JP2012053461A - 感放射線性樹脂組成物、レジストパターン形成方法及び重合体 - Google Patents

感放射線性樹脂組成物、レジストパターン形成方法及び重合体 Download PDF

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Abstract

【課題】液浸露光プロセスにおいて、露光時には高い動的接触角を示すことにより、レジスト被膜表面が優れた水切れ性を示す一方で、アルカリ現像液及びリンス液に対する高い溶解性を示し、現像欠陥の発生が抑制されるレジスト被膜を与えることができる感放射線性樹脂組成物を提供する。
【解決手段】本発明は、[A]下記式(i)で表される基を有する構造単位(I)を含む重合体、[B]感放射線性酸発生体、及び[C]上記[A]重合体よりもフッ素原子含有率が小さく、かつ酸解離性基を有する重合体を含有する感放射線性樹脂組成物である
Figure 2012053461

【選択図】なし

Description

本発明は、感放射線性樹脂組成物、この感放射線性樹脂組成物を用いるレジストパターン形成方法及びこの感放射線性樹脂組成物の構成成分として好適な重合体に関する。
集積回路素子の製造に代表される微細加工の分野においては、従来、酸解離性基を有する重合体を含有する樹脂組成物によって基板上にフォトレジスト膜を形成し、マスクパターンを介してそのフォトレジスト膜にエキシマレーザー光等の短波長の放射線を照射して露光させ、露光部をアルカリ現像液で除去することにより微細なレジストパターンを形成することが行われている。その際、この樹脂組成物中に放射線照射により酸を発生する感放射線性酸発生体を含有させ、その酸の作用により感度を向上させた化学増幅型レジストが利用されている。
このような化学増幅型レジストにおいて、例えば、線幅45nm程度のさらに微細なレジストパターンを形成する方法として、液浸露光法(リキッドイマージョンリソグラフィ)の利用が拡大しつつある。この方法では露光光路空間(レンズとフォトレジスト膜との間)を、空気や不活性ガスに比して屈折率(n)が大きい液浸媒体、例えば、純水、フッ素系不活性液体等で満たした状態で露光を行う。従って、レンズの開口数(NA)を増大させた場合でも焦点深度が低下し難く、しかも高い解像性が得られるという利点がある。
液浸露光法において用いられる樹脂組成物には、形成されたフォトレジスト膜から液浸媒体への酸発生剤等の溶出を抑制して、フォトレジスト膜の性能の低下やレンズ等装置の汚染を防止することに加え、フォトレジスト膜表面の水切れ性を良くして、ウォーターマークの残存を防止し、高速スキャン露光を可能にすることが要求される。それらを達成する手段として、フォトレジスト膜上に上層膜(保護膜)を形成する技術が提案されている(特開2005−352384号公報参照)。しかし、この技術においては、成膜工程が別途必要になりプロセスが煩雑になる不都合がある。そのため、フォトレジスト膜表面の疎水性を高める方法が検討されており、疎水性が高いフッ素含有重合体を含有する樹脂組成物が提案されている(国際公開第2007/116664号参照)。
しかし、フォトレジスト膜の疎水性を上げると、現像液やリンス液の表面濡れ性が低下するため、現像時にフォトレジスト膜表面の未露光部に現像残渣が沈着し、ブロッブ(Blob)等の現像欠陥が発生することがある。このような現像残渣が発生するのは、フッ素含有重合体のアルカリ現像液に対する溶解性が不足するために、現像工程及びリンス工程においてフッ素含有重合体が凝集してしまうことが主な原因と考えられる。このような不都合を防止するため、上記フッ素含有重合体にアルカリ可溶性ユニットを導入する技術が検討されている(特開2008−268931号公報参照)。しかし、このような技術では、フォトレジスト膜表面の水切れ性が悪化してしまい、高速スキャン露光に対応できなくなる。すなわち、フォトレジスト膜における露光時の表面の水切れ性と、アルカリ現像液及びリンス液への溶解性との両立は達成できていない。
特開2005−352384号公報 国際公開第2007/116664号 特開2008−268931号公報
本発明は以上のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、液浸露光プロセスにおいて、露光時には高い動的接触角を示すことにより、レジスト被膜表面が優れた水切れ性を示す一方で、アルカリ現像液及びリンス液に対する高い溶解性を示し、現像欠陥の発生が抑制されるレジスト被膜を与えることのできる感放射線性樹脂組成物を提供することにある。
本発明者らは、上述の目的を達成すべく鋭意検討した結果、特定の基を有する構造単位を含むフッ素含有重合体を感放射線性樹脂組成物の構成成分とすることによって、上記課題を解決可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。
上記課題を解決するためになされた発明は、
[A]下記式(i)で表される基(以下、「基(i)」ともいう)を有する構造単位(I)を含む重合体(以下、「[A]重合体」ともいう。)、
[B]感放射線性酸発生体(以下、「[B]酸発生体」ともいう。)、及び
[C]上記[A]重合体よりもフッ素原子含有率が小さく、かつ酸解離性基を有する重合体(以下、「[C]重合体」ともいう。)
を含有する感放射線性樹脂組成物である。
Figure 2012053461
(式(i)中、Rは水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、−Ra1、−O−Ra1、−CO−Ra1、−CO−O−Ra1である(但し、Ra1は炭素数1〜20の1価の鎖状炭化水素基、炭素数3〜20の1価の脂肪族環状炭化水素基、炭素数6〜30の1価の芳香族炭化水素基又は炭素数7〜30の1価の芳香族−脂肪族炭化水素基である)。Rは少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数1〜10の1価の鎖状炭化水素基又は少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数3〜20の1価の脂肪族環状炭化水素基である。但し、RとRとが互いに結合して少なくとも1個のフッ素原子を有する環構造を形成していてもよい。*は、結合部位を示す。)
当該感放射線性樹脂組成物は、フッ素原子を含み、かつβ−ジケト構造を含む基(i)を有する構造単位(I)を含む[A]重合体と、[B]酸発生体と、[A]重合体よりもフッ素原子含有率が小さく、かつ酸解離性基を有する[C]重合体とを含有する。[A]重合体は、[C]重合体よりもフッ素原子含有率が大きく、より高い疎水性を有していることに起因して、被膜表面においてその存在分布が高くなる。すなわち、[A]重合体は被膜表面に偏在化することができる。その結果、レジスト被膜と液浸媒体を遮断することを目的とした上層膜を別途形成することを要することなく、レジスト被膜表面は高い動的接触角を示す。従って、当該感放射線性樹脂組成物によれば、被膜からの酸発生剤等の溶出を抑制できることに加えて、被膜表面に高い水切れ特性を付与することができる。
加えて、上記基(i)は、電子吸引性であるフッ素原子を有する基がβ−ジケト構造に結合している構造を有しており、β−ジケト構造の両カルボニル基の間に位置する炭素原子に結合している水素原子は酸性度が高く、非常に解離し易くなっている。そのためこの基(i)は、現像の際にアルカリの作用によって、アニオン性基に変わり易い。これにより、[A]重合体のアルカリ現像液及び現像後の洗浄に用いるリンス液への溶解性を高くすることができ、上述した重合体の凝集に起因する現像欠陥の発生を抑制することができる。このように、露光時のレジスト被膜表面の高い水切れ性及び[A]重合体のアルカリ現像液及びリンス液への高い溶解性を共に達成することができる。
上記構造単位(I)が、下記式(1)で表される構造単位(I−1)であることが好ましい。
Figure 2012053461
(式(1)中、R及びRは、上記式(i)と同義である。Rは、水素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。Xは、(n+1)価の連結基である。nは、1〜3の整数である。nが2又は3の場合、複数のR及びRはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。)
上記構造単位(I)が、具体的に上記式(1)で表される特定の構造を有すると、上記β−ケト構造の一方の末端に酸素原子が結合した「β−ケト酸構造」を有することとなるため、両カルボニル基間の炭素原子に結合する水素原子の酸性度がさらに高くなり、その結果、[A]重合体のアルカリ現像液及びリンス液への溶解性がさらに向上する。また、上記構造単位(I−1)を与える単量体は、重合性に優れているので、構造単位(I−1)の[A]重合体への含有割合を高めることができ、レジスト被膜表面の露光時の水切れ性及び[A]重合体の上記液への溶解性を共に向上させることができる。
上記式(1)におけるXが2価又は3価の鎖状炭化水素基又は脂肪族環状炭化水素基、かつnが1又は2であることが好ましい。[A]重合体における連結基Xを上記特定の基とすることによって、[A]重合体の疎水性をさらに高めることができ、形成されるレジスト被膜からの酸発生剤等の溶出をさらに抑制することができると共に、水切れ性を向上させることができる。
上記[A]重合体における全構造単位に対する上記構造単位(I)の含有割合が3モル%以上100モル%以下であることが好ましい。[A]重合体における構造単位(I)の含有割合を上記範囲とすることによって、露光時における動的接触角をさらに高めると共に、現像液及びリンス液への溶解性をさらに高いレベルで達成することができる。
上記Rがトリフルオロメチル基であることが好ましい。上記式(i)におけるジケトン基に結合するR基として上記特定の基を用いることによって、現像液及びリンス液への溶解性をさらに高めることができ、その結果、現像欠陥の発生をさらに抑制することができる。
上記[A]重合体が、下記式(2)で表される構造単位(II)及び下記式(3)で表される構造単位(III)からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造単位をさらに有することが好ましい。
Figure 2012053461
Figure 2012053461
(式(2)中、Rは、水素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。Gは、単結合、酸素原子、硫黄原子、−CO−O−、−SO−O−NH−、−CO−NH−又は−O−CO−NH−である。Rは、少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数1〜6の1価の鎖状炭化水素基、少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数4〜20の1価の脂肪族環状炭化水素基又は少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数6〜20の1価の芳香族炭化水素基である。
式(3)中、Rは、水素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。Rは、炭素数1〜20の(m+1)価の炭化水素基であり、RのR側の末端に酸素原子、硫黄原子、−NR’−、カルボニル基、−CO−O−又は−CO−NH−が結合された構造のものも含む。R’は、水素原子又は1価の有機基である。Rは、単結合、炭素数1〜10の2価の鎖状炭化水素基又は炭素数4〜20の2価の脂肪族環状炭化水素基である。Xは、少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数1〜20の2価の鎖状炭化水素基である。Aは、酸素原子、−NR’’−、−CO−O−**又は−SO−O−**である。R’’は、水素原子又は1価の有機基である。**は、Rに結合する部位を示す。Rは、水素原子又は1価の有機基である。mは、1〜3の整数である。但し、mが2又は3の場合、複数のR、X、A及びRはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。)
上記[A]重合体が、フッ素原子を有する上記特定の構造単位をさらに有することで、当該感放射線性樹脂組成物から形成されるレジスト被膜表面の動的接触角をさらに高めることができ、その結果、露光時の被膜表面の水切れ性をさらに向上させることができる。
上記[C]重合体100質量部に対する上記[A]重合体の含有量が、0.1質量部以上10質量部以下であることが好ましい。[A]重合体の含有量が上記範囲とすることによって[A]重合体のレジスト被膜の表面への偏析を効果的に起こすことができるので、レジスト被膜からの酸発生剤等の溶出がさらに抑制されると共に、レジスト被膜表面の動的接触角がさらに高まるため、水切れ性をさらに向上させることができる。
本発明のレジストパターン形成方法は、
(1)当該感放射線性樹脂組成物を用いて基板上にフォトレジスト膜を形成する工程、
(2)上記フォトレジスト膜上に液浸露光用液体を配置し、この液浸露光用液体を介して上記フォトレジスト膜を液浸露光する工程、及び
(3)液浸露光された上記フォトレジスト膜を現像してレジストパターンを形成する工程を有する。
当該レジストパターン形成方法によれば、フォトレジスト組成物として当該感放射線性樹脂組成物を用いているので、被膜表面の水切れ性が高く、高速スキャン露光によりプロセスタイムを短縮させることができると共に、現像欠陥の発生を抑制して、良好なレジストパターンを効率良く形成することができる。
本発明の重合体は、
下記式(i)で表される基を含む構造単位(I)
を有する。
Figure 2012053461
(式(i)中、Rは、水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、−Ra1、−O−Ra1、−CO−Ra1又は−CO−O−Ra1である。Ra1は、炭素数1〜20の1価の鎖状炭化水素基、炭素数3〜20の1価の脂肪族環状炭化水素基、炭素数6〜30の1価の芳香族炭化水素基又は炭素数7〜30の1価の芳香族−脂肪族炭化水素基である。Rは、少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数1〜10の1価の鎖状炭化水素基又は少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数3〜20の1価の脂肪族環状炭化水素基である。但し、RとRとが互いに結合して少なくとも1個のフッ素原子を有する環構造を形成していてもよい。*は、結合部位を示す。)
当該重合体は、フッ素原子及びβ−ジケト構造を有する上記式(i)で表される基を有している。このような重合体は高い疎水性を有する一方、アルカリ現像液との接触により溶解し易くなるという特性を有しているので、例えば、レジスト被膜表面の露光時の動的接触角を高くする一方、アルカリ現像液及びリンス液への溶解性を高めることが可能になる。従って、当該重合体は、例えば、リソグラフィー技術に用いられる感放射線性樹脂組成物等に好適である。
また、下記式(2)で表される構造単位(II)及び下記式(3)で表される構造単位(III)からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造単位
をさらに有することが好ましい。
Figure 2012053461
Figure 2012053461
(式(2)中、Rは、水素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。Gは、単結合、酸素原子、硫黄原子、−CO−O−、−SO−O−NH−、−CO−NH−又は−O−CO−NH−である。Rは、少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数1〜6の1価の鎖状炭化水素基、少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数4〜20の1価の脂肪族環状炭化水素基又は少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数6〜20の1価の芳香族炭化水素基である。
式(3)中、Rは、水素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。Rは、炭素数1〜20の(m+1)価の炭化水素基であり、RのR側の末端に酸素原子、硫黄原子、−NR’−、カルボニル基、−CO−O−又は−CO−NH−が結合された構造のものも含む。R’は、水素原子又は1価の有機基である。Rは、単結合、炭素数1〜10の2価の鎖状炭化水素基又は炭素数4〜20の2価の脂肪族環状炭化水素基である。Xは、少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数1〜20の2価の鎖状炭化水素基である。Aは、酸素原子、−NR’’−、−CO−O−**又は−SO−O−**である。R’’は、水素原子又は1価の有機基である。**は、Rに結合する部位を示す。Rは、水素原子又は1価の有機基である。mは、1〜3の整数である。但し、mが2又は3の場合、複数のR、X、A及びRはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。)
当該重合体は、上記構造単位(I)に加えて、フッ素原子を有する上記構造単位(II)及び構造単位(III)からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造単位をさらに有することで、疎水性がさらに高くなり、レジスト被膜表面の露光時の動的接触角をさらに高くすることができる。
本明細書において、単に「炭化水素基」という場合には、鎖状炭化水素基、脂肪族環状炭化水素基、芳香族炭化水素基が含まれる。この「炭化水素基」は飽和炭化水素基であってもよいし、不飽和炭化水素基であってもよい。
また、「鎖状炭化水素基」とは、主鎖に環状構造を含まず、鎖状構造のみで構成された炭化水素基を意味し、直鎖状炭化水素基及び分岐状炭化水素基の双方を含むものとする。「脂肪族環状炭化水素基」とは、環構造としては脂肪族環状炭化水素の構造のみを含み、芳香環構造を含まない炭化水素基を意味する。但し、脂肪族環状炭化水素の構造のみで構成されている必要はなく、その一部に鎖状構造を含んでいてもよい。「芳香族炭化水素基」とは、環構造として、芳香環構造を含む炭化水素基を意味する。但し、芳香環構造のみで構成されている必要はなく、その一部に鎖状構造や脂肪族環状炭化水素の構造を含んでいてもよい。
以上説明したように、本発明の感放射線性樹脂組成物は、フッ素原子を含み、かつβ−ジケト構造を含む特定の構造単位を有する重合体、感放射線性酸発生体及び酸解離性基を有する特定の重合体を含有していることから、液浸露光プロセスにおいて形成されたレジスト被膜は、露光時には高い動的接触角を示す一方、アルカリ現像処理により、アルカリ現像液及びリンス液に対する高い溶解性を発揮する。その結果、レジスト被膜からの溶出が抑制されることに加え、被膜表面が優れた水切れ性を有することにより、高速スキャン露光を可能にすると共に、ウォーターマーク欠陥、現像欠陥等各種欠陥の発生を抑制して良好なレジストパターンを形成することができる。
本発明の感放射線性樹脂組成物は、[A]重合体、[B]酸発生体及び[C]重合体を含有し、任意成分として、[D]酸拡散抑制体、[E]溶媒及び[F]添加剤等を含有していてもよい。以下、各構成成分について順に説明する。
<[A]重合体>
本発明において[A]重合体は、上記基(i)を有する構造単位(I)を含む重合体である。[A]重合体は、フッ素原子含有率が後述する[C]重合体より高く、疎水性がより高いため、[C]重合体と共にレジスト被膜を形成した際には、被膜表層に偏在化する傾向がある。その結果、形成された被膜からの酸発生体等の溶出が抑制されると共に被膜表面は高い動的接触角を示すので、優れた水切れ特性を発揮することができる。これにより、同様の目的でレジスト被膜表面と液浸媒体を遮断するための上層膜を別途形成することが不要になる。
一方、上記基(i)は、フッ素原子を有する基がβ−ジケト構造に結合している構造を有しているため、β−ジケト構造の両カルボニル基の間の炭素原子に結合している水素原子は酸性度が高く、非常に解離し易くなっている。そのため、アルカリ現像液との接触等によってアニオン化しアルカリ現像液及びリンス液への溶解性が向上する。その結果、レジスト被膜形成重合体のアルカリ現像液への溶解性の不足に起因して、現像工程及びリンス工程において重合体が凝集して起こるレジスト被膜の現像欠陥の発生を抑制することができる。
[A]重合体は、構造単位(I)以外にも、フッ素原子を有する構造単位として、構造単位(II)、構造単位(III)を有することが好ましく、また、下記構造単位(IV)〜(VII)を有していてもよい。以下、各構造単位について説明する。
<構造単位(I)>
構造単位(I)は、上記式(i)で表される基を有する構造単位である。
上記式(i)中、Rは、水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、−Ra1、−O−Ra1、−CO−Ra1又は−CO−O−Ra1である。Ra1は、炭素数1〜20の1価の鎖状炭化水素基、炭素数3〜20の1価の脂肪族環状炭化水素基、炭素数6〜30の1価の芳香族炭化水素基又は炭素数7〜30の1価の芳香族−脂肪族炭化水素基である。Rは、少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数1〜10の1価の鎖状炭化水素基又は少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数3〜20の1価の脂肪族環状炭化水素基である。但し、RとRとが互いに結合して少なくとも1個のフッ素原子を有する環構造を形成していてもよい。*は、結合部位を示す。
上記Rで表されるハロゲン原子としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられる。それらの中でも、フッ素原子、塩素原子が好ましい。
上記Ra1で表される炭素数1〜20の1価の鎖状炭化水素基としては、例えば、メチル基、エチル基、直鎖状又は分岐状のプロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ドデシル基、テトラデシル基、ヘキサデシル基、オクタデシル基、イコシル基等が挙げられる。
上記Ra1で表される炭素数3〜20の1価の脂肪族環状炭化水素基としては、例えば、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロオクチル基、シクロデシル基、シクロドデシル基等の単環式炭化水素基;アダマンチル基、ノルボルニル基、テトラシクロデカニル基等の多環式炭化水素基等が挙げられる。
上記Ra1で表される炭素数6〜30の1価の芳香族炭化水素基としては、例えば、フェニル基、トリル基、ジメチルフェニル基、2,4,6−トリメチルフェニル基、ナフチル基、アントリル基、9,10−ジメトキシアントリル基等が挙げられる。
上記Ra1で表される炭素数7〜30の1価の芳香族−脂肪族炭化水素基としては、例えば、ベンジル基、フェネチル基、ナフチルメチル基等が挙げられる。
上記Rで表される少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数1〜10の1価の鎖状炭化水素基としては、例えば、炭素数1〜10の鎖状炭化水素基の水素原子のうち、少なくとも1個がフッ素原子で置換された基等が挙げられる。このような鎖状炭化水素基としては、例えば、メチル基、エチル基、1−プロピル基、2−プロピル基、1−ブチル基、2−ブチル基、2−(2−メチルプロピル)基、1−ペンチル基、2−ペンチル基、3−ペンチル基、1−(2−メチルブチル)基、1−(3−メチルブチル)基、2−(2−メチルブチル)基、2−(3−メチルブチル)基、ネオペンチル基、1−ヘキシル基、2−ヘキシル基、3−ヘキシル基、1−(2−メチルペンチル)基、1−(3−メチルペンチル)基、1−(4−メチルペンチル)基、2−(2−メチルペンチル)基、2−(3−メチルペンチル)基、2−(4−メチルペンチル)基、3−(2−メチルペンチル)基、3−(3−メチルペンチル)基、オクチル基、ノニル基、デシル基等が挙げられる。
上記Rで表される少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数3〜20の1価の脂肪族環状炭化水素基としては、例えば、炭素数3〜20の脂肪族環状炭化水素基の水素原子のうち少なくとも1個がフッ素原子で置換された基等が挙げられる。このような脂肪族環状炭化水素基としては、例えば、シクロペンチル基、シクロペンチルメチル基、1−(1−シクロペンチルエチル)基、1−(2−シクロペンチルエチル)基、シクロヘキシル基、シクロヘキシルメチル基、1−(1−シクロヘキシルエチル)基、1−(2−シクロヘキシルエチル基)、シクロヘプチル基、シクロヘプチルメチル基、1−(1−シクロヘプチルエチル)基、1−(2−シクロヘプチルエチル)基、2−ノルボルニル基、1−アダマンチル基、2−アダマンチル基等が挙げられる。
上記Rで表される鎖状炭化水素基及び脂肪族環状炭化水素基が有するフッ素原子の数としては、1個以上であれば特に限定されないが多いほど好ましい。フッ素原子の数が多いほど、β−ジケト構造の2つのカルボニル基間の炭素原子に結合する水素原子の酸性度がより高くなり、当該感放射線性樹脂組成物から形成される被膜の溶解性がさらに向上する。例えば、Rが少なくとも1個のフッ素原子を有するブチル基である場合、フッ素原子の数は3以上が好ましく、6以上がより好ましく、9が最も好ましい。また、同様の理由により、フッ素原子はRで表される基の1位炭素又はそれに隣接する炭素原子に結合していることが好ましい。例えば、Rが1個のフッ素原子を有するn−ブチル基である場合、1−フルオロ−n−ブチル基及び2−フルオロ−n−ブチル基が好ましく、1−フルオロブチル基がさらに好ましい。Rとしては、パーフルオロアルキル基又はパーフルオロシクロアルキル基が好ましく、炭素数1〜4のパーフルオロアルキル基がより好ましく、トリフルオロメチル基が特に好ましい。
上記式(i)で表される基の具体例として、例えば、下記式(i−1)〜(i−24)で表される基が挙げられる。[A]重合体は、上記式(i)で表される基を1種単独で、又は2種以上有してもよい。
Figure 2012053461
これらの中でも、上記式(i−1)、(i−2)、(i−3)、(i−4)、(i−5)、(i−7)、(i−8)、(i−9)、(i−10)、(i−11)、(i−12)、(i−14)、(i−15)、(i−17)、(i−19)、(i−22)、(i−23)、(i−24)で表される基が好ましく、上記式(i−1)、(i−2)、(i−5)、(i−7)、(i−17)、(i−19)、(i−22)、(i−23)で表される基がさらに好ましく、上記式(i−1)で表される基が特に好ましい。
構造単位(I)の基(i)以外の部分の構造は特に限定されない。[A]重合体の主鎖と基(i)を連結する基も特に限定されない。この連結する基としては、例えば、2価の炭化水素基、カルボニル基、エステル基、アミド基、ウレタン基、ウレア基、エーテル基、カーボネート基、イミノ基、チオエーテル基及びこれらの基の組合せ等が挙げられる。これらの中でも、構造単位(I)を与える単量体の重合性の観点から、エステル基、エーテル基、2価の炭化水素基及びこれらの組合せが特に好ましい。
構造単位(I)としては、上記式(1)で表される構造単位(I−1)が好ましい。
上記式(1)中、R及びRは、上記式(i)と同義である。Rは、水素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。Xは、(n+1)価の連結基である。nは、1〜3の整数である。nが2又は3の場合、複数のR及びRはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。
上記Rとしては、メチル基が好ましい。
上記Xで表される(n+1)価の連結基としては、例えば、下記の炭化水素化合物から(n+1)個(nは1〜3)の水素原子を取り除いた炭化水素基等が挙げられる。
そのような炭化水素化合物としては、例えば、
メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、オクタン、デカン、ヘキサデカン、イコサン等の直鎖状又は分岐状の鎖状飽和炭化水素;
エチレン、プロピレン、ブテン、ペンテン、ヘキセン、オクテン、デセン、テトラデセン、プロピン、ヘキシン、ブタジエン、ヘキサジエン、デカジエン、ヘキサジイン、デカジイン等の直鎖状又は分岐状の鎖状不飽和炭化水素等の鎖状炭化水素、
シクロプロパン、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロオクタン、シクロデカン等の単環式飽和炭化水素;
シクロブテン、シクロペンテン、シクロヘキセン、シクロオクテン、シクロデセン、シクロドデシン、シクロペンタジエン、シクロヘキサジエン、シクロデカジエン、シクロデカジイン等の単環式不飽和炭化水素;
ビシクロ[2.2.1]ヘプタン、ビシクロ[2.2.2]オクタン、トリシクロ[5.2.12,6]デカン、トリシクロ[3.3.1.13,7]デカン、テトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカン、アダマンタン等の多環式飽和炭化水素;
ビシクロ[2.2.1]ヘプテン、ビシクロ[2.2.2]オクテン、トリシクロ[5.2.12,6]デセン、トリシクロ[3.3.1.13,7]デセン、テトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデセン等の多環式不飽和炭化水素等の脂肪族環状炭化水素、
ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナンスレン、ピレン、トルエン、キシレン、トリメチルベンゼン、エチルベンゼン、クメン、メチルナフタレン、ジメチルナフタレン、デュレン等の芳香族炭化水素等が挙げられる。
これらの中で、炭素数1〜8の直鎖状及び分岐状の鎖状飽和炭化水素、炭素数2〜6の鎖状不飽和炭化水素、炭素数5〜12の脂肪族環状炭化水素並びに炭素数6〜15の芳香族炭化水素から(n+1)個の水素原子を除いた炭化水素基が好ましい。
上記Xで表される連結基中には、その末端又は末端でない位置に、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、ウレア基、カーボネート基、イミノ基、チオエーテル基等を含んでいてもよく、これらの基を含む複素環が形成されていてもよい。
上記Xで表される連結基は、置換基を有していてもよい。このような置換基としては、例えば、−RP1、−RP2−O−RP1、−RP2−CO−RP1、−RP2−CO−ORP1、−RP2−O−CO−RP1、−RP2−OH、−RP2−CN又は−RP2−COOH、フッ素原子、塩素原子等のハロゲン原子等が挙げられる。但し、RP1は、炭素数1〜10の1価の鎖状飽和炭化水素基、炭素数3〜20の1価の脂肪族環状飽和炭化水素基又は炭素数6〜30の1価の芳香族炭化水素基であり、これらの基の有する水素原子の一部又は全部がフッ素原子で置換されていてもよい。また、RP2は、単結合、炭素数1〜10の2価の鎖状飽和炭化水素基、炭素数3〜20の2価の脂肪族環状飽和炭化水素基、炭素数6〜30の2価の芳香族炭化水素基又はこれらの基の有する水素原子の一部若しくは全部がフッ素原子で置換された基である。
上記nとしては、1又は2が好ましく、1がより好ましい。
上記Xで表される連結基としては、2価又は3価の鎖状炭化水素基又は脂肪族環状炭化水素基が好ましく、2価の鎖状炭化水素基又は脂肪族環状炭化水素基がより好ましい。
nが1の場合の上記式Xで表される2価の連結基としては、炭素数1〜8の直鎖状又は分岐状の2価の鎖状飽和炭化水素基、炭素数5〜12の2価の脂肪族環状炭化水素基が好ましく、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、シクロペンタンジイル基、シクロヘキサンジイル基、ノルボルナンジイル基、アダマンタンジイル基がより好ましく、エチレン基がさらに好ましい。
nが2の場合の上記式Xで表される3価の連結基としては、炭素数1〜8の直鎖状又は分岐状の3価の鎖状飽和炭化水素基、炭素数5〜12の3価の脂肪族環状炭化水素基が好ましく、エタントリイル基、プロパントリイル基、ブタントリイル基、シクロペンタントリイル基、シクロヘキサントリイル基、ノルボルナントリイル基、アダマンタントリイル基がより好ましく、エタントリイル基がさらに好ましい。
上記Xで表される連結基のさらなる例として、例えば、下記式(X−1)又は(X−2)で表される(n+1)価の連結基等も挙げられる。
Figure 2012053461
Figure 2012053461
上記式(X−1)及び(X−2)中、Rは、(n+1)価の炭化水素基である。Rは、2価の炭化水素基である。Qは、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、ウレア基、カーボネート基、イミノ基又はチオエーテル基である。nは、1〜3の整数である。*は、上記式(i)で表される基と結合する結合部位を示す。
上記式(X−1)中、nが2又は3の場合、複数のQ及びRはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。
上記Rで表される(n+1)価の炭化水素としては、例えば、上記Xで表される連結基として例示した(n+1)かの炭化水素基と同様の基等が挙げられる。
上記Rで表される2価の炭化水素基としては、例えば、上記Xで表される連結基として例示した(n+1)価の炭化水素基のn=1の場合である2価の炭化水素基と同様の基等が挙げられる。
上記Qとしては、上記構造単位(I)を与える単量体の合成容易性の観点から、エーテル基、カルボニル基、エステル基が好ましい。
上記式(X−1)で表される連結基としては、例えば、下記式(X−1−1)〜(X−1−6)で表される基等が挙げられる。
Figure 2012053461
上記式(X−1−1)〜(X−1−6)中、*は、上記式(i)で表される基と結合する部位を示す。
これらの中では、得られるレジスト被膜のエッチング耐性の観点から、上記式(X−1−1)で表される連結基、上記式(X−1−2)で表される連結基が好ましい。
また、上記式(X−2)で表される(n+1)価の連結基としては、例えば、下記式(X−2−1)〜(X−2−6)で表される基等が挙げられる。
Figure 2012053461
上記式(X−2−1)〜(X−2−6)中、*は、上記式(i)で表される基と結合する部位を示す。
これらの中では、得られるレジスト被膜のエッチング耐性の観点から、上記式(X−2−1)で表される基、上記式(X−2−2)で表される基が好ましい。
上記構造単位(I−1)としては、下記式(1−1)〜(1−10)で表される構造単位が好ましい。下記式(1−5)〜(1−10)で表される構造単位は、上記(X−1)又は(X−2)で表される連結基を有する例である。[A]重合体は、構造単位(I)を1種単独で又は2種以上を組み合わせて有してもよい。
Figure 2012053461
Figure 2012053461
上記式(1−1)〜(1−10)中、Rは、上記式(1)と同義である。
これらの中で、得られるレジスト被膜の露光時の動的接触角がより高く、かつアルカリ現像液及びリンス液に対する溶解性がより高いことから、上記式(1−1)〜(1−5)で表される構造単位が好ましく、上記式(1−1)で表される構造単位、上記式(1−2)で表される構造単位がより好ましく、上記式(1−1)で表される構造単位がさらに好ましい。
上記構造単位(I)を与える単量体は、一般的には(1)官能基含有エチレン性不飽和化合物と、フッ素原子を有するアセト酢酸エステル誘導体とのエステル交換反応、(2)官能基含有エチレン性不飽和化合物と、フッ素原子を有するアセト酢酸誘導体とのエステル化、(3)官能基含有エチレン性不飽和化合物と、フッ素原子を有するジケテン誘導体との反応、(4)フッ素原子を有するアセト酢酸の官能基含有アルキル誘導体と、(メタ)アクリル酸ハライド又は(メタ)アクリル酸無水物との反応によって合成可能である。
上記官能基としてはヒドロキシル基、カルボキシル基等が挙げられる。
また、上述のエステル交換反応に用いられるフッ素原子を有するアセト酢酸エステル誘導体としては、4,4,4−トリフルオロアセト酢酸エチル、3−オキソ−4,4、5,5,5−ペンタフルオロペンタン酸エチルエステル等の市販試薬を用いることができる。
上記構造単位(I)の含有割合としては、[A]重合体を構成する全構造単位に対して3〜100モル%が好ましく、5〜95モル%がより好ましく、10〜90モル%がさらに好ましい。構造単位(I)の含有割合を3モル%以上とすることで、当該感放射線性樹脂組成物から形成されるレジスト被膜のアルカリ現像液及びリンス液に対する溶解性が向上し好ましい。
[A]重合体は、構造単位(I)に加えて、構造単位(II)及び構造単位(III)からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造単位を有することが好ましい。これにより[A]重合体を用いた当該感放射線性樹脂組成物から形成されるレジスト被膜表面の動的接触角をさらに高くすることができ、その結果、露光時の被膜表面の水切れ性をさらに向上させることができる。
<構造単位(II)>
[A]重合体は、上記式(2)で表される構造単位(II)を有することが好ましい。[A]重合体は、フッ素原子を含有する構造単位(II)をさらに有することで疎水性が上がるため、当該感放射線性樹脂組成物から形成されたレジスト被膜表面の動的接触角をさらに向上させることができる。
上記式(2)中、Rは、水素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。Gは、単結合、酸素原子、硫黄原子、−CO−O−、−SO−O−NH−、−CO−NH−又は−O−CO−NH−である。Rは、少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数1〜6の1価の鎖状炭化水素基、少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数4〜20の1価の脂肪族環状炭化水素基又は少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数6〜20の1価の芳香族炭化水素基である。
上記Rとしては、メチル基が好ましい。
上記Rで表される少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数1〜6の鎖状炭化水素基としては、例えば、トリフルオロメチル基、2,2,2−トリフルオロエチル基、パーフルオロエチル基、2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピル基、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロピル基、パーフルオロn−プロピル基、パーフルオロi−プロピル基、パーフルオロn−ブチル基、パーフルオロi−ブチル基、パーフルオロt−ブチル基、2,2,3,3,4,4,5,5−オクタフルオロペンチル基、パーフルオロヘキシル基等が挙げられる。
上記Rで表される少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数4〜20の脂肪族環状炭化水素基としては、例えば、モノフルオロシクロペンチル基、ジフルオロシクロペンチル基、パーフルオロシクロペンチル基、モノフルオロシクロヘキシル基、ジフルオロシクロペンチル基、パーフルオロシクロヘキシルメチル基、フルオロノルボルニル基、フルオロアダマンチル基、フルオロボルニル基、フルオロイソボルニル基、フルオロトリシクロデシル基、フルオロテトラシクロデシル基等が挙げられる。
上記Rで表される少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数6〜20の1価の芳香族炭化水素基としては、例えばフルオロフェニル基、ジフルオロフェニル基、トリフルオロフェニル基、トリフルオロメチルフェニル基、ジ(トリフルオロメチル)フェニル基、トリ(トリフルオロメチル)フェニル基、フルオロナフチル基、ジフルオロナフチル基、トリフルオロメチルナフチル基、ジ(トリフルオロメチル)ナフチル基等が挙げられる。
上記構造単位(II)を与える単量体としては、例えば、トリフルオロメチル(メタ)アクリル酸エステル、2,2,2−トリフルオロエチル(メタ)アクリル酸エステル、パーフルオロエチル(メタ)アクリル酸エステル、パーフルオロn−プロピル(メタ)アクリル酸エステル、パーフルオロi−プロピル(メタ)アクリル酸エステル、パーフルオロn−ブチル(メタ)アクリル酸エステル、パーフルオロi−ブチル(メタ)アクリル酸エステル、パーフルオロt−ブチル(メタ)アクリル酸エステル、2−(1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロピル)(メタ)アクリル酸エステル、1−(2,2,3,3,4,4,5,5−オクタフルオロペンチル)(メタ)アクリル酸エステル、パーフルオロシクロヘキシルメチル(メタ)アクリル酸エステル、1−(2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピル)(メタ)アクリル酸エステル、モノフルオロシクロペンチル(メタ)アクリル酸エステル、ジフルオロシクロペンチル(メタ)アクリル酸エステル、パーフルオロシクロペンチル(メタ)アクリル酸エステル、モノフルオロシクロヘキシル(メタ)アクリル酸エステル、ジフルオロシクロペンチル(メタ)アクリル酸エステル、パーフルオロシクロヘキシルメチル(メタ)アクリル酸エステル、フルオロノルボルニル(メタ)アクリル酸エステル、フルオロアダマンチル(メタ)アクリル酸エステル、フルオロボルニル(メタ)アクリル酸エステル、フルオロイソボルニル(メタ)アクリル酸エステル、フルオロトリシクロデシル(メタ)アクリル酸エステル、フルオロテトラシクロデシル(メタ)アクリル酸エステル、フルオロフェニル(メタ)アクリル酸エステル、ジフルオロフェニル(メタ)アクリル酸エステル、トリフルオロフェニル(メタ)アクリル酸エステル、トリフルオロメチルフェニル(メタ)アクリル酸エステル、ジ(トリフルオロメチル)フェニル(メタ)アクリル酸エステル、トリ(トリフルオロメチル)フェニル(メタ)アクリル酸エステル、フルオロナフチル(メタ)アクリル酸エステル、ジフルオロナフチル(メタ)アクリル酸エステル、トリフルオロメチルナフチル(メタ)アクリル酸エステル、ジ(トリフルオロメチル)ナフチル(メタ)アクリル酸エステル等が挙げられる。
上記構造単位(II)の含有割合は、[A]重合体を構成する全構造単位に対して、0〜50モル%が好ましく、0〜40モル%がさらに好ましく、5〜35モル%が特に好ましい。このような含有割合にすることによって液浸露光時においてレジスト被膜表面のより高い動的接触角を発現させることができる。なお、[A]重合体は、構造単位(II)を1種単独で、又は2種以上を組み合わせて有していてもよい。
<構造単位(III)>
[A]重合体は、上記式(3)で表される構造単位(III)を有することが好ましい。[A]重合体は、フッ素原子を含有する構造単位(III)をさらに有することで疎水性が上がるため、当該感放射線性樹脂組成物から形成されたレジスト被膜表面の動的接触角をさらに向上させることができる。
上記式(3)中、Rは、水素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。Rは、炭素数1〜20の(m+1)価の炭化水素基であり、RのR側の末端に酸素原子、硫黄原子、−NR’−、カルボニル基、−CO−O−又は−CO−NH−が結合された構造のものも含む。R’は、水素原子又は1価の有機基である。Rは、単結合、炭素数1〜10の2価の鎖状炭化水素基又は炭素数4〜20の2価の脂肪族環状炭化水素基である。Xは、少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数1〜20の2価の鎖状炭化水素基である。Aは、酸素原子、−NR’’−、−CO−O−**又は−SO−O−**である。R’’は、水素原子又は1価の有機基である。**は、Rに結合する部位を示す。Rは、水素原子又は1価の有機基である。mは、1〜3の整数である。但し、mが2又は3の場合、複数のR、X、A及びRはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。
上記Rとしては、メチル基が好ましい。
上記Rで表される炭素数1〜20の(m+1)価の炭化水素基としては、例えば、上記式(1)のXで表される(n+1)の連結基として例示した基のうち、炭素数1〜20の基等が挙げられる。これらの中で、炭素数1〜8の直鎖状及び分岐状の鎖状飽和炭化水素、炭素数2〜6の鎖状不飽和炭化水素、炭素数5〜12の脂肪族環状炭化水素並びに炭素数6〜15の芳香族炭化水素から(m+1)個の水素原子を除いた炭化水素基が好ましい。
上記mとしては、1又は2が好ましく、1がより好ましい。
上記Rで表される炭素数1〜20の(m+1)価の炭化水素基としては、2価又は3価の鎖状炭化水素基又は脂肪族環状炭化水素基が好ましく、2価の鎖状炭化水素基又は脂肪族環状炭化水素基がより好ましい。
mが1の場合の上記式Rで表される2価の炭化水素基としては、炭素数1〜8の直鎖状又は分岐状の2価の鎖状飽和炭化水素基、炭素数5〜12の2価の脂肪族環状炭化水素基が好ましく、メタンジイル基、エタンジイル基、プロパンジイル基、ブタンジイル基、シクロペンタンジイル基、シクロヘキサンジイル基、ノルボルナンジイル基、アダマンタンジイル基がより好ましく、エタンジイル基、プロパンジイル基がさらに好ましく、プロパンジイル基が特に好ましい。
mが2の場合の上記式Rで表される3価の炭化水素基としては、炭素数1〜8の直鎖状又は分岐状の3価の鎖状飽和炭化水素基、炭素数5〜12の3価の脂肪族環状炭化水素基が好ましく、メタントリイル基、エタントリイル基、プロパントリイル基、ブタントリイル基、シクロペンタントリイル基、シクロヘキサントリイル基、ノルボルナントリイル基、アダマンタントリイル基がより好ましく、エタントリイル、プロパントリイル基がさらに好ましく、プロパントリイル基が特に好ましい。
上記R’で表される1価の有機基としては、例えば、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、アラルキル基、これらの基の1以上とエーテル基、カルボニル基、エステル基、アミド基、ウレタン基、ウレア基、エーテル基、カーボネート基、イミノ基又はチオエーテル基とを組み合せた基等が挙げられる。
上記Rで表される炭素数1〜10の2価の鎖状炭化水素基としては、例えば、メタンジイル基、エタンジイル基、プロパンジイル基、ブタンジイル基等が挙げられる。
上記Rで表される炭素数4〜20の2価の脂肪族環状炭化水素基としては、例えば、シクロブタンジイル基、シクロペンタンジイル基、シクロヘキサンジイル基、ノルボルナンジイル基、アダマンタンジイル基等が挙げられる。
上記Rが水素原子であると、[A]重合体のアルカリ現像液に対する溶解性を向上させることができる点で好ましい。
上記Rで表される1価の有機基としては、例えば、酸解離性基、アルカリ解離性基又は置換基を有していてもよい炭素数1〜30の炭化水素基等が挙げられる。
「酸解離性基」とは、例えば、ヒドロキシル基、カルボキシル基等の極性官能基中の水素原子を置換する基であって、酸の存在下で解離する基をいう。これにより、構造単位(III)は、酸の作用によって極性基を生じることとなる。従って、上記Rが酸解離性基の場合には、後述するレジストパターン形成方法における露光工程において露光された部分のアルカリ現像液に対する溶解性を高くすることができる点で好ましい。
「アルカリ解離性基」とは、例えば、ヒドロキシル基、カルボキシル基等の極性官能基中の水素原子を置換する基であって、アルカリの存在下(例えば、23℃のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)2.38質量%水溶液中)で解離する基をいう。これにより、構造単位(III)は、アルカリの作用によって極性基を生じることとなる。従って上記Rがアルカリ解離性基の場合には、アルカリ現像液に対する溶解性を向上させられると共に、現像後におけるレジスト被膜表面の疎水性をより低下させられる点で好ましい。
上記酸解離性基としては、例えば、t−ブトキシカルボニル基、テトラヒドロピラニル基、テトラヒドロフラニル基、(チオテトラヒドロピラニルスルファニル)メチル基、(チオテトラヒドロフラニルスルファニル)メチル基や、アルコキシ置換メチル基、アルキルスルファニル置換メチル基等が挙げられる。なお、アルコキシ置換メチル基におけるアルコキシル基(置換基)としては、例えば、炭素数1〜4のアルコキシル基がある。また、アルキルスルファニル置換メチル基におけるアルキル基(置換基)としては、例えば、炭素数1〜4のアルキル基がある。また、酸解離性基としては、後述する構造単位(IV)の項に記載した式(Y−1)で表される基であってもよい。これらの中でも、上記Aが酸素原子又は−NR’’−の場合はt−ブトキシカルボニル基又はアルコキシ置換メチル基が好ましい。また、上記Aが−CO−O−の場合、後述する構造単位(IV)の項に記載した式(Y−1)で表される基であることが好ましい。
アルカリ解離性基としては、例えば、下記式(W−1)〜(W−4)で表される基等が挙げられる。これらの中でも、上記Aが酸素原子又は−NR’’−の場合は下記式(W−1)で表される基が好ましい。また、上記Aが−CO−O−の場合、下記式(W−2)〜(W−4)で表される基が好ましい。
Figure 2012053461
上記式(W−1)中、Rfは、上記式(i)におけるRと同義である。
上記式(W−2)及び(W−3)中、R41は、置換基である。m1は、0〜5の整数である。m2は、0〜4の整数である。但し、R41が複数ある場合、複数のR41は同一でも異なっていてもよい。
上記式(W−4)中、R42及びR43は、それぞれ独立して、水素原子又は炭素数1〜10のアルキル基である。但し、R42及びR43が互いに結合して炭素数4〜20の脂肪族環状炭化水素構造を形成してもよい。
上記R41で表される置換基としては、例えば、上記構造単位(I−1)におけるXで表される連結基が有する置換基の例と同じ基等が挙げられる。
また、R42及びR43が互いに結合してそれらが結合する炭素原子と共に形成する脂肪族環状炭化水素構造としては、例えば、シクロペンチル基、シクロペンチルメチル基、1−(1−シクロペンチルエチル)基、1−(2−シクロペンチルエチル)基、シクロヘキシル基、シクロヘキシルメチル基、1−(1−シクロヘキシルエチル)基、1−(2−シクロヘキシルエチル基)、シクロヘプチル基、シクロヘプチルメチル基、1−(1−シクロヘプチルエチル)基、1−(2−シクロヘプチルエチル)基、2−ノルボルニル基等が挙げられる。
式(W−4)として表される基としては、例えば、メチル基、エチル基、1−プロピル基、2−プロピル基、1−ブチル基、2−ブチル基、1−ペンチル基、2−ペンチル基、3−ペンチル基、1−(2−メチルブチル)基、1−(3−メチルブチル)基、2−(3−メチルブチル)基、ネオペンチル基、1−ヘキシル基、2−ヘキシル基、3−ヘキシル基、1−(2−メチルペンチル)基、1−(3−メチルペンチル)基、1−(4−メチルペンチル)基、2−(3−メチルペンチル)基、2−(4−メチルペンチル)基、3−(2−メチルペンチル)基等が挙げられる。これらの中でも、メチル基、エチル基、1−プロピル基、2−プロピル基、1−ブチル基、2−ブチル基が好ましい。
上記Xで表される少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数1〜20の2価の鎖状炭化水素基としては、例えば、下記式(X2−1)〜(X2−6)で表される基等が挙げられる。
Figure 2012053461
上記Xとしては、上記Aが酸素原子の場合には、上記式(X2−1)で表される基が好ましい。また、上記Aが−CO−O−の場合には、上記式(X2−2)〜(X2−6)で表される基が好ましく、上記式(X2−2)で表される基がさらに好ましい。
なお、mが2又は3の場合、複数のRはRの同一の炭素原子に結合していてもよいし、異なる炭素原子に結合していてもよい。
上記構造単位(III)としては、例えば、下記式(3−1a)〜(3−1c)で表される構造単位等が挙げられる。
Figure 2012053461
上記式(3−1a)〜(3−1c)中、X、R及びmは、上記式(3)と同義である。Rは、炭素数1〜20の2価の直鎖状、分岐状若しくは環状の飽和若しくは不飽和の炭化水素基である。mが2又は3である場合、複数のX及びRはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。
構造単位(III)を与える単量体としては、例えば、下記式(3m−1)〜(3m−6)で表される化合物等が挙げられる。
Figure 2012053461
上記式(3m−1)〜(3m−6)中、R及びRは、上記式(3)と同義である。
上記構造単位(III)の含有割合は、[A]重合体を構成する全構造単位に対して、0〜90モル%が好ましく、10〜85モル%がさらに好ましく、20〜35モル%が特に好ましい。このような含有割合にすることによって、当該感放射線性樹脂組成物から形成されたレジスト被膜表面は、アルカリ現像において動的接触角の低下度を向上させることができる。なお、[A]重合体は、構造単位(III)を1種単独で、又は2種以上を組み合わせて有してもよい。
<構造単位(IV)>
上記[A]重合体は、下記式(4)で表される構造単位(IV)を有していてもよい。[A]重合体が構造単位(IV)を含むことにより、現像後のレジストパターンの形状をより改善させることができる。
Figure 2012053461
上記式(4)中、Rは、水素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。Yは、酸解離性基である。
上記Rとしては、メチル基が好ましい。
上記Yで表される酸解離性基としては、下記式(Y−1)で表される基が好ましい。
Figure 2012053461
上記式(Y−1)中、R、R及びRは、それぞれ独立して、炭素数1〜4のアルキル基又は炭素数4〜20の1価の脂肪族環状炭化水素基である。但し、R及びRは、互いに結合してそれらが結合している炭素原子と共に炭素数4〜20の2価の脂肪族環状炭化水素基を形成してもよい。
上記R、R及びRで表される炭素数1〜4のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基等が挙げられる。
また、上記R、R及びRで表される炭素数4〜20の1価の脂肪族環状炭化水素基、又は上記R及びRが互いに結合してそれらが結合している炭素原子と共に形成される炭素数4〜20の2価の脂肪族環状炭化水素基としては、例えば、アダマンタン骨格、ノルボルナン骨格等の有橋式骨格や、シクロペンタン、シクロヘキサン等のシクロアルカン骨格を有する脂環式炭化水素;この脂環式炭化水素の有する水素原子の一部又は全部を、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基等の炭素数1〜10の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルキル基の1種又は1個以上で置換した脂環式炭化水素から1個又は2個の水素原子を除いた基等が挙げられる。これらの中でも、現像後のレジストパターンの形状をより改善させることができる点でシクロアルカン骨格を有する脂環式炭化水素基から1個又は2個の水素原子を除いた基が好ましい。
上記構造単位(IV)としては、例えば、下記式(4−1)〜(4−4)で表される構造単位等が挙げられる。
Figure 2012053461
上記式(4−1)〜(4−4)中、Rは、上記式(4)と同義である。R、R及びRは、それぞれ独立して、上記式(Y−1)と同義である。rは、それぞれ独立して、1〜3の整数である。
上記構造単位(IV)の含有割合は、[A]重合体を構成する全構造単位に対して、0〜60モル%が好ましく、5〜55モル%がさらに好ましく、10〜50モル%が特に好ましい。このような含有割合にすることによって現像後のレジストパターン形状をさらに改善することができる。なお、[A]重合体は、構造単位(IV)を1種単独で又は2種以上を組み合わせて有してもよい。
<構造単位(V)>
上記[A]重合体は、アルカリ可溶性基を有する構造単位(以下、「構造単位(V)」ともいう。)を有していてもよい。[A]重合体が構造単位(V)を含むことにより、現像液に対する親和性を向上させることができる。
上記構造単位(V)におけるアルカリ可溶性基は、現像液に対する溶解性向上の観点から、pKaが4〜11の水素原子を有する官能基であることが好ましい。このような官能基としては、例えば、下記式(5s−1)で表される官能基、下記式(5s−2)で表される官能基等が挙げられる。
Figure 2012053461
上記式(5s−1)中、Rは、少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数1〜10の炭化水素基である。
上記Rとして表される少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数1〜10の炭化水素基としては、例えば、炭素数1〜10の炭化水素基の有する一部又は全部の水素原子がフッ素原子に置換された基等が挙げられる。これらの中でも、トリフルオロメチル基が好ましい。
上記構造単位(V)としては、例えば、下記式(5−1)及び(5−2)で表される構造単位等が挙げられる。
Figure 2012053461
上記式(5−1)及び(5−2)中、Rは、水素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。Rは、上記式(5s−1)と同義である。R10は、単結合、又は炭素数1〜20の2価の直鎖状、分岐状若しくは環状の、飽和若しくは不飽和の炭化水素基である。上記式(5−2)中、R11は、2価の連結基である。kは0又は1である。
上記Rとしては、メチル基が好ましい。
上記R11で表される2価の連結基としては、例えば、上記構造単位(I)におけるXで表される2価の連結基として例示したものと同様の基等が挙げられる。
上記構造単位(V)としては、例えば、下記式(5−1a)、(5−1b)、(5−2a)〜(5−2e)で表される構造単位等が挙げられる。
Figure 2012053461
上記式(5−1a)、(5−1b)及び(5−2a)〜(5−2e)中、Rは、それぞれ独立して、上記式(5−1)及び(5−2)と同義である。
上記構造単位(V)を与える単量体としては、特に限定されないが、メタクリル酸、アクリル酸、α−トリフルオロアクリル酸が好ましい。
上記構造単位(V)の含有割合としては、[A]重合体を構成する全構造単位に対して通常50モル%以下であり、5〜30モル%が好ましく、5〜20モル%がさらに好ましい。このような含有割合にすることによって、液浸露光時における撥水性の確保と現像時における現像液への親和性向上をバランス良く達成することができる。
<構造単位(VI)>
[A]重合体は、下記式(6)で表される構造単位(VI)を有していてもよい。[A]重合体が構造単位(VI)を有することにより、現像液に対する親和性を向上させることができる。
Figure 2012053461
上記式(6)中、Rは、水素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。RL1は、単結合又は2価の連結基である。RLcは、ラクトン構造を有する1価の有機基又は環状カーボネート構造を有する1価の有機基である。
上記Rとしては、メチル基が好ましい。
上記RL1で表される2価の連結基としては、例えば、上記構造単位(I)におけるXで表される2価の連結基として例示したものと同様の基等が挙げられる。
上記RLcで表されるラクトン構造を有する1価の有機基としては、例えば、下記式(Lc−1)〜(Lc−6)で表される基等が挙げられる。
Figure 2012053461
上記式(Lc−1)〜(Lc−6)中、RLc1は、それぞれ独立して、酸素原子又はメチレン基である。RLc2は、水素原子又は炭素数1〜4のアルキル基である。nLc1は、それぞれ独立して、0又は1である。nLc2は、0〜3の整数である。*は、上記RL1に結合する部位を示す。また、式(Lc−1)〜(Lc−6)で表される基は置換基を有していてもよい。
上記式(Lc−1)〜(Lc−6)で表される基が有する置換基としては、例えば、上記構造単位(I−1)におけるXで表される連結基が有する置換基の例等が挙げられる。
構造単位(VI)としては、例えば、特開2007−304537号公報[0054]〜[0057]段落に記載の構造単位、特開2008−088343号公報[0086]〜[0088]段落に記載の構造単位、下記式(6−1a)〜(6−1l)で表される構造単位等が挙げられる。
Figure 2012053461
上記式(6−1a)〜(6−1l)中、Rは、上記式(6)と同義である。
上記構造単位(VI)を与える単量体としては、国際公開2007/116664号パンフレット[0043]段落に記載の単量体等が挙げられる。
上記構造単位(VI)のうち、環状カーボネート構造を有する構造単位としては、例えば、下記式(6−2a)で表される構造単位等が挙げられる。
Figure 2012053461
上記式(6−2a)中、Rは、上記式(6)と同義である。Dは、炭素数1〜30の3価の鎖状炭化水素基、炭素数3〜30の3価の脂肪族環状炭化水素基又は炭素数6〜30の3価の芳香族炭化水素基である。Dは、その骨格中に酸素原子、カルボニル基、−NH−を有していてもよい。また、Dは置換基を有していてもよい。
上記Dで表される基が有していてもよい置換基としては、例えば、上記構造単位(I−1)におけるXで表される連結基が有する置換基の例等が挙げられる。
上記式(6−2a)で表される構造単位を与える単量体は、例えば、Tetrahedron Letters,Vol.27,No.32 p.3741(1986)、Organic Letters,Vol.4,No.15 p.2561(2002)等に記載の従来公知の方法により合成することができる。
上記式(6−2a)で表される構造単位としては、下記式(6−2a−1)〜(6−2a−22)で表される構造単位が好ましい。
Figure 2012053461
上記式(6−2a−1)〜(6−2a−22)中、Rは、上記式(6−2a)と同義である。
上記構造単位(VI)の含有割合としては、[A]重合体を構成する全構造単位に対して、通常50モル%以下であり、5〜40モル%が好ましく、5〜20モル%がさらに好ましい。このような含有割合にすることによって、液浸露光時における高い動的接触角と共に、現像による動的接触角の十分な低下を達成することができる。
<構造単位(VII)>
[A]重合体は、下記式(7)で表される構造単位(VII)を有していてもよい。[A]重合体が構造単位(VII)を有することにより、現像液に対する親和性を向上させることができる。
Figure 2012053461
上記式(7)中、Rは、水素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。R71は、フッ素原子を有さない2価の連結基である。R72は、アルカリ解離性基である。
上記Rとしては、メチル基が好ましい。
上記R71で表されるフッ素原子を有さない2価の連結基としては、例えば、上記構造単位(I)におけるXで表される2価の連結基として例示したもののうちフッ素原子を有さないもの等が挙げられる。
上記R72としては、例えば、上記式(W−2)〜(W−4)で表される基等が挙げられる。
構造単位(VII)としては、例えば、下記式で表される構造単位等が挙げられる。
Figure 2012053461
上記式(7−1)〜(7−6)中、Rは、上記式(7)と同義である。
上記構造単位(VII)の含有割合は、[A]重合体を構成する全構造単位に対して、通常50モル%以下であり、5〜40モル%が好ましく、5〜20モル%がさらに好ましい。このような含有割合にすることによって、液浸露光時における高い動的接触角と共に現像による動的接触角の十分な低下を達成することができる。
[A]重合体の含有量としては、当該感放射線性樹脂組成物における[A]重合体と必要に応じて含有させる他の重合体とを合わせた全重合体に対して、0.1〜20質量%が好ましく、0.3〜10質量%がより好ましく、0.5〜8質量%がさらに好ましい。[A]重合体の含有量が0.1質量%未満であると、当該組成物から得られるレジスト被膜の動的接触角に場所によるムラが生じるおそれがある。一方、この含有量が20質量%を超えると、露光部と未露光部でレジスト被膜の溶解差が小さくなるため、パターン形状が悪化するおそれがある。
<[A]重合体の製造方法>
上記[A]重合体は、ラジカル重合等の常法に従って合成することができる。例えば、(1)単量体及びラジカル開始剤を含有する溶液を、反応溶媒又は単量体を含有する溶液に滴下して重合反応させる方法;(2)単量体を含有する溶液とラジカル開始剤を含有する溶液とを各別に、反応溶媒又は単量体を含有する溶液に滴下して重合反応させる方法;(3)各々の単量体を含有する、複数種の溶液と、ラジカル開始剤を含有する溶液とを各別に、反応溶媒又は単量体を含有する溶液に滴下して重合反応させる方法;等の方法で合成することが好ましい。
なお、単量体溶液に対して、単量体溶液を滴下して反応させる場合、滴下される単量体溶液中の単量体量は、重合に用いられる単量体総量に対して30モル%以上であることが好ましく、50モル%以上であることがさらに好ましく、70モル%以上であることが特に好ましい。
これらの方法における反応温度は開始剤種によって適宜決定すればよい。通常、30〜150℃であり、40〜150℃が好ましく、50〜140℃がさらに好ましい。滴下時間は、反応温度、開始剤の種類、反応させる単量体等の条件によって異なるが、通常、30分〜8時間であり、45分〜6時間が好ましく、1〜5時間がさらに好ましい。また、滴下時間を含む全反応時間も、滴下時間と同様に条件により異なるが、通常、30分〜12時間であり、45分〜12時間が好ましく、1〜10時間がさらに好ましい。
上記重合に使用されるラジカル開始剤としては、アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)、2,2’−アゾビス(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス(2−シクロプロピルプロピオニトリル)、2,2’−アゾビス(2,4−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)等のアゾ系ラジカル開始剤;ベンゾイルパーオキサイド、t−ブチルハイドロパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド等の過酸化物系ラジカル開始剤等を挙げることができる。これらの中でジメチル2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)が好ましい。これらのラジカル開始剤は単独で又は2種以上を混合して使用することができる。
重合溶媒としては、重合を阻害する溶媒(重合禁止効果を有するニトロベンゼン、連鎖移動効果を有するメルカプト化合物等)以外の溶媒であって、その単量体を溶解可能な溶媒であれば使用することができる。例えば、アルコール類、エーテル類、ケトン類、アミド類、エステル・ラクトン類、ニトリル類及びその混合溶媒等を挙げることができる。これらの溶媒は、単独で又は2種以上を混合して使用することができる。
重合反応により得られた重合体は、再沈殿法により回収することが好ましい。すなわち重合反応終了後、重合液を再沈溶媒に投入することにより、目的の重合体を粉体として回収する。再沈溶媒としては、アルコール類やアルカン類等を単独で又は2種以上を混合して使用することができる。また、再沈殿法の他に、分液操作やカラム操作、限外ろ過操作等により、単量体、オリゴマー等の低分子成分を除去して、重合体を回収することもできる。
上記[A]重合体のゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)によるポリスチレン換算重量平均分子量(Mw)は、特に限定されないが、1,000〜50,000であることが好ましく、1,000〜40,000であることがさらに好ましく、1,000〜30,000であることが特に好ましい。[A]重合体のMwが1,000未満であると、十分な動的接触角を有するレジスト被膜を得ることができないおそれがある。一方、[A]重合体のMwが50,000を超えると、レジスト被膜の現像性が低下するおそれがある。
また、[A]重合体のGPCによるポリスチレン換算数平均分子量(Mn)に対するMwの比(Mw/Mn)は、通常、1.0〜5.0であり、1.0〜4.0であることが好ましく、1.0〜2.0であることがさらに好ましい。
<[B]酸発生体>
当該感放射線性樹脂組成物を構成する[B]酸発生体としては、例えば、スルホニウム塩やヨードニウム塩等のオニウム塩化合物、有機ハロゲン化合物、ジスルホン類やジアゾメタンスルホン類等のスルホン化合物等が挙げられる。[B]酸発生体の当該感放射線性樹脂組成物における含有形態としては、後述するような化合物である酸発生剤(以下、適宜「[B]酸発生剤」と称する)の形態でも、[A]重合体や後述する[C]重合体等他の重合体の一部として組み込まれた酸発生基の形態でも、これらの両方の形態でもよい。
[B]酸発生剤としては、例えば、特開2009−134088号公報の段落[0080]〜[0113]に記載されている化合物等が挙げられる。
[B]酸発生剤としては、上記以外にも、例えばジフェニルヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムアダマンチルカルボニルオキシ−1,1,2,2−テトラフルオロ−n−ヘキサンスルホネート、シクロヘキシル・2−オキソシクロヘキシル・メチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、ジシクロヘキシル・2−オキソシクロヘキシルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、2−オキソシクロヘキシルジメチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、4−ヒドロキシ−1−ナフチルジメチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、
4−ヒドロキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、4−ヒドロキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、4−ヒドロキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、1−(1−ナフチルアセトメチル)テトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、1−(1−ナフチルアセトメチル)テトラヒドロチオフェニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、1−(1−ナフチルアセトメチル)テトラヒドロチオフェニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、1−(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)テトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、1−(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)テトラヒドロチオフェニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、1−(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)テトラヒドロチオフェニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、
トリフルオロメタンスルホニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボジイミド、ノナフルオロ−n−ブタンスルホニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボジイミド、パーフルオロ−n−オクタンスルホニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボジイミド、N−ヒドロキシスクシイミドトリフルオロメタンスルホネート、N−ヒドロキシスクシイミドノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、N−ヒドロキシスクシイミドパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、1,8−ナフタレンジカルボン酸イミドトリフルオロメタンスルホネート等が挙げられる。
[B]酸発生剤としては、これらの中で、オニウム塩化合物が好ましく、スルホニウム塩がより好ましく、トリフェニルスルホニウムアダマンチルカルボニルオキシ−1,1,2,2−テトラフルオロ−n−ヘキサンスルホネートがさらに好ましい。
[B]酸発生体は、単独で又は2種以上を混合して使用できる。[B]酸発生体の含有量は、レジストとしての感度及び現像性を確保する観点から、当該感放射線性樹脂組成物に含まれる重合体の総量100質量部に対して、0.1〜30質量部であることが好ましく、0.1〜20質量部であることがさらに好ましい。この場合、酸発生体の配合量が0.1質量部未満では、感度及び現像性が低下する傾向があり、一方、30質量部を超えると、放射線に対する透明性が低下して、矩形のレジストパターンが得られ難くなる傾向がある。
<[C]重合体>
[C]重合体は、[A]重合体よりもフッ素原子含有率が小さく、かつ酸解離性基を有する重合体である。[C]重合体は、酸解離性基を有してことにより、酸の作用前はアルカリ不溶性又はアルカリ難溶性であり、[B]酸発生体等から発生する酸の作用により酸解離性基が脱離するとアルカリ可溶性となる。[C]重合体は本発明の感放射線性樹脂組成物において、ベース樹脂となる成分である。重合体が「アルカリ不溶性又はアルカリ難溶性」であるとは、当該感放射線性樹脂組成物を用いて形成したレジスト被膜からレジストパターンを形成する際に採用されるアルカリ現像条件下で、レジスト被膜に代えてこのような重合体のみを用いた膜厚100nmの被膜を現像した場合に、被膜の初期膜厚の50%以上が現像後に残存する性質をいう。
また、[C]重合体のフッ素原子含有率が[A]重合体のフッ素原子含有率よりも小さいので、[C]重合体及び[A]重合体を含む感放射線性樹脂組成物によって形成されたレジスト被膜において、[A]重合体がその表層に偏在化する傾向がより強くなるため、[A]重合体の疎水性、それに起因する動的接触角、及びアルカリ現像液及びリンス液への溶解性に関する特性がより効果的に発揮される。なお、このフッ素原子含有率(質量%)は13C−NMRにより重合体の構造を分析し、その結果から算出することができる。
[C]重合体は、上述の性質を有する重合体である限り、その具体的な構造は特に限定されるものではないが、[A]重合体についての上記式(3)で表される構造単位(III)及び/又は上記式(6)で表される構造単位(VI)を有することが好ましい。
<構造単位(III)>
上記構造単位(III)の含有割合としては、[C]重合体を構成する全構造単位に対して、0〜30モル%が好ましく、0〜15モル%であることがさらに好ましい。含有割合が30モル%を超えると、基板との密着性が不十分となりパターンが剥がれてしまうおそれがある。
<構造単位(VI)>
上記構造単位(VI)の含有割合としては、[C]重合体を構成する全構造単位に対して、5〜75モル%が好ましく、15〜65モル%がさらに好ましく、25〜55モル%が特に好ましい。含有割合が5モル%未満であるとレジストとして基板との密着性が不十分となり、パターンが剥がれてしまうおそれがある。一方、含有割合が75モル%を超えると、溶解した後のコントラストが損なわれ、パターン形状が低下するおそれがある。
<他の構造単位>
[C]重合体は、上記フッ素原子含有割合を有する限り、構造単位(III)及び構造単位(VI)以外の他の構造単位を有するものであってもよい。他の構造単位を与える単量体としては、例えば、国際公開第2007/116664号[0065]〜[0085段落に記載の単量体等が挙げられる。
他の構造単位としては、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシプロピル、又は(メタ)アクリル酸3−ヒドロキシプロピルに由来する構造単位;上記構造単位(V);下記式(o−1)で表される構造単位が好ましい。
Figure 2012053461
上記式(o−1)中、Rは水素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。Ro1は2価の連結基である。
上記Rとしては、メチル基が好ましい。
上記Ro1で表される2価の連結基としては、例えば、上記構造単位(I)におけるXで表される2価の連結基の例と同様の基等を挙げることができる。
上記式(o−1)で表される構造単位としては、例えば、下記式(o−1a)〜(o−1h)で表される構造単位等が挙げられる。
Figure 2012053461
上記式(o−1a)〜(o−1h)中、Rは、上記式(o−1)と同義である。
[C]重合体のMwは、通常、3,000〜300,000であり、好ましくは4,000〜200,000であり、さらに好ましくは4,000〜100,000である。Mwが3,000未満であると、レジストとしての耐熱性が低下するおそれがある。一方、Mwが300,000を超えると、レジストとしての現像性が低下するおそれがある。
<[D]酸拡散制御体>
本発明の感放射線性樹脂組成物は、必要に応じて、[D]成分として、酸拡散制御体を含有することができる。[D]酸拡散制御体としては、例えば、下記式(8)で表される化合物(以下、「含窒素化合物(I)」という。)、同一分子内に窒素原子を2個有する化合物(以下、「含窒素化合物(II)」という。)、窒素原子を3個以上有する化合物(以下、「含窒素化合物(III)」という。)、アミド基含有化合物、ウレア化合物、含窒素複素環化合物等を挙げることができる。酸拡散制御体を含有すると、レジストとしてのパターン形状や寸法忠実度を向上させることができる。[D]酸拡散制御体の当該感放射線性樹脂組成物における含有形態としては、後述するような化合物である酸拡散制御剤の形態でも、[A]重合体や[C]重合体等他の重合体の一部として組み込まれた酸拡散制御基の形態でも、これらの両方の形態でもよい。
Figure 2012053461
上記式(8)中、R12〜R14は、それぞれ独立して、水素原子、置換されていてもよい直鎖状、分岐状若しくは環状のアルキル基、アリール基又はアラルキル基である。
含窒素化合物(I)としては、例えば、n−ヘキシルアミン等のモノアルキルアミン類;ジ−n−ブチルアミン等のジアルキルアミン類;トリエチルアミン等のトリアルキルアミン類;アニリン等の芳香族アミン類等が挙げられる。
含窒素化合物(II)としては、例えば、エチレンジアミン、N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン等が挙げられる。
含窒素化合物(III)としては、例えば、ポリエチレンイミン、ポリアリルアミン、ジメチルアミノエチルアクリルアミドの重合体等が挙げられる。
アミド基含有化合物としては、例えば、ホルムアミド、N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、アセトアミド、N−メチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、プロピオンアミド、ベンズアミド、ピロリドン、N−メチルピロリドン等が挙げられる。
ウレア化合物としては、例えば尿素、メチルウレア、1,1−ジメチルウレア、1,3−ジメチルウレア、1,1,3,3−テトラメチルウレア、1,3−ジフェニルウレア、トリブチルチオウレア等が挙げられる。
含窒素複素環化合物としては、例えば、ピリジン、2−メチルピリジン等のピリジン類;ピラジン、ピラゾール等が挙げられる。
また上記含窒素有機化合物として、酸解離性基を有する化合物を用いることもできる。このような酸解離性基を有する含窒素有機化合物としては、例えば、N―(t−ブトキシカルボニル)ピペリジン、N―(t−ブトキシカルボニル)イミダゾール、N―(t−ブトキシカルボニル)ベンズイミダゾール、N―(t−ブトキシカルボニル)−2−フェニルベンズイミダゾール、N―(t−ブトキシカルボニル)ジ−n−オクチルアミン、N―(t−ブトキシカルボニル)ジエタノールアミン、N―(t−ブトキシカルボニル)ジシクロヘキシルアミン、N―(t−ブトキシカルボニル)ジフェニルアミン、N−(t−ブトキシカルボニル)−4−ヒドロキシピペリジン等が挙げられる。
また、酸拡散制御体としては、下記式(9)で表される化合物を用いることもできる。
・・・(9)
上記式(9)中、Xは、下記式(9−1−1)又は(9−1−2)で表されるカチオンである。Zは、OH、Rd1−COOで表されるアニオン、Rd1−SO で表されるアニオン又はRd1−N−SO−Rd2で表されるアニオンである。但し、Rd1は、置換されていてもよいアルキル基、1価の脂肪族環状炭化水素基又はアリール基である。Rd2は、一部又は全部の水素原子がフッ素原子で置換されたアルキル基若しくは1価の脂肪族環状炭化水素基である。
Figure 2012053461
上記式(9−1−1)中、Rd3〜Rd5は、それぞれ独立に水素原子、アルキル基、アルコキシ基、水酸基、又はハロゲン原子である。上記式(9−1−2)中、Rd6及びRd7は、それぞれ独立して、水素原子、アルキル基、アルコキシル基、水酸基又はハロゲン原子である。
上記式(9)で表される化合物は、露光により分解して酸拡散制御性を失う酸拡散制御体(以下、「光分解性酸拡散制御体」ともいう。)として用いられるものである。この化合物を含有することによって、露光部では酸が拡散し、未露光部では酸の拡散が制御されることにより露光部と未露光部のコントラストが優れる(すなわち、露光部と未露光部の境界部分が明確になる)ため、特に本発明の感放射線性樹脂組成物のLWR(Line Width Roughness)、MEEF(Mask Error Enhancement Factor)の改善に有効である。
上記Rd3〜Rd5としては、上記式(9)で表される化合物の現像液に対する溶解性を低下させる効果の観点から、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子が好ましい。上記Rd6及びRd7としては、水素原子、アルキル基、ハロゲン原子が好ましい。
上記Zとしては、上記式(9)で表される化合物の現像液に対する溶解性を低下させる効果の観点から、脂肪族環状炭化水素基又はアリール基が好ましい。
上記式Rd1で表される置換されていてもよいアルキル基としては、例えば、ヒドロキシメチル基等の炭素数1〜4のヒドロキシアルキル基;メトキシ基等の炭素数1〜4のアルコキシル基;シアノ基;シアノメチル基等の炭素数2〜5のシアノアルキル基等の置換基を1種以上有する基等が挙げられる。これらの中でもヒドロキシメチル基、シアノ基、シアノメチル基が好ましい。
上記Rd1で表される置換されていてもよい脂肪族環状炭化水素基としては、例えば、ヒドロキシシクロペンタン、ヒドロキシシクロヘキサン、シクロヘキサノン等のシクロアルカン骨格;1,7,7−トリメチルビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2−オン(カンファー)等の有橋脂肪族環状炭化水素骨格等の脂肪族環状炭化水素由来の1価の基等が挙げられる。これらの中でも、1,7,7−トリメチルビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2−オン由来の基が好ましい。
上記Rd1で表される置換されていてもよいアリール基としては、例えば、フェニル基、ベンジル基、フェニルエチル基、フェニルプロピル基、フェニルシクロヘキシル基等が挙げられ、また、これらの基を、ヒドロキシル基、シアノ基等で置換した基等が挙げられる。これらの中でも、フェニル基、ベンジル基、フェニルシクロヘキシル基が好ましい。
上記Zとしては、下記式(9−2−1)で表されるアニオン(すなわち、Rd1がフェニル基であるRd1−COOで表されるアニオン)、下記式(9−2−2)で表されるアニオン(すなわち、Rd1が1,7,7−トリメチルビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2−オン由来の基であるRd1−SO で表されるアニオン)又は下記式(9−2−3)で表されるアニオン(すなわち、Rd1がブチル基であり、Rd2がトリフルオロメチル基であるRd1−N−SO−Rd2で表されるアニオン)であることが好ましい。
Figure 2012053461
上記式(9)で表される光分解性酸拡散制御体としては、例えば、上記条件を満たすスルホニウム塩化合物、ヨードニウム塩化合物等が挙げられる。
上記スルホニウム塩化合物としては、例えば、トリフェニルスルホニウムハイドロオキサイド、トリフェニルスルホニウムサリチラート、トリフェニルスルホニウム4−トリフルオロメチルサリチラート、ジフェニル−4−ヒドロキシフェニルスルホニウムサリチラート、トリフェニルスルホニウム10−カンファースルホナート、4−t−ブトキシフェニル・ジフェニルスルホニウム10−カンファースルホナート等が挙げられる。
上記ヨードニウム塩化合物としては、例えば、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムハイドロオキサイド、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムサリチラート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウム4−トリフルオロメチルサリチラート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウム10−カンファースルホナート等が挙げられる。
上記[D]酸拡散制御体は、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。[D]酸拡散制御体の含有量は、当該感放射線性樹脂組成物に含まれる重合体の総量100質量部に対して、10質量部以下が好ましく、5質量部以下がさらに好ましい。[D]酸拡散制御体が過剰に含有されると、形成したレジスト被膜の感度が著しく低下するおそれがある。
<[E]溶媒>
当該感放射線性樹脂組成物は通常、溶媒を含有する。用いられる溶媒は、少なくとも[A]重合体、[B]酸発生体及び所望により含有される[C]重合体等を溶解可能な溶媒であれば、特に限定されるものではない。このような[E]溶媒としては、例えば、直鎖状又は分岐状のケトン類;環状のケトン類;プロピレングリコールモノアルキルエーテルアセタート類;2−ヒドロキシプロピオン酸アルキル類;3−アルコキシプロピオン酸アルキル類等が挙げられる。
これらの中でも、直鎖状又は分岐状のケトン類、環状のケトン類、プロピレングリコールモノアルキルエーテルアセタート類が好ましく、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセタート、シクロヘキサノンがさらに好ましい。これらの溶媒は、1種単独で又は2種以上を混合して使用することができる。
<[F]添加剤>
本発明の感放射線性樹脂組成物は、上記成分の他、必要に応じ[F]添加剤として、偏在化促進剤、界面活性剤、脂環族化合物、増感剤、架橋剤、染料、顔料、接着助剤、アルカリ可溶性樹脂、酸解離性の保護基を有する低分子のアルカリ溶解性制御剤、ハレーション防止剤、保存安定化剤、消泡剤等を含有することができる。なお、当該感放射線性樹脂組成物は、[F]添加剤を1種又は2種以上含有することができる。
(偏在化促進剤)
偏在化促進剤は、[A]重合体を、より効率的にレジスト被膜表面に偏析させる効果を有するものである。当該感放射線性樹脂組成物にこの偏在化促進剤を含有させることで、[A]重合体の添加量を従来よりも少なくすることができる。従って、LWR、現像欠陥、パターン倒れ耐性等のレジスト基本特性を損なうことなく、レジスト被膜から液浸液への成分の溶出をさらに抑制したり、高速スキャンにより液浸露光をより高速に行うことが可能になり、結果としてウォーターマーク欠陥等の液浸由来欠陥を抑制するレジスト被膜表面の疎水性を向上させることができる。このような偏在化促進剤として用いることができるものとしては、比誘電率が30以上200以下で、1気圧における沸点が100℃以上の低分子化合物が挙げられる。このような化合物としては、例えば、ラクトン化合物、カーボネート化合物、ニトリル化合物、多価アルコール等が挙げられる。
上記ラクトン化合物としては、例えば、γ−ブチロラクトン、バレロラクトン、メバロニックラクトン、ノルボルナンラクトン等が挙げられる。
上記カーボネート化合物としては、例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート等が挙げられる。
上記ニトリル化合物としては、例えば、スクシノニトリル等が挙げられる。上記多価アルコールとしては、例えば、グリセリン等が挙げられる。
上記偏在化促進剤の含有量としては、当該感放射線性樹脂組成物に含まれる重合体の総量100質量部に対して、通常0〜1,000質量部であり、10〜500質量部が好ましく、30〜300質量部がより好ましい。
(界面活性剤)
界面活性剤は、塗布性、現像性等を改良する作用を示す成分である。界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンn−オクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンn−ノニルフェニルエーテル、ポリエチレングリコールジラウレート、ポリエチレングリコールジステアレート等のノニオン系界面活性剤等が挙げられる。また、市販品としては、KP341(信越化学工業製)、ポリフローNo.75、同No.95(共栄社化学製)、エフトップEF301、同EF303、同EF352(トーケムプロダクツ製)、メガファックF171、同F173(大日本インキ化学工業製)、フロラードFC430、同FC431(住友スリーエム製)、アサヒガードAG710、サーフロンS−382、同SC−101、同SC−102、同SC−103、同SC−104、同SC−105、同SC−106(旭硝子製)等が挙げられる。界面活性剤の含有量としては、当該感放射線性樹脂組成物に含まれる重合体の総量100質量部に対して、通常、2質量部以下である。
(脂環式骨格含有化合物)
脂環式骨格含有化合物は、ドライエッチング耐性、パターン形状、基板との接着性等をさらに改善する作用を示す成分である。脂環式骨格含有化合物としては、例えば、
1−アダマンタンカルボン酸、2−アダマンタノン、1−アダマンタンカルボン酸t−ブチル等のアダマンタン誘導体類;
デオキシコール酸t−ブチル、デオキシコール酸t−ブトキシカルボニルメチル、デオキシコール酸2−エトキシエチル等のデオキシコール酸エステル類;
リトコール酸t−ブチル、リトコール酸t−ブトキシカルボニルメチル、リトコール酸2−エトキシエチル等のリトコール酸エステル類;
3−〔2−ヒドロキシ−2,2−ビス(トリフルオロメチル)エチル〕テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカン、2−ヒドロキシ−9−メトキシカルボニル−5−オキソ−4−オキサ−トリシクロ[4.2.1.03,7]ノナン等が挙げられる。脂環式骨格含有化合物の含有量としては、当該感放射線性樹脂組成物に含まれる重合体の総量100質量部に対して、通常、50質量部以下であり、好ましくは30質量部以下である。
(増感剤)
増感剤は、[B]酸発生体に吸収される放射線のエネルギー以外のエネルギーを吸収して、そのエネルギーを例えば電子やラジカルのような形で[B]酸発生体に伝達し、それにより酸の生成量を増加する作用を示すものであり、当該感放射線性樹脂組成物の「みかけの感度」を向上させる効果を有する。
増感剤としては、例えば、カルバゾール類、アセトフェノン類、ベンゾフェノン類、ナフタレン類、フェノール類、ビアセチル、エオシン、ローズベンガル、ピレン類、アントラセン類、フェノチアジン類等が挙げられる。
(架橋剤)
当該感放射線性樹脂組成物をネガ型感放射性樹脂組成物として用いる場合においては、アルカリ現像液に可溶な重合体を、酸の存在下で架橋しうる化合物(以下、「架橋剤」という。)を配合しても良い。架橋剤としては、例えば、アルカリ現像液に可溶な重合体との架橋反応性を有する官能基(以下、「架橋性官能基」という。)を1種以上有する化合物等が挙げられる。
上記架橋性官能基としては、例えば、グリシジルエーテル基、グリシジルエステル基、グリシジルアミノ基、メトキシメチル基、エトキシメチル基、ベンジルオキシメチル基、アセトキシメチル基、ベンゾイルオキシメチル基、ホルミル基、アセチル基、ビニル基、イソプロペニル基、(ジメチルアミノ)メチル基、(ジエチルアミノ)メチル基、(ジメチロールアミノ)メチル基、(ジエチロールアミノ)メチル基、モルホリノメチル基等が挙げられる。
架橋剤としては、例えば、国際公開第2009/51088号の[0169]〜[0172]段落に記載の架橋剤等が挙げられる。
上記架橋剤としては、メトキシメチル基含有化合物が好ましく、ジメトキシメチルウレア、テトラメトキシメチルグリコールウリルがより好ましい。
架橋剤の含有量としては、当該感放射線性樹脂組成物に含まれるアルカリ現像液に可溶な重合体100質量部に対して、5〜95質量部が好ましく、15〜85質量部がより好ましく、20〜75質量部がさらに好ましい。架橋剤の含有量が5質量部未満だと、残膜率の低下、パターンの蛇行や膨潤等を来し易い傾向がある。一方、95質量部を超えるとアルカリ現像性が低下する傾向がある。
当該感放射線性樹脂組成物に上記染料又は顔料を含有させることによって、露光部の潜像を可視化させて、露光時のハレーションの影響を緩和できる。また、接着助剤を用いることによって、基板との接着性を改善することができる。
<感放射線性樹脂組成物の調製方法>
当該感放射線性樹脂組成物は、通常、その使用に際して、全固形分濃度が1〜50質量%、好ましくは3〜25質量%となるように[E]溶媒に溶解した後、例えば、孔径0.02μm程度のフィルターでろ過することによって調製される。
なお、当該感放射線性樹脂組成物は、ハロゲンイオン、金属等の不純物の含有量が少ないほど好ましい。このような不純物の含有量が少ないと、レジスト被膜の感度、解像度、プロセス安定性、パターン形状等をさらに向上させることができる。そのため、当該感放射線性樹脂組成物に含有させる上記[A]重合体や[C]重合体等の重合体は、例えば、水洗、液々抽出等の化学的精製法や、これらの化学的精製法と限外ろ過、遠心分離等の物理的精製法との組み合わせ等によって精製することが好ましい。
<レジストパターンの形成方法>
本発明のレジストパターンの形成方法は、(1)感放射線性樹脂組成物を用いて基板上にフォトレジスト膜を形成する工程(以下、「(1)工程」ともいう。)、(2)上記フォトレジスト膜上に液浸露光用液体を配置し、上記液浸露光用液体を介して上記フォトレジスト膜を液浸露光する工程(以下、「(2)工程」ともいう。)、及び(3)液浸露光された上記フォトレジスト膜を現像してレジストパターンを形成する工程(以下、「(3)工程」ともいう。)を有する。当該レジストパターン形成方法によれば、被膜表面の水切れ性が高く、高速スキャン露光によりプロセスタイムを短縮させることができると共に、現像欠陥の発生を抑制して良好なレジストパターンを効率よく形成することができる。
上記(1)工程では、本発明の感放射線性樹脂組成物の溶液を、回転塗布、流延塗布、ロール塗布等の適宜の塗布手段によって、例えば、シリコンウェハ、アルミニウムで被覆されたウェハ等の基板上に塗布することにより、フォトレジスト膜が形成される。具体的には、得られるレジスト被膜が所定の膜厚となるように感放射線性樹脂組成物溶液を塗布したのち、プレベーク(PB)することにより塗膜中の溶媒を揮発させ、フォトレジスト膜が形成される。
上記フォトレジスト膜の厚みは特に限定されないが、10〜5,000nmであることが好ましく、10〜2,000nmであることがさらに好ましい。
また、PBの温度としては、感放射線性樹脂組成物の配合組成によって変わるが、30℃〜200℃が好ましく、50℃〜150℃がより好ましい。PBの時間としては、通常5秒〜600秒であり、10秒〜300秒が好ましい。
上記(2)工程では、(1)工程で形成されたフォトレジスト膜上に液浸露光用液体を配置し、液浸露光用液体を介して、放射線を照射し、フォトレジスト膜を液浸露光する。
上記液浸露光用液体としては、例えば、純水、長鎖又は環状の脂肪族化合物等を用いることができる。
上記放射線としては、使用される酸発生剤の種類に応じて、可視光線、紫外線、遠紫外線、X線、荷電粒子線等から適宜選定されて使用されるが、ArFエキシマレーザー光(波長193nm)又はKrFエキシマレーザー光(波長248nm)等の遠紫外線が好ましく、特にArFエキシマレーザー光が好ましい。
また、露光量等の露光条件は、感放射線性樹脂組成物の配合組成や添加剤の種類等に応じて適宜選定することができる。
露光後にポストエクスポージャーベーク(PEB)を行うことが好ましい。このPEBにより、重合体が有する酸解離性基の解離反応を円滑に進行させることができる。PEBの温度としては、感放射線性樹脂組成物の配合組成によって適宜調整されるが、通常、30℃〜200℃であり、50℃〜170℃が好ましい。PEBの時間としては、通常、5秒〜600秒であり、10秒〜300秒が好ましい。
当該感放射線性樹脂組成物の潜在能力を最大限に引き出すため、例えば、特開昭59−93448号公報に開示されているように、使用される基板上に有機系又は無機系の反射防止膜を形成しておくこともできる。また、環境雰囲気中に含まれる塩基性不純物等の影響を防止するため、例えば、特開平5−188598号公報に開示されているように、フォトレジスト膜上に保護膜を設けることもできる。さらに、液浸露光においてフォトレジスト膜からの酸発生剤等の流出を防止するため、例えば特開2005−352384号公報に開示されているように、フォトレジスト膜上に液浸用保護膜を設けることもできる。また、これらの技術は併用することができる。
なお、当該レジストパターン形成方法においては、フォトレジスト膜上に、上述の保護膜(上層膜)を設けることなく、当該感放射線性樹脂組成物を用いて得られるフォトレジスト膜のみにより、レジストパターンを形成することができる。このような上層膜フリーのフォトレジスト膜によりレジストパターンを形成する場合、保護膜(上層膜)の製膜工程を省くことができ、スループットの向上を期待することができる。
上記(3)工程では、露光されたフォトレジスト膜を現像することにより、所定のレジストパターンが形成される。
(3)工程おいて用いられる現像液としては、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、けい酸ナトリウム、メタけい酸ナトリウム、アンモニア水、エチルアミン、n−プロピルアミン、ジエチルアミン、ジ−n−プロピルアミン、トリエチルアミン、メチルジエチルアミン、エチルジメチルアミン、トリエタノールアミン、TMAH、ピロール、ピペリジン、コリン、1,8−ジアザビシクロ−[5.4.0]−7−ウンデセン、1,5−ジアザビシクロ−[4.3.0]−5−ノネン等のアルカリ性化合物の少なくとも1種を溶解したアルカリ性水溶液等が挙げられる。これらの中で、TMAH水溶液が好ましい。
上記アルカリ性水溶液の濃度は、10質量%以下が好ましい。アルカリ性水溶液の濃度が10質量%を超える場合、非露光部も現像液に溶解するおそれがある。
また、上記アルカリ性水溶液からなる現像液には、有機溶媒を添加することもできる。
上記有機溶媒としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルi−ブチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、3−メチルシクロペンタノン、2,6−ジメチルシクロヘキサノン等のケトン類;メチルアルコール、エチルアルコール、n−プロピルアルコール、i−プロピルアルコール、n−ブチルアルコール、t−ブチルアルコール、シクロペンタノール、シクロヘキサノール、1,4−ヘキサンジオール、1,4−ヘキサンジメチロール等のアルコール類;テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類;酢酸エチル、酢酸n−ブチル、酢酸i−アミル等のエステル類;トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類、フェノール、アセトニルアセトン、ジメチルホルムアミド等が挙げられる。これらの有機溶媒は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
上記有機溶媒の添加量としては、アルカリ性水溶液100体積部に対して、100体積部以下であることが好ましい。有機溶媒の添加量が100体積部を超える場合、現像性が低下して、露光部の現像残りが多くなるおそれがある。また、上記アルカリ性水溶液からなる現像液には、界面活性剤等を適量添加することもできる。なお、アルカリ性水溶液からなる現像液で現像した後は、一般に、形成されたレジストパターンをリンス液により洗浄し、乾燥する。このリンス液としては、例えば、蒸留水、超純水等の水;メタノール、エタノール、イソプロパノール等の低級アルコール等が挙げられる。リンス液は1種単独で又は2種以上を混合して用いることができる。また、リンス液は、界面活性剤を含有してもよい。
当該感放射線性樹脂組成物を用い、上述のようにして得られるレジストパターンはレジスト被膜からの溶出による被膜性能の低下が抑制されていると共に、ウォーターマーク欠陥、現像欠陥等の各種欠陥の発生が抑制されているため、良好なパターン性を有しておりリソグラフィー技術を応用した微細加工に好適である。
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、実施例、比較例等中の「部」及び「%」は、特に断らない限り質量基準である。各種物性値の測定方法を以下に示す。
[重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)]
GPCカラム(G2000HXL 2本、G3000HXL 1本、G4000HXL 1本、東ソー製)を用い、流量1.0mL/分、溶出溶媒としてテトラヒドロフラン、カラム温度40℃の分析条件で、単分散ポリスチレンを標準とするゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定した。
H−NMR分析、13C−NMR分析]
化合物のH−NMR分析、重合体のフッ素原子含有率(質量%)を求めるための13C−NMR分析は、核磁気共鳴装置(JNM−ECX400、日本電子製)を使用し、測定した。
<[A]重合体を与える単量体の合成>
[合成例1](化合物(M−1)の合成)
下記式(a1)で表される化合物を以下の方法により合成した。
Figure 2012053461
滴下漏斗を備えたフラスコ内に、エチレングリコール27.7g、パラトルエンスルホン酸一水和物0.570g及びジクロロメタン200mLを加え、氷浴中、15分攪拌した。そこへ、30mLのジクロロメタンに溶解させた3,4−ジヒドロ−2H−ピラン25.0gを15分かけて滴下した。滴下終了後、氷浴中でさらに15分攪拌させた後、室温で90分攪拌を続けた。その後、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液50mLを加え、反応終了とし、有機層を50mLの水で2回、50mLの飽和食塩水で1回洗浄した後、有機層を回収し、低沸点成分を減圧留去し、粗生成物を得た。シリカゲルカラムクロマトグラフィを用いて粗生成物の精製を行い、下記式(a2)で表される化合物を得た(35.2g、収率81%)。
上記得られた下記式(a2)で表される化合物のH−NMRのデータを以下に示す。
H−NMR(δppm(CDOD):1.56(4H)、1.81(2H)、2.87(1H)、3.53(1H)、3.74(4H)、3.91(1H)、4.57(1H))
Figure 2012053461
温度計及び還流冷却器を備えた1,000mLの3口フラスコに、上記式(a2)で表される化合物17.9g、トリフルオロアセト酢酸エチル15.0g、N,N−ジメチルアミノピリジン9.96g及びトルエン600mLを加え、攪拌を行いながら110℃まで昇温し、低沸点成分を留去しながら3時間攪拌を行った。その後、室温まで冷却し、反応溶液を100mLの1M塩酸水溶液で3回、100mLの飽和食塩水で1回洗浄した後、有機層を回収し、低沸点成分を減圧留去して粗生成物を得た。シリカゲルカラムクロマトグラフィを用いて粗生成物の精製を行い、下記式(a3)で表される化合物を得た(11.8g、収率51%)。
上記得られた下記式(a3)で表される化合物のH−NMRのデータを以下に示す。
H−NMR(δppm(CDOD): 1.55−1.81(6H)、2.86(1H)、3.52(1H)、3.70(1H)、3.85(1H)、3.95(1H)、4.40(2H)、4.64(1H)、4.87(1H))
Figure 2012053461
1,000mLのフラスコに上記式(a3)で表される化合物20.0g、トルエンスルホン酸一水和物0.27g及びメタノール300mLを加え、室温で3時間攪拌させた。攪拌後、低沸点成分を減圧留去し、下記式(a4)で表される化合物の粗生成物を得た(11.0g、収率78%)。ここでは精製は行わずに次の反応へと進んだ。
Figure 2012053461
温度計及び滴下漏斗を備えた500mL3口フラスコに、上記式(a4)で表される化合物11.00g、トリエチルアミン8.34g、及びTHF300mLを加え、氷浴中で15分間攪拌した。そこへ、THF30mLに溶解させたメタクリル酸クロライド6.90gを15分間かけて滴下した。滴下後、さらに30分間氷浴中で攪拌させた後、室温で2時間攪拌を行い、5mLの1M塩酸水溶液を加え反応終了とした。反応終了後、THFを減圧留去し、酢酸エチル300mLを加えた。この溶液を50mLの1M塩酸水溶液で3回、50mLの飽和食塩水で1回洗浄した後、有機層を回収し、低沸点成分を減圧留去して粗生成物を得た。シリカゲルカラムクロマトグラフィを用いて粗生成物の精製を行い、上記(a1)で表される化合物を得た(13.2g、収率70%(a3化合物基準))。以下、上記(a1)で表される化合物を化合物(M−1)とする。
上記得られた化合物(M−1)のH−NMRデータを以下に示す。
H−NMR(δppm(CDOD):1.96(1H)、2.05(3H)、3.83(2H)、4.29(2H)、5.85(1H)、6.35(1H)、6.43(1H))
<[A]重合体及び[C]重合体の合成>
下記式で表される化合物(M−1)〜(M−13)を用いて、重合体(A−1)〜(A−6)、(a−1)〜(a−6)及び(C−1)をそれぞれ合成した。
Figure 2012053461
[実施例1](重合体(A−1)の合成)
温度計及び還流冷却器を備えた50mLのフラスコに、化合物(M−1)5.0g、AIBN0.15g及び2−ブタノン15gを加え、窒素下、80℃で3時間攪拌して、重合反応を行った。
重合終了後、重合溶液を水冷することにより30℃以下に冷却した後、75gのメタノール:水(8:2(質量比))の混合液へ投入して重合体を沈殿させた。上澄み液を除いた後、沈殿した重合体にメタノール15gを加え、重合体を洗浄した。上澄み液を除いた後に、50℃にて17時間乾燥して、化合物(M−1)の重合体である重合体(A−1)を得た(収量3.2g、収率64%)。この重合体(A−1)は、Mwが10,800、Mw/Mnが1.91であった。また、13C−NMR分析の結果、化合物(M−1)に由来する構造単位の含有割合は100モル%であり、フッ素原子含有率は21.3質量%であった。
[実施例2](重合体(A−2)の合成)
温度計及び還流冷却器を備えた50mLの三口フラスコに、化合物(M−1)3.74g(30モル%)、(M−3)2.35g(30モル%)、(M−5)3.91g(40モル%)、AIBN0.382g及び2−ブタノン30gを加え、80℃で3時間攪拌して重合反応を行った。
重合終了後、重合溶液を水冷することにより30℃以下に冷却し、150gのメタノール:水(8:2(質量比))の混合液へ投入して重合体を沈殿させた。上澄み液を除いた後、沈殿した重合体にメタノール30gを加え、重合体を洗浄した。上澄み液を除いた後に、50℃にて17時間乾燥して、上記化合物(M−1)、(M−3)及び(M−5)の共重合体である重合体(A−2)を得た(収量6.4g、収率64%)。この重合体(A−2)は、Mwが9,420、Mw/Mnが1.72であった。また、13C−NMR分析の結果、化合物(M−1)に由来する構造単位:化合物(M−3)に由来する構造単位:化合物(M−5)に由来する構造単位の含有割合(モル%)は、33:28:41であり、フッ素原子含有率は15.9質量%であった。
[実施例3](重合体(A−3)の合成)
温度計及び還流冷却器を備えた50mLの三口フラスコに、化合物(M−1)3.21g(30モル%)、(M−4)3.53g(30モル%)、(M−5)3.29g(40モル%)、AIBN0.323g及び2−ブタノン30gを加え、80℃で3時間攪拌して重合反応を行った。
重合終了後、重合溶液を水冷することにより30℃以下に冷却し、150gのメタノール:水(8:2(質量比))の混合液へ投入して重合体を沈殿させた。上澄み液を除いた後、沈殿した重合体にメタノール30gを加え、重合体を洗浄した。上澄み液を除いた後に、50℃にて17時間乾燥して、上記化合物(M−1)、(M−4)及び(M−5)の共重合体である重合体(A−3)を得た(収量6.8g、収率68%)。この重合体(A−3)は、Mwが10,200、Mw/Mnが1.72であった。また、13C−NMR分析の結果、化合物(M−1)に由来する構造単位:化合物(M−4)に由来する構造単位:化合物(M−5)に由来する構造単位の含有割合(モル%)は、32:28:40であり、フッ素原子含有率は20.2質量%であった。
[実施例4](重合体(A−4)の合成)
温度計及び還流冷却器を備えた50mLの三口フラスコに、化合物(M−1)3.25g(30モル%)、(M−10)3.18g(40モル%)、(M−11)3.57g(30モル%)、AIBN0.332g及び2−ブタノン30gを加え、80℃で3時間攪拌して重合反応を行った。
重合終了後、重合溶液を水冷することにより30℃以下に冷却し、150gのメタノール:水(8:2(質量比))の混合液へ投入して重合体を沈殿させた。上澄み液を除いた後、沈殿した重合体にメタノール30gを加え、重合体を洗浄した。上澄み液を除いた後に、50℃にて17時間乾燥して、上記化合物(M−1)、(M−10)及び(M−11)の共重合体である重合体(A−4)を得た(収量6.9g、収率69%)。この重合体(A−4)は、Mwが9,830、Mw/Mnが1.69であった。また、13C−NMR分析の結果、化合物(M−1)に由来する構造単位:化合物(M−10)に由来する構造単位:化合物(M−11)に由来する構造単位の含有割合(モル%)は、32:40:28であり、フッ素原子含有率は21.9質量%であった。
[実施例5](重合体(A−5)の合成)
温度計及び還流冷却器を備えた50mLの三口フラスコに、化合物(M−1)1.14g(10モル%)、(M−10)0.83g(10モル%)、(M−12)8.03g(80モル%)、AIBN0.349g及び2−ブタノン30gを加え、80℃で3時間攪拌して重合反応を行った。
重合終了後、重合溶液を水冷することにより30℃以下に冷却し、150gのメタノール:水(8:2(質量比))の混合液へ投入して重合体を沈殿させた。上澄み液を除いた後、沈殿した重合体にメタノール30gを加え、重合体を洗浄した。上澄み液を除いた後に、50℃にて17時間乾燥して、上記化合物(M−1)、(M−10)及び(M−12)の共重合体である重合体(A−5)を得た(収量7.1g、収率71%)。この重合体(A−5)は、Mwが8,670、Mw/Mnが1.63であった。また、13C−NMR分析の結果、化合物(M−1)に由来する構造単位:化合物(M−10)に由来する構造単位:化合物(M−12)に由来する構造単位の含有割合(モル%)は、11:10:79であり、フッ素原子含有率は15.3質量%であった。
[実施例6](重合体(A−6)の合成)
温度計及び還流冷却器を備えた50mLの三口フラスコに、化合物(M−1)0.79g(10モル%)、(M−10)0.58g(10モル%)、(M−13)8.63g(80モル%)、アゾビスイソブチロニトリル0.242g及び2−ブタノン30gを加え、80℃で3時間攪拌して重合反応を行った。
重合終了後、重合溶液を水冷することにより30℃以下に冷却し、150gのメタノール:水(8:2(質量比))の混合液へ投入して重合体を沈殿させた。上澄み液を除いた後、沈殿した重合体にメタノール30gを加え、重合体を洗浄した。上澄み液を除いた後に、50℃にて17時間乾燥して、上記化合物(M−1)、(M−10)及び(M−13)の共重合体である重合体(A−6)を得た(収量7.2g、収率72%)。この重合体(A−6)は、Mwが8,420、Mw/Mnが1.60であった。また、13C−NMR分析の結果、化合物(M−1)に由来する構造単位:化合物(M−10)に由来する構造単位:化合物(M−13)に由来する構造単位の含有割合(モル%)は、12:9:79であり、フッ素原子含有率は24.1質量%であった。
[合成例2](重合体(a−1)の合成)
温度計及び還流冷却器を備えた50mLの三口フラスコに、化合物(M−2)5.00g、AIBN0.188g及び2−ブタノン15gを加え、窒素下で、80℃で3時間攪拌して重合反応を行った。
重合終了後、重合溶液を水冷することにより30℃以下に冷却し、75gのメタノール:水(8:2(質量比))の混合液へ投入して重合体を沈殿させた。上澄み液を除いた後、沈殿した重合体にメタノール15gを加え、重合体を洗浄した。上澄み液を除いた後に、50℃にて17時間乾燥して、化合物(M−2)の重合体である重合体(a−1)を得た(収量3.6g、収率71%)。この重合体(a−1)は、Mwが11,900であり、Mw/Mnが2.01であった。また13C−NMR分析の結果、化合物(M−2)に由来する構造単位の含有割合は、100モル%であり、フッ素原子含有率は0質量%であった。
[合成例3](重合体(a−2)の合成)
温度計及び還流冷却器を備えた50mLの三口フラスコに、化合物(M−2)3.23g(30モル%)、(M−3)2.54g(30モル%)、(M−5)4.23g(40モル%)、AIBN0.413g及び2−ブタノン30gを加え、窒素下で、80℃で3時間攪拌して重合反応を行った。
重合終了後、重合溶液を水冷することにより30℃以下に冷却し、150gのメタノール:水(8:2(質量比))の混合液へ投入して重合体を沈殿させた。上澄み液を除いた後、沈殿した樹脂にメタノール30gを加え、重合体を洗浄した。上澄み液を除いた後に、50℃にて17時間乾燥して、上記化合物(M−2)、(M−3)及び(M−5)の共重合体である重合体(a−2)を得た(収量5.97g、収率60%)。この重合体(a−2)はMwが9,630、Mw/Mnが1.71であった。また、13C−NMR分析の結果、化合物(M−2)に由来する構造単位:化合物(M−3)に由来する構造単位:化合物(M−5)に由来する構造単位の含有割合(モル%)は、33:26:41であり、フッ素原子含有率は8.6質量%であった。
[合成例4](重合体(a−3)の合成)
温度計及び還流冷却器を備えた50mLの三口フラスコに、化合物(M−2)2.69g(30モル%)、(M−4)3.84g(30モル%)、(M−5)3.50g(40モル%)、AIBN0.352g及び2−ブタノン30gを加え、窒素下で、80℃で3時間攪拌し重合反応を行った。
重合終了後、重合溶液を水冷することにより30℃以下に冷却し、150gのメタノール:水(8:2(質量比))の混合液へ投入して重合体を沈殿させた。上澄み液を除いた後、沈殿した重合体にメタノール30gを加え、重合体を洗浄した。上澄み液を除いた後に、50℃にて17時間乾燥して、上記化合物(M−2)、(M−4)及び(M−5)の共重合体である重合体(a−3)を得た(収量7.0g、収率70%)。この重合体(a−3)は、Mwが9,300、Mw/Mnが1.68であった。また、13C−NMR分析の結果、化合物(M−2)に由来する構造単位:化合物(M−4)に由来する構造単位:化合物(M−5)に由来する構造単位の含有割合(モル%)は、31:28:41であり、フッ素原子含有率は14.4質量%であった。
[合成例5](重合体(a−4)の合成)
温度計及び還流冷却器を備えた50mLの三口フラスコに、化合物(M−2)2.78g(30モル%)、(M−10)3.40g(40モル%)、(M−11)3.82g(30モル%)、アゾビスイソブチロニトリル0.355g、及び2−ブタノン30gを加え、窒素下で、80℃で3時間攪拌した。
重合終了後、重合溶液を水冷することにより30℃以下に冷却し、150gのメタノール:水(8:2(質量比))の溶液へ投入して樹脂を沈殿させた。上澄みの溶液を除いた後、沈殿した樹脂にメタノール30gを加え、樹脂を洗浄した。上澄み液を除いた後に、50℃にて17時間乾燥して、上記化合物(M−2)、(M−10)及び(M−11)の共重合体である重合体(a−4)を得た(収量6.7g、収率67%)。この共重合体は、Mwが9,750であり、Mw/Mnが1.63であった。また、13C−NMR分析の結果、化合物(M−2)に由来する構造単位:化合物(M−10)に由来する構造単位:化合物(M−11)に由来する構造単位の含有割合(モル%)は、31:40:29であり、フッ素原子含有率は15.7質量%であった。
[合成例6](重合体(a−5)の合成)
温度計及び還流冷却器を備えた50mLの三口フラスコに、化合物(M−2)0.93g(10モル%)、(M−10)0.85g(10モル%)、(M−12)3.57g(80モル%)、AIBN0.357g及び2−ブタノン30gを加え、窒素下で、80℃で3時間攪拌して重合反応を行った。
重合終了後、重合溶液を水冷することにより30℃以下に冷却し、150gのメタノール:水(8:2(質量比))の混合液へ投入して重合体を沈殿させた。上澄み液を除いた後、沈殿した重合体にメタノール30gを加え、重合体を洗浄した。上澄み液を除いた後に、50℃にて17時間乾燥して、上記化合物(M−2)、(M−10)及び(M−12)の共重合体である重合体(a−5)を得た(収量7.1g、収率71%)。この重合体(a−5)は、Mwが8,500、Mw/Mnが1.67であった。また、13C−NMR分析の結果、化合物(M−2)に由来する構造単位:化合物(M−10)に由来する構造単位:化合物(M−12)に由来する構造単位の含有割合(モル%)は、11:11:78であり、フッ素原子含有率は13.2質量%であった。
[合成例7](重合体(a−6)の合成)
温度計及び還流冷却器を備えた50mLの三口フラスコに、化合物(M−2)0.64g(10モル%)、(M−10)0.59g(10モル%)、(M−13)8.77g(80モル%)、アゾビスイソブチロニトリル0.246g、及び2−ブタノン30gを加え、窒素下で、80℃で3時間攪拌して重合反応を行った。
重合終了後、重合溶液を水冷することにより30℃以下に冷却し、150gのメタノール:水(8:2(質量比))の混合液へ投入して重合体を沈殿させた。上澄み液を除いた後、沈殿した重合体にメタノール30gを加え、重合体を洗浄した。上澄み液を除いた後に、50℃にて17時間乾燥して、上記化合物(M−2)、(M−10)及び(M−13)の共重合体である重合体(a−6)を得た(収量7.2g、収率72%)。この重合体(a−6)は、Mwが8,390、Mw/Mnが1.58であった。また、13C−NMR分析の結果、化合物(M−2)に由来する構造単位:化合物(M−10)に由来する構造単位:化合物(M−13)に由来する構造単位の含有割合(モル%)は、11:10:79であり、フッ素原子含有率は18.7質量%であった。
[合成例8](重合体(C−1)の合成)
化合物(M−6)16.40g(98mmol、40モル%)、化合物(M−7)5.73g(24mmol、10モル%)及び化合物(M−9)21.74g(98mmol、40モル%)を、2−ブタノン100gに溶解し、さらにジメチル2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)2.01gを投入した単量体溶液を準備した。50gの2−ブタノン及び化合物(M−8)6.07g(24mmol、10モル%)を投入した500mLの三口フラスコを30分窒素パージした後、反応器内を攪拌しながら80℃に加熱し、上記単量体溶液を、滴下漏斗を用いて3時間かけて滴下した。滴下開始を重合開始時間とし、重合反応を6時間実施した。
重合終了後、重合溶液を水冷することにより30℃以下に冷却し、1,000gのメタノールへ投入して析出した白色粉末をろ別した。ろ別した白色粉末を200gのメタノールに分散させてスラリー状にして洗浄した後にろ別する操作を2回行った。次いで、50℃にて17時間乾燥して、白色粉末の重合体(C−1)を得た(収量39g、収率78%)。この重合体(C−1)は、Mwが6,100、Mw/Mnが1.40であった。また、13C−NMR分析の結果、化合物(M−6)に由来する構造単位:化合物(M−7)に由来する構造単位:化合物(M−8)に由来する構造単位:化合物(M−9)に由来する構造単位の含有割合(モル%)は、42.2:8.1:8.4:41.3であり、フッ素原子含有率は0%であった。
上記実施例1〜6及び合成例2〜8で重合体の合成に用いた単量体の種類とその使用量(モル%)、重合体における各化合物に由来する構造単位の含有割合(モル%)、Mw、Mw/Mn比、並びにフッ素原子含有率(質量%)について表1にまとめて示す。なお、上記化合物(M−1)は構造単位(I)を、化合物(M−3)、(M−4)及び(M−11)〜(M−13)は構造単位(II)又は(III)を、化合物(M−5)〜(M−8)及び(M−10)は構造単位(IV)を、化合物(M−9)は構造単位(VI)を、化合物(M−2)は、他の構造単位を与える。
Figure 2012053461
<樹脂膜の溶解性の評価>
下記方法に従って、上記合成した重合体(A−1)及び(A−2)並びに重合体(a−1)及び(a−2)をそれぞれ含有する樹脂溶液を調製し、この樹脂溶液を用いて樹脂膜を形成し、この樹脂膜のアルカリ現像液に対する溶解速度を測定した。なお、樹脂溶液を調製する溶媒としては、後述する感放射線性樹脂組成物の調製に用いる溶媒(E−1)及び(E−2)を用いた。
[試験例1](樹脂溶液(S−1)の調製)
重合体(A−1)100部、溶媒(E−1)900部及び溶媒(E−2)380部を混合して樹脂溶液(S−1)を調製した。
[試験例2](樹脂溶液(S−2)の調製)
重合体(A−2)100部、溶媒(E−1)900部及び溶媒(E−2)380部を混合して樹脂溶液(S−2)を調製した。
[比較試験例1](樹脂溶液(s−1)の調製)
重合体(a−1)100部、溶媒(E−1)900部及び溶媒(E−2)380部を混合して樹脂溶液(s−1)を調製した。
[比較試験例2](樹脂溶液(s−2)の調製)
重合体(a−2)100部、溶媒(E−1)900部及び溶媒(E−2)380部を混合して樹脂溶液(s−2)を調製した。
上述のように調製したそれぞれの樹脂溶液を、8インチのシリコンウェハ表面に、スピンコートにより塗布し、ホットプレート上にて、100℃で60秒間PBを行い、膜厚250nmの樹脂膜を形成した。
この樹脂膜を自動現像解析装置(RDA−808、リソテック・ジャパン製)を用いて、25℃における2.38%TMAH水溶液に対する樹脂膜の溶解速度(nm/s)を測定した。得られたそれぞれの樹脂膜の溶解速度の測定値を表2に示す。
Figure 2012053461
表2の結果から明らかなように、上記試験例1及び2の構造単位(I)を含む重合体を用いて形成される樹脂膜は、上記比較試験例1及び2の構造単位(I)を有さず、その他の構造単位が同様である重合体を用いて形成される樹脂膜と比較して、アルカリ現像液に対する高い溶解性を有している。
<感放射線性樹脂組成物の調製>
上記合成した重合体(A−2)〜(A−6)、(a−2)〜(a−6)及び(C−1)以外の感放射線性樹脂組成物を構成する各成分([B]酸発生剤、[D]酸拡散制御剤、[E]溶媒及び[F]添加剤)について以下に示す。
([B]酸発生剤)
B−1:下記式(B−1)で表される化合物
Figure 2012053461
([D]酸拡散制御剤)
D−1:下記式(D−1)で表される化合物
Figure 2012053461
([E]溶媒)
E−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
E−2:シクロヘキサノン
([F]添加剤:偏在化促進剤)
F−1:γ−ブチロラクトン
[実施例7](感放射線性樹脂組成物(T−1)の調製)
重合体(C−1)100部、重合体(A−2)5部、酸発生剤(B−1)12.1部、酸拡散制御剤(D−1)1.5部、溶媒(E−1)1,800部、溶媒(E−2)770部及び添加剤(F−1)30部を混合して感放射線性樹脂組成物(T−1)を調製した。
[実施例8](感放射線性樹脂組成物(T−2)の調製)
重合体(C−1)100部、重合体(A−3)5部、酸発生剤(B−1)12.1部、酸拡散制御剤(D−1)1.5部、溶媒(E−1)1,800部、溶媒(E−2)770部及び添加剤(F−1)30部を混合して感放射線性樹脂組成物(T−2)を調製した。
[実施例9](感放射線性樹脂組成物(T−3)の調製)
重合体(C−1)100部、重合体(A−4)5部、酸発生剤(B−1)12.1部、酸拡散制御剤(D−1)1.5部、溶媒(E−1)1,800部、溶媒(E−2)770部及び添加剤(F−1)30部を混合して感放射線性樹脂組成物(T−3)を調製した。
[実施例10](感放射線性樹脂組成物(T−4)の調製)
重合体(C−1)100部、重合体(A−5)5部、酸発生剤(B−1)12.1部、酸拡散制御剤(D−1)1.5部、溶媒(E−1)1,800部、溶媒(E−2)770部及び添加剤(F−1)30部を混合して感放射線性樹脂組成物(T−4)を調製した
[実施例11](感放射線性樹脂組成物(T−5)の調製)
重合体(C−1)100部、重合体(A−6)5部、酸発生剤(B−1)12.1部、酸拡散制御剤(D−1)1.5部、溶媒(E−1)1,800部、溶媒(E−2)770部及び添加剤(F−1)30部を混合して感放射線性樹脂組成物(T−5)を調製した
[比較例1](感放射線性樹脂組成物(t−1)の調製)
重合体(C−1)100部、重合体(a−2)5部、酸発生剤(B−1)12.1部、酸拡散制御剤(D−1)1.5部、溶媒(E−1)1,800部、溶媒(E−2)770部及び添加剤(F−1)30部を混合して感放射線性樹脂組成物(t−1)を調製した。
[比較例2](感放射線性樹脂組成物(t−2)の調製)
重合体(C−1)100部、重合体(a−3)5部、酸発生剤(B−1)12.1部、酸拡散制御剤(D−1)1.5部、溶媒(E−1)1,800部、溶媒(E−2)770部及び添加剤(F−1)30部を混合して感放射線性樹脂組成物(t−2)を調製した。
[比較例3](感放射線性樹脂組成物(t−3)の調製)
重合体(C−1)100部、重合体(a−4)5部、酸発生剤(B−1)12.1部、酸拡散制御剤(D−1)1.5部、溶媒(E−1)1,800部、溶媒(E−2)770部及び添加剤(F−1)30部を混合して感放射線性樹脂組成物(t−3)を調製した。
[比較例4](感放射線性樹脂組成物(t−4)の調製)
重合体(C−1)100部、重合体(a−5)5部、酸発生剤(B−1)12.1部、酸拡散制御剤(D−1)1.5部、溶媒(E−1)1,800部、溶媒(E−2)770部及び添加剤(F−1)30部を混合して感放射線性樹脂組成物(t−4)を調製した。
[比較例5](感放射線性樹脂組成物(t−5)の調製)
重合体(C−1)100部、重合体(a−6)5部、酸発生剤(B−1)12.1部、酸拡散制御剤(D−1)1.5部、溶媒(E−1)1,800部、溶媒(E−2)770部及び添加剤(F−1)30部を混合して感放射線性樹脂組成物(t−5)を調製した。
<評価>
上記調製した感放射線性樹脂組成物(T−1)〜(T−5)及び(t−1)〜(t−5)について、形成される樹脂膜の動的接触角としての後退接触角を評価した。
上記「樹脂膜の溶解性の評価」の場合と同様にして、上記感放射線性樹脂組成物を用いて8インチのシリコンウェハ上に膜厚100nmの樹脂膜を形成した。
この樹脂膜を接触角計(DSA−10、KRUS製)のウェハステージ位置を調整し、この調整したステージ上に上記ウェハをセットした。次に、針に水を注入し、上記セットしたウェハ上に水滴を形成可能な初期位置に上記針の位置を微調整した後に、この針から水を排出させて上記ウェハ上に25μLの水滴を形成し、一旦、この水滴から針を引き抜き、再び上記初期位置に針を引き下げて水滴内に配置した。続いて、10μL/minの速度で90秒間、針によって水滴を吸引すると同時に接触角を毎秒1回測定した(合計90回)。このうち、接触角の測定値が安定した時点から20秒間の接触角についての平均値を算出して後退接触角(°)とした。感放射線性樹脂組成物(T−1)〜(T−5)及び(t−1)〜(t−5)のそれぞれを用いた場合の後退接触角の測定値を表3に示す。
Figure 2012053461
表3の結果から明らかなように、実施例7〜11の構造単位(I)を含む重合体を含有する感放射線性樹脂組成物から形成された樹脂膜は、高い後退接触角を示しており、従って、液浸露光時に優れた水追随性を有すると考えられる。一方、比較例1〜5の構造単位(I)を含まない重合体を含有する感放射線性樹脂組成物から形成された樹脂膜は後退接触角が低く、不十分であった。
本発明の感放射線性樹脂組成物によれば、液浸プロセスにおいて、露光時には高い動的接触角を示すことにより、レジスト被膜表面が優れた水切れ性を示す一方で、アルカリ現像液及びリンス液に対する高い溶解性を示し、現像欠陥の発生が抑制されるレジスト被膜を与えることができる。従って、半導体デバイス製造用の化学増幅型レジスト、特に液浸露光用のレジストとして好適に用いることができる。

Claims (10)

  1. [A]下記式(i)で表される基を有する構造単位(I)を含む重合体、
    [B]感放射線性酸発生体、及び
    [C]上記[A]重合体よりもフッ素原子含有率が小さく、かつ酸解離性基を有する重合体
    を含有する感放射線性樹脂組成物。
    Figure 2012053461
    (式(i)中、Rは、水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、−Ra1、−O−Ra1、−CO−Ra1又は−CO−O−Ra1である。Ra1は、炭素数1〜20の1価の鎖状炭化水素基、炭素数3〜20の1価の脂肪族環状炭化水素基、炭素数6〜30の1価の芳香族炭化水素基又は炭素数7〜30の1価の芳香族−脂肪族炭化水素基である。Rは、少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数1〜10の1価の鎖状炭化水素基又は少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数3〜20の1価の脂肪族環状炭化水素基である。但し、RとRとが互いに結合して少なくとも1個のフッ素原子を有する環構造を形成していてもよい。*は、結合部位を示す。)
  2. 上記構造単位(I)が、下記式(1)で表される構造単位(I−1)である請求項1に記載の感放射線性樹脂組成物。
    Figure 2012053461
    (式(1)中、R及びRは、上記式(i)と同義である。Rは、水素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。Xは、(n+1)価の連結基である。nは、1〜3の整数である。nが2又は3の場合、複数のR及びRはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。)
  3. 上記式(1)におけるXが2価又は3価の鎖状炭化水素基又は脂肪族環状炭化水素基、かつnが1又は2である請求項2に記載の感放射線性樹脂組成物。
  4. [A]重合体における構造単位(I)の含有割合が、3モル%以上100モル%以下である請求項1、請求項2又は請求項3に記載の感放射線性樹脂組成物。
  5. 上記Rが、トリフルオロメチル基である請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の感放射線性樹脂組成物。
  6. 上記[A]重合体が、下記式(2)で表される構造単位(II)及び下記式(3)で表される構造単位(III)からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造単位をさらに有する請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の感放射線性樹脂組成物。
    Figure 2012053461
    Figure 2012053461
    (式(2)中、Rは、水素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。Gは、単結合、酸素原子、硫黄原子、−CO−O−、−SO−O−NH−、−CO−NH−又は−O−CO−NH−である。Rは、少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数1〜6の1価の鎖状炭化水素基、少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数4〜20の1価の脂肪族環状炭化水素基又は少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数6〜20の1価の芳香族炭化水素基である。
    式(3)中、Rは、水素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。Rは、炭素数1〜20の(m+1)価の炭化水素基であり、RのR側の末端に酸素原子、硫黄原子、−NR’−、カルボニル基、−CO−O−又は−CO−NH−が結合された構造のものも含む。R’は、水素原子又は1価の有機基である。Rは、単結合、炭素数1〜10の2価の鎖状炭化水素基又は炭素数4〜20の2価の脂肪族環状炭化水素基である。Xは、少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数1〜20の2価の鎖状炭化水素基である。Aは、酸素原子、−NR’’−、−CO−O−**又は−SO−O−**である。R’’は、水素原子又は1価の有機基である。**は、Rに結合する部位を示す。Rは、水素原子又は1価の有機基である。mは、1〜3の整数である。但し、mが2又は3の場合、複数のR、X、A及びRはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。)
  7. [C]重合体100質量部に対する[A]重合体の含有量が、0.1質量部以上10質量部以下である請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の感放射線性樹脂組成物。
  8. (1)請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の感放射線性樹脂組成物を用いて基板上にフォトレジスト膜を形成する工程、
    (2)上記フォトレジスト膜上に液浸露光用液体を配置し、この液浸露光用液体を介して上記フォトレジスト膜を液浸露光する工程、及び
    (3)液浸露光された上記フォトレジスト膜を現像してレジストパターンを形成する工程
    を有するレジストパターン形成方法。
  9. 下記式(i)で表される基を含む構造単位(I)
    を有する重合体。
    Figure 2012053461
    (式(i)中、Rは、水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、−Ra1、−O−Ra1、−CO−Ra1又は−CO−O−Ra1である。Ra1は、炭素数1〜20の1価の鎖状炭化水素基、炭素数3〜20の1価の脂肪族環状炭化水素基、炭素数6〜30の1価の芳香族炭化水素基又は炭素数7〜30の1価の芳香族−脂肪族炭化水素基である。Rは、少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数1〜10の1価の鎖状炭化水素基又は少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数3〜20の1価の脂肪族環状炭化水素基である。但し、RとRとが互いに結合して少なくとも1個のフッ素原子を有する環構造を形成していてもよい。*は、結合部位を示す。)
  10. 下記式(2)で表される構造単位(II)及び下記式(3)で表される構造単位(III)からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造単位
    をさらに有する請求項9に記載の重合体。
    Figure 2012053461
    Figure 2012053461
    (式(2)中、Rは、水素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。Gは、単結合、酸素原子、硫黄原子、−CO−O−、−SO−O−NH−、−CO−NH−又は−O−CO−NH−である。Rは、少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数1〜6の1価の鎖状炭化水素基、少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数4〜20の1価の脂肪族環状炭化水素基又は少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数6〜20の1価の芳香族炭化水素基である。
    式(3)中、Rは、水素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。Rは、炭素数1〜20の(m+1)価の炭化水素基であり、RのR側の末端に酸素原子、硫黄原子、−NR’−、カルボニル基、−CO−O−又は−CO−NH−が結合された構造のものも含む。R’は、水素原子又は1価の有機基である。Rは、単結合、炭素数1〜10の2価の鎖状炭化水素基又は炭素数4〜20の2価の脂肪族環状炭化水素基である。Xは、少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数1〜20の2価の鎖状炭化水素基である。Aは、酸素原子、−NR’’−、−CO−O−**又は−SO−O−**である。R’’は、水素原子又は1価の有機基である。**は、Rに結合する部位を示す。Rは、水素原子又は1価の有機基である。mは、1〜3の整数である。但し、mが2又は3の場合、複数のR、X、A及びRはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。)
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