JP2007132998A - 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】式(1)で示される繰り返し単位を有する、重量平均分子量が1,000〜500,000である高分子化合物を含む化学増幅ポジ型レジスト材料。
Figure 2007132998

【効果】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ポジ型レジスト材料等のポジ型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、アルコキシイソブトキシ型スチレンを酸の作用により分解し、アルカリに対する溶解性が増加する反応性基として使用し、更にインデンユニットが共重合された高分子化合物をベース樹脂として配合したレジスト材料及びパターン形成方法に関し、更に詳しくは、高解像性を有し、現像後のレジストパターン形状が良好で、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、化学増幅ポジ型レジスト材料等のレジスト材料及びこれを用いた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、パターンルールの微細化が求められている中、次世代の微細加工技術として、遠紫外線リソグラフィーが有望視されている。遠紫外線リソグラフィーは、0.5μm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。
近年開発された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:特公平2−27660号公報、特許文献2: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に特に有望なレジスト材料として期待されている。
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、特許文献3:特開昭62−115440号公報には、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、特許文献4:特開平3−223858号公報に、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、更には特許文献5:特開平4−211258号公報には、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、特許文献6:特開平6−100488号公報には、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、酸不安定基がtert−ブチル基の場合、ベーク最適温度が130℃付近と高く、tert−ブトキシカルボニル基の場合には解像性が低く、いずれも、そのレジスト材料のパターン形状がT−トップ形状になりやすく、一方、エトキシエチル基や、2−テトラヒドロピラニル基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、微細化に伴う、レジスト膜厚の薄膜化に対応できない。また、耐熱性に乏しく、現像時のレジスト中からのアウトガスによる、露光機のレンズ汚染を引き起こすなど、いずれも問題を有しており、微細化に対応できていないのが現状である。
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が(特許文献7:特開平3−275149号公報、特許文献8:特開平6−289608号公報等参照)、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、満足できるものではなかった。
また、インデン、(メタ)アクリル酸三級エステル共重合体を使用したレジスト材料(特許文献9:特開2002−202610号公報)も開発されているが、アセタール型酸不安定基が従来型であるため、パターンの薄膜化によるパターン形状劣化が問題となる場合がある。
更に、現在、高解像度化が進むにつれ、パターンの薄膜化も同時に進行し、これに伴い、現像後のレジストパターン形状が良好であり、高いエッチング耐性を有するレジスト材料が望まれている。
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2002−202610号公報
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、従来のポジ型レジスト材料を上回る高解像性を有し、露光後のパターン形状が良好であり、更に高いエッチング耐性を有するポジ型レジスト材料、特に化学増幅ポジ型レジスト材料等の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、下記一般式(1),(2),(3),(4)又は(5)で示され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、露光後のパターン形状が良好であるため、微細化に伴う、レジスト膜厚の薄膜化に対応できることを示し、これらのことから実用性が高く、超LSI用レジスト材料として非常に有効であることを知見した。
従って、本発明は、下記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:
下記一般式(1)で示される繰り返し単位を有する、重量平均分子量が1,000〜500,000である高分子化合物を含むことを特徴とするレジスト材料。
Figure 2007132998
(式中、R1、R3は水素原子、ヒドロキシ基、直鎖状もしくは分岐状アルキル基、ハロゲン原子、又はトリフルオロメチル基を表し、R2は水素原子、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、又はトリフルオロメチル基を表す。更に、Yは炭素数1〜12の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基を表す。nは0又は1〜4の正の整数であり、mは0又は1〜5の正の整数である。また、p、q、rは正数である。)
請求項2:
下記一般式(2)で示される繰り返し単位を有する、重量平均分子量が1,000〜500,000である高分子化合物を含むことを特徴とするレジスト材料。
Figure 2007132998
(式中、R1、R3は水素原子、ヒドロキシ基、直鎖状もしくは分岐状アルキル基、ハロゲン原子、又はトリフルオロメチル基を表し、R2は水素原子、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、又はトリフルオロメチル基を表す。nは0又は1〜4の正の整数であり、mは0又は1〜5の正の整数である。また、p、q、rは正数である。)
請求項3:
下記一般式(3)で示される繰り返し単位を有する、重量平均分子量が1,000〜500,000である高分子化合物を含むことを特徴とするレジスト材料。
Figure 2007132998
(式中、R1、R3は水素原子、ヒドロキシ基、直鎖状もしくは分岐状アルキル基、ハロゲン原子、又はトリフルオロメチル基を表し、R2は水素原子、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、又はトリフルオロメチル基を表す。nは0又は1〜4の正の整数であり、mは0又は1〜5の正の整数であり、aは0又は1〜4の正の整数である。また、p、q、rは正数である。)
請求項4:
下記一般式(4)で示される繰り返し単位を有する、重量平均分子量が1,000〜500,000である高分子化合物を含むことを特徴とするレジスト材料。
Figure 2007132998
(式中、R1、R3は水素原子、ヒドロキシ基、直鎖状もしくは分岐状アルキル基、ハロゲン原子、又はトリフルオロメチル基を表し、R2は水素原子、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、又はトリフルオロメチル基を表す。nは0又は1〜4の正の整数であり、mは0又は1〜5の正の整数である。また、p、q、rは正数である。)
請求項5:
下記一般式(5)で示される繰り返し単位を有する、重量平均分子量が1,000〜500,000である高分子化合物を含むことを特徴とするレジスト材料。
Figure 2007132998
(式中、R1、R3は水素原子、ヒドロキシ基、直鎖状もしくは分岐状アルキル基、ハロゲン原子、又はトリフルオロメチル基を表し、R2は水素原子、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、又はトリフルオロメチル基を表す。更に、Zは水素原子又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基を表す。nは0又は1〜4の正の整数であり、mは0又は1〜5の正の整数である。また、p、q、rは正数である。)
請求項6:
(A)有機溶剤、
(B)ベース樹脂として請求項1乃至5のいずれか1項記載の高分子化合物、
(C)光酸発生剤
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7:
(A)有機溶剤、
(B)ベース樹脂として請求項1乃至5のいずれか1項記載の高分子化合物、
(C)光酸発生剤、
(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8:
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6又は7記載の化学増幅ポジ型レジスト材料。
請求項9:
請求項6,7又は8項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、EUV光、又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。
本発明は、アルコキシイソブトキシ型スチレンを、酸の作用により分解し、アルカリに対する溶解性が増加する反応性基として使用し、更にインデンユニットが共重合された高分子化合物をベース樹脂としてレジスト材料に配合することにより、高解像性を有し、現像後のレジストパターン形状が良好で、優れたエッチング耐性を示す、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ポジ型レジスト材料等のポジ型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、ベース樹脂として、下記一般式(1)〜(5)で示されるいずれかの繰り返し単位を有する、重量平均分子量が1,000〜500,000である高分子化合物を含む。
Figure 2007132998
(式中、R1、R3は水素原子、ヒドロキシ基、直鎖状もしくは分岐状アルキル基、ハロゲン原子、又はトリフルオロメチル基を表し、R2は水素原子、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、又はトリフルオロメチル基を表す。更に、Yは炭素数1〜10の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基を表す。nは0又は1〜4の正の整数であり、mは0又は1〜5の正の整数である。また、p、q、rは正数である。)
Figure 2007132998
(式中、R1、R2、R3、m、n、p、q、rは上記の通りである。)
Figure 2007132998
(式中、R1、R2、R3、m、n、p、q、rは上記の通りであり、aは0又は1〜4の正の整数である。)
Figure 2007132998
(式中、R1、R2、R3、m、n、p、q、rは上記の通りである。)
Figure 2007132998
(式中、R1、R2、R3、m、n、p、q、rは上記の通りであり、Zは水素原子又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基を表す。)
なお、上記式におけるR1、R3の直鎖状、分岐状アルキル基としては炭素数1〜6のものが好ましく、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、iso−ブチル基、tert−ブチル基等を例示できる。
上記式のR1、R2、R3において、これらがハロゲン原子を示す場合、フッ素原子、塩素原子、臭素原子等が挙げられる。
加えて、式(1)中のYは、好ましくは炭素数1〜12、好ましくは1〜10のアルキル基であり、パターン形状では、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、シクロヘキシル基、シクロペンチル基などが好ましいが、その他の性能も加味した場合は、必要に応じて選ぶことが可能である。また、式(5)のZとしても、Yと同様のものを例示することができる。
また、p、q、rの単位のほかに(メタ)アクリル酸三級エステル、アルコキシスチレンなどに由来する他の単位sを含んでもよい。
p、q、r、sの割合に関しては、0<p/(p+q+r+s)≦0.8、好ましくは0.3≦p/(p+q+r+s)≦0.8、0<q/(p+q+r+s)≦0.5、好ましくは0.1≦q/(p+q+r+s)≦0.35、0<r/(p+q+r+s)≦0.35、好ましくは0.05≦r/(p+q+r+s)≦0.15、0≦s/(p+q+r+s)≦0.2である。
qが0となり、上記式(1)の高分子化合物がこの単位を含まない構造となると、アルカリ溶解速度のコントラストがなくなり、解像度が悪くなる。また、pの割合が多すぎると、未露光部のアルカリ溶解速度が大きくなりすぎる。加えてrの割合は多くなればエッチング耐性が向上するが、多すぎると解像力が低下する。また、p、q、r、sはその値を上記範囲内で適宜選定することにより、解像力、エッチング耐性、パターンの形状コントロールを任意に行うことができる。
本発明の高分子化合物は、それぞれゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算重量平均分子量が、1,000〜500,000、好ましくは2,000〜30,000である必要がある。重量平均分子量が小さすぎるとレジスト材料が耐熱性に劣るものとなり、大きすぎるとアルカリ溶解性が低下し、パターン形成後に裾引き現象が生じやすくなってしまう。
更に、本発明の高分子化合物においては、上記式(1),(2),(3),(4)又は(5)の多成分共重合体の分子量分布(Mw/Mn)が広い場合は、低分子量や高分子量のポリマーが存在するために露光後、パターン上に異物が見られたり、パターンの形状が悪化したりする。それ故、パターンルールが微細化するに従ってこのような分子量、分子量分布の影響が大きくなりやすいことから、微細なパターン寸法に好適に用いられるレジスト材料を得るには、使用する多成分共重合体の分子量分布は1.0〜2.0、特に1.0〜1.5と狭分散であることが好ましい。
これら高分子化合物の製造に関して、まず1つの方法としては、アセトキシスチレンモノマーとインデンモノマーを、有機溶剤中、ラジカル開始剤を加え、加熱重合を行い、得られた高分子化合物を有機溶剤中アルカリ加水分解を行い、アセトキシ基を脱保護し、ヒドロキシスチレンとインデンの二成分共重合体の高分子化合物を得ることができる。重合時に使用する有機溶剤としては、トルエン、ベンゼン、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、ジオキサン等が例示できる。重合開始剤としては、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、ジメチル2,2−アゾビス(2−メチルプロピオネート)、ベンゾイルパーオキシド、ラウロイルパーオキシド等が例示でき、好ましくは50〜80℃に加熱して重合できる。反応時間としては2〜100時間、好ましくは5〜20時間である。アルカリ加水分解時の塩基としては、アンモニア水、トリエチルアミン等が使用できる。また反応温度としては−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。
次に、得られたヒドロキシスチレンとインデンの二成分共重合体を有機溶剤に溶解し、塩基性条件下、下記一般式(6)の化合物を滴下することで、反応が進行し、得られた高分子化合物を洗浄、晶出、乾燥することで、目的の高分子化合物を得ることができる。
Figure 2007132998
(式中、Xは塩素原子、臭素原子、又はヨウ素原子を表し、Yは炭素数1〜10の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基を表す。)
上記製造方法以外に、ヒドロキシスチレン、インデン共重合体を有機溶剤に溶解し、酸触媒条件下、アルキルブテニルエーテルを添加する反応、及びアセトキシスチレンモノマーとアルコキシイソブチルオキシスチレンモノマー、インデンモノマーを共重合後、アセトキシ基を塩基性条件下、脱保護反応することで合成可能である。但し、これら製造方法に限定される訳ではない。
また、本発明の化学増幅ポジ型レジスト材料は、下記成分を含有することを特徴とするものである。
(A)有機溶剤、
(B)ベース樹脂として一般式(1)〜(5)で示されるいずれかの繰り返し単位を有する高分子化合物、
(C)光酸発生剤
(A)成分の有機溶剤としては、酢酸ブチル、酢酸アミル、酢酸シクロヘキシル、酢酸3−メトキシブチル、メチルエチルケトン、メチルアミルケトン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、3−エトキシエチルプロピオネート、3−エトキシメチルプロピオネート、3−メトキシメチルプロピオネート、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、ジアセトンアルコール、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、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、プロピレングリコールモノメチルエーテルプロピオネート、プロピレングリコールモノエチルエーテルプロピオネート、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エチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、3−メチル−3−メトキシブタノール、N−メチルピロリドン、ジメチルスルホキシド、γ−ブチロラクトン、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールプロピルエーテルアセテート、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸プロピル、テトラメチレンスルホン等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。特に好ましいものは、プロピレングリコールアルキルエーテルアセテート、乳酸アルキルエステルである。これらの有機溶剤は1種単独でも2種以上混合してもよい。好ましい混合溶剤の例はプロピレングリコールアルキルエーテルアセテートと乳酸アルキルエステルである。なお、本発明におけるプロピレングリコールアルキルエーテルアセテートのアルキル基は炭素数1〜4のもの、例えばメチル基、エチル基、プロピル基等が挙げられるが、中でもメチル基、エチル基が好適である。また、このプロピレングリコールアルキルエーテルアセテートには1,2置換体と1,3置換体があり、置換位置の組み合わせで3種の異性体があるが、単独あるいは混合物のいずれの場合でもよい。
また、上記の乳酸アルキルエステルのアルキル基は炭素数1〜4のもの、例えばメチル基、エチル基、プロピル基等が挙げられるが、中でもメチル基、エチル基が好適である。
溶剤として、プロピレングリコールアルキルエーテルアセテートを添加する際には全溶剤に対して50質量%以上とすることが好ましく、乳酸アルキルエステルを添加する際には全溶剤に対して50質量%以上とすることが好ましい。
また、プロピレングリコールアルキルエーテルアセテートと乳酸アルキルエステルの混合溶剤を溶剤として用いる際には、その合計量が全溶剤に対して50質量%以上であることが好ましい。この場合、更に好ましくは、プロピレングリコールアルキルエーテルアセテートを60〜95質量%、乳酸アルキルエステルを5〜40質量%の割合とすることが好ましい。プロピレングリコールアルキルエーテルアセテートが少ないと、塗布性劣化等の問題があり、多すぎると溶解性不十分、パーティクル、異物の発生の問題がある。乳酸アルキルエステルが少ないと溶解性不十分、パーティクル、異物の増加等の問題があり、多すぎると粘度が高くなり、塗布性が悪くなる上、保存安定性の劣化等の問題がある。
これら溶剤の添加量は、化学増幅ポジ型レジスト材料のベース樹脂100質量部に対して300〜2,000質量部、好ましくは400〜1,000質量部であるが、既存の成膜方法で可能な濃度であればこれに限定されるものではない。
(C)成分の光酸発生剤としては、高エネルギー線照射により酸を発生する化合物であればいずれでも構わない。好適な光酸発生剤としてはスルホニウム塩、ヨードニウム塩、スルホニルジアゾメタン、N−スルホニルオキシイミド型酸発生剤等がある。以下に詳述するが、これらは1種単独あるいは2種以上混合して用いることができる。
スルホニウム塩はスルホニウムカチオンとスルホネートの塩であり、スルホニウムカチオンとしてトリフェニルスルホニウム、(4−tert−ブトキシフェニル)ジフェニルスルホニウム、ビス(4−tert−ブトキシフェニル)フェニルスルホニウム、トリス(4−tert−ブトキシフェニル)スルホニウム、(3−tert−ブトキシフェニル)ジフェニルスルホニウム、ビス(3−tert−ブトキシフェニル)フェニルスルホニウム、トリス(3−tert−ブトキシフェニル)スルホニウム、(3,4−ジtert−ブトキシフェニル)ジフェニルスルホニウム、ビス(3,4−ジtert−ブトキシフェニル)フェニルスルホニウム、トリス(3,4−ジtert−ブトキシフェニル)スルホニウム、ジフェニル(4−チオフェノキシフェニル)スルホニウム、(4−tert−ブトキシカルボニルメチルオキシフェニル)ジフェニルスルホニウム、トリス(4−tert−ブトキシカルボニルメチルオキシフェニル)スルホニウム、(4−tert−ブトキシフェニル)ビス(4−ジメチルアミノフェニル)スルホニウム、トリス(4−ジメチルアミノフェニル)スルホニウム、2−ナフチルジフェニルスルホニウム、ジメチル2−ナフチルスルホニウム、4−ヒドロキシフェニルジメチルスルホニウム、4−メトキシフェニルジメチルスルホニウム、トリメチルスルホニウム、2−オキソシクロヘキシルシクロヘキシルメチルスルホニウム、トリナフチルスルホニウム、トリベンジルスルホニウム等が挙げられ、スルホネートとしては、トリフルオロメタンスルホネート、ノナフルオロブタンスルホネート、ヘプタデカフルオロオクタンスルホネート、2,2,2−トリフルオロエタンスルホネート、ペンタフルオロベンゼンスルホネート、4−トリフルオロメチル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、トルエンスルホネート、ベンゼンスルホネート、4−(4−トルエンスルホニルオキシ)ベンゼンスルホネート、ナフタレンスルホネート、カンファースルホネート、オクタンスルホネート、ドデシルベンゼンスルホネート、ブタンスルホネート、メタンスルホネート等が挙げられ、これらの組み合わせのスルホニウム塩が挙げられる。
ヨードニウム塩はヨードニウムカチオンとスルホネートの塩であり、ジフェニルヨードニウム、ビス(4−tert−ブチルフェニル)ヨードニウム、4−tert−ブトキシフェニルフェニルヨードニウム、4−メトキシフェニルフェニルヨードニウム等のアリールヨードニウムカチオンと、スルホネートとしてトリフルオロメタンスルホネート、ノナフルオロブタンスルホネート、ヘプタデカフルオロオクタンスルホネート、2,2,2−トリフルオロエタンスルホネート、ペンタフルオロベンゼンスルホネート、4−トリフルオロメチル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、トルエンスルホネート、ベンゼンスルホネート、4−(4−トルエンスルホニルオキシ)ベンゼンスルホネート、ナフタレンスルホネート、カンファースルホネート、オクタンスルホネート、ドデシルベンゼンスルホネート、ブタンスルホネート、メタンスルホネート等が挙げられ、これらの組み合わせのヨードニウム塩が挙げられる。
スルホニルジアゾメタンとしては、ビス(エチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(1−メチルプロピルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(2−メチルプロピルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(1,1−ジメチルエチルスルホニル)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(パーフルオロイソプロピルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(フェニルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(4−メチルフェニルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(2,4−ジメチルフェニルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(2−ナフチルスルホニル)ジアゾメタン、4−メチルフェニルスルホニルベンゾイルジアゾメタン、tert−ブチルカルボニル−4−メチルフェニルスルホニルジアゾメタン、2−ナフチルスルホニルベンゾイルジアゾメタン、4−メチルフェニルスルホニル−2−ナフトイルジアゾメタン、メチルスルホニルベンゾイルジアゾメタン、tert−ブトキシカルボニル−4−メチルフェニルスルホニルジアゾメタン等のビススルホニルジアゾメタンとスルホニルカルボニルジアゾメタンが挙げられる。
N−スルホニルオキシイミド型光酸発生剤としては、コハク酸イミド、ナフタレンジカルボン酸イミド、フタル酸イミド、シクロヘキシルジカルボン酸イミド、5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸イミド、7−オキサビシクロ[2.2.1]−5−ヘプテン−2,3−ジカルボン酸イミド等のイミド骨格とトリフルオロメタンスルホネート、ノナフルオロブタンスルホネート、ヘプタデカフオロオクタンスルホネート、2,2,2−トリフルオロエタンスルホネート、ペンタフルオロベンゼンスルホネート、4−トリフルオロメチル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、トルエンスルホネート、ベンゼンスルホネート、ナフタレンスルホネート、カンファースルホネート、オクタンスルホネート、ドデシルベンゼンスルホネート、ブタンスルホネート、メタンスルホネート等の組み合わせの化合物が挙げられる。
ベンゾインスルホネート型光酸発生剤としては、ベンゾイントシレート、ベンゾインメシレート、ベンゾインブタンスルホネート等が挙げられる。
ピロガロールトリスルホネート型光酸発生剤としては、ピロガロール、フロログリシン、カテコール、レゾルシノール、ヒドロキノンのヒドロキシル基の全てをトリフルオロメタンスルホネート、ノナフルオロブタンスルホネート、ヘプタデカフルオロオクタンスルホネート、2,2,2−トリフルオロエタンスルホネート、ペンタフルオロベンゼンスルホネート、4−トリフルオロメチル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、トルエンスルホネート、ベンゼンスルホネート、ナフタレンスルホネート、カンファースルホネート、オクタンスルホネート、ドデシルベンゼンスルホネート、ブタンスルホネート、メタンスルホネート等で置換した化合物が挙げられる。
ニトロベンジルスルホネート型光酸発生剤としては、2,4−ジニトロベンジルスルホネート、2−ニトロベンジルスルホネート、2,6−ジニトロベンジルスルホネートが挙げられ、スルホネートとしては、具体的にトリフルオロメタンスルホネート、ノナフルオロブタンスルホネート、ヘプタデカフルオロオクタンスルホネート、2,2,2−トリフルオロエタンスルホネート、ペンタフルオロベンゼンスルホネート、4−トリフルオロメチル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、トルエンスルホネート、ベンゼンスルホネート、ナフタレンスルホネート、カンファースルホネート、オクタンスルホネート、ドデシルベンゼンスルホネート、ブタンスルホネート、メタンスルホネート等が挙げられる。またベンジル側のニトロ基をトリフルオロメチル基で置き換えた化合物も同様に用いることができる。
スルホン型光酸発生剤の例としては、ビス(フェニルスルホニル)メタン、ビス(4−メチルフェニルスルホニル)メタン、ビス(2−ナフチルスルホニル)メタン、2,2−ビス(フェニルスルホニル)プロパン、2,2−ビス(4−メチルフェニルスルホニル)プロパン、2,2−ビス(2−ナフチルスルホニル)プロパン、2−メチル−2−(p−トルエンスルホニル)プロピオフェノン、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、2,4−ジメチル−2−(p−トルエンスルホニル)ペンタン−3−オン等が挙げられる。
グリオキシム誘導体型の光酸発生剤の例としては、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−(シクロヘキシルスルホニル)−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が挙げられる。
中でも好ましく用いられる光酸発生剤としては、スルホニウム塩、ビススルホニルジアゾメタン、N−スルホニルオキシイミドである。
ポリマーに用いられる酸不安定基の切れやすさ等により最適な発生酸のアニオンは異なるが、一般的には揮発性がないもの、極端に拡散性の高くないものが選ばれる。この場合、好適なアニオンは、ベンゼンスルホン酸アニオン、トルエンスルホン酸アニオン、4−(4−トルエンスルホニルオキシ)ベンゼンスルホン酸アニオン、ペンタフルオロベンゼンスルホン酸アニオン、2,2,2−トリフルオロエタンスルホン酸アニオン、ノナフルオロブタンスルホン酸アニオン、ヘプタデカフルオロオクタンスルホン酸アニオン、カンファースルホン酸アニオンである。
本発明の化学増幅ポジ型レジスト材料における(C)成分の光酸発生剤の添加量としては、ベース樹脂100質量部に対して0.5〜20質量部、好ましくは1〜10質量部である。
上記(C)成分の光酸発生剤は1種単独又は2種以上混合して用いることができる。更に露光波長における透過率が低い光酸発生剤を用い、その添加量でレジスト膜中の透過率を制御することもできる。
本発明の化学増幅ポジ型レジスト材料には、更に以下に示す成分を配合することができる。
(D)成分の溶解阻止剤としては、重量平均分子量が100〜1,000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10〜100モル%の割合で置換した化合物が好ましい。なお、上記化合物の重量平均分子量は100〜1,000、好ましくは150〜800である。溶解阻止剤の配合量は、ベース樹脂100質量部に対して0〜50質量部、好ましくは5〜50質量部、より好ましくは10〜30質量部であり、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。
このような好適に用いられる(D)成分の溶解阻止剤の例としては、ビス(4−(2’−テトラヒドロピラニルオキシ)フェニル)メタン、ビス(4−(2’−テトラヒドロフラニルオキシ)フェニル)メタン、ビス(4−tert−ブトキシフェニル)メタン、ビス(4−tert−ブトキシカルボニルオキシフェニル)メタン、ビス(4−tert−ブトキシカルボニルメチルオキシフェニル)メタン、ビス(4−(1’−エトキシエトキシ)フェニル)メタン、ビス(4−(1’−エトキシプロピルオキシ)フェニル)メタン、2,2−ビス(4’−(2’’−テトラヒドロピラニルオキシ))プロパン、2,2−ビス(4’−(2’’−テトラヒドロフラニルオキシ)フェニル)プロパン、2,2−ビス(4’−tert−ブトキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(4’−tert−ブトキシカルボニルオキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−tert−ブトキシカルボニルメチルオキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(4’−(1’’−エトキシエトキシ)フェニル)プロパン、2,2−ビス(4’−(1’’−エトキシプロピルオキシ)フェニル)プロパン、4,4−ビス(4’−(2’’−テトラヒドロピラニルオキシ)フェニル)吉草酸tertブチル、4,4−ビス(4’−(2’’−テトラヒドロフラニルオキシ)フェニル)吉草酸tertブチル、4,4−ビス(4’−tert−ブトキシフェニル)吉草酸tertブチル、4,4−ビス(4−tert−ブトキシカルボニルオキシフェニル)吉草酸tertブチル、4,4−ビス(4’−tert−ブトキシカルボニルメチルオキシフェニル)吉草酸tertブチル、4,4−ビス(4’−(1’’−エトキシエトキシ)フェニル)吉草酸tertブチル、4,4−ビス(4’−(1’’−エトキシプロピルオキシ)フェニル)吉草酸tertブチル、トリス(4−(2’−テトラヒドロピラニルオキシ)フェニル)メタン、トリス(4−(2’−テトラヒドロフラニルオキシ)フェニル)メタン、トリス(4−tert−ブトキシフェニル)メタン、トリス(4−tert−ブトキシカルボニルオキシフェニル)メタン、トリス(4−tert−ブトキシカルボニルオキシメチルフェニル)メタン、トリス(4−(1’−エトキシエトキシ)フェニル)メタン、トリス(4−(1’−エトキシプロピルオキシ)フェニル)メタン、1,1,2−トリス(4’−(2’’−テトラヒドロピラニルオキシ)フェニル)エタン、1,1,2−トリス(4’−(2’’−テトラヒドロフラニルオキシ)フェニル)エタン、1,1,2−トリス(4’−tert−ブトキシフェニル)エタン、1,1,2−トリス(4’−tert−ブトキシカルボニルオキシフェニル)エタン、1,1,2−トリス(4’−tert−ブトキシカルボニルメチルオキシフェニル)エタン、1,1,2−トリス(4’−(1’−エトキシエトキシ)フェニル)エタン、1,1,2−トリス(4’−(1’−エトキシプロピルオキシ)フェニル)エタン等が挙げられる。
(E)成分の塩基性化合物は、光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おり、このような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(E)成分の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、ヒドロキシ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、カルボキシル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)などが例示され、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、ヒドロキシ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−アミノエタノール、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種以上を添加することもできる。
N(X)n(Y)3-n (B)−1
(式中、n=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 2007132998
上記式(X)−1〜(X)−3中、R300、R302、R305は炭素数1〜4の直鎖状もしく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、分岐状もしく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。
303は単結合、又は炭素数1〜4の直鎖状、分岐状のアルキレン基であり、R306は炭素数1〜20の直鎖状、分岐状もしく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。
ここで、一般式(B)−1で表される化合物は具体的には以下に例示される。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−フォルミルオキシエチル)アミン、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−バレロラクトンなどを例示できるが、これらに制限されない。
なお、塩基性化合物は、1種単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができ、その配合量は、ベース樹脂100質量部に対して0〜2質量部、特に0.01〜1質量部を混合したものが好適である。配合量が2質量部を超えると感度が低下しすぎる場合がある。
本発明の化学増幅ポジ型レジスト材料中には、更に、塗布性を向上させるための界面活性剤を加えることができる。
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、ポリオキシ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エーテ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、ソルビタンモノパルミテート、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パルミテート、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)トーケムプロダクツ製)、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,FC431(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KP341,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)などが挙げられ、中でもFC430(住友スリーエム(株)製)、サーフロンS−381,サーフィノールE1004,KH−20,KH−30(旭硝子(株)製)が好適である。これらは1種単独あるいは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、ベース樹脂100質量部に対して2質量部以下、好ましくは1質量部以下である。
本発明の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、特に限定されず、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:post exposure bake)する。
更に、0.1〜5質量%、好ましくは2〜3質量%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。
[合成例1]
1Lのフラスコにアセトキシスチレン270.7g、インデン129.3g、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、重合開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル(AIBN)を13.7g加え、55℃まで昇温後、40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5.0L溶液中に沈澱させ、得られた白色固体を濾過後、40℃で減圧乾燥し、白色重合体260gを得た。このポリマーをメタノール0.4L、テトラヒドロフラン0.5Lに再度溶解し、トリエチルアミン140g、水30gを加え、60℃に加温して脱保護反応を行い、酢酸を用いて中和した。反応溶液を濃縮後、アセトン0.5Lに溶解し、上記と同様に水10Lに沈澱させ、濾過、乾燥を行い、白色重合体198gを得た。
得られた重合体を13C,1H−NMR、及びGPC測定したところ、以下の分析結果となった。
共重合組成比
ヒドロキシスチレン:インデン=88.1:11.9
重量平均分子量(Mw)=10,000
分子量分布(Mw/Mn)=1.85
これを(poly−1)とする。
[合成例2]
1Lのフラスコにアセトキシスチレン306.1g、インデン93.9g、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17.7g加え、55℃まで昇温後、40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5.0L溶液中に沈澱させ、得られた白色固体を濾過後、40℃で減圧乾燥し、白色重合体282gを得た。このポリマーをメタノール0.4L、テトラヒドロフラン0.5Lに再度溶解し、トリエチルアミン140g、水30gを加え、60℃に加温して脱保護反応を行い、酢酸を用いて中和した。反応溶液を濃縮後、アセトン0.5Lに溶解し、上記と同様に水10Lに沈澱させ、濾過、乾燥を行い、白色重合体187gを得た。
得られた重合体を13C,1H−NMR、及びGPC測定したところ、以下の分析結果となった。
共重合組成比
ヒドロキシスチレン:インデン=91.4:8.6
重量平均分子量(Mw)=13,200
分子量分布(Mw/Mn)=1.88
これを(poly−2)とする。
[合成例3]
1Lのフラスコにヒドロキシスチレン・インデン共重合体(poly−1)50.0g、溶媒としてテトラヒドロフランを300g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下、5℃まで冷却し、トリエチルアミン31.0gを添加後、後述するアセタール化剤−A:12.7gを1時間かけて滴下注入した。室温まで昇温後、4時間反応させた。この反応溶液を濃縮し、アセトン200gに溶解後、酢酸を用いて中和洗浄のため、水7.0Lの溶液中に晶出沈澱させ、得られた白色固体を濾過後、40℃で減圧乾燥し、白色重合体53.5gを得た。
得られた重合体を13C,1H−NMR、及びGPC測定したところ、以下の分析結果となった。
共重合組成比
ヒドロキシスチレン:インデン:4−メトキシイソブトキシスチレン=70.7:11.9:17.4
重量平均分子量(Mw)=15,100
分子量分布(Mw/Mn)=1.98
これを(poly−A)とする。
[合成例4]
1Lのフラスコにヒドロキシスチレン・インデン共重合体(poly−2)50.0g、溶媒としてテトラヒドロフランを300g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下、5℃まで冷却し、トリエチルアミン31.0gを添加後、後述するアセタール化剤−A:14.7gを1時間かけて滴下注入した。室温まで昇温後、4時間反応させた。この反応溶液を濃縮し、アセトン200gに溶解後、酢酸を用いて中和洗浄のため、水7.0Lの溶液中に晶出沈澱させ、得られた白色固体を濾過後、40℃で減圧乾燥し、白色重合体49.8gを得た。
得られた重合体を13C,1H−NMR、及びGPC測定したところ、以下の分析結果となった。
共重合組成比
ヒドロキシスチレン:インデン:4−メトキシイソブトキシスチレン=70.1:8.4:21.5
重量平均分子量(Mw)=17,200
分子量分布(Mw/Mn)=1.93
これを(poly−B)とする。
[合成例5]
1Lのフラスコにヒドロキシスチレン・インデン共重合体(poly−1)70.0g、溶媒としてテトラヒドロフランを400g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下、5℃まで冷却し、トリエチルアミン31.4gを添加後、後述するアセタール化剤−B:20.1gを1時間かけて滴下注入した。室温まで昇温後、4時間反応させた。この反応溶液を濃縮し、アセトン230gに溶解後、酢酸を用いて中和洗浄のため、水7.0Lの溶液中に晶出沈澱させ、得られた白色固体を濾過後、40℃で減圧乾燥し、白色重合体73.7gを得た。
得られた重合体を13C,1H−NMR、及びGPC測定したところ、以下の分析結果となった。
共重合組成比
ヒドロキシスチレン:インデン:4−シクロヘキシルオキシイソブトキシスチレン
=76.8:11.1:12.1
重量平均分子量(Mw)=16,100
分子量分布(Mw/Mn)=1.88
これを(poly−C)とする。
[合成例6]
1Lのフラスコにヒドロキシスチレン・インデン共重合体(poly−2)70.0g、溶媒としてテトラヒドロフランを400g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下、5℃まで冷却し、トリエチルアミン31.4gを添加後、後述するアセタール化剤−B:24.3gを1時間かけて滴下注入した。室温まで昇温後、4時間反応させた。この反応溶液を濃縮し、アセトン230gに溶解後、酢酸を用いて中和洗浄のため、水7.0Lの溶液中に晶出沈澱させ、得られた白色固体を濾過後、40℃で減圧乾燥し、白色重合体70.1gを得た。
得られた重合体を13C,1H−NMR、及びGPC測定したところ、以下の分析結果となった。
共重合組成比
ヒドロキシスチレン:インデン:4−シクロヘキシルオキシイソブトキシスチレン
=76.4:8.2:15.4
重量平均分子量(Mw)=17,900
分子量分布(Mw/Mn)=1.89
これを(poly−D)とする。
また、上記合成例と同様に、後述するアセタール化剤−Cを用いて、(poly−E)、(poly−F)を合成した。
(poly−E)
重量平均分子量(Mw)=16,300
分子量分布(Mw/Mn)=1.92
比率 80.5:11.5:8.0
(poly−F)
重量平均分子量(Mw)=17,900
分子量分布(Mw/Mn)=1.90
比率 81.9:8.0:10.1
[比較合成例1]
1Lのフラスコにポリヒドロキシスチレン(Mw=10,300、Mw/Mn=1.04)50.0g、溶媒としてテトラヒドロフランを450g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下、5℃まで冷却し、トリエチルアミン43.4gを添加後、アセタール化剤−A:20.4gを1時間かけて滴下注入した。室温まで昇温後、2時間反応させた。この反応溶液を濃縮し、アセトン300gに溶解後、酢酸を用いて中和洗浄のため、水7.0Lの溶液中に晶出沈澱させ、得られた白色固体を濾過後、40℃で減圧乾燥し、白色重合体52.0gを得た。
得られた重合体を13C,1H−NMR、及びGPC測定したところ、以下の分析結果となった。
共重合組成比
ヒドロキシスチレン:4−メトキシイソブトキシスチレン=72.0:28.0
重量平均分子量(Mw)=14,000
分子量分布(Mw/Mn)=1.10
これを(poly−G)とする。
[比較合成例2]
1Lのフラスコにポリヒドロキシスチレン(Mw=10,300、Mw/Mn=1.04)50.0g、溶媒としてテトラヒドロフランを450g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下、5℃まで冷却し、トリエチルアミン43.4gを添加後、アセタール化剤−B:15.9gを1時間かけて滴下注入した。室温まで昇温後、2時間反応させた。この反応溶液を濃縮し、アセトン300gに溶解後、酢酸を用いて中和洗浄のため、水7.0Lの溶液中に晶出沈澱させ、得られた白色固体を濾過後、40℃で減圧乾燥し、白色重合体52.0gを得た。
得られた重合体を13C,1H−NMR、及びGPC測定したところ、以下の分析結果となった。
共重合組成比
ヒドロキシスチレン:4−シクロヘキシルオキシイソブトキシスチレン=77.7:22.3
重量平均分子量(Mw)=15,200
分子量分布(Mw/Mn)=1.09
これを(poly−H)とする。
[比較合成例3]
ポリヒドロキシスチレン、インデン共重合体(poly−1)を酸触媒条件下、エチルビニルエーテルを用いて修飾化したポリマーを得た。
共重合組成比
ヒドロキシスチレン:インデン:4−エトキシエトキシスチレン=64.4:8.5:27.1
重量平均分子量(Mw)=16,600
分子量分布(Mw/Mn)=1.90
これを(poly−I)とする。
以下に、アセタール化剤−A、アセタール化剤−B、アセタール化剤−C、及び(poly−A〜H)の構造式を示す。
Figure 2007132998
Figure 2007132998
また、下記表1,2に示すレジスト材料を調製した。そのとき、下記表1,2に挙げるレジスト組成物は、高分子化合物は上記合成例、比較合成例に示したもの(poly−A〜H)を使用し、他の組成物成分は次の通りで行った。
PAG1:10−カンファースルホン酸(4−ブトキシフェニル)ジフェニルスルホニウム
PAG2:ビス(シクロヘキシルスルホニル)ジアゾメタン
溶解阻止剤A:ビス(4−(2’テトラヒドロピラニルオキシ)フェニル)メタン
塩基性化合物A:トリス(2−メトキシエチル)アミン
界面活性剤A:FC−430(住友スリーエム(株)製)
界面活性剤B:サーフロンS−381(旭硝子(株)製)
溶剤A:プロピレングリコールメチルエーテルアセテート
溶剤B:乳酸エチル
Figure 2007132998
Figure 2007132998
得られたレジスト材料を0.1μmのテフロン(登録商標)製フィルターで濾過した後、このレジスト液をシリコーンウエハー上へスピンコーティングし、0.25μmに塗布した。
次いで、このシリコーンウエハーを100℃のホットプレートで90秒間ベークした。更に、エキシマレーザーステッパー((株)ニコン製、NSR2005EX NA=0.6)を用いて露光し、110℃で90秒間ベーク(PEB)を施し、2.38質量%のTMAHの水溶液で現像を行うと、ポジ型のパターン(実施例1〜6、比較例1,2)を得ることができた。
得られたレジストパターンを次のように評価した。
レジストパターン評価方法:
0.13μmのラインアンドスペースのトップとボトムを1:1で解像する露光量を最適露光量(感度:Eop)として、この露光量における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。また、解像したレジストパターンの形状は、走査型電子顕微鏡を用いてレジスト断面を観察した。
パターン評価以外の評価方法:
レジスト材料の現像後のドライエッチング耐性は、東京エレクトロン社製TE8500Sを用いて実際にエッチングを行い、その後のパターン形状を、走査型電子顕微鏡を用いてレジスト断面を観察し、比較例1のエッチング後の膜厚減少量を1.0とした時の、他のレジストは減少量の相対比率で示した。即ち、数値が小さいほどエッチング耐性に優れたレジストであることを示す。また、エッチングは以下に示した条件で行った。
Prees:250mJ
RF Power:800W
Gas:1)CHF3 20sccm
2)CF4 20sccm
3)Ar 400sccm
エッチング時間:2分30秒
レジスト評価結果を表3に示す。
Figure 2007132998

Claims (9)

  1. 下記一般式(1)で示される繰り返し単位を有する、重量平均分子量が1,000〜500,000である高分子化合物を含むことを特徴とするレジスト材料。
    Figure 2007132998
    (式中、R1、R3は水素原子、ヒドロキシ基、直鎖状もしくは分岐状アルキル基、ハロゲン原子、又はトリフルオロメチル基を表し、R2は水素原子、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、又はトリフルオロメチル基を表す。更に、Yは炭素数1〜12の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基を表す。nは0又は1〜4の正の整数であり、mは0又は1〜5の正の整数である。また、p、q、rは正数である。)
  2. 下記一般式(2)で示される繰り返し単位を有する、重量平均分子量が1,000〜500,000である高分子化合物を含むことを特徴とするレジスト材料。
    Figure 2007132998
    (式中、R1、R3は水素原子、ヒドロキシ基、直鎖状もしくは分岐状アルキル基、ハロゲン原子、又はトリフルオロメチル基を表し、R2は水素原子、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、又はトリフルオロメチル基を表す。nは0又は1〜4の正の整数であり、mは0又は1〜5の正の整数である。また、p、q、rは正数である。)
  3. 下記一般式(3)で示される繰り返し単位を有する、重量平均分子量が1,000〜500,000である高分子化合物を含むことを特徴とするレジスト材料。
    Figure 2007132998
    (式中、R1、R3は水素原子、ヒドロキシ基、直鎖状もしくは分岐状アルキル基、ハロゲン原子、又はトリフルオロメチル基を表し、R2は水素原子、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、又はトリフルオロメチル基を表す。nは0又は1〜4の正の整数であり、mは0又は1〜5の正の整数であり、aは0又は1〜4の正の整数である。また、p、q、rは正数である。)
  4. 下記一般式(4)で示される繰り返し単位を有する、重量平均分子量が1,000〜500,000である高分子化合物を含むことを特徴とするレジスト材料。
    Figure 2007132998
    (式中、R1、R3は水素原子、ヒドロキシ基、直鎖状もしくは分岐状アルキル基、ハロゲン原子、又はトリフルオロメチル基を表し、R2は水素原子、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、又はトリフルオロメチル基を表す。nは0又は1〜4の正の整数であり、mは0又は1〜5の正の整数である。また、p、q、rは正数である。)
  5. 下記一般式(5)で示される繰り返し単位を有する、重量平均分子量が1,000〜500,000である高分子化合物を含むことを特徴とするレジスト材料。
    Figure 2007132998
    (式中、R1、R3は水素原子、ヒドロキシ基、直鎖状もしくは分岐状アルキル基、ハロゲン原子、又はトリフルオロメチル基を表し、R2は水素原子、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、又はトリフルオロメチル基を表す。更に、Zは水素原子又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基を表す。nは0又は1〜4の正の整数であり、mは0又は1〜5の正の整数である。また、p、q、rは正数である。)
  6. (A)有機溶剤、
    (B)ベース樹脂として請求項1乃至5のいずれか1項記載の高分子化合物、
    (C)光酸発生剤
    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。
  7. (A)有機溶剤、
    (B)ベース樹脂として請求項1乃至5のいずれか1項記載の高分子化合物、
    (C)光酸発生剤、
    (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。
  8. 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6又は7記載の化学増幅ポジ型レジスト材料。
  9. 請求項6,7又は8項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、EUV光、又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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