JP2010197850A - 感活性光線性または感放射線性樹脂組成物及び該組成物を用いたパターン形成方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】(A)酸の作用により保護基が脱離してアルカリ現像液への溶解性が増大する樹脂、(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、及び(C)フッ素原子または珪素原子の少なくともいずれかを有する疎水性樹脂、を含有してなり、樹脂(A)が、極性基を含む保護基を有する繰り返し単位を有し、かつ、疎水性樹脂(C)が、下記(x)〜(z)の群から選ばれる基を少なくとも1つ含有する感活性光線性または感放射線性樹脂組成物:(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て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してアルカリ現像液に対する溶解度が増大する基。
【選択図】 なし
Description
(1) (A)酸の作用により保護基が脱離してアルカリ現像液への溶解性が増大する樹脂、
(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、及び
(C)フッ素原子または珪素原子の少なくともいずれかを有する疎水性樹脂
を含有してなり、
樹脂(A)が、極性基を含む保護基を有する繰り返し単位を有し、かつ、疎水性樹脂(C)が、下記(x)〜(z)の群から選ばれる基を少なくとも1つ含有することを特徴とする感活性光線性または感放射線性樹脂組成物:
(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て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してアルカリ現像液に対する溶解度が増大する基。
R57〜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の少なくとも1つ、R62〜R64の少なくとも1つ、及びR65〜R68の少なくとも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を表す。R62とR63は、互いに連結して環を形成してもよい。
Aは、エステル結合もしくはアミド結合を示す。R0は、複数個ある場合にはそれぞれ独立に、置換基を有してよいアルキレン基、置換基を有してよい環状アルキレン基、又はその組み合わせを表す。
尚、本明細書における基(原子団)の表記において、置換及び無置換を記していない表記は置換基を有さないものと共に置換基を有するものをも包含するものである。例えば「アルキル基」とは、置換基を有さないアルキル基(無置換アルキル基)のみならず、置換基を有するアルキル基(置換アルキル基)をも包含するものである。
<極性基を置換基として有する酸分解性繰り返し単位>
本発明の感活性光線性または感放射線性樹脂組成物は、(A)酸の作用により保護基が脱離してアルカリ現像液への溶解性が増大する樹脂(以下、「樹脂(A)」、「(A)成分」などとも言う)を含有し、この樹脂(A)が、極性基を有する酸分解性の保護基を含む繰り返し単位を有することを特徴の一つとする。
Xa1は、水素原子、メチル基又は−CH2−R9で表わされる基を表す。R9は、水酸基または1価の有機基を表す。Rx1〜Rx3は、それぞれ独立に、アルキル基(直鎖もしくは分岐)又はシクロアルキル基(単環もしくは多環)を表す。Rx1〜Rx3の任意の2つが結合して、シクロアルキル基(単環もしくは多環)を形成してもよい。
一般式(1)における酸分解性基である−C(Rx1)(Rx2)(Rx3)基は、置換基として少なくとも一つの−(L)n1−Pで表される基を有する。
Lは、2価の連結基を表す。n1は、0又は1である。Pは、極性基を表す。
Xa1のメチル基は、ハロゲン原子(好ましくはフッ素原子)等で置換されていてもよい。
R9の1価の有機基としては、例えば、炭素数5以下のアルキル基、アシル基が挙げられ、好ましくは炭素数3以下のアルキル基であり、さらに好ましくはメチル基である。
Xa1のメチル基は、ハロゲン原子(好ましくはフッ素原子)等で置換されていてもよい。Xa1として好ましくは、水素原子、メチル基、トリフルオロメチル基、ヒドロキシメチル基である。
Rx1〜Rx3のアルキル基としては、炭素数1〜4の直鎖又は分岐のものが好ましい。
Rx1〜Rx3のシクロアルキル基としては、炭素数3〜15の単環または多環のシクロアルキル基を挙げることができる。
Rx1がメチル基又はエチル基であり、Rx2とRx3とが結合して上述のシクロアルキル基を形成し、該シクロアルキル基に−(L)n1−P基が結合している様態が好ましい。
一般式(1)における−C(Rx1)(Rx2)(Rx3)で表される基は、−(L)n1−Pで表される基を1〜3個有することが好ましく、1または2個有することがより好ましく、1個有することが最も好ましい。
一般式(1)で表される繰り返し単位は、以下の一般式(1−1)で表される繰り返し単位であることが好ましい。
R3は、一般式(1)に於けるXa1と同様のものである。
以下の構造式において、Qは、−(L)n1−Pで表される基を表す。(L、P及びn1は、一般式(1)におけるものと同義である。)
Rxは、水素原子、CH3、CF3、又はCH2OHを表す。
Rxa及びRxbは、各々独立に、炭素数1〜4のアルキル基を表す。
各々、複数存在する場合は、同じでも異なっていてもよい。
pは1〜3の整数を表わす。
R11は、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。
Zは、炭素原子とともにシクロアルキル基を形成するのに必要な原子団を表す。
R12〜R14は、各々独立に、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。但し、R12〜R14の内の少なくとも1つは、シクロアルキル基を表す。
R15及びR16は、各々独立に、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。但し、R15及びR16のいずれかは、シクロアルキル基を表す。
R17〜R21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。但し、R17〜R21の内の少なくとも1つは、シクロアルキル基を表す。また、R19、R21のいずれかは、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。
R22〜R25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。但し、R22〜R25の内の少なくとも1つは、シクロアルキル基を表す。また、R23とR24は、互いに結合して環を形成していてもよい。
一般式(pI)〜(pV)において、R11〜R25におけるアルキル基は、1〜8個の炭素原子を有する直鎖もしくは分岐のアルキル基が好ましい。
一般式(pI)〜(pV)で表される基を有する繰り返し単位としては、下記一般式(pA)で示される繰り返し単位が好ましい。
Aは、単結合、アルキレン基、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、スルホンアミド基、ウレタン基、又はウレイレン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表す。好ましくは単結合である。
一般式(pA)で表される酸分解性基を有する繰り返し単位など、一般式(1)で表される繰り返し単位以外の酸分解性基を有する繰り返し単位の含有率は、樹脂(A)中の全繰り返し単位に対し、20〜70mol%が好ましく、より好ましくは30〜50mol%である。
樹脂(A)は、ラクトン基を有する繰り返し単位を含有していることが好ましい。
ラクトン構造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も好ましい。
Rb0は、水素原子、ハロゲン原子又は炭素数1〜4のアルキル基を表す。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。好ましくは、水素原子、メチル基、ヒドロキシメチル基、トリフルオロメチル基であり、水素原子、メチル基が特に好ましい。
一般式(AII)で表される単位のうち、Abが単結合である場合に特に好ましいラクトン基を有する繰り返し単位としては、下記の繰り返し単位が挙げられる。具体例中、RxはH,CH3,CH2OH,またはCF3を表す。最適なラクトン基を選択することにより、パターンプロファイル、疎密依存性が良好となる。
Aは、エステル結合(−COO−)又はアミド結合(−CONH−)を表す。
Zは、好ましくは、エーテル結合、エステル結合であり、特に好ましくはエステル結合である。
R、A、R0、Z、及びnは、上記一般式(I)に於けるR、A、R0、Z、及びnと同義である。
R1は、複数個ある場合にはそれぞれ独立に、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシカルボニル基、シアノ基、水酸基又はアルコキシ基を表し、複数個ある場合には2つのR1が結合し、環を形成していてもよい。
mは、置換基数であって、0〜5の整数を表す。mは好ましくは1〜5であり、特に好ましくは1〜3であり、最も好ましくは1である。
ラクトン基を有する繰り返し単位の含有率は、樹脂(A)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。
樹脂(A)は、一般式(AII)で表される繰り返し単位を複数種含有していてもよい。
樹脂(A)は、水酸基又はシアノ基を有する繰り返し単位を有することが好ましい。これにより基板密着性、現像液親和性が向上する。水酸基又はシアノ基を有する繰り返し単位は、水酸基又はシアノ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。水酸基又はシアノ基で置換された脂環炭化水素構造に於ける、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、ノルボルニル基が好ましい。好ましい水酸基又はシアノ基で置換された脂環炭化水素構造としては、モノヒドロキシアダマンチル基、ジヒドロキシアダマンチル基、モノヒドロキシジアマンチル基、ジヒドロキシアダマンチル基、シアノ基で置換されたノルボルニル基等が挙げられる。
R1cは、水素原子、メチル基、トリフロロメチル基又はヒドロキシメチル基を表す。
R2c〜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。
水酸基又はシアノ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。
樹脂(A)は、アルカリ可溶性基を有する繰り返し単位を有してもよい。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(例えばヘキサフロロイソプロパノール基)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含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。
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。
本発明の樹脂(A)は、更に極性基を持たない脂環炭化水素構造を有し、酸分解性を示さない繰り返し単位を有することが好ましい。これにより液浸露光時にレジスト膜から液浸液への低分子成分の溶出が低減できる。このような繰り返し単位としては、下記一般式(3)で表される繰り返し単位が挙げられる。
Raは、水素原子、アルキル基(フッ素原子で置換されていてもよい)又は−CH2−O−Ra2基を表す。式中、Ra2は、水素原子、アルキル基又はアシル基を表す。Raは、好ましくは、水素原子、メチル基、トリフルオロメチル基、ヒドロキシメチル基である。
一般式(3)で表され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。式中、Raは、H、CH3、CH2OH、又はCF3を表す。
本発明の樹脂(A)は、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感活性光線性または感放射線性樹脂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。
また、本発明の樹脂(A)は、1種で使用してもよいし、複数併用してもよい。
本発明の感活性光線性または感放射線性樹脂組成物は、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物(以下、「酸発生剤」ともいう)を含有する。
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。
R201、R202及びR203は、各々独立に、有機基を表す。
R201、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。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。
Z-は、非求核性アニオンを表す。
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。
カルボン酸アニオンとしては、例えば、脂肪族カルボン酸アニオン、芳香族カルボン酸アニオン、アラルキルカルボン酸アニオンなどが挙げられる。
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。
Z-の非求核性アニオンとしては、スルホン酸の少なくともα位がフッ素原子で置換された脂肪族スルホン酸アニオン、フッ素原子又はフッ素原子を有する基で置換された芳香族スルホン酸アニオン、アルキル基がフッ素原子で置換されたビス(アルキルスルホニル)イミドアニオン、アルキル基がフッ素原子で置換されたトリス(アルキルスルホニル)メチドアニオンが好ましい。非求核性アニオンとして、より好ましくは炭素数4〜8のパーフロロ脂肪族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、更により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。
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1つが、一般式(ZI)で表されるもうひとつの化合物のR201〜R203の少なくとも一つと、単結合又は連結基を介して結合した構造を有する化合物であってもよい。
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。
化合物(ZI−2)は、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。
R201〜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。
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。
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。
R1c〜R5cは、各々独立に、水素原子、直鎖もしくは分岐のアルキル基(炭素数1〜12が好ましい)、シクロアルキル基(炭素数3〜8が好ましい)、直鎖もしくは分岐のアルコキシ基(直鎖の場合炭素数1〜12が好ましく、分岐の場合炭素数3〜8が好ましい)、又はハロゲン原子を表す。
R6c及びR7cは、各々独立に、水素原子、直鎖もしくは分岐のアルキル基(炭素数1〜12が好ましい)又はシクロアルキル基(炭素数3〜8が好ましい)を表す。
Rx及びRyは、各々独立に、直鎖もしくは分岐のアルキル基炭素数1〜12が好ましい)、シクロアルキル基(炭素数3〜8が好ましい)、アリル基又はビニル基を表す。
Zc-は、非求核性アニオンを表し、一般式(ZI)に於けるZ-と同様の非求核性アニオンを挙げることができる。
Rx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。
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。
R204〜R207のアリール基、アルキル基、シクロアルキル基としては、前述の化合物(ZI−1)におけるR201〜R203のアリール基、アルキル基、シクロアルキル基として説明した各置換基と同様である。
R204〜R207のアリール基、アルキル基、シクロアルキル基は、置換基を有していてもよい。この置換基としても、前述の化合物(ZI−1)におけるR201〜R203のアリール基、アルキル基、シクロアルキル基が有していてもよい置換基と同様のものが挙げられる。
酸発生剤として、更に、下記一般式(ZIV)、(ZV)、(ZVI)で表される化合物も挙げられる。
Ar3及びAr4は、各々独立に、アリール基を表す。
R208、R209及びR210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。
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。
また、酸発生剤として、スルホン酸基又はイミド基を1つ有する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1価の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、または1価の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イミド酸を発生する化合物であり、更により好ましくは、フッ化置換アルカンスルホン酸、フッ素置換ベンゼンスルホン酸、フッ素置換イミド酸又はフッ素置換メチド酸のスルホニウム塩である。使用可能な酸発生剤は、発生した酸のpKaがpKa=−1以下のフッ化置換アルカンスルホン酸、フッ化置換ベンゼンスルホン酸、フッ化置換イミド酸であることが特に好ましく、感度が向上する。
酸発生剤の感活性光線性または感放射線性樹脂組成物中の含有率は、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1〜15質量%、更に好ましくは3〜12質量%である。
本発明の組成物は、(C)成分として、フッ素原子または珪素原子の少なくともいずれかを有する疎水性樹脂(HR)を含有し、その疎水性樹脂(HR)が、下記(x)〜(z)の群から選ばれる基を少なくとも1つ含有することを特徴の一つとする。
(y)アルカリ現像液の作用により分解して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してアルカリ現像液に対する溶解度が増大する基
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。
R57〜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の少なくとも1つ、R62〜R64の少なくとも1つ、及びR65〜R68の少なくとも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を表す。R62とR63は、互いに連結して環を形成してもよい。
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。
X2は、−F又は−CF3を表す。
なお、具体例としては後掲の樹脂(HR-1)〜(HR-65)中に含まれている、フッ素原子を有する繰り返し単位も挙げられる。
R12〜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。
(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酸し、アルカリ現像液に対する溶解度が増大する基
(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。
R4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。
L6は、単結合又は2価の連結基を表す。
前記各成分を溶解させて感活性光線性または感放射線性樹脂組成物を調製する際に使用することができる溶剤としては、例えば、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、アルキレングリコールモノアルキルエーテル、乳酸アルキルエステル、アルコキシプロピオン酸アルキル、環状ラクトン(好ましくは炭素数4〜10)、環を含有しても良いモノケトン化合物(好ましくは炭素数4〜10)、アルキレンカーボネート、アルコキシ酢酸アルキル、ピルビン酸アルキル等の有機溶剤を挙げることができる。
アルコキシ酢酸アルキルとしては、例えば、酢酸−2−メトキシエチル、酢酸−2−エトキシエチル、酢酸−2−(2−エトキシエトキシ)エチル、酢酸−3−メトキシ−3−メチルブチル、酢酸−1−メトキシ−2−プロピルが好ましく挙げられる。
ピルビン酸アルキルとしては、例えば、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が好ましく挙げられる。
本発明に於いては、上記溶剤を単独で使用してもよいし、2種類以上を併用してもよい。
水酸基を含有する溶剤、水酸基を含有しない溶剤としては前述の例示化合物が適宜選択可能であるが、水酸基を含有する溶剤としては、アルキレングリコールモノアルキルエーテル、乳酸アルキル等が好ましく、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。また、水酸基を含有しない溶剤としては、アルキレングリコールモノアルキルエーテルアセテート、アルキルアルコキシプロピオネート、環を含有しても良いモノケトン化合物、環状ラクトン、酢酸アルキルなどが好ましく、これらの内でも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、酢酸ブチルが特に好ましく、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチルエトキシプロピオネート、2−ヘプタノンが最も好ましい。
溶剤は、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2種類以上の混合溶剤であることが好ましい。
本発明の感活性光線性または感放射線性樹脂組成物は、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。
塩基性化合物としては、好ましくは、下記式(A)〜(E)で示される構造を有する化合物を挙げることができる。
R200 、R201及びR202 は、同一でも異なってもよく、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(炭素数6〜20)を表し、ここで、R201とR202は、互いに結合して環を形成してもよい。R203 、R204、R205及びR206 は、同一でも異なってもよく、炭素数1〜20個のアルキル基を表す。
塩基性化合物の使用量は、感活性光線性または感放射線性樹脂組成物の固形分を基準として、通常、0.001〜3質量%、好ましくは0.01〜1質量%である。
本発明の感活性光線性または感放射線性樹脂組成物は、さらに界面活性剤を含有することが好ましく、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、シリコン系界面活性剤、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より好ましい。
本発明の組成物には、必要に応じてさらに、カルボン酸オニウム塩、酸の作用により分解してアルカリ現像液中での溶解度が増大する、分子量3000以下の溶解阻止化合物(例えば、Proceeding of SPIE, 2724,355 (1996)に記載されている酸分解性基を含むコール酸誘導体の様な、酸分解性基を含有する脂環族又は脂肪族化合物)、染料、可塑剤、光増感剤、光吸収剤、及び現像液に対する溶解性を促進させる化合物(例えば、分子量1000以下のフェノール化合物、カルボキシル基を有する脂環族、又は脂肪族化合物)等を含有していてもよい。
本発明の感活性光線性または感放射線性樹脂組成物は、解像力向上の観点から、膜厚30〜250nmで使用されることが好ましく、より好ましくは、膜厚30〜200nmで使用されることが好ましい。ポジ型レジスト組成物中の固形分濃度を適切な範囲に設定して適度な粘度をもたせ、塗布性、製膜性を向上させることにより、このような膜厚とすることができる。
当該膜に、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。
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。
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pHは、通常10.0〜15.0である。
さらに、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。
リンス液としては、純水を使用し、界面活性剤を適当量添加して使用することもできる。
また、現像処理または、リンス処理の後に、パターン上に付着している現像液またはリンス液を超臨界流体により除去する処理を行うことができる。
(樹脂(A1))
窒素気流下シクロヘキサノン78.1gを3つ口フラスコに入れこれを80℃に加熱した。これにモノマーA 14.0g、モノマーB 2.4g、モノマーC 7.9g、モノマーD 3.2g、重合開始剤(ジメチル−2、2‘−アゾビス(2−メチルプロピオネート(V−601):和光純薬製)1.209gをシクロヘキサノン145.0gに溶解させた溶液を6時間かけて滴下した。滴下終了後、さらに80℃で2時間反応させた。反応液を放冷後ヘプタン/酢酸エチル混合液(1290g/551g)に20分かけて滴下し、析出した粉体をろ取、乾燥すると目的の樹脂(A1)が35g得られた。得られた樹脂の重量平均分子量は標準ポリスチレン換算で10300、分散度(Mw/Mn)は1.62であった。
樹脂(A1)の合成方法と同様の手法を用いて樹脂(A2)〜(A9)、樹脂(AC)を合成した。
下記の表2に示す成分をプロピレングリコールメチルエーテルアセテート/プロピレングリコールメチルエーテル(PGMEA/PGME)の6/4混合溶剤に溶解させ固形分濃度4質量%の溶液を調製し、これを0.03μmのポアサイズを有する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た。
W1:トロイゾルS−366(トロイケミカル社製)
W2:メガファック F−177(大日本インキ化学工業(株)製)
〔溶剤〕
S1:プロピレングリコールメチルエーテルアセテート/
プロピレングリコールメチルエーテル
(60/40)
<レジスト評価>
シリコンウエハー上に有機反射防止膜ARC29A(日産化学社製)を塗布し、205℃で、60秒間ベークを行い、膜厚78nmの反射防止膜を形成した。その上に調製したポジ型レジスト組成物を塗布し、130℃で、60秒間ベークを行い、膜厚110nmのレジスト膜を形成した。得られたウエハーを、ArFエキシマレーザー液浸スキャナー(ASML社製 XT1700i、NA1.35)を用い、45nm(ラインアンドスペース(1:1)パターン)の6%ハーフトーンマスクを通して露光した。液浸液としては純水を用いた。その後90℃で、60秒間加熱した後、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液(2.38質量%)で30秒間現像し、純水でリンスした後、スピン乾燥してレジストパターンを得た。
90nmのラインアンドスペースパターンにおけるラインパターンの長手方向のエッジ5μmの範囲について、エッジがあるべき基準線からの距離を測長SEM((株)日立製作所製S−8840)により50ポイント測定し、標準偏差を求め、3σを算出した。結果を表3に示す。値が小さいほど良好な性能であることを示す。
ケー・エル・エー・テンコール社製の欠陥検査装置KLA2360(商品名)を用い、欠陥検査装置のピクセルサイズを0.16μmに、また閾値を20に設定して、単位面積あたりの現像欠陥数(個数/cm2)を測定した後、欠陥レビュ−を行うことでマイクロブリッジ欠陥とブロッブ欠陥に分類した。比較イメージとピクセル単位の重ね合わせによって生じる差異から抽出される現像欠陥(個数/cm2)を検出して、単位面積あたりの現像欠陥数を算出した。結果を表3に示す。値が小さいほど良好な性能であることを示す。
Claims (6)
- (A)酸の作用により保護基が脱離してアルカリ現像液への溶解性が増大する樹脂、
(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、及び
(C)フッ素原子または珪素原子の少なくともいずれかを有する疎水性樹脂
を含有してなり、
樹脂(A)が、極性基を含む保護基を有する繰り返し単位を有し、かつ、疎水性樹脂(C)が、下記(x)〜(z)の群から選ばれる基を少なくとも1つ含有することを特徴とする感活性光線性または感放射線性樹脂組成物:
(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て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してアルカリ現像液に対する溶解度が増大する基。 - 樹脂(A)において、保護基が有する極性基が、水酸基、ケトン基、シアノ基、アミド基、アルキルアミド基、スルホンアミド基、低級エステル基、低級スルホナート基であることを特徴とする、請求項1に記載の感活性光線性または感放射線性樹脂組成物。
- 樹脂(C)が、アルキルシリル構造、シクロアルキルシリル構造、または環状シロキサン構造を有することを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の感活性光線性または感放射線性樹脂組成物。
- 樹脂(A)が、更に、一般式(Ia)もしくは(Ib)で示される繰り返し単位を含有することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の感活性光線性または感放射線性樹脂組成物。
Aは、エステル結合もしくはアミド結合を示す。R0は、複数個ある場合にはそれぞれ独立に、置換基を有してよいアルキレン基、置換基を有してよい環状アルキレン基、又はその組み合わせを表す。
Zは、複数個ある場合にはそれぞれ独立に、エーテル結合、エステル結合、アミド結合、ウレタン結合、又はウレア結合を表す。nは、繰り返し数であり、1〜5の整数を表す。
R1は、複数個ある場合にはそれぞれ独立に、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいシクロアルキル基、置換基を有していてもよいアルコキシカルボニル基、シアノ基、水酸基、又は置換基を有していてもよいアルコキシ基を表し、複数個ある場合には2つのR1が結合し、環を形成していてもよい。
Xは、アルキレン基、酸素原子または硫黄原子を表す。mは、置換基数であって、0〜5の整数を表す。 - 請求項1〜5のいずれかに記載の感活性光線性または感放射線性樹脂組成物を用いて膜を形成し、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方法。
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