JP2023146744A - ネガ型レジスト組成物及びレジストパターン形成方法 - Google Patents

ネガ型レジスト組成物及びレジストパターン形成方法 Download PDF

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Abstract

【課題】高感度化が図れ、より微細な寸法のパターンを、良好な形状で形成することができるネガ型レジスト組成物、及びレジストパターン形成方法を提供する。【解決手段】本発明は、ケイ素含有樹脂(A)と、露光により酸を発生する酸発生剤成分(B)と、架橋剤成分(C)と、を含有するネガ型レジスト組成物を採用する。ケイ素含有樹脂(A)は、フェノール性水酸基を有するケイ素含有重合体(A1)を含み、酸発生剤成分(B)は、カチオン部にフッ素原子を有するスルホニウム塩(B1)を含むことを特徴とする。【選択図】なし

Description

本発明は、ネガ型レジスト組成物及びレジストパターン形成方法に関する。
電子部品の製造に際しては、レジスト材料を用いてシリコンウェーハ等の基板上にレジスト膜を形成した積層体に、エッチングを含む処理が行われている。例えば、レジスト膜に選択的露光を施すことにより該レジスト膜にレジストパターンを形成し、これをマスクとしてドライエッチングを行い、基板上にパターンを形成する処理などが行われている。
近年、半導体素子や液晶表示素子の製造においては、リソグラフィー技術の進歩により急速にパターンの微細化が進んでいる。パターンの微細化の手法としては、一般に、露光光源の短波長化(高エネルギー化)が行われている。
レジスト材料には、これらの露光光源に対する感度、微細な寸法のパターンを再現できる解像性等のリソグラフィー特性が求められる。
このような要求を満たすレジスト材料として、従来、酸の作用により現像液に対する溶解性が変化する基材成分と、露光により酸を発生する酸発生剤成分と、を含有する化学増幅型レジスト組成物が用いられている。
化学増幅型レジスト組成物においては、一般的に、リソグラフィー特性等の向上のために、複数の構成単位を有する樹脂が用いられている。
また、レジスト材料としては、基板加工のマスクとしての機能を果たすために、エッチング耐性を有する材料が求められる。これに対して、通常、シリコン含有ポリマーが基材成分に用いられている。
例えば、特許文献1には、パターンの微細化に対応するため、特定の構成単位2種を有するシルセスキオキサン樹脂と、酸発生剤成分と、架橋剤成分と、を含有するネガ型レジスト組成物が開示されている。
国際公開第2005/091073号
更なるパターンの微細化に伴ってレジスト膜の薄膜化が進み、レジスト材料においては、レジストパターン形成の際における高感度化、及びラインパターンであればLWR(ラインワイズラフネス:ライン幅の不均一性)低減などの種々のリソグラフィー特性の向上がいっそう求められる。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、高感度化が図れ、より微細な寸法のパターンを、良好な形状で形成することができるネガ型レジスト組成物、及びレジストパターン形成方法を提供することを課題とする。
上記の課題を解決するために、本発明は以下の構成を採用した。
すなわち、本発明の第1の態様は、ケイ素含有樹脂(A)と、露光により酸を発生する酸発生剤成分(B)と、架橋剤成分(C)と、を含有し、前記ケイ素含有樹脂(A)は、フェノール性水酸基を有するケイ素含有重合体(A1)を含み、前記酸発生剤成分(B)は、カチオン部にフッ素原子を有するスルホニウム塩(B1)を含むことを特徴とする、ネガ型レジスト組成物である。
本発明の第2の態様は、支持体上に、前記第1の態様に係るネガ型レジスト組成物を用いてレジスト膜を形成する工程(i)、前記レジスト膜を露光する工程(ii)、及び前記露光後のレジスト膜を現像して、ネガ型のレジストパターンを形成する工程(iii)を有することを特徴とする、レジストパターン形成方法である。
本発明によれば、高感度化が図れ、より微細な寸法のパターンを、良好な形状で形成することができるネガ型レジスト組成物、及びレジストパターン形成方法を提供することができる。
本明細書及び本特許請求の範囲において、「脂肪族」とは、芳香族に対する相対的な概念であって、芳香族性を持たない基、化合物等を意味するものと定義する。
「アルキル基」は、特に断りがない限り、直鎖状、分岐鎖状及び環状の1価の飽和炭化水素基を包含するものとする。アルコキシ基中のアルキル基も同様である。
「アルキレン基」は、特に断りがない限り、直鎖状、分岐鎖状及び環状の2価の飽和炭化水素基を包含するものとする。
「ハロゲン原子」は、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。
「構成単位」とは、高分子化合物(樹脂、重合体、共重合体)を構成するモノマー単位(単量体単位)を意味する。
「置換基を有してもよい」と記載する場合、水素原子(-H)を1価の基で置換する場合と、メチレン基(-CH-)を2価の基で置換する場合との両方を含む。
「露光」は、紫外線、放射線、電子線等の活性エネルギー線の照射全般を含む概念とする。
「酸分解性基」は、酸の作用により、当該酸分解性基の構造中の少なくとも一部の結合が開裂し得る酸分解性を有する基である。
酸の作用により極性が増大する酸分解性基としては、例えば、酸の作用により分解して極性基を生じる基が挙げられる。
極性基としては、例えばカルボキシ基、水酸基、アミノ基、スルホ基(-SOH)等が挙げられる。
酸分解性基としてより具体的には、前記極性基が酸解離性基で保護された基(例えばOH含有極性基の水素原子を、酸解離性基で保護した基)が挙げられる。
「酸解離性基」とは、(i)酸の作用により、当該酸解離性基と該酸解離性基に隣接する原子との間の結合が開裂し得る酸解離性を有する基、又は、(ii)酸の作用により一部の結合が開裂した後、さらに脱炭酸反応が生じることにより、当該酸解離性基と該酸解離性基に隣接する原子との間の結合が開裂し得る基、の双方をいう。
酸分解性基を構成する酸解離性基は、当該酸解離性基の解離により生成する極性基よりも極性の低い基であることが必要で、これにより、酸の作用により該酸解離性基が解離した際に、該酸解離性基よりも極性の高い極性基が生じて極性が増大する。その結果、この酸解離性基を有する成分全体の極性が増大する。極性が増大することにより、相対的に、現像液に対する溶解性が変化し、現像液がアルカリ現像液の場合には溶解性が増大し、現像液が有機系現像液の場合には溶解性が減少する。
「基材成分」とは、膜形成能を有する有機化合物である。基材成分として用いられる有機化合物は、非重合体と重合体とに大別される。非重合体としては、通常、分子量が500以上4000未満のものが用いられる。以下「低分子化合物」という場合は、分子量が500以上4000未満の非重合体を示す。重合体としては、通常、分子量が1000以上のものが用いられる。以下「樹脂」、「高分子化合物」又は「ポリマー」という場合は、分子量が1000以上の重合体を示す。重合体の分子量としては、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)によるポリスチレン換算の重量平均分子量を用いるものとする。
「誘導される構成単位」とは、炭素原子間の多重結合、例えば、エチレン性二重結合が開裂して構成される構成単位を意味する。
「誘導体」とは、対象化合物のα位の水素原子がアルキル基、ハロゲン化アルキル基等の他の置換基に置換されたもの、並びにそれらの誘導体を含む概念とする。それらの誘導体としては、α位の水素原子が置換基に置換されていてもよい対象化合物の水酸基の水素原子を有機基で置換したもの;α位の水素原子が置換基に置換されていてもよい対象化合物に、水酸基以外の置換基が結合したもの等が挙げられる。なお、α位とは、特に断りがない限り、官能基と隣接した1番目の炭素原子のことをいう。
ヒドロキシスチレンのα位の水素原子を置換する置換基としては、Rαxと同様のものが挙げられる。
本明細書及び本特許請求の範囲において、化学式で表される構造によっては、不斉炭素が存在し、エナンチオ異性体(enantiomer)やジアステレオ異性体(diastereomer)が存在し得るものがある。その場合は一つの化学式でそれら異性体を代表して表す。それらの異性体は単独で用いてもよいし、混合物として用いてもよい。
(ネガ型レジスト組成物)
本発明の第1の態様に係るネガ型レジスト組成物は、ケイ素含有樹脂(A)(以下「(A)成分」ともいう)と、露光により酸を発生する酸発生剤成分(B)(以下「(B)成分」ともいう)と、架橋剤成分(C)(以下「(C)成分」ともいう)とを含有する。
本態様に係るネガ型レジスト組成物において、前記(A)成分は、フェノール性水酸基を有するケイ素含有重合体(A1)を含む。前記(B)成分は、カチオン部にフッ素原子を有するスルホニウム塩(B1)を含む。
ネガ型レジスト組成物の一実施形態は、露光により(B)成分から酸が発生すると、この酸が(C)成分に作用して、架橋反応により現像液に対する溶解性が低下する。そのため、レジストパターンの形成において、該ネガ型レジスト組成物を支持体上に塗布して得られるレジスト膜を選択的に露光すると、レジスト膜の露光部は現像液に対して溶解性が低下する一方で、レジスト膜の未露光部は現像液に対して溶解性が変化しないため、レジスト膜の露光部と未露光部との間で現像液に対する溶解性の差が生じる。そのため、該レジスト膜をアルカリ現像又は溶剤現像すると、レジスト膜未露光部が溶解除去されて、ネガ型のレジストパターンが形成される。これにより、所望のマスクパターンを通して選択的に露光することで、目的とするレジストパターンを高精度に形成できる。
本実施形態のネガ型レジスト組成物は、レジストパターン形成時の現像処理に、アルカリ現像液を用いるアルカリ現像プロセス用であってもよく、レジストパターン形成時の現像処理に、有機溶剤を含む現像液(有機系現像液)を用いる溶剤現像プロセス用であってもよい。本実施形態のネガ型レジスト組成物は、アルカリ現像プロセス用に特に有用なものである。
<ケイ素含有樹脂(A)>
本実施形態のネガ型レジスト組成物で用いられる(A)成分は、フェノール性水酸基を有するケイ素含有重合体(A1)(以下「(A1)成分」ともいう)を含むものである。
本実施形態のネガ型レジスト組成物においては、ケイ素(Si)を含有する樹脂を含有することで、特に、ネガ型レジスト組成物により形成されるレジスト膜のエッチング耐性が高められる。
前記(A)成分中のケイ素(Si)の含有割合は、前記(A)成分を構成する全原子の総量に対して、好ましくは5~50%である。
(A)成分中のシリコン含有割合は、下式より算出することができる。
シリコン含有割合(%)=(シリコン含有樹脂中に存在するシリコン原子の個数×シリコンの原子量)/(シリコン含有樹脂を構成する各原子の個数に各原子量を乗じた値を足し合わせて算出した総原子量)×100
シリコン含有割合は、例えば、-[Si(H)O]-で表される構成単位の繰り返し構造からなるポリシロキサンの場合は、{(28×1)×100}/[{(28×1)+(16×1.5)+(1×1)}×100]≒52.8%となる。
かかる(A)成分としては、アルカリ現像液に対して可溶性を示し、架橋性基を有する樹脂が挙げられ、ポリシロキサンが好ましく、この中でもシルセスキオキサン樹脂を含んでいることがより好ましい。ここでのシルセスキオキサン樹脂は、梯子型構造のものでもよいし、籠型構造のものでもよい。
≪フェノール性水酸基を有するケイ素含有重合体(A1)≫
(A1)成分は、フェノール性水酸基を有するケイ素含有重合体であり、フェノール性水酸基とケイ素とを同一の重合体中に有し、好ましくは、シロキサン結合からなる主鎖と、フェノール性水酸基を含む側鎖とをもつポリシロキサンが挙げられる。
かかる(A1)成分としては、例えば、重合体主鎖がSi-O結合の繰り返し構造からなり、フェノール性水酸基を含む構成単位(a1)を有するポリシロキサンが挙げられる。
・構成単位(a1)
構成単位(a1)は、フェノール性水酸基を含む構成単位である。
構成単位(a1)としては、主鎖部分がSi-O結合であり、そのSi原子に結合する側鎖部分が「フェノール性水酸基を含む基」であるものが挙げられる。
構成単位(a1)において、フェノール性水酸基は、露光により後述の(B)成分から発生する酸の作用を受けることにより架橋構造を形成する。これにより(A1)成分は高分子量化する。また、構成単位(a1)が該フェノール性水酸基を含むため、(A1)成分はアルカリ現像液に可溶性を示し、ネガ型レジスト組成物にアルカリ現像性が付与される。
好ましい構成単位(a1)としては、下記一般式(a1-1)で表される構成単位が挙げられる。
Figure 2023146744000001
[式中、Raは、フェノール性水酸基を有する炭化水素基である。*は、結合手であることを表す。]
以下に、前記式(a1-1)中のRaにおける、「フェノール性水酸基を有する炭化水素基」の具体例を示す。化学式中、*は、結合手であることを示す。
Figure 2023146744000002
前記一般式(a1-1)で表される構成単位の好ましいものとして、下記一般式(a1-1-1)で表される構成単位が挙げられる。
Figure 2023146744000003
[式中、Ra11は、炭素数1~5のアルキレン基又は単結合である。na1は、1~3の整数である。]
前記一般式(a1-1-1)中、Ra11としては、炭素数1~5のアルキレン基が好ましい。
Ra11におけるアルキレン基は、直鎖状、分岐鎖状又は環状のいずれであってもよく、直鎖状又は分岐鎖状であることが好ましい。
Ra11におけるアルキレン基の炭素数は、1~5であり、好ましくは炭素数1~3である。Ra11におけるアルキレン基としては、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ペンチレン基、イソプロピレン基などが挙げられ、これらの中でもメチレン基、エチレン基、プロピレン基、イソプロピレン基が好ましく、メチレン基、エチレン基がより好ましく、メチレン基がさらに好ましい。
前記一般式(a1-1-1)中、na1は、1~3の整数であり、好ましくは1又は2であり、より好ましくは1である。
ベンゼン環への水酸基の結合位置は、o位、m位又はp位のいずれであってもよく、例えば工業的にはp位が好ましい。
ポリシロキサンが有する構成単位(a1)は、1種でもよく2種以上でもよい。
ポリシロキサン中の構成単位(a1)の割合は、ポリシロキサンを構成する全構成単位の合計(100モル%)に対して、40モル%以上が好ましく、50モル%以上がより好ましく、60モル%以上がさらに好ましく、100モル%(ホモポリマー)でもよい。
構成単位(a1)の割合が、前記の好ましい範囲の下限値以上であると、リソグラフィー特性の良好なレジストパターンが形成されやすくなる。
・その他構成単位
前記構成単位(a1)を有するポリシロキサンは、前記構成単位(a1)に加えて、さらに、その他構成単位を有してもよい。
その他構成単位としては、例えば、アルキル基を含む構成単位(a2)、下記化学式(a3-1)で表される構成単位(a3)、下記化学式(a4-1)で表される構成単位(a4)などが挙げられる。
・・構成単位(a2)
構成単位(a2)は、アルキル基を含む構成単位である。
構成単位(a2)としては、主鎖部分がSi-O結合であり、そのSi原子に結合する側鎖部分がアルキル基であるものが挙げられる。
構成単位(a2)を有することで、ネガ型レジスト組成物を用いて形成されるレジスト膜の特性を容易に制御できる。
好ましい構成単位(a2)としては、下記一般式(a2-1)で表される構成単位、下記一般式(a2-2)で表される構成単位が挙げられる。
Figure 2023146744000004
[式中、Ra21、Ra22及びRa23は、それぞれ独立に、炭素数1~10のアルキル基である。]
前記の一般式(a2-1)及び一般式(a2-2)中、Ra21、Ra22及びRa23におけるアルキル基は、直鎖状、分岐鎖状又は環状のいずれであってもよく、直鎖状又は分岐鎖状であることが好ましい。
Ra21、Ra22及びRa23におけるアルキル基の炭素数は、1~10であり、好ましくは炭素数1~5であり、より好ましくは炭素数1~3である。
Ra21、Ra22及びRa23におけるアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、デシル基、イソプロピル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、2-エチルヘキシル基などが挙げられる。これらの中でもメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、イソプロピル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基が好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基がより好ましく、メチル基、エチル基がさらに好ましく、メチル基が特に好ましい。
ポリシロキサンが有する構成単位(a2)は、1種でもよく2種以上でもよい。
ポリシロキサンが、構成単位(a1)に加えて、さらに、構成単位(a2)を有する場合、ポリシロキサン中の構成単位(a2)の割合は、ポリシロキサンを構成する全構成単位の合計(100モル%)に対して、10~60モル%が好ましく、10~55モル%がより好ましく、15~50モル%がさらに好ましい。
一般式(a2-1)で表される構成単位の割合は、ポリシロキサンを構成する全構成単位の合計(100モル%)に対して、20~60モル%が好ましく、25~55モル%がより好ましく、30~50モル%がさらに好ましい。
一般式(a2-2)で表される構成単位の割合は、ポリシロキサンを構成する全構成単位の合計(100モル%)に対して、10~40モル%が好ましく、10~30モル%がより好ましく、15~25モル%がさらに好ましい。
構成単位(a2)の割合が、前記の好ましい範囲の下限値以上であると、エッチング耐性をより高められやすくなり、一方、前記の好ましい範囲の上限値以下であると、リソグラフィー特性の良好なレジストパターンが形成されやすくなる。
・・構成単位(a3)
構成単位(a3)は、下記化学式(a3-1)で表される構成単位である。
この構成単位(a3)は、リソグラフィー特性を高めるのに有用なものである。構成単位(a3)の導入により、溶解速度を制御することが容易となる。
Figure 2023146744000005
[式中、Ra24は、炭素数1~6の炭化水素基である。na3は、0~5の整数である。]
前記一般式(a3-1)中、Ra24における炭化水素基は、直鎖状、分岐鎖状又は環状のいずれであってもよく、直鎖状又は分岐鎖状であることが好ましい。また、Ra24における炭化水素基は、飽和炭化水素基でもよいし、不飽和炭化水素基でもよいし、飽和炭化水素基が好ましい。
Ra24における炭化水素基の炭素数は、1~6であり、好ましくは炭素数1~5であり、より好ましくは炭素数1~3である。Ra24における炭化水素基としては、アルキル基が好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、tert-ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基等が挙げられ、これらの中でもメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基が好ましく、メチル基、エチル基がより好ましく、メチル基がさらに好ましい。
前記一般式(a3-1)中、na3は、0~5の整数であり、好ましくは0~3の整数であり、より好ましくは0又は1であり、特に好ましくは0である。
ポリシロキサンが有する構成単位(a3)は、1種でもよく2種以上でもよい。
ポリシロキサンが、構成単位(a1)に加えて、さらに、構成単位(a3)を有する場合、ポリシロキサン中の構成単位(a3)の割合は、ポリシロキサンを構成する全構成単位の合計(100モル%)に対して、30モル%以下が好ましく、5~30モル%がより好ましく、5~25モル%が特に好ましい。
・・構成単位(a4)
構成単位(a4)は、下記化学式(a4-1)で表される構成単位である。
この構成単位(a4)は、リソグラフィー特性を高めるのに有用なものである。構成単位(a4)の導入により、溶解速度を制御することが容易となる。
Figure 2023146744000006
ポリシロキサンが、構成単位(a1)に加えて、さらに、構成単位(a4)を有する場合、ポリシロキサン中の構成単位(a4)の割合は、ポリシロキサンを構成する全構成単位の合計(100モル%)に対して、30モル%以下が好ましく、5~30モル%がより好ましく、10~25モル%が特に好ましい。
また、本実施形態におけるポリシロキサンとしては、高分子主鎖がSi-O結合の繰り返し構造からなり、構成単位(a1)に加えて、さらに、アルコキシ基及びヒドロキシ基の少なくとも一方を含む構成単位を有する共重合体でもよい。
本実施形態のネガ型レジスト組成物において、(A1)成分は、重合体主鎖がSi-O結合の繰り返し構造からなり、上記一般式(a1-1)で表される構成単位の繰り返し構造を有するポリシロキサンであることが好ましい。このポリシロキサンの中でも、一般式(a1-1)で表される構成単位の繰り返し構造からなるシルセスキオキサン樹脂;一般式(a1-1)で表される構成単位と一般式(a2-1)で表される構成単位との繰り返し構造を有するシルセスキオキサン樹脂;一般式(a1-1)で表される構成単位と一般式(a2-2)で表される構成単位との繰り返し構造を有するシルセスキオキサン樹脂;一般式(a1-1)で表される構成単位と一般式(a3-1)で表される構成単位との繰り返し構造を有するシルセスキオキサン樹脂;一般式(a1-1)で表される構成単位と一般式(a2-1)で表される構成単位と一般式(a3-1)で表される構成単位との繰り返し構造を有するシルセスキオキサン樹脂;一般式(a1-1)で表される構成単位と一般式(a2-2)で表される構成単位と一般式(a3-1)で表される構成単位との繰り返し構造を有するシルセスキオキサン樹脂;一般式(a1-1)で表される構成単位と一般式(a3-1)で表される構成単位と一般式(a4-1)で表される構成単位との繰り返し構造を有するシルセスキオキサン樹脂が好ましい。
(A1)成分の質量平均分子量(Mw)(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算基準)は、特に限定されるものではなく、例えば1000以上であり、1000~10000が好ましく、1500~7500がより好ましく、2000~5000がさらに好ましい。
(A1)成分のMwが、前記の好ましい範囲の上限値以下であることによって、有機溶剤に対する溶解性がより向上する。一方、前記の好ましい範囲の下限値以上であることによって、レジスト膜のパターニング性がより良好となり、形成されるレジストパターンのリソグラフィー特性がより高められる。
≪ケイ素含有重合体(A2)≫
本実施形態のネガ型レジスト組成物は、(A)成分として、前記(A1)成分に該当しない、ケイ素含有樹脂(A2)(以下「(A2)成分」という。)を併用してもよい。
(A)成分中の(A1)成分の割合は、(A)成分の総質量に対し、25質量%以上が好ましく、50質量%以上がより好ましく、75質量%以上がさらに好ましく、100質量%であってもよい。該割合が25質量%以上であると、高感度化、ラフネス改善などの種々のリソグラフィー特性、エッチング耐性に優れたレジストパターンが形成されやすくなる。
本実施形態のネガ型レジスト組成物が含有する(A)成分は、1種でもよく2種以上でもよい。
本実施形態のネガ型レジスト組成物中、(A)成分の含有量は、形成しようとする膜厚等に応じて調整すればよい。
<酸発生剤成分(B)>
本実施形態のネガ型レジスト組成物で用いられる酸発生剤成分(B)((B)成分)は、カチオン部にフッ素原子を有するスルホニウム塩(B1)(以下「(B1)成分」ともいう)を含むものである。
本実施形態のネガ型レジスト組成物においては、(B1)成分を含有することで、特にEUV用としての有用性が高まる。
≪カチオン部にフッ素原子を有するスルホニウム塩(B1)≫
(B1)成分は、スルホニウム塩であり、カチオン部にフッ素原子を有するものであれば特に限定されず、これまで化学増幅型レジスト組成物用の酸発生剤として提案されているものを用いることができる。
かかる(B1)成分の好ましいものとして、例えば、下記一般式(b1-1)で表される化合物が挙げられる。
Figure 2023146744000007
[式中、Rbは、フッ素化アルキル基又はフッ素原子である。q1は、1~5の整数である。Rb及びRbは、それぞれ独立に、置換基を有してもよい炭化水素基である。Rb及びRbは、相互に結合して、式中のイオウ原子と共に環を形成してもよい。Rb又はRbは、式中のイオウ原子とベンゼン環と共に縮合環を形成してもよい。Xbは、対アニオンである。]
前記式(b1-1)中、Rbは、フッ素化アルキル基又はフッ素原子である。Rbにおけるフッ素化アルキル基としては、炭素数1~5の直鎖状若しくは分岐鎖状のフッ素化アルキル基が好ましく、炭素数1~5の直鎖状のフッ素化アルキル基がより好ましく、トリフルオロメチル基が特に好ましい。
前記式(b1-1)中、q1は、1~5の整数であり、1~4の整数が好ましく、2~4の整数がより好ましい。
前記式(b1-1)中、Rbは、ベンゼン環のオルト位又はメタ位に結合していることが好ましく、光分解効率の点から、ベンゼン環のメタ位に結合していることがより好ましい。
前記式(b1-1)中、Rb及びRbは、それぞれ独立に、置換基を有してもよい炭化水素基である。
Rb及びRbにおける、置換基を有してもよい炭化水素基としては、置換基を有してもよいアリール基、置換基を有してもよいアルキル基、又は置換基を有してもよいアルケニル基等が挙げられる。
Rb及びRbにおけるアリール基としては、炭素数6~20の無置換のアリール基が挙げられ、フェニル基、ナフチル基が好ましい。
Rb及びRbにおけるアルキル基としては、鎖状又は環状のアルキル基であって、炭素数1~30のものが好ましい。
Rb及びRbにおけるアルケニル基としては、炭素数が2~10であることが好ましい。
Rb及びRbにおける炭化水素基が有してもよい置換基としては、例えば、アルキル基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、カルボニル基、シアノ基、アミノ基、アリール基、下記の一般式(ca-r-1)~(ca-r-7)でそれぞれ表される基が挙げられる。
Figure 2023146744000008
[式中、R’201は、それぞれ独立に、水素原子、置換基を有してもよい環式基、置換基を有してもよい鎖状のアルキル基、又は置換基を有してもよい鎖状のアルケニル基である。]
置換基を有してもよい環式基:
該環式基は、環状の炭化水素基であることが好ましく、該環状の炭化水素基は、芳香族炭化水素基であってもよく、脂肪族炭化水素基であってもよい。脂肪族炭化水素基は、芳香族性を持たない炭化水素基を意味する。また、脂肪族炭化水素基は、飽和であってもよく、不飽和であってもよく、通常は飽和であることが好ましい。
R’201における芳香族炭化水素基は、芳香環を有する炭化水素基である。該芳香族炭化水素基の炭素数は3~30であることが好ましく、炭素数5~30がより好ましく、炭素数5~20がさらに好ましく、炭素数6~15が特に好ましく、炭素数6~10が最も好ましい。ただし、該炭素数には、置換基における炭素数を含まないものとする。
R’201における芳香族炭化水素基が有する芳香環として具体的には、ベンゼン、フルオレン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ビフェニル、又はこれらの芳香環を構成する炭素原子の一部がヘテロ原子で置換された芳香族複素環などが挙げられる。芳香族複素環における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。
R’201における芳香族炭化水素基として具体的には、前記芳香環から水素原子を1つ除いた基(アリール基:例えばフェニル基、ナフチル基など)、前記芳香環の水素原子の1つがアルキレン基で置換された基(例えばベンジル基、フェネチル基、1-ナフチルメチル基、2-ナフチルメチル基、1-ナフチルエチル基、2-ナフチルエチル基等のアリールアルキル基など)等が挙げられる。前記アルキレン基(アリールアルキル基中のアルキル鎖)の炭素数は、1~4であることが好ましく、炭素数1~2がより好ましく、炭素数1が特に好ましい。
R’201における環状の脂肪族炭化水素基は、構造中に環を含む脂肪族炭化水素基が挙げられる。
この構造中に環を含む脂肪族炭化水素基としては、脂環式炭化水素基(脂肪族炭化水素環から水素原子を1個除いた基)、脂環式炭化水素基が直鎖状または分岐鎖状の脂肪族炭化水素基の末端に結合した基、脂環式炭化水素基が直鎖状または分岐鎖状の脂肪族炭化水素基の途中に介在する基などが挙げられる。
前記脂環式炭化水素基は、炭素数が3~20であることが好ましく、3~12であることがより好ましい。
前記脂環式炭化水素基は、多環式基であってもよく、単環式基であってもよい。単環式の脂環式炭化水素基としては、モノシクロアルカンから1個以上の水素原子を除いた基が好ましい。該モノシクロアルカンとしては、炭素数3~6のものが好ましく、具体的にはシクロペンタン、シクロヘキサン等が挙げられる。多環式の脂環式炭化水素基としては、ポリシクロアルカンから1個以上の水素原子を除いた基が好ましく、該ポリシクロアルカンとしては、炭素数7~30のものが好ましい。中でも、該ポリシクロアルカンとしては、アダマンタン、ノルボルナン、イソボルナン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカン等の架橋環系の多環式骨格を有するポリシクロアルカン;ステロイド骨格を有する環式基等の縮合環系の多環式骨格を有するポリシクロアルカンがより好ましい。
なかでも、R’201における環状の脂肪族炭化水素基としては、モノシクロアルカンまたはポリシクロアルカンから水素原子を1つ以上除いた基が好ましく、ポリシクロアルカンから水素原子を1つ除いた基がより好ましく、アダマンチル基、ノルボルニル基が特に好ましく、アダマンチル基が最も好ましい。
脂環式炭化水素基に結合してもよい、直鎖状または分岐鎖状の脂肪族炭化水素基は、炭素数が1~10であることが好ましく、炭素数1~6がより好ましく、炭素数1~4がさらに好ましく、炭素数1~3が特に好ましい。
直鎖状の脂肪族炭化水素基としては、直鎖状のアルキレン基が好ましく、具体的には、メチレン基[-CH-]、エチレン基[-(CH-]、トリメチレン基[-(CH-]、テトラメチレン基[-(CH-]、ペンタメチレン基[-(CH-]等が挙げられる。
分岐鎖状の脂肪族炭化水素基としては、分岐鎖状のアルキレン基が好ましく、具体的には、-CH(CH)-、-CH(CHCH)-、-C(CH-、-C(CH)(CHCH)-、-C(CH)(CHCHCH)-、-C(CHCH-等のアルキルメチレン基;-CH(CH)CH-、-CH(CH)CH(CH)-、-C(CHCH-、-CH(CHCH)CH-、-C(CHCH-CH-等のアルキルエチレン基;-CH(CH)CHCH-、-CHCH(CH)CH-等のアルキルトリメチレン基;-CH(CH)CHCHCH-、-CHCH(CH)CHCH-等のアルキルテトラメチレン基などのアルキルアルキレン基等が挙げられる。アルキルアルキレン基におけるアルキル基としては、炭素数1~5の直鎖状のアルキル基が好ましい。
また、R’201における環状の炭化水素基は、複素環等のようにヘテロ原子を含んでもよい。具体的には、ラクトン含有環式基、-SO-含有環式基、その他下記の化学式(r-hr-1)~(r-hr-16)でそれぞれ表される複素環式基が挙げられる。化学式中の*は、結合手であることを表す。
「ラクトン含有環式基」とは、その環骨格中に-O-C(=O)-を含む環(ラクトン環)を含有する環式基を示す。ラクトン環をひとつ目の環として数え、ラクトン環のみの場合は単環式基、さらに他の環構造を有する場合は、その構造に関わらず多環式基と称する。ラクトン含有環式基は、単環式基であってもよく、多環式基であってもよい。
「-SO-含有環式基」とは、その環骨格中に-SO-を含む環を含有する環式基を示し、具体的には、-SO-における硫黄原子(S)が環式基の環骨格の一部を形成する環式基である。その環骨格中に-SO-を含む環をひとつ目の環として数え、該環のみの場合は単環式基、さらに他の環構造を有する場合は、その構造に関わらず多環式基と称する。-SO-含有環式基は、単環式基であってもよく多環式基であってもよい。-SO-含有環式基は、特に、その環骨格中に-O-SO-を含む環式基、すなわち-O-SO-中の-O-S-が環骨格の一部を形成するスルトン(sultone)環を含有する環式基であることが好ましい。
Figure 2023146744000009
R’201における環式基が有してもよい置換基としては、たとえば、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、水酸基、カルボニル基、ニトロ基等が挙げられる。
置換基としてのアルキル基としては、炭素数1~5のアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基、n-ブチル基、tert-ブチル基が最も好ましい。
置換基としてのアルコキシ基としては、炭素数1~5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、iso-プロポキシ基、n-ブトキシ基、tert-ブトキシ基がより好ましく、メトキシ基、エトキシ基が最も好ましい。
置換基としてのハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられ、フッ素原子が好ましい。
置換基としてのハロゲン化アルキル基としては、炭素数1~5のアルキル基、たとえばメチル基、エチル基、プロピル基、n-ブチル基、tert-ブチル基等の水素原子の一部または全部が前記ハロゲン原子で置換された基が挙げられる。
置換基としてのカルボニル基は、環状の炭化水素基を構成するメチレン基(-CH-)を置換する基である。
置換基を有してもよい鎖状のアルキル基:
R’201における鎖状のアルキル基としては、直鎖状又は分岐鎖状のいずれでもよい。
直鎖状のアルキル基としては、炭素数が1~20であることが好ましく、炭素数1~15であることがより好ましく、炭素数1~10が最も好ましい。具体的には、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デカニル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、イソトリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、イソヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基、イコシル基、ヘンイコシル基、ドコシル基等が挙げられる。
分岐鎖状のアルキル基としては、炭素数が3~20であることが好ましく、炭素数3~15であることがより好ましく、炭素数3~10が最も好ましい。具体的には、例えば、1-メチルエチル基、1-メチルプロピル基、2-メチルプロピル基、1-メチルブチル基、2-メチルブチル基、3-メチルブチル基、1-エチルブチル基、2-エチルブチル基、1-メチルペンチル基、2-メチルペンチル基、3-メチルペンチル基、4-メチルペンチル基などが挙げられる。
置換基を有してもよい鎖状のアルケニル基:
R’201における鎖状のアルケニル基としては、直鎖状又は分岐鎖状のいずれでもよく、炭素数が2~10であることが好ましく、炭素数2~5がより好ましく、炭素数2~4がさらに好ましく、炭素数3が特に好ましい。直鎖状のアルケニル基としては、例えば、ビニル基、プロペニル基(アリル基)、ブチニル基などが挙げられる。分岐鎖状のアルケニル基としては、例えば、1-メチルビニル基、2-メチルビニル基、1-メチルプロペニル基、2-メチルプロペニル基などが挙げられる。
鎖状のアルケニル基としては、上記の中でも、直鎖状のアルケニル基が好ましく、ビニル基、プロペニル基がより好ましく、ビニル基が特に好ましい。
R’201における鎖状のアルキル基またはアルケニル基が有してもよい置換基としては、例えば、アルコキシ基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、水酸基、カルボニル基、ニトロ基、アミノ基、上記R’201における環式基等が挙げられる。
R’201の置換基を有してもよい環式基、置換基を有してもよい鎖状のアルキル基、又は置換基を有してもよい鎖状のアルケニル基は、上述したものの他、置換基を有してもよい環式基又は置換基を有してもよい鎖状のアルキル基として、第3級アルキルエステル型酸解離性基も挙げられる。
なかでも、R’201は、置換基を有してもよい環式基が好ましく、置換基を有してもよい環状の炭化水素基であることがより好ましい。より具体的には、フェニル基、ナフチル基、ポリシクロアルカンから1個以上の水素原子を除いた基、ラクトン含有環式基、-SO-含有環式基などが好ましい。
前記式(b1-1)中、Rb及びRbは、相互に結合して、式中のイオウ原子と共に環を形成してもよい。あるいは、Rb又はRbは、式中のイオウ原子とベンゼン環と共に縮合環を形成してもよい。
Rb及びRbは、式中のイオウ原子とベンゼン環と共に縮合環を形成する場合、硫黄原子、酸素原子、窒素原子等のヘテロ原子や、カルボニル基、-SO-、-SO-、-SO-、-COO-、-CONH-または-N(R)-(該Rは炭素数1~5のアルキル基である。)等の官能基を介して結合してもよい。
Rb及びRbは、式中のイオウ原子とベンゼン環と共に形成する環としては、式中のイオウ原子をその環骨格に含む1つの環が、イオウ原子を含めて、3~10員環であることが好ましく、5~7員環であることが特に好ましい。形成される環の具体例としては、例えばチオフェン環、チアゾール環、ベンゾチオフェン環、チアントレン環、ベンゾチオフェン環、ジベンゾチオフェン環、9H-チオキサンテン環、チオキサントン環、チアントレン環、フェノキサチイン環、テトラヒドロチオフェニウム環、テトラヒドロチオピラニウム環等が挙げられる。
前記式(b1-1)中、Rb及びRbは、フェニル基若しくはナフチル基であるか、あるいは、Rb及びRbは、相互に結合して、式中のイオウ原子と共に環若しくは縮合環を形成していることが好ましい。
前記式(b1-1)で表される化合物におけるカチオン部の具体例を以下に示す。
Figure 2023146744000010
前記式(b1-1)中、Xbは、対アニオンである。
Xbとしては、特に制限されず、レジスト組成物用の酸発生剤成分のアニオン部として知られているアニオンを適宜用いることができる。
例えば、Xbとしては、下記の一般式(b0-1-an1)で表されるアニオン、一般式(b0-1-an2)で表されるアニオン、又は一般式(b0-1-an3)で表されるアニオンが挙げられる。
Figure 2023146744000011
[式中、R101及びR104~R108は、それぞれ独立に、置換基を有してもよい環式基、置換基を有してもよい鎖状のアルキル基、又は置換基を有してもよい鎖状のアルケニル基である。R104とR105とは相互に結合して環構造を形成していてもよい。R102は、炭素数1~5のフッ素化アルキル基又はフッ素原子である。Y101は、酸素原子を含む2価の連結基又は単結合である。V101~V103は、それぞれ独立に、単結合、アルキレン基又はフッ素化アルキレン基である。L101~L102は、それぞれ独立に、単結合又は酸素原子である。L103~L105は、それぞれ独立に、単結合、-CO-又は-SO-である。]
・一般式(b0-1-an1)で表されるアニオン
式(b0-1-an1)中、R101は、置換基を有してもよい環式基、置換基を有してもよい鎖状のアルキル基、又は置換基を有してもよい鎖状のアルケニル基である。
置換基を有してもよい環式基:
該環式基は、環状の炭化水素基であることが好ましく、該環状の炭化水素基は、芳香族炭化水素基であってもよく、脂肪族炭化水素基であってもよい。脂肪族炭化水素基は、芳香族性を持たない炭化水素基を意味する。また、脂肪族炭化水素基は、飽和であってもよく、不飽和であってもよく、通常は飽和であることが好ましい。
101における芳香族炭化水素基は、芳香環を有する炭化水素基である。該芳香族炭化水素基の炭素数は3~30であることが好ましく、5~30であることがより好ましく、5~20がさらに好ましく、6~18が特に好ましい。但し、該炭素数には、置換基における炭素数を含まないものとする。
101における芳香族炭化水素基が有する芳香環として具体的には、ベンゼン、フルオレン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ビフェニル、又はこれらの芳香環を構成する炭素原子の一部がヘテロ原子で置換された芳香族複素環などが挙げられる。芳香族複素環における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。
101における芳香族炭化水素基として具体的には、前記芳香環から水素原子を1つ除いた基(アリール基:たとえば、フェニル基、ナフチル基など)、前記芳香環の水素原子の1つがアルキレン基で置換された基(たとえば、ベンジル基、フェネチル基、1-ナフチルメチル基、2-ナフチルメチル基、1-ナフチルエチル基、2-ナフチルエチル基等のアリールアルキル基など)、ビシクロヘプタン、ビシクロオクタン等の架橋脂肪族環に前記芳香族環が縮合した縮合環から水素原子を1つ除いた基等が挙げられる。前記アルキレン基(アリールアルキル基中のアルキル鎖)の炭素数は、1~4であることが好ましく、1~2であることがより好ましく、1であることが特に好ましい。
101における環状の脂肪族炭化水素基は、構造中に環を含む脂肪族炭化水素基が挙げられる。
この構造中に環を含む脂肪族炭化水素基としては、脂環式炭化水素基(脂肪族炭化水素環から水素原子を1個除いた基)、脂環式炭化水素基が直鎖状または分岐鎖状の脂肪族炭化水素基の末端に結合した基、脂環式炭化水素基が直鎖状または分岐鎖状の脂肪族炭化水素基の途中に介在する基などが挙げられる。
前記脂環式炭化水素基は、炭素数が3~20であることが好ましく、3~12であることがより好ましい。
前記脂環式炭化水素基は、多環式基であってもよく、単環式基であってもよい。単環式の脂環式炭化水素基としては、モノシクロアルカンから1個以上の水素原子を除いた基が好ましい。該モノシクロアルカンとしては、炭素数3~6のものが好ましく、具体的にはシクロペンタン、シクロヘキサン等が挙げられる。多環式の脂環式炭化水素基としては、ポリシクロアルカンから1個以上の水素原子を除いた基が好ましく、該ポリシクロアルカンとしては、炭素数7~30のものが好ましい。中でも、該ポリシクロアルカンとしては、アダマンタン、ノルボルナン、イソボルナン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカン等の架橋環系の多環式骨格を有するポリシクロアルカン;ステロイド骨格を有する環式基等の縮合環系の多環式骨格を有するポリシクロアルカンがより好ましい。
なかでも、R101における環状の脂肪族炭化水素基としては、モノシクロアルカンまたはポリシクロアルカンから水素原子を1つ以上除いた基が好ましく、ポリシクロアルカンから水素原子を1つ除いた基がより好ましく、アダマンチル基、ノルボルニル基が特に好ましく、アダマンチル基が最も好ましい。
脂環式炭化水素基に結合してもよい、直鎖状の脂肪族炭化水素基は、炭素数が1~10であることが好ましく、1~6がより好ましく、1~4がさらに好ましく、1~3が最も好ましい。直鎖状の脂肪族炭化水素基としては、直鎖状のアルキレン基が好ましく、具体的には、メチレン基[-CH-]、エチレン基[-(CH-]、トリメチレン基[-(CH-]、テトラメチレン基[-(CH-]、ペンタメチレン基[-(CH-]等が挙げられる。
脂環式炭化水素基に結合してもよい、分岐鎖状の脂肪族炭化水素基は、炭素数が2~10であることが好ましく、3~6がより好ましく、3又は4がさらに好ましく、3が最も好ましい。分岐鎖状の脂肪族炭化水素基としては、分岐鎖状のアルキレン基が好ましく、具体的には、-CH(CH)-、-CH(CHCH)-、-C(CH-、-C(CH)(CHCH)-、-C(CH)(CHCHCH)-、-C(CHCH-等のアルキルメチレン基;-CH(CH)CH-、-CH(CH)CH(CH)-、-C(CHCH-、-CH(CHCH)CH-、-C(CHCH-CH-等のアルキルエチレン基;-CH(CH)CHCH-、-CHCH(CH)CH-等のアルキルトリメチレン基;-CH(CH)CHCHCH-、-CHCH(CH)CHCH-等のアルキルテトラメチレン基などのアルキルアルキレン基等が挙げられる。アルキルアルキレン基におけるアルキル基としては、炭素数1~5の直鎖状のアルキル基が好ましい。
また、R101における環状の炭化水素基は、複素環等のようにヘテロ原子を含んでもよい。具体的には、ラクトン含有環式基、-SO-含有環式基、その他上記の化学式(r-hr-1)~(r-hr-16)でそれぞれ表される複素環式基が挙げられる。
101における環式基が有してもよい置換基としては、たとえば、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、水酸基、カルボニル基、ニトロ基等が挙げられる。
置換基としてのアルキル基としては、炭素数1~5のアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基、n-ブチル基、tert-ブチル基が最も好ましい。
置換基としてのアルコキシ基としては、炭素数1~5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、iso-プロポキシ基、n-ブトキシ基、tert-ブトキシ基がより好ましく、メトキシ基、エトキシ基が最も好ましい。
置換基としてのハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられ、フッ素原子が好ましい。
置換基としてのハロゲン化アルキル基としては、炭素数1~5のアルキル基、たとえばメチル基、エチル基、プロピル基、n-ブチル基、tert-ブチル基等の水素原子の一部または全部が前記ハロゲン原子で置換された基が挙げられる。
置換基としてのカルボニル基は、環状の炭化水素基を構成するメチレン基(-CH-)を置換する基である。
101における環状の炭化水素基は、脂肪族炭化水素環と芳香環とが縮合した縮合環を含む縮合環式基であってもよい。前記縮合環としては、例えば、架橋環系の多環式骨格を有するポリシクロアルカンに、1個以上の芳香環が縮合したもの等が挙げられる。前記架橋環系ポリシクロアルカンの具体例としては、ビシクロ[2.2.1]ヘプタン(ノルボルナン)、ビシクロ[2.2.2]オクタン等のビシクロアルカンが挙げられる。前記縮合環式としては、ビシクロアルカンに2個又は3個の芳香環が縮合した縮合環を含む基が好ましく、ビシクロ[2.2.2]オクタンに2個又は3個の芳香環が縮合した縮合環を含む基がより好ましい。
101における縮合環式基の具体例としては、下記式(r-br-1)~(r-br-2)で表されるが挙げられる。
式中*は、式(b0-1-an1)中のY101に結合する結合手を表す。
Figure 2023146744000012
101における縮合環式基が有してもよい置換基としては、例えば、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、水酸基、カルボニル基、ニトロ基、芳香族炭化水素基、脂環式炭化水素基等が挙げられる。
前記縮合環式基の置換基としてのアルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基は、上記R101における環式基の置換基として挙げたものと同様のものが挙げられる。
前記縮合環式基の置換基としての芳香族炭化水素基としては、芳香環から水素原子を1つ除いた基(アリール基:例えば、フェニル基、ナフチル基など)、前記芳香環の水素原子の1つがアルキレン基で置換された基(例えば、ベンジル基、フェネチル基、1-ナフチルメチル基、2-ナフチルメチル基、1-ナフチルエチル基、2-ナフチルエチル基等のアリールアルキル基など)、上記式(r-hr-1)~(r-hr-6)でそれぞれ表される複素環式基等が挙げられる。
前記縮合環式基の置換基としての脂環式炭化水素基としては、シクロペンタン、シクロヘキサン等のモノシクロアルカンから1個の水素原子を除いた基;アダマンタン、ノルボルナン、イソボルナン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカン等のポリシクロアルカンから1個の水素原子を除いた基;ラクトン含有環式基;-SO-含有環式基;前記式(r-hr-7)~(r-hr-16)でそれぞれ表される複素環式基等が挙げられる。
置換基を有してもよい鎖状のアルキル基:
101の鎖状のアルキル基としては、直鎖状又は分岐鎖状のいずれでもよい。
直鎖状のアルキル基としては、炭素数が1~20であることが好ましく、1~15であることがより好ましく、1~10が最も好ましい。具体的には、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デカニル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、イソトリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、イソヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基、イコシル基、ヘンイコシル基、ドコシル基等が挙げられる。
分岐鎖状のアルキル基としては、炭素数が3~20であることが好ましく、3~15であることがより好ましく、3~10が最も好ましい。具体的には、例えば、1-メチルエチル基、1-メチルプロピル基、2-メチルプロピル基、1-メチルブチル基、2-メチルブチル基、3-メチルブチル基、1-エチルブチル基、2-エチルブチル基、1-メチルペンチル基、2-メチルペンチル基、3-メチルペンチル基、4-メチルペンチル基などが挙げられる。
置換基を有してもよい鎖状のアルケニル基:
101の鎖状のアルケニル基としては、直鎖状又は分岐鎖状のいずれでもよく、炭素数が2~10であることが好ましく、2~5がより好ましく、2~4がさらに好ましく、3が特に好ましい。直鎖状のアルケニル基としては、例えば、ビニル基、プロペニル基(アリル基)、ブチニル基などが挙げられる。分岐鎖状のアルケニル基としては、例えば、1-メチルビニル基、2-メチルビニル基、1-メチルプロペニル基、2-メチルプロペニル基などが挙げられる。
鎖状のアルケニル基としては、上記の中でも、直鎖状のアルケニル基が好ましく、ビニル基、プロペニル基がより好ましく、ビニル基が特に好ましい。
101における、鎖状のアルキル基またはアルケニル基が有してもよい置換基としては、たとえば、アルコキシ基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、水酸基、カルボニル基、ニトロ基、アミノ基、上記R101における環式基等が挙げられる。
上記の中でも、R101は、置換基を有してもよい環式基が好ましく、置換基を有してもよい環状の炭化水素基であることがより好ましい。より具体的には、フェニル基、ナフチル基、ポリシクロアルカンから1個以上の水素原子を除いた基;ラクトン含有環式基;-SO-含有環式基などが好ましい。
式(b0-1-an1)中、Y101は、単結合または酸素原子を含む2価の連結基である。
101が酸素原子を含む2価の連結基である場合、該Y101は、酸素原子以外の原子を含有してもよい。酸素原子以外の原子としては、たとえば炭素原子、水素原子、硫黄原子、窒素原子等が挙げられる。
酸素原子を含む2価の連結基としては、たとえば、酸素原子(エーテル結合:-O-)、エステル結合(-C(=O)-O-)、オキシカルボニル基(-O-C(=O)-)、アミド結合(-C(=O)-NH-)、カルボニル基(-C(=O)-)、カーボネート結合(-O-C(=O)-O-)等の非炭化水素系の酸素原子含有連結基;該非炭化水素系の酸素原子含有連結基とアルキレン基との組み合わせ等が挙げられる。この組み合わせに、さらに、スルホニル基(-SO-)が連結されていてもよい。
かかる酸素原子を含む2価の連結基としては、たとえば下記一般式(y-al-1)~(y-al-7)でそれぞれ表される連結基が挙げられる。
Figure 2023146744000013
[式中、V’101は単結合または炭素数1~5のアルキレン基であり、V’102は炭素数1~30の2価の飽和炭化水素基である。]
V’102における2価の飽和炭化水素基は、炭素数1~30のアルキレン基であることが好ましく、炭素数1~10のアルキレン基であることがより好ましく、炭素数1~5のアルキレン基であることがさらに好ましい。
V’101およびV’102におけるアルキレン基としては、直鎖状のアルキレン基でもよく分岐鎖状のアルキレン基でもよく、直鎖状のアルキレン基が好ましい。
V’101およびV’102におけるアルキレン基として、具体的には、メチレン基[-CH-];-CH(CH)-、-CH(CHCH)-、-C(CH-、-C(CH)(CHCH)-、-C(CH)(CHCHCH)-、-C(CHCH-等のアルキルメチレン基;エチレン基[-CHCH-];-CH(CH)CH-、-CH(CH)CH(CH)-、-C(CHCH-、-CH(CHCH)CH-等のアルキルエチレン基;トリメチレン基(n-プロピレン基)[-CHCHCH-];-CH(CH)CHCH-、-CHCH(CH)CH-等のアルキルトリメチレン基;テトラメチレン基[-CHCHCHCH-];-CH(CH)CHCHCH-、-CHCH(CH)CHCH-等のアルキルテトラメチレン基;ペンタメチレン基[-CHCHCHCHCH-]等が挙げられる。
また、V’101又はV’102における前記アルキレン基における一部のメチレン基が、炭素数5~10の2価の脂肪族環式基で置換されていてもよい。
当該脂肪族環式基は、環状の脂肪族炭化水素基(単環式の脂肪族炭化水素基、多環式の脂肪族炭化水素基)から水素原子をさらに1つ除いた2価の基が好ましく、シクロへキシレン基、1,5-アダマンチレン基または2,6-アダマンチレン基がより好ましい。
101としては、エステル結合を含む2価の連結基、またはエーテル結合を含む2価の連結基が好ましく、上記式(y-al-1)~(y-al-5)でそれぞれ表される連結基がより好ましい。
式(b0-1-an1)中、V101は、単結合、アルキレン基又はフッ素化アルキレン基である。V101におけるアルキレン基、フッ素化アルキレン基は、炭素数1~4であることが好ましい。V101におけるフッ素化アルキレン基としては、V101におけるアルキレン基の水素原子の一部又は全部がフッ素原子で置換された基が挙げられる。なかでも、V101は、炭素数1~4の直鎖状フッ素化アルキレン基又は単結合であることが好ましい。
式(b0-1-an1)中、R102は、フッ素原子又は炭素数1~5のフッ素化アルキル基である。R102は、フッ素原子または炭素数1~5のパーフルオロアルキル基であることが好ましく、フッ素原子であることがより好ましい。
前記式(b0-1-an1)で表されるアニオン部の具体例としては、たとえば、Y101が単結合となる場合、トリフルオロメタンスルホネートアニオンやパーフルオロブタンスルホネートアニオン等のフッ素化アルキルスルホネートアニオンが挙げられ;Y101が酸素原子を含む2価の連結基である場合、下記式(an-1)~(an-3)のいずれかで表されるアニオンが挙げられる。
Figure 2023146744000014
[式中、R”101は、置換基を有してもよい脂肪族環式基、前記式(r-hr-1)~(r-hr-6)でそれぞれ表される基、又は置換基を有してもよい鎖状のアルキル基であり;R”102は、置換基を有してもよい脂肪族環式基、ラクトン含有環式基、又は-SO-含有環式基であり;R”103は、置換基を有してもよい芳香族環式基、置換基を有してもよい脂肪族環式基、又は置換基を有してもよい鎖状のアルケニル基であり;v”はそれぞれ独立に0~3の整数であり、q”はそれぞれ独立に1~20の整数であり、t”は1~3の整数であり、n”は0または1である。]
R”101、R”102およびR”103の置換基を有してもよい脂肪族環式基は、前記R101における環状の脂肪族炭化水素基として例示した基であることが好ましい。前記置換基としては、R101における環状の脂肪族炭化水素基を置換してもよい置換基と同様のものが挙げられる。
R”103における置換基を有してもよい芳香族環式基は、前記R101における環状の炭化水素基における芳香族炭化水素基として例示した基であることが好ましい。前記置換基としては、R101における該芳香族炭化水素基を置換してもよい置換基と同様のものが挙げられる。
R”101における置換基を有してもよい鎖状のアルキル基は、前記R101における鎖状のアルキル基として例示した基であることが好ましい。
R”103における置換基を有してもよい鎖状のアルケニル基は、前記R101における鎖状のアルケニル基として例示した基であることが好ましい。
・一般式(b0-1-an2)で表されるアニオン
前記式(b0-1-an2)中、R104、R105は、それぞれ独立に、置換基を有してもよい環式基、置換基を有してもよい鎖状のアルキル基、または置換基を有してもよい鎖状のアルケニル基であり、それぞれ、式(b0-1-an1)中のR101と同様のものが挙げられる。ただし、R104、R105は、相互に結合して環を形成していてもよい。
104、R105は、置換基を有してもよい鎖状のアルキル基が好ましく、直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基、又は直鎖状若しくは分岐鎖状のフッ素化アルキル基であることがより好ましい。
該鎖状のアルキル基の炭素数は、1~10であることが好ましく、より好ましくは炭素数1~7、さらに好ましくは炭素数1~3である。R104、R105の鎖状のアルキル基の炭素数は、上記炭素数の範囲内において、レジスト用溶剤への溶解性も良好である等の理由により、小さいほど好ましい。また、R104、R105の鎖状のアルキル基においては、フッ素原子で置換されている水素原子の数が多いほど、酸の強度が強くなるため好ましい。前記鎖状のアルキル基中のフッ素原子の割合、すなわちフッ素化率は、好ましくは70~100%、さらに好ましくは90~100%であり、最も好ましくは、全ての水素原子がフッ素原子で置換されたパーフルオロアルキル基である。
式(b0-1-an2)中、V102、V103は、それぞれ独立に、単結合、アルキレン基、またはフッ素化アルキレン基であり、それぞれ、式(b0-1-an1)中のV101と同様のものが挙げられる。
式(b0-1-an2)中、L101、L102は、それぞれ独立に、単結合又は酸素原子である。
・一般式(b0-1-an3)で表されるアニオン
前記式(b0-1-an3)中、R106~R108は、それぞれ独立に、置換基を有してもよい環式基、置換基を有してもよい鎖状のアルキル基、又は置換基を有してもよい鎖状のアルケニル基であり、それぞれ、式(b0-1-an1)中のR101と同様のものが挙げられる。
式(b0-1-an3)中、L103~L105は、それぞれ独立に、単結合、-CO-又は-SO-である。
また、前記式(b1-1)中、Xbは、R109-SO でもよい。ここで、R109は、置換基を有してもよい環式基、置換基を有してもよい鎖状のアルキル基、又は置換基を有してもよい鎖状のアルケニル基であり、それぞれ、前記式(b0-1-an1)中のR101と同様のものが挙げられる。但し、R109における、S原子に隣接する炭素原子にはフッ素原子が結合しているものとする。
また、前記式(b1-1)中、Xbは、ハロゲンアニオンでもよい。ここで、ハロゲンアニオンとしては、フッ化物イオン、塩化物イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオンなどが挙げられる。
上記の中でも、(B1)成分のアニオン部としては、一般式(b0-1-an1)で表されるアニオンが好ましい。この中でも、上記の一般式(an-1)~(an-3)のいずれかで表されるアニオンがより好ましい。
本実施形態のネガ型レジスト組成物において、(B1)成分は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
本実施形態のネガ型レジスト組成物中、(B1)成分の含有量は、(A)成分100質量部に対して、10質量部以上であることが好ましく、10~50質量部であることがより好ましく、10~40質量部であることがさらに好ましく、15~30質量部であることが特に好ましい。
ネガ型レジスト組成物における(B)成分全体のうち、上記(B1)成分の割合は、例えば、50質量%以上であり、好ましくは70質量%以上であり、より好ましくは95質量%以上である。なお、100質量%であってもよい。
(B1)成分の含有量が、前記の好ましい範囲の下限値以上であると、レジストパターン形成において、感度、LWR(ラインワイズラフネス)低減、形状等のリソグラフィー特性がより向上する。一方、前記の好ましい範囲の上限値以下であると、ネガ型レジスト組成物の各成分を有機溶剤に溶解した際、均一な溶液が得られやすく、レジスト組成物としての保存安定性がより高まる。
≪(B2)成分≫
本実施形態のネガ型レジスト組成物は、本発明の効果を損なわない範囲で、上述の(B1)成分以外の酸発生剤成分(以下「(B2)成分」という)を含有してもよい。
(B2)成分としては、特に限定されず、これまで化学増幅型レジスト組成物用の酸発生剤として提案されているものを用いることができる。
このような酸発生剤としては、ヨードニウム塩やスルホニウム塩などのオニウム塩系酸発生剤、オキシムスルホネート系酸発生剤;ビスアルキル又はビスアリールスルホニルジアゾメタン類、ポリ(ビススルホニル)ジアゾメタン類などのジアゾメタン系酸発生剤;ニトロベンジルスルホネート系酸発生剤、イミノスルホネート系酸発生剤、ジスルホン系酸発生剤など多種のものが挙げられる。
オニウム塩系酸発生剤としては、例えば、下記の一般式(b-1)で表される化合物(以下「(b-1)成分」ともいう)、一般式(b-2)で表される化合物(以下「(b-2)成分」ともいう)又は一般式(b-3)で表される化合物(以下「(b-3)成分」ともいう)が挙げられる。
尚、(b-1)成分、(b-2)成分及び(b-3)成分は、上述の(B1)成分に該当する化合物を含まないものとする。
Figure 2023146744000015
[式中、R101、R104~R108はそれぞれ独立に、置換基を有してもよい環式基、置換基を有してもよい鎖状のアルキル基、又は置換基を有してもよい鎖状のアルケニル基である。R104、R105は、相互に結合して環を形成していてもよい。R102はフッ素原子又は炭素数1~5のフッ素化アルキル基である。Y101は単結合、又は酸素原子を含む2価の連結基である。V101~V103はそれぞれ独立に単結合、アルキレン基又はフッ素化アルキレン基である。L101~L102はそれぞれ独立に単結合又は酸素原子である。L103~L105はそれぞれ独立に単結合、-CO-又は-SO-である。mは1以上の整数であって、M’m+はm価のオニウムカチオンである。]
前記式(b-1)、(b-2)及び(b-3)中、R101、R104~R108は、前記式(b0-1-an1)~(b0-1-an3)中のR101、R104~R108と同様である。
前記式(b-2)中、R104、R105は、前記式(b0-1-an2)中のR104、R105と同様である。
前記式(b-1)中、Y101は、前記式(b0-1-an1)中のY101と同様である。
式(b-1)及び(b-2)中、V101~V103は、前記式(b0-1-an1)及び(b0-1-an2)中のV101~V103と同様である。
式(b-2)中、L101~L102は、前記式(b0-1-an2)中のL101~L102と同様である。
式(b-3)中、L103~L105は、前記式(b0-1-an3)中のL103~L105と同様である。
前記式(b-1)、(b-2)及び(b-3)中、mは1以上の整数であって、M’m+はm価のオニウムカチオンであり、スルホニウムカチオン、ヨードニウムカチオンが好適に挙げられる。
好ましいカチオン部((M’m+1/m)としては、下記の一般式(ca-1)~(ca-3)でそれぞれ表される有機カチオンが挙げられる。ただし、一般式(b1-1)で表される化合物におけるカチオン部と同一になるものを除く。
Figure 2023146744000016
[式中、R201~R207は、それぞれ独立に、置換基を有してもよいアリール基、アルキル基またはアルケニル基を表す。R201~R203、R206~R207は、相互に結合して、式中のイオウ原子と共に環を形成してもよい。R208~R209は、それぞれ独立に、水素原子または炭素数1~5のアルキル基を表す。R210は、置換基を有してもよいアリール基、置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいアルケニル基、又は置換基を有してもよいSO-含有環式基である。L201は、-C(=O)-または-C(=O)-O-を表す。]
201~R207におけるアリール基としては、前記式(b1-1)中のRb及びRbにおけるアリール基と同様である。
201~R207におけるアルキル基としては、前記式(b1-1)中のRb及びRbにおけるアルキル基と同様である。
201~R207におけるアルケニル基としては、炭素数が2~10であることが好ましい。
201~R207およびR210が有していてもよい置換基としては、例えば、アルキル基、ハロゲン原子(フッ素原子を除く)、ハロゲン化アルキル基(フッ素化アルキル基を除く)、カルボニル基、シアノ基、アミノ基、アリール基、上記の一般式(ca-r-1)~(ca-r-7)でそれぞれ表される基が挙げられる。
201~R203、R206~R207は、相互に結合して、式中のイオウ原子と共に環を形成する場合に形成される環としては、前記式(b1-1)中、Rb2~Rb3が相互に結合して式中のイオウ原子と共に環を形成する場合の説明と同様である。
208~R209は、それぞれ独立に、水素原子または炭素数1~5のアルキル基を表し、水素原子又は炭素数1~3のアルキル基が好ましく、アルキル基となる場合、相互に結合して環を形成してもよい。
210は、置換基を有してもよいアリール基、置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいアルケニル基、又は置換基を有してもよいSO-含有環式基である。
210におけるアリール基としては、炭素数6~20の無置換のアリール基が挙げられ、フェニル基、ナフチル基が好ましい。
210におけるアルキル基としては、鎖状又は環状のアルキル基であって、炭素数1~30のものが好ましい。
210におけるアルケニル基としては、炭素数が2~10であることが好ましい。
210における、置換基を有してもよいSO-含有環式基としては、「-SO-含有多環式基」が好ましい。
前記式(ca-1)で表される好適なカチオンとして具体的には、下記の化学式(ca-1-1)~(ca-1-63)でそれぞれ表されるカチオンが挙げられる。
Figure 2023146744000017
Figure 2023146744000018
Figure 2023146744000019
[式中、g2、g3は繰返し数を示し、g2は0~20の整数であり、g3は0~20の整数である。]
Figure 2023146744000020
Figure 2023146744000021
[式中、R”201は水素原子又は置換基であって、該置換基としては前記R201~R207およびR210が有していてもよい置換基として挙げたものと同様である。]
前記式(ca-2)で表される好適なカチオンとして具体的には、ジフェニルヨードニウムカチオン、ビス(4-tert-ブチルフェニル)ヨードニウムカチオン等が挙げられる。
前記式(ca-3)で表される好適なカチオンとして具体的には、下記式(ca-3-1)~(ca-3-6)でそれぞれ表されるカチオンが挙げられる。
Figure 2023146744000022
上記の中でも、カチオン部((M’m+1/m)は、一般式(ca-1)で表されるカチオンが好ましく、式(ca-1-1)~(ca-1-63)でそれぞれ表されるカチオンがより好ましい。
本実施形態のネガ型レジスト組成物において、(B2)成分は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
ネガ型レジスト組成物が(B2)成分を含有する場合、ネガ型レジスト組成物中、(B2)成分の含有量は、(A)成分100質量部に対して、25質量部以下が好ましく、1~20質量部がより好ましく、5~10質量部がさらに好ましい。
(B2)成分の含有量を上記範囲とすることで、パターン形成が充分に行われる。
<架橋剤成分(C)>
本実施形態のネガ型レジスト組成物で用いられる架橋剤成分(C)((C)成分)としては、メラミン系架橋剤、尿素系架橋剤、アルキレン尿素系架橋剤、グリコールウリル系架橋剤、フェノール系架橋剤、エポキシ系架橋剤が挙げられる。
なお、以下でいう「低級」とは、炭素数が1~5であるものを意味する。
メラミン系架橋剤としては、メラミンとホルムアルデヒドとを反応させて、アミノ基の水素原子をヒドロキシメチル基で置換した化合物、メラミンとホルムアルデヒドと低級アルコールとを反応させて、アミノ基の水素原子を低級アルコキシメチル基で置換した化合物等が挙げられる。具体的には、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、ヘキサプロポキシメチルメラミン、ヘキサブトキシブチルメラミン等が挙げられ、なかでもヘキサメトキシメチルメラミンが好ましい。
尿素系架橋剤としては、尿素とホルムアルデヒドとを反応させて、アミノ基の水素原子をヒドロキシメチル基で置換した化合物、尿素とホルムアルデヒドと低級アルコールとを反応させて、アミノ基の水素原子を低級アルコキシメチル基で置換した化合物等が挙げられる。具体的には、ビスメトキシメチル尿素、ビスエトキシメチル尿素、ビスプロポキシメチル尿素、ビスブトキシメチル尿素等が挙げられ、なかでもビスメトキシメチル尿素が好ましい。
アルキレン尿素系架橋剤としては、下記一般式(CA-1)で表される化合物が挙げられる。
Figure 2023146744000023
[式(CA-1)中、Rc及びRcは、それぞれ独立に、水酸基又は低級アルコキシ基である。Rc及びRcは、それぞれ独立に、水素原子、水酸基又は低級アルコキシ基である。vcは、0~2の整数である。]
Rc及びRcが低級アルコキシ基であるとき、好ましくは炭素数1~4のアルコキシ基であり、直鎖状でもよく分岐状でもよい。RcとRcとは同じであってもよく、互いに異なっていてもよく、同じであることがより好ましい。
Rc及びRcが低級アルコキシ基であるとき、好ましくは炭素数1~4のアルコキシ基であり、直鎖状でもよく分岐状でもよい。RcとRcとは同じであってもよく、互いに異なっていてもよく、同じであることがより好ましい。
vcは、0~2の整数であり、好ましくは0又は1である。
アルキレン尿素系架橋剤としては、特に、vcが0である化合物(エチレン尿素系架橋剤)および/またはvcが1である化合物(プロピレン尿素系架橋剤)が好ましい。
上記一般式(CA-1)で表される化合物は、アルキレン尿素とホルマリンとを縮合反応させることにより、また、この生成物を低級アルコールと反応させることにより得ることができる。
アルキレン尿素系架橋剤の具体例としては、例えば、モノ及び/又はジヒドロキシメチル化エチレン尿素、モノ及び/又はジメトキシメチル化エチレン尿素、モノ及び/又はジエトキシメチル化エチレン尿素、モノ及び/又はジプロポキシメチル化エチレン尿素、モノ及び/又はジブトキシメチル化エチレン尿素等のエチレン尿素系架橋剤;モノ及び/又はジヒドロキシメチル化プロピレン尿素、モノ及び/又はジメトキシメチル化プロピレン尿素、モノ及び/又はジエトキシメチル化プロピレン尿素、モノ及び/又はジプロポキシメチル化プロピレン尿素、モノ及び/又はジブトキシメチル化プロピレン尿素等のプロピレン尿素系架橋剤;1,3-ジ(メトキシメチル)4,5-ジヒドロキシ-2-イミダゾリジノン、1,3-ジ(メトキシメチル)-4,5-ジメトキシ-2-イミダゾリジノンなどを挙げられる。
グリコールウリル系架橋剤としては、N位がヒドロキシアルキル基および炭素数1~4のアルコキシアルキル基の一方又は両方で置換されたグリコールウリル誘導体が挙げられる。かかるグリコールウリル誘導体は、グリコールウリルとホルマリンとを縮合反応させることにより、また、この生成物を低級アルコールと反応させることにより得ることができる。
グリコールウリル系架橋剤の具体例としては、例えばモノ,ジ,トリ及び/又はテトラヒドロキシメチル化グリコールウリル;モノ,ジ,トリ及び/又はテトラメトキシメチル化グリコールウリル;モノ,ジ,トリ及び/又はテトラエトキシメチル化グリコールウリル;モノ,ジ,トリ及び/又はテトラプロポキシメチル化グリコールウリル;モノ,ジ,トリ及び/又はテトラブトキシメチル化グリコールウリルなどが挙げられる。
フェノール系架橋剤としては、同一分子内に、複数のフェノール核構造を有する化合物であれば特に限定されず、任意に選択して用いることができる。複数のフェノール核構造を有することにより、架橋反応性が向上する。
フェノール核構造の数は、好ましくは2~5つであり、より好ましくは2~4つであり、さらに好ましくは2つ又は3つである。
フェノール系架橋剤として好適なものを以下に示す。
Figure 2023146744000024
エポキシ系架橋剤としては、エポキシ基を有するものであれば特に限定されず、任意に選択して用いることができる。その中でも、エポキシ基を2つ以上有するものが好ましい。エポキシ基を2つ以上有することにより、架橋反応性が向上する。
エポキシ基の数は、2つ以上であることが好ましく、より好ましくは2~4つであり、最も好ましくは2つである。
エポキシ系架橋剤として好適なものを以下に示す。
Figure 2023146744000025
なかでも、(C)成分としては、メチロール基等のアルキロール基、又はメトキシメチル基等のアルコキシアルキル基を有する化合物が好ましく、その中で、グリコールウリル系架橋剤及びフェノール系架橋剤からなる群より選択される架橋剤がより好ましい。このような架橋剤として、例えば、下記一般式(c1-1)で表される化合物が好適に挙げられる。
Figure 2023146744000026
[式中、s1は、1~10の整数である。RC0は、グリコールウリル構造、又は多核フェノール構造である。RC1は、炭素数1~5のアルキル基、又は水素原子である。]
前記式(c1-1)中、s1は、1~10の整数であり、好ましくは2~10の整数であり、より好ましくは4~9の整数である。
前記式(c1-1)中、RC0におけるグリコールウリル構造は、下記化学式(RC0-1)で表される構造をいう。
Figure 2023146744000027
前記式(c1-1)中、RC0における多核フェノール構造は、フェノール構造及びナフトール構造からなる群より選択される2個以上が含まれている構造をいう。
本実施形態のネガ型レジスト組成物において、(C)成分は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
本実施形態のネガ型レジスト組成物中、(C)成分の含有量は、(A)成分100質量部に対して、1~50質量部であることが好ましく、3~40質量部がより好ましく、5~30質量部がさらに好ましく、5~25質量部が最も好ましい。
(C)成分の含有量が、前記の好ましい範囲の下限値以上であると、架橋形成が充分に進行して溶解コントラストが得られやすくなり、解像性能、リソグラフィー特性がより向上する。また、膨潤の少ない良好なレジストパターンが得られる。また、前記の好ましい範囲の上限値以下であると、レジスト組成物の保存安定性が良好であり、感度の経時的劣化が抑制されやすくなる。
<その他成分>
本実施形態のネガ型レジスト組成物は、上述した(A)成分、(B)成分及び(C)成分に加え、その他成分をさらに含有してもよい。その他成分としては、例えば以下に示す(D)成分、(E)成分、(F)成分、(S)成分などが挙げられる。
≪塩基成分≫
本実施形態のネガ型レジスト組成物においては、上述した(A)成分、(B)成分及び(C)成分に加え、さらに、前記(B)成分から露光により発生する酸の拡散を制御する塩基成分(D)(以下「(D)成分」という。)を含有することが好ましい。
かかる(D)成分は、ネガ型レジスト組成物において露光により発生する酸をトラップするクエンチャー(酸拡散制御剤)として作用するものである。
(D)成分としては、例えば、露光により分解して酸拡散制御性を失う光崩壊性塩基(D1)(以下「(D1)成分」という。)、該(D1)成分に該当しない含窒素有機化合物(D2)(以下「(D2)成分」という。)等が挙げられる。これらの中でも、ラフネス低減性を高められやすいことから、光崩壊性塩基((D1)成分)が好ましい。加えて、(D1)成分を含有させることで、高感度化、塗布欠陥の発生の抑制の特性をいずれも高めやすくなる。
・(D1)成分について
(D1)成分を含有するネガ型レジスト組成物とすることで、レジストパターンを形成する際に、レジスト膜の露光部と未露光部とのコントラストをより向上させることができる。
(D1)成分としては、露光により分解して酸拡散制御性を失うものであれば特に限定されず、下記一般式(d1-1)で表される化合物(以下「(d1-1)成分」という。)、下記一般式(d1-2)で表される化合物(以下「(d1-2)成分」という。)及び下記一般式(d1-3)で表される化合物(以下「(d1-3)成分」という。)からなる群より選ばれる1種以上の化合物が好ましい。
(d1-1)~(d1-3)成分は、レジスト膜の露光部においては分解して酸拡散制御性(塩基性)を失うためクエンチャーとして作用せず、レジスト膜の未露光部においてクエンチャーとして作用する。
Figure 2023146744000028
[式中、Rd~Rdは置換基を有してもよい環式基、置換基を有してもよい鎖状のアルキル基、又は置換基を有してもよい鎖状のアルケニル基である。但し、式(d1-2)中のRdにおける、S原子に隣接する炭素原子にはフッ素原子は結合していないものとする。Ydは、2価の連結基又は単結合である。mは1以上の整数であって、Mm+は、それぞれ独立に、m価の有機カチオンである。]
{(d1-1)成分}
・・アニオン部
式(d1-1)中、Rdは、置換基を有してもよい環式基、置換基を有してもよい鎖状のアルキル基、又は置換基を有してもよい鎖状のアルケニル基であり、それぞれ前記R’201と同様のものが挙げられる。
これらのなかでも、Rdとしては、置換基を有してもよい芳香族炭化水素基、置換基を有してもよい脂肪族環式基、又は置換基を有してもよい鎖状のアルキル基が好ましく、置換基を有してもよい芳香族炭化水素基がより好ましい。
これらの基が有してもよい置換基としては、水酸基、オキソ基、アルキル基、アリール基、フッ素原子、臭素原子、ヨウ素原子、フッ素化アルキル基、ラクトン含有環式基、エーテル結合、エステル結合、またはこれらの組み合わせが挙げられる。
エーテル結合やエステル結合を置換基として含む場合、アルキレン基を介していてもよく、この場合の置換基としては、上記式(y-al-1)~(y-al-5)でそれぞれ表される連結基が好ましい。なお、Rdにおける芳香族炭化水素基、脂肪族環式基、又は鎖状のアルキル基が、置換基として、上記一般式(y-al-1)~(y-al-7)でそれぞれ表される連結基を有する場合、上記一般式(y-al-1)~(y-al-7)において、式(d1-1)中のRdにおける芳香族炭化水素基、脂肪族環式基、又は鎖状のアルキル基を構成する炭素原子に結合するのが、上記一般式(y-al-1)~(y-al-7)中のV’101である。
前記芳香族炭化水素基としては、フェニル基、ナフチル基、ビシクロオクタン骨格を含む多環構造(ビシクロオクタン骨格とこれ以外の環構造とからなる多環構造)が好適に挙げられる。
前記脂肪族環式基としては、アダマンタン、ノルボルナン、イソボルナン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカン等のポリシクロアルカンから1個以上の水素原子を除いた基であることがより好ましい。
前記鎖状のアルキル基としては、炭素原子数が1~10であることが好ましく、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基等の直鎖状のアルキル基;1-メチルエチル基、1-メチルプロピル基、2-メチルプロピル基、1-メチルブチル基、2-メチルブチル基、3-メチルブチル基、1-エチルブチル基、2-エチルブチル基、1-メチルペンチル基、2-メチルペンチル基、3-メチルペンチル基、4-メチルペンチル基等の分岐鎖状のアルキル基が挙げられる。
前記鎖状のアルキル基が置換基としてフッ素原子又はフッ素化アルキル基を有するフッ素化アルキル基である場合、フッ素化アルキル基の炭素原子数は、1~11が好ましく、1~8がより好ましく、1~4がさらに好ましい。該フッ素化アルキル基は、フッ素原子以外の原子を含有してもよい。フッ素原子以外の原子としては、例えば酸素原子、硫黄原子、窒素原子等が挙げられる。
以下に(d1-1)成分のアニオン部の好ましい具体例を示す。
Figure 2023146744000029
・・カチオン部
式(d1-1)中、Mm+は、m価の有機カチオンである。
m+の有機カチオンとしては、前記一般式(b1-1)で表される化合物におけるカチオン部、前記一般式(ca-1)~(ca-3)でそれぞれ表されるカチオンと同様のものが好適に挙げられ、前記一般式(b1-1)で表される化合物におけるカチオン部、前記一般式(ca-1)で表されるカチオンと同様のものがより好ましく、前記一般式(b1-1)で表される化合物におけるカチオン部と同様のカチオンが特に好ましい。
(d1-1)成分は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
{(d1-2)成分}
・・アニオン部
式(d1-2)中、Rdは、置換基を有してもよい環式基、置換基を有してもよい鎖状のアルキル基、又は置換基を有してもよい鎖状のアルケニル基であり、前記R’201と同様のものが挙げられる。
但し、Rdにおける、S原子に隣接する炭素原子にはフッ素原子は結合していない(フッ素置換されていない)ものとする。これにより、(d1-2)成分のアニオンが適度な弱酸アニオンとなり、(D)成分としてのクエンチング能が向上する。
Rdとしては、置換基を有してもよい鎖状のアルキル基、又は置換基を有してもよい脂肪族環式基であることが好ましく、置換基を有してもよい脂肪族環式基であることがより好ましい。
該鎖状のアルキル基としては、炭素原子数1~10であることが好ましく、3~10であることがより好ましい。
該脂肪族環式基としては、アダマンタン、ノルボルナン、イソボルナン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカン等から1個以上の水素原子を除いた基(置換基を有してもよい);カンファーから1個以上の水素原子を除いた基であることがより好ましい。
Rdの炭化水素基は、置換基を有していてもよく、該置換基としては、前記式(d1-1)のRdにおける炭化水素基(芳香族炭化水素基、脂肪族環式基、鎖状のアルキル基)が有してもよい置換基と同様のものが挙げられる。
以下に(d1-2)成分のアニオン部の好ましい具体例を示す。
Figure 2023146744000030
・・カチオン部
式(d1-2)中、Mm+は、m価の有機カチオンであり、前記式(d1-1)中のMm+と同様である。
(d1-2)成分は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
{(d1-3)成分}
・・アニオン部
式(d1-3)中、Rdは置換基を有してもよい環式基、置換基を有してもよい鎖状のアルキル基、又は置換基を有してもよい鎖状のアルケニル基であり、前記R’201と同様のものが挙げられ、フッ素原子を含む環式基、鎖状のアルキル基、又は鎖状のアルケニル基であることが好ましい。中でも、フッ素化アルキル基が好ましく、前記Rdのフッ素化アルキル基と同様のものがより好ましい。
式(d1-3)中、Rdは、置換基を有してもよい環式基、置換基を有してもよい鎖状のアルキル基、又は置換基を有してもよい鎖状のアルケニル基であり、前記R’201と同様のものが挙げられる。
なかでも、置換基を有してもよいアルキル基、アルコキシ基、アルケニル基、環式基であることが好ましい。
Rdにおけるアルキル基は、炭素原子数1~5の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基が好ましく、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、tert-ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基等が挙げられる。Rdのアルキル基の水素原子の一部が水酸基、シアノ基等で置換されていてもよい。
Rdにおけるアルコキシ基は、炭素原子数1~5のアルコキシ基が好ましく、炭素原子数1~5のアルコキシ基として具体的には、メトキシ基、エトキシ基、n-プロポキシ基、iso-プロポキシ基、n-ブトキシ基、tert-ブトキシ基が挙げられる。なかでも、メトキシ基、エトキシ基が好ましい。
Rdにおけるアルケニル基は、前記R’201におけるアルケニル基と同様のものが挙げられ、ビニル基、プロペニル基(アリル基)、1-メチルプロペニル基、2-メチルプロペニル基が好ましい。これらの基はさらに置換基として、炭素原子数1~5のアルキル基又は炭素原子数1~5のハロゲン化アルキル基を有してもよい。
Rdにおける環式基は、前記R’201における環式基と同様のものが挙げられ、シクロペンタン、シクロヘキサン、アダマンタン、ノルボルナン、イソボルナン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカン等のシクロアルカンから1個以上の水素原子を除いた脂環式基、又は、フェニル基、ナフチル基等の芳香族基が好ましい。Rdが脂環式基である場合、ネガ型レジスト組成物が有機溶剤に良好に溶解することにより、リソグラフィー特性が良好となる。また、Rdが芳香族基である場合、EUV等を露光光源とするリソグラフィーにおいて、該ネガ型レジスト組成物が光吸収効率に優れ、感度やリソグラフィー特性が良好となる。
式(d1-3)中、Ydは、単結合または2価の連結基である。
Ydにおける2価の連結基としては、特に限定されないが、置換基を有してもよい2価の炭化水素基(脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基)、ヘテロ原子を含む2価の連結基等が挙げられる。
Ydとしては、カルボニル基、エステル結合、アミド結合、アルキレン基又はこれらの組み合わせであることが好ましい。アルキレン基としては、直鎖状又は分岐鎖状のアルキレン基であることがより好ましく、メチレン基又はエチレン基であることがさらに好ましい。
以下に(d1-3)成分のアニオン部の好ましい具体例を示す。
Figure 2023146744000031
Figure 2023146744000032
・・カチオン部
式(d1-3)中、Mm+は、m価の有機カチオンであり、前記式(d1-1)中のMm+と同様である。
(d1-3)成分は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
(D1)成分は、上記(d1-1)~(d1-3)成分のいずれか1種のみを用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
本実施形態のネガ型レジスト組成物において、(D1)成分は、上記(d1-1)成分を含むことが好ましい。
あるいは、(D1)成分は、高感度化が図られ、特にEUV用としての有用性が高まることから、カチオン部にフッ素原子を有するスルホニウム塩を含むことが好ましい。このような(D1)成分の好ましいものとして、例えば、下記一般式(d1-0)で表される化合物が挙げられる。
Figure 2023146744000033
[式中、Rdは、フッ素化アルキル基又はフッ素原子である。r1は、1~5の整数である。Rd及びRdは、それぞれ独立に、置換基を有してもよい炭化水素基である。Rd及びRdは、相互に結合して、式中のイオウ原子と共に環を形成してもよい。Rd又はRdは、式中のイオウ原子とベンゼン環と共に縮合環を形成してもよい。Xdは、対アニオンである。]
前記式(d1-0)中、Rd、Rd、Rd及びr1についての説明は、それぞれ、前記式(b1-1)中、Rb、Rb、Rb及びq1についての説明と同様である。
前記式(d1-0)中、Rdは、トリフルオロメチル基又はフッ素原子であることが特に好ましい。
前記式(d1-0)中、r1は、1~4の整数が好ましく、2~4の整数がより好ましい。
前記式(d1-0)中、Rd及びRdは、フェニル基若しくはナフチル基であるか、あるいは、Rd及びRdは、相互に結合して、式中のイオウ原子と共に環若しくは縮合環を形成していることが好ましい。
前記一般式(d1-0)で表される化合物のカチオン部の具体例として、前記の化学式(ca-01-1)~(ca-01-17)でそれぞれ表されるカチオンが好適に挙げられる。
前記式(d1-0)中、Xdは、対アニオンであり、上記の一般式(d1-1)で表される化合物のアニオン部、一般式(d1-2)で表される化合物のアニオン部、一般式(d1-3)で表される化合物のアニオン部が挙げられ、これらの中でも一般式(d1-1)で表される化合物のアニオン部が好ましい。
ネガ型レジスト組成物が(D1)成分を含有する場合、ネガ型レジスト組成物中、(D1)成分の含有量は、(A)成分100質量部に対して、10質量部以上が好ましく、15~45質量部がより好ましく、20~40質量部がさらに好ましい。
(D1)成分の含有量が、前記の好ましい範囲の下限値以上であると、特に良好なリソグラフィー特性及びレジストパターン形状が得られやすい。一方、前記の好ましい範囲の上限値以下であると、感度を良好に維持でき、スループットにも優れる。
本実施形態のネガ型レジスト組成物が含有する(D)成分全体のうち、(d1-1)成分の含有量は、50質量%以上であることが好ましく、70質量%以上であることがより好ましく、90質量%以上であることがさらに好ましく、(D)成分は化合物(d1-1)成分のみからなるもの(100質量%)であってもよい。
(D1)成分の製造方法:
前記の(d1-1)成分、(d1-2)成分の製造方法は、特に限定されず、公知の方法により製造することができる。
また、(d1-3)成分の製造方法は、特に限定されず、例えば、US2012-0149916号公報に記載の方法と同様にして製造される。
・(D2)成分について
(D)成分としては、上記の(D1)成分に該当しない含窒素有機化合物成分(以下「(D2)成分」という。)を含有してもよい。
(D2)成分としては、酸拡散制御剤として作用するもので、かつ、(D1)成分に該当しないものであれば特に限定されず、公知のものから任意に用いればよい。なかでも、脂肪族アミンが好ましく、この中でも特に第2級脂肪族アミンや第3級脂肪族アミンがより好ましい。
脂肪族アミンとは、1つ以上の脂肪族基を有するアミンであり、該脂肪族基は炭素数が1~12であることが好ましい。
脂肪族アミンとしては、アンモニアNHの水素原子の少なくとも1つを、炭素数12以下のアルキル基もしくはヒドロキシアルキル基で置換したアミン(アルキルアミンもしくはアルキルアルコールアミン)又は環式アミンが挙げられる。
アルキルアミンおよびアルキルアルコールアミンの具体例としては、n-ヘキシルアミン、n-ヘプチルアミン、n-オクチルアミン、n-ノニルアミン、n-デシルアミン等のモノアルキルアミン;ジエチルアミン、ジ-n-プロピルアミン、ジ-n-ヘプチルアミン、ジ-n-オクチルアミン、ジシクロヘキシルアミン等のジアルキルアミン;トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリ-n-プロピルアミン、トリ-n-ブチルアミン、トリ-n-ペンチルアミン、トリ-n-ヘキシルアミン、トリ-n-ヘプチルアミン、トリ-n-オクチルアミン、トリ-n-ノニルアミン、トリ-n-デシルアミン、トリ-n-ドデシルアミン等のトリアルキルアミン;ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン、トリイソプロパノールアミン、ジ-n-オクタノールアミン、トリ-n-オクタノールアミン等のアルキルアルコールアミンが挙げられる。これらの中でも、炭素数5~10のトリアルキルアミンがさらに好ましく、トリ-n-ペンチルアミン又はトリ-n-オクチルアミンが特に好ましい。
環式アミンとしては、例えば、ヘテロ原子として窒素原子を含む複素環化合物が挙げられる。該複素環化合物としては、単環式のもの(脂肪族単環式アミン)であっても多環式のもの(脂肪族多環式アミン)であってもよい。
脂肪族単環式アミンとして、具体的には、ピペリジン、ピペラジン等が挙げられる。
脂肪族多環式アミンとしては、炭素数が6~10のものが好ましく、具体的には、1,5-ジアザビシクロ[4.3.0]-5-ノネン、1,8-ジアザビシクロ[5.4.0]-7-ウンデセン、ヘキサメチレンテトラミン、1,4-ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン等が挙げられる。
その他の脂肪族アミンとしては、トリス(2-メトキシメトキシエチル)アミン、トリス{2-(2-メトキシエトキシ)エチル}アミン、トリス{2-(2-メトキシエトキシメトキシ)エチル}アミン、トリス{2-(1-メトキシエトキシ)エチル}アミン、トリス{2-(1-エトキシエトキシ)エチル}アミン、トリス{2-(1-エトキシプロポキシ)エチル}アミン、トリス[2-{2-(2-ヒドロキシエトキシ)エトキシ}エチル]アミン、トリエタノールアミントリアセテート等が挙げられ、トリエタノールアミントリアセテートが好ましい。
また、(D2)成分としては、芳香族アミンを用いてもよい。
芳香族アミンとしては、4-ジメチルアミノピリジン、ピロール、インドール、ピラゾール、イミダゾールまたはこれらの誘導体、トリベンジルアミン、2,6-ジイソプロピルアニリン、N-tert-ブトキシカルボニルピロリジン、2,6-ジ-tert-ブチルピリジン等が挙げられる。
(D2)成分は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
ネガ型レジスト組成物が(D2)成分を含有する場合、ネガ型レジスト組成物中、(D2)成分の含有量は、(A)成分100質量部に対して、通常、0.01~5質量部の範囲で用いられる。前記範囲とすることにより、レジストパターン形状、引き置き経時安定性等が向上する。
≪有機カルボン酸、並びにリンのオキソ酸及びその誘導体からなる群より選択される少なくとも1種の化合物(E)≫
本実施形態のネガ型レジスト組成物には、感度劣化の防止や、レジストパターン形状、引き置き経時安定性等の向上の目的で、任意の成分として、有機カルボン酸、並びにリンのオキソ酸及びその誘導体からなる群より選択される少なくとも1種の化合物(E)(以下「(E)成分」という)を含有してもよい。
有機カルボン酸としては、例えば、酢酸、マロン酸、クエン酸、リンゴ酸、コハク酸、安息香酸、サリチル酸などが好適である。
リンのオキソ酸としては、リン酸、ホスホン酸、ホスフィン酸等が挙げられ、これらの中でも特にホスホン酸が好ましい。
リンのオキソ酸の誘導体としては、例えば、上記オキソ酸の水素原子を炭化水素基で置換したエステル等が挙げられ、前記炭化水素基としては、炭素数1~5のアルキル基、炭素数6~15のアリール基等が挙げられる。
リン酸の誘導体としては、リン酸ジ-n-ブチルエステル、リン酸ジフェニルエステル等のリン酸エステルなどが挙げられる。
ホスホン酸の誘導体としては、ホスホン酸ジメチルエステル、ホスホン酸-ジ-n-ブチルエステル、フェニルホスホン酸、ホスホン酸ジフェニルエステル、ホスホン酸ジベンジルエステル等のホスホン酸エステルなどが挙げられる。
ホスフィン酸の誘導体としては、ホスフィン酸エステルやフェニルホスフィン酸などが挙げられる。
本実施形態のネガ型レジスト組成物において、(E)成分は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
ネガ型レジスト組成物が(E)成分を含有する場合、(E)成分の含有量は、(A)成分100質量部に対して、通常、0.01~10質量部の範囲で用いられる。
≪フッ素添加剤成分(F)≫
本実施形態のネガ型レジスト組成物は、疎水性樹脂として、フッ素添加剤成分(以下「(F)成分」という)を含有してもよい。(F)成分は、レジスト膜に撥水性を付与するために使用され、(A)成分とは別の樹脂として用いられることでリソグラフィー特性を向上させる。
(F)成分としては、例えば、特開2010-002870号公報、特開2010-032994号公報、特開2010-277043号公報、特開2011-13569号公報、特開2011-128226号公報に記載の含フッ素高分子化合物を用いることができる。
(F)成分としてより具体的には、下記一般式(f1-1)で表される構成単位(f1)を有する重合体が挙げられる。この重合体としては、下記一般式(f1-1)で表される構成単位(f1)のみからなる重合体(ホモポリマー);酸の作用により極性が増大する酸分解性基を含む構成単位と該構成単位(f1)との共重合体;酸の作用により極性が増大する酸分解性基を含む構成単位と、該構成単位(f1)と、アクリル酸又はメタクリル酸から誘導される構成単位との共重合体であることが好ましい。ここで、該構成単位(f1)と共重合される、酸の作用により極性が増大する酸分解性基を含む構成単位としては、1-エチル-1-シクロオクチル(メタ)アクリレートから誘導される構成単位、1-メチル-1-アダマンチル(メタ)アクリレートから誘導される構成単位が好ましい。
Figure 2023146744000034
[式中、Rは前記と同様であり、Rf102およびRf103はそれぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子、炭素数1~5のアルキル基又は炭素数1~5のハロゲン化アルキル基を表し、Rf102およびRf103は同じであっても異なっていてもよい。nfは0~5の整数であり、Rf101はフッ素原子を含む有機基である。]
前記一般式(f1-1)中、α位の炭素原子に結合したRは、前記と同様である。Rとしては、水素原子またはメチル基が好ましい。
前記一般式(f1-1)中、Rf102およびRf103のハロゲン原子としては、フッ素原子が好ましい。Rf102およびRf103の炭素数1~5のアルキル基としては、上記Rの炭素数1~5のアルキル基と同様のものが挙げられ、メチル基またはエチル基が好ましい。Rf102およびRf103の炭素数1~5のハロゲン化アルキル基として、具体的には、炭素数1~5のアルキル基の水素原子の一部または全部が、ハロゲン原子で置換された基が挙げられる。該ハロゲン原子としては、フッ素原子が好ましい。なかでもRf102およびRf103としては、水素原子、フッ素原子、又は炭素数1~5のアルキル基が好ましく、水素原子、フッ素原子、メチル基、またはエチル基が好ましい。
前記一般式(f1-1)中、nfは0~5の整数であり、0~3の整数が好ましく、1又は2であることがより好ましい。
前記一般式(f1-1)中、Rf101は、フッ素原子を含む有機基であり、フッ素原子を含む炭化水素基であることが好ましい。
フッ素原子を含む炭化水素基としては、直鎖状、分岐鎖状または環状のいずれであってもよく、炭素数は1~20であることが好ましく、炭素数1~15であることがより好ましく、炭素数1~10が特に好ましい。
また、フッ素原子を含む炭化水素基は、当該炭化水素基における水素原子の25%以上がフッ素化されていることが好ましく、50%以上がフッ素化されていることがより好ましく、60%以上がフッ素化されていることが、浸漬露光時のレジスト膜の疎水性が高まることから特に好ましい。
なかでも、Rf101としては、炭素数1~6のフッ素化炭化水素基がより好ましく、トリフルオロメチル基、-CH-CF、-CH-CF-CF、-CH(CF、-CH-CH-CF、-CH-CH-CF-CF-CF-CFが特に好ましい。
(F)成分の重量平均分子量(Mw)(ゲルパーミエーションクロマトグラフィーによるポリスチレン換算基準)は、1000~50000が好ましく、5000~40000がより好ましく、10000~30000が最も好ましい。この範囲の上限値以下であると、レジストとして用いるのにレジスト用溶剤への充分な溶解性があり、この範囲の下限値以上であると、レジスト膜の撥水性が良好である。
(F)成分の分散度(Mw/Mn)は、1.0~5.0が好ましく、1.0~3.0がより好ましく、1.0~2.5が最も好ましい。
本実施形態のネガ型レジスト組成物において、(F)成分は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
ネガ型レジスト組成物が(F)成分を含有する場合、(F)成分の含有量は、(A)成分100質量部に対して、通常、0.5~10質量部の割合で用いられる。
≪有機溶剤成分(S)≫
本実施形態のネガ型レジスト組成物は、レジスト材料を有機溶剤成分(以下「(S)成分」という)に溶解させて製造することができる。
(S)成分としては、使用する各成分を溶解し、均一な溶液とすることができるものであればよく、従来、化学増幅型レジスト組成物の溶剤として公知のものの中から任意のものを適宜選択して用いることができる。
(S)成分としては、例えば、γ-ブチロラクトン等のラクトン類;アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、メチル-n-ペンチルケトン、メチルイソペンチルケトン、2-ヘプタノンなどのケトン類;エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコールなどの多価アルコール類;エチレングリコールモノアセテート、ジエチレングリコールモノアセテート、プロピレングリコールモノアセテート、またはジプロピレングリコールモノアセテート等のエステル結合を有する化合物、前記多価アルコール類または前記エステル結合を有する化合物のモノメチルエーテル、モノエチルエーテル、モノプロピルエーテル、モノブチルエーテル等のモノアルキルエーテルまたはモノフェニルエーテル等のエーテル結合を有する化合物等の多価アルコール類の誘導体[これらの中では、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)、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)が好ましい];ジオキサンのような環式エーテル類や、乳酸メチル、乳酸エチル(EL)、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、メトキシプロピオン酸メチル、エトキシプロピオン酸エチルなどのエステル類;アニソール、エチルベンジルエーテル、クレジルメチルエーテル、ジフェニルエーテル、ジベンジルエーテル、フェネトール、ブチルフェニルエーテル、エチルベンゼン、ジエチルベンゼン、ペンチルベンゼン、イソプロピルベンゼン、トルエン、キシレン、シメン、メシチレン等の芳香族系有機溶剤、ジメチルスルホキシド(DMSO)等が挙げられる。
本実施形態のネガ型レジスト組成物において、(S)成分は、1種単独で用いてもよく、2種以上の混合溶剤として用いてもよい。なかでも、PGMEA、PGME、γ-ブチロラクトン、EL、シクロヘキサノンが好ましい。
また、(S)成分としては、PGMEAと極性溶剤とを混合した混合溶剤も好ましい。その配合比(質量比)は、PGMEAと極性溶剤との相溶性等を考慮して適宜決定すればよいが、好ましくは1:9~9:1、より好ましくは2:8~8:2の範囲内とすることが好ましい。
より具体的には、極性溶剤としてEL又はシクロヘキサノンを配合する場合は、PGMEA:EL又はシクロヘキサノンの質量比は、好ましくは1:9~9:1、より好ましくは2:8~8:2である。また、極性溶剤としてPGMEを配合する場合は、PGMEA:PGMEの質量比は、好ましくは1:9~9:1、より好ましくは2:8~8:2である。さらに、PGMEAとPGMEとシクロヘキサノンとの混合溶剤も好ましい。
また、(S)成分として、その他には、PGMEA及びELの中から選ばれる少なくとも1種とγ-ブチロラクトンとの混合溶剤も好ましい。この場合、混合割合としては、前者と後者との質量比が、好ましくは70:30~95:5とされる。
(S)成分の使用量は、特に限定されず、基板等に塗布可能な濃度で、塗布膜厚に応じて適宜設定される。
本実施形態のネガ型レジスト組成物において、ネガ型レジスト組成物の固形分濃度は、好ましくは0.1~10質量%、より好ましくは0.2~5質量%の範囲内とされる。
また、本実施形態のネガ型レジスト組成物において、ネガ型レジスト組成物の固形分に占める、前記ケイ素含有樹脂(A)の含有割合は、10質量%以上であることが好ましく、20質量%以上であることがより好ましく、30~75質量%であることがさらに好ましく、40~70質量%であることが特に好ましく、50~70質量%であることが最も好ましい。
ネガ型レジスト組成物の固形分に占める、(A)成分の含有割合が、前記の好ましい範囲内であると、エッチング耐性を高められやすい。
なお、「ネガ型レジスト組成物の固形分」とは、ネガ型レジスト組成物を構成する成分のうち、有機溶剤成分(S)を除く成分からなるものとする。
本実施形態のネガ型レジスト組成物には、さらに所望により混和性のある添加剤、例えば、レジスト膜の性能を改良するための付加的樹脂、溶解抑制剤、可塑剤、安定剤、着色剤、ハレーション防止剤、染料などを適宜、添加含有させることができる。
例えば、本実施形態のネガ型レジスト組成物には、上述の(A1)成分に加え、ヒドロキシスチレン樹脂、ノボラック樹脂であってケイ素を含有しない樹脂等を併用してもよい。
本実施形態のネガ型レジスト組成物は、上記レジスト材料を(S)成分に溶解させた後、ポリイミド多孔質膜、ポリアミドイミド多孔質膜等を用いて、不純物等の除去を行ってもよい。例えば、ポリイミド多孔質膜からなるフィルター、ポリアミドイミド多孔質膜からなるフィルター、ポリイミド多孔質膜及びポリアミドイミド多孔質膜からなるフィルター等を用いて、ネガ型レジスト組成物の濾過を行ってもよい。前記ポリイミド多孔質膜及び前記ポリアミドイミド多孔質膜としては、例えば、特開2016-155121号公報に記載のもの等が例示される。
以上説明した本実施形態のネガ型レジスト組成物においては、フェノール性水酸基を有するケイ素含有重合体((A1)成分)と、カチオン部にフッ素原子を有するスルホニウム塩((B1)成分)と、架橋剤成分((C)成分)と、を併用する。
特に、カチオン部にフッ素原子を導入した(B1)成分を採用しているため、レジストパターンの形成において、感度が高められる。本実施形態のネガ型レジスト組成物では、この(B1)成分と、(A1)成分及び(C)成分と、の相乗的な作用により、高感度化が図れ、より微細な寸法のパターンを、良好な形状で形成することができる。
かかるネガ型レジスト組成物は、EUVリソグラフィーにおいて優れた微細解像性を備える。そして、従来困難であった、線幅が数十nmの微細な寸法のパターンを、ラフネスを抑えて良好な形状で形成することができる。
加えて、かかるネガ型レジスト組成物は、ケイ素含有重合体を基材成分(ベース樹脂)とすることから、ドライエッチング耐性に優れる。
かかるネガ型レジスト組成物は、例えば、微細な線幅で、ラフネスが低減されたケイ素含有パターンを形成でき、EUVリソグラフィーにおける微細加工で好適に用いることができるレジスト材料である。
(レジストパターン形成方法)
本発明の第2の態様に係るレジストパターン形成方法は、支持体上に、上述した本発明の第1の態様に係るネガ型レジスト組成物を用いてレジスト膜を形成する工程(i)、前記レジスト膜を露光する工程(ii)、及び前記露光後のレジスト膜を現像して、ネガ型のレジストパターンを形成する工程(iii)を有する方法である。
かかるレジストパターン形成方法の一実施形態としては、例えば以下のようにして行うレジストパターン形成方法が挙げられる。
工程(i):
まず、上述した実施形態のネガ型レジスト組成物を、支持体上にスピンナー等で塗布し、ベーク(ポストアプライベーク(PAB))処理を、例えば80~150℃の温度条件にて40~120秒間、好ましくは60~90秒間施してレジスト膜を形成する。
工程(ii):
次に、該レジスト膜に対し、例えば電子線描画装置、EUV露光装置等の露光装置を用いて、所定のパターンが形成されたマスク(マスクパターン)を介した露光、又はマスクパターンを介さない電子線の直接照射による描画等による選択的露光を行う。
前記露光の後、ベーク(ポストエクスポージャーベーク(PEB))処理を、例えば80~150℃の温度条件にて40~120秒間、好ましくは60~90秒間施す。
工程(iii):
次に、前記露光後のレジスト膜を現像処理する。現像処理は、アルカリ現像プロセスの場合は、アルカリ現像液を用い、溶剤現像プロセスの場合は、有機溶剤を含有する現像液(有機系現像液)を用いて行う。
本実施形態においては、現像処理後、リンス処理を行ってもよい。リンス処理は、アルカリ現像プロセスの場合は、純水を用いた水リンスが好ましく、溶剤現像プロセスの場合は、有機溶剤を含有するリンス液を用いることが好ましい。
溶剤現像プロセスの場合、前記現像処理又はリンス処理の後に、パターン上に付着している現像液またはリンス液を、超臨界流体により除去する処理を行ってもよい。
現像処理後又はリンス処理後、乾燥を行う。また、場合によっては、上記現像処理後にベーク処理(ポストベーク)を行ってもよい。
このようにして、レジストパターンを形成することができる。
支持体としては、特に限定されず、従来公知のものを用いることができ、例えば、電子部品用の基板や、これに所定の配線パターンが形成されたもの等が挙げられる。より具体的には、シリコンウェーハ、銅、クロム、鉄、アルミニウム等の金属製の基板や、ガラス基板等が挙げられる。配線パターンの材料としては、例えば銅、アルミニウム、ニッケル、金等が使用可能である。
また、支持体としては、上述のような基板上に、無機系および/または有機系の膜が設けられたものであってもよい。無機系の膜としては、無機反射防止膜(無機BARC)が挙げられる。有機系の膜としては、有機反射防止膜(有機BARC)や、多層レジスト法における下層有機膜等の有機膜が挙げられる。
ここで、多層レジスト法とは、基板上に、少なくとも一層の有機膜(下層有機膜)と、少なくとも一層のレジスト膜(上層レジスト膜)とを設け、上層レジスト膜に形成したレジストパターンをマスクとして下層有機膜のパターニングを行う方法であり、高アスペクト比のパターンを形成できるとされている。すなわち、多層レジスト法によれば、下層有機膜により所要の厚みを確保できるため、レジスト膜を薄膜化でき、高アスペクト比の微細パターン形成が可能となる。
多層レジスト法には、基本的に、上層レジスト膜と、下層有機膜との二層構造とする方法(2層レジスト法)と、上層レジスト膜と下層有機膜との間に一層以上の中間層(金属薄膜等)を設けた三層以上の多層構造とする方法(3層レジスト法)と、に分けられる。
露光に用いる波長は、特に限定されず、ArFエキシマレーザー、KrFエキシマレーザー、Fエキシマレーザー、EUV(極端紫外線)、VUV(真空紫外線)、EB(電子線)、X線、軟X線等の放射線を用いて行うことができる。
本実施形態で用いられるネガ型レジスト組成物は、KrFエキシマレーザー、ArFエキシマレーザー、EBまたはEUV用としての有用性が高く、EBまたはEUV用としての有用性がより高く、EUV用としての有用性が特に高い。
レジスト膜の露光方法は、空気や窒素等の不活性ガス中で行う通常の露光(ドライ露光)であってもよく、液浸露光(Liquid Immersion Lithography)であってもよい。
液浸露光は、予めレジスト膜と露光装置の最下位置のレンズ間を、空気の屈折率よりも大きい屈折率を有する溶媒(液浸媒体)で満たし、その状態で露光(浸漬露光)を行う露光方法である。
液浸媒体としては、空気の屈折率よりも大きく、かつ、露光されるレジスト膜の屈折率よりも小さい屈折率を有する溶媒が好ましく、例えば、水、フッ素系不活性液体、シリコン系溶剤、炭化水素系溶剤等が挙げられ、これらの中でも水が好ましく用いられる。
アルカリ現像プロセスで現像処理に用いるアルカリ現像液としては、例えば0.1~10質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)水溶液が挙げられる。
溶剤現像プロセスで現像処理に用いる有機系現像液が含有する有機溶剤としては、(A)成分(露光前の(A)成分)を溶解し得るものであればよく、公知の有機溶剤の中から適宜選択できる。具体的には、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、アルコール系溶剤、ニトリル系溶剤、アミド系溶剤、エーテル系溶剤等の極性溶剤、炭化水素系溶剤等が挙げられる。
ケトン系溶剤は、構造中にC-C(=O)-Cを含む有機溶剤である。エステル系溶剤は、構造中にC-C(=O)-O-Cを含む有機溶剤である。アルコール系溶剤は、構造中にアルコール性水酸基を含む有機溶剤である。「アルコール性水酸基」は、脂肪族炭化水素基の炭素原子に結合した水酸基を意味する。ニトリル系溶剤は、構造中にニトリル基を含む有機溶剤である。アミド系溶剤は、構造中にアミド基を含む有機溶剤である。エーテル系溶剤は、構造中にC-O-Cを含む有機溶剤である。
有機溶剤の中には、構造中に上記各溶剤を特徴づける官能基を複数種含む有機溶剤も存在するが、その場合は、当該有機溶剤が有する官能基を含むいずれの溶剤種にも該当するものとする。例えば、ジエチレングリコールモノメチルエーテルは、上記分類中のアルコール系溶剤、エーテル系溶剤のいずれにも該当するものとする。
炭化水素系溶剤は、ハロゲン化されていてもよい炭化水素からなり、ハロゲン原子以外の置換基を有さない炭化水素溶剤である。ハロゲン原子としては、フッ素原子が好ましい。
有機系現像液が含有する有機溶剤としては、上記の中でも、極性溶剤が好ましく、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、ニトリル系溶剤等が好ましい。
ケトン系溶剤としては、例えば、1-オクタノン、2-オクタノン、1-ノナノン、2-ノナノン、アセトン、4-ヘプタノン、1-ヘキサノン、2-ヘキサノン、ジイソブチルケトン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン、フェニルアセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、アセチルアセトン、アセトニルアセトン、イオノン、ジアセトニルアルコール、アセチルカルビノール、アセトフェノン、メチルナフチルケトン、イソホロン、プロピレンカーボネート、γ-ブチロラクトン、メチルアミルケトン(2-ヘプタノン)等が挙げられる。これらの中でも、ケトン系溶剤としては、メチルアミルケトン(2-ヘプタノン)が好ましい。
エステル系溶剤としては、例えば、酢酸メチル、酢酸ブチル、酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸アミル、酢酸イソアミル、メトキシ酢酸エチル、エトキシ酢酸エチル、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノフェニルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノフェニルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、2-メトキシブチルアセテート、3-メトキシブチルアセテート、4-メトキシブチルアセテート、3-メチル-3-メトキシブチルアセテート、3-エチル-3-メトキシブチルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、2-エトキシブチルアセテート、4-エトキシブチルアセテート、4-プロポキシブチルアセテート、2-メトキシペンチルアセテート、3-メトキシペンチルアセテート、4-メトキシペンチルアセテート、2-メチル-3-メトキシペンチルアセテート、3-メチル-3-メトキシペンチルアセテート、3-メチル-4-メトキシペンチルアセテート、4-メチル-4-メトキシペンチルアセテート、プロピレングリコールジアセテート、蟻酸メチル、蟻酸エチル、蟻酸ブチル、蟻酸プロピル、乳酸エチル、乳酸ブチル、乳酸プロピル、炭酸エチル、炭酸プロピル、炭酸ブチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、ピルビン酸プロピル、ピルビン酸ブチル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、プロピオン酸イソプロピル、2-ヒドロキシプロピオン酸メチル、2-ヒドロキシプロピオン酸エチル、メチル-3-メトキシプロピオネート、エチル-3-メトキシプロピオネート、エチル-3-エトキシプロピオネート、プロピル-3-メトキシプロピオネート等が挙げられる。これらの中でも、エステル系溶剤としては、酢酸ブチルが好ましい。
ニトリル系溶剤としては、例えば、アセトニトリル、プロピオニトリル、バレロニトリル、ブチロニトリル等が挙げられる。
有機系現像液には、必要に応じて公知の添加剤を配合できる。該添加剤としては、例えば界面活性剤が挙げられる。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。界面活性剤としては、非イオン性の界面活性剤が好ましく、非イオン性のフッ素系界面活性剤、又は非イオン性のシリコン系界面活性剤がより好ましい。
界面活性剤を配合する場合、その配合量は、有機系現像液の全量に対して、通常0.001~5質量%であり、0.005~2質量%が好ましく、0.01~0.5質量%がより好ましい。
現像処理は、公知の現像方法により実施することが可能であり、例えば現像液中に支持体を一定時間浸漬する方法(ディップ法)、支持体表面に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方法(パドル法)、支持体表面に現像液を噴霧する方法(スプレー法)、一定速度で回転している支持体上に一定速度で現像液塗出ノズルをスキャンしながら現像液を塗出し続ける方法(ダイナミックディスペンス法)等が挙げられる。
溶剤現像プロセスで現像処理後のリンス処理に用いるリンス液が含有する有機溶剤としては、例えば前記有機系現像液に用いる有機溶剤として挙げた有機溶剤のうち、レジストパターンを溶解しにくいものを適宜選択して使用できる。通常、炭化水素系溶剤、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、アルコール系溶剤、アミド系溶剤およびエーテル系溶剤から選択される少なくとも1種類の溶剤を使用する。これらのなかでも、炭化水素系溶剤、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、アルコール系溶剤及びアミド系溶剤から選択される少なくとも1種類が好ましく、アルコール系溶剤およびエステル系溶剤から選択される少なくとも1種類がより好ましく、アルコール系溶剤が特に好ましい。
リンス液に用いるアルコール系溶剤は、炭素数6~8の1価アルコールが好ましく、該1価アルコールは直鎖状、分岐状又は環状のいずれであってもよい。具体的には、1-ヘキサノール、1-ヘプタノール、1-オクタノール、2-ヘキサノール、2-ヘプタノール、2-オクタノール、3-ヘキサノール、3-ヘプタノール、3-オクタノール、4-オクタノール、ベンジルアルコール等が挙げられる。これらのなかでも、1-ヘキサノール、2-ヘプタノール、2-ヘキサノールが好ましく、1-ヘキサノール、2-ヘキサノールがより好ましい。
これらの有機溶剤は、いずれか1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。また、上記以外の有機溶剤や水と混合して用いてもよい。但し、現像特性を考慮すると、リンス液中の水の配合量は、リンス液の全量に対し、30質量%以下が好ましく、10質量%以下がより好ましく、5質量%以下がさらに好ましく、3質量%以下が特に好ましい。
リンス液には、必要に応じて公知の添加剤を配合できる。該添加剤としては、例えば界面活性剤が挙げられる。界面活性剤は、前記と同様のものが挙げられ、非イオン性の界面活性剤が好ましく、非イオン性のフッ素系界面活性剤、又は非イオン性のシリコン系界面活性剤がより好ましい。
界面活性剤を配合する場合、その配合量は、リンス液の全量に対して、通常0.001~5質量%であり、0.005~2質量%が好ましく、0.01~0.5質量%がより好ましい。
リンス液を用いたリンス処理(洗浄処理)は、公知のリンス方法により実施できる。該リンス処理の方法としては、例えば一定速度で回転している支持体上にリンス液を塗出し続ける方法(回転塗布法)、リンス液中に支持体を一定時間浸漬する方法(ディップ法)、支持体表面にリンス液を噴霧する方法(スプレー法)等が挙げられる。
以上説明した本実施形態のレジストパターン形成方法によれば、上述した第1の態様に係るネガ型レジスト組成物が用いられているため、高感度化が図れ、より微細な寸法のパターンを、良好な形状で形成することができる。
特に、本実施形態のレジストパターン形成方法は、前記工程(iii)において、前記露光後のレジスト膜をアルカリ現像して、ネガ型のレジストパターンを形成するのに有用な方法である。
上述した実施形態のネガ型レジスト組成物、及び、上述した実施形態のレジストパターン形成方法において使用される各種材料(例えば、レジスト溶剤、現像液、リンス液、反射防止膜形成用組成物、トップコート形成用組成物など)は、金属、ハロゲンを含む金属塩、酸、アルカリ、硫黄原子又はリン原子を含む成分等の不純物を含まないことが好ましい。ここで、金属原子を含む不純物としては、Na、K、Ca、Fe、Cu、Mn、Mg、Al、Cr、Ni、Zn、Ag、Sn、Pb、Li、またはこれらの塩などを挙げることができる。これら材料に含まれる不純物の含有量としては、200ppb以下が好ましく、1ppb以下がより好ましく、100ppt(parts per trillion)以下が更に好ましく、10ppt以下が特に好ましく、実質的に含まないこと(測定装置の検出限界以下であること)が最も好ましい。
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。
<ネガ型レジスト組成物の調製>
(実施例1~17、比較例1~2)
表1に示す各成分を混合して溶解し、各例のネガ型レジスト組成物(ネガ型レジスト組成物中の固形分が約0.70質量%)をそれぞれ調製した。
Figure 2023146744000035
Figure 2023146744000036
表1中、各略号はそれぞれ以下の意味を有する。[ ]内の数値は、各成分の配合量(質量部;固形分換算)である。
(A)-1:下記化学式(A-1)で表される高分子化合物。GPC測定により求めた標準ポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)は5000、分子量分散度(Mw/Mn)は2.3。共重合組成比(構造式中の各構成単位の割合(モル比))はl/m=60/40。
(A)-2:下記化学式(A-2)で表される高分子化合物。GPC測定により求めた標準ポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)は2400、分子量分散度(Mw/Mn)は1.3。重合組成比(構造式中の各構成単位の割合(モル比))はl=100。
(A)-3:下記化学式(A-3)で表される高分子化合物。GPC測定により求めた標準ポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)は2200、分子量分散度(Mw/Mn)は1.3。共重合組成比(構造式中の各構成単位の割合(モル比))はl/m=80/20。
(A)-4:下記化学式(A-4)で表される高分子化合物。GPC測定により求めた標準ポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)は2500、分子量分散度(Mw/Mn)は1.5。共重合組成比(構造式中の各構成単位の割合(モル比))はl/m/n=70/10/20。
(A)-5:下記化学式(A-5)で表される高分子化合物。GPC測定により求めた標準ポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)は4500、分子量分散度(Mw/Mn)は2.0。共重合組成比(構造式中の各構成単位の割合(モル比))はl/m/n=70/10/20。
(A)-6:下記化学式(A-6)で表される高分子化合物。GPC測定により求めた標準ポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)は2900、分子量分散度(Mw/Mn)は1.6。共重合組成比(構造式中の各構成単位の割合(モル比))はl/m/n=70/10/20。
(A)-7:下記化学式(A-7)で表される高分子化合物。GPC測定により求めた標準ポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)は4700、分子量分散度(Mw/Mn)は2.1。共重合組成比(構造式中の各構成単位の割合(モル比))はl/m=60/40。
Figure 2023146744000037
Figure 2023146744000038
Figure 2023146744000039
(B)-1:下記化学式(B-1)で表される化合物からなる酸発生剤。
(B)-2:下記化学式(B-2)で表される化合物からなる酸発生剤。
(B)-3:下記化学式(B-3)で表される化合物からなる酸発生剤。
(B)-4:下記化学式(B-4)で表される化合物からなる酸発生剤。
(B)-5:下記化学式(B-5)で表される化合物からなる酸発生剤。
(B)-6:下記化学式(B-6)で表される化合物からなる酸発生剤。
(B)-7:下記化学式(B-7)で表される化合物からなる酸発生剤。
Figure 2023146744000040
Figure 2023146744000041
(C)-1:下記化学式(C-1)で表される化合物からなる架橋剤。
(C)-2:下記化学式(C-2)で表される化合物からなる架橋剤。
(C)-3:下記化学式(C-3)で表される化合物からなる架橋剤。
Figure 2023146744000042
(D)-1:下記化学式(D-1)で表される化合物からなる光崩壊性塩基。
(D)-2:下記化学式(D-2)で表される化合物からなる光崩壊性塩基。
(D)-3:下記化学式(D-3)で表される化合物からなる光崩壊性塩基。
(D)-4:下記化学式(D-4)で表される化合物からなる光崩壊性塩基。
(D)-5:下記化学式(D-5)で表される化合物からなる光崩壊性塩基。
Figure 2023146744000043
(E)-1:サリチル酸。
(S)-1:プロピレングリコールモノメチルエーテル。
(S)-2:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート。
<評価>
以下に示すレジストパターン形成方法によりラインアンドスペースパターンを形成し、最適露光量(Eop)、LWR(ラインワイズラフネス)について評価を行った。
また、ドライエッチング耐性の評価を行った。
≪レジストパターンの形成≫
工程(i):
12インチのシリコンウェーハ上に、レジスト有機下層膜組成物「AL412」(ブリューワサイエンス社製)を、スピンコーターを用いて塗布し、ホットプレート上で205℃、60秒間焼成することにより、膜厚20nmの有機下層膜を形成した。
前記有機下層膜上に、スピンコーターを用いて、各例のネガ型レジスト組成物をそれぞれ塗布し、ホットプレート上で、85℃で60秒間のプリベーク(PAB)処理を行うことにより、膜厚22nmのレジスト膜を形成した。
工程(ii):
次いで、前記レジスト膜に対し、EUV露光装置NXE3400(ASML社製、NA(開口数)=0.33、照明条件:Annular σ-in=0.60、σ-out=0.82)により、フォトマスクを介して、EUV光(13.5nm)を照射した。
その後、90℃で60秒間のPEB処理を行った。
工程(iii):
次いで、実施例1~16及び比較例1~2のネガ型レジスト組成物を用いた場合では、23℃にて2.38質量%のTMAH水溶液(商品名:NMD-3、東京応化工業株式会社製)で10秒間のアルカリ現像を行い、その後、純水を用いて30秒間の水リンスを行い、振り切り乾燥を行った。
実施例17のネガ型レジスト組成物を用いた場合では、23℃にて酢酸ブチルで10秒間の有機溶剤現像を行った(純水リンスなし)。
上記の工程(i)、工程(ii)及び工程(iii)により、実施例1~16のネガ型レジスト組成物を用いた場合では、線幅16nm、ピッチ32nmの1:1のラインアンドスペースパターン(以下「LSパターン」という。)が形成された。
実施例17のネガ型レジスト組成物を用いた場合では、線幅16nm、ピッチ32nmの1:1のLSパターンが形成された。
比較例1のネガ型レジスト組成物を用いた場合では、解像しなかった。
比較例2のネガ型レジスト組成物を用いた場合では、線幅16nm、ピッチ32nmの1:1のLSパターンが形成された。
[最適露光量(Eop)の評価]
上記の≪レジストパターンの形成≫によって、線幅16nmのLSパターンが形成される最適露光量Eop(mJ/cm)を求めた。これを「Eop(mJ/cm)」として表3~4に示した。
[LWR(ラインワイズラフネス)の評価]
上記の≪レジストパターンの形成≫により形成した線幅16nmのLSパターンについて、LWRを示す尺度である3σを求めた。これを「LWR(nm)」として表3~4に示した。
「3σ」は、走査型電子顕微鏡(加速電圧800V、商品名:S-9380、日立ハイテクノロジーズ社製)により、ラインの長手方向にラインポジションを400箇所測定し、その測定結果から求めた標準偏差(σ)の3倍値(3σ)(単位:nm)を示す。
該3σの値が小さいほど、ライン側壁のラフネスが小さく、より均一な幅であり、良好な形状のLSパターンが得られたことを意味する。
Figure 2023146744000044
Figure 2023146744000045
表3~4に示す結果から、実施例1~17のネガ型レジスト組成物を用いた場合の方が、比較例2のネガ型レジスト組成物を用いた場合に比べて、Eop及びLWRの値がいずれも小さいことから、高感度化が図れ、微細な寸法のパターンが、良好な形状で形成されていることが確認できた。
比較例1のネガ型レジスト組成物を用いた場合、アルカリ現像により、レジスト膜全部が溶解除去されて、像が形成されなかった。
[ドライエッチング耐性の評価]
8インチのシリコンウェーハ上に、スピンコーターを用いて、実施例1、実施例3及び実施例12のネガ型レジスト組成物をそれぞれ塗布し、ホットプレート上で、90℃で60秒間のベーク処理を行うことにより、膜厚50nmのレジスト膜を形成した。
なお、実施例1のネガ型レジスト組成物の固形分に占める、(A)成分の含有割合は、60質量%である。実施例3のネガ型レジスト組成物の固形分に占める、(A)成分の含有割合は、58質量%である。実施例12のネガ型レジスト組成物の固形分に占める、(A)成分の含有割合は、58質量%である。
別途、8インチのシリコンウェーハ上に、スピンコーターを用いて、定法により合成されたノボラック樹脂(F-1)8質量%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塗布し、ホットプレート上で、280℃で60秒間のベーク処理を行うことにより、膜厚200nmのエッチング耐性比較用有機膜を形成した。
形成された膜厚50nmのレジスト膜、及び膜厚200nmのエッチング耐性比較用有機膜をそれぞれ、TCP型ドライエッチング装置(O流量20sccm、N流量400sccm、圧力12Pa、温度25℃、プラズマソースRF出力600W、バイアスRF出力200W)で30秒間処理することで、レジスト膜のエッチング耐性比較用有機膜に対するエッチング速度比を算出した。この結果を表5に示した。
このエッチング速度比が0.1よりも小さい値であると、ドライエッチング耐性が良好であると言える。
Figure 2023146744000046
表5に示す結果から、実施例1、実施例3及び実施例12のネガ型レジスト組成物を用いた場合、エッチング速度比が0.1よりも小さい値であった。
このことより、本発明を適用した実施例1、実施例3及び実施例12のネガ型レジスト組成物は、ドライエッチング耐性が良好であることが確認された。

Claims (8)

  1. ケイ素含有樹脂(A)と、
    露光により酸を発生する酸発生剤成分(B)と、
    架橋剤成分(C)と、
    を含有し、
    前記ケイ素含有樹脂(A)は、フェノール性水酸基を有するケイ素含有重合体(A1)を含み、
    前記酸発生剤成分(B)は、カチオン部にフッ素原子を有するスルホニウム塩(B1)を含む、ネガ型レジスト組成物。
  2. 前記ケイ素含有重合体(A1)は、下記一般式(a1-1)で表される構成単位の繰り返し構造を有するポリシロキサンである、請求項1に記載のネガ型レジスト組成物。
    Figure 2023146744000047
    [式中、Raは、フェノール性水酸基を有する炭化水素基である。*は、結合手であることを表す。]
  3. 前記スルホニウム塩(B1)は、下記一般式(b1-1)で表される化合物である、請求項1又は2に記載のネガ型レジスト組成物。
    Figure 2023146744000048
    [式中、Rbは、フッ素化アルキル基又はフッ素原子である。q1は、1~5の整数である。Rb及びRbは、それぞれ独立に、置換基を有してもよい炭化水素基である。Rb及びRbは、相互に結合して、式中のイオウ原子と共に環を形成してもよい。Rb又はRbは、式中のイオウ原子とベンゼン環と共に縮合環を形成してもよい。Xbは、対アニオンである。]
  4. さらに、前記酸発生剤成分(B)から露光により発生する酸の拡散を制御する塩基成分(D)を含有する、請求項1~3のいずれか一項に記載のネガ型レジスト組成物。
  5. 前記塩基成分(D)は、カチオン部にフッ素原子を有するスルホニウム塩(D1)を含む、請求項4に記載のネガ型レジスト組成物。
  6. ネガ型レジスト組成物の固形分に占める、前記ケイ素含有樹脂(A)の含有割合が、10質量%以上である、請求項1~5のいずれか一項に記載のネガ型レジスト組成物。
  7. 支持体上に、請求項1~6のいずれか一項に記載のネガ型レジスト組成物を用いてレジスト膜を形成する工程(i)、前記レジスト膜を露光する工程(ii)、及び前記露光後のレジスト膜を現像して、ネガ型のレジストパターンを形成する工程(iii)を有する、レジストパターン形成方法。
  8. 前記工程(ii)において、前記レジスト膜に、EUV(極端紫外線)を露光する、請求項7に記載のレジストパターン形成方法。
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