JP2005508013A - 新規ポリマーおよびそれを含むフォトレジスト組成物 - Google Patents

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Abstract

本発明は、1以上の1)カルボネート単位および/または2)モノマービニル基に隣接する環酸素を有するモノマーにより供給されるラクトンを含む本発明のポリマーを含むポリマーを含む。本発明は、特に200nm未満などの短波長で描画するための、そのようなポリマーを含むフォトレジストも提供する。

Description

【技術分野】
【0001】
本発明は、縮合カルボネート基および/またはモノマービニル基に隣接する環酸素を有するモノマーにより供給されるラクトンの縮合単位を含む新規ポリマーに関する。本発明のポリマーは、200nm未満、特に193nmなどの短波長において効率的に描画が可能なフォトレジスト組成物、特に化学的に増幅されたポジ型レジストの樹脂成分として非常に有用である。
【背景技術】
【0002】
フォトレジストは、基板への画像の転写に使用される感光性フィルムである。フォトレジストのコーティング層は基板上に形成され、フォトレジスト層は次にフォトマスクを通じて活性化照射源に露光される。フォトマスクは活性化照射に対して不透明である区域と、活性化照射に対して透明である区域を持つ。活性化照射に対する露光は、フォトレジストコーティングの光誘起性化学変換を提供し、それによってフォトマスクのパターンをフォトレジスト被覆基板に変換する。露光の後、フォトレジストは現像されて、基板の選択的処理を可能にするレリーフ像を提供する。
【0003】
フォトレジストはポジ型でもネガ型でもよい。大半のネガ型フォトレジストでは、活性化照射に露光されるこれらのコーティング層部分は、フォトレジスト組成物の光活性化合物と重合試薬との反応で重合または架橋する。結果として、露光されたコーティング部分は現像溶液において、未露光部分よりも溶解性が低くなる。ポジ型フォトレジストの場合、露光された部分は現像溶液中でより溶解性が高くなるが、露光されない区域は比較的、現像液に溶解しにくいままである。フォトレジスト組成物は、Deforest、Photoresist Materials and Processes、McGraw Hill Book Company、New York、ch.2、1975およびMoreau著、Semiconductor Lithography、Principles、Practices and Materials、Plenum Press、New York、ch.2および4で述べられている。
【0004】
さらに最近では、化学増幅型レジストが、特にミクロン未満の画像の形成および他の高性能用途に、ますます利用されている。そのようなフォトレジストはネガ型でもポジ型でもよく、一般に光生成酸の単位あたり、多くの架橋事象(ネガ型レジストの場合)または脱保護反応(ポジ型レジストの場合)を含む。ポジ型化学増幅レジストの場合、フォトレジストバインダから垂れ下がったある「保護」基の開裂、またはフォトレジストバインダ主鎖を含むある基の開裂を誘起するために、あるカチオン性光開始剤を用いられている。例えば、米国特許第5,075,199号;第4,968,581号;4,883,740号;4,810,613号;ならびに4,491,628号およびカナダ特許出願第2,001,384号を参照すること。そのようなレジストのコーティング層の露光による保護基の開裂時に、例えばカルボキシルまたはイミドなどの極性官能基が形成されて、レジストコーティング層の露光ならびに未露光区域の異なる溶解度特性を生じさせる。R.D.Allenら、Proceedings of SPIE、2724:334−343(1996);およびP.Trefonasら、Proceedings of the 11th International Conference on Photopolymers(Soc.Of Plastics Engineers)、pp44−58(1997年10月6日)。
【0005】
現在入手可能なフォトレジストは多くの用途に適しているが、現在のレジストは、高解像度の半ミクロン未満および4分の1ミクロン未満の形状などの、特に高性能用途において著しい欠点を示すことがある。
【0006】
結果として、約248nm(KrFレーザーにより供給)または193nm(ArF露光ツールにより供給)の波長などの、約250nm以下、またはさらに約200nm以下の露光照射を含む、短波長照射によって光描画可能なフォトレジストへの関心が高まっている。欧州公開出願第915382A2号を参照のこと。そのような短露光波長の使用は、より小さい形状の形成を可能にする。したがって、248nmまたは193nmで良好に解像された画像を生じるフォトレジストは、例えばさらに高い回路密度と向上したデバイス性能を提供するために、より小さい寸法の回路パターンに対する絶え間ない業界の要求に対応する、極めて小さい(例えば0.25μm未満)形状の形成を可能にする。
【0007】
しかし、多くの現在のフォトレジストは一般に、比較的より高い波長における描画のために設計されており、G−ライン(436nm)およびI−ライン(365nm)などは一般に、200nm未満などの短波長での描画には不適である。248nmの露光で効力のあるようなより短波長レジストはまた、一般的に200nm未満の露光、例えば193nmでの描画には適していない。
【0008】
さらに詳細には、現在のフォトレジストは193nmなどの極めて短い露光波長に対しては非常に不透明でありうるため、不完全に解像された画像が得られる。
【0009】
それゆえ新たなフォトレジスト組成物、特に、200nm未満の露光波長、特に193nmなどの短波長にて描画できるフォトレジスト組成物を有することが望ましい。
【0010】
【特許文献1】
米国特許第5,075,199号明細書
【特許文献2】
米国特許第4,968,581号明細書
【特許文献3】
米国特許第4,883,740号明細書
【特許文献4】
米国特許第4,810,613号明細書
【特許文献5】
米国特許第4,491,628号明細書
【特許文献6】
カナダ特許出願第2,001,384号明細書
【特許文献7】
欧州公開出願第915382A2号明細書
【非特許文献1】
Deforest、Photoresist Materials and Processes、McGraw Hill Book Company、New York、ch.2、1975
【非特許文献2】
Moreau著、Semiconductor Lithography、Principles、Practices and Materials、Plenum Press、New York、ch.2および4
【非特許文献3】
R.D.Allenら、Proceedings of SPIE、2724:334−343(1996)
【非特許文献4】
P.Trefonasら、Proceedings of the 11th International Conference on Photopolymers(Soc.Of Plastics Engineers)、pp44−58(1997年10月6日)。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【0011】
我々は今や、新規ポリマーおよび樹脂バインダ成分としてポリマーを含むフォトレジスト組成物を発見した。本発明のフォトレジスト組成物は、極めて短い波長、特に193nmなどの200nm未満の波長に露光された際に、高度に解像されたレリーフ画像を提供することができる。
【0012】
本発明のポリマー1以上の1)カルボネート単位(例えばビニレンカーボネートなどのビニルカーボネートの反応によって提供されるなど)および/または2)α−アンゲリカラクトンおよびγ−メチレン−γ−ブチロラクトンなどのモノマービニル基に隣接する環酸素を有するモノマーによって提供されるラクトンを含む。
【0013】
本発明のポリマーは、ポリマー主鎖に好ましくは縮合される酸素−および/または硫黄−含有ヘテロ脂環式基も含みうる(すなわちポリマー主鎖の一部としての、少なくとも2のヘテロ脂環式原子)。ヘテロ脂環式基は環員として、1以上の酸素および/または硫黄原子を有する。
【0014】
本発明の好ましいポリマーは、ポリマー主鎖に縮合された炭素脂環式基(すなわち、基はすべての炭素環員を有する)を含みうる、すなわち炭素脂環式(alicyclic ring)基は、ポリマー主鎖を構成する少なくとも2つの炭素環員を有する。好ましい縮合炭素脂環式基は、場合により置換されたノルボルネン基などの環式オレフィン(環内二重結合)化合物の重合によって供給される。
【0015】
好ましいヘテロ脂環式ポリマー単位は例えば、好ましくは1〜約10の炭素原子を有するエーテル(アルコキシ)、好ましくは1〜約10の炭素原子を有するアルキルチオ、好ましくは1〜約10の炭素原子を有するアルキルスルフィニル、好ましくは1〜約10の炭素原子を有するアルキルスルホニルなどのヘテロアルキル基によって置換されうる。そのような置換基が向上したリソグラフィック成果、特に向上した基板接着を提供可能なことが発見されたことは驚きである。
【0016】
フォトレジスト組成物の使用では、本発明のポリマーはフォト酸レイビル部位を含む1以上の単位も含む。フォト酸レイビル基は、重合されたビニル脂環式エーテル、ビニル脂環式チオエーテルまたは炭素脂環式基の置換基などの、1以上の上述の単位の置換基でもよい。フォト酸レイビル部位も、例えば重合されたアルキルアクリレートまたはアルキルメタクリレート、特にメチルアダマンチルアクリレートまたはメチルアダマンチルメタクリレートなどの脂環式部分を有するアクリレートとしてなど、追加ポリマー単位としても存在しうる。好ましい脂環式フォト酸レイビル部位は、2以上の縮合または架橋環を有する、第三級エステル脂環式炭化水素基である。好ましい第三級エステル基は、任意に置換されたアダマンチル、特に上述したメチルアダマンチル;任意に置換されたフェンシル基、特にエチルフェンシル;任意に置換されたピナニル;および任意に置換されたトリシクロデカニル、8−エチル−8−トリシクロデカニルアクリレートと8−エチル−8−トリシクロデカニルメタクリレートとの重合により供給される8−エチル−8−トリシクロデカニルなどの、特にアルキル置換トリシクロデカニルを含む。追加の二環、三環および他の多環部分を含め、追加の脂環式エステル基も適するであろう。
【0017】
本発明のポリマーは、上の基に加えて単位も含む。例えば本発明のポリマーは、メタクリロニトリルおよびアクリルニトリルの重合により供給されるようなニトリル単位も含みうる。メタクリル酸、アクリル酸、および例えばエトキシエチルメタクリレート、t−ブトキシメタクリレート、t−ブチルメタクリレートなどの反応により供給される、フォト酸レイビルエステルとして保護される酸の重合により供給される基などの、追加のコントラスト強化基も、本発明のポリマーに存在する。
【0018】
本発明の一般に好ましいポリマーは、3、4または5の別個の反復単位を含む、すなわち好ましいのは、本明細書で開示した1以上のヘテロ脂環式基を含むターポリマー、テトラポリマーおよびペンタポリマーである。
【0019】
本発明の特に好ましいポリマーは:
1) i)上述のカルボネートおよび/またはラクトンと;ii)マレイン酸無水物と;およびiii)t−ブチルアクリレート、アダマンチルアクリレートなどのフォト酸レイビル基を含むものを含む、アクリレートまたはメタクリレート、の別個の反復単位を含むポリマーと;
2) i)上述のカルボネートおよび/またはラクトンと;ii)マレイン酸無水物と;およびiii)上述の炭素脂環式基およびヘテロ脂環式基を含む、ビニル脂環式基、の別個の反復単位を含むポリマーと;
3) i)上述のカルボネートおよび/またはラクトンと;ii)マレイン無水物と;およびiii)上述の炭素脂環式基およびヘテロ脂環式基を含む、ビニル脂環式基、の別個の反復単位を含むポリマーと;
4) i)上述のカルボネートおよび/またはラクトンと;ii)マレイン酸無水物と;iii)上述の炭素脂環式基およびヘテロ脂環式基を含む、ビニル脂環式基と;およびiv)t−ブチルアクリレート、アダマンチルアクリレートなどのフォト酸レイビル基を含むものを含む、アクリレートまたはメタクリレート、の別個の反復単位を含むポリマーと;
を含む。
【0020】
本発明のポリマーは好ましくは、193nmにて描画されるフォトレジストに利用され、それゆえ好ましくはどのフェニルまたは他の芳香族基も実質的に含まない。例えば好ましいポリマーは約5モルパーセント未満の芳香族基、さらに好ましくは約1〜2モルパーセント未満の芳香族基、さらに好ましくは約0.1、0.02、0.04および0.08モルパーセント未満の芳香族基およびさらになお好ましくは約0.01モルパーセント未満の芳香族基を含む。特に好ましいポリマーは芳香族基を全く含まない。芳香族基は200nm未満の照射を高度に吸収可能であり、それゆえそのような短波長照射によって描画されるフォトレジストで使用されるポリマーには望ましくない。
【0021】
本発明のポリマーは、300nm未満および170nm未満などの他の波長、特に2248nmおよび157nmにおける描画に使用されるレジストで利用されるのに適している。248nmで描画されるレジストで利用されるポリマーは、フェニル基、特に、該当するビニルモノマーの反応により供給されるフェノール基(例えばビニルフェノール)を含む、芳香族基を含みうる。157nmで描画されるレジストで利用されるポリマーは適切には、ハロゲン置換、特に、例えばテトラフルオロエチレンなどのフルオロオレフィンの共重合によって供給されるようなフッ素置換を有する。
【0022】
本発明は、各ラインが本質的に垂直側壁および約0.40ミクロン以下のライン幅、および約0.25、0.20または0.16ミクロン以下の幅さえ持つ、ラインのパターンなどの高解像リリーフ画像を形成するための方法を含む、レリーフ描画を形成するための方法も提供する。本発明はさらに、上に本発明のポリマー、フォトレジストまたはレジストレリーフ画像をコーティングしたマイクロ電子ウェハ基板または液晶ディスプレイまたは他のフラットパネル表示基板などの、基板を含む製品を提供する。本発明の他の態様は以下で開示する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0023】
上述のように、本発明のポリマーは1以上の1)カルボネート単位および/または2)モノマービニル基に隣接する環酸素を有するモノマーにより供給されたラクトンを含む。
【0024】
そのようなモノマーを提供するために利用されるモノマーの例は以下を含む:
【0025】
【化1】
Figure 2005508013
【0026】
また上述したように、本発明のポリマーは他の単位を含みうる。本発明の好ましいポリマーは好ましくはポリマー主鎖に縮合された、追加の(すなわちカルボネートおよび/またはラクトンとは別個の)ヘテロ脂環式基を含みうる。縮合ヘテロ環ユニットは1以上の酸素および/または硫黄原子を含む。本明細書で環式基がポリマー主鎖に縮合していることを示すことにより、環式基の2つの環員、通常、環式基の2つの隣接する炭素原子も、ポリマー主鎖の一部であることが示される。そのような縮合環は、環内二重結合を有する環式モノマーを重合することによって提供できる。
【0027】
追加の好ましいポリマー単位は、任意に置換されたノルボルネンなどの、重合された炭素脂環式化合物である。本明細書で呼ばれるように、「炭素脂環式基」という用語は、非芳香族基の各環員が炭素であることを意味する。炭素脂環式基は、環が芳香族性でないという条件で、1以上の環内炭素−炭素二重結合を持つことができる。
【0028】
本発明の好ましいポリマーは、ポリマーの総単位に基づいて少なくとも約2〜5モルパーセントの縮合へテロ脂環式単位、さらに好ましくはポリマーの総単位に基づいて約5〜50モルパーセントの縮合へテロ脂環式単位;さらになお好ましくはポリマーの総単位に基づいて約5または10〜約40または50パーセントの縮合ヘテロ脂環式単位を含むであろう。
【0029】
本発明の好ましいポリマーは、ポリマーの総単位に基づいて少なくとも約2〜5モルパーセントの炭素脂環式単位;さらに好ましくはポリマーの総単位に基づいて約5〜50モルパーセントの縮合炭素脂環式単位;さらになお好ましくは好ましくはポリマーの総単位に基づいて約5または10〜約25または30パーセントの縮合炭素脂環式単位を含むであろう。
【0030】
ヘテロ脂環式単位および炭素脂環式単位のみを含む本発明のポリマーにおいて、好ましくはヘテロ環単位は、総ポリマー単位に基づいて約5〜約90または95モルの量で存在し、炭素脂環式単位は総ポリマー単位に基づいて約5〜約90または95モルの量で存在するであろう。
【0031】
ヘテロ脂環式単位、炭素脂環式単位およびマレイン酸無水物単位から構成される本発明のポリマー(すなわちカルボネートまたはラクトン;炭素脂環式基;マレイン酸無水物ターポリマー)において、好ましくはカルボネートおよび/またはラクトン単位は、総ポリマー単位に基づいて約5〜約10、20、30、40、50、60、70または80モルパーセントの量で存在し、炭素脂環式単位(場合により置換されたノルボルネンなど)は総ポリマー単位に基づいて約5〜約10、20、30、40、50、60、70または80モルパーセントの量で存在し、およびマレイン酸無水物単位は総ポリマー単位に基づいて約5〜約20、30、40、または50モルパーセントの量で存在し;およびさらに好ましくはカルボネートおよび/またはラクトン単位は、総ポリマー単位に基づいて約5〜約10、20、30、40、50、または60モルパーセントの量で存在し、炭素脂環式単位は総ポリマー単位に基づいて約5〜約10、20、30、40、50、または60モルパーセントの量で存在し、およびマレイン酸無水物単位は総ポリマー単位に基づいて約5〜約10、15、20、25、30、40、または50モルパーセントの量で存在するであろう。そのようなターポリマーにおいて、適切には炭素脂環式単位は、フォト酸レイビルエステル置換基などの、フォト酸レイビル置換基を含むであろう。
【0032】
いずれにせよ、本発明のポリマーは好ましくは、フォト酸レイビル基を含む1以上の反復単位を含む。フォト酸レイビルは適切には炭素脂環式基の置換基(ノルボルネン)または、代わりにおよび一般に好ましくは、フォト酸レイビル部位は、脂環式基を含む反復単位とは異なるポリマー反復単位となり、例えば重合されたアクリレートまたはメタクリレート基でもよい。
【0033】
好ましいフォト酸レイビル基はエステル基、特に、第三級脂環式炭化水素エステル部分を含むエステルである。好ましい第3級脂環式炭化水素エステル部分は、アダマンチル、エチルフェンシルまたはトリシクロデカニル部分などの多環基である。本明細書での「第三級脂環式エステル基」への言及または他の同様の用語は、第三級脂環式炭素がエステル酸素、すなわち−C(=O)O−TR’(式中、Tは脂環式基R’の第三級環炭素である)に共有結合されることを示す。少なくとも多くの場合において、好ましくは脂環式部分の第三級環炭素は、以下に示す特に好ましいポリマーによって例示されるようなエステル酸素に共有結合される。しかし、典型的には、脂環式基が環外第三級炭素の置換基の1つである場合、エステル酸素に結合された第三級炭素は脂環式基に対して環外にあることも可能である。典型的には、エステル酸素に結合された第三級炭素は、脂環式基自体、および/または1〜約12の炭素、さらに通常は1〜約8の炭素、さらになお通常には1、2、3または4の炭素を有する1、2または3のアルキル基によって置換される。脂環式基はまた、好ましくは芳香族置換基を含まない。脂環式基は適切には単環、または多環、特に二環または三環基でありうる。
【0034】
本発明のポリマーのフォト酸レイビルエステル基の好ましい脂環式部分(例えば−C(=O)O−TR’の基TR’)はかなり大きな体積を持つ。そのようなかさ高い脂環式基は、本発明のコポリマーに使用されると、向上した解像度を提供できる。
【0035】
さらに詳細には、フォト酸レイビルエステル基の好ましい脂環式基は、少なくとも約125または130Åの分子容、さらに好ましくは少なくとも約135、140、150、155、160、165、170、175、180、185、190、195、または200Åの分子容を持つ。約220または250Åより大きい脂環式基は、少なくとも一部の用途ではより好ましくないことがある。本明細書における分子容への言及は、最適化された化学結合長および角度を提供する、標準コンピュータモデル化によって決定された容積サイズを指す。本明細書で示す分子容を決定するための好ましいコンピュータプログラムは、Triposより入手可能なAlchemy 2000である。コンピュータベースの分子サイズの決定のさらなる議論については、T Omoteら、Polymers for Advanced Technologies,volume 4,pp.277−287を参照すること。
【0036】
フォト酸レイビル単位の特に好ましい第三級脂環式基は以下を含み、式中、波線はエステル基のカルボキシル酸素への結合を示し、Rは適切には任意に置換されたアルキル、特にメチル、エチルなどのC1−8アルキルである。
【0037】
【化2】
Figure 2005508013
【0038】
本発明のポリマーはまた、脂環式部分を含まないフォト酸レイビル基を含んでもよい。例えば、本発明のポリマーは、フォト酸レイビルアルキルエステルなどのフォト酸レイビルエステル単位を含むことがある。一般に、フォト酸レイビルエステルのカルボキシル酸素(すなわち、次:−C(=O)のような、下線を付けたカルボキシル酸素)は、第四級炭素に共有結合される。t−ブチルおよび−C(CHCH(CHなどの分岐フォト酸レイビルエステルは一般に好ましい。
【0039】
本発明のポリマーは、シアノ単位、ラクトン単位または無水物単位などの追加の単位を含んでもよい。例えばアクリロニトリルまたはメタクリロニトリルは、ペンダントシアノ基を提供するために重合され、マレイン酸無水物は縮合無水物単位を提供するために重合されることがある。
【0040】
上述のように、本発明のポリマーは、短波長、特に193nmおよび157nm等の200nm未満の短波長にて描画できるフォトレジストにおいて使用することが望ましい。ポリマーはまた、248nm等の高い波長にて描画されるフォトレジストにおいて使用することが出来る。そのような高い波長での用途では、ポリマーは、例えば重合されたスチレンまたはヒドロスチレン単位のような芳香族単位を適切に含んでもよい。
【0041】
本発明のポリマーは、各種の方法によって調製できる。1つの適切な方法は、反応温度は利用される特定の試薬の反応性および反応溶媒(溶媒が利用される場合)の沸点によって変化するが、不活性雰囲気下(例えばNまたはアルゴン)および約70℃以上の高温にて、ラジカル開始剤の存在下で上述したような各種単位を提供するために、例えば選択されたモノマーの反応による、フリーラジカル重合を含みうる付加反応である。適切な反応溶媒は例えばテトラヒドロフラン、エチルラクテートなどを含む。どの特定の系の適切な反応温度も、本開示に基づいて当業者によって経験的にただちに決定できる。各種のフリーラジカル開始剤が使用できる。例えば、アゾ−ビス−2,4−ジメチルペンタンニトリルなどのアゾ化合物が利用できる。過酸化物、過エステル、過酸および過硫酸塩も利用できる。
【0042】
本発明を提供するために反応させることが可能な他のモノマーは、当業者によって識別することができる。例えば、フォト酸レイビル単位を提供するために、適切なモノマーは例えば、エステル基のカルボキシ炭素の適切な基置換(例えば第三級脂環式基、t−ブチルなど)を含むメタクリレートまたはアクリレートを含む。マレイン酸無水物は、好ましくは縮合無水物ポリマー単位を提供するのに好ましい試薬である。イタコン酸無水物はまた、イタコン酸無水物が重合の前のクロロホルムによる抽出などにより生成した場合に、無水物ポリマー単位を提供するのに好ましい試薬である。アルファ−ブチロラクトンなどのビニルラクトンも好ましい試薬である。
【0043】
本発明のポリマーを提供するために重合させることができるいくつかの適切なビニル(環内二重結合)ヘテロ環モノマーは以下を含む:
【0044】
【化3】
Figure 2005508013
【0045】
好ましくは本発明のポリマーは、約800または1,000〜約100,000、さらに好ましくは約2,000〜約30,000、さらなお好ましくは約2,000〜15,000または20,000の重量平均分子量(M)を持ち、約3以下の分子量分布(M/M)、さらに好ましくは約2以下の分子量分布を有する。本発明のポリマーの分子量(MまたはM)は、ゲル透過クロマトグラフィーにより適切に決定される。
【0046】
フォトレジスト調合物に使用される発明のポリマーは、望みどおりのレジストレリーフ画像の形成を可能にするために、十分な量の光生成酸不安定性エステル基を含む必要がある。例えばそのような酸不安定性エステル基の適切な量は、ポリマーの総単位の少なくとも1モルパーセント、さらに好ましくは約2〜50モルパーセント、さらになお通常は総ポリマー単位の約3〜30または40モルパーセントである。好ましいポリマー例については、以下の実施例を参照すること。
【0047】
上述のように、本発明のポリマーはフォトレジスト組成物、特に化学増幅ポジ型レジストにおいて、樹脂バインダ成分として非常に有用である。本発明のフォトレジストは一般に、光活性成分および上述のポリマーを含む樹脂バインダ成分を含む。
【0048】
樹脂バインダ成分は、水性アルカリ性現像液によって現像可能なレジストのコーティング層を与えるのに十分な量で使用する必要がある。
【0049】
本発明のレジスト組成物は、活性化照射への露光時にレジストのコーティング層に潜像を生成するのに十分な量で適切に利用されるフォト酸発生剤(すなわち「PAG」)も含む。193nmおよび248nm描画の描画に好ましいPAGは、以下の式の化合物などのイミドスルホネートを含む:
【0050】
【化4】
Figure 2005508013
【0051】
式中、Rはカンフル、アダマンタン、アルキル(例えばC1−12アルキル)およびパーフルオロ(C1−12アルキル)、特にパーフルオロオクタンスルホネート、パーフルオロノナンスルホネートなどのパーフルオロアルキルである。)。特に好ましいPAGはN−[(パーフルオロオクタンスルホニル)オキシ]−5−ノルボルネン−2,3−ジカルボキシイミドである。
【0052】
スルホネート化合物、特にスルホネート塩も適切なPAGである。193nmおよび248nm描画用の2つの適切な薬剤は以下のPAG1および2である:
【0053】
【化5】
Figure 2005508013
【0054】
そのようなスルホネート化合物は、上のPAG1の合成を詳説している欧州特許出願第96118111.2号(公開番号0783136)に開示されているように調製できる。
【0055】
上に示したカンフルスルホネート基以外のアニオンによって錯化された、上の2つのヨードニウム化合物も適している。特に好ましいアニオンは、式RSO−(式中、Rはアダマンタン、アルキル(例えばC1−12アルキル)およびパーフルオロ(C1−12アルキル)、特にパーフルオロオクタンスルホネート、パーフルオロブタンスルホネートなどのパーフルオロアルキルである。)のアニオンを含む。
【0056】
他の既知のPAGも本発明のレジストに利用できる。特に193nm描画では、より高い透明度を提供するために、一般に、上述のイミドスルホネートなどの、芳香族基を含まないPAGが好ましい。
【0057】
本発明のレジストの好ましい任意の添加剤は、現像されたレジストレリーフ画像の解像度を向上させることができる添加塩基、特に水酸化テトラブチルアンモニウム(TBAH)、または乳酸テトラブチルアンモニウムである。193nmで描画されるレジストの場合、好ましい添加塩基は、ジアザビシクロウンデカンまたはジアザビシクロノネンなどのヒンダードアミンである。添加塩基は、例えば全固体に対して約0.03〜5重量パーセントなどの、比較的少量で使用される。
【0058】
本発明のフォトレジストは他の任意の物質も含みうる。例えば、他の任意の添加剤はストリエーション防止剤、可塑剤、加速剤などを含む。そのような任意の添加物は通常、比較的高い濃度で、例えばレジストの乾燥成分の総重量の約5〜30重量パーセントの量で存在しうる充填剤および染料を除いて、フォトレジスト組成物中にわずかな濃度で存在する。
【0059】
本発明のレジストは、当業者によって容易に調製できる。例えば本発明のフォトレジスト組成物は、フォトレジストの成分を例えばエチルラクテート、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル;プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートおよび3−エトキシエチルプロピオネートなどの適切な溶媒に溶解させることによって調製できる。通常、組成物の固体含有率は、フォトレジスト組成物の総重量の約5〜約35重量パーセントの間で変化する。樹脂バインダおよび光活性成分は、フィルムコーティング層および高品質の潜像およびレリーフ画像の形成を供給するために十分な量で存在する必要がある。レジスト成分の好ましい量の例については、以下の実施例を参照すること。
【0060】
本発明の組成物は、一般に既知の手順にしたがって使用される。本発明の液体コーティング組成物は、スピニング、浸漬、ローラーコーティングまたは他の従来のコーティング技術によって基板に塗布される。スピンコーティングの場合、コーティング溶液の固体含有率は、利用される具体的なスピン装置、溶液の粘度、スピン装置の速度およびスピニングに与えられた時間量に基づいて所望のフィルム厚が供給されるように調整することができる
【0061】
本発明のレジスト組成物は、フォトレジストによるコーティングを含む工程で従来使用される基板に適切に塗布される。例えば組成物は、マイクロプロセッサおよび他の集積回路部品の生産のための、シリコンウェハまたは二酸化シリコンでコーティングされたシリコンウェハ上に塗布できる。アルミニウム−酸化アルミニウム、ヒ化ガリウム、セラミック、水晶、銅、ガラス基板なども適切に利用される。
【0062】
表面へのフォトレジストのコーティングの後、好ましくはフォトレジストコーティングがべたつかなくなるまで溶媒を除去するために、加熱により乾燥させる。その後、従来の方法でマスクを通じて描画される。露光は、レジストコーティング層にパターン化画像を生成するために、フォトレジストシステムの光活性成分を効果的に活性化するのに十分であり、さらに詳細には露光エネルギーは通常、露光ツールおよびフォトレジスト組成物の成分に依存して、約1〜100mJ/cmの範囲である。
【0063】
上述のように、本発明のレジスト組成物のコーティング層は好ましくは、短い露光波長、特に300nm未満および200nm未満の露光波長によって光活性化される。上述のように、193nmは特に好ましい露光波長である。157nmも好ましい露光波長である。しかし、本発明のレジスト組成物はより高い波長においても適切に描画できる。例えば、本発明の樹脂は、必要ならば適切なPAGおよび増感剤を用いて調合され、例えば248nmまたは365nmなどのより高い波長で描画することができる。
【0064】
露光の後に、組成物のフィルム層は好ましくは約70℃〜約160℃の範囲の温度でベークする。その後、フィルムを現像する。露光されたレジストフィルムは、極性現像液、好ましくはテトラアルキル水酸化アンモニウム溶液などの第四級水酸化アンモニウム溶液;エチルアミン、n−プロピルアミン、ジエチルアミン、ジ−n−プロピルアミン、トリエチルアミン、またはメチルジエチルアミンなどのアミン溶液、好ましくは0.26N水酸化テトラメチルアンモニウム;ジエタノールアミンまたはトリエタノールアミンなどのアルコールアミン;ピロール、ピリジンなどの環式アミンなどの、水性ベース現像液を利用することによってポジ型に作用する。一般に現像は当業界で容認される手段にしたがう。
【0065】
基板上へのフォトレジストコーティングの現像の後、現像された基板は、例えば当業界で既知の手順に従って、レジストが除去された基板区域に化学的にエッチングまたはめっきすることによって、レジストが除去されたこれらの区域に選択的に処理することができる。マイクロ電子基板の製造、例えば二酸化シリコンウェハの製造の場合、適切なエッチャントは、ガスエッチャント、例えばプラズマ流として適用されるClまたはCF/CHFエッチャントなどの塩素またはフッ素ベースエッチャントなどのハロゲンプラズマエッチャントを含む。そのような処理の後、レジストは、既知のスリトッピング手順を使用して、処理済基板から除去される。
【0066】
本明細書で挙げたすべての文書は、参照により本明細書に組み込まれている。以下の限定しない実施例は、本発明の例示である。
【実施例】
【0067】
実施例1:ビニレンカーボネートを含むポリマーの合成。
【0068】
【化6】
Figure 2005508013
【0069】
上の構造のポリマー(左から右に示す以下のモル量の単位:20/10/30/40)は次のように合成される。
【0070】
ジオキサン25g中の2−メチルアダマンタニルメタクリレート(15.64g)、マレイン酸無水物(4.91g)、ノルボルネン(1.57g)、ビニレンカーボネート(2.87g)、およびジメチル−2,2’−アゾジイソブチラート(0.77g、全モノマーの2mol%)の混合物を、還流凝縮器および窒素パージを備えた丸底フラスコに入れた。次にフラスコを85℃に予熱した油浴に入れた。この反応混合物をこの温度にて、窒素下で24時間攪拌した。反応混合物を室温まで冷却した後、ジオキサンによって溶液を33%(重量/重量)に希釈した。ポリマーをイソプロピルアルコール1Lへの沈殿により単離して、次に濾過し、さらにイソピロピルアルコール100mlで洗浄した。最後にポリマーを40℃の真空乾燥機で一晩乾燥させ、収率は60%であった。
【0071】
実施例2:4,7−ジヒドロ−1,3−ジオキセピンを含むポリマーの合成。
【0072】
【化7】
Figure 2005508013
【0073】
上の構造のポリマー(左から右に示す以下のモル量の単位:20/10/30/40)は次のように合成される。
【0074】
ジオキサン25g中の2−メチルアダマンタニルメタクリレート(15.35g)、マレイン酸無水物(4.82g)、ノルボルネン(1.54g)、4,7−ジヒドロ−1,3−ジオキセピン(3.28g)、およびジメチル−2,2’−アゾジイソブチラート(0.76g、全モノマーの2mol%)の混合物を、還流凝縮器および窒素パージを備えた丸底フラスコに入れた。次にフラスコを85℃に予熱した油浴に入れた。この反応混合物をこの温度にて、窒素下で24時間攪拌した。反応混合物を室温まで冷却した後、ジオキサンによって溶液を33%(重量/重量)に希釈した。ポリマーをイソプロピルアルコール1Lへの沈殿により単離して、次に濾過し、さらにイソピロピルアルコール100mlで洗浄した。最後にポリマーを40℃の真空乾燥機で一晩乾燥させ、収率は62%であった。
【0075】
実施例3:フォトレジスト調製およびリソグラフ処理。
本発明のフォトレジストは、以下の成分をレジスト組成物の総重量に基づいて重量パーセントとして表された量で混合することによって調製する:
【0076】
【表1】
Figure 2005508013
【0077】
樹脂バインダは上の実施例2のポリマーである。フォト酸発生剤は、トリフェニルスルホニウムトリフレートである。塩基性添加剤はトリイソプロパノールアミンである。界面活性剤はSilwet(Dow Chemical)である。これらのレジスト成分は、2−ヘプタトンの溶媒中にて16重量%固形分で調合された。
【0078】
調合したレジスト組成物は、HMDS蒸気処理4インチシリコンウェハ上にスピンコートされ、真空ホットプレートによって130℃にて60秒間ソフトベークされる。レジストコーティング層はフォトマスクを通じて、ISIマイクロステッパを用いて193nmで露光され、次に露光されたコーティング層は約130℃にて露光後ベーク(PEB)される。コート済ウェハは次に、描画されたレジスト層を現像し、レリーフ画像を与えるために、アルカリ性水性現像液(0.26N水性水酸化テトラメチルアンモニウム溶液)によって処理する。
【0079】
実施例4−7:本発明のポリマーの調製で有用なモノマーの合成。
【0080】
実施例4:EtTCDメタクリレートモノマー合成
8−エチル−8−トリシクロデカニルメタクリレート(EtTCDメタクリレート)は、以下の表に示す試薬およびその量を用いて以下のように調製した。
【0081】
【表2】
Figure 2005508013
【0082】
すべての反応ガラス器具は、乾燥器で100℃にて一晩乾燥させた。ガラス器具を組み立て、窒素流下で冷却した。反応は窒素雰囲気下で実施した。
【0083】
ガス入口、温度計、オーバヘッドスターラー、およびゴム隔壁を装備した2Lの3N−RBフラスコに、テトラヒドロフラン中の塩化エチルマグネシウム25重量%溶液400g(透明、琥珀色溶液)を、窒素圧を用いてダブルチップ針を通じて入れた。ドライアイス/イソプロパノール浴を用いて、混合物を−25〜−30℃に冷却した。塩化エチルマグネシウム溶液を冷却する間、トリシクロデカン(TCD)153.6gをテトラヒドロフラン480gに溶解させた。ガス入口、ガラスストッパおよびゴム隔壁を装備した1Lの3N−RBフラスコに、TCD153.6gを添加した。無水の、禁止剤を含まないテトラヒドロフランを、窒素圧を用いてダブルチップ針を通じて1Lのフラスコに移した。塩化エチルマグネシウムが−25〜−30℃であるときに、TCD/THF溶液を2時間にわたって、塩化エチルマグネシウムを含む2Lの3N−RBフラスコに窒素圧を用いてダブルチップ針を通じて移した。冷浴を取り外し、反応混合物を2時間攪拌した。2時間攪拌した後、ドライアイス/イソプロパノール浴を用いて、混合物を再度−25〜−30℃に冷却した。次に塩化メタアクリロイル(120.22g)を、125mlの均圧滴下漏斗を用いて、1時間にわたって滴下した。反応物を一晩攪拌して室温にさせた。透明琥珀色反応溶液から白色沈殿が生じた。すべての塩が溶解し(〜500ml)、2つの別個の層が見えるまで、水(DI)を加えた。層を分離し、有機(上)層をDI水2×400mlで洗浄し、次に硫酸マグネシウム上で乾燥させた。THFを除去すると、橙色油258gが残った。橙色油をヘキサン400gに溶解させた後、ヘキサンによって予備調整されていたシリカゲルプラグ400gを通過させた。すべての生成物が除去されるまで、シリカをヘキサンで洗浄した(TLCプレートでスポット濾過、短UV下で照射)。ヘキサンを除去すると透明無色油202.8gが残った。理論収量:248.4g;収率81.6%
【0084】
実施例5:ノルボルネンバレロラクトンの合成
無水THF150ml中のバレロラクトン(50.1g)の溶液を−78℃(ドライアイス/アセトン)にて三つ首底フラスコに入れた。それに無水THF250mL中のLDA(250mL、2M)の溶液を滴下して加えた。反応混合物をこの温度で4時間攪拌した。次にパラホルムアルデヒド(36.94g、過剰)の熱分解物を反応混合物中にバブリングさせた。パラホルムアルデヒドがすべて分解した後、反応混合物を同じ浴で攪拌し、一晩攪拌した。次に回転ポンプで溶媒を除去し、残留物にCHCl500mlを加え、NaHCO(水溶液、飽和)および水で数回(3×500mL)洗浄した。合わせた有機溶媒をMgSO上で乾燥させ、回転ポンプで溶媒を除去した。所望の生成物は真空下で蒸留した(135〜140℃/8mmHg)。
【0085】
メチレン−バレロアセトンをジクロロメタンに溶解し、熱分解したばかりのシクロペンタジエンを添加した。反応混合物を室温にて3時間攪拌した後、40℃まで加熱し、40℃にて一晩保持した。反応混合物を次にゆっくり室温まで冷却した。塩化メチレンを減圧下で除去すると、油が残った。粗製油を減圧下で蒸留して、純生成物を得た。
【0086】
実施例6:8−メチルトリシクロデカニルメタクリレートの合成:
【0087】
【化8】
Figure 2005508013
【0088】
ヘキサン100ml中の1.4Mメチルリチウム(エチルエーテル中)125mlの溶液を、氷水浴中の三つ首丸底フラスコ内に静かに注いだ。そこにヘキサン中のトリシクロ[5.2.1.0]デカン−8−オン24.00gの溶液を滴下して添加した。添加の後、反応混合物を0℃にて4時間攪拌した。次にヘキサン100ml中の塩化メタクロイル16mlの溶液を0°にて滴下して添加した。添加の後、反応混合物を同じ浴で一晩(16時間)攪拌した。白色塩を濾過した後、有機層を水で3回(3×300ml)洗浄した。次に、洗浄した有機層を無水MgSO上で乾燥させた。有機溶媒を回転ポンプで除去して、粗製表題モノマー(23.5g)を得た。モノマーをフラッシュカラムクロマトグラフィーで精製した(純度>98%、ヘキサンを用いたシリカゲル)。H NMR:6.05(1H)、5.50(1H)、1.95(3H)、1.65(3H)、2.25−0.85(14H)。
【0089】
実施例7:ピナニルメタクリレートの合成
【0090】
【化9】
Figure 2005508013
【0091】
【表3】
Figure 2005508013
【0092】
手順:
すべての反応用ガラス器具および針は乾燥させ、使用前に乾燥Nでフラッシュし、窒素雰囲気下で反応を実施した。
1)添加漏斗および磁気スターラーを備えた500mLの三つ首丸底フラスコに、シス−ピナン−2−オール15.43gおよび乾燥CHCl200mLを加えた(CaH上で一晩攪拌した後、蒸留して、活性化モルキュラーシーブ上で保管)。生じた無色溶液を氷水浴で冷却した。
2)冷却したCHCl溶液に、添加漏斗を通じて10分間にわたってトリエチルアミン(12.14g)を添加した。添加後、生じた溶液をドライアイス/アセトン浴(−67℃)で保持した。
3)塩化メタクリロイル(13.07g)のCHCl(30mL)溶液を20分間にわたって滴下して添加した。生じた有機懸濁液を室温まで加温し、2時間攪拌した。
4)塩化物塩を濾過した。濾液を飽和NaCO溶液(2×200mL)で、次にDI水(3×200mL)で洗浄し、無水MgSO上で乾燥させた。
5)やや黄色のCHCl溶液を回転蒸発器(浴温度は35℃以下に維持)で濃縮して、透明でやや黄色の液体生成物を得た。収率=79%。生成物はNMRにより純粋であることが判定された。
【0093】
発明の上述の説明は単にその例示であり、以下の請求項で述べるように、本発明の精神および範囲より逸脱せずに変更および改良が行えることが理解されるであろう。

Claims (40)

  1. 光活性成分、並びにi)カルボネート単位、およびii)ビニル基に隣接する環酸素を有するモノマーにより供給されるラクトンの群より選択される単位を含むポリマーを含む、フォトレジスト組成物。
  2. カルボネート単位および/またはラクトンがポリマー主鎖に縮合されている、請求項1に記載のフォトレジスト組成物。
  3. ポリマーがフォト酸レイビル基を含む、請求項1または2に記載のフォトレジスト組成物。
  4. ポリマーがポリマー主鎖に縮合された炭素脂環式基をさらに含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載のフォトレジスト組成物。
  5. 炭素脂環式基が重合されたノルボルネン基である、請求項4に記載のフォトレジスト組成物。
  6. 炭素脂環式基がフォト酸レイビル基4を含む、請求項4または5に記載のフォトレジスト組成物。
  7. ポリマーがカルボネートまたはラクトンに加えて、ヘテロ脂環式基を含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載のフォトレジスト組成物。
  8. 追加のヘテロ脂環式基が酸素環員および/または硫黄環員を含む、請求項7に記載のフォトレジスト組成物。
  9. 追加のヘテロ脂環式基が非水素環置換基を有する、請求項7または8に記載のフォトレジスト組成物。
  10. ポリマーが、追加のヘテロ脂環式ポリマー基または炭素脂環式ポリマー基の置換基であるフォト酸レイビル基を含む、請求項1〜9のいずれか一項に記載のフォトレジスト組成物。
  11. ポリマーが、カルボネート、ラクトンまたは炭素脂環式単位とは別途の、ポリマー単位のフォト酸レイビル部位を含む、請求項1〜10のいずれか一項に記載のフォトレジスト組成物。
  12. ポリマーが、フォト酸レイビル部位を含む重合されたアクリレートを含む、請求項1〜11のいずれか一項に記載のフォトレジスト組成物。
  13. ポリマーがさらに無水物単位を含む、請求項1〜12のいずれか一項に記載のフォトレジスト組成物。
  14. ポリマーがさらにマレイン酸無水物単位を含む、請求項1〜13のいずれか一項に記載のフォトレジスト組成物。
  15. ポリマーがターポリマーである、請求項1〜14のいずれか一項に記載のフォトレジスト組成物。
  16. ポリマーがテトラポリマーまたはペンタポリマーである、請求項1〜14のいずれか一項に記載のフォトレジスト組成物。
  17. ポリマーが実質的に芳香族基を含まない、請求項1〜16のいずれか一項に記載のフォトレジスト組成物。
  18. 光活性成分が1以上のフォト酸発生剤化合物を含む、請求項1〜17のいずれか一項に記載のフォトレジスト組成物。
  19. フォトレジストが化学増幅ポジ型レジストである、請求項1〜18のいずれか一項に記載のフォトレジスト組成物。
  20. ポジ型フォトレジストレリーフ画像を形成する方法であって:
    (a)請求項1〜19のいずれか一項に記載のフォトレジストのコーティング層を基板上に塗布することと;
    (b)レリーフ画像を生じるために、フォトレジスト層を露光および現像することと;
    を含む方法。
  21. フォトレジスト層が約200nm未満の波長を有する照射により露光される、請求項20に記載の方法。
  22. フォトレジスト層が約193nmの波長を有する照射により露光される、請求項20に記載の方法。
  23. フォトレジスト層が約157nmの波長を有する照射により露光される、請求項20に記載の方法。
  24. 請求項1〜19のいずれか一項に記載のフォトレジスト組成物の層を上にコートされて有する、マイクロ電子ウェハ基板またはフラットパネルディスプレイ基板を含む製品。
  25. i)カルボネート単位、およびii)ビニル基に隣接する環酸素を有するモノマーによって供給されるラクトンの群より選択される単位を含むポリマー。
  26. カルボネート単位および/またはラクトンがポリマー主鎖に縮合されている、請求項25に記載のポリマー。
  27. ポリマーがフォト酸レイビル基を含む、請求項25または26に記載のポリマー。
  28. ポリマーがポリマー主鎖に縮合した炭素脂環式基をさらに含む、請求項25〜27のいずれか一項に記載のポリマー。
  29. 炭素脂環式基が重合されたノルボルネン基である、請求項25〜28のいずれか一項に記載のポリマー。
  30. 炭素脂環式基がフォト酸レイビル基4を含む、請求項28または29に記載のポリマー。
  31. ポリマーがカルボネートまたはラクトンに加えて、ヘテロ脂環式基を含む、請求項25〜30のいずれか一項に記載のポリマー。
  32. 追加のヘテロ脂環式基が酸素環員および/または硫黄環員を含む、請求項25〜31のいずれか一項に記載のポリマー。
  33. 追加のヘテロ脂環式基が非水素環置換基を有する、請求項25〜32のいずれか一項に記載のポリマー。
  34. ポリマーが、追加のヘテロ脂環式ポリマー基または炭素脂環式ポリマー基の置換基であるフォト酸レイビル基を含む、請求項25〜33のいずれか一項に記載のポリマー。
  35. ポリマーが、カルボネート、ラクトンまたは炭素脂環式単位とは別途の、ポリマー単位のフォト酸レイビル部位を含む、請求項25〜34のいずれか一項に記載のポリマー。
  36. ポリマーが、フォト酸レイビル部位を含む重合されたアクリレートを含む、請求項25〜35のいずれか一項に記載のポリマー。
  37. ポリマーがさらに無水物単位を含む、請求項25〜36のいずれか一項に記載のポリマー。
  38. ポリマーがさらにマレイン酸無水物単位を含む、請求項25〜37のいずれか一項に記載のポリマー。
  39. ポリマーがターポリマーである、請求項25〜38のいずれか一項に記載のポリマー。
  40. ポリマーがテトラポリマーまたはペンタポリマーである、請求項1〜14のいずれか一項に記載のポリマー。
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