JP2013210619A - レジストパターンの製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】耐熱性かつ断面形状に優れたレジストパターンを製造可能なレジストパターンの製造方法を提供する。
【解決手段】(1)式(I)で表される基を有する樹脂、ノボラック樹脂、酸発生剤及び溶剤を含有するレジスト組成物を、基板上に塗布して、塗膜を形成する工程;(2)(1)で得られた塗膜に露光する工程;(3)(2)で得られた露光後の塗膜を、加熱処理を行わずに現像する工程;を含むレジストパターンの製造方法。
Figure 2013210619

(式中、Rは、酸素原子又は硫黄原子で中断されていてもよい炭素数1〜20の炭化水素基、あるいは水素原子を表す。R及びRは、それぞれ独立に、酸素原子又は硫黄原子で中断されていてもよい炭素数1〜20の炭化水素基を表す。RとRとは互いに結合し、これらがそれぞれ結合する炭素原子及び酸素原子とともに環を形成してもよく、RとRとは互いに結合し、これらが結合する炭素原子とともに環を形成してもよい。)
【選択図】なし

Description

本発明は、レジストパターンの製造方法及び該製造方法に用いられるレジスト組成物に関する。
半導体の微細加工や半導体素子のバンプ形成には化学増幅型レジスト組成物が用いられる。このようなレジスト組成物からレジストパターンを製造する方法としては、レジスト組成物を基板上に塗布して塗膜を形成する工程、該工程で得られた塗膜に露光する工程、露光後の塗膜を加熱する工程、及び加熱後の塗膜を現像してレジストパターンを得る工程により製造する方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開2004−309775号公報
半導体の微細加工や半導体素子のバンプ形成に用いられるレジストパターンには、高感度及び高解像度で製造できること、得られるレジストパターンは耐熱性及び断面形状に優れていることが望まれている。
本発明は以下の発明を含む。
〔1〕 (1)式(I)で表される基を有する樹脂、ノボラック樹脂、酸発生剤及び溶剤を含有するレジスト組成物を、基板上に塗布して、塗膜を形成する工程;
Figure 2013210619
(式(I)中、
は、酸素原子又は硫黄原子で中断されていてもよい炭素数1〜20の炭化水素基、あるいは水素原子を表す。
及びRは、それぞれ独立に、酸素原子又は硫黄原子で中断されていてもよい炭素数1〜20の炭化水素基を表す。
とRとは互いに結合し、これらがそれぞれ結合する炭素原子及び酸素原子とともに環を形成してもよく、RとRとは互いに結合し、これらが結合する炭素原子とともに環を形成してもよい。)
(2)(1)で得られた塗膜に露光する工程;
(3)(2)で得られた露光後の塗膜を、加熱処理を行わずに現像する工程;
を含むレジストパターンの製造方法。
〔2〕 式(I)で表される基が、式(II)又は式(III)で表される基である〔1〕記載のレジストパターンの製造方法。
Figure 2013210619
〔3〕 式(I)で表される基を有する樹脂が、式(IV)又は式(V)で表される重合単位を有する樹脂である〔1〕又は〔2〕記載のレジストパターンの製造方法。
Figure 2013210619
(式(IV)及び式(V)中、
4a及びR4bは、それぞれ独立に水素原子又はメチル基を表し、R、R及びRは上記と同じ意味を表す。)
〔4〕 式(I)で表される基を有する樹脂、ノボラック樹脂、酸発生剤及び溶剤を含有するレジスト組成物。
Figure 2013210619
(式(I)中、
は、酸素原子又は硫黄原子で中断されていてもよい炭素数1〜20の炭化水素基、あるいは水素原子を表す。
及びRは、それぞれ独立に、酸素原子又は硫黄原子で中断されていてもよい炭素数1〜20の炭化水素基を表す。
とRとは互いに結合し、これらがそれぞれ結合する炭素原子及び酸素原子とともに環を形成してもよく、RとRとは互いに結合し、これらが結合する炭素原子とともに環を形成してもよい。)
本発明は、以下の発明をも含む。
〔5〕 前記樹脂は、
が水素原子、Rがメチル基、Rがエチル基、イソブチル基、シクロヘキシル基、2−エチルヘキシル基又はオクタデシル基である式(I)で表される基を有する樹脂である〔1〕記載のレジストパターンの製造方法。
〔6〕 前記レジスト組成物が、さらに、アルカリ可溶性樹脂を含有する〔1〕〜〔3〕及び〔5〕のいずれか一つ記載のレジストパターンの製造方法。
〔7〕 前記アルカリ可溶性樹脂が、ヒドロキシスチレン由来の重合単位を有する樹脂、(メタ)アクリル酸エステル由来の重合単位を有する樹脂及びポリアルキレングリコールからなる群より選ばれる少なくとも一つである〔6〕記載のレジストパターンの製造方法。
〔8〕 前記(1)で形成される塗膜の厚さが3μm以上である〔1〕〜〔3〕及び〔5〕〜〔7〕のいずれか一つ記載のレジストパターンの製造方法。
〔9〕 前記基板の前記レジスト組成物を塗布する面が、銅又は銅合金からなる〔1〕〜〔3〕及び〔5〕〜〔8〕のいずれか一つ記載のレジストパターンの製造方法。
本発明の製造方法によれば、得られるレジストパターンは耐熱性に優れ、かつ裾引きの発生が十分抑制され断面形状に優れたレジストパターンを得ることができる。
本明細書では、特に断りのない限り、炭素数を適宜選択しながら、以下の置換基の例示は、同様の置換基を有するいずれの化学構造式においても適用される。脂肪族炭化水素基のうち、アルキル基のように直鎖状又は分岐状をとることができるものは、そのいずれをも含む。立体異性体が存在する場合は、全ての立体異性体を包含する。以下の置換基の例示において、「C」に付して記載した数値は、各々の基の炭素数を示すものである。
さらに、本明細書において、「(メタ)アクリル系モノマー」とは、「CH2=CH−CO−」又は「CH2=C(CH3)−CO−」の構造を有するモノマーの少なくとも1種を意味する。同様に「(メタ)アクリレート」及び「(メタ)アクリル酸」とは、それぞれ「アクリレート及びメタクリレートの少なくとも1種」並びに「アクリル酸及びメタクリル酸の少なくとも1種」を意味する。
炭化水素基とは、脂肪族炭化水素基及び芳香族炭化水素基を包含する。
脂肪族炭化水素基は、鎖式及び環式の双方を含み、特に定義しない限り、鎖式及び環式の脂肪族炭化水素基が組み合わせられたものをも包含する。また、これら脂肪族炭化水素基は、その一部に炭素−炭素二重結合を含んでいてもよいが、飽和の基(脂肪族飽和炭化水素基)が好ましい。
鎖式の脂肪族炭化水素基のうち1価のものとしては、典型的にはアルキル基が挙げられる。該アルキル基の具体例は、メチル基(C)、エチル基(C)、プロピル基(C)、ブチル基(C)、ペンチル基(C)、ヘキシル基(C)、ヘプチル基(C)、オクチル基(C)、デシル基(C10)、ドデシル基(C12)、テトラデシル基(C14)、ペンタデシル基(C15)、ヘキサデシル基(C16)、ヘプタデシル基(C17)及びオクタデシル基(C18)等である。
鎖式の脂肪族炭化水素基のうち2価のものとしては、アルキル基から水素原子を1個取り去ったアルカンジイル基が挙げられる。アルカンジイル基の具体例は、メチレン基、エチレン基、プロパン−1,3−ジイル基、プロパン−1,2−ジイル基、ブタン−1,4−ジイル基、ペンタン−1,5−ジイル基、ヘキサン−1,6−ジイル基、ヘプタン−1,7−ジイル基、オクタン−1,8−ジイル基、ノナン−1,9−ジイル基、デカン−1,10−ジイル基、ウンデカン−1,11−ジイル基、ドデカン−1,12−ジイル基、トリデカン−1,13−ジイル基、テトラデカン−1,14−ジイル基、ペンタデカン−1,15−ジイル基、ヘキサデカン−1,16−ジイル基、ヘプタデカン−1,17−ジイル基、エタン−1,1−ジイル基、プロパン−1,1−ジイル基、プロパン−2,2−ジイル基、ブタン−1,3−ジイル基、2−メチルプロパン−1,3−ジイル基、2−メチルプロパン−1,2−ジイル基、ペンタン−1,4−ジイル基及び2−メチルブタン−1,4−ジイル基等である。
環式の脂肪族炭化水素基(以下、場合により「脂環式炭化水素基」という。)は、単環式及び多環式のいずれをも包含する。
脂環式炭化水素基のうち1価の単環式の脂肪族炭化水素基は、例えば、式(KA−1)〜(KA−7)で表されるシクロアルカンから水素原子を1個取り去った基である。
Figure 2013210619
多環式の脂肪族炭化水素基は、例えば、式(KA−8)〜(KA−22)で表される脂環式炭化水素から水素原子を1個取り去った基である。
Figure 2013210619

Figure 2013210619
脂環式炭化水素基のうち2価のものとしては、式(KA−1)〜式(KA−22)で表される脂環式炭化水素から水素原子を2個取り去った基が挙げられる。
脂肪族炭化水素基は置換基を有していてもよい。該置換基としては、そのつど定義するが、例えば、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、アルコキシ基、アシル基、アシルオキシ基、アリール基、アラルキル基及びアリールオキシ基等が挙げられる。
アルコキシ基としては、メトキシ基(C)、エトキシ基(C)、プロポキシ基(C)、ブトキシ基(C)、ペンチルオキシ基(C)、ヘキシルオキシ基(C)、ヘプチルオキシ基(C7)、オクチルオキシ基(C8)、デシルオキシ基(C10)及びドデシルオキシ基(C12)等が挙げられる。
アシル基としては、アセチル基(C)、プロピオニル基(C)、ブチリル基(C)、バレリル基(C)、ヘキサノイル基(C)、ヘプタノイル基(C7)、オクタノイル基(C8)、デカノイル基(C10)及びドデカノイル基(C12)等のアルキル基とカルボニル基とが結合したもの並びにベンゾイル基(C7)等のアリール基とカルボニル基とが結合したものが挙げられる。
アシルオキシ基としては、アセチルオキシ基、プロピオニルオキシ基、ブチリルオキシ基及びイソブチリルオキシ基等が挙げられる。
アラルキル基としては、ベンジル基(C7)、フェネチル基(C8)、フェニルプロピル基(C9)、ナフチルメチル基(C11)及びナフチルエチル基(C12)等が挙げられる。
アリールオキシ基としては、フェニルオキシ基(C)、ナフチルオキシ基(C10)、アントリルオキシ基(C14)、ビフェニルオキシ基(C12)、フェナントリルオキシ基(C14)及びフルオレニルオキシ基(C13)等のアリール基と酸素原子とが結合したものが挙げられる。
芳香族炭化水素基は、芳香環からなる基を意味する。
1価の芳香族炭化水素基は、典型的には、アリール基が挙げられる。
アリール基としては、フェニル基(C)、ナフチル基(C10)、アントリル基(C14)、ビフェニル基(C12)、フェナントリル基(C14)及びフルオレニル基(C13)等が挙げられる。2価の芳香族炭化水素基は例えば、ここに例示したアリール基から、さらに水素原子1個と取り去ったアリーレン基を挙げることができる。
芳香族炭化水素基も置換基を有することがある。このような置換基はそのつど定義するが、ハロゲン原子、アルコキシ基、アシル基、アルキル基及びアリールオキシ基を挙げることができる。これらのうち、アルキル基は、鎖式脂肪族炭化水素基として例示したものと同じである。芳香族炭化水素基に任意に有する置換基のうち、アルキル基以外のものは、脂肪族炭化水素基の置換基として例示したものと同じものを含む。
本発明のレジストパターンの製造方法(以下、場合により「本製造方法」という。)は、(1)、(2)及び(3)の工程(以下、場合により「工程(1)」、「工程(2)」及び「工程(3)」という。)を含む。
(1)式(I)で表される基を有する樹脂(以下、場合により「樹脂(A)」という。)、ノボラック樹脂(以下、場合により「ノボラック樹脂(N)」という)、酸発生剤(以下、場合により「酸発生剤(B)」という。)及び溶剤(以下、場合により「溶剤(D)」という。)を含有するレジスト組成物(以下、場合により「本レジスト組成物」という。)を、基板上に塗布して、塗膜を形成する工程;
Figure 2013210619
(式(I)中、
は、酸素原子又は硫黄原子で中断されていてもよい炭素数1〜20の炭化水素基、あるいは水素原子を表す。
及びRは、それぞれ独立に、酸素原子又は硫黄原子で中断されていてもよい炭素数1〜20の炭化水素基を表す。
とRとは互いに結合し、それらが結合する炭素原子とともに環を形成してもよい。)
(2)(1)で得られた塗膜を露光する工程;
(3)(2)で得られた露光後の塗膜を、加熱処理を行わずに現像する工程。
1.工程(1)
工程(1)は、本レジスト組成物を基板上に塗布して塗膜を形成する工程である。
1−1.本レジスト組成物
本レジスト組成物は、樹脂(A)、ノボラック樹脂(N)、酸発生剤(B)及び溶剤(D)を含有し、さらに必要に応じて、後述のアルカリ可溶性樹脂(以下、場合により「アルカリ可溶性樹脂(C)」という。)やその他の成分を含有してもよい。本レジスト組成物は、特に、本製造方法に用いられるレジスト組成物として有用である。
1−1−1.樹脂(A)
樹脂(A)は式(I)で表される基(以下、場合により「基(I)」という。)を有する。
Figure 2013210619
(式(I)中、
は、酸素原子又は硫黄原子で中断されていてもよい炭素数1〜20の炭化水素基、あるいは水素原子を表す。
及びRは、それぞれ独立に、酸素原子又は硫黄原子で中断されていてもよい炭素数1〜20の炭化水素基を表す。
とRとは互いに結合し、これらがそれぞれ結合する炭素原子及び酸素原子とともに環を形成してもよく、RとRとは互いに結合し、これらが結合する炭素原子とともに環を形成してもよい。)
基(I)におけるR〜Rの炭化水素基の具体例は、炭素数1〜20の範囲において、すでに例示した脂肪族炭化水素基又は芳香族炭化水素、あるいはこれらの組み合わせからなる炭化水素基を含む。なお、この脂肪族炭化水素基は、鎖状炭化水素基又は脂環式炭化水素基、あるいはその組み合わせのいずれかである。ここで、酸素原子又は硫黄原子で中断されている炭化水素基とは、当該基中にエーテル結合又はチオエーテル結合を含む炭化水素基をいう。R〜Rの炭化水素基の炭素数は、10以下が好ましく、8以下がより好ましく、6以下がさらに好ましい。
は水素原子が好ましい。Rはメチル基が好ましい。Rは、エチル基、イソブチル基、シクロヘキシル基、2−エチルヘキシル基又はオクタデシル基が好ましい。
また、基(I)において、RとRとが互いに結合して形成する環は、Rに結合している酸素原子を含む複素環であり、その炭素数は3〜7が好ましく、4〜6がより好ましい。この複素環は、Rと結合している酸素原子以外のヘテロ原子をさらに含んでいてもよく、その場合のヘテロ原子としては、酸素原子、硫黄原子、窒素原子等が挙げられる。
さらに、基(I)において、RとRとが互いに結合して形成する環としては、例えば、式(KA−1)〜(KA−7)で表される環が挙げられる。該環が式(KA−4)で表される環である場合、基(I)は下記式で表される基となる(なお、Rは上記と同義である)。
Figure 2013210619
ここで、基(I)の具体例を挙げる。
Figure 2013210619
Figure 2013210619
基(I)としては、RとRとが互いに結合し、これらがそれぞれ結合する炭素原子及び酸素原子とともに環を形成しているものが好ましく、式(II)又は式(III)で表される基が特に好ましい。
樹脂(A)は、好ましくは、基(I)を側鎖として有する。側鎖として基(I)を有する樹脂(A)は例えば、側鎖として基(I)を有する重合単位(以下、場合により「重合単位(I)」という。)を有するものであり、当該基(I)を有する重合単位としては、式(IV)又は(V)で表される重合単位(以下、ここに示す重合単位のそれぞれを、その式番号に応じて場合により「重合単位(IV)」、「重合単位(V)」という。)を挙げることができる。
Figure 2013210619
(式(IV)及び式(V)中、
4a及びR4bは、水素原子又はメチル基を表し、R、R及びRは上記と同じ意味を表す。)
4aは、水素原子が好ましい。
4bは、メチル基が好ましい。
式(IV)又は(V)に含まれる−O−C(R)(R)−O−Rで表される基としては、すでに例示した式(I)で表される基の具体例と同じものが挙げられる。
重合単位(IV)は、式(IV−1)で表される重合単位であることが好ましい。
Figure 2013210619
樹脂(A)における重合単位(I)の含有割合は、樹脂(A)の全重合単位(100モル%)に対して、10〜95モル%が好ましく、15〜90モル%がより好ましく、20〜85モル%がさらに好ましい。
樹脂(A)は、重合単位(I)以外の重合単位をさらに有していることが好ましい。かかる重合単位としては、酸不安定基を有する重合単位(ただし、重合単位(I)とは異なる。)(以下、場合により「酸不安定重合単位」という。)及び酸不安定基を有しない重合単位(以下、場合により「酸安定重合単位」という。)が挙げられる。なお、酸不安定基とは、酸との接触により脱離基が脱離して、親水性基(例えば、ヒドロキシ基又はカルボキシ基)を形成する基を意味する。
酸不安定重合単位は、基(I)以外の酸不安定基を有する重合単位である。基(I)以外の酸不安定基としては、例えば、式(1)で表される基(基(1))が挙げられる。
Figure 2013210619
[式(1)中、
a1、Ra2及びRa3は、それぞれ独立に、炭素数1〜8のアルキル基又は炭素数3〜20の脂環式炭化水素基を表すか、Ra1及びRa2は互いに結合して炭素数2〜20の2価の炭化水素基を形成する。*は結合手を表す。]
酸不安定基(1)のRa1〜Ra3のアルキル基及び脂環式炭化水素基は、各々の炭素数の範囲において、すでに例示したものを含む。ただし、該脂環式炭化水素基の炭素数は、好ましくは3〜16の範囲である。
a1及びRa2が互いに結合して2価の炭化水素基を形成する場合の−C(Ra1)(Ra2)(Ra3)で表される基としては、例えば、下記式で表される基が挙げられる。該2価の炭化水素基の炭素数は、好ましくは3〜12である。
Figure 2013210619
基(1)としては、例えば、1,1−ジアルキルアルコキシカルボニル基(式(1)中、Ra1〜Ra3がアルキル基である基;好ましくはtert−ブチル基)、2−アルキルアダマンタン−2−イルオキシカルボニル基(式(1)中、Ra1及びRa2が互いに結合してアダマンチル環を形成し、Ra3がアルキル基である基)及び1−(アダマンタン−1−イル)−1−アルキルアルコキシカルボニル基(式(1)中、Ra1及びRa2がアルキル基であり、Ra3がアダマンチル基である基)等が挙げられる。
酸不安定重合単位は、酸不安定基(ただし、基(I)とは異なる。)を有するモノマー(以下、場合により「モノマー(a1)」という。)から誘導される。かかるモノマー(a1)は、基(I)以外の酸不安定基と炭素−炭素二重結合とを有するものが好ましく、基(I)以外の酸不安定基を有する(メタ)アクリル系モノマーがさらに好ましい。
酸不安定重合単位としては、例えば、式(a1−1)又は式(a1−2)で表される重合単位(以下、場合により「重合単位(a1−1)」又は「重合単位(a1−2)」という。)が挙げられる。
Figure 2013210619
[式(a1−1)及び式(a1−2)中、
a1及びLa2は、それぞれ独立に、酸素原子又は−O−(CH2k1−CO−O−で表される基を表し、k1は1〜7の整数を表し、*はカルボニル基(−CO−)との結合手を表す。
a4及びRa5は、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基を表す。
a6及びRa7は、それぞれ独立に、炭素数1〜10の脂肪族炭化水素基を表す。
m1は0〜14の整数を表す。
n1は0〜10の整数を表す。
n1’は0〜3の整数を表す。]
a1及びLa2は、好ましくは、酸素原子又は、k1が1〜4の整数である*−O−(CH2k1−CO−O−で表される基であり、より好ましくは酸素原子又は*−O−CH2−CO−O−であり、さらに好ましくは酸素原子である。
a4及びRa5は、好ましくはメチル基である。
a6及びRa7の脂肪族炭化水素基のうち、好ましくは炭素数1〜8のアルキル基又は炭素数3〜10の脂環式炭化水素基であり、この炭素数の上限以下の範囲で、すでに例示したものと同じものを含む。Ra6及びRa7の脂肪族炭化水素基はそれぞれ独立に、好ましくは炭素数1〜8のアルキル基又は炭素数3〜8の脂環式炭化水素基であり、より好ましくは炭素数1〜6のアルキル基又は炭素数3〜6の脂環式炭化水素基である。
m1は、好ましくは0〜3の整数、より好ましくは0又は1である。
n1は、好ましくは0〜3の整数、より好ましくは0又は1である。
n1’は好ましくは0又は1である。
重合単位(a1−1)としては、式(a1−1−1)〜式(a1−1−8)でそれぞれ表される重合単位が好ましく、式(a1−1−1)〜(a1−1−4)でそれぞれ表される重合単位がより好ましい。
Figure 2013210619
Figure 2013210619
これらの重合単位(a1−1)を誘導し得るモノマーとしては、例えば、特開2010−204646号公報に記載されたもの等が挙げられる。
一方、重合単位(a1−2)としては、式(a1−2−1)〜式(a1−2−12)でそれぞれ表されるものが好ましい。これらのなかでも、式(a1−2−3)、式(a1−2−4)、式(a1−2−9)又は式(a1−2−10)で表される重合単位がより好ましく、式(a1−2−3)又は式(a1−2−9)で表される重合単位がさらに好ましい。
Figure 2013210619
Figure 2013210619
重合単位(a1−2)を誘導し得るモノマーとしては、例えば、1−エチルシクロペンタン−1−イル(メタ)アクリレート、1−エチルシクロヘキサン−1−イル(メタ)アクリレート、1−エチルシクロヘプタン−1−イル(メタ)アクリレート、1−メチルシクロペンタン−1−イル(メタ)アクリレート及び1−イソプロピルシクロペンタン−1−イル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
樹脂(A)が、酸不安定重合単位として重合単位(a1−1)及び/又は重合単位(a1−2)を有する場合、これらの合計含有割合は、樹脂(A)の全重合単位に対して、1〜85モル%が好ましく、5〜75モル%がより好ましく、10〜65モル%がさらに好ましい。
酸不安定重合単位としては、式(a1−3)で表されるモノマー(以下、場合により「モノマー(a1−3)」という。)に由来する重合単位も挙げられる。モノマー(a1−3)に由来する酸不安定重合単位を有する樹脂(A)は、その主鎖に剛直なノルボルナン環を含むものとなるので、このような樹脂(A)を含有する本レジスト組成物は、ドライエッチング耐性に優れたレジストパターンを製造できる傾向がある。
Figure 2013210619
[式(a1−3)中、
a9は、水素原子、置換基(例えばヒドロキシ基)を有していてもよい炭素数1〜3の脂肪族炭化水素基、カルボキシ基、シアノ基、又は−COORa13で表される基を表し、Ra13は、炭素数1〜8の脂肪族炭化水素基を表し、該脂肪族炭化水素基に含まれる水素原子はヒドロキシ基等で置換されていてもよく、該脂肪族炭化水素基を構成するメチレン基は、酸素原子又はカルボニル基に置き換わっていてもよい。Ra10、Ra11及びRa12は、それぞれ独立に、炭素数1〜12の脂肪族炭化水素基を表すか、或いはRa10及びRa11は互いに結合して環を形成している。該脂肪族炭化水素基及に含まれる水素原子はヒドロキシ基等で置換されていてもよく、該脂肪族炭化水素基を構成するメチレン基は、酸素原子又はカルボニル基に置き換わっていてもよい。]
a9の置換基を有していてもよい脂肪族炭化水素基は典型的には、置換基を有していてもよいアルキル基であり、かかるアルキル基のうち、置換基を有さないアルキル基は、その炭素数が1〜8の範囲ですでに例示したものを含む。置換基、特にヒドロキシ基を有する脂肪族炭化水素基(好ましくはアルキル基)としては例えば、ヒドロキシメチル基及び2−ヒドロキシエチル基等である。Ra13としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、2−オキソ−オキソラン−3−イル基及び2−オキソ−オキソラン−4−イル基等が挙げられる。
a10〜Ra12の脂肪族炭化水素基も典型的には、アルキル基であり、その具体例はRa9の場合と同じである。Ra10とRa11とが結合し、これらが結合する炭素原子とともに形成される環は、シクロへキサン環及びアダマンタン環等である。
モノマー(a1−3)としては例えば、特開2010−204646号公報に記載されたものが用いられる。これらの中でも、式(a1−3−1)、式(a1−3−2)、式(a1−3−3)又は式(a1−3−4)で表されるモノマーが好ましく、式(a1−3−2)又は(a1−3−4)で表されるモノマーがより好ましく、式(a1−3−2)で表されるモノマーがさらに好ましい。
Figure 2013210619
樹脂(A)が、モノマー(a1−3)に由来する酸不安定重合単位を有する場合、その含有割合は、樹脂(A)の全構造単位に対して、1〜85モル%が好ましく、5〜75モル%がより好ましく、10〜65モル%がさらに好ましい。
樹脂(A)が酸安定重合単位を有する場合、基(I)を有する重合単位と、酸不安定重合単位の合計含有割合を基準にして、酸安定重合単位の含有割合を定めるとよい。これらの比は、〔基(I)を有する重合単位及び酸不安定重合単位の合計モル数〕/〔酸安定重合単位のモル数〕で表して、好ましくは10/90〜95/5であり、より好ましくは15/85〜90/10であり、さらに好ましくは20/80〜85/15である。
酸安定重合単位は、好ましくは、ヒドロキシ基又はラクトン環を有する酸安定重合単位である。ヒドロキシ基を有する酸安定重合単位(以下、場合により「酸安定重合単位(a2)」という。)及び/又はラクトン環を有する酸安定重合単位(以下、場合により「酸安定重合単位(a3)」という。)を有する樹脂(A)は、工程(1)において、基板上に形成される塗膜が基板との間に優れた密着性を発現し易くなるという利点がある。
酸安定重合単位(a2)は、工程(2)で用いる露光源の種類によって、各々、好適な酸安定重合単位(a2)を選択することができる。すなわち、前記露光源が、KrFエキシマレーザ(波長:248nm)、電子線あるいはEUV光等の高エネルギー線(なお、本明細書では電子線を照射することも「露光」ということとし、電子線も「露光源」の一つと見なす。)である場合、酸安定重合単位(a2)としては、フェノール性ヒドロキシ基を有する酸安定重合単位が好ましい。前記露光源が、ArFエキシマレーザ(波長:193nm)である場合、酸安定重合単位(a2)としては、後述の式(a2−1)で表される酸安定重合単位が好ましい。酸安定重合単位(a2)は、露光源の種類に応じて好適な酸安定重合単位(a2)1種のみを有していてもよく、露光源の種類に応じて好適な酸安定重合単位(a2)2種以上を有していてもよく、或いは、露光源の種類に応じて好適な酸安定重合単位(a2)と、それ以外の酸安定重合単位(a2)とを組み合わせて有していてもよい。
フェノール性ヒドロキシ基を有する酸安定重合単位(a2)の具体例としては、以下の式(a2−0)で表されるもの(以下、場合により「酸安定重合単位(a2−0)」という。)が挙げられる。
Figure 2013210619
(式(a2−0)中、
a30は、ハロゲン原子を有してもよい炭素数1〜6のアルキル基、水素原子又はハロゲン原子を表す。
a31は、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数2〜4のアシル基、炭素数2〜4のアシルオキシ基、アクリロイルオキシ基又はメタクリロイルオキシ基を表す。
maは0〜4の整数を表す。maが2以上の整数である場合、複数のRa31は同一でも異なっていてもよい。)
a30の「ハロゲン原子を有してもよい炭素数1〜6のアルキル基」における「炭素数1〜6のアルキル基」の具体例は、炭素数がこの範囲において、すでに例示したものを含む。「ハロゲン原子を有する炭素数1〜6のアルキル基」とは、該炭素数1〜6のアルキル基に含まれる水素原子の少なくとも一部がハロゲン原子に置換されたものである。なお、ハロゲン原子の具体例もすでに説明したとおりである。これらのうち、Ra30は、水素原子又は炭素数1〜4のアルキル基が好ましく、水素原子、メチル基及びエチル基がより好ましく、水素原子又はメチル基が特に好ましい。
a31のアルコキシ基の具体例は、炭素数1〜6の範囲で、すでに例示したものを含む。これらのうち、Ra31は、炭素数1〜4のアルコキシ基が好ましく、メトキシ基及びエトキシ基がより好ましく、メトキシ基が特に好ましい。
maは0、1又は2が好ましく、0又は1がより好ましく、0が特に好ましい。
酸安定重合単位(a2−0)の中でも、式(a2−0−1)〜式(a2−0−4)でそれぞれ表されるものが好ましい。かかる重合単位を誘導するモノマーは、例えば、特開2010−204634号公報に記載されている。
Figure 2013210619
樹脂(A)が酸安定重合単位(a2−0)を有する場合、その含有割合は、樹脂(A)の全重合単位に対して、5〜90モル%が好ましく、10〜85モル%が好ましく、15〜80モル%がさらに好ましい。
また、酸安定重合単位(a2)としては、式(a2−1)で表される重合単位(以下、場合により「酸安定重合単位(a2−1)」という。)が挙げられる。
Figure 2013210619
式(a2−1)中、
a3は、酸素原子又は−O−(CH2k2−CO−O−(k2は1〜7の整数を表し、*はカルボニル基(−CO−)との結合手を表す。)で表される基を表す。
a14は、水素原子又はメチル基を表す。
a15及びRa16は、それぞれ独立に、水素原子、メチル基又はヒドロキシ基を表す。
o1は、0〜10の整数を表す。
a3は、好ましくは、酸素原子又は、k2が1〜4の整数である−O−(CH2k2−CO−O−で表される基であり、より好ましくは、酸素原子又は、−O−CH2−CO−O−であり、さらに好ましくは酸素原子である。
a14は、好ましくはメチル基である。
a15は、好ましくは水素原子である。
a16は、好ましくは水素原子又はヒドロキシ基である。
o1は、好ましくは0〜3の整数、より好ましくは0又は1である。
酸安定重合単位(a2−1)としては、例えば、以下のものが挙げられる。
Figure 2013210619
酸安定重合単位(a2−1)を誘導するモノマーは、例えば、特開2010−204646号公報に記載されている。これらのモノマーに由来する重合単位の中でも、式(a2−1−1)〜式(a2−1−4)でそれぞれ表される重合単位が好ましく、式(a2−1−1)又は(a2−1−3)で表される重合単位がより好ましい。
樹脂(A)が酸安定重合単位(a2−1)を有する場合、その含有割合は、樹脂(A)の全重合単位に対して、5〜90モル%が好ましく、10〜85モル%が好ましく、15〜80モル%がさらに好ましい。
次に、酸安定重合単位(a3)の具体例を挙げる。
酸安定重合単位(a3)が有するラクトン環は例えば、β−プロピオラクトン環、γ−ブチロラクトン環及びδ−バレロラクトン環のような単環式でもよく、単環式のラクトン環と他の環との縮合環でもよい。これらラクトン環の中で、γ−ブチロラクトン環及びγ−ブチロラクトン環と他の環との縮合環が好ましい。
酸安定重合単位(a3)は好ましくは、式(a3−1)、式(a3−2)又は式(a3−3)で表されるもの(以下、場合により「酸安定重合単位(a3−1)」等という。)である。樹脂(A1)は、これらのうち1種のみを有していてもよく、2種以上を有していてもよい。
Figure 2013210619
[式(a3−1)中、
a4は、酸素原子又は−O−(CH2k3−CO−O−(k3は1〜7の整数を表す。)で表される基を表す。*はカルボニル基との結合手を表す。
a18は、水素原子又はメチル基を表す。
p1は0〜5の整数を表す。
a21は炭素数1〜4の脂肪族炭化水素基を表し、p1が2以上の場合、複数のRa21は同一でも異なっていてもよい。
式(a3−2)中、
a5は、酸素原子又は−O−(CH2k3−CO−O−(k3は1〜7の整数を表す。)で表される基を表す。*はカルボニル基との結合手を表す。
a19は、水素原子又はメチル基を表す。
q1は、0〜3の整数を表す。
a22は、カルボキシ基、シアノ基又は炭素数1〜4の脂肪族炭化水素基を表し、q1が2以上の場合、複数のRa22は同一でも異なっていてもよい。
式(a3−3)中、
a6は、酸素原子又は−O−(CH2k3−CO−O−(k3は1〜7の整数を表す。)で表される基を表す。*はカルボニル基との結合手を表す。
a20は、水素原子又はメチル基を表す。
r1は、0〜3の整数を表す。
a23は、カルボキシ基、シアノ基又は炭素数1〜4の脂肪族炭化水素基を表し、r1が2以上の場合、複数のRa23は同一でも異なっていてもよい。]
式(a3−1)〜式(a3−3)において、La4〜La6は、式(a2−1)のLa3で説明したものと同じものが挙げられる。
a4〜La6は、それぞれ独立に、酸素原子又は、k3が1〜4の整数である*−O−(CH2k3−CO−O−で表される基が好ましく、酸素原子及び、*−O−CH2−CO−O−がより好ましく、さらに好ましくは酸素原子である。
a18〜Ra21は、好ましくはメチル基である。
a22及びRa23は、それぞれ独立に、好ましくはカルボキシ基、シアノ基又はメチル基である。
p1、q1及びr1は、好ましくは0〜2の整数であり、より好ましくは0又は1である。なお、p1が2である場合、2つのRa21は互いに同一でも異なっていてもよく、q1が2である場合、2つのRa22は互いに同一でも異なっていてもよく、r1が2である場合、2つのRa23は互いに同一でも異なっていてもよい。
酸安定重合単位(a3−1)の好適例は、式(a3−1−1)、式(a3−1−2)、式(a3−1−3)又は式(a3−1−4)で表されるものである。
Figure 2013210619
酸安定重合単位(a3−2)の好適例は、式(a3−2−1)、式(a3−2−2)、式(a3−2−3)又は式(a3−2−4)で表されるものである。
Figure 2013210619
酸安定重合単位(a3−3)の好適例は、式(a3−3−1)、式(a3−3−2)、式(a3−3−3)又は式(a3−3−4)で表されるものである。
Figure 2013210619
酸安定重合単位(a3−1)、酸安定重合単位(a3−2)及び酸安定重合単位(a3−3)を誘導するモノマーは、例えば、特開2010−204646号公報に記載されている。酸安定重合単位(a3)の中でも、式(a3−1−1)〜式(a3−1−2)及び式(a3−2−3)〜式(a3−2−4)でそれぞれ表される重合単位が好ましく、式(a3−1−1)又は式(a3−2−3)で表される重合単位がより好ましい。
樹脂(A)が、酸安定重合単位(a3)を有する場合、その含有割合は、樹脂(A)の全重合単位に対して、5〜90モル%が好ましく、10〜85モル%が好ましく、15〜80モル%がさらに好ましい。
樹脂(A)の重量平均分子量は、好ましくは2,500以上500,000以下、より好ましくは5,000以上300,000以下、さらに好ましくは8,000以上200,000以下である。かかる重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーによりポリスチレン換算値として求められるものであり、その分析条件の詳細等は本願の実施例に記載する。
樹脂(A)を構成する各構造単位は、これら構造単位を導くモノマーを用いて、公知の重合法(例えばラジカル重合法)によって製造することができる。各構造単位の含有率は、樹脂(A)を製造する際に用いるモノマーの使用量で調整できる。
酸安定重合単位(a2−0)を誘導するモノマーを用いて、樹脂(A)に酸安定重合単位(a2−0)を導入する場合、該モノマーにあるフェノール性ヒドロキシ基を例えば、酸又は塩基で脱保護可能な保護基で予め保護したモノマーを用いて樹脂(A)を重合反応を行うことが好ましい。重合後の樹脂を脱保護処理して、該モノマーに由来する重合単位の保護基を脱離することにより、酸安定重合単位(a2−0)を有する樹脂(A)を製造できる。ただし、脱保護処理は、重合単位(I)や重合単位(a1)を著しく損なわないように、塩基を用いて行うことが好ましい。塩基で脱保護する保護基としては、例えば、アセチル基等が挙げられる。
例えば、Rが水素原子、Rがメチル基、Rがエチル基である重合単位(IV)を含む樹脂(A)を製造する場合、上記の方法で予め酸安定重合単位(a2−0)を有する樹脂を製造し、次いで酸安定重合単位(a2−0)が有するヒドロキシ基に、エチルビニルエーテルを反応させることにより、当該樹脂を得ることができる。
重合単位(IV)又は重合単位(V)を有する樹脂(A)は例えば、特許第3030672号公報、特開平5−88367号公報に記載された方法により製造できる。
1−1−2.ノボラック樹脂(N)
ノボラック樹脂は、フェノール化合物とアルデヒドとを触媒の存在下に縮合させて得られる樹脂である。フェノール化合物としては、例えば、フェノール;o−、m−又はp−クレゾール;2,3−、2,5−、3,4−又は3,5−キシレノール;2,3,5−トリメチルフェノール;2−、3−又は4−tert−ブチルフェノール;2−tert−ブチル−4−又は5−メチルフェノール;2−、4−又は5−メチルレゾルシノール;2−、3−又は4−メトキシフェノール;2,3−、2,5−又は3,5−ジメトキシフェノール;2−メトキシレゾルシノール;4−tert−ブチルカテコール;2−、3−又は4−エチルフェノール;2,5−又は3,5−ジエチルフェノール;2,3,5−トリエチルフェノール;2−ナフトール;1,3−、1,5−又は1,7−ジヒドロキシナフタレン;キシレノールとヒドロキシベンズアルデヒドとの縮合により得られるポリヒドロキシトリフェニルメタン化合物等が挙げられる。これらのフェノール化合物は、それぞれ単独で、又は2種以上組み合わせて用いることができる。なかでも、o−クレゾール、m−クレゾール、p−クレゾール、2,3−キシレノール、2,5−キシレノール、3,4−キシレノール、3,5−キシレノール、2,3,5−トリメチルフェノール、2−t−ブチルフェノール、3−t−ブチルフェノール、4−t−ブチルフェノール、2−t−ブチル−4−メチルフェノール、2−t−ブチル−5−メチルフェノールが好ましい。
アルデヒドとしては、例えば、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、n−ブチルアルデヒド、イソブチルアルデヒド、アクロレイン又はクロトンアルデヒドのような脂肪族アルデヒド類;シクロヘキサンアルデヒド、シクロペンタンアルデヒド、フルフラール又はフリルアクロレイン等の脂環式アルデヒド類;ベンズアルデヒド、o−、m−もしくはp−メチルベンズアルデヒド、p−エチルベンズアルデヒド、2,4−、2,5−、3,4−もしくは3,5−ジメチルベンズアルデヒド又はo−、m−もしくはp−ヒドロキシベンズアルデヒドのような芳香族アルデヒド類;フェニルアセトアルデヒド又はケイ皮アルデヒドのような芳香脂肪族アルデヒド類等が挙げられる。これらのアルデヒドも、それぞれ単独で、又は2種以上組み合わせて用いることができる。これらのアルデヒドのなかでは、工業的に入手しやすいことから、ホルムアルデヒドが好ましい。
フェノール化合物とアルデヒドとの縮合に用いられる触媒の例としては、塩酸、硫酸、過塩素酸又は燐酸等の無機酸;蟻酸、酢酸、蓚酸、トリクロロ酢酸又はp−トルエンスルホン酸等の有機酸;酢酸亜鉛、塩化亜鉛又は酢酸マグネシウム等の二価金属塩等が挙げられる。これらの触媒も、それぞれ単独で、又は2種以上組み合わせて用いることができる。かかる触媒の使用量は、例えば、アルデヒド1モルに対して0.01〜1モルの範囲である。
フェノール化合物とアルデヒドとの縮合反応は常法に従って行うことができる。例えば、フェノール化合物とアルデヒドとを混合した後、例えば、60〜120℃の範囲の温度で2〜30時間程度反応させることで、当該縮合は実施される。当該縮合は適当な反応溶媒の存在下で実施してもよい。反応終了後、例えば、必要に応じて反応混合物に水に不溶な溶媒を加え、反応混合物を水で洗浄し、濃縮することにより、ノボラック樹脂を取り出すことができる。
1−1−3.酸発生剤(B)
酸発生剤は、光又は放射線の照射により酸を発生する化合物である。レジスト分野において用いられる酸発生剤は、通常、非イオン性酸発生剤とイオン性酸発生剤とに分類される。本レジスト組成物に含有される酸発生剤(B)はイオン性酸発生剤であっても、非イオン性酸発生剤であっても、これらの組み合わせであってもよい。イオン性酸発生剤としては、例えば、有機オニウム塩等が挙げられ、非イオン性酸発生剤としては、例えば、ハロゲン含有有機化合物、ジアゾケトン化合物、有機スルホン化合物及び有機スルホン酸化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種等が挙げられる。
イオン性酸発生剤としては、例えば、式(VIa)、(VIb)、式(VIc)又は式(VII)で表される化合物が挙げられる。
Figure 2013210619
(式中、
、P及びPは、それぞれ独立に、ヒドロキシ基、炭素数1〜6のアルキル基又は炭素数1〜6のアルコキシ基を表す。
a、b及びcは、それぞれ独立に0〜3の整数を表す。aが2以上のとき、複数のP1は互いに同一又は相異なり、bが2以上のとき、複数のP2は互いに同一又は相異なり、cが2以上のとき、複数のP3は互いに同一又は相異なる。
-は、有機対イオンを表す。)
Figure 2013210619
(式中、
4及びP5は、それぞれ独立に、ヒドロキシ基、炭素数1〜6のアルキル基又は炭素数1〜6のアルコキシ基を表す。
d及びeは、それぞれ独立に0又は1である。
-は、有機対イオンを表す。)
Figure 2013210619
(式中、
6及びP7は、それぞれ独立に、炭素数1〜6のアルキル基又は炭素数3〜10のシクロアルキル基を表すか、P6とP7とが互いに結合して、それらが結合する硫黄原子とともに炭素数3〜7の環を形成する。該環を構成するメチレン基は、カルボニル基、酸素原子又は硫黄原子に置き換わっていてもよい。
8は水素原子を表し、P9は炭素数1〜6のアルキル基、炭素数3〜10のシクロアルキル基又は置換されていてもよい芳香族炭化水素基を表すか、或いは、P8とP9とが互いに結合してこれらが結合している炭素原子とともに環を形成する。
-は、有機対イオンを表す。)
Figure 2013210619
(式中、
Aは、酸素原子又は硫黄原子を表す。
2つのR5は、それぞれ独立に、メチル基又はフェニル基を表す。
6は、炭素数1〜8のペルフルオロアルキル基を表す。)
Figure 2013210619
(式中、
10は、置換基を有してもよい炭素数1〜10の脂肪族炭化水素基、置換基を有してもよい炭素数1〜8のペルフルオロアルキル基又は置換基を有してもよい炭水素6〜16の芳香族炭化水素基を表す。)
Figure 2013210619
(式中、
A及びR6は、式(VII)におけるものと同じ意味である。2つのRは、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜4のアルキル基を示す。)
式(VIa)におけるP1、P2及びP3、式(VIb)のP及びP、式(VIc)のP及びPにおける、アルキル基、シクロアルキル基及びアルコキシ基の具体例は、炭素数がそれぞれの範囲ですでに例示したものを含む。式(VII)及び式(VIII)のRのペルフルオロアルキル基とは、炭素数1〜8のアルキル基に含まれる水素原子の全てがフッ素原子に置換されたものである。
式(VIa)で表される化合物から、有機対イオン(Z)を取り除いたカチオンの具体的な例としては、次のようなものを挙げることができる。
Figure 2013210619
式(VIb)で表される化合物から、有機対イオン(Z)を取り除いたカチオンの具体的な例としては、次のようなものを挙げることができる。
Figure 2013210619
式(VIc)で表される化合物から、有機対イオン(Z)を取り除いたカチオンの具体的な例としては、次のようなものを挙げることができる。
Figure 2013210619
Figure 2013210619
Figure 2013210619
式(VII)で表される化合物から、RSO を取り除いたカチオンの具体的な例としては、次のようなものを挙げることができる。
Figure 2013210619
式(VIa)、式(VIb)及び式(VIc)における有機対イオン(Z-)は、例えば、有機酸アニオンであり、好ましくは有機スルホン酸アニオンである。
有機対イオン(Z-)の具体例の第1は、式(X)で表されるアニオンである。
Figure 2013210619
[式中、
1〜Q5は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、ホルミル基(−CHO)、炭素数1〜16のアルキル基、炭素数1〜16のアルコキシ基、炭素数1〜8のハロゲン化アルキル基、炭素数6〜12のアリール基、炭素数7〜12のアラルキル基、シアノ基、炭素数1〜4のアルキルチオ基、炭素数1〜4のアルキルスルホニル基、ヒドロキシ基、ニトロ基又は式(XI)
Figure 2013210619
(式中、
b1は、炭素数1〜16の直鎖状アルカンジイル基を表し、該アルカンジイル基を構成するメチレン基は、酸素原子又は硫黄原子で置き換わっていてもよい。
Cy1は、炭素数3〜20の脂環式炭化水素基を表す。)
で示される基を表す。]
式(X)のQ1〜Q5におけるアルキル基及びアルコキシ基の具体例は、炭素数1〜16の範囲においてすでに例示したものを含む。
炭素数1〜8のハロゲン化アルキル基は、炭素数1〜8のアルキル基に含まれる水素原子の一部又は全部がハロゲン原子に置換されたものであり、その具体例は、トリフルオロメチル基、ペルフルオロエチル、ペルフルオロプロピル基、ペルフルオロイソプロピル基及びペルフルオロブチル基等である。
炭素数6〜12のアリール基の具体例は、炭素数がこの範囲においてすでに例示したもの、さらにアリール基に含まれる水素原子の一部がアルキル基又はアルコキシ基等に置換され、その炭素数が12以下のものである。例えば、フェニル基、トリル基、メトキシフェニル基及びナフチル基等が挙げられる。
炭素数7〜12のアラルキル基としては、ベンジル基、クロロベンジル基、メトキシベンジル基等が挙げられる。
炭素数1〜4のアルキルチオ基としては、すでに例示した炭素数1〜4のアルキル基と硫黄原子とが組み合わさったものであり、具体的には、メチルチオ基、エチルチオ基、プロピルチオ基、イソプロピルチオ基及びブチルチオ基等が挙げられる。
炭素数1〜4個のアルキルスルホニル基としては、すでに例示した炭素数1〜4のアルキル基とスルホニル基とが組み合わさったものであり、具体的には、メチルスルホニル基、エチルスルホニル基、プロピルスルホニル基、イソプロピルスルホニル基及びブチルスルホニル基等が挙げられる。
また、式(X)のQ〜Q5のうち、2個以上が式(XI)で示される基である場合は、複数存在するRb1は互いに同一又は相異なり、複数存在するCy1は互いに同一又は相異なる。
b1におけるメチレン基が酸素原子又は硫黄原子で置き換わった直鎖状アルカンジイル基としては、炭素数1〜15のアルキレンオキシ基、炭素数2〜14のアルキレンオキシアルキレン基、炭素数1〜15のアルキレンチオ基、炭素数2〜14のアルキレンチオアルキレン基等が挙げられる。
b1の直鎖状アルカンジイル基としては、例えば、式(a−1)〜式(a−7)でそれぞれ表される基が挙げられる。また、酸素原子又は硫黄原子を含む直鎖状アルカンジイル基としては、例えば、式(a−8)〜式(a−15)でそれぞれ表される基が挙げられる。
Figure 2013210619
中でも、Rb1は、無置換の炭素数1〜8の直鎖状アルカンジイル基(例えば、式(a−1)〜式(a−7)でそれぞれ表される基)が好ましい。
Cy1の脂環式炭化水素基としては、例えば、下記式で表される基が挙げられる。式中、Meはメチル基、Etはエチル基を表す。
Figure 2013210619
Cy1は、シクロヘキシル基[式(b−4)]、2−ノルボルニル基[式(b−21)]、2−アダマンチル基[式(b−23)]又は1−アダマンチル基[式(b−24)]が好ましい。
式(X)で表されるアニオンの具体例として、下記式で表されるアニオンが挙げられる。
Figure 2013210619
Figure 2013210619
Figure 2013210619
Figure 2013210619
Figure 2013210619
Figure 2013210619
Figure 2013210619
Figure 2013210619
Figure 2013210619
Figure 2013210619
Figure 2013210619
Figure 2013210619
Figure 2013210619
Figure 2013210619
Figure 2013210619
有機対イオン(Z-)の具体例の第2は、式(XIIa)で表されるアニオンである。
Figure 2013210619
(式中、
6は、炭素数1〜20のペルフルオロアルキル基、置換基を有していてもよいナフチル基又は置換基を有していてもよいアントリル基を表す。)
ナフチル基及びアントリル基が有していてもよい置換基としては、例えば、炭素数1〜
4のアルキル基、炭素数1〜4のアルコキシ基等が挙げられる。
式(XIIa)で表されるアニオンとして、次のものが挙げられる。
Figure 2013210619
有機対イオン(Z-)の具体例の第3は、式(XIIb)で表されるアニオンである。
Figure 2013210619
(式中、
7及びQ8は、それぞれ独立に、炭素数1〜20のペルフルオロアルキル基、又は、炭素数1〜4のアルキル基を有していてもよい炭素数6〜20のアリール基を表す。)
7とQ8とは、それぞれ異なる基であってもよいが、同じ基であることが好ましい。
式(XIIb)で表されるアニオンとして、次のものが挙げられる。
Figure 2013210619
式(VIa)、式(VIb)及び式(VIc)でそれぞれ表される酸発生剤においては、上述のカチオンと、上述のアニオンとを任意に組み合わせたものを用いることができる。
式(VIII)におけるR10の脂肪族炭化水素基は、置換基としてオキソ基を有していてもよい。
10のペルフルオロアルキル基は、置換基を有していないことが好ましい。
10の芳香族炭化水素基が有していてもよい置換基としては、ハロゲン原子、炭素数1〜4のアルキル基等が挙げられる。
式(VIII)で表される酸発生剤としては、例えば、以下に示すものが挙げられる。
Figure 2013210619
Figure 2013210619
式(IX)で表される酸発生剤としては、例えば、以下に示すものが挙げられる。
Figure 2013210619
また、酸発生剤としては、式(XIII)、式(XIV)又は式(XV)で表されるものも挙げられる。
Figure 2013210619
(式(XIII)中、
20は、水素原子、ハロゲン原子、水酸基、シアノ基、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜4のアルコキシ基又はアシル基を示す。
21は、ハロゲン原子を有していてもよい炭素数1〜20の炭化水素基を表し、該炭化水素基は、酸素原子、硫黄原子又はカルボニル基で中断されていてもよい。)
Figure 2013210619
(式(XIV)中、
30は、ハロゲン原子を有していてもよい炭素数1〜20の炭化水素基を表し、該炭化水素基は、酸素原子、硫黄原子又はカルボニル基で中断されていてもよい。)
Figure 2013210619
(式(XV)中、
40、R41及びR42はそれぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、水酸基、シアノ基、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜4のアルコキシ基又はアシル基を表す。
Z1は無機酸イオン又は有機酸イオンを示す。)
式(XIII)で表される酸発生剤の具体例は例えば、以下に示すものである。
Figure 2013210619
式(XIII)で表される酸発生剤は市販品を用いてもよく、例えば、みどり化学(株)製、PAI−101、PAI−106、PAI−1001及びPAI−1008等を挙げることができる。
式(XIV)で表される酸発生剤は例えば、特開2007−328090号公報、特開2007−328234号公報に記載されたもの等が例示される。また、市場から容易に入手できるものを用いることもできる。式(XIV)で表される酸発生剤の具体例は例えば、以下に示すものである。
Figure 2013210619
式(XIV)で表される酸発生剤は市販品を用いてもよく、例えば、BASFジャパン(株)製 Irgacure(登録商標) PAG103、Irgacure(登録商標) PAG108、Irgacure(登録商標) PAG121等が挙げられる。
式(XV)で表される酸発生剤は例えば、特開2004−189720号公報に記載されたものを挙げることができる。
本レジスト組成物に含有される酸発生剤(B)は、市場から入手できるものを用いてもよいし、公知の方法に準じて製造したものを用いてもよい。
1−1−4.溶剤
本レジスト組成物が含有する溶剤は、樹脂(A)、ノボラック樹脂(N)、酸発生剤(B)及び後述するアルカリ可溶性樹脂(C)等の種類並びにその量に応じ、さらに後述する本製造方法の形成工程において、基板上に本レジスト組成物を塗布する際の塗布性が良好となるという点から適宜、最適なものを選ぶことができる。
溶剤としては、例えば、エチルセロソルブアセテート、メチルセロソルブアセテート及びプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のグリコールエーテルエステル類;プロピレングリコールモノメチルエーテル等のグリコールエーテル類;乳酸エチル、酢酸ブチル、酢酸アミル及びピルビン酸エチル等のエステル類;アセトン、メチルイソブチルケトン、2−ヘプタノン及びシクロヘキサノン等のケトン類;γ−ブチロラクトン等の環状エステル類等を挙げることができる。溶剤は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
1−1−5.塩基性化合物(E)
塩基性化合物(E)は、好ましくは塩基性の含窒素有機化合物であり、例えばアミン及びアンモニウム塩が挙げられる。塩基性化合物(E)は、本発明のレジスト組成物においてはクエンチャーとして用いられる。クエンチャーは、露光により酸発生剤から発生する酸を捕捉する作用を有する化合物である。アミンとしては、脂肪族アミン及び芳香族アミン;第一級アミン、第二級アミン及び第三級アミンが挙げられる。塩基性化合物(E)としては、好ましくは、式(E1)〜式(E8)のいずれかで表される化合物及びアンモニウム塩からなる群から選ばれる少なくとも一種であり、より好ましくは式(E1)で表される化合物及びアンモニウム塩からなる群から選ばれる少なくとも一種であり、さらに好ましくはアンモニウム塩である。
Figure 2013210619
[式(E1)中、Rc1、Rc2及びRc3は、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数5〜10の脂環式炭化水素基又は炭素数6〜20の芳香族炭化水素基を表し、該アルキル基及び該脂環式炭化水素基に含まれる水素原子は、ヒドロキシ基、アミノ基又は炭素数1〜6のアルコキシ基で置換されていてもよく、該芳香族炭化水素基に含まれる水素原子は、炭素数1〜6のアルコキシ基で置換されていてもよい。]
式(E1)で表される化合物は、好ましくは式(E1−1)で表される化合物である。
Figure 2013210619
[式(E1−1)中、Rc2及びRc3は、上記と同じ意味を表す。
c4は、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数5〜10の脂環式炭化水素又は炭素数6〜10の芳香族炭化水素基を表す。
m3は0〜3の整数を表し、m3が2以上のとき、複数のRc4は同一又は相異なる。]
Figure 2013210619
[式(E2)、式(E3)及び式(E4)中、Rc5、Rc6、Rc7及びRc8は、それぞれ独立に、Rc1と同じ意味を表す。
c9は、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数3〜6の脂環式炭化水素基又は炭素数2〜7のアシル基を表す。
n3は0〜8の整数を表し、n3が2以上のとき、複数のRc9は同一又は相異なる。]
Figure 2013210619
[式(E5)及び式(E6)中、Rc10、Rc11、Rc12、Rc13及びRc16は、それぞれ独立に、Rc1と同じ意味を表す。
c14、Rc15及びRc17は、それぞれ独立に、Rc4と同じ意味を表す。
o3及びp3は、それぞれ独立に、0〜3の整数を表し、o3が2以上のとき、複数のRc14は同一又は相異なり、p3が2以上のとき、複数のRc15は同一又は相異なる。
c1は、炭素数1〜6のアルカンジイル基、−CO−、−C(=NH)−、−S−又はこれらを組合せた2価の基を表す。]
Figure 2013210619
[式(E7)及び式(E8)中、Rc18、Rc19及びRc20は、それぞれ独立に、Rc4と同じ意味を表す。
q3、r3及びs3は、それぞれ独立に0〜3の整数を表し、q3が2以上のとき、複数のRc18は同一又は相異なり、r3が2以上のとき、複数のRc19は同一又は相異なり、s3が2以上のとき、複数のRc20は同一又は相異なる。
c2は、単結合又は炭素数1〜6のアルカンジイル基、−CO−、−C(=NH)−、−S−又はこれらを組合せた2価の基を表す。]
式(E1)〜式(E8)及び式(E1−1)においては、アルキル基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基、アルコキシ基、アルカンジイル基は、上述したものと同様のものが挙げられる。
アシル基としては、アセチル基、2−メチルアセチル基、2,2−ジメチルアセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、イソブチリル基、ペンタノイル基、2,2−ジメチルプロピオニル基等が挙げられる。
式(E1)で表される化合物としては、1−ナフチルアミン、2−ナフチルアミン、アニリン、ジイソプロピルアニリン、2−,3−又は4−メチルアニリン、4−ニトロアニリン、N−メチルアニリン、N,N−ジメチルアニリン、ジフェニルアミン、ヘキシルアミン、ヘプチルアミン、オクチルアミン、ノニルアミン、デシルアミン、ジブチルアミン、ジペンチルアミン、ジヘキシルアミン、ジヘプチルアミン、ジオクチルアミン、ジノニルアミン、ジデシルアミン、トリエチルアミン、トリメチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、トリペンチルアミン、トリヘキシルアミン、トリヘプチルアミン、トリオクチルアミン、トリノニルアミン、トリデシルアミン、メチルジブチルアミン、メチルジペンチルアミン、メチルジヘキシルアミン、メチルジシクロヘキシルアミン、メチルジヘプチルアミン、メチルジオクチルアミン、メチルジノニルアミン、メチルジデシルアミン、エチルジブチルアミン、エチルジペンチルアミン、エチルジヘキシルアミン、エチルジヘプチルアミン、エチルジオクチルアミン、エチルジノニルアミン、エチルジデシルアミン、ジシクロヘキシルメチルアミン、トリス〔2−(2−メトキシエトキシ)エチル〕アミン、トリイソプロパノールアミン、エチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、4,4’−ジアミノ−1,2−ジフェニルエタン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジメチルジフェニルメタン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジエチルジフェニルメタン等が挙げられ、好ましくはジイソプロピルアニリンが挙げられ、特に好ましくは2,6−ジイソプロピルアニリンが挙げられる。
式(E2)で表される化合物としては、ピペラジン等が挙げられる。
式(E3)で表される化合物としては、モルホリン等が挙げられる。
式(E4)で表される化合物としては、ピペリジン及び特開平11−52575号公報に記載されているピペリジン骨格を有するヒンダードアミン化合物等が挙げられる。
式(E5)で表される化合物としては、2,2’−メチレンビスアニリン等が挙げられる。
式(E6)で表される化合物としては、イミダゾール、4−メチルイミダゾール等が挙げられる。
式(E7)で表される化合物としては、ピリジン、4−メチルピリジン等が挙げられる。
式(E8)で表される化合物としては、1,2−ジ(2−ピリジル)エタン、1,2−ジ(4−ピリジル)エタン、1,2−ジ(2−ピリジル)エテン、1,2−ジ(4−ピリジル)エテン、1,3−ジ(4−ピリジル)プロパン、1,2−ジ(4−ピリジルオキシ)エタン、ジ(2−ピリジル)ケトン、4,4’−ジピリジルスルフィド、4,4’−ジピリジルジスルフィド、2,2’−ジピリジルアミン、2,2’−ジピコリルアミン、ビピリジン等が挙げられる。
アンモニウム塩としては、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトライソプロピルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド、テトラヘキシルアンモニウムヒドロキシド、テトラオクチルアンモニウムヒドロキシド、フェニルトリメチルアンモニウムヒドロキシド、3−(トリフルオロメチル)フェニルトリメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラ−n−ブチルアンモニウムサリチラート及びコリン等が挙げられる。
1−1−6.アルカリ可溶性樹脂(C)
本レジスト組成物は、上述の成分に加え、アルカリ可溶性樹脂(C)を含有してもよい。ここでいう「アルカリ可溶性樹脂」とは、アルカリ水溶液、好ましくは、工程(3)で用いられる現像液(詳細は後述)に溶解し得る樹脂である。ただし、樹脂(A)及びノボラック樹脂(N)は、アルカリ可溶性樹脂(C)には含まれない。
好ましいアルカリ可溶性樹脂(C)は、ヒドロキシスチレン由来の重合単位を有する樹脂、親水性の(メタ)アクリル酸エステル由来の重合単位を有する樹脂及びポリアルキレングリコールからなる群より選ばれる少なくとも一つである。
ヒドロキシスチレン由来の重合単位を有する樹脂とは典型的にはポリビニルフェノールであり、好ましくは、ポリp−ビニルフェノールである。具体的には、上述の酸安定重合単位(a2−0)(例えば、式(a2−0−2)で表される重合単位)からなる樹脂を挙げることができる。かかるポリビニルフェノールも例えば、特開2010−204634号公報に記載されているモノマーを重合することで得ることができる。
親水性の(メタ)アクリル酸エステル由来の重合単位を有する樹脂としては例えば、下記の(メタ)アクリル酸又はそのエステル化合物をモノマーとして1種類ないし数種類組み合わせて、常法により重合して得られるものが挙げられる。
(メタ)アクリル酸等のカルボキシ基含有モノマー;
2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート等の水酸基含有(メタ)アクリル酸エステル;
ジエチレングリコールモノメチルエーテル(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールモノメチルエーテル(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールモノメチルエーテル(メタ)アクリレート、ペンタエチレングリコールモノメチルエーテル(メタ)アクリレート、ヘキサエチレングリコールモノメチルエーテル(メタ)アクリレート、ヘプタエチレングリコールモノメチルエーテル(メタ)アクリレート、オクタエチレングリコールモノメチルエーテル(メタ)アクリレート、ノナエチレングリコールモノメチルエーテル(メタ)アクリレート等のポリエチレングリコールモノメチルエーテル(メタ)アクリレート類。
上述のモノマーと、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、t−ブチル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸アルキルエステル類;シクロペンチル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸シクロアルキルエステル類;アダマンチル(メタ)アクリレート等の多環式(メタ)アクリル酸エステル類;エチレングリコールモノメチルエーテル(メタ)アクリレート、エチレングリコールモノエチルエーテル(メタ)アクリレート、エチレングリコールモノプロピルエーテル(メタ)アクリレート、エチレングリコールモノブチルエーテル(メタ)アクリレートや、エチレングリコールモノアルキルエーテル(メタ)アクリレート類等とを組み合わせて使用することもできる。
ポリアルキレングリコールとは、アルコール類にアルキレンオキシドを付加重合させて得られる高分子である。アルコール類としては、例えば、ブタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、ペンタエリスリトール等が挙げられる。アルキレンオキシドとしては、例えば、エチレンオキシド,プロピレンオキシド,ブチレンオキシド等が挙げられる。
1−1−7.その他の成分
本レジスト組成物は、必要に応じて、上述の成分以外の構成成分(以下、場合により「その他の成分」という。)を含有していてもよい。その他の成分としては、レジスト分野で広く用いられている添加剤、例えば、増感剤、溶解抑止剤、界面活性剤、安定剤及び染料等が挙げられる。本レジスト組成物に、その他の成分を含有させる場合、当該成分の種類に応じて、適切な含有量を定めることができる。
1−1−8.本レジスト組成物の調製
本レジスト組成物は、樹脂(A)、ノボラック樹脂(N)、酸発生剤(B)及び溶剤(D)、必要に応じて、アルカリ可溶性樹脂(C)、塩基性化合物(E)及びその他の成分を混合することで調製することができる。かかる混合において、その混合順は任意であり、特に限定されるものではない。混合する際の温度は、10〜40℃の範囲から、樹脂等の種類や溶剤(D)に対する溶解度等に応じて適切な温度範囲を選ぶことができる。混合時間は、混合温度に応じて、0.5〜24時間の中から適切な時間を選ぶことができる。なお、混合手段も特に制限はなく、攪拌混合等を用いることができる。混合後の混合物を、孔径0.01〜50μm程度のフィルターを用いてろ過してもよい。このようなろ過を行うことで、本レジスト組成物は、基板上に塗布したときの塗布均一性が向上する。
樹脂(A)の含有率は、樹脂の総量に対して、好ましくは30質量%以上90質量%以下であり、より好ましくは40質量%以上80質量%以下である。
ノボラック樹脂(N)の含有率は、樹脂の総量に対して、好ましくは10質量%以上70質量%以下であり、より好ましくは20質量%以上60質量%以下である。
アルカリ可溶性樹脂(C)を含む場合、その含有率は、樹脂の総量に対して、好ましくは0.1質量%以上35質量%以下であり、より好ましくは0.5質量%以上30質量%以下である。
ここで、樹脂の総量とは、樹脂(A)、ノボラック樹脂(N)及びアルカリ可溶性樹脂(C)の合計量をいう。
樹脂の含有率(樹脂(A)とノボラック樹脂(N)とアルカリ可溶性樹脂(C)との総量)は、固形分の総量に対して、好ましくは80質量%以上99質量%以下である。尚、本明細書において「固形分」とは、本発明のレジスト組成物から溶剤(D)を除いた成分の合計を意味する。固形分及び本発明のレジスト組成物に含まれる各成分の含有量は、例えば、液体クロマトグラフィー又はガスクロマトグラフィー等の公知の分析手段で測定することができる。
酸発生剤(B)の含有量は、本レジスト組成物に含有される樹脂成分の総量100質量部に対して、好ましくは0.3質量部以上40質量部以下、より好ましくは0.3質量部以上30質量部以下であり、さらに好ましくは0.4質量部以上25質量部以下である。
塩基性化合物(E)を含む場合、その含有割合は、レジスト組成物の固形分中、好ましくは、0.01〜5質量%であり、より好ましく0.01〜3質量%であり、さらに好ましく0.01〜1質量%である。
本レジスト組成物中の溶剤(D)の含有割合は、本レジスト組成物の総量に対して、例えば30質量%以上、好ましくは40質量%以上、より好ましくは50質量%以上であり、例えば99質量%以下、好ましくは95質量%以下、より好ましくは75質量%以下、さらに好ましくは70質量%以下である。溶剤(D)の含有率が上記範囲内であると、レジストパターンを製造する際に、厚み3μm以上の組成物層を形成しやすい。
本レジスト組成物における溶剤(D)の含有率は、例えば、液体クロマトグラフィー又はガスクロマトグラフィー等の公知の分析手段で測定することができる。
1−2.基板
工程(1)に用いられる基板としては、用途に応じて適宜設定でき、例えばセンサ、回路、トランジスタ等が形成されたシリコン、石英等のセラミック;高分子;金属等、あるいはこれらを組み合わせた基板が用いられる。
1−3.塗布方法
工程(1)における本レジスト組成物の基板上への塗布は、スピンコーター等、半導体の微細加工のレジスト材料塗布用として広く用いられている塗布装置によって行うことができる。
基板上に形成された塗膜は、工程(2)を行う前に、塗膜中に含まれる高揮発性成分(例えば、本レジスト組成物に含有されていた溶剤等)を十分除去して乾燥させることが好ましい。かかる乾燥は例えば、ホットプレート等の加熱装置を用いた加熱手段(いわゆるプリベーク)、又は減圧装置を用いた減圧手段により、或いはこれらの手段を組み合わせて、塗膜から溶剤を蒸発させることにより行われる。加熱手段や減圧手段の条件は、本レジスト組成物に含まれる溶剤の種類等に応じて選択でき、例えば加熱手段を用いる場合の温度は50〜200℃程度が好ましい。加熱装置としてホットプレートを用いる場合は、ホットプレートの表面温度を前記の温度にして行う。また、減圧手段を用いる場合は、減圧乾燥機の中に、塗布膜が形成された基板を封入した後、該減圧乾燥機の内部圧力を1〜1.0×10Pa程度にすればよい。かくして基板上には、乾燥された塗膜が形成される。
本レジスト組成物は、バンプ形成等に用いるレジストパターンの製造に好適であり、その場合の塗膜の膜厚は、所望するバンプの高さに応じて選択すればよく、例えば、3μm以上であり、3〜150μmが好ましく、3〜100μmがより好ましい。前記乾燥工程を行う場合は、乾燥後の膜厚がこの範囲となることが好ましい。塗膜の膜厚は、当該塗布装置の条件(塗布条件)を種々調節することで調整可能であり、適切な予備実験等を行うことにより、所望の膜厚の塗膜になるように塗布条件を選ぶことができる。
2.工程(2)
上述のとおり、工程(2)は、工程(1)で得られた塗膜(好ましくは、乾燥後の塗膜)に露光する工程である。
2−1.露光方法
露光は、レジスト分野で汎用の露光機を用いて行うことができる。この際には、所望する形状のパターンが形成されたマスク(フォトマスク)を介して露光が行われる。露光機の露光光源としては、製造しようとするレジストパターンの大きさ等に応じて選択すればよく、g線、i線、KrFエキシマレーザ、ArFエキシマレーザ、固体レーザ(YAG又は半導体レーザ等)又は固体レーザからの光を波長変換した高調波レーザ光、電子線等種々の光又は放射線を放射するものを用いることができる。また、露光機は液浸露光機であってもよく、この場合の液浸媒体として例えば、超純水等が用いられる。
マスクを介して露光することにより、塗膜には露光された部分(露光部)及び露光されていない部分(未露光部)が生じる。露光部の塗膜では、該塗膜に含まれる酸発生剤(B)が露光エネルギーを受けて酸を発生し、さらに発生した酸との作用により、樹脂(A)中の基(I)が脱保護反応を生じ、結果として露光部の塗膜にある樹脂(A)はアルカリ水溶液に可溶なものとなる。一方、未露光部では露光エネルギーを受けていないため、樹脂(A)はアルカリ水溶液に対して不溶又は難溶のままとなる。かくして、露光部にある膜と未露光部にある膜とは、アルカリ水溶液に対する溶解性が著しく相違するため、後述の工程(3)による現像によりレジストパターンを形成することができる。
3.工程(3)
上述のとおり、工程(3)は、工程(2)で得られた露光後の塗膜を、加熱処理を行わずに現像する工程である。ここで「加熱処理を行わない」とは、露光後の塗膜を30℃以上の温度に保持しないことであり、好ましくは、レジストパターン製造に通常用いられる環境温度(例えば、クリーンルーム中の環境温度、具体的には23±5℃)に保持することを意味する。
背景技術で述べたとおり、化学増幅型レジスト組成物からレジストパターンを製造する場合、露光後の塗膜中に発生した活性種(例えば、H+)の拡散及び活性種による脱保護反応を促進するために、通常、ポストエクスポージャーベークと呼ばれる加熱処理が行われる。しかしながら、本発明者は、本レジスト組成物を用いた本製造方法によれば、かかるポストエクスポージャーベークを行うことなく、現像することにより、裾引きの発生が極めて抑制されたレジストパターンが得られることを見出した。
3−1.現像方法
工程(3)でいう現像とは、工程(2)を経た塗膜を、現像液(好ましくはアルカリ現像液)と接触させることにより、露光部の塗膜を該アルカリ水溶液に溶解させて除去することである。未露光部は、上述のとおりアルカリ水溶液に対して不溶又は難溶であるため、基板に残り、当該基板上にレジストパターンが製造される。
前記アルカリ水溶液としては、「アルカリ現像液」と称される本技術分野で公知のものを用いることができる。該アルカリ水溶液としては例えば、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドの水溶液や(2−ヒドロキシエチル)トリメチルアンモニウムヒドロキシド(通称コリン)の水溶液等が挙げられる。さらに、該アルカリ現像液には、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。当該界面活性剤としては特に限定されないが、例えば、イオン性や非イオン性のフッ素系及び/又はシリコン系界面活性剤等を用いることができる。
工程(3)における現像は、現像装置を用いることが望ましい。現像方法としては、アルカリ現像液が満たされた槽中に、工程(2)を経た塗膜を、基板ごと一定時間浸漬する方法(ディップ法)、工程(2)を経た塗膜に、アルカリ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)、工程(2)を経た塗膜の表面に、アルカリ現像液を噴霧する方法(スプレー法)、工程(2)を経た塗膜を有する基板を一定速度で回転させ、ここに一定速度で塗出ノズルをスキャンしながら、アルカリ現像液を塗出しつづける方法(ダイナミックディスペンス法)等を適用することができる。
工程(3)においては、現像後に、アルカリ現像液とは異なる種類の溶剤に置換しながら、現像を停止する処理(リンス処理)を実施してもよく、このようなリンス処理により、現像後のレジストパターンを洗浄する工程(リンス工程)を有していることが好ましい。リンス液としては、本製造方法により製造されたレジストパターンを溶解するものでなければ特に制限はないが、例えば、超純水が好ましい。かかるリンス処理によりレジストパターン上に残存している前記現像液を除去することができる。リンス処理後には、基板及びレジストパターン上に残存しているリンス液(水分)を除去することが好ましい。
4.バンプの形成
本製造方法は例えば、バンプ形成に必要な厚膜のレジストパターンを製造することに適している。このバンプとは通常、以下の手順により形成される。
LSI素子等が加工されたウェハ上に、導電材料(シードメタル)を積層して導電層を形成した後、当該導電層が積層された(付された)ウェハの導電層表面上に所望のパターンからなるフォトレジスト膜を形成する。そして、この所望のパターンからなるレジストパターンを鋳型として、メッキにより導電材料を析出させて電極を形成してから、鋳型であるレジストパターンを除去する。
バンプ形成に用いられる基板としては、例えば、シリコンウェハ等が挙げられる。
導電層の形成に用いられる導電材料としては、例えば、銅(Cu)又は銅合金等が挙げられる。銅又は銅合金で導電層が形成された基板を用いた場合、低コストでバンプを形成でき、裾引きの発生がより一層抑制され、形状(断面形状)に優れたレジストパターンを製造することができるため、好ましい。かかる効果は、導電層の一部が金属酸化物等の絶縁材料となっていても発現される。なお、本レジスト組成物を塗布する前に、基板を洗浄してもよい。
基板と導電層との間には、SiO等のバリア層が形成されていてもよい。
メッキにより析出させる導電材料としては、例えば、金(Au)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、スズ(Sn)、パラジウム(Pd)及び銀(Ag)からなる群より選ばれる1種以上の金属、又は当該群から選ばれる1種以上の金属を含む合金、すなわち、金、銅、ニッケル、スズ、パラジウム及び銀からなる群より選ばれる1種以上の金属を含む導電材料を挙げることができる。
かくして、基板上に形成されるレジストパターンは、裾引きの発生が極めて抑制されており、当該レジストパターンはその膜厚が3μm以上の厚膜の場合、その効果が顕著である。そのため、本製造方法は例えば、バンプ形成のための厚膜レジストパターンの製造に極めて優れている。
以下、本発明を実施例によって詳細に説明する。
実施例及び比較例中、含有量及び使用量を表す「%」及び「部」は、特記ないかぎり質量基準である。
実施例において、化合物の構造は、質量分析(LC;Agilent製1100型、MASS;Agilent製LC/MSD型)で確認した。
重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーで下記条件により求めた値である。
装置:HLC−8120GPC型(東ソー株式会社製)
カラム:TSKgel G4000HXL + TSKgel G2000HXL + guardcolumn(東ソー(株)製)
溶離液:テトラヒドロフラン
流量:1.0mL/min
検出器:RI検出器
カラム温度:40℃
注入量:100μL
分子量標準:標準ポリスチレン(東ソー(株)製)
樹脂の保護率とは、樹脂の全重合単位に対して、基(I)が導入された重合単位の含有割合のことをいい、H−NMR法により、5.1〜5.5ppmのピーク面積と5.8〜7.2ppmのピーク面積の比から求めた。
合成例1(樹脂A1の合成)
ポリビニルフェノール(日本曹達(株)製「VP−15000」)20gをメチルイソブチルケトン240gに溶解し、エバポレーターで濃縮した。還流冷却管、攪拌器、温度計を備えた四つ口フラスコに、濃縮後の樹脂溶液及びp−トルエンスルホン酸2水和物0.003gを仕込み、20〜25℃に保持したまま、エチルビニルエーテル5.05gを10分間かけて滴下した。混合液を、同温度を保持したまま、2時間攪拌を継続した後、メチルイソブチルケトン200gで希釈しイオン交換水で分液洗浄を5回行った。洗浄終了後の有機層を、エバポレーターを用いて45gまで濃縮を行ったのち、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート150gを加えて、再度濃縮を行い、樹脂A1の溶液78g(固形分29%)を得た。得られた樹脂A1の重量平均分子量は22100、保護率は38.5%であった。樹脂A1は、下記の構造単位を有する。
Figure 2013210619
合成例2(樹脂A2の合成)
ポリビニルフェノール(日本曹達(株)製「VP−15000」)34gをメチルイソブチルケトン408gに溶解し、エバポレーターで濃縮した。還流冷却管、攪拌器、温度計を備えた四つ口フラスコに、濃縮後の樹脂溶液及びp−トルエンスルホン酸2水和物0.004gを仕込み、20〜25℃に保持したまま、オクタデシルビニルエーテル27gを滴下した。混合液を、同温度を保持したまま、3時間攪拌を継続した後、イオン交換水51gで分液洗浄を4回行った。洗浄終了後の有機層を、エバポレーターを用いて113gまで濃縮を行ったのち、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート316gを加えて、再度濃縮を行い、樹脂A2の溶液121g(固形分45%)を得た。得られた樹脂A2の重量平均分子量は21800、保護率は26.1%であった。樹脂A2は、下記の構造単位を有する。
Figure 2013210619
合成例3(樹脂A3の合成)
ポリビニルフェノール(日本曹達(株)製「VP−15000」)32gをメチルイソブチルケトン384gに溶解し、エバポレーターで濃縮した。還流冷却管、攪拌器、温度計を備えた四つ口フラスコに、濃縮後の樹脂溶液及びp−トルエンスルホン酸2水和物0.048gを仕込み、20〜25℃に保ったまま、2−エチルヘキシルビニルエーテル22.5gを滴下した。反応液を20〜25℃を保ったまま、3時間攪拌を継続した後、イオン交換水48gで分液洗浄を4回行った。洗浄終了後の有機層を、エバポレーターを用いて113gまで濃縮を行ったのち、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート316gを仕込んで再度濃縮を行い、樹脂A3の溶液127g(固形分34%)を得た。得られた樹脂A3の重量平均分子量は22100、保護率は46.4%であった。樹脂A3は、下記の構造単位を有する。
Figure 2013210619
合成例4(樹脂A4の合成)
ポリビニルフェノール(日本曹達(株)製「VP−15000」)85gをメチルイソブチルケトン1020gに溶解し、エバポレーターで濃縮した。還流冷却管、攪拌器、温度計を備えた四つ口フラスコに、濃縮後の樹脂溶液及びp−トルエンスルホン酸2水和物4.96gを仕込み、20〜25℃に保ったまま、3,4−ジヒドロ−2H−ピラン21.5gを滴下した。反応液を20〜25℃を保ったまま、3時間攪拌を継続した後、イオン交換水127gで分液洗浄を4回行った。洗浄終了後の有機層を、エバポレーターを用いて228gまで濃縮を行ったのち、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート640gを仕込んで再度濃縮を行い、樹脂A5の溶液280g(固形分37%)を得た。得られた樹脂A5の重量平均分子量は15900、保護率は30.4%であった。樹脂A4は、下記の構造単位を有する。
Figure 2013210619
合成例5(樹脂A5の合成)
攪拌器、還流冷却管、温度計を備えた四つ口フラスコに、ジオキサン118gを仕込み77℃まで昇温した。そこへメタクリル酸エチルシクロペンチル54.7g、ポリエチレングリコールモノメチルエーテルメタクリレート(共栄社化学(株)製「ライトエステル130MA」。
Figure 2013210619
で表わされ、nが約9の化合物である。)29.8g、メタクリル酸メトキシジエチレングリコール45.2g、及びアゾビスイソブチロニトリル0.4gをジオキサン59gに溶解した溶液を1時間かけて滴下した。その後、さらに同温度で10時間撹拌を継続した。冷却後、反応混合物を、メタノール130g及びプロピレングリコールメチルエーテルアセテート92gで希釈し、希釈した反応混合物を、水1440gに注ぐことにより、樹脂を沈殿させた。沈殿物をろ過した後、ろ過した沈殿物を、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート184gにより溶解し、その溶解液を、メタノール423g及び水918gの混合溶媒に注ぐことにより、再び樹脂を沈殿させた。得られた沈殿をプロピレングリコールメチルエーテルアセテートに溶解後、濃縮を行って濃度40%である樹脂A4の溶液を得た。得られた樹脂A5の重量平均分子量は160000であった。樹脂A5は、下記の構造単位を有する。
Figure 2013210619
合成例6(樹脂N1(ノボラック樹脂)の合成)
攪拌器、還流冷却管、温度計を備えた四つ口フラスコに、2,5−キシレノール413.5g、サリチルアルデヒド103.4g、p−トルエンスルホン酸20.1g及びメタノール826.9gを仕込み、還流状態まで昇温し、4時間保温した。冷却後、メチルイソブチルケトン1320gを仕込み、留去物の量が1075g程度になるまで常圧蒸留を行った。蒸留後、m−クレゾール762.7g及び2−tert−ブチル−5−メチルフェノール29.0を加え、65℃まで昇温し、さらに37%ホルマリン678gを、混合物の温度が87℃になるように温調しながら、1.5時間かけて滴下した。87℃で10時間保温した後、メチルイソブチルケトン1115gを加え、イオン交換水で3回分液水洗を行った。洗浄終了後の有機層にメチルイソブチルケトン500gを加え、さらに、全量が3435gになるまで減圧濃縮を行った。得られた樹脂液にメチルイソブチルケトン3796gとn−ヘプタン4990gを加え60℃に昇温して1時間攪拌した後、分液を行い下層の粘調な樹脂を取り出した。取り出した樹脂にプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート3500gを加えて溶解し、1690gになるまで濃縮蒸留を行い、樹脂N1の溶液(固形分44%)を得た。得られた樹脂N1の重量平均分子量は7000であった。
実施例1〜4、参考例1〜3及び比較例1〜3
〔レジスト組成物の調製〕
表1の各成分を混合して溶解し、さらに孔径0.5μmのフッ素樹脂製フィルターで濾過して、レジスト組成物を調製した。尚、樹脂の部数は固形分換算での値である。
Figure 2013210619
<樹脂>
A1:樹脂A1
A2:樹脂A2
A3:樹脂A3
A4:樹脂A4
A5:樹脂A5
N1:樹脂N1
<酸発生剤>
B1:N−ヒドロキシナフタルイミドトリフラート(商品名「NAI−105」;みどり化学(株)製)
Figure 2013210619
<塩基性化合物>
N,N−ジシクロヘキシルメチルアミン(アルドリッチ社製)
<溶剤>
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
〔レジストパターンの製造方法1〕
表2の基板欄記載の基板に、レジスト組成物を乾燥後の膜厚が5μmとなるようにスピンコートした。塗布後、ホットプレートにて110℃で60秒間プリベークした。こうして基板上に形成された塗膜に、i−線ステッパー〔(株)ニコン製の“NSR−1755i7A”、NA=0.5〕を用い、露光量を段階的に変化させてラインアンドスペースパターンを露光した。
露光後、直ちに2.38%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液で60秒間のパドル現像を3回行って、レジストパターン(ラインアンドスペースパターン)を得た。
現像後のパターンを走査型電子顕微鏡で観察し、その結果を表2及び表3に示した。
〔レジストパターンの製造方法2〕
露光後、ホットプレート上にて90℃で180秒間加熱処理を行った後、2.38%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液で60秒間のパドル現像を3回行う以外はレジストパターンの製造1と同様の操作を行って、レジストパターン(ラインアンドスペースパターン)を得た。
〔実効感度評価〕
得られたレジストパターンの線幅を走査型電子顕微鏡で測定し、10μmのラインアンドスペースパターンのライン幅とスペース幅とが1:1となる露光量を実効感度とし、i−線ステッパーの露光時間(msec)によって表2に表記した。
〔解像性評価〕
実効感度で得られたレジストパターンを走査型電子顕微鏡で観察し、2.6μmのラインアンドスペースパターンが完全に分離したものを○、分離しなかったものを×で表2に表記した。
〔形状〕
実効感度で得られた10μmのラインアンドスペースパターンを走査型電子顕微鏡で観察し、パターンと基板とが接する部分において、裾引きが認められものを○、裾引きが認められるものを×で表2に表記した。
〔耐熱性評価〕
レジストパターンが形成された現像後の基板を120℃のホットプレート上にて、3分間ベークを行った。ベーク前後のレジストパターンを走査型電子顕微鏡で観察し、ベーク後にも形状変化が認められないものを○、形状が大きく変化したものを×とし、表2に表記した。
Figure 2013210619
本発明のレジストパターンの製造方法によれば、得られるレジストパターンは耐熱性に優れ、かつ裾引きの発生が十分抑制され断面形状に優れたレジストパターンを得ることができるため、半導体の微細加工や半導体素子のバンプ形成に用いられるレジストパターンを得るための方法として有用である。

Claims (4)

  1. (1)式(I)で表される基を有する樹脂、ノボラック樹脂、酸発生剤及び溶剤を含有するレジスト組成物を、基板上に塗布して、塗膜を形成する工程;
    Figure 2013210619
    (式(I)中、
    は、酸素原子又は硫黄原子で中断されていてもよい炭素数1〜20の炭化水素基、あるいは水素原子を表す。
    及びRは、それぞれ独立に、酸素原子又は硫黄原子で中断されていてもよい炭素数1〜20の炭化水素基を表す。
    とRとは互いに結合し、これらがそれぞれ結合する炭素原子及び酸素原子とともに環を形成してもよく、RとRとは互いに結合し、これらが結合する炭素原子とともに環を形成してもよい。)
    (2)(1)で得られた塗膜に露光する工程;
    (3)(2)で得られた露光後の塗膜を、加熱処理を行わずに現像する工程;
    を含むレジストパターンの製造方法。
  2. 式(I)で表される基が、式(II)又は式(III)で表される基である請求項1記載のレジストパターンの製造方法。
    Figure 2013210619
  3. 式(I)で表される基を有する樹脂が、式(IV)又は式(V)で表される重合単位を有する樹脂である請求項1又は2記載のレジストパターンの製造方法。
    Figure 2013210619
    (式(IV)及び式(V)中、
    4a及びR4bは、それぞれ独立に水素原子又はメチル基を表し、R、R及びRは上記と同じ意味を表す。)
  4. 式(I)で表される基を有する樹脂、ノボラック樹脂、酸発生剤及び溶剤を含有するレジスト組成物。
    Figure 2013210619
    (式(I)中、
    は、酸素原子又は硫黄原子で中断されていてもよい炭素数1〜20の炭化水素基、あるいは水素原子を表す。
    及びRは、それぞれ独立に、酸素原子又は硫黄原子で中断されていてもよい炭素数1〜20の炭化水素基を表す。
    とRとは互いに結合し、これらがそれぞれ結合する炭素原子及び酸素原子とともに環を形成してもよく、RとRとは互いに結合し、これらが結合する炭素原子とともに環を形成してもよい。)
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