JP2007052193A - ポジ型レジスト組成物、該ポジ型レジスト組成物の製造方法及び該ポジ型レジスト組成物を用いたパターン形成方法 - Google Patents

ポジ型レジスト組成物、該ポジ型レジスト組成物の製造方法及び該ポジ型レジスト組成物を用いたパターン形成方法 Download PDF

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Abstract

【課題】活性光線又は放射線によるパターン形成用として、感度、解像力、パターン形状が良好であり、ラインエッジラフネスが小さく、更には、表面ラフネスが良好なポジ型レジスト組成物、該ポジ型レジスト組成物の製造方法及び該ポジ型レジスト組成物を用いたパターン形成方法を提供する。
【解決手段】(A)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物及び(B)酸の作用によりアルカリ現像液への溶解性が増大する樹脂を含有するポジ型レジスト組成物であって、(B)成分の樹脂について、酸分解性基によって保護されているアルカリ可溶性基の比率(保護率)が、(B)成分の全樹脂の保護率の平均(平均保護率)の±10%以内である樹脂成分を、(B)成分の全樹脂の80〜100質量%含有するポジ型レジスト組成物、該ポジ型レジスト組成物の製造方法及び該ポジ型レジスト組成物を用いたパターン形成方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、超LSIや高容量マイクロチップの製造などの超マイクロリソグラフィプロセスやその他のフォトパブリケーションプロセスに好適に用いられるポジ型レジスト組成物、該ポジ型レジスト組成物の製造方法及び該ポジ型レジスト組成物を用いたパターン形成方法に関するものである。さらに詳しくは、KrFエキシマレーザー光、電子線、EUV光等を使用して高精細化したパターン形成しうるポジ型レジスト組成物、該ポジ型レジスト組成物の製造方法及び該ポジ型レジスト組成物を用いたパターン形成方法に関するものであり、KrFエキシマレーザー光、電子線、EUV光を用いる半導体素子の微細加工に好適に用いることができるポジ型レジスト組成物、該ポジ型レジスト組成物の製造方法及び該ポジ型レジスト組成物を用いたパターン形成方法に関する。
従来、ICやLSIなどの半導体デバイスの製造プロセスにおいては、フォトレジスト組成物を用いたリソグラフィによる微細加工が行われている。近年、集積回路の高集積化に伴い、サブミクロン領域やクオーターミクロン領域の超微細パターン形成が要求されるようになってきている。それに伴い、露光波長もg線からi線に、さらにKrFエキシマレーザー光に、というように短波長化の傾向が見られる。さらには、現在では、エキシマレーザー光以外にも、電子線やX線、あるいはEUV光を用いたリソグラフィーも開発が進んでいる。
電子線やEUV光を用いたリソグラフィーは、次世代もしくは次々世代のパターン形成技術として位置付けられ、高感度、高解像性のポジ型レジストが望まれている。特にウェハー処理時間の短縮化のために高感度化は非常に重要な課題であるが、電子線やEUV用のポジ型レジストにおいては、高感度化を追求しようとすると、解像力の低下のみならず、ラインエッジラフネスの悪化が起こり、これらの特性を同時に満足するレジストの開発が強く望まれている。ここで、ラインエッジラフネスとは、レジストのパターンと基板界面のエッジがレジストの特性に起因して、ライン方向と垂直な方向に不規則に変動するために、パターンを真上から見たときにエッジが凹凸に見えることを言う。この凹凸がレジストをマスクとするエッチング工程により転写され、電気特性を劣化させるため、歩留りを低下させる。特に0.25μm以下の超微細領域ではラインエッジラフネスは極めて重要な改良課題となっている。高感度と、高解像性、良好なパターン形状、良好なラインエッジラフネスはトレードオフの関係にあり、これを如何にして同時に満足させるかが非常に重要である。
また、EUV光を光源とする場合、光の波長が極紫外領域に属し、高エネルギーを有するため、EUV光に起因するネガ化等の光化学反応が協奏することによるコントラスト低下の問題がある。
かかる電子線、X線、あるいはEUV光を用いたリソグラフィープロセスに適したレジストとしては高感度化の観点から主に酸触媒反応を利用した化学増幅型レジストが用いられており、ポジ型レジストにおいては主成分として、アルカリ現像液には不溶又は難溶性で、酸の作用によりアルカリ現像液に可溶となる性質を有する酸分解性樹脂及び酸発生剤からなる化学増幅型レジスト組成物が有効に使用されている。
これらの電子線、X線、あるいはEUV用のポジ型レジストに関して、これまでポジ型レジスト組成物がいくつか知られている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、超微細領域での、高解像性、良好なラインエッジラフネスは同時に満足
できていないのが現状である。
特開2002−55457号公報
本発明の目的は、活性光線又は放射線によるパターン形成用として、好ましくは電子線、EUV光(Extreme Ultraviolet:波長13nm付近)又はX線によるパターン形成用として、感度、解像力、パターン形状が良好であり、ラインエッジラフネスが小さく、表面ラフネスが良好なポジ型レジスト組成物、該ポジ型レジスト組成物の製造方法及び該ポジ型レジスト組成物を用いたパターン形成方法を提供することである。
一般的に、電子線、EUV光又はX線によるパターン形成に用いられる酸分解性樹脂は、フェノール性ポリマーのアルカリ可溶性基を酸分解性基で保護することによって、合成されているが、このようにして合成された樹脂は、酸分解性基によって保護されたアルカリ可溶性基の保護率のばらつきが大きくなる欠点があった。
本発明は、酸分解性樹脂に於いて、酸分解性基によって保護されたアルカリ可溶性基の保護率の範囲を所定の範囲に特定することにより、ポジ型レジスト組成物の感度、解像力、パターン形状、ラインエッジラフネスを改良しようとするものである。
本発明に係るポジ型レジスト組成物、該ポジ型レジスト組成物の製造方法及び該ポジ型レジスト組成物を用いたパターン形成方法は、下記の構成である。
(1) (A)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物及び
(B)酸の作用によりアルカリ現像液への溶解性が増大する樹脂を含有するポジ型レジスト組成物であって、
(B)成分の樹脂について、酸分解性基によって保護されているアルカリ可溶性基の比率(保護率)が、(B)成分の全樹脂の保護率の平均(平均保護率)の±10%以内である樹脂成分を、(B)成分の全樹脂の80〜100質量%含有することを特徴とするポジ型レジスト組成物。
(2) (B)成分の樹脂について、酸分解性基によって保護されているアルカリ可溶性基の比率(保護率)が、(B)成分の全樹脂の保護率の平均(平均保護率)の±5%以内である樹脂成分を、(B)成分の全樹脂の80〜100質量%含有することを特徴とする(1)に記載のポジ型レジスト組成物。
(3) (B)成分の樹脂について、酸分解性基によって保護されているアルカリ可溶性基の比率(保護率)が、(B)成分の全樹脂の保護率の平均(平均保護率)の±3%以内である樹脂成分を、(B)成分の全樹脂の80〜100質量%含有することを特徴とする(1)に記載のポジ型レジスト組成物。
(4) (B)成分の樹脂中に、酸分解性基によって保護されているアルカリ可溶性基の保護率が、8%以上の樹脂のみを含有することを特徴とする(1)〜(3)のいずれかに記載のポジ型レジスト組成物。
(5) (B)成分の樹脂が、下記一般式(B1)で表される繰り返し単位を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のポジ型レジスト組成物。
Figure 2007052193
一般式(B1)おいて、
Ra及びRbは、各々独立して、水素原子、アルキル基、水酸基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、アシル基、アシロキシ基、シクロアルキル基、アリール基、カルボキシル基、アルキルオキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基又はアラルキル基を表す。
Xは、酸分解性基によって保護されているアルカリ可溶性基を表す。
(6) 一般式(B1)におけるXが、アセタール構造を有することを特徴とする(5)に記載のポジ型レジスト組成物。
(7) (A)成分の化合物が、活性光線又は放射線の照射により有機スルホン酸を発生する化合物であることを特徴とする(1)〜(6)のいずれかに記載のポジ型レジスト組成物。
(8) (A)成分の化合物が、活性光線又は放射線の照射によりベンゼンスルホン酸を発生する化合物であることを特徴とする(7)に記載のポジ型レジスト組成物。
(9) 更に、塩基性化合物を含有することを特徴とする(1)〜(8)のいずれかに記載のポジ型レジスト組成物。
(10) 活性光線又は放射線が、EUV光であることを特徴とする(1)〜(9)のいずれかに記載のポジ型レジスト組成物。
(11) (1)〜(10)のいずれかに記載のポジ型レジスト組成物の製造方法であって、酸分解性によって保護されているアルカリ可溶性基の保護率が、その平均保護率の所定の範囲にある樹脂成分を所定の範囲含有するように、(B)成分の樹脂を精製することを特徴とするポジ型レジスト組成物の製造方法。
(12) (1)〜(10)のいずれかに記載のポジ型レジスト組成物により、レジスト膜を形成し、該レジスト膜に露光し、現像する工程を含むことを特徴とするパターン形成方法。
本発明により、活性光線又は放射線の照射、好ましくは電子線、EUV光又はX線の照射によるパターン形成に関して、感度、解像力に優れ、更にはパターン形状、ラインエッジラフネス、表面ラフネスにも優れたポジ型レジスト組成物、該ポジ型レジスト組成物の製造方法及び該ポジ型レジスト組成物を用いたパターン形成方法を提供できる。
以下、本発明について詳細に説明する。
尚、本明細書における基(原子団)の表記において、置換及び無置換を記していない表記は置換基を有さないものと共に置換基を有するものをも包含するものである。例えば「アルキル基」とは、置換基を有さないアルキル基(無置換アルキル基)のみならず、置換基を有するアルキル基(置換アルキル基)をも包含するものである。
〔1〕(A)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物
本発明において使用し得る活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物(以下、「酸発生剤」ともいう)としては、光カチオン重合の光開始剤、光ラジカル重合の光開始剤、色素類の光消色剤、光変色剤、あるいはマイクロレジスト等に使用されている活性光線又は放射線の照射により酸を発生する公知の化合物及びそれらの混合物を適宜に選択して使用することができる。
たとえば、ジアゾニウム塩、ホスホニウム塩、スルホニウム塩、ヨードニウム塩、イミドスルホネート、オキシムスルホネート、ジアゾジスルホン、ジスルホン、o−ニトロベンジルスルホネートを挙げることができる。
また、これらの活性光線又は放射線の照射により酸を発生する基、あるいは化合物をポリマーの主鎖又は側鎖に導入した化合物、たとえば、米国特許第3,849,137号、独国特許第3914407号、特開昭63−26653号、特開昭55−164824号、特開昭62−69263号、特開昭63−146038号、特開昭63−163452号、特開昭62−153853号、特開昭63−146029号等に記載の化合物を用いることができる。
さらに米国特許第3,779,778号、欧州特許第126,712号等に記載の活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物も使用することができる。
活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物の内で好ましい化合物として、下記一般式(ZI)、(ZII)又は(ZIII)で表される化合物を挙げることができる。
Figure 2007052193
一般式(ZI)に於いて、
201、R202及びR203は、各々独立に、有機基を表す。
-は、非求核性アニオンを表す。
201、R202及びR203としての有機基の炭素数は、一般的に1〜30、好ましくは1
〜20である。
また、R201〜R203のうち2つが結合して環構造を形成してもよく、環内に酸素原子、硫黄原子、エステル結合、アミド結合、カルボニル基を含んでいてもよい。
201〜R203の内の2つが結合して形成する基としては、アルキレン基(例えば、ブチレン基、ペンチレン基)を挙げることができる。
201、R202及びR203としての有機基の具体例としては、後述する化合物(ZI−1)、(ZI−2)、(ZI−3)における対応する基を挙げることができる。
尚、一般式(ZI)で表される構造を複数有する化合物であってもよい。例えば、一般式(ZI)で表される化合物のR201〜R203の少なくともひとつが、一般式(ZI)で表されるもうひとつの化合物のR201〜R203の少なくともひとつと結合した構造を有する化合物であってもよい。
更に好ましい(ZI)成分として、以下に説明する化合物(ZI−1)、(ZI−2)及び(ZI−3)を挙げることができる。
化合物(ZI−1)は、上記一般式(ZI)のR201〜R203の少なくとも1つがアリール基である、アリールスルホニム化合物、即ち、アリールスルホニウムをカチオンとする化合物である。
アリールスルホニウム化合物は、R201〜R203の全てがアリール基でもよいし、R201〜R203の一部がアリール基で、残りがアルキル基若しくはシクロアルキル基でもよい。
アリールスルホニウム化合物としては、例えば、トリアリールスルホニウム化合物、ジアリールアルキル若しくはシクロアルキルスルホニウム化合物、アリールジアルキル若しくはジシクロアルキルスルホニウム化合物を挙げることができる。
アリールスルホニウム化合物のアリール基としてはフェニル基、ナフチル基が好ましく、更に好ましくはフェニル基である。アリール基は、酸素原子、窒素原子、硫黄原子等を有する複素環構造を有するアリール基であってもよい。複素環構造を有するアリール基としては、例えば、ピロール残基(ピロールから水素原子が1個失われることによって形成される基)、フラン残基(フランから水素原子が1個失われることによって形成される基)、チオフェン残基(チオフェンから水素原子が1個失われることによって形成される基)、インドール残基(インドールから水素原子が1個失われることによって形成される基)、ベンゾフラン残基(ベンゾフランから水素原子が1個失われることによって形成される基)、ベンゾチオフェン残基(ベンゾチオフェンから水素原子が1個失われることによって形成される基)等を挙げることができる。アリールスルホニム化合物が2つ以上のアリール基を有する場合に、2つ以上あるアリール基は同一であっても異なっていてもよい。
アリールスルホニウム化合物が必要に応じて有しているアルキル基は、炭素数1〜15の直鎖状又は分岐状アルキル基が好ましく、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基等を挙げることができる。
アリールスルホニウム化合物が必要に応じて有しているシクロアルキル基は、炭素数3〜15のシクロアルキル基が好ましく、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロヘキシル基等を挙げることができる。
201〜R203のアリール基、シクロアルキル基は、アルキル基(例えば炭素数1〜15)、シクロアルキル基(例えば炭素数3〜15)、アリール基(例えば炭素数6〜14)、アルコキシ基(例えば炭素数1〜15)、ハロゲン原子、水酸基、フェニルチオ基を置換基として有してもよい。好ましい置換基としては炭素数1〜12のアルキル基、炭素数3〜12のシクロアルキル基、炭素数1〜12のアルコキシ基であり、最も好ましくは炭素数1〜4のアルキル基、炭素数1〜4のアルコキシ基である。置換基は、3つのR201〜R203のうちのいずれか1つに置換していてもよいし、3つ全てに置換していてもよい。また、R201〜R203がアリール基の場合に、置換基はアリール基のp−位に置換していることが好ましい。
201〜R203のアルキル基は、アリール基、シクロアルキル基に対する置換基と同様のシクロアルキル基、アリール基、アルコキシ基、ハロゲン原子、水酸基、フェニルチオ基を置換基として有してもよい。
-の非求核性アニオンとしては、例えば、スルホン酸アニオン、カルボン酸アニオン、スルホニルイミドアニオン、ビス(アルキルスルホニル)イミドアニオン、トリス(アルキルスルホニル)メチルアニオン等を挙げることができる。
非求核性アニオンとは、求核反応を起こす能力が著しく低いアニオンであり、分子内求核反応による経時分解を抑制することができるアニオンである。これによりレジストの経時安定性が向上する。
スルホン酸アニオンとしては、例えば、脂肪族スルホン酸アニオン、芳香族スルホン酸アニオン、カンファースルホン酸アニオンなどが挙げられる。
カルボン酸アニオンとしては、例えば、脂肪族カルボン酸アニオン、芳香族カルボン酸アニオン、アラルキルカルボン酸アニオンなどが挙げられる。
脂肪族スルホン酸アニオンにおける脂肪族炭化水素基としては、好ましくは炭素数1〜30のアルキル基、例えば、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、sec−ブチル基、ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基、エイコシル基、及び好ましくは炭素数3〜30のシクロアルキル基、例えば、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、アダマンチル基、ノルボニル基、ボロニル基等を挙げることができる。
芳香族スルホン酸アニオンにおける芳香族基としては、好ましくは炭素数6〜14のアリール基、例えば、フェニル基、トリル基、ナフチル基等を挙げることができる。
上記脂肪族スルホン酸アニオン及び芳香族スルホン酸アニオンにおけるアルキル基、シクロアルキル基及びアリール基は、置換基を有していてもよい。
置換基としては、例えば、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基等を挙げることができる。
ハロゲン原子としては、例えば、塩素原子、臭素原子、弗素原子、沃素原子等を挙げることができる。
アルキル基としては、例えば、好ましくは炭素数1〜15のアルキル基、例えば、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、sec−
ブチル基、ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基、エイコシル基等を挙げることができる。
アルコキシ基としては、例えば、好ましくは炭素数1〜5のアルコキシ基、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等を挙げることができる。
アルキルチオ基としては、例えば、好ましくは炭素数1〜15のアルキルチオ基、例えば、メチルチオ基、エチルチオ基、プロピルチオ基、イソプロピルチオ基、n−ブチルチオ基、イソブチルチオ基、sec−ブチルチオ基、ペンチルチオ基、ネオペンチルチオ基、ヘキシルチオ基、ヘプチルチオ基、オクチルチオ基、ノニルチオ基、デシルチオ基、ウンデシルチオ基、ドデシルチオ基、トリデシルチオ基、テトラデシルチオ基、ペンタデシルチオ基、ヘキサデシルチオ基、ヘプタデシルチオ基、オクタデシルチオ基、ノナデシルチオ基、エイコシルチオ基等を挙げることができる。尚、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基は、更にハロゲン原子(好ましくはフッ素原子)で置換されていてもよい。
脂肪族カルボン酸アニオンにおける脂肪族炭化水素基としては、脂肪族スルホン酸アニオンにおける脂肪族炭化水素基と同様のものを挙げることができる。
芳香族カルボン酸アニオンにおける芳香族基としては、芳香族スルホン酸アニオンにおける芳香族基と同様のものを挙げることができる。
アラルキルカルボン酸アニオンにおけるアラルキル基としては、好ましくは炭素数6〜12のアラルキル基、例えば、ベンジル基、フェネチル基、ナフチルメチル基、ナフチルエチル基、ナフチルメチル基等を挙げることができる。
上記脂肪族カルボン酸アニオン、芳香族カルボン酸アニオン及びアラルキルカルボン酸アニオンにおけるアルキル基、シクロアルキル基、アリール基及びアラルキル基は置換基を有していてもよく、置換基としては、例えば、脂肪族スルホン酸アニオン、芳香族スルホン酸アニオンにおけると同様のハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基等を挙げることができる。
スルホニルイミドアニオンとしては、例えば、サッカリンアニオンを挙げることができる。
ビス(アルキルスルホニル)イミドアニオン、トリス(アルキルスルホニル)メチルアニオンにおけるアルキル基は、炭素数1〜5のアルキル基が好ましく、例えば、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、sec−ブチル基、ペンチル基、ネオペンチル基等を挙げることができる。これらのアルキル基は、置換基を有していてもよく、置換基としてはハロゲン原子、ハロゲン原子で置換されたアルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基等を挙げることができ、フッ素原子で置換されたアルキル基が好ましい。
その他の非求核性アニオンとしては、例えば、弗素化燐、弗素化硼素、弗素化アンチモン等を挙げることができる。
-の非求核性アニオンとしては、フッ素原子で置換された脂肪族スルホン酸アニオン、フッ素原子又はフッ素原子を有する基で置換された芳香族スルホン酸アニオン、アルキル基がフッ素原子で置換されたビス(アルキルスルホニル)イミドアニオン、アルキル基がフッ素原子で置換されたトリス(アルキルスルホニル)メチドアニオンが好ましい。
-の非求核性アニオンとして、より好ましくは炭素数4〜8のフッ素置換脂肪族スルホン酸アニオン、特に好ましくはノナフロロブタンスルホン酸アニオン、パーフロロオクタンスルホン酸アニオンである。
次に、化合物(ZI−2)について説明する。
化合物(ZI−2)は、式(ZI)におけるR201〜R203が、各々独立に、芳香環を含有しない有機基を表す場合の化合物である。ここで芳香環とは、ヘテロ原子を含有する芳香族環も包含するものである。
201〜R203としての芳香環を含有しない有機基は、一般的に炭素数1〜30、好ましくは炭素数1〜20である。
201〜R203は、各々独立に、好ましくは脂肪族炭化水素基であり、更に好ましくは直鎖、分岐、環状2−オキソアルキル基、アルコキシカルボニルメチル基、特に好ましくは直鎖、分岐2−オキソアルキル基である。
201〜R203としての脂肪族炭化水素基は、直鎖又は分岐状アルキル基、シクロアルキル基のいずれであってもよく、好ましくは、炭素数1〜10の直鎖又は分岐状アルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基)、炭素数3〜10のシクロアルキル基(シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボニル基)を挙げることができる。脂肪族炭化水素基として、2−オキソアルキル基、アルコキシカルボニルメチル基がより好ましい。
2−オキソアルキル基は、直鎖、分岐、環状のいずれであってもよく、好ましくは、上記のアルキル基、シクロアルキル基の2位に>C=Oを有する基を挙げることができる。
アルコキシカルボニルメチル基におけるアルコキシ基としては、好ましくは炭素数1〜5のアルコキシ基(メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ペントキシ基)を挙げることができる。
201〜R203は、ハロゲン原子、アルコキシ基(例えば炭素数1〜5)、水酸基、シアノ基、ニトロ基によって更に置換されていてもよい。
化合物(ZI−3)とは、以下の一般式(ZI−3)で表される化合物であり、フェナシルスルフォニウム塩構造を有する化合物である。
Figure 2007052193
一般式(ZI−3)に於いて、
1c〜R5cは、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基又はハロゲン原子を表す。
6c及びR7cは、各々独立に、水素原子、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。
x及びRyは、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基、アリル基又はビニル基を表す。
1c〜R5c中のいずれか2つ以上、R6cとR7c及びRxとRyは、それぞれ結合して環構造を形成しても良く、この環構造は、酸素原子、硫黄原子、エステル結合、アミド結合を含んでいてもよい。R1c〜R5c中のいずれか2つ以上、R6cとR7c及びRxとRyが結合して形成する基としては、ブチレン基、ペンチレン基等を挙げることができる。
Zc-は、非求核性アニオンを表し、一般式(ZI)に於けるX-の非求核性アニオンと同様のものである。
1c〜R7cとしてのアルキル基は、直鎖、分岐状のいずれであってもよく、例えば炭素数1〜20個の直鎖又は分岐状アルキル基、好ましくは炭素数1〜12個の直鎖又は分岐状アルキル基(例えば、メチル基、エチル基、直鎖又は分岐プロピル基、直鎖又は分岐ブチル基、直鎖又は分岐ペンチル基)を挙げることができる。
1c〜R7cとしてのシクロアルキル基は、例えば炭素数3〜20個のシクロアルキル基、好ましくは炭素数3〜8個のシクロアルキル基(例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基)を挙げることができる。
1c〜R5cとしてのアルコキシ基は、直鎖、分岐、環状のいずれであってもよく、例えば炭素数1〜10のアルコキシ基、好ましくは、炭素数1〜5の直鎖及び分岐アルコキシ基(例えば、メトキシ基、エトキシ基、直鎖又は分岐プロポキシ基、直鎖又は分岐ブトキシ基、直鎖又は分岐ペントキシ基)、炭素数3〜8の環状アルコキシ基(例えば、シクロペンチルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基)を挙げることができる。
好ましくはR1c〜R5cのうちいずれかが直鎖、分岐状アルキル基、シクロアルキル基又は直鎖、分岐、環状アルコキシ基であり、更に好ましくはR1c〜R5cの炭素数の和が2〜15である。これにより、より溶剤溶解性が向上し、保存時にパーティクルの発生が抑制される。
x及びRyとしてのアルキル基、シクロアルキル基は、R1c〜R7cとしてのアルキル基、シクロアルキル基と同様のものを挙げることができ、2−オキソアルキル基、アルコキシカルボニルメチル基がより好ましい。
2−オキソアルキル基は、R1c〜R7cとしてのアルキル基、シクロアルキル基の2位に>C=Oを有する基を挙げることができる。
アルコキシカルボニルメチル基におけるアルコキシ基については、R1c〜R5cとしてのアルコキシ基と同様のものを挙げることができる。
x、Ryは、好ましくは炭素数4個以上のアルキル基、シクロアルキル基であり、より好ましくは6個以上、更に好ましくは8個以上のアルキル基、シクロアルキル基である。
一般式(ZII)及び(ZIII)中、
204〜R207は、各々独立に、アリール基、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。
204〜R207のアリール基としてはフェニル基、ナフチル基が好ましく、更に好ましくはフェニル基である。R204〜R207のアリール基は、酸素原子、窒素原子、硫黄原子等を有する複素環構造を有するアリール基であってもよい。複素環構造を有するアリール基としては、例えば、ピロール残基(ピロールから水素原子が1個失われることによって形成される基)、フラン残基(フランから水素原子が1個失われることによって形成される基)、チオフェン残基(チオフェンから水素原子が1個失われることによって形成される基)、インドール残基(インドールから水素原子が1個失われることによって形成される基)、ベンゾフラン残基(ベンゾフランから水素原子が1個失われることによって形成される基)、ベンゾチオフェン残基(ベンゾチオフェンから水素原子が1個失われることによって形成される基)等を挙げることができる。
204〜R207のアルキル基は、直鎖、分岐状のいずれであってもよく、好ましくは、炭素数1〜10の直鎖又は分岐状アルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基)を挙げることができる。
204〜R207のシクロアルキル基は、好ましくは、炭素数3〜10のシクロアルキル基(シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボニル基)を挙げることができる。
204〜R207のアリール基、アルキル基、シクロアルキル基は置換基を有していてもよい。R204〜R207のアリール基、アルキル基、シクロアルキル基が有していてもよい置換基としては、例えば、アルキル基(例えば炭素数1〜15)、シクロアルキル基(例えば炭素数3〜15)、アリール基(例えば炭素数6〜15)、アルコキシ基(例えば炭素数1〜15)、ハロゲン原子、水酸基、フェニルチオ基等を挙げることができる。
-は、非求核性アニオンを表し、一般式(ZI)に於けるX-の非求核性アニオンと同様のものである。
また、その他の活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物として、下記一般式(ZIV)〜(ZVII)で表される化合物が挙げられる。
Figure 2007052193
一般式(ZIV)〜(ZVII)中、
Ar3及びAr4は、各々独立に、アリール基を示す。
206は、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を示す。
Aは、アルキレン基、アルケニレン基又はアリーレン基を示す。
Rは、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を表す。
207は、電子吸引性基を示し、好ましくはシアノ基またはフロロアルキル基を表す。
208は、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を表す。
活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物の内で、活性光線又は放射線の照
射により有機スルホン酸を発生する化合物が好ましく、活性光線又は放射線の照射によりベンゼンスルホン酸を発生する化合物がより好ましい。
活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物の内で、好ましくは、一般式(ZI)〜(ZIII)で表される化合物である。
活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物の内で、更により好ましくは、一般式(ZI)で表されるスルホニウム塩であり、特に好ましくはカルボニル基を有するスルホニウム塩であり、特により好ましくは化合物(ZI−2)に於いてR201〜R203のいずれかに2−オキソアルキル基を有する化合物又は一般式(ZI−3)で表される化合物である。カルボニル基を有する化合物を用いることで特に感度が向上する。
以下、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物の具体例を挙げるが、本発明は、これに限定されるものではない。
Figure 2007052193
Figure 2007052193
Figure 2007052193
上記記載の中で、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物の特に好ましい具体例は、(z4)、(z5)、(z10)、(z11)、(z19)、(z20)のような、活性光線又は放射線の照射によりベンゼンスルホン酸を発生するする化合物である。
酸発生剤の添加量は、ポジ型レジスト組成物の全固形分に対して、通常2〜25質量%、好ましくは4〜20質量%、より好ましくは6〜20質量%、特に好ましくは6〜15質量%である。
〔2〕(B)酸の作用によりアルカリ現像液への溶解性が増大する樹脂であって、酸分解性基によって保護されているアルカリ可溶性基の比率(保護率)が、全樹脂の保護率の平均(平均保護率)の±10%以内である樹脂成分を、全樹脂の80〜100質量%含有する樹脂
本発明のポジ型レジスト組成物は、酸の作用によりアルカリ現像液への溶解性が増大する樹脂であって、酸分解性基によって保護されているアルカリ可溶性基の比率(保護率)が、全樹脂の保護率の平均(平均保護率)の±10%以内である樹脂成分を、全樹脂の80〜100質量%含有する樹脂(以下、「酸分解性樹脂(B)」ともいう)を含有する。
酸分解性樹脂(B)は、アルカリ可溶性基と、酸分解性基によって保護されているアルカリ可溶基とを有する。
酸分解性樹脂(B)に於ける、アルカリ可溶性基としては、例えば、水酸基、カルボキシル基等を挙げることができ、水酸基が好ましい。
酸分解性樹脂(B)に於ける、酸分解性基によって保護されているアルカリ可溶性基としては、例えば、水酸基、カルボキシル基等のアルカリ可溶性基の水素原子が、酸分解性
基で保護された基を挙げることができる。
酸分解性基としては、例えば、−C(R01)(R02)(OR39)、−C(R36)(R37)(R38)、−C(R36)(R37)(OR39)、−C(=O)−O−C(R36)(R37)(R38)、−C(R01)(R02)−C(=O)−O−C(R36)(R37)(R38)等を挙げることができる。
式中、R01〜R02は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基又はアルケニル基を表す。
36〜R39は、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基又はアルケニル基表す。R36とR37、R36とR39とは、互いに結合して環を形成してもよい。
36〜R39、R01及びR02のアルキル基は、炭素数1〜8のアルキル基が好ましく、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、へキシル基、オクチル基等を挙げることができる。
36〜R39、R01及びR02のシクロアルキル基は、単環型でも、多環型でもよい。単環型としては、炭素数3〜8のシクロアルキル基が好ましく、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロへキシル基、シクロオクチル基等を挙げることができる。多環型としては、炭素数6〜20のシクロアルキル基が好ましく、例えば、アダマンチル基、ノルボルニル基、イソボロニル基、カンファニル基、ジシクロペンチル基、α−ピネル基、トリシクロデカニル基、テトラシクロドデシル基、アンドロスタニル基等を挙げることができる。尚、シクロアルキル基中の炭素原子の一部が酸素原子等のヘテロ原子によって置換されていてもよい。
36〜R39、R01及びR02のアリール基は、炭素数6〜10のアリール基が好ましく、例えば、フェニル基、ナフチル基、アントリル基等を挙げることができる。
36〜R39、R01及びR02のアラルキル基は、炭素数7〜12のアラルキル基が好ましく、例えば、ベンジル基、フェネチル基、ナフチルメチル基等を挙げることができる。
36〜R39、R01及びR02のアルケニル基は、炭素数2〜8のアルケニル基が好ましく、例えば、ビニル基、アリル基、ブテニル基、シクロへキセニル基等を挙げることができる。
36〜R39、R01及びR02は、置換基を有していてもよい。R36〜R39、R01及びR02が有していてもよい置換基としては、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アミノ基、アミド基、ウレイド基、ウレタン基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、ハロゲン原子、アルコキシ基、チオエーテル基、アシル基、アシロキシ基、アルコキシカルボニル基、シアノ基、ニトロ基等を挙げることができる。
酸分解性樹脂(B)に於いて、酸分解性基によって保護されているアルカリ可溶性基の保護率(%)は、次式で表される。
酸分解性基によって保護されているアルカリ可溶性基の保護率(%)=酸分解性基によって保護されているアルカリ可溶性基の数/(アルカリ可溶性基の数+酸分解性基によって保護されているアルカリ可溶性基の数)×100(%)
尚、酸分解性基によって保護されているアルカリ可溶性基の保護率を算出する方法として、例えば、1H又は13C NMRを用いることができる。
即ち、一般的に、樹脂を1H又は13C NMRで測定すると、そこから得られる保護率の値は、平均値すなわち平均保護率となる。算定方法としては、酸分解性基で保護されているものと、保護されていないものの同一位置の炭素の積分曲線の比で算出する。
例えば、下記化合物においては、aとe、bとf、cとg、dとh(見やすいいずれか1ペアで)の積分曲線の比で算出する。
Figure 2007052193
本発明に於いては、酸分解性樹脂(B)中に、酸分解性基によって保護されているアルカリ可溶性基の保護率が、その平均保護率の−10%〜+10%の範囲内にある樹脂成分を80〜100質量%含有する。
平均保護率の−10%〜+10%の範囲内にある樹脂成分の総重量の測定、算出方法としては、例えば、カラムクロマトグラフィーによって、精製した樹脂を1H又は13C NMRで不純物が混入していないのを確認して、重さを量って算出する方法を挙げることができる。
本発明に於いては、酸分解性樹脂(B)中に、酸分解性基によって保護されているアルカリ可溶性基の保護率が、その平均保護率の−5%〜+5%の範囲内にある樹脂成分を80〜100質量%含有することが好ましい。
本発明に於いては、酸分解性樹脂(B)中に、酸分解性基によって保護されているアルカリ可溶性基の保護率が、その平均保護率の−3%〜+3%の範囲内にある樹脂成分を80〜100質量%含有することがより好ましい。
酸分解性樹脂(B)に於いて、酸分解性基によって保護されているアルカリ可溶性基の保護率の平均は、10〜50%であることが好ましいが、酸分解性基の種類によっても保護率が異なってくるために、これに限定されるものではない。
本発明に於いては、酸分解性樹脂(B)中に、酸分解性基によって保護されているアルカリ可溶性基の保護率が、8%以上の樹脂のみを含有することが好ましい。
合成した酸分解性樹脂(B)を、酸分解性基によって保護されているアルカリ可溶性基の保護率について所定の範囲ごとに分離・精製する手法として、例えば、カラムクロマトグラフィーや薄層クロマトグラフィーなどの吸着クロマトグラフィーや、イオン交換クロマトグラフィーや電気泳動による分離などが挙げられるが、本発明はこれに限定されるものではない。
酸分解性樹脂(B)は、下記一般式(B1)で表される繰り返し単位を有することが好ましい。
Figure 2007052193
一般式(B1)おいて、
Ra及びRbは、各々独立して、水素原子、アルキル基、水酸基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、アシル基、アシロキシ基、シクロアルキル基、アリール基、カルボキシル基、アルキルオキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基又はアラルキル基を表す。
Xは、酸分解性基によって保護されているアルカリ可溶性基を表す。
一般式(B1)における、
Ra及びRbのアルキル基は、置換基を有していてもよく、直鎖、分岐のいずれでもよい。直鎖アルキル基としては、好ましくは炭素数1〜30、さらに好ましくは1〜20であり、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−ノニル基、n−デカニル基等が挙げられる。分岐アルキル基としては、好ましくは炭素数3〜30、さらに好ましくは3〜20であり、例えば、i−プロピル基、i−ブチル基、t−ブチル基、i−ペンチル基、t−ペンチル基、i−ヘキシル基、t−ヘキシル基、i−ヘプチル基、t−ヘプチル基、i−オクチル基、t−オクチル基、i−ノニル基、t−デカノイル基等が挙げられる。
Ra及びRbのアルコキシ基は、置換基を有していてもよく、好ましくは炭素数1〜12のアルコキシ基であり、例えば、メトキシ基、エトキシ基、ブトキシ基等を挙げることができる。
Ra及びRbのハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、沃素原子を挙げることができる。
Ra及びRbのアシル基は、置換基を有していてもよく、好ましくは炭素数1〜8個のアシル基であり、例えば、ホルミル基、アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、バレリル基、ピバロイル基、ベンゾイル基等を挙げることができる。
Ra及びRbのアシロキシ基は、置換基を有していてもよく、好ましくは炭素数2〜8のアシロキシ基であり、例えば、アセトキシ基、プロピオニルオキシ基、ブチルリオキシ基、バレリルオキシ基、ピバロイルオキシ基、ヘキサノイルオキシ基、オクタノイルオキシ基、ベンゾイルオキシ基等を挙げることができる。
Ra及びRbのシクロアルキル基は、置換基を有していてもよく、単環型でもよく、多環型でもよく、有橋式であってもよい。シクロアルキル基は、橋かけ構造を有していてもよい。単環型としては、炭素数3〜8のシクロアルキル基が好ましく、例えば、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロブチル基、シクロオクチル基等を挙げることができる。多環型としては、炭素数5以上のモノシクロ、ビシクロ、トリシクロ、テトラシクロ構造等を有する基を挙げることができ、炭素数6〜20のシクロアルキル基が好ましく、例えば、アダマンチル基、ノルボルニル基、イソボロニル基、カンフ
ァニル基、ジシクロペンチル基、α−ピネル基、トリシクロデカニル基、テトシクロドデシル基、アンドロスタニル基等を挙げることができる。尚、シクロアルキル基中の炭素原子の一部が、酸素原子等のヘテロ原子によって置換されていてもよい。
Ra及びRbのアリール基は、置換基を有していてもよく、好ましくは炭素数6〜30、さらに好ましくは炭素数6〜20のアリール基であり、例えば、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、フェナントリル基等を挙げることができる。
Ra及びRbのアルキルオキシカルボニル基は、置換基を有していてもよく、好ましくは炭素数2〜8であり、例えば、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、プロポキシカルボニル基を挙げることができる。
Ra及びRbのアルキルカルボニルオキシ基は、置換基を有していてもよく、好ましくは炭素数2〜8であり、例えば、メチルカルボニルオキシ基、エチルカルボニルオキシ基を挙げることができる。
Ra及びRbのアラルキル基は、置換基を有していてもよく、好ましくは炭素数7〜16のアラルキル基である、例えば、ベンジル基を挙げることができる。
一般式(B1)における、
Xの酸分解性基によって保護されたアルカリ可溶性基としては、前記の酸分解性基によって保護されたアルカリ可溶性基を挙げることができる。Xの酸分解性基によって保護されたアルカリ可溶性基は、単環、多環又は有橋式脂環式基を有していることが好ましく、炭素数5〜25の脂環式基を有していることがより好ましい。
上記Ra、Rb、Xの各基が有していてもよい置換基としては、例えば、水酸基、ハロゲン原子(フツ素、塩素、臭素、ヨウ素)、ニトロ基、シアノ基、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アラルキル基、アラルキルオキシ基、アシル基、アシロキシ基、アルケニル基、アルケニルオキシ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールオキシカルボニル基等を挙げることができる。
一般式(B1)に於けるベンゼン環は、Xの他に更に置換基を有していてもよい。一般式(B1)に於けるベンゼン環がXの他に更に有していてもよい置換基としては、例えば、アルキル基、水酸基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、アシル基、アシロキシ基、シクロアルキル基、アリール基、カルボキシル基、アルキルオキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基、アラルキル基等を挙げることができる。ベンゼン環が置換基として有していてもよいアルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、アシル基、アシロキシ基、シクロアルキル基、アリール基、アルキルオキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基、アラルキル基としては、Raに於けるそれらと同様のものを挙げることができる。
一般式(B1)で表される繰り返し単位に於ける、Xの具体例を以下に示すが、本発明は、これらに限定されるものではない。
Figure 2007052193
Figure 2007052193
一般式(B1)におけるXは、アセタール構造を有することが好ましい。
一般式(B1)で示される繰り返し単位の具体例を以下に示すが、本発明は、これらに限定されるものではない。
Figure 2007052193
酸分解性樹脂(B)は、下記一般式(B2)で表される繰り返し単位を有することが好ましい。
Figure 2007052193
一般式(B2)おいて、
Ra及びRbは、各々独立して、水素原子、アルキル基、水酸基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、アシル基、アシロキシ基、シクロアルキル基、アリール基、カルボキシル基、アルキルオキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基又はアラルキル基を表す。
一般式(B2)に於ける、Ra及びRbは、一般式(B1)に於ける、Ra及びRbと同義である。
一般式(B2)に於けるベンゼン環は、水酸基の他に更に置換基を有していてもよい。一般式(B2)に於けるベンゼン環が、水酸基の他に更に有していてもよい置換基としては、一般式(B1)に於けるベンゼン環で挙げた置換基と同様のものを挙げることができる。
酸分解性樹脂(B)のアルカリ溶解性を調節する目的で、非酸分解性基を有する繰り返し単位を導入することもできる。非酸分解性基を有する繰り返し単位の導入方法としては、スチレン類、非酸分解性の(メタ)アクリル酸エステル類、非酸分解性の(メタ)アクリル酸アミド類を共重合する方法や、樹脂中の水酸基を非酸分解性の置換基で保護する方法が好ましい。
上記非酸分解性基の置換基としては、アセチル基、メシル基、トルエンスルホニル基等が好ましいが、これらに限定されるものではない。
上記スチレン類としては、スチレン、クロロスチレン、ジクロロスチレン、ブロモスチレン、ジブロモスチレン、ヨードスチレン、メチルスチレン、ジメチルスチレン、エチルスチレン、イソプロピルスチレン、メトキシスチレン、エトキシスチレン、フェニルスチレン、t−ブチルスチレン、t−ブトキシスチレン等があげられるが、スチレン、メチルスチレン、t−ブチルスチレン、t−ブトキシスチレンが特に好ましい。
上記非酸分解性の(メタ)アクリル酸エステル類としては、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸プロピル、(メタ)アクリル酸アリル、(メタ)アクリル酸グリシジル、(メタ)アクリル酸ベンジル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシエチル等があげられる。
上記非酸分解性の(メタ)アクリル酸アミド類としては、(メタ)アクリル酸アミド、(メタ)アクリル酸フェニルアミド、(メタ)アクリル酸イソプロピルアミド等があげられる。
更に、共重合可能なモノマーとしては、例えば、マレイン酸誘導体、無水マレイン酸誘導体、(メタ)アクリロニトリル、ビニルピロリドン、ビニルピリジン、酢酸ビニル等を挙げることができる。
酸分解性樹脂(B)には、更に、酸分解性基を有する繰り返し単位を導入することもできる。
酸分解性基を有する繰り返し単位を導入する方法としては、酸分解性の(メタ)アクリル酸エステル類を共重合させる方法が好ましい。
酸分解性の(メタ)アクリル酸エステル類としては、例えば、(メタ)アクリル酸−2−アルキル−2−アダマンチル、(メタ)アクリル酸−1−ジアルキル−1−アダマンチル−メチル、(メタ)アクリル酸−t−ブチル等を挙げることができる。
上述したように、酸分解性樹脂(B)のアルカリ溶解性を調節し、そのアルカリ現像性を損なわない範囲で、酸分解性樹脂(B)に共重合成分及び/又は非酸分解性基を導入することが可能であるが、一般的にはポリマーを構成する成分のうちヒドロキシスチレン類成分(ヒドロキシスチレン及び水酸基の水素原子が酸分解性基で保護されたヒドロキシスチレン)が60モル%以上、好ましくは70モル%以上占めることがドライエッチング耐性や感度の点で望ましい。
酸分解性樹脂(B)は、欧州特許254853号、特開平2−25850号、同3−223860号、同4−251259号等に開示されているように、アルカリ可溶性樹脂(好ましくはポリヒドロキシスチレン)に酸で分解し得る基の前駆体を反応させる、もしくは、酸で分解し得る基の結合したアルカリ可溶性樹脂モノマーを種々のモノマーと共重合して得ることができる。
酸分解性樹脂(B)の重量平均分子量は、ゲルバーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により、ポリスチレン換算分子量(Mw)として測定することができ、解像力の面から、好ましくは2000〜200,000であり、2,500〜20,000が特に好ましい。
酸分解性樹脂(B)の分子量分散度(Mw/Mn)は、ラインエッジラフネスの面から、1.0〜3.0であることが好ましく、より好ましくは1.0〜1.5、更に好ましくは1.0〜1.3である。
このような分子量分散の小さい樹脂は、ポリマーの合成条件(重合溶媒の量、重合開始剤の量)やポリマーの精製条件(再沈溶剤の種類・量、再沈操作の回数)を種々変更することによって得ることができる。例えば、重合溶剤や開始剤の量を変えることで分子量を調節することができ、また再沈溶剤を変えたり再沈操作の回数を増やすことで樹脂の分散度を減らすことができる。再沈溶剤としては、2種以上の溶剤を混合して用いるか、または再沈操作を2回以上行うことが好ましく、2種以上の溶剤を混合した再沈溶剤を用いて再沈操を2回以上行うことがより好ましい。あるいは、リビングアニオン、リビングラジカル、またはリビングカチオン重合法を経由して分子量分散度の低いポリビニルフェノールを合成した後、アルキルビニルエーテル類を用いてアセタール化することによっても合成することができる。
酸分解性樹脂(B)の具体例を以下に示すが、これらに限定されるものではない。
Figure 2007052193
Figure 2007052193
Figure 2007052193
Figure 2007052193
本発明のポジ型レジスト組成物において、酸分解性樹脂(B)の組成物全体中の配合量は、全固形分中40〜99.99質量%が好ましく、より好ましくは50〜99.97質量%である。
〔3〕(C)塩基性化合物
本発明のポジ型レジスト組成物は、露光から加熱までの経時による性能変化を低減するために、(C)塩基性化合物を含有することが好ましい。
好ましい構造として、下記一般式(A)〜(E)で示される構造を挙げることができる。
Figure 2007052193
一般式(A)〜(E)中、R250、R251及びR252は、各々独立に、水素原子、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数3〜20のシクロアルキル基又は炭素数6〜20のアリール基であり、ここでR250とR251は互いに結合して環を形成してもよい。置換基を有するアルキル基、シクロアルキル基としては、炭素数1〜20のアミノアルキル基、炭素数3〜20のアミノシクロアルキル基、炭素数1〜20のヒドロキシアルキル基、炭素数3〜20のヒドロキシシクロアルキル基が好ましい。
また、これらはアルキル鎖中に酸素原子、硫黄原子、窒素原子を含んでも良い。
253、R254、R255及びR256は、各々独立に、炭素数1〜20のアルキル基又はシクロアルキル基を示す。
好ましい化合物として、グアニジン、アミノピロリジン、ピラゾール、ピラゾリン、ピペラジン、アミノモルホリン、アミノアルキルモルホリン、ピペリジンを挙げることができ、更に好ましい化合物として、イミダゾール構造、ジアザビシクロ構造、オニウムヒドロキシド構造、オニウムカルボキシレート構造、トリアルキルアミン構造、アニリン構造又はピリジン構造を有する化合物、水酸基及び/又はエーテル結合を有するアルキルアミン誘導体、水酸基及び/又はエーテル結合を有するアニリン誘導体等を挙げることができる。これらの化合物は置換基を有していてもよい。
イミダゾール構造を有する化合物としてはイミダゾール、2、4、5−トリフェニルイミダゾール、ベンズイミダゾール等があげられる。ジアザビシクロ構造を有する化合物としては1、4−ジアザビシクロ[2,2,2]オクタン、1、5−ジアザビシクロ[4,3,0]ノナー5−エン、1、8−ジアザビシクロ[5,4,0]ウンデカー7−エンなどがあげられる。オニウムヒドロキシド構造を有する化合物としてはトリアリールスルホニウムヒドロキシド、フェナシルスルホニウムヒドロキシド、2−オキソアルキル基を有するスルホニウムヒドロキシド、具体的にはトリフェニルスルホニウムヒドロキシド、トリス(t−ブチルフェニル)スルホニウムヒドロキシド、ビス(t−ブチルフェニル)ヨードニウムヒドロキシド、フェナシルチオフェニウムヒドロキシド、2−オキソプロピルチオフェニウムヒドロキシドなどがあげられる。オニウムカルボキシレート構造を有する化合物としてはオニウムヒドロキシド構造を有する化合物のアニオン部がカルボキシレートになったものであり、例えばアセテート、アダマンタンー1−カルボキシレート、パーフロロアルキルカルボキシレート等があげられる。トリアルキルアミン構造を有する化合物としては、トリ(n−ブチル)アミン、トリ(n−オクチル)アミン等を挙げることができる。アニリン化合物としては、2,6−ジイソプロピルアニリン、N,N−ジメチルアニリン等を挙げることができる。水酸基及び/又はエーテル結合を有するアルキルアミン誘導体としては、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、トリス(メトキシエトキシエチル)アミン等を挙げることができる。水酸基及び/又はエーテル結合を有するアニリン誘導体としては、N,N−ビス(ヒドロキシエチル)アニリン等を挙げることができる。
これらの塩基性化合物は、単独であるいは2種以上で用いられる。塩基性化合物の使用量は、ポジ型レジスト組成物の固形分を基準として、通常0.001〜10質量%、好ましくは0.01〜5質量%である。十分な添加効果を得る上で0.001質量%以上が好ましく、感度や非露光部の現像性の点で10質量%以下が好ましい。
〔4〕(D)フッ素系及び/又はシリコン系界面活性剤
本発明のポジ型レジスト組成物は、更に(D)フッ素系及び/又はシリコン系界面活性剤(フッ素系界面活性剤及びシリコン系界面活性剤、フッ素原子と珪素原子の両方を含有する界面活性剤)のいずれか、あるいは2種以上を含有することが好ましい。
本発明のポジ型レジスト組成物が、上記(D)界面活性剤を含有することにより、250nm以下、特に220nm以下の露光光源の使用時に、良好な感度及び解像度で、密着性及び現像欠陥の少ないレジストパターンを与えることが可能となる。
これらの(D)界面活性剤として、例えば特開昭62−36663号公報、特開昭61−226746号公報、特開昭61−226745号公報、特開昭62−170950号公報、特開昭63−34540号公報、特開平7−230165号公報、特開平8−62834号公報、特開平9−54432号公報、特開平9−5988号公報、特開2002−277862号公報、米国特許第5405720号明細書、同5360692号明細書、同5529881号明細書、同5296330号明細書、同5436098号明細書、同5576143号明細書、同5294511号明細書、同5824451号明細書記載の界面活性剤を挙げることができ、下記市販の界面活性剤をそのまま用いることもできる。
使用できる市販の界面活性剤として、例えばエフトップEF301、EF303、(新秋田化成(株)製)、フロラードFC430、431(住友スリーエム(株)製)、メガファックF171、F173、F176、F189、R08(大日本インキ化学工業(株)製)、サーフロンS−382、SC101、102、103、104、105、106(旭硝子(株)製)、トロイゾルS−366(トロイケミカル(株)製)等のフッ素系界面活性剤又はシリコン系界面活性剤を挙げることができる。またポリシロキサンポリマーKP−341(信越化学工業(株)製)もシリコン系界面活性剤として用いることができる。
また、界面活性剤としては、上記に示すような公知のものの他に、テロメリゼーション法(テロマー法ともいわれる)もしくはオリゴメリゼーション法(オリゴマー法ともいわれる)により製造されたフルオロ脂肪族化合物から導かれたフルオロ脂肪族基を有する重合体を用いた界面活性剤を用いることが出来る。フルオロ脂肪族化合物は、特開2002−90991号公報に記載された方法によって合成することが出来る。
フルオロ脂肪族基を有する重合体としては、フルオロ脂肪族基を有するモノマーと(ポリ(オキシアルキレン))アクリレート及び/又は(ポリ(オキシアルキレン))メタクリレートとの共重合体が好ましく、不規則に分布しているものでも、ブロック共重合していてもよい。また、ポリ(オキシアルキレン)基としては、ポリ(オキシエチレン)基、ポリ(オキシプロピレン)基、ポリ(オキシブチレン)基などが挙げられ、また、ポリ(オキシエチレンとオキシプロピレンとオキシエチレンとのブロック連結体)やポリ(オキシエチレンとオキシプロピレンとのブロック連結体)など同じ鎖長内に異なる鎖長のアルキレンを有するようなユニットでもよい。さらに、フルオロ脂肪族基を有するモノマーと(ポリ(オキシアルキレン))アクリレート(又はメタクリレート)との共重合体は2元共重合体ばかりでなく、異なる2種以上のフルオロ脂肪族基を有するモノマーや、異なる2種以上の(ポリ(オキシアルキレン))アクリレート(又はメタクリレート)などを同時に共重合した3元系以上の共重合体でもよい。
例えば、市販の界面活性剤として、メガファックF178、F−470、F−473、F−475、F−476、F−472(大日本インキ化学工業(株)製)を挙げることができる。さらに、C613基を有するアクリレート(又はメタクリレート)と(ポリ(オキシアルキレン))アクリレート(又はメタクリレート)との共重合体、C613基を有するアクリレート(又はメタクリレート)と(ポリ(オキシエチレン))アクリレート(又はメタクリレート)と(ポリ(オキシプロピレン))アクリレート(又はメタクリレート)との共重合体、C817基を有するアクリレート(又はメタクリレート)と(ポリ(オキシアルキレン))アクリレート(又はメタクリレート)との共重合体、C817基を有するアクリレート(又はメタクリレート)と(ポリ(オキシエチレン))アクリレート(又はメタクリレート)と(ポリ(オキシプロピレン))アクリレート(又はメタクリレート)との共重合体、などを挙げることができる。
(D)界面活性剤の使用量は、ポジ型レジスト組成物全量(溶剤を除く)に対して、好ましくは0.0001〜2質量%、より好ましくは0.001〜1質量%である。
〔5〕有機溶剤
本発明のポジ型レジスト組成物は、各成分を所定の有機溶剤に溶解して用いる。
使用し得る有機溶剤としては、例えば、エチレンジクロライド、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、2−ヘプタノン、γ−ブチロラクトン、メチルエチルケトン、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、2−メトキシエチルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、トルエン、酢酸エチル、乳酸メチル、乳酸エチル、メトキシプロピオン酸メチル、エトキシプロピオン酸エチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、ピルビン酸プロピル、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、N−メチルピロリドン、テトラヒドロフラン等を挙げることができる。
本発明において、有機溶剤としては、単独で用いても混合して用いても良いが、構造中に水酸基を有する溶剤と、水酸基を有さない溶剤とを混合した混合溶剤を使用することが好ましい。これによりレジスト液保存時のパーティクル発生を軽減することができる。
水酸基を有する溶剤としては、例えば、エチレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコール、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エチルエーテル、乳酸エチル等を挙げることができ、これらの内でプロピレングリコールモノメチルエーテル、乳酸エチルが特に好ましい。
水酸基を有さない溶剤としては、例えば、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチルエトキシプロピオネート、2−ヘプタノン、γ−ブチロラクトン、シクロヘキサノン、酢酸ブチル、N−メチルピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド等を挙げることができ、これらの内で、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチルエトキシプロピオネート、2−ヘプタノン、γ−ブチロラクトン、シクロヘキサノン、酢酸ブチルが好ましく、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチルエトキシプロピオネート、2−ヘプタノンがより好ましい。
水酸基を有する溶剤と水酸基を有さない溶剤との混合比(質量)は、1/99〜99/1、好ましくは10/90〜90/10、更に好ましくは20/80〜60/40である。水酸基を有さない溶剤を50質量%以上含有する混合溶剤が塗布均一性の点で特に好ましい。
精密集積回路素子の製造などにおいてレジスト膜上へのパターン形成工程は、基板(例
:シリコン/二酸化シリコン皮覆、ガラス基板、ITO基板等の透明基板等)上に、本発明のポジ型レジスト組成物を塗布し、乾燥し、レジスト膜を形成し、次に、KrFエキシマレーザー光、電子線、EUV光、X線等の活性光線又は放射線の照射、好ましくはEUV光の照射を行い、好ましくは加熱、現像、リンス、乾燥することにより良好なレジストパターンを形成することができる。
本発明のポジ型レジスト組成物を基板上に塗布、乾燥して形成するレジスト膜の膜厚は、50〜200nmが好ましい。レジスト膜の膜厚を50〜200nmとすることにより、ドライエッチング耐性、パターンプロファイルを向上させ、且つレジスト膜の透過率を大きくすることができる。
レジスト膜の膜厚は、組成物の溶剤を除いた固形分濃度により調整することができ、好ましい固形分濃度は5〜18質量%、より好ましい固形分濃度は7〜15質量%、特に好ましい固形分濃度は9〜14質量%である。
本発明のポジ型レジスト組成物のアルカリ現像液としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウム、アンモニア水等の無機アルカリ類、エチルアミン、n−プロピルアミン等の第一アミン類、ジエチルアミン、ジ−n−ブチルアミン等の第二アミン類、トリエチルアミン、メチルジエチルアミン等の第三アミン類、ジメチルエタノールアミン、トリエタノーアミン等のアルコ−ルアミン類、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、コリン等の第四級アンモニウム塩、ピロール、ピペリジン等の環状アミン類、等のアルカリ類の水溶液を使用することができる。更に、上記アルカリ類の水溶液にイソプロピルアルコール等のアルコール類、ノニオン系等の界面活性剤を適当量添加して使用することもできる。
これらのアルカリ現像液の中で好ましくは第四アンモニウム塩、更に好ましくは、テトラメチルアンモニウムヒドロオキシド、コリンの水溶液である。
アルカリ現像液のアルカリ濃度は、通常0.1〜20質量%であり、アルカリ現像液のpHは、通常10.0〜15.0である。
以下、本発明を実施例によりさらに詳しく説明するが、本発明の内容がこれにより限定されるものではない。
合成例1(樹脂(B−1)の合成)
ポリ(p−ヒドロキシスチレン)(日本曹達社製VP−8000)100gをプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)500gに溶解し、この溶液を60℃で、20mmHgまで減圧して約100gの溶剤を系中に残存している水と共に留去した。20℃まで冷却し、エチルビニルエーテル36g、p−トルエンスルホン酸0.2gを添加し、室温にて1時間攪拌した。その後、トリエチルアミン0.4gを添加して中和し、5000gのn−ヘキサンで再沈した。得られた固体を200gのアセトンに溶かして、再び、2000gのn−ヘキサンで再沈し、得られた固体を乾燥させることによって、粉体の樹脂(B−1)が114.4g得られた。得られた樹脂の平均保護率は、42%(−18〜+13%)、重量平均分子量は、9200、分散度(Mw/Mn)は、1.10であった。
上記平均保護率42%は、13C NMR(Gemini−300、Varian社製)定量モード117.63ppmと115.37ppmの面積比で算出した。
合成例2(樹脂(B−2)の合成)
ポリ(p−ヒドロキシスチレン)(日本曹達社製VP−8000)100g、p−トルエンスルホン酸ピリジニウム塩0.5gをPGMEA500gに溶解し、この溶液を60℃で、20mmHgまで減圧して約100gの溶剤を系中に残存している水と共に留去した。20℃まで冷却し、シクロヘキシルエタノール44.8g、t−ブチルビニルエーテル35.0gを添加し、室温にて4時間攪拌した。その後、トリエチルアミン2.1gを添加して中和し、5000gのn−ヘキサンで再沈した。得られた固体を200gのアセトンに溶かして、再び、2000gのn−ヘキサンで再沈し、得られた固体を乾燥させることによって、粉体の樹脂(B−2)が130.9g得られた。得られた樹脂の平均保護率は25%(−16〜+15%)、重量平均分子量は11800、分散度は1.13であった。
上記平均保護率25%は、13C NMR(Gemini−300、Varian社製)定量モード117.39ppmと115.22ppmの面積比で算出した。
分画例1(樹脂(B−1))
クロロホルムで充填したワコーゲルC−200(和光純薬社製カラムクロマトグラフ用シリカゲル)3000gに、合成例1で得られた樹脂(B−1)30gをクロロホルム60gに溶かした溶液をチャージした。1つのフラクションあたり1000gになるように分取して、酢酸エチル/クロロホルムを用いて徐々にグラジエーションして分画した。結果を下記表1に示す。
Figure 2007052193
保護率は、13C NMR(Gemini−300、Varian社製)定量モードで測定した。
分画例2(樹脂(B−2))
n−ヘキサンで充填したワコーゲルC−200(和光純薬製カラムクロマトグラフ用シリカゲル)2000gに、合成例2で得られた樹脂(B−2)20gをアセトン100g
に溶かした溶液をチャージした。1つのフラクションあたり1000gになるように分取して、アセトン/n−ヘキサンを用いて徐々にグラジエーションして分画した。
結果を下記表2に示す。
Figure 2007052193
保護率は。13C NMR(Gemini−300、Varian社製)定量モードで測定した。
実施例1〜16および比較例1〜4
(i)ポジ型レジストの調製および塗設
下記表3に示すように、酸分解性樹脂、酸発生剤、塩基性化合物及び界面活性剤をプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートに溶解させ、固形分濃度8.5質量%の溶液を調製した後、得られた溶液を0.1μm口径のメンブレンフィルターで精密ろ過して、レジスト溶液を得た。このレジスト溶液を6インチシリコンウェハー上に東京エレクトロン製スピンコーターMark8を用いて塗布し、110℃で、90秒間ベークして膜厚0.30μmのレジスト膜を得た。
(ii)ポジ型レジストパターンの形成及び評価
このレジスト膜に、電子線描画装置((株)日立製作所製 HL750、加速電圧50KeV)を用いて電子線照射を行った。照射後に、110℃で、90秒間ベークし、2.38質量%テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)水溶液に60秒間浸漬した後、30秒間、水でリンスして乾燥した。得られたパターンを下記の方法で評価した。
〔感度〕
得られたパターンの断面形状を走査型電子顕微鏡((株)日立製作所製 S−4300)を用いて観察した。0.15μmライン(ライン:スペース=1:1)を解像する時の最小照射エネルギーを感度とした。
〔解像度〕
上記の感度を示す照射量における限界解像力(ラインとスペースが分離解像)を解像度とした。
〔パターン形状〕
上記の感度を示す照射量における0.15μmラインパターンの断面形状を走査型電子顕微鏡((株)日立製作所製S−4300)を用いて観察し、A(矩形)、B(ややテーパー上)、C(ややテーパー下)、D(テーパー上)、E(テーパー下)の5段階評価を行った。
〔ラインエッジラフネス〕
上記の感度を示す照射量における0.15μmラインパターンの長さ方向50μmにおける任意の30点について線幅を測定し、そのバラツキを3σで評価した。
評価結果を下記表3に示す。
表3中の略号を以下に示す。
〔酸分解性樹脂〕
P−1: 分画例1(樹脂(B−1))のフラクション5(平均保護率の±0%)
P−2: 分画例1(樹脂(B−1))のフラクション4〜7(平均保護率の−3〜+3%)
P−3: 分画例1(樹脂(B−1))のフラクション4〜8(平均保護率の−5〜+5%)
P−4: 分画例1(樹脂(B−1))のフラクション3〜9(平均保護率の−10〜+10%)
P−5: 樹脂(B−1)の未分画品(樹脂(B−1)のフラクション2〜10)
P−6: 分画例2(樹脂(B−2))のフラクション8(平均保護率の±0%)
P−7: 分画例2(樹脂(B−2))のフラクション7〜9(平均保護率の−3〜+3%)
P−8: 分画例2(樹脂(B−2))のフラクション6〜9(平均保護率の−5〜+5%)
P−9: 分画例2(樹脂(B−2))のフラクション5〜10(平均保護率の−10〜+10%)
P−10: 樹脂(B−2)の未分画品(樹脂(B−2)のフラクション4〜11)
〔塩基性化合物〕
E−1: トリ−n−ヘキシルアミン
E−2: 2,4,6−トリフェニルイミダゾール
E−3: テトラ-(n-ブチル)アンモニウムヒドロキシド
〔界面活性剤〕
W−1:フッ素系界面活性剤、メガファックF−176(大日本インキ化学工業製)
W−2:フッ素/シリコン系界面活性剤、メガファックR08(大日本インキ化学工業製)
W−3:シリコン系界面活性剤、ポリシロキサンポリマーKP341(信越化学工業製)
Figure 2007052193
表3から、本発明のポジ型レジスト組成物は、電子線の照射によるパターン形成に関して、高感度で高解像力であり、パターン形状、ラインエッジラフネスも優れていることがわかる。
実施例17〜24および比較例5〜6
上記実施例1〜8及び比較例1〜2の各レジスト組成物を用い、実施例1と同様の方法でレジスト膜を得た。ただし、レジスト膜厚は0.15μmとした。得られたレジスト膜にEUV光(波長13.5nm、リソテックジャパン社)を用いて、露光量を0〜5.0mJづつ変えながら面露光を行ない、さらに110℃で、90秒間ベークした。その後2.38質量%テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)水溶液を用いて、各露光量での溶解速度を測定し、感度を求めた。
次に上記実験にて求めた感度の1/2にあたる露光量のEUV光を照射したサンプルを
準備、2.38質量%テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)水溶液で60秒現像した後のレジスト膜表面をAFM(原子間力顕微鏡)にて観察した。結果を下記表4に示す。
Figure 2007052193
表4から、本発明のポジ型レジスト組成物は、EUV光の照射による特性評価において、感度、表面ラフネスが優れていることがわかる。

Claims (12)

  1. (A)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物及び
    (B)酸の作用によりアルカリ現像液への溶解性が増大する樹脂を含有するポジ型レジスト組成物であって、
    (B)成分の樹脂について、酸分解性基によって保護されているアルカリ可溶性基の比率(保護率)が、(B)成分の全樹脂の保護率の平均(平均保護率)の±10%以内である樹脂成分を、(B)成分の全樹脂の80〜100質量%含有することを特徴とするポジ型レジスト組成物。
  2. (B)成分の樹脂について、酸分解性基によって保護されているアルカリ可溶性基の比率(保護率)が、(B)成分の全樹脂の保護率の平均(平均保護率)の±5%以内である樹脂成分を、(B)成分の全樹脂の80〜100質量%含有することを特徴とする請求項1に記載のポジ型レジスト組成物。
  3. (B)成分の樹脂について、酸分解性基によって保護されているアルカリ可溶性基の比率(保護率)が、(B)成分の全樹脂の保護率の平均(平均保護率)の±3%以内である樹脂成分を、(B)成分の全樹脂の80〜100質量%含有することを特徴とする請求項1に記載のポジ型レジスト組成物。
  4. (B)成分の樹脂中に、酸分解性基によって保護されているアルカリ可溶性基の保護率が、8%以上の樹脂のみを含有することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のポジ型レジスト組成物。
  5. (B)成分の樹脂が、下記一般式(B1)で表される繰り返し単位を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のポジ型レジスト組成物。
    Figure 2007052193
    一般式(B1)おいて、
    Ra及びRbは、各々独立して、水素原子、アルキル基、水酸基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、アシル基、アシロキシ基、シクロアルキル基、アリール基、カルボキシル基、アルキルオキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基又はアラルキル基を表す。
    Xは、酸分解性基によって保護されているアルカリ可溶性基を表す。
  6. 一般式(B1)におけるXが、アセタール構造を有することを特徴とする請求項5に記載のポジ型レジスト組成物。
  7. (A)成分の化合物が、活性光線又は放射線の照射により有機スルホン酸を発生する化
    合物であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のポジ型レジスト組成物。
  8. (A)成分の化合物が、活性光線又は放射線の照射によりベンゼンスルホン酸を発生する化合物であることを特徴とする請求項7に記載のポジ型レジスト組成物。
  9. 更に、塩基性化合物を含有することを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載のポジ型レジスト組成物。
  10. 活性光線又は放射線が、EUV光であることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載のポジ型レジスト組成物。
  11. 請求項1〜10のいずれかに記載のポジ型レジスト組成物の製造方法であって、酸分解性によって保護されているアルカリ可溶性基の保護率が、その平均保護率の所定の範囲にある樹脂成分を所定の範囲含有するように、(B)成分の樹脂を精製することを特徴とするポジ型レジスト組成物の製造方法。
  12. 請求項1〜10のいずれかに記載のポジ型レジスト組成物により、レジスト膜を形成し、該レジスト膜に露光し、現像する工程を含むことを特徴とするパターン形成方法。
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