JP4701143B2 - ポジ型レジスト組成物及びそれを用いたパターン形成方法 - Google Patents

ポジ型レジスト組成物及びそれを用いたパターン形成方法 Download PDF

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Description

本発明は、超LSIや高容量マイクロチップの製造などの超マイクロリソグラフィプロセスやその他のフォトパブリケーションプロセスに好適に用いられるポジ型レジスト組成物及びそれを用いたパターン形成方法に関するものである。さらに詳しくは、KrFエキシマレーザー光、電子線、EUV光等を使用して高精細化したパターン形成しうるポジ型レジスト及びそれを用いたパターン形成方法に関するものであり、KrFエキシマレーザー光、電子線、EUV光を用いる半導体素子の微細加工に好適に用いることができるポジ型レジスト組成物及びそれを用いたパターン形成方法に関する。
従来、ICやLSIなどの半導体デバイスの製造プロセスにおいては、フォトレジスト組成物を用いたリソグラフィによる微細加工が行われている。近年、集積回路の高集積化に伴い、サブミクロン領域やクオーターミクロン領域の超微細パターン形成が要求されるようになってきている。それに伴い、露光波長もg線からi線に、さらにKrFエキシマレーザー光に、というように短波長化の傾向が見られる。さらには、現在では、エキシマレーザー光以外にも、電子線やX線、あるいはEUV光を用いたリソグラフィーも開発が進んでいる。
電子線やEUV光を用いたリソグラフィーは、次世代もしくは次々世代のパターン形成技術として位置付けられ、高感度、高解像性のポジ型レジストが望まれている。特にウェハー処理時間の短縮化のために高感度化は重要な課題であるが、電子線やEUV用のポジ型レジストにおいては、高感度化を追求しようとすると、解像力の低下のみならず、LWR(ラインウィズスラフネス)、疎密依存性の悪化が起こり、これらの特性を同時に満足するレジストの開発が強く望まれている。ここで、疎密依存性とは、レジストパターン密度の高い部分と低い部分でのパターン寸法差のことを言い、この差が大きいと実際のパターン形成時に、プロセスマージンが狭くなるため好ましくなく、この差を如何にして小さくするかがレジスト技術開発における重要課題のひとつとなっている。高感度と、高解像性、良好なLWR(ラインウィズスラフネス)、良好な疎密依存性はトレードオフの関係にあり、これを如何にして同時に満足させるかが非常に重要である。
さらにKrFエキシマレーザー光を用いるリソグラフィーにおいても同様に高感度、高解像性、良好なLWR、良好な疎密依存性を同時に満足させることが重要な課題となっており、これらの解決が必要である。
これらのKrFエキシマレーザー光、電子線、あるいはEUV光を用いたリソグラフィープロセスに適したレジストとしては高感度化の観点から主に酸触媒反応を利用した化学増幅型レジストが用いられており、ポジ型レジストにおいては主成分として、アリカリ現像液には不溶又は難溶性で、酸の作用によりアリカリ現像液に可溶となる性質を有するフェノール性ポリマー(以下、フェノール性酸分解性樹脂と略す)、及び酸発生剤からなる化学増幅型レジスト組成物が有効に使用されている。
これらのポジ型レジストに関して、これまで酸分解性基として脂環式基を有する酸分解性アクリレートモノマーを共重合したフェノール性酸分解性樹脂を用いたレジスト組成物がいくつか知られている。それらについては、例えば、特許文献1〜5に開示されたポジ型レジスト組成物等を挙げることができる。また、活性光線又は放射線の照射によりスルホン酸を発生する化合物、及びカルボン酸を発生する化合物を用いた例が特許文献6に開示されている。
しかしながら、これらのいかなる組合せにおいても、超微細領域での、高感度、高解像
性、良好なLWR、良好な疎密依存性は同時に満足できていないのが現状である。
米国特許第5561194号明細書 特開2001−166474号公報 特開2001−166478号公報 特開2003−107708号公報 特開2001−194792号公報 特開2001−107707号公報
本発明の目的は、活性光線又は放射線、特に、KrFエキシマレーザー光、電子線あるいはEUV光を使用する半導体素子の微細加工における性能向上技術の課題を解決することであり、高感度、高解像性、良好なLWR、及び良好な疎密依存性を同時に満足し、また溶解コントラストも良好なポジ型レジスト組成物及びそれを用いたパターン形成方法を提供することにある。
本発明は、下記構成によって達成される。
<1> (A)スルホネート結合若しくはスルホン結合を有する基を有する多核フェノ
ール化合物誘導体及び(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ことを特徴とする化学増幅型ポジ型レジスト組成物。
<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が、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、ジスルホン及びo−ニトロベンジルスルホネートからなる群より選ばれる化合物を含有することを特徴とする前記<1>に記載の化学増幅型ポジ型レジスト組成物。
<3> (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が、下記一般式(ZI)、(ZII)、又は(ZIII)で表される化合物であることを特徴とする前記<1>に記載の化学増幅型ポジ型レジスト組成物。
Figure 0004701143
一般式(ZI)において、
201 、R 202 及びR 203 は、各々独立に、有機基を表す。R 201 〜R 203 の内の2つは、結合して環構造を形成してもよい。
は、非求核性アニオンを表す。
一般式(ZII)において、
204 〜R 205 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。
は、非求核性アニオンを表す。
一般式(ZIII)において、
206 〜R 207 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。
<4> 多核フェノール化合物誘導体が、ベンゼン環を3〜10個有することを特徴とする<1>〜<3>のいずれか一項に記載の化学増幅型ポジ型レジスト組成物。
<5> 多核フェノール化合物誘導体が、酸の作用により分解してアルカリ可溶性基となる基を有することを特徴とする前記<1>〜<4>のいずれか一項に記載のポジ型レジスト組成物。
<6> 多核フェノール化合物誘導体が、下記一般式(I)で表されることを特徴とする前記<1>〜<5>のいずれか一項に記載の化学増幅型ポジ型レジスト組成物。
Figure 0004701143
一般式(I)に於いて、
1 、R 2 、R 3 及びR 4 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。複数のR 1 が、結合して環を形成してもよい。複数のR 2 が、結合して環を形成してもよい。複数のR 3 が、結合して環を形成してもよい。複数のR 4 が、結合して環を形成してもよい。また、複数あるR 1 、R 2 、R 3 及びR 4 は、互いに同じであっても異なっていても良い。
5 及びR 6 は、各々独立に、水素原子又は有機基を表す。複数あるR 5 及びR 6 は、互いに同じであっても異なっていても良い。但し、R 5 及びR 6 の内の少なくとも1つは、スルホネート結合若しくはスルホン結合を有する基を表す。
Wは、単結合、アルキレン基、シクロアルキレン基、アリーレン基、およびこれらの任意の組み合わせからなる基を表す。
xは、正の整数を表す。
yは、0以上の整数を表し、Wが単結合の場合、yは0である。
zは、0以上の整数を表す。
vは、0以上の整数を表す。
m1、m3、及びm4は、各々独立に、正の整数を表す。
m2及びm5は、各々独立に、0以上の整数を表す。
但し、m1+m2+z=5、m3+v=3、m4+m5=5、m2+m5≧2を満たす。
<7> 多核フェノール化合物誘導体が、下記一般式(I)で表される単位の少なくとも2つが、該一般式(I)のR 5 及びR 6 の内の少なくとも1つを介して相互に連結している化合物であるであることを特徴とする前記<1>〜<5>のいずれか一項に記載の化学増幅型ポジ型レジスト組成物。
Figure 0004701143
一般式(I)に於いて、
1 、R 2 、R 3 及びR 4 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。複数のR 1 が、結合して環を形成してもよい。複数のR 2 が、結合して環を形成してもよい。複数のR 3 が、結合して環を形成してもよい。複数のR 4 が、結合して環を形成してもよい。また、複数あるR 1 、R 2 、R 3 及びR 4 は、互いに同じであっても異なっていても良い。
5 及びR 6 は、各々独立に、水素原子、有機基、又はスルホネート若しくはスルホン結合を有する基を表す。複数あるR 5 及びR 6 は、互いに同じであっても異なっていても良い。但し、R 5 及びR 6 の内の少なくとも1つは、スルホネート若しくはスルホン結合を有し、一般式(I)で表される別の単位との連結基を形成する。
Wは、単結合、アルキレン基、シクロアルキレン基、アリーレン基、およびこれらの任意の組み合わせからなる基を表す。
xは、正の整数を表す。
yは、0以上の整数を表し、Wが単結合の場合、yは0である。
zは、0以上の整数を表す。
vは、0以上の整数を表す。
m1、m3、及びm4は、各々独立に、正の整数を表す。
m2及びm5は、各々独立に、0以上の整数を表す。
但し、m1+m2+z=5、m3+v=3、m4+m5=5、m2+m5≧2を満たす。
<8> 更に、(C)酸の作用によりアルカリ現像液への溶解性が増大する樹脂を含有することを特徴とする前記<1>〜<7>のいずれか一項に記載の化学増幅型ポジ型レジスト組成物。
<9> 前記<1>〜<8>のいずれか一項に記載の化学増幅型ポジ型レジスト組成物により、レジスト膜を形成し、露光、現像する工程を有することを特徴とするパターン形成方法。
本発明は、上記<1>〜<9>に係る発明であるが、以下、他の事項も含めて記載している。
(1) (A)スルホネート結合若しくはスルホン結合を有する基を有する多核フェノール化合物を含有することを特徴とするポジ型レジスト組成物。
(2) 多核フェノール化合物が、ベンゼン環を3〜10個有することを特徴とする(1)に記載のポジ型レジスト組成物。
(3) 多核フェノール化合物が、酸の作用により分解してアルカリ可溶性基となる基を有することを特徴とする(1)又は(2)に記載のポジ型レジスト組成物。
(4) 更に、(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ことを特徴とする(1)〜(3)のいずれかに記載のポジ型レジスト組成物。
(5) 多核フェノール化合物が、下記一般式(I)で表されることを特徴とする(1)〜(4)のいずれかに記載のポジ型レジスト組成物。
Figure 0004701143
一般式(I)に於いて、
1、R2、R3及びR4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。複数のR1が、結合して環を形成してもよい。複数のR2が、結合して環を形成してもよい。複数のR3が、結合して環を形成してもよい。複数のR4が、結合して環を形成してもよい。また、複数あるR1、R2、R3及びR4は、互いに同じであっても異なっていても良い。
5及びR6は、各々独立に、水素原子又は有機基を表す。複数あるR5及びR6は、互いに同じであっても異なっていても良い。但し、R5及びR6の内の少なくとも1つは、スルホネート結合若しくはスルホン結合を有する基を表す。
Wは、単結合、アルキレン基、シクロアルキレン基、アリーレン基、およびこれらの任意の組み合わせからなる基を表す。
xは、正の整数を表す。
yは、0以上の整数を表し、Wが単結合の場合、yは0である。
zは、0以上の整数を表す。
vは、0以上の整数を表す。
m1、m3、及びm4は、各々独立に、正の整数を表す。
m2及びm5は、各々独立に、0以上の整数を表す。
但し、m1+m2+z=5、m3+v=3、m4+m5=5、m2+m5≧2を満たす。
(6) 多核フェノール化合物が、下記一般式(I)で表される単位の少なくとも2つが、該一般式(I)のR5及びR6の内の少なくとも1つを介して相互に連結している化合物であるであることを特徴とする(1)〜(4)のいずれかに記載のポジ型レジスト組成物。
Figure 0004701143
一般式(I)に於いて、
1、R2、R3及びR4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。複数のR1が、結合して環を形成してもよい。複数のR2が、結合して環を形成してもよい。複数のR3が、結合して環を形成してもよい。複数のR4が、結合して環を形成してもよい。また、複数あるR1、R2、R3及びR4は、互いに同じであっても異なっていても良い。
5及びR6は、各々独立に、水素原子、有機基、又はスルホネート若しくはスルホン結合を有する基を表す。複数あるR5及びR6は、互いに同じであっても異なっていても良い。但し、R5及びR6の内の少なくとも1つは、スルホネート若しくはスルホン結合を有し、一般式(I)で表される別の単位との連結基を形成する。
Wは、単結合、アルキレン基、シクロアルキレン基、アリーレン基、およびこれらの任意の組み合わせからなる基を表す。
xは、正の整数を表す。
yは、0以上の整数を表し、Wが単結合の場合、yは0である。
zは、0以上の整数を表す。
vは、0以上の整数を表す。
m1、m3、及びm4は、各々独立に、正の整数を表す。
m2及びm5は、各々独立に、0以上の整数を表す。
但し、m1+m2+z=5、m3+v=3、m4+m5=5、m2+m5≧2を満たす。
(7) 更に、(C)酸の作用によりアルカリ現像液への溶解性が増大する樹脂を含有することを特徴とする(1)〜(6)のいずれかに記載のポジ型レジスト組成物。
(8) (1)〜(7)のいずれかに記載のポジ型レジスト組成物により、レジスト膜を形成し、露光、現像する工程を有することを特徴とするパターン形成方法。
本発明により、高感度、高解像性、良好なLWR、及び良好な疎密依存性を同時に満足し、また溶解コントラストも良好なポジ型レジスト組成物及びそれを用いたパターン形成方法を提供することができる。
以下、発明を実施するための最良の形態について説明する。
尚、本明細書に於ける基(原子団)の表記に於いて、置換及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。
(A)スルホネート結合若しくはスルホン結合を有する基を有する多核フェノール化合物
本発明のポジ型レジスト組成物は、スルホネート結合若しくはスルホン結合(−SO2−(O)n−、式中、nは、0又は1を表す)を有する基を有する多核フェノール化合物(「多核フェノール化合物」ともいう)を含有する。
多核フェノール化合物は、少なくとも2つのフェノール構造を有する化合物(以下、「骨格フェノール化合物」ともいう)を骨格とし、骨格フェノール化合物にスルホネート結合若しくはスルホン結合を有する基が導入されたものである。
骨格フェノール化合物は、下記一般式(I)で表されることが好ましい。
Figure 0004701143
一般式(I)に於いて、
1、R2、R3及びR4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。複数のR1が結合して環を形成してもよい。複数のR2が結合して環を形成してもよい。複数のR3が結合して環を形成してもよい。複数のR4が結合して環を形成してもよい。また、複数あるR1、R2、R3及びR4は、互いに同じであっても異なっていても良い。
5及びR6は、各々独立に、水素原子、有機基を表す。複数あるR5及びR6は、互いに同じであっても異なっていても良い。
Wは、単結合、アルキレン基、シクロアルキレン基、アリーレン基およびこれらの任意の組み合わせからなる基を表す。
xは、正の整数を表す。好ましくは2〜20、さらに好ましくは3〜6である。
yは、0以上の整数を表し、Wが単結合の場合、yは0である。
zは、0以上の整数を表す。
vは、0以上の整数を表す。
m1、m3、及びm4は、各々独立に、正の整数を表す。
m2及びm5は、各々独立に、0以上の整数を表す。
但し、m1+m2+z=5、m3+v=3、m4+m5=5、m2+m5≧2を満たす。
1、R2、R3及びR4に於ける、アルキル基は、直鎖でも分岐型でもよく、好ましくはメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、イソブチル基、ヘキシル基、オクチル基等の炭素数1〜10個のものが挙げられる。これらのアルキル基は、置換基を有していてもよい。
1、R2、R3及びR4におけるシクロアルキル基としては、単環、多環どちらでもよい。たとえば、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個が好ましく、例えばアダマンチル基、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等を挙げることができる。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。
上記アルキル基又はシクロアルキル基が有してよい置換基としては、ヒドロキシル基、カルボキシル基、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、沃素原子)、アルコキシ基(メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等)等を挙げることができる。
5及びR6に於ける、有機基は、酸の作用により脱離する基(以下、「酸脱離性基」ともいう)であってもよいし、酸の作用により脱離しない基(以下、「非酸脱離性基」とも
いう)であってもよい。
酸脱離性基としては、例えば、−C(R11a)(R12a)(R13a)、−C(R14a)(R15a)(OR16a)、−CO−OC(R11a)(R12a)(R13a)が好ましい。ここで、R11a〜R13aは、それぞれ独立して、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アラルキル基またはアリール基を表す。R14aおよびR15aは、それぞれ独立して、水素原子またはアルキル基を表す。R16aは、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アラルキル基またはアリール基を表す。尚、R11a、R12a、R13aのうちの2つ、またはR14a、R15a、R16aのうちの2つが結合して環を形成してもよい。
5及びR6に於ける、非酸脱離性の有機基とは、酸の作用により脱離することのない有機基であり、例えば、酸の作用により脱離することのない、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アミド基、シアノ基等を挙げることができる。アルキル基は、炭素数1〜10個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、n-ブチル基、sec-ブチル基、ヘキシル基、2−エチルヘキシル基、オクチル基等を挙げることができる。シクロアルキル基は、炭素数3〜10個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、アダマンチル基等を挙げることができる。アリール基は、炭素数6〜14のアリール基が好ましく、例えば、フェニル基、ナフチル基、アントラセニル基等を挙げることができる。アラルキル基は、炭素数6〜12個のアラルキル基が好ましく、例えば、ベンジル基、フェネチル基、クミル基等を挙げることができる。アルコキシ基及びアルコキシカルボニル基に於けるアルコキシ基は、炭素数1〜5のアルコキシ基が好ましく、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基等を挙げることができる。
Wにおけるアルキレン基は、直鎖でも分岐型でもよく、炭素数1〜10のものが好ましく、例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、イソブチレン基等が挙げられる。
Wにおけるシクロアルキレン基は、単環、多環どちらでもよく、例えば、炭素数3〜8個のシクロアルキレン基(例えば、シクロペンチレン基、シクロヘキシレン基)を挙げることができる。
上記の各基はさらに置換基を有していてよく、置換基としては、アルキル基(好ましくは炭素数1〜10、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、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、デシル基等)、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜4、例えばメトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等)、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子などが挙げられる。
また、アルキレン鎖またはシクロアルキレン鎖は、アルキレン鎖中に―O―、―OC(=O)―、―OC(=O)O―、―N(R)−C(=O)―、―N(R)−C(=O)O―、―S―、―SO―、―SO2―を含んでいても良い。ここでRは水素原子またはアルキル基(好ましくは炭素数1〜10、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、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、デシル基等)である。
Wにおける環状のアリーレン基としては、好ましくはフェニレン基、トリレン基、ナフチレン基等の炭素数6〜15個のものが挙げられる。
一般式(I)で表される化合物は、更に、下記一般式(II)〜(IV)のいずれかで表される化合物であることが好ましい。
Figure 0004701143
一般式(II)〜(IV)中、
1、R2、R5、R6、x、z、m1及びm2は、一般式(I)におけるそれらと同義である。
7は、水素原子、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。複数のR7が結合して環を形成してもよい。また、複数あるR7は、互いに同じであっても異なっていても良い。
uは、正の整数を表す。ただしu+x=3である。
rは、正の整数を表す。
0は、アリーレン基を表す。
1は、単結合、アルキレン基またはシクロアルキレン基を表す。
Aは、下記構造を表す。
Figure 0004701143
式中、R3、R4、R6、m4及びm5は、一般式(I)におけるそれらと同義である。
以下に骨格フェノール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 0004701143
Figure 0004701143
Figure 0004701143
Figure 0004701143
Figure 0004701143
Figure 0004701143
骨格フェノール化合物は、アルカリ可溶性基と、酸分解性基とを有することが好ましい。
アルカリ可溶性基としては、上記具体例中の水酸基が挙げられる。
酸分解性基は、上記具体例に於いて、水酸基の水素原子を酸脱離性基で保護した基である。酸脱離性基としては、例えば、−C(R11a)(R12a)(R13a)、−C(R14a)(R
15a)(OR16a)、−CO−OC(R11a)(R12a)(R13a)が好ましい。ここで、R11a〜R13aは、それぞれ独立して、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アラルキル基またはアリール基を表す。R14aおよびR15aは、それぞれ独立して、水素原子またはアルキル基を表す。R16aは、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アラルキル基またはアリール基を表す。尚、R11a、R12a、R13aのうちの2つ、またはR14a、R15a、R16aのうちの2つが結合して環を形成してもよい。
なお、一般式(I)中のR5又はR6の場合、例えば以下のように、酸分解性基を有する基を変性により導入することもできる。
−〔C(R17a)(R18a)〕p−CO−OC(R11a)(R12a)(R13a
ここで、R17aおよびR18aは、それぞれ独立して、水素原子またはアルキル基を表す。また、pは1〜4の整数である。
以下に酸脱離性基の好ましい具体例を示すが、本発明はこれらに限定されない。
Figure 0004701143
骨格フェノール化合物の分子量は、通常200〜5000、好ましくは300〜4000、さらに好ましくは400〜3000である。
骨格フェノール化合物は、例えば、本州科学などから市販されており、これを用いることができる。また、各種フェノール化合物と各種アルデヒド、ケトンの縮合により合成することもできる。
本発明の多核フェノール化合物は、骨格フェノール化合物にスルホネート結合若しくは
スルホン結合を有する基が導入されたものである。
多核フェノール化合物として、例えば、一般式(I)、(II)、(III)、(IV)で表される化合物に於いて、R4及びR6の内の少なくとも1つが、スルホネート結合若しくはスルホン結合を有する基である化合物を挙げることができる。
スルホネート結合若しくはスルホン結合を有する基としては、例えば、次の基を挙げることができる。
−L1−L2−L3−O−R1
式中、L1はアルキレン基を表し、L2はスルホネート結合若しくはスルホン結合を表し、L3はアルキレン基を表し、R1はアルキル基、シクロアルキル基若しくはアラルキル基を表す。
−L1−L2−L3−C(=O)−O−R2
式中、L1はアルキレン基を表し、L2はスルホネート結合若しくはスルホン結合を表し、L3はアルキレン基を表し、R2はアルキル基、シクロアルキル基若しくはアラルキル基を表す。R2は酸の作用により脱離する基であることが好ましく、より好ましくは3級ブチル基である。
−L1−L2−O−C(=O)−O−R3
式中、L1はアルキレン基を表し、L2はスルホネート結合若しくはスルホン結合を表し、R3はアルキル基、シクロアルキル基若しくはアラルキル基を表す。R3は酸の作用により脱離する基であることが好ましく、より好ましくは3級ブチル基である。
上記の多核フェノール化合物は、例えば、塩基触媒存在下、骨格フェノール化合物を、アルキルスルホニルハライドを用いてスルホン酸エステル化することにより合成することができる。
例えば、骨格フェノール化合物の側鎖に、p−トルエンスルホニルクロリドを用いることでp−トルエンスルホネート、ベンゼンスルホニルクロリドを用いることでベンゼンスルホネート、2,4,6-トリイソプロピルベンゼンスルホニルクロリドを用いることで2,4,6-トリイソプロピルベンゼンスルホネート、3,5-ビストリフルオロメチルベンゼンスルホニルクロリドを用いることで3,5-ビストリフルオロメチルベンゼンスルホネート、メタンスルホニルクロリドを用いることでメタンスルホネート、トリフルオロメタンスルホニルフルオリドを用いることでトリフルオロメタンスルホネート、ノナフルオロアルキルスルホニルフルオライドを用いることでノナフルオロアルキルスルホネート基を導入することが出来る。
また、多核フェノール化合物として、例えば、一般式(I)、(II)、(III)、(IV)で表される単位の少なくとも2つが、該一般式(I)、(II)、(III)、(IV)のR5及びR6の内の少なくとも1つを介して相互に連結している化合物であり、且つ、R5及びR6の内の少なくとも1つが、スルホネート若しくはスルホン結合を有し、一般式(I)で表される別の単位との連結基を形成した化合物を挙げることができる。
スルホネート結合若しくはスルホン結合を有する連結基としては、例えば、次の基を挙げることができる。
−L1−L2−L3−O−L4
式中、L1はアルキレン基を表し、L2はスルホネート結合若しくはスルホン結合を表し、L3はアルキレン基を表し、L4は2価の連結基を表す。
−L1−L2−L3−C(=O)−O−L4
式中、L1はアルキレン基を表し、L2はスルホネート結合若しくはスルホン結合を表し、L3はアルキレン基を表し、L4は2価の連結基を表す。
−L1−L2−O−C(=O)−O−L4
式中、L1はアルキレン基を表し、L2はスルホネート結合若しくはスルホン結合を表し、L4は2価の連結基を表す。
上記の多核フェノール化合物は、例えば、次の(1)、(2)の方法により合成することができる。
(1)骨格フェノール化合物、好ましくは、一般式(I)で表される化合物を、塩基触媒存在下、ハロアルキルスルホニルハライド(例えば、クロロプロピオニルスルホニルクロリド)を用いて縮重合することにより下記の多核フェノール化合物を合成することができる。
Figure 0004701143
式中、R1、R2、R3、R4、R5、R6、W、x、y、z、v、m1、m3、m4、m2及びm5は、一般式(I)に於ける、それと同義である。
(2)骨格フェノール化合物、好ましくは、一般式(I)で表される化合物を、スルホネート結合もしくはスルホン結合を有する多官能ビニルエーテルと反応させてアセタール結合を形成させることにより下記の多核フェノール化合物を合成することができる。
Figure 0004701143
式中、R1、R2、R3、R4、R5、R6、W、x、y、z、v、m1、m3、m4、m2及びm5は、一般式(I)に於ける、それと同義である。
1及びZ2は、各々独立に、2価の連結基を表し、好ましくは、アルキレン基、アリーレン基、アラルキレン基である。これらは、途中にヘテロ原子を有していてもよい。
スルホネート結合もしくはスルホン結合を有する多官能ビニルエーテルとしては、例えば、下記のものが挙げられる。
Figure 0004701143
多核フェノール化合物は、酸の作用により分解してアルカリ可溶性基となる基(酸分解性基)を2〜30個有することが好ましい。多核フェノール化合物が有する酸分解性基の数は、より好ましくは3〜25個、さらにより好ましくは4〜20個である。
多核フェノール化合物に於いて、スルホネート結合若しくはスルホン結合を有する基を少なくとも1つ有するが、好ましくは2〜30、さらに好ましくは3〜10である。
多核フェノール化合物は、ベンゼン環を3〜10個有することがより好ましい。
多核フェノール化合物は、分子量が、500〜10000であることが好ましく、より好ましくは1000〜5000、さらにより好ましくは1500〜4000である。
多核フェノール化合物の含有量は、ポジ型レジスト組成物の固形分全量に対して、通常50質量%〜99.5質量%であり、好ましくは60質量%〜99.0質量%、さらに好ましくは70質量%〜98.0質量%である。
本発明のポジ型レジスト組成物には、さらに樹脂(ポリマー)を加えても良い。添加する樹脂は(酸分解性基を含有しない)アルカリ可溶性樹脂か、酸分解性樹脂である。アル
カリ可溶性樹脂としてはp−ヒドロキシスチレンの単独重合体あるいは共重合体、(メタ)アクリル酸の単独重合体あるいは共重合体、p−(1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−ヒドロキシプロピル)スチレンの単独重合体あるいは共重合体が挙げられる。酸分解性樹脂としては上記アルカリ可溶性樹脂を酸分解性基で保護した樹脂が挙げられる。
添加する樹脂の含有量は、レジスト組成物の固形分全量に対して通常1〜50質量%、好ましくは5〜40質量%、さらに好ましくは10〜30質量%である。
(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
本発明のポジ型レジスト組成物は、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物(以下、「酸発生剤」ともいう)を含有することが好ましい。
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スルホン酸を発生する化合物も使用することができる。
好ましい酸発生剤として、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 0004701143
上記一般式(ZI)において、
201、R202及びR203は、各々独立に、有機基を表す。R201〜R203の内の2つは、結合して環構造を形成してもよい。
-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。
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、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、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、炭化水素で構成されたアリール基及び窒素原子、硫黄原子、酸素原子などのヘテロ原子を有するヘテロアリール基が挙げられる。炭化水素で構成された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。ヘテロアリール基としては、例えば、ピロール基、インドール基、カルバゾール基、フラン基、チオフェン基などが挙げられ、好ましくはインドール基である。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−から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、より好ましくは炭素数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。
-の非求核性アニオンとして、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)メチルアニオンなどが挙げられる。
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、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、例えば、脂肪族カルボン酸酸アニオン、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)メチルアニオンに於けるアルキル基は、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、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、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、t−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、芳香環を有さない有機基を表す場合の化合物である。
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、より好ましくは直鎖又は分岐状2−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、より好ましくは環状2−オキソ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キル基としては、好ましくは炭素数1〜5のアルキル基(メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基)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 0004701143
一般式(ZI−3)中、
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、水素原子、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。
Rx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。
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、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。
1c〜R7c中のいずれか2つ以上及びRxとRyが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。
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、炭化水素で構成されたアリール基及び窒素原子、硫黄原子、酸素原子などのヘテロ原子を有するヘテロアリール基が挙げられる。炭化水素で構成された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。ヘテロアリール基としては、例えば、ピロール基、インドール基、カルバゾール基、フラン基、チオフェン基などが挙げられ、好ましくはインドール基である。
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。
好ましい酸発生剤として、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 0004701143
一般式(ZIV)〜(ZVI)中、
Ar3及びAr4は、各々独立に、アリール基を表す。
206、R207及びR208は、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を表す。
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、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、を有するスルホン酸発生剤である。このようなスルホン酸発生剤として好ましくは、下記一般式(I)〜(III)で表されるものである。
Figure 0004701143
一般式(I)〜(III)中、
1は、各々独立に、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、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〜Q2は、各々独立に、フッ素原子で置換された炭素数1〜3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、たとえば、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〜Q2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、−CF(CF32、−CH(CF32、−(CF22OCF2CF3、−
(CF22O(CH23CH3、−(CF22O(CH213CH3、−(CF22O(C
22(CH23CH3などがあげられる。
1〜Q2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〜Q2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。
以下、酸発生剤の具体例を挙げるが、本発明は、これに限定されるものではない。
Figure 0004701143
Figure 0004701143
Figure 0004701143
酸発生剤の含有量は、ポジ型レジスト組成物の固形分を基準として、0.01〜30質量%で用いられるが、好ましくは0.3〜20質量%、特に好ましくは0.5〜10質量%である。
本発明に於いては、酸発生剤として、活性光線又は放射線の照射によりスルホン酸を発生する化合物(以下、「スルホン酸発生剤」ともいう)を使用することが好ましい。
本発明のポジ型レジスト組成物は、スルホン酸発生剤とともに、活性光線又は放射線の照射により、カルボン酸を発生する化合物(以下、「カルボン酸発生剤」ともいう)を含
有することが好ましい。
カルボン酸発生剤としては下記一般式(C)で表される化合物が好ましい。
Figure 0004701143
一般式(C)中、
21〜R23は、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基又はアリール基を表す。
24は、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基又はアリール基を表す。
Zは、イオウ原子又はヨウ素原子を表す。Zがイオウ原子である場合、pは1であり、ヨウ素原子である場合はpは0である。
一般式(C)において、R21〜R23は、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基又はアリール基を表し、これらの基は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が有してもよい置換基の例としては、ハロゲン原子(塩素原子、臭素原子、フッ素原子等)、アリール基(フェニル基、ナフチル基等)、ヒドロキシ基、アルコキシ基(メトキシ基、エトキシ基、ブトキシ基等)等を挙げることができる。
アリール基が有してもよい置換基の例としては、ハロゲン原子(塩素原子、臭素原子、フッ素原子等)、ニトロ基、シアノ基、アルキル基(メチル基、エチル基、t-ブチル基、t-アミル基、オクチル基等)、ヒドロキシ基、アルコキシ基(メトキシ基、エトキシ基、ブトキシ基等)等を挙げることができる。
21〜R23は、各々独立に、好ましくは、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数3〜12のシクロアルキル基、炭素数2〜12のアルケニル基又は炭素数6〜24のアリール基を表し、より好ましくは、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数3〜6のシクロアルキル基、素数6〜18のアリール基であり、特に好ましくは炭素数6〜15のアリール基である。これらの基は各々置換基を有していてもよい。
24は、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基又はアリール基を表す。
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置換基の例としては、上記R21がアルキル基である場合の置換基の例として挙げたものと同じものが挙げられる。アリール基の置換基の例としては、上記R21がアリール基である場合の置換基の例として挙げたものと同じものが挙げられる。
24は、好ましくは、水素原子、炭素数1〜30のアルキル基、炭素数3〜30のシクロアルキル基、炭素数2〜30のアルケニル基、炭素数6〜24のアリール基であり、より好ましくは、炭素数1〜18のアルキル基、炭素数3〜18のシクロアルキル基、炭素数6〜18のアリール基であり、特に好ましくは、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数3〜12のシクロアルキル基、炭素数6〜15のアリール基である。これらの基は、各々置換基を有していてもよい。
Zはイオウ原子又はヨウ素原子を表す。pはZがイオウ原子である場合は1であり、Zがヨウ素原子である場合は0である。
尚、一般式(C)のカチオン部の2つ以上が、単結合又は連結基(例えば、−S−、−O−など)により結合し、一般式(C)のカチオン部を複数有するカチオン構造を形成してもよい。
以下に、活性光線又は放射線の照射によりカルボン酸を発生する化合物の好ましい具体例を挙げるが、もちろんこれらに限定されるものではない。
Figure 0004701143
Figure 0004701143
Figure 0004701143
カルボン酸発生剤の、本発明のポジ型レジスト組成物中の含有量は、組成物の全固形分を基準として、0.01〜10質量%が好ましく、より好ましくは0.03〜5質量%、特に好ましくは0.05〜3質量%である。またこれらの活性光線又は放射線の照射によりカルボン酸を発生する化合物は1種類を用いてもよいし、2種類以上を混合して用いてもよい。
カルボン酸発生剤/スルホン酸発生剤(質量比)は、通常99.9/0.1〜50/50、好ましくは99/1〜60/40、特に好ましくは98/2〜70/30である。
(C)酸の作用によりアルカリ現像液への溶解性が増大する樹脂
本発明のポジ型レジスト組成物は、酸の作用によりアルカリ現像液への溶解性が増大する樹脂(以下、「酸分解性樹脂」ともいう)を含有することが好ましい。
酸分解性樹脂は、下記一般式(1)又は(2)で表される繰り返し単位を有することが好ましい。
Figure 0004701143
一般式(1)において、
1は、水素原子、アルキル基、シアノ基又はハロゲン原子を表す。
Xは、酸の作用により脱離する基を表す。
一般式(2)において、
2は、水素原子、アルキル基、シアノ基又はハロゲン原子を表す。
3は、複数ある場合は各々独立して、アルキル基、ハロゲン原子、アリール基、アルコキシ基又はアシル基を表す。
nは、0〜4の整数を表す。
1は、複数ある場合は各々独立して、水素原子、酸の作用により脱離する基又は酸の作用により分解する基を有する基を表す。
mは、1〜5の整数を表す
一般式(1)において、R1のアルキル基は、炭素数1〜4のアルキル基が好ましく、メチル基が特に好ましい。R1のアルキル基は、フッ素原子等で置換されていてもよい。置換されたアルキル基としては、ペルフルオロ基(Cm2m+1基を表し、mは1〜4の整数)を挙げることができる。
1として好ましくは、水素原子、メチル基、又はCm2m+1基(mは好ましくは1)であり、特に好ましくは水素原子又はメチル基である。
一般式(1)において、Xとしての酸の作用により脱離する基とは、露光により発生した酸の作用により脱離し、一般式(1)の構造においてエステル基に由来するカルボン酸を発生させる基である。
Xとしての酸の作用により脱離する基は、脂環基を有していることが好ましく、脂環基は、有橋脂環基であってもよい。
Xとしての酸の作用により脱離する基は、好ましくは、下記一般式(pI)〜一般式(pVI)で示される基である。
Figure 0004701143
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−ブチル基を表す。
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す。但し、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、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す。R23とR24は、互いに結合して環を形成していてもよい。
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。
12〜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。
Figure 0004701143
Figure 0004701143
Figure 0004701143
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。
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、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、イソプロピル基である。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。アルキル基、アルコキシ基は、更なる置換基を有していてもよい。アルキル基、アルコキシ基の更なる置換基としては、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。
Xは、下記一般式(3)で表される基が特に好ましい。
Figure 0004701143
一般式(3)に於いて、
4及びR5は、各々独立に、アルキル基を表し、Yは脂環基を表す。
一般式(3)で表される基としては、上記一般式(pII)においてR12〜R14のうちのひとつが脂環基である基を挙げることができる。
以下、一般式(1)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、本発明は、これに限定されるものではない。
Figure 0004701143
Figure 0004701143
前記一般式(2)に於ける、R2は、一般式(1)に於ける、R1と同様のものである。
3としてのアルキル基は、置換基を有していてもよく、好ましくは、炭素数1〜8個のアルキル基であり、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、ヘキシル基、オクチル基等を挙げることができる。
3としてのアルコキシ基は、置換基を有していてもよく、好ましくは、炭素数1〜8のアルコキシ基であり、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基等を挙げることができる。
3としてのアリール基は、置換基を有していてもよく、好ましくは、炭素数6〜15
個のアリール基であり、例えば、フェニル基、トリル基、ナフチル基、アントリル基等を挙げることができる。
3としてのアシル基は、置換基を有していてもよく、好ましくは、炭素数2〜8個のアシル基であり、例えば、ホルミル基、アセチル基、プロパノイル基、ブタノイル基、ピバロイル基、ベンゾイル基等を挙げることができる。
これらの基が有してもよい置換基としては、ヒドロキシル基、カルボキシル基、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、沃素原子)、アルコキシ基(メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等)等を挙げることができる。
1の酸の作用により脱離する基としては、例えば、−C(R36)(R37)(R38)、−C(R36)(R37)(OR39)、−C(R01)(R02)(OR39)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。
1の酸の作用により分解する基を有する基としては、酸の作用により分解する基(酸分解性基)を有するアルキル基、シクロアルキル基、アリール基等を挙げることができる。
酸分解性基として好ましい基は、−COOH基、−OH基の水素原子を酸の作用により脱離する基で置換した基を挙げることができる。
一般式(2)において、OA1基は、ベンゼン環上のどの位置にあってもよいが、好ましくはスチレン骨格のメタ位かパラ位であり、特に好ましくはパラ位である。
以下に、一般式(2)で表される繰り返し単位の具体例を挙げるが、本発明は、これに限定するものではない。
Figure 0004701143
Figure 0004701143
Figure 0004701143
Figure 0004701143
酸分解性樹脂は、更に、下記一般式(4)で表される繰り返し単位を有すること
も好ましい。
Figure 0004701143
一般式(4)において、
2は、水素原子、アルキル基、シアノ基又はハロゲン原子を表す。
3は、複数ある場合は各々独立して、アルキル基、ハロゲン原子、アリール基、アルコキシ基又はアシル基を表す。
nは、0〜4の整数を表す。
Wは、水素原子又は酸の作用により分解しない基を表す。
一般式(4)に於ける、R2、R3、nは、それぞれ一般式(2)に於ける、R2、R3、nと同様のものである。
Wの酸の作用により分解しない基(酸安定基ともいう)としては、具体的には、シクロアルキル基、アルケニル基、シクロアルキルオキシ基、アルケニルオキシ基、アリールオキシ基、アルキルカルボニルオキシ基、アルキルアミドメチルオキシ基、アルキルアミド基、アリールアミドメチル基、アリールアミド基等が挙げられる。酸安定基としては、好ましくは、シクロアルキル基、アルキルカルボニルオキシ基、シクロアルキルオキシ基、アリールオキシ基、アルキルアミドオキシ基、アルキルアミド基であり、より好ましくは、シクロアルキル基、アルキルカルボニルオキシ基、シクロアルキルオキシ基、アリールオキシ基である。
Wの酸安定基において、シクロアルキル基としてはシクロプロピル基、シクロブチル基、シクロヘキシル基、アダマンチル基の様な炭素数3〜10個のものが好ましく、アルケニル基としてはビニル基、プロペニル基、アリル基、ブテニル基の様な炭素数2〜4個のものが好ましい。
Wは、水素原子であることが好ましい。
Wは、ベンゼン環上のどの位置にあってもよいが、好ましくはスチレン骨格のメタ位かパラ位であり、特に好ましくはパラ位である。
以下に、一般式(4)で表される繰り返し単位の具体例を挙げるが、本発明は、これに限定されるものではない。
Figure 0004701143
酸分解性樹脂における、一般式(1)で表される繰り返し単位の含有率は、全繰り返し単位中、3〜80モル%が好ましく、より好ましくは5〜70モル%であり、特に好ましくは、5〜50モル%である。未露光部の膜減りや解像力の低下を確実に防止する上で3モル%以上が好ましく、基板への密着性、スカム抑制の点から80モル%以下が好ましい。
酸分解性樹脂における、一般式(2)で表される繰り返し単位の含有率は、全繰り返し単位中、20〜97モル%が好ましく、より好ましくは30〜95モル%であり、特に好ましくは、50〜95モル%である。基板への密着不良やスカム抑制の点から20%以上が好ましく、未露光部の膜減りや解像力低下を確実に防止する点で97モル%以下が好ましい。
酸分解性樹脂は、膜質向上、未露光部の膜減り抑制等の観点から、一般式(4)で表される繰返し単位を有していることが好ましい。一般式(4)で表される繰り返し単位の含有率は、それぞれの全繰り返し単位中、0〜50モル%であることが好ましく、より好ましくは0〜40モル%であり、特に好ましくは0〜30モル%である。
酸分解性樹脂は、アルカリ現像液に対する良好な現像性を維持するために、アルカリ可溶性基、例えばフェノール性水酸基、カルボキシル基が導入され得るように適切な他の重合性モノマーが共重合されていてもよいし、膜質向上のためにアルキルアクリレートやアルキルメタクリレートのような疎水性の他の重合性モノマーが共重合されてもよい。
さらに、酸分解性樹脂は、一般式(1)又は(2)に含まれる酸分解性基以外に、他の酸分解性基を有するモノマーによる繰り返し単位を有していてもよく、他の酸分解性基としては、例えば、−C(=O)−X1-R0で表されるものを挙げることができる。
式中、R0 としては、t−ブチル基、t−アミル基等の3級アルキル基、イソボロニル基、1−エトキシエチル基、1−ブトキシエチル基、1−イソブトキシエチル基、1−シクロヘキシロキシエチル基等の1−アルコキシエチル基、1−メトキシメチル基、1−エ
トキシメチル基等のアルコキシメチル基、3−オキソアルキル基、テトラヒドロピラニル基、テトラヒドロフラニル基、トリアルキルシリルエステル基、3−オキソシクロヘキシルエステル基、2−メチル−2−アダマンチル基、メバロニックラクトン残基等を挙げることができる。X1は、酸素原子、硫黄原子、−NH−、−NHSO2−又は−NHSO2NH−を表す。
酸分解性樹脂の重量平均分子量(Mw)は、1,000〜200,000の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは1,500〜100,000の範囲であり、特に好ましくは2,000〜50,000の範囲である。未露光部の膜減り防止の点から1,000以上が好ましく、樹脂自体のアルカリに対する溶解速度が遅くなり感度が低下してしまうことを防止する点で200,000以下が好ましい。分散度(Mw/Mn)は、1.0〜4.0であることが好ましく、より好ましくは1.0〜3.0、特に好ましくは、1.0〜2.5である。
ここで、重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーのポリスチレン換算値をもって定義される。
以下に酸分解性樹脂の繰り返し単位の具体例を示すが、本発明は、これに限定されるものではない。
Figure 0004701143
Figure 0004701143
Figure 0004701143
Figure 0004701143
Figure 0004701143
Figure 0004701143
Figure 0004701143
Figure 0004701143
Figure 0004701143
有機塩基性化合物
本発明においては、有機塩基性化合物を用いることが、解像力などの性能向上、保存安定性の向上などの観点から好ましい。有機塩基性化合物としては、窒素原子を含む化合物(含窒素塩基性化合物)がさらに好ましい。
本発明において好ましい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。
好ましい化学的環境として、下記一般式(A)〜(E)の構造を挙げることができる。一般式(B)〜(E)は、環構造の一部であってもよい。
Figure 0004701143
一般式(A)において、
200 、R201 及びR202は、同一でも異なってもよく、水素原子、炭素数1〜20個のアルキル基もしくはシクロアルキル基、又は炭素数6〜20個のアリール基を表し、ここで、R201とR202は、互いに結合して環を形成してもよい。
200 、R201 及びR202としてのアルキル基、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。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個のアミノアルキル基及びアミノシクロアルキル基、及び炭素数1〜20個のヒドロキシアルキル基が好ましい。
一般式(E)において、
203 、R204 、R205 及びR206 は、同一でも異なってもよく、炭素数1〜6個のアルキル基及びシクロアルキル基を表す。
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、グアニジン、アミノピリジン、アミノアルキルピリジン、アミノピロリジン、インダゾール、イミダゾール、ピラゾール、ピラジン、ピリミジン、プリン、イミダゾリン、ピラゾリン、ピペラジン、アミノモルフォリン、アミノアルキルモルフォリン等が挙げられる。これらが有してもよい好ましい置換基としては、アミノ基、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(置換アルキル基として、特にアミノアルキル基)、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、シアノ基等が挙げられる。
特に好ましい化合物として、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、イミダゾール、2−メチルイミダゾール、4−メチルイミダゾール、N−メチルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール、4,5−ジフェニルイミダゾール、2,4,5−トリフェニルイミダゾール、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)モルフォリンなどが挙げられるがこれに限定されるものではない。
これらの含窒素塩基性化合物は、単独であるいは2種以上一緒に用いられる。
また、テトラアルキルアンモニウム塩型の含窒素塩基性化合物も用いることができる。これらの中では、特に炭素数1〜8のテトラアルキルアンモニウムヒドロキシド(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、テトラ-(n-ブチル)アンモニウムヒドロキシド等)が好ましい。
これらの含窒素塩基性化合物は、単独であるいは2種以上一緒に用いられる。
酸発生剤と有機塩基性化合物の組成物中の使用割合は、(酸発生剤の総量)/(有機塩基性化合物)(モル比)=2.5〜300であることが好ましい。該モル比を2.5以上とすることにより、高感度となり、また、300以下とすることにより、露光後加熱処理までの経時でのレジストパターンの太りを抑制し、解像力を向上させることができる。(酸発生剤の総量)/(有機塩基性化合物)(モル比)は、好ましくは5.0〜200、更に好ましくは7.0〜150である。
界面活性剤類
本発明においては、界面活性剤類を用いることができ、製膜性、パターンの密着性、現像欠陥低減等の観点から好ましい。
界面活性剤の具体的としては、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、エフトップEF301,EF303,EF352(新秋田化成(株)製)、メガファックF171,F173(大日本インキ化学工業(株)製)、フロラ−ドFC430,FC431(住友スリーエム(株)製)、アサヒガードAG710,サーフロンS−382,SC101,SC102,SC103,SC104,SC105,SC106(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、オルガノシロキサンポリマーKP341(信越化学工業(株)製)やアクリル酸系もしくはメタクリル酸系(共)重合ポリフローNo.75,No.95(共栄社油脂化学工業(株)製)等を挙げることができる。
これらの界面活性剤の配合量は、本発明の組成物中の固形分100質量部当たり、通常、2質量部以下、好ましくは1質量部以下である。
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。
界面活性剤としては、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。
これらの界面活性剤として、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。
フルオロ脂肪族基を有する重合体としては、フルオロ脂肪族基を有するモノマーと(ポリ(オキシアルキレン))アクリレート及び/又は(ポリ(オキシアルキレン))メタクリレートとの共重合体が好ましく、不規則に分布しているものでも、ブロック共重合していてもよい。また、ポリ(オキシアルキレン)基としては、ポリ(オキシエチレン)基、ポリ(オキシプロピレン)基、ポリ(オキシブチレン)基などが挙げられ、また、ポリ(オキシエチレンとオキシプロピレンとオキシエチレンとのブロック連結体)やポリ(オキシエチレンとオキシプロピレンとのブロック連結体)基など同じ鎖長内に異なる鎖長のアルキレンを有するようなユニットでもよい。さらに、フルオロ脂肪族基を有するモノマーと(ポリ(オキシアルキレン))アクリレート(又はメタクリレート)との共重合体は2元共重合体ばかりでなく、異なる2種以上のフルオロ脂肪族基を有するモノマーや、異なる2種以上の(ポリ(オキシアルキレン))アクリレート(又はメタクリレート)などを同時に共重合した3元系以上の共重合体でもよい。
例えば、市販の界面活性剤として、メガファックF178、F−470、F−473、F−475、F−476、F−472(大日本インキ化学工業(株)製)を挙げることができる。さらに、C613基を有するアクリレート(又はメタクリレート)と(ポリ(オキシアルキレン))アクリレート(又はメタクリレート)との共重合体、C613基を有するアクリレート(又はメタクリレート)と(ポリ(オキシエチレン))アクリレート(又はメタクリレート)と(ポリ(オキシプロピレン))アクリレート(又はメタクリレート)との共重合体、C817基を有するアクリレート(又はメタクリレート)と(ポリ(オキシアルキレン))アクリレート(又はメタクリレート)との共重合体、C817基を有するアクリレート(又はメタクリレート)と(ポリ(オキシエチレン))アクリレート(又はメタクリレート)と(ポリ(オキシプロピレン))アクリレート(又はメタクリレート)との共重合体、などを挙げることができる。
界面活性剤の使用量は、ポジ型レジスト組成物全量(溶剤を除く)に対して、好ましくは0.0001〜2質量%、より好ましくは0.001〜1質量%である。
その他の成分
本発明のポジ型レジスト組成物には必要に応じて、さらに、染料、光塩基発生剤などを含有させることができる。
1.染料
本発明においては、染料を用いることができる。
好適な染料としては油性染料及び塩基性染料がある。具体的にはオイルイエロー#101、オイルイエロー#103、オイルピンク#312、オイルグリーンBG、オイルブルーBOS,オイルブルー#603、オイルブラックBY、オイルブラックBS、オイルブラックT−505(以上オリエント化学工業株式会社製)、クリスタルバイオレット(CI42555)、メチルバイオレット(CI42535)、ローダミンB(CI45170B)、マラカイトグリーン(CI42000)、メチレンブルー(CI52015)等を挙げることができる。
2.光塩基発生剤
本発明の組成物に添加できる光塩基発生剤としては、特開平4−151156号、同4−162040号、同5−197148号、同5−5995号、同6−194834号、同8−146608号、同10−83079号、欧州特許622682号に記載の化合物が挙げられ、具体的には、2−ニトロベンジルカルバメート、2,5−ジニトロベンジルシクロヘキシルカルバメート、N−シクロヘキシル−4−メチルフェニルスルホンアミド、1,1−ジメチル−2−フェニルエチル−N−イソプロピルカーバメート等が好適に用いることができる。これらの光塩基発生剤は、レジスト形状などの改善を目的とし添加される。
3.溶剤類
本発明のレジスト組成物は、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。全レジスト成分の固形分濃度として、通常2〜30質量%とすることが好ましく、3〜25質量%がより好ましい。
ここで使用する溶媒としては、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、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が好ましく、これらの溶媒を単独あるいは混合して使用する。
本発明の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。この塗布膜の膜厚は、0.05〜4.0μmが好ましい。
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。更にレジスト下層に反射防止膜を塗布して用いることもできる。
レジストの下層として用いられる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、アモルファス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のいずれも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、シプレー社製のAR−2、AR−3、AR−5等の市販の有機反射防止膜を使用することもできる。
精密集積回路素子の製造などにおいてレジスト膜上へのパターン形成工程は、基板(例:シリコン/二酸化シリコン被覆基板、ガラス基板、ITO基板、石英/酸化クロム被覆基板等)上に、本発明のポジ型レジスト組成物を塗布し、レジスト膜を形成し、次にKrFエキシマレーザー光、電子線、EUV光などの活性光線又は放射線を照射し、加熱、現像、リンス、乾燥することにより良好なレジストパターンを形成することができる。
現像において使用するアルカリ現像液としては、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、トリエタノーアミン等のアルコ−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、コリン等の第四級アンモニウム塩、ピロール、ピペリジン等の環状アミン類、等のアルカリ類の水溶液(通常0.1〜20質量%)を使用することができる。更に、上記アルカリ類の水溶液にイソプロピルアルコール等のアルコール類、ノニオン系等の界面活性剤を適当量添加して使用することもできる。
これらの現像液の中で好ましくは第四アンモニウム塩、更に好ましくは、テトラメチルアンモニウムヒドロオキシド、コリンである。
アルカリ現像液のpHは、通常10〜15である。
以下、本発明を実施例によりさらに詳しく説明するが、本発明の内容がこれにより限定されるものではない。
合成例1:多核フェノール化合物(S−6)の合成
1,3,5-トリス{1,1-ビス(4’-ヒドロキシフェニル)エチル}ベンゼン50gをTHF300mlに溶解させた後、トリエチルアミン30gを添加した。そこへクロロプロピオニルスルホニルクロリド 25gを滴下し、さらに室温で3時間攪拌下反応させた。反応液を蒸留水3Lに滴下し、析出すた白色粉体をろ過により集めた。得られた白色粉体をテトラヒドロフラン100mlに溶解した後、再度蒸留水2L中に晶析し、析出した白色粉
体をろ過により集めた後、40℃にて減圧乾燥した。得られた粉体をGPC測定したところ、分子量は1800であった。再度THF100mlに溶解した後、フェネチルビニルエーテル8gを添加、続いてp-トルエンスルホン酸ピリジン塩300mgを添加して攪拌下反応させた。トリエチルアミン1gを添加した後、蒸留水1Lに晶析し、多核フェノール化合物(S−6)を得た。
合成例2:多核フェノール化合物(S−7)の合成
1,3,5-トリス{1,1-ビス(4’-ヒドロキシフェニル)エチル}ベンゼン50gをTHF300mlに溶解させた後、トリエチルアミン30gを添加した。そこへ3,5-ビストリフルオロメチルベンゼンスルホニルクロリド 15gを滴下し、さらに室温で3時間攪拌下反応させた。反応液を蒸留水3Lに滴下し、析出すた白色粉体をろ過により集めた。得られた白色粉体をテトラヒドロフラン100mlに溶解した後、再度蒸留水2L中に晶析し、析出した白色粉体をろ過により集めた後、40℃にて減圧乾燥した。得られた粉体をGPC測定したところ、分子量は1200であった。再度THF100mlに溶解した後、フェネチルビニルエーテル5gを添加、続いてp-トルエンスルホン酸ピリジン塩300mgを添加して攪拌下反応させた。トリエチルアミン1gを添加した後、蒸留水1Lに晶析し、多核フェノール化合物(S−7)を得た。
下記表1〜2に多核フェノール化合物(S−1)〜(S−8)及び比較化合物(C−1)の構造を示す。
Figure 0004701143
Figure 0004701143
本発明の実施例で用いた酸発生剤については、特開2002−27806号に記載の合成方法などいずれも公知の合成方法により合成した。
実施例1
(1) ポジ型レジストの調製および塗設
多核フェノール化合物(S−1) 0.60g
酸分解性樹脂(R−34) 0.33g
酸発生剤(z2) 0.065g
をプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート8.8gに溶解させ、さらに有機塩基性化合物としてD−2(下記参照)0.003g、及び界面活性剤としてメガファックF176(大日本インキ化学工業(株)製、以下W−1と略す)0.001gを添加、溶解させ、得られた溶液を0.1μm口径のメンブレンフィルターで精密ろ過して、レジスト溶液を得た。
このレジスト溶液を6インチシリコンウェハー上に東京エレクトロン製スピンコーターMark8を用いて塗布し、110℃、90秒ベークして膜厚0.25μmの均一膜を得た。
(2) ポジ型レジストパターンの作成
このレジスト膜に、電子線描画装置((株)日立製作所性HL750、加速電圧50KeV)を用いて電子線照射を行った。照射後に110℃、90秒ベークし、2.38質量%テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)水溶液を用いて60秒間浸漬
した後、30秒間、水でリンスして乾燥した。得られたパターンを下記の方法で評価した。
(2-1)解像力
上記の感度を示す照射量における限界解像力(ラインとスペースが分離解像)を解像力とした。
(2-2)LWR(ラインウィイズスラフネス)
上記と同様にして得られたレジストパターンについて、走査型電子顕微鏡(日立社製S−9220)により線幅を観察し、130nmの線幅に於ける線幅の変動(LWR)を観察した。測長走査型電子顕微鏡(SEM)を使用して、測定モニタ内で、線幅を複数の位置で検出し、その検出位置のバラツキの分散(3σ)をLWRの指標とした。
(2-3)疎密依存性
上記の感度を示す照射量における0.15μmラインパターンにおける、密パターン(ライン:スペース=1:1)の線幅と、孤立パターンの線幅を測定し、その差を疎密依存性とした。
実施例1の結果は、解像力が0.15μm、LWRが9.5nm、疎密依存性が15nmであり、非常に良好であった。
実施例2〜7及び比較例1
下記表3に示した化合物を用いて、実施例1と全く同様にしてレジスト調製・塗設、電子線露光評価を行った。評価結果を表3に示した。
Figure 0004701143
下記表4に表中の酸分解性樹脂の繰り返し単位(モル比)、重量平均分子量、分散度を示す。
Figure 0004701143
以下、表中の略号を示す。
〔有機塩基性化合物〕
D−1:トリ−n−ヘキシルアミン
D−2:2,4,6−トリフェニルイミダゾール
D−3:テトラ−(n−ブチル)アンモニウムヒドロキシド
〔界面活性剤〕
W−1:フッ素系界面活性剤、メガファックF-176(大日本インキ科学工業製)
W−2:フッ素/シリコン系界面活性剤、メガファックR08(大日本インキ化学工業製)
W−3:シリコン系界面活性剤、シロキサンポリマーKP341(信越化学工業製)
表2から、本発明のポジ型レジスト組成物は、電子線の照射によるパターン形成に関して、比較例に比べて、高解像力であり、LWR、疎密依存性も優れていることがわかる。
実施例8〜13及び比較例2〜3
実施例8〜12及び比較例2には上記実施例1〜5及び比較例1の各レジスト組成物を用い、実施例1と同様の方法でレジスト膜を得た。
また、実施例13には、
多核フェノール化合物(S−1) 0.93g
をプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート8.8g、界面活性剤としてメガファックF176(大日本インキ化学工業(株)製)0.001gを添加、溶解させ、0.1μm口径のメンブレンフィルターで精密ろ過して得たレジスト溶液を用いた。
また、比較例3には、
比較化合物(C−1) 0.93g
をプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート8.8g、界面活性剤としてメガファックF176(大日本インキ化学工業(株)製)0.001gを添加、溶解させ、0.1μm口径のメンブレンフィルターで精密ろ過して得たレジスト溶液を用いた。
但し、レジスト膜厚は0.13μmとした。
得られたレジスト膜にEUV光(波長13nm)を用いて、露光量を0〜5.0mJの範囲で0.5mJづつ変えながら面露光を行い、さらに110℃、90秒ベークした。その後2.38質量%テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)水溶液を用いて、各露光量での溶解速度を測定し、感度曲線を得た。この感度曲線において、レジストの溶解速度が飽和するときの露光量を感度とし、また感度曲線の直線部の勾配から溶解コントラスト(γ値)を算出した。γ値が大きいほど溶解コントラストに優れている。
結果を表4に示す。
Figure 0004701143
表5から、本発明のポジ型レジスト組成物は、EUV光の照射による特性評価において、比較例の組成物に比べて、高感度で高コントラストであり、優れていることがわかる。また、実施例13から本発明のレジスト組成物は酸分解によらずEUV光だけで画像形成できる材料であり、画像形成に十分なコントラストを有するものであることが判る。

Claims (9)

  1. (A)スルホネート結合若しくはスルホン結合を有する基を有する多核フェノール化合物誘導体及び(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ことを特徴とする化学増幅型ポジ型レジスト組成物。
  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が、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、ジスルホン及びo−ニトロベンジルスルホネートからなる群より選ばれる化合物であることを特徴とする請求項1に記載の化学増幅型ポジ型レジスト組成物。
  3. (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が、下記一般式(ZI)、(ZII)、又は(ZIII)で表される化合物であることを特徴とする請求項1に記載の化学増幅型ポジ型レジスト組成物。
    Figure 0004701143
    一般式(ZI)において、
    201 、R 202 及びR 203 は、各々独立に、有機基を表す。R 201 〜R 203 の内の2つは、結合して環構造を形成してもよい。
    は、非求核性アニオンを表す。
    一般式(ZII)において、
    204 〜R 205 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。
    は、非求核性アニオンを表す。
    一般式(ZIII)において、
    206 〜R 207 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。
  4. 多核フェノール化合物誘導体が、ベンゼン環を3〜10個有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の化学増幅型ポジ型レジスト組成物。
  5. 多核フェノール化合物誘導体が、酸の作用により分解してアルカリ可溶性基となる基を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の化学増幅型ポジ型レジスト組成物。
  6. 多核フェノール化合物誘導体が、下記一般式(I)で表されることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の化学増幅型ポジ型レジスト組成物。
    Figure 0004701143
    一般式(I)に於いて、
    1、R2、R3及びR4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。複数のR1が、結合して環を形成してもよい。複数のR2が、結合して環を形成してもよい。複数のR3が、結合して環を形成してもよい。複数のR4が、結合して環を形成してもよい。また、複数あるR1、R2、R3及びR4は、互いに同じであっても異なっていても良い。
    5及びR6は、各々独立に、水素原子又は有機基を表す。複数あるR5及びR6は、互いに同じであっても異なっていても良い。但し、R5及びR6の内の少なくとも1つは、スルホネート結合若しくはスルホン結合を有する基を表す。
    Wは、単結合、アルキレン基、シクロアルキレン基、アリーレン基、およびこれらの任意の組み合わせからなる基を表す。
    xは、正の整数を表す。
    yは、0以上の整数を表し、Wが単結合の場合、yは0である。
    zは、0以上の整数を表す。
    vは、0以上の整数を表す。
    m1、m3、及びm4は、各々独立に、正の整数を表す。
    m2及びm5は、各々独立に、0以上の整数を表す。
    但し、m1+m2+z=5、m3+v=3、m4+m5=5、m2+m5≧2を満たす。
  7. 多核フェノール化合物誘導体が、下記一般式(I)で表される単位の少なくとも2つが
    、該一般式(I)のR5及びR6の内の少なくとも1つを介して相互に連結している化合物であるであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の化学増幅型ポジ型レジスト組成物。
    Figure 0004701143
    一般式(I)に於いて、
    1、R2、R3及びR4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。複数のR1が、結合して環を形成してもよい。複数のR2が、結合して環を形成してもよい。複数のR3が、結合して環を形成してもよい。複数のR4が、結合して環を形成してもよい。また、複数あるR1、R2、R3及びR4は、互いに同じであっても異なっていても良い。
    5及びR6は、各々独立に、水素原子、有機基、又はスルホネート若しくはスルホン結合を有する基を表す。複数あるR5及びR6は、互いに同じであっても異なっていても良い。但し、R5及びR6の内の少なくとも1つは、スルホネート若しくはスルホン結合を有し、一般式(I)で表される別の単位との連結基を形成する。
    Wは、単結合、アルキレン基、シクロアルキレン基、アリーレン基、およびこれらの任意の組み合わせからなる基を表す。
    xは、正の整数を表す。
    yは、0以上の整数を表し、Wが単結合の場合、yは0である。
    zは、0以上の整数を表す。
    vは、0以上の整数を表す。
    m1、m3、及びm4は、各々独立に、正の整数を表す。
    m2及びm5は、各々独立に、0以上の整数を表す。
    但し、m1+m2+z=5、m3+v=3、m4+m5=5、m2+m5≧2を満たす。
  8. 更に、(C)酸の作用によりアルカリ現像液への溶解性が増大する樹脂を含有することを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の化学増幅型ポジ型レジスト組成物。
  9. 請求項1〜8のいずれか一項に記載の化学増幅型ポジ型レジスト組成物により、レジスト膜を形成し、露光、現像する工程を有することを特徴とするパターン形成方法。
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