JP2016104849A - 光酸発生官能基及び塩基溶解度向上官能基を有する繰り返し単位を含むポリマー、関連フォトレジスト組成物、ならびに電子デバイスを形成する方法 - Google Patents
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Abstract
Description
集積回路の特徴サイズが縮小し続けているため、次世代のリソグラフィープロセスは、厳しい要求に適合するように努力し、ムーアの法則を拡張する。増大した光酸発生剤(PAG)不均一性及び酸拡散は、限定されたフォトレジスト解像度、悪化した線幅粗度(LWR)(例えば、Nakamura et.al.,Proc.SPIE2013,8682,86821H−1を参照のこと)、限定された露光寛容度、及び化学増幅レジストの一般的に低下したフォトリソグラフィー性能を有することが長年認識されている。これまでに、ポリマー結合PAG(PBP)システムは、PAG均一性を増大させ、酸拡散を制御するために実施されている(例えば、Oh et.al.,Proc.SPIE2008,7140 714031(1〜9ページ)、及びAoaiらの米国特許第5,945,250号B2を参照のこと)。より最近では、マトリックス中の高濃度のPAGは、特にPBPシステムと混合されたときにリソグラフィー性能をさらに向上させることが示されている(Thackerayらの米国特許出願公開第2014/0080062号A1)。これらの進歩にもかかわらず、限界寸法均一性の減少、クリア線量エネルギーの減少、及びコントラスト勾配の増大のうちの1つ以上を提供するフォトレジスト組成物が未だ必要とされている。
式中、Raの各出現は、独立して、H、F、−CN、C1−10アルキル、またはC1−10フルオロアルキルである。
図1は、5−(3,5−ジメチル−4−(2−(((1R,3S,5r,7r)−2−メチルアダマンタン−2−イル)オキシ)−2−オキソエトキシ)フェニル)−5H−ジベンゾ[b,d]チオフェン−5−イウム((1S,4S)−7,7−ジメチル−2−オキソビシクロ[2.2.1]ヘプタン−1−イル)メタンスルホネートの調製のための合成スキームである。
図2は、2−(2−メトキシエトキシ)エチル4−トシレートの調製のための合成スキームである。
図3は、2−(2−(2−メトキシエトキシ)エトキシ)−1,3−ジメチルベンゼンの調製のための合成スキームである。
図4は、5−(4−(2−(2−メトキシエトキシ)エトキシ)−3,5−ジメチルフェニル)−ジベンゾチオフェン−5−イウムヨージドの調製のための合成スキームである。
図5は、5−(4−(2−(2−メトキシエトキシ)エトキシ)−3,5−ジメチルフェニル)−5H−ジベンゾ[b,d]チオフェン−5−イウム1,1−ジフルオロ−2−(メタクリロイルオキシ)エタンスルホネートの調製のための合成スキームである。
図6は、5−(4−メトキシ−3−(4−((2−メチルアダマンタン−2−イル)オキシ)−1−(2−((2−メチルアダマンタン−2−イル)オキシ)−2−オキソエトキシ)−1,4−ジオキソブタン−2−イル)フェニル)−ジベンゾチオフェニウム1,1−ジフルオロ−2−(メタクリロイルオキシ)エタンスルホネートの調製のための合成スキームである。
図7は、5−(4−メトキシ−3−(4−(((1R,3S,5r,7r)−2−メチルアダマンタン−2−イル)オキシ)−1−(2−(((1R,3S,5r,7r)−2−メチルアダマンタン−2−イル)オキシ)−2−オキソエトキシ)−1,4−ジオキソブタン−2−イル)フェニル)−5H−ジベンゾ[b,d]チオフェン−5−イウム1,1−ジフルオロ−2−(2−(メタクリロイルオキシ)アセトキシ)エタンスルホネートの調製のための合成スキームである。
図8は、5−(4−メトキシ−3−(2−(2−(((1R,3S,5r,7r)−2−メチルアダマンタン−2−イル)オキシ)−2−オキソエトキシ)−2−オキソ−1−(2−オキソテトラヒドロフラン−3−イル)エチル)フェニル)−5H−ジベンゾ[b,d]チオフェン−5−イウム1,1−ジフルオロ−2−(メタクリロイルオキシ)エタンスルホネートの調製のための合成スキームである。
概して、ポリマー分子量を、開始剤末端基とPAG単位の炭素のうちの1個との統合により2秒間の緩和遅延で動作するVarian300 Megahertz NMR分光計で得られた13C NMRスペクトルから決定した。
図10は、5−(4−メトキシ−3−(4−(((1R,3S,5r,7r)−2−メチルアダマンタン−2−イル)オキシ)−1−(2−(((1R,3S,5r,7r)−2−メチルアダマンタン−2−イル)オキシ)−2−オキソエトキシ)−1,4−ジオキソブタン−2−イル)フェニル)−5H−ジベンゾ[b,d]チオフェン−5−イウム1,1−ジフルオロ−2−(2−(メタクリロイルオキシ)アセトキシ)エタンスルホネートのホモポリマーの調製のための合成スキームである。
図11は、5−(4−メトキシ−3−(2−(2−(((1R,3S,5r,7r)−2−メチルアダマンタン−2−イル)オキシ)−2−オキソエトキシ)−2−オキソ−1−(2−オキソテトラヒドロフラン−3−イル)エチル)フェニル)−5H−ジベンゾ[b,d]チオフェン−5−イウム1,1−ジフルオロ−2−(メタクリロイルオキシ)エタンスルホネートのホモポリマーの調製のための合成スキームである。
図12は、5−(4−(2−(2−メトキシエトキシ)エトキシ)−3,5−ジメチルフェニル)−5H−ジベンゾ[b,d]チオフェン−5−イウム1,1−ジフルオロ−2−(メタクリロイルオキシ)エタンスルホネートと5−(4−メトキシ−3−(4−(((1R,3S,5r,7r)−2−メチルアダマンタン−2−イル)オキシ)−1−(2−(((1R,3S,5r,7r)−2−メチルアダマンタン−2−イル)オキシ)−2−オキソエトキシ)−1,4−ジオキソブタン−2−イル)フェニル)−5H−ジベンゾ[b,d]チオフェン−5−イウム1,1−ジフルオロ−2−(2−(メタクリロイルオキシ)アセトキシ)エタンスルホネートのコポリマーの調製のための合成スキームである。
図13は、5−(4−(2−(2−メトキシエトキシ)エトキシ)−3,5−ジメチルフェニル)−5H−ジベンゾ[b,d]チオフェン−5−イウム1,1−ジフルオロ−2−(メタクリロイルオキシ)エタンスルホネートと5−(4−メトキシ−3−(2−(2−(((1R,3S,5r,7r)−2−メチルアダマンタン−2−イル)オキシ)−2−オキソエトキシ)−2−オキソ−1−(2−オキソテトラヒドロフラン−3−イル)エチル)フェニル)−5H−ジベンゾ[b,d]チオフェン−5−イウム1,1−ジフルオロ−2−(メタクリロイルオキシ)エタンスルホネートのコポリマーの調製のための合成スキームである。
酸発生剤単位を有するテトラポリマーの調製。ヒール溶液を、2−フェニルプロパン−2−イルメタクリレート(0.39g)、2−オキソテトラヒドロフラン−3−イルメタクリレート(0.33g)、3,5−ビス(1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−ヒドロキシプロパン−2−イル)シクロヘキシルメタクリレート(0.57g)、及び5−(4−(2−(1−エチルシクロペンチルオキシ)−2−オキソエトキシ)−3,5−ジメチルフェニル)−5H−ジベンゾ[b,d]チオフェニウム1,1−ジフルオロ−2−(メタクリロイルオキシ)エタンスルホネート(0.31g)を12.81gの乳酸エチル/ガンマ−ブチロラクトン(7/3 v/v)中に溶解することにより作製した。供給溶液を、2−フェニルプロパン−2−イルメタクリレート(185.54g、0.967mol)、2−オキソテトラヒドロフラン−3−イルメタクリレート(204.27g、1.26mol)、3,5−ビス(1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−ヒドロキシプロパン−2−イル)シクロヘキシルメタクリレート(127.98g,0.29mol)、及び5−(4−(2−(1−エチルシクロペンチルオキシ)−2−オキソエトキシ)−3,5−ジメチルフェニル)−5H−ジベンゾ[b,d]チオフェニウム1,1−ジフルオロ−2−(メタクリロイルオキシ)エタンスルホネート(81.5g、0.132mol)を606gの乳酸エチル:ガンマ−ブチロラクトン(30/70 v/v)中に溶解することにより調製した。開始剤溶液を、65.96gの開始剤(2,2’−アゾビス(2.4−ジメチルバレロニトリル))を66gのアセトニトリル/テトラヒドロフラン(2/1 v/v)中に溶解することにより調製した。重合を、水凝縮器及びフラスコ中の反応を監視するための温度計を装着した2Lの3首丸底フラスコ中で行った。内容物を、オーバーヘッド撹拌器を用いて撹拌した。反応器にヒール溶液を充填し、内容物を75℃まで加熱した。供給溶液及び開始剤溶液を、シリンジポンプを用いて4時間にわたって反応器に供給した。次いで、内容物をさらに2時間撹拌し、これにより反応を、ヒドロキノン(2.0g)を用いて反応停止処理した。内容物を室温まで冷却し、10×(重量)ジイソプロピルエーテル/メタノール95/5(w/w)から2回沈殿させた。得られたポリマーを50℃で24時間の各沈殿ステップ後に真空下で乾燥させて、5,200ダルトンの重量平均分子量、1.5の分散性、ならびに36.0モル%、47.5モル%、11.0モル%、及び5.5モル%の各モノマーのモノマー組成を有する500gのポリマーを得た。
酸発生剤単位を有するテトラポリマー(PDBT−F2ポリマー実施例)の調製。5−(4−(2−(1−エチルシクロペンチルオキシ)−2−オキソエトキシ)−3,5−ジメチルフェニル)−5H−ジベンゾ[b,d]チオフェニウム1,1−ジフルオロ−2−(メタクリロイルオキシ)エタンスルホネートの代わりに、等モルの5−フェニル−5H−ジベンゾ[b,d]チオフェニウム1,1−ジフルオロ−2−(メタクリロイルオキシ)エタンスルホネートを使用したことを除いては、実施例14のプロセスを繰り返した。得られたポリマーは、6,300ダルトンの重量平均分子量、1.4の分散性、ならびに36.5モル%、47.5モル%、12.0モル%、及び5モル%のそれぞれのモノマー含有量を有した。
酸発生剤単位を有するテトラポリマー(TBPPDBTS−F2)の調製。5−(4−(2−(1−エチルシクロペンチルオキシ)−2−オキソエトキシ)−3,5−ジメチルフェニル)−5H−ジベンゾ[b,d]チオフェニウム1,1−ジフルオロ−2−(メタクリロイルオキシ)エタンスルホネートの代わりに、等モルの5−(4−(tert−ブチル)フェニル)−5H−ジベンゾ[b,d]チオフェン−5−イウム1,1−ジフルオロ−2−(メタクリロイルオキシ)エタンスルホネートを使用したことを除いては、実施例14のプロセスを繰り返した。得られたポリマーは、5,200ダルトンの重量平均分子量、1.6の分散性、ならびに34モル%、51モル%、9モル%、及び6モル%のそれぞれのモノマー含有量を有した。
酸発生剤単位を有するテトラポリマーの調製。5−(4−(2−(1−エチルシクロペンチルオキシ)−2−オキソエトキシ)−3,5−ジメチルフェニル)−5H−ジベンゾ[b,d]チオフェニウム1,1−ジフルオロ−2−(メタクリロイルオキシ)エタンスルホネートの代わりに、等モル量の実施例9のモノマーを使用したことを除いては、実施例14のプロセスを繰り返した。得られたポリマーは、5,200ダルトンの重量平均分子量、1.5の分散性、ならびに38モル%、46モル%、10モル%、及び6モル%のそれぞれのモノマー含有量を有した。
酸発生剤単位を有するテトラポリマーの調製。ヒール溶液を、2−フェニルプロパン−2−イルメタクリレート(0.53g)、(1S,3R,8S)−5−オキソ−4−オキサトリシクロ[4.3.1.13,8]ウンデカン−1−イルメタクリレート(0.44g)、3,5−ビス(1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−ヒドロキシプロパン−2−イル)シクロヘキシルメタクリレート(0.78g)、及びフェニルジベンゾチオフェニウム1,1−ジフルオロ−2−(メタクリロイルオキシ)エタンスルホネート(0.42g)を20.0gの乳酸エチル/ガンマ−ブチロラクトン(7/3 v/v)中に溶解することにより作製した。供給溶液を、2−フェニルプロパン−2−イルメタクリレート(7.50g)、(1S,3R,8S)−5−オキソ−4−オキサトリシクロ[4.3.1.13,8]ウンデカン−1−イルメタクリレート(12.23g)、3,5−ビス(1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−ヒドロキシプロパン−2−イル)シクロヘキシルメタクリレート(4.97g)、及びフェニルジベンゾチオフェニウム1,1−ジフルオロ−2−(メタクリロイルオキシ)エタンスルホネート(1.12g)を26.0gの乳酸エチル:ガンマ−ブチロラクトン(3/7 v/v)中に溶解することにより調製した。開始剤溶液を、2.59gの開始剤(2,2’−アゾビス(2.4−ジメチルバレロニトリル))を2.59gのアセトニトリル/テトラヒドロフラン(2/1 v/v)中に溶解することにより調製した。重合を、水凝縮器及びフラスコ中の反応を監視するための温度計を装着した200mLの3首丸底フラスコ中で行った。内容物を、オーバーヘッド撹拌器を用いて撹拌した。反応器にヒール溶液を充填し、内容物を75℃まで加熱した。供給溶液及び開始剤溶液を、シリンジポンプを用いて4時間にわたって反応器に供給した。次いで、内容物をさらに2時間撹拌し、これにより反応を、ヒドロキノン(0.200g)を用いて反応停止処理した。内容物を室温まで冷却し、10×(重量)ジイソプロピルエーテル/メタノール95/5(w/w)から2回沈殿させた。得られたポリマーを50℃で24時間の各沈殿ステップ後に真空下で乾燥させて、5,000ダルトンの重量平均分子量、1.5の分散性、ならびに36モル%、47モル%、12モル%、及び5モル%のそれぞれのモノマー含有量を有する26gのポリマーを得た。
フォトレジスト組成物の調製及び処理。フォトレジスト組成物の調製で使用した非ポリマー光酸発生剤及び光破壊可能消光剤(集合的に「添加剤」)を表1に要約する。フォトレジスト組成物を表2に要約する。実施例19のポジティブトーンフォトレジスト組成物を、成分1、乳酸エチル中の実施例17のポリマーの5.33gの10重量%溶液;成分2、乳酸エチル中の添加剤A−1の10.373gの2重量%溶液;成分3、乳酸エチル中のテトラキス(2−ヒドロキシプロピル)エチレンジアミンの0.320gの0.5重量%溶液;成分4、乳酸エチル中の添加剤A−2の0.356gの2重量%溶液;成分5、乳酸エチル中のフッ素化界面活性剤(Omnova PF656)の0.107gの0.5重量%溶液;成分6、4.737gの乳酸エチル;及び成分7、8.775gの2−ヒドロキシイソブチル酸メチルエステルを合わせることにより調製した。調合したレジストを0.01マイクロメートル(μm)のポリテトラフルオロエチレン(PTFE)フィルタに通した。このようにして調製したレジストを、シリコンウエハ上にスピンコートし、ソフトベークして、担体溶媒を除去し、フォトマスクを通してEUV放射線に露光した。次いで、画像化されたレジスト層を110℃で60秒間ベークし、その後、水性アルカリ性組成物で現像した。
Claims (11)
- 100モル%の全繰り返し単位に基づいて、50〜100モル%の光酸発生繰り返し単位を含むポリマーであって、前記光酸発生繰り返し単位の各々が、アニオン、光酸発生カチオン、及び塩基溶解度向上官能基を含み、前記アニオンまたは前記光酸発生カチオンのいずれかがポリマー結合され、前記塩基溶解度向上官能基が、第3級カルボン酸エステル、第2級カルボン酸エスエルからなる群から選択され、前記第2級炭素が、少なくとも1つの非置換もしくは置換C6−40アリール、アセタール、ケタール、ラクトン、スルトン、アルファ−フッ素化エステル、ベータ−フッ素化エステル、アルファ,ベータ−フッ素化エステル、ポリアルキレングリコール、アルファ−フッ素化アルコール、及びこれらの組み合わせで置換され、前記アニオンと前記光酸発生カチオンの組み合わせが、構造(I)
qが、各光酸発生繰り返し単位において独立して、0、1、2、3、4、または5であり、
rが、各光酸発生繰り返し単位において各出現時に独立して、0、1、2、3、または4であり、
R1が、各光酸発生繰り返し単位において各出現時に独立して、ハロゲン、非置換もしくは置換C1−40ヒドロカルビル、または非置換もしくは置換C1−40ヒドロカルビレンであり、
mが、各光酸発生繰り返し単位において独立して、0または1であり、
Xが、各光酸発生繰り返し単位において独立して、一重結合、−O−、−S−、−C(=O)−、−C(R2)2−、−C(R2)(OH)−、−C(=O)O−、−C(=O)N(R2)−、−C(=O)C(=O)−、−S(=O)−、または−S(=O)2−であり、式中、R2は、各出現時に独立して、水素またはC1−12ヒドロカルビルであり、
Z−が、遊離または一価モノアニオンである、前記ポリマー。 - 95〜100モル%の前記光酸発生繰り返し単位を含む、請求項1に記載の前記ポリマー。
- 前記光酸発生繰り返し単位が、単一のモノマーに由来する、請求項1または2に記載の前記ポリマー。
- 前記光酸発生繰り返し単位が、少なくとも2つの異なるモノマーに由来する、請求項1または2に記載の前記ポリマー。
- 前記塩基溶解度向上官能基が、第3級カルボン酸エステル、アセタール、ケタール、ラクトン、またはこれらの組み合わせである、請求項1〜4のいずれか一項に記載の前記ポリマー。
- 前記塩基溶解度向上官能基が、第3級カルボン酸エステル、ラクトン、またはこれらの組み合わせである、請求項1〜4のいずれか一項に記載の前記ポリマー。
- 前記光酸発生カチオンが、前記塩基溶解度向上官能基を含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載の前記ポリマー。
- 前記光酸発生繰り返し単位の各々が独立して、構造
R3が、前記繰り返し単位の各々において独立して、H、F、−CN、C1−10アルキル、またはC1−10フルオロアルキルであり、
nが、前記繰り返し単位の各々において独立して、0または1であり、
L1及びL3が各々、前記繰り返し単位の各々において独立して、非置換もしくは置換C1−20ヒドロカルビレンであり、前記置換C1−20ヒドロカルビレンが、任意に、−O−、−S−、−NR4、−PR4−、−C(O)−、−OC(O)−、−C(O)O−、−OC(O)O−、−N(R4)C(O)−、−C(O)N(R4)−、−OC(O)N(R4)−、−N(R4)C(O)O−、−S(O)−、−S(O)2−、−N(R4)S(O)2−、−S(O)2N(R4)−、−OS(O)2−、または−S(O)2O−である1つ以上の鎖内二価ヘテロ原子含有基を含んでもよく、式中、R4が、HまたはC1−12ヒドロカルビルであり、
L2が、前記繰り返し単位の各々において独立して、−O−、−C(O)−、または−N(R5)−であり、式中、R5が、HまたはC1−12ヒドロカルビルであり、
q、r、R1、m、及びXが、請求項1で定義される、請求項1〜7のいずれか一項に記載の前記ポリマー。 - 前記光酸発生繰り返し単位の各々において、R1の1つの出現が存在し、前記光酸発生カチオンを前記ポリマーに共有結合し、かつ構造
R3が、前記繰り返し単位の各々において独立して、H、F、−CN、C1−10アルキル、またはC1−10フルオロアルキルであり、
L4が、前記繰り返し単位の各々において独立して、1,2−フェニレン、1,3−フェニレン、1,4−フェニレン、−C(O)O−、−C(O)C(O)−、または−C(O)N(R5)−であり、式中、R5が、HまたはC1−12ヒドロカルビルであり、
pが、前記繰り返し単位の各々において独立して、0または1であり、
L5が、前記繰り返し単位の各々において独立して、非置換もしくは置換C1−20ヒドロカルビレンであり、前記置換C1−20ヒドロカルビレンが、任意に、−O−、−S−、−NR4、−PR4−、−C(O)−、−OC(O)−、−C(O)O−、−OC(O)O−、−N(R4)C(O)−、−C(O)N(R4)−、−OC(O)N(R4)−、−N(R4)C(O)O−、−S(O)−、−S(O)2−、−N(R4)S(O)2−、−S(O)2N(R4)−、−OS(O)2−、または−S(O)2O−である1つ以上の鎖内二価ヘテロ原子含有基を含んでもよく、式中、R4が、HまたはC1−12ヒドロカルビルである、請求項1〜7のいずれか一項に記載の前記ポリマー。 - 請求項1〜9のいずれか一項に記載の前記ポリマーと、溶媒と、を含む、フォトレジスト組成物。
- 電子デバイスを形成する方法であって、
(a)基材上に請求項10に記載の前記フォトレジスト組成物の層を適用することと、
(b)前記フォトレジスト組成物層を活性化放射線にパターン様式で露光することと、
(c)前記露光したフォトレジスト組成物層を現像してレジストレリーフ像を提供することと、を含む、前記方法。
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