JP2013083959A - 感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物、それを用いたレジスト膜及びパターン形成方法、半導体デバイスの製造方法及び半導体デバイス、並びに、樹脂の製造方法 - Google Patents
感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物、それを用いたレジスト膜及びパターン形成方法、半導体デバイスの製造方法及び半導体デバイス、並びに、樹脂の製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
Description
また、特許文献2〜8では、光酸発生基及び酸分解によりアルカリ現像液への溶解性が増大する基を同一分子内に有する樹脂が開示されているが、電子線、X線又はEUV光に対する感度について十分とはいい難かった。
特に、電子線、X線又はEUV光リソグラフィーにおいては、解像性やアウトガス特性に関してさらなる改良が求められていることに加え、同時に、感度、ラインエッジラフネス、残渣、及びパターン形状についても更に良好な性能が求められているのが実状である。
また本発明の別の目的は、該組成物を用いたレジスト膜及びパターン形成方法、半導体デバイスの製造方法及び半導体デバイス、並びに、樹脂の製造方法を提供することにある。
活性光線又は放射線の照射により分解して樹脂の側鎖に酸を発生する繰り返し単位(A)と、下記一般式(I)で表される繰り返し単位(C)とを有する樹脂(P)を含有し、前記樹脂(P)の分散度が1.20以下である、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
一般式(I)中、
R11、R12及びR13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、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。R12はAr1と結合して環を形成していてもよく、その場合のR12は、アルキレン基を表す。
X1は、単結合、−COO−、又は−CONR14−を表し、R14は、水素原子又はアルキル基を表す。
L1は、単結合又はアルキレン基を表す。
Ar1は、(n+1)価の芳香環基を表す。但し、Ar1がR12と結合する場合、Ar1は(n+2)価の芳香環基を表す。
nは、1以上の整数を表す。
〔2〕
前記繰り返し単位(C)が、下記一般式(II)で表される、上記〔1〕に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
一般式(II)中、
Ar2は、(m+1)価の芳香環基を表す。
mは、1以上の整数を表す。
〔3〕
前記樹脂(P)が、更に、酸の作用により分解してアルカリ可溶性基を発生する繰り返し単位(B)を有する、上記〔1〕又は〔2〕に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
〔4〕
前記繰り返し単位(B)が、下記一般式(III)で表される、上記〔3〕に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
一般式(III)中、
Ar3は、(p+1)価の芳香環基を表す。
Yは、水素原子又は酸の作用により脱離する基を表し、Yが複数存在する場合、複数のYは同じであっても異なっていてもよい。但し、Yの少なくとも1つは、酸の作用により脱離する基を表す。
pは、1以上の整数を表す。
〔5〕
前記繰り返し単位(A)が、下記一般式(IV)で表される、上記〔1〕〜〔4〕のいずれか1項に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
一般式(IV)中、
Ar4は、(q+1)価の芳香環基を表す。
X4は、2価の連結基を表す。
Zは、活性光線又は放射線の照射により、スルホン酸基、イミド酸基又はメチド酸基となる部位を表す。
qは、1以上の整数を表す。
〔6〕
前記一般式(IV)中、X4は、芳香環基、−CO−又はこれらを組み合わせて形成される基を表す、上記〔5〕に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
〔7〕
前記樹脂(P)が、ポリ(ヒドロキシスチレン)類から合成される、上記〔1〕〜〔6〕のいずれか1項に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
〔8〕
電子線、X線又は軟X線により露光される、上記〔1〕〜〔7〕のいずれか1項に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
〔9〕
上記〔1〕〜〔8〕のいずれか1項に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を用いて形成されたレジスト膜。
〔10〕
上記〔9〕に記載のレジスト膜を、露光、現像する工程を有する、パターン形成方法。
〔11〕
前記露光が、電子線、X線又は軟X線により行われる、上記〔10〕に記載のパターン形成方法。
〔12〕
上記〔10〕又は〔11〕に記載のパターン形成方法を含む、半導体デバイスの製造方法。
〔13〕
上記〔12〕に記載の半導体デバイスの製造方法により製造された半導体デバイス。
〔14〕
活性光線又は放射線の照射により分解して樹脂の側鎖に酸を発生する繰り返し単位(A)と、下記一般式(I)で表される繰り返し単位(C)とを有し、分散度が1.20以下である樹脂(P)を、ポリ(ヒドロキシスチレン)類から合成する、樹脂(P)の製造方法。
一般式(I)中、
R11、R12及びR13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、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。R12はAr1と結合して環を形成していてもよく、その場合のR12は、アルキレン基を表す。
X1は、単結合、−COO−、又は−CONR14−を表し、R14は、水素原子又はアルキル基を表す。
L1は、単結合又はアルキレン基を表す。
Ar1は、(n+1)価の芳香環基を表す。但し、Ar1がR12と結合する場合、Ar1は(n+2)価の芳香環基を表す。
nは、1以上の整数を表す。
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、X線、極紫外(EUV)線等の軟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、特に断らない限り、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。
本発明に係る組成物は、電子線、X線又は軟X線により露光される(すなわち、電子線、X線又は軟X線用である)ことが好ましい。
以下、この組成物の構成を説明する。
樹脂(P)は、活性光線又は放射線の照射により分解して樹脂の側鎖に酸を発生する繰り返し単位(A)と、芳香族性水酸基を備えた後述の一般式(I)で表される繰り返し単位(C)とを含んでいる。この樹脂(P)は、これら以外の繰り返し単位を更に含んでいてもよい。また、前記樹脂(P)の分散度は1.20以下である。
繰り返し単位(A)は、活性光線又は放射線の照射により分解して樹脂の側鎖に酸を発生する繰り返し単位である。
Ar4は、(q+1)価の芳香環基を表す。
X4は、2価の連結基を表す。
Zは、活性光線又は放射線の照射により、スルホン酸基、イミド酸基又はメチド酸基となる部位を表す。
qは、1以上の整数を表す。
qが2以上の整数である場合のAr4で表される(q+1)価の芳香環基の具体例としては、上記2価の芳香環基から(q−1)個の任意の水素原子を除してなる基が挙げられる。
X4についてのシクロアルキレン基としては、好ましくは炭素数3〜20、より好ましくは炭素数3〜10であり、例えば、1,4−シクロヘキシレン基等が挙げられる。X4についてのシクロアルキレン基は、環を構成する炭素原子の一部が、窒素原子等のヘテロ原子に置き換わったものであってもよい。
アルケニレン基としては上記X4で説明したアルキレン基の任意の位置に、二重結合を有する基が挙げられる。
X4についての芳香環基としては、Ar4で説明した2価の芳香環基と同様のものが挙げられ、好ましい範囲も同様である。
X4についてのアルキレン基、シクロアルキレン基、アルケニレン基及び芳香環基は炭素原子に結合している水素原子の一部又は全部が置換基で置換されていても良い。
X4についてのアルキレン基、シクロアルキレン基、アルケニレン基及び芳香環基が有していてもよい置換基としては、Ar4で説明した置換基と同様のものが挙げられる。
一般式(IV)で表される繰り返し単位において、Ar4がフェニレン基の時、−O−X4−Zで表される基のAr4のベンゼン環に対する結合位置は、ベンゼン環のポリマー主鎖との結合位置に対して、パラ位でもメタ位でもオルト位でもかまわないが、パラ位又はメタ位が好ましく、パラ位が最も好ましい。
Rz1、Rz2及びRz3は、各々独立に、アルキル基、1価の脂肪族炭化水素環基、アリール基又はアラルキル基を表す。これらの基は、水素原子の一部又は全部がフッ素原子又はフルオロアルキル基(より好ましくはペルフルオロアルキル基)で置換された態様がより好ましく、水素原子数の30〜100%がフッ素原子で置換された態様が特に好ましい。
*は一般式(IV)中のX4との結合位置を表す。
1価の脂肪族炭化水素環基としては、シクロアルキル基が好ましく、例えば、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基など炭素数3〜10の1価のシクロアルキル基がより好ましく、炭素数3〜6のシクロアルキル基が更に好ましい。
アリール基としては、炭素数6〜18のアリール基が好ましく、炭素数6〜10のアリール基がより好ましく、フェニル基が特に好ましい。
アラルキル基としては、炭素数1〜8のアルキレン基と上記アリール基が結合したアラルキル基が好ましい例として挙げられる。炭素数1〜6のアルキレン基と上記アリール基が結合したアラルキル基がより好ましく、炭素数1〜4のアルキレン基と上記アリール基が結合したアラルキル基が特に好ましい。
上記一般式(ZI)〜(ZIII)において、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し、下記一般式(ZA−1)又は(ZA−2)により表される構造が好ましい。
また、R201〜R203のうち2つが結合して環構造(縮合環を含む)を形成してもよく、環内に式中の硫黄原子以外に更に酸素原子、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、ブチレン基又はペンチレン基)等を挙げることができる。
R201、R202及びR203としての有機基としては、例えば、一般式(ZA−1)により表される基の好ましい基として以下に説明する(ZA−1−1)、(ZA−1−2)、(ZA−1−3)により表される基における対応する基を挙げることができる。特に好ましくは、(ZA−1−1)、(ZA−1−3)により表される基における対応する基である。
(ZA−1−1)基は、上記一般式(ZA−1)における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をカチオンとする基である。
R201〜R203の全てがアリール基でもよいし、R201〜R203の一部がアリール基で、残りがアルキル基又は1価の脂肪族炭化水素環基でもよい。
例えば、トリアリールスルホニウム、ジアリールアルキルスルホニウム、アリールジアルキルスルホニウム、ジアリールシクロアルキルスルホニウム、アリールジシクロアルキルスルホニウムに相当する基を挙げることができる。
アリールスルホニウムにおけるアリール基としてはフェニル基、ナフチル基が好ましい。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、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の構造が挙げられる。
アリールスルホニウムが2つ以上のアリール基を有する場合に、2つ以上あるアリール基は同一であっても異なっていてもよい。
アリールスルホニウムが必要に応じて有しているアルキル基又は1価の脂肪族炭化水素環基は、炭素数1〜15の直鎖又は分岐アルキル基及び炭素数3〜15の1価の脂肪族炭化水素環基が好ましく、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロヘキシル基等を挙げることができる。1価の脂肪族炭化水素環基は、シクロアルキル基であることが好ましい。
(ZA−1−1)により表されるより好ましい基としては、トリアリールスルホニウム、下記一般式(ZA−1−1A)、(ZA−1−1B)により表される構造が挙げられる。
R1a〜R13aは、各々独立に、水素原子又は置換基を表し、R1a〜R13aのうち少なくとも1つはアルコール性水酸基を含む置換基であることが好ましい。
Zaは、単結合又は2価の連結基である。
本発明におけるアルコール性水酸基とは、鎖状又は環状アルキル基の炭素原子に結合した水酸基を表す。
R1a〜R13aとしてのアルコール性水酸基を含む置換基は、アルコール性水酸基を2つ以上有してもよい。R1a〜R13aとしてのアルコール性水酸基を含む置換基の有するアルコール性水酸基の数としては1個から6個であり、好ましくは1個から3個であり、更に好ましくは1個である。
R1a〜R13aがアルコール性水酸基を含有しない場合、R1a〜R13aは、好ましくは水素原子又はハロゲン原子、アルキル基、1価の脂肪族炭化水素環基(好ましくはシクロアルキル基)、アルケニル基(シクロアルケニル基、ビシクロアルケニル基を含む)、アルキニル基、アリール基、シアノ基、カルボキシル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アシルオキシ基、カルバモイルオキシ基、アシルアミノ基、アミノカルボニルアミノ基、アルコキシカルボニルアミノ基、アリールオキシカルボニルアミノ基、スルファモイルアミノ基、アルキル及びアリールスルホニルアミノ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、スルファモイル基、アルキル及びアリールスルホニル基、アリールオキシカルボニル基、アルコキシカルボニル基、カルバモイル基、イミド基、シリル基、ウレイド基である。
R1a〜R13aがアルコール性水酸基を含有しない場合、R1a〜R13aは、更に好ましくは水素原子又はハロゲン原子、アルキル基、1価の脂肪族炭化水素環基(好ましくはシクロアルキル基)、シアノ基、アルコキシ基、アシルオキシ基、アシルアミノ基、アミノカルボニルアミノ基、アルコキシカルボニルアミノ基、アルキル及びアリールスルホニルアミノ基、アルキルチオ基、スルファモイル基、アルキル及びアリールスルホニル基、アルコキシカルボニル基、カルバモイル基である。
更に、R1a〜R13aがアルコール性水酸基を含有しない場合、R1a〜R13aは、特に好ましくは水素原子又はアルキル基、1価の脂肪族炭化水素環基(好ましくはシクロアルキル基)、ハロゲン原子、アルコキシ基である。
一般式(ZA−1−1B)において、R15は各々独立して、アルキル基、1価の脂肪族炭化水素環基(好ましくはシクロアルキル基)、又はアリール基を表す。2個のR15は互いに結合して環を形成してもよい。
X2は−CR21=CR22−、−NR23−、−S−、−O−のいずれかを示す。ここで、R21及びR22は各々独立に、水素原子、アルキル基、1価の脂肪族炭化水素環基(好ましくはシクロアルキル基)、又はアリール基を示す。R23は、水素原子、アルキル基、1価の脂肪族炭化水素環基(好ましくはシクロアルキル基)、アリール基又はアシル基を示す。
Rは、複数ある場合は各々独立に、置換基を表す。Rの置換基としては、例えば、一般式(ZA−1−1B)の好ましい態様として以下に説明する一般式(ZI−1)〜(ZI−3)における対応する基を挙げることができる。
nは0〜3の整数を示す。
n1は0〜11の整数を示す。
なお、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1価の脂肪族炭化水素環基(好ましくはシクロアルキル基)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。
R15、R21〜R23におけるアリール基は、置換基を有していてもよく、好ましくは炭素数6〜14のアリール基である。
R23におけるアシル基中のアルキル基としては、上記したアルキル基における具体例及び好ましい範囲と同様である。
式中、*は結合手を表す。Rは任意の置換基を表し、例えばR15、R21〜R23における各基が有していてもよい置換基と同様のものが挙げられる。nは0〜4の整数を表す。n2は0〜3の整数を示す。
カチオン構造(ZI−1)とは、以下の一般式(ZI−1)により表される構造である。
R13は水素原子、フッ素原子、水酸基、アルキル基、1価の脂肪族炭化水素環基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、又は単環若しくは多環のシクロアルキル骨格を有する基を表す。
R14は複数存在する場合は各々独立して、アルキル基、1価の脂肪族炭化水素環基、アルコキシ基、アルキルスルホニル基、シクロアルキルスルホニル基、水酸基、又は単環若しくは多環のシクロアルキル骨格を有する基を表す。
R15は各々独立して、アルキル基、1価の脂肪族炭化水素環基、又はアリール基を表す。2個のR15が互いに結合して環を形成してもよい。
lは0〜2の整数を表す。
rは0〜8の整数を表す。
R15のアリール基としては、好ましくは炭素数6〜14のアリール基であり、フェニル基、ナフチル基がより好ましい。
また、総炭素数が7以上の多環のシクロアルキルオキシ基としては、ノルボルニルオキシ基、トリシクロデカニルオキシ基、テトラシクロデカニルオキシ基、アダマンチルオキシ基等が挙げられる。
また、総炭素数が7以上の多環のシクロアルキル骨格を有するアルコキシ基としては、ノルボルニルメトキシ基、ノルボルニルエトキシ基、トリシクロデカニルメトキシ基、トリシクロデカニルエトキシ基、テトラシクロデカニルメトキシ基、テトラシクロデカニルエトキシ基、アダマンチルメトキシ基、アダマンチルエトキシ基等が挙げられ、ノルボルニルメトキシ基、ノルボルニルエトキシ基等が好ましい。
rとしては、0〜2が好ましい。
前記アルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、i−プロポキシ基、n−ブトキシ基、2−メチルプロポキシ基、1−メチルプロポキシ基、t−ブトキシ基、シクロペンチルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基等の炭素原子数1〜20の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルコキシ基等を挙げることができる。
前記アルコキシアルキル基としては、例えば、メトキシメチル基、エトキシメチル基、1−メトキシエチル基、2−メトキシエチル基、1−エトキシエチル基、2−エトキシエチル基等の炭素原子数2〜21の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルコキシアルキル基等を挙げることができる。
前記アルコキシカルボニル基としては、例えば、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、n−プロポキシカルボニル基、i−プロポキシカルボニル基、n−ブトキシカルボニル基、2−メチルプロポキシカルボニル基、1−メチルプロポキシカルボニル基、t−ブトキシカルボニル基、シクロペンチルオキシカルボニル基、シクロヘキシルオキシカルボニル等の炭素原子数2〜21の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルコキシカルボニル基等を挙げることができる。
前記アルコキシカルボニルオキシ基としては、例えば、メトキシカルボニルオキシ基、エトキシカルボニルオキシ基、n−プロポキシカルボニルオキシ基、i−プロポキシカルボニルオキシ基、n−ブトキシカルボニルオキシ基、t−ブトキシカルボニルオキシ基、シクロペンチルオキシカルボニルオキシ基、シクロヘキシルオキシカルボニルオキシ基等の炭素原子数2〜21の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルコキシカルボニルオキシ基等を挙げることができる。
一般式(ZI−1)におけるR15としては、メチル基、エチル基、ナフチル基、2個のR15が互いに結合して硫黄原子と共にテトラヒドロチオフェン環構造を形成する場合の2価の基等が好ましい。
以下に、一般式(ZI−1)により表されるカチオン構造の好ましい具体例を示す。
XI−2は、酸素原子、硫黄原子、又は−NRa1−基を表し、Ra1は、水素原子、アルキル基、1価の脂肪族炭化水素環基、アリール基又はアシル基を表す。
Ra2及びRa3は、各々独立に、アルキル基、1価の脂肪族炭化水素環基、アルケニル基又はアリール基を表す。Ra2及びRa3は、互いに結合して環を形成してもよい。
Ra4は、複数個ある場合には各々独立に、1価の基を表す。
mは、0〜3の整数を表す。
Ra2及びRa3のアルケニル基としては、炭素数2〜15のアルケニル基が好ましく、例えば、ビニル基、アリル基、ブテニル基、シクロへキセニル基等を挙げることができる。
Ra1としてはアルキル基がより好ましく、炭素数1〜4のアルキル基が更に好ましい。
Ra1〜Ra4における各基は更に置換基を有していてもよく、有していても良い更なる置換基としては、一般式(ZI−1)におけるR13〜R15の各基が有していても良い更なる置換基と同様のものが挙げられる。
R41〜R43としてのアルキル基、アルコキシ基は、式(ZI−1)中、R13〜R15と同様のものが挙げられる。
ヒドロキシアルキル基は、上記アルキル基の一又は複数の水素原子がヒドロキシ基に置換した基が好ましく、ヒドロキシメチル基、ヒドロキシエチル基、ヒドロキシプロピル基等が挙げられる。
n1は0〜3の整数であり、好ましくは1又は2であり、より好ましくは1である。
n2は0〜3の整数であり、好ましくは0又は1であり、より好ましくは0である。
n3は0〜2の整数であり、好ましくは0又は1であり、より好ましくは1である。
R41〜R43における各基は更に置換基を有していてもよく、有していても良い更なる置換基としては、一般式(ZI−1)におけるR13〜R15の各基が有していても良い更なる置換基と同様のものが挙げられる。
(ZA−1−2)は、一般式(ZA−1)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基である。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としての芳香環を含有しない有機基は、一般的に炭素数1〜30、好ましくは炭素数1〜20である。
R201〜R203のアルキル基及び脂肪族炭化水素環基としては、好ましくは、炭素数1〜10の直鎖又は分岐アルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基)、炭素数3〜10の脂肪族炭化水素環基(例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボニル基)を挙げることができる。アルキル基として、より好ましくは2−オキソアルキル基、アルコキシカルボニルメチル基を挙げることができる。脂肪族炭化水素環基として、より好ましくは、2−オキソ脂肪族炭化水素環基を挙げることができる。脂肪族炭化水素環基は、シクロアルキル基であることが好ましい。
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。
(ZA−1−3)とは、以下の一般式により表される基であり、フェナシルスルフォニウム塩構造を有する基である。
R6c及びR7cは、各々独立に、水素原子、アルキル基又は1価の脂肪族炭化水素環基を表す。
Rx及びRyは、各々独立に、アルキル基、1価の脂肪族炭化水素環基、アリル基又はビニル基を表す。
R1c〜R5c中のいずれか2つ以上、R6cとR7c、及びRxとRyは、それぞれ結合して環構造を形成しても良く、この環構造は、酸素原子、硫黄原子、エステル結合、アミド結合を含んでいてもよい。R1c〜R5c中のいずれか2つ以上、R6cとR7c、及びRxとRyが結合して形成する基としては、ブチレン基、ペンチレン基等を挙げることができる。
一般式(ZA−2)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1価の脂肪族炭化水素環基を表す。
繰り返し単位(C)は、下記一般式(I)で表される繰り返し単位である。
R11、R12及びR13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、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。R12はAr1と結合して環を形成していてもよく、その場合のR12は、アルキレン基を表す。
X1は、単結合、−COO−、又は−CONR14−を表し、R14は、水素原子又はアルキル基を表す。
L1は、単結合又はアルキレン基を表す。
Ar1は、(n+1)価の芳香環基を表す。但し、Ar1がR12と結合する場合、Ar1は(n+2)価の芳香環基を表す。
nは、1以上の整数を表す。
R14のアルキル基は、R11〜R13としてのアルキル基と同様であり、好ましい範囲も同様である。
X1は、単結合を表すことが最も好ましい。
L1についてのアルキレン基としては、好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜10の直鎖又は分岐鎖アルキレン基であり、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。
L1は、単結合を表すことが最も好ましい。
nが1であるときのAr1で表される2価の芳香環基は、上述の一般式(IV)におけるqが1であるときのAr4で表される2価の芳香環基と同様であり、好ましい範囲も同様である。
一般式(I)におけるAr1で表される(n+1)価の芳香環基は、置換基を有していてもよく、そのような置換基としては上述の一般式(IV)におけるAr4で表される(q+1)価の芳香環基が有していてもよい置換基と同様のものが挙げられ、好ましい範囲も同様である。
nが2以上の整数である場合のAr1で表される(n+1)価の芳香環基の具体例としては、上記2価の芳香環基から(n−1)個の任意の水素原子を除してなる基が挙げられる。
一般式(I)で表される繰り返し単位において、Ar1がフェニレン基の時、−OHのAr1のベンゼン環に対する結合位置は、ベンゼン環のL1又はX1(L1及びX1が共に単結合の場合にはポリマー主鎖)との結合位置に対して、パラ位でもメタ位でもオルト位でもかまわないが、パラ位又はメタ位が好ましく、パラ位が最も好ましい。
Ar2は、(m+1)価の芳香環基を表す。
mは、1以上の整数を表す。
mが1であるときのAr2で表される2価の芳香環基は、上述の一般式(IV)におけるqが1であるときのAr4で表される2価の芳香環基と同様であり、好ましい範囲も同様である。
一般式(II)におけるAr2で表される(m+1)価の芳香環基は、置換基を有していてもよく、そのような置換基としては上述の一般式(IV)におけるAr4で表される(q+1)価の芳香環基が有していてもよい置換基と同様のものが挙げられ、好ましい範囲も同様である。
mが2以上の整数である場合のAr2で表される(m+1)価の芳香環基の具体例としては、上記2価の芳香環基から(m−1)個の任意の水素原子を除してなる基が挙げられる。
一般式(II)で表される繰り返し単位において、Ar2がフェニレン基の時、−OHのAr2のベンゼン環に対する結合位置は、ベンゼン環のポリマー主鎖との結合位置に対して、パラ位でもメタ位でもオルト位でもかまわないが、パラ位又はメタ位が好ましく、パラ位が最も好ましい。
繰り返し単位(C)の具体例を以下に記載するが、これらに限定されるものではない。
樹脂(P)は、更に、酸の作用により分解してアルカリ可溶性基を発生する繰り返し単位(B)を有することが好ましい。
Ar3は、(p+1)価の芳香環基を表す。
Yは、水素原子又は酸の作用により脱離する基を表し、Yが複数存在する場合、複数のYは同じであっても異なっていてもよい。但し、Yの少なくとも1つは、酸の作用により脱離する基を表す。
pは、1以上の整数を表す。
pが1であるときのAr3で表される2価の芳香環基は、上述の一般式(IV)におけるqが1であるときのAr4で表される2価の芳香環基と同様であり、好ましい範囲も同様である。
一般式(III)におけるAr3で表される(p+1)価の芳香環基は、置換基を有していてもよく、そのような置換基としては上述の一般式(IV)におけるAr4で表される(q+1)価の芳香環基が有していてもよい置換基と同様のものが挙げられ、好ましい範囲も同様である。
pが2以上の整数である場合のAr3で表される(p+1)価の芳香環基の具体例としては、上記2価の芳香環基から(p−1)個の任意の水素原子を除してなる基が挙げられる。
一般式(III)で表される繰り返し単位において、Ar3がフェニレン基の時、−O−Yで表される基のAr3のベンゼン環に対する結合位置は、ベンゼン環のポリマー主鎖との結合位置に対して、パラ位でもメタ位でもオルト位でもかまわないが、パラ位又はメタ位が好ましく、パラ位が最も好ましい。
R01及びR02は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基又はアルケニル基を表す。
Arは、アリール基を表す。
M41は、単結合又は2価の連結基を表す。
Qは、アルキル基、ヘテロ原子を含んでいてもよい脂環基、又は、ヘテロ原子を含んでいてもよい芳香環基を表す。
なお、R41、M41及びQの少なくとも2つは、互いに結合して、環を形成していてもよい。この環は、5員環又は6員環であることが好ましい。
R41としてのアルキル基は、置換基を有していてもよく、例えば、シアノ基、ハロゲン原子、水酸基、アルコキシ基、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基、シクロアルキル基が挙げられる。
M41は、単結合、アルキレン基、又はアルキレン基と−O−、−CO−、−CS−及び−N(R0)−の少なくとも一つとの組み合わせからなる2価の連結基が好ましく、単結合、アルキレン基、又はアルキレン基と−O−との組み合わせからなる2価の連結基がより好ましい。ここで、R0は上述のR0と同義である。
ヘテロ原子を含む脂環基及びヘテロ原子を含む芳香環基としては、例えば、チイラン、シクロチオラン、チオフェン、フラン、ピロール、ベンゾチオフェン、ベンゾフラン、ベンゾピロール、トリアジン、イミダゾール、ベンゾイミダゾール、トリアゾール、チアジアゾール、チアゾール及びピロリドンが挙げられる。なお、本発明においては、複数の“ヘテロ原子を含む芳香環”が単結合を介して連結されてなる基(例えば、ビオローゲン基)もQとしての芳香族基に含まれる。
Qとしての脂環基及び芳香環基は、置換基を有していてもよく、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、シアノ基、ハロゲン原子、水酸基、アルコキシ基、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基が挙げられる。
例えば、アルカリ現像液の作用で分解しアルカリ現像液中への溶解速度が増大する基を有する繰り返し単位があげられる。そのような基としては、ラクトン構造を有する基、フェニルエステル構造を有する基などがあげられ、アルカリ現像液の作用で分解しアルカリ現像液中への溶解速度が増大する基を有する繰り返し単位としては、下記一般式(AII)で表される繰り返し単位がより好ましい。
アルカリ現像液の作用で分解する基であるVはエステル結合を有する基であり、中でもラクトン構造を有する基がより好ましい。ラクトン構造を有する基としては、ラクトン構造を有していればいずれでも用いることができるが、好ましくは5〜7員環ラクトン構造であり、5〜7員環ラクトン構造にビシクロ構造、スピロ構造を形成する形で他の環構造が縮環しているものが好ましい。
好ましいAbは、単結合、又は−AZ−CO2−で表される2価の連結基である(AZは、アルキレン基又は脂肪族環基(好ましくはシクロアルキレン基)である)。好ましいAZはメチレン基、エチレン基、シクロヘキシレン基、アダマンチレン基、ノルボルニレン基である。
以下に、具体例を示す。式中、Rxは、H又はCH3を表す。
具体的には、本発明は、上述の繰り返し単位(A)と、繰り返し単位(C)とを有し、分散度が1.20以下である樹脂(P)を、ポリ(ヒドロキシスチレン)類から合成する、樹脂(P)の製造方法にも関する。
以下に、本発明の製造方法について説明する。なお上記のような理由から、本発明の樹脂(P)は、ポリ(ヒドロキシスチレン)類から合成されることが好ましい。
なおポリ(ヒドロキシスチレン)類とは、芳香環に、ビニル基を有する基(好ましくはビニル基自体)と水酸基とが少なくとも置換した化合物をモノマーとし、該モノマーを重合してなる重合体の総称を意味する。上記芳香環としてはベンゼン環に限定されず、ナフタレン環などの多環の芳香環や、芳香族ヘテロ環も上記芳香環に含まれる。本発明において、上記芳香環としては、ベンゼン環、ナフタレン環が好ましく、ベンゼン環が特に好ましい。
狭分散のポリ(ヒドロキシスチレン)類としては、狭分散のポリ(p−ヒドロキシスチレン)、ポリ(m−ヒドロキシスチレン)、ポリ(2−ビニル−6−ヒドロキシナフタレン)、ポリ(1−ビニル−5−ヒドロキシナフタレン)等が挙げられ、狭分散のポリ(p−ヒドロキシスチレン)、ポリ(m−ヒドロキシスチレン)が好ましく、狭分散のポリ(p−ヒドロキシスチレン)がより好ましい。
狭分散のポリ(ヒドロキシスチレン)類に、酸発生基を部分的に導入する反応は、ポリマーに対する修飾反応であるため、従来は反応性が低く、酸発生基の導入率の制御が困難であった。また、樹脂(P)が繰り返し単位(B)を有する場合、繰り返し単位(A)の導入条件下において繰り返し単位(B)が化学的に不安定であり、樹脂(P)の製造が困難であった。しかし、本発明においては例えば以下のような反応条件で反応を行うことにより、上述のような問題が無く、目的とする分散度が1.20以下である樹脂(P)を好適に得ることができることを見出し、本発明を完成するに至った。
上記反応について、以下により詳細に説明する。
前記有機酸のジハライドとしては、1,1,2,2,3,3−ヘキサフルオロプロパン−1,3−ジスルホニルジフルオリド、ジフルオロメタンジスルホニルジフルオリド等が挙げられる。
前記酸基を有した、アルキルハライド類、アリールハライド類、有機酸ハライド類等としては、p−クロロメチルベンゼンスルホン酸ナトリウム、p−スルホ安息香酸クロロメチルのナトリウム塩、ペンタフルオロベンゼンスルホン酸ナトリウム、2,2−ジフルオロ−2−スルホアセチルクロリドのナトリウム塩等が挙げられる。
ポリ(ヒドロキシスチレン)類の水酸基と前記の酸無水物、有機酸のジハライド、酸基を有した、アルキルハライド類、アリールハライド類、有機酸ハライド類等との反応は塩基存在下で行うことが好ましい。従って、反応系中には添加剤として塩基を添加することが好ましく、塩基として具体的には、トリエチルアミン、トリメチルアミン、トリブチルアミン、N,N−ジイソプロピルエチルアミン、ピリジン、N,N−ジメチル−4−アミノピリジン、アニリン、水酸化ナトリウム水溶液、炭酸水素ナトリウム水溶液、DBU(ジアザビシクロウンデセン)、イミダゾール、テトラブチルアンモニウムブロミド、テトラブチルアンモニウム硫酸水素塩、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド等が挙げられる。
上記反応において使用される溶媒としては、ポリ(ヒドロキシスチレン)類が溶解する溶媒であれば特に限定されないが、具体的にはTHF(テトラヒドロフラン)、DMF(N,N−ジメチルホルムアミド)、DMSO(ジメチルスルホキシド)、DMAc(ジメチルアセトアミド)、アセトン、酢酸エチル、PGMEA(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート)、塩化メチレン、クロロホルム、1,4−ジオキサン、アセトニトリル等が挙げられる。
反応系中のポリ(ヒドロキシスチレン)類の濃度は特に制限が無いが、0.1〜70質量%が好ましく、2〜50質量%がより好ましい。
反応系中の上述の酸無水物、有機酸のジハライド、酸基を有した、アルキルハライド類、アリールハライド類、有機酸ハライド類等の濃度は特に制限が無いが、0.05〜50質量%が好ましく、1〜30質量%がより好ましい。また、反応系中に逐次滴下する方法も好ましく用いられる。
反応系中の上述の添加剤の濃度は特に制限が無いが、0.05〜50質量%が好ましく、1〜30質量%がより好ましい。また、反応系中に逐次滴下する方法も好ましく用いられる。
上記反応の反応時間は特に制限が無いが、10分〜24時間が好ましい。(反応温度)
上記反応の反応温度は特に制限が無いが、−80〜150℃が好ましく、−10〜80℃がより好ましい。(塩交換)
上記で合成した有機酸塩の塩交換反応としては、ヨードニウムあるいはスルホニウム等の水酸化物、臭化物、塩化物等を用いて、特表平11−501909号公報、あるいは特開2003−246786号公報に記載されている塩交換法や、特開平10−232490号公報あるいは特許第4025039号公報等に記載されている塩交換法を採用することができる。
なお、特に繰り返し単位(B)を有する場合、樹脂(P)の収率が大幅に向上する。
上記樹脂(P)の好ましい分散度(分子量分布)(Mw/Mn)は、1.00以上1.20以下であり、より好ましくは1.00以上1.19以下であり、更に好ましくは1.00以上1.17以下である。上記樹脂(P)の重量平均分子量及び分散度は、GPC測定(溶媒:N−メチル−2−ピロリドン(NMP)3L、リン酸2.93g、LiBr2.606g、カラム:東ソー(株)TSK−GEL superAWM−H、カラム温度:50℃、流量:0.35mL/min、検出器:東ソー(株)HLC−8020 GPC)によるポリスチレン換算値として定義される。
本発明に用いられる上記樹脂(P)の添加量は組成物の全固形分を基準として、30〜100質量%とすることが好ましく、50〜99.95質量%とすることがより好ましく、70〜99.90質量%とすることが特に好ましい。
本発明の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物は、更に、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する低分子化合物(B)(以下、適宜、これらの化合物を「酸発生剤(B)」と略称する)を含有してもよい。
ここで、低分子化合物(B)とは、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する部位が、樹脂の主鎖又は側鎖に導入された化合物以外の化合物を意味し、典型的には、前記部位が単分子の化合物に導入された化合物である。低分子化合物(B)の分子量は一般的に4000以下であり、好ましくは2000以下であり、より好ましくは1000以下である。また低分子化合物(B)の分子量は一般的に100以上であり、好ましくは200以上である。
また、酸発生剤(B)の別の好ましい形態として、活性光線又は放射線の照射により、スルホン酸、イミド酸又はメチド酸を発生する化合物を挙げることができる。その形態における酸発生剤(B)は、例えば、スルホニウム塩、ヨードニウム塩、ホスホニウム塩、オキシムスルホネート、イミドスルホネートなどを挙げることができる。
酸発生剤(B)は、1種単独で又は2種以上を組合せて使用することができる。
本発明の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物には、前記成分の他に、塩基性化合物を酸捕捉剤として含有することが好ましい。塩基性化合物を用いることにより、露光から後加熱までの経時による性能変化を小さくすることできる。このような塩基性化合物としては、有機塩基性化合物であることが好ましく、より具体的には、脂肪族アミン類、芳香族アミン類、複素環アミン類、カルボキシル基を有する含窒素化合物、スルホニル基を有する含窒素化合物、ヒドロキシ基を有する含窒素化合物、ヒドロキシフェニル基を有する含窒素化合物、アルコール性含窒素化合物、アミド誘導体、イミド誘導体等が挙げられる。アミンオキサイド化合物(特開2008−102383に記載)、アンモニウム塩(好ましくはヒドロキシド又はカルボキシレートである。より具体的にはテトラブチルアンモニウムヒドロキシドに代表されるテトラアルキルアンモニウムヒドロキシドがLERの観点で好ましい。)も適宜用いられる。
更に、酸の作用により塩基性が増大する化合物も、塩基性化合物の1種として用いることができる。
アミン類の具体例としては、トリ−n−ブチルアミン、トリ−n−ペンチルアミン、トリ−n−オクチルアミン、トリ−n−デシルアミン、トリイソデシルアミン、ジシクロヘキシルメチルアミン、テトラデシルアミン、ペンタデシルアミン、ヘキサデシルアミン、オクタデシルアミン、ジデシルアミン、メチルオクタデシルアミン、ジメチルウンデシルアミン、N,N−ジメチルドデシルアミン、メチルジオクタデシルアミン、N,N−ジブチルアニリン、N,N−ジヘキシルアニリン、2,6−ジイソプロピルアニリン、2,4,6−トリ(t−ブチル)アニリン、トリエタノールアミン、N,N−ジヒドロキシエチルアニリン、トリス(メトキシエトキシエチル)アミンや、米国特許第6040112号明細書のカラム3、60行目以降に例示の化合物、2−[2−{2―(2,2―ジメトキシ−フェノキシエトキシ)エチル}−ビス−(2−メトキシエチル)]−アミンや、米国特許出願公開第2007/0224539A1号明細書の段落[0066]に例示されている化合物(C1−1)〜(C3−3)などが挙げられる。含窒素複素環構造を有する化合物としては、2−フェニルベンゾイミダゾール、2,4,5−トリフェニルイミダゾール、N−ヒドロキシエチルピペリジン、ビス(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル)セバケート、4−ジメチルアミノピリジン、アンチピリン、ヒドロキシアンチピリン、1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]ノナ−5−エン、1,8−ジアザビシクロ〔5.4.0〕−ウンデカ−7−エン、などが挙げられる。アンモニウム塩としてはテトラブチルアンモニウムヒドロキシドが好ましい。
これら塩基性化合物の中でも解像性向上の観点でアンモニウム塩が好ましい。
本発明の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物は、塩基性化合物を含有しても、含有しなくてもよいが、含有する場合、本発明で使用される塩基性化合物の含有量は、組成物の全固形分に対して、0.01〜10質量%が好ましく、0.03〜5質量%がより好ましく、0.05〜3質量%が特に好ましい。
本発明の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物は、更に、塗布性を向上させるため界面活性剤を含有してもよい。界面活性剤の例としては、特に限定されるものではないが、ポリオキシエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル類、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンブロックコポリマー類、ソルビタン脂肪酸エステル類、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステルなどのノニオン系界面活性剤、メガファックF176(DIC株式会社製)、フロラードFC430(住友スリーエム製)やサーフィノールE1004(旭硝子製)、OMNOVA社製のPF656及びPF6320、等のフッ素系界面活性剤、メガファックR08(DIC株式会社製)、等のフッ素及びシリコン系界面活性剤、ポリシロキサンポリマーKP−341(信越化学工業(株)製)、等のオルガノシロキサンポリマーが挙げられる。
本発明の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物は、界面活性剤を含有しても、含有しなくてもよいが、組成物が界面活性剤を含有する場合、界面活性剤の使用量は、組成物の全量(溶剤を除く)に対して、好ましくは0.0001〜2質量%、より好ましくは0.0005〜1質量%である。
感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物の固形分は、上記溶剤に溶解し固形分濃度として、1〜40質量%で溶解することが好ましい。より好ましくは1〜30質量%、更に好ましくは3〜20質量%である。
本発明に適した基板は、シリコン基板、金属蒸着膜又は金属を含む膜が設けられた基板、より適しているのは、表面にCr、MoSi、TaSi若しくはそれらの酸化物、窒化物による蒸着膜が設けられた基板である。
また、本発明は、上記のようにして得られるレジスト膜を塗布した、レジスト塗布マスクブランクスにも関する。このようなレジスト塗布マスクブランクスを得るために、フォトマスク作製用のフォトマスクブランクス上にレジストパターンを形成する場合、使用される透明基板としては、石英、フッ化カルシウム等の透明基板を挙げることができる。一般には、該基板上に、遮光膜、反射防止膜、更に位相シフト膜、追加的にはエッチングストッパー膜、エッチングマスク膜といった機能性膜の必要なものを積層する。機能性膜の材料としては、ケイ素、又はクロム、モリブデン、ジルコニウム、タンタル、タングステン、チタン、ニオブ等の遷移金属を含有する膜が積層される。また、最表層に用いられる材料としては、ケイ素又はケイ素に酸素及び/又は窒素を含有する材料を主構成材料とするもの、更にそれらに遷移金属を含有する材料を主構成材料とするケイ素化合物材料や、遷移金属、特にクロム、モリブデン、ジルコニウム、タンタル、タングステン、チタン、ニオブ等より選ばれる1種以上、又は更にそれらに酸素、窒素、炭素より選ばれる元素を1以上含む材料を主構成材料とする遷移金属化合物材料が例示される。
遮光膜は単層でも良いが、複数の材料を塗り重ねた複層構造であることがより好ましい。複層構造の場合、1層当たりの膜の厚みは、特に限定されないが、5nm〜100nmであることが好ましく、10nm〜80nmであることがより好ましい。遮光膜全体の厚みとしては、特に限定されないが、5nm〜200nmであることが好ましく、10nm〜150nmであることがより好ましい。
次いで、このレジスト膜には活性光線又は放射線(電子線等)を照射し、好ましくはベーク(通常80〜150℃、より好ましくは90〜130℃)を行った後、現像する。これにより良好なパターンを得ることができる。そして、このパターンをマスクとして用いて、適宜エッチング処理及びイオン注入などを行い、半導体微細回路及びインプリント用モールド構造体やフォトマスク等を作成する。
なお、本発明の組成物を用いてインプリント用モールドを作成する場合のプロセスについては、例えば、特許第4109085号公報、特開2008−162101号公報、及び「ナノインプリントの基礎と技術開発・応用展開―ナノインプリントの基板技術と最新の技術展開―編集:平井義彦(フロンティア出版)」に記載されている。
本発明は、上記レジスト膜又はレジスト塗布マスクブランクスを露光すること、及び、該露光されたレジスト膜又はレジスト塗布マスクブランクスを現像することを含む、レジストパターン形成方法にも関する。本発明において、前記露光が電子線、X線又は軟X線を用いて行われることが好ましい。
精密集積回路素子の製造などにおいてレジスト膜上への露光(パターン形成工程)は、まず本発明のレジスト膜にパターン状に電子線、X線又は軟X線照射を行う。照射量(露光量)は電子線の場合0.1〜60μC/cm2程度、好ましくは3〜50μC/cm2程度、極紫外線の場合0.1〜40mJ/cm2程度、好ましくは3〜30mJ/cm2程度となるように露光する。次いで、ホットプレート上で60〜150℃で1〜20分間、好ましくは80〜120℃で1〜10分間、露光後加熱(ポストエクスポージャベーク)を行い、ついで現像、リンス、乾燥することによりレジストパターンを形成する。現像液は、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)等の0.1〜5質量%、好ましくは2〜3質量%アルカリ水溶液で、0.1〜3分間、好ましくは0.5〜2分間、浸漬(dip)法、パドル(puddle)法、スプレー(spray)法等の常法により現像する。こうして、露光された部分が現像液に溶解し、未露光部分は現像液に溶解され難く、基板上に目的のパターンが形成される。
本発明の組成物は、塗布、製膜、露光した後に、有機溶剤を主成分とする現像液を用いて現像し、ネガ型パターンを得るプロセスにも用いることができる。このようなプロセスとしては例えば特開2010−217884に記載されているプロセスを用いることができる。
有機系現像液としては、エステル系溶剤(酢酸ブチル、酢酸エチル等)、ケトン系溶剤(2−ヘプタノン、シクロヘキサノン等)、アルコール系溶剤、アミド系溶剤、エーテル系溶剤等の極性溶剤及び炭化水素系溶剤を用いることができる。有機系現像液全体としての含水率は10質量%未満であることが好ましく、実質的に水分を含有しないことがより好ましい。
本発明におけるフォトマスクは、ArFエキシマレーザー等で用いられる光透過型マスクであっても、EUV光を光源とする反射系リソグラフィーで用いられる光反射型マスクであっても良い。
本発明の半導体デバイスは、電気電子機器(家電、OA・メディア関連機器、光学用機器及び通信機器等)に、好適に、搭載されるものである。
ポリ(p−ヒドロキシスチレン)(VP−2500、日本曹達株式会社製)20gを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)80gに溶解した。この溶液に、2−シクロヘキシルエチルビニルエーテル10.3g及び20mgのカンファースルホン酸を加え、室温で2時間撹拌した。84mgのトリエチルアミンを加え、しばらく撹拌した後、反応液を酢酸エチル100mLの入った分液ロートに移した。この有機層を蒸留水20mLで3回洗浄後、有機層を減圧乾固した。
得られたポリマーをN,N−ジメチルホルムアミド(DMF)80gに溶解し、トリエチルアミン15.7g及び2−スルホ安息香酸無水物2.2gを加え、室温で2時間攪拌した。更にその反応液に臭化トリフェニルスルホニウム4.4g及びメタノール10mLを加え、室温で1時間攪拌した。反応液を酢酸エチル300mLの入った分液ロートに移し、有機層を蒸留水50mLで5回洗浄し、有機層をエバポレーターで濃縮した。得られたポリマーをアセトン300mLに溶解した後、ヘキサン3000gに滴下再沈して、沈殿をろ過することで、樹脂(P−1)を14.3g得た。
得られた樹脂(P−1)において、1H−NMR測定により組成比(モル比)を算出した。また、GPC(溶媒:N−メチル−2−ピロリドン)測定により重量平均分子量(Mw:ポリスチレン換算)及び分散度(Mw/Mn)を算出した。これらの結果を、以下の化学式中に示す。
20gのポリ(p−ヒドロキシスチレン)(VP−2500、日本曹達株式会社製)を100gのテトラヒドロフラン(THF)に溶解し、16.8gのトリエチルアミンを加え氷浴中で冷却した。20.7gのクロロエーテル化合物(CE−1)を反応液に滴下し、室温に戻した後、3時間攪拌した。反応液に蒸留水50mLを加え、エバポレーターでTHFを除去した。反応液を酢酸エチル200mLの入った分液ロートに移し、蒸留水30mLで5回洗浄した。有機層をエバポレーターで濃縮乾固した。
得られたポリマーをTHF20g、塩化メチレン20gに溶解し、1N−NaOH水溶液20g、テトラブチルアンモニウム硫酸水素塩1.2g及びペンタフルオロベンゼンスルホン酸ナトリウム10.2gを加え、室温で2時間攪拌した。更にその反応液に臭化トリフェニルスルホニウム11.5g及びメタノール10mLを加え、室温で1時間攪拌した。反応液を酢酸エチル300mLの入った分液ロートに移し、有機層を蒸留水50mLで5回洗浄し、有機層をエバポレーターで濃縮した。得られたポリマーをアセトン300mLに溶解した後、ヘキサン3000gに滴下再沈して、沈殿をろ過することで、樹脂(P−7)を18.5g得た。
測定条件は、送液溶媒として〔N−メチル−2−ピロリドン(NMP)3L、リン酸2.93g、LiBr 2.606g〕を用い、流量0.35mL/min、カラム(東ソー(株)TSK−GEL superAWM−H)、カラム部温度50℃で測定を行った。
TBAH:テトラブチルアンモニウムヒドロキシド
TOA:トリ(n−オクチル)アミン
TPI:2,4,5−トリフェニルイミダゾール
〔界面活性剤〕
W−1:メガファックF176(DIC株式会社製)(フッ素系)
W−2:メガファックR08(DIC株式会社製)(フッ素及びシリコン系)
W−3:ポリシロキサンポリマーKP−341(信越化学工業(株)製)(シリコン系)
W−4:PF6320(OMNOVA社製)(フッ素系)
〔溶剤〕
S1:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA;1−メトキシ−2−アセトキシプロパン)
S2:プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME;1−メトキシ−2−プロパノール)
S3:シクロヘキサノン
S4:γ−ブチロラクトン
下記表2及び3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4質量%の溶液を調製し、これを0.10μmのポアサイズを有するポリテトラフルオロ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性樹脂組成物(レジスト組成物)を調製した。感活性光線性又は感放射性樹脂組成物を下記の方法で評価し、結果を下記表2及び3に示した。
下表における各成分について、複数使用した場合の比は質量比である。
調製した感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を、スピンコーターを用いて、ヘキサメチルジシラザン処理を施したシリコン基板上に均一に塗布し、120℃で90秒間ホットプレート上で加熱乾燥を行い、膜厚100nmの感活性光線性又は感放射線性膜(レジスト膜)を形成させた。この感活性光線性又は感放射線性膜を、電子線照射装置((株)日立製作所製HL750、加速電圧50keV)を用いて電子線照射を行った。照射後直ぐに110℃で90秒間ホットプレート上で加熱した。更に濃度2.38質量%のテトラメチルアンモニウムヒドロオキサイド水溶液を用いて23℃で60秒間現像し、30秒間純水にてリンスした後、スピン乾燥してレジストパターンを得た。
調製した感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を、スピンコーターを用いて、ヘキサメチルジシラザン処理を施したシリコン基板上に均一に塗布し、120℃で90秒間ホットプレート上で加熱乾燥を行い、膜厚100nmの感活性光線性又は感放射線性膜(レジスト膜)を形成させた。この感活性光線性又は感放射線性膜を、線幅100nmの1:1ラインアンドスペースパターンの反射型マスクを介して、EUV露光装置で照射し、照射後直ぐに110℃で90秒間ホットプレート上で加熱した。更に濃度2.38質量%のテトラメチルアンモニウムヒドロオキサイド水溶液を用いて23℃で60秒間現像し、30秒間純水にてリンスした後、スピン乾燥してレジストパターンを得た。
得られたパターンの断面形状を走査型電子顕微鏡((株)日立製作所製S−9220)を用いて観察した。線幅100nmのラインアンドスペースパターン(ライン:スペース=1:1)を解像する時の最小照射エネルギーを感度とした。
上記の感度を示す照射量における限界解像力(ラインとスペースとが分離解像する最小の線幅)を解像力とした。
上記の感度を示す照射量における線幅100nmのラインアンドスペースパターン(ライン:スペース=1:1)の断面形状を走査型電子顕微鏡((株)日立製作所製S−4300)を用いて観察し、矩形、ややテーパー、テーパーの3段階評価を行った。
上記の感度を示す照射量における線幅100nmのラインアンドスペースパターン(ライン:スペース=1:1)の長さ方向50μmにおける任意の30点について、走査型電子顕微鏡((株)日立製作所製S−9220)を用いてエッジがあるべき基準線からの距離を測定し、この距離の標準偏差を求め、3σを算出した。値が小さいほど良好な性能であることを示す。
上記の感度を示す照射量における線幅100nmのラインアンドスペースパターン(ライン:スペース=1:1)の断面を走査型電子顕微鏡((株)日立製作所製S−4300)を用いて観察し、目視にて残渣が確認されなかった場合をA、残渣が確認された場合をBとして、残渣の有無についてA、Bの2段階評価を行った。
上記の感度を与える照射量の2.0倍の照射量で電子線又は極紫外線を照射し、露光後かつ後加熱前の膜厚を測定し、以下の式を用いて、未露光時の膜厚からの変動率を求めた。値が小さいほど良好な性能であることを示す。
膜厚変動率(%)=[(未露光時の膜厚−露光後の膜厚)/未露光時の膜厚]×100
これらの測定結果を、下記表2及び3に示す。なお、表2及び3において、各成分の濃度は、全固形分に対する「質量%」を意味している。
また、本発明の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物は、繰り返し単位(A)を含有しない樹脂P−27を使用した比較例4、分散度が1.20より大きい樹脂P−28を使用した比較例5、繰り返し単位(C)を含有しない樹脂P−29を使用した比較例6と比べて、EUV露光においても、高感度、高解像性、良好なパターン形状、残渣低減、良好なラインエッジラフネス、良好なアウトガス性能を同時に満足することが明らかである。
Claims (14)
- 活性光線又は放射線の照射により分解して樹脂の側鎖に酸を発生する繰り返し単位(A)と、下記一般式(I)で表される繰り返し単位(C)とを有する樹脂(P)を含有し、前記樹脂(P)の分散度が1.20以下である、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
一般式(I)中、
R11、R12及びR13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、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。R12はAr1と結合して環を形成していてもよく、その場合のR12は、アルキレン基を表す。
X1は、単結合、−COO−、又は−CONR14−を表し、R14は、水素原子又はアルキル基を表す。
L1は、単結合又はアルキレン基を表す。
Ar1は、(n+1)価の芳香環基を表す。但し、Ar1がR12と結合する場合、Ar1は(n+2)価の芳香環基を表す。
nは、1以上の整数を表す。 - 前記樹脂(P)が、更に、酸の作用により分解してアルカリ可溶性基を発生する繰り返し単位(B)を有する、請求項1又は2に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
- 前記一般式(IV)中、X4は、芳香環基、−CO−又はこれらを組み合わせて形成される基を表す、請求項5に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
- 前記樹脂(P)が、ポリ(ヒドロキシスチレン)類から合成される、請求項1〜6のいずれか1項に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
- 電子線、X線又は軟X線により露光される、請求項1〜7のいずれか1項に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
- 請求項1〜8のいずれか1項に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を用いて形成されたレジスト膜。
- 請求項9に記載のレジスト膜を、露光、現像する工程を有する、パターン形成方法。
- 前記露光が、電子線、X線又は軟X線により行われる、請求項10に記載のパターン形成方法。
- 請求項10又は11に記載のパターン形成方法を含む、半導体デバイスの製造方法。
- 請求項12に記載の半導体デバイスの製造方法により製造された半導体デバイス。
- 活性光線又は放射線の照射により分解して樹脂の側鎖に酸を発生する繰り返し単位(A)と、下記一般式(I)で表される繰り返し単位(C)とを有し、分散度が1.20以下である樹脂(P)を、ポリ(ヒドロキシスチレン)類から合成する、樹脂(P)の製造方法。
一般式(I)中、
R11、R12及びR13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、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。R12はAr1と結合して環を形成していてもよく、その場合のR12は、アルキレン基を表す。
X1は、単結合、−COO−、又は−CONR14−を表し、R14は、水素原子又はアルキル基を表す。
L1は、単結合又はアルキレン基を表す。
Ar1は、(n+1)価の芳香環基を表す。但し、Ar1がR12と結合する場合、Ar1は(n+2)価の芳香環基を表す。
nは、1以上の整数を表す。
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