JP5593180B2 - 感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物、及びそれを用いたパターン形成方法 - Google Patents

感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物、及びそれを用いたパターン形成方法 Download PDF

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Description

本発明は、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物、及びそれを用いたパターン形成方法に関する。より詳細には、本発明は、超LSI及び高容量マイクロチップの製造プロセス、ナノインプリント用モールド作成プロセス並びに高密度情報記録媒体の製造プロセス等の超マイクロリソグラフィプロセス、並びにその他のフォトファブリケーションプロセスに好適に用いられる組成物、並びにそれを用いたパターン形成方法に関する。
なお、ここで「活性光線」又は「放射線」とは、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、極紫外(EUV)線、X線又は電子線(EB)を意味している。また、本発明において「光」とは、活性光線又は放射線を意味している。
また、ここで「露光」とは、特に断らない限り、水銀灯、遠紫外線、X線及びEUV光等による光照射のみならず、電子線及びイオンビーム等の粒子線による描画をも意味している。
パターン形成用の感光性組成物は、典型的には、光の照射により酸を発生する化合物と、酸の作用により現像液に対する溶解度が変化する樹脂とを含んでいる。このような構成を採用すると、露光部と非露光部とで、組成物の現像液に対する溶解度を異ならせることができる。即ち、こうすると、露光部又は非露光部の形状に応じた微細パターンを、比較的容易に形成することができる。
この感光性組成物には、塩基性化合物を更に含有させることがある。例えば、特許文献1には、塩基性化合物として、脂肪族性水酸基を有する第3級アミンを用いることが記載されている。また、特許文献2には、塩基性化合物として、エーテル基を含んだ特定の構造を有する第3級又は第2級アミンを用いることが記載されている。
特開平10−177250号公報 特開平11−084639号公報
本発明は、解像力及び疎密特性に優れ且つ良好な形状のパターンを形成可能とする感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物、並びにそれを用いたパターン形成方法を提供することを目的とする。
本発明は、例えば、以下の通りである。
(1)酸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樹脂と、活性光線又は放射線の照射によって酸を発生する化合物と、下記一般式(1)により表される塩基性化合物とを含んだ感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
Figure 0005593180
式中、
l、m、o、p及びqは、各々独立に、1以上の整数を表す。
nは、2以上の整数を表す。
r及びsは、各々独立に、1以上の整数を示す。
tは、0以上の整数を表す。
−X−及び−X−は、各々独立に、−O−、−S−又は−CO−を表す。
及びRは、各々独立に、水素原子、アルキル基、アリール基又はアラルキル基を表す。
は、n≧3且つt≧1のときは水素原子、アルキル基、アリール基又はアラルキル基を表し、t=0のときはアルキル基、アリール基又はアラルキル基を表し、n=2のときはアリール基又はアラルキル基を表す。
(2)前記R及びRは水素原子である(1)に記載の組成物。
(3)前記−X−が−O−である(2)に記載の組成物。
(4)前記−X−が−O−である(3)に記載の組成物。
(5)前記化合物が発生する前記酸はスルホン酸である(1)〜(4)の何れかに記載の組成物。
(6)前記酸を発生する前記化合物は、ジアゾジスルホン化合物及びスルホニウム塩の少なくとも一方である(5)に記載の組成物。
(7)前記樹脂はヒドロキシスチレンを含んだ繰り返し単位を備えている(1)〜(6)の何れかに記載の組成物。
(8)(1)〜(7)の何れかに記載の組成物を用いて形成されたレジスト膜。
(9)(1)〜(7)の何れかに記載の組成物を用いて膜を形成することと、前記膜を露光することと、前記露光された膜を現像することとを含んだパターン形成方法。
本発明によると、解像力及び疎密特性に優れ且つ良好な形状のパターンを形成可能とする感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物、並びにそれを用いたパターン形成方法を提供することが可能となる。
以下、本発明について詳細に説明する。
なお、ここでは、置換又は無置換を明示していない基及び原子団には、置換基を有していないものと置換基を有しているものとの双方が含まれることとする。例えば、置換又は無置換を明示していない「アルキル基」は、置換基を有していないアルキル基(無置換アルキル基)のみならず、置換基を有しているアルキル基(置換アルキル基)をも包含することとする。
本発明に係る感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物は、〔1〕塩基性化合物と、〔2〕酸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樹脂(以下、酸分解性樹脂ともいう)と、〔3〕活性光線又は放射線の照射によって酸を発生する化合物(以下、光酸発生剤ともいう)とを含んでいる。以下、これら各成分について、順に説明する。
〔1〕塩基性化合物
本発明に係る組成物は、下記一般式(1)で表される塩基性化合物を含んでいる。この塩基性化合物を含有させることにより、例えば、組成物の解像力及び疎密特性を向上させると共に、良好な形状のパターンを形成することが可能となる。
Figure 0005593180
式中、l、m、o、p及びqは、各々独立に、1以上の整数を表す。
nは、2以上の整数を表す。
r及びsは、各々独立に、1以上の整数を示す。
tは、0以上の整数を表す。
−X−及び−X−は、各々独立に、−O−、−S−又は−CO−を表す。
及びRは、各々独立に、水素原子、アルキル基、アリール基又はアラルキル基を表す。
は、n≧3且つt≧1のときは水素原子、アルキル基、アリール基又はアラルキル基を表し、t=0のときはアルキル基、アリール基又はアラルキル基を表し、n=2のときはアリール基又はアラルキル基を表す。
l、m、o、p及びqの各々は、上述したように、1以上の整数を表す。
l及びmは、各々独立に、好ましくは1〜5の整数であり、更に好ましくは2又は3であり、特に好ましくは2である。
o、p及びqは、各々独立に、好ましくは1〜5の整数であり、更に好ましくは2又は3であり、特に好ましくは2である。
nは、上述したように、2以上の整数を表す。nは、好ましくは2〜10の整数であり、より好ましくは2〜6であり、更に好ましくは2又は3であり、特に好ましくは3である。
nを0又は1とすると、塩基性化合物の沸点及び疎水性が低くなり、組成物の疎密特性が低下する。nを過度に大きくすると、塩基性化合物の沸点及び疎水性が過度に高くなる場合がある。また、nを過度に大きくすると、アミン窒素の周りの立体障害が増大し、塩基性化合物の求核性が低下する場合がある。それゆえ、こうすると、組成物の疎密特性が低下する場合がある。
r及びsの各々は、上述したように、1以上の整数を示す。r及びsは、各々独立に、好ましくは1〜5の整数であり、更に好ましくは1又は2である。
tは、上述したように、0以上の整数を表す。tは、好ましくは0〜5の整数であり、更に好ましくは0〜2の整数である。
−X−及び−X−の各々は、上述したように、−O−、−S−又は−CO−を表す。−X−及び−X−は、各々独立に、好ましくは−O−又は−S−であり、更に好ましくは−O−である。
及びRの各々は、上述したように、水素原子、アルキル基、アリール基又はアラルキル基を表す。R及びRは、各々独立に、好ましくは水素原子又はアルキル基であり、更に好ましくは水素原子又はメチル基であり、特に好ましくは水素原子である。なお、上記のアルキル基、アリール基及びアラルキル基は、置換基を更に有していてもよい。
又はRとしてのアルキル基は、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、ヘキシル基、2−エチルヘキシル基、オクチル基又はドデシル基である。R又はRのアルキル基は、好ましくは炭素数1〜5のアルキル基であり、更に好ましくは炭素数1〜3のアルキル基であり、特に好ましくはメチル基である。
又はRとしてのアリール基は、例えば、フェニル基、トリル基、ナフチル基又はアントリル基である。R又はRのアリール基は、好ましくは、炭素数6〜15のアリール基である。
又はRとしてのアラルキル基は、例えば、ベンジル基又はフェネチル基である。R又はRとしてのアラルキル基は、好ましくは、炭素数6〜20のアラルキル基である。
これらアルキル基、アリール基及びアラルキル基が有し得る置換基としては、例えば、水酸基;フッ素、塩素、臭素及びヨウ素原子等のハロゲン原子;ニトロ基;シアノ基;アミド基;スルホンアミド基;メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、ヘキシル基、2−エチルヘキシル基、オクチル基及びドデシル基等のアルキル基;メトキシ基、エトキシ基、ヒドロキシエトキシ基、プロポキシ基、ヒドロキシプロポキシ基及びブトキシ基等のアルコキシ基;メトキシカルボニル基及びエトキシカルボニル基等のアルコキシカルボニル基;ホルミル基、アセチル基及びベンゾイル基等のアシル基;アセトキシ基及びブチリルオキシ基等のアシロキシ基、並びにカルボキシ基が挙げられる。
は、n≧3且つt≧1の場合には、水素原子、アルキル基、アリール基又はアラルキル基である。この場合、Rは、好ましくは水素原子又はアルキル基であり、更に好ましくは水素原子又はメチル基である。なお、上記のアルキル基、アリール基及びアラルキル基は、置換基を更に有していてもよい。Rとしてのアルキル基、アリール基及びアラルキル基、並びにこれらが更に有し得る置換基としては、例えば、先にR及びRについて説明したのと同様のものが挙げられる。
は、t=0の場合には、アルキル基、アリール基又はアラルキル基である。この場合、Rは、好ましくはアルキル基であり、更に好ましくはメチル基である。なお、上記のアルキル基、アリール基及びアラルキル基は、置換基を更に有していてもよい。Rとしてのアルキル基、アリール基及びアラルキル基、並びにこれらが更に有し得る置換基としては、例えば、先にR及びRについて説明したのと同様のものが挙げられる。
は、n=2の場合にはアリール基又はアラルキル基であり、これら基は、置換基を更に有していてもよい。即ち、この場合、上記の塩基性化合物は、下記一般式(1−Ar)で表される化合物である。n=2の場合に、Rを水素原子又はアルキル基とすると、塩基性化合物の沸点及び疎水性が低くなり、組成物の疎密特性が低下する。
Figure 0005593180
式中、Arは、アリール基又はアラルキル基を表す。
Yは、1価の置換基を表し、y≧2の場合、複数のYは、互いに同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。また、これら複数のYの少なくとも2つは、互いに結合して、環を形成していてもよい。
yは、0〜5の整数を表す。
l、m、o、p、q、r、s、t、−X−、−X−、R及びRの定義は、先に一般式(1)について説明したのと同じである。
Arにより表されるアリール基としては、炭素数6〜30のアリール基が好ましく、例えば、フェニル基、ビフェニル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基、9−アンスリル基、9−フェナントリル基、1−ピレニル基、5−ナフタセニル基、1−インデニル基、2−アズレニル基、9−フルオレニル基、ターフェニル基、クオーターフェニル基、o−、m−及びp−トリル基、キシリル基、o−、m−及びp−クメニル基、メシチル基、ペンタレニル基、ビナフタレニル基、ターナフタレニル基、クオーターナフタレニル基、ヘプタレニル基、ビフェニレニル基、インダセニル基、フルオランテニル基、アセナフチレニル基、アセアントリレニル基、フェナレニル基、フルオレニル基、アントリル基、ビアントラセニル基、ターアントラセニル基、クオーターアントラセニル基、アントラキノリル基、フェナントリル基、トリフェニレニル基、ピレニル基、クリセニル基、ナフタセニル基、プレイアデニル基、ピセニル基、ペリレニル基、ペンタフェニル基、ペンタセニル基、テトラフェニレニル基、ヘキサフェニル基、ヘキサセニル基、ルビセニル基、コロネニル基、トリナフチレニル基、ヘプタフェニル基、ヘプタセニル基、ピラントレニル基、並びにオバレニル基が挙げられる。
Arにより表されるアラルキル基としては、炭素数6〜20のアラルキル基が好ましく、例えば、ベンジル基及びフェネチル基が挙げられる。
Arは、好ましくはアリール基であり、更に好ましくはフェニル基である。
Yとしては、例えば、水酸基;フッ素、塩素、臭素及びヨウ素原子等のハロゲン原子;ニトロ基;シアノ基;アミド基;スルホンアミド基;メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、ヘキシル基、2−エチルヘキシル基、オクチル基及びドデシル基等のアルキル基;メトキシ基、エトキシ基、ヒドロキシエトキシ基、プロポキシ基、ヒドロキシプロポキシ基及びブトキシ基等のアルコキシ基;メトキシカルボニル基及びエトキシカルボニル基等のアルコキシカルボニル基;ホルミル基、アセチル基及びベンゾイル基等のアシル基;アセトキシ基及びブチリルオキシ基等のアシロキシ基、並びにカルボキシ基が挙げられる。
Yは、好ましくはアルコキシ基であり、更に好ましくはメトキシ基である。なお、Arがフェニル基である場合、Yは、このフェニル基のオルト位(即ち、2位及び/又は5位)を置換していることが好ましい。
yは、好ましくは0〜3であり、更に好ましくは1〜3であり、特に好ましくは2である。
l、m、o、p、q、r、s、t、−X−、−X−、R及びRの好ましい例は、先に一般式(1)について挙げたのと同じである。
なお、n=2の場合、即ち、上記の塩基性化合物が一般式(1−Ar)により表される場合には、t=2とすることが特に好ましい。
一般式(1)により表される塩基性化合物は、Rを含んだ基と、Rを含んだ基と、Rを含んだ基とが窒素原子に結合した第3級アミンである。
を含んだ基は、典型的には、Rを含んだ基及びRを含んだ基とは異なっている。例えば、tは、典型的には、r及びsと比較してより小さい。n≧3の場合、nは、典型的には、l及びmと比較してより大きい。n=2の場合、Rは、典型的には、R及びRとは異なっている。このような構成を採用すると、例えば、解像力、疎密特性及びパターン形状を更に改善することが可能となる。
なお、Rを含んだ基とRを含んだ基とは、典型的には、互いに同一である。
上述したように、R及びRの各々は水素原子であることが好ましい。特には、R及びRの双方が水素原子であることが好ましい。即ち、上記の塩基性化合物が、下記一般式(2)により表される化合物であることが好ましい。なお、この一般式(2)には、上記一般式(1−Ar)においてR及びRの双方を水素原子とした構成が含まれている。
Figure 0005593180
式中、l、m、n、o、p、q、r、s、t、−X−、−X−及びRの定義は、先に一般式(1)について説明したのと同じである。また、これらの好ましい例も、先に一般式(1)について挙げたのと同じである。
このような構成を採用すると、例えば、パターン形状を更に改善することが可能となる。
上述したように、−X−は、−O−であることが好ましい。特には、R及びRの双方が水素原子であり且つ−X−が−O−であることが好ましい。即ち、上記の塩基性化合物が、下記一般式(3)により表される化合物であることが好ましい。なお、この一般式(3)には、上記一般式(1−Ar)において、R及びRの双方を水素原子とし且つ−X−を−O−とした構成が含まれている。
Figure 0005593180
式中、l、m、n、o、p、q、r、s、t、−X−及びRの定義は、先に一般式(1)について説明したのと同じである。また、これらの好ましい例も、先に一般式(1)について挙げたのと同じである。
このような構成を採用すると、例えば、パターン形状及びフォーカス余裕度を更に改善することが可能となる。
上述したように、−X−は、−O−であることが好ましい。特には、R及びRの双方が水素原子であり、−X−が−O−であり、且つ−X−が−O−であることが好ましい。即ち、上記の塩基性化合物が、下記一般式(4)により表される化合物であることが好ましい。なお、この一般式(4)には、上記一般式(1−Ar)において、R及びRの双方を水素原子とし且つ−X−及び−X−の双方を−O−とした構成が含まれている。
Figure 0005593180
式中、l、m、n、o、p、q、r、s、t及びRの定義は、先に一般式(1)について説明したのと同じである。また、これらの好ましい例も、先に一般式(1)について挙げたのと同じである。
このような構成を採用すると、例えば、疎密特性を更に向上させることが可能となる。
一般式(1)で表される塩基性化合物としては、例えば、以下のものが挙げられる。
Figure 0005593180
以上において説明した塩基性化合物は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
一般式(1)により表される塩基性化合物の含量は、組成物の全固形分を基準として、0.01〜8.0質量%であることが好ましく、0.1〜5.0質量%であることがより好ましく、0.1〜4.0質量%であることが特に好ましい。
一般式(1)により表される塩基性化合物は、例えば、以下のようにして合成する。
まず、Rを含んだ基を備えたモノアミンを準備する。次に、このモノアミンと、Rを含んだ基及びRを含んだ基に対応したハロゲン化物とを、有機溶媒中、塩基の存在下で反応させる。次いで、得られた塩を分離及び精製し、目的の塩基性化合物を得る。
なお、本発明に係る組成物は、一般式(1)により表される塩基性化合物以外に、他の塩基性化合物を更に含んでいてもよい。即ち、この組成物は、一般式(1)により表される化合物以外の塩基性化合物を更に含んでいてもよい。
この塩基性化合物は、含窒素有機化合物であることが好ましい。使用可能な化合物は特に限定されないが、例えば、以下の(1)〜(4)に分類される化合物を用いることができる。
(1)下記一般式(BS−1)で表される化合物
Figure 0005593180
一般式(BS−1)中、Rは、各々独立に、水素原子又は有機基を表す。但し、3つのRのうち少なくとも1つは有機基である。この有機基は、直鎖若しくは分岐鎖のアルキル基、単環若しくは多環のシクロアルキル基、アリール基又はアラルキル基である。但し、一般式(1)により表される構造を除く。
Rとしてのアルキル基の炭素数は、特に限定されないが、通常1〜20であり、好ましくは1〜12である。
Rとしてのシクロアルキル基の炭素数は、特に限定されないが、通常3〜20であり、好ましくは5〜15である。
Rとしてのアリール基の炭素数は、特に限定されないが、通常6〜20であり、好ましくは6〜10である。具体的には、フェニル基及びナフチル基等が挙げられる。
Rとしてのアラルキル基の炭素数は、特に限定されないが、通常7〜20であり、好ましくは7〜11である。具体的には、ベンジル基等が挙げられる。
Rとしてのアルキル基、シクロアルキル基、アリール基及びアラルキル基は、水素原子が置換基により置換されていてもよい。この置換基としては、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルキルカルボニルオキシ基及びアルキルオキシカルボニル基等が挙げられる。
なお、一般式(BS−1)で表される化合物では、Rのうち少なくとも2つが有機基であることが好ましい。
一般式(BS−1)で表される化合物の具体例としては、トリ−n−ブチルアミン、トリ−n−ペンチルアミン、トリ−n−オクチルアミン、トリ−n−デシルアミン、トリイソデシルアミン、ジシクロヘキシルメチルアミン、テトラデシルアミン、ペンタデシルアミン、ヘキサデシルアミン、オクタデシルアミン、ジデシルアミン、メチルオクタデシルアミン、ジメチルウンデシルアミン、N,N−ジメチルドデシルアミン、メチルジオクタデシルアミン、N,N−ジブチルアニリン、N,N−ジヘキシルアニリン、2,6−ジイソプロピルアニリン、及び2,4,6−トリ(t−ブチル)アニリンが挙げられる。
また、一般式(BS−1)で表される好ましい塩基性化合物として、少なくとも1つのRがヒドロキシ基で置換されたアルキル基であるものが挙げられる。具体的には、例えば、トリエタノールアミン及びN,N−ジヒドロキシエチルアニリンが挙げられる。
なお、Rとしてのアルキル基は、アルキル鎖中に酸素原子を有していてもよい。即ち、オキシアルキレン鎖が形成されていてもよい。オキシアルキレン鎖としては、−CH2CH2O−が好ましい。具体的には、例えば、トリス(メトキシエトキシエチル)アミン、及び、US6040112号明細書のカラム3の60行目以降に例示されている化合物が挙げられる。
(2)含窒素複素環構造を有する化合物
この含窒素複素環は、芳香族性を有していてもよく、芳香族性を有していなくてもよい。また、窒素原子を複数有していてもよい。さらに、窒素以外のヘテロ原子を含有していてもよい。具体的には、例えば、イミダゾール構造を有する化合物(2−フェニルベンゾイミダゾール、2,4,5−トリフェニルイミダゾールなど)、ピペリジン構造を有する化合物〔N−ヒドロキシエチルピペリジン及びビス(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル)セバケートなど〕、ピリジン構造を有する化合物(4−ジメチルアミノピリジンなど)、並びにアンチピリン構造を有する化合物(アンチピリン及びヒドロキシアンチピリンなど)が挙げられる。
また、環構造を2つ以上有する化合物も好適に用いられる。具体的には、例えば、1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]ノナ−5−エン及び1,8−ジアザビシクロ〔5.4.0〕−ウンデカ−7−エンが挙げられる。
(3)アンモニウム塩
アンモニウム塩も適宜用いることができる。このアンモニウム塩は、好ましくは、ヒドロキシド又はカルボキシレートである。より具体的には、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド等のテトラアルキルアンモニウムヒドロキシドが好ましい。
(4)その他、本発明に係る組成物に使用可能なものとして、特開2002−363146号公報の実施例で合成されている化合物、US2007/0224539A1号明細書の段落[0066]に例示されている化合物(C1-1)〜(C3-3)及び特開2007−298569号公報の段落0108に記載の化合物等が挙げられる。
また、他の塩基性化合物として、感光性の塩基性化合物を用いてもよい。感光性の塩基性化合物としては、例えば、特表2003−524799号公報、及びJ.Photopolym.Sci&Tech. Vol.8,p.543−553(1995)等に記載の化合物を用いることができる。
これら他の塩基性化合物の分子量は、250〜2000であることが好ましく、400〜1000であることが更に好ましい。
他の塩基性化合物を更に含有させる場合、一般式(1)で表される塩基性化合物と他の塩基性化合物との合計量は、組成物の全固形分を基準として、好ましくは0.01〜5.0質量%とし、更に好ましくは0.1〜2.5質量%とする。
また、この場合、一般式(1)で表される塩基性化合物と他の塩基性化合物とのモル比は、好ましくは90:10〜20:80とし、更に好ましくは90:10〜50:50とする。
〔2〕酸分解性樹脂
本発明に係る組成物は、酸分解性樹脂を含んでいる。酸分解性樹脂は、酸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樹脂である。
酸分解性樹脂は、典型的には、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)を備えている。この樹脂は、酸分解性基を、主鎖及び側鎖の一方に備えていてもよく、これらの両方に備えていてもよい。この樹脂は、酸分解性基を側鎖に備えていることが好ましい。
酸分解性樹脂は、欧州特許254853号明細書、特開平2−25850号公報、同3−223860号公報及び同4−251259号公報等に開示されているように、例えば、樹脂に酸の作用により脱離する基の前駆体を反応させるか、又は、酸の作用により脱離する基の結合したアルカリ可溶性樹脂モノマーを種々のモノマーと共重合させることにより得られる。
酸分解性基としては、−COOH基及び−OH基等のアルカリ可溶性基の水素原子を、酸の作用により脱離する基で置換した基が好ましい。
酸の作用により脱離する基としては、例えば、−C(R36)(R37)(R38)、−C(=O)−O−C(R36)(R37)(R38)、−C(R01)(R02)(OR39)、−C(R01)(R02)−C(=O)−O−C(R36)(R37)(R38)、及び−CH(R36)(Ar01)により表される基が挙げられる。
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を表す。R36とR37とは、互いに結合して環を形成していてもよい。R01〜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。Ar01は、アリール基を表す。
R36〜R39、R01、又はR02としてのアルキル基は、炭素数1〜8のアルキル基であることが好ましく、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、へキシル基及びオクチル基が挙げられる。
R36〜R39、R01、又はR02としてのシクロアルキル基は、単環のシクロアルキル基であってもよく、多環のシクロアルキル基であってもよい。単環のシクロアルキル基としては、炭素数3〜8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、シクロペンチル基、シクロへキシル基及びシクロオクチルが挙げられる。多環のシクロアルキル基としては、炭素数6〜20のシクロアルキル基が好ましく、例えば、アダマンチル基、ノルボルニル基、イソボロニル基、カンファニル基、ジシクロペンチル基、α−ピネル基、トリシクロデカニル基、テトラシクロドデシル基及びアンドロスタニル基が挙げられる。なお、シクロアルキル基中の炭素原子の一部は、酸素原子等のヘテロ原子によって置換されていてもよい。
R36〜R39、R01、R02、又はArとしてのアリール基は、炭素数6〜10のアリール基であることが好ましく、例えば、フェニル基、ナフチル基及びアントリル基が挙げられる。
R36〜R39、R01、又はR02としてのアラルキル基は、炭素数7〜12のアラルキル基であることが好ましく、例えば、ベンジル基、フェネチル基及びナフチルメチル基が好ましい。
R36〜R39、R01、又はR02としてのアルケニル基は、炭素数2〜8のアルケニル基であることが好ましく、例えば、ビニル基、アリル基、ブテニル基及びシクロへキセニル基が挙げられる。
R36とR37とが互いに結合して形成し得る環は、単環型であってもよく、多環型であってもよい。単環型としては、炭素数3〜8のシクロアルカン構造が好ましく、例えば、シクロプロパン構造、シクロブタン構造、シクロペンタン構造、シクロへキサン構造、シクロヘプタン構造及びシクロオクタン構造が挙げられる。多環型としては、炭素数6〜20のシクロアルカン構造が好ましく、例えば、アダマンタン構造、ノルボルナン構造、ジシクロペンタン構造、トリシクロデカン構造及びテトラシクロドデカン構造が挙げられる。なお、環構造中の炭素原子の一部は、酸素原子等のヘテロ原子によって置換されていてもよい。
上記各基は、置換基を有していてもよい。この置換基としては、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アミノ基、アミド基、ウレイド基、ウレタン基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、ハロゲン原子、アルコキシ基、チオエーテル基、アシル基、アシロキシ基、アルコキシカルボニル基、シアノ基及びニトロ基が挙げられる。これら置換基は、炭素数が8以下であることが好ましい。
酸分解性樹脂は、例えば、下記一般式(IA)で表される繰り返し単位を含んでいる。
Figure 0005593180
式中、R01及びR02は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。R03は、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基若しくはアルコキシカルボニル基を表すか、又は、下記Arと結合して、環構造を形成している。Arは、芳香環基を表す。n個のYは、各々独立に、水素原子又は酸の作用により脱離する基を表す。但し、Yの少なくとも1つは、酸の作用により脱離する基を表す。nは、1〜4の整数を表し、1〜2が好ましく、1がより好ましい。
01〜R03のアルキル基は、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、ヘキシル基、2−エチルヘキシル基、オクチル基及びドデシル基等の炭素数20以下のアルキル基であり、好ましくは、炭素数8以下のアルキル基である。これらアルキル基は、置換基を有していてもよい。
01〜R03のアルコキシカルボニル基に含まれるアルキル基としては、例えば、先にR01〜R03の例として説明したアルキル基が挙げられる。
01〜R03としてのシクロアルキル基は、単環型であってもよく、多環型であってもよう。このシクロアルキル基としては、好ましくは、シクロプロピル基、シクロペンチル基及びシクロヘキシル基等の炭素数3〜8の単環型のシクロアルキル基が挙げられる。これらシクロアルキル基は、置換基を有していてもよい。
ハロゲン原子としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子が挙げられる。中でも、フッ素原子が特に好ましい。
03とArとが結合して形成し得る環構造としては、例えば、5員環又は6員環構造が挙げられる。
Arとしての芳香環基は、炭素数6〜14のものが好ましく、具体的には、ベンゼン環基及びナフタレン環基等が挙げられる。
上述したように、n個のYの少なくとも1つは、酸の作用により脱離する基を表す。この酸の作用により脱離する基としては、例えば、先に説明した基が挙げられる。
酸の作用により脱離する基としては、下記一般式(IIA)で表される構造がより好ましい。
Figure 0005593180
式中、L及びLは、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基又はアラルキル基を表す。Mは、単結合又は2価の連結基を表す。Qは、アルキル基、シクロアルキル基、脂環基、芳香環基、アミノ基、アンモニウム基、メルカプト基、シアノ基又はアルデヒド基を表す。なお、これら脂環基及び芳香環基は、ヘテロ原子を含んでいてもよい。また、Q、M、Lの少なくとも2つが互いに結合して、5員又は6員環を形成していてもよい。
及びLとしてのアルキル基は、例えば、炭素数1〜8のアルキル基であり、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、ヘキシル基及びオクチル基が挙げられる。
及びLとしてのシクロアルキル基は、例えば炭素数3〜15のシクロアルキル基であり、具体的には、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボルニル基及びアダマンチル基が挙げられる。
及びLとしてのアリール基は、例えば炭素数6〜15のアリール基であり、具体的には、フェニル基、トリル基、ナフチル基及びアントリル基が挙げられる。
及びLとしてのアラルキル基は、例えば炭素数6〜20のアラルキル基であり、具体的には、ベンジル基及びフェネチル基が挙げられる。
Mとしての2価の連結基は、例えば、アルキレン基(好ましくは、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ヘキシレン基又はオクチレン基)、シクロアルキレン基(好ましくは、シクロペンチレン基又はシクロヘキシレン基)、アルケニレン基(好ましくは、エチレン基、プロペニレン基又はブテニレン基)、アリーレン基(好ましくは、フェニレン基、トリレン基又はナフチレン基)、−S−、−O−、−CO−、−SO−、−N(R)−、又は、これらの2以上の組み合わせである。ここで、Rは、水素原子又はアルキル基である。Rとしてのアルキル基は、例えば炭素数1〜8のアルキル基であり、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、ヘキシル基及びオクチル基が挙げられる。
Qで表されるアルキル基及びシクロアルキル基としては、例えば、上述したL及びLとしての各基と同様のものが挙げられる。
Qで表される脂環基又は芳香環基としては、例えば、上述したL及びLとしてのシクロアルキル基及びアリール基が挙げられる。これらシクロアルキル基及びアリール基は、好ましくは、炭素数3〜15の基である。
Qで表されるヘテロ原子を含んだ脂環基又は芳香環基としては、例えば、チイラン、シクロチオラン、チオフェン、フラン、ピロール、ベンゾチオフェン、ベンゾフラン、ベンゾピロール、トリアジン、イミダゾール、ベンゾイミダゾール、トリアゾール、チアジアゾール、チアゾール及びピロリドン等の複素環構造を有した基が挙げられる。但し、炭素とヘテロ原子とで形成される環、又は、ヘテロ原子のみによって形成される環であれば、これらに限定されない。
Q、M及びLの少なくとも2つが互いに結合して形成し得る環構造としては、例えば、これらがプロピレン基又はブチレン基を形成してなる5員又は6員環構造が挙げられる。
一般式(IA)及び(IIA)における各原子団は、置換基を更に有していてもよい。この置換基としては、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アミノ基、アミド基、ウレイド基、ウレタン基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、ハロゲン原子、アルコキシ基、チオエーテル基、アシル基、アシロキシ基、アルコキシカルボニル基、シアノ基及びニトロ基が挙げられる。これら置換基は、炭素数が8以下であることが好ましい。
−(M−Q)で表される基としては、炭素数1〜30の基が好ましく、炭素数5〜20の基がより好ましい。
一般式(IA)で表される繰り返し単位の具体例を以下に挙げるが、これらに限定されるものではない。
Figure 0005593180
Figure 0005593180
Figure 0005593180
Figure 0005593180
Figure 0005593180
また、酸分解性樹脂は、下記一般式(X)で表される繰り返し単位を含んでいてもよい。
Figure 0005593180
式中、Xa1は、水素原子、メチル基、トリフルオロメチル基又はヒドロキシメチル基を表す。Tは、単結合又は2価の連結基を表す。Rx1〜Rx3は、各々独立に、直鎖若しくは分岐のアルキル基、又は、単環若しくは多環のシクロアルキル基が挙げられる。なお、Rx1〜Rx3の少なくとも2つが互いに結合して、単環又は多環のシクロアルキル基を形成していてもよい。
Tとしての2価の連結基としては、例えば、アルキレン基、−(COO−Rt)−基、及び−(O−Rt)−基が挙げられる。ここで、Rtは、アルキレン基又はシクロアルキレン基を表す。
Tは、単結合又は−(COO−Rt)−基であることが好ましい。ここで、Rtは、炭素数1〜5のアルキレン基が好ましく、−CH2−基又は−(CH23−基がより好ましい。
Rx1〜Rx3としてのアルキル基は、好ましくは、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、イソブチル基及びt−ブチル基等の炭素数1〜4のアルキル基である。
Rx1〜Rx3としてのシクロアルキル基は、好ましくは、シクロペンチル基及びシクロヘキシル基等の単環のシクロアルキル基、又は、ノルボルニル基、テトラシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基及びアダマンチル基等の多環のシクロアルキル基である。
Rx1〜Rx3の少なくとも2つが互いに結合して形成し得るシクロアルキル基としては、シクロペンチル基及びシクロヘキシル基等の単環のシクロアルキル基、又は、ノルボルニル基、テトラシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基及びアダマンチル基等の多環のシクロアルキル基が好ましい。
特には、Rx1がメチル基又はエチル基であり、Rx2とRx3とが互いに結合して、上述のシクロアルキル基を形成している態様が好ましい。
一般式(X)で表される繰り返し単位の具体例を以下に示すが、本発明の範囲は、これらに限定されるものではない。
Figure 0005593180
上述したアルカリ可溶性基を有する繰り返し単位としては、特に限定されないが、例えば、フェノール性水酸基を含んだ繰り返し単位、並びに、(メタ)アクリル酸及びノルボルネンカルボン酸等のカルボキシ基を有する繰り返し単位が挙げられる。
フェノール性水酸基を含んだ繰り返し単位としては、好ましくは、o−ヒドロキシスチレン、m−ヒドロキシスチレン、p−ヒドロキシスチレン、水素化ヒドロキシスチレン、及び、下記構造で表される置換基を有するヒドロキシスチレン単位が挙げられる。
Figure 0005593180
酸で分解し得る基の含有率は、樹脂中の酸で分解し得る基の数(B)と酸で脱離する基で保護されていないアルカリ可溶性基の数(S)とにより、式B/(B+S)によって計算される。この含有率は、好ましくは0.01〜0.7であり、より好ましくは0.05〜0.50であり、更に好ましくは0.05〜0.40である。
本発明の組成物に、KrFエキシマレーザー光、電子線、X線又は波長50nm以下の高エネルギー光線(例えばEUV)、特にはKrFエキシマレーザー光を照射する場合には、酸分解性樹脂は、芳香族基を備えた繰り返し単位を含んでいることが好ましい。特には、この酸分解性樹脂は、ヒドロキシスチレンを繰り返し単位として含んでいることが好ましい。このような樹脂としては、例えば、ヒドロキシスチレンと酸の作用により脱離する基で保護されたヒドロキシスチレンとの共重合体、又は、ヒドロキシスチレンと(メタ)アクリル酸3級アルキルエステルとの共重合体が挙げられる。
酸分解性樹脂としては、一般式(VI)により表される繰り返し単位と一般式(IA)により表される繰り返し単位との双方を含んだ樹脂が特に好ましい。
Figure 0005593180
式中、R01、R02、R03、Ar、n及びYは、先に一般式(IA)について挙げたものと同じである。
酸分解性樹脂は、以上において説明した繰り返し単位以外に、酸の作用に対して安定な繰り返し単位を更に含んでいてもよい。この酸の作用に対して安定な繰り返し単位を更に含有させることにより、コントラストの調節及びエッチング耐性の向上等が期待できる。この繰り返し単位としては、例えば、下記一般式(III)により表されるものが挙げられる。
Figure 0005593180
式中、Raは、水素原子、アルキル基又はシアノ基を表す。Rは、炭化水素基を表す。
Raとしてのアルキル基は、置換基を更に有していてもよい。この置換基としては、例えば、フッ素原子及び塩素原子等のハロゲン原子、並びにヒドロキシ基が挙げられる。Raのアルキル基としては、例えば、メチル基、クロロメチル基、トリフルオロメチル基及びヒドロキシメチル基が挙げられる。Raは、好ましくは、水素原子又はメチル基である。
の炭化水素基は、環構造を含んでいることが好ましい。この場合の具体例としては、単環又は多環のシクロアルキル基(炭素数3〜12が好ましく、炭素数3〜7がより好ましい)、単環又は多環のシクロアルケニル基(炭素数3〜12が好ましい)、アリール基(炭素数6〜20が好ましく、炭素数6〜12がより好ましい)及びアラルキル基(炭素数7〜20が好ましく、炭素数7〜12がより好ましい)が挙げられる。
上記のシクロアルキル基には、環集合炭化水素基及び架橋環式炭化水素基が含まれる。架橋環式炭化水素基としては、例えば、2環式炭化水素基、3環式炭化水素基、及び4環式炭化水素基が挙げられる。また、架橋環式炭化水素基には、例えば5〜8員シクロアルカン環が複数個縮合してなる縮合環基も含まれる。
好ましい架橋環式炭化水素基としては、例えば、ノルボルニル基、アダマンチル基、ビシクロオクタニル基及びトリシクロ[5、2、1、02,6]デカニル基が挙げられる。より好ましい架橋環式炭化水素基としては、例えば、ノルボニル基及びアダマンチル基が挙げられる。
アリール基の好ましい例としては、フェニル基、ナフチル基及びビフェニル基が挙げられる。また、アラルキル基の好ましい例としては、フェニルメチル基、フェニルエチル基及びナフチルメチル基が挙げられる。
これらの炭化水素基は、置換基を更に有していてもよい。好ましい置換基としては、例えば、ハロゲン原子、アルキル基、保護基で保護されたヒドロキシ基、及び保護基で保護されたアミノ基が挙げられる。好ましいハロゲン原子としては、臭素、塩素及びフッ素原子が挙げられる。好ましいアルキル基としては、メチル、エチル、ブチル及びt−ブチル基が挙げられる。
上記の保護基としては、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アラルキル基、置換メチル基、置換エチル基、アルコキシカルボニル基及びアラルキルオキシカルボニル基が挙げられる。好ましいアルキル基としては、炭素数1〜4のアルキル基が挙げられる。好ましい置換メチル基としては、メトキシメチル、メトキシチオメチル、ベンジルオキシメチル、t−ブトキシメチル及び2−メトキシエトキシメチル基が挙げられる。好ましい置換エチル基としては、1−エトキシエチル及び1−メチル−1−メトキシエチル基が挙げられる。好ましいアシル基としては、ホルミル、アセチル、プロピオニル、ブチリル、イソブチリル、バレリル及びピバロイル基などの炭素数1〜6の脂肪族アシル基が挙げられる。好ましいアルコキシカルボニル基としては、炭素数1〜4のアルコキシカルボニル基が挙げられる。
一般式(III)で表される繰り返し単位の含有率は、酸分解性樹脂中の全繰り返し単位を基準として、0〜40モル%とすることが好ましく、0〜20モル%とすることがより好ましく、1〜15モル%とすることが更に好ましい。
一般式(III)で表される繰り返し単位の具体例を以下に挙げるが、本発明はこれらに限定されない。式中、Raは、水素原子、アルキル基又はシアノ基を表す。
Figure 0005593180
酸分解性樹脂は、現像補助基、即ち、アルカリ現像液の作用で分解し当該現像液中への溶解速度が増大する基を備えた繰り返し単位を更に含んでいてもよい。これにより、アルカリ現像時に現像補助基が分解し、アルカリ現像液中への溶解速度が増大する。この繰り返し単位は、特に、ArFレーザー露光に使用される、芳香環を実質的に含有しない樹脂において、含まれていることが好ましい。
現像補助基は、例えば、アルカリ現像液で分解し親水的な官能基を生じる基である。親水的な官能基としては、例えば、カルボキシ基及び水酸基等のアルカリ可溶性基が挙げられる。
現像補助基は、例えば、ラクトン構造を有する基、ハロゲン原子等の極性基によって置換されたカルボン酸エステル基、酸無水物構造を有する基、環状アミド構造を有する基、酸アミド基、カルボン酸チオエステル基、炭酸エステル基、硫酸エステル基、及びスルホン酸エステル基等が挙げられる。好ましくは、ラクトン構造、環状アミド構造、及び環状酸無水物構造の少なくとも1つの部分構造を有する基が挙げられる。特に好ましくは、ラクトン基が挙げられる。
なお、ハロゲン原子などの極性基で置換されていないカルボン酸エステル基(例えば、(メタ)アクリレート繰り返し単位の主鎖に直結のエステル基で、ハロゲン原子などの極性基で置換されていないもの)は、アルカリ現像液による分解反応の速度が遅い。それゆえ、ここでは、このようなカルボン酸エステル基は、現像補助基には含めないこととする。
ラクトン構造を有する基としては、好ましくは、5〜7員環ラクトン構造が挙げられ、5〜7員環ラクトン構造にビシクロ構造又は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更に好ましい。
現像補助基を備えた繰り返し単位としては、好ましくは、下記一般式(LC1−1)〜(LC1−17)の何れかにより表されるラクトン構造を備えたものが挙げられる。なお、ラクトン構造を有する基は、主鎖に直接結合していてもよい。好ましいラクトン構造としては、(LC1−1)、(LC1−4)、(LC1−5)、(LC1−6)、(LC1−13)、(LC1−14)及び(LC1−17)が挙げられる。特定のラクトン構造を用いることにより、ラインエッジラフネス及び現像欠陥を更に減少させ得る。
Figure 0005593180
ラクトン構造部分は、置換基(Rb)を有していてもよく、有していなくてもよい。好ましい置換基(Rb)としては、例えば、炭素数1〜8のアルキル基、炭素数3〜7のシクロアルキル基、炭素数1〜8のアルコキシ基、炭素数1〜8のアルコキシカルボニル基、カルボキシ基、ハロゲン原子、水酸基、シアノ基及び酸分解性基が挙げられる。
は、0〜4の整数を表す。nが2以上の整数である場合、複数存在するRbは、互いに同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。また、この場合、複数存在するRb2同士が互いに結合して、環構造を形成してもよい。
一般式(LC1−1)〜(LC1−17)の何れかにより表されるラクトン構造を備えた繰り返し単位としては、下記一般式(AII)により表される繰り返し単位が挙げられる。
Figure 0005593180
一般式(AII)中、
Rb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。
Rb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、水酸基及びハロゲン原子が挙げられる。このハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子が挙げられる。
Rbは、好ましくは、水素原子、メチル基、ヒドロキシメチル基又はトリフルオロメチル基である。これらのうち、水素原子及びメチル基が特に好ましい。
Abは、アルキレン基、単環若しくは多環の脂環炭化水素構造を有する2価の連結基、単結合、エーテル基、エステル基、カルボニル基、カルボキシ基、又はこれらの組み合わせを表す。Abは、好ましくは、単結合又は−Ab−CO−により表される連結基である。
Abは、直鎖若しくは分岐鎖アルキレン基、又は、単環若しく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、アダマンチレン基又はノルボルニレン基である。
Vは、一般式(LC1−1)〜(LC1−17)の何れかにより表される基である。
なお、ラクトン構造を有する繰り返し単位には、通常、光学異性体が存在するが、何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、複数の光学異性体を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、その光学純度が90%ee以上のものが好ましく、95%ee以上のものがより好ましい。
特に好ましいラクトン基を有する繰り返し単位としては、下記の繰り返し単位が挙げられる。最適なラクトン基を選択することにより、パターンプロファイル及び疎密依存性を更に良好にすることが可能となる。式中、Rx及びRは、H、CH、CH2OH又はCFを表す。
Figure 0005593180
Figure 0005593180
現像補助基を備えた繰り返し単位は、例えば、アクリル酸エステル及びメタクリル酸エステルによる繰り返し単位等の、樹脂の主鎖に現像補助基が結合している繰り返し単位である。或いは、この繰り返し単位は、現像補助基を備えた重合開始剤又は連鎖移動剤を重合時に用いて、樹脂の末端に導入されていてもよい。
酸増殖剤担持樹脂に占める現像補助基を備えた繰り返し単位の含有量は、全繰り返し単位を基準として、1〜40モル%の範囲内とすることが好ましく、3〜30モル%の範囲内とすることがより好ましく、5〜15モル%の範囲内とすることが特に好ましい。
酸分解性樹脂は、他の重合性モノマー由来の繰り返し単位を有していてもよい。これら他の重合性モノマーとしては、例えば、(メタ)アクリル酸エステル類、(メタ)アクリルアミド類、アリル化合物、ビニルエーテル類、ビニルエステル類、スチレン類及びクロトン酸エステル類等から選択される付加重合性不飽和結合を少なくとも1個有する化合物が挙げられる。その他、無水マレイン酸、マレイミド、アクリロニトリル、メタクリロニトリル及びマレイロニトリルも挙げられる。
なお、これら他の重合性モノマー由来の繰り返し単位の含有量は、全繰り返し単位を基準として、一般的に50モル%以下であり、好ましくは30モル%以下である。
水酸基、カルボキシ基及びスルホン酸基等のアルカリ可溶性基を有する繰り返し単位の含有率は、酸分解性樹脂を構成する全繰り返し単位中、好ましくは1〜99モル%、より好ましくは3〜95モル%、特に好ましくは5〜90モル%である。
酸分解性基を有する繰り返し単位の含有率は、酸分解性樹脂を構成する全繰り返し単位中、好ましくは3〜95モル%、より好ましくは5〜90モル%、特に好ましくは10〜85モル%である。
酸分解性樹脂の重量平均分子量は、GPC法(溶媒:THF)によるポリスチレン換算値として、好ましくは50,000以下であり、より好ましくは1,000〜50,000であり、特に好ましくは1,000〜25,000である。
酸分解性樹脂の分散度(Mw/Mn)は、好ましくは1.0〜3.0であり、より好ましくは1.05〜2.0であり、更に好ましくは1.1〜1.7である。
また、酸分解性樹脂は、2種類以上組み合わせて使用してもよい。
酸分解性樹脂の好ましい具体例を以下に示すが、これらに限定されるものではない。
Figure 0005593180
Figure 0005593180
〔3〕光酸発生剤
本発明に係る組成物は、光酸発生剤を含んでいる。光酸発生剤は、活性光線又は放射線の照射によって酸を発生する化合物である。
光酸発生剤としては、例えば、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、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。これらの例としては、スルホニウム塩及びヨードニウム塩等のオニウム塩、並びに、ビス(アルキルスルホニルジアゾメタン)等のジアゾジスルホン化合物が挙げられる。なお、光酸発生剤が発生する酸は、スルホン酸であることが好ましい。
光酸発生剤としては、例えば、〔A〕活性光線又は放射線の照射によりフッ素原子を含んだ酸を発生する化合物(以下、フッ素系酸発生剤ともいう)及び〔B〕活性光線又は放射線の照射によりフッ素原子を含まない酸を発生する化合物(以下、非フッ素系酸発生剤ともいう)が挙げられる。以下、これらについて、順に説明する。
なお、光酸発生剤としては、2以上のフッ素系酸発生剤の組合せを使用してもよく、2以上の非フッ素系酸発生剤の組合せを使用してもよく、1以上のフッ素系酸発生剤と1以上の非フッ素系酸発生剤との組合せを使用してもよい。
〔A〕フッ素系酸発生剤
フッ素系酸発生剤は、活性光線又は放射線の照射によりフッ素原子を含んだ酸を発生する化合物である。
このフッ素系酸発生剤は、好ましくはオニウム塩である。
このオニウム塩のカチオンは、好ましくは、スルホニウムカチオン又はヨードニウムカチオンである。
このオニウムカチオンの対アニオンは、好ましくは、フッ素原子を含んだスルホン酸アニオンである。この対アニオンとしては、フッ素原子で置換されたアルキルスルホン酸アニオン又はフッ素原子若しくはフッ化アルキル基で置換されたアリールスルホン酸アニオンがより好ましく、フッ素原子で置換されたアルキルスルホン酸アニオンが特に好ましい。
フッ素原子で置換されたアルキルスルホン酸アニオンとしては、炭素数1〜8のパーフルオロアルキルスルホン酸アニオンが好ましく、炭素数2〜6のパーフルオロアルキルスルホン酸アニオンがより好ましい。
上記アリールスルホン酸アニオンのアリール基としては、フェニル基が好ましい。
なお、対アニオンは、フッ素原子及びフッ化アルキル基以外の置換基を有していてもよい。この置換基の具体例としては、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基及びアルキルチオ基等が挙げられるが、特に限定されない。
フッ素系酸発生剤の好ましい例として、下記一般式(ZI)及び(ZII)により表される化合物が挙げられる。
Figure 0005593180
まず、式(ZI)により表される化合物について説明する。
式(ZI)中、R201、R202及びR203は、各々独立に、有機基を表す。Zは、フッ素原子を含んだ非求核性アニオンを表す。
201、R202及びR203としての有機基の炭素数は、例えば1〜30であり、好ましくは1〜20である。この有機基としては、例えば、アリール基(炭素数6〜15が好ましい)、直鎖又は分岐のアルキル基(炭素数1〜10が好ましい)、及びシクロアルキル基(炭素数3〜15が好ましい)が挙げられる。
201〜R203のうち2つは、単結合又は連結基を介して互いに結合して、環を形成していてもよい。この場合の連結基としては、例えば、エーテル結合、チオエーテル結合、エステル結合、アミド結合、カルボニル基、メチレン基及びエチレン基が挙げられる。R201〜R203のうちの2つが結合して形成する基としては、例えば、ブチレン基及びペンチレン基等のアルキレン基が挙げられる。
201、R202及びR203のうち、少なくとも1つがアリール基であることが好ましく、3つ全てがアリール基であることがより好ましい。このアリール基としては、例えば、フェニル基及びナフチル基が挙げられる。なお、このアリール基には、インドール残基及びピロール残基等のヘテロアリール基も含まれる。
201、R202及びR203としてのアリール基、アルキル基及びシクロアルキル基は、それぞれ、置換基を更に有していてもよい。この置換基としては、例えば、ニトロ基、フッ素原子などのハロゲン原子、カルボキシ基、水酸基、アミノ基、シアノ基、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜15)、シクロアルキル基(好ましくは炭素数3〜15)、アリール基(好ましくは炭素数6〜14)、アルコキシカルボニル基(好ましくは炭素数2〜7)、アシル基(好ましくは炭素数2〜12)及びアルコキシカルボニルオキシ基(好ましくは炭素数2〜7)等が挙げられる。
なお、R201、R202及びR203から選ばれる2つが、単結合又は連結基を介して互いに結合していてもよい。この連結基としては、例えば、アルキレン基(炭素数1〜3が好ましい)、−O−、−S−、−CO−及び−SO−が挙げられる。
201、R202及びR203のうち少なくとも1つがアリール基でない場合の好ましい構造としては、特開2004−233661号公報の段落0047及び0048に挙げられている化合物、特開2003−35948号公報の段落0040〜0046に挙げられている化合物、US2003/0224288A1号明細書に式(I−1)〜(I−70)として例示されている化合物、並びに、US2003/0077540A1号明細書に式(IA−1)〜(IA−54)及び式(IB−1)〜(IB−24)として例示されている化合物等のカチオン構造が挙げられる。R201、R202及びR203のうち少なくとも1つがアリール基でない場合、以下の(1)又は(2)の態様が特に好ましい。
(1)R201、R202及びR203のうち少なくとも1つが、Ar−CO−X−で表される基であり、それ以外が直鎖若しくは分岐鎖のアルキル基又はシクロアルキル基である場合。
ここで、Arは、置換基を有していてもよいアリール基を表す。具体的には、このArは、R201、R202及びR203について挙げたのと同様のアリール基である。好ましくは、このArは、置換基を有していてもよいフェニル基である。
Xは、置換基を有していてもよい直鎖又は分岐鎖のアルキレン基を表す。具体的には、Xは、好ましくは炭素数1〜6のアルキレン基であり、特に好ましくは炭素数1〜3のアルキレン基である。
上記の直鎖又は分岐鎖のアルキル基又はシクロアルキル基の炭素数は、好ましくは1〜6である。これら基は、置換基を更に有していてもよい。また、これら基は、互いに結合して、環(好ましくは5〜7員環)を形成していていることが更に好ましい。
(2)R201、R202及びR203のうち少なくとも1つが、置換基を有していてもよいアリール基であり、それ以外が直鎖若しくは分岐のアルキル基又はシクロアルキル基である場合。
このアリール基としては、例えば、先にR201、R202及びR203について説明したものが挙げられる。好ましくは、このアリール基として、フェニル基及びナフチル基が挙げられる。
このアリール基は、水酸基、アルコキシ基及びアルキル基の何れかを置換基として有していることが好ましい。この置換基としては、炭素数1〜12のアルコキシ基がより好ましく、炭素数1〜6のアルコキシ基が更に好ましい。
上記の直鎖若しくは分岐鎖のアルキル基又はシクロアルキル基の炭素数は、好ましくは1〜6である。これら基は、置換基を更に有していてもよい。また、これら基は、互いに結合して、環(好ましくは5〜7員環)を形成していていることが更に好ましい。
-は、上述したように、フッ素原子を含んだ非求核性アニオンである。この非求核性アニオンとしては、例えば、先にフッ素系酸発生剤におけるオニウムカチオンの対アニオンとして説明したものが挙げられる。
なお、フッ素系酸発生剤としては、一般式(ZI)により表される構造を複数有する化合物を使用してもよい。例えば、一般式(ZI)により表される化合物のR201〜R203の少なくとも1つが、一般式(ZI)により表されるもう1つの化合物のR201〜R203の少なくとも1つと結合した構造を有する化合物であってもよい。
次に、一般式(ZII)により表される化合物について説明する。式(ZII)中、R204及びR205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。Zは、フッ素原子を含んだ非求核性アニオンを表す。
204及びR205のアリール基、アルキル基及びシクロアルキル基としては、例えば、一般式(ZI)により表される化合物におけるR201〜R203として説明したのと同様のものが挙げられる。また、Zは、一般式(ZI)により表される化合物におけるものと同義である。
なお、フッ素系酸発生剤としては、一般式(ZII)により表される構造を複数有する化合物を使用してもよい。例えば、一般式(ZII)により表される化合物のR204及びR205の何れか一方が、一般式(ZII)により表されるもう1つの化合物のR204及びR205の何れか一方と結合した構造を有する化合物であってもよい。
以下、フッ素系酸発生剤の好ましい例を挙げるが、本発明の範囲は、これらに限定されるものではない。
Figure 0005593180
Figure 0005593180
Figure 0005593180
これらフッ素系酸発生剤は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
フッ素系酸発生剤の含有量は、組成物の全固形分を基準として、0.5〜25質量%とすることが好ましく、1.0〜15質量%とすることがより好ましい。
〔B〕非フッ素系酸発生剤
非フッ素系酸発生剤は、活性光線又は放射線の照射によりフッ素原子を含まない酸を発生する化合物である。
この非フッ素系酸発生剤としては、オニウム塩又はジアゾジスルホン化合物が好ましい。
オニウム塩のオニウムカチオンとしては、スルホニウムカチオン又はヨードニウムカチオンがより好ましい。上記オニウムカチオンの対アニオンとしては、スルホン酸アニオンが好ましい。対アニオンは、より好ましくは、アルキルスルホン酸アニオン又はアリールスルホン酸アニオンである。
アルキルスルホン酸アニオンとしては、炭素数1〜30のアルキルスルホン酸アニオンが好ましく、炭素数1〜20のアルキルスルホン酸アニオンがより好ましい。
アリールスルホン酸アニオンのアリール基としては、フェニル基が好ましい。
なお、対アニオンは、置換基(フッ素原子を含有する基は除く)を有していてもよい。この置換基の具体例としては、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基及びアルキルチオ基が挙げられるが、特に限定されない。この置換基としては、アルキル基が好ましく、炭素数1〜4のアルキル基がより好ましい。
非フッ素系酸発生剤の好ましい例として、下記一般式(ZI’)、(ZII’)及び(ZIII’)により表される化合物が挙げられる。
Figure 0005593180
式(ZI’)及び(ZII’)中、R201〜R205は、一般式(ZI)及び(ZII)におけるR201〜R205と同義である。
Z’は、フッ素原子を含まない非求核性アニオンを表す。この非求核性アニオンとしては、例えば、先に非フッ素系酸発生剤におけるオニウムカチオンの対アニオンとして説明したものが挙げられる。
一般式(ZIII’)中、R206〜R207は、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を表す。これら基は、置換基(フッ素原子を含有する基は除く)を更に有してもよい。
アルキル基としては、炭素数1〜16(好ましくは1〜10)の直鎖又は分岐鎖のアルキル基が挙げられる。
シクロアルキル基としては、炭素数6〜20(好ましくは6〜10)の単環又は多環のものが挙げられる。
アリール基としては、炭素数6〜20(好ましくは6〜10)のものが挙げられる。
以下、非フッ素系酸発生剤の好ましい例を挙げるが、本発明の範囲は、これらに限定されるものではない。
Figure 0005593180
非フッ素系酸発生剤は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
この非フッ素系酸発生剤の含有量は、組成物の全固形分を基準として、0.1〜10.0質量%が好ましく、0.5〜5.0質量%がより好ましい。
なお、光酸発生剤は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。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。特には、上述したフッ素系酸発生剤と非フッ素系酸発生剤とを組み合わせることが好ましい。また、別の観点では、ジアゾジスルホンとスルホニウム塩との組合せも好ましい。より具体的には、例えば、一般式(ZI)により表される光酸発生剤と一般式(ZIII’)により表される光酸発生剤との組合せ、並びに、一般式(ZI’)により表される光酸発生剤と一般式(ZIII’)により表される光酸発生剤との組合せが挙げられる。
光酸発生剤の含量は、組成物の全固形分を基準として、好ましくは0.1〜40質量%であり、より好ましくは0.5〜30質量%であり、更に好ましくは1〜20質量%である。
<その他の成分>
本発明に係る組成物は、界面活性剤、溶解阻止化合物、染料、可塑剤、光増感剤、現像液に対する溶解促進性化合物、プロトンアクセプター性官能基を有する化合物、及び溶剤を更に含んでいてもよい。
(界面活性剤)
本発明に係る組成物は、界面活性剤を更に含有することが好ましい。この界面活性剤としては、フッ素系及び/又はシリコン系界面活性剤が特に好ましい。
この界面活性剤としては、例えば、大日本インキ化学工業(株)製のメガファックF176及びメガファックR08、OMNOVA社製のPF656及びPF6320、トロイケミカル(株)製のトロイゾルS−366、住友スリーエム(株)製のフロラードFC430、並びに、信越化学工業(株)製のポリシロキサンポリマーKP−341が挙げられる。
また、フッ素系及び/又はシリコン系界面活性剤以外の界面活性剤を使用することもできる。より具体的には、ポリオキシエチレンアルキルエーテル類及びポリオキシエチレンアルキルアリールエーテル類等が挙げられる。
その他、公知の界面活性剤が適宜使用可能である。使用可能な界面活性剤としては、例えば、米国特許2008/0248425A1号明細書の[0273]以降に記載の界面活性剤が挙げられる。
界面活性剤は、単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
界面活性剤の使用量は、組成物の全固形分を基準として、好ましくは0.0001〜2質量%であり、より好ましくは0.001〜1質量%である。
(分子量3000以下の溶解阻止化合物)
分子量3000以下の溶解阻止化合物(以下、「溶解阻止化合物」ともいう)としては、Proceeding of SPIE, 2724, 355 (1996) に記載されている酸分解性基を含むコール酸誘導体等の、酸分解性基を含有する脂環族又は脂肪族化合物や、特許第4025074号公報、特許第4025102号公報及び特開2005-010217号公報などに記載の糖類誘導体などが好ましい。この酸分解性基としては、例えば、先に酸分解性単位について説明したのと同様のものが挙げられる。
溶解阻止化合物の添加量は、組成物の全固形分を基準として、好ましくは3〜50質量%であり、より好ましくは5〜40質量%である。
以下に溶解阻止化合物の具体例を示すが、本発明はこれらに限定されない。
Figure 0005593180
(その他の添加剤)
本発明に係る組成物は、必要に応じて、染料、可塑剤、光増感剤、光吸収剤、及び現像液に対する溶解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、又は、カルボキシ基を有する分子量1000以下の脂環族若しくは脂肪族化合物)等を更に含有させることができる。また、特開2006−208781号公報及び特開2007−286574号公報等に記載されているプロトンアクセプター性官能基を備えた化合物も好適に用いることができる。
(溶剤)
組成物を調製する際に使用できる溶剤としては、各成分を溶解するものである限り特に限定されないが、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(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートなど)、アルキレングリコールモノアルキルエーテル(プロピレングリコールモノメチルエーテルなど)、乳酸アルキルエステル(乳酸エチル、乳酸メチルなど)、環状ラクトン(γ−ブチロラクトンなど、好ましくは炭素数4〜10)、鎖状又は環状のケトン(2−ヘプタノン及びシクロヘキサノンなど、好ましくは炭素数4〜10)、アルキレンカーボネート(エチレンカーボネート及びプロピレンカーボネートなど)、カルボン酸アルキル(酢酸ブチルなどの酢酸アルキルが好ましい)、及びアルコキシ酢酸アルキル(好ましくはエトキシプロピオン酸エチル)などが挙げられる。その他使用可能な溶媒として、例えば、US2008/0248425A1号明細書の[0244]以降に記載されている溶剤などが挙げられる。
上記の溶剤のうち、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、及び乳酸エチルが特に好ましい。
これら溶媒は、単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。2種以上を混合して用いる場合、水酸基を有する溶剤と水酸基を有しない溶剤とを混合することが好ましい。水酸基を有する溶剤と水酸基を有しない溶剤との質量比は、例えば1/99〜99/1とし、好ましくは10/90〜90/10とし、更に好ましくは20/80〜60/40とする。
水酸基を有する溶剤としてはアルキレングリコールモノアルキルエーテル又は乳酸アルキルエステルが好ましく、水酸基を有しない溶剤としてはアルキレングリコールモノアルキルエーテルカルボキシレートが好ましい。
溶剤の使用量は特に限定されないが、組成物の全固形分濃度が、好ましくは0.5〜40質量%、より好ましくは1.0〜30質量%、更に好ましくは2.0〜25質量%、特に好ましくは2.0〜4.5質量%となるようにする。
<パターン形成方法>
本発明に係る組成物は、典型的には、以下のようにして用いられる。即ち、本発明に係る組成物は、典型的には、基板等の支持体上に塗布されて、膜を形成する。この膜の厚みは、0.02〜10.0μmが好ましい。基板上に塗布する方法としては、スピン塗布が好ましく、その回転数は、1000〜3000rpmが好ましい。
例えば、この組成物は、精密集積回路素子の製造等に使用される基板(例:シリコン/二酸化シリコン被覆、窒化シリコン及びクロム蒸着された石英基板など)上に、スピナー及びコーター等の適当な塗布方法により塗布される。その後、これを乾燥して、感活性光線性または感放射線性の膜(以下、感光性膜ともいう)を得る。なお、公知の反射防止膜を予め塗設することもできる。
次いで、感光性膜に活性光線又は放射線を照射し、好ましくはベーク(加熱)を行った後、現像する。ベークを行うことにより、更に良好なパターンを得ることが可能となる。なお、ベーク温度は、感度及び安定性の観点から、80℃〜150℃とすることが好ましく、90℃〜130℃とすることがより好ましい。
活性光線又は放射線としては、例えば、赤外光、可視光、紫外光、遠紫外光、X線、及び電子線が挙げられる。これら活性光線又は放射線としては、例えば250nm以下、特には220nm以下の波長を有したものがより好ましい。このような活性光線又は放射線としては、例えば、KrFエキシマレーザー(248nm)、ArFエキシマレーザー(193nm)、Fエキシマレーザー(157nm)、X線、及び電子ビームが挙げられる。特に好ましい活性光線又は放射線としては、KrFエキシマレーザー、X線、及び電子ビームが挙げられる。
なお、活性光線又は放射線の照射時に、感光性膜とレンズとの間に空気よりも屈折率の高い液体(純水など)を満たしての露光、即ち、液浸露光を行ってもよい。これにより、解像度を高めることができる。この場合、レジスト膜と液浸液との間には、レジスト膜と液浸液との接触を避けるために、レジスト膜の上に液浸液難溶性膜(「トップコート」ともいう)を設けてもよい。また、レジスト膜と液浸液との接触を避けるための別の手段として、前述の組成物に予め疎水性樹脂(HR)を添加しておいてもよい。この疎水性樹脂(HR)として具体的には、US2008/0305432A1号明細書の段落0172〜0253で説明されている樹脂などがあげられる。
現像工程では、通常アルカリ現像液を用いる。
アルカリ現像液としては、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、ケイ酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウム及びアンモニア水等の無機アルカリ化合物、エチルアミン及びn−プロピルアミン等の第1級アミン、ジエチルアミン及びジ−n−ブチルアミン等の第2級アミン、トリエチルアミン及びメチルジエチルアミン等の第3級アミン、ジメチルエタノールアミン及びトリエタノールアミン等のアルコールアミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド及び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、又は、ピロール及びピペリジン等の環状アミンを含んだアルカリ性水溶液が挙げられる。
アルカリ現像液には、アルコール類及び/又は界面活性剤を、適当量添加してもよい。
アルカリ現像液の濃度は、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。
なお、本発明に係る組成物を用いてインプリント用モールドを作成する場合のプロセスの詳細については、例えば、特許第4109085号公報、特開2008−162101号公報、及び「ナノインプリントの基礎と技術開発・応用展開―ナノインプリントの基板技術と最新の技術展開―編集:平井義彦(フロンティア出版)」等を参照されたい。
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明の内容は、これにより限定されるものではない。
<塩基性化合物の合成>
下記塩基性化合物(C−1)〜(C−12)を、以下のようにして合成した。また、これらと併用可能な塩基性化合物として、下記化合物(M−1)を準備した。加えて、対照のため、下記比較化合物(X−1)〜(X−6)を準備した。
Figure 0005593180
Figure 0005593180
Figure 0005593180
Figure 0005593180
Figure 0005593180
これら塩基性化合物(C−1)〜(C−12)と、一般式(1)における各種パラメータとの対応は、下記表1に示す通りである。なお、表1中、「Me」はメチル基を表す。
Figure 0005593180
〔合成例1:塩基性化合物(C−1)〕
30.0g(0.3365mol)の3−メトキシプロピルアミンと、92.2g(0.7404mol)のエチレングリコール モノ−2−クロロエチルエーテルと、107.1g(1.01mol)の炭酸ナトリウムとを、200mLのトルエンに加えた。その後、得られた反応液を、16時間に亘って加熱還流させた。冷却後、析出した塩をろ過し、トルエンを減圧留去した。次いで、シリカゲルクロマトグラフィーにより精製を行った。これにより、38gの塩基性化合物(C−1)を得た(収率43%)。
(C-1)H-NMR(300MHz, CDCl3):δ1.73-1.84(m,2H), 2.62-2.71(m,6H), 3.41(t,2H,6.0Hz), 3.33(s,3H), 3.58-3.80(m,12H)。
〔合成例2:塩基性化合物(C−7)〕
105.6g(0.370mol)の2-(2-(2-(2,6-ジメトキシフェノキシ)エトキシ)エトキシ)エタンアミンと、92.2g(0.740mol)のエチレングリコール モノ-2-クロロエチルエーテルと、107.1g(1.01mol)の炭酸ナトリウムとを200mLのトルエンに加え、16時間に亘って加熱還流した。冷却後、析出した塩をろ過し、トルエンを減圧留去した。続いて、シリカゲルクロマトグラフィーにより精製を行った。これにより、50gの塩基性化合物(C−7)を得た(収率29%)。
〔合成例3:塩基性化合物(C−2)〜(C−6)及び(C−8)〜(C−12)〕
塩基性化合物(C−2)〜(C−6)、(C−8)〜(C−10)及び(C−12)を、合成例1において塩基性化合物(C−1)について説明したのと同様の方法により合成した。なお、塩基性化合物(C−8)は、2-(2-(4-メトキシブチルアミノ))エトキシエタノールを出発原料として合成した。また、塩基性化合物(C−11)を、合成例2において塩基性化合物(C−7)について説明したのと同様の方法により合成した。
<酸分解性樹脂の合成>
下記酸分解性樹脂(A−1)〜(A−10)を、以下のようにして合成した。
Figure 0005593180
Figure 0005593180
〔合成例8:樹脂(A−1)〕
50gのポリ(p-ヒドロキシスチレン)(日本曹達(株)製;分子量15000)を、240g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(PGMEA)に溶解させた。この溶液を、60℃において20mmHgまで減圧し、系中に残存している水と共に約40gのPGMEAを留去した。次いで、これを20℃まで冷却し、6.1gのエチルビニルエーテルと、4.0gのシクロヘキシルビニルエーテルと、0.02gのp−トルエンスルホン酸とを添加し、室温で1時間に亘って撹拌した。その後、0.02gのトリエチルアミンを添加して中和した。続いて、240gの酢酸エチルと140gの水とを用いた抽出を3回行った。このようにして、樹脂(A−1)を得た。
この樹脂(A−1)について、H−NMR及び13C−NMRを用いて、各繰り返し単位のモル比を求めた。また、GPC(溶媒:THF)を用いて、ポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)及び分散度(Mw/Mn)を求めた。その結果を、下記表2に示す。
表2中、「組成比」の列には、各繰り返し単位のモル比(左から順に対応)を記載している。そして、「Mw」の列には、GPC(溶媒:THF)を用いて測定したポリスチレン換算の重量平均分子量を記載している。また、「分散度」の列には、分散度Mw/Mnを記載している。
Figure 0005593180
〔合成例9:樹脂(A−4)、(A−5)及び(A−6)〕
樹脂(A−1)と同様にして、樹脂(A−4)、(A−5)及び(A−6)を合成した。また、これら樹脂について、合成例8において述べたのと同様の評価を行った。その結果を上記表2に示す。
〔合成例10:樹脂(A−2)〕
176.3g(1.0mol)のp−tert−ブトキシスチレンと、16.2g(0.105mol)のアクリル酸シクロヘキシルとを、250mLのイソプロパノールに溶解させた。この溶液に、窒素気流下、2,2'−アゾビスイソブチロニトリルを添加して、75℃で6時間に亘って攪拌した。反応液を冷却後、これを5000mLのメタノール水溶液中に注いで、反応物を析出させた。析出した固体を濾取し、メタノールを用いて洗浄し、減圧乾燥した。このようにして、172.5gのポリ(p−tert−ブトキシスチレン/アクリル酸シクロヘキシル)を、白色粉末晶として得た。
この共重合体について、H−NMR及び13C−NMRの測定を行った。その結果、この共重合体におけるp−tert−ブトキシスチレン単位とアクリル酸シクロヘキシル単位との構成比率は、90:10であった。また、GPC(溶媒:THF)を用いて、この共重合体のポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)及び分散度(Mw/Mn)を求めた。その結果、Mwは20600であり、Mw/Mnは1.55であった。
130.5gのポリ(p−tert−ブトキシスチレン/アクリル酸シクロヘキシル)を、イソプロパノールに懸濁させた。この懸濁液に、30mLの濃塩酸を加え、70〜80℃で4時間に亘って攪拌した。反応液を冷却後、これを1500mLの水に注いで、反応物を析出させた。析出した固体を濾取し、水を用いて洗浄し、減圧乾燥した。このようにして、85.5gのポリ(p−ヒドロキシスチレン/アクリル酸シクロヘキシル)を、白色粉末晶として得た。
この共重合体について、H−NMR及び13C−NMRの測定を行った。その結果、この共重合体におけるp−ヒドロキシスチレン単位とアクリル酸シクロヘキシル単位との構成比率は、90:10であった。また、GPC(溶媒:THF)を用いて、この共重合体のポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)及び分散度(Mw/Mn)を求めた。その結果、Mwは14800であり、Mw/Mnは1.50であった。
24.7gのポリ(p−ヒドロキシスチレン/アクリル酸シクロヘキシル)と、4.5gのエチルビニルエーテルとを、酢酸エチルに溶解させた。この溶液に、触媒量のp−トルエンスルホン酸ピリジニウム塩を添加し、室温で5時間に亘って攪拌した。その後、反応液を3000mLの水中に注いで、反応物を析出させた。析出した固体を濾取し、水を用いて洗浄し、減圧乾燥した。このようにして、26.1gの樹脂(A−2)を、白色粉末晶として得た。
得られた樹脂(A−2)について、合成例8において述べたのと同様の評価を行った。その結果を上記表2に示す。
〔合成例11:樹脂(A−3)〕
600gのエチレングリコールモノエチルエーテルアセテートを2Lフラスコに入れ、1時間に亘って、100mL/minの流量で窒素置換した。また、105.4g(0.65mol)の4−アセトキシスチレンと、35.6g(0.25mol)のt−ブチルメタクリレートと、17.6g(0.10mol)のベンジルメタクリレートと、2.30g(0.01mol)の重合開始剤(ジメチル−2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート);V−601;和光純薬工業(株)製)とを、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート200gに溶解させた。そして、得られたモノマー混合溶液を上記と同様にして窒素置換した。
600gのエチレングリコールモノエチルエーテルアセテートを封入した2Lフラスコを、内温が80℃になるまで加熱した。これに2.30g(0.01mol)の重合開始剤V−601を添加し、5分間に亘って攪拌した。次いで、この溶液に、上記のモノマー混合溶液を、6時間かけて滴下した。滴下後、更に2時間に亘って加熱及び攪拌した。その後、反応液を室温まで冷却させた。冷却後、反応液を3Lのヘキサン中に滴下し、ポリマーを沈殿させた。濾別した固体を、500gのアセトンに溶解させた。この溶液を、3Lのヘキサン中に再度滴下し、得られた固体を濾別し、これを減圧乾燥させた。このようにして、151gのポリ(4−アセトキシスチレン/t−ブチルメタクリレート/ベンジルメタクリレート)を得た。
40.00gのポリ(4−アセトキシスチレン/t−ブチルメタクリレート/ベンジルメタクリレート)を、200mLのTHFに溶解させた。その後、この溶液に、5mLの2.38質量%テトラメチルアンモニウムハイドロキサイド水溶液を加え、室温で1時間に亘って攪拌した。次いで、これに蒸留水を添加し、ポリマーを沈殿させた。沈殿物を蒸留水で洗浄した後、これを減圧乾燥した。このポリマーを100mLの酢酸エチルに溶解させた後、ヘキサンを加え、ポリマーを再度沈殿させた。これを減圧乾燥して、35.5gの樹脂(A−3)を得た。
得られた樹脂(A−3)について、合成例8において述べたのと同様の評価を行った。その結果を上記表2に示す。
〔合成例12:樹脂(A−7)〕
窒素気流下、78.1gのシクロヘキサノンを3つ口フラスコ中に導入し、これを80℃に加熱した。これに、上記表2に示すモノマーと重合開始剤とを添加した。具体的には、18.3gのモノマー(1)と、3.8gのモノマー(2)と、5.5gのモノマー(3)と、11.8gのモノマー(4)と、2.418gの重合開始剤(ジメチル−2、2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート);V−601;和光純薬工業(株)製)とを145.0gのシクロヘキサノンに溶解させた溶液を、6時間かけて滴下した。滴下終了後、更に80℃で2時間に亘って反応させた。反応液を放冷後、これを、ヘプタン/酢酸エチル混合液(1290g/551g)に20分かけて滴下し、固体を析出させた。析出した固体を濾別、洗浄及び乾燥し、35gの樹脂(A−7)を得た。
得られた樹脂(A−7)について、合成例8において述べたのと同様の評価を行った。その結果を上記表2に示す。
<光酸発生剤>
光酸発生剤としては、下記化合物(B−1)〜(B−6)又はこれらの混合物を用いた。
Figure 0005593180
<界面活性剤>
界面活性剤としては、以下のものを使用した。
(W−1):メガファックF176(大日本インキ化学工業(株)製)
(W−2):PF6320(OMNOVA社製)
<溶剤>
溶剤としては、PGMEA(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート)、PGME(プロピレングリコールモノメチルエーテル)、乳酸エチル、又はこれらの混合溶剤を使用した。
<溶解阻止化合物>
溶解阻止化合物としては、下記化合物(Y−1)〜(Y−3)を用いた。
Figure 0005593180
<実施例A;KrF>
(レジスト溶液の調製)
下記表3に示す各成分を、同表に示す溶剤に溶解させて、固形分濃度が14.5質量%である溶液を調製した。この溶液をポアサイズ0.1μmのポリテトラフルオロエチレンフィルタを用いてろ過して、ポジ型レジスト溶液を得た。
Figure 0005593180
Figure 0005593180
(レジスト評価)
ヘキサメチルジシラザン処理を施したシリコン基板上に、スピンコータを用いて、上記のポジ型レジスト溶液を塗布した。これを、90℃で90秒間に亘ってベークし、平均膜厚が0.60μmのレジスト膜を得た。
このレジスト膜に対し、KrFエキシマレーザースキャナ(ASML製;PAS5500/850C;波長=248nm;NA=0.60;Sigma=0.70)を用いて、パターン露光を行った。なお、レクチルとしては、バイナリマスクを使用した。
露光後のレジスト膜を、110℃で60秒間に亘ってベークした。ベーク後の膜を、2.38質量%テトラメチルアンモニウムハイドロキサイド(TMAH)水溶液に60秒間に亘って浸した。この現像処理後、純水を用いて30秒間リンスし、これを乾燥させて、ラインパターンを形成した。
〔感度(Eopt)〕
走査型電子顕微鏡(S−8840;(株)日立製作所製)を用いて、得られたパターンを観察した。そして、ラインサイズ=170nmであり且つライン:スペース=1:1.2であるマスクを用いて線幅180nmのラインを解像するときの露光量を、感度(Eopt)とした。
〔露光量依存性;露光ラチチュード(EL)〕
露光量を変化させた際の露光量と線幅との関係を、上記と同様にして測定した。これにより、線幅が目的の値である180nmの±10%(即ち、162nm及び198nm)となるときの露光量を求めた。そして、次式で定義される露光ラチチュード(EL)を算出した。なお、この値が大きい程、露光量依存性が小さく、解像度が高い。
[EL(%)]=[(線幅が162nmとなる露光量)−(線幅が198nmとなる露光量)]/Eopt。
〔ラフネス特性;ラインウィズスラフネス(LWR)〕
上記の線幅180nmのラインを、走査型電子顕微鏡(S−8840;(株)日立製作所製)を用いて観察した。そして、その長さ方向20μmに含まれる等間隔の50点について、エッジがあるべき基準線と実際のエッジとの間の距離を測定した。そして、この距離の標準偏差を求め、3σを算出した。そして、この3σを「LWR」とした。LWRが小さい程、ラフネス特性が優れている。
〔フォーカス余裕度(DOF)〕
露光量を上記Eoptに固定し、フォーカスのずれとラインの線幅との関係を調べた。そして、ラインの線幅を目的の値である180nmの±10%の範囲内(即ち、162nm乃至198nmの範囲内)とすることができるフォーカスの最大値と最小値とを求めた。そして、この最大値と最小値との差を算出し、この差を「フォーカス余裕度(DOF)」とした。
〔パターン形状〕
上記の線幅180nmのラインにつき、その表面及び断面を、走査型電子顕微鏡(S−8840;(株)日立製作所製)を用いて観察した。そして、以下の基準に従って、パターン形状の評価を行った。
5:断面形状が矩形であり、定在波効果が観測されず、パターンエッジの白い部分が存在しない場合。
4:断面形状がほぼ矩形であり、定在波効果が観測されず、パターンエッジの白い部分の幅が10nm以下の場合。
3:断面形状がほぼ矩形であり、定在波効果が部分的に観測され、パターンエッジの白い部分の幅が10nm以下の場合。
2:断面形状がテーパ状であり、定在波効果が観測され、パターンエッジの白い部分の幅が10nmより大きく且つ30nm未満の場合。
1:断面形状がテーパ状であり、定在波効果が観測され、パターンエッジの白い部分の幅が30nm以上の場合。
〔疎密特性;I-D Bias〕
露光量を上記Eoptとして、ラインサイズ=170nmであり且つライン:スペース=1:10であるマスクを介して露光を行った。得られたラインパターンの線幅を測定し、この線幅と180nmとの差の絶対値を算出した。そして、この算出値を「I-D Bias」とした。I-D Bias の値が小さい程、疎密特性が優れている。
以上の評価結果を、下記表4に示す。
Figure 0005593180
表4に示す通り、実施例に係る組成物は、感度、露光量依存性、ラフネス特性、フォーカス余裕度、パターン形状及び疎密特性に優れていた。
<実施例B;EB>
(レジスト溶液の調製)
上記表3に示す各成分を、同表に示す溶剤に溶解させて、固形分濃度が4.0質量%である溶液を調製した。この溶液をポアサイズ0.1μmのポリテトラフルオロエチレンフィルタを用いてろ過して、ポジ型レジスト溶液を得た。
(レジスト評価)
ヘキサメチルジシラザン処理を施したシリコン基板上に、スピンコータを用いて、上記のポジ型レジスト溶液を塗布した。これを、100℃で90秒間に亘ってベークし、平均膜厚が0.10μmのレジスト膜を得た。
このレジスト膜に対し、電子線描画装置〔HL750;(株)日立製作所製;加速電圧=50keV〕を用いて、電子線照射を行った。次いで、110℃で60秒間に亘ってベークした。ベーク後の膜を、2.38質量%TMAH水溶液に60秒間に亘って浸した。この現像処理後、純水を用いて30秒間リンスし、これを乾燥させて、ラインパターンを形成した。
〔感度(Eopt)〕
走査型電子顕微鏡(S−9260;(株)日立製作所製)を用いて、得られたパターンを観察した。そして、線幅150nmのライン(ライン:スペース=1:1)を解像するときの露光量を、感度(Eopt)とした。
〔解像力〕
露光量を上記Eoptとしてライン:スペース=1:1のパターンを解像する際の解像可能なラインの線幅の最小値を、走査型電子顕微鏡(S−9260;(株)日立製作所製)を用いて求めた。そして、この最小値を「解像力」とした。
〔ラフネス特性;LWR〕
上記の線幅150nmのラインにつき、走査型電子顕微鏡(S−9260;(株)日立製作所製)を用いて観察した。そして、その長さ方向2μmに含まれる等間隔の50点について、エッジがあるべき基準線と実際のエッジとの間の距離を測定した。そして、この距離の標準偏差を求め、3σを算出した。そして、この3σを「LWR」とした。
〔I-D Bias〕
走査型電子顕微鏡(S−9260;(株)日立製作所製)を用いて、得られたパターンを観察した。そして、線幅150nmのライン(ライン:スペース=1:10)を解像するときの露光量を、(Eopt’)とした。上記、感度(Eopt)と、(Eopt’)との差(Eopt―Eopt’)を「I-D Bias」とした。I-D Biasの値が小さい程、疎密特性が優れている。
以上の評価結果を、下記表5に示す。
Figure 0005593180
表5に示す通り、実施例に係る組成物は、感度、解像力、ラフネス特性及び疎密特性に優れていた。
<実施例C;EUV>
(レジスト溶液の調製)
上記表3に示す各成分を、同表に示す溶剤に溶解させて、固形分濃度が5.0質量%である溶液を調製した。この溶液をポアサイズ0.1μmのポリテトラフルオロエチレンフィルタを用いてろ過して、ポジ型レジスト溶液を得た。
(レジスト評価)
ヘキサメチルジシラザン処理を施したシリコン基板上に、スピンコータを用いて、上記のポジ型レジスト溶液を塗布した。これを、100℃で90秒間に亘ってベークし、平均膜厚が0.10μmのレジスト膜を得た。
このレジスト膜に対し、EUV露光装置(EUVES;リソトラックジャパン社製;波長=13nm)を用いて、EUV光照射を行った。次いで、110℃で60秒間に亘ってベークした。ベーク後の膜を、2.38質量%TMAH水溶液に60秒間に亘って浸して現像した。
〔感度及び解像力〕
露光量を0〜20.0mJ/cmの範囲内で0.5mJ/cmずつ変化させながら、上記EUV光照射を行った。そして、各露光量について、レジスト膜の現像液への溶解速度を測定した。このようにして、露光量と溶解速度との関係を示す溶解速度曲線を得た。 この溶解速度曲線において、溶解速度が飽和するときの露光量を「感度」とした。また、この溶解速度曲線の直線部分の勾配からγ値を求めた。γが大きい程、溶解コントラストが優れている。
以上の評価結果を、下記表6に示す。
Figure 0005593180
表6に示す通り、実施例に係る組成物は、感度及び解像力に優れていた。
<実施例D;ArF>
(レジスト溶液の調製)
下記表7に示す各成分を、同表に示す溶剤に溶解させて、固形分濃度が5.0質量%である溶液を調製した。この溶液をポアサイズ0.03μmのポリエチレンフィルタを用いてろ過して、ポジ型レジスト溶液を得た。
Figure 0005593180
Figure 0005593180
(レジスト評価)
シリコンウェハ上に、有機反射防止膜用の被覆剤ARC29A(日産化学工業株式会社製)を塗布した。次いで、これを、205℃で60秒間に亘ってベークした。このようにして、膜厚が78nmの反射防止膜を形成した。
この反射防止膜上に、上記のポジ型レジスト溶液を塗布した。これを、130℃で60秒間に亘ってベークし、平均膜厚が0.12μmのレジスト膜を得た。
このレジスト膜に対し、ArFエキシマレーザースキャナ(ASML製;PAS5500/1100;NA=0.75)を用いて、パターン露光を行った。なお、レクチルとしては、ラインサイズ=75nmであり且つライン:スペース=1:1である6%ハーフトーンマスクを用いた。
露光後のレジスト膜を、90℃で60秒間に亘ってベークした。ベーク後の膜を、2.38質量%TMAH水溶液に30秒間に亘って浸した。この現像処理後、純水を用いてリンスし、これをスピン乾燥させて、ラインパターンを形成した。
〔感度(Eopt)〕
走査型電子顕微鏡(S−9260;(株)日立製作所製)を用いて、得られたパターンを観察した。そして、ラインサイズ=75nmであり且つライン:スペース=1:1であるマスクを用いて線幅75nmのラインを解像するときの露光量を感度(Eopt)とした。
〔露光量依存性;露光ラチチュード(EL)〕
露光量を変化させた際の露光量と線幅との関係を、上記と同様にして測定した。これにより、線幅が目的の値である75nmの±10%(即ち、67.5nm及び82.5nm)となるときの露光量を求めた。そして、次式で定義される露光ラチチュード(EL)を算出した。
[EL(%)]=[(線幅が67.5nmとなる露光量)−(線幅が82.5nmとなる露光量)]/Eopt。
〔ラフネス特性;LWR〕
上記の線幅75nmのラインを、走査型電子顕微鏡(S−9260;(株)日立製作所製)を用いて観察した。そして、その長さ方向2μmに含まれる等間隔の50点について、エッジがあるべき基準線と実際のエッジとの間の距離を測定した。そして、この距離の標準偏差を求め、3σを算出した。そして、この3σを「LWR」とした。
〔疎密特性;I-D Bias〕
露光量を上記Eoptとして、ラインサイズ=75nmであり且つライン:スペース=1:10であるマスクを介して露光を行った。得られたラインパターンの線幅を測定し、この線幅と75nmとの差の絶対値を算出した。そして、この算出値を「I-D Bias」とした。I-D Biasの値が小さい程、疎密特性が優れている。
以上の評価結果を、下記表8に示す。
Figure 0005593180
表8に示す通り、実施例に係る組成物は、感度、解像力、ラフネス特性及び疎密特性に優れていた。
<実施例E;ArF液浸>
(レジスト溶液の調製)
〔実施例28〕
0.10gの下記ポリマーを更に加えたことを除いては、実施例15と同様にして、ポジ型レジスト溶液を調製した。
Figure 0005593180
〔実施例29〕
0.10gの下記ポリマーを更に加えたことを除いては、実施例15と同様にして、ポジ型レジスト溶液を調製した。
Figure 0005593180
(レジスト評価)
実施例28及び29に記載したレジスト溶液を用いたことを除いては、先に実施例Dについて説明したのと同様にして、レジスト膜を形成した。
このレジスト膜に対し、ArFエキシマーレーザー液浸ステッパー(XT1700i;ASML社製;NA=1.20)を用いて、パターン露光を行った。なお、液浸液としては、純水を使用した。その後、先に実施例Dについて説明したのと同様にして、ラインパターンを形成した。そして、先に実施例Dについて説明したのと同様にして、感度、露光ラチチュード及びLWRを測定した。
その結果、実施例28及び29の両方について、実施例15と同様の優れた結果が得られることが確認された。即ち、これら実施例に係る組成物は、ArF液浸露光によるパターン形成にも好適に用いられ得ることが明らかとなった。

Claims (15)

  1. 酸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樹脂と、
    活性光線又は放射線の照射によって酸を発生する化合物と、
    下記一般式(1)により表される塩基性化合物と
    を含んだ感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
    Figure 0005593180
    式中、
    l、m、o、p及びqは、各々独立に、1以上の整数を表す。
    nは、2以上の整数を表す。
    r及びsは、各々独立に、1以上の整数を示す。
    tは、0以上の整数を表す。
    −X−及び−X−は、各々独立に、−O−、−S−又は−CO−を表す。
    及びR、水素原子を表す。
    は、n≧3且つt≧1のときは水素原子、アルキル基、アリール基又はアラルキル基を表し、t=0のときはアルキル基、アリール基又はアラルキル基を表し、n=2のときはアリール基又はアラルキル基を表す。
  2. 酸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樹脂と、
    活性光線又は放射線の照射によって酸を発生する化合物と、
    下記一般式(1)により表される塩基性化合物と
    を含んだ感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
    Figure 0005593180
    式中、
    l、m、o、p及びqは、各々独立に、1以上の整数を表す。
    nは、3を表す。
    r及びsは、各々独立に、1以上の整数を示す。
    tは、0以上の整数を表す。
    −X −及び−X −は、各々独立に、−O−、−S−又は−CO−を表す。
    及びR は、各々独立に、水素原子、アルキル基、アリール基又はアラルキル基を表す。
    は、t≧1のときは水素原子、アルキル基、アリール基又はアラルキル基を表し、t=0のときはアルキル基、アリール基又はアラルキル基を表す。
  3. 前記R及びRは水素原子である請求項に記載の組成物。
  4. 前記R はアルキル基である請求項2又は3の何れか1項に記載の組成物。
  5. 前記−X−が−O−である請求項1乃至4の何れか1項に記載の組成物。
  6. 前記−X−が−O−である請求項1乃至5の何れか1項に記載の組成物。
  7. 前記化合物が発生する前記酸はスルホン酸である請求項1乃至の何れか1項に記載の組成物。
  8. 前記酸を発生する前記化合物は、ジアゾジスルホン化合物及びスルホニウム塩の少なくとも一方である請求項に記載の組成物。
  9. 前記樹脂はヒドロキシスチレンを含んだ繰り返し単位を備えている請求項1乃至の何れか1項に記載の組成物。
  10. 前記樹脂は、一般式(X)で表される繰り返し単位を含む請求項1乃至9の何れか1項に記載の組成物。
    Figure 0005593180
    式中、
    Xa 1 は、水素原子、メチル基、トリフルオロメチル基又はヒドロキシメチル基を表す。
    Tは、単結合又は2価の連結基を表す。
    Rx 〜Rx は、各々独立に、直鎖若しくは分岐のアルキル基、又は、単環若しくは多環のシクロアルキル基を表す。なお、Rx 〜Rx の少なくとも2つが互いに結合して、単環又は多環のシクロアルキル基を形成していてもよい。
  11. 前記Rx 〜前記Rx の少なくとも2つが互いに結合して、単環又は多環のシクロアルキル基を形成する請求項10に記載の組成物。
  12. 前記樹脂がラクトン構造を有する基を備えた繰り返し単位を含む請求項1乃至11の何れか1項に記載の組成物。
  13. 前記感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物が、疎水性樹脂を含む請求項1乃至12の何れか1項に記載の組成物。
  14. 請求項1乃至13の何れか1項に記載の組成物を用いて形成されたレジスト膜。
  15. 請求項1乃至13の何れか1項に記載の組成物を用いて膜を形成することと、
    前記膜を露光することと、
    前記露光された膜を現像すること
    とを含んだパターン形成方法。
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