JP2015148652A - 感放射線性樹脂組成物、レジストパターン形成方法、感放射線性酸発生体及び化合物 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は、酸解離性基を含む構造単位を有する重合体、及び第1感放射線性酸発生体を含有し、上記第1感放射線性酸発生体が、下記式(1)で表される部分構造とSO3 −又はCOO−とを含むアニオン、及び感放射線性オニウムカチオンを有する化合物からなる感放射線性樹脂組成物である。式(1)中、R1は、炭素数1〜30の置換又は非置換のメタンジイル基である。P1及びP2は、それぞれ独立して、窒素原子又は炭素原子である。但し、P1及びP2のうちの少なくともいずれかは窒素原子である。R1としては置換エテニリデン基が好ましい。P1及びP2としては窒素原子が好ましい。
【選択図】なし
Description
酸解離性基を含む構造単位(以下、「構造単位(I)」ともいう)を有する重合体(以下、「[A]重合体」ともいう)、及び第1感放射線性酸発生体(以下、「[B]酸発生体」ともいう)を含有し、上記第1感放射線性酸発生体が、上記式(1)で表される部分構造(以下、「部分構造(I)」ともいう)とSO3 −又はCOO−とを含むアニオン(以下、「アニオン(I)」ともいう)、及び感放射線性オニウムカチオン(以下、「カチオン(I)」ともいう)を有する化合物(以下、「化合物(1)」ともいう)からなる感放射線性樹脂組成物である。
レジスト膜を形成する工程、上記レジスト膜を露光する工程、及び上記露光されたレジスト膜を現像する工程を備え、上記レジスト膜を当該感放射線性樹脂組成物により形成するレジストパターン形成方法である。
上記式(1)で表される部分構造とSO3 −又はCOO−とを含むアニオン、及び感放射線性オニウムカチオンを有する化合物からなる感放射線性酸発生体である。
下記式(1−1)で表される化合物(以下、「化合物(1−1)」ともいう)である。
当該感放射線性樹脂組成物は、[A]重合体及び[B]酸発生体を含有する。また、当該感放射線性樹脂組成物は、好適成分として、上記第1感放射線性酸発生体以外の第2感放射線性酸発生体(以下、「[C]他の酸発生体」ともいう)、[D]窒素原子含有化合物、[E]フッ素原子含有重合体及び[F]溶媒を含有していてもよく、本発明の効果を損なわない範囲において、その他の任意成分を含有していてもよい。以下、各成分について説明する。
[A]重合体は、構造単位(I)を有する重合体である。当該感放射線性樹脂組成物によれば、放射線の照射により[B]酸発生体、[C]他の酸発生体等から生じる酸により露光部の[A]重合体の酸解離性基が解離して、露光部と未露光部とで現像液に対する溶解性に差異が生じ、その結果、レジストパターンを形成することができる。「酸解離性基」とは、カルボキシ基、ヒドロキシ基等の水素原子を置換する基であって、酸の作用により解離する基をいう。[A]重合体は、構造単位(I)以外にも、後述する下記式(3−1)で表される構造単位及び(3−2)で表される構造単位からなる群より選ばれる少なくとも1種(以下、「構造単位(II)」ともいう)、後述する下記式(4)で表される構造単位(以下、「構造単位(III)」ともいう)及び上記構造単位(I)〜(III)以外のその他の構造単位を有していてもよい。[A]重合体は、各構造単位を1種又は2種以上有していてもよい。以下、各構造単位について説明する。
構造単位(I)は、酸解離性基を含む構造単位である。構造単位(I)としては、例えば、下記式(2−1)で表される構造単位(以下、「構造単位(I−1)」ともいう)、下記式(2−2)で表される構造単位(以下、「構造単位(I−2)」ともいう)等が挙げられる。
上記式(2−2)中、R4は、水素原子又はメチル基である。Y2は、1価の酸解離性基である。
メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、i−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基等のアルキル基;
エテニル基、プロペニル基、ブテニル基、ペンテニル基等のアルケニル基;
エチニル基、プロピニル基、ブチニル基、ペンチニル基等のアルキニル基等が挙げられる。
これらの中で、アルキル基が好ましく、炭素数1〜4のアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基、i−プロピル基がさらに好ましく、エチル基が特に好ましい。
シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロオクチル基等の単環のシクロアルキル基;
ノルボルニル基、アダマンチル基、トリシクロデシル基、テトラシクロドデシル基等の多環のシクロアルキル基;
シクロプロペニル基、シクロブテニル基、シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基等の単環のシクロアルケニル基;
ノルボルネニル基、トリシクロデセニル基等の多環のシクロアルケニル基等が挙げられる。
これらの中で、単環のシクロアルキル基、多環のシクロアルキル基が好ましく、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボルニル基、アダマンチル基がより好ましい。
フェニル基、トリル基、キシリル基、メシチル基、ナフチル基、メチルナフチル基、アントリル基、メチルアントリル基等のアリール基;
ベンジル基、フェネチル基、ナフチルメチル基、アントリルメチル基等のアラルキル基等が挙げられる。
シクロプロパン構造、シクロブタン構造、シクロペンタン構造、シクロヘキサン構造、シクロオクタン構造等の単環のシクロアルカン構造;
ノルボルナン構造、アダマンタン構造、トリシクロデカン構造、テトラシクロドデカン構造等の多環のシクロアルカン構造;
シクロプロペン構造、シクロブテン構造、シクロペンテン構造、シクロヘキセン構造、シクロオクテン構造等の単環のシクロアルケン構造;
ノルボルネン構造、トリシクロデセン構造、テトラシクロドデセン構造等の多環のシクロアルケン構造等が挙げられる。
これらの中で、単環のシクロアルカン構造、多環のシクロアルカン構造が好ましく、炭素数5〜8の単環のシクロアルカン構造、炭素数7〜12の多環のシクロアルカン構造がより好ましく、シクロペンタン構造、シクロヘキサン構造、シクロオクタン構造、ノルボルナン構造、アダマンタン構造がさらに好ましく、シクロペンタン構造、アダマンタン構造が特に好ましい。
メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、i−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基等のアルキル基;
エテニル基、プロペニル基、ブテニル基、ペンテニル基等のアルケニル基;
エチニル基、プロピニル基、ブチニル基、ペンチニル基等のアルキニル基等が挙げられる。
これらの中で、アルキル基が好ましく、炭素数1〜4のアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基、n−プロピル基がさらに好ましく、メチル基が特に好ましい。
これらの中で、単環のシクロアルキル基、多環のシクロアルキル基が好ましく、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボルニル基、アダマンチル基がより好ましい。
メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、i−プロポキシ基、n−ブトキシ基、i−ブトキシ基、sec−ブトキシ基、t−ブトキシ基、n−ペンチルオキシ基等のアルコキシ基;
エテニルオキシ基、プロペニルオキシ基、ブテニルオキシ基、ペンテニルオキシ基等のアルケニルオキシ基;
エチニルオキシ基、プロピニルオキシ基、ブチニルオキシ基、ペンチニルオキシ基等のアルキニルオキシ基等が挙げられる。
これらの中で、アルコキシ基が好ましく、炭素数1〜4のアルコキシ基が好ましく、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基がさらに好ましい。
シクロプロピルオキシ基、シクロブチルオキシ基、シクロペンチルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基、シクロオクチルオキシ基等の単環のシクロアルキルオキシ基;
ノルボルニルオキシ基、アダマンチルオキシ基、トリシクロデシルオキシ基、テトラシクロドデシルオキシ基等の多環のシクロアルキルオキシ基;
シクロプロペニルオキシ基、シクロブテニルオキシ基、シクロペンテニルオキシ基、シクロヘキセニルオキシ基等の単環のシクロアルケニルオキシ基;
ノルボルネニルオキシ基、トリシクロデセニルオキシ基等の多環のシクロアルケニルオキシ基等が挙げられる。
これらの中で、単環のシクロアルキルオキシ基、多環のシクロアルキルオキシ基が好ましく、シクロペンチルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基、ノルボルニルオキシ基、アダマンチルオキシ基がより好ましい。
構造単位(I−1)として、下記式(2−1−1)〜(2−1−8)で表される構造単位等;
構造単位(I−2)として、下記式(2−2−1)〜(2−2−3)で表される構造単位等が挙げられる。
上記式(2−2−1)〜(2−2−3)中、R4は、上記式(2−2)と同義である。
構造単位(II)は、下記式(3−1)で表される構造単位(以下、「構造単位(II−1)」ともいう)及び下記式(3−2)で表される構造単位(以下、「構造単位(II−2)」ともいう)からなる群より選ばれる少なくとも1種である。[A]重合体が構造単位(II)を有することで、[B]酸発生体は[A]重合体中での分散性を向上させることができる。その結果、当該感放射線性樹脂組成物は、LWR性能等をより向上させることができる。また、当該感放射線性樹脂組成物から形成されるレジストパターンの基板への密着性を向上させることができる。
上記式(3−2)中、R5’は、水素原子又はメチル基である。Ra及びRbは、それぞれ独立して、水素原子、フッ素原子、ヒドロキシ基又は1価の有機基である。sは、1〜3の整数である。sが2以上の場合、複数のRa及びRbはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。R5a及びR5bは、それぞれ独立して、水素原子、フッ素原子、ヒドロキシ基又は1価の有機基である。
上記R5としては、構造単位(II−1)を与える単量体の共重合性の観点から、水素原子、メチル基が好ましく、メチル基がさらに好ましい。
上記炭素数1〜20の1価の鎖状炭化水素基としては、例えば、上記式(Y−2)におけるRe4、Re5及びRe6として例示したものと同様の基等が挙げられる。
上記炭素数3〜20の1価の脂環式炭化水素基としては、例えば、上記式(Y−1)におけるRe1、Re2及びRe3として例示したものと同様の基等が挙げられる。
上記炭素数6〜20の1価の芳香族炭化水素基としては、例えば、上記式(Y−1)におけるRe1として例示したものと同様の基等が挙げられる。
環状カーボネート構造を有する基としては、例えば、エチレンカーボネート−イルメチル基等が挙げられる。
スルトン構造を有する基としては、例えば、プロパンスルトン−イル基、ノルボルナンスルトン−イル基等のスルトン構造を有する基等が挙げられる。
ヒドロキシ基を有する基としては、例えば、ヒドロキシアダマンチル基、ジヒドロキシアダマンチル基、トリヒドロキシアダマンチル基、ヒドロキシエチル基等が挙げられる。
上記R5’としては、構造単位(II−2)を与える単量体の共重合性の観点から、水素原子が好ましい。
構造単位(II−1)として下記式(3−1−1)〜(3−1−14)で表される構造単位等;
構造単位(II−2)として下記式(3−2−1)で表される構造単位、(3−2−2)で表される構造単位等が挙げられる。
上記式(3−2−1)及び(3−2−2)中、R5’は、上記式(3−2)と同義である。
構造単位(III)は、下記式(4)で表される構造単位である。照射する放射線として、KrFエキシマレーザー光、EUV又は電子線等を用いる場合には、当該感放射線性樹脂組成物は、[A]重合体が構造単位(III)を有することで、感度を高めることができる。
これらの中で、1価の鎖状炭化水素基が好ましく、アルキル基がより好ましく、メチル基がさらに好ましい。
[A]重合体は、上記構造単位(I)〜(III)以外の他の構造単位を有していてもよい。他の構造単位としては、例えば、非解離性の1価の脂環式炭化水素基を含む(メタ)アクリル酸エステルに由来する構造単位等が挙げられる。他の構造単位の含有割合としては、[A]重合体を構成する全構造単位に対して、20モル%以下が好ましく、10モル%以下がより好ましい。
[A]重合体は、ラジカル重合等の常法に従って合成することができる。例えば、(1)単量体及びラジカル開始剤を含有する溶液を反応溶媒又は単量体を含有する溶液に滴下して重合反応させる方法、(2)単量体を含有する溶液とラジカル開始剤を含有する溶液とを各別に反応溶媒又は単量体を含有する溶液に滴下して重合反応させる方法、(3)各々の単量体を含有する複数種の溶液とラジカル開始剤を含有する溶液とを各別に反応溶媒又は単量体を含有する溶液に滴下して重合反応させる方法、(4)単量体及びラジカル開始剤を含有する溶液を無溶媒中や反応溶媒中で重合反応させる方法等で合成することが好ましい。
[B]酸発生体は、上記式(1)で表される部分構造(I)とSO3 −又はCOO−とを含むアニオン(I)、及びカチオン(I)を有する化合物(1)からなる。当該感放射線性樹脂組成物は、[A]重合体に加えて、[B]酸発生体を含有することで、LWR性能、CDU性能、解像性、断面形状の矩形性、焦点深度、露光余裕度及びMEEF性能に優れる。
アニオン(I)は、部分構造(I)とSO3 −又はCOO−とを含む。
炭素数1〜20の1価の炭化水素基、この炭化水素基の炭素−炭素間又は結合手側の末端に2価のヘテロ原子含有基を含む基(g)、上記炭化水素基及び基(g)が有する水素原子の一部又は全部を1価のヘテロ原子含有基で置換した基等が挙げられる。
メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基等のアルキル基;
エテニル基、プロペニル基、ブテニル基、ペンテニル基等のアルケニル基;
エチニル基、プロピニル基、ブチニル基、ペンチニル基等のアルキニル基などが挙げられる。
シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等の単環のシクロアルキル基;
ノルボルニル基、アダマンチル基、トリシクロデシル基、テトラシクロドデシル基等の多環のシクロアルキル基;
シクロプロペニル基、シクロブテニル基、シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基等の単環のシクロアルケニル基;
ノルボルネニル基、トリシクロデセニル基等の多環のシクロアルケニル基などが挙げられる。
フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、アントリル基等のアリール基;
ベンジル基、フェネチル基、ナフチルメチル基、アントリルメチル基等のアラルキル基などが挙げられる。
シクロプロパン構造、シクロブタン構造、シクロペンタン構造、シクロヘキサン構造、シクロオクタン構造等の単環のシクロアルカン構造;
ノルボルナン構造、アダマンタン構造、トリシクロデカン構造、テトラシクロドデカン構造等の多環のシクロアルカン構造;
シクロプロペン構造、シクロブテン構造、シクロペンテン構造、シクロヘキセン構造、シクロオクテン構造等の単環のシクロアルケン構造;
ノルボルネン構造、トリシクロデセン構造、テトラシクロドデセン構造等の多環のシクロアルケン構造;
アジピン酸イミド構造、コハク酸イミド構造、グルタル酸イミド構造等のイミド構造等の環を構成する炭素原子の隣り合う2つのうち、1つ又は2つが窒素原子に置き換わった構造が挙げられる。
カチオン(I)は、感放射線性オニウムカチオンである。感放射線性オニウムカチオンとは、放射線の作用により分解するカチオンである。露光部では、このカチオン(I)の分解により生成するプロトンと、上記化合物(1)のスルホネートアニオンとからスルホン酸、又はカルボネートアニオンとからカルボン酸を生じる。例えば、上記カチオン(I)としては、例えば、S、I、O、N、P、Cl、Br、F、As、Se、Sn、Sb、Te、Bi等の元素を含む1価又は2価以上の感放射線性オニウムカチオンが挙げられる。これらの中で、1価の感放射線性オニウムカチオンが好ましい。元素としてS(イオウ)を含むカチオンとしては、例えば、スルホニウムカチオン、テトラヒドロチオフェニウムカチオン等が挙げられ、元素としてI(ヨウ素)を含むカチオンとしては、ヨードニウムカチオン等が挙げられる。これらの中で、下記式(X−1)で表されるスルホニウムカチオン、下記式(X−2)で表されるヨードニウムカチオンが好ましい。
上記式(X−2)中、R12及びR13は、それぞれ独立して置換若しくは非置換の炭素数1〜12の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、置換若しくは非置換の炭素数6〜12の芳香族炭化水素基、−OSO2−RC若しくは−SO2−RDであるか、又はこれらの基のうちの2つ以上の結合により構成される環構造を表す。RC及びRDは、それぞれ独立して、置換若しくは非置換の炭素数1〜12の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、置換若しくは非置換の炭素数5〜25の脂環式炭化水素基又は置換若しくは非置換の炭素数6〜12の芳香族炭化水素基である。i及びjは、それぞれ独立して、0〜5の整数である。R12、R13、RC及びRDがそれぞれ複数の場合、複数のR12、R13、RC及びRDはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。
上記R9〜R13で表される非置換の分岐状のアルキル基としては、例えば、i−プロピル基、i−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基等が挙げられる。
上記R9〜R13で表される非置換の芳香族炭化水素基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基等のアリール基;ベンジル基、フェネチル基等のアラルキル基等が挙げられる。
これらの中で、ハロゲン原子が好ましく、フッ素原子がより好ましい。
上記式(X−2)におけるi及びjとしては、0〜2の整数が好ましく、0又は1がより好ましく、0がさらに好ましい。
化合物(1)としては、例えば、上記式(1−1)で表される化合物(1−1)等が挙げられる。
メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等が挙げられる。
上記Rf1及びRf2で表される炭素数1〜20のフッ素化アルキル基としては、例えば、トリフルオロメチル基、トリフルオロエチル基等が挙げられる。
(A)下記式(i−a)で表されるフルベン化合物と下記式(i−b)で表されるハロゲン化合物とを反応させ、下記式(i−c)で表されるDiels−Alder付加体を得る工程、
(B)上記Diels−Alder付加体(i−c)とトリアゾギ酸メチルとを反応させ、下記式(i−d)で表されるフルベン化合物を得る工程、
(C)上記フルベン化合物(i−d)とQ1P1=P2Q2で表される化合物とを反応させ、下記式(i−e)で表されるDiels−Alder付加体を得る工程、
(D)上記Diels−Alder付加体(i−e)と水素分子とを反応させ、下記式(i−f)で表される化合物を得る工程、
(E)上記化合物(i−f)とE2S2O4で表される亜ジチオン酸アルカリ金属とを反応させ、下記式(i−g)で表される化合物を得る工程、
(F)上記化合物(i−g)と過酸化水素とを反応させて下記式(i−h)で表されるスルホン酸塩を得る工程、及び
(G)上記スルホン酸塩(i−h)とX+M−で表されるオニウム塩とを反応させる工程
を備える化合物の合成方法により合成することができる。
上記(B)工程において、上記Diels−Alder付加体(i−c)とトリアゾギ酸メチルとを、例えば、酢酸エチル等の溶媒中で反応させることにより、上記フルベン化合物(i−d)が得られる。
上記(C)上記フルベン化合物(i−d)とQ1P1=P2Q2で表される化合物とを反応させることにより、上記Diels−Alder付加体(i−e)が得られる。この反応は、例えば、Q1P1=P2Q2で表される化合物としては、EtO2CN=NCO2Etで表されるアゾジカルボン酸ジエチル等のアゾ化合物等が挙げられ、トルエン等の溶媒中で反応させることができる。
上記(D)工程において、上記Diels−Alder付加体(i−e)と水素分子とを反応させることにより、上記化合物(i−f)が得られる。この反応は、例えば、Pd触媒等を用いて有機溶媒等中で反応させることができる。
上記(E)工程において、上記化合物(i−f)とE2S2O4で表される亜ジチオン酸アルカリ金属とを、例えば、炭酸水素ナトリウム等の塩基存在下、有機溶媒中で反応させることにより、上記化合物(i−g)が得られる。
上記(F)工程において、上記化合物(i−g)と過酸化水素とを反応させることにより、上記スルホン酸塩(i−h)が得られる。
続いて、上記(G)工程において、上記スルホン酸塩(i−h)とX+M−で表されるオニウム塩とを例えば、ジクロロメタン/水等の溶媒中で反応させることにより、上記化合物(1’)が得られる。生成した化合物(1’)は、溶媒洗浄、再結晶等により精製することにより単離することができる。なお、化合物(1’)以外の化合物(1)についても上記同様の方法で製造することができる。
[B]酸発生剤の含有量を上記範囲とすることで、当該感放射線性樹脂組成物のLWR性能等をさらに向上させることができる。
[C]他の酸発生体は、[B]酸発生体以外の感放射線性酸発生体である。[C]他の酸発生体としては、例えば、感放射線性オニウムカチオンと、SO3 −を有しこのSO3 −に隣接する炭素原子に2個のフッ素原子が結合しているアニオンとからなる化合物(以下、「[C1]他の酸発生体」ともいう)、感放射線性オニウムカチオンと、SO3 −を有しこのSO3 −に隣接する炭素原子に水素原子、炭素数1〜20のアルキル基若しくは炭素数1〜20のフッ素化アルキル基が結合しているアニオンとからなる化合物、又は感放射線性オニウムカチオンと、COO−を有するアニオンとからなる化合物(以下、これらを「[C2]他の酸発生体」ともいう)、[C1]他の酸発生体及び[C2]他の酸発生体以外の感放射線性酸発生体(以下、「[C3]他の酸発生体」ともいう)等が挙げられる。[C1]他の酸発生体によれば、露光により発生した酸が[A]重合体が有する酸解離性基を解離させ、その結果、[A]重合体の現像液に対する溶解性が変化しレジストパターンを形成することができる。また、[C2]他の酸発生体は、未露光部においてはSO3 −又はCOO−が有する塩基性による高い酸捕捉機能が発揮されるが、露光部では発生したプロトンにより、そのSO3 −がSO3Hに、COO−がCOOHになり、その酸捕捉機能が低下するので、酸拡散制御剤として機能する。[C]他の酸発生体の含有形態としては、後述するような低分子化合物の形態(以下、適宜「[C]他の酸発生剤」と称する)でも、重合体の一部として組み込まれた態様でも、これらの両方の態様形態でもよい。[C]他の酸発生体は、1種単独で又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。
[C3]他の酸発生剤としては、例えば、N−スルホニルオキシイミド化合物、オキシムスルホネート化合物、ハロゲン含有化合物、ジアゾケトン化合物等が挙げられる。
上記スルホニウム塩として、トリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、シクロヘキシル2−オキソシクロヘキシルメチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、ジシクロヘキシル2−オキソシクロヘキシルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、2−オキソシクロヘキシルジメチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、4−ヒドロキシ−1−ナフチルジメチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、トリフェニルスルホニウム2−(アダマンタン−1−イル)−1,1−ジフルオロエタン−1−スルホネート、トリフェニルスルホニウム4−(アダマンタン−1−イルカルボニルオキシ)−1,1,2,2−テトラフルオロブタン−1−スルホネート、トリフェニルスルホニウム2−(アダマンタン−1−イルカルボニルオキシ)−1,1,3,3,3−ペンタフルオロプロパン−1−スルホネート等が、
上記テトラヒドロチオフェニウム塩として、4−ヒドロキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、4−ヒドロキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、4−ヒドロキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、1−(1−ナフチルアセトメチル)テトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、1−(1−ナフチルアセトメチル)テトラヒドロチオフェニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、1−(1−ナフチルアセトメチル)テトラヒドロチオフェニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、1−(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)テトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、1−(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)テトラヒドロチオフェニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、1−(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)テトラヒドロチオフェニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート等が、
上記ヨードニウム塩として、ジフェニルヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート等が挙げられる。
上記スルホニウム塩として、トリフェニルスルホニウムサリチレート、トリフェニルスルホニウム10−カンファースルホニウム塩等が、
上記テトラヒドロチオフェニウム塩として、4−ヒドロキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムサリチレート、4−ヒドロキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウム10−カンファースルホネート、1−(1−ナフチルアセトメチル)テトラヒドロチオフェニウムサリチレート、1−(1−ナフチルアセトメチル)テトラヒドロチオフェニウム10−カンファースルホネート、1−(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)テトラヒドロチオフェニウムサリチレート、1−(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)テトラヒドロチオフェニウム10−カンファースルホネート等が、
上記ヨードニウム塩として、ジフェニルヨードニウムサリチレート、ジフェニルヨードニウム10−カンファースルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムサリチレート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウム10−カンファースルホネート等が挙げられる。
[C2]他の酸発生剤としては、オニウム塩化合物が好ましく、スルホニウム塩がより好ましく、トリフェニルスルホニウム塩がさらに好ましく、トリフェニルスルホニウムサリチレートが特に好ましい。
N−スルホニルオキシイミド化合物として、N−(トリフルオロメタンスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(ノナフルオロ−n−ブタンスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド等が挙げられる。
[D]窒素原子含有化合物は、窒素原子を含む化合物である。[D]窒素原子含有化合物は、[B]酸発生体や[C]他の酸発生体から発生した酸の拡散を適度に短くすることができる。当該感放射線性樹脂組成物は、[D]窒素原子含有化合物をさらに含有することで、LWR性能等をさらに向上させることができる。[D]窒素原子含有化合物は、1種単独で又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。
[E]フッ素原子含有重合体は、フッ素原子を含む重合体である。当該感放射線性樹脂組成物によれば、[A]重合体に加えて[E]フッ素原子含有重合体をさらに含有することで、形成されるレジスト膜の表層に[E]フッ素原子含有重合体が偏在化し、その結果、レジスト膜表面の疎水性を向上させることができる。これにより、液浸露光を行う場合等に、レジスト膜からの物質溶出抑制性に優れると共に、レジスト膜と液浸液との後退接触角を十分高くすることができ、より高速なスキャンが可能になる。
主鎖にフッ素化アルキル基が結合した構造;
側鎖にフッ素化アルキル基が結合した構造;
主鎖と側鎖とにフッ素化アルキル基が結合した構造等が挙げられる。
構造単位(f1)は下記式(6)で表される構造単位である。
構造単位(f2)は、下記式(7)で表される構造単位である。
単環式飽和炭化水素として、シクロプロパン、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、シクロデカン、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン等;
単環式不飽和炭化水素として、シクロブテン、シクロペンテン、シクロヘキセン、シクロヘプテン、シクロオクテン、シクロデセン、シクロペンタジエン、シクロヘキサジエン、シクロオクタジエン、シクロデカジエン等;
多環式飽和炭化水素として、ビシクロ[2.2.1]ヘプタン、ビシクロ[2.2.2]オクタン、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン、トリシクロ[3.3.1.13,7]デカン、テトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカン、アダマンタン等;
多環式不飽和炭化水素として、ビシクロ[2.2.1]ヘプテン、ビシクロ[2.2.2]オクテン、トリシクロ[5.2.1.02,6]デセン、トリシクロ[3.3.1.13,7]デセン、テトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデセン等から(r+1)個の水素原子を除いた基等が挙げられる。
上記式(7−2)中、Rf5、X1、Rf7及びrは、上記式(7)と同義である。但し、rが2又は3の場合、複数のX1及びRf7は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
[E]フッ素原子含有重合体は、構造単位(f1)、構造単位(f2)以外の他の構造単位を含んでいてもよい。他の構造単位としては、例えば、[A]重合体の構造単位(I)等が挙げられる。
また、[E]フッ素原子含有重合体のフッ素原子含有率としては、1質量%以上が好ましく、3質量%以上がより好ましく、5質量%以上がさらに好ましく、10質量%以上が特に好ましい。
なお、このフッ素原子含有率(質量%)は、13C−NMRにより重合体の構造を求め、その構造から算出することができる。
[E]フッ素原子含有重合体は、例えば、所定の各構造単位に対応する単量体を、ラジカル重合開始剤を使用し、適当な重合溶媒中で重合することにより製造できる。
[F]溶媒は、[A]重合体、[B]酸発生体及び任意成分を溶解又は分散させるための成分である。[F]溶媒としては、例えば、アルコール系溶媒、ケトン系溶媒、アミド系溶媒、エーテル系溶媒、エステル系溶媒等が挙げられる。[F]溶媒は、1種単独で又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。
メタノール、エタノール、n−プロパノール、iso−プロパノール、n−ブタノール、iso−ブタノール、sec−ブタノール、tert−ブタノール、n−ペンタノール、iso−ペンタノール、2−メチルブタノール、sec−ペンタノール、tert−ペンタノール、3−メトキシブタノール、n−ヘキサノール、2−メチルペンタノール、sec−ヘキサノール、2−エチルブタノール、sec−ヘプタノール、3−ヘプタノール、n−オクタノール、2−エチルヘキサノール、sec−オクタノール、n−ノニルアルコール、2,6−ジメチル−4−ヘプタノール、n−デカノール、sec−ウンデシルアルコール、トリメチルノニルアルコール、sec−テトラデシルアルコール、sec−ヘプタデシルアルコール、フルフリルアルコール、フェノール、シクロヘキサノール、メチルシクロヘキサノール、3,3,5−トリメチルシクロヘキサノール、ベンジルアルコール、ジアセトンアルコール等のモノアルコール系溶媒;
エチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−ブチレングリコール、2,4−ペンタンジオール、2−メチル−2,4−ペンタンジオール、2,5−ヘキサンジオール、2,4−ヘプタンジオール、2−エチル−1,3−ヘキサンジオール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、トリプロピレングリコール等の多価アルコール系溶媒;
エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノヘキシルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテル、エチレングリコールモノ−2−エチルブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル等の多価アルコール部分エーテル系溶媒等が挙げられる。
アセトン、メチルエチルケトン、メチル−n−プロピルケトン、メチル−n−ブチルケトン、ジエチルケトン、メチル−iso−ブチルケトン、メチル−n−ペンチルケトン、エチル−n−ブチルケトン、メチル−n−ヘキシルケトン、ジ−iso−ブチルケトン、トリメチルノナノン、2,4−ペンタンジオン、アセトニルアセトン、ジアセトンアルコール、アセトフェノン等の鎖状ケトン系溶媒;
シクロペンタノン、シクロヘキサノン、シクロヘプタノン、シクロオクタノン、メチルシクロヘキサノン等の環状ケトン系溶媒等が挙げられる。
N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジエチルホルムアミド、アセトアミド、N−メチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルプロピオンアミド等の鎖状アミド系溶媒;
N−メチルピロリドン、N,N’−ジメチルイミダゾリジノン等の環状アミド系溶媒等が挙げられる。
ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジブチルエーテル、ジフェニルエーテル等の鎖状エーテル系溶媒;
テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン等の環状エーテル系溶媒等が挙げられる。
酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸iso−プロピル、酢酸n−ブチル、酢酸iso−ブチル、酢酸sec−ブチル、酢酸n−ペンチル、酢酸sec−ペンチル、酢酸3−メトキシブチル、酢酸メチルペンチル、酢酸2−エチルブチル、酢酸2−エチルヘキシル、酢酸ベンジル、酢酸シクロヘキシル、酢酸メチルシクロヘキシル、酢酸n−ノニル、ジ酢酸グリコール、酢酸メトキシトリグリコール等の酢酸エステル系溶媒;
酢酸エチレングリコールモノメチルエーテル、酢酸エチレングリコールモノエチルエーテル、酢酸ジエチレングリコールモノメチルエーテル、酢酸ジエチレングリコールモノエチルエーテル、酢酸ジエチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、酢酸プロピレングリコールモノメチルエーテル、酢酸プロピレングリコールモノエチルエーテル、酢酸プロピレングリコールモノプロピルエーテル、酢酸プロピレングリコールモノブチルエーテル、酢酸ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、酢酸ジプロピレングリコールモノエチルエーテル等の多価アルコール部分エーテルの酢酸エステル系溶媒;
ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート等の炭酸エステル系溶媒;
アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸n−ブチル、プロピオン酸iso−アミル、シュウ酸ジエチル、シュウ酸ジ−n−ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸n−ブチル、乳酸n−アミル、マロン酸ジエチル、フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル等のその他のカルボン酸のエステル系溶媒等が挙げられる。
[G]偏在化促進剤は、当該感放射線性樹脂組成物が[E]フッ素原子含有重合体を含有する場合等に、[E]フッ素原子含有重合体を、より効率的にレジスト膜表面に偏在化させる成分である。当該感放射線性樹脂組成物が[G]偏在化促進剤を含有することで、[E]フッ素原子含有重合体をレジスト膜表面により効果的に偏在化させることができ、結果として[E]フッ素原子含有重合体の含有量を少なくすることができる。[G]偏在化促進剤としては、例えば、ラクトン化合物、カーボネート化合物、ニトリル化合物、多価アルコール等が挙げられる。偏在化促進剤は、1種単独で又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。
当該感放射線性樹脂組成物は、上記[A]〜[G]成分以外にも、界面活性剤、脂環式骨格含有化合物、増感剤等のその他の任意成分を含有していてもよい。その他の任意成分は、各成分を1種単独で又は2種以上組み合わせて用いてもよい。また、その他の任意成分の含有量は、その目的に応じて、適宜決定することができる。
当該感放射線性樹脂組成物は、[A]重合体、[B]酸発生体、必要に応じて[C]他の酸発生体等の各任意成分及び[F]溶媒を所定割合で混合することにより調製できる。
当該レジストパターン形成方法は、レジスト膜を形成する工程(以下、「レジスト膜形成工程」ともいう)、上記レジスト膜を露光する工程(以下、「露光工程」ともいう)、及び上記露光されたレジスト膜を現像する工程(以下、「現像工程」ともいう)を備え、上記レジスト膜を当該感放射線性樹脂組成物により形成する。以下、各工程について説明する。
本工程では、上述の本発明の感放射線性樹脂組成物を用い、レジスト膜を形成する。塗布方法としては特に限定されないが、例えば、回転塗布、流延塗布、ロール塗布等の適宜の塗布手段を採用することができる。基板としては、例えば、シリコンウエハ、アルミニウムで被覆されたウエハ等が挙げられる。具体的には、得られるレジスト膜が所定の厚さになるように当該組成物を塗布した後、必要に応じてプレベーク(PB:prebake)することで塗膜中の溶媒を揮発させる。塗膜の膜厚としては、10nm〜500nmが好ましい。PBの温度としては、通常60℃〜140℃であり、80℃〜120℃が好ましい。PBの時間としては、通常5秒〜600秒であり、10秒〜300秒が好ましい。
本工程では、上記レジスト膜形成工程で形成されたレジスト膜を露光する。この露光は、場合によっては、水等の液浸媒体を介し、所定のパターンを有するマスクを介して放射線を照射することにより行う。上記放射線としては、目的とするパターンの線幅に応じて、例えば、可視光線、紫外線、遠紫外線、EUV(波長13.5nm)、X線、γ線等の電磁波;電子線、α線等の荷電粒子線等から適宜選択される。これらの中で、当該感放射線性樹脂組成物の[A]重合体が構造単位(I−1)を有する場合等は、遠紫外線が好ましく、ArFエキシマレーザー光(波長193nm)、KrFエキシマレーザー光(波長248nm)がより好ましく、ArFエキシマレーザー光がさらに好ましい。また、当該感放射線性樹脂組成物の[A]重合体が構造単位(I−2)を有する場合等は、電子線、EUVが好ましい。
本工程では、上記露光工程で露光されたレジスト膜を現像する。この現像に用いる現像液としては、例えば、アルカリ現像液、有機溶媒現像液等が挙げられる。これにより、所定のレジストパターンが形成される。
メタノール、エタノール、n−プロパノール、iso−プロパノール、n−ブタノール、iso−ブタノール、sec−ブタノール等のアルコール系溶媒;
ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジフェニルエーテル、アニソール等のエーテル系溶媒;
アセトン、メチルエチルケトン、メチル−n−プロピルケトン、メチル−n−ブチルケトン等のケトン系溶媒;
N,N’−ジメチルイミダゾリジノン、N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド等のアミド系溶媒;
ジエチルカーボネート、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸iso−プロピル、酢酸n−ブチル等のエステル系溶媒が挙げられる。
本発明の感放射線性酸発生体は、上記式(1)で表される部分構造とSO3 −又はCOO−とを含むアニオン、及び感放射線性オニウムカチオンを有する化合物からなる。当該感放射線性酸発生体は、上述の特性を有しているので、これを含有する感放射線性樹脂組成物のLWR性能等を向上させることができる。
本発明の化合物は、上記式(1−1)で表される。当該化合物は、上記構造を有するので、当該感放射線性酸発生体として好適に用いることができる。
GPCカラム(東ソー社の「G2000HXL」2本、「G3000HXL」1本、「G4000HXL」1本」)を用い、流量:1.0mL/分、溶出溶媒:テトラヒドロフラン、試料濃度:1.0質量%、試料注入量:100μL、カラム温度:40℃、検出器:示差屈折計の分析条件で、単分散ポリスチレンを標準とするGPCにより測定した。また、分散度(Mw/Mn)は、Mw及びMnの測定結果より算出した。
核磁気共鳴装置(日本電子社の「JNM−ECX400」)を用い、測定溶媒として重クロロホルムを使用して、各重合体における各構造単位の含有割合(モル%)を求める分析を行った。
[実施例1](化合物(i−1)の合成)
50mLのナス型フラスコにフルベン化合物(A)3.0g(15.1mmol)、ブロモ体(B)15.5g(75.6mmol)及びトルエン10mLを加え、110℃にて120時間加熱撹拌した。溶媒及び過剰のブロモ体(B)を留去することによりDiels−Alder付加体(C)の粗生成物を得た。カラムクロマトグラフィで精製することにより、化合物(C)3.89g(収率64%)を得た。
100mLのナス型フラスコにDiels−Alder付加体(C)3.8g(9.42mmol)及びトリアゾギ酸メチル1.14g(11.3mmol)を酢酸エチル50mLに溶解させた。55℃で60時間加熱撹拌した後、溶媒を留去した。カラムクロマトグラフィで精製し、フルベン化合物(D)1.95g(収率55%)を得た。
100mLのナス型フラスコにフルベン化合物(D)1.80g(4.77mmol)を加え、トルエン25mLに溶解させた。そこへ、アゾジカルボン酸ジエチルの40質量%トルエン溶液2.9g(6.68mmol)を加えた。室温で60時間撹拌した後、溶媒を留去した。カラムクロマトグラフィで精製することにより化合物(E)1.63g(収率62%)を得た。
化合物(E)1.50g(2.72mmol)を酢酸エチル5mLに溶解し、これをシリンジでPd−C(10質量%)20mg及び酢酸エチル5mLを加えた30mLの三口フラスコに加え水素置換を行った。室温で40時間撹拌した後、セライトろ過にてPd−Cを除去し溶媒を留去した。カラムクロマトグラフィで精製することにより、水素付加体(F)1.25g(収率83%)を得た。
100mLのナス型フラスコに水素付加体(F)1.20g(2.17mmol)及びアセトニトリル10gを加え溶解させた。そこへ、炭酸水素ナトリウム0.547g(6.51mmol)及び亜ジチオン酸ナトリウム0.756g(4.34mmol)を水10gに溶解させたものを一気に加えた後、65℃で4時間加熱撹拌した。室温まで冷却した後にチオ硫酸ナトリウム水溶液で2回洗浄した。有機層を回収し、過酸化水素30質量%水溶液0.738g(6.51mmol)を加え、55℃にて6時間加熱撹拌した。室温に冷却した後、亜硫酸ナトリウム水溶液で過剰の過酸化水素をクエンチした。有機層を回収し、溶媒留去した後にトリフェニルスルホニウムクロリド0.648g(2.17mmol)、ジクロロメタン15g及び水7.5gを加え室温にて10時間撹拌した。有機層を6回水洗した後、溶媒を留去することにより下記式(i−1)で表される化合物1.35g(収率76%)を得た。
前駆体を適宜選択し、実施例1と同様の操作を行うことによって、下記式(i−2)〜(i−14)で表される化合物を合成した。
[合成例1](重合体(A−1)の合成)
上記化合物(M−6)7.97g(35モル%)、化合物(M−7)7.44g(45モル%)及び化合物(M−8)4.49g(20モル%)を2−ブタノン40gに溶解し、ラジカル重合開始剤としてのAIBN0.80g(化合物の合計に対して5モル%)を添加して単量体溶液を調製した。次いで2−ブタノン20gを入れた100mLの三口フラスコを30分窒素パージした後、攪拌しながら80℃に加熱し、上記調製した単量体溶液を滴下漏斗にて3時間かけて滴下した。滴下開始を重合反応の開始時間とし、重合反応を6時間実施した。重合反応終了後、重合反応溶液を水冷して30℃以下に冷却した。メタノール400g中に冷却した重合反応溶液を投入し、析出した白色粉末をろ別した。ろ別した白色粉末をメタノール80gで2回洗浄した後、ろ別し、50℃で17時間乾燥させて白色粉末状の重合体(A−1)を合成した(15.2g、収率76%)。重合体(A−1)のMwは7,300、Mw/Mnは1.53であった。また、13C−NMR分析の結果、(M−6)、(M−7)及び(M−8)に由来する各構造単位の含有割合は、それぞれ34.3モル%、45.1モル%及び20.6モル%であった。
上記化合物(M−1)6.88g(40モル%)、化合物(M−9)2.30g(10モル%)及び化合物(M−2)10.83g(50モル%)を2−ブタノン40gに溶解し、ラジカル重合開始剤としてのAIBN0.72g(化合物の合計に対して5モル%)を添加して単量体溶液を調製した。次いで2−ブタノン20gを入れた100mLの三口フラスコを30分窒素パージした後、攪拌しながら80℃に加熱し、上記調製した単量体溶液を滴下漏斗にて3時間かけて滴下した。滴下開始を重合反応の開始時間とし、重合反応を6時間実施した。重合反応終了後、重合反応溶液を水冷して30℃以下に冷却した。メタノール400g中に冷却した重合反応溶液を投入し、析出した白色粉末をろ別した。ろ別した白色粉末をメタノール80gで2回洗浄した後、ろ別し、50℃で17時間乾燥させて白色粉末状の重合体(A−2)を合成した(14.9g、収率75%)。重合体(A−2)のMwは7,500、Mw/Mnは1.55であった。また、13C−NMR分析の結果、(M−1)、(M−9)及び(M−2)に由来する各構造単位の含有割合は、それぞれ40.1モル%、10.1モル%及び49.8モル%であった。
上記化合物(M−1)3.43g(20モル%)、化合物(M−11)3.59g(15モル%)、化合物(M−10)7.83g(40モル%)及び化合物(M−8)5.16g(25モル%)を2−ブタノン40gに溶解し、ラジカル重合開始剤としてのAIBN0.72g(全モノマーに対して5モル%)を添加して単量体溶液を調製した。次いで2−ブタノン20gを入れた100mLの三口フラスコを30分窒素パージした後、攪拌しながら80℃に加熱し、上記調製した単量体溶液を滴下漏斗にて3時間かけて滴下した。滴下開始を重合反応の開始時間とし、重合反応を6時間実施した。重合反応終了後、重合反応溶液を水冷して30℃以下に冷却した。メタノール400g中に冷却した重合反応溶液を投入し、析出した白色粉末をろ別した。ろ別した白色粉末をメタノール80gで2回洗浄した後、ろ別し、50℃で17時間乾燥させて白色粉末状の重合体(A−3)を合成した(15.3g、収率77%)。重合体(A−3)のMwは7,200、Mw/Mnは1.53であった。また、13C−NMR分析の結果、(M−1)、(M−11)、(M−10)及び(M−8)に由来する各構造単位の含有割合は、それぞれ19.5モル%、15.5モル%、40.1モル%及び24.9モル%であった。
上記化合物(M−5)55.0g(65モル%)及び化合物(M−3)45.0g(35モル%)、ラジカル重合開始剤としてのAIBN4g並びにt−ドデシルメルカプタン1gをプロピレングリコールモノメチルエーテル100gに溶解した後、窒素雰囲気下、反応温度を70℃に保持して、16時間共重合させた。重合反応終了後、重合反応溶液をn−ヘキサン1,000g中に滴下して、重合体を凝固精製した。次いで上記重合体に、再度プロピレングリコールモノメチルエーテル150gを加えた後、更に、メタノール150g、トリエチルアミン34g及び水6gを加えて、沸点にて還流させながら、8時間加水分解反応を行った。反応終了後、溶剤及びトリエチルアミンを減圧留去し、得られた重合体をアセトン150gに溶解した後、水2,000g中に滴下して凝固させ、生成した白色粉末をろ過し、50℃で17時間乾燥させて白色粉末状の重合体(A−4)を得た(65.7g、収率77%)。重合体(A−4)のMwは7,500、Mw/Mnは1.90であった。また、13C−NMR分析の結果、p−ヒドロキシスチレンに由来する構造単位及び(M−3)に由来する各構造単位の含有割合は、それぞれ65.4モル%及び34.6モル%であった。
[合成例5](重合体(E−1)の合成)
上記化合物(M−1)79.9g(70モル%)及び化合物(M−4)20.91g(30モル%)を2−ブタノン100gに溶解し、ラジカル重合開始剤としてのジメチル2,2’−アゾビスイソブチレート4.77gを溶解させて単量体溶液を調製した。次いで2−ブタノン100gを入れた1,000mLの三口フラスコを30分窒素パージした後、攪拌しながら80℃に加熱し、上記調製した単量体溶液を滴下漏斗にて3時間かけて滴下した。滴下開始を重合反応の開始時間とし、重合反応を6時間実施した。重合反応終了後、重合反応溶液を水冷して30℃以下に冷却した。重合反応溶液を2L分液漏斗に移液した後、n−ヘキサン150gで上記重合反応溶液を均一に希釈し、メタノール600gを投入して混合した。次いで蒸留水30gを投入し、さらに攪拌して30分静置した。その後、下層を回収し、重合体(E−1)を含む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液を得た(収率60%)。重合体(E−1)のMwは7,200であり、Mw/Mnは2.00であった。また、13C−NMR分析の結果、(M−1)及び(M−4)に由来する各構造単位の含有割合は、それぞれ71.1モル%及び28.9モル%であった。
感放射線性樹脂組成物の調製に用いた[B1]酸発生剤、[B2]酸発生剤、[C1]他の酸発生剤、[C2]他の酸発生剤、[D]窒素原子含有化合物、[F]溶媒及び[G]偏在化促進剤を以下に示す。
i−1〜i−8、i−13、i−14:上記式(i−1)〜(i−8)、(i−13)、(i−14)で表される化合物
[[B2]酸発生剤]
i−9〜i−12:上記式(i−9)〜(i−12)で表される化合物
C1−1:トリフェニルスルホニウム2−(アダマンタン−1−イルカルボニルオキシ)−1,1,3,3,3−ペンタフルオロプロパン−1−スルホネート(下記式(C1−1)で表される化合物)
[[C2]他の酸発生剤]
C2−1:トリフェニルスルホニウムサリチレート(下記式(C2−1)で表される化合物)
D−1:N−(ウンデカン−1−イルカルボニルオキシエチル)モルホリン(下記式(D−1)で表される化合物)
F−1:酢酸プロピレングリコールモノメチルエーテル
F−2:シクロヘキサノン
[実施例15]
[A]重合体としての(A−1)100質量部、[B1]酸発生剤としての(i−1)8.5質量部、[C2]他の酸発生剤としての(C2−1)2.3質量部、[E]フッ素原子含有重合体としての(E−1)3質量部、[F]溶媒としての(F−1)2,240質量部及び(F−2)960質量部、並びに[G]偏在化促進剤としての(G−1)30質量部を混合し、孔径0.2μmのメンブランフィルターでろ過することにより感放射線性樹脂組成物(J−1)を調製した。
下記表1に示す種類及び配合量の各成分を用いた以外は、実施例15と同様に操作して、各感放射線性樹脂組成物を調製した。表1中の「−」は、該当する成分を用いなかったことを示す。
[実施例39]
[A]重合体としての(A−4)100質量部、[B1]酸発生剤としての(i−1)20質量部、[C2]他の酸発生剤としての(C2−1)3.6質量部、並びに[F]溶媒としての(F−1)4,280質量部及び(F−2)1,830質量部を混合し、孔径0.2μmのメンブランフィルターでろ過することにより感放射線性樹脂組成物(J−25)を調製した。
下記表2に示す種類及び配合量の各成分を用いた以外は、実施例39と同様に操作して、各感放射線性樹脂組成物を調製した。表2中の「−」は、該当する成分を用いなかったことを示す。
(ArF露光の場合)
[レジストパターンの形成(1)]
12インチのシリコンウエハ表面に、スピンコーター(東京エレクトロン社の「CLEAN TRACK ACT12」)を使用して、下層反射防止膜形成用組成物(ブルワーサイエンス社の「ARC66」)を塗布した後、205℃で60秒間加熱することにより膜厚105nmの下層反射防止膜を形成した。この下層反射防止膜上に、上記スピンコーターを使用して上記調製した各感放射線性樹脂組成物を塗布し、90℃で60秒間PBを行った。その後、23℃で30秒間冷却し、膜厚90nmのレジスト膜を形成した。次に、このレジスト膜を、ArFエキシマレーザー液浸露光装置(NIKON社の「NSR−S610C」)を用い、NA=1.3、ダイポール(シグマ0.977/0.782)の光学条件にて、40nmラインアンドスペース(1L1S)マスクパターンを介して露光した。露光後、90℃で60秒間PEBを行った。その後、アルカリ現像液としての2.38質量%のTMAH水溶液を用いてアルカリ現像し、水で洗浄し、乾燥してポジ型のレジストパターンを形成した。このレジストパターン形成の際、ターゲット寸法が40nmの1対1ラインアンドスペースのマスクを介して形成した線幅が、線幅40nmの1対1ラインアンドスペースに形成される露光量を最適露光量とした。
上記[レジストパターンの形成(1)]においてTMAH水溶液の代わりに酢酸n−ブチルを用いて有機溶媒現像し、かつ水での洗浄を行わなかった以外は、上記[レジストパターンの形成(1)]と同様に操作して、ネガ型のレジストパターンを形成した。
[レジストパターンの形成(3)]
8インチのシリコンウエハ表面にスピンコーター(東京エレクトロン社の「CLEAN
TRACK ACT8」)を使用して、上記調製した感放射線性樹脂組成物を塗布し、90℃で60秒間PBを行った。その後、23℃で30秒間冷却し、膜厚50nmのレジスト膜を形成した。次に、このレジスト膜に、簡易型の電子線描画装置(日立製作所社の「HL800D」、出力:50KeV、電流密度:5.0A/cm2)を用いて電子線を照射した。照射後、120℃で60秒間PEBを行った。その後、アルカリ現像液として2.38質量%のTMAH水溶液を用いて23℃で30秒間現像し、水で洗浄し、乾燥してポジ型のレジストパターンを形成した。
上記各感放射線性樹脂組成物を用いて形成したレジストパターンについて、LWR性能、CDU性能、解像性、断面形状の矩形性、焦点深度、露光余裕度、MEEF性能を下記方法に従い評価した。その結果を表3及び表4にそれぞれ示す。上記レジストパターンの測長には、走査型電子顕微鏡(日立ハイテクノロジーズ社の「S−9380」)を用いた。LWR性能、CDU性能、解像性、焦点深度、露光余裕度及びMEEF性能について比較対象とする比較例としては、実施例15〜29及び実施例35については比較例1と、実施例30及び実施例32については比較例2と、実施例31及び実施例33については比較例3と、実施例34については比較例4と、実施例36については比較例5と、実施例37及び実施例38については比較例6と、実施例39〜52及び実施例54及び実施例55については比較例7と、実施例53については比較例8とした。なお、表3及び表4中の「−」は判定基準であることを表す。
上記Eopの露光量を照射して形成したレジストパターンを、上記走査型電子顕微鏡を用いてパターン上部から観察した。線幅を任意のポイントで計50点測定し、その測定値の分布から3シグマ値を求め、これをLWR性能とした。LWR性能は、その値が小さいほどラインのガタつきが小さく良いことを示す。LWR性能は、その値を比較例のものと比べたとき、10%以上の向上(LWR性能の値が90%以下)があった場合は「良好」と、10%未満の向上(LWR性能の値が90%超)の場合は「不良」と評価した。
上記Eopの露光量を照射して形成したレジストパターンを、上記走査型電子顕微鏡を用いてパターン上部から観察した。400nmの範囲で線幅を20点測定してその平均値を求め、その平均値を任意のポイントで計500点測定し、その測定値の分布から3シグマ値を求め、これをCDU性能とした。CDU性能は、その値が小さいほど長周期での線幅のバラつきが小さく良いことを示す。CDU性能は、その値を比較例のものと比べたとき、10%以上の向上(CDU性能の値が90%以下)があった場合は「良好」と、10%未満の向上(CDU性能の値が90%超)の場合は「不良」と評価した。
上記Eopの露光量を照射して解像される最小のレジストパターンの寸法を測定し、この測定値を解像性とした。解像性は、その値が小さいほどより微細なパターンを形成でき良いことを示す。解像性は、その値を比較例のものと比べたとき、10%以上の向上(解像性の値が90%以下)があった場合は「良好」と、10%未満の向上(解像性の値が90%超)の場合は「不良」と評価した。
上記Eopの露光量を照射して解像されるレジストパターンの断面形状を観察し、レジストパターンの高さ方向での中間での線幅Lb及びレジストパターンの上部での線幅Laを測定した。断面形状の矩形性は、その値が1に近いほど、レジストパターンがより矩形であり良いことを示す。断面形状の矩形性は、0.9≦(La/Lb)≦1.1である場合は「良好」と、(La/Lb)<0.9又は1.1<(La/Lb)である場合は「不良」と評価した。
上記Eopの露光量を照射して解像されるレジストパターンにおいて、深さ方向にフォーカスを変化させた際の寸法を観測し、ブリッジや残渣が無いままパターン寸法が基準の90%〜110%に入る深さ方向の余裕度を測定し、この測定値を焦点深度とした。焦点深度は、その値が大きいほど、焦点の位置が変動した際に得られるパターンの寸法の変動が小さく、デバイス作製時の歩留まりを高くすることができる。焦点深度は、その値を比較例のものと比べたとき10%以上の向上(焦点深度が110%以上)があった場合は「良好」と、10%未満の向上(焦点深度が110%未満)の場合は「不良」と評価した。
上記Eopを含む露光量の範囲において、露光量を1mJ/cm2ごとに変えて、それぞれレジストパターンを形成し、上記走査型電子顕微鏡を用いて、それぞれの線幅を測定した。得られた線幅と露光量の関係から、線幅が44nmとなる露光量E(44)、及び線幅が36nmとなる露光量E(36)を求め、露光余裕度=(E(36)−E(44))×100/(最適露光量)の式から露光余裕度(%)を算出した。露光余裕度は、その値が大きいほど、露光量が変動した際に得られるパターンの寸法の変動が小さく、デバイス作製時の歩留まりを高くすることができる。露光余裕度は、その値を比較例のものと比べたとき、10%以上の向上(露光余裕度の値が110%以上)があった場合は「良好」と、10%未満の向上(露光余裕度の値が110%未満)の場合は「不良」と評価した。
上記Eopの露光量を照射して解像されるレジストパターンにおいて、線幅が51nm、53nm、55nm、57nm、59nmとなるマスクパターンを用いて形成されたレジストパターンの線幅を縦軸に、マスクパターンのサイズを横軸にプロットしたときの直線の傾きを算出し、これをMEEF性能とした。MEEF性能は、その値が1に近いほどマスク再現性が良好であることを示す。MEEF性能は、その値を比較例のものと比べたとき、10%以上の向上(MEEF性能の値が90%以下)があった場合は「良好」と、10%未満の向上(MEEF性能の値が90%超)の場合は「不良」と評価した。
Claims (14)
- 酸解離性基を含む構造単位を有する重合体、及び
第1感放射線性酸発生体
を含有し、
上記第1感放射線性酸発生体が、
下記式(1)で表される部分構造とSO3 −又はCOO−とを含むアニオン、及び
感放射線性オニウムカチオンを有する化合物からなる感放射線性樹脂組成物。
- 上記式(1)におけるR1が、置換エテニリデン基である請求項1に記載の感放射線性樹脂組成物。
- 上記P1及びP2が窒素原子である請求項1又は請求項2に記載の感放射線性樹脂組成物。
- 上記Q1及びQ2が、それぞれ独立して炭素数2〜20のカルボニルオキシ炭化水素基若しくは炭素数2〜20のカルボニルイミノ炭化水素基であるか、又はこれらの基が互いに合わせられこれらが結合する窒素原子と共に構成される環員数5〜20の環構造を表す請求項1、請求項2又は請求項3に記載の感放射線性樹脂組成物。
- 上記式(1)で表される化合物が、下記式(1−1)で表される請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の感放射線性樹脂組成物。
- 上記式(1−1)におけるA−がSO3 −であり、このSO3 −に隣接する炭素原子に結合するRf1及びRf2がいずれもフッ素原子である請求項5に記載の感放射線性樹脂組成物。
- 上記式(1−1)におけるA−がSO3 −かつこのSO3 −に隣接する炭素原子に結合するRf1及びRf2が水素原子、炭素数1〜20のアルキル基若しくは炭素数1〜20のフッ素化アルキル基であるか、又は上記式(1−1)におけるA−がCOO−である請求項5に記載の感放射線性樹脂組成物。
- 上記第1感放射線性酸発生体以外の第2感放射線性酸発生体をさらに含有する請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の感放射線性樹脂組成物。
- 上記酸解離性基を含む構造単位が、下記式(2−1)で表される請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の感放射線性樹脂組成物。
- 上記感放射線性オニウムカチオンが、下記式(X−1)で表されるカチオン及び下記式(X−2)で表されるカチオンからなる群より選ばれる少なくとも1種である請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の感放射線性樹脂組成物。
式(X−2)中、R12及びR13は、それぞれ独立して置換若しくは非置換の炭素数1〜12の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、置換若しくは非置換の炭素数6〜12の芳香族炭化水素基、−OSO2−RC若しくは−SO2−RDであるか、又はこれらの基のうちの2つ以上の結合により構成される環構造を表す。RC及びRDは、それぞれ独立して、置換若しくは非置換の炭素数1〜12の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、置換若しくは非置換の炭素数5〜25の脂環式炭化水素基又は置換若しくは非置換の炭素数6〜12の芳香族炭化水素基である。i及びjは、それぞれ独立して、0〜5の整数である。R12、R13、RC及びRDがそれぞれ複数の場合、複数のR12、R13、RC及びRDはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。) - レジスト膜を形成する工程、
上記レジスト膜を露光する工程、及び
上記露光されたレジスト膜を現像する工程
を備え、
上記レジスト膜を請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の感放射線性樹脂組成物により形成するレジストパターン形成方法。 - 上記式(1)で表される化合物が、下記式(1−1)で表される請求項12に記載の感放射線性酸発生体。
- 下記式(1−1)で表される化合物。
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