JP2013025050A - 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 - Google Patents
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Abstract
Description
しかしながら、レジストとしての総合性能の観点から、使用される樹脂、酸発生剤、塩基性化合物、添加剤、溶剤等の適切な組み合わせを見い出すことは極めて困難であり、更なる改良の余地がある。
〔1〕 一般式(PG1)で表される少なくとも一種の繰り返し単位と、一般式(PG2)及び一般式(PG3)で表される繰り返し単位から選択される少なくとも一種の繰り返し単位と、ラクトン構造を含む少なくとも一種の繰り返し単位を含有する樹脂(A)と、下記一般式(B1)で表される化合物であって、アニオン部分の分子量が200以下である化合物(B)と、溶剤(C)を含有する感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
一般式(PG2)中、R1は、水素原子又は置換基を有していてもよいアルキル基を表し、R2はアルキル基又はシクロアルキル基を表し、R3は、水素原子又は置換基を有していてもよいアルキル基を表す。
一般式(PG3)中、R1は、水素原子又は置換基を有していてもよいアルキル基を表し、R2は、各々独立にアルキル基又はシクロアルキル基を表し、R3は、水素原子又は置換基を有していてもよいアルキル基を表す。
A+は、スルホニウムカチオン又はヨードニウムカチオンを表す。
Q1及びQ2は、各々独立に、フッ素原子又はCF3を表す。
Xは、少なくとも1つの炭素原子を含み、フッ素原子を含有しないか、フッ素原子を含有する場合には2個以下である置換基を表す。
A+は、スルホニウムカチオン又はヨードニウムカチオンを表す。
Q1及びQ2は、各々独立に、フッ素原子又はCF3を表す。
Yは、フッ素原子で置換されていてもよいアルキレン基、エーテル結合、エステル結合、アミド結合、又はこれらの2以上の組み合わせを表す。
R1は、水素原子又は置換基を有していてもよいアルキル基を表す。
〔6〕 〔1〕〜〔5〕のいずれか1項に記載の組成物を用いて形成された感活性光線性又は感放射線性膜。
〔7〕 〔1〕〜〔5〕のいずれか1項に記載の組成物を用いて膜を形成すること、該膜を露光すること、露光された膜を現像することを含むパターン形成方法。
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。
以下、これら各成分について、詳細に説明する。
酸分解性樹脂は、一般式(PG1)で表される少なくとも一種の繰り返し単位と、一般式(PG2)及び一般式(PG3)で表される繰り返し単位から選択される少なくとも一種の繰り返し単位と、後述するラクトン構造を含む少なくとも一種の繰り返し単位を含有する。一般式(PG1)、一般式(PG2)及び一般式(PG3)で表される繰り返し単位は、酸の作用により分解してアルカリ可溶性基(ここではカルボキシル基)を生じる基(以下、「酸分解性基」ともいう)を有している。
R1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、1〜8であることが好ましく、1〜4であることがより好ましく、1〜2であることが更に好ましい。
R1は、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る。
以下に、一般式(PG1)により表される繰り返し単位の具体例を挙げる。
R1としては、先に一般式(PG1)においてR1として説明したのと同様のものが挙げられる。
R3は、好ましくは、水素原子、メチル基、2−ヒドロキシイソプロピル基である。
R1、R2及びR3としては、先に一般式(PG2)においてR1、R2及びR3として説明したのと同様のものが挙げられる。
以下に、一般式(PG2)により表される繰り返し単位の具体例を挙げる。
ラクトン構造としては、特に限定されるものではないが、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。下記一般式(LC1−1)〜(LC1−17)のいずれかで表されるラクトン構造を有する繰り返し単位を有することがより好ましい。また、ラクトン構造が主鎖に直接結合していてもよい。好ましいラクトン構造としては(LC1−4)、(LC1−8)であり、特定のラクトン構造を用いることでLWR、現像欠陥が良好になる。
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。
また、R8は無置換のラクトン構造を有する1価の有機基、或いはメチル基、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を置換基として有するラクトン構造を有する1価の有機基が好ましく、シアノ基を置換基として有するラクトン構造(シアノラクトン)を有する1価の有機基がより好ましい。
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(III)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。
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。
樹脂(A)は、ラクトン構造を有する繰り返し単位として、上述した一般式(III)及び一般式(AII’)で表される繰り返し単位以外の繰り返し単位を含有していてもよい。
樹脂(A)は、上述した酸分解性基を有する繰り返し単位又はラクトン構造を有する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有することが好ましい。これにより基板密着性、現像液親和性が向上する。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。
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。
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。
アルカリ可溶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はH,CH3,CH2OH,またはCF3を表す。
Ra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。Ra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。
極性基を持たない脂環炭化水素構造を有し、酸分解性を示さない繰り返し単位の具体例を以下に挙げるが、本発明はこれらに限定されない。式中、Raは、H、CH3、CH2OH、又はCF3を表す。
樹脂(A)の具体例を以下に示す。
また、本発明の樹脂は、1種で使用してもよいし、複数併用してもよい。
なお、本発明の効果を損なわない範囲で、本発明の樹脂(A)以外の他の樹脂を併用してもよい。本発明の樹脂(A)以外の他の樹脂としては、前述した樹脂(A)が含有しうる繰り返し単位を含有していてもよい酸分解性樹脂、またその他の公知の酸分解性樹脂を挙げることができる。
A+は、スルホニウムカチオン又はヨードニウムカチオンを表す。
Q1及びQ2は、各々独立に、フッ素原子又はCF3を表す。
Xは、少なくとも1つの炭素原子を含み、フッ素原子を含有しないか、フッ素原子を含有する場合には2個以下である置換基を表す。
R1は、水素原子又は置換基を有していてもよいアルキル基を表す。
R1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。このアルキル基が置換基を有する場合、置換基としては、例えば、水酸基、ハロゲン原子、シアノ基、カルボキシル基、カルボニル基等が挙げられる。
R201、R202及びR203は、各々独立に、有機基を表す。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。
一般式(ZII’)において、R204及びR205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。
一般式(ZI’)中のR201、R202及びR203としての有機基としては、例えば、後述するカチオン(ZI−1)、(ZI−2)、(ZI−3)又は(ZI−4)における対応する基を挙げることができる。
カチオン(ZI−1)は、上記一般式(ZI’)のR201〜R203の少なくとも1つがアリール基である、アリールスルホニウム化合物、即ち、アリールスルホニウムカチオンである。
アリールスルホニウムカチオンとしては、例えば、トリアリールスルホニウムカチオン、ジアリールアルキルスルホニウムカチオン、アリールジアルキルスルホニウムカチオン、ジアリールシクロアルキルスルホニウムカチオン、アリールジシクロアルキルスルホニウムカチオンを挙げることができる。
カチオン(ZI−2)は、式(ZI’)におけるR201〜R203が、各々独立に、芳香環を有さない有機基を表すカチオンである。ここで芳香環とは、ヘテロ原子を含有する芳香族環も包含するものである。
R201〜R203は、各々独立に、好ましくはアルキル基、シクロアルキル基、アリル基、ビニル基であり、更に好ましくは直鎖又は分岐の2−オキソアルキル基、2−オキソシクロアルキル基、アルコキシカルボニルメチル基、特に好ましくは直鎖又は分岐2−オキソアルキル基である。
2−オキソシクロアルキル基は、好ましくは、上記のシクロアルキル基の2位に>C=Oを有する基を挙げることができる。
R201〜R203は、ハロゲン原子、アルコキシ基(例えば炭素数1〜5)、水酸基、シアノ基、ニトロ基によって更に置換されていてもよい。
R1c〜R5cは、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子又はフェニルチオ基を表す。
R6c及びR7cは、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアリール基を表す。
Rx及びRyは、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基、2−オキソアルキル基、2−オキソシクロアルキル基、アルコキシカルボニルアルキル基、アリル基又はビニル基を表す。
アルコキシカルボニルアルキル基におけるアルコキシ基については、R1c〜R5cおけると同様のアルコキシ基を挙げることができ、アルキル基については、例えば、炭素数1〜12のアルキル基、好ましくは、炭素数1〜5の直鎖(例えば、メチル基、エチル基を挙げることができる。
カチオン(ZI−3)の具体例を以下に挙げる。
R13は水素原子、フッ素原子、水酸基、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、または単環もしくは多環のシクロアルキル骨格を有する基を表す。これらの基は置換基を有してもよい。
lは0〜2の整数を表す。
rは0〜8の整数を表す。
一般式(ZII’)において、R204及びR205は、上述したように、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。
R204及びR205の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。R204及びR205のアリール基は、酸素原子、窒素原子、硫黄原子等を有する複素環構造を有するアリール基であってもよい。複素環構造としては、例えば、ピロール、フラン、チオフェン、インドール、ベンゾフラン、ベンゾチオフェン等を挙げることができる。
酸発生剤(B)の含有率は、組成物の全固形分を基準として、0.5〜30質量%が好ましく、より好ましくは1.0〜20質量%、更に好ましくは1.5〜10質量%である。
本発明の組成物は、一般式(B1)で表される化合物(B)以外の酸発生剤を含有していてもよい。
化合物(B)と併用し得る酸発生剤としては、光カチオン重合の光開始剤、光ラジカル重合の光開始剤、色素類の光消色剤、光変色剤、あるいはマイクロレジスト等に使用されている活性光線又は放射線の照射により酸を発生する公知の化合物及びそれらの混合物を適宜に選択して使用することができる。
酸発生剤の内で好ましい化合物として、下記一般式(ZI)、(ZII)、(ZIII)で表される化合物を挙げることができる。
該有機基は、上述した一般式(ZI’)におけるR201、R202及びR203と同義であり、S(R201)(R202)(R203)+としては、例えば、上記カチオン(ZI−1)、(ZI−2)、(ZI−3)及び(ZI−4)が挙げられる。
Z−により表される非求核性アニオンとは、求核反応を起こす能力が著しく低いアニオンであり、分子内求核反応による経時分解を抑制することができるアニオンである。これにより、本発明に係る組成物の経時による線幅変動の抑制効果が向上する。
カルボン酸アニオンとしては、例えば、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が挙げられる。
芳香族カルボン酸アニオンにおける芳香族基としては、芳香族スルホン酸アニオンにおけると同様のアリール基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。
一般式(ZII)及び(ZIII)中、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。R204〜R207のアリール基、アルキル基及びシクロアルキル基としては、上述した一般式(ZII’)中のR204及びR205により表される各基と同義である。
併用することができる酸発生剤として、更に、下記一般式(ZIV)、(ZV)、(ZVI)で表される化合物を挙げることができる。
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。
また、酸発生剤として、スルホン酸基又はイミド基を1つ有する酸を発生する化合物が好ましく、さらに好ましくは1価のパーフルオロアルカンスルホン酸を発生する化合物、または1価のフッ素原子またはフッ素原子を含有する基で置換された芳香族スルホン酸を発生する化合物、または1価のフッ素原子またはフッ素原子を含有する基で置換されたイミド酸を発生する化合物であり、更により好ましくは、フッ化置換アルカンスルホン酸、フッ素置換ベンゼンスルホン酸、フッ素置換イミド酸又はフッ素置換メチド酸のスルホニウム塩である。使用可能な酸発生剤は、発生した酸のpKaがpKa=−1以下のフッ化置換アルカンスルホン酸、フッ化置換ベンゼンスルホン酸、フッ化置換イミド酸であることが特に好ましく、感度が向上する。
本発明の酸発生剤(B)と併用することができる上記酸発生剤の含有率は、本発明の効果を損なわない範囲で適宜決定される。
酸発生剤の中で、特に好ましい例を以下に挙げる。
本発明に係る組成物は、露光から加熱までの経時による性能変化を低減するために、含窒素化合物を更に含有していてもよい。
含窒素化合物としては、好ましくは、下記式(A)〜(E)で示される構造を有する化合物を挙げることができる。
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。
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。
上述した含窒素化合物の分子量は、250以下が好ましい。分子量が250以下の含窒素化合物はDOFの改良に有効である。
本発明に係る組成物が含窒素化合物を含んでいる場合、その含有率は、本発明の組成物の全固形分を基準として、通常は0.001〜10質量%であり、好ましくは0.01〜5質量%である。
酸発生剤(化合物(B)以外の酸発生剤を含む場合には化合物(B)と該酸発生剤との合計)と含窒素化合物の組成物中の含有割合は、酸発生剤/含窒素化合物(モル比)=2.5〜300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2.5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。酸発生剤/含窒素化合物(モル比)は、より好ましくは3.5〜200、更に好ましくは3.5〜150である。
本発明に係る組成物は、酸の作用により脱離する基を有し、該脱離により塩基性が増大する低分子化合物(以下において、「含窒素低分子化合物」ともいう。)を含有することが好ましい。
酸の作用により脱離する基としては特に限定されないが、アセタール基、カルボネート基、カルバメート基、3級エステル基、3級水酸基、又はヘミアミナールエーテル基であることが好ましく、カルバメート基又はヘミアミナールエーテル基であることが特に好ましい。
含窒素低分子化合物は、窒素原子上に保護基を有するカルバメート基を有していてもよい。カルバメート基を構成する保護基は、例えば、下記一般式(d−1)により表される。
R’は、各々独立に、水素原子、直鎖状若しくは分岐鎖状アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、又はアルコキシアルキル基を表す。R’は、互いに結合して、環を形成していてもよい。
R’は、より好ましくは、直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基、シクロアルキル基、又はアリール基である。より好ましくは、直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基、又はシクロアルキル基である。
含窒素低分子化合物は、下記一般式(A)で表される構造を有するものであることが特に好ましい。
なお、含窒素低分子化合物は、酸の作用により脱離する基を有する含窒素低分子化合物であるかぎり、前記の塩基性化合物に相当するものであってもよい。
少なくとも2つのRbが結合して脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基、複素環式炭化水素基若しくはその誘導体を形成していてもよい。
nは0〜2の整数を表し、mは1〜3の整数を表し、n+m=3である。
例えば、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカン等の直鎖状、分岐状のアルカンに由来する基、これらのアルカンに由来する基を、例えば、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基の1種以上或いは1個以上で置換した基、
シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、ノルボルナン、アダマンタン、ノラダマンタン等のシクロアルカンに由来する基、これらのシクロアルカンに由来する基を、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基等の直鎖状、分岐状のアルキル基の1種以上或いは1個以上で置換した基、
ベンゼン、ナフタレン、アントラセン等の芳香族化合物に由来する基、これらの芳香族化合物に由来する基を、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基等の直鎖状、分岐状のアルキル基の1種以上或いは1個以上で置換した基、
ピロリジン、ピペリジン、モルホリン、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、インドール、インドリン、キノリン、パーヒドロキノリン、インダゾール、ベンズイミダゾール等の複素環化合物に由来する基、これらの複素環化合物に由来する基を直鎖状、分岐状のアルキル基或いは芳香族化合物に由来する基の1種以上或いは1個以上で置換した基、直鎖状、分岐状のアルカンに由来する基・シクロアルカンに由来する基をフェニル基、ナフチル基、アントラセニル基等の芳香族化合物に由来する基の1種以上或いは1個以上で置換した基等或いは前記の置換基がヒドロキシル基、シアノ基、アミノ基、ピロリジノ基、ピペリジノ基、モルホリノ基、オキソ基等の官能基で置換された基等が挙げられる。
分子量(Mw)250以下の含窒素化合物として好ましい具体例の一部を以下に示す。
本発明に係る組成物は、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、溶剤を含有する。
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、環状ラクトン(好ましくは炭素数4〜10)、環を含有しても良いモノケトン化合物(好ましくは炭素数4〜10)、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。
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。
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。
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、水酸基を含有しない溶剤としては前述の例示化合物が適宜選択可能であるが、水酸基を含有する溶剤としては、アルキレングリコールモノアルキルエーテル、乳酸アルキル等が好ましく、プロピレングリコールモノメチルエーテル、乳酸エチルがより好ましい。また、水酸基を含有しない溶剤としては、アルキレングリコールモノアルキルエーテルアセテート、アルキルアルコキシプロピオネート、環を含有しても良いモノケトン化合物、環状ラクトン、酢酸アルキルなどが好ましく、これらの内でも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。
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を含有する2種類以上の混合溶剤であることが好ましい。
本発明の組成物は、更に界面活性剤を含有してもよい。含有する場合、フッ素系及び/又はシリコン系界面活性剤(フッ素系界面活性剤、シリコン系界面活性剤、フッ素原子とケイ素原子の両方を有する界面活性剤)のいずれか、あるいは2種以上を含有することが好ましい。
これらの界面活性剤は単独で使用してもよいし、また、いくつかの組み合わせで使用してもよい。
本発明に係る組成物が界面活性剤を含有している場合、その含有率は、組成物の全固形分を基準として、好ましくは0.1〜2質量%、さらに好ましくは0.1〜1.5質量%、特に好ましくは0.1〜1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。
本発明の組成物は、酸の作用により分解してアルカリ現像液中での溶解度が増大する、分子量3000以下の溶解阻止化合物を含有していてもよい。溶解阻止化合物としては、220nm以下の透過性を低下させないため、Proceeding of SPIE, 2724,355 (1996)に記載されている酸分解性基を含むコール酸誘導体の様な、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。酸分解性基、脂環式構造としては、樹脂(A)について説明したものと同様のものが挙げられる。
以下に溶解阻止化合物の具体例を示すが、本発明はこれらに限定されない。
本発明の組成物には、必要に応じてさらに染料、可塑剤、光増感剤、光吸収剤、及び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、カルボキシル基を有する脂環族、又は脂肪族化合物)等を含有させることができる。
本発明の組成物は、解像力向上の観点から、膜厚30〜300nmで使用されることが好ましく、膜厚80〜280nmで使用されることがより好ましく、膜厚100〜260nmで使用されることが更に好ましい。感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物中の固形分濃度を適切な範囲に設定して適度な粘度をもたせ、塗布性、製膜性を向上させることにより、このような膜厚とすることができる。
反射防止膜としては、チタン、二酸化チタン、窒化チタン、酸化クロム、カーボン、アモルファスシリコン等の無機膜型と、吸光剤とポリマー材料からなる有機膜型のいずれも用いることができる。また、有機反射防止膜として、ブリューワーサイエンス社製のDUV30シリーズや、DUV−40シリーズ、シプレー社製のAR−2、AR−3、AR−5等の市販の有機反射防止膜を使用することもできる。
さらに、上記アルカリ現像液にアルコール類、界面活性剤を適当量添加して使用することもできる。
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。
さらに、上記アルカリ性水溶液にアルコール類、界面活性剤を適当量添加して使用することもできる。
リンス液としては、純水を使用し、界面活性剤を適当量添加して使用することもできる。
液浸液は、露光波長に対して透明であり、かつレジスト膜上に投影される光学像の歪みを最小限に留めるよう、屈折率の温度係数ができる限り小さい液体が好ましい。特に、露光光源がArFエキシマレーザー(波長;193nm)である場合には、上述の観点に加えて、入手の容易さ及び取り扱いのし易さといった点から、水を用いるのが好ましい。
また、更なる短波長化を図るべく、屈折率1.5以上の媒体を用いることもできる。この媒体は、水溶液であってもよく、有機溶剤であってもよい。
アルカリ現像液のpHは、通常は10.0〜15.0である。
下記に示す樹脂(A−1)を、以下のようにして合成した。
窒素気流下、シクロヘキサノン40gを3つ口フラスコに入れ、これを80℃に加熱した(溶剤1)。下記繰り返し単位に対応するモノマーをそれぞれモル比40/10/40/10の割合でシクロヘキサノンに溶解し、20質量%のモノマー溶液(400g)を調製した。更に、重合開始剤V−601(和光純薬工業製)をモノマーに対し8.0mol%を加え、溶解させた溶液を、上記溶剤1に対して6時間かけて滴下した。滴下終了後、更に80℃で2時間反応させた。反応液を放冷後ヘプタン3600ml/酢酸エチル400mlに注ぎ、析出した粉体をろ取、乾燥すると、樹脂(A−1)が74g得られた。NMRから求めたポリマー組成比は40/10/40/10であった。また、得られた樹脂(A−1)の重量平均分子量(ポリスチレン換算)は6200、分散度(Mw/Mn)は、1.66であった。
添加剤として、下記に示すW−1〜W−6を用いた。
W−1:メガファックF176(大日本インキ化学工業(株)製)(フッ素系)
W−2:メガファックR08(大日本インキ化学工業(株)製)
W−3:ポリシロキサンポリマーKP−341(信越化学工業(株)製)
W−4:トロイゾルS−366(トロイケミカル(株)製)
W−5:KH−20(旭化成(株)製)
W−6:PolyFox(登録商標) PF-6320(OMNOVA solution inc.製)(フッ素系)
〔溶剤〕
溶剤として、下記に示すSL−1〜SL−8を用いた。
(a群)
SL−1:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
SL−2: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
SL−3:2−ヘプタノン
(b群)
SL−4:乳酸エチル
SL−5:プロピレングリコールモノメチルエーテル
SL−6:シクロヘキサノン
(c群)
SL−7:γ−ブチロラクトン
SL−8:プロピレンカーボネート
<感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物の調製>
下表に示す成分を溶剤に溶解させ、それぞれについて固形分濃度6.6質量%の溶液を調製し、これを0.1μm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感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物(ポジ型感光性樹脂組成物)を調製した。調製したポジ型感光性樹脂組成物を下記の方法で評価し、結果を同表に示した。
酸化膜付きシリコンウエハ(8インチ口径、SiO2膜厚100nm)の基板上に、調製したポジ型感光性樹脂組成物を塗布し、110℃で、60秒間ベークを行い、膜厚250nmのレジスト膜を形成した。得られたレジスト膜をArFエキシマレーザースキャナー(ASML社製 PAS5500/1100、NA0.75)を用いて、75nm1:1ラインアンドスペースパターンの6%ハーフトーンマスクを通して露光した。その後、110℃で60秒間、ホットプレート上で加熱した。更に2.38質量%濃度のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液にて23℃で60秒間現像し、40秒間純水にてリンスした後、乾燥して、レジストパターンを得た。
75nmの1:1ラインアンドスペースパターンのプロファイルを断面SEMによって観察し、下記の2段階評価を行った。
×:テーパーまたはT-Top形状であった場合
〔デフォーカスラチチュード(DOF)〕
75nmのラインパターン(ライン:スペース=1:1)について、焦点変動許容幅を求め、すべてにおいて許容できる共通の焦点変動幅(μm)を求めた。
Claims (7)
- 一般式(PG1)で表される少なくとも一種の繰り返し単位と、一般式(PG2)及び一般式(PG3)で表される繰り返し単位から選択される少なくとも一種の繰り返し単位と、ラクトン構造を含む少なくとも一種の繰り返し単位を含有する樹脂(A)と、下記一般式(B1)で表される化合物であって、アニオン部分の分子量が200以下である化合物(B)と、溶剤(C)を含有する感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
一般式(PG2)中、R1は、水素原子又は置換基を有していてもよいアルキル基を表し、R2はアルキル基又はシクロアルキル基を表し、R3は、水素原子又は置換基を有していてもよいアルキル基を表す。
一般式(PG3)中、R1は、水素原子又は置換基を有していてもよいアルキル基を表し、R2は、各々独立にアルキル基又はシクロアルキル基を表し、R3は、水素原子又は置換基を有していてもよいアルキル基を表す。
A+は、スルホニウムカチオン又はヨードニウムカチオンを表す。
Q1及びQ2は、各々独立に、フッ素原子又はCF3を表す。
Xは、少なくとも1つの炭素原子を含み、フッ素原子を含有しないか、フッ素原子を含有する場合には2個以下である置換基を表す。 - 更に、分子量が250以下の含窒素化合物を含有することを特徴とする請求項1に記載の組成物。
- 化合物(B)のアニオン部分の分子量が180以下である請求項1又は2に記載の組成物。
- 前記組成物中に含有される全固形分濃度が6質量%以上である請求項1〜4のいずれか1項に記載の組成物。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の組成物を用いて形成された感活性光線性又は感放射線性膜。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の組成物を用いて膜を形成すること、
該膜を露光すること、
露光された膜を現像すること、
を含むパターン形成方法。
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