JP2012189958A - レジスト組成物、並びに、それを用いたレジスト膜及びパターン形成方法 - Google Patents

レジスト組成物、並びに、それを用いたレジスト膜及びパターン形成方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 良好な形状のパターンを形成可能とするレジスト組成物、並びに、それを用いたレジスト膜及びパターン形成方法を提供する。
【解決手段】 本発明に係るレジスト組成物は、(A)脂環構造を備え且つ酸の作用により現像液に対する溶解速度が変化する樹脂と、(B)活性光線又は放射線の照射によって酸を発生する化合物と、(C)下記一般式(EA)により表される化合物とを含有したレジスト組成物。
【化1】
Figure 2012189958

【選択図】 なし

Description

本発明は、レジスト組成物、並びに、それを用いたレジスト膜及びパターン形成方法に関する。より詳細には、本発明は、例えば、IC等の半導体製造工程、液晶及びサーマルヘッド等の回路基板の製造、更にはその他のフォトファブリケーションのリソグラフィ工程に適用可能なレジスト組成物、並びに、それを用いたレジスト膜及びパターン形成方法に関する。
パターン形成用の感光性組成物は、典型的には、光の照射により酸を発生する化合物と、酸の作用により現像液に対する溶解度が変化する樹脂とを含んでいる。このような構成を採用すると、露光部と非露光部とで、組成物の現像液に対する溶解度を異ならせることができる。即ち、こうすると、露光部又は非露光部の形状に応じた微細パターンを、比較的容易に形成することができる。
この感光性組成物には、塩基性化合物を更に含有させることがある。例えば、特許文献1には、塩基性化合物として、脂肪族性水酸基を有する第3級アミンを用いることが記載されている。また、特許文献2には、塩基性化合物として、エーテル基を含んだ特定の構造を有する第3級又は第2級アミンを用いることが記載されている。また、特許文献3には、エーテル基を含んだ特定構造を有する第3級アミン又は第2級アミンを用いた感光性組成物を用いて、溶剤を含んだ現像液で現像し、パターン形成する方法が記載されている。
特開平10−177250号公報 特開平11−084639号公報 特開2009−258585号公報
本発明は、良好な形状のパターンを形成可能とするレジスト組成物、並びに、それを用いたレジスト膜及びパターン形成方法を提供することにある。
本発明は、例えば、以下の通りである。
〔1〕(A)脂環構造を備え且つ酸の作用により現像液に対する溶解速度が変化する樹脂と、(B)活性光線又は放射線の照射によって酸を発生する化合物と、(C)下記一般式(EA)により表される化合物とを含有したレジスト組成物。
Figure 2012189958
式中、
o、p及びqは、各々独立に、1以上の整数を表す。
nは、3以上の整数を表す。
r及びsは、各々独立に、1以上の整数を表す。
tは、0以上の整数を表す。
及びRは、各々独立に、水素原子、アルキル基、アリール基又はアラルキル基を表す。
は、t≧1のときは水素原子、アルキル基、アリール基又はアラルキル基を表し、t=0のときはアルキル基、アリール基又はアラルキル基を表す。
〔2〕前記樹脂は、前記脂環構造を含んだラクトン基を備えている〔1〕に記載の組成物。
〔3〕前記ラクトン基はシアノ基を備えていない〔2〕に記載の組成物。
〔4〕(A)下記一般式(I−a)又は(I−b)により表される繰り返し単位(a)と、下記一般式(II)により表される繰り返し単位(b)と、下記一般式(III)により表される繰り返し単位(d)とを含んでいる樹脂と、(B)活性光線又は放射線の照射によって酸を発生する化合物と、(C)下記一般式(EA)により表される化合物とを含有したレジスト組成物。
Figure 2012189958
式中、
は、水素原子又はメチル基を表す。
は、q≧2の場合は各々独立に、アルキル基を表す。
は、水素原子又はアルキル基を表す。
qは、0〜3の整数を表す。
sは、1〜3の整数を表す。
Figure 2012189958
式中、
は、水素原子又はメチル基を表す。
、R及びRは、各々独立に、アルキル基又は単環のシクロアルキル基を表す。R、R及びRのうち2つは、互いに結合して、単環を形成していてもよい。
Figure 2012189958
式中、
は、水素原子又はメチル基を表す。
mは、1又は2を表す。
Figure 2012189958
式中、
o、p及びqは、各々独立に、1以上の整数を表す。
nは、3以上の整数を表す。
r及びsは、各々独立に、1以上の整数を表す。
tは、0以上の整数を表す。
及びRは、各々独立に、水素原子、アルキル基、アリール基又はアラルキル基を表す。
は、t≧1のときは水素原子、アルキル基、アリール基又はアラルキル基を表し、t=0のときはアルキル基、アリール基又はアラルキル基を表す。
〔5〕前記樹脂(A)は、前記繰り返し単位(b)とは異なり且つ酸の作用により分解する基を備えた繰り返し単位(c)を更に含んでいる〔4〕に記載の組成物。
〔6〕前記樹脂(A)は、前記繰り返し単位(a)の含有量が30〜55mol%であり、前記繰り返し単位(b)の含有量が20〜50mol%であり、前記繰り返し単位(c)の含有量が5〜30mol%であり、前記繰り返し単位(d)の含有量が1〜20mol%である〔5〕に記載の組成物。
〔7〕前記樹脂(A)の重量平均分子量は5000〜30000の範囲内にある〔1〕〜〔6〕の何れかに記載の組成物。
〔8〕プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートとシクロヘキサノンとを含んだ溶剤を更に含有した〔1〕〜〔7〕の何れかに記載の組成物。
〔9〕〔1〕〜〔8〕の何れかに記載の組成物を用いて形成されたレジスト膜。
〔10〕〔1〕〜〔8〕の何れかに記載の組成物を用いて膜を形成することと、前記膜を露光することと、前記露光された膜を有機溶剤を含んだ現像液を用いて現像して、ネガ型のパターンを形成することとを含んだパターン形成方法。
〔11〕前記現像液は、前記有機溶剤としてエステル系溶剤を含んでいる〔10〕に記載のパターン形成方法。
〔12〕前記ネガ型のパターンをリンスすることを更に含んだ〔10〕又は〔11〕に記載のパターン形成方法。
本発明によると、良好な形状のパターンを形成可能とするレジスト組成物、並びに、それを用いたレジスト膜及びパターン形成方法を提供することが可能となる。
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
なお、ここでは、置換又は無置換を明示していない基及び原子団には、置換基を有していないものと置換基を有しているものとの双方が含まれることとする。例えば、置換又は無置換を明示していない「アルキル基」は、置換基を有していないアルキル基(無置換アルキル基)のみならず、置換基を有しているアルキル基(置換アルキル基)をも包含することとする。
また、ここで「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(EUV)線、X線又は電子線(EB)を意味している。「光」とは、活性光線又は放射線を意味している。「露光」とは、水銀灯、遠紫外線、X線及びEUV光等による光照射のみならず、電子線及びイオンビーム等の粒子線による描画をも意味している。
本発明に係るレジスト組成物は、(A)酸の作用により現像液に対する溶解速度が変化する樹脂〔以下、酸分解性樹脂ともいう〕と、(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、光酸発生剤ともいう〕と、(C)塩基性化合物とを含有している。
本発明者らは、酸分解性樹脂として脂環構造を備えた樹脂(A)を使用すると共に、塩基性化合物として特定の構造を有する化合物(C)を使用することにより、良好な形状のパターンを形成できることを見出した。
以下、上記成分(A)〜(C)について、詳細に説明する。
(A)酸分解性樹脂
本発明に係るレジスト組成物は、脂環構造を備えた酸分解性樹脂(A)を含有している。この脂環構造は、単環構造を有していてもよく、多環構造を有していてもよい。また、この脂環構造は、置換基を更に有していてもよい。なお、ここでいう「脂環」には、芳香環は含まれない。
樹脂(A)は、上記脂環構造を備えた繰り返し単位を含んでいることが好ましい。このような繰り返し単位の例としては、以下に説明する繰り返し単位のうち、脂環構造を備えているものが挙げられる。
樹脂(A)は、上記脂環構造を含んだラクトン基を備えていることが好ましい。このラクトン基が含んでいるラクトン構造は、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より好ましい。このラクトン基は、下記一般式(LC1−1)〜(LC1−13)の何れかにより表されるラクトン構造を備えていることが好ましい。これらのうち、一般式(LC1−2)、(LC1−3)、(LC1−4)又は(LC1−11)により表される構造がより好ましく、一般式(LC1−2)又は(LC1−3)により表される構造が更に好ましく、一般式(LC1−2)により表される構造が特に好ましい。
Figure 2012189958
式中、Rbは置換基を表し、nは0〜4の整数を表す。nは0〜2の整数であることが好ましい。
Rbの好ましい例としては、炭素数1〜8のアルキル基、炭素数4〜7のシクロアルキル基、炭素数1〜8のアルコキシ基、炭素数1〜8のアルコキシカルボニル基、カルボキシ基、ハロゲン原子、水酸基、及び後述する酸分解性基が挙げられる。これらのうち、炭素数1〜4のアルキル基、又は酸分解性基が特に好ましい。なお、n≧2の場合、複数のRbは、互いに同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。また、これら複数のRbは、互いに結合して、環を形成していてもよい。
なお、ラクトン基には、通常は光学異性体が存在するが、上述したように、何れの光学異性体を用いてもよい。また、1種の光学異性体を単独で用いても、複数の光学異性体を混合して用いてもよい。1種の光学異性体を主に用いる場合、その光学純度が90%ee以上であることが好ましく、95%ee以上であることがより好ましい。
上記ラクトン基は、シアノ基を備えていないことがより好ましい。即ち、上記脂環構造を備えたラクトン基は、シアノ基を備えていないラクトン基であることがより好ましい。このような構成を採用すると、例えば、感度、露光ラチチュード(EL)、ラインウィズスラフネス(LWR)、局所的な寸法均一性(Local CDU)及びパターン形状の少なくとも1つを更に良化することが可能となる。
樹脂(A)は、上述した通り、脂環構造を備えた繰り返し単位を含んでいることが好ましい。この繰り返し単位としては、例えば、脂環構造を含んだラクトン基を備えた繰り返し単位が挙げられる。このラクトン基としては、例えば、先に説明したものが挙げられる。
脂環構造を含んだラクトン基を備えた繰り返し単位としては、例えば、下記一般式(L)により表されるものが挙げられる。
Figure 2012189958
式(L)中、
Aは、エステル結合(−COO−で表される基)またはアミド結合(−CONH−で表される基)を表す。
は、複数個ある場合にはそれぞれ独立にアルキレン基、シクロアルキレン基、又はその組み合わせを表す。
Zは、複数個ある場合にはそれぞれ独立に、エーテル結合、エステル結合、アミド結合、ウレタン結合
Figure 2012189958
又はウレア結合
Figure 2012189958
を表す。ここで、Rは、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基を表す。
8は、脂環構造を含んだラクトン構造を有する1価の有機基を表す。
nは、−R−Z−で表される構造の繰り返し数であり、1〜5の整数を表す。
7は、水素原子、ハロゲン原子又はアルキル基を表す。
のアルキレン基、シクロアルキレン基は置換基を有してよい。
Zは好ましくは、エーテル結合、エステル結合であり、特に好ましくはエステル結合である。
7のアルキル基は、炭素数1〜4のアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基がより好ましく、メチル基が特に好ましい。R7におけるアルキル基は置換されていてもよく、置換基としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子等のハロゲン原子やメルカプト基、ヒドロキシ基、メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、t−ブトキシ基、ベンジルオキシ基等のアルコキシ基、アセチル基、プロピオニル基等のアセトキシ基が挙げられる。R7は、水素原子、メチル基、トリフルオロメチル基、ヒドロキシメチル基が好ましい。
における好ましい鎖状アルキレン基としては炭素数が1〜10の鎖状のアルキレンが好ましく、より好ましくは炭素数1〜5であり、例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基等が挙げられる。好ましいシクロアルキレンとしては、炭素数1〜20のシクロアルキレンであり、例えば、シクロヘキシレン、シクロペンチレン、ノルボルニレン、アダマンチレン等が挙げられる。本発明の効果を発現するためには鎖状アルキレン基がより好ましく、メチレン基が特に好ましい。
8で表されるラクトン構造を有する置換基は、ラクトン構造を有していれば限定されるものではなく、上述した一般式(LC1−1)〜(LC1−13)で表されるラクトン構造が挙げられ、これらのうち(LC1−2)で表される構造が特に好ましい。また、(LC1−1)〜(LC1−13)におけるn2は2以下のものがより好ましい。
以下に一般式(L)で表される、脂環構造を含んだラクトン構造を有する基を有する繰り返し単位の具体例を示すが、本発明はこれに限定されるものではない。
下記具体例中、Rは、水素原子、置換基を有していてもよいアルキル基またはハロゲン原子を表し、好ましくは、水素原子、メチル基、ヒドロキシメチル基、アセトキシメチル基を表す。
Figure 2012189958
脂環構造を含んだラクトン構造を有する繰り返し単位としては、下記一般式(L−1)で表される繰り返し単位がより好ましい。
Figure 2012189958
一般式(L−1)に於いて、
7、A、R、Z、及びnは、上記一般式(L)と同義である。
9は、複数個ある場合にはそれぞれ独立に、アルキル基、シクロアルキル基、アルコ
キシカルボニル基、シアノ基、水酸基又はアルコキシ基を表し、複数個ある場合には2つのR9が結合し、環を形成していてもよい。
Xは、アルキレン基、酸素原子または硫黄原子を表す。
mは、置換基数であって、0〜5の整数を表す。mは0または1であることが好ましい。
9のアルキル基としては、炭素数1〜4のアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基、がより好ましく、メチル基が最も好ましい。シクロアルキル基としては、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル基を挙げることができる。アルコキシカルボニル基としてはメトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、n−ブトキシカルボニル基、t−ブトキシカルボニル基等を挙げることができる。アルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、ブトキシ基等を挙げることができる。これらの基は置換基を有していてもよく、該置換基としてはヒドロキシ基、メトキシ基、エトキシ基などのアルコキシ基、フッ素原子などのハロゲン原子を挙げることができる。R9はメチル基又はアルコキシカルボニル基であることがより好ましい。
Xのアルキレン基としてはメチレン基、エチレン基等が挙げられる。Xは酸素原子またはメチレン基であることが好ましく、メチレン基であることがさらに好ましい。
mが1以上である場合、少なくとも1つのRはラクトンのカルボニル基のα位またはβ位に置換することが好ましく、特にα位に置換することが好ましい。
一般式(L−1)で表されるラクトン構造を有する基を有する繰り返し単位の具体例を
示すが、本発明はこれに限定されるものではない。下記具体例中、Rは、水素原子、置換基を有していてもよいアルキル基またはハロゲン原子を表し、好ましくは、水素原子、メチル基、ヒドロキシメチル基、アセトキシメチル基を表す。
Figure 2012189958
Figure 2012189958
脂環構造を含んだラクトン構造を有する繰り返し単位としては、下記一般式(AII’)で表される繰り返し単位も好ましい。
Figure 2012189958
一般式(AII’)中、
Rb0は、水素原子、ハロゲン原子又は炭素数1〜4のアルキル基を表す。Rb0のアルキル基が有していてもよい好ましい置換基としては、水酸基、ハロゲン原子が挙げられる。Rb0のハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、沃素原子を挙げることができる。好ましくは、水素原子、メチル基、ヒドロキシメチル基、トリフルオロメチル基であり、水素原子、メチル基が特に好ましい。
Vは、一般式(LC1−1)〜(LC1−13)の内のいずれかで示される構造を有する基を表す。
一般式(L)で表される単位以外の脂環構造を含んだラクトン基を有する繰り返し単位の具体例を以下に挙げるが、本発明はこれらに限定されない。
Figure 2012189958
Figure 2012189958
特に好ましい一般式(L)で表される単位以外のラクトン基を有する繰り返し単位としては、下記の繰り返し単位が挙げられる。最適なラクトン基を選択することにより、パターンプロファイル、疎密依存性が良好となる。
Figure 2012189958
脂環構造を備えた繰り返し単位としては、下記一般式(I−a)又は(I−b)により表される繰り返し単位(a)が特に好ましい。樹脂(A)は、繰り返し単位(a)として、下記一般式(I−a)により表される単位を含んでいることがより好ましい。こうすると、樹脂(A)の溶解性を更に向上させることができる。
Figure 2012189958
式中、
は、水素原子又はメチル基を表す。
は、q≧2の場合は各々独立に、アルキル基を表す。
は、水素原子又はアルキル基を表す。
qは、0〜3の整数を表す。
sは、1〜3の整数を表す。
又はRにより表されるアルキル基は、直鎖状であってもよく、分岐鎖状であってもよい。このアルキル基の炭素数は、1〜5であることが好ましく、1〜3であることがより好ましい。このような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、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、及びt−ブチル基が挙げられる。
又はRにより表されるアルキル基は、置換基を更に有していてもよい。このような置換基としては、例えば、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、アルコキシ基、シアノ基、ニトロ基、スルホニル基、及びシリル基が挙げられる。
qは、0〜2の整数であることが好ましい。sは、1又は2であることが好ましい。
以下に、繰り返し単位(a)の具体例を挙げる。
Figure 2012189958
樹脂(A)は、繰り返し単位(a)を2種類以上含んでいてもよい。
樹脂(A)に占める繰り返し単位(a)の含有量は、樹脂(A)の全繰り返し単位を基準として、30〜55mol%であることが好ましく、35〜55mol%であることがより好ましい。
樹脂(A)は、上述した通り、酸の作用により現像液に対する溶解速度が変化するように構成されている。樹脂(A)は、典型的には、酸の作用により分解し、アルカリ可溶性基を生じる基(以下、酸分解性基ともいう)を備えている。この樹脂は、酸分解性基を、主鎖及び側鎖の一方に備えていてもよく、これらの両方に備えていてもよい。この樹脂は、酸分解性基を側鎖に備えていることが好ましい。
酸分解性基は、アルカリ可溶性基を酸の作用により分解し脱離する基で保護された構造を有することが好ましい。
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、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、アリール基、アラルキル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〜R02は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基又はアルケニル基を表す。
酸分解性基としては好ましくは、クミルエステル基、エノールエステル基、アセタールエステル基、第3級のアルキルエステル基等である。更に好ましくは、第3級アルキルエステル基である。
樹脂(A)が含有し得る、酸分解性基を有する繰り返し単位としては、下記一般式(AI)で表される繰り返し単位が好ましい。
Figure 2012189958
一般式(AI)に於いて、
Xa1は、水素原子、置換基を有していてもよいメチル基又は−CH2−R9で表される基を表す。R9は、ヒドロキシ基又は1価の有機基を表し、例えば、炭素数5以下のアルキル基、アシル基が挙げられ、好ましくは炭素数3以下のアルキル基であり、さらに好ましくはメチル基である。Xa1は好ましくは水素原子、メチル基、トリフルオロメチル基又はヒドロキシメチル基を表す。
Tは、単結合又は2価の連結基を表す。
Rx1〜Rx3は、それぞれ独立に、アルキル基(直鎖若しくは分岐)又はシクロアルキル基(単環若しくは多環)を表す。
Rx1〜Rx3の少なくとも2つが結合して、シクロアルキル基(単環若しくは多環)を形成してもよい。
Tの2価の連結基としては、アルキレン基、−COO−Rt−基、−O−Rt−基等が挙げられる。式中、Rtは、アルキレン基又はシクロアルキレン基を表す。
Tは、単結合又は−COO−Rt−基が好ましい。Rtは、炭素数1〜5のアルキレン基が好ましく、−CH2−基、−(CH23−基がより好ましい。
Rx1〜Rx3のアルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基などの炭素数1〜4のものが好ましい。
Rx1〜Rx3のシクロアルキル基としては、シクロペンチル基、シクロヘキシル基などの単環のシクロアルキル基、ノルボルニル基、テトラシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、アダマンチル基などの多環のシクロアルキル基が好ましい。
Rx1〜Rx3の少なくとも2つが結合して形成されるシクロアルキル基としては、シクロペンチル基、シクロヘキシル基などの単環のシクロアルキル基、ノルボルニル基、テトラシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、アダマンチル基などの多環のシクロアルキル基が好ましい。炭素数5〜6の単環のシクロアルキル基が特に好ましい。
Rx1がメチル基またはエチル基であり、Rx2とRx3とが結合して上述のシクロアルキル基を形成している態様が好ましい。
上記各基は、置換基を有していてもよく、置換基としては、例えば、アルキル基(炭素数1〜4)、ハロゲン原子、水酸基、アルコキシ基(炭素数1〜4)、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基(炭素数2〜6)などが挙げられ、炭素数8以下が好ましい。
酸分解性基を有する繰り返し単位の具体例を以下に示すが、本発明は、これに限定されるものではない。
具体例中、Rx、Xa1は、水素原子、CH、CF、又はCHOHを表す。Rxa、Rxbはそれぞれ炭素数1〜4のアルキル基を表す。Zは、極性基を含む置換基を表し、複数存在する場合は各々独立である。pは0または正の整数を表す。
Figure 2012189958
Figure 2012189958
Figure 2012189958
Figure 2012189958
樹脂(A)は、酸分解性基を有する繰り返し単位として、下記一般式(II)により表される繰り返し単位(b)を含んでいることがより好ましい。
Figure 2012189958
式中、
は、水素原子又はメチル基を表す。
、R及びRは、各々独立に、アルキル基又は単環のシクロアルキル基を表す。R、R及びRのうち2つは、互いに結合して、単環を形成していてもよい。
、R又はRにより表されるアルキル基は、直鎖状であってもよく、分岐鎖状であってもよい。このアルキル基の炭素数は、1〜7であることが好ましく、1〜5であることがより好ましく、1〜3であることが更に好ましい。このような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、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、及びt−ブチル基が挙げられる。
、R又はRにより表される単環のシクロアルキル基は、3〜8員環であることが好ましく、5又は6員環であることがより好ましく、6員環であることが特に好ましい。このようなシクロアルキル基としては、例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロブチル基、及びシクロオクチル基が挙げられる。
、R及びRのうち2つが互いに結合して形成する単環は、3〜8員環であることが好ましく、5又は6員環であることがより好ましい。
、R又はRにより表されるアルキル基及び単環のシクロアルキル基、並びに、これらの2つが互いに結合して形成し得る単環は、置換基を更に有していてもよい。このような置換基としては、例えば、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、アルコキシ基、シアノ基、ニトロ基、スルホニル基、及びシリル基が挙げられる。
一般式(II)において、R、R及びRのうち2つは、互いに結合して、単環を形成していていることが好ましい。即ち、繰り返し単位(b)は、下記一般式(II−1)により表されることが好ましい。このような構成を採用すると、膜密度を更に向上させることが可能となる。
Figure 2012189958
式中、
は、水素原子又はメチル基を表す。
は、アルキル基を表す。
は、置換基を表す。
mは、0〜3の整数を表す。
nは、1〜3の整数を表す。
により表されるアルキル基としては、例えば、先に一般式(II)について説明したのと同様のものが挙げられる。
により表される置換基としては、例えば、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、アルコキシ基、シアノ基、ニトロ基、スルホニル基、及びシリル基が挙げられる。
mは、0〜2の整数であることが好ましく、0又は1であることがより好ましい。
nは、1又は2であることが好ましく、1であることがより好ましい。
以下に、繰り返し単位(b)の具体例を挙げる。
Figure 2012189958
樹脂(A)は、繰り返し単位(b)を2種類以上含んでいてもよい。
樹脂(A)に占める繰り返し単位(b)の含有量は、樹脂(A)の全繰り返し単位を基準として、20〜50mol%であることが好ましく、30〜50mol%であることがより好ましい。
樹脂(A)は、酸分解性基を有する繰り返し単位を2種類以上含んでいることがより好ましい。樹脂(A)は、繰り返し単位(b)と、上記繰り返し単位(b)とは異なり且つ酸分解性基を備えた繰り返し単位(c)とを含んでいることが特に好ましい。このような構成を採用すると、更に優れたリソグラフィー性能を達成できる。
繰り返し単位(c)は、下記一般式(IV)により表されることが好ましい。
Figure 2012189958
式中、
は、水素原子又はメチル基を表す。
、R10及びR11は、各々独立に、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。但し、R、R10及びR11の少なくとも1つは、多環のシクロアルキル基を表す。R、R10及びR11のうち2つは、互いに結合して、多環の炭化水素構造を形成していてもよい。
、R10又はR11により表されるアルキル基は、直鎖状であってもよく、分岐鎖状であってもよい。このアルキル基の炭素数は、1〜7であることが好ましく、1〜5であることがより好ましく、1〜3であることが更に好ましい。このような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、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、及びt−ブチル基が挙げられる。
、R10又はR11により表される単環のシクロアルキル基は、3〜8員環であることが好ましく、5又は6員環であることが好ましく、6員環であることが好ましい。このようなシクロアルキル基としては、例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロブチル基、及びシクロオクチル基が挙げられる。
、R10又はR11により表される多環のシクロアルキル基は、炭素数が7〜25のものが好ましく、アダマンチル基であることが特に好ましい。
、R10又はR11により表されるアルキル基及びシクロアルキル基、並びに、これらの2つが互いに結合して形成し得る環は、置換基を更に有していてもよい。このような置換基としては、例えば、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、アルコキシ基、シアノ基、ニトロ基、スルホニル基、及びシリル基が挙げられる。
一般式(IV)において、R、R10及びR11のうち2つがアルキル基であり、残りの1つが多環のシクロアルキル基であることが好ましい。また、R、R10及びR11のうち2つが直鎖状のアルキル基であり、残りの1つがアダマンチル基であることがより好ましい。更には、R、R10及びR11のうち2つがメチル基であり、残りの1つがアダマンチル基であることがより好ましい。
以下に、繰り返し単位(c)の具体例を挙げる。
Figure 2012189958
樹脂(A)は、繰り返し単位(c)を2種類以上含んでいてもよい。
樹脂(A)が繰り返し単位(c)を含んでいる場合、その含有量は、樹脂(A)の全繰り返し単位を基準として、5〜30mol%であることが好ましく、5〜25mol%であることがより好ましい。
樹脂(A)は、上述した通り、酸分解性基を有する繰り返し単位を2種類以上含んでいてもよい。
酸分解性基を有する繰り返し単位の合計としての含有率は、樹脂(A)中の全繰り返し単位に対し、20〜70mol%が好ましく、より好ましくは30〜60mol%である。
樹脂(A)は、上述した繰り返し単位以外に、水酸基又はシアノ基を有する繰り返し単位を更に含んでいることが好ましい。
水酸基又はシアノ基を有する繰り返し単位は、水酸基又はシアノ基で置換された脂環炭化水素構造を有する繰り返し単位であることが好ましく、酸分解性基を有さないことが好ましい。水酸基又はシアノ基で置換された脂環炭化水素構造に於ける、脂環炭化水素構造としては、アダマンチル基、ジアマンチル基、ノルボルナン基が好ましい。好ましい水酸基又はシアノ基で置換された脂環炭化水素構造としては、下記一般式(VIIa)〜(VIId)で表される部分構造が好ましい。
Figure 2012189958
一般式(VIIa)〜(VIIc)に於いて、
2c〜R4cは、各々独立に、水素原子、水酸基又はシアノ基を表す。ただし、R2c〜R4cの内の少なくとも1つは、水酸基又はシアノ基を表す。好ましくは、R2c〜R4cの内の1つ又は2つが、水酸基で、残りが水素原子である。一般式(VIIa)に於いて、更に好ましくは、R2c〜R4cの内の2つが、水酸基で、残りが水素原子である。
一般式(VIIa)〜(VIId)で表される部分構造を有する繰り返し単位としては、下記一般式(AIIa)〜(AIId)で表される繰り返し単位を挙げることができる。
Figure 2012189958
一般式(AIIa)〜(AIId)に於いて、
1cは、水素原子、メチル基、トリフロロメチル基又はヒドロキシメチル基を表す。
2c〜R4cは、一般式(VIIa)〜(VIIc)に於ける、R2c〜R4cと同義である。
水酸基又はシアノ基を有する繰り返し単位の具体例を以下に挙げるが、本発明はこれらに限定されない。
Figure 2012189958
樹脂(A)は、水酸基又はシアノ基を有する繰り返し単位として、下記一般式(III)により表される繰り返し単位(d)を含んでいることが特に好ましい。このような構成を採用すると、後述する光酸発生剤から発生される酸の拡散長を低減することができる。
Figure 2012189958
式中、
は、水素原子又はメチル基を表す。
mは、1又は2を表す。mは、1であることが好ましい。
繰り返し単位(d)は、下記一般式(III−1)又は(III−2)により表されることが更に好ましい。
Figure 2012189958
式中、Rは、水素原子又はメチル基を表す。
樹脂(A)は、繰り返し単位(d)を2種類以上含んでいてもよい。
樹脂(A)が繰り返し単位(d)を含んでいる場合、その含有量は、樹脂(A)の全繰り返し単位を基準として、1〜20mol%であることが好ましく、1〜10mol%であることがより好ましい。
樹脂(A)は、水酸基又はシアノ基を有する繰り返し単位を2種類以上含んでいてもよい。
水酸基又はシアノ基を有する繰り返し単位の合計としての含有率は、樹脂(A)中の全繰り返し単位を基準として、1〜20mol%であることが好ましく、1〜10mol%であることがより好ましい。
樹脂(A)は、繰り返し単位(a)と、繰り返し単位(b)と、繰り返し単位(d)とを含んでいることが特に好ましい。樹脂(A)は、繰り返し単位(a)と、繰り返し単位(b)と、繰り返し単位(c)と、繰り返し単位(d)とを含んでいることも好ましい。これらの場合、特に良好な形状のパターンが形成可能となる。
樹脂(A)が繰り返し単位(a)、(b)、(c)及び(d)を含んでいる場合、繰り返し単位(a)の含有量が30〜55mol%であり、繰り返し単位(b)の含有量が20〜50mol%であり、繰り返し単位(c)の含有量が5〜30mol%であり、繰り返し単位(d)の含有量が1〜20mol%であることが好ましい。
また、この場合、繰り返し単位(a)の含有量が35〜55mol%であり、繰り返し単位(b)の含有量が30〜50mol%であり、繰り返し単位(c)の含有量が5〜25mol%であり、繰り返し単位(d)の含有量が1〜10mol%であることがより好ましい。このような構成を採用すると、エッチング耐性及び溶解性が向上する。
樹脂(A)は、酸基を備えた繰り返し単位〔以下、繰り返し単位(e)ともいう〕を更に含んでいてもよい。樹脂(A)に繰り返し単位(e)を更に含有させると、コンタクトホール用途での解像性を更に向上させることができる。
酸基としては、例えば、カルボキシル基、スルホンアミド基、スルホニルイミド基、ビススルホニルイミド基、及び、α位が電子求引性基で置換された脂肪族アルコール(例えばヘキサフルオロイソプロパノール基)が挙げられる。繰り返し単位(e)は、カルボキシル基を備えていることがより好ましい。
酸基を有する繰り返し単位としては、アクリル酸、メタクリル酸による繰り返し単位のような樹脂の主鎖に直接上記基が結合している繰り返し単位、あるいは連結基を介して樹脂の主鎖に上記基が結合している繰り返し単位、さらには上記基を有する重合開始剤や連鎖移動剤を重合時に用いてポリマー鎖の末端に導入、のいずれも好ましく、連結基は単環又は多環の環状炭化水素構造を有していてもよい。特に好ましくはアクリル酸、メタクリル酸による繰り返し単位である。
樹脂(A)は、繰り返し単位(e)を2種類以上含んでいてもよい。
樹脂(A)が繰り返し単位(e)を含んでいる場合、その含有量は、樹脂(A)の全繰り返し単位を基準として、10mol%以下であることが好ましく、5mol%以下であることがより好ましい。また、この場合、繰り返し単位(e)の含有量は、通常は1mol%以上である。
以下に、繰り返し単位(e)の具体例を示す。式中、Rxは、H、CH又はCFを表す。
Figure 2012189958
樹脂(A)は、極性基を備えていない脂環炭化水素構造を有し且つ酸分解性を示さない繰り返し単位〔以下、繰り返し単位(f)ともいう〕を更に含んでいてもよい。これにより、液浸露光時にレジスト膜から液浸液への低分子成分の溶出が低減できるとともに、有機溶剤を含んだ現像液を用いた現像の際に、樹脂(A)の溶解性を適切に調整することができる。
繰り返し単位(f)としては、例えば、下記一般式(V)により表される繰り返し単位が挙げられる。
Figure 2012189958
式中、
12は、水素原子、アルキル基又は−CH2−O−Ra2基を表す。式中、Ra2は、水素原子、アルキル基又はアシル基を表す。
13は、少なくとも一つの環状構造を有し、水酸基及びシアノ基のいずれも有さない炭化水素基を表す。
12は、水素原子、メチル基、ヒドロキシメチル基又はトリフルオロメチル基であることが好ましく、水素原子又はメチル基であることがより好ましい。
13が有する環状構造には、単環式炭化水素基及び多環式炭化水素基が含まれる。単環式炭化水素基としては、例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロへプチル基、及びシクロオクチル基などの炭素数が3〜12のシクロアルキル基、並びに、シクロへキセニル基などの炭素数が3〜12のシクロアルケニル基が挙げられる。好ましい単環式炭化水素基としては、炭素数3〜7の単環式炭化水素基が挙げられる。より好ましい単環式炭化水素基としては、シクロペンチル基及びシクロヘキシル基が挙げられる。
多環式炭化水素基には、環集合炭化水素基及び架橋環式炭化水素基が含まれ、環集合炭化水素基の例としては、例えば、ビシクロヘキシル基及びパーヒドロナフタレニル基が挙げられる。架橋環式炭化水素環としては、例えば、ピナン、ボルナン、ノルピナン、ノルボルナン、ビシクロオクタン環(ビシクロ[2.2.2]オクタン環、ビシクロ[3.2.1]オクタン環等)などの2環式炭化水素環、並びに、ホモブレダン、アダマンタン、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン、トリシクロ[4.3.1.12,5]ウンデカン環などの3環式炭化水素環、テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカン、パーヒドロ−1,4−メタノ−5,8−メタノナフタレン環などの4環式炭化水素環などが挙げられる。また、架橋環式炭化水素環には、縮合環式炭化水素環、例えば、パーヒドロナフタレン(デカリン)、パーヒドロアントラセン、パーヒドロフェナントレン、パーヒドロアセナフテン、パーヒドロフルオレン、パーヒドロインデン、及びパーヒドロフェナレン環などの5〜8員シクロアルカン環が複数個縮合した縮合環も含まれる。
好ましい架橋環式炭化水素環として、ノルボルニル基、アダマンチル基、ビシクロオクタニル基、トリシクロ[5、2、1、02,6]デカニル基、などが挙げられる。より好ましい架橋環式炭化水素環としてノルボニル基、アダマンチル基が挙げられる。
これらの脂環式炭化水素基は置換基を有していても良く、好ましい置換基としてはハロゲン原子、アルキル基、水素原子が置換されたヒドロキシル基、水素原子が置換されたアミノ基などが挙げられる。好ましいハロゲン原子としては臭素、塩素、フッ素原子、好ましいアルキル基としてはメチル、エチル、ブチル、t−ブチル基が挙げられる。上記のアルキル基は更に置換基を有していても良く、更に有していてもよい置換基としては、ハロゲン原子、アルキル基、水素原子が置換されたヒドロキシル基、水素原子が置換されたアミノ基を挙げることができる。
上記水素原子の置換基としては、例えばアルキル基、シクロアルキル基、アラルキル基、置換メチル基、置換エチル基、アルコキシカルボニル基、アラルキルオキシカルボニル基が挙げられる。好ましいアルキル基としては、炭素数1〜4のアルキル基、好ましい置換メチル基としてはメトキシメチル、メトキシチオメチル、ベンジルオキシメチル、t−ブトキシメチル、2−メトキシエトキシメチル基、好ましい置換エチル基としては、1−エトキシエチル、1−メチル−1−メトキシエチル、好ましいアシル基としては、ホルミル、アセチル、プロピオニル、ブチリル、イソブチリル、バレリル、ピバロイル基などの炭素数1〜6の脂肪族アシル基、アルコキシカルボニル基としては炭素数1〜4のアルコキシカルボニル基などが挙げられる。
樹脂(A)は、繰り返し単位(f)を2種類以上含んでいてもよい。
樹脂(A)が繰り返し単位(f)を含んでいる場合、その含有量は、1〜40モル%であることが好ましく、5〜20モル%であることがより好ましい。
以下に、繰り返し単位(f)の具体例を示す。式中、Raは、H、CH又はCFを表す。
Figure 2012189958
樹脂(A)は、上記の繰り返し単位以外に、ドライエッチング耐性や標準現像液適性、基板密着性、レジストプロファイル、更にレジストの一般的な必要な特性である解像力、耐熱性、感度等を調節する目的で様々な繰り返し単位を有することができる。
このような繰り返し単位としては、例えば、下記の単量体に相当する繰り返し単位が挙げられる。即ち、例えば、アクリル酸エステル類、メタクリル酸エステル類、アクリルアミド類、メタクリルアミド類、アリル化合物、ビニルエーテル類、及びビニルエステルから選ばれる付加重合性不飽和結合を1個有する化合物を挙げることができる。
その他にも、上記種々の繰り返し単位に相当する単量体と共重合可能である付加重合性の不飽和化合物であれば、共重合されていてもよい。
樹脂(A)は、実質的に繰り返し単位(a)、(b)、(c)及び(d)のみを含んでいることがより好ましい。繰り返し単位(a)、(b)、(c)及び(d)以外の繰り返し単位の含有量は、樹脂(A)の全繰り返し単位に対して、3mol%以下であることが好ましく、1mol%以下であることがより好ましい。
なお、樹脂(A)は、脂環構造を備えた繰り返し単位を2種類以上含んでいてもよい。
樹脂(A)の重量平均分子量は、GPC法によりポリスチレン換算値として、好ましくは5000〜30000であり、より好ましくは7000〜15000である。こうすると、欠陥の発生を減少させることが可能となる。
樹脂(A)の分散度は、通常は1〜3であり、好ましくは1〜2.6であり、更に好ましくは1〜2であり、特に好ましくは1.4〜2.0である。分子量分布の小さいものほど、解像度、レジスト形状が優れ、且つレジストパターンの側壁がスムーズであり、ラフネス性に優れる。
樹脂(A)は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
樹脂(A)の組成物全体に占める配合率は、全固形分に対して、30〜99質量%であることが好ましく、60〜95質量%であることがより好ましい。
本発明に係るレジスト組成物は、本発明の効果を損なわない範囲で、酸分解性樹脂として、樹脂(A)以外の樹脂を更に含有していてもよい。この場合、酸分解性樹脂の全量に占める樹脂(A)の割合は、例えば80〜99質量%とし、典型的には90〜99質量%とする。また、酸分解性樹脂の組成物全体に占める配合率は、全固形分に対して、30〜99質量%であることが好ましく、60〜95質量%であることがより好ましい。
(B)光酸発生剤
本発明に係る組成物は、光酸発生剤を含有している。
光酸発生剤としては、例えば、下記一般式(ZI)、(ZII)又は(ZIII)により表される化合物が挙げられる。
Figure 2012189958
上記一般式(ZI)において、
201、R202及びR203は、各々独立に、有機基を表す。
201、R202及びR203としての有機基の炭素数は、一般的に1〜30、好ましくは1〜20である。
また、R201〜R203のうち2つが結合して環構造を形成してもよく、環内に酸素原子、硫黄原子、エステル結合、アミド結合、カルボニル基を含んでいてもよい。R201〜R203の内の2つが結合して形成する基としては、アルキレン基(例えば、ブチレン基、ペンチレン基)を挙げることができる。
-は、非求核性アニオン(求核反応を起こす能力が著しく低いアニオン)を表す。
-としては、例えば、スルホン酸アニオン(脂肪族スルホン酸アニオン、芳香族スルホン酸アニオン、カンファースルホン酸アニオンなど)、カルボン酸アニオン(脂肪族カルボン酸アニオン、芳香族カルボン酸アニオン、アラルキルカルボン酸アニオンなど)、スルホニルイミドアニオン、ビス(アルキルスルホニル)イミドアニオン、トリス(アルキルスルホニル)メチドアニオン等を挙げられる。
脂肪族スルホン酸アニオン及び脂肪族カルボン酸アニオンにおける脂肪族部位は、アルキル基であってもシクロアルキル基であってもよく、好ましくは炭素数1〜30の直鎖又は分岐のアルキル基及び炭素数3〜30のシクロアルキル基が挙げられる。
芳香族スルホン酸アニオン及び芳香族カルボン酸アニオンにおける芳香族基としては、好ましくは炭素数6〜14のアリール基、例えば、フェニル基、トリル基、ナフチル基等を挙げることができる。
上述したアルキル基、シクロアルキル基及びアリール基の各々は、置換基を有していてもよい。その具体例としては、ニトロ基、フッ素原子などのハロゲン原子、カルボキシル基、水酸基、アミノ基、シアノ基、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜15)、シクロアルキル基(好ましくは炭素数3〜15)、アリール基(好ましくは炭素数6〜14)、アルコキシカルボニル基(好ましくは炭素数2〜7)、アシル基(好ましくは炭素数2〜12)、アルコキシカルボニルオキシ基(好ましくは炭素数2〜7)、アルキルチオ基(好ましくは炭素数1〜15)、アルキルスルホニル基(好ましくは炭素数1〜15)、アルキルイミノスルホニル基(好ましくは炭素数2〜15)、アリールオキシスルホニル基(好ましくは炭素数6〜20)、アルキルアリールオキシスルホニル基(好ましくは炭素数7〜20)、シクロアルキルアリールオキシスルホニル基(好ましくは炭素数10〜20)、アルキルオキシアルキルオキシ基(好ましくは炭素数5〜20)、シクロアルキルアルキルオキシアルキルオキシ基(好ましくは炭素数8〜20)等を挙げることができる。各基が有するアリール基及び環構造については、置換基としてさらにアルキル基(好ましくは炭素数1〜15)を挙げることができる。
アラルキルカルボン酸アニオンにおけるアラルキル基としては、好ましくは炭素数6〜12のアラルキル基、例えば、ベンジル基、フェネチル基、ナフチルメチル基、ナフチルエチル基、ナフチルブチル基等を挙げることができる。
スルホニルイミドアニオンとしては、例えば、サッカリンアニオンを挙げることができる。
ビス(アルキルスルホニル)イミドアニオン、トリス(アルキルスルホニル)メチドアニオンにおけるアルキル基は、炭素数1〜5のアルキル基が好ましい。これらのアルキル基の置換基としてはハロゲン原子、ハロゲン原子で置換されたアルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アルキルオキシスルホニル基、アリールオキシスルホニル基、シクロアルキルアリールオキシスルホニル基等を挙げることができ、フッ素原子又はフッ素原子で置換されたアルキル基が好ましい。
その他のZとしては、例えば、弗素化燐、弗素化硼素、弗素化アンチモン等を挙げることができる。
としては、スルホン酸の少なくともα位がフッ素原子で置換された脂肪族スルホン酸アニオン、フッ素原子又はフッ素原子を有する基で置換された芳香族スルホン酸アニオン、アルキル基がフッ素原子で置換されたビス(アルキルスルホニル)イミドアニオン、アルキル基がフッ素原子で置換されたトリス(アルキルスルホニル)メチドアニオンが好ましい。非求核性アニオンとして、より好ましくはパーフロロ脂肪族スルホン酸アニオン(更に好ましくは炭素数4〜8)、フッ素原子を有するベンゼンスルホン酸アニオン、更により好ましくはノナフロロブタンスルホン酸アニオン、パーフロロオクタンスルホン酸アニオン、ペンタフロロベンゼンスルホン酸アニオン、3,5−ビス(トリフロロメチル)ベンゼンスルホン酸アニオンである。
酸強度の観点からは、発生酸のpKaが−1以下であることが、感度向上のために好ましい。
201、R202及びR203の有機基としては、アリール基(炭素数6〜15が好ましい)、直鎖又は分岐のアルキル基(炭素数1〜10が好ましい)、シクロアルキル基(炭素数3〜15が好ましい)などが挙げられる。
201、R202及びR203のうち、少なくとも1つがアリール基であることが好ましく、3つ全てがアリール基であることがより好ましい。アリール基としては、フェニル基、ナフチル基などの他に、インドール残基、ピロール残基などのヘテロアリール基も可能である。これらアリール基は更に置換基を有していてもよい。その置換基としては、ニトロ基、フッ素原子などのハロゲン原子、カルボキシル基、水酸基、アミノ基、シアノ基、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜15)、シクロアルキル基(好ましくは炭素数3〜15)、アリール基(好ましくは炭素数6〜14)、アルコキシカルボニル基(好ましくは炭素数2〜7)、アシル基(好ましくは炭素数2〜12)、アルコキシカルボニルオキシ基(好ましくは炭素数2〜7)等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
また、R201、R202及びR203から選ばれる2つが、単結合又は連結基を介して結合していてもよい。連結基としてはアルキレン基(炭素数1〜3が好ましい)、−O−、−S−、−CO−、−SO−などがあげられるが、これらに限定されるものではない。
201、R202及びR203のうち、少なくとも1つがアリール基でない場合の好ましい構造としては、特開2004−233661号公報の段落0047,0048、特開2003−35948号公報の段落0040〜0046、US2003/0224288A1号明細書に式(I-1)〜(I-70)として例示されている化合物、US2003/0077540A1号明細書に式(IA-1)〜(IA-54)、式(IB-1)〜(IB-24)として例示されている化合物等のカチオン構造を挙げることができる。
一般式(ZII)、(ZIII)中、
204〜R207は、各々独立に、アリール基、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。
204〜R207のアリール基、アルキル基、シクロアルキル基としては、前述の化合物(ZI−1)におけるR201〜R203のアリール基、アルキル基、シクロアルキル基として説明したアリール基と同様である。
204〜R207のアリール基、アルキル基、シクロアルキル基は、置換基を有していてもよい。この置換基としても、前述の化合物(ZI−1)におけるR201〜R203のアリール基、アルキル基、シクロアルキル基が有していてもよいものが挙げられる。
-は、非求核性アニオンを表し、一般式(ZI)に於けるZ-の非求核性アニオンと同様のものを挙げることができる。
光酸発生剤としては、更に、下記一般式(ZIV)、(ZV)、(ZVI)で表される化合物も挙げられる。
Figure 2012189958
一般式(ZIV)〜(ZVI)中、
Ar3及びAr4は、各々独立に、アリール基を表す。
208、R209及びR210は、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を表す。
Aは、アルキレン基、アルケニレン基又はアリーレン基を表す。
光酸発生剤の具体例としては、例えば、以下のものが挙げられる。
Figure 2012189958
Figure 2012189958
光酸発生剤は、下記一般式(III−a)又は(III−b)により表されることが特に好ましい。
Figure 2012189958
式中、
mは、1〜5の整数を表す。
rは、0〜3の整数を表す。
及びRは、各々独立に、水素原子又はアルキル基を表す。RとRとは、互いに結合して、環を形成していてもよい。
pは、1〜5の整数を表す。
一般式(III−a)において、mは、1〜3の整数であることが好ましく、1又は2であることがより好ましく、1であることが特に好ましい。また、rは、1又は2であることが好ましく、1であることが特に好ましい。
一般式(III−b)において、R又はRにより表されるアルキル基は、直鎖状であってもよく、分岐鎖状であってもよい。このアルキル基の炭素数は、1〜5であることが好ましく、1〜3であることがより好ましい。このような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、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、及びt−ブチル基が挙げられる。
とRとが互いに結合して形成し得る環は、単環であってもよく、多環であってもよい。この環は、単環であることが好ましく、5又は6員環であることがより好ましく、6員環であることが特に好ましい。
又はRにより表されるアルキル基、及びこれらが互いに結合して形成し得る環は、置換基を更に有していてもよい。このような置換基としては、例えば、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、アルコキシ基、シアノ基、ニトロ基、スルホニル基、及びシリル基が挙げられる。
一般式(III−b)において、pは、1〜3の整数であることが好ましく、3であることが特に好ましい。
一般式(III−b)において、RとRとは、互いに結合して環を形成していることがより好ましい。
以下に、一般式(III−a)又は(III−b)により表される化合物の具体例を示す。
Figure 2012189958
光酸発生剤は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
光酸発生剤の組成物全体に占める配合率は、全固形分に対して、0.1〜20質量%であることが好ましく、0.5〜15質量%であることがより好ましく、3〜15質量%であることが更に好ましい。
(C)塩基性化合物
本発明に係るレジスト組成物は、塩基性化合物として、下記一般式(EA)により表される化合物を含有している。
Figure 2012189958
式中、
o、p及びqは、各々独立に、1以上の整数を表す。
nは、3以上の整数を表す。
r及びsは、各々独立に、1以上の整数を表す。
tは、0以上の整数を表す。
及びRは、各々独立に、水素原子、アルキル基、アリール基又はアラルキル基を表す。
は、t≧1のときは水素原子、アルキル基、アリール基又はアラルキル基を表し、t=0のときはアルキル基、アリール基又はアラルキル基を表す。
o、p及びqは、各々独立に、好ましくは1〜5の整数であり、更に好ましくは2又は3であり、特に好ましくは2である。
nは、上述したように、3以上の整数を表す。nは、好ましくは3〜10の整数であり、より好ましくは3〜6であり、更に好ましくは3である。
nを0〜2とすると、塩基性化合物の沸点が低くなり、例えば有機溶剤を含んだ現像液を用いて現像した場合に、パターン形状のT-top化が生じる。nを過度に大きくすると、塩基性化合物の疎水性が過度に高くなる場合があり、この場合も、パターン形状のT-top化が生じることがある。また、nを過度に大きくすると、アミン窒素の周りの立体障害が増大し、塩基性化合物の求核性が低下する場合がある。それゆえ、こうすると、組成物の露光ラティチュードが低下する場合がある。
r及びsの各々は、上述したように、1以上の整数を示す。r及びsは、各々独立に、好ましくは1〜5の整数であり、更に好ましくは1又は2である。
tは、上述したように、0以上の整数を表す。tは、好ましくは0〜5の整数であり、更に好ましくは0〜2の整数である。
及びRの各々は、上述したように、水素原子、アルキル基、アリール基又はアラルキル基を表す。R及びRは、各々独立に、好ましくは水素原子又はアルキル基であり、更に好ましくは水素原子又はメチル基であり、特に好ましくは水素原子である。なお、上記のアルキル基、アリール基及びアラルキル基は、置換基を更に有していてもよい。
又はRとしてのアルキル基は、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、ヘキシル基、2−エチルヘキシル基、オクチル基又はドデシル基である。R又はRのアルキル基は、好ましくは炭素数1〜5のアルキル基であり、更に好ましくは炭素数1〜3のアルキル基であり、特に好ましくはメチル基である。
又はRとしてのアリール基は、例えば、フェニル基、トリル基、ナフチル基又はアントリル基である。R又はRのアリール基は、好ましくは、炭素数6〜15のアリール基である。
又はRとしてのアラルキル基は、例えば、ベンジル基又はフェネチル基である。R又はRとしてのアラルキル基は、好ましくは、炭素数6〜20のアラルキル基である。
これらアルキル基、アリール基及びアラルキル基が有し得る置換基としては、例えば、水酸基;フッ素、塩素、臭素及びヨウ素原子等のハロゲン原子;ニトロ基;シアノ基;アミド基;スルホンアミド基;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、ヘキシル基、2−エチルヘキシル基、オクチル基及びドデシル基等のアルキル基;メトキシ基、エトキシ基、ヒドロキシエトキシ基、プロポキシ基、ヒドロキシプロポキシ基及びブトキシ基等のアルコキシ基;メトキシカルボニル基及びエトキシカルボニル基等のアルコキシカルボニル基;ホルミル基、アセチル基及びベンゾイル基等のアシル基;アセトキシ基及びブチリルオキシ基等のアシロキシ基、並びにカルボキシ基が挙げられる。
は、t≧1の場合には、水素原子、アルキル基、アリール基又はアラルキル基である。この場合、Rは、好ましくは水素原子又はアルキル基であり、更に好ましくは水素原子又はメチル基である。なお、上記のアルキル基、アリール基及びアラルキル基は、置換基を更に有していてもよい。Rとしてのアルキル基、アリール基及びアラルキル基、並びにこれらが更に有し得る置換基としては、例えば、先にR及びRについて説明したのと同様のものが挙げられる。
は、t=0の場合には、アルキル基、アリール基又はアラルキル基である。この場合、Rは、好ましくはアルキル基であり、更に好ましくはメチル基である。なお、上記のアルキル基、アリール基及びアラルキル基は、置換基を更に有していてもよい。Rとしてのアルキル基、アリール基及びアラルキル基、並びにこれらが更に有し得る置換基としては、例えば、先にR及びRについて説明したのと同様のものが挙げられる。
一般式(EA)により表される塩基性化合物は、Rを含んだ基と、Rを含んだ基と、Rを含んだ基とが窒素原子に結合した第3級アミンである。
を含んだ基は、典型的には、Rを含んだ基及びRを含んだ基とは異なっている。例えば、tは、典型的には、r及びsと比較してより小さい。nは、典型的には、l及びmと比較してより大きい。このような構成を採用すると、例えば、感度、露光ラチチュード(EL)、ラインウィズスラフネス(LWR)、局所的な寸法均一性(Local CDU)及びパターン形状の少なくとも1つを更に良化することが可能となる。
なお、Rを含んだ基とRを含んだ基とは、典型的には、互いに同一である。
及びRの各々は、水素原子であることが好ましい。特には、R及びRの双方が水素原子であることが好ましい。即ち、上記の塩基性化合物が、下記一般式(EA−2)により表される化合物であることが好ましい。
Figure 2012189958
式中、n、o、p、q、r、s、t、及びRの定義は、先に一般式(EA)について説明したのと同じである。また、これらの好ましい例も、先に一般式(EA)について挙げたのと同じである。
このような構成を採用すると、例えば、パターン形状を更に改善することが可能となる。
一般式(EA)で表される塩基性化合物としては、例えば、以下のものが挙げられる。
Figure 2012189958
一般式(EA)により表される塩基性化合物は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
一般式(EA)により表される塩基性化合物の含量は、組成物の全固形分を基準として、0.01〜8.0質量%であることが好ましく、0.1〜5.0質量%であることがより好ましく、0.1〜4.0質量%であることが特に好ましい。
一般式(EA)により表される塩基性化合物は、例えば、以下のようにして合成する。
まず、Rを含んだ基を備えたモノアミンを準備する。次に、このモノアミンと、Rを含んだ基及びRを含んだ基に対応したハロゲン化物とを、有機溶媒中、塩基の存在下で反応させる。次いで、得られた塩を分離及び精製し、目的の塩基性化合物を得る。
なお、本発明に係る組成物は、一般式(EA)により表される塩基性化合物以外に、他の塩基性化合物を更に含んでいてもよい。即ち、この組成物は、一般式(EA)により表される化合物以外の塩基性化合物を更に含んでいてもよい。
一般式(EA)により表される化合物と併用可能な塩基性化合物としては、例えば、下記式(A)〜(E)で示される構造を有する化合物が挙げられる。
Figure 2012189958
一般式(A)及び(E)中、
200 、R201及びR202 は、同一でも異なってもよく、水素原子、アルキル基(好ましくは炭素数1〜20)、シクロアルキル基(好ましくは炭素数3〜20)又はアリール基(炭素数6〜20)を表し、ここで、R201とR202は、互いに結合して環を形成してもよい。R203 、R204、R205及びR206 は、同一でも異なってもよく、炭素数1〜20個のアルキル基を表す。
上記アルキル基について、置換基を有するアルキル基としては、炭素数1〜20のアミノアルキル基、炭素数1〜20のヒドロキシアルキル基、または炭素数1〜20のシアノアルキル基が好ましい。
これら一般式(A)及び(E)中のアルキル基は、無置換であることがより好ましい。
好ましい化合物として、グアニジン、アミノピロリジン、ピラゾール、ピラゾリン、ピペラジン、アミノモルホリン、アミノアルキルモルフォリン、ピペリジン等を挙げることができ、更に好ましい化合物として、イミダゾール構造、ジアザビシクロ構造、オニウムヒドロキシド構造、オニウムカルボキシレート構造、トリアルキルアミン構造、アニリン構造又はピリジン構造を有する化合物、水酸基及び/又はエーテル結合を有するアルキルアミン誘導体、水酸基及び/又はエーテル結合を有するアニリン誘導体等を挙げることができる。
イミダゾール構造を有する化合物としてはイミダゾール、2、4、5−トリフェニルイミダゾール、ベンズイミダゾール、2−フェニルベンゾイミダゾール等が挙げられる。ジアザビシクロ構造を有する化合物としては1、4−ジアザビシクロ[2,2,2]オクタン、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]ウンデカー7−エン等が挙げられる。オニウムヒドロキシド構造を有する化合物としてはテトラブチルアンモニウムヒドロキシド、トリアリールスルホニウムヒドロキシド、フェナシルスルホニウムヒドロキシド、2−オキソアルキル基を有するスルホニウムヒドロキシド、具体的にはトリフェニルスルホニウムヒドロキシド、トリス(t−ブチルフェニル)スルホニウムヒドロキシド、ビス(t−ブチルフェニル)ヨードニウムヒドロキシド、フェナシルチオフェニウムヒドロキシド、2−オキソプロピルチオフェニウムヒドロキシド等が挙げられる。オニウムカルボキシレート構造を有する化合物としてはオニウムヒドロキシド構造を有する化合物のアニオン部がカルボキシレートになったものであり、例えばアセテート、アダマンタン−1−カルボキシレート、パーフロロアルキルカルボキシレート等が挙げられる。トリアルキルアミン構造を有する化合物としては、トリ(n−ブチル)アミン、トリ(n−オクチル)アミン等を挙げることができる。アニリン化合物としては、2,6−ジイソプロピルアニリン、N,N−ジメチルアニリン、N,N−ジブチルアニリン、N,N−ジヘキシルアニリン等を挙げることができる。水酸基及び/又はエーテル結合を有するアルキルアミン誘導体としては、エタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、N−フェニルジエタノールアミン、トリス(メトキシエトキシエチル)アミン等を挙げることができる。水酸基及び/又はエーテル結合を有するアニリン誘導体としては、N,N−ビス(ヒドロキシエチル)アニリン等を挙げることができる。
好ましい塩基性化合物として、更に、フェノキシ基を有するアミン化合物、フェノキシ基を有するアンモニウム塩化合物、スルホン酸エステル基を有するアミン化合物及びスルホン酸エステル基を有するアンモニウム塩化合物を挙げることができる。
前記フェノキシ基を有するアミン化合物、フェノキシ基を有するアンモニウム塩化合物、スルホン酸エステル基を有するアミン化合物及びスルホン酸エステル基を有するアンモニウム塩化合物は、少なくとも1つのアルキル基が窒素原子に結合していることが好ましい。また、前記アルキル鎖中に、酸素原子を有し、オキシアルキレン基が形成されていることが好ましい。オキシアルキレン基の数は、分子内に1つ以上、好ましくは3〜9個、さらに好ましくは4〜6個である。オキシアルキレン基の中でも−CH2CH2O−、−CH(CH3)CH2O−若しくはCH2CH2CH2O−の構造が好ましい。
前記フェノキシ基を有するアミン化合物、フェノキシ基を有するアンモニウム塩化合物、スルホン酸エステル基を有するアミン化合物及びスルホン酸エステル基を有するアンモニウム塩化合物の具体例としては、米国特許出願公開2007/0224539号明細書の[0066]に例示されている化合物(C1-1)〜(C3-3)が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
一般式(EA)により表される化合物と併用可能な塩基性化合物としては、プロトンアクセプター性官能基を有し、且つ、活性光線又は放射線の照射により分解して、プロトンアクセプター性が低下、消失、又はプロトンアクセプター性から酸性に変化した化合物を発生する化合物(PDA)も挙げられる。
プロトンアクセプター性官能基とは、プロトンと静電的に相互作用し得る基又は電子を有する官能基であって、例えば、環状ポリエーテル等のマクロサイクリック構造を有する官能基や、π共役に寄与しない非共有電子対をもった窒素原子を有する官能基を意味する。π共役に寄与しない非共有電子対を有する窒素原子とは、例えば、下式に示す部分構造を有する窒素原子である。
Figure 2012189958
プロトンアクセプター性官能基の好ましい部分構造として、例えば、クラウンエーテル、アザクラウンエーテル、1〜3級アミン、ピリジン、イミダゾール、ピラジン構造などを挙げることができる。
ここで、プロトンアクセプター性の低下若しくは消失、又は、プロトンアクセプター性から酸性への変化とは、プロトンアクセプター性官能基にプロトンが付加することに起因するプロトンアクセプター性の変化であり、具体的には、プロトンアクセプター性官能基を有する化合物(PDA)とプロトンからプロトン付加体が生成する時、その化学平衡に於ける平衡定数が減少することを意味する。
プロトンアクセプター性は、pH測定を行うことによって確認することができる。
本発明においては、活性光線又は放射線の照射により化合物(PDA)が分解して発生する化合物は、酸解離定数pKaが、−13<pKa<−8を満たすことが好ましく、−12<pKa<−9がより好ましい。
本発明に於いて、酸解離定数pKaとは、水溶液中での酸解離定数pKaのことを表し、例えば、化学便覧(II)(改訂4版、1993年、日本化学会編、丸善株式会社)に記載のものであり、この値が低いほど酸強度が大きいことを示している。水溶液中での酸解離定数pKaは、具体的には、無限希釈水溶液を用い、25℃での酸解離定数を測定することにより実測することができ、また、下記ソフトウェアパッケージ1を用いて、ハメットの置換基定数および公知文献値のデータベースに基づいた値を、計算により求めることもできる。本明細書中に記載したpKaの値は、全て、このソフトウェアパッケージを用いて計算により求めた値を示している。
ソフトウェアパッケージ1: Advanced Chemistry Development (ACD/Labs) Software V8.14 for Solaris (1994-2007 ACD/Labs)
化合物(PDA)としては、例えば、ジアゾニウム塩、ホスホニウム塩、スルホニウム塩、ヨードニウム塩、イミドスルホネート、オキシムスルホネート、ジアゾジスルホン、ジスルホン及びo−ニトロベンジルスルホネートが挙げられる。化合物(PDA)は、スルホニウム塩、ヨードニウム塩、ジアゾスルホン、ジスルホン、イミドスルホネート、及びオキシムスルホネートからなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましい。
化合物(PDA)は、下記一般式(PDA−1)により表されることが好ましい。
Figure 2012189958
式中、
は、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を表す。
及びWは、各々独立に、−SO−又は−CO−を表す。
Aは、単結合又は2価の連結基を表す。
Xは、−SO−又は−CO−を表す。
nは、0又は1を表す。
Bは、単結合、酸素原子、又は−N(R)R−を表す。ここで、Rは水素原子又は1価の有機基を表し、Rは単結合又は2価の有機基を表す。Rは、Rと結合して環を形成していてもよく、Rと結合して環を形成していてもよい。
Rは、プロトンアクセプター性官能基を備えた1価の有機基を表す。
[C]は、カウンターカチオンを表す。このカウンターカチオンとしては、例えば、先に併用光酸発生剤について説明したのと同様のものが挙げられる。カウンターカチオンとして好ましくはトリアリールスルホニウムカチオンである。トリアリールスルホニウムカチオンのアリール基としては、フェニル基が好ましい。
1及びW2は、少なくとも一方が−SO2−であることが好ましく、双方が−SO2−であることが特に好ましい。
は、好ましくは、炭素数1〜6のフッ素原子を有してもよいアルキル基であり、より好ましくは、炭素数1〜6のパーフルオロアルキル基であり、さらに好ましくは炭素数1〜3のパーフルオロアルキル基である。
Aにおける2価の連結基としては、好ましくは炭素数2〜12の2価の連結基であり、例えば、アルキレン基、フェニレン基等が挙げられる。より好ましくは少なくとも1つのフッ素原子を有するアルキレン基であり、好ましい炭素数は2〜6、より好ましくは炭素数2〜4である。アルキレン鎖中に酸素原子、硫黄原子などの連結基を有していてもよい。アルキレン基は、特に水素原子数の30〜100%がフッ素原子で置換されたアルキレン基が好ましく、Q部位と結合した炭素原子がフッ素原子を有することがより好ましい。更にはパーフルオロアルキレン基が好ましく、パーフロロエチレン基、パーフロロプロピレン基、パーフロロブチレン基がより好ましい。
Bが−N(R)R−を表す場合、Rにおける1価の有機基としては、好ましくは炭素数1〜30であり、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルケニル基などを挙げることができる。これら基は更に置換基を有していてもよい。
におけるアルキル基としては、置換基を有していてもよく、好ましくは炭素数1〜20の直鎖及び分岐アルキル基であり、アルキル鎖中に酸素原子、硫黄原子、窒素原子を有していてもよい。
また、置換基を有するアルキル基として、特に直鎖又は分岐アルキル基にシクロアルキル基が置換した基(例えば、アダマンチルメチル基、アダマンチルエチル基、シクロヘキシルエチル基、カンファー残基など)を挙げることができる。
におけるシクロアルキル基としては、置換基を有していてもよく、好ましくは炭素数3〜20のシクロアルキル基であり、環内に酸素原子を有していてもよい。
におけるアリール基としては、置換基を有していてもよく、好ましくは炭素数6〜14のアリール基である。
におけるアラルキル基としては、置換基を有していてもよく、好ましくは炭素数7〜20のアラルキル基が挙げられる。
におけるアルケニル基としては、置換基を有していてもよく、例えば、Rとして挙げたアルキル基の任意の位置に2重結合を有する基が挙げられる。
Bが−N(R)R−を表す場合、Rにおける2価の有機基としては、好ましくはアルキレン基を挙げることができる。また、この場合、RとRとが互いに結合して形成し得る環構造としては、例えば、窒素原子を含む5〜8員の環、特に好ましくは6員の環が挙げられる。
Bが−N(R)R−を表す場合、RとRとが互いに結合して環を形成していることが好ましい。環構造を形成することによって、安定性が向上し、これを用いた組成物の保存安定性が向上する。環を形成する炭素数は4〜20が好ましく、単環式でも多環式でもよく、環内に酸素原子、硫黄原子、窒素原子を含んでいてもよい。
単環式構造としては、窒素原子を含む4員環、5員環、6員環、7員環、8員環等を挙げることができる。多環式構造としては、2又は3以上の単環式構造の組み合わせから成る構造を挙げることができる。単環式構造及び多環式構造の各々は、置換基を有していてもよく、例えば、ハロゲン原子、水酸基、シアノ基、カルボキシ基、カルボニル基、シクロアルキル基(好ましくは炭素数3〜10)、アリール基(好ましくは炭素数6〜14)、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜10)、アシル基(好ましくは炭素数2〜15)、アシルオキシ基(好ましくは炭素数2〜15)、アルコキシカルボニル基(好ましくは炭素数2〜15)、アミノアシル基(好ましくは炭素数2〜20)などが好ましい。アリール基、シクロアルキル基などにおける環状構造については、置換基として、更にアルキル基(好ましくは炭素数1〜15)を挙げることができる。アミノアシル基については、置換基として、更にアルキル基(好ましくは炭素数1〜15)を挙げることができる。
Rにおけるプロトンアクセプター性官能基としては、例えば、クラウンエーテル、アザクラウンエーテル、1〜3級アミン、ピリジン、イミダゾール、ピラジン構造などが挙げられる。
このような構造を含む基として、好ましい炭素数は4〜30であり、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルケニル基などを挙げることができる。
Rにおけるプロトンアクセプター性官能基又はアンモニウム基を含むアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルケニル基に於けるアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルケニル基は、前記Rxとして挙げたアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルケニル基と同様のものである。
上記各基が有してもよい置換基としては、例えば、ハロゲン原子、水酸基、ニトロ基、シアノ基、カルボキシ基、カルボニル基、シクロアルキル基(好ましくは炭素数3〜10)、アリール基(好ましくは炭素数6〜14)、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜10)、アシル基(好ましくは炭素数2〜20)、アシルオキシ基(好ましくは炭素数2〜10)、アルコキシカルボニル基(好ましくは炭素数2〜20)、アミノアシル基(好ましくは炭素数2〜20)などが挙げられる。アリール基、シクロアルキル基などにおける環状構造、及びアミノアシル基については、置換基としては更にアルキル基(好ましくは炭素数1〜20)を挙げることができる。
化合物(PDA)は、イオン性化合物であることが好ましく、スルホニウム塩又はヨードニウム塩であることが特に好ましい。化合物(PDA)がイオン性化合物である場合、プロトンアクセプター性官能基は、アニオン部位及びカチオン部位のいずれに含まれていてもよい。
なお、上記一般式(PDA−1)の原子団Rの一態様として、以下の構造が好ましい。
Figure 2012189958
一般式(PB−II)中、
21は水素原子又は1価の有機基を表し、R22は2価の有機基を表す。R21とR22は互いに結合して環を形成してもよい。また、一般式(PDA−1)におけるBが−N(Rx)Ry−であるとき、R21とRxとは、互いに結合して環構造を形成してもよい。
Lは水素原子を除くハメット則のσp値が−0.1以上の官能基を表す。
*はAとの結合部位を示す。
一般式(PB−II)について詳細に説明する。
Lは、ハメット則のσp値(参考文献:Hansch et al., Chemical Reviews, 1991, Vol,91, No. 2, 165-195)で−0.1以上の官能基であり、好ましくは−0.05以上の官能基であり、さらに好ましくは−0.03以上0.5以下の官能基である。参考文献に記載されていない官能基については、別途ACD/ChemSketch (ACD/Labs 8.00 Release Product Version:8.08)で安息香酸のpKaとの差よりσp値を算出することができる。σp値が−0.1以上の官能基としては、例えば、アリール基(フェニル基など)、アシル基(アセチル基など)、アルコキシカルボニル基(メトキシカルボニル基、t−ブトキシカルボニル基など)、アルキルカルボニルオキシ基(メチルカルボニルオキシ基など)、カルボキシル基、アルコキシ基(メトキシ基など)、シアノ基、ニトロ基、ハロゲン原子、及びこれらの官能基で置換されたアルキル基や、ラクトン構造を含む基などを挙げることができる。このような基を選択することで、式(PB−II)中の窒素原子の塩基強度を適切な範囲とすることが可能になる。
置換アルキル基としては、特にアシル基、アルコキシカルボニル基、アルコキシ基、シアノ基で置換されたアルキル基が好ましい。
上述した中でも、下記のようなラクトン構造を含むものがより好ましい。
Figure 2012189958
なお、Lは、上述した光酸発生剤から発生する酸により分解する構造であってもよい。例えば、Lが、アルコキシカルボニル基を有する構造の場合、アルコキシカルボニル基のアルキル基が−C(R36)(R37)(R38)で表される構造であれば、光酸発生剤からの発生酸により分解しうる。式中、R36〜R38は、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基又はアルケニル基を表す。R36とR37とは、互いに結合して環を形成してもよい。
Lが有する原子数(水素原子は除く)は特に限定されないが、通常1〜20、好ましくは1〜15、より好ましくは1〜10の範囲である。
21としての有機基は、好ましくは炭素数1から40であり、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルケニル基などを挙げることができる。
21としてのアルキル基は、置換基を有していてもよく、好ましくは炭素数1〜30の直鎖及び分岐アルキル基であり、アルキル鎖中に酸素原子、硫黄原子、窒素原子を有していてもよい。具体的にはメチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−オクチル基、n−ドデシル基、n−テトラデシル基、n−オクタデシル基などの直鎖アルキル基、イソプロピル基、イソブチル基、t−ブチル基、ネオペンチル基、2−エチルヘキシル基などの分岐アルキル基を挙げることができる。
21としてのシクロアルキル基は、置換基を有していてもよく、好ましくは炭素数3〜20のシクロアルキル基であり、環内に酸素原子、窒素原子を有していてもよい。具体的には、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボルニル基、アダマンチル基などを挙げることができる。
21としてのとしてのアリール基は、置換基を有していてもよく、好ましくは炭素数6〜14のアリール基であり、例えばフェニル基、ナフチル基などが挙げられる。
21としてのとしてのアラルキル基は、置換基を有していてもよく、好ましくは炭素数7〜20のアラルキル基が挙げられ、例えば、ベンジル基、フェネチル基、ナフチルメチル基、ナフチルエチル基が挙げられる。
21としてのアルケニル基は、置換基を有していてもよく、上記アルキル基の任意の位置に2重結合を有する基が挙げられる。
上記各基が有してもよい置換基としては、例えば、ハロゲン原子、水酸基、ニトロ基、シアノ基、カルボキシ基、カルボニル基、シクロアルキル基(好ましくは炭素数3〜10)、アリール基(好ましくは炭素数6〜14)、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜10)、アシル基(好ましくは炭素数2〜20)、アシルオキシ基(好ましくは炭素数2〜10)、アルコキシカルボニル基(好ましくは炭素数2〜20)、アミノアシル基(好ましくは炭素数2〜10)などが挙げられる。アリール基、シクロアルキル基などにおける環状構造については、置換基としては更にアルキル基(好ましくは炭素数1〜10)を挙げることができる。アミノアシル基については、置換基として更にアルキル基(好ましくは炭素数1〜10)を挙げることができる。置換基を有するアルキル基として、例えば、パーフロロメチル基、パーフロロエチル基、パーフロロプロピル基、パーフロロブチル基などのパーフルオロアルキル基を挙げることができる。
22の2価の有機基は、好ましくはアルキレン基、フェニレン基等が挙げられ、特にアルキレン基が好ましい。アルキレン基の炭素数は1〜10が好ましく、1〜8がより好ましく、1〜5が更に好ましい。
以下に、化合物(PDA)の具体例を示す。
Figure 2012189958
Figure 2012189958
Figure 2012189958
Figure 2012189958
Figure 2012189958
なお、化合物(PDA)としては、国際公開2010/147228号パンフレットにおいて、化合物(PA)として記載されているものを用いてもよい。
化合物(PDA)は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明に係る組成物が化合物(PDA)を含有している場合、その組成物全体に占める配合率は、全固形分に対して、0.01〜15質量%であることが好ましく、0.1〜12質量%であることがより好ましく、2〜10質量%であることが更に好ましい。
以上において説明した塩基性化合物は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明に係る組成物が塩基性化合物〔化合物(PDA)を含む〕を含有している場合、その組成物全体に占める配合率は、全固形分に対して、0.01〜15質量%であることが好ましく、0.1〜10質量%であることがより好ましく、0.5〜7質量%であることが更に好ましい。
塩基性化合物の含有率は、本発明の組成物の全固形分を基準として、通常、0.001〜10質量%、好ましくは0.01〜7質量%である。
光酸発生剤と塩基性化合物の組成物中の含有割合は、光酸発生剤/塩基性化合物(モル比)=0.5〜300であることが好ましい。即ち、感度、解像度の点からモル比が0.8以上が好ましく、露光後加熱処理までの経時でのレジストパターンの太りによる解像度の低下抑制の点から300以下が好ましい。光酸発生剤/塩基性化合物(モル比)は、より好ましくは0.8〜200、更に好ましくは0.8〜150である。
(D)疎水性樹脂
本発明に係るレジスト組成物は、特に液浸露光に適用する際、フッ素原子及び珪素原子の少なくともいずれかを有する疎水性樹脂(以下、「疎水性樹脂(D)」又は単に「樹脂(D)」ともいう)を含有してもよい。これにより、膜表層に疎水性樹脂(D)が偏在化し、液浸媒体が水の場合、水に対するレジスト膜表面の静的/動的な接触角を向上させ、液浸液追随性を向上させることができる。
疎水性樹脂(D)は前述のように界面に偏在するように設計されることが好ましいが、界面活性剤とは異なり、必ずしも分子内に親水基を有する必要はなく、極性/非極性物質を均一に混合することに寄与しなくても良い。
疎水性樹脂(D)は、典型的には、フッ素原子及び/又は珪素原子を含んでいる。疎水性樹脂(D)に於けるフッ素原子及び/又は珪素原子は、樹脂の主鎖中に含まれていてもよく、側鎖中に含まれていてもよい。
疎水性樹脂(D)がフッ素原子を含んでいる場合、フッ素原子を有する部分構造として、フッ素原子を有するアルキル基、フッ素原子を有するシクロアルキル基、又は、フッ素原子を有するアリール基を有する樹脂であることが好ましい。
フッ素原子を有するアルキル基(好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは炭素数1〜4)は、少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換された直鎖又は分岐アルキル基であり、更にフッ素原子以外の置換基を有していてもよい。
フッ素原子を有するシクロアルキル基は、少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換された単環又は多環のシクロアルキル基であり、更にフッ素原子以外の置換基を有していてもよい。
フッ素原子を有するアリール基としては、フェニル基、ナフチル基などのアリール基の少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換されたものが挙げられ、更にフッ素原子以外の置換基を有していてもよい。
フッ素原子を有するアルキル基、フッ素原子を有するシクロアルキル基、及びフッ素原子を有するアリール基として、好ましくは、下記一般式(F2)〜(F4)で表される基を挙げることができるが、本発明は、これに限定されるものではない。
Figure 2012189958
一般式(F2)〜(F4)中、
57〜R68は、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子又はアルキル基(直鎖若しくは分岐)を表す。但し、R57〜R61少なくとも1つ、R62〜R64の少なくとも1つ、及びR65〜R68の少なくとも1つは、それぞれ独立に、フッ素原子又は少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換されたアルキル基(好ましくは炭素数1〜4)を表す。
57〜R61及びR65〜R67は、全てがフッ素原子であることが好ましい。R62、R63及びR68は、少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換されたアルキル基(好ましくは炭素数1〜4)が好ましく、炭素数1〜4のパーフルオロアルキル基であることが更に好ましい。R62とR63は、互いに連結して環を形成してもよい。
一般式(F2)で表される基の具体例としては、例えば、p−フルオロフェニル基、ペンタフルオロフェニル基、3,5−ジ(トリフルオロメチル)フェニル基等が挙げられる。
一般式(F3)で表される基の具体例としては、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロプロピル基、ペンタフルオロエチル基、ヘプタフルオロブチル基、ヘキサフルオロイソプロピル基、ヘプタフルオロイソプロピル基、ヘキサフルオロ(2−メチル)イソプロピル基、ノナフルオロブチル基、オクタフルオロイソブチル基、ノナフルオロヘキシル基、ノナフルオロ−t−ブチル基、パーフルオロイソペンチル基、パーフルオロオクチル基、パーフルオロ(トリメチル)ヘキシル基、2,2,3,3−テトラフルオロシクロブチル基、パーフルオロシクロヘキシル基などが挙げられる。ヘキサフルオロイソプロピル基、ヘプタフルオロイソプロピル基、ヘキサフルオロ(2−メチル)イソプロピル基、オクタフルオロイソブチル基、ノナフルオロ−t−ブチル基、パーフルオロイソペンチル基が好ましく、ヘキサフルオロイソプロピル基、ヘプタフルオロイソプロピル基が更に好ましい。
一般式(F4)で表される基の具体例としては、例えば、−C(CFOH、−C(COH、−C(CF)(CH)OH、−CH(CF)OH等が挙げられ、−C(CFOHが好ましい。
フッ素原子を含む部分構造は、主鎖に直接結合しても良く、更に、アルキレン基、フェニレン基、エーテル結合、チオエーテル結合、カルボニル基、エステル結合、アミド結合、ウレタン結合及びウレイレン結合よりなる群から選択される基、或いはこれらの2つ以上を組み合わせた基を介して主鎖に結合しても良い。
フッ素原子を有する好適な繰り返し単位としては、以下に示すものが挙げられる。
Figure 2012189958
式中、R10及びR11は、各々独立に、水素原子、フッ素原子又はアルキル基を表す。該アルキル基は、好ましくは炭素数1〜4の直鎖又は分岐のアルキル基であり、置換基を有していてもよく、置換基を有するアルキル基としては特にフッ素化アルキル基を挙げることができる。
〜Wは、各々独立に、少なくとも1つ以上のフッ素原子を含有する有機基を表す。具体的には前記(F2)〜(F4)の原子団が挙げられる。
また、疎水性樹脂(D)は、これら以外にも、フッ素原子を有する繰り返し単位として下記に示すような単位を有していてもよい。
Figure 2012189958
式中、R〜Rは、各々独立に、水素原子、フッ素原子、又はアルキル基を表す。該アルキル基は、好ましくは炭素数1〜4の直鎖又は分岐のアルキル基であり、置換基を有していてもよく、置換基を有するアルキル基としては特にフッ素化アルキル基を挙げることができる。
ただし、R〜Rの少なくとも1つはフッ素原子を表す。RとR若しくはRとRは環を形成していてもよい。
は、少なくとも1つのフッ素原子を含有する有機基を表す。具体的には前記(F2)〜(F4)の原子団が挙げられる。
は、単結合、或いは2価の連結基を示す。2価の連結基としては、置換又は無置換のアリーレン基、置換又は無置換のアルキレン基、置換又は無置換のシクロアルキレン基、−O−、−SO−、−CO−、−N(R)−(式中、Rは水素原子又はアルキルを表す)、−NHSO−又はこれらの複数を組み合わせた2価の連結基を示す。
Qは脂環式構造を表す。脂環式構造は置換基を有していてもよく、単環型でもよく、多環型でもよく、多環型の場合は有橋式であってもよい。単環型としては、炭素数3〜8のシクロアルキル基が好ましく、例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロブチル基、シクロオクチル基等を挙げることができる。多環型としては、炭素数5以上のビシクロ、トリシクロ、テトラシクロ構造等を有する基を挙げることができ、炭素数6〜20のシクロアルキル基が好ましく、例えば、アダマンチル基、ノルボルニル基、ジシクロペンチル基、トリシクロデカニル基、テトシクロドデシル基等を挙げることができる。なお、シクロアルキル基中の炭素原子の一部が、酸素原子等のヘテロ原子によって置換されていてもよい。Qとして特に好ましくはノルボルニル基、トリシクロデカニル基、テトシクロドデシル基等を挙げることができる。
以下、フッ素原子を有する繰り返し単位の具体例を示すが、本発明は、これに限定されるものではない。具体例中、Xは、水素原子、−CH、−F又は−CFを表す。Xは、−F又は−CFを表す。
Figure 2012189958
Figure 2012189958
疎水性樹脂(D)は、珪素原子を含有してもよい。珪素原子を有する部分構造として、アルキルシリル構造(好ましくはトリアルキルシリル基)、又は環状シロキサン構造を有する樹脂であることが好ましい。
アルキルシリル構造、又は環状シロキサン構造としては、具体的には、下記一般式(CS−1)〜(CS−3)で表される基などが挙げられる。
Figure 2012189958
一般式(CS−1)〜(CS−3)に於いて、
12〜R26は、各々独立に、直鎖若しくは分岐アルキル基(好ましくは炭素数1〜20)又はシクロアルキル基(好ましくは炭素数3〜20)を表す。
〜Lは、単結合又は2価の連結基を表す。2価の連結基としては、アルキレン基、フェニレン基、エーテル結合、チオエーテル結合、カルボニル基、エステル結合、アミド結合、ウレタン結合、及びウレア結合よりなる群から選択される単独或いは2つ以上の組み合わせ(好ましくは総炭素数12以下)が挙げられる。
nは、1〜5の整数を表す。nは、好ましくは、2〜4の整数である。
以下、一般式(CS−1)〜(CS−3)で表される基を有する繰り返し単位の具体例を挙げるが、本発明は、これに限定されるものではない。なお、具体例中、Xは、水素原子、−CH、−F又は−CFを表す。
Figure 2012189958
更に、疎水性樹脂(D)は、下記(x)〜(z)の群から選ばれる基を少なくとも1つを有していてもよい。
(x)酸基
(y)ラクトン構造を有する基、酸無水物基、又は酸イミド基、
(z)酸の作用により分解する基
酸基(x)としては、フェノール性水酸基、カルボン酸基、フッ素化アルコール基、スルホン酸基、スルホンアミド基、スルホニルイミド基、(アルキルスルホニル)(アルキルカルボニル)メチレン基、(アルキルスルホニル)(アルキルカルボニル)イミド基、ビス(アルキルカルボニル)メチレン基、ビス(アルキルカルボニル)イミド基、ビス(アルキルスルホニル)メチレン基、ビス(アルキルスルホニル)イミド基、トリス(アルキルカルボニル)メチレン基、トリス(アルキルスルホニル)メチレン基等が挙げられる。
好ましい酸基としては、フッ素化アルコール基(好ましくはヘキサフルオロイソプロパノール)、スルホンイミド基、ビス(アルキルカルボニル)メチレン基が挙げられる。
酸基(x)を有する繰り返し単位としては、アクリル酸、メタクリル酸による繰り返し単位のような樹脂の主鎖に、直接、酸基が結合している繰り返し単位、或いは、連結基を介して樹脂の主鎖に酸基が結合している繰り返し単位などが挙げられ、更には酸基を有する重合開始剤や連鎖移動剤を重合時に用いてポリマー鎖の末端に導入することもでき、いずれの場合も好ましい。酸基(x)を有する繰り返し単位が、フッ素原子及び珪素原子の少なくともいずれかを有していても良い。
酸基(x)を有する繰り返し単位の含有量は、疎水性樹脂(D)中の全繰り返し単位に対し、1〜50モル%が好ましく、より好ましくは3〜35モル%、更に好ましくは5〜20モル%である。
酸基(x)を有する繰り返し単位の具体例を以下に示すが、本発明は、これに限定されるものではない。式中、Rxは水素原子、CH、CF、又は、CHOHを表す。
Figure 2012189958
Figure 2012189958
ラクトン構造を有する基、酸無水物基、又は酸イミド基(y)としては、ラクトン構造を有する基が特に好ましい。
これらの基を含んだ繰り返し単位は、例えば、アクリル酸エステル及びメタクリル酸エステルによる繰り返し単位等の、樹脂の主鎖に直接この基が結合している繰り返し単位である。或いは、この繰り返し単位は、この基が連結基を介して樹脂の主鎖に結合している繰り返し単位であってもよい。或いは、この繰り返し単位は、この基を有する重合開始剤又は連鎖移動剤を重合時に用いて、樹脂の末端に導入されていてもよい。
ラクトン構造を有する基、酸無水物基、又は酸イミド基を有する繰り返し単位の含有量は、疎水性樹脂中の全繰り返し単位を基準として、1〜100モル%であることが好ましく、3〜98モル%であることがより好ましく、5〜95モル%であることが更に好ましい。
疎水性樹脂(D)に於ける、酸の作用により分解する基(z)を有する繰り返し単位は、公知の物であればとくに限定されない。酸の作用により分解する基(z)を有する繰り返し単位が、フッ素原子及び珪素原子の少なくともいずれかを有していても良い。疎水性樹脂(D)に於ける、酸の作用により分解する基(z)を有する繰り返し単位の含有量は、樹脂(D)中の全繰り返し単位に対し、1〜80モル%が好ましく、より好ましくは10〜80モル%、更に好ましくは20〜60モル%である。
疎水性樹脂(D)は、更に、下記一般式(III)で表される繰り返し単位を有していてもよい。
Figure 2012189958
一般式(III)に於いて、
c31は、水素原子、アルキル基(フッ素原子等で置換されていても良い)、シアノ基又は−CH−O−Rac基を表す。式中、Racは、水素原子、アルキル基又はアシル基を表す。Rc31は、水素原子、メチル基、ヒドロキシメチル基、トリフルオロメチル基が好ましく、水素原子、メチル基が特に好ましい。
c32は、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、シクロアルケニル基又はアリール基を有する基を表す。これら基はフッ素原子、珪素原子を含む基で置換されていても良い。
c3は、単結合又は2価の連結基を表す。
一般式(III)に於ける、Rc32のアルキル基は、炭素数3〜20の直鎖若しくは分岐状アルキル基が好ましい。
シクロアルキル基は、炭素数3〜20のシクロアルキル基が好ましい。
アルケニル基は、炭素数3〜20のアルケニル基が好ましい。
シクロアルケニル基は、炭素数3〜20のシクロアルケニル基が好ましい。
アリール基は、炭素数6〜20のアリール基が好ましく、フェニル基、ナフチル基がよ
り好ましく、これらは置換基を有していてもよい。
c32は無置換のアルキル基又はフッ素原子で置換されたアルキル基が好ましい。
c3の2価の連結基は、アルキレン基(好ましくは炭素数1〜5)、エーテル結合、フェニレン基、エステル結合(−COO−で表される基)が好ましい。
一般式(III)により表される繰り返し単位の含有量は、疎水性樹脂中の全繰り返し単位を基準として、1〜100モル%であることが好ましく、10〜90モル%であることがより好ましく、30〜70モル%であることが更に好ましい。
疎水性樹脂(D)は、更に、下記一般式(CII−AB)で表される繰り返し単位を有することも好ましい。
Figure 2012189958
式(CII−AB)中、
c11’及びRc12’は、各々独立に、水素原子、シアノ基、ハロゲン原子又はアルキル基を表す。
Zc’は、結合した2つの炭素原子(C−C)を含み、脂環式構造を形成するための原子団を表す。
一般式(CII−AB)により表される繰り返し単位の含有量は、疎水性樹脂中の全繰り返し単位を基準として、1〜100モル%であることが好ましく、10〜90モル%であることがより好ましく、30〜70モル%であることが更に好ましい。
以下に一般式(III)、(CII−AB)で表される繰り返し単位の具体例を以下に挙げるが、本発明はこれらに限定されない。式中、Raは、H、CH、CHOH、CF又はCNを表す。
Figure 2012189958
以下に、疎水性樹脂(D)の具体例を示す。また、下記表に、各樹脂における繰り返し単位のモル比(各繰り返し単位と左から順に対応)、重量平均分子量、分散度を示す。
Figure 2012189958
Figure 2012189958
Figure 2012189958
Figure 2012189958
Figure 2012189958
Figure 2012189958
Figure 2012189958
疎水性樹脂(D)がフッ素原子を有する場合、フッ素原子の含有量は、疎水性樹脂(D)の重量平均分子量に対し、5〜80質量%であることが好ましく、10〜80質量%であることがより好ましい。また、フッ素原子を含む繰り返し単位は、疎水性樹脂(D)に含まれる全繰り返し単位中10〜100モル%であることが好ましく、30〜100モル%であることがより好ましい。
疎水性樹脂(D)が珪素原子を有する場合、珪素原子の含有量は、疎水性樹脂(D)の重量平均分子量に対し、2〜50質量%であることが好ましく、2〜30質量%であることがより好ましい。また、珪素原子を含む繰り返し単位は、疎水性樹脂(D)に含まれる全繰り返し単位中、10〜100モル%であることが好ましく、20〜100モル%であることがより好ましい。
疎水性樹脂(D)の標準ポリスチレン換算の重量平均分子量は、好ましくは1,000〜100,000であり、より好ましくは1,000〜50,000であり、更により好ましくは2,000〜15,000である。また、解像度、レジスト形状、レジストパターンの側壁、ラフネスなどの点から、分子量分布(Mw/Mn、分散度ともいう)は、1〜5の範囲が好ましく、より好ましくは1〜3、更に好ましくは1〜2の範囲である。
疎水性樹脂(D)は、1種で使用してもよいし、複数併用してもよい。
疎水性樹脂(D)の組成物中の含有量は、本発明の組成物中の全固形分に対し、0.01〜10質量%が好ましく、0.05〜8質量%がより好ましく、0.1〜5質量%が更に好ましい。
(E)界面活性剤
本発明に係る組成物は、界面活性剤を更に含んでいてもよい。界面活性剤を含有することにより、波長が250nm以下、特には220nm以下の露光光源を使用した場合に、良好な感度及び解像度で、密着性及び現像欠陥のより少ないパターンを形成することが可能となる。
界面活性剤としては、フッ素系及び/又はシリコン系界面活性剤を用いることが特に好ましい。
フッ素系及び/又はシリコン系界面活性剤としては、例えば、米国特許出願公開第2008/0248425号明細書の[0276]に記載の界面活性剤が挙げられる。また、エフトップEF301若しくはEF303(新秋田化成(株)製);フロラードFC430、431若しくは4430(住友スリーエム(株)製);メガファックF171、F173、F176、F189、F113、F110、F177、F120若しくはR08(大日本インキ化学工業(株)製);サーフロンS−382、SC101、102、103、104、105若しくは106(旭硝子(株)製);トロイゾルS−366(トロイケミカル(株)製);GF−300若しくはGF−150(東亜合成化学(株)製)、サーフロンS−393(セイミケミカル(株)製);エフトップEF121、EF122A、EF122B、RF122C、EF125M、EF135M、EF351、EF352、EF801、EF802若しくはEF601((株)ジェムコ製);PF636、PF656、PF6320若しくはPF6520(OMNOVA社製);又は、FTX−204G、208G、218G、230G、204D、208D、212D、218D若しくは222D((株)ネオス製)を用いてもよい。なお、ポリシロキサンポリマーKP−341(信越化学工業(株)製)も、シリコン系界面活性剤として用いることができる。
また、界面活性剤は、上記に示すような公知のものの他に、テロメリゼーション法(テロマー法ともいわれる)又はオリゴメリゼーション法(オリゴマー法ともいわれる)により製造されたフルオロ脂肪族化合物を用いて合成してもよい。具体的には、このフルオロ脂肪族化合物から導かれたフルオロ脂肪族基を備えた重合体を、界面活性剤として用いてもよい。このフルオロ脂肪族化合物は、例えば、特開2002−90991号公報に記載された方法によって合成することができる。
フルオロ脂肪族基を有する重合体としては、フルオロ脂肪族基を有するモノマーと(ポリ(オキシアルキレン))アクリレート若しくはメタクリレート及び/又は(ポリ(オキシアルキレン))メタクリレートとの共重合体が好ましく、不規則に分布していても、ブロック共重合していてもよい。
ポリ(オキシアルキレン)基としては、例えば、ポリ(オキシエチレン)基、ポリ(オキシプロピレン)基及びポリ(オキシブチレン)基が挙げられる。また、ポリ(オキシエチレンとオキシプロピレンとオキシエチレンとのブロック連結体)及びポリ(オキシエチレンとオキシプロピレンとのブロック連結体)等の、同じ鎖内に異なる鎖長のアルキレンを有するユニットであってもよい。
さらに、フルオロ脂肪族基を有するモノマーと(ポリ(オキシアルキレン))アクリレート若しくはメタクリレートとの共重合体は、異なる2種以上のフルオロ脂肪族基を有するモノマー及び異なる2種以上の(ポリ(オキシアルキレン))アクリレート若しくはメタクリレート等を同時に共重合してなる3元系以上の共重合体であってもよい。
例えば、市販の界面活性剤として、メガファックF178、F−470、F−473、F−475、F−476及びF−472(大日本インキ化学工業(株)製)が挙げられる。さらに、C613基を有するアクリレート若しくはメタクリレートと(ポリ(オキシアルキレン))アクリレート若しくはメタクリレートとの共重合体、C613基を有するアクリレート若しくはメタクリレートと(ポリ(オキシエチレン))アクリレート若しくはメタクリレートと(ポリ(オキシプロピレン))アクリレート若しくはメタクリレートとの共重合体、C817基を有するアクリレート若しくはメタクリレートと(ポリ(オキシアルキレン))アクリレート若しくはメタクリレートとの共重合体、及び、C817基を有するアクリレート若しくはメタクリレートと(ポリ(オキシエチレン))アクリレート若しくはメタクリレートと(ポリ(オキシプロピレン))アクリレート若しくはメタクリレートとの共重合体等が挙げられる。
また、米国特許出願公開第2008/0248425号明細書の[0280]に記載されているフッ素系及び/又はシリコン系以外の界面活性剤を使用してもよい。
これら界面活性剤は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明に係る組成物が界面活性剤を含んでいる場合、その含有量は、組成物の全固形分を基準として、好ましくは0.0001〜2質量%、より好ましくは0.0001〜1.5質量%、更に好ましくは0.0005〜1質量%である。
(F)カルボン酸オニウム塩
本発明の組成物は、カルボン酸オニウム塩を含有してもよい。カルボン酸オニウム塩としては、ヨードニウム塩、スルホニウム塩が好ましい。アニオン部としては、炭素数1〜30の直鎖、分岐、単環または多環環状アルキルカルボン酸アニオンが好ましい。さらに好ましくはこれらのアルキル基の一部または全てがフッ素置換されたカルボン酸のアニオンが好ましい。アルキル鎖中に酸素原子を含んでいても良い。これにより220nm以下の光に対する透明性が確保され、感度、解像力が向上し、疎密依存性、露光マージンが改良される。
フッ素置換されたカルボン酸のアニオンとしては、フロロ酢酸、ジフロロ酢酸、トリフロロ酢酸、ペンタフロロプロピオン酸、ヘプタフロロ酪酸、ノナフロロペンタン酸、パーフロロドデカン酸、パーフロロトリデカン酸、パーフロロシクロヘキサンカルボン酸、2,2−ビストリフロロメチルプロピオン酸のアニオン等が挙げられる。
カルボン酸オニウム塩の組成物中の含有率は、組成物の全固形分に対し、一般的には0.1〜20質量%、好ましくは0.5〜10質量%、更に好ましくは1〜7質量%である。
(G)その他の添加剤
本発明に係る組成物は、溶解阻止化合物、染料、可塑剤、光増感剤、光吸収剤、及び/又は現像液に対する溶解性を促進させる化合物(例えば、分子量1000以下のフェノール化合物、又はカルボキシ基を含んだ脂環族若しくは脂肪族化合物)を更に含んでいてもよい。
本発明に係る組成物は、溶解阻止化合物を更に含んでいてもよい。ここで「溶解阻止化合物」とは、酸の作用により分解して有機溶剤を含んだ現像液中での溶解度が減少する、分子量3000以下の化合物である。
この溶解阻止化合物としては、波長が220nm以下の光に対する透過性を低下させないため、Proceeding of SPIE, 2724, 355 (1996) に記載されている酸分解性基を含むコール酸誘導体等の、酸分解性基を含有する脂環族又は脂肪族化合物が好ましい。この酸分解性基及び脂環構造としては、例えば、先に説明したのと同様のものが挙げられる。
なお、本発明に係るレジスト組成物をKrFエキシマレーザーで露光するか又は電子線で照射する場合には、溶解阻止化合物としては、フェノール化合物のフェノール性ヒドロキシ基を酸分解基で置換した構造を含んだ化合物が好ましい。フェノール化合物としては、フェノール骨格を1〜9個含有するものが好ましく、2〜6個含有するものが更に好ましい。
本発明に係る組成物が溶解阻止化合物を含んでいる場合、その含有量は、組成物の全固形分を基準として、好ましくは3〜50質量%であり、より好ましくは5〜40質量%である。
以下に、溶解阻止化合物の具体例を挙げる。
Figure 2012189958
分子量1000以下のフェノール化合物は、例えば、特開平4−122938号、特開平2−28531号、米国特許第4,916,210号、及び欧州特許第219294号等に記載の方法を参考にして、容易に合成することができる。
カルボキシ基を含んだ脂環族若しくは脂肪族化合物としては、例えば、コール酸、デオキシコール酸及びリトコール酸等のステロイド構造を含んだカルボン酸誘導体、アダマンタンカルボン酸誘導体、アダマンタンジカルボン酸、シクロヘキサンカルボン酸、並びにシクロヘキサンジカルボン酸が挙げられる。
(H)溶剤
本発明に係るレジスト組成物は、溶剤を更に含んでいてもよい。この溶剤としては、例えば、アルキレングリコールモノアルキルエーテルカルボキシレート、アルキレングリコールモノアルキルエーテル、乳酸アルキルエステル、アルコキシプロピオン酸アルキル、炭素数4〜10の環状ラクトン、炭素数4〜10の、環を含有しても良いモノケトン化合物、アルキレンカーボネート、アルコキシ酢酸アルキル、ピルビン酸アルキル等の有機溶剤を挙げることができる。
アルキレングリコールモノアルキルエーテルカルボキシレートとしては、例えば、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルプロピオネート、プロピレングリコールモノエチルエーテルプロピオネート、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテートが好ましく挙げられる。
アルキレングリコールモノアルキルエーテルとしては、例えば、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテルを好ましく挙げられる。
乳酸アルキルエステルとしては、例えば、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸プロピル、乳酸ブチルを好ましく挙げられる。
アルコキシプロピオン酸アルキルとしては、例えば、3−エトキシプロピオン酸エチル、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メチル、3−メトキシプロピオン酸エチルを好ましく挙げられる。
炭素数4〜10の環状ラクトンとしては、例えば、β−プロピオラクトン、β−ブチロラクトン、γ−ブチロラクトン、α−メチル−γ−ブチロラクトン、β−メチル−γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、γ−カプロラクトン、γ−オクタノイックラクトン、α−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトンが好ましく挙げられる。
炭素数4〜10の、環を含有しても良いモノケトン化合物としては、例えば、2−ブタノン、3−メチルブタノン、ピナコロン、2−ペンタノン、3−ペンタノン、3−メチル−2−ペンタノン、4−メチル−2−ペンタノン、2−メチル−3−ペンタノン、4,4−ジメチル−2−ペンタノン、2,4−ジメチル−3−ペンタノン、2,2,4,4−テトラメチル−3−ペンタノン、2−ヘキサノン、3−ヘキサノン、5−メチル−3−ヘキサノン、2−ヘプタノン、3−ヘプタノン、4−ヘプタノン、2−メチル−3−ヘプタノン、5−メチル−3−ヘプタノン、2,6−ジメチル−4−ヘプタノン、2−オクタノン、3−オクタノン、2−ノナノン、3−ノナノン、5−ノナノン、2−デカノン、3−デカノン、4−デカノン、5−ヘキセン−2−オン、3−ペンテン−2−オン、シクロペンタノン、2−メチルシクロペンタノン、3−メチルシクロペンタノン、2,2−ジメチルシクロペンタノン、2,4,4−トリメチルシクロペンタノン、シクロヘキサノン、3−メチルシクロヘキサノン、4−メチルシクロヘキサノン、4−エチルシクロヘキサノン、2,2−ジメチルシクロヘキサノン、2,6−ジメチルシクロヘキサノン、2,2,6−トリメチルシクロヘキサノン、シクロヘプタノン、2−メチルシクロヘプタノン、3−メチルシクロヘプタノンが好ましく挙げられる。
アルキレンカーボネートとしては、例えば、プロピレンカーボネート、ビニレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネートが好ましく挙げられる。
アルコキシ酢酸アルキルとしては、例えば、酢酸−2−メトキシエチル、酢酸−2−エトキシエチル、酢酸−2−(2−エトキシエトキシ)エチル、酢酸−3−メトキシ−3−メチルブチル、酢酸−1−メトキシ−2−プロピルが好ましく挙げられる。
ピルビン酸アルキルとしては、例えば、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、ピルビン酸プロピルが好ましく挙げられる。
好ましく使用できる溶剤としては、常温常圧下で、沸点130℃以上の溶剤が挙げられる。具体的には、シクロペンタノン、γ−ブチロラクトン、シクロヘキサノン、乳酸エチル、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、3−エトキシプロピオン酸エチル、ピルビン酸エチル、酢酸−2−エトキシエチル、酢酸−2−(2−エトキシエトキシ)エチル、プロピレンカーボネートが挙げられる。
本発明に於いては、上記溶剤を単独で使用してもよいし、2種類以上を併用してもよい。
本発明においては、有機溶剤として構造中に水酸基を含有する溶剤と、水酸基を含有しない溶剤とを混合した混合溶剤を使用してもよい。
水酸基を含有する溶剤としては、例えば、エチレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、乳酸エチル等を挙げることができ、これらの内でプロピレングリコールモノメチルエーテル、乳酸エチルが特に好ましい。
水酸基を含有しない溶剤としては、例えば、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチルエトキシプロピオネート、2−ヘプタノン、γ−ブチロラクトン、シクロヘキサノン、酢酸ブチル、N−メチルピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド等を挙げることができ、これらの内で、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチルエトキシプロピオネート、2−ヘプタノン、γ−ブチロラクトン、シクロヘキサノン、酢酸ブチルが特に好ましく、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチルエトキシプロピオネート、2−ヘプタノンが最も好ましい。
水酸基を含有する溶剤と水酸基を含有しない溶剤との混合比(質量)は、1/99〜99/1、好ましくは10/90〜90/10、更に好ましくは20/80〜60/40である。水酸基を含有しない溶剤を50質量%以上含有する混合溶剤が塗布均一性の点で特に好ましい。
溶剤は、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートと他の少なくとも1種類の溶剤との混合溶剤であることが好ましい。
溶剤は、特には、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートとシクロヘキサノンとを含んでいることが好ましい。このような構成を採用すると、塗布時の膜厚の面内均一性及びパターン形状を更に良化することができる。この場合、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートとシクロヘキサノンとの質量比は、60:40〜90:10であることが好ましく、60:40〜80:20であることがより好ましい。
溶剤は、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートとシクロヘキサノンとに加えて、プロピレングリコールモノメチルエーテルを更に含んでいることも好ましい。この場合、溶剤中に占めるプロピレングリコールモノメチルエーテルの含有量は、5〜40質量%であることが好ましく、5〜25質量%であることがより好ましい。
本発明に係るレジスト組成物の固形分濃度は、通常は1.0〜10質量%であり、好ましくは2.0〜8.0質量%である。こうすると、塗布時の膜厚の面内均一性が更に向上する。
<パターン形成方法>
本発明に係るパターン形成方法は、(A)上で説明したレジスト組成物を用いて膜を形成することと、(B)この膜を露光することと、(C)露光された膜を、有機溶剤を含んだ現像液を用いて現像して、ネガ型のパターンを形成することとを含んでいる。なお、この方法は、(D)リンス液を用いて、得られたネガ型のパターンをリンスすることを更に含んでいてもよい。
製膜後、露光工程の前に、前加熱(PB;Prebake)工程を含むことも好ましい。また、露光工程の後かつ現像工程の前に、露光後加熱(PEB;Post Exposure Bake)工程を含むことも好ましい。
加熱温度は、PB工程及びPEB工程共に、40〜130℃で行うことが好ましく、50〜120℃で行うことがより好ましく、60〜110℃で行うことが更に好ましい。特に、PEB工程を60〜90℃の低温で行った場合、露光ラチチュード(EL)及び解像力を顕著に向上させることができる。
また、加熱時間は、30〜300秒が好ましく、30〜180秒がより好ましく、30〜90秒が更に好ましい。
本発明に係るパターン形成方法において、組成物による膜を基板上に形成する工程、膜を露光する工程、加熱工程、及び現像工程は、一般的に知られている方法により行うことができる。
上記の露光に用いられる光源の波長に制限は無いが、例えば、KrFエキシマレーザー波長(248nm)、ArFエキシマレーザー波長(193nm)、及び、Fエキシマレーザー波長(157nm)が挙げられる。
本発明に係る組成物を用いて形成した膜に対しては、液浸露光を行ってもよい。これにより解像性を更に向上させることができる。用いる液浸媒体としては、空気よりも屈折率の高い液体であればいずれのものでも用いることができるが、好ましくは純水である。
この場合、上述した疎水性樹脂を組成物に予め添加しておいてもよく、膜を形成した後、その上に液浸液難溶性膜(以下、「トップコート」ともいう)を設けてもよい。なお、トップコートに求められる性能及びその使用法などについては、シーエムシー出版「液浸リソグラフィのプロセスと材料」の第7章に解説されている。
トップコートは、波長193nmのレーザーに対する透明性という観点からは、芳香族を豊富に含有しないポリマーが好ましく、例えば、炭化水素ポリマー、アクリル酸エステルポリマー、ポリメタクリル酸、ポリアクリル酸、ポリビニルエーテル、シリコン含有ポリマー、及びフッ素含有ポリマーが挙げられる。上述した疎水性樹脂は、トップコートとしても好適なものである。また、市販のトップコート材料も適宜使用可能である。
露光後にトップコートを剥離する際は、現像液を使用してもよいし、別途剥離剤を使用してもよい。剥離剤としては、膜への浸透が小さい溶剤が好ましい。剥離工程が膜の現像処理工程と同時にできるという点では、現像液により剥離できることが好ましい。
本発明において膜を形成する基板には、特に制限はない。この基板としては、IC等の半導体製造工程、液晶及びサーマルヘッド等の回路基板の製造工程、並びにその他のフォトファブリケーションのリソグラフィー工程で一般的に用いられる基板を用いることができる。このような基板としては、例えば、シリコン、SiN及びSiO等の無機基板、並びに、SOG等の塗布系無機基板が挙げられる。更に、必要に応じて、膜と基板との間に、有機反射防止膜を形成させてもよい。
有機溶剤を含んだ現像液としては、例えば、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、アルコール系溶剤、アミド系溶剤及びエーテル系溶剤等の極性溶剤、並びに、炭化水素系溶剤を含んだ現像液が挙げられる。
ケトン系溶剤としては、例えば、1−オクタノン、2−オクタノン、1−ノナノン、2−ノナノン、アセトン、4−ヘプタノン、1−ヘキサノン、2−ヘキサノン、ジイソブチルケトン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン、フェニルアセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルアミルケトン、アセチルアセトン、アセトニルアセトン、イオノン、ジアセトニルアルコール、アセチルカービノール、アセトフェノン、メチルナフチルケトン、イソホロン、及びプロピレンカーボネートが挙げられる。
エステル系溶剤としては、例えば、酢酸メチル、酢酸ブチル、酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸アミル、酢酸イソアミル、酢酸n−ペンチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチルー3−エトキシプロピオネート、3−メトキシブチルアセテート、3−メチル−3−メトキシブチルアセテート、蟻酸メチル、蟻酸エチル、蟻酸ブチル、蟻酸プロピル、乳酸エチル、乳酸ブチル、乳酸プロピル、プロピオン酸メチル、3−メトキシプロピオン酸メチル(MMP)、プロピオン酸エチル、3−エトキシプロピオン酸エチル(EEP)、及び、プロピオン酸プロピルが挙げられる。特には、酢酸メチル、酢酸ブチル、酢酸エチル、酢酸イソプロピル及び酢酸アミル等の酢酸アルキルエステル又はプロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、及びプロピオン酸プロピルなどのプロピオン酸アルキルエステルが好ましい。
アルコール系溶剤としては、例えば、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、イソプロピルアルコール、n−ブチルアルコール、sec−ブチルアルコール、tert−ブチルアルコール、イソブチルアルコール、n−ヘキシルアルコール、4−メチルー2−ペンタノール、n−ヘプチルアルコール、n−オクチルアルコール及びn−デカノール等のアルコール;エチレングリコール、ジエチレングリコール及びトリエチレングリコール等のグリコール;並びに、エチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル及びメトキシメチルブタノール等のグリコールエーテルが挙げられる。
エーテル系溶剤としては、例えば、上記のグリコールエーテルの他、ジオキサン、テトラヒドロフラン及びアニソールが挙げられる。
アミド系溶剤としては、例えば、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、ヘキサメチルホスホリックトリアミド、及び1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノンが挙げられる。
炭化水素系溶剤としては、例えば、トルエン、キシレン及びアニソール等の芳香族炭化水素系溶剤、並びに、ペンタン、ヘキサン、オクタン及びデカン等の脂肪族炭化水素系溶剤が挙げられる。
上記の溶剤は、2種類以上を混合して用いてもよい。また、十分な性能を発揮できる範囲内で、上記以外の溶剤及び/又は水と混合して用いてもよい。但し、現像液全体としての含水率が10質量%未満であることが好ましく、現像液が実質的に水分を含有しないことがより好ましい。即ち、この現像液は、実質的に有機溶剤のみからなる現像液であることが好ましい。なお、この場合であっても、現像液は、後述する界面活性剤を含み得る。また、この場合、現像液は、雰囲気由来の不可避的不純物を含んでいてもよい。
現像液に対する有機溶剤の使用量は、現像液の全量に対して、80質量%以上100質量%以下であることが好ましく、90質量%以上100質量%以下であることがより好ましく、95質量%以上100質量%以下であることが更に好ましい。
現像液が含んでいる有機溶剤は、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、アルコール系溶剤、アミド系溶剤及びエーテル系溶剤から選択される少なくとも1つであることが好ましい。現像液が含んでいる有機溶剤は、エステル系溶剤であることが特に好ましい。
有機溶剤を含んだ現像液の蒸気圧は、20℃に於いて、5kPa以下であることが好ましく、3kPa以下であることが更に好ましく、2kPa以下であることが特に好ましい。現像液の蒸気圧を5kPa以下にすることにより、基板上又は現像カップ内での現像液の蒸発が抑制され、ウェハ面内の温度均一性が向上し、結果として、ウェハ面内の寸法均一性が向上する。
5kPa以下の蒸気圧を有する現像液の具体例としては、1−オクタノン、2−オクタノン、1−ノナノン、2−ノナノン、4−ヘプタノン、2−ヘキサノン、ジイソブチルケトン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン、フェニルアセトン及びメチルイソブチルケトン等のケトン系溶剤;酢酸ブチル、酢酸アミル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチル−3−エトキシプロピオネート、3−メトキシブチルアセテート、3−メチル−3−メトキシブチルアセテート、蟻酸ブチル、蟻酸プロピル、乳酸エチル、乳酸ブチル及び乳酸プロピル等のエステル系溶剤;n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、n−ブチルアルコール、sec−ブチルアルコール、tert−ブチルアルコール、イソブチルアルコール、n−ヘキシルアルコール、4−メチルー2−ペンタノール、n−ヘプチルアルコール、n−オクチルアルコール、及びn−デカノール等のアルコール系溶剤;エチレングリコール、ジエチレングリコール及びトリエチレングリコール等のグリコール系溶剤;エチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル及びメトキシメチルブタノール等のグリコールエーテル系溶剤;テトラヒドロフラン等のエーテル系溶剤;N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド及びN,N−ジメチルホルムアミド等のアミド系溶剤;トルエン及びキシレン等の芳香族炭化水素系溶剤;並びに、オクタン及びデカン等の脂肪族炭化水素系溶剤が挙げられる。
2kPa以下の蒸気圧を有する現像液の具体例としては、1−オクタノン、2−オクタノン、1−ノナノン、2−ノナノン、4−ヘプタノン、2−ヘキサノン、ジイソブチルケトン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン及びフェニルアセトン等のケトン系溶剤;酢酸ブチル、酢酸アミル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチル−3−エトキシプロピオネート、3−メトキシブチルアセテート、3−メチル−3−メトキシブチルアセテート、乳酸エチル、乳酸ブチル及び乳酸プロピル等のエステル系溶剤;n−ブチルアルコール、sec−ブチルアルコール、tert−ブチルアルコール、イソブチルアルコール、n−ヘキシルアルコール、4−メチルー2−ペンタノール、n−ヘプチルアルコール、n−オクチルアルコール及びn−デカノール等のアルコール系溶剤;エチレングリコール、ジエチレングリコール及びトリエチレングリコール等のグリコール系溶剤;エチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル及びメトキシメチルブタノール等のグリコールエーテル系溶剤;N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド及びN,N−ジメチルホルムアミドのアミド系溶剤;キシレン等の芳香族炭化水素系溶剤;並びに、オクタン及びデカン等の脂肪族炭化水素系溶剤が挙げられる。
現像液には、必要に応じて、界面活性剤を適当量添加することができる。
この界面活性剤に特に制限はないが、例えば、イオン性又は非イオン性のフッ素系及び/又はシリコン系界面活性剤を用いることができる。これらのフッ素及び/又はシリコン系界面活性剤として、例えば、特開昭62−36663号公報、特開昭61−226746号公報、特開昭61−226745号公報、特開昭62−170950号公報、特開昭63−34540号公報、特開平7−230165号公報、特開平8−62834号公報、特開平9−54432号公報、特開平9−5988号公報、米国特許第5405720号明細書、同5360692号明細書、同5529881号明細書、同5296330号明細書、同5436098号明細書、同5576143号明細書、同5294511号明細書、同5824451号明細書記載の界面活性剤を挙げることができる。この界面活性剤は、非イオン性であることが好ましい。非イオン性の界面活性剤としては、フッ素系界面活性剤又はシリコン系界面活性剤を用いることが更に好ましい。
なお、界面活性剤の使用量は、現像液の全量に対して、通常は0.001〜5質量%であり、好ましくは0.005〜2質量%であり、更に好ましくは0.01〜0.5質量%である。
現像方法としては、例えば、現像液が満たされた槽中に基板を一定時間浸漬する方法(ディップ法)、基板表面に現像液を表面張力によって盛り上げて一定時間静止することで現像する方法(パドル法)、基板表面に現像液を噴霧する方法(スプレー法)、及び、一定速度で回転している基板上に一定速度で現像液吐出ノズルをスキャンしながら現像液を吐出しつづける方法(ダイナミックディスペンス法)が挙げられる。
上記各種の現像方法が、現像装置の現像ノズルから現像液をレジスト膜に向けて吐出する工程を含む場合、吐出される現像液の吐出圧(吐出される現像液の単位面積あたりの流速)は、好ましくは2mL/sec/mm以下であり、より好ましくは1.5mL/sec/mm以下であり、さらに好ましくは1mL/sec/mm以下である。流速の下限は特に無いが、スループットを考慮すると、0.2mL/sec/mm以上であることが好ましい。
吐出される現像液の吐出圧を上記の範囲とすることにより、現像後のレジスト残渣に由来するパターンの欠陥を著しく低減することができる。
このメカニズムの詳細は定かではないが、恐らくは、吐出圧を上記範囲とすることで、現像液がレジスト膜に与える圧力が小さくなり、レジスト膜及び/又はレジストパターンが不用意に削られたり崩れたりすることが抑制されるためと考えられる。
なお、現像液の吐出圧(mL/sec/mm)は、現像装置中の現像ノズル出口における値である。
現像液の吐出圧を調整する方法としては、例えば、ポンプなどで吐出圧を調整する方法、及び、加圧タンクからの供給で圧力を調整することでを変える方法が挙げられる。
また、現像を行う工程の後に、他の溶媒に置換しながら、現像を停止する工程を実施してもよい。
本発明に係るパターン形成方法は、上記の現像工程の後に、リンス工程(有機溶剤を含んだリンス液を用いて膜を洗浄する工程)を含んでいることが好ましい。
リンス工程に用いるリンス液としては、現像後のパターンを溶解しないものであれば特に制限はなく、一般的な有機溶剤を含んだ溶液を使用することができる。
リンス液としては、例えば、炭化水素系溶剤、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、アルコール系溶剤、アミド系溶剤及びエーテル系溶剤から選択される少なくとも1種類の有機溶剤を含んだものが挙げられる。このリンス液は、より好ましくは、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、アルコール系溶剤及びアミド系溶剤から選択される少なくとも1種類の有機溶剤を含んだものであり、更に好ましくは、アルコール系溶剤又はエステル系溶剤を含んだものである。
このリンス液は、1価アルコールを含んでいることがより好ましく、炭素数5以上の1価アルコールを含んでいることが更に好ましい。
これら1価アルコールは、直鎖状であってもよく、分岐鎖状であってもよく、環状であってもよい。これら1価アルコールとしては、例えば、1−ブタノール、2−ブタノール、3−メチル−1−ブタノール、tert−ブチルアルコール、1−ペンタノール、2−ペンタノール、1−ヘキサノール、4−メチルー2−ペンタノール、1−ヘプタノール、1−オクタノール、2−ヘキサノール、シクロペンタノール、2−ヘプタノール、2−オクタノール、3−ヘキサノール、3−ヘプタノール、3−オクタノール、及び4−オクタノールが挙げられる。炭素数5以上の1価アルコールとしては、例えば、1−ヘキサノール、2−ヘキサノール、4−メチル−2−ペンタノール、1−ペンタノール、及び3−メチル−1−ブタノールが挙げられる。
上記の各成分は、2種類以上を混合して使用してもよく、上記以外の有機溶剤と混合して使用してもよい。
リンス液の含水率は、10質量%未満であることが好ましく、5質量%未満であることが好ましく、3質量%未満であることが更に好ましい。即ち、リンス液に対する有機溶剤の使用量は、リンス液の全量に対して、90質量%以上100質量%以下であることが好ましく、95質量%以上100質量%以下であることがより好ましく、97質量%以上100質量%以下であることが特に好ましい。リンス液の含水率を10質量%未満にすることにより、更に良好な現像特性を達成し得る。
リンス液の蒸気圧は、20℃に於いて、0.05kPa以上且つ5kPa以下であることが好ましく、0.1kPa以上且つ5kPa以下であることがより好ましく、0.12kPa以上且つ3kPa以下であることが更に好ましい。リンス液の蒸気圧を0.05kPa以上且つ5kPa以下にすることにより、ウェハ面内の温度均一性が向上すると共に、リンス液の浸透に起因した膨潤が抑制され、ウェハ面内の寸法均一性が良化する。
なお、リンス液には、界面活性剤を適当量添加してもよい。
リンス工程においては、現像を行ったウェハを、上記のリンス液を用いて洗浄する。洗浄処理の方法は特に限定されないが、例えば、一定速度で回転している基板上にリンス液を吐出しつづける方法(回転塗布法)、リンス液が満たされた槽中に基板を一定時間浸漬する方法(ディップ法)、及び、基板表面にリンス液を噴霧する方法(スプレー法)が挙げられる。この中でも、回転塗布法で洗浄処理を行った後、基板を2000rpm〜4000rpmの回転数で回転させ、リンス液を基板上から除去することが好ましい。
本発明に係るパターン形成方法は、有機溶剤を含んだ現像液による現像工程に加えて、アルカリ現像液を用いた現像工程(ポジ型パターンの形成工程)を含んでいてもよい。アルカリ現像液を用いた現像工程と、有機溶剤を含んだ現像液を用いた現像工程との順序に特に制限はないが、アルカリ現像液を用いた現像を有機溶剤を含んだ現像液を用いた現像の前に行うことがより好ましい。また、各現像工程の前に、加熱工程を伴うことが好ましい。
アルカリ現像液の種類は特に限定されないが、通常は、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドの水溶液が用いられる。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。
アルカリ現像液のアルカリ濃度は、通常0.1〜20質量%である。アルカリ現像液のpHは、通常10.0〜15.0である。アルカリ現像液としては、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドの2.38質量%水溶液を用いることが特に好ましい。
アルカリ現像液を用いた現像の後にリンス処理を行う場合、リンス液としては、典型的には純水を使用する。このリンス液には、界面活性剤を適当量添加してもよい。
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。
<酸分解性樹脂>
〔合成例1〕
下記樹脂(P−1)を、以下のようにして合成した。
209.9質量部のシクロヘキサノンを、窒素気流下、80℃に加熱した。この液を攪拌しながら、下記構造式Aで表されるモノマー:44.5質量部、下記構造式Bで表されるモノマー:11.8質量部、下記構造式Cで表されるモノマー:36.5質量部、下記構造式Dで表されるモノマー:13.1質量部、シクロヘキサノン:389.8質量部、2,2’−アゾビスイソ酪酸ジメチル〔V-601、和光純薬工業(株)製〕:4.61質量部の混合溶液を3時間かけて滴下した。滴下終了後、80℃で更に2時間攪拌した。反応液を放冷後、多量のヘキサン/酢酸エチルで再沈殿し、ろ過した固体を真空乾燥することで、90.0質量部の樹脂(P−1)を得た。
Figure 2012189958
得られた樹脂(P−1)のGPC(キャリア:テトラヒドロフラン(THF))から求めた重量平均分子量(Mw:ポリスチレン換算)は10600であり、分散度(Mw/Mn)は1.59であった。
同様にして、以下に示す樹脂(P−2)〜(P−10)を合成した。下記表3に、各樹脂を構成している繰り返し単位のモル比、重量平均分子量(Mw)、及び、分散度(Pd)を示す。なお、各樹脂の合成において、重量平均分子量は、開始剤の量を変更することによって調整した。
Figure 2012189958
Figure 2012189958
<光酸発生剤>
〔合成例2〕
ピペリジンの代わりにデカハイドロイソキノリンを用いたことを除いては、特開2008−060800号公報の合成例3と同様にして、下記化合物(A−1)を合成した。
特開2006−257078号公報を参考にして、下記化合物(A−2)を合成した。
同様にして、下記化合物(A−3)及び(A−4)を合成した。なお、下記化合物(A−5)としては、WPAG−773(和光純薬製)を用いた。
Figure 2012189958
<塩基性化合物>
〔合成例3〕
下記化合物(B−1)を、以下のようにして合成した。
30.0g(0.3365mol)の3−メトキシプロピルアミンと、92.2g(0.7404mol)のエチレングリコール モノ−2−クロロエチルエーテルと、107.1g(1.01mol)の炭酸ナトリウムとを、200mLのトルエンに加えた。その後、得られた反応液を、16時間に亘って加熱還流させた。冷却後、析出した塩をろ過し、トルエンを減圧留去した。次いで、シリカゲルクロマトグラフィーにより精製を行った。これにより、38gの塩基性化合物(B−1)を得た(収率43%)。
(B-1)H-NMR(300MHz, CDCl3):δ1.73-1.84(m,2H), 2.62-2.71(m,6H), 3.41(t,2H,6.0Hz), 3.33(s,3H), 3.58-3.80(m,12H)。
同様にして、下記化合物(B−2)〜(B−6)を合成した。また、参照用に、下記化合物(B−7)及び(B−8)を準備した。
Figure 2012189958
<溶剤>
溶剤としては、以下のものを適宜混合して用いた。
Y1: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);
Y2: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);
Y3:シクロヘキサノン
<界面活性剤>
界面活性剤としては、以下のものを用いた。
W−1:PF−6320(OMNOVA社製)
<疎水性樹脂>
疎水性樹脂としては、以下のものを用いた。
Z−1:下記化合物(Mw=4200、Mw/Mn=1.31)
Figure 2012189958
<レジスト組成物の調製>
下記表4に示す成分を同表に示す溶剤に溶解させて、固形分濃度が6.5質量%の溶液を調製した。これらの各々を0.03μmのポアサイズを有するポリエチレンフィルターで濾過して、レジスト組成物(Ar−01)〜(Ar−17)を調製した。
Figure 2012189958
<パターンの形成>
シリコンウエハー上にSiO2が2200Å蒸着された基板を準備した。この基板に対して、100℃で30秒間に亘って、ヘキサメチルジシラン(HMDS)処理を施した。その上に、表4に示すレジスト組成物を塗布し、100℃で60秒間ベークを行い、膜厚220nmのレジスト膜を形成した。
得られたウエハーに対して、ArFエキシマーレーザースキャナー(ASML社製 PAS5500/1100、NA 0.75、Dipole 35、σo/σi=0.89/0.65、Y-polarization)を用いて、露光マスク(ピッチ200nm、Duty=1:1)を介してパターン露光を行った。その後、105℃で60秒間加熱した。次いで、ネガ型現像液(酢酸ブチル)で30秒間パドルして現像し、リンス液〔メチルイソブチルカルビノール(MIBC)〕で30秒間パドルしてリンスした。続いて、4000rpmの回転数で30秒間ウエハーを回転させることにより、線幅100nmの1:1ラインアンドスペースパターンを得た。
<評価方法>
〔感度(Eopt)〕
測長走査型電子顕微鏡(SEM(株)日立製作所S−9380II)によりパターンを観察し、線幅100nmの1:1ラインアンドスペースパターンを解像する時の最適露光量を感度(Eopt)(mJ/cm)とした。この値が小さいほど、感度が高い。
〔露光ラチチュード(EL)〕
各実施例及び比較例のパターン形成に関して上記最適露光量から露光量を変化させた際に、各実施例及び比較例におけるパターンサイズの±10%を許容する露光量幅を求め、この値を感度(Eopt)で割って百分率表示した。値が大きいほど露光量変化による性能変化が小さく、露光ラチチュード(EL)(%)が良好である。
〔ラインウィズスラフネス(LWR)〕
線幅100nmの1:1ラインアンドスペースパターンを測長走査型電子顕微鏡(SEM(株)日立製作所S−9380)を使用して観察し、スペースパターンの長手方向2μmの範囲を等間隔で50点線幅を測定し、その標準偏差から3σを算出することで測定した。値が小さいほど良好な性能であることを示す。
〔局所的なパターン寸法の均一性(Local CDU)〕
上記露光マスクを用いて、線幅100nmの1:1ラインアンドスペースパターンを形成する露光量及びフォーカスをそれぞれ最適露光量及び最適フォーカスとし、露光量を最適露光量、フォーカスを最適フォーカスとしたまま、1μm間隔で9箇所、各箇所で任意の5個、計45個のスペースサイズを測定し、これらの標準偏差を求め、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。
〔パターン形状〕
上記の感度を示す露光量における各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−9380II)を用いて観察し、以下の基準に従って、パターン形状の評価を行った。
5:断面形状が矩形であり、定在波がなく、パターン表面にあれが観測されない場合。
4:断面形状がほぼ矩形であり、定在波がなく、パターン表面にあれが観測されない場合。
3:断面形状がほぼ矩形であり、定在波がやや観測され、パターン表面にあれが観測される場合。
2:断面形状がテーパ状若しくは逆テーパー状であり、定在波がやや観測され、パターン表面にあれが部分的に観測される場合。
1:断面形状がテーパ状若しくは逆テーパー状であり、定在波が観測され、パターン表面にあれが観測される場合。
以上の評価結果を、下記表5に示す。
Figure 2012189958
表5から分かるように、実施例に係る組成物を用いると、比較例に係る組成物を用いた場合と比較して、より良好な形状のパターンを形成することができた。また、実施例に係る組成物は、感度、露光ラチチュード、ラインウィズスラフネス(LWR)、及び局所的なパターン寸法の均一性(Local CDU)についても、優れた性能を発揮した。
<液浸露光>
上記レジスト組成物(Ar−01)〜(Ar−17)について、液浸露光によるパターン形成を行った。なお、この際、レジスト組成物(Ar−02)については、樹脂(P−2)の含有量を91.0質量部とし、疎水性樹脂(Z−1)の含有量を0.5質量部とした。
得られたパターンについて、先に説明したのと同様の評価を行った。その結果、実施例に係る組成物は、液浸露光を行った場合にも、比較例に係る組成物と比較してより優れた性能を発揮した。
<他の現像液を用いた場合の評価>
現像液として、酢酸ブチルの代わりに、EEP、MAK(メチルアミルケトン)、酢酸アミル、又は、酢酸ブチルとMAKとの混合溶媒(質量比1:1)を使用したことを除いては、先に説明したのと同様の方法により、パターンを形成した。そして、得られたパターンについて、先に説明したのと同様の評価を行った。その結果、酢酸ブチル以外の現像液を使用した場合にも、優れた性能を達成できることが確認された。
<リンス工程を省略した場合の評価>
リンス工程を省略したことを除いては、先に説明したのと同様の方法により、パターンを形成した。そして、得られたパターンについて、先に説明したのと同様の評価を行った。その結果、リンス工程を省略した場合にも、優れた性能を達成できることが確認された。

Claims (12)

  1. (A)脂環構造を備え且つ酸の作用により現像液に対する溶解速度が変化する樹脂と、
    (B)活性光線又は放射線の照射によって酸を発生する化合物と、
    (C)下記一般式(EA)により表される化合物と
    を含有したレジスト組成物。
    Figure 2012189958
    式中、
    o、p及びqは、各々独立に、1以上の整数を表す。
    nは、3以上の整数を表す。
    r及びsは、各々独立に、1以上の整数を表す。
    tは、0以上の整数を表す。
    及びRは、各々独立に、水素原子、アルキル基、アリール基又はアラルキル基を表す。
    は、t≧1のときは水素原子、アルキル基、アリール基又はアラルキル基を表し、t=0のときはアルキル基、アリール基又はアラルキル基を表す。
  2. 前記樹脂は、前記脂環構造を含んだラクトン基を備えている請求項1に記載の組成物。
  3. 前記ラクトン基はシアノ基を備えていない請求項2に記載の組成物。
  4. (A)下記一般式(I−a)又は(I−b)により表される繰り返し単位(a)と、下記一般式(II)により表される繰り返し単位(b)と、下記一般式(III)により表される繰り返し単位(d)とを含んでいる樹脂と、
    (B)活性光線又は放射線の照射によって酸を発生する化合物と、
    (C)下記一般式(EA)により表される化合物と
    を含有したレジスト組成物。
    Figure 2012189958
    式中、
    は、水素原子又はメチル基を表す。
    は、q≧2の場合は各々独立に、アルキル基を表す。
    は、水素原子又はアルキル基を表す。
    qは、0〜3の整数を表す。
    sは、1〜3の整数を表す。
    Figure 2012189958
    式中、
    は、水素原子又はメチル基を表す。
    、R及びRは、各々独立に、アルキル基又は単環のシクロアルキル基を表す。R、R及びRのうち2つは、互いに結合して、単環を形成していてもよい。
    Figure 2012189958
    式中、
    は、水素原子又はメチル基を表す。
    mは、1又は2を表す。
    Figure 2012189958
    式中、
    o、p及びqは、各々独立に、1以上の整数を表す。
    nは、3以上の整数を表す。
    r及びsは、各々独立に、1以上の整数を表す。
    tは、0以上の整数を表す。
    及びRは、各々独立に、水素原子、アルキル基、アリール基又はアラルキル基を表す。
    は、t≧1のときは水素原子、アルキル基、アリール基又はアラルキル基を表し、t=0のときはアルキル基、アリール基又はアラルキル基を表す。
  5. 前記樹脂(A)は、前記繰り返し単位(b)とは異なり且つ酸の作用により分解する基を備えた繰り返し単位(c)を更に含んでいる請求項4に記載の組成物。
  6. 前記樹脂(A)は、
    前記繰り返し単位(a)の含有量が30〜55mol%であり、
    前記繰り返し単位(b)の含有量が20〜50mol%であり、
    前記繰り返し単位(c)の含有量が5〜30mol%であり、
    前記繰り返し単位(d)の含有量が1〜20mol%である
    請求項5に記載の組成物。
  7. 前記樹脂(A)の重量平均分子量は5000〜30000の範囲内にある請求項1乃至6の何れか1項に記載の組成物。
  8. プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートとシクロヘキサノンとを含んだ溶剤を更に含有した請求項1乃至7の何れか1項に記載の組成物。
  9. 請求項1乃至8の何れか1項に記載の組成物を用いて形成されたレジスト膜。
  10. 請求項1乃至8の何れか1項に記載の組成物を用いて膜を形成することと、
    前記膜を露光することと、
    前記露光された膜を有機溶剤を含んだ現像液を用いて現像して、ネガ型のパターンを形成することと
    を含んだパターン形成方法。
  11. 前記現像液は、前記有機溶剤としてエステル系溶剤を含んでいる請求項10に記載のパターン形成方法。
  12. 前記ネガ型のパターンをリンスすることを更に含んだ請求項10又は11に記載のパターン形成方法。
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