JP4070521B2 - Positive resist composition - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a positive resist composition which prevents falling of a pattern and ensures improved edge roughness, density dependence and surface roughness in etching. <P>SOLUTION: The positive resist composition comprises a resin containing a repeating unit having a dihydroxy- or trihydroxyadamantyl group and a repeating unit having an acid-decomposable alicyclic group at a specified composition molar ratio and capable of increasing the velocity of dissolution in an alkali developer by the action of an acid and a compound capable of generating an acid upon irradiation with an actinic ray or a radiation. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超LSIや高容量マイクロチップの製造等の超マイクロリソグラフィプロセスやその他のフォトファブリケ−ションプロセスに使用するポジ型レジスト組成物に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、集積回路はその集積度を益々高めており、超LSIなどの半導体基板の製造に於いてはハーフミクロン以下の線幅から成る超微細パターンの加工が必要とされるようになってきた。その必要性を満たすためにフォトリソグラフィーに用いられる露光装置の使用波長は益々短波化し、今では、遠紫外線の中でも短波長のエキシマレーザー光(XeCl、KrF、ArFなど)を用いることが検討されるまでになってきている。
この波長領域におけるリソグラフィーのパターン形成に用いられるものとして、化学増幅系レジストがある。
【0003】
一般に化学増幅系レジストは、通称2成分系、2.5成分系、3成分系の3種類に大別することができる。2成分系は、光分解により酸を発生する化合物(以後、光酸発生剤という)とバインダー樹脂とを組み合わせている。該バインダー樹脂は、酸の作用により分解して、樹脂のアルカリ現像液中での溶解性を増加させる基(酸分解性基ともいう)を分子内に有する樹脂である。2.5成分系はこうした2成分系に更に酸分解性基を有する低分子化合物を含有する。3成分系は光酸発生剤とアルカリ可溶性樹脂と上記低分子化合物を含有するものである。
【0004】
上記化学増幅系レジストは紫外線や遠紫外線照射用のフォトレジストに適しているが、その中でさらに使用上の要求特性に対応する必要がある。
ArF光源用のフォトレジスト組成物としては、ドライエッチング耐性付与の目的で脂環式炭化水素部位が導入された樹脂が提案されているが、脂環式炭化水素部位導入の弊害として系が極めて疎水的になるがために、従来レジスト現像液として幅広く用いられてきたテトラメチルアンモニウムヒドロキシド(以下TMAH)水溶液での現像が困難となったり、現像中に基板からレジストが剥がれてしまうなどの現象が見られる。
このようなレジストの疎水化に対応して、現像液にイソプロピルアルコールなどの有機溶媒を混ぜるなどの対応が検討され、一応の成果が見られるものの、レジスト膜の膨潤の懸念やプロセスが煩雑になるなど必ずしも問題が解決されたとは言えない。レジストの改良というアプローチでは親水基の導入により疎水的な種々の脂環式炭化水素部位を補うという施策も数多くなされている。
【0005】
一方、特開平11−109632号公報には、極性基含有脂環式官能基と酸分解性基を含有する樹脂を放射線感光材料に用いることが記載されている。また、特許第3042618号には、ラクトン構造を有する(メタ)アクリレート誘導体を他の重合性化合物と共重合させて得られた重合体を含有するフォトレジスト組成物について記載されている。
【0006】
上記のように、遠紫外線露光用フォトレジストに用いられる、酸分解性基を含有する樹脂は、分子内に同時に脂肪族の環状炭化水素基を含有することが一般的である。このため樹脂が疎水性になり、それに起因する問題点が存在した。それを改良する上記のような種々の手段が種々検討されたが、上記の技術では未だ不十分な点が多く、改善が望まれている。
【0007】
また、特開2001-109154号公報には、脂環ラクトンモノマーとモノヒドロキシアダマンタンモノマーの共重合体樹脂により高感度、高解像力を有し、パターンのエッジラフネスが改良されたポジ型フォトレジスト組成物が記載されているが、パターン倒れの問題やエッチング時の表面荒れに関して十分改善されているものではなかった。ここで、「パターン倒れ」とはラインパターン形成時にパターンが基板界面付近などで折れるように倒れることを意味する。
【0008】
更に、特開2000−338674号公報や特開2001−183836号公報には、ジヒドロキシアダマンタンモノマーと酸分解アダマンタンモノマーの共重合体樹脂を含有するレジスト組成物が記載されているが、パターン倒れやエッチンング時の表面荒れ、更にはエッジラフネスや疎密依存性に関してやはり十分改善されているものではなかった。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、超LSIや高容量マイクロチップの製造等の超マイクロリソグラフィプロセスやその他のフォトファブリケーションプロセスに於いて好適に使用することができ、パターン倒れの防止とエッジラフネス、疎密依存性、及びエッチング時の表面荒れが改善されたポジ型レジスト組成物を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、ポジ型化学増幅系レジスト組成物の構成材料を鋭意検討した結果、特定の繰り返し単位を特定比率で含有する酸分解性樹脂を用いることにより、本発明の目的が達成されることを知り、本発明に至った。
即ち、上記目的は下記構成によって達成される。
【0011】
(1) (A)少なくとも、ジヒドロキシアダマンチル基またはトリヒドロキシアダマンチル基を有する繰り返し単位A1、酸分解性脂環基を有する繰り返し単位A2、及び下記一般式(V−1)〜(V−4)のいずれかで表される基を有する繰り返し単位A3を構成単位として含有し、酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解速度が増加する樹脂、並びに(B)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物を含有するポジ型レジスト組成物であって、樹脂(A)中の繰り返し単位A1と繰り返し単位A2との組成モル比A1/A2が0.15以上1.0以下であり、かつ、樹脂(A)中の繰り返し単位A1と繰り返し単位A2の合計含有量が40〜70モル%であることを特徴とするポジ型レジスト組成物。
【化4】
一般式(V−1)〜(V−4)において、R 1b 〜R 5b は、各々独立に水素原子、置換基を有していてもよい、アルキル基、シクロアルキル基又はアルケニル基を表す。R 1b 〜R 5b の内の2つは、結合して環を形成してもよい。
(2) A1/A2が0.35以上1.0以下である前記(1)に記載の組成物。
(3) ジヒドロキシアダマンチル基またはトリヒドロキシアダマンチル基を有する繰り返し単位A1が、下記一般式(I)で表される繰り返し単位である前記(1)または (2)に記載の組成物。
【化5】
一般式(I)において、R1は水素原子、アルキル基、ハロゲン原子又はシアノ基を表し、R2は水素原子又は水酸基を表す。
(4) 酸分解性脂環基を有する繰り返し単位A2が、下記一般式(pI)〜一般式(pVI)で示される脂環式炭化水素を含む部分構造を有する繰り返し単位の群から選択される前記(1)〜(3)のいずれかに記載の組成物。
【化6】
(式中、R11は、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基又はsec−ブチル基を表し、Zは、炭素原子とともに脂環式炭化水素基を形成するのに必要な原子団を表す。
12〜R16は、各々独立に、炭素数1〜4個の、直鎖もしくは分岐のアルキル基又は脂環式炭化水素基を表し、但し、R12〜R14のうち少なくとも1つ、もしくはR15、R16のいずれかは脂環式炭化水素基を表す。
17〜R21は、各々独立に、水素原子、炭素数1〜4個の、直鎖もしくは分岐のアルキル基又は脂環式炭化水素基を表し、但し、R17〜R21のうち少なくとも1つは脂環式炭化水素基を表す。また、R19、R21のいずれかは炭素数1〜4個の、直鎖もしくは分岐のアルキル基又は脂環式炭化水素基を表す。
22〜R25は、各々独立に、炭素数1〜4個の、直鎖もしくは分岐のアルキル基又は脂環式炭化水素基を表し、但し、R22〜R25のうち少なくとも1つは脂環式炭化水素基を表す。また、R23とR24は、互いに結合して環を形成していてもよい。)
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に使用する成分について詳細に説明する。
〔1〕(A)酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解速度が増加する樹脂(「酸分解性樹脂」ともいう)。
【0013】
本発明において、ジヒドロキシアダマンチル基またはトリヒドロキシアダマンチル基を有する繰り返し単位A1は、好ましくは上記一般式(I)で表される繰り返し単位である。
【0014】
一般式(I)中、R1のアルキル基としては、直鎖状、分岐状のアルキル基が挙げられ、置換基を有していてもよい。
直鎖状、分岐状のアルキル基としては、炭素数1〜12個の直鎖状あるいは分岐状アルキル基が好ましく、より好ましくは炭素数1〜10個の直鎖状あるいは分岐状アルキル基であり、更に好ましくはメチル基、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、sec−ブチル基、t−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、デシル基である。
【0015】
また、一般式(I)中、R1のハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、沃素原子を挙げることができる。
【0016】
本発明における酸分解性脂環基とは、アルカリ可溶性基を酸性条件下で脱離しうる残基で保護するための構造単位であり、かつ脱保護後の保護基残さに脂環構造が含まれるものである。アルカリ可溶性基としては、カルボン酸、スルホン酸、スルホンアミド、N−スルホニルイミド、ジスルホニルイミド等が挙げられるが、透過率、露光マージンの観点から特にカルボキシル基が好ましい。脂環基としては、後述の環状炭化水素構造を挙げることができる。
【0017】
本発明において、酸分解性脂環基を有する繰り返し単位A2は、好ましくは上記一般式(pI)〜一般式(pVI)で示される脂環式炭化水素を含む部分構造を有する繰り返し単位の群から選択されるものである。
【0018】
一般式(pI)〜(pVI)において、R12〜R25におけるアルキル基としては、置換もしくは非置換のいずれであってもよい、1〜4個の炭素原子を有する直鎖もしくは分岐のアルキル基を表す。そ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、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基等が挙げられる。また、上記アルキル基の更なる置換基としては、炭素数1〜4個のアルコキシ基、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子)、アシル基、アシロキシ基、シアノ基、水酸基、カルボキシ基、アルコキシカルボニル基、ニトロ基等を挙げることができる。
【0019】
11〜R25における脂環式炭化水素基あるいはZと炭素原子が形成する脂環式炭化水素基としては、単環式でも、多環式でもよい。具体的には、炭素数5以上のモノシクロ、ビシクロ、トリシクロ、テトラシクロ構造等を有する基を挙げることができる。その炭素数は6〜30個が好ましく、特に炭素数7〜25個が好ましい。これらの脂環式炭化水素基は置換基を有していてもよい。
以下に、脂環式炭化水素基のうち、脂環式部分の構造例を示す。
【0020】
【化7】
【0021】
【化8】
【0022】
【化9】
【0023】
本発明においては、上記脂環式部分の好ましいものとしては、アダマンチル基、ノルアダマンチル基、デカリン残基、トリシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、ノルボルニル基、セドロール基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロデカニル基、シクロドデカニル基を挙げることができる。より好ましくは、アダマンチル基、デカリン残基、ノルボルニル基、セドロール基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロデカニル基、シクロドデカニル基である。
【0024】
これらの脂環式炭化水素基の置換基としては、アルキル基、置換アルキル基、ハロゲン原子、水酸基、アルコキシ基、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基が挙げられる。アルキル基としてはメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基等の低級アルキル基が好ましく、更に好ましくはメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基よりなる群から選択された置換基を表す。置換アルキル基の置換基としては、水酸基、ハロゲン原子、アルコキシ基を挙げることができる。上記アルコキシ基としてはメトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等の炭素数1〜4個のものを挙げることができる。
【0025】
上記樹脂における一般式(pI)〜(pVI)で示される構造は、アルカリ可溶性基の保護に使用することができる。アルカリ可溶性基としては、この技術分野において公知の種々の基が挙げられる。
具体的には、カルボン酸、スルホン酸、スルホンアミド、N−スルホニルイミド、ジスルホニルイミド等が挙げられるが、透過率、露光マージンの観点から特にカルボキシル基が好ましい。
上記樹脂における一般式(pI)〜(pVI)で示される構造で保護されたアルカリ可溶性基としては、好ましくは下記一般式(pVII)〜(pXI)で表される基が挙げられる。
【0026】
【化10】
【0027】
ここで、R11〜R25ならびにZは、それぞれ前記定義に同じである。
上記樹脂において、一般式(pI)〜(pVI)で示される構造で保護されたアルカリ可溶性基を有する繰り返し単位としては、下記一般式(pA)で示される繰り返し単位が好ましい。
【0028】
【化11】
【0029】
ここで、Rは、水素原子、ハロゲン原子又は1〜4個の炭素原子を有する置換もしくは非置換の直鎖もしくは分岐のアルキル基を表す。複数のRは、各々同じでも異なっていてもよい。
Aは、単結合又は2価の連結基を表す。2価の連結基としては、アルキレン基、置換アルキレン基、エーテル基、チオエーテル基、カルボニル基、エステル基、アミド基、スルフォンアミド基、ウレタン基、又はウレア基よりなる群から選択される単独あるいは2つ以上の基の組み合わせを表す。
aは、上記式(pI)〜(pVI)のいずれかの基を表す。
【0030】
以下、一般式(pA)で示される繰り返し単位に相当するモノマーの具体例を示す。
【0031】
【化12】
【0032】
【化13】
【0033】
【化14】
【0034】
【化15】
【0035】
【化16】
【0036】
【化17】
【0037】
本発明の酸分解性樹脂(A)において、ジヒドロキシアダマンチル基またはトリヒドロキシアダマンチル基を有する繰り返し単位A1と酸分解性脂環基を有する繰り返し単位A2との組成モル比A1/A2は0.15以上1.0以下、好ましくは0.35以上1.0以下であり、かつ、A1とA2の合計含有量が40〜70モル%である必要がある。組成比A1/A2が0.15未満の場合には、パターン倒れ防止性やエッチング時の表面荒れ防止性が劣化する。なお、パターン倒れ防止性やエッチング時の表面荒れ防止性をより向上させ、更にエッジラフネスや疎密依存性も満足させる観点からA1/A2は0.35以上が好ましい。一方、1.0を越えた場合、パターン倒れ防止性が劣化するため好ましくない。また、A1とA2の合計含有量が40モル%未満だと、解像性やエッジラフネスが劣化し、70モル%を越えた場合にも、疎密依存性、エッチング時の表面荒れ防止性、およびパターン倒れ防止性が劣化するため好ましくない。より好ましくは、A1/A2の比は0.4以上0.8以下である。一方、A1とA2の合計含有量は45〜65モル%であることがより好ましい。また、A1/A2が0.4以上0.8以下であり、かつA1とA2との合計含有量が45〜65モル%であることがさらに好ましい。
【0038】
本発明の酸分解性樹脂(A)は、上記繰り返し単位A1及びA2に、更に、脂環ラクトン繰り返し単位A3を構成単位として含むことが好ましい。脂環ラクトン繰り返し単位A3としては、一般式(V−1)〜(V−4)のいずれかで表される基を有する繰り返し単位、一般式(VI)で表される基を有する繰り返し単位を挙げることができる。脂環ラクトン繰り返し単位は、一般的なラクトン残基を有する繰り返し単位と比較してパターン倒れ、エッチングの表面荒れの観点で好ましい。脂環ラクトン繰り返し単位の含有量は、5〜65mol%が好ましく、より好ましくは10〜60mol%、更に好ましくは15〜55mol%である。更に脂環ラクトン繰り返し単位の中でも一般式(V−1)〜(V−4)のいずれかで表される基を有する繰り返し単位がパターン倒れの観点で好ましい。
【0039】
一般式(V−1)〜(V−4)において、R1b〜R5bは、各々独立に水素原子、置換基を有していてもよい、アルキル基、シクロアルキル基又はアルケニル基を表す。R1b〜R5bの内の2つは、結合して環を形成してもよい。
【0040】
一般式(V−1)〜(V−4)において、R1b〜R5bにおけるアルキル基としては、直鎖状、分岐状のアルキル基が挙げられ、置換基を有していてもよい。
直鎖状、分岐状のアルキル基としては、炭素数1〜12個の直鎖状あるいは分岐状アルキル基が好ましく、より好ましくは炭素数1〜10個の直鎖状あるいは分岐状アルキル基であり、更に好ましくはメチル基、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、sec−ブチル基、t−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、デシル基である。
【0041】
1b〜R5bにおけるシクロアルキル基としては、シクロプロピル基、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炭素数3〜8個のものが好ましい。
1b〜R5bにおけるアルケニル基としては、ビニル基、プロペニル基、ブテニル基、ヘキセニル基等の炭素数2〜6個のものが好ましい。
また、R1b〜R5bの内の2つが結合して形成する環としては、シクロプロパン環、シクロブタン環、シクロペンタン環、シクロヘキサン環、シクロオクタン環等の3〜8員環が挙げられる。
なお、一般式(V−1)〜(V−4)におけるR1b〜R5bは、環状骨格を構成している炭素原子のいずれに連結していてもよい。
【0042】
また、上記アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基が有してもよい好ましい置換基としては、炭素数1〜4個のアルコキシ基、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子)、炭素数2〜5のアシル基、炭素数2〜5のアシロキシ基、シアノ基、水酸基、カルボキシ基、炭素数2〜5のアルコキシカルボニル基、ニトロ基等を挙げることができる。
【0043】
一般式(V−1)〜(V−4)で表される基を有する繰り返し単位としては、下記一般式(AI)で表される繰り返し単位等を挙げることができる。
【0044】
【化18】
【0045】
一般式(AI)中、Rb0は、水素原子、ハロゲン原子、又は炭素数1〜4の置換もしくは非置換のアルキル基を表す。Rb0のアルキル基が有していてもよい好ましい置換基としては、前記一般式(V−1)〜(V−4)におけるR1bとしてのアルキル基が有していてもよい好ましい置換基として先に例示したものが挙げられる。
b0のハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、沃素原子を挙げることができる。Rb0は水素原子が好ましい。
A’は、単結合又は2価の連結基を表す。2価の連結基としては、エーテル基、エステル基、カルボニル基、アルキレン基、又はこれらを組み合わせた2価の基を表す。
2は、一般式(V−1)〜(V−4)のうちのいずれかで示される基を表す。A’において、該組み合わせた2価の基としては、例えば下記式のものが挙げられる。
【0046】
【化19】
【0047】
上記式において、Rab、Rbbは、水素原子、アルキル基、置換アルキル基、ハロゲン原子、水酸基、アルコキシ基を表し、両者は同一でも異なっていてもよい。
アルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基等の低級アルキル基が好ましく、更に好ましくはメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基から選択される。置換アルキル基の置換基としては、水酸基、ハロゲン原子、炭素数1〜4のアルコキシ基を挙げることができる。
アルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等の炭素数1〜4個のものを挙げることができる。ハロゲン原子としては、塩素原子、臭素原子、フッ素原子、沃素原子等を挙げることができる。r1は1〜10の整数、好ましくは1〜4の整数を表す。mは1〜3の整数、好ましくは1又は2を表す。
【0048】
以下に、一般式(AI)で表される繰り返し単位の具体例を挙げるが、本発明の内容がこれらに限定されるものではない。
【0049】
【化20】
【0050】
【化21】
【0051】
【化22】
【0052】
【化23】
【0053】
【化24】
【0054】
【化25】
【0055】
【化26】
【0056】
また、本発明の酸分解性樹脂は、更に下記一般式(VI)で表される繰り返し単位を含有することができる。
【0057】
【化27】
【0058】
一般式(VI)において、A6は単結合又は2価の連結基を表す。2価の連結基としては、アルキレン基、シクロアルキレン基、エーテル基、チオエーテル基、カルボニル基、エステル基よりなる群から選択される単独あるいは2つ以上の基の組み合わせを表す。
6aは水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、シアノ基、又はハロゲン原子を表す。
【0059】
一般式(VI)において、A6のアルキレン基としては、下記式で表される基を挙げることができる。
−〔C(Rnf)(Rng)〕r−
上記式中、Rnf、Rngは、水素原子、アルキル基、置換アルキル基、ハロゲン原子、水酸基、アルコキシ基を表し、両者は同一でも異なっていてもよい。アルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基等の低級アルキル基が好ましく、更に好ましくはメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基から選択される。置換アルキル基の置換基としては、水酸基、ハロゲン原子、アルコキシ基を挙げることができる。アルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等の炭素数1〜4のものを挙げることができる。ハロゲン原子としては、塩素原子、臭素原子、フッ素原子、沃素原子等を挙げることができる。rは1〜10の整数である。
一般式(VI)において、A6のシクロアルキレン基としては、炭素数3から10個のものが挙げられ、シクロペンチレン基、シクロヘキシレン基、シクロオクチレン基等を挙げることができる。
【0060】
6を含む有橋式脂環式環は、置換基を有していてもよい。置換基としては、例えば、ハロゲン原子、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜4)、アルコキシカルボニル基(好ましくは炭素数1〜5)、アシル基(例えば、ホルミル基、ベンゾイル基)、アシロキシ基(例えば、プロピルカルボニルオキシ基、ベンゾイルオキシ基)、アルキル基(好ましくは炭素数1〜4)、カルボキシル基、水酸基、アルキルスルホニルスルファモイル基(-CONHSO2CH3等)が挙げられる。尚、置換基としてのアルキル基は、更に水酸基、ハロゲン原子、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜4)等で置換されていてもよい。
【0061】
一般式(VI)において、A6に結合しているエステル基の酸素原子は、Z6を含む有橋式脂環式環構造を構成する炭素原子のいずれの位置で結合してもよい。
【0062】
以下に、一般式(VI)で表される繰り返し単位の具体例を挙げるが、これらに限定されるものではない。
【0063】
【化28】
【0064】
【化29】
【0065】
本発明の酸分解性樹脂(A)は、更に下記一般式(IV)で表されるラクトン構造を有する繰り返し単位を含有することができる。
【0066】
【化30】
【0067】
一般式(IV)中、R1aは、水素原子又はメチル基を表す。
1は、単結合又は2価の連結基を表す。2価の連結基としては、アルキレン基、エーテル基、チオエーテル基、カルボニル基、エステル基よりなる群から選択される単独あるいは2つ以上の基の組み合わせを表す。
Ra1,Rb1,Rc1,Rd1,Re1は各々独立に、水素原子又は炭素数1〜4のアルキル基を表す。m,nは各々独立に0〜3の整数を表し、m+nは、2以上6以下である。
【0068】
Ra1〜Re1の炭素数1〜4のアルキル基としては、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、sec−ブチル基、t−ブチル基等を挙げることができる。
【0069】
一般式(IV)において、W1のアルキレン基としては、下記式で表される基を挙げることができる。
−〔C(Rf)(Rg)〕r1
上記式中、Rf、Rgは、水素原子、アルキル基、置換アルキル基、ハロゲン原子、水酸基、アルコキシ基を表し、両者は同一でも異なっていてもよい。アルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基等の低級アルキル基が好ましく、更に好ましくはメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基から選択される。置換アルキル基の置換基としては、水酸基、ハロゲン原子、アルコキシ基を挙げることができる。アルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等の炭素数1〜4のものを挙げることができる。ハロゲン原子としては、塩素原子、臭素原子、フッ素原子、沃素原子等を挙げることができる。r1は1〜10の整数である。
【0070】
上記アルキル基における更なる置換基としては、カルボキシル基、アシルオキシ基、シアノ基、アルキル基、置換アルキル基、ハロゲン原子、水酸基、アルコキシ基、置換アルコキシ基、アセチルアミド基、アルコキシカルボニル基、アシル基が挙げられる。
ここでアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基等の低級アルキル基を挙げることができる。置換アルキル基の置換基としては、水酸基、ハロゲン原子、アルコキシ基を挙げることができる。置換アルコキシ基の置換基としては、アルコキシ基等を挙げることができる。アルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等の炭素数1〜4のものを挙げることができる。アシルオキシ基としては、アセトキシ基等が挙げられる。ハロゲン原子としては、塩素原子、臭素原子、フッ素原子、沃素原子等を挙げることができる。
【0071】
以下、一般式(IV)で示される繰り返し単位に相当するモノマーの具体例を示すが、これらに限定されるものではない。
【0072】
【化31】
【0073】
【化32】
【0074】
【化33】
【0075】
上記一般式(IV)の具体例において、露光マージンがより良好になるという点から(IV−17)〜(IV−36)が好ましい。
更に一般式(IV)の構造としては、エッジラフネスが良好になるという点からアクリレート構造を有するものが好ましい。
【0076】
本発明の酸分解性樹脂(A)は、更に、下記一般式(VII)で表される基を有する繰り返し単位を含有してもよい。
【0077】
【化34】
【0078】
一般式(VII)中、R3cは水酸基を表し、R2c及びR4cは各々独立に水素原子又はアルキル基を表す。アルキル基としては炭素数1〜4が好ましい。
【0079】
一般式(VII)で表される基を有する繰り返し単位としては、下記一般式(AII)で表される繰り返し単位等を挙げることができる。
【0080】
【化35】
【0081】
一般式(AII)中、R1cは、水素原子又はメチル基を表す。
3cは水酸基を表し、R2c及びR4cは各々独立に水素原子又はアルキル基を表す。アルキル基としては炭素数1〜4が好ましい。
【0082】
以下に、一般式(AII)で表される構造を有する繰り返し単位の具体例を挙げるが、これらに限定されるものではない。
【0083】
【化36】
【0084】
(A)成分である酸分解性樹脂は、上記の繰り返し単位以外に、ドライエッチング耐性や標準現像液適性、基板密着性、レジストプロファイル、さらにレジストの一般的な必要な特性である解像力、耐熱性、感度等を調節する目的で様々な繰り返し単位を含有することができる。
【0085】
このような繰り返し単位としては、下記の単量体に相当する繰り返し構造単位を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
これにより、酸分解性樹脂に要求される性能、特に、
(1)塗布溶剤に対する溶解性、
(2)製膜性(ガラス転移点)、
(3)アルカリ現像性、
(4)膜べり(親疎水性、アルカリ可溶性基選択)、
(5)未露光部の基板への密着性、
(6)ドライエッチング耐性、
等の微調整が可能となる。
このような単量体として、例えばアクリル酸エステル類、メタクリル酸エステル類、アクリルアミド類、メタクリルアミド類、アリル化合物、ビニルエーテル類、ビニルエステル類等から選ばれる付加重合性不飽和結合を1個有する化合物等を挙げることができる。
【0086】
具体的には、以下の単量体を挙げることができる。
アクリル酸エステル類(好ましくはアルキル基の炭素数が1〜10のアルキルアクリレート):
アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸アミル、アクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸エチルヘキシル、アクリル酸オクチル、アクリル酸−t−オクチル、クロルエチルアクリレート、2−ヒドロキシエチルアクリレート2,2−ジメチルヒドロキシプロピルアクリレート、5−ヒドロキシペンチルアクリレート、トリメチロールプロパンモノアクリレート、ペンタエリスリトールモノアクリレート、ベンジルアクリレート、メトキシベンジルアクリレート、フルフリルアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート等。
【0087】
メタクリル酸エステル類(好ましくはアルキル基の炭素数が1〜10のアルキルメタアクリレート):
メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、プロピルメタクリレート、イソプロピルメタクリレート、アミルメタクリレート、ヘキシルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、クロルベンジルメタクリレート、オクチルメタクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、4−ヒドロキシブチルメタクリレート、5−ヒドロキシペンチルメタクリレート、2,2−ジメチル−3−ヒドロキシプロピルメタクリレート、トリメチロールプロパンモノメタクリレート、ペンタエリスリトールモノメタクリレート、フルフリルメタクリレート、テトラヒドロフルフリルメタクリレート等。
【0088】
アクリルアミド類:
アクリルアミド、N−アルキルアクリルアミド(アルキル基としては炭素数1〜10のもの、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、t−ブチル基、ヘプチル基、オクチル基、シクロヘキシル基、ヒドロキシエチル基等がある。)、N,N−ジアルキルアクリルアミド(アルキル基としては炭素数1〜10のもの、例えばメチル基、エチル基、ブチル基、イソブチル基、エチルヘキシル基、シクロヘキシル基等がある)、N−ヒドロキシエチル−N−メチルアクリルアミド、N−2−アセトアミドエチル−N−アセチルアクリルアミド等。
【0089】
メタクリルアミド類:
メタクリルアミド、N−アルキルメタクリルアミド(アルキル基としては炭素数1〜10のもの、例えばメチル基、エチル基、t−ブチル基、エチルヘキシル基、ヒドロキシエチル基、シクロヘキシル基等がある)、N,N−ジアルキルメタクリルアミド(アルキル基としてはエチル基、プロピル基、ブチル基等がある)、N−ヒドロキシエチル−N−メチルメタクリルアミド等。
【0090】
アリル化合物:
アリルエステル類(例えば酢酸アリル、カプロン酸アリル、カプリル酸アリル、ラウリン酸アリル、パルミチン酸アリル、ステアリン酸アリル、安息香酸アリル、アセト酢酸アリル、乳酸アリル等)、アリルオキシエタノール等。
【0091】
ビニルエーテル類:
アルキルビニルエーテル(例えばヘキシルビニルエーテル、オクチルビニルエーテル、デシルビニルエーテル、エチルヘキシルビニルエーテル、メトキシエチルビニルエーテル、エトキシエチルビニルエーテル、クロルエチルビニルエーテル、1−メチル−2,2−ジメチルプロピルビニルエーテル、2−エチルブチルビニルエーテル、ヒドロキシエチルビニルエーテル、ジエチレングリコールビニルエーテル、ジメチルアミノエチルビニルエーテル、ジエチルアミノエチルビニルエーテル、ブチルアミノエチルビニルエーテル、ベンジルビニルエーテル、テトラヒドロフルフリルビニルエーテル等。
【0092】
ビニルエステル類:
ビニルブチレート、ビニルイソブチレート、ビニルトリメチルアセテート、ビニルジエチルアセテート、ビニルバレート、ビニルカプロエート、ビニルクロルアセテート、ビニルジクロルアセテート、ビニルメトキシアセテート、ビニルブトキシアセテート、ビニルアセトアセテート、ビニルラクテート、ビニル−β−フェニルブチレート、ビニルシクロヘキシルカルボキシレート等。
【0093】
イタコン酸ジアルキル類:
イタコン酸ジメチル、イタコン酸ジエチル、イタコン酸ジブチル等。
フマール酸のジアルキルエステル類又はモノアルキルエステル類;ジブチルフマレート等。
【0094】
その他クロトン酸、イタコン酸、無水マレイン酸、マレイミド、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、マレイロニトリル等。
【0095】
その他にも、上記種々の繰り返し単位に相当する単量体と共重合可能である付加重合性の不飽和化合物であれば、共重合されていてもよい。
【0096】
酸分解性樹脂において、各繰り返し単位の含有モル比はレジストのドライエッチング耐性や標準現像液適性、基板密着性、レジストプロファイル、さらにはレジストの一般的な必要性能である解像力、耐熱性、感度等を調節するために適宜設定される。
【0097】
酸分解性樹脂中、脂環ラクトン繰り返し単位A3の含有量は、全繰り返し単位中5〜65モル%が好ましく、より好ましくは10〜60モル%、更に好ましくは15〜55モル%である。
酸分解性樹脂中、繰り返し単位A1(一般式(I)で表される繰り返し単位)の含有量は、全繰り返し単位中5〜30モル%が好ましく、より好ましくは10〜28モル%、更に好ましくは15〜25モル%である。
酸分解性樹脂中、繰り返し単位A2(一般式(pI)〜(pVI)で表される脂環式炭化水素を含む部分構造を有する繰り返し単位)の含有量は、全繰り返し単位中24〜55モル%が好ましく、より好ましくは26〜50モル%、更に好ましくは28〜45モル%である。
【0098】
また、上記更なる共重合成分の単量体に基づく繰り返し単位の樹脂中の含有量も、所望のレジストの性能に応じて適宜設定することができるが、一般的に、上記一般式(V−1)〜(V−4)のいずれかで表される基を有する繰り返し単位と上記一般式(pI)〜(pVI)で表される脂環式炭化水素を含む部分構造を有する繰り返し単位と上記一般式(I)で表される繰り返し単位の合計した総モル数に対して99モル%以下が好ましく、より好ましくは90モル%以下、さらに好ましくは80モル%以下である。
【0099】
本発明に用いる酸分解性樹脂は、常法に従って(例えばラジカル重合)合成することができる。例えば、一般的合成方法としては、モノマー種を、一括であるいは反応途中で反応容器に仕込み、これを必要に応じ反応溶媒、例えばテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、ジイソプロピルエーテルなどのエーテル類やメチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンのようなケトン類、酢酸エチルのようなエステル溶媒、さらには後述のプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートのような本発明の組成物を溶解する溶媒に溶解させ均一とした後、窒素やアルゴンなど不活性ガス雰囲気下で必要に応じ加熱、市販のラジカル開始剤(アゾ系開始剤、パーオキサイドなど)を用いて重合を開始させる。所望により開始剤を追加、あるいは分割で添加し、反応終了後、溶剤に投入して粉体あるいは固形回収等の方法で所望のポリマーを回収する。反応の濃度は20重量%以上であり、好ましくは30重量%以上、さらに好ましくは40重量%以上である。反応温度は10℃〜150℃であり、好ましくは30℃〜120℃、さらに好ましくは50〜100℃である。
【0100】
本発明に係る樹脂の重量平均分子量は、GPC法によりポリスチレン換算値として、好ましくは1,000〜200,000である。重量平均分子量が1,000未満では耐熱性やドライエッチング耐性の劣化が見られるため余り好ましくなく、200,000を越えると現像性が劣化したり、粘度が極めて高くなるため製膜性が劣化するなど余り好ましくない結果を生じる。
【0101】
また、本発明に係る樹脂の分散度(Mw/Mn)としては、1.4〜3.5の範囲が好ましく、1.5〜3.3の範囲がより好ましく、1.7〜2.8が特に好ましい。
【0102】
本発明のポジ型レジスト組成物において、本発明に係わる全ての樹脂の組成物全体中の配合量は、全レジスト固形分中40〜99.99重量%が好ましく、より好ましくは50〜99.97重量%である。
【0103】
〔2〕(B)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物(光酸発生剤)
本発明で用いられる光酸発生剤は、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物である。
【0104】
本発明で使用される光酸発生剤としては、光カチオン重合の光開始剤、光ラジカル重合の光開始剤、色素類の光消色剤、光変色剤、あるいはマイクロレジスト等に使用されている公知の光(400〜200nmの紫外線、遠紫外線、特に好ましくは、g線、h線、i線、KrFエキシマレーザー光)、ArFエキシマレーザー光、電子線、X線、分子線又はイオンビームにより酸を発生する化合物及びそれらの混合物を適宜に選択して使用することができる。
【0105】
また、その他の本発明に用いられる光酸発生剤としては、たとえばジアゾニウム塩、アンモニウム塩、ホスホニウム塩、ヨードニウム塩、スルホニウム塩、セレノニウム塩、アルソニウム塩等のオニウム塩、有機ハロゲン化合物、有機金属/有機ハロゲン化物、o−ニトロベンジル型保護基を有する光酸発生剤、イミノスルフォネ−ト等に代表される光分解してスルホン酸を発生する化合物、ジスルホン化合物、ジアゾケトスルホン、ジアゾジスルホン化合物等を挙げることができる。
また、これらの光により酸を発生する基、あるいは化合物をポリマーの主鎖又は側鎖に導入した化合物を用いることができる。
【0106】
さらにV.N.R.Pillai,Synthesis,(1),1(1980)、A.Abad etal,Tetrahedron Lett.,(47)4555(1971)、D.H.R.Barton etal,J.Chem.Soc.,(C),329(1970)、米国特許第3,779,778号、欧州特許第126,712号等に記載の光により酸を発生する化合物も使用することができる。
【0107】
上記活性光線又は放射線の照射により分解して酸を発生する化合物の中で、特に有効に併用される他の光酸発生剤について以下に説明する。(1)トリハロメチル基が置換した下記一般式(PAG1)で表されるオキサゾール誘導体又は一般式(PAG2)で表されるS−トリアジン誘導体。
【0108】
【化37】
【0109】
式中、R201は置換もしくは未置換のアリール基、アルケニル基、R202は置換もしくは未置換のアリール基、アルケニル基、アルキル基、−C(Y)3をしめす。Yは塩素原子又は臭素原子を示す。
具体的には以下の化合物を挙げることができるがこれらに限定されるものではない。
【0110】
【化38】
【0111】
(2)下記の一般式(PAG3)で表されるヨードニウム塩、又は一般式(PAG4)で表されるスルホニウム塩。
【0112】
【化39】
【0113】
ここで式Ar1、Ar2は、各々独立に、置換もしくは未置換のアリール基を示す。 R203、R204、R205は、各々独立に、置換もしくは未置換のアルキル基、アリール基を示す。
【0114】
Z-は、対アニオンを示し、例えばBF4 -、AsF6 -、PF6 -、SbF6 -、SiF6 2-、ClO4 -、CF3SO3 -等のパーフルオロアルカンスルホン酸アニオン、ペンタフルオロベンゼンスルホン酸アニオン、ナフタレン−1−スルホン酸アニオン等の縮合多核芳香族スルホン酸アニオン、アントラキノンスルホン酸 アニオン、スルホン酸基含有染料等を挙げることができるがこれらに限定されるものではない。
【0115】
またR203、R204、R205のうちの2つ及びAr1、Ar2はそれぞれの単結合又は置換基を介して結合してもよい。
【0116】
具体例としては以下に示す化合物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【0117】
【化40】
【0118】
【化41】

【0119】
【化42】

【0120】
【化43】

【0121】
【化44】

【0122】
【化45】

【0123】
【化46】

【0124】
【化47】

【0125】
【化48】

【0126】
【化49】

【0127】
【化50】

【0128】
【化51】

【0129】
【化52】

【0130】
【化53】
【0131】
【化54】
【0132】
上記において、Phはフェニル基を表す。
一般式(PAG3)、(PAG4)で示される上記オニウム塩は公知であり、例えば、米国特許第2,807,648 号及び同4,247,473号、特開昭53-101,331号等に記載の方法により合成することができる。
【0133】
(3)下記一般式(PAG5)で表されるジスルホン誘導体又は一般式(PAG6)で表されるイミノスルホネート誘導体。
【0134】
【化55】
【0135】
式中、Ar3、Ar4は、各々独立に、置換もしくは未置換のアリール基を示す。R206は置換もしくは未置換のアルキル基、アリール基を示す。Aは置換もしくは未置換のアルキレン基、アルケニレン基、アリーレン基を示す。
【0136】
具体例としては以下に示す化合物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【0137】
【化56】

【0138】
【化57】

【0139】
【化58】

【0140】
【化59】

【0141】
【化60】
【0142】
(4)下記一般式(PAG7)で表されるジアゾジスルホン誘導体。
【0143】
【化61】
【0144】
ここでRは、直鎖、分岐又は環状アルキル基、あるいは置換していてもよいアリール基を表す。
具体例としては以下に示す化合物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【0145】
【化62】
【0146】
【化63】
【0147】
これらの光酸発生剤の添加量は、組成物中の固形分を基準として、通常0.01〜30重量%の範囲で用いられ、好ましくは0.3〜20重量%、更に好ましくは0.5〜10重量%の範囲で使用される。
光酸発生剤の添加量が、0.001重量%より少ないと感度が低くなる傾向になり、また添加量が30重量%より多いとレジストの光吸収が高くなりすぎ、プロファイルの悪化や、プロセス(特にベーク)マージンが狭くなる傾向がある。
【0148】
〔3〕その他の添加剤
本発明のポジ型レジスト組成物には、必要に応じて更に酸分解性溶解阻止化合物、染料、可塑剤、界面活性剤、光増感剤、有機塩基性化合物、及び現像液に対する溶解性を促進させる化合物等を含有させることができる。
【0149】
本発明のポジ型レジスト組成物には、好ましくは(C)フッ素系及び/又はシリコン系界面活性剤を含有する。
本発明のポジ型レジスト組成物には、フッ素系界面活性剤、シリコン系界面活性剤及びフッ素原子と珪素原子の両方を含有する界面活性剤のいずれか、あるいは2種以上を含有することが好ましい。
本発明のポジ型レジスト組成物が上記酸分解性樹脂と上記界面活性剤とを含有することにより、パターンの線幅が一層細い時に特に有効であり、現像欠陥が一層改良される。
これらの界面活性剤として、例えば特開昭62-36663号、特開昭61-226746号、特開昭61-226745号、特開昭62-170950号、特開昭63-34540号、特開平7-230165号、特開平8-62834号、特開平9-54432号、特開平9-5988号、米国特許5405720号、 同5360692号、同5529881号、同5296330号、同5436098号、同5576143号、同5294511号、同5824451号記載の界面活性剤を挙げることができ、下記市販の界面活性剤をそのまま用いることもできる。 使用できる市販の界面活性剤として、例えばエフトップEF301、EF303、(新秋田化成(株)製)、フロラードFC430、431(住友スリーエム(株)製)、メガファックF171、F173、F176、F189、R08(大日本インキ(株)製)、サーフロンS−382、SC101、102、103、104、105、106(旭硝子(株)製)、トロイゾルS-366(トロイケミカル(株)製)等フッ素系界面活性剤又はシリコン系界面活性剤を挙げることができる。またポリシロキサンポリマーKP−341(信越化学工業(株)製)もシリコン系界面活性剤として用いることができる。
【0150】
界面活性剤の配合量は、本発明の組成物中の固形分を基準として、通常0.001重量%〜2重量%、好ましくは0.01重量%〜1重量%である。これらの界面活性剤は単独で添加してもよいし、また、いくつかの組み合わせで添加することもできる。
【0151】
上記の他に使用することのできる界面活性剤としては、具体的には、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セチルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンオクチルフェノールエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェノールエーテル等のポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル類、ポリオキシエチレン・ポリオキシプロピレンブロックコポリマー類、ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノパルミテート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタンモノオレエート、ソルビタントリオレエート、ソルビタントリステアレート等のソルビタン脂肪酸エステル類、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノパルミテ−ト、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート、ポリオキシエチレンソルビタントリオレエート、ポリオキシエチレンソルビタントリステアレート等のポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル類等のノニオン系界面活性剤等を挙げることができる。
これらの他の界面活性剤の配合量は、本発明の組成物中の固形分100重量部当たり、通常、2重量部以下、好ましくは1重量部以下である。
【0152】
本発明で用いることのできる好ましい(D)有機塩基性化合物は、フェノールよりも塩基性の強い化合物である。中でも含窒素塩基性化合物が好ましく、具体的には下記の構造を有する化合物を挙げることができる。
【0153】
【化64】
【0154】
ここで、R250、R251及びR252は、各々独立に、水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアミノアルキル基、炭素数1〜6のヒドロキシアルキル基又は炭素数6〜20の置換もしくは非置換のアリール基であり、ここでR251とR252は互いに結合して環を形成してもよい。
【0155】
【化65】
【0156】
(式中、R253、R254、R255及びR256は、各々独立に、炭素数1〜6のアルキル基を示す。)
更に好ましい化合物は、一分子中に異なる化学的環境の窒素原子を2個以上有する含窒素塩基性化合物であり、特に好ましくは、置換もしくは未置換のアミノ基と窒素原子を含む環構造の両方を含む化合物もしくはアルキルアミノ基を有する化合物である。好ましい具体例としては、置換もしくは未置換のグアニジン、置換もしくは未置換のアミノピリジン、置換もしくは未置換のアミノアルキルピリジン、置換もしくは未置換のアミノピロリジン、置換もしくは未置換のインダーゾル、置換もしくは未置換のピラゾール、置換もしくは未置換のピラジン、置換もしくは未置換のピリミジン、置換もしくは未置換のプリン、置換もしくは未置換のイミダゾリン、置換もしくは未置換のピラゾリン、置換もしくは未置換のピペラジン、置換もしくは未置換のアミノモルフォリン、置換もしくは未置換のアミノアルキルモルフォリン等が挙げられる。好ましい置換基は、アミノ基、アミノアルキル基、アルキルアミノ基、アミノアリール基、アリールアミノ基、アルキル基、アルコキシ基、アシル基、アシロキシ基、アリール基、アリールオキシ基、ニトロ基、水酸基、シアノ基である。
【0157】
含窒素塩基性化合物の好ましい具体例として、グアニジン、1,1−ジメチルグアニジン、1,1,3,3,−テトラメチルグアニジン、2−アミノピリジン、3−アミノピリジン、4−アミノピリジン、2−ジメチルアミノピリジン、4−ジメチルアミノピリジン、2−ジエチルアミノピリジン、2−(アミノメチル)ピリジン、2−アミノ−3−メチルピリジン、2−アミノ−4−メチルピリジン、2−アミノ−5−メチルピリジン、2−アミノ−6−メチルピリジン、3−アミノエチルピリジン、4−アミノエチルピリジン、3−アミノピロリジン、ピペラジン、N−(2−アミノエチル)ピペラジン、N−(2−アミノエチル)ピペリジン、4−アミノ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、4−ピペリジノピペリジン、2−イミノピペリジン、1−(2−アミノエチル)ピロリジン、ピラゾール、3−アミノ−5−メチルピラゾール、5−アミノ−3−メチル−1−p−トリルピラゾール、ピラジン、2−(アミノメチル)−5−メチルピラジン、ピリミジン、2,4−ジアミノピリミジン、4,6−ジヒドロキシピリミジン、2−ピラゾリン、3−ピラゾリン、N−アミノモルフォリン、N−(2−アミノエチル)モルフォリン、1,5−ジアザビシクロ〔4.3.0〕ノナ−5−エン、1,8−ジアザビシクロ〔5.4.0〕ウンデカ−7−エン、1,4−ジアザビシクロ〔2.2.2〕オクタン、2,4,5−トリフェニルイミダゾール、N−メチルモルホリン、N−エチルモルホリン、N−ヒドロキシエチルモルホリン、N−ベンジルモルホリン、シクロヘキシルモルホリノエチルチオウレア(CHMETU)等の3級モルホリン誘導体、特開平11−52575号公報に記載のヒンダードアミン類(例えば該公報〔0005〕に記載のもの)等が挙げられるがこれに限定されるものではない。
【0158】
特に好ましい具体例は、1,5−ジアザビシクロ〔4.3.0〕ノナ−5−エン、1,8−ジアザビシクロ〔5.4.0〕ウンデカ−7−エン、1,4−ジアザビシクロ〔2.2.2〕オクタン、4−ジメチルアミノピリジン、ヘキサメチレンテトラミン、4,4−ジメチルイミダゾリン、ピロール類、ピラゾール類、イミダゾール類、ピリダジン類、ピリミジン類、CHMETU等の3級モルホリン類、ビス(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル)セバゲート等のヒンダードアミン類等を挙げることができる。
中でも、1,5−ジアザビシクロ〔4.3.0〕ノナ−5−エン、1,8−ジアザビシクロ〔5.4.0〕ウンデカ−7−エン、1,4−ジアザビシクロ〔2.2.2〕オクタン、4−ジメチルアミノピリジン、ヘキサメチレンテトラミン、CHMETU、ビス(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル)セバゲートが好ましい。
【0159】
これらの含窒素塩基性化合物は、単独であるいは2種以上組み合わせて用いられる。含窒素塩基性化合物の使用量は、感光性樹脂組成物の全組成物の固形分に対し、通常、0.001〜10重量%、好ましくは0.01〜5重量%である。0.001重量%未満では上記含窒素塩基性化合物の添加の効果が得られない。一方、10重量%を超えると感度の低下や非露光部の現像性が悪化する傾向がある。
【0160】
本発明のポジ型レジスト組成物は、上記各成分を溶解する溶剤に溶かして支持体上に塗布する。ここで使用する溶剤としては、エチレンジクロライド、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、2−ヘプタノン、γ−ブチロラクトン、メチルエチルケトン、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、2−メトキシエチルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、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メチルエーテルアセテート(PGMEA)、トルエン、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、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、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、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、N−メチルピロリドン、テトラヒドロフラン等が好ましく、これらの溶剤を単独あるいは混合して使用する。
【0161】
上記の中でも、好ましい溶剤として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、2−ヘプタノン、γ−ブチロラクトン、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エチ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、酢酸ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、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、N−メチルピロリドン、テトラヒドロフランを挙げることができる。
【0162】
本発明のこのようなポジ型レジスト組成物は基板上に塗布され、薄膜を形成する。この塗膜の膜厚は0.2〜1.2μmが好ましい。
本発明において使用することができる無機基板とは、通常のBareSi基板、SOG基板、あるいは次に記載の無機の反射防止膜を有する基板等を挙げることができる。また、本発明においては、必要により、市販の無機あるいは有機反射防止膜を使用することができる。
【0163】
反射防止膜としては、チタン、二酸化チタン、窒化チタン、酸化クロム、カーボン、α−シリコン等の無機膜型と、吸光剤とポリマー材料からなる有機膜型が用いることができる。前者は膜形成に真空蒸着装置、CVD装置、スパッタリング装置等の設備を必要とする。有機反射防止膜としては、例えば特公平7−69611号記載のジフェニルアミン誘導体とホルムアルデヒド変性メラミン樹脂との縮合体、アルカリ可溶性樹脂、吸光剤からなるものや、米国特許5294680号記載の無水マレイン酸共重合体とジアミン型吸光剤の反応物、特開平6−118631号記載の樹脂バインダーとメチロールメラミン系熱架橋剤を含有するもの、特開平6−118656号記載のカルボン酸基とエポキシ基と吸光基を同一分子内に有するアクリル樹脂型反射防止膜、特開平8−87115号記載のメチロールメラミンとベンゾフェノン系吸光剤からなるもの、特開平8−179509号記載のポリビニルアルコール樹脂に低分子吸光剤を添加したもの等が挙げられる。また、有機反射防止膜として、ブリューワーサイエンス社製のDUV30シリーズや、DUV−40シリーズ、ARC25、シプレー社製のAC−2、AC−3、AR19、AR20等を使用することもできる。
【0164】
上記レジスト液を精密集積回路素子の製造に使用されるような基板(例:シリコン/二酸化シリコン被覆)上に(必要により上記反射防止膜を設けられた基板上に)、スピナー、コーター等の適当な塗布方法により塗布後、所定のマスクを通して露光し、ベークを行い現像することにより良好なレジストパターンを得ることができる。ここで露光光としては、好ましくは150nm〜250nmの波長の光である。具体的には、KrFエキシマレーザー(248nm)、ArFエキシマレーザー(193nm)、F2エキシマレーザー(157nm)、X線、電子ビーム等が挙げられる。
【0165】
現像液としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウム、アンモニア水等の無機アルカリ類、エチルアミン、n−プロピルアミン等の第一アミン類、ジエチルアミン、ジ−n−ブチルアミン等の第二アミン類、トリエチルアミン、メチルジエチルアミン等の第三アミン類、ジメチルエタノールアミン、トリエタノールアミン等のアルコールアミン類、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド等の第四級アンモニウム塩、ピロール、ピヘリジン等の環状アミン類等のアルカリ性水溶液を使用することができる。
更に、上記アルカリ性水溶液にアルコール類、界面活性剤を適当量添加して使用することもできる。
【0166】
【実施例】
以下、本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【0167】
合成例(1) 樹脂(1−1)の合成
2−アダマンチル−2−プロピルメタクリレート(繰り返し単位A2)、ノルボルナンラクトンアクリレート、ジヒドロキシアダマンタンメタクリレート(繰り返し単位A1)を50/40/10の割合で仕込み、メチルエチルケトン/テトラヒドロフラン=9/1に溶解し、固形分濃度22%の溶液450gを調製した。この溶液に和光純薬製V−601を10mol%加え、これを窒素雰囲気下、6時間かけて65℃に加熱したメチルエチルケトン40gに滴下した。滴下終了後、反応液を4時間攪拌した。反応終了後、反応液を室温まで冷却し、メタノール/ISOプロピルアルコール=3/1の混合溶媒5Lに晶析、析出した白色粉体を瀘取した後、得られた粉体をメタノール1Lでリスラリーし目的物である樹脂(1−1)を回収した。
NMRから求めたポリマー組成比は46/42/12(A1/A2=0.26、A1+A2=58モル%)であった。また、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は13100、分散度Mw/Mn=2.2であった。
【0168】
合成例(2) 樹脂(1-2)の合成
2−アダマンチル−2−プロピルメタクリレート、ノルボルナンラクトンアクリレート、ジヒドロキシアダマンタンメタクリレートを50/40/10の割合で仕込み、メチルエチルケトン/テトラヒドロフラン=9/1に溶解し、固形分濃度22%の溶液450gを調製した。この溶液に和光純薬製V−601を10mol%加え、これを窒素雰囲気下、6時間かけて65℃に加熱したメチルエチルケトン40gに滴下した。滴下終了後、反応液を4時間攪拌した。反応終了後、反応液を室温まで冷却し、ヘキサン溶媒5Lに晶析、析出した白色粉体を瀘取した後、再度、これをテトラヒドロフランに溶解し、さらにヘキサン5Lに再沈し目的物である樹脂(1−2)を回収した。
NMRから求めたポリマー組成比は46/42/12(A1/A2=0.26、A1+A2=58モル%)であった。また、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は10200、分散度Mw/Mn=3.5であった。
【0169】
合成例(3) 樹脂(1-3)の合成
2−アダマンチル−2−プロピルメタクリレート、ノルボルナンラクトンアクリレート、ジヒドロキシアダマンタンメタクリレートを50/40/10の割合で仕込み、メチルエチルケトン/テトラヒドロフラン=9/1に溶解し、固形分濃度22%の溶液450gを調製した。この溶液に和光純薬製V−601を10mol%加え、これを窒素雰囲気下、6時間かけて65℃に加熱したメチルエチルケトン40gに滴下した。滴下終了後、反応液を4時間攪拌した。反応終了後、反応液を室温まで冷却し、ヘキサン/酢酸エチル=85/15混合溶媒5Lに晶析、析出した白色粉体を瀘取した後、再度、これをテトラヒドロフランに溶解し、さらにヘキサン/酢酸エチル=85/15混合溶媒5Lに再沈し目的物である樹脂(1−3)を回収した。
NMRから求めたポリマー組成比は45/43/12(A1/A2=0.27、A1+A2=57モル%)であった。また、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は11300、分散度Mw/Mn=2.9であった。
【0170】
合成例(4) 樹脂(1-4)の合成
合成例(1)で得た樹脂(1-1)をヘキサン/アセトン混合溶媒(99/1〜50/50)でシリカゲルカラムクロマトグラフィーによりカラム分画を行った。
NMRから求めたポリマー組成比は45/43/12(A1/A2=0.27、A1+A2=57モル%)であった。また、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は11700、分散度Mw/Mn=1.4であった。
【0171】
上記合成例と同様の操作で下表に示す組成比、分子量の樹脂(2)〜(12)を合成した。(表中の各繰り返し単位は表示された構造式の左からの順番で示される。)
【0172】
【表1】
【0173】
【表2】
【0174】
また、以下に上記樹脂(1)〜(12)の構造を示す。
【0175】
【化66】
【0176】
【化67】
【0177】
【化68】
【0178】
実施例1〜27及び比較例1〜2
(ポジ型レジスト組成物組成物の調製と評価)
上記合成例で合成した表2に示す樹脂をそれぞれ2g、
光酸発生剤(表中に各配合量を示す)、有機塩基性化合物(アミン)4mg、必要により界面活性剤(10mg)を表2に示すように配合し、それぞれ固形分14重量%の割合でPGMEA/乳酸エチルの70/30混合溶剤に溶解した後、0.1μmのミクロフィルターで濾過し、実施例1〜27と比較例1〜2のポジ型レジスト組成物を調製した。
【0179】
尚、比較例1〜2の樹脂としては、特開2001-109154号に記載の樹脂(20)を使用した。また、表中の塩基性化合物の欄に、混合物の混合比を括弧で示した。
【0180】
【表3】
【0181】
界面活性剤としては、
W1:メガファックF176(大日本インキ(株)製)(フッ素系)
W2:メガファックR08(大日本インキ(株)製)(フッ素及びシリコーン系)
W3:ポリシロキサンポリマーKP−341(信越化学工業(株)製)
W4:ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル
W5:トロイゾルS−366(トロイケミカル(株)製)
を表す。
【0182】
アミンとしては、
1は、1,5−ジアザビシクロ〔4.3.0〕−5−ノネン(DBN)を表し、
2は、ビス(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル)セバゲート
3は、トリオクチルアミン
4は、トリフェニルイミダゾール
5は、アンチピリン
6は、2,6−ジイソプロピルアニリン
を表す。
【0183】
(評価試験)
初めにBrewer Science社製DUV30Jをスピンコーターを利用してシリコンウエハー上に160nm塗布、乾燥した後、その上に得られたポジ型レジスト組成物溶液を塗布し、130℃で90秒間乾燥、約0.4μmのポジ型フォトレジスト膜を作成し、それにArFエキシマレーザー(波長193nm、NA=0.6のウルトラテック(株)製ArFステッパー)で露光した。露光後の加熱処理を120℃で90秒間行い、2.38%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液で現像、蒸留水でリンスし、レジストパターンプロファイルを得た。
このようにして得られたシリコンウエハーのレジストパターンを走査型顕微鏡(SEM)で観察し、レジストを下記のように評価した。
【0184】
〔パターン倒れ〕 パターン倒れは、0.13μm(L/S=1/1)のマスクパターンを再現する露光量E1に対して、オーバー露光側で、さらにフォーカスを±0.4μm変化させた際の、パターン倒れをSEM観察し、パターン倒れの発生する露光量をE2とし、(E2−E1)×100/E1(%)をパターン倒れの指標とした。値の大きいものがパターン倒れ防止性が良好であり、逆に小さいものは劣る。
【0185】
〔エッチング時表面荒れ〕
0.15μmのコンタクトホールパターンをCHF3/O2=8/2プラズマまたはCHF3/O2=13/6プラズマで60秒間エッチングを行い、得られたサンプルの断面、及び表面をSEMで観察し、ピンホール状の欠陥(非加工予定部位の下層がエッチングされてしまう)を生じるものを×、表面荒れは生じたが欠陥は生じず、但し、ホールの変形があるものを△、表面荒れが小さく、ホールの変形のない良好なものを○とした。
これらの評価結果を表3に示す。
【0186】
〔ラインエッジラフネス〕
マスクにおける130nm(ライン/スペース=1/1)のラインパターンを再現する最小露光量により得られた130nmのラインパターンの長手方向のエッジ5μmの範囲について、エッジがあるべき基準線からの距離を(株)日立製作所製S−9220により50ポイント測定し、標準偏差を求め、3σを算出した。値が小さいほど良好な性能であることを示す。
【0187】
〔疎密依存性〕
130nmのマスクパターン(ピッチ1/1)を再現する露光量における150nmの孤立ラインパターンの線幅変動率を測定した。
これらの評価結果を表3に示す。
【0188】
【表4】
【0189】
表3の結果から明らかなように、本発明のポジ型レジスト組成物は、パターン倒れやエッチング時の表面荒れ防止、ライエッジラフネス及び疎密依存性の点で優れていることが判る。
【0190】
【発明の効果】
本発明のポジ型レジスト組成物は、パターン倒れ防止やエッチング時の表面荒れ防止、またラインエッジラフネスや疎密依存性において優れている。 従って、ArFエキシマレーザー露光を始めとする遠紫外線を用いたリソグラフィーに好適に用いられる。特に、酸分解性樹脂A中にジヒドロキシまたはトリヒドロキシアダマンチル基を有する繰り返し単位A1、酸分解性脂環基を有する繰り返し単位A2及び脂環ラクトン繰り返し単位A3を含有する場合に顕著な効果が得られる。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a positive resist composition used in an ultramicrolithography process such as the manufacture of VLSI and high-capacity microchips and other photofabrication processes.
[0002]
[Prior art]
In recent years, the degree of integration of integrated circuits has been increasing, and in the manufacture of semiconductor substrates such as VLSI, processing of ultrafine patterns having a line width of less than half a micron has been required. In order to satisfy this need, the operating wavelength of an exposure apparatus used for photolithography has been increasingly shortened, and now it is considered to use excimer laser light (XeCl, KrF, ArF, etc.) having a short wavelength among far ultraviolet rays. It is becoming.
A chemical amplification type resist is used for lithography pattern formation in this wavelength region.
[0003]
In general, chemically amplified resists can be broadly classified into three types, commonly called two-component systems, 2.5-component systems, and three-component systems. The two-component system combines a compound that generates an acid by photolysis (hereinafter referred to as a photoacid generator) and a binder resin. The binder resin is a resin having in its molecule a group (also referred to as an acid-decomposable group) that decomposes by the action of an acid and increases the solubility of the resin in an alkaline developer. The 2.5 component system further contains a low molecular weight compound having an acid-decomposable group in the two component system. A three-component system contains a photoacid generator, an alkali-soluble resin, and the low molecular weight compound.
[0004]
The chemical amplification resist is suitable as a photoresist for irradiation with ultraviolet rays or far ultraviolet rays, but among them, it is necessary to cope with the required characteristics in use.
As a photoresist composition for an ArF light source, a resin in which an alicyclic hydrocarbon moiety is introduced has been proposed for the purpose of imparting dry etching resistance, but the system is extremely hydrophobic as an adverse effect of the introduction of the alicyclic hydrocarbon moiety. Therefore, it is difficult to develop with a tetramethylammonium hydroxide (hereinafter, TMAH) aqueous solution that has been widely used as a resist developer, and the resist is peeled off from the substrate during development. It can be seen.
In response to the hydrophobization of the resist, measures such as mixing an organic solvent such as isopropyl alcohol with the developer have been studied, and although some results are seen, the concern about the swelling of the resist film and the process become complicated. The problem is not necessarily solved. In the approach of improving the resist, many measures have been taken to supplement various hydrophobic alicyclic hydrocarbon sites by introducing hydrophilic groups.
[0005]
On the other hand, JP-A-11-109632 describes that a resin containing a polar group-containing alicyclic functional group and an acid-decomposable group is used for the radiation-sensitive material. Japanese Patent No. 3042618 describes a photoresist composition containing a polymer obtained by copolymerizing a (meth) acrylate derivative having a lactone structure with another polymerizable compound.
[0006]
As described above, a resin containing an acid-decomposable group used for a photoresist for exposure to deep ultraviolet rays generally contains an aliphatic cyclic hydrocarbon group in the molecule at the same time. For this reason, the resin became hydrophobic, and there were problems due to it. Various means as described above for improving it have been studied. However, the above technique still has insufficient points, and improvement is desired.
[0007]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-109154 discloses a positive photoresist composition having high sensitivity, high resolution, and improved pattern edge roughness by using a copolymer resin of an alicyclic lactone monomer and a monohydroxyadamantane monomer. However, the problem of pattern collapse and surface roughness during etching were not sufficiently improved. Here, “pattern collapse” means that the pattern collapses so that the pattern is folded near the substrate interface or the like when the line pattern is formed.
[0008]
Furthermore, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2000-338664 and 2001-183836 describe resist compositions containing a copolymer resin of a dihydroxyadamantane monomer and an acid-decomposed adamantane monomer. The surface roughness at the time, as well as edge roughness and density dependence were still not sufficiently improved.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, the object of the present invention can be suitably used in ultra-microlithography processes such as the manufacture of VLSI and high-capacity microchips and other photofabrication processes, and prevents pattern collapse, edge roughness, and density. It is an object of the present invention to provide a positive resist composition having improved dependency and surface roughness during etching.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies on the constituent materials of the positive chemical amplification resist composition, the present inventors have achieved the object of the present invention by using an acid-decomposable resin containing a specific repeating unit at a specific ratio. As a result, the present invention has been achieved.
That is, the above object is achieved by the following configuration.
[0011]
(1) (A) At least a repeating unit A1 having a dihydroxyadamantyl group or a trihydroxyadamantyl group, a repeating unit A2 having an acid-decomposable alicyclic group , and the following general formulas (V-1) to (V-4) A resin containing a repeating unit A3 having a group represented by any of the above as a constituent unit, a resin whose dissolution rate in an alkali developer increases by the action of an acid, and (B) a compound that generates an acid upon irradiation with actinic rays or radiation The compositional molar ratio A1 / A2 of the repeating unit A1 and the repeating unit A2 in the resin (A) is 0.15 or more and 1.0 or less, and the resin (A The positive resist composition is characterized in that the total content of the repeating unit A1 and the repeating unit A2 is 40 to 70 mol%.
[Formula 4]
In General Formulas (V-1) to (V-4), R 1b to R 5b each independently represents a hydrogen atom, an alkyl group, a cycloalkyl group, or an alkenyl group that may have a substituent. Two of R 1b to R 5b may combine to form a ring.
(2) The composition according to (1), wherein A1 / A2 is 0.35 or more and 1.0 or less.
(3) The composition according to (1) or (2), wherein the repeating unit A1 having a dihydroxyadamantyl group or a trihydroxyadamantyl group is a repeating unit represented by the following general formula (I).
[Chemical formula 5]
In the general formula (I), R 1 represents a hydrogen atom, an alkyl group, a halogen atom or a cyano group, and R 2 represents a hydrogen atom or a hydroxyl group.
(4) The repeating unit A2 having an acid-decomposable alicyclic group is selected from the group of repeating units having a partial structure containing an alicyclic hydrocarbon represented by the following general formula (pI) to general formula (pVI). The composition according to any one of (1) to (3).
[Chemical 6]
(Wherein R 11 represents a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, an isobutyl group or a sec-butyl group, and Z represents an alicyclic hydrocarbon group together with a carbon atom. Represents the atomic group necessary to form.
R 12 to R 16 each independently represents a linear or branched alkyl group or alicyclic hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms, provided that at least one of R 12 to R 14 , or Either R 15 or R 16 represents an alicyclic hydrocarbon group.
R 17 to R 21 each independently represents a hydrogen atom, a linear or branched alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, or an alicyclic hydrocarbon group, provided that at least one of R 17 to R 21 Represents an alicyclic hydrocarbon group. Further, either R 19 or R 21 represents a linear or branched alkyl group or alicyclic hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms.
R 22 to R 25 each independently represents a linear or branched alkyl group having 1 to 4 carbon atoms or an alicyclic hydrocarbon group, provided that at least one of R 22 to R 25 is a fat Represents a cyclic hydrocarbon group. R 23 and R 24 may be bonded to each other to form a ring. )
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the components used in the present invention will be described in detail.
[1] (A) A resin (also referred to as “acid-decomposable resin”) whose dissolution rate in an alkaline developer is increased by the action of an acid.
[0013]
In the present invention, the repeating unit A1 having a dihydroxyadamantyl group or a trihydroxyadamantyl group is preferably a repeating unit represented by the above general formula (I).
[0014]
In general formula (I), examples of the alkyl group represented by R 1 include linear and branched alkyl groups, which may have a substituent.
The linear or branched alkyl group is preferably a linear or branched alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, more preferably a linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms. More preferably, methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, sec-butyl group, t-butyl group, pentyl group, hexyl group, heptyl group, octyl group, nonyl group, decyl It is a group.
[0015]
In general formula (I), examples of the halogen atom represented by R 1 include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom.
[0016]
The acid-decomposable alicyclic group in the present invention is a structural unit for protecting an alkali-soluble group with a residue that can be removed under acidic conditions, and the residual protective group after deprotection includes an alicyclic structure. Is. Examples of the alkali-soluble group include carboxylic acid, sulfonic acid, sulfonamide, N-sulfonylimide, disulfonylimide and the like, and carboxyl group is particularly preferable from the viewpoint of transmittance and exposure margin. Examples of the alicyclic group include the cyclic hydrocarbon structures described below.
[0017]
In the present invention, the repeating unit A2 having an acid-decomposable alicyclic group is preferably selected from the group of repeating units having a partial structure containing an alicyclic hydrocarbon represented by the above general formula (pI) to general formula (pVI). Is to be selected.
[0018]
In the general formulas (pI) to (pVI), the alkyl group in R 12 to R 25 may be substituted or unsubstituted, and is a linear or branched alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. Represents. Examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, an isobutyl group, a sec-butyl group, and a t-butyl group. Further, the further substituent of the alkyl group includes an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms, a halogen atom (a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom), an acyl group, an acyloxy group, a cyano group, a hydroxyl group, A carboxy group, an alkoxycarbonyl group, a nitro group, etc. can be mentioned.
[0019]
The alicyclic hydrocarbon group in R 11 to R 25 or the alicyclic hydrocarbon group formed by Z and a carbon atom may be monocyclic or polycyclic. Specific examples include groups having a monocyclo, bicyclo, tricyclo, tetracyclo structure or the like having 5 or more carbon atoms. The carbon number is preferably 6-30, and particularly preferably 7-25. These alicyclic hydrocarbon groups may have a substituent.
Below, the structural example of an alicyclic part is shown among alicyclic hydrocarbon groups.
[0020]
[Chemical 7]
[0021]
[Chemical 8]
[0022]
[Chemical 9]
[0023]
In the present invention, preferred examples of the alicyclic moiety include an adamantyl group, a noradamantyl group, a decalin residue, a tricyclodecanyl group, a tetracyclododecanyl group, a norbornyl group, a cedrol group, a cyclohexyl group, and a cycloheptyl group. A group, a cyclooctyl group, a cyclodecanyl group, and a cyclododecanyl group. More preferred are an adamantyl group, a decalin residue, a norbornyl group, a cedrol group, a cyclohexyl group, a cycloheptyl group, a cyclooctyl group, a cyclodecanyl group, and a cyclododecanyl group.
[0024]
Examples of the substituent for these alicyclic hydrocarbon groups include an alkyl group, a substituted alkyl group, a halogen atom, a hydroxyl group, an alkoxy group, a carboxyl group, and an alkoxycarbonyl group. The alkyl group is preferably a lower alkyl group such as a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, or a butyl group, and more preferably a substituent selected from the group consisting of a methyl group, an ethyl group, a propyl group, and an isopropyl group. To express. Examples of the substituent of the substituted alkyl group include a hydroxyl group, a halogen atom, and an alkoxy group. Examples of the alkoxy group include those having 1 to 4 carbon atoms such as a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, and a butoxy group.
[0025]
The structures represented by the general formulas (pI) to (pVI) in the resin can be used for protecting alkali-soluble groups. Examples of the alkali-soluble group include various groups known in this technical field.
Specific examples include carboxylic acid, sulfonic acid, sulfonamide, N-sulfonylimide, disulfonylimide and the like, and carboxyl group is particularly preferable from the viewpoint of transmittance and exposure margin.
Preferred examples of the alkali-soluble group protected by the structure represented by the general formulas (pI) to (pVI) in the resin include groups represented by the following general formulas (pVII) to (pXI).
[0026]
[Chemical Formula 10]
[0027]
Here, R 11 to R 25 and Z are the same as defined above.
In the resin, the repeating unit having an alkali-soluble group protected by the structure represented by the general formulas (pI) to (pVI) is preferably a repeating unit represented by the following general formula (pA).
[0028]
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[0029]
Here, R represents a hydrogen atom, a halogen atom, or a substituted or unsubstituted linear or branched alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. A plurality of R may be the same or different.
A represents a single bond or a divalent linking group. The divalent linking group may be selected from the group consisting of an alkylene group, a substituted alkylene group, an ether group, a thioether group, a carbonyl group, an ester group, an amide group, a sulfonamide group, a urethane group, or a urea group, or 2 Represents a combination of two or more groups.
R a represents any group of the above formulas (pI) to (pVI).
[0030]
Specific examples of the monomer corresponding to the repeating unit represented by the general formula (pA) are shown below.
[0031]
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[0032]
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[0033]
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[0034]
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[0035]
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[0036]
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[0037]
In the acid-decomposable resin (A) of the present invention, the composition molar ratio A1 / A2 of the repeating unit A1 having a dihydroxyadamantyl group or trihydroxyadamantyl group and the repeating unit A2 having an acid-decomposable alicyclic group is 0.15 or more. 1.0 or less, preferably 0.35 or more and 1.0 or less, and the total content of A1 and A2 needs to be 40 to 70 mol%. When the composition ratio A1 / A2 is less than 0.15, the pattern collapse prevention property and the surface roughness prevention property during etching deteriorate. In addition, A1 / A2 is preferably 0.35 or more from the viewpoint of further improving the prevention of pattern collapse and the prevention of surface roughness during etching, and further satisfying edge roughness and density dependency. On the other hand, if it exceeds 1.0, the pattern collapse prevention property deteriorates, which is not preferable. In addition, when the total content of A1 and A2 is less than 40 mol%, resolution and edge roughness deteriorate, and even when it exceeds 70 mol%, the dependency on density / dense, the roughness of the surface during etching, and This is not preferable because the pattern collapse prevention property deteriorates. More preferably, the ratio of A1 / A2 is 0.4 or more and 0.8 or less. On the other hand, the total content of A1 and A2 is more preferably 45 to 65 mol%. Moreover, it is more preferable that A1 / A2 is 0.4 or more and 0.8 or less, and the total content of A1 and A2 is 45 to 65 mol%.
[0038]
The acid-decomposable resin (A) of the present invention preferably further contains an alicyclic lactone repeating unit A3 as a constituent unit in the repeating units A1 and A2. As the alicyclic lactone repeating unit A3, a repeating unit having a group represented by any one of the general formulas (V-1) to (V-4) and a repeating unit having a group represented by the general formula (VI). Can be mentioned. The alicyclic lactone repeating unit is preferable from the viewpoint of pattern collapse and etching surface roughness as compared with a repeating unit having a general lactone residue. The content of the alicyclic lactone repeating unit is preferably from 5 to 65 mol%, more preferably from 10 to 60 mol%, still more preferably from 15 to 55 mol%. Furthermore, among the alicyclic lactone repeating units, a repeating unit having a group represented by any one of the general formulas (V-1) to (V-4) is preferable from the viewpoint of pattern collapse.
[0039]
In General Formulas (V-1) to (V-4), R 1b to R 5b each independently represents a hydrogen atom, an alkyl group, a cycloalkyl group, or an alkenyl group that may have a substituent. Two of R 1b to R 5b may combine to form a ring.
[0040]
In the general formulas (V-1) to (V-4), examples of the alkyl group in R 1b to R 5b include linear and branched alkyl groups, which may have a substituent.
The linear or branched alkyl group is preferably a linear or branched alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, more preferably a linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms. More preferably, methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, sec-butyl group, t-butyl group, pentyl group, hexyl group, heptyl group, octyl group, nonyl group, decyl It is a group.
[0041]
As a cycloalkyl group in R <1b > -R < 5b >, C3-C8 things, such as a cyclopropyl group, a cyclopentyl group, a cyclohexyl group, a cycloheptyl group, a cyclooctyl group, are preferable.
As an alkenyl group in R <1b > -R < 5b >, C2-C6 things, such as a vinyl group, a propenyl group, a butenyl group, a hexenyl group, are preferable.
Examples of the ring formed by combining two of R 1b to R 5b include 3- to 8-membered rings such as a cyclopropane ring, a cyclobutane ring, a cyclopentane ring, a cyclohexane ring, and a cyclooctane ring.
In the general formulas (V-1) to (V-4), R 1b to R 5b may be connected to any carbon atom constituting the cyclic skeleton.
[0042]
Moreover, as a preferable substituent which the said alkyl group, a cycloalkyl group, and an alkenyl group may have, a C1-C4 alkoxy group, a halogen atom (a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom), Examples thereof include an acyl group having 2 to 5 carbon atoms, an acyloxy group having 2 to 5 carbon atoms, a cyano group, a hydroxyl group, a carboxy group, an alkoxycarbonyl group having 2 to 5 carbon atoms, and a nitro group.
[0043]
Examples of the repeating unit having a group represented by general formulas (V-1) to (V-4) include a repeating unit represented by the following general formula (AI).
[0044]
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[0045]
In general formula (AI), R b0 represents a hydrogen atom, a halogen atom, or a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. As a preferable substituent which the alkyl group of R b0 may have, as a preferable substituent which the alkyl group as R 1b in the general formulas (V-1) to (V-4) may have. What was illustrated previously is mentioned.
Examples of the halogen atom for R b0 include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom. R b0 is preferably a hydrogen atom.
A ′ represents a single bond or a divalent linking group. The divalent linking group represents an ether group, an ester group, a carbonyl group, an alkylene group, or a divalent group obtained by combining these.
B 2 represents a group represented by any one of the general formulas (V-1) to (V-4). In A ′, examples of the combined divalent group include those represented by the following formulae.
[0046]
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[0047]
In the above formula, R ab and R bb represent a hydrogen atom, an alkyl group, a substituted alkyl group, a halogen atom, a hydroxyl group, and an alkoxy group, and both may be the same or different.
The alkyl group is preferably a lower alkyl group such as a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, or a butyl group, and more preferably selected from a methyl group, an ethyl group, a propyl group, and an isopropyl group. Examples of the substituent of the substituted alkyl group include a hydroxyl group, a halogen atom, and an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms.
Examples of the alkoxy group include those having 1 to 4 carbon atoms such as a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, and a butoxy group. Examples of the halogen atom include a chlorine atom, a bromine atom, a fluorine atom, and an iodine atom. r1 represents an integer of 1 to 10, preferably an integer of 1 to 4. m represents an integer of 1 to 3, preferably 1 or 2.
[0048]
Although the specific example of the repeating unit represented by general formula (AI) is given to the following, the content of this invention is not limited to these.
[0049]
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[0050]
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[0051]
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[0052]
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[0053]
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[0054]
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[0055]
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[0056]
Moreover, the acid-decomposable resin of the present invention can further contain a repeating unit represented by the following general formula (VI).
[0057]
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[0058]
In the general formula (VI), A 6 represents a single bond or a divalent linking group. The divalent linking group represents a single group or a combination of two or more groups selected from the group consisting of an alkylene group, a cycloalkylene group, an ether group, a thioether group, a carbonyl group, and an ester group.
R 6a represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, a cyano group, or a halogen atom.
[0059]
In the general formula (VI), examples of the alkylene group represented by A 6 include groups represented by the following formulae.
-[C (Rnf) (Rng)] r-
In the above formula, Rnf and Rng represent a hydrogen atom, an alkyl group, a substituted alkyl group, a halogen atom, a hydroxyl group, and an alkoxy group, and both may be the same or different. The alkyl group is preferably a lower alkyl group such as a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, or a butyl group, and more preferably selected from a methyl group, an ethyl group, a propyl group, and an isopropyl group. Examples of the substituent of the substituted alkyl group include a hydroxyl group, a halogen atom, and an alkoxy group. Examples of the alkoxy group include those having 1 to 4 carbon atoms such as a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, and a butoxy group. Examples of the halogen atom include a chlorine atom, a bromine atom, a fluorine atom, and an iodine atom. r is an integer of 1-10.
In the general formula (VI), examples of the cycloalkylene group represented by A 6 include those having 3 to 10 carbon atoms, such as a cyclopentylene group, a cyclohexylene group, and a cyclooctylene group.
[0060]
The bridged alicyclic ring containing Z 6 may have a substituent. Examples of the substituent include a halogen atom, an alkoxy group (preferably having 1 to 4 carbon atoms), an alkoxycarbonyl group (preferably having 1 to 5 carbon atoms), an acyl group (for example, a formyl group and a benzoyl group), an acyloxy group ( For example, propyl carbonyloxy group, benzoyloxy group), an alkyl group (preferably having from 1 to 4 carbon atoms), a carboxyl group, a hydroxyl group and an alkylsulfonylsulfamoyl group (-CONHSO 2 CH 3, etc.). In addition, the alkyl group as a substituent may be further substituted with a hydroxyl group, a halogen atom, an alkoxy group (preferably having 1 to 4 carbon atoms), or the like.
[0061]
In the general formula (VI), the oxygen atom of the ester group bonded to A 6 may be bonded at any position of the carbon atom constituting the bridged alicyclic ring structure containing Z 6 .
[0062]
Although the specific example of the repeating unit represented by general formula (VI) below is given, it is not limited to these.
[0063]
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[0064]
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[0065]
The acid-decomposable resin (A) of the present invention can further contain a repeating unit having a lactone structure represented by the following general formula (IV).
[0066]
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[0067]
In general formula (IV), R1a represents a hydrogen atom or a methyl group.
W 1 represents a single bond or a divalent linking group. The divalent linking group represents a single group or a combination of two or more groups selected from the group consisting of an alkylene group, an ether group, a thioether group, a carbonyl group, and an ester group.
Ra 1 , Rb 1 , Rc 1 , Rd 1 and Re 1 each independently represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. m and n each independently represents an integer of 0 to 3, and m + n is 2 or more and 6 or less.
[0068]
Examples of the alkyl group having 1 to 4 carbon atoms of Ra 1 to Re 1 include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, an isobutyl group, a sec-butyl group, and a t-butyl group. Can do.
[0069]
In the general formula (IV), examples of the alkylene group for W 1 include groups represented by the following formulae.
− [C (Rf) (Rg)] r 1
In the above formula, Rf and Rg represent a hydrogen atom, an alkyl group, a substituted alkyl group, a halogen atom, a hydroxyl group, or an alkoxy group, and both may be the same or different. The alkyl group is preferably a lower alkyl group such as a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, or a butyl group, and more preferably selected from a methyl group, an ethyl group, a propyl group, and an isopropyl group. Examples of the substituent of the substituted alkyl group include a hydroxyl group, a halogen atom, and an alkoxy group. Examples of the alkoxy group include those having 1 to 4 carbon atoms such as a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, and a butoxy group. Examples of the halogen atom include a chlorine atom, a bromine atom, a fluorine atom, and an iodine atom. r 1 is an integer of 1 to 10.
[0070]
Examples of further substituents in the alkyl group include a carboxyl group, an acyloxy group, a cyano group, an alkyl group, a substituted alkyl group, a halogen atom, a hydroxyl group, an alkoxy group, a substituted alkoxy group, an acetylamide group, an alkoxycarbonyl group, and an acyl group. Can be mentioned.
Examples of the alkyl group include lower alkyl groups such as a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, a butyl group, a cyclopropyl group, a cyclobutyl group, and a cyclopentyl group. Examples of the substituent of the substituted alkyl group include a hydroxyl group, a halogen atom, and an alkoxy group. Examples of the substituent of the substituted alkoxy group include an alkoxy group. Examples of the alkoxy group include those having 1 to 4 carbon atoms such as a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, and a butoxy group. Examples of the acyloxy group include an acetoxy group. Examples of the halogen atom include a chlorine atom, a bromine atom, a fluorine atom, and an iodine atom.
[0071]
Specific examples of the monomer corresponding to the repeating unit represented by the general formula (IV) are shown below, but are not limited thereto.
[0072]
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[0073]
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[0074]
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[0075]
In the specific example of the general formula (IV), (IV-17) to (IV-36) are preferable because the exposure margin becomes better.
Further, as the structure of the general formula (IV), those having an acrylate structure are preferable from the viewpoint that the edge roughness becomes good.
[0076]
The acid-decomposable resin (A) of the present invention may further contain a repeating unit having a group represented by the following general formula (VII).
[0077]
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[0078]
In general formula (VII), R 3c represents a hydroxyl group, and R 2c and R 4c each independently represents a hydrogen atom or an alkyl group. As an alkyl group, C1-C4 is preferable.
[0079]
Examples of the repeating unit having a group represented by the general formula (VII) include a repeating unit represented by the following general formula (AII).
[0080]
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[0081]
In general formula (AII), R 1c represents a hydrogen atom or a methyl group.
R 3c represents a hydroxyl group, and R 2c and R 4c each independently represent a hydrogen atom or an alkyl group. As an alkyl group, C1-C4 is preferable.
[0082]
Although the specific example of the repeating unit which has a structure represented by general formula (AII) below is given, it is not limited to these.
[0083]
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[0084]
In addition to the above repeating units, the acid-decomposable resin as component (A) includes dry etching resistance, standard developer suitability, substrate adhesion, resist profile, and general required properties of resist, resolving power and heat resistance. Various repeating units can be contained for the purpose of adjusting sensitivity and the like.
[0085]
Examples of such a repeating unit include, but are not limited to, repeating structural units corresponding to the following monomers.
Thereby, the performance required for the acid-decomposable resin, in particular,
(1) Solubility in coating solvent,
(2) Film formability (glass transition point),
(3) Alkali developability,
(4) Membrane slip (hydrophobic, alkali-soluble group selection),
(5) Adhesion of unexposed part to substrate,
(6) Dry etching resistance,
Etc. can be finely adjusted.
As such a monomer, for example, a compound having one addition polymerizable unsaturated bond selected from acrylic acid esters, methacrylic acid esters, acrylamides, methacrylamides, allyl compounds, vinyl ethers, vinyl esters, etc. Etc.
[0086]
Specifically, the following monomers can be mentioned.
Acrylic acid esters (preferably alkyl acrylates having an alkyl group with 1 to 10 carbon atoms):
Methyl acrylate, ethyl acrylate, propyl acrylate, amyl acrylate, cyclohexyl acrylate, ethyl hexyl acrylate, octyl acrylate, tert-octyl acrylate, chloroethyl acrylate, 2-hydroxyethyl acrylate 2,2-dimethylhydroxy Propyl acrylate, 5-hydroxypentyl acrylate, trimethylolpropane monoacrylate, pentaerythritol monoacrylate, benzyl acrylate, methoxybenzyl acrylate, furfuryl acrylate, tetrahydrofurfuryl acrylate, and the like.
[0087]
Methacrylic acid esters (preferably alkyl methacrylate having 1 to 10 carbon atoms in the alkyl group):
Methyl methacrylate, ethyl methacrylate, propyl methacrylate, isopropyl methacrylate, amyl methacrylate, hexyl methacrylate, cyclohexyl methacrylate, benzyl methacrylate, chlorobenzyl methacrylate, octyl methacrylate, 2-hydroxyethyl methacrylate, 4-hydroxybutyl methacrylate, 5-hydroxypentyl methacrylate, 2 , 2-dimethyl-3-hydroxypropyl methacrylate, trimethylolpropane monomethacrylate, pentaerythritol monomethacrylate, furfuryl methacrylate, tetrahydrofurfuryl methacrylate and the like.
[0088]
Acrylamides:
Acrylamide, N-alkylacrylamide (alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, such as methyl group, ethyl group, propyl group, butyl group, t-butyl group, heptyl group, octyl group, cyclohexyl group, hydroxyethyl group, etc. N, N-dialkylacrylamide (alkyl groups having 1 to 10 carbon atoms, such as methyl, ethyl, butyl, isobutyl, ethylhexyl, cyclohexyl, etc.), N-hydroxy Ethyl-N-methylacrylamide, N-2-acetamidoethyl-N-acetylacrylamide and the like.
[0089]
Methacrylamide:
Methacrylamide, N-alkylmethacrylamide (alkyl groups having 1 to 10 carbon atoms, such as methyl, ethyl, t-butyl, ethylhexyl, hydroxyethyl, cyclohexyl, etc.), N, N -Dialkylmethacrylamide (there are alkyl groups such as ethyl group, propyl group, butyl group), N-hydroxyethyl-N-methylmethacrylamide and the like.
[0090]
Allyl compounds:
Allyl esters (for example, allyl acetate, allyl caproate, allyl caprylate, allyl laurate, allyl palmitate, allyl stearate, allyl benzoate, allyl acetoacetate, allyl lactate, etc.), allyloxyethanol and the like.
[0091]
Vinyl ethers:
Alkyl vinyl ethers (eg hexyl vinyl ether, octyl vinyl ether, decyl vinyl ether, ethyl hexyl vinyl ether, methoxyethyl vinyl ether, ethoxyethyl vinyl ether, chloroethyl vinyl ether, 1-methyl-2,2-dimethylpropyl vinyl ether, 2-ethylbutyl vinyl ether, hydroxyethyl vinyl ether, Diethylene glycol vinyl ether, dimethylaminoethyl vinyl ether, diethylaminoethyl vinyl ether, butylaminoethyl vinyl ether, benzyl vinyl ether, tetrahydrofurfuryl vinyl ether and the like.
[0092]
Vinyl esters:
Vinyl butyrate, vinyl isobutyrate, vinyl trimethyl acetate, vinyl diethyl acetate, vinyl valerate, vinyl caproate, vinyl chloroacetate, vinyl dichloroacetate, vinyl methoxyacetate, vinyl butoxyacetate, vinyl acetoacetate, vinyl lactate, vinyl -Β-phenylbutyrate, vinylcyclohexylcarboxylate and the like.
[0093]
Dialkyl itaconates:
Dimethyl itaconate, diethyl itaconate, dibutyl itaconate, etc.
Dialkyl esters or monoalkyl esters of fumaric acid; dibutyl fumarate and the like.
[0094]
Others include crotonic acid, itaconic acid, maleic anhydride, maleimide, acrylonitrile, methacrylonitrile, maleilonitrile and the like.
[0095]
In addition, any addition-polymerizable unsaturated compound that can be copolymerized with monomers corresponding to the above various repeating units may be copolymerized.
[0096]
In acid-decomposable resins, the molar ratio of each repeating unit is the resist dry etching resistance, standard developer suitability, substrate adhesion, resist profile, and general resist performance required for resolution, heat resistance, sensitivity, etc. It is set appropriately to adjust.
[0097]
In the acid-decomposable resin, the content of the alicyclic lactone repeating unit A3 is preferably 5 to 65 mol%, more preferably 10 to 60 mol%, still more preferably 15 to 55 mol% in all repeating units.
In the acid-decomposable resin, the content of the repeating unit A1 (repeating unit represented by the general formula (I)) is preferably from 5 to 30 mol%, more preferably from 10 to 28 mol%, further preferably from all repeating units. Is 15 to 25 mol%.
In the acid-decomposable resin, the content of the repeating unit A2 (repeating unit having a partial structure containing an alicyclic hydrocarbon represented by general formulas (pI) to (pVI)) is 24 to 55 mol in all repeating units. % Is preferable, more preferably 26 to 50 mol%, still more preferably 28 to 45 mol%.
[0098]
Further, the content of the repeating unit based on the monomer of the further copolymer component in the resin can be appropriately set according to the performance of the desired resist. Generally, the general formula (V- 1) to a repeating unit having a partial structure containing a repeating unit having a group represented by any one of (V-4) and an alicyclic hydrocarbon represented by the above general formulas (pI) to (pVI); 99 mol% or less is preferable with respect to the total number of moles of the repeating units represented by the general formula (I), more preferably 90 mol% or less, and still more preferably 80 mol% or less.
[0099]
The acid-decomposable resin used in the present invention can be synthesized according to a conventional method (for example, radical polymerization). For example, as a general synthesis method, monomer species are charged into a reaction vessel in a batch or in the course of reaction, and if necessary, a reaction solvent such as ethers such as tetrahydrofuran, 1,4-dioxane, diisopropyl ether, methyl ethyl ketone, A ketone such as methyl isobutyl ketone, an ester solvent such as ethyl acetate, and the composition of the present invention such as propylene glycol monomethyl ether acetate described below are dissolved in a solvent that dissolves uniformly and then nitrogen, argon, etc. Polymerization is started using a commercially available radical initiator (azo initiator, peroxide, etc.) as necessary under an inert gas atmosphere. If desired, an initiator is added or added in portions, and after completion of the reaction, it is put into a solvent and a desired polymer is recovered by a method such as powder or solid recovery. The concentration of the reaction is 20% by weight or more, preferably 30% by weight or more, more preferably 40% by weight or more. The reaction temperature is 10 ° C to 150 ° C, preferably 30 ° C to 120 ° C, more preferably 50-100 ° C.
[0100]
The weight average molecular weight of the resin according to the present invention is preferably 1,000 to 200,000 as a polystyrene conversion value by the GPC method. When the weight average molecular weight is less than 1,000, the heat resistance and dry etching resistance are deteriorated, which is not preferable. When the weight average molecular weight exceeds 200,000, the developability is deteriorated and the film forming property is deteriorated because the viscosity is extremely high. Produces less favorable results.
[0101]
Further, the dispersity (Mw / Mn) of the resin according to the present invention is preferably in the range of 1.4 to 3.5, more preferably in the range of 1.5 to 3.3, and 1.7 to 2.8. Is particularly preferred.
[0102]
In the positive resist composition of the present invention, the blending amount of all the resins according to the present invention in the entire composition is preferably 40 to 99.99% by weight, more preferably 50 to 99.97, based on the total resist solid content. % By weight.
[0103]
[2] (B) Compound that generates acid upon irradiation with actinic ray or radiation (photoacid generator)
The photoacid generator used in the present invention is a compound that generates an acid upon irradiation with actinic rays or radiation.
[0104]
As the photoacid generator used in the present invention, it is used as a photoinitiator for photocationic polymerization, a photoinitiator for radical photopolymerization, a photodecolorant for dyes, a photochromic agent, a microresist, or the like. Acid by known light (400-200 nm ultraviolet light, far ultraviolet light, particularly preferably g-line, h-line, i-line, KrF excimer laser beam), ArF excimer laser beam, electron beam, X-ray, molecular beam or ion beam Can be selected and used as appropriate.
[0105]
Examples of other photoacid generators used in the present invention include diazonium salts, ammonium salts, phosphonium salts, iodonium salts, sulfonium salts, selenonium salts, onium salts such as arsonium salts, organic halogen compounds, organic metals / organics. Examples include halides, photoacid generators having an o-nitrobenzyl-type protecting group, compounds that generate photosulfonic acid by photolysis, such as iminosulfonates, disulfone compounds, diazoketosulfones, diazodisulfone compounds, etc. Can do.
Moreover, the group which generate | occur | produced the acid by these light, or the compound which introduce | transduced the compound into the principal chain or side chain of the polymer can be used.
[0106]
Furthermore, VNRPillai, Synthesis, (1), 1 (1980), A. Abad etal, Tetrahedron Lett., (47) 4555 (1971), DHR Barton etal, J. Chem. Soc., (C), 329 (1970), Compounds that generate an acid by light as described in US Pat. No. 3,779,778, European Patent 126,712 and the like can also be used.
[0107]
Among the compounds that decompose upon irradiation with actinic rays or radiation to generate an acid, other photoacid generators that are particularly effectively used in combination will be described below. (1) An oxazole derivative represented by the following general formula (PAG1) substituted with a trihalomethyl group or an S-triazine derivative represented by the general formula (PAG2).
[0108]
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[0109]
In the formula, R 201 represents a substituted or unsubstituted aryl group or alkenyl group, R 202 represents a substituted or unsubstituted aryl group, alkenyl group, alkyl group, or —C (Y) 3 . Y represents a chlorine atom or a bromine atom.
Specific examples include the following compounds, but are not limited thereto.
[0110]
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[0111]
(2) An iodonium salt represented by the following general formula (PAG3) or a sulfonium salt represented by the general formula (PAG4).
[0112]
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[0113]
Here, the formulas Ar 1 and Ar 2 each independently represent a substituted or unsubstituted aryl group. R 203 , R 204 and R 205 each independently represents a substituted or unsubstituted alkyl group or aryl group.
[0114]
Z − represents a counter anion, for example, perfluoroalkanesulfonic acid anion such as BF 4 , AsF 6 , PF 6 , SbF 6 , SiF 6 2− , ClO 4 , CF 3 SO 3 , penta Examples include, but are not limited to, condensed polynuclear aromatic sulfonate anions such as fluorobenzene sulfonate anion and naphthalene-1-sulfonate anion, anthraquinone sulfonate anion, and sulfonate group-containing dyes.
[0115]
Two of R 203 , R 204 and R 205 and Ar 1 and Ar 2 may be bonded via a single bond or a substituent.
[0116]
Specific examples include the following compounds, but are not limited thereto.
[0117]
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[0118]
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[0119]
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[0120]
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[0121]
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[0122]
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[0128]
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[0129]
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[0130]
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[0131]
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[0132]
In the above, Ph represents a phenyl group.
The above onium salts represented by the general formulas (PAG3) and (PAG4) are known and can be synthesized, for example, by the methods described in U.S. Pat. Nos. 2,807,648 and 4,247,473, JP-A-53-101,331, etc. .
[0133]
(3) A disulfone derivative represented by the following general formula (PAG5) or an iminosulfonate derivative represented by the general formula (PAG6).
[0134]
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[0135]
In the formula, Ar 3 and Ar 4 each independently represent a substituted or unsubstituted aryl group. R 206 represents a substituted or unsubstituted alkyl group or aryl group. A represents a substituted or unsubstituted alkylene group, alkenylene group, or arylene group.
[0136]
Specific examples include the following compounds, but are not limited thereto.
[0137]
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[0138]
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[0139]
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[0140]
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[0141]
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[0142]
(4) A diazodisulfone derivative represented by the following general formula (PAG7).
[0143]
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[0144]
Here, R represents a linear, branched or cyclic alkyl group, or an aryl group which may be substituted.
Specific examples include the following compounds, but are not limited thereto.
[0145]
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[0146]
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[0147]
The amount of these photoacid generators added is usually in the range of 0.01 to 30% by weight, preferably 0.3 to 20% by weight, more preferably 0.8%, based on the solid content in the composition. It is used in the range of 5 to 10% by weight.
If the addition amount of the photoacid generator is less than 0.001% by weight, the sensitivity tends to be low, and if the addition amount is more than 30% by weight, the light absorption of the resist becomes too high, resulting in deterioration of the profile or process. There is a tendency that the margin (especially baking) becomes narrow.
[0148]
[3] Other additives In the positive resist composition of the present invention, an acid-decomposable dissolution inhibiting compound, a dye, a plasticizer, a surfactant, a photosensitizer, an organic basic compound, and A compound or the like that promotes solubility in a developer can be contained.
[0149]
The positive resist composition of the present invention preferably contains (C) a fluorine-based and / or silicon-based surfactant.
The positive resist composition of the present invention preferably contains either a fluorine-based surfactant, a silicon-based surfactant, and a surfactant containing both fluorine atoms and silicon atoms, or two or more thereof. .
When the positive resist composition of the present invention contains the acid-decomposable resin and the surfactant, it is particularly effective when the pattern line width is narrower, and development defects are further improved.
As these surfactants, for example, JP-A-62-36663, JP-A-61-226746, JP-A-61-226745, JP-A-62-170950, JP-A-63-34540, JP-A-63-34540 7-230165, JP-A-8-62834, JP-A-9-54432, JP-A-9-5988, U.S. Patents 5405720, 5360692, 5529881, 5296330, 5436098, 5576143 No. 5945511 and No. 5842451, and the following commercially available surfactants can be used as they are. Commercially available surfactants that can be used include, for example, F-top EF301, EF303 (made by Shin-Akita Kasei Co., Ltd.), Florard FC430, 431 (made by Sumitomo 3M Ltd.), MegaFuck F171, F173, F176, F189, R08 (Dainippon Ink Co., Ltd.), Surflon S-382, SC101, 102, 103, 104, 105, 106 (Asahi Glass Co., Ltd.), Troisol S-366 (Troy Chemical Co., Ltd.) and other fluorine-based interfaces An activator or a silicon-based surfactant can be mentioned. Polysiloxane polymer KP-341 (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) can also be used as a silicon surfactant.
[0150]
The compounding amount of the surfactant is usually 0.001% to 2% by weight, preferably 0.01% to 1% by weight, based on the solid content in the composition of the present invention. These surfactants may be added alone or in some combination.
[0151]
As surfactants that can be used in addition to the above, specifically, polyoxyethylene alkyl ethers such as polyoxyethylene lauryl ether, polyoxyethylene stearyl ether, polyoxyethylene cetyl ether, polyoxyethylene oleyl ether, etc. , Polyoxyethylene alkyl allyl ethers such as polyoxyethylene octylphenol ether and polyoxyethylene nonylphenol ether, polyoxyethylene / polyoxypropylene block copolymers, sorbitan monolaurate, sorbitan monopalmitate, sorbitan monostearate, sorbitan Sorbitan fatty acid esters such as monooleate, sorbitan trioleate, sorbitan tristearate, polyoxyethylene sorbitan Nonionic surfactants such as polyoxyethylene sorbitan fatty acid esters such as laurate, polyoxyethylene sorbitan monopalmitate, polyoxyethylene sorbitan monostearate, polyoxyethylene sorbitan trioleate, polyoxyethylene sorbitan tristearate Etc.
The amount of these other surfactants is usually 2 parts by weight or less, preferably 1 part by weight or less per 100 parts by weight of the solid content in the composition of the present invention.
[0152]
A preferable organic basic compound (D) that can be used in the present invention is a compound that is more basic than phenol. Of these, nitrogen-containing basic compounds are preferable, and specific examples include compounds having the following structures.
[0153]
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[0154]
Here, R 250 , R 251 and R 252 are each independently a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, an aminoalkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a hydroxyalkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or carbon. A substituted or unsubstituted aryl group of formula 6 to 20, wherein R 251 and R 252 may be bonded to each other to form a ring.
[0155]
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[0156]
(In the formula, R 253 , R 254 , R 255 and R 256 each independently represents an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms.)
Further preferred compounds are nitrogen-containing basic compounds having two or more nitrogen atoms of different chemical environments in one molecule, and particularly preferably both a substituted or unsubstituted amino group and a ring structure containing a nitrogen atom. Or a compound having an alkylamino group. Preferred examples include substituted or unsubstituted guanidine, substituted or unsubstituted aminopyridine, substituted or unsubstituted aminoalkylpyridine, substituted or unsubstituted aminopyrrolidine, substituted or unsubstituted indazole, substituted or unsubstituted Pyrazole, substituted or unsubstituted pyrazine, substituted or unsubstituted pyrimidine, substituted or unsubstituted purine, substituted or unsubstituted imidazoline, substituted or unsubstituted pyrazoline, substituted or unsubstituted piperazine, substituted or unsubstituted amino Examples include morpholine and substituted or unsubstituted aminoalkylmorpholine. Preferred substituents are amino group, aminoalkyl group, alkylamino group, aminoaryl group, arylamino group, alkyl group, alkoxy group, acyl group, acyloxy group, aryl group, aryloxy group, nitro group, hydroxyl group, cyano group It is.
[0157]
Preferable specific examples of the nitrogen-containing basic compound include guanidine, 1,1-dimethylguanidine, 1,1,3,3-tetramethylguanidine, 2-aminopyridine, 3-aminopyridine, 4-aminopyridine, 2- Dimethylaminopyridine, 4-dimethylaminopyridine, 2-diethylaminopyridine, 2- (aminomethyl) pyridine, 2-amino-3-methylpyridine, 2-amino-4-methylpyridine, 2-amino-5-methylpyridine, 2-amino-6-methylpyridine, 3-aminoethylpyridine, 4-aminoethylpyridine, 3-aminopyrrolidine, piperazine, N- (2-aminoethyl) piperazine, N- (2-aminoethyl) piperidine, 4- Amino-2,2,6,6-tetramethylpiperidine, 4-piperidinopiperidine, 2- Minopiperidine, 1- (2-aminoethyl) pyrrolidine, pyrazole, 3-amino-5-methylpyrazole, 5-amino-3-methyl-1-p-tolylpyrazole, pyrazine, 2- (aminomethyl) -5 Methylpyrazine, pyrimidine, 2,4-diaminopyrimidine, 4,6-dihydroxypyrimidine, 2-pyrazoline, 3-pyrazoline, N-aminomorpholine, N- (2-aminoethyl) morpholine, 1,5-diazabicyclo [ 4.3.0] non-5-ene, 1,8-diazabicyclo [5.4.0] undec-7-ene, 1,4-diazabicyclo [2.2.2] octane, 2,4,5- Triphenylimidazole, N-methylmorpholine, N-ethylmorpholine, N-hydroxyethylmorpholine, N-benzylmorpholine, cyclohex Examples include tertiary morpholine derivatives such as lumorpholinoethylthiourea (CHMETU), and hindered amines described in JP-A No. 11-52575 (for example, those described in the publication [0005]), but are not limited thereto. Absent.
[0158]
Particularly preferred examples are 1,5-diazabicyclo [4.3.0] non-5-ene, 1,8-diazabicyclo [5.4.0] undec-7-ene, 1,4-diazabicyclo [2. 2.2] Octane, 4-dimethylaminopyridine, hexamethylenetetramine, 4,4-dimethylimidazoline, pyrroles, pyrazoles, imidazoles, pyridazines, pyrimidines, tertiary morpholines such as CHMETU, bis (1, And hindered amines such as 2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidyl) sebagate.
Among them, 1,5-diazabicyclo [4.3.0] non-5-ene, 1,8-diazabicyclo [5.4.0] undec-7-ene, 1,4-diazabicyclo [2.2.2] Octane, 4-dimethylaminopyridine, hexamethylenetetramine, CHMETU, bis (1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidyl) sebagate are preferred.
[0159]
These nitrogen-containing basic compounds are used alone or in combination of two or more. The usage-amount of a nitrogen-containing basic compound is 0.001-10 weight% normally with respect to solid content of the whole composition of the photosensitive resin composition, Preferably it is 0.01-5 weight%. If it is less than 0.001% by weight, the effect of adding the nitrogen-containing basic compound cannot be obtained. On the other hand, when it exceeds 10% by weight, there is a tendency for the sensitivity to deteriorate and the developability of the non-exposed area to deteriorate.
[0160]
The positive resist composition of the present invention is dissolved in a solvent that dissolves each of the above components and coated on a support. Solvents used here include ethylene dichloride, cyclohexanone, cyclopentanone, 2-heptanone, γ-butyrolactone, methyl ethyl ketone, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, 2-methoxyethyl acetate, ethylene glycol monoethyl ether acetate , Propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA), toluene, ethyl acetate, butyl acetate, methyl lactate, ethyl lactate, methyl methoxypropionate, ethyl ethoxypropionate, methyl pyruvate, ethyl pyruvate, propyl pyruvate N, N-dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, N-methylpyrrolidone, tetrahydrofuran, etc. Preferred, to use these solvents singly or in combination.
[0161]
Among these, preferable solvents include propylene glycol monomethyl ether acetate, 2-heptanone, γ-butyrolactone, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether acetate, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether Butyl acetate, methyl lactate, ethyl lactate, methyl methoxypropionate, ethyl ethoxypropionate, N-methylpyrrolidone and tetrahydrofuran.
[0162]
Such a positive resist composition of the present invention is applied onto a substrate to form a thin film. The film thickness of this coating film is preferably 0.2 to 1.2 μm.
Examples of the inorganic substrate that can be used in the present invention include a normal BareSi substrate, an SOG substrate, and a substrate having an inorganic antireflection film described below. In the present invention, a commercially available inorganic or organic antireflection film can be used as necessary.
[0163]
As the antireflection film, an inorganic film type such as titanium, titanium dioxide, titanium nitride, chromium oxide, carbon, α-silicon, and an organic film type made of a light absorber and a polymer material can be used. The former requires equipment such as a vacuum deposition apparatus, a CVD apparatus, and a sputtering apparatus for film formation. Examples of the organic antireflection film include a condensate of a diphenylamine derivative and a formaldehyde-modified melamine resin described in JP-B-7-69611, an alkali-soluble resin, a light absorber, and maleic anhydride copolymer described in US Pat. No. 5,294,680. A reaction product of a coalescence and a diamine type light absorbing agent, a resin binder described in JP-A-6-186863 and a methylolmelamine thermal crosslinking agent, a carboxylic acid group, an epoxy group and a light-absorbing group described in JP-A-6-118656. An acrylic resin type antireflection film in the same molecule, a composition comprising methylol melamine and a benzophenone light absorber described in JP-A-8-87115, and a low molecular light absorber added to a polyvinyl alcohol resin described in JP-A-8-179509 And the like. Further, as the organic antireflection film, DUV30 series, DUV-40 series, ARC25, AC-2, AC-3, AR19, AR20, etc., manufactured by Brewer Science can be used.
[0164]
Appropriate use of the resist solution on a substrate (eg, silicon / silicon dioxide coating) used for the manufacture of precision integrated circuit elements (on a substrate provided with the antireflection film if necessary), spinner, coater, etc. A good resist pattern can be obtained by applying through a predetermined coating method, exposing through a predetermined mask, baking and developing. Here, the exposure light is preferably light having a wavelength of 150 nm to 250 nm. Specific examples include KrF excimer laser (248 nm), ArF excimer laser (193 nm), F2 excimer laser (157 nm), X-rays, electron beam, and the like.
[0165]
Examples of the developer include inorganic alkalis such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate, sodium silicate, sodium metasilicate, and aqueous ammonia, primary amines such as ethylamine and n-propylamine, diethylamine, and di-n. -Secondary amines such as butylamine; tertiary amines such as triethylamine and methyldiethylamine; alcohol amines such as dimethylethanolamine and triethanolamine; quaternary ammonium salts such as tetramethylammonium hydroxide and tetraethylammonium hydroxide. An alkaline aqueous solution of cyclic amines such as pyrrole and pihelidine can be used.
Furthermore, an appropriate amount of alcohol or surfactant may be added to the alkaline aqueous solution.
[0166]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples.
[0167]
Synthesis Example (1) Synthesis of Resin (1-1) 2-Adamantyl-2-propyl methacrylate (repeating unit A2), norbornane lactone acrylate, dihydroxyadamantane methacrylate (repeating unit A1) were charged at a ratio of 50/40/10, It melt | dissolved in methyl ethyl ketone / tetrahydrofuran = 9/1, and 450 g of solutions with a solid content concentration of 22% were prepared. To this solution, 10 mol% of V-601 manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. was added and added dropwise to 40 g of methyl ethyl ketone heated to 65 ° C. over 6 hours in a nitrogen atmosphere. The reaction liquid was stirred for 4 hours after completion | finish of dripping. After completion of the reaction, the reaction solution was cooled to room temperature, crystallized in 5 L of a mixed solvent of methanol / ISO propyl alcohol = 3/1, and the precipitated white powder was collected, and the obtained powder was reslurried with 1 L of methanol. The target resin (1-1) was recovered.
The polymer composition ratio determined from NMR was 46/42/12 (A1 / A2 = 0.26, A1 + A2 = 58 mol%). Moreover, the weight average molecular weight of standard polystyrene conversion calculated | required by GPC measurement was 13100, and dispersion degree Mw / Mn = 2.2.
[0168]
Synthesis Example (2) Synthesis of Resin (1-2) 2-Adamantyl-2-propyl methacrylate, norbornane lactone acrylate and dihydroxyadamantane methacrylate were charged at a ratio of 50/40/10 and dissolved in methyl ethyl ketone / tetrahydrofuran = 9/1. 450 g of a solution having a solid content concentration of 22% was prepared. To this solution, 10 mol% of V-601 manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. was added and added dropwise to 40 g of methyl ethyl ketone heated to 65 ° C. over 6 hours in a nitrogen atmosphere. The reaction liquid was stirred for 4 hours after completion | finish of dripping. After completion of the reaction, the reaction solution is cooled to room temperature, crystallized in 5 L of hexane solvent, and the precipitated white powder is collected, then again dissolved in tetrahydrofuran, and reprecipitated in 5 L of hexane, which is the target product. Resin (1-2) was recovered.
The polymer composition ratio determined from NMR was 46/42/12 (A1 / A2 = 0.26, A1 + A2 = 58 mol%). Moreover, the weight average molecular weight of standard polystyrene conversion calculated | required by GPC measurement was 10200, and dispersion degree Mw / Mn = 3.5.
[0169]
Synthesis Example (3) Synthesis of Resin (1-3) 2-Adamantyl-2-propyl methacrylate, norbornane lactone acrylate and dihydroxyadamantane methacrylate were charged at a ratio of 50/40/10 and dissolved in methyl ethyl ketone / tetrahydrofuran = 9/1. 450 g of a solution having a solid content concentration of 22% was prepared. To this solution, 10 mol% of V-601 manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. was added and added dropwise to 40 g of methyl ethyl ketone heated to 65 ° C. over 6 hours in a nitrogen atmosphere. The reaction liquid was stirred for 4 hours after completion | finish of dripping. After completion of the reaction, the reaction solution was cooled to room temperature, crystallized in 5 L of a mixed solvent of hexane / ethyl acetate = 85/15, and the precipitated white powder was collected, and then again dissolved in tetrahydrofuran. It was reprecipitated in 5 L of a mixed solvent of ethyl acetate = 85/15 to recover the target resin (1-3).
The polymer composition ratio determined from NMR was 45/43/12 (A1 / A2 = 0.27, A1 + A2 = 57 mol%). Moreover, the weight average molecular weight of standard polystyrene conversion calculated | required by GPC measurement was 11300, and dispersion degree Mw / Mn = 2.9.
[0170]
Synthesis Example (4) Synthesis of Resin (1-4) Resin (1-1) obtained in Synthesis Example (1) was subjected to column separation by silica gel column chromatography with hexane / acetone mixed solvent (99/1 to 50/50). I made a picture.
The polymer composition ratio determined from NMR was 45/43/12 (A1 / A2 = 0.27, A1 + A2 = 57 mol%). Moreover, the weight average molecular weight of standard polystyrene conversion calculated | required by GPC measurement was 11700, and dispersion degree Mw / Mn = 1.4.
[0171]
Resins (2) to (12) having the composition ratios and molecular weights shown in the table below were synthesized in the same manner as in the above synthesis example. (Each repeating unit in the table is shown in order from the left of the displayed structural formula.)
[0172]
[Table 1]
[0173]
[Table 2]
[0174]
Moreover, the structure of said resin (1)-(12) is shown below.
[0175]
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[0176]
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[0177]
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[0178]
Examples 1-27 and Comparative Examples 1-2
(Preparation and evaluation of positive resist composition)
2 g of each of the resins shown in Table 2 synthesized in the above synthesis example,
A photoacid generator (each amount is shown in the table), 4 mg of an organic basic compound (amine) and, if necessary, a surfactant (10 mg) are added as shown in Table 2, and the ratio of the solid content is 14% by weight. Were dissolved in a 70/30 mixed solvent of PGMEA / ethyl lactate and then filtered through a 0.1 μm microfilter to prepare positive resist compositions of Examples 1-27 and Comparative Examples 1-2.
[0179]
In addition, as resin of Comparative Examples 1-2, resin (20) described in JP-A-2001-109154 was used. In addition, the mixing ratio of the mixture is shown in parentheses in the basic compound column in the table.
[0180]
[Table 3]
[0181]
As surfactant,
W1: Mega Fuck F176 (Dainippon Ink Co., Ltd.) (Fluorine)
W2: Megafuck R08 (Dainippon Ink Co., Ltd.) (fluorine and silicone)
W3: Polysiloxane polymer KP-341 (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.)
W4: Polyoxyethylene nonylphenyl ether W5: Troisol S-366 (manufactured by Troy Chemical Co., Ltd.)
Represents.
[0182]
As an amine,
1 represents 1,5-diazabicyclo [4.3.0] -5-nonene (DBN);
2 represents bis (1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidyl) sebagate 3, trioctylamine 4, triphenylimidazole 5, antipyrine 6 represents 2,6-diisopropylaniline.
[0183]
(Evaluation test)
First, DUV30J manufactured by Brewer Science Co., Ltd. was applied to a silicon wafer at 160 nm using a spin coater and dried, and then the positive resist composition solution obtained thereon was applied thereon, dried at 130 ° C. for 90 seconds, and about 0 A positive photoresist film having a thickness of 4 μm was prepared and exposed to an ArF excimer laser (ArF stepper manufactured by Ultratech Co., Ltd. having a wavelength of 193 nm and NA = 0.6). The heat treatment after exposure was performed at 120 ° C. for 90 seconds, developed with a 2.38% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution, and rinsed with distilled water to obtain a resist pattern profile.
The resist pattern of the silicon wafer thus obtained was observed with a scanning microscope (SEM), and the resist was evaluated as follows.
[0184]
[Pattern collapse] Pattern collapse occurs when the focus is further changed by ± 0.4 μm on the overexposure side with respect to the exposure amount E1 for reproducing the mask pattern of 0.13 μm (L / S = 1/1). The pattern collapse was observed with an SEM, the exposure amount at which the pattern collapse occurred was E2, and (E2-E1) × 100 / E1 (%) was used as an index of the pattern collapse. A large value is good in preventing pattern collapse, and a small value is inferior.
[0185]
[Surface roughening during etching]
Etching a 0.15 μm contact hole pattern with CHF 3 / O 2 = 8/2 plasma or CHF 3 / O 2 = 13/6 plasma for 60 seconds, and observing the cross section and surface of the obtained sample with an SEM. , X that produces pinhole-like defects (the lower layer of the non-processed portion is etched), surface roughness occurred but no defects occurred, but those that had hole deformation △, surface roughness Good ones that are small and have no deformation of the holes are marked with ◯.
These evaluation results are shown in Table 3.
[0186]
[Line edge roughness]
The distance from the reference line where the edge should be in the range of the edge of 5 μm in the longitudinal direction of the 130 nm line pattern obtained by the minimum exposure amount reproducing the 130 nm (line / space = 1/1) line pattern in the mask ( 50 points were measured with Hitachi, Ltd. S-9220, the standard deviation was obtained, and 3σ was calculated. A smaller value indicates better performance.
[0187]
[Density dependency]
The line width variation rate of an isolated line pattern of 150 nm at an exposure amount for reproducing a mask pattern of 130 nm (pitch 1/1) was measured.
These evaluation results are shown in Table 3.
[0188]
[Table 4]
[0189]
As is apparent from the results in Table 3, it can be seen that the positive resist composition of the present invention is excellent in terms of prevention of pattern collapse and surface roughening during etching, edge roughness and density dependency.
[0190]
【The invention's effect】
The positive resist composition of the present invention is excellent in prevention of pattern collapse, prevention of surface roughness during etching, and line edge roughness and density dependency. Therefore, it is suitably used for lithography using far ultraviolet rays such as ArF excimer laser exposure. In particular, when the acid-decomposable resin A contains a repeating unit A1 having a dihydroxy or trihydroxyadamantyl group, a repeating unit A2 having an acid-decomposable alicyclic group, and an alicyclic lactone repeating unit A3, a remarkable effect is obtained. .

Claims (5)

(A)少なくとも、ジヒドロキシアダマンチル基またはトリヒドロキシアダマンチル基を有する繰り返し単位A1、酸分解性脂環基を有する繰り返し単位
A2、及び下記一般式(V−1)〜(V−4)のいずれかで表される基を有する繰り返し単位A3を構成単位として含有し、酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解速度が増加する樹脂、並びに(B)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物を含有するポジ型レジスト組成物であって、樹脂(A)中の繰り返し単位A1と繰り返し単位A2との組成モル比A1/A2が0.15以上1.0以下であり、かつ、樹脂(A)中の繰り返し単位A1と繰り返し単位A2の合計含有量が40〜70モル%であることを特徴とするポジ型レジスト組成物。
一般式(V−1)〜(V−4)において、R 1b 〜R 5b は、各々独立に水素原子、置換基を有していてもよい、アルキル基、シクロアルキル基又はアルケニル基を表す。R 1b 〜R 5b の内の2つは、結合して環を形成してもよい。
(A) At least a repeating unit A1 having a dihydroxyadamantyl group or a trihydroxyadamantyl group, a repeating unit A2 having an acid-decomposable alicyclic group , and any of the following general formulas (V-1) to (V-4) Containing a repeating unit A3 having a group represented as a constituent unit, containing a resin whose rate of dissolution in an alkaline developer is increased by the action of an acid, and (B) a compound capable of generating an acid upon irradiation with actinic rays or radiation. A positive resist composition, wherein the composition molar ratio A1 / A2 of the repeating unit A1 and the repeating unit A2 in the resin (A) is 0.15 or more and 1.0 or less, and in the resin (A) A positive resist composition, wherein the total content of the repeating unit A1 and the repeating unit A2 is 40 to 70 mol%.
In General Formulas (V-1) to (V-4), R 1b to R 5b each independently represents a hydrogen atom, an alkyl group, a cycloalkyl group, or an alkenyl group that may have a substituent. Two of R 1b to R 5b may combine to form a ring.
A1/A2が0.35以上1.0以下である請求項1に記載の組成物。The composition according to claim 1, wherein A1 / A2 is 0.35 or more and 1.0 or less. ジヒドロキシアダマンチル基またはトリヒドロキシアダマンチル基を有する繰り返し単位A1が、下記一般式(I)で表される繰り返し単位である請求項1または2に記載の組成物。
一般式(I)において、R1は水素原子、アルキル基、ハロゲン原子又はシアノ基を表し、R2は水素原子又は水酸基を表す。
The composition according to claim 1 or 2, wherein the repeating unit A1 having a dihydroxyadamantyl group or a trihydroxyadamantyl group is a repeating unit represented by the following general formula (I).
In the general formula (I), R 1 represents a hydrogen atom, an alkyl group, a halogen atom or a cyano group, and R 2 represents a hydrogen atom or a hydroxyl group.
酸分解性脂環基を有する繰り返し単位A2が、下記一般式(pI)〜一般式(pVI)で示される脂環式炭化水素を含む部分構造を有する繰り返し単位の群から選択される請求項1〜3のいずれかに記載の組成物。
(式中、R11は、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基又はsec−ブチル基を表し、Zは、炭素原子とともに脂環式炭化水素基を形成するのに必要な原子団を表す。
12〜R16は、各々独立に、炭素数1〜4個の、直鎖もしくは分岐のアルキル基又は脂環式炭化水素基を表し、但し、R12〜R14のうち少なくとも1つ、もしくはR15、R16のいずれかは脂環式炭化水素基を表す。
17〜R21は、各々独立に、水素原子、炭素数1〜4個の、直鎖もしくは分岐のアルキル基又は脂環式炭化水素基を表し、但し、R17〜R21のうち少なくとも1つは脂環式炭化水素基を表す。また、R19、R21のいずれかは炭素数1〜4個の、直鎖もしくは分岐のアルキル基又は脂環式炭化水素基を表す。
22〜R25は、各々独立に、炭素数1〜4個の、直鎖もしくは分岐のアルキル基又は脂環式炭化水素基を表し、但し、R22〜R25のうち少なくとも1つは脂環式炭化水素基を表す。また、R23とR24は、互いに結合して環を形成していてもよい。)
The repeating unit A2 having an acid-decomposable alicyclic group is selected from the group of repeating units having a partial structure containing an alicyclic hydrocarbon represented by the following general formula (pI) to general formula (pVI). The composition in any one of -3.
(Wherein R 11 represents a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, an isobutyl group or a sec-butyl group, and Z represents an alicyclic hydrocarbon group together with a carbon atom. Represents the atomic group necessary to form.
R 12 to R 16 each independently represents a linear or branched alkyl group or alicyclic hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms, provided that at least one of R 12 to R 14 , or Either R 15 or R 16 represents an alicyclic hydrocarbon group.
R 17 to R 21 each independently represents a hydrogen atom, a linear or branched alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, or an alicyclic hydrocarbon group, provided that at least one of R 17 to R 21 Represents an alicyclic hydrocarbon group. Further, either R 19 or R 21 represents a linear or branched alkyl group or alicyclic hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms.
R 22 to R 25 each independently represents a linear or branched alkyl group having 1 to 4 carbon atoms or an alicyclic hydrocarbon group, provided that at least one of R 22 to R 25 is a fat Represents a cyclic hydrocarbon group. R 23 and R 24 may be bonded to each other to form a ring. )
請求項1〜4のいずれかに記載の組成物によりレジスト膜を形成し、
当該レジスト膜を露光、現像することを特徴とするパターン形成方法。
A resist film is formed with the composition according to claim 1,
A pattern forming method comprising exposing and developing the resist film.
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