JP5639772B2 - 感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物、並びに、それを用いたレジスト膜及びパターン形成方法 - Google Patents

感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物、並びに、それを用いたレジスト膜及びパターン形成方法 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、並びにそれを用いたレジスト膜及び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レジスト膜及びパターン形成方法に関する。
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、脂環式アルコールを更に含有させることがある。例えば、特許文献1には、脂環式アルコールとして、3つ以上の水酸基を有する環状糖類誘導体を用いることが記載されている。また、特許文献2には、脂部族多価アルコールとアセタール保護基を有する樹脂とを組み合わせることが記載されている。
近年では、エキシマレーザー光以外にも、電子線やX線、或いはEUV光を用いたリソグラフィーも開発が進んでいる。また、レジスト組成物による微細加工は、直接に集積回路の製造に用いられるだけでなく、近年ではいわゆるインプリント用モールド構造体の作製等にも適用されている(例えば、特許文献3、4、及び非特許文献1を参照)。そのため、X線、軟X線、電子線を露光光源として使用する場合においても、高感度と、良好な露光量依存性、良好な解像力、良好なラフネス特性、良好なフォーカス余裕度、スカムの低減及び良好なパターン形状とを同時に満足させることが重要な課題となっており、これらの解決が必要である。
特開2003−167333号公報 特開2000−298349号公報 特開2004−158287号公報 特開2008−162101号公報
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(2006年6月発行)
本発明は、感度、露光量依存性、解像力、ラフネス特性、及びフォーカス余裕度に優れ、スカムを低減し、か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レジスト膜及びパターン形成方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、水酸基が置換した特定の脂環炭化水素基を少なくとも2つ有する特定の化合物を、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物中に用いることにより、上記課題を解決できることを見出した。
本発明は、次の通りである。
<1>
(A)ヒドロキシスチレンを繰り返し単位として含み、酸の作用により分解し、アルカリ現像液に対する溶解性が増大する樹脂、
(B)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物、
(C)塩基性化合物、及び
(D)下記一般式(D1)で表される化合物
を含有することを特徴とする感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。

一般式(D1)中、
Aは、r価の直鎖状の炭化水素基を表す。
Rは、炭化水素基を表す。Rが複数存在する場合、該複数のRは同じでも異なっていてもよい。
nは、1〜3の整数を表す。
mは、1又は2を表す。
rは、2を表す。
oは、0〜2の整数を表す。
<2>
前記一般式(D1)中、Aがr価の直鎖状の飽和炭化水素基を表すことを特徴とする、<1>に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
<3>
前記一般式(D1)におけるAが炭素数1〜3の直鎖状の飽和炭化水素基である、<1>又は<2>に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
<4>
前記一般式(D1)におけるAが炭素数1の炭化水素基である、<1>〜<3>のいずれか一項に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
<5>
前記一般式(D1)中、Rがアルキル基を表し、oが0又は1であることを特徴とする、<1>〜<4>のいずれか一項に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
<6>
前記一般式(D1)中、nが1又は2であることを特徴とする、<1>〜<5>のいずれか一項に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
<7>
前記一般式(D1)中、mが1であることを特徴とする、<1>〜<6>のいずれか一項に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
<8>
前記化合物(D)が下記式で表される化合物である、<1>〜<>のいずれか一項に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。


前記一般式(D1)で表される化合物の含有量が、組成物の全固形分に対して、0.1〜10質量%であることを特徴とする、<1>〜<>のいずれか一項に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
<1
前記化合物(B)が、スルホニウム塩又はヨードニウム塩を含むことを特徴とする、<1>〜<>のいずれか一項に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
<1
更に、遠紫外光領域に吸収を持つ添加剤を含有することを特徴とする、<1>〜<1>のいずれか一項に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
<1
前記樹脂(A)が、遠紫外光領域に吸収を持つ繰り返し単位を含有することを特徴とする、<1>〜<1>のいずれか一項に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
<1
<1>〜<1>のいずれか一項に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物により形成されたレジスト膜。
<1
<1>に記載のレジスト膜を露光、現像する工程を含むことを特徴とするパターン形成方法。
<1
前記露光する工程における露光が、液浸露光であることを特徴とする、<1>に記載のパターン形成方法。
本発明は、前記<1>〜<1>に係る発明であるが、以下、それ以外の事項(例えば、下記[1]〜[22])についても記載している。
[1](A)酸の作用により分解し、アルカリ現像液に対する溶解性が増大する樹脂、
(B)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物、
(C)塩基性化合物、及び
(D)下記一般式(D1)で表される化合物
を含有することを特徴とする感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
一般式(D1)中、
Aは、r価の炭化水素基を表す。
Rは、炭化水素基を表す。Rが複数存在する場合、該複数のRは同じでも異なっていてもよい。
nは、1〜3の整数を表す。
mは、1又は2を表す。
rは、2〜4の整数を表す。
oは、0〜2の整数を表す。
[2]前記一般式(D1)中、Aがr価の飽和炭化水素基を表すことを特徴とする、上記[1]に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
[3]前記一般式(D1)中、Rがアルキル基を表し、oが0又は1であることを特徴とする、上記[1]又は[2]に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
[4]前記一般式(D1)中、nが1又は2であることを特徴とする、上記[1]〜[3]のいずれか一項に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
[5]前記一般式(D1)中、mが1であることを特徴とする、上記[1]〜[4]のいずれか一項に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
[6]前記一般式(D1)中、rが2であることを特徴とする、上記[1]〜[5]のいずれか一項に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
[7]前記一般式(D1)で表される化合物の含有量が、組成物の全固形分に対して、0.1〜10質量%であることを特徴とする、上記[1]〜[6]のいずれか一項に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
[8]前記化合物(B)が、スルホニウム塩又はヨードニウム塩を含むことを特徴とする、上記[1]〜[7]のいずれか一項に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
[9]更に、遠紫外光領域に吸収を持つ添加剤を含有することを特徴とする、上記[1]〜[8]のいずれか一項に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
[10]前記樹脂(A)が、遠紫外光領域に吸収を持つ繰り返し単位を含有することを特徴とする、上記[1]〜[9]のいずれか一項に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
[11]上記[1]〜[10]のいずれか一項に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物により形成されたレジスト膜。
[12]上記[11]に記載のレジスト膜を露光、現像する工程を含むことを特徴とするパターン形成方法。
[13]前記露光する工程における露光が、液浸露光であることを特徴とする、上記[12]に記載のパターン形成方法。
本発明は、更に、下記の構成であることが好ましい。
[14]前記遠紫外光領域に吸収を持つ添加剤が、下記一般式(EI)で表される化合物であることを特徴とする、上記[9]又は[10]に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
一般式(EI)に於いて、
は、1価の置換基を表す。
Xは、単結合又は2価の連結基を表す。
Wは、ラクトン環を有する基、又は、式(V1)〜(V4)のいずれかで表される基を表す。
は、0以上の整数を表す。
は、1以上の整数を表す。
、X及びWのそれぞれについて、複数存在するときは、同じでも異なっていてもよい。なお、複数の一般式(EI)で表される化合物が、単結合、A及びWの少なくともいずいれかを介して、結合していてもよい。
式(V1)〜(V4)に於いて、
Zは、単結合又は2価の連結基を表す。
Ra、Rb及びRcは、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基又はアルケニル基を表す。
Rdは、アルキル基、シクロアルキル基又はアルケニル基を表す。
Ra、Rb及びRcの内の2つの基、又はRa、Rb及びRdの内の2つの基が結合して環構造を形成してもよい。
[15]前記遠紫外光領域に吸収を持つ繰り返し単位が、下記一般式(I)で表される繰り返し単位であることを特徴とする、上記[10]又は[14]に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
一般式(I)中、
11は、水素原子又はアルキル基を表す。
12は、フェニル基を表す。
[16]前記樹脂(A)が、芳香族基を有する繰り返し単位を含有することを特徴とする、上記[1]〜[10]、[14]及び[15]のいずれか一項に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
[17]前記樹脂(A)が、ヒドロキシスチレンを繰り返し単位として含有することを特徴とする、上記[16]に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
[18]KrFエキシマレーザー、X線、極紫外線又は電子線露光用であることを特徴とする、上記[1]〜[10]及び[14]〜[17]のいずれか一項に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
[19]前記樹脂(A)が、実質的には芳香族基を有さないことを特徴とする、上記[1]〜[10]、[14]及び[15]のいずれか一項に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
[20]ArF露光用であることを特徴とする、上記[1]〜[10]、[14]、[15]及び[19]のいずれか一項に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
[21]更に、疎水性樹脂(HR)を含有することを特徴とする、上記[1]〜[10]及び[14]〜[20]のいずれか一項に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
[22]前記疎水性樹脂(HR)が、フッ素原子及び珪素原子の少なくともいずれかを有することを特徴とする、上記[21]に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
本発明によれば、感度、露光量依存性、解像力、ラフネス特性、フォーカス余裕度及びパターン形状に優れ、かつスカムを低減する感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物、並びに、それを用いたレジスト膜及びパターン形成方法を提供することが可能となる。
実施例のスカム及びパターン形状の評価において、評価5に相当するパターン形状の一例を示す、走査型電子顕微鏡を用いて観察したパターン断面写真の図である。 実施例のスカム及びパターン形状の評価において、評価3に相当するパターン形状の一例を示す、走査型電子顕微鏡を用いて観察したパターン断面写真の図である。 実施例のスカム及びパターン形状の評価において、評価1に相当するパターン形状の一例を示す、走査型電子顕微鏡を用いて観察したパターン断面写真の図である。
以下、本発明を実施するための形態について説明する。
なお、本明細書に於ける基(原子団)の表記に於いて、置換及び無置換を記していない表記は、置換基を有さないものと共に置換基を有するものをも包含するものである。例えば、「アルキル基」とは、置換基を有さないアルキル基(無置換アルキル基)のみならず、置換基を有するアルキル基(置換アルキル基)をも包含するものである。
また本明細書中における「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、極紫外線(EUV光)、X線、電子線(EB)等を意味する。また本発明において光とは、活性光線又は放射線を意味する。本明細書中における「露光」とは、特に断らない限り、水銀灯、エキシマレーザーに代表される遠紫外線、X線、EUV光などによる露光のみならず、電子線、イオンビーム等の粒子線による描画も露光に含める。
本発明の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物は、
(A)酸の作用により分解し、アルカリ現像液に対する溶解性が増大する樹脂、
(B)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物、
(C)塩基性化合物、及び
(D)後述の一般式(D1)で表される化合物
を含有する。
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、例えばポジ型の組成物であり、典型的にはポジ型のレジスト組成物である。以下、この組成物の構成を説明する。
[1]添加剤(D)
本発明の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物は、下記一般式(D1)で表される添加剤(以下「添加剤(D)」ともいう)を含有する。感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物が添加剤(D)を含有することによって、樹脂と基板との相互作用(例えば、樹脂に含まれる水酸基等の親水性基と、基板表面に配置された水酸基等の親水性基との相互作用)を阻害し、スカムの低減効果が期待できる。
一般式(D1)中、
Aは、r価の炭化水素基を表す。
Rは、炭化水素基を表す。Rが複数存在する場合、該複数のRは同じでも異なっていてもよい。
nは、1〜3の整数を表す。
mは、1又は2を表す。
rは、2〜4の整数を表す。
oは、0〜2の整数を表す。
Aで表されるr価の炭化水素基は、好ましくはr価の直鎖状又は分岐状の炭化水素基であり、炭素数は1〜6であることが好ましく、1〜3がより好ましい。r価の炭化水素基は、r価の飽和炭化水素基であることが好ましい。Aの具体例としては、(CH)(−*)、(CH)(−*)、(C)(−*)、*−(CH−*、*−HC=CH−*、*−(CH−*、*−C(CH−*、*−HC=CH−CH−*等が挙げられる。ここで*は、一般式(D1)中の、水酸基が置換した脂環炭化水素基との結合部位を表す。
Aは、炭素数1〜3のr価の直鎖状の炭化水素基であることが更に好ましく、更により好ましくは、炭素数1〜3のr価の直鎖状の飽和炭化水素基であり、炭素数が1であることが最も好ましい。
Rで表される炭化水素基は、好ましくは置換基を有していてもよい、直鎖状、分岐状又は環状の炭化水素基であり、置換基を有していてもよい直鎖状の炭化水素基であることがより好ましい。Rで表される炭化水素基の炭素数は1〜6であることが好ましく、1〜3がより好ましい。Rで表される炭化水素基は、アルキル基であることが好ましい。Rが有していてもよい置換基としては、塩素原子、臭素原子、フッ素原子、沃素原子等のハロゲン原子が挙げられるが、Rは置換基を有さないことが好ましい。Rは、好ましくはメチル基又はエチル基である。
一般式(D1)中の脂環炭化水素基に置換する水酸基は、該脂環炭化水素基の環を形成する炭素原子のうち、Aと結合する炭素原子以外の炭素原子に置換することが好ましく、Aと結合する炭素原子及び該炭素原子に隣接する炭素原子以外の炭素原子に置換することがより好ましい。換言すると、一般式(D1)中の水酸基は、該脂環炭化水素基上のAとの結合位置に対して、2位〜(4+n)位のいずれかに置換することが好ましく、3位〜(3+n)位のいずれかに置換することがより好ましい。ここで、nは一般式(D1)におけるnと同義である。これにより、脂環炭化水素基に置換する水酸基周辺の立体障害が小さくなるため、添加剤(D)の水酸基と基板との相互作用が起こりやすくなり、添加剤(D)による、樹脂と基板との相互作用の阻害効果が大きくなると推定される。
nは、好ましくは1又は2であり、より好ましくは2である。
mは、好ましくは1である。
rは、好ましくは2である。
oは、好ましくは0又は1であり、より好ましくは0である。
添加剤(D)の分子量は、一般的に100〜600であり、好ましくは150〜370である。
添加剤(D)は、1種で使用してもよいし、2種類以上を組み合わせて使用してもよい。添加剤(D)の含有量は、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物の全固形分に対して、好ましくは0.1〜10質量%であり、より好ましくは、0.5〜8質量%である。
以下に、本発明の添加剤(D)の具体例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
添加剤(D)は、対応するGrignard試薬と、ハロゲン化炭化水素とを反応させることにより得ることが出来る。例えば、化合物(D−1)は、4−ブロモシクロヘキサノールのGrignard試薬を調整し、ジブロモメタンと反応することにより合成できる。化合物(D−2)〜(D−12)も同様の合成法で合成することが出来る。また添加剤(D)として、ビス(4−ヒドロキシシクロヘキシル)メタン(新日本理化(株)製)等の市販品を用いることもできる。
[2]酸の作用により分解し、アルカリ現像液に対する溶解性が増大する樹脂(A)
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、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(A)」又は「樹脂(A)」ともいう)を含んでいる。酸分解性樹脂(A)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(A)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(より具体的には、酸分解性基を有する繰り返し単位を備えている)ことが好ましい。
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、アリール基、アラルキル基又はアルケニル基を表す。但し、R01及びR02は、同時に水素原子を表さない。また、R01とR39とは互いに結合して環を形成していてもよい。Ar01は、アリール基を表す。
36〜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。
36〜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。
36〜R39、R01、R02、又はAr01としてのアリール基は、炭素数6〜14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。
36〜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。
36〜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。
36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(A)は、酸分解性基を有する繰り返し単位として、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。
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、(n+1)価の芳香環基を表す。但し、R03と結合して環構造を形成する場合は、Arは(n+2)価の芳香環基を表す。
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、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。
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、置換基を有していてもよい炭素数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。
01、R02、R03及びArとしての上記各基は、置換基を有していてもよく、置換基としては、前述のR36〜R39、R01、R02及びAr01としての上記各基が有していてもよい置換基と同様のものが挙げられる。なお、Arが複数の置換基を有する場合、該複数の置換基は互いに結合し、5又は6員環を形成していても良い。
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。
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、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7〜20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(IIA)におけるL、L、M及びQで表される各基は、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。
−(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。
また、酸分解性樹脂(A)は、酸分解性基を有する繰り返し単位として、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。
一般式(X)に於いて、
Xa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、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基(直鎖若しくは分岐)、シクロアルキル基(単環若しくは多環)、又は、1価の芳香環基を表す。Rx〜Rxの内の2つが結合して、シクロアルキル基(単環若しくは多環)を形成してもよい。但し、Rx〜Rxの2つ以上が同時に水素原子となることはない。
Tの2価の連結基としては、アルキレン基、−COO−Rt−基、−O−Rt−基、2価の芳香環基、これらの2つ以上を組み合わせて形成される基等が挙げられる。式中、Rtは、アルキレン基、シクロアルキレン基、2価の芳香環基、又は、アルキレン基と2価の芳香環基を組み合わせた基を表す。Tの2価の連結基の総炭素数は、1〜20であることが好ましく、1〜15であることがより好ましく、2〜10であることが更に好ましい。
T及びRtのアルキレン基としては、直鎖状であっても分岐状であってもよく、例えば、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、オクチレン基等の炭素数1〜8個を好ましい例として挙げられる。炭素数1〜5個のアルキレン基がより好ましい。
Rtのシクロアルキレン基としては、単環型又は多環型のいずれであってもよく、例えば、シクロブチレン基、シクロペンチレン基、シクロヘキシレン基、ノルボルナニレン基、アダマンチレン基、ジアマンタニレン基等の炭素数3〜17のシクロアルキレン基が好ましい例として挙げられる。
T及びRtの2価の芳香環基としては、例えば、フェニレン基、トリレン基、ナフチレン基などの炭素数6〜14の置換基を有していてもよいアリーレン基、又は、例えば、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、チアゾール等のヘテロ環を含む2価の芳香環基を挙げることができる。フェニレン基、ナフチレン基などの炭素数6〜14の置換基を有していてもよいアリーレン基がより好ましい。
Tは、単結合、−COO−Rt−基、又は、2価の芳香環基が好ましい。Rtは、炭素数1〜5のアルキレン基が好ましく、−CH−基、−(CH−基、−(CH−基がより好ましい。
Rx〜Rxのアルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基などの炭素数1〜4のものが好ましい。
Rx〜Rxのシクロアルキル基としては、シクロペンチル基、シクロヘキシル基などの単環のシクロアルキル基、ノルボルニル基、テトラシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、アダマンチル基などの多環のシクロアルキル基が好ましい。
Rx〜Rxの2つが結合して形成されるシクロアルキル基としては、炭素数3〜20のものが好ましく、シクロペンチル基、シクロヘキシル基などの単環のシクロアルキル基、ノルボルニル基、テトラシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、アダマンチル基などの多環のシクロアルキル基が好ましい。
Rx〜Rxの1価の芳香環基としては、炭素数6〜20のものが好ましく、例えば、フェニル基、ナフチル基等が挙げられる。Rx〜Rxの1つが水素原子を表す場合、他の基の少なくとも一方は1価の芳香環基であることが好ましい。Rxがメチル基又はエチル基であり、RxとRxとが結合して上述のシクロアルキル基を形成している様態又はRxとRxが各々独立にメチル基又はエチル基であり、Rxが上述のシクロアルキル基である態様が好ましい。
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。
酸分解性樹脂(A)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、アルカリ可溶性基を有する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の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。
上述したアルカリ可溶性基を有する樹脂としては、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樹脂、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を含んだ樹脂が挙げられる。
フェノール性水酸基を含んだ樹脂としては、好ましくは、ポリ(o−ヒドロキシスチレン)、ポリ(m−ヒドロキシスチレン)、ポリ(p−ヒドロキシスチレン)及びこれらの共重合体、水素化ポリ(ヒドロキシスチレン)、下記構造で表される置換基を有するポリ(ヒドロキシスチレン)類、スチレン−ヒドロキシスチレン共重合体、α−メチルスチレン−ヒドロキシスチレン共重合体、及び水素化ノボラック樹脂等のヒドロキシスチレン構造単位を有する樹脂が挙げられる。
これら樹脂のアルカリ溶解速度は、2.38質量%テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)溶液を用いて23℃で測定して、170Å/秒以上であることが好ましく、330Å/秒以上であることが特に好ましい。
これら樹脂の原料として採用可能なモノマーとしては、例えば、アルキルカルボニルオキシスチレン(例えば、t−ブトキシカルボニルオキシスチレン)、アルコキシスチレン(例えば、1−アルコキシエトキシスチレン又はt−ブトキシスチレン)、及び、(メタ)アクリル酸3級アルキルエステル(例えば、t−ブチル(メタ)アクリレート又は2−アルキル−2−アダマンチル(メタ)アクリレート又はジアルキル(1−アダマンチル)メチル(メタ)アクリレート)が挙げられる。
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(A)は、芳香族基を有する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(A)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(A)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。
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(A)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。
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7〜21が好ましく、炭素数7〜13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、フェニル基及びナフチル基が挙げられる。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、シクロアルキル基、水素原子が置換されたヒドロキシ基、及び水素原子が置換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。好ましいシクロアルキル基としては、シクロペンチル基、シクロヘキシル基及びシクロヘプチル基等が挙げられる。
上記の水素原子の置換基としては、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アラルキル基、置換メチル基、置換エチル基、アシル基、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。好ましいシクロアルキル基としては、炭素数3〜7のシクロアルキル基が挙げられる。好ましいアラルキル基としては、炭素数7〜12のアラ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2〜4のアルコキシカルボニル基が挙げられる。好ましいアラルキルオキシカルボニル基としては、炭素数8〜12のアラルキルオキシカルボニル基が挙げられる。
酸分解性樹脂(A)は、一般式(III)で表される繰り返し単位を含有してもしなくてもよいが、含有する場合の含有率は、酸分解性樹脂中(A)の全繰り返し単位を基準として、0.1〜40モル%とすることが好ましく、0.1〜20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。
酸分解性樹脂(A)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ることが好ましい。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。
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、ラクトン構造を有する基が挙げられる。
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。ラクトン構造を有する基における、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、(LC1−4)がより好ましい。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。
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Rb同士が互いに結合して、環構造を形成してもよい。
(LC1−1)〜(LC1−17)におけるnは2以下のものがより好ましい。ラクトン構造を有する基は無置換のラクトン構造を有する1価の有機基、或いはメチル基、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を置換基として有するラクトン構造を有する1価の有機基が好ましく、シアノ基を置換基として有するラクトン構造(シアノラクトン)を有する1価の有機基がより好ましい。
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。
一般式(AII)中、
Rbは、水素原子、ハロゲン原子又はアルキル基(好ましくは炭素数1〜4)を表す。
Rbのアルキル基は置換基を有していてもよく、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、エーテル結合、エステル結合、カルボニル基、又はこれらの組み合わせ(総炭素数20以下が好ましい)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、アルキレン基(直鎖状であっても、分岐状であってもよい)、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ラクトン構造を有する基である。ラクトン構造を有する基は、一般式(LC1−1)〜(LC1−17)の何れかにより表されるラクトン構造中の任意の1つの水素原子が、Abとの結合手に置き換えられた1価の基であっても良い。
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構造を有する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。最適なラクトン構造を有する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、CHOH又はCFを表す。
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ことが好ましい。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。
酸分解性樹脂(A)が現像補助基を含有する場合、酸分解性樹脂(A)に占める現像補助基を備えた繰り返し単位の含有量は、酸分解性樹脂(A)の全繰り返し単位を基準として、1〜60モル%の範囲内とすることが好ましく、3〜50モル%の範囲内とすることがより好ましく、5〜45モル%の範囲内とすることが特に好ましい。
酸分解性樹脂(A)は、前述の繰り返し単位以外の、水酸基又はシアノ基を有する繰り返し単位を更に有していてもよい。これにより基板密着性、現像液親和性を向上させることができる。水酸基又はシアノ基を有する繰り返し単位は、水酸基又はシアノ基で置換された脂環炭化水素構造を有する繰り返し単位であることが好ましく、酸分解性基を有さないことが好ましい。水酸基又はシアノ基で置換された脂環炭化水素構造に於ける、脂環炭化水素構造としては、アダマンチル基、ジアマンチル基、ノルボルナン基が好ましい。水酸基又はシアノ基で置換された脂環炭化水素構造としては、下記一般式(VIIa)〜(VIId)で表される部分構造が好ましい。
一般式(VIIa)〜(VIIc)に於いて、Rc〜Rcは、各々独立に、水素原子、水酸基又はシアノ基を表す。ただし、Rc〜Rcの内の少なくとも1つは、水酸基又はシアノ基を表す。好ましくは、Rc〜Rcの内の1つ又は2つが水酸基で、残りが水素原子である。一般式(VIIa)に於いて、更に好ましくは、Rc〜Rcの内の2つが水酸基で、残りが水素原子である。
一般式(VIIa)〜(VIId)で表される部分構造を有する繰り返し単位としては、下記一般式(AIIa)〜(AIId)で表される繰り返し単位を挙げることができる。
一般式(AIIa)〜(AIId)に於いて、Rc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。
c〜Rcは、一般式(VIIa)〜(VIIc)に於ける、Rc〜Rcと同義である。
酸分解性樹脂(A)が上記一般式(AIIa)〜(AIId)で表される繰り返し単位を含有する場合、その含有率は、酸分解性樹脂(A)中の全繰り返し単位に対し、0.5〜80mol%が好ましく、より好ましくは1〜60mol%、更に好ましくは2〜40mol%である。
一般式(AIIa)〜(AIId)で表される繰り返し単位の具体例を以下に挙げるが、本発明はこれらに限定されない。
酸分解性樹脂(A)は、上述の繰り返し単位に加えて、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。
以下に、そのような他の重合性モノマー由来の繰り返し単位の好ましい具体例を挙げるが、これらに限定されるものではない。
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、酸分解性樹脂(A)中の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。
酸分解性樹脂(A)は、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を含有しても良く、このような水酸基、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(A)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(A)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。
本発明の組成物が、ArF露光用であるとき、ArF光への透明性の点から酸分解性樹脂(A)は実質的には芳香族基を有さないこと(具体的には、酸分解性樹脂(A)中、芳香族基を有する繰り返し単位の比率が好ましくは5モル%以下、より好ましくは3モル%以下、理想的には0モル%とする、すなわち、芳香族基を有さない)が好ましく、酸分解性樹脂(A)が単環又は多環の脂環炭化水素構造を有することが好ましい。 なお、本発明の組成物が、ArF露光用であるとき、酸分解性樹脂(A)は、後述する疎水性樹脂(HR)との相溶性の観点から、フッ素原子及び珪素原子を含有しないことが好ましい。
樹脂(A)は、常法に従って(例えばラジカル重合)合成、そして精製することができる。合成方法や精製方法に関しては、丸善株式会社発行「第5版 実験化学講座26 高分子化学」の2章「高分子合成」の記載などを参照されたい。酸分解性樹脂(A)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(A)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1.1〜2.0である。
また、酸分解性樹脂(A)は、1種で使用してもよいし、2種類以上組み合わせて使用してもよい。酸分解性樹脂(A)の含有量は、本発明の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物中の全固形分を基準にして、30〜99質量%が好ましく、50〜99質量%がより好ましく、70〜99質量%が特に好ましい。
酸分解性樹脂(A)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。
<遠紫外光領域に吸収をもつ繰り返し単位を有する樹脂(A’)>
本発明の酸分解性樹脂(A)は、更に下記一般式(I)で表される繰り返し単位を含有する樹脂であってもよい(以下、「酸分解性樹脂(A’)」又は「樹脂(A’)」ともいう)。一般式(I)で表される繰り返し単位は、遠紫外光領域に吸収をもつ繰り返し単位である。
一般式(I)中、
11は、水素原子又はアルキル基を表す。
12は、フェニル基を表す。
11としてのアルキル基は、置換基を有していてもよく、直鎖、分岐のいずれでもよい。直鎖アルキル基としては、好ましくは炭素数1〜30、更に好ましくは1〜20であり、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−ノニル基、n−デカニル基等が挙げられる。分岐アルキル基としては、好ましくは炭素数3〜30、更に好ましくは3〜20であり、例えば、i−プロピル基、i−ブチル基、t−ブチル基、i−ペンチル基、t−ペンチル基、i−ヘキシル基、t−ヘキシル基、i−ヘプチル基、t−ヘプチル基、i−オクチル基、t−オクチル基、i−ノニル基、t−デカノイル基等が挙げられる。
11としてのアルキル基としては、直鎖アルキル基が好ましく、メチル基であることがより好ましい。
また、上記アルキル基が有していてもよい更なる置換基としては、水酸基、ハロゲン原子(フッ素、塩素、臭素、ヨウ素)、ニトロ基、シアノ基、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、n−ブトキシ基、イソブトキシ基、sec−ブトキシ基、t−ブトキシ基等のアルコキシ基、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基等のアルコキシカルボニル基、ベンジル基、フェネチル基、クミル基等のアラルキル基、アラルキルオキシ基、ホルミル基、アセチル基、ブチリル基、ベンゾイル基、シアナミル基、バレリル基等のアシル基、ブチリルオキシ基等のアシロキシ基、ビニル基、プロペニル基等のアルケニル基、ビニルオキシ基、プロペニルオキシ基、アリルオキシ基、ブテニルオキシ基等のアルケニルオキシ基、フェニル基等のアリール基、フェノキシ基等のアリールオキシ基、ベンゾイルオキシ基等のアリールカルボニルオキシ基等を挙げることができる。
12としてのフェニル基は、1個又は2個以上の置換基を有していてもよい。このような置換基の具体例としては、アルキル基、及び、上記アルキル基が有していてもよい更なる置換基で挙げたものと同様の基を挙げることができ、炭素数1〜4のアルキル基又はハロゲン原子を好適に挙げることができる。
しかしながら、R12としては、好ましくは、置換基を有さないフェニル基である。
一般式(I)で表される繰り返し単位の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。具体例中、Raは水素原子又はメチル基を表す。
上記一般式(I)で表される繰り返し単位の、酸分解性樹脂(A’)中の含有率は、樹脂(A’)の全繰り返し単位に対して、1〜60モル%であることが好ましく、1〜50モル%であることがより好ましい。これにより、スウィング(Swing)幅の増大、及び、定在波の発生をより抑制できるとともに、より高解像力であって、膜べり量のより少ない感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物とすることができる。
一般式(I)で表される繰り返し単位に対応する(メタ)アクリル酸エステルモノマーは、THF、アセトン、塩化メチレン等の溶媒中、(メタ)アクリル酸クロリドとアルコール化合物を、トリエチルアミン、ピリジン、DBU等の塩基性触媒存在下でエステル化させることにより合成することができる。あるいは、市販のものを用いてもよい。
酸分解性樹脂(A’)は、酸分解性樹脂(A)と同様に合成及び精製可能である。
酸分解性樹脂(A’)の重量平均分子量(Mw)は、好ましくは3000〜100,000、より好ましくは5000〜50,000の範囲である。樹脂自体のアルカリ現像液に対する溶解速度、感度の点から100,000以下が好ましい。
酸分解性樹脂(A’)の分散度(Mw/Mn)は、1.0〜3.0であることが好ましく、より好ましくは1.0〜2.0の範囲内である。
ここで、重量平均分子量(Mw)及び分散度(Mw/Mn)は、ポリスチレン基準のGPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)による。
酸分解性樹脂(A’)は、1種で使用してもよいし、2種類以上組み合わせて使用してもよい。酸分解性樹脂(A’)の含有量は特に限定されないが、総量として、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物の全固形分に対し、好ましくは3〜99質量%であり、より好ましくは5〜99質量%である。
また、酸分解性樹脂(A’)は、酸分解性樹脂(A)と組み合わせて使用してもよい。その場合、樹脂(A)及び樹脂(A’)中、樹脂(A)が50質量%以上存在することが好ましい。
一般式(I)で表される繰り返し単位を含む酸分解性樹脂(A’)の具体例を以下に示すが、これらに限定するものではない。
[3]活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物(B)
本発明の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物は、(B)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物(以下、「酸発生剤(B)」ともいう)を含有する。酸発生剤(B)としては、光カチオン重合の光開始剤、光ラジカル重合の光開始剤、色素類の光消色剤、光変色剤、或いはマイクロレジスト等に使用されている活性光線又は放射線の照射により酸を発生する公知の化合物及びそれらの混合物を適宜に選択して使用することができる。
たとえば、ジアゾニウム塩、ホスホニウム塩、スルホニウム塩、ヨードニウム塩、イミドスルホネート、オキシムスルホネート、ジアゾジスルホン、ジスルホン、o−ニトロベンジルスルホネートを挙げることができ、酸発生剤(B)がスルホニウム塩又はヨードニウム塩を含むことが好ましい。
また、これらの活性光線又は放射線の照射により酸を発生する基、或いは化合物をポリマーの主鎖又は側鎖に導入した化合物、たとえば、米国特許第3,849,137号明細書、独国特許第3914407号明細書、特開昭63−26653号公報、特開昭55−164824号公報、特開昭62−69263号公報、特開昭63−146038号公報、特開昭63−163452号公報、特開昭62−153853号公報、特開昭63−146029号公報等に記載の化合物を用いることができる。
更に米国特許第3,779,778号明細書、欧州特許第126,712号明細書等に記載の光により酸を発生する化合物も使用することができる。
酸発生剤(B)としての、活性光線又は放射線の照射により分解して酸を発生する化合物の内で好ましい化合物として、下記一般式(ZI)、(ZII)、(ZIII)で表される化合物を挙げることができる。
上記一般式(ZI)において、R201、R202及びR203は、各々独立に有機基を表す。
は、非求核性アニオンを表し、好ましくはスルホン酸アニオン、ビス(アルキルスルホニル)アミドアニオン、トリス(アルキルスルホニル)メチドアニオン、BF 、PF 、SbF などが挙げられ、好ましくは炭素原子を含有する有機アニオンである。好ましい有機アニオンとしては下式AN1〜AN3に示す有機アニオンが挙げられる。
式AN1〜AN3中、Rc〜Rcはそれぞれ独立に有機基を表す。Rc〜Rcにおける有機基として、炭素数1〜30のものがあげられ、好ましくは置換されていてもよいアルキル基、アリール基、又はこれらの複数が、単結合、−O−、−CO−、−S−、−SO−、−SON(Rd)−などの連結基で連結された基を挙げることができる。更にはほかの結合しているアルキル基、アリール基と環構造を形成してもよい。
Rdは水素原子、アルキル基を表し、結合しているアルキル基、アリール基と環構造を形成してもよい。
Rc〜Rcの有機基として、1位がフッ素原子又はフロロアルキル基で置換されたアルキル基、フッ素原子又はフロロアルキル基で置換されたフェニル基であってもよい。フッ素原子又はフロロアルキル基を有することにより、光照射によって発生した酸の酸性度が上がり、感度が向上する。Rc〜Rcにおいて炭素原子を5個以上有する時、少なくとも1つの炭素原子は水素原子で置換されていることが好ましく、水素原子の数がフッ素原子より多いことがより好ましい。炭素数5以上のパーフロロアルキル基を有さないことにより生態への毒性が軽減する。
201、R202及びR203としての有機基の炭素数は、一般的に1〜30、好ましくは1〜20である。
また、R201〜R203のうち2つが結合して環構造を形成してもよく、環内に酸素原子、硫黄原子、エステル結合、アミド結合、カルボニル基を含んでいてもよい。
201〜R203の内の2つが結合して形成する基としては、アルキレン基(例えば、ブチレン基、ペンチレン基)を挙げることができる。
201、R202及びR203としての有機基の具体例としては、後述する化合物(ZI−1)、(ZI−2)、(ZI−3)における対応する基を挙げることができる。
なお、一般式(ZI)で表される構造を複数有する化合物であってもよい。例えば、一般式(ZI)で表される化合物のR201〜R203の少なくともひとつが、一般式(ZI)で表されるもうひとつの化合物のR201〜R203の少なくともひとつと結合した構造を有する化合物であってもよい。
更に好ましい(Z1)成分として、以下に説明する化合物(ZI−1)、(ZI−2)、及び(ZI−3)を挙げることができる。
化合物(ZI−1)は、上記一般式(ZI)のR201〜R203の少なくとも1つがアリール基である、アリールスルホニム化合物、即ち、アリールスルホニウムをカチオンとする化合物である。
アリールスルホニウム化合物は、R201〜R203の全てがアリール基でもよいし、R201〜R203の一部がアリール基で、残りがアルキル基でもよい。
アリールスルホニウム化合物としては、例えば、トリアリールスルホニウム化合物、ジアリールアルキルスルホニウム化合物、アリールジアルキルスルホニウム化合物を挙げることができる。
アリールスルホニウム化合物のアリール基としてはフェニル基、ナフチル基などのアリール基、インドール残基、ピロール残基、などのヘテロアリール基が好ましく、更に好ましくはフェニル基、インドール残基である。アリールスルホニム化合物が2つ以上のアリール基を有する場合に、2つ以上あるアリール基は同一であっても異なっていてもよい。
アリールスルホニウム化合物が必要に応じて有しているアルキル基は、炭素数1〜15の直鎖、分岐又は環状アルキル基が好ましく、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロヘキシル基等を挙げることができる。
201〜R203としてのアリール基、アルキル基は、アルキル基(例えば炭素数1〜15)、アリール基(例えば炭素数6〜14)、アルコキシ基(例えば炭素数1〜15)、ハロゲン原子、水酸基、フェニルチオ基を置換基として有してもよい。好ましい置換基としては炭素数1〜12の直鎖、分岐又は環状アルキル基、炭素数1〜12の直鎖、分岐又は環状のアルコキシ基であり、最も好ましくは炭素数1〜4のアルキル基、炭素数1〜4のアルコキシ基である。置換基は、3つのR201〜R203のうちのいずれか1つに置換していてもよいし、3つ全てに置換していてもよい。また、R201〜R203がアリール基の場合に、置換基はアリール基のp−位に置換していることが好ましい。
次に、化合物(ZI−2)について説明する。
化合物(ZI−2)は、式(ZI)におけるR201〜R203が、各々独立に、芳香環を含有しない有機基を表す場合の化合物である。ここで芳香環とは、ヘテロ原子を含有する芳香族環も包含するものである。
201〜R203としての芳香環を含有しない有機基は、一般的に炭素数1〜30、好ましくは炭素数1〜20である。
201〜R203は、各々独立に、好ましくはアルキル基、シクロアルキル基、2−オキソアルキル基、2−オキソシクロアルキル基、アルコキシカルボニルメチル基、アリル基、ビニル基であり、更に好ましくは直鎖又は分岐の2−オキソアルキル基、2−オキソシクロアルキル基、アルコキシカルボニルメチル基であり、最も好ましくは直鎖又は分岐の2−オキソアルキル基である。
201〜R203としてのアルキル基及びシクロアルキル基は、好ましくは、炭素数1〜10の直鎖又は分岐状アルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基)、炭素数3〜10のシクロアルキル基(シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボニル基)を挙げることができる。
201〜R203としての2−オキソアルキル基は、直鎖又は分岐のいずれであってもよく、好ましくは、上記のアルキル基の2位に>C=Oを有する基を挙げることができる。
201〜R203としての2−オキソシクロアルキル基は、好ましくは、上記のシクロアルキル基の2位に>C=Oを有する基を挙げることができる。
201〜R203としてのアルコキシカルボニルメチル基におけるアルコキシ基としては、好ましくは炭素数1〜5のアルコキシ基(メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ペントキシ基)を挙げることができる。
201〜R203は、ハロゲン原子、アルコキシ基(例えば炭素数1〜5)、水酸基、シアノ基、ニトロ基によって更に置換されていてもよい。
201〜R203のうち2つが結合して環構造を形成してもよく、環内に酸素原子、硫黄原子、エステル結合、アミド結合、カルボニル基を含んでいてもよい。R201〜R203の内の2つが結合して形成する基としては、アルキレン基(例えば、ブチレン基、ペンチレン基)を挙げることができる。
次に、化合物(ZI−3)について説明する。
化合物(ZI−3)とは、以下の一般式(ZI−3)で表される化合物であり、フェナシルスルフォニウム塩構造を有する化合物である。
1c〜R5cは、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、又はハロゲン原子を表す。
6c及びR7cは、水素原子、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。
Rx及びRyは、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基、2−オキソアルキル基、2−オキソシクロアルキル基、アルコキシカルボニルメチル基、アリル基、又はビニル基を表す。
1c〜R7cのいずれか2つ以上が結合して環構造を形成しても良い。また、RとRが結合して環構造を形成しても良い。これらの環構造は、酸素原子、硫黄原子、エステル結合、アミド結合を含んでいてもよい。
は、一般式(ZI)におけるZと同義である。
化合物(ZI−3)の具体例としては、特開2004−233661号公報の段落0046,0047や、特開2003−35948号公報の段落0040〜0046に例示されている化合物、等を挙げることができる。
次に、一般式(ZII)、(ZIII)について説明する。
一般式(ZII)、(ZIII)中、R204〜R207は、各々独立に、置換基を有してもよいアリール基、置換基を有していてもよいアルキル基、又は置換基を有していてもよいシクロアルキル基を表す。
204〜R207のアリール基の具体例、好適なものとしては、前記化合物(ZI−1)におけるR201〜R203としてのアリール基として説明したものと同様である。
204〜R207のアルキル基及びシクロアルキル基の具体例、好適なものとしては、前記化合物(ZI−2)におけるR201〜R203としての直鎖、分岐又は環状アルキル基として説明したものと同様である。
は、一般式(ZI)に於けるZと同義である。
酸発生剤(B)としての、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物の内で好ましい化合物として、更に、下記一般式(ZIV)、(ZV)、(ZVI)で表される化合物を挙げることができる。
一般式(ZIV)〜(ZVI)中、
Ar及びArは、各々独立に、置換若しくは無置換のアリール基を表す。
208は、一般式(ZV)と(ZVI)で各々独立して、置換若しくは無置換のアルキル基、置換若しくは無置換のシクロアルキル基又は置換若しくは無置換のアリール基を表す。発生酸の強度を高める点では、R208はフッ素原子により置換されていることが好ましい。
209及びR210は、各々独立に、置換若しくは無置換のアルキル基、置換若しくは無置換のシクロアルキル基、置換若しくは無置換のアリール基又は電子求引性基を表す。R209として好ましくは、置換若しくは無置換のアリール基である。R210として好ましくは、電子求引性基であり、より好ましくはシアノ基、フロロアルキル基である。
Aは、置換若しくは無置換のアルキレン基、置換若しくは無置換のアルケニレン基又は置換若しくは無置換のアリーレン基を表す。
Ar、Ar、R208、R209及びR210のアリール基の具体例としては、上記一般式(ZI−1)におけるR201〜R203としてのアリール基の具体例と同様のものを挙げることができる。 R208、R209及びR210のアルキル基及びシクロアルキル基の具体例としては、それぞれ、上記一般式(ZI−2)におけるR201〜R203としてのアルキル基及びシクロアルキル基の具体例と同様のものを挙げることができる。
Aのアルキレン基としては、炭素数1〜12のアルキレン(例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、イソプロピレン基、ブチレン基、イソブチレン基など)を、Aのアルケニレン基としては、炭素数2〜12のアルケニレン基(例えば、エチニレン基、プロペニレン基、ブテニレン基など)を、Aのアリーレン基としては、炭素数6〜10のアリーレン基(例えば、フェニレン基、トリレン基、ナフチレン基など)を、それぞれ挙げることができる。
なお、一般式(ZVI)で表される構造を複数有する化合物も本発明では好ましい。例えば、一般式(ZVI)で表される化合物のR209又はR210のいずれかが、一般式(ZVI)で表されるもう一つの化合物のR209又はR210のいずれかと結合した構造を有する化合物であってもよい。
酸発生剤(B)としての、活性光線又は放射線の照射により分解して酸を発生する化合物の内でより好ましくは、一般式(ZI)〜(ZIII)で表される化合物であり、更に好ましくは(ZI)で表される化合物であり、最も好ましくは(ZI−1)〜(ZI−3)で表される化合物である。
酸発生剤(B)の具体例を以下に示すが、これらに限定するものではない。
酸発生剤(B)は、1種単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。2種以上を組みあわせて使用する際には、水素原子を除く全原子数が2以上異なる2種の有機酸を発生する化合物を組み合わせることが好ましい。
酸発生剤(B)の組成物中の含有量は、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物の全固形分を基準として、0.1〜20質量%が好ましく、より好ましくは0.5〜15質量%、更に好ましくは1〜10質量%である。
[4]塩基性化合物(C)
本発明の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物は塩基性化合物を含有する。塩基性化合物は有機塩基性化合物であることが好ましい。有機塩基性化合物は、好ましくはフェノールよりも塩基性の強い化合物である。有機塩基性化合物の分子量は通常100〜900、好ましくは150〜800、より好ましくは200〜700である。また、特に含窒素塩基性化合物が好ましい。
好ましい含窒素塩基性化合物は、好ましい化学的環境として、下記式(CI)〜(CV)の構造を有する化合物である。式(CII)〜(CV)は、環構造の一部であってもよい。
ここで、R250、R251及びR252は、同一でも異なってもよく、水素原子、アルキル基(好ましくは炭素数1〜20)、シクロアルキル基(好ましくは炭素数3〜20)又はアリール基(好ましくは炭素数6〜20)を表し、ここで、R251とR252は、互いに結合して環を形成してもよい。
上記アルキル基は無置換であっても置換基を有するものであってもよく、置換基を有するアルキル基としては、炭素数1〜6のアミノアルキル基、炭素数1〜6のヒドロキシアルキル基が好ましい。
253、R254、R255及びR256は、同一でも異なってもよく、炭素数1〜6個のアルキル基を表す。
更に好ましい化合物は、一分子中に異なる化学的環境の窒素原子を2個以上有する含窒素塩基性化合物であり、特に好ましくは、置換若しくは無置換のアミノ基と窒素原子を含む環構造の両方を含む化合物若しくはアルキルアミノ基を有する化合物である。
更に、フェノキシ基を有するアミン化合物、フェノキシ基を有するアンモニウム塩化合物、スルホン酸エステル基を有するアミン化合物及びスルホン酸エステル基を有するアンモニウム塩化合物から選ばれる少なくとも1種類の含窒素化合物を挙げることができる。
アミン化合物は、1級、2級、3級のアミン化合物を使用することができ、少なくとも1つのアルキル基が窒素原子に結合しているアミン化合物が好ましい。アミン化合物は、3級アミン化合物であることがより好ましい。アミン化合物は、少なくとも1つのアルキル基(好ましくは炭素数1〜20)が窒素原子に結合していれば、アルキル基の他に、シクロアルキル基(好ましくは炭素数3〜20)又はアリール基(好ましくは炭素数6〜12)が窒素原子に結合していてもよい。アミン化合物は、アルキル鎖中に、酸素原子を有し、オキシアルキレン基が形成されていることが好ましい。オキシアルキレン基の数は、分子内に1つ以上、好ましくは3〜9個、更に好ましくは4〜6個である。オキシアルキレン基の中でもオキシエチレン基(−CHCHO−)若しくはオキシプロピレン基(−CH(CH)CHO−若しくはCHCHCHO−)が好ましく、更に好ましくはオキシエチレン基である。
アンモニウム塩化合物は、1級、2級、3級、4級のアンモニウム塩化合物を使用することができ、少なくとも1つのアルキル基が窒素原子に結合しているアンモニウム塩化合物が好ましい。アンモニウム塩化合物は、少なくとも1つのアルキル基(好ましくは炭素数1〜20)が窒素原子に結合していれば、アルキル基の他に、シクロアルキル基(好ましくは炭素数3〜20)又はアリール基(好ましくは炭素数6〜12)が窒素原子に結合していてもよい。アンモニウム塩化合物は、アルキル鎖中に、酸素原子を有し、オキシアルキレン基が形成されていることが好ましい。オキシアルキレン基の数は、分子内に1つ以上、好ましくは3〜9個、更に好ましくは4〜6個である。オキシアルキレン基の中でもオキシエチレン基(−CHCHO−)若しくはオキシプロピレン基(−CH(CH)CHO−若しくはCHCHCHO−)が好ましく、更に好ましくはオキシエチレン基である。
アンモニウム塩化合物のアニオンとしては、ハロゲン原子、スルホネート、ボレート、フォスフェート等が挙げられるが、中でもハロゲン原子、スルホネートが好ましい。ハロゲン原子としてはクロライド、ブロマイド、アイオダイドが特に好ましく、スルホネートとしては、炭素数1〜20の有機スルホネートが特に好ましい。有機スルホネートとしては、炭素数1〜20のアルキルスルホネート、アリールスルホネートが挙げられる。アルキルスルホネートのアルキル基は置換基を有していてもよく、置換基としては例えばフッ素、塩素、臭素、アルコキシ基、アシル基、アリール基等が挙げられる。アルキルスルホネートとして、具体的にはメタンスルホネート、エタンスルホネート、ブタンスルホネート、ヘキサンスルホネート、オクタンスルホネート、ベンジルスルホネート、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、ノナフルオロブタンスルホネート等が挙げられる。アリールスルホネートのアリール基としてはベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環が挙げられる。ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環は置換基を有していてもよく、置換基としては炭素数1〜6の直鎖若しくは分岐アルキル基、炭素数3〜6のシクロアルキル基が好ましい。直鎖若しくは分岐アルキル基、シクロアルキル基として、具体的にはメチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、i−ブチル、t−ブチル、n−ヘキシル、シクロヘキシル等が挙げられる。他の置換基としては炭素数1〜6のアルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ、ニトロ、アシル基、アシロキシ基等が挙げられる。
フェノキシ基を有するアミン化合物、フェノキシ基を有するアンモニウム塩化合物とは、アミン化合物又はアンモニウム塩化合物のアルキル基の窒素原子と反対側の末端にフェノキシ基を有するものである。フェノキシ基は、置換基を有していてもよい。フェノキシ基の置換基としては、例えば、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、カルボキシル基、カルボン酸エステル基、スルホン酸エステル基、アリール基、アラルキル基、アシロキシ基、アリールオキシ基等が挙げられる。置換基の置換位は、2〜6位のいずれであってもよい。置換基の数は、1〜5の範囲で何れであってもよい。
フェノキシ基と窒素原子との間に、少なくとも1つのオキシアルキレン基を有することが好ましい。オキシアルキレン基の数は、分子内に1つ以上、好ましくは3〜9個、更に好ましくは4〜6個である。オキシアルキレン基の中でもオキシエチレン基(−CHCHO−)若しくはオキシプロピレン基(−CH(CH)CHO−若しくはCHCHCHO−)が好ましく、更に好ましくはオキシエチレン基である。具体例としては、2−[2−{2―(2,2―ジメトキシ−フェノキシエトキシ)エチル}−ビス−(2−メトキシエチル)]−アミンや、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)などが挙げられる。
好ましい有機塩基性化合物としては、3級のアミン化合物、グアニジン、アミノピリジン、アミノアルキルピリジン、アミノピロリジン、インダゾール、イミダゾール、ピラゾール、ピラジン、ピリミジン、プリン、イミダゾリン、ピラゾリン、ピペラジン、アミノモルフォリン、アミノアルキルモルフォリン等が挙げられる。これらは置換基を有していてもよく、好ましい置換基としては、アミノ基、アミノアルキル基、アルキルアミノ基、アミノアリール基、アリールアミノ基、アルキル基、アルコキシ基、アシル基、アシロキシ基、アリール基、アリールオキシ基、ニトロ基、水酸基、シアノ基などが挙げられる。
特に好ましい有機塩基性化合物として、ジシクロヘキシルメチルアミン、グアニジン、1,1−ジメチルグアニジン、1,1,3,3,−テトラメチルグアニジン、イミダゾール、2−メチルイミダゾール、4−メチルイミダゾール、N−メチルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール、4,5−ジフェニルイミダゾール、2,4,5−トリフェニルイミダゾール、2−アミノピリジン、3−アミノピリジン、4−アミノピリジン、2−ジメチルアミノピリジン、4−ジメチルアミノピリジン、2−ジエチルアミノピリジン、2−(アミノメチル)ピリジン、2−アミノ−3−メチルピリジン、2−アミノ−4−メチルピリジン、2−アミノ−5−メチルピリジン、2−アミノ−6−メチルピリジン、3−アミノエチルピリジン、4−アミノエチルピリジン、3−アミノピロリジン、ピペラジン、N−(2−アミノエチル)ピペラジン、N−(2−アミノエチル)ピペリジン、4−アミノ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、4−ピペリジノピペリジン、2−イミノピペリジン、1−(2−アミノエチル)ピロリジン、ピラゾール、3−アミノ−5−メチルピラゾール、5−アミノ−3−メチル−1−p−トリルピラゾール、ピラジン、2−(アミノメチル)−5−メチルピラジン、ピリミジン、2,4−ジアミノピリミジン、4,6−ジヒドロキシピリミジン、2−ピラゾリン、3−ピラゾリン、N−アミノモルフォリン、N−(2−アミノエチル)モルフォリンなどが挙げられるがこれに限定されるものではない。
また、テトラアルキルアンモニウム塩型の含窒素塩基性化合物も用いることができる。これらの中では、特に炭素数1〜8のテトラアルキルアンモニウムヒドロキシド(テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、テトラ−(n−ブチル)アンモニウムヒドロキシド等)が好ましい。
これらの含窒素塩基性化合物は、単独であるいは2種以上一緒に用いられる。
塩基性化合物(C)の組成物中の含有量は、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物の全固形分を基準として、通常、0.001〜10質量%、好ましくは0.01〜5質量%である。
活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物(B)と塩基性化合物(C)の組成物中の使用割合は、塩基性化合物/酸発生剤(モル比)=0.01〜10であることが好ましい。即ち、感度、解像度の点からモル比が10以下であることが好ましく、露光後加熱処理までの経時でのパターンの太りによる解像度の低下抑制の点から0.01以上が好ましい。塩基性化合物/酸発生剤(モル比)は、より好ましくは0.05〜5、更に好ましくは0.1〜3である。
[5]吸光性添加剤(E)
本発明の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物は、遠紫外光領域に吸収を持つ吸光性添加剤(E)を更に含有していてもよい。これにより定在波の発生を、より抑制することが可能となる。吸光性添加剤(E)としては、遠紫外光領域に吸収を有するものであれば特に限定されないが、下記一般式(EI)で表される化合物(以下、「化合物(E)」ともいう)が好ましい。
一般式(EI)に於いて、
は、1価の置換基を表す。
Xは、単結合又は2価の連結基を表す。
Wは、ラクトン環を有する基、若しくは、式(V1)〜(V4)のいずれかで表される基を表す。
は、0以上の整数を表す。
は、1以上の整数を表す。
、X及びWのそれぞれについて、複数存在するときは、同じでも異なっていてもよい。
なお、複数の一般式(EI)で表される化合物が、単結合、A及びWの少なくともいずいれかを介して、結合していてもよい。すなわち、A又はWで表される基を共有する形で、複数の一般式(EI)で表される化合物が結合していてもよい。
式(V1)〜(V4)に於いて、
Zは、単結合又は2価の連結基を表し、Zの2価の連結基は、一般式(EI)に於ける、Xと同様のものである。Zは、単結合、アルキレン基が好ましい。
Ra、Rb及びRcは、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基若しくはアルケニル基を表す。
Rdは、アルキル基、シクロアルキル基又はアルケニル基を表す。
また、Ra、Rb及びRcの内の2つの基、又はRa、Rb及びRdの内の2つの基が結合して環構造を形成してもよい。該環構造は、3〜8個の炭素原子からなることが好ましく、更にはこれらにヘテロ原子を含んでなる環構造であってもよい。
一般式(EI)に於いて、Aは、1価の置換基を表す。Aの1価の置換基としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子等のハロゲン原子;メトキシ基、エトキシ基及びtert−ブトキシ基等のアルコキシ基;フェノキシ基及びp−トリルオキシ基等のアリールオキシ基;メトキシカルボニル基、ブトキシカルボニル基及びフェノキシカルボニル基等のアルコキシカルボニル基;アセトキシ基、プロピオニルオキシ基及びベンゾイルオキシ基等のアシルオキシ基;アセチル基、ベンゾイル基、イソブチリル基、アクリロイル基、メタクリロイル基及びメトキサリル基等のアシル基;メチルスルファニル基及びtert−ブチルスルファニル基等のアルキルスルファニル基;フェニルスルファニル基及びp−トリルスルファニル基等のアリールスルファニル基;メチルアミノ基及びシクロヘキシルアミノ基等のアルキルアミノ基;ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、モルホリノ基及びピペリジノ基等のジアルキルアミノ基;フェニルアミノ基及びp−トリルアミノ基等のアリールアミノ基;メチル基、エチル基、tert−ブチル基及びドデシル基等のアルキル基;シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基;フェニル基、p−トリル基、キシリル基、クメニル基、ナフチル基、アンスリル基及びフェナントリル基等のアリール基;エチニル基、プロパルギル基等のアルキニル基;ヒドロキシ基;カルボキシ基;ホルミル基;メルカプト基;スルホ基;メシル基;p−トルエンスルホニル基;アミノ基;ニトロ基;シアノ基;トリフルオロメチル基;トリクロロメチル基;トリメチルシリル基;ホスフィニコ基;ホスホノ基;トリメチルアンモニウミル基;ジメチルスルホニウミル基、並びにトリフェニルフェナシルホスホニウミル基が挙げられる。
Xは、好ましくは、単結合、アルキレン基、アリーレン基、カルボニル基、スルフィド基、−O−、スルホニル基、−C(=O)O−、−CONH−、−SONH−、−SS−、−COCO−、−OCOO−,−SOO−、若しくは、これらの基の組み合わせた2価の連結基である。より好ましくは、単結合、アルキレン基、アリーレン基、カルボニル基、スルホニル基、−COO−、−CONH−、−SONH−、スルフィド基、−O−、が挙げられる。
組み合わせの例としては、アルキレン基と、カルボニル基、スルホニル基、−COO−、−CONH−、−SONH−、スルフィド基、−O−との組み合わせが好ましい。
Xとしての連結基の原子数は、好ましくは1から10以下である。
Xの具体例としては、以下のものが挙げられるが、本発明は、これに限定されるものではない。
Wは、ラクトン環を有する基、若しくは、式(V1)〜(V4)のいずれかで表される基を表す。
Wがラクトン環を有する基である場合、現像時に加水分解し、カルボキシル基(アルカリ可溶性基)を生じるため、特に現像欠陥低減に寄与する。
式(V1)で表される基であって、Ra、Rb及びRc、それぞれが、アルキル基、シクロアルキル基若しくはアルケニル基を表す場合、又は式(V2)で表される基である場合には、Wは、酸分解性基を有する基であり、露光により酸発生剤から発生した酸により脱保護反応が進行し、アルカリ可溶性基を生じるため、特に現像欠陥低減に寄与する。
式(V3)又は(V4)で表される基は、チオール基又はカルボキシル基などの酸基を有する基であり、アルカリ可溶性基であるため、特に現像欠陥低減の向上に寄与する。
−X−Wで表される基は、アントラセン環の中央のベンゼン環に結合していることが好ましい。
は、0以上の整数を表し、0〜3が好ましく、0が特に好ましい。
は、1以上の整数を表し、1〜3が好ましく、1が特に好ましい。
まず、Wがラクトン環を有する基である場合について説明する。
Wとしてのラクトン環を有する基が有するラクトン環は、4〜8員環が好ましく、5〜7員環がより好ましい。ラクトン環中に二重結合を有していてもよい。
ラクトン環が有していてもよい置換基としては、アルキル基、アルコキシ基、アシル基、オキシ基(>C=O)、水酸基、またAとしての置換基と同様のものなどが挙げられ、置換基が他の置換基で置換された基であってもよい。
ラクトン環の具体例としては、前述の酸分解性樹脂(A)における前記一般式(LC1−1)〜(LC1−17)の構造が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
より具体的には、例えば、以下のラクトン構造が挙げられる。
Wがラクトン環を有する基である場合の一般式(EI)で表される化合物としては、以下のものが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
次に、Wが式(V1)〜(V4)のいずれかで表される基である場合について説明する。
式(V1)〜(V4)に於いて、
Zは、単結合又は2価の連結基を表し、Zの2価の連結基は、一般式(EI)に於ける、Xと同様のものである。Zは、単結合、アルキレン基(例えば、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)が好ましい。式(V1)及び(V2)において、Zは、単結合、メチレン基が好ましく、式(V4)において、Zは、メチレン基が好ましい。
Ra、Rb及びRcは、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基若しくはアルケニル基を表す。
Rdは、アルキル基、シクロアルキル基又はアルケニル基を表す。
なお、式(V1)で表される基については、Ra、Rb及びRc、それぞれが、アルキル基、シクロアルキル基若しくはアルケニル基を表す場合、即ち、酸の作用により、−C(Ra)(Rb)(Rc)で表される基が脱離し、カルボキシル基を生じる、酸分解性基を有する基である場合が好ましい。
また、Ra、Rb及びRcの内の2つの基、又はRa、Rb及びRdの内の2つの基が結合して炭素原子からなる環構造を形成してもよいし、更にはこれらにヘテロ原子を含んでなる環構造を形成してもよい。
形成する環構造としては、好ましくは炭素数3〜15、より好ましくは炭素数3〜8であり、例えば、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、1−シクロヘキセニル基、アダマンチル基、2−テトラヒドロフラニル基、2−テトラヒドロピラニル基等が挙げられる。
Ra〜Rdのアルキル基としては、好ましくは置換基を有していてもよい、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、2−エチルヘキシル基、オクチル基のような炭素数1〜8個のものが挙げられる。
シクロアルキル基としては、好ましくは置換基を有していてもよい、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基のような炭素数3〜8個のものが挙げられる。
アルケニル基としては、好ましくは置換基を有していてもよい、ビニル基、プロペニル基、アリル基、ブテニル基、ペンテニル基、ヘキセニル基、シクロヘキセニル基の様な炭素数2〜6個のものが挙げられる。
また、上記詳述した各基における更なる置換基としては、好ましくは、水酸基、ハロゲン原子(フッ素、塩素、臭素、ヨウ素)、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、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、ブトキシ基等のアルコキシ基、メトキシカルボニル基、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、ベンゾイル基等のアシル基、アセトキシ基、ブチリルオキシ基等のアシロキシ基、カルボキシ基が挙げられる。
以下、Wが式(V1)〜(V4)のいずれかで表される基である場合の一般式(EI)で表される化合物の具体例を挙げるが、これらに限定されるものではない。
化合物(E)の分子量は、一般的に100〜1000、好ましくは200〜500である。化合物(E)は、単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
化合物(E)は、公知の方法で合成してもよいし、市販のものを用いてもよい。例えば、以下のようにして合成することができる。以下において、Xは一般式(EI)におけるものと同義である。
本発明の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物は、化合物(E)を含有してもしなくてもよいが、含有する場合の化合物(E)の含有量は、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物の全固形分に対し、好ましくは0.1〜30質量%であり、より好ましくは1〜20質量%である。
[6]その他の成分
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、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。
本発明の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物は、界面活性剤を含有してもしなくてもよいが、含有する場合の界面活性剤の含有量は、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。
(酸の作用により分解してアルカリ現像液中での溶解度が増大する、分子量3000以下の溶解阻止化合物)
酸の作用により分解してアルカリ現像液中での溶解度が増大する、分子量3000以下の溶解阻止化合物(以下、「溶解阻止化合物」ともいう)としては、220nm以下の透過性を低下させないため、Proceeding of SPIE, 2724, 355 (1996) に記載されている酸分解性基を含むコール酸誘導体等の、酸分解性基を含有する脂環族又は脂肪族化合物が好ましい。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。
なお、本発明に係る組成物をKrFエキシマレーザーで露光するか又は電子線で照射する場合には、溶解阻止化合物としては、フェノール化合物のフェノール性水酸基を酸分解基で置換した構造を含んだ化合物が好ましい。フェノール化合物としては、フェノール骨格を1〜9個含有するものが好ましく、2〜6個含有するものが更に好ましい。
本発明の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物は、溶解阻止化合物を含有してもしなくてもよいが、含有する場合の溶解阻止化合物の含有量は、組成物の全固形分を基準として、好ましくは0.1〜50質量%であり、より好ましくは1〜40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。
(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0.5〜50質量%、より好ましくは1.0〜45質量%、更に好ましくは2.0〜40質量%、特に好ましくは2.0〜30質量%となるようにする。
[7]パターン形成方法
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、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(レジスト膜)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シリコン、窒化ケイ素、SiON、シリコン/二酸化シリコン被覆基板、ガラス基板、ITO基板、TiN基板、石英/酸化クロム被覆基板等)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、感活性光線性又は感放射線性の膜(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、リンスをする。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、極紫外線(EUV光)、X線、及び電子線(EB)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、極紫外線及び電子線が挙げられる。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、極紫外線及び電子線が挙げられる。
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、ピロール及びピヘ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、通常、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液(2.38質量%)に代表される第四級アンモニウム塩が用いられる。
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。
リンス液としては、純水を使用し、界面活性剤を適当量添加して使用することもできる。
また、現像処理又はリンス処理の後に、パターン上に付着している現像液又はリンス液を超臨界流体により除去する処理を行うことができる。
本発明の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物からなる膜に対しては、活性光線又は放射線の照射時に膜とレンズの間に空気よりも屈折率の高い液体(液浸媒体)を満たして露光(液浸露光)を行ってもよい。これにより解像性を高めることができる。用いる液浸媒体としては空気よりも屈折率の高い液体であればいずれのものでも用いることができるが好ましくは純水である。
液浸露光する際に使用する液浸液について、以下に説明する。
液浸液は、露光波長に対して透明であり、かつレジスト膜上に投影される光学像の歪みを最小限に留めるよう、屈折率の温度係数ができる限り小さい液体が好ましいが、特に露光光源がArFエキシマレーザー(波長;193nm)である場合には、上述の観点に加えて、入手の容易さ、取り扱いのし易さといった点から水を用いるのが好ましい。
また、更に屈折率が向上できるという点で屈折率1.5以上の媒体を用いることもできる。この媒体は、水溶液でもよく有機溶剤でもよい。
液浸液として水を用いる場合、屈折率の向上等を目的とする添加剤を僅かな割合で添加しても良い。添加剤の例としてはシーエムシー出版「液浸リソグラフィのプロセスと材料」の第12章に詳しい。一方、193nm光に対して不透明な物質や屈折率が水と大きく異なる不純物の存在は、レジスト膜上に投影される光学像の歪みを招くため、使用する水としては蒸留水が好ましい。更にイオン交換フィルター等で精製した純水を用いてもよい。純水の電気抵抗は18.3MQcm以上であることが望ましく、TOC(有機物濃度)は20ppb以下であることが望ましく、脱気処理をしていることが望ましい。
また、液浸液の屈折率を高めることにより、リソグラフィー性能を高めることが可能である。このような観点から、屈折率を高めるような添加剤を水に加えたり、水の代わりに重水(DO)を用いてもよい。
本発明の組成物からなる膜を、液浸媒体を介して露光する場合には、必要に応じて更に疎水性樹脂(HR)を感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物中に添加することができる。これにより、膜表層に疎水性樹脂(HR)が偏在化し、液浸媒体が水の場合、膜とした際の水に対するレジスト膜表面の後退接触角を向上させ、液浸水追随性を向上させることができる。疎水性樹脂(HR)としては、表面の後退接触角が添加することにより向上する樹脂であれば何でもよいが、フッ素原子及び珪素原子の少なくともいずれかを有する樹脂であることが好ましい。膜の後退接触角は60°〜90°が好ましく、更に好ましくは70°以上である。疎水性樹脂(HR)は前述のように界面に偏在するものであるが、界面活性剤とは異なり、必ずしも分子内に親水基を有する必要はなく、極性/非極性物質を均一に混合することに寄与しなくても良い。
後退接触角とは、液滴−基板界面での接触線が後退する際に測定される接触角であり、動的な状態での液滴の移動しやすさをシミュレートする際に有用であることが一般に知られている。簡易的には、針先端から吐出した液滴を基板上に着滴させた後、その液滴を再び針へと吸い込んだときの、液滴の界面が後退するときの接触角として定義でき、一般に拡張収縮法と呼ばれる接触角の測定方法を用いて測定することができる。
液浸露光工程に於いては、露光ヘッドが高速でウェハ上をスキャンし露光パターンを形成していく動きに追随して、液浸液がウェハ上を動く必要があるので、動的な状態に於けるレジスト膜に対する液浸液の接触角が重要になり、液滴が残存することなく、露光ヘッドの高速なスキャンに追随する性能がレジストには求められる。
疎水性樹脂(HR)に於けるフッ素原子又は珪素原子は、樹脂の主鎖中に有していても、側鎖に置換していてもよい。
疎水性樹脂(HR)は、フッ素原子を有する部分構造として、フッ素原子を有するアルキル基、フッ素原子を有するシクロアルキル基、又は、フッ素原子を有するアリール基を有する樹脂であることが好ましい。
フッ素原子を有するアルキル基(好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは炭素数1〜4)は、少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換された直鎖又は分岐アルキル基であり、更にフッ素原子以外の置換基を有していてもよい。
フッ素原子を有するシクロアルキル基は、少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換された単環又は多環のシクロアルキル基であり、更にフッ素原子以外の置換基を有していてもよい。
フッ素原子を有するアリール基としては、フェニル基、ナフチル基などのアリール基の少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換されたものが挙げられ、更にフッ素原子以外の置換基を有していてもよい。
フッ素原子を有するアルキル基、フッ素原子を有するシクロアルキル基、及び、フッ素原子を有するアリール基として、好ましくは、下記一般式(F2)〜(F4)で表される基を挙げることができるが、本発明は、これに限定されるものではない。
一般式(F2)〜(F4)中、
57〜R68は、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子又はアルキル基(直鎖若しくは分岐)を表す。但し、R57〜R61の少なくとも1つ、R62〜R64の少なくとも1つ、及びR65〜R68の少なくとも1つは、それぞれ独立に、フッ素原子又は少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換されたアルキル基(好ましくは炭素数1〜4)を表す。
57〜R61及びR65〜R67は、全てがフッ素原子であることが好ましい。R62、R63及びR68は、少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換されたアルキル基(好ましくは炭素数1〜4)が好ましく、炭素数1〜4のパーフルオロアルキル基であることが更に好ましい。R62とR63は、互いに連結して環を形成してもよい。
一般式(F2)で表される基の具体例としては、例えば、p−フルオロフェニル基、ペンタフルオロフェニル基、3,5−ジ(トリフルオロメチル)フェニル基等が挙げられる。
一般式(F3)で表される基の具体例としては、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロプロピル基、ペンタフルオロエチル基、ヘプタフルオロブチル基、ヘキサフルオロイソプロピル基、ヘプタフルオロイソプロピル基、ヘキサフルオロ(2−メチル)イソプロピル基、ノナフルオロブチル基、オクタフルオロイソブチル基、ノナフルオロヘキシル基、ノナフルオロ−t−ブチル基、パーフルオロイソペンチル基、パーフルオロオクチル基、パーフルオロ(トリメチル)ヘキシル基、2,2,3,3−テトラフルオロシクロブチル基、パーフルオロシクロヘキシル基などが挙げられる。ヘキサフルオロイソプロピル基、ヘプタフルオロイソプロピル基、ヘキサフルオロ(2−メチル)イソプロピル基、オクタフルオロイソブチル基、ノナフルオロ−t−ブチル基、パーフルオロイソペンチル基が好ましく、ヘキサフルオロイソプロピル基、ヘプタフルオロイソプロピル基が更に好ましい。
一般式(F4)で表される基の具体例としては、例えば、−C(CFOH、−C(COH、−C(CF)(CH)OH、−CH(CF)OH等が挙げられ、−C(CFOHが好ましい。
以下、フッ素原子を有する繰り返し単位の具体例を示すが、本発明は、これに限定されるものではない。
具体例中、Xは、水素原子、−CH、−F又は−CFを表す。
は、−F又は−CFを表す。
なお、具体例としては後掲の樹脂(HR−1)〜(HR−58)中に含まれている、フッ素原子を有する繰り返し単位も挙げられる。
更に、疎水性樹脂(HR)は、下記(x)〜(z)の群から選ばれる基を少なくとも1つ有していてもよい。
(x)アルカリ可溶性基
(y)アルカリ現像液の作用により分解し、アルカリ現像液中での溶解度が増大する基
(z)酸の作用により分解する基
アルカリ可溶性基(x)としては、フェノール性水酸基、カルボン酸基、フッ素化アルコール基、スルホン酸基、スルホンアミド基、スルホニルイミド基、(アルキルスルホニル)(アルキルカルボニル)メチレン基、(アルキルスルホニル)(アルキルカルボニル)イミド基、ビス(アルキルカルボニル)メチレン基、ビス(アルキルカルボニル)イミド基、ビス(アルキルスルホニル)メチレン基、ビス(アルキルスルホニル)イミド基、トリス(アルキルカルボニル)メチレン基、トリス(アルキルスルホニル)メチレン基等が挙げられる。好ましいアルカリ可溶性基としては、フッ素化アルコール基(好ましくはヘキサフルオロイソプロパノール)、スルホンイミド基、ビス(アルキルカルボニル)メチレン基が挙げられる。
アルカリ可溶性基(x)を有する繰り返し単位としては、アクリル酸、メタクリル酸による繰り返し単位のような樹脂の主鎖に直接アルカリ可溶性基が結合している繰り返し単位、或いは連結基を介して樹脂の主鎖にアルカリ可溶性基が結合している繰り返し単位などが挙げられ、更にはアルカリ可溶性基を有する重合開始剤や連鎖移動剤を重合時に用いてポリマー鎖の末端に導入することもでき、いずれの場合も好ましい。
アルカリ可溶性基(x)を有する繰り返し単位の含有量は、疎水性樹脂(HR)中の全繰り返し単位に対し、1〜50mol%が好ましく、より好ましくは3〜35mol%、更に好ましくは5〜20mol%である。
アルカリ可溶性基(x)を有する繰り返し単位の具体例を以下に示すが、本発明は、これに限定されるものではない。
式中Rxは水素原子、CH、CF、又はCHOHを表す。なお、具体例としては後掲の樹脂(HR−1)〜(HR−58)中に含まれている、アルカリ可溶性基(x)を有する繰り返し単位も挙げられる。
アルカリ現像液の作用により分解し、アルカリ現像液中での溶解度が増大する基(y)としては、例えば、ラクトン構造を有する基、酸無水物基、酸イミド基などが挙げられ、好ましくはラクトン構造を有する基である。
アルカリ現像液の作用により分解し、アルカリ現像液中での溶解度が増大する基(y)を有する繰り返し単位としては、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステルによる繰り返し単位のように、樹脂の主鎖にアルカリ現像液の作用により分解し、アルカリ現像液中での溶解度が増大する基(y)が結合している繰り返し単位、あるいはアルカリ現像液中での溶解度が増大する基(y)を有する重合開始剤や連鎖移動剤を重合時に用いてポリマー鎖の末端に導入、のいずれも好ましい。
アルカリ現像液中での溶解度が増大する基(y)を有する繰り返し単位の含有量は、疎水性樹脂(HR)中の全繰り返し単位に対し、1〜40mol%が好ましく、より好ましくは3〜30mol%、更に好ましくは5〜15mol%である。
アルカリ現像液中での溶解度が増大する基(y)を有する繰り返し単位の具体例としては、(A)成分の樹脂で挙げたラクトン構造を有する繰り返し単位と同様のものを挙げることができる。
疎水性樹脂(HR)に於ける、酸の作用により分解する基(z)を有する繰り返し単位は、(A)成分の樹脂で挙げた酸分解性基を有する繰り返し単位と同様のものが挙げられる。疎水性樹脂(HR)に於ける、酸の作用により分解する基(z)を有する繰り返し単位の含有量は、疎水性樹脂(HR)中の全繰り返し単位に対し、1〜80mol%が好ましく、より好ましくは10〜80mol%、更に好ましくは20〜60mol%である。
疎水性樹脂(HR)は、更に、下記一般式(III)で表される繰り返し単位を有していてもよい。
一般式(III)に於いて、
c31は、水素原子、アルキル基、又はフッ素で置換されていても良いアルキル基、シアノ基又は−CH−O−Rac基を表す。式中、Racは、水素原子、アルキル基又はアシル基を表す。Rc31は、水素原子、メチル基、ヒドロキシメチル基、トリフルオロメチル基が好ましく、水素原子、メチル基が特に好ましい。
c32は、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、シクロアルケニル基又はアリール基を有する基を表す。これら基は珪素原子を含む基、フッ素原子で置換されていても良い。
c3は、単結合又は2価の連結基を表す。
一般式(III)に於ける、Rc32のアルキル基は、炭素数3〜20の直鎖若しくは分岐状アルキル基が好ましい。
シクロアルキル基は、炭素数3〜20のシクロアルキル基が好ましい。
アルケニル基は、炭素数3〜20のアルケニル基が好ましい。
シクロアルケニル基は、炭素数3〜20のシクロアルケニル基が好ましい。
アリール基は、炭素数6〜20のアリール基が好ましく、フェニル基が特に好ましい。
c32は無置換のアルキル基又はフッ素原子で置換されたアルキル基が好ましい。
c3の2価の連結基は、エステル結合、アルキレン基(好ましくは炭素数1〜5)、エーテル結合、フェニレン基、又はこれらの2つ以上を組み合わせた2価の連結基が好ましい。
疎水性樹脂(HR)は、更に、下記一般式(CII−AB)で表される繰り返し単位を有することも好ましい。
式(CII−AB)中、
C11’及びRc12’は、各々独立に、水素原子、シアノ基、ハロゲン原子又はアルキル基を表す。
cは、結合した2つの炭素原子(C−C)を含み、脂環式構造を形成するための原子団を表す。
以下に一般式(III)、(CII−AB)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、H、CH、CHOH、CF又はCNを表す。
疎水性樹脂(HR)がフッ素原子を有する場合、フッ素原子の含有量は、疎水性樹脂(HR)の重量平均分子量に対し、5〜80質量%であることが好ましく、10〜80質量%であることがより好ましい。また、フッ素原子を含む繰り返し単位が、疎水性樹脂(HR)の全繰り返し単位中10〜100mol%であることが好ましく、30〜100mol%であることがより好ましい。
疎水性樹脂(HR)の標準ポリスチレン換算の重量平均分子量は、好ましくは1,000〜100,000で、より好ましくは1,000〜50,000、更により好ましくは2,000〜15,000である。
また、疎水性樹脂(HR)は、1種で使用してもよいし、複数併用してもよい。
疎水性樹脂(HR)の組成物中の含有量は、本発明の組成物中の全固形分に対し、0.01〜10質量%が好ましく、0.05〜8質量%がより好ましく、0.1〜5質量%が更に好ましい。
疎水性樹脂(HR)は、(A)成分の樹脂同様、金属等の不純物が少ないのは当然のことながら、残留単量体やオリゴマー成分が限りなく0に近い方が好ましい。具体的には0〜10質量%であることが好ましく、より好ましくは0〜5質量%、0〜1質量%が更により好ましい。それにより、液中異物や感度等の経時変化のないレジスト組成物が得られる。また、解像度、レジスト形状、レジストパターンの側壁、ラフネスなどの点から、分子量分布(Mw/Mn、分散度ともいう)は、1〜5の範囲が好ましく、より好ましくは1〜3、更に好ましくは1〜2の範囲である。
疎水性樹脂(HR)は、各種市販品を利用することもできるし、常法に従って(例えばラジカル重合)合成及び精製することができる。詳細な合成及び精製方法は、丸善株式会社発行「第5版 実験化学講座26 高分子化学」の2章「高分子合成」の記載などを参照されたい。
疎水性樹脂(HR)の具体例としては、US2008/0305432A1号明細書の段落0172〜0253で説明されている珪素原子を有する樹脂、及び以下に示すフッ素原子を有する樹脂などがあげられる。
本発明の組成物を用いて形成した膜と液浸液との間には、膜を直接、液浸液に接触させないために、液浸液難溶性膜(以下、「トップコート」ともいう)を設けてもよい。
トップコートに求められる性能、その使用法などについては、シーエムシー出版「液浸リソグラフィのプロセスと材料」の第7章に解説されている。
トップコートは、193nmにおける透明性という観点からは、芳香族を豊富に含有しないポリマーが好ましく、具体的には、炭化水素ポリマー、アクリル酸エステルポリマー、ポリメタクリル酸、ポリアクリル酸、ポリビニルエーテル、シリコン含有ポリマー、フッ素含有ポリマーなどが挙げられる。前述の疎水性樹脂(HR)はトップコートとしても好適なものである。また、市販のトップコート材料も適宜使用可能である。トップコートから液浸液へ不純物が溶出すると光学レンズを汚染するという観点からは、トップコートに含まれるポリマーの残留モノマー成分は少ない方が好ましい。
トップコートを剥離する際は、現像液を使用してもよいし、別途剥離剤を使用してもよい。剥離剤としては、膜への浸透が小さい溶剤が好ましい。剥離工程が膜の現像処理工程と同時にできるという点では、アルカリ現像液により剥離できることが好ましい。アルカリ現像液で剥離するという観点からは、トップコートは酸性が好ましいが、膜との非インターミクス性の観点から、中性であってもアルカリ性であってもよい。
トップコートと液浸液との間には屈折率の差がない方が、解像力が向上する。ArFエキシマレーザー(波長:193nm)において、液浸液として水を用いる場合には、ArF液浸露光用トップコートは、液浸液の屈折率に近いことが好ましい。屈折率を液浸液に近くするという観点からは、トップコート中にフッ素原子を有することが好ましい。また、透明性及び屈折率の観点から、トップコートは薄膜であることが好ましい。
トップコートは、膜と混合せず、更に液浸液とも混合しないことが好ましい。この観点から、液浸液が水の場合には、トップコートに使用される溶剤は、本発明の組成物に使用される溶媒に難溶で、かつ非水溶性の媒体であることが好ましい。更に、液浸液が有機溶剤である場合には、トップコートは水溶性であっても非水溶性であってもよい。
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。
<添加剤>
本発明の添加剤(D)として、前掲の化合物(D−1)〜(D−7)を使用した。また、比較のため、以下の比較化合物(X−1)〜(X−3)を使用した。
<酸分解性樹脂>
<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、使用した。
〔合成例1:樹脂(A−1)〕
50gのポリ(p−ヒドロキシスチレン)(日本曹達(株)製;重量平均分子量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、別名1−メトキシ−2−アセトキシプロパン)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1に示す。表1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。
〔合成例2: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1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1に示す。
〔合成例3: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1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1に示す。
〔合成例4: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1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1に示す。
〔合成例5: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、以下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、3.15gのモノマー(2)と、7.88gのモノマー(3)と、4.37g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1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1に示す。
〔合成例6:樹脂(A−8)、(A−9)及び(A−10)〕
樹脂(A−7)と同様にして、樹脂(A−8)、(A−9)及び(A−10)を合成した。また、これら樹脂について、合成例1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1に示す。
<上記一般式(I)で表される繰り返し単位を有する樹脂の合成>
上記一般式(I)で表される繰り返し単位を有する樹脂として、前掲の酸分解性樹脂(A’−1)及び(A’−2)を、以下のようにして合成し、使用した。
〔合成例7:樹脂(A’−1)〕
樹脂(A−3)と同様にして、樹脂(A’−1)を合成した。また、この樹脂について、合成例1において述べたのと同様の評価を行った。その結果を下記表2に示す。
〔合成例8:樹脂(A’−2)〕
樹脂(A−7)と同様にして、樹脂(A’−2)を合成した。また、この樹脂について、合成例1において述べたのと同様の評価を行った。その結果を下記表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−7)又はこれらの混合物を用いた。
<塩基性化合物>
塩基性化合物としては、以下のC−1〜C−4又はこれらの混合物を用いた。
C−1: ジシクロヘキシルメチルアミン
C−2: 2,4,5−トリフェニルイミダゾール
C−3: テトラ−(n−ブチル)アンモニウムヒドロキシド
C−4: 以下の化合物
<吸光性添加剤>
吸光性添加剤としては、以下のE−1及びE−2を用いた。
<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、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、別名1−メトキシ−2−アセトキシプロパン)、又はPGMEAと、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME、別名1−メトキシ−2−プロパノール)若しくは乳酸エチルと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。
以降、実施例4〜6、4A〜6A、4B〜6B、4C〜6Cは、それぞれ、参考例4〜6、4A〜6A、4B〜6B、4C〜6Cに読み替えるものとする。下記表3〜6においても同様である。
以下の表3に示す実施例1〜10及び比較例1〜4のレジスト溶液を、実施例1A〜10A及び比較例1A〜4A、実施例1B〜10B及び比較例1B〜4B、並びに実施例1C〜10C及び比較例1C〜4Cにおいてそれぞれ使用した。
<実施例A;KrF>
(レジスト溶液の調製)
〔実施例1A〜10A及び比較例1A〜4A〕
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7.0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SiO(F.T.=2500Å)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60秒間に亘ってベークし、平均膜厚が0.20μm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=0.70;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、120℃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、かつライン:スペース=1:1であるマスクを用いて線幅170nmのラインを解像するときの露光量を、感度(Eopt)とした。なお、この値が小さい程、感度が高く優れている。
〔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170nmの±10%(即ち、153nm及び187nm)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153nmとなる露光量)−(線幅が187nm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170nm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170nmの±10%の範囲内(即ち、153nmから187nm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。なお、この値が大きい程、フォーカス余裕度(DOF)に優れている。
〔スカム及びパターン形状〕
上記の線幅170nmのラインにつき、その断面を、走査型電子顕微鏡(S−4500;(株)日立製作所製)を用いて観察した。そして、以下の5段階の基準に従って、スカム及びパターン形状の評価を行った。ここで、基板界面の裾引きはスカムに起因する。なお、以下の評価5が最も優れている。
5:断面形状が矩形であり、定在波効果が観測されず、基板界面の裾引きが観測されない場合。(例えば、図1)
4:断面形状がほぼ矩形であり、定在波効果が観測されず、基板界面の裾引きが観測されない場合。
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、基板界面の裾引きが観測される場合。(例えば、図2)
2:断面形状がテーパ状であり、定在波効果が部分的に観測され、基板界面の裾引きが観測される場合。
1:断面形状がテーパ状であり、定在波効果が観測され、基板界面の裾引きが観測される場合。(例えば、図3)
以上の評価結果を、下記表4に示す。
表4に示す通り、実施例に係る組成物は、本発明の添加剤(D)を含まない比較例1〜4の組成物と比較して、感度、露光量依存性、ラフネス特性、フォーカス余裕度、並びにスカム及びパターン形状に優れていた。
<実施例B;EB>
(レジスト溶液の調製)
〔実施例1B〜10B及び比較例1B〜4B〕
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8.0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0.30μm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)を解像するときの照射量を、感度(Eopt)とした。なお、この値が小さい程、感度が高く優れている。
〔解像力〕
照射量を上記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。なお、この値が小さい程、解像力が高く優れている。
〔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。LWRが小さい程、ラフネス特性が優れている。
〔スカム及びパターン形状〕
上記の線幅150nmのラインにつき、その断面を、走査型電子顕微鏡(S−4800;(株)日立製作所製)を用いて観察した。そして、以下の5段階の基準に従って、スカム及びパターン形状の評価を行った。ここで、基板界面の裾引きはスカムに起因する。なお、以下の評価5が最も優れている。
5:断面形状が矩形であり、定在波効果が観測されず、基板界面の裾引きが観測されない場合。
4:断面形状がほぼ矩形であり、定在波効果が観測されず、基板界面の裾引きが観測されない場合。
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、基板界面の裾引きが観測される場合。
2:断面形状がテーパ状であり、定在波効果が部分的に観測され、基板界面の裾引きが観測される場合。
1:断面形状がテーパ状であり、定在波効果が観測され、基板界面の裾引きが観測される場合。
以上の評価結果を、下記表5に示す。
表5に示す通り、実施例に係る組成物は、本発明の添加剤(D)を含まない比較例1〜4の組成物と比較して、感度、解像力、ラフネス特性、並びにスカム及びパターン形状に優れていた。
<実施例C;EUV>
(レジスト溶液の調製)
〔実施例1C〜10C及び比較例1C〜4C〕
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(溶解コントラスト)〕
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。なお、この値が小さい程、感度が高く優れている。
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。
表6に示す通り、実施例に係る組成物は、本発明の添加剤(D)を含まない比較例1〜4の組成物と比較して、感度及び解像力(溶解コントラスト)に優れていた。
参考例D;ArF>
(レジスト溶液の調製)
以降、実施例11〜19は、それぞれ、参考例11〜19に読み替えるものとする。下記表7及び8においても同様である。
〔実施例11〜19及び比較例5〜8〕
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。
(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、かつライン: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、かつライン: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。なお、この値が小さい程、感度が高く優れている。
〔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。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、前述の実施例Bと同様にして3σを算出し、「LWR」とした。
〔スカム及びパターン形状〕
上記の線幅75nmのラインにつき、その断面を、走査型電子顕微鏡(S−4800;(株)日立製作所製)を用いて観察し、前述の実施例Bと同様にしてスカム及びパターン形状の評価を行った。
以上の評価結果を、下記表8に示す。
表8に示す通り、実施例に係る組成物は、本発明の添加剤(D)を含まない比較例5〜8の組成物と比較して、感度、露光量依存性、ラフネス特性、並びにスカム及びパターン形状に優れていた。
参考例E;ArF液浸露光>
(レジスト溶液の調製)
以降、実施例20、21は、それぞれ、参考例20、21に読み替えるものとする。
〔実施例20〕
0.10gの下記ポリマーを更に加え、全固形分に対する下記ポリマーの含有量が0.5質量%になるように調整したことを除いては、実施例11と同様にして、ポジ型レジスト溶液を調製した。
〔実施例21〕
0.10gの下記ポリマーを更に加え、全固形分に対する下記ポリマーの含有量が0.4質量%になるように調整したことを除いては、実施例11と同様にして、ポジ型レジスト溶液を調製した。
(レジスト評価)
実施例20及び21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、LWR、並びにスカム及びパターン形状を評価した。
その結果、実施例20及び21の両方について、実施例11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. (A)ヒドロキシスチレンを繰り返し単位として含み、酸の作用により分解し、アルカリ現像液に対する溶解性が増大する樹脂、
    (B)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物、
    (C)塩基性化合物、及び
    (D)下記一般式(D1)で表される化合物
    を含有することを特徴とする感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。

    一般式(D1)中、
    Aは、r価の直鎖状の炭化水素基を表す。
    Rは、炭化水素基を表す。Rが複数存在する場合、該複数のRは同じでも異なっていてもよい。
    nは、1〜3の整数を表す。
    mは、1又は2を表す。
    rは、2を表す。
    oは、0〜2の整数を表す。
  2. 前記一般式(D1)中、Aがr価の直鎖状の飽和炭化水素基を表すことを特徴とする、請求項1に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
  3. 前記一般式(D1)におけるAが炭素数1〜3の直鎖状の飽和炭化水素基である、請求項1又は2に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
  4. 前記一般式(D1)におけるAが炭素数1の炭化水素基である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
  5. 前記一般式(D1)中、Rがアルキル基を表し、oが0又は1であることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
  6. 前記一般式(D1)中、nが1又は2であることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
  7. 前記一般式(D1)中、mが1であることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一項に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
  8. 前記化合物(D)が下記式で表される化合物である、請求項1〜のいずれか一項に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
  9. 前記一般式(D1)で表される化合物の含有量が、組成物の全固形分に対して、0.1〜10質量%であることを特徴とする、請求項1〜のいずれか一項に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
  10. 前記化合物(B)が、スルホニウム塩又はヨードニウム塩を含むことを特徴とする、請求項1〜のいずれか一項に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
  11. 更に、遠紫外光領域に吸収を持つ添加剤を含有することを特徴とする、請求項1〜1のいずれか一項に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
  12. 前記樹脂(A)が、遠紫外光領域に吸収を持つ繰り返し単位を含有することを特徴とする、請求項1〜1のいずれか一項に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
  13. 請求項1〜1のいずれか一項に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物により形成されたレジスト膜。
  14. 請求項1に記載のレジスト膜を露光、現像する工程を含むことを特徴とするパターン形成方法。
  15. 前記露光する工程における露光が、液浸露光であることを特徴とする、請求項1に記載のパターン形成方法。
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