JP4991326B2 - 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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Description

本発明は、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に使用される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に関するものである。さらに詳しくは250nm以下、好ましくは220nm以下の遠紫外線などの露光光源、および電子線などによる照射源とする場合に好適な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に関するものである。
化学増幅系感光性組成物は、遠紫外光等の活性光線又は放射線の照射により露光部に酸を生成させ、この酸を触媒とする反応によって、活性光線又は放射線の照射部と非照射部の現像液に対する溶解性を変化させ、パターンを基板上に形成させるパターン形成材料である。
KrFエキシマレーザーを露光光源とする場合には、主として248nm領域での吸収の小さい、ポリ(ヒドロキシスチレン)を基本骨格とする樹脂を主成分に使用するため、高感度、高解像度で、且つ良好なパターンを形成し、従来のナフトキノンジアジド/ノボラック樹脂系に比べて良好な系となっている。
一方、更なる短波長の光源、例えばArFエキシマレーザー(193nm)を露光光源として使用する場合は、芳香族基を有する化合物が本質的に193nm領域に大きな吸収を示すため、上記化学増幅系でも十分ではなかった。
このため、脂環炭化水素構造を有する樹脂を含有するArFエキシマレーザー用レジストが開発されてきている。例えば、特開2003―167347号公報(特許文献1)、特開2003―223001号公報(特許文献2)には、多環酸分解性繰り返し単位と、非酸分解性繰り返し単位とを有する樹脂を含有する組成物が記載されている。しかしながら、線幅100nm以下のような微細なパターンを形成する際には、解像性能が優れていても、形成したラインパターンが倒れてしまい、デバイス製造時の欠陥となってしまうパターン倒れの問題や、レジストポリマーの疎水性に起因する現像時の現像残渣などによる現像欠陥の問題があった。
また、特開2004−334156号公報(特許文献3)には脂環式炭化水素構造を有する少なくとも2種類の繰り返し単位を有する酸分解性樹脂を含有するレジスト組成物が記載されている。
しかしながら、従来のレジスト組成物は、未だに不十分な点があり、解像力、孤立DOF、PEB温度依存性について、更なる改良が望まれている。
即ち、線幅100nm以下のような微細なパターンを形成する必要が生ずる中で、特に孤立パターン形成の際、焦点ずれ許容範囲、即ち、デフォーカスラチチュード(DOF)を確保することが難しくなっており、より広いDOF性能を有するレジスト組成物が求められている。
また、口径が大きいウエハーを使用する場合、露光後のホットプレートなどによる加熱(PEB)における温度のばらつきが、得られるパターンに影響を及ぼすことがわかってきており、このようなPEB温度依存性を改善することが望まれている。
特開2003−167347号公報 特開2003−223001号公報 特開2004−334156号公報
従って、本発明の目的は、100nm以下の微細パターンの形成においても、パターン倒れが改良され、現像欠陥の少なく、解像力、孤立DOF、PEB温度依存性など諸性能に優れた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を提供することにある。
即ち、上記課題は下記の構成によって達せられた。
(1) 下記一般式(I−1Y)で表される酸分解性繰り返し単位、下記一般式(II−1)で表される非酸分解性繰り返し単位及びラクトン基を有する繰り返し単位を含有する、酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解速度が増大する樹脂(A)(但し、下記に示す繰り返し単位を含有する樹脂(R)を除く)、および、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物(B)を含有することを特徴とするポジ型感光性組成物。
Figure 0004991326
一般式(I−1Y)に於いて、
Xa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。
−C(Rx)(Rx)(Rx)は、酸脱離性炭化水素基であり、Rx〜Rxは、それぞれ独立に、直鎖若しくは分岐状アルキル基又は単環の環状アルキル基を表し、少なくとも一つが単環の環状アルキル基であるか、Rx〜Rxの内の2つが結合して、単環の環状アルキル基を形成する。
Figure 0004991326
一般式(II−1)に於いて、
Xa 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。
Rx は、直鎖若しくは分岐状アルキル基又は単環環状アルキル基を表す。
は、4又は5を表す。
は、0〜3を表す。
Figure 0004991326
(2) 一般式(I−1Y)で表される酸分解性繰り返し単位が、下記一般式(I−1b)で表される酸分解性繰り返し単位であることを特徴とする上記(1)に記載のポジ型感光性組成物。
Figure 0004991326
一般式(I−1b)に於いて、
Xa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。
Rxは、直鎖若しくは分岐状アルキル基又は単環環状アルキル基を表す。
Rxは、直鎖若しくは分岐状アルキル基又は単環環状アルキル基を表す。
は、4又は5を表す。
は、0〜3を表す。
(3) 前記化合物(B)が、下記一般式(AN1)で表される有機アニオン構造を有する、上記(1)または(2)に記載のポジ型感光性組成物。
Figure 0004991326
一般式(AN1)に於いて、
Rc 1 は、下記一般式で表される基を表す。
Figure 0004991326
上記一般式に於いて、
Rc 6 は、炭素数4以下のパーフロロアルキレン基、1〜4個のフッ素原子及び/又は1〜3個のフロロアルキル基で置換されたフェニレン基を表す。
Axは、連結基を表す。
Rc 7 は、水素原子、フッ素原子、直鎖状若しくは分岐状アルキル基、単環若しくは多環環状アルキル基又はアリール基を表す。
(4) 前記化合物(B)におけるAxが、単結合、−O−、−CO −、−S−、−SO −又は−SO N(Rd )−であり、かつRd が水素原子又はアルキル基である(Rd はRc と結合して環構造を形成してもよい。)、上記(3)に記載のポジ型感光性組成物。
(5) 前記樹脂(A)が、更に、水酸基を有する繰り返し単位、シアノ基を有する繰り返し単位、酸基を有する繰り返し単位から選ばれる少なくとも1種類の繰り返し単位を有することを特徴とする上記(1)〜(4)のいずれか一項に記載のポジ型感光性組成物。
) 更に、(C)塩基性化合物を含有することを特徴とする上記()〜()のいずれか一項に記載のポジ型感光性組成物。
) 上記(1)〜()のいずれか一項に記載のポジ型感光性組成物により形成された感光性膜。
) 上記()に記載の感光性膜を露光、現像する工程を含むことを特徴とするパターン形成方法。
) 液浸媒体を介して露光を行うことを特徴とする上記()に記載のパターン形成方法。
本発明は、上記(1)〜()に記載の構成を有するものであるが、以下、他の事項も含めて記載している。
<1>下記一般式(I)で表される酸分解性繰り返し単位及び下記一般式(II)で表される非酸分解性繰り返し単位を有する、酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解速度が増大する樹脂(A)、および、(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(B)を含有することを特徴とするポジ型感光性組成物。
Figure 0004991326
一般式(I)に於いて、
Xa1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。
1は、単結合又は2価の連結基を表す。
ALGは、酸脱離性炭化水素基を表す。
一般式(II)に於いて、
Xa2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。
2は、単結合又は2価の連結基を表す。
ACGは、非酸脱離性炭化水素基を表す。
<2> 樹脂(A)が、一般式(I)で表される繰り返し単位及び一般式(II)で表される繰り返し単位の内の少なくとも一方が多環炭化水素構造を有さない樹脂(A1)であることを特徴とする上記<1>に記載のポジ型感光性組成物。
<3> 一般式(I)で表される酸分解性繰り返し単位が、下記一般式(I−1)で表
される酸分解性繰り返し単位であることを特徴とする上記<1>または<2>に記載のポジ型感光性組成物。
Figure 0004991326
一般式(I−1)に於いて、
Xa1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。
Rx1〜Rx3は、それぞれ独立に、直鎖若しくは分岐状アルキル基又は単環若しくは多環環状アルキル基を表す。Rx1〜Rx3の内の少なくとも2つが結合して、単環若しくは多環環状アルキル基を形成してもよい。
<4> 一般式(II)に於ける、ACGが、多環炭化水素構造を有し、一般式(I)に於ける、ALGが、多環炭化水素構造を有さないことを特徴とする上記<2>に記載のポジ型感光性組成物。
<5> 一般式(I)に於ける、ALGが、多環炭化水素構造を有し、一般式(II)に於ける、ACGが、多環炭化水素構造を有さないことを特徴とする上記<2>に記載のポジ型感光性組成物。
<6> 一般式(I)に於ける、ALG及び一般式(II)に於ける、ACGの両方が、多環炭化水素構造を有さないことを特徴とする上記<2>に記載のポジ型感光性組成物。
<7> 一般式(I)で表される酸分解性繰り返し単位が、下記一般式(I−1a)又は(I−1b)で表される酸分解性繰り返し単位であることを特徴とする上記<1>または<2>に記載のポジ型感光性組成物。
Figure 0004991326
一般式(I−1a)及び(I−1b)に於いて、
Xa1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。
Rx1及びRx2は、それぞれ独立に、直鎖若しくは分岐状アルキル基又は単環環状アルキル基を表す。
Rx4は、直鎖若しくは分岐状アルキル基又は単環環状アルキル基を表す。
1は、4又は5を表す。
2は、0〜3を表す。
<8> 一般式(II)で表される非酸分解性繰り返し単位が、下記一般式(II−1)で表される非酸分解性繰り返し単位であることを特徴とする上記<1>または<2>に記載のポジ型感光性組成物。
Figure 0004991326
一般式(II−1)に於いて、
Xa2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。
Rx5は、直鎖若しくは分岐状アルキル基又は単環環状アルキル基を表す。
3は、4又は5を表す。
4は、0〜3を表す。
<9> (B)成分が、更に、ラクトン基を有する繰り返し単位、水酸基を有する繰り返し単位、シアノ基を有する繰り返し単位、酸基を有する繰り返し単位から選ばれる少なくとも1種類の繰り返し単位を有することを特徴とする上記<1>〜<8>のいずれかに記載のポジ型感光性組成物。
<10>樹脂(A)が一般式(I)で表される繰り返し単位が下記一般式(1)で表される繰り返し単位及び下記一般式(2)で表される繰り返し単位から選ばれる少なくとも1種類の繰り返し単位であり、一般式(II)で表される繰り返し単位が下記一般式(3)で表される繰り返し単位である樹脂(A2)であることを特徴とする上記<1>又は<2>に記載のポジ型感光性組成物。
Figure 0004991326
一般式(1)〜(3)中、
100は、水素原子又はアルキル基を表す。
101は、アルキル基を表す。
102は、アルキル基を表す。R102が複数個ある場合に、複数個のR102は、同一であっても異なっていてもよく、R102どうしで環を形成してもよい。
103は、第三級炭素原子を有し、該第三級炭素原子が式中の環状構造に結合している連結基を表す。
Aは、炭素原子及び水素原子で構成される、環状構造を有する非脱離基を表す。
nは、0〜5の整数を表す。
mは、0〜n+2の整数を表す。
<11> (A)成分の樹脂が、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を特徴とする<10>に記載のポジ型感光性組成物。
Figure 0004991326
一般式(4)中、
100は、水素原子又はアルキル基を表す。
<12> 更に、(C)塩基性化合物を含有することを特徴とする上記<10>又は<11>に記載のポジ型感光性組成物。
<13> 上記<1>〜<12>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、現像する工程を含むことを特徴とするパターン形成方法。
本発明により、100nm以下の微細パターンの形成においても、パターン倒れが改良され、現像欠陥の少なく、解像力、孤立DOF、PEB温度依存性など諸性能に優れた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を提供することができる。
以下、本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。
本発明のポジ型感光性組成物は、一般式(I)で表される酸分解性繰り返し単位及び一般式(II)で表される非酸分解性繰り返し単位を有する酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解速度が増大する樹脂(A)、及び、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物(B)を含有する。
Figure 0004991326
一般式(I)に於いて、
Xa1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。
1は、単結合又は2価の連結基を表す。
ALGは、酸脱離性基を表す。
一般式(II)に於いて、
Xa2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。
2は、単結合又は2価の連結基を表す。
ACGは、非酸脱離性炭化水素基を表す。
本発明は、上記樹脂(A)を用いることで、パターン倒れ、現像欠陥、解像力、孤立DOF、PEB温度依存性など諸性能において改良されたポジ型感光性組成物を提供するものである。
そして、特に一般式(I)で表される繰り返し単位及び一般式(II)で表される繰り返し単位の内の少なくとも一方が多環炭化水素構造を有さない樹脂(A1)を用いることで、パターン倒れ及び現像欠陥の点で優れたポジ型感光性組成物を提供でき、そして、特に一般式(I)で表される繰り返し単位が下記一般式(1)で表される繰り返し単位及び下記一般式(2)で表される繰り返し単位から選ばれる少なくとも1種類の繰り返し単位であり、一般式(II)で表される繰り返し単位が下記一般式(3)で表される繰り返し単位である樹脂(A2)を用いることで、解像力、孤立DOF、PEB温度依存性の点で優れたポジ型感光性組成物を提供できる。
〔1〕酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解速度が増大する樹脂(A)
本発明のポジ型感光性組成物に用いられる酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解速度が増大する樹脂(A)は、下記一般式(I)で表される酸分解性繰り返し単位及び下記一般式(II)で表される非酸分解性繰り返し単位を有する樹脂である。
また、樹脂(A)は、一般式(I)で表される繰り返し単位及び一般式(II)で表される繰り返し単位の内の少なくとも一方が多環炭化水素構造を有さない樹脂(A1)であることが好ましい。
Figure 0004991326
一般式(I)に於いて、
Xa1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。
1は、単結合又は2価の連結基を表す。
ALGは、酸脱離性炭化水素基を表す。
一般式(II)に於いて、
Xa2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。
2は、単結合又は2価の連結基を表す。
ACGは、非酸脱離性炭化水素基を表す。
一般式(I)に於いて、Xa1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。Xa1のアルキル基は、水酸基、ハロゲン原子で置換されていてもよい。Xa1は、好ましくは、水素原子又はメチル基である。
1は、単結合又は2価の連結基を表す。好ましい2価の連結基は、−CO2−とアルキレン基とが連結した−CO2−アルキレン基−である。−CO2−アルキレン基−に於けるアルキレン基としては、メチレン、ノルボルナンから水素原子が2つ取れて2価の連結基となったもの、アダマンタンから水素原子が2つ取れて2価の連結基となったものが挙げられる。
ALGは、酸脱離性炭化水素基であり、酸の作用により式中の酸素原子から脱離してカルボキシル基を生成させるものであれば、いずれのものでも用いることができるが、好ましくは、式中の酸素原子に結合している3級炭素原子を有する炭化水素基である。
一般式(I)で表される酸分解性繰り返し単位は、下記一般式(I−1)で表される酸分解性繰り返し単位であることが好ましい。
Figure 0004991326
一般式(I−1)に於いて、
Xa1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。
Rx1〜Rx3は、それぞれ独立に、直鎖若しくは分岐状アルキル基又は単環若しくは多環環状アルキル基を表す。Rx1〜Rx3の内の少なくとも2つが結合して、単環若しくは多環環状アルキル基を形成してもよい。
一般式(I−1)に於ける、Xa1は、一般式(I)に於ける、Xa1と同義である。
Rx1〜Rx3の直鎖若しくは分岐状アルキル基としては、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、t−ブチル基などの炭素数1〜4のものが好ましい。
Rx1〜Rx3の単環若しくは多環環状アルキル基としては、シクロペンチル基、シクロヘキシル基などの炭素数3〜10の単環環状アルキル基、ノルボルニル基、テトラシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、アダマンチル基などの炭素数7〜15の多環環状アルキル基が好ましい。
Rx1〜Rx3の内の少なくとも2つが結合して形成される、単環若しくは多環環状アルキル基としては、シクロペンチル基、シクロヘキシル基などの炭素数3〜10の単環環状アルキル基、ノルボルニル基、テトラシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、アダマンチル基などの炭素数7〜15の多環環状アルキル基が好ましい。Rx1が、メチル基又はエチル基であり、Rx2とRx3が結合して上述の単環若しくは多環環状アルキル基を形成している様態が好ましい。
一般式(I)で表される酸分解性繰り返し単位が、多環炭化水素構造を有さない時、一般式(I)で表される酸分解性繰り返し単位は、下記一般式(I−1a)又は(I−1b)で表される単環の環状アルキル基を有する酸分解性繰り返し単位であることが好ましい。
Figure 0004991326
一般式(I−1a)及び(I−1b)に於いて、
Xa1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。
Rx1及びRx2は、それぞれ独立に、直鎖若しくは分岐状アルキル基又は単環環状アルキル基を表す。
Rx4は、直鎖若しくは分岐状アルキル基又は単環環状アルキル基を表す。
1は、4又は5を表す。
2は、0〜3を表す。
一般式(I−1a)及び(I−1b)に於ける、Xa1は、一般式(I)に於ける、X
1と同義である。
Rx1及びRx2としての直鎖若しくは分岐状アルキル基又は単環環状アルキル基は、一般式(I−1)に於けるRx1及びRx2としての直鎖若しくは分岐状アルキル基又は単環環状アルキル基と同様である。
Rx4に於ける、直鎖若しくは分岐状アルキル基又は単環環状アルキル基としては、前
記Rx1及びRx2に於ける、直鎖若しくは分岐状アルキル基又は単環環状アルキル基と同様のものを挙げることができる。
一般式(I−1a)で表される酸分解性繰り返し単位の具体例を以下に示すが、本発明は、これに限定されるものではない。
Figure 0004991326
一般式(I−1b)で表される酸分解性繰り返し単位の具体例を以下に示すが、本発明
は、これに限定されるものではない。
Figure 0004991326
以下、一般式(I)に於いて、ALGが、直鎖若しくは分岐状炭化水素構造有する酸分解性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 0004991326
以下、一般式(I)に於いて、ALGが、多環炭化水素構造を有する酸分解性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 0004991326
前記一般式(II)に於ける、Xa2は、一般式(I)に於ける、Xa1と同様のものである。
2は、一般式(I)に於ける、A1と同様のものである。
ACGの非酸脱離性炭化水素基は、酸の作用により式中の酸素原子から脱離しない炭化水素基であればいずれでもよいが、炭素原子と水素原子のみからなる炭化水素基であることが好ましく、極性置換基を有さないことがより好ましい。ACGの非酸脱離性炭化水素基としては、酸の作用により式中の酸素原子から脱離しない直鎖若しくは分岐状アルキル基、単環若しくは多環環状アルキル基が挙げられる。具体的には、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、イソブチル基、ネオペンチル基などの炭素数1〜10の直鎖若しくは分岐状アルキル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基などの炭素数3〜10の単環環状アルキル基、ノルボルニル基、テトラシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、アダマンチル基、ジアマンチル基、テトラヒドロデカリン基などの炭素数7〜15の多環環状アルキル基が好ましい。単環若しくは多環環状アルキル基は、更に、置換基として直鎖若しくは分岐状アルキル基、単環若しくは多環環状アルキル基が置換していてもよい。
一般式(II)で表される非酸分解性繰り返し単位が多環炭化水素構造を有さない時、一般式(II)で表される非酸分解性繰り返し単位は、下記一般式(II−1)で表される非酸分解性繰り返し単位であることが好ましい。
Figure 0004991326
一般式(II−1)に於いて、
Xa2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。
Rx5は、直鎖若しくは分岐状アルキル基又は単環環状アルキル基を表す。
3は、4又は5を表す。
4は、0〜3を表す。
一般式(II−1)に於ける、Xa2は、一般式(II)に於ける、Xa2と同義である。
Rx5は、一般式(I−1a)〜(I−1b)に於ける、Rx4と同様のものである。
一般式(II)で表される非酸分解性繰り返し単位に於いて、ACGが、直鎖若しくは分岐状炭化水素構造を有する非酸分解性繰り返し単位の具体例を以下に示すが、本発明は、これに限定されるものではない。
Figure 0004991326
一般式(II)で表される繰り返し単位に於いて、ACGが、単環炭化水素構造を有する非酸分解性繰り返し単位の具体例を以下に示すが、本発明は、これに限定されるものではない。
Figure 0004991326
一般式(II)で表される非酸分解性繰り返し単位に於いて、ACGが、多環炭化水素構造を有する非酸分解性繰り返し単位の具体例を以下に示すが、本発明は、これに限定されるものではない。
Figure 0004991326
樹脂(A)は、ラクトン基を有する繰り返し単位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)〜(LC1−16)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、特に好ましくは(LC1−4)である。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 0004991326
ラクトン構造部分は置換基(Rb2)を有していても有していなくてもよい。好ましい
置換基(Rb2)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。より好ましくは炭素数1―4のアルキル基、シアノ基、酸分解性基である。n2は、0〜4の整数を表す。n2が2以上の時、複数存在するRb2は、同一でも異なっていてもよく、また、複数存在するRb2同士が結合して環を形成してもよい。
一般式(LC1−1)〜(LC1−16)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、下記一般式(AI)で表される繰り返し単位を挙げることができる。
Figure 0004991326
一般式(AI)中、
b0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。
b0は、水素原子又はメチル基が好ましい。
bは、単結合、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、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価の連結基を表す。好ましくは、単結合、−Ab1−CO2−で表される2価の連結基である。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 0004991326
Figure 0004991326
Figure 0004991326
樹脂(A)は、水酸基又はシアノ基を有する繰り返し単位を有することが好ましい。これにより基板密着性、現像液親和性が向上する。
水酸基又はシアノ基を有する繰り返し単位は、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であることが好ましい。水酸基又はシアノ基で置換された脂環炭化水素構造の脂環炭化水素構造としては、アダマンチル基、ジアマンチル基、ノルボルナン基が好ましい。好ましい水酸基又はシアノ基で置換された脂環炭化水素構造としては、下記一般式(VIIa)〜(VIId)で表される部分構造が好ましい。
Figure 0004991326
一般式(VIIa)〜(VIIc)中、
2c〜R4c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、R2c〜R4cのうち少なくとも1つは、水酸基又はシアノ基を表す。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る。(VIIa)において更に好ましくは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)〜(VIId)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(AIIa)〜(AIId)で表される繰り返し単位を挙げることができる。
Figure 0004991326
一般式(AIIa)〜(AIId)中、
1cは、水素原子、メチル基、トリフロロメチル基又はヒドロキメチル基を表す。
2c〜R4cは、一般式(VIIa)〜(VIId)に於ける、R2c〜R4cと同義である。
一般式(AIIa)〜(AIId)で表され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 0004991326
樹脂(A)は、アルカリ可溶性基など酸基を有する繰り返し単位を有することが好ましい。酸基としては、カルボキシル基、スルホンアミド基、スルホニルイミド基、ビスルスルホニルイミド基、α位が電子吸引性基で置換された脂肪族アルコール基(好ましくは下記一般式(F1)で表される基)が挙げられ、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。
Figure 0004991326
一般式(F1)中、
50〜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し、R50〜R55の全てがフッ素原子であることが好ましい。
酸基を有する繰り返し単位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。酸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、酸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酸基が結合している繰り返し単位、さらには酸基を有する重合開始剤や連鎖移動剤を重合時に用いてポリマー鎖の末端に導入、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、メタクリル酸による繰り返し単位である。
酸基を有する繰り返し単位の含有量は、ポリマー中の全繰り返し単位に対し、1〜20mol%が好ましく、より好ましくは3〜15mol%、更に好ましくは5〜10mol%である。
酸基を有する繰り返し単位の具体例を以下に示すが、本発明は、これに限定されるものではない。
Figure 0004991326
樹脂(A)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、(B)成分に要求される性能、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(A)において、各繰り返し構造単位の含有モル比は感光性膜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、さらには感光性膜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。
本発明のポジ型感光性組成物が、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。
樹脂(A)として好ましくは、繰り返し単位のすべてが(メタ)アクリレート系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系繰り返し単位であるもの、繰り返し単位のすべてがアクリレート系繰り返し単位であるもの、繰り返し単位のすべてがメタクリレート系繰り返し単位とアクリレート系繰り返し単位とによるもののいずれのものでも用いることができるが、アクリレート系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(I)で表される酸分解性繰り返し単位20〜50モル%、一般式(II)で表される非酸分解性繰り返し単位1〜25モル%、ラクトン基を有する繰り返し単位20〜50モル%、水酸基又はシアノ基を有する繰り返し単位5〜30モル%、酸基を有する繰り返し単位0〜15モル%、更にその他の繰り返し単位を0〜20モル%含む共重合ポリマーである。
樹脂(A)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。反応溶剤としては、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剤、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剤が挙げられる。より好ましくは本発明のポジ型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。重合開始剤とともにチオール化合物などの連鎖移動剤を併用してもよい。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60〜100℃である。
樹脂(A)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であり、更に好ましくは3,000〜20,000、最も好ましくは5,000〜15,000である。重量平均分子量を、1,000〜200,000とすることにより、耐熱性やドライエッチング耐性の劣化をより防ぐことができ、且つ現像性が劣化したり、粘度が高くなって製膜性が劣化することをより防ぐことができる。分散度(重量平均分子量/数平均分子量)は通常1〜5であり、好ましくは1〜3、更に好ましくは1〜2の範囲のものが使用される。分子量分布の小さいものほど、解像度、レジスト形状が優れ、且つレジストパターンの側壁がスムーズであり、ラフネス性に優れる。
本発明において、樹脂(A)は、1種で使用してもよいし、複数併用してもよい。
本発明のポジ型感光性組成物において、樹脂(A)の総量は、組成物の全固形分中60〜99質量%が好ましく、より好ましくは80〜98質量%である。
〔2〕樹脂(A1)及び(A2)
樹脂(A)は、パターン倒れ及び現像欠陥の点で、一般式(I)で表される繰り返し単位及び一般式(II)で表される繰り返し単位の内の少なくとも一方が多環炭化水素構造を有さない樹脂(A1)であることが好ましく、一般式(I)に於ける、ALG及び一般式(II)に於ける、ACGの両方が、多環炭化水素構造を有さないことがより好ましい。
また、樹脂(A)は、解像力、孤立DOF、PEB温度依存性の点で、一般式(I)で表される繰り返し単位が下記一般式(1)で表される繰り返し単位及び下記一般式(2)で表される繰り返し単位から選ばれる少なくとも1種類の繰り返し単位であり、一般式(II)で表される繰り返し単位が下記一般式(3)で表される繰り返し単位である樹脂(A2)であることが好ましい。
なお、樹脂(A2)についても、一般式(1)で表される繰り返し単位及び下記一般式(2)で表される繰り返し単位から選ばれる少なくとも1種類の繰り返し単位、及び、一般式(3)で表される繰り返し単位の少なくとも一方が多環炭化水素構造を有さないことが好ましく、両方が多環炭化水素構造を有さないことがより好ましい。
Figure 0004991326
一般式(1)〜(3)中、
100は、水素原子又はアルキル基を表す。
101は、アルキル基を表す。
102は、アルキル基を表す。R102が複数個ある場合に、複数個のR102は、同一であっても異なっていてもよく、R102どうしで環を形成してもよい。
103は、第三級炭素原子を有し、該第三級炭素原子が式中の環状構造に結合している連結基を表す。
Aは、炭素原子及び水素原子で構成される、環状構造を有する非脱離基を表す。
nは、0〜5の整数を表す。
mは、0〜n+2の整数を表す。
一般式(1)〜(3)に於ける、R100のアルキル基は、炭素数1〜5の直鎖状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、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。R100のアルキル基は、フッ素原子、−O−Rb2基等で置換されていてもよい。式中、Rb2は、水素原子、アルキル基、アシル基又はラクトン基を表す。R100は、水素原子、メチル基、トリフルオロメチル基、−CH2−O−Rb2基であることが好ましい。
101のアルキル基は、炭素数1〜8の直鎖状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、n−プロピル基、イソプロピル基、直鎖状又は分岐状の、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基等が挙げられる。R101のアルキル基は、フッ素原子等で置換されていてもよい。
102のアルキル基は、炭素数1〜12の直鎖状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、n−プロピル基、イソプロピル基、直鎖状又は分岐状の、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、ウンデシル基、ドデシル基等を挙げることができる。R102のアルキル基は、フッ素原子等で置換されていてもよい。
103の連結基としては、例えば、−La−C*(Ra)(Rb)−基を挙げることができる。式中、Laは、単結合又はアルキレン基を表す。C*は、第三級炭素原子を表す。Ra及びRb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す。R103の連結基は、Laが単結合で、Ra及びRbがアルキル基であることが好ましく、Laが単結合で、Ra及びRbがメチル基であることがより好ましい。
Aは、炭素原子及び水素原子で構成され、環状構造を有し、酸の作用により酸素原子から脱離しない非脱離基である。Aの非脱離基の炭素数は、6〜50が好ましく、6〜25がより好ましい。Aの非脱離基としては、例えば、シクロアルキル基、アリール基の単独及びこれらを結合した基であり、第一級炭素原子又は第二級炭素原子によって酸素原子に結合した基を挙げることができる。シクロアルキル基は、単環型でも、多環型でもよい。単環型としては、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、シクロへキシル基、シクロオクチル基等を挙げることができる。多環型としては、例えば、アダマンチル基、ノルボルニル基、イソボロニル基、カンファニル基、ジシクロペンチル基、α−ピネル基、トリシクロデカニル基、テトラシクロドデシル基、アンドロスタニル基、ジア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、アントリル基、フェナントリル基、ビフェニル残基(ビフェニルから水素原子が1個失われることによって形成される基)、p−テルフェニル残基(p−テルフェニルから水素原子が1個失われることによって形成される基)等を挙げることができる。Aの非脱離基は、アルキル基等で置換されていてもよい。
一般式(1)の於ける、環状構造としては、下記の構造が好ましい。
Figure 0004991326
上記構造に於いて、R102は、好ましくは、メチル基、エチル基、プロピル基であり、mは、好ましくは0〜2の整数である。
以下、一般式(1)に於ける、環状構造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 0004991326
一般式(2)の於ける、−R103−環状構造としては、下記の構造が好ましい。
Figure 0004991326
上記構造に於いて、R102は、好ましくは、メチル基、エチル基、プロピル基であり、mは、好ましくは0〜2の整数である。
以下、一般式(2)に於ける、−R103−環状構造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 0004991326
以下、一般式(3)に於ける、Aの非脱離基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 0004991326
一般式(1)で表される繰り返し単位及び一般式(2)で表される繰り返し単位は、酸分解性基を有し、酸の作用により分解して、カルボキシル基を生じ、アルカリ現像液への溶解度が増大する。
一般式(3)で表される繰り返し単位は、酸の作用により分解しない。
樹脂(A2)は、樹脂(A)について記載した一般式(I)で表される繰り返し単位及び一般式(II)で表される繰り返し単位とともに含有することができる他の繰り返し単位を含有することができるが、以下に述べるような繰り返し単位を含有することが特に好ましい。
樹脂(A2)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が好ましい。
Figure 0004991326
一般式(4)中、
100は、水素原子又はアルキル基を表す。
一般式(4)に於ける、R100は、一般式(1)に於ける、R100と同義である。
樹脂(A2)は、樹脂の主鎖又は側鎖、あるいは、主鎖及び側鎖の両方に、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」ともいう)を有する。
アルカリ可溶性基としては、フェノール性水酸基、カルボン酸基、フッ素化アルコール基、スルホン酸基、スルホンアミド基、スルホニルイミド基、(アルキルスルホニル)(アルキルカルボニル)メチレン基、(アルキルスルホニル)(アルキルカルボニル)イミド基、ビス(アルキルカルボニル)メチレン基、ビス(アルキルカルボニル)イミド基、ビス(アルキルスルホニル)メチレン基、ビス(アルキルスルホニル)イミド基、トリス(アルキルカルボニル)メチレン基、トリス(アルキルスルホニル)メチレン基を有する基等が挙げられる。
好ましいアルカリ可溶性基としては、カルボン酸基、フッ素化アルコール基(好ましくはヘキサフルオロイソプロパノール)、スルホン酸基が挙げられる。
酸分解性基として好ましい基は、これらのアルカリ可溶性基の水素原子を酸で脱離する基で置換した基である。
酸分解性基としては好ましくは、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である。
樹脂(A2)は、更に、下記一般式(pI)〜一般式(pV)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下記一般式(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種類を有することが好ましい。
Figure 0004991326
一般式(pI)〜(pV)中、
11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、炭素原子とともに多環のシクロアルキル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多環のシクロアルキル基を表す。但し、R12〜R14のうちの少なくとも1つ、もしくはR15、R16のいずれかは、多環のシクロアルキル基を表す。
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多環のシクロアルキル基を表す。但し、R17〜R21のうちの少なくとも1つは、多環のシクロアルキル基を表す。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多環のシクロアルキル基を表す。
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多環のシクロアルキル基を表す。但し、R22〜R25のうちの少なくとも1つは、多環のシクロアルキル基を表す。また、R23とR24は、互いに結合して環を形成していてもよい。
Figure 0004991326
一般式(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 0004991326
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'、アルキル基又は
シクロアルキル基を表す。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。
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。
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。
nは、0又は1を表す。
一般式(pI)〜(pV)に於ける、R12〜R25の、炭素数1〜4個の、直鎖もしくは分岐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−ブチル基等を挙げることができる。
11〜R25における多環のシクロアルキル基或いはZと炭素原子が形成する多環のシクロアルキル基は、具体的には、炭素数7以上のビシクロ、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7〜30個が好ましく、特に炭素数7〜25個が好ましい。これらの多環のシクロアルキル基は置換基を有していてもよい。
好ましい多環のシクロアルキル基としては、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、セドロール基を挙げることができる。より好ましくは、アダマンチル基、ノルボルニル基、テトラシクロドデカニル基、トリシクロデカニル基を挙げることができる。
これらのアルキル基、多環のシクロアルキル基は更に置換基を有していてもよく、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。
上記樹脂における一般式(pI)〜(pV)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、酸分解性基を構成する。
一般式(pI)〜(pV)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。
Figure 0004991326
一般式(pA)中、
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。
A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。
Rp1は、上記一般式(pI)〜(pV)のいずれかの基を表す。
一般式(pA)で表される繰り返し単位は、最も好ましくは、2−アルキル−2−アダマンチル(メタ)アクリレート、ジアルキル(1−アダマンチル)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(pA)で示される繰り返し単位の具体例を示す。
Figure 0004991326
Figure 0004991326
前記一般式(II−AB)、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。
11'、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(pI)〜(pV)に於けるR12〜R25の多環のシクロアルキル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。
樹脂(A2)においては、酸の作用により分解する基は、前記一般式(pI)〜一般式(pV)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、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)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 0004991326
樹脂(A2)は、ラクトン環を有する基を有することが好ましい。ラクトン環を有する基としては、ラクトン環を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)〜(LC1−16)のいずれかで表されるラクトン構造を有する基がより好ましい。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、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 0004991326
ラクトン構造部分は、置換基(Rb2)を有していても有していなくてもよい。好まし
い置換基(Rb2)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。n2は、0〜4の整数を表す。n2が2以上の時、複数存在するRb2は同一でも異なっていてもよく
、また、複数存在するRb2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−AB1)又は(II−AB2)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 0004991326
一般式(AI)中、
b0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。Rb0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、単環又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、単環又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 0004991326
Figure 0004991326
Figure 0004991326
樹脂(A2)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の好ましい例として一般式(VIIa)、(VIIb)で表される構造があげられる。
Figure 0004991326
一般式(VIIa)中、
2c〜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つは水酸基又はシアノ基を表す。好ましくはR2c〜R4cのうちの1つ又は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のうちの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)又は(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−AB1)又は(II−AB2)中のR13'〜R16'のうちの少なくとも1つが、上記一般式(VIIa)又は(VIIb)で表される基を有するもの(例えば−COOR5のR5が一般式(VIIa)又は(VIIb)で表される基を表す)、又は下記一般式(AIIa)又は(AIIb)で表される繰り返し単位等を挙げることができる。
Figure 0004991326
一般式(AIIa)、(AIIb)中、
1cは、水素原子、メチル基、トリフロロメチル基又はヒドロキメチル基を表す。
2c〜R4cは、一般式(VIIa)におけるR2c〜R4cと同様に定義される。
一般式(AIIa)又は(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 0004991326
本発明の樹脂(A)は、下記一般式(VIII)で表される繰り返し単位を有してもよい。
Figure 0004991326
一般式(VIII)に於いて、
2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。
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 0004991326
樹脂(A2)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、連結基は単環又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、メタクリル酸による繰り返し単位である。
本発明の樹脂(A)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 0004991326
一般式(F1)中、
50〜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。
Rxaは、水素原子又は有機基(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。
Rxaが表わす有機基としては、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 0004991326
一般式中、
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、単結合又は直鎖状若しくは分岐状のアルキレン基を表し、好ましくは単結合である。
Fbは、単環又は多環の環状炭化水素基を表す。
Fcは、単結合又は直鎖状若しくは分岐状のアルキレン基(好ましくは単結合、メチレン基)を表す。
1は、一般式(F1)で表される基を表す。
1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。
以下、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 0004991326
樹脂(A2)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、樹脂(A2)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(A2)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(A2)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)で表される脂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有するもの。
(2) 一般式(II−AB))で表される繰り返し単位を有するもの(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による繰り返し単位及び(メタ)アクリレートによる繰り返し単位を有するもの(ハイブリッド型)。
樹脂(A2)中、一般式(1)で表される繰り返し単位及び下記一般式(2)で表される繰り返し単位から選ばれる繰り返し単位の含有量は、全繰り返し単位中、5〜90モル%が好ましく、5〜70モル%がより好ましく、10〜60モル%が更により好ましい。
樹脂(A2)中、一般式(3)で表される繰り返し単位の含有量は、全繰り返し単位中、1〜50モル%が好ましく、2〜40モル%がより好ましく、5〜30モル%が更により好ましい。
樹脂(A2)中、一般式(4)で表される繰り返し単位の含有量は、全繰り返し単位中、1〜20モル%が好ましく、2〜15モル%がより好ましく、3〜15モル%が更により好ましい。
樹脂(A2)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(A2)中、一般式(pI)〜(pV)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(A2)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)で表される脂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。
樹脂(A2)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(1)で表される繰り返し単位及び一般式(2)で表される繰り返し単位から選ばれる繰り返し単位の総量10〜60モル%、一般式(3)で表される繰り返し単位5〜30モル%、一般式(4)で表される繰り返し単位3〜15モル%、一般式(pI)〜(pV)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25〜50モル%、上記ラクトン構造を含有する繰り返し単位25〜50モル%、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モル%含有する共重合ポリマー、または更に一般式(F1)で表される構造を含有する繰り返し単位を5〜20モル%含む共重合ポリマーである。
樹脂(A2)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。
樹脂(A2)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、3,000〜30,000が好ましく、より好ましくは、4500〜15,000、特に好ましくは4,000〜10,000である。このような分子量範囲は、感度向上及びスカム防止の点で好ましい。また、耐熱性やドライエッチング耐性の点から3000以上が好ましい。
樹脂(A2)の分散度(Mw/Mn)としては、好ましくは1.3〜4.0、より好ましくは1.5〜3.0である。
樹脂(A2)の配合量は、組成物の全固形分中40〜99.99質量%が好ましく、より好ましくは50〜99.97質量%である。
〔3〕活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物(B)
本発明のポジ型感光性組成物は、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物(「酸発生剤」ともいう)を含有する。
そのような酸発生剤としては、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。
活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物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 0004991326
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。
-は、非求核性アニオンを表し、好ましくはスルホン酸アニオン、カルボン酸アニオン、ビス(アルキルスルホニル)アミドアニオン、トリス(アルキルスルホニル)メチドアニオン、BF4 -、PF6 -、SbF6 -などが挙げられ、好ましくは炭素原子を含有する有機アニオンである。
好ましい有機アニオンとしては、下記一般式(AN1)〜(AN4)に示す有機アニオンが挙げられる。
Figure 0004991326
一般式(AN1)〜(AN2)に於いて、
Rc1は、有機基を表す。
Rc1における有機基としては、炭素数1−30のものが挙げられ、好ましくは置換していてもよいアルキル基、アリール基、またはこれらの複数が、単結合、−O−、−CO2−、−S−、−SO3−、−SO2N(Rd1)−などの連結基で連結された基を挙げることができる。Rd1は、水素原子又はアルキル基を表し、結合しているアルキル基、アリ
ール基と環構造を形成してもよい。
Rc1の有機基として、より好ましくは1位がフッ素原子またはフロロアルキル基で置換されたアルキル基、フッ素原子またはフロロアルキル基で置換されたフェニル基である。フッ素原子またはフロロアルキル基を有することにより、光照射によって発生した酸の酸性度が上がり、感度が向上する。Rc1において炭素原子を5個以上有する時、少なくとも1つの炭素原子は水素原子が全てフッ素原子で置換されているのではなく、水素原子を有していることが好ましく、水素原子の数がフッ素原子より多いことがより好ましい。炭素数5以上のパーフロロアルキル基を有さないことにより生態への毒性が軽減する。
Rc1の特に好ましい様態として、下記一般式で表される基を挙げることができる。
Figure 0004991326
上記一般式に於いて、
Rc6は、炭素数4以下、より好ましくは2〜4、更に好ましくは2〜3のパーフロロアルキレン基、1〜4個のフッ素原子及び/又は1〜3個のフロロアルキル基で置換されたフェニレン基を表す。
Axは、連結基(好ましくは、単結合、−O−、−CO2−、−S−、−SO3−、−SO2N(Rd1)−)を表す。Rd1は、水素原子又はアルキル基を表し、Rc7と結合して環構造を形成してもよい。
Rc7は、水素原子、フッ素原子、直鎖状若しくは分岐状アルキル基、単環若しくは多環環状アルキル基又はアリール基を表す。アルキル基、環状アルキル基、アリール基は、置換していてもよいが、置換基としてフッ素原子を有さないことが好ましい。
一般式(AN3)〜(AN4)に於いて、
Rc3、Rc4及びRc5は、各々独立に、有機基を表す。
Rc3、Rc4及びRc5の有機基として、好ましくはRc1における好ましい有機基と同じものを挙げることができる。
Rc3とRc4が結合して環を形成していてもよい。Rc3とRc4が結合して形成される基としては、アルキレン基、アリーレン基が挙げられる。好ましくは炭素数2〜4のパーフロロアルキレン基である。Rc3とRc4が結合して環を形成することにより光照射によって発生した酸の酸性度が上がり、感度が向上し、好ましい。
一般式(ZI)に於ける、
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。R201〜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、ナフチル基などのアリール基、インドール残基、ピロール残基、などのヘテロアリール基が好ましく、更に好ましくはフェニル基、インドール残基である。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の直鎖若しく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、フェニルチオ基を置換基として有してもよい。好ましい置換基としては炭素数1〜12の直鎖若しく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の直鎖、分岐又は環状のアルコキシ基であり、特に好ましくは炭素数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。
次に、化合物(ZI−2)について説明する。
化合物(ZI−2)は、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、特に好ましくは直鎖、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、好ましくは、炭素数1〜10の直鎖若しくは分岐状アルキル基(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)を挙げることができる。R201〜R203としてのアルキル基は、直鎖、分岐2−オキソアルキル基、アルコキシメチル基であることがより好ましい。
201〜R203としてのシクロアルキル基は、好ましくは、炭素数3〜10のシクロアルキル基(シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボニル基)を挙げることができる。R201〜R203としてのシクロアルキル基は、環状2−オキソアルキル基であることがより好ましい。
201〜R203としての直鎖、分岐、環状の2−オキソアルキル基は、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。
201〜R203としての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 0004991326
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。
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〜R5c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〜R5c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。
-は、非求核性アニオンを表し、一般式(I)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、例えば、炭素数1〜20個の直鎖若しくは分岐状アルキル基、好ましくは、炭素数1〜12個の直鎖若しくは分岐状アルキル基(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)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、好ましくは、炭素数3〜8個のシクロアルキル基(例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基)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若しく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は、R1c〜R7cとしてのアルキル基と同様のものを挙げることができる。Rx及びRyとしてのアルキル基は、直鎖若しくは分岐2−オキソアルキル基、アルコキシメチル基であることがより好ましい。
x及びRyとしてのシクロアルキル基は、R1c〜R7cとしてのシクロアルキル基と同様のものを挙げることができる。Rx及びRyとしてのシクロアルキル基は、環状2−オキソアルキル基であることがより好ましい。
直鎖若しくは分岐、環状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。
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。
前記一般式(ZII)及び(ZIII)に於いて、
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。
204〜R207としてのアルキル基は、好ましくは、炭素数1〜10の直鎖若しくは分岐アルキル基(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)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、好ましくは、炭素数3〜10のシクロアルキル基(シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボニル基)を挙げることができる。
204〜R207は、置換基を有していてもよい。R204〜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(I)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。
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 0004991326
一般式(ZIV)〜(ZVI)に於いて、
Ar3及びAr4は、各々独立に、アリール基を表す。
206は、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を表す。
207及びR208は、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基又は電子吸引性基を表す。R207として、好ましくは、アリール基である。R208として、好ましくは、電子吸引性基であり、より好ましくは、シアノ基、フロロアルキル基である。
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。
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内でより好ましくは、一般式(ZI)〜(ZIII)で表される化合物であり、更に好ましくは一般式(ZI)で表される化合物であり、特に好ましくは一般式(ZI−1)〜(ZI−3)で表される化合物である。
更に、活性光線又は放射線の照射により、下記一般式(AC1)〜(AC3)で表される酸を発生する化合物が好ましい。
Figure 0004991326
一般式(AC1)〜(AC3)に於ける、Rc1、Rc3〜Rc5は、一般式(AN1)〜(AN4)に於ける、Rc1、Rc3〜Rc5と同義である。
すなわち、特に好ましい酸発生剤の様態としては、一般式(ZI)の構造においてX−が、前記AN1、AN3、AN4から選ばれるアニオンである化合物である。
活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物の中で、特に好ましいものの例を以下に挙げる。
Figure 0004991326
Figure 0004991326
Figure 0004991326
Figure 0004991326
Figure 0004991326
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。2種以上を組み合わせて使用する際には、水素原子を除く全原子数が2以上異なる2種の有機酸を発生する化合物を組み合わせることが好ましい。
酸発生剤の組成物中の含量は、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。
以下、本発明の樹脂(A)を含有するポジ型感光性組成物(組成物A)が、適宜、含有する好ましい成分について述べる。なお、樹脂(A)として好ましい樹脂(A1)を含有するポジ型感光性組成物(組成物A1)が、適宜、含有する好ましい成分についても、組成物Aにおけるのと同様である。
〔4〕(B2)酸の作用により分解する基を有さない樹脂
本発明のポジ型感光性組成物は、酸の作用により分解する基を有さない樹脂(B2)を含有してもよい。
「酸の作用により分解する基を有さない」とは、本発明のポジ型感光性組成物が通常用いられる画像形成プロセスにおいて酸の作用による分解性が無いかまたは極めて小さく、実質的に酸分解による画像形成に寄与する基を有さないことである。このような樹脂として、アルカリ可溶性基を有する樹脂、アルカリの作用により分解し、アルカリ現像液への溶解性が向上する基を有する樹脂が挙げられる。
当該樹脂としては、(メタ)アクリル酸誘導体から導かれる繰り返し単位及びは脂環オレフィン誘導体から導かれる繰り返し単位から選ばれる繰り返し単位を少なくとも1種類有する樹脂が好ましい。
当該樹脂に含有されるアルカリ可溶性基としては、カルボキシル基、フェノール性水酸基、1位または2位が電子吸引性基で置換された脂肪族水酸基、電子吸引性基で置換されたアミノ基(例えばスルホンアミド基、スルホンイミド基、ビススルホニルイミド基)、電子吸引性基で置換されたメチレン基またはメチン基(例えばケトン基、エステル基から選ばれる少なくとも2つで置換されたメチレン基、メチン基)が好ましい。
樹脂(B2)に含有されるアルカリの作用により分解し、アルカリ現像液中での溶解度が増大する基としては、ラクトン基、酸無水物基が好ましく、より好ましくはラクトン基である。
樹脂(B2)には上記以外の他の繰り返し単位を有してもよい。他の繰り返し単位としては、ドライエッチング耐性、親疎水性、相互作用性などを考慮し、適当な官能基を導入することができる。
他の繰り返し単位としては、水酸基、シアノ基、カルボニル基、エステル基などの極性官能基を有する繰り返し単位、単環または多環環状炭化水素構造を有する繰り返し単位、シリコン原子、ハロゲン原子、フロロアルキル基を有する繰り返し単位またはこれらの複数の官能基を有する繰り返し単位を挙げることができる。
好ましい樹脂(B2)の具体例を以下に示すが、本発明は、これに限定されるものではない。
Figure 0004991326
樹脂(B2)の添加量は、樹脂(A)に対し、一般的に0〜50質量%であり、好ましくは0〜30質量%、更に好ましくは0〜20質量%である。
〔5〕(C)アルカリ可溶性基、親水基及び酸分解性基から選ばれるすくなくとも1つ
を有する、分子量3000以下の溶解制御化合物
本発明のポジ型感光性組成物には、アルカリ可溶性基、親水基及び酸分解性基(酸の作用により分解し、アルカリ可溶性基または親水性基を放出する基)から選ばれるすくなくとも1つを有する、分子量3000以下の溶解制御化合物(以下、「(C)成分」或いは「溶解制御化合物」ともいう)を加えてもよい。
溶解制御化合物としては、カルボキシル基、スルホニルイミド基、α位がフロロアルキル基で置換された水酸基などのようなアルカリ可溶性基を有する化合物、水酸基やラクトン基、シアノ基、アミド基、ピロリドン基、スルホンアミド基、などの親水性基を有する化合物、または酸分解性基を有する化合物が好ましい。酸分解性基としては、カルボキシル基あるいは水酸基を酸分解性基保護基で保護した基が好ましい。溶解制御化合物としては220nm以下の透過性を低下させないため、芳香環を含有しない化合物を用いるか、芳香環を有する化合物を組成物の固形分に対し20wt%以下の添加量で用いることが好ましい。
好ましい溶解制御化合物としてはアダマンタン(ジ)カルボン酸、ノルボルナンカルボン酸、コール酸などの脂環炭化水素構造を有するカルボン酸化合物、またはそのカルボン酸を酸分解性保護基で保護した化合物、糖類などのポリオール、またはその水酸基を酸分解性保護基で保護した化合物が好ましい。
本発明における溶解制御化合物の分子量は、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。
溶解制御化合物の添加量は、ポジ型感光性組成物の固形分に対し、好ましくは3〜40質量%であり、より好ましくは5〜20質量%である。
以下に溶解制御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 0004991326
〔6〕(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あるいは、露光によって発生した酸の膜中拡散性を制御するために、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は含窒素塩基性化合物、オニウム塩化合物を挙げることができる。
好ましい含窒素塩基性化合物構造として、下記式(A)〜(E)で示される部分構造を有する化合物を挙げることができる。
Figure 0004991326
一般式(A)に於いて、
250、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、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。
一般式(E)に於いて、
253、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を挙げることができる。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−エン等を挙げることができる。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等を挙げることができる。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を挙げることができる。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。
これらの塩基性化合物は、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、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。
〔7〕(E)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、フッ素及び/又はシリコン系界面活性剤(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。
本発明のポジ型感光性組成物がフッ素及び/又はシリコン系界面活性剤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。
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ても、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)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。
フッ素及び/又はシリコン系界面活性剤の使用量は、ポジ型感光性組成物の全量(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。
〔8〕(F)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の有機溶剤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。これにより素材の溶解性が高まり、経時におけるパーティクルの発生が抑制できるだけでなく、良好なパターンプロファイルが得られる。溶剤が含有する好ましい官能基としては、エステル基、ラクトン基、水酸基、ケトン基、カーボネート基が挙げられる。異なる官能基を有する混合溶剤としては以下の(S1)〜(S5)の混合溶剤が好ましい。
(S1)水酸基を含有する溶剤と、水酸基を含有しない溶剤とを混合した混合溶剤、
(S2)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、
(S3)エステル構造を有する溶剤とラクトン構造を有する溶剤とを混合した混合溶剤、
(S4)エステル構造を有する溶剤とラクトン構造を有する溶剤と水酸基を含有する溶剤とを混合した混合溶剤、
(S5)エステル構造を有する溶剤とカーボネート構造を有する溶剤と水酸基を含有する溶剤とを混合した混合溶剤。
これにより組成物保存時のパーティクル発生を軽減でき、また、塗布時の欠陥の発
生を抑制することができる。
水酸基を含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、乳酸エチルが特に好ましい。
水酸基を含有しない溶剤としては、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、酢酸ブチルが特に好ましく、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最も好ましい。
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、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。
ラクトン構造を有する溶剤としてはγ−ブチロラクトンが挙げられる。
カーボネート構造を有する溶剤としてはプロピレンカーボネート、エチレンカーボネートが挙げられ、好ましくはプロピレンカーボネートである。
水酸基を含有する溶剤と水酸基を含有しない溶剤との混合比(質量)は、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。水酸基を含有しない溶剤を50質量%以上含有する混合溶剤が塗布均一性の点で特に好ましい。
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の混合比(質量)は、1/99〜99/1、好ましくは10/90〜90/10、更に好ましくは40/60〜80/20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。
エステル構造を有する溶剤とラクトン構造を有する溶剤との混合比(質量)は、70/30〜99/1、好ましくは80/20〜99/1、更に好ましくは90/10〜99/1である。エステル構造を有する溶剤を70質量%以上含有する混合溶剤が経時安定性の点で特に好ましい。
エステル構造を有する溶剤とラクトン構造を有する溶剤と水酸基を含有する溶剤を混合する際は、エステル構造を有する溶剤を30〜80質量%、ラクトン構造を有する溶剤を1〜20質量%、水酸基を含有する溶剤を10〜60質量%含有することが好ましい。
エステル構造を有する溶剤とカーボネート構造を有する溶剤と水酸基を含有する溶剤を混合する際は、エステル構造を有する溶剤を30〜80質量%、カーボネート構造を有する溶剤を1〜20質量%、水酸基を含有する溶剤を10〜60質量%含有することが好ましい。
これら溶剤の好ましい様態としては、アルキレングリコールモノアルキルエーテルカルボキシレート(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)を含有する溶剤であり、より好ましくは、アルキレングリコールモノアルキルエーテルカルボキシレートと、他の溶剤の混合溶剤であり、他の溶剤が水酸基、ケトン基、ラクトン基、エステル基、エーテル基、カーボネート基から選ばれる官能基を少なくとも1つ有する溶剤から選ばれる少なくとも1種類の溶剤である。特に好ましい混合溶剤は、乳酸エチル、γブチロラクトン、プロピレングリコールモノメチルエーテル、酢酸ブチル、シクロヘキサノンから選ばれる少なくとも1種類と、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混合溶剤である。
最適な溶剤を選択することにより現像欠陥性能を改良することができる。
〔9〕その他の添加剤
本発明のポジ型感光性組成物には、必要に応じてさらに染料、可塑剤、上記(E)成分以外の界面活性剤、光増感剤、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。
本発明で使用できる現像液に対する溶解促進性化合物は、フェノール性OH基を2個以上、又はカルボキシ基を1個以上有する分子量1,000以下の低分子化合物である。カルボキシ基を有する場合は脂環族又は脂肪族化合物が好ましい。
これら溶解促進性化合物の好ましい添加量は、(B)成分に対して2〜50質量%であり、さらに好ましくは5〜30質量%である。現像残渣抑制、現像時パターン変形防止の点で50質量%以下が好ましい。
このような分子量1000以下のフェノール化合物は、例えば、特開平4−122938号、特開平2−28531号、米国特許第4916210号、欧州特許第219294号等に記載の方法を参考にして、当業者において容易に合成することができる。
カルボキシル基を有する脂環族、又は脂肪族化合物の具体例としてはコール酸、デオキシコール酸、リトコール酸などのステロイド構造を有するカルボン酸誘導体、アダマンタンカルボン酸誘導体、アダマンタンジカルボン酸、シクロヘキサンカルボン酸、シクロヘキサンジカルボン酸などが挙げられるがこれらに限定されるものではない。
本発明においては、上記(E)フッ素及び/又はシリコン系界面活性剤以外の他の界面活性剤を加えることもできる。具体的には、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、ソルビタン脂肪族エステル類、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪族エステル類等のノニオン系界面活性剤を挙げることができる。
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。
〔10〕樹脂(A2)を含有するポジ型感光性組成物A2
樹脂(A2)を含有するポジ型感光性組成物A2は、組成物Aについて上述した各成分を組成物Aの場合と同様に、使用することができるが、以下に述べる成分を添加することが好ましい。
組成物A2についても、組成物Aについて述べた(C)塩基性化合物を含有することが好ましい。
(D)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
組成物A2は、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、「溶解阻止剤」ともいう)を含有することが好ましい。
溶解阻止剤としては、220nm以下の透過性を低下させないため、Proceeding of 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、前記樹脂(A2)のところで説明したものと同様のものが挙げられる。
本発明における溶解阻止剤の分子量は、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。
溶解阻止剤の添加量は、組成物A2の全固形分に対し、好ましくは1〜30質量%であり、より好ましくは2〜20質量%である。
以下に溶解阻止剤の具体例を示すが、これらに限定されない。
Figure 0004991326
(E)界面活性剤
組成物A2は、更に(E)界面活性剤を含有することが好ましく、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、シリコン系界面活性剤、フッ素原子と珪素原子の両方を有する界面活性剤)のいずれか、あるいは2種以上を含有することがより好ましい。
上記(E)界面活性剤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。
フッ素系及び/又はシリコン系界面活性剤としては、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、4430(住友スリーエム(株)製)、メガファックF171、F173、F176、F189、F113、F110、F177、F120、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)、GF−300、GF−150(東亜合成化学(株)製)、サーフロンS−393(セイミケミカル(株)製)、エフトップEF121、EF122A、EF122B、RF122C、EF125M、EF135M、EF351、352、EF801、EF802、EF601((株)ジェムコ製)、PF636、PF656、PF6320、PF6520(OMNIVA社製)、FTX−204D、208G、218G、230G、204D、208D、212D、218、222D((株)ネオス製)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)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、C37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。
また、本発明では、フッ素系及び/又はシリコン系界面活性剤以外の他の界面活性剤を使用することもできる。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。
これらの界面活性剤は単独で使用してもよいし、また、いくつかの組み合わせで使用してもよい。
(E)界面活性剤の使用量は、組成物A2全量(溶剤を除く)に対して、好ましくは0.01〜10質量%、より好ましくは0.1〜5質量%である。
(F)有機溶剤
前記各成分を溶解させて組成物A2を調製する際に使用することができる溶剤としては、例えば、アルキレングリコールモノアルキルエーテルカルボキシレート、アルキレングリコールモノアルキルエーテル、乳酸アルキルエステル、アルコキシプロピオン酸アルキル、炭素数4〜10の環状ラクトン、炭素数4〜10の、環を含有しても良いモノケトン化合物、アルキレンカーボネート、アルコキシ酢酸アルキル、ピルビン酸アルキル等を挙げることができる。
アルキレングリコールモノアルキルエーテルカルボキシレートとしては、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、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノブ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オネート、プロピレングリコールモノエチルエーテルプロピオネート、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテートが好ましく挙げられる。
アルキレングリコールモノアルキルエーテルとしては、例えば、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテルを好ましく挙げられる。
乳酸アルキルエステルとしては、例えば、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸プロピル、乳酸ブチルを好ましく挙げられる。
アルコキシプロピオン酸アルキルとしては、例えば、3−エトキシプロピオン酸エチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸メチル、3−メトキシプロピオン酸エチルを好ましく挙げられる。
炭素数4〜10の環状ラクトンとしては、例えば、β−プロピオラクトン、β−ブチロラクトン、γ−ブチロラクトン、α−メチル−γ−ブチロラクトン、β−メチル−γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、γ−カプロラクトン、γ−オクタノイックラクトン、α−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトンが好ましく挙げられる。
炭素数4〜10の、環を含有しても良いモノケトン化合物としては、例えば、2−ブタノン、3−メチルブタノン、ピナコロン、2−ペンタノン、3−ペンタノン、3−メチル−2−ペンタノン、4−メチル−2−ペンタノン、2−メチル−3−ペンタノン、4,4−ジメチル−2−ペンタノン、2,4−ジメチル−3−ペンタノン、2,2,4,4−テトラメチル−3−ペンタノン、2−ヘキサノン、3−ヘキサノン、5−メチル−3−ヘキサノン、2−ヘプタノン、3−ヘプタノン、4−ヘプタノン、2−メチル−3−ヘプタノン、5−メチル−3−ヘプタノン、2,6−ジメチル−4−ヘプタノン、2−オクタノン、3−オクタノン、2−ノナノン、3−ノナノン、5−ノナノン、2−デカノン、3−デカノン、、4−デカノン、5−ヘキセン−2−オン、3−ペンテン−2−オン、シクロペンタノン、2−メチルシクロペンタノン、3−メチルシクロペンタノン、2,2−ジメチルシクロペンタノン、2,4,4−トリメチルシクロペンタノン、シクロヘキサノン、3−メチルシクロヘキサノン、4−メチルシクロヘキサノン、4−エチルシクロヘキサノン、2,2−ジメチルシクロヘキサノン、2,6−ジメチルシクロヘキサノン、2,2,6−トリメチルシクロヘキサノン、シクロヘプタノン、2−メチルシクロヘプタノン、3−メチルシクロヘプタノンが好ましく挙げられる。
アルキレンカーボネートとしては、例えば、プロピレンカーボネート、ビニレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネートが好ましく挙げられる。
アルコキシ酢酸アルキルとしては、例えば、酢酸−2−メトキシエチル、酢酸−2−エトキシエチル、酢酸−2−(2−エトキシエトキシ)エチル、酢酸−3−メトキシ−3−メチルブチル、酢酸−1−メトキシ−2−プロピルが好ましく挙げられる。
ピルビン酸アルキルとしては、例えば、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が好ましく挙げられる。
好ましく使用できる溶剤としては、常温常圧下で、沸点130℃以上の溶剤が挙げられる。具体的には、シクロペンタノン、γ−ブチロラクトン、シクロヘキサノン、乳酸エチル、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アセテート、3−エトキシプロピオン酸エチル、ピルビン酸エチル、酢酸−2−エトキシエチル、酢酸−2−(2−エトキシエトキシ)エチル、プロピレンカーボネートが挙げられる。
本発明に於いては、上記溶剤を単独で使用してもよいし、2種類以上を併用してもよい。
本発明においては、有機溶剤として構造中に水酸基を含有する溶剤と、水酸基を含有しない溶剤とを混合した混合溶剤を使用してもよい。
水酸基を含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、乳酸エチルが特に好ましい。
水酸基を含有しない溶剤としては、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、酢酸ブチルが特に好ましく、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−ヘプタノンが最も好ましい。
水酸基を含有する溶剤と水酸基を含有しない溶剤との混合比(質量)は、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。水酸基を含有しない溶剤を50質量%以上含有する混合溶剤が塗布均一性の点で特に好ましい。
(G)アルカリ可溶性樹脂
組成物A2は、更に、酸分解性基を含有していない、(G)水に不溶でアルカリ現像液に可溶な樹脂を含有することができ、これにより感度が向上する。
本発明においては、分子量1000〜20000程度のノボラック樹脂類、分子量3000〜50000程度のポリヒドロキシスチレン誘導体をこのようなアルカリ可溶性樹脂として用いることができるが、これらは250nm以下の光に対して吸収が大きいため、一部水素添加して用いるか、又は全樹脂量の30質量%以下の量で使用することが好ましい。
また、カルボキシル基をアルカリ可溶性基として有する樹脂も用いることができる。カルボキシル基を有する樹脂中にはドライエッチング耐性向上のために単環、又は多環の脂環炭化水素基を有していることが好ましい。具体的には酸分解性を示さない脂環式炭化水素構造を有するメタクリル酸エステルと(メタ)アクリル酸の共重合体あるいは末端にカルボキシル基を有する脂環炭化水素基の(メタ)アクリル酸エステルの樹脂などを挙げることができる。
(H)カルボン酸オニウム塩
組成物A2は、(H)カルボン酸オニウム塩を含有しても良い。カルボン酸オニウム塩としては、カルボン酸スルホニウム塩、カルボン酸ヨードニウム塩、カルボン酸アンモニウム塩などを挙げることができる。特に、(H)カルボン酸オニウム塩としては、ヨードニウム塩、スルホニウム塩が好ましい。更に、本発明の(H)カルボン酸オニウム塩のカルボキシレート残基が芳香族基、炭素−炭素2重結合を含有しないことが好ましい。特に好ましいアニオン部としては、炭素数1〜30の直鎖、分岐、単環又は多環環状アルキルカルボン酸アニオンが好ましい。さらに好ましくはこれらのアルキル基の一部または全てがフッ素置換されたカルボン酸のアニオンが好ましい。アルキル鎖中に酸素原子を含んでいても良い。これにより220nm以下の光に対する透明性が確保され、感度、解像力が向上し、疎密依存性、露光マージンが改良される。
フッ素置換されたカルボン酸のアニオンとしては、フロロ酢酸、ジフロロ酢酸、トリフロロ酢酸、ペンタフロロプロピオン酸、ヘプタフロロ酪酸、ノナフロロペンタン酸、パーフロロドデカン酸、パーフロロトリデカン酸、パーフロロシクロヘキサンカルボン酸、2,2−ビストリフロロメチルプロピオン酸のアニオン等が挙げられる。
これらの(H)カルボン酸オニウム塩は、スルホニウムヒドロキシド、ヨードニウムヒドロキシド、アンモニウムヒドロキシドとカルボン酸を適当な溶剤中酸化銀と反応させることによって合成できる。
(H)カルボン酸オニウム塩の組成物A2中の含量は、組成物A2の全固形分に対し、0.1〜20質量%が適当であり、好ましくは0.5〜10質量%、更に好ましくは1〜7質量%である。
<その他の添加剤>
組成物A2には、必要に応じてさらに染料、吸光剤、可塑剤、光増感剤、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。
本発明で使用できる現像液に対する溶解促進性化合物は、フェノール性OH基を2個以上、又はカルボキシ基を1個以上有する分子量1,000以下の低分子化合物である。カルボキシ基を有する場合は脂環族又は脂肪族化合物が好ましい。また、酸により反応しヒドロキシル基、カルボキシル基を発生する化合物も好ましい。
これら溶解促進性化合物の好ましい添加量は、樹脂(A2)の樹脂に対して2〜5
0質量%であり、さらに好ましくは5〜30質量%である。現像残渣抑制、現像時パターン変形防止の点で50質量%以下が好ましい。
このような分子量1000以下のフェノール化合物は、例えば、特開平4−122938号、特開平2−28531号、米国特許第4916210号、欧州特許第219294号等に記載の方法を参考にして、当業者において容易に合成することができる。
カルボキシル基を有する脂環族、又は脂肪族化合物の具体例としてはコール酸、デオキシコール酸、リトコール酸などのステロイド構造を有するカルボン酸誘導体、アダマンタンカルボン酸誘導体、アダマンタンジカルボン酸、シクロヘキサンカルボン酸、シクロヘキサンジカルボン酸などが挙げられるがこれらに限定されるものではない。
可塑剤としては、市販されている可塑剤に加え、使用するポリマーと相溶し、膜の軟化点を下げる効果を有する分子量1000以下の化合物であれば、特に制約無く使用してよい。相溶性の観点で、分子量750以下が好ましく、分子量500以下がより好ましい。常圧の沸点が300℃以上で、融点が20℃以下の化合物が好ましい。具体例としては、フタル酸ジイソブチル、リン酸トリクレジル、トリエチレングリコールジフェニルエーテル、ジエチレングリコールジベンゾエート、トリエチレングリコールジアセテート等を挙げることができる。
吸光剤としては、露光波長に吸収を有し、且つ露光により酸を発生しない化合物であれば特に制約なく使用できる。光源波長が193nmの場合、芳香環を含む化合物が好ましい。具体例としては、ベンゼン誘導体、ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、フラン誘導体、チオフェン誘導体、インドール誘導体等を挙げることができる。
組成物A2は、解像力向上の観点から、膜厚30〜250nmで使用されることが好ましく、より好ましくは、膜厚30〜200nmで使用されることが好ましい。ポジ型感光性組成物中の固形分濃度を適切な範囲に設定して適度な粘度をもたせ、塗布性、製膜性を向上させることにより、このような膜厚とすることができる。
組成物A2中の全固形分濃度は、一般的には1〜10質量%、より好ましくは1〜8質量%、さらに好ましくは1.0〜7.0質量%である。
〔11〕パターン形成方法
本発明のポジ型感光性組成物は、各成分を所定の溶剤、好ましくは前記混合溶剤に溶解し、フィルター濾過した後、次のように所定の支持体上に塗布して用いる。フィルター濾過に用いるフィルターは0.1ミクロン以下、より好ましくは0.05ミクロン以下、更に好ましくは0.03ミクロン以下のポリテトラフロロエチレン製、ポリエチレン製、ナイロン製のものが好ましい。
例えば、ポジ型感光性組成物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)上にスピナー、コーター等の適当な塗布方法により塗布、乾燥し、感光性膜を形成する。
当該感光性膜に、所定のマスクを通して活性光線又は放射線を照射し、好ましくはベーク(加熱)を行い、現像、リンスする。これにより良好なパターンを得ることができる。
活性光線又は放射線としては、赤外光、可視光、紫外光、遠紫外光、X線、電子線等を挙げることができるが、好ましくは250nm以下、より好ましくは220nm以下の波長の遠紫外光、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、電子ビーム等であ
り、ArFエキシマレーザー、F2エキシマレーザー、EUV(13nm)、電子ビーム
が好ましい。
現像工程では、アルカリ現像液を次のように用いる。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。
さらに、上記アルカリ現像液にアルコール類、界面活性剤を適当量添加して使用することもできる。
アルカリ現像液のアルカリ濃度は、通常0.1〜20質量%である。
アルカリ現像液のpHは、通常10.0〜15.0である。
リンス液としては、純水を使用し、界面活性剤を適当量添加して使用することもできる。
また、現像処理または、リンス処理の後に、パターン上に付着している現像液またはリンス液を超臨界流体により除去する処理を行うことができる。
活性光線又は放射線の照射時にレジスト膜(感光性膜)とレンズの間に空気よりも屈折率の高い液体(液浸媒体)を満たして露光(液浸露光)を行ってもよい。これにより解像性を高めることができる。用いる液浸媒体としては空気よりも屈折率の高い液体であればいずれのものでも用いることができるが好ましくは純水である。また、液浸露光を行なう際に液浸媒体とレジスト膜が直接触れ合わないようにするためにレジスト膜の上にさらにオーバーコート層を設けても良い。これによりレジスト膜から液浸媒体への組成物の溶出が抑えられ、現像欠陥が低減する。
液浸露光する際に使用する液浸液について、以下に説明する。
液浸液は、露光波長に対して透明であり、かつレジスト上に投影される光学像の歪みを最小限に留めるよう、屈折率の温度係数ができる限り小さい液体が好ましいが、特に露光光源がArFエキシマレーザー(波長;193nm)である場合には、上述の観点に加えて、入手の容易さ、取り扱いのし易さといった点から水を用いるのが好ましい。
また、さらに屈折率が向上できるという点で屈折率1.5以上の媒体を用いることもできる。この媒体は、水溶液でもよく有機溶剤でもよい。
液浸液として水を用いる場合、水の表面張力を減少させるとともに、界面活性力を増大させるために、ウェハ上のレジスト層を溶解させず、且つレンズ素子の下面の光学コートに対する影響が無視できる添加剤(液体)を僅かな割合で添加しても良い。その添加剤としては水とほぼ等しい屈折率を有する脂肪族系のアルコールが好ましく、具体的にはメチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール等が挙げられる。水とほぼ等しい屈折率を有するアルコールを添加することにより、水中のアルコール成分が蒸発して含有濃度が変化しても、液体全体としての屈折率変化を極めて小さくできるといった利点
が得られる。一方で、193nm光に対して不透明な物質や屈折率が水と大きく異なる不純物が混入した場合、レジスト上に投影される光学像の歪みを招くため、使用する水としては、蒸留水が好ましい。更にイオン交換フィルター等を通して濾過を行った純水を用いてもよい。
水の電気抵抗は、18.3MQcm以上であることが望ましく、TOC(有機物濃度)は20ppb以下であることが望ましく、脱気処理をしていることが望ましい。
また、液浸液の屈折率を高めることにより、リソグラフィー性能を高めることが可能である。このような観点から、屈折率を高めるような添加剤を水に加えたり、水の代わりに重水(D2O)を用いてもよい。
本発明のポジ型感光性組成物によるレジスト膜と液浸液との間には、レジスト膜を直接、液浸液に接触させないために、液浸液難溶性膜(以下、「トップコート」ともいう)を設けてもよい。トップコートに必要な機能としては、レジスト上層部への塗布適正、放射線、特に193nmに対する透明性、液浸液難溶性である。トップコートは、レジストと混合せず、さらにレジスト上層に均一に塗布できることが好ましい。
トップコートは、193nm透明性という観点からは、芳香族を含有しないポリマーが好ましく、具体的には、炭化水素ポリマー、アクリル酸エステルポリマー、ポリメタクリル酸、ポリアクリル酸、ポリビニルエーテル、シリコン含有ポリマー、フッ素含有ポリマーなどが挙げられる。トップコートから液浸液へ不純物が溶出すると光学レンズを汚染するという観点からは、トップコートに含まれるポリマーの残留モノマー成分は少ない方が好ましい。
トップコートを剥離する際は、現像液を使用してもよいし、別途剥離剤を使用してもよい。剥離剤としては、レジストへの浸透が小さい溶剤が好ましい。剥離工程がレジストの現像処理工程と同時にできるという点では、アルカリ現像液により剥離できることが好ましい。アルカリ現像液で剥離するという観点からは、トップコートは酸性が好ましいが、レジストとの非インターミクス性の観点から、中性であってもアルカリ性であってもよい。
トップコートと液浸液との間には屈折率の差がない方が、解像力が向上する。ArFエキシマレーザー(波長:193nm)において、液浸液として水を用いる場合には、ArF液浸露光用トップコートは、液浸液の屈折率に近いことが好ましい。屈折率を液浸液に近くするという観点からは、トップコート中にフッ素原子を有することが好ましい。また、透明性・屈折率の観点から薄膜の方が好ましい。
トップコートがレジストと混合せず、さらに液浸液とも混合しないことが好ましい。この観点から、液浸液が水の場合には、トップコート溶剤はレジスト溶媒難溶かつ非水溶性の媒体であることが好ましい。さらに、液浸液が有機溶剤である場合には、トップコートは水溶性であっても非水溶性であってもよい。
本発明のポジ型感光性組成物は、レジスト膜とした際に水のレジスト膜に対する後退接触角が65°以上であることが好ましい。ここで、後退接触角は常温常圧下におけるものである。後退接触角は、レジスト膜を傾けて液滴が落下し始めるときの後退の接触角である。一般に後退接触角は転落角とほぼ相関し、後退接触角が高く、転落角が小さい膜ほど水はじきがよいことを示す。
以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明は、これに限定されるものではない。
但し、実施例1〜14、17、25及び実施例1B〜18Bは、それぞれ、参考例1〜14、17、25及び参考例1B〜18Bに読み替えるものとする。
合成例1(樹脂(RA−1)の合成)
窒素気流下シクロヘキサノン8.6gを3つ口フラスコに入れ、これを80℃に加熱した。これに、ノルボルナンラクトンメタクリレート7.8g、3−ヒドロキシアダマンチルメタクリレート3.5g、2−メチルー2−アダマンチルメタクリレート8.2g、シクロヘキシルメタクリレート2.5g、開始剤V−601(和光純薬製)をモノマーに対し5mol%をシクロヘキサノン79gに溶解させた溶液を6時間かけて滴下した。滴下終了後、さらに80℃で2時間反応させた。反応液を放冷後ヘキサン700m/酢酸エチル300mlの混合液に20分かけて滴下し、析出した粉体をろ取、乾燥すると樹脂(RA−1)が19g得られた。得られた樹脂の重量平均分子量は、標準ポリスチレン換算で10000、分散度(Mw/Mn)は、1.89であった。
他の樹脂についても同様の手法を用いて合成した。
以下、実施例及び比較例で使用する樹脂(RA−1)〜(RA−21)及び(RX−1)〜(RX−5)の構造、重量平均分子量(Mw)及び分散度(Mw/Mn)を示す。
Figure 0004991326
Figure 0004991326
Figure 0004991326
Figure 0004991326
Figure 0004991326
〔実施例1〜25及び比較例1〜2〕
<パターン倒れ及び現像欠陥評価>
下記表1に示す成分を溶剤に溶解させ固形分濃度9質量%の溶液を調製し、これを0.03μmのポリエチレンフィルターでろ過してポジ型レジスト溶液を調製した。調製したポジ型レジスト溶液を下記の方法で評価し、結果も表1に示した。
Figure 0004991326
Figure 0004991326
Figure 0004991326
〔酸発生剤〕
以下、表1中の酸発生剤を示す。
Figure 0004991326
表中の略号は、次の通りである。
〔塩基性化合物〕
TPI:2,4,5−トリフェニルイミダゾール
TPSA:トリフェニルスルホニウムアセテート
DIA:2,6−ジイソプロピルアニリン
TEA:トリエタノールアミン
TPA:トリペンチルアミン
DBA:N,N−ジブチルアニリン
PBI:2−フェニルベンズイミダゾール
TMEA:トリス(メトキシエトキシエチル)アミン
PEA:N−フェニルジエタノールアミン
〔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)
〔溶剤〕
S1:プロピレングリコールメチルエーテルアセテート
S2:2−ヘプタノン
S3:シクロヘキサノン
S4:γ−ブチロラクトン
S5:プロピレングリコールメチルエーテル
S6:乳酸エチル
S7:プロピレンカーボネート
<評価>
スピンコーターにてヘキサメチルジシラザン処理を施したシリコン基板上にブリューワーサイエンス社製反射防止膜DUV−42を600オングストローム均一に塗布し、100℃で90秒間ホットプレート上で乾燥した後、190℃で240秒間加熱乾燥を行った。その後、各ポジ型レジスト溶液をスピンコーターで塗布し110℃で90秒乾燥を行い160nmのレジスト膜を形成させた。
このレジスト膜に対し、マスクを通してArFエキシマレーザーステッパー(ASML社製 NA=0.75、2/3輪帯)で露光し、露光後直ぐに120℃で90秒間ホットプレート上で加熱した。さらに2.38質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液で23℃で60秒間現像し、30秒間純水にてリンスした後、乾燥し、ラインパターンを得た。
パターン倒れ評価法:
80nmのラインアンドスペース1:1のマスクパターンを再現する露光量を最適露光量とし、最適露光量からさらに露光量を増大させて形成されるラインパターンの線幅を細らせた際に、パターンが倒れずに解像する線幅をもって定義した。値が小さいほど、より微細なパターンが倒れずに解像することを表し、パターン倒れが発生しにくく、解像力が高いことを示す。
現像欠陥評価方法:
ポジ型レジスト溶液をスピンコーターによりヘキサメチルジシラザン処理を施した6インチのシリコン基板上に均一に塗布し、120℃で90秒間ホットプレート上で加熱、乾燥を行い、0.20μmのレジスト膜を形成した。このレジスト膜を、露光せずに110℃で90秒間ホットプレート上で加熱した。更に2.38質量%濃度のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液で23℃で60秒間現像し、30秒間純水にてリンスした後、乾燥した。このようにして得られたサンプルウェハーを、KLA2112機(KLAテンコール(株)製)により現像欠陥数を測定した(Threshold12、Pixcel Size=0.39)。
<孤立ラインパターン形成時のデフォーカスラチチュード(DOF)、解像力、PEB温度依存性の評価>
下記表1に示す成分を溶剤に溶解させ、それぞれについて固形分濃度7質量%の溶液を調製し、これを0.1μmのポリエチレンフィルターで濾過してポジ型レジスト組成物を調製した。調製したポジ型レジスト組成物を下記の方法で評価し、結果を表1に示した。
シリコンウエハー上に有機反射防止膜ARC29A(日産化学社製)を塗布し、205℃で、60秒間ベークを行い、78nmの反射防止膜を形成した。その上に調製したポジ型レジスト組成物を塗布し、130℃で、60秒間ベークを行い、150nmのレジスト膜を形成した。得られたウエハーをArFエキシマレーザースキャナー(ASML社製 PAS5500/1100、NA0.75、σo/σi=0.85/0.55)を用いてパ
ターン露光した。その後120℃で、60秒間加熱した後、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液(2.38質量%)で30秒間現像し、純水でリンスした後、スピン乾燥してレジストパターンを得た。
〔孤立ラインパターン形成時のデフォーカスラチチュード(DOF)〕
210nmの孤立ラインパターンを130nmの線幅に再現する露光量において、焦点位置を変動させ、線幅130nm±13nm(±10%)の範囲を満足する焦点の変動幅(μm)を示す。
〔解像力〕
80nmのラインパターンを再現する最小露光量により解像できるラインパターンの幅(nm)、即ち、限界解像力を示す。
〔PEB温度依存性〕
120℃で90秒間後加熱した際にマスクサイズ80nmのラインアンドスペース1/1を再現する露光量を最適露光量とし、次に最適露光量で露光を行った後に、後加熱温度に対して、+2℃及び−2℃(122℃、118℃)の2つの温度で後加熱を行い、各々得られたラインアンドスペースを測長し、それらの線幅L1及びL2を求めた。PEB温度依存性をPEB温度変化1℃あたりの線幅の変動と定義し、下記の式により算出した。
PEB温度依存性(nm/℃)=|L1−L2|/4
値が小さいほど温度変化に対する性能変化が小さく良好であることを示す。
表1から、本発明のポジ型感光性組成物は、孤立ラインパターン形成時のデフォーカスラチチュード(DOF)、解像力、PEB温度依存性とともに、パターン倒れ、現像欠陥が改良されていることが明らかである。
(液浸露光)
<ポジ型感光性組成物(ポジ型レジスト溶液)の調製>
実施例1〜25の成分を溶剤に溶解させ固形分濃度7質量%の溶液を調製し、これを0.03μmのポリエチレンフィルターで濾過してポジ型レジスト溶液を調製した。調製したポジ型レジスト溶液を下記の方法で評価した。
<解像性評価>
シリコンウエハー上に有機反射防止膜ARC29A(日産化学社製)を塗布し、205℃、60秒ベークを行い78nmの反射防止膜を形成した。その上に調製したポジ型レジスト溶液を塗布し、115℃、60秒ベークを行い150nmのレジスト膜を形成した。
こうして得られたウエハーを液浸液としては純水を使用し、2光束干渉露光を行った(ウェット露光)。尚、2光束干渉露光(ウエット)では、図1に示すように、レーザー1、絞り2、シャッター3、3枚の反射ミラー4,5、6、集光レンズ7を使用し、プリズム8、液浸液(純水)9を介して、ウエハーステージ11上の反射防止膜及びレジスト膜を有するウエハー10に露光を行った。レーザー1の波長は、193nmを用い、65nmのラインアンドスペースパターンを形成するプリズム8を使用した。露光直後に115℃、90秒加熱した後、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液(2.38%)で60秒間現像し、純水でリンスした後、スピン乾燥して得たレジストパターンについて走査型電子顕微鏡(日立製S−9260)を用い、観察した。実施例1〜24のポジ型レジスト溶液を用いたところ65nmのラインアンドスペースパターンがパターン倒れを発生せずに解像した。実施例25のポジ型レジスト溶液を用いたところ65nmのラインアンドスペースパターンは解像するものの、一部のパターンでパターン倒れが観測された。
本発明のポジ型感光性組成物は、液浸液を介した露光方法においても良好な画像形成能を有することが明らかである。
以下、本発明の組成物A2について、実施例により更に詳細に説明するが、これらにより限定されるものではない。
合成例2(樹脂(RB−1)の合成)
下記モノマー(U−1)、(U−2)、(U−3)及び(U−4)を、モル比45:30:20:5の割合でテトラヒドロフランに溶解し、固形分50質量%の溶液を調製した。これを3つ口フラスコに仕込み、窒素気流下80℃で加熱した。反応温度が安定したところで和光純薬工業(株)製ラジカル開始剤V-60を5モル%加え反応を開始させた。
6時間加熱した後、反応混合物をテトラヒドロフランで2倍に希釈した後、反応液の5倍量のヘキサンに投入し白色粉体を析出させた。析出した粉体を濾過取り出しし、乾燥、目的物である樹脂(RB−1)を得た。
同様にして下記の本発明の樹脂(RB−2)〜(RB−21)及び比較例の樹脂(RP−1)〜(RP−3)を得た。溶解する溶剤はテトラヒドロフランに限定されない。例えば、シクロヘキサノン、プロピレングリコールモノメチルエーテルを使用しても同様の樹脂を得ることができる。
Figure 0004991326
〔実施例1B〜18B及び比較例1B〜2B〕
<パターン倒れ及び現像欠陥評価>
下記表2に示す成分を溶剤に溶解させ固形分濃度9質量%の溶液を調製し、これを0.03μmのポリエチレンフィルターでろ過してポジ型レジスト溶液を調製した。調製したポジ型レジスト溶液を実施例1〜25及び比較例1及び2と同様にして評価した。
<孤立ラインパターン形成時のデフォーカスラチィチュード(DOF)、解像力、PEB
温度依存性の評価>
下記表2に示す成分を溶剤に溶解させ、それぞれについて固形分濃度7質量%の溶液を調製し、これを0.1μmのポリエチレンフィルターで濾過してポジ型レジスト組成物を調製した。調製したポジ型レジスト組成物を実施例1〜25及び比較例1及び2と同様にして評価した。
結果を表2に示した。
Figure 0004991326
Figure 0004991326
下記表3に、表2中の樹脂(RB−1)〜(RB−21)及び樹脂(RP−1)〜(RP−3)の構造、重量平均分子量、分散度、モル組成比(繰り返し単位の左から順に対応)を示す。
Figure 0004991326
以下、樹脂の構造(A−1)〜(A−16)及び(P−1)〜(P−2)を示す。
Figure 0004991326
Figure 0004991326
Figure 0004991326
Figure 0004991326
表2における記号は、次の通りである。
〔酸発生剤〕
Figure 0004991326
N−1:N,N−ジブチルアニリン
N−2:トリ−n−オクチルアミン
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
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−4:トロイゾルS−366(トロイケミカル(株)製)
〔溶剤〕
a群
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
b群
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
c群
SL−7:γ−ブチロラクトン
SL−8:プロピレンカーボネート
〔添加剤〕
Figure 0004991326
表2から、本発明のポジ型レジスト組成物(組成物A2)は、パターン倒れ、現像欠陥とともに、特に解像力、孤立DOF、PEB温度依存性に優れていることが明らかである。
2光束干渉露光実験装置の概略図である。
符号の説明
1 レーザー
2 絞り
3 シャッター
4、5、6 反射ミラー
7 集光レンズ
8 プリズム
9 液浸液
10 反射防止膜及びレジスト膜を有するウエハー
11 ウエハーステージ

Claims (9)

  1. 下記一般式(I−1Y)で表される酸分解性繰り返し単位、下記一般式(II−1)で表される非酸分解性繰り返し単位及びラクトン基を有する繰り返し単位を含有する、酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解速度が増大する樹脂(A)(但し、下記に示す繰り返し単位を含有する樹脂(R)を除く)、および、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物(B)を含有することを特徴とするポジ型感光性組成物。
    Figure 0004991326
    一般式(I−1Y)に於いて、
    Xa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。
    −C(Rx)(Rx)(Rx)は、酸脱離性炭化水素基であり、Rx〜Rxは、それぞれ独立に、直鎖若しくは分岐状アルキル基又は単環の環状アルキル基を表し、少なくとも一つが単環の環状アルキル基であるか、Rx〜Rxの内の2つが結合して、単環の環状アルキル基を形成する。
    Figure 0004991326
    一般式(II−1)に於いて、
    Xa 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。
    Rx は、直鎖若しくは分岐状アルキル基又は単環環状アルキル基を表す。
    は、4又は5を表す。
    は、0〜3を表す。
    Figure 0004991326
  2. 一般式(I−1Y)で表される酸分解性繰り返し単位が、下記一般式(I−1b)で表される酸分解性繰り返し単位であることを特徴とする請求項1に記載のポジ型感光性組成物。
    Figure 0004991326
    一般式(I−1b)に於いて、
    Xa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。
    Rxは、直鎖若しくは分岐状アルキル基又は単環環状アルキル基を表す。
    Rxは、直鎖若しくは分岐状アルキル基又は単環環状アルキル基を表す。
    は、4又は5を表す。
    は、0〜3を表す。
  3. 前記化合物(B)が、下記一般式(AN1)で表される有機アニオン構造を有する、請求項1または2に記載のポジ型感光性組成物。
    Figure 0004991326
    一般式(AN1)に於いて、
    Rc 1 は、下記一般式で表される基を表す。
    Figure 0004991326
    上記一般式に於いて、
    Rc 6 は、炭素数4以下のパーフロロアルキレン基、1〜4個のフッ素原子及び/又は1〜3個のフロロアルキル基で置換されたフェニレン基を表す。
    Axは、連結基を表す。
    Rc 7 は、水素原子、フッ素原子、直鎖状若しくは分岐状アルキル基、単環若しくは多環環状アルキル基又はアリール基を表す。
  4. 前記化合物(B)におけるAxが、単結合、−O−、−CO −、−S−、−SO −又は−SO N(Rd )−であり、かつRd が水素原子又はアルキル基である(Rd はRc と結合して環構造を形成してもよい。)、請求項3に記載のポジ型感光性組成物。
  5. 前記樹脂(A)が、更に、水酸基を有する繰り返し単位、シアノ基を有する繰り返し単位、酸基を有する繰り返し単位から選ばれる少なくとも1種類の繰り返し単位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ポジ型感光性組成物。
  6. 更に、(C)塩基性化合物を含有す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ポジ型感光性組成物。
  7. 請求項1〜のいずれか一項に記載のポジ型感光性組成物により形成された感光性膜。
  8. 請求項に記載の感光性膜を露光、現像する工程を含むことを特徴とするパターン形成方法。
  9. 液浸媒体を介して露光を行うことを特徴とする請求項に記載のパターン形成方法。
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