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
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Abstract
Description
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。
R1及びR2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。
R3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、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。
R1及びR2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。
R3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。
以下、上記成分(A)〜(C)について、詳細に説明する。
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。
Rb2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、n2≧2の場合、複数のRb2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Rb2は、互いに結合して、環を形成していてもよい。
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。
R0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
nは、−R0−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。
R7は、水素原子、ハロゲン原子又はアルキル基を表す。
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。
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。
R7、A、R0、Z、及びnは、上記一般式(L)と同義である。
R9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。
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。
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。
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。
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。
R1は、水素原子又はメチル基を表す。
R2は、q≧2の場合は各々独立に、アルキル基を表す。
R3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。
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。
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。
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。
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。
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、−(CH2)3−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。
具体例中、Rx、Xa1は、水素原子、CH3、CF3、又はCH2OH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。
R4は、水素原子又はメチル基を表す。
R5、R6及びR7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。R5、R6及びR7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。
R4は、水素原子又はメチル基を表す。
R5は、アルキル基を表す。
RS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。
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。
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。
R8は、水素原子又はメチル基を表す。
R9、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、R9、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。R9、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。
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。
R2c〜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。
R1cは、水素原子、メチル基、トリフロロメチル基又はヒドロキシメチル基を表す。
R2c〜R4cは、一般式(VIIa)〜(VIIc)に於ける、R2c〜R4cと同義である。
R9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。
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。
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)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。
R12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。
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。
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。
本発明に係る組成物は、光酸発生剤を含有している。
R201、R202及びR203は、各々独立に、有機基を表す。
R201、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。
Z-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。
R204〜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。
Ar3及びAr4は、各々独立に、アリール基を表す。
R208、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。
mは、1〜5の整数を表す。
rは、0〜3の整数を表す。
RA及びRBは、各々独立に、水素原子又はアルキル基を表す。RAとRB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。
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。
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。
R1及びR2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。
R3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。
なお、R1を含んだ基とR2を含んだ基とは、典型的には、互いに同一である。
R200 、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。
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。
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。
Rfは、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を表す。
W1及びW2は、各々独立に、−SO2−又は−CO−を表す。
Aは、単結合又は2価の連結基を表す。
Xは、−SO2−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(Rx)Ry−を表す。ここで、Rxは水素原子又は1価の有機基を表し、Ryは単結合又は2価の有機基を表す。Rxは、Ry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。
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。
R21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。
*はA−との結合部位を示す。
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。
R21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。
R21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。
R21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。
R21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。
R21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。
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。
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。
R57〜R68は、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子又はアルキル基(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。
R12〜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。
(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。
Rc31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−CH2−O−Rac2基を表す。式中、Rac2は、水素原子、アルキル基又はアシル基を表す。Rc31は、水素原子、メチル基、ヒドロキシメチル基、トリフルオロメチル基が好ましく、水素原子、メチル基が特に好ましい。
り好ましく、これらは置換基を有していてもよい。
Rc11’及びRc12’は、各々独立に、水素原子、シアノ基、ハロゲン原子又はアルキル基を表す。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
なお、現像液の吐出圧(mL/sec/mm2)は、現像装置中の現像ノズル出口における値である。
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。
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。
なお、リンス液には、界面活性剤を適当量添加してもよい。
〔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。
〔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。
〔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%)。
溶剤としては、以下のものを適宜混合して用いた。
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。
<疎水性樹脂>
疎水性樹脂としては、以下のものを用いた。
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。
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。
〔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/cm2)とした。この値が小さいほど、感度が高い。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
- (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。
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。
R1及びR2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。
R3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。 - 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。
- 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。
- (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。
R1は、水素原子又はメチル基を表す。
R2は、q≧2の場合は各々独立に、アルキル基を表す。
R3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。
R4は、水素原子又はメチル基を表す。
R5、R6及びR7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。R5、R6及びR7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。
R9は、水素原子又はメチル基を表す。
mは、1又は2を表す。
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。
R1及びR2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。
R3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。 - 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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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