JP5186255B2 - レジスト表面疎水化用樹脂、その製造方法及び該樹脂を含有するポジ型レジスト組成物 - Google Patents

レジスト表面疎水化用樹脂、その製造方法及び該樹脂を含有するポジ型レジスト組成物 Download PDF

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Description

半導体素子の微細化に伴い露光光源の短波長化と投影レンズの高開口数(高NA)化が進み、現在では193nm波長を有するArFエキシマレーザーを光源とする露光機が開発されている。近年、さらに微細なパターン形成を達成するための方法として、光学顕微鏡において解像力を高める技術を応用した液浸リソグラフィーが知られている。液浸リソグラフィーでは、投影レンズと試料の間に高屈折率の液体(以下、「液浸液」ともいう)を満たして露光する。
最近の液浸露光技術進捗が非特許文献1(SPIE Proc 4688,11(2002))、非特許文献2
(J.Vac.Sci.Tecnol.B 17(1999))、特許文献1(特開平10−303114号公報)等で報告されている。ArFエキシマレーザーを光源とする場合は、取り扱い安全性と193nmにおける透過率と屈折率の観点で純水(193nmにおける屈折率1.44)が液浸液として最も有望であると考えられている。
特許文献2(国際公開WO2004−068242号パンフレット)では、ArF露光用のレジストを露光前後に水に浸すことによりレジスト性能が変化する例が記載されており、液浸露光における問題と指摘している。また、特許文献3(特開2006−58842号公報)では、フォトレジスト層から液浸液層中へ酸などのレジスト中の成分が溶出するとレンズ表面を汚染するため問題であると指摘している。
この課題を解決する手法として、特許文献4(特開2006−48029号公報)、特許文献5(特開2006−309245号公報)では、塗布後にレジスト層の上部に移動する物質をレジスト中に添加しておくことで、露光工程の間の液浸液とレジスト層の接触中に、レジスト成分の浸液中への移動(溶出)を抑制できることを提案している。
また、さらに鋭意検討した結果、疎水樹脂(HR)を添加しておくと、レジスト成分の溶出を抑制するだけでなく、表層を疎水化することができるため、液浸媒体が水の場合、レジスト膜と接触した際の水に対するレジスト膜表面の後退接触角を向上させ、液浸液追随性を向上させることができることを見出した。
しかしながら、低分子量成分を多く含む樹脂(HR)を添加したレジストを塗布した場合において、樹脂(HR)は表面に浮いて液浸液と接触するので、樹脂(HR)中の低分子成分や水溶性成分が液浸水へ溶出することにより露光レンズが汚染されることが懸念されていた。また、液浸欠陥(現像欠陥)が増加するなど液浸レジスト性能に悪影響を及ぼすことがあり、改善が必要であった。
特開平10−303114号公報 国際公開第04−068242号パンフレット 特開2006−58842号公報 特開2006−48029号公報 特開2006−309245号公報 国際光工学会紀要(Proc. SPIE), 2002年, 第4688巻,第11頁 J.Vac.Sci.Tecnol.B 17(1999)
本発明の目的は、液浸露光によるパターニングにおいて、良好にレジスト膜表面を疎水化し、液浸液追随性を良好とするとともに、液浸液への発生酸の溶出を防止し、現像欠陥の抑制に効果を示す樹脂、及び、その製造方法、該樹脂を含有するポジ型レジスト組成物
を提供することである。
本発明は、下記構成の樹脂、該樹脂の製造方法、該樹脂を含有するレジスト組成物により本発明の上記目的が達成される。
〔1〕
(A)単環又は多環の脂環炭化水素構造を有し、酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解度が増大する樹脂、
(B)活性光線または放射線の照射により酸を発生する化合物、
(C)表面に偏在化してレジスト膜の表面を疎水化する、レジストに添加する樹脂であって、該樹脂中の残存モノマーが固形分換算にて樹脂全体に対して1質量%以下である樹脂、および、
(D)溶剤
を含有することを特徴とするポジ型レジスト組成物であって、前記樹脂(C)が、フッ素原子を有する樹脂(HR−F)、珪素原子を有する樹脂(HR−SI)、及び下記一般式(C−I)〜(C-III)から選ばれる少なくとも1種の繰り返し単位を有する樹脂から選ばれる樹脂であり、前記樹脂(C)の含有量が、レジスト組成物の全固形分を基準として、0.1〜20質量%であることを特徴とするポジ型レジスト組成物。
Figure 0005186255

式(C−I)〜(C-III)中、
は、各々独立に、水素原子またはメチル基を表す。
は、各々独立に、1つ以上の−CH部分構造を有する炭化水素基を表す。
は、単結合、またはアルキレン、エーテル基、またはそれらを2つ以上有する連結基を表す。
は、−O−、−NR−、−NHSO−から選ばれる連結基を表す。Rは水素原子またはアルキル基を表す。
nは1〜4の整数を表す。

前記樹脂(C)中の残存モノマーの含有量が、レジスト組成物の全固形分を基準として、0.5質量%以下であることを特徴とする〔1〕に記載のポジ型レジスト組成物。

前記樹脂(C)中の残存モノマーの含有量が、レジスト組成物の全固形分を基準として、0.1質量%以下であることを特徴とする〔2〕に記載のポジ型レジスト組成物。

前記樹脂(C)の含有量が、レジスト組成物の全固形分を基準として、0.1〜10質量%であることを特徴とする〔1〕〜〔3〕のいずれか1項に記載のポジ型レジスト組成物。

前記樹脂(C)の含有量が、レジスト組成物の全固形分を基準として、0.1〜5質量%であることを特徴とする〔4〕に記載のポジ型レジスト組成物。

前記樹脂(A)が、フッ素原子および珪素原子を含有しないことを特徴とする〔1〕〜〔5〕のいずれか1項にポジ型レジスト組成物。

前記樹脂(C)が、(y)アルカリ現像液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を有することを特徴とする〔1〕〜〔6〕のいずれか1項に記載のポジ型レジスト組成物。

前記樹脂(C)が、(z)酸の作用により分解する基を有することを特徴とする〔1〕〜〔〕のいずれか1項に記載のポジ型レジスト組成物。

前記樹脂(C)が、下記一般式(pI)で示される脂環式炭化水素を含む部分構造を有することを特徴とする〔1〕〜〔〕のいずれか1項に記載のポジ型レジスト組成物。
Figure 0005186255

一般式(pI)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、炭素原子とともにシクロアルキル基を形成するのに必要な原子団を表す。
10
前記樹脂(C)が、下記一般式(ARA−1)〜(ARA−5)で表される酸分解性基を有する繰り返し単位を有することを特徴とする〔1〕〜〔〕のいずれか1項に記載のポジ型レジスト組成物。
Figure 0005186255

式中、Rxy1は水素原子またはメチル基、Rxa1、Rxb1はメチル基またはエチル基を表す。
11
前記樹脂(C)が、酸分解性基およびアルカリ可溶性基を有さないことを特徴とする〔1〕〜〔及び〕のいずれか1項に記載のポジ型レジスト組成物。
12
前記樹脂(C)が、滴下重合法により製造されたことを特徴とする〔1〕〜〔11〕のいずれか1項に記載のポジ型レジスト組成物。
13
前記樹脂(C)が、モノマーを含有する溶液にさらに連鎖移動剤を添加する工程を有する製造方法によって製造されたことを特徴とする〔12〕に記載のポジ型レジスト組成物。
14
前記樹脂(C)が、原料投入完了後のモノマー、重合開始剤などの溶質の総量の濃度が30〜50質量%である製造方法により製造されたことを特徴とする〔12〕又は〔13〕に記載のポジ型レジスト組成物。
15
前記樹脂(C)が、重合により得られた樹脂を含有する溶液を、カチオン交換基を有する多孔質ポリオレフィン膜で構成されたフィルターに通液させる工程を有する製造方法により製造された、〔12〕〜〔14〕のいずれか1項に記載のポジ型レジスト組成物。
16
前記樹脂(C)が、重合により得られた樹脂を含有する溶液を、正のゼータ電位を有するフィルターに通液させる工程を有する製造方法により製造された、〔12〕〜〔1〕のいずれか1項に記載のポジ型レジスト組成物。
17
前記樹脂(C)が、フィルター処理を行う樹脂含有溶液の調製のための溶媒が、レジストで使用する溶媒である製造方法により製造されたことを特徴とする〔1〕又は〔1〕に記載のポジ型レジスト組成物。
18
前記樹脂(C)が、樹脂の合成に用いるモノマーの純度が99%以上である製造方法により製造されたことを特徴とする〔12〕〜〔1〕のいずれか1項に記載のポジ型レジスト組成物。
19
前記樹脂(C)が、モノマー、ラジカル重合開始剤及び溶剤を含有する溶液(a)及び
反応容器内の溶剤(b)の少なくとも一方から、重合開始前に、ラジカル捕捉性物質を除去する工程を有する製造方法により製造されたことを特徴とする〔12〕〜〔1〕のいずれか1項に記載のポジ型レジスト組成物。
20
前記樹脂(C)が、重合により得られた樹脂を、水溶液と接触させる工程を有する製造方法により製造されたことを特徴とする〔12〕〜〔1〕のいずれか1項に記載のポジ型レジスト組成物。
21
前記樹脂(C)が、重合により得られた樹脂を沈殿精製した後、(i)貧溶媒を用いたリパルプ処理、及び(ii)貧溶媒を用いたリンス処理の少なくともいずれかの処理を施す製造方法により製造されたことを特徴とする〔12〕〜〔20〕のいずれか1項に記載のポジ型レジスト組成物。
22
〔1〕〜〔21〕のいずれか1項に記載のポジ型レジスト組成物により形成されたレジスト膜。
23
22〕に記載のレジスト膜を露光、現像することを特徴とするパターン形成方法。
24
露光が液浸露光であることを特徴とする〔23〕に記載のパターン形成方法。
本発明は上記の〔1〕〜〔2〕に関するものであるが、その他の事項についても記載した。
<1> 表面に偏在化してレジスト膜の表面を疎水化する、レジストに添加する樹脂であって、該樹脂中の残存モノマーが固形分換算にて樹脂全体に対して1質量%以下であることを特徴とする樹脂。
<2> 重合により得られた樹脂を含有する溶液を、カチオン交換基を有する多孔質ポリオレフィン膜で構成されたフィルターに通液させる工程を有する、上記<1>に記載の樹脂を製造する方法。
<3> 重合により得られた樹脂を含有する溶液を、正のゼータ電位を有するフィルターに通液させる工程を含む、上記<1>に記載の樹脂を製造する方法。
<4> 樹脂の合成に用いるモノマーの純度が99%以上であることを特徴とする上記<2>または<3>に記載の樹脂の製造方法。
<5> モノマー、ラジカル重合開始剤及び溶剤を含有する溶液(a)及び 反応容器内
の溶剤(b)の少なくとも一方から、重合開始前に、ラジカル捕捉性物質を除去する工程を有することを特徴とする上記<2>〜<4>のいずれかに記載の樹脂の製造方法。
<6> ラジカル捕捉性物質が酸素であることを特徴とする上記<5>に記載の液浸レジストに添加する樹脂の製造方法。
<7> 重合により得られた樹脂を、水溶液と接触させる工程を有することを特徴とする上記<1>〜<6>のいずれかに記載の樹脂の製造方法。
<8> 重合により生成した樹脂を、有機溶媒と水とを用いた抽出操作にて、樹脂を有機溶媒層に、不純物としての水溶性成分を水層に分配する抽出工程を含むことを特徴とする上記<7>に記載の樹脂の製造方法。
<9> 水溶液が酸性であることを特徴とする上記<7>または<8>に記載の樹脂の製造方法。
<10> 重合により得られた樹脂を沈殿精製した後、(i)貧溶媒を用いたリパルプ処理、及び(ii)貧溶媒を用いたリンス処理の少なくともいずれかの処理を施すことを特徴とする上記<2>〜<9>のいずれかに記載の樹脂の製造方法。
<11> 沈殿精製した樹脂に、さらに、(iii)水を用いたリンス処理を施す上記<1
0>に記載の液浸レジストに添加する樹脂の製造方法。
<12>(A)単環又は多環の脂環炭化水素構造を有し、酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解度が増大する樹脂、
(B)活性光線または放射線の照射により酸を発生する化合物、
(C)上記<1>に記載の樹脂、および、
(D)溶剤
を含有することを特徴とするポジ型レジスト組成物。
<13> 上記<12>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、該レジスト膜を露光、現像することを特徴とするパターン形成方法。
本発明により、高分子量成分を除去した樹脂の合成が可能であり、液浸露光によるパターニングにおいて、良好にレジスト膜表面を疎水化する樹脂として好適な樹脂が得られ、レジスト膜表面を疎水化し、液浸液追随性を良好とするとともに、発生酸の液浸液への溶出、現像欠陥が抑制された、液浸露光パターニングに適したポジ型レジスト組成物を提供することができる。
以下、本発明について詳細に説明する。
尚、本明細書に於ける基(原子団)の表記に於いて、置換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。
〔1〕疎水化樹脂(HR)及び、その合成方法
液浸露光によるパターニングにおいて、レジスト膜の表面を疎水化すべくレジストに添加する疎水化樹脂(HR)として、
残存モノマーが固形分換算にて樹脂全体に対して1質量%以下である樹脂が好ましく、
このような樹脂は、重合により得られた樹脂を含有する溶液を、カチオン交換基を有する多孔質ポリオレフィン膜で構成されたフィルターや正のゼータ電位を有するフィルターに通液させることにより得られることを見出した。
該樹脂中の残存モノマーは固形分換算にて樹脂(HR)全体に対して1質量%以下であることが好ましく、より好ましくは、0.5質量%以下、さらに好ましくは、0.1質量%以下である。
樹脂中の残存モノマーの量は、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)により測定することができ、残存モノマー中には、モノマーに含まれる不純物も含まれる。
る。
<樹脂(HR)の合成方法>
本発明の製造方法では、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、例えば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。
<フィルター通液工程>
上記残存モノマーが固形分換算にて1質量%以下である上記樹脂(HR)を得る上で、重合により形成された樹脂を含有する溶液(樹脂含有溶液)を、カチオン交換基を有する多孔質ポリオレフィン膜で構成されたフィルター及び正のゼータ電位を有するフィルターの少なくともいずれかに通液させることが効果的である。
<カチオン交換フィルタ>
カチオン交換基を有する多孔質ポリオレフィン膜で構成されたフィルターに通液すると、液浸露光によるパターニングにおいて悪影響を及ぼす樹脂中の低分子成分や水溶性成分等の不純物を除去することができる。
多孔質ポリオレフィン膜の有するカチオン交換基には、スルホン酸基などの強酸性カチオン交換機、カルボキシル基などの弱酸性カチオン交換基が含まれる。ポリオレフィン膜を構成するポリオレフィンとしては、例えば、高密度ポリエチレンなどのポリエチレン、ポリプロピレンなどが例示される。カチオン交換基を有する他孔質ポリオレフィン膜で構成されたフィルターとしては、親水性のものが好ましく、たとえば、日本ポール株式会社製の商品名「イオンクリーン」などが好適に使用される。
樹脂含有溶液をカチオン交換基を有する多孔質ポリオレフィン膜で構成されたフィルターに通液させるときの流量は、ポリオレフィン膜の材料の種類や、溶液(溶媒)の種類によっても異なり、不純物の除去効率を損なわない範囲(例えば、100mL/分〜100
L/分程度)で適宜設定できる。フィルターに通液させるときの温度は、通常0〜80℃
、好ましくは10〜50℃程度である。通液温度は、フィルターの劣化、溶媒の分解の防止の点からは低いほうが好ましく、溶液粘度による通液の容易性の点からは高いほうが好
ましい。
<ゼータ電位フィルタ>
本発明における正のゼータ電位を有するフィルターとしては、例えばpH7.0の蒸留水(23℃)において10mV以上の正のゼータ電位を示すメンブランを用い成形されたフィルターが挙げられる。
正のゼータ電位を有するフィルターとしては、例えばポジダイン(日本ポール株式会社製)、ウルチプリーツ・ポジダインII(日本ポール株式会社製)、ゼータポア(キュノ株式会社製)、ゼータプラス(キュノ株式会社製)等の市販品を使用することができる。正のゼータ電位を示すメンブランは表面を変性したポリアミド製のものが一般的である。
フィルター形状としては、ディスクタイプ及びカートリッジタイプが一般的に用いられる。またフィルターは、上記、正のゼータ電位を有するフィルター単独でも良く、他の素材から形成されたフィルターと組み合わせて使用しても良い。他の素材としては、例えばPTFE等のフッ素樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン樹脂、ナイロン6、ナイロン66等のポリアミド樹脂等(ただし、表面変性していないもの)が挙げられる。
フィルターの孔径は、正のゼータ電位を有するフィルター単独で濾過する場合、0.2μm以下、好ましくは0.1μm以下、さらに好ましくは0.05μm以下の製品を使用する。
他の素材から形成されたフィルターと組み合わせて使用する場合は、正のゼータ電位を有するフィルターは0.2μm以上のものであっても良く、この場合は、他の素材から形成されたフィルターの孔径が0.2μm以下、好ましくは0.1μm以下、さらに好ましくは0.05μm以下のものであることが好ましい。ここでいうフィルター孔径とは、メーカーの公称孔径値である。
カチオン交換フィルタで濾過する工程、正のゼータ電位を有するフィルターで濾過する工程の両方を有していてもよい。
フィルター処理を行う樹脂含有溶液の調製のための溶媒としては、特に限定されないが、一般的にレジストで使用する溶媒であることが好ましい。
具体的には、酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルモノアセテート、乳酸エチル、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、安息香酸エチル、γ−ブチロラクトンなどのエステル、プロピレンカーボネートなどのカーボネート、アセトン、エチルメチルケトン、ジエチルケトン、イソブチルメチルケトン、t−ブチルメチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノンなどのケトン、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、t−ブチルメチルエーテル、ジブチルエーテル、ジメトキシエタン、プロピレングリコールモノメチルエーテル、アニソール、ジオキサン、ジオキソラン、テトラヒドロフランなどのエーテル、イソプロパノール、ブタノールなどのアルコール、アセトニトリル、プロピオニトリルなどのニトリル、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素、またはこれらの混合溶媒などが挙げられる。これらの中でも、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールメチルエーテル、乳酸エチル、γ−ブチロラクトン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン等が好ましい。
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。
前記溶媒は、重合溶媒であってもよく、重合溶媒を置換した溶媒であってもよい。
樹脂含有溶液中の樹脂の濃度は、1〜80質量%が好ましく、5〜50質量%がより好ましい。
また、上記フィルター処理は、重合後の樹脂を含有する溶液に対して行えばよく、重合後の反応溶液、重合溶媒を置換した樹脂含有溶液、さらには、樹脂以外の成分を添加して
調製したレジストに対して行ってもよい。
以下、上記フィルター処理を行う樹脂を含有する溶液(樹脂含有溶液)の調製までの樹脂の合成、洗浄等について述べる。
<重合性モノマー>
樹脂(HR)として好ましい樹脂を得るためのモノマー種については後述するが、
重合に際し、原料であるモノマー中の低分子成分や水溶性成分などの不純物が多いと液浸レジスト性能に悪影響を及ぼすため、モノマー純度は99%以上であることが好ましい。
また、金属含有量の少ないもの、例えば、金属含有量100質量ppb以下のモノマーを用いるのが好ましい。
<重合開始剤>
重合開始剤としては、一般にラジカル発生剤として用いられるものであれば特に制限されないが、過酸化物系開始剤、アゾ系開始剤が一般に使用される。
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。
アゾ系開始剤の具体例としては、アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、アゾビスイソ酪酸ジメチル、アゾビス(4−シアノ吉草酸)等が挙げられる。
過酸化物系開始剤の具体例としては、ベンゾパーオキサイド、デカノイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、ビス(3,5,5−トリメチルヘキサノイル)パーオキサイド、コハク酸パーオキサイド、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、1,1,3,3−テトラメチルブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエートなどのパーオキシエステル系重合開始剤、メチルエチルケトンパーオキサイドなどのケトンパーオキサイド系重合開始剤、1,1−ビス(t−ヘキシルパーオキシ)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサンなどのパーオキシケタール系重合開始剤、1,1,3,3−テトラメチルブチルハイドロパーオキサイドなどのハイドロパーオキサイド系重合開始剤、イソブチリルパーオキサイドなどのジアシルパーオキサイド系重合開始剤、ジ−n−プロピルパーオキシジカーボネートなどのパーオキシジカーボネート系重合開始剤等が挙げられる。
<連鎖移動剤>
高分子量体の生成をより抑制する点で、モノマーを含有する溶液にさらに連鎖移動剤を添加することが好ましい。
連鎖移動剤としては、ラジカルが連鎖移動する化合物であれば制限されないが、チオール化合物、ジスルフィド化合物などが挙げられる。
連鎖移動剤としては、アルキル基、水酸基、フルオロアルキル基、エステル基、酸基、フェニル基から選ばれる1種以上を有するチオール化合物であることが好ましい。
具体的には、ドデカンチオール、メルカプトエタノール、メルカブトプロパノール等のアルキルチオール化合物、メルカプトエタノール、メルカプトプロパノール、メルカプトプロパンジオール等の水酸基を有するチオール化合物、パーフルオロオクチルチオール、パーフルオロデカンチオール等のフルオロアルキル基を有するチオール化合物、チオグリコール酸メチル、チオグリコール酸エチル、チオグリコール酸n−ブチル、メルカプトプロピオン酸メチル、メルカプトプロピオン酸エチル等のエステル基を有するチオール化合物、メルカプト酢酸、メルカプトプロピオン酸等の酸基を有するチオール化合物、トルエンチオール、フルオロベンゼンチオール、メルカプトフェノール、メルカプト安息香酸等のフェニル基を有するチオール化合物が挙げられる。
重合開始剤及び連鎖移動剤の使用量は、重合反応に用いる原料モノマーや重合開始剤、
連鎖移動剤の種類、重合温度や、重合溶媒、重合方法、精製条件等の製造条件により異なるので一概に規定することはできないが、所望の分子量を達成するための最適な量を使用する。
重量平均分子量が2,000〜20,000の範囲になるよう調整することが好ましく、更に、2,000〜10,000の範囲になるよう調整することがより好ましい。
<重合溶媒>
反応溶媒としては、例えば酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルモノアセテート、乳酸エチル、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、安息香酸エチル、γ−ブチロラクトンなどのエステル、プロピレンカーボネートなどのカーボネート、アセトン、エチルメチルケトン、ジエチルケトン、イソブチルメチルケトン、t−ブチルメチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノンなどのケトン、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、t−ブチルメチルエーテル、ジブチルエーテル、ジメトキシエタン、プロピレングリコールモノメチルエーテル、アニソール、ジオキサン、ジオキソラン、テトラヒドロフランなどのエーテル、イソプロパノール、ブタノールなどのアルコール、アセトニトリル、プロピオニトリルなどのニトリル、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素、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のような本発明の組成物を溶解する溶媒、またはこれらの混合溶媒 などが挙げられる。これらの中でも、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールメチルエーテル、乳酸エチル、γ−ブチロラクトン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン等が好ましい。
重合溶媒としては、後述する再沈後の未乾燥の樹脂を溶解する溶媒、及びレジスト用溶媒と同じであることが好ましい。
<ラジカル捕捉性物質>
モノマー、ラジカル重合開始剤、溶媒を含有する混合溶液(A)、及び、反応容器内の溶媒(B)の少なくとも一方について、重合開始前に、ラジカル捕捉性物質を除去することが好ましい。
ラジカル捕捉性物質の除去は、(i)不活性ガスを混合溶液(A)及び/又は溶剤(B)中に吹き込んで液中の酸素を除去する工程、(ii)混合溶液(A)を入れた容器内及び/又は溶剤(B)を入れた反応容器内を減圧にして酸素を除去したのち不活性ガスを導入する操作を1回以上行う工程、(iii)混合溶液(A)を入れた容器内及び/又は溶剤(B)を入れた反応容器内を不活性ガス雰囲気下に0.5時間以上保持することにより液中の酸素を減少させる工程、及び(iv)不活性ガス雰囲気下で混合溶液(A)及び/又は溶剤(B)を沸騰させることにより液中の酸素を除去する工程から選択された少なくとも1つの工程により行うことができる。
このような工程を設けることにより、所望する分子量(例えば重量平均分子量)の樹脂を得ることができることに加え、生成する樹脂の分子量の製造ロットごとのバラツキを顕著に抑えることができ、一定品質の樹脂を安定に製造することができる。特に、少なくとも混合溶液(A)からラジカル捕捉性物質を除去する工程を設けるのが好ましい。なお、目標とする樹脂分子量(例えば重量平均分子量)は、モノマー組成、混合溶液(A)中のモノマー濃度、ラジカル開始剤の量、混合溶液(A)の滴下速度及び重合温度を定めることにより設定できる。
ラジカル捕捉性物質としては、例えば、酸素、重合禁止剤などが挙げられる。ラジカル捕捉性物質としての酸素を除去するための好ましい工程として、例えば、(i)不活性ガスを混合溶液(A)及び/又は溶剤(B)中に吹き込んで(例えば5分〜1時間程度)、
液中の酸素を除去する工程、(ii)混合溶液(A)を入れた容器内及び/又は溶剤(B)を入れた反応容器内を減圧にして酸素を除去したのち不活性ガスを導入する操作を1回以上(例えば、1〜5回程度)、好ましくは2回以上(例えば、2〜5回程度)行う工程、(iii)混合溶液(A)を入れた容器内及び/又は溶剤(B)を入れた反応容器内を不活
性ガス雰囲気下に0.5時間以上(例えば、0.5時間〜1日程度)、好ましくは0.75時間以上(例えば、0.75時間〜1日程度)、さらに好ましくは1時間以上(例えば、1時間〜1日程度)保持することにより液中の酸素を減少させる工程、及び(iv)不活性ガス雰囲気下で混合溶液(A)及び/又は溶剤(B)を沸騰させることにより液中の酸素を除去する工程などが挙げられる。これらの工程は2以上組み合わせてもよい。なお、前記(iii)の工程では、液中酸素の除去効率を高めるため、不活性ガスを流通させたり、液を攪拌するのが好ましい。上記不活性ガスとしては、例えば、窒素、アルゴンなどが挙げられる。
ラジカル捕捉性物質が固体又は液体である場合には、混合溶液(A)若しくはその構成成分又は溶剤(B)を蒸留に付して、該ラジカル捕捉性物質を蒸留残渣として又は1留分として除去することもできる。
ラジカル捕捉性物質を除去した後は、通常の滴下重合法により樹脂を得ることができる。
<重合濃度>
重合系における重合濃度は、各溶液の溶質と溶媒の組み合わせにより異なるが、通常、原料投入完了後のモノマー、重合開始剤などの溶質の総量の濃度として、5〜60質量%が好ましく、30〜50質量%がより好ましい。
<重合温度>
重合温度は、モノマー組成やラジカル開始剤の種類等に応じて適宜選択できるが、一般には、通常30℃〜150℃であり、好ましくは60〜100℃である。
<沈殿工程及び再沈工程>
重合反応により得られた樹脂を含む重合反応液を、貧溶媒単独、若しくは貧溶媒と良溶媒の混合溶媒に滴下して析出させ、更に必要に応じて洗浄することにより、未反応モノマー、オリゴマー、重合開始剤及びその反応残査物等の不要物を除去し、精製することができる。
重合反応により得られた樹脂を含む重合反応液を、貧溶媒単独、若しくは貧溶媒と良溶媒の混合溶媒に滴下して析出させ、樹脂を沈殿物として得る(沈殿工程)。なお、この操作を繰返し行ってもよく、なわち、沈殿物を良溶媒に再溶解して、上記と同様に再沈させ、樹脂を沈殿物として得てもよい(再沈工程)。
その後、必要に応じて洗浄、精製することにより、未反応モノマー、オリゴマー、重合開始剤及びその反応残査物等の不要物を除去することができる。
貧溶媒としては、樹脂が溶解しない溶媒であれ ば特に制限されないが、樹脂の種類に応じて、例えば、炭化水素(ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタンなどの脂肪族炭化水素;シクロヘキサン、メチルシクロヘキサンなどの脂環式炭化水素;ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素)、ハロゲン化炭化水素(塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素などのハロゲン化脂肪族炭化水素;クロロベンゼン、ジクロロベンゼンなどのハロゲン化芳香族炭化水素など)、ニトロ化合物(ニトロメタン、ニトロエタンなど)、ニトリル(アセトニトリル、ベンゾニトリルなど)、エーテル(ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジメトキシエタンなどの鎖状エーテル;テトラヒドロフラン、ジオキサンなどの環状エーテル)、ケトン(アセトン、メチルエチルケトン、ジイソブチルケトンなど)、エステル(酢酸エチル、酢酸ブチルなど)、カーボネート(ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートなど)、アルコール(メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロピルアルコール、ブタノールなど)、カルボン酸(酢酸など)、水、これらの溶媒を含む混合溶媒等の中から適宜選択して使用できる。
好ましくは、水やメタノール、イソプロパノール等のアルコール類、ヘキサン、ヘプタン等の飽和炭化水素類である。又、良溶媒としては、モノマー、オリゴマー、重合開始剤及びその残渣物が溶解する溶媒であれば特に制限されないが、製造工程の管理上、重合溶媒と同じものが好ましい。
上記樹脂が難溶あるいは不溶の溶媒(貧溶媒)を、該反応溶液の10倍以下の体積量、好ましくは10〜5倍の体積量で、接触させることにより樹脂を固体として析出させる。
沈殿又は再沈殿溶媒の使用量は、効率や収率等を考慮して適宜選択できるが、一般には、樹脂含有溶液100質量部に対して、100〜10000質量部、好ましくは200〜2000質量部、さらに好ましくは300〜1000質量部である。
沈殿又は再沈殿する際の温度としては、効率や操作性を考慮して適宜選択できるが、通常0〜50℃程度、好ましくは室温付近(例えば20〜35℃程度)である。沈殿又は再沈殿操作は、攪拌槽などの慣用の混合容器を用い、バッチ式、連続式等の公知の方法により行うことができる。
<水洗>
重合で得られた樹脂を水溶液と接触させる工程を含むことも好ましい。
接触させるに当たっては、両者がよく接触するように混合すればよく、一段階又は 多段階の交流若しくは逆流処理で行われる。好ましい接触手段としては抽出が挙げられ、抽出は例えば、上記有機溶剤溶液と上記水溶液とを1回混合するか、若しくはその都度新しい水溶液を用いて複数回、例えば3〜4回繰り返し混合すること(交流抽出又は多段階交流抽出)により、又は前記交流抽出後の水溶液を再使用して1回ないし数回混合すること(逆流抽出又は多段階逆流抽出)により行われる。抽出に際し、温度や時間等の条件は、樹脂に悪影響がない限り特に制限されないが、好ましくは20〜70℃で、1回の混合につき10分以上行われる。
樹脂を水と接触させることで、樹脂中の水溶性成分を除去することができ、液浸液へ溶出する不純物を低減させることができる。
重合により生成した樹脂を有機溶媒と水とを用いた抽出操作にて、生成した樹脂を有機溶媒層に、不純物としての水溶性成分を水層に分配する抽出することが好ましい。
抽出工程に供する被処理物としては、重合により生成した樹脂または該樹脂を含む溶液であればよく、重合終了時の重合溶液、この重合溶液に希釈、濃縮、ろ過、洗浄等の適当な処理を施した後の溶液等の溶液等のいずれであってもよい。有機溶媒としては、樹脂を溶解可能でかつ水と分液可能な溶媒であればよい。また有機溶媒および水の使用量は、有機溶媒層と水層とに分液可能な範囲で適宜設定できる。好ましい様態では、重合工程で得られた重合溶液に、比重が0.95以下の有機溶媒(特に溶解度パラメータが20MPa1/2以下の有機溶媒)と水とを加えて抽出(水洗)する。
ここで用いる水は、10MΩ以上の電気抵抗値を有するイオン交換水が好ましい。
水溶液が酸性であることが好ましい。
このような酸性の化合物を含む水溶液との接触処理を行った後、当該水溶液から分離された樹脂と有機溶剤との混合物は、さらにイオン交換水との接触処理に供されるのが好ま
しい。ここで用いるイオン交換水は、10MΩ以上の電気抵抗値を有するものが好ましい。酸性の化合物を溶解させるのにイオン交換水を用いる場合も同様である。接触処理は、1回だけでも構わないが、有機溶剤との混合物とイオン交換水を混合した後分液し、有機層に再度イオン交換水を加えて混合した後分液し、場合によってはこれらの操作をさらに繰り返すというように、複数回繰り返して行うのも有効である。また、接触処理における両者の使用割合や、温度、時間等の条件は、先の酸性の化合物を含む水溶液との接触処理の場合とほぼ同様でよい。イオン交換水との接触処理が終了した後、ポリ(メタ)アクリレート類と有機溶剤との混合物に混入する水分は、真空蒸留や共沸蒸留により容易に除去することができる。
<貧溶媒を用いた、リパルプ処理及びリンス処理>
重合して得られた樹脂を沈殿精製した後、(i)該樹脂の貧溶媒を用いたリパルプ処理、及び(ii)該樹脂の貧溶媒を用いたリンス処理を行うことが好ましい。リパルプ処理、リンス処理については、特開2003−231721号公報を参照することができる。
沈殿精製した樹脂に、さらに、(iii)水を用いたリンス処理を施すことが好ましい。
リパルプ処理(i)やリンス処理(ii)に用いる溶媒としては、樹脂の貧溶媒であればよく、例えば前記沈殿溶媒として例示した溶媒が使用できる。これらの溶媒のなかでも、少なくとも水やメタノール類等アルコール類溶媒、または炭化水素溶媒が好ましい。
リパルプ処理(i)における溶媒(リパルプ溶媒)の使用量は、樹脂に対して、例えば1〜200質量倍、好ましくは5〜100質量倍、さらに好ましくは10〜70質量倍程度である。
リンス処理(ii)における溶媒(リンス溶媒)の使用量は、樹脂に対して、例えば1〜100質量倍、好ましくは2〜20質量倍程度である。リパルプ処理(i)、リンス処理(ii)は、それぞれ1回又は2回以上行うことができる。
リパルプ処理(i)、リンス処理(ii)を施す際の温度は、用いる溶媒の種類等によっても異なるが、一般には0〜100℃、好ましくは10〜60℃程度である。リパルプ処理(i)、リンス処理(ii)は適当な容器中で行われる。
処理済みの液(リパルプ液、リンス液)は、デカンテーション(上澄み液の抜き取り操作を含む)等により除去される。リパルプ処理(i)とリンス処理(ii)の両処理を行う場合、その順序は問わないが、リパルプ処理(i)の後にリンス処理(ii)を行うことが多い。
<水を用いたリンス処理(iii)>
なお、重合溶媒や沈殿溶媒中に金属成分が含まれていることが多く、この金属成分が樹脂表面に付着していると、レジスト性能が大幅に悪化することがある。このような樹脂表面に付着した金属成分は、沈殿精製した樹脂に、水を用いたリンス処理(iii)を施すこ
とにより、効率よく除去することができる。
水を用いたリンス処理(iii)を行う時期は、特に限定されず、前記リパルプ処理(i
)の前後、リンス処理(ii)の前後の何れであってもよい。
リンス処理(iii)において用いる水の使用量は、樹脂に対して、例えば1〜100質
量倍、好ましくは2〜20質量倍程度である。リンス処理(iii)は1回又は2回以上行
うことができる。
リパルプ処理、リンス処理を施した樹脂は、乾燥した後、光酸発生剤や各種添加剤(必要に応じて)とともにレジスト用溶剤に溶解してフォトレジスト用樹脂組成物が調製される。樹脂の乾燥温度は、例えば20〜120℃、好ましくは40〜100℃程度である。
乾燥は減圧下で行うのが好ましい。
<樹脂(HR)の物性及び組成>
表面に偏在化してレジスト表面を疎水化する樹脂(HR)は、レジストに添加することにより、レジスト膜表面の後退接触角が、大きくなり、向上する樹脂であればよいが、上述のように分子量が3万以上の高分子量成分の含有量が0.1%以下とすることが、液浸露光によるパターンニングにおいて極めて有効であることを見出した。
樹脂(HR)としては、樹脂(HR)のみを溶剤に溶解し、塗布、乾燥し、樹脂(HR)のみからなる膜としたときの膜の後退接触角として70°〜110°が好ましい。
樹脂(HR)をレジストに添加する場合、樹脂(HR)の添加量は、レジスト組成物の全固形分を基準として、0.1〜20質量%であることが好ましく、より好ましくは0.1〜10質量%、更に好ましくは0.1〜5質量%である。
レジスト膜の後退接触角が60°〜80°になるよう適宜調整して樹脂(HR)添加量を設定することが好ましい。
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、膜を傾けて液滴(液浸液、代表的には純水)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。後退接触角は、例えば、動的接触角計(協和界面科学社製)を用い拡張収縮法により測定することができる。
なお、樹脂(HR)は、液浸露光によるパターニングにおいてレジスト膜上に設けることがあるレジスト保護膜(以下、「トップコート」ともいう)としても好適に使用できるものである。
レジスト保護膜は、レジスト膜と液浸液との間に、レジスト膜を直接、液浸液に接触させないために設ける液浸液難溶性膜である。レジスト保護膜として使用する場合には、樹脂(HR)を、レジスト膜を溶かさない溶剤(非水溶性有機溶剤)に溶かして、レジスト膜の上に塗布して使用する。
樹脂(HR)は前述のように界面に遍在するものであるが、界面活性剤とは異なり、必ずしも分子内に親水基を有する必要はなく、極性/非極性物質を均一に混合することに寄与しなくても良い。
好ましい樹脂(HR)として、以下のフッ素原子を有する樹脂(HR−F)、珪素原子を有する樹脂(HR−SI)、特定の繰り返し単位を有する樹脂(HR−C)を挙げることができる。中でも、酸分解性基およびアルカリ可溶性基を有さないことがより好ましい。
<フッ素原子を有する樹脂(HR−F)>
フッ素原子を有する部分構造として、フッ素原子を有するアルキル基、フッ素原子を有するシクロアルキル基、または、フッ素原子を有するアリール基を有する樹脂であることが好ましい。これらの基は、炭素数1〜4のパーフルオロアルキル基を有することが好ましい。
フッ素原子を有するアルキル基(好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは炭素数1〜4)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直鎖又は分岐アルキル基であり、さらに他の置換基を有していてもよい。
フッ素原子を有するシクロアルキル基は、少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換された単環または多環のシクロアルキル基であり、さらに他の置換基を有していてもよい。
フッ素原子を有する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の
少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換されたものが挙げられ、さらに他の置換基を有していてもよい。
フッ素原子を有するアルキル基、フッ素原子を有するシクロアルキル基、または、フッ素原子を有するアリール基の一般式を以下に示すが、本発明は、これに限定されるものではない。
Figure 0005186255
一般式(F2)〜(F4)中、
57〜R68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、R57〜R61、R62〜R64およびR65〜R68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(好ましくは炭素数1〜4)を表す。R57〜R61及びR65〜R67は、全てがフッ素原子であることが好ましい。R62、R63及びR68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(好ましくは炭素数1〜4)が好ましく、炭素数1〜4のパーフルオロアルキル基であることがさらに好ましい。R62とR63は、互いに連結して環を形成してもよい。
一般式(F2)で表される基の具体例としては、例えば、p−フルオロフェニル基、ペンタフルオロフェニル基、3,5-ジ(トリフルオロメチル)フェニル基等が挙げられる。
一般式(F3)で表される基の具体例としては、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロプロピル基、ペンタフルオロエチル基、ヘプタフルオロブチル基、ヘキサフルオロイソプロピル基、ヘプタフルオロイソプロピル基、ヘキサフルオロ(2−メチル)イソプロピル基、ノナフルオロブチル基、オクタフルオロイソブチル基、ノナフルオロヘキシル基、ノナフルオロ−t−ブチル基、パーフルオロイソペンチル基、パーフルオロオクチル基、パーフルオロ(トリメチル)ヘキシル基、2,2,3,3-テトラフルオロシクロブチル基、パーフルオロシクロヘキシル基などが挙げられる。ヘキサフルオロイソプロピル基、ヘプタフルオロイソプロピル基、ヘキサフルオロ(2−メチル)イソプロピル基、オクタフルオロイソブチル基、ノナフルオロ−t−ブチル基、パーフルオロイソペンチル基が好ましく、ヘキサフルオロイソプロピル基、ヘプタフルオロイソプロピル基が更に好ましい。
一般式(F4)で表される基の具体例としては、例えば、−C(CF32OH、−C(C252OH、−C(CF3)(CH3)OH、−CH(CF3)OH等が挙げられ、−C(CF32OHが好ましい。
以下、一般式(F2)〜(F4)で表される基を含む繰り返し単位の具体例を示す。
1は、水素原子、−CH3、−F、又は、−CF3を表す。
2は、−F、又は、−CF3を表す。
Figure 0005186255
<珪素原子を有する樹脂(HR−SI)>
樹脂(HR)は、珪素原子を有する部分構造として、アルキルシリル構造(好ましくはトリアルキルシリル基)、または環状シロキサン構造を有する樹脂であることが好ましい。
アルキルシリル構造、または環状シロキサン構造としては、具体的には、下記一般式(CS−1)〜(CS−3)で表される基などが挙げられる。
Figure 0005186255
一般式(CS−1)〜(CS−3)に於いて、
12〜R26は、各々独立に、直鎖もしくは分岐アルキル基(好ましくは炭素数1〜20)またはシクロアルキル基(好ましくは炭素数3〜20)を表す。
3〜L5は、単結合又は2価の連結基を表す。2価の連結基としては、アルキレン基、フェニレン基、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、ウレタン基、また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挙げられる。
nは、1〜5の整数である。
一般式(CS-1)から(CS-3) のいずれかによって表される基を含む繰り返し単位の具体例を以下に示す。以下に示す繰り返し単位において、Xは、水素原子、−CH3、−F、又は、−CF3を表す。
Figure 0005186255
樹脂(HR)が特定の繰り返し単位を有する樹脂(HR−C)である場合について以下
に示す。
特定の繰り返し単位を有する樹脂(HR−C)は、下記一般式(C−I)〜(C-II
I)から選ばれる繰り返し単位を有する樹脂であることが好ましい。
Figure 0005186255
式(C−I)〜(C-III)中、
は、各々独立に、水素原子またはメチル基を表す。
は、各々独立に、1つ以上の−CH部分構造(すなわちメチル基)を有する炭化水素基を表す。
は、単結合、またはアルキレン、エーテル基、またはそれらを2つ以上有する連結基を表す。
は、−O−、−NR−(Rは水素原子またはアルキル基)、−NHSO−から選ばれる連結基を表す。
nは1〜4の整数を表す。
これらの繰り返し単位は1つでも、複数の繰り返し単位を組み合わせてもよい。
式(C−I)〜(C−III)におけるR2の1つ以上の−CH部分構造(すなわち
メチル基)を有する炭化水素基としては、1つ以上の−CH部分構造を有するアルキル基、アルキルオキシ基、アルキル置換シクロアルキル基、アルケニル基、アルキル置換アルケニル基、アルキル置換シクロアルケニル基、アルキル置換アリール基、アルキル置換アラルキル基が挙げられ、アルキル基、アルキル置換シクロアルキル基が好ましい。R2
の1つ以上の−CH部分構造を有する炭化水素基は、−CH部分構造を2つ以上有することがより好ましい。
2に於ける、−CH3の部分構造を少なくとも1つ有するアルキル基としては、炭素数3〜20の分岐のアルキル基が好ましい。好ましいアルキル基としては、具体的には、イソプロピル基、イソブチル基、t−ブチル基、3−ペンチル基、2−メチル−3−ブチル基、3−ヘキシル基、2−メチル−3−ペンチル基、3−メチル−4−ヘキシル基、3,5−ジメチル−4−ペンチル基、イソオクチル基、2,4,4−トリメチルペンチル基、2−エチルヘキシル基、2,6−ジメチルヘプチル基、1,5−ジメチル−3−ヘプチル基、2,3,5,7−テトラメチル−4−ヘプチル基等が挙げられる。より好ましくは、イソブチル基、t−ブチル基、2−メチル−3−ブチル基、2−メチル−3−ペンチル基、3−メチル−4−ヘキシル基、3,5−ジメチル−4−ペンチル基、2,4,4−トリメチルペンチル基、2−エチルヘキシル基、2,6−ジメチルヘプチル基、1,5−ジメチル−3−ヘプチル基、2,3,5,7−テトラメチル−4−ヘプチル基である。
2に於ける、−CH3の部分構造を1つ有するアルキル基としては、炭素数1〜20の直鎖のアルキル基が好ましい。好ましいアルキル基としては、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基等が挙げられる。
2に於ける、−CH3の部分構造を少なくとも1つ有するアルキルオキシ基としては、
−CH3の部分構造を少なくとも2つ有するアルキル基にエーテル基が結合した基を挙げ
ることができる。
2に於ける、シクロアルキル基は、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。好ましい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、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロデカニル基、シクロドデカニル基を挙げることができる。より好ましくは、アダマンチル基、ノルボルニル基、シクロヘキシル基、シクロペンチル基、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。より好ましくは、ノルボルニル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基である。
2に於ける、アルケニル基としては、炭素数2〜20の直鎖または分岐のアルケニル
基が好ましく、分岐のアルケニル基がより好ましい。
2に於ける、アリール基は、炭素数6〜20のアリール基が好ましく、例えば、フェ
ニル基、ナフチル基を挙げることができ、好ましくはフェニル基である。
2に於ける、アラルキル基は、炭素数7〜12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、ナフチルメチル基等を挙げることができる。
一般式(C−I)〜(C−II)、R2に於ける、−CH3の部分構造を少なくとも2つ有する炭化水素基としては、具体的には、イソプロピル基、イソブチル基、t−ブチル基、3−ペンチル基、2−メチル−3−ブチル基、3−ヘキシル基、2,3−ジメチル−2−ブチル基、2−メチル−3−ペンチル基、3−メチル−4−ヘキシル基、3,5−ジメチル−4−ペンチル基、イソオクチル基、2,4,4−トリメチルペンチル基、2−エチルヘキシル基、2,6−ジメチルヘプチル基、1,5−ジメチル−3−ヘプチル基、2,3,5,7−テトラメチル−4−ヘプチル基、3,5−ジメチルシクロヘキシル基、4−イソプロピルシクロヘキシル基、4−tブチルシクロヘキシル基、イソボルニル基などが挙げられる。より好ましくは、イソブチル基、t−ブチル基、2−メチル−3−ブチル基、2,3−ジメチル−2−ブチル基、2−メチル−3−ペンチル基、3−メチル−4−ヘキシル基、3,5−ジメチル−4−ペンチル基、2,4,4−トリメチルペンチル基、2−エチルヘキシル基、2,6−ジメチルヘプチル基、1,5−ジメチル−3−ヘプチル基、2,3,5,7−テトラメチル−4−ヘプチル基、3,5−ジメチルシクロヘキシル基、4−イソプロピルシクロヘキシル基、4−tブチルシクロヘキシル基、イソボルニル基である。
一般式(C−III)、R2に於ける、−CH3の部分構造を少なくとも2つ有する炭化水素基としては、具体的には、イソブチル基、t-ブチル基、3−ペンチル基、2,3−
ジメチルブチル基、2−メチル−3−ブチル基、3−ヘキシル基、2−メチル−3−ペンチル基、3−メチル−4−ヘキシル基、3,5−ジメチル−4−ペンチル基、イソオクチル基、2,4,4−トリメチルペンチル基、2−エチルヘキシル基、2,6−ジメチルヘプチル基、1,5−ジメチル−3−ヘプチル基、2,3,5,7−テトラメチル−4−ヘプチル基、3,5−ジメチルシクロヘキシル基、4−イソプロピルシクロヘキシル基、4−tブチルシクロヘキシル基などが挙げられる。より好ましくは、炭素数5〜20であることがより好ましく、2−メチル−3−ブチル基、2−メチル−3−ペンチル基、3−メチル−4−ヘキシル基、3,5−ジメチル−4−ペンチル基、2,4,4−トリメチルペンチル基、2−エチルヘキシル基、2,6−ジメチルヘプチル基、1,5−ジメチル−3−ヘプチル基、2,3,5,7−テトラメチル−4−ヘプチル基、2,6−ジメチルヘプチル基、3,5−ジメチルシクロヘキシル基、4−イソプロピルシクロヘキシル基、4−tブチルシクロヘキシル基である。
一般式(C−I)〜(C-III)から選ばれる繰り返し単位の総含有量は、樹脂中の
全繰り返し単位に対し、50〜100mol%が好ましく、より好ましくは80〜1
00mol%、更に好ましくは90〜100mol%である。
一般式(C−I)で表される繰り返し単位の好ましい具体例を以下に挙げる。尚、本発明はこれに限定されるものではない。
Figure 0005186255
一般式(C−II)で表される繰り返し単位の好ましい具体例を以下に挙げる。尚、本発明はこれに限定されるものではない。
Figure 0005186255
一般式(C−III)に於いて、P2が酸素原子の場合に、酸素原子に直結する炭素原
子は2級又は3級であることが好ましい。
一般式(C−III)で表される繰り返し単位の好ましい具体例を以下に挙げる。尚、本発明はこれに限定されるものではない。具体例中、Rxは、水素原子またはメチル基を
表し、RxaからRxcは、それぞれ炭素数1〜4のアルキル基を表す。
Figure 0005186255
Figure 0005186255
(HR−C)成分の樹脂は、珪素原子及びフッ素原子を有さないことが好ましい。
(HR−C)成分の樹脂は、炭素原子と水素原子と酸素原子と窒素原子と硫黄原子以外の元素を有さないことが好ましい。
更に、樹脂(HR)は、下記(x)〜(z)の群から選ばれる基を少なくとも1つ含有していてもよい。
(x)アルカリ可溶性基、
(y)アルカリ現像液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、
(z)酸の作用により分解する基
ただし、好ましくは、これら(x)〜(z)の群から選ばれる基を有さないことが好ましい。
(x)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、(スルホニル)(カルボニル)メチレン基、(スルホニル)(カルボニル)イミド基、ビス(カルボニル)メチレン基、ビス(カルボニル)イミド基、ビス(スルホニル)メチレン基、ビス(スルホニル)イミド基、トリス(カルボニル)メチド基、トリス(スルホニル)メチド基等が挙げられる。
好ましいアルカリ可溶性基としては、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基:−C(CF3)2(OH))、スルホンイミド基、ビス(カルボニル)メチレン基が挙げられる。
アルカリ可溶性基(x)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アルカリ可溶性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アルカリ可溶性基が結合している繰り返し単位などが挙げられ、さらにはアルカリ可溶性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することもでき、いずれの場合も好ましい。
アルカリ可溶性基(x)を有する繰り返し単位の含有量は、樹脂中の全繰り返し単位に対し、1〜50mol%が好ましく、より好ましくは3〜35mol%、更に好まし
くは5〜20mol%である。
アルカリ可溶性基(x)を有する繰り返し単位の具体例を以下に示す。
式中Rxは、H、−CH3、−CF3、または−CH2OHを表す。
Figure 0005186255
(y)アルカリ現像液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、例えば、ラクトン構造を有する基、酸無水物基、酸イミド基などが挙げられ、好ましくはラクトン構造を有する基である。
アルカリ現像液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(y)を有する繰り返し単位としては、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステルによる繰り返し単位のように、連結基を介して樹脂の主鎖にアルカリ可溶性基が結合している繰り返し単位、あるいはアルカリ現像液中での溶解度が増大する基(y)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、のいずれも好ましい。
アルカリ現像液中での溶解度が増大する基(y)を有する繰り返し単位の含有量は、樹脂中の全繰り返し単位に対し、1〜40mol%が好ましく、より好ましくは3〜30mol%、更に好ましくは5〜15mol%である。
アルカリ現像液中での溶解度が増大する基(y)を有する繰り返し単位の具体例としては、後述の樹脂(A)について挙げたラクトン構造、及び一般式(VIII)で表される構造と同様のものを挙げることができる。
(z)酸の作用により分解する基としては、樹脂(A)で挙げた酸分解性基と同様のものを挙げることができる。(z)酸の作用により分解する基を含有する繰り返し単位は、樹脂(A)で挙げた酸分解性基を含有する繰り返し単位と同様のものがあげられる。酸の作用により分解する基(z)を有する繰り返し単位の含有量は、樹脂中の全繰り返し単位に対し、1〜80mol%が好ましく、より好ましくは10〜80mol%、更に好ましくは20〜60mol%である。
樹脂(HR)がフッ素原子を有する場合、フッ素原子の含有量は、樹脂(HR)の分子量に対し、5〜80質量%であることが好ましく、10〜80質量%であることがより好ましい。また、フッ素原子を含む繰り返し単位が、樹脂(HR)中10〜100質量%であることが好ましく、30〜100質量%であることがより好ましい。
樹脂(HR)が珪素原子を有する場合、珪素原子の含有量は、樹脂(C)の分子量に対し、2〜50質量%であることが好ましく、2〜30質量%であることがより好ましい。また、珪素原子を含む繰り返し単位が、樹脂(C)中10〜100質量%であることが好ましく、20〜100質量%であることがより好ましい。
上述の樹脂(HR)は、上述の特定の繰返し単位以外の他の繰り返し単位を有していてもよく、上記特定の繰り返し単位に対応するモノマーと、一般的に重合可能なエチレン性二重結合を有するモノマーを共重合させることができる。
樹脂(HR)の標準ポリスチレン換算の重量平均分子量は、好ましくは1,000〜20,000で、より好ましくは2,000〜10,000である。
樹脂(HR)は、酸分解性樹脂(A)同様、金属等の不純物が少ないのは当然のことながら、残留モノマーやオリゴマー成分が0〜10質量%であることが好ましく、より好ましくは0〜5質量%、0〜1質量%が更により好ましい。それにより、液中異物や感度等の経時変化のないレジストが得られる。また、解像度、レジスト形状、レジストパターンの側壁、ラフネスなどの点から、分子量分布(Mw/Mn、分散度ともいう)は、1〜5が好ましく、より好ましくは1〜3の範囲である。
以下に樹脂の具体例を示す。また、下記表に、各樹脂における繰り返し単位のモル比(各繰り返し単位と左から順に対応)、重量平均分子量、分散度を示す。
Figure 0005186255
Figure 0005186255
Figure 0005186255
Figure 0005186255
Figure 0005186255
Figure 0005186255
Figure 0005186255

Figure 0005186255
〔2〕樹脂(HR)を添加するポジ型レジスト組成物
樹脂(HR)は、膜表面を疎水化すべく各種組成物に添加可能であるが、液浸露光によるパターニングにおいて使用するポジ型レジストに添加することが好ましく、特に、(A)単環又は多環の脂環炭化水素構造を有し、酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解度が増大する樹脂、(B)活性光線または放射線の照射により酸を発生する化合物、および、(D)溶剤を含有するポジ型レジスト組成物に添加することが好ましい。
以下、樹脂(HR)を添加するポジ型レジスト組成物の各主成分について説明する。
(A)単環又は多環の脂環炭化水素構造を有し、酸の作用によりアルカリ現像液に対す
る溶解度が増大する樹脂
本発明のポジ型レジスト組成物に用いられる樹脂は、単環又は多環の脂環炭化水素構造を有し、酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解度が増大する樹脂であり、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(以下、「酸分解性基」ともいう)を有する樹脂(「酸分解性樹脂」、「酸分解性樹脂(A)」又は「樹脂(A)」とも呼ぶ)である。
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。
酸で分解し得る基(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。
酸で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。
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。
単環又は多環の脂環炭化水素構造を有し、酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解度が増大する樹脂を含有する本発明のポジ型レジスト組成物は、ArFエキシマレーザー光を照射する場合に好適に使用することができる。
単環又は多環の脂環炭化水素構造を有し、酸の作用により分解し、アルカリ現像液に対する溶解度が増加する樹脂(以下、「脂環炭化水素系酸分解性樹脂」ともいう)としては、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種を含有する樹脂であることが好ましい。
Figure 0005186255
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シクロアルキル基を表す。但し、R12〜R14のうち少なくとも1つ、もしくはR15、R16のいずれかは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シクロアルキル基を表す。但し、R17〜R21のうち少なくとも1つは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シクロアルキル基を表す。但し、R22〜R25のうち少なくとも1つは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 0005186255
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 0005186255
式(II−AB1)及び(II−AB2)中、
13'〜R16'は、各々独立に、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、−COOH、−COOR5、酸の作用により分解する基、−C(=O)−X−A'−R17'、アルキル基ある
いはシクロアルキル基を表す。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)において、R12〜R25におけるアルキル基としては、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。
11〜R25におけるシクロアルキル基或いはZと炭素原子が形成するシクロアルキル基は、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、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロデカニル基、シクロドデカニル基を挙げることができる。より好ましくは、アダマンチル基、ノルボルニル基、シクロヘキシル基、シクロペンチル基、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、シクロアルキル基の更なる置換基としては、アルキル基(炭素数1〜4)、ハロゲン原子、水酸基、アルコキシ基(炭素数1〜4)、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基(炭素数2〜6)が挙げられる。上記のアルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基等が、更に有していてもよい置換基としては、水酸基、ハロゲン原子、アルコキシ基を挙げることができる。
上記樹脂における一般式(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る。アルカリ可溶性基としては、この技術分野において公知の種々の基が挙げられる。
具体的には、カルボン酸基、スルホン酸基、フェノール基、チオール基の水素原子が一般式(pI)〜(pV)で表される構造で置換された構造などが挙げられ、好ましくはカルボン酸基、スルホン酸基の水素原子が一般式(pI)〜(pV)で表される構造で置換された構造である。
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 0005186255
ここで、Rは、水素原子、ハロゲン原子又は1〜4個の炭素原子を有する直鎖もしくは分岐のアルキル基を表す。複数のRは、各々同じでも異なっていてもよい。
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、特に好ましくは、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が、本発明は、これに限定されるものではない。
Figure 0005186255
Figure 0005186255
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。
上記R11'、R12'におけるアルキル基としては、炭素数1〜10個の直鎖状あるいは分岐状アルキル基が挙げられる。
上記Z'の脂環式構造を形成するための原子団は、置換基を有していてもよい脂環式炭
化水素の繰り返し単位を樹脂に形成する原子団であり、中でも有橋式の脂環式炭化水素の繰り返し単位を形成する有橋式脂環式構造を形成するための原子団が好ましい。
形成される脂環式炭化水素の骨格としては、一般式(pI)〜(pVI)に於けるR12〜R25の脂環式炭化水素基と同様のものが挙げられる。
上記脂環式炭化水素の骨格には置換基を有していてもよい。そのような置換基としては、前記一般式(II−AB1)あるいは(II−AB2)中のR13'〜R16'を挙げることができる。
本発明に係る脂環炭化水素系酸分解性樹脂においては、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 0005186255
本発明の脂環炭化水素系酸分解性樹脂は、ラクトン基を有することが好ましい。ラクトン基としては、ラクトン構造を含有していればいずれの基でも用いることができるが、好ましくは5〜7員環ラクトン構造を含有する基であり、5〜7員環ラクトン構造にビシクロ構造、スピロ構造を形成する形で他の環構造が縮環しているものが好ましい。下記一般式(LC1−1)〜(LC1−16)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一般式(LC1−1)、(LC1−4)、(LC1−5)、(LC1−6)、(LC1−13)、(LC1−14)で表される基であり、特定のラクトン構造を用いることでラインエッジラフネス、現像欠陥が良好になる。
Figure 0005186255
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2〜8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)〜(LC1−16)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、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 0005186255
一般式(AI)中、
Rb0は、水素原子、ハロゲン原子、又は炭素数1〜4のアルキル基を表す。
Rb0のアルキル基が有していてもよい好ましい置換基としては、水酸基、ハロゲン原子が挙げられる。
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、水素原子又はメチル基が好ましい。
Ab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、又はこれらを組み合わせた2価の基を表す。好ましくは、単結合、−Ab1−CO2−で表される連結基である。Ab1は、直鎖、分岐アルキレン基、単環または多環のシクロアルキレン基であり、好ましくは、メチレン基、エチレン基、シクロヘキシレン基、アダマンチレン基、ノルボルニレン基である。
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 0005186255
Figure 0005186255
Figure 0005186255
本発明の脂環炭化水素系酸分解性樹脂は、極性基を有する有機基を含有する繰り返し単位、特に、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。極性基としては水酸基、シアノ基が好ましい。
極性基で置換された脂環炭化水素構造としては、下記一般式(VIIa)〜(VIId)で表される部分構造が好ましい。
Figure 0005186255
一般式(VIIa)〜(VIIc)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、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。
一般式(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、上記一般式(II−AB1)又は(II−AB2)中のR13'〜R16'のうち少なくとも1つが上記一般式(VIIa)〜(VIId)で表される基を有するもの(例えば、−COOR5におけるR5が一般式(VIIa)〜(VIId)で表される基を表す)、又は下記一般
式(AIIa)〜(AIId)で表される繰り返し単位等を挙げることができる。
Figure 0005186255
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、ヒドロキメチル基を表す。
2c〜R4cは、一般式(VIIa)〜(VIIc)におけるR2c〜R4cと同義である。
一般式(AIIa)〜(AIId)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 0005186255
本発明の脂環炭化水素系酸分解性樹脂は、下記一般式(VIII)で表される繰り返し単位を有してもよい。
Figure 0005186255
上記一般式(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。
上記一般式(VIII)で表される繰り返し単位として、以下の具体例が挙げられるが、本発明はこれらに限定されない。
Figure 0005186255
本発明の脂環炭化水素系酸分解性樹脂は、アルカリ可溶性基を有する繰り返し単位を有することが好ましく、カルボキシル基を有する繰り返し単位を有することがより好ましい。これを含有することによりコンタクトホール用途での解像性が増す。カルボキシル基を有する繰り返し単位としては、アクリル酸、メタクリル酸による繰り返し単位のような樹脂の主鎖に直接カルボキシル基が結合している繰り返し単位、あるいは連結基を介して樹脂の主鎖にカルボキシル基が結合している繰り返し単位などが挙げられ、さらにはアルカリ可溶性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することができ、いずれの場合も好ましい。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。特に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。
本発明の脂環炭化水素系酸分解性樹脂は、更に一般式(F1)で表される基を1〜3個有する繰り返し単位を有していてもよい。これによりラインエッジラフネス性能が向上する。
Figure 0005186255
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。
Rxは、水素原子または有機基(好ましくは酸分解性保護基、アルキル基、シクロアルキル基、アシル基、アルコキシカルボニル基)を表す。
50〜R55のアルキル基は、フッ素原子等のハロゲン原子、シアノ基等で置換されていてもよく、好ましくは炭素数1〜3のアルキル基、例えば、メチル基、トリフルオロメチル基を挙げることができる。
50〜R55は、すべてフッ素原子であることが好ましい。
Rx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)で表される基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 0005186255
一般式(F2)中、
Rxは、水素原子、ハロゲン原子、又は炭素数1〜4のアルキル基を表す。Rxのアルキル基が有していてもよい好ましい置換基としては、水酸基、ハロゲン原子が挙げられる。
Faは、単結合、直鎖または分岐のアルキレン基(好ましくは単結合)を表す。
Fbは、単環または多環の環状炭化水素基を表す。
Fcは、単結合、直鎖または分岐のアルキレン基(好ましくは単結合、メチレン基)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。
一般式(F1)で表される基を有する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 0005186255
本発明の脂環炭化水素系酸分解性樹脂は、更に脂環炭化水素構造を有し、酸分解性を示さない繰り返し単位を含有してもよい。これにより液浸露光時にレジスト膜から液浸液への低分子成分の溶出が低減できる。このような繰り返し単位として、例えば1−アダマンチル(メタ)アクリレート、トリシクロデカニル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレートなどが挙げられる。
本発明の脂環炭化水素系酸分解性樹脂は、上記の繰り返し構造単位以外に、ドライエッチング耐性や標準現像液適性、基板密着性、レジストプロファイル、さらにレジストの一般的な必要な特性である解像力、耐熱性、感度等を調節する目的で様々な繰り返し構造単位を含有することができる。
このような繰り返し構造単位としては、下記のモノマーに相当する繰り返し構造単位を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
これにより、脂環炭化水素系酸分解性樹脂に要求される性能、特に、
(1)塗布溶剤に対する溶解性、
(2)製膜性(ガラス転移温度)、
(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。
このようなモノマーとして、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モノマー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。
脂環炭化水素系酸分解性樹脂において、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。
本発明の脂環炭化水素系酸分解性樹脂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含有するもの。
(2) 一般式(II-AB)で表される繰り返し単位を含有するもの(主鎖型)。
但し、(2)においては例えば、更に以下のものが挙げられる。
(3) 一般式(II-AB)で表される繰り返し単位、無水マレイン酸誘導体及び(
メタ)アクリレート構造を有するもの(ハイブリッド型)。
脂環炭化水素系酸分解性樹脂中、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。
酸分解性樹脂中、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。
脂環炭化水素系酸分解性樹脂中、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20〜70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。
脂環炭化水素系酸分解性樹脂中、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。
酸分解性樹脂中、ラクトン環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10〜70モル%が好ましく、より好ましくは20〜60モル%、更に好ましくは25〜40モル%である。
酸分解性樹脂中、極性基を有する有機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1〜40モル%が好ましく、より好ましくは5〜30モル%、更に好ましくは5〜20モル%である。
また、上記更なる共重合成分のモノマー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。
本発明のポジ型レジスト組成物がArF露光用であるとき、ArF光への透明性の点から樹脂は芳香族基を有さないことが好ましい。
本発明に用いる脂環炭化水素系酸分解性樹脂として好ましくは、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、繰り返し単位のすべてがアクリレート系繰り返し単位、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/アクリレート系繰り返し単位の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。
脂環炭化水素系酸分解性樹脂は、少なくとも、ラクトン環を有する(メタ)アクリレート系繰り返し単位、水酸基及びシアノ基の少なくともいずれかで置換された有機基を有する(メタ)アクリレート系繰り返し単位、並びに、酸分解性基を有する(メタ)アクリレート系繰り返し単位の3種類の繰り返し単位を有する共重合体であることが好ましい。
好ましくは一般式(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20〜50モル%、ラクトン構造を有する繰り返し単位20〜50モル%、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3元共重合体、または更にその他の繰り返し単位を20モル%以下含む4元共重合体である。
特に好ましい樹脂としては、下記一般式(ARA−1)〜(ARA−5)で表される酸分解性基を有する繰り返し単位20〜50モル%、下記一般式(ARL−1)〜(ARL−6)で表されるラクトン基を有する繰り返し単位20〜50モル%、下記一般式(ARH−1)〜(ARH−3)で表される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3元共重合体、または更にカルボキシル基ある
いは一般式(F1)で表される構造を有する繰り返し単位、または、脂環炭化水素構造を有し、酸分解性を示さない繰り返し単位を5〜20モル%含む4元共重合体である。
(式中、Rxy1は水素原子またはメチル基、Rxa1、Rxb1はメチル基またはエチル
基を表す。)
Figure 0005186255
Figure 0005186255
Figure 0005186255
本発明に用いる脂環炭化水素系酸分解性樹脂は、常法に従って(例えばラジカル重合)合成することができる。例えば、一般的合成方法としては、モノマー種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レジスト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樹脂を回収する。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。
精製は、前述の樹脂(HR)と同様の方法を用いることができ、水洗や適切な溶媒を組
み合わせることにより残留モノマーやオリゴマー成分を除去する液液抽出法、特定の分子量以下のもののみを抽出除去する限外ろ過等の溶液状態での精製方法や、樹脂溶液を貧溶媒へ滴下することで樹脂を貧溶媒中に凝固させることにより残留モノマー等を除去する再沈殿法や、濾別した樹脂スラリーを貧溶媒で洗浄する等の固体状態での精製方法等の通常の方法を適用できる。
本発明に係る酸分解性樹脂の重量平均分子量は、GPC法によりポリスチレン換算値として、好ましくは1,000〜200,000であり、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防ぐことができる。
分散度(分子量分布)は、通常1〜5であり、好ましくは1〜3、更に好ましくは1.2〜3.0、特に好ましくは1.2〜2.0の範囲のものが使用される。分散度の小さいものほど、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。
本発明のポジ型レジスト組成物において、全ての樹脂の組成物全体中の配合量は、全固形分中50〜99.9質量%が好ましく、より好ましくは60〜99.0質量%である。
また、本発明において、酸分解性樹脂は、1種で使用してもよいし、複数併用してもよい。
本発明の脂環炭化水素系酸分解性樹脂は、樹脂(HR)との相溶性の観点から、フッ素原子および珪素原子を含有しないことが好ましい。
(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(「光酸発生剤」又は「(B)成分」ともいう)を含有する。
そのような光酸発生剤としては、光カチオン重合の光開始剤、光ラジカル重合の光開始剤、色素類の光消色剤、光変色剤、あるいはマイクロレジスト等に使用されている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、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 0005186255
上記一般式(ZI)において、R201、R202及びR203は、各々独立に有機基を表す。
-は、非求核性アニオンを表し、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、より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式に示す有機アニオンが挙げられる。
Figure 0005186255
式中、
Rc1は、有機基を表す。
Rc1における有機基として炭素数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、アルキル基を表す。
Rc3、Rc4、Rc5は、各々独立に、有機基を表す。Rc3、Rc4、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、最も好ま
しくは炭素数1〜4のパーフロロアルキル基である。
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。
Rc1、Rc3〜Rc5の有機基として特に好ましくは1位がフッ素原子またはフロロア
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。また、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、感度が向上する。
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の直鎖又は分岐状アルキル基が好ましく、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基等を挙げることができる。
アリールスルホニウム化合物が必要に応じて有しているシクロアルキル基は、炭素数3〜15のシクロアルキル基が好ましく、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロヘキシル基等を挙げることができる。
201〜R203のアリール基、アルキル基、シクロアルキル基は、アルキル基(例えば炭素数1〜15)、シクロアルキル基(例えば炭素数3〜15)、アリール基(例えば炭素数6〜14)、アルコキシ基(例えば炭素数1〜15)、ハロゲン原子、水酸基、フェニルチオ基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、直鎖状、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)を挙げることができる。R201〜R203としてのアルキル基
は、直鎖若しくは分岐状2−オキソアルキル基、アルコキシカルボニルメチル基であることが好ましい。
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 0005186255
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〜R7c中のいずれか2つ以上、及びRxとRyは、それぞれ結合して環構造を形成しても良く、この環構造は、酸素原子、硫黄原子、エステル結合、アミド結合を含んでいてもよい。R1c〜R7c中のいずれか2つ以上、及びRxとRyが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(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、直鎖状、分岐状のいずれであってもよく、例えば、炭素数1〜20個の直鎖又は分岐状アルキル基、好ましくは炭素数1〜12個の直鎖又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であることが好ましい。
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好ましい。
直鎖、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。
一般式(ZII)及び(ZIII)中、
204〜R207は、各々独立に、アリール基、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。
204〜R207のアリール基としてはフェニル基、ナフチル基が好ましく、更に好ましくはフェニル基である。
204〜R207としてのアルキル基は、直鎖状、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)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(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。
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、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 0005186255
一般式(ZIV)〜(ZVI)中、
Ar3及びAr4は、各々独立に、アリール基を表す。
208は、アルキル基又はアリール基を表す。
208及びR209は、各々独立に、アルキル基、アリール基または電子吸引性基を表す。R209は、好ましくはアリール基である。
210は、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酸を発生する化合物として、一般式(ZI)〜(ZIII)で表される化合物が好ましい。
化合物(B)は、活性光線または放射線の照射によりフッ素原子を有する脂肪族スルホン酸又はフッ素原子を有するベンゼンスルホン酸を発生する化合物であることが好ましい。
化合物(B)は、トリフェニルスルホニウム構造を有することが好ましい。
化合物(B)は、カチオン部にフッ素置換されていないアルキル基若しくはシクロアルキル基を有するトリフェニルスルホニウム塩化合物であることが好ましい。
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 0005186255
Figure 0005186255
Figure 0005186255
Figure 0005186255
Figure 0005186255
Figure 0005186255
光酸発生剤は、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。
光酸発生剤の含量は、ポジ型レジスト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。
(D)溶剤
前記各成分を溶解させてポジ型レジスト組成物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の有機溶剤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。
溶剤は、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2種類以上の混合溶剤であることが好ましい。
(E)塩基性化合物
本発明のポジ型レジスト組成物は、露光から加熱までの経時による性能変化を低減するために、(E)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、好ましくは、下記式(A)〜(E)で示される構造を有する化合物を挙げることができる。
Figure 0005186255
一般式(A)〜(E)中、
200 、R201及びR202 は、同一でも異なってもよく、水素原子、アルキル基(好ま
しくは炭素数1〜20)、シクロアルキル基(好ましくは炭素数3〜20)又はアリール基(炭素数6〜20)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。
上記アルキル基について、置換基を有するアルキル基としては、炭素数1〜20のアミノアルキル基、炭素数1〜20のヒドロキシアルキル基、または炭素数1〜20のシアノアルキル基が好ましい。
203 、R204、R205及びR206 は、同一でも異なってもよく、炭素数1〜20個のアルキル基を表す。
これら一般式(A)〜(E)中のアルキル基は、無置換であることがより好ましい。
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、ピペリジン等を挙げることができ、更に好ましい化合物として、イミダゾール構造、ジアザビシクロ構造、オニウムヒドロキシド構造、オニウムカルボキシレート構造、トリアルキルアミン構造、アニリン構造又はピリジン構造を有する化合物、水酸基及び/又はエーテル結合を有するアルキルアミン誘導体、水酸基及び/又はエーテル結合を有するアニリン誘導体等を挙げることができる。
イミダゾール構造を有する化合物としてはイミダゾール、2、4、5−トリフェニルイミダゾール、ベンズイミダゾール等が挙げられる。ジアザビシクロ構造を有する化合物としては1、4−ジアザビシクロ[2,2,2]オクタン、1、5−ジアザビシクロ[4,3,0]ノナ−5−エン、1、8−ジアザビシクロ[5,4,0]ウンデカー7−エン等が挙げられる。オニウムヒドロキシド構造を有する化合物としてはトリアリールスルホニウムヒドロキシド、フェナシルスルホニウムヒドロキシド、2−オキソアルキル基を有するスルホニウムヒドロキシド、具体的にはトリフェニルスルホニウムヒドロキシド、トリス(t−ブチルフェニル)スルホニウムヒドロキシド、ビス(t−ブチルフェニル)ヨードニウムヒドロキシド、フェナシルチオフェニウムヒドロキシド、2−オキソプロピルチオフェニウムヒドロキシド等が挙げられる。オニウムカルボキシレート構造を有する化合
物としてはオニウムヒドロキシド構造を有する化合物のアニオン部がカルボキシレートになったものであり、例えばアセテート、アダマンタンー1−カルボキシレート、パーフロロアルキルカルボキシレート等が挙げられる。トリアルキルアミン構造を有する化合物としては、トリ(n−ブチル)アミン、トリ(n−オクチル)アミン等を挙げることができる。アニリン化合物としては、2,6−ジイソプロピルアニリン、N,N−ジメチルアニリン、N,N−ジブチルアニリン、N,N−ジヘキシ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種以上一緒に用いられる。
塩基性化合物の使用量は、ポジ型レジスト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。
酸発生剤と塩基性化合物の組成物中の使用割合は、酸発生剤/塩基性化合物(モル比)=2.5〜300であることが好ましい。即ち、感度、解像度の点からモル比が2.5以上が好ましく、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による解像度の低下抑制の点から300以下が好ましい。酸発生剤/塩基性化合物(モル比)は、より好ましくは5.0〜200、更に好ましくは7.0〜150である。
(F)界面活性剤
本発明のポジ型レジスト組成物は、更に(F)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。
本発明のポジ型レジスト組成物が上記(F)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(OMNOVA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。
(F)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0.01〜10質量%、より好ましくは0.1〜5質量%である。
(G)カルボン酸オニウム塩
本発明におけるポジ型レジスト組成物は、(G)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、(G)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、単環また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(G)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。
(G)カルボン酸オニウム塩の組成物中の含量は、組成物の全固形分に対し、一般的には0.1〜20質量%、好ましくは0.5〜10質量%、更に好ましくは1〜7質量%である。
(H)その他の添加剤
本発明のポジ型レジスト組成物には、必要に応じてさらに染料、可塑剤、光増感剤、光吸収剤、アルカリ可溶性樹脂、溶解阻止剤及び現像液に対する溶解性を促進させる化合物(例えば、分子量1000以下のフェノール化合物、カルボキシル基を有する脂環族、又は脂肪族化合物)等を含有させることができる。
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4,916,210、欧州特許第219294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。
〔3〕パターン形成方法
本発明のポジ型レジスト組成物は、解像力向上の観点から、膜厚30〜500nmで使用されることが好ましく、膜厚30〜250nmで使用されることがより好ましく、膜厚30〜200nmで使用されることが更により好ましい。ポジ型レジスト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。
ポジ型レジスト組成物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1〜8.0質量%、さらに好ましくは1.0〜6.0質量%である。
本発明のポジ型レジスト組成物は、上記の成分を所定の有機溶剤、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ミクロン以下のポアサイズを有する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、ポジ型レジスト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。なお、予め公知の反射防止膜を塗設してもよい。
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、特に好ましくは1〜200nm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線等であり、ArFエキシマレーザー、F2エキシマレーザー、EUV(13nm)が
好ましい。
レジスト膜を形成する前に、基板上に予め反射防止膜を塗設してもよい。
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。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。
現像工程では、アルカリ現像液を次のように用いる。レジスト組成物の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。
現像処理またはリンス処理は、パドルを形成して行ってもよいし、パドルレスプロセスにて行ってもよい。
液浸露光においては、露光前後に、リンス工程を入れてもよい。
液浸露光によるパターニングでは、活性光線又は放射線の照射時にレジスト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)を行う。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。
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。
本発明のポジ型レジスト組成物は、レジスト中に含まれる樹脂(HR)が表面に偏在化するため、膜表面の接触角(特に後退接触角)を向上することができる。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く、70°以上であることがより好ましい。樹脂(HR)のみを溶剤に溶解し、塗布したときの膜の後退接触角は70°〜110°が好ましい。樹脂(HR)の添加量を調整することにより、レジスト膜の後退接触角を60°〜80°に調整して使用する。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。
本発明のポジ型レジスト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、レジスト保護膜(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などの効果がある。
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、液浸液に対する難溶性である。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。
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明の内容がこれにより限定されるものではない。尚、実施例11は、参考例11と読み替えるものとする。
以下に、本発明の樹脂(A)の具体例を以下に示す。また、具体例で示した樹脂Aの組成(モル比、各繰り返し単位と左から順に対応)、重量平均分子量(Mw)、分散度(Mw/Mn)を表下記の表に示す。但し、本発明はこれに限定されるものではない。
Figure 0005186255
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Figure 0005186255
<合成例1:樹脂(HR−1)の合成>
メタクリル酸t−ブチル28g(純度98%)、メタクリル酸2,2,3,3,4,4,4−ヘプタフルオロブチル53gをシクロヘキサノン130mLに溶解してモノマー溶液を調製した。この溶液に、和光純薬工業(株)製重合開始剤V−601 4gを加え、これを窒素雰囲気下、4時間かけて100℃に加熱したシクロヘキサノン10mLに滴下し
た。滴下終了後、重合温度を100℃に保ったまま2時間撹拌し、室温まで冷却して重合液を取り出した。得られた重合液を1Lの含水メタノールに滴下してポリマーを沈殿させ、ろ過した。得られた未乾燥の樹脂をとりだし、20mmHg(2.66kPa)、40℃にて40時間乾燥することにより、目的とする樹脂(HR−1)を得た。この樹脂をプロピレングリコールメチルエーテルモノアセテート(以下、「PGMEA」と記す。)に溶解し、孔径0.1μmの正のゼータ電位を有する、ポジダイン(日本ポール株式
会社製)フィルターの142mm径ディスク品によりろ過した。
GPC測定により求めた標準ポリスチレン換算の重量平均分子量は8800、分散度は2.1であった。
<合成例2:樹脂(HR−45)の合成>
ヘキサフルオロイソプロピルメタクリレート9g(純度98%)、メタクリル酸 トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン‐8‐イル (別名:メタクリル酸 トリシクロデカニル)36g(純度>99%)をPGMEA200mLに溶解してモノマー溶液を調製し、重合開始剤V−601 2gを加えた。この容器を30mmHgに減圧した後、乾燥窒素で常圧に戻す操作を3回繰り返した後、フラスコを氷水で10〜20℃に維持した。別の重合槽にPGMEA20mLを入れ、内部を乾燥窒素置換した。これを窒素雰囲気下、攪拌しながら2時間かけて80℃に加熱したに滴下した。滴下終了後、重合温度を80℃に保ったまま2時間撹拌し、室温まで冷却して重合液を取り出した。得られた重合液を2Lの含水メタノールに滴下して樹脂を沈殿させ、ろ過した。得られた未乾燥の樹脂をとりだし、20mmHg(2.66kPa)、40℃にて40時間乾燥することにより、目的とする樹脂(HR−45)を得た。
得られた樹脂をメタノール2Lで洗浄してろ過した後、PGMEAに再溶解し孔径0.
1μmの正のゼータ電位を有する、ポジダイン(日本ポール株式会社製)フィルターの142mm径ディスク品によりろ過した。次いで、減圧下で加熱してPGMEAを投入して溶媒置換し、樹脂20%を含むPGMEA溶液(HR−45)を得た。
1H-NMRから求めた樹脂組成比は50/50(モル比)であった。また、GPC測定により求めた標準ポリスチレン換算の重量平均分子量は12000、分散度は2.6であった。
<合成例3:樹脂(HR−30)の合成>
アリルトリメチルシラン11g(純度>99%)、2‐(トリフルオロメチル)アクリル酸 t−ブチル20g(純度98%)をテトラヒドロフラン(以下、「THF」と記す。)60mLに溶解した。この混合物を窒素雰囲気下、65℃にて攪拌しているところに、和光純薬工業(株)製重合開始剤V−65を0.1g加え、そのまま5時間攪拌した。得られた重合液を室温まで冷却し、THF10mLにて希釈し、500mLの含水メタノールに滴下して樹脂を沈殿させ、ろ過した。得られた未乾燥の樹脂をとりだし、20mmHg(2.66kPa)、40℃にて40時間乾燥することにより、目的とする樹脂(HR−30)を得た。
得られた樹脂をメタノール500mLで洗浄してろ過した後、THFに溶解し、カチオン交換基を有する多孔質ポリオレフィン膜で構成された「イオンクリーン」(商品名)(日本ポール(株)製、材質:化学修飾タイプ超高分子量ポリエチレン、濾過面積:0.11m2)に、室温で100g/minの流速で通液した。次いで、減圧下で加熱してTHFを追い出しながらPGMEAを投入して溶媒置換し、樹脂20%を含むPGMEA溶液(HR−30)を得た。
1H-NMRから求めた樹脂組成比は40/60(モル比)であった。また、GPC測定により求めた標準ポリスチレン換算の重量平均分子量は6500、分散度は1.6であった。
<合成例4:樹脂(HR−22)の合成>
ヘキサフルオロイソプロピルメタクリレート24g(純度>99%)をシクロヘキサノン200mLに溶解してモノマー溶液を調製した。この溶液に、重合開始剤V−6014gを加え、これを窒素雰囲気下、4時間かけて100℃に加熱したシクロヘキサノン10mLに滴下した。滴下終了後、重合温度を100℃に保ったまま2時間撹拌し、室温まで冷却して重合液を取り出した。得られた重合液を1.5Lの含水メタノールに滴下して樹脂を沈殿させ、ろ過した。得られた未乾燥の樹脂をとりだし、20mmHg(2.66kPa)、40℃にて40時間乾燥することにより、目的とする樹脂(HR−22)を得た。この樹脂をPGMEAに溶解し、孔径0.1μmの正のゼータ電位を有する、ポジダイン(日本ポール株式会社製)フィルターの142mm径ディスク品によりろ過した。
GPC測定により求めた標準ポリスチレン換算の重量平均分子量は3000、分散度は1.6であった。
<合成例5:樹脂(HR−37)の合成>
アリルトリメチルシラン11g(純度>99%)、2‐(トリフルオロメチル)アクリル酸 2,4−ジメチルペンチル24g(純度>99%)をPGMEA160mLに溶解した。この溶液に、重合開始剤アゾイソブチロニトリル2gを加え、これを窒素雰囲気下、2時間かけて80℃に加熱したPGMEA10mLに滴下した。滴下終了後、重合温度を80℃に保ったまま2時間撹拌し、室温まで冷却して重合液を取り出した。得られた重合液を1Lの含水メタノールに滴下して樹脂を沈殿させ、ろ過した。得られた未乾燥の樹脂をメタノール1Lで洗浄してろ過した後、PGMEAに再溶解しカチオン交換基を有する多孔質ポリオレフィン膜で構成された「イオンクリーン」(商品名)(日本ポール(株)製、材質:化学修飾タイプ超高分子量ポリエチレン、濾過面積:0.11m2)に、室温で100g/minの流速で通液した。次いで、減圧下で加熱してPGMEAを投入して溶媒置換し、樹脂20%を含むPGMEA溶液(HR−37)を得た。
1H-NMRから求めた樹脂組成比は40/60(モル比)であった。GPC測定により求めた標準ポリスチレン換算の重量平均分子量は5500、分散度は1.5であった。
<合成例6:樹脂(HR−64)の合成>
メタクリル酸 3,5‐ビス[2,2,2‐トリフルオロ‐1‐(トリフルオロメチル)‐1‐ヒドロキシエチル]シクロヘキシル50g(純度>99%)、メタクリル酸 4−t−ブチルシクロヘキシル22g(純度>99%)をPGMEA300mLに溶解した。この溶液に、重合開始剤アゾイソブチロニトリル3gを加え、これを窒素雰囲気下、2時間かけて100℃に加熱したPGMEA10mLに滴下した。滴下終了後、重合温度を100℃に保ったまま2時間撹拌し、室温まで冷却して重合液を取り出した。得られた重合液を2Lのヘキサンに滴下して樹脂を沈殿させ、ろ過した。得られた未乾燥の樹脂をヘキサン1Lで洗浄してろ過した後、PGMEAに再溶解しカチオン交換基を有する多孔質ポリオレフィン膜で構成された「イオンクリーン」(商品名)(日本ポール(株)製、材質:化学修飾タイプ超高分子量ポリエチレン、濾過面積:0.11m2)に、室温で100g/minの流速で通液した。次いで、減圧下で加熱してPGMEAを投入して溶媒置換し、樹脂20%を含むPGMEA溶液(HR−64)を得た。
1H-NMRから求めた樹脂組成比は50/50(モル比)であった。GPC測定により求めた標準ポリスチレン換算の重量平均分子量は7900、分散度は1.9であった。
<合成例7:樹脂(HR−34)の合成>
窒素雰囲気下に保ったモノマー溶液調製槽にシクロヘキサノン240mL、(3−メタクロイルオキシ)プロピルエチル−POSS(別名:1−(3−メタクロイルオキシ)プロピル−3,5,7,9,11,13,15−ヘプタエチルペンタシクロ[9.5.1.
1.3.9.1.7.13]オクタシロキサン15g(純度97%)、メタクリル酸 2−エチルヘキシル36g(純度>99%)を仕込んで溶解し、モノマー溶液を調液した。この溶液に、重合開始剤AIBN3gを加え、これを窒素雰囲気下、4時間かけて10
0℃に加熱したシクロヘキサノン20mLに滴下した。滴下終了後、重合温度を100℃に保ったまま2時間撹拌し、室温まで冷却して重合液を取り出した。得られた重合液を3Lの含水メタノールに滴下して樹脂を沈殿させ、生じた沈殿物を含水メタノールでリパルプした。上澄み液を除去し、残渣を遠心分離機に移液し、脱液して未乾燥の樹脂を得た。
得られた未乾燥の樹脂をPGMEAに溶解させたところに、同質量の水を添加した。この混合物を35℃で30分間攪拌した後、30分間静置して分液させた。下層(水層)を除去した後、上層(有機層)に新たに上層と同量の水を加え、再び35℃で30分間攪拌し、30分間静置し、下層(水層)を除去した。上層(有機層)をとりだし、孔径0.1
μmの正のゼータ電位を有する、ポジダイン(日本ポール株式会社製)フィルターの142mm径ディスク品によりろ過した。これを濃縮することにより、樹脂20%を含むPGMEA溶液(HR−34)を得た。
1H-NMRから求めた樹脂組成比は10/90(モル比)であった。GPC測定により求めた標準ポリスチレン換算の重量平均分子量は8000、分散度は1.8であった。
<合成例8:樹脂(HR−25)の合成>
メタクリル酸 4−t−ブチルシクロヘキシル22g(純度>99%)、アクリル酸 ヘキサフルオロイソプロピル22g(純度>99%)をシクロヘキサノン200mLに溶解してモノマー溶液を調製した。この溶液に、重合開始剤V−601 4gを加え、これを窒素雰囲気下、100℃にて5時間攪拌した。得られた重合液を2Lの含水メタノールに滴下して樹脂を沈殿させ、生じた沈殿物を含水メタノールでリパルプした。上澄み液を除去し、残渣を遠心分離機に移液し、脱液して未乾燥の樹脂を得た。得られた未乾燥の樹脂をPGMEAに溶解させたところに、同質量の5%蓚酸水を添加した。この混合物を35℃で30分間攪拌した後、30分間静置して分液させた。下層(水層)を除去した後、上層(有機層)に新たに上層と同量のイオン交換水を加え、再び35℃で30分間攪拌し、30分間静置し、下層(水層)を除去した。上層(有機層)をとりだし、孔径0.1μmの正のゼータ電位を有する、ポジダイン(日本ポール株式会社製)フィルターの142mm径ディスク品によりろ過した。これを濃縮することにより、樹脂20%を含むPGMEA溶液(HR−25)を得た。
1H-NMRから求めた樹脂組成比は50/50(モル比)であった。GPC測定により求めた標準ポリスチレン換算の重量平均分子量は15000、分散度は2.1であった。
<合成例9:樹脂(HR−63)の合成>
メタクリル酸 3,5‐ビス[2,2,2‐トリフルオロ‐1‐(トリフルオロメチル)‐1‐ヒドロキシエチル]シクロヘキシル50g(純度>99%)をPGMEA250mLに溶解した。この溶液に、重合開始剤AIBN1gを加え、これを窒素雰囲気下、80℃にて5時間攪拌した。得られた重合液を2Lの含水メタノールに滴下して樹脂を沈殿させ、生じた沈殿物をヘキサンでリパルプした。上澄み液を除去し、残渣を遠心分離機に移液し、脱液して未乾燥の樹脂を得た。得られた未乾燥の樹脂をPGMEAに溶解させ、カチオン交換基を有する多孔質ポリオレフィン膜で構成された「イオンクリーン」(商品名)(日本ポール(株)製、材質:化学修飾タイプ超高分子量ポリエチレン、濾過面積:0.11m2)に、室温で100g/minの流速で通液した。次いで、減圧下で濃縮し、樹脂20%を含むPGMEA溶液(HR−63)を得た。
GPC測定により求めた標準ポリスチレン換算の重量平均分子量は6800、分散度は1.6であった。
<合成例10:樹脂(HR−65)の合成>
メタクリル酸 ヘキサフルオロイソプロピル19g(純度>99%)、メタクリル酸(2‐オキソテトラヒドロフラン)‐3‐イル (別名:γ−ブチロラクトンメタクリレート)10g(純度>99%)、メタクリル酸 4−t−ブチルシクロヘキシル13g(純
度>99%)をPGMEA/シクロヘキサノン(6/4)混合溶液200mLに溶解した。この溶液に、重合開始剤V−601 6gを加え、これを窒素雰囲気下、2時間かけて100℃に加熱したPGMEA/シクロヘキサノン(6/4)混合溶液10mLに滴下した。滴下終了後、重合温度を100℃に保ったまま2時間撹拌し、室温まで冷却して重合液を取り出した。得られた重合液を2Lのヘキサンに滴下して樹脂を沈殿させ、生じた沈殿物をヘキサンでリパルプした。上澄み液を除去し、残渣を遠心分離機に移液し、脱液して未乾燥の樹脂を得た。得られた未乾燥の樹脂をPGMEAに溶解させ、上層(有機層)をとりだし、孔径0.1μmの正のゼータ電位を有する、ポジダイン(日本ポール株式会社製)フィルターの142mm径ディスク品によりろ過した。これを濃縮することにより、樹脂20%を含むPGMEA溶液(HR−65)を得た。
1H-NMRから求めた樹脂組成比は40/30/30(モル比)であった。GPC測定により求めた標準ポリスチレン換算の重量平均分子量は5600、分散度は2.1であった。
<合成例11:樹脂(HR−73)の合成>
メタクリル酸 ヘキサフルオロイソプロピル42g(純度>99%)、メタクリル酸2g(純度>99%)をPGMEA/プロピレングリコールモノメチルエーテル(以下、「PGME」と記す。)(6/4)混合溶液100mLに溶解した。この溶液に、重合開始剤AIBN2gを加えた。この容器を30mmHgに減圧した後、乾燥窒素で常圧に戻す操作を3回繰り返した後、フラスコを氷水で10〜20℃に維持した。別の重合槽にPGMEA/PGME(6/4)混合溶液10mLを入れ、内部を乾燥窒素置換した。これを窒素雰囲気下、攪拌しながら2時間かけて10℃に加熱したに滴下した。滴下終了後、重合温度を100℃に保ったまま2時間撹拌し、室温まで冷却して重合液を取り出した。得られた重合液を500mLの含水メタノールに滴下して樹脂を沈殿させ、生じた沈殿物を含水メタノールでリパルプした。上澄み液を除去し、残渣を遠心分離機に移液し、脱液して未乾燥の樹脂を得た。得られた未乾燥の樹脂をPGMEAに溶解させ、カチオン交換基を有する多孔質ポリオレフィン膜で構成された「イオンクリーン」(商品名)(日本ポール(株)製、材質:化学修飾タイプ超高分子量ポリエチレン、濾過面積:0.11m2
に、室温で100g/minの流速で通液した。次いで、減圧下で濃縮し、樹脂20%を含むPGMEA溶液(HR−73)を得た。
1H-NMRから求めた樹脂組成比は90/10(モル比)であった。GPC測定により求めた標準ポリスチレン換算の重量平均分子量は6500、分散度は2.2であった。
<合成例12:樹脂(HR−12)の合成>
メタクリル酸 3−(トリメチルシリル)プロピル16g(純度>99%)、メタクリル酸 4−t−ブチルシクロヘキシル27g(純度>99%)をシクロヘキサノン200mLに溶解した。この溶液に、重合開始剤AIBN1gを加え、これを窒素雰囲気下、2時間かけて100℃に加熱したシクロヘキサノン20mLに滴下した。滴下終了後、重合温度を100℃に保ったまま2時間撹拌し、室温まで冷却して重合液を取り出した。得られた重合液を1mLの含水メタノールに滴下して樹脂を沈殿させ、生じた沈殿物を含水メタノールでリパルプした。上澄み液を除去し、残渣を遠心分離機に移液し、脱液して未乾燥の樹脂を得た。得られた未乾燥の樹脂をPGMEAに溶解させ、カチオン交換基を有する多孔質ポリオレフィン膜で構成された「イオンクリーン」(商品名)(日本ポール(株)製、材質:化学修飾タイプ超高分子量ポリエチレン、濾過面積:0.11m2)に、室温で100g/minの流速で通液した。次いで、減圧下で濃縮し、樹脂20%を含むPGMEA溶液(HR−12)を得た。
1H-NMRから求めた樹脂組成比は40/60(モル比)であった。GPC測定により求めた標準ポリスチレン換算の重量平均分子量は8000、分散度は2.2であった。
<合成例13:樹脂(HR−13)の合成>
メタクリル酸 3−(トリメチルシリル)プロピル16g(純度>99%)、メタクリル酸 1−メチル−1−(4−メチルシクロヘキシル)エチル27g(純度>99%)をシクロヘキサノン200mLに溶解した。この溶液に、重合開始剤AIBN1gを加え、これを窒素雰囲気下、2時間かけて100℃に加熱したシクロヘキサノン20mLに滴下した。滴下終了後、重合温度を100℃に保ったまま2時間撹拌し、室温まで冷却して重合液を取り出した。得られた重合液を2Lの含水メタノールに滴下して樹脂を沈殿させた。
得られた未乾燥の樹脂をPGMEAに溶解させたところに、同質量の水を添加した。この混合物を35℃で30分間攪拌した後、30分間静置して分液させた。下層(水層)を除去した後、上層(有機層)に新たに上層と同量の水を加え、再び35℃で30分間攪拌し、30分間静置し、下層(水層)を除去した。上層(有機層)をとりだし、孔径0.1
μmの正のゼータ電位を有する、ポジダイン(日本ポール株式会社製)フィルターの142mm径ディスク品によりろ過した。これを濃縮することにより、樹脂20%を含むPGMEA溶液(HR−13)を得た。
1H-NMRから求めた樹脂組成比は40/60(モル比)であった。GPC測定により求めた標準ポリスチレン換算の重量平均分子量は13000、分散度は2.2であった。
<合成例14:樹脂(HR−68)の合成>
メタクリル酸 ヘキサフルオロイソプロピル24g(純度>99%)、メタクリル酸 1−メチル−1−(4−メチルシクロヘキシル)エチル22g(純度>99%)をシクロヘキサノン200mLに溶解した。この溶液に、重合開始剤AIBN3gを加えた。この容器を30mmHgに減圧した後、乾燥窒素で常圧に戻す操作を3回繰り返した後、フラスコを氷水で10〜20℃に維持した。別の重合槽にPGMEA/PGME(6/4)混合溶液10mLを入れ、内部を乾燥窒素置換した。これを窒素雰囲気下、2時間かけて100℃に加熱したシクロヘキサノン20mLに滴下した。滴下終了後、重合温度を100℃に保ったまま2時間撹拌し、室温まで冷却して重合液を取り出した。得られた重合液を2Lの含水メタノールに滴下して樹脂を沈殿させた。
得られた未乾燥の樹脂をシクロヘキサノンに溶解させたところに、同質量の水を添加した。この混合物を35℃で30分間攪拌した後、30分間静置して分液させた。下層(水層)を除去した後、上層(有機層)に新たに上層と同量の水を加え、再び35℃で30分間攪拌し、30分間静置し、下層(水層)を除去した。上層(有機層)をとりだし、カチオン交換基を有する多孔質ポリオレフィン膜で構成された「イオンクリーン」(商品名)(日本ポール(株)製、材質:化学修飾タイプ超高分子量ポリエチレン、濾過面積:0.11m2)に、室温で100g/minの流速で通液した。次いで、減圧下で濃縮し、樹脂20%を含むPGMEA溶液(HR−68)を得た。
1H-NMRから求めた樹脂組成比は49/51(モル比)であった。GPC測定により求めた標準ポリスチレン換算の重量平均分子量は6200、分散度は2.1であった。
<合成例15:比較樹脂(HR−100)の合成>
メタクリル酸t−ブチル28g(純度98%)をシクロヘキサノン130mLに溶解してモノマー溶液を調製した。この溶液に、和光純薬工業(株)製重合開始剤V−601 4gを加え、これを窒素雰囲気下、4時間かけて100℃に加熱したシクロヘキサノン10mLに滴下した。滴下終了後、重合温度を100℃に保ったまま2時間撹拌し、室温まで冷却して重合液を取り出した。得られた重合液を1Lの含水メタノールに滴下して樹脂を沈殿させ、ろ過した。得られた未乾燥の樹脂をとりだし、20mmHg(2.66kPa)、40℃にて40時間乾燥することにより、目的とする樹脂(HR−100)を得た。この樹脂をプロピレングリコールメチルエーテルモノアセテート(以下、「PGMEA」と記す。)に溶解し、0.1μmのポリエチレンフィルターによりろ過した。
GPC測定により求めた標準ポリスチレン換算の重量平均分子量は8800、分散度は2.1であった。
合成例を下記表にまとめる。
Figure 0005186255
〔実施例1〜14及び比較例1〜2〕
<レジスト調製>
表3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のポアサイズを有する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。樹脂(HR)の質量%は、レジスト組成物中の全固形分に対するものである。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3に示した。
〔レジストの評価方法〕
<残存モノマーの定量方法>
残存モノマーの定量は、東ソー製Shim−PACK CLC−ODSカラムを用い、流量1.0ミリリットル/分、溶出溶媒メタノール/0.1%リン酸/トリエチルアミン緩衝水溶液の分析条件で、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)により測定した。
<液浸欠陥(現像欠陥数)の評価方法>
感光性樹脂組成物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8インチのシリコン基板上に均一に塗布し、120℃で60秒間ホットプレート上で加熱、乾燥を行い、100nmのレジスト膜を形成した。このレジスト膜を、ArFエキシマレーザー液浸スキャナー(NA0.85)を用い、パターン露光した。液浸液としては超純水を使用した。その後、120℃で60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にて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、KLA2360機(KLAテンコール(株)製)により現像欠陥数を測定した。
<水追随性の評価>
シリコンウエハー上に調製したポジ型レジスト組成物を塗布し、120℃で60秒間ベ
ークを行い、160nmのレジスト膜を形成した。次に、図1に示すように、得られたポジ型レジスト組成物を塗布したウェハー1と石英ガラス基板3との間に純水2を満たした。
この状態にて石英ガラス基板3をレジスト塗布基板1の面に対して平行に移動(スキャン)させ、それに追随する純水2の様子を目視で観測した。石英ガラス基板3のスキャン速度を徐々に上げていき、純水2が石英ガラス基板3のスキャン速度に追随できず後退側で水滴が残り始める限界のスキャン速度を求めることで水追随性の評価を行った。この限界スキャン可能速度が大きいほど、より高速なスキャンスピードに対して水が追随可能であり、当該レジスト膜上での水追随性が良好であることを示す。
<発生酸量の定量>
調製したレジスト組成物を8インチシリコンウエハーに塗布し、120℃、60秒ベークを行い200nmのレジスト膜を形成した。該レジスト膜を波長193nmの露光機で全面20mJ/cm露光した後、超純水製造装置(日本ミリポア製、Milli-Q Jr.)を
用いて脱イオン処理した純水5mlを上記レジスト膜上に滴下した。水をレジスト膜上に50秒間乗せた後、その水を採取して、酸の溶出濃度をLC−MSで定量した。
LC装置 ; Waters社製2695
MS装置 ; Bruker Daltonics社製esquire 3000plus
上記LC-MS装置にて質量299(ノナフレートアニオンに相当)のイオン種の検出強度
を測定し、ノナフルオロブタンスルホン酸(a)の溶出量を算出した。同様にして質量292(化合物bのアニオンに相当)のイオン種の検出強度を測定し、下記に示す酸(b)の溶出量を算出した。
Figure 0005186255
Figure 0005186255
樹脂(A)、酸発生剤は先に例示したものに対応する。
N−1:N,N−ジブチルアニリン
N−2:N,N−ジヘキシルアニリン
N−3:2,6−ジイソプロピルアニリン
N−4:トリ−n−オクチルアミン
N−5:N,N−ジヒドロキシエチルアニリン
N−6:2,4,5−トリフェニルイミダゾール
N−7:トリス(メトキシエトキシエチル)アミン
N−8:2−フェニルベンゾイミダゾール
W−1:メガファックF176(大日本インキ化学工業(株)製)
(フッ素系)
W−2:メガファックR08(大日本インキ化学工業(株)製)
(フッ素及びシリコン系)
W−3:ポリシロキサンポリマーKP−341(信越化学工業(株)製)
(シリコン系)
W−4:トロイゾルS−366(トロイケミカル(株)製)
W−5:PF6320(OMNOVA社製、フッ素系)
SL−1:シクロヘキサノン
SL−2: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−3:乳酸エチル
SL−4:プロピレングリコールモノメチルエーテル
SL−5:γ−ブチロラクトン
SL−6:プロピレンカーボネート
水追随性の評価方法の概略図
符号の説明
1 ウェハー
2 純水
3 石英ガラス基板

Claims (24)

  1. (A)単環又は多環の脂環炭化水素構造を有し、酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解度が増大する樹脂、
    (B)活性光線または放射線の照射により酸を発生する化合物、
    (C)表面に偏在化してレジスト膜の表面を疎水化する、レジストに添加する樹脂であって、該樹脂中の残存モノマーが固形分換算にて樹脂全体に対して1質量%以下である樹脂、および、
    (D)溶剤
    を含有することを特徴とするポジ型レジスト組成物であって、前記樹脂(C)が、フッ素原子を有する樹脂(HR−F)、珪素原子を有する樹脂(HR−SI)、及び下記一般式(C−I)〜(C-III)から選ばれる少なくとも1種の繰り返し単位を有する樹脂から選ばれる樹脂であり、前記樹脂(C)の含有量が、レジスト組成物の全固形分を基準として、0.1〜20質量%であることを特徴とするポジ型レジスト組成物。
    Figure 0005186255

    式(C−I)〜(C-III)中、
    は、各々独立に、水素原子またはメチル基を表す。
    は、各々独立に、1つ以上の−CH部分構造を有する炭化水素基を表す。
    は、単結合、またはアルキレン、エーテル基、またはそれらを2つ以上有する連結基を表す。
    は、−O−、−NR−、−NHSO−から選ばれる連結基を表す。Rは水素原子またはアルキル基を表す。
    nは1〜4の整数を表す。
  2. 前記樹脂(C)中の残存モノマーの含有量が、レジスト組成物の全固形分を基準として、0.5質量%以下であることを特徴とする請求項1に記載のポジ型レジスト組成物。
  3. 前記樹脂(C)中の残存モノマーの含有量が、レジスト組成物の全固形分を基準として、0.1質量%以下であることを特徴とする請求項2に記載のポジ型レジスト組成物。
  4. 前記樹脂(C)の含有量が、レジスト組成物の全固形分を基準として、0.1〜10質量%であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のポジ型レジスト組成物。
  5. 前記樹脂(C)の含有量が、レジスト組成物の全固形分を基準として、0.1〜5質量%であることを特徴とする請求項4に記載のポジ型レジスト組成物。
  6. 前記樹脂(A)が、フッ素原子および珪素原子を含有しないことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項にポジ型レジスト組成物。
  7. 前記樹脂(C)が、(y)アルカリ現像液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を有することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のポジ型レジスト組成物。
  8. 前記樹脂(C)が、(z)酸の作用により分解する基を有することを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載のポジ型レジスト組成物。
  9. 前記樹脂(C)が、下記一般式(pI)で示される脂環式炭化水素を含む部分構造を有することを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載のポジ型レジスト組成物。
    Figure 0005186255

    一般式(pI)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、炭素原子とともにシクロアルキル基を形成するのに必要な原子団を表す。
  10. 前記樹脂(C)が、下記一般式(ARA−1)〜(ARA−5)で表される酸分解性基を有する繰り返し単位を有することを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載のポジ型レジスト組成物。
    Figure 0005186255

    式中、Rxy1は水素原子またはメチル基、Rxa1、Rxb1はメチル基またはエチル基を表す。
  11. 前記樹脂(C)が、酸分解性基およびアルカリ可溶性基を有さないことを特徴とする請求項1〜7及び9のいずれか1項に記載のポジ型レジスト組成物。
  12. 前記樹脂(C)が、滴下重合法により製造されたことを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載のポジ型レジスト組成物。
  13. 前記樹脂(C)が、モノマーを含有する溶液にさらに連鎖移動剤を添加する工程を有する製造方法によって製造されたことを特徴とする請求項12に記載のポジ型レジスト組成物。
  14. 前記樹脂(C)が、原料投入完了後のモノマー、重合開始剤などの溶質の総量の濃度が30〜50質量%である製造方法により製造されたことを特徴とする請求項12又は13に記載のポジ型レジスト組成物。
  15. 前記樹脂(C)が、重合により得られた樹脂を含有する溶液を、カチオン交換基を有する多孔質ポリオレフィン膜で構成されたフィルターに通液させる工程を有する製造方法により製造された、請求項1214のいずれか1項に記載のポジ型レジスト組成物。
  16. 前記樹脂(C)が、重合により得られた樹脂を含有する溶液を、正のゼータ電位を有するフィルターに通液させる工程を有する製造方法により製造された、請求項12〜1のいずれか1項に記載のポジ型レジスト組成物。
  17. 前記樹脂(C)が、フィルター処理を行う樹脂含有溶液の調製のための溶媒が、レジストで使用する溶媒である製造方法により製造されたことを特徴とする請求項1又は1に記載のポジ型レジスト組成物。
  18. 前記樹脂(C)が、樹脂の合成に用いるモノマーの純度が99%以上である製造方法により製造されたことを特徴とする請求項12〜1のいずれか1項に記載のポジ型レジスト組成物。
  19. 前記樹脂(C)が、モノマー、ラジカル重合開始剤及び溶剤を含有する溶液(a)及び
    反応容器内の溶剤(b)の少なくとも一方から、重合開始前に、ラジカル捕捉性物質を除去する工程を有する製造方法により製造されたことを特徴とする請求項12〜1のいずれか1項に記載のポジ型レジスト組成物。
  20. 前記樹脂(C)が、重合により得られた樹脂を、水溶液と接触させる工程を有する製造方法により製造されたことを特徴とする請求項12〜1のいずれか1項に記載のポジ型レジスト組成物。
  21. 前記樹脂(C)が、重合により得られた樹脂を沈殿精製した後、(i)貧溶媒を用いたリパルプ処理、及び(ii)貧溶媒を用いたリンス処理の少なくともいずれかの処理を施す製造方法により製造されたことを特徴とする請求項1220のいずれか1項に記載のポジ型レジスト組成物。
  22. 請求項1〜21のいずれか1項に記載のポジ型レジスト組成物により形成されたレジスト膜。
  23. 請求項22に記載のレジスト膜を露光、現像することを特徴とするパターン形成方法。
  24. 露光が液浸露光であることを特徴とする請求項23に記載のパターン形成方法。
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