JP2008065266A - ポジ型レジスト組成物及びそれを用いたパターン形成方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】高エネルギー線、特にKrFエキシマレーザー、電子線、X線あるいはEUV光を使用する半導体素子の微細加工における性能向上技術の課題を解決することであり、ラインエッジラフネス、パターン形状、感度、溶解コントラスト、コントラスト、露光時のアウトガス、PEB温度依存性に優れたポジ型レジスト組成物及びそれを用いたパターン形成方法を提供する。
【解決手段】(A)少なくとも1つの分岐部を介してポリマー鎖を3つ以上有する、酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解度が増大するポリマー、(B)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、特定のスルホニウム塩を含有することを特徴とするポジ型レジスト組成物及びそれ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及びそれ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、特に電子線、X線、EUV光(Extreme Ultraviolet:波長13nm付近)等を使用して高精細化したパターン形成し得るポジ型レジスト組成物及びそれを用いたパターン形成方法に関するものであり、電子線、X線、EUV光等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及びそれ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、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、X線やEUV光を用いるリソグラフィーにおいても同様に高感度とすること等が重要な課題となっており、これらの解決が必要である。
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、ポジ型レジストに対しては主成分として、アルカリ水溶液には不溶又は難溶性で、酸の作用によりアルカリ水溶液には可溶となる性質を有するポリマー(以下、酸分解性樹脂と略すことがある)、及び酸発生剤からなる化学増幅型組成物が有効に使用されている。
電子線又はX線用のポジ型レジストに関しては、例えば特許文献1(特開平4−219757号公報)には、ポリ(p−ヒドロキシスチレン)のフェノール性ヒドロキシ基の20〜70%がアセタール基で置換されたポリマーを含有するレジスト組成物が開示されている。
また、特許文献2(特開2002−55457号)には、酸発生剤を5質量%以上含む
フォトレジスト組成物を用いて短波長(約160nm未満)の放射線あるいは電子線によりパターンを形成する方法が開示されている。
また、特許文献3(特開2003−177537号)には、エーテル連結基を有するアセタール構造を有する樹脂を含むポジ型電子線、X線又はEUV用レジスト組成物が開示されている。
また、特許文献4(特開2000−347412号)には、ヒドロキシスチレン誘導体のデンポリマーまたはハイパーブランチポリマーを含有するレジスト材料が開示されている。
しかしながら、上記技術でも、解像力、ラインエッジラフネス、感度およびパターン形状は同時に満足できていないのが現状である。
また、EUV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等の問題があった。
また、従来の光源と異なり、EUV光のような高エネルギー線を照射した場合、レジスト膜中の化合物がフラグメンテーションにより破壊され、露光中に低分子成分として揮発して露光機内の環境を汚染するというアウトガスの問題が顕著になる。アウトガスの低減に関しては様々な研究が進められて来ており、トップコート層を設けて低分子化合物の揮発を抑制したり(例えば、特許文献5参照)、ポリマーの分解を抑制するラジカルトラップ剤を添加する(例えば、特許文献6参照)、など様々な試みが試されており、酸発生剤に関してもアウトガス低減の工夫が望まれている。
また、従来のレジスト組成物は、PEB温度依存性についても、更なる改良が望まれている。
特開平4−219757号公報 特開2002−55457号公報 特開2003−177537号公報 特開2000−347412号公報 欧州特許第1480078号明細書 米国特許第6680157号明細書
本発明の目的は、高エネルギー線、特にKrFエキシマレーザー、電子線、X線あるいはEUV光を使用する半導体素子の微細加工における性能向上技術の課題を解決することであり、感度、解像度、ラインエッジラフネス、パターン形状、コントラスト、PEB温度依存性、露光時のアウトガスを同時に満足するポジ型レジスト組成物及びそれを用いたパターン形成方法を提供することにある。
即ち、本発明は、下記構成である。
(1) (A)少なくとも1つの分岐部を介してポリマー鎖を3つ以上有する、酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解度が増大するポリマー及び
(B)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(BI)
で表される化合物を含有することを特徴とするポジ型レジスト組成物。
Figure 2008065266
一般式(BI)において、
1b、R2b及びR3b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。ただし、化合物(R1b−H)、(R2b−H)、及び(R3b−H)の沸点は、全て160℃以上(1気圧)である。
-は、非求核性アニオンを表す。
(2) 更に、プロトンアクセプター性官能基を有し、且つ、活性光線又は放射線の照射により分解してプロトンアクセプター性が低下、消失、又はプロトンアクセプター性から酸性に変化した化合物を発生する化合物を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) ポリマー(A)が、くし型ポリマーであることを特徴とする(1)又は(2)に記載のポジ型レジスト組成物。
(4) ポリマー(A)が、星型ポリマーであることを特徴とする(1)又は(2)に記載のポジ型レジスト組成物。
(5) ポリマー(A)が、ハイパーブランチドポリマーであることを特徴とする(1)又は(2)に記載のポジ型レジスト組成物。
(6) ポリマー(A)を形成するポリマー鎖のうち少なくとも1つが、ビニル型繰り返し単位からなることを特徴とする(1)〜(5)のいずれかに記載のポジ型レジスト組成物。
(7) 該ビニル型繰り返し単位として、スチレン誘導体に由来する繰り返し単位または/および(メタ)アクリル酸誘導体に由来する繰り返し単位を有することを特徴とする(6)に記載のポジ型レジスト組成物。
(8) (1)〜(7)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、該レジスト膜を露光、現像することを特徴とするパターン形成方法。
更に好ましい態様として、以下の構成を挙げることができる。
(9) 界面活性剤を、ポジ型レジスト組成物中の固形分100質量%当たり0.0001質量%〜2質量%の割合で含有するることを特徴とする上記(1)〜(7)のいずれかに記載のポジ型レジスト組成物。
(10) ポリマー(A)が、酸の作用により分解し、脂環及び芳香環の少なくともい
ずれかを有する基が脱離し、アルカリ可溶性基を生じる基を有する繰り返し単位を含有することを特徴とする上記(1)〜(7)及び(9)のいずれかに記載のポジ型レジスト組成物。
(11) 電子線、X線又はEUVにより露光されることを特徴とする上記(1)〜(7)、(9)及び(10)のいずれかに記載のポジ型レジスト組成物。
(12) 活性光線又は放射線が、波長100〜300nmの紫外線であることを特徴とする(1)〜(7)、(9)及び(10)のいずれかに記載のポジ型レジスト組成物。
(13) 活性光線又は放射線が、波長200〜300nmの紫外線であることを特徴とする(1)〜(7)、(9)及び(10)のいずれかに記載のポジ型レジスト組成物。
(14) (C)有機塩基性化合物を含有することを特徴とする(1)〜(7)及び(9)〜(13)のいずれかに記載のポジ型レジスト組成物。
(15) 前記(B)成分として、(B1)活性光線または放射線の作用により有機スルホン酸を発生する化合物を含有することを特徴とする(1)〜(7)及び(9)〜(14)いずれかに記載のポジ型レジスト組成物。
(16) 前記(B)成分として、(B2)活性光線または放射線の作用によりアリールスルホン酸を発生する化合物を含有することを特徴とする(1)〜(7)及び(9)〜(14)いずれかに記載のポジ型レジスト組成物。
(17) さらに、溶剤を含有することを特徴とする(1)〜(7)及び(9)〜(16)いずれかに記載のポジ型レジスト組成物。
(18) 上記溶剤として、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを含有することを特徴とする(17)に記載のポジ型レジスト組成物。
(19) 上記溶剤としてさらにプロピレングリコールモノメチルエーテルを含有することを特徴とする(18)記載のポジ型レジスト組成物。
(20) 更に、下記一般式(A)で表されるアセタール化合物及び/又は一般式(B)で表されるアセタール化合物を含有することを特徴とする(1)〜(7)及び(9)〜(19)いずれかに記載のポジ型レジスト組成物。
Figure 2008065266
一般式(A)及び(B)中、
1’及びR2’は、各々独立に、有機基を表す。
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にも優れたポジ型レジスト組成物及びそれを用いたパターン形成方法を提供することができる。
更に、本発明により、EUV光照射下で充分良好なコントラストを有し、露光時のアウ
トガスの問題がなく、PEB温度依存性も良好なポジ型レジスト組成物及びそれを用いたパターン形成方法を提供できる。
以下、本発明のポジ型レジスト組成物について詳細に説明する。
尚、本明細書に於ける基(原子団)の表記に於いて、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)少なくとも1つの分岐部を介してポリマー鎖を3つ以上有し、酸の作用により分解してアルカリ現像液に対する溶解性が増大するポリマー(以下、「酸分解性ポリマー(A)」ともいう)
酸分解性ポリマー(A)は、少なくとも1つの分岐部を介してポリマー鎖を3つ以上有するとともに、酸の作用により分解してアルカリ現像液に対する溶解度が増大する樹脂(酸分解性樹脂)であり、後述するような酸の作用により分解し、カルボキシ基、水酸基などのアルカリ可溶性基を生じる基(酸分解性基)を有する繰り返し単位を含有する。
本発明で使用される酸分解性ポリマー(A)は、少なくとも1つの分岐部を介してポリマー鎖を3つ以上有している、いわゆる分岐ポリマーであり、従来用いられている、1つのポリマー鎖のみで構成されている直鎖状ポリマーとはその構造が異なる。分岐ポリマーに関しては石津浩二編著「分岐ポリマーのナノテクノロジー」(アイピーシー)第1章、第6章、第7章、および野瀬卓平、中浜精一、宮田清蔵編「大学院 高分子化学」(講談社)p.39に記載されている。一般に分岐ポリマーは枝分かれ(分岐)構造に由来した物性を有するため、通常の直鎖状ポリマーとは、溶液、固体物性が大きく異なることが知られている。
各ポリマー鎖の分子量は、好ましくは50以上、より好ましくは100以上、更に好ましくは200以上である。
なお、ポリマー鎖とは、繰り返し単位を複数持つものである。
上記分岐ポリマーとして、例えば、くし型ポリマー(A1)、星型ポリマー(A2)、ハイパーブランチドポリマー(A3)が挙げられる。くし型ポリマーとは幹に多数の枝が等間隔に出ている分岐ポリマーである。くし型ポリマーのうち、側鎖(枝)が主鎖(幹)とは異なる構成または配置を持つものはグラフトポリマーと呼ばれる。星型ポリマーとは原子あるいは原子団を核とし、3つ以上の複数の分岐鎖が放射状に伸びた構造の分岐ポリマーであり、ハイパーブランチドポリマーとは一分子中に二種類の置換基を合計含む3個以上もつ、いわゆるABx型分子の重合により得られる多重分岐ポリマーである。くし型
、グラフト、星型およびハイパーブランチドポリマーに関しては上記「大学院 高分子化学」p.39〜43に記載されている。
上記分岐ポリマーの分岐鎖の有無を確認する方法としては、GPC(ゲルパーミエーショ
ンクロマトグラフィー)−光散乱測定による方法が挙げられる。すなわち、ポリマーのGPC/MALLS(多角度光散乱)測定を行い、各溶出位置において、散乱光強度の傾きより<R21/2 (半径Rの2乗平均の平方根)を求め、散乱光強度の切片より重量平均分子量Mwを求め、<R21/2 とMwの対数をプロットして最小2乗法によりその傾きαを計算する。あるポリマーXの傾きαxと、該ポリマーXと単量体種が同一で共重合組
成の類似した直鎖ポリマー(例えば、共重合組成の誤差が10%以内、即ち、2種のポリマー各々における最も多く含有する同一の繰り返し単位の含有量(モル%)の差が10モル%以内)の場合の傾きαlを比較すると、(αl /αx )> 1となる場合、ポリマーXに分岐鎖が存在し、(αl /αx )の値が1より大きいほどポリマーXの分子中の分岐の
割合が大きく、(αl /αx )≦ 1の場合、ポリマーXは分岐鎖を有していないと評価
する。本発明の分岐ポリマーを用いた場合に上記プロットで得られる傾きをαbとすると
、(αl /αb )の値は、好ましくは1.02以上、より好ましくは1.03以上、更に好ましくは1.04以上、最も好ましくは1.05以上である。
上記分岐ポリマーを形成する各ポリマー鎖(幹部、枝部に限らず)の重合に関しては従来の技術(ラジカル重合、カチオン重合、アニオン重合、またはリビングラジカル重合、リビングカチオン重合、リビングアニオン重合といった連鎖重合や縮合重合)を適用することができるが、連鎖重合が好ましい。すなわち、上記分岐ポリマーを形成する各ポリマー鎖は、ビニル型の繰り返し単位からなることが好ましい。また、重合法としては連鎖重合の中でもラジカル重合およびリビングラジカル重合が特に好ましい。
なお、該ビニル型繰り返し単位としては下記式(I)で示されるスチレン誘導体または下記式(II)で示される(メタ)アクリル酸誘導体が好ましい。
Figure 2008065266
式(I)中、Zは水素原子または(酸分解性または非酸分解性の)有機基を示す。Yは水素原子または(酸分解性または非酸分解性の)有機基を示す。R1は水素原子、ハロゲ
ン原子、アルキル基を示す。a、b、cは整数であり、a≧0、b≧0、c≧0、0≦a+b+c≦5を満たす。
Zの有機基のうち酸分解性基としては、−C(R11)(R12)(R13)、−C(R14)(R15)(OR16)、−〔C(R17)(R18)〕n−CO−OC(R11)(R12)(R13)が
好ましい。R11〜R13は、それぞれ独立して、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アラルキル基またはアリール基を表す。R14、R15、R17、R18は、それぞれ独立して、水素原子またはアルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アラルキル基またはアリール基を表す。R16は、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アラルキル基またはアリール基を表す。尚、R11、R12、R13のうちの2つ、R14、R15、R16のうちの2つまたはR17、R18の2つが結合して環を形成してもよい。
該アルキル基、該シクロアルキル基、該アルケニル基、該アラルキル基は、それぞれのアルキレン鎖中に−O−、−S−、−CO2−、−CO−、―CONH―、−SO2−、−SO−、又はこれらの組み合わせを有していても良い。
Yの有機基のうち酸分解性基としては、−C(R11)(R12)(R13)、−C(R14)(R15)(OR16)が好ましい。
Figure 2008065266
式(II)中、R2は水素原子またはアルキル基を示す。X1は―ORa、―SRbまたは―N(Rc)Rbを示す。Raは水素原子または(酸分解性または非酸分解性の)有機基を
示す。Rbは水素原子または非酸分解性の有機基を示す。Rcは水素原子またはアルキル基を示す。
Raの有機基のうち酸分解性基としては−C(R11)(R12)(R13)、−C(R14)(
15)(OR16)が好ましい。
Ra またはRbの非酸分解性の有機基とは、酸の作用により分解することのない有機基
であり、例えば、酸の作用により分解することのない、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アミド基、シアノ基等を挙げることができる。アルキル基及びシクロアルキル基は、炭素数1〜10個が好ましく、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、ヘキシル基、2−エチルヘキシル基、オクチル基、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロヘキシル基、アダマンチル基等を挙げることができる。アリール基は、炭素数6〜14のアリール基が好ましく、例えば、フェニル基、ナフチル基、アントラセニル基等を挙げることができる。アラルキル基は、炭素数6〜12個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、クミル基等を挙げることができる。アルコキシ基及びアルコキシカルボニル基に於けるアルコキシ基は、炭素数1〜5のアルコキシ基が好ましく、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基等を挙げることができる。
2及びRcのアルキル基は、炭素数1〜5のアルキル基が好ましく、具体的にはメチル基、エチル基、プロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基等を好ましく挙げることができる。
上記各基が有してもよい置換基としては、例えば、アミド基、ウレイド基、ウレタン基、ヒドロキシル基、カルボキシル基等の活性水素を有するものや、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、沃素原子)、アルコキシ基(メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等)、チオエーテル基、アシル基(アセチル基、プロパノイル基、ベンゾイル基等)、アシロキシ基(アセトキシ基、プロパノイルオキシ基、ベンゾイルオキシ基等)、アルコキシカルボニル基(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等)、シアノ基、ニトロ基等が挙げられる。
式(I)で表される繰り返し単位の具体例を以下に挙げるが、これらに限定されるものではない。
Figure 2008065266
Figure 2008065266
式(II)で表される繰り返し単位の具体例を以下に挙げるが、これらに限定されるものではない。
Figure 2008065266
次に、各分岐ポリマーの合成法について説明する。
くし型ポリマー(A1)の合成法は、上記くし型ポリマーの定義に合致した構造のポリマーを合成できるものであれば手段を問わない。具体的には、幹となるポリマーに何らかの方法で重合開始点を発生させ、幹となるモノマーをそこから重合させて枝をつける方法、リビングポリマーのような活性を有するポリマーを幹となるポリマーに反応させる方法、末端に重合可能な官能基を持つポリマー(マクロモノマー)を重合させる方法などが挙げられる。上記合成法の中でマクロモノマー法が好ましい。マクロモノマーの合成とそれを用いたポリマー合成に関しては、山下雄也編著「マクロモノマーの化学と工業」(アイピーシー)第2章、3章に記載されている。
星型ポリマーの(A2)の合成法は、先に分岐鎖(枝)となるポリマーを合成した後、核となる原子または原子団(以降コアと呼ぶ)に結合させるarm-first法と、先にコアと
なる多官能開始剤を合成した後、枝となるポリマーを合成するcore-first法の二種に大別できるが、どちらの方法を用いても良い。星型ポリマー(A2)の合成法に関しては石津浩二編著「分岐ポリマーのナノテクノロジー」(アイピーシー)第1章に記載されている。
ハイパーブランチドポリマー(A3)の合成法は、縮合重合を用いる場合、直鎖状ポリマー合成で使われている縮合反応を多官能性分子(ABx型モノマー)に適用する方法、
連鎖重合を用いる場合、二重結合を持つ化合物に開始剤となる反応点を持たせたモノマーのカチオン重合やラジカル重合で合成する方法が挙げられるが、後者が好ましい。ハイパーブランチドポリマー(A3)の合成法に関しては石津浩二編著「分岐ポリマーのナノテクノロジー」(アイピーシー)第6章に記載されている。
なお、通常の直鎖状ポリマーをラジカル重合により合成しようとする際に連鎖移動の影響などで突発的に発生する、一分子中に二つ以上のラジカル活性点を有する生長ラジカルから生成するようなポリマーは、その分岐鎖の構造や分岐鎖が生成する度合いが完全に不規則であり構造が規定できないため、本発明の分岐ポリマーとは全く異なる。そのようなポリマーは本発明の分岐ポリマーには含まない。
また、本発明の酸分解性ポリマー(A)はデンドリマーを含まないものとする。本発明の酸分解性ポリマー(A)は枝分かれ(分岐)単位と線状単位の混合を含むが、デンドリ
マーは世代を問わず枝分かれ繰り返し単位のみを含む。また本発明の酸分解性ポリマー(A)は多分散性であり、少なくとも1.08以上の分子量分散度を示すが、デンドリマーは単分散型(一般に分散度が約1.02未満)の、極めて明確な輪郭を有している。よって、本発明の酸分解性ポリマー(A)とデンドリマーは区別することができる。
以下にくし型ポリマー(A1)、星型ポリマー(A2)、ハイパーブランチドポリマー(A3)の具体例を挙げるが、これらに限定されるものではない。
〔くし型ポリマー(A1)〕
Figure 2008065266
Figure 2008065266
〔星型ポリマー(A2)〕
Figure 2008065266
Figure 2008065266
Figure 2008065266
Figure 2008065266
Figure 2008065266


Figure 2008065266
〔ハイパーブランチドポリマー(A3)〕
Figure 2008065266
m1は0より大きい数であり、m2、m、n1、n2、nの各々は0以上の数である。
酸分解性ポリマー(A)は、全繰り返し単位中、一般式(I)または一般式(II)で示される繰り返し単位を5モル%以上含有することが好ましく、より好ましくは10モル%以上、さらに好ましくは20モル%以上である。また、必要に応じて併せて他の繰り返し単位を含有してもよい。該他の繰り返し単位に相当するモノマーとしては、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。
酸分解性ポリマー(A)は、全繰り返し単位中、酸分解性基を有する繰り返し単位を5〜90モル%含有することが好ましく、より好ましくは7〜80モル%、さらに好ましくは10〜70モル%である。酸分解性基を有する繰り返し単位としては、式(I)でZが−C(R14)(R15)(OR16)の構造、または式(II)でXが―ORaでありさらにRaが−C(R11)(R12)(R13)または−C(R14)(R15)(OR16)の構造が好ましい。
また、酸分解性ポリマー(A)は、酸分解性基を有する繰り返し単位として、酸の作用
で脂環及び芳香環の少なくともいずれかを有する基が脱離し、アルカリ可溶性基を生じる基を有する繰り返し単位を有していることが好ましい。
このような繰り返し単位としては、一般式(I)及び(II)で表される繰り返し単位については、一般式(I)におけるY及びZとしての酸分解性の有機基及び一般式(II)におけるRaとしての酸分解性の有機基が、脂環及び芳香環の少なくともいずれかを有する基である場合が挙げられる。
酸分解性ポリマー(A)は、酸の作用により分解し、脂環及び芳香環の少なくともいずれかを有する基が脱離し、アルカリ可溶性基を生じる基を有する繰り返し単位の含有量は、酸分解性ポリマー(A)を構成する全繰り返し単位に対して、通常3〜95モル%、好ましくは5〜80モル%である。
また、一般式(I)におけるY及びZとしての酸分解性の有機基及び一般式(II)におけるRaとしての酸分解性の有機基は、総炭素数が4〜50が好ましく、5〜45がより好ましく、6〜40が特に好ましい。
酸分解性ポリマー(A)中の酸分解性基の導入法としては、フェノール性水酸基やカルボキシル基などのアルカリ可溶性基をあらかじめ酸分解性基で保護したモノマーを共重合して導入する方法と、アルカリ可溶性基を含有するポリマー骨格を構築した後に該アルカリ可溶性基を酸分解基保護して導入する方法があるが、どちらの方法でも良い。後者の方法の例としては、フェノール性水酸基を有するポリマーのそのフェノール性水酸基の一部を、該当するビニルエーテル化合物と酸触媒とを用いてアセタール化反応させることにより得る方法であり、例えば、特開平5−249682、特開平8−123032、特開平10−221854に記載の方法でアセタール基を導入することができる。また、J. Photo Polym. Sci. Tech., 11(3) 431 (1998)に記載された S. Malikのアセタール交換反応を用いて所望のアセタール基を導入することも可能である。
即ち、フェノール性水酸基を有するポリマーと下記一般式(C)で表されるビニルエーテル化合物および下記一般式(D)で表されるアルコール化合物とを酸触媒下反応させる方法である。ここで、酸触媒としては、p−トルエンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸ピリジニウム塩等を用いることができる。この方法は、例えば下記反応式に示すように、フェノール性水酸基を有する樹脂と、下記一般式(C)で示されるビニルエーテル化合物及び下記一般式(D)で示されるアルコール化合物とを酸触媒存在下反応させることによりR3'およびR4'、もしくはR4'のみを下記一般式(F)に示すようにアセタール基として導入することができる。
Figure 2008065266
また、酸分解性ポリマー(A)中の酸分解性基の種類は1種であっても複数であっても良い。
酸分解性ポリマー(A)の重量平均分子量は、好ましくは1000〜200,000であり、1,500〜20,000が特に好ましい。即ち、溶解性、解像力の点から分子量200000以下が好ましい。ここで、重量平均分子量とは、光散乱検出によるゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により求められた値である。
酸分解性ポリマー(A)の分子量分散度(重量平均分子量/数平均分子量)の下限は上記の通り1.1である。上限に関しては、酸分解性ポリマー(A)の分子量分散度が大きいほど、ラインエッジラフネスが悪くなる傾向が見られるため、一般に3.0以下であり、好ましくは2.5以下、より好ましくは2.0以下、さらに好ましくは1.5以下、最も好ましくは1.3以下である。
このような分子量分散度の小さいポリマーは、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することによっても分子量分散度の低いポリマーを合成することができる。
(A1)くし型ポリマーの場合、幹となる部分(主鎖)の平均重合度をnmとすると、
mはポリマーの重量平均分子量が上記の範囲に収まる限りどの範囲でもよい。また枝分
かれ繰り返し単位から伸びる各分岐鎖の平均重合度をnbとすると、nbの下限としてはnb≧3が好ましく、より好ましくはnb≧5、さらに好ましくはnb≧10である。nbが小さすぎると通常の線状ポリマーに近くなり本発明の効果が得られない。nbの上限に関し
ては、ポリマーの重量平均分子量が上記の範囲に収まる限りどの範囲でもよいが、nb
15nmが好ましく、より好ましくはnb≦13nm、さらに好ましくはnb≦10nmであ
る。nbがnmに対して大きすぎると溶解性が著しく遅くなり本発明の効果が得られない。
また、ポリマー1分子中の分岐点の数の平均をxとすると、xは0.05nm≦x≦0
.8nmが好ましく、より好ましくは0.1nm≦x≦0.7nm、さらに好ましくは0.
15nm≦x≦0.6nmである。xが小さすぎると通常の線状ポリマーとほとんど変わらなくなり、またxが大きすぎると溶解性が著しく遅くなり、どちらも本発明の効果が得られない。
(A2)星型ポリマーの場合、コア部分から伸びる分岐鎖(枝)の数の平均をyとすると、定義上yは3以上である。yの上限としてはy≦20が好ましく、より好ましくはy≦17、さらに好ましくはy≦14である。また、各分岐鎖の平均重合度をnhとすると
、nhはポリマーの重量平均分子量が上記の範囲に収まることを前提に5≦nh≦1000が好ましく、より好ましくは10≦nh≦800、さらに好ましくは15≦nh≦600である。また、コア部分の分子量は2000以下が好ましく、より好ましくは1800以下、さらに好ましくは1500以下である。コア部分の分子量の下限に関しては特に限定されないが、上記yの値が4以上になる場合には、コア部に複数存在する分岐鎖との連結部分が離れていて互いに近づけない構造のものが好ましい。具体的には単環もしくは多環の芳香環を1つあるいは複数有する構造が好ましい。
(A3)ハイパーブランチドポリマーの場合、ポリマー1分子中の分岐点を有する繰り返し単位と分岐点を有さない繰り返し単位とのモル比の平均(例えば、先に例示したハイパーブランチドポリマーの構造においては(m1+m2+....):(n1+n2+....)の平均)は、通常1:99〜99:1、好ましくは5:95〜95:5、さらに好ましくは10:90〜90:10である。
酸分解性ポリマー(A)の組成物中の含有量としては、該組成物の全固形分の質量に対して通常70〜98質量%であり、好ましくは75〜96質量%であり、より好ましくは80〜96質量%である。
〔2〕(B)一般式(BI)で表される化合物
本発明のポジ型レジスト組成物は、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(BI)で表される化合物を含有する。
Figure 2008065266
一般式(BI)に於いて、
1b、R2b及びR3b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。但し、化合物(R1b−H)、(R2b−H)及び(R3b−H)の沸点は、全て160℃以上(1気圧)である。
-は、非求核性アニオンを表す。
一般式(BI)に於ける、R1b〜R3bのアルキル基としては、炭素数1〜15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、t−ブチル基、ペンチル基、ネオペンチル基、へキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基等を挙げることができる。
1b〜R3bのシクロアルキル基としては、炭素数3〜15のシクロアルキル基が好ましく、例えば、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロへキシル基等を挙げることができる。
1b〜R3bのアリール基としては、好ましくは炭素数6〜14のアリール基であり、例えば、フェニル基、ナフチル基等を挙げることができる。
1b〜R3bのとしては、好ましくはアリール基である
1b〜R3bのアルキル基、シクロアルキル基及びアリール基は、更に置換基を有しても良く、置換基としては、例えば、ハロゲン原子、アルキル基(ここでは、シクロアルキル基、ビシクロアルキル基、トリシクロアルキル基を含む)、アルケニル基(ここでは、シクロアルケニル基、ビシクロアルケニル基を含む)、アルキニル基、アリール基、シアノ基、ヒドロキシル基、ニトロ基、カルボキシル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、シリルオキシ基、アシルオキシ基、カルバモイルオキシ基、アルコキシカルボニルオキシ基、アリールオキシカルボニルオキシ基、アミノカルボニルアミノ基、アルコキシカルボニルアミノ基、アリールオキシカルボニルアミノ基、スルファモイルアミノ基、アルキル若しくはアリールスルホニルアミノ基、メルカプト基、アルキルチオ基、アリールチオ基、スルファモイル基、スルホ基、アルキル若しくはアリールスルフィニル基、アルキル若しくはアリールスルホニル基、アシル基、アリールオキシカルボニル基、アルコキシカルボニル基、カルバモイル基、イミド基、シリル基、ウレイド基等が挙げられる。
更に、R1b〜R3bの置換基としては、好ましくは、アリール基、シアノ基、ヒドロキシル基、ニトロ基、カルボキシル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アシルオキシ基、アミノカルボニルアミノ基、アルコキシカルボニルアミノ基、アリールオキシカルボニルアミノ基、スルファモイルアミノ基、アルキル若しくはアリールスルホニルアミノ基、メルカプト基、アルキルチオ基、アリールチオ基、スルファモイル基、スルホ基、アルキル若しくはアリールスルフィニル基、アルキル若しくはアリールスルホニル基、アシル基、アリールオキシカルボニル基、アルコキシカルボニル基、カルバモイル基であり、特に好ましくは、シアノ基、アルコキシ基、アシル基、アルコキシカルボニル基、カルバモイル基である。
1b〜R3bそれぞれに含まれる炭素数は好ましくは12個以下であり、更に好ましくは8個以下であり、特に好ましくは7個以下である。
化合物(R1b−H)、(R2b−H)及び(R3b−H)は、それぞれ、R1b〜R3bで表される1価の基に水素原子が結合して形成される化合物であり、一般式(AII)で表される化合物が、EUV光の照射により、分解物として発生する化合物に相当する。
1気圧に於ける、化合物(R1b−H)、(R2b−H)及び(R3b−H)の沸点は、全て160℃以上であり、好ましくは180℃以上であり、更に好ましくは190℃以上であり、特に好ましくは200℃以上である。
-は非求核性アニオンであり、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。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、ビススルホニルイミドアニオン、などが挙げられ、好ましくはスルホン酸アニオンである。スルホン酸アニオンとしては、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。
好ましいスルホン酸アニオンとして具体的には、トリフロロメタンスルホン酸アニオン、ペンタフロロエタンスルホン酸アニオン、ヘプタフロロプロパンスルホン酸アニオン、パーフロロブタンスルホン酸アニオン、パーフロロヘキサ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、ペンタフロロベンゼンスルホン酸アニオン、3,5−ビストリフロロメチルベンゼンスルホ酸アニオン、2,4,6−トリイソプロピルベンゼンスルホン酸アニオン、パーフロロエトキシエタンスルホン酸アニオン、2,3,5,6−テトラフロロ−4−ドデシルオキシベンゼンスルホン酸アニオンなどが挙げられる。
以下、一般式(BI)で表される化合物に於ける、カチオン部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 2008065266
上記カチオン部の具体例に於ける、化合物(R1b−H)、化合物(R2b−H)、化合物(R3b−H)について、化合物の沸点(測定値)、沸点の文献値を下記表1に示す。沸点の文献値とは、「化合物の辞典(株式会社朝倉書店、1997年11月20日初版)」を参照した。また、沸点(測定値)は、第4版実験化学講座(編者:社団法人 日本化学会、発行所:丸善株式会社、平成4年2月5日発行)に記載の方法にて分解化合物の沸点を測定した。
Figure 2008065266
以下に、一般式(BI)で表される化合物の具体例を示すが、本発明は、これに限定されるものではない。
Figure 2008065266
一般式(BI)で表される化合物(「化合物(BI)」ともいう)は、R1b〜R3bにおける置換基を上記要件を満たすように選択した上で、公知の方法で合成することができる。また、市販のものを使用することもできる。
化合物(BI)の本発明のポジ型レジスト組成物中の含有量は、組成物の全固形分を基準として、0.001〜40質量%が好ましく、より好ましくは0.01〜20質量%、特に好ましくは0.1〜10質量%である。また、酸発生剤は、1種類を用いてもよいし、2種類以上を用いてもよい。
(併用酸発生剤)
本発明においては、化合物(BI)以外に、活性光線又は放射線の照射により分解して酸を発生する化合物(酸発生剤)を更に併用してもよい。
併用しうる光酸発生剤の使用量は、モル比(化合物(BI)/その他の酸発生剤)で、通常100/0〜20/80、好ましくは100/0〜40/60、更に好ましくは100/0〜50/50である。
そのような併用可能な光酸発生剤としては、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号等に記載の光によ
り酸を発生する化合物も使用することができる。
併用してもよい活性光線又は放射線の照射により分解して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)、(ZIII)で表される化合物を挙げることができる。
Figure 2008065266
上記一般式(ZI)において、R201、R202及びR203は、各々独立に有機基を表す。
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。
-は、非求核性アニオンを表す。
-として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、アルキルスルホン酸アニオン、アリール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、アルキルカルボン酸アニオン、アリール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。
アルキルスルホン酸アニオンにおけるアルキル部位はアルキル基であってもシクロアルキル基であってもよく、好ましくは炭素数1〜30のアルキル基及び炭素数3〜30のシクロアルキル基、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、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。
アリールスルホン酸アニオンにおけるアリール基としては、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。
上記アルキルスルホン酸アニオン及びアリール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の置換基としては、例えば、ニトロ基、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、沃素原子)、カルボキシル基、水酸基、アミノ基、シアノ基、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜5)、シクロアルキル基(好ましくは炭素数3〜15)、アリール基(好ましくは炭素数6〜14)、アルコキシカルボニル基(好ましくは炭素数2〜7)、アシル基(好ましくは炭素数2〜12)、アルコキシカルボニルオキシ基(好ましくは炭素数2〜7)等を挙げることができる。各基が有するアリール基及び環構造については、置換基としてさらにアルキル基(好ましくは炭素数1〜15)を挙げることができる。
アルキルカルボン酸アニオンにおけるアルキル部位としては、アルキルスルホン酸アニオンおけると同様のアルキル基及びシクロアルキル基を挙げることができる。
アリールカルボン酸アニオンにおけるアリール基としては、アリールスルホン酸アニオンおけると同様のアリール基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。
上記アルキルカルボン酸アニオン、アリール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の置換基としては、例えば、アリール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、シクロアルキル基、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の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、スルホン酸のα位がフッ素原子で置換されたアルカ
ン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アリール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。非求核性アニオンとして、特に好ましくは炭素数4〜8のパーフロロアルカンスルホン酸アニオン、フッ素原子を有するベンゼンスルホン酸アニオン、最も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、ペンタフロロベンゼンスルホン酸アニオン、3,5−ビス(トリフロロメチル)ベンゼンスルホン酸アニオンである。
201、R202及びR203としての有機基としては、例えば、後述する化合物(Z1−1
)、(Z1−2)及び(Z1−3)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(Z1−1)、(Z1−2)、及び(Z1−3)を挙げることができる。
化合物(Z1−1)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、アリールスルホニウム化合物、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、残りがアルキル基又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スルホニウム化合物、アリールジ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。アリールスルホニウム化合物が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又はシクロアルキル基は、炭素数1〜15の直鎖又は分岐アルキル基及び炭素数3〜15のシクロ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、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、アルキル基、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の直鎖又は分岐アルキル基、炭素数3〜12のシクロアルキル基、炭素数1〜12の直鎖、分岐又は環状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。
次に、化合物(Z1−2)について説明する。
化合物(Z1−2)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、好ましくはアルキル基、シクロアルキル基、アリル基、ビニル基であり、更に好ましくは直鎖又は分岐の2−オキソアルキル基、2−オキソシクロアルキル基、アルコキシカルボニルメチル基、最も好ましくは直鎖又は分岐2−オキソアルキル基である。
201〜R203のアルキル基及びシクロアルキル基としては、好ましくは、炭素数1〜10の直鎖又は分岐アルキル基(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。アルキル基として、より好ましくは2−オキソアルキル基、アルコキシカルボニルメチル基を挙げることができる。シクロアルキル基として、より好ましくは、2−オキソシクロアルキル基を挙げることができる。
2−オキソアルキル基は、直鎖又は分岐のいずれであってもよく、好ましくは、上記のアルキル基の2位に>C=Oを有する基を挙げることができる。
2−オキソシクロアルキル基は、好ましくは、上記の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のアルキル基(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。
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。
201〜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。R201〜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。
化合物(Z1−3)とは、以下の一般式(Z1−3)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 2008065266
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、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、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。
Zc-は、非求核性アニオンを表し、一般式(ZI)に於けるX-と同様の非求核性アニオンを挙げることができる。
1c〜R5cとしてのアルキル基は、直鎖又は分岐のいずれであってもよく、例えば炭素数1〜20個のアルキル基、好ましくは炭素数1〜12個の直鎖及び分岐アルキル基(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、シクロアルキル基としては、例えば炭素数3〜8個の環状アルキル基(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又は分岐アルキル基、シクロアルキル基又は直鎖、分岐もしくは環状アルコキシ基であり、更に好ましくはR1cから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及びシクロアルキル基は、R1c〜R5cおけると同様のアルキル基及びシクロアルキル基を挙げることができ、2−オキソアルキル基、2−オキソシクロアルキル基、アルコキシカルボニルメチル基がより好ましい。
2−オキソアルキル基及び2−オキソシクロアルキル基は、R1c〜R5cとしてのアルキル基及び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おけると同様のアルコキシ基を挙げることができる。
x及び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。
x及びRyは、好ましくは炭素数4個以上のアルキル基又は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又はシクロアルキル基である。
前記一般式(ZII)及び(ZIII)中、R204〜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。
204〜R207におけるアルキル基及びシクロアルキル基としては、好ましくは、炭素数1〜10の直鎖又は分岐アルキル基(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。
204〜R207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Z-の非求核性アニオンと同
様のものを挙げることができる。
併用してもよい活性光線又は放射線の照射により分解して酸を発生する化合物の内で好ましい化合物として、更に、下記一般式(ZIV)、(ZV)、(ZVI)で表される化合物を挙げることができる。
Figure 2008065266
一般式(ZIV)〜(ZVI)中、Ar3及びAr4は、各々独立に、アリール基を表す。
206、R207及びR208は、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を表す。
Aは、アルキレン基、アルケニレン基又はアリーレン基を表す。
併用してもよい活性光線又は放射線の照射により分解して酸を発生する化合物の内でより好ましくは、一般式(ZI)〜(ZIII)で表される化合物である。
また、併用してもよい活性光線又は放射線の照射により分解して酸を発生する化合物として、スルホン酸基を1つ有するスルホン酸を発生する化合物が好ましく、さらに好ましくは1価のパーフルオロアルカンスルホン酸を発生する化合物、またはフッ素原子またはフッ素原子を含有する基で置換された芳香族スルホン酸を発生する化合物であり、特に好ましくは1価のパーフルオロアルカンスルホン酸のスルホニウム塩である。
併用してもよい活性光線又は放射線の照射により分解して酸を発生する化合物の中で、特に好ましい例を以下に挙げる。
Figure 2008065266
Figure 2008065266
Figure 2008065266
Figure 2008065266
アルカリ可溶性樹脂
本発明のレジスト組成物には、樹脂成分として前記酸分解性ポリマー(A)以外に酸分解性基を含有していないアルカリ可溶性樹脂を配合することができ、これにより感度が向上する。
酸分解基を含有していないアルカリ可溶性樹脂(以下単に「アルカリ可溶性樹脂」という)は、アルカリ現像液に可溶な樹脂であり、本発明の酸分解性ポリマー(A)中の酸分解性基が形式上全て脱保護された樹脂を初め、ポリヒドロキシスチレン、ノボラック樹脂
及びこれらの誘導体を好ましくあげることができる。またこれら以外にp−ヒドロキシスチレン単位を含有する共重合樹脂もアルカリ可溶性であれば用いることができる。
本発明において、上記酸分解性基を含有しないアルカリ可溶性樹脂の組成物中の添加量としては、組成物の固形分の全質量に対して、好ましくは2〜60質量%であり、より好ましくは5〜30質量%である。
プロトンアクセプター性官能基を有し、且つ、活性光線又は放射線の照射により
分解してプロトンアクセプター性が低下、消失、又はプロトンアクセプター性から酸性に変化した化合物を発生する化合物
本発明のポジ型レジスト組成物は、プロトンアクセプター性官能基を有し、且つ、活性光線又は放射線の照射により分解してプロトンアクセプター性が低下、消失、又はプロトンアクセプター性から酸性に変化した化合物を発生する化合物(以下、「化合物(A)」ともいう)を含有することが好ましい。
化合物(A)が、活性光線又は放射線の照射により分解して発生する、プロトンアクセプター性が低下、消失、又はプロトンアクセプター性から酸性に変化した化合物として、下記一般式(A−I)で表される化合物を挙げることができる。
Figure 2008065266
一般式(A−I)中、
Aは、2価の連結基を表す。
Qは、スルホ基(-SO3H)、又はカルボキシル基(-CO2H)を表す。
Xは、−SO2−又は−CO−を表す。
nは、0又は1を表す。
Bは、単結合、酸素原子又は−N(Rx)−を表す。
Rxは、水素原子又は1価の有機基を表す。
Rは、プロトンアクセプター性官能基を有する1価の有機基又はアンモニウム基を有する1価の有機基を表す。
Aにおける2価の連結基としては、好ましくは炭素数2〜12の2価の連結基であり、例えば、アルキレン基、フェニレン基等が挙げられる。より好ましくは少なくとも1つのフッ素原子を有するアルキレン基であり、好ましい炭素数は2〜6、より好ましくは炭素数2〜4である。アルキレン鎖中に酸素原子、硫黄原子などの連結基を有していてもよい。アルキレン基は、特に水素原子数の30〜100%がフッ素原子で置換されたアルキレン基が好ましく、Q部位と結合した炭素原子がフッ素原子を有することがより好ましい。更にはパーフルオロアルキレン基が好ましく、パーフロロエチレン基、パーフロロプロピレン基、パーフロロブチレン基がより好ましい。
Rxにおける1価の有機基としては、好ましくは炭素数4〜30であり、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルケニル基などを挙げることができる。
Rxにおけるアルキル基としては、置換基を有していてもよく、好ましくは炭素数1〜
20の直鎖及び分岐アルキル基であり、アルキル鎖中に酸素原子、硫黄原子、窒素原子を有していてもよい。具体的にはメチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−オクチル基、n−ドデシル基、n−テトラデシル基、n−オクタデシル基などの直鎖アルキル基、イソプロピル基、イソブチル基、t−ブチル基、ネオペンチル基、2−エチルヘキシル基などの分岐アルキル基を挙げることができる。
なお、置換基を有するアルキル基として、特に直鎖又は分岐アルキル基にシクロアルキル基が置換した基(例えば、アダマンチルメチル基、アダマンチルエチル基、シクロヘキシルエチル基、カンファー残基など)を挙げることができる。
Rxにおけるシクロアルキル基としては、置換基を有していてもよく、好ましくは炭素数3〜20のシクロアルキル基であり、環内に酸素原子を有していてもよい。具体的には、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボルニル基、アダマンチル基などを挙げることができる。
Rxにおけるアリール基としては、置換基を有していてもよく、好ましくは炭素数6〜14のアリール基であり、例えばフェニル基、ナフチル基などが挙げられる。
Rxにおけるアラルキル基としては、置換基を有していてもよく、好ましくは炭素数7〜20のアラルキル基が挙げられ、例えば、ベンジル基、フェネチル基、ナフチルメチル基、ナフチルエチル基が挙げられる。
Rxにおけるアルケニル基としては、置換基を有していてもよく、例えば、Rxとして挙げたアルキル基の任意の位置に2重結合を有する基が挙げられる。
Rに於ける、プロトンアクセプター性官能基とは、プロトンと静電的に相互作用し得る基或いは電子を有する官能基であって、例えば、環状ポリエーテル等のマクロサイクリック構造を有する官能基や、π共役に寄与しない孤立電子対をもった窒素原子を有する官能基を意味する。π共役に寄与しない孤立電子対を有する窒素原子とは、例えば、下記一般式に示す部分構造を有する窒素原子である。
Figure 2008065266
プロトンアクセプター性官能基の好ましい部分構造として、例えば、クラウンエーテル、アザクラウンエーテル、三級アミン、二級アミン、一級アミン、ピリジン、イミダゾール、ピラジン構造などを挙げることが出来る。
アンモニウム基の好ましい部分構造として、例えば、三級アンモニウム、二級アンモニウム、一級アンモニウム、ピリジニウム、イミダゾリニウム、ピラジニウム構造などを挙げることが出来る。
このような構造を含む基として、好ましい炭素数は4〜30であり、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルケニル基などを挙げることができる。
Rにおけるプロトンアクセプター性官能基又はアンモニウム基を含むアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルケニル基に於けるアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルケニル基は、Rxとして挙げたアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルケニル基と同様のものである。
上記各基が有してもよい置換基としては、例えば、ハロゲン原子、水酸基、ニトロ基、
シアノ基、カルボキシ基、カルボニル基、シクロアルキル基(好ましくは炭素数3〜10)、アリール基(好ましくは炭素数6〜14)、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜10)、アシル基(好ましくは炭素数2〜20)、アシルオキシ基(好ましくは炭素数2〜10)、アルコキシカルボニル基(好ましくは炭素数2〜20)、アミノアシル基(好ましくは炭素数2〜20)などが挙げられる。アリール基、シクロアルキル基などにおける環状構造については、置換基としては更にアルキル基(好ましくは炭素数1〜20)を挙げることができる。アミノアシル基については、置換基として更に1又は2のアルキル基(好ましくは炭素数1〜20)を挙げることができる。
Bが−N(Rx)−の時、RとRxが結合して環を形成していることが好ましい。環構造を形成することによって、安定性が向上し、これを用いた組成物の保存安定性が向上する。環を形成する炭素数は4〜20が好ましく、単環式でも多環式でもよく、環内に酸素原子、硫黄原子、窒素原子を含んでいてもよい。
単環式構造としては、窒素原子を含む4員環、5員環、6員環、7員環、8員環等を挙げることができる。多環式構造としては、2又は3以上の単環式構造の組み合わせから成る構造を挙げることができる。単環式構造、多環式構造は、置換基を有していてもよく、例えば、ハロゲン原子、水酸基、シアノ基、カルボキシ基、カルボニル基、シクロアルキル基(好ましくは炭素数3〜10)、アリール基(好ましくは炭素数6〜14)、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜10)、アシル基(好ましくは炭素数2〜15)、アシルオキシ基(好ましくは炭素数2〜15)、アルコキシカルボニル基(好ましくは炭素数2〜15)、アミノアシル基(好ましくは炭素数2〜20)などが好ましい。アリール基、シクロアルキル基などにおける環状構造については、置換基としては更にアルキル基(好ましくは炭素数1〜15)を挙げることができる。アミノアシル基については、置換基としてに1又は2のアルキル基(好ましくは炭素数1〜15)を挙げることができる。
一般式(A−I)で表される化合物の内、Q部位がスルホン酸である化合物は、一般的なスルホンアミド化反応を用いることで合成できる。例えば、ビススルホニルハライド化合物の一方のスルホニルハライド部を選択的にアミン化合物と反応させて、スルホンアミド結合を形成した後、もう一方のスルホニルハライド部分を加水分解する方法、あるいは環状スルホン酸無水物をアミン化合物と反応させ開環させる方法により得ることができる。
以下、一般式(A−I)で表される化合物の具体例を示すが、本発明は、これに限定されるものではない。
Figure 2008065266
Figure 2008065266
Figure 2008065266
Figure 2008065266
化合物(A)が、活性光線又は放射線の照射により分解して発生する、プロトンアクセ
プター性が低下、消失、又はプロトンアクセプター性から酸性に変化した化合物として、更に、下記一般式(A−II)で表される化合物を挙げることができる。
Figure 2008065266
一般式(A−II)中、
1及びQ2は、各々独立に、1価の有機基を表す。但し、Q1及びQ2のいずれか一方は、プロトンアクセプター性官能基を有する。Q1とQ2は、結合して環を形成し、形成された環がプロトンアクセプター性官能基を有してもよい。
1及びX2は、各々独立に、−CO−又は−SO2−を表す。
一般式(A−II)に於ける、Q1、Q2としての1価の有機基は、好ましくは炭素数1〜40であり、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルケニル基などを挙げることができる。
1、Q2におけるアルキル基としては、置換基を有していてもよく、好ましくは炭素数1〜30の直鎖及び分岐アルキル基であり、アルキル鎖中に酸素原子、硫黄原子、窒素原子を有していてもよい。具体的にはメチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−オクチル基、n−ドデシル基、n−テトラデシル基、n−オクタデシル基などの直鎖アルキル基、イソプロピル基、イソブチル基、t−ブチル基、ネオペンチル基、2−エチルヘキシル基などの分岐アルキル基を挙げることができる。
1、Q2におけるシクロアルキル基としては、置換基を有していてもよく、好ましくは炭素数3〜20のシクロアルキル基であり、環内に酸素原子、窒素原子を有していてもよい。具体的には、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボルニル基、アダマンチル基などを挙げることができる。
1、Q2におけるアリール基としては、置換基を有していてもよく、好ましくは炭素数6〜14のアリール基であり、例えばフェニル基、ナフチル基などが挙げられる。
1、Q2におけるアラルキル基としては、置換基を有していてもよく、好ましくは炭素数7〜20のアラルキル基が挙げられ、例えば、ベンジル基、フェネチル基、ナフチルメチル基、ナフチルエチル基が挙げられる。
1、Q2におけるアルケニル基としては、置換基を有していてもよく、上記アルキル基の任意の位置に2重結合を有する基が挙げられる。
上記各基が有してもよい置換基としては、例えば、ハロゲン原子、水酸基、ニトロ基、シアノ基、カルボキシ基、カルボニル基、シクロアルキル基(好ましくは炭素数3〜10)、アリール基(好ましくは炭素数6〜14)、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜10)、アシル基(好ましくは炭素数2〜20)、アシルオキシ基(好ましくは炭素数2〜10)、アルコキシカルボニル基(好ましくは炭素数2〜20)、アミノアシル基(好ましくは炭素数2〜10)などが挙げられる。アリール基、シクロアルキル基などにおける環状構造については、置換基としては更にアルキル基(好ましくは炭素数1〜10)を挙げることができる。アミノアシル基については、置換基として更にアルキル基(好ましくは炭素数1〜10)を挙げることができる。置換基を有するアルキル基として、例えば、パーフロロメチル基、パーフロロエチル基、パーフロロプロピル基、パーフロロブチル基などのパーフルオロアルキル基を挙げることができる。
1、Q2の1価の有機基は、いずれか一方がプロトンアクセプター性官能基を有する。
プロトンアクセプター性官能基とは、プロトンと静電的に相互作用し得る基或いは孤立電子対を有する官能基であって、例えば、環状ポリエーテル等のマクロサイクリック構造を有する官能基や、π共役の寄与が少ない孤立電子対をもった窒素原子を有する官能基を挙げることができる。π共役の寄与が少ない孤立電子対を有する窒素原子とは、例えば、下記一般式に示す部分構造を有する窒素原子を挙げることができる。
Figure 2008065266
プロトンアクセプター性官能基の好ましい部分構造として、例えば、クラウンエーテル、アザクラウンエーテル、三級アミン、二級アミン、一級アミン、ピリジン、イミダゾール、ピラジン、アニリン構造などを挙げることができる。このような構造を含む基として、好ましい炭素数は4〜30であり、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルケニル基などを挙げることができる。アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルケニル基は上で挙げたものと同様のものである。
上記各基が有してもよい置換基としては、例えば、ハロゲン原子、水酸基、ニトロ基、シアノ基、カルボキシ基、カルボニル基、シクロアルキル基(好ましくは炭素数3〜10)、アリール基(好ましくは炭素数6〜14)、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜10)、アシル基(好ましくは炭素数2〜20)、アシルオキシ基(好ましくは炭素数2〜10)、アルコキシカルボニル基(好ましくは炭素数2〜20)、アミノアシル基(好ましくは炭素数2〜20)などが挙げられる。アリール基、シクロアルキル基などにおける環状構造については、置換基としては更にアルキル基(好ましくは炭素数1〜20)を挙げることができる。アミノアシル基については、置換基として更にアルキル基(好ましくは炭素数1〜20)を挙げることができる。
プロトンアクセプター性官能基は、酸によって切断される結合を有する有機基によって置換されていてもよい。酸によって切断される結合を有する有機基としては、例えば、アミド基、エステル基(好ましくは、第3級アルキルオキシカルボニル基)、アセタール基(好ましくは、1−アルキルオキシ−アルキルオキシ基)、カルバモイル基、カーボネート基などが挙げられる。
1とQ2とが、結合して環を形成し、形成された環がプロトンアクセプター性官能基を有する構造としては、例えば、Q1とQ2の有機基が更にアルキレン基、オキシ基、イミノ基等で結合された構造を挙げることができる。
一般式(A−II)に於いて、X1及びX2の少なくとも片方が、−SO2−であることが好ましい。
一般式(A−II)で表される化合物は、下記一般式(A−III)で表される化合物であることが好ましい。
Figure 2008065266
一般式(A−III)中、
1及びQ3は、各々独立に、1価の有機基を表す。但し、Q1及びQ3のいずれか一方は、プロトンアクセプター性官能基を有する。Q1とQ3は、結合して環を形成し、形成された環がプロトンアクセプター性官能基を有していてもよい。
1、X2及びX3は、各々独立に、−CO−又は−SO2−を表す。
Aは、2価の連結基を表す。
Bは、単結合、酸素原子又は−N(Qx)−を表す。
Qxは、水素原子又は1価の有機基を表す。
Bが、−N(Qx)−の時、Q3とQxが結合して環を形成してもよい。
nは、0又は1を表す。
1は、一般式(A−II)に於けるQ1と同義である。
3の有機基としては、一般式(A−II)に於けるQ1、Q2の有機基と同様のものを挙げることができる。
Aにおける2価の連結基としては、好ましくは炭素数1〜8のフッ素原子を有する2価の連結基であり、例えば炭素数1〜8のフッ素原子を有するアルキレン基、フッ素原子を有するフェニレン基等が挙げられる。より好ましくはフッ素原子を有するアルキレン基であり、好ましい炭素数は2〜6、より好ましくは炭素数2〜4である。アルキレン鎖中に酸素原子、硫黄原子などの連結基を有していてもよい。アルキレン基は、水素原子数の30〜100%がフッ素原子で置換されたアルキレン基が好ましく、更にはパーフルオロアルキレン基が好ましく、パーフロロエチレン基、パーフロロプロピレン基、パーフロロブチレン基が特に好ましい。
Qxにおける1価の有機基としては、好ましくは炭素数4〜30の有機基であり、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルケニル基などを挙げることができる。アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルケニル基は上記と同様のものを挙げることができる。
一般式(A−III)に於いて、X1、X2、X3は、−SO2−であることが好ましい。
以下、一般式(A−II)で表される化合物の具体例を示すが、本発明は、これに限定されるものではない。
Figure 2008065266
Figure 2008065266
Figure 2008065266
化合物(A)としては、一般式(A−I)、(A−II)又は(A−III)で表される化合物のスルホニウム塩化合物、一般式(A−I)、(A−II)又は(A−III)で表される化合物のヨードニウム塩化合物が好ましく、更に好ましくは下記一般式(A1)又は(A2)で表される化合物である。
Figure 2008065266
一般式(A1)において、
201、R202及びR203は、各々独立に、有機基を表す。
-は、一般式(A−I)で示される化合物の−SO3H部位若しくは-COOH部位の水素原子がとれたスルホン酸アニオン若しくはカルボン酸アニオン、又は一般式(A−II)若しくは(A−III)で表される化合物のアニオンを表す。
201、R202及びR203における有機基の炭素数としては、一般的に1〜30、好ましくは1〜20である。
また、R201〜R203の内の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。R201〜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における有機基の具体例としては、後述する化合物(A1a)、(A1b)、及び(A1c)における対応する基を挙げることができる。
尚、一般式(A1)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(A1)で表される化合物のR201〜R203の少なくともひとつが、一般式(A1)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(A1)成分として、以下に説明する化合物(A1a)、(A1b)、及び(A1c)を挙げることができる。
化合物(A1a)は、上記一般式(A1)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の内の一部がアリール基で、残りがアルキル基、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スルホニウム化合物、ジアリール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スルホニウム化合物、アリールジシクロアルキルスルホニウム化合物、アリールアルキルシクロアルキルスルホニウム化合物等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、アルキル基、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の直鎖又は分岐状アルキル基、炭素数3〜12のシクロアルキル基、炭素数1〜12の直鎖、分岐又は環状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の内のいずれか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。
次に、化合物(A1b)について説明する。
化合物(A1b)は、一般式(A1)におけるR201〜R203が、各々独立に、芳香環を有さない有機基を表す化合物である。ここで芳香環とは、ヘテロ原子を有する芳香族環も包含するものである。
201〜R203における芳香環を有さない有機基としては、一般的に炭素数1〜30、好ましくは炭素数1〜20の有機基である。
201〜R203は、各々独立に、好ましくは、アルキル基、シクロアルキル基、アリル基、ビニル基であり、更に好ましくは直鎖又は分岐の2−オキソアルキル基、2−オキソシクロアルキル基、アルコキシカルボニルメチル基、特に好ましくは直鎖又は分岐の2−オキソアルキル基である。
201〜R203におけるアルキル基としては、直鎖状、分岐状のいずれであってもよく、好ましくは、炭素数1〜20の直鎖又は分岐アルキル基(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。R201〜R203としてのアルキル基は、直鎖又は分岐の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。
201〜R203におけるシクロアルキル基としては、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。R201〜R203としてのシクロアルキル基は、2−オキソシクロアルキル基がより好ましい。
201〜R203における直鎖又は分岐の2−オキソアルキル基としては、鎖中に二重結合を有していてもよく、好ましくは、上記のアルキル基の2位に>C=Oを有する基を挙げることができる。
201〜R203における2−オキソシクロアルキル基としては、鎖中に二重結合を有していてもよく、好ましくは、上記の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。
201〜R203の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)、アルコキシカルボニル基(例えば炭素数炭素数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(A1c)とは、以下の一般式(A1c)で表される化合物であり、アリールアシルスルフォニウム塩構造を有する化合物である。
Figure 2008065266
一般式(A1c)に於いて、
213は、置換基を有していてもよいアリール基を表し、好ましくはフェニル基、ナフチル基である。R213における好ましい置換基としては、アルキル基、アルコキシ基、アシル基、ニトロ基、水酸基、アルコキシカルボニル基、カルボキシ基が挙げられる。
214及びR215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。
201及びY202は、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、又はビニル基を表す。
-は、一般式(A−I)で示される化合物の−SO3H部位若しくは-COOH部位の水素原子がとれたスルホン酸アニオン若しくはカルボン酸アニオン、又は一般式(A−II)若しくは(A−III)で表される化合物のアニオンを表す。
213とR214は、それぞれ結合して環構造を形成しても良く、R214とR215は、それぞれ結合して環構造を形成しても良く、Y201とY202は、それぞれ結合して環構造を形成しても良い。これらの環構造は、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。R213及びR214、R214及びR215、Y201及びY202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。
214、R215、Y201及びY202におけるアルキル基としては、炭素数1〜20の直鎖若しくは分岐状アルキル基が好ましい。Y201及びY202におけるアルキル基としては、アルキル基の2位に>C=Oを有する2−オキソアルキル基、アルコキシカルボニルアルキル基(好ましくは炭素数2〜20のアルコキシ基)、カルボキシアルキル基がより好ましい。
214、R215、Y201及びY202におけるシクロアルキル基としては、炭素数3〜20のシクロアルキル基が好ましい。
201及びY202は、好ましくは、炭素数4個以上のアルキル基であり、より好ましくは、4〜6、更に好ましくは、4〜12のアルキル基である。
また、R214又はR215の少なくとも1つは、アルキル基であることが好ましく、更に好ましくは、R214及びR215の両方がアルキル基である。
前記一般式(A2)中、
204及びR205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。
-は、一般式(A−I)で示される化合物の−SO3H部位若しくは-COOH部位の水素原子がとれたスルホン酸アニオン若しくはカルボン酸アニオン、又は一般式(A−II)若しくは(A−III)で表される化合物のアニオンを表す。
204及びR205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。
204及びR205におけるアルキル基としては、直鎖状、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及びR205におけるシクロアルキル基としては、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及びR205は、置換基を有していてもよい。R204及びR205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。
活性光線又は放射線の照射により一般式(A−I)、(A−II)又は(A−III)で表される化合物を発生する化合物としては、好ましくは、一般式(A1)で表される化合物であり、更に好ましくは化合物(A1a)〜(A1c)である。
化合物(A)は、活性光線又は放射線の照射により分解し、例えば、一般式(A−1)又は(A−2)で表される化合物を発生する。
一般式(A−1)で表される化合物は、プロトンアクセプター性官能基とともにスルホ基又はカルボキシル基を有することにより、化合物(A)に比べてプロトンアクセプター性が低下、消失、又はプロトンアクセプター性から酸性に変化した化合物である。
一般式(A−2)で表される化合物は、プロトンアクセプター性官能基とともに有機スルホニルイミノ基若しくは有機カルボニルイミノ基を有することにより、化合物(A)に比べてプロトンアクセプター性が低下、消失、又はプロトンアクセプター性から酸性に変化した化合物である。
本発明に於いて、アクセプター性が低下するとは、プロトンアクセプター官能基を有する化合物とプロトンからプロトン付加体である非共有結合錯体が生成する時、その化学平衡に於ける平衡定数が減少することを意味する。
プロトンアクセプター性は、pH測定を行うことによって確認することができる。
以下、活性光線又は放射線の照射により一般式(A−I)で表される化合物を発生する化合物(A)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 2008065266
Figure 2008065266
Figure 2008065266
Figure 2008065266
Figure 2008065266
これらの化合物の合成は、一般式(A−I)で表される化合物又はそのリチウム、ナトリウム、カリウム塩と、ヨードニウム又はスルホニウムの水酸化物、臭化物、塩化物等から、特表平11−501909号公報又は特開2003−246786号公報に記載されている塩交換法を用いて容易に合成できる。
以下、活性光線又は放射線の照射により一般式(A−II)で表される化合物を発生す
る化合物(A)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 2008065266
Figure 2008065266
Figure 2008065266
これらの化合物は、一般的なスルホン酸エステル化反応あるいはスルホンアミド化反応を用いることで容易に合成できる。例えば、ビススルホニルハライド化合物の一方のスルホニルハライド部を選択的に一般式(A−II)で表される部分構造を含むアミン、アルコールなどと反応させて、スルホンアミド結合、スルホン酸エステル結合を形成した後、もう一方のスルホニルハライド部分を加水分解する方法、あるいは環状スルホン酸無水物を一般式(A−II)で表される部分構造を含むアミン、アルコールにより開環させる方法により得ることができる。一般式(A−II)で表される部分構造を含むアミン、アルコールは、アミン、アルコールを塩基性下にて(R'O2C)2OやR'O2CCl等の無水物、酸クロリド化合物と反応させることにより合成できる。
本発明のポジ型レジスト組成物中の化合物(A)の含量は、組成物の固形分を基準として、0.1〜20質量%が好ましく、より好ましくは0.1〜10質量%である。
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、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、下記式(A)〜(E)で示される構造を挙げることができる。
Figure 2008065266
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。
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。
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。
アセタール化合物
本発明のポジ型レジスト組成物は、更に、下記一般式(A)で表されるアセタール化合物及び/又は一般式(B)で表されるアセタール化合物を含有することが好ましい。
Figure 2008065266
一般式(A)及び(B)中、
1’及びR2’は、各々独立に、有機基を表す。
一般式(A)及び(B)に於ける、R1’及びR2’は、炭素数1〜30個の有機基であることが好ましく、より好ましくは、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アラルキル基、アリール基であり、さらに好ましくは、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基である。
アセタール化合物は酸の作用によりアセタールが分解し、アルカリ現像液中での溶解度が増大する化合物である。
以下、アセタール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 2008065266
アセタール化合物は、アセタール構造を有するポリマー(樹脂)であってもよい。アセタール構造を有するポリマーは、樹脂の主鎖又は側鎖、あるいは、主鎖及び側鎖の両方にアセタール構造を有してよい。このうち、アセタール構造を側鎖に有するポリマーがより好ましい。
以下、アセタール構造を有するポリマー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 2008065266
Figure 2008065266
Figure 2008065266
Figure 2008065266
Figure 2008065266
アセタール化合物の本発明のポジ型レジスト組成物中の添加量は、組成物の全固形分の全質量に対して、0.001〜60質量%が好ましく、より好ましくは0.01〜40質量%、特に好ましくは0.1〜20質量%である。また、アセタール化合物は、1種類を用いてもよいし、2種類以上を用いてもよい。
溶剤
本発明のポジ型レジスト組成物は、上記各成分及び後述する成分を溶解する溶剤に溶かして支持体上に塗布する。ここで使用する溶剤としては、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が好ましい。これらの有機溶剤は、1種単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができる。
上記の中でも、好ましい有機溶剤としては2−ヘプタノン、γ−ブチロラクトン、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、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、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、N−メチルピロリドン、テトラヒドロフランを挙げることができる。
上記の中でも、溶剤としてプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを含有することがより好ましい。また、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加えさらにプロピレングリコールモノメチルエーテルを含有することがラインエッジラフネス、真空中PEDによる性能変化低減の点で好ましい。
パターン形成方法
本発明に係わるポジ型レジスト組成物を精密集積回路素子の製造に使用されるような基板(例:シリコン/二酸化シリコン被覆)上にスピナー、コーター等の適当な塗布方法により塗布した後、乾燥又はプリベークを行いレジスト膜を形成し、所定のマスクを通して、露光し、好ましくはポストベークを行い、現像することにより良好なレジストパターンを得ることができる。なお、基板上に予め反射防止膜を設けてもよい。
ここで露光光としては、例えば、250nm以下の波長の遠紫外線、具体的には、KrFエキシマレーザー(248nm)、ArFエキシマレーザー(193nm)、F2エキ
シマレーザー(157nm)、EUV(13nm)、X線、電子ビーム等が挙げられ、特に好ましくは、KrFエキシマレーザー、電子線、X線又はEUVが挙げられる。
本発明のポジ型レジスト組成物によるパターン形成において、現像に使用する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、トリエタノールアミン等のアルコールアミン類、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等の第四級アンモニウム塩、ピロール、ピヘリジン等の環状アミン類等のアルカリ性水溶液を使用することができる。
更に、上記アルカリ性水溶液にアルコール類、界面活性剤を適当量添加して使用することもできる。
アルカリ現像液のアルカリ濃度は、通常0.1〜20質量%である。
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更に具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
〔(A)成分のポリマーに関する合成例〕
(合成例1)マクロモノマー1の合成
Figure 2008065266
反応容器中でp−(1−エトキシエチル)スチレン(東ソー製)76.9g(0.4mol)、t−ブチルアクリレート76.9g(0.6mol)をテトラヒドロフラン250mlに溶解し、攪拌しながら系中に窒素ガスを流した。そこに3−メルカプト酢酸18.42g(0.2mol)、重合開始剤V−65(和光純薬工業製)を12.42g(0.05mol)添加し、反応溶液を60℃に加熱した。10時間過熱攪拌した後反応溶液を室温まで放冷し、蒸留水3L中に滴下しポリマーを沈殿させた。ろ過した固体をアセトン150mlに溶解し、再度蒸留水3L中に滴下、ろ過した固体を減圧乾燥して中間体を135.3g得た。
反応容器中に上記で得られた中間体100g、トリエチルアミン9.41g、グリシジルアクリレート8.94g、ヒドロキノン0.1g、メチルエチルケトン200mlを加え、60℃に加熱して2時間攪拌した。反応溶液を室温まで放冷し、蒸留水3L中に滴下
した。ろ過した固体をアセトン150mlに溶解し、再度蒸留水3L中に滴下、ろ過した固体を減圧乾燥してマクロモノマー1を120.3g得た。GPC/MALLS(多角度光散乱)による重量平均分子量は4300であった。1H−NMR解析から、p−(1−エトキシエチル)スチレン/t−ブチルアクリレートの比が43/57、二重結合存在比が0.215mmol/gであった。よって、上述したnb(分岐鎖となる部分の平均重
合度)は27.6である。
(合成例2)ポリマーPA1の合成
Figure 2008065266
反応容器中でp−(1−エトキシエチル)スチレン(東ソー製)2.98g(0.01
6mol)、t−ブチルアクリレート2.63g(0.021mol)、マクロモノマー1を65.12g(平均二重結合モル数0.014mol)をテトラヒドロフラン150mlに溶解し、攪拌しながら系中に窒素ガスを流した。そこに重合開始剤V−65(和光純薬工業製)を0.89g(0.0036mol)添加し、反応溶液を60℃に加熱した。10時間過熱攪拌した後反応溶液を室温まで放冷し、蒸留水3L中に滴下しポリマーを沈殿させた。ろ過した固体をアセトン150mlに溶解し、再度蒸留水3L中に滴下、ろ過して固体を得た。この固体を反応容器に添加し、メタノール200ml、蒸留水20ml、p−トルエンスルホン酸1.0gを加え60℃に加熱して3時間攪拌した。その後反応溶液を蒸留水3Lに滴下し、ろ過した固体をアセトン150mlに溶解し、再度蒸留水3L中に滴下、ろ過した固体を減圧乾燥してポリマー38.4gを得た。その後、このポリマーをPGMEAに溶解させ、30質量%の溶液を得た。このポリマーをPA1とする。GPC/MALLSによる重量平均分子量は32000であった。また1H−NMR解析から、p−ヒドロキシスチレン/t−ブチルアクリレート/マクロモノマー1の比が31/41/28、全体のp−ヒドロキシスチレン/t−ブチルアクリレートの比が41/59であった。よって、上述したnm(幹となる部分(主鎖)の平均重合度)は、38.0、x(ポリマー1分子中の分岐点の数の平均)は10.6である。
(合成例3)多官能開始剤1の合成
Figure 2008065266
反応容器中に2,2−6,6−テトラメチル−1−(2−ヒドロキシ−1−フェニルエトキシ)−ピペリジン73.10g(0.2mol)、テトラヒドロフランmlを加え、攪拌しながら系中に窒素ガスを流し、溶液を−40℃に冷却した。そこに水素化ナトリウム4.8g(0.2mol)を添加し、さらに20分攪拌した。その後1,2,4,5−テトラキス(ブロモメチル)ベンゼン20.24g(0.045mol)を添加し、反応溶液を徐々に室温まで昇温した。その後飽和塩化アンモニウム水溶液を加えて反応を停止・中和し、酢酸エチル300mlと蒸留水100mlで抽出操作を行った。酢酸エチル層に硫酸マグネシウムを加えて脱水し、溶媒を留去した後シリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製を行い多官能開始剤1を185.3g得た。
なお、上記の2,2−6,6−テトラメチル−1−(2−ヒドロキシ−1−フェニルエ
トキシ)−ピペリジンは、原料をスチレンからp−(1−エトキシエチル)スチレンに変更する以外は Journal of American Chemical Society 1994, Vol. 116, p.11185と同様
の方法で合成できる。
2,2−6,6−テトラメチル−1−(2−ヒドロキシ−1−フェニルエトキシ)−ピペリジンの構造は以下の通りである。
Figure 2008065266
(合成例4)ポリマーPA2の合成
Figure 2008065266
反応容器中に多官能開始剤1を3.18g(0.002mol)、p−(1−エトキシエチル)スチレン(東ソー製)38.45g(0.2mol)を添加し、攪拌しながら系中に窒素ガスを流し、反応溶液を130℃に加熱した。10時間加熱攪拌した後反応溶液を室温まで放冷し、さらに酢酸エチル100ml、メタノール20ml、蒸留水5ml、p−トルエンスルホン酸0.5gを加え反応溶液を60℃に加熱し2時間攪拌した。その後反応溶液を蒸留水2L中に滴下しポリマーを沈殿させた。ろ過した固体をアセトン100mlに溶解し、再度蒸留水2L中に滴下、ろ過した後減圧乾燥して粉体を23.7g得た。この粉体65.1gをPGMEA300gに溶解し、この溶液を60℃、20mmHgまで減圧して約60g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、2−シクロヘキサンエタノール16.03g、t−ブトキシビニルエーテル12.52g、p−トルエンスルホン酸ピリジニウム塩0.5gを添加し、室温にて4時間撹拌した。その後、トリエチルアミン0.4gを添加して中和し、酢酸エチル100g、水10
0gにより洗浄操作を3回行った。その後、溶媒量を調整して30質量%のポリマー溶液を得た。このポリマーをPA2とする。GPC/MALLS(多角度光散乱)測定による重量平均分子量は18000、1Hおよび13C−NMR解析から、フェノール性OHのアセタール保護率が14.5%であった。よって、上述のy(コア部分から伸びる分岐鎖(枝)の数の平均)は4、nh(各分岐鎖の平均重合度)は、31.3、コア部分の分子量は194である。
(合成例5)中間体1の合成
Figure 2008065266
反応容器中で5−ブロモ−2−ヒドロキシベンジルアルコール203.0g(1.0mol)を四塩化炭素500mlに溶解し、さらにトリフェニルホスフィン314.75g(1.2mol)を加えて時間加熱還流を行った。反応溶液を室温まで放冷した後、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、蒸留水を用いて洗浄・分液操作を行った。有機層に硫酸マグネシウムを加えて脱水した後溶媒を留去し、シリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製を行い中間体1を197.6g得た。
(合成例6)中間体2の合成
Figure 2008065266
反応容器中に合成例5で得られた中間体1を177.18g(0.8mol)、ピリジン200mlを加え、さらに無水酢酸163.34g(1.6mol)を1時間かけて滴下した。滴下後さらに2時間攪拌した後、さらに酢酸エチル500mlを加え、0.1N−HCl水溶液で2回洗浄を行い、有機層をさらに飽和炭酸水素ナトリウム水溶液と蒸留水で洗浄・分液を行った。有機層に硫酸マグネシウムを加えて脱水した後溶媒を留去し、シリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製を行い中間体2を202.38g得た。
(合成例7)モノマー1の合成
Figure 2008065266
反応容器中で、合成例6で得られた中間体2を131.76g(0.5mol)を脱水テトラヒドロフラン250mlに溶解させ、系中を窒素置換した。中間体2に対しそれぞれ5モル%、10モル%のニッケル(II)クロリド、トリフェニルホスフィンを加えて撹拌し、さらにビニルマグネシウムブロミド(1.0Mテトラヒドロフラン溶液)を500ml加え、60℃に加熱して4時間撹拌した。室温まで戻した後、酢酸エチル-水で洗浄、
抽出を行った。有機層を無水硫酸ナトリウムgを用いて脱水し、溶媒を留去した後、生成物をシリカゲルクロマトグラフィーにより精製し、モノマー1を84.26g得た。
(合成例8)ポリマーPA3の合成
Figure 2008065266
反応容器中で合成例7で得られたモノマー1を42.13g(0.2mol)をクロロベンゼン100mlに溶解し、攪拌しながら系中に窒素ガスを流した。そこに、モノマー1に対してそれぞれ0.2当量、0.1当量の2,2’−ビピリジル、CuClを加え、115℃に加熱して4時間攪拌した。反応溶液を室温まで放冷した後、テトラヒドロフラン100mlを加えさらに2時間攪拌した。その後反応溶液をアルミナを通してろ過し、ろ液をメタノール3L中に滴下しポリマーを沈殿させた。ろ過した固体をアセトン100
mlに溶解し、再度メタノール3L中に滴下、ろ過した後減圧乾燥して粉体を27.81g得た。この粉体を反応容器に加え、さらにメタノール100ml、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド0.91g(0.01mol)を加えて3時間加熱還流を行った。その後1N−HCl水溶液を加え中和し、蒸留水2L中に滴下しポリマーを沈殿させた。ろ過した固体をアセトン50mlに溶解し、再度蒸留水2L中に滴下、ろ過した後減圧乾燥
して粉体を19.37g得た。この粉体をPGMEA100gに溶解し、この溶液を60℃、20mmHgまで減圧して約20g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、2−フェノキシエチルビニルエーテル3.77g、p−トルエンス
ルホン酸1.0gを添加し、室温にて1時間撹拌した。その後、トリエチルアミン1.16gを添加して中和し、酢酸エチル40g、水40gにより洗浄操作を3回行った。その後、溶媒量を調整して30質量%のポリマー溶液を得た。このポリマーをPA3とする。GPC/MALLS(多角度光散乱)測定による重量平均分子量は26000であった。また、1Hおよび13C−NMR解析から、ポリマー1分子中の分岐点を有する繰り返し単位と分岐点を有さない繰り返し単位とのモル比の平均は76:24であった。また、フェノール性OHのアセタール保護率が21.5%であった。
(合成例9)ポリマーPA4の合成
下記構造のポリマーPA4を、合成例4におけるビニルエーテルを変更する以外は同様の方法で合成した。重量平均分子量は15000、フェノール性水酸基の保護率は37.6%であった。y=4、nh=25.5、コア部の分子量は194であった。
Figure 2008065266
(合成例10)直鎖状ポリマーT−1〜T−4及びKの合成
既存の方法を用いて、本発明のポリマーPA1〜PA4とモノマー組成・重量平均分子量が同等である、下記に示す直鎖状ポリマーT−1〜T−4を合成し、30質量%のPGMEA溶液を得た。
T−4:重量平均分子量15000、フェノール性水酸基の保護率:37.5%
Figure 2008065266
Figure 2008065266
(分岐度の確認)
ポリマーPA1〜PA4およびT−1〜T−4のGPC/MALLS(多角度光散乱)測定による重量平均分子量(Mw)と、αl /αx の値を表1に示す。ここでαx 、αl
は以下の定義で求められる。
αx:本発明のポリマーPA1〜PA4のGPC/MALLSから求められる<R21/2 (半径Rの2乗平均の平方根)とMwの対数とのプロットから最小2乗法で求めた傾き
αl:PA1〜PA4それぞれに対応する直鎖状ポリマーT−1〜T−4について、上
記αxと同様の要領で求めた傾き
Figure 2008065266
表2の結果から、本発明のポリマーPA1〜PA4はいずれも(αl /αx )> 1となり、ポリマーに分岐鎖が存在していることがわかる。
〔(B)成分の化合物の合成例〕
合成例1
4,4'-チオジフェノール10gをトリフルオロ酢酸40ml中で攪拌し、氷冷下、30%過酸化水素水5.4mlとトリフルオロ酢酸10.8mlを混合した溶液をゆっくり添加した。その後、氷冷下30分攪拌後、室温で1時間攪拌を行った。さらに、反応液を水にあけ、析出した結晶をろ取した。得られた結晶をアセトニトリルで再結晶し、スルホキシド体4.6gを得た。
スルホキシド体3gをトルエン20ml中で攪拌し、氷冷下、トリフルオロ酢酸無水物3.7mlとノナフルオロブタンスルホン酸2.2mlを添加した。反応液を徐々に室温まで昇温し、1時間攪拌した。反応液にジイソプロピルエーテルを添加し結晶を析出させ、酢酸エチルとジイソプロピルエーテルの混合溶媒で再結晶することにより、トリ(4-ヒドロキシフェニル)スルホニウム ノナフルオロブタンスルホン酸塩 (B1)を3.9g得た。
他の化合物も同様に合成することができる。
〔化合物(A)の合成例〕
合成例1(化合物(A−1)の合成)
300mL滴下ロート及び窒素導入管を装着した500mL三口フラスコに、1,1,2,2,3,3-Hexafluoro-propane-1,3-disulfonyl difluoride 15.0 g (47.4 mmol) を入れ、窒素下THF 150mLに溶解させ氷冷攪拌し、滴下ロートより4-piperidinopiperidine 7.98 g(47.4 mmol)とtriethylamine 9.60 g(47.4 mmol)のTHF溶液 100mLを1時間かけ滴下した。滴下後氷冷下1時間攪拌し、更にアイスバスを除去し室温にて4時間攪拌した。反応溶液にAcOEt 200mLと水100mLを加え、析出した固体をろ過し、アセトンで洗浄して下記構造の白色固体13.1gを得た。この固体11.1gをMeOH 300 mLと1M−水酸化ナトリウム水溶液50mLの混合溶媒中室温で1時間攪拌し、これにトリフェニルスルホニウムブロミド 8.2 g (24 mmol)を加え室温で3時間攪拌した。クロロホルム 200 mLを加え、有機層を水で数回洗浄し、有機層を濃縮、真空乾燥して目的固体 14.2gを得た。
1H-NMR (300 MHz, CDCl3) δ 1.43 (m, 2H), 1.58 (m, 6H), 1.70 (m, 2H), 2.41 (t, 1H), 2.48 (m, 4H), 3.05 (t, 2H), 4.01 (d, 2H), 7.72 (m, 15H)
19F-NMR (300 MHz, CDCl3) δ-114.4(t, 2F), -118.0(m, 2F), -122.9(m, 2F)
合成例2(化合物(A−33)の合成)
300mL滴下ロート及び窒素導入管を装着した500mL三口フラスコに、1,1,2,2,3,3-Hexafluoro-propane-1,3-disulfonyl difluoride 15.0 g (47.4 mmol) を入れ、窒素下THF 150mLに溶解させ氷冷攪拌し、滴下ロートより4-methylpiperazine 4.75 g(47.4 mmol)とtriethylamine 4.80 g(47.4 mmol)のTHF溶液 100mLを1時間かけ滴下した。滴下後氷冷下1時間攪拌し、更にアイスバスを除去し室温にて4時間攪拌した。反応溶液に1M−水酸化ナトリウム水溶液50mLを加え室温で4時間攪拌し、その後これにトリフェニルスルホニウムブロミド 14.6 g (43 mmol)を加え室温で3時間攪拌した。クロロホルム 300 mLを加え、有機層を水で数回洗浄し、有機層を濃縮、真空乾燥して目的固体 14.9gを得た。
1H-NMR (400 MHz, CDCl3) δ 2.31 (s, 3H), 2.45 (bs, 4H), 3.56 (bs, 4H), 7.72 (m, 15H)
19F-NMR (400 MHz, CDCl3) δ-110.8(t, 2F), -114.0(m, 2F), -119.0(t, 2F)
合成例3(化合物(A−39)の合成)
トリフェニルスルホニウムブロミド 16.1 g (46.9 mmol)と酸化銀 12.4g (53.5 mmol)
をメタノール150 mLに加え室温で2時間攪拌した。銀塩をろ過によって除去し、濾液にN
、N−ビス(2−ヒドロキシエチル)−2−アミノエタンスルホン酸 10.0 g (46.9 mmol)を加え、更に1時間攪拌した。溶媒を除去、乾燥して目的の白色固体 22.5 gを得た。
1H-NMR (400 MHz, CDCl3) δ 2.615 (m, 4H), 3.005 (s, 4H), 3.583 (bs, 4H), 4.932(bs, 2H), 7.277-7.835 (m, 15H)
合成例4(化合物(A−40)の合成)
トリフェニルスルホニウムブロミド 16.1 g (46.9 mmol)と酸化銀 12.4g (53.5 mmol)
をメタノール150 mLに加え室温で2時間攪拌した。銀塩をろ過によって除去し、濾液に2
−ヒドロキシ−3−モルフォリノプロパンスルホン酸10.57 g (46.9 mmol)を加え、更に1時間攪拌した。溶媒を除去、乾燥して目的の無色オイル 20.0 gを得た。
1H-NMR (400 MHz, CDCl3) δ 2.354 (m, 1H), 2.543 (m, 5H), 2.842 (m, 1H), 3.084 (m, 1H), 3.694 (t, 4H), 4.35 (m, 1H), 5.02 (bs, 1H), 7.684-7.823 (m, 15H)
合成例5(化合物(A−42)の合成)
トリフェニルスルホニウムブロミド 16.1 g (46.9 mmol)と酸化銀 12.4g (53.5 mmol)
をメタノール150 mLに加え室温で2時間攪拌した。銀塩をろ過によって除去し、濾液にN
−シクロヘキシル−3−アミノプロパンスルホン酸10.38 g (46.9 mmol)を加え、更に1時間攪拌した。溶媒を除去、乾燥して目的の無色オイル 24.8 gを得た。
1H-NMR (400 MHz, CDCl3) δ 0.98-1.28 (m, 6H), 1.61 (d, 1H), 1.69 (d, 2H), 1.85(d, 2H), 2.42 (m, 1H), 2.73 (t, 2H), 2.88 (m, 2H), 7.72 (m, 9H), 7.85(m, 6H)
合成例6(化合物(A−59)の合成)
100mL滴下ロート及び窒素導入管を装着した1000mL三口フラスコに、スルファニルアミ
ド34.4 g (200 mmol) を入れ、10%-NaOH 200mLに溶解させ氷冷攪拌し、滴下ロートより1-オクタンスルホニルクロリド 55.3 g(200 mmol)を1時間かけ滴下した。滴下後氷冷下1時間攪拌し、更にアイスバスを除去し室温にて3時間攪拌した。反応溶液に濃塩酸を滴下して中性とし、析出した白色固体を濾過した。この固体を水/メタノールから再結晶してプレート状結晶45.1gの下記化合物を得た。
Figure 2008065266
トリフェニルスルホニウムブロミド 16.1 g (46.9 mmol)と酸化銀 12.4g (53.5 mmol)
をメタノール150 mLに加え室温で2時間攪拌した。銀塩をろ過によって除去し、濾液に上
記化合物16.34 g (46.9 mmol)を加え、更に1時間攪拌した。溶媒を除去後、クロロホルム200 mLを加え有機層を水で洗浄した。溶媒を除去し乾燥して白色固体状の化合物(A−59) 20.9 gを得た。
1H-NMR (400 MHz, CD3OD) δ 0.93 (t, 3H), 1.34-1.46 (m, 10H), 1.81 (quin, 2H),3.24 (t, 2H), 6.78(d, 2H), 7.66-7.78 (m, 17H)
合成例7(化合物(A−64)の合成)
トリフェニルスルホニウムブロミド 8.01 g (23.34 mmol)と酸化銀 5.68g (24.51 mmol)をメタノール100 mLに加え室温で2時間攪拌した。銀塩をろ過によって除去し、濾液にスルファアセトアミド5.0 g(23.34 mmol)を加え、更に1時間攪拌した。溶媒を除去、乾燥して白色固体状の化合物(A−64) 10.0 gを得た。
1H-NMR (400 MHz, CD3OD) δ 1.84 (s, 3H), 6.63 (d, 2H), 7.63(d, 2H), 7.78-7.87(m, 15H)
合成例8(化合物(A−66)の合成)
窒素気流下1,1,2,2,3,3-ヘキサフルオロプロパン-1,3-ジスルホニルジフロリド5.0g(15.8 mmol)とTHF50mLの混合物を氷冷し、これに1-メチルピペラジン 1.66 g (16.6 mmol) とトリエチルアミン10mL 、THF50mLの混合溶液を60分かけて滴下した。氷冷下1時間攪拌し、さらに室温で1時間攪拌した。有機層を水、飽和塩化アンモニウム水溶液、水で順次洗浄し、有機層を硫酸ナトリウムによって乾燥した。溶媒を濃縮し、残渣にトリフルオロメタンスルホンアミド2.36g(15.8mmol)及びトリエチルアミン10mLを加え、耐圧ガラスチューブに移して封管中100℃で20時間攪拌した。クロロホルム 100 mLを加え、有機層を水で洗浄し、有機層を硫酸ナトリウムによって乾燥し褐色のオイルを得た。これにメタノール25mL、1.5N−HCl 60mLを加え中性とし、析出した白色固体を濾過し下記化合物5.65gを得た。
Figure 2008065266
上記化合物4.0gをメタノール100mLと1M-NaOH 40mLの混合溶媒に溶解し、トリフェニ
ルスルホニウムブロミド2.61g(7.61mmol)加え室温で3時間攪拌した。クロロホルム 20
0 mLを加え、有機層を水で洗浄、溶媒を除去しカラムクロマトグラフィー(SiO2, クロロホルム/メタノール = 10/1)により精製して白色固体の目的化合物(A−66) (4.56g)を得た。
1H-NMR (400 MHz, CDCl3) δ 2.32 (s, 3H), 2.50 (m, 4H), 3.55 (m, 4H), 7.65-7.80(m, 15H)
19F-NMR (400 MHz, CDCl3) δ -118.5(m, 2F), -112.3(m, 2F), -111.1(m, 2F), -78.6(m 3F)
実施例1〜36及び比較例1〜7
ポジ型レジストの調製、パターン形成および評価
下記表3〜4に示す、樹脂、酸発生剤、プロトンアクセプター含有化合物、界面活性剤及び塩基性化合物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5.0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。
得られたレジスト溶液を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℃、90秒ベークして膜厚0.25μmの均一膜を得た。
このレジスト膜に、EUV露光装置を用いてEUV露光を行った。照射後に110℃、90秒ベークし、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)水溶液を用いて60秒間浸漬した後、30秒間水でリンスし、乾燥させ、パターンを形成させた。
〔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。
〔解像力〕
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)を解像力とした。
〔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、C(ややテーパー)、D、E(テーパー)の5段階評価を行った。
〔ラインエッジラフネス(LER)〕
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。
上記評価結果を表3〜4に示す。
パターン作製および評価
上記のように調製したレジスト溶液をスピンコータを利用して、ヘキサメチルジシラザン処理を施したシリコンウエハー上に均一に塗布し、120℃90秒間加熱乾燥を行い、膜厚0.15μmのポジ型レジスト膜を形成した。得られたレジスト膜にEUV光(波長13nm)を用いて、露光量を0〜10.0mJの範囲で0.5mJづつ変えながら面露光を行い、さらに110℃、90秒ベークした。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、感度曲線を得た。この感度曲線において、レジストの溶解速度が飽和するときの露光量を感度とし、また感度曲線の直線部の勾配から溶解コントラスト(γ値)を算出した。γ値が大きいほど溶解コントラストに優れている。
〔露光後の膜厚変動率評価〕
EUV光による面露光を行って決定した感度での照射量(mJ/cm2)の2.0倍の
照射量を照射し、露光後(後加熱前)の膜厚を測定し、以下の式から、未露光時の膜厚からの変動率を求めた。
膜厚変動率=(未露光時の膜厚−露光後の膜厚)/未露光時の膜厚
〔PEB温度依存性〕
露光後、107℃と113℃の温度にて90秒間ホットプレート上で加熱(PEB)した時の、下記式のように感度の差をPEB温度依存性として評価した。この数字が小さいほど優れている。
(PEB温度依存性)=(113℃での感度)−(107℃での感度)
上記評価結果を表3〜4に示す。
表3〜4中の略号を以下に示す。
〔塩基性化合物〕
C−1:トリn−オクチルアミン
C−2:1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]−5−ノネン
C−3:2,4,6−トリフェニルイミダゾール
〔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)

〔比較酸発生剤〕
B'1:トリフェニルスルホニウム ペンタフルオロベンゼンスルホネート
Figure 2008065266
使用した(B)酸発生剤については、構造を一般式(BI)に当てはめた場合にRa〜
Rcに対応するアルカン及びアレーン、即ちRa−H、Rb−HおよびRc−Hの1気圧における沸点をあわせて示す。尚、ここでは便宜上、沸点の低いものからRa−H、Rb−H、Rc−Hとした。
表3〜4に於ける、プロトンアクセプター基含有化合物の使用量に於いて、0.0393gは、塩基性化合物を併用しなかった場合の使用量であり、0.0196gは、塩基性化合物を併用した場合の使用量である。
Figure 2008065266
Figure 2008065266
表3〜4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、解像度、LER、パターン形状が優れていることがわかる。また、溶解コントラスト及び露光後の膜厚変動率、PEB温度依存性の点においても優れていることがわかる。膜厚変動率が小さいことはアウトガスが少ないことを意味する。さらに、プロトンアクセプター基含有化合物を含むことにより、高感度、高解像度、低LERとなる。
実施例37〜43及び比較例8、9
実施例1、2、18、21、32、35、36及び比較例4、6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。
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、2.3
8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実施例1と同様の方法で感度、解像度、LER、パターン形状を評価した。
結果を下記表5に示す。
Figure 2008065266
表5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44〜50及び比較例10、11
実施例1、2、18、21、32、35、36及び比較例4、6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0.40μmのレジスト膜を得た。得られたレジスト膜に、KrFエキシマレーザーステッパー(キャノン(株)製FPA3000EX−5、波長248nm)を用いて、パターン露光した。露光後の処理は、実施例1と同様に行った。
得られたパターンを実施例1と同様の方法で感度、解像度、LER、パターン形状を評価した。
結果を下記表6に示す。
Figure 2008065266
表6から、本発明のポジ型レジスト組成物は、KrFエキシマレーザー露光によるパターン形成に関して、比較例に比べて、高感度、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。

Claims (8)

  1. (A)少なくとも1つの分岐部を介してポリマー鎖を3つ以上有する、酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解度が増大するポリマー及び
    (B)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(BI)で表される化合物を含有することを特徴とするポジ型レジスト組成物。
    Figure 2008065266
    一般式(BI)において、
    1b、R2b及びR3b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。ただし、化合物(R1b−H)、(R2b−H)、及び(R3b−H)の沸点は、全て160℃以上(1気圧)である。
    -は、非求核性アニオンを表す。
  2. 更に、プロトンアクセプター性官能基を有し、且つ、活性光線又は放射線の照射により分解してプロトンアクセプター性が低下、消失、又はプロトンアクセプター性から酸性に変化した化合物を発生する化合物を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. ポリマー(A)が、くし型ポリマーであることを特徴とする請求項1又は2に記載のポジ型レジスト組成物。
  4. ポリマー(A)が、星型ポリマーであることを特徴とする請求項1又は2に記載のポジ型レジスト組成物。
  5. ポリマー(A)が、ハイパーブランチドポリマーであることを特徴とする請求項1又は2に記載のポジ型レジスト組成物。
  6. ポリマー(A)を形成するポリマー鎖のうち少なくとも1つが、ビニル型繰り返し単位からなることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のポジ型レジスト組成物。
  7. 該ビニル型繰り返し単位として、スチレン誘導体に由来する繰り返し単位または/および(メタ)アクリル酸誘導体に由来する繰り返し単位を有することを特徴とする請求項6に記載のポジ型レジスト組成物。
  8. 請求項1〜7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、該レジスト膜を露光、現像することを特徴とするパターン形成方法。
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