JP2012173505A - レジスト膜、該レジスト膜を用いたレジスト塗布マスクブランクス及びレジストパターン形成方法、並びに、化学増幅型レジスト組成物 - Google Patents

レジスト膜、該レジスト膜を用いたレジスト塗布マスクブランクス及びレジストパターン形成方法、並びに、化学増幅型レジスト組成物 Download PDF

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Abstract

【課題】高感度、高解像性(例えば、高い解像力、優れたパターン形状、小さいラインエッジラフネス(LER))、及び、良好なドライエッチング耐性を同時に満足したパターンを形成できるレジスト膜、該レジスト膜を用いたレジスト塗布マスクブランクス及びレジストパターン形成方法、並びに、化学増幅型レジスト組成物を提供する。
【解決手段】(A)下記一般式(I)で表される基により、フェノール性水酸基の水素原子が置換された構造を有する高分子化合物、(B)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物、及び有機溶剤を含有する化学増幅型レジスト組成物により形成されたレジスト膜であって、膜厚が10〜200nmであるレジスト膜。
Figure 2012173505

(式中、Rは、炭化水素基を表す。Rは、水素原子又は炭化水素基を表す。Arは、アリール基を表す。Rは、Arと結合して、ヘテロ原子を含んでいてもよい環を形成していてもよい。*は前記フェノール性水酸基の酸素原子との結合位置を表す。)
【選択図】なし

Description

本発明は、超LSIや高容量マイクロチップの製造などの超マイクロリソグラフィプロセスやその他のファブリケーションプロセスに好適に用いられる、電子線(EB)や極紫外線(EUV)などを使用して高精細化したパターンを形成しうるレジスト膜、該レジスト膜を用いたレジスト塗布マスクブランクス及びレジストパターン形成方法、並びに、化学増幅型レジスト組成物に関するものであり、特に特定の下地膜を有する基板を使用するプロセスに用いられるレジスト膜、該レジスト膜を用いたレジスト塗布マスクブランクス及びレジストパターン形成方法、並びに、化学増幅型レジスト組成物に関する。
レジスト組成物を用いた微細加工では、集積回路の高集積化に伴って、超微細パターンの形成が要求されている。それゆえ、露光波長にもg線からi線に、更にエキシマレーザー光にというように短波長化の傾向が見られ、現在では例えば、電子線を用いたリソグラフィー技術の開発が進んでいる。また形成されるパターンが微細化することに伴い、パターンが倒れるといった問題を防ぐために、レジスト膜の薄膜化も進んでいる。また、従来の膜厚が0.5μm〜1.0μmのような厚膜のレジスト膜を形成するレジスト組成物中で使用される樹脂としては、フェノール性水酸基の水素原子を、例えばアリールメチル基で置換した構造を有する樹脂が特許文献1〜4に開示されている。
超微細パターンを形成するためにはレジストの薄膜化が必要であるが、ドライエッチング耐性が低下する。また、電子線リソグラフィーでは、近年、電子線(EB)の加速電圧を増大させてレジスト膜中での電子散乱(前方散乱)の影響を小さくさせている。しかし、そうするとレジスト膜の電子エネルギー捕捉率が低下し、感度が低下するし、レジスト基板において反射した電子の散乱(後方散乱)の影響が増大する。特に、露光面積の大きい孤立パターンを形成する場合には、後方散乱の影響が大きく、孤立パターンの解像性が低下する。
特に、半導体露光に使用されるフォトマスクブランクスへのパターニングの場合、レジスト下層には重原子を含む遮光膜が存在するので、それに起因する後方散乱の影響がより顕著である。その為、フォトマスクブランクス上で孤立パターンを形成する場合には、特に解像性が低下する可能性が大きい。
これらの問題を解決する方法の1つとして、ナフタレン等の多環芳香族骨格を有する樹脂の使用が検討されているが(例えば、特許文献5及び6)、孤立パターンの解像性については未解決である。特許文献7では、孤立パターンの解像性を向上させる方法の1つとして、溶解性を調整する基を含む樹脂が使用されているが、孤立パターンの解像性は満足するレベルには至っていない。
また、レジスト組成物による微細加工は、直接に集積回路の製造に用いられるだけでなく、近年ではいわゆるインプリント用モールド構造体の作製等にも適用されている(例えば、特許文献8、及び非特許文献1)。そのため、高感度、高解像性(例えば、高い解像力、優れたパターン形状、小さいラインエッジラフネス(LER))、及び、良好なドライエッチング耐性を同時に満足させることが重要な課題となっており、これらの解決が必要である。
特開2000−171977号公報 特開平8−15863号公報 特開平5−307262号公報 特開2002−156762号公報 特開2008−95009号公報 特開2009−86354号公報 特開2005−99558号公報 特開2008−162101号公報
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盤技術と最新の技術展開―編集:平井義彦 フロンティア出版(2006年6月発行)
本発明の目的は、高感度、高解像性(例えば、高い解像力、優れたパターン形状、小さいラインエッジラフネス(LER))、及び、良好なドライエッチング耐性を同時に満足したパターンを形成できるレジスト膜、該レジスト膜を用いたレジスト塗布マスクブランクス及びレジストパターン形成方法、並びに、化学増幅型レジスト組成物を提供することにある。
本発明の目的は、特に、電子線や極紫外線を使用した露光による微細なパターンの形成において、高感度、高解像性(例えば、高い解像力、優れたパターン形状、小さいラインエッジラフネス(LER))、及び、良好なドライエッチング耐性を同時に満足したパターンを形成できるレジスト膜、該レジスト膜を用いたレジスト塗布マスクブランクス及びレジストパターン形成方法、並びに、化学増幅型レジスト組成物を提供することにある。
本発明者らは、鋭意検討した結果、特定構造の高分子化合物を用いた化学増幅型レジスト組成物により、特定の膜厚の薄膜のレジスト膜を形成することで、上記目的を達成されることを見出した。
即ち、本発明は以下の通りである。
〔1〕
(A)下記一般式(I)で表される基により、フェノール性水酸基の水素原子が置換された構造を有する高分子化合物、(B)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物、及び有機溶剤を含有する化学増幅型レジスト組成物により形成されたレジスト膜であって、膜厚が10〜200nmであるレジスト膜。
Figure 2012173505
(式中、Rは、炭化水素基を表す。Rは、水素原子又は炭化水素基を表す。Arは、アリール基を表す。Rは、Arと結合して、ヘテロ原子を含んでいてもよい環を形成していてもよい。*は前記フェノール性水酸基の酸素原子との結合位置を表す。)
〔2〕
電子線又は極紫外線を用いた露光用である、上記〔1〕に記載のレジスト膜。
〔3〕
前記高分子化合物(A)が、下記一般式(II)で表される繰り返し単位を含む、上記〔1〕又は〔2〕に記載のレジスト膜。
Figure 2012173505
(式中、Arは、アリーレン基を表す。Rは、炭化水素基を表す。Rは、水素原子又は炭化水素基を表す。R〜Rはそれぞれ独立に、水素原子又は1価の置換基を表す。Rは、水素原子又は炭化水素基を表す。Rは、R〜Rのいずれかと結合して、ヘテロ原子を含んでいてもよい環を形成していてもよい。)
〔4〕
前記一般式(II)で表される繰り返し単位が、下記一般式(V)で表される繰り返し単位である、上記〔3〕に記載のレジスト膜。
Figure 2012173505
(式中、Arは、アリーレン基を表す。Rは、水素原子又は炭化水素基を表す。R〜Rはそれぞれ独立に、水素原子又は1価の置換基を表す。Rは、水素原子又は炭化水素基を表す。Bは、一般式(V)中のベンゼン環以外の芳香環と縮環していてもよい、脂肪族炭化水素環又は脂肪族ヘテロ環を表す。)
〔5〕
前記高分子化合物(A)が、更に、下記一般式(III)で表される繰り返し単位を含む、上記〔1〕〜〔4〕のいずれか一項に記載のレジスト膜。
Figure 2012173505
(式中、Arは、アリーレン基を表す。Rは、水素原子又は炭化水素基を表す。)
〔6〕
活性光線又は放射線の照射により、前記化合物(B)から発生した酸が、体積130Å以上の大きさの酸である、上記〔1〕〜〔5〕のいずれか一項に記載のレジスト膜。
〔7〕
前記高分子化合物(A)が、更に、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する基を側鎖に有する繰り返し単位を含み、前記高分子化合物(A)と前記化合物(B)とが同一の化合物である、上記〔1〕〜〔5〕のいずれか一項に記載のレジスト膜。
〔8〕
前記高分子化合物(A)の分散度が1.0〜1.2である、上記〔1〕〜〔7〕のいずれか一項に記載のレジスト膜。
〔9〕
更に、(D)塩基性化合物を含有する、上記〔1〕〜〔8〕のいずれか一項に記載のレジスト膜。
〔10〕
上記〔1〕〜〔9〕のいずれか一項に記載のレジスト膜を塗布した、レジスト塗布マスクブランクス。
〔11〕
上記〔1〕〜〔9〕のいずれか一項に記載のレジスト膜を露光し、現像することを含む、レジストパターン形成方法。
〔12〕
上記〔10〕に記載のレジスト塗布マスクブランクスを露光し、現像することを含む、レジストパターン形成方法。
〔13〕
前記露光が、電子線又は極紫外線を用いて行われる、上記〔11〕又は〔12〕に記載のレジストパターン形成方法。
〔14〕
上記〔11〕〜〔13〕のいずれか一項に記載のレジストパターン形成方法に供せられる、化学増幅型レジスト組成物。
本発明により、高感度、高解像性(例えば、高い解像力、優れたパターン形状、小さいラインエッジラフネス(LER))、及び、良好なドライエッチング耐性を同時に満足したパターンを形成できるレジスト膜、該レジスト膜を用いたレジスト塗布マスクブランクス及びレジストパターン形成方法、並びに、化学増幅型レジスト組成物を提供することができる。
以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。
なお、本明細書に於ける基(原子団)の表記において、置換又は無置換を記していない表記は、置換基を有してい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。
本発明において「活性光線」又は「放射線」とは、例えば、水銀灯の輝線スペクトル、エキシマレーザーに代表される遠紫外線、極紫外線(EUV光)、X線、電子線等を意味する。また、本発明において「光」とは、活性光線又は放射線を意味する。本明細書中における「露光」とは、特に断らない限り、水銀灯、エキシマレーザーに代表される遠紫外線、X線、EUV光等による露光のみならず、電子線及びイオンビーム等の粒子線による描画も露光に含める。
本発明に係るレジスト膜は、(A)後述の一般式(I)で表される基により、フェノール性水酸基の水素原子が置換された構造を有する高分子化合物、(B)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物、及び有機溶剤を含有する化学増幅型レジスト組成物により形成されたレジスト膜であって、膜厚が10〜200nmである。
本発明に係るレジスト膜は、膜厚が10nm以上であることで、充分なドライエッチング耐性が得られ、膜厚が200nm以下であることで、活性光線又は放射線(特に、電子線(EB)又は極紫外線(EUV))の照射により微細なパターンを形成した際にも、パターンが倒れるといった問題を防ぐことができる。
本発明に係るレジスト膜及び化学増幅型レジスト組成物は、電子線又は極紫外線露光用であることが好ましい。
本発明に係るレジスト膜及び化学増幅型レジスト組成物は、ネガ型のレジスト膜及びネガ型化学増幅型レジスト組成物であってもよく、ポジ型のレジスト膜及びポジ型化学増幅型レジスト組成物であってもよい。
以下、本発明のレジスト膜、及び該レジスト膜を形成する化学増幅型レジスト組成物について詳細に説明する。
〔1〕(A)高分子化合物
本発明に係るレジスト膜を形成する化学増幅型レジスト組成物は、(A)下記一般式(I)で表される基により、フェノール性水酸基の水素原子が置換された構造を有する高分子化合物を含有している。
本発明では、フェノール性水酸基を有する高分子化合物を含有し、そのフェノール性水酸基の一部が下記一般式(I)で表される基により置換されている高分子化合物を主成分として使用する。
Figure 2012173505
(式中、Rは、炭化水素基を表す。Rは、水素原子又は炭化水素基を表す。Arは、アリール基を表す。Rは、Arと結合して、ヘテロ原子を含んでいてもよい環を形成していてもよい。*は前記フェノール性水酸基の酸素原子との結合位置を表す。)
一般式(I)は、フェノール性水酸基を有する繰り返し単位を含有する高分子化合物のアルカリ現像性をコントロールする機能を有する部位である。一般式(I)で表される基により、フェノール性水酸基の水素原子が置換された構造は、酸の作用により分解してフェノール性水酸基を発生する。
前述の、特定の構造を有する高分子化合物(A)を含有する化学増幅型レジスト組成物により、特定の膜厚の薄膜のレジスト膜を形成することで、高感度、高解像性(例えば、高い解像力、優れたパターン形状、小さいラインエッジラフネス(LER))、及び、良好なドライエッチング耐性を同時に満足したパターンを形成できる理由は定かではないが、次のように推定される。一般式(I)で表される基はアリール基を有するため、薄膜のレジスト膜であっても高いドライエッチング耐性を付与することを可能にすると考えられる。また、詳細は定かではないが、一般式(I)で表される基は、活性光線又は放射線の照射により発生する酸の発生効率を高めることに寄与すると考えられ、高い感度及び高い解像性が得られるものと推定される。特に、電子線や極紫外線を使用した露光においては、一般式(I)で表される基が系中で発生する2次電子を効率的に獲得することに寄与すると考えられ、高い感度及び高い解像性を達成するものと推定される。
次に、一般式(I)で表される基について説明する。
一般式(I)中、Rは炭化水素基を表す。Rで表される炭化水素基の炭素数は、好ましくは1〜12であり、より好ましくは1〜6である。Rで表される炭化水素基は、好ましくはアルキル基、アリール基であり、より好ましくは炭素数1〜4のアルキル基、フェニル基であり、これらは置換基を有してもよい。置換基としては例えば、アルキル基(好ましくは炭素数1〜6)、ハロゲン原子、水酸基、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜6)、カルボキシル基、カルボニル基、アルコキシカルボニル基(好ましくは炭素数2〜7)等が挙げられ、アルキル基、アルコキシ基が好ましく、炭素数1〜4のアルキル基、炭素数1〜4のアルコキシ基がより好ましい。Rは、Arと結合して、ヘテロ原子(酸素原子、硫黄原子など)を含んでいてもよい環を形成していてもよい。RとArとが結合して形成される環としては、後述のBとしての環が挙げられ、好ましい範囲も同様である。
は、水素原子又は炭化水素基を表す。Rで表される炭化水素基の炭素数は、好ましくは1〜12であり、より好ましくは1〜6である。Rは、好ましくは水素原子、アルキル基、アリール基であり、より好ましくは水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、フェニル基であり、これらは置換基を有してもよい。Rが有していてもよい置換基の具体例及び好ましい範囲は、Rが有していてもよい置換基の具体例及び好ましい範囲と同様である。Rは、Rと結合して環を形成してもよい。
Arは、アリール基を表す。Arで表されるアリール基の炭素数は、好ましくは6〜20であり、より好ましくは6〜15である。Arは、好ましくはフェニル基、ナフチル基、アントラセニル基であり、より好ましくはフェニル基、ナフチル基であり、これらは置換基を有してもよい。Arが有していてもよい置換基の具体例及び好ましい範囲は、Rが有していてもよい置換基の具体例及び好ましい範囲と同様である。
フェノール性水酸基が前記一般式(I)で表される基により置換されている構造は、好ましくは下記一般式(II)で表される繰り返し単位の側鎖として含まれる。すなわち、本発明の高分子化合物(A)は、下記一般式(II)で表される繰り返し単位を含むことが好ましい。
Figure 2012173505
(式中、Arは、アリーレン基を表す。Rは、炭化水素基を表す。Rは、水素原子又は炭化水素基を表す。R〜Rはそれぞれ独立に、水素原子又は1価の置換基を表す。Rは、水素原子又は炭化水素基を表す。Rは、R〜Rのいずれかと結合して、ヘテロ原子を含んでいてもよい環を形成していてもよい。)
一般式(II)における、R及びRの具体例及び好ましい範囲は、前記一般式(I)における、R及びRの具体例及び好ましい範囲と同様である。
Arは、アリーレン基を表す。Arは、好ましくは炭素数6〜18のアリーレン基であり、より好ましくはフェニレン基、ナフチレン基であり、最も好ましくはフェニレン基である。
Arで表されるアリーレン基は、上記−OC(R)(R)−Ph(R)(R)(R)(R)(R)で表される基以外にも置換基を有していてもよく、置換基としては前述のRが有していてもよい置換基の具体例及び好ましい範囲と同様の置換基が挙げられる。
〜Rはそれぞれ独立に、水素原子又は1価の置換基を表す。R〜Rはそれぞれ独立に、好ましくは水素原子、アルキル基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜6、更に好ましくはメチル基)、一部又は全てがハロゲン原子で置換されたアルキル基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜6)、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜6、更に好ましくはメトキシ基)、アシル基(好ましくは炭素数2〜30、より好ましくは炭素数2〜6)、アルコキシカルボニル基(好ましくは炭素数2〜30、より好ましくは炭素数2〜6)、アリール基(好ましくは炭素数6〜10)、ハロゲン原子であり、より好ましくは水素原子、アルキル基、アルコキシ基であり、更に好ましくは水素原子である。
またR〜Rのいずれかは、Rと結合して、ヘテロ原子(酸素原子、硫黄原子など)を含んでいてもよい環を形成していてもよい。Rと、R〜Rのいずれかとが結合して形成される環としては、後述のBとしての環が挙げられ、好ましい範囲も同様である。Rと、R〜Rのいずれかとが結合して環を形成する場合、Rは、R又はRと結合して環を形成することが好ましい。
は、水素原子又は炭化水素基を表す。Rは、好ましくは水素原子又はアルキル基(好ましくは炭素数1〜6、より好ましくは炭素数1〜3)であり、より好ましくは水素原子又はメチル基であり、最も好ましくは水素原子である。
前記一般式(II)で表される繰り返し単位は、下記一般式(V)で表される繰り返し単位であることが、ドライエッチング耐性の観点から好ましい。
Figure 2012173505
(式中、Arは、アリーレン基を表す。Rは、水素原子又は炭化水素基を表す。R〜Rはそれぞれ独立に、水素原子又は1価の置換基を表す。Rは、水素原子又は炭化水素基を表す。Bは、一般式(V)中のベンゼン環以外の芳香環と縮環していてもよい、脂肪族炭化水素環又は脂肪族ヘテロ環を表す。)
一般式(V)におけるAr、R、R〜R及びRは、前記一般式(II)におけるAr、R、R〜R及びRと同義であり、好ましい範囲も同様である。
Bは、一般式(V)中のベンゼン環以外の芳香環と縮環していてもよい、脂肪族炭化水素環又は脂肪族ヘテロ環である。Bの脂肪族炭化水素環又は脂肪族ヘテロ環と縮環していてもよい、一般式(V)中のベンゼン環以外の芳香環としては、例えば、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フルオレン環、フェナントレン環などの炭素数6〜18の芳香族炭化水素環、又は、例えば、チオフェン環、フラン環、ピロール環、ベンゾチオフェン環、ベンゾフラン環、ベンゾピロール環、トリアジン環、イミダゾール環、ベンゾイミダゾール環、トリアゾール環、チアジアゾール環、チアゾール環等のヘテロ環を含む芳香環ヘテロ環を挙げることができる。中でも、ベンゼン環、ナフタレン環が解像性の観点で好ましく、ベンゼン環が最も好ましい。これら芳香環は置換基を有していてもよく、置換基としては前述のRが有していてもよい置換基の具体例及び好ましい範囲と同様の置換基が挙げられる。
Bの脂肪族炭化水素環又は脂肪族ヘテロ環は、好ましくは4〜8員環であり、より好ましくは5又は6員環である。
Bの環の具体例としては、下記(B−1)〜(B−19)が挙げられる。なお、具体例中の*1〜*3の炭素原子は、以下の一般式(V)中に付記した*1〜*3の炭素原子に対応する。
Figure 2012173505
Figure 2012173505
Bの環としては、上記(B−1)〜(B−19)のうち、ドライエッチング耐性の観点から、(B−1)〜(B−5)、(B−8)、(B−9)、(B−17)が好ましく、(B−1)、(B−2)、(B−8)、(B−9)、(B−17)がより好ましい。
一般式(II)及び(V)で表される繰り返し単位において、Arがベンゼン環の時、一般式(I)で表される基により水素原子が置換されたフェノール性水酸基の置換位置はベンゼン環のポリマー主鎖との結合位置に対して、パラ位でもメタ位でもオルト位でもよいが、パラ位又はメタ位が好ましく、パラ位がより好ましい。
以下に、一般式(I)で表される基により、フェノール性水酸基の水素原子が置換された構造を有する繰り返し単位、一般式(II)又は(V)で表される繰り返し単位の具体例を示す。
Figure 2012173505
Figure 2012173505
Figure 2012173505
本発明に用いられる高分子化合物(A)における、一般式(I)で表される基により、フェノール性水酸基の水素原子が置換された構造を有する繰り返し単位、一般式(II)又は(V)で表される繰り返し単位の含有量は、高分子化合物(A)の全繰り返し単位に対して、一般的に1〜50モル%の範囲であり、好ましくは3〜40モル%の範囲である。
本発明の高分子化合物(A)は、更に、下記一般式(III)で表される繰り返し単位を含むことが好ましい。
次に、一般式(III)で表される繰返し単位について説明する。
Figure 2012173505
(式中、Arは、アリーレン基を表す。Rは、水素原子又は炭化水素基を表す。)
一般式(III)で表される繰り返し単位におけるRは、水素原子又は炭化水素基を表す。Rは、好ましくは水素原子又はアルキル基(好ましくは炭素数1〜6、より好ましくは炭素数1〜3)であり、より好ましくは水素原子又はメチル基であり、水素原子が特に好ましい。
一般式(III)で表される繰り返し単位におけるArは、アリーレン基を表し、−OH以外に置換基を有していてもよい。Arのアリーレン基は、炭素数6〜18の、置換基を有していてもよいアリーレン基であることが好ましく、置換基を有していてもよいフェニレン基又はナフチレン基がより好ましく、置換基を有していてもよいフェニレン基が更に好ましい。またArが有していてもよい置換基としては、前述のRが有していてもよい置換基の具体例及び好ましい範囲と同様の置換基が挙げられるが、Arで表されるアリーレン基は、−OH以外に置換基を有しないことが好ましい。
一般式(III)で表される繰り返し単位において、Arがフェニレン基の時、−OHのArのベンゼン環に対する結合位置は、ベンゼン環のポリマー主鎖との結合位置に対して、パラ位でもメタ位でもオルト位でもかまわないが、パラ位若しくはメタ位が好ましい。
一般式(III)で表される繰り返し単位は、アルカリ可溶性基を有する繰り返し単位で、レジストのアルカリ現像性をコントロールする機能を有する。
一般式(III)の繰返し単位で好ましい例を以下に記載する。
Figure 2012173505
このうち、一般式(III)で表される繰り返し単位の好ましい例は、Arが無置換のフェニレン基である繰り返し単位であり、以下に記載するものが挙げられる。
Figure 2012173505
本発明の高分子化合物(A)における一般式(III)で表される繰り返し単位の含有量は、高分子化合物(A)中の全繰り返し単位に対し、ポジ型レジスト組成物である場合、3〜90モル%が好ましく、より好ましくは5〜80モル%、更に好ましくは7〜70モル%であり、ネガ型レジスト組成物である場合、60〜99モル%が好ましく、より好ましくは70〜98モル%、更に好ましくは75〜98モル%である。
本発明で用いられる高分子化合物(A)は、上記一般式(I)で表される基により、フェノール性水酸基の水素原子が置換された構造を有する繰り返し単位、一般式(II)又は(V)で表される繰り返し単位、及び一般式(III)で表される繰り返し単位以外の繰り返し単位として、更に下記のような繰り返し単位を有することも好ましい。
例えば、本発明の化学増幅型レジスト組成物をポジ型のレジスト組成物として用いる場合は、高分子化合物(A)が、更に、上記一般式(I)で表される基により、フェノール性水酸基の水素原子が置換された構造を有する繰り返し単位、一般式(II)又は(V)で表される繰り返し単位以外の、酸の作用により分解してアルカリ可溶性基を発生する基を有する繰り返し単位(以下、「酸分解性基を有する繰り返し単位」と称することがある)を含むことが好ましい。
アルカリ可溶性基としては、フェノール性水酸基、カルボキシル基、フッ素化アルコール基、スルホン酸基、スルホンアミド基、スルホニルイミド基、(アルキルスルホニル)(アルキルカルボニル)メチレン基、(アルキルスルホニル)(アルキルカルボニル)イミド基、ビス(アルキルカルボニル)メチレン基、ビス(アルキルカルボニル)イミド基、ビス(アルキルスルホニル)メチレン基、ビス(アルキルスルホニル)イミド基、トリス(アルキルカルボニル)メチレン基、トリス(アルキルスルホニル)メチレン基等が挙げられる。
好ましいアルカリ可溶性基としては、フェノール性水酸基、カルボキシル基、フッ素化アルコール基(好ましくはヘキサフルオロイソプロパノール)、スルホン酸基が挙げられる。
酸分解性基として好ましい基は、これらのアルカリ可溶性基の水素原子を酸で脱離する基で置換した基である。
酸で脱離する基としては、例えば、−C(R36)(R37)(R38)、−C(R36)(R37)(OR39)、−C(R01)(R02)(OR39)等を挙げることができる。
式中、R36〜R39は、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基、1価の芳香環基、アルキレン基と1価の芳香環基とを組み合わせた基、又はアルケニル基を表す。R36とR37とは、互いに結合して環を形成してもよい。
01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、1価の芳香環基、アルキレン基と1価の芳香環基とを組み合わせた基、又はアルケニル基を表す。
酸の作用により分解して、アルカリ可溶性基を発生する繰り返し単位としては、下記一般式(IV)で表される繰り返し単位が、反応性が高く、ポストベークでの感度変動、製造時のプロセス変動が少ないため好ましい。一般式(IV)で表される繰り返し単位は、ポジ型レジスト組成物において、酸の作用により分解して、アルカリ可溶性基となる基であるアセタール基又はケタール基を側鎖に有する繰り返し単位である。
Figure 2012173505
(式中、R11は、水素原子又はメチル基を表す。Ar11はアリーレン基を表す。Acは酸の作用により脱離する基であり、−OAcは酸の作用により分解して、アルカリ可溶性基を発生するアセタール基又はケタール基を表す。)
前記一般式(IV)で表される繰り返し単位で、本発明に用いられる好ましい化合物を以下に記述する。
一般式(IV)におけるR11は水素原子又はメチル基を表すが、水素原子が特に好ましい。
一般式(IV)におけるAr11はアリーレン基を表し、置換基を有していてもよい。Ar11のアリーレン基は、炭素数6〜18の、置換基を有していてもよいアリーレン基であることが好ましく、置換基を有していてもよいフェニレン基又はナフチレン基がより好ましく、置換基を有していてもよいフェニレン基が最も好ましい。またAr11が有していてもよい置換基としては、例えば、アルキル基、ハロゲン原子、水酸基、アルコキシ基、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基が挙げられる。
一般式(IV)で表される繰り返し単位において、Ar11がフェニレン基の時、−OAcのAr11のベンゼン環に対する結合位置は、ベンゼン環のポリマー主鎖との結合位置に対して、パラ位でもメタ位でもオルト位でもかまわないが、パラ位若しくはメタ位が好ましい。
一般式(IV)におけるAcは、酸の作用により脱離する基であり、−OAcは酸の作用により分解して、アルカリ可溶性基を発生するアセタール基又はケタール基を表す。Acは、具体的には下記一般式(VI)で表される基であることが好ましい。
Figure 2012173505
一般式(VI)中、R41及びR42は各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基又はアラルキル基を表す。
41は、単結合又は2価の連結基を表す。
Qは、アルキル基、ヘテロ原子を含んでいてもよい脂環基、又は、ヘテロ原子を含んでいてもよい芳香環基を表す。
なお、R41、R42、M41及びQの少なくとも2つは、互いに結合して、環を形成していてもよい。この環は、5員環又は6員環であることが好ましい。
41及びR42としてのアルキル基は、例えば、炭素数1〜8のアルキル基である。好ましくは、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、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ヘキシル基及びオクチル基が挙げられる。
41及びR42としてのシクロアルキル基は、例えば、炭素数3〜15のシクロアルキル基である。好ましくは、シクロヘキシル基、ノルボルニル基及びアダマンチル基が挙げられる。
41及びR42としてのアリール基は、例えば、炭素数6〜15のアリール基である。好ましくは、フェニル基、トリル基、ナフチル基及びアントリル基が挙げられる。
41及びR42としてのアラルキル基は、例えば、炭素数6〜20のアラルキル基である。好ましくは、ベンジル基及びフェネチル基が挙げられる。
41及びR42として特に好ましくは、水素原子、メチル基、フェニル基、ベンジル基である。またR41及びR42のいずれか少なくとも一方が水素原子である(すなわち、−OAcは酸の作用により分解して、アルカリ可溶性基を発生するアセタール基である)ことが好ましい。
41としての2価の連結基は、例えば、アルキレン基(好ましくは炭素数1〜8のアルキレン基、例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ヘキシレン基又はオクチレン基)、シクロアルキレン基(好ましくは炭素数3〜15のシクロアルキレン基、例えば、シクロペンチレン基又はシクロヘキシレン基)、−S−、−O−、−CO−、−CS−、−SO−、−N(R)−、又はこれらの2種以上の組み合わせであり、総炭素数が20以下のものが好ましい。ここで、Rは、水素原子又はアルキル基(例えば炭素数1〜8のアルキル基であって、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、ヘキシル基及びオクチル基等)である。
41は、単結合、アルキレン基、又はアルキレン基と−O−、−CO−、−CS−及び−N(R)−の少なくとも一つとの組み合わせからなる2価の連結基が好ましく、単結合、アルキレン基、又はアルキレン基と−O−との組み合わせからなる2価の連結基がより好ましい。ここで、Rは上述のRと同義である。
Qとしてのアルキル基は、例えば、上述したR41及びR42としてのアルキル基と同様である。
Qとしての脂環基及び芳香環基としては、例えば、上述したR41及びR42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。その炭素数は、好ましくは、3〜15である。なお、本発明においては、複数の芳香環が単結合を介して連結されてなる基(例えば、ビフェニル基、ターフェニル基)もQとしての芳香族基に含まれる。
ヘテロ原子を含む脂環基及びヘテロ原子を含む芳香環基としては、例えば、チイラン、シクロチオラン、チオフェン、フラン、ピロール、ベンゾチオフェン、ベンゾフラン、ベンゾピロール、トリアジン、イミダゾール、ベンゾイミダゾール、トリアゾール、チアジアゾール、チアゾール及びピロリドンが挙げられる。なお、本発明においては、複数の“ヘテロ原子を含む芳香環”が単結合を介して連結されてなる基(例えば、ビオローゲン基)もQとしての芳香族基に含まれる。
Qとしての脂環基及び芳香環基は、置換基を有していてもよく、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、シアノ基、ハロゲン原子、水酸基、アルコキシ基、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基が挙げられる。
(−M41−Q)として特に好ましくは、メチル基、アリールオキシエチル基、シクロヘキシルエチル基若しくはアリールエチル基である。
41、R42、M41及びQの少なくとも2つが互いに結合して環を形成する場合としては、例えば、M41及びQのいずれかとR41とが結合してプロピレン基又はブチレン基を形成して、酸素原子を含有する5員環又は6員環を形成する場合が挙げられる。
41、R42、M41及びQの炭素数の総和をNと表記すると、Nが大きい場合には一般式(VI)で表される基が脱離する前後の、高分子化合物(A)のアルカリ溶解速度変化が大きくなり、溶解のコントラストが向上して好ましい。Nの範囲としては、好ましくは4〜30であり、更に好ましくは7〜25であり、7〜20が特に好ましい。Nが30以下であると、高分子化合物(A)のガラス転移温度が低下することが抑制され、レジストの露光ラチチュード(EL)が低下したり、一般式(VI)で表される基が脱離した残渣がレジストパターン上に欠陥として残ったりすることが抑制されるので好ましい。
また、R41、R42、M41及びQのうち少なくとも1つは、脂環あるいは芳香環を有することが、ドライエッチング耐性の観点から好ましい。ここでの脂環基及び芳香環基は、例えば、上述したQとしての脂環基及び芳香環基と同様である。
酸の作用により分解して、アルカリ可溶性基を発生する繰り返し単位としては、下記一般式(VII)で表される繰り返し単位も好ましい。一般式(VII)で表される繰り返し単位は、ポジ型レジスト組成物において、酸の作用により分解して、アルカリ可溶性基であるカルボキシル基を側鎖に発生する繰り返し単位である。
Figure 2012173505
(式中、R21は、水素原子又はメチル基を表す。Lは単結合又は2価の連結基を表す。Yは酸の作用により脱離する基を表す。)
前記一般式(VII)で表される繰り返し単位で、本発明に用いられる好ましい化合物を以下に記述する。
一般式(VII)におけるR21は水素原子又はメチル基を表すが、水素原子が特に好ましい。
Lが2価の連結基の場合、例えば、アルキレン基、シクロアルキレン基、アリーレン基、−O−、−SO−、−CO−、−N(R)−及びこれらの複数の組み合わせ等が挙げられる。ここで、Rは、アリール基、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。
Lとしてのアルキレン基は、炭素数1〜10のものが好ましく、例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ヘキシレン基及びオクチレン基等が挙げられる。
Lとしてのシクロアルキレン基は、炭素数5〜10のものが好ましく、例えば、シクロペンチレン基及びシクロヘキシレン基等が挙げられる。
Lとしてのアリーレン基は、炭素数4〜20のものが好ましく、例えば、フェニレン基及びナフチレン基等が挙げられる。
としてのアリール基の炭素数は、好ましくは4〜20であり、更に好ましくは6〜14である。このアリール基としては、例えば、フェニル基及びナフチル基が挙げられる。
としてのアルキル基の炭素数は、好ましくは1〜8である。この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、ブチル基、ヘキシル基及びオクチル基が挙げられる。
としてのシクロアルキル基の炭素数は、好ましくは5〜8である。このシクロアルキル基としては、例えば、シクロペンチル基及びシクロヘキシル基が挙げられる。
Lの各基は、更に、置換基を有していてもよく、このような置換基の具体例としては、前記Ar11としてのアリーレン基が更に有し得る置換基として説明したものと同様のものを挙げることができる。
は酸の作用により脱離する基を表し、具体的には下記一般式で表される基であることが好ましい。
Figure 2012173505
44〜R46は、各々独立に、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。R44〜R46の2つは、互いに結合して、シクロアルキル基を形成してもよい。
44〜R46のアルキル基としては、炭素数1〜4の直鎖又は分岐状のものが好ましい。
44〜R46のシクロアルキル基としては、炭素数3〜8の単環のシクロアルキル基又は炭素数7〜20の多環のシクロアルキル基が好ましい。
44〜R46の2つが互いに結合して形成し得るシクロアルキル基としては、炭素数3〜8の単環のシクロアルキル基又は炭素数7〜20の多環のシクロアルキル基が好ましい。中でも、炭素数5〜6の単環のシクロアルキル基が特に好ましい。R46がメチル基又はエチル基であり、R44とR45とが結合して上述のシクロアルキル基を形成している態様が更に好ましい。
は、下記一般式で表される基であることも好ましい。
Figure 2012173505
式中、R30は炭素数4〜20、好ましくは4〜15の三級アルキル基、各アルキル基がそれぞれ炭素数1〜6のトリアルキルシリル基、炭素数4〜20のオキソアルキル基又は上記−C(R44)(R45)(R46)で示される基を示し、三級アルキル基として具体的には、tert−ブチル基、tert−アミル基、1,1−ジエチルプロピル基、1−エチルシクロペンチル基、1−ブチルシクロペンチル基、1−エチルシクロヘキシル基、1−ブチルシクロヘキシル基、1−エチル−2−シクロペンテニル基、1−エチル−2−シクロヘキセニル基、2−メチル−2−アダマンチル基等が挙げられ、トリアルキルシリル基として具体的には、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、ジメチル−tert−ブチルシリル基等が挙げられ、オキソアルキル基として具体的には、3−オキソシクロヘキシル基、4−メチル−2−オキソオキサン−4−イル基、5−メチル−2−オキソオキソラン−5−イル基等が挙げられる。a1は1〜6の整数である。
以下に酸の作用により分解してアルカリ可溶性基を発生する基を有する繰り返し単位の具体例を示すが、これらに限定されるものではない。
Figure 2012173505
Figure 2012173505
Figure 2012173505
Figure 2012173505
本発明の化学増幅型レジスト組成物をポジ型のレジスト組成物として用いる場合の高分子化合物(A)における、上記一般式(I)で表される基により、フェノール性水酸基の水素原子が置換された構造を有する繰り返し単位、一般式(II)又は(V)で表される繰り返し単位以外の、酸の作用により分解して、アルカリ可溶性基を発生する繰り返し単位の含有量は、高分子化合物(A)の全繰り返し単位に対して、3〜90モル%の範囲が好ましく、5〜80モル%の範囲がより好ましく、7〜70モル%の範囲が特に好ましい。
本発明で用いられる高分子化合物(A)は、上記繰り返し単位以外の繰り返し単位として、下記のような繰り返し単位を更に有することも好ましい。
例えば、本発明の化学増幅型レジスト組成物をポジ型のレジスト組成物として用いる場合は、更に、アルカリ現像液の作用で分解しアルカリ現像液中への溶解速度が増大する基を有する繰り返し単位があげられる。そのような基としては、ラクトン構造を有する基、フェニルエステル構造を有する基などがあげられ、アルカリ現像液の作用で分解しアルカリ現像液中への溶解速度が増大する基を有する繰り返し単位としては、下記一般式(AII)で表される繰り返し単位がより好ましい。
Figure 2012173505
一般式(AII)中、Vはアルカリ現像液の作用で分解しアルカリ現像液中への溶解速度が増大する基を表し、Rbは水素原子又はメチル基を表し、Abは単結合又は2価の有機基を表す。
アルカリ現像液の作用で分解する基であるVはエステル結合を有する基であり、中でもラクトン構造を有する基がより好ましい。ラクトン構造を有する基としては、ラクトン構造を有していればいずれでも用いることができるが、好ましくは5〜7員環ラクトン構造であり、5〜7員環ラクトン構造にビシクロ構造、スピロ構造を形成する形で他の環構造が縮環しているものが好ましい。
好ましいAbは、単結合、又は−AZ−CO−で表される2価の連結基である(AZは、アルキレン基又は脂肪族環基である)。好ましいAZはメチレン基、エチレン基、シクロヘキシレン基、アダマンチレン基、ノルボルニレン基である。
以下に、具体例を示す。式中、Rxは、H又はCHを表す。
Figure 2012173505
Figure 2012173505
本発明の化学増幅型レジスト組成物をポジ型のレジスト組成物として用いる場合の高分子化合物(A)は、アルカリ現像液の作用で分解しアルカリ現像液中への溶解速度が増大する基を有する繰り返し単位を含有してもしなくてもよいが、含有する場合、該基を有する繰り返し単位の含有量は、高分子化合物(A)中の全繰り返し単位に対し、5〜60モル%が好ましく、より好ましくは10〜50モル%、更に好ましくは10〜40モル%である。
本発明で用いられる高分子化合物(A)には、上記と別に、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する基(以下、「光酸発生基」とも言う)を側鎖に有する繰り返し単位を更に有することも好ましい。この場合は、本発明の必須成分である活性光線又は放射線により酸を発生する化合物(B)が独立した化合物でなく、本発明にかかわる高分子化合物(A)中の一構成成分と言うことになる。すなわち、本発明の一態様として、高分子化合物(A)が、更に、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する基を側鎖に有する繰り返し単位を含み、前記高分子化合物(A)と前記化合物(B)とが同一の化合物であることも好ましい。
光酸発生基を有する繰り返し単位として例えば、特開平9-325497号公報〔0028〕に記載された繰り返し単位や、特開2009-93137号公報〔0038〕〜〔0041〕に記載された繰り返し単位があげられる。そして、この場合、この光酸発生基を有する繰り返し単位が本発明の活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物(B)にあたると考えることができる。
以下に、光酸発生基を有する繰り返し単位に対応するモノマーの具体例(EB又はEUV露光により発生した酸の構造として示す)を示す。
Figure 2012173505
高分子化合物が光酸発生基を有する繰り返し単位を含有する場合、光酸発生基を有する繰り返し単位の含有量は、高分子化合物(A)中の全繰り返し単位に対し、1〜40モル%が好ましく、より好ましくは5〜35モル%、更に好ましくは5〜30モル%である。
本発明の高分子化合物(A)における上記以外の繰り返し単位を形成するための重合性モノマーの例としては、スチレン、アルキル置換スチレン、アルコキシ置換スチレン、O−アルキル化スチレン、O−アシル化スチレン、水素化ヒドロキシスチレン、無水マレイン酸、アクリル酸誘導体(アクリル酸、アクリル酸エステル等)、メタクリル酸誘導体(メタクリル酸、メタクリル酸エステル等)、N−置換マレイミド、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、ビニルナフタレン、ビニルアントラセン、置換基を有しても良いインデン、α位がフルオロアルキル基などで置換されたアルコール性水酸基を有する重合性モノマー等を挙げることができる。置換スチレンとしては4−(1−ナフチルメトキシ)スチレン、4−ベンジルオキシスチレン、4−(4−クロロベンジルオキシ)スチレン、3−(1−ナフチルメトキシ)スチレン、3−ベンジルオキシスチレン、3−(4−クロロベンジルオキシ)スチレンなどが好ましい。
高分子化合物(A)は、これら他の繰り返し単位を含有してもしなくても良いが、含有する場合、これら他の繰り返し単位の高分子化合物(A)中の含有量は、高分子化合物(A)を構成する全繰り返し単位に対して、一般的に1〜20モル%、好ましくは2〜10モル%である。
本発明に用いられる上記高分子化合物(A)は、例えば、各繰り返し単位に対応する不飽和モノマーを、ラジカル、カチオン又はアニオン重合させることにより合成することができる。また各繰り返し単位の前駆体に相当する不飽和モノマーを用いてポリマーを重合した後に、合成したポリマーに低分子化合物を修飾し、所望の繰返し単位へ変換することによって合成することも可能である。いずれの場合も、リビングアニオン重合等のリビング重合を用いることで、得られる高分子化合物の分子量分布が均一となり、好ましい。
本発明に用いられる上記高分子化合物(A)の重量平均分子量は、好ましくは1000〜200000であり、更に好ましくは2000〜50000であり、更により好ましくは2000〜15000である。上記高分子化合物(A)の好ましい分散度(分子量分布)(Mw/Mn)は、感度の観点から、1.0以上1.7以下であり、より好ましくは1.0以上1.2以下である。上記高分子化合物(A)の重量平均分子量及び分散度は、GPC測定によるポリスチレン換算値として定義される。
以下に本発明で使用される上記高分子化合物(A)の具体例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない
Figure 2012173505
Figure 2012173505
Figure 2012173505
また、これらの高分子化合物は2種以上を混合して使用してもよい。
本発明に用いられる上記高分子化合物(A)の添加量は組成物の全固形分を基準として、30〜100質量%とすることが好ましく、50〜99.7質量%とすることがより好ましく、70〜99.5質量%とすることが特に好ましい。
〔2〕(B)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物
本発明の化学増幅型レジスト組成物は、更に必須成分として、(B)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物(以下、適宜、これらの化合物を「酸発生剤」と略称する)を含有する。本発明において、活性光線又は放射線により酸を発生する化合物(B)は、活性光線又は放射線(特に電子線又は極紫外線)の照射により酸を発生する低分子の酸発生剤でもでもいいし、酸発生高分子化合物でもよい。また前述したように、高分子化合物(A)中の一構成成分として、一体化した高分子化合物としているのも好ましい。
酸発生剤の好ましい形態として、オニウム化合物を挙げることができる。そのようなオニウム化合物としては、例えば、スルホニウム塩、ヨードニウム塩、ホスホニウム塩などを挙げることができる。
また、酸発生剤の別の好ましい形態として、活性光線又は放射線の照射により、スルホン酸、イミド酸又はメチド酸を発生する化合物を挙げることができる。その形態における酸発生剤は、例えば、スルホニウム塩、ヨードニウム塩、ホスホニウム塩、オキシムスルホネート、イミドスルホネートなどを挙げることができる。
本発明に用いる酸発生剤としては、低分子化合物に限らず、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する基を高分子化合物の主鎖又は側鎖に導入した化合物も用いることができる。更に前述したように、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する基が、本発明に用いる高分子化合物(A)の共重合成分となっている繰り返し単位中に存在する場合は、本発明の高分子化合物とは別分子の酸発生剤(B)はなくてもかまわない。
酸発生剤は、電子線又は極紫外線の照射により酸を発生する化合物であることが好ましい。
本発明において、好ましいオニウム化合物として、下記一般式(1)で表されるスルホニウム化合物、若しくは一般式(2)で表されるヨードニウム化合物を挙げることができる。
Figure 2012173505
一般式(1)及び(2)において、
a1、Ra2、Ra3、Ra4及びRa5は、各々独立に、有機基を表す。
は、有機アニオンを表す。
以下、一般式(1)で表されるスルホニウム化合物及び一般式(2)で表されるヨードニウム化合物を更に詳述する。
上記一般式(1)のRa1〜Ra3、並びに、上記一般式(2)のRa4及びRa5は、各々独立に有機基を表すが、好ましくはRa1〜Ra3の少なくとも1つ、並びに、Ra4及びRa5の少なくとも1つがそれぞれアリール基である。アリール基としては、フェニル基、ナフチル基が好ましく、更に好ましくはフェニル基である。
上記一般式(1)及び(2)におけるXの有機アニオンは、例えばスルホン酸アニオン、カルボン酸アニオン、ビス(アルキルスルホニル)アミドアニオン、トリス(アルキルスルホニル)メチドアニオンなどが挙げられ、好ましくは、下記一般式(3)、(4)又は(5)で表される有機アニオンであり、より好ましくは下記一般式(3)で表される有機アニオンである。
Figure 2012173505
上記一般式(3)、(4)及び(5)に於いて、Rc、Rc、Rc及びRcは、それぞれ、有機基を表す。
上記Xの有機アニオンが、電子線や極紫外線などの活性光線又は放射線の照射により発生する酸であるスルホン酸、イミド酸、メチド酸などに対応する。
上記Rc1〜Rc4の有機基としては、例えばアルキル基、アリール基、又はこれらの複数が連結された基を挙げることができる。これら有機基のうちより好ましくは1位がフッ素原子又はフロロアルキル基で置換されたアルキル基、フッ素原子又はフロロアルキル基で置換されたフェニル基である。フッ素原子又はフロロアルキル基を有することにより、光照射によって発生した酸の酸性度が上がり、感度が向上する。ただし、末端基は置換基としてフッ素原子を含有しないことが好ましい。
そして、本発明においては、前記酸を発生する化合物(B)は、露光で発生した酸の非露光部への拡散を抑制し解像性やパターン形状を良好にする観点から、体積130Å以上の大きさの酸(より好ましくはスルホン酸)を発生する化合物であることが好ましく、体積190Å以上の大きさの酸(より好ましくはスルホン酸)を発生する化合物であることがより好ましく、体積270Å以上の大きさの酸(より好ましくはスルホン酸)を発生する化合物であることが更により好ましく、体積400Å以上の大きさの酸(より好ましくはスルホン酸)を発生する化合物であることが特に好ましい。ただし、感度や塗布溶剤溶解性の観点から、上記体積は、2000Å以下であることが好ましく、1500Å以下であることが更に好ましい。上記体積の値は、富士通株式会社製の「WinMOPAC」を用いて求めた。すなわち、まず、各例に係る酸の化学構造を入力し、次に、この構造を初期構造としてMM3法を用いた分子力場計算により、各酸の最安定立体配座を決定し、その後、これら最安定立体配座についてPM3法を用いた分子軌道計算を行うことにより、各酸の「accessible volume」を計算することができる。
以下に本発明において、特に好ましい酸発生剤を以下に例示する。なお、例の一部には、体積の計算値を付記している(単位Å)。なお、ここで求めた計算値は、アニオン部にプロトンが結合した酸の体積値である。
Figure 2012173505
Figure 2012173505
Figure 2012173505
Figure 2012173505
また、本発明に用いる酸発生剤(好ましくはオニウム化合物)としては、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する基(光酸発生基)を高分子化合物の主鎖又は側鎖に導入した高分子型酸発生剤も用いることができ、前述の高分子化合物(A)の記載中に、光酸発生基を有する繰り返し単位として記載した。
酸発生剤の組成物中の含有量は、レジスト組成物の全固形分を基準として、好ましくは0.1〜25質量%であり、より好ましくは0.5〜20質量%であり、更に好ましくは1〜18質量%である。
酸発生剤は、1種単独で又は2種以上を組合せて使用することができる。
〔3〕ヒドロキシメチル基又はアルコキシメチル基を分子内に2個以上有する化合物
本発明の化学増幅型レジスト組成物をネガ型の化学増幅型レジスト組成物として用いる場合には、ネガ型化学増幅型レジスト組成物は、架橋剤として、(C)ヒドロキシメチル基又はアルコキシメチル基を分子内に2個以上有する化合物(以下、適宜、酸架橋剤又は単に架橋剤と称する)を含有することが好ましい。
好ましい架橋剤としては、ヒドロキシメチル化又はアルコキシメチル化系フェノール化合物、アルコキシメチル化メラミン系化合物、アルコキシメチルグリコールウリル系化合物類及びアルコキシメチル化ウレア系化合物が挙げられる。特に好ましい架橋剤としての化合物(C)としては、分子内にベンゼン環を3〜5個含み、更にヒドロキシメチル基又はアルコキシメチル基を合わせて2個以上有し、分子量が1200以下のフェノール誘導体や、少なくとも2個の遊離N−アルコキシメチル基を有するメラミン−ホルムアルデヒド誘導体やアルコキシメチルグリコールウリル誘導体が挙げられる。
アルコキシメチル基としては、メトキシメチル基、エトキシメチル基が好ましい。
上記架橋剤のうち、ヒドロキシメチル基を有するフェノール誘導体は、対応するヒドロキシメチル基を有さないフェノール化合物とホルムアルデヒドを塩基触媒下で反応させることによって得ることができる。また、アルコキシメチル基を有するフェノール誘導体は、対応するヒドロキシメチル基を有するフェノール誘導体とアルコールを酸触媒下で反応させることによって得ることができる。
このようにして合成されたフェノール誘導体のうち、アルコキシメチル基を有するフェノール誘導体が感度、保存安定性の点から特に好ましい。
別の好ましい架橋剤の例として、更にアルコキシメチル化メラミン系化合物、アルコキシメチルグリコールウリル系化合物類及びアルコキシメチル化ウレア系化合物のようなN−ヒドロキシメチル基又はN−アルコキシメチル基を有する化合物を挙げることができる。
このような化合物としては、ヘキサメトキシメチルメラミン、ヘキサエトキシメチルメラミン、テトラメトキシメチルグリコールウリル、1,3−ビスメトキシメチル−4,5−ビスメトキシエチレンウレア、ビスメトキシメチルウレア等が挙げられ、EP0,133,216A、西独特許第3,634,671号、同第3,711,264号、EP0,212,482A号に開示されている。
これら架橋剤の中で特に好ましいものを以下に挙げる。
Figure 2012173505
式中、L〜Lは、各々独立に、水素原子、ヒドロキシメチル基、メトキシメチル基、エトキシメチル基又は炭素数1〜6のアルキル基を示す。
本発明において架橋剤は、ネガ型のレジスト組成物の固形分中、好ましくは3〜65質量%、より好ましくは5〜50質量%の添加量で用いられる。架橋剤の添加量を3〜65質量%とすることにより、残膜率及び解像力が低下することを防止するとともに、レジスト液の保存時の安定性を良好に保つことができる。
本発明において、架橋剤は単独で用いてもよいし、2種以上組み合わせて用いてもよく、パターン形状の観点から2種以上組み合わせて用いることが好ましい。
例えば、上記のフェノール誘導体に加え、他の架橋剤、例えば上述のN−アルコキシメチル基を有する化合物等を併用する場合、上記のフェノール誘導体と他の架橋剤の比率は、モル比で100/0〜20/80、好ましくは90/10〜40/60、更に好ましくは80/20〜50/50である。
〔4〕(D)塩基性化合物
本発明の化学増幅型レジスト組成物には、前記成分の他に、塩基性化合物を酸補足剤として含有することが好ましい。塩基性化合物を用いることにより、露光から後加熱までの経時による性能変化を小さくすることできる。このような塩基性化合物としては、有機塩基性化合物であることが好ましく、より具体的には、脂肪族アミン類、芳香族アミン類、複素環アミン類、カルボキシル基を有する含窒素化合物、スルホニル基を有する含窒素化合物、ヒドロキシ基を有する含窒素化合物、ヒドロキシフェニル基を有する含窒素化合物、アルコール性含窒素化合物、アミド誘導体、イミド誘導体等が挙げられる。アミンオキサイド化合物(特開2008−102383に記載)、アンモニウム塩(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に代表されるテトラアルキルアンモニウムヒドロキシドがLERの観点で好ましい。)も適宜用いられる。更に、酸の作用により塩基性が増大する化合物も、塩基性化合物の1種として用いることができる。
アミン類の具体例としては、トリ−n−ブチルアミン、トリ−n−ペンチルアミン、トリ−n−オクチルアミン、トリ−n−デシルアミン、トリイソデシルアミン、ジシクロヘキシルメチルアミン、テトラデシルアミン、ペンタデシルアミン、ヘキサデシルアミン、オクタデシルアミン、ジデシルアミン、メチルオクタデシルアミン、ジメチルウンデシルアミン、N,N−ジメチルドデシルアミン、メチルジオクタデシルアミン、N,N−ジブチルアニリン、N,N−ジヘキシルアニリン、2,6−ジイソプロピルアニリン、2,4,6−トリ(t−ブチル)アニリン、トリエタノールアミン、N,N−ジヒドロキシエチルアニリン、トリス(メトキシエトキシエチル)アミンや、米国特許第6040112号明細書のカラム3、60行目以降に例示の化合物、2−[2−{2―(2,2―ジメトキシ−フェノキシエトキシ)エチル}−ビス−(2−メトキシエチル)]−アミンや、米国特許出願公開第2007/0224539A1号明細書の段落[0066]に例示されている化合物(C1−1)〜(C3−3)などが挙げられる。
含窒素複素環構造を有する化合物としては、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、N−ヒドロキシエチルピペリジン、ビス(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル)セバケート、4−ジメチルアミノピリジン、アンチピリン、ヒドロキシアンチピリン、1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]ノナ−5−エン、1,8−ジアザビシクロ〔5.4.0〕−ウンデカ−7−エンなどが挙げられる。アンモニウム塩としてはテトラブチルアンモニウムヒドロキシドが好ましい。
また、光分解性塩基性化合物(当初は塩基性窒素原子が塩基として作用して塩基性を示すが、活性光線あるいは放射線の照射により分解されて、塩基性窒素原子と有機酸部位とを有する両性イオン化合物を発生し、これらが分子内で中和することによって、塩基性が減少又は消失する化合物。例えば、特許3577743、特開2001−215689号、特開2001−166476、特開2008−102383に記載のオニウム塩)、光塩基発生剤(例えば、特開2010−243773に記載の化合物)も適宜用いられる。
これら塩基性化合物の中でも解像性向上の観点でアンモニウム塩が好ましい。
本発明で使用される塩基性化合物の含有量は、全レジスト組成物の固形分に対して、0.01〜10質量%が好ましく、0.03〜5質量%がより好ましく、0.05〜3質量%が特に好ましい。
〔5〕界面活性剤
本発明の化学増幅型レジスト組成物中には、更に、塗布性を向上させるため界面活性剤を加えることができる。界面活性剤の例としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル類、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンブロックコポリマー類、ソルビタン脂肪酸エステル類、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステルなどのノニオン系界面活性剤、フロラードFC430(住友スリーエム製)やサーフィノールE1004(旭硝子製)、OMNOVA社製のPF656及びPF6320、等のフッ素系界面活性剤、オルガノシロキサンポリマーが挙げられる。
レジスト組成物が界面活性剤を含有する場合、界面活性剤の使用量は、レジスト組成物の全量(溶剤を除く)に対して、好ましくは0.0001〜2質量%、より好ましくは0.0005〜1質量%である。
〔6〕有機カルボン酸
本発明の化学増幅型レジスト組成物には、前記成分の他に、有機カルボン酸を含有することが好ましい。このような有機カルボン酸化合物として、脂肪族カルボン酸、脂環式カルボン酸、不飽和脂肪族カルボン酸、オキシカルボン酸、アルコキシカルボン酸、ケトカルボン酸、安息香酸誘導体、フタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸、2−ナフトエ酸、1−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸、2−ヒドロキシ−3−ナフトエ酸などを挙げることができるが、電子線露光を真空化で行なう際にはレジスト膜表面より揮発して描画チャンバー内を汚染してしまう恐れがあるので、好ましい化合物としては、芳香族有機カルボン酸、その中でも例えば安息香酸、1−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸、2−ヒドロキシ−3−ナフトエ酸が好適である。
有機カルボン酸の配合量としては、高分子化合物(A)100質量部に対し、0.01〜10質量部の範囲内が好ましく、より好ましくは0.01〜5質量部、更により好ましくは0.01〜3質量部である。
本発明の化学増幅レジスト組成物には、必要に応じて、更に、染料、可塑剤、光分解性塩基化合物、光塩基発生剤等を含有させることができる。これらの化合物については、いずれも特開2002−6500号に記載のそれぞれの化合物を挙げることができる。
また、本発明のレジスト組成物に使用される有機溶剤としては、例えば、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、シクロヘキサノン、2−ヘプタノン、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME、別名1−メトキシ−2−プロパノール)、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA、別名1−メトキシ−2−アセトキシプロパン)、プロピレングリコールモノメチルエーテルプロピオネート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、3−メトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸エチル、β−メトキシイソ酪酸メチル、酪酸エチル、酪酸プロピル、メチルイソブチルケトン、酢酸エチル、酢酸イソアミル、乳酸エチル、トルエン、キシレン、酢酸シクロヘキシル、ジアセトンアルコール、N−メチルピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、γ−ブチロラクトン、N,N−ジメチルアセトアミド、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネートなどが好ましい。これらの溶剤は単独若しくは組み合わせて用いられる。
レジスト組成物の固形分は、上記溶剤に溶解し、固形分濃度として、1〜40質量%で溶解することが好ましい。より好ましくは1〜30質量%、更に好ましくは3〜20質量%である。このような固形分濃度の範囲とすることで、上記の膜厚を達成できる。
本発明は、本発明の化学増幅型レジスト組成物により形成された膜厚が10〜200nmであるレジスト膜に関し、このようなレジスト膜は、例えば、該上記のような固形分濃度のレジスト組成物が基板等の支持体上に塗布されることにより形成される。本発明の化学増幅レジスト組成物は、スピンコート、ロールコート、フローコート、ディップコート、スプレーコート、ドクターコート等の適当な塗布方法により基板上に塗布され、60〜150℃で1〜20分間、好ましくは80〜120℃で1〜10分間プリベークして薄膜を形成する。この塗布膜の膜厚は10〜200nmであり、20〜150nmが好ましい。
本発明に適した基板は、シリコン基板、金属蒸着膜又は金属を含む膜が設けられた基板、より適しているのは、表面にCr、MoSi、TaSi若しくはそれらの酸化物、窒化物による蒸着膜が設けられた基板である。
また、本発明は、上記のようにして得られるレジスト膜を塗布した、レジスト塗布マスクブランクスにも関する。このようなレジスト塗布マスクブランクスを得るために、フォトマスク作製用のフォトマスクブランクス上にレジストパターンを形成する場合、使用される透明基板としては、石英、フッ化カルシウム等の透明基板を挙げることができる。一般には、該基板上に、遮光膜、反射防止膜、更に位相シフト膜、追加的にはエッチングストッパー膜、エッチングマスク膜といった機能性膜の必要なものを積層する。機能性膜の材料としては、ケイ素、又はクロム、モリブデン、ジルコニウム、タンタル、タングステン、チタン、ニオブ等の遷移金属を含有する膜が積層される。また、最表層に用いられる材料としては、ケイ素又はケイ素に酸素及び/又は窒素を含有する材料を主構成材料とするもの、更にそれらに遷移金属を含有する材料を主構成材料とするケイ素化合物材料や、遷移金属、特にクロム、モリブデン、ジルコニウム、タンタル、タングステン、チタン、ニオブ等より選ばれる1種以上、又は更にそれらに酸素、窒素、炭素より選ばれる元素を1以上含む材料を主構成材料とする遷移金属化合物材料が例示される。
遮光膜は単層でも良いが、複数の材料を塗り重ねた複層構造であることがより好ましい。複層構造の場合、1層当たりの膜の厚みは、特に限定されないが、5nm〜100nmであることが好ましく、10nm〜80nmであることがより好ましい。遮光膜全体の厚みとしては、特に限定されないが、5nm〜200nmであることが好ましく、10nm〜150nmであることがより好ましい。
これらの材料のうち、一般にクロムに酸素や窒素を含有する材料を最表層に持つフォトマスクブランク上で化学増幅型レジスト組成物を用いてパターン形成を行った場合、基板付近でくびれ形状が形成される、いわゆるアンダーカット形状となりやすいが、本発明を用いた場合、従来のものに比べてアンダーカット問題を改善することができる。
次いで、このレジスト膜には活性光線又は放射線(電子線等)を照射し、好ましくはベーク(通常80〜150℃、より好ましくは90〜130℃)を行った後、現像する。これにより良好なパターンを得ることができる。そして、このパターンをマスクとして用いて、適宜エッチング処理及びイオン注入などを行い、半導体微細回路及びインプリント用モールド構造体等を作成する。
なお、本発明の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)」に記載されている。
本発明の化学増幅型レジストの使用形態及びレジストパターン形成方法を次に説明する。
本発明は、上記レジスト膜又はレジスト塗布マスクブランクスを露光すること、及び、該露光されたレジスト膜又はレジスト塗布マスクブランクスを現像することを含む、レジストパターン形成方法にも関する。本発明において、前記露光が電子線又は極紫外線を用いて行われることが好ましい。また、本発明は、上記レジストパターン形成方法に供される、化学増幅型レジスト組成物にも関する。
精密集積回路素子の製造などにおいてレジスト膜上への露光(パターン形成工程)は、まず本発明のレジスト膜にパターン状に電子線又は極紫外線(EUV)照射を行うことが好ましい。露光量は電子線の場合0.1〜20μC/cm程度、好ましくは3〜15μC/cm程度、極紫外線の場合0.1〜20mJ/cm程度、好ましくは3〜15mJ/cm程度となるように露光する。次いで、ホットプレート上で60〜150℃で1〜20分間、好ましくは80〜120℃で1〜10分間、露光後加熱(ポストエクスポージャベーク)を行い、ついで現像、リンス、乾燥することによりレジストパターンを形成する。現像液は、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド(TBAH)等の好ましくは0.1〜5質量%、より好ましくは2〜3質量%アルカリ水溶液で、好ましくは0.1〜3分間、より好ましくは0.5〜2分間、浸漬(dip)法、パドル(puddle)法、スプレー(spray)法等の常法により現像する。アルカリ現像液には、アルコール類及び/又は界面活性剤を、適当量添加してもよい。こうして、本発明の化学増幅型レジスト組成物がネガ型の場合、未露光部分のレジスト膜は溶解し、露光された部分は高分子化合物が架橋しているので現像液に溶解され難く、本発明の化学増幅型レジスト組成物がポジ型の場合、露光された部分が現像液に溶解し、未露光部分は現像液に溶解され難く、基板上に目的のパターンが形成される。
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明の内容がこれにより限定されるものではない。
(I)ポジ型化学増幅レジストとしての例(電子線)
1.高分子化合物(A)((A)成分)の合成例
<合成例1:高分子化合物(P1)の合成>
日本曹達株式会社製、ポリ(p−ヒドロキシスチレン)(VP8000)20gをアセトン120mLに溶解し、10.2gの1−chloro−2,3−dihydro−1H−indene、11.5gの炭酸カリウム、250mgのヨウ化ナトリウムを加え、50℃で8時間撹拌した。反応液を室温に戻した後、酢酸エチル100mLと蒸留水100mLを加え、反応液を氷水中で撹拌しながら、1NのHCl水溶液を少しずつ反応液に添加し中和した。反応液を分液ロートに移し、酢酸エチル100mLと蒸留水100mLを更に加えて撹拌後、水層を除去した。その後有機層を200mLの蒸留水で5回洗浄後、有機層を濃縮した。この反応液をヘキサン3L中に滴下した。粉体をろ過後、分取し、真空乾燥することで高分子化合物(P1)10.6gが得られた。
また、高分子化合物(P1)と同様にして、高分子化合物(P8)〜(P10)以外の他の高分子化合物を合成した。
得られた高分子化合物につき、H−NMR測定により、高分子化合物の組成比(モル比)を算出した。また、GPC(溶媒:THF)測定により、高分子化合物の重量平均分子量(Mw:ポリスチレン換算)、数平均分子量(Mn:ポリスチレン換算)及び分散度(Mw/Mn、以下「PDI」ともいう)を算出した。重量平均分子量及び分散度について、以下の表1中に、高分子化合物の化学式及び組成比とともに示す。
<高分子化合物(P10)の合成>
<合成例2:モノマーの合成>
(p−ヒドロキシスチレン(A)の合成)
p−アセトキシスチレン100.00質量部を酢酸エチル400質量部に溶解させ、0℃に冷却し、ナトリウムメトキシド(28質量%メタノール溶液)47.60質量部を30分かけて滴下して加え、室温で5時間撹拌した。酢酸エチルを加えて、有機層を蒸留水で3回洗浄した後、無水硫酸ナトリウムで乾燥し、溶媒を留去して、p−ヒドロキシスチレン(54質量%酢酸エチル溶液)131.70質量部を得た。
(化合物(X)の合成)
100.00gの化合物(5)を、400gの酢酸エチルに溶解させた。得られた溶液を0℃に冷却し、47.60gのナトリウムメトキシド(28質量%メタノール溶液)を30分かけて滴下した。その後、これを室温で5時間に亘って撹拌した。反応溶液に酢酸エチルを加えて、有機層を蒸留水で3回洗浄した後、無水硫酸ナトリウムで乾燥し、溶媒を留去した。このようにして、化合物(6)(54質量%酢酸エチル溶液)131.70gを得た。
18.52gの化合物(6)(54質量%酢酸エチル溶液)に、56.00gの酢酸エチルを加えた。これに、31.58gの1,1,2,2,3,3−ヘキサフルオロプロパン−1,3−ジスルホニルジフルオリドを加え、0℃に冷却した。12.63gのトリエチルアミンを25.00gの酢酸エチルに溶解させた溶液を30分かけて滴下し、液温を0℃に維持したまま4時間に亘って撹拌した。酢酸エチルを加えて、有機層を飽和食塩水で3回洗浄した後、無水硫酸ナトリウムで乾燥し、溶媒を留去した。このようにして、32.90gの化合物(7)を得た。
35.00gの化合物(7)を315gのメタノールに溶解させ、0℃に冷却し、245gの1規定水酸化ナトリウム水溶液を加えて、室温で2時間撹拌した。溶媒を留去した後、酢酸エチルを加えて、有機層を飽和食塩水で3回洗浄した後、無水硫酸ナトリウムで乾燥し、溶媒を留去した。このようにして、34.46gの化合物(8)を得た。
28.25gの化合物(8)を254.25gのメタノールに溶解させ、23.34gのトリフェニルスルホニウムブロミドを加え、室温で3時間撹拌した。溶媒を留去して、蒸留水を加えて、クロロホルムで3回抽出した。得られた有機層を蒸留水で3回洗浄した後、溶媒を留去した。このようにして、42.07gの化合物(X)を得た。
化合物(5)〜(8)及び化合物(X)の構造を以下に示す。
Figure 2012173505
<合成例3:高分子化合物(P10)の合成>
9.01gのp−ヒドロキシスチレン(A)(53.1質量%プロピレングリコールモノメチルエーテル溶液)と、4.86gの化合物(B)と、10.15gの化合物(X)と、10.15gの化合物(C)と、2.42gの重合開始剤V−601(和光純薬工業(株)製)とを、48.4gのプロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)に溶解させた。反応容器中に12.1gのPGMEを入れ、窒素ガス雰囲気下、85℃の系中に2時間かけて滴下した。反応溶液を4時間に亘って加熱撹拌した後、これを室温まで放冷した。
上記反応溶液を、33gのアセトンを加えることにより希釈した。希釈した溶液を1000gのヘキサン/酢酸エチル(質量比)=8/2中に滴下し、ポリマーを沈殿させ、ろ過した。250gのヘキサン/酢酸エチル(質量比)=8/2を用いて、ろ過した固体のかけ洗いを行なった。得られた固体を33gのアセトンに溶解させ、600gのメタノール/蒸留水(質量比)=1/9中に滴下し、ポリマーを沈殿させ、ろ過した。150gのメタノール/蒸留水(質量比)=1/9を用いて、ろ過した固体のかけ洗いを行なった。その後、洗浄後の固体を減圧乾燥に供して、11.31gの高分子化合物(P10)を得た。
合成例3の高分子化合物(P10)の合成で使用した各モノマーの構造を下表に示す。
高分子化合物(P8)及び(P9)の各々を、下表に示した構造を有する各モノマーを使用した以外は、合成例3で述べたのと同様にして合成した。
得られた高分子化合物(P8)〜(P10)につき、H−NMR測定により、高分子化合物の組成比(モル比)を算出した。また、GPC(溶媒:THF)測定により、高分子化合物の重量平均分子量(Mw:ポリスチレン換算)、数平均分子量(Mn:ポリスチレン換算)及び分散度(Mw/Mn、以下「PDI」ともいう)を算出した。重量平均分子量及び分散度について、以下の表1中に、高分子化合物の化学式及び組成比とともに示す。
Figure 2012173505
Figure 2012173505
Figure 2012173505
2.実施例
〔実施例1P〕
(1)支持体の準備
酸化Cr蒸着した6インチウェハー(通常のフォトマスクに使用する遮蔽膜処理を施した物)を準備した。
(2)レジスト塗布液の準備
(ポジ型レジスト組成物P1の塗布液組成)
高分子化合物(P1) 0.60g
光酸発生剤(z42)(構造式は下記) 0.12g
テトラブチルアンモニウムヒドロキシド(塩基性化合物) 0.002g
界面活性剤PF6320(OMNOVA(株)製) 0.001g
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(溶剤)9.0g
上記組成物溶液を0.04μmの孔径を有するメンブレンフィルターで精密ろ過して、レジスト塗布溶液を得た。
(3)レジスト膜の作成
上記6インチウェハー上に東京エレクトロン製スピンコーターMark8を用いてレジスト塗布溶液を塗布し、110℃、90秒間ホットプレート上で乾燥して、膜厚100nmのレジスト膜を得た。すなわち、レジスト塗布マスクブランクスを得た。
(4)ポジ型レジストパターンの作製
このレジスト膜に、電子線描画装置((株)日立製作所製HL750、加速電圧50KeV)を用いて、パターン照射を行った。照射後に、120℃、90秒ホットプレート上で加熱し、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60秒間浸漬した後、30秒間、水でリンスして乾燥した。
(5)レジストパタ−ンの評価
得られたパターンを下記の方法で、感度、解像力、パタ−ン形状、ラインエッジラフネス(LER)及びドライエッチング耐性について評価した。
〔感度〕
得られたパターンの断面形状を走査型電子顕微鏡((株)日立製作所製S−4300)を用いて観察した。線幅100nm(ライン:スペース=1:1)のレジストパターンを解像するときの露光量(電子線照射量)を感度とした。この値が小さいほど、感度が高い。
〔解像力評価(LS)〕
上記の感度を示す露光量(電子線照射量)における限界解像力(ラインとスペース(ライン:スペース=1:1)が分離解像する最小の線幅)をLS解像力とした。
〔解像力評価(IL)〕
線幅100nmの孤立ラインパターン(ライン:スペース=1:>100)を解像する際の最小照射量における限界解像力(ラインとスペース(ライン:スペース=1:>100)が分離解像する最小の線幅)をIL解像力(nm)とした。
〔パタ−ン形状〕
上記の感度を示す露光量(電子線照射量)における線幅100nmラインパターン(L/S=1/1)の断面形状を走査型電子顕微鏡((株)日立製作所製S−4300)を用いて観察した。ラインパターンの断面形状において、[ラインパターンのボトム部(底部)における線幅/ラインパターンの中部(ラインパターンの高さの半分の高さ位置)における線幅]で表される比率が1.5以上のものを「順テーパー」とし、該比率が1.2以上1.5未満のものを「やや順テーパー」とし、該比率が1.2未満のものを「矩形」として、評価を行った。
〔ラインエッジラフネス(LER)〕
上記の感度を示す照射量(電子線照射量)で、線幅100nmのラインパターン(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。値が小さいほど良好な性能であることを示す。
〔ドライエッチング耐性評価〕
未露光レジスト膜を、HITACHI U−621でAr/C/Oガス(体積比率100/4/2の混合ガス)を用いて30秒間ドライエッチングを行った。その後レジスト残膜率を測定し、ドライエッチング耐性の指標とした。
非常に良好:残膜率95%以上
良好:95%未満90%以上
不良:90%未満
〔実施例2P〕〜〔実施例22P〕、〔比較例1P〕、〔比較例2P〕
レジスト液処方で、下表2に記載の成分以外は実施例1Pと同様にしてレジスト溶液(ポジ型レジスト組成物P2〜P22、ポジ型レジスト比較組成物P1及びP2)の調製、ポジ型パターン形成及びその評価を行った。
Figure 2012173505
Figure 2012173505
上記及び下記実施例/比較例で用いた前掲以外の素材の略称を以下に記載する。
〔酸発生剤(化合物(B))〕
Figure 2012173505
〔塩基性化合物〕
B1:テトラブチルアンモニウムヒドロキシド
B2:トリ(n−オクチル)アミン
B3:2,4,5−トリフェニルイミダゾール
Figure 2012173505
〔溶剤〕
S1:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(1−メトキシ−2−アセトキシプロパン)
S2:プロピレングリコールモノメチルエーテル(1−メトキシ−2−プロパノール)
S3:2−ヘプタノン
S4:乳酸エチル
S5:シクロヘキサノン
S6:γ−ブチロラクトン
S7:プロピレンカーボネート
評価結果を表3に示す。
Figure 2012173505
表3に示す結果から、本発明に係る組成物は、感度、解像力、パターン形状、LER及びドライエッチング耐性に優れることが分かる。
(II)ポジ型化学増幅レジストとしての例(EUV)
〔実施例1Q〜8Q、並びに、比較例1Q及び2Q〕
(レジスト溶液の調製)
下記表4に示したポジ型レジスト組成物をポアサイズ0.04μm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、ポジ型レジスト溶液を調製した。
(レジスト評価)
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、100℃で60秒間ホットプレート上で加熱乾燥を行って、0.05μmの膜厚を有したレジスト膜を形成させた。
得られたレジスト膜に関し、下記の方法で、感度、解像力、パタ−ン形状、ラインエッジラフネス(LER)及びドライエッチング耐性について評価した。
〔感度〕
得られたレジスト膜に、EUV光(波長13nm)を用いて、露光量を0〜20.0mJ/cmの範囲で0.1mJ/cmずつ変えながら、線幅100nmの1:1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介して、露光を行った後、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)水溶液を用いて現像した。
線幅100nm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感度とした。この値が小さいほど、感度が高い。
〔解像力(LS)〕
上記の感度を示す露光量における限界解像力(ラインとスペース(ライン:スペース=1:1)とが分離解像する最小の線幅)をLS解像力(nm)とした。
〔パターン形状評価〕
上記の感度を示す露光量における線幅100nmのラインパターン(L/S=1/1)の断面形状を走査型電子顕微鏡((株)日立製作所製S−4300)を用いて観察した。ラインパターンの断面形状において、[ラインパターンのボトム部(底部)における線幅/ラインパターンの中部(ラインパターンの高さの半分の高さ位置)における線幅]で表される比率が1.5以上のものを「順テーパー」とし、該比率が1.2以上1.5未満のものを「やや順テーパー」とし、該比率が1.2未満のものを「矩形」として、評価を行った。
〔ラインエッジラフネス(LER)〕
上記の感度を示す露光量における線幅100nmのラインパターン(L/S=1/1)の長さ方向50μmにおける任意の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、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。
〔ドライエッチング耐性評価〕
未露光レジスト膜を、HITACHI U−621でAr/C/Oガス(体積比率100/4/2の混合ガス)を用いて30秒間ドライエッチングを行った。その後レジスト残膜率を測定し、ドライエッチング耐性の指標とした。
非常に良好:残膜率95%以上
良好:95%未満90%以上
不良:90%未満
以上の評価結果を表4に示す。
Figure 2012173505
表4に示す結果から、本発明に係る組成物は、感度、解像力、パターン形状、ラインエッジラフネス(LER)及びドライエッチング耐性に優れることが分かる。
(III)ネガ型化学増幅レジストとしての例(電子線)
1.高分子化合物(A)((A)成分)の合成例
<合成例4:高分子化合物(A1)の合成>
日本曹達株式会社製、ポリ(p−ヒドロキシスチレン)(VP8000)20gをアセトン120mLに溶解し、10.2gの1−chloro−2,3−dihydro−1H−indene、6.1gの炭酸カリウム、250mgのヨウ化ナトリウムを加え、50℃で8時間撹拌した。反応液を室温に戻した後、酢酸エチル100mLと蒸留水100mLを加え、反応液を氷水中で撹拌しながら、1NのHCl水溶液を少しずつ反応液に添加し中和した。反応液を分液ロートに移し、酢酸エチル100mLと蒸留水100mLを更に加えて撹拌後、水層を除去した。その後有機層を200mLの蒸留水で5回洗浄後、有機層を濃縮した。この反応液をヘキサン3L中に滴下した。粉体をろ過後、分取し、真空乾燥することで高分子化合物(A1)7.6gが得られた。
また、高分子化合物(A1)と同様にして、他の高分子化合物を合成した。
得られた高分子化合物につき、H−NMR測定により、高分子化合物の組成比(モル比)を算出した。また、GPC(溶媒:THF)測定により、高分子化合物の重量平均分子量(Mw:ポリスチレン換算)、数平均分子量(Mn:ポリスチレン換算)及び分散度(Mw/Mn、以下「PDI」ともいう)を算出した。重量平均分子量及び分散度について、以下の表中に、高分子化合物の化学式及び組成比とともに示す。
Figure 2012173505
2.実施例
〔実施例1E〕
(1)支持体の準備
酸化Cr蒸着した6インチウェハー(通常のフォトマスクに使用する遮蔽膜処理を施した物)を準備した。
(2)レジスト塗布液の準備
(ネガ型レジスト組成物N1の塗布液組成)
高分子化合物(A1) 0.60g
光酸発生剤(z42)(構造式は上記) 0.12g
架橋剤CL−1(構造式は下記) 0.08g
架橋剤CL−5(構造式は下記) 0.04g
テトラブチルアンモニウムヒドロキシド(塩基性化合物) 0.002g
2−ヒドロキシ−3−ナフトエ酸(有機カルボン酸) 0.012g
界面活性剤PF6320(OMNOVA(株)製) 0.001g
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(溶剤)4.0g
プロピレングリコールモノメチルエーテル(溶剤) 5.0g
Figure 2012173505
上記組成物溶液を0.04μmの孔径を有するメンブレンフィルターで精密ろ過して、レジスト塗布溶液を得た。
(3)レジスト膜の作成
上記6インチウェハー上に東京エレクトロン製スピンコーターMark8を用いてレジスト塗布溶液を塗布し、110℃、90秒間ホットプレート上で乾燥して、膜厚100nmのレジスト膜を得た。すなわち、レジスト塗布マスクブランクスを得た。
(4)ネガ型レジストパターンの作製
このレジスト膜に、電子線描画装置((株)日立製作所製HL750、加速電圧50KeV)を用いて、パターン照射を行った。照射後に、120℃、90秒ホットプレート上で加熱し、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60秒間浸漬した後、30秒間、水でリンスして乾燥した。
(5)レジストパタ−ンの評価
得られたパターンを下記の方法で、感度、解像力、パタ−ン形状、ラインエッジラフネス(LER)及びドライエッチング耐性について評価した。
〔感度〕
得られたパターンの断面形状を走査型電子顕微鏡((株)日立製作所製S−4300)を用いて観察した。線幅100nm(ライン:スペース=1:1)のレジストパターンを解像するときの露光量(電子線照射量)を感度とした。この値が小さいほど、感度が高い。
〔解像力(LS)〕
上記の感度を示す露光量(電子線照射量)における限界解像力(ラインとスペース(ライン:スペース=1:1)が分離解像する最小の線幅)をLS解像力(nm)とした。
〔解像力(IS)〕
スペース幅100nmの孤立スペースパターン(スペース:ライン=1:>100)を解像する際の最小照射量における限界解像力(スペースとライン(スペース:ライン=1:>100)が分離解像する最小のスペース幅)をIS解像力(nm)とした。
〔パタ−ン形状〕
上記の感度を示す露光量(電子線照射量)における線幅100nmのラインパターン(L/S=1/1)の断面形状を走査型電子顕微鏡((株)日立製作所製S−4300)を用いて観察した。ラインパターンの断面形状において、[ラインパターンのトップ部(表面部)における線幅/ラインパターンの中部(ラインパターンの高さの半分の高さ位置)における線幅]で表される比率が1.5以上のものを「逆テーパー」とし、該比率が1.2以上1.5未満のものを「やや逆テーパー」とし、該比率が1.2未満のものを「矩形」として、評価を行った。
〔ラインエッジラフネス(LER)〕
上記の感度を示す照射量(電子線照射量)で、線幅100nmのラインパターン(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。値が小さいほど良好な性能であることを示す。
〔ドライエッチング耐性〕
上記の感度を示す照射量(電子線照射量)で全面照射を行うことにより形成したレジスト膜を、HITACHI U−621でAr/C/Oガス(体積比率100/4/2の混合ガス)を用いて30秒間ドライエッチングを行った。その後レジスト残膜率を測定し、ドライエッチング耐性の指標とした。
非常に良好:残膜率95%以上
良好:95%未満90%以上
不良:90%未満
〔実施例2E〕〜〔実施例12E〕、〔比較例1E〕及び〔比較例2E〕
レジスト液処方で、下表6に記載の成分以外は実施例1Eと同様にしてレジスト溶液(ネガ型レジスト組成物N2〜N12、ネガ型レジスト比較組成物N1及びN2)の調製、ネガ型パターン形成及びその評価を行った。評価結果を表7に示す。
Figure 2012173505
架橋剤CL−2〜CL−4の化学式を下に示す。
〔架橋剤〕
Figure 2012173505
評価結果を表7に示す。
Figure 2012173505
表7に示す結果から、本発明に係る組成物は、感度、解像力、パターン形状、ラインエッジラフネス(LER)及びドライエッチング耐性に優れることが分かる。
(IV)ネガ型化学増幅レジストとしての例(EUV)
〔実施例1F〜6F並びに比較例1F及び2F)
(レジスト溶液の調製)
下記表8に示したネガ型レジスト組成物をポアサイズ0.04μm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、ネガ型レジスト溶液を調製した。
(レジスト評価)
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、100℃で60秒間ホットプレート上で加熱乾燥を行って、0.05μmの膜厚を有したレジスト膜を形成させた。
得られたレジスト膜に関し、下記の方法で、感度、解像力、パタ−ン形状、ラインエッジラフネス(LER)及びドライエッチング耐性について評価した。
〔感度〕
得られたレジスト膜に、EUV光(波長13nm)を用いて、露光量を0〜20.0mJ/cmの範囲で0.1mJ/cmずつ変えながら、線幅100nmの1:1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介して、露光を行った後、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)水溶液を用いて現像した。
線幅100nm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感度とした。この値が小さいほど、感度が高い。
〔解像力(LS)〕
上記の感度を示す露光量における限界解像力(ラインとスペース(ライン:スペース=1:1)とが分離解像する最小の線幅)をLS解像力(nm)とした。
〔パターン形状〕
上記の感度を示す露光量における線幅100nmのラインパターン(L/S=1/1)の断面形状を走査型電子顕微鏡((株)日立製作所製S−4300)を用いて観察した。ラインパターンの断面形状において、[ラインパターンのトップ部(表面部)における線幅/ラインパターンの中部(ラインパターンの高さの半分の高さ位置)における線幅]で表される比率が1.5以上のものを「逆テーパー」とし、該比率が1.2以上1.5未満のものを「やや逆テーパー」とし、該比率が1.2未満のものを「矩形」として、評価を行った。
〔ラインエッジラフネス(LER)〕
上記の感度を示す露光量で、線幅100nmのラインパターン(L/S=1/1)を形成した。そして、その長さ方向50μmにおける任意の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。値が小さいほど良好な性能であることを示す。
〔ドライエッチング耐性〕
上記の感度を示す露光量で全面照射を行うことにより形成したレジスト膜を、HITACHI U−621でAr/C/Oガス(体積比率100/4/2の混合ガス)を用いて30秒間ドライエッチングを行った。その後レジスト残膜率を測定し、ドライエッチング耐性の指標とした。
非常に良好:残膜率95%以上
良好:95%未満90%以上
不良:90%未満
以上の評価結果を表8に示す。
Figure 2012173505
表8に示す結果から、本発明に係る組成物は、感度、解像力、パターン形状、ラインエッジラフネス(LER)及びドライエッチング耐性に優れることが分かる。

Claims (14)

  1. (A)下記一般式(I)で表される基により、フェノール性水酸基の水素原子が置換された構造を有する高分子化合物、(B)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物、及び有機溶剤を含有する化学増幅型レジスト組成物により形成されたレジスト膜であって、膜厚が10〜200nmであるレジスト膜。
    Figure 2012173505
    (式中、Rは、炭化水素基を表す。Rは、水素原子又は炭化水素基を表す。Arは、アリール基を表す。Rは、Arと結合して、ヘテロ原子を含んでいてもよい環を形成していてもよい。*は前記フェノール性水酸基の酸素原子との結合位置を表す。)
  2. 電子線又は極紫外線を用いた露光用である、請求項1に記載のレジスト膜。
  3. 前記高分子化合物(A)が、下記一般式(II)で表される繰り返し単位を含む、請求項1又は2に記載のレジスト膜。
    Figure 2012173505
    (式中、Arは、アリーレン基を表す。Rは、炭化水素基を表す。Rは、水素原子又は炭化水素基を表す。R〜Rはそれぞれ独立に、水素原子又は1価の置換基を表す。Rは、水素原子又は炭化水素基を表す。Rは、R〜Rのいずれかと結合して、ヘテロ原子を含んでいてもよい環を形成していてもよい。)
  4. 前記一般式(II)で表される繰り返し単位が、下記一般式(V)で表される繰り返し単位である、請求項3に記載のレジスト膜。
    Figure 2012173505
    (式中、Arは、アリーレン基を表す。Rは、水素原子又は炭化水素基を表す。R〜Rはそれぞれ独立に、水素原子又は1価の置換基を表す。Rは、水素原子又は炭化水素基を表す。Bは、一般式(V)中のベンゼン環以外の芳香環と縮環していてもよい、脂肪族炭化水素環又は脂肪族ヘテロ環を表す。)
  5. 前記高分子化合物(A)が、更に、下記一般式(III)で表される繰り返し単位を含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載のレジスト膜。
    Figure 2012173505
    (式中、Arは、アリーレン基を表す。Rは、水素原子又は炭化水素基を表す。)
  6. 活性光線又は放射線の照射により、前記化合物(B)から発生した酸が、体積130Å以上の大きさの酸である、請求項1〜5のいずれか一項に記載のレジスト膜。
  7. 前記高分子化合物(A)が、更に、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する基を側鎖に有する繰り返し単位を含み、前記高分子化合物(A)と前記化合物(B)とが同一の化合物である、請求項1〜5のいずれか一項に記載のレジスト膜。
  8. 前記高分子化合物(A)の分散度が1.0〜1.2である、請求項1〜7のいずれか一項に記載のレジスト膜。
  9. 更に、(D)塩基性化合物を含有する、請求項1〜8のいずれか一項に記載のレジスト膜。
  10. 請求項1〜9のいずれか一項に記載のレジスト膜を塗布した、レジスト塗布マスクブランクス。
  11. 請求項1〜9のいずれか一項に記載のレジスト膜を露光し、現像することを含む、レジストパターン形成方法。
  12. 請求項10に記載のレジスト塗布マスクブランクスを露光し、現像することを含む、レジストパターン形成方法。
  13. 前記露光が、電子線又は極紫外線を用いて行われる、請求項11又は12に記載のレジストパターン形成方法。
  14. 請求項11〜13のいずれか一項に記載のレジストパターン形成方法に供せられる、化学増幅型レジスト組成物。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015031850A (ja) * 2013-08-02 2015-02-16 富士フイルム株式会社 感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物、それを用いたレジスト膜、レジスト塗布マスクブランクス、フォトマスク及びパターン形成方法、並びに、電子デバイスの製造方法及び電子デバイス
WO2015046021A1 (ja) * 2013-09-26 2015-04-02 Jsr株式会社 感放射線性樹脂組成物及びレジストパターン形成方法
JP2018193359A (ja) * 2017-05-17 2018-12-06 住友化学株式会社 化合物、樹脂、レジスト組成物及びレジストパターンの製造方法
JP2018193358A (ja) * 2017-05-17 2018-12-06 住友化学株式会社 化合物、樹脂、レジスト組成物及びレジストパターンの製造方法

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5298222B2 (ja) * 2011-07-28 2013-09-25 富士フイルム株式会社 感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物、これを用いた感活性光線性又は感放射線性膜、及び、パターン形成方法
JP6267982B2 (ja) * 2014-02-05 2018-01-24 富士フイルム株式会社 感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物、感活性光線性又は感放射線性膜、感活性光線性又は感放射線性膜を備えたマスクブランクス、パターン形成方法、電子デバイスの製造方法、新規化合物、及び、新規化合物の製造方法
WO2016163187A1 (ja) * 2015-04-07 2016-10-13 富士フイルム株式会社 ネガ型感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物、ネガ型感活性光線性又は感放射線性膜、パターン形成方法、及び、電子デバイスの製造方法
US20210318613A9 (en) * 2019-06-14 2021-10-14 Jsr Corporation Radiation-sensitive resin composition and resist pattern-forming method

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006506480A (ja) * 2002-11-14 2006-02-23 チバ スペシャルティ ケミカルズ ホールディング インコーポレーテッド アニオン重合又は制御ラジカル重合によるヒドロキシ−ビニル芳香族ポリマー又はコポリマーの製造方法
JP2007140289A (ja) * 2005-11-21 2007-06-07 Shin Etsu Chem Co Ltd ポジ型レジスト材料並びにこれを用いたパターン形成方法
JP2008102509A (ja) * 2006-09-21 2008-05-01 Fujifilm Corp レジスト組成物及びこれを用いたパターン形成方法
JP2010237662A (ja) * 2009-03-09 2010-10-21 Shin-Etsu Chemical Co Ltd ポジ型レジスト材料並びにこれを用いたパターン形成方法
JP2010237661A (ja) * 2009-03-09 2010-10-21 Shin-Etsu Chemical Co Ltd ポジ型レジスト材料並びにこれを用いたパターン形成方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05307262A (ja) 1992-04-28 1993-11-19 Japan Synthetic Rubber Co Ltd 感放射線性樹脂組成物
JPH0815863A (ja) 1994-06-29 1996-01-19 Nippon Zeon Co Ltd レジスト組成物
JP2000171977A (ja) 1998-12-10 2000-06-23 Nec Corp レジスト材料及びその製造方法
JP2002156762A (ja) 2000-11-20 2002-05-31 Toray Ind Inc ポジ型感放射線性組成物およびこれを用いたレジストパターンの製造方法
US7833690B2 (en) * 2001-11-05 2010-11-16 The University Of North Carolina At Charlotte Photoacid generators and lithographic resists comprising the same
JP4418659B2 (ja) 2003-09-26 2010-02-17 富士フイルム株式会社 ポジ型電子線、x線又はeuv光用レジスト組成物及びそれを用いたパターン形成方法
JP5183903B2 (ja) 2006-10-13 2013-04-17 信越化学工業株式会社 高分子化合物、レジスト材料及びこれを用いたパターン形成方法
JP2008162101A (ja) 2006-12-27 2008-07-17 Fujifilm Corp モールド構造体の製造方法
JP5081560B2 (ja) 2007-09-28 2012-11-28 富士フイルム株式会社 ポジ型レジスト組成物およびこれを用いたパターン形成方法
JP5841707B2 (ja) 2008-09-05 2016-01-13 富士フイルム株式会社 ポジ型レジスト組成物、該組成物を用いたパターン形成方法及び該組成物に用いられる樹脂

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006506480A (ja) * 2002-11-14 2006-02-23 チバ スペシャルティ ケミカルズ ホールディング インコーポレーテッド アニオン重合又は制御ラジカル重合によるヒドロキシ−ビニル芳香族ポリマー又はコポリマーの製造方法
JP2007140289A (ja) * 2005-11-21 2007-06-07 Shin Etsu Chem Co Ltd ポジ型レジスト材料並びにこれを用いたパターン形成方法
JP2008102509A (ja) * 2006-09-21 2008-05-01 Fujifilm Corp レジスト組成物及びこれを用いたパターン形成方法
JP2010237662A (ja) * 2009-03-09 2010-10-21 Shin-Etsu Chemical Co Ltd ポジ型レジスト材料並びにこれを用いたパターン形成方法
JP2010237661A (ja) * 2009-03-09 2010-10-21 Shin-Etsu Chemical Co Ltd ポジ型レジスト材料並びにこれを用いたパターン形成方法

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015031850A (ja) * 2013-08-02 2015-02-16 富士フイルム株式会社 感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物、それを用いたレジスト膜、レジスト塗布マスクブランクス、フォトマスク及びパターン形成方法、並びに、電子デバイスの製造方法及び電子デバイス
WO2015046021A1 (ja) * 2013-09-26 2015-04-02 Jsr株式会社 感放射線性樹脂組成物及びレジストパターン形成方法
JPWO2015046021A1 (ja) * 2013-09-26 2017-03-09 Jsr株式会社 感放射線性樹脂組成物及びレジストパターン形成方法
US9874816B2 (en) 2013-09-26 2018-01-23 Jsr Corporation Radiation-sensitive resin composition and resist pattern-forming method
JP2018193359A (ja) * 2017-05-17 2018-12-06 住友化学株式会社 化合物、樹脂、レジスト組成物及びレジストパターンの製造方法
JP2018193358A (ja) * 2017-05-17 2018-12-06 住友化学株式会社 化合物、樹脂、レジスト組成物及びレジストパターンの製造方法
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