JP5531601B2 - フォトレジスト組成物 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体の微細加工に用いられるフォトレジスト組成物に関する。
半導体の微細加工が進むにつれて、解像性能を向上させることが求められている。原理的には露光波長が短いほど解像性能を上げることが可能であり、半導体の製造に用いられるリソグラフィー用露光光源は、波長436nmのg線、波長365nmのi線、波長248nmのKrFエキシマレーザー、波長193nmのArFエキシマレーザーと、年々短波長になってきている。次世代の露光光源として、波長13.5nm付近の軟X線(EUV)が光源として提案されている。
エキシマレーザー等の短い波長を用いたリソグラフィープロセスでは、線幅が狭くなるにつれて、加工に使用する化学増幅型レジスト組成物に対して、従来品をさらに上回る解像性能が求められるようになっている。
特許文献1には、メタクリル酸2−エチル−2−アダマンチル、メタクリル酸3−ヒドロキシ−1−アダマンチル及びα−メタクリロイロキシ−γ−ブチロラクトンに由来する構造単位を有する樹脂を含むフォトレジスト組成物が記載されている。
特許第3876571号
従来のフォトレジスト組成物では、得られるパターンのMEEF(Mask error Enhancement Factor)及び形状が必ずしも満足できるものではない場合があった。
本発明は、以下の発明を含む。
1. 酸に不安定な基を側鎖に有する構造単位を含有する樹脂及び酸発生剤を含有し、
樹脂が、樹脂を構成する全構造単位に対して、酸に不安定な基を側鎖に有する構造単位を40〜90モル%含有する樹脂であり、
酸に不安定な基を側鎖に有する構造単位が、少なくとも式(I)で表される構造単位を含む構造単位であるフォトレジスト組成物。
Figure 0005531601
(式(I)中、Rは、水素原子又はメチル基を表す。
Zは単結合又は−[CH2k−COO−基を表す。kは、1〜4の整数を表す。
は、炭素数1〜6のアルキル基を表す。
は、0〜14の整数を表す。mが2以上の整数を表す場合、複数のRは同一であっても異なっていてもよい。)
2. 樹脂が、樹脂を構成する全構造単位に対して、酸に不安定な基を側鎖に有する構造単位を50〜70モル%含有する樹脂である1項記載のフォトレジスト組成物。
3. 酸に不安定な基を側鎖に有する構造単位が、さらに式(II)で表される構造単位(ただし式(I)で表される構造単位とは異なる)を含む構造単位である1項又は2項記載のフォトレジスト組成物。
Figure 0005531601
(式(I)中、Rは、水素原子又はメチル基を表す。
は単結合又は−[CH2k1−COO−基を表す。kは、1〜4の整数を表す。
環Zは置換基を有していてもよい炭素数3〜30の環状炭化水素基を表す。
は、炭素数1〜8のアルキル基又は炭素数3〜8のシクロアルキル基を表す。)
4. 樹脂が、さらに式(IV)で表される構造単位を含む樹脂である1項〜3項のいずれか記載のフォトレジスト組成物。
Figure 0005531601
(式(IV)中、R12は、水素原子又はメチル基を表す。
は単結合又は−[CH2k3−COO−基を表す。kは、1〜4の整数を表す。
環Zは当該環構造中にエステル結合を含み、置換基を有していてもよい炭素数3〜30の環状炭化水素基を表す。)
5. 酸発生剤が、式(V)で表される化合物である、1項〜4項のいずれか記載のフォトレジスト組成物。
Figure 0005531601
(式(V)中、R21は、炭素数1〜36の炭化水素基を表し、前記炭化水素基に含まれる−CH−は、−CO−又は−O−で置き換わっていてもよく、前記炭化水素基に含まれる水素原子は、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜4のペルフルオロアルキル基、炭素数1〜6のヒドロキシアルキル基、水酸基、シアノ基又はカルボニル基で置換されていてもよい。A+は有機対イオンを表す。Y1、Y2は、それぞれ独立に、フッ素原子又は炭素数1〜6のペルフルオロアルキル基を表す。)
本発明のフォトレジスト組成物によれば、優れたMEEF(Mask error Enhancement Factor)及び形状を有するパターンを形成することができる。
本発明のフォトレジスト組成物は、酸に不安定な基を側鎖に有する構造単位を含有する樹脂及び酸発生剤を含有し、樹脂が、酸に不安定な基を側鎖に有する構造単位として、式(I)で表される構造単位を含み、かつ樹脂を構成する全構造単位に対して、酸に不安定な基を側鎖に有する構造単位を40〜90モル%、好ましくは50〜70モル%、より好ましくは45〜70モル%含有する樹脂である。
本明細書中、酸に不安定な基とは、酸の作用により脱離し得る基をいう。具体的には、カルボン酸エステル構造(−COOY)におけるY基のことをいう。Y基は酸の作用により脱離し得る構造を有しており、これによってカルボン酸エステル構造(−COOY)はカルボキシル基(−COOH)に変化する。このため、酸に不安定な基を側鎖に有する構造単位を含有する樹脂は、酸の作用によりアルカリ可溶性に変化する。
Figure 0005531601
(式(I)中、Rは、水素原子又はメチル基を表す。
Zは単結合又は−[CH2k−COO−基を表す。kは、1〜4の整数を表す。
は、炭素数1〜6のアルキル基を表す。
は、0〜14の整数を表す。mが2以上の整数を表す場合、複数のRは同一であっても異なっていてもよい。)
炭素数1〜6のアルキル基は、直鎖又は分岐状のものを含み、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基等が挙げられる。好ましくはメチル基である。
式(I)で表される構造単位としては、例えば下記の構造単位が挙げられる。
Figure 0005531601
Figure 0005531601
式(I)で表される構造単位の含有量は、酸に不安定な基を側鎖に有する構造単位の合計量に対して、例えば30〜100%であり、60〜100モル%であることが好ましく、80〜100モル%であることが特に好ましい。
樹脂が、酸に不安定な基を側鎖に有する構造単位として、さらに式(II)で表される構造単位(ただし式(I)で表される構造単位とは異なる)又はスルトン構造を側鎖に有する構造単位を含むことが好ましい。
Figure 0005531601
(式(II)中、Rは、水素原子又はメチル基を表す。
は単結合又は−[CH2k1−COO−基を表す。kは、1〜4の整数を表す。
環Zは置換基を有していてもよい炭素数3〜30の環状炭化水素基を表す。
は、炭素数1〜8のアルキル基又は炭素数3〜8のシクロアルキル基を表す。)
式(II)で表される構造単位としては、式(IIa)又は式(IIb)で表される構造単位が好ましい。
Figure 0005531601
式(IIa)及び式(IIb)中、R、R及びZは、式(II)におけるものと同じ意味を表す。
は炭素数1〜12のアルキル基又は炭素数1〜12のアルコキシ基を表す。
は、0〜14の整数を表す。
及びRは、それぞれ独立に、水素原子、又は、炭素数1〜8のヘテロ原子を含んでもよい1価の炭化水素基を表す。あるいはR及びRで互いに結合して環を形成していてもよく、その場合には炭素数1〜8のヘテロ原子を含んでもよい2価の炭化水素基を表す。また、R及びRは結合してRが結合する炭素原子とRが結合する炭素原子同士の直接結合を表し、すなわち、Rが結合する炭素原子とRが結合する炭素原子が二重結合を形成してもよい。mは、1〜3の整数を表す。
炭素数1〜12のアルキル基は、直鎖又は分岐状のものを含み、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基等が挙げられる。好ましくはメチル基である。
炭素数1〜12のアルコキシ基は、直鎖又は分岐状のものを含み、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロピルオキシ基、イソプロピルオキシ基、ブチルオキシ基、イソブチルオキシ基、sec−ブチルオキシ基、tert−ブチルオキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基等が挙げられる。
及びRは、互いに結合して、炭素数4〜6の環を形成するか、又は、Rが結合する炭素原子とRが結合する炭素原子が二重結合を形成することが好ましい。
この構造単位では、エステル基に結合している環Zが酸に不安定であり、これが露光により発生する酸の作用によって容易に(メタ)アクリレート部位から開裂することで、露光後のレジスト膜がアルカリ溶解性となる。当該構造単位としては、式(IIa)又は式(IIb)で表される構造単位のうち1種のみを使用してもよいし、これら構造単位のうち2種類以上を併用してもよい。
式(IIa)で表される構造単位を導くモノマーの具体例としては、例えば、以下のモノマーを挙げることができる。
Figure 0005531601
Figure 0005531601
Figure 0005531601
Figure 0005531601
Figure 0005531601
式(IIb)で表される構造単位を導くモノマーの具体例としては、例えば、以下のモノマーを挙げることができる。
Figure 0005531601
Figure 0005531601
これらの中でも(メタ)アクリル酸2−エチル−2−アダマンチル又はメタクリル酸1−(2−メチル−2−アダマンチルオキシカルボニル)メチルを用いた場合、得られる液浸用フォトレジスト組成物の感度が優れ耐熱性にも優れる傾向があることからさらに好ましい。
これらのモノマーは公知の手法により容易に製造できるが、例えば、(メタ)アクリル酸2−アルキル−2−アダマンチルは、通常、2−アルキル−2−アダマンタノール又はその金属塩とアクリル酸ハライド又はメタクリル酸ハライドとの反応により製造できる。
式(II)で表される構造単位としては、式(IIc)又は(IId)で表される構造単位を用いることもできる。
Figure 0005531601
[式(IIc)及び式(IId)中、R、Z、R及びRは、上記と同じ意味を表す。
は、0〜10の整数を表す。mは、0〜8の整数を表す。]
式(IIc)及び式(IId)で表される構造単位を導くモノマーとして、具体的には下記のようなモノマーが挙げられる。
Figure 0005531601
Figure 0005531601
Figure 0005531601
Figure 0005531601
Figure 0005531601
Figure 0005531601
Figure 0005531601
式(II)で表される構造単位の含有量は、含まれなくてもよいが、酸に不安定な基を側鎖に有する構造単位の合計量に対して、例えば1〜50モル%であり、2〜30モル%であることが好ましく、2〜20モル%であることが特に好ましい。
アセタール、モノチオアセタール又はジチオアセタールの環状構造を側鎖に有する構造単位としては、式(XIII)で表される構造単位が挙げられる。
Figure 0005531601
(式(XIII)中、R15は、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜4のアルキル基又は炭素数1〜4のペルフルオロアルキル基を表す。Zは、単結合又は−[CH2k4−CO−X−基を表す。k4は、1〜4の整数を表す。X、X、X及びXは、それぞれ独立に、−O−又は−S−を表す。tは、1〜3の整数を表す。uは、0〜3の整数を表す。)
15におけるハロゲン原子としては、フッ素原子等が挙げられ、炭素数1〜4のアルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、iso−プロピル基、n−ブチル基、iso−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基等が挙げられ、炭素数1〜4のペルフルオロアルキル基としては、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等が挙げられる。Rは、水素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基であることが好ましい。
は、単結合であることが好ましい。
、X及びXは−O−、Xは−S−であることが好ましい。
tは、1であることが好ましい。
uは、0〜2の整数であることが好ましい。
式(XIII)で表される構造単位を導くモノマーの具体例としては、以下のモノマーを挙げることができる。
Figure 0005531601
Figure 0005531601
Figure 0005531601
Figure 0005531601
Figure 0005531601
Figure 0005531601
式(XIII)で表される構造単位を導くモノマーの製造方法を以下に説明する。
これらのモノマーは(メタ)アクリル酸クロライド又は無水物と、対応するアルコール類を塩基存在下反応させることで得られる。
式(XIII)で表される構造単位の含有量は、含まれなくてもよいが、酸に不安定な基を側鎖に有する構造単位の合計量に対して、例えば1〜50モル%であり、2〜30モル%であることが好ましく、2〜20モル%であることが特に好ましい。
本発明のフォトレジスト組成物で使用する樹脂は、前述した酸に不安定な基を側鎖に有する構造単位に加えて、式(III)で表される構造単位をさらに含有することが好ましい。
Figure 0005531601
[式(III)中、Rは、水素原子又はメチル基を表す。
は単結合又は−[CH2k2−COO−基を表す。kは、1〜4の整数を表す。
及びR10は、それぞれ独立に、水素原子、メチル基又はヒドロキシル基を表す。
11は、メチル基を表す。
は、0〜12の整数を表す。]
このような構造単位としては、1種のみを使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
式(III)で表される構造単位を導くモノマーとしては、具体的には、以下のモノマーを挙げることができる。
Figure 0005531601
Figure 0005531601
これらの中でも、R及びR10が、互いに独立に、水素原子又はヒドロキシル基であり、m=0であるものが好ましい。特に、(メタ)アクリル酸3−ヒドロキシ−1−アダマンチル、(メタ)アクリル酸3,5−ジヒドロキシ−1−アダマンチル、メタクリル酸1−(3−ヒドロキシ−1−アダマンチルオキシカルボニル)メチル、メタクリル酸1−(3,5−ジヒドロキシ−1−アダマンチルオキシカルボニル)メチルから導かれる構造単位は、優れた解像性能を示すフォトレジスト組成物を与えることからさらに好ましい。
樹脂を構成する全構造単位のうち式(III)で表される構造単位の含有量は、含まれなくてもよいが、例えば、1〜40モル%であり、5〜35モル%であることが好ましい。
本発明のフォトレジスト組成物で使用する樹脂は、ラクトン構造を側鎖に有する構造単位をさらに含有するものが好ましい。ラクトン構造を側鎖に有する構造単位とは、例えば、β−ブチロラクトン構造を有する化合物、γ−ブチロラクトン構造を有する化合物、シクロアルキル骨格又はノルボルナン骨格にラクトン構造が付加した化合物に由来する構造単位であり、式(IV)で表される構造単位が挙げられる。
Figure 0005531601
(式(IV)中、R12は、水素原子又はメチル基を表す。
は単結合又は−[CH2k3−COO−基を表す。kは、1〜4の整数を表す。
環Zは当該環構造中にエステル結合を含み、置換基を有していてもよい炭素数3〜30の環状炭化水素基を表す。)
これらの中で、式(IVa)、式(IVb)又は式(IVc)のいずれかで表される構造単位が好ましい。
Figure 0005531601
[式(IVa)〜式(IVc)中、R12及びZは、上記と同じ意味を表す。
は、0〜5の整数を表す。mは、0〜9の整数を表す。mは、0〜9の整数を表す。
13は、メチル基を表す。
14は、カルボキシル基、シアノ基又は炭素数1〜4の炭化水素基を表す。
又はmが2以上のとき、複数のR14は、互いに同一でも異なってもよい。]
式(IVa)で表される構造単位を導くモノマーの具体例としては、以下のモノマーを挙げることができる。
Figure 0005531601
また、式(IVb)で表される構造単位を導くモノマーの具体例としては、以下のモノマーを挙げることができる。
Figure 0005531601
Figure 0005531601
また、式(IVc)で表される構造単位を導くモノマーの具体例としては、以下のモノマーを挙げることができる。
Figure 0005531601
Figure 0005531601
これらの中でも、特に(メタ)アクリル酸ヘキサヒドロ−2−オキソ−3,5−メタノ−2H−シクロペンタ[b]フラン−6−イル、(メタ)アクリル酸テトラヒドロ−2−オキソ−3−フリル、(メタ)アクリル酸2−(5−オキソ−4−オキサトリシクロ[4.2.1.03.7]ノナン−2−イルオキシ)−2−オキソエチルが好ましい。
樹脂を構成する全構造単位のうち式(IV)で表される構造単位の含有量は、含まれなくてもよいが、例えば、1〜50モル%であり、10〜50モル%であることが好ましい。
本発明のフォトレジスト組成物に含まれる樹脂の分子量は特に限定されないが、通常、重量平均分子量で1,000〜500,000程度であり、好ましくは、2,000〜50,000である。
本発明のフォトレジスト組成物に含まれる樹脂を製造する方法としては特に制限はなく、各種重合方法を使用することができるが、なかでもラジカル重合法が好ましい。このラジカル重合法について具体的に説明すると、まず、有機溶剤に、重合させる各モノマーと、ラジカル重合開始剤を順次添加し、溶解させた後、反応液を所定の反応温度で保温することにより、目的の樹脂を得る。
前記重合法で使用する有機溶剤は特に限定されないが、モノマー、重合開始剤、及び得られる重合体のいずれも溶解できる溶剤が好ましい。このような有機溶剤としては、トルエン等の炭化水素、1,4−ジオキサン、テトラヒドロフラン、メチルイソブチルケトン、イソプロピルアルコール、γ−ブチロラクトン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、乳酸エチル等が挙げられる。これらの溶媒はそれぞれ単独でも用いてもよいし、2種類以上を混合して用いてもよい。
前記重合開始剤は特に限定されず、公知の化合物を使用できる。具体的には、例えば、2,2’−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)、1,1’−アゾビス(シクロヘキサン−1−カルボニトリル)、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチル−4−メトキシバレロニトリル)、ジメチル−2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)、2,2’−アゾビス(2−ヒドロキシメチルプロピオニトリル)などのアゾ系化合物;ラウリルパーオキサイド、tert−ブチルハイドロパーオキサイド、過酸化ベンゾイル、tert−ブチルパーオキシベンゾエート、クメンヒドロパーオキシド、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ジ−n−プロピルパーオキシジカーボネート、tert−ブチルパーオキシネオデカノエート、tert−ブチルパーオキシピバレート、(3,5,5−トリメチルヘキサノイル)パーオキシドなどの有機過酸化物;過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、過酸化水素などの無機過酸化物等が挙げられる。
本発明のフォトレジスト組成物に含まれる樹脂を製造するラジカル重合の反応温度は、通常、0〜150℃の範囲であり、好ましくは40〜100℃の範囲である。有機溶媒の使用量は、仕込みモノマー総量に対して1〜5重量倍が好ましく、重合開始剤の使用量は、仕込みモノマー総量に対して1〜20モル%が好ましい。
また上記ラジカル重合法以外でも例えば、特開2000−178325号公報に記載される重合方法や、その他公知の方法で重合された市販のポリビニルフェノールを使用することができる。
本発明のフォトレジスト組成物は、以上で詳述した樹脂に加えて、露光により酸を発生する酸発生剤を含有する。
酸発生剤は、その物質自体に、あるいはその物質を含むフォトレジスト組成物に、光や電子線などの放射線を作用させることにより、その物質が分解して酸を発生する。酸発生剤から発生する酸が樹脂に作用して、酸に不安定な基を側鎖に有する構造単位中の酸に不安定な基を当該構造単位から開裂させることになる。
酸発生剤としては、オニウム塩、有機ハロゲン化合物、スルホン化合物、スルホネート化合物が挙げられ、オニウム塩であることが好ましい。酸発生剤としては、例えば、特開2003−5374号公報に記載されている酸発生剤(例えば、下記式で表される酸発生剤)が挙げられる。
Figure 0005531601
本発明に用いる酸発生剤として、Aで表される化合物が挙げられる。
+は有機対イオンを表す。Bは、対アニオンを示す。Bとしては例えばBF 、AsF 、PF 、SbF 、SiF 2−、ClO 、CFSO 、CSO などのパーフルオロアルカンスルホン酸アニオン、ペンタフルオロベンゼンスルホン酸アニオン、ナフタレン−1−スルホン酸アニオン等の縮合多核芳香族スルホン酸アニオン、アントラキノンスルホン酸アニオン、スルホン酸基含有染料等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。Bとしては、例えば特開2003−5374号公報(例えば、下記式で表されるアニオン)に記載されているアニオンが挙げられる。
Figure 0005531601
本発明に用いる酸発生剤として、下式(V)で表される化合物が挙げられる。
Figure 0005531601
式(V)中、R21は、炭素数1〜36の炭化水素基を表し、前記炭化水素基に含まれる−CH−は、−CO−又は−O−で置き換わっていてもよく、前記炭化水素基に含まれる水素原子は、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜4のペルフルオロアルキル基、炭素数1〜6のヒドロキシアルキル基、水酸基、シアノ基又はカルボキシル基で置換されていてもよい。A+は有機対イオンを表す。Y1、Y2は、それぞれ独立に、フッ素原子又は炭素数1〜6のペルフルオロアルキル基を表す。)
炭素数1〜30の炭化水素基としては、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数3〜36の飽和環状炭化水素基、炭素数6〜36の芳香族炭化水素基又はこれらを組み合わせた基が挙げられる。炭素数1〜6のアルキル基、炭素数3〜36の飽和環状炭化水素基、炭素数6〜36の芳香族炭化水素基及びこれらを組み合わせた基に含まれる−CH−は、−CO−又は−O−で置き換わっていてもよく、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数3〜36の飽和環状炭化水素基、炭素数6〜36の芳香族炭化水素基及びこれらを組み合わせた基に含まれる水素原子は、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜4のペルフルオロアルキル基、炭素数1〜6のヒドロキシアルキル基、水酸基、シアノ基又はカルボキシル基で置換されていてもよい。
式(V)で表される化合物のアニオン部分の具体例としては、以下のアニオンが挙げられる。
Figure 0005531601
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本発明に用いる好ましい酸発生剤としては、下式(VI)又は式(VII)で表される化合物が挙げられる。
Figure 0005531601
式(VI)及び式(VII)中、環Xは、炭素数3〜30の単環式又は多環式の基を表し、該単環式又は多環式の基に含まれる水素原子は、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜4のペルフルオロアルキル基、炭素数1〜6のヒドロキシアルキル基、水酸基又はシアノ基で置換されていてもよい。A+は有機対イオンを表す。Y1及びY2は、それぞれ独立に、フッ素原子又は炭素数1〜6のペルフルオロアルキル基を表す。Z’は、単結合又は炭素数1〜4のアルキレン基を表す。
前記環Xとしては、例えば、炭素数4〜8のシクロアルキル環、アダマンチル環、ノルボルナン環などが挙げられる。いずれの環も、環に含まれる水素原子は、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜4のペルフルオロアルキル基、炭素数1〜6のヒドロキシアルキル基、水酸基又はシアノ基で置換されていてもよい。
式(VI)及び式(VII)で表される酸発生剤のアニオン部分の具体例としては、以下のアニオンが挙げられる。
Figure 0005531601
Figure 0005531601
Figure 0005531601
また、本発明に用いる酸発生剤として、下式(VIII)で表される化合物が挙げられる。
+−S−R22 (VIII)
式(VIII)中、R22は炭素数1〜6の直鎖状又は分枝状のペルフルオロアルキル基を表し、A+は有機対イオンを表す。
式(VIII)のアニオン部分の具体的な例としては、次のようなイオンを挙げることができる。
トリフルオロメタンスルホネート、
ペンタフルオロエタンスルホネート、
ヘプタフルオロプロパンスルホネート、
パーフルオロブタンスルホネートなど。
式(V)、(VI)、(VII)又は(VIII)において、A+は、有機対イオンを表し、具体的には、以下に示す式(IXz)、式(IXb)、式(IXc)又は式(IXd)で表されるカチオンからなる群から選ばれる少なくとも1種のカチオンが挙げられる。
ここで、式(IXz)は、下記式である。
Figure 0005531601
式(IXz)中、Pa〜Pcは、それぞれ独立に、炭素数1〜30のアルキル基又は炭素数3〜30の環式炭化水素基を表す。前記アルキル基に含まれる水素原子は、水酸基、炭素数1〜12のアルコキシ基又は炭素数3〜12の環式炭化水素基で置換されていてもよく、前記環式炭化水素基に含まれる水素原子は、水酸基、炭素数1〜12のアルキル基又は炭素数1〜12のアルコキシ基で置換されていてもよい。
式(IXz)で表されるカチオンの中でも、式(IXa)で表されるカチオンが好ましい。
Figure 0005531601
式(IXa)中、P1〜P3は、それぞれ独立に、水素原子、水酸基、炭素数1〜12のアルキル基又は炭素数1〜12のアルコキシ基を表す。)
該アルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、2−エチルヘキシル基などが挙げられ、該アルコキシ基の例としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ヘキシルオキシ基、オクチルオキシ基、2−エチルヘキシルオキシ基などが挙げられる。
式(IXb)は、ヨウ素カチオンを含む下記式である。
Figure 0005531601
式(IXb)中、P4、P5は、それぞれ独立に、水素原子、水酸基、炭素数1〜12のアルキル基又は炭素数1〜12のアルコキシ基を表す。
式(IXc)は、下記式である。
Figure 0005531601
式(IXc)中、P6、P7は、それぞれ独立に、炭素数1〜12のアルキル基又は炭素数3〜12のシクロアルキル基を表す。該アルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、2−エチルヘキシル基などが挙げられる。該シクロアルキル基としては、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロデシル基などが挙げられる。また、P6とP7とが結合して、アルキレン基などの炭素数3〜12の2価の炭化水素基を形成してもよい。P8は、水素原子を表し、P9は、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数3〜12のシクロアルキル基、又は、置換基を有していてもよい芳香環基(例えば、フェニル基、ベンジル基など)を表すか、あるいは、P8とP9とが結合して、アルキレン基などの炭素数3〜12の2価の炭化水素基を表す。該アルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、2−エチルヘキシル基などが挙げられる。前記シクロアルキル基としては、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロデシル基などが挙げられる。前記2価の炭化水素基に含まれる−CH−は、−CO−、−O−又は−S−で置き換わっていてもよい。
式(IXd)は、下記式である。
Figure 0005531601
式(IXd)中、P10〜P21は、それぞれ独立に、水素原子、水酸基、炭素数1〜12のアルキル基又は炭素数1〜12のアルコキシ基を表す。
Bは、−S−又は−O−を表す。mは、0又は1を表す。
式(IXz)で表されるカチオンA+の具体例としては、以下のカチオンが挙げられる。
Figure 0005531601
Figure 0005531601
式(IXb)で表されるカチオンA+の具体例としては、以下のカチオンが挙げられる。
Figure 0005531601
式(IXc)で表されるカチオンA+の具体例としては、以下のカチオンが挙げられる。
Figure 0005531601
Figure 0005531601
Figure 0005531601
式(IXd)で表されるカチオンA+の具体例としては、以下のカチオンが挙げられる。
Figure 0005531601
Figure 0005531601
Figure 0005531601
+は、式(IXe)で表されるカチオンが好ましい。
Figure 0005531601
式(IXe)中、P22〜P24は、それぞれ独立に、水素原子、又は炭素数1〜4のアルキル基を表す。
本発明のフォトレジスト組成物において、酸発生剤は単独で用いても複数種を併用してもよい。
本発明で用いる酸発生剤のなかでも、前述の式(VI)又は(VII)で表される酸発生剤が好ましく、さらに、下記の式(Xa)、(Xb)又は(Xc)で表される酸発生剤が、優れた解像性能及びパターン形状を示すフォトレジスト組成物を与えることからより好ましい。
Figure 0005531601
式(Xa)〜(Xc)中、P25〜P27は、それぞれ独立に、水素原子、又は炭素数1〜4のアルキル基を表す。P28、P29は、それぞれ独立に、炭素数1〜12のアルキル基、又は炭素数3〜12のシクロアルキル基を表す。あるいは、P28とP29とが結合して、アルキレン基などの炭素数3〜12の2価の炭化水素基を形成してもよい。P30は、水素原子を表し、P31は、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数3〜12のシクロアルキル基、又は置換基を有していてもよい芳香環基を表すか、あるいはP30とP31が結合して炭素数3〜12の2価の炭化水素基を表す。ここで、2価の炭化水素基に含まれる−CH−は、−CO−、−O−又は−S−で置き換わっていてもよい。Y11、Y12、Y21、Y22、Y31、及びY32は、それぞれ独立に、フッ素原子、又は炭素数1〜6のペルフルオロアルキル基を表す。
式(VI)又は式(VII)で表される酸発生剤は公知の手法により容易に合成できる(例えば、特開2007−249192号公報を参照)。
また、式(Xd)又は(Xe)で表される酸発生剤も好ましい。
Figure 0005531601
式(Xf)で表される酸発生剤も好ましい。
Figure 0005531601
[式(Xf)中、P25〜P27は、式(Xa)におけるものと同じ意味を表す。
yは、1〜6の整数を表す。]
本発明のフォトレジスト組成物には、前述した樹脂及び酸発生剤とともに、塩基性化合物を配合することが好ましい。当該塩基性化合物をクエンチャーとして作用し、この配合により、露光後の引き置きに伴う酸の失活による性能劣化を改良することができる。塩基性化合物としては、塩基性含窒素有機化合物が好ましく、アミン又はアンモニウム塩がより好ましい。
クエンチャーに用いられる塩基性化合物の具体的な例としては、以下の各式で表される化合物が挙げられる。
Figure 0005531601
Figure 0005531601
式中、T1、T2及びT7は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を表す。該アルキル基、シクロアルキル基及びアリール基に含まれる水素原子は、水酸基、アミノ基、又は炭素数1〜6のアルコキシ基で置換されていてもよい。該アミノ基に含まれる水素原子は、炭素数1〜4のアルキル基で置換されていてもよい。また、該アルキル基の炭素数は、1〜6程度が好ましく、該シクロアルキル基の炭素数は、5〜10程度が好ましく、該アリール基の炭素数は、6〜10程度が好ましい。
3、T4及びT5は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基又はアルコキシ基を表す。該アルキル基、シクロアルキル基、アリール基及びアルコキシ基に含まれる水素原子は、水酸基、アミノ基、又は炭素数1〜6のアルコキシ基で置換されていてもよい。該アミノ基に含まれる水素原子は、炭素数1〜4のアルキル基で置換されていてもよい。また、該アルキル基の炭素数は、1〜6程度が好ましく、該シクロアルキル基の炭素数は、5〜10程度が好ましく、該アリールの炭素数は、6〜10程度が好ましく、該アルコキシ基の炭素数は、1〜6程度が好ましい。
6は、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。該アルキル基及びシクロアルキル基に含まれる水素原子は、水酸基、アミノ基又は炭素数1〜6のアルコキシ基で置換されていてもよい。該アミノ基に含まれる水素原子は、炭素数1〜4のアルキル基で置換されていてもよい。また、該アルキル基の炭素数は、1〜6程度が好ましく、該シクロアルキル基の炭素数は、5〜10程度が好ましい。
Aは、アルキレン基、カルボニル基、イミノ基、スルフィド基又はジスルフィド基を表す。該アルキレンの炭素数は、2〜6程度であることが好ましい。
また、T1〜T7において、直鎖構造と分岐構造の両方をとり得るものについては、そのいずれでもよい。
前記塩基性化合物として、具体的には、ヘキシルアミン、ヘプチルアミン、オクチルアミン、ノニルアミン、デシルアミン、アニリン、2−,3−又は4−メチルアニリン、4−ニトロアニリン、1−又は2−ナフチルアミン、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−1,2−ジフェニルエタン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジメチルジフェニルメタン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジエチルジフェニルメタン、ジブチルアミン、ジペンチルアミン、ジヘキシルアミン、ジヘプチルアミン、ジオクチルアミン、ジノニルアミン、ジデシルアミン、N−メチルアニリン、ピペリジン、ジフェニルアミン、トリエチルアミン、トリメチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、トリペンチルアミン、トリヘキシルアミン、トリヘプチルアミン、トリオクチルアミン、トリノニルアミン、トリデシルアミン、メチルジブチルアミン、メチルジペンチルアミン、メチルジヘキシルアミン、メチルジシクロヘキシルアミン、メチルジヘプチルアミン、メチルジオクチルアミン、メチルジノニルアミン、メチルジデシルアミン、エチルジブチルアミン、エチルジペンチルアミン、エチルジヘキシルアミン、エチルジヘプチルアミン、エチルジオクチルアミン、エチルジノニルアミン、エチルジデシルアミン、ジシクロヘキシルメチルアミン、トリス〔2−(2−メトキシエトキシ)エチル〕アミン、トリイソプロパノールアミン、N,N−ジメチルアニリン、2,6−ジイソプロピルアニリン、イミダゾール、ピリジン、4−メチルピリジン、4−メチルイミダゾール、ビピリジン、2,2’−ジピリジルアミン、ジ−2−ピリジルケトン、1,2−ジ(2−ピリジル)エタン、1,2−ジ(4−ピリジル)エタン、1,3−ジ(4−ピリジル)プロパン、1,2−ビス(2−ピリジル)エチレン、1,2−ビス(4−ピリジル)エチレン、1,2−ビス(4−ピリジルオキシ)エタン、4,4’−ジピリジルスルフィド、4,4’−ジピリジルジスルフィド、1,2−ビス(4−ピリジル)エチレン、2,2’−ジピコリルアミン、3,3’−ジピコリルアミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトライソプロピルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド、テトラ−n−ヘキシルアンモニウムヒドロキシド、テトラ−n−オクチルアンモニウムヒドロキシド、フェニルトリメチルアンモニウムヒドロキシド、3−(トリフルオロメチル)フェニルトリメチルアンモニウムヒドロキシド及びコリンなどを挙げることができる。また、特開平11−52575号公報に開示されているような、ピペリジン骨格を有するヒンダードアミン化合物も使用できる。
本発明で使用する塩基性化合物としては、式(XII)で表される化合物が解像性能向上の点で好ましい。式(XII)で表される化合物として、具体的には、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド、テトラブチルアンモニウムハイドロオキサイド、テトラヘキシルアンモニウムハイドロオキサイド、テトラオクチルアンモニウムハイドロオキサイド、フェニルトリメチルアンモニウムハイドロオキサイド、3−トリフルオロメチル−フェニルトリメチルアンモニウムハイドロオキサイドなどが挙げられる。
本発明のフォトレジスト組成物においては、その全固形分量を基準に、通常、各樹脂を60〜99.9重量%程度の範囲で、酸発生剤を0.1〜40重量%程度の範囲で配合すればよい。クエンチャーである塩基性化合物を配合する場合、前記組成物の全固形分量を基準に、通常、0.01〜5重量%程度の範囲で配合すればよい。
本発明のフォトレジスト組成物は、さらに、必要に応じて、増感剤、溶解抑止剤、他の樹脂、界面活性剤、安定剤、染料など各種の添加物を少量含有することもできる。
本発明のフォトレジスト組成物は、通常、上記の各成分が溶剤に溶解された状態で、シリコンウェハなどの基体上に、スピンコーティングなどの通常工業的に用いられる方法に従って塗布される。ここで用いる溶剤は、各成分を溶解し、適当な乾燥速度を有し、溶剤が蒸発した後に均一で平滑な塗膜を与えるものであればよく、この分野で一般に用いられている溶剤が使用しうる。例えば、エチルセロソルブアセテート、メチルセロソルブアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のグリコールエーテルエステル類、プロピレングリコールモノメチルエーテル等のグリコールエーテル類、乳酸エチル、酢酸ブチル、酢酸アミル及びピルビン酸エチル等のエステル類、アセトン、メチルイソブチルケトン、2−ヘプタノン(メチルアミルケトン)、シクロヘキサノン等のケトン類、γ−ブチロラクトン等の環状エステル類などを挙げることができる。これらの溶剤は、それぞれ単独で、又は2種以上組み合わせて用いることができる。
基体上に塗布され、乾燥されたレジスト膜には、パターニングのための露光処理が施され、次いで脱保護基反応を促進するための加熱処理を行った後、アルカリ現像液で現像される。ここで用いるアルカリ現像液は、この分野で用いられる各種アルカリ性水溶液であればよく、例えば、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、(2−ヒドロキシエチル)トリメチルアンモニウムヒドロキシド(通称コリン)の水溶液が挙げられる。
本発明のレジスト組成物は、高性能を示し、ArFやKrFなどのエキシマレーザーリソグラフィならびにArF液浸露光リソグラフィに好適な化学増幅型ポジ型レジスト組成として用いることができる。
次に、実施例を挙げて、本発明をさらに具体的に説明する。例中、含有量ないし使用量を表す%及び部は、特記しないかぎり重量基準である。得られた樹脂の組成比は、反応マスにおける未反応モノマー量を液体クロマトグラフィーを用いて測定し、得られた結果から算出した。また重量平均分子量は、ゲルパーミュエーションクロマトグラフィーにより求めた値である。なお、測定条件は下記のとおりである。
カラム:TSKgel Multipore HXL-M x 3+guardcolumn(東ソー社製)
溶離液:テトラヒドロフラン
流量:1.0mL/min
検出器:RI検出器
カラム温度:40℃
注入量:100μl
分子量標準:標準ポリスチレン(東ソー社製)
樹脂合成で使用したモノマーを下記に示す。
Figure 0005531601
樹脂合成例1:樹脂R1の合成
温度計、還流管を装着した4つ口フラスコに1,4−ジオキサン10.31部を仕込み、窒素ガスで30分間バブリングを行った。窒素シール下で75℃まで昇温した後、上記モノマーA 29.70部、D 4.12部、E 7.41部、アゾビスイソブチロニトリル0.29部、アゾビス−2,4−ジメチルバレロニトリル1.30部、及び1,4−ジオキサン30.92部を混合した溶液を、75℃を保ったまま1時間かけて滴下した。滴下終了後75℃で5時間保温した。冷却後、その反応液を1,4−ジオキサン65.96部で希釈した。希釈した反応液をメタノール536部中へ攪拌しながら注ぎ、析出した濾物を濾取した。濾取した濾物をメタノール268部の液に投入し攪拌後濾過を行った。得られた濾過物をメタノール268部中に投入、攪拌、濾過の操作を、更に2回行った。その後減圧乾燥を行い19部の樹脂R1を得た。
収率:46%、Mw:6.7×10、Mw/Mn:1.45、樹脂組成:A/D/E=52/13/35。
Figure 0005531601
樹脂合成例2:樹脂R2の合成
温度計、還流管を装着した4つ口フラスコに1,4−ジオキサン21.21部を仕込み、窒素ガスで30分間バブリングを行った。窒素シール下で72℃まで昇温した後、上記モノマーA 60.00部、C 7.09部、D 6.55部、E 11.20部、アゾビスイソブチロニトリル0.57部、アゾビス−2,4−ジメチルバレロニトリル2.58部、及び1,4−ジオキサン63.63部を混合した溶液を、72℃を保ったまま2時間かけて滴下した。滴下終了後72℃で5時間保温した。冷却後、その反応液を1,4−ジオキサン135.75部で希釈した。希釈した反応液をメタノール882部及びイオン交換水221部の混合液中へ攪拌しながら注ぎ、析出した濾物を濾取した。濾取した濾物をメタノール551部中に投入し攪拌後濾過を行った。得られた濾過物をメタノール551部中に投入、攪拌、濾過の操作を、更に2回行った。その後減圧乾燥を行い52部の樹脂R2を得た。
収率:62%、Mw:5.9×10、Mw/Mn:1.91、樹脂組成:A/C/D/E=52/10/11/27。
Figure 0005531601
樹脂合成例3:樹脂R3の合成
温度計、還流管を装着した4つ口フラスコに1,4−ジオキサン11.51部を仕込み、窒素ガスで30分間バブリングを行った。窒素シール下で73℃まで昇温した後、上記モノマーA 30.00部、C 3.55部、D 3.27部、F 9.22部、アゾビスイソブチロニトリル0.28部、アゾビス−2,4−ジメチルバレロニトリル1.29部、及び1,4−ジオキサン34.53部を混合した溶液を、73℃を保ったまま1時間かけて滴下した。滴下終了後73℃で5時間保温した。冷却後、その反応液を1,4−ジオキサン73.67部で希釈した。希釈した反応液をメタノール479部及びイオン交換水120の混合液中へ攪拌しながら注ぎ、析出した濾物を濾取した。濾取した濾物をメタノール299部中に投入し攪拌後濾過を行った。得られた濾過物をメタノール299部中に投入、攪拌、濾過の操作を、更に2回行った。その後減圧乾燥を行い27部の樹脂R3を得た。
収率:60%、Mw:7.7×10、Mw/Mn:1.87、樹脂組成:A/C/D/F=54/9/11/26。
Figure 0005531601
比較樹脂合成例:樹脂R4の合成
温度計、還流管を装着した4つ口フラスコにメチルイソブチルケトン70.91部を仕込み、窒素ガスで30分間バブリングを行った。窒素シール下で87℃まで昇温した後、上記モノマーB 30.00部、D 14.27部、E 10.28部、アゾビスイソブチロニトリル0.79部、及びメチルイソブチルケトン70.91部を混合した溶液を、87℃を保ったまま2時間かけて滴下した。滴下終了後87℃で6時間保温した。冷却後、その反応液をメタノール895部、イオン交換水196部の混合液中へ攪拌しながら注ぎ、析出した濾物を濾取した。濾取した濾物をメタノール344部中に投入し攪拌後濾過を行った。得られた濾過物をメタノール344部中に投入、攪拌、濾過の操作を、更に2回行った。その後減圧乾燥を行い25部の樹脂R4を得た。
収率:47%、Mw:9.4×10、Mw/Mn:1.52、樹脂組成:B/D/E=33/33/34。
Figure 0005531601
樹脂合成例4:樹脂R5の合成
温度計、還流管を装着した4つ口フラスコに1,4−ジオキサン23.97部を仕込み、窒素ガスで30分間バブリングを行った。窒素シール下で75℃まで昇温した後、上記モノマーA 17.50部、G 4.91部、D 3.94部、F 9.35部、E 4.26部、アゾビスイソブチロニトリル0.27部、アゾビス−2,4−ジメチルバレロニトリル1.24部、1,4−ジオキサン35.96部を混合した溶液を、75℃を保ったまま1時間かけて滴下した。滴下終了後75℃で5時間保温した。冷却後、その反応液を1,4−ジオキサン43.95部で希釈した。この希釈したマスをメタノール415部、イオン交換水104部の混合液へ攪拌しながら注ぎ、析出した樹脂を濾取した。濾物をメタノール260部の液に投入し攪拌後濾過を行った。得られた濾過物をメタノール260部の液に投入、攪拌、濾過の操作を、更に2回行った。その後減圧乾燥を行い30部の樹脂を得た。この樹脂をR5とする。
収率:74%、Mw:7.5×10、Mw/Mn:1.90、樹脂組成:A/G/D/F/E=29/15/12/25/19。
Figure 0005531601
樹脂合成例5:樹脂R6の合成
温度計、還流管を装着した4つ口フラスコに1,4−ジオキサン24.04部を仕込み、窒素ガスで30分間バブリングを行った。窒素シール下で73℃まで昇温した後、上記モノマーA 18.00部、G 2.09部、D 2.88部、F 17.09部、アゾビスイソブチロニトリル0.25部、アゾビス−2,4−ジメチルバレロニトリル1.14部、1,4−ジオキサン36.06部を混合した溶液を、73℃を保ったまま1時間かけて滴下した。滴下終了後73℃で5時間保温した。冷却後、その反応液を1,4−ジオキサン44.07部で希釈した。この希釈したマスをメタノール417部、イオン交換水104部の混合液へ攪拌しながら注ぎ、析出した樹脂を濾取した。濾物をメタノール260部の液に投入し攪拌後濾過を行った。得られた濾過物をメタノール260部の液に投入、攪拌、濾過の操作を、更に2回行った。その後減圧乾燥を行い28部の樹脂を得た。この樹脂をR6とする。
収率:69%、Mw:7.1×10、Mw/Mn:1.82、樹脂組成:A/G/D/F=33/7/10/50。
Figure 0005531601
樹脂合成例6:樹脂R7の合成
温度計、還流管を装着した4つ口フラスコに1,4−ジオキサン24.04部を仕込み、窒素ガスで30分間バブリングを行った。窒素シール下で75℃まで昇温した後、上記モノマーA 18.50部、G 3.01部、H 3.09部、F 15.46部、アゾビスイソブチロニトリル0.25部、アゾビス−2,4−ジメチルバレロニトリル1.14部、1,4−ジオキサン36.06部を混合した溶液を、75℃を保ったまま1時間かけて滴下した。滴下終了後75℃で5時間保温した。冷却後、その反応液を1,4−ジオキサン44.07部で希釈した。この希釈したマスをメタノール417部、イオン交換水104部の混合液へ攪拌しながら注ぎ、析出した樹脂を濾取した。濾物をメタノール260部の液に投入し攪拌後濾過を行った。得られた濾過物をメタノール260部の液に投入、攪拌、濾過の操作を、更に2回行った。その後減圧乾燥を行い29部の樹脂を得た。この樹脂をR7とする。
収率:73%、Mw:7.3×10、Mw/Mn:1.66、樹脂組成:A/G/H/F=35/10/10/45。
Figure 0005531601
樹脂合成例7:樹脂R8の合成
温度計、還流管を装着した4つ口フラスコに1,4−ジオキサン19.18部を仕込み、窒素ガスで30分間バブリングを行った。窒素シール下で75℃まで昇温した後、上記モノマーA 22.80部、G 3.41部、I 10.47部、D 3.29部、アゾビスイソブチロニトリル0.29部、アゾビス−2,4−ジメチルバレロニトリル1.29部、1,4−ジオキサン28.77部を混合した溶液を、75℃を保ったまま1時間かけて滴下した。滴下終了後75℃で5時間保温した。冷却後、その反応液を1,4−ジオキサン55.95部で希釈した。この希釈したマスをメタノール416部、イオン交換水104部の混合液へ攪拌しながら注ぎ、析出した樹脂を濾取した。濾物をメタノール260部の液に投入し攪拌後濾過を行った。得られた濾過物をメタノール260部の液に投入、攪拌、濾過の操作を、更に2回行った。その後減圧乾燥を行い28部の樹脂を得た。この樹脂をR8とする。
収率:71%、Mw:7.1×10、Mw/Mn:2.01、樹脂組成:A/G/I/D=41/10/39/10。
Figure 0005531601
樹脂合成例8:樹脂R9の合成
温度計、還流管を装着した4つ口フラスコに1,4−ジオキサン19.17部を仕込み、窒素ガスで30分間バブリングを行った。窒素シール下で75℃まで昇温した後、上記モノマーA 21.50部、I 5.55部、H 3.31部、F 7.35部、E 2.23部、アゾビスイソブチロニトリル0.27部、アゾビス−2,4−ジメチルバレロニトリル1.22部、1,4−ジオキサン28.76部を混合した溶液を、75℃を保ったまま1時間かけて滴下した。滴下終了後75℃で5時間保温した。冷却後、その反応液を1,4−ジオキサン55.92部で希釈した。この希釈したマスをメタノール415部、イオン交換水104部の混合液へ攪拌しながら注ぎ、析出した樹脂を濾取した。濾物をメタノール260部の液に投入し攪拌後濾過を行った。得られた濾過物をメタノール260部の液に投入、攪拌、濾過の操作を、更に2回行った。その後減圧乾燥を行い30部の樹脂を得た。この樹脂をR9とする。
収率:74%、Mw:7.7×10、Mw/Mn:1.76、樹脂組成:A/I/H/F/E=39/22/10/19/10。
Figure 0005531601
樹脂合成例9:樹脂R10の合成
温度計、還流管を装着した4つ口フラスコに1,4−ジオキサン14.39部を仕込み、窒素ガスで30分間バブリングを行った。窒素シール下で75℃まで昇温した後、上記モノマーA 19.50部、C 4.35部、D 2.81部、F 13.33部、アゾビスイソブチロニトリル0.24部、アゾビス−2,4−ジメチルバレロニトリル1.11部、1,4−ジオキサン33.59部を混合した溶液を、75℃を保ったまま1時間かけて滴下した。滴下終了後75℃で5時間保温した。冷却後、その反応液を1,4−ジオキサン55.98部で希釈した。この希釈したマスをメタノール416部、イオン交換水104部の混合液へ攪拌しながら注ぎ、析出した樹脂を濾取した。濾物をメタノール260部の液に投入し攪拌後濾過を行った。得られた濾過物をメタノール260部の液に投入、攪拌、濾過の操作を、更に2回行った。その後減圧乾燥を行い28部の樹脂を得た。この樹脂をR10とする。
収率:71%、Mw:8.2×10、Mw/Mn:1.86、樹脂組成:A/C/D/F=39/12/10/39。
Figure 0005531601
樹脂合成例10:樹脂R11の合成
温度計、還流管を装着した4つ口フラスコに1,4−ジオキサン10.01部を仕込み、窒素ガスで30分間バブリングを行った。窒素シール下で75℃まで昇温した後、上記モノマーA 25.40部、D 4.16部、E 10.48部、アゾビスイソブチロニトリル0.29部、アゾビス−2,4−ジメチルバレロニトリル1.31部、1,4−ジオキサン30.03部を混合した溶液を、75℃を保ったまま1時間かけて滴下した。滴下終了後75℃で5時間保温した。冷却後、その反応液を1,4−ジオキサン64.07部で希釈した。この希釈したマスをメタノール521部の液へ攪拌しながら注ぎ、析出した樹脂を濾取した。濾物をメタノール260部の液に投入し攪拌後濾過を行った。得られた濾過物をメタノール260部の液に投入、攪拌、濾過の操作を、更に2回行った。その後減圧乾燥を行い21部の樹脂を得た。この樹脂をR11とする。
収率:53%、Mw:7.7×10、Mw/Mn:1.48、樹脂組成:A/D/E=43/12/45。
Figure 0005531601
樹脂合成例11:樹脂R12の合成
温度計、還流管を装着した4つ口フラスコに1,4−ジオキサン10.00部を仕込み、窒素ガスで30分間バブリングを行った。窒素シール下で70℃まで昇温した後、上記モノマーA 35.80部、D 1.50部、E 2.70部、アゾビスイソブチロニトリル0.26部、アゾビス−2,4−ジメチルバレロニトリル1.18部、1,4−ジオキサン30.00部を混合した溶液を、70℃を保ったまま1時間かけて滴下した。滴下終了後70℃で5時間保温した。冷却後、その反応液を1,4−ジオキサン64.00部で希釈した。この希釈したマスをメタノール416部、イオン交換水104部の混合液へ攪拌しながら注ぎ、析出した樹脂を濾取した。濾物をメタノール260部の液に投入し攪拌後濾過を行った。得られた濾過物をメタノール260部の液に投入、攪拌、濾過の操作を、更に2回行った。その後減圧乾燥を行い18部の樹脂を得た。この樹脂をR12とする。
収率:46%、Mw:4.3×10、Mw/Mn:1.65、樹脂組成:A/D/E=75/7/18。
Figure 0005531601
樹脂合成例12:樹脂R13の合成
温度計、還流管を装着した4つ口フラスコに1,4−ジオキサン19.16部を仕込み、窒素ガスで30分間バブリングを行った。窒素シール下で75℃まで昇温した後、上記モノマーA 20.00部、G 2.99部、H 1.54部、F 15.38部、アゾビスイソブチロニトリル0.25部、アゾビス−2,4−ジメチルバレロニトリル1.14部、1,4−ジオキサン28.74部を混合した溶液を、75℃を保ったまま1時間かけて滴下した。滴下終了後75℃で5時間保温した。冷却後、その反応液を1,4−ジオキサン55.88部で希釈した。この希釈したマスをメタノール415部、イオン交換水104部の混合液へ攪拌しながら注ぎ、析出した樹脂を濾取した。濾物をメタノール259部の液に投入し攪拌後濾過を行った。得られた濾過物をメタノール259部の液に投入、攪拌、濾過の操作を、更に2回行った。その後減圧乾燥を行い29部の樹脂を得た。この樹脂をR13とする。
収率:72%、Mw:7.5×10、Mw/Mn:1.83、樹脂組成:A/G/H/F=39/11/5/45。
Figure 0005531601
樹脂合成例13:樹脂R14の合成
温度計、還流管を装着した4つ口フラスコに1,4−ジオキサン19.21部を仕込み、窒素ガスで30分間バブリングを行った。窒素シール下で75℃まで昇温した後、上記モノマーA 21.40部、G 3.20部、H 1.65部、F 9.60部、E 4.16部、アゾビスイソブチロニトリル0.25部、アゾビス−2,4−ジメチルバレロニトリル1.15部、1,4−ジオキサン28.81部を混合した溶液を、75℃を保ったまま1時間かけて滴下した。滴下終了後75℃で5時間保温した。冷却後、その反応液を1,4−ジオキサン56.02部で希釈した。この希釈したマスをメタノール416部、イオン交換水104部の混合液へ攪拌しながら注ぎ、析出した樹脂を濾取した。濾物をメタノール260部の液に投入し攪拌後濾過を行った。得られた濾過物をメタノール260部の液に投入、攪拌、濾過の操作を、更に2回行った。その後減圧乾燥を行い28部の樹脂を得た。この樹脂をR14とする。
収率:71%、Mw:7.1×10、Mw/Mn:1.83、樹脂組成:A/G/H/F/E=39/10/5/27/19。
Figure 0005531601
樹脂合成例14:樹脂R15の合成
温度計、還流管を装着した4つ口フラスコに1,4−ジオキサン10.01部を仕込み、窒素ガスで30分間バブリングを行った。窒素シール下で75℃まで昇温した後、上記モノマーA 24.90部、D 2.96部、E 12.19部、アゾビスイソブチロニトリル0.29部、アゾビス−2,4−ジメチルバレロニトリル1.33部、1,4−ジオキサン30.04部を混合した溶液を、75℃を保ったまま1時間かけて滴下した。滴下終了後75℃で5時間保温した。冷却後、その反応液を1,4−ジオキサン64.08部で希釈した。この希釈したマスをメタノール417部、イオン交換水104部の混合液へ攪拌しながら注ぎ、析出した樹脂を濾取した。濾物をメタノール260部の液に投入し攪拌後濾過を行った。得られた濾過物をメタノール260部の液に投入、攪拌、濾過の操作を、更に2回行った。その後減圧乾燥を行い28部の樹脂を得た。この樹脂をR15とする。
収率:70%、Mw:6.7×10、Mw/Mn:1.75、樹脂組成:A/D/E=41/9/50。
Figure 0005531601
樹脂合成例15:樹脂R16の合成
温度計、還流管を装着した4つ口フラスコに1,4−ジオキサン19.18部を仕込み、窒素ガスで30分間バブリングを行った。窒素シール下で75℃まで昇温した後、上記モノマーA 23.60部、G 3.53部、H 1.82部、E 11.02部、アゾビスイソブチロニトリル0.30部、アゾビス−2,4−ジメチルバレロニトリル1.34部、1,4−ジオキサン28.78部を混合した溶液を、75℃を保ったまま1時間かけて滴下した。滴下終了後75℃で5時間保温した。冷却後、その反応液を1,4−ジオキサン55.95部で希釈した。この希釈したマスをメタノール416部、イオン交換水104部の混合液へ攪拌しながら注ぎ、析出した樹脂を濾取した。濾物をメタノール260部の液に投入し攪拌後濾過を行った。得られた濾過物をメタノール260部の液に投入、攪拌、濾過の操作を、更に2回行った。その後減圧乾燥を行い27部の樹脂を得た。この樹脂をR16とする。
収率:68%、Mw:6.1×10、Mw/Mn:1.81、樹脂組成:A/G/H/E=39/10/5/46。
Figure 0005531601
表1に記載の各成分を混合して溶解し、ナイロン製フィルター0.2μm、PTFE0.1μm及びUPE(Ultra High Molecular Weight Polyethlene)0.03μmフィルター(共に、日本マイクロリス株式会社製)により濾過後、表1に示すレジスト液を調製した。
<酸発生剤>
C1:
(4−メチルフェニル)ジフェニルスルホニウム パーフルオロブタンスルホナート
C2:
Figure 0005531601
<クエンチャー>
Q1:2、6−ジイソプロピルアニリン
<溶剤組成>
S1:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
S2:プロピレングリコールモノメチルエーテル
S3:2−ヘプタノン
S4:γ−ブチロラクトン
〔表1〕
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
例 No. 樹脂 酸発生剤 クエンチャー 溶媒(S1/S2/S3/S4)
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
実施例1 R1/10部 C1/0.5部 Q1/0.02部 130/35/20/5
実施例2 R2/10部 C1/0.5部 Q1/0.02部 130/35/20/5
実施例3 R3/10部 C1/0.5部 Q1/0.02部 130/35/20/5
実施例4 R2/10部 C2/0.5部 Q1/0.02部 130/35/20/5
実施例5 R3/10部 C2/0.5部 Q1/0.02部 130/35/20/5
実施例6 R5/10部 C1/0.5部 Q1/0.02部 130/35/20/5
実施例7 R6/10部 C1/0.5部 Q1/0.02部 130/35/20/5
実施例8 R7/10部 C1/0.5部 Q1/0.02部 130/35/20/5
実施例9 R8/10部 C1/0.5部 Q1/0.02部 130/35/20/5
実施例10 R9/10部 C1/0.5部 Q1/0.02部 130/35/20/5
実施例11 R10/10部 C1/0.5部 Q1/0.02部 130/35/20/5
実施例12 R11/10部 C1/0.5部 Q1/0.02部 130/35/20/5
実施例13 R12/10部 C1/0.5部 Q1/0.02部 130/35/20/5
実施例14 R13/10部 C1/0.5部 Q1/0.02部 130/35/20/5
実施例15 R14/10部 C1/0.5部 Q1/0.02部 130/35/20/5
実施例16 R15/10部 C1/0.5部 Q1/0.02部 130/35/20/5
実施例17 R16/10部 C1/0.5部 Q1/0.02部 130/35/20/5
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━比較例1 R4/10部 C1/0.5部 Q1/0.02部 130/35/20/5
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
シリコンウェハーに日産化学工業株式会社製の有機反射防止膜用組成物である“ARC−29A”を塗布して205℃、60秒の条件でベークすることによって厚さ780Åの有機反射防止膜を形成させ、次いでこの上に、上記のレジスト液を乾燥後の膜厚を表2に示す膜厚となるようにスピンコートした。レジスト液塗布後は、ダイレクトホットプレート上にて、表2に示す温度で60秒間プリベーク(PB)した。こうしてレジスト膜を形成したそれぞれのウェハーに、ArFエキシマステッパー〔(株)キヤノン製の“FPA5000−AS3”、NA=0.75 σ=0.85〕を用いて、露光量を段階的に変化させてコンタクトホールパターンを露光した。
露光後は、ホットプレート上にて表2に示す温度で60秒間ポストエキスポジャーベーク(PEB)を行い、さらに2.38重量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液で現像を行った。
有機反射防止膜基板上のもので現像後のホールパターンを走査型電子顕微鏡で観察し、その結果を表2に示した。
実効感度:ピッチ210nm、マスク寸法130nmにおいてホール径が110nmとなる露光量で表示した。
MEEF(Mask error Enhancement Factor)評価:MEEFは、ウェハ上のレジスト寸法の変動量をマスク寸法(1倍の換算値)の変動量で除した数値で表され、ウェハ上のレジスト寸法のばらつきにおけるマスク寸法のばらつきによる増幅率を示す指標として利用されている。評価としては、実効感度でのピッチ210nm(固定)、マスク寸法を125〜135nmまで1nm毎に変化させた時のレジスト寸法の傾きを表記した。この傾きが小さい値ほどMEEFが良好であるといえる。
形状評価:さらに実効感度でのピッチ210nm、マスク寸法140nmのパターンを
走査型電子顕微鏡で観察し、1視野の25個HOLEのうち、隣同士のHOLEがつながっている(解像不良)ものを×、すべてつながっていないものを○として判断した。
〔表2〕
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
例 No. 膜厚 PB PEB 実効感度 MEEF 形状評価
(nm) (℃) (℃) (mJ/cm2)
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
実施例1 150 110 85 31 5.04 ○
実施例2 150 110 85 26 5.29 ○
実施例3 150 110 85 25 5.25 ○
実施例4 150 110 90 35 4.82 ○
実施例5 150 110 90 34 4.68 ○
実施例6 150 110 85 34 5.46 ○
実施例7 150 110 85 33 5.36 ○
実施例8 150 110 85 37 5.24 ○
実施例9 150 110 85 41 5.60 ○
実施例10 150 110 85 42 5.09 ○
実施例11 150 110 85 29 5.60 ○
実施例12 150 110 85 33 5.06 ○
実施例13 150 110 85 28 5.21 ○
実施例14 150 110 85 23 5.58 ○
実施例15 150 110 85 22 5.64 ○
実施例16 150 110 85 26 5.41 ○
実施例17 150 110 85 22 5.50 ○
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
比較例1 150 110 110 25 5.85 ×
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
本発明のフォトレジスト組成物によれば、優れたMEEF(Mask error Enhancement Factor)及び形状を有するパターンを形成することができる。

Claims (5)

  1. 酸に不安定な基を側鎖に有する構造単位を含有する樹脂及び酸発生剤を含有し、
    樹脂が、樹脂を構成する全構造単位に対して、酸に不安定な基を側鎖に有する構造単位を50〜70モル%含有する樹脂であり、
    酸に不安定な基を側鎖に有する構造単位が、少なくとも式(I)で表される構造単位を含む構造単位であり、
    酸に不安定な基を側鎖に有する構造単位が、さらに式(IIa)で表される構造単位を含む構造単位であり、
    樹脂が、さらに式(IV)で表される構造単位を含有し、
    式(IV)で表される構造単位の含有量が、樹脂を構成する全構造単位のうち、1〜50モル%であり、
    樹脂の重量平均分子量が、2,000〜50,000であるフォトレジスト組成物。
    Figure 0005531601
    (式(I)中、Rは、水素原子又はメチル基を表す。
    Zは単結合又は−[CH2k−COO−基を表す。kは、1〜4の整数を表す。
    は、炭素数1〜6のアルキル基を表す。
    は、0〜14の整数を表す。mが2以上の整数を表す場合、複数のRは同一であっても異なっていてもよい。)
    Figure 0005531601
    (式(IIa)中、Rは、水素原子又はメチル基を表す。
    は−[CH2k1−COO−基を表す。kは、1〜4の整数を表す。
    は、炭素数1〜8のアルキル基又は炭素数3〜8のシクロアルキル基を表す。
    は炭素数1〜12のアルキル基又は炭素数1〜12のアルコキシ基を表す。
    は、0〜14の整数を表す。)
    Figure 0005531601
    (式(IV)中、R12は、水素原子又はメチル基を表す。
    は単結合又は−[CH2k3−COO−基を表す。kは、1〜4の整数を表す。
    環Zは当該環構造中にエステル結合を含み、置換基を有していてもよい炭素数3〜30の環状炭化水素基を表す。)
  2. 式(IIa)で表される構造単位が、式(C)で表される構造単位である請求項1記載のフォトレジスト組成物。
    Figure 0005531601
  3. 式(IV)で表される構造単位が、式(IVa)、式(IVb)又は式(IVc)のいずれかで表される構造単位である請求項1又は2記載のフォトレジスト組成物。
    Figure 0005531601
    [式(IVa)〜式(IVc)中、R12及びZは、上記と同じ意味を表す。
    は、0〜5の整数を表す。mは、0〜9の整数を表す。mは、0〜9の整数を表
    す。
    13は、メチル基を表す。
    14は、カルボキシル基、シアノ基又は炭素数1〜4の炭化水素基を表す。
    又はmが2以上のとき、複数のR14は、互いに同一でも異なってもよい。]
  4. 樹脂が、さらに式(III)で表される構造単位を含む樹脂である請求項1〜3のいずれか記載のフォトレジスト組成物。
    Figure 0005531601
    [式(III)中、Rは、水素原子又はメチル基を表す。
    は単結合又は−[CH2k2−COO−基を表す。kは、1〜4の整数を表す。
    及びR10は、それぞれ独立に、水素原子、メチル基又はヒドロキシル基を表す。
    11は、メチル基を表す。
    は、0〜12の整数を表す。]
  5. 酸発生剤が、式(V)で表される化合物である、請求項1〜4のいずれか記載のフォト
    レジスト組成物。
    Figure 0005531601
    (式(V)中、R21は、炭素数1〜36の炭化水素基を表し、前記炭化水素基に含まれ
    る−CH−は、−CO−又は−O−で置き換わっていてもよく、前記炭化水素基に含ま
    れる水素原子は、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜4のペルフルオロアルキル基
    、炭素数1〜6のヒドロキシアルキル基、水酸基、シアノ基又はカルボニル基で置換され
    ていてもよい。A+は有機対イオンを表す。Y1、Y2は、それぞれ独立に、フッ素原子又
    は炭素数1〜6のペルフルオロアルキル基を表す。)
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