JP2011107691A - レジスト組成物 - Google Patents

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hydrocarbon group
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acid
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Tatsuro Masuyama
達郎 増山
Takashi Hiraoka
崇志 平岡
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Sumitomo Chemical Co Ltd
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Abstract

【課題】優れたラインウィズスラフネス(LWR)を有するパターンを得ることができるレジスト組成物を提供する。
【解決手段】放射線の照射により酸及び塩基を発生する化合物と、酸に不安定な基を有し、かつアルカリ水溶液に不溶又は難溶であり、酸の作用によりアルカリ水溶液で溶解し得る樹脂と、酸発生剤とを含むレジスト組成物。放射線の照射により酸及び塩基を発生する化合物に放射線を照射することにより発生する塩基が、式(IB)で表される塩基であることが好ましい。[式(IB)中、R、R及びRは、それぞれ独立に、置換基を有していてもよいC1-12炭化水素基を表し、R、R及びRからなる群から選ばれる2以上の基は互いに結合して環を形成してもよい。]
Figure 2011107691

【選択図】なし

Description

本発明は、レジスト組成物及びレジストパターンの製造方法等に関する。
特許文献1には、メタクリル酸2−エチル−2−アダマンチル、メタクリル酸3−ヒドロキシ−1−アダマンチル、メタクリル酸=2−(5−オキソ−4−オキサトリシクロ[4.2.1.03,7]ノナン−2−イルオキシ)−2−オキソエチル及びα−メタクリロイロキシ−γ−ブチロラクトンに由来する構造単位を有する樹脂と、トリフェニルスルホニウム=4−オキソアダマンタン−1−イル−オキシカルボニル(ジフルオロ)メタンスルホナートからなる酸発生剤と、2,6−ジイソプロピルアニリンからなる塩基性化合物と、溶剤とからなるレジスト組成物が記載されている。
特開2008−170983号公報
従来のレジスト組成物では、得られるパターンのラインウィズスラフネス(LWR)が必ずしも満足できない場合があった。
本発明は、以下の発明を含む。
[1] 放射線の照射により酸及び塩基を発生する化合物と、酸に不安定な基を有し、かつアルカリ水溶液に不溶又は難溶であり、酸の作用によりアルカリ水溶液で溶解し得る樹脂と、酸発生剤とを含むレジスト組成物。
[2] 放射線の照射により酸及び塩基を発生する化合物に放射線を照射することにより発生する塩基が、式(IB)で表される塩基である[1]記載のレジスト組成物。
Figure 2011107691
[式(IB)中、R、R及びRは、それぞれ独立に、置換基を有していてもよいC1-12炭化水素基を表し、R、R及びRからなる群から選ばれる2以上の基は互いに結合して窒素原子とともに環を形成してもよい。]
[3] 放射線の照射により酸及び塩基を発生する化合物に放射線を照射することにより発生する酸が、式(IA)で表される酸である[1]又は[2]記載のレジスト組成物。
Figure 2011107691
[式(IA)中、Q及びQは、それぞれ独立に、フッ素原子又はC1-6ペルフルオロアルキル基を表す。
は、単結合又は2価のC1-17飽和炭化水素基を表し、該飽和炭化水素基に含まれる−CH−は−O−又は−CO−で置き換わっていてもよい。
は、C1-36脂肪族炭化水素基、C3-36飽和環状炭化水素基又はC6-36芳香族炭化水素基を表し、該脂肪族炭化水素基、飽和環状炭化水素基及び芳香族炭化水素基は、置換基を有していてもよく、該脂肪族炭化水素基、飽和環状炭化水素基及び芳香族炭化水素基に含まれる−CH−は−O−又は−CO−で置き換わっていてもよい。]
[4] 放射線の照射により酸及び塩基を発生する化合物が、式(ID)で表される塩である[1]〜[3]のいずれか記載のレジスト組成物。
Figure 2011107691
[式(ID)中、R、R及びRは、それぞれ独立に、置換基を有していてもよいC1-12炭化水素基を表し、R、R及びRからなる群から選ばれる2以上の基は互いに結合して窒素原子とともに環を形成してもよい。
は、芳香族炭化水素基を含む有機基を表す。
は、有機対アニオンを表す]
[5] Rが、置換基を有していてもよいベンジル基又は置換基を有していてもよいフェナシル基である[4]記載のレジスト組成物。
[6] 式(I−1)で表される塩。
Figure 2011107691
[式(I−1)中、R8、R9及びR10は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよいC1-12炭化水素基を表し、R8、R9及びR10からなる群から選ばれる2以上の基は、互いに結合して窒素原子とともに環を形成してもよい。
11は置換基を有していてもよいベンジル基又は置換基を有していてもよいフェナシル基を表す。
及びQは、それぞれ独立に、フッ素原子又はC1-6ペルフルオロアルキル基を表す。
は、単結合又はC1-17飽和炭化水素基を表し、該飽和炭化水素基に含まれる−CH−は−O−又は−CO−で置き換わっていてもよい。
は、C1-36脂肪族炭化水素基、C3-36飽和環状炭化水素基又はC6-36芳香族炭化水素基を表し、該脂肪族炭化水素基、飽和環状炭化水素基及び芳香族炭化水素基は、置換基を有していてもよく、該脂肪族炭化水素基、飽和環状炭化水素基及び芳香族炭化水素基に含まれる−CH−は−O−又は−CO−で置き換わっていてもよい。]
[7](1)[1]〜[5]のいずれか記載のレジスト組成物を基板上に塗布する工程、
(2)塗布後の組成物を乾燥させて組成物層を形成する工程、
(3)組成物層に露光機を用いて露光する工程、
(4)露光後の組成物層を加熱する工程、
(5)加熱後の組成物層を、現像装置を用いて現像する工程、
を含むレジストパターンの製造方法。
本発明のレジスト組成物によれば、優れたラインウィズスラフネス(LWR)を有するパターンを得ることができる。
本発明のレジスト組成物は、放射線の照射により酸及び塩基を発生する化合物と、酸に不安定な基を有し、かつアルカリ水溶液に不溶又は難溶であり、酸と作用してアルカリ水溶液で溶解しえる樹脂と、酸発生剤とを含む。
<放射線の照射により酸及び塩基を発生する化合物>
放射線の照射により酸及び塩基を発生する化合物(以下「化合物(D)」という場合がある)は、紫外線、KrF、ArF、EB及びEUV等の放射線を照射することにより、酸と塩基とを発生する。レジスト組成物は、化合物(D)を含むことによって優れたラインウィズスラフネス(LWR)を有するパターンを得ることができる。
化合物(D)が放射線の照射により発生する塩基は、たとえば式(IB)で表される化合物が挙げられる。
Figure 2011107691
[式(IB)中、R、R及びRは、それぞれ独立に、置換基を有していてもよいC1-12炭化水素基を表し、R、R及びRからなる群から選ばれる2以上の基は互いに結合して窒素原子とともに環を形成してもよい。]
、R及びRにおける置換基を有していてもよいC1-12炭化水素基としては、脂肪族炭化水素基、飽和環状炭化水素基及び芳香族炭化水素基が挙げられる。
直鎖状の脂肪族炭化水素基としては、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−ヘプチル基、n−オクチル基、n−ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基などが挙げられる。
分岐状の脂肪族炭化水素基としては、イソプロピル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、メチルペンチル基、エチルペンチル基、メチルヘキシル基、エチルヘキシル基、プロピルヘキシル基、tert−オクチル基などが挙げられ、好ましくはイソプロピル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、エチルヘキシル基が挙げられる。
飽和環状炭化水素基としては、以下の基が挙げられる。
Figure 2011107691
芳香族炭化水素基としては例えばフェニル基、ビフェニル基、フルオレニル基、ナフチル基、アントニル基などが挙げられる。
置換基を有していてもよいC1-12炭化水素基のうち、ハロゲン化脂肪族炭化水素基としては、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、ヘプタフルオロ−n−プロピル基及び以下の基などが挙げられる。
Figure 2011107691
置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基は以下の基などが挙げられる。
Figure 2011107691
置換基を有していてもよいC1-12炭化水素基は−SO−、−CO−、−OCO−又は−CO−等の連結基を含んでもよく、例えば以下の基が挙げられる。
Figure 2011107691
Figure 2011107691
放射線の照射により発生する塩基が式(IB)で表されるアミン化合物である場合、化合物(D)は式(ID)で表される4級アンモニウム塩であることが好ましい。
Figure 2011107691
[式(ID)中、R、R及びRは、それぞれ独立に、置換基を有していてもよいC1-12炭化水素基を表し、R、R及びRからなる群から選ばれる2以上の基は互いに結合して窒素原子とともに環を形成してもよい。
は、芳香族炭化水素基を含む有機基を表す。
は、有機対アニオンを表す]
、R及びRとしてはR、R及びRと同じ基が挙げられる。
としては、フェニル基、ビフェニル基、フルオレニル基、ナフチル基、アントニル基、ベンジル基、フェニルエチル基や以下の基などが挙げられる。
Figure 2011107691
が有していてもよい置換基としてはハロゲン原子、ヒドロキシアルキル基、シアノ基、フェニル基、アルコキシル基、アルキル基、ニトロ基などが挙げられ、好ましくはメトキシ基が挙げられる。
としては、例えば以下の基などが挙げられる。
Figure 2011107691
Figure 2011107691
Figure 2011107691
としては、好ましくはベンジル基、フェニルエチル基が挙げられる。
式(ID)で表される塩におけるカチオンとしては、例えば、以下のカチオンが挙げられる。
Figure 2011107691
Figure 2011107691
Figure 2011107691
Figure 2011107691
Figure 2011107691
Figure 2011107691
放射線の照射により発生する酸が式(IA)で表される酸であることが好ましい。
Figure 2011107691
[式(IA)中、Q及びQは、それぞれ独立に、フッ素原子又はC1-6ペルフルオロアルキル基を表す。
は、単結合又は2価のC1-17飽和炭化水素基を表し、該飽和炭化水素基に含まれる−CH−は−O−又は−CO−で置き換わっていてもよい。
は、C1-36脂肪族炭化水素基、C3-36飽和環状炭化水素基又はC6-36芳香族炭化水素基を表し、該脂肪族炭化水素基、飽和環状炭化水素基及び芳香族炭化水素基は、置換基を有していてもよく、該脂肪族炭化水素基、飽和環状炭化水素基及び芳香族炭化水素基に含まれる−CH−は−O−又は−CO−で置き換わっていてもよい。]
1及びQ2は、それぞれ独立に、フッ素原子又はC1-6ペルフルオロアルキル基を表す。ペルフルオロアルキル基としては、例えばペルフルオロメチル基、ペルフルオロエチル基、ペルフルオロプロピル基、ペルフルオロイソプロピル基、ペルフルオロブチル基、ペルフルオロsec−ブチル基、ペルフルオロtert−ブチル基、ペルフルオロペンチル基、ペルフルオロヘキシル基などが挙げられる。Q1及びQ2は、それぞれ独立に、好ましくはペルフルオロメチル基又はフッ素原子であり、より好ましくはフッ素原子である。
ペルフルオロアルキル基としては、ペルフルオロメチル基、ペルフルオロエチル基、ペルフルオロ−n−プロピル基、ペルフルオロイソプロピル基、ペルフルオロ−n−ブチル基、ペルフルオロ−sec−ブチル基、ペルフルオロ−tert−ブチル基、ペルフルオロ−n−ペンチル基、ペルフルオロ−n−ヘキシル基などが挙げられる。なかでも、ペルフルオロメチル基が好ましい。
2価の飽和炭化水素基としては、例えば、アルキレン基、シクロアルキレン基を含む2価の基が挙げられる。
アルキレン基としては、例えば、メチレン基、ジメチレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基、ペンタメチレン基、ヘキサメチレン基、ヘプタメチレン基、オクタメチレン基、ノナメチレン基、デカメチレン基、ウンデカメチレン基、ドデカメチレン基、トリデカメチレン基、テトラデカメチレン基、ペンタデカメチレン基、ヘキサデカメチレン基、ヘプタデカメチレン基、エチレン基、プロピレン基、イソプロピレン基、sec−ブチレン基、tert−ブチレン基、プロピリデン基等が挙げられる
シクロアルキレン基を含む2価の基としては、式(X−A)〜式(X−C)で表される基が挙げられる。
Figure 2011107691
[式(X−A)〜式(X−C)中、
1A及びX1Bは、それぞれ独立に、C1−6アルキレン基を表し、該アルキレン基に含まれる−CH−は−O−又は−CO−で置き換わっていてもよい。ただし、式(X−A)〜式(X−C)で表される基の炭素数は1〜17である。]
飽和炭化水素基に含まれる1以上の−CH−が−O−又は−CO−で置き換わった基としては、例えば、−CO−O−X10−、−O−X11−CO−O−、−X10−O−CO−、又は−X11−O−X12−などが挙げられ、好ましくは−CO−O−X10−が挙げられる。
10は、単結合又はC1−15アルキレン基を表す。X11及びX12は、互いに独立に、C1−15アルキレン基を表す。ただし、当該アルキレン基に含まれる−CH−が置き換わった基において、上記の各基の主鎖を構成する原子数は、kと同じ、1〜17である。
としては、具体的には、下記の基が挙げられる。
Figure 2011107691
は、C1-36脂肪族炭化水素基、C3-36飽和環状炭化水素基又はC6-36芳香族炭化水素基であり、Yが有していてもよい置換基としては、ハロゲン原子、C1−12脂肪族炭化水素基、C6−20芳香族炭化水素基、C7−21アラルキル基、グリシジルオキシ基、又はC2−4アシル基等が挙げられる。
として、好ましくは、式(W1)〜式(W26)で表される基などが挙げられる。
Figure 2011107691
としては、さらに、Yに含まれる水素原子が置換されていないか又は炭化水素基のみで置換された基(ただし、Y含まれる−CH−は、−O−で置き換わっていてもよい。)及び水酸基又は水酸基を含む基で置換された基(ただし、ラクトン構造を有するものを除く)並びにYに含まれる隣接する2つの−CH−が−CO−と−CO−とで置き換わったラクトン構造を有する基及びYに含まれる1つの−CH−が−CO−で置き換わったケトン構造を有する基、Yに含まれる水素原子が芳香族炭化水素基又は芳香環を有する基で置換された基、Yに含まれる1つの−CH−が−O−で置き換わったエーテル構造を有する基などが挙げられる。
特に、Yは、式(Y−1)〜式(Y−3)のいずれかで表される基であることが好ましい。
Figure 2011107691
[式(Y−1)〜式(Y−3)中、
環に含まれる−CH−は−O−又は−CO−で置き換わっていてもよく、環に含まれる水素原子は、置換されていてもよい。]
ここでの置換基は、Yの置換基として例示したものが適しており、さらに、式(Y1)において定義したものが好ましい。
としては、例えば、以下の基が挙げられる。
Figure 2011107691
Figure 2011107691
Figure 2011107691
Figure 2011107691
Figure 2011107691
Figure 2011107691
式(IA)で表される酸としては、以下の式(IIA)、式(IIB)、式(IIC)、式(IID)等が挙げられ、好ましくは式(IIA)で表される酸及び式(IIB)で表される酸が挙げられる。
Figure 2011107691
[式(IIA)、式(IIB)、式(IIC)及び式(IID)中、
、Q及びYは、式(IA)における定義と同じである。
10は、単結合又はC1−15アルキレン基を表す。
11及びX12は、互いに独立に、C1−15アルキレン基を表す。]
式(IIA)で表される酸としては、例えば、下記のもの等が挙げられる。
Figure 2011107691
Figure 2011107691
Figure 2011107691
Figure 2011107691
Figure 2011107691
Figure 2011107691
Figure 2011107691
Figure 2011107691
Figure 2011107691
Figure 2011107691
Figure 2011107691
Figure 2011107691
Figure 2011107691
式(IIB)で表される酸としては、例えば、下記のもの等が挙げられる。
Figure 2011107691
Figure 2011107691
Figure 2011107691
Figure 2011107691
Figure 2011107691
Figure 2011107691
Figure 2011107691
Figure 2011107691
式(IIC)で表される酸としては、例えば、下記のもの等が挙げられる。
Figure 2011107691
Figure 2011107691
Figure 2011107691
Figure 2011107691
式(IID)で表される酸としては、例えば、下記のもの等が挙げられる。
Figure 2011107691
Figure 2011107691
化合物(D)は式(ID−1)〜式(ID−66)で表されるカチオンと式(IA−1)〜式(IA−310)で表されるスルホン酸化合物から水素原子を1つ引き抜いた、−SO を含むアニオンとを任意に組み合わせた化合物である。その具体例を以下の表に示す。
Figure 2011107691
Figure 2011107691
Figure 2011107691
Figure 2011107691
Figure 2011107691
Figure 2011107691
Figure 2011107691
Figure 2011107691
Figure 2011107691
上記の組合せのうち、好ましくは、式(D−34)、式(D−38)、式(D−102)、式(D−106)、式(D−148)、式(D−152)、式(D−184)又は式(D−188)で表される化合物が挙げられる。
式(D)で表される化合物の含有率は、組成物の固形分中0.1〜5質量%であることが好ましい。なお本明細書において「組成物中の固形分」とは、溶剤(E)を除いた組成物成分の合計を意味する。組成物中の固形分及びこれに対する式(D)で表される化合物の含有率は、例えば液体クロマトグラフィー又はガスクロマトグラフィーなどの公知の分析手段で測定できる。
〈樹脂(以下「樹脂(A)」という場合がある。〉
樹脂(A)は、酸の作用によりアルカリ可溶となる樹脂である。酸の作用によりアルカリ可溶となる樹脂は、酸に不安定な基を有するモノマー(以下「酸に不安定な基を有するモノマー(a1)」という場合がある)を重合することによって製造でき、酸の作用によりアルカリ可溶となる。「酸の作用によりアルカリ可溶となる」とは、「酸との接触前ではアルカリ水溶液に不溶又は難溶であるが、酸との接触後にはアルカリ水溶液に可溶となる」ことを意味する。酸に不安定な基を有するモノマー(a1)は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
〈酸に不安定な基を有するモノマー(a1)〉
「酸に不安定な基」とは、酸と接触すると脱離基が開裂して、親水性基(例えばヒドロキシ基又はカルボキシ基)を形成する基を意味する。酸に不安定な基としては、例えば、式(1)で表される基が挙げられる。なお以下では、式(1)で表される基を「酸に不安定な基(1)」という場合がある。
Figure 2011107691
式(1)中、Ra1〜Ra3は、それぞれ独立に、脂肪族炭化水素基又は飽和環状炭化水素基を表すか、或いはRa1及びRa2は互いに結合していてもよい。*は結合手を表す。
酸に不安定な基(1)としては、例えば1,1−ジアルキルアルコキシカルボニル基(基(1)中、Ra1〜Ra3がアルキル基であるもの、好ましくはtert−ブトキシカルボニル基)、2−アルキル−2−アダマンチルオキシカルボニル基(式(1)中、Ra1、Ra2及び炭素原子がアダマンチル基を形成し、Ra3がアルキル基であるもの)、及び1−(1−アダマンチル)−1−アルキルアルコキシカルボニル基(式(1)中、Ra1及びRa2がアルキル基であり、Ra3がアダマンチル基であるもの)などが挙げられる。
酸に不安定な基を有するモノマー(a1)は、好ましくは、酸に不安定な基(1)と炭素−炭素二重結合とを有するモノマー、より好ましくは酸に不安定な基(1)を有する(メタ)アクリル系モノマーである。なお本明細書において「(メタ)アクリル系モノマー」とは、「CH2=CH−CO−」又は「CH2=C(CH3)−CO−」の構造を有するモノマーの少なくとも1種を意味する。同様に「(メタ)アクリレート」及び「(メタ)アクリル酸」とは、それぞれ「アクリレート及びメタクリレートの少なくとも1種」並びに「アクリル酸及びメタクリル酸の少なくとも1種」を意味する。
酸に不安定な基(1)を有する(メタ)アクリル系モノマーの中でも、C5-20飽和環状炭化水素基を有するものが好ましい。飽和環状炭化水素基のような嵩高い構造を有するモノマー(a1)を重合して得られる樹脂を使用すれば、レジストの解像度を向上させることができる。飽和環状炭化水素基は、単環式又は多環式のいずれでもよい。単環式の飽和環状炭化水素基としては、シクロアルキル基(例えばシクロペンチル基、シクロへキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基)などが挙げられる。多環式の飽和環状炭化水素基としては、縮合芳香族炭化水素基を水素化して得られる基(例えばヒドロナフチル基)、橋かけ環状炭化水素基(例えばアダマンチル基、ノルボルニル基)などが挙げられる。さらに下記のような、橋かけ環(例えばノルボルナン環)と単環(例えばシクロヘプタン環やシクロヘキサン環)又は多環(例えばデカヒドロナフタレン環)とが縮合した形状の基、或いは橋かけ環同士が縮合した形状の基も、飽和環状炭化水素基に含まれる。
Figure 2011107691
酸に不安定な基(1)と飽和環状炭化水素基とを有する(メタ)アクリル系モノマーの中でも、式(a1−1)又は式(a1−2)で表される酸に不安定な基を有するモノマーが好ましい。これらは単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
Figure 2011107691
式(a1−1)及び式(a1−2)中、La1及びLa2は、それぞれ独立に、−O−又は−O−(CH2k1−CO−O−を表し、k1は1〜7の整数を表す。但しLa1及びLa2で列挙した−O−等は、それぞれ、左側で式(a1−1)及び式(a1−2)の−CO−と結合し、右側でアダマンチル基又はシクロへキシル基と結合することを意味する。Ra4及びRa5は、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基を表す。Ra6及びRa7は、それぞれ独立に、C1-8脂肪族炭化水素基、又はC3-10飽和環状炭化水素基を表し、m1は0〜14の整数を表し、n1は0〜10の整数を表す。なお本明細書における化学式は立体異性体も包含する。
a1及びLa2は、好ましくは、−O−又は−O−(CH2f1−CO−O−であり(前記f1は、1〜4の整数である)、より好ましくは−O−である。
a4及びRa5は、好ましくはメチル基である。Ra6及びRa7の脂肪族炭化水素基の炭素数は、好ましくは6以下であり、飽和環状炭化水素基の炭素数は、好ましくは8以下、より好ましくは6以下である。Ra6及びRa7の脂肪族炭化水素基としては、例えばメチル基、エチル基、1−メチルエチル基(イソプロピル基)、1,1−ジメチルエチル基(tert−ブチル基)、2,2−ジメチルエチル基、プロピル基、1−メチルプロピル基、2,2−ジメチルプロピル基、1−エチルプロピル基、ブチル基、1−メチルブチル基、2−メチルブチル基、3−メチルブチル基、1−プロピルブチル基、ペンチル基、1−メチルペンチル基、ヘキシル基、1,4−ジメチルヘキシル基、ヘプチル基、1−メチルヘプチル基、オクチル基などが挙げられる。Ra6及びRa7の飽和環状炭化水素基としては、例えばシクロヘプチル基、メチルシクロヘプチル基、シクロヘキシル基、メチルシクロヘキシル基、ジメチルシクロへキシル基、ノルボルニル基、メチルノルボルニル基などが挙げられる。
m1は、好ましくは0〜3の整数、より好ましくは0又は1である。n1は、0好ましくは0〜3の整数、より好ましくは0又は1である。k1は、好ましくは1〜4の整数、より好ましくは1である。
アダマンチル基を有するモノマー(a1−1)としては、例えば以下のものが挙げられ、これらの中でも、2−メチル−2−アダマンチル(メタ)アクリレート、2−エチル−2−アダマンチル(メタ)アクリレート、及び2−イソプロピル−2−アダマンチル(メタ)アクリレートが好ましく、メタクリレート形態のものがより好ましい。
Figure 2011107691
Figure 2011107691
Figure 2011107691
Figure 2011107691
Figure 2011107691
Figure 2011107691
Figure 2011107691
Figure 2011107691
Figure 2011107691
シクロへキシル基を有するモノマー(a1−2)としては、例えば以下のものが挙げられ、これらの中でも1−エチル−1−シクロヘキシル(メタ)アクリレートが好ましく、1−エチル−1−シクロヘキシルメタクリレートがより好ましい。
Figure 2011107691
樹脂における式(a1−1)又は式(a1−2)で表されるモノマーに由来する構造単位の含有率は、樹脂の全単位において、通常10〜95モル%であり、好ましくは15〜90モル%であり、より好ましくは20〜85モル%である。
酸に不安定な基(1)と炭素−炭素二重結合とを有するモノマーとしては、例えば、式(a1−3)で表されるノルボルネン環を有するモノマーが挙げられる。酸に不安定な基を有するモノマー(a1−3)に由来する構造単位を有する樹脂は、嵩高い構造を有するので、レジストの解像度を向上させることができる。さらに酸に不安定な基を有するモノマー(a1−3)は、樹脂の主鎖に剛直なノルボルナン環を導入してレジストのドライエッチング耐性を向上させることができる。
Figure 2011107691
式(a1−3)中、Ra9は、水素原子、置換基(例えばヒドロキシ基)を有していてもよいC1-3脂肪族炭化水素基、カルボキシ基、シアノ基、又はアルコキシカルボニル基(−COORa13)を表し、Ra13は、C1-8脂肪族炭化水素基又はC3-8飽和環状炭化水素基を表し、前記脂肪族炭化水素基及び前記飽和環状炭化水素基の水素原子はヒドロキシ基で置換されていてもよく、前記脂肪族炭化水素基及び前記飽和環状炭化水素基の−CH−は−O−又は−CO−で置き換わっていてもよい。Ra10〜Ra12は、それぞれ独立に、C1-12脂肪族炭化水素基又はC3-12飽和環状炭化水素基を表すか、或いはRa10及びRa11は互いに結合して環を形成していてもよく、前記脂肪族炭化水素基及び前記飽和環状炭化水素基の水素原子はヒドロキシ基等で置換されていてもよく、前記脂肪族炭化水素基及び前記飽和環状炭化水素基の−CH−は−O−又は−CO−で置き換わっていてもよい。
a9の置換基を有していてもよい脂肪族炭化水素基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ヒドロキシメチル基、2−ヒドロキシエチル基などが挙げられる。Ra13としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、2−オキソ−オキソラン−3−イル基、又は2−オキソ−オキソラン−4−イル基などが挙げられる。
a10〜Ra12としては、例えば、メチル基、エチル基、シクロへキシル基、メチルシクロへキシル基、ヒドロキシシクロへキシル基、オキソシクロへキシル基、アダマンチル基などが挙げられる。Ra10、Ra11及びこれらが結合する炭素が形成する飽和環状炭化水素基としては、シクロへキシル基、アダマンチル基などが挙げられる。
ノルボルネン環を有するモノマー(a1−3)としては、例えば、5−ノルボルネン−2−カルボン酸−tert−ブチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸1−シクロヘキシル−1−メチルエチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸1−メチルシクロヘキシル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸2−メチル−2−アダマンチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸2−エチル−2−アダマンチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸1−(4−メチルシクロヘキシル)−1−メチルエチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸1−(4−ヒドロキシシクロヘキシル)−1−メチルエチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸1−メチル−1−(4−オキソシクロヘキシル)エチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸1−(1−アダマンチル)−1−メチルエチルなどが挙げられる。
樹脂における式(a1−3)で表されるモノマーに由来する構造単位の含有率は、樹脂の全単位において、通常10〜95モル%であり、好ましくは15〜90モル%であり、より好ましくは20〜85モル%である。
酸に不安定な基と炭素−炭素二重結合とを有するモノマーとしては、式(a1−4)で表されるモノマー(a1−4)が挙げられる。
Figure 2011107691
[式(a1−4)中、R10は、水素原子、ハロゲン原子又はハロゲン原子を有していてもよいC1-6アルキル基を表す。
11は、それぞれ独立に、ハロゲン原子、水酸基、C1-6アルキル基、C1-6アルコキシ基、C2-4アシル基、C2-4アシルオキシ基、アクリロイル基又はメタクリロイル基を表す。
は0〜4の整数を表す。lが2以上の整数である場合、複数のR11は同一の種類の基であっても異なる種類の基であってもよい。
12及びR13はそれぞれ独立に、水素原子又はC1-12炭化水素基を表す。
a2は、単結合又は置換基を有していてもよいC1-17飽和炭化水素基を表し、該飽和炭化水素基に含まれる−CH−は−CO−、−O−、−S−、−SO−又は−N(R)−で置き換わっていてもよい。Rは、水素原子又はC1-6アルキル基を表す。
a3は、C1-12脂肪族炭化水素基、C3-18飽和環状炭化水素基又はC6-18芳香族炭化水素基であり、該脂肪族炭化水素基、飽和環状炭化水素基及び芳香族炭化水素基は、置換基を有していてもよい。]
ハロゲン原子を有していてもよいC1-6アルキル基としては、例えばペルフルオロメチル基、ペルフルオロエチル基、ペルフルオロプロピル基、ペルフルオロイソプロピル基、ペルフルオロブチル基、ペルフルオロsec−ブチル基、ペルフルオロtert−ブチル基、ペルフルオロペンチル基、ペルフルオロヘキシル基などが挙げられる。Q1及びQ2は、それぞれ独立に、好ましくはペルフルオロメチル基又はフッ素原子であり、より好ましくはフッ素原子である。
1-6アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、等が挙げられ、C1-4アルキル基が好ましく、C1-2アルキル基がより好ましく、メチル基が特に好ましい。
1-6アルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、n−プロピポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、sec−ブトキシ基、tert−ブトキシ基、n−ペントキシ基、n−ヘキトキシ基、等が挙げられ、C1-4アルコキシ基が好ましく、C1-2アルコキシ基がより好ましく、メトキシ基が特に好ましい。
2-4アシル基としては、例えば、アセチル、プロピオニル、ブチリル等が挙げられる。
2-4アシルオキシ基としては、例えば、アセチルオキシ、プロピオニルオキシ、ブチリルオキシ等が挙げられる。
1-12炭化水素基としては、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、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、2−エチルヘキシル基、シクロヘキシル基、アダマンチル基、2−アルキル−2−アダマンチル基、1−(1−アダマンチル)−1−アルキル基、イソボルニル基等が挙げられる。
1-12脂肪族炭化水素基としては、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、sec−ブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、2−エチルヘキシル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基等が挙げられる。
3-18飽和環状炭化水素基としては、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロノニル基、シクロデシル基、ノルボルニル基、1−アダマンチル基、2−アダマンチル基、イソボルニル基、下記に示す基等が挙げられる。
Figure 2011107691
6-18芳香族炭化水素基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基、アントラニル基、p−メチルフェニル基、p−tert−ブチルフェニル基、p−アダマンチルフェニル基等が挙げられる。
モノマー(a1−4)としては、例えば、以下のモノマーが挙げられる。
Figure 2011107691
Figure 2011107691
Figure 2011107691
樹脂における式(a1−4)で表されるモノマーに由来する構造単位の含有率は、樹脂の全単位において、通常10〜95モル%であり、好ましくは15〜90モル%であり、より好ましくは20〜85モル%である。
樹脂(A)は、好ましくは、酸に不安定な基を有するモノマー(a1)と、酸に不安定な基を有さないモノマー(以下「酸安定モノマー」という場合がある)との共重合体である。酸安定モノマーは、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
樹脂(A)が酸に不安定な基を有するモノマー(a1)と酸安定モノマーとの共重合体である場合、酸に不安定な基を有するモノマー(a1)に由来する構造単位は、全構造単位100モル%に対して、好ましくは10〜80モル%、より好ましくは20〜60モル%である。またアダマンチル基を有するモノマー(特に酸に不安定な基を有するモノマー(a1−1))に由来する構造単位を、酸に不安定な基を有するモノマー(a1)100モル%に対して15モル%以上とすることが好ましい。アダマンチル基を有するモノマーの比率が増えると、レジストのドライエッチング耐性が向上する。
酸安定モノマーとしては、ヒドロキシ基又はラクトン環を有するものが好ましい。ヒドロキシ基を有する酸安定モノマー(以下「ヒドロキシ基を有する酸安定モノマー(a2)」という)又はラクトン環を含有する酸安定モノマー(以下「ラクトン環を有する酸安定モノマー(a3)」という)に由来する構造単位を有する樹脂を使用すれば、レジストの解像度及び基板への密着性を向上させることができる。
〈ヒドロキシ基を有する酸安定モノマー(a2)〉
レジスト組成物をKrFエキシマレーザー露光(248nm)、電子線あるいはEUV光などの高エネルギー線露光に用いる場合、ヒドロキシ基を有する酸安定モノマー(a2)として、ヒドロキシスチレン類であるフェノール性水酸基を有する酸安定モノマー(a2−0)を使用することが好ましい。短波長のArFエキシマレーザー露光(193nm)などを用いる場合は、ヒドロキシ基を有する酸安定モノマー(a2)として、式(a2−1)で表されるヒドロキシアダマンチル基を有する酸安定モノマーを使用することが好ましい。ヒドロキシ基を有する酸安定モノマー(a2)は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
フェノール性水酸基を有するモノマー(a2−0)として、式(a2−0)で表されるp−又はm−ヒドロキシスチレンなどのスチレン系モノマーが挙げられる。
Figure 2011107691
[式(a2−0)中、
は、水素原子、ハロゲン原子又はハロゲン原子を有していてもよいC1-6アルキル基を表す。
は、ハロゲン原子、水酸基、C1-6アルキル基、C1-6アルコキシ基、C2-4アシル基、C2-4アシルオキシ基、アクリロイル基又はメタクリロイル基を表す。
maは0〜4の整数を表す。maが2以上の整数である場合、複数のRは同一の種類の基であっても異なる種類の基であってもよい。]
ハロゲン原子を有していてもよいC1-6アルキル基としては、例えばペルフルオロメチル基、ペルフルオロエチル基、ペルフルオロプロピル基、ペルフルオロイソプロピル基、ペルフルオロブチル基、ペルフルオロsec−ブチル基、ペルフルオロtert−ブチル基、ペルフルオロペンチル基、ペルフルオロヘキシル基などが挙げられる。Q1及びQ2は、それぞれ独立に、好ましくはペルフルオロメチル基又はフッ素原子であり、より好ましくはフッ素原子である。
1-6アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、等が挙げられ、C1-4アルキル基が好ましく、C1-2アルキル基がより好ましく、メチル基が特に好ましい。
1-6アルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、n−プロピポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、sec−ブトキシ基、tert−ブトキシ基、n−ペントキシ基、n−ヘキトキシ基、等が挙げられ、C1-4アルコキシ基が好ましく、C1-2アルコキシ基がより好ましく、メトキシ基が特に好ましい。
2-4アシル基としては、例えば、アセチル、プロピオニル、ブチリル等が挙げられる。
2-4アシルオキシ基としては、例えば、アセチルオキシ、プロピオニルオキシ、ブチリルオキシ等が挙げられる。
このようなフェノール性水酸基を有するモノマーに由来する構造単位を有する共重合樹脂を得る場合は、該当する(メタ)アクリル酸エステルモノマーとアセトキシスチレン、及びスチレンをラジカル重合した後、酸によって脱アセチルすることによって得ることができる。
フェノール性水酸基を有するモノマーとしては、例えば、以下のモノマーが挙げられる。
Figure 2011107691
Figure 2011107691
以上のモノマーのうち、4−ヒドロキシスチレン又は4−ヒドロキシ−α−メチルスチレンが特に好ましい。
樹脂における式(a2−0)で表されるモノマーに由来する構造単位の含有率は、樹脂の全単位において、通常5〜90モル%であり、好ましくは10〜85モル%であり、より好ましくは15〜80モル%である。
ヒドロキシアダマンチル基を有する酸安定モノマーとして、式(a2−1)で表されるモノマーが挙げられる。
Figure 2011107691
式(a2−1)中、La3は、−O−又は−O−(CH2k2−CO−O−を表し、k2は1〜7の整数を表す。Ra14は、水素原子又はメチル基を表す。Ra15及びRa16は、それぞれ独立に、水素原子、メチル基又はヒドロキシ基を表す。o1は、0〜10の整数を表す。
a3は、好ましくは、−O−、−O−(CH2f1−CO−O−であり(前記f1は、1〜4の整数である)、より好ましくは−O−である。Ra14は、好ましくはメチル基である。Ra15は、好ましくは水素原子である。Ra16は、好ましくは水素原子又はヒドロキシ基である。o1は、好ましくは0〜3の整数、より好ましくは0又は1である。
ヒドロキシアダマンチル基を有する酸安定モノマー(a2−1)としては、例えば以下のものが挙げられ、これらの中でも、3−ヒドロキシ−1−アダマンチル(メタ)アクリレート、3,5−ジヒドロキシ−1−アダマンチル(メタ)アクリレート及び(メタ)アクリル酸1−(3,5−ジヒドロキシ−1−アダマンチルオキシカルボニル)メチルが好ましく、3−ヒドロキシ−1−アダマンチル(メタ)アクリレート及び3,5−ジヒドロキシ−1−アダマンチル(メタ)アクリレートがより好ましく、3−ヒドロキシ−1−アダマンチルメタクリレート及び3,5−ジヒドロキシ−1−アダマンチルメタクリレートがさらに好ましい。
Figure 2011107691
Figure 2011107691
Figure 2011107691
Figure 2011107691
樹脂における式(a2−1)で表されるモノマーに由来する構造単位の含有率は、樹脂の全単位において、通常5〜50モル%であり、好ましくは10〜45モル%であり、より好ましくは15〜40モル%である。
〈ラクトン環を有する酸安定モノマー(a3)〉
酸安定モノマー(a3)が有するラクトン環は、例えばβ−プロピオラクトン環、γ−ブチロラクトン環、δ−バレロラクトン環のような単環でもよく、或いは単環式のラクトン環と他の環との縮合環でもよい。これらラクトン環の中で、γ−ブチロラクトン環、及びγ−ブチロラクトン環と他の環との縮合環が好ましい。
ラクトン環を有する酸安定モノマー(a3)は、好ましくは式(a3−1)、式(a3−2)又は式(a3−3)で表される。これらの1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
Figure 2011107691
式(a3−1)〜式(a3−3)中、La4〜La6は、それぞれ独立に、−O−又は−O−(CH2k3−CO−O−を表し、k3は1〜7の整数を表す。Ra18〜Ra20は、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基を表す。Ra21は、C1-4脂肪族炭化水素基を表し、p1は0〜5の整数を表す。Ra22及びRa23は、それぞれ独立にカルボキシ基、シアノ基又はC1-4脂肪族炭化水素基を表し、q1及びr1は、それぞれ独立に0〜3の整数を表す。p1、q1又はr1が2以上のとき、それぞれ、複数のRa21、Ra22又はRa23は、互いに同一でも異なってもよい。
a4〜La6としては、La3で説明したものが挙げられる。La4〜La6は、それぞれ独立に、−O−、−O−(CH2d1−CO−O−であることが好ましく(前記d1は、1〜4の整数である)、より好ましくは−O−である。但しLa4〜La6で列挙した−O−等は、それぞれ、左側で式(a3−1)〜式(a3−3)の−CO−と結合し、右側でラクトン環と結合することを意味する。Ra18〜Ra20は、好ましくはメチル基である。Ra21は、好ましくはメチル基である。Ra22及びRa23は、それぞれ独立に、好ましくはカルボキシ基、シアノ基又はメチル基である。p1〜r1は、それぞれ独立に、好ましくは0〜2、より好ましくは0又は1である。
γ−ブチロラクトン環を有する酸安定モノマー(a3−1)としては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2011107691
Figure 2011107691
Figure 2011107691
γ−ブチロラクトン環を有する酸安定モノマー(a3−1)として、酸不安定モノマーを例示することも可能である。例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2011107691
γ−ブチロラクトン環とノルボルナン環との縮合環を有する酸安定モノマー(a3−2)としては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2011107691
Figure 2011107691
Figure 2011107691
Figure 2011107691
Figure 2011107691
Figure 2011107691
Figure 2011107691
Figure 2011107691
γ−ブチロラクトン環とノルボルナン環との縮合環を有する酸安定モノマー(a3−2)として、酸不安定モノマーを例示することも可能である。例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2011107691
γ−ブチロラクトン環とシクロヘキサン環との縮合環を有する酸安定モノマー(a3−3)としては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2011107691
Figure 2011107691
Figure 2011107691
Figure 2011107691
γ−ブチロラクトン環とシクロヘキサン環との縮合環を有するモノマー(a3−3)として、酸不安定モノマーを例示することも可能である。例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2011107691
ラクトン環を有する酸安定モノマー(a3)の中でも、(メタ)アクリル酸(5−オキソ−4−オキサトリシクロ[4.2.1.03,7]ノナン−2−イル、(メタ)アクリル酸テトラヒドロ−2−オキソ−3−フリル、(メタ)アクリル酸2−(5−オキソ−4−オキサトリシクロ[4.2.1.03,7]ノナン−2−イルオキシ)−2−オキソエチルが好ましく、メタクリレート形態のものがより好ましい。
樹脂における式(a3−1)、式(a3−2)又は式(a3−3)で表されるモノマーに由来する構造単位の含有率は、樹脂の全単位において、通常5〜50モル%であり、好ましくは10〜45モル%であり、より好ましくは15〜40モル%である。
〈その他の酸安定モノマー(a4)〉
その他の酸安定モノマー(a4)としては、例えば、式(a4−1)で表される無水マレイン酸、式(a4−2)で表される無水イタコン酸、又は式(a4−3)で表されるノルボルネン環を有する酸安定モノマーなどが挙げられる。
Figure 2011107691
式(a4−3)中、Ra25及びRa26は、それぞれ独立に、水素原子、置換基(例えばヒドロキシ基)を有していてもよいC1-3脂肪族炭化水素基、シアノ基、カルボキシ基、又はアルコキシカルボニル基(−COORa27)を表すか、或いはRa25及びRa26は互いに結合して−CO−O−CO−を形成し、Ra27は、C1-36脂肪族炭化水素基又はC3-36飽和環状炭化水素基を表し、脂肪族炭化水素基及び飽和環状炭化水素基の−CH−は、−O−又は−CO−で置き換わっていてもよい。但し−COORa27が酸不安定基となるものは除く(即ちRa27は、3級炭素原子が−O−と結合するものを含まない)。
a25及びRa26の置換基を有していてもよい脂肪族炭化水素基としては、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、ヒドロキシメチル基、2−ヒドロキシエチル基、などが挙げられる。Ra27の脂肪族炭化水素基の炭素数は、好ましくは1〜8より好ましくは1〜6であり、飽和環状炭化水素基の炭素数は、好ましくは4〜36、より好ましくは4〜12である。Ra27としては、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、2−オキソ−オキソラン−3−イル基、2−オキソ−オキソラン−4−イル基などが挙げられる。
ノルボルネン環を有する酸安定モノマー(a4−3)としては、例えば2−ノルボルネン、2−ヒドロキシ−5−ノルボルネン、5−ノルボルネン−2−カルボン酸、5−ノルボルネン−2−カルボン酸メチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸2−ヒドロキシ−1−エチル、5−ノルボルネン−2−メタノール、5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸無水物などが挙げられる。
樹脂における式(a4−1)、式(a4−2)又は式(a4−3)で表されるモノマーに由来する構造単位の含有率は、樹脂の全単位において、通常2〜40モル%であり、好ましくは3〜30モル%であり、より好ましくは5〜20モル%である。
好ましい樹脂(A)は、少なくとも、酸に不安定な基を有するモノマー(a1)、ヒドロキシ基を有する酸安定モノマー(a2)及び/又はラクトン環を有する酸安定モノマー(a3)を重合させた共重合体である。この好ましい共重合体において、酸に不安定な基を有するモノマー(a1)は、より好ましくはアダマンチル基を有するモノマー(a1−1)及びシクロへキシル基を有するモノマー(a1−2)の少なくとも1種(さらに好ましくはアダマンチル基を有するモノマー(a1−1))であり、ヒドロキシ基を有する酸安定モノマー(a2)は、好ましくはヒドロキシアダマンチル基を有する酸安定モノマー(a2−1)であり、ラクトン環を有する酸安定モノマー(a3)は、より好ましくはγ−ブチロラクトン環を有する酸安定モノマー(a3−1)及びγ−ブチロラクトン環とノルボルナン環との縮合環を有する酸安定モノマー(a3−2)の少なくとも1種である。樹脂(A)は、公知の重合法(例えばラジカル重合法)によって製造できる。
樹脂(A)の重量平均分子量は、好ましくは、2,500以上(より好ましくは3,000以上)、50,000以下(より好ましくは30,000以下)である。
樹脂(A)の含有率は、組成物の固形分中80質量%以上であることが好ましい。なお本明細書において「組成物中の固形分」とは、溶剤(E)を除いた組成物成分の合計を意味する。組成物中の固形分、及びこれに対する樹脂(A)の含有率は、例えば液体クロマトグラフィー又はガスクロマトグラフィーなどの公知の分析手段で測定できる。
〈酸発生剤(以下「酸発生剤(B)」という場合がある)〉
酸発生剤(B)は、非イオン系とイオン系とに分類される。非イオン系酸発生剤には、有機ハロゲン化物、スルホネートエステル類(例えば2−ニトロベンジルエステル、芳香族スルホネート、オキシムスルホネート、N−スルホニルオキシイミド、N−スルホニルオキシイミド、スルホニルオキシケトン、DNQ 4−スルホネート)、スルホン類(例えばジスルホン、ケトスルホン、スルホニルジアゾメタン)等が含まれる。イオン系酸発生剤は、オニウムカチオンを含むオニウム塩(例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)が代表的である。オニウム塩のアニオンとしては、スルホン酸アニオン、スルホニルイミドアニオン、スルホニルメチドアニオン等がある。
酸発生剤(B)としては、レジスト分野で使用される酸発生剤(特に光酸発生剤)だけでなく、光カチオン重合の光開始剤、色素類の光消色剤、又は光変色剤等の放射線(光)によって酸を発生する公知化合物及びそれらの混合物も、適宜、使用できる。例えば特開昭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号や、米国特許第3,779,778号、米国特許第3,849,137号、独国特許第3914407号、欧州特許第126,712号等に記載の放射線によって酸を発生する化合物を使用できる。
酸発生剤(B)は、好ましくはフッ素含有酸発生剤であり、より好ましくは式(B1)で表されるスルホン酸塩である。
Figure 2011107691
[式(B1)中、Q及びQは、それぞれ独立に、フッ素原子又はC1-6ペルフルオロアルキル基を表す。
は、単結合又はC1-17飽和炭化水素基を表し、該飽和炭化水素基に含まれる−CH−は−O−又は−CO−で置き換わっていてもよい。
は、C1-36脂肪族炭化水素基、C3-36飽和環状炭化水素基又はC6-36芳香族炭化水素基を表し、該脂肪族炭化水素基、飽和環状炭化水素基及び芳香族炭化水素基は、置換基を有していてもよく、該脂肪族炭化水素基、飽和環状炭化水素基及び芳香族炭化水素基に含まれる−CH−は−O−又は−CO−で置き換わっていてもよい。]
及びQは、それぞれ独立に、Q1及びQ2において説明したものと同様の基が挙げられる。
は、Xにおいて説明したものと同様の基が挙げられる。
は、Yにおいて説明したものと同様の基が挙げられる。
スルホン酸アニオンとしては、式(IA−1)〜式(IA−310)で表されるスルホン酸に対応する−SO を含むアニオンが挙げられる。
次に酸発生剤(B)に含まれるカチオンについて説明する。酸発生剤のカチオンとしては、オニウムカチオン、例えばスルホニウムカチオン、ヨードニウムカチオン、アンモニウムカチオン、ベンゾチアゾリウムカチオン、ホスホニウムカチオンなどが挙げられる。これらの中でも、スルホニウムカチオン及びヨードニウムカチオンが好ましく、アリールスルホニウムカチオンがより好ましい。
式(B1)中のZ+は、好ましくは式(b2−1)〜式(b2−4)のいずれかで表される。
Figure 2011107691
式(b2−1)中、Rb4〜Rb6は、それぞれ独立に、C1-30脂肪族炭化水素基、C3-36飽和環状炭化水素基又はC6-18芳香族炭化水素基を表す。前記脂肪族炭化水素基は、ヒドロキシ基、C1-12アルコキシ基又はC6-18芳香族炭化水素基で置換されていてもよく、前記飽和環状炭化水素基は、ハロゲン原子、C2-4アシル基、又はグリシジルオキシ基で置換されていてもよく、前記芳香族炭化水素基は、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、C1-36脂肪族炭化水素基、C3-36飽和環状炭化水素基又はC1-12アルコキシ基で置換されていてもよい。
式(b2−2)中、Rb7及びRb8は、それぞれ独立に、ヒドロキシ基、C1-12脂肪族炭化水素基又はC1-12アルコキシ基を表し、m2及びn2は、それぞれ独立に0〜5の整数を表す。
式(b2−3)中、Rb9及びRb10は、それぞれ独立に、C1-36脂肪族炭化水素基又はC3-36飽和環状炭化水素基を表す。Rb11は、水素原子、C1-36脂肪族炭化水素基、C3-36飽和環状炭化水素基或いはC6-18芳香族炭化水素基を表す。Rb9〜Rb11の脂肪族炭化水素基の炭素数は、好ましくは1〜12であり、飽和環状炭化水素基の炭素数は、好ましくは3〜36、より好ましくは4〜12である。Rb12は、C1-12脂肪族炭化水素基、C3-18飽和環状炭化水素基或いはC6-18芳香族炭化水素基を表す。前記芳香族炭化水素基は、C1-12脂肪族炭化水素基、C1-12アルコキシ基、C3-18飽和環状炭化水素基又はアルキルカルボニルオキシ基で置換されていてもよい。Rb9とRb10と、及びRb11とRb12とは、それぞれ独立に、互いに結合して3員環〜12員環(好ましくは3員環〜7員環)を形成していてもよく、これらの環の−CH−は、−O−、−S−、−CO−で置き換わっていてもよい。
式(b2−4)中、Rb13〜Rb18は、それぞれ独立に、ヒドロキシ基、C1-12脂肪族炭化水素基又はC1-12アルコキシ基を表す。Lb11は、−S−又は−O−を表す。o2、p2、s2、及びt2は、それぞれ独立に、0〜5の整数を表し、q2及びr2は、それぞれ独立に、0〜4の整数を表し、u2は0又は1を表す。o2〜t2のいずれかが2であるとき、それぞれ、複数のRb13〜Rb18のいずれかは互いに同一でも異なってもよい。
次に式(b2−1)〜式(b2−4)に含まれる置換基を説明する。脂肪族炭化水素基、飽和環状炭化水素基及び芳香族炭化水素基としては、上述したものを例示できる。好ましい脂肪族炭化水素基は、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、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、及び2−エチルヘキシル基である。好ましい飽和環状炭化水素基は、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロデシル基、2−アルキル−2−アダマンチル基、1−(1−アダマンチル)−1−アルキル基、及びイソボルニル基である。好ましい芳香族炭化水素基は、フェニル基、4−メチルフェニル基、4−エチルフェニル基、4−tert−ブチルフェニル基、4−シクロへキシルフェニル基、4−メトキシフェニル基、ビフェニリル基、ナフチル基である。置換基が芳香族炭化水素基である脂肪族炭化水素基(アラルキル基)としては、ベンジル基などが挙げられる。アルコキシ基としては、例えばメトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、sec−ブチトキシ基、tert−ブチトキシ基、n−ペントキシ基、n−ヘキトキシ基、ヘプトキシ基、オクトキシ基、2−エチルヘキシルオキシ基、ノニルオキシ基、デシルオキシ基、ウンデシルオキシ基、ドデシルオキシ基などが挙げられる。Rb9及びRb10が形成する環としては、例えばチオラン−1−イウム環(テトラヒドロチオフェニウム環)、チアン−1−イウム環、1,4−オキサチアン−4−イウム環などが挙げられる。Rb11及びRb12が形成する環としては、例えばオキソシクロヘプタン環、オキソシクロヘキサン環、オキソノルボルナン環、オキソアダマンタン環などが挙げられる。
カチオン(b2−1)〜カチオン(b2−4)の中でも、カチオン(b2−1)が好ましく、式(b2−1−1)で表されるカチオンがより好ましく、トリフェニルスルホニウムカチオン(式(b2−1−1)中、v2=w2=x2=0)がさらに好ましい。
Figure 2011107691
式(b2−1−1)中、Rb19〜Rb21は、それぞれ独立に、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、C1-36脂肪族炭化水素基、C3-36飽和環状炭化水素基又はC1-12アルコキシ基を表す。前記脂肪族炭化水素基の炭素数は、好ましくは1〜12であり、飽和環状炭化水素基の炭素数は、好ましくは4〜36である。前記脂肪族炭化水素基は、ヒドロキシ基、C1-12アルコキシ基或いはC6-18芳香族炭化水素基で置換されていてもよく、前記飽和環状炭化水素基は、ハロゲン原子、C2-4アシル基、又はグリシジルオキシ基で置換されていてもよい。v2〜x2は、それぞれ独立に0〜5の整数(好ましくは0又は1)を表す。v2〜x2のいずれかが2以上のとき、それぞれ、複数のRb19〜Rb21のいずれかは、互いに同一でも異なってもよい。
式(b2−1−1)中のRb19〜Rb21は、それぞれ独立に、好ましくは、ハロゲン原子(より好ましくはフッ素原子)、ヒドロキシ基、C1-12アルキル基、又はC1-12アルコキシ基を表し、v2〜x2は、それぞれ独立に0〜5の整数(好ましくは0又は1)を表す。
次に酸発生剤(B)に含まれる具体的なカチオンを例示する。まずカチオン(b2−1−1)の具体例としては、以下のものが挙げられる。
Figure 2011107691
Figure 2011107691
カチオン(b2−2)の具体例としては、以下のものが挙げられる。
Figure 2011107691
カチオン(b2−3)の具体例としては、以下のものが挙げられる。
Figure 2011107691
Figure 2011107691
カチオン(b2−4)の具体例としては、以下のものが挙げられる。
Figure 2011107691
Figure 2011107691
Figure 2011107691
Figure 2011107691
酸発生剤(B1)は、上述のスルホン酸アニオン及び有機カチオンの組合せである。上述のアニオンとカチオンとは任意に組み合わせることができる。
好ましい酸発生剤(B1)は、式(B1−1)〜式(B1−17)で表されるものであり、これらの中でもトリフェニルスルホニウムカチオンを含む酸発生剤(B1−1)、(B1−2)、(B1−6)、(B1−11)、(B1−12)、(B1−13)及び(B1−14)がより好ましい。
Figure 2011107691
Figure 2011107691
Figure 2011107691
Figure 2011107691
Figure 2011107691
酸発生剤(B)の含有率は、樹脂(A)100質量%に対して、好ましくは1質量%以上(より好ましくは3質量%以上)、好ましくは20質量%以下(より好ましくは15質量%以下)である。
〈塩基性化合物(以下「塩基性化合物(C)」という場合がある)〉
本発明のレジスト組成物は、塩基性化合物(C)を含有することが好ましい。塩基性化合物(C)の含有率は、レジスト組成物の固形分量を基準に、0.01〜1質量%程度であることが好ましい。
塩基性化合物(C)は、好ましくは塩基性の含窒素有機化合物(例えばアミン)である。アミンは、脂肪族アミンでも、芳香族アミンでもよい。脂肪族アミンは、1級アミン、2級アミン及び3級アミンのいずれも使用できる。芳香族アミンは、アニリンのような芳香族環にアミノ基が結合したものや、ピリジンのような複素芳香族アミンのいずれでもよい。好ましい塩基性化合物(C)として、式(C2)で表される芳香族アミン、特に式(C2−1)で表されるアニリンが挙げられる。
Figure 2011107691
式(C2)中、Arc1は、芳香族炭化水素基を表す。Rc5及びRc6は、それぞれ独立に、水素原子、脂肪族炭化水素基(好ましくはアルキル基、或いはシクロアルキル基)、飽和環状炭化水素基或いは芳香族炭化水素基を表す。但し前記脂肪族炭化水素基、前記飽和環状炭化水素基又は前記芳香族炭化水素基の水素原子は、ヒドロキシ基、アミノ基、又はC1-6アルコキシ基で置換されていてもよく、前記アミノ基は、C1-4アルキル基で置換されていてもよい。前記脂肪族炭化水素基の炭素数は、好ましくは1〜6程度であり、前記飽和環状炭化水素基の炭素数は、好ましくは5〜10程度であり、前記芳香族炭化水素基の炭素数は、好ましくは6〜10程度である。
式(C2−1)中、Rc5及びRc6は、前記と同じである。Rc7は、脂肪族炭化水素基(好ましくはアルキル基、或いはシクロアルキル基)、アルコキシ基、飽和環状炭化水素基或いは芳香族炭化水素基を表す。但し脂肪族炭化水素基、アルコキシ基、飽和環状炭化水素基及び芳香族炭化水素基の水素原子は、式(C2)で説明した置換基を有していてもよい。m3は0〜3の整数を表す。m3が2以上のとき、複数のRc7は、互いに同一でも異なってもよい。Rc7の脂肪族炭化水素基、飽和環状炭化水素基及び芳香族炭化水素基の好ましい炭素数は、式(C2)のものと同じであり、Rc7のアルコキシ基の炭素数は、好ましくは1〜6程度である。
芳香族アミン(C2)としては、例えば1−ナフチルアミン及び2−ナフチルアミンなどが挙げられる。アニリン(C2−1)としては、例えばアニリン、ジイソプロピルアニリン、2−,3−又は4−メチルアニリン、4−ニトロアニリン、N−メチルアニリン、N,N−ジメチルアニリン、ジフェニルアミンなどが挙げられる。これらの中でもジイソプロピルアニリン(特に2,6−ジイソプロピルアニリン)が好ましい。
また塩基性化合物(C)としては、式(C3)〜式(C11)で表される化合物が挙げられる。
Figure 2011107691
式(C3)中のRc8は、式(C2)のRc7で説明したいずれかの基を表す。式(C3)〜式(C8)中の窒素原子と結合するRc9、Rc10、Rc11〜Rc14、Rc16〜Rc19及びRc22は、それぞれ独立に、式(C2)のRc5及びRc6で説明したいずれかの基を表す。式(C7)〜式(C11)中の芳香族炭素と結合するRc20、Rc21、Rc23〜Rc28は、それぞれ独立に、式(C2−1)のRc7で説明したいずれかの基を表す。式(C7)、式(C9)〜式(C11)中のo3〜u3は、それぞれ独立に0〜3の整数を表す。o3〜u3のいずれかが2以上であるとき、それぞれ、複数のRc20〜Rc28のいずれかは互いに同一でも異なってもよい。
式(C6)中のRc15は、脂肪族炭化水素基、飽和環状炭化水素基又はアルカノイル基を表し、n3は0〜8の整数を表す。n3が2以上のとき、複数のRc15は、互いに同一でも異なってもよい。Rc15の脂肪族炭化水素基の炭素数は、好ましくは1〜6程度であり、Rc15の飽和環状炭化水素基の炭素数は、好ましくは3〜6程度であり、Rc15のアルカノイル基の炭素数は、好ましくは2〜6程度である。
式(C7)及び式(C10)のLc1及びLc2は、それぞれ独立に、2価の脂肪族炭化水素基(好ましくはアルキレン基)、−CO−、−C(=NH)−、−C(=NRc3)−、−S−、−S−S−、又はこれらの組合せを表す。前記2価の脂肪族炭化水素基の炭素数は、好ましくは2〜6程度である。Rc3は、C1-4アルキル基を表す。
化合物(C3)としては、例えば、ヘキシルアミン、ヘプチルアミン、オクチルアミン、ノニルアミン、デシルアミン、ジブチルアミン、ジペンチルアミン、ジヘキシルアミン、ジヘプチルアミン、ジオクチルアミン、ジノニルアミン、ジデシルアミン、トリエチルアミン、トリメチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、トリペンチルアミン、トリヘキシルアミン、トリヘプチルアミン、トリオクチルアミン、トリノニルアミン、トリデシルアミン、メチルジブチルアミン、メチルジペンチルアミン、メチルジヘキシルアミン、メチルジシクロヘキシルアミン、メチルジヘプチルアミン、メチルジオクチルアミン、メチルジノニルアミン、メチルジデシルアミン、エチルジブチルアミン、エチルジペンチルアミン、エチルジヘキシルアミン、エチルジヘプチルアミン、エチルジオクチルアミン、エチルジノニルアミン、エチルジデシルアミン、ジシクロヘキシルメチルアミン、トリス〔2−(2−メトキシエトキシ)エチル〕アミン、トリイソプロパノールアミンエチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、4,4’−ジアミノ−1,2−ジフェニルエタン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジメチルジフェニルメタン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジエチルジフェニルメタンなどが挙げられる。
化合物(C4)としては、例えばピペラジンなどが挙げられる。化合物(C5)としては、例えばモルホリンなどが挙げられる。化合物(C6)としては、例えばピペリジン、及び特開平11−52575号公報に記載されているピペリジン骨格を有するヒンダードアミン化合物などが挙げられる。化合物(C7)としては、例えば2,2’−メチレンビスアニリンなどが挙げられる。
化合物(C8)としては、例えば、イミダゾール、4−メチルイミダゾールなどが挙げられる。化合物(C9)としては、例えば、ピリジン、4−メチルピリジンなどが挙げられる。化合物(C10)としては、例えば、1,2−ジ(2−ピリジル)エタン、1,2−ジ(4−ピリジル)エタン、1,2−ジ(2−ピリジル)エテン、1,2−ジ(4−ピリジル)エテン、1,3−ジ(4−ピリジル)プロパン、1,2−ジ(4−ピリジルオキシ)エタン、ジ(2−ピリジル)ケトン、4,4’−ジピリジルスルフィド、4,4’−ジピリジルジスルフィド、2,2’−ジピリジルアミン、2,2’−ジピコリルアミンなどが挙げられる。化合物(C11)としては、例えばビピリジンなどが挙げられる。
〈溶剤(以下「溶剤(E)」という場合がある〉
本発明のレジスト組成物は、溶剤(E)を、組成物中90質量%以上の量で含有していてもよい。溶剤(E)を含有する本発明のレジスト組成物は、薄膜レジストを製造するために適している。溶剤(E)の含有率は、組成物中90質量%以上(好ましくは92質量%以上、より好ましくは94質量%以上)、99.9質量%以下(好ましくは99質量%以下)である。溶剤(E)の含有率は、例えば液体クロマトグラフィー又はガスクロマトグラフィーなどの公知の分析手段で測定できる。
溶剤(E)としては、例えば、エチルセロソルブアセテート、メチルセロソルブアセテート及び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ようなグリコールエーテルエステル類;プロピレングリコールモノメチルエーテルのようなグリコールエーテル類;乳酸エチル、酢酸ブチル、酢酸アミル及びピルビン酸エチルのようなエステル類;アセトン、メチルイソブチルケトン、2−ヘプタノン及びシクロヘキサノンのようなケトン類;γ−ブチロラクトンのような環状エステル類;などを挙げることができる。溶剤(E)は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
〈その他の成分(以下「その他の成分(F)」という場合がある)〉
本発明のレジスト組成物は、必要に応じて、その他の成分(F)を含有していてもよい。成分(F)に特に限定はなく、レジスト分野で公知の添加剤、例えば増感剤、溶解抑止剤、界面活性剤、安定剤、染料などを利用できる。
〈レジストパターンの製造方法〉
本発明のレジストパターンの製造方法は、
(1)上述した本発明のレジスト組成物を基板上に塗布する工程、
(2)塗布後の組成物を乾燥させて組成物層を形成する工程、
(3)組成物層に露光機を用いて露光する工程、
(4)露光後の組成物層を加熱する工程、
(5)加熱後の組成物層を、現像装置を用いて現像する工程を含む。
レジスト組成物の基体上への塗布は、スピンコーターなど、通常、用いられる装置によって行うことができる。
塗布後の組成物を乾燥させて溶剤を除去する。溶剤の除去は、例えば、ホットプレート等の加熱装置を用いて溶剤を蒸発させることにより行われるか、あるいは減圧装置を用いて行われ、溶剤が除去された組成物層が形成される。この場合の温度は、例えば、50〜200℃程度が例示される。また、圧力は、1〜1.0×10Pa程度が例示される。
得られた組成物層は、露光機を用いて露光する。この際、通常、求められるパターンに相当するマスクを介して露光が行われる。露光光源としては、KrFエキシマレーザー(波長248nm)、ArFエキシマレーザー(波長193nm)、F2レーザ(波長157nm)のような紫外域のレーザ光を放射するもの、固体レーザ光源(YAG又は半導体レーザ等)からのレーザ光を波長変換して遠紫外域または真空紫外域の高調波レーザ光を放射するもの等、種々のものを用いることができる。
露光後の組成物層は、脱保護基反応を促進するための加熱処理が行われる。加熱温度としては、通常50〜200℃程度、好ましくは70〜150℃程度である。
加熱後の組成物層を、現像装置を用いて、通常、アルカリ現像液を利用して現像する。
ここで用いられるアルカリ現像液は、この分野で用いられる各種のアルカリ性水溶液であればよい。例えば、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドや(2−ヒドロキシエチル)トリメチルアンモニウムヒドロキシド(通称コリン)の水溶液等が挙げられる。
現像後、超純水でリンスし、基板及びパターン上に残った水を除去することが好ましい。
〈用途〉
本発明のレジスト組成物は、KrFエキシマレーザー露光用のレジスト組成物、ArFエキシマレーザー露光用のレジスト組成物、EB用のレジスト組成物又はEUV露光機用のレジスト組成物として好適である。
次に実施例を挙げて、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
実施例及び比較例中、含有量ないし使用量を表す%及び部は、特記ないかぎり質量基準である。
また重量平均分子量は、ポリスチレンを標準品として、ゲルパーミュエーションクロマトグラフィー(東ソー株式会社製HLC−8120GPC型、カラムはTSKgel Multipore HXL−M3本、溶媒はテトラヒドロフラン)により求めた値である。
また、化合物の構造はNMR(GX−270型又はEX−270型;日本電子製)、質量分析(LC;Agilent製1100型、MASS;Agilent製LC/MSD型又はLC/MSD TOF型)で確認した。
合成例1
化合物(D−184)の合成
Figure 2011107691
(D184−b)10.0部とクロロホルム50部、イオン交換水25部との溶液に、(D184−a)7.4部とを加えて、室温で4時間攪拌した。反応混合溶液を分液により水層を除去した。有機層をイオン交換水40部にて洗浄後、減圧濃縮を行った。化合物(D−184)9.8部を得た。
H−NMR(DMSO−d):δ=7.89−7.77(2H,m),7.64−7.53(3H,m),7.46−7.24(3H,m),7.06−6.97(2H,m),5.01(2H,s),3.57(6H,s),2.56−2.46(2H,m),2.37−2.21(7H,m),2.03−1.73(4H,m).
MS(ESI(+)Spectrum):M=212.1(C1518=212.1)
MS(ESI(−)Spectrum):M=323.0(C1213=323.0)
合成例2
化合物(D−102)の合成
Figure 2011107691
(D102−b)10.0部とクロロホルム50部、イオン交換水25部との溶液に、(D102−a)5.61部とを加えて、室温で4時間攪拌した。反応混合溶液を分液により水層を除去した。有機層をイオン交換水40部にて洗浄後、減圧濃縮を行った。化合物(D−102)9.9部を得た。
H−NMR(DMSO−d):δ=7.89−7.77(2H,m),7.64−7.53(3H,m),7.46−7.24(3H,m),7.06−6.97(2H,m),5.01(2H,s),4.42(1H,s),3.84(2H,s),3.57(6H,s),2.12−2.01(2H,m),1.57−1.28(12H,m).
MS(ESI(+)Spectrum):M=212.1(C1518=212.1)
MS(ESI(−)Spectrum):M=339.1(C1317=339.1)
合成例3
化合物(D−345)の合成
D−345−cの合成
Figure 2011107691
(D345−a)7.0部とアセトニトリル35部、イオン交換水5部との溶液に、(D345−b)4.6部とを加えて、加熱還流下で20時間攪拌した。反応混合溶液にメチルt−ブチルエーテル70部を添加し、室温で1時間攪拌した後、得られた固体をろ過することで化合物(D345−c)7.6部を得た。
D−345−cのデータ
H−NMR(DMSO−d):δ=7.96−7.79(4H,m),7.64−7.52(3H,m),7.21(2H,d,J=8.2Hz),5.26(2H,s),3.82(3H,s),3.66(6H,s).
化合物(D−345)の合成
Figure 2011107691
(D345−c)5.0部とクロロホルム40部、イオン交換水10部との溶液に、(D345−d)3.6部とを加えて、室温で20時間攪拌した。反応混合溶液を分液により水層を除去した。有機層をイオン交換水15部にて洗浄後、減圧濃縮を行った。化合物(D−345)5.9部を得た。
化合物(D−345)のデータ
H−NMR(DMSO−d):δ=7.91−7.78(4H,m),7.65−7.55(3H,m),7.17(2H,d,J=8.2Hz),5.08(2H,s),3.83(3H,s),3.59(6H,s),2.56−2.44(3H,m),2.33−2.20(6H,m),2.04−1.91(2H,m),1.88−1.76(2H,m).
MS(ESI(+)Spectrum):M=270.1(C1720NO =270.1)
MS(ESI(−)Spectrum):M=323.0(C1213=323.0)
化合物(D−184)0.05部とジメチルスルホキシド1部との溶液に紫外線照射装置(ウシオ電機社製、スポットキュアSP−7)を用いて30分間、40mWの強度で紫外線を照射した。得られた溶液を質量分析(LC;Agilent製1100型、MASS;Agilent製LC/MSD型又はLC/MSD TOF型)にて、測定を行ったところ、塩基(N,N−ジメチルアニリン)を含む分解物と、酸(化合物(IA−163))が発生していることが確認された。
N,N−ジメチルアニリン
MS(ESI(+)Spectrum):〔M+H〕=122.1(C11N=121.1)
化合物(IA−163)
MS(ESI(−)Spectrum):M=323.0(C1213=323.0)
化合物(D−345)0.05部とジメチルスルホキシド1部との溶液に紫外線照射装置(ウシオ電機社製、スポットキュアSP−7)を用いて30分間、40mWの強度で紫外線を照射した。得られた溶液を質量分析(LC;Agilent製1100型、MASS;Agilent製LC/MSD型又はLC/MSD TOF型)にて、測定を行ったところ、塩基(N,N−ジメチルアニリン)を含む分解物と、酸(化合物(IA−163))が発生していることが確認された。
N,N−ジメチルアニリン
MS(ESI(+)Spectrum):〔M+H〕=122.1(C11N=121.1)
化合物(IA−163)
MS(ESI(−)Spectrum):M=323.0(C1213=323.0)
化合物(D−102)0.05部とジメチルスルホキシド1部との溶液に紫外線照射装置(ウシオ電機社製、スポットキュアSP−7)を用いて30分間、40mWの強度で紫外線を照射した。得られた溶液を質量分析(LC;Agilent製1100型、MASS;Agilent製LC/MSD型又はLC/MSD TOF型)にて、測定を行ったところ、塩基(N,N−ジメチルアニリン)を含む分解物と、酸(化合物(IA−94))が発生していることが確認された。
N,N−ジメチルアニリン
MS(ESI(+)Spectrum):〔M+H〕=122.1(C11N=121.1)
化合物(IA−94)
MS(ESI(−)Spectrum):M=339.1(C1317=339.1)
シリコンウェハに、下記の溶液Y−184をプリベーク後の膜厚が400nmとなるようにスピンコートした。得られた膜を、ダイレクトホットプレートにて、90℃で60秒間プリベークし、ArFエキシマステッパー〔FPA5000-AS3;(株)キャノン製、NA=0.75〕を用いて30mJ/cmで全面露光を行なった。露光後、90℃で60秒間ポストエクスポジャーベークを行なった後、膜をシリコンウェハよりかき取り、メタノール溶媒へ溶解させ質量分析(LC;Agilent製1100型、MASS;Agilent製LC/MSD型又はLC/MSD TOF型)を行った結果、塩基(N,N−ジメチルアニリン)を含む分解物と、酸(化合物(IA−163)が発生していることが確認された。
溶液Y−184の組成
樹脂:樹脂(A5) 10部
化合物(D−184) 1.0部
溶剤:
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 60.0部
プロピレングリコールモノメチルエーテル 20.0部
γ−ブチロラクトン 3.0部
N,N−ジメチルアニリン
MS(ESI(+)Spectrum):〔M+H〕=122.1(C11N=121.1)
化合物(IA−163)
MS(ESI(−)Spectrum):M=323.0(C1213=323.0)
シリコンウェハに、下記の溶液Y−345をプリベーク後の膜厚が400nmとなるようにスピンコートした。得られた膜を、ダイレクトホットプレートにて、90℃で60秒間プリベークし、ArFエキシマステッパー〔FPA5000-AS3;(株)キャノン製、NA=0.75〕を用いて30mJ/cmで全面露光を行なった。露光後、90℃で60秒間ポストエクスポジャーベークを行なった後、膜をシリコンウェハよりかき取り、メタノール溶媒へ溶解させ質量分析(LC;Agilent製1100型、MASS;Agilent製LC/MSD型又はLC/MSD TOF型)を行った結果、塩基(N,N−ジメチルアニリン)を含む分解物と、酸(化合物(IA−163)が発生していることが確認された。
溶液Y−345の組成
樹脂:樹脂(A5) 10部
化合物(D−345) 1.0部
溶剤:
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 60.0部
プロピレングリコールモノメチルエーテル 20.0部
γ−ブチロラクトン 3.0部
N,N−ジメチルアニリン
MS(ESI(+)Spectrum):〔M+H〕=122.1(C11N=121.1)
化合物(IA−163)
MS(ESI(−)Spectrum):M=323.0(C1213=323.0)
シリコンウェハに、下記の溶液Y−102をプリベーク後の膜厚が400nmとなるようにスピンコートした。得られた膜を、ダイレクトホットプレートにて、90℃で60秒間プリベークし、ArFエキシマステッパー〔FPA5000-AS3;(株)キャノン製、NA=0.75〕を用いて30mJ/cmで全面露光を行なった。露光後、90℃で60秒間ポストエクスポジャーベークを行なった後、膜をシリコンウェハよりかき取り、メタノール溶媒へ溶解させ質量分析(LC;Agilent製1100型、MASS;Agilent製LC/MSD型又はLC/MSD TOF型)を行った結果、塩基(N,N−ジメチルアニリン)を含む分解物と、酸(化合物(IA−94)が発生していることが確認された。
溶液Y−102の組成
樹脂:樹脂(A5) 10部
化合物(D−102) 1.0部
溶剤:
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 60.0部
プロピレングリコールモノメチルエーテル 20.0部
γ−ブチロラクトン 3.0部
N,N−ジメチルアニリン
MS(ESI(+)Spectrum):〔M+H〕=122.1(C11N=121.1)
化合物(IA−94)
MS(ESI(−)Spectrum):M=339.1(C1317=339.1)
樹脂(A1)の合成
モノマー(M−1)を15.00g、モノマー(M−2)を4.89g、モノマー(M−6)を11.12g、モノマー(M−3)を8.81g仕込み(モル比 35:12:23:30)、全モノマー量の1.5重量倍のジオキサンを加えて溶液とした。そこに開始剤としてアゾビスイソブチロニトリルとアゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を全モノマー量に対してそれぞれ1mol%、3mol%添加し、77℃で約5時間加熱した。その後、反応液を、大量のメタノールと水の混合溶媒に注いで沈殿させる動作を3回行いうことで精製し、重量平均分子量が約8.1×10の共重合体を収率78%で得た。この共重合体は、次式の各構造単位を有するものであり、これを樹脂(A1)とする。
樹脂(A1)の合成データを以下に示す。なお得られた樹脂(A1)の組成比は、反応混合物における未反応モノマー量を液体クロマトグラフィー(LC 2010HT;島津製作所製)を用いて測定して算出した各モノマーに由来する構造単位のモル比である。
樹脂(A1)の合成データ
・組成比(各モノマーに由来する構造単位の量比)
(M−1):(M−2):(M−6):(M−3)=28:13:25:34(モル比)
・収率:78%
・Mw:8.1×10、Mw/Mn:1.79
Figure 2011107691
樹脂(A2)の合成
温度計、還流管を装着した4つ口フラスコに1,4−ジオキサン72.77部を加え、窒素ガスで30分間バブリングを行い、窒素シール下で75℃に温調した。そこへ、式(M−4)で表されるモノマー76.30部、式(M−5)で表されるモノマー11.42部、式(M−2)で表されるモノマー11.74部、式(M−6)で表されるモノマー52.16部、アゾビスイソブチロニトリル0.96部、アゾビス−2,4−ジメチルバレロニトリル4.33部及び1,4−ジオキサン109.16部を混合した溶液を、2時間かけて滴下した。滴下終了後、反応混合物を75℃に保温し、5時間撹拌した。反応混合物を室温まで冷却し、1,4−ジオキサン212.26部を加えた。反応混合物を536部のメタノールと394部の水との混合溶媒に加え、析出物を濾取した。濾物を985部のメタノールに注いで沈殿させる操作を3回行って精製し、減圧乾燥を行い、112部の樹脂(A2)を得た。
樹脂(A2)の合成データを以下に示す。なお得られた樹脂(A2)の組成比は、反応混合物における未反応モノマー量を液体クロマトグラフィー(LC 2010HT;島津製作所製)を用いて測定して算出した各モノマーに由来する構造単位のモル比である。
樹脂(A2)の合成データ
・組成比(各モノマーに由来する構造単位の量比)
(M−4):(M−5):(M−2):(M−6)=40:10:10:40(モル比)
・収率:74%
・Mw:7.4×10、Mw/Mn:1.83
Figure 2011107691
樹脂(A3)の合成
フラスコに、メタアクリル酸2−エチル−2−アダマンチル59.6部(0.24モル)とp−アセトキシスチレン90.8部(0.56モル)とイソプロパノール279部を仕込んで窒素置換をし、75℃まで昇温した。その溶液に、ジメチル2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)11.05部(0.048モル)をイソプロパノール22.11部に溶かしてから滴下した。75℃で約0.3時間、還流下で約12時間熟成した後、ACTで希釈し、メタノールにチャージし、晶析させ、濾過により結晶を取り出した。得られたメタアクリル酸2−エチル−2−アダマンチルとp−アセトキシスチレンとの共重合体の粗結晶は250部であった。
得られたメタアクリル酸2−エチル−2−アダマンチルとp−アセトキシスチレンとの共重合体(各モノマーに由来する構造単位のモル比 30:70)の粗結晶250部と4−ジメチルアミノピリジン10.8部(0.088モル)とメタノール239部をフラスコに仕込んで、還流下、20時間熟成した。冷却後、氷酢酸8.0部(0.133モル)で中和し、水にチャージし、晶析させ、濾過により結晶を取り出した。その後、結晶をアセトンに溶かし、水にチャージし、晶析させ、濾過により結晶を取り出し、この操作を計3回繰り返した後、得られた結晶を乾燥することで共重合体102.8部を得た。
重量平均分子量は8.2×10、分散度1.68(GPC法:ポリスチレン換算)
Figure 2011107691
樹脂(A4)の合成
メタクリル酸2−メチル−2−アダマンチル14.06部、p−エトキシエチルスチレン27.26部、メタクリル酸3−ヒドロキシ−1−アダマンチル4.73部に1,4−ジオキサン62.78部を加えて溶液とし、87℃まで昇温した。得られた溶液に、開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル2.96部を添加し、87℃で6時間保温した。冷却後反応液をメタノール389.89部とイオン交換水163.24部の混合液に注いで重合物を沈殿ろ過した。得られたろ過物及び4−ジメチルアミノピリジン4.10部を、得られたろ過物と同量のメタノールに加えて15時間加熱還流した。冷却後、得られた反応液に氷酢酸2.16部を加え中和した後、大量の水に注いで沈殿させた。析出した重合物をろ別し、アセトンに溶解させた後、大量の水に注いで沈殿させる操作を3回繰り返して精製し、乾燥することで共重合体32.15部を得た。
重量平均分子量4.8×10 分散度1.53(GPC法:ポリスチレン換算)、組成比(各モノマーに由来する構造単位の量比) メタクリル酸2−メチル−2−アダマンチル:p−ヒドロキシスチレン:メタクリル酸3−ヒドロキシ−1−アダマンチル=30:60:10(モル比)
Figure 2011107691
樹脂(A5)の合成
冷却管、攪拌装置、温度計を備えた四つ口フラスコに1,4−ジオキサン24.01部を仕込み72℃に保温した。式(M−7)で表される化合物20.00部、式(M−2)で表される化合物4.29部、式(M−6)で表される化合物15.73部、2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)0.27部及び2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)1.23部を1,4−ジオキサン36.02部に溶解して溶解液を得た。得られた溶解液を、上記の72℃に保温した1,4−ジオキサン中に1時間かけて滴下した。滴下終了後72℃に保温したまま5時間攪拌した。得られた混合液をメタノール520部に投入した。析出した重合体を40℃で減圧乾燥することで重合体35.42部を得た。重合体は下記の構造単位を有する。
重量平均分子量 1.0×10、Mw/Mn 1.7、組成比(各モノマーに由来する構造単位の量比) (M−7):(M−2):(M−6)=55:11:34(モル比)
Figure 2011107691
ArF ドライ露光の実施例及び比較例
<樹脂>
樹脂A1
<酸発生剤>
酸発生剤B1:
Figure 2011107691
<塩基性化合物:クエンチャー>
クエンチャーC1:2,6−ジイソプロピルアニリン
<溶剤1>
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 115部
2−ヘプタノン 25.0部
プロピレングリコールモノメチルエーテル 20.0部
γ−ブチロラクトン 3.0部
Figure 2011107691
シリコンウェハーに日産化学社製の有機反射防止膜用組成物である“ARC−29”を塗布して205℃、60秒の条件でベークすることによって厚さ780Åの有機反射防止膜を形成させた。次いで前記の有機反射防止膜の上に、上記のレジスト液を乾燥後の膜厚が0.16μmとなるようにスピンコートした。
レジスト液塗布後は、得られたシリコンウェハーをダイレクトホットプレート上にて、表10の「PB」の欄に示す温度で60秒間プリベークした。こうしてレジスト組成物膜を形成したウェハーに、ArFエキシマステッパー〔FPA5000-AS3;(株)キャノン製、NA=0.75 2/3Annular〕を用いて、露光量を段階的に変化させてラインアンドスペースパターンを露光した。
露光後は、ホットプレート上にて表10の「PEB」の欄に示す温度で60秒間ポストエキスポジャーベークを行い、さらに2.38重量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液で現像を行った。
各レジスト膜において、100nmのラインアンドスペースパターンが1:1となる露光量となる露光量を実効感度とした。
ラインウィズスラフネス評価(LWR):リソグラフィプロセス後のレジストパターンの線幅を走査型電子顕微鏡で観察し、レジストパターンの線幅の振れ幅が10nm以下であるものを○、10nmを超えるものを×とした。
これらの結果を表11に示す。
Figure 2011107691
ArF液浸露光の実施例及び比較例
表12に示すように、以下の各成分を混合して溶解することにより得られた混合物を孔径0.2μmのフッ素樹脂製フィルタで濾過して、レジスト組成物を調製した。
Figure 2011107691
<酸発生剤>
B1:
Figure 2011107691
<塩基性化合物:クエンチャー>
C1:2,6−ジイソプロピルアニリン
<溶剤E1>
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 180.0部
2−ヘプタノン 10.0部
プロピレングリコールモノメチルエーテル 20.0部
γ−ブチロラクトン 3.0部
<マスクエラーエンハンスメントファクター(MEEF)の評価>
シリコンウェハに有機反射防止膜用組成物(ARC−29SR;日産化学工業(株)製)を塗布し、205℃、60秒ベークすることによって、厚さ93nmの有機反射防止膜を形成した。この上に、上記のレジスト組成物をプリベーク後の膜厚が100nmとなるようにスピンコートした。得られたレジスト膜を、ダイレクトホットプレートにて表9及び表12の「PB」欄に記載した温度で60秒間プリベークした。プリベーク後のレジスト膜に、ArFエキシマステッパー〔(株)ASML製の“XT:1900Gi”〕を用い、フォトマスクを介して、露光量を段階的に変化させて露光した。
露光機の照明条件は、NA=1.35、3/4Annular、σOUTER=0.9、σINNER=0.675とした。
露光後、表12の「PEB」欄に記載した温度で60秒間ポストエクスポジャーベークを行い、さらに2.38%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液で60秒間のパドル現像を行った。
CD均一性(CDU)評価:各レジスト膜において、ホール径70nmのマスクを使用してホール径50nmのホールパターンができる露光量を実効感度とした。
実効感度において、ホール径70nmのマスクで形成したパターンのホール径で、一つのホールにつき24本の直径を測定し、その平均値を一つのホールの平均ホール径とした。同一ウェハ内の、ホール径70nmのマスクで形成したパターンの平均ホール径を496箇所測定したものを母集団として標準偏差を求め、標準偏差が2.20nm未満の場合を○、標準偏差が2.20以上2.50未満を△、標準偏差が2.50nmより大きい場合を×として判断した。
その結果を表13に示す。
Figure 2011107691
EB露光の実施例及び比較例
表14に示すように、以下の各成分を混合して溶解することにより得られた混合物を孔径0.2μmのフッ素樹脂製フィルタで濾過することにより、レジスト組成物を調製した。
Figure 2011107691
<樹脂>
A3:樹脂A3
A4:樹脂A4
<酸発生剤>
B3:
Figure 2011107691
<塩基性化合物>
C1:ジイソプロピルアミン
<溶剤 E3>
プロピレングリコールモノメチルエーテル 420部
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 150部
γ−ブチロラクトン 5部
電子線用レジスト組成物としての評価
シリコンウェハーを、ダイレクトホットプレート上にて、ヘキサメチルジシラザンを用いて90℃で60秒処理した上で、表14記載のレジスト組成物を乾燥後の膜厚が0.06μmとなるようにスピンコートした。レジスト組成物塗布後は、ダイレクトホットプレート上にて、表14記載の温度で60秒間プリベーク(PB)した。こうしてレジスト膜を形成したそれぞれのウェハーに、電子線描画機〔(株)日立製作所製の「HL−800D 50keV」を用い、露光量を段階的に変化させてラインアンドスペースパターンを露光した。露光後は、ホットプレート上にて表14記載の温度で60秒間ポストエキスポジャーベーク(PEB)を行い、さらに2.38重量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液で60秒間のパドル現像を行った。
解像度評価:各レジスト膜において、ラインアンドスペースパターンが1:1となる露光量となる露光量を実効感度とした時、実効感度において、レジストパターンを走査型電子顕微鏡で観察し、50nm以下の線幅を解像しているものを○、50nmを解像していないもの×とした。
これらの結果を表15に示す。
Figure 2011107691
本発明のレジスト組成物によれば、優れたラインウィズスラフネス(LWR)を有するパターンを得ることができる。

Claims (7)

  1. 放射線の照射により酸及び塩基を発生する化合物と、酸に不安定な基を有し、かつアルカリ水溶液に不溶又は難溶であり、酸の作用によりアルカリ水溶液で溶解し得る樹脂と、酸発生剤とを含むレジスト組成物。
  2. 放射線の照射により酸及び塩基を発生する化合物に放射線を照射することにより発生する塩基が、式(IB)で表される塩基である請求項1記載のレジスト組成物。
    Figure 2011107691
    [式(IB)中、R、R及びRは、それぞれ独立に、置換基を有していてもよいC1-12炭化水素基を表し、R、R及びRからなる群から選ばれる2以上の基は互いに結合して窒素原子とともに環を形成してもよい。]
  3. 放射線の照射により酸及び塩基を発生する化合物に放射線を照射することにより発生する酸が、式(IA)で表される酸である請求項1又は2記載のレジスト組成物。
    Figure 2011107691
    [式(IA)中、Q及びQは、それぞれ独立に、フッ素原子又はC1-6ペルフルオロアルキル基を表す。
    は、単結合又は2価のC1-17飽和炭化水素基を表し、該飽和炭化水素基に含まれる−CH−は−O−又は−CO−で置き換わっていてもよい。
    は、C1-36脂肪族炭化水素基、C3-36飽和環状炭化水素基又はC6-36芳香族炭化水素基を表し、該脂肪族炭化水素基、飽和環状炭化水素基及び芳香族炭化水素基は、置換基を有していてもよく、該脂肪族炭化水素基、飽和環状炭化水素基及び芳香族炭化水素基に含まれる−CH−は−O−又は−CO−で置き換わっていてもよい。]
  4. 放射線の照射により酸及び塩基を発生する化合物が、式(ID)で表される塩である請求項1〜3のいずれか記載のレジスト組成物。
    Figure 2011107691
    [式(ID)中、R、R及びRは、それぞれ独立に、置換基を有していてもよいC1-12炭化水素基を表し、R、R及びRからなる群から選ばれる2以上の基は互いに結合して窒素原子とともに環を形成してもよい。
    は、芳香族炭化水素基を含む有機基を表す。
    は、有機対アニオンを表す]
  5. が、置換基を有していてもよいベンジル基又は置換基を有していてもよいフェナシル基である請求項4記載のレジスト組成物。
  6. 式(I−1)で表される塩。
    Figure 2011107691
    [式(I−1)中、R8、R9及びR10は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよいC1-12炭化水素基を表し、R8、R9及びR10からなる群から選ばれる2以上の基は、互いに結合して窒素原子とともに環を形成してもよい。
    11は置換基を有していてもよいベンジル基又は置換基を有していてもよいフェナシル基を表す。
    及びQは、それぞれ独立に、フッ素原子又はC1-6ペルフルオロアルキル基を表す。
    は、単結合又はC1-17飽和炭化水素基を表し、該飽和炭化水素基に含まれる−CH−は−O−又は−CO−で置き換わっていてもよい。
    は、C1-36脂肪族炭化水素基、C3-36飽和環状炭化水素基又はC6-36芳香族炭化水素基を表し、該脂肪族炭化水素基、飽和環状炭化水素基及び芳香族炭化水素基は、置換基を有していてもよく、該脂肪族炭化水素基、飽和環状炭化水素基及び芳香族炭化水素基に含まれる−CH−は−O−又は−CO−で置き換わっていてもよい。]
  7. (1)請求項1〜5のいずれか記載のレジスト組成物を基板上に塗布する工程、
    (2)塗布後の組成物を乾燥させて組成物層を形成する工程、
    (3)組成物層に露光機を用いて露光する工程、
    (4)露光後の組成物層を加熱する工程、
    (5)加熱後の組成物層を、現像装置を用いて現像する工程、
    を含むレジストパターンの製造方法。
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