JP5343535B2 - 感放射線性樹脂組成物、それを用いたレジスト成膜方法及びレジストパターン形成方法 - Google Patents

感放射線性樹脂組成物、それを用いたレジスト成膜方法及びレジストパターン形成方法 Download PDF

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Description

本発明は、感放射線性樹脂組成物、それを用いたレジスト成膜方法及びレジストパターン形成方法に関する。更に詳しくは、水等の液浸露光用液体を介してレジスト被膜を露光する液浸露光に用いられる液浸露光用レジストとして好適に使用することができる感放射線性樹脂組成物、それを用いたレジスト成膜方法及びレジストパターン形成方法に関する。
集積回路素子の製造に代表される微細加工の分野においては、より高い集積度を得るために、最近では0.10μm以下のレベルでの微細加工が可能なリソグラフィ技術が必要とされている。しかし、従来のリソグラフィプロセスでは、一般に放射線としてi線等の近紫外線が用いられているが、この近紫外線では、サブクオーターミクロンレベルの微細加工が極めて困難であると言われている。そこで、0.10μm以下のレベルでの微細加工を可能とするために、より波長の短い放射線の利用が検討されている。このような短波長の放射線としては、例えば、水銀灯の輝線スペクトル、エキシマレーザーに代表される遠紫外線、X線、電子線等を挙げることができるが、これらのうち、特にKrFエキシマレーザー(波長248nm)或いはArFエキシマレーザー(波長193nm)が注目されている。
このようなエキシマレーザーによる照射に適したレジストとして、酸解離性官能基を有する成分と、放射線の照射(以下、「露光」という。)により酸を発生する成分(以下、「酸発生剤」という。)と、による化学増幅効果を利用したレジスト(以下、「化学増幅型レジスト」という。)が数多く提案されている。化学増幅型レジストとしては、例えば、カルボン酸のt−ブチルエステル基又はフェノールのt−ブチルカーボナート基を有する樹脂と酸発生剤とを含有するレジストが提案されている。このレジストは、露光により発生した酸の作用により、樹脂中に存在するt−ブチルエステル基或いはt−ブチルカーボナート基が解離して、該樹脂がカルボキシル基或いはフェノール性水酸基からなる酸性基を有するようになり、その結果、レジスト被膜の露光領域がアルカリ現像液に易溶性となる現象を利用したものである。
このようなリソグラフィプロセスにおいては、今後は更に微細なパターン形成(例えば、線幅が45nm程度の微細なレジストパターン)が要求される。このような45nmより微細なパターン形成を達成させるためには、前記のように露光装置の光源波長の短波長化や、レンズの開口数(NA)を増大させることが考えられる。しかしながら、光源波長の短波長化には新たな高額の露光装置が必要となる。また、レンズの高NA化では、解像度と焦点深度がトレードオフの関係にあるため、解像度を上げても焦点深度が低下するという問題がある。
最近、このような問題を解決可能とするリソグラフィ技術として、液浸露光(リキッドイマージョンリソグラフィ)法という方法が報告されている。この方法は、露光時に、レンズと基板上のレジスト被膜との間の少なくとも前記レジスト被膜上に所定厚さの純水又はフッ素系不活性液体等の液状屈折率媒体(液浸露光用液体)を介在させるというものである。この方法では、従来は空気や窒素等の不活性ガスであった露光光路空間を屈折率(n)のより大きい液体、例えば純水等で置換することにより、同じ露光波長の光源を用いてもより短波長の光源を用いた場合や高NAレンズを用いた場合と同様に、高解像性が達成されると同時に焦点深度の低下もない。このような液浸露光を用いれば、現存の装置に実装されているレンズを用いて、低コストで、より高解像性に優れ、且つ焦点深度にも優れるレジストパターンの形成を実現できるため、大変注目されている。
ところが、前記の液浸露光プロセスにおいては、露光時にレジスト被膜が直接、水等の液浸露光用液体に接触するため、レジスト被膜から酸発生剤等が溶出してしまう。この溶出物の量が多いと、レンズにダメージを与えたり、所定のパターン形状が得られなかったり、十分な解像度が得られないという問題点がある。
また、液浸露光用液体として水を用いる場合、レジスト被膜における水の後退接触角が低いと高速スキャン露光時に水の切れが悪いため、ウォーターマーク(液滴痕)が残ったり(ウォーターマーク欠陥)、レジスト被膜への水浸透により、被膜の溶解性が低下し、本来解像するはずのパターン形状が局所的に十分な解像性を実現できず、パターン形状不良となる溶け残り欠陥等の現像欠陥が生じるという問題点がある。一方で、レジスト被膜における水の前進接触角が高すぎるとレジスト被膜と水の間にバブルが入り込み、パターン消失欠陥(バブル欠陥)が発生する問題点がある。
液浸露光装置に使用するレジスト用の樹脂としては、例えば、特許文献1や特許文献2に記載の樹脂や、特許文献3に記載の添加剤が提案されている。
しかしながら、これらの樹脂や添加剤を用いたレジストでも、レジスト被膜と水との後退接触角及び前進接触角は必ずしも十分ではなく、後退接触角が低いと高速スキャン露光時に水の切れが悪いためにウォーターマーク欠陥等の現像欠陥が生じ易く、前進接触角が高いとレジスト被膜と水の間にバブルが入り込み、バブル欠陥が生じ易い。また、酸発生剤等の水への溶出物量の抑制も十分とは言えない。
国際公開WO2004/068242号公報 特開2005−173474号公報 特開2006−48029号公報 特開2007−187887号公報
本発明の目的は、得られるパターン形状が良好であり、焦点深度に優れ且つ液浸露光時に接触した水等の液浸露光用液体への溶出物の量が少なく、レジスト被膜と水等の液浸露光用液体との後退接触角及び前進接触角のバランスに優れた感放射線性樹脂組成物、それを用いたレジスト成膜方法及びレジストパターン形成方法を提供することにある。
本発明は以下の通りである。
[1]下記一般式(1)で表される繰り返し単位(A1)、及びフッ素原子を有する繰り返し単位(A2)を含有する樹脂(A)[但し、下記共重合体(F−1)〜(F−4)を除く]と、
酸解離性基を有する繰り返し単位(B1)を含有し、フッ素原子を有する繰り返し単位を含有しない樹脂(B)と、
感放射線性酸発生剤(C)と、を含むことを特徴とする感放射線性樹脂組成物。
Figure 0005343535
〔一般式(1)において、Rは、水素原子又はメチル基を示す。Rは、下記一般式(a1)、下記一般式(a2)、又は下記一般式(a3)で表される基を示す。〕
Figure 0005343535
〔一般式(a1)、(a2)及び(a3)において、Rは、置換基を有してもよい炭素数1〜12の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、又は置換基を有してもよい炭素数3〜17の脂環式のアルキル基を示す。尚、「*」は結合手を示す。〕
Figure 0005343535

Figure 0005343535

Figure 0005343535

Figure 0005343535

[2]前記繰り返し単位(A2)が、下記一般式(2−1)で表される繰り返し単位、及び下記一般式(2−2)で表される繰り返し単位のうちの少なくとも一方である前記[1]に記載の感放射線性樹脂組成物。
Figure 0005343535
〔一般式(2−1)において、Rは、水素原子、メチル基、又はトリフルオロメチル基を示す。Rは、単結合、メチレン基、炭素数2〜6の直鎖状若しくは分岐状のアルキレン基、又は炭素数4〜12の脂環式のアルキレン基を示す。〕
Figure 0005343535
〔一般式(2−2)において、Rは、水素原子、メチル基、又はトリフルオロメチル基を示す。Rは、少なくとも1つ以上のフッ素原子で置換された炭素数1〜6の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、又は、少なくとも1つ以上のフッ素原子で置換された炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基若しくはそれから誘導された基を示す。〕
[3]前記樹脂(A)の含有量が、前記樹脂(B)を100質量%とした場合に、0.1〜20質量%である前記[1]又は[2]に記載の感放射線性樹脂組成物。
[4](1)前記[1]乃至[3]のいずれかに記載の感放射線性樹脂組成物を基板に塗布する工程と、
(2)得られた塗膜を加熱し、レジストを成膜させる工程と、を備えるレジスト成膜方法であって、
得られるレジスト膜の上方側に、前記感放射線性樹脂組成物における樹脂(A)が偏在することを特徴とするレジスト成膜方法。
[5]液浸露光によるレジストパターン形成方法において、
前記[1]乃至[3]のいずれかに記載の感放射線性樹脂組成物から形成されるレジスト被膜の上面に、保護膜を形成することなく、レジストパターンを形成することを特徴とするレジストパターン形成方法。
本発明の特定の樹脂を含有する液浸露光用感放射線性樹脂組成物を用いれば、得られるパターン形状が良好であり、焦点深度に優れ且つ液浸露光時に接触した水等の液浸露光用液体への溶出物の量を少なくできる。更には、レジスト被膜と液浸露光用液体との後退接触角及び前進接触角のバランスに優れ、特にウォーターマーク欠陥、バブル欠陥の発生を抑制することができる。
以下、本発明を詳細に説明する。尚、本明細書において、「(メタ)アクリル」とは、アクリル及びメタクリルを意味する。また、「(メタ)アクリレート」とは、アクリレート及びメタクリレートを意味する。更に、「(メタ)アクリロイル」とは、アクリロイル及びメタクリロイルを意味する。
本発明の感放射線性樹脂組成物は、特定の繰り返し単位を含有する樹脂(A)と、特定の繰り返し単位を含有する樹脂(B)と、感放射線性酸発生剤(C)と、を含む。
この感放射線性樹脂組成物は、レンズとフォトレジスト被膜との間に、波長193nmにおける屈折率が空気よりも高い液浸露光用液体(例えば、水等)を介して放射線照射する液浸露光を含むレジストパターン形成方法において、フォトレジスト膜を形成するために好適に用いられる。
<樹脂(A)>
本発明における樹脂(A)は、下記一般式(1)で表される繰り返し単位(A1)、及びフッ素原子を有する繰り返し単位(A2)を含有するものである[但し、上記共重合体(F−1)〜(F−4)を除く]
この樹脂(A)は、構造中にフッ素部位を有するため、レジスト組成物の成分として添加されるとレジスト被膜を形成した際に、膜中の樹脂(A)の撥油性的特長により、その分布がレジスト被膜表面で高くなる傾向があり、液浸露光時における酸発生剤や酸拡散制御剤等の水等の液浸露光用液体への溶出を抑制できる。更に、この樹脂(A)の撥水性的特長により、レジスト被膜と液浸露光用液体との前進接触角を抑えたまま、後退接触角を高くすることができ、水滴が残らずに高速でのスキャン露光を可能にする。また、従来の液浸用上層膜と併用することで、更に溶出が低減される他、レジストの撥水性が高くウォーターマーク等の液浸露光用液体由来の欠陥の発生を抑制できる。
Figure 0005343535
〔一般式(1)において、Rは、水素原子又はメチル基を示す。Rは、下記一般式(a1)、下記一般式(a2)、又は下記一般式(a3)で表される基を示す。〕
Figure 0005343535
〔一般式(a1)、(a2)及び(a3)において、Rは、置換基を有してもよい炭素数1〜12の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、又は置換基を有してもよい炭素数3〜17の脂環式のアルキル基を示す。尚、「*」は結合手を示す。〕
前記一般式(a1)〜(a3)におけるRの置換基を有してもよい炭素数1〜12の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、t−ブチル基、1−(1−エチル−1−メチル)プロピル基、1−(1,1−ジメチル)プロピル基、1−n−(1,1−ジメチル)ブチル基、1−n−(1,1−ジメチル)ペンチル基、1−(1,1−ジエチル)プロピル基、1−n−(1,1−ジエチル)ブチル基、1−n−(1,1−ジエチル)ペンチル基等が挙げられる。これらのなかでも、t−ブチル基、1−(1,1−ジメチル)プロピル基が好ましい。
また、前記Rの置換基を有してもよい炭素数3〜17の脂環式のアルキル基としては、1−(1−メチル)シクロペンチル基、1−(1−エチル)シクロペンチル基、1−(1−n−プロピル)シクロペンチル基、1−(1−i−プロピル)シクロペンチル基、1−(1−メチル)シクロヘキシル基、1−(1−エチル)シクロヘキシル基、1−(1−n−プロピル)シクロヘキシル基、1−(1−i−プロピル)シクロヘキシル基、2−(2−メチル)アダマンチル基、2−(2−エチル)アダマンチル基、2−(2−n−プロピル)アダマンチル基、2−(2−i−プロピル)アダマンチル基や、これらの脂環族環からなる基を、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基等の炭素数1〜4の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基の1種以上或いは1個以上で置換した基等を挙げることができる。
これらのなかでも、1−(1−メチル)シクロペンチル基、1−(1−エチル)シクロペンチル基、1−(1−メチル)シクロヘキシル基、1−(1−エチル)シクロヘキシル基、2−(2−メチル)アダマンチル基、2−(2−エチル)アダマンチル基が好ましい。
前記繰り返し単位(A1)を与える好ましい単量体としては、例えば、下記一般式(M1−1)〜(M1−10)で表される化合物等を挙げることができる。
Figure 0005343535
〔一般式(M1−1)〜(M1−10)において、Rは、相互に独立して、水素原子、又はメチル基を示す。〕
前記樹脂(A)には、前記繰り返し単位(A1)が1種のみ含まれていてもよいし、2種以上含まれていてもよい。
樹脂(A)における前記繰り返し単位(A1)の含有割合は、樹脂(A)に含まれる全繰り返し単位の合計を100モル%とした場合に、通常、1〜95モル%であり、より好ましくは5〜90モル%である。この繰り返し単位(A1)の含有割合が95モル%を超える場合、十分な後退接触角が得られないおそれがある。また、レジスト被膜からの酸発生剤等の溶出を抑制できないおそれがある。
前記繰り返し単位(A2)はフッ素原子を構造中に有する限り特に限定されないが、下記一般式(2−1)で表される繰り返し単位(以下、「繰り返し単位(A2−1)」ともいう。)、及び下記一般式(2−2)で表される繰り返し単位(以下、「繰り返し単位(A2−2)」ともいう。)のうちの少なくとも一方であることが好ましい。
Figure 0005343535
〔一般式(2−1)において、Rは、水素原子、メチル基、又はトリフルオロメチル基を示す。Rは、単結合、メチレン基、炭素数2〜6の直鎖状若しくは分岐状のアルキレン基、又は炭素数4〜12の脂環式のアルキレン基を示す。〕
Figure 0005343535
〔一般式(2−2)において、Rは、水素原子、メチル基、又はトリフルオロメチル基を示す。Rは、少なくとも1つ以上のフッ素原子で置換された炭素数1〜6の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、又は、少なくとも1つ以上のフッ素原子で置換された炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基若しくはそれから誘導された基を示す。〕
前記一般式(2−1)における、Rの炭素数2〜6の直鎖状若しくは分岐状のアルキレン基としては、例えば、エチレン基、1,3−プロピレン基又は1,2−プロピレン基等のプロピレン基、テトラメチレン基、ペンタメチレン基、ヘキサメチレン基、1−メチル−1,3−プロピレン基、2−メチル1,3−プロピレン基、2−メチル−1,2−プロピレン基、1−メチル−1,4−ブチレン基、2−メチル−1,4−ブチレン基、メチリデン基、エチリデン基、プロピリデン基、2−プロピリデン基等の飽和鎖状炭化水素基等が挙げられる。
また、前記Rの炭素数4〜12の脂環式のアルキレン基としては、例えば、1,3−シクロブチレン基等のシクロブチレン基、1,3−シクロペンチレン基等のシクロペンチレン基、1,4−シクロヘキシレン基等のシクロヘキシレン基、1,5−シクロオクチレン基等のシクロオクチレン基等の炭素数3〜10のシクロアルキレン基等の単環式炭化水素環基、1,4−ノルボルニレン基若しくは2,5−ノルボルニレン基等のノルボルニレン基、1,5−アダマンチレン基、2,6−アダマンチレン基等のアダマンチレン基等の2〜4環式の炭素数4〜12の炭化水素環基等の架橋環式炭化水素環基等を挙げることができる。
前記繰り返し単位(A2−1)を与える好ましい単量体としては、例えば、(メタ)アクリル酸(1,1,1−トリフルオロ−2−トリフルオロメチル−2−ヒドロキシ−3−プロピル)エステル、(メタ)アクリル酸(1,1,1−トリフルオロ−2−トリフルオロメチル−2−ヒドロキシ−4−ブチル)エステル、(メタ)アクリル酸(1,1,1−トリフルオロ−2−トリフルオロメチル−2−ヒドロキシ−5−ペンチル)エステル、(メタ)アクリル酸(1,1,1−トリフルオロ−2−トリフルオロメチル−2−ヒドロキシ−4−ペンチル)エステル、(メタ)アクリル酸2−{[5−(1’,1’,1’−トリフルオロ−2’−トリフルオロメチル−2’−ヒドロキシ)プロピル]ビシクロ[2.2.1]ヘプチル}エステル、(メタ)アクリル酸3−{[8−(1’,1’,1’−トリフルオロ−2’−トリフルオロメチル−2’−ヒドロキシ)プロピル]テトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデシル}エステル等が挙げられる。
前記一般式(2−2)における、Rの少なくとも1つ以上のフッ素原子で置換された炭素数1〜6の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、1−プロピル基、2−プロピル基、1−ブチル基、2−ブチル基、2−(2−メチルプロピル)基、1−ペンチル基、2−ペンチル基、3−ペンチル基、1−(2−メチルブチル)基、1−(3−メチルブチル)基、2−(2−メチルブチル)基、2−(3−メチルブチル)基、ネオペンチル基、1−ヘキシル基、2−ヘキシル基、3−ヘキシル基、1−(2−メチルペンチル)基、1−(3−メチルペンチル)基、1−(4−メチルペンチル)基、2−(2−メチルペンチル)基、2−(3−メチルペンチル)基、2−(4−メチルペンチル)基、3−(2−メチルペンチル)基、3−(3−メチルペンチル)基等の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基の部分フッ素化或いはパーフルオロアルキル基等が挙げられる。
また、前記Rの少なくとも1つ以上のフッ素原子で置換された炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基若しくはそれから誘導される基としては、例えば、シクロペンチル基、シクロペンチルメチル基、1−(1−シクロペンチルエチル)基、1−(2−シクロペンチルエチル)基、シクロヘキシル基、シクロヘキシルメチル基、1−(1−シクロヘキシルエチル)基、1−(2−シクロヘキシルエチル基)、シクロヘプチル基、シクロヘプチルメチル基、1−(1−シクロヘプチルエチル)基、1−(2−シクロヘプチルエチル)基、2−ノルボルニル基等の脂環式アルキル基の部分フッ素化或いはパーフルオロアルキル基等が挙げられる。
前記繰り返し単位(A2−2)を与える好ましい単量体としては、例えば、トリフルオロメチル(メタ)アクリル酸エステル、2,2,2−トリフルオロエチル(メタ)アクリル酸エステル、パーフルオロエチル(メタ)アクリル酸エステル、パーフルオロn−プロピル(メタ)アクリル酸エステル、パーフルオロi−プロピル(メタ)アクリル酸エステル、パーフルオロn−ブチル(メタ)アクリル酸エステル、パーフルオロi−ブチル(メタ)アクリル酸エステル、パーフルオロt−ブチル(メタ)アクリル酸エステル、2−(1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロピル)(メタ)アクリル酸エステル、1−(2,2,3,3,4,4,5,5−オクタフルオロペンチル)(メタ)アクリル酸エステル、パーフルオロシクロヘキシルメチル(メタ)アクリル酸エステル、1−(2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピル)(メタ)アクリル酸エステル、1−(3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,10−ヘプタデカフルオロデシル)(メタ)アクリル酸エステル、1−(5−トリフルオロメチル−3,3,4,4,5,6,6,6−オクタフルオロヘキシル)(メタ)アクリル酸エステル等が挙げられる。
前記樹脂(A)には、前記繰り返し単位(A2)が1種のみ含まれていてもよいし、2種以上含まれていてもよい。
この繰り返し単位(A2)の含有割合は、樹脂(A)に含まれる全繰り返し単位の合計を100モル%とした場合に、通常、5〜95モル%であり、より好ましくは10〜90モル%である。この繰り返し単位(A2)の含有割合が95モル%を超える場合、露光後の現像液の溶解性に悪影響を及ぼし解像性が悪化する可能性がある。一方、5モル%未満の場合、後退接触角が低く、レジスト被膜からの酸発生剤等の溶出を抑制できないおそれがある。
前記樹脂(A)には、前記繰り返し単位(A1)及び(A2)以外にも、例えば、酸解離性基、アルカリ溶解性を高めるためのラクトン骨格やヒドロキシル基、カルボキシル基等を有する繰り返し単位や、基板からの反射を抑えるために芳香族化合物に由来する繰り返し単位等の「他の繰り返し単位」を1種類以上含有させることができる。
前記酸解離性基を有する繰り返し単位(以下、「繰り返し単位(A3)」ともいう。)を生じさせる好ましい単量体としては、(メタ)アクリル酸t−ブチルエステル、(メタ)アクリル酸1−メチル−1−シクロペンチルエステル、(メタ)アクリル酸1−エチル−1−シクロペンチルエステル、(メタ)アクリル酸1−イソプロピル−1−シクロペンチルエステル、(メタ)アクリル酸1−メチル−1−シクロヘキシルエステル、(メタ)アクリル酸1−エチル−1−シクロヘキシルエステル、(メタ)アクリル酸1−イソプロピル−1−シクロヘキシルエステル、(メタ)アクリル酸2−メチルアダマンチル−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸2−エチルアダマンチル−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸2−n−プロピルアダマンチル−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸2−イソプロピルアダマンチル−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸1−(アダマンタン−1−イル)−1−メチルエチルエステル、(メタ)アクリル酸1−(アダマンタン−1−イル)−1−エチルエチルエステル、(メタ)アクリル酸1−(アダマンタン−1−イル)−1−メチルプロピルエステル、(メタ)アクリル酸1−(アダマンタン−1−イル)−1−エチルプロピルエステル等を挙げることができる。
前記樹脂(A)には、前記繰り返し単位(A3)が1種のみ含まれていてもよいし、2種以上含まれていてもよい。
この繰り返し単位(A3)の含有割合は、樹脂(A)における全繰り返し単位を100モル%とした場合に、通常5〜95モル%、更に好ましくは10〜90モル%である。この繰り返し単位(A3)の含有割合が95モル%を超える場合、十分な後退接触角及び前進接触角が得られなかったり、これらの接触角のバランスが悪くなったりするおそれがある。また、レジスト被膜からの酸発生剤等の溶出を抑制できないおそれがある。
前記ラクトン骨格を含有する繰り返し単位(以下、「繰り返し単位(A4)」ともいう。)を生じさせる好ましい単量体としては、下記一般式(M4−1)〜(M4−6)等が挙げられる。
Figure 0005343535
〔一般式(M4−1)〜(M4−6)において、各Rは、相互に独立に、水素原子又はメチル基を示し、R10は水素原子又は炭素数1〜4の置換基を有してもよいアルキル基を示し、R11は水素原子又はメトキシ基を示す。Aは単結合又はメチレン基を示し、Bは酸素原子又はメチレン基を示す。lは1〜3の整数を示し、mは0又は1である。〕
前記一般式(M4−1)のR10における、炭素数1〜4の置換基を有してもよい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、i−プロピル基、n−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基等を挙げることができる。
前記繰り返し単位(A4)を与える好ましい単量体の具体例としては、(メタ)アクリル酸−5−オキソ−4−オキサ−トリシクロ[4.2.1.03,7]ノナ−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−9−メトキシカルボニル−5−オキソ−4−オキサ−トリシクロ[4.2.1.03,7]ノナ−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−5−オキソ−4−オキサ−トリシクロ[5.2.1.03,8]デカ−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−10−メトキシカルボニル−5−オキソ−4−オキサ−トリシクロ[5.2.1.03,8]ノナ−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−6−オキソ−7−オキサ−ビシクロ[3.2.1]オクタ−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−4−メトキシカルボニル−6−オキソ−7−オキサ−ビシクロ[3.2.1]オクタ−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−7−オキソ−8−オキサ−ビシクロ[3.3.1]オクタ−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−4−メトキシカルボニル−7−オキソ−8−オキサ−ビシクロ[3.3.1]オクタ−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−2−オキソテトラヒドロピラン−4−イルエステル、(メタ)アクリル酸−4−メチル−2−オキソテトラヒドロピラン−4−イルエステル、(メタ)アクリル酸−4−エチル−2−オキソテトラヒドロピラン−4−イルエステル、(メタ)アクリル酸−4−プロピル−2−オキソテトラヒドロピラン−4−イルエステル、(メタ)アクリル酸−5−オキソテトラヒドロフラン−3−イルエステル、(メタ)アクリル酸−2,2−ジメチル−5−オキソテトラヒドロフラン−3−イルエステル、(メタ)アクリル酸−4,4−ジメチル−5−オキソテトラヒドロフラン−3−イルエステル、(メタ)アクリル酸−2−オキソテトラヒドロフラン−3−イルエステル、(メタ)アクリル酸−4,4−ジメチル−2−オキソテトラヒドロフラン−3−イルエステル、(メタ)アクリル酸−5,5−ジメチル−2−オキソテトラヒドロフラン−3−イルエステル、(メタ)アクリル酸−2−オキソテトラヒドロフラン−3−イルエステル、(メタ)アクリル酸−5−オキソテトラヒドロフラン−2−イルメチルエステル、(メタ)アクリル酸−3,3−ジメチル−5−オキソテトラヒドロフラン−2−イルメチルエステル、(メタ)アクリル酸−4,4−ジメチル−5−オキソテトラヒドロフラン−2−イルメチルエステル等が挙げられる。
尚、前記樹脂(A)には、前記繰り返し単位(A4)が1種のみ含まれていてもよいし、2種以上含まれていてもよい。
また、前記芳香族化合物に由来する繰り返し単位(以下、「繰り返し単位(A5)」ともいう。)を生じさせる好ましい単量体としては、例えば、スチレン、α−メチルスチレン、2−メチルスチレン、3−メチルスチレン、4−メチルスチレン、2−メトキシスチレン、3−メトキシスチレン、4−メトキシスチレン、4−(2−t−ブトキシカルボニルエチルオキシ)スチレン2−ヒドロキシスチレン、3−ヒドロキシスチレン、4−ヒドロキシスチレン、2−ヒドロキシ−α−メチルスチレン、3−ヒドロキシ−α−メチルスチレン、4−ヒドロキシ−α−メチルスチレン、2−メチル−3−ヒドロキシスチレン、4−メチル−3−ヒドロキシスチレン、5−メチル−3−ヒドロキシスチレン、2−メチル−4−ヒドロキシスチレン、3−メチル−4−ヒドロキシスチレン、3,4−ジヒドロキシスチレン、2,4,6−トリヒドロキシスチレン、4−t−ブトキシスチレン、4−t−ブトキシ−α−メチルスチレン、4−(2−エチル−2−プロポキシ)スチレン、4−(2−エチル−2−プロポキシ)−α−メチルスチレン、4−(1−エトキシエトキシ)スチレン、4−(1−エトキシエトキシ)−α−メチルスチレン、(メタ)アクリル酸フェニル、(メタ)アクリル酸ベンジル、アセナフチレン、5−ヒドロキシアセナフチレン、1−ビニルナフタレン、2−ビニルナフタレン、2−ヒドロキシ−6−ビニルナフタレン、1−ナフチル(メタ)アクリレート、2−ナフチル(メタ)アクリレート、1−ナフチルメチル(メタ)アクリレート、1−アントリル(メタ)アクリレート、2−アントリル(メタ)アクリレート、9−アントリル(メタ)アクリレート、9−アントリルメチル(メタ)アクリレート、1−ビニルピレン等が挙げられる。
尚、前記樹脂(A)には、前記繰り返し単位(A5)が1種のみ含まれていてもよいし、2種以上含まれていてもよい。
この他の繰り返し単位(繰り返し単位(A3)を除く)の含有割合は、樹脂(A)における全繰り返し単位を100モル%とした場合に、通常50モル%以下、好ましくは45モル%以下、更に好ましくは40モル%以下である。この他の繰り返し単位の含有割合が50モル%を超えると、十分な後退接触角及び前進接触角が得られなかったり、これらの接触角のバランスが悪くなったりするおそれがある。また、レジスト被膜からの酸発生剤等の溶出を抑制できないおそれがある。
また、本発明における樹脂(A)は、例えば、所定の各繰り返し単位に対応する重合性不飽和単量体を、ヒドロパーオキシド類、ジアルキルパーオキシド類、ジアシルパーオキシド類、アゾ化合物等のラジカル重合開始剤を使用し、必要に応じて連鎖移動剤の存在下、適当な溶媒中で重合することにより製造することができる。
前記重合に使用される溶媒としては、例えば、n−ペンタン、n−ヘキサン、n−ヘプタン、n−オクタン、n−ノナン、n−デカン等のアルカン類;シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、デカリン、ノルボルナン等のシクロアルカン類;ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、クメン等の芳香族炭化水素類;クロロブタン類、ブロモヘキサン類、ジクロロエタン類、ヘキサメチレンジブロミド、クロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素類;酢酸エチル、酢酸n−ブチル、酢酸i−ブチル、プロピオン酸メチル等の飽和カルボン酸エステル類;アセトン、2−ブタノン、4−メチル−2−ペンタノン、2−ヘプタノン等のケトン類;テトラヒドロフラン、ジメトキシエタン類、ジエトキシエタン類等のエーテル類;メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、4−メチル−2−ペンタノール等のアルコール類等を挙げることができる。これらの溶媒は、単独で又は2種以上を混合して使用することができる。
前記重合における反応温度は、通常、40〜150℃、好ましくは50〜120℃であり、反応時間は、通常、1〜48時間、好ましくは1〜24時間である。
また、本発明における樹脂(A)のゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)法によるポリスチレン換算重量平均分子量(以下、「Mw」という。)は、1,000〜20,000であり、好ましくは1,000〜15,000、更に好ましくは1,000〜10,000である。この樹脂(A)のMwが1,000未満では、十分な後退接触角を得られないおそれがある。一方、このMwが20,000を超えると、レジストとした際の現像性が低下する傾向にある。
また、樹脂(A)のMwとGPC法によるポリスチレン換算数平均分子量(以下、「Mn」という。)との比(Mw/Mn)は、通常1〜5であり、好ましくは1〜4である。
また、樹脂(A)においては、この樹脂(A)を調製する際に用いられる単量体由来の低分子量成分の含有量が固形分換算にて、この重合体100質量%に対して0.1質量%以下であることが好ましく、より好ましくは0.07質量%以下、更に好ましくは0.05質量%以下である。この含有量が0.1質量%以下である場合には、液浸露光時に接触した水等の液浸露光用液体への溶出物の量を少なくすることができる。更に、レジスト保管時にレジスト中に異物が発生することがなく、レジスト塗布時においても塗布ムラが発生することなく、レジストパターン形成時における欠陥の発生を十分に抑制することができる。
前記単量体由来の低分子量成分としては、モノマー、ダイマー、トリマー、オリゴマーが挙げられ、Mw500以下の成分とすることができる。このMw500以下の成分は、例えば、下記精製法により除去することができる。また、この低分子量成分の量は、樹脂の高速液体クロマトグラフィ(HPLC)により分析することができる。
尚、樹脂(A)は、ハロゲン、金属等の不純物の含有量が少ないほど好ましく、それにより、レジストとした際の感度、解像度、プロセス安定性、パターン形状等を更に改善することができる。
前記樹脂(A)の精製法としては、例えば、水洗、液々抽出等の化学的精製法や、これらの化学的精製法と限外ろ過、遠心分離等の物理的精製法との組み合わせ等を挙げることができる。前記化学的精製法のなかでも、液々抽出が特に好ましい。
具体的な液々抽出による樹脂(A)の精製としては、例えば、下記で表される溶媒Cにフッ素を含有する重合体が溶けている樹脂溶液(共重合体溶液)と、下記で表される溶媒Aと、を接触させて均一とし、その後、下記で表される溶媒Bと接触させ、次いで、水と接触させることにより行うことが好ましい。
溶媒A:炭素数5〜10の炭化水素溶媒
溶媒B:溶媒Aに不溶な炭素数1〜10のアルコール溶媒
溶媒C:溶媒A及び溶媒Bに可溶な炭素数2〜10のケトン溶媒
前記溶媒A(炭素数5〜10の炭化水素溶媒)としては、n−ペンタン、n−ヘキサン、n−ヘプタン、n−オクタン、n−ノナン、n−デカン等のアルカン類が挙げられる。これらのなかでも、n−ヘキサン、n−ヘプタンが好ましい。尚、これらの溶媒は、単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。
前記溶媒B(溶媒Aに不溶な炭素数1〜10のアルコール溶媒)としては、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、4−メチル−2−ペンタノール等のアルコール類が挙げられる。これらのなかでも、メタノール、エタノールが好ましい。尚、これらの溶媒は、単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。
前記溶媒C(溶媒A及び溶媒Bに可溶な炭素数2〜10のケトン溶媒)としては、アセトン、2−ブタノン、4−メチル−2−ペンタノン、2−ヘプタノン等のケトン類が挙げられる。これらのなかでも、アセトン、2−ブタノンが好ましい。尚、これらの溶媒は、単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。
また、溶媒A〜Cの組み合わせとしては、n−ヘキサン及びn−ヘプタンのうちの少なくとも一方(溶媒A)と、メタノール及びエタノールのうちの少なくとも一方(溶媒B)と、アセトン又は2−ブタノンのうちの少なくとも一方(溶媒C)と、の組み合わせが好ましい。
本発明において、樹脂(A)は、単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
また、この樹脂(A)の含有量は、レジスト被膜が十分な後退接触角、及び十分な前進接触角を確保し、レジスト被膜からの酸発生剤等の溶出を十分に抑制できるという観点から、後述する樹脂(B)を100質量%とした場合に、通常、0.1質量%以上、好ましくは0.1〜20質量%、更に好ましくは0.5〜10質量%である。この樹脂(A)の含有量が0.1質量%未満である場合、樹脂(A)の効果(高後退角及び低溶出)が現れずレジスト被膜の後退接触角が低下したり、レジスト被膜からの酸発生剤等の溶出を抑制できない傾向がある。一方、この含有量が20質量%を超える場合、孤立ラインの焦点深度が小さくなったり、解像性が悪化するおそれがある。
<樹脂(B)>
本発明における樹脂(B)は、酸解離性基を有する繰り返し単位(B1)を含有し、フッ素原子を有する繰り返し単位を含有しないものである。
この樹脂(B)としては、酸の作用によりアルカリ可溶性となるアルカリ不溶性又はアルカリ難溶性の樹脂を用いることが好ましい。ここでいう「アルカリ不溶性又はアルカリ難溶性」とは、樹脂(B)を含有する感放射線性樹脂組成物から形成されたレジスト被膜からレジストパターンを形成する際に採用されるアルカリ現像条件下で、このレジスト被膜の代わりに樹脂(B)のみを用いた被膜を現像した場合に、この被膜の初期膜厚の50%以上が現像後に残存する性質を意味する。
前記樹脂(B)としては、例えば、ノルボルネン誘導体等を重合して得られる主鎖にノルボルナン環等の脂環式骨格を有する樹脂、ノルボルネン誘導体と無水マレイン酸を共重合して得られる主鎖にノルボルナン環及び無水マレイン酸誘導体を有する樹脂、ノルボルネン誘導体と(メタ)アクリル化合物を共重合して得られる主鎖にノルボルナン環と(メタ)アクリル骨格が混在する樹脂、ノルボルネン誘導体と無水マレイン酸、(メタ)アクリル化合物を共重合して得られる主鎖にノルボルナン環と無水マレイン酸誘導体と(メタ)アクリル骨格が混在する樹脂、(メタ)アクリル化合物を共重合して得られる主鎖が(メタ)アクリル骨格の樹脂等が挙げられる。
前記繰り返し単位(B1)を生じさせる好ましい単量体としては、前述の樹脂(A)における繰り返し単位(A3)における例示をそのまま適用することができる。特に、この単量体としては、単環式構造若しくは多環式構造を有するものが好ましい。
前記樹脂(B)には、前記繰り返し単位(B1)が1種のみ含まれていてもよいし、2種以上含まれていてもよい。
この繰り返し単位(B1)の含有割合は、樹脂(B)における全繰り返し単位を100モル%とした場合に、通常、10〜70モル%、好ましくは15〜60モル%、更に好ましくは20〜50モル%である。この繰り返し単位(B1)の含有割合が10モル%未満の場合、レジストとしての解像度が低下するおそれがある。一方、この含有割合が70モル%を超える場合、現像性や露光余裕が悪化するおそれがある。
また、前記樹脂(B)は、前記繰り返し単位(B1)以外に、ラクトン骨格を含有する繰り返し単位(以下、「繰り返し単位(B2)」ともいう。)を含むことが好ましい。
前記繰り返し単位(B2)を生じさせる好ましい単量体としては、前述の樹脂(A)における繰り返し単位(A4)における例示をそのまま適用することができる。
前記樹脂(B)には、前記繰り返し単位(B2)が1種のみ含まれていてもよいし、2種以上含まれていてもよい。
この繰り返し単位(B2)の含有割合は、樹脂(B)における全繰り返し単位を100モル%とした場合に、5〜85モル%であることが好ましく、より好ましくは10〜70モル%、更に好ましくは15〜60モル%である。この繰り返し単位(B2)の含有割合が5モル%未満の場合、現像性、露光余裕が悪化する傾向がある。一方、この含有割合が85モル%を超える場合、樹脂(B)の溶剤への溶解性や解像度が悪化する傾向にある。
また、前記樹脂(B)には、前記繰り返し単位(B1)及び(B2)以外にも、芳香族化合物に由来する繰り返し単位(以下、「繰り返し単位(B3)」ともいう。)が含まれていてもよい。
前記繰り返し単位(B3)を生じさせる好ましい単量体としては、前述の樹脂(A)における繰り返し単位(A5)における例示をそのまま適用することができる(但し、フッ素原子を有するものを除く)。
前記樹脂(B)には、前記繰り返し単位(B3)が1種のみ含まれていてもよいし、2種以上含まれていてもよい。
また、前記繰り返し単位(B3)の含有割合は、樹脂(B)における全繰り返し単位を100モル%とした場合に、通常、40モル%以下、好ましくは30モル%以下である。この繰り返し単位(B3)の含有割合が40モル%を超える場合、放射線透過率が低くなり、パターンプロファイルが悪化するおそれがある。
また、前記樹脂(B)には、前記繰り返し単位(B1)〜(B3)以外にも、脂環式化合物を含有する繰り返し単位(以下、「繰り返し単位(B4)」ともいう。)が含まれていてもよい。
前記繰り返し単位(B4)としては、例えば、下記一般式(3)で表される繰り返し単位等を挙げることができる。
Figure 0005343535
〔一般式(3)において、R12は水素原子、又はメチル基を示し、Xは炭素数4〜20の脂環式炭化水素基を示す。〕
前記一般式(3)のXにおける、炭素数4〜20の脂環式炭化水素基としては、例えば、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、ビシクロ[2.2.1]ヘプタン、ビシクロ[2.2.2]オクタン、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン、テトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカン、トリシクロ[3.3.1.13,7]デカン等のシクロアルカン類に由来する脂環族環からなる炭化水素基が挙げられる。
これらのシクロアルカン由来の脂環族環は、置換基を有していてもよく、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基等の炭素数1〜4の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基の1種以上或いは1個以上で置換されていてもよい。これらは、これらのアルキル基によって置換されたものに限定されるものではなく、ヒドロキシル基、シアノ基、炭素数1〜10のヒドロキシアルキル基、カルボキシル基、酸素で置換されたものであってもよい。
前記繰り返し単位(B4)を与える好ましい単量体としては、(メタ)アクリル酸−ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−ビシクロ[2.2.2]オクタ−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−トリシクロ[5.2.1.02,6]デカ−7−イルエステル、(メタ)アクリル酸−テトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカ−9−イルエステル、(メタ)アクリル酸−トリシクロ[3.3.1.13,7]デカ−1−イルエステル、(メタ)アクリル酸−トリシクロ[3.3.1.13,7]デカ−2−イルエステル等が挙げられる。
前記樹脂(B)には、前記繰り返し単位(B4)が1種のみ含まれていてもよいし、2種以上含まれていてもよい。
樹脂(B)において、前記繰り返し単位(B4)の含有割合は、樹脂(B)における全繰り返し単位を100モル%とした場合に、通常、30モル%以下、好ましくは25モル%以下である。この繰り返し単位(B4)の含有割合が30モル%を超える場合、レジストパターン形状が悪化したり、解像度が低下するおそれがある。
更に、前記樹脂(B)は、前記繰り返し単位(B1)〜(B4)以外にも、他の繰り返し単位(以下、「その他の繰り返し単位」という。)を含有していてもよい。
その他の繰り返し単位としては、例えば、(メタ)アクリル酸ジシクロペンテニル、(メタ)アクリル酸アダマンチルメチル等の有橋式炭化水素骨格を有する(メタ)アクリル酸エステル類;(メタ)アクリル酸カルボキシノルボルニル、(メタ)アクリル酸カルボキシトリシクロデカニル、(メタ)アクリル酸カルボキシテトラシクロウンデカニル等の不飽和カルボン酸の有橋式炭化水素骨格を有するカルボキシル基含有エステル類;
(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸n−プロピル、(メタ)アクリル酸n−ブチル、(メタ)アクリル酸2−メチルプロピル、(メタ)アクリル酸1−メチルプロピル、(メタ)アクリル酸t−ブチル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸3−ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸シクロプロピル、(メタ)アクリル酸シクロペンチル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸4−メトキシシクロヘキシル、(メタ)アクリル酸2−シクロペンチルオキシカルボニルエチル、(メタ)アクリル酸2−シクロヘキシルオキシカルボニルエチル、(メタ)アクリル酸2−(4−メトキシシクロヘキシル)オキシカルボニルエチル等の有橋式炭化水素骨格をもたない(メタ)アクリル酸エステル類;
α−ヒドロキシメチルアクリル酸メチル、α−ヒドロキシメチルアクリル酸エチル、α−ヒドロキシメチルアクリル酸n−プロピル、α−ヒドロキシメチルアクリル酸n−ブチル等のα−ヒドロキシメチルアクリル酸エステル類;アクリロニトリル、メタクリロニトリル、α−クロロアクリロニトリル、クロトンニトリル、マレインニトリル、フマロニトリル、メサコンニトリル、シトラコンニトリル、イタコンニトリル等の不飽和ニトリル化合物;(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド、クロトンアミド、マレインアミド、フマルアミド、メサコンアミド、シトラコンアミド、イタコンアミド等の不飽和アミド化合物;N−(メタ)アクリロイルモルホリン、N−ビニル−ε−カプロラクタム、N−ビニルピロリドン、ビニルピリジン、ビニルイミダゾール等の他の含窒素ビニル化合物;(メタ)アクリル酸、クロトン酸、マレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、無水イタコン酸、シトラコン酸、無水シトラコン酸、メサコン酸等の不飽和カルボン酸(無水物)類;(メタ)アクリル酸2−カルボキシエチル、(メタ)アクリル酸2−カルボキシプロピル、(メタ)アクリル酸3−カルボキシプロピル、(メタ)アクリル酸4−カルボキシブチル、(メタ)アクリル酸4−カルボキシシクロヘキシル等の不飽和カルボン酸の有橋式炭化水素骨格をもたないカルボキシル基含有エステル類;
1,2−アダマンタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,3−アダマンタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,4−アダマンタンジオールジ(メタ)アクリレート、トリシクロデカニルジメチロールジ(メタ)アクリレート等の有橋式炭化水素骨格を有する多官能性単量体;
メチレングリコールジ(メタ)アクリレート、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、2,5−ジメチル−2,5−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、1,8−オクタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,9−ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、1,4−ビス(2−ヒドロキシプロピル)ベンゼンジ(メタ)アクリレート、1,3−ビス(2−ヒドロキシプロピル)ベンゼンジ(メタ)アクリレート等の有橋式炭化水素骨格をもたない多官能性単量体等の多官能性単量体の重合性不飽和結合が開裂した単位を挙げることができる。
これらのその他の繰り返し単位のなかでも、有橋式炭化水素骨格を有する(メタ)アクリル酸エステル類の重合性不飽和結合が開裂した単位等が好ましい。
前記樹脂(B)には、前記その他の繰り返し単位が1種のみ含まれていてもよいし、2種以上含まれていてもよい。
樹脂(B)において、前記その他の繰り返し単位の含有割合は、樹脂(B)における全繰り返し単位を100モル%とした場合に、通常、50モル%以下、好ましくは40モル%以下である。
また、本発明における樹脂(B)は、例えば、所定の各繰り返し単位に対応する重合性不飽和単量体を、ヒドロパーオキシド類、ジアルキルパーオキシド類、ジアシルパーオキシド類、アゾ化合物等のラジカル重合開始剤を使用し、必要に応じて連鎖移動剤の存在下、適当な溶媒中で重合することにより製造することができる。
前記重合に使用される溶媒としては、例えば、n−ペンタン、n−ヘキサン、n−ヘプタン、n−オクタン、n−ノナン、n−デカン等のアルカン類;シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、デカリン、ノルボルナン等のシクロアルカン類;ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、クメン等の芳香族炭化水素類;クロロブタン類、ブロモヘキサン類、ジクロロエタン類、ヘキサメチレンジブロミド、クロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素類;酢酸エチル、酢酸n−ブチル、酢酸i−ブチル、プロピオン酸メチル等の飽和カルボン酸エステル類;アセトン、2−ブタノン、4−メチル−2−ペンタノン、2−ヘプタノン等のケトン類;テトラヒドロフラン、ジメトキシエタン類、ジエトキシエタン類等のエーテル類等を挙げることができる。これらの溶媒は、単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
前記重合における反応温度は、通常、40〜150℃、好ましくは50〜120℃であり、反応時間は、通常、1〜48時間、好ましくは1〜24時間である。
また、本発明における樹脂(B)のGPC法によるMwは、特に限定されないが、好ましくは1,000〜100,000、更に好ましくは1,000〜30,000、更に好ましくは1,000〜20,000である。この樹脂(B)のMwが1,000未満では、レジストとした際の耐熱性が低下する傾向がある。一方、このMwが100,000を超えると、レジストとした際の現像性が低下する傾向にある。
また、樹脂(B)のMwとGPC法によるMnとの比(Mw/Mn)は、通常1〜5であり、好ましくは1〜3である。
また、樹脂(B)においては、この樹脂(B)を調製する際に用いられる単量体由来の低分子量成分の含有量が固形分換算にて、この樹脂100質量%に対して0.1質量%以下であることが好ましく、より好ましくは0.07質量%以下、更に好ましくは0.05質量%以下である。この含有量が0.1質量%以下である場合には、液浸露光時に接触した水等の液浸露光用液体への溶出物の量を少なくすることができる。更に、レジスト保管時にレジスト中に異物が発生することがなく、レジスト塗布時においても塗布ムラが発生することなく、レジストパターン形成時における欠陥の発生を十分に抑制することができる。
前記単量体由来の低分子量成分としては、モノマー、ダイマー、トリマー、オリゴマーが挙げられ、Mw500以下の成分とすることができる。このMw500以下の成分は、下記の精製法により除去することができる。また、この低分子量成分の量は、樹脂の高速液体クロマトグラフィ(HPLC)により分析することができる。
尚、樹脂(B)は、ハロゲン、金属等の不純物の含有量が少ないほど好ましく、それにより、レジストとした際の感度、解像度、プロセス安定性、パターン形状等を更に改善することができる。
また、樹脂(B)の精製法としては、例えば、水洗、液々抽出等の化学的精製法や、これらの化学的精製法と限外ろ過、遠心分離等の物理的精製法との組み合わせ等を挙げることができる。
本発明において、樹脂(B)は、単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
<感放射線性酸発生剤(C)>
本発明における感放射線性酸発生剤(C)(以下、単に「酸発生剤(C)」ともいう。)は、露光により酸を発生するものであり、露光により発生した酸の作用によって、樹脂成分[樹脂(A)及び樹脂(B)]中に存在する酸解離性基を解離させ(保護基を脱離させ)、その結果レジスト被膜の露光部がアルカリ現像液に易溶性となり、ポジ型のレジストパターンを形成する作用を有するものである。
このような酸発生剤(C)としては、下記一般式(4)で表される化合物(以下、「酸発生剤1」という。)を含むものが好ましい。
Figure 0005343535
一般式(4)において、R14は、水素原子、フッ素原子、ヒドロキシル基、炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルコキシル基、又は、炭素数2〜11の直鎖状若しくは分岐状のアルコキシカルボニル基を示す。
また、R15は、炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルコキシル基、又は、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルカンスルホニル基を示す。
更に、R16は、相互に独立に、炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、置換されていてもよいフェニル基或いは置換されていてもよいナフチル基を示すか、又は、2個のR16が互いに結合して炭素数2〜10の置換されていてもよい2価の基を形成しており、kは0〜2の整数であり、Xは式:R172nSO 、R17SO (式中、R17は、フッ素原子又は置換されていてもよい炭素数1〜12の炭化水素基を示し、nは1〜10の整数である。)、又は、下記一般式(5−1)若しくは(5−2)で表されるアニオンを示し、rは0〜10の整数である。
Figure 0005343535
(各式中、R18は、互いに独立して、フッ素原子を有し、且つ、炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、又は、2つのR18が互いに結合して、フッ素原子を有し、且つ炭素数2〜10の2価の有機基であり、該2価の有機基は置換基を有してもよい。)
一般式(4)において、R14、R15及びR16の炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状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、i−プロピル基、n−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、ネオペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、2−エチルヘキシル基、n−ノニル基、n−デシル基等を挙げることができる。これらのアルキル基のなかでも、メチル基、エチル基、n−ブチル基、t−ブチル基等が好ましい。
また、R14及びR15の炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルコキシル基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、i−プロポキシ基、n−ブトキシ基、2−メチルプロポキシ基、1−メチルプロポキシ基、t−ブトキシ基、n−ペンチルオキシ基、ネオペンチルオキシ基、n−ヘキシルオキシ基、n−ヘプチルオキシ基、n−オクチルオキシ基、2−エチルヘキシルオキシ基、n−ノニルオキシ基、n−デシルオキシ基等を挙げることができる。これらのアルコキシル基のうち、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、n−ブトキシ基等が好ましい。
また、R14の炭素数2〜11の直鎖状若しくは分岐状のアルコキシカルボニル基としては、例えば、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、n−プロポキシカルボニル基、i−プロポキシカルボニル基、n−ブトキシカルボニル基、2−メチルプロポキシカルボニル基、1−メチルプロポキシカルボニル基、t−ブトキシカルボニル基、n−ペンチルオキシカルボニル基、ネオペンチルオキシカルボニル基、n−ヘキシルオキシカルボニル基、n−ヘプチルオキシカルボニル基、n−オクチルオキシカルボニル基、2−エチルヘキシルオキシカルボニル基、n−ノニルオキシカルボニル基、n−デシルオキシカルボニル基等を挙げることができる。これらのアルコキシカルボニル基のうち、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、n−ブトキシカルボニル基等が好ましい。
また、R15の炭素数1〜10の直鎖状、分岐状、環状のアルカンスルホニル基としては、例えば、メタンスルホニル基、エタンスルホニル基、n−プロパンスルホニル基、n−ブタンスルホニル基、tert−ブタンスルホニル基、n−ペンタンスルホニル基、ネオペンタンスルホニル基、n−ヘキサンスルホニル基、n−ヘプタンスルホニル基、n−オクタンスルホニル基、2−エチルヘキサンスルホニル基n−ノナンスルホニル基、n−デカンスルホニル基、シクロペンタンスルホニル基、シクロヘキサンスルホニル基等を挙げることができる。これらのアルカンスルホニル基のうち、メタンスルホニル基、エタンスルホニル基、n−プロパンスルホニル基、n−ブタンスルホニル基、シクロペンタンスルホニル基、シクロヘキサンスルホニル基等が好ましい。
また、rとしては、0〜2が好ましい。
一般式(4)において、R16の置換されていてもよいフェニル基としては、例えば、フェニル基、o−トリル基、m−トリル基、p−トリル基、2,3−ジメチルフェニル基、2,4−ジメチルフェニル基、2,5−ジメチルフェニル基、2,6−ジメチルフェニル基、3,4−ジメチルフェニル基、3,5−ジメチルフェニル基、2,4,6−トリメチルフェニル基、4−エチルフェニル基、4−t−ブチルフェニル基、4−シクロヘキシルフェニル基、4−フルオロフェニル基等のフェニル基又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルキル基で置換されたフェニル基;これらのフェニル基又はアルキル置換フェニル基を、ヒドロキシル基、カルボキシル基、シアノ基、ニトロ基、アルコキシル基、アルコキシアルキル基、アルコキシカルボニル基、アルコキシカルボニルオキシ基等の少なくとも一種の基1個以上で置換した基等を挙げることができる。
フェニル基及びアルキル置換フェニル基に対する置換基のうち、前記アルコキシル基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、i−プロポキシ基、n−ブトキシ基、2−メチルプロポキシ基、1−メチルプロポキシ基、t−ブトキシ基、シクロペンチルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基等の炭素数1〜20の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルコキシル基等を挙げることができる。
また、前記アルコキシアルキル基としては、例えば、メトキシメチル基、エトキシメチル基、1−メトキシエチル基、2−メトキシエチル基、1−エトキシエチル基、2−エトキシエチル基等の炭素数2〜21の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルコキシアルキル基等を挙げることができる。
また、前記アルコキシカルボニル基としては、例えば、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、n−プロポキシカルボニル基、i−プロポキシカルボニル基、n−ブトキシカルボニル基、2−メチルプロポキシカルボニル基、1−メチルプロポキシカルボニル基、t−ブトキシカルボニル基、シクロペンチルオキシカルボニル基、シクロヘキシルオキシカルボニル等の炭素数2〜21の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルコキシカルボニル基等を挙げることができる。
また、前記アルコキシカルボニルオキシ基としては、例えば、メトキシカルボニルオキシ基、エトキシカルボニルオキシ基、n−プロポキシカルボニルオキシ基、i−プロポキシカルボニルオキシ基、n−ブトキシカルボニルオキシ基、t−ブトキシカルボニルオキシ基、シクロペンチルオキシカルボニル基、シクロヘキシルオキシカルボニル等の炭素数2〜21の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルコキシカルボニルオキシ基等を挙げることができる。
一般式(4)におけるR15の置換されていてもよいフェニル基としては、フェニル基、4−シクロヘキシルフェニル基、4−t−ブチルフェニル基、4−メトキシフェニル基、4−t−ブトキシフェニル基等が好ましい。
また、R16の置換されていてもよいナフチル基としては、例えば、1−ナフチル基、2−メチル−1−ナフチル基、3−メチル−1−ナフチル基、4−メチル−1−ナフチル基、4−メチル−1−ナフチル基、5−メチル−1−ナフチル基、6−メチル−1−ナフチル基、7−メチル−1−ナフチル基、8−メチル−1−ナフチル基、2,3−ジメチル−1−ナフチル基、2,4−ジメチル−1−ナフチル基、2,5−ジメチル−1−ナフチル基、2,6−ジメチル−1−ナフチル基、2,7−ジメチル−1−ナフチル基、2,8−ジメチル−1−ナフチル基、3,4−ジメチル−1−ナフチル基、3,5−ジメチル−1−ナフチル基、3,6−ジメチル−1−ナフチル基、3,7−ジメチル−1−ナフチル基、3,8−ジメチル−1−ナフチル基、4,5−ジメチル−1−ナフチル基、5,8−ジメチル−1−ナフチル基、4−エチル−1−ナフチル基2−ナフチル基、1−メチル−2−ナフチル基、3−メチル−2−ナフチル基、4−メチル−2−ナフチル基等のナフチル基又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルキル基で置換されたナフチル基;これらのナフチル基又はアルキル置換ナフチル基を、ヒドロキシル基、カルボキシル基、シアノ基、ニトロ基、アルコキシル基、アルコキシアルキル基、アルコキシカルボニル基、アルコキシカルボニルオキシ基等の少なくとも1種の基1個以上で置換した基等を挙げることができる。
前記置換基であるアルコキシル基、アルコキシアルキル基、アルコキシカルボニル基及びアルコキシカルボニルオキシ基としては、例えば、前記フェニル基及びアルキル置換フェニル基について例示した基を挙げることができる。
一般式(4)におけるR16の置換されていてもよいナフチル基としては、1−ナフチル基、1−(4−メトキシナフチル)基、1−(4−エトキシナフチル)基、1−(4−n−プロポキシナフチル)基、1−(4−n−ブトキシナフチル)基、2−(7−メトキシナフチル)基、2−(7−エトキシナフチル)基、2−(7−n−プロポキシナフチル)基、2−(7−n−ブトキシナフチル)基等が好ましい。
また、2個のR16が互いに結合して形成した炭素数2〜10の2価の基としては、一般式(4)中の硫黄原子と共に5員又は6員の環、特に好ましくは5員の環(即ち、テトラヒドロチオフェン環)を形成する基が望ましい。
また、前記2価の基に対する置換基としては、例えば、前記フェニル基及びアルキル置換フェニル基に対する置換基として例示したヒドロキシル基、カルボキシル基、シアノ基、ニトロ基、アルコキシル基、アルコキアルキル基、アルコキシカルボニル基、アルコキシカルボニルオキシ基等を挙げることができる。
一般式(4)におけるR16としては、メチル基、エチル基、フェニル基、4−メトキシフェニル基、1−ナフチル基、2個のR16が互いに結合して硫黄原子と共にテトラヒドロチオフェン環構造を形成する2価の基等が好ましい。
一般式(4)におけるXは、R172nSO 、R17SO 、又は、上記一般式(5−1)若しくは(5−2)で表されるアニオンである。Xが、R172nSO である場合の−C2n−基は、炭素数nのパーフルオロアルキレン基であるが、この基は直鎖状であってもよいし、分岐状であってもよい。ここで、nは1、2、4又は8であることが好ましい。
また、R17における置換されていてもよい炭素数1〜12の炭化水素基としては、炭素数1〜12のアルキル基、シクロアルキル基、有橋脂環式炭化水素基が好ましい。
具体的には、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、ネオペンチル基、n−ヘキシル基、シクロヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、2−エチルヘキシル基、n−ノニル基、n−デシル基、ノルボルニル基、ノルボニルメチル基、ヒドロキシノルボルニル基、アダマンチル基等を挙げることができる。
また、Xが、上記一般式(5−1)又は(5−2)で表されるアニオンである場合のR18は、互いに独立した、フッ素原子を有し、且つ、炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基であってよいし、2つのR18が互いに結合して、フッ素原子を有し、且つ、炭素数2〜10の2価の有機基であってもよく、その場合、2価の有機基は置換基を有してもよい。
一般式(5−1)又は(5−2)において、R18が、炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基である場合、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、ヘプタフルオロプロピル基、ノナフルオロブチル基、ドデカフルオロペンチル基、パーフルオロオクチル基等が挙げられる。
また、R18が、炭素数2〜10の2価の有機基である場合、テトラフルオロエチレン基、ヘキサフルオロプロピレン基、オクタフルオロブチレン基、デカフルオロペンチレン基、ウンデカフルオロヘキシレン基等が挙げられる。
従って、上記一般式(4)における好ましいアニオンXとしては、トリフルオロメタンスルホネートアニオン、パーフルオロ−n−ブタンスルホネートアニオン、パーフルオロ−n−オクタンスルホネートアニオン、2−ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2−イル−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネートアニオン、2−ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2−イル−1,1−ジフルオロエタンスルホネートアニオン、下記式(61−1)〜(6−7)で表されるアニオン等が挙げられる。
Figure 0005343535
また、一般式(4)の好ましい具体例としては、トリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、トリ−tert−ブチルフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、4−シクロヘキシルフェニル−ジフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、4−メタンスルホニルフェニル−ジフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、1−(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)テトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、1−(4−n−ブトキシナフチル)テトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
トリフェニルスルホニウムパーフルオロ−n−ブタンスルホネート、トリ−tert−ブチルフェニルスルホニウムパーフルオロ−n−ブタンスルホネート、4−シクロヘキシルフェニル−ジフェニルスルホニウムパーフルオロ−n−ブタンスルホネート、4−メタンスルホニルフェニル−ジフェニルスルホニウムパーフルオロ−n−ブタンスルホネート、1−(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)テトラヒドロチオフェニウムパーフルオロ−n−ブタンスルホネート、1−(4−n−ブトキシナフチル)テトラヒドロチオフェニウムパーフルオロ−n−ブタンスルホネート、
トリフェニルスルホニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、トリ−tert−ブチルフェニルスルホニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、4−シクロヘキシルフェニル−ジフェニルスルホニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、4−メタンスルホニルフェニル−ジフェニルスルホニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、1−(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)テトラヒドロチオフェニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、1−(4−n−ブトキシナフチル)テトラヒドロチオフェニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、
トリフェニルスルホニウム2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2’−イル)−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、トリ−tert−ブチルフェニルスルホニウム2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2’−イル)−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、4−シクロヘキシルフェニル−ジフェニルスルホニウム2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2’−イル)−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、4−メタンスルホニルフェニル−ジフェニルスルホニウム2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2’−イル)−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、1−(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)テトラヒドロチオフェニウム2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2’−イル)−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、1−(4−n−ブトキシナフチル)テトラヒドロチオフェニウム2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2’−イル)−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、
トリフェニルスルホニウム2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2’−イル)−1,1−ジフルオロエタンスルホネート、トリ−tert−ブチルフェニルスルホニウム2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2’−イル)−1,1−ジフルオロエタンスルホネート、4−シクロヘキシルフェニル−ジフェニルスルホニウム2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2’−イル)−1,1−ジフルオロエタンスルホネート、4−メタンスルホニルフェニル−ジフェニルスルホニウム2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2’−イル)−1,1−ジフルオロエタンスルホネート、1−(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)テトラヒドロチオフェニウム2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2’−イル)−1,1−ジフルオロエタンスルホネート、1−(4−n−ブトキシナフチル)テトラヒドロチオフェニウム2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2’−イル)−1,1−ジフルオロエタンスルホネート、下記式C1〜C15で表される化合物等が挙げられる。
Figure 0005343535
Figure 0005343535
Figure 0005343535
Figure 0005343535
Figure 0005343535
Figure 0005343535
Figure 0005343535
尚、本発明において、酸発生剤1は、単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
また、感放射線性酸発生剤(C)として使用することのできる、前記酸発生剤1以外の感放射線性酸発生剤(以下、「他の酸発生剤」という。)としては、例えば、オニウム塩化合物、ハロゲン含有化合物、ジアゾケトン化合物、スルホン化合物、スルホン酸化合物等を挙げることができる。これらの他の酸発生剤としては、例えば、下記のものを挙げることができる。
オニウム塩化合物:
オニウム塩化合物としては、例えば、ヨードニウム塩、スルホニウム塩、ホスホニウム塩、ジアゾニウム塩、ピリジニウム塩等を挙げることができる。
オニウム塩化合物の具体例としては、ジフェニルヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、ジフェニルヨードニウム2−ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2−イル−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウム2−ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2−イル−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、シクロヘキシル・2−オキソシクロヘキシル・メチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、ジシクロヘキシル・2−オキソシクロヘキシルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、2−オキソシクロヘキシルジメチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート等を挙げることができる。
ハロゲン含有化合物:
ハロゲン含有化合物としては、例えば、ハロアルキル基含有炭化水素化合物、ハロアルキル基含有複素環式化合物等を挙げることができる。
ハロゲン含有化合物の具体例としては、フェニルビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、4−メトキシフェニルビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、1−ナフチルビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン等の(トリクロロメチル)−s−トリアジン誘導体や、1,1−ビス(4−クロロフェニル)−2,2,2−トリクロロエタン等を挙げることができる。
ジアゾケトン化合物:
ジアゾケトン化合物としては、例えば、1,3−ジケト−2−ジアゾ化合物、ジアゾベンゾキノン化合物、ジアゾナフトキノン化合物等を挙げることができる。
ジアゾケトンの具体例としては、1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホニルクロリド、1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホニルクロリド、2,3,4,4’−テトラヒドロキシベンゾフェノンの1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホン酸エステル又は1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸エステル、1,1,1−トリス(4−ヒドロキシフェニル)エタンの1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホン酸エステル又は1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸エステル等を挙げることができる。
スルホン化合物:
スルホン化合物としては、例えば、β−ケトスルホン、β−スルホニルスルホンや、これらの化合物のα−ジアゾ化合物等を挙げることができる。
スルホン化合物の具体例としては、4−トリスフェナシルスルホン、メシチルフェナシルスルホン、ビス(フェニルスルホニル)メタン等を挙げることができる。
スルホン酸化合物:
スルホン酸化合物としては、例えば、アルキルスルホン酸エステル、アルキルスルホン酸イミド、ハロアルキルスルホン酸エステル、アリールスルホン酸エステル、イミノスルホネート等を挙げることができる。
スルホン酸化合物の具体例としては、ベンゾイントシレート、ピロガロールのトリス(トリフルオロメタンスルホネート)、ニトロベンジル−9,10−ジエトキシアントラセン−2−スルホネート、トリフルオロメタンスルホニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボジイミド、ノナフルオロ−n−ブタンスルホニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボジイミド、パーフルオロ−n−オクタンスルホニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボジイミド、2−ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2−イル−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボジイミド、N−(トリフルオロメタンスルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(ノナフルオロ−n−ブタンスルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(パーフルオロ−n−オクタンスルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(2−ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2−イル−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホニルオキシ)スクシンイミド、1,8−ナフタレンジカルボン酸イミドトリフルオロメタンスルホネート、1,8−ナフタレンジカルボン酸イミドノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、1,8−ナフタレンジカルボン酸イミドパーフルオロ−n−オクタンスルホネート等を挙げることができる。
これらの他の酸発生剤のうち、ジフェニルヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、ジフェニルヨードニウム2−ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2−イル−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウム2−ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2−イル−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、シクロヘキシル・2−オキソシクロヘキシル・メチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、ジシクロヘキシル・2−オキソシクロヘキシルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、2−オキソシクロヘキシルジメチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、
トリフルオロメタンスルホニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボジイミド、ノナフルオロ−n−ブタンスルホニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボジイミド、パーフルオロ−n−オクタンスルホニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボジイミド、2−ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2−イル−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボジイミド、N−(トリフルオロメタンスルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(ノナフルオロ−n−ブタンスルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(パーフルオロ−n−オクタンスルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(2−ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2−イル−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホニルオキシ)スクシンイミド、1,8−ナフタレンジカルボン酸イミドトリフルオロメタンスルホネート等が好ましい。
前記他の酸発生剤は、単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明において、酸発生剤1と他の酸発生剤の合計使用量は、レジストとしての感度及び現像性を確保する観点から、樹脂(A)及び樹脂(B)の合計100質量部に対して、通常、0.1〜20質量部、好ましくは0.5〜10質量部である。この場合、前記合計使用量が0.1質量部未満では、感度及び現像性が低下する傾向がある。一方、前記合計使用量が20質量部を超えると、放射線に対する透明性が低下して、矩形のレジストパターンを得られ難くなる傾向がある。
また、他の酸発生剤の使用割合は、酸発生剤1と他の酸発生剤との合計100質量%に対して、通常、80質量%以下、好ましくは60質量%以下である。
<窒素含有化合物(D)>
窒素含有化合物(D)は、露光により酸発生剤から生じる酸のレジスト被膜中における拡散現象を制御し、非露光領域における好ましくない化学反応を抑制する作用を有する成分である。このような酸拡散制御剤を配合することにより、得られる感放射線性樹脂組成物の貯蔵安定性が向上する。また、レジストとしての解像度が更に向上するとともに、露光から露光後の加熱処理までの引き置き時間(PED)の変動によるレジストパターンの線幅変化を抑えることができ、プロセス安定性に極めて優れた組成物が得られる。
前記窒素含有化合物(D)としては、例えば、3級アミン化合物、他のアミン化合物、アミド基含有化合物、ウレア化合物、及びその他含窒素複素環化合物等を挙げることができる。
前記3級アミン化合物としては、例えば、n−ヘキシルアミン、n−ヘプチルアミン、n−オクチルアミン、n−ノニルアミン、n−デシルアミン、シクロヘキシルアミン等のモノ(シクロ)アルキルアミン類;ジ−n−ブチルアミン、ジ−n−ペンチルアミン、ジ−n−ヘキシルアミン、ジ−n−ヘプチルアミン、ジ−n−オクチルアミン、ジ−n−ノニルアミン、ジ−n−デシルアミン、シクロヘキシルメチルアミン、ジシクロヘキシルアミン等のジ(シクロ)アルキルアミン類;トリエチルアミン、トリ−n−プロピルアミン、トリ−n−ブチルアミン、トリ−n−ペンチルアミン、トリ−n−ヘキシルアミン、トリ−n−ヘプチルアミン、トリ−n−オクチルアミン、トリ−n−ノニルアミン、トリ−n−デシルアミン、シクロヘキシルジメチルアミン、メチルジシクロヘキシルアミン、トリシクロヘキシルアミン等のトリ(シクロ)アルキルアミン類;2,2’,2’’−ニトロトリエタノール等の置換アルキルアミン;アニリン、N−メチルアニリン、N,N−ジメチルアニリン、2−メチルアニリン、3−メチルアニリン、4−メチルアニリン、4−ニトロアニリン、ジフェニルアミン、トリフェニルアミン、ナフチルアミン、2,4,6−トリ−tert−ブチル−N−メチルアニリン、N−フェニルジエタノールアミン、2,6−ジイソプロピルアニリン等が好ましい。
前記他のアミン化合物としては、例えば、エチレンジアミン、N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ジアミノベンゾフェノン、4,4’−ジアミノジフェニルアミン、2,2−ビス(4−アミノフェニル)プロパン、2−(3−アミノフェニル)−2−(4−アミノフェニル)プロパン、2−(4−アミノフェニル)−2−(3−ヒドロキシフェニル)プロパン、2−(4−アミノフェニル)−2−(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、1,4−ビス〔1−(4−アミノフェニル)−1−メチルエチル〕ベンゼン、1,3−ビス〔1−(4−アミノフェニル)−1−メチルエチル〕ベンゼン、ビス(2−ジメチルアミノエチル)エーテル、ビス(2−ジエチルアミノエチル)エーテル、1−(2−ヒドロキシエチル)−2−イミダゾリジノン、2−キノキサリノール、N,N,N’,N’−テトラキス(2−ヒドロキシプロピル)エチレンジアミン、N,N,N’,N’’,N’’−ペンタメチルジエチレントリアミン等が好ましい。
前記アミド基含有化合物としては、例えば、N−t−ブトキシカルボニルジ−n−オクチルアミン、N−t−ブトキシカルボニルジ−n−ノニルアミン、N−t−ブトキシカルボニルジ−n−デシルアミン、N−t−ブトキシカルボニルジシクロヘキシルアミン、N−t−ブトキシカルボニル−1−アダマンチルアミン、N−t−ブトキシカルボニル−2−アダマンチルアミン、N−t−ブトキシカルボニル−N−メチル−1−アダマンチルアミン、(S)−(−)−1−(t−ブトキシカルボニル)−2−ピロリジンメタノール、(R)−(+)−1−(t−ブトキシカルボニル)−2−ピロリジンメタノール、N−t−ブトキシカルボニル−4−ヒドロキシピペリジン、N−t−ブトキシカルボニルピロリジン、N−t−ブトキシカルボニルピペラジン、N−t−ブトキシカルボニルピペリジン、N,N−ジ−t−ブトキシカルボニル−1−アダマンチルアミン、N,N−ジ−t−ブトキシカルボニル−N−メチル−1−アダマンチルアミン、N−t−ブトキシカルボニル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、N,N’−ジ−t−ブトキシカルボニルヘキサメチレンジアミン、N,N,N’N’−テトラ−t−ブトキシカルボニルヘキサメチレンジアミン、N,N’−ジ−t−ブトキシカルボニル−1,7−ジアミノヘプタン、N,N’−ジ−t−ブトキシカルボニル−1,8−ジアミノオクタン、N,N’−ジ−t−ブトキシカルボニル−1,9−ジアミノノナン、N,N’−ジ−t−ブトキシカルボニル−1,10−ジアミノデカン、N,N’−ジ−t−ブトキシカルボニル−1,12−ジアミノドデカン、N,N’−ジ−t−ブトキシカルボニル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、N−t−ブトキシカルボニルベンズイミダゾール、N−t−ブトキシカルボニル−2−メチルベンズイミダゾール、N−t−ブトキシカルボニル−2−フェニルベンズイミダゾール等のN−t−ブトキシカルボニル基含有アミノ化合物のほか、ホルムアミド、N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、アセトアミド、N−メチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、プロピオンアミド、ベンズアミド、ピロリドン、N−メチルピロリドン、N−アセチル−1−アダマンチルアミン、イソシアヌル酸トリス(2−ヒドロキシエチル)等が好ましい。
前記ウレア化合物としては、例えば、尿素、メチルウレア、1,1−ジメチルウレア、1,3−ジメチルウレア、1,1,3,3−テトラメチルウレア、1,3−ジフェニルウレア、トリ−n−ブチルチオウレア等が好ましい。
前記その他含窒素複素環化合物としては、例えば、イミダゾール、4−メチルイミダゾール、4−メチル−2−フェニルイミダゾール、ベンズイミダゾール、2−フェニルベンズイミダゾール、1−ベンジル−2−メチルイミダゾール、1−ベンジル−2−メチル−1H−イミダゾール等のイミダゾール類;ピリジン、2−メチルピリジン、4−メチルピリジン、2−エチルピリジン、4−エチルピリジン、2−フェニルピリジン、4−フェニルピリジン、2−メチル−4−フェニルピリジン、ニコチン、ニコチン酸、ニコチン酸アミド、キノリン、4−ヒドロキシキノリン、8−オキシキノリン、アクリジン、2,2’:6’,2’’−ターピリジン等のピリジン類;ピペラジン、1−(2−ヒドロキシエチル)ピペラジン等のピペラジン類のほか、ピラジン、ピラゾール、ピリダジン、キノザリン、プリン、ピロリジン、ピペリジン、ピペリジンエタノール、3−ピペリジノ−1,2−プロパンジオール、モルホリン、4−メチルモルホリン、1−(4−モルホリニル)エタノール、4−アセチルモルホリン、3−(N−モルホリノ)−1,2−プロパンジオール、1,4−ジメチルピペラジン、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン等が好ましい。
前記窒素含有化合物(D)は、単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
この酸拡散制御剤[窒素含有化合物(D)]の配合量は、樹脂(A)及び樹脂(B)の合計100質量部に対して、通常、15質量部以下、好ましくは10質量部以下、更に好ましくは5質量部以下である。この場合、酸拡散制御剤の配合量が15質量部を超えると、レジストとしての感度が低下する傾向がある。尚、酸拡散制御剤の配合量が0.001質量部未満であると、プロセス条件によっては、レジストとしてのパターン形状や寸法忠実度が低下するおそれがある。
<溶剤(E)>
本発明の感放射線性樹脂組成物は、普通、その使用に際して、全固形分濃度が、通常、1〜50質量%、好ましくは1〜25質量%となるように、溶剤に溶解したのち、例えば、孔径0.2μm程度のフィルターでろ過することによって、組成物溶液として調製される。
前記溶剤(E)としては、例えば、2−ブタノン、2−ペンタノン、3−メチル−2−ブタノン、2−ヘキサノン、4−メチル−2−ペンタノン、3−メチル−2−ペンタノン、3,3−ジメチル−2−ブタノン、2−ヘプタノン、2−オクタノン等の直鎖状若しくは分岐状のケトン類;シクロペンタノン、3−メチルシクロペンタノン、シクロヘキサノン、2−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、イソホロン等の環状のケトン類;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−n−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−i−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−n−ブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノ−i−ブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノ−sec−ブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノ−t−ブチルエーテルアセテート等のプロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類;2−ヒドロキシプロピオン酸メチル、2−ヒドロキシプロピオン酸エチル、2−ヒドロキシプロピオン酸n−プロピル、2−ヒドロキシプロピオン酸i−プロピル、2−ヒドロキシプロピオン酸n−ブチル、2−ヒドロキシプロピオン酸i−ブチル、2−ヒドロキシプロピオン酸sec−ブチル、2−ヒドロキシプロピオン酸t−ブチル等の2−ヒドロキシプロピオン酸アルキル類;3−メ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、3−エトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸エチル等の3−アルコキシプロピオン酸アルキル類のほか、
n−プロピルアルコール、i−プロピルアルコール、n−ブチルアルコール、t−ブチルアルコール、シクロヘキサノール、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、エチレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、エチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジ−n−プロピルエーテル、ジエチレングリコールジ−n−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、エチレングリコールモノ−n−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−n−プロピルエーテル、トルエン、キシレン、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオン酸エチル、エトキシ酢酸エチル、ヒドロキシ酢酸エチル、2−ヒドロキシ−3−メチル酪酸メチル、3−メトキシブチルアセテート、3−メチル−3−メトキシブチルアセテート、3−メチル−3−メトキシブチルプロピオネート、3−メチル−3−メトキシブチルブチレート、酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸n−ブチル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、N−メチルピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ベンジルエチルエーテル、ジ−n−ヘキシルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、カプロン酸、カプリル酸、1−オクタノール、1−ノナノール、ベンジルアルコール、酢酸ベンジル、安息香酸エチル、しゅう酸ジエチル、マレイン酸ジエチル、γ−ブチロラクトン、炭酸エチレン、炭酸プロピレン等を挙げることができる。
これらのなかでも、直鎖状若しくは分岐状のケトン類、環状のケトン類、プロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類、2−ヒドロキシプロピオン酸アルキル類、3−アルコキシプロピオン酸アルキル類、γ−ブチロラクトン等が好ましい。
これらの溶剤(E)は、単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
<添加剤>
本発明の感放射線性樹脂組成物には、必要に応じて、脂環族添加剤、界面活性剤、増感剤等の各種の添加剤を配合することができる。
前記脂環族添加剤は、ドライエッチング耐性、パターン形状、基板との接着性等を更に改善する作用を示す成分である。
このような脂環族添加剤としては、例えば、1−アダマンタンカルボン酸、2−アダマンタノン、1−アダマンタンカルボン酸t−ブチル、1−アダマンタンカルボン酸t−ブトキシカルボニルメチル、1−アダマンタンカルボン酸α−ブチロラクトンエステル、1,3−アダマンタンジカルボン酸ジ−t−ブチル、1−アダマンタン酢酸t−ブチル、1−アダマンタン酢酸t−ブトキシカルボニルメチル、1,3−アダマンタンジ酢酸ジ−t−ブチル、2,5−ジメチル−2,5−ジ(アダマンチルカルボニルオキシ)ヘキサン等のアダマンタン誘導体類;デオキシコール酸t−ブチル、デオキシコール酸t−ブトキシカルボニルメチル、デオキシコール酸2−エトキシエチル、デオキシコール酸2−シクロヘキシルオキシエチル、デオキシコール酸3−オキソシクロヘキシル、デオキシコール酸テトラヒドロピラニル、デオキシコール酸メバロノラクトンエステル等のデオキシコール酸エステル類;リトコール酸t−ブチル、リトコール酸t−ブトキシカルボニルメチル、リトコール酸2−エトキシエチル、リトコール酸2−シクロヘキシルオキシエチル、リトコール酸3−オキソシクロヘキシル、リトコール酸テトラヒドロピラニル、リトコール酸メバロノラクトンエステル等のリトコール酸エステル類;アジピン酸ジメチル、アジピン酸ジエチル、アジピン酸ジプロピル、アジピン酸ジn−ブチル、アジピン酸ジt−ブチル等のアルキルカルボン酸エステル類や、3−〔2−ヒドロキシ−2,2−ビス(トリフルオロメチル)エチル〕テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカン等を挙げることができる。これらの脂環族添加剤は、単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
また、前記界面活性剤は、塗布性、ストリエーション、現像性等を改良する作用を示す成分である。
このような界面活性剤としては、例えば、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オレイルエーテル、ポリオキシエチレンn−オクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンn−ノニルフェニルエーテル、ポリエチレングリコールジラウレート、ポリエチレングリコールジステアレート等のノニオン系界面活性剤のほか、以下商品名で、KP341(信越化学工業株式会社製)、ポリフローNo.75、同No.95(共栄社化学株式会社製)、エフトップEF301、同EF303、同EF352(トーケムプロダクツ株式会社製)、メガファックスF171、同F173(大日本インキ化学工業株式会社製)、フロラードFC430、同FC431(住友スリーエム株式会社製)、アサヒガードAG710、サーフロンS−382、同SC−101、同SC−102、同SC−103、同SC−104、同SC−105、同SC−106(旭硝子株式会社製)等を挙げることができる。これらの界面活性剤は、単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
また、前記増感剤は、放射線のエネルギーを吸収して、そのエネルギーを酸発生剤(B)に伝達し、それにより酸の生成量を増加する作用を示すもので、感放射線性樹脂組成物のみかけの感度を向上させる効果を有する。
このような増感剤としては、カルバゾール類、アセトフェノン類、ベンゾフェノン類、ナフタレン類、フェノール類、ビアセチル、エオシン、ローズベンガル、ピレン類、アントラセン類、フェノチアジン類等を挙げることができる。これらの増感剤は、単独で又は2種以上を混合して使用することができる。
また、染料或いは顔料を配合することにより、露光部の潜像を可視化させて、露光時のハレーションの影響を緩和でき、接着助剤を配合することにより、基板との接着性を改善することができる。
更に、前記以外の添加剤としては、アルカリ可溶性樹脂、酸解離性の保護基を有する低分子のアルカリ溶解性制御剤、ハレーション防止剤、保存安定化剤、消泡剤等を挙げることができる。
<後退接触角>
本発明の感放射線性樹脂組成物においては、この樹脂組成物を基板上に塗布して形成されるフォトレジスト膜の水に対する後退接触角が65度以上であることが好ましく、より好ましくは69度以上、更に好ましくは71度以上である。この後退接触角が65度未満である場合には、高速スキャン露光時の水切れが不良となり、ウォーターマーク欠陥が発生する可能性がある。尚、本明細書中における「後退接触角」とは、本発明の樹脂組成物によるフォトレジスト膜を形成した基板上に、水を25μL滴下し、その後、基板上の水滴を10μL/minの速度で吸引した際の液面と基板との接触角を意味するものである。具体的には、後述の実施例に示すように、KRUS社製「DSA−10」を用いて測定することができる。
<前進接触角>
また、本発明の感放射線性樹脂組成物においては、この樹脂組成物を基板上に塗布して形成されるフォトレジスト膜の水に対する前進接触角が105度以下であることが好ましく、より好ましくは100度以下、更に好ましくは98度以下である。この前進接触角が105度を超える場合には、高速スキャン時の泡噛みを起こし、バブル欠陥が発生する可能性がある。尚、本明細書中における「前進接触角」とは、本発明の樹脂組成物によるフォトレジスト膜を形成した基板上に、水を25μL滴下し、その後、基板上の水滴を10μL/minの速度で注入した際の液面と基板との接触角を意味するものである。具体的には、後述の実施例に示すように、KRUS社製「DSA−10」を用いて測定することができる。
また、本発明の感放射線性樹脂組成物においては、前記前進接触角及び前記後退接触角の差[(前進接触角)−(後退接触角)]が、30度未満であることが好ましく、より好ましくは25度未満、更に好ましくは20度未満である。この差が30度未満である場合には、レジスト被膜と水等の液浸露光用液体との後退接触角及び前進接触角のバランスに優れ、ウォーターマーク欠陥やバブル欠陥の発生を抑制することができる。
<レジスト成膜方法>
本発明のレジスト成膜方法は、(1)感放射線性樹脂組成物を基板に塗布する工程(以下、「工程(1)」という。)と、(2)得られた塗膜を加熱し、レジストを成膜させる工程(以下、「工程(2)」という。)と、を備えるものである。
この成膜方法によりレジスト被膜を形成することにより、形成されるレジスト被膜の上方側(表面及びその近傍)に、前記感放射線性樹脂組成物における樹脂(A)を偏在(分布)させることができる。具体的には、前記樹脂(A)の構造中には、フッ素部位が存在するため、レジスト組成物の成分として添加されるとレジスト被膜を形成した際に、膜中の樹脂(A)の撥油性的特長により、その分布がレジスト被膜表面で高くなる。
そのため、液浸露光時における酸発生剤や酸拡散制御剤等の水等の液浸露光用液体への溶出を抑制できる。更に、この樹脂(A)の撥水性的特長により、レジスト被膜と液浸露光用液体との前進接触角を抑えたまま、後退接触角を高くすることができ、水滴が残らずに高速でのスキャン露光を可能にする。また、従来の液浸用上層膜と併用することで、更に溶出が低減される他、レジストの撥水性が高くウォーターマーク等の液浸露光用液体由来の欠陥の発生を抑制できる。
前記工程(1)では、基板上に、感放射線性樹脂組成物が塗布されて、塗膜が形成される。尚、この感放射線性樹脂組成物については、前述の説明をそのまま適用することができる。
前記基板としては、シリコンウェハ、アルミニウムで被覆されたウェハ等の基板が挙げられる。
前記樹脂組成物の塗布手段は特に限定されないが、例えば、スピンコート、流延塗布、ロール塗布等が挙げられる。これらのなかでも、膜厚のウエハ面内均一性の観点から、スピンコートであることが好ましい。
前記工程(2)では、得られた塗膜が加熱(PB)により成膜され、レジスト膜が形成される。
前記加熱条件は、感放射線性樹脂組成物の配合組成によって適宜変更されるが、通常、60〜160℃、好ましくは70〜150℃である。
得られるレジスト膜の厚みは特に限定されず、適宜調整されるが、通常、500nm以下、好ましくは50〜300nmである。
<レジストパターンの形成方法>
また、本発明の感放射線性樹脂組成物は、特に化学増幅型レジストとして有用である。前記化学増幅型レジストにおいては、露光により酸発生剤から発生した酸の作用によって、樹脂成分〔主に、樹脂(B)〕中の酸解離性基が解離して、カルボキシル基を生じ、その結果、レジストの露光部のアルカリ現像液に対する溶解性が高くなり、該露光部がアルカリ現像液によって溶解、除去され、ポジ型のレジストパターンが得られる。
本発明の感放射線性樹脂組成物からレジストパターンを形成する際には、樹脂組成物溶液を、回転塗布、流延塗布、ロール塗布等の適宜の塗布手段によって、例えば、シリコンウェハ、アルミニウムで被覆されたウェハ等の基板上に塗布することにより、レジスト被膜を形成し、場合により予め加熱処理(以下、「PB」という。)を行ったのち、所定のレジストパターンを形成するように、このレジスト被膜に露光する。その際に使用される放射線としては、使用される酸発生剤の種類に応じて、可視光線、紫外線、遠紫外線、X線、荷電粒子線等を適宜選定して使用されるが、ArFエキシマレーザー(波長193nm)或いはKrFエキシマレーザー(波長248nm)で代表される遠紫外線が好ましく、特にArFエキシマレーザー(波長193nm)が好ましい。
また、露光量等の露光条件は、感放射線性樹脂組成物の配合組成や添加剤の種類等に応じて適宜選定される。本発明においては、露光後に加熱処理(PEB)を行うことが好ましい。PEBにより、樹脂成分中の酸解離性基の解離反応が円滑に進行する。このPEBの加熱条件は、感放射線性樹脂組成物の配合組成によって変わるが、通常、30〜200℃、好ましくは50〜170℃である。
本発明においては、感放射線性樹脂組成物の潜在能力を最大限に引き出すため、例えば、特公平6−12452号公報(特開昭59−93448号公報)等に開示されているように、使用される基板上に有機或いは無機系の反射防止膜を形成しておくこともできる。
また、環境雰囲気中に含まれる塩基性不純物等の影響を防止するため、例えば、特開平5−188598号公報等に開示されているように、レジスト被膜上に保護膜を設けることもできる。更に、液浸露光においてレジスト被膜からの酸発生剤等の流出を防止するため、例えば特開2005−352384号公報等に開示されているように、レジスト被膜上に液浸用保護膜を設けることもできる。これらの技術は併用することもできる。
尚、本発明においては、レジスト被膜上に、前述の保護膜(上層膜)を設けることなく、本発明の感放射線性樹脂組成物を用いて得られるレジスト被膜のみにより、レジストパターンを形成することができる。このような上層膜フリーのレジスト被膜によりレジストパターンを形成する場合、保護膜(上層膜)の製膜工程を省くことができ、スループットの向上が期待できる。
次いで、露光されたレジスト被膜を現像することにより、所定のレジストパターンを形成する。この現像に使用される現像液としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、けい酸ナトリウム、メタけい酸ナトリウム、アンモニア水、エチルアミン、n−プロピルアミン、ジエチルアミン、ジ−n−プロピルアミン、トリエチルアミン、メチルジエチルアミン、エチルジメチルアミン、トリエタノールアミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、ピロール、ピペリジン、コリン、1,8−ジアザビシクロ−[5.4.0]−7−ウンデセン、1,5−ジアザビシクロ−[4.3.0]−5−ノネン等のアルカリ性化合物の少なくとも1種を溶解したアルカリ性水溶液が好ましい。前記アルカリ性水溶液の濃度は、通常、10質量%以下である。この場合、アルカリ性水溶液の濃度が10質量%を超えると、非露光部も現像液に溶解するおそれがあり好ましくない。
また、前記アルカリ性水溶液からなる現像液には、例えば有機溶媒を添加することもできる。前記有機溶媒としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルi−ブチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、3−メチルシクロペンタノン、2,6−ジメチルシクロヘキサノン等のケトン類;メチルアルコール、エチルアルコール、n−プロピルアルコール、i−プロピルアルコール、n−ブチルアルコール、t−ブチルアルコール、シクロペンタノール、シクロヘキサノール、1,4−ヘキサンジオール、1,4−ヘキサンジメチロール等のアルコール類;テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類;酢酸エチル、酢酸n−ブチル、酢酸i−アミル等のエステル類;トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類や、フェノール、アセトニルアセトン、ジメチルホルムアミド等を挙げることができる。これらの有機溶媒は、単独で又は2種以上を混合して使用することができる。この有機溶媒の使用量は、アルカリ性水溶液に対して、100容量%以下が好ましい。この場合、有機溶媒の使用量が100容量%を超えると、現像性が低下して、露光部の現像残りが多くなるおそれがある。また、前記アルカリ性水溶液からなる現像液には、界面活性剤等を適量添加することもできる。
尚、アルカリ性水溶液からなる現像液で現像したのちは、一般に、水で洗浄して乾燥する。
以下、実施例を挙げて、本発明の実施の形態を更に具体的に説明する。但し、本発明は、これらの実施例に何ら制約されるものではない。ここで、部は、特記しない限り質量基準である。
下記の各合成例における各測定及び評価は、下記の要領で行った。
(1)Mw及びMn
東ソー(株)製GPCカラム(G2000HXL2本、G3000HXL1本、G4000HXL1本)を用い、流量1.0ミリリットル/分、溶出溶媒テトラヒドロフラン、カラム温度40℃の分析条件で、単分散ポリスチレンを標準とするゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)により測定した。また、分散度Mw/Mnは測定結果より算出した。
(2)13C-NMR分析
各樹脂の13C−NMR分析は、日本電子(株)製「JNM−EX270」を用い、測定した。
(3)単量体由来の低分子量成分の量
ジーエルサイエンス製Intersil ODS−25μmカラム(4.6mmφ×250mm)を用い、流量1.0ミリリットル/分、溶出溶媒アクリロニトリル/0.1%リン酸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。
尚、この成分量の割合(質量%)は、樹脂全体を100質量%とした場合に対する値である。
以下、各合成例について説明する。
樹脂(A)及び樹脂(B)の合成に用いた各単量体を式(M−1)〜(M−7)として以下に示す。
Figure 0005343535
<樹脂(A)の合成(樹脂(A−1)〜(A−4)の合成)>
まず、表1に示す組み合わせ及び仕込み量(モル%)となる、各単量体及び開始剤(MAIB;ジメチル−2,2’−アゾビスイソブチレート)を50gのメチルエチルケトンに溶解した単量体溶液を準備した。尚、仕込み時における単量体の合計量は50gに調製した。また、各単量体の割合(モル%)は、単量体の全量を100モル%とした場合の値であり、開始剤の割合(モル%)は単量体全量と開始剤の合計100モル%に対する値である。
一方、温度計及び滴下漏斗を備えた500mlの三つ口フラスコに、エチルメチルケトン50gを加え、30分間窒素パージを行った。その後、フラスコ内をマグネティックスターラーで攪拌しながら、80℃になるように加熱した。
次いで、前記単量体溶液をフラスコ内に滴下漏斗を用いて3時間かけて滴下した。滴下後、3時間熟成させ、その後、30℃以下になるまで冷却して共重合体溶液を得た。
後処理法は下記製法(I)〔樹脂(A−1)、樹脂(A−2)、樹脂(A−3)〕又は(II)〔樹脂(A−4)〕を用いて行った。
(I)重合溶液を水冷することにより30℃以下に冷却し、2000gのメタノールへ投入し、析出した白色粉末をろ別した。次いで、ろ別された白色粉末を2度400gのメタノールにてスラリー状で洗浄した後、ろ別し、50℃にて17時間乾燥して、白色粉末の重合体を得た。こうして得られた各共重合体のMw、Mw/Mn、収率、残低分子量を測定した。それらの結果を表2に示す。
(II)反応溶液を2L分液漏斗に移液した後、150gのn−ヘキサン(溶剤A)でその重合溶液を均一に希釈し、600gのメタノール(溶剤B)を投入して混合した。次いで、30gの蒸留水を投入し、更に攪拌して30分静置した。その後、下層を回収し、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート溶液とした。こうして得られた各共重合体のMw、Mw/Mn、収率、残低分子量を測定した。それらの結果を表2に示す。
Figure 0005343535
Figure 0005343535
<樹脂(B)の合成(樹脂(B−1)の合成)>
上記単量体(M−4)55.44g(50モル%)、単量体(M−7)33.57g(40モル%)、及び単量体(M−5)10.99g(10モル%)を、2−ブタノン200gに溶解し、更にジメチルアゾビスイソブチロニトリル3.81gを投入した単量体溶液を準備し、100gの2−ブタノンを投入した500mlの三口フラスコを30分窒素パージした。窒素パージの後、反応釜を攪拌しながら80℃に加熱し、事前に準備した前記単量体溶液を滴下漏斗を用いて3時間かけて滴下した。滴下開始を重合開始時間とし、重合反応を6時間実施した。重合終了後、重合溶液は水冷することにより30℃以下に冷却し、2000gのメタノールへ投入し、析出した白色粉末をろ別した。ろ別された白色粉末を2度400gのメタノールにてスラリー状で洗浄した後、ろ別し、50℃にて17時間乾燥し、白色粉末の重合体を得た(70g、収率70%)。
この重合体はMwが9000、Mw/Mn=1.7、13C-NMR分析の結果、単量体(M−4)、(M−7)、及び(M−5)に由来する各繰り返し単位の含有割合が40:10:50(モル%)の共重合体であった。この重合体を樹脂(B−1)とする。尚、樹脂(B−1)中の各単量体由来の低分子量成分の含有量は、この重合体100質量%に対して、0.03質量%であった。
<感放射線性樹脂組成物の調製>
表3に示す割合で、樹脂(A)、樹脂(B)、酸発生剤(C)、含窒素化合物(D)及び溶剤(E)を混合し、実施例1〜3及び比較例1の感放射線性樹脂組成物を調製した。
Figure 0005343535
尚、表3に示す酸発生剤(C)、含窒素化合物(D)及び溶剤(E)の詳細を以下に示す。また、表中、「部」は、特記しない限り質量基準である。
<酸発生剤(C)>
(C−1):トリフェニルスルホニウム2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2’−イル)−1,1−ジフルオロエタンスルホネート
<含窒素化合物(D)>
(D−1):N−t−ブトキシカルボニル−4−ヒドロキシピペリジン
<溶剤(E)>
(E−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
(E−2):シクロヘキサノン
(E−3):ガンマ−ブチロラクトン
<感放射線性樹脂組成物の評価>
実施例1〜3及び比較例1の各感放射線性樹脂組成物について、以下のように下記(1)〜(4)の各種評価を行った。これらの評価結果を表4に示す。
各評価方法は以下の通りである。
(1)溶出量の測定
図1に示すように、予めCLEAN TRACK ACT8(東京エレクトロン株式会社製)にてHMDS(ヘキサメチルジシラザン)11処理(100℃、60秒)を行った8インチシリコンウェハ1上の中心部に、中央部が直径11.3cmの円形状にくり抜かれたシリコンゴムシート2(クレハエラストマー社製、厚み;1.0mm、形状;1辺30cmの正方形)を載せた。次いで、シリコンゴム中央部のくり抜き部に10mLホールピペットを用いて10mLの超純水3を満たした。
その後、予めCLEAN TRACK ACT8により、膜厚77nmの下層反射防止膜(「ARC29A」、ブルワー・サイエンス社製)41を形成し、次いで、表3のレジスト組成物を前記CLEAN TRACK ACT8にて、前記下層反射防止膜41上にスピンコートし、ベーク(100℃、60秒)することにより膜厚205nmのレジスト膜42を形成したシリコンウェハ4を、レジスト塗膜面が前記超純水3と接触するようあわせ、且つ超純水3がシリコンゴム2から漏れないように、前記シリコンゴムシート2上に載せた。
そして、その状態のまま10秒間保った。その後、前記8インチシリコンウェハ4を取り除き、超純水3をガラス注射器にて回収し、これを分析用サンプルとした。尚、実験終了後の超純水の回収率は95%以上であった。
次いで、前記で得られた超純水中の光酸発生剤のアニオン部のピーク強度を、LC−MS(液体クロマトグラフ質量分析計、LC部:AGILENT社製 SERIES1100、MS部:Perseptive Biosystems,Inc.社製 Mariner)を用いて下記の測定条件により測定した。その際、光酸発生剤の1ppb、10ppb、100ppb水溶液の各ピーク強度を前記測定条件で測定して検量線を作成し、この検量線を用いて前記ピーク強度から溶出量を算出した。また、同様にして、酸拡散制御剤の1ppb、10ppb、100ppb水溶液の各ピーク強度を前記測定条件で測定して検量線を作成し、この検量線を用いて前記ピーク強度から酸拡散制御剤の溶出量を算出した。溶出量が、5.0×10−12mol/cm/sec以上であった場合を「不良」、5.0×10−12mol/cm/sec未満であった場合は「良好」とした。
(カラム条件)
使用カラム;「CAPCELL PAK MG」、資生堂株式会社製、1本
流量;0.2ml/分
流出溶剤;水/メタノール(3/7)に0.1質量%のギ酸を添加したもの
測定温度;35℃
(2)後退接触角の測定
後退接触角の測定は、KRUS社製「DSA−10」を用いて、各感放射線性樹脂組成物による被膜を形成した基板(ウェハ)を作成した後、速やかに、室温:23℃、湿度:45%、常圧の環境下で、下記のように測定した。
<1>ウェハステージ位置を調整する。
<2>ウェハをステージにセットする。
<3>針へ水を注入する。
<4>針の位置を微調整する。
<5>針から水を排出してウェハ上に25μLの水滴を形成する。
<6>水滴から針を一旦引き抜く。
<7>針を上記<4>で調整した位置へ再度引き下げる。
<8>針から水滴を10μL/minの速度で90秒間吸引する。同時に接触角を毎秒(計90回)測定する。
<9>接触角が安定した時点から計20点の接触角について平均値を算出し後退接触角とする。
(3)前進接触角の測定
前進接触角の測定は、KRUS社製「DSA−10」を用いて、各感放射線性樹脂組成物による被膜を形成した基板(ウェハ)を作成した後、速やかに、室温:23℃、湿度:45%、常圧の環境下で、下記のように測定した。
<1>ウェハステージ位置を調整する。
<2>ウェハをステージにセットする。
<3>針へ水を注入する。
<4>針の位置を微調整する。
<5>針から水を排出してウェハ上に25μLの水滴を形成する。
<6>水滴から針を一旦引き抜く。
<7>針を上記<4>で調整した位置へ再度引き下げる。
<8>針から水滴を10μL/minの速度で90秒間注入する。同時に接触角を毎秒(計90回)測定する。
<9>接触角が安定した時点から計20点の接触角について平均値を算出し前進接触角とする。
(4)前進接触角と後退接触角との差[Δ〔(前進接触角)−(後退接触角〕]の測定
前記(2)及び(3)における後退接触角及び前進接触角の測定結果を用いて、前進接触角と後退接触角との差[Δ〔(前進接触角)−(後退接触角〕]を求めた。
Figure 0005343535
表4から明らかなように、本実施例1〜3の各液浸露光用感放射線性樹脂組成物を用いた場合には、前進接触角を押さえたまま、後退接触角の向上が期待できることが分かった。即ち、高スキャンスピードでの露光の際における現像欠陥やバブル欠陥等の液浸由来欠陥の低減が期待できることが分かった。
溶出量の測定用サンプルを作成する方法を説明する模式図である。
符号の説明
1;シリコンウェハ、11;ヘキサメチルジシラザン処理層(HMDS)、2;シリコンゴムシート、3;超純水、4;シリコンウェハ、41;反射防止膜、42;レジスト被膜。

Claims (5)

  1. 下記一般式(1)で表される繰り返し単位(A1)、及びフッ素原子を有する繰り返し単位(A2)を含有する樹脂(A)[但し、下記共重合体(F−1)〜(F−4)を除く]と、
    酸解離性基を有する繰り返し単位(B1)を含有し、フッ素原子を有する繰り返し単位を含有しない樹脂(B)と、
    感放射線性酸発生剤(C)と、を含むことを特徴とする感放射線性樹脂組成物。
    Figure 0005343535
    〔一般式(1)において、Rは、水素原子又はメチル基を示す。Rは、下記一般式(a1)、下記一般式(a2)、又は下記一般式(a3)で表される基を示す。〕
    Figure 0005343535
    〔一般式(a1)、(a2)及び(a3)において、Rは、置換基を有してもよい炭素数1〜12の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、又は置換基を有してもよい炭素数3〜17の脂環式のアルキル基を示す。尚、「*」は結合手を示す。〕
    Figure 0005343535

    Figure 0005343535

    Figure 0005343535

    Figure 0005343535
  2. 前記繰り返し単位(A2)が、下記一般式(2−1)で表される繰り返し単位、及び下記一般式(2−2)で表される繰り返し単位のうちの少なくとも一方である請求項1に記載の感放射線性樹脂組成物。
    Figure 0005343535
    〔一般式(2−1)において、Rは、水素原子、メチル基、又はトリフルオロメチル基を示す。Rは、単結合、メチレン基、炭素数2〜6の直鎖状若しくは分岐状のアルキレン基、又は炭素数4〜12の脂環式のアルキレン基を示す。〕
    Figure 0005343535
    〔一般式(2−2)において、Rは、水素原子、メチル基、又はトリフルオロメチル基を示す。Rは、少なくとも1つ以上のフッ素原子で置換された炭素数1〜6の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、又は、少なくとも1つ以上のフッ素原子で置換された炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基若しくはそれから誘導された基を示す。〕
  3. 前記樹脂(A)の含有量が、前記樹脂(B)を100質量%とした場合に、0.1〜20質量%である請求項1又は2に記載の感放射線性樹脂組成物。
  4. (1)請求項1乃至3のいずれかに記載の感放射線性樹脂組成物を基板に塗布する工程と、
    (2)得られた塗膜を加熱し、レジストを成膜させる工程と、を備えるレジスト成膜方法であって、
    得られるレジスト膜の上方側に、前記感放射線性樹脂組成物における樹脂(A)が偏在することを特徴とするレジスト成膜方法。
  5. 液浸露光によるレジストパターン形成方法において、
    請求項1乃至3のいずれかに記載の感放射線性樹脂組成物から形成されるレジスト被膜の上面に、保護膜を形成することなく、レジストパターンを形成することを特徴とするレジストパターン形成方法。
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