JP4682073B2 - ポジ型感光性組成物及びそれを用いたパターン形成方法 - Google Patents

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本発明は、活性光線又は放射線の照射により反応して性質が変化するポジ型感光性組成物、該ポジ型感光性組成物を用いたパターン形成方法及び該ポジ型感光性組成物に関する。さらに詳しくはIC等の半導体製造工程、液晶、サーマルヘッド等の回路基板の製造、さらにその他のフォトファブリケーション工程、平版印刷版、酸硬化性組成物に使用されるポジ型感光性組成物、該ポジ型感光性組成物を用いたパターン形成方法に関する。
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。
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。そのような樹脂としては、アクリル酸やメタクリル酸というカルボン酸部位を有する単量体や水酸基やシアノ基を分子内に有する単量体を脂環式炭化水素基を有する単量体と共重合させた樹脂が挙げられる。
一方、前記アクリレート系単量体の側鎖に脂環式炭化水素部位を導入する方法以外にもポリマー主鎖として脂環式炭化水素部位を活用してドライエッチング耐性を付与する方法も検討されている。
特許文献1(特開平9−73173号)には、脂環式基を含む構造で保護されたアルカリ可溶性基と、そのアルカリ可溶性基が酸により脱離して、アルカリ可溶性とならしめる構造単位を含む酸感応性化合物を用いたレジスト材料が記載されている。
特許文献2(特開2002−303978号)は、酸分解性基の保護基として、特定の脂肪族炭化水素基を側鎖に有する繰り返し単位を複数組み合わせた共重合体を用いたレジスト組成物を開示している。
特許文献3(特開2004−12545号)は、異なる酸分解性基の保護基を有する2種の樹脂を組み合わせたレジスト組成物を開示している。
しかながら、これらの例はパターン形成時の線幅のばらつき(LWR)の点において十分な性能が得られてはいなかった。
特開平9−73173号公報 特開2002−303978号公報 特開2004−12545号公報
従って、本発明の目的は、遠紫外光、特にArFエキシマレーザー光を使用したミクロフォトファブリケーションに於いて好適に使用することができる、パターン倒れが起こりにくく、パターン形成時の線幅のばらつき(LWR)の点に優れた性能を示すポジ型感光性組成物、を提供することにある。
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見出し本発明に至った。すなわち、上記目的は下記構成によって達成される。
1.
活性光線または放射線の照射により酸を発生する化合物(A)、
単環式脂肪族基および酸の作用により分解しアルカリ可溶性基を生じる基を有する繰り返し単位を含有する樹脂(B1)、および、
樹脂(B1)が含有する単環式脂肪族基および酸の作用により分解しアルカリ可溶性基を生じる基を有する繰り返し単位とは異なる、単環式脂肪族基および酸の作用により分解しアルカリ可溶性基を生じる基を有する繰り返し単位、を含有する樹脂(B2)
を含有し、
前記樹脂(B1)及び樹脂(B2)が、ラクトン構造を有する繰り返し単位を有し、
かつ、前記樹脂(B1)及び樹脂(B2)の少なくとも一方が、水酸基又はシアノ基で置換された脂環炭化水素構造を有する繰り返し単位を有する
ことを特徴とするポジ型感光性組成物。
但し、前記樹脂(B1)及び樹脂(B2)の組み合わせが、下記(A)−4及び(A)−6の組み合わせである場合を除く。
Figure 0004682073
2.
(B1)における単環式脂肪族基が一般式(p1−I)又は(p1−II)で表される上記1に記載のポジ型感光性組成物。
Figure 0004682073
一般式(p1−I)中、
111 は脂肪族基を表す。
Z1は単環式脂肪族基を形成するのに必要な原子団を表す。
一般式(p1−II)中、
112 、R 113 はそれぞれ独立して脂肪族基を表す。
114 は単環式脂肪族基を表す。
3.
(B2)における単環式脂肪族基が、一般式(p2−I)又は(p2−II)で表される上記1または2に記載のポジ型感光性組成物。
Figure 0004682073

一般式(p2−I)中、
211 は脂肪族基を表す。
Z2は単環式脂肪族基を形成するのに必要な原子団を表す。
一般式(p2−II)中、
212 、R 213 はそれぞれ独立して脂肪族基を表す。
214 は単環式脂肪族基を表す。
4.
一般式(p1−I)におけるZ1が形成する単環式脂肪族基がシクロヘキシル基またはシクロペンチル基であるか、一般式(p1−II)におけるR 114 が表す単環式脂肪族基がシクロヘキシル基、シクロペンチル基、4−メチル−1−シクロヘキシル基のいずれかである上記2に記載のポジ型感光性組成物。
5.
一般式(p2−I)におけるZ2が形成する単環式脂肪族基がシクロヘキシル基またはシクロペンチル基であるか、一般式(p2−II)におけるR 214 が表す単環式脂肪族基がシクロヘキシル基、シクロペンチル基、4−メチル−1−シクロヘキシル基のいずれかである上記3に記載のポジ型感光性組成物。
6.
水酸基又はシアノ基で置換された脂環炭化水素構造が、下記一般式(VIIa)又は(VIIb)で表される構造である上記1〜5のいずれか一項に記載のポジ型感光性組成物。
Figure 0004682073
一般式(VIIa)中、R c〜R cは、各々独立に水素原子、水酸基又はシアノ基を表す。ただし、R c〜R cのうち少なくとも1つは水酸基又はシアノ基を表す。
7.
前記ラクトン構造が、下記一般式LC1−1で表される上記1〜6のいずれか一項に記載のポジ型感光性組成物。
Figure 0004682073
一般式LC1−1中、
Rb は、炭素数1〜8のアルキル基を表す。
は0〜2の整数を表す。n が2以上の時、複数存在するRb は同一でも異なっていてもよく、また、複数存在するRb 同士が結合して環を形成してもよい。
8.
ラクトン構造を有する繰り返し単位が、一般式(L−1)〜(L−3)のいずれかで表される繰り返し単位の群から選ばれる上記1〜7のいずれか一項に記載のポジ型感光性組成物。
Figure 0004682073

一般式(L−1)〜(L−3)中、
L1 〜R L3 はそれぞれ独立に水素原子、脂肪族基、フッ素化された脂肪族基を表す。
L4 は水素原子、脂肪族基、シアノ基を表す。
L5 及びR L6 はそれぞれ独立に脂肪族基を表す。R L5 とR L6 とは互いに結合して環を形成しても良い。
L7 及びR L8 はそれぞれ独立に脂肪族基を表す。R L7 とR L8 とは互いに結合して環を形成しても良い。
9.
前記樹脂(B1)及び樹脂(B2)の少なくとも一方が、さらに、アルカリ可溶性基を有する繰り返し単位を有する上記1〜8のいずれか一項に記載のポジ型感光性組成物。
10.
上記1〜9のいずれか一項に記載のポジ型感光性組成物により感光性膜を形成し、該感光性膜を露光、現像することを特徴とするパターン形成方法。
尚、本発明は上記1〜10の構成を有するものであるが、以下その他についても参考のため記載した。
<1>
活性光線または放射線の照射により酸を発生する化合物(A)、
単環式脂肪族基および酸の作用により分解しアルカリ可溶性基を生じる基を有する繰り返し単位を含有する樹脂(B1)、および、
樹脂(B1)が含有する単環式脂肪族基および酸の作用により分解しアルカリ可溶性基を生じる基を有する繰り返し単位とは異なる、単環式脂肪族基および酸の作用により分解しアルカリ可溶性基を生じる基を有する繰り返し単位、を含有する樹脂(B2)
を含有することを特徴とするポジ型感光性組成物。
<2>
(B1)における単環式脂肪族基が一般式(p1−I)又は(p1−II)で表される上記<1>に記載のポジ型感光性組成物。
Figure 0004682073
一般式(p1−I)中、
111は脂肪族基を表す。
Z1は単環式脂肪族基を形成するのに必要な原子団を表す。
一般式(p1−II)中、
112、R113はそれぞれ独立して脂肪族基を表す。
114は単環式脂肪族基を表す。
<3>
(B2)における単環式脂肪族基が、一般式(p2−I)又は(p2−II)で表される上記<1>または<2>に記載のポジ型感光性組成物。
Figure 0004682073
一般式(p2−I)中、
211は脂肪族基を表す。
Z2は単環式脂肪族基を形成するのに必要な原子団を表す。
一般式(p2−II)中、
212、R213はそれぞれ独立して脂肪族基を表す。
214は単環式脂肪族基を表す。
<4>
一般式(p1−1)で表される単環式脂肪族基がシクロヘキシル基またはシクロペンチル基であるか、一般式(p1−2)で表される単環式脂肪族基がシクロヘキシル基、シクロペンチル基、4−メチル−1−シクロヘキシル基のいずれかである上記<2>に記載のポジ型感光性組成物。
<5>
一般式(p2−1)で表される単環式脂肪族基がシクロヘキシル基またはシクロペンチル基であるか、一般式(p2−2)で表される単環式脂肪族基がシクロヘキシル基、シクロペンチル基、4−メチル−1−シクロヘキシル基のいずれかである上記<3>に記載のポジ型感光性組成物。
<6>
(B1)及び(B2)が、ラクトン構造を有する繰り返し単位を有する上記<1>〜<5>のいずれかに記載のポジ型感光性組成物。
<7>
ラクトン構造を有する繰り返し単位が、一般式(L−1)〜(L−3)のいずれかで表される繰り返し単位の群から選ばれる上記<6>に記載のポジ型感光性組成物。
Figure 0004682073
一般式(L−1)〜(L−3)中、
L1〜RL3はそれぞれ独立に水素原子、脂肪族基、フッ素化された脂肪族基を表す。
L4は水素原子、脂肪族基、シアノ基を表す。
L5及びRL6はそれぞれ独立に脂肪族基を表す。RL5とRL6とは互いに結合して環を形成しても良い。
L7及びRL8はそれぞれ独立に脂肪族基を表す。RL7とRL8とは互いに結合して環を形成しても良い。
<8>
上記<1>〜<7>のいずれかに記載のポジ型感光性組成物により感光性膜を形成し、該感光性膜を露光、現像することを特徴とするパターン形成方法。
以下、本発明について詳細に説明する。
尚、本明細書に於ける基(原子団)の表記に於いて、置換および無置換を記していない表記は置換基を有さないものと共に置換基を有するものをも包含するものである。例えば「アルキル基」とは、置換基を有さないアルキル基(無置換アルキル基)のみならず、置換基を有するアルキル基(置換アルキル基)をも包含するものである。
〔1〕(A)活性光線または放射線の照射により酸を発生する化合物
本発明のポジ型感光性組成物に用いられる、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物(以下、「酸発生剤」と呼ぶ場合がある。)について以下に説明する。
本発明において使用される酸発生剤としては、一般に酸発生剤として使用される化合物の中から選択することができる。
即ち、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遠紫外線、X線などの活性光線又は放射線の照射により酸を発生する公知の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。
たとえば、ジアゾニウム塩、ホスホニウム塩、スルホニウム塩、ヨードニウム塩、イミドスルホネート、オキシムスルホネート、ジアゾジスルホン、ジスルホン、o−ニトロベンジルスルホネートを挙げることができる。
また、これらの活性光線又は放射線の照射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、たとえば、米国特許第3,849,137号、独国特許第3914407号、特開昭63−26653号、特開昭55−164824号、特開昭62−69263号、特開昭63−146038号、特開昭63−163452号、特開昭62−153853号、特開昭63−146029号等に記載の化合物を用いることができる。
さらに米国特許第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。
酸発生剤の内で好ましい化合物として、下記一般式(ZI)、(ZII)、(ZIII)で表される化合物を挙げることができる。
Figure 0004682073
上記一般式(ZI)において、R201、R202及びR203は、各々独立に有機基を表す。
-は、非求核性アニオンを表す。
201、R202及びR203としての有機基の炭素数は、一般的に1〜30、好ましくは1〜20である。
また、R201〜R203のうち2つが結合して環構造を形成してもよく、環内に酸素原子、硫黄原子、エステル結合、アミド結合、カルボニル基を含んでいてもよい。
201〜R203の内の2つが結合して形成する基としては、アルキレン基(例えば、ブチレン基、ペンチレン基)を挙げることができる。
201、R202及びR203としての有機基の具体例としては、後述する化合物(ZI−1)、(ZI−2)、(ZI−3)における対応する基を挙げることができる。
尚、一般式(ZI)で表される構造を複数有する化合物であってもよい。例えば、一般式(ZI)で表される化合物のR201〜R203の少なくともひとつが、一般式(ZI)で表されるもうひとつの化合物のR201〜R203の少なくともひとつと結合した構造を有する化合物であってもよい。
更に好ましい(ZI)成分として、以下に説明する化合物(ZI−1)、(ZI−2)、及び(ZI−3)を挙げることができる。
化合物(ZI−1)は、上記一般式(ZI)のR201〜R203の少なくとも1つがアリール基である、アリールスルホニム化合物、即ち、アリールスルホニウムをカチオンとする化合物である。
アリールスルホニウム化合物は、R201〜R203の全てがアリール基でもよいし、R201〜R203の一部がアリール基で、残りがアルキル基、シクロアルキル基でもよい。
アリールスルホニウム化合物としては、例えば、トリアリールスルホニウム化合物、ジアリールアルキルスルホニウム化合物、アリールジアルキルスルホニウム化合物、ジアリールシクロアルキルスルホニウム化合物、アリールジシクロアルキルスルホニウム化合物等を挙げることができる。
アリールスルホニウム化合物のアリール基としてはフェニル基、ナフチル基が好ましく、更に好ましくはフェニル基である。アリール基は、酸素原子、窒素原子、硫黄原子等を有する複素環構造を有するアリール基であってもよい。複素環構造を有するアリール基としては、例えば、ピロール残基(ピロールから水素原子が1個失われることによって形成される基)、フラン残基(フランから水素原子が1個失われることによって形成される基)、チオフェン残基(チオフェンから水素原子が1個失われることによって形成される基)、インドール残基(インドールから水素原子が1個失われることによって形成される基)、ベンゾフラン残基(ベンゾフランから水素原子が1個失われることによって形成される基)、ベンゾチオフェン残基(ベンゾチオフェンから水素原子が1個失われることによって形成される基)等を挙げることができる。アリールスルホニム化合物が2つ以上のアリール基を有する場合に、2つ以上あるアリール基は同一であっても異なっていてもよい。
アリールスルホニウム化合物が必要に応じて有しているアルキル基は、炭素数1〜15の直鎖又は分岐状アルキル基が好ましく、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、n−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。
アリールスルホニウム化合物が必要に応じて有しているシクロアルキル基は、炭素数3〜15のシクロアルキル基が好ましく、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロヘキシル基等を挙げることができる。
201〜R203のアリール基、アルキル基、シクロアルキル基は、アルキル基(例えば炭素数1〜15)、シクロアルキル基(例えば、炭素数3〜15)、アリール基(例えば炭素数6〜14)、アルコキシ基(例えば炭素数1〜15)、ハロゲン原子、水酸基、フェニルチオ基等を置換基として有してもよい。好ましい置換基は、炭素数1〜12の直鎖又は分岐状アルキル基、炭素数3〜12のシクロアルキル基、炭素数1〜12のアルコキシ基であり、最も好ましくは炭素数1〜4のアルキル基、炭素数1〜4のアルコキシ基である。置換基は、3つのR201〜R203のうちのいずれか1つに置換していてもよいし、3つ全てに置換していてもよい。また、R201〜R203がアリール基の場合に、置換基はアリール基のp−位に置換していることが好ましい。
-としての非求核性アニオンとしては、例えば、スルホン酸アニオン、カルボン酸アニオン、スルホニルイミドアニオン、ビス(アルキルスルホニル)イミドアニオン、トリス(アルキルスルホニル)メチルアニオン等を挙げることができる。
非求核性アニオンとは、求核反応を起こす能力が著しく低いアニオンであり、分子内求核反応による経時分解を抑制することができるアニオンである。これによりレジストの経時安定性が向上する。
スルホン酸アニオンとしては、例えば、脂肪族スルホン酸アニオン、芳香族スルホン酸アニオン、カンファースルホン酸アニオンなどが挙げられる。
カルボン酸アニオンとしては、例えば、脂肪族カルボン酸アニオン、芳香族カルボン酸アニオン、アラルキルカルボン酸アニオンなどが挙げられる。
脂肪族スルホン酸アニオンにおける脂肪族基としては、例えば、炭素数1〜30のアルキル基、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基、エイコシル基及び炭素数3〜30のシクロアルキル基、具体的には、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、アダマンチル基、ノルボニル基、ボロニル基等を挙げることができる。
芳香族スルホン酸アニオンにおける芳香族基としては、好ましくは炭素数6〜14のアリール基、例えば、フェニル基、トリル基、ナフチル基等を挙げることができる。
上記脂肪族スルホン酸アニオン及び芳香族スルホン酸アニオンにおけるアルキル基、シクロアルキル基及びアリール基は、置換基を有していてもよい。
このような置換基としては、例えば、ニトロ基、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、沃素原子)、カルボキシル基、水酸基、アミノ基、シアノ基、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜5)、シクロアルキル基(好ましくは炭素数3〜15)、アリール基(好ましくは炭素数6〜14)、アルコキシカルボニル基(好ましくは炭素数2〜7)、アシル基(好ましくは炭素数2〜12)、アルコキシカルボニルオキシ基(好ましくは炭素数2〜7)、アルキルチオ基(好ましくは炭素数1〜15)、等を挙げることができる。各基が有するアリール基及び環構造については、置換基としてさらにアルキル基(好ましくは炭素数1〜15)を挙げることができる。
脂肪族カルボン酸アニオンにおける脂肪族基としては、脂肪族スルホン酸アニオンにおける脂肪族基と同様のものを挙げることができる。
芳香族カルボン酸アニオンにおける芳香族基としては、芳香族スルホン酸アニオンにおける芳香族基と同様のものを挙げることができる。
アラルキルカルボン酸アニオンにおけるアラルキル基としては、好ましくは炭素数6〜12のアラルキル基、例えば、ベンジル基、フェネチル基、ナフチルメチル基、ナフチルエチル基、ナフチルメチル基等を挙げることができる。
上記脂肪族カルボン酸アニオン、芳香族カルボン酸アニオン及びアラルキルカルボン酸アニオンにおける脂肪族基、芳香族基及びアラルキル基は置換基を有していてもよく、置換基としては、例えば、脂肪族スルホン酸アニオンにおけると同様のハロゲン原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基等を挙げることができる。
スルホニルイミドアニオンとしては、例えば、サッカリンアニオンを挙げることができる。
ビス(アルキルスルホニル)イミドアニオン、トリス(アルキルスルホニル)メチルアニオンにおけるアルキル基は、炭素数1〜5のアルキル基が好ましく、例えば、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、ペンチル基、ネオペンチル基等を挙げることができる。これらのアルキル基は、置換基を有していてもよく、置換基としてはハロゲン原子、ハロゲン原子で置換されたアルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基等を挙げることができ、フッ素原子で置換されたアルキル基が好ましい。
その他の非求核性アニオンとしては、例えば、弗素化燐、弗素化硼素、弗素化アンチモン等を挙げることができる。
-の非求核性アニオンとしては、スルホン酸のα位がフッ素原子で置換された脂肪族スルホン酸アニオン、フッ素原子又はフッ素原子を有する基で置換された芳香族スルホン酸アニオン、アルキル基がフッ素原子で置換されたビス(アルキルスルホニル)イミドアニオン、アルキル基がフッ素原子で置換されたトリス(アルキルスルホニル)メチドアニオンが好ましい。非求核性アニオンとして、特に好ましくは炭素数4〜8のパーフロロ脂肪族スルホン酸アニオン、フッ素原子を有する芳香族スルホン酸アニオン、最も好ましくはノナフロロブタンスルホン酸アニオン、パーフロロオクタンスルホン酸アニオン、ペンタフロロベンゼンスルホン酸アニオン、3,5−ビス(トリフロロメチル)ベンゼンスルホン酸アニオンである。
次に、化合物(ZI−2)について説明する。
化合物(ZI−2)は、一般式(ZI)におけるR201〜R203が、各々独立に、芳香環を含有しない有機基を表す場合の化合物である。ここで芳香環とは、ヘテロ原子を含有する芳香族環も包含するものである。
201〜R203としての芳香環を含有しない有機基は、一般的に炭素数1〜30、好ましくは炭素数1〜20である。
201〜R203は、各々独立に、好ましくはアルキル基、シクロアルキル基、アリル基、ビニル基であり、更に好ましくは直鎖、分岐、環状2−オキソアルキル基、アルコキシカルボニルメチル基、最も好ましくは直鎖、分岐2−オキソアルキル基である。
201〜R203としてのアルキル基は、直鎖又は分岐状のいずれであってもよく、好ましくは、炭素数1〜10の直鎖又は分岐アルキル基、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基等を挙げることができる。アルキル基として、より好ましくは2−直鎖又は分岐状オキソアルキル基、アルコキシカルボニルメチル基を挙げることができる。
201〜R203としてのシクロアルキル基は、炭素数3〜10のシクロアルキル基が好ましく、例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボニル基等を挙げることができる。シクロアルキル基として、より好ましくは2−オキソシクロアルキル基を挙げることができる。
2−オキソアルキル基は、直鎖、分岐、環状のいずれであってもよく、好ましくは、上記のアルキル基、シクロアルキル基の2位に>C=Oを有する基を挙げることができる。
アルコキシカルボニルメチル基におけるアルコキシ基としては、好ましくは炭素数1〜5のアルコキシ基(メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ペントキシ基)を挙げることができる。
201〜R203は、ハロゲン原子、アルコキシ基(例えば炭素数1〜5)、水酸基、シアノ基、ニトロ基によって更に置換されていてもよい。
化合物(ZI−3)とは、以下の一般式(ZI−3)で表される化合物であり、フェナシルスルフォニウム塩構造を有する化合物である。
Figure 0004682073
一般式(ZI−3)に於いて、
1c〜R5cは、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基又はハロゲン原子を表す。
6c及びR7cは、各々独立に、水素原子、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。
x及びRyは、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基、アリル基又はビニル基を表す。
1c〜R7c中のいずれか2つ以上、及びRxとRyは、それぞれ結合して環構造を形成しても良く、この環構造は、酸素原子、硫黄原子、エステル結合、アミド結合を含んでいてもよい。R1c〜R7c中のいずれか2つ以上、及びRxとRyがそれぞれ結合して形成する基としては、ブチレン基、ペンチレン基等を挙げることができる。
Zc-は、非求核性アニオンを表し、一般式(ZI)に於けるX-の非求核性アニオンと同様のものを挙げることができる。
1c〜R7cとしてのアルキル基は、炭素数1〜20個の直鎖又は分岐状アルキル基が好ましく、例えば、メチル基、エチル基、直鎖又は分岐プロピル基、直鎖又は分岐ブチル基、直鎖又は分岐ペンチル基等を挙げることができる。
1c〜R7cとしてのシクロアルキル基は、炭素数3〜8個のシクロアルキル基が好ましく、例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等を挙げることができる。
1c〜R5cとしてのアルコキシ基は、直鎖、分岐、環状のいずれであってもよく、例えば炭素数1〜10のアルコキシ基、好ましくは、炭素数1〜5の直鎖及び分岐アルコキシ基(例えば、メトキシ基、エトキシ基、直鎖又は分岐プロポキシ基、直鎖又は分岐ブトキシ基、直鎖又は分岐ペントキシ基)、炭素数3〜8の環状アルコキシ基(例えば、シクロペンチルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基)を挙げることができる。
好ましくはR1c〜R5cのうちいずれかが直鎖又は分岐状アルキル基、シクロアルキル基又は直鎖、分岐、環状アルコキシ基であり、更に好ましくはR1c〜R5cの炭素数の和が2〜15である。これにより、より溶剤溶解性が向上し、保存時にパーティクルの発生が抑制される。
x及びRyとしてのアルキル基、シクロアルキル基は、R1c〜R7cとしてのアルキル基、シクロアルキル基と同様のものを挙げることができ、2−オキソアルキル基、2−オキソシクロアルキル基、アルコキシカルボニルメチル基がより好ましい。
2−オキソアルキル基、2−オキソシクロアルキル基は、R1c〜R7cとしてのアルキル基、シクロアルキル基の2位に>C=Oを有する基を挙げることができる。
アルコキシカルボニルメチル基におけるアルコキシ基については、R1c〜R5cとしてのアルコキシ基と同様のものを挙げることができる。
x、Ryは、好ましくは炭素数4個以上のアルキル基であり、より好ましくは6個以上、更に好ましくは8個以上のアルキル基である。
一般式(ZII)、(ZIII)中、
204〜R207は、各々独立に、アリール基、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。
204〜R207のアリール基としてはフェニル基、ナフチル基が好ましく、更に好ましくはフェニル基である。R204〜R207のアリール基は、酸素原子、窒素原子、硫黄原子等を有する複素環構造を有するアリール基であってもよい。複素環構造を有するアリール基としては、例えば、ピロール残基(ピロールから水素原子が1個失われることによって形成される基)、フラン残基(フランから水素原子が1個失われることによって形成される基)、チオフェン残基(チオフェンから水素原子が1個失われることによって形成される基)、インドール残基(インドールから水素原子が1個失われることによって形成される基)、ベンゾフラン残基(ベンゾフランから水素原子が1個失われることによって形成される基)、ベンゾチオフェン残基(ベンゾチオフェンから水素原子が1個失われることによって形成される基)等を挙げることができる。
204〜R207としてのアルキル基は、炭素数1〜10の直鎖又は分岐アルキル基が好ましく、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基等を挙げることができる。
204〜R207としてのシクロアルキル基は、炭素数3〜10のシクロアルキル基が好ましく、例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボニル基等を挙げることができる。
204〜R207が有していてもよい置換基としては、例えば、アルキル基(例えば炭素数1〜15)、シクロアルキル基(例えば炭素数3〜15)、アリール基(例えば炭素数6〜15)、アルコキシ基(例えば炭素数1〜15)、ハロゲン原子、水酸基、フェニルチオ基等を挙げることができる。
-は、非求核性アニオンを表し、一般式(ZI)に於けるX-の非求核性アニオンと同様のものを挙げることができる。
酸発生剤の内で好ましい化合物として、更に、下記一般式(ZIV)、(ZV)、(ZVI)で表される化合物を挙げることができる。
Figure 0004682073
一般式(ZIV)において、二つのAr3は、各々独立に、アリール基を表す。
一般式(ZV)及び(ZVI)におけるR208は、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を表し、前記一般式(ZI)〜(ZIII)におけるR204〜R207としてのアルキル基、シクロアルキル基又はアリール基と同様である。
Aは、アルキレン基、アルケニレン基又はアリーレン基を表す。
酸発生剤の内でより好ましくは、一般式(ZI)〜(ZIII)で表される化合物である。
本発明における酸発生剤として、特に好ましくは、フッ素原子が置換した炭素数4以下のアルキル基、フッ素原子が置換したシクロアルキル基、または、フッ素原子が置換した芳香属基を含むアニオン構造と、トリアリールスルホニウムカチオン構造とを有する酸発生剤である。このような酸発生剤として好ましくは、下記一般式(C1)〜(C3)で表されるものである。
Figure 0004682073
一般式(C1)〜(C3)中、
1は、アルキル基、脂環炭化水素基、水酸基、カルボキシル基、アルコキシ基又はハロゲン原子を表す。
yは、互いに独立に、0又は1〜5の整数を表す。yが2以上の整数の場合に、2個以上あるR1は、同じでも異なっていてもよい。
1〜Q4は、各々独立に、フッ素原子で置換された炭素数1〜8のアルキル基、フッ素原子で置換されたシクロアルキル基、フッ素原子で置換されたアリール基又はフッ素化アルキル基で置換されたアリール基を表す。
1のアルキル基としては、炭素数1〜15の直鎖又は分岐状アルキル基が好ましく、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、n−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。
1の脂環炭化水素基としては、炭素数3〜15のシクロアルキル基が好ましく、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボルニル基、アダマンチル基等があげられる。
1〜Q4のフッ素原子で置換されたアルキル基としては、例えば、−CF3、−C25、−n-C37、−n-C49、−n-C817、−CF(CF32、−CH(CF32、−(CF22OCF2CF3、−(CF22O(CH23CH3、−(CF22O(CH213CH3、−(CF22O(CF22(CH23CH3等が挙げられる。Q1〜Q4のフッ素原子で置換された炭素数4以下のアルキル基は、更に、アルコキシ基、フルオロアルコキシ基等の置換基を有していてもよい。
1〜Q4のフッ素原子で置換されたアリール基としては、例えば、2,3,4,5,6−ペンタフルオロフェニル基、2,3,4−トリフルオロフェニル基、2,4−ジフルオロフェニル基、4−フルオロフェニル基、4−ウンデカニルオキシ−2,3,5,6−テトラフルオロフェニル基などがあげられる。
1〜Q4のフッ素化アルキル基で置換されたアリール基としては、例えば、3−トリフルオロメチルフェニル基、3,5−ビス(トリフルオロメチル)フェニル基、4−トリフルオロメチルフェニル基、4−n−ノナフルオロブチルフェニル基などがあげられる。
酸発生剤の中で、特に好ましいものの例を以下に挙げる。
Figure 0004682073

Figure 0004682073


Figure 0004682073

Figure 0004682073
Figure 0004682073


Figure 0004682073

Figure 0004682073
Figure 0004682073
Figure 0004682073

Figure 0004682073

Figure 0004682073

Figure 0004682073
酸発生剤は、1種単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
酸発生剤のポジ型感光性組成物中の含量は、ポジ型感光性組成物の全固形分を基準として、0.1〜20質量%が好ましく、より好ましくは0.5〜10質量%、更に好ましくは1〜7質量%である。
〔2〕樹脂
本発明のポジ型感光性組成物は、上記酸発生剤(A)に加え、単環式脂肪族基および酸の作用により分解しアルカリ可溶性基を生じる基を有する繰り返し単位を含有する樹脂(B1)、および、樹脂(B1)が含有する単環式脂肪族基および酸の作用により分解しアルカリ可溶性基を生じる基を有する繰り返し単位とは異なる、単環式脂肪族基および酸の作用により分解しアルカリ可溶性基を生じる基を有する繰り返し単位、を含有する樹脂(B2)を含有する。
ここで、樹脂は、酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解度が増大する樹脂(酸分解性樹脂)であり、酸の作用により分解しアルカリ可溶性基を生じる基(酸分解性基)を有する繰り返し単位を含有する。尚、単環式脂肪族基および酸分解性基を有する繰り返し単位(B1)および(B2)において、酸分解性基は単環式脂肪族基自体であってもよいし、他の部位であっていてもよい。
アルカリ現像液に対する溶解度が増大する樹脂とは、樹脂の主鎖または側鎖、あるいは主鎖と側鎖の両方に、酸で分解しアルカリ可溶性基を生じる基(以下、「酸分解性基」ともいう)を有する樹脂である。このうち、酸分解性基を側鎖に有する樹脂がより好ましい。酸分解性基として好ましい基は、−COOH基、−OH基の水素原子を酸で脱離する基で置換した基である。
酸分解性基として、例えば、クミルエステル基、エノールエステル基、アセタールエステル基、第3級のアルキルエステル基等である。更に好ましくは、第3級アルキルエステル基などを挙げることができる。
酸分解性樹脂(B1)および(B2)が有していてもよい酸分解性基としては、例えば、−O−C(R36)(R37)(R38)、−O−C(R36)(R37)(OR39)、−O−C(=O)−O−C(R36)(R37)(R38)、−O−C(R01)(R02)(OR39)、−O−C(R01)(R02)−C(=O)−O−C(R36)(R37)(R38)等を挙げることができる。
式中、R36〜R39は、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基又はアルケニル基表す。R36とR37、R36とR39とは、互いに結合して環を形成してもよい。
01〜R02は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基又はアルケニル基を表す。
尚、−C(R36)(R37)(R38)は、炭素原子にR36〜R38で表される各々の基が単結合で結合している基を意味する。以下、同様とする。
本発明のポジ型感光性組成物は、(B1)単環式脂肪族基を有する繰り返し単位を含有し、酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解性が増大する樹脂(以下「酸分解性樹脂(B1)」又は「樹脂(B1)」ともいう)、および、(B2)単環式脂肪族基を有する(B1)とは異なる繰り返し単位を含有し、酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解性が増大する樹脂(以下「酸分解性樹脂(B2)」又は「樹脂(B2)」ともいう)を含有する。
<単環式脂肪族基を有する繰り返し単位(樹脂B1)>
本発明の組成物は、単環式脂肪族基および酸分解性基を有する繰り返し単位を含有する樹脂(B1)を含有する。
樹脂(B1)としては、下記一般式(p1−I)〜一般式(p1−V)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及び後述する一般式(II−AB)で示される繰り返し単位の群から選択される少なくとも1種を含有する樹脂であることが好ましい。
Figure 0004682073
一般式(p1−I)〜(p1−V)中、
111は有機基を表す。好ましくは脂肪族基を表す。
Z1は、結合している炭素原子とともに単環式脂肪族基、例えば、シクロアルキル基を形成するのに必要な原子団を表す。
112、R113は各々独立に、有機基を表す。
114は単環式脂肪族基を表す。
115、R116は各々独立に、有機基を表し、R115、R116のいずれか1つは単環式脂肪族基を表す。
117〜R121は各々独立に、水素原子または有機基を表し、R117〜R121のうち少なくとも1つは単環式脂肪族基を表す。R119、R121のいずれかは好ましくは有機基を表す。
122〜R125は、各々独立に、水素原子または有機基を表し、但し、R122〜R125のうち少なくとも1つは単環式脂肪族基を表す。また、R123とR124は、互いに結合して環を形成していてもよい。
ここで有機基としては好ましくは脂肪族基である。脂肪族基は鎖状であっても環状であってもそれらの組み合わせでもよい。脂肪族基としてはたとえば炭素数1〜4個の、直鎖もしくは分岐のアルキル基を挙げることができ、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−ブチル基等が好ましい。
また、単環式脂肪族基としてはシクロアルキル基を挙げることができ、シクロアルキル基或いはZ1と炭素原子が形成するシクロアルキル基は、単環式である。具体的には、炭素数3以上のシクロアルキル基を挙げることができる。その炭素数は3〜12個が好ましく、さらに好ましくは4〜8個であり、炭素数5〜6個が特に好ましい。これらの単環式脂肪族基(以下、単環式アルキル基ともいう)は置換基を有していてもよい。
好ましい単環式アルキル基としては、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、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、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基を挙げることができる。
これらの単環式アルキル基の更なる置換基としては、アルキル基(炭素数1〜4)、ハロゲン原子、水酸基、アルコキシ基(炭素数1〜4)、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基(炭素数2〜6)が挙げられる。上記のアルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基等が、更に有していてもよい置換基としては、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。
上記樹脂(B1)における一般式(p1−I)〜(p1−V)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、カルボン酸基、スルホン酸基、フェノール基、チオール基の水素原子が一般式(p1−I)〜(P1−V)で表される構造で置換された構造などが挙げられ、好ましくはカルボン酸基、スルホン酸基の水素原子が一般式(p1−I)〜(P1−V)で表される構造で置換された構造である。
一般式(p1−I)〜(p1−V)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(p1−A)で示される繰り返し単位が好ましい。
Figure 0004682073
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。
は、単結合、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、スルホンアミド基、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。好ましくは単結合である。
1 1 は、上記式(p1−I)〜(p1−V)のいずれかの基を表す。
一般式(P1−A)で表される繰り返し単位は、最も好ましくは、1−アルキル−1−シクロヘキシル(メタ)アクリレート、1−アルキル−1−シクロペンチル(メタ)アクリレート、ジアルキル(シクロヘキシル)メチル(メタ)アクリレート、ジアルキル(シクロペンチル)メチル(メタ)アクリレートによる繰り返し単位である。
以下、一般式(P1−A)で示される繰り返し単位の具体例を示す。
Figure 0004682073
<単環式脂肪族基を有する繰り返し単位(樹脂B2)>
本発明において、樹脂(B2)は、単環式脂肪族基および酸分解性基を有する繰り返し単位を含有する。樹脂(B2)が含有する単環式脂肪族基および酸分解性基を有する繰り返し単位は、樹脂(B1)が含有する単環式脂肪族基および酸分解性基を有する繰り返し単位とは異なれば特に限定されない。
ここで、樹脂(B2)が含有する単環式脂肪族基および酸分解性基を有する繰り返し単位と、樹脂(B1)が含有する単環式脂肪族基および酸分解性基を有する繰り返し単位とは、完全に同一の構造を有さなければよく、例えば同一の単環式脂肪族基を有し、置換基のみが異なっているだけでもよい。中でも、単環式脂肪族基が連結基を介して側鎖に結合しているものと連結基を介さず直接側鎖に結合しているものの組み合わせであるか、あるいは単環式脂肪族基の炭素数が異なっているものの組み合わせであることが好ましい。ここで連結基の構造としては、好ましくは−C(Ra)(Rb)−)で表される構造が挙げられ、ここでRa・Rbは、それぞれ独立に脂肪族基(好ましくは炭素数1〜3)である。
樹脂(B2)としては、下記一般式(p2−I)〜(p2−V)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及び後述する一般式(II−AB)で示される繰り返し単位の群から選択される少なくとも1種を含有する樹脂であることが好ましい。
Figure 0004682073
一般式(p2−I)〜(p2−V)中、
211は、有機基を表す。好ましくは脂肪族基を表す。
Z2は、結合している炭素原子とともに単環式脂肪族基、例えば、シクロアルキル基を形成するのに必要な原子団を表し、
212、R213は各々独立に、有機基を表す。
214は単環式脂肪族基を表す。
215、R216は各々独立に、有機基を表す。R215、R216のいずれか1つは単環式脂肪族基を表す。
217〜R221は各々独立に、水素原子、有機基を表す。R217〜R221のうち少なくとも1つは単環式脂肪族基を表す。また、R219、R221のいずれかは好ましくは有機基を表す。
222〜R225は、各々独立に、水素原子、有機基を表す。但し、R222〜R225のうち少なくとも1つは単環式脂肪族基を表す。また、R223とR224は、互いに結合して環を形成していてもよい。
Z2はZ1と同一でも異なっていてもよいが、Z1とZ2が同一の原子団を表すとき、R111とR211は異なる脂肪族基を表す。
111とR211は同一でも異なっていてもよいが、R111とR211が同一の脂肪族基を表すとき、Z1とZ2は異なる原子団を表す。
114とR214は同一でも異なっていてもよいが、R114とR214が同一の単環式脂肪族基を表すとき、R112、R113で表される脂肪族基の組み合わせとR212、R213で表される脂肪族基の組み合わせは異なる。
また、R112、R113で表される脂肪族基の組み合わせとR212、R213で表される脂肪族基の組み合わせは同一であっても異なっていてもよいが、R112、R113で表される脂肪族基の組み合わせとR212、R213で表される脂肪族基の組み合わせが同一であるとき、R114とR214は異なる単環式脂肪族基を表す。
一般(p2−I)〜(p2−V)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(p2−A)で示される繰り返し単位が好ましい。
Figure 0004682073
ここで、R2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直鎖もしくは分岐のアルキル基を表す。複数のR2は、各々同じでも異なっていてもよい。
は、単結合、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、スルホンアミド基、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。好ましくは単結合である。
2 1 は、上記式(p2−I)〜(p2−V)のいずれかの基を表す。
一般式(P2−A)で表される繰り返し単位は、最も好ましくは、1−アルキル−1−シクロヘキシル(メタ)アクリレート、1−アルキル−1−シクロペンチル(メタ)アクリレート、ジアルキル(シクロヘキシル)メチル(メタ)アクリレート、ジアルキル(シクロペンチル)メチル(メタ)アクリレートによる繰り返し単位である。
以下、一般式(P2−A)で示される繰り返し単位の具体例を示す。
Figure 0004682073
ここで脂肪族基としては炭素数1〜4個の、直鎖もしくは分岐のアルキル基を挙げることができ、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、イソブチル基又はsec−ブチル基等が好ましい。
また、単環式脂肪族基としてはシクロアルキル基を挙げることができ、シクロアルキル基或いはZ2と炭素原子が形成するシクロアルキル基は、単環式である。具体的には、炭素数3以上のシクロアルキル基を挙げることができる。その炭素数は3〜12個が好ましく、さらに好ましくは4〜8個であり、炭素数5〜6個が特に好ましい。これらの単環式脂肪族基(以下、単環式アルキル基ともいう)は置換基を有していてもよい。
本発明に用いる樹脂(B1)及び樹脂(B2)が有する単環式脂肪族基を有する繰り返し単位としては下記一般式(II−AB)で表される繰り返し単位も好ましい。
Figure 0004682073
式(II−AB)中、
11'及びR12'は、各々独立に、水素原子、シアノ基、ハロゲン原子又はアルキル基を表す。
Z'は、結合した2つの炭素原子(C−C)を含み、脂環式構造を形成するための原子団を表す。
また、上記一般式(II−AB)は、下記一般式(II−AB1)又は一般式(II−AB2)であることが更に好ましい。
Figure 0004682073
一般式(II−AB1)及び(II−AB2)中、
13'〜R16'は、各々独立に、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、−COOH、−COOR5、酸の作用により分解する基、−C(=O)−X−A'−R17'、アルキル基ある
いはシクロアルキル基を表す。
ここで、R5は、アルキル基、シクロアルキル基又はラクトン構造を有する基を表す。
Xは、酸素原子、硫黄原子、−NH−、−NHSO2−又は−NHSO2NH−を表す。
A'は単結合又は2価の連結基を表す。
また、Rl3'〜R16'のうち少なくとも2つが結合して環を形成してもよい。nは0又は1を表す。
17'は、−COOH、−COOR5、−CN、水酸基、アルコキシ基、−CO−NH−R6、−CO−NH−SO2−R6又はラクトン構造を有する基を表す。
6は、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。
上記一般式(II−AB)のR11'、R12'におけ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。
上記一般式(II−AB)のR11'、R12'におけるアルキル基としては、炭素数1〜10個の直鎖状あるいは分岐状アルキル基が挙げられる。
上記Z'の脂環式構造を形成するための原子団は、置換基を有していてもよい脂環式炭化水素の繰り返し単位を樹脂に形成する原子団であり、中でも有橋式の脂環式炭化水素の繰り返し単位を形成する有橋式脂環式構造を形成するための原子団が好ましい。
形成される脂環式炭化水素の骨格としては、一般式(p1−I)〜(p1−V)、(p2−I)〜(p2−V)に於けるR111〜R125の、R211〜R225の脂環式炭化水素基と同様のものが挙げられる。
上記脂環式炭化水素の骨格には置換基を有していてもよい。そのような置換基としては、前記一般式(II−AB1)あるいは(II−AB2)中のR13'〜R16'を挙げることができる。
本発明に係る樹脂(B1)及び樹脂(B2)においては、酸の作用により分解する基は、前記一般式(p1−I)〜(p1−V)、(p2−I)〜(p2−V)で示される単環式炭化水素を含む部分構造を有する繰り返し単位、一般式(II−AB)で表される繰り返し単位、及び後記共重合成分の繰り返し単位のうち少なくとも1種の繰り返し単位に含有することができる。
上記一般式(II−AB1)あるいは一般式(II−AB2)におけるR13'〜R16'の各種置換基は、上記一般式(II−AB)における脂環式構造を形成するための原子団ないし有橋式脂環式構造を形成するための原子団Zの置換基ともなり得る。
上記一般式(II−AB1)あるいは一般式(II−AB2)における酸分解基の保護基としては、シクロヘキシル基、シクロペンチル基、シクロヘプチル基、4−メチル−1−シクロヘキシル基、シクロオクチル基などが好ましい。このうちさらに好ましいのは、シクロヘキシル基、シクロペンチル基、4−メチル−1−シクロヘキシル基である。
上記一般式(II−AB1)あるいは一般式(II−AB2)で表される繰り返し単位として、下記具体例が挙げられるが、本発明はこれらの具体例に限定されない。
Figure 0004682073
上記樹脂(B1)及び(B2)における一般式(p1−I)〜(p1−V)及び(p2−I)〜(p2−V)で表される構造は、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、カルボン酸基、スルホン酸基、フェノール基、チオール基の水素原子が一般式(p1−I)〜(p1−V)、(p2−I)〜(P2−V)で表される構造で置換された構造などが挙げられ、好ましくはカルボン酸基、スルホン酸基の水素原子が一般式(p1−I)〜(p1−V)、(p2−I)〜(p2−V)で表される構造で置換された構造である。
本発明に用いる酸分解性樹脂は、ラクトン基を有することが好ましい。ラクトン基としては、ラクトン構造を含有していればいずれの基でも用いることができるが、好ましくは5〜7員環ラクトン構造を含有する基であり、5〜7員環ラクトン構造にビシクロ構造、スピロ構造を形成する形で他の環構造が縮環しているものが好ましい。下記一般式(LC1−1)〜(LC1−15)のいずれかで表されるラクトン構造を有する基を有する繰り返し単位を有することがより好ましい。また、ラクトン構造を有する基が主鎖に直接結合していてもよい。好ましいラクトン構造としては(LC1−1)(LC1−4)(LC1−5)(LC1−6)(LC1−13)(LC1−14)であり、特定のラクトン構造を用いることでラインエッジラフネス、現像欠陥が良好になる。
Figure 0004682073
ラクトン構造部分は置換基(Rb )を有していても有していなくてもよい。好ましい置換基(Rb )としては、炭素数1〜8のアルキル基、炭素数4〜7のシクロアルキル基、炭素数1〜8のアルコキシ基、炭素数1〜8のアルコキシカルボニル基、カルボキシル基、ハロゲン原子、水酸基、シアノ基、酸分解性基などが挙げられる。 は0〜2の整数を表す。 が2以上の時、複数存在するRb は同一でも異なっていてもよく、また、複数存在するRb 同士が結合して環を形成してもよい。
一般式(LC1−1)〜(LC1−13)のいずれかで表されるラクトン構造を有する基を有する繰り返し単位としては、上記一般式(II−A)又は(II−B)中のR13'〜R16'のうち少なくとも1つが一般式(LC1−1)〜(LC1−16)で表される基を有するもの(例えば−COOR5のR5が一般式(LC1−1)〜(LC1−16)で表される基を表す)、又は下記一般式(AI)で表される繰り返し単位等を挙げることができる。
Figure 0004682073
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、水酸基、ハロゲン原子が挙げられる。
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、メチル基が好ましい。
bは、アルキレン基、単環または多環の脂環炭化水素構造を有する2価の連結基、単結合、エーテル基、エステル基、カルボニル基、カルボキシル基、又はこれらを組み合わせた2価の基を表す。好ましくは単結合、−Ab1−CO2−で表される連結基である。
Ab1は直鎖、分岐アルキレン基、単環または多環のシクロアルキレン基であり、好ましくはメチレン基、エチレン基、シクロヘキシル基、アダマンチル基、ノルボルニル基である。
Vは、一般式(LC1−1)〜(LC1−16)のうちのいずれかで示される基を表す。
ラクトン構造を有する繰り返し単位は通常光学異性体が存在するが、いずれの光学異性体を用いてもよい。また、1種の光学異性体を単独で用いても、複数の光学異性体混合して用いてもよい。1種の光学異性体を主に用いる場合、その光学純度(ee)が90以上のものが好ましく、より好ましくは95以上である。
ラクトン構造を有する基を有する繰り返し単位の具体例を以下に挙げるが、本発明はこれらに限定されない。
Figure 0004682073
Figure 0004682073
Figure 0004682073

これらラクトン構造を有する繰り返し単位の中で好ましいのは、一般式(L−1)から(L−3)で表される。
Figure 0004682073
一般式(L−1)から(L−3)中、RL1からRL3は水素原子、炭素数1から4の脂肪族基、炭素数1から4の弗素化された脂肪族基を示し、RL4は水素原子、炭素数1から4の脂肪族基、シアノ基を示し、RL5及びRL6は互いに結合していても良い炭素数1から4の脂肪族基を示し、RL7及びRL8は互いに結合していても良い炭素数1から4の脂肪族基を示す。
Figure 0004682073
樹脂(B1)と(B2)に用いられるラクトン構造を有する繰り返し単位は、それぞれ同一でも異なっていても良い。
本発明に用いる酸分解性樹脂は、極性基で置換された脂環炭化水素構造を有する繰り返し単位を含有していることが好ましい。これにより基板密着性、現像液親和性が向上する。極性基としては水酸基、シアノ基が好ましい。
極性基で置換された脂環炭化水素構造としては、例えば下記一般式(VIIa)又は(VIIb)で表される構造が挙げられる。
Figure 0004682073
一般式(VIIa)中、R2c〜R4cは、各々独立に水素原子又は水酸基、シアノ基を表す。ただし、R2c〜R4cのうち少なくとも1つは水酸基、シアノ基を表す。好ましくはR2c〜R4cのうち1つまたは2つが水酸基で残りが水素原子であり、更に好ましくはR2c〜R4cのうち2つが水酸基で残りが水素原子である。
一般式(VIIa)で表される基は、好ましくはジヒドロキシ体、モノヒドロキシ体であり、より好ましくはジヒドロキシ体である。
一般式(VIIa)または(VIIb)で表される基を有する繰り返し単位としては、上記一般式(II−A)又は(II−B)中のR13'〜R16'のうち少なくとも1つが上記一般式(VII)で表される基を有するもの(例えば−COOR5のR5が一般式(VII)で表される基を表す)、又は下記一般式(AII)で表される繰り返し単位等を挙げることができる。
Figure 0004682073
一般式(AIIa)(AIIb)中、R1cは、水素原子、メチル基、トリフロロメチル基、ヒドロキメチル基を表す。
一般式(AIIa)(AIIb)で表される構造を有する繰り返し単位の具体例を以下に挙げるが、本発明はこれらに限定されない。
Figure 0004682073
本発明に用いる酸分解性樹脂は、下記一般式(VIII)で表される繰り返し単位を含有してもよい。
Figure 0004682073
上記一般式(VIII)に於いて、Z2は、−O−又は−N(R41)−を表す。R41は、水素原子、水酸基、アルキル基又は−OSO2−R42を表す。R42は、アルキル基、シクロアルキル基又は樟脳残基を表す。R41及びR42のアルキル基は、ハロゲン原子(好ましくはフッ素原子)等で置換されていてもよい。
上記一般式(VIII)で表される繰り返し単位として、以下の具体例が挙げられるが、本発明はこれらに限定されない。
Figure 0004682073
本発明に用いる酸分解性樹脂は、アルカリ可溶性基を有する繰り返し単位を有することが好ましく、カルボキシル基を有する繰り返し単位を有することがより好ましい。これを含有することによりコンタクトホール用途での解像性が増す。カルボキシル基を有する繰り返し単位としては、アクリル酸、メタクリル酸による繰り返し単位のような樹脂の主鎖に直接カルボキシル基が結合している繰り返し単位、あるいは連結基を介して樹脂の主鎖にカルボキシル基が結合している繰り返し単位のいずれも好ましく、連結基は単環または多環の環状炭化水素構造を有していてもよい。最も好ましくはアクリル酸、メタクリル酸である。
本発明に用いる酸分解性樹脂は、更に一般式(F1)で表される基を1〜3個有する繰り返し単位を有していてもよい。これによりラインエッジラフネス性能が向上する。
Figure 0004682073
一般式(Z)中、R50〜R55は、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子又はアルキル基を表す。但し、R50〜R55の内、少なくとも1つは、フッ素原子又は少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換されたアルキル基を表す。Rxは水素原子または有機基(好ましくは酸分解性保護基、アルキル基、シクロアルキル基、アシル基、アルコキシカルボニル基)を表す。
50〜R55のアルキル基は、フッ素原子等のハロゲン原子、シアノ基等で置換されていてもよく、好ましくは炭素数1〜3のアルキル基、例えば、メチル基、トリフルオロメチル基を挙げることができる。R50〜R55は、すべてフッ素原子であることが好ましい。
Rxが表す有機基としては、酸分解性保護基、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、アシル基、アルキルカルボニル基、アルコキシカルボニル基、アルコキシカルボニルメチル基、アルコキシメチル基、1-アルコキシエチル基が好ましい。
一般式(F1)を有する繰り返し単位として好ましくは下記一般式(F2)で表される繰り返し単位である。
Figure 0004682073
式中、Rxは水素原子、ハロゲン原子、又は炭素数1〜4のアルキル基を表す。Rx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、水酸基、ハロゲン原子が挙げられる。
Faは単結合、直鎖または分岐のアルキレン基(好ましくは単結合)
Fbは単環または多環の環状炭化水素基
Fcは単結合、直鎖または分岐のアルキレン基(好ましくは単結合、メチレン基)
F1は一般式(F1)で表される基
P1は1〜3を表す。
Fbにおける環状炭化水素基としてはシクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボルニル基が好ましい。
一般式(F1)の構造を有する繰り返し単位の具体例を示す
Figure 0004682073
本発明の樹脂(B1)及び樹脂(B2)は、上記の繰り返し構造単位以外に、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構造単位を含有することができる。
このような繰り返し構造単位としては、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、脂環炭化水素系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。
その他にも、上記種々の繰り返し構造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。
樹脂(B1)及び樹脂(B2)において、各繰り返し構造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。
本発明の樹脂(B1)及び樹脂(B2)の好ましい態様としては、以下のものが挙げられる。
(1) 上記一般式(pI)〜(pV)で表される単環式炭化水素を含む部分構造を有する繰り返し単位を含有するもの(側鎖型)。好ましくは(pI)〜(pV)の構造を有する(メタ)アクリレート繰り返し単位を含有するもの。
(2) 一般式(II−AB)で表される繰り返し単位を含有するもの(主鎖型)
但し、(2)においては例えば、更に以下のものが挙げられる。
(3) 一般式(II−AB)で表される繰り返し単位、無水マレイン酸誘導体及び(メタ)アクリレート構造を有するもの(ハイブリッド型)
樹脂(B1)及び樹脂(B2)中、酸分解性基を有する繰り返し単位の含有量は、全繰り返し構造単位中10〜60モル%が好ましく、より好ましくは20〜50モル%、更に好ましくは25〜40モル%である。
樹脂(B1)及び樹脂(B2)中、一般式(pI)〜(pV)で表される単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、全繰り返し構造単位中25〜70モル%が好ましく、より好ましくは35〜65モル%、更に好ましくは40〜60モル%である。
樹脂(B1)及び樹脂(B2)中、一般式(II−AB)で表される繰り返し単位の含有量は、全繰り返し構造単位中10〜60モル%が好ましく、より好ましくは15〜55モル%、更に好ましくは20〜50モル%である。
また、上記更なる共重合成分の単量体に基づく繰り返し構造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(pI)〜(pV)で表される単環式炭化水素を含む部分構造を有する繰り返し構造単位と上記一般式(II−AB)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。
本発明の組成物がArF露光用であるとき、ArF光への透明性の点から樹脂は芳香族基を有さないことが好ましい。
本発明に用いる樹脂(B1)及び樹脂(B2)として好ましくは、繰り返し単位のすべてが(メタ)アクリレート繰り返し単位で構成されたものである。この場合、繰り返し単位のすべてがメタクリレート、繰り返し単位のすべてがアクリレート、メタクリレート/アクリレート混合のいずれのものでも用いることができるが、アクリレート繰り返し単位が全繰り返し単位の50mol%以下であることが好ましい。より好ましくは一般式(pI)〜(pV)で表される単環式炭化水素を含む部分構造を有する繰り返し単位25〜50%、上記ラクトン構造を含有する繰り返し単位25〜50%、上記極性基で置換された脂環炭化水素構造を有する繰り返し単位5〜30%含有する3元共重合ポリマー、または更にカルボキシル基、あるいは一般式(F1)で表される構造を含有する繰り返し単位を5〜20%含む4元共重合ポリマーである。
本発明に用いる樹脂(B1)及び樹脂(B2)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、モノマー種および開始剤を溶剤に溶解させ、加熱することにより重合を行う一括重合法、加熱溶剤にモノマー種と開始剤の溶液を1〜10時間かけて滴下して加える滴下重合法などが挙げられ、滴下重合法が好ましい。反応溶媒としては、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、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドなどのアミド溶剤、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、プロピレングリコールモノメチルエーテル、シクロヘキサノンのような本発明の組成物を溶解する溶媒が挙げられる。より好ましくは本発明の感光性組成物に用いられる溶剤と同一の溶剤を用いて重合することが好ましい。これにより保存時のパーティクルの発生が抑制できる。
重合反応は窒素やアルゴンなど不活性ガス雰囲気下で行われることが好ましい。重合開始剤としては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。ラジカル開始剤としてはアゾ系開始剤が好ましく、エステル基、シアノ基、カルボキシル基を有するアゾ系開始剤が好ましい。好ましい開始剤としては、アゾビスイソブチロニトリル、アゾビスジメチルバレロニトリル、ジメチル2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)などが挙げられる。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5〜50質量%であり、好ましくは10〜30質量%である。反応温度は、通常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。
本発明のポジ型感光性組成物において、樹脂(B1)および(B2)の合計の組成物全体中の配合量は、全固形分中40〜99.99質量%が好ましく、より好ましくは50〜99質量%、更により好ましくは80〜98質量%である。
B1及びB2はそれぞれ単独でも、複数の樹脂を用いても良いが、必ずB1の群から少なくとも1種、B2の群から少なくとも1種を用いる。B1の群とB2の群のブレンド比は重量比で5:95から95:5が好ましく、10:90から90:10の範囲がより好ましい。さらに好ましくは30:70〜70:30であり、特に好ましいのは40:60〜60:40である。これらによって、パターン倒れ性の改善が期待される。
また、樹脂(B1)と樹脂(B2)をブレンドする際に、単環式脂肪族基を有する繰り返し単位を含有する樹脂(B1)と、単環式脂肪族基を有する(B1)とは異なる繰り返し単位を含有する樹脂(B2)とを組み合わせることにより、相溶性が向上し、樹脂間の溶解速度の差が小さくなることが期待される。
〔3〕(C)溶剤
本発明のポジ型感光性組成物は、各成分を所定の溶剤に溶解して用いる。
使用し得る溶剤としては、例えば、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、トルエン、酢酸エチル、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を挙げることができる。
本発明において、溶剤としては、単独で用いても混合して用いても良いが、異なる官能基を有する2種以上の溶剤を含有する混合溶剤を用いることが好ましい。異なる官能基を有する混合溶剤としては、構造中に水酸基を有する溶剤と、水酸基を有さない溶剤とを混合した混合溶剤、あるいはエステル構造を有する溶剤とケトン構造を有する溶剤とを混合した混合溶剤を使用することが好ましい。これによりレジスト液保存時のパーティクル発生を軽減することができる。
水酸基を有する溶剤としては、例えば、エチレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコール、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、乳酸エチル等を挙げることができ、これらの内でプロピレングリコールモノメチルエーテル、乳酸エチルがより好ましい。
水酸基を有さない溶剤としては、例えば、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチルエトキシプロピオネート、2−ヘプタノン、γ−ブチロラクトン、シクロヘキサノン、酢酸ブチル、N−メチルピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド等を挙げることができ、これらの内で、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチルエトキシプロピオネート、2−ヘプタノン、γ−ブチロラクトン、シクロヘキサノン、酢酸ブチルがより好ましく、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチルエトキシプロピオネート、2−ヘプタノン、シクロヘキサノンが特に好ましい。
水酸基を有する溶剤と水酸基を有さない溶剤との混合比(質量)は、通常1/99〜99/1、好ましくは10/90〜90/10、更に好ましくは20/80〜60/40である。水酸基を有さない溶剤を50質量%以上含有する混合溶剤が塗布均一性の点で好ましい。
エステル構造を有する溶剤とケトン構造を有する溶剤とを混合した混合溶剤において、ケトン構造を有する溶剤としては、シクロヘキサノン、2−ヘプタノンなどが挙げられ、好ましくはシクロヘキサノンである。エステル構造を有する溶剤としては、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチルエトキシプロピオネート、γ−ブチロラクトン、酢酸ブチルなどが挙げられ、好ましく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である。
エステル構造を有する溶剤とケトン構造を有する溶剤との混合比(質量)は、通常1/99〜99/1、好ましくは10/90〜90/10、更に好ましくは20/80〜60/40である。エステル構造を有する溶剤を50質量%以上含有する混合溶剤が塗布均一性の点で特に好ましい。
〔4〕(D)塩基性化合物
本発明のポジ型感光性組成物は、露光から加熱までの経時による性能変化を低減するなどのために、塩基性化合物を含有することが好ましい。
塩基性化合物として、好ましくは下記式(A)〜(E)で示される構造を有する化合物を挙げることができる。
Figure 0004682073
ここでR250、R251及びR252は、各々独立に、水素原子、炭素数1〜20のアルキル、炭素数3〜20のシクロアルキル基又は炭素数6〜20のアリール基であり、ここでR250とR251は互いに結合して環を形成してもよい。これらは置換基を有していてもよく、置換基を有するアルキル基及びシクロアルキル基としては、炭素数1〜20のアミノアルキル基又は炭素数3〜20のアミノシクロアルキル基、炭素数1〜20のヒドロキシアルキル基又は炭素数3〜20のヒドロキシシクロアルキル基が好ましい。
また、これらはアルキル鎖中に酸素原子、硫黄原子、窒素原子を含んでも良い。
式中、R253、R254、R255及びR256は、各々独立に、炭素数1〜6のアルキル基又は炭素数3〜6のシクロアルキル基を示す。
好ましい化合物として、グアニジン、アミノピロリジン、ピラゾール、ピラゾリン、ピペラジン、アミノモルホリン、アミノアルキルモルフォリン、ピペリジンを挙げることができ、置換基を有していてもよい。更に好ましい化合物として、イミダゾール構造、ジアザビシクロ構造、オニウムヒドロキシド構造、オニウムカルボキシレート構造、トリアルキルアミン構造、アニリン構造又はピリジン構造を有する化合物、水酸基及び/又はエーテル結合を有するアルキルアミン誘導体、水酸基及び/又はエーテル結合を有するアニリン誘導体等を挙げることができる。
イミダゾール構造を有する化合物としてはイミダゾール、2、4、5−トリフェニルイミダゾール、ベンズイミダゾール等があげられる。ジアザビシクロ構造を有する化合物としては1、4−ジアザビシクロ[2,2,2]オクタン、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−エンなどがあげられる。オニウムヒドロキシド構造を有する化合物としてはトリアリールスルホニウムヒドロキシド、フェナシルスルホニウムヒドロキシド、2−オキソアルキル基を有するスルホニウムヒドロキシド、具体的にはトリフェニルスルホニウムヒドロキシド、トリス(t−ブチルフェニル)スルホニウムヒドロキシド、ビス(t−ブチルフェニル)ヨードニウムヒドロキシド、フェナシルチオフェニウムヒドロキシド、2−オキソプロピルチオフェニウムヒドロキシドなどがあげられる。オニウムカルボキシレート構造を有する化合物としてはオニウムヒドロキシド構造を有する化合物のアニオン部がカルボキシレートになったものであり、例えばアセテート、アダマンタン−1−カルボキシレート、パーフロロアルキルカルボキシレート等があげられる。トリアルキルアミン構造を有する化合物としては、トリ(n−ブチル)アミン、トリ(n−オクチル)アミン等を挙げることができる。アニリン化合物としては、2,6−ジイソプロピルアニリン、N,N−ジメチルアニリン等を挙げることができる。水酸基及び/又はエーテル結合を有するアルキルアミン誘導体としては、エタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、トリス(メトキシエトキシエチル)アミン等を挙げることができる。水酸基及び/又はエーテル結合を有するアニリン誘導体としては、N,N−ビス(ヒドロキシエチル)アニリン等を挙げることができる。
本発明のポジ型感光性組成物において、塩基性化合物は、単独であるいは2種以上で用いられる。塩基性化合物の使用量は、合計で、ポジ型感光性組成物の固形分を基準として、通常0.001〜10質量%、好ましくは0.01〜5質量%である。十分な添加効果を得る上で0.001質量%以上が好ましく、感度や非露光部の現像性の点で10質量%以下が好ましい。
〔5〕(E)酸の作用により分解してアルカリ現像液中での溶解度が増大する、分子量3000以下の溶解阻止化合物(以下、「(E)成分」或いは「溶解阻止化合物」ともいう)
(E)酸の作用により分解してアルカリ現像液中での溶解度が増大する、分子量3000以下の溶解阻止化合物としては、220nm以下の透過性を低下させないため、Proceedingof SPIE, 2724,355 (1996)に記載されている酸分解性基を含むコール酸誘導体の様な、酸分解性基を含有する脂環族又は脂肪族化合物が好ましい。酸分解性基、脂環式構造としては、上記脂環炭化水素系酸分解性樹脂のところで説明したものと同様のものが挙げられる。
本発明のポジ型感光性組成物をKrFエキシマレーザーで露光するか、或いは電子線で照射する場合には、フェノール化合物のフェノール性水酸基を酸分解基で置換した構造を含有するものが好ましい。フェノール化合物としてはフェノール骨格を1〜9個含有するものが好ましく、さらに好ましくは2〜6個含有するものである。
本発明における溶解阻止化合物の分子量は、3000以下であり、好ましくは300〜3000、更に好ましくは500〜2500である。
溶解阻止化合物の添加量は、ポジ型感光性組成物の固形分に対し、好ましくは3〜50質量%であり、より好ましくは5〜40質量%である。
以下に溶解阻止化合物の具体例を示すが、本発明はこれらに限定されない。
Figure 0004682073
〔6〕(F)フッ素及び/又はシリコン系界面活性剤
本発明のポジ型感光性組成物は、更に、フッ素系及び/又はシリコン系界面活性剤(フッ素系界面活性剤及びシリコン系界面活性剤、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。
本発明のポジ型感光性組成物がフッ素及び/又はシリコン系界面活性剤とを含有することにより、250nm以下、特に220nm以下の露光光源の使用時に、良好な感度及び解像度で、密着性及び現像欠陥の少ないレジストパターンを与えることが可能となる。
これらのフッ素及び/又はシリコン系界面活性剤として、例えば特開昭62−36663号公報、特開昭61−226746号公報、特開昭61−226745号公報、特開昭62−170950号公報、特開昭63−34540号公報、特開平7−230165号公報、特開平8−62834号公報、特開平9−54432号公報、特開平9−5988号公報、特開2002−277862号公報、米国特許第5405720号明細書、同5360692号明細書、同5529881号明細書、同5296330号明細書、同5436098号明細書、同5576143号明細書、同5294511号明細書、同5824451号明細書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(大日本インキ化学工業(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)等の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。
また、界面活性剤としては、上記に示すような公知のものの他に、テロメリゼーション法(テロマー法ともいわれる)もしくはオリゴメリゼーション法(オリゴマー法ともいわれる)により製造されたフルオロ脂肪族化合物から導かれたフルオロ脂肪族基を有する重合体を用いた界面活性剤を用いることが出来る。フルオロ脂肪族化合物は、特開2002−90991号公報に記載された方法によって合成することが出来る。
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。
以下に、本実施例に用いた樹脂(B1)及び樹脂(B2)の合成に使用した繰り返し単位を示す。
Figure 0004682073
Figure 0004682073
Figure 0004682073
合成例(1) 樹脂(B−1)の合成
LM−1、PM−1、IM−1、AM−1を40/30/20/10(モル比)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重合開始剤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(B1)を回収した。
NMRから求めたポリマー組成比は41/29/19/11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8500、分散度Mw/Mn=1.8であった。
以下、同様にして樹脂(B−2)から(B−17)まで合成した。また、同様の手法で、比較例に用いた樹脂(Ref−1)から(Ref−5)まで合成した。表1に、使用したモノマー種、得られた樹脂のNMRから求めた組成比、GPC測定により求めた重量平均分子量、分散度をまとめた。
Figure 0004682073
以下に、合成した樹脂の構造を示す。
Figure 0004682073
Figure 0004682073
Figure 0004682073
Figure 0004682073
<実施例1〜19>
上記合成例で合成した表1に示す樹脂(B1)および(B2)をそれぞれ表2に示した割合で合計2g、光酸発生剤(PAG)0.2mmol、有機塩基性化合物(アミン)10mg、界面活性剤(2mg)を表2に示すように配合し、それぞれ固形分5.5重量%の割合で表2に示した溶剤に溶解した後、0.1μmのミクロフィルターで濾過し、実施例1〜19のポジ型感光性組成物を調製した。
<比較例1〜20>
上記合成例で合成した表1に示す樹脂をそれぞれ2g、光酸発生剤(PAG)0.2mmol、有機塩基性化合物(アミン)10mg、界面活性剤(2mg)を表2に示すように配合し、それぞれ固形分5.5重量%の割合で表2に示した溶剤に溶解した後、0.1μmのミクロフィルターで濾過し、比較例1〜20のポジ型感光性組成物を調製した。
(評価試験)
<LWR(ラインエッジラフネス)>
初めにBrewer Science社製ARC29Aをスピンコーターを利用してシリコンウエハー上に塗布し、205℃60秒間ホットプレート上で加熱して78nmの膜厚でARC29Aの塗膜を形成した。その上に得られたポジ型感光性組成物溶液を塗布し、120℃で60秒間ホットプレート上で加熱して、約160nmのポジ型フォトレジスト膜を作成し、それに90nmのL/Sパターンを有する0.6%ハーフトーンマスクを介してArFエキシマレーザー(波長193nm、NA=0.75のASML社製PAS5500/1100)で露光した。露光後の加熱処理を120℃で60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30秒間現像し、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(日立社製S9260)で観察し、マスクにおける90nm(ライン/スペース=1/1)のラインパターンを再現する露光量により得られた90nmラインパターンの長手方向のエッジ2μmの範囲について、エッジがあるべき基準線からの距離を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。結果を表2に示した。
<パターン倒れ性>
上記LWR評価法と同様の方法で90nm(ライン/スペース=1/1)のラインパターンを形成した。このマスクパターンを再現する露光量E1に対して、オーバー露光側に10mJcm−2露光量を変化させた際の、パターンを走査型電子顕微鏡(SEM)にて観察し、パターン倒れが起こっていないものを◎、若干しか起こっていないものを○、パターン倒れが起こっているものを×として表した。結果を表2に示した。
Figure 0004682073
〔酸発生剤(PAG)〕
Figure 0004682073
〔塩基性化合物〕
N−1: N,N−ジブチルアニリン
N−2: 2−フェニルベンズイミダゾール
N−3: N,N−ジヒドロキシエチルアニリン
N−4: 2,4,5−トリフェニルイミダゾール
N−5: 2,6−ジイソプロピルアニリン
N−6: ヒドロキシアンチピリン
N−7: トリスメトキシメトキシエチルアミン
N−8: トリエタノールアミン
〔界面活性剤〕
W−1: メガファックF176(大日本インキ化学工業(株)製)(フッ素系)
W−2: メガファックR08(大日本インキ化学工業(株)製)
(フッ素及びシリコン系)
W−3: ポリシロキサンポリマーKP−341(信越化学工業(株)製)
(シリコン系)
W−4: トロイゾルS−366(トロイケミカル(株)製)
W−5: KH−20(旭化成(株)製)
W−6: PF6320(OMNOVA社製)
〔溶剤〕
SL−1: プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
SL−2: プロピレングリコールモノメチルエーテルプロピオネート
SL−3: 2−ヘプタノン
SL−4: 乳酸エチル
SL−5: プロピレングリコールモノメチルエーテル
SL−6: シクロヘキサノン
SL−7: プロピレンカーボネート
表2から本発明のポジ型感光性組成物は、パターン倒れが起こりにくく、ラインエッジラフネス(LWR)の点に優れた性能を示すことが明らかである。

Claims (10)

  1. 活性光線または放射線の照射により酸を発生する化合物(A)、
    単環式脂肪族基および酸の作用により分解しアルカリ可溶性基を生じる基を有する繰り返し単位を含有する樹脂(B1)、および、
    樹脂(B1)が含有する単環式脂肪族基および酸の作用により分解しアルカリ可溶性基を生じる基を有する繰り返し単位とは異なる、単環式脂肪族基および酸の作用により分解しアルカリ可溶性基を生じる基を有する繰り返し単位、を含有する樹脂(B2)
    を含有し、
    前記樹脂(B1)及び樹脂(B2)が、ラクトン構造を有する繰り返し単位を有し、
    かつ、前記樹脂(B1)及び樹脂(B2)の少なくとも一方が、水酸基又はシアノ基で置換された脂環炭化水素構造を有する繰り返し単位を有する
    ことを特徴とするポジ型感光性組成物。
    但し、前記樹脂(B1)及び樹脂(B2)の組み合わせが、下記(A)−4及び(A)−6の組み合わせである場合を除く。
    Figure 0004682073
  2. (B1)における単環式脂肪族基が一般式(p1−I)又は(p1−II)で表される請求項1に記載のポジ型感光性組成物。
    Figure 0004682073
    一般式(p1−I)中、
    111は脂肪族基を表す。
    Z1は単環式脂肪族基を形成するのに必要な原子団を表す。
    一般式(p1−II)中、
    112、R113はそれぞれ独立して脂肪族基を表す。
    114は単環式脂肪族基を表す。
  3. (B2)における単環式脂肪族基が、一般式(p2−I)又は(p2−II)で表される請求項1または2に記載のポジ型感光性組成物。
    Figure 0004682073
    一般式(p2−I)中、
    211は脂肪族基を表す。
    Z2は単環式脂肪族基を形成するのに必要な原子団を表す。
    一般式(p2−II)中、
    212、R213はそれぞれ独立して脂肪族基を表す。
    214は単環式脂肪族基を表す。
  4. 一般式(p1−におけるZ1が形成する単環式脂肪族基がシクロヘキシル基またはシクロペンチル基であるか、一般式(p1−IIにおけるR 114 が表す単環式脂肪族基がシクロヘキシル基、シクロペンチル基、4−メチル−1−シクロヘキシル基のいずれかである請求項2に記載のポジ型感光性組成物。
  5. 一般式(p2−におけるZ2が形成する単環式脂肪族基がシクロヘキシル基またはシクロペンチル基であるか、一般式(p2−IIにおけるR 214 が表す単環式脂肪族基がシクロヘキシル基、シクロペンチル基、4−メチル−1−シクロヘキシル基のいずれかである請求項3に記載のポジ型感光性組成物。
  6. 水酸基又はシアノ基で置換された脂環炭化水素構造が、下記一般式(VIIa)又は(VIIb)で表される構造である請求項1〜5のいずれか一項に記載のポジ型感光性組成物。
    Figure 0004682073
    一般式(VIIa)中、R c〜R cは、各々独立に水素原子、水酸基又はシアノ基を表す。ただし、R c〜R cのうち少なくとも1つは水酸基又はシアノ基を表す。
  7. 前記ラクトン構造が、下記一般式LC1−1で表される請求項1〜6のいずれか一項に記載のポジ型感光性組成物。
    Figure 0004682073
    一般式LC1−1中、
    Rb は、炭素数1〜8のアルキル基を表す。
    は0〜2の整数を表す。n が2以上の時、複数存在するRb は同一でも異なっていてもよく、また、複数存在するRb 同士が結合して環を形成してもよい。
  8. ラクトン構造を有する繰り返し単位が、一般式(L−1)〜(L−3)のいずれかで表される繰り返し単位の群から選ばれる請求項1〜7のいずれか一項に記載のポジ型感光性組成物。
    Figure 0004682073
    一般式(L−1)〜(L−3)中、
    L1〜RL3はそれぞれ独立に水素原子、脂肪族基、フッ素化された脂肪族基を表す。
    L4は水素原子、脂肪族基、シアノ基を表す。
    L5及びRL6はそれぞれ独立に脂肪族基を表す。RL5とRL6とは互いに結合して環を形成しても良い。
    L7及びRL8はそれぞれ独立に脂肪族基を表す。RL7とRL8とは互いに結合して環を形成しても良い。
  9. 前記樹脂(B1)及び樹脂(B2)の少なくとも一方が、さらに、アルカリ可溶性基を有する繰り返し単位を有する請求項1〜8のいずれか一項に記載のポジ型感光性組成物。
  10. 請求項1〜9のいずれか一項に記載のポジ型感光性組成物により感光性膜を形成し、該感光性膜を露光、現像することを特徴とするパターン形成方法。
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