JP3849700B2 - ネガ型感放射線性樹脂組成物 - Google Patents

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Description

本発明は、特定の感放射線性酸発生剤を含有し、遠紫外線、X線、荷電粒子線の如き各種の放射線を用いる微細加工に有用なレジストとして好適なネガ型感放射線性樹脂組成物に関する。
集積回路素子の製造に代表される微細加工の分野においては、より高い集積度を得るために、リソグラフィーにおける加工サイズの微細化が進んでおり、近年では、0.5μm以下の微細加工を再現性よく行なうことの可能な技術が必要とされている。そのため、微細加工に用いられるレジストにおいても0.5μm以下のパターンを精度よく形成することが必要であるが、従来の可視光線(波長800〜400nm)または近紫外線(波長400〜300nm)を用いる方法では、0.5μm以下の微細パターンを高精度に形成することは極めて困難である。そこで、より短波長(波長300nm以下)の放射線の利用が鋭意検討されている。
このような短波長の放射線としては、例えば、水銀灯の輝線スペクトル(波長254nm)、KrFエキシマレーザー(波長248nm)あるいはArFエキシマレーザー(波長193nm)等に代表される遠紫外線、シンクロトロン放射線等のX線、電子線等の荷電粒子線を挙げることができるが、これらのうち特にエキシマレーザーを使用するリソグラフィーが、その高出力、高効率特性等の理由から、特に注目されている。このため、リソグラフィーに用いられるレジストに関しても、エキシマレーザーにより、0.5μm以下の微細パターンを高感度かつ高解像度で再現性よく形成できることが必要とされている。
エキシマレーザー等の遠紫外線に適したレジストとしては、放射線の照射(以下、「露光」という。)により酸を生成する感放射線性酸発生剤を使用し、その酸の触媒作用によりレジストの感度を向上させた「化学増幅型レジスト」が提案されている。
このような化学増幅型レジストとしては、例えば、特許文献1に、t−ブチル基あるいはt−ブトキシカルボニル基で保護された樹脂と感放射線性酸発生剤との組合せが、また特許文献2に、シリル基で保護された樹脂と感放射線性酸発生剤との組合せが、それぞれ開示されている。またその他にも、アセタール基を含有する樹脂と感放射線性酸発生剤とを含有するレジスト(特許文献3)等、化学増幅型レジストに関しては多くの報告がなされている。
特開昭59−45439号公報 特開昭60−52845号公報 特開平2−25850号公報
これらの化学増幅型レジストに使用される感放射線性酸発生剤としては、例えば、トリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、トリフェニルスルホニウムナフタレンスルホネート、シクロヘキシルメチル(2−オキソシクロヘキシル)スルホニウムトリフルオロメタンスルホネート等のオニウム塩や、2,6−ジニトロベンジルのスルホン酸エステル、トリス(メタンスルホニルオキシ)ベンゼン、ビス(シクロヘキシルスルホニル)ジアゾメタン等が使用されているが、これらの従来の感放射線性酸発生剤は、一般に感度の点で満足できず、また感度が比較的高い場合でも、解像度、パターン形状等を総合したレジスト性能の点で未だ十分とは言えない。
このような状況から、高感度であり、かつ解像度、パターン形状等にも優れた感放射線性酸発生剤の開発が強く求められている。
本発明の課題は、特に高感度であり、かつ解像度、パターン形状等にも優れたレジストパターンを形成しうるネガ型感放射線性樹脂組成物を提供することにある。
本発明によると、前記課題は、
(A)下記式(1−1)
Figure 0003849700
〔式(1−1)において、R1 およびR2 は相互に同一でも異なってもよく、水素原子または炭素数1〜4のアルキル基を示し、R3 は水酸基または−OR4 (但し、R4 は炭素数1〜6の1価の有機基を示す。)を示し、A1 - は1価アニオンを示し、bは〜7の整数である。〕
で表される感放射線性酸発生剤、
(C)アルカリ可溶性樹脂、および
(D)酸の存在下でアルカリ可溶性樹脂を架橋しうる化合物
を含有することを特徴とするネガ型感放射線性樹脂組成物によって達成される。
以下、本発明を詳細に説明する。
感放射線性酸発生剤
本発明において使用される感放射線性酸発生剤(以下、「酸発生剤(A)」という。)は、前記式(1−1)で表され、露光により化学変化を生じて、酸を発生する成分である。
式(1−1)において、R1 および2 の炭素数1〜4のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、i−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基等を挙げることができる。
また、R3 の−OR4 としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、i−プロポキシ基、n−ブトキシ基、i−ブトキシ基、sec−ブトキシ基、t−ブトキシ基等のアルコキシル基;
メトキシメトキシ基、エトキシメトキシ基、n−プロポキシメトキシ基、i−プロポキシメトキシ基、1−メトキシエトキシ基、1−エトキシエトキシ基、1−n−プロポキシエトキシ基、1−i−プロポキシエトキシ基、2−メトキシエトキシ基、2−エトキシエトキシ基、2−n−プロポキシエトキシ基、2−i−プロポキシエトキシ基、1−メトキシプロポキシ基、2−メトキシプロポキシ基、3−メトキシプロポキシ基、1−エトキシプロポキシ基、2−エトキシプロポキシ基、3−エトキシプロポキシ基等のアルコキシアルコキシル基;
メトキシカルボニルオキシ基、エトキシカルボニルオキシ基、n−プロポキシカルボニルオキシ基、i−プロポキシカルボニルオキシ基、n−ブトキシカルボニルオキシ基、i−ブトキシカルボニルオキシ基、sec−ブトキシカルボニルオキシ基、t−ブトキシカルボニルオキシ基等のアルコキシカルボニルオキシ基;2−テトラヒドロフラニルオキシ基、2−テトラヒドロピラニルオキシ基等の環式アセタール基;
ベンジルオキシ基、o−メチルベンジルオキシ基、m−メチルベンジルオキシ基、p−メチルベンジルオキシ基、p−t−ブチルベンジルオキシ基、p−メトキシベンジルオキシ基等の(置換)ベンジルオキシ基;
メトキシカルボニルメチル基、エトキシカルボニルメチル基、n−プロポキシカルボニルメチル基、i−プロポキシカルボニルメチル基、n−ブトキシカルボニルメチル基、i−ブトキシカルボニルメチル基、sec−ブトキシカルボニルメチル基、t−ブトキシカルボニルメチル基等のアルコキシカルボニルメチル基
等を挙げることができる。
また、A1 - の1価アニオンとしては、例えば、トリフルオロメタンスルホン酸、ノナフルオロブタンスルホン酸(例えば、式CF3CF2CF2CF2SO3Hで表されるn−ノナフルオロブタンスルホン酸)、ドデシルベンゼンスルホン酸、トルエンスルホン酸、ナフタレンスルホン酸、ピレンスルホン酸、カンファースルホン酸等のスルホン酸類に由来するスルホン酸アニオンのほか、 BF4 - 、 F6P- 、F6As- 、F6Sb- 、ClO4 - 等を挙げることができる。
このような酸発生剤(A)は、例えば、下記式で示される反応および反応中間体を経由して合成することができる。
Figure 0003849700
酸発生剤(A)の具体例としては、
4−ヒドロキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
4−メトキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
4−エトキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
4−n−プロポキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
4−n−ブトキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
4−t−ブトキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
4−メトキシメトキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
4−エトキシメトキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
4−(1−メトキシエトキシ)−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
4−(2−メトキシエトキシ)−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
4−メトキシカルボニルオキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
4−エトキシカルボニルオキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
4−n−プロポキシカルボニルオキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
4−i−プロポキシカルボニルオキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
4−n−ブトキシカルボニルオキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
4−t−ブトキシカルボニルオキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
4−(2−テトラヒドロフラニルオキシ)−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
4−(2−テトラヒドロピラニルオキシ)−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
4−ベンジルオキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
4−ヒドロキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウム−n−ノナフルオロブタンスルホネート、
4−メトキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウム−n−ノナフルオロブタンスルホネート、
4−n−ブトキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウム−n−ノナフルオロブタンスルホネート、
4−t−ブトキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウム−n−ノナフルオロブタンスルホネート、
4−ヒドロキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムカンファースルホネート、
4−メトキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムカンファースルホネート、
4−n−ブトキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムカンファースルホネート、4−t−ブトキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムカンファースルホネート、4−ヒドロキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムヘキサフルオロアンチモネート、
4−ヒドロキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムパラトルエンスルホネート
等の4−置換−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウム塩類;
5−ヒドロキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
5−メトキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
5−エトキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
5−n−プロポキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
5−メトキシメトキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
5−エトキシメトキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
5−(1−メトキシエトキシ)−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
5−(2−メトキシエトキシ)−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
5−メトキシカルボニルオキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
5−エトキシカルボニルオキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
5−n−プロポキシカルボニルオキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
5−i−プロポキシカルボニルオキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
5−n−ブトキシカルボニルオキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
5−t−ブトキシカルボニルオキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
5−(2−テトラヒドロフラニルオキシ)−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
5−(2−テトラヒドロピラニルオキシ)−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
5−ベンジルオキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
5−ヒドロキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムヘキサフルオロアンチモネート、
5−ヒドロキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムパラトルエンスルホネート
等の5−置換−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウム塩類;
6−ヒドロキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
6−メトキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
6−エトキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
6−n−プロポキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
6−メトキシメトキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
6−エトキシメトキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
6−(1−メトキシエトキシ)−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
6−(2−メトキシエトキシ)−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
6−メトキシカルボニルオキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
6−エトキシカルボニルオキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
6−n−プロポキシカルボニルオキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
6−i−プロポキシカルボニルオキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
6−n−ブトキシカルボニルオキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
6−t−ブトキシカルボニルオキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
6−(2−テトラヒドロフラニルオキシ)−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
6−(2−テトラヒドロピラニルオキシ)−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
6−ベンジルオキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
6−ヒドロキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムヘキサフルオロアンチモネート、
6−ヒドロキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムパラトルエンスルホネート
等の6−置換−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウム塩類;
7−ヒドロキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
7−メトキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
7−エトキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
7−n−プロポキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
7−メトキシメトキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
7−エトキシメトキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
7−(1−メトキシエトキシ)−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
7−(2−メトキシエトキシ)−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
7−メトキシカルボニルオキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
7−エトキシカルボニルオキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
7−n−プロポキシカルボニルオキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
7−i−プロポキシカルボニルオキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
7−n−ブトキシカルボニルオキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
7−t−ブトキシカルボニルオキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
7−(2−テトラヒドロフラニルオキシ)−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
7−(2−テトラヒドロピラニルオキシ)−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
7−ベンジルオキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
7−ヒドロキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムヘキサフルオロアンチモネート、
7−ヒドロキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムパラトルエンスルホネート
等の7−置換−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウム塩類;
等を挙げることができる。
これらの酸発生剤(A)のうち、特に、4−ヒドロキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、4−メトキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、4−n−ブトキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、4−t−ブトキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、4−ヒドロキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウム−n−ノナフルオロブタンスルホネート、4−メトキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウム−n−ノナフルオロブタンスルホネート、4−n−ブトキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウム−n−ノナフルオロブタンスルホネート、4−t−ブトキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウム−n−ノナフルオロブタンスルホネート等が好ましい。
本発明において、酸発生剤(A)は、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
また、発明においては、所期の効果を損なわない限り、酸発生剤(A)とともに、他の酸発生剤を使用することもできる。
前記他の酸発生剤としては、例えば、オニウム塩、ハロゲン含有化合物、ジアゾケトン化合物、スルホン化合物、スルホン酸化合物等を挙げることができる。
これらの他の酸発生剤の例としては、下記のものを挙げることができる。
オニウム塩
オニウム塩としては、例えば、ヨードニウム塩、スルホニウム塩、ホスホニウム塩、ジアゾニウム塩、ピリジニウム塩等を挙げることができる。
好ましいオニウム塩の具体例としては、ジフェニルヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムピレンスルホネート、ジフェニルヨードニウムドデシルベンゼンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムドデシルベンゼンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムナフタレンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムヘキサフルオロアンチモネート、トリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、トリフェニルスルホニウムナフタレンスルホネート、(ヒドロキシフェニル)ベンゼンメチルスルホニウムトルエンスルホネート、1−(ナフチルアセトメチル)チオラニウムトリフルオロメタンスルホネート、シクロヘキシルメチル(2−オキソシクロヘキシル)スルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、ジシクロヘキシル(2−オキソシクロヘキシル)スルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、ジメチル(2−オキソシクロヘキシル)スルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、1−ナフチルジメチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、1−ナフチルジエチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、1−ナフチルジ−n−プロピルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、1−ナフチルジ−i−プロピルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、4−シアノ−1−ナフチルジメチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、4−ニトロ−1−ナフチルジメチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、4−メチル−1−ナフチルジメチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、4−シアノ−1−ナフチルジエチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、4−ニトロ−1−ナフチルジエチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、4−メチル−1−ナフチルジエチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、4−ヒドロキシ−1−ナフチルジメチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、5−ヒドロキシ−1−ナフチルジメチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、6−ヒドロキシ−1−ナフチルジメチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、7−ヒドロキシ−1−ナフチルジメチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート等を挙げることができる。
ハロゲン含有化合物
ハロゲン含有化合物としては、例えば、ハロアルキル基含有炭化水素化合物、ハロアルキル基含有ヘテロ環状化合物等を挙げることができる。
好ましいハロゲン含有化合物の具体例としては、1,1−ビス(4−クロロフェニル)−2,2,2−トリクロロエタン、フェニル−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、メトキシフェニル−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、ナフチル−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン等を挙げることができる。
ジアゾケトン化合物
ジアゾケトン化合物としては、例えば、1,3−ジケト−2−ジアゾ化合物、ジアゾベンゾキノン化合物、ジアゾナフトキノン化合物等を挙げることができる。
好ましいジアゾケトンの具体例としては、1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホニルクロリド、2,3,4,4’−テトラヒドロキシベンゾフェノンの1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホン酸エステル、1,1,1−トリス(4−ヒドロキシフェニル)エタンの1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホン酸エステル等を挙げることができる。
スルホン化合物
スルホン化合物としては、例えば、β−ケトスルホン、β−スルホニルスルホン等を挙げることができる。
好ましいスルホン化合物の具体例としては、4−トリスフェナシルスルホン、メシチルフェナシルスルホン、ビス(フェニルスルホニル)メタン等を挙げることができる。
スルホン酸化合物
スルホン酸化合物としては、例えば、アルキルスルホン酸エステル、アルキルスルホン酸イミド、ハロアルキルスルホン酸エステル、アリールスルホン酸エステル、イミドスルホネート等を挙げることができる。
好ましいスルホン酸化合物の具体例としては、ベンゾイントシレート、ピロガロールのトリストリフルオロメタンスルホネート、ニトロベンジル−9,10−ジエトキシアントラセン−2−スルホネート、トリフルオロメタンスルホニルビシクロ[ 2.2.1 ]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−ヒドロキシスクシンイミドトリフルオロメタンスルホネート、1,8−ナフタレンジカルボキシイミドトリフルオロメタンスルホネート等を挙げることができる。
これらの他の酸発生剤のうち、特に、ジフェニルヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、シクロヘキシルメチル(2−オキソシクロヘキシル)スルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、ジシクロヘキシル(2−オキソシクロヘキシル)スルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、ジメチル(2−オキソシクロヘキシル)スルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、トリフルオロメタンスルホニルビシクロ[ 2.2.1 ]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−ヒドロキシスクシンイミドトリフルオロメタンスルホネート、1,8−ナフタレンジカルボキシイミドトリフルオロメタンスルホネート、4−ヒドロキシ−1−ナフチルジメチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート等が好ましい。
これらの他の酸発生剤は、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
発明における他の酸発生剤の使用量は、酸発生剤(A)100重量部に対して、通常、20重量部以下、好ましくは10重量部以下、さらに好ましくは8重量部以下である。この場合、他の酸発生剤の使用量が20重量部を超えると、放射線に対する透過率が低くなり、組成物をレジストとして使用した場合、レジスト被膜の下部まで十分な放射線が到達せず、得られるレジストパターンの形状が逆三角状となる傾向があり、好ましくない。
アルカリ可溶性樹脂
発明において使用されるアルカリ可溶性樹脂は、アルカリ現像液と親和性を示す酸性官能基、例えば、フェノール性水酸基、ナフトール性水酸基、カルボキシル基等を1種以上有する、アルカリ現像液に可溶な樹脂である。
このようなアルカリ可溶性樹脂としては、例えば、酸性官能基を有する繰返し単位を1種以上有する付加重合系樹脂(以下、「樹脂(I−1)」という。)あるいは酸性官能基を有する繰返し単位を1種以上有する重縮合系樹脂(以下、「樹脂(I−2)」という。)、主鎖に脂環式骨格を有し、酸性官能基を有する樹脂(以下、「樹脂」という。)(II) 等を挙げることができる。
樹脂(I−1)における酸性官能基を有する繰返し単位としては、例えば、
o−ヒドロキシスチレン、m−ヒドロキシスチレン、p−ヒドロキシスチレン、o−ヒドロキシ−α−メチルスチレン、m−ヒドロキシ−α−メチルスチレン、p−ヒドロキシ−α−メチルスチレン、p−カルボキシスチレン、p−カルボキシメチルスチレン、p−(2−カルボキシエチル)スチレン、p−カルボキシメトキシスチレン、p−(2−カルボキシエトキシ)スチレン、p−カルボキシメチルカルボニルオキシスチレン、p−(2−カルボキシエチル)カルボニルオキシスチレン等の(α−メチル)スチレン誘導体;
2−ヒドロキシ−1−ビニルナフタレン、3−ヒドロキシ−1−ビニルナフタレン、4−ヒドロキシ−1−ビニルナフタレン、5−ヒドロキシ−1−ビニルナフタレン、6−ヒドロキシ−1−ビニルナフタレン、7−ヒドロキシ−1−ビニルナフタレン、8−ヒドロキシ−1−ビニルナフタレン、2−ヒドロキシ−1−イソプロペニルナフタレン、3−ヒドロキシ−1−イソプロペニルナフタレン、4−ヒドロキシ−1−イソプロペニルナフタレン、5−ヒドロキシ−1−イソプロペニルナフタレン、6−ヒドロキシ−1−イソプロペニルナフタレン、7−ヒドロキシ−1−イソプロペニルナフタレン、8−ヒドロキシ−1−イソプロペニルナフタレン、2−カルボキシ−1−ビニルナフタレン、3−カルボキシ−1−ビニルナフタレン、4−カルボキシ−1−ビニルナフタレン、5−カルボキシ−1−ビニルナフタレン、6−カルボキシ−1−ビニルナフタレン、7−カルボキシ−1−ビニルナフタレン、8−カルボキシ−1−ビニルナフタレン等のビニルナフタレン誘導体あるいはイソプロペニルナフタレン誘導体;
(メタ)アクリル酸、クロトン酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、シトラコン酸、メサコン酸、けい皮酸等の不飽和カルボン酸類;
(メタ)アクリル酸2−カルボキシエチル、(メタ)アクリル酸2−カルボキシプロピル、(メタ)アクリル酸3−カルボキシプロピル、(メタ)アクリル酸4−カルボキシブチル等のカルボキシル基含有不飽和カルボン酸エステル類
等の酸性官能基を有する重合性不飽和化合物中の重合性不飽和結合が開裂した単位を挙げることができる。
これらの繰返し単位のうち、p−ヒドロキシスチレン、p−ヒドロキシ−α−メチルスチレン、p−カルボキシスチレン、(メタ)アクリル酸等の重合性不飽和結合が開裂した単位が好ましい。
樹脂(I−1)は、酸性官能基を有する繰返し単位のみから構成されていてもよいが、得られる樹脂がアルカリ可溶性である限り、他の重合性不飽和化合物の重合性不飽和結合が開裂した繰返し単位を1種以上含有することができる。
前記他の重合性不飽和化合物としては、例えば、スチレン、α−メチルスチレン、4−t−ブチルスチレン、4−t−ブチル−α−メチルスチレン、1−ビニルナフタレン、4−メチル−1−ビニルナフタレン、5−メチル−1−ビニルナフタレン、1−イソプロペニルナフタレン、4−クロロ−1−ビニルナフタレン、5−クロロ−1−ビニルナフタレン、4−メトキシ−1−ビニルナフタレン、5−メトキシ−1−ビニルナフタレン等のビニル芳香族化合物;(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸n−プロピル、(メタ)アクリル酸n−ブチル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸3−ヒドロキシプロピル等の(メタ)アクリル酸エステル類のほか、(メタ)アクリル酸ノルボルニル、(メタ)アクリル酸イソボルニル、(メタ)アクリル酸トリシクロデカニル、(メタ)アクリル酸ジシクロペンテニル、(メタ)アクリル酸アダマンチル等のエステル基中に脂環式骨格を有する(メタ)アクリル酸エステル類;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル等のビニスエステル類;(メタ)アクリロニトリル、α−クロロアクリロニトリル、クロトンニトリル、マレインニトリル、フマロニトリル、メサコンニトリル、シトラコンニトリル、イタコンニトリル等の不飽和ニトリル化合物;(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド、クロトンアミド、マレインアミド、フマルアミド、メサコンアミド、シトラコンアミド、イタコンアミド等の不飽和アミド化合物;N−ビニル−ε−カプロラクタム、N−ビニルピロリドン、ビニルピリジン、ビニルイミダゾール等の他の含窒素ビニル化合物等を挙げることができる。
これらの他の重合性不飽和化合物のうち、スチレン、α−メチルスチレン、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシプロピルや、(メタ)アクリル酸イソボルニル、(メタ)アクリル酸トリシクロデカニル、(メタ)アクリル酸ジシクロペンテニル、(メタ)アクリル酸アダマンチル等のエステル基中に脂環式骨格を有する(メタ)アクリル酸エステル類等が好ましい。
樹脂(I−1)を製造する際の重合は、例えば、(イ)ラジカル重合開始剤、アニオン重合触媒、配位アニオン重合触媒、カチオン重合触媒等を適宜に選定し、塊状重合、溶液重合、沈澱重合、乳化重合、懸濁重合、塊状−懸濁重合等の適宜の重合方法により実施することができる。
また、樹脂(I−2)は、1種以上のフェノール類と1種以上のアルデヒド類とを、場合により他の繰返し単位を形成しうる重縮合成分とともに、酸性触媒の存在下、水媒質中または水と親水性溶媒との混合媒質中で重縮合することによって製造することができる。 前記フェノール類としては、例えば、フェノール、o−クレゾール、m−クレゾール、p−クレゾール、2,3−キシレノール、2,4−キシレノール、2,5−キシレノール、3,4−キシレノール、3,5−キシレノール、2,3,5−トリメチルフェノール、3,4,5−トリメチルフェノール、レゾルシノール、カテコール、ピロガロール、1−ナフトール、2−ナフトール等を挙げることができ、また前記アルデヒド類としては、例えば、ホルムアルデヒド、トリオキサン、パラホルムアルデヒド、ベンズアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピルアルデヒド、フェニルアセトアルデヒド等を挙げることができる。
樹脂(I−1)および樹脂(I−2)における酸性官能基を有する繰返し単位の含有率は、該繰返し単位および他の繰返し単位の種類により一概に規定できないが、通常、10〜100モル%、好ましくは15〜100モル%である。
樹脂(I−1)および樹脂(I−2)のゲルパーミエーションクロマトグラフィーで測定したポリスチレン換算重量分子量(以下、「Mw」という。)は、ネガ型感放射線性樹脂組成物の所望の特性に応じて変わるが、好ましくは1,000〜150,000、さらに好ましくは3,000〜100,000である。
樹脂(I−1)および樹脂(I−2)は、炭素・炭素不飽和結合を含有する場合、水素添加物として用いることもできる。この場合の水素添加率は、通常、70%以下、好ましくは50%以下、さらに好ましくは40%以下である。水素添加率が70%を超えると、得られる樹脂のアルカリ現像液による現像特性が低下するおそれがある。
次に、樹脂(II)において、脂環式骨格としては、例えば、シクロアルカン類に由来する骨格のように単環でも、ビシクロ[ 2.2.1] ヘプタン、テトラシクロ[ 4.4.0.12,5 .17,10 ]ドデカン等に由来する骨格のように多環でもよい。
樹脂(II)における酸性官能基は、適宜の位置に存在することができるが、前記脂環式骨格に存在することが好ましい。また、前記脂環式骨格は、酸性官能基以外の置換基、例えば、ハロゲン原子、炭素数1〜10の炭化水素基、炭素数1〜10のハロゲン化炭化水素基等を1種以上有することもできる。
樹脂(II)としては、下記式(2)または式(3)で表される繰返し単位を1種以上有する樹脂が好ましい。
Figure 0003849700
Figure 0003849700
〔式(2)および式(3)において、nは0または1であり、AおよびBは相互に独立に水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜10の炭化水素基または炭素数1〜10のハロゲン化炭化水素基を示し、XおよびYは相互に独立に水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜10の炭化水素基、炭素数1〜10のハロゲン化炭化水素基、または酸性官能基を有する基を示し、かつXおよびYの少なくとも一つは酸性官能基を有する基である。〕
式(2)および式(3)における酸性官能基を有する基としては、
−R 9 C(=O)OHもしくは−R 9 OC(=O)OH{但し、R 9 は−(CH 2 ) i −を示し、iは0〜4の整数である。}が好ましい。
さらに、式(2)および式(3)において、A、B、XおよびYのハロゲン原子としては、例えば、F、Cl、Br、I等を挙げることができ、また炭素数1〜10の1価の炭化水素基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、i−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、n−ヘキシル基、n−オクチル基、n−デシル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基等の(シクロ)アルキル基;フェニル基、4−t−ブチルフェニル基、1−ナフチル基等のアリール基;ベンジル基、4−t−ブチルベンジル基等のアラルキル基等を挙げることができ、また炭素数1〜10の1価のハロゲン化炭化水素基としては、例えば、前記炭素数1〜10の1価の炭化水素基のハロゲン化誘導体を挙げることができる。
樹脂(II) は、例えば、下記()〜()の方法により製造することができる。
)式(2)または式(3)で表される繰返し単位に対応し、各繰返し単位中のXおよびYの少なくとも一つが酸解離性基(以下、「酸解離性基(i) 」という。)であるノルボルネン誘導体(以下、これらの誘導体をまとめて「ノルボルネン誘導体(α)」という。)を、場合により、開環共重合可能な他の不飽和脂環式化合物とともに、開環(共)重合したのち、該酸解離性基(i)を解離させる方法、
)ノルボルネン誘導体(α)と、エチレン、無水マレイン酸等の共重合可能な不飽和化合物とを、ラジカル共重合したのち、該酸解離性基(i)を常法により加水分解および/または加溶媒分解する方法、
)式(2)または式(3)で表される繰返し単位に対応するノルボルネン誘導体(以下、これらの誘導体をまとめて「ノルボルネン誘導体(β)」という。)を、開環(共)重合あるいはラジカル共重合する方法
酸解離性基(i) としては、−R9 C(=O)OR10{但し、R9 は−(CH2)i −を示し、iは0〜4の整数であり、R10は炭素数1〜10の炭化水素基、炭素数1〜10のハロゲン化炭化水素基、テトラヒドロフラニル基、テトラヒドロピラニル基、カルボブトキシメチル基、カルボブトキシエチル基、カルボブトキシプロピル基もしくはトリアルキルシリル基(但し、アルキル基の炭素数は1〜4である。)}、−R9 OC(=O)R11{但し、R9 は−(CH2)i −を示し、iは0〜4の整数であり、R11は炭素数1〜10の炭化水素基または炭素数1〜10のハロゲン化炭化水素基を示す。}もしくは
−R9 CN{但し、R9 は−(CH2)i −を示し、iは0〜4の整数である。}、またはXとYが脂環式骨格中の炭素原子と結合して形成した、式
Figure 0003849700
{但し、R12は水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜8のアルキル基もしくは炭素数1〜4の−SO213(但し、R13は炭素数1〜4のアルキル基もしくは炭素数1〜4のハロゲン化アルキル基である。)を示す。}
で表される含酸素複素環構造あるいは含窒素複素環構造が好ましい。
酸解離性基() において、−R9 C(=O)OR10としては、例えば、
メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、n−プロポキシカルボニル基、i−プロポキシカルボニル基、n−ブトキシカルボニル基、i−ブトキシカルボニル基、sec−ブトキシカルボニル基、t−ブトキシカルボニル基、n−ペンチルオキシカルボニル基、n−ヘキシルオキシカルボニル基、n−ヘプチルオキシカルボニル基、n−オクチルオキシカルボニル基、n−デシルオキシカルボニル基、シクロペンチルオキシカルボニル基、シクロヘキシルオキシカルボニル基、4−t−ブチルシクロヘキシルオキシカルボニル基、シクロヘプチルオキシカルボニル基、シクロオクチルオキシカルボニル基等の(シクロ)アルコキシカルボニル基;
フェノキシカルボニル基、4−t−ブチルフェノキシカルボニル基、1−ナフチルオキシカルボニル基等のアリーロキシカルボニル基;
ベンジルオキシカルボニル基、4−t−ブチルベンジルオキシカルボニル基等のアラルキルオキシカルボニル基;
メトキシカルボニルメチル基、エトキシカルボニルメチル基、n−プロポキシカルボニルメチル基、i−プロポキシカルボニルメチル基、n−ブトキシカルボニルメチル基、i−ブトキシカルボニルメチル基、sec−ブトキシカルボニルメチル基、t−ブトキシカルボニルメチル基、シクロヘキシルオキシカルボニルメチル基、4−t−ブチルシクロヘキシルオキシカルボニルメチル基等の(シクロ)アルコキシカルボニルメチル基;
フェノキシカルボニルメチル基、1−ナフチルオキシカルボニルメチル基等のアリーロキシカルボニルメチル基;
ベンジルオキシカルボニルメチル基、4−t−ブチルベンジルオキシカルボニルメチル基等のアラルキルオキシカルボニルメチル基;
2−メトキシカルボニルエチル基、2−エトキシカルボニルエチル基、2−n−プロポキシカルボニルエチル基、2−i−プロポキシカルボニルエチル基、2−n−ブトキシカルボニルエチル基、2−i−ブトキシカルボニルエチル基、2−sec−ブトキシカルボニルエチル基、2−t−ブトキシカルボニルエチル基、2−シクロヘキシルオキシカルボニルエチル基、2−(4−ブチルシクロヘキシルオキシカルボニル)エチル基等の(シクロ)アルコキシカルボニルエチル基;
2−フェノキシカルボニルエチル基、2−(1−ナフチルオキシカルボニル)エチル基等の2−アリーロキシカルボニルエチル基;2−ベンジルオキシカルボニルエチル基、2−(4−t−ブチルベンジルオキシカルボニル)エチル基等の2−アラルキルオキシカルボニルエチル基
等を挙げることができる。
また、−R9 OC(=O)R11としては、例えば、
アセチルオキシ基、プロピオニルオキシ基、ブチリルオキシ基、バレリルオキシ基、カプロイルオキシ基、ヘプタノイルオキシ基、オクタノイルオキシ基、ノナノイルオキシ基、デカノイルオキシ基、ウンデカノイルオキシ基、シクロヘキシルカルボニルオキシ基、4−t−ブチルシクロヘキシルカルボニルオキシ基等の(シクロ)アシロキシ基;
ベンゾイルオキシ基、4−t−ブチルベンゾイルオキシ基、1−ナフトイルオキシ基等のアリールカルボニルオキシ基;
ベンジルカルボニルオキシ基、4−t−ブチルベンジルカルボニルオキシ基等のアラルキルカルボニルオキシ基;
アセチルオキシカルボニルメチル基、プロピオニルオキシカルボニルメチル基、ブチリルオキシカルボニルメチル基、シクロヘキシルカルボニルオキシメチル基、4−t−ブチルシクロヘキシルカルボニルオキシメチル基等の(シクロ)アシロキシメチル基;
ベンゾイルオキシメチル基、1−ナフトイルオキシメチル基等のアリールカルボニルオキシメチル基;
ベンジルカルボニルオキシメチル基、4−t−ブチルベンジルカルボニルオキシメチル基等のアラルキルカルボニルオキシメチル基;2−アセチルオキシエチル基、2−プロピオニルオキシエチル基、2−ブチリルオキシエチル基、2−シクロヘキシルカルボニルオキシエチル基、2−(4−t−ブチルシクロヘキシルカルボニルオキシ)エチル基等の2−(シクロ)アシロキシエチル基;
2−ベンゾイルオキシエチル基、2−(1−ナフトイルオキシ)エチル基等の2−アリールカルボニルオキシエチル基;2−ベンジルカルボニルオキシエチル基、2−(4−t−ブチルベンジルカルボニルオキシ)エチル基等の2−アラルキルカルボニルオキシエチル基
等を挙げることができる。
また、−R9 CNとしては、例えば、シアノ基、シアノメチル基、2−シアノエチル基、2−シアノプロピル基、3−シアノプロピル基、4−シアノブチル基等を挙げることができる。
これらの酸解離性基() のうち、−R9 COOR10が好ましく、さらに好ましくは
−COOR10であり、特に好ましくはメトキシカルボニル基、t−ブトキシカルボニル基、テトラヒドロピラニルオキシカルボニル基、ジカルボキシアンハイドライド基等である。
さらに、式(2)および式(3)におけるA、B、XおよびYのハロゲン原子としては、例えば、F、Cl、Br、I等を挙げることができ、また炭素数1〜10の1価の炭化水素基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、i−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、n−ヘキシル基、n−オクチル基、n−デシル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基等の(シクロ)アルキル基;フェニル基、4−t−ブチルフェニル基、1−ナフチル基等のアリール基;ベンジル基、4−t−ブチルベンジル基等のアラルキル基等を挙げることができ、また炭素数1〜10の1価のハロゲン化炭化水素基としては、例えば、前記炭素数1〜10の1価の炭化水素基のハロゲン化誘導体を挙げることができる。
前記ノルボルネン誘導体(α)としては、例えば、
5−メトキシカルボニルビシクロ[ 2.2.1] ヘプト−2−エン、
5−エトキシカルボニルビシクロ[ 2.2.1] ヘプト−2−エン、
5−n−プロポキシカルボニルビシクロ[ 2.2.1] ヘプト−2−エン、
5−i−プロポキシカルボニルビシクロ[ 2.2.1] ヘプト−2−エン、
5−n−ブトキシカルボニルビシクロ[ 2.2.1] ヘプト−2−エン、
5−t−ブトキシカルボニルビシクロ[ 2.2.1] ヘプト−2−エン、
5−シクロヘキシルオキシカルボニルビシクロ[ 2.2.1] ヘプト−2−エン、
5−(4’−t−ブチルシクロヘキシルオキシ)カルボニルビシクロ[ 2.2.1] ヘプト−2−エン、
5−フェノキシカルボニルビシクロ[ 2.2.1] ヘプト−2−エン、
5−テトラヒドロフラニルオキシカルボニルビシクロ[ 2.2.1] ヘプト−2−エン、5−テトラヒドロピラニルオキシカルボニルビシクロ[ 2.2.1] ヘプト−2−エン、5−アセチルオキシビシクロ[ 2.2.1] ヘプト−2−エン、
5−シアノビシクロ[ 2.2.1] ヘプト−2−エン、
5−メチル−5−メトキシカルボニルビシクロ[ 2.2.1] ヘプト−2−エン、
5−メチル−5−エトキシカルボニルビシクロ[ 2.2.1] ヘプト−2−エン、
5−メチル−5−n−プロポキシカルボニルビシクロ[ 2.2.1] ヘプト−2−エン、5−メチル−5−i−プロポキシカルボニルビシクロ[ 2.2.1] ヘプト−2−エン、5−メチル−5−n−ブトキシカルボニルビシクロ[ 2.2.1] ヘプト−2−エン、
5−メチル−5−t−ブトキシカルボニルビシクロ[ 2.2.1] ヘプト−2−エン、
5−メチル−5−シクロヘキシルオキシカルボニルビシクロ[ 2.2.1] ヘプト−2−エン、
5−メチル−5−(4’−t−ブチルシクロヘキシルオキシ)カルボニルビシクロ[ 2.2.1] ヘプト−2−エン、
5−メチル−5−フェノキシカルボニルビシクロ[ 2.2.1] ヘプト−2−エン、
5−メチル−5−テトラヒドロフラニルオキシカルボニルビシクロ[ 2.2.1] ヘプト−2−エン、
5−メチル−5−テトラヒドロピラニルオキシカルボニルビシクロ[ 2.2.1] ヘプト−2−エン、
5,6−ジカルボキシアンハイドライドビシクロ[ 2.2.1] ヘプト−2−エン、
8−メトキシカルボニルテトラシクロ[ 4.4.0.12,5 .17,10 ]ドデカ−3−エン、
8−エトキシカルボニルテトラシクロ[ 4.4.0.12,5 .17,10 ]ドデカ−3−エン、
8−n−プロポキシカルボニルテトラシクロ[ 4.4.0.12,5 .17,10 ]ドデカ−3−エン、
8−i−プロポキシカルボニルテトラシクロ[ 4.4.0.12,5 .17,10 ]ドデカ−3−エン、
8−n−ブトキシカルボニルテトラシクロ[ 4.4.0.12,5 .17,10 ]ドデカ−3−エン、
8−t−ブトキシカルボニルテトラシクロ[ 4.4.0.12,5 .17,10 ]ドデカ−3−エン、
8−シクロヘキシルオキシカルボニルテトラシクロ[ 4.4.0.12,5 .17,10 ]ドデカ−3−エン、
8−(4’−t−ブチルシクロヘキシルオキシ)カルボニルテトラシクロ[ 4.4.0.12,5 .17,10 ]ドデカ−3−エン、
8−フェノキシカルボニルテトラシクロ[ 4.4.0.12,5 .17,10 ]ドデカ−3−エン、
8−テトラヒドロフラニルオキシカルボニルテトラシクロ[ 4.4.0.12,5 .17,10 ]−3−ドデセン、
8−テトラヒドロピラニルオキシカルボニルテトラシクロ[ 4.4.0.12,5 .17,10 ]−3−ドデセン、
8−メチル−8−メトキシカルボニルテトラシクロ[ 4.4.0.12,5 .17,10 ]ドデカ−3−エン、
8−メチル−8−エトキシカルボニルテトラシクロ[ 4.4.0.12,5 .17,10 ]ドデカ−3−エン、
8−メチル−8−n−プロポキシカルボニルテトラシクロ[ 4.4.0.12,5 .17,10 ]ドデカ−3−エン、
8−メチル−8−i−プロポキシカルボニルテトラシクロ[ 4.4.0.12,5 .17,10 ]ドデカ−3−エン、
8−メチル−8−n−ブトキシカルボニルテトラシクロ[ 4.4.0.12,5 .17,10 ]ドデカ−3−エン、
8−メチル−8−t−ブトキシカルボニルテトラシクロ[ 4.4.0.12,5 .17,10 ]ドデカ−3−エン、
8−メチル−8−シクロヘキシルオキシカルボニルテトラシクロ[ 4.4.0.12,5 .17,10 ]ドデカ−3−エン、
8−メチル−8−(4’−t−ブチルシクロヘキシルオキシ)カルボニルテトラシクロ[ 4.4.0.12,5 .17,10 ]ドデカ−3−エン、
8−メチル−8−フェノキシカルボニルテトラシクロ[ 4.4.0.12,5 .17,10 ]ドデカ−3−エン、
8−メチル−8−テトラヒドロフラニルオキシカルボニルテトラシクロ[ 4.4.0.
2,5 .17,10 ]−3−ドデセン、
8−メチル−8−テトラヒドロピラニルオキシカルボニルテトラシクロ[ 4.4.0.
2,5 .17,10 ]−3−ドデセン、
8,9−ジカルボキシアンハイドライドテトラシクロ[ 4.4.0.12,5 .17,10 ]ドデカ−3−エン
等を挙げることができる。
これらのノルボルネン誘導体(α)は、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
ノルボルネン誘導体(α)と開環共重合可能な他の不飽和脂環式化合物としては、例えば、
ビシクロ[ 2.2.1] ヘプト−2−エン、
ビシクロ[ 2.2.1] ヘプト−2−エン−5−カルボキシリックアシド、
5−メチルビシクロ[ 2.2.1] ヘプト−2−エン−5−カルボキシリックアシド、
5−メチルビシクロ[ 2.2.1] ヘプト−2−エン、
5−エチルビシクロ[ 2.2.1] ヘプト−2−エン、
テトラシクロ [4.4.0.12,5 .17,10 ]ドデカ−3−エン、
8−メチルテトラシクロ [4.4.0.12,5 .17,10 ]ドデカ−3−エン、
8−エチルテトラシクロ [4.4.0.12,5 .17,10 ]ドデカ−3−エン、
テトラシクロ [4.4.0.12,5 .17,10 ]ドデカ−3−エン−8−カルボキシリックアシド、
8−メチルテトラシクロ [4.4.0.12,5 .17,10 ]ドデカ−3−エン−8−カルボキシリックアシド、
8−フルオロテトラシクロ[ 4.4.0.12,5 .17,10 ]ドデカ−3−エン、8−フルオロメチルテトラシクロ[ 4.4.0.12,5 .17,10 ]ドデカ−3−エン、
8−ジフルオロメチルテトラシクロ[ 4.4.0.12,5 .17,10 ]ドデカ−3−エン、8−トリフルオロメチルテトラシクロ[ 4.4.0.12,5 .17,10 ]ドデカ−3−エン、
8−ペンタフルオロエチルテトラシクロ[ 4.4.0.12,5 .17,10 ]ドデカ−3−エン、
8,8−ジフルオロテトラシクロ[ 4.4.0.12,5 .17,10 ]ドデカ−3−エン、
8,9−ジフルオロテトラシクロ[ 4.4.0.12,5 .17,10 ]ドデカ−3−エン、
8,8−ビス(トリフルオロメチル)テトラシクロ[ 4.4.0.12,5 .17,10 ]ドデカ−3−エン、
8,9−ビス(トリフルオロメチル)テトラシクロ[ 4.4.0.12,5 .17,10 ]ドデカ−3−エン、
8−メチル−8−トリフルオロメチルテトラシクロ[ 4.4.0.12,5 .17,10 ]ドデカ−3−エン、
8,8,9−トリフルオロテトラシクロ[ 4.4.0.12,5 .17,10 ]ドデカ−3−エン、
8,8,9−トリス(トリフルオロメチル)テトラシクロ[ 4.4.0.12,5 .17,10 ]ドデカ−3−エン、
8,8,9,9−テトラフルオロテトラシクロ[ 4.4.0.12,5 .17,10 ]ドデカ−3−エン、
8,8,9,9−テトラキス(トリフルオロメチル)テトラシクロ[ 4.4.0.12,5 .17,10 ]ドデカ−3−エン、
8,8−ジフルオロ−9,9−ビス(トリフルオロメチル)テトラシクロ[ 4.4.0.12,5 .17,10 ]ドデカ−3−エン、
8,9−ジフルオロ−8,9−ビス(トリフルオロメチル)テトラシクロ[ 4.4.0.12,5 .17,10 ]ドデカ−3−エン、
8,8,9−トリフルオロ−9−トリフルオロメチルテトラシクロ[ 4.4.0.12,5 .17,10 ]ドデカ−3−エン、
8,8,9−トリフルオロ−9−トリフルオロメトキシテトラシクロ[ 4.4.0.
2,5 .17,10 ]ドデカ−3−エン、
8,8,9−トリフルオロ−9−ペンタフルオロプロポキシテトラシクロ[ 4.4.0.12,5 .17,10 ]ドデカ−3−エン、
8−フルオロ−8−ペンタフルオロエチル−9,9−ビス(トリフルオロメチル)テトラシクロ[ 4.4.0.12,5 .17,10 ]ドデカ−3−エン、
8,9−ジフルオロ−8−i−ヘプタフルオロプロピル−9−トリフルオロメチルテトラシクロ[ 4.4.0.12,5 .17,10 ]ドデカ−3−エン、
8−クロロ−8,9,9−トリフルオロテトラシクロ[ 4.4.0.12,5 .17,10 ]ドデカ−3−エン、
8,9−ジクロロ−8,9−ビス(トリフルオロメチル)テトラシクロ[ 4.4.0.
2,5 .17,10 ]ドデカ−3−エン、
8−(2,2,2−トリフルオロカルボキシエチル)テトラシクロ[ 4.4.0.12,5 .17,10 ]ドデカ−3−エン、
8−メチル−8−(2,2,2−トリフルオロカルボキシエチル)テトラシクロ[ 4.4.0.12,5 .17,10 ]ドデカ−3−エン、
シクロブテン、シクロペンテン、シクロオクテン、1,5−シクロオクタジエン、1,5,9−シクロドデカトリエン、5−エチリデンノルボルネン、ジシクロペンタジエン、トリシクロ[ 5.2.1.02,6 ] デカ−8−エン、トリシクロ[ 5.2.1.02,6 ] デカ−3−エン、トリシクロ[ 4.4.0.12,5 ] ウンデカ−3−エン、トリシクロ[ 6.2.1.01,8 ] ウンデカ−9−エン、トリシクロ[ 6.2.1.01,8 ] ウンデカ−4−エン、テトラシクロ[ 4.4.0.12,5 .17,10.01,6 ] ドデカ−3−エン、8−メチルテトラシクロ[ 4.4.0.12,5 .17,10.01,6 ] ドデカ−3−エン、8−エチリデンテトラシクロ[ 4.4.0.12,5 .17,12 ]ドデカ−3−エン、8−エチリデンテトラシクロ[ 4.4.0.12,5 .17,10.01,6 ] ドデカ−3−エン、ペンタシクロ[ 6.5.1.13,6 .02,7 .09,13 ]ペンタデカ−4−エン、ペンタシクロ[ 7.4.0.12,5 .19,12.08,13 ]ペンタデカ−3−エン
等を挙げることができる。
これらの他の不飽和脂環式化合物は、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
樹脂(II)における他の不飽和脂環式化合物に由来する繰返し単位の含有量は、樹脂(II)中の全繰返し単位に対して、通常、50モル%以下、好ましくは40モル%以下、さらに好ましくは30モル%以下である。
また、ノルボルネン誘導体(β)としては、前記ノルボルネン誘導体(α)について例示した化合物中のエステル基をカルボキシル基に転換した化合物を挙げることができる。
前記()の方法における開環(共)重合は、例えば、メタセシス触媒を使用し、必要に応じて活性化剤(例えば、ホウ素化合物、ケイ素化合物、アルコール類、水等)、分子量調節剤(例えば、α−オレフイン類、α,ω−ジオレフィン類、ビニル芳香族化合物等)等の存在下、適当な溶媒中で実施することができる。
前記メタセシス触媒は、通常、W、MoまたはReの化合物の群から選ばれる少なくとも1種(以下、「特定遷移金属化合物」という。)と、デミングの周期律表IA、IIA、 IIIA、IVAあるいはIVB族金属の化合物からなり、金属−炭素結合または金属−水素結合を有する化合物の群から選ばれる少なくとも1種(以下、「特定有機金属化合物等」という。)との組み合せからなる。
特定遷移金属化合物としては、例えば、WCl6、WCl5、WCl4、WBr6、WF6 、WI6 、MoCl5 、MoCl4 、MoCl3 、ReCl3 、WOCl4 、WOCl3 、WOBr3 、MoOCl3、MoOBr3、ReOCl3、ReOBr3、WCl2(OC2H5)4、W(OC2H5)6 、MoCl3(OC2H5)2 、Mo(OC2H5)5、WO2(acac)2(但し、acacはアセチルアセトネート残基を示す。) 、MoO2(acac)2 、W(OCOR)5(但し、OCORはカルボン酸残基を示す。) 、Mo(OCOR)5 、W(CO)6、Mo(CO)6 、Re2(CO)10 、WCl5・P(C6H5)3
MoCl5・P(C6H5)3、ReOBr3・P(C6H5)3、WCl6・NC5H5 、W(CO)5・P(C6H5)3
W(CO)3・(CH3CN)3等を挙げることができる。
これらの特定遷移金属化合物は、単独でまたは2種以上を組み合せて使用することができる。
また、特定有機金属化合物等としては、例えば、n-C4H9Li、n-C5H11Na 、C6H5Na、
CH3MgI、C2H5MgBr、CH3MgBr 、n-C3H7MgCl、t-C4H9MgCl、CH2=CHCH2MgCl 、(C2H5)2Zn 、(C2H5)2Cd 、CaZn(C2H5)4 、(CH3)3B 、(C2H5)3B、(n-C4H9)3B、(CH3)3Al、(CH3)2AlCl、CH3AlCl2、(CH3)3Al2Cl3、(C2H5)3Al 、(C2H5)3Al2Cl3 、 (C2H5)2Al・O(C2H5)2
(C2H5)2AlCl 、C2H5AlCl2 、(C2H5)2AlH、(C2H5)2AlOC2H5、(C2H5)2AlCN 、LiAl(C2H5)2 、(n-C3H7)3Al 、(i-C4H9)3Al 、(i-C4H9)2AlH、(n-C6H13)3Al、(n-C8H17)3Al、
(C6H5)3Al 、(CH3)4Ga、(CH3)4Sn、(n-C4H9)4Sn 、(C2H5)3SnH、LiH 、NaH 、B2H6
NaBH4 、AlH3、LiAlH4、TiH4等を挙げることができる。
これらの特定有機金属化合物等は、単独でまたは2種以上を組み合せて使用することができる。
前記()の方法におけるラジカル共重合は、例えば、ヒドロパーオキシド類、ジアルキルパーオキシド類、ジアシルパーオキシド類、アゾ化合物等のラジカル重合触媒を使用し、適当な溶媒中で実施することができる。
また、前記()の方法における開環(共)重合あるいはラジカル共重合も、前記()あるいは()の方法と同様にして実施することができる。
樹脂(II)としては、放射線に対する透明性の観点から、炭素・炭素不飽和結合の少ないものが好ましい。このような樹脂(II)は、例えば、前記()の方法または前記()の開環(共)重合する方法における適宜の段階で、あるいはこれらの方法に続いて、水素付加、水付加、ハロゲン付加、ハロゲン化水素付加等の付加反応を行うことによって得ることができ、特に水素付加反応させることにより得られる樹脂が好ましい。なお、前記()の方法および前記()のラジカル(共)重合する方法により得られる樹脂(II)は、実質的に炭素・炭素不飽和結合をもたないものである。
前記水素付加させた樹脂(II)における水素付加率は、好ましくは70%以上、さらに好ましくは90%以上、特に好ましくは100%である。
樹脂(II)としては、特に下記樹脂(II-1) 、樹脂(II-2) および樹脂(II-3) が好ましい。
樹脂(II-1) は、下記式(4)で表される繰返し単位を含有する樹脂である。
Figure 0003849700
〔式(4)において、nおよびAはそれぞれ式(2)および式(3)と同義であり、Xは酸性官能基を有する基を示す。〕
また、樹脂(II-2) は、下記一般式(4)で表される繰返し単位および下記式(5)で表される繰返し単位を含有するランダム共重合体である。
Figure 0003849700
Figure 0003849700
〔式(4)および一般式(5)において、nおよびmは相互に独立に0または1であり、AおよびBそれぞれ式(2)および式(3)と同義であり、Xは酸性官能基を有する基を示す。〕
樹脂(II-2) における式(4)で表される繰返し単位と式(5)で表される繰返し単位とのモル比は、通常、20/80〜95/5、好ましくは30/70〜90/10である。
また、樹脂(II-3) は、下記式(6)で表される繰返し単位を含有し、場合により下記式(7)で表される繰返し単位をさらに含有するランダム共重合体である。
Figure 0003849700
Figure 0003849700
〔式(6)および式(7)において、A、B、XおよびYはそれぞれ式(2)および式(3)と同義である。〕
樹脂(II-3) における式(6)で表される繰返し単位と式(7)で表される繰返し単位とのモル比は、通常、5/95〜100/0、好ましくは10/90〜90/10である。
本発明において、アルカリ可溶性樹脂は、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
架橋剤
発明において使用される架橋剤は、酸、例えば露光により生じた酸の存在下で、アルカリ可溶性樹脂を架橋しうる化合物である。このような架橋剤としては、例えば、アルカリ可溶性樹脂との架橋反応性を有する1種以上の置換基(以下、「架橋性置換基」という。)を有する化合物を挙げることができる。
架橋剤における前記架橋性置換基としては、例えば、下記式(13)〜(17)で表される基を挙げることができる。
Figure 0003849700
〔式(13)において、eは1または2であり、Q1 は、e=1のとき、単結合、−O−、−S−、−COO−もしくは−NH−を示すか、またはe=2のとき、3価の窒素原子を示し、Q2 は−O−または−S−を示し、fは0〜3の整数、gは1〜3の整数で、f+g=1〜4である。〕
Figure 0003849700
〔式(14)において、Q3 は−O−、−COO−または−CO−を示し、R19およびR20は相互に同一でも異なってもよく、水素原子または炭素数1〜4のアルキル基を示し、R21は炭素数1〜5のアルキル基、炭素数6〜12のアリール基または炭素数7〜14のアラルキル基を示し、hは1以上の整数である。〕
Figure 0003849700
〔式(15)において、R22、R23およびR24は相互に同一でも異なってもよく、水素原子または炭素数1〜4のアルキル基を示す。〕
Figure 0003849700
〔式(16)において、R19およびR20は式(14)と同義であり、R25およびR26は相互に同一でも異なってもよく、炭素数1〜5のアルキロール基を示し、hは1以上の整数である。〕
Figure 0003849700
〔式(17)において、R19およびR20は式(14)と同義であり、R27は酸素原子、硫黄原子または窒素原子のいずれかのヘテロ原子を有し、3〜8員環を形成する2価の有機基を示し、dは1以上の整数である。〕
このような架橋性置換基の具体例としては、グリシジルエーテル基、グリシジルエステル基、グリシジルアミノ基、メトキシメチル基、エトキシメチル基、ベンジルオキシメチル基、ジメチルアミノメチル基、ジエチルアミノメチル基、ジメチロールアミノメチル基、ジエチロールアミノメチル基、モルホリノメチル基、アセトキシメチル基、ベンゾイロキシメチル基、ホルミル基、アセチル基、ビニル基、イソプロペニル基等を挙げることができる。
前記架橋性置換基を有する化合物としては、例えば、ビスフェノールA系エポキシ化合物、ビスフェノールF系エポキシ化合物、ビスフェノールS系エポキシ化合物、ノボラック樹脂系エポキシ化合物、レゾール樹脂系エポキシ化合物、ポリ(ヒドロキシスチレン)系エポキシ化合物、メチロール基含有メラミン化合物、メチロール基含有ベンゾグアナミン化合物、メチロール基含有尿素化合物、メチロール基含有フェノール化合物、アルコキシアルキル基含有メラミン化合物、アルコキシアルキル基含有ベンゾグアナミン化合物、アルコキシアルキル基含有尿素化合物、アルコキシアルキル基含有フェノール化合物、カルボキシメチル基含有メラミン樹脂、カルボキシメチル基含有ベンゾグアナミン樹脂、カルボキシメチル基含有尿素樹脂、カルボキシメチル基含有フェノール樹脂、カルボキシメチル基含有メラミン化合物、カルボキシメチル基含有ベンゾグアナミン化合物、カルボキシメチル基含有尿素化合物、カルボキシメチル基含有フェノール化合物等を挙げることができる。
また、架橋剤としては、さらに、前記アルカリ可溶性樹脂中の酸性官能基に前記架橋性置換基を導入し、架橋剤としての性質を付与した化合物も好適に使用することができる。その場合の架橋性置換基の導入率は、架橋性置換基や該基が導入されるアルカリ可溶性樹脂の種類により一概には規定できないが、アルカリ可溶性樹脂中の全酸性官能基に対して、通常、5〜60モル%、好ましくは10〜50モル%、さらに好ましくは15〜40モル%である。
本発明において、架橋剤は、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
発明のネガ型感放射線性樹脂組成物における前記各成分の配合割合は、レジストの所望の特性に応じて変わるが、好ましい配合割合は、以下のとおりである。
酸発生剤(A)の配合量は、アルカリ可溶性樹脂100重量部当たり、通常、0.1〜20重量部、好ましくは0.5〜15重量部、特に好ましくは0.7〜7重量部である。この場合、酸発生剤(A)の配合量が0.1重量部未満では、感度および解像度が低下する傾向があり、また20重量部を超えると、レジストの塗布性やパターン形状の劣化を来しやすくなる傾向がある。
また、架橋剤の配合量は、アルカリ可溶性樹脂100重量部当たり、通常、5〜95重量部、好ましくは15〜85重量部、特に好ましくは20〜75重量部である。この場合、架橋剤の配合量が5重量部未満では、残膜率の低下、パターンの蛇行や膨潤等を来しやすくなる傾向があり、また95重量部を超えると、現像性が低下する傾向がある。
発明における各成分の配合割合をより具体的に示すと、
好ましくは、
〕酸発生剤(A)0.1〜20重量部、アルカリ可溶性樹脂100重量部および架橋剤5〜95重量部であり、
さらに好ましくは、
〕酸発生剤(A)0.5〜15重量部、アルカリ可溶性樹脂100重量部および架橋剤15〜85重量部であり、
特に好ましくは、
〕酸発生剤(A)0.7〜7重量部、アルカリ可溶性樹脂100重量部および架橋剤20〜75重量部である。
さらに、発明のネガ型感放射線性樹脂組成物には、必要に応じて、機能性化合物、界面活性剤、ルイス塩基添加剤等の各種の添加剤を配合することができる。
前記機能性化合物は、耐ドライエッチング性およびパターン形状を改善する作用を有するものである。
このような機能性化合物としては、例えば、
1−アダマンタノール、3−アダマンタノール、1−アダマンタンメタノール、3−アダマンタンメタノール、1,3−ジアダマンタノール、1,3−アダマンタンジメタノール、1−アダマンタンカルボン酸、3−アダマンタンカルボン酸、1,3−アダマンタンジカルボン酸、1−アダマンタン酢酸、3−アダマンタン酢酸、1,3−アダマンタンジ酢酸、3−メチル−2−ノルボルナンメタノール、ミルタノール、しょうのう酸、シス−ビシクロ[ 3.3.0 ]オクタン−2−カルボン酸、2−ヒドロキシ−3−ピナノン、カンファン酸、3−ヒドロキシ−4,7,7−トリメチルビシクロ[ 2.2.1 ]ヘプタン−2−酢酸、1,5−デカリンジオール、4,8−ジヒドロキシトリシクロ[ 5.2.1.02,6 ] デカン、ボルネオール、1−ノルアダマンタンカルボン酸、3−ノルアダマンタンカルボン酸、2−ノルボルナン酢酸、1,3−ノルボルナンジオール、2,3−ノルボルナンジオール、2,5−ノルボルナンジオール、2,6−ノルボルナンジオール、4−ペンチルビシクロ[ 2.2.2 ]オクタン−1−カルボン酸、ピナンジオール、1−ナフタレンメタノール、2−ナフタレンメタノール、1−ナフトール、2−ナフトール、1−ナフタレンカルボン酸、2−ナフタレンカルボン酸、
(1−ナフチルオキシ)酢酸、(2−ナフチルオキシ)酢酸、1−ナフチル酢酸、2−ナフチル酢酸、1,2−ナフタレンジメタノール、1,3−ナフタレンジメタノール、1,4−ナフタレンジメタノール、1,5−ナフタレンジメタノール、1,6−ナフタレンジメタノール、1,7−ナフタレンジメタノール、1,8−ナフタレンジメタノール、2,3−ナフタレンジメタノール、2,6−ナフタレンジメタノール、2,7−ナフタレンジメタノール、1,2−ジヒドロキシナフタレン、1,3−ジヒドロキシナフタレン、1,4−ジヒドロキシナフタレン、1,5−ジヒドロキシナフタレン、1,6−ジヒドロキシナフタレン、1,7−ジヒドロキシナフタレン、1,8−ジヒドロキシナフタレン、2,3−ジヒドロキシナフタレン、2,6−ジヒドロキシナフタレン、2,7−ジヒドロキシナフタレン、(1,2−ナフチルオキシ)ジ酢酸、(1,3−ナフチルオキシ)ジ酢酸、(1,4−ナフチルオキシ)ジ酢酸、(1,5−ナフチルオキシ)ジ酢酸、(1,6−ナフチルオキシ)ジ酢酸、(1,7−ナフチルオキシ)ジ酢酸、(1,8−ナフチルオキシ)ジ酢酸、(2,3−ナフチルオキシ)ジ酢酸、(2,6−ナフチルオキシ)ジ酢酸、(2,7−ナフチルオキシ)ジ酢酸、1,2−ナフタレンジカルボン酸、1,3−ナフタレンジカルボン酸、1,4−ナフタレンジカルボン酸、1,5−ナフタレンジカルボン酸、1,6−ナフタレンジカルボン酸、1,7−ナフタレンジカルボン酸、1,8−ナフタレンジカルボン酸、2,3−ナフタレンジカルボン酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、2,7−ナフタレンジカルボン酸、1,2−ナフタレンジ酢酸、1,3−ナフタレンジ酢酸、1,4−ナフタレンジ酢酸、1,5−ナフタレンジ酢酸、1,6−ナフタレンジ酢酸、1,7−ナフタレンジ酢酸、1,8−ナフタレンジ酢酸、2,3−ナフタレンジ酢酸、2,6−ナフタレンジ酢酸、2,7−ナフタレンジ酢酸、
3−ヒドロキシ−1,8−ジカルボキシナフタレン、1−ヒドロキシ−2−カルボキシナフタレン、3−ヒドロキシ−2−カルボキシナフタレン、4−ヒドロキシ−2−カルボキシナフタレン、5−ヒドロキシ−2−カルボキシナフタレン、6−ヒドロキシ−2−カルボキシナフタレン、7−ヒドロキシ−2−カルボキシナフタレン、8−ヒドロキシ−2−カルボキシナフタレン、2−ヒドロキシ−1−カルボキシナフタレン、3−ヒドロキシ−1−カルボキシナフタレン、4−ヒドロキシ−1−カルボキシナフタレン、5−ヒドロキシ−1−カルボキシナフタレン、6−ヒドロキシ−1−カルボキシナフタレン、7−ヒドロキシ−1−カルボキシナフタレン、8−ヒドロキシ−1−カルボキシナフタレン、1−カルボキシ−2−ナフチルオキシ酢酸、3−カルボキシ−2−ナフチルオキシ酢酸、4−カルボキシ−2−ナフチルオキシ酢酸、5−カルボキシ−2−ナフチルオキシ酢酸、6−カルボキシ−2−ナフチルオキシ酢酸、7−カルボキシ−2−ナフチルオキシ酢酸、8−カルボキシ−2−ナフチルオキシ酢酸、2−カルボキシ−1−ナフチルオキシ酢酸、3−カルボキシ−1−ナフチルオキシ酢酸、4−カルボキシ−1−ナフチルオキシ酢酸、5−カルボキシ−1−ナフチルオキシ酢酸、6−カルボキシ−1−ナフチルオキシ酢酸、7−カルボキシ−1−ナフチルオキシ酢酸、8−カルボキシ−1−ナフチルオキシ酢酸等や、これらの化合物中のカルボキシル基あるいは水酸基中の水素原子を酸解離性基で置換した化合物等を挙げることができる。
ここで、酸解離性基としては、例えば、前記酸解離性基(i)あるいは酸解離性基(ii)と同様のものを挙げることができる。
これらの機能性化合物は、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
機能性化合物の使用量は、アルカリ可溶性樹脂100重量部に対して、通常、50重量部以下である。
前記界面活性剤は、塗布性、ストリエーション、現像性等を改良する作用を有するものである。
前記界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリエチレングリコールジラウレート、ポリエチレングリコールジステアレート等のノニオン系界面活性剤のほか、以下商品名で、KP341(信越化学工業製)、ポリフローNo.75,同No.95(共栄社油脂化学工業製)、エフトップEF301,同EF303,同EF352(トーケムプロダクツ製)、メガファックスF171,同F173(大日本インキ化学工業製)、フロラードFC430,同FC431(住友スリーエム製)、アサヒガードAG710,サーフロンSー382,同SCー101,同SCー102,同SCー103,同SCー104,同SCー105,同SCー106(旭硝子製)等を挙げることができる。
これらの界面活性剤は、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
界面活性剤の配合量は、感放射線性樹脂組成物中の全樹脂成分100重量部に対して、通常、2重量部以下である。
また、前記ルイス塩基添加剤は、酸発生剤(A)および/または他の酸発生剤から発生する酸に対してルイス塩基として作用する化合物であり、該添加剤を配合することにより、レジストパターンの側壁の垂直性をより効果的に改善することができる。
このようなルイス塩基添加剤としては、例えば、含窒素塩基性化合物やその塩類、カルボン酸類、アルコール類等を挙げることができるが、含窒素塩基性化合物が好ましい。
前記含窒素塩基性化合物の具体例としては、トリエチルアミン、トリn−プロピルアミン、トリ−i−プロピルアミン、トリn−ブチルアミン、トリn−ヘキシルアミン、トリエタノールアミン、トリフェニルアミン、アニリン、N,N−ジメチルアニリン、2−メチルアニリン、3−メチルアニリン、4−メチルアニリン、4−ニトロアニリン、1−ナフチルアミン、2−ナフチルアミン、ジフェニルアミン、エチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ピロリジン、ピペリジン等のアミン化合物;イミダゾール、4−メチルイミダゾール、4−メチル−2−フェニルイミダゾール、チアベンダゾール、ベンズイミダゾール等のイミダゾール化合物;ピリジン、2−メチルピリジン、4−エチルピリジン、2−ヒドロキシピリジン、4−ヒドロキシピリジン、2−フェニルピリジン、4−フェニルピリジン、ニコチン酸、ニコチン酸アミド、キノリン、アクリジン等のピリジン化合物;プリン、1,3,5−トリアジン、トリフェニル−1,3,5−トリアジン、1,2,3−トリアゾール、1,2,4−トリアゾール、ウラゾール等の他の含窒素複素環化合物等を挙げることができる。
これらの含窒素塩基性化合物は、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
ルイス塩基添加剤の配合量は、酸発生剤(A)1モルに対して、通常、1モル以下、好ましくは0.05〜1モルである。この場合、ルイス塩基添加剤の配合量が1モルを超えると、レジストとしての感度が低下する傾向がある。
また、前記以外の添加剤としては、ハレーション防止剤、接着助剤、保存安定化剤、消泡剤等を挙げることができる。
組成物溶液の調製
発明のネガ型感放射線性樹脂組成物は、その使用に際して、全固形分の濃度が、例えば5〜50重量%となるように、溶剤に溶解したのち、通常、例えば孔径0.2μm程度のフィルターでろ過することによって、組成物溶液として調製される。
前記組成物溶液の調製に使用される溶剤としては、例えば、n−プロピルアルコール、i−プロピルアルコール、n−ブチルアルコール、t−ブチルアルコール、シクロヘキサノール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、エチレングリコールモノ−n−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、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジ−n−プロピルエーテル、ジエチレングリコールジ−n−ブチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、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−n−プロピルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、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−n−プロピルエーテルアセテート、トルエン、キシレン、メチルエチルケトン、メチルn−プロピルケトン、i−プロピルケトン、メチルn−ブチルケトン、メチルi−ブチルケトン、2−ヘプタノン、3−ヘプタノン、4−ヘプタノン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、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、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオン酸エチル、エトキシ酢酸エチル、ヒドロキシ酢酸エチル、2−ヒドロキシ−3−メチル酪酸メチル、3−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−メチル−3−メトキシブチルプロピオネート、3−メチル−3−メトキシブチルブチレート、酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸n−ブチル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸エチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、N−メチルピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ベンジルエチルエーテル、ジヘキシルエーテル、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、アセトニルアセトン、イソホロン、カプロン酸、カプリル酸、1−オクタノール、1−ノナノール、ベンジルアルコール、酢酸ベンジル、安息香酸エチル、しゅう酸ジエチル、マレイン酸ジエチル、γ−ブチロラクトン、炭酸エチレン、炭酸プロピレン等を挙げることができる。
これらの溶剤は、単独でまたは2種以上を混合して使用される。
レジストパターンの形成方法
発明のネガ型感放射線性樹脂組成物からレジストパターンを形成する際には、前記のようにして調製された組成物溶液を、回転塗布、流延塗布、ロール塗布等の適宜の塗布手段によって、例えば、シリコンウエハー、アルミニウムで被覆されたウエハー等の基板上に塗布することにより、レジスト被膜を形成し、場合により予めプレベークを行ったのち、所定のレジストパターンを形成するように該レジスト被膜に露光する。その際に使用される放射線としては、i線(波長365nm)等の近紫外線、水銀灯の輝線スペクトル(波長254nm)、KrFエキシマレーザー(波長248nm)あるいはArFエキシマレーザー(波長193nm)等の遠紫外線、シンクロトロン放射線等のX線、電子線等の荷電粒子線の如き各種放射線を使用することができる。
レジストパターンの形成に際しては、露光後に加熱処理(以下、「露光後ベーク」という。)を行うことが好ましい。露光後ベークの加熱条件は、組成物の配合組成によって変わるが、通常、30〜200℃、好ましくは50〜170℃である。
また、感放射線性樹脂組成物の潜在能力を最大限に引き出すため、例えば特許文献4等に開示されているように、使用される基板上に有機系あるいは無機系の反射防止膜を形成しておくこともでき、また環境雰囲気中に含まれる塩基性不純物等の影響を防止するため、例えば特許文献5等に開示されているように、レジスト被膜上に保護膜を設けることもでき、あるいはこれらの技術を併用することもできる。
特公平6−12452号公報 特開平5−188598号公報
次いで、露光されたレジスト被膜を現像することにより、所定のレジストパターンを形成する。
レジストパターンを形成する際に使用される現像液としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、けい酸ナトリウム、メタけい酸ナトリウム、アンモニア水、エチルアミン、n−プロピルアミン、ジエチルアミン、ジ−n−プロピルアミン、トリエチルアミン、メチルジエチルアミン、ジメチルエチルアミン、トリエタノールアミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、ピロール、ピペリジン、コリン、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]−7−ウンデセン、1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]−5−ノネン等のアルカリ性化合物の少なくとも1種を溶解したアルカリ性水溶液が好ましい。
該アルカリ性水溶液の濃度は、通常、10重量%以下である。この場合、アルカリ性水溶液の濃度が10重量%を超えると、未露光部も現像液に溶解し、好ましくない。
また、前記アルカリ性水溶液からなる現像液には、例えば有機溶剤を添加することもできる。
前記有機溶剤の具体例としては、アセトン、メチルエチルケトン、メチルi−ブチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、3−メチル−2−シクロペンタノン、2,6−ジメチルシクロヘキサノン等のケトン類;メチルアルコール、エチルアルコール、n−プロピルアルコール、i−プロピルアルコール、n−ブチルアルコール、t−ブチルアルコール、シクロペンタノール、シクロヘキサノール、1,4−ヘキサンジオール、1,4−ヘキサンジメチロール等のアルコール類;テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類;酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸i−アミル等のエステル類;トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類や、フェノール、アセトニルアセトン、ジメチルホルムアミド等を挙げることができる。
これらの有機溶剤は、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
有機溶剤の使用量は、アルカリ性水溶液に対して、100容量%以下が好ましい。この場合、有機溶剤の使用量が100容量%を超えると、現像性が低下し、露光部の現像残りが著しくなり、好ましくない。
また、アルカリ性水溶液からなる現像液には、界面活性剤等を適量添加することもできる。
なお、アルカリ性水溶液からなる現像液で現像したのちは、一般に、水で洗浄して乾燥する。
本発明のネガ型感放射線性樹脂組成物は、酸発生剤(A)として、特定の塩を用いることにより、特に感度が極めて優れ、かつ解像度、パターン形状、残膜率等にも優れている。しかも、本発明の感放射線性樹脂組成物は、近紫外線、遠紫外線、X線、荷電粒子線の如き各種の放射線に対して有効に感応することができる。
したがって、本発明のネガ形感放射線性樹脂組成物は、今後ますます微細化が進行すると予想される半導体デバイス製造用のレジストとして極めて有用である。
以下、実施例を挙げて、本発明の実施の形態をさらに具体的に説明する。但し、本発明は、これらの実施例に何ら制約されるものではない。
実施例および比較例におけるMwの測定および各レジストの評価は、下記の要領で実施した。
Mw
東ソー(株)製GPCカラム(G2000HXL2本、G3000HXL1本、G4000HXL1本)を用い、流量1.0ミリリットル/分、溶出溶媒テトラヒドロフラン、カラム温度40℃の分析条件で、単分散ポリスチレンを標準とするゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定した。
感度
線幅0.3μmのライン・アンド・スペースパターン(1L1S)を1対1の線幅に形成する露光量を最適露光量とし、この最適露光量を感度とした。
解像度
最適露光量で露光したときに解像されるレジストパターンの最小寸法(μm)を解像度とした。
パターン形状
シリコンウエハー上に形成した線幅0.3μmの1L1Sの方形状断面の下辺の寸法
La と上辺の寸法Lb とを、走査型電子顕微鏡を用いて測定して、
0.85≦Lb /La ≦1
を満足し、かつ基板付近にパターンのえぐれやパターン上層部の庇のないものを、パターン形状が“良好”であるとし、これらの条件の少なくとも1つを満たさないものを、パターン形状が“不良”であるとした。
残膜率
最適露光量で露光したときに解像されるレジストパターンの現像前の厚さに対する現像後の厚さの割合(%)を残膜率とした。
各実施例および比較例で用いた各成分は、下記の通りである。
酸発生剤(A):
(A-1) 4−ヒドロキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメ タンスルホネート
アルカリ可溶性樹脂:
(C-1) ポリ(p−ヒドロキシスチレン)(Mw=7,500)
(C-2) p−ヒドロキシスチレンとスチレンとの共重合体(共重合モル比=7/3、 Mw=7,000)
架橋剤:
(D-1) ジメトキシメチルウレア(商品名MX290、三和ケミカル製)
(D-2) テトラメトキシメチロールウリル(商品名CYMEL1174、三井サイア ナミッド製)
その他の成分:
ルイス塩基添加剤として、
(E-1) ニコチン酸アミド
を用い、
溶剤として、
(S-1) 2−ヒドロキシプロピオン酸エチル
(S-2) シクロヘキサノン
を用いた。
実施例1〜
表1(但し、部は重量に基づく。)に示す各成分を混合して均一溶液としたのち、孔径0.2μmのメンブレンフィルターでろ過して、組成物溶液を調製した。
次いで、各組成物溶液を、シリコーンウエハー上に回転塗布したのち、100℃に保持したホットプレート上で、5分間プレベークを行って、膜厚1.1μmのレジスト被膜を形成した。その後、各レジスト被膜に、マスクパターンを介し、(株)ニコン製KrFエキシマレーザー露光機(商品名NSR−2005EX8A)を用いて、露光量を変化させて露光した。次いで、110℃に保持したホットプレート上で、1分間露光後ベークを行ったのち、2.38重量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液により、25℃で1分間現像し、水洗し、乾燥して、レジストパターンを形成した。
各実施例の評価結果を、表2に示す。
Figure 0003849700
Figure 0003849700

Claims (7)

  1. (A)下記式(1−1)
    Figure 0003849700
    〔式(1−1)において、R1 およびR2 は相互に同一でも異なってもよく、水素原子または炭素数1〜4のアルキル基を示し、R3 は水酸基または−OR4 (但し、R4 は炭素数1〜6の1価の有機基を示す。)を示し、A1 - は1価アニオンを示し、、bは〜7の整数である。〕
    で表される感放射線性酸発生剤、
    (C)アルカリ可溶性樹脂、および
    (D)酸の存在下でアルカリ可溶性樹脂を架橋しうる化合物
    を含有することを特徴とするネガ型感放射線性樹脂組成物。
  2. (A)成分の感放射線性酸発生剤を表す式(1−1)において、R 3 が水酸基、n−ブトキシ基およびn−ブトキシカルボニルオキシ基の群から選ばれる基である、請求項1に記載のネガ型感放射線性樹脂組成物。
  3. (C)成分のアルカリ可溶性樹脂が酸性官能基を有する繰返し単位を1種以上有する付加重合系樹脂である、請求項1または請求項2に記載のネガ型感放射線性樹脂組成物。
  4. (C)成分のアルカリ可溶性樹脂である酸性官能基を有する繰返し単位を1種以上有する付加重合系樹脂が、他の重合性不飽和化合物の重合性不飽和結合が開裂した繰返し単位を1種以上含有する、請求項3に記載のネガ型感放射線性樹脂組成物。
  5. (D)成分の酸の存在下でアルカリ可溶性樹脂を架橋しうる化合物がメチロール基含有尿素化合物である、請求項1〜4のいずれかに記載のネガ型感放射線性樹脂組成物。
  6. (D)成分のメチロール基含有尿素化合物がジメトキシメチルウレアおよびテトラメトキシメトキシメチロールウリルの群の単独または2種の混合物である、請求項5に記載のネガ型感放射線性樹脂組成物。
  7. さらに、(E)ルイス塩基添加剤を含有する、請求項1〜6のいずれかに記載のネガ型感放射線性樹脂組成物。
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