JP2009009114A - ポジ型感光性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】金属不純物の含有量が少なく、波長193nmに於ける透過率、溶剤溶解性に優れた樹脂を含有し、且つ感度、露光ラチチュード、パターン形状、経時安定性が改良されたポジ型感光性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)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)非金属開始剤の存在下で同一繰り返し単位のみを重合させる工程を経て製造され、同じ繰り返し単位から構成されるブロック単位を少なくとも1つ有し、且つ膜厚160nmでの波長193nmに於ける樹脂単独の透過率が80%以上である、酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解速度が増大する樹脂を含有することを特徴とするポジ型感光性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、IC等の半導体製造工程、液晶、サーマルヘッド等の回路基板の製造、さらにその他のフォトファブリケーション工程で用いられる、ポジ型感光性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250nm以下、好ましくは220nm以下の遠紫外線などの露光光源、および電子線などによる照射源とする場合に好適な、ポジ型感光性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。
化学増幅系感光性組成物は、遠紫外光等の放射線の照射により露光部に酸を生成させ、この酸を触媒とする反応によって、活性放射線の照射部と非照射部の現像液に対する溶解性を変化させ、パターンを基板上に形成させるパターン形成材料である。
KrFエキシマレーザーを露光光源とする場合には、主として248nm領域での吸収の小さい、ポリ(ヒドロキシスチレン)を基本骨格とする樹脂を主成分に使用するため、高感度、高解像度で、且つ良好なパターンを形成し、従来のナフトキノンジアジド/ノボラック樹脂系に比べて良好な系となっている。
一方、更なる短波長の光源、例えばArFエキシマレーザー(193nm)を露光光源として使用する場合は、芳香族基を有する化合物が本質的に193nm領域に大きな吸収を示すため、上記化学増幅系でも十分ではなかった。
このため、脂環炭化水素構造を有する樹脂を含有するArFエキシマレーザー用レジストが開発されてきている。さらに、レジスト性能の向上を目的として、同じ繰り返し単位から構成されるブロック単位を含有する樹脂及びそれを含有するポジ型感光性組成物が開発されている(特許文献1〜4参照)。しかし、特許文献1〜3では金属触媒もしくは有機金属化合物開始剤を用いて重合を行っているため、樹脂中に金属不純物が混入してしまい、半導体電気特性不良を引き起こして歩留まりを低下させる問題があった。また、特許文献1の重合法は、厳密な禁水条件を必要とし、特定のラクトン繰り返し単位に限定されるといった問題点があった。特許文献4は非金属系開始剤を用いて重合を行うため、金属不純物の混入はほとんどないが、透過率が悪いといった問題点があった。
特開2002−3533号公報 特開2003−238629号公報 特開2003−268057号公報 特表2003−536105号公報
本発明は、かかる従来技術の問題点に対してなされたものであり、金属不純物の含有量が少なく、波長193nmに於ける透過率、溶剤溶解性に優れた樹脂を含有し、且つ感度、露光ラチチュード、パターン形状、経時安定性が改良されたポジ型感光性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を目的とする。
本発明は、以下の構成よりなる。
(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)非金属開始剤の存在下で同一繰り返し単位のみを重合させる工程を経て製造され、
同じ繰り返し単位から構成されるブロック単位を少なくとも1つ有し、且つ膜厚160nmでの波長193nmに於ける樹脂単独の透過率が80%以上である、酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解速度が増大する樹脂
を含有することを特徴とするポジ型感光性組成物。
(2) (B)成分の樹脂が、ラジカル重合させる工程を経て製造されることを特徴とする(1)に記載のポジ型感光性組成物。
(3) (B)成分の樹脂に於いて、同じ繰り返し単位から構成されるブロック単位の重量平均分子量が、500以上であることを特徴とする(1)又は(2)に記載のポジ型感光性組成物。
(4) (B)成分の樹脂に於いて、同じ繰り返し単位から構成されるブロック単位の含有率が、樹脂の質量に対して5質量%以上であることを特徴とする(1)〜(3)のいずれかに記載のポジ型感光性組成物。
(5) (B)成分の樹脂が、下記一般式(I)で表される化合物の存在下で重合させる工程を経て製造されることを特徴とする(1)〜(4)のいずれかに記載のポジ型感光性組成物。
Figure 2009009114
一般式(I)に於いて、
Aは、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、ヘテロ環基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリールチオ基又はヘテロ環チオ基を表す。
Yは、ラジカルを放出できる基を表す。
(6) (B)成分の樹脂が有する下記一般式(II)で表される官能基のモル数が、全繰り返し単位のモル数に対して1モル%以下であることを特徴とする(5)に記載のポジ型感光性組成物。
Figure 2009009114
一般式(II)に於いて、
Aは、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、ヘテロ環基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリールチオ基又はヘテロ環チオ基を表す。
(7) (1)〜(6)のいずれかに記載のポジ型感光性組成物により、膜を形成し、該膜を露光、現像する工程を含むことを特徴とするパターン形成法。
本発明により、金属不純物の含有量が少なく、波長193nmに於ける透過率、溶剤溶解性に優れた樹脂を含有し、且つ感度、露光ラチチュード、パターン形状、経時安定性が改良されたポジ型感光性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。
以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
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。
(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
本発明のポジ型感光性組成物は、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物(「酸発生剤」ともいう)を含有する。
そのような酸発生剤としては、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等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。
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)、(ZIII)で表される化合物を挙げることができる。
Figure 2009009114
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し、好ましくはスルホン酸アニオン、カルボン酸アニオ
ン、ビス(アルキルスルホニル)アミドアニオン、トリス(アルキルスルホニル)メチドアニオン、BF4 -、PF6 -、SbF6 -等が挙げられ、好ましくは炭素原子を有する有機アニオンである。
好ましい有機アニオンとしては、下記一般式(AN1)〜(AN4)に示す有機アニオンが挙げられる。
Figure 2009009114
一般式(AN1)〜(AN2)に於いて、
Rc1は、有機基を表す。
Rc1における有機基としては、炭素数1〜30のものが挙げられ、好ましくは、置換
していてもよい、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基またはこれらの複数が、単結合、−O−、−CO2−、−S−、−SO3−、−SO2N(Rd1)−等の連結基で連結された基を挙げることができる。Rd1は、水素原子又はアルキル基を表し、結合してい
るアルキル基、シクロアルキル基、アリール基と環構造を形成してもよい。
Rc1の有機基として、より好ましくは、少なくとも1位がフッ素原子またはフロロア
ルキル基で置換されたアルキル基、フッ素原子またはフロロアルキル基で置換されたシクロアルキル基、フッ素原子またはフロロアルキル基で置換されたフェニル基である。フッ素原子またはフロロアルキル基を有することにより、光照射によって発生した酸の酸性度が上がり、感度が向上する。Rc1において炭素原子を5個以上有する時、少なくとも1
つの炭素原子は水素原子が全てフッ素原子で置換されているのではなく、水素原子を有していることが好ましく、水素原子の数がフッ素原子より多いことがより好ましい。炭素数5以上のパーフロロアルキル基を有さないことにより生態への毒性が軽減する。
Rc1の特に好ましい様態として、下記一般式で表される基を挙げることができる。
Figure 2009009114
上記一般式に於いて、
Rc6は、炭素数4以下、より好ましくは2〜4、更に好ましくは2〜3のパーフロロ
アルキレン基、又は、1〜4個のフッ素原子及び/又は1〜3個のフロロアルキル基で置換されたフェニレン基を表す。
Axは、単結合又は2価の連結基(好ましくは、−O−、−CO2−、−S−、−SO3−、−SO2N(Rd1)−)を表す。Rd1は、水素原子又はアルキル基を表し、Rc7と結合して環構造を形成してもよい。
Rc7は、水素原子、フッソ原子、直鎖状若しくは分岐状アルキル基、単環若しくは多
環のシクロアルキル基又はアリール基を表す。アルキル基、シクロアルキル基、アリール基は、置換していてもよいが、置換基としてフッ素原子を有さないことが好ましい。
前記一般式(AN3)〜(AN4)に於いて、
Rc3、Rc4及びRc5は、各々独立に、有機基を表す。
Rc3、Rc4及びRc5の有機基として、好ましくは、Rc1における好ましい有機基と同じものを挙げることができる。
Rc3とRc4が結合して環を形成していてもよい。Rc3とRc4が結合して形成される基としては、アルキレン基、シクロアルキレン基、アリーレン基が挙げられる。好ましくは炭素数2〜4のパーフロロアルキレン基である。Rc3とRc4が結合して環を形成することにより光照射によって発生した酸の酸性度が上がり、感度が向上し、好ましい。
前記一般式(ZI)に於ける、
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)に於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、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、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、ナフチル基等のアリール基、インドール残基、ピロール残基等のヘテロアリール基が好ましく、更に好ましくは、フェニル基、インドール残基である。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の直鎖若しく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、フェニルチオ基等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の直鎖若しく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、特に好ましくは、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(ZI−2)について説明する。
化合物(ZI−2)は、一般式(ZI)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場合の化合物である。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としての芳香環を有さない有機基は、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、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としてのアルキル基は、好ましくは、炭素数1〜10の直鎖若しく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。R201〜R203としてのアルキル基は、直鎖、分岐2−オキソアルキル基、アルコキシメチル基であることがより好ましい。
201〜R203として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。R201〜R203としてのシクロアルキル基は、環状2−オキソアルキル基であることがより好ましい。
201〜R203としての直鎖、分岐、環状の2−オキソアルキル基は、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。
201〜R203として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)、水酸基、シアノ基、ニトロ基等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 2009009114
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。
Rx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〜R7c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。R1c〜R7c中のいずれか2つ以上、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。
-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を挙げることができる。
1c〜R5cとしてのアルキル基は、例えば、炭素数1〜20個の直鎖若しくは分岐状アルキル基、好ましくは、炭素数1〜12個の直鎖若しく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〜R5cとしてのシクロアルキル基は、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。
1c〜R5c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、ニトロ基等によって更に置換されていてもよい。
好ましくはR1c〜R5cの内のいずれかが直鎖若しくは分岐状アルキル基、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。
6c及びR7cとしてのアルキル基は、R1c〜R5cとしてのアルキル基と同様のものを挙げることができる。
6c及びR7cとしてのシクロアルキル基は、R1c〜R5cとしてのシクロアルキル基と同様のものを挙げることができる。
6c及びR7c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、ニトロ基等によって更に置換されていてもよい。
x及びRyとしてのアルキル基は、R1c〜R5cとしてのアルキル基と同様のものを挙げることができる。Rx及びRyとしてのアルキル基は、直鎖若しくは分岐状2−オキソアルキル基、アルコキシメチル基であることがより好ましい。
x及びRyとしてのシクロアルキル基は、R1c〜R5cとしてのシクロアルキル基と同様のものを挙げることができる。Rx及びRyとしてのシクロアルキル基は、環状2−オキソアルキル基であることがより好ましい。
直鎖若しくは分岐状2−オキソアルキル基、環状2−オキソアルキル基は、R1c〜R5c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及びRy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、ニトロ基等によって更に置換されていてもよい。
x及びRy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6個以上、更に好ましくは8個以上のアルキル基である。
前記一般式(ZII)及び(ZIII)に於いて、
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。
204〜R207としてのアルキル基は、好ましくは、炭素数1〜10の直鎖若しくは分岐アルキル基(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〜R207として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は、置換基を有していてもよい。R204〜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X-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。
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、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 2009009114
一般式(ZIV)〜(ZVI)に於いて、
Ar3及びAr4は、各々独立に、アリール基を表す。
206は、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を表す。
207及びR208は、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基又は電子
吸引性基を表す。R207として、好ましくは、アリール基である。R208として、好ましくは、電子吸引性基であり、より好ましくは、シアノ基、フロロアルキル基である。
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。
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より好ましくは、一般式(ZI)〜(ZIII)で表される化合物であり、更に好ましくは一般式(ZI)で表される化合物であり、特に好ましくは一般式(ZI−1)〜(ZI−3)で表される化合物である。
更に、活性光線又は放射線の照射により、下記一般式(AC1)〜(AC3)で表される酸を発生する化合物が好ましい。
Figure 2009009114
一般式(AC1)〜(AC3)に於ける、Rc1、Rc3〜Rc5は、一般式(AN1)
〜(AN4)に於ける、Rc1、Rc3〜Rc5と同義である。
特に好ましい酸発生剤の様態としては、前記一般式(ZI)で表される化合物に於いて、X-が、前記(AN1)、(AN3)、(AN4)から選ばれるアニオンである化合物である。
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中で、特に好ましいものの例を以下に挙げるが、本発明は、これに限定されるものではない。
Figure 2009009114
Figure 2009009114
Figure 2009009114
酸発生剤は、1種単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。2種以上を組み合わせて使用する際には、水素原子を除く全原子数が2以上異なる2種の有機酸を発生する化合物を組み合わせることが好ましい。
酸発生剤の組成物中の含量は、ポジ型感光性組成物の全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0.5〜10質量%、更に好ましくは1〜7質量%である。
(B)非金属開始剤の存在下で同一繰り返し単位のみを重合させる工程を経て製造され、同じ繰り返し単位から構成されるブロック単位を少なくとも1つ有し、且つ膜厚160
nmでの波長193nmに於ける樹脂単独の透過率が80%以上である、酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解速度が増大する樹脂
本発明のポジ型感光性組成物に用いられる樹脂(「(B)成分の樹脂」ともいう)は、同じ繰り返し単位から構成されるブロック単位(以下、単に「ブロック単位」ともいう)を少なくとも1つ有する樹脂である。
ここでいう「同じ繰り返し単位から構成されるブロック単位を少なくとも1つ有する樹脂」とは、意図的にブロック単位を導入する操作が重合時に行われることによって製造された樹脂のことであり、ブロック樹脂(ブロック単位が主鎖中に配列した構成からなる樹脂)及びグラフト樹脂(ブロック単位が側鎖として配置された樹脂)等が挙げられる。
「意図的にブロック単位を導入する操作」とは、公知のブロック単位を有する樹脂の製造方法を用いることができ、例えば、リビング重合による方法、テレケリックポリマーやマクロモノマー等の重合性の官能基を持つ高分子とモノマーを重合する方法、ブロック単位を有する2種以上のポリマーを連結させる方法等が挙げられる。これらの方法は、組み合わせてもよい。
ブロック単位とは、単一の繰り返し単位から構成されている単位であるが、最終的に得られる樹脂を構成する全繰り返し単位の5モル%以上がブロック単位を形成するよう、単一モノマーを重合する工程を設けることが好ましい。
例えば、モノマーPとモノマーQを重合する場合、PとQを混合した状態でラジカル発生剤と混合して重合する方法では、次の様に、PとQからなる繰り返し単位がほぼランダムに配列する。
PPPQPPQP・・・・・・・PPQPQPPQPPQP
(ランダムな配列部位)
これに対し、ブロック単位を有する樹脂は、同一繰り返し単位のみを重合させることによってP又はQが連続して配列する箇所が存在する。
その場合に、PとQをブロック単位にもってもよいし、Pをブロック単位にもち、それ以外をランダムな配列部位にもってもよい。
・PとQをブロック単位にもつ場合
PPPPPPPPPPPPPPP QQQQQQQQQQQQ
(ブロック単位) (ブロック単位)
・Pをブロック単位にもち、それ以外をランダムな配列部位にもつ場合
PPPPPPPPPP QPPQ・・・・・QPPQQPQP
(ブロック単位) (ランダムな配列部位)
ブロック単位の重量平均分子量は、500以上であることが好ましい。ここで、「ブロック単位の重量平均分子量」を、ブロック単位を導入する前の樹脂の重量平均分子量をMw1とし、ブロック単位を導入した後の樹脂の重量平均分子量をMw2とすると、Mw2−Mw1と定義する。ブロック単位の含有率は、樹脂の質量に対して5質量%以上であることが好ましく、10質量%以上であることがより好ましい。
(B)成分の樹脂の金属含有量は、樹脂の固形分に対する質量濃度で500ppb以下であることが好ましく、100ppb以下であることが最も好ましい。金属含有量(ナトリウム、カリウム、アルミニウム、マグネシウム、カルシウム、亜鉛、鉄、クロム、マンガン、ニッケル、銅の合計量)は、樹脂を誘導結合プラズマ質量分析計により計測することが出来る。
以下、(B)成分の樹脂の製造方法について説明する。
先ず、リビング重合を用いてブロック単位を導入する方法について説明する。リビング重合とは、重合における停止反応や移動反応が実質起こらない重合である。リビング重合では、全ポリマー鎖の反応点から逐次的にモノマーが結合し、高分子鎖を構成していく機
構で重合が進行するため、分散度(重量平均分子量と数平均分子量の比)が小さくなる。また、リビング重合では、全ポリマー鎖の反応点から逐次的にモノマーが結合し、高分子鎖を構成していく機構で重合が進行するため、ブロック単位として導入したい繰り返し単位に相当するモノマー(以下、モノマー(BR)ともいう)を、重合系(反応器内の溶液)に添加する添加重合によってブロック単位をポリマーに導入することが可能となる。
リビング重合には、リビングラジカル重合、リビングアニオン重合及びリビングカチオン重合がある。これらの内、特にリビングラジカル重合が好ましい。ここでいうリビングラジカル重合とは、重合中、成長末端部が、ラジカルの放出・再結合の状態にあり、見かけ上、停止反応が進行しないラジカル重合のことである。この条件下では、分散度(重量平均分子量と数平均分子量の比)が通常のラジカル重合と比較して非常に小さくなる。リビングラジカル重合が他の手法よりも好ましい理由は以下の通りである。つまり、リビングアニオン重合、リビングカチオン重合では禁水条件・脱酸素条件を必要とするため製造コストが高くなり、さらにヒドロキシル基やカルボキシル基等の基を持ったポリマーの製造が出来ないという問題点がある。一方で、リビングラジカル重合は、他のリビングラジカル重合とは異なり、厳密な脱水条件を必要としないため製造コストが非常に安くなる。
リビングラジカル重合は、リビングラジカル重合開始剤の存在下で行われる。
リビングラジカル重合開始剤としては、ラジカル開始剤−連鎖移動剤系開始剤、金属錯体−ハロゲン原子含有化合物系開始剤等が挙げられるが、本発明では、非金属開始剤、好ましくは、非金属のラジカル開始剤−連鎖移動剤系開始剤を用いる。
ここでいう「非金属」とは、水素原子、炭素原子、窒素原子、酸素原子、フッ素原子、珪素原子、リン原子、硫黄原子、塩素原子、砒素原子、セレン原子、臭素原子、テルル原子、ヨウ素原子、ヘリウム原子、ネオン原子、アルゴン原子、クリプトン原子、キセノン原子、ラドン原子等の金属以外の原子をいう。
ラジカル開始剤としては、市販のラジカル開始剤(アゾ系開始剤、パーオキサイドなど)を用いることができるが、アゾ系開始剤が好ましく、エステル基、シアノ基、カルボキシル基を有するアゾ系開始剤が好ましい。好ましい開始剤としては、アゾビスイソブチロニトリル、アゾビス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)などが挙げられる。
連鎖移動剤は、一般的にリビングラジカル重合で用いられている連鎖移動剤を用いることができ、例えば、第15族及び第16族元素含有化合物(第15族及び第16族元素として硫黄、セレン、テルル、リン、アンチモン等を含有する化合物)、窒素含有化合物(ニロキシル系化合物、アルコキシアミンなどが挙げられ、例えば、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシ フリーラジカル、4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシ フリーラジカル等)、ヨウ素含有アルキル(例えばヨードペルフルオロエタン、2−ヨードペルフルオロプロパンなど)などが挙げられる。
連鎖移動剤は、下記一般式(I)で表される化合物であることが好ましい。この構造であることにより、更に、効果的に(B)成分の樹脂の分散度を低下させることが可能となる。
Figure 2009009114
一般式(I)に於いて、
Aは、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、ヘテロ環基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリールチオ基又はヘテロ環チオ基を表す。
Yは、ラジカルを放出できる基を表す。
Aに於ける、アルキル基及びアルコキシ基、アルキルチオ基に於けるアルキル基は、炭素数1〜20のアルキル基が好ましく、炭素数1〜10のアルキル基がより好ましく、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、tert−ブチル基、sec−ブチル基、n−オクチル基等を挙げることができる。
シクロアルキル基は、単環又は多環の炭素数3〜20のシクロアルキル基が好ましく、単環又は多環の炭素数3〜15のシクロアルキル基がより好ましく、例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、ノルボルニル基、アダマンチル基等を挙げることができる。
アリール基及びアリールチオ基に於けるアリール基は、炭素数6〜30のアリール基が好ましく、炭素数6〜18のアリール基がより好ましく、例えば、フェニル基、ナフチル基、アントラニル基等を挙げることができる。
ヘテロ環基及びヘテロ環チオ基(ヘテロ環基−S−)に於けるヘテロ環基としては、炭素数3〜30の、5〜7員の、飽和もしくは不飽和、芳香族もしくは非芳香族、単環もしくは縮環のヘテロ環基が好ましく、より好ましくは、環構成原子が、炭素原子、窒素原子、酸素原子及び硫黄原子から選択され、且つ窒素原子、酸素原子及び硫黄原子のいずれかのヘテロ原子を少なくとも一個有するヘテロ環基であり、更に好ましくは、炭素数3〜30の、5もしくは6員の、芳香族のヘテロ環基が挙げられる。ヘテロ環基の例には、2−フリル基、2−チエニル基、2−ピリジル基、4−ピリジル基、2−ピリミジニル基、2−ベンゾチアゾリル基、ピロール−1−イル基、イミダゾール−1−イル基、ピラゾール−1−イル基、1,2,3−トリアゾール−1−イル基、1,2,4−トリアゾール−1−イル基、1,2,4−トリアゾール−4−イル基、インドール−1−イル基等を挙げることができる。
Aは、置換基を有していてもよい。Aが有してもよい置換基としては、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、シアノ基等が挙げられる。
Aは、アルキル基、シクロアルキル基及びアリール基が特に好ましい。
Yのラジカルを放出できる基とは、下記のように遊離ラジカル(R・)と一般式(I)で表される化合物が反応した後、Yが、ラジカル(Y・)となって一般式(I)で表される化合物から遊離される基であることを意味する。
Figure 2009009114
一般式(I)は、下記一般式(Ia)又は一般式(Ib)で表されることが好ましい。これらの構造をもつ連鎖移動剤を用いることにより、193nmでの透過率が高く、狭分散性のポリマーを製造することが可能となる。
Figure 2009009114
一般式(Ia)及び(Ib)に於いて、
、A及びAは、それぞれ独立して、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、ヘテロ環基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリールチオ基又はヘテロ環チオ基を表す。
、R及びRは、それぞれ独立して、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アルコキシカルボニル基又はシアノ基を表す。R1、R2及びR3の内の2つが結合して環を形成してもよい。
一般式(Ia)及び(Ib)に於ける、A、A及びAは、一般式(I)に於ける、Aと同様のものである。
、R及びRに於ける、アルキル基及びアルコキシカルボニル基に於けるアルキル基は、炭素数1〜20のアルキル基が好ましく、炭素数1〜10のアルキル基がより好ましく、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、tert−ブチル基、sec−ブチル基、n−オクチル基等を挙げることができる。
シクロアルキル基は、単環又は多環の炭素数3〜20のシクロアルキル基が好ましく、単環又は多環の炭素数3〜15のシクロアルキル基がより好ましく、例えば、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、ノルボルニル、アダマンチル等を挙げることができる。
アリール基は、炭素数6〜30のアリール基が好ましく、炭素数6〜18のアリール基がより好ましく、例えば、フェニル基、ナフチル基、アントリル基等が挙げられる。アリール基として、特に好ましくはフェニル基である。
1、R2及びR3の内の2つが結合して環を形成する場合に、R1、R2及びR3の内の2つが結合して形成する基としては、炭素数2〜8のアルキレン基を挙げることができる。
1、R2及びR3は、カルボキシル基等で置換されていてもよい。
以下に一般式(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 2009009114
一般式(Ia)又は(Ib)で表される化合物の合成法は、公知の方法を用いることができる。つまり、求核剤と二硫化炭素を反応させてジチオカルボン酸を合成した後、アルキル化剤と反応させてジチオエステルを合成する方法(方法1)、ジチオカルボン酸を酸化剤と反応させてビス(チオカルボニル)ジスルフィドを合成し、それを重合開始剤と反応させてジチオエステルを合成する方法(方法2)等が挙げられる。
添加重合を行う場合、連鎖移動剤は、添加溶液及び反応器中の溶液のどちらに仕込んでもよい。即ち、反応器中の溶液に仕込んでもよいし、添加溶液に仕込んでもよい。また、添加溶液及び反応器中の溶液の両方に仕込んでもよい。連鎖移動剤は、反応器中の溶液に仕込むことが好ましい。連鎖移動剤の使用量は、樹脂の目的分子量によるため一義的に決定することはできないが、全モノマー量に対して0.001〜0.1モル当量用いることが好ましく、0.01〜0.5モル当量用いることがより好ましい。
添加重合を行う場合、重合開始剤は、添加溶液及び反応器中の溶液のどちらに仕込んでもよい。即ち、反応器中の溶液に仕込んでもよいし、添加溶液に仕込んでもよい。また、添加溶液及び反応器中の溶液の両方に仕込んでもよい。重合開始剤は、添加溶液に仕込むことが好ましい。重合開始剤の使用量は、連鎖移動剤に対し0.01〜2.0モル当量用いることが好ましく、0.01モル当量〜1.0モル当量用いることがより好ましい。この範囲よりも小さいと重合速度が遅くて生産性が悪くなり、この範囲よりも大きいと樹脂の分散度が大きくなる。
添加重合を行う場合、連鎖移動剤を溶媒に溶解させた溶液を加熱し、それにモノマー及び重合開始剤を溶媒に溶解させた溶液を滴下することが特に好ましい。
一般式(I)で表される連鎖移動剤を用いた場合、樹脂の末端に下記一般式(II)で表される連鎖移動剤由来の置換基(ジチオエステル基)が残存する場合がある。
Figure 2009009114
一般式(II)に於ける、Aは、一般式(I)に於ける、Aと同義である。
この樹脂をそのままレジスト材料として用いると、透過率が悪く、パターン形状が悪化する恐れがあるため、連鎖移動剤由来のジチオエステル基を除去することが好ましい。
除去方法としては、重合終了後にラジカル発生剤、必要に応じて連鎖移動剤(チオール、ジスルフィド等)を添加して置換する方法がある。このとき、重合終了時の反応溶液にラジカル発生剤を添加して置換する方法、及び重合終了後に樹脂を単離し、再び樹脂を溶媒に溶解させてからラジカル発生剤を加える方法が挙げられるが、重合終了時の反応溶液にラジカル発生剤を添加して置換する方法が効率の点から好ましい。ラジカル発生剤としては、前記ラジカル開始剤として挙げたものを用いることができる。ラジカル発生剤は、重合時に用いたラジカル開始剤と同じであっても良く、異なっていても良い。ラジカル発生剤の使用量は、重合で使用した一般式(I)で表される連鎖移動剤に対し、1.0モル当量以上20.0モル当量以下用いることが好ましく、2.0モル当量以上10.0モル当量以下用いることがより好ましい。反応温度は、前期重合温度で挙げた範囲の温度が好ましい。ラジカル発生剤の添加方法は、一括に添加する方法、分割添加する方法、溶液にして滴下して添加する方法が挙げられるが、分割添加及び滴下して添加する方法が安全上好ましい。
一般式(II)で表される置換基の残存率(全繰り返し単位のモル数に対する一般式(II)で表される置換基の樹脂中に存在するモル数の百分率)は、1モル%以下であることが好ましい。残存率を測定する方法として、H NMRで一般式(II)で表される官能基のプロトン数と、樹脂中の任意のプロトン数を比較して算出する方法が挙げられる。
リビング重合を用いてブロック単位を導入する場合、モノマー(BR)を重合系に添加
して樹脂にブロック単位を導入する。モノマー(BR)を重合系に添加する際、一括で添
加しても滴下して添加しても良いが、滴下して添加するのが好ましい。滴下して添加する際、滴下時間は、0.5〜12時間が好ましく、2〜6時間がより好ましい。
モノマー(BR)を添加する時機は、目的とする樹脂の形態によりコントロールする。
例えば、ポリマー片末端部にブロック単位をポリマー鎖に対して平均10モル%導入する手段として、重合初期に全モノマーモル数の10モル%に相当するモノマー(BR)を添
加して重合し、ブロック単位を形成した後、残りのモノマーを添加する方法、又は重合後期に全モノマーモル数の10モル%に相当するモノマー(BR)に添加してブロック単位
を形成する方法が挙げられる。
リビング重合を用いてブロック単位を導入する場合、GPC法によりブロック単位の導入を確認することができる。リビング重合は、ポリマー末端からモノマーが順次結合していく重合であるため、重合率とともに数平均分子量が大きくなる。そのため、ブロック単位導入前と導入後の樹脂の数平均分子量を比較することにより、ブロック単位の導入が確認できる。
次に、重合可能な官能基を持つ高分子を利用してブロック単位を導入する方法について説明する。ここでいう「重合可能な官能基」とは、その官能基を起点もしくは中間点として重合を進行させることができる官能基を表し、例えば、ラジカル重合(付加重合)で反応が進行する場合、アルケニル基、アルキニル基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン化アリール基、メルカプト基、チオエーテル基、カルボニルジスルフィド基等のラジカルと反応できる基が挙げられる。重合可能な官能基は、公知の方法で高分子に導入することができ、例えば、アルケニル基は、ハロゲン原子等の脱離基を有するモノマーを重合後、脱離反応により導入する方法(下記式(A))や、ポリマーとアルケニル基含有化合物(例えばメタクリル酸グリシジル等)を反応させて導入する方法(下記式(B))等で導入することができる。また、メルカプト基は、例えばチオ酢酸存在下で重合後、加水分解をすることで導入することができる(下記式(C))。
Figure 2009009114
重合可能な官能基の導入位置は、高分子側鎖、高分子末端のどちらであっても良く、両方であっても良い。
ブロック単位は、重合可能な官能基を持つ高分子に、非金属開始剤の存在下で、モノマー(BR)を添加し、重合させて導入する方法や、非金属開始剤の存在下で、モノマー(BR)を添加し、重合させる際に重合可能な官能基を導入し、その後、非金属開始剤の存在下で、別のモノマーを添加し、重合させて導入する方法等が挙げられる。また、これらの方法を組み合わせて、モノマー(BR)からなるブロック単位を2つ以上導入しても良い。
次に、(B)成分の樹脂の重合条件について述べる。
反応溶媒としては、例えばテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、ジイソプロピルエーテルなどのエーテル系溶媒やメチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンのようなケトン系溶媒、酢酸エチルのようなエステル系溶媒、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドなどのアミド系溶媒、さらには後述の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メチルエーテルような本発明の組成物を溶解する溶媒が挙げられる。これらの溶媒は単独で用いても良く、混合して用いても良い。より好ましくは本発明のポジ型感光性組成物に用いられる溶剤と同一の溶剤を用いて重合することが好ましい。これにより保存時のパーティクルの発生が抑制できる。
重合反応は窒素やアルゴンなど不活性ガス雰囲気下で行われることが好ましい。重合開始剤としては、前記のラジカル開始剤(アゾ系開始剤、パーオキサイドなど)を用いることができる。所望により開始剤を追加、あるいは分割で添加しても良い。連鎖移動剤としては、前記の連鎖移動剤を用いることができる。所望により連鎖移動剤を追加、あるいは分割で添加してもよい。用いる全溶媒量に対する、モノマー、重合開始剤、連鎖移動剤等の溶質の割合は、通常5〜50質量%であり、好ましくは10〜30質量%である。反応温度は、通常10℃〜150℃であり、好ましくは30℃〜120℃、さらに好ましくは
60℃〜100℃である。
(B)成分の樹脂は、溶媒に投入して析出させ、固体として回収する。溶媒には、水、スルホキシド系溶媒(例えば、ジメチルスルホキシド等)、ケトン系溶媒(例えば、アセトン、メチルエチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン等)、エステル系溶媒(例えば、酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピオン酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等)、エーテル系溶媒(例えば、ジエチルエーテル、ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン等)、脂肪族炭化水素系溶媒(例えば、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン等)、芳香族炭化水素系溶媒(例えば、トルエン、キシレン、メシチレン等)、ニトリル系溶媒(例えば、アセトニトリル、プロピオンニトリル等)、アミド系溶媒(例えば、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン等)、カルボン酸系溶媒(例えば、酢酸、プロピオン酸等)、アルコール系溶媒(例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、n−ブタノール、3−メチルブタノール、プロピレングリコールモノメチルエーテル等)、ハロゲン系溶媒(例えば、クロロホルム、1,2−ジクロロエタン等)が挙げられるが、ケトン系溶媒、エステル系溶媒、エーテル系溶媒、ニトリル系溶媒、アミド系溶媒、アルコール系溶媒が好ましい。これらは単独で用いてもよく、混合して用いも良い。用いる溶媒の量は、重合溶液に対し1.0〜50質量倍用いることができるが、2.5〜30質量倍用いることが好ましく、4.0〜15質量倍用いることがより好ましい。用いる溶媒の量を1.0〜50質量倍とすることにより、樹脂の収率及び生産性を上げることができる。
(B)成分の樹脂の一つのブロック単位を構成する繰り返し単位の仕込時のモル数は、全繰り返し単位の仕込時のモル数に対して5モル%以上であるが好ましく、5〜80%がより好ましく、10〜60%が更により好ましい。これにより、溶剤溶解性、露光ラチチュードが向上する。
ブロック単位は、単一の繰り返し単位から構成されているが、2種以上の繰り返し単位がそれぞれブロック単位を構成してもよく、2〜3種の繰り返し単位がそれぞれブロック単位を構成していることが好ましい。
ブロック単位を構成する繰り返し単位としては、脂環構造を有する繰り返し単位が好ましい。
(B)成分の樹脂の重量平均分子量は、GPC法によりポリスチレン換算値として、好ましくは1,000〜200,000であり、更に好ましくは3,000〜20,000、最も好ましくは5,000〜15,000である。重量平均分子量を、1,000〜200,000とすることにより、耐熱性やドライエッチング耐性の劣化を防ぐことができ、且つ現像性が劣化したり、粘度が高くなって製膜性が劣化することを防ぐことができる。
(B)成分の樹脂の分散度(重量平均分子量と数平均分子量の比)は2.0以下が好ましく、1.8以下であることが好ましい。この範囲にあることにより、レジストの現像時における溶解が均一となり、ラインエッジラフネスが向上する。
(B)成分の樹脂は、膜厚160nmでの波長193nmに於ける樹脂単独の透過率が80%以上である。
(B)成分の樹脂は、膜厚160nmでの波長193nmに於ける樹脂単独の透過率が85%以上であることが好ましい。これにより、ArF露光によるレジストパターンが矩形となる。
本発明に於いては、アリール基等の波長193nmに於ける吸収団を有する化合物の非存在下、及び/又は、波長193nmに於ける吸収団の除去工程を経て製造することにより、膜厚160nmでの波長193nmに於ける樹脂単独の透過率を80%以上とするこ
とができる。
透過率は、(B)成分の樹脂を溶剤に溶解させ、スピンコーターにて石英ガラス上に膜厚が160nmになるように塗布し、吸光係数を計測することにより測定することができる。
(B)成分の樹脂は、酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解速度が増大する樹脂であり、樹脂の主鎖又は側鎖、あるいは、主鎖及び側鎖の両方に、酸の作用により分解し、アルカリ可溶性基を生じる基(以下、「酸分解性基」ともいう)を有する樹脂である。
アルカリ可溶性基としては、フェノール性水酸基、カルボン酸基、フッ素化アルコール基、スルホン酸基、スルホンアミド基、スルホニルイミド基、(アルキルスルホニル)(アルキルカルボニル)メチレン基、(アルキルスルホニル)(アルキルカルボニル)イミド基、ビス(アルキルカルボニル)メチレン基、ビス(アルキルカルボニル)イミド基、ビス(アルキルスルホニル)メチレン基、ビス(アルキルスルホニル)イミド基、トリス(アルキルカルボニル)メチレン基、トリス(アルキルスルホニル)メチレン基等が挙げられる。
好ましいアルカリ可溶性基としては、カルボン酸基、フッ素化アルコール基(好ましくはヘキサフルオロイソプロパノール)、スルホン酸基が挙げられる。
酸分解性基として好ましい基は、これらのアルカリ可溶性基の水素原子を酸で脱離する基で置換した基である。
酸で脱離する基としては、例えば、−C(R36)(R37)(R38)、−C(R36)(R37)(OR39)、−C(R01)(R02)(OR39)等を挙げることができる。
式中、R36〜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とは、互いに結合して環を形成してもよい。
01〜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。
酸分解性基としては好ましくは、クミルエステル基、エノールエステル基、アセタールエステル基、第3級のアルキルエステル基等である。更に好ましくは、第3級アルキルエステル基である。
(B)成分の樹脂は、酸分解性基を有する繰り返し単位を有することが好ましい。酸分解性基を有する繰り返し単位としては下記一般式(AI)で表される繰り返し単位が好ましい。
Figure 2009009114
一般式(AI)に於いて、
Xa1は、水素原子、メチル基、トリフルオロメチル基又はヒドロキシメチル基を表す。
Tは、単結合又は2価の連結基を表す。
Rx1〜Rx3は、それぞれ独立に、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。
Rx1〜Rx3の少なくとも2つが結合して、シクロアルキル基を形成してもよい。
Tの2価の連結基としては、アルキレン基、−COO−Rt−基、−O−Rt−基等が挙げられる。式中、Rtは、アルキレン基又はシクロアルキレン基を表す。
Tは、単結合又は−COO−Rt−基が好ましい。Rtは、炭素数1〜5のアルキレン基が好ましく、−CH2−基、−(CH23−基がより好ましい。
Rx1〜Rx3のアルキル基としてはメチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基などの炭素数1〜4の直鎖若しくは分岐のアルキル基が好ましい。
Rx1〜Rx3のシクロアルキル基としては、シクロペンチル基、シクロヘキシル基などの単環のシクロアルキル基、ノルボルニル基、テトラシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、アダマンチル基などの多環のシクロアルキル基が好ましい。
Rx1〜Rx3の少なくとも2つが結合して形成されるシクロアルキル基としてはシクロペンチル基、シクロヘキシル基などの単環のシクロアルキル基、ノルボルニル基、テトラシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、アダマンチル基などの多環のシクロアルキル基が好ましい。
Rx1がメチル基またはエチル基であり、Rx2とRx3とが結合して上述のシクロアル
キル基を形成している様態が好ましい。
酸分解性基を有する繰り返し単位の含有量は、ポリマー中の全繰り返し単位に対し、20〜50mol%が好ましく、より好ましくは25〜45mol%である。
好ましい酸分解性基を有する繰り返し単位の具体例を以下に示すが、本発明は、これに限定されるものではない。
Figure 2009009114
Figure 2009009114
Figure 2009009114
Figure 2009009114
(B)成分の樹脂は、ラクトン構造を有する基を有する繰り返し単位を有することが好ましい。ラクトン構造を有する基としては、ラクトン構造を有していればいずれの基でも用いることができるが、好ましくは5〜7員環ラクトン構造を有する基であり、5〜7員環ラクトン構造にビシクロ構造、スピロ構造を形成する形で他の環構造が縮環しているものが好ましい。下記一般式(LC1−1)〜(LC1−16)のいずれかで表されるラクトン構造を有する基を有する繰り返し単位を有することがより好ましい。また、ラクトン構造を有する基が主鎖に直接結合していてもよい。好ましいラクトン構造としては(LC1−1)、(LC1−4)、(LC1−5)、(LC1−6)、(LC1−13)、(LC1−14)であり、特定のラクトン構造を用いることでラインエッジラフネス、現像欠陥が良好になる。
Figure 2009009114
ラクトン構造部分は、置換基(Rb2)を有していても有していなくてもよい。好まし
い置換基(Rb2)としては、アルキル基(好ましくは炭素数1〜8)、シクロアルキル
基(好ましくは炭素数4〜7)、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜8)、アルコキシカルボニル基(好ましくは炭素数1〜8)、カルボキシル基、ハロゲン原子、水酸基、シアノ基、酸分解性基などが挙げられ、より好ましくは炭素数1〜4のアルキル基、シアノ基、酸分解性基である。n2は、0〜4の整数を表す。n2が2以上の時、複数存在する(Rb2)は同一でも異なっていてもよく、また、複数存在する(Rb2)同士が結合して環を形成してもよい。
一般式(LC1−1)〜(LC1−16)のいずれかで表されるラクトン構造を有する基を有する繰り返し単位としては、下記一般式(AII)で表される繰り返し単位を挙げることができる。
Figure 2009009114
一般式(AII)に於いて、
Rb0は、水素原子、ハロゲン原子又はアルキル基(好ましくは炭素数1〜4)を表す
。Rb0のアルキル基が有していてもよい好ましい置換基としては、水酸基、ハロゲン原
子が挙げられる。Rb0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。Rb0は、水素原子及びメチル基が好ましい。
Abは、単結合、アルキレン基、単環若しくは多環の脂環炭化水素構造を有する2価の連結基、エーテル基、エステル基、カルボニル基、カルボキシル基、又はこれらを組み合わせた2価の基を表す。好ましくは、単結合、−Ab1−CO2−で表される連結基である。Ab1は、直鎖若しくは分岐状アルキレン基又は単環若しくは多環のシクロアルキレン基を表し、好ましくは、メチレン基、エチレン基、シクロヘキシレン基、アダマンチレン基、ノルボルニレン基である。
Vは、一般式(LC1−1)〜(LC1−16)の内のいずれかで表される構造を有する基を表す。
ラクトン構造を有する基を有する繰り返し単位は、通常光学異性体が存在するが、いずれの光学異性体を用いてもよい。また、1種の光学異性体を単独で用いても、複数の光学異性体混合して用いてもよい。1種の光学異性体を主に用いる場合、その光学純度(ee)が90以上のものが好ましく、より好ましくは95以上である。
ラクトン構造を有する基を有する繰り返し単位の含有量は、ポリマー中の全繰り返し単位に対し、15〜60mol%が好ましく、より好ましくは20〜50mol%、更に好ましくは30〜50mol%である。
ラクトン構造を有する基を有する繰り返し単位の具体例を以下に挙げるが、本発明はこれらに限定されない。
Figure 2009009114
Figure 2009009114
Figure 2009009114
特に好ましいラクトン構造を有する基を有する繰り返し単位としては、ラクトン構造のβ位に水素原子を有する下記の繰り返し単位が挙げられる。最適なラクトン構造を選択することにより、パターンプロファイル、粗密依存性が良好となる。
Figure 2009009114
(B)成分の樹脂は、極性基を有する繰り返し単位を有していることが好ましい。極性基としては、水酸基、シアノ基、アミド基、スルホンアミド基、カルボニル基、エステル基、スルホ基が挙げられ、水酸基、シアノ基がより好ましい。これにより基板密着性、現像液親和性が向上する。極性基を有する繰り返し単位は、極性基で置換された脂環炭化水素構造を有する繰り返し単位であることが好ましい。極性基で置換された脂環炭化水素構造の脂環炭化水素構造としてはアダマンチル基、ジアマンチル基、ノルボルナン基が好ましい。好ましい極性基で置換された脂環炭化水素構造としては、下記一般式(VIIa)〜(VIId)で表される部分構造が好ましい。
Figure 2009009114
一般式(VIIa)〜(VIIc)に於いて、
2c〜R4cは、各々独立に、水素原子、水酸基又はシアノ基を表す。ただし、R2c〜R4cの内の少なくとも1つは、水酸基又はシアノ基を表す。好ましくは、R2c〜R4cの内の1つ又は2つが水酸基で、残りが水素原子である。一般式(VIIa)に於いて、更に好ましくは、R2c〜R4cの内の2つが水酸基で、残りが水素原子である。
極性基で置換された脂環炭化水素構造を有する繰り返し単位としては、下記一般式(AIIa)〜(AIId)で表される繰り返し単位を挙げることができる。
Figure 2009009114
一般式(AIIa)〜(AIId)に於いて、
1cは、水素原子、メチル基、トリフロロメチル基又はヒドロキメチル基を表す。
2c〜R4cは、各々独立に、水素原子、水酸基又はシアノ基を表す。但し、R2c〜R4cの内の少なくとも1つは、水酸基又はシアノ基を表す。R2c〜R4cは、一般式(VIIa)〜(VIIc)に於けるR2c〜R4cと同義である。
極性基で置換された脂環炭化水素構造を有する繰り返し単位の含有量は、ポリマー中の全繰り返し単位に対し、5〜40mol%が好ましく、より好ましくは5〜30mol%、更に好ましくは10〜25mol%である。
極性基で置換された脂環炭化水素構造を有する繰り返し単位の具体例を以下に挙げるが、本発明はこれらに限定されない。
Figure 2009009114
(B)成分の樹脂は、アルカリ可溶性基を有する繰り返し単位を有することが好ましい。アルカリ可溶性基としては、カルボキシル基、スルホンアミド基、スルホニルイミド基、ビスルスルホニルイミド基、α位が電子吸引性基で置換された脂肪族アルコールが挙げ
られ、カルボキシル基を有する繰り返し単位を有することがより好ましい。アルカリ可溶性基を有する繰り返し単位を有することによりコンタクトホール用途での解像性が増す。アルカリ可溶性基を有する繰り返し単位としては、アクリル酸、メタクリル酸による繰り返し単位のような樹脂の主鎖に直接アルカリ可溶性基が結合している繰り返し単位、あるいは連結基を介して樹脂の主鎖にアルカリ可溶性基が結合している繰り返し単位、さらにはアルカリ可溶性基を有する重合開始剤や連鎖移動剤を重合時に用いてポリマー鎖の末端に導入、のいずれも好ましく、連結基は単環または多環の環状炭化水素構造を有していてもよい。特に好ましくはアクリル酸、メタクリル酸による繰り返し単位である。
アルカリ可溶性基を有する繰り返し単位の含有量は、ポリマー中の全繰り返し単位に対し、1〜20mol%が好ましく、より好ましくは3〜15mol%、更に好ましくは5〜10mol%である。
アルカリ可溶性基を有する繰り返し単位の具体例を以下に示すが、本発明は、これに限定されるものではない。
Figure 2009009114
(B)成分の樹脂は、上記の繰り返し構造単位以外に、ドライエッチング耐性や標準現像液適性、基板密着性、レジストプロファイル、さらにレジストの一般的な必要な特性である解像力、耐熱性、感度等を調節する目的で様々な繰り返し構造単位を有することができる。
このような繰り返し構造単位としては、下記の単量体に相当する繰り返し構造単位を挙
げることができるが、これらに限定されるものではない。
これにより、(B)成分の樹脂に要求される性能、特に、
(1)塗布溶剤に対する溶解性、
(2)製膜性(ガラス転移点)、
(3)アルカリ現像性、
(4)膜べり(親疎水性、アルカリ可溶性基選択)、
(5)未露光部の基板への密着性、
(6)ドライエッチング耐性、
等の微調整が可能となる。
このような単量体として、例えば、アクリル酸エステル類、メタクリル酸エステル類、アクリルアミド類、メタクリルアミド類、アリル化合物、ビニルエーテル類、ビニルエステル類等から選ばれる付加重合性不飽和結合を1個有する化合物等を挙げることができる。
その他にも、上記種々の繰り返し構造単位に相当する単量体と共重合可能である付加重合性の不飽和化合物であれば、共重合されていてもよい。
(B)成分の樹脂において、各繰り返し構造単位の含有モル比は、レジストのドライエッチング耐性や標準現像液適性、基板密着性、レジストプロファイル、さらにはレジストの一般的な必要性能である解像力、耐熱性、感度等を調節するために適宜設定される。
本発明の組成物がArF露光用であるとき、ArF光への透明性の点から、(B)成分の樹脂は、芳香族基を有さないことが好ましい。
(B)成分の樹脂として好ましくは、繰り返し単位のすべてが(メタ)アクリレート系繰り返し単位で構成されたものである。この場合、繰り返し単位のすべてがメタクリレート系繰り返し単位、繰り返し単位のすべてがアクリレート系繰り返し単位、メタクリレート系繰り返し単位/アクリレート系繰り返し単位混合のいずれのものでも用いることができるが、アクリレート系繰り返し単位が全繰り返し単位の50mol%以下であることが好ましい。
(B)成分の樹脂としてより好ましくは、一般式(AI)で表される酸分解性基を有する(メタ)アクリレート系繰り返し単位20〜50モル%、ラクトン構造を有する(メタ)アクリレート系繰り返し単位20〜50モル%、極性基で置換された脂環炭化水素構造を有する(メタ)アクリレート系繰り返し単位5〜30モル%有する共重合ポリマー、または更にその他の繰り返し単位を0〜20モル%有する共重合ポリマーである。
(B)成分の樹脂は、溶剤溶解性に優れている。このことにより、レジスト組成物を調製する際、(B)成分の樹脂の溶剤への溶解時間が短縮でき、生産効率が上がる。また、(B)成分の樹脂は、予想外にも、経時安定性が優れている。これは、(B)成分の樹脂は、溶剤溶解性に優れていること、金属触媒等の金属含有化合物を含有していないこと、及び、ジチオエステル部を含有していないことに由来していると考えられる。
本発明のポジ型感光性組成物に於いて、(B)成分の樹脂の組成物全体中の配合量は、全固形分中50〜99.9質量%が好ましく、より好ましくは60〜99.0質量%である。
また、本発明において、(B)成分の樹脂は、1種で使用してもよいし、複数併用してもよい。
酸の作用により分解する基を有さない樹脂
本発明のポジ型感光性組成物は、酸の作用により分解する基を有さない樹脂を含有してもよい。
「酸の作用により分解する基を有さない」とは、本発明のポジ型感光性組成物が通常用いられる画像形成プロセスにおいて酸の作用による分解性が無いかまたは極めて小さく、実質的に酸分解による画像形成に寄与する基を有さないことである。このような樹脂としてアルカリ可溶性基を有する樹脂、アルカリの作用により分解し、アルカリ現像液への溶解性が向上する基を有する樹脂が挙げられる。
酸の作用により分解する基を有さない樹脂としては、(メタ)アクリル酸誘導体および/又は脂環オレフィン誘導体から導かれる繰り返し単位を少なくとも1種有する樹脂が好ましい。
酸の作用により分解する基を有さない樹脂に含有されるアルカリ可溶性基としては、カルボキシル基、フェノール性水酸基、1位または2位が電子吸引性基で置換された脂肪族水酸基、電子吸引性基で置換されたアミノ基(例えばスルホンアミド基、スルホンイミド基、ビススルホニルイミド基)、電子吸引性基で置換されたメチレン基またはメチン基(例えばケトン基、エステル基から選ばれる少なくとも2つで置換されたメチレン基、メチン基)が好ましい。
酸の作用により分解する基を有さない樹脂に含有されるアルカリの作用により分解し、アルカリ現像液中での溶解度が増大する基としては、ラクトン基、酸無水物基が好ましく、より好ましくはラクトン基である。
酸の作用により分解する基を有さない樹脂には、上記以外の他の官能基を有する繰り返し単位を有してもよい。他の官能基を有する繰り返し単位としては、ドライエッチング耐性、親疎水性、相互作用性などを考慮し、適当な官能基を導入することができる。他の繰り返し単位としては、水酸基、シアノ基、カルボニル基、エステル基などの極性官能基を有する構成単位、単環または、多環環状炭化水素構造を有する繰り返し単位、シリコン原子、ハロゲン原子、フロロアルキル基を有する繰り返し単位またはこれらの複数の官能基を有する繰り返し単位である。
好ましい酸の作用により分解する基を有さない樹脂の具体例を以下に示すが、本発明はこれに限定されるものではない。
Figure 2009009114
酸の作用により分解する基を有さない樹脂の添加量は、(B)成分の樹脂に対し0〜30質量%であり、好ましくは0〜20質量%、更に好ましくは0〜15質量%である。
アルカリ可溶性基、親水基、酸分解性基から選ばれるすくなくとも1つを有する、分子量3000以下の溶解制御化合物
本発明のポジ型感光性組成物には、アルカリ可溶性基、親水基、酸分解性基から選ばれるすくなくとも1つを有する、分子量3000以下の溶解制御化合物(以下、「溶解制御化合物」ともいう)を加えてもよい。
溶解制御化合物としては、カルボキシル基、スルホニルイミド基、α位がフロロアルキル基で置換された水酸基等のようなアルカリ可溶性基を有する化合物、水酸基、ラクトン基、シアノ基、アミド基、ピロリドン基、スルホンアミド基等のような親水性基を有する化合物及び酸分解性基を有する化合物が好ましい。酸分解性基としては、カルボキシル基又は水酸基を酸脱離性基で保護した基が好ましい。溶解制御化合物としては220nm以下の透過性を低下させないため、芳香環を有さない化合物を用いるか、芳香環を有する化合物を用いる場合には、芳香環を有する化合物を組成物の固形分に対し20wt%以下の
添加量で用いることが好ましい。
好ましい溶解制御化合物としては、アダマンタン(ジ)カルボン酸、ノルボルナンカルボン酸、コール酸等の脂環炭化水素構造を有するカルボン酸化合物、又はそのカルボン酸を酸脱離性基で保護した化合物、糖類などのポリオール、又はその水酸基を酸脱離性基で保護した化合物が好ましい。
本発明における溶解制御化合物の分子量は、3000以下であり、好ましくは300〜3000、更に好ましくは500〜2500である。
溶解制御化合物の添加量は、ポジ型感光性組成物の固形分に対し、好ましくは3〜40質量%であり、より好ましくは5〜20質量%である。
以下に溶解制御化合物の具体例を示すが、本発明はこれらに限定されない。
Figure 2009009114
塩基性化合物
本発明のポジ型感光性組成物は、露光から加熱までの経時による性能変化を低減あるいは、露光によって発生した酸の膜中拡散性を制御するために、塩基性化合物を含有することが好ましい。
塩基性化合物としては含窒素塩基性化合物、オニウム塩化合物を挙げることができる。
好ましい含窒素塩基性化合物構造として、下記一般式(A)〜(E)で示される部分構造を有する化合物を挙げることができる。
Figure 2009009114
一般式(A)に於いて、
250、R251及びR252は、各々独立に、水素原子、アルキル基(好ましくは炭素数1〜20)、シクロアルキル基(好ましくは炭素数3〜20)又はアリール基(好ましくは炭素数6〜20)を表す。R250とR251は、互いに結合して環を形成してもよい。これらは置換基を有していてもよく、置換基を有するアルキル基及び置換基を有するシクロアルキル基としては、アミノアルキル基(好ましくは炭素数1〜20)、アミノシクロアルキル基(好ましくは炭素数3〜20)、ヒドロキシアルキル基(好ましくは炭素数1〜20)、ヒドロキシシクロアルキル基(好ましくは炭素数3〜20)が好ましい。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。
一般式(E)に於いて、
253、R254、R255及びR256は、各々独立に、アルキル基(好ましくは炭素数1〜6)又はシクロアルキル基(好ましくは炭素数3〜6)を表す。
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フォリン、ピペリジンを挙げることができ、置換基を有していてもよい。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。
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−5−エン、1、8−ジアザビシクロ[5,4,0]ウンデカ−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−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、ポジ型感光性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。
フッ素及び/又はシリコン系界面活性剤
本発明のポジ型感光性組成物は、更に、フッ素及び/又はシリコン系界面活性剤(フッ素系界面活性剤、シリコン系界面活性剤及びフッ素原子と珪素原子の両方を有する界面活性剤)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。
本発明のポジ型感光性組成物がフッ素及び/又はシリコン系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。
これらのフッ素及び/又はシリコン系界面活性剤として、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ても、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。
フッ素及び/又はシリコン系界面活性剤の使用量は、ポジ型感光性組成物の全量(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。
有機溶剤
本発明のポジ型感光性組成物は、上記の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、異なる官能基を有する2種以上の溶剤を含有する混合溶剤を用いることが好ましい。これにより素材の溶解性が高まり、経時におけるパーティクルの発生が抑制できるだけでなく、良好なパターンプロファイルが得られる。溶剤が含有する好ましい官能基としては、エステル基、ラクトン基、水酸基、ケトン基、カーボネート基が挙げられる。異なる官能基を有する混合溶剤としては、以下の(S1)〜(S5)の混合溶剤が好ましい。
(S1)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、
(S2)エステル構造を有する溶剤と、ケトン構造を有する溶剤とを混合した混合溶剤、
(S3)エステル構造を有する溶剤と、ラクトン構造を有する溶剤とを混合した混合溶
剤、
(S4)エステル構造を有する溶剤と、ラクトン構造を有する溶剤と、水酸基を有する溶剤とを混合した混合溶剤及び
(S5)エステル構造を有する溶剤と、カーボネート構造を有する溶剤と、水酸基を有する溶剤とを混合した混合溶剤。
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でき、また、塗布時の欠陥の発生を抑制することができる。
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、乳酸エチルがより好ましい。
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、酢酸ブチルがより好ましく、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、シクロヘキサノンが特に好ましい。
ケトン構造を有する溶剤としてはシクロヘキサノン、2−ヘプタノンなどが挙げられ、好ましくはシクロヘキサノンである。
エステル構造を有する溶剤としては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、酢酸ブチルなどが挙げられ、好ましくはプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートである。
ラクトン構造を有する溶剤としてはγ−ブチロラクトンが挙げられる。
カーボネート構造を有する溶剤としてはプロピレンカーボネート、エチレンカーボネートが挙げられ、好ましくはプロピレンカーボネートである。
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。
エステル構造を有する溶剤と、ケトン構造を有する溶剤との混合比(質量)は、1/99〜99/1、好ましくは10/90〜90/10、更に好ましくは40/60〜80/20である。エステル構造を有する溶剤を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。
エステル構造を有する溶剤と、ラクトン構造を有する溶剤との混合比(質量)は、70/30〜99/1、好ましくは80/20〜99/1、更に好ましくは90/10〜99/1である。エステル構造を有する溶剤を70質量%以上含有する混合溶剤が経時安定性の点で特に好ましい。
エステル構造を有する溶剤と、ラクトン構造を有する溶剤と、水酸基を有する溶剤を混合する際は、エステル構造を有する溶剤を30〜80質量%、ラクトン構造を有する溶剤を1〜20質量%、水酸基を有する溶剤を10〜60質量%含有することが好ましい。
エステル構造を有する溶剤と、カーボネート構造を有する溶剤と、水酸基を有する溶剤を混合する際は、エステル構造を有する溶剤を30〜80質量%、カーボネート構造を有する溶剤を1〜20質量%、水酸基を有する溶剤を10〜60質量%含有することが好ましい。
これら溶剤の好ましい様態としては、アルキレングリコールモノアルキルエーテルカルボキシレート(好ましくはプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート)を含有する溶剤であり、より好ましくはアルキレングリコールモノアルキルエーテルカルボキシレートと、他の溶剤の混合溶剤であり、他の溶剤が水酸基、ケトン基、ラクトン基、エステル基、エーテル基、カーボネート基から選ばれる官能基、あるいはこれらのうちの複数の官能基を併せ持つ溶剤から選ばれる少なくとも1種である。特に好ましい混合溶剤は、乳酸エチル、γブチロラクトン、プロピレングリコールモノメチルエーテル、酢酸ブチル、シクロヘキサノンから選ばれる少なくとも1種とプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートの混合溶剤である。
最適な溶剤を選択することにより現像欠陥性能を改良することができる。
<その他の添加剤>
本発明のポジ型感光性組成物には、必要に応じてさらに染料、可塑剤、前記フッ素及び/又はシリコン系界面活性剤以外の界面活性剤及び光増感剤等を含有させることができる。
本発明においては、前記フッ素系及び/又はシリコン系界面活性剤以外の他の界面活性剤を加えることもできる。具体的には、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、ソルビタン脂肪族エステル類、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪族エステル類等のノニオン系界面活性剤を挙げることができる。
これらの界面活性剤は単独で添加してもよいし、また、いくつかの組み合わせで添加することもできる。
(パターン形成方法)
本発明のポジ型感光性組成物は、上記の成分を所定の有機溶剤、好ましくは前記混合溶剤に溶解し、フィルター濾過した後、次のように所定の支持体上に塗布して用いる。フィルター濾過に用いるフィルターは、ポアサイズ0.1μm以下、より好ましくはポアサイズ0.05μm以下、更に好ましくはポアサイズ0.03μm以下のポリテトラフロロエチレン製、ポリエチレン製、ナイロン製のものが好ましい。
例えば、ポジ型感光性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、乾燥し、感光性膜を形成する。
当該感光性膜に、所定のマスクを通して活性光線又は放射線を照射し、好ましくはベーク(加熱)を行い、現像、リンスする。これにより良好なパターンを得ることができる。
感光性膜を形成する前に、基板上に予め反射防止膜を塗設してもよい。
反射防止膜としては、チタン、二酸化チタン、窒化チタン、酸化クロム、カーボン、アモルファスシリコン等の無機膜型と、吸光剤とポリマー材料からなる有機膜型のいずれも用いることができる。また、有機反射防止膜として、ブリューワーサイエンス社製のDUV30シリーズや、DUV−40シリーズ、シプレー社製のAR−2、AR−3、AR−5等の市販の有機反射防止膜を使用することもできる。
活性光線又は放射線としては、赤外光、可視光、紫外光、遠紫外光、X線、電子線等を挙げることができるが、好ましくは250nm以下、より好ましくは220nm以下の波長の遠紫外光、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)、X線、電子ビーム等であり、ArFエキシマレーザー、F2エキシマレーザー、EUV(13nm)、電子ビーム
が好ましい。
現像工程では、アルカリ現像液を次のように用いる。ポジ型感光性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。
さらに、上記アルカリ現像液にアルコール類、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。
活性光線又は放射線の照射時にレジスト膜とレンズの間に空気よりも屈折率の高い液体(液浸媒体)を満たして露光(液浸露光)を行ってもよい。これにより解像性を高めることができる。用いる液浸媒体としては空気よりも屈折率の高い液体であればいずれのものでも用いることができるが好ましくは純水である。
液浸露光する際に使用する液浸液について、以下に説明する。
液浸液は、露光波長に対して透明であり、かつレジスト膜上に投影される光学像の歪みを最小限に留めるよう、屈折率の温度係数ができる限り小さい液体が好ましいが、特に露光光源がArFエキシマレーザー(波長;193nm)である場合には、上述の観点に加えて、入手の容易さ、取り扱いのし易さといった点から水を用いるのが好ましい。
また、さらに屈折率が向上できるという点で屈折率1.5以上の媒体を用いることもできる。この媒体は、水溶液でもよく有機溶剤でもよい。
液浸液として水を用いる場合、水の表面張力を減少させるとともに、界面活性力を増大させるために、ウェハ上のレジスト膜を溶解させず、且つレンズ素子の下面の光学コートに対する影響が無視できる添加剤(液体)を僅かな割合で添加しても良い。その添加剤としては水とほぼ等しい屈折率を有する脂肪族系のアルコールが好ましく、具体的にはメチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール等が挙げられる。水とほぼ等しい屈折率を有するアルコールを添加することにより、水中のアルコール成分が蒸発して含有濃度が変化しても、液体全体としての屈折率変化を極めて小さくできるといった利点が得られる。一方で、193nm光に対して不透明な物質や屈折率が水と大きく異なる不純物が混入した場合、レジスト膜上に投影される光学像の歪みを招くため、使用する水としては、蒸留水が好ましい。更にイオン交換フィルター等を通して濾過を行った純水を用いてもよい。
水の電気抵抗は、18.3MQcm以上であることが望ましく、TOC(有機物濃度)は20ppb以下であることが望ましく、脱気処理をしていることが望ましい。
また、液浸液の屈折率を高めることにより、リソグラフィー性能を高めることが可能である。このような観点から、屈折率を高めるような添加剤を水に加えたり、水の代わりに重水(D2O)を用いてもよい。
本発明のポジ型感光性組成物からなるレジスト膜を、液浸媒体を介して露光する場合には、必要に応じてさらに疎水性樹脂(HR)を添加することができる。これにより、レジスト膜表層に疎水性樹脂(HR)が偏在化し、液浸媒体が水の場合、レジスト膜とした際の水に対するレジスト膜表面の後退接触角を向上させ、液浸水追随性を向上させることが
できる。疎水性樹脂(HR)としては、表面の後退接触角が添加することにより向上する樹脂であれば何でもよいが、フッ素原子及び珪素原子の少なくともいずれかを有する樹脂であることが好ましい。レジスト膜の後退接触角は60°〜90°が好ましく、更に好ましくは70°以上である。添加量は、レジスト膜の後退接触角が前記範囲になるよう適宜調整して使用できるが、ポジ型感光性組成物の全固形分を基準として、0.1〜10質量%であることが好ましく、より好ましくは0.1〜5質量%である。疎水性樹脂(HR)は前述のように界面に遍在するものであるが、界面活性剤とは異なり、必ずしも分子内に親水基を有する必要はなく、極性/非極性物質を均一に混合することに寄与しなくても良い。
後退接触角とは、液滴-基板界面での接触線が後退する際に測定される接触角であり、動的な状態での液滴の移動しやすさをシミュレートする際に有用であることが一般に知られている。簡易的には、針先端から吐出した液滴を基板上に着滴させた後、その液滴を再び針へと吸い込んだときの、液滴の界面が後退するときの接触角として定義でき、一般に拡張収縮法と呼ばれる接触角の測定方法を用いて測定することができる。
液浸露光工程に於いては、露光ヘッドが高速でウェハ上をスキャンし露光パターンを形成していく動きに追随して、液浸液がウェハ上を動く必要があるので、動的な状態に於けるレジスト膜に対する液浸液の接触角が重要になり、液滴が残存することなく、露光ヘッドの高速なスキャンに追随する性能がレジストには求められる。
疎水性樹脂(HR)に於けるフッ素原子又は珪素原子は、樹脂の主鎖中に有していても、側鎖に置換していてもよい。
疎水性樹脂(HR)は、フッ素原子を有する部分構造として、フッ素原子を有するアルキル基、フッ素原子を有するシクロアルキル基、または、フッ素原子を有するアリール基を有する樹脂であることが好ましい。
フッ素原子を有するアルキル基(好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは炭素数1〜4)は、少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換された直鎖又は分岐アルキル基であり、さらに他の置換基を有していてもよい。
フッ素原子を有するシクロアルキル基は、少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換された単環または多環のシクロアルキル基であり、さらに他の置換基を有していてもよい。
フッ素原子を有するアリール基としては、フェニル基、ナフチル基などのアリール基の少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換されたものが挙げられ、さらに他の置換基を有していてもよい。
フッ素原子を有するアルキル基、フッ素原子を有するシクロアルキル基、または、フッ素原子を有するアリール基として、好ましくは、下記一般式(F2)〜(F4)で表される基を挙げることができるが、本発明は、これに限定されるものではない。
Figure 2009009114
一般式(F2)〜(F4)中、
57〜R68は、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子又はアルキル基を表す。但し、R57〜R61、R62〜R64およびR65〜R68の内、少なくとも1つは、フッ素原子又は少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換されたアルキル基(好ましくは炭素数1〜4)を表す。R57〜R61及びR65〜R67は、全てがフッ素原子であることが好ましい。R62、R63及びR68は、少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換されたアルキル基(好ましくは炭素数1〜4)が好ましく、炭素数1〜4のパーフルオロアルキル基であることがさらに好ましい。R62とR63は、互いに連結して環を形成してもよい。
一般式(F2)で表される基の具体例としては、例えば、p−フルオロフェニル基、ペンタフルオロフェニル基、3,5-ジ(トリフルオロメチル)フェニル基等が挙げられる。
一般式(F3)で表される基の具体例としては、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロプロピル基、ペンタフルオロエチル基、ヘプタフルオロブチル基、ヘキサフルオロイソプロピル基、ヘプタフルオロイソプロピル基、ヘキサフルオロ(2−メチル)イソプロピル基、ノナフルオロブチル基、オクタフルオロイソブチル基、ノナフルオロヘキシル基、ノナフルオロ−t−ブチル基、パーフルオロイソペンチル基、パーフルオロオクチル基、パーフルオロ(トリメチル)ヘキシル基、2,2,3,3-テトラフルオロシクロブチル基、パーフルオロシクロヘキシル基などが挙げられる。ヘキサフルオロイソプロピル基、ヘプタフルオロイソプロピル基、ヘキサフルオロ(2−メチル)イソプロピル基、オクタフルオロイソブチル基、ノナフルオロ−t−ブチル基、パーフルオロイソペンチル基が好ましく、ヘキサフルオロイソプロピル基、ヘプタフルオロイソプロピル基が更に好ましい。
一般式(F4)で表される基の具体例としては、例えば、−C(CF32OH、−C(C252OH、−C(CF3)(CH3)OH、−CH(CF3)OH等が挙げられ、−C(CF32OHが好ましい。
以下、フッ素原子を有する繰り返し単位の具体例を示すが、本発明は、これに限定されるものではない。
具体例中、X1は、水素原子、−CH3、−F又は−CF3を表す。
2は、−F又は−CF3を表す。
Figure 2009009114
疎水性樹脂(HR)は、珪素原子を有する部分構造として、アルキルシリル構造(好ましくはトリアルキルシリル基)、または環状シロキサン構造を有する樹脂であることが好ましい。
アルキルシリル構造、または環状シロキサン構造としては、具体的には、下記一般式(CS−1)〜(CS−3)で表される基などが挙げられる。
Figure 2009009114
一般式(CS−1)〜(CS−3)に於いて、
12〜R26は、各々独立に、直鎖もしくは分岐アルキル基(好ましくは炭素数1〜20)またはシクロアルキル基(好ましくは炭素数3〜20)を表す。
3〜L5は、単結合又は2価の連結基を表す。2価の連結基としては、アルキレン基、フェニレン基、エーテル基、チオエーテル基、カルボニル基、エステル基、アミド基、ウレタン基、またはウレア基よりなる群から選択される単独あるいは2つ以上の基の組み合わせを挙げられる。
nは、1〜5の整数を表す。
以下、一般式(CS−1)〜(CS−3)で表される基を有する繰り返し単位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。なお、具体例中、X1は、水素原子、−CH3、−F又は−CF3を表す。
Figure 2009009114
更に、疎水性樹脂(HR)は、下記(x)〜(z)の群から選ばれる基を少なくとも1つを有していてもよい。
(x)アルカリ可溶性基、
(y)アルカリ現像液の作用により分解し、アルカリ現像液中での溶解度が増大する基、
(z)酸の作用により分解する基。
(x)アルカリ可溶性基としては、フェノール性水酸基、カルボン酸基、フッ素化アルコール基、スルホン酸基、スルホンアミド基、スルホニルイミド基、(アルキルスルホニル)(アルキルカルボニル)メチレン基、(アルキルスルホニル)(アルキルカルボニル)イミド基、ビス(アルキルカルボニル)メチレン基、ビス(アルキルカルボニル)イミド基、ビス(アルキルスルホニル)メチレン基、ビス(アルキルスルホニル)イミド基、トリス(アルキルカルボニル)メチレン基、トリス(アルキルスルホニル)メチレン基等が挙げられる。
好ましいアルカリ可溶性基としては、フッ素化アルコール基(好ましくはヘキサフルオロイソプロパノール)、スルホンイミド基、ビス(カルボニル)メチレン基が挙げられる。
アルカリ可溶性基(x)を有する繰り返し単位としては、アクリル酸、メタクリル酸に
よる繰り返し単位のような樹脂の主鎖に直接アルカリ可溶性基が結合している繰り返し単位、あるいは連結基を介して樹脂の主鎖にアルカリ可溶性基が結合している繰り返し単位などが挙げられ、さらにはアルカリ可溶性基を有する重合開始剤や連鎖移動剤を重合時に用いてポリマー鎖の末端に導入することもでき、いずれの場合も好ましい。
アルカリ可溶性基(x)を有する繰り返し単位の含有量は、ポリマー中の全繰り返し単位に対し、1〜50mol%が好ましく、より好ましくは3〜35mol%、更に好ましくは5〜20mol%である。
アルカリ可溶性基(x)を有する繰り返し単位の具体例を以下に示すが、本発明は、これに限定されるものではない。
Figure 2009009114
(y)アルカリ現像液の作用により分解し、アルカリ現像液中での溶解度が増大する基としては、例えば、ラクトン構造を有する基、酸無水物基、酸イミド基などが挙げられ、好ましくはラクトン構造を有する基である。
アルカリ現像液の作用により分解し、アルカリ現像液中での溶解度が増大する基(y)を有する繰り返し単位としては、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステルによる繰り
返し単位のように、樹脂の主鎖にアルカリ現像液の作用により分解し、アルカリ現像液中での溶解度が増大する基(y)が結合している繰り返し単位、あるいはアルカリ現像液中での溶解度が増大する基(y)を有する重合開始剤や連鎖移動剤を重合時に用いてポリマー鎖の末端に導入、のいずれも好ましい。
アルカリ現像液中での溶解度が増大する基(y)を有する繰り返し単位の含有量は、ポリマー中の全繰り返し単位に対し、1〜40mol%が好ましく、より好ましくは3〜30mol%、更に好ましくは5〜15mol%である。
アルカリ現像液中での溶解度が増大する基(y)を有する繰り返し単位の具体例としては、(B)成分の樹脂で挙げたラクトン構造を有する繰り返し単位と同様のものを挙げることができる。
疎水性樹脂(HR)に於ける、酸の作用により分解する基(z)を有する繰り返し単位は、(B)成分の樹脂で挙げた酸分解性基を有する繰り返し単位と同様のものが挙げられる。疎水性樹脂(HR)に於ける、酸の作用により分解する基(z)を有する繰り返し単位の含有量は、ポリマー中の全繰り返し単位に対し、1〜80mol%が好ましく、より好ましくは10〜80mol%、更に好ましくは20〜60mol%である。
疎水性樹脂(HR)は、更に、下記一般式(III)で表される繰り返し単位を有していてもよい。
Figure 2009009114
一般式(III)に於いて、
4は、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、シクロアルケニル基を有する基を表す。
6は、単結合又は2価の連結基を表す。
一般式(III)に於ける、R4のアルキル基は、炭素数3〜20の直鎖若しくは分岐状アルキル基が好ましい。
シクロアルキル基は、炭素数3〜20のシクロアルキル基が好ましい。
アルケニル基は、炭素数3〜20のアルケニル基が好ましい。
シクロアルケニル基は、炭素数3〜20のシクロアルケニル基が好ましい。
6の2価の連結基は、アルキレン基(好ましくは炭素数1〜5)、オキシ基が好ましい。
疎水性樹脂(HR)がフッ素原子を有する場合、フッ素原子の含有量は、疎水性樹脂(HR)の分子量に対し、5〜80質量%であることが好ましく、10〜80質量%であることがより好ましい。また、フッ素原子を含む繰り返し単位が、疎水性樹脂(HR)中10〜100質量%であることが好ましく、30〜100質量%であることがより好ましい。
疎水性樹脂(HR)が珪素原子を有する場合、珪素原子の含有量は、疎水性樹脂(HR)の分子量に対し、2〜50質量%であることが好ましく、2〜30質量%であることがより好ましい。また、珪素原子を含む繰り返し単位は、疎水性樹脂(HR)中10〜100質量%であることが好ましく、20〜100質量%であることがより好ましい。
疎水性樹脂(HR)の標準ポリスチレン換算の重量平均分子量は、好ましくは1,000〜100,000で、より好ましくは1,000〜50,000、更により好ましくは2,000〜15,000である。
疎水性樹脂(HR)は、(B)成分の樹脂同様、金属等の不純物が少ないのは当然のことながら、残留単量体やオリゴマー成分が0〜10質量%であることが好ましく、より好ましくは0〜5質量%、0〜1質量%が更により好ましい。それにより、液中異物や感度等の経時変化のないレジストが得られる。また、解像度、レジスト形状、レジストパターンの側壁、ラフネスなどの点から、分子量分布(Mw/Mn、分散度ともいう)は、1〜5の範囲が好ましく、より好ましくは1〜3、さらに好ましくは1〜2の範囲である。
疎水性樹脂(HR)は、各種市販品を利用することもできるし、常法に従って(例えばラジカル重合)合成することができる。例えば、一般的合成方法としては、モノマー種および開始剤を溶剤に溶解させ、加熱することにより重合を行う一括重合法、加熱溶剤にモノマー種と開始剤の溶液を1〜10時間かけて滴下して加える滴下重合法などが挙げられ、滴下重合法が好ましい。反応溶媒としては、例えばテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、ジイソプロピルエーテルなどのエーテル類やメチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンのようなケトン類、酢酸エチルのようなエステル溶媒、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドなどのアミド溶剤、さらには後述の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メチルエーテル、シクロヘキサノンのような本発明の組成物を溶解する溶媒が挙げられる。より好ましくは本発明のポジ型感光性組成物に用いられる溶剤と同一の溶剤を用いて重合することが好ましい。これにより保存時のパーティクルの発生が抑制できる。
重合反応は窒素やアルゴンなど不活性ガス雰囲気下で行われることが好ましい。重合開始剤としては市販のラジカル開始剤(アゾ系開始剤、パーオキサイドなど)を用いて重合を開始させる。ラジカル開始剤としてはアゾ系開始剤が好ましく、エステル基、シアノ基、カルボキシル基を有するアゾ系開始剤が好ましい。好ましい開始剤としては、アゾビスイソブチロニトリル、アゾビス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)などが挙げられる。反応の濃度は5〜50質量%であり、好ましくは30〜50質量%である。反応温度は、通常10℃〜150℃であり、好ましくは30℃〜120℃、さらに好ましくは60〜100℃である。
反応終了後、室温まで放冷し、精製する。精製は、水洗や適切な溶媒を組み合わせることにより残留単量体やオリゴマー成分を除去する液々抽出法、特定の分子量以下のもののみを抽出除去する限外ろ過等の溶液状態での精製方法や、樹脂溶液を貧溶媒へ滴下することで樹脂を貧溶媒中に凝固させることにより残留単量体等を除去する再沈澱法やろ別した樹脂スラリーを貧溶媒で洗浄する等の固体状態での精製方法等の通常の方法を適用できる。たとえば、上記樹脂が難溶あるいは不溶の溶媒(貧溶媒)を、該反応溶液の10倍以下の体積量、好ましくは10〜5倍の体積量で、接触させることにより樹脂を固体として析
出させる。
ポリマー溶液からの沈殿又は再沈殿操作の際に用いる溶媒(沈殿又は再沈殿溶媒)としては、該ポリマーの貧溶媒であればよく、ポリマーの種類に応じて、炭化水素、ハロゲン化炭化水素、ニトロ化合物、エーテル、ケトン、エステル、カーボネート、アルコール、カルボン酸、水、これらの溶媒を含む混合溶媒等の中から適宜選択して使用できる。これらの中でも、沈殿又は再沈殿溶媒として、少なくともアルコール(特に、メタノールなど)または水を含む溶媒が好ましい。
沈殿又は再沈殿溶媒の使用量は、効率や収率等を考慮して適宜選択できるが、一般には、ポリマー溶液100質量部に対して、100〜10000質量部、好ましくは200〜2000質量部、さらに好ましくは300〜1000質量部である。
沈殿又は再沈殿する際の温度としては、効率や操作性を考慮して適宜選択できるが、通常0〜50℃程度、好ましくは室温付近(例えば20〜35℃程度)である。沈殿又は再沈殿操作は、攪拌槽などの慣用の混合容器を用い、バッチ式、連続式等の公知の方法により行うことができる。
沈殿又は再沈殿したポリマーは、通常、濾過、遠心分離等の慣用の固液分離に付し、乾燥して使用に供される。濾過は、耐溶剤性の濾材を用い、好ましくは加圧下で行われる。乾燥は、常圧又は減圧下(好ましくは減圧下)、30〜100℃程度、好ましくは30〜50℃程度の温度で行われる。
尚、一度、樹脂を析出させて、分離した後に、再び溶媒に溶解させ、該樹脂が難溶あるいは不溶の溶媒と接触させてもよい。即ち、上記ラジカル重合反応終了後、該ポリマーが難溶あるいは不溶の溶媒を接触させ、樹脂を析出させ(工程a)、樹脂を溶液から分離し(工程b)、改めて溶媒に溶解させ樹脂溶液Aを調製(工程c)、その後、該樹脂溶液Aに、該樹脂が難溶あるいは不溶の溶媒を、樹脂溶液Aの10倍未満の体積量(好ましくは5倍以下の体積量)で、接触させることにより樹脂固体を析出させ(工程d)、析出した樹脂を分離する(工程e)ことを含む方法でもよい。
以下に疎水性樹脂(HR)の具体例を示す。また、下記表1に、各樹脂における繰り返し単位のモル比(各繰り返し単位と左から順に対応)、重量平均分子量、分散度を示す。
Figure 2009009114
Figure 2009009114
Figure 2009009114
Figure 2009009114
Figure 2009009114
本発明のポジ型感光性組成物によるレジスト膜と液浸液との間には、レジスト膜を直接
、液浸液に接触させないために、液浸液難溶性膜(以下、「トップコート」ともいう)を設けてもよい。トップコートに必要な機能としては、レジスト上層部への塗布適正、放射線、特に193nmに対する透明性、液浸液難溶性である。トップコートは、レジストと混合せず、さらにレジスト上層に均一に塗布できることが好ましい。
トップコートは、193nm透明性という観点からは、芳香族を豊富に含有しないポリマーが好ましく、具体的には、炭化水素ポリマー、アクリル酸エステルポリマー、ポリメタクリル酸、ポリアクリル酸、ポリビニルエーテル、シリコン含有ポリマー、フッ素含有ポリマーなどが挙げられる。前述の疎水性樹脂(HR)はトップコートとしても好適なものである。トップコートから液浸液へ不純物が溶出すると光学レンズを汚染するという観点からは、トップコートに含まれるポリマーの残留モノマー成分は少ない方が好ましい。
トップコートを剥離する際は、現像液を使用してもよいし、別途剥離剤を使用してもよい。剥離剤としては、レジスト膜への浸透が小さい溶剤が好ましい。剥離工程がレジスト膜の現像処理工程と同時にできるという点では、アルカリ現像液により剥離できることが好ましい。アルカリ現像液で剥離するという観点からは、トップコートは酸性が好ましいが、レジスト膜との非インターミクス性の観点から、中性であってもアルカリ性であってもよい。
トップコートと液浸液との間には屈折率の差がない方が、解像力が向上する。ArFエキシマレーザー(波長:193nm)において、液浸液として水を用いる場合には、ArF液浸露光用トップコートは、液浸液の屈折率に近いことが好ましい。屈折率を液浸液に近くするという観点からは、トップコート中にフッ素原子を有することが好ましい。また、透明性・屈折率の観点から薄膜の方が好ましい。
トップコートは、レジスト膜と混合せず、さらに液浸液とも混合しないことが好ましい。この観点から、液浸液が水の場合には、トップコートに使用される溶剤は、ポジ型感光性組成物に使用される溶媒に難溶で、かつ非水溶性の媒体であることが好ましい。さらに、液浸液が有機溶剤である場合には、トップコートは水溶性であっても非水溶性であってもよい。
次に、実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明は、これに限定されるものではない。
合成例1(樹脂RA−1の合成)
窒素気流下、連鎖移動剤(I−9)0.62g(2.79mmol)をシクロヘキサノン17.9gに溶解させ80℃に加熱した。ここに、下記モノマー(1−1)11.2g(50mmol)及び重合開始剤V−60(和光純薬製)0.11g(0.70mmol)をシクロヘキサノン35.7gに溶解させた溶液を3時間かけて滴下し、その後0.5時間攪拌した。このときの樹脂の重量平均分子量は、4,100であった。次に、下記モノマー(1−2)11.1g(50mmol)及び重合開始剤V−60(和光純薬製)0.11g(0.70mmol)をシクロヘキサノン35.7gに溶解させた溶液を3時間かけて滴下し、その後2時間攪拌した。終了後さらに2時間加熱した。この溶液に、重合開始剤V−60(和光純薬製)1.38g(8.4mmol)をシクロヘキサノン20mLに溶解させた溶液を80℃で4時間かけて滴下し、さらに2時間加熱した。重合終了後、20℃のメタノール水溶液(体積比メタノール:水=9:1)1000mLに添加し、析出した固体をろ過で採取した。この固体を40℃で真空乾燥し、樹脂(RA−1)20.2gを得た。連鎖移動剤由来のジチオエステル部は、1H NMRで検出限界以下であり、樹脂には残存していないことがわかった。
Figure 2009009114
合成例2(樹脂(RA−2)の合成)
窒素気流下、連鎖移動剤(I−9)0.57g(2.59mmol)をシクロヘキサノン16.6gに溶解させ80℃に加熱した。ここに、下記モノマー(2−1)10.5g(40mmol)及び重合開始剤V−60(和光純薬製)0.11g(0.70mmol)をシクロヘキサノン33.0gに溶解させた溶液を3時間かけて滴下し、その後0.5時間攪拌した。このときの樹脂の重量平均分子量は、3,300であった。次に、下記モノマー(2−2)10.2g(60mmol)及び重合開始剤V−60(和光純薬製)0.11g(0.70mmol)をシクロヘキサノン35.7gに溶解させた溶液を3時間かけて滴下し、その後2時間攪拌した。終了後さらに2時間加熱した。この溶液に、重合開始剤V−60(和光純薬製)1.38g(8.4mmol)をシクロヘキサノン20mLに溶解させた溶液を80℃で4時間かけて滴下し、さらに2時間加熱した。重合終了後、20℃のメタノール水溶液(体積比メタノール:水=9:1)1000mLに添加し、析出した固体をろ過で採取した。この固体を40℃で真空乾燥し、樹脂(RA−2)19.4gを得た。連鎖移動剤由来のジチオエステル部は、1H NMRで検出限界以下であり、樹脂には残存していないことがわかった。
Figure 2009009114
合成例3(樹脂(RA−3)の合成)
窒素気流下、連鎖移動剤(I−9)0.79g(3.56mmol)をシクロヘキサノン17.1gに溶解させ80℃に加熱した。ここに、下記モノマー(3−1)9.11g(50mmol)及び重合開始剤V−60(和光純薬製)0.15g(0.89mmol)をシクロヘキサノン34.2gに溶解させた溶液を3時間かけて滴下し、その後0.5時間攪拌した。このときの樹脂の重量平均分子量は、4,200であった。次に、下記モノマー(3−2)9.9g(40mmol)及び重合開始剤V−60(和光純薬製)0.12g(0.71mmol)をシクロヘキサノン27.4gに溶解させた溶液を2.5時間かけて滴下し、その後0.5時間攪拌した。このときの樹脂の重量平均分子量は、7,900であった。次に、下記モノマー(3−3)2.4g(10mmol)及び重合開始剤V−60(和光純薬製)0.029g(0.18mmol)をシクロヘキサノン6.8gに溶解させた溶液を0.5時間かけて滴下し、その後2時間攪拌した。この溶液に、重合開始剤V−60(和光純薬製)1.38g(8.4mmol)をシクロヘキサノン20mLに溶解させた溶液を80℃で4時間かけて滴下し、さらに2時間加熱した。重合終了後、20℃のメタノール水溶液(体積比メタノール:水=9:1)1000mLに添加し、析出した固体をろ過で採取した。この固体を40℃で真空乾燥し、樹脂(RA−3)18.8gを得た。連鎖移動剤由来のジチオエステル部は、1H NMRで検出限界以下であり、樹脂には残存していないことがわかった。
Figure 2009009114
合成例4(樹脂(RA−4)の合成)
窒素気流下、下記モノマー(4−1)10.5g(50mmol)、3−メルカプトプロピオン酸0.22g(2.1mmol)及びシクロヘキサノン21gの混合溶液を80℃に加熱した。この溶液に、重合開始剤V601(和光純薬製)0.0966g(0.4
2mmol)を添加し、4時間加熱攪拌を行った。放冷後、メタクリル酸グリシジル0.30g(2.1mmol)及びトリエチルアミン0.0425g(0.42mmol)を添加し、35℃で4時間攪拌した。その後、得られた溶液を20℃のメタノール水溶液1000mL(体積比メタノール:水=9:1)に添加し、析出した固体をろ過で採取した。この固体を40℃で真空乾燥し、樹脂を10.6gを得た。得られた樹脂の重量平均分子量は、4,800であった。次に、得られた樹脂10.5g、下記モノマー(4−2)10.7g(50mmol)、重合開始剤V601(和光純薬製)1.84g(8.0mmol)をシクロヘキサノン60mLに溶解させた。この溶液を、窒素気流下、80℃に加熱したシクロヘキサノン20mLに6時間かけて滴下し、さらに2時間加熱攪拌した。その後、得られた溶液を20℃のメタノール水溶液メタノール水溶液1000mL(体積比メタノール:水=9:1)に添加し、析出した固体をろ過で採取した。この固体を40℃で真空乾燥し、樹脂(RA−4)を20.8gを得た。得られた樹脂(RA−4)の重量平均分子量は、9,200であった。
Figure 2009009114
合成例5(樹脂(RA−5)の合成)
窒素気流下、連鎖移動剤(I−1)0.428g(1.40mmol)をシクロヘキサノン17.9gに溶解させ80℃に加熱した。ここに、下記モノマー(5−1)4.9g(25mmol)及び重合開始剤V−601(和光純薬製)0.16g(0.70mmol)をシクロヘキサノン35.7gに溶解させた溶液を3時間かけて滴下し、その後0.5時間攪拌した。このときの樹脂の重量平均分子量は4,300であった。次に、モノマー(5−1)4.9g(25mmol)、下記モノマー(5−2)12.4g(50mmol)及び重合開始剤V−601(和光純薬製)0.16g(0.70mmol)をシクロヘキサノン35.7gに溶解させた溶液を3時間かけて滴下し、その後2時間攪拌した。終了後さらに2時間加熱した。この溶液に、重合開始剤V−601(和光純薬製)2.07g(8.4mmol)をシクロヘキサノン20mLに溶解させた溶液を80℃で4時
間かけて滴下し、さらに2時間加熱した。重合終了後、20℃のメタノール水溶液(体積比メタノール:水=9:1)1000mLに添加し、析出した固体をろ過で採取した。この固体を40℃で真空乾燥し、樹脂(RA−5)が20.1g得られた。得られた樹脂の重量平均分子量は、8,200であった。連鎖移動剤由来のジチオエステル部は、1H NMRで検出限界以下であり、樹脂には残存していないことがわかった。
Figure 2009009114
合成例6(樹脂(RA−1’)の合成:金属触媒を用いた例)
下記モノマー(1−1)11.2g(50mmol)及び1−ヨードエチルベンゼン0.51g(2.75mmol)をテトラヒドロフラン30.0gに加え、窒素を吹き込み、脱気を行った。次に、ジブロモビス(トリブチルホスフィン)ニッケル0.171g(0.275mmol)を加え、外温70℃(還流条件下)で24時間重合を行った。このときの樹脂の重量平均分子量は、4,300であった。次に、下記モノマー(1−2)11.1g(50mmol)を加え、外温70℃(還流条件下)で24時間重合を行った。重合終了後、20℃のメタノール水溶液(体積比メタノール:水=9:1)1000mLに添加し、析出した固体をろ過で採取した。この固体を40℃で真空乾燥し、樹脂(RA−1’)20.1gを得た。
Figure 2009009114
合成例7(樹脂(RA−1’’)の合成:重合後の連鎖移動剤由来の置換基の処理をしない例)
窒素気流下、連鎖移動剤(I−9)0.62g(2.79mmol)をシクロヘキサノン17.9gに溶解させ80℃に加熱した。ここに、下記モノマー(1−1)11.2g(50mmol)及び重合開始剤V−60(和光純薬製)0.11g(0.70mmol)をシクロヘキサノン35.7gに溶解させた溶液を3時間かけて滴下し、その後0.5時間攪拌した。このときの樹脂の重量平均分子量は、4,200であった。次に、下記モノマー(1−2)11.1g(50mmol)及び重合開始剤V−60(和光純薬製)0.11g(0.70mmol)をシクロヘキサノン35.7gに溶解させた溶液を3時間かけて滴下し、その後2時間攪拌した。終了後さらに2時間加熱した。重合終了後、20℃のメタノール水溶液(体積比メタノール:水=9:1)1000mLに添加し、析出した固体をろ過で採取した。この固体を40℃で真空乾燥し、樹脂(RA−1’’)20.9gを得た。連鎖移動剤由来のジチオエステル部は、1H NMR(CDCl3)でδ7〜8に検出され、積分比より全繰り返し単位のモル数に対して2モル%であることが分かった。
Figure 2009009114
合成例8(樹脂(RA−1’’’)の合成:ブロック単位を有さない樹脂の合成例)
窒素気流下、連鎖移動剤(I−9)0.62g(2.79mmol)をシクロヘキサノン17.9gに溶解させ80℃に加熱した。ここに、下記モノマー(1−1)11.2g(50mmol)、下記モノマー(1−2)11.1g(50mmol)及び重合開始剤V−60(和光純薬製)0.22g(1.40mmol)をシクロヘキサノン71.4gに溶解させた溶液を6時間かけて滴下し、その後2時間攪拌した。終了後さらに2時間加熱した。この溶液に、重合開始剤V−60(和光純薬製)1.38g(8.4mmol)をシクロヘキサノン20mLに溶解させた溶液を80℃で4時間かけて滴下し、さらに2時間加熱した。重合終了後、20℃のメタノール水溶液(体積比メタノール:水=9:1)1000mLに添加し、析出した固体をろ過で採取した。この固体を40℃で真空乾燥し、樹脂(RA−1’’’)が19.2g得られた。
Figure 2009009114
下記表2に、得られた樹脂(RA−1)〜(RA−5)、(RA−1’)、(RA−1’’)及び(RA−1’’’)のMw(重量平均分子量)、分散度(Mw/Mn)、夫夫のブロック単位の重量平均分子量を示す。
Figure 2009009114
得られた樹脂(RA−1)〜(RA−5)、(RA−1’)、(RA−1’’)及び(RA−1’’’)について、下記の方法で、透過率、金属含有量、溶剤溶解性を測定した。
<透過率>
樹脂をプロピレングリコールメチルエーテルアセテート/シクロヘキサノン=60/4
0(質量比)に溶解させ固形分濃度8質量%の溶液を調製し、0.03ミクロンのポリエチレンフィルターでろ過した溶液をスピンコーターにて石英ガラス基板上に塗布し、160nmの樹脂膜を形成させた後、120℃で60秒間ホットプレート上で加熱した。この樹脂膜について193nmに於ける吸光度を、島津製作所製分光光度計UV−2500PCを用いて測定し、透過率を算出した。
<金属含有量>
金属含有量(ナトリウム、カリウム、アルミニウム、マグネシウム、カルシウム、亜鉛、鉄、クロム、マンガン、ニッケル、銅の合計量)は、樹脂を誘導結合プラズマ質量分析計(ICP−MASS)により計測し、質量濃度として求めた。
<溶剤溶解性>
25℃で樹脂0.15gをテトラヒドロフラン10mLに溶解させ、ヘキサンを滴下し、樹脂が析出し完全に透明性が消失するまでの滴下量を測定した。ヘキサンの滴下量が多いほど溶解性が高い。
下記表3に、測定結果を示す。
Figure 2009009114
表3より、樹脂(RA−1’)、(RA−1’’)は、透過率が低く、且つ樹脂(RA−1’)は、金属含有量(主にニッケル)が非常に多いことが分かる。また、ブロック単位を有する樹脂(RA−1)〜(RA−5)、(RA−1’)及び(RA−1’’)は、高い溶剤溶解性を示すのに対し、ブロック単位を有さない樹脂(RA−1’’’)は、溶剤溶解性が低いことが分かる。
実施例1〜5及び比較例1〜3
<レジスト調製>
下記表4に示す樹脂10g、酸発生剤(z23)0.3g、2,6−ジイソプロピルア
ニリン0.03g、界面活性剤メガファックF176(大日本インキ化学工業(株)製)(フッ素系)0.01gをプロピレングリコールメチルエーテルアセテート/シクロヘキサノン=60/40(質量比)に溶解させ固形分濃度8質量%の溶液を調製し、これをポアサイズ0.03μmのポリエチレンフィルターでろ過してポジ型レジスト溶液を調製した。調製したポジ型レジスト溶液を下記の方法で評価し、結果を下記表4に示す。
<レジスト評価1>
スピンコーターにてヘキサメチルジシラザン処理を施したシリコン基板上にブリューワーサイエンス社製反射防止膜DUV−42を600オングストローム均一に塗布し、10
0℃で90秒間ホットプレート上で乾燥した後、190℃で240秒間加熱乾燥を行った。その後、各ポジ型レジスト溶液をスピンコーターで塗布し120℃で60秒乾燥を行い160nmのレジスト膜を形成させた。
このレジスト膜に対し、マスクを通してArFエキシマレーザーステッパー(ASML社製 NA=0.75、ダイポール)で露光し、露光後直ぐに120℃で60秒間ホット
プレート上で加熱した。さらに2.38質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液で23℃で60秒間現像し、30秒間純水にてリンスした後、乾燥し、ラインパターンを得た。
感度:
80nmのラインアンドスペース1/1のマスクパターンを再現する露光量を最適露光量(Eopt)とした。この値が小さいほど、感度が高い。
露光ラチチュード(EL):
線幅80nmのラインアンドスペースのマスクパターンを再現する露光量を最適露光量とし、露光量を変化させた際にパターンサイズが80nm±10%を許容する露光量幅を求め、この値を最適露光量で割って百分率表示した。値が大きいほど露光量変化による性能変化が小さく、露光ラチチュード(EL)が良好である。
パターン形状:
80nmのラインアンドスペース1/1のマスクパターンを再現する露光量で得られたパターンの形状を走査型電子顕微鏡((株)日立製作所S−9260)にて観察して評価し、矩形を○、テーパー状を×とした。
経時安定性:
調製したポジ型レジスト溶液について、調製直後の溶液中のパーティクル数(パーティクル初期値)と、4℃で1週間放置した後の溶液中のパーティクル数(経時後のパーティクル数)をリオン社製パーティクルカウンターにてカウントし、(経時後のパーティクル数)−(パーティクル初期値)で計算されるパーティクル増加数を算出した。なお、ここでは溶液1mL中に含まれる粒径0.25μm以上のパーティクルを数えた。
Figure 2009009114
表4から、本発明のポジ型感光性組成物は、感度、露光ラチチュード、パターン形状、経時安定性に優れていることは明らかである。
合成例9
下記モノマーAを7.2g(20mmol)、シクロヘキサノン16.8g、2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)0.26g(1.6mmol)の混合溶液を、窒素雰囲気下、80℃に加熱したシクロヘキサノン5.0gに6時間かけて滴下し、滴下終了後さらに2時間加熱した。放冷後、メタノール200mL、水50mLの混合溶液に滴下し
、固体を濾過で採取し、乾燥してpolymer-Aを得た。
Figure 2009009114
実施例6〜10及び比較例4〜6
<レジスト調製>
下記表5に示す樹脂10g、酸発生剤(z23)0.3g、2,6−ジイソプロピルア
ニリン0.03g、界面活性剤メガファックF176(大日本インキ化学工業(株)製フッ素系)0.01g及び下記表面疎水化樹脂(Polymer―A)0.2gをプロピレングリコールメチルエーテルアセテート/シクロヘキサノン=60/40(質量比)に溶解させ固形分濃度5質量%の溶液を調製し、これをポアサイズ0.03μmのポリエチレンフィルターで濾過してポジ型レジスト溶液を調製した。調製したポジ型レジスト溶液を下記の方法で評価した。尚、ポジ型レジスト溶液をスピンコーターで塗布し、120℃で60秒乾燥を行い、160nmのレジスト膜を形成させた際のレジスト膜の純水の後退接触角は65〜75°であった。
Figure 2009009114
<レジスト評価2>
ArFエキシマレーザー液浸スキャナー(NA=0.85)を用い、液浸液としては超純水を用いて液浸露光を行った以外は、レジスト評価1と同様の手法を用い、感度、露光ラチチュード、パターン形状、経時安定性を評価した。評価結果を表4に示す。
Figure 2009009114
表5から、本発明のポジ型感光性組成物は、液浸露光に於いても、感度、露光ラチチュード、パターン形状、経時安定性に優れていることは明らかである。

Claims (7)

  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)非金属開始剤の存在下で同一繰り返し単位のみを重合させる工程を経て製造され、同じ繰り返し単位から構成されるブロック単位を少なくとも1つ有し、且つ膜厚160nmでの波長193nmに於ける樹脂単独の透過率が80%以上である、酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解速度が増大する樹脂
    を含有することを特徴とするポジ型感光性組成物。
  2. (B)成分の樹脂が、ラジカル重合させる工程を経て製造されることを特徴とする請求項1に記載のポジ型感光性組成物。
  3. (B)成分の樹脂に於いて、同じ繰り返し単位から構成されるブロック単位の重量平均分子量が、500以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載のポジ型感光性組成物。
  4. (B)成分の樹脂に於いて、同じ繰り返し単位から構成されるブロック単位の含有率が、樹脂の質量に対して5質量%以上であ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感光性組成物。
  5. (B)成分の樹脂が、下記一般式(I)で表される化合物の存在下で重合させる工程を経て製造され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感光性組成物。
    Figure 2009009114
    一般式(I)に於いて、
    Aは、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、ヘテロ環基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリールチオ基又はヘテロ環チオ基を表す。
    Yは、ラジカルを放出できる基を表す。
  6. (B)成分の樹脂が有する下記一般式(II)で表される官能基のモル数が、全繰り返し単位のモル数に対して1モル%以下であることを特徴とする請求項5に記載のポジ型感光性組成物。
    Figure 2009009114
    一般式(II)に於いて、
    Aは、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、ヘテロ環基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリールチオ基又はヘテロ環チオ基を表す。
  7. 請求項1〜6のいずれかに記載のポジ型感光性組成物により、膜を形成し、該膜を露光、現像する工程を含むことを特徴とするパターン形成法。
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