JP2014024999A - 樹脂組成物及びそれを用いたパターン形成方法 - Google Patents

樹脂組成物及びそれを用いたパターン形成方法 Download PDF

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Abstract

【課題】高感度、高解像性(例えば、高い解像力、優れたパターン形状、小さいラインエッジラフネス(LER))、及び良好なドライエッチング耐性を満足したパターンを形成できる樹脂組成物、並びに、それを用いた感活性光線性又は感放射線性膜、該膜を形成したマスクブランクス、及びパターン形成方法を提供する。
【解決手段】樹脂組成物は、下記一般式(1)で表される繰り返し単位(Q)を含む高分子化合物(A)を含有する。
Figure 2014024999

式中、Rは、水素原子、メチル基、又はハロゲン原子を表し、R及びRは、水素原子、アルキル基又はシクロアルキル基を表し、Lは、2価の連結基もしくは単結合を表し、Yは、メチロール基を除く置換基を表し、Zは、水素原子又は置換基を表し、mは、0〜4の整数を表し、nは、1〜5の整数を表し、m+nは5以下である。
【選択図】なし

Description

本発明は、超LSIや高容量マイクロチップの製造などの超マイクロリソグラフィプロセスやその他のフォトファブリケーションプロセスに好適に用いられる、電子線や極紫外線を使用して高精細化したパターンを形成し得る樹脂組成物、及びそれを用いたパターン形成方法に関する。特に、本発明は、特定の下地膜を有する基板を使用するプロセスに好適に用い得る樹脂組成物、並びにそれを用いた感活性光線性又は感放射線性膜、マスクブランクス、及びパターン形成方法に関する。また、本発明は、前記パターン形成方法を含む電子デバイスの製造方法及び該方法により製造された電子デバイスにも関する。
レジスト組成物を用いた微細加工では、集積回路の高集積化に伴って、超微細パターンの形成が要求されている。それゆえ、露光波長にもg線からi線に、更にエキシマレーザー光にというように短波長化の傾向が見られ、現在では例えば、電子線を用いたリソグラフィー技術の開発が進んでいる。また、KrFエキシマレーザー等のエキシマレーザー光の露光に供される樹脂としては、フェノール性水酸基の水素原子が、脂肪族炭化水素残基を有する基で置換された構造を有する樹脂、アリール基を有する基で置換された構造を有する樹脂、アルキル基で置換された構造を有する樹脂、及び、オキシラン基が導入された直鎖状アルキル基で置換された構造を有する樹脂がそれぞれ特許文献1〜4に記載されている。
超微細パターンを形成するためにはレジストの薄膜化が必要であるが、薄膜化するとドライエッチング耐性が低下する。レジストの薄膜化に対応するために、例えばメタクリル系樹脂にメチロールウレアを担持させた樹脂も提案されているが(特許文献10および11)、十分なドライエッチング耐性が得られていない。
また、電子線リソグラフィーでは、近年、電子線(EB)の加速電圧を増大させてレジスト膜中での電子散乱(前方散乱)の影響を小さくさせている。しかし、そうするとレジスト膜の電子エネルギー捕捉率が低下し、感度が低下するし、またレジスト基板において反射した電子の散乱(後方散乱)の影響が増大する。特に、露光面積の大きい孤立パターンを形成する場合には、後方散乱の影響が大きく、孤立パターンの解像性が低下する。
特に、半導体露光に使用されるフォトマスクブランクスへのパターニングの場合、レジスト下層には重原子を含む遮光膜が存在するので、それに起因する後方散乱の影響がより顕著である。そのため、フォトマスクブランクス上で孤立パターンを形成する場合には、特に解像性が低下する可能性が大きい。
これら問題を解決する方法として、ナフタレン等の芳香族骨格を有する樹脂の使用(例えば、特許文献5及6)や、オキシラン基を含む樹脂の使用(例えば、特許文献7)が検討されているが、孤立パターンの解像性については未解決であり、特許文献7に開示の技術においては、更にドライエッチング耐性が十分でないことがわかっている。特許文献8では、孤立パターンの解像性を向上させる方法の1つとして、溶解性を調整する基を含む樹脂が使用されているが、孤立パターンの解像性は満足するレベルには至っていない。
また、レジスト組成物による微細加工は、直接に集積回路の製造に用いられるだけでなく、近年ではいわゆるインプリント用モールド構造体の作製等にも適用されている(例えば、特許文献9及び非特許文献1)。そのため、高感度、高解像性(例えば、高い解像力、優れたパターン形状、小さいラインエッジラフネス(LER))、及び、良好なドライエッチング耐性を同時に満足させることが重要な課題となっており、これらの解決が必要である。
特開2000−29220号公報 特許第3546687号公報 特開平7−295220号公報 特開平1−293338号公報 特開2008−95009号公報 特開2009−86354号公報 特開2011−123225号公報 特開2005−99558号公報 特開2008−162101号公報 特開2012−31233号公報 特開2012−46731号公報
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(2006年6月発行)
本発明の目的は、高感度、高解像性(例えば、高い解像力、優れたパターン形状、小さいラインエッジラフネス(LER))、及び良好なドライエッチング耐性を満足したパターンを形成できる樹脂組成物、並びに、それを含む感活性光線性又は感放射線性膜、該膜を形成したマスクブランクス、及びパターン形成方法を提供することにある。
本発明は、例えば以下の通りである。
[1] 下記一般式(1)で表される繰り返し単位(Q)を含む高分子化合物(A)を含有する樹脂組成物:
Figure 2014024999
式中、
は、水素原子、メチル基、又はハロゲン原子を表し;
及びRは、水素原子、アルキル基又はシクロアルキル基を表し;
Lは、2価の連結基もしくは単結合を表し;
Yは、メチロール基を除く置換基を表し;
Zは、水素原子又は置換基を表し;
mは、0〜4の整数を表し;
nは、1〜5の整数を表し;
m+nは5以下であり;
mが2以上である場合、複数のYは互いに同一であっても異なっていてもよく;
nが2以上である場合、複数のR、R及びZは互いに同一であっても異なっていてもよく;
Y、R、R及びZの2つ以上が互いに結合して環構造を形成していてもよい。
[2] 前記一般式(1)で表される繰り返し単位(Q)は、下記一般式(2)又は(3)で表される[1]に記載の樹脂組成物:
Figure 2014024999
式中、
、R、R、Y、Z、m及びnは、前記一般式(1)で定義した通りであり;
Arは、芳香環を表し;
及びWは、2価の連結基又は単結合を表す。
[3] 前記一般式(1)〜(3)に記載のnは、2〜4の整数である[1]又は[2]に記載の樹脂組成物。
[4] 前記高分子化合物(A)は、さらに、下記一般式(4)で表される繰り返し単位(P)(ただし、前記繰り返し単位(Q)に該当する繰り返し単位を除く)を含む[1]〜[3]のいずれかに記載の樹脂組成物:
Figure 2014024999
式中、
1’は、水素原子、メチル基、又はハロゲン原子を表し;
Xは、(p+1)価の連結基又は単結合を表し;
pは、1以上の整数を表す。
[5] 前記一般式(4)で表される繰り返し単位(P)は、下記一般式(5)又は(6)で表される[4]に記載の樹脂組成物:
Figure 2014024999
式中、
’及びpは、前記一般式(4)において定義した通りであり;
及びBは、2価の連結基又は単結合を表し;
Arは、芳香環を表す。
[6] 更に、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物(B)を含有する、[1]〜[5]のいずれかに記載の樹脂組成物。
[7] 前記化合物(B)がオニウム化合物であり、活性光線又は放射線の照射により前記化合物(B)より発生する酸が130Å以上の体積を有する[6]に記載の樹脂組成物。
[8] 前記高分子化合物(A)の分散度が1.0〜1.20である、[1]〜[7]のいずれかに記載の樹脂組成物。
[9] 更に、架橋剤としての化合物(C)を含有する、[1]〜[8]のいずれかに記載の樹脂組成物。
[10] 化学増幅型レジスト組成物である、[1]〜[9]のいずれかに記載の樹脂組成物。
[11] [1]〜[10]のいずれか1に記載の樹脂組成物を含む感活性光線性又は感放射線性膜。
[12] [11]に記載の感活性光線性又は感放射線性膜に活性光線又は放射線を照射することと、及び、前記活性光線又は放射線を照射した膜を現像することとを含む、パターン形成方法。
[13] 表面に[11]に記載の感活性光線性又は感放射線性膜を形成したマスクブランクス。
[14] 表面に感活性光線性又は感放射線性膜を形成したマスクブランクスに活性光線又は放射線を照射することと、活性光線又は放射線を照射したマスクブランクスを現像することとを含む、パターン形成方法。
[15] 前記活性光線又は放射線の照射は、電子線又は極紫外線を用いて行われる、[12]又は[14]に記載のパターン形成方法。
[16] [12]、[14]及び[15]のいずれかに記載のパターン形成方法を含む電子デバイスの製造方法。
[17] [16]に記載の電子デバイスの製造方法によって製造された電子デバイス。
[18] 下記一般式(I)で表される2種の繰り返し単位又は下記一般式(II)で表される2種の繰り返し単位を含む高分子化合物:
Figure 2014024999
式中、
Y’は、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を表し;
Y”は、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を表し;
Z’は、水素原子、アルキル基又はシクロアルキル基を表し;
mは、0又は1であり;
nは、1〜3の整数を表し;
aは、2〜6の整数である。
本発明によれば、高感度、高解像性(例えば、高い解像力、優れたパターン形状、小さいラインエッジラフネス(LER))、及び良好なドライエッチング耐性を満足したパターンを形成できる樹脂組成物、並びに、それを用いた感活性光線性又は感放射線性膜、該膜を有するマスクブランクス、及び、パターン形成方法を提供することができる。
合成例1で得た高分子化合物(A1)のH−NMRスペクトルを示す図。 合成例2で得た高分子化合物(A2)のH−NMRスペクトルを示す図。 合成例3で得た高分子化合物(A3)のH−NMRスペクトルを示す図。 合成例4で得た高分子化合物(A4)のH−NMRスペクトルを示す図。 合成例5で得た高分子化合物(6a−4)のH−NMRスペクトルを示す図。 合成例5で得た高分子化合物(A6)のH−NMRスペクトルを示す図。 合成例6で得た高分子化合物(A19)のH−NMRスペクトルを示す図。 合成例7で得た高分子化合物(A26)のH−NMRスペクトルを示す図。 合成例8で得た高分子化合物(A27)のH−NMRスペクトルを示す図。
以下、本発明について詳細に説明する。
本明細書における基及び原子団の表記において、置換又は無置換を明示していない場合は、置換基を有さないものと置換基を有するものの双方が含まれるものとする。例えば、置換又は無置換を明示していない「アルキル基」は、置換基を有さないアルキル基(無置換アルキル基)のみならず、置換基を有するアルキル基(置換アルキル基)をも包含することとする。
本発明において「活性光線」又は「放射線」とは、例えば、水銀灯の輝線スペクトル、エキシマレーザーに代表される遠紫外線、極紫外線(EUV光)、X線、電子線、イオンビーム等の粒子線等を意味する。また、本発明において「光」とは、活性光線又は放射線を意味する。
また、本明細書中における「露光」とは、特に断らない限り、水銀灯、エキシマレーザーに代表される遠紫外線、X線、極紫外線(EUV光)などによる露光のみならず、電子線、イオンビーム等の粒子線による描画も含まれるものとする。
<樹脂組成物>
本発明の樹脂組成物(以下、「本発明の組成物」とも称する)は、[1]後述する一般式(1)で表される繰り返し単位(Q)を含む高分子化合物(A)(以下、「化合物(A)」とも称する)を含有する。
本発明の組成物は、一態様において、化学増幅型レジスト組成物である。本発明の組成物は、いわゆるネガ型パターンの形成に用いてもよく、ポジ型パターンの形成に用いてもよい。本発明の組成物は、一態様において、電子線又は極紫外線による露光用として好適に用いられる組成物である。
繰り返し単位(Q)は、分子ユニット内に架橋基を持つため、通常の樹脂+架橋剤の系に比べて、架橋反応性が高い。そのため、本発明の樹脂組成物をパターン形成に使用すると、硬い膜を形成することができ、酸の拡散性やドライエッチング耐性を制御することができる。その結果、電子線や極紫外線等の活性光線又は放射線の露光部における酸の拡散性が非常に抑制されるため、微細なパターンでの解像力、パターン形状及びLERが優れる。また、一般式(1)で表される繰り返し単位(Q)は、樹脂の反応点と架橋基の反応点が近接している。従って、本発明の組成物は、繰り返し単位(Q)を含む高分子化合物を含有することにより、パターン形成の際の感度が向上した組成物となる。
高分子化合物(A)によるガラス転移温度(Tg)の向上効果は、ポジ型パターン形成用としてのポジ型レジスト組成物中で高分子化合物(A)を用いるよりも、ネガ型パターン形成用としてのネガ型レジスト組成物中で高分子化合物(A)を用いる場合の方が大きい。従って、本発明に係る樹脂組成物は、ネガ型組成物であることが好ましい。
本発明に係る組成物が含み得るさらなる成分としては、[2]フェノール性水酸基を有する化合物(X)、[3]活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物(B)、[4]架橋剤としての化合物(C)、[5]塩基性化合物、[6]界面活性剤、[7]有機カルボン酸、[8]カルボン酸オニウム塩、及び[9]溶剤が挙げられる。本発明の組成物は、例えば「パターン形成方法」として後述する方法に従って、パターン形成用に使用され得る。
以下、上述した各成分について、順に説明する。
[1]高分子化合物(A)
(a)繰り返し単位(Q)
高分子化合物(A)は、下記一般式(1)で表される繰り返し単位(Q)を含む。繰り返し単位(Q)は、置換基を有していてもよいメチロール基を少なくとも1つ含む構造である。
ここで、「メチロール基」とは、下記一般式(M)で表される基であり、本発明の一形態において、ヒドロキシメチル基又はアルコキシメチル基であることが好ましい。
Figure 2014024999
式中、R、R及びZは、後述する一般式(1)において定義する通りである。
まず、一般式(1)について説明する。
Figure 2014024999
一般式(1)において、
は、水素原子、メチル基、又はハロゲン原子を表す。
及びRは、水素原子、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。
Lは、2価の連結基もしくは単結合を表す。
Yは、メチロール基を除く置換基を表す。
Zは、水素原子又は置換基を表す。
mは、0〜4の整数を表す。
nは、1〜5の整数を表す。
m+nは5以下である。
mが2以上である場合、複数のYは互いに同一であっても異なっていてもよい。
nが2以上である場合、複数のR、R及びZは互いに同一であっても異なっていてもよい。
また、Y、R、R及びZの2つ以上が互いに結合して環構造を形成していてもよい。ここで、「Y、R、R及びZの2つ以上が互いに結合して環構造を形成する」とは、同じ記号で表される基が複数ある場合には同じ記号で表される基同士で結合して環構造を形成していてもよく、あるいは、異なる記号で表される基が互いに結合して環を形成していてもよいことを意味する。
で表されるメチル基は置換基を有していてもよく、置換基としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等のハロゲン原子、ヒドロキシル基、イソプロピル基を挙げることができる。置換基を有していてもよいメチル基としては、メチル基、トリフルオロメチル基、ヒドロキシメチル基等を挙げることができる。Rのハロゲン原子としては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素が挙げられる。
は、水素原子又はメチル基であることが好ましい。
およびRで表されるアルキル基としては、炭素数1〜10の直鎖状又は分岐状のアルキル基等を挙げることができ、シクロアルキル基としては、炭素数3〜10のシクロアルキル基を挙げることができる。具体的には、水素原子、メチル基、シクロヘキシル基、t−ブチル基が挙げられる。ここでのアルキル基及びシクロアルキル基は、置換基を有していてもよい。この置換基としては、Yの1価の置換基が有する置換基として後述するものと同様のものが挙げられる。
Lで表される2価の連結基としては、炭素数6〜18の単環もしくは多環の芳香環、-C(=O)-、-O-C(=O)-、-CH2-O-C(=O)-、チオカルボニル基、直鎖状若しくは分岐状のアルキレン基(好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは1〜6)、直鎖状若しくは分岐状のアルケニレン基(好ましくは炭素数2〜10、より好ましくは2〜6)、シクロアルキレン基(好ましくは炭素数3〜10、より好ましくは3〜6)、スルホニル基、-O-、-NH-、-S-、環状ラクトン構造又はこれらを組み合わせた2価の連結基(好ましくは総炭素数1〜50、より好ましくは総炭素数1〜30、更に好ましくは総炭素数1〜20)が挙げられる。
上記一般式(1)のLにおける芳香環の好ましい例としては、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フルオレン環、フェナントレン環などの炭素数6〜18の置換基を有していてもよい芳香族炭化水素環、又は、例えば、チオフェン環、フラン環、ピロール環、ベンゾチオフェン環、ベンゾフラン環、ベンゾピロール環、トリアジン環、イミダゾール環、ベンゾイミダゾール環、トリアゾール環、チアジアゾール環、チアゾール環等のヘテロ環を含む芳香環ヘテロ環を挙げることができる。中でも、ベンゼン環、ナフタレン環が解像性の観点で好ましく、ベンゼン環が最も好ましい。
Lで表される2価の連結基は、置換基を有していてもよく、この置換基としては、Yで表される1価の置換基が有する置換基として後述するものと同様のものが挙げられる。
Yで表される1価の置換基としては、アルキル基(直鎖又は分岐のいずれであってもよく、炭素数1〜12が好ましい)、アルケニル基(炭素数2〜12が好ましい)、アルキニル基(炭素数2〜12が好ましい)、シクロアルキル基(単環、多環のいずれであってもよく炭素数3〜12が好ましい)、アリール基(炭素数6〜18が好ましい)、ヒドロキシ基、アルコキシ基、エステル基、アミド基、ウレタン基、ウレイド基、チオエーテル基、スルホンアミド基、ハロゲン原子、ハロアルキル基及びスルホン酸エステル基が挙げられる。好ましい例としては、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、ハロアルキル基、ヒドロキシ基、アルコキシ基、アリールオキシ基、エステル基、アリール基が挙げられ、更に好ましい例としては、アルキル基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、アルコキシ基が挙げられる。
Yの1価の置換基は、さらに置換基を有していてもよく、置換基としては、例えば、ヒドロキシル基、ハロゲン原子(例えば、フッ素原子)、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基、アリール基、アルコキシアルキル基、これらを組み合わせた基が挙げられ、炭素数8以下が好ましい。
また、mが2以上の時、複数のYが単結合又は連結基を介して互いに結合し、環構造を形成していてもよい。この場合の連結基としては、エーテル結合、チオエーテル結合、エステル結合、アミド結合、カルボニル基、アルキレン基等が挙げられる。
ハロゲン原子としては、上記Rで挙げたものと同様のものが挙げられる。
ハロアルキル基としては、少なくとも1つ以上の水素原子がフッ素原子、塩素原子、臭素原子、及びヨウ素原子で置換された炭素数1〜12のアルキル基、シクロアルキル基が挙げられる。具体例としては、フルオロメチル基、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、ヘプタフルオロプロピル基、ウンデカフルオロシクロヘキシル基が挙げられる。
Zで表される1価の置換基としては、アルキル基(直鎖又は分岐のいずれであってもよく、炭素数1〜12が好ましい)、アルケニル基(炭素数2〜12が好ましい)、アルキニル基(炭素数2〜12が好ましい)、シクロアルキル基(炭素数3〜8が好ましい)、アリール基(単環、多環のいずれであってもよく炭素数6〜18が好ましい)、ハロアルキル基、アルカノイル基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アルキルスルホニルオキシ基、アリールスルホニルオキシ基、アルキルスルホニル基、アリールスルホニル基、シアノ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、アルコキシアルキル基及び複素環基が挙げられる。好ましい例としては、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルカノイル基、アルケニル基、ハロアルキル基、アルコキシアルキル基が挙げられる。
ハロアルキル基として好ましいものは、上記一般式(1)のYで挙げたものと同様である。
アルカノイル基としては、炭素数2〜20のアルカノイル基が好ましく、例えば、アセチル基、プロパノイル基、ブタノイル基、トリフルオロメチルカルボニル基、ペンタノイル基、ベンゾイル基、1−ナフトイル基、2−ナフトイル基、4−メチルスルファニルベンゾイル基、4−フェニルスルファニルベンゾイル基、4−ジメチルアミノベンゾイル基、4−ジエチルアミノベンゾイル基、2−クロロベンゾイル基、2−メチルベンゾイル基、2−メトキシベンゾイル基、2−ブトキシベンゾイル基、3−クロロベンゾイル基、3−トリフルオロメチルベンゾイル基、3−シアノベンゾイル基、3−ニトロベンゾイル基、4−フルオロベンゾイル基、4−シアノベンゾイル基及び4−メトキシベンゾイル基が挙げられる。
アルコキシカルボニル基としては、炭素数2〜20のアルコキシカルボニル基が好ましく、例えば、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、プロポキシカルボニル基、ブトキシカルボニル基、ヘキシルオキシカルボニル基、オクチルオキシカルボニル基、デシルオキシカルボニル基、オクタデシルオキシカルボニル基及びトリフルオロメチルオキシカルボニル基が挙げられる。
アリールオキシカルボニル基としては、炭素数7〜30のアリールオキシカルボニル基が挙げられ、例えば、フェノキシカルボニル基、1−ナフチルオキシカルボニル基、2−ナフチルオキシカルボニル基、4−メチルスルファニルフェニルオキシカルボニル基、4−フェニルスルファニルフェニルオキシカルボニル基、4−ジメチルアミノフェニルオキシカルボニル基、4−ジエチルアミノフェニルオキシカルボニル基、2−クロロフェニルオキシカルボニル基、2−メチルフェニルオキシカルボニル基、2−メトキシフェニルオキシカルボニル基、2−ブトキシフェニルオキシカルボニル基、3−クロロフェニルオキシカルボニル基、3−トリフルオロメチルフェニルオキシカルボニル基、3−シアノフェニルオキシカルボニル基、3−ニトロフェニルオキシカルボニル基、4−フルオロフェニルオキシカルボニル基、4−シアノフェニルオキシカルボニル基及び4−メトキシフェニルオキシカルボニル基が挙げられる。
アルキルスルホニルオキシ基としては、炭素数1〜20のアルキルスルホニルオキシ基が好ましく、例えば、メチルスルホニルオキシ基、エチルスルホニルオキシ基、プロピルスルホニルオキシ基、イソプロピルスルホニルオキシ基、ブチルスルホニルオキシ基、ヘキシルスルホニルオキシ基、シクロヘキシルスルホニルオキシ基、オクチルスルホニルオキシ基、2−エチルヘキシルスルホニルオキシ基、デカノイルスルホニルオキシ基、ドデカノイルスルホニルオキシ基、オクタデカノイルスルホニルオキシ基、シアノメチルスルホニルオキシ基、メトキシメチルスルホニルオキシ基及びパーフルオロアルキルスルホニルオキシ基が挙げられる。
アリールスルホニルオキシ基としては、炭素数6〜30のアリールスルホニルオキシ基が好ましく、例えば、フェニルスルホニルオキシ基、1−ナフチルスルホニルオキシ基、2−ナフチルスルホニルオキシ基、2−クロロフェニルスルホニルオキシ基、2−メチルフェニルスルホニルオキシ基、2−メトキシフェニルスルホニルオキシ基、2−ブトキシフェニルスルホニルオキシ基、3−クロロフェニルスルホニルオキシ基、3−トリフルオロメチルフェニルスルホニルオキシ基、3−シアノフェニルスルホニルオキシ基、3−ニトロフェニルスルホニルオキシ基、4−フルオロフェニルスルホニルオキシ基、4−シアノフェニルスルホニルオキシ基、4−メトキシフェニルスルホニルオキシ基、4−メチルスルファニルフェニルスルホニルオキシ基、4−フェニルスルファニルフェニルスルホニルオキシ基及び4−ジメチルアミノフェニルスルホニルオキシ基が挙げられる。
アルキルスルホニル基としては、炭素数1〜20のアルキルスルホニル基が好ましく、例えば、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、ブチルスルホニル基、ヘキシルスルホニル基、シクロヘキシルスルホニル基、オクチルスルホニル基、2−エチルヘキシルスルホニル基、デカノイルスルホニル基、ドデカノイルスルホニル基、オクタデカノイルスルホニル基、シアノメチルスルホニル基、メトキシメチルスルホニル基及びパーフルオロアルキルスルホニル基が挙げられる。
アリールスルホニル基としては、炭素数6〜30のアリールスルホニル基が好ましく、例えば、フェニルスルホニル基、1−ナフチルスルホニル基、2−ナフチルスルホニル基、2−クロロフェニルスルホニル基、2−メチルフェニルスルホニル基、2−メトキシフェニルスルホニル基、2−ブトキシフェニルスルホニル基、3−クロロフェニルスルホニル基、3−トリフルオロメチルフェニルスルホニル基、3−シアノフェニルスルホニル基、3−ニトロフェニルスルホニル基、4−フルオロフェニルスルホニル基、4−シアノフェニルスルホニル基、4−メトキシフェニルスルホニル基、4−メチルスルファニルフェニルスルホニル基、4−フェニルスルファニルフェニルスルホニル基及び4−ジメチルアミノフェニルスルホニル基が挙げられる。
アルキルチオ基としては、炭素数1〜30のアルキルチオ基が挙げられ、例えば、メチルチオ基、エチルチオ基、プロピルチオ基、n−ブチルチオ基、トリフルオロメチルチオ基、ヘキシルチオ基、t−ブチルチオ基、2−エチルヘキシルチオ基、シクロヘキシルチオ基、デシルチオ基及びドデシルチオ基が挙げられる。
アリールチオ基としては、炭素数6〜30のアリールチオ基が挙げられ、例えば、フェニルチオ基、1−ナフチルチオ基、2−ナフチルチオ基、トリルチオ基、メトキシフェニルチオ基、ナフチルチオ基、クロロフェニルチオ基、トリフルオロメチルフェニルチオ基、シアノフェニルチオ基及びニトロフェニルチオ基が挙げられる。
複素環基としては、好ましくは、窒素原子、酸素原子、硫黄原子又はリン原子を含んだ芳香族若しくは脂肪族の複素環基が挙げられる。この複素環基としては、例えば、チエニル基、ベンゾ[b]チエニル基、ナフト[2,3−b]チエニル基、チアントレニル基、フリル基、ピラニル基、イソベンゾフラニル基、クロメニル基、キサンテニル基、フェノキサチイニル基、2H−ピロリル基、ピロリル基、イミダゾリル基、ピラゾリル基、ピリジル基、ピラジニル基、ピリミジニル基、ピリダジニル基、インドリジニル基、イソインドリル基、3H−インドリル基、インドリル基、1H−インダゾリル基、プリニル基、4H−キノリジニル基、イソキノリル基、キノリル基、フタラジニル基、ナフチリジニル基、キノキサニリル基、キナゾリニル基、シンノリニル基、プテリジニル基、4aH−カルバゾリル基、カルバゾリル基、β−カルボリニル基、フェナントリジニル基、アクリジニル基、ペリミジニル基、フェナントロリニル基、フェナジニル基、フェナルサジニル基、イソチアゾリル基、フェノチアジニル基、イソキサゾリル基、フラザニル基、フェノキサジニル基、イソクロマニル基、クロマニル基、ピロリジニル基、ピロリニル基、イミダゾリジニル基、イミダゾリニル基、ピラゾリジニル基、ピラゾリニル基、ピペリジル基、ピペラジニル基、インドリニル基、イソインドリニル基、キヌクリジニル基、テトラヒドロピリミニジル基、テトラヒドロ−2−ピリミジノニル基、トリアジニル基、モルホリニル基及びチオキサントリル基が挙げられる。
nは、好ましくは1〜4の整数を表し、より好ましくは2〜4の整数を表し、特に好ましくは2又は3である。mは、好ましくは0又は1である。
また、一般式(1)で表される繰り返し単位(Q)は、好ましくは下記一般式(2)又は(3)で表される。
Figure 2014024999
一般式(2)及び(3)において、
、R、R、Y、Z、m及びnは、前記一般式(1)で定義した通りである。
Arは、芳香環を表す。
及びWは、2価の連結基又は単結合を表す。
、R2、R、Y、Z、m及びnの具体例としては、それぞれ上記一般式(1)において述べたものと同様のものが挙げられ、好ましい範囲も同様である。
Arで表される芳香環の具体例としては、上記一般式(1)におけるLが芳香環である場合の具体例と同様のものが挙げられ、好ましい範囲も同様である。
及びWで表される2価の連結基としては、炭素数6〜18の置換基を有しても良い単環もしくは多環の芳香族炭化水素環、-C(=O)-、-O-C(=O)-、-CH2-O-C(=O)-、チオカルボニル基、直鎖状若しくは分岐状のアルキレン基(好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは1〜6)、直鎖状若しくは分岐状のアルケニレン基(好ましくは炭素数2〜10、より好ましくは2〜6)、シクロアルキレン基(好ましくは炭素数3〜10、より好ましくは5〜10)、スルホニル基、-O-、-NH-、-S-、環状ラクトン構造、又はこれらを組み合わせた2価の連結基が挙げられる。
また、一般式(1)で表される繰り返し単位(Q)は、さらに好ましくは、下記一般式(2’)又は(3’)で表される。
Figure 2014024999
上記一般式(2’)及び(3’)におけるR、Y、Z、m及びnは、上記一般式(1)における各基と同義であり、具体例および好ましい範囲も同様である。上記一般式(2’)におけるArは、上記一般式(2)におけるArと同義であり、好ましい範囲も同様である。
上記一般式(3’)において、Wは、2価の連結基である。Wで表される2価の連結基としては、炭素数6〜18の置換基を有しても良い単環もしくは多環の芳香族炭化水素環、-C(=O)-、直鎖状若しくは分岐状のアルキレン基(好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは1〜6)、シクロアルキレン基(好ましくは炭素数3〜10、より好ましくは5〜10)、-O-、環状ラクトン構造又はこれらを組み合わせた2価の連結基が挙げられる。
上記一般式(2’)及び(3’)において、fは0〜6の整数である。0〜3の整数であることが好ましく、1〜3の整数であることがより好ましい。
上記一般式(2’)及び(3’)において、gは0又は1である。
また、一般式(2’)は、特に好ましくは、下記一般式(1−a)〜(1−c)のいずれかで表される。繰り返し単位(Q)は、下記一般式(1−a)〜(1−c)のいずれかで表される繰り返し単位又は上記一般式(3’)で表される繰り返し単位であることが特に好ましい。
Figure 2014024999
上記一般式(1−a)〜(1−c)におけるR、Y及びZは、上記一般式(1)における各基と同義であり、具体例及び好ましい範囲も同様である。
上記一般式(1−b)〜(1−c)において、
Y”は、水素原子又は1価の置換基を表す。1価の置換基としては、上述したYで表される1価の置換基と同様のものが挙げられる。ただし、Y”は、メチロール基であってもよい。
は、水素原子又は1価の置換基を表す。1価の置換基の具体例は、一般式(1)におけるZが1価の置換基である場合と同様のものが挙げられる。
fは1〜6の整数を表す。好ましい範囲は、一般式(2’)及び(3’)で述べた通りである。
mは0又は1であり、nは1〜3の整数を表す。
上記一般式(1−b)および(1−c)において、Rは水素原子、アルキル基、(直鎖又は分岐のいずれであってもよく、炭素数1〜12が好ましい)、アルケニル基(炭素数2〜12が好ましい)、アルキニル基(炭素数2〜12が好ましい)、シクロアルキル基(炭素数3〜8が好ましい)、アリール基(単環、多環のいずれであってもよく炭素数6〜18が好ましい)、ハロアルキル基、アルカノイル基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アルキルスルホニルオキシ基、アリールスルホニルオキシ基、アルキルスルホニル基、アリールスルホニル基、シアノ基、アルキルチオ基、アリールチオ基及び複素環基が挙げられる。好ましい例としては、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルカノイル基、が挙げられる。
ハロアルキル基、アルカノイル基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アルキルスルホニルオキシ基、アリールスルホニルオキシ基、アルキルスルホニル基、アリールスルホニル基、シアノ基、アルキルチオ基、アリールチオ基及び複素環基の具体例は、上記一般式(1)のYと同様であり、好ましい範囲も同様である。
繰り返し単位(Q)の含有率は、架橋効率と現像性の観点から、高分子化合物(A)に含まれる全繰り返し単位に対して、5〜50モル%であることが好ましく、10〜40モル%であることがより好ましい。
繰り返し単位(Q)の具体例としては、下記構造が挙げられる。
Figure 2014024999
Figure 2014024999
Figure 2014024999
Figure 2014024999
Figure 2014024999
Figure 2014024999
Figure 2014024999
Figure 2014024999
(b)繰り返し単位(P)
高分子化合物(A)は、さらに、下記一般式(4)で表される繰り返し単位(P)を含んでいてもよい。ただし、ここでの繰り返し単位(P)は、上述した繰り返し単位(Q)に該当しない繰り返し単位を意味する。
Figure 2014024999
一般式(4)において、
1’は、水素原子、メチル基、又はハロゲン原子を表す。
Xは、(p+1)価の連結基もしくは単結合を表す。
pは、1以上の整数を表す。
上記一般式(4)におけるR としての各基の具体例および好ましい範囲は、一般式(1)におけるRと同様である。R’がメチル基である場合、置換基を有していてもよく、この置換基の具体例は上記でRの置換基として挙げたものと同様である。
上記一般式(4)において、Xは(p+1)価の連結基もしくは単結合を表す。Xの好ましい例としては、カルボニル基、スルホニル基、−O−、−NH−、芳香環、又はこれらの組み合わせが挙げられる。Xとしては、芳香環又はカルボニル基が好ましい。
Xにおける芳香環は、単環であっても多環であってもよく、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フルオレン環、フェナントレン環などの炭素数6〜18の置換基を有していてもよい芳香族炭化水素環、又は、例えば、チオフェン環、フラン環、ピロール環、ベンゾチオフェン環、ベンゾフラン環、ベンゾピロール環、トリアジン環、イミダゾール環、ベンゾイミダゾール環、トリアゾール環、チアジアゾール環、チアゾール環等のヘテロ環を含む芳香環ヘテロ環を挙げることができる。中でも、ベンゼン環、ナフタレン環が解像性の観点で好ましく、ベンゼン環が最も好ましい。
pは1〜5の整数であることが好ましく、1〜3の整数であることがより好ましい。
繰り返し単位(P)は、好ましくは下記一般式(5)又は(6)で表される。
Figure 2014024999
一般式(5)及び(6)において、
’及びpは、前記一般式(4)において定義した通りである。
及びBは、2価の連結基又は単結合を表す。
Arは、芳香環基を表す。
上記一般式(5)及び(6)におけるR としての各基の具体例および好ましい範囲は、一般式(4)におけるR と同様である。一般式(5)において、Arで表される芳香環の具体例は、上記一般式(4)におけるXが芳香環である場合と同様であり、好ましい範囲も同様である。上記一般式(5)におけるpの好ましい範囲も、上記一般式(4)におけるpと同様である。
で表される二価の連結基としては、カルボニル基、−O−、−NH−、スルホニル基、エステル基又はこれらの組み合わせを挙げることができる。Bは、単結合、カルボニル基、エステル基、アミド基であること好ましく、単結合がより好ましい。
で表される二価の連結基としては、芳香環基、−O−、−NH−、スルホニル基、カルボニル基を挙げることができる。Bは、単結合又は芳香環基であることが好ましい。Bが芳香環基である場合、その具体例および好ましい範囲は、上記一般式(4)におけるXが芳香環基である場合と同様である。
pが1でArがベンゼン環の時、−OHの置換位置はベンゼン環における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よいが、アルカリ現像性の観点からパラ位が最も好ましい。
Arの芳香環基における芳香環は、上記−OHで表される基以外にも置換基を有していてもよく、置換基としては例えば、アルキル基、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、アルキルカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基、アルキルスルホニルオキシ基、アリールカルボニル基、ハロアルキル基が挙げられる。
上記一般式(4)で表される繰り返し単位(P)は、より好ましくは下記一般式(5’)又は(6’)で表される。
Figure 2014024999
一般式(5’)及び(6’)におけるR 、Ar、及びpは、上記一般式(4)〜(6)における各基と同義であり、具体例及び好ましい範囲も同様である。
繰り返し単位(P)は、最も好ましくは下記一般式(6’)又は(5”)で表される。
Figure 2014024999
一般式(6’)及び(5’)におけるR は、上記一般式(4)におけるR と同義であり、具体例及び好ましい範囲も同様である。
高分子化合物(A)が繰り返し単位(P)を含む場合、繰り返し単位(P)の含有率は、高分子化合物(A)の全繰り返し単位に対して、0〜96モル%であることが好ましく、20〜95モル%であることがより好ましく、50〜95モル%であることが特に好ましく、70〜95モル%であることが最も好ましい。これにより、特に、レジスト膜が薄膜である場合(例えば、レジスト膜の厚みが、10〜150nmである場合)、高分子化合物(A)を用いて形成された本発明のレジスト膜における露光部のアルカリ現像液に対する溶解速度をより確実に低減できる(即ち、高分子化合物(A)を用いたレジスト膜の溶解速度を、より確実に最適なものに制御できる)。その結果、感度をより確実に向上させることができる。
また、高分子化合物(A)が繰り返し単位(P)を含む場合、高分子化合物(A)における繰り返し単位(Q)と繰り返し単位(P)との比率は、モル比で0:100〜96:4であることが好ましく、20:70〜95:5であることがより好ましく、50:500〜95:5であることが特に好ましく、70:30〜95:5であることが最も好ましい。
以下、一般式(4)で表される繰り返し単位の具体例を示すが、これに限定されるものではない。
Figure 2014024999
Figure 2014024999
Figure 2014024999
本発明の一態様において、高分子化合物(A)は、下記一般式(I)に示す2種の繰り返し単位を含むことが好ましい。
Figure 2014024999
また、他の態様において、化合物(A)は、下記一般式(II)に示す2種の繰り返し単位を含む高分子化合物であることが好ましい。
Figure 2014024999
一般式(I)及び(II)において、
Y’は、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を表す。
Y”は、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を表す。
Z’は、水素原子、又はアルキル基又はシクロアルキル基を表す。
mは、0又は1である。
nは、1〜3の整数を表す。
aは、2〜6の整数であり、2又は3であることが好ましい。
Y’、Y”及び/又はZ’がアルキル基又はシクロアルキル基である場合、その具体例及び好ましい範囲は、上記一般式(1)におけるY及びZがアルキル基又はシクロアルキル基である場合と同様である。Y’及び/又はY”がアリール基である場合、その具体例及び好ましい範囲は、上記一般式(1)におけるYがアリール基である場合と同様である。
また、他の態様において、高分子化合物(A)は、下記一般式(III)に示す2種の繰り返し単位を含むことが好ましい。
Figure 2014024999
上記一般式(III)におけるR、W、Y、Z、g、m及びnは、上述した一般式(3’)における各々と同義であり、具体例及び好ましい範囲も同様である。
上記一般式(I)で表される2種の繰り返し単位の具体例を以下に示すが、これらに限定されるものではない。
Figure 2014024999
上記一般式(II)で表される2種の繰り返し単位の具体例を以下に示すが、これらに限定されるものではない。
Figure 2014024999
上記一般式(III)で表される2種の繰り返し単位の具体例を以下に示すが、これらに限定されるものではない。
Figure 2014024999
(c)その他の繰り返し単位
高分子化合物(A)は、繰り返し単位(P)及び繰り返し単位(Q)を、それぞれ2種以上含んでいてもよい。また、高分子化合物(A)は、繰り返し単位(P)及び繰り返し単位(Q)以外に、他の繰り返し単位を含んでいてもよい。
例えば、本発明の組成物がいわゆるポジ型パターンの形成に用いられる場合には、高分子化合物(A)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基を有する繰り返し単位(以下、「酸分解性基を有する繰り返し単位」と称することがある)を含むことが必要である。
アルカリ可溶性基としては、フェノール性水酸基、カルボキシル基、フッ素化アルコール基、スルホン酸基、スルホンアミド基、スルホニルイミド基、(アルキルスルホニル)(アルキルカルボニル)メチレン基、(アルキルスルホニル)(アルキルカルボニル)イミド基、ビス(アルキルカルボニル)メチレン基、ビス(アルキルカルボニル)イミド基、ビス(アルキルスルホニル)メチレン基、ビス(アルキルスルホニル)イミド基、トリス(アルキルカルボニル)メチレン基、トリス(アルキルスルホニル)メチレン基等が挙げられる。
好ましいアルカリ可溶性基としては、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(好ましくはヘキサフルオロイソプロパノール基)、スルホン酸基が挙げられる。
酸分解性基として好ましい基は、これらのアルカリ可溶性基の水素原子を酸で脱離する基で置換した基である。
酸で脱離する基としては、例えば、−C(R36)(R37)(R38)、−C(R36)(R37)(OR39)、−C(R01)(R02)(OR39)等を挙げることができる。
式中、R36〜R39は、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基、1価の芳香環基、アルキレン基と1価の芳香環基とを組み合わせた基、又はアルケニル基を表す。R36とR37とは、互いに結合して環を形成してもよい。
01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、1価の芳香環基、アルキレン基と1価の芳香環基とを組み合わせた基、又はアルケニル基を表す。
以下に、酸分解性基を有する繰り返し単位の具体例を示すが、これらに限定されるものではない。
Figure 2014024999
本発明の組成物をポジ型パターンの形成に用いる場合の化合物(A)における、酸分解性基を有する繰り返し単位の含有率は、化合物(A)の全繰り返し単位に対して、5〜70モル%の範囲が好ましく、10〜60モル%の範囲がより好ましく、15〜50モル%の範囲が特に好ましい。
本発明の組成物をポジ型パターンの形成に用いる場合のプロセスとしては、例えば、まず酸分解反応が酸架橋反応より優先して起きるように(すなわち露光部の現像液に対する溶解性が高まるように)露光量やポストエクスポージャーベーク温度等の条件を調節し現像を行うことによりポジ型パターンを得た後、残った未露光部のパターンに対して再度加熱あるいは露光を行い架橋反応を進行させ、パターンを強固にするプロセスが挙げられる。
本発明で用いられる化合物(A)は、一態様において、上記繰り返し単位以外の単位として、下記のような繰り返し単位(以下、「他の繰り返し単位」ともいう)を更に含んでいてもよい。
他の繰り返し単位を形成するための重合性モノマーの例としては、スチレン、アルキル置換スチレン、アルコキシ置換スチレン、O−アルキル化スチレン、O−アシル化スチレン、水素化ヒドロキシスチレン、無水マレイン酸、アクリル酸誘導体(アクリル酸、アクリル酸エステル等)、メタクリル酸誘導体(メタクリル酸、メタクリル酸エステル等)、N−置換マレイミド、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、ビニルナフタレン、ビニルアントラセン、置換基を有してもよいインデン、等を挙げることができる。
高分子化合物(A)は、これら他の繰り返し単位を含有しても含有しなくてもよいが、含有する場合、これら他の繰り返し単位の高分子化合物(A)中の含有率は、高分子化合物(A)を構成する全繰り返し単位に対して、一般的に1〜20モル%であり、好ましくは2〜10モル%である。
また、高分子化合物(A)は、他の態様において、上記繰り返し単位以外の繰り返し単位として、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度が増大する基を有する繰り返し単位や、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する光酸発生基を有する繰り返し単位を更に有することも好ましい。
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度が増大する基を有する繰り返し単位としては、例えば、ラクトン構造、フェニルエステル構造を有する繰り返し単位などが挙げられ、好ましくは5〜7員環ラクトン構造を有する繰り返し単位であり、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た構造を有する繰り返し単位がより好ましい。以下に、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度が増大する基を有する繰り返し単位の具体例を示す。式中、Rxは、H、CH、CHOH、又はCFを表す。
Figure 2014024999
高分子化合物(A)は、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度が増大する基を有する繰り返し単位を含有していても含有していなくてもよいが、含有する場合、該繰り返し単位の含有率は、化合物(A)中の全繰り返し単位に対し、5〜50モル%が好ましく、より好ましくは10〜40モル%であり、更に好ましくは15〜30モル%である。
高分子化合物(A)は、非酸分解性の多環脂環炭化水素構造を有する基で、フェノール性水酸基の水素原子が置換された構造を有する繰り返し単位を含むことが、高いガラス転移温度(Tg)が得られること、ドライエッチング耐性が良好となることから好ましい。
高分子化合物(A)が、前述の特定の構造を有する繰り返し単位を含むことで、高分子化合物(A)のガラス転移温度(Tg)が高くなり、非常に硬いレジスト膜を形成することができ、酸の拡散性やドライエッチング耐性を制御することができる。従って、電子線や極紫外線等の活性光線又は放射線の露光部における酸の拡散性が非常に抑制されるため、微細なパターンでの解像力、パターン形状及びLERが更に優れる。また、高分子化合物(A)が非酸分解性の多環脂環炭化水素構造を有する繰り返し単位を含むことが、ドライエッチング耐性の更なる向上に寄与するものと考えられる。更に、詳細は不明だが、多環脂環炭化水素構造は水素ラジカルの供与性が高く、光酸発生剤である後述の活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物(B)の分解時の水素源となり、光酸発生剤の分解効率が更に向上し、酸発生効率が更に高くなっていると推定され、これがより優れた感度に寄与するものと考えられる。
本発明に係る高分子化合物(A)が有していてもよい前述の特定の構造は、ベンゼン環等の芳香族環と、非酸分解性の多環脂環炭化水素構造を有する基とが、フェノール性水酸基に由来する酸素原子を介して連結している。前述のように、該構造は高いドライエッチング耐性に寄与するだけでなく、高分子化合物(A)のガラス転移温度(Tg)を上げることができ、これらの組み合わせの効果によりより高い解像力が提供されるものと推定される。
本発明において、非酸分解性とは、後述の活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物(B)が発生する酸により、分解反応が起こらない性質を意味する。
より具体的には、非酸分解性の多環脂環炭化水素構造を有する基は、酸及びアルカリに安定な基であることが好ましい。酸及びアルカリに安定な基とは、酸分解性及びアルカリ分解性を示さない基を意味する。ここで酸分解性とは、後述の活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物(B)が発生する酸の作用により分解反応を起こす性質を意味し、酸分解性を示す基としては後述の「酸分解性基を有する繰り返し単位」において説明する酸分解性基が挙げられる。
またアルカリ分解性とは、アルカリ現像液の作用により分解反応を起こす性質を意味し、アルカリ分解性を示す基としてはポジ型の化学増幅型レジスト組成物において好適に使用される樹脂中に含まれる、従来公知の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(例えばラクトン構造を有する基など)が挙げられる。
多環脂環炭化水素構造を有する基とは、多環脂環炭化水素構造を有する一価の基である限り特に限定されないが、総炭素数が5〜40であることが好ましく、7〜30であることがより好ましい。多環脂環炭化水素構造は、環内に不飽和結合を有していてもよい。
多環脂環炭化水素構造を有する基における多環脂環炭化水素構造は、単環型の脂環炭化水素基を複数有する構造、若しくは、多環型の脂環炭化水素構造を意味し、有橋式であってもよい。単環型の脂環炭化水素基としては、炭素数3〜8のシクロアルキル基が好ましく、例えば、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロブチル基、シクロオクチル基等を挙げることができ、単環型の脂環炭化水素基を複数有する構造はこれらの基を複数有する。単環型の脂環炭化水素基を複数有する構造は、単環型の脂環炭化水素基を2〜4個有することが好ましく、2個有することが特に好ましい。
多環型の脂環炭化水素構造としては、炭素数5以上のビシクロ、トリシクロ、テトラシクロ構造等を挙げることができ、炭素数6〜30の多環シクロ構造が好ましく、例えば、アダマンタン構造、デカリン構造、ノルボルナン構造、ノルボルネン構造、セドロール構造、イソボルナン構造、ボルナン構造、ジシクロペンタン構造、α−ピネン構造、トリシクロデカン構造、テトラシクロドデカン構造、あるいはアンドロスタン構造を挙げることができる。なお、単環若しくは多環のシクロアルキル基中の炭素原子の一部が、酸素原子等のヘテロ原子によって置換されていてもよい。
上記の多環脂環炭化水素構造の好ましいものとしては、アダマンタン構造、デカリン構造、ノルボルナン構造、ノルボルネン構造、セドロール構造、シクロヘキシル基を複数有する構造、シクロヘプチル基を複数有する構造、シクロオクチル基を複数有する構造、シクロデカニル基を複数有する構造、シクロドデカニル基を複数有する構造、トリシクロデカン構造があげられ、アダマンタン構造がドライエッチング耐性の観点で最も好ましい(すなわち、前記非酸分解性の多環脂環炭化水素構造を有する基が、非酸分解性のアダマンタン構造を有する基であることが最も好ましい)。
これらの多環脂環炭化水素構造(単環型の脂環炭化水素基を複数有する構造については、該単環型の脂環炭化水素基に対応する単環型の脂環炭化水素構造(具体的には以下の式(47)〜(50)の構造))の化学式を以下に表示する。
Figure 2014024999
更に上記多環脂環炭化水素構造は置換基を有してもよく、置換基としては例えば、アルキル基(好ましくは炭素数1〜6)、シクロアルキル基(好ましくは炭素数3〜10)、アリール基(好ましくは炭素数6〜15)、ハロゲン原子、水酸基、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜6)、カルボキシル基、カルボニル基、チオカルボニル基、アルコキシカルボニル基(好ましくは炭素数2〜7)、及びこれら基を組み合わせてなる基(好ましくは総炭素数1〜30、より好ましくは総炭素数1〜15)が挙げられる。
上記多環脂環炭化水素構造としては、上記式(7)、(23)、(40)、(41)及び(51)のいずれかで表される構造、上記式(48)の構造における任意の一つの水素原子を結合手とした一価の基を2個有する構造が好ましく、上記式(23)、(40)及び(51)のいずれかで表される構造、上記式(48)の構造における任意の一つの水素原子を結合手とした一価の基を2個有する構造がより好ましく、上記式(40)で表される構造が最も好ましい。
多環脂環炭化水素構造を有する基としては、上記の多環脂環炭化水素構造の任意の一つの水素原子を結合手とした一価の基であることが好ましい。
前述の非酸分解性の多環脂環炭化水素構造を有する基で、フェノール性水酸基の水素原子が置換された構造は、前述の非酸分解性の多環脂環炭化水素構造を有する基で、フェノール性水酸基の水素原子が置換された構造を有する繰り返し単位として高分子化合物(A)に含有されることが好ましく、下記一般式(3)で表される繰り返し単位として高分子化合物(A)に含有されることがより好ましい。
Figure 2014024999
一般式(3)中、R13は水素原子又はメチル基を表す。
Xは非酸分解性の多環脂環炭化水素構造を有する基を表す。
Arは芳香族環を表す。
m2は1以上の整数である。
一般式(3)におけるR13は水素原子又はメチル基を表すが、水素原子が特に好ましい。
一般式(3)のArの芳香族環としては、例えば、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フルオレン環、フェナントレン環などの炭素数6〜18の置換基を有していてもよい芳香族炭化水素環、又は、例えば、チオフェン環、フラン環、ピロール環、ベンゾチオフェン環、ベンゾフラン環、ベンゾピロール環、トリアジン環、イミダゾール環、ベンゾイミダゾール環、トリアゾール環、チアジアゾール環、チアゾール環等のヘテロ環を含む芳香環ヘテロ環を挙げることができる。中でも、ベンゼン環、ナフタレン環が解像性の観点で好ましく、ベンゼン環が最も好ましい。
Arの芳香族環は、上記−OXで表される基以外にも置換基を有していてもよく、置換基としては例えば、アルキル基(好ましくは炭素数1〜6)、シクロアルキル基(好ましくは炭素数3〜10)、アリール基(好ましくは炭素数6〜15)、ハロゲン原子、水酸基、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜6)、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基(好ましくは炭素数2〜7)が挙げられ、アルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基が好ましく、アルコキシ基がより好ましい。
Xは非酸分解性の多環脂環炭化水素構造を有する基を表す。Xで表される非酸分解性の多環脂環炭化水素構造を有する基の具体例及び好ましい範囲は上述のものと同様である。Xは、後述の一般式(4)における−Y−Xで表される基であることがより好ましい。
m2は1〜5の整数であることが好ましく、1が最も好ましい。m2が1でArがベンゼン環の時、―OXの置換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よいが、パラ位又はメタ位が好ましく、パラ位がより好ましい。
本発明において、前記一般式(3)で表される繰り返し単位が、下記一般式(4)で表される繰り返し単位であることが好ましい。
一般式(4)で表される繰り返し単位を有する高分子化合物(A)を使用すると、高分子化合物(A)のTgが高くなり、非常に硬いレジスト膜を形成するため、酸の拡散性やドライエッチング耐性をより確実に制御できる。
Figure 2014024999
一般式(4)中、R13は水素原子又はメチル基を表す。
Yは単結合又は2価の連結基を表す。
は非酸分解性の多環脂環炭化水素基を表す。
前記一般式(4)で表される繰り返し単位で、本発明に用いられる好ましい例を以下に記述する。
一般式(4)におけるR13は水素原子又はメチル基を表すが、水素原子が特に好ましい。
一般式(4)において、Yは2価の連結基であることが好ましい。Yの2価連結基として好ましい基は、カルボニル基、チオカルボニル基、アルキレン基(好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは炭素数1〜5)、スルホニル基、−COCH−、−NH−又はこれらを組合せた2価の連結基(好ましくは総炭素数1〜20、より好ましくは総炭素数1〜10)であり、より好ましくはカルボニル基、−COCH−、スルホニル基、−CONH−、−CSNH−であり、更に好ましくはカルボニル基、−COCH−であり、特に好ましくはカルボニル基である。
は多環脂環炭化水素基を表し、非酸分解性である。多環脂環炭化水素基の総炭素数は5〜40であることが好ましく、7〜30であることがより好ましい。多環脂環炭化水素基は、環内に不飽和結合を有していてもよい。
このような多環脂環炭化水素基は、単環型の脂環炭化水素基を複数有する基、若しくは、多環型の脂環炭化水素基であり、有橋式であってもよい。単環型の脂環炭化水素基としては、炭素数3〜8のシクロアルキル基が好ましく、例えば、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロブチル基、シクロオクチル基等を挙げることができ、これらの基を複数有する。単環型の脂環炭化水素基を複数有する基は、単環型の脂環炭化水素基を2〜4個有することが好ましく、2個有することが特に好ましい。
多環型の脂環炭化水素基としては、炭素数5以上のビシクロ、トリシクロ、テトラシクロ構造等を有する基を挙げることができ、炭素数6〜30の多環シクロ構造を有する基が好ましく、例えば、アダマンチル基、ノルボルニル基、ノルボルネニル基、イソボロニル基、カンファニル基、ジシクロペンチル基、α−ピネル基、トリシクロデカニル基、テトシクロドデシル基、あるいはアンドロスタニル基を挙げることができる。なお、単環若しくは多環のシクロアルキル基中の炭素原子の一部が、酸素原子等のヘテロ原子によって置換されていてもよい。
上記Xの多環脂環炭化水素基としては、好ましくはアダマンチル基、デカリン基、ノルボルニル基、ノルボルネニル基、セドロール基、シクロヘキシル基を複数有する基、シクロヘプチル基を複数有する基、シクロオクチル基を複数有する基、シクロデカニル基を複数有する基、シクロドデカニル基を複数有する基、トリシクロデカニル基であり、アダマンチル基がドライエッチング耐性の観点で最も好ましい。Xの多環脂環炭化水素基における多環脂環炭化水素構造の化学式としては、前述の多環脂環炭化水素構造を有する基における多環脂環炭化水素構造の化学式と同様のものが挙げられ、好ましい範囲も同様である。Xの多環脂環炭化水素基は、前述の多環脂環炭化水素構造における任意の一つの水素原子を結合手とした一価の基が挙げられる。
更に上記脂環炭化水素基は置換基を有してもよく、置換基としては多環脂環炭化水素構造が有してもよい置換基として上述したものと同様のものが挙げられる。
一般式(4)における―O―Y―Xの置換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よいが、パラ位が好ましい。
本発明において、前記一般式(3)で表される繰り返し単位が、下記一般式(4’)で表される繰り返し単位であることが最も好ましい。
Figure 2014024999
一般式(4’)中、R13は水素原子又はメチル基を表す。
一般式(4’)におけるR13は水素原子又はメチル基を表すが、水素原子が特に好ましい。
一般式(4’)におけるアダマンチルエステル基の置換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よいが、パラ位が好ましい。
一般式(3)で示される繰り返し単位の具体例としては、以下のものが挙げられる。
Figure 2014024999
Figure 2014024999
高分子化合物(A)が、更に前述の非酸分解性の多環脂環炭化水素構造を有する基で、フェノール性水酸基の水素原子が置換された構造を有する繰り返し単位を含有する場合、該繰り返し単位の含有量は、高分子化合物(A)の全繰り返し単位に対して、1〜40モル%であることが好ましく、より好ましくは2〜30モル%である。
また、高分子化合物(A)は、酸架橋性基を含む基を有するユニットをラジカル重合法やリビングラジカル重合法、リビングアニオン重合法で合成したポリマーに高分子反応で修飾して合成することが好ましい。
特に、酸架橋性基として、オキシラン、オキセタン環を有する高分子化合物(A)は、アルケンを含む多環構造を有するユニットをラジカル重合法やリビングラジカル重合法、リビングアニオン重合法で合成したポリマーに高分子反応で修飾した後、酸化剤(例えば、過酸化水素水、mCPBA等)による酸化により合成することが好ましい。
高分子化合物(A)の重量平均分子量は、好ましくは1000〜200000であり、更に好ましくは2000〜50000であり、更により好ましくは2000〜10000である。
高分子化合物(A)の分散度(分子量分布)(Mw/Mn)は、好ましくは1.7以下であり、感度及び解像性の向上の観点でより好ましくは1.0〜1.35であり、1.0〜1.20が最も好ましい。リビングアニオン重合等のリビング重合を用いることで、得られる高分子化合物(A)の分散度(分子量分布)が均一となり、好ましい。高分子化合物(A)の重量平均分子量及び分散度は、GPC測定によるポリスチレン換算値として定義される。
高分子化合物(A)の本発明の組成物中の含有率は、組成物の全固形分に対して、好ましくは20〜95質量%であり、より好ましくは50〜95質量%であり、特に好ましくは80〜95質量%である。
高分子化合物(A)の具体例としては、下記が挙げられる。
Figure 2014024999
Figure 2014024999
Figure 2014024999
Figure 2014024999
Figure 2014024999
Figure 2014024999
[2]フェノール性水酸基を有する化合物(X)
本発明の組成物は、一態様において、本発明の高分子化合物(A)とは別に、フェノール性水酸基を有する化合物(X)を含有していてもよい。フェノール性水酸基とは、芳香環基の水素原子をヒドロキシ基で置換してなる基である。該芳香環基の芳香環は単環又は多環の芳香環であり、ベンゼン環やナフタレン環等が挙げられる。
フェノール性水酸基を有する化合物(X)は、フェノール性水酸基を有する限り特に限定されず、分子レジストのような比較的低分子の化合物であってもよいし、高分子化合物であってもよい。なお分子レジストとしては、例えば特開2009−173623号公報及び特開2009−173625号公報に記載の低分子量環状ポリフェノール化合物等が使用できる。
フェノール性水酸基を有する化合物は、反応性及び感度の観点から、高分子化合物であることが好ましい。フェノール性水酸基を有する化合物が、高分子化合物である場合、重量平均分子量は、好ましくは1000〜200000であり、更に好ましくは2000〜50000であり、更により好ましくは2000〜15000である。また、分散度(分子量分布)(Mw/Mn)は、好ましくは2.0以下であり、感度及び解像性の向上の観点で好ましくは1.0〜1.80であり、1.0〜1.60がより好ましく、1.0〜1.20が最も好ましい。リビングアニオン重合等のリビング重合を用いることで、得られる高分子化合物の分散度(分子量分布)が均一となり、好ましい。重量平均分子量及び分散度は、GPC測定によるポリスチレン換算値として定義される。
フェノール性水酸基を有する化合物の具体例を以下に示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
Figure 2014024999
Figure 2014024999
Figure 2014024999
[3]活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物(B)
本発明の組成物は、一態様において、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物(以下、「化合物(B)」又は「酸発生剤」ともいう)を含有する。
酸発生剤の好ましい形態として、オニウム塩化合物を挙げることができる。そのようなオニウム塩化合物としては、例えば、スルホニウム塩、ヨードニウム塩、ホスホニウム塩などを挙げることができる。
また、酸発生剤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。
本発明に用い得る酸発生剤としては、低分子化合物に限らず、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する基を高分子化合物の主鎖又は側鎖に導入した化合物も用いることができる。また、前述したように、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する基が、本発明に用いる高分子化合物(A)の共重合成分となっている繰り返し単位中に存在する場合には、本発明の高分子化合物(A)とは別分子の酸発生剤(B)は含有されなくてもかまわない。
酸発生剤は、電子線又は極紫外線の照射により酸を発生する化合物であることが好ましい。
本発明において、好ましいオニウム塩化合物として、下記一般式(7)で表されるスルホニウム化合物、もしくは一般式(8)で表されるヨードニウム化合物を挙げることができる。
Figure 2014024999
一般式(7)及び一般式(8)において、
a1、Ra2、Ra3、Ra4及びRa5は、各々独立に、有機基を表す。
は、有機アニオンを表す。
以下、一般式(7)で表されるスルホニウム化合物及び一般式(8)で表されるヨードニウム化合物を更に詳述する。
一般式(7)中のRa1、Ra2及びRa3、並びに、一般式(8)中のRa4及びRa5は、上記の通り、各々独立に有機基を表し、好ましくは、Ra1、Ra2及びRa3の少なくとも1つ、並びに、Ra4及びRa5の少なくとも1つがそれぞれアリール基である。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。
一般式(7)及び(8)におけるXの有機アニオンは、例えばスルホン酸アニオン、カルボン酸アニオン、ビス(アルキルスルホニル)アミドアニオン、トリス(アルキルスルホニル)メチドアニオンなどが挙げられ、好ましくは、下記一般式(9)、(10)又は(11)で表される有機アニオンであり、より好ましくは下記一般式(9)で表される有機アニオンである。
Figure 2014024999
一般式(9)、(10)及び(11)において、Rc1、Rc2、Rc3及びRc4は、各々独立に、有機基を表す。
上記Xの有機アニオンが、電子線や極紫外線などの活性光線又は放射線により発生する酸であるスルホン酸、イミド酸、メチド酸などに対応する。
上記Rc1、Rc2、Rc3及びRc4の有機基としては、例えば、アルキル基、アリール基又はこれらの複数が連結された基を挙げることができる。これら有機基のうち、より好ましくは1位がフッ素原子又はフロロアルキル基で置換されたアルキル基、フッ素原子又はフロロアルキル基で置換されたフェニル基である。フッ素原子又はフロロアルキル基を有することにより、光照射によって発生した酸性度が上がり、感度が向上する。ただし、末端基は置換基としてフッ素原子を含有しないことが好ましい。
そして、本発明においては、化合物(B)は、露光した酸の非露光部への拡散を抑制し、解像性やパターン形状を良好にする観点から、体積130Å以上の大きさの酸(より好ましくはスルホン酸)を発生する化合物であることが好ましく、体積190Å以上の大きさの酸(より好ましくはスルホン酸)を発生する化合物であることがより好ましく、体積270Å以上の大きさの酸(より好ましくはスルホン酸)を発生する化合物であることが更に好ましく、体積400Å以上の大きさの酸(より好ましくはスルホン酸)を発生する化合物であることが特に好ましい。但し、感度や塗布溶剤溶解性の観点から、上記体積は2000Å以下であることが好ましく、1500Å以下であることがより好ましい。上記体積の値は、富士通株式会社製の「WinMOPAC」を用いて求めた。すなわち、まず、各化合物に係る酸の化学構造を入力し、次に、この構造を初期構造としてMM3法を用いた分子力場計算により、各酸の最安定立体配座を決定し、その後、これら最安定立体配座についてPM3法を用いた分子軌道計算を行うことにより、各酸の「accessible volume」を計算することができる。
以下に本発明において、特に好ましい酸発生剤を示す。なお、例の一部には、体積の計算値を付記している(単位Å)。なお、ここで求めた計算値は、アニオン部にプロトンが結合した酸の体積値である。
Figure 2014024999
Figure 2014024999
Figure 2014024999
Figure 2014024999
また、本発明に用いる酸発生剤(好ましくはオニウム化合物)としては、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する基(光酸発生基)を高分子化合物の主鎖又は側鎖に導入した高分子型酸発生剤も用いることができ、前述の高分子化合物(A)の記載中に、光酸発生基を有する繰り返し単位として記載した。
酸発生剤の組成物中の含有率は、組成物の全固形分を基準として、好ましくは0.1〜25質量%であり、より好ましくは0.5〜20質量%であり、更に好ましくは1〜18質量%である。
酸発生剤は、1種単独で、又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
[4]架橋剤としての化合物(C)
本発明の組成物をネガ型パターンの形成に用いる場合には、本発明の組成物は、架橋剤としての化合物(C)を含んでいてもよい(以下、「化合物(C)」又は「架橋剤」などという)。架橋剤としては、エポキシ架橋剤、スチレン系の架橋剤、オキセタン系の架橋剤等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
化合物(C)としては、分子内にメチロール基を有する化合物が好ましく、分子内にメチロール基を2個以上有する化合物がより好ましい。
メチロール基の定義は、上記高分子化合物(A)において説明した通りであり、ヒドロキシメチル基又はアルコキシメチル基であることが好ましい。
分子内にメチロール基を有する化合物として、好ましくは、ヒドロキシメチル化又はアルコキシメチル化フェノール化合物、アルコキシメチル化メラミン系化合物、アルコキシメチルグリコールウリル系化合物及びアルコキシメチル化ウレア系化合物が挙げられる。特に好ましい分子内にメチロール基を有する化合物は、分子内にベンゼン環を3〜5個含み、更にヒドロキシメチル基又はアルコキシメチル基を合わせて2個以上有し、分子量が1200以下であるフェノール誘導体やアルコキシメチルグリコールウリル誘導体が挙げられる。
アルコキシメチル基としては、メトキシメチル基、エトキシメチル基が好ましい。
上記架橋剤のうち、ヒドロキシメチル基を有するフェノール誘導体は、対応するヒドロキシメチル基を有さないフェノール化合物とホルムアルデヒドを塩基触媒下で反応させることによって得ることができる。また、アルコキシメチル基を有するフェノール誘導体は、対応するヒドロキシメチル基を有するフェノール誘導体とアルコールを酸触媒下で反応させることによって得ることができる。
別の好ましい架橋剤の例として、更にアルコキシメチル化メラミン系化合物、アルコキシメチルグリコールウリル系化合物類及びアルコキシメチル化ウレア系化合物のようなN−ヒドロキシメチル基又はN−アルコキシメチル基を有する化合物を挙げることができる。
このような化合物としては、ヘキサメトキシメチルメラミン、ヘキサエトキシメチルメラミン、テトラメトキシメチルグリコールウリル、1,3−ビスメトキシメチル−4,5−ビスメトキシエチレンウレア、ビスメトキシメチルウレア等が挙げられ、EP0,133,216A号、西独特許第3,634,671号、同第3,711,264号、EP0,212,482A号に開示されている。
これら架橋剤の中で特に好ましいものを以下に挙げる。
Figure 2014024999
式中、L〜Lは、各々独立に、水素原子、ヒドロキシメチル基、メトキシメチル基、エトキシメチル基又は炭素数1〜6のアルキル基を表す。
本発明において架橋剤は、ネガ型パターン形成用組成物の全固形分中、好ましくは0〜50質量%であり、より好ましくは0〜30質量%である。架橋剤の含有率を上記範囲とすることにより、残膜率が低下することを防止するとともに、本発明の組成物の保存時の安定性を良好に保つことができる。
本発明において、架橋剤は単独で用いてもよいし、2種以上組み合わせて用いてもよい。良好なパターン形状の観点からは、2種以上組み合わせて用いることが好ましい。
例えば、上記のフェノール誘導体に加え、他の架橋剤、例えば上述のN−アルコキシメチル基を有する化合物を併用する場合、上記のフェノール誘導体と他の架橋剤の比率は、モル比で通常90/10〜20/80であり、好ましくは85/15〜40/60、より好ましくは80/20〜50/50である。
[5]塩基性化合物
本発明の組成物は、前記成分の他に、塩基性化合物を酸補足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ができる。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号公報に記載)、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、テトラブチルアンモニウムヒドロキシドなどが挙げられる。
また、光分解性塩基性化合物(当初は塩基性窒素原子が塩基として作用して塩基性を示すが、活性光線又は放射線の照射により分解されて、塩基性窒素原子と有機酸部位とを有する両性イオン化合物を発生し、これらが分子内で中和することによって、塩基性が減少又は消失する化合物。例えば、特許第3577743号公報、特開2001−215689号公報、特開2001−166476号公報、特開2008−102383号公報に記載のオニウム塩)、光塩基性発生剤(例えば、特開2010−243773号公報に記載の化合物)も適宜用いられる。
これら塩基性化合物の中でも解像性向上の観点からアンモニウム塩が好ましい。
本発明における塩基性化合物の含有率は、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。
[6]界面活性剤
本発明の組成物は、更に、塗布性を向上させるため界面活性剤を含有していてもよい。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F171(大日本インキ化学工業製)やフロラード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、オルガノシロキサンポリマーが挙げられる。
本発明の組成物が界面活性剤を含有する場合、その含有率は、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%であり、より好ましくは0.0005〜1質量%である。
[7]有機カルボン酸
本発明の組成物は、前記成分の他に、有機カルボン酸を含有することが好ましい。このような有機カルボン酸化合物として、脂肪族カルボン酸、脂環式カルボン酸、不飽和脂肪族カルボン酸、オキシカルボン酸、アルコキシカルボン酸、ケトカルボン酸、安息香酸誘導体、フタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸、2−ナフトエ酸、1−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸、2−ヒドロキシ−3−ナフトエ酸などを挙げることができるが、電子線露光を真空下で行う際には、レジスト膜表面より揮発して描画チャンバー内を汚染してしまう恐れがあるので、好ましい化合物としては、芳香族有機カルボン酸、その中でも例えば安息香酸、1−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸、2−ヒドロキシ−3−ナフトエ酸が好適である。
有機カルボン酸の配合率としては、高分子化合物(A)100質量部に対し、0.01〜10質量部の範囲内が好ましく、より好ましくは0.01〜5質量部であり、更に好ましくは0.01〜3質量部である。
本発明の組成物は、必要に応じて、更に、染料、可塑剤、酸増殖剤(国際公開第95/29968号公報、国際公開第98/24000号公報、特開平8−305262号公報、特開平9−34106号公報、特開平8−248561号公報、特表平8−503082号公報、米国特許第5,445,917号明細書、特表平8−503081号公報、米国特許第5,534,393号明細書、米国特許第5,395,736号明細書、米国特許第5,741,630号明細書、米国特許第5,334,489号明細書、米国特許第5,582,956号明細書、米国特許第5,578,424号明細書、米国特許第5,453,345号明細書、米国特許第5,445,917号明細書、欧州特許第665,960号明細書、欧州特許第757,628号明細書、欧州特許第665,961号明細書、米国特許第5,667,943号明細書、特開平10−1508号公報、特開平10−282642号公報、特開平9−512498号公報、特開2000−62337号公報、特開2005−17730号公報、特開2008−209889号公報等に記載)等を含有していてもよい。これらの化合物については、いずれも特開2008−268935号公報に記載のそれぞれの化合物を挙げることができる。
[8]カルボン酸オニウム塩
本発明の組成物は、カルボン酸オニウム塩を含有してもよい。カルボン酸オニウム塩としては、カルボン酸スルホニウム塩、カルボン酸ヨードニウム塩、カルボン酸アンモニウム塩などを挙げることができる。特に、カルボン酸オニウム塩としては、カルボン酸スルホニウム塩、カルボン酸ヨードニウム塩が好ましい。更に、本発明においては、カルボン酸オニウム塩のカルボキシレート残基が芳香族基、炭素−炭素2重結合を含有しないことが好ましい。特に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。
[9]溶剤
本発明の組成物は溶剤を含有していてもよく、溶剤としては、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、シクロヘキサノン、2−ヘプタノン、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)、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA、別名1−メトキシ−2−アセトキシプロパン)、プロピレングリコールモノメチルエーテルプロピオネート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、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エチル、β−メトキシイソ酪酸メチル、酪酸エチル、酪酸プロピル、メチルイソブチルケトン、酢酸エチル、酢酸イソアミル、乳酸エチル、トルエン、キシレン、酢酸シクロヘキシル、ジアセトンアルコール、N−メチルピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、γ−ブチロラクトン、N,N−ジメチルアセトアミド、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネートなどが好ましい。これらの溶剤は単独もしくは組み合わせて用いられる。
本発明の組成物の固形分は、上記溶剤に対し、固形分濃度として、1〜40質量%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。
<感活性光線性又は感放射線性膜ならびにマスクブランクス>
本発明は、本発明の組成物を含む感活性光線性又は感放射線性膜にも関し、このような膜は、例えば、本発明の組成物が基板等の支持体上に塗布されることにより形成される。この膜の厚みは、0.02〜0.1μmが好ましい。基板上に塗布する方法としては、スピンコート、ロールコート、フローコート、ディップコート、スプレーコート、ドクターコート等の適当な塗布方法により基板上に塗布されるが、スピン塗布が好ましく、その回転数は1000〜3000rpmが好ましい。塗布膜は60〜150℃で1〜20分間、好ましくは80〜120℃で1〜10分間プリベークして薄膜を形成する。
被加工基板及びその最表層を構成する材料は、例えば、半導体用ウエハの場合、シリコンウエハを用いることができ、最表層となる材料の例としては、Si、SiO、SiN、SiON、TiN、WSi、BPSG、SOG、有機反射防止膜等が挙げられる。
また、本発明は、上記のようにして得られる感活性光線性又は感放射線性膜を形成したマスクブランクスにも関する。このような感活性光線性又は感放射線性膜を具備する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。
遮光膜は単層でもよいが、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、5〜100nmであることが好ましく、10〜80nmであることがより好ましい。遮光膜全体の厚みとしては、特に制限されるものではないが、5〜200nmであることが好ましく、10〜150nmであることがより好ましい。
これらの材料のうち、一般にクロムに酸素や窒素を含有する材料を最表層に具備するフォトマスクブランク上で、本発明の組成物を用いてパターン形成を行った場合、基板付近でくびれ形状が形成される、いわゆるアンダーカット形状となりやすいが、本発明を用いた場合、従来のものに比べてアンダーカット問題を改善することができる。
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℃で、通常1〜20分間、好ましくは1〜10分間)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製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。
<パターン形成方法>
次に、本発明に係るパターン形成方法について説明する。
本発明のパターン形成方法は、一態様において、上記感活性光線性又は感放射線性膜に活性光線又は放射線を照射することと、活性光線又は放射線を照射した膜を現像することとを含む。
本発明のパターン形成方法は、他の態様において、表面に感活性光線性又は感放射線性膜を形成したマスクブランクスに活性光線又は放射線を照射することと、活性光線又は放射線を照射したマスクブランクスを現像することとを含む。
本発明において、活性光線又は放射線の照射は、電子線又は極紫外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、感活性光線性又は感放射線性膜上への露光(パターン形成工程)は、まず、感活性光線性又は感放射線性膜にパターン状に電子線又は極紫外線(EUV)照射を行うことが好ましい。露光量は、電子線の場合、0.1〜20μC/cm程度、好ましくは3〜10μC/cm程度、極紫外線の場合、0.1〜20mJ/cm程度、好ましくは3〜15mJ/cm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ーベーク)を行い、次いで、現像、リンス、乾燥することによりパターンを形成する。
本発明での現像は、アルカリ現像でも有機溶剤現像でもよい。有機溶剤現像によりネガ型パターンを得る場合は、特にメチロール架橋基と酸分解基をともに有する樹脂を用いることが好ましい。架橋と分解の相乗効果により、さらに感度及び解像性が向上し得るためである。
アルカリ現像の場合には、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド(TBAH)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。アルカリ現像液には、アルコール類及び/又は界面活性剤を、適当量添加してもよい。こうして、本発明の組成物がネガ型パターンの形成に用いられるネガ型組成物の場合、未露光部分の膜は溶解し、露光された部分は化合物(A)が架橋しているので現像液に溶解し難く、本発明の組成物がポジ型パターンの形成に用いられるポジ型組成物の場合、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し難く、基板上に目的のパターンが形成される。
本発明の樹脂組成物は、組成物を塗布、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好ましく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2008−292975号公報、特開2010−217884号公報など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、酢酸エチルなど)、ケトン系溶剤(2−ヘプタノン、シクロヘキサノンなど)、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。
本発明は、上記した本発明のパターン形成方法を含む、電子デバイスの製造方法、及び、この製造方法により製造された電子デバイスにも関する。
本発明の電子デバイスは、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。
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明の内容はこれにより限定されるものではない。
<合成例1:高分子化合物(A1)の合成>
後掲の表1に示す高分子化合物(A1)を、以下の通り合成した。
Figure 2014024999
(化合物(1a−2)の合成)
東京化成工業株式会社製の2,6−ビス(ヒドロキシメチル)−p−クレゾール(1a−1)35gを、メタノール400mLに溶解した。そこに、3.6gの45%硫酸水溶液を滴下し、50℃で5時間攪拌した。反応終了後、反応液を室温に戻し、その後、反応液を氷浴中で攪拌しながら炭酸ナトリウムを加え、セライト濾過をした。濾液を濃縮し、その後に分液ロートに移した。蒸留水と酢酸エチルをそれぞれ200mL加えて抽出をし、水層を除去した。その後、有機層を200mLの蒸留水で5回洗浄し、有機層を濃縮すると(1a−2)の化合物が37g得られた。
H−NMR(CDCl3:ppm)δ:2.25(3H、s)、3.43(6H、s)、4.56(4H、s)、6.92(2H、s)。
(化合物(1a−3)の合成)
20gの上記で合成した化合物(1a−2)を、ジメチルスルホキシド200mLに溶解した。そこに、38.3gのジブロモエタンと、16.9gの炭酸カリウムを加えて、40℃で4時間撹拌した。反応終了後、反応液を室温に戻し、酢酸エチルと蒸留水をそれぞれ100mL加えた。反応液を分液ロートに移し、水層を除去した。その後有機層を200mLの蒸留水で5回洗浄し、有機層を濃縮した。濃縮物をシリカゲルカラムクロマトグラフィ(展開溶媒:ヘキサン/酢酸エチル=20/1)で精製し、溶媒を減圧留去後、真空乾燥することにより、化合物(1a−3)が24.7g得られた。
H−NMR(CDCl3:ppm)δ:2.33(3H、s)、3.70(2H、t)、4.27(2H、t)、4.50(4H、s)、7.19(2H、s)。
(高分子化合物(A1)の合成)
日本曹達株式会社製のポリ(p−ヒドロキシスチレン)(VP2500)5gをジメチルスルホキシド30gに溶解した。そこに、炭酸カリウム1.7gおよび上記で合成した化合物(1a−3)2gを順番に加え、60℃で2時間攪拌した。反応終了後、反応液を室温に戻し、酢酸エチルと蒸留水をそれぞれ50mL加えた。反応液を分液ロートに移し、水層を除去した。その後、有機層を50mLの蒸留水で5回洗浄し、有機層を濃縮したものをヘキサン500mL中に滴下した。粉体をろ過後、分取し、真空乾燥することで上記繰り返し単位を含む高分子化合物(A1)5.4gが得られた。得られた高分子化合物(A1)のd−DMSO溶媒中でのH−NMR測定チャートを図1に示す。
<合成例2:高分子化合物(A2)の合成>
後掲の表1に示す高分子化合物(A2)を、以下の通り合成した。
Figure 2014024999
(化合物(2a−2)の合成)
2,4,6−トリス(メトキシメチル)フェノール(2a−1)16gをジメチルスルホキシド200mLに溶解した。そこに、39.09gの炭酸カリウム、53.13gのジブロモエタンを加え、40℃で4時間撹拌した。反応液に酢酸エチル100mLと蒸留水100mLを加え、分液ロートに移し、水層を除去した。その後有機層を200mLの蒸留水で3回洗浄し、有機層中の溶媒を減圧留去した。得られた物質をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製することにより、化合物(2a−2)17.7gが得られた。
H−NMR(d6−DMSO:ppm)δ:3.28(3H、s)、3.33(6H、s)、3.83〜3.80(2H、m)、4.15〜4.12(2H、m)、4.59(2H、s)、4.68(4H、s)、7.27(2H、s)。
(高分子化合物(A2)の合成)
日本曹達株式会社製のポリ(p−ヒドロキシスチレン)(VP2500)5gをジメチルスルホキシド30gに溶解した。そこに、炭酸カリウムを1.7g、上記で合成した化合物(2a−2)を1.4g順番に加え、60℃で2時間攪拌した。反応終了後、反応液を室温に戻し、酢酸エチルと蒸留水をそれぞれ50mL加えた。反応液を分液ロートに移し、水層を除去した。その後、有機層を50mLの蒸留水で5回洗浄し、有機層を濃縮したものをヘキサン500mL中に滴下した。粉体をろ過後、分取し、真空乾燥することで上記繰り返し単位を含む高分子化合物(A2)5.1gが得られた。得られた化合物(A2)のd−DMSO溶媒中でのH−NMR測定チャートを図2に示す。
<合成例3:高分子化合物(A3)の合成>
後掲の表1に示す高分子化合物(A3)を、以下の通り合成した。
Figure 2014024999
(高分子化合物(A3)の合成)
日本曹達株式会社製のポリ(p−ヒドロキシスチレン)(VP2500)5gをジメチルスルホキシド30gに溶解した。そこに、炭酸カリウム1.7gおよび化合物(3a)2gを順番に加え、60℃で2時間攪拌した。反応終了後、反応液を室温に戻し、酢酸エチルと蒸留水をそれぞれ50mL加えた。反応液を分液ロートに移し、水層を除去した。その後、有機層を50mLの蒸留水で5回洗浄し、有機層を濃縮したものをヘキサン500mL中に滴下した。粉体をろ過後、分取し、真空乾燥することで上記繰り返し単位を含む高分子化合物(A3)5.2gが得られた。得られた高分子化合物(A3)のd−DMSO溶媒中でのH−NMR測定チャートを図3に示す。
<合成例4:高分子化合物(A4)の合成>
後掲の表1に示す高分子化合物(A4)を、以下の通り合成した。
Figure 2014024999
(化合物(4a−2)の合成)
東京化成工業株式会社製の2,6−ビス(ヒドロキシメチル)−p−クレゾール(4a−1)40gを、ジメチルスルホキシド400mLに溶解した。そこに、125gのジブロモエタンと、120gの炭酸カリウムを加えて、40℃で4時間撹拌した。反応終了後、反応液を室温に戻し、酢酸エチルと蒸留水をそれぞれ100mL加えた。反応液を分液ロートに移し、水層を除去した。その後、有機層を200mLの蒸留水で5回洗浄し、有機層を濃縮した。濃縮物をシリカゲルカラムクロマトグラフィ(展開溶媒:ヘキサン/酢酸エチル=20/1)で精製し、溶媒を減圧留去後、真空乾燥することで化合物(4a−2)が45g得られた。
H−NMR(CDCl:ppm)δ:2.33(3H、s)、3.70(2H、t)、4.27(2H、t)、4.72(4H、d)、7.15(2H、s)。
(高分子化合物(A4)の合成)
日本曹達株式会社製のポリ(p−ヒドロキシスチレン)(VP2500)5gを、ジメチルスルホキシド30gに溶解した。そこに、炭酸カリウムを1.7g、上記で合成した化合物(4a−2)を2g順番に加え、60℃で2時間攪拌した。反応終了後、反応液を室温に戻し、酢酸エチルと蒸留水をそれぞれ50mL加えた。反応液を分液ロートに移し、水層を除去した。その後、有機層を50mLの蒸留水で5回洗浄し、有機層を濃縮してヘキサン500mL中に滴下した。粉体をろ過後、分取し、真空乾燥することで上記繰り返し単位を含む高分子化合物(A4)5.4gが得られた。得られた化合物(A4)のd−DMSO溶媒中でのH−NMR測定チャートを図4に示す。
<合成例5:高分子化合物(A6)の合成>
後掲の表1に示す高分子化合物(A6)を、以下の通り合成した。
Figure 2014024999
(化合物(6a-2)の合成)
東京化成工業株式会社製の2,6−ビス(ヒドロキシメチル)−p−クレゾール(1a−1)50gと2,2−ジメトキシプロパン43.4gをアセトン300mLに溶解した。それを室温で攪拌した後、メタンスルホン酸を数滴加えて、室温で4時間攪拌した。反応終了後、炭酸ナトリウムを加え、蒸留水と酢酸エチルをそれぞれ200mL加えた。反応溶液を分液ロートに移して抽出をし、水層を除去した。その後、有機層を100mLの蒸留水で5回洗浄し、有機層を濃縮すると、化合物(6a−2)が56g得られた。
H−NMR(CDCl3:ppm)δ:1.55(6H、s)、2.26(3H、s)、4.62(2H、s)、4.81(2H、s)、6.72(1H、s)、6.97(1H、s)。
(化合物(6a−3)の合成)
20gの上記で合成した化合物(6a−2)とトリエチルアミン38.9gを酢酸エチル300mLに溶解し、0℃に冷却した。メタンスルホニルクロライド22gを反応溶液に滴下し、0℃で3時間攪拌した。反応終了後、沈殿物を濾別した。濾液にLiBr一水和物82gとN,N-ジメチルホルムアミド100mLを加え、室温で1時間攪拌した。反応終了後、酢酸エチルと蒸留水をそれぞれ100mL加えた。反応液を分液ロートに移し、水層を除去した。その後、有機層を200mLの蒸留水で5回洗浄し、有機層を濃縮することで化合物(6a−3)が13g得られた。
H−NMR(DMSO-d6:ppm)δ:1.47(6H、s)、2.21(3H、s)、4.54(2H、s)、4.77(2H、s)、6.85(1H、s)、7.09(1H、s)。
(高分子化合物(6a−4)の合成)
日本曹達株式会社製のポリ(p−ヒドロキシスチレン)(VP2500)3gをジメチルスルホキシド30gに溶解した。そこに、炭酸カリウムを2.8g、上記で合成した化合物(6a−3)を2g順番に加え、60℃で2時間攪拌した。反応終了後、反応液を室温に戻し、酢酸エチルと蒸留水をそれぞれ50mL加えた。反応液を分液ロートに移し、水層を除去した。その後、有機層を50mLの蒸留水で5回洗浄し、有機層を濃縮したものをヘキサン500mL中に滴下した。粉体をろ過後、分取し、真空乾燥することで上記繰り返し単位を含む高分子化合物(6a−4)3.9gが得られた。得られた化合物(6a−4)のd−DMSO溶媒中でのH−NMR測定チャートを図5に示す。
(高分子化合物(A6)の合成)
4.5gの上記で合成した高分子化合物(6a−4)を、メタノール400mLに溶解した。そこに、35%塩酸水溶液14gと蒸留水126gを滴下し、室温で24時間攪拌した。反応終了後、反応溶液を濃縮し、酢酸エチルと蒸留水をそれぞれ100mL加えた。反応液を分液ロートに移し、水層を除去した。その後、有機層を50mLの蒸留水で5回洗浄し、有機層を濃縮したものをヘキサン500mL中に滴下した。粉体をろ過後、分取し、真空乾燥することで上記繰り返し単位を含む高分子化合物(A6)3.5gが得られた。得られた化合物(A6)のd−DMSO溶媒中でのH−NMR測定チャートを図6に示す。
<合成例6:高分子化合物(A19)の合成>
後掲の表1に示す高分子化合物(A19)を、以下の通り合成した。
Figure 2014024999
(高分子化合物(A19)の合成)
化合物(19a−1)4gを、1−メトキシ−2−アセトキシプロパン20gとテトラヒドロフラン20gに溶解した。そこに、トリエチルアミンを0.3g、1−アダマンタンカルボニルクロリドを0.3g順番に加え、50℃で2時間攪拌した。反応終了後、反応液を室温に戻し、酢酸エチルと蒸留水をそれぞれ50mL加えた。反応液を分液ロートに移し、水層を除去した。その後、有機層を50mLの蒸留水で5回洗浄し、有機層を濃縮してヘキサン500mL中に滴下した。粉体をろ過後、分取し、真空乾燥することで上記繰り返し単位を含む高分子化合物(A19)4.2gが得られた。得られた化合物(A19)のd−DMSO溶媒中でのH−NMR測定チャートを図7に示す。
<合成例7:高分子化合物(A26)の合成>
後掲の表1に示す高分子化合物(A26)を、以下の通り合成した。
Figure 2014024999
(高分子化合物(A26)の合成)
日本曹達株式会社製のポリ(p−ヒドロキシスチレン)(VP8000)5gを、ジメチルスルホキシド30gに溶解した。そこに、炭酸カリウムを1.7g、化合物(26a)を2g順番に加え、60℃で2時間攪拌した。反応終了後、反応液を室温に戻し、酢酸エチルと蒸留水をそれぞれ50mL加えた。反応液を分液ロートに移し、水層を除去した。その後、有機層を50mLの蒸留水で5回洗浄し、有機層を濃縮してヘキサン500mL中に滴下した。粉体をろ過後、分取し、真空乾燥することで上記繰り返し単位を含む高分子化合物(A26)5.4gが得られた。得られた化合物(A26)のd−DMSO溶媒中でのH−NMR測定チャートを図8に示す。
<合成例8:高分子化合物(A27)の合成>
後掲の表1に示す高分子化合物(A27)を、以下の通り合成した。
Figure 2014024999
(高分子化合物(A27)の合成)
日本曹達株式会社製のポリ(p−ヒドロキシスチレン)(VP2500)5gを、ジメチルスルホキシド30gに溶解した。そこに、炭酸カリウムを1.7g、化合物(27a)を1g順番に加え、60℃で2時間攪拌した。反応終了後、反応液を室温に戻し、酢酸エチルと蒸留水をそれぞれ50mL加えた。反応液を分液ロートに移し、水層を除去した。その後、有機層を50mLの蒸留水で5回洗浄し、有機層を濃縮してヘキサン500mL中に滴下した。粉体をろ過後、分取し、真空乾燥することで上記繰り返し単位を含む高分子化合物(A27)5.4gが得られた。得られた化合物(A27)のd−DMSO溶媒中でのH−NMR測定チャートを図9に示す。
<高分子化合物(A5)、(A7)〜(A18)、(A20)〜(A25)及び(A28)〜(A33)の合成>
上記と同様の合成法にて、高分子化合物(A5)、(A7)〜(A18)、(A20)〜(A25)及び(A28)〜(A33)を合成した。また、比較用として高分子化合物(R1)〜(R4)を合成した。下記表1に、これら化合物の化学式、組成比、重量平均分子量及び分散度を示す。表1において、各高分子化合物における各繰り返し単位の位置関係と、組成比の数値の位置関係とは対応する。
Figure 2014024999
Figure 2014024999
Figure 2014024999
Figure 2014024999
Figure 2014024999
Figure 2014024999
Figure 2014024999
Figure 2014024999
後掲の表2および表5に記載の略称に対応する構造(化合物(A)を除く)を以下に記載する。
〔酸発生剤(B)〕
Figure 2014024999
〔架橋剤(化合物(C))〕
Figure 2014024999
〔フェノール性水酸基を有する化合物(化合物(X))〕
Figure 2014024999
〔塩基性化合物〕
BASE−1:テトラブチルアンモニウムヒドロキシド
BASE−2:2,4,5−トリフェニルイミダゾール
BASE−3:トリ(n−オクチル)アミン
Figure 2014024999
〔有機カルボン酸〕
D1:2−ヒドロキシ−3−ナフトエ酸
D2:2−ナフトエ酸
D3:安息香酸
〔界面活性剤〕
W−1:PF6320(OMNOVA(株)製)
W−2:メガファックF176(大日本インキ化学工業(株)製;フッ素系)
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)
〔溶剤〕
<塗布溶剤>
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(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(1−メトキシ−2−プロパノール)
S3:2−ヘプタノン
S4:乳酸エチル
S5:シクロヘキサノン
S6:γ−ブチロラクトン
S7:プロピレンカーボネート
<現像液・リンス液>
S8:酢酸ブチル
S9:酢酸ペンチル
S10:アニソール
S11:1−ヘキサノール
S12:デカン
<実施例1A〜35A、比較例1A〜5A(電子線露光;ネガ型;アルカリ現像)>
(実施例1A)
(1)支持体の準備
酸化Cr蒸着した6インチウェハー(通常のフォトマスクブランクスに使用する遮蔽膜処理を施したもの)を準備した。
(2)レジスト塗布液の準備
(ネガ型レジスト組成物1Nの塗布液組成)
化合物(A1) 92.38wt%
酸発生剤(z61)(構造式は下記) 5.73wt%
テトラブチルアンモニウムヒドロキシド(塩基性化合物) 0.49wt%
2−ヒドロキシ−3−ナフトエ酸(有機カルボン酸) 1.34wt%
界面活性剤PF6320(OMNOVA(株)製) 0.06wt%
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(溶剤)
プロピレングリコールモノメチルエーテル(溶剤)
Figure 2014024999
上記組成物溶液を0.04μmの孔径を有するメンブレンフィルターで精密ろ過して、レジスト塗布溶液(組成物1N)を得た。
(3)レジスト膜の作成
上記6インチウェハー上に東京エレクトロン製スピンコーターMark8を用いてレジスト塗布溶液を塗布し、110℃、90秒間ホットプレート上で乾燥して、膜厚100nmのレジスト膜を得た。すなわち、レジスト膜を具備するマスクブランクスを得た。
(4)ネガ型レジストパターンの作製
このレジスト膜に、電子線描画装置((株)エリオニクス社製;ELS−7500、加速電圧50KeV)を用いて、パターン照射を行った。照射後に、120℃で90秒間、ホットプレート上で加熱し、2.38質量%テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)水溶液を用いて60秒間浸漬した後、30秒間、水でリンスし、その後乾燥した。
(5)レジストパタ−ンの評価
得られたパターンを下記の方法で、感度、解像力、パタ−ン形状、ラインエッジラフネス(LER)、スカム及びドライエッチング耐性について評価した。
〔感度〕
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−4300)を用いて観察した。線幅100nm(ライン:スペース=1:1)のレジストパターンを解像するときの露光量(電子線照射量)を感度とした。この値が小さいほど、感度が高い。
〔LS解像力〕
上記の感度を示す露光量(電子線照射量)における限界解像力(ラインとスペース(ライン:スペース=1:1)が分離解像する最小の線幅)をLS解像力(nm)とした。
〔IS解像力〕
線幅100nmの孤立スペースパターン(スペース:ライン=1:>100)を解像する際の最小照射量における限界解像力(スペースとラインが分離解像する最小の線幅)をIS解像力(nm)とした。
〔パタ−ン形状〕
上記の感度を示す露光量(電子線照射量)における線幅100nmのラインパターン(L/S=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)を用いて観察した。ラインパターンの断面形状において、[ラインパターンのトップ部(表面部)における線幅/ラインパターンの中部(ラインパターンの高さの半分の高さ位置)における線幅]で表される比率が1.5以上のものを「逆テーパー」とし、該比率が1.2以上1.5未満のものを「やや逆テーパー」とし、該比率が1.2未満のものを「矩形」として、評価を行った。
〔スカム評価〕
上記〔パターン形状〕と同様の方法でラインパターンを形成した。その後、S4800(日立ハイテク社(株)製)により断面SEMを取得しスペース部分の残渣を観察し以下のように評価した。
A スカムは見られない。
B スカムが見られるがパターン間はつながっていない。
C スカムが見られ、且つ、パターン間が一部つながっている。
〔ドライエッチング耐性〕
上記の感度を示す照射量(電子線照射量)で線幅100nm(ライン:スペース=1:1)のレジストパターンを形成したレジスト膜を、HITACHI U−621でAr/C/Oガス(体積比率100/4/2の混合ガス)を用いて30秒間ドライエッチングを行った。その後レジスト残膜率を測定し、ドライエッチング耐性の指標とした。
非常に良好:残膜率95%以上
良好:95%未満90%以上
不良:90%未満
〔ラインエッジラフネス(LER)〕
上記の感度を示す照射量(電子線照射量)で、線幅100nmのラインパターン(L/S=1/1)を形成した。そして、その長さ方向50μmに含まれる任意の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た。そして、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。
(実施例2A〜実施例35A及び比較例1A〜比較例5A)
下記表2に記載のネガ型レジスト組成物2N〜49N及び比較組成物1N〜5Nを、組成物1Nと同様に調製し、同様の方法でネガ型パターンを形成し、その評価を行った。結果を後掲の表3に示す。
Figure 2014024999
Figure 2014024999
Figure 2014024999
Figure 2014024999
Figure 2014024999
Figure 2014024999
Figure 2014024999
Figure 2014024999
Figure 2014024999
Figure 2014024999
Figure 2014024999
<実施例1B〜12B、比較例1B及び2B(EUV露光;ネガ型;アルカリ現像)>
(レジスト溶液の調製)
上記表2に示した組成のネガ型レジスト組成物をポアサイズ0.04μmのポリテトラフルオロエチレンフィルターによりろ過して、ネガ型レジスト溶液を調製した。
(レジスト評価)
調製したネガ型レジスト溶液を、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、100℃で60秒間ホットプレート上で加熱乾燥を行って、0.05μmの膜厚を有したレジスト膜を形成した。
得られたレジスト膜に関し、下記の方法で、感度、解像力、パタ−ン形状、ラインエッジラフネス(LER)、スカム及びドライエッチング耐性について評価した。その結果を表4に示す。
〔感度〕
得られたレジスト膜に、EUV光(波長13nm)を用いて、露光量を0〜20.0mJ/cmの範囲で0.1mJ/cmずつ変えながら、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、露光を行った後、110℃で90秒間ベークした。その後、2.38質量%テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)水溶液を用いて現像した。
線幅100nmのラインアンドスペース(L/S=1/1)のマスクパターンを再現する露光量を感度とした。この値が小さいほど、感度が高い。
〔解像力(LS)〕
上記の感度を示す露光量における限界解像力(ラインとスペース(ライン:スペース=1:1)とが分離解像する最小の線幅)をLS解像力(nm)とした。
〔パターン形状〕
上記の感度を示す露光量における線幅100nmのラインパターン(L/S=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)を用いて観察した。ラインパターンの断面形状において、[ラインパターンのトップ部(表面部)における線幅/ラインパターンの中部(ラインパターンの高さの半分の高さ位置)における線幅]で表される比率が1.5以上のものを「逆テーパー」とし、該比率が1.2以上1.5未満のものを「やや逆テーパー」とし、該比率が1.2未満のものを「矩形」として、評価を行った。
〔スカム評価〕
上記〔パターン形状〕と同様の方法でラインパターンを形成した。その後、S4800(日立ハイテク社(株)製)により断面SEMを取得しスペース部分の残渣を観察し以下のように評価した。
A スカムは見られない。
B スカムが見られるがパターン間はつながっていない。
C スカムが見られ、且つ、パターン間が一部つながっている。
〔ドライエッチング耐性〕
上記の感度を示す露光量で全面照射を行うことにより形成したレジスト膜を、HITACHI U−621でAr/C/Oガス(体積比率100/4/2の混合ガス)を用いて15秒間ドライエッチングを行った。その後レジスト残膜率を測定し、ドライエッチング耐性の指標とした。
非常に良好:残膜率95%以上
良好:95%未満90%以上
不良:90%未満
〔ラインエッジラフネス(LER)〕
上記の感度を示す露光量で、線幅100nmのラインパターン(L/S=1/1)を形成した。そして、その長さ方向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た。そして、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。
Figure 2014024999
<実施例1F〜6F、比較例1F及び2F(EB露光;ネガ型;有機溶剤現像)>
(ネガ型レジストパターンの形成)
下記表5に示した組成を有する組成物を0.1μm孔径のメンブレンフィルターで精密ろ過して、レジスト溶液を得た。
このレジスト溶液を、予めヘキサメチルジシラザン(HMDS)処理を施した6インチSiウェハ上に東京エレクトロン製スピンコーターMark8を用いて塗布し、100℃、60秒間ホットプレート上で乾燥して、膜厚50nmのレジスト膜を得た。
上記で作製したレジスト膜が塗布されたウェハに対して、電子線描画装置((株)日立製作所製HL750、加速電圧50KeV)を用いて、パターン照射を行った。この際、1:1のラインアンドスペースが形成されるように描画を行った。電子線描画後、ホットプレート上で、110℃で60秒間加熱した後、下記表5に記載の有機系現像液をパドルして30秒間現像し、表5に記載のリンス液を用いてリンスをした後、4000rpmの回転数で30秒間ウェハを回転させた後、90℃で60秒間加熱を行うことにより、線幅50nmの1:1ラインアンドスペースパターンのレジストパターンを得た。
(レジストパターンの評価)
〔感度〕
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−4300)を用いて観察した。線幅100nmの1:1ラインアンドスペースのレジストパターンを解像するときの露光量(電子線照射量)を感度とした。この値が小さいほど、感度が高い。
〔解像力〕
上記の感度を示す露光量(電子線照射量)における限界解像力(ラインとスペースが分離解像する最小の線幅)を解像力(nm)とした。
〔パタ−ン形状〕
上記の感度を示す露光量(電子線照射量)における線幅100nmの1:1ラインアンドスペースのレジスト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−4300)を用いて観察した。ラインパターンの断面形状において、[ラインパターンのトップ部(表面部)における線幅/ラインパターンの中部(ラインパターンの高さの半分の高さ位置)における線幅]で表される比率が1.5以上のものを「逆テーパー」とし、該比率が1.2以上1.5未満のものを「やや逆テーパー」とし、該比率が1.2未満のものを「矩形」として、評価を行った。
〔ラインエッジラフネス(LER)〕
上記の感度を示す照射量(電子線照射量)で、線幅100nmの1:1ラインアンドスペースのレジストパターンを形成した。そして、その長さ方向50μmに含まれる任意の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た。そして、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。
評価結果を、表6に示す。
Figure 2014024999
Figure 2014024999
<実施例1G〜6G、比較例1G及び2G(EUV露光;ネガ型;有機溶剤現像)>
(ネガ型レジストパターンの形成)
上記表5に示した組成を有する組成物を0.05μm孔径のメンブレンフィルターで精密ろ過して、レジスト溶液を得た。
このレジスト溶液を、予めヘキサメチルジシラザン(HMDS)処理を施した6インチSiウェハ上に東京エレクトロン製スピンコーターMark8を用いて塗布し、100℃、60秒間ホットプレート上で乾燥して、膜厚50nmのレジスト膜を得た。
上記で得られたレジスト膜が塗布されたウェハについて、EUV露光装置(Exitech社製 Micro Exposure Tool、NA0.3、Quadrupole、アウターシグマ0.68、インナーシグマ0.36)を用い、露光マスク(ライン/スペース=1/1)を使用して、パターン露光を行った。照射後、ホットプレート上で、110℃で60秒間加熱した後、上記表5に記載の有機系現像液をパドルして30秒間現像し、表5に記載のリンス液を用いてリンスした。4000rpmの回転数で30秒間ウェハを回転させた後、90℃で60秒間ベークを行なうことにより、線幅50nmの1:1ラインアンドスペースパターンのレジストパターンを得た。
(レジストパターンの評価)
走査型電子顕微鏡((株)日立製作所製S−9380II)を用いて、得られたレジストパターンを下記の方法で、感度、解像力、LERについて評価した。
〔感度〕
線幅100nmのパターンを解像する露光量を感度とした。この値が小さいほど、感度が高い。
〔解像力〕
上記の感度を示す露光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(nm)とした。
〔パターン形状〕
上記の感度を示す露光量における線幅100nmの1:1ラインアンドスペースのレジスト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−4300)を用いて観察した。ラインパターンの断面形状において、[ラインパターンのボトム部(底部)における線幅/ラインパターンの中部(ラインパターンの高さの半分の高さ位置)における線幅]で表される比率が1.5以上のものを「逆テーパー」とし、該比率が1.2以上1.5未満のものを「やや逆テーパー」とし、該比率が1.2未満のものを「矩形」として、評価を行った。
〔LER性能〕
上記の感度を示す露光量で、線幅100nmの1:1ラインアンドスペースのレジストパターンを形成した。そして、その長さ方向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た。そして、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。
評価結果を、下記表7に示す。
Figure 2014024999
表3、4、6及び7に示す結果から、本発明の組成物は、高感度、高解像性(例えば、高い解像力、優れたパターン形状、小さいラインエッジラフネス(LER))、及び良好なドライエッチング耐性を満足したパターンを形成できることが分かる。

Claims (18)

  1. 下記一般式(1)で表される繰り返し単位(Q)を含む高分子化合物(A)を含有する樹脂組成物:
    Figure 2014024999
    式中、
    は、水素原子、メチル基、又はハロゲン原子を表し;
    及びRは、水素原子、アルキル基又はシクロアルキル基を表し;
    Lは、2価の連結基もしくは単結合を表し;
    Yは、メチロール基を除く置換基を表し;
    Zは、水素原子又は置換基を表し;
    mは、0〜4の整数を表し;
    nは、1〜5の整数を表し;
    m+nは5以下であり;
    mが2以上である場合、複数のYは互いに同一であっても異なっていてもよく;
    nが2以上である場合、複数のR、R及びZは互いに同一であっても異なっていてもよく;
    Y、R、R及びZの2つ以上が互いに結合して環構造を形成していてもよい。
  2. 前記一般式(1)で表される繰り返し単位(Q)は、下記一般式(2)又は(3)で表される請求項1に記載の樹脂組成物:
    Figure 2014024999
    式中、
    、R、R、Y、Z、m及びnは、前記一般式(1)で定義した通りであり;
    Arは、芳香環を表し;
    及びWは、2価の連結基又は単結合を表す。
  3. 前記一般式(1)〜(3)に記載のnは、2〜4の整数である請求項1又は2に記載の樹脂組成物。
  4. 前記高分子化合物(A)は、さらに、下記一般式(4)で表される繰り返し単位(P)(ただし、前記繰り返し単位(Q)に該当する繰り返し単位を除く)を含む請求項1〜3のいずれか1項に記載の樹脂組成物:
    Figure 2014024999
    式中、
    1’は、水素原子、メチル基、又はハロゲン原子を表し;
    Xは、(p+1)価の連結基又は単結合を表し;
    pは、1以上の整数を表す。
  5. 前記一般式(4)で表される繰り返し単位(P)は、下記一般式(5)又は(6)で表される請求項4に記載の樹脂組成物:
    Figure 2014024999
    式中、
    ’及びpは、前記一般式(4)において定義した通りであり;
    及びBは、2価の連結基又は単結合を表し;
    Arは、芳香環を表す。
  6. 更に、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物(B)を含有する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
  7. 前記化合物(B)がオニウム化合物であり、活性光線又は放射線の照射により前記化合物(B)より発生する酸が130Å以上の体積を有する請求項6に記載の樹脂組成物。
  8. 前記高分子化合物(A)の分散度が1.0〜1.20である、請求項1〜7のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
  9. 更に、架橋剤としての化合物(C)を含有する、請求項1〜8のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
  10. 化学増幅型レジスト組成物である、請求項1〜9のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
  11. 請求項1〜10のいずれか1項に記載の樹脂組成物を含む感活性光線性又は感放射線性膜。
  12. 請求項11に記載の感活性光線性又は感放射線性膜に活性光線又は放射線を照射することと、及び、前記活性光線又は放射線を照射した膜を現像することとを含む、パターン形成方法。
  13. 表面に請求項11に記載の感活性光線性又は感放射線性膜を形成したマスクブランクス。
  14. 表面に感活性光線性又は感放射線性膜を形成したマスクブランクスに活性光線又は放射線を照射することと、活性光線又は放射線を照射したマスクブランクスを現像することとを含む、パターン形成方法。
  15. 前記活性光線又は放射線の照射は、電子線又は極紫外線を用いて行われる、請求項12又は14に記載のパターン形成方法。
  16. 請求項12、14及び15のいずれか1項に記載のパターン形成方法を含む電子デバイスの製造方法。
  17. 請求項16に記載の電子デバイスの製造方法によって製造された電子デバイス。
  18. 下記一般式(I)で表される2種の繰り返し単位又は下記一般式(II)で表される2種の繰り返し単位を含む高分子化合物:
    Figure 2014024999
    式中、
    Y’は、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を表し;
    Y”は、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を表し;
    Z’は、水素原子、アルキル基又はシクロアルキル基を表し;
    mは、0又は1であり;
    nは、1〜3の整数を表し;
    aは、2〜6の整数である。
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