時間経過に伴ってパターン形状が著しく細るという欠点を有したり、側鎖にかさ高い基を有しているので、耐熱性が下がったり、感度及び解像度が満足できるものでないなど、いずれも問題を有しており、これらの複数の置換基を用いて欠点を補うなどの検討がなされている。
また、より高い透明性及び基板への密着性の実現と、基板までの裾引き改善、エッチング耐性向上のためヒドロキシスチレンと、(メタ)アクリル酸三級エステルとの共重合体を使用したレジスト材料も報告されている(特許文献7,8:特開平3−275149号公報、特開平6−289608号公報参照)が、この種のレジスト材料は耐熱性や、露光後のパターン形状が悪い等の問題があり、またエッチング耐性も満足できるものではなかった。
ここで、特開平11−236416号公報(特許文献9)に末端を制御したポリマーを添加することを特徴とするレジスト材料が提案されている。ここでは、ポリマー末端は、酸に対して安定な基が示されている。
我々は、特開2003−140350号公報(特許文献10)で、ポリマー末端にカルボン酸の水素原子が置換された酸不安定基を付けることによって溶解コントラストの向上を試みた。溶解コントラストに対してポリマー末端の影響が大きく、ポリマー末端に酸不安定基で置換されたくり返し単位を配置するブロック共重合によって溶解コントラストを向上させることができる。
ブロック共重合の合成法には種々の方法があるが、制御されたブロック共重合体の重合法はリビング重合法と縮合重合法が挙げられる。リビング重合法ではアニオン重合法がもっともよく用いられるが、カチオン重合やラジカル重合も用いられる(非特許文献1〜3:“Block and graft cololymers” J.J.Gurke, V.Weiss Ed., Syracuse Univ. Press (1973), “Block copolymers” D.J.Meier Ed., Harwood academic Press, New York (1979), “Multicomponent polymers” S.L.Cooper, G.M.Esters Ed., Am. Chem. Soc., Washington, D.C. (1979)参照)。
SPIE Vol.3678 p78−85 (1999)(非特許文献4)では、ランダム共重合のポリマーに、酸不安定基含有モノマーと密着性基含有モノマーがブロック共重合されたポリマーを添加することによって解像度が向上することが報告されている。
特開平10−53621号公報(特許文献11)、特開2001−139626号公報(特許文献12)には、リビングアニオン重合によって得られた狭分散のポリヒドロキシスチレンと(メタ)アクリルのブロックポリマーが示されている。
ブロック共重合の特徴として、高濃度溶液においてミクロ相分離構造が形成されることである。スピンコート後の膜内にミクロ相分離構造が形成されると、分離されたドメイン同士の酸拡散やアルカリ溶解性が異なるため、マスクパターンとは全く異なるパターンが形成されたり、ラインエッジラフネスが大きくなったりする。ヒドロキシスチレンと(メタ)アクリルとの共重合などのように、主鎖構造が異なるモノマーをブロック共重合させた場合に特にミクロ相分離が形成しやすくなる。これに対して、主鎖が同じヒドロキシスチレンで、ポリマー末端だけを酸不安定基で置換した本発明によるブロック共重合ポリマーの場合、ミクロ相分離は発生しづらい。酸不安定基で置換されたポリヒドロキシスチレンのくり返し単位をポリマー末端付近に有することで、酸不安定基の脱離前と脱離後のアルカリ溶解コントラストが飛躍的に向上する。
特公平2−27660号公報 特開昭63−27829号公報 特開昭62−115440号公報 特開平3−223858号公報 特開平4−211258号公報 特開平6−100488号公報 特開平3−275149号公報 特開平6−289608号公報 特開平11−236416号公報 特開2003−140350号公報 特開平10−53621号公報 特開2001−139626号公報 "Block and graft cololymers" J.J.Gurke, V.Weiss Ed., J.J.Gurke, V.Weiss Ed., Syracuse Univ. Press (1973) "Block copolymers" D.J.Meier Ed., D.J.Meier Ed., Harwood academic Press, New York (1979) "Multicomponent polymers" S.L.Cooper, G.M.Esters Ed., Am. Chem. Soc., Washington, D.C. (1979) SPIE Vol.3678 p78−85 (1999)
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、従来のレジスト材料を上回る高感度及び高解像度、露光余裕度、プロセス適応性を有し、露光後のパターン形状が良好であり、更に優れたエッチング耐性を示すレジスト材料、特に化学増幅ポジ型レジスト材料及びパターン形成方法を提供することを目的とする。
本発明者は上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、ヒドロキシ基の水素原子が部分的に酸不安定基で置換されたヒドロキシスチレン、ヒドロキシビニルナフタレン又はヒドロキシビニルアントラセンを繰り返し単位として有する重合体であって、重合体の片末端又は両末端の繰り返し単位において、そのヒドロキシ基の水素原子が酸不安定基で選択的に置換されている重合体を添加することによって、レジストの溶解コントラストが飛躍的向上し、解像性が高まることを見い出した。
特に、下記一般式(1)、(2)又は(3)で示されるブロック共重合からなる繰り返し単位を有し、重量平均分子量が1,000〜500,000の高分子化合物がポジ型レジスト材料、特に化学増幅ポジ型レジスト材料のベース樹脂として有効で、この高分子化合物と酸発生剤と有機溶剤とを含む化学増幅ポジ型レジスト材料が、レジスト膜の溶解コントラスト、解像性が高く、露光余裕度があり、プロセス適応性に優れ、露光後のパターン形状が良好でありながら、より優れたエッチング耐性を示し、これらのことから実用性が高く、超LSI用レジスト材料あるいはフォトマスクパターン形成材料として非常に有効であることを知見し、本発明をなすに至った。
従って、本発明は、下記のレジスト材料及びパターン形成方法を提供する。
請求項1:
ヒドロキシ基の水素原子が部分的に酸不安定基で置換されたヒドロキシスチレン、ヒドロキシビニルナフタレン又はヒドロキシビニルアントラセンを繰り返し単位として有する重合体であって、重合体の片末端又は両末端の繰り返し単位において、そのヒドロキシ基の水素原子が酸不安定基で選択的に置換されている重合体を添加してなることを特徴とするレジスト材料。
請求項2:
片末端又は両末端の繰り返し単位中のヒドロキシ基の水素原子が選択的に酸不安定基で置換されたヒドロキシスチレン、ヒドロキシビニルナフタレン又はヒドロキシビニルアントラセンを繰り返し単位として有する重合体が、下記一般式(1)、(2)又は(3)で示されることを特徴とする請求項1記載のレジスト材料。
Figure 2005114968
(式中、R1は炭素数1〜20の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基であり、R2、R5は水素原子又はメチル基である。R3、R6は炭素数6〜20の芳香環であり、R4は水素原子又は水素原子と酸不安定基との混在であり、繰り返し単位a及びd中の50モル%以下のヒドロキシ基の水素原子が酸不安定基、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基又はアシル基で置換されており、R7は酸不安定基である。R8はヒドロキシ基、カルボキシ基、炭素数1〜20のヒドロキシ基、エステル基、エーテル基、ラクトン環、シアノ基を含んでいてもよい脂肪族もしくは芳香族1価炭化水素基、アルコキシ基、又は下記一般式(4)で示される基である。
Figure 2005114968
ここで、上記一般式(4)中、R9は単結合、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキレン基、有橋環式のアルキレン基又は炭素数6〜10のアリーレン基であり、R10は酸不安定基である。Zは単結合又はp+1価の脂肪族もしくは芳香族1価炭化水素基で、カルボニル基、エステル基又はエーテル基を含んでいてもよい。炭素数a、bはそれぞれ正数であり、0.5≦a<1.0、0<b≦0.5、0.5≦d<1.0、0<c≦0.25、0<e≦0.25の範囲であり、m、nは1〜3の整数である。)
請求項3:
一般式(1)、(2)又は(3)において、R3、R6で示される芳香環が、ベンゼン環、ナフタレン環又はアントラセン環であることを特徴とする請求項2記載のレジスト材料。
請求項4:
一般式(1)、(2)又は(3)に示される重合体がリビング重合によって合成されることを特徴とする請求項2又は3記載のレジスト材料。
請求項5:
(A)有機溶剤、
(B)ベース樹脂として請求項1乃至4のいずれか1項に記載の重合体、
(C)酸発生剤
を含有してなることを特徴とする化学増幅ポジ型レジスト材料。
請求項6:
(A)有機溶剤、
(B)ベース樹脂として請求項1乃至4のいずれか1項に記載の重合体、
(C)酸発生剤、
(D)溶解阻止剤
を含有してなることを特徴とする化学増幅ポジ型レジスト材料。
請求項7:
更に、(E)添加剤として塩基性化合物を配合したことを特徴とする請求項5又は6記載の化学増幅ポジ型レジスト材料。
請求項8:
請求項1乃至7のいずれか1項に記載のレジスト材料を基板上に塗布する工程と、加熱処理後、フォトマスクを介して高エネルギー線もしくは電子線で露光する工程と、必要に応じて加熱処理した後、現像液を用いて現像する工程とを含むことを特徴とするパターン形成方法。
本発明のレジスト材料は、露光前後のアルカリ溶解速度コントラストが大幅に高く、高感度で高解像性を有し、その上、特に優れたエッチング耐性を示し、特に超LSI製造用の微細パターン形成材料として好適な化学増幅型レジスト材料等のレジスト材料を与えることが可能である。
本発明のレジスト材料は、ヒドロキシ基の水素原子が部分的に酸不安定基で置換されたヒドロキシスチレン、ヒドロキシビニルナフタレン又はヒドロキシビニルアントラセンを繰り返し単位として有する重合体であって、重合体の片末端又は両末端の繰り返し単位において、そのヒドロキシ基の水素原子が酸不安定基で選択的に置換されている重合体を含有する。
この場合、この重合体としては、下記一般式(1)、(2)又は(3)で示される片末端又は両末端の繰り返し単位中のヒドロキシ基の水素原子が選択的に酸不安定基で置換されたヒドロキシスチレン、ヒドロキシビニルナフタレン又はヒドロキシビニルアントラセンを繰り返し単位として有する重合体が挙げられる。
Figure 2005114968
(式中、R1は炭素数1〜20の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基であり、R2、R5は水素原子又はメチル基である。R3、R6は炭素数6〜20の芳香環であり、R4は水素原子又は酸不安定基であり、くり返し単位a及びd中の50モル%以下のヒドロキシ基の水素原子が酸不安定基、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基又はアシル基で置換されており、R7は酸不安定基である。R8はヒドロキシ基、カルボキシ基、炭素数1〜20のヒドロキシ基、エステル基、エーテル基、ラクトン環、シアノ基を含んでいてもよい脂肪族もしくは芳香族1価炭化水素基、アルコキシ基、又は下記一般式(4)で示される基であってもよい。
Figure 2005114968
ここで、上記一般式(4)中、R9は単結合、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキレン基、有橋環式のアルキレン基又は炭素数6〜10のアリーレン基であり、R10は酸不安定基である。Zは単結合又はp+1価の脂肪族もしくは芳香族1価炭化水素基で、カルボニル基、エステル基又はエーテル基を含んでいてもよい。炭素数a、bはそれぞれ正数であり、0.5≦a<1.0、0<b≦0.5、0.5≦d<1.0、0<c≦0.25、0<e≦0.25の範囲であり、m、nは1〜3の整数である。)
ここで、上記一般式(4)中、R9は具体的には、メチレン基、エチレン基、n−プロピレン基、イソプロピレン基、n−ブチレン基、イソブチレン基、sec−ブチレン基、シクロヘキシレン基、ノルボルニレン基、アダマンチレン基などの有橋環式基が挙げられ、特にメチレン基、エチレン基、n−プロピレン基が好ましく用いられる。アリーレン基としてはフェニレン基等が挙げられる。
Zとしては、例えば下記のものを例示することができる。
Figure 2005114968
但し、R0は、単結合、又はR9と同様の炭素数1〜10の直鎖状、分岐状、環状もしくは有橋環式のアルキレン基又は炭素数6〜10のアリーレン基であり、カルボニル基、エステル基、又はエーテル基を含んでいてもよい。Rは、炭素数1〜6の直鎖状又は分岐状のアルキレン基より水素原子が1個脱離した3価の脂肪族炭化水素基を示す。又は、
Figure 2005114968
を形成する基を示す。
1のアルキル基の例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基等が挙げられる。R1のアルキル基は、アニオンリビング重合に用いる開始剤のアルキル基であり、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基が好ましく用いられる。
3、R6は、KrFエキシマレーザー露光用にはベンゼン環が好ましく用いられるが、EB露光用にはナフタレン環あるいはアントラセン環を用いることもできる。KrFエキシマレーザーの248nmの波長においては、ナフタレン環、アントラセン環は強い吸収があるためパターン形成ができないが、EBにおいては吸収がないため、垂直なパターンが形成できる。ドライエッチング耐性はベンゼン環よりもナフタレン環、アントラセン環の方が高い。
ベースポリマーにおけるフェノール性水酸基の酸不安定基R4、R7とカルボキシル基の酸不安定基R10は同一でもよく、異なっていてもよく、種々選定されるが、(AL10)、(AL11)で示される基、下記式(AL12)で示される炭素数4〜40の三級アルキル基、炭素数1〜6のトリアルキルシリル基、炭素数4〜20のオキソアルキル基等で置換されている構造のものが挙げられる。
Figure 2005114968
上記式(AL10)、(AL11)においてR11、R14は炭素数1〜20の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基であり、酸素、硫黄、窒素、フッ素などのヘテロ原子を含んでもよい。
12、R13は水素原子又は炭素数1〜20の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基であり、酸素、硫黄、窒素、フッ素などのヘテロ原子を含んでもよく、aは0〜10の整数である。
12とR13、R12とR14、R13とR14はそれぞれ結合してこれらが結合する炭素原子と共に炭素数4〜20の環を形成してもよい。
上記式(AL10)に示される化合物を具体的に例示すると、tert−ブトキシカルボニル基、tert−ブトキシカルボニルメチル基、tert−アミロキシカルボニル基、tert−アミロキシカルボニルメチル基、1−エトキシエトキシカルボニルメチル基、2−テトラヒドロピラニルオキシカルボニルメチル基、2−テトラヒドロフラニルオキシカルボニルメチル基等、また下記一般式(AL10)−1〜(AL10)−9で示される置換基が挙げられる。
Figure 2005114968
上記式(AL10)−1〜(AL10)−9中、R18は同一又は異種の炭素数1〜8の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基又は炭素数6〜20のアリール基又はアラルキル基を示す。R19は水素原子又は炭素数1〜20の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基を示す。R20は炭素数6〜20のアリール基又はアラルキル基を示す。
上記式(AL11)で示されるアセタール化合物を(AL11)−1〜(AL11)−30に例示する。
Figure 2005114968
Figure 2005114968
また、下記一般式(AL11−a)あるいは(AL11−b)で表される酸不安定基によってベース樹脂が分子間あるいは分子内架橋されていてもよい。
Figure 2005114968
上記式中、R33、R34は水素原子、又は炭素数1〜8の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基を示す。又は、R33とR34は結合して環を形成してもよく、環を形成する場合にはR33、R34は炭素数1〜8の直鎖状又は分岐状のアルキレン基を示す。R35は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキレン基、b、dは0又は1〜10、好ましくは0又は1〜5の整数、cは1〜7の整数である。Aは(c+1)価の炭素数1〜50の脂肪族もしくは脂環式飽和炭化水素基、芳香族炭化水素基又はヘテロ環基を示し、これらの基はO、S、N等のヘテロ原子を介在してもよく、又はその炭素原子に結合する水素原子の一部が水酸基、カルボキシル基、カルボニル基又はフッ素原子によって置換されていてもよい。Bは−CO−O−、−NHCO−O−又は−NHCONH−を示す。
この場合、好ましくは、Aは2〜4価の炭素数1〜20の直鎖状、分岐状又は環状のアルキレン基、アルキルトリイル基、アルキルテトライル基、又は炭素数6〜30のアリーレン基であり、これらの基はO、S、N等のヘテロ原子を介在していてもよく、またその炭素原子に結合する水素原子の一部が水酸基、カルボキシル基、アシル基又はハロゲン原子によって置換されていてもよい。また、cは好ましくは1〜3の整数である。
上記一般式(AL11−a)、(AL11−b)で示される架橋型アセタール基は、具体的には下記式(AL11)−31〜(AL11)−38のものが挙げられる。
Figure 2005114968
上記式(AL12)において、R15、R16、R17としては炭素数1〜20、特に1〜16の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基が挙げられる。あるいは、R15とR16、R15とR17又はR16とR17は互いに結合してこれらが結合する炭素原子と共に、炭素数3〜20、特に4〜16の環を形成してもよい。
上記式(AL12)に示される三級アルキル基としては、tert−ブチル基、トリエチルカルビル基、1ーエチルノルボニル基、1−メチルシクロヘキシル基、1−エチルシクロペンチル基、2−(2−メチル)アダマンチル基、2−(2−エチル)アダマンチル基、tert−アミル基等あるいは下記一般式(AL12)−1〜(AL12)−18を挙げることができる。
Figure 2005114968
上記式中、R21は同一又は異種の炭素数1〜8の直鎖状、分岐鎖状又は環状のアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、アラルキル基を示す。R22、R24は水素原子あるいは炭素数1〜20の直鎖状、分岐鎖状又は環状のアルキル基を示す。R23は炭素数6〜20のアリール基、アラルキル基を示す。
更に、下記式(AL12)−19、(AL12)−20に示すように、2価以上のアルキレン基、アリーレン基であるR25を含んで、ポリマーの分子内あるいは分子間が架橋されていてもよい。下記式(AL12)−19,20中、R21は前述と同様、R25は炭素数1〜20の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキレン基又はアリーレン基を示し、酸素原子や硫黄原子、窒素原子などのヘテロ原子を含んでいてもよい。bは1〜3の整数である。
Figure 2005114968
なお、R21、R22、R23、R24は酸素、窒素、硫黄などのヘテロ原子を有していてもよく、具体的には下記式(13)−1〜(13)−7に示すことができる。
Figure 2005114968
酸不安定基がそれぞれ炭素数1〜6のトリアルキルシリル基としては、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、ジメチル−tert−ブチルシリル基等が挙げられる。
一般式(1)、(2)又は(3)で示される繰り返し単位ab、cdeの共重合は、a単位とb単位、c単位、d単位、e単位とがそれぞれ連続してつながるブロック共重合体である。このブロック共重合ポリマーの重合方法としては、リビング重合を用いてモノマーを逐次添加していく方法が挙げられる。アルキルリチウムを用いたアニオンリビング重合を用いた場合、重合の開始時あるいは終了時に酸不安定基で置換されたヒドロキシスチレンを添加することによってポリマーの末端に酸不安定基で置換されたヒドロキシスチレンの繰り返し単位を配置することが可能である。添加するモノマーの種類を順番、量を精緻にコントロールすることによって、ポリマー分子内の酸不安定基の位置をコントロールすることが可能である。また、リビングアニオン重合では分子量分布が1.5以下の狭分散ポリマーを得ることもできる。狭分散の分子量分布ポリマーは、解像性が高く、ラインエッジラフネスが小さい特徴がある。
ここで、ラジカル重合ではランダム共重合になり、分子量分布が1.5以上で、狭分散分子量分布のポリマーにはなり得ない。
一般式(1)、(2)又は(3)中、R3、R6がベンゼン環の場合、下記一般式(5)−1で示されるヒドロキシスチレン誘導体、R3、R6がナフタレン環の場合、下記一般式(5)−2で示されるヒドロキシビニルナフタレン誘導体、R3、R6がアントラセン環の場合、下記一般式(5)−3で示されるヒドロキシビニルアントラセン誘導体を用いてリビングアニオン重合を行う。
Figure 2005114968
(R2,5はR2又はR5であることを示す。(OR40m,nは(OR40m又は(OR40nであることを示す。)
ここで、R2、R5、m、nは前述の通りであり、R40は炭素数1〜6の直鎖状、分岐状もしくは環状の1級又は2級のアルキル基、式(AL11)で示されるアセタール基、式(AL12)で挙げられる三級のアルキル基、トリアルキルシリル基などが挙げられる。
アニオン重合における重合の末端は、金属アニオン化しており、半導体用途の高分子化合物としては金属汚染の影響があるので好ましくない。アニオンを除くための停止反応を行い、金属を取り除く必要がある。停止反応は、水、アルコール、炭酸ガス、ハロゲン化物などで行う。停止反応によって、一般式(1)、(2)又は(3)中におけるR8で示される末端になる。停止反応を水で行えば、R8はヒドロキシ基となり、炭酸ガスで行えば、カルボキシ基であり、ハロゲン化炭化水素で行えば、炭素数1〜20の直鎖状、分岐状もしくは環状の脂肪族もしくは芳香族炭化水素基となり、アルコールで行えば、アルコキシ基となる。特に、ハロゲン化物による停止反応は瞬時に行われるために、分子量分布が1.1以下の非常に狭いポリマーを得ることができる。
この場合、重合停止剤としては、下記一般式(6)で示されるものが好ましい。下記一般式(6)で示される重合停止剤としては、下記一般式(6)−1〜(6)−3に示される。ここで、R、R0、R9、R10、Z、pは上記の通りであり、Xはハロゲン原子、アルデヒド基、水酸基、カルボキシル基などが挙げられる。
Figure 2005114968
更に、上記一般式(6)−1〜(6)−3に示される重合停止剤は具体的には下記に例示することができる。
Figure 2005114968
(上記式中、R10及びXは上記の通りである。)
リビング重合としては、リビングアニオン重合と、リビングラジカル重合が挙げられる。その中でもリビングアニオン重合が好適に用いられる。リビングアニオン重合を行う場合、反応溶媒としては、トルエン、ベンゼン、テトラヒドロフラン、ジオキサン、エチルエーテル等の溶媒が好ましく、特にテトラヒドロフラン、ジオキサン、エチルエーテル等の極性溶媒が好ましい、単独でも2種以上混合して使用しても構わない。
開始剤としては、アルキルリチウムが用いられ、その中でも特にsec−ブチルリチウム、n−ブチルリチウムが好ましく、その使用量は設計分子量に比例する。
反応温度としては−80〜100℃、好ましくは−70〜0℃であり、反応時間としては0.1〜50時間、好ましくは0.5〜5時間である。上記方法においては、重量平均分子量が1,000〜1,000,000であり、一般式(1)、(2)又は(3)で示される繰り返し単位を有する重合体を得ることができる。
本発明のレジスト化合物に添加する末端が酸不安定基で置換されたポリヒドロキシスチレン、ポリヒドロキシビニルナフタレン、ポリヒドロキシビニルアントラセンの合成方法を例示する。下記概略図a−1〜a−6において、OHは保護されていないヒドロキシスチレン、ヒドロキシビニルナフタレン、ヒドロキシビニルアントラセン、Aは酸不安定基であり、OAは酸不安定基で置換されたヒドロキシスチレン、ヒドロキシビニルナフタレン、ヒドロキシビニルアントラセンの繰り返し単位を表す。
ここで、a−1はポリマー全体がランダムに酸不安定基で置換されている。a−2は両末端が酸不安定で置換されており、中心部はランダムに酸不安定基で置換されている。a−3は片末端が酸不安定基で置換されており、中心部ともう一方の片末端はランダムに酸不安定基で置換されている。a−4は両末端だけが酸不安定基で置換されており、中心部は全てヒドロキシ基である。a−5は中心部が酸不安定基で置換されており、両末端は全てヒドロキシ基である。a−6は中心部が酸不安定基で置換されており、両末端はランダムに酸不安定基で置換されている。
a−1は酸不安定基のポリマー鎖における位置が制御されていない従来型のポリマーである。
a−2とa−3が本発明のフォトレジストに用いるポリマーである。a−4、a−5に示されるブロック共重合ポリマーを添加したフォトレジストは、ミクロ相分離を引き起こす。a−6は酸不安定基の位置がa−2と逆であるが、レジストの溶解コントラストが異なり、a−2ポリマーを添加したレジストの方が高コントラストである。
Figure 2005114968
本発明フォトレジストに用いられる上記(a−2)、(a−3)で示されるポリマーの重合方法としては、モノマーを逐次仕込む方法が挙げられる。例えば一つの方法として、下図に示すようにt−ブトキシスチレンと重合開始剤を仕込んで、重合を開始させ(Step1)、次にエトキシエトキシスチレンを添加して重合し(Step2)、t−ブトキシスチレンを添加して(Step3)、最後に重合停止剤を添加する(Step4)。酢、酸、ギ酸、シュウ酸、塩酸等の弱酸と水を加えて加熱、攪拌すればエトキシエトキシだけが脱保護し、a−4に示されるポリマーを得ることができる(Step5)。a−4のポリマーを酸不安定基で部分保護することによって(Step6)、a−2に示されるポリマーを得ることができる。
Figure 2005114968
Figure 2005114968
もう一つの方法としては、下図に示すようにt−ブトキシスチレンと重合開始剤を仕込んで、重合を開始させ(Step1)、次にエトキシエトキシスチレンとt−ブトキシスチレンの混合体を添加して重合し(Step2)、次にt−ブトキシスチレンを添加して(Step3)、最後に重合停止剤を添加する(Step4)。酸と水を加えて加熱、攪拌すればエトキシエトキシだけが脱保護し(Step5)、a−2に示されるポリマーを得ることができる。
Figure 2005114968
この場合、重合開始剤としてsec−ブチルリチウムを用い、重合停止剤としては3−ブロモプロピオン酸tブチルを用いることができる。
ここで、上記Step5で選択的に脱保護を行うためには、酸を触媒とした脱保護を行う。酸脱離速度の異なる酸不安定基を組み合わせることによって、酸脱離速度の速い酸不安定基だけを脱保護することができる。よって末端の酸不安定基は酸脱離速度の遅い酸不安定基に限定される。酸脱離の遅い酸不安定基としては三級エーテル、酸脱離の早い酸不安定基としては種々のアセタール類、ケタール類、トリアルキルシリルエーテル類などが挙げられる。
末端以外の酸不安定基を全て脱保護化し、上記(a−4)に示されるポリマーを合成した場合は、中間のフェノール残基を部分保護化する必要がある。高分子化合物を単離後、フェノール性水酸基部分に対して、一般式(AL11)で示される酸不安定基を導入する方法としては、例えば高分子化合物のフェノール性水酸基をアルケニルエーテル化合物と酸触媒下反応させて、部分的にフェノール性水酸基がアルコキシアルキル基で保護された高分子化合物を得る方法が挙げられる。
この時、反応溶媒としては、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、テトラヒドロフラン、酢酸エチル等の非プロトン性極性溶媒が好ましく、単独でも2種以上混合して使用してもかまわない。触媒の酸としては、塩酸、硫酸、トリフルオロメタンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸、メタンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸ピリジニウム塩等が好ましく、その使用量は反応する高分子化合物のフェノール性水酸基の水素原子をその全水酸基の1モルに対して0.1〜10モル%であることが好ましい。反応温度としては−20〜100℃、好ましくは0〜60℃であり、反応時間としては0.2〜100時間、好ましくは0.5〜20時間である。
また、ハロゲン化アルキルエーテル化合物を用いて、塩基の存在下、高分子化合物と反応させることにより、部分的にフェノール性水酸基がアルコキシアルキル基で保護された高分子化合物を得ることも可能である。
この時、反応溶媒としては、アセトニトリル、アセトン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、テトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド等の非プロトン性極性溶媒が好ましく、単独でも2種以上混合して使用してもかまわない。塩基としては、トリエチルアミン、ピリジン、ジイソプロピルアミン、炭酸カリウム等が好ましく、その使用量は反応する高分子化合物のフェノール性水酸基の水素原子をその全水酸基の1モルに対して10モル%以上であることが好ましい。反応温度としては−50〜100℃、好ましくは0〜60℃であり、反応時間としては0.5〜100時間、好ましくは1〜20時間である。
更に、上記式(AL10)の酸不安定基の導入は、二炭酸ジアルキル化合物又は、アルコキシカルボニルアルキルハライドと高分子化合物を、溶媒中において塩基の存在下反応を行うことで可能である。反応溶媒としては、アセトニトリル、アセトン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、テトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド等の非プロトン性極性溶媒が好ましく、単独でも2種以上混合して使用してもかまわない。
塩基としては、トリエチルアミン、ピリジン、イミダゾール、ジイソプロピルアミン、炭酸カリウム等が好ましく、その使用量は元の高分子化合物のフェノール性水酸基の水素原子をその全水酸基の1モルに対して10モル%以上であることが好ましい。
反応温度としては0〜100℃、好ましくは0〜60℃である。反応時間としては0.2〜100時間、好ましくは1〜10時間である。
二炭酸ジアルキル化合物としては二炭酸ジ−tert−ブチル、二炭酸ジ−tert−アミル等が挙げられ、アルコキシカルボニルアルキルハライドとしてはtert−ブトキシカルボニルメチルクロライド、tert−アミロキシカルボニルメチルクロライド、tert−ブトキシカルボニルメチルブロマイド、tert−ブトキシカルボニルエチルクロライド等が挙げられる。
但し、これら合成手法に限定されるものではない。
一般式(1)、(2)又は(3)に示されるくり返し単位a、b、c、d、eの比率は0.5≦a<1.0、0<b≦0.5、0.5≦d<1.0、0<c≦0.25、0<e≦0.25の範囲であり、好ましくは0.6≦a<1.0、0<b≦0.4、0.6≦d<1.0、0<c≦0.2、0<e≦0.2の範囲である。
なお、一般式(1)、(2)又は(3)で示される重合体の重合平均分子量(Mw)は1,000〜1,000,000、特に2,000〜500,000であることが好ましい。また、分子量分布(重量平均分子量Mw/数平均分子量Mn)は1.0〜2.0、特に1.0〜1.5であることが好ましい。
本発明のレジスト材料はポリマー末端が酸不安定基で置換された重合体を添加することを特徴とするが、従来型の高分子材料を添加、すなわちポリマーブレンドすることも可能である。従来型の高分子材料は、置換又は非置換のノボラック、ポリヒドロキシスチレン、ポリヒドロキシスチレン−(メタ)アクリル酸誘導体、それに(メタ)アクリル誘導体、ノルボルネン誘導体、無水マレイン酸、マレイミド誘導体、アセナフテン誘導体、ビニルナフタレン誘導体、ビニルアントラセン誘導体、ビニルエーテル誘導体、アリルエーテル誘導体、酢酸ビニル、(メタ)アクリロニトリル、ビニルピロリドン、テトラフルオロエチレン、あるいはインデン誘導体、インドール誘導体、ベンゾフラン誘導体、ベンゾチオフェン誘導体などのポリマー、あるいはこれらとポリヒドロキシスチレンとの共重合体である。上記ポリマーの重合方法は、アニオン重合であってもラジカル重合、カチオン重合であってもよい。更に本発明のレジスト材料において、異なる分子量、分散度の2種以上のポリマーブレンド、あるいは異なる酸不安定基、異なる末端構造をもつ2種以上のポリマーブレンドも可能である。
なお、ポリマーブレンド中における本発明に係るポリマー末端が酸不安定基で置換された一般式(1)、(2)又は(3)に示されるような重合体の含有量は30〜100質量%、特に40〜100質量%である。
本発明に用いるポリマー末端が酸不安定基で置換されたヒドロキシスチレンは、透明性を向上させる目的で、ベンゼン環の水素添加を行うことができる。水素添加の割合は、くり返し単位の1%以上90%以下、好ましくは5%以上80%以下である。
本発明のレジスト材料は、特にポジ型として良好に使用され、上述したポリマー末端が酸不安定基で置換された一般式(1)、(2)又は(3)に示されるような高分子化合物を含むものであるが、この場合、本発明のレジスト材料は、
(A)有機溶剤、
(B)ベース樹脂として上記高分子化合物、
(C)酸発生剤、
更に必要により
(D)溶解阻止剤、
好ましくは
(E)塩基性化合物
を含有する化学増幅ポジ型レジスト材料として用いることが好ましい。
本発明のポジ型レジスト材料、特には化学増幅ポジ型レジスト材料に使用される有機溶剤としては、ベース樹脂、酸発生剤、その他の添加剤等が溶解可能な有機溶剤であればいずれでもよい。このような有機溶剤としては、例えば、シクロヘキサノン、メチル−2−n−アミルケトン等のケトン類、3−メトキシブタノール、3−メチル−3−メトキシブタノール、1−メトキシ−2−プロパノール、1−エトキシ−2−プロパノール等のアルコール類、プロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、乳酸エチル、ピルビン酸エチル、酢酸ブチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸エチル、酢酸tert−ブチル、プロピオン酸tert−ブチル、プロピレングリコールモノtert−ブチルエーテルアセテート等のエステル類、γ−ブチルラクトン等のラクトン類が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
これらの有機溶剤は、1種を単独で又は2種以上を混合して使用することができる。本発明では、これらの有機溶剤の中でもレジスト成分中の酸発生剤の溶解性が最も優れているジエチレングリコールジメチルエーテルや1−エトキシ−2−プロパノール、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート及びその混合溶剤が好ましく使用される。
有機溶剤の使用量は、ベース樹脂100部(質量部、以下同様)に対して200〜1,000部、特に400〜800部が好適である。
本発明のポジ型レジスト材料に配合される酸発生剤としては、
(i)下記一般式(P1a−1)、(P1a−2)又は(P1b)のオニウム塩、
(ii)下記一般式(P2)のジアゾメタン誘導体、
(iii)下記一般式(P3)のグリオキシム誘導体、
(iv)下記一般式(P4)のビススルホン誘導体、
(v)下記一般式(P5)のN−ヒドロキシイミド化合物のスルホン酸エステル、
(vi)β−ケトスルホン酸誘導体、
(vii)ジスルホン誘導体、
(viii)ニトロベンジルスルホネート誘導体、
(ix)スルホン酸エステル誘導体
等が挙げられる。
Figure 2005114968
(式中、R101a、R101b、R101cはそれぞれ炭素数1〜12の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、アルケニル基、オキソアルキル基又はオキソアルケニル基、炭素数6〜20のアリール基、又は炭素数7〜12のアラルキル基又はアリールオキソアルキル基を示し、これらの基の水素原子の一部又は全部がアルコキシ基等によって置換されていてもよい。また、R101bとR101cとは環を形成してもよく、環を形成する場合には、R101b、R101cはそれぞれ炭素数1〜6のアルキレン基を示す。K-は非求核性対向イオンを表す。)
上記R101a、R101b、R101cは互いに同一であっても異なっていてもよく、具体的にはアルキル基として、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロプロピルメチル基、4−メチルシクロヘキシル基、シクロヘキシルメチル基、ノルボルニル基、アダマンチル基等が挙げられる。アルケニル基としては、ビニル基、アリル基、プロぺニル基、ブテニル基、ヘキセニル基、シクロヘキセニル基等が挙げられる。オキソアルキル基としては、2−オキソシクロペンチル基、2−オキソシクロヘキシル基等が挙げられ、2−オキソプロピル基、2−シクロペンチル−2−オキソエチル基、2−シクロヘキシル−2−オキソエチル基、2−(4−メチルシクロヘキシル)−2−オキソエチル基等を挙げることができる。アリール基としては、フェニル基、ナフチル基等や、p−メトキシフェニル基、m−メトキシフェニル基、o−メトキシフェニル基、エトキシフェニル基、p−tert−ブトキシフェニル基、m−tert−ブトキシフェニル基等のアルコキシフェニル基、2−メチルフェニル基、3−メチルフェニル基、4−メチルフェニル基、エチルフェニル基、4−tert−ブチルフェニル基、4−ブチルフェニル基、ジメチルフェニル基等のアルキルフェニル基、メチルナフチル基、エチルナフチル基等のアルキルナフチル基、メトキシナフチル基、エトキシナフチル基等のアルコキシナフチル基、ジメチルナフチル基、ジエチルナフチル基等のジアルキルナフチル基、ジメトキシナフチル基、ジエトキシナフチル基等のジアルコキシナフチル基等が挙げられる。アラルキル基としてはベンジル基、フェニルエチル基、フェネチル基等が挙げられる。アリールオキソアルキル基としては、2−フェニル−2−オキソエチル基、2−(1−ナフチル)−2−オキソエチル基、2−(2−ナフチル)−2−オキソエチル基等の2−アリール−2−オキソエチル基等が挙げられる。K-の非求核性対向イオンとしては塩化物イオン、臭化物イオン等のハライドイオン、トリフレート、1,1,1−トリフルオロエタンスルホネート、ノナフルオロブタンスルホネート等のフルオロアルキルスルホネート、トシレート、ベンゼンスルホネート、4−フルオロベンゼンスルホネート、1,2,3,4,5−ペンタフルオロベンゼンスルホネート等のアリールスルホネート、メシレート、ブタンスルホネート等のアルキルスルホネートが挙げられる。
Figure 2005114968
(式中、R102a、R102bはそれぞれ炭素数1〜8の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基を示す。R103は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキレン基を示す。R104a、R104bはそれぞれ炭素数3〜7の2−オキソアルキル基を示す。K-は非求核性対向イオンを表す。)
上記R102a、R102bとして具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロプロピルメチル基、4−メチルシクロヘキシル基、シクロヘキシルメチル基等が挙げられる。R103としては、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ペンチレン基、へキシレン基、へプチレン基、オクチレン基、ノニレン基、1,4−シクロへキシレン基、1,2−シクロへキシレン基、1,3−シクロペンチレン基、1,4−シクロオクチレン基、1,4−シクロヘキサンジメチレン基等が挙げられる。R104a、R104bとしては、2−オキソプロピル基、2−オキソシクロペンチル基、2−オキソシクロヘキシル基、2−オキソシクロヘプチル基等が挙げられる。K-は式(P1a−1)及び(P1a−2)で説明したものと同様のものを挙げることができる。
Figure 2005114968
(式中、R105、R106は炭素数1〜12の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基又はハロゲン化アルキル基、炭素数6〜20のアリール基又はハロゲン化アリール基、又は炭素数7〜12のアラルキル基を示す。)
105、R106のアルキル基としてはメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、アミル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、ノルボルニル基、アダマンチル基等が挙げられる。ハロゲン化アルキル基としてはトリフルオロメチル基、1,1,1−トリフルオロエチル基、1,1,1−トリクロロエチル基、ノナフルオロブチル基等が挙げられる。アリール基としてはフェニル基、p−メトキシフェニル基、m−メトキシフェニル基、o−メトキシフェニル基、エトキシフェニル基、p−tert−ブトキシフェニル基、m−tert−ブトキシフェニル基等のアルコキシフェニル基、2−メチルフェニル基、3−メチルフェニル基、4−メチルフェニル基、エチルフェニル基、4−tert−ブチルフェニル基、4−ブチルフェニル基、ジメチルフェニル基等のアルキルフェニル基が挙げられる。ハロゲン化アリール基としてはフルオロフェニル基、クロロフェニル基、1,2,3,4,5−ペンタフルオロフェニル基等が挙げられる。アラルキル基としてはベンジル基、フェネチル基等が挙げられる。
Figure 2005114968
(式中、R107、R108、R109は炭素数1〜12の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基又はハロゲン化アルキル基、炭素数6〜20のアリール基又はハロゲン化アリール基、又は炭素数7〜12のアラルキル基を示す。R108、R109は互いに結合して環状構造を形成してもよく、環状構造を形成する場合、R108、R109はそれぞれ炭素数1〜6の直鎖状、分岐状のアルキレン基を示す。)
107、R108、R109のアルキル基、ハロゲン化アルキル基、アリール基、ハロゲン化アリール基、アラルキル基としては、R105、R106で説明したものと同様の基が挙げられる。なお、R108、R109のアルキレン基としてはメチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ヘキシレン基等が挙げられる。
Figure 2005114968
(式中、R101a、R101bは上記と同様である。)
Figure 2005114968
(式中、R110は炭素数6〜10のアリーレン基、炭素数1〜6のアルキレン基又は炭素数2〜6のアルケニレン基を示し、これらの基の水素原子の一部又は全部は更に炭素数1〜4の直鎖状又は分岐状のアルキル基又はアルコキシ基、ニトロ基、アセチル基、又はフェニル基で置換されていてもよい。R111は炭素数1〜8の直鎖状、分岐状又は置換のアルキル基、アルケニル基又はアルコキシアルキル基、フェニル基、又はナフチル基を示し、これらの基の水素原子の一部又は全部は更に炭素数1〜4のアルキル基又はアルコキシ基;炭素数1〜4のアルキル基、アルコキシ基、ニトロ基又はアセチル基で置換されていてもよいフェニル基;炭素数3〜5のヘテロ芳香族基;又は塩素原子、フッ素原子で置換されていてもよい。)
ここで、R110のアリーレン基としては、1,2−フェニレン基、1,8−ナフチレン基等が、アルキレン基としては、メチレン基、エチレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基、フェニルエチレン基、ノルボルナン−2,3−ジイル基等が、アルケニレン基としては、1,2−ビニレン基、1−フェニル−1,2−ビニレン基、5−ノルボルネン−2,3−ジイル基等が挙げられる。R111のアルキル基としては、R101a〜R101cと同様のものが、アルケニル基としては、ビニル基、1−プロペニル基、アリル基、1−ブテニル基、3−ブテニル基、イソプレニル基、1−ペンテニル基、3−ペンテニル基、4−ペンテニル基、ジメチルアリル基、1−ヘキセニル基、3−ヘキセニル基、5−ヘキセニル基、1−ヘプテニル基、3−ヘプテニル基、6−ヘプテニル基、7−オクテニル基等が、アルコキシアルキル基としては、メトキシメチル基、エトキシメチル基、プロポキシメチル基、ブトキシメチル基、ペンチロキシメチル基、ヘキシロキシメチル基、ヘプチロキシメチル基、メトキシエチル基、エトキシエチル基、プロポキシエチル基、ブトキシエチル基、ペンチロキシエチル基、ヘキシロキシエチル基、メトキシプロピル基、エトキシプロピル基、プロポキシプロピル基、ブトキシプロピル基、メトキシブチル基、エトキシブチル基、プロポキシブチル基、メトキシペンチル基、エトキシペンチル基、メトキシヘキシル基、メトキシヘプチル基等が挙げられる。
なお、更に置換されていてもよい炭素数1〜4のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基等が、炭素数1〜4のアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基、tert−ブトキシ基等が、炭素数1〜4のアルキル基、アルコキシ基、ニトロ基又はアセチル基で置換されていてもよいフェニル基としては、フェニル基、トリル基、p−tert−ブトキシフェニル基、p−アセチルフェニル基、p−ニトロフェニル基等が、炭素数3〜5のヘテロ芳香族基としては、ピリジル基、フリル基等が挙げられる。
オニウム塩としては、例えばトリフルオロメタンスルホン酸ジフェニルヨードニウム、トリフルオロメタンスルホン酸(p−tert−ブトキシフェニル)フェニルヨードニウム、p−トルエンスルホン酸ジフェニルヨードニウム、p−トルエンスルホン酸(p−tert−ブトキシフェニル)フェニルヨードニウム、トリフルオロメタンスルホン酸トリフェニルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸(p−tert−ブトキシフェニル)ジフェニルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸ビス(p−tert−ブトキシフェニル)フェニルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸トリス(p−tert−ブトキシフェニル)スルホニウム、p−トルエンスルホン酸トリフェニルスルホニウム、p−トルエンスルホン酸(p−tert−ブトキシフェニル)ジフェニルスルホニウム、p−トルエンスルホン酸ビス(p−tert−ブトキシフェニル)フェニルスルホニウム、p−トルエンスルホン酸トリス(p−tert−ブトキシフェニル)スルホニウム、ノナフルオロブタンスルホン酸トリフェニルスルホニウム、ブタンスルホン酸トリフェニルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸トリメチルスルホニウム、p−トルエンスルホン酸トリメチルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸シクロヘキシルメチル(2−オキソシクロヘキシル)スルホニウム、p−トルエンスルホン酸シクロヘキシルメチル(2−オキソシクロヘキシル)スルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸ジメチルフェニルスルホニウム、p−トルエンスルホン酸ジメチルフェニルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸ジシクロヘキシルフェニルスルホニウム、p−トルエンスルホン酸ジシクロヘキシルフェニルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸トリナフチルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸(2−ノルボニル)メチル(2−オキソシクロヘキシル)スルホニウム、エチレンビス[メチル(2−オキソシクロペンチル)スルホニウムトリフルオロメタンスルホナート]、1,2’−ナフチルカルボニルメチルテトラヒドロチオフェニウムトリフレート等のオニウム塩を挙げることができる。
ジアゾメタン誘導体としては、ビス(ベンゼンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(p−トルエンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(キシレンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(シクロヘキシルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(シクロペンチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(n−ブチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(イソブチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(sec−ブチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(n−プロピルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(イソプロピルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(tert−ブチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(n−アミルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(イソアミルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(sec−アミルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(tert−アミルスルホニル)ジアゾメタン、1−シクロヘキシルスルホニル−1−(tert−ブチルスルホニル)ジアゾメタン、1−シクロヘキシルスルホニル−1−(tert−アミルスルホニル)ジアゾメタン、1−tert−アミルスルホニル−1−(tert−ブチルスルホニル)ジアゾメタン等のジアゾメタン誘導体を挙げることができる。
グリオキシム誘導体としては、ビス−O−(p−トルエンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−O−(p−トルエンスルホニル)−α−ジフェニルグリオキシム、ビス−O−(p−トルエンスルホニル)−α−ジシクロヘキシルグリオキシム、ビス−O−(p−トルエンスルホニル)−2,3−ペンタンジオングリオキシム、ビス−O−(p−トルエンスルホニル)−2−メチル−3,4−ペンタンジオングリオキシム、ビス−O−(n−ブタンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−O−(n−ブタンスルホニル)−α−ジフェニルグリオキシム、ビス−O−(n−ブタンスルホニル)−α−ジシクロヘキシルグリオキシム、ビス−O−(n−ブタンスルホニル)−2,3−ペンタンジオングリオキシム、ビス−O−(n−ブタンスルホニル)−2−メチル−3,4−ペンタンジオングリオキシム、ビス−O−(メタンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−O−(トリフルオロメタンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−O−(1,1,1−トリフルオロエタンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−O−(tert−ブタンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−O−(パーフルオロオクタンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−O−(シクロヘキサンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−O−(ベンゼンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−O−(p−フルオロベンゼンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−O−(p−tert−ブチルベンゼンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−O−(キシレンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−O−(カンファースルホニル)−α−ジメチルグリオキシム等のグリオキシム誘導体を挙げることができる。
ビススルホン誘導体としては、ビスナフチルスルホニルメタン、ビストリフルオロメチルスルホニルメタン、ビスメチルスルホニルメタン、ビスエチルスルホニルメタン、ビスプロピルスルホニルメタン、ビスイソプロピルスルホニルメタン、ビス−p−トルエンスルホニルメタン、ビスベンゼンスルホニルメタン等のビススルホン誘導体を挙げることができる。
β−ケトスルホン誘導体としては、2−シクロヘキシルカルボニル−2−(p−トルエンスルホニル)プロパン、2−イソプロピルカルボニル−2−(p−トルエンスルホニル)プロパン等のβ−ケトスルホン誘導体を挙げることができる。
ジスルホン誘導体としては、ジフェニルジスルホン誘導体、ジシクロヘキシルジスルホン誘導体等のジスルホン誘導体を挙げることができる。
ニトロベンジルスルホネート誘導体としては、p−トルエンスルホン酸2,6−ジニトロベンジル、p−トルエンスルホン酸2,4−ジニトロベンジル等のニトロベンジルスルホネート誘導体を挙げることができる。
スルホン酸エステル誘導体としては、1,2,3−トリス(メタンスルホニルオキシ)ベンゼン、1,2,3−トリス(トリフルオロメタンスルホニルオキシ)ベンゼン、1,2,3−トリス(p−トルエンスルホニルオキシ)ベンゼン等のスルホン酸エステル誘導体を挙げることができる。
また、N−ヒドロキシスクシンイミドメタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミドトリフルオロメタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミドエタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミド1−プロパンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミド2−プロパンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミド1−ペンタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミド1−オクタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミドp−トルエンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミドp−メトキシベンゼンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミド2−クロロエタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミドベンゼンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミド−2,4,6−トリメチルベンゼンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミド1−ナフタレンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミド2−ナフタレンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシ−2−フェニルスクシンイミドメタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシマレイミドメタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシマレイミドエタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシ−2−フェニルマレイミドメタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシグルタルイミドメタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシグルタルイミドベンゼンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシフタルイミドメタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシフタルイミドベンゼンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシフタルイミドトリフルオロメタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシフタルイミドp−トルエンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシナフタルイミドメタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシナフタルイミドベンゼンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシ−5−ノルボルネン−2,3−ジカルボキシイミドメタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシ−5−ノルボルネン−2,3−ジカルボキシイミドトリフルオロメタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシ−5−ノルボルネン−2,3−ジカルボキシイミドp−トルエンスルホン酸エステル等のN−ヒドロキシイミド化合物のスルホン酸エステル誘導体を挙げることができる。
特に、トリフルオロメタンスルホン酸トリフェニルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸(p−tert−ブトキシフェニル)ジフェニルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸トリス(p−tert−ブトキシフェニル)スルホニウム、p−トルエンスルホン酸トリフェニルスルホニウム、p−トルエンスルホン酸(p−tert−ブトキシフェニル)ジフェニルスルホニウム、p−トルエンスルホン酸トリス(p−tert−ブトキシフェニル)スルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸トリナフチルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸シクロヘキシルメチル(2−オキソシクロヘキシル)スルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸(2−ノルボニル)メチル(2−オキソシクロヘキシル)スルホニウム、1,2’−ナフチルカルボニルメチルテトラヒドロチオフェニウムトリフレート等のオニウム塩、ビス(ベンゼンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(p−トルエンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(シクロヘキシルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(n−ブチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(イソブチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(sec−ブチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(n−プロピルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(イソプロピルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(tert−ブチルスルホニル)ジアゾメタン等のジアゾメタン誘導体、ビス−O−(p−トルエンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム、ビス−O−(n−ブタンスルホニル)−α−ジメチルグリオキシム等のグリオキシム誘導体、ビスナフチルスルホニルメタン等のビススルホン誘導体、N−ヒドロキシスクシンイミドメタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミドトリフルオロメタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミド1−プロパンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミド2−プロパンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミド1−ペンタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシスクシンイミドp−トルエンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシナフタルイミドメタンスルホン酸エステル、N−ヒドロキシナフタルイミドベンゼンスルホン酸エステル等のN−ヒドロキシイミド化合物のスルホン酸エステル誘導体が好ましく用いられる。
なお、上記酸発生剤は1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。オニウム塩は矩形性向上効果に優れ、ジアゾメタン誘導体及びグリオキシム誘導体は定在波低減効果に優れるため、両者を組み合わせることによりプロファイルの微調整を行うことが可能である。
酸発生剤の添加量は、ベース樹脂100部に対して好ましくは0.1〜50部、より好ましくは0.5〜40部である。0.1部より少ないと露光時の酸発生量が少なく、感度及び解像力が劣る場合があり、50部を超えるとレジストの透過率が低下し、解像力が劣る場合がある。
次に、本発明のポジ型レジスト材料、特には化学増幅ポジ型レジスト材料に配合される溶解阻止剤としては、重量平均分子量が100〜1,000、好ましくは150〜800で、かつ分子内にフェノール性水酸基を2つ以上有する化合物の該フェノール性水酸基の水素原子を酸不安定基により全体として平均0〜100モル%の割合で置換した化合物又は分子内にカルボキシ基を有する化合物の該カルボキシ基の水素原子を酸不安定基により全体として平均50〜100モル%の割合で置換した化合物が好ましい。
なおフェノール性水酸基の水素原子の酸不安定基による置換率は、平均でフェノール性水酸基全体の0モル%以上、好ましくは30モル%以上であり、その上限は100モル%、より好ましくは80モル%である。カルボキシ基の水素原子の酸不安定基による置換率は、平均でカルボキシ基全体の50モル%以上、好ましくは70モル%以上であり、その上限は100モル%である。
この場合、かかるフェノール性水酸基を2つ以上有する化合物又はカルボキシ基を有する化合物としては、下記式(D1)〜(D14)で示されるものが好ましい。
Figure 2005114968
(但し、上記式中R201、R202はそれぞれ水素原子、又は炭素数1〜8の直鎖状又は分岐状のアルキル基又はアルケニル基を示す。R203は水素原子、又は炭素数1〜8の直鎖状又は分岐状のアルキル基又はアルケニル基、あるいは−(R207hCOOHを示す。R204は−(CH2i−(i=2〜10)、炭素数6〜10のアリーレン基、カルボニル基、スルホニル基、酸素原子又は硫黄原子を示す。R205が炭素数1〜10のアルキレン基、炭素数6〜10のアリーレン基、カルボニル基、スルホニル基、酸素原子又は硫黄原子を示す。R206は水素原子、炭素数1〜8の直鎖状又は分岐状のアルキル基、アルケニル基又はそれぞれ水酸基で置換されたフェニル基又はナフチル基を示す。R207は炭素数1〜10の直鎖状又は分岐状のアルキレン基を示す。R208は水素原子又は水酸基を示す。jは0〜5の整数である。u、hは0又は1である。s、t、s’、t’、s’’、t’’はそれぞれs+t=8、s’+t’=5、s’’+t’’=4を満足し、かつ各フェニル骨格中に少なくとも1つの水酸基を有するような数である。αは式(D8)、(D9)の化合物の分子量を100〜1,000とする数である。)
溶解阻止剤の配合量は、ベース樹脂100部に対して0〜50部、好ましくは5〜50部、より好ましくは10〜30部であり、単独又は2種以上を混合して使用できる。配合量が少ないと解像性の向上がない場合があり、多すぎるとパターンの膜減りが生じ、解像度が低下する傾向がある。
更に、本発明のレジスト材料には、塩基性化合物を配合することができる。
塩基性化合物としては、酸発生剤より発生する酸がレジスト膜中に拡散する際の拡散速度を抑制することができる化合物が適している。塩基性化合物の配合により、レジスト膜中での酸の拡散速度が抑制されて解像度が向上し、露光後の感度変化を抑制したり、基板や環境依存性を少なくし、露光余裕度やパターンプロファイル等を向上することができる。
このような塩基性化合物としては、第一級、第二級、第三級の脂肪族アミン類、混成アミン類、芳香族アミン類、複素環アミン類、カルボキシ基を有する含窒素化合物、スルホニル基を有する含窒素化合物、水酸基を有する含窒素化合物、ヒドロキシフェニル基を有する含窒素化合物、アルコール性含窒素化合物、アミド誘導体、イミド誘導体等が挙げられる。
具体的には、第一級の脂肪族アミン類として、アンモニア、メチルアミン、エチルアミン、n−プロピルアミン、イソプロピルアミン、n−ブチルアミン、イソブチルアミン、sec−ブチルアミン、tert−ブチルアミン、ペンチルアミン、tert−アミルアミン、シクロペンチルアミン、ヘキシルアミン、シクロヘキシルアミン、ヘプチルアミン、オクチルアミン、ノニルアミン、デシルアミン、ドデシルアミン、セチルアミン、メチレンジアミン、エチレンジアミン、テトラエチレンペンタミン等が例示され、第二級の脂肪族アミン類として、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジ−n−プロピルアミン、ジイソプロピルアミン、ジ−n−ブチルアミン、ジイソブチルアミン、ジ−sec−ブチルアミン、ジペンチルアミン、ジシクロペンチルアミン、ジヘキシルアミン、ジシクロヘキシルアミン、ジヘプチルアミン、ジオクチルアミン、ジノニルアミン、ジデシルアミン、ジドデシルアミン、ジセチルアミン、N,N−ジメチルメチレンジアミン、N,N−ジメチルエチレンジアミン、N,N−ジメチルテトラエチレンペンタミン等が例示され、第三級の脂肪族アミン類として、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリ−n−プロピルアミン、トリイソプロピルアミン、トリ−n−ブチルアミン、トリイソブチルアミン、トリ−sec−ブチルアミン、トリペンチルアミン、トリシクロペンチルアミン、トリヘキシルアミン、トリシクロヘキシルアミン、トリヘプチルアミン、トリオクチルアミン、トリノニルアミン、トリデシルアミン、トリドデシルアミン、トリセチルアミン、N,N,N’,N’−テトラメチルメチレンジアミン、N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン、N,N,N’,N’−テトラメチルテトラエチレンペンタミン等が例示される。
また、混成アミン類としては、例えばジメチルエチルアミン、メチルエチルプロピルアミン、ベンジルアミン、フェネチルアミン、ベンジルジメチルアミン等が例示される。
芳香族アミン類及び複素環アミン類の具体例としては、アニリン誘導体(例えばアニリン、N−メチルアニリン、N−エチルアニリン、N−プロピルアニリン、N,N−ジメチルアニリン、2−メチルアニリン、3−メチルアニリン、4−メチルアニリン、エチルアニリン、プロピルアニリン、トリメチルアニリン、2−ニトロアニリン、3−ニトロアニリン、4−ニトロアニリン、2,4−ジニトロアニリン、2,6−ジニトロアニリン、3,5−ジニトロアニリン、N,N−ジメチルトルイジン等)、ジフェニル(p−トリル)アミン、メチルジフェニルアミン、トリフェニルアミン、フェニレンジアミン、ナフチルアミン、ジアミノナフタレン、ピロール誘導体(例えばピロール、2H−ピロール、1−メチルピロール、2,4−ジメチルピロール、2,5−ジメチルピロール、N−メチルピロール等)、オキサゾール誘導体(例えばオキサゾール、イソオキサゾール等)、チアゾール誘導体(例えばチアゾール、イソチアゾール等)、イミダゾール誘導体(例えばイミダゾール、4−メチルイミダゾール、4−メチル−2−フェニルイミダゾール等)、ピラゾール誘導体、フラザン誘導体、ピロリン誘導体(例えばピロリン、2−メチル−1−ピロリン等)、ピロリジン誘導体(例えばピロリジン、N−メチルピロリジン、ピロリジノン、N−メチルピロリドン等)、イミダゾリン誘導体、イミダゾリジン誘導体、ピリジン誘導体(例えばピリジン、メチルピリジン、エチルピリジン、プロピルピリジン、ブチルピリジン、4−(1−ブチルペンチル)ピリジン、ジメチルピリジン、トリメチルピリジン、トリエチルピリジン、フェニルピリジン、3−メチル−2−フェニルピリジン、4−tert−ブチルピリジン、ジフェニルピリジン、ベンジルピリジン、メトキシピリジン、ブトキシピリジン、ジメトキシピリジン、1−メチル−2−ピリジン、4−ピロリジノピリジン、1−メチル−4−フェニルピリジン、2−(1−エチルプロピル)ピリジン、アミノピリジン、ジメチルアミノピリジン等)、ピリダジン誘導体、ピリミジン誘導体、ピラジン誘導体、ピラゾリン誘導体、ピラゾリジン誘導体、ピペリジン誘導体、ピペラジン誘導体、モルホリン誘導体、インドール誘導体、イソインドール誘導体、1H−インダゾール誘導体、インドリン誘導体、キノリン誘導体(例えばキノリン、3−キノリンカルボニトリル等)、イソキノリン誘導体、シンノリン誘導体、キナゾリン誘導体、キノキサリン誘導体、フタラジン誘導体、プリン誘導体、プテリジン誘導体、カルバゾール誘導体、フェナントリジン誘導体、アクリジン誘導体、フェナジン誘導体、1,10−フェナントロリン誘導体、アデニン誘導体、アデノシン誘導体、グアニン誘導体、グアノシン誘導体、ウラシル誘導体、ウリジン誘導体等が例示される。
更に、カルボキシ基を有する含窒素化合物としては、例えばアミノ安息香酸、インドールカルボン酸、アミノ酸誘導体(例えばニコチン酸、アラニン、アルギニン、アスパラギン酸、グルタミン酸、グリシン、ヒスチジン、イソロイシン、グリシルロイシン、ロイシン、メチオニン、フェニルアラニン、スレオニン、リジン、3−アミノピラジン−2−カルボン酸、メトキシアラニン)等が例示され、スルホニル基を有する含窒素化合物として3−ピリジンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸ピリジニウム等が例示され、水酸基を有する含窒素化合物、ヒドロキシフェニル基を有する含窒素化合物、アルコール性含窒素化合物としては、2−ヒドロキシピリジン、アミノクレゾール、2,4−キノリンジオール、3−インドールメタノールヒドレート、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、N−エチルジエタノールアミン、N,N−ジエチルエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン、2,2’−イミノジエタノール、2−アミノエタノ−ル、3−アミノ−1−プロパノール、4−アミノ−1−ブタノール、4−(2−ヒドロキシエチル)モルホリン、2−(2−ヒドロキシエチル)ピリジン、1−(2−ヒドロキシエチル)ピペラジン、1−[2−(2−ヒドロキシエトキシ)エチル]ピペラジン、ピペリジンエタノール、1−(2−ヒドロキシエチル)ピロリジン、1−(2−ヒドロキシエチル)−2−ピロリジノン、3−ピペリジノ−1,2−プロパンジオール、3−ピロリジノ−1,2−プロパンジオール、8−ヒドロキシユロリジン、3−クイヌクリジノール、3−トロパノール、1−メチル−2−ピロリジンエタノール、1−アジリジンエタノール、N−(2−ヒドロキシエチル)フタルイミド、N−(2−ヒドロキシエチル)イソニコチンアミド等が例示される。アミド誘導体としては、ホルムアミド、N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、アセトアミド、N−メチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、プロピオンアミド、ベンズアミド等が例示される。イミド誘導体としては、フタルイミド、サクシンイミド、マレイミド等が例示される。
更に、下記一般式(B)−1で示される塩基性化合物から選ばれる1種又は2種以上を配合することもできる。
N(X)n(Y)3-n (B)−1
(式中、nは1、2又は3である。側鎖Xは同一でも異なっていてもよく、下記一般式(X)−1〜(X)−3で表すことができる。側鎖Yは同一又は異種の、水素原子もしくは直鎖状、分岐状又は環状の炭素数1〜20のアルキル基を示し、エーテル基もしくはヒドロキシル基を含んでもよい。また、X同士が結合して環を形成してもよい。)
Figure 2005114968
ここで、R300、R302、R305は炭素数1〜4の直鎖状又は分岐状のアルキレン基であり、R301、R304は水素原子、炭素数1〜20の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基であり、ヒドロキシ基、エーテル基、エステル基、ラクトン環を1あるいは複数含んでいてもよい。R303は単結合、炭素数1〜4の直鎖状又は分岐状のアルキレン基であり、R306は炭素数1〜20の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基であり、ヒドロキシ基、エーテル基、エステル基、ラクトン環を1あるいは複数含んでいてもよい。
上記一般式(B)−1で表される化合物は具体的には下記に例示される。
トリス(2−メトキシメトキシエチル)アミン、トリス{2−(2−メトキシエトキシ)エチル}アミン、トリス{2−(2−メトキシエトキシメトキシ)エチル}アミン、トリス{2−(1−メトキシエトキシ)エチル}アミン、トリス{2−(1−エトキシエトキシ)エチル}アミン、トリス{2−(1−エトキシプロポキシ)エチル}アミン、トリス[2−{2−(2−ヒドロキシエトキシ)エトキシ}エチル]アミン、4,7,13,16,21,24−ヘキサオキサ−1,10−ジアザビシクロ[8.8.8]ヘキサコサン、4,7,13,18−テトラオキサ−1,10−ジアザビシクロ[8.5.5]エイコサン、1,4,10,13−テトラオキサ−7,16−ジアザビシクロオクタデカン、1−アザ−12−クラウン−4、1−アザ−15−クラウン−5、1−アザ−18−クラウン−6、トリス(2−ホルミルオキシエチル)アミン、トリス(2−アセトキシエチル)アミン、トリス(2−プロピオニルオキシエチル)アミン、トリス(2−ブチリルオキシエチル)アミン、トリス(2−イソブチリルオキシエチル)アミン、トリス(2−バレリルオキシエチル)アミン、トリス(2−ピバロイルオキシエチル)アミン、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)2−(アセトキシアセトキシ)エチルアミン、トリス(2−メトキシカルボニルオキシエチル)アミン、トリス(2−tert−ブトキシカルボニルオキシエチル)アミン、トリス[2−(2−オキソプロポキシ)エチル]アミン、トリス[2−(メトキシカルボニルメチル)オキシエチル]アミン、トリス[2−(tert−ブトキシカルボニルメチルオキシ)エチル]アミン、トリス[2−(シクロヘキシルオキシカルボニルメチルオキシ)エチル]アミン、トリス(2−メトキシカルボニルエチル)アミン、トリス(2−エトキシカルボニルエチル)アミン、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)2−(メトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)2−(メトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)2−(エトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)2−(エトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)2−(2−メトキシエトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)2−(2−メトキシエトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)2−(2−ヒドロキシエトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)2−(2−アセトキシエトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)2−[(メトキシカルボニル)メトキシカルボニル]エチルアミン、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)2−[(メトキシカルボニル)メトキシカルボニル]エチルアミン、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)2−(2−オキソプロポキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)2−(2−オキソプロポキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)2−(テトラヒドロフルフリルオキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)2−(テトラヒドロフルフリルオキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)2−[(2−オキソテトラヒドロフラン−3−イル)オキシカルボニル]エチルアミン、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)2−[(2−オキソテトラヒドロフラン−3−イル)オキシカルボニル]エチルアミン、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)2−(4−ヒドロキシブトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−ホルミルオキシエチル)2−(4−ホルミルオキシブトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−ホルミルオキシエチル)2−(2−ホルミルオキシエトキシカルボニル)エチルアミン、N,N−ビス(2−メトキシエチル)2−(メトキシカルボニル)エチルアミン、N−(2−ヒドロキシエチル)ビス[2−(メトキシカルボニル)エチル]アミン、N−(2−アセトキシエチル)ビス[2−(メトキシカルボニル)エチル]アミン、N−(2−ヒドロキシエチル)ビス[2−(エトキシカルボニル)エチル]アミン、N−(2−アセトキシエチル)ビス[2−(エトキシカルボニル)エチル]アミン、N−(3−ヒドロキシ−1−プロピル)ビス[2−(メトキシカルボニル)エチル]アミン、N−(3−アセトキシ−1−プロピル)ビス[2−(メトキシカルボニル)エチル]アミン、N−(2−メトキシエチル)ビス[2−(メトキシカルボニル)エチル]アミン、N−ブチルビス[2−(メトキシカルボニル)エチル]アミン、N−ブチルビス[2−(2−メトキシエトキシカルボニル)エチル]アミン、N−メチルビス(2−アセトキシエチル)アミン、N−エチルビス(2−アセトキシエチル)アミン、N−メチルビス(2−ピバロイルオキシエチル)アミン、N−エチルビス[2−(メトキシカルボニルオキシ)エチル]アミン、N−エチルビス[2−(tert−ブトキシカルボニルオキシ)エチル]アミン、トリス(メトキシカルボニルメチル)アミン、トリス(エトキシカルボニルメチル)アミン、N−ブチルビス(メトキシカルボニルメチル)アミン、N−ヘキシルビス(メトキシカルボニルメチル)アミン、β−(ジエチルアミノ)−δ−バレロラクトンを例示できるが、これらに制限されない。
更に、下記一般式(B)−2に示される環状構造を持つ塩基性化合物の1種あるいは2種以上を添加することもできる。
Figure 2005114968
(式中、Xは前述の通り、R307は炭素数2〜20の直鎖状又は分岐状のアルキレン基であり、カルボニル基、エーテル基、エステル基又はスルフィドを1個あるいは複数個含んでいてもよい。)
上記式(B)−2としては具体的には、1−[2−(メトキシメトキシ)エチル]ピロリジン、1−[2−(メトキシメトキシ)エチル]ピペリジン、4−[2−(メトキシメトキシ)エチル]モルホリン、1−[2−[(2−メトキシエトキシ)メトキシ]エチル]ピロリジン、1−[2−[(2−メトキシエトキシ)メトキシ]エチル]ピペリジン、4−[2−[(2−メトキシエトキシ)メトキシ]エチル]モルホリン、酢酸2−(1−ピロリジニル)エチル、酢酸2−ピペリジノエチル、酢酸2−モルホリノエチル、ギ酸2−(1−ピロリジニル)エチル、プロピオン酸2−ピペリジノエチル、アセトキシ酢酸2−モルホリノエチル、メトキシ酢酸2−(1−ピロリジニル)エチル、4−[2−(メトキシカルボニルオキシ)エチル]モルホリン、1−[2−(t−ブトキシカルボニルオキシ)エチル]ピペリジン、4−[2−(2−メトキシエトキシカルボニルオキシ)エチル]モルホリン、3−(1−ピロリジニル)プロピオン酸メチル、3−ピペリジノプロピオン酸メチル、3−モルホリノプロピオン酸メチル、3−(チオモルホリノ)プロピオン酸メチル、2−メチル−3−(1−ピロリジニル)プロピオン酸メチル、3−モルホリノプロピオン酸エチル、3−ピペリジノプロピオン酸メトキシカルボニルメチル、3−(1−ピロリジニル)プロピオン酸2−ヒドロキシエチル、3−モルホリノプロピオン酸2−アセトキシエチル、3−(1−ピロリジニル)プロピオン酸2−オキソテトラヒドロフラン−3−イル、3−モルホリノプロピオン酸テトラヒドロフルフリル、3−ピペリジノプロピオン酸グリシジル、3−モルホリノプロピオン酸2−メトキシエチル、3−(1−ピロリジニル)プロピオン酸2−(2−メトキシエトキシ)エチル、3−モルホリノプロピオン酸ブチル、3−ピペリジノプロピオン酸シクロヘキシル、α−(1−ピロリジニル)メチル−γ−ブチロラクトン、β−ピペリジノ−γ−ブチロラクトン、β−モルホリノ−δ−バレロラクトン、1−ピロリジニル酢酸メチル、ピペリジノ酢酸メチル、モルホリノ酢酸メチル、チオモルホリノ酢酸メチル、1−ピロリジニル酢酸エチル、モルホリノ酢酸2−メトキシエチルで挙げることができる。
更に、下記一般式(B)−3〜(B)−6で表されるシアノ基を含む塩基性化合物を添加することができる。
Figure 2005114968
(式中、X、R307、nは前述の通り、R308、R309は同一又は異種の炭素数1〜4の直鎖状又は分岐状のアルキレン基である。)
シアノ基を含む塩基は、具体的には3−(ジエチルアミノ)プロピオノニトリル、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)−3−アミノプロピオノニトリル、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)−3−アミノプロピオノニトリル、N,N−ビス(2−ホルミルオキシエチル)−3−アミノプロピオノニトリル、N,N−ビス(2−メトキシエチル)−3−アミノプロピオノニトリル、N,N−ビス[2−(メトキシメトキシ)エチル]−3−アミノプロピオノニトリル、N−(2−シアノエチル)−N−(2−メトキシエチル)−3−アミノプロピオン酸メチル、N−(2−シアノエチル)−N−(2−ヒドロキシエチル)−3−アミノプロピオン酸メチル、N−(2−アセトキシエチル)−N−(2−シアノエチル)−3−アミノプロピオン酸メチル、N−(2−シアノエチル)−N−エチル−3−アミノプロピオノニトリル、N−(2−シアノエチル)−N−(2−ヒドロキシエチル)−3−アミノプロピオノニトリル、N−(2−アセトキシエチル)−N−(2−シアノエチル)−3−アミノプロピオノニトリル、N−(2−シアノエチル)−N−(2−ホルミルオキシエチル)−3−アミノプロピオノニトリル、N−(2−シアノエチル)−N−(2−メトキシエチル)−3−アミノプロピオノニトリル、N−(2−シアノエチル)−N−[2−(メトキシメトキシ)エチル]−3−アミノプロピオノニトリル、N−(2−シアノエチル)−N−(3−ヒドロキシ−1−プロピル)−3−アミノプロピオノニトリル、N−(3−アセトキシ−1−プロピル)−N−(2−シアノエチル)−3−アミノプロピオノニトリル、N−(2−シアノエチル)−N−(3−ホルミルオキシ−1−プロピル)−3−アミノプロピオノニトリル、N−(2−シアノエチル)−N−テトラヒドロフルフリル−3−アミノプロピオノニトリル、N,N−ビス(2−シアノエチル)−3−アミノプロピオノニトリル、ジエチルアミノアセトニトリル、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)アミノアセトニトリル、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)アミノアセトニトリル、N,N−ビス(2−ホルミルオキシエチル)アミノアセトニトリル、N,N−ビス(2−メトキシエチル)アミノアセトニトリル、N,N−ビス[2−(メトキシメトキシ)エチル]アミノアセトニトリル、N−シアノメチル−N−(2−メトキシエチル)−3−アミノプロピオン酸メチル、N−シアノメチル−N−(2−ヒドロキシエチル)−3−アミノプロピオン酸メチル、N−(2−アセトキシエチル)−N−シアノメチル−3−アミノプロピオン酸メチル、N−シアノメチル−N−(2−ヒドロキシエチル)アミノアセトニトリル、N−(2−アセトキシエチル)−N−(シアノメチル)アミノアセトニトリル、N−シアノメチル−N−(2−ホルミルオキシエチル)アミノアセトニトリル、N−シアノメチル−N−(2−メトキシエチル)アミノアセトニトリル、N−シアノメチル−N−[2−(メトキシメトキシ)エチル]アミノアセトニトリル、N−(シアノメチル)−N−(3−ヒドロキシ−1−プロピル)アミノアセトニトリル、N−(3−アセトキシ−1−プロピル)−N−(シアノメチル)アミノアセトニトリル、N−シアノメチル−N−(3−ホルミルオキシ−1−プロピル)アミノアセトニトリル、N,N−ビス(シアノメチル)アミノアセトニトリル、1−ピロリジンプロピオノニトリル、1−ピペリジンプロピオノニトリル、4−モルホリンプロピオノニトリル、1−ピロリジンアセトニトリル、1−ピペリジンアセトニトリル、4−モルホリンアセトニトリル、3−ジエチルアミノプロピオン酸シアノメチル、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)−3−アミノプロピオン酸シアノメチル、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)−3−アミノプロピオン酸シアノメチル、N,N−ビス(2−ホルミルオキシエチル)−3−アミノプロピオン酸シアノメチル、N,N−ビス(2−メトキシエチル)−3−アミノプロピオン酸シアノメチル、N,N−ビス[2−(メトキシメトキシ)エチル]−3−アミノプロピオン酸シアノメチル、3−ジエチルアミノプロピオン酸(2−シアノエチル)、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)−3−アミノプロピオン酸(2−シアノエチル)、N,N−ビス(2−アセトキシエチル)−3−アミノプロピオン酸(2−シアノエチル)、N,N−ビス(2−ホルミルオキシエチル)−3−アミノプロピオン酸(2−シアノエチル)、N,N−ビス(2−メトキシエチル)−3−アミノプロピオン酸(2−シアノエチル)、N,N−ビス[2−(メトキシメトキシ)エチル]−3−アミノプロピオン酸(2−シアノエチル)、1−ピロリジンプロピオン酸シアノメチル、1−ピペリジンプロピオン酸シアノメチル、4−モルホリンプロピオン酸シアノメチル、1−ピロリジンプロピオン酸(2−シアノエチル)、1−ピペリジンプロピオン酸(2−シアノエチル)、4−モルホリンプロピオン酸(2−シアノエチル)が例示される。
なお、本発明の塩基化合物の配合量はベース樹脂100部に対して0.001〜2部、特に0.01〜1部が好適である。配合量が0.001部より少ないと配合効果がなく、2部を超えると感度が低下しすぎる場合がある。
本発明のポジ型レジスト材料に添加することができる分子内に≡C−COOHで示される基有する化合物としては、例えば下記I群及びII群から選ばれる1種又は2種以上の化合物を使用することができるが、これらに限定されるものではない。本成分の配合により、レジストのPED安定性が向上し、窒化膜基板上でのエッジラフネスが改善されるのである。
[I群]
下記一般式(A1)〜(A10)で示される化合物のフェノール性水酸基の水素原子の一部又は全部を−R401−COOH(R401は炭素数1〜10の直鎖状又は分岐状のアルキレン基)により置換してなり、かつ分子中のフェノール性水酸基(C)と≡C−COOHで示される基(D)とのモル比率がC/(C+D)=0.1〜1.0である化合物。
Figure 2005114968
(但し、式中R408は水素原子又はメチル基を示す。R402、R403はそれぞれ水素原子又は炭素数1〜8の直鎖状又は分岐状のアルキル基又はアルケニル基を示す。R404は水素原子又は炭素数1〜8の直鎖状又は分岐状のアルキル基又はアルケニル基、あるいは−(R409h−COOR’基(R’は水素原子又は−R409−COOH)を示す。R405は−(CH2i−(i=2〜10)、炭素数6〜10のアリーレン基、カルボニル基、スルホニル基、酸素原子又は硫黄原子を示す、R406は炭素数1〜10のアルキレン基、炭素数6〜10のアリーレン基、カルボニル基、スルホニル基、酸素原子又は硫黄原子を示す。R407は水素原子又は炭素数1〜8の直鎖状又は分岐状のアルキル基、アルケニル基、それぞれ水酸基で置換されたフェニル基又はナフチル基を示す。R409は炭素数1〜10の直鎖状又は分岐状のアルキル基又はアルケニル基又は−R411−COOH基を示す。R410は水素原子又は炭素数1〜8の直鎖状又は分岐状のアルキル基又はアルケニル基又は−R411−COOH基を示す。R411は炭素数1〜10の直鎖状又は分岐状のアルキレン基を示す。jは0〜3、s1〜s4、t1〜t4はそれぞれs1+t1=8、s2+t2=5、s3+t3=4、s4+t4=6を満足し、かつ各フェニル骨格中に少なくとも1つの水酸基を有するような数である。κは式(A6)の化合物を重量平均分子量1,000〜5,000とする数である。λは式(A7)の化合物を重量平均分子量1,000〜10,000とする数である。)
[II群]
下記一般式(A11)〜(A15)で示される化合物。
Figure 2005114968
(R402、R403、R411は上記と同様の意味を示す。R412は水素原子又は水酸基を示す。s5、t5は、s5≧0、t5≧0で、s5+t5=5を満足する数である。h’は0又は1である。)
本成分として、具体的には下記一般式(AI−1)〜(AI−14)及び(AII−1)〜(AII−10)で示される化合物を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
Figure 2005114968
(式中、R’’は水素原子又はCH2COOH基を示し、各化合物においてR’’の10〜100モル%はCH2COOH基である。α、κは上記と同様の意味を示す。)
Figure 2005114968
なお、上記分子内に≡C−COOHで示される基を有する化合物は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
上記分子内に≡C−COOHで示される基を有する化合物の添加量は、ベース樹脂100部に対して0〜5部、好ましくは0.1〜5部、より好ましくは0.1〜3部、更に好ましくは0.1〜2部である。5部より多いとレジスト材料の解像性が低下する場合がある。
界面活性剤の例としては、特に限定されるものではないが、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンセチルエーテル、ポリオキシエチレンオレインエーテル等のポリオキシエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンオクチルフェノールエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェノール等のポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル類、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンブロックコポリマー類、ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノバルミテート、ソルビタンモノステアレート等のソルビタン脂肪酸エステル類、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノバルミテート、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート、ポリオキシエチレンソルビタントリオレエート、ポリオキシエチレンソルビタントリステアレート等のポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステルのノニオン系界面活性剤、エフトップEF301、EF303、EF352((株)トーケムプトダクツ製)、メガファックF171、F172、F173(大日本インキ化学工業(株)製)、フロラードFC430、FC431FC−4430(住友スリーエム(株)製)、アサヒガードAG710、サーフロンS−381、S−382、SC101、SC102,SC103、SC104、SC105、SC106、サーフィノールE1004、KH−10、KH−20、KH−30、KH−40(旭硝子(株)製)等のフッ素系界面活性剤、オルガノシロキサンポリマーKP−341、X−70−092、X−70−093(信越化学工業(株)製)、アクリル酸系又はメタクリル酸系ポリフローNo.75,No.95(共栄社油脂化学工業(株)製)が挙げられ、中でもFC430、FC−4430、サーフロンS−381、サーフィノールE1004、KH−20、KH−30が好適である。これらは単独あるいは2種以上の組み合わせで用いることができる。
本発明のポジ型レジスト材料、特には化学増幅ポジ型レジスト材料中の界面活性剤の添加量としては、レジスト材料中のベース樹脂100部に対して2部以下、好ましくは1部以下である。
本発明の(A)有機溶剤と、(B)上記一般式(1)及び、一般式(2)で示される高分子化合物と、(C)酸発生剤を含む化学増幅ポジ型レジスト材料を種々の集積回路製造に用いる場合は、特に限定されないが公知のリソグラフィー技術を用いることができる。
集積回路製造用の基板(Si,SiO2,SiN,SiON,TiN,WSi,BPSG,SOG,有機反射防止膜、Cr、CrO、CrON、MoSi等)上にスピンコート、ロールコート、フローコート、ディップコート、スプレーコート、ドクターコート等の適当な塗布方法により塗布膜厚が0.1〜2.0μmとなるように塗布し、ホットプレート上で60〜150℃、1〜10分間、好ましくは80〜120℃、1〜5分間プリベークする。次いで、紫外線、遠紫外線、電子線、X線、エキシマレーザー、γ線、シンクロトロン放射線などから選ばれる光源、好ましくは300nm以下の露光波長で目的とするパターンを所定のマスクを通じて露光を行う。露光量は1〜200mJ/cm2程度、好ましくは10〜100mJ/cm2程度となるように露光することが好ましい。ホットプレート上で60〜150℃、1〜5分間、好ましくは80〜120℃、1〜3分間ポストエクスポージャベーク(PEB)する。
更に、0.1〜5%、好ましくは2〜3%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)等のアルカリ水溶液の現像液を用い、0.1〜3分間、好ましくは0.5〜2分間、浸漬(dip)法、パドル(puddle)法、スプレー(spray)法等の常法により現像することにより基板上に目的のパターンが形成される。なお、本発明のレジスト材料は、特に高エネルギー線の中でも254〜193nmの遠紫外線、157nmの真空紫外線、電子線、軟X線、X線、エキシマレーザー、γ線、シンクロトロン放射線による微細パターンニングに最適である。また、上記範囲を上限及び下限から外れる場合は、目的のパターンを得ることができない場合がある。
以下、合成例、比較合成例、実施例及び比較例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は下記実施例に制限されるものではない。なお、下記例において、重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)の測定法(測定条件)は下記の通りである。ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いてポリスチレン換算のMw、Mn、分散度(Mw/Mn)を求めた。
[合成例1] 単分散 両末端p−t−ブトキシスチレン−部分p−t−ブトキシポリヒドロキシスチレンの合成
1Lのフラスコに溶媒としてテトラヒドロフラン1,000mL、開始剤としてsec−ブチルリチウム0.01molを仕込んだ。この混合溶液に−78℃でp−t−ブトキシスチレン17gを添加し、30分撹拌しながら重合させ、ガスクロマトグラフィー(GC)により反応完結を確認した。次いでp−t−ブトキシスチレン17g、p−トリメチルシロキシスチレン134gの混合体を添加して30分撹拌し、GCにより反応完結を確認し、次にp−t−ブトキシスチレン17gを添加し、30分撹拌した。この反応溶液は赤色を呈した。次いで、臭化ベンジル0.1molを添加して重合停止反応を行った。
次に、ポリマーを精製するために、反応混合物をメタノール中に注ぎ、得られた重合体を沈澱させた後、分離し、乾燥させたところ、173gの白色重合体が得られた。
更に、上記ポリマー173gをアセトン1,000mlに溶解し、20℃で少量の濃塩酸を加えて7時間撹拌後、水に注ぎ、ポリマーを沈澱させ、洗浄・乾燥したところ、133gのポリマーが得られた。また、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)による分析、1H−NMRでトリメチルシリル基に由来するピークが観測されないこと、ポリスチレン換算の重量平均分子量Mw12,000、Mw/Mn1.03のp−t−ブトキシスチレン:p−ヒドロキシスチレン:31:69の共重合体であることが確認された。これをポリマー1とした。
[合成例2] 単分散 片末端p−t−ブトキシスチレン−部分p−t−ブトキシポリヒドロキシスチレンの合成
1Lのフラスコに溶媒としてテトラヒドロフラン1,000mL、開始剤としてsec−ブチルリチウム0.01molを仕込んだ。この混合溶液に−78℃でp−t−ブトキシスチレン17g、p−トリメチルシロキシスチレン134gの混合体を添加して30分撹拌、GCにより反応完結を確認し、次にp−t−ブトキシスチレン34gを添加し、30分撹拌した。この反応溶液は赤色を呈した。次いで、3−ブロモプロピオン酸tブチル0.1molを添加して重合停止反応を行った。
次に、ポリマーを精製するために、反応混合物をメタノール中に注ぎ、得られた重合体を沈澱させた後、分離し、乾燥させたところ、175gの白色重合体が得られた。
更に、上記ポリマー175gをアセトン1,000mlに溶解し、20℃で少量の濃塩酸を加えて7時間撹拌後、水に注ぎ、ポリマーを沈澱させ、洗浄・乾燥したところ、136gのポリマーが得られた。また、GPCによる分析、1H−NMRでトリメチルシリル基に由来するピークが観測されないこと、Mw12,000、Mw/Mn1.03のp−t−ブトキシスチレン:p−ヒドロキシスチレン:32:68の共重合体であることが確認された。これをポリマー2とした。
[合成例3] 単分散 片末端p−t−アミロキシスチレン−部分p−t−アミロキシポリヒドロキシスチレンの合成
1Lのフラスコに溶媒としてテトラヒドロフラン1,000mL、開始剤としてsec−ブチルリチウム0.01molを仕込んだ。この混合溶液に−78℃でp−t−アミロキシスチレン17g、p−トリメチルシロキシスチレン134gの混合体を添加して30分撹拌、GCにより反応完結を確認し、次にp−t−アミロキシスチレン34gを添加し、30分撹拌した。この反応溶液は赤色を呈した。次いで、3−ブロモプロピオン酸tブチル0.1molを添加して重合停止反応を行った。
次に、ポリマーを精製するために、反応混合物をメタノール中に注ぎ、得られた重合体を沈澱させた後、分離し、乾燥させたところ、175gの白色重合体が得られた。
更に、上記ポリマー175gをアセトン1,000mlに溶解し、20℃で少量の濃塩酸を加えて7時間撹拌後、水に注ぎ、ポリマーを沈澱させ、洗浄・乾燥したところ、136gのポリマーが得られた。また、GPCによる分析、1H−NMRでトリメチルシリル基に由来するピークが観測されないこと、Mw12,000、Mw/Mn1.03のp−t−アミロキシスチレン:p−ヒドロキシスチレン:27:73の共重合体であることが確認された。これをポリマー3とした。
[合成例4] 単分散 片末端p−t−アミロキシスチレン−部分p−t−ブトキシカルボニロキシポリヒドロキシスチレンの合成
1Lのフラスコに溶媒としてテトラヒドロフラン1,000mL、開始剤としてsec−ブチルリチウム0.01molを仕込んだ。この混合溶液に−78℃でp−エトキシエトキシスチレン182gを添加して30分撹拌、GCにより反応完結を確認し、次にp−t−アミロキシスチレン34gを添加し30分撹拌した。この反応溶液は赤色を呈した。次いで、3−ブロモプロピオン酸tブチル0.1molを添加して重合停止反応を行った。
次に、ポリマーを精製するために、反応混合物をメタノール中に注ぎ、得られた重合体を沈澱させた後、分離し、乾燥させたところ、175gの白色重合体が得られた。
更に、上記ポリマー175gをアセトン1,000mlに溶解し、20℃で少量の濃塩酸を加えて7時間撹拌後、水に注ぎ、ポリマーを沈澱させ、洗浄・乾燥したところ、142gのポリマーが得られた。得られたポリマーをピリジン400mlに溶解させ、45℃で撹拌しながら二炭酸ジ−tert−ブチル22.6gを添加した。1時間反応させた後、水3Lに反応液を滴下したところ、白色固体が得られた。
これを濾過後、アセトン100mlに溶解させ、水5Lに滴下し、濾過後、真空乾燥させ、ポリマーを得た。
また、GPCによる分析、1H−NMRでトリメチルシリル基に由来するピークが観測されないこと、Mw10,500、Mw/Mn1.05のp−t−アミロキシスチレン:p−tブトキシカルボニロキシスチレン:p−ヒドロキシスチレン:19:8:73の共重合体であることが確認された。これをポリマー4とした。
[比較合成例1]単分散 部分p−t−ブトキシポリヒドロキシスチレンの合成
1Lのフラスコに溶媒としてテトラヒドロフラン1,000mL、開始剤としてsec−ブチルリチウム0.01molを仕込んだ。この混合溶液に−78℃でp−t−ブトキシスチレン52g、p−トリメチルシロキシスチレン134gの混合体を添加して30分撹拌し、GCにより反応完結を確認した。この反応溶液は赤色を呈した。次いで、臭化ベンジル0.1molを添加して重合停止反応を行った。
次に、ポリマーを精製するために、反応混合物をメタノール中に注ぎ、得られた重合体を沈澱させた後、分離し、乾燥させたところ、173gの白色重合体が得られた。
更に、上記ポリマー173gをアセトン1,000mlに溶解し、20℃で少量の濃塩酸を加えて7時間撹拌後、水に注ぎ、ポリマーを沈澱させ、洗浄・乾燥したところ、131gのポリマーが得られた。また、GPCによる分析、1H−NMRでトリメチルシリル基に由来するピークが観測されないこと、Mw12,000、Mw/Mn1.03のp−t−ブトキシスチレン:p−ヒドロキシスチレン:30:70の共重合体であることが確認された。これを比較ポリマー1とした。
[比較合成例2] 多分散 部分p−t−ブトキシポリヒドロキシスチレンの合成
1Lのフラスコにp−t−ブトキシスチレン52g、p−トリメチルシロキシスチレン134g、溶媒としてトルエンを200g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素フローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤としてAIBNを7.5g加え、60℃まで昇温後、15時間反応させた。この反応溶液を1/2まで濃縮し、メタノール4.5L、水0.5Lの混合溶液中に沈澱させ、得られた白色固体を濾過後、60℃で減圧乾燥し、白色重合体132gを得た。
更に、上記ポリマー132gをアセトン1,000mlに溶解し、20℃で少量の濃塩酸を加えて7時間撹拌後、水に注ぎ、ポリマーを沈澱させ、洗浄・乾燥したところ、106gのポリマーが得られた。また、GPCによる分析、1H−NMRでトリメチルシリル基に由来するピークが観測されないこと、Mw14,600、Mw/Mn1.773のp−t−ブトキシスチレン:p−ヒドロキシスチレン:28:72の共重合体であることが確認された。これを比較ポリマー2とした。
露光パターニング評価
上記合成例、比較合成例で得られたポリマーを使用し、表1に示す組成でレジスト材料を調製し、下記方法で露光パターニングを評価した。結果を表1に示す。
表1に示される組成で溶解させた溶液を0.2μmサイズの高密度ポリエチレンフィルターで濾過してレジスト溶液を調製した。シリコンウエハーにDUV−30(日産化学工業(株)製)を55nmの膜厚で成膜した基板上にレジスト液をスピンコーティングし、ホットプレートを用いて110℃で90秒間ベークし、レジストの厚みを300nmにした。
これをエキシマレーザーステッパー((株)ニコン製、NSR−S203A,NA−0.68、σ0.75、2/3輪帯照明)を用いて露光し、露光後直ちに120℃で90秒間ベークし、2.38%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシドの水溶液で60秒間現像を行って、ポジ型のパターンを得た。
得られたレジストパターンを次のように評価した。
評価方法:
ラインとスペースの幅の比が1:1.5のマスクパターンにおいて0.15μmのラインが寸法通りで解像する露光量をレジストの感度として、この露光量において分離しているラインアンドスペースの最小線幅を評価レジストの解像度とした。
PGMEA:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
下記の結果より、本発明の末端に酸不安定基を有するポリマーを添加したレジスト材料は、感度と解像性が高く、更なる微細加工を達成するに有望な材料であることが判明した。
Figure 2005114968
Figure 2005114968

Claims (8)

  1. ヒドロキシ基の水素原子が部分的に酸不安定基で置換されたヒドロキシスチレン、ヒドロキシビニルナフタレン又はヒドロキシビニルアントラセンを繰り返し単位として有する重合体であって、重合体の片末端又は両末端の繰り返し単位において、そのヒドロキシ基の水素原子が酸不安定基で選択的に置換されている重合体を添加してなることを特徴とするレジスト材料。
  2. 片末端又は両末端の繰り返し単位中のヒドロキシ基の水素原子が選択的に酸不安定基で置換されたヒドロキシスチレン、ヒドロキシビニルナフタレン又はヒドロキシビニルアントラセンを繰り返し単位として有する重合体が、下記一般式(1)、(2)又は(3)で示されることを特徴とする請求項1記載のレジスト材料。
    Figure 2005114968
    (式中、R1は炭素数1〜20の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基であり、R2、R5は水素原子又はメチル基である。R3、R6は炭素数6〜20の芳香環であり、R4は水素原子又は水素原子と酸不安定基との混在であり、繰り返し単位a及びd中の50モル%以下のヒドロキシ基の水素原子が酸不安定基、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基又はアシル基で置換されており、R7は酸不安定基である。R8はヒドロキシ基、カルボキシ基、炭素数1〜20のヒドロキシ基、エステル基、エーテル基、ラクトン環、シアノ基を含んでいてもよい脂肪族もしくは芳香族1価炭化水素基、アルコキシ基、又は下記一般式(4)で示される基である。
    Figure 2005114968
    ここで、上記一般式(4)中、R9は単結合、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキレン基、有橋環式のアルキレン基又は炭素数6〜10のアリーレン基であり、R10は酸不安定基である。Zは単結合又はp+1価の脂肪族もしくは芳香族1価炭化水素基で、カルボニル基、エステル基又はエーテル基を含んでいてもよい。炭素数a、bはそれぞれ正数であり、0.5≦a<1.0、0<b≦0.5、0.5≦d<1.0、0<c≦0.25、0<e≦0.25の範囲であり、m、nは1〜3の整数である。)
  3. 一般式(1)、(2)又は(3)において、R3、R6で示される芳香環が、ベンゼン環、ナフタレン環又はアントラセン環であることを特徴とする請求項2記載のレジスト材料。
  4. 一般式(1)、(2)又は(3)に示される重合体がリビング重合によって合成されることを特徴とする請求項2又は3記載のレジスト材料。
  5. (A)有機溶剤、
    (B)ベース樹脂として請求項1乃至4のいずれか1項に記載の重合体、
    (C)酸発生剤
    を含有してなることを特徴とする化学増幅ポジ型レジスト材料。
  6. (A)有機溶剤、
    (B)ベース樹脂として請求項1乃至4のいずれか1項に記載の重合体、
    (C)酸発生剤、
    (D)溶解阻止剤
    を含有してなることを特徴とする化学増幅ポジ型レジスト材料。
  7. 更に、(E)添加剤として塩基性化合物を配合したことを特徴とする請求項5又は6記載の化学増幅ポジ型レジスト材料。
  8. 請求項1乃至7のいずれか1項に記載のレジスト材料を基板上に塗布する工程と、加熱処理後、フォトマスクを介して高エネルギー線もしくは電子線で露光する工程と、必要に応じて加熱処理した後、現像液を用いて現像する工程とを含むことを特徴とするパターン形成方法。
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