JP3636242B2 - 化学増幅ポジ型レジスト材料 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、遠紫外線、電子線、Ｘ線等の高エネルギー線に対して高い感度を有し、アルカリ水溶液で現像することによりレジストパターンを形成することができる、微細加工技術に適した化学増幅ポジ型レジスト材料に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
ＬＳＩの高集積化と高速度化に伴い、パターンルールの微細化が求められているなか、次世代の微細加工技術として遠紫外線リソグラフィが有望視されている。遠紫外線リソグラフィは、０．３〜０．４μｍの加工も可能であり、光吸収の小さいレジスト材料を用いた場合、基板に対して垂直に近い側壁を有するパターンの形成が可能となる。また、一括にパターンを転写することができるために、電子線リソグラフィよりもスループットの点で有利である。近年、遠紫外線の光源として高輝度なＫｒＦエキシマレーザーを利用する技術が注目されており、これが量産技術として用いられるためには、光吸収が低く、高感度なレジスト材料が要望されている。
【０００３】
このような点から近年開発された酸を触媒として化学増幅（ｃｈｅｍｉｃａｌａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ）を行うレジスト材料〔例えば、リュー（Ｌｉｕ）ら、ジャーナル オブ バキューム サイエンス アンド テクノロジー（Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．）、第Ｂ６巻、第３７９頁（１９８８）〕は、従来の高感度レジスト材料と同等以上の感度を有し、しかも解像性、ドライエッチング耐性も高く、優れた特徴を有した遠紫外線リソグラフィに特に有望なレジスト材料である。
【０００４】
この場合、ネガ型レジスト材料としてはシプリー（Ｓｈｉｐｌｅｙ）社が、ノボラック樹脂とメラミン化合物と酸発生剤とからなる３成分化学増幅レジスト材料（商品名：ＳＡＬ６０１ＥＲ７）を既に商品化しているが、化学増幅系のポジ型レジスト材料は未だ商品化されたものはない。ここで、ＬＳＩの製造工程上、配線やゲート形成などはネガ型レジスト材料で対応できるが、コンタクトホール形成は、ネガ型レジスト材料を用いたのではカブリやすいために微細な加工は難しく、ポジ型レジスト材料の方がはるかに適している。
【０００５】
そのため、高性能なポジ型レジスト材料が強く要望されている。従来より、イトー（Ｉｔｏ）らは、ポリヒドロキシスチレンの水酸基をｔｅｒｔ−ブトキシカルボニル基（ｔｅｒｔ−ＢＯＣ基）で保護したＰＢＯＣＳＴという樹脂にオニウム塩を加えたポジ型の化学増幅レジスト材料を開発している。
【０００６】
しかし、ここで用いているオニウム塩は、金属成分としてアンチモンを含む〔参考文献：ポリマース イン エレクトロニクス、ＡＣＳ シンポジウム シリーズ（Ｐｏｌｙｍｅｒｓ ｉｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，ＡＣＳ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ Ｓｅｒｉｅｓ）第２４２回（アメリカ化学会、ワシントンＤＣ．１９８４）、第１１頁〕が、一般的に、レジスト材料中の金属成分は、基板への汚染を避けるという観点により嫌われているものであり、その点において上記ＰＢＯＣＳＴレジスト材料はプロセス上好ましいものではない。
【０００７】
一方、上野らはポリ（ｐ−スチレンオキシテトラヒドロピラニル）を主成分とし、酸発生剤を加えた遠紫外線ポジ型レジスト材料を発表しており（参考；第３６回応用物理学会関連連合講演会、１９８９年、１ｐ−ｋ−７）、この化学増幅レジスト材料は高感度で高解像性であることが知られているが、微細な高アスペクト比のパターンを高精度に形成することはパターンの機械的強度から困難であった。
【０００８】
このように、ノボラック樹脂やポリヒドロキシスチレンをベースポリマーとし、遠紫外線、電子線及びＸ線に感度を有する化学増幅型レジスト材料は、従来より数多く発表されているが、いずれも単層であり、未だ基板段差の問題、基板からの光反射による定在波の問題、高アスペクト比のパターン形成が困難であるという問題があり、実用に供することが難しいというのが現状である。
【０００９】
ところで、段差基板上に高アスペクト比のパターン形成をするには２層レジスト法が一般に優れている。２層レジスト法においてポリシロキサンを用いたアルカリ現像を行うためには水酸基やカルボキシル基などの親水性基を有するポリシロキサンが必要になるが、このポリシロキサン中にはケイ素原子に直接結合した水酸基（シラノール基）が残存し、このシラノール基は酸により架橋反応を生ずるため、化学増幅ポジ型レジスト材料への適用は困難であった。
【００１０】
また、安定なアルカリ可溶性ポリシロキサンとしてはポリヒドロキシベンジルシルセスキオキサンがあり、その水酸基の一部をｔｅｒｔ−ＢＯＣ基で保護した材料は、酸発生剤との組み合わせで化学増幅型のシリコーン系ポジ型レジスト材料になることが知られており（ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．１９２５（１９９３）３７７）、アルカリ可溶性ポリシロキサンをベースポリマーとして用いる例、及びアルカリ可溶性ポリシロキサンの合成方法は、特開平６−１１８６５１号、特開平６−１８４３１１号、特公平５−５８４４６号公報に挙げられている。
【００１１】
即ち、ベースポリマーとなる主骨格のポリシロキサンの合成は、フェノール性水酸基を保護したクロロシランの溶液を水中へ添加するという一般的な加水分解方法によって行うことができる。上記公報には、ポリシロキサンの合成方法として、フェノール性水酸基の保護にメチル基を用い、例えばｐ−メトキシベンジルジクロロシランの加水分解を行ってｐ−メトキシベンジルシルセスキオキサンを得た後に、メチル基を脱離させる方法が示されている。
【００１２】
更に詳述すると、特公平５−５８４４６号公報に記載された方法は、クロロシランを加水分解した後に、アルカリ存在下、縮合を行うものであるが、この場合、活性なシラノール基がポリシロキサン中に多く残存するため、反応終了後も、更に縮合反応が進み、合成における再現性を得ることができない。
【００１３】
特開平６−１８４３１１号公報では、フェノール性水酸基の保護を行ったメチル基の脱離を行う方法としてメチル基を三臭化ホウ素と反応させた後、加水分解する方法が採用されているが、この方法は、試薬である三臭化ホウ素の取扱いが困難であること及び反応温度を極低温にしなければならないこと等により、反応操作が複雑である。また、この方法により得られたポリシロキサンは、本発明者らの検討によると、レジスト材料として調製したとき、そのレジスト溶液を保存中にパーティクルが多量に発生し、レジスト材料としての使用が不可能となり、保存安定性が極めて悪いという問題点を有している。
【００１４】
特開平６−１１８６５１号公報には、ポリシロキサンの縮合反応は、中性条件下、減圧、熱縮合を行うことが適しており、これにより再現性良く得られること及びフェノール性水酸基を保護したメチル基をトリメチルシリルアイオダイドと反応させた後、加水分解を行うことにより、容易にメチル基を脱離することができる旨記載されている。具体的には、例えばフェノール性水酸基をメチル基で保護したｐ−メトキシベンジルクロロシランの加水分解を行い、得られたポリシロキサンを減圧下、熱縮合を行った後、トリメチルシリルアイオダイドと反応させ、次いで加水分解することによりアルカリ可溶性ポリシロキサンが得られる。しかし、この方法により得られたポリシロキサンであっても、レジスト材料として調製したときに十分な保存安定性を得ることができない。
【００１５】
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、高感度、高解像性であり、プロセス適用性に優れるのみならず、保存安定性にも優れ、特に２層レジスト材料として好適に使用される化学増幅型シリコーン系ポジ型レジスト材料を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】
本発明者らは上記目的を達成するため種々検討を行った結果、下記組成式（１）で示されるポリシロキサン（Ａ）をレジスト材料のベースポリマーとして使用することにより保存安定性に優れたレジスト材料が得られること、特に照射される放射線の作用により分解して酸を発生する酸発生剤（Ｂ）として下記一般式（６）で示されるオニウム塩を使用することにより、アルカリ水溶液で現像可能で、高感度、高解像性であり、プロセス適用性に優れるのみならず保存安定性にも優れ、特に２層レジスト法の上層材料として好適に使用される化学増幅型シリコーン系ポジ型レジスト材料が得られることを見い出した。
【００１７】
【化５】
（Ｒ）mＪＭ …（６）
（但し、式中Ｒは同一又は異種の芳香族基又は置換芳香族基を示し、Ｊはスルフォニウム又はヨードニウムを示す。Ｍはトルエンスルフォネート基又はトリフルオロメタンスルフォネート基を示す。ｍは２又は３である。）
【００１８】
即ち、上述したように、従来の合成方法により得られたアルカリ可溶性ポリシロキサンをレジスト材料のベースポリマーとして用いる場合、そのレジスト溶液の保存中にパーティクルが多量に発生し、レジスト材料として使用できなくなるという問題がある。そこで、本発明者らは、その原因を究明したところ、上述の方法で得られたポリシロキサン中には、シラノール基が多く残存することが、29Ｓｉ−ＮＭＲの分析によって判明し、この残存するシラノール基が、レジスト材料の保存中に縮合し、ゲルを生じてパーティクルとして発現することを見い出した。例えば、上記特開平６−１１８６５１号公報に記載された合成方法により得られたアルカリ可溶性ポリシロキサンは、レジスト材料として調製したときの保存安定性は他の合成方法によるものと比較すれば比較的良好であったが、そのポリシロキサン中には、シラノール基が残存することが29Ｓｉ−ＮＭＲにより確認された。即ち、ポリシロキサン中の残存シラノール基はトリメチルシリルアイオダイドによってトリメチルシリル化されるが、その反応は十分ではなく、アルカリ可溶性ポリシロキサン中に未だかなりのシラノール基が残存するため、レジスト材料としての保存安定性が十分ではない。
【００１９】
そこで、本発明者らは、アルカリ可溶性ポリシロキサンをレジスト材料として調製したときの保存安定性を劣化させるポリシロキサン末端の残存シラノール基を低減する合成方法を種々検討すると共に、保存安定性に優れたアルカリ可溶性ポリシロキサンについて更に鋭意検討した結果、残存シラノール基が上記従来法に比べて顕著に低減されたアルカリ可溶性ポリシロキサンが得られることを見い出した。
【００２０】
即ち、まず、例えばｐ−メトキシベンジルトリクロロシラン等の加水分解を行い、その加水分解縮合物を更に熱縮合して得られる下記一般式（２）で示される繰り返し単位からなるポリシロキサンにトリメチルシリルアイオダイドを反応させることにより、ポリシロキサン主鎖の末端シラノール基をトリメチルシリル基で保護すると共に、フェノール性水酸基の保護を行ったメチル基もトリメチルシリル基へ置換させた一般式（３）で示される繰り返し単位からなるポリシロキサンを得た後、加水分解してフェノール性水酸基を生じさせることにより得られる下記一般式（４）で示される繰り返し単位からなるポリシロキサンを下記反応式に示すようにヘキサメチルジシラザン又はトリメチルシリルクロライドにて再トリメチルシリル化して、残存シラノール基及び加水分解により生じたフェノール性水酸基の一部をトリメチルシリル基に置換することにより、下記一般式（５ａ）及び（５ｂ）で示される繰り返し単位からなり、残存シラノール基が上記従来法により得られるアルカリ可溶性ポリシロキサンと比べて顕著に低減されたアルカリ可溶性ポリシロキサンが得られることを見い出した。
【００２１】
【化６】
（式中、Ｍｅ，ａ，ｎは上記と同様の意味を示す。）
【００２２】
ここで、上記に挙げた可溶性ポリシロキサンの合成方法において、
▲１▼フェノール性水酸基の保護を行ったメチル基を三臭化ホウ素と反応させた後、加水分解をして得たアルカリ可溶性ポリシロキサン（特開平６−１８４３１１号公報）
▲２▼フェノール性水酸基の保護を行ったメチル基をトリメチルシリルアイオダイドと反応させた後、加水分解をして得たアルカリ可溶性ポリシロキサン（特開平６−１１８６５１号公報）
▲３▼ｐ−メトキシベンジルトリクロロシラン等を加水分解し、熱縮合を行った後、残存シラノール基を保護する目的でトリメチルシリル化すると共にフェノール性水酸基の保護を行ったメチル基をトリメチルシリル化するためにトリメチルシリルアイオダイドと反応させ、次いで加水分解した後、残存シラノール基及びフェノール性水酸基の一部をヘキサメチルジシラザン又はＭｅ3ＳｉＣｌで再トリメチルシリル化して得たアルカリ可溶性ポリシロキサン（上記反応式）
を29Ｓｉ−ＮＭＲにより分析したところ、残存シラノール基は▲３▼が最も少なく、次に▲２▼となり、▲１▼が最も多いことが判明した。また、上記３種のアルカリ可溶性ポリシロキサンをｔｅｒｔ−ブトキシカルボニル基等の酸不安定基で保護し、レジスト材料のベースポリマーとして用いた場合、▲３▼のポリマーが最も保存安定性に優れていることが判明した。つまり、本発明に係る上記方法によって得られる上記組成式（１）で示されるポリシロキサン（Ａ）をレジスト材料のベースポリマーとして用いることにより、その保存安定性が非常に優れたものとなることを知見し、本発明をなすに至った。
【００２３】
従って、本発明は、ポリシロキサンの末端シラノール基がトリメチルシリル基で保護された上記組成式（１）で示されるポリシロキサン（Ａ）と酸発生剤（Ｂ）とを含有することを特徴とする化学増幅ポジ型レジスト材料、特にポリシロキサン（Ａ）の重量平均分子量が５，０００〜５０，０００であり、上記一般式（２）で示される繰り返し単位からなるポリシロキサンのシラノール基をトリメチルシリルアイオダイドにてトリメチルシリル化すると共に、メトキシ基のメチル基をトリメチルシリル基に置換し、次いで加水分解してフェノール性水酸基を生じさせた後、ヘキサメチルジシラザン又はトリメチルシリルクロライドにてこのフェノール性水酸基の水素原子の一部をトリメチルシリル化すると共に、残存するシラノール基の水素原子をトリメチルシリル化して得られる上記一般式（５ａ）及び（５ｂ）で示される繰り返し単位からなるポリシロキサンの残存するフェノール性水酸基の一部を更にトリメチルシリル基以外の酸不安定基で置換する
【化１３】
（但し、Ｑはトリメチルシリル基以外の酸不安定基を示す）ように置換する］ことによって得られるものであり、酸発生剤（Ｂ）が上記一般式（６）で示されるオニウム塩であり、必要に応じて溶解阻害剤（Ｃ）を含有する化学増幅ポジ型レジスト材料を提供する。
【００２４】
以下、本発明につき更に詳細に説明すると、本発明の化学増幅ポジ型レジスト材料は、アルカリ可溶性樹脂としてポリシロキサン（Ａ）を含有し、このポリシロキサン（Ａ）と酸発生剤（Ｂ）とからなる２成分系レジスト材料として使用できるばかりでなく、必要に応じて溶解阻害剤（Ｃ）を添加した３成分系レジスト材料としても使用できるものである。ここで、本発明のポリシロキサン（Ａ）は下記組成式（１）で示されるもので、末端シラノール基がトリメチルシリル基で封鎖されているものである。
【００２５】
【化７】
【００２６】
ここで、Ｑで示される酸不安定基としてはトリメチルシリル基以外の酸不安定基で、ｔｅｒｔ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブトキシカルボニル基、ｔｅｒｔ−ブトキシカルボニルメチル基等が挙げられ、特にｔｅｒｔ−ブトキシカルボニル基が好ましい。
【００２７】
ａは０．００１≦ａ≦０．０５であり、このＯＳｉＭｅ3はポリシロキサン（Ａ）の末端を封鎖する。
【００２８】
【化８】
【００２９】
即ち、ポリシロキサン（Ａ）は、下記式（１’）で表すことができる。
【００３０】
【化９】
この式（１’）においてｐ，ｑ，ｒはｐ≧０，ｑ＞０，ｒ＞０であるが、ｑ／（ｐ＋ｑ＋ｒ）は０．０５〜０．５、特に０．１〜０．３が好ましい。上記ポリシロキサン（Ａ）はＫｒＦエキシマレーザーに対する吸収が小さいものであるが、ｑ／（ｐ＋ｑ＋ｒ）が０．０５未満の場合、溶解阻害効果が小さいため、阻害剤を添加することが必要不可欠となる。一方、ｑ／（ｐ＋ｑ＋ｒ）が０．５を超える場合、アルカリ水溶液への溶解性が極度に低下するため、阻害剤は不要となるが、一般に使用されている現像液では感度が極度に低下する場合がある。
【００３１】
また、上記ポリシロキサン（Ａ）におけるフェノール性水酸基へのトリメチルシリル基の導入比を示すｒは、ｒ／（ｐ＋ｑ＋ｒ）が０．０５〜０．５、特に０．１〜０．２であることが好ましい。トリメチルシリル基の導入量は、下記一般式（４）の繰り返し単位からなるポリシロキサンに対するトリメチルシリル化剤の反応量により調整することができるが、ｒ／（ｐ＋ｑ＋ｒ）が０．０５未満の場合、残存するシラノール基の十分な保護を行うことができず、調製したレジスト材料の保存安定性を良くすることができない場合があり、ｒ／（ｐ＋ｑ＋ｒ）が０．５を超える場合、レジスト材料の感度を低下させる場合がある。
【００３２】
上記ポリシロキサン（Ａ）の重量平均分子量は、５，０００〜５０，０００、特に５，０００〜１０，０００であることが好ましい。５，０００未満では所望のプラズマ耐性が得られなかったりアルカリ水溶液に対する溶解阻害効果が低い場合があり、５０，０００を超えると汎用なレジスト溶剤に溶け難くなる場合がある。
【００３３】
上記ポリシロキサン（Ａ）は、以下の合成方法により得ることができる。
まず、ｐ−メトキシベンジルシロキサン等を加水分解し、その加水分解縮合物を更に熱縮合して得られる下記一般式（２）で示される繰り返し単位からなるポリシロキサンを、その主鎖末端のシラノール基保護及びフェノール性水酸基の保護を行ったメチル基のトリメチルシリル化のためにトリシリルアイオダイドと反応させて下記一般式（３）で示される繰り返し単位からなるオルガノポリシロキサンを製造する。このトリメチルシリル化反応は、上記ポリシロキサンをアセトニトリル等の有機溶剤に溶解し、この有機溶剤中にトリメチルシリルアイオダイドを滴下し、反応温度を２０〜３０℃とし、反応時間を８〜１０時間とすることが好ましい。
【００３４】
次いで、加水分解を行い、フェノール性水酸基を保護しているトリメチルシリル基を脱離し、フェノール性水酸基を生じさせ、下記一般式（４）で示される繰り返し単位からなるポリシロキサンを得る。ここで、加水分解条件は脱シリル化の公知の条件を採用することができ、例えば水冷下、発熱に注意しながら３０〜４５℃の温度で水を添加する。
【００３５】
更に、下記一般式（４）の繰り返し単位からなるポリシロキサンを再トリメチルシリル化して下記一般式（５ａ）及び（５ｂ）の繰り返し単位からなるポリシロキサンを得る。この場合、トリメチルシリル化は下記一般式（４）の繰り返し単位からなるポリシロキサンをトルエンなどの有機溶剤に溶解し、シリル化剤としてヘキサメチルジシラザンを用いることが好ましく、反応温度は０℃〜室温、反応時間は２〜５時間とすることが好ましい。この方法では、トリメチルシリル化した後に、副生するアンモニアが反応系に残存しないことから、反応後、反応溶媒を減圧下ストリップすることで精製を行うことができ、容易に目的のトリメチルシリル化が行える利点がある。なお、有機溶剤に溶解した後、塩基存在下、トリメチルシリルクロライドと反応させることによってトリメチルシリル化することも可能であるが、生じる塩酸塩の除去が困難である場合があり、特に、塩酸塩を水中に溶解分離する方法は、トリメチルシリル基の加水分解が生じ、再度、ポリマー中にシラノール基が生成する場合があるので、上述したヘキサメチルジシラザンを用いる方法を採用することが推奨される。この再トリメチルシリル化によるフェノール性水酸基へのトリメチルシリル基の導入量は、反応条件の選定、及びヘキサメチルジシラザンなどのシリル化剤の仕込量によってコントロールすることができる。
【００３６】
更に、上記ポリシロキサンのフェノール性水酸基を酸不安定基で置換するには以下の方法により行うことができる。
【００３７】
例えば、ｔｅｒｔ−ブトキシカルボニル化するには、ピリジン溶液中で二炭酸ジ−ｔｅｒｔ−ブチルと反応させることにより簡単に行うことができ、また、ｔｅｒｔ−ブトキシカルボニルメチルオキシ化するにはｔｅｒｔ−ブチルブロモ酢酸エステルと塩基存在下反応させ、ｔｅｒｔ−ブトキシ化するには無水トリフルオロ酢酸存在下、ｔｅｒｔ−ブチルアルコールと反応させることにより行う。
【００３８】
【化１０】
（式中、Ｒ，Ｍｅ，Ｑ，ａ，ｐ，ｑ，ｒ，ｎは上記と同様の意味を示す。）
【００３９】
なお、この反応式において、上記式（２）のポリシロキサンとトリメチルシリルアイオダイドとの反応においては、式（２）のポリシロキサンの末端シラノール基の全部がトリメチルシリル基で保護されず、また、それに加えて式（４）のポリシロキサンの加水分解において、非常にわずかではあるが、ポリシロキサン鎖末端のトリメチルシリル基が脱保護されて、下記式（４ａ）の単位からなる化合物が化合物（４）中に残存する。
【００４０】
【化１１】
（式中、ａ，ｎは上記と同様の意味を示す。）
【００４１】
上記反応式によれば、ヘキサメチルジシラザン又はトリメチルシリルクロライドによりトリメチルシリル化でかかる残存シラノール基をトリメチルシリル基で確実に保護するので、式（５ａ）及び（５ｂ）の単位からなる化合物中には残存シラノール基を実質的に含まず、従ってこれから得られる式（１）のポリシロキサン（Ａ）も残存シラノール基を実質的に含まないものである。
【００４２】
ここで、上記式（４ａ）の単位からなるポリマーの残存シラノール基量の定量は非常に困難であると共に、残存シラノール基のみを定量的にトリメチルシリル基によって保護することは困難である。
【００４３】
従って、残存シラノール基を十分保護するためには、過剰のトリメチルシリル化剤により反応を行う必要があり、そのためフェノール性水酸基の一部も必然的にトリメチルシリル化される。ところで、フェノール性水酸基を上記式（１）のようにトリメチルシリル基で置換した場合、これをベースポリマーとするレジスト材料は極めて高い保存安定性を示すことが認められた。そして、このようにポリシロキサンのフェノール性水酸基をトリメチルシリル基で保護したものをレジスト材料のベースポリマーとした場合、このトリメチルシリル基はレジスト膜中ではｔｅｒｔ−ブトキシカルボニル基等の酸不安定基と同様に露光によって酸発生剤から生じる酸によって脱保護されるので、レジスト膜の解像性に問題が生じることもない。ここで、仮にフェノール性水酸基をトリメチルシリル基で保護しないで、例えば酸不安定基等のみで保護した場合、トリメチルシリル基との組み合わせによる場合と同様な保存安定性効果を発揮させるためには、保護するフェノール性水酸基の割合を大きくする必要があり、レジスト材料として調製したときに感度低下、解像力低下が生じてしまう。また、トリメチルシリル基に代えてテトラヒドロピラニル基を用いた場合、レジスト露光部での脱保護基が困難なため、レジスト材料の感度、解像力の低下が生じる。一方、フェノール性水酸基の一部をトリメチルシリル基のみで保護した場合、そのレジスト材料の解像力を向上させることは困難であり、酸不安定基の導入も必要であった。従って、製造が非常に容易で、レジスト材料としての保存安定性が極めて高く、その感度、解像力に優れるベースポリマーとしては、上記式（１）で示されるフェノール性水酸基の一部をトリメチルシリル基及び酸不安定基で保護した可溶性ポリシロキサンが有効であることを見い出したものである。
【００４４】
本発明のレジスト材料におけるポリシロキサン（Ａ）の配合量は、３成分系、２成分系のいずれの場合であっても、溶剤を除く材料全体量に対して５５％以上（重量％、以下同様）、特に８０％以上が好適である。配合量が５５％未満では、レジスト溶液としたときの塗布性が悪かったり、レジスト膜の強度が悪かったりする場合がある。
【００４５】
本発明のレジスト材料は、酸発生剤（Ｂ）として下記一般式（６）で示されるオニウム塩を使用すると好適である。
（Ｒ）mＪＭ …（６）
（但し、式中Ｒは同一又は異種の芳香族基又は置換芳香族基を示し、Ｊはスルフォニウム又はヨードニウムを示す。Ｍはトルエンスルフォネート基又はトリフルオロメタンスルフォネート基を示す。ｍは２又は３である。）
【００４６】
即ち、遠紫外線、電子線、Ｘ線等の照射される高エネルギー線に対し分解して酸を発生する酸発生剤として、オキシムスルホン酸誘導体、２，６−ジニトロベンジルスルホン酸誘導体、ナフトキノン−４−スルホン酸誘導体、２，４−ビストリクロロメチル−６−アリル−１，３，５−トリアジン誘導体、α，α’−ビスアリルスルホニルジアゾメタン等が挙げられる。しかしながら、本発明の上記ポリシロキサン（Ａ）をベースポリマーとする場合、これらの酸発生剤（Ｂ）では高感度なレジスト材料を得ることができない場合があり、上記一般式（６）で表されるオニウム塩が好ましく用いられる。
【００４７】
上記式（６）において、Ｒとして具体的には、ｔｅｒｔ−ブトキシフェニル基、ｔｅｒｔ−ブトキシカルボニルオキシフェニル基、ｔｅｒｔ−ブトキシカルボニルメトキシフェニル基、テトラヒドロピラニルオキシフェニル基、トリメチルシロキシフェニル基等が挙げられ、これらの中でもｔｅｒｔ−ブトキシフェニル基、ｔｅｒｔ−ブトキシカルボニルオキシフェニル基又はｔｅｒｔ−ブトキシカルボニルメトキシフェニル基が好適であり、本発明におけるオニウム塩としては上記式（６）のＲの少なくとも一つがこれらの基であることが望ましい。
【００４８】
ここで、上記一般式（６）で表されるオニウム塩の例として、一般的には（Ｃ6Ｈ5）2Ｉ+-Ｏ3ＳＣＦ3、（Ｃ6Ｈ5）3Ｓ+-Ｏ3ＳＣＦ3、（Ｃ6Ｈ5ＳＣ6Ｈ4）（Ｃ6Ｈ5）2Ｓ+-Ｏ3ＳＣＦ3、（Ｃ6Ｈ5）2Ｉ+-Ｏ3Ｓ（Ｃ6Ｈ4）ＣＨ3、（ｔｅｒｔ−ブチル−Ｃ6Ｈ4）2Ｉ+-Ｏ3ＳＣＦ3、（Ｃ6Ｈ5）（ＭｅＯＣ6Ｈ5）Ｉ+-Ｏ3Ｓ（Ｃ6Ｈ4）ＣＨ3等が知られている。しかしながら、これらの酸発生剤は、レジスト溶液として塗布する際の好適な溶媒として汎用されているエチルセロソルブアセテート、乳酸エチル、エトキシ−２−プロパノール等に対して溶解性が低いという欠点を有する。このため、レジスト材料中に適量を混合することが困難である場合がある。また、溶媒に対する溶解性が高いものであっても本発明のポリシロキサン（Ａ）との相溶性が悪いため、良好なレジスト膜を形成することが困難であったり、光照射後の熱処理を行うまでの間に経時的な感度変化やパターン形状の変化が生じやすいという欠点を有する酸発生剤もある。特にポリシロキサン（Ａ）との相溶性が悪い酸発生剤の場合、レジスト膜中での分布を生じ、パターン表面においてオーバーハングが観察されることがある。化学増幅レジスト材料においては、レジスト膜表面において酸が失活するあるいは表面に酸発生剤がなくなることにより、このような現象を良く生じる。
【００４９】
そこで、上記一般式（６）においてＲの少なくとも一つがｔｅｒｔ−ブトキシフェニル基等で置換された上記オニウム塩を使用することにより、汎用されている上記レジスト溶剤に容易に溶解し、且つポリシロキサン（Ａ）との相溶性が良いのみならず、露光後の溶解性が優れるという特徴を有し、レジストパターンが基板に対し垂直に形成できる。つまり、上記オニウム塩は、そのｔｅｒｔ−ブトキシフェニル基等により、露光及び熱処理時にフェノール性水酸基又はカルボン酸を生じるため、露光後の溶解性が改善される。そのため、一般的にはオニウム塩は溶解阻害効果を示すが、これらのオニウム塩は露光後溶解促進効果を有する。従って、露光前後の溶解速度差を大きくすることができ、好適に使用される。なお、酸不安定基で置換されたＲの数が多いほどそのオニウム塩の溶解性は優れる傾向にある。
【００５０】
上記一般式（６）のＲの少なくとも一つが酸不安定基で置換されたオニウム塩としては下記構造式で示されるオニウム塩を例示することができる。なお、下記構造式において、ｔ−ＢｕＯはｔｅｒｔ−ブトキシ基、ＴＨＰＯはテトラヒドロピラニルオキシフェニル基、Ｔｆはトリフルオロメタンスルフォネート基、Ｔｓはトルエンスルフォネート基を示す。
【００５１】
【化１２】
【００５２】
本発明のレジスト材料における上記オニウム塩の配合量は、溶剤を除く材料全体量に対して０．５〜１５％、特に１〜１０％が好適である。０．５％未満であってもポジ型のレジスト特性を示すが、感度が低くなる。酸発生剤の含量が増加すると、レジスト感度は高感度化する傾向を示し、コントラスト（γ）は向上するが、１５％を超えるとポジ型のレジスト特性を示すものの、それ以上の含量の増加による更なる高感度化が期待できないこと、オニウム塩は高価な試薬であること、レジスト材料中の低分子成分の増加はレジスト膜の機械的強度を低下させること、また酸素プラズマ耐性も低下すること等により、オニウム塩（Ｂ）の配合量は１５％以下が好適である。
【００５３】
本発明のレジスト材料は、溶解阻害剤（Ｃ）を配合した３成分系のものとしても好適であり、この溶解阻害剤（Ｃ）としては、分子内に一つ以上の酸不安定基を有するものであれば、低分子量の化合物や高分子化合物のいずれであっても良く、公知のポジ型レジスト用溶解阻害剤を使用することができる。ここで、酸不安定基としては上記一般式（６）のＲと同様のものが挙げられる。このような溶解阻害剤（Ｃ）として、例えばビスフェノールＡの水酸基をｔｅｒｔ−ＢＯＣ化した化合物や、フロログルシンやテトラヒドロキシベンゾフェノン等をｔｅｒｔ−ＢＯＣ化した化合物等を挙げることができる。
【００５４】
本発明のレジスト材料における上記溶解阻害剤（Ｃ）の配合量は、溶剤を除く材料全体量に対して４０％以下、特に１０〜３０％とすることが好ましい。４０％を超えるとレジスト膜の酸素プラズマ耐性が著しく低下するため、２層レジスト法の材料として使用できなくなる。
【００５５】
本発明のレジスト材料は、上記ポリシロキサン（Ａ）及び酸発生剤（Ｂ）、もしくは（Ａ）、（Ｂ）及び溶解阻害剤（Ｃ）の各成分を有機溶剤に溶解して使用するものである。このときの有機溶剤としては、それぞれの成分が十分に溶解され、且つレジスト膜が均一に広がるものが好ましく、具体的には酢酸ブチル、キシレン、アセトン、セロソルブアセテート、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、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ジブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、乳酸エチル、乳酸メチル、乳酸プロピル、乳酸ブチル等を挙げることができ、これらの中でも特に乳酸エチル、酢酸ブチル、ジエチレングリコールモノエチルエーテルが好適に使用される。また、これらの有機溶剤は、その１種を単独で使用しても、２種以上を組み合わせて使用してもよい。なお、この有機溶剤の配合量は、（Ａ）、（Ｂ）、もしくは（Ａ）〜（Ｃ）成分の総重量の数倍量とすることが好適である。
【００５６】
なお、本発明のレジスト材料には、本発明の効果を妨げない範囲で、適宜その他の添加剤を添加することもできる。
【００５７】
本発明のレジスト材料を用いてパターン形成する方法としては、通常の方法を採用することができ、例えば以下のようにして行うことができる。
【００５８】
まず、シリコン基板上に下層レジスト膜として厚い有機ポリマー層を形成する。ここで、下層レジスト膜の材料としてはノボラック樹脂系ポジ型フォトレジスト材料を使用でき、これを基板上に塗布したのち、２００℃で１時間ハードベークする。これにより、本発明のレジスト材料とのインターミキシングを防ぐことができる。下層レジスト膜を形成した後、本発明のレジスト材料の溶液をその上にスピン塗布し、プリベークを行い、高エネルギー線を照射する。この際、酸発生剤（Ｂ）が分解して酸を生成する。ＰＥＢ（Ｐｏｓｔ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｂａｋｅ）を行うことにより、酸を触媒としてｔｅｒｔ−ＢＯＣ基等の酸不安定基が分解し、溶解阻害効果が消失する。その後、アルカリ水溶液で現像し、水でリンスすることによりポジ型レジストパターンを下層レジスト膜上に形成することができる。
【００５９】
【実施例】
以下、実施例と比較例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。なお、実施例、比較例の説明に先立ち、ベースポリマーとして使用するポリシロキサンの合成例を示す。
【００６０】
［合成例１］
ｐ−メトキシベンジルシルセスキオキサンの合成
反応器に６００ｍｌの水を仕込み３０℃で撹拌しながらｐ−メトキシベンジルトリクロロシラン２８３．５ｇ（１モル）及びトルエン３００ｍｌの混合液を２時間かけて滴下し、加水分解を行った。その後、分液操作により水層を除去し、有機層をエバポレータにより溶媒留去した。その濃縮液を減圧下２００℃で２時間加熱し、重合反応を行った。得られた重合物にアセトニトリル２００ｇを加えて溶解し、ｐ−メトキシベンジルシルセスキオキサンの溶液を得た。
【００６１】
［合成例２］
ｐ−ヒドロキシベンジルシルセスキオキサンの合成−１
合成例１で得られた溶液中に６０℃以下でトリメチルシリルアイオダイド２４０ｇを滴下し、６０℃で１０時間反応させた。反応終了後、水２００ｇを加えて加水分解を行い、次いでデカントによりポリマー層を得た。そのポリマー層を真空乾燥することにより、ｐ−ヒドロキシベンジルシルセスキオキサン１６５ｇを得た。このポリマーの分子量をＧＰＣ（ゲルパーミエィションクロマトグラフィー）を用いて測定したところ、ポリスチレン換算でＭｗ＝３，０００であった。また、29Ｓｉ−ＮＭＲの分析において、−６２ｐｐｍにＳｉＯＨ基に起因するピークが観測された。
【００６２】
［合成例３］（比較例）
ｐ−ヒドロキシベンジルシルセスキオキサンの合成−２
合成例１で得られた重合物を、アセトニトリルに代えて塩化メチレン２００ｇを加えて溶解した。この溶液を−８０℃まで冷却し、三臭化ホウ素２５０ｇ（１モル）の塩化メチレン６００ｍｌ溶液を徐々に撹拌しながら１０時間かけて滴下した。滴下終了後、−８０℃で２時間熟成を行った後、徐々に室温へ戻し、更に熟成を１昼夜行った。反応終了後、水１リットルを撹拌しながら添加し、有機層と分離した。有機層の水洗を洗浄水が中性になるまで行い、溶媒を除去した後、メタノールに溶解し、次いで水中へ添加して白色の沈澱物を得た。この沈澱物を真空乾燥することにより、ｐ−ヒドロキシベンジルシルセスキオキサン１３４ｇを得た。このポリマーの分子量をＧＰＣ（ゲルパーミエィションクロマトグラフィー）を用いて測定したところ、ポリスチレン換算でＭｗ＝２，９００であった。また、29Ｓｉ−ＮＭＲの分析において、−６２ｐｐｍにＳｉＯＨ基に起因するピークが観測され、このＳｉＯＨ基のピークを−７０ｐｐｍのシルセスキオキサンのピークの大きさと比較したところ、合成例２で得られたｐ−ヒドロキシベンジルシルセスキオキサンより多く存在することが判明した。
【００６３】
［合成例４］
ｐ−ヒドロキシベンジルシルセスキオキサンのトリメチルシリル化
合成例２で得られたｐ−ヒドロキシベンジルシルセスキオキサン１５９．２ｇをトルエン４００ｍｌに溶解し、ヘキサメチルジシラザン２２．３ｇ（０．１７モル）を添加し、３時間還流した。その後、トルエンを減圧下ストリップして除去し、残査を真空乾燥したところ、ｐ−ヒドロキシベンジルシルセスキオキサンのトリメチルシリル化したポリマー２２．４ｇが得られた。1Ｈ−ＮＭＲの分析において、６〜７ｐｐｍのフェニル基のピークと０ｐｐｍのトリメチルシリル基のピークとにより、トリメチルシリル基の導入率を求めたところ、約１０％であった。また、29Ｓｉ−ＮＭＲの分析では−６２ｐｐｍのＳｉＯＨ基に起因するピークは観測されず、−７０ｐｐｍのシルセスキオキサンのピークのみ観測された。
【００６４】
［合成例５］
合成例４で得られたポリマーのｔｅｒｔ−ブトキシカルボニル（ｔｅｒｔ−ＢＯＣ）化
合成例４で得られたポリマー２５ｇをピリジン２５０ｇに溶解し、４５℃で撹拌しながら二炭酸ジ−ｔｅｒｔ−ブチルを６．８５ｇ（０．０３１モル、水酸基に対して約２０モル％に相当）を添加した。添加と同時にガスが発生したが、Ｎ2気流中で１．５時間反応させた。反応液のピリジンをストリップした後、メタノール１００ｍｌに溶解して水５リットル中に滴下し、白色の沈澱物を得た。この沈澱物の水洗を５回繰り返した後、濾過し、４０℃以下で真空乾燥したところ、ｔｅｒｔ−ブトキシカルボニル化されたｐ−ヒドロキシベンジルシルセスキオキサン２５ｇが得られた。1Ｈ−ＮＭＲの分析において、６〜７ｐｐｍのフェニル基のピークと１〜２ｐｐｍのｔｅｒｔ−ブチル基及びメチレンのピークとにより、ｔｅｒｔ−ＢＯＣ化率を求めたところ、１９．６％であった。
【００６５】
［合成例６］（比較例）
合成例２で得られたポリマーのｔｅｒｔ−ブトキシカルボニル（ｔｅｒｔ−ＢＯＣ）化
合成例５と同様の方法で、合成例２で得られたポリマーのｔｅｒｔ−ブトキシカルボニル化を行った。
【００６６】
［合成例７］（比較例）
合成例３で得られたポリマーのｔｅｒｔ−ブトキシカルボニル（ｔｅｒｔ−ＢＯＣ）化
合成例５と同様の方法で、合成例３で得られたポリマーのｔｅｒｔ−ブトキシカルボニル化を行った。
【００６７】
からなるレジスト溶液を調製し、０．１μｍのフィルターを用いて濾過を行った。
【００６８】
次に、このレジスト溶液をシリコン基板に２，０００ｒｐｍでスピン塗布し、ホットプレート上にて８５℃で１分間プリベークした。このとき、膜厚は０．４μｍであった。ＫｒＦエキシマレーザー又は加速電圧３０ｋＶの電子線で描画したのち、８５℃で２分間ＰＥＢを行った。２．４％のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）の水溶液で１分間現像を行い、水で３０秒間リンスした。
【００６９】
得られたレジスト膜はポジ型の特性を示し、Ｄ0感度は４．５μＣ／ｃｍ2であった。電子線に代えて、遠紫外線であるＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）で評価した場合のＥｔｈ感度は１０ｍＪ／ｃｍ2であった。ここで用いたベース樹脂は、現像液に対して３５ｎｍ／ｓの溶解速度を示した。本レジスト膜は未露光部は約１．５ｎｍ／ｓの溶解速度を有し、露光部はＰＥＢ後、４０ｎｍ／ｓの溶解速度を有した。
【００７０】
ＫｒＦエキシマレーザー露光では、０．２５μｍライン＆スペースパターンやホールパターンが解像し、基板に対し垂直な側壁を持つパターンが形成できた。また、電子線描画では０．１μｍが解像した。
【００７１】
また、上記レジスト溶液の保存安定性を調べたところ、レジスト溶液として調製し、濾過した直後の溶液中の０．３μｍ以上のパーティクル数は、１０個／ｍｌであったのに対し、室温下、１カ月、２カ月保存した後の各溶液中のパーティクル数は、それぞれ２０個／ｍｌ、２４個／ｍｌであり、レジスト溶液中のパーティクル数は、ほとんど変化しないことが認められた。また、保存後のレジスト溶液を使用した場合のレジスト膜の感度、解像性等のレジスト特性も変わらなかった。
【００７２】
［比較例１］
実施例１において、ポリマーを合成例６で得られたポリマーに代えた以外は実施例１と同様にしてレジスト溶液を調製した。
【００７３】
レジスト溶液として調製した直後は、実施例１のレジスト膜と同様のレジスト特性を示したが、室温下で１カ月保存した後は、溶液中の０．３μｍ以上のパーティクル数が３，０００個／ｍｌを超えた。このレジスト溶液によるレジスト膜のＫｒＦエキシマレーザーによる露光においては、Ｅｔｈ感度は１３ｍＪ／ｃｍ2と低下し、０．３５μｍのパターンまでしか解像できなかった。更に、２カ月保存したものは、パーティクルの測定が不可能なくらいにパーティクル数が増大した。
【００７４】
［比較例２］
実施例１において、ポリマーを合成例７で得られたポリマーに代えた以外は実施例１と同様にしてレジスト溶液を調製した。
【００７５】
レジスト溶液として調製した直後は、実施例１のレジスト膜と同様のレジスト特性を示したが、室温下で１カ月保存した時点で、パーティクルの測定が不可能なくらいにパーティクル数が増大した。
【００７６】
［実施例２］
シリコンウエハーに下層レジスト膜としてＯＦＰＲ８００（東京応化社製）を２μｍの厚さに塗布し、２００℃で１時間加熱し、硬化させた。この下層レジスト膜の上に実施例１のレジスト溶液を上記と同様の方法で約０．４μｍ厚さで塗布し、プリベークした。実施例１と同様に電子線又はＫｒＦエキシマレーザーで露光および現像し、パターンを下層レジスト膜上に形成した。
【００７７】
その後、平行平板型スパッタエッチング装置で酸素ガスをエッチァントガスとしてエッチングを行った。下層レジスト膜のエッチング速度が１５０ｎｍ／ｍｉｎであるのに対し実施例１の組成のレジスト膜は２．５ｎｍ／ｍｉｎ以下であった。１５分間エッチングすることにより、実施例１のレジスト膜に覆われていない部分の下層レジスト膜は完全に消失し、２μｍ以上の厚さの２層レジストパターンが形成された。ＫｒＦエキシマレーザー露光では０．２５μｍ、電子線露光では０．１μｍのパターンが高アスペクト比で形成できた。このエッチング条件を以下に示す。
ガス流量：５０ＳＣＣＭ， ガス圧：１．３Ｐａ
ｒｆパワー：５０Ｗ， ｄｃバイアス：４５０Ｖ
【００７８】
【発明の効果】
本発明の化学増幅ポジ型レジスト材料は、高エネルギー線に感応し、感度、解像性、ＰＥＢディレー安定性、酸素プラズマエッチング耐性に優れている。このため、下層レジスト膜上に本発明のレジスト材料を塗布した２層レジスト膜は微細なパターンを高アスペクト比で形成できる特徴を有する。従って、特に電子線や遠紫外線による微細加工に有用である。また、本発明の化学増幅ポジ型レジスト材料は、特にＫｒＦエキシマレーザーの露光波長での吸収が小さいため、微細でしかも基板に対し垂直なレジストパターンを容易に形成できる特徴がある。
【発明の属する技術分野】
本発明は、遠紫外線、電子線、Ｘ線等の高エネルギー線に対して高い感度を有し、アルカリ水溶液で現像することによりレジストパターンを形成することができる、微細加工技術に適した化学増幅ポジ型レジスト材料に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
ＬＳＩの高集積化と高速度化に伴い、パターンルールの微細化が求められているなか、次世代の微細加工技術として遠紫外線リソグラフィが有望視されている。遠紫外線リソグラフィは、０．３〜０．４μｍの加工も可能であり、光吸収の小さいレジスト材料を用いた場合、基板に対して垂直に近い側壁を有するパターンの形成が可能となる。また、一括にパターンを転写することができるために、電子線リソグラフィよりもスループットの点で有利である。近年、遠紫外線の光源として高輝度なＫｒＦエキシマレーザーを利用する技術が注目されており、これが量産技術として用いられるためには、光吸収が低く、高感度なレジスト材料が要望されている。
【０００３】
このような点から近年開発された酸を触媒として化学増幅（ｃｈｅｍｉｃａｌａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ）を行うレジスト材料〔例えば、リュー（Ｌｉｕ）ら、ジャーナル オブ バキューム サイエンス アンド テクノロジー（Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．）、第Ｂ６巻、第３７９頁（１９８８）〕は、従来の高感度レジスト材料と同等以上の感度を有し、しかも解像性、ドライエッチング耐性も高く、優れた特徴を有した遠紫外線リソグラフィに特に有望なレジスト材料である。
【０００４】
この場合、ネガ型レジスト材料としてはシプリー（Ｓｈｉｐｌｅｙ）社が、ノボラック樹脂とメラミン化合物と酸発生剤とからなる３成分化学増幅レジスト材料（商品名：ＳＡＬ６０１ＥＲ７）を既に商品化しているが、化学増幅系のポジ型レジスト材料は未だ商品化されたものはない。ここで、ＬＳＩの製造工程上、配線やゲート形成などはネガ型レジスト材料で対応できるが、コンタクトホール形成は、ネガ型レジスト材料を用いたのではカブリやすいために微細な加工は難しく、ポジ型レジスト材料の方がはるかに適している。
【０００５】
そのため、高性能なポジ型レジスト材料が強く要望されている。従来より、イトー（Ｉｔｏ）らは、ポリヒドロキシスチレンの水酸基をｔｅｒｔ−ブトキシカルボニル基（ｔｅｒｔ−ＢＯＣ基）で保護したＰＢＯＣＳＴという樹脂にオニウム塩を加えたポジ型の化学増幅レジスト材料を開発している。
【０００６】
しかし、ここで用いているオニウム塩は、金属成分としてアンチモンを含む〔参考文献：ポリマース イン エレクトロニクス、ＡＣＳ シンポジウム シリーズ（Ｐｏｌｙｍｅｒｓ ｉｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，ＡＣＳ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ Ｓｅｒｉｅｓ）第２４２回（アメリカ化学会、ワシントンＤＣ．１９８４）、第１１頁〕が、一般的に、レジスト材料中の金属成分は、基板への汚染を避けるという観点により嫌われているものであり、その点において上記ＰＢＯＣＳＴレジスト材料はプロセス上好ましいものではない。
【０００７】
一方、上野らはポリ（ｐ−スチレンオキシテトラヒドロピラニル）を主成分とし、酸発生剤を加えた遠紫外線ポジ型レジスト材料を発表しており（参考；第３６回応用物理学会関連連合講演会、１９８９年、１ｐ−ｋ−７）、この化学増幅レジスト材料は高感度で高解像性であることが知られているが、微細な高アスペクト比のパターンを高精度に形成することはパターンの機械的強度から困難であった。
【０００８】
このように、ノボラック樹脂やポリヒドロキシスチレンをベースポリマーとし、遠紫外線、電子線及びＸ線に感度を有する化学増幅型レジスト材料は、従来より数多く発表されているが、いずれも単層であり、未だ基板段差の問題、基板からの光反射による定在波の問題、高アスペクト比のパターン形成が困難であるという問題があり、実用に供することが難しいというのが現状である。
【０００９】
ところで、段差基板上に高アスペクト比のパターン形成をするには２層レジスト法が一般に優れている。２層レジスト法においてポリシロキサンを用いたアルカリ現像を行うためには水酸基やカルボキシル基などの親水性基を有するポリシロキサンが必要になるが、このポリシロキサン中にはケイ素原子に直接結合した水酸基（シラノール基）が残存し、このシラノール基は酸により架橋反応を生ずるため、化学増幅ポジ型レジスト材料への適用は困難であった。
【００１０】
また、安定なアルカリ可溶性ポリシロキサンとしてはポリヒドロキシベンジルシルセスキオキサンがあり、その水酸基の一部をｔｅｒｔ−ＢＯＣ基で保護した材料は、酸発生剤との組み合わせで化学増幅型のシリコーン系ポジ型レジスト材料になることが知られており（ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．１９２５（１９９３）３７７）、アルカリ可溶性ポリシロキサンをベースポリマーとして用いる例、及びアルカリ可溶性ポリシロキサンの合成方法は、特開平６−１１８６５１号、特開平６−１８４３１１号、特公平５−５８４４６号公報に挙げられている。
【００１１】
即ち、ベースポリマーとなる主骨格のポリシロキサンの合成は、フェノール性水酸基を保護したクロロシランの溶液を水中へ添加するという一般的な加水分解方法によって行うことができる。上記公報には、ポリシロキサンの合成方法として、フェノール性水酸基の保護にメチル基を用い、例えばｐ−メトキシベンジルジクロロシランの加水分解を行ってｐ−メトキシベンジルシルセスキオキサンを得た後に、メチル基を脱離させる方法が示されている。
【００１２】
更に詳述すると、特公平５−５８４４６号公報に記載された方法は、クロロシランを加水分解した後に、アルカリ存在下、縮合を行うものであるが、この場合、活性なシラノール基がポリシロキサン中に多く残存するため、反応終了後も、更に縮合反応が進み、合成における再現性を得ることができない。
【００１３】
特開平６−１８４３１１号公報では、フェノール性水酸基の保護を行ったメチル基の脱離を行う方法としてメチル基を三臭化ホウ素と反応させた後、加水分解する方法が採用されているが、この方法は、試薬である三臭化ホウ素の取扱いが困難であること及び反応温度を極低温にしなければならないこと等により、反応操作が複雑である。また、この方法により得られたポリシロキサンは、本発明者らの検討によると、レジスト材料として調製したとき、そのレジスト溶液を保存中にパーティクルが多量に発生し、レジスト材料としての使用が不可能となり、保存安定性が極めて悪いという問題点を有している。
【００１４】
特開平６−１１８６５１号公報には、ポリシロキサンの縮合反応は、中性条件下、減圧、熱縮合を行うことが適しており、これにより再現性良く得られること及びフェノール性水酸基を保護したメチル基をトリメチルシリルアイオダイドと反応させた後、加水分解を行うことにより、容易にメチル基を脱離することができる旨記載されている。具体的には、例えばフェノール性水酸基をメチル基で保護したｐ−メトキシベンジルクロロシランの加水分解を行い、得られたポリシロキサンを減圧下、熱縮合を行った後、トリメチルシリルアイオダイドと反応させ、次いで加水分解することによりアルカリ可溶性ポリシロキサンが得られる。しかし、この方法により得られたポリシロキサンであっても、レジスト材料として調製したときに十分な保存安定性を得ることができない。
【００１５】
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、高感度、高解像性であり、プロセス適用性に優れるのみならず、保存安定性にも優れ、特に２層レジスト材料として好適に使用される化学増幅型シリコーン系ポジ型レジスト材料を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】
本発明者らは上記目的を達成するため種々検討を行った結果、下記組成式（１）で示されるポリシロキサン（Ａ）をレジスト材料のベースポリマーとして使用することにより保存安定性に優れたレジスト材料が得られること、特に照射される放射線の作用により分解して酸を発生する酸発生剤（Ｂ）として下記一般式（６）で示されるオニウム塩を使用することにより、アルカリ水溶液で現像可能で、高感度、高解像性であり、プロセス適用性に優れるのみならず保存安定性にも優れ、特に２層レジスト法の上層材料として好適に使用される化学増幅型シリコーン系ポジ型レジスト材料が得られることを見い出した。
【００１７】
【化５】
（但し、式中Ｒは同一又は異種の芳香族基又は置換芳香族基を示し、Ｊはスルフォニウム又はヨードニウムを示す。Ｍはトルエンスルフォネート基又はトリフルオロメタンスルフォネート基を示す。ｍは２又は３である。）
【００１８】
即ち、上述したように、従来の合成方法により得られたアルカリ可溶性ポリシロキサンをレジスト材料のベースポリマーとして用いる場合、そのレジスト溶液の保存中にパーティクルが多量に発生し、レジスト材料として使用できなくなるという問題がある。そこで、本発明者らは、その原因を究明したところ、上述の方法で得られたポリシロキサン中には、シラノール基が多く残存することが、29Ｓｉ−ＮＭＲの分析によって判明し、この残存するシラノール基が、レジスト材料の保存中に縮合し、ゲルを生じてパーティクルとして発現することを見い出した。例えば、上記特開平６−１１８６５１号公報に記載された合成方法により得られたアルカリ可溶性ポリシロキサンは、レジスト材料として調製したときの保存安定性は他の合成方法によるものと比較すれば比較的良好であったが、そのポリシロキサン中には、シラノール基が残存することが29Ｓｉ−ＮＭＲにより確認された。即ち、ポリシロキサン中の残存シラノール基はトリメチルシリルアイオダイドによってトリメチルシリル化されるが、その反応は十分ではなく、アルカリ可溶性ポリシロキサン中に未だかなりのシラノール基が残存するため、レジスト材料としての保存安定性が十分ではない。
【００１９】
そこで、本発明者らは、アルカリ可溶性ポリシロキサンをレジスト材料として調製したときの保存安定性を劣化させるポリシロキサン末端の残存シラノール基を低減する合成方法を種々検討すると共に、保存安定性に優れたアルカリ可溶性ポリシロキサンについて更に鋭意検討した結果、残存シラノール基が上記従来法に比べて顕著に低減されたアルカリ可溶性ポリシロキサンが得られることを見い出した。
【００２０】
即ち、まず、例えばｐ−メトキシベンジルトリクロロシラン等の加水分解を行い、その加水分解縮合物を更に熱縮合して得られる下記一般式（２）で示される繰り返し単位からなるポリシロキサンにトリメチルシリルアイオダイドを反応させることにより、ポリシロキサン主鎖の末端シラノール基をトリメチルシリル基で保護すると共に、フェノール性水酸基の保護を行ったメチル基もトリメチルシリル基へ置換させた一般式（３）で示される繰り返し単位からなるポリシロキサンを得た後、加水分解してフェノール性水酸基を生じさせることにより得られる下記一般式（４）で示される繰り返し単位からなるポリシロキサンを下記反応式に示すようにヘキサメチルジシラザン又はトリメチルシリルクロライドにて再トリメチルシリル化して、残存シラノール基及び加水分解により生じたフェノール性水酸基の一部をトリメチルシリル基に置換することにより、下記一般式（５ａ）及び（５ｂ）で示される繰り返し単位からなり、残存シラノール基が上記従来法により得られるアルカリ可溶性ポリシロキサンと比べて顕著に低減されたアルカリ可溶性ポリシロキサンが得られることを見い出した。
【００２１】
【化６】
【００２２】
ここで、上記に挙げた可溶性ポリシロキサンの合成方法において、
▲１▼フェノール性水酸基の保護を行ったメチル基を三臭化ホウ素と反応させた後、加水分解をして得たアルカリ可溶性ポリシロキサン（特開平６−１８４３１１号公報）
▲２▼フェノール性水酸基の保護を行ったメチル基をトリメチルシリルアイオダイドと反応させた後、加水分解をして得たアルカリ可溶性ポリシロキサン（特開平６−１１８６５１号公報）
▲３▼ｐ−メトキシベンジルトリクロロシラン等を加水分解し、熱縮合を行った後、残存シラノール基を保護する目的でトリメチルシリル化すると共にフェノール性水酸基の保護を行ったメチル基をトリメチルシリル化するためにトリメチルシリルアイオダイドと反応させ、次いで加水分解した後、残存シラノール基及びフェノール性水酸基の一部をヘキサメチルジシラザン又はＭｅ3ＳｉＣｌで再トリメチルシリル化して得たアルカリ可溶性ポリシロキサン（上記反応式）
を29Ｓｉ−ＮＭＲにより分析したところ、残存シラノール基は▲３▼が最も少なく、次に▲２▼となり、▲１▼が最も多いことが判明した。また、上記３種のアルカリ可溶性ポリシロキサンをｔｅｒｔ−ブトキシカルボニル基等の酸不安定基で保護し、レジスト材料のベースポリマーとして用いた場合、▲３▼のポリマーが最も保存安定性に優れていることが判明した。つまり、本発明に係る上記方法によって得られる上記組成式（１）で示されるポリシロキサン（Ａ）をレジスト材料のベースポリマーとして用いることにより、その保存安定性が非常に優れたものとなることを知見し、本発明をなすに至った。
【００２３】
従って、本発明は、ポリシロキサンの末端シラノール基がトリメチルシリル基で保護された上記組成式（１）で示されるポリシロキサン（Ａ）と酸発生剤（Ｂ）とを含有することを特徴とする化学増幅ポジ型レジスト材料、特にポリシロキサン（Ａ）の重量平均分子量が５，０００〜５０，０００であり、上記一般式（２）で示される繰り返し単位からなるポリシロキサンのシラノール基をトリメチルシリルアイオダイドにてトリメチルシリル化すると共に、メトキシ基のメチル基をトリメチルシリル基に置換し、次いで加水分解してフェノール性水酸基を生じさせた後、ヘキサメチルジシラザン又はトリメチルシリルクロライドにてこのフェノール性水酸基の水素原子の一部をトリメチルシリル化すると共に、残存するシラノール基の水素原子をトリメチルシリル化して得られる上記一般式（５ａ）及び（５ｂ）で示される繰り返し単位からなるポリシロキサンの残存するフェノール性水酸基の一部を更にトリメチルシリル基以外の酸不安定基で置換する
【化１３】
【００２４】
以下、本発明につき更に詳細に説明すると、本発明の化学増幅ポジ型レジスト材料は、アルカリ可溶性樹脂としてポリシロキサン（Ａ）を含有し、このポリシロキサン（Ａ）と酸発生剤（Ｂ）とからなる２成分系レジスト材料として使用できるばかりでなく、必要に応じて溶解阻害剤（Ｃ）を添加した３成分系レジスト材料としても使用できるものである。ここで、本発明のポリシロキサン（Ａ）は下記組成式（１）で示されるもので、末端シラノール基がトリメチルシリル基で封鎖されているものである。
【００２５】
【化７】
ここで、Ｑで示される酸不安定基としてはトリメチルシリル基以外の酸不安定基で、ｔｅｒｔ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブトキシカルボニル基、ｔｅｒｔ−ブトキシカルボニルメチル基等が挙げられ、特にｔｅｒｔ−ブトキシカルボニル基が好ましい。
【００２７】
ａは０．００１≦ａ≦０．０５であり、このＯＳｉＭｅ3はポリシロキサン（Ａ）の末端を封鎖する。
【００２８】
【化８】
即ち、ポリシロキサン（Ａ）は、下記式（１’）で表すことができる。
【００３０】
【化９】
【００３１】
また、上記ポリシロキサン（Ａ）におけるフェノール性水酸基へのトリメチルシリル基の導入比を示すｒは、ｒ／（ｐ＋ｑ＋ｒ）が０．０５〜０．５、特に０．１〜０．２であることが好ましい。トリメチルシリル基の導入量は、下記一般式（４）の繰り返し単位からなるポリシロキサンに対するトリメチルシリル化剤の反応量により調整することができるが、ｒ／（ｐ＋ｑ＋ｒ）が０．０５未満の場合、残存するシラノール基の十分な保護を行うことができず、調製したレジスト材料の保存安定性を良くすることができない場合があり、ｒ／（ｐ＋ｑ＋ｒ）が０．５を超える場合、レジスト材料の感度を低下させる場合がある。
【００３２】
上記ポリシロキサン（Ａ）の重量平均分子量は、５，０００〜５０，０００、特に５，０００〜１０，０００であることが好ましい。５，０００未満では所望のプラズマ耐性が得られなかったりアルカリ水溶液に対する溶解阻害効果が低い場合があり、５０，０００を超えると汎用なレジスト溶剤に溶け難くなる場合がある。
【００３３】
上記ポリシロキサン（Ａ）は、以下の合成方法により得ることができる。
まず、ｐ−メトキシベンジルシロキサン等を加水分解し、その加水分解縮合物を更に熱縮合して得られる下記一般式（２）で示される繰り返し単位からなるポリシロキサンを、その主鎖末端のシラノール基保護及びフェノール性水酸基の保護を行ったメチル基のトリメチルシリル化のためにトリシリルアイオダイドと反応させて下記一般式（３）で示される繰り返し単位からなるオルガノポリシロキサンを製造する。このトリメチルシリル化反応は、上記ポリシロキサンをアセトニトリル等の有機溶剤に溶解し、この有機溶剤中にトリメチルシリルアイオダイドを滴下し、反応温度を２０〜３０℃とし、反応時間を８〜１０時間とすることが好ましい。
【００３４】
次いで、加水分解を行い、フェノール性水酸基を保護しているトリメチルシリル基を脱離し、フェノール性水酸基を生じさせ、下記一般式（４）で示される繰り返し単位からなるポリシロキサンを得る。ここで、加水分解条件は脱シリル化の公知の条件を採用することができ、例えば水冷下、発熱に注意しながら３０〜４５℃の温度で水を添加する。
【００３５】
更に、下記一般式（４）の繰り返し単位からなるポリシロキサンを再トリメチルシリル化して下記一般式（５ａ）及び（５ｂ）の繰り返し単位からなるポリシロキサンを得る。この場合、トリメチルシリル化は下記一般式（４）の繰り返し単位からなるポリシロキサンをトルエンなどの有機溶剤に溶解し、シリル化剤としてヘキサメチルジシラザンを用いることが好ましく、反応温度は０℃〜室温、反応時間は２〜５時間とすることが好ましい。この方法では、トリメチルシリル化した後に、副生するアンモニアが反応系に残存しないことから、反応後、反応溶媒を減圧下ストリップすることで精製を行うことができ、容易に目的のトリメチルシリル化が行える利点がある。なお、有機溶剤に溶解した後、塩基存在下、トリメチルシリルクロライドと反応させることによってトリメチルシリル化することも可能であるが、生じる塩酸塩の除去が困難である場合があり、特に、塩酸塩を水中に溶解分離する方法は、トリメチルシリル基の加水分解が生じ、再度、ポリマー中にシラノール基が生成する場合があるので、上述したヘキサメチルジシラザンを用いる方法を採用することが推奨される。この再トリメチルシリル化によるフェノール性水酸基へのトリメチルシリル基の導入量は、反応条件の選定、及びヘキサメチルジシラザンなどのシリル化剤の仕込量によってコントロールすることができる。
【００３６】
更に、上記ポリシロキサンのフェノール性水酸基を酸不安定基で置換するには以下の方法により行うことができる。
【００３７】
例えば、ｔｅｒｔ−ブトキシカルボニル化するには、ピリジン溶液中で二炭酸ジ−ｔｅｒｔ−ブチルと反応させることにより簡単に行うことができ、また、ｔｅｒｔ−ブトキシカルボニルメチルオキシ化するにはｔｅｒｔ−ブチルブロモ酢酸エステルと塩基存在下反応させ、ｔｅｒｔ−ブトキシ化するには無水トリフルオロ酢酸存在下、ｔｅｒｔ−ブチルアルコールと反応させることにより行う。
【００３８】
【化１０】
【００３９】
なお、この反応式において、上記式（２）のポリシロキサンとトリメチルシリルアイオダイドとの反応においては、式（２）のポリシロキサンの末端シラノール基の全部がトリメチルシリル基で保護されず、また、それに加えて式（４）のポリシロキサンの加水分解において、非常にわずかではあるが、ポリシロキサン鎖末端のトリメチルシリル基が脱保護されて、下記式（４ａ）の単位からなる化合物が化合物（４）中に残存する。
【００４０】
【化１１】
【００４１】
上記反応式によれば、ヘキサメチルジシラザン又はトリメチルシリルクロライドによりトリメチルシリル化でかかる残存シラノール基をトリメチルシリル基で確実に保護するので、式（５ａ）及び（５ｂ）の単位からなる化合物中には残存シラノール基を実質的に含まず、従ってこれから得られる式（１）のポリシロキサン（Ａ）も残存シラノール基を実質的に含まないものである。
【００４２】
ここで、上記式（４ａ）の単位からなるポリマーの残存シラノール基量の定量は非常に困難であると共に、残存シラノール基のみを定量的にトリメチルシリル基によって保護することは困難である。
【００４３】
従って、残存シラノール基を十分保護するためには、過剰のトリメチルシリル化剤により反応を行う必要があり、そのためフェノール性水酸基の一部も必然的にトリメチルシリル化される。ところで、フェノール性水酸基を上記式（１）のようにトリメチルシリル基で置換した場合、これをベースポリマーとするレジスト材料は極めて高い保存安定性を示すことが認められた。そして、このようにポリシロキサンのフェノール性水酸基をトリメチルシリル基で保護したものをレジスト材料のベースポリマーとした場合、このトリメチルシリル基はレジスト膜中ではｔｅｒｔ−ブトキシカルボニル基等の酸不安定基と同様に露光によって酸発生剤から生じる酸によって脱保護されるので、レジスト膜の解像性に問題が生じることもない。ここで、仮にフェノール性水酸基をトリメチルシリル基で保護しないで、例えば酸不安定基等のみで保護した場合、トリメチルシリル基との組み合わせによる場合と同様な保存安定性効果を発揮させるためには、保護するフェノール性水酸基の割合を大きくする必要があり、レジスト材料として調製したときに感度低下、解像力低下が生じてしまう。また、トリメチルシリル基に代えてテトラヒドロピラニル基を用いた場合、レジスト露光部での脱保護基が困難なため、レジスト材料の感度、解像力の低下が生じる。一方、フェノール性水酸基の一部をトリメチルシリル基のみで保護した場合、そのレジスト材料の解像力を向上させることは困難であり、酸不安定基の導入も必要であった。従って、製造が非常に容易で、レジスト材料としての保存安定性が極めて高く、その感度、解像力に優れるベースポリマーとしては、上記式（１）で示されるフェノール性水酸基の一部をトリメチルシリル基及び酸不安定基で保護した可溶性ポリシロキサンが有効であることを見い出したものである。
【００４４】
本発明のレジスト材料におけるポリシロキサン（Ａ）の配合量は、３成分系、２成分系のいずれの場合であっても、溶剤を除く材料全体量に対して５５％以上（重量％、以下同様）、特に８０％以上が好適である。配合量が５５％未満では、レジスト溶液としたときの塗布性が悪かったり、レジスト膜の強度が悪かったりする場合がある。
【００４５】
本発明のレジスト材料は、酸発生剤（Ｂ）として下記一般式（６）で示されるオニウム塩を使用すると好適である。
（Ｒ）mＪＭ …（６）
（但し、式中Ｒは同一又は異種の芳香族基又は置換芳香族基を示し、Ｊはスルフォニウム又はヨードニウムを示す。Ｍはトルエンスルフォネート基又はトリフルオロメタンスルフォネート基を示す。ｍは２又は３である。）
【００４６】
即ち、遠紫外線、電子線、Ｘ線等の照射される高エネルギー線に対し分解して酸を発生する酸発生剤として、オキシムスルホン酸誘導体、２，６−ジニトロベンジルスルホン酸誘導体、ナフトキノン−４−スルホン酸誘導体、２，４−ビストリクロロメチル−６−アリル−１，３，５−トリアジン誘導体、α，α’−ビスアリルスルホニルジアゾメタン等が挙げられる。しかしながら、本発明の上記ポリシロキサン（Ａ）をベースポリマーとする場合、これらの酸発生剤（Ｂ）では高感度なレジスト材料を得ることができない場合があり、上記一般式（６）で表されるオニウム塩が好ましく用いられる。
【００４７】
上記式（６）において、Ｒとして具体的には、ｔｅｒｔ−ブトキシフェニル基、ｔｅｒｔ−ブトキシカルボニルオキシフェニル基、ｔｅｒｔ−ブトキシカルボニルメトキシフェニル基、テトラヒドロピラニルオキシフェニル基、トリメチルシロキシフェニル基等が挙げられ、これらの中でもｔｅｒｔ−ブトキシフェニル基、ｔｅｒｔ−ブトキシカルボニルオキシフェニル基又はｔｅｒｔ−ブトキシカルボニルメトキシフェニル基が好適であり、本発明におけるオニウム塩としては上記式（６）のＲの少なくとも一つがこれらの基であることが望ましい。
【００４８】
ここで、上記一般式（６）で表されるオニウム塩の例として、一般的には（Ｃ6Ｈ5）2Ｉ+-Ｏ3ＳＣＦ3、（Ｃ6Ｈ5）3Ｓ+-Ｏ3ＳＣＦ3、（Ｃ6Ｈ5ＳＣ6Ｈ4）（Ｃ6Ｈ5）2Ｓ+-Ｏ3ＳＣＦ3、（Ｃ6Ｈ5）2Ｉ+-Ｏ3Ｓ（Ｃ6Ｈ4）ＣＨ3、（ｔｅｒｔ−ブチル−Ｃ6Ｈ4）2Ｉ+-Ｏ3ＳＣＦ3、（Ｃ6Ｈ5）（ＭｅＯＣ6Ｈ5）Ｉ+-Ｏ3Ｓ（Ｃ6Ｈ4）ＣＨ3等が知られている。しかしながら、これらの酸発生剤は、レジスト溶液として塗布する際の好適な溶媒として汎用されているエチルセロソルブアセテート、乳酸エチル、エトキシ−２−プロパノール等に対して溶解性が低いという欠点を有する。このため、レジスト材料中に適量を混合することが困難である場合がある。また、溶媒に対する溶解性が高いものであっても本発明のポリシロキサン（Ａ）との相溶性が悪いため、良好なレジスト膜を形成することが困難であったり、光照射後の熱処理を行うまでの間に経時的な感度変化やパターン形状の変化が生じやすいという欠点を有する酸発生剤もある。特にポリシロキサン（Ａ）との相溶性が悪い酸発生剤の場合、レジスト膜中での分布を生じ、パターン表面においてオーバーハングが観察されることがある。化学増幅レジスト材料においては、レジスト膜表面において酸が失活するあるいは表面に酸発生剤がなくなることにより、このような現象を良く生じる。
【００４９】
そこで、上記一般式（６）においてＲの少なくとも一つがｔｅｒｔ−ブトキシフェニル基等で置換された上記オニウム塩を使用することにより、汎用されている上記レジスト溶剤に容易に溶解し、且つポリシロキサン（Ａ）との相溶性が良いのみならず、露光後の溶解性が優れるという特徴を有し、レジストパターンが基板に対し垂直に形成できる。つまり、上記オニウム塩は、そのｔｅｒｔ−ブトキシフェニル基等により、露光及び熱処理時にフェノール性水酸基又はカルボン酸を生じるため、露光後の溶解性が改善される。そのため、一般的にはオニウム塩は溶解阻害効果を示すが、これらのオニウム塩は露光後溶解促進効果を有する。従って、露光前後の溶解速度差を大きくすることができ、好適に使用される。なお、酸不安定基で置換されたＲの数が多いほどそのオニウム塩の溶解性は優れる傾向にある。
【００５０】
上記一般式（６）のＲの少なくとも一つが酸不安定基で置換されたオニウム塩としては下記構造式で示されるオニウム塩を例示することができる。なお、下記構造式において、ｔ−ＢｕＯはｔｅｒｔ−ブトキシ基、ＴＨＰＯはテトラヒドロピラニルオキシフェニル基、Ｔｆはトリフルオロメタンスルフォネート基、Ｔｓはトルエンスルフォネート基を示す。
【００５１】
【化１２】
本発明のレジスト材料における上記オニウム塩の配合量は、溶剤を除く材料全体量に対して０．５〜１５％、特に１〜１０％が好適である。０．５％未満であってもポジ型のレジスト特性を示すが、感度が低くなる。酸発生剤の含量が増加すると、レジスト感度は高感度化する傾向を示し、コントラスト（γ）は向上するが、１５％を超えるとポジ型のレジスト特性を示すものの、それ以上の含量の増加による更なる高感度化が期待できないこと、オニウム塩は高価な試薬であること、レジスト材料中の低分子成分の増加はレジスト膜の機械的強度を低下させること、また酸素プラズマ耐性も低下すること等により、オニウム塩（Ｂ）の配合量は１５％以下が好適である。
【００５３】
本発明のレジスト材料は、溶解阻害剤（Ｃ）を配合した３成分系のものとしても好適であり、この溶解阻害剤（Ｃ）としては、分子内に一つ以上の酸不安定基を有するものであれば、低分子量の化合物や高分子化合物のいずれであっても良く、公知のポジ型レジスト用溶解阻害剤を使用することができる。ここで、酸不安定基としては上記一般式（６）のＲと同様のものが挙げられる。このような溶解阻害剤（Ｃ）として、例えばビスフェノールＡの水酸基をｔｅｒｔ−ＢＯＣ化した化合物や、フロログルシンやテトラヒドロキシベンゾフェノン等をｔｅｒｔ−ＢＯＣ化した化合物等を挙げることができる。
【００５４】
本発明のレジスト材料における上記溶解阻害剤（Ｃ）の配合量は、溶剤を除く材料全体量に対して４０％以下、特に１０〜３０％とすることが好ましい。４０％を超えるとレジスト膜の酸素プラズマ耐性が著しく低下するため、２層レジスト法の材料として使用できなくなる。
【００５５】
本発明のレジスト材料は、上記ポリシロキサン（Ａ）及び酸発生剤（Ｂ）、もしくは（Ａ）、（Ｂ）及び溶解阻害剤（Ｃ）の各成分を有機溶剤に溶解して使用するものである。このときの有機溶剤としては、それぞれの成分が十分に溶解され、且つレジスト膜が均一に広がるものが好ましく、具体的には酢酸ブチル、キシレン、アセトン、セロソルブアセテート、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、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ジブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、乳酸エチル、乳酸メチル、乳酸プロピル、乳酸ブチル等を挙げることができ、これらの中でも特に乳酸エチル、酢酸ブチル、ジエチレングリコールモノエチルエーテルが好適に使用される。また、これらの有機溶剤は、その１種を単独で使用しても、２種以上を組み合わせて使用してもよい。なお、この有機溶剤の配合量は、（Ａ）、（Ｂ）、もしくは（Ａ）〜（Ｃ）成分の総重量の数倍量とすることが好適である。
【００５６】
なお、本発明のレジスト材料には、本発明の効果を妨げない範囲で、適宜その他の添加剤を添加することもできる。
【００５７】
本発明のレジスト材料を用いてパターン形成する方法としては、通常の方法を採用することができ、例えば以下のようにして行うことができる。
【００５８】
まず、シリコン基板上に下層レジスト膜として厚い有機ポリマー層を形成する。ここで、下層レジスト膜の材料としてはノボラック樹脂系ポジ型フォトレジスト材料を使用でき、これを基板上に塗布したのち、２００℃で１時間ハードベークする。これにより、本発明のレジスト材料とのインターミキシングを防ぐことができる。下層レジスト膜を形成した後、本発明のレジスト材料の溶液をその上にスピン塗布し、プリベークを行い、高エネルギー線を照射する。この際、酸発生剤（Ｂ）が分解して酸を生成する。ＰＥＢ（Ｐｏｓｔ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｂａｋｅ）を行うことにより、酸を触媒としてｔｅｒｔ−ＢＯＣ基等の酸不安定基が分解し、溶解阻害効果が消失する。その後、アルカリ水溶液で現像し、水でリンスすることによりポジ型レジストパターンを下層レジスト膜上に形成することができる。
【００５９】
【実施例】
以下、実施例と比較例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。なお、実施例、比較例の説明に先立ち、ベースポリマーとして使用するポリシロキサンの合成例を示す。
【００６０】
［合成例１］
ｐ−メトキシベンジルシルセスキオキサンの合成
反応器に６００ｍｌの水を仕込み３０℃で撹拌しながらｐ−メトキシベンジルトリクロロシラン２８３．５ｇ（１モル）及びトルエン３００ｍｌの混合液を２時間かけて滴下し、加水分解を行った。その後、分液操作により水層を除去し、有機層をエバポレータにより溶媒留去した。その濃縮液を減圧下２００℃で２時間加熱し、重合反応を行った。得られた重合物にアセトニトリル２００ｇを加えて溶解し、ｐ−メトキシベンジルシルセスキオキサンの溶液を得た。
【００６１】
［合成例２］
ｐ−ヒドロキシベンジルシルセスキオキサンの合成−１
合成例１で得られた溶液中に６０℃以下でトリメチルシリルアイオダイド２４０ｇを滴下し、６０℃で１０時間反応させた。反応終了後、水２００ｇを加えて加水分解を行い、次いでデカントによりポリマー層を得た。そのポリマー層を真空乾燥することにより、ｐ−ヒドロキシベンジルシルセスキオキサン１６５ｇを得た。このポリマーの分子量をＧＰＣ（ゲルパーミエィションクロマトグラフィー）を用いて測定したところ、ポリスチレン換算でＭｗ＝３，０００であった。また、29Ｓｉ−ＮＭＲの分析において、−６２ｐｐｍにＳｉＯＨ基に起因するピークが観測された。
【００６２】
［合成例３］（比較例）
ｐ−ヒドロキシベンジルシルセスキオキサンの合成−２
合成例１で得られた重合物を、アセトニトリルに代えて塩化メチレン２００ｇを加えて溶解した。この溶液を−８０℃まで冷却し、三臭化ホウ素２５０ｇ（１モル）の塩化メチレン６００ｍｌ溶液を徐々に撹拌しながら１０時間かけて滴下した。滴下終了後、−８０℃で２時間熟成を行った後、徐々に室温へ戻し、更に熟成を１昼夜行った。反応終了後、水１リットルを撹拌しながら添加し、有機層と分離した。有機層の水洗を洗浄水が中性になるまで行い、溶媒を除去した後、メタノールに溶解し、次いで水中へ添加して白色の沈澱物を得た。この沈澱物を真空乾燥することにより、ｐ−ヒドロキシベンジルシルセスキオキサン１３４ｇを得た。このポリマーの分子量をＧＰＣ（ゲルパーミエィションクロマトグラフィー）を用いて測定したところ、ポリスチレン換算でＭｗ＝２，９００であった。また、29Ｓｉ−ＮＭＲの分析において、−６２ｐｐｍにＳｉＯＨ基に起因するピークが観測され、このＳｉＯＨ基のピークを−７０ｐｐｍのシルセスキオキサンのピークの大きさと比較したところ、合成例２で得られたｐ−ヒドロキシベンジルシルセスキオキサンより多く存在することが判明した。
【００６３】
［合成例４］
ｐ−ヒドロキシベンジルシルセスキオキサンのトリメチルシリル化
合成例２で得られたｐ−ヒドロキシベンジルシルセスキオキサン１５９．２ｇをトルエン４００ｍｌに溶解し、ヘキサメチルジシラザン２２．３ｇ（０．１７モル）を添加し、３時間還流した。その後、トルエンを減圧下ストリップして除去し、残査を真空乾燥したところ、ｐ−ヒドロキシベンジルシルセスキオキサンのトリメチルシリル化したポリマー２２．４ｇが得られた。1Ｈ−ＮＭＲの分析において、６〜７ｐｐｍのフェニル基のピークと０ｐｐｍのトリメチルシリル基のピークとにより、トリメチルシリル基の導入率を求めたところ、約１０％であった。また、29Ｓｉ−ＮＭＲの分析では−６２ｐｐｍのＳｉＯＨ基に起因するピークは観測されず、−７０ｐｐｍのシルセスキオキサンのピークのみ観測された。
【００６４】
［合成例５］
合成例４で得られたポリマーのｔｅｒｔ−ブトキシカルボニル（ｔｅｒｔ−ＢＯＣ）化
合成例４で得られたポリマー２５ｇをピリジン２５０ｇに溶解し、４５℃で撹拌しながら二炭酸ジ−ｔｅｒｔ−ブチルを６．８５ｇ（０．０３１モル、水酸基に対して約２０モル％に相当）を添加した。添加と同時にガスが発生したが、Ｎ2気流中で１．５時間反応させた。反応液のピリジンをストリップした後、メタノール１００ｍｌに溶解して水５リットル中に滴下し、白色の沈澱物を得た。この沈澱物の水洗を５回繰り返した後、濾過し、４０℃以下で真空乾燥したところ、ｔｅｒｔ−ブトキシカルボニル化されたｐ−ヒドロキシベンジルシルセスキオキサン２５ｇが得られた。1Ｈ−ＮＭＲの分析において、６〜７ｐｐｍのフェニル基のピークと１〜２ｐｐｍのｔｅｒｔ−ブチル基及びメチレンのピークとにより、ｔｅｒｔ−ＢＯＣ化率を求めたところ、１９．６％であった。
【００６５】
［合成例６］（比較例）
合成例２で得られたポリマーのｔｅｒｔ−ブトキシカルボニル（ｔｅｒｔ−ＢＯＣ）化
合成例５と同様の方法で、合成例２で得られたポリマーのｔｅｒｔ−ブトキシカルボニル化を行った。
【００６６】
［合成例７］（比較例）
合成例３で得られたポリマーのｔｅｒｔ−ブトキシカルボニル（ｔｅｒｔ−ＢＯＣ）化
合成例５と同様の方法で、合成例３で得られたポリマーのｔｅｒｔ−ブトキシカルボニル化を行った。
【００６７】
【００６８】
次に、このレジスト溶液をシリコン基板に２，０００ｒｐｍでスピン塗布し、ホットプレート上にて８５℃で１分間プリベークした。このとき、膜厚は０．４μｍであった。ＫｒＦエキシマレーザー又は加速電圧３０ｋＶの電子線で描画したのち、８５℃で２分間ＰＥＢを行った。２．４％のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）の水溶液で１分間現像を行い、水で３０秒間リンスした。
【００６９】
得られたレジスト膜はポジ型の特性を示し、Ｄ0感度は４．５μＣ／ｃｍ2であった。電子線に代えて、遠紫外線であるＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）で評価した場合のＥｔｈ感度は１０ｍＪ／ｃｍ2であった。ここで用いたベース樹脂は、現像液に対して３５ｎｍ／ｓの溶解速度を示した。本レジスト膜は未露光部は約１．５ｎｍ／ｓの溶解速度を有し、露光部はＰＥＢ後、４０ｎｍ／ｓの溶解速度を有した。
【００７０】
ＫｒＦエキシマレーザー露光では、０．２５μｍライン＆スペースパターンやホールパターンが解像し、基板に対し垂直な側壁を持つパターンが形成できた。また、電子線描画では０．１μｍが解像した。
【００７１】
また、上記レジスト溶液の保存安定性を調べたところ、レジスト溶液として調製し、濾過した直後の溶液中の０．３μｍ以上のパーティクル数は、１０個／ｍｌであったのに対し、室温下、１カ月、２カ月保存した後の各溶液中のパーティクル数は、それぞれ２０個／ｍｌ、２４個／ｍｌであり、レジスト溶液中のパーティクル数は、ほとんど変化しないことが認められた。また、保存後のレジスト溶液を使用した場合のレジスト膜の感度、解像性等のレジスト特性も変わらなかった。
【００７２】
［比較例１］
実施例１において、ポリマーを合成例６で得られたポリマーに代えた以外は実施例１と同様にしてレジスト溶液を調製した。
【００７３】
レジスト溶液として調製した直後は、実施例１のレジスト膜と同様のレジスト特性を示したが、室温下で１カ月保存した後は、溶液中の０．３μｍ以上のパーティクル数が３，０００個／ｍｌを超えた。このレジスト溶液によるレジスト膜のＫｒＦエキシマレーザーによる露光においては、Ｅｔｈ感度は１３ｍＪ／ｃｍ2と低下し、０．３５μｍのパターンまでしか解像できなかった。更に、２カ月保存したものは、パーティクルの測定が不可能なくらいにパーティクル数が増大した。
【００７４】
［比較例２］
実施例１において、ポリマーを合成例７で得られたポリマーに代えた以外は実施例１と同様にしてレジスト溶液を調製した。
【００７５】
レジスト溶液として調製した直後は、実施例１のレジスト膜と同様のレジスト特性を示したが、室温下で１カ月保存した時点で、パーティクルの測定が不可能なくらいにパーティクル数が増大した。
【００７６】
［実施例２］
シリコンウエハーに下層レジスト膜としてＯＦＰＲ８００（東京応化社製）を２μｍの厚さに塗布し、２００℃で１時間加熱し、硬化させた。この下層レジスト膜の上に実施例１のレジスト溶液を上記と同様の方法で約０．４μｍ厚さで塗布し、プリベークした。実施例１と同様に電子線又はＫｒＦエキシマレーザーで露光および現像し、パターンを下層レジスト膜上に形成した。
【００７７】
その後、平行平板型スパッタエッチング装置で酸素ガスをエッチァントガスとしてエッチングを行った。下層レジスト膜のエッチング速度が１５０ｎｍ／ｍｉｎであるのに対し実施例１の組成のレジスト膜は２．５ｎｍ／ｍｉｎ以下であった。１５分間エッチングすることにより、実施例１のレジスト膜に覆われていない部分の下層レジスト膜は完全に消失し、２μｍ以上の厚さの２層レジストパターンが形成された。ＫｒＦエキシマレーザー露光では０．２５μｍ、電子線露光では０．１μｍのパターンが高アスペクト比で形成できた。このエッチング条件を以下に示す。
ガス流量：５０ＳＣＣＭ， ガス圧：１．３Ｐａ
ｒｆパワー：５０Ｗ， ｄｃバイアス：４５０Ｖ
【００７８】
【発明の効果】
本発明の化学増幅ポジ型レジスト材料は、高エネルギー線に感応し、感度、解像性、ＰＥＢディレー安定性、酸素プラズマエッチング耐性に優れている。このため、下層レジスト膜上に本発明のレジスト材料を塗布した２層レジスト膜は微細なパターンを高アスペクト比で形成できる特徴を有する。従って、特に電子線や遠紫外線による微細加工に有用である。また、本発明の化学増幅ポジ型レジスト材料は、特にＫｒＦエキシマレーザーの露光波長での吸収が小さいため、微細でしかも基板に対し垂直なレジストパターンを容易に形成できる特徴がある。
Claims (5)
- ポリシロキサンの末端シラノール基がトリメチルシリル基で保護された下記組成式（１）で示されるポリシロキサン（Ａ）と酸発生剤（Ｂ）とを含有することを特徴とする化学増幅ポジ型レジスト材料。
Ｒ（ＯＳｉＭｅ3）aＳｉＯ(3-a)/2 …（１）
- 上記ポリシロキサン（Ａ）の重量平均分子量が５，０００〜５０，０００である請求項１記載の化学増幅ポジ型レジスト材料。
- 上記ポリシロキサン（Ａ）が、下記一般式（２）
で示される繰り返し単位からなるポリシロキサンのシラノール基をトリメチルシリルアイオダイドにてトリメチルシリル化すると共に、メトキシ基のメチル基をトリメチルシリル基に置換し、次いで加水分解してフェノール性水酸基を生じさせた後、ヘキサメチルジシラザン又はトリメチルシリルクロライドにてこのフェノール性水酸基の水素原子の一部をトリメチルシリル化すると共に、残存するシラノール基の水素原子をトリメチルシリル化して得られる下記一般式（５ａ）及び（５ｂ）
で示される繰り返し単位からなるポリシロキサンの残存するフェノール性水酸基の一部又は全部を更にトリメチルシリル基以外の酸不安定基で、
- 酸発生剤（Ｂ）が下記一般式（６）で示されるオニウム塩である請求項１乃至３のいずれか１項記載の化学増幅ポジ型レジスト材料。
（Ｒ）mＪＭ …（６）
（但し、式中Ｒは同一又は異種の芳香族基又は置換芳香族基を示し、Ｊはスルフォニウム又はヨードニウムを示す。Ｍはトルエンスルフォネート基又はトリフルオロメタンスルフォネート基を示す。ｍは２又は３である。） - 溶解阻害剤（Ｃ）を含有する請求項１乃至４のいずれか１項記載の化学増幅ポジ型レジスト材料。
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