JP2011158647A - 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】活性光線または放射線の照射により酸を発生するアリールスルホニウム塩であり、少なくとも1つのアリール環上に電子供与性基を合計1つ以上有し、且つ活性光線または放射線の照射により発生する酸の体積が240Å3以上であるアリールスルホニウム塩を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。
【選択図】 なし
Description
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。
また、電子線やX線、EUVの光源などを用いた場合には真空下で露光を行うため、溶剤などの低沸点化合物や高いエネルギーにより分解したレジスト材料が揮発し、露光装置を汚染するという、アウトガスの問題が深刻となってきている。近年、アウトガスの低減に関しては様々な研究が進められてきており、光酸発生剤に関しても種々の改善が提案されている(例えば、特許文献2を参照)。
更に、アウトガスの低減のみならず、光酸発生剤を改善することにより、感度、解像性、パターン形状及びラフネス特性などの向上した感光性組成物の開発が望まれている(例えば、特許文献3、4を参照)。
すなわち、上記課題は、下記構成により特定される本発明により解決される。
Ar1は、芳香環を表し、−(OR1)基以外に更に置換基を有してもよい。
R1は、直鎖状又は分岐状のアルキル基、もしくはシクロアルキル基を表す。
R2は、置換基を有してもよい、アリール基、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。
lは、1以上の整数を表す。
mは、1〜3の整数であり、nは、0〜2の整数であり、m+n=3を満たす。
m個のAr1及びn個のR2の中から選択される2つが結合して式中の硫黄原子と共に環を形成してもよい。
Xは、置換基を有していてもよいアルキレン基又は置換基を有していてもよいフッ素化アルキレン基を表し、zは0以上の整数を表す。
Gは、エーテル酸素を含んでいてもよいアルキレン基、アリーレン基、およびこれらの組み合わせからなる基、または単結合を表す。
Lは、2価の連結基を表し、yは0以上の整数を表す。
Dは、置換基を有していてもよい有機基を表す。
Wは、下式(III)または(IV)で表される基を表す。
Ar2は、芳香族環を表し、−(A−B)基以外に更に置換基を有してもよい。
pは、1以上の整数を表す。
Aは、単結合、アルキレン基、−O−、−S−、−C(=O)−、−C(=O)O−、−S(=O)―、−S(=O)2−、及び−OS(=O)2−から選択されるいずれか、あるいは2以上の組み合わせを表す。
Bは、炭素原子数が3以上の脂肪族基を有する基を表す。
pが2以上のとき、複数の−(A−B)基は同一でも異なっていてもよい。
*は一般式(II)中のLとの結合部位を表す。
Ar1は、芳香環を表し、−(OR1)基以外に更に置換基を有してもよい。
R1は、直鎖状又は分岐状のアルキル基、もしくはシクロアルキル基を表す。
R2は、置換基を有してもよい、アリール基、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。
lは、1以上の整数を表す。
mは、1〜3の整数であり、nは、0〜2の整数であり、m+n=3を満たす。
m個のAr1及びn個のR2の中から選択される2つが結合して式中の硫黄原子と共に環を形成してもよい。
Xは、置換基を有していてもよいアルキレン基又は置換基を有していてもよいフッ素化アルキレン基を表し、zは0以上の整数を表す。
Gは、エーテル酸素を含んでいてもよいアルキレン基、アリーレン基、およびこれらの組み合わせからなる基、または単結合を表す。
Lは、2価の連結基を表し、yは0以上の整数を表す。
Dは、置換基を有していてもよい有機基を表す。
Wは下式(III)または(IV)で表される基を表す。
Ar2は、芳香族環を表し、−(A−B)基以外に更に置換基を有してもよい。
pは、1以上の整数を表す。
Aは、単結合、アルキレン基、−O−、−S−、−C(=O)−、−C(=O)O−、−S(=O)―、−S(=O)2−、及び−OS(=O)2−から選択されるいずれか、あるいは2以上の組み合わせを表す。
Bは、炭素原子数が3以上の脂肪族基を有する基を表す。
pが2以上のとき、複数の−(A−B)基は同一でも異なっていてもよい。
*は一般式(II)中のLとの結合部位を表す。
(13) 一般式(VI)において、mが2または3である、(11)または(12)に記載の化合物。
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。
光酸発生剤(A1)を含有してな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、一態様において、ポジ型感活性光線性または感放射線性樹脂組成物であり、他の態様において、ネガ型感活性光線性または感放射線性樹脂組成物である。
本発明の感活性光線性または感放射線性樹脂組成物に含有される光酸発生剤(A1)は、少なくとも1つのアリール環上に電子供与性基を合計1つ以上有するアリールスルホニウム塩であり、且つ活性光線または放射線の照射により発生する酸の体積が240Å3以上であることを特徴とする。
光酸発生剤(A1)の電子供与性基は、アリールスルホニウム塩のカチオン構造における少なくとも1つのアリール環上に合計1つ以上導入されていればよい。アリール環が複数の場合は複数のアリール環のいずれか1つに導入されていてもよく、複数のアリール環に導入されていてもよい。
また、光酸発生剤(A1)のアリール環上の電子供与性基が合計で2以上ある場合において、可能であるなら2以上の電子供与性基が結合して環を形成していてもよい。
また、光酸発生剤(A1)は、アリール環上に電子求引性基が置換していてもよいが、スルホニウム基に対する全置換基のハメット値の総和が0以下であることが好ましい。但し、アルコキシ基は−OCH3の値、アルキル基は−CH3の値を使用し、2つのアリール基を連結している基は総和に含めない。
Ar1は、芳香環を表し、−(OR1)基以外に更に置換基を有してもよい。
R1は、直鎖状又は分岐状のアルキル基、もしくはシクロアルキル基を表す。
R2は、置換基を有してもよい、アリール基、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。
lは、1以上の整数を表す。
mは、1〜3の整数であり、nは、0〜2の整数であり、m+n=3を満たす。
m個のAr1及びn個のR2の中から選択される2つが結合して式中の硫黄原子と共に環を形成してもよい。
一般式(I)中、Ar1における芳香環としては、例えばフェニル基、ナフチル基等が挙げられ、好ましくはフェニル基である。
R1のシクロアルキル基としては、炭素数3〜20のシクロアルキル基が好ましく、より好ましくは炭素数5〜15のシクロアルキル基であり、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、ノルボニル基、アダマンチル基等を挙げることができる。
R2のアルキル基としては、炭素数1〜20の直鎖又は分岐アルキル基が好ましく、より好ましくは炭素数1〜12個の直鎖状あるいは分岐状アルキル基であり、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、等を挙げることができる。
m=1、n=2の場合、2つのR2は結合して環構造を形成しても良く、環内に式中の硫黄原子以外に更に酸素原子、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も良い。また、好ましい一形態として、2つのR2が結合してアルキレン基を形成し、式中の硫黄原子と共に、5〜6員環(即ち、テトラヒドロチオフェン環又はテトラヒドロチオピラン環)を形成する構造が挙げられる。
光酸発生剤(A1)は、活性光線または放射線の照射により発生する酸の体積が240Å3以上であることを特徴とする。すなわち、光酸発生剤(A1)におけるスルホニウム塩のアニオン部は嵩高い基を有する。より好ましい発生酸の体積は300〜600Å3である。
本発明の光酸発生剤(A1)におけるスルホニウム塩のアニオン部は、下記一般式(II)で表されることが好ましい。
Xは、置換基を有していてもよいアルキレン基又は置換基を有していてもよいフッ素化アルキレン基を表し、zは0以上の整数を表す。
Lは、2価の連結基を表し、yは0以上の整数を表す。
Dは、置換基を有していてもよい有機基を表す。
Wは下式(III)または(IV)で表される基を表す。
一般式(II)について更に詳細に説明する。
Xで表されるアルキレン基およびフッ素化アルキレン基は、好ましくは炭素数1〜10であり、より好ましくは1〜5である。Xは好ましくはフッ素化アルキレン基であり、より好ましくは下式で表されるフッ素化アルキレン基である。
Xfは、それぞれ独立に、フッ素原子、又は少なくとも1つのフッ素原子で置換されたアルキル基を表す。
zは好ましくは、0〜5の整数であり、より好ましくは、0〜3の整数である。
Lで表される2価の連結基としては、例えば、−COO−、−OCO−、−CO−、−O−、−S−、−SO−、−SO2−、−NH−、アルキレン基、シクロアルキレン基及びアルケニレン基が挙げられる。中でも、−COO−、−OCO−、−CO−、−O−、−S−、−SO−又は−SO2−が好ましく、−COO−、−OCO−、−SO2−又は−SO3−がより好ましい。
yは好ましくは、0〜4の整数であり、より好ましくは、0〜2の整数である。
Dで表される置換基を有してもよい芳香族基は、好ましくは一般式(V)で表される基である。
Ar2は、芳香族環を表し、−(A−B)基以外に更に置換基を有してもよい。
具体的には、ベンゼン環、ナフタレン環、ペンタレン環、インデン環、アズレン環、ヘプタレン環、インデセン環、ペリレン環、ペンタセン環、アセナフタレン環、フェナントレン環、アントラセン環、ナフタセン環、クリセン環、トリフェニレン環、フルオレン環、ビフェニル環、ピロール環、フラン環、チオフェン環、イミダゾール環、オキサゾール環、チアゾール環、ピリジン環、ピラジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、インドリジン環、インドール環、ベンゾフラン環、ベンゾチオフェン環、イソベンゾフラン環、キノリジン環、キノリン環、フタラジン環、ナフチリジン環、キノキサリン環、キノキサゾリン環、イソキノリン環、カルバゾール環、フェナントリジン環、アクリジン環、フェナントロリン環、チアントレン環、クロメン環、キサンテン環、フェノキサチイン環、フェノチアジン環、フェナジン環等が挙げられる。中でも、ラフネス改良と高感度化の両立の観点から、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環が好ましく、ベンゼン環がより好ましい。
このような環状脂肪族基又は非環式炭化水素基を有する基の具体例としては以下のものが挙げられる。なお、式中の*はA(Aが単結合の場合はAr)との結合部位を表す。
−(A−B)基は、ラフネス改良の観点からLの置換位置に対して少なくとも1つのo位を置換していることが好ましく、2つのo位を置換していることがより好ましい。
Dで表される置換基を有してもよいヘテロ原子を有する脂肪族基としては、例えば、ラクトン環、ラクタム環、ピペリジン環、ピロリジン環等が挙げられる。
Wは下式(III)または(IV)で表される基を表す。
光酸発生剤(A1)の含有率は、本発明の組成物の全固形分を基準として、好ましくは0.1〜30質量%であり、より好ましくは0.5〜25質量%、更に好ましくは1〜20質量%である。
本発明においては、光酸発生剤(A1)と共に、他の酸発生剤を併用してもよい。そのような併用可能な光酸発生剤(以下において、「光酸発生剤(A2)」などという。)としては、光カチオン重合の光開始剤、光ラジカル重合の開始剤、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。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、イミドスルホネート、オキシムスルホネート、ジアゾジスルホン、ジスルホン、o−ニトロベンジルスルホネートを挙げることができる。
本発明のポジ型感活性光線性または感放射線性樹脂は、酸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樹脂(B)を含んでいてもよい。この樹脂(B)は、典型的には、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)を備えている。この樹脂は、酸分解性基を、樹脂の主鎖及び側鎖の一方に備えていてもよく、これらの両方に備えていてもよい。この樹脂は、酸分解性基を、側鎖に備えていることが好ましい。
nは、1〜4の整数を表し、1〜2が好ましく、1がより好ましい。
ルキル基と同様のものが好ましい。
R01及び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。
Arは、アリール基を表す。
Mは、単結合又は2価の連結基を表す。
Qは、アルキル基、シクロアルキル基、環状脂肪族基、芳香環基、アミノ基、アンモニウム基、メルカプト基、シアノ基又はアルデヒド基を表す。なお、これら環状脂肪族基及び芳香環基は、ヘテロ原子を含んでいてもよい。
なお、Q、M、L1の少なくとも2つが互いに結合して、5員又は6員環を形成していてもよい。
Qとしての環状脂肪族基又は芳香環基としては、例えば、上述したL1及びL2としてのシクロアルキル基及びアリール基が挙げられる。これらシクロアルキル基及びアリール基は、好ましくは、炭素数3〜15の基である。
他の好ましい樹脂として、下記一般式(X)で表される繰り返し単位を有する樹脂が挙げられる。
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、各々独立に、直鎖若しくは分岐のアルキル基、又は、単環若しくは多環のシクロアルキル基が挙げられる。なお、Rx1〜Rx3の少なくとも2つが互いに結合して、単環又は多環のシクロアルキル基を形成していてもよい。
酸で分解し得る基の含有率は、樹脂中の酸で分解し得る基の数(B)と酸で脱離する基で保護されていないアルカリ可溶性基の数(S)とにより、式B/(B+S)によって計算される。この含有率は、好ましくは0.01〜0.7であり、より好ましくは0.05〜0.50であり、更に好ましくは0.05〜0.40である。
R11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、イソブチル基又はsec−ブチル基を表し、Zは、炭素原子と共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〜R16は、各々独立に、炭素数1〜4の直鎖若しくは分岐のアルキル基、又はシクロアルキル基を表す。但し、R12〜R14のうちの少なくとも1つは、シクロアルキル基を表す。また、R15及びR16の何れかは、シクロアルキル基を表す。
R22〜R25は、各々独立に、水素原子、炭素数1〜4の直鎖若しくは分岐のアルキル基、又はシクロアルキル基を表す。但し、R22〜R25のうちの少なくとも1つは、シクロアルキル基を表す。なお、R23とR24とは、互いに結合して、環構造を形成していてもよい。
R11’及びR12’は、各々独立に、水素原子、シアノ基、ハロゲン原子又はアルキル基を表す。
Z’は、結合した2つの炭素原子(C−C)と共に脂環式構造を形成するために必要な原子団を表す。
また、上記一般式(II−AB)は、下記一般式(II−AB1)又は一般式(II−AB2)であることが更に好ましい。
R13’〜R16’は、各々独立に、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、水酸基、−COOH、−COOR5、酸の作用により分解する基、−C(=O)−X−A'−R17’、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。ここで、R5は、アルキル基、シクロアルキル基又はラクトン構造を有する基を表す。Xは、酸素原子、硫黄原子、−NH−、−NHSO2−又は−NHSO2NH−を表す。A'は、単結合又は2価の連結基を表す。R17’は、−COOH、−COOR5、−CN、水酸基、アルコキシ基、−CO−NH−R6、−CO−NH−SO2−R6又はラクトン構造を有する基を表す。ここで、R6は、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。なお、R13’〜R16’のうち少なくとも2つが互いに結合して、環構造を形成してもよい。
nは、0又は1を表す。
Rは、水素原子、ハロゲン原子、又は炭素数1〜4の直鎖若しくは分岐のアルキル基を表す。複数のRの各々は、互いに同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。
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、ウレア基、及びこれらの2以上の組み合わせからなる群より選択され、好ましくは単結合である。
Rp1は、上記一般式(pI)〜(pV)の何れかにより表される基である。
以下、一般式(pA)で示される繰り返し単位の具体例を示す。
一般式(II−AB)におけるR11’又はR12’としてのハロゲン原子は、例えば、塩素原子、臭素原子、フッ素原子又はヨウ素原子である。
形成される脂環式炭化水素の骨格としては、一般式(pI)〜(pVI)におけるR12〜R25のシクロアルキル基と同様のものが挙げられる。
上記一般式(II−AB1)又は一般式(II−AB2)で表される繰り返し単位として、下記具体例を挙げるが、本発明は、これらの例に限定されない。
Rb0としてのアルキル基は、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基又はt−ブチル基である。これらアルキル基は、置換基を有していてもよい。この置換基としては、例えば、水酸基及びハロゲン原子が挙げられる。
Rb0は、水素原子又はメチル基であることが好ましい。
Vは、一般式(LC1−1)〜(LC1−17)の何れかにより表される基である。
なお、ラクトン構造を有する繰り返し単位には、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、複数の光学異性体を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、その光学純度が90%ee以上のものが好ましく、95%ee以上のものがより好ましい。
極性基で置換された脂環炭化水素構造としては、例えば、下記一般式(VIIa)又は(VIIb)で表される構造が挙げられる。
一般式(VIIa)で表される基は、好ましくはジヒドロキシ体又はモノヒドロキシ体であり、より好ましくはジヒドロキシ体である。
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メチル基を表す。
R2c〜R4cは、一般式(VIIa)におけるR2c〜R4cと同義である。
一般式(AIIa)又は(AIIb)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。
この単位としてより具体的には、一般式として以下に例示されるような、アクリル構造の側鎖に、非酸分解性のアリール構造やシクロアルキル構造を有する繰り返し単位が挙げられる。この構造を有することにより、コントラストの調節、エッチング耐性の向上などが期待できる。
Raは水素原子、アルキル基(メチル基が好ましい)、ヒドロキシアルキル基(ヒドロキシメチル基が好ましい)、またはトリフルオロメチル基を表す。式中、Ra2は、水素
原子、アルキル基又はアシル基を表す。
対し、0〜40モル%が好ましく、より好ましくは0〜20モル%である。
一般式(III)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。
脂環炭化水素系酸分解性樹脂は、下記一般式(VIII)で表される繰り返し単位を有してもよい。
一般式(VIII)で表される繰り返し単位として、以下の具体例が挙げられるが、本発明は、これらに限定されない。
本発明に係る組成物に占めるこの樹脂(B)の配合率は、全固形分中を基準として、5〜99.9質量%が好ましく、50〜95質量%がより好ましく、60〜93質量%がより好ましい。
本発明のネガ型感活性光線性または感放射線性樹脂組成物は、アルカリ可溶性樹脂(C)と更に必要に応じて架橋剤(D)を含んでいてもよい。このアルカリ可溶性樹脂(C)のアルカリ溶解速度は、0.261Nテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)を用いて測定(23℃)して、2nm/秒以上が好ましい。特に好ましくは、この速度は、20nm/秒以上である。
アルカリ可溶性樹脂(C)の配合率は、組成物中の全固形分を基準として、例えば40〜97質量%であり、好ましくは60〜90質量%である。
本発明のネガ型感活性光線性または感放射線性樹脂組成物は、更に、酸架橋剤(D)を含んでいてもよい。
酸架橋剤(D)としては、酸の作用により上記アルカリ可溶性樹脂(C)を架橋する化合物であればいずれも用いることができるが、以下の(1)〜(3)が好ましい。
(1)フェノール誘導体のヒドロキシメチル体、アルコキシメチル体、アシルオキシメチル体。
(2)N−ヒドロキシメチル基、N−アルコキシメチル基、N−アシルオキシメチル基を有する化合物。
(3)エポキシ基を有する化合物。
アルコキシメチル基としては炭素数6個以下、アシルオキシメチル基としては炭素数6個以下が好ましい。
これらの架橋剤の内、特に好ましいものを以下に挙げる。
架橋剤は、感活性光線性または感放射線性樹脂組成物の全固形分中、通常3〜70質量%、好ましくは5〜50質量%の添加量で用いられる。
本発明のポジ型感活性光線性または感放射線性樹脂組成物は、更に、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(以下、「溶解阻止化合物」ともいう)を含有し得る。この溶解阻止化合物としては、220nm以下の透過性を低下させないため、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等の、酸分解性基を含有する脂環族又は脂肪族化合物が好ましい。この酸分解性基としては、例えば、先に酸分解性単位について説明したのと同様のものが挙げられる。
本発明に係るポジ型又はネガ型感活性光線性または感放射線性樹脂組成物は、塩基性化合物、有機溶剤、界面活性剤、染料、可塑剤、光増感剤、現像液に対する溶解促進性化合物、及びプロトンアクセプター性官能基を有する化合物等を更に含んでいてもよい。
本発明に係る組成物は、塩基性化合物を更に含んでいてもよい。塩基性化合物を更に含有させると、露光と加熱(ポストベーク)との間における性能の経時変化を更に低減することが可能となる。また、こうすると、露光によって発生した酸の膜中拡散性を制御することが可能となる。
Rは、各々独立に、水素原子又は有機基を表す。但し、3つのRのうち少なくとも1つは有機基である。この有機基は、直鎖若しくは分岐鎖のアルキル基、単環若しくは多環のシクロアルキル基、アリール基又はアラルキル基である。
Rとしてのアルキル基の炭素数は、特に限定されないが、通常1〜20であり、好ましくは1〜12である。
Rとしてのシクロアルキル基の炭素数は、特に限定されないが、通常3〜20であり、好ましくは5〜15である。
Rとしてのアリール基の炭素数は、特に限定されないが、通常6〜20であり、好ましくは6〜10である。具体的には、フェニル基及びナフチル基等が挙げられる。
Rとしてのアラルキル基の炭素数は、特に限定されないが、通常7〜20であり、好ましくは7〜11である。具体的には、ベンジル基等が挙げられる。
なお、一般式(BS−1)により表される化合物では、Rのうち少なくとも2つが有機基であることが好ましい。
この含窒素複素環は、芳香族性を有していてもよく、芳香族性を有していなくてもよい。また、窒素原子を複数有していてもよい。さらに、窒素以外のヘテロ原子を含有していてもよい。具体的には、例えば、イミダゾール構造を有する化合物(2−フェニルベンゾイミダゾール、2,4,5−トリフェニルイミダゾールなど)、ピペリジン構造を有する化合物〔N−ヒドロキシエチルピペリジン及びビス(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル)セバケートなど〕、ピリジン構造を有する化合物(4−ジメチルアミノピリジンなど)、並びにアンチピリン構造を有する化合物(アンチピリン及びヒドロキシアンチピリンなど)が挙げられる。
フェノキシ基を有するアミン化合物とは、アミン化合物が含んでいるアルキル基のN原子と反対側の末端にフェノキシ基を備えた化合物である。フェノキシ基は、例えば、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、カルボキシ基、カルボン酸エステル基、スルホン酸エステル基、アリール基、アラルキル基、アシロキシ基及びアリールオキシ基等の置換基を有していてもよい。
アンモニウム塩も適宜用いることができる。このアンモニウム塩は、好ましくは、ヒドロキシド又はカルボキシレートである。より具体的には、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド等のテトラアルキルアンモニウムヒドロキシドが好ましい。
塩基性化合物の分子量は、250〜2000であることが好ましく、400〜1000であることが更に好ましい。
塩基性化合物の含有量は、組成物の全固形分を基準として、0.01〜8.0質量%であることが好ましく、0.1〜5.0質量%であることがより好ましく、0.2〜4.0質量%であることが特に好ましい。
本発明に係る組成物は、界面活性剤を更に含有してもよい。この界面活性剤としては、フッ素系及び/又はシリコン系界面活性剤が特に好ましい。
この界面活性剤としては、例えば、大日本インキ化学工業(株)製のメガファックF176及びメガファックR08、OMNOVA社製のPF656及びPF6320、トロイケミカル(株)製のトロイゾルS−366、住友スリーエム(株)製のフロラードFC430、並びに、信越化学工業(株)製のポリシロキサンポリマーKP−341が挙げられる。
界面活性剤の使用量は、組成物の全固形分を基準として、好ましくは0〜2質量%であり、より好ましくは0.0001〜2質量%であり、更に好ましくは0.001〜1質量%である。
組成物を調製する際に使用できる溶剤としては、各成分を溶解するものである限り特に限定されないが、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(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートなど)、アルキレングリコールモノアルキルエーテル(プロピレングリコールモノメチルエーテルなど)、乳酸アルキルエステル(乳酸エチル及び乳酸メチルなど)、環状ラクトン(γ−ブチロラクトンなど、好ましくは炭素数4〜10)、鎖状又は環状のケトン(2−ヘプタノン及びシクロヘキサノンなど、好ましくは炭素数4〜10)、アルキレンカーボネート(エチレンカーボネート及びプロピレンカーボネートなど)、カルボン酸アルキル(酢酸ブチルなどの酢酸アルキルが好ましい)、及びアルコキシ酢酸アルキル(好ましくはエトキシプロピオン酸エチル)などが挙げられる。その他使用可能な溶媒として、例えば、US2008/0248425A1号明細書の[0244]以降に記載されている溶剤などが挙げられる。
本発明に係るポジ型又はネガ型感活性光線性または感放射線性樹脂組成物は、必要に応じて、染料、可塑剤、光増感剤、光吸収剤、及び現像液に対する溶解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、又は、カルボキシ基を有する脂環族若しくは脂肪族化合物)等を更に含有させることができる。また、特開2006−208781号公報及び特開2007−286574号公報等に記載されているプロトンアクセプター性官能基を備えた化合物も好適に用いることができる。
本発明に係るポジ型又はネガ型感活性光線性または感放射線性樹脂組成物は、典型的には、以下のようにして用いられる。即ち、本発明に係る組成物は、典型的には、基板等の支持体上に塗布されて、膜を形成する。この膜の厚みは、0.02〜0.1μmが好ましい。基板上に塗布する方法としては、スピン塗布が好ましく、その回転数は1000〜3000rpmが好ましい。
本発明の組成物からなる膜を、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、膜表層に疎水性樹脂(HR)が偏在化し、液浸媒体が水の場合、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)が添加されることにより、表面の後退接触角が向上する。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。疎水性樹脂(HR)は前述のように界面に偏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。
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、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。
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。
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する基。
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。
Rc31は、水素原子、アルキル基、またはフッ素で置換されていても良いアルキル基、シアノ基又は−CH2−O−Rac2基を表す。式中、Rac2は、水素原子、アルキル基又はアシル基を表す。Rc31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が好ましく、水素原子、メチル基が特に好ましい。
Lc3は、単結合又は2価の連結基を表す。
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。
アリール基は、炭素数6〜20のフェニル基、ナフチル基が好ましく、これらは置換基を有していてもよい。
Rc11'及びRc12'は、各々独立に、水素原子、シアノ基、ハロゲン原子又はアルキル基を表す。
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。
現像工程では、通常アルカリ現像液を用いる。
アルカリ現像液としては、例えば、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及びアンモニア水等の無機アルカリ類、エチルアミン及びn−プロピルアミン等の第一アミン類、ジエチルアミン及びジ−n−ブチルアミン等の第二アミン類、トリエチルアミン及び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及び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及び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、又は、ピロール及びピヘリジン等の環状アミン類を含んだアルカリ性水溶液が挙げられる。
アルカリ現像液の濃度は、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。
なお、本発明に係る組成物を用いてインプリント用モールドを作成する場合のプロセスの詳細については、例えば、特許第4109085号公報、特開2008−162101号公報、及び「ナノインプリントの基礎と技術開発・応用展開―ナノインプリントの基板技術と最新の技術展開―編集:平井義彦(フロンティア出版)」等を参照されたい。
<酸発生剤A1の合成>
(1)化合物A1−1の合成
3−メトキシブロモベンゼン100.7gとマグネシウム13.7gとをTHF400mlを溶媒として常法により調製したGrignard試薬に、塩化チオニル12.8gを0℃で滴下した後、1時間攪拌した。次に、これにトリメチルシリルクロライド29.2gを0℃で滴下した後、2時間攪拌した。反応溶液を12%HBr水溶液200mlへ注ぎ入れ反応を停止した。得られた反応溶液にトルエン100mlを注入し、12%HBr水溶液100mlで2回抽出し、更にトルエン50mlで全水層を2回洗浄した後、クロロホルム100mlで3回抽出した。全クロロホルム層を無水硫酸マグネシウムで乾燥させた後、溶媒を留去し、得られた液体をメタノール100mlに溶解させ、2,4,6−トリシクロヘキシルベンゼンスルホン酸ナトリウム40.0gを加え2時間攪拌した。溶媒を留去した後に、酢酸エチルを加え、有機層を飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、水で順次洗浄し、溶媒を除去することで、目的の白色固体の化合物(A1−1)60.5gを得た。
(2)化合物A1−2の合成
化合物A1−1の合成で、3−メトキシブロモベンゼン100.7gを4−メトキシブロモベンゼン61.2gに変更した以外は同様の方法で、化合物A1−2を38.9g得た。
(3)化合物A1−12の合成
2,4,6−メトキシブロモベンゼン12.5gとマグネシウム1.4gとをTHF50mlを溶媒として常法により調製したGrignard試薬に、ジフェニルスルホキシド11.4gを0℃で滴下した後、1時間攪拌した。次に、これにトリメチルシリルクロライド5.0gを0℃で滴下した後、2時間攪拌した。反応溶液を12%HBr水溶液50mlへ注ぎ入れ反応を停止した。得られた反応溶液にトルエン50mlを注入し、12%HBr水溶液10mlで2回抽出し、更にトルエン10mlで全水層を2回洗浄した後、クロロホルム20mlで3回抽出した。全クロロホルム層を無水硫酸マグネシウムで乾燥させた後、溶媒を留去し、得られた液体をメタノール100mlに溶解させ、2,4,6−トリシクロヘキシルベンゼンスルホン酸ナトリウム15.0gを加え2時間攪拌した。溶媒を留去した後に、酢酸エチルを加え、有機層を飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、水で順次洗浄し、溶媒を除去することで、目的の白色固体の化合物(A1−12)20.5gを得た。
(4)化合物A1−13の合成
化合物A1−1の合成で、3−メトキシブロモベンゼン100.7gを4−エトキシブロモベンゼン11.5gに変更した以外は同様の方法で、化合物A1−13を4.9g得た。
(5)化合物A1−15の合成
化合物A1−1の合成で、3−メトキシブロモベンゼン100.7gを3−シクロヘキシルオキシブロモベンゼン15.2gに変更した以外は同様の方法で、化合物A1−15を5.9g得た。
化合物A1−12の合成で、ジフェニルスルホキシド11.4gをジベンゾチオフェンオキシド10.0gに変更した以外は同様の方法で、化合物A1−16を20.8g得た。
化合物A1−12の合成で、ジフェニルスルホキシド11.4gをフェノキサチインオキシド10.0gに変更した以外は同様の方法で、化合物A1−19を19.5g得た。
化合物A1−1の合成で、2,4,6−トリシクロヘキシルベンゼンスルホン酸ナトリウム40.0gを2.4.6−トリイソプロピルベンゼンスルホン酸ナトリウム5.0gに変更した以外は同様の方法で、化合物A1−24を7.5g得た。
化合物A1−1の合成で、2,4,6−トリシクロヘキシルベンゼンスルホン酸ナトリウム40.0gを2.4.6−トリtert−ブチルベンゼンスルホン酸ナトリウム5.0gに変更した以外は同様の方法で、化合物A1−31を7.5g得た。
2,4,6−トリシクロヘキシルブロモベンゼン20.0gをジエチルエーテル800mlに溶解し、窒素雰囲気下、テトラメチルエチレンジアミン6.0gとn−ブチルリチウム(1.63Mヘキサン溶液)31.9mlを0℃で加えた。0℃で1時間攪拌後、その反応溶液を1,1,2,2,3,3−ヘキサフルオロプロパン−1,3−ジスルホニルジフロリド15.7gのジエチルエーテル200ml溶液に0℃で30分かけて滴下した。滴下後さらに30分攪拌し、蒸留水200mlを加え、有機層を飽和食塩水で2回洗浄した。溶媒を除去し、メタノール100mlと1規定水酸化ナトリウム水溶液100mlを加え1時間攪拌し、メタノールを留去した後に、酢酸エチルを加え有機層を飽和食塩水で2回洗浄した。溶媒を留去し、得られた固体をヘキサンで洗浄し、得られた固体をメタノール100ml溶解させ、下記スルホニウム塩A10.0gを加え2時間攪拌した。溶媒を留去した後に、酢酸エチルを加え、有機層を飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、水で順次洗浄し、溶媒を除去することで、目的の白色固体の化合物(A1−35)23.5gを得た。
化合物A1−35の合成で、2,4,6−トリシクロヘキシルブロモベンゼン20.0gを2,4,6−トリイソプロピルブロモベンゼン20.0gに変更した以外は同様の方法で、化合物A1−50を14.8g得た。
2,4,6−トリシクロヘキシルブロモベンゼン20.0gをジエチルエーテル800mlに溶解し、窒素雰囲気下、テトラメチルエチレンジアミン6.0gとn−ブチルリチウム(1.63Mヘキサン溶液)31.9mlを0℃で加えた。0℃で1時間攪拌後、その反応溶液を1,1,2,2,3,3−ヘキサフルオロプロパン−1,3−ジスルホニルジフロリド15.7gのジエチルエーテル200ml溶液に0℃で30分かけて滴下した。滴下後さらに30分攪拌し、トリエチルアミン10mlとトリフルオロスルホンアミド4.50gを加えた。0℃で1時間攪拌した後に蒸留水200mlを加え、有機層を飽和食塩水で2回洗浄した。溶媒を除去し、メタノール100mlと1規定水酸化ナトリウム水溶液100mlを加え1時間攪拌し、メタノールを留去した後に、酢酸エチルを加え有機層を飽和食塩水で2回洗浄した。溶媒を留去し、得られた固体をヘキサンで洗浄し、得られた固体をメタノール100mlに溶解させ、2,4,6−トリシクロヘキシルベンゼンスルホン酸ナトリウム10.0gを加え2時間攪拌した。溶媒を留去した後に、酢酸エチルを加え、有機層を飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、水で順次洗浄し、溶媒を除去することで、目的の白色固体の化合物(A1−54)21.2gを得た。
化合物A1−35の合成で、2,4,6−トリシクロヘキシルブロモベンゼン20.0gをピペリジン10.0gに変更し、スルホニウム塩A10.0gを下記スルホニウム塩C10.0gに変更した以外は同様の方法で、化合物A1−64を12.8g得た。
2,4,6−トリシクロヘキシルフェノール10.0gをTHF400mlに溶解し、窒素雰囲気下、n−ブチルリチウム(1.65Mヘキサン溶液)18.7mlを0℃で加えた。0℃で1時間攪拌後、その反応溶液を1,1,2,2,3,3−ヘキサフルオロプロパン−1,3−ジスルホニルジフロリド9.28gのTHF100ml溶液に0℃で30分かけて滴下した。滴下後さらに30分攪拌し、蒸留水100mlと酢酸エチル200mlを加え、有機層を飽和食塩水で2回洗浄した。溶媒を留去し、メタノール100mlと1規定水酸化ナトリウム水溶液200mlを加え1時間攪拌し、メタノールを留去した後に、酢酸エチル200mlを加え有機層を飽和食塩水で2回洗浄した。溶媒を留去し、得られた固体をメタノール100mlに溶解させ、前述スルホニウム塩A10.0gを加え1時間攪拌した。溶媒を留去した後に、酢酸エチルを加え、有機層を飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、水で順次洗浄し、溶媒を留去することで、目的の化合物(A1−69)17.5ggを得た。
19F-NMR(300MHz, CDCl3) δ=-138.3(t,2F), -144.4(t,2F), -148.5(s,2F).
(16)化合物A1−70の合成
化合物A1−69の合成で、スルホニウム塩A10.0gを下記スルホニウム塩D5.0gに変更した以外は同様の方法で、化合物A1−70を7.8g得た。
化合物A1−69の合成で、2,4,6−トリシクロヘキシルフェノール10.0gを2,6−ジイソプロピルフェノール5.0gに変更した以外は同様の方法で、化合物A1−91を6.3g得た。
2,4,6−トリシクロヘキシルフェノール10.0gをTHF400mlに溶解し、窒素雰囲気下、n−ブチルリチウム(1.65Mヘキサン溶液)18.7mlを0℃で加えた。0℃で1時間攪拌後、その反応溶液を1,1,2,2,3,3−ヘキサフルオロプロパン−1,3−ジスルホニルジフロリド9.28gのTHF100ml溶液に0℃で30分かけて滴下した。滴下後さらに30分攪拌し、トリエチルアミン10mlとトリフルオロスルホンアミド4.50gを加えた。0℃で1時間攪拌した後に蒸留水200mlを加え、有機層を飽和食塩水で2回洗浄した。溶媒を留去し、得られた固体をメタノール100ml溶解させ、トリフェニルスルホニウムブロミドA10gを加え2時間攪拌した。溶媒を留去し、得られた固体をメタノール100mlに溶解させ、前述スルホニウム塩A10.0gを加え1時間攪拌した。溶媒を留去した後に、酢酸エチルを加え、有機層を飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、水で順次洗浄し、溶媒を留去することで、目的の化合物(A1−96)11.5gを得た。
〔実施例1A〜15A及び比較例1A〜5A〕
<レジスト調製>
下記表1に示す成分を溶剤に溶解させ固形分濃度4.0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テトラフルオロ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、結果を表1に示した。
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120nmのレジスト膜を形成した。得られたレジスト膜に対し、ArFエキシマレーザースキャナー(ASML社製 PAS5500/1100、NA0.75)を用い、75nm1:1ラインアンドスペースパターンの6%ハーフトーンマスクを通して露光した。その後130℃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。
露光量を10〜40mJ/cm2の範囲で0.5mJずつ変えながら面露光を行い、さらに110℃で、90秒間ベークした。その後2.38質量%テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)水溶液を用いて、各露光量での溶解速度を測定し、溶解度曲線を得た。
ラインエッジラフネス(nm)の測定は測長走査型電子顕微鏡(SEM)を使用して線幅75nmのラインアンドスペース1/1のパターンを観察し、ラインパターンの長手方向のエッジが2μmの範囲についてエッジのあるべき基準線からの距離を測長SEM((株)日立製作所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。値が小さいほど良好な性能であることを示す。
線幅75nmのラインアンドスペース(L/S=1/1)のマスクパターンを再現する露光量を最適露光量とし、最適露光量におけるプロファイルを走査型顕微鏡(SEM)により観察した。
上記の感度を与える照射量の2.0倍の照射量で電子線を照射し、露光後且つ後加熱前の膜厚を測定し、以下の式を用いて、未露光時の膜厚からの変動率を求めた。
膜厚変動率(%)=[(未露光時の膜厚−露光後の膜厚)/未露光時の膜厚]×100
これらの測定結果を、下記表4に示す。
樹脂としては、下記(RA−1)〜(RA−4)の何れかを使用した。なお、下式において、繰り返し単位の右側の数字は、モル比を表している。また、Mwは重量平均分子量を表し、Mw/Mnは分散度を表している。
塩基性化合物としては、下記の化合物C−1〜C−3を用いた。
C−1:2,4,5−トリフェニルイミダゾール
C−2:テトラブチルアンモニウムヒドロキシド
C−3:1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]ノナ−5−エン
<界面活性剤>
界面活性剤としては、下記のW−1〜W−4を用いた。
W−1:メガファックF176(大日本インキ化学工業(株)製;フッ素系)
W−2:メガファックR08(大日本インキ化学工業(株)製;フッ素及びシリコン系)
W−3:ポリシロキサンポリマーKP−341(信越化学工業(株)製;シリコン系)
W−4:トロイゾルS−366(トロイケミカル(株)製;フッ素系)
<溶剤>
溶剤としては、下記のA1〜A4並びにB1及びB2を用いた。なお、これら溶剤は、適宜混合して用いた。
A1:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
A2:2−ヘプタノン
A3:シクロヘキサノン
A4:γ−ブチロラクトン
B1:プロピレングリコールモノメチルエーテル
B2:乳酸エチル
表4の結果から、ArF露光において本発明の感活性光線性または感放射線性樹脂組成物は、感度、解像性、LER、パターンプロファイル及びアウトガス特性のいずれにおいても優れていることが明らかである。
実施例1Aの組成物に下記ポリマー0.06gを加えたこと以外は実施例Aと同様にしてレジスト溶液を調製し、塗設を行い、レジスト膜を得た。得られたレジスト膜に、ArFエキシマレーザー液浸スキャナー(ASML社製XT1700i、NA1.2)を用いて、液浸液(純水)を介してパターン露光し、実施例Aと同様にパターンを形成した。そして、得られたパターンについて、感度、解像性、LER、パターンプロファイル及びアウトガス特性のいずれにおいても、同様の評価結果が得られることを確認した。
〔実施例1C〜10C及び比較例1C、2C〕
<レジスト調製>
下記表2に示した成分を溶剤に溶解させ、これをポアサイズ0.1μmのポリテトラフルオロエチレンフィルターによりろ過して固形分濃度8質量%の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、スピンコーターを用いて、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均一に塗布し、120℃で90秒間ホットプレート上で加熱乾燥を行い、膜厚0.4μmのレジスト膜を形成させた。
露光量を10〜40mJ/cm2の範囲で0.5mJずつ変えながら面露光を行い、さらに110℃で、90秒間ベークした。その後2.38%テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)水溶液を用いて、各露光量での溶解速度を測定し、溶解度曲線を得た。
ラインエッジラフネス(nm)の測定は測長走査型電子顕微鏡(SEM)を使用して線幅0.2μmのラインアンドスペース1/1のパターンを観察し、ラインパターンの長手方向のエッジが5μmの範囲についてエッジのあるべき基準線からの距離を測長SEM((株)日立製作所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。値が小さいほど良好な性能であることを示す。
線幅0.20μmのラインアンドスペース(L/S=1/1)のマスクパターンを再現する露光量を最適露光量とし、最適露光量におけるプロファイルを走査型顕微鏡(SEM)により観察した。
上記の感度を与える照射量の2.0倍の照射量で電子線を照射し、露光後且つ後加熱前の膜厚を測定し、以下の式を用いて、未露光時の膜厚からの変動率を求めた。
膜厚変動率(%)=[(未露光時の膜厚−露光後の膜厚)/未露光時の膜厚]×100
これらの評価結果を、下記表5に示す。
樹脂としては、先に例示した(R―1)〜(R−30)から適宜選択して用いた。表2及び以下の各表に挙げられている(R−18)、(R−19)、(R−22)、(R−27)、及び(R−29)における各繰り返し単位のモル比及び重量平均分子量は、下記表6に示す通りである。
(実施例1D〜26D及び比較例1D〜5D)
<レジスト調製>
下記表4に示した成分を溶剤に溶解させた後、これをポアサイズ0.1μmのポリテトラフルオロエチレンフィルターによりろ過して、固形分濃度4質量%の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、スピンコーターを用いて、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均一に塗布し、120℃で60秒間ホットプレート上で加熱乾燥を行って、0.12μmの膜厚を有したレジスト膜を形成させた。
このレジスト膜を、ニコン社製電子線プロジェクションリソグラフィー装置(加速電圧100keV)で照射し、照射後直ぐに110℃で90秒間ホットプレート上にて加熱した。その後、濃度2.38質量%のテトラメチルアンモニウムヒドロオキサイド水溶液を用いて、23℃で60秒間現像し、30秒間純水を用いてリンスした後、乾燥させ、ラインアンドスペースパターンを形成した。
得られたパターンを走査型電子顕微鏡(日立社製S−9220)を用いて観察した。0.10μm(ライン:スペース=1:1)を解像するときの電子線照射量を感度(E0)とした。
〔解像度〕
上記の感度を示す露光量における1:1ラインスペースの限界解像力(ラインとスペースが分離解像する最小の線幅)を解像度(密集)とした。
実施例AにおけるLERの評価方法と同様にしてLERを求めた。
〔パターンプロファイル〕
上記の感度を示す露光量における1:1ラインスペースのプロファイルを走査型顕微鏡(SEM)により観察した。
実施例Aにおけるアウトガス性能の評価方法と同様にして、アウトガス性能を評価した。
(実施例1E〜9E及び比較例1E、2E)
(レジスト調製)
下記表8に示す成分を溶剤に溶解させた後、これをポアサイズ0.1μmのポリテトラフルオロエチレンフィルターによりろ過して、固形分濃度4質量%のネガ型レジスト溶液を調製した。
調製したネガ型レジスト溶液を、スピンコーターを用いて、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均一に塗布し、120℃で60秒間ホットプレート上において加熱乾燥を行って、0.12μmの膜厚を有したレジスト膜を形成させた。
このレジスト膜を、ニコン社製電子線プロジェクションリソグラフィー装置(加速電圧100keV)で照射し、照射後直ぐに110℃で90秒間ホットプレート上において加熱した。その後、濃度2.38質量%のテトラメチルアンモニウムヒドロオキサイド水溶液を用いて23℃で60秒間現像し、30秒間純水を用いてリンスした後、乾燥させ、ラインアンドスペースパターンを形成した。
(実施例1F〜8F及び比較例1F、2F)
<レジスト調製>
下記表6に示した成分を溶剤に溶解させ、これをポアサイズ0.1μmのポリテトラフルオロエチレンフィルターによりろ過して、固形分濃度4質量%のポジ型レジスト溶液を調した。
調製したポジ型レジスト溶液を、スピンコーターを用いて、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均一に塗布し、120℃で60秒間ホットプレート上で加熱乾燥を行って、0.12μmの膜厚を有するレジスト膜を形成させた。
得られたパターンを走査型電子顕微鏡(日立社製S−9220)を用いて観察した。0.10μm(ライン:スペース=1:1)を解像するときの電子線照射量を感度(E0)とした。
上記の感度を示す照射量で、50nmラインパターン(L/S=1/1)を形成した。そして、その長さ方向50μmに含まれる任意の30点について、走査型電子顕微鏡((株)日立製作所製S−9220)を用いて、エッジがあるべき基準線からの距離を測定した。そして、この距離の標準偏差を求め、3σを算出した。
実施例Dにおける評価方法と同様にして、EUV露光によるパターンプロファイルを求めた。
(実施例1G〜3G及び比較例1G〜2G)
<レジスト調製>
下記表10に示した成分を溶剤に溶解させ、これをポアサイズ0.1μmのポリテトラフルオロエチレンフィルターによりろ過して、固形分濃度4質量%のネガ型レジスト溶液を調製し、下記の通り評価を行った。
調製したネガ型レジスト溶液を、スピンコーターを用いて、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均一に塗布し、120℃で60秒間ホットプレート上で加熱乾燥を行って、0.12μmの膜厚を有したレジスト膜を形成させた。
このレジスト膜について、実施例Fについて説明したのと同様の評価を行った。その結果を下記表10に示す。
Claims (13)
- 活性光線または放射線の照射により酸を発生するアリールスルホニウム塩であり、少なくとも1つのアリール環上に電子供与性基を合計1つ以上有し、且つ活性光線または放射線の照射により発生する酸の体積が240Å3以上であるアリールスルホニウム塩を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。
- 上記アリールスルホニウム塩のアニオン部が、一般式(II)で表されることを特徴とする請求項1または2に記載の感活性光線性または感放射線性樹脂組成物。
Xは、置換基を有していてもよいアルキレン基又は置換基を有していてもよいフッ素化アルキレン基を表し、zは0以上の整数を表す。
Gは、エーテル酸素を含んでいてもよいアルキレン基、アリーレン基、およびこれらの組み合わせからなる基、または単結合を表す。
Lは、2価の連結基を表し、yは0以上の整数を表す。
Dは、置換基を有していてもよい有機基を表す。
Wは、下式(III)または(IV)で表される基を表す。
- 一般式(II)においてDが下式(V)で表される基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感活性光線性または感放射線性樹脂組成物。
Ar2は、芳香族環を表し、−(A−B)基以外に更に置換基を有してもよい。
pは、1以上の整数を表す。
Aは、単結合、アルキレン基、−O−、−S−、−C(=O)−、−C(=O)O−、−S(=O)―、−S(=O)2−、及び−OS(=O)2−から選択されるいずれか、あるいは2以上の組み合わせを表す。
Bは、炭素原子数が3以上の脂肪族基を有する基を表す。
pが2以上のとき、複数の−(A−B)基は同一でも異なっていてもよい。
*は一般式(II)中のLとの結合部位を表す。 - 一般式(I)において、mが2または3である、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。
- 更に、酸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樹脂を含有することを特徴とする請求項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。
- 更に、アルカリ現像液に可溶な樹脂、及び、酸の作用により、該アルカリ現像液に可溶な樹脂と架橋する酸架橋剤を含有することを特徴とする、請求項1〜6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。
- 請求項1〜7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形成されたレジスト膜。
- 請求項1〜7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する工程、該膜を露光する工程、及び露光した膜を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。
- 前記露光がX線、電子線またはEUVを用いて行われることを特徴とする、請求項9に記載のパターン形成方法。
- 一般式(VI)で表される化合物であって、活性光線または放射線の照射により発生する酸の体積が240Å3以上である化合物。
Ar1は、芳香環を表し、−(OR1)基以外に更に置換基を有してもよい。
R1は、直鎖状又は分岐状のアルキル基、もしくはシクロアルキル基を表す。
R2は、置換基を有してもよい、アリール基、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。
lは、1以上の整数を表す。
mは、1〜3の整数であり、nは、0〜2の整数であり、m+n=3を満たす。
m個のAr1及びn個のR2の中から選択される2つが結合して式中の硫黄原子と共に環を形成してもよい。
Xは、置換基を有していてもよいアルキレン基又は置換基を有していてもよいフッ素化アルキレン基を表し、zは0以上の整数を表す。
Gは、エーテル酸素を含んでいてもよいアルキレン基、アリーレン基、およびこれらの組み合わせからなる基、または単結合を表す。
Lは、2価の連結基を表し、yは0以上の整数を表す。
Dは、置換基を有していてもよい有機基を表す。
Wは下式(III)または(IV)で表される基を表す。
- 一般式(VI)において、mが2または3である、請求項11または12に記載の化合物。
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