JP6398267B2 - 感放射線性樹脂組成物及びレジストパターン形成方法 - Google Patents

感放射線性樹脂組成物及びレジストパターン形成方法 Download PDF

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Description

本発明は、感放射線性樹脂組成物、レジストパターン形成方法、重合体及び化合物に関する。
リソグラフィーによる微細加工に用いられる感放射線性樹脂組成物は、KrFエキシマレーザー光(波長248nm)、ArFエキシマレーザー光(波長193nm)等の遠紫外線、極端紫外線(EUV:Extreme Ultraviolet、波長13.5nm)等の電磁波、電子線等の荷電粒子線などの照射により露光部に酸を発生させ、この酸を触媒とする化学反応により露光部と未露光部との現像液に対する溶解速度に差を生じさせ、基板上にレジストパターンを形成する。
現在では、より波長の短いレーザー光や電子線の使用及び液浸露光装置等により、レジストパターンの加工技術の微細化が図られている。これに伴い、かかる感放射線性樹脂組成物には、解像性及びレジストパターンの断面形状の矩形性等のリソグラフィー性能に優れることが要求される。この要求に対して、感放射線性樹脂組成物中の重合体の構造について検討されており、種々の極性基を導入することが行われ、ラクトン構造を有するものが知られている(特開2000−26446号公報、特開2000−159758号公報、特開平10−207069号公報及び特開平10−274852号公報参照)。これらの感放射線性樹脂組成物によれば、解像性を向上できるとされている。
しかし、レジストパターンの微細化が線幅45nm以下のレベルまで進展している現在にあっては、上記性能の要求レベルはさらに高まり、さらにLWR(Line Width Roughness)性能、CDU(Critical Dimension Uniformity)性能、焦点深度、露光余裕度及びMEEF(Mask Error Enhancement Factor)性能にも優れ、高精度なパターンを高い歩留まりで得られることが求められている。しかし、上記従来の感放射線性樹脂組成物ではこれらの要求を満足させることはできていない。
特開2000−26446号公報 特開2000−159758号公報 特開平10−207069号公報 特開平10−274852号公報
本発明は以上のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、LWR性能、CDU性能、解像性、断面形状の矩形性、焦点深度、露光余裕度及びMEEF性能(以下、「LWR性能等」ともいう)に優れる感放射線性樹脂組成物を提供することにある。
上記課題を解決するためになされた発明は、下記式(1)で表される部分構造を含む第1構造単位(以下、「構造単位(A)」ともいう)を有する重合体(以下、「[A]重合体」ともいう)、及び感放射線性酸発生体(以下、「[B]酸発生体」ともいう)を含有する感放射線性樹脂組成物である。
Figure 0006398267
(式(1)中、a及びbは、それぞれ独立して、0〜5の整数である。但し、a+bは1以上である。)
上記課題を解決するためになされた別の発明は、レジスト膜を形成する工程、上記レジスト膜を露光する工程、及び上記露光されたレジスト膜を現像する工程を備え、上記レジスト膜を当該感放射線性樹脂組成物により形成するレジストパターン形成方法である。
上記課題を解決するためになされたさらに別の発明は、下記式(5)で表される構造単位を有する重合体である。
Figure 0006398267
(式(5)中、R18は、水素原子、フッ素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。Zは、上記式(1−1−1)、(1−2−1)又は(1−3−1)で表される部分構造である。
式(1−1−1)、(1−2−1)及び(1−3−1)中、a及びbは、それぞれ独立して、0〜5の整数である。但し、a+bは1以上である。a1、a2及びb1は、それぞれ独立して、0〜4の整数である。但し、a1+a4は4以下である。cは、0又は1である。R〜Rは、それぞれ独立して、水素原子若しくは炭素数1〜30の1価の有機基であるか、又は1若しくは複数のR〜Rのうちの2つ以上が一緒になって、これらが結合している炭素原子と共に、環員数3〜30の環構造を形成する。但し、R〜Rがそれぞれ複数の場合、複数のR〜Rはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。*は、結合部位を示す。)
上記課題を解決するためになされたさらに別の発明は下記式(6)で表される化合物である。
Figure 0006398267
(式(6)中、R18は、水素原子、フッ素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。Zは、上記式(1−1−1)、(1−2−1)又は(1−3−1)で表される部分構造である。
式(1−1−1)、(1−2−1)及び(1−3−1)中、a及びbは、それぞれ独立して、0〜5の整数である。但し、a+bは1以上である。a1、a2及びb1は、それぞれ独立して、0〜4の整数である。但し、a1+a2は4以下である。cは、0又は1である。R〜Rは、それぞれ独立して、水素原子若しくは炭素数1〜30の1価の有機基であるか、又は1若しくは複数のR〜Rのうちの2つ以上が一緒になって、これらが結合している炭素原子と共に、環員数3〜30の環構造を形成する。但し、R〜Rがそれぞれ複数の場合、複数のR〜Rはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。*は、結合部位を示す。)
ここで、「有機基」とは、少なくとも1個の炭素原子を含む基をいう。「炭化水素基」とは、鎖状炭化水素基、脂環式炭化水素基及び芳香族炭化水素基が含まれる。この「炭化水素基」は飽和炭化水素基でも不飽和炭化水素基でもよい。「鎖状炭化水素基」とは、環状構造を含まず、鎖状構造のみで構成された炭化水素基をいい、直鎖状炭化水素基及び分岐状炭化水素基の両方を含む。「脂環式炭化水素基」とは、環構造としては脂環構造のみを含み、芳香環構造を含まない炭化水素基をいい、単環の脂環式炭化水素基及び多環の脂環式炭化水素基の両方を含む。但し、脂環構造のみで構成されている必要はなく、その一部に鎖状構造を含んでいてもよい。「芳香族炭化水素基」とは、環構造として芳香環構造を含む炭化水素基をいう。但し、芳香環構造のみで構成されている必要はなく、その一部に鎖状構造や脂環構造を含んでいてもよい。
本発明の感放射線性樹脂組成物及びレジストパターン形成方法によれば、優れた焦点深度、露光余裕度及びMEEF性能を発揮し、LWR性能、CDU性能、解像性及び断面形状の矩形性に優れるレジストパターンを形成することができる。本発明の重合体は、当該感放射線性樹脂組成物の成分として好適に用いることができる。本発明の化合物は、当該重合体の原料単量体として好適に用いることができる。従って、これらはさらなる微細化が進行すると予想される半導体デバイス製造等におけるパターン形成に好適に用いることができる。
<感放射線性樹脂組成物>
当該感放射線性樹脂組成物は[A]重合体及び[B]酸発生体を含有する。当該感放射線性樹脂組成物は、好適成分として、酸拡散制御体(以下、「[C]酸拡散制御体」ともいう)、フッ素原子含有重合体(以下、「[D]重合体」ともいう)及び溶媒(以下、「[E]溶媒」ともいう)及び偏在化促進剤(以下、「[F]偏在化促進剤」ともいう)を含有してもよい。さらに、当該感放射線性樹脂組成物は、本発明の効果を損なわない範囲で、その他の任意成分を含有していてもよい。以下、各成分について説明する。
<[A]重合体>
[A]重合体は、構造単位(A)を有する重合体である。
[A]重合体は、通常当該感放射線性樹脂組成物におけるベース重合体となる。「ベース重合体」とは、レジストパターンを構成する重合体のうちの主成分となる重合体であって、好ましくは50質量%以上、より好ましくは60質量%以上を占める重合体をいう。
また、[A]重合体は、構造単位(A)以外に、酸解離性基を含む第2構造単位(以下、「構造単位(I)」ともいう)及び/又はラクトン構造、環状カーボネート構造及びスルトン構造からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む構造単位(以下、「構造単位(II)」ともいう)をさらに有することが好ましく、下記式(7)で表される構造単位(以下、「構造単位(III)」ともいう)及びヒドロキシ基を含む構造単位(以下、「構造単位(IV)」ともいう)を有していてもよく、これらの構造単位以外のその他の構造単位を有していてもよい。[A]重合体はこれらの各構造単位を1種又は2種以上有していてもよい。以下、各構造単位について説明する。
<構造単位(A)>
構造単位(A)は下記式(1)で表される部分構造を含む。
Figure 0006398267
上記式(1)中、a及びbは、それぞれ独立して、0〜5の整数である。但し、a+bは1以上である。
当該感放射線性樹脂組成物が、上記式(1)で表される部分構造を含む[A]重合体を含有することで、上記効果を奏する理由については必ずしも明確ではないが、例えば以下のように推察することができる。すなわち、[A]重合体は、式(1)で表される部分構造を含むため、カルボニル基と窒素原子に由来する高い極性を有している。そのため、[A]重合体は、[B]酸発生体から生じる酸の拡散長を適度に短くすることができ、また、現像液への溶解性等が向上する。その結果、当該感放射線性樹脂組成物のLWR性能等を向上させることができると考えられる。
上記a及びbは、それぞれ独立して、0〜4の整数が好ましく、0〜3の整数がより好ましく、0〜2の整数がさらに好ましく、0又は1が特に好ましい。
上記部分構造としては、下記式(1−1)、(1−2)又は(1−3)で表される1価の基が好ましい。
Figure 0006398267
上記式(1−1)、(1−2)及び(1−3)中、a及びbは、上記式(1)と同義である。a1、a2及びb1は、それぞれ独立して、0〜4の整数である。但し、a1+a2は4以下である。R〜Rは、それぞれ独立して、水素原子若しくは炭素数1〜30の1価の有機基であるか、又は1若しくは複数のR〜Rのうちの2つ以上が一緒になって、これらが結合している炭素原子と共に、環員数3〜30の環構造を形成する。但し、R〜Rがそれぞれ複数の場合、複数のR〜Rはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。*は、結合部位を示す。
上記R〜Rで表される炭素数1〜30の1価の有機基としては、例えば炭素数1〜30の1価の炭化水素基、この炭化水素基の炭素−炭素間又は結合手側の末端に2価のヘテロ原子含有基を含む基(q)、上記炭化水素基及び基(q)が有する水素原子の一部又は全部を1価のヘテロ原子含有基で置換した基等が挙げられる。
上記炭素数1〜30の1価の炭化水素基としては、例えば炭素数1〜20の1価の鎖状炭化水素基、炭素数3〜20の1価の脂環式炭化水素基、炭素数6〜20の1価の芳香族炭化水素基等が挙げられる。
上記炭素数1〜20の1価の鎖状炭化水素基としては、例えば、
メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、i−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基等のアルキル基;
エテニル基、プロペニル基、ブテニル基等のアルケニル基;
エチニル基、プロピニル基、ブチニル基等のアルキニル基などが挙げられる。
上記炭素数3〜20の1価の脂環式炭化水素基としては、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、シクロヘキシル基、シクロオクチル基等の単環のシクロアルキル基;
シクロブテニル基、シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基等の単環のシクロアルケニル基;
ノルボルニル基、アダマンチル基、トリシクロデシル基、テトラシクロドデシル基等の多環のシクロアルキル基;
ノルボルネニル基、トリシクロデセニル基、テトラシクロドデセニル基等の多環のシクロアルケニル基などが挙げられる。
上記炭素数6〜20の1価の芳香族炭化水素基としては、例えば、
フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、アントリル基等のアリール基;
ベンジル基、フェネチル基、フェニルプロピル基、ナフチルメチル基等のアラルキル基などが挙げられる。
上記1価及び2価のヘテロ原子含有基が有するヘテロ原子としては、例えば酸素原子、硫黄原子、窒素原子、ケイ素原子、リン原子、フッ素原子、塩素原子、臭素原子等のハロゲン原子などが挙げられる。これらの中で、酸素原子、硫黄原子、窒素原子、ハロゲン原子が好ましく、酸素原子、フッ素原子がより好ましい。
上記2価のヘテロ原子含有基としては、例えば−O−、−CO−、−CS−、−NR’−、−SO−、これらを組み合わせた基(−CO−O−、−O−CO−、−CO−CO−、−CO−CO−O−、−SO−等)等が挙げられる。R’は水素原子又は炭素数1〜10の1価の炭化水素基である。
上記1価のヘテロ原子含有基としては、例えばヒドロキシ基、カルボキシ基、スルファニル基(−SH)、アミノ基、シアノ基、ハロゲン原子等が挙げられる。
上記1又は複数のR〜Rのうちの2つ以上が一緒になって、これらが結合している炭素原子と共に形成する環員数3〜30の環構造としては、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、シクロヘキサン構造、シクロオクタン構造等の単環のシクロアルカン構造;
ノルボルナン構造、アダマンタン構造、トリシクロデカン構造、テトラシクロドデカン構造等の多環のシクロアルカン構造;
シクロプロペン構造、シクロブテン構造、シクロペンテン構造、シクロヘキセン構造、シクロオクテン構造等の単環のシクロアルケン構造;
ノルボルネン構造、トリシクロデセン構造、テトラシクロドデセン構造等の多環のシクロアルケン構造;
オキサシクロペンタン構造、オキサシクロヘキサン構造、オキサノルボルナン構造等のオキサシクロアルカン構造;
アザシクロペンタン構造、アザシクロヘキサン構造、アザノルボルナン構造等のアザシクロアルカン構造;
チアシクロペンタン構造、チアシクロヘキサン構造、チアノルボルナン構造等のチアシクロアルカン構造;
ブチロラクトン構造、バレロラクトン構造、ノルボルナンラクトン構造、シクロヘキサノンラクトン構造、クマリン構造等のラクトン(環状エステル)構造;
プロパンスルトン構造、ノルボルナンスルトン構造、シクロヘキサノンスルトン構造等のスルトン(環状スルホン酸エステル)構造;
環状カーボネート構造
などが挙げられる。
上記式(1−1)、(1−2)及び(1−3)におけるR〜Rとしては、これらの中で[A]重合体の極性をより制御し易い観点から、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜30の1価の炭化水素基が好ましく、水素原子、アルキル基がより好ましく、水素原子、メチル基がさらに好ましい。
また、同様の観点から、上記式(1−1)及び(1−2)におけるaが1又は2であり、bが0、並びに上記式(1−3)におけるa1+a2が0であり、b1が0であることが好ましい。
上記式(1−1)で表される基の具体例としては、下記式(1−i)〜(1−vii)で表される基等が、上記式(1−2)で表される基の具体例としては、下記式(1−viii)〜(1−xi)で表される基等が、上記式(1−3)で表される基の具体例としては、下記式(1−xii)〜(1−xiv)で表される基等がそれぞれ挙げられる。
Figure 0006398267
上記式(1−i)〜(1−xiv)中、*は、結合部位を示す。
構造単位(A)としては、下記式(1)で表される部分構造を含む限り特に限定されないが、下記式(2−1)又は(2−2)で表されることが好ましく、下記式(2−1)で表されることがより好ましい。
Figure 0006398267
上記式(2−1)及び(2−2)中、Zは、上記式(1−1)、(1−2)又は(1−3)で表される部分構造である。
上記式(2−1)中、Rは、水素原子、フッ素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。Aは、単結合又は炭素数1〜20の2価の有機基である。
上記式(2−2)中、Rは、水素原子又はメチル基である。R、R10及びR11は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子若しくは炭素数1〜20の1価の有機基であり、Aは、単結合若しくは炭素数1〜20の2価の有機基であるか、又は1若しくは複数のR、R10及びR11のうちの2つ以上若しくはR11及びAが一緒になって、これらが結合している炭素原子と共に、環員数3〜30の環構造を形成する。mは、1〜4の整数である。但し、mが2以上の場合、複数のRは同一でも異なっていてもよく、複数のR10は同一でも異なっていてもよい。
上記A及びAで表される2価の有機基としては、例えば上記式(1)におけるR〜Rとして例示した1価の有機基から1個の水素原子を除いた基等が挙げられる。
上記Rとしては、構造単位(A)を与える単量体の共重合性の観点から、水素原子、メチル基が好ましく、メチル基がより好ましい。
上記Rとしては、上記同様の観点から、メチル基が好ましい。
上記mとしては、1〜3の整数が好ましく、1又は2がより好ましく、1がさらに好ましい。
上記R、R10及びR11で表される1価の有機基としては、例えば上記式(1)におけるR〜Rとして例示したものと同様の基等が挙げられる。
上記1又は複数のR、R10及びR11のうちの2つ以上が一緒になって、これらが結合している炭素原子と共に形成される環構造、並びに上記R11及びAが一緒になって、これらが結合している炭素原子と共に形成される環構造としては、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、シクロヘキサン構造、シクロオクタン構造等の単環のシクロアルカン構造;
ノルボルナン構造、アダマンタン構造、トリシクロデカン構造、テトラシクロドデカン構造等の多環のシクロアルカン構造;
シクロプロペン構造、シクロブテン構造、シクロペンテン構造、シクロヘキセン構造、シクロオクテン構造等の単環のシクロアルケン構造;
ノルボルネン構造、トリシクロデセン構造、テトラシクロドデセン構造等の多環のシクロアルケン構造;
オキサシクロペンタン構造、オキサシクロヘキサン構造、オキサノルボルナン構造等のオキサシクロアルカン構造;
アザシクロペンタン構造、アザシクロヘキサン構造、アザノルボルナン構造等のアザシクロアルカン構造;
チアシクロペンタン構造、チアシクロヘキサン構造、チアノルボルナン構造等のチアシクロアルカン構造;
ブチロラクトン構造、バレロラクトン構造、ノルボルナンラクトン構造、シクロヘキサノンラクトン構造、クマリン構造等のラクトン(環状エステル)構造;
プロパンスルトン構造、ノルボルナンスルトン構造、シクロヘキサノンスルトン構造等のスルトン(環状スルホン酸エステル)構造;
環状カーボネート構造
等が挙げられる。
及びAとしては、[A]重合体の酸拡散制御性、基板に対する密着性、現像液への溶解性等がより向上する観点から、アルカンジイル基が好ましく、メタンジイル基がより好ましい。
上記式(2−1)で表される構造単位(A)としては、下記式(5)で表される構造単位がより好ましい。
Figure 0006398267
上記式(5)中、R18は、水素原子、フッ素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。Zは、上記式(1−1−1)、(1−2−1)又は(1−3−1)で表される部分構造である。
上記式(1−1−1)、(1−2−1)及び(1−3−1)中、a及びbは、それぞれ独立して、0〜5の整数である。但し、a+bは1以上である。a1、a2及びb1は、それぞれ独立して、0〜4の整数である。但し、a1+a2は4以下である。cは、0又は1である。R〜Rは、それぞれ独立して、水素原子若しくは炭素数1〜30の1価の有機基であるか、又は1若しくは複数のR〜Rのうちの2つ以上が一緒になって、これらが結合している炭素原子と共に、環員数3〜30の環構造を形成する。但し、R〜Rがそれぞれ複数の場合、複数のR〜Rはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。*は、結合部位を示す。
上記式(2−1)で表される構造単位(A)の具体例としては、例えば、下記式(A−1)〜(A−15)で表される構造単位等が挙げられる。
Figure 0006398267
上記式(A−1)〜(A−15)中、R18は、水素原子、フッ素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。
構造単位(A)の含有割合の下限としては、[A]重合体を構成する全構造単位に対して、1モル%が好ましく、3モル%がより好ましく、5モル%がさらに好ましく、10モル%が特に好ましい。構造単位(I)の含有割合の上限としては90モル%が好ましく、70モル%がより好ましく、60モル%がさらに好ましく、50モル%が特に好ましい。
構造単位(A)を与える化合物(以下、「化合物(I)」ともいう)としては、下記式(1)で表される部分構造を含む限り特に限定されないが、下記式(5−1)又は(5−2)で表されることが好ましく、下記式(5−1)で表されることがより好ましい。
Figure 0006398267
上記式(5−1)及び(5−2)中、R〜R11、A、A、Z及びmは上記式(2−1)及び(2−2)と同義である。
上記式(5−1)で表される化合物としては、下記式(6)で表される化合物が好ましい。
Figure 0006398267
上記式(6)中、R18は、水素原子、フッ素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。Zは、上記式(1−1−1)、(1−2−1)又は(1−3−1)で表される部分構造である。
上記式(1−1−1)、(1−2−1)及び(1−3−1)中、a及びbは、それぞれ独立して、0〜5の整数である。但し、a+bは1以上である。a1、a2及びb1は、それぞれ独立して、0〜4の整数である。但し、a1+a2は4以下である。cは、0又は1である。R〜Rは、それぞれ独立して、水素原子若しくは炭素数1〜30の1価の有機基であるか、又は1若しくは複数のR〜Rのうちの2つ以上が一緒になって、これらが結合している炭素原子と共に、環員数3〜30の環構造を形成する。但し、R〜Rがそれぞれ複数の場合、複数のR〜Rはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。*は、結合部位を示す。
上記化合物(I)は、例えば、上記式(6)で表され、かつZが上記式(1−1−1)で表される化合物の場合、ヒダントイン化合物のメチロール化体を、炭酸カリウム等の塩基存在下、アセトン等の溶媒中で、ヨードメタン等のハロゲン化物と反応させることにより、ヒダントインの窒素原子に結合する水素原子をR基で置換した化合物を得、この得られた化合物を、トリエチルアミン等の塩基存在下、アセトニトリル等の溶媒中で、塩化(メタ)アクリロイル等の(メタ)アクリロイル化合物と反応させることにより合成することができる。上記以外の化合物(I)も、適宜、ヒダントイン化合物を選択し、上記同様の方法により合成することができる。
<構造単位(I)>
構造単位(I)は酸解離性基を含む構造単位である。当該感放射線性樹脂組成物によれば、放射線の照射により[B]酸発生体等から生じる酸により露光部の構造単位(I)の酸解離性基が解離して露光部と未露光部とで現像液に対する溶解性に差異が生じ、その結果レジストパターンを形成することができる。「酸解離性基」とは、カルボキシ基、ヒドロキシ基等の水素原子を置換する基であって、酸の作用により解離する基をいう。
構造単位(I)としては、酸解離性基を含む限り特に限定されない。酸解離性基としては、例えばヒドロキシ基の水素原子を置換する基としてt−ブトキシカルボニル基、テトラヒドロピラニル基、テトラヒドロフラニル基、(チオテトラヒドロピラニルスルファニル)メチル基、(チオテトラヒドロフラニルスルファニル)メチル基や、アルコキシ置換メチル基、アルキルスルファニル置換メチル基等が挙げられ、カルボキシ基の水素原子を置換する基として第3級アルキル基が挙げられる。アルコキシ置換メチル基におけるアルコキシ基(置換基)としては、例えば炭素数1〜4のアルコキシ基等が挙げられる。アルキルスルファニル置換メチル基におけるアルキル基(置換基)としては、例えば炭素数1〜4のアルキル基が挙げられる。第3級アルキル基の炭素数としては、4〜30が好ましく、4〜20がより好ましい。第3級アルキル基は鎖状炭化水素基、脂環式炭化水素基、脂環構造等のいずれであってもよい。
構造単位(I)としては、下記式(3)で表される構造単位が好ましい。[A]重合体は上記構造単位を有することで、露光により極性基をより容易に発生させることができ、またレジスト膜中における[A]重合体と[B]酸発生剤との相溶性を高めることができる。
Figure 0006398267
上記式(3)中、R12は、水素原子、フッ素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。R13は、炭素数1〜10の炭化水素基である。R14及びR15は、それぞれ独立して、炭素数1〜10の鎖状炭化水素基若しくは炭素数3〜20の脂環式炭化水素基であるか、又はこれらの基が互いに合わせられこれらが結合する炭素原子と共に構成される環員数3〜20の脂環構造を表す。
上記R12としては、上記構造単位を与える単量体の共重合性が高くなる観点から、水素原子、メチル基が好ましく、メチル基がより好ましい。
上記R13で表される炭素数1〜20の1価の炭化水素基としては、例えば炭素数1〜20の1価の鎖状炭化水素基、炭素数3〜20の1価の脂環式炭化水素基、炭素数6〜20の1価の芳香族炭化水素基等が挙げられる。
上記R13、R14及びR15で表される炭素数1〜20の1価の鎖状炭化水素基としては、例えば、
メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基等のアルキル基;
エテニル基、プロペニル基、ブテニル基等のアルケニル基;
エチニル基、プロピニル基、ブチニル基等のアルキニル基などが挙げられる。これらの中で、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く、メチル基、エチル基、i−プロピル基がさらに好ましく、エチル基が特に好ましい。
上記R13、R14及びR15で表される炭素数3〜20の1価の脂環式炭化水素基としては、例えば、
シクロペンチル基、シクロヘキシル基等の単環のシクロアルキル基;
シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基等の単環のシクロアルケニル基;
ノルボルニル基、アダマンチル基、トリシクロデシル基等の多環のシクロアルキル基;
ノルボルネニル基、トリシクロデセニル基等の多環のシクロアルケニル基などが挙げられる。これらの中で、単環のシクロアルキル基、多環のシクロアルキル基が好ましく、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボルニル基、アダマンチル基がより好ましい。
上記R13、R14及びR15で表される炭素数6〜20の1価の芳香族炭化水素基としては、例えば、
フェニル基、トリル基、キシリル基、メシチル基、ナフチル基、メチルナフチル基、アントリル基、メチルアントリル基等のアリール基;
ベンジル基、フェネチル基、ナフチルメチル基、アントリルメチル基等のアラルキル基などが挙げられる。
上記これらの基が互いに合わせられこれらが結合する炭素原子と共に構成される炭素数3〜20の脂環構造としては、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、シクロヘキサン構造、シクロヘプタン構造、シクロオクタン構造等の単環のシクロアルカン構造;
ノルボルナン構造、アダマンタン構造、トリシクロデカン構造、テトラシクロドデカン構造等の多環のシクロアルカン構造などが挙げられる。これらの中で、炭素数5〜8の単環のシクロアルカン構造、炭素数7〜12の多環のシクロアルカン構造が好ましく、シクロペンタン構造、シクロヘキサン構造、シクロオクタン構造、ノルボルナン構造、アダマンタン構造がより好ましく、シクロペンタン構造、アダマンタン構造がさらに好ましい。
上記R14及びR15としては、炭素数1〜20の1価の鎖状炭化水素基、炭素数3〜20の1価の脂環式炭化水素基が好ましい。
上記構造単位(I)としては、例えば下記式(I−1)〜(I−6)で表される構造単位(以下、「構造単位(I−1)〜(I−6)」ともいう)等が挙げられる。
Figure 0006398267
上記式(I−1)〜(I−6)中、R12〜R15は、上記式(2)と同義である。R13’〜 R15’は、炭素数1〜10の1価の鎖状炭化水素基である。i及びjは、それぞれ独立して、1〜4の整数である。
構造単位(I)としては、構造単位(I−1)〜(I−5)が好ましい。
構造単位(I−1)〜(I−6)としては、例えば下記式で表される構造単位等が挙げられる。
Figure 0006398267
Figure 0006398267
上記式中、R12は、上記式(2)と同義である。
構造単位(I)としては、1−アルキル−単環シクロアルカン−1−イル(メタ)アクリレートに由来する構造単位、2−アルキル−多環シクロアルカン−2−イル(メタ)アクリレートに由来する構造単位、2−(シクロアルカン−イル)プロパン−2−イル(メタ)アクリレートに由来する構造単位に由来する構造単位が好ましく、1−エチル−シクロペンチル−1−イル (メタ)アクリレートに由来する構造単位、2−メチル−アダマンチル−2−イル (メタ)アクリレートに由来する構造単位、2−エチル−アダマンチル−2−イル (メタ)アクリレートに由来する構造単位、2−(アダマンタン−イル)−プロパン−2−イル (メタ)アクリレートに由来する構造単位、2−シクロヘキシル−プロパン−2−イル (メタ)アクリレートに由来する構造単位、2−エチル−2−テトラシクロドデカン−2−イル (メタ)アクリレートがより好ましい。
構造単位(I)の含有割合としては、[A]重合体を構成する全構造単位に対して、10モル%〜80モル%が好ましく、20モル%〜75モル%がより好ましく、25モル%〜70モル%がさらに好ましく、30モル%〜60モル%が特に好ましい。構造単位(I)の含有割合を上記範囲とすることで、当該感放射線性樹脂組成物のLWR性能等をさらに向上させることができる。上記含有割合が上記下限未満であると、当該感放射線性樹脂組成物のパターン形成性が低下する場合がある。上記含有割合が上記上限を超えるとレジストパターンの基板への密着性が低下する場合がある。
[構造単位(II)]
構造単位(II)はラクトン構造、環状カーボネート構造及びスルトン構造からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む構造単位である。[A]重合体は構造単位(II)をさらに有することで現像液への溶解性をより調整することができ、その結果当該感放射線性樹脂組成物のLWR性能等をより向上させることができる。また、当該感放射線性樹脂組成物から形成されるレジストパターンと基板との密着性を向上させることができる。
構造単位(II)としては、例えば下記式で表される構造単位等が挙げられる。
Figure 0006398267
Figure 0006398267
Figure 0006398267
Figure 0006398267
上記式中、RL1は、水素原子、フッ素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。
構造単位(II)としては、ラクトン構造を有する構造単位が好ましく、ラクトン−イル(メタ)アクリレートに由来する構造単位、ノルボルナンラクトン−イル(メタ)アクリレートに由来する構造単位がより好ましく、ノルボルナンラクトン−イル(メタ)アクリレート、5−シアノ−ノルボルナンラクトン−イル(メタ)アクリレート、オキシノルボルナンラクトン−イル(メタ)アクリレート、γ−ブチロラクトン−イル(メタ)アクリレートがさらに好ましい。
上記構造単位(II)の含有割合としては、[A]重合体における全構造単位に対して80モル%以下が好ましく、10モル%〜70モル%がより好ましく、20モル%〜60モル%がさらに好ましい。構造単位(II)の含有割合を上記範囲とすることで、当該感放射線性樹脂組成物のLWR性能等をさらに向上させることができる。また、得られるレジストパターンと基板との密着性をさらに向上させることができる。
[構造単位(III)]
構造単位(III)は下記式(III)で表される構造単位である。構造単位(III)は、フェノール性水酸基を有する。照射する放射線として、KrFエキシマレーザー光、EUV、電子線等を用いる場合には、当該感放射線性樹脂組成物は、[A]重合体が構造単位(III)を有することで、感度を高めることができる。
Figure 0006398267
上記式(III)中、R20は、水素原子又はメチル基である。R21は、炭素数1〜20の1価の有機基である。pは、0〜3の整数である。pが2又は3の場合、複数のR21は同一でも異なっていてもよい。qは、1〜3の整数である。但し、p+qは、5以下である。
上記R20としては、構造単位(III)を与える単量体の共重合性の観点から、水素原子が好ましい。
上記R21で表される炭素数1〜20の1価の有機基としては、例えば炭素数1〜20の1価の鎖状炭化水素基、炭素数3〜20の1価の脂環式炭化水素基、炭素数6〜20の1価の芳香族炭化水素基、これらの基が有する水素原子の一部又は全部を置換基で置換した基、これらの基の炭素−炭素間に、−CO−、−CS−、−O−、−S−若しくは−NR21’−又はこれらのうちの2種以上を組み合わせた基を含む基等が挙げられる。R21’は、水素原子又は1価の有機基である。これらの中で、1価の鎖状炭化水素基が好ましく、アルキル基がより好ましく、メチル基がさらに好ましい。
上記pとしては、0〜2の整数が好ましく、0又は1がより好ましく、0がさらに好ましい。
上記qは、1又は2が好ましく、1がより好ましい。
構造単位(III)としては、例えば下記式(III−1)〜(III−4)で表される構造単位等が挙げられる。
Figure 0006398267
上記式(III−1)〜(III−4)中、R20は、上記式(3)と同義である。
これらの中で、上記式(III−1)で表される構造単位、(III−2)で表される構造単位が好ましく、上記式(III−1)で表される構造単位がより好ましい。
構造単位(III)の含有割合としては、[A]重合体を構成する全構造単位に対して、0モル%〜90モル%が好ましく、30モル%〜80モル%がより好ましく、40モル%〜60モル%がさらに好ましい。構造単位(III)の含有割合を上記範囲とすることで、当該感放射線性樹脂組成物は感度をより向上させることができる。
なお、構造単位(III)は、ヒドロキシスチレンのOH基の水素原子をアセチル基等で置換した単量体を重合した後、得られた重合体をアミン存在下で加水分解反応を行うこと等により形成することができる。
[構造単位(IV)]
構造単位(IV)はアルコール性水酸基を含む構造単位である。[A]重合体は、構造単位(IV)を有することで、溶解性をより適度に調製することができる。また、当該樹脂組成物から形成されるレジストパターンの基板への密着性を高めることができる。
構造単位(IV)としては、例えば下記式で表される構造単位等が挙げられる。
Figure 0006398267
上記式中、Rは水素原子、フッ素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。
これらの中で、ヒドロキシアダマンチル基を有する構造単位が好ましく、3−ヒドロキシアダマンチル(メタ)アクリレートに由来する構造単位がより好ましい。
上記構造単位(IV)の含有割合としては、[A]重合体を構成する全構造単位に対して、35モル%以下が好ましく、30モル%以下がより好ましく、3モル%〜25モル%がさらに好ましい。上記含有割合が上記上限を超えると、当該樹脂組成物のパターン形成性が低下する場合がある。
[その他の構造単位]
[A]重合体は上記構造単位(A)及び(I)〜(IV)以外にもその他の構造単位を有してもよい。上記その他の構造単位としては、例えばケトン性カルボニル基、シアノ基、カルボキシ基、ニトロ基及びアミノ基からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む構造単位、非解離性の1価の脂環式炭化水素基を含む(メタ)アクリル酸エステルに由来する構造単位等が挙げられる。その他の構造単位の含有割合としては、[A]重合体を構成する全構造単位に対して、20モル%以下が好ましく、10モル%以下がより好ましい。
[A]重合体の含有量としては、当該感放射線性樹脂組成物の全固形分に対して、70質量%以上が好ましく、80質量%以上がより好ましく、85質量%以上がさらに好ましい。
<[A]重合体の合成方法>
[A]重合体は、例えば各構造単位を与える単量体をラジカル重合開始剤等を用いて適当な溶媒中で重合することにより合成できる。
上記ラジカル重合開始剤としては、例えば、
アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)、2,2’−アゾビス(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス(2−シクロプロピルプロピオニトリル)、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、ジメチル2,2’−アゾビスイソブチレート等のアゾ系ラジカル開始剤;
ベンゾイルパーオキサイド、t−ブチルハイドロパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド等の過酸化物系ラジカル開始剤などが挙げられる。これらの中で、AIBN、ジメチル2,2’−アゾビスイソブチレートが好ましく、AIBNがより好ましい。これらのラジカル開始剤は1種単独で又は2種以上を混合して用いることができる。
上記重合に使用される溶媒としては、例えば、
n−ペンタン、n−ヘキサン、n−ヘプタン、n−オクタン、n−ノナン、n−デカン等のアルカン類;
シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、デカリン、ノルボルナン等のシクロアルカン類;
ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、クメン等の芳香族炭化水素類;
クロロブタン類、ブロモヘキサン類、ジクロロエタン類、ヘキサメチレンジブロミド、クロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素類;
酢酸エチル、酢酸n−ブチル、酢酸i−ブチル、プロピオン酸メチル等の飽和カルボン酸エステル類;
アセトン、メチルエチルケトン、4−メチル−2−ペンタノン、2−ヘプタノン等のケトン類;
テトラヒドロフラン、ジメトキシエタン類、ジエトキシエタン類等のエーテル類;
メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、4−メチル−2−ペンタノール等のアルコール類などが挙げられる。これらの重合に使用される溶媒は1種単独で又は2種以上を併用してもよい。
上記重合における反応温度としては、40℃〜150℃が好ましく、50℃〜120℃がより好ましい。反応時間としては、1時間〜48時間が好ましく、1時間〜24時間がより好ましい。
[A]重合体のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算重量平均分子量(Mw)は特に限定されないが、1,000以上50,000以下が好ましく、2,000以上30,000以下がより好ましく、2,500以上20,000以下がさらに好ましく、3,000以上15,000が特に好ましい。[A]重合体のMwを上記範囲とすることで、当該感放射線性樹脂組成物の塗布性及び現像欠陥抑制性が向上する。[A]重合体のMwが上記下限未満であると、十分な耐熱性を有するレジスト膜が得られない場合がある。[A]重合体のMwが上記上限を超えると、レジスト膜の現像性が低下する場合がある。
[A]重合体のGPCによるポリスチレン換算数平均分子量(Mn)に対するMwの比(Mw/Mn)は、1以上5以下が好ましく、1以上3以下がより好ましく、1以上2以下がさらに好ましい。
本明細書における重合体のMw及びMnは以下の条件によるゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いて測定される値である。
GPCカラム:東ソー社の「G2000HXL」2本、「G3000HXL」1本、「G4000HXL」1本
カラム温度:40℃
溶出溶媒:テトラヒドロフラン
流速:1.0mL/分
試料濃度:1.0質量%
試料注入量:100μL
検出器:示差屈折計
標準物質:単分散ポリスチレン
<[B]酸発生体>
[B]酸発生体は露光により酸を発生する物質である。この発生した酸により[A]重合体等が有する酸解離性基が解離してカルボキシ基等が生じ、これらの重合体の現像液への溶解性が変化するため、当該感放射線性樹脂組成物からレジストパターンを形成することができる。当該感放射線性樹脂組成物における[B]酸発生体の含有形態としては、後述するような低分子化合物の形態(以下、適宜「[B]酸発生剤」と称する)でも、重合体の一部として組み込まれた形態でも、これらの両方の形態でもよい。これらは1種を使用してもよく2種以上を併用してもよい。
[B]酸発生剤としては、例えばオニウム塩化合物、N−スルホニルオキシイミド化合物、ハロゲン含有化合物、ジアゾケトン化合物等が挙げられる。
オニウム塩化合物としては、例えばスルホニウム塩、テトラヒドロチオフェニウム塩、ヨードニウム塩、ホスホニウム塩、ジアゾニウム塩、ピリジニウム塩等が挙げられる。
[B]酸発生剤の具体例としては、例えば特開2009−134088号公報の段落[0080]〜[0113]に記載されている化合物等が挙げられる。
[B]酸発生体としては、下記式(4)で表される化合物からなることが好ましい。[B]酸発生剤を下記式(4)で表される化合物とすることで、[A]重合体が有する極性構造との相互作用等により、露光により発生する酸のレジスト膜中の拡散長がより適度に短くなると考えられ、その結果当該感放射線性樹脂組成物のLWR性能等をより向上させることができる。
Figure 0006398267
上記式(4)中、R16は、環員数6以上の脂環構造を含む炭素数6〜30の1価の基又は環員数6以上の脂肪族複素環構造を含む炭素数6〜30の1価の基である。R17は、炭素数1〜10のフッ素化アルカンジイル基である。Mは、1価の感放射線性オニウムカチオンである。
上記R16における「環員数」とは、脂環構造及び脂肪族複素環構造の環を構成する原子数をいい、多環の脂環構造及び多環の脂肪族複素環構造の場合は、この多環を構成する原子数をいう。
上記R16で表される環員数6以上の脂環構造を含む1価の基としては、例えば、
シクロオクチル基、シクロノニル基、シクロデシル基、シクロドデシル基等の単環のシクロアルキル基;
シクロオクテニル基、シクロデセニル基等の単環のシクロアルケニル基;
ノルボルニル基、アダマンチル基、トリシクロデシル基、テトラシクロドデシル基等の多環のシクロアルキル基;
ノルボルネニル基、トリシクロデセニル基等の多環のシクロアルケニル基などが挙げられる。
上記R16で表される環員数6以上の脂肪族複素環構造を含む1価の基としては、例えば、
ノルボルナンラクトン−イル基等のラクトン構造を含む基;
ノルボルナンスルトン−イル基等のスルトン構造を含む基;
オキサシクロヘプチル基、オキサノルボルニル基等の酸素原子含有複素環基;
アザシクロヘキシル基、アザシクロヘプチル基、ジアザビシクロオクタン−イル基等の窒素原子含有複素環基;
チアシクロヘプチル基、チアノルボルニル基等のイオウ原子含有複素環基などが挙げられる。
上記R16で表される基の環員数としては、上述の酸の拡散長がさらに適度になる観点から、8以上が好ましく、9〜15がより好ましく、10〜13がさらに好ましい。
これらの中で、環員数9以上の脂環構造を含む1価の基、環員数9以上の脂肪族複素環構造を含む1価の基が好ましく、アダマンチル基、ヒドロキシアダマンチル基、ノルボルナンラクトン−イル基、5−オキソ−4−オキサトリシクロ[4.3.1.13,8]ウンデカン−イル基がより好ましく、アダマンチル基がさらに好ましい。
上記R17で表される炭素数1〜10のフッ素化アルカンジイル基としては、例えばメタンジイル基、エタンジイル基、プロパンジイル基等の炭素数1〜10のアルカンジイル基が有する水素原子の1個以上をフッ素原子で置換した基等が挙げられる。これらの中で、SO 基に隣接する炭素原子にフッ素原子が結合しているフッ素化アルカンジイル基が好ましく、SO 基に隣接する炭素原子に2個のフッ素原子が結合しているフッ素化アルカンジイル基がより好ましく、1,1−ジフルオロメタンジイル基、1,1−ジフルオロエタンジイル基、1,1,3,3,3−ペンタフルオロ−1,2−プロパンジイル基、1,1,2,2−テトラフルオロエタンジイル基、1,1,2,2−テトラフルオロブタンジイル基、1,1,2,2−テトラフルオロヘキサンジイル基がさらに好ましい。
上記Mで表される1価の感放射線性オニウムカチオンとしては、例えばS、I、O、N、P、Cl、Br、F、As、Se、Sn、Sb、Te、Bi等の元素を含む感放射線性オニウムカチオンなどが挙げられる。元素としてS(イオウ)を含むカチオンとしては、例えばスルホニウムカチオン、テトラヒドロチオフェニウムカチオン等が挙げられ、元素としてI(ヨウ素)を含むカチオンとしては、ヨードニウムカチオン等が挙げられる。これらの中で上記塩基性を適度な高さにより調整できる傾向がある観点から、スルホニウムカチオン、テトラヒドロチオフェニウムカチオン、ヨードニウムカチオンが好ましい。
上記スルホニウムカチオンとしては、例えば下記式(Q−1)で表されるカチオン等が、上記テトラヒドロチオフェニウムカチオンとしては、例えば下記式(Q−2)で表されるカチオン等が、上記ヨードニウムカチオンとしては、例えば下記式(Q−3)で表されるカチオン等が挙げられる。
Figure 0006398267
上記式(Q−1)中、Rb1、Rb2及びRb3は、それぞれ独立して、置換若しくは非置換の炭素数1〜12の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、置換若しくは非置換の炭素数6〜12の芳香族炭化水素基、−OSO−R若しくは−SO−Rであるか、又はこれらの基のうちの2つ以上が互いに合わせられ構成される環構造を表す。R及びRは、それぞれ独立して、置換若しくは非置換の炭素数1〜12の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、置換若しくは非置換の炭素数5〜25の脂環式炭化水素基又は置換若しくは非置換の炭素数6〜12の芳香族炭化水素基である。k1、k2及びk3は、それぞれ独立して0〜5の整数である。Rb1〜Rb3並びにR及びRがそれぞれ複数の場合、複数のRb1〜Rb3並びにR及びRはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。
上記式(Q−2)中、Rc1は、置換若しくは非置換の炭素数1〜8の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、又は置換若しくは非置換の炭素数6〜8の芳香族炭化水素基である。k4は、0〜7の整数である。Rc1が複数の場合、複数のRc1は同一でも異なっていてもよく、また複数のRc1は、互いに合わせられ構成される環構造を表してもよい。Rc2は、置換若しくは非置換の炭素数1〜7の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、又は置換若しくは非置換の炭素数6若しくは7の芳香族炭化水素基である。k5は、0〜6の整数である。Rc2が複数の場合、複数のRc2は同一でも異なっていてもよく、複数のRc2は互いに合わせられ構成される環構造を表してもよい。tは、0〜3の整数である。
上記式(Q−3)中、Rd1及びRd2は、それぞれ独立して、置換若しくは非置換の炭素数1〜12の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、置換若しくは非置換の炭素数6〜12の芳香族炭化水素基、−OSO−R若しくは−SO−Rであるか、又はこれらの基のうちの2つ以上が互いに合わせられ構成される環構造を表す。R及びRは、それぞれ独立して、置換若しくは非置換の炭素数1〜12の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、置換若しくは非置換の炭素数5〜25の脂環式炭化水素基又は置換若しくは非置換の炭素数6〜12の芳香族炭化水素基である。k6及びk7は、それぞれ独立して0〜5の整数である。Rd1、Rd2、R及びRがそれぞれ複数の場合、複数のRd1、Rd2、R及びRはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。
上記Rb1〜Rb3、Rc1、Rc2、Rd1及びRd2で表される非置換の直鎖状のアルキル基としては、例えばメチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基等が挙げられる。上記Rb1〜Rb3、Rc1、Rc2、Rd1及びRd2で表される非置換の分岐状のアルキル基としては、例えばi−プロピル基、i−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基等が挙げられる。上記Rb1〜Rb3、Rd1及びRd2で表される非置換の芳香族炭化水素基としては、例えばフェニル基、トリル基、キシリル基、メシチル基、ナフチル基等のアリール基;ベンジル基、フェネチル基等のアラルキル基などが挙げられる。上記Rc1及びRc2で表される非置換の芳香族炭化水素基としては、例えばフェニル基、トリル基、ベンジル基等が挙げられる。
上記アルキル基及び芳香族炭化水素基が有する水素原子を置換していてもよい置換基としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等のハロゲン原子、ヒドロキシ基、カルボキシ基、スルファニル基、アミノ基、シアノ基等が挙げられる。
上記Rb1〜Rb3、Rc1、Rc2、Rd1及びRd2としては、非置換の直鎖状又は分岐状のアルキル基、フッ素化アルキル基、非置換の1価の芳香族炭化水素基、−OSO−R、−SO−Rが好ましく、フッ素化アルキル基、非置換の1価の芳香族炭化水素基がより好ましく、フッ素化アルキル基がさらに好ましい。Rは非置換の1価の脂環式炭化水素基又は非置換の1価の芳香族炭化水素基である。
上記式(Q−1)におけるk1、k2及びk3としては、0〜2の整数が好ましく、0又は1がより好ましく、0がさらに好ましい。上記式(Q−2)におけるk4としては、0〜2の整数が好ましく、0又は1がより好ましく、1がさらに好ましい。k5としては、0〜2の整数が好ましく、0又は1がより好ましく、0がさらに好ましい。上記式(Q−3)におけるk6及びk7としては、0〜2の整数が好ましく、0又は1がより好ましく、0がさらに好ましい。
上記スルホニウムカチオンとしては、例えば下記式(i−1)〜(i−23)で表されるカチオン等が挙げられる。
Figure 0006398267
これらの中で、上記式(i−1)で表されるカチオン、上記式(i−21)〜(i−23)で表されるカチオンが好ましい。
上記テトラヒドロチオフェニウムカチオンとしては、例えば下記式(i’−1)〜(i’−4)で表されるカチオン等が挙げられる。
Figure 0006398267
これらの中で、上記式(i’−2)で表されるカチオンが好ましい。
上記ヨードニウムカチオンとしては、例えば下記式(ii−1)〜(ii−25)で表されるカチオン等が挙げられる。
Figure 0006398267
これらの中で、上記式(ii−1)で表されるカチオンが好ましい。
より具体的には、下記式(4)で表される[B]酸発生剤としては、例えば下記式(4−1)〜(4−13)で表される化合物(以下、「化合物(4−1)〜(4−13)」ともいう)等が挙げられる。
Figure 0006398267
上記式(4−1)〜(4−13)中、Mは、上記式(4)と同義である。
これらの中で、化合物(4−1)、化合物(4−2)、化合物(4−12)、化合物(4−13)が好ましい。
また、[B]酸発生体としては、下記式(4−14)で表される構造単位を有する重合体等の上記式(4)の構造が重合体の一部として組み込まれた形態も好ましい。
Figure 0006398267
上記式(4−14)中、R”は、水素原子又はメチル基である。Mは、上記式(4)と同義である。
[B]酸発生体の含有量としては、[B]酸発生体が[B]酸発生剤の場合、当該感放射線性樹脂組成物の感度及び現像性の向上の観点から、[A]重合体100質量部に対して、0.1質量部〜30質量部が好ましく、0.5質量部〜20質量部がより好ましく、1質量部〜15質量部がさらに好ましく、3質量部〜15質量部が特に好ましい。また、[B]酸発生体が重合体の一部として組み込まれる場合、当該感放射線性樹脂組成物の感度及び現像性の向上の観点から、[A]重合体を構成する全構造単位に対して、1モル%〜30モル%が好ましく、2モル%〜20モル%がより好ましく、3モル%〜10モル%がさらに好ましい。[B]酸発生体は1種又は2種以上を用いることができる。
<[C]酸拡散制御体>
[C]酸拡散制御体は、露光により[B]酸発生体から生じる酸のレジスト膜中における拡散現象を制御する。その結果非露光領域における好ましくない化学反応を抑制する効果を奏し、得られる感放射線性樹脂組成物の貯蔵安定性がさらに向上する。またレジストとしての解像度がさらに向上すると共に、露光から現像処理までの引き置き時間の変動によるレジストパターンの線幅変化を抑えることができ、プロセス安定性に優れた感放射線性樹脂組成物が得られる。[C]酸拡散制御体の当該感放射線性樹脂組成物における含有形態としては、遊離の化合物の形態(以下、適宜「[C]酸拡散制御剤」と称する)でも、重合体の一部として組み込まれた形態でも、これらの両方の形態でもよい。これらは1種を使用してもよく2種以上を併用してもよい。
[C]酸拡散制御剤としては、例えば下記式(vi)で表される化合物(以下、「含窒素化合物(I)」ともいう)、同一分子内に窒素原子を2個有する化合物(以下、「含窒素化合物(II)」ともいう)、窒素原子を3個有する化合物(以下、「含窒素化合物(III)」ともいう)、アミド基含有化合物、ウレア化合物、含窒素複素環化合物等が挙げられる。
Figure 0006398267
上記式(iii)中、Rf1、Rf2及びRf3は、それぞれ独立して、水素原子、置換されていてもよい直鎖状、分岐状若しくは環状のアルキル基、アリール基又はアラルキル基である。
含窒素化合物(I)としては、例えばn−ヘキシルアミン等のモノアルキルアミン類;ジ−n−ブチルアミン等のジアルキルアミン類;トリエチルアミン、トリn−ペンチルアミン等のトリアルキルアミン類;アニリン等の芳香族アミン類などが挙げられる。
含窒素化合物(II)としては、例えばエチレンジアミン、N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン等が挙げられる。
含窒素化合物(III)としては、例えばポリエチレンイミン、ポリアリルアミン等のポリアミン化合物;ジメチルアミノエチルアクリルアミド等の重合体などが挙げられる。
アミド基含有化合物としては、例えばホルムアミド、N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、アセトアミド、N−メチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、プロピオンアミド、ベンズアミド、ピロリドン、N−メチルピロリドン等が挙げられる。
ウレア化合物としては、例えば尿素、メチルウレア、1,1−ジメチルウレア、1,3−ジメチルウレア、1,1,3,3−テトラメチルウレア、1,3−ジフェニルウレア、トリブチルチオウレア等が挙げられる。
含窒素複素環化合物としては、例えばピリジン、2−メチルピリジン等のピリジン類;N−プロピルモルホリン、N−(ウンデカン−1−イルカルボニルオキシエチル)モルホリン等のモルホリン類;ピラジン、ピラゾールなどが挙げられる。
また上記含窒素有機化合物として、酸解離性基を有する化合物を用いることもできる。このような酸解離性基を有する含窒素有機化合物としては、例えばN−t−ブトキシカルボニルピペリジン、N−t−ブトキシカルボニルイミダゾール、N−t−ブトキシカルボニルベンズイミダゾール、N−t−ブトキシカルボニル−2−フェニルベンズイミダゾール、N−(t−ブトキシカルボニル)ジ−n−オクチルアミン、N−(t−ブトキシカルボニル)ジエタノールアミン、N−(t−ブトキシカルボニル)ジシクロヘキシルアミン、N−(t−ブトキシカルボニル)ジフェニルアミン、N−t−ブトキシカルボニル−4−ヒドロキシピペリジン、N−t−アミルオキシカルボニル−4−ヒドロキシピペリジン等が挙げられる。
これらの中で、含窒素複素環化合物が好ましく、モルホリン類がより好ましく、N−(ウンデカン−1−イルカルボニルオキシエチル)モルホリンがさらに好ましい。
また、[C]酸拡散制御剤としては、露光により感光し弱酸を発生する光崩壊性塩基を用いることもできる。光崩壊性塩基としては、例えば露光により分解して酸拡散制御性を失うオニウム塩化合物等が挙げられる。
オニウム塩化合物としては、例えばトリフェニルスルホニウムサリチレート、トリフェニルスルホニウムアセチルアセテート、トリフェニルスルホニウム2,4,6−トリi−プロピルベンゼンスルホネート、トリフェニルスルホニウム10−カンファースルホネート等が挙げられる。これらの中で、トリフェニルスルホニウムアセチルアセテート、トリフェニルスルホニウム2,4,6−トリi−プロピルベンゼンスルホネート、トリフェニルスルホニウム10−カンファースルホネートが好ましい。
上記[C]酸拡散制御体の含有量としては、[C]酸拡散制御体が[C]酸拡散制御剤の場合、[A]重合体100質量部に対して、0質量部〜20質量部が好ましく、0.1質量部〜15質量部がより好ましく、0.3質量部〜10質量部がさらに好ましく、0.5質量部〜5質量部が特に好ましい。[C]酸拡散制御体の含有量が上記上限を超えると、当該感放射線性樹脂組成物の感度が低下する場合がある。
<[D]重合体>
[D]重合体はフッ素原子を含む重合体である(但し、[A]重合体に該当するものを除く)。当該感放射線性樹脂組成物は、[D]重合体を含有することで、レジスト膜を形成した際に、膜中の[D]重合体の撥油性的特徴により、その分布がレジスト膜表面近傍で偏在化する傾向があり、液浸露光時における酸発生体、酸拡散制御体等が液浸媒体に溶出することを抑制することができる。また、この[D]重合体の撥水性的特徴によりレジスト膜と液浸媒体との前進接触角が所望の範囲に制御でき、バブル欠陥の発生を抑制できる。さらに、レジスト膜と液浸媒体との後退接触角が大きくなり、水滴が残らずに高速でのスキャン露光が可能となる。当該感放射線性樹脂組成物は、このように[D]重合体を含有することにより、液浸露光法に好適なレジスト膜を形成することができる。これらは1種を使用してもよく2種以上を併用してもよい。
[D]重合体としては、フッ素原子を含む重合体である限り特に限定されないが、[A]重合体よりも、フッ素原子含有率(質量%)は大きいことが好ましい。[A]重合体よりもフッ素原子含有率が大きいことで、上述の偏在化の度合いがより大きくなり、得られるレジスト膜の撥水性及び溶出抑制性等の特性が向上する。
[D]重合体のフッ素原子含有率としては、1質量%以上が好ましく、2質量%〜60質量%がより好ましく、4質量%〜40質量%がさらに好ましく、7質量%〜30質量%が特に好ましい。上記フッ素原子含有率が上記下限未満であると、レジスト膜表面の疎水性が低下する場合がある。なお、重合体のフッ素原子含有率(質量%)は、13C−NMRスペクトル測定により重合体の構造を求め、その構造から算出することができる。
[D]重合体におけるフッ素原子の含有形態は特に限定されず、主鎖、側鎖及び末端のいずれに結合するものでもよいが、フッ素原子を含む構造単位(以下、「構造単位(V)」ともいう)を有することが好ましい。[D]重合体は、構造単位(V)以外にも、当該感放射線性樹脂組成物の現像欠陥抑制性向上の観点から、酸解離性基を含む構造単位を有することが好ましい。酸解離性基を含む構造単位としては、例えば[A]重合体における構造単位(I)等が挙げられる。
[D]重合体はアルカリ解離性基を有することが好ましい。[D]重合体がアルカリ解離性基を有すると、レジスト膜表面をアルカリ現像時に疎水性から親水性に効果的に変えることができ、当該感放射線性樹脂組成物の現像欠陥抑制性が向上する。「アルカリ解離性基」とは、カルボキシ基、ヒドロキシ基等が有する水素原子を置換する基であって、アルカリ水溶液(例えば、23℃の2.38質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液)中で解離する基をいう。
上記構造単位(V)としては、下記式(5a)で表される構造単位(以下、「構造単位(V−a)」ともいう)及び下記式(5b)で表される構造単位(以下、「構造単位(V−b)」ともいう)からなる群より選ばれる少なくとも1種が好ましい。構造単位(V)は、構造単位(Va)及び構造単位(Vb)をそれぞれ1種又は2種以上有していてもよい。
[構造単位(Va)]
構造単位(Va)は下記式(5a)で表される構造単位である。[D]重合体は構造単位(Va)を有することでフッ素原子含有率を調整することができる。
Figure 0006398267
上記式(5a)中、Rは、水素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。Gは、単結合、酸素原子、硫黄原子、−CO−O−、−SO−O−NH−、−CO−NH−又は−O−CO−NH−である。Rは、炭素数1〜6の1価のフッ素化鎖状炭化水素基又は炭素数4〜20の1価のフッ素化脂環式炭化水素基である。
上記Rとしては、構造単位(Va)を与える単量体の共重合性等の観点から、水素原子、メチル基が好ましく、メチル基がより好ましい。
上記Gとしては、−CO−O−、−SO−O−NH−、−CO−NH−又は−O−CO−NH−が好ましく、−CO−O−がより好ましい。
上記Rで表される炭素数1〜6の1価のフッ素化鎖状炭化水素基としては、例えば、トリフルオロメチル基、2,2,2−トリフルオロエチル基、パーフルオロエチル基、2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピル基、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロピル基、パーフルオロn−プロピル基、パーフルオロi−プロピル基、パーフルオロn−ブチル基、パーフルオロi−ブチル基、パーフルオロt−ブチル基、2,2,3,3,4,4,5,5−オクタフルオロペンチル基、パーフルオロヘキシル基等が挙げられる。
上記Rで表される炭素数4〜20の1価のフッ素化脂環式炭化水素基としては、例えばモノフルオロシクロペンチル基、ジフルオロシクロペンチル基、パーフルオロシクロペンチル基、モノフルオロシクロヘキシル基、ジフルオロシクロペンチル基、パーフルオロシクロヘキシルメチル基、フルオロノルボルニル基、フルオロアダマンチル基、フルオロボルニル基、フルオロイソボルニル基、フルオロトリシクロデシル基、フルオロテトラシクロデシル基等が挙げられる。
これらの中で、フッ素化鎖状炭化水素基が好ましく、2,2,2−トリフルオロエチル基、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−プロピル基がより好ましく、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−プロピル基がさらに好ましい。
構造単位(Va)の含有割合としては、[D]重合体を構成する全構造単位に対して、0モル%〜90モル%が好ましく、3モル%〜70モル%がより好ましく、5モル%〜50モル%がさらに好ましい。このような含有割合にすることによって、[D]重合体のフッ素原子含有率をより適度に調整することができる。
[構造単位(Vb)]
構造単位(Vb)は下記式(5b)で表される構造単位である。[D]重合体は構造単位(Vb)を有することで、フッ素原子含有率を調整すると共に、アルカリ現像前後における撥水性及び親水性を変化させることができる。
Figure 0006398267
上記式(5b)中、Rは、水素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。R22は、炭素数1〜20の(s+1)価の炭化水素基、又はこの炭化水素基のR23側の末端に酸素原子、硫黄原子、−NR23’−、カルボニル基、−CO−O−若しくは−CO−NH−が結合された構造のものである。R23’は、水素原子又は炭素数1〜10の1価の炭化水素基である。R23は、単結合又は炭素数1〜20の2価の有機基である。Wは、単結合又は炭素数1〜20の2価のフッ素化鎖状炭化水素基である。Aは、酸素原子、−NR”−、−CO−O−*又は−SO−O−*である。R”は、水素原子又は炭素数1〜10の1価の炭化水素基である。*は、R24に結合する部位を示す。R24は、水素原子又は炭素数1〜30の1価の有機基である。sは、1〜3の整数である。但し、sが1の場合、R22は単結合であってもよい。sが2又は3の場合、複数のR23、W、A及びR24はそれぞれ同一でも異なっていてもよい。Wが単結合の場合、R24は、フッ素原子を含む基である。
上記Rとしては、構造単位(Vb)を与える単量体の共重合性等の観点から、水素原子、メチル基が好ましく、メチル基がより好ましい。
上記R22で表される炭素数1〜20の(s+1)価の炭化水素基としては、例えば上記式(1)におけるRとして例示した1価の炭化水素基からs個の水素原子を除いた基等が挙げられる。上記sとしては、1又は2が好ましく、1がより好ましい。上記R22としては、sが1の場合、単結合、2価の炭化水素基が好ましく、単結合、アルカンジイル基がより好ましく、単結合、炭素数1〜4のアルカンジイル基がさらに好ましく、単結合、メタンジイル基、プロパンジイル基が特に好ましい。
上記R23で表される炭素数1〜20の2価の有機基としては、例えば上記式(1)におけるRとして例示した炭素数1〜20の1価の有機基から、1個の水素原子を除いた基等が挙げられる。上記R23としては、単結合、ラクトン構造を有する基が好ましく、単結合、多環のラクトン構造を有する基がより好ましく、単結合、ノルボルナンラクトン構造を有する基がさらに好ましい。
上記Wで表される炭素数1〜20の2価のフッ素化鎖状炭化水素基としては、例えば、
フルオロメタンジイル基、ジフルオロメタンジイル基、フルオロエタンジイル基、ジフルオロエタンジイル基、テトラフルオロエタンジイル基、ヘキサフルオロプロパンジイル基、オクタフルオロブタンジイル基等のフッ素化アルカンジイル基;
フルオロエテンジイル基、ジフルオロエテンジイル基等のフッ素化アルケンジイル基などが挙げられる。これらの中で、フッ素化アルカンジイル基が好ましく、ジフルオロメタンジイル基がより好ましい。
上記Aとしては、酸素原子、−CO−O−*、−SO−O−*が好ましく、−CO−O−*がより好ましい。
上記R24で表される炭素数1〜30の1価の有機基としては、例えばアルカリ解離性基、酸解離性基、炭素数1〜30の炭化水素基等が挙げられる。これらの中で、アルカリ解離性基が好ましい。上記R24をアルカリ解離性基とすることで、アルカリ現像時に、レジスト膜表面を疎水性から親水性により効果的に変えることができ、当該感放射線性樹脂組成物の現像欠陥抑制性がさらに向上する。
上記R24がアルカリ解離性基である場合、上記R24としては、下記式(iv)〜(vi)で表される基(以下、「基(iv)〜(vi)」ともいう)が好ましい。
Figure 0006398267
上記式(iv)中、R24a及びR24bは、それぞれ独立して炭素数1〜20の1価の有機基であるか、又はこれらの基が互いに合わせられこれらが結合する炭素原子と共に構成される環員数3〜20の脂環構造を表す。
Figure 0006398267
上記式(v)中、R24c及びR24dは、それぞれ独立して、炭素数1〜20の1価の有機基であるか、又はこれらの基が互いに合わせられこれらが結合する窒素原子と共に構成される環員数3〜20の複素環構造を表す。
Figure 0006398267
上記式(vi)中、R24eは、炭素数1〜20の1価の炭化水素基又は炭素数1〜20の1価のフッ素化炭化水素基である。
上記炭素数1〜20の1価の有機基及び上記炭素数1〜20の1価の炭化水素基としては、上記式(1)のRとして例示したものと同様の基等が挙げられる。
上記炭素数1〜20の1価のフッ素化炭化水素基としては、例えば上記炭素数1〜20の1価の炭化水素基として例示した基が有する水素原子の一部又は全部が、フッ素原子で置換された基等が挙げられる。
上記基(iv)としては下記式(iv−1)〜(iv−4)で表される基が、上記基(v)としては下記式(v−1)で表される基が、上記基(vi)としては下記式(vi−1)〜(vi−5)で表される基が好ましい。
Figure 0006398267
これらの中で、上記式(iv−3)で表される基、上記式(iv−5)で表される基が好ましい。
また、R24が水素原子であると、[D]重合体のアルカリ現像液に対する溶解性が向上するため好ましい。この場合、Aが酸素原子かつWが1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2,2−メタンジイル基であると、上記溶解性がさらに向上する。
上記構造単位(Vb)の含有割合としては、[D]重合体を構成する全構造単位に対して、10モル%〜90モル%が好ましく、20モル%〜85モル%がより好ましく、40モル%〜80モル%がさらに好ましい。このような含有割合にすることによって、当該感放射線性樹脂組成物から形成されたレジスト膜表面のアルカリ現像前後の撥水性及び親水性等をより適切に調整することができる。
上記構造単位(V)の含有割合としては、[D]重合体を構成する全構造単位に対して、20モル%〜90モル%が好ましく、30モル%〜85モル%がより好ましく、40モル%〜80モル%がさらに好ましい。
[D]重合体における酸解離性基を含む構造単位([A]重合体における構造単位(I))の含有割合としては、[D]重合体を構成する全構造単位に対して、10モル%〜60モル%が好ましく、15モル%〜50モル%がより好ましく、20モル%〜40モル%がさらに好ましい。[D]重合体における酸解離性基を含む構造単位の含有割合を上記範囲とすることで、当該感放射線性樹脂組成物の現像欠陥抑制性をさらに向上させることができる。
[D]重合体の含有量の下限としては、[A]重合体100質量部に対して、0.1質量部が好ましく、0.2質量部がより好ましく、0.5質量部がさらに好ましく、1質量部が特に好ましい。[D]重合体の含有量の上限としては、[A]重合体100質量部に対して、30質量部が好ましく、20質量部がより好ましく、15質量部がさらに好ましく、10質量部が特に好ましい。
[D]重合体は上述した[A]重合体と同様の方法で合成することができる。
[D]重合体のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算重量平均分子量(Mw)は特に限定されないが、1,000以上50,000以下が好ましく、2,000以上30,000以下がより好ましく、2,500以上20,000以下がさらに好ましく、3,000以上15,000が特に好ましい。[D]重合体のMwを上記範囲とすることで、当該感放射線性樹脂組成物の塗布性及び現像欠陥抑制性が向上する。[D]重合体のMwが上記下限未満であると、十分な耐熱性を有するレジスト膜が得られない場合がある。[D]重合体のMwが上記上限を超えると、レジスト膜の現像性が低下する場合がある。
[D]重合体のGPCによるポリスチレン換算数平均分子量(Mn)に対するMwの比(Mw/Mn)は、1以上5以下が好ましく、1以上3以下がより好ましく、1以上2以下がさらに好ましい。
<[E]溶媒>
当該感放射線性樹脂組成物は、通常[E]溶媒を含有する。[E]溶媒は少なくとも[A]重合体、[B]酸発生体、必要に応じて含有される[C]酸拡散制御体等を溶解又は分散可能な溶媒であれば特に限定されない。これらは1種を使用してもよく2種以上を併用してもよい。
[E]溶媒としては、例えばアルコール系溶媒、エーテル系溶媒、ケトン系有機溶媒、アミド系溶媒、エステル系有機溶媒、炭化水素系溶媒等が挙げられる。
アルコール系溶媒としては、例えば、
4−メチル−2−ペンタノール、n−ヘキサノール等の炭素数1〜18の脂肪族モノアルコール系溶媒;
シクロヘキサノール等の炭素数3〜18の脂環式モノアルコール系溶媒;
1,2−プロピレングリコール等の炭素数2〜18の多価アルコール系溶媒;
プロピレングリコールモノメチルエーテル等の炭素数3〜19の多価アルコール部分エーテル系溶媒などが挙げられる。
エーテル系溶媒としては、例えば、
ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジブチルエーテル、ジペンチルエーテル、ジイソアミルエーテル、ジヘキシルエーテル、ジヘプチルエーテル等のジアルキルエーテル系溶媒;
テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン等の環状エーテル系溶媒;
ジフェニルエーテル、アニソール(メチルフェニルエーテル)等の芳香環含有エーテル系溶媒などが挙げられる。
ケトン系溶媒としては、例えば、
アセトン、メチルエチルケトン、メチル−n−プロピルケトン、メチル−n−ブチルケトン、ジエチルケトン、メチル−iso−ブチルケトン、2−ヘプタノン(メチル−n−ペンチルケトン)、エチル−n−ブチルケトン、メチル−n−ヘキシルケトン、ジ−iso−ブチルケトン、トリメチルノナノン等の鎖状ケトン系溶媒:
シクロペンタノン、シクロヘキサノン、シクロヘプタノン、シクロオクタノン、メチルシクロヘキサノン等の環状ケトン系溶媒:
2,4−ペンタンジオン、アセトニルアセトン、アセトフェノンなどが挙げられる。
アミド系溶媒としては、例えば、
N,N’−ジメチルイミダゾリジノン、N−メチルピロリドン等の環状アミド系溶媒;
N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジエチルホルムアミド、アセトアミド、N−メチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルプロピオンアミド等の鎖状アミド系溶媒などが挙げられる。
エステル系溶媒としては、例えば、
酢酸n−ブチル、乳酸エチル等のモノカルボン酸エステル系溶媒;
酢酸プロピレングリコール等の多価アルコールカルボキシレート系溶媒;
酢酸プロピレングリコールモノメチルエーテル等の多価アルコール部分エーテルカルボキシレート系溶媒;
シュウ酸ジエチル等の多価カルボン酸ジエステル系溶媒;
ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、等のカーボネート系溶媒などが挙げられる。
炭化水素系溶媒としては、例えば、
n−ペンタン、n−ヘキサン等の炭素数5〜12の脂肪族炭化水素系溶媒;
トルエン、キシレン等の炭素数6〜16の芳香族炭化水素系溶媒などが挙げられる。
これらの中で、エステル系溶媒、ケトン系溶媒が好ましく、多価アルコール部分エーテルカルボキシレート系溶媒、環状ケトン系溶媒がより好ましく、多価アルコール部分アルキルエーテルアセテート、シクロアルカノンがさらに好ましく、酢酸プロピレングリコールモノメチルエーテル、シクロヘキサノンが特に好ましい。
<[F]偏在化促進剤>
[F]偏在化促進剤は、当該感放射線性樹脂組成物が[D]重合体を含有する場合等に、[D]重合体をより効率的にレジスト膜表面に偏在化させる成分である。当該感放射線性樹脂組成物が[F]偏在化促進剤を含有することで、[D]重合体をレジスト膜表面により効果的に偏在化させることができ、結果として[D]重合体の使用量を少なくすることができる。[F]偏在化促進剤としては、例えばラクトン化合物、カーボネート化合物、ニトリル化合物、多価アルコール等が挙げられる。これらは1種を使用してもよく2種以上を併用してもよい。
上記ラクトン化合物としては、例えばγ−ブチロラクトン、バレロラクトン、メバロニックラクトン、ノルボルナンラクトン等が挙げられる。
上記カーボネート化合物としては、例えばプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート等が挙げられる。
上記ニトリル化合物としては、例えばスクシノニトリル等が挙げられる。
上記多価アルコールとしては、例えばグリセリン等が挙げられる。
これらの中で、ラクトン化合物が好ましく、γ−ブチロラクトンがより好ましい。
[F]偏在化促進剤の含有量としては、[A]重合体100質量部に対して、5質量部〜300質量部が好ましく、10質量〜100質量部がより好ましく、20質量部〜70質量部がさらに好ましい。
<その他の任意成分>
当該感放射線性樹脂組成物は上記[A]〜[F]成分以外のその他の任意成分を含有していてもよい。上記その他の任意成分としては、例えば界面活性剤、脂環式骨格含有化合物、増感剤等が挙げられる。これらのその他の任意成分はそれぞれ1種又は2種以上を併用してもよい。
[界面活性剤]
界面活性剤は塗布性、ストリエーション、現像性等を改良する効果を奏する。界面活性剤としては、例えばポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンn−オクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンn−ノニルフェニルエーテル、ポリエチレングリコールジラウレート、ポリエチレングリコールジステアレート等のノニオン系界面活性剤;市販品としては、信越化学工業社の「KP341」、共栄社化学社の「ポリフローNo.75」、「同No.95」、トーケムプロダクツ社の「エフトップEF301」、「同EF303」、「同EF352」、DIC社の「メガファックF171」、「同F173、住友スリーエム社の「フロラードFC430」、「同FC431」、旭硝子工業社の「アサヒガードAG710」、「サーフロンS−382」、「同SC−101」、「同SC−102」、「同SC−103」、「同SC−104」、「同SC−105」、「同SC−106」等が挙げられる。当該感放射線性樹脂組成物における界面活性剤の含有量としては、[A]重合体100質量部に対して通常2質量部以下である。
[脂環式骨格含有化合物]
脂環式骨格含有化合物はドライエッチング耐性、パターン形状、基板との接着性等を改善する効果を奏する。
[増感剤]
増感剤は、[B]酸発生体等からの酸の生成量を増加する作用を示すものであり、当該感放射線性樹脂組成物の「みかけの感度」を向上させる効果を奏する。
増感剤としては、例えばカルバゾール類、アセトフェノン類、ベンゾフェノン類、ナフタレン類、フェノール類、ビアセチル、エオシン、ローズベンガル、ピレン類、アントラセン類、フェノチアジン類等が挙げられる。これらの増感剤は単独で使用してもよく2種以上を併用してもよい。当該感放射線性樹脂組成物における増感剤の含有量としては、[A]重合体100質量部に対して通常2質量部以下である。
<感放射線性樹脂組成物の調製方法>
当該感放射線性樹脂組成物は、例えば[A]重合体、[B]酸発生体、必要に応じて含有される[C]酸拡散制御体、[D]重合体及びその他の任意成分、並びに[E]溶媒を所定の割合で混合することにより調製できる。当該感放射線性樹脂組成物は混合後に、例えば孔径0.2μm程度のフィルター等でろ過することが好ましい。当該感放射線性樹脂組成物の固形分濃度としては、0.1質量%〜50質量%が好ましく、0.5質量%〜30質量%がより好ましく、1質量%〜20質量%がさらに好ましい。
当該感放射線性樹脂組成物は、アルカリ現像液を用いるポジ型パターン形成用にも、有機溶媒を含有する現像液を用いるネガ型パターン形成用にも用いることができる。これらのうち、有機溶媒を含有する現像液を用いるネガ型パターン形成に用いる場合、当該感放射線性樹脂組成物はより高い解像性を発揮することができる。
<レジストパターンの形成方法>
当該レジストパターンの形成方法は、
レジスト膜を形成する工程(以下、「レジスト膜形成工程」ともいう)、
上記レジスト膜を露光する工程(以下、「露光工程」ともいう)、及び
上記露光されたレジスト膜を現像する工程(以下、「現像工程」ともいう)
を備え、
上記レジスト膜を当該感放射線性樹脂組成物により形成する。
当該レジストパターン形成方法によれば、上述した当該感放射線性樹脂組成物を用いているので、優れた焦点深度、露光余裕度及びMEEF性能を発揮しつつ、LWR及びCDUが小さく、解像度が高く、断面形状の矩形性に優れるレジストパターンを形成することができる。以下、各レジストパターン形成方法の各工程について説明する。
[レジスト膜形成工程]
本工程では、当該感放射線性樹脂組成物によりレジスト膜を形成する。上記レジスト膜を形成する基板としては、例えばシリコンウェハ、アルミニウムで被覆したウェハ等が挙げられる。この基板上に当該感放射線性樹脂組成物を塗布することによりレジスト膜が形成される。当該感放射線性樹脂組成物の塗布方法としては、特に限定されないが、例えばスピンコート法等の公知の方法により塗布することができる。当該感放射線性樹脂組成物を塗布する際には、形成されるレジスト膜が所望の膜厚となるように、塗布する当該感放射線性樹脂組成物の量を調整する。なお当該感放射線性樹脂組成物を基板上に塗布した後、溶媒を揮発させるためにプレベーク(以下、「PB」ともいう)を行ってもよい。PBの温度としては、30℃〜200℃が好ましく、50℃〜150℃がより好ましい。PBの時間としては、5秒〜600秒が好ましく、10秒〜300秒がより好ましい。
[露光工程]
本工程では、上記レジスト膜形成工程で形成されたレジスト膜を露光する。この露光は、場合によっては、水等の液浸露光液を介し、所定のパターンを有するマスクを介して放射線を照射することにより行う。
上記液浸露光液としては、通常空気より屈折率の大きい液体を使用する。具体的には、例えば純水、長鎖又は環状の脂肪族化合物等が挙げられる。この液浸露光液を介した状態、すなわちレンズとレジスト膜との間に液浸露光液を満たした状態で、露光装置から放射線を照射し、所定のパターンを有するマスクを介してレジスト膜を露光する。
上記放射線としては、使用する[B]酸発生体の種類に応じて、可視光線、紫外線、遠紫外線、X線、荷電粒子線等から適宜選定されて使用されるが、これらの中で、ArFエキシマレーザー光(波長193nm)及びKrFエキシマレーザー光(波長248nm)に代表される遠紫外線が好ましく、ArFエキシマレーザー光(波長193nm)がより好ましい。なお、露光量等の露光条件は当該感放射線性樹脂組成物の配合組成、添加剤の種類等に応じて適宜選定することができる。
本発明においては、露光後に加熱処理(以下、「ポストエクスポージャーベーク(PEB)」ともいう)を行うことが好ましい。このPEBにより、レジスト膜成分中の酸解離性基の解離反応を円滑に進行させることができる。PEBの加熱条件は、当該感放射線性樹脂組成物の配合組成によって適宜調整されるが、30℃〜200℃が好ましく、50℃〜170℃がより好ましい。PEBの時間としては、5秒〜600秒が好ましく、10秒〜300秒がより好ましい。
また、感放射線性樹脂組成物の潜在能力を最大限に引き出すため、例えば特公平6−12452号公報、特開昭59−93448号公報等に開示されているように、使用される基板上に有機系又は無機系の反射防止膜を形成しておくこともできる。また、環境雰囲気中に含まれる塩基性不純物等の影響を防止するため、例えば特開平5−188598号公報等に開示されているように、レジスト膜上に保護膜を設けることもできる。
[現像工程]
本工程では、上記露光工程で露光されたレジスト膜を現像する。この現像に用いる現像液としては、例えばアルカリ水溶液(アルカリ現像液)、有機溶媒を含有するもの(有機溶媒現像液)等が挙げられる。これにより所定のレジストパターンが形成される。
上記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、けい酸ナトリウム、メタけい酸ナトリウム、アンモニア水、エチルアミン、n−プロピルアミン、ジエチルアミン、ジ−n−プロピルアミン、トリエチルアミン、メチルジエチルアミン、エチルジメチルアミン、トリエタノールアミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)、ピロール、ピペリジン、コリン、1,8−ジアザビシクロ−[5.4.0]−7−ウンデセン、1,5−ジアザビシクロ−[4.3.0]−5−ノネン等のアルカリ性化合物の少なくとも1種を溶解したアルカリ水溶液等が挙げられる。これらの中で、TMAH水溶液が好ましく、2.38質量%TMAH水溶液がより好ましい。
上記有機溶媒現像液としては、例えば炭化水素系溶媒、エーテル系溶媒、エステル系溶媒、ケトン系溶媒、アルコール系溶媒等の有機溶媒、又は有機溶媒を含有する溶媒が挙げられる。上記有機溶媒としては、例えば上述の樹脂組成物の[E]溶媒として列挙した溶媒の1種又は2種以上等が挙げられる。これらの中で、エステル系溶媒、ケトン系溶媒が好ましい。エステル系溶媒としては、酢酸エステル系溶媒が好ましく、酢酸n−ブチルがより好ましい。ケトン系溶媒としては、鎖状ケトンが好ましく、2−ヘプタノンがより好ましい。現像液中の有機溶媒の含有量としては、80質量%以上が好ましく、90質量%以上がより好ましく、95質量%以上がさらに好ましく、99質量%以上が特に好ましい。現像液中の有機溶媒以外の成分としては、例えば水、シリコンオイル等が挙げられる。
これらの現像液は単独で又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。なお、現像後は、水等で洗浄し、乾燥することが一般的である。
<重合体>
本発明の重合体は下記式(5)で表される構造単位を有する重合体である。
Figure 0006398267
上記式(5)中、R18は、水素原子、フッ素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。Zは、上記式(1−1−1)、(1−2−1)又は(1−3−1)で表される部分構造である。
上記式(1−1−1)、(1−2−1)及び(1−3−1)中、a及びbは、それぞれ独立して、0〜5の整数である。但し、a+bは1以上である。a1、a2及びb1は、それぞれ独立して、0〜4の整数である。但し、a1+a2は4以下である。cは、0又は1である。R〜Rは、それぞれ独立して、水素原子若しくは炭素数1〜30の1価の有機基であるか、又は1若しくは複数のR〜Rのうちの2つ以上が一緒になって、これらが結合している炭素原子と共に、環員数3〜30の環構造を形成する。但し、R〜Rがそれぞれ複数の場合、複数のR〜Rはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。*は、結合部位を示す。
本発明の重合体は上述の当該感放射線性樹脂組成物の含有成分として好適に用いることができる。本発明の重合体については、上述の感放射線性樹脂組成物の[A]重合体の項で説明している。
<化合物>
本発明の化合物は下記式(6)で表される化合物である。
Figure 0006398267
上記式(6)中、R18は、水素原子、フッ素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。Zは、上記式(1−1−1)、(1−2−1)又は(1−3−1)で表される部分構造である。
上記式(1−1−1)、(1−2−1)及び(1−3−1)中、a及びbは、それぞれ独立して、0〜5の整数である。但し、a+bは1以上である。a1、a2及びb1は、それぞれ独立して、0〜4の整数である。但し、a1+a2は4以下である。cは、0又は1である。R〜Rは、それぞれ独立して、水素原子若しくは炭素数1〜30の1価の有機基であるか、又は1若しくは複数のR〜Rのうちの2つ以上が一緒になって、これらが結合している炭素原子と共に、環員数3〜30の環構造を形成する。但し、R〜Rがそれぞれ複数の場合、複数のR〜Rはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。*は、結合部位を示す。
本発明の化合物は、上記式(1−1)、(1−2)及び(1−3)で表される部分構造を含む構造単位(A)を与える化合物であり、[A]重合体を与える単量体成分として好適に用いることができる。本発明の化合物については、上述の感放射線性樹脂組成物の[A]重合体の項で説明している。
以下、実施例に基づき本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。実施例における各物性測定は、下記方法により行った。
[重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)]
GPCカラム(東ソー社の「G2000HXL」2本、「G3000HXL」1本、「G4000HXL」1本)を用い、流量:1.0mL/分、溶出溶媒:テトラヒドロフラン(和光純薬工業社)、試料濃度:1.0質量%、試料注入量:100μL、カラム温度:40℃、検出器:示差屈折計の分析条件で、単分散ポリスチレンを標準とするゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)により測定した。また、分散度(Mw/Mn)は、Mw及びMnの測定結果より算出した。
13C−NMR分析]
核磁気共鳴装置(日本電子社の「JNM−ECX400」)を用い、測定溶媒として重クロロホルムを使用して、各重合体における各構造単位の含有割合(モル%)を求める分析を行った。
[実施例1](化合物(Z−1)の合成)
下記スキームに従い、下記式(Z−1)で表される化合物を合成した。
1,000mLのナスフラスコに、1−ヒドロキシメチル−5,5−ジメチルヒダントイン47.4g(300mmol)、炭酸カリウム45.6g(330mmol)、ヨードメタン46.8g(330mmol)及び溶媒としてのアセトン250gを加え、55℃で6時間撹拌した。次いで、濾過によって無機塩を除去した後に濃縮し、カラムクロマトグラフィで精製することにより下記式(z−1)で表されるメチル置換体44.4g(収率86%)を得た。
次に、1,000mLのナスフラスコに、上記得られたメチル置換体(z−1)44.4g(258mmol)、トリエチルアミン39.2g(387mmol)及び溶媒としてのアセトニトリル300mLを加え、氷浴にて0℃に冷却し撹拌した。そこへ、塩化メタクリロイル32.4g(310mmol)をゆっくりと滴下した。滴下終了後、0℃にて1時間撹拌し、次いで室温で6時間撹拌した。溶媒を留去した後、酢酸エチルを加え、ろ過によって不溶物を除去した。水洗を3回した後、溶媒を留去し、カラムクロマトグラフィで精製することにより、下記式(Z−1)で表される化合物46.5g(収率75%)を得た。
Figure 0006398267
[実施例2〜15](化合物(Z−2)〜(Z−15)の合成)
前駆体を適宜選択し、実施例1と同様の操作を行うことによって、下記式(Z−2)〜(Z−15)で表される化合物を合成した。
Figure 0006398267
<重合体の合成>
[A]重合体及び[D]重合体の合成に用いた単量体を以下に示す。
Figure 0006398267
なお、上記化合物(M−1)、(M−5)〜(M−7)、(M−9)、(M−12)、及び(M−13)は構造単位(I)を、上記化合物(M−2)、(M−8)、(M−10)及び(M−11)は構造単位(II)を、上記化合物(M−4)は構造単位(III)を、上記化合物(M−3)は構造単位(IV)をそれぞれ与える。また、上記化合物(M−14)は[B]酸発生体として[A]重合体中に組み込まれる。上記化合物(M−16)は下記の合成例において構造単位(A)の代わりに用いる単量体である。
[[A]重合体の合成]
[実施例16](重合体(A−1)の合成)
上記化合物(M−1)7.70g(35モル%)、化合物(M−2)5.59g(35モル%)、化合物(M−3)3.33g(15モル%)及び化合物(Z−1)3.38g(15モル%)を2−ブタノン40gに溶解し、ラジカル重合開始剤としてAIBN0.77g(全単量体に対して5モル%)を添加して単量体溶液を調製した。次いで20gの2−ブタノンを入れた100mLの三口フラスコを30分窒素パージした後、攪拌しながら80℃に加熱し、上記調製した単量体溶液を滴下漏斗にて3時間かけて滴下した。滴下開始を重合反応の開始時間とし、重合反応を6時間実施した。重合反応終了後、重合反応液を水冷して30℃以下に冷却した。400gのメタノール中に冷却した重合反応液を投入し、析出した白色粉末をろ別した。ろ別した白色粉末を80gのメタノールで2回洗浄した後、ろ別し、50℃で17時間乾燥させて白色粉末状の重合体(A−1)を合成した(15.2g、収率76%)。重合体(A−1)のMwは7,300、Mw/Mnは1.53であった。また、13C−NMR分析の結果、(M−1)、(M−2)、(M−3)及び(Z−1)に由来する各構造単位の含有割合は、それぞれ34.3モル%、35.1モル%、14.6モル%及び16.0モル%であった。
[実施例17〜34、36及び37並びに合成例1〜5、7及び8](重合体(A−2)〜(A−19)、(A−21)及び(A−22)並びに重合体(a−1)〜(a−5)、(a−7)及び(a−8)の合成)
下記表1に示す種類及び使用量の単量体を用いた以外は、実施例16と同様に操作して、各重合体を合成した。用いる単量体の合計質量は20gとした。表1中の「−」は、該当する単量体を用いなかったことを示す。
[実施例35](重合体(A−20)の合成)
上記化合物(M−4)39.74g(50モル%)、化合物(M−5)42.60g(35モル%)、化合物(Z−1)17.66g(15モル%)、ラジカル重合開始剤としてのAIBN4.02g(全単量体に対して5モル%)、及びt−ドデシルメルカプタン1gをプロピレングリコールモノメチルエーテル100gに溶解した後、窒素雰囲気下、反応温度を70℃に保持して、16時間重合させた。重合反応終了後、重合反応液を1,000gのn−ヘキサン中に滴下して、重合体を凝固精製した。次いで上記得られた重合体に、プロピレングリコールモノメチルエーテル150gを加え、さらに、メタノール150g、トリエチルアミン34g及び水6gを加えて、沸点にて還流させながら、8時間加水分解反応を行った。加水分解反応終了後、溶媒及びトリエチルアミンを減圧留去し、得られた重合体をアセトン150gに溶解した後、2,000gの水中に滴下して凝固させ、生成した白色粉末をろ過し、50℃で17時間乾燥させて白色粉末状の重合体(A−20)を得た(65.7g、収率77%)。重合体(A−20)のMwは7,500、Mw/Mnは1.90であった。また、13C−NMR分析の結果、p−ヒドロキシスチレン、(M−5)及び(Z−1)に由来する各構造単位の含有割合は、それぞれ50.3モル%、34.6モル%及び15.1モル%であった。
[合成例6](重合体(a−6)の合成)
下記表1に示す種類及び使用量の単量体を用いた以外は、実施例35と同様に操作して、各重合体を合成した。用いる単量体の合計質量は100gとした。表1中の「−」は、該当する単量体を用いなかったことを示す。
Figure 0006398267
[[D]重合体の合成]
[合成例9](重合体(D−1)の合成)
化合物(M−15)82.2g(70モル%)及び化合物(M−12)17.8g(30モル%)を2−ブタノン200gに溶解し、ラジカル重合開始剤としてのAIBN0.46g(全単量体に対して1モル%)を添加して単量体溶液を調製した。次いで100gの2−ブタノンを入れた500mLの三口フラスコを30分窒素パージした後、攪拌しながら80℃に加熱し、上記調製した単量体溶液を滴下漏斗にて3時間かけて滴下した。滴下開始を重合反応の開始時間とし、重合反応を6時間実施した。重合反応終了後、重合反応液を水冷して30℃以下に冷却した。アセトニトリル400gに溶媒を置換した後、ヘキサン100gを加え撹拌してからアセトニトリル層を回収する作業を3回繰り返した。次いで、溶媒をプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートに置換することで、重合体(D−1)を60.1g含む溶液を得た(収率60%)。重合体(D−1)のMwは15,000、Mw/Mnは1.90であった。また、13C−NMR分析の結果、(M−15)及び(M−12)に由来する各構造単位の含有割合は、それぞれ70.3モル%及び29.7モル%であった。
<感放射線性樹脂組成物の調製>
感放射線性樹脂組成物の調製に用いた各成分を以下に示す。
[[B]酸発生剤]
各構造式を以下に示す。
B−1:トリフェニルスルホニウム2−(アダマンタン−1−イルカルボニルオキシ)−1,1,3,3,3−ペンタフルオロプロパン−1−スルホネート
B−2:トリフェニルスルホニウムノルボルナンスルトン−2−イルオキシカルボニルジフルオロメタンスルホネート
B−3:トリフェニルスルホニウム3−(ピペリジン−1−イルスルホニル)−1,1,2,2,3,3−ヘキサフルオロプロパン−1−スルホネート
B−4:トリフェニルスルホニウムアダマンタン−1−イルオキシカルボニルジフルオロメタンスルホネート
Figure 0006398267
[[C]酸拡散制御剤]
各構造式を以下に示す。
C−1:トリフェニルスルホニウム2,4,6−トリイソプロピルフェニルスルホネート
C−2:トリフェニルスルホニウム10−カンファースルホネート
C−3:N−(n−ウンデカン−1−イルカルボニルオキシエチル)モルホリン
C−4:トリn−ペンチルアミン
Figure 0006398267
[[E]溶媒]
E−1:酢酸プロピレングリコールモノメチルエーテル
E−2:シクロヘキサノン
[[F]偏在化促進剤]
F−1:γ−ブチロラクトン
[実施例38]
[A]重合体としての(A−1)100質量部、[B]酸発生剤としての(B−1)8.5質量部、[C]酸拡散制御剤としての(C−1)2.3質量部、[D]重合体としての(D−1)3質量部、[E]溶媒としての(E−1)2,240質量部及び(E−2)960質量部、並びに[F]偏在化促進剤としての(F−1)30質量部を混合し、得られた混合液を孔径0.2μmのメンブランフィルターでろ過することにより感放射線性樹脂組成物(J−1)を調製した。
[実施例39〜56及び比較例1〜5]
下記表2に示す種類及び含有量の各成分を用いた以外は、実施例38と同様に操作して、感放射線性樹脂組成物(J−2)〜(J−19)及び(CJ−1)〜(CJ−5)を調製した。
Figure 0006398267
[実施例57]
[A]重合体としての(A−1)100質量部、[B]酸発生剤としての(B−1)20質量部、[C]酸拡散制御剤としての(C−1)3.6質量部、並びに[E]溶媒としての(E−1)4,280質量部及び(E−2)1,830質量部を混合し、孔径0.2μmのメンブランフィルターでろ過することにより感放射線性樹脂組成物(J−20)を調製した。
[実施例58〜78及び比較例6〜13]
下記表3に示す種類及び含有量の各成分を用いた以外は、実施例57と同様に操作して、感放射線性樹脂組成物(J−20)〜(J−41)及び(CJ−6)〜(CJ−13)を調製した。
Figure 0006398267
<レジストパターンの形成>
[ArF露光の場合]
[レジストパターンの形成(1)]
12インチのシリコンウエハー表面に、スピンコーター(東京エレクトロン社の「CLEAN TRACK ACT12」)を使用して、下層反射防止膜形成用組成物(ブルワーサイエンス社の「ARC66」)を塗布した後、205℃で60秒間加熱することにより膜厚105nmの下層反射防止膜を形成した。この下層反射防止膜上に、上記スピンコーターを使用して、表2に記載の感放射線性樹脂組成物を塗布し、90℃で60秒間PBを行った。その後、23℃で30秒間冷却し、膜厚90nmのレジスト膜を形成した。次に、このレジスト膜をArFエキシマレーザー液浸露光装置(NIKON社の「NSR−S610C」)を用い、NA=1.3、ダイポール(シグマ0.977/0.782)の光学条件にて、40nmラインアンドスペース(1L1S)形成用のマスクパターンを介して露光した。露光後、90℃で60秒間PEBを行った。その後、アルカリ現像液としての2.38質量%のTMAH水溶液を用いてアルカリ現像し、水で洗浄し、乾燥してポジ型のレジストパターンを形成した。このレジストパターン形成の際、ターゲット寸法が40nmの1対1ラインアンドスペースのマスクを介して形成した線幅が、線幅40nmの1対1ラインアンドスペースに形成される露光量を最適露光量(Eop)とした。
[レジストパターンの形成(2)]
上記[レジストパターンの形成(1)]において、現像液としてTMAH水溶液の代わりに酢酸n−ブチルを用いて有機溶媒現像し、かつ水での洗浄を行わなかった以外は、上記[レジストパターンの形成(1)]と同様に操作して、ネガ型のレジストパターンを形成した。
[レジストパターンの形成(3)]
[電子線露光の場合]
8インチのシリコンウエハー表面にスピンコーター(東京エレクトロン社の「CLEAN TRACK ACT8」)を使用して、表3に記載の感放射線性樹脂組成物を塗布し、90℃で60秒間PBを行った。その後、23℃で30秒間冷却し、膜厚50nmのレジスト膜を形成した。次に、このレジスト膜に、簡易型の電子線描画装置(日立製作所社の「HL800D」、出力:50KeV、電流密度:5.0A/cm)を用いて電子線を照射した。照射後、120℃で60秒間PEBを行った。その後、アルカリ現像液としての2.38質量%TMAH水溶液を用いて23℃で30秒間アルカリ現像し、水で洗浄し、乾燥してポジ型のレジストパターンを形成した。
[レジストパターンの形成(4)]
上記[レジストパターンの形成(3)]において、現像液としてTMAH水溶液の代わりに酢酸n−ブチルを用いて有機溶媒現像し、かつ水での洗浄を行わなかった以外は、上記[レジストパターンの形成(3)]と同様に操作して、ネガ型のレジストパターンを形成した。
<評価>
上記形成したレジストパターンについて、下記方法により測定を行うことにより、感放射線性樹脂組成物についてのLWR性能、CDU性能、解像性、断面形状の矩形性、焦点深度、露光余裕度及びMEEF性能を評価した。評価結果を、表4及び表5に示す。表4及び表5中の「−」は評価の基準であることを示す。なお、レジストパターンの測長には走査型電子顕微鏡(日立ハイテクノロジーズ社の「CG−4100」)を用いた。また、LWR性能、CDU性能、解像性、焦点深度、露光余裕度及びMEEF性能における判定基準となる比較例は、実施例38については、比較例1及び比較例2、実施例39〜53については比較例1、実施例54については比較例3、実施例55については比較例4、実施例56については比較例5、実施例57については比較例6及び比較例7、実施例58〜72については比較例6、実施例73については比較例8、実施例74については比較例9、実施例75については比較例10、実施例76については比較例11、実施例77については比較例12、実施例78については比較例13である。基準となる比較例が2つある場合には、両方の比較例に対して良好である場合を「良好」と評価し、それ以外の場合は「不良」と評価した。
[LWR性能]
上記Eopの露光量を照射して形成したレジストパターンを、上記走査型電子顕微鏡を用いてパターン上部から観察した。線幅を任意のポイントで計50点測定し、その測定値の分布から3シグマ値を求め、これをLWR性能とした。LWR性能は、その値が小さいほどラインのガタつきが小さく良いことを示す。LWR性能は、その値を比較例のものと比べたとき、10%以上の向上(LWR性能の値が90%以下)があった場合は「良好」と、10%未満の向上(LWR性能の値が90%超)の場合は「不良」と評価した。
[CDU性能]
上記Eopの露光量を照射して形成したレジストパターンを、上記走査型電子顕微鏡を用いてパターン上部から観察した。400nmの範囲で線幅を20点測定してその平均値を求め、その平均値を任意のポイントで計500点測定し、その測定値の分布から3シグマ値を求め、これをCDU性能とした。CDU性能は、その値が小さいほど長周期での線幅のバラつきが小さく良いことを示す。CDU性能は、その値を比較例のものと比べたとき、10%以上の向上(CDU性能の値が90%以下)があった場合は「良好」と、10%未満の向上(CDU性能の値が90%超)の場合は「不良」と評価した。
[解像性]
上記Eopの露光量を照射して解像される最小のレジストパターンの寸法を測定し、この測定値を解像性とした。解像性は、その値が小さいほどより微細なパターンを形成でき良いことを示す。解像性は、その値を比較例のものと比べたとき、10%以上の向上(解像性の値が90%以下)があった場合は「良好」と、10%未満の向上(解像性の値が90%超)の場合は「不良」と評価した。
[断面形状の矩形性]
上記Eopの露光量を照射して解像されるレジストパターンの断面形状を観察し、レジストパターンの高さ方向での中間での線幅Lb及びレジストパターンの上部での線幅Laを測定した。断面形状の矩形性は、その値が1に近いほど、レジストパターンがより矩形であり良いことを示す。断面形状の矩形性は、0.9≦(La/Lb)≦1.1である場合は「良好」と、(La/Lb)<0.9又は1.1<(La/Lb)である場合は「不良」と評価した。
[焦点深度]
上記Eopの露光量を照射して解像されるレジストパターンにおいて、深さ方向にフォーカスを変化させた際の寸法を観測し、ブリッジや残渣が無いままパターン寸法が基準の90%〜110%に入る深さ方向の余裕度を測定し、この測定値を焦点深度とした。焦点深度は、その値が大きいほど、焦点の位置が変動した際に得られるパターンの寸法の変動が小さく、デバイス作製時の歩留まりを高くすることができる。焦点深度は、その値を比較例のものと比べたとき10%以上の向上(焦点深度が110%以上)があった場合は「良好」と、10%未満の向上(焦点深度が110%未満)の場合は「不良」と評価した。
[露光余裕度]
上記Eopを含む露光量の範囲において、露光量を1mJ/cmごとに変えて、それぞれレジストパターンを形成し、上記走査型電子顕微鏡を用いて、それぞれの線幅を測定した。得られた線幅と露光量の関係から、線幅が44nmとなる露光量E(44)、及び線幅が36nmとなる露光量E(36)を求め、露光余裕度=|E(36)−E(44)|×100/(最適露光量)の式から露光余裕度(%)を算出した。露光余裕度は、その値が大きいほど、露光量が変動した際に得られるパターンの寸法の変動が小さく、デバイス作製時の歩留まりを高くすることができる。露光余裕度は、その値を比較例のものと比べたとき、10%以上の向上(露光余裕度の値が110%以上)があった場合は「良好」と、10%未満の向上(露光余裕度の値が110%未満)の場合は「不良」と評価した。
[MEEF性能]
上記Eopの露光量を照射して解像されるレジストパターンにおいて、線幅が51nm、53nm、55nm、57nm、59nmとなるマスクパターンを用いて形成されたレジストパターンの線幅を縦軸に、マスクパターンのサイズを横軸にプロットしたときの直線の傾きを算出し、これをMEEF性能とした。MEEF性能は、その値が1に近いほどマスク再現性が良好であることを示す。MEEF性能は、その値を比較例のものと比べたとき、10%以上の向上(MEEF性能の値が90%以下)があった場合は「良好」と、10%未満の向上(MEEF性能の値が90%超)の場合は「不良」と評価した。
Figure 0006398267
Figure 0006398267
表4及び表5の結果から、実施例の感放射線性樹脂組成物は、ArF露光におけるアルカリ現像及び有機溶媒現像の場合、並びに電子線露光におけるアルカリ現像の場合において、LWR性能、CDU性能、解像性、断面形状の矩形性、焦点深度、露光余裕度及びMEEF性能に優れていることが示された。一方、比較例の感放射線性樹脂組成物は、上記性能が実施例のものに対していずれも劣っていることも示された。なお、一般的に電子線露光によれば、EUV露光の場合と同様の傾向を示すことが知られており、従って、EUV露光の場合においても、実施例の感放射線性樹脂組成物によれば、LWR性能等に優れることが推測される。
本発明の感放射線性樹脂組成物及びレジストパターン形成方法によれば、優れた焦点深度、露光余裕度及びMEEF性能を発揮し、LWR性能、CDU性能、解像性及び断面形状の矩形性に優れるレジストパターンを形成することができる。本発明の重合体は、当該感放射線性樹脂組成物の成分として好適に用いることができる。本発明の化合物は、当該重合体の原料単量体として好適に用いることができる。従って、これらはさらなる微細化が進行すると予想される半導体デバイス製造等におけるパターン形成に好適に用いることができる。

Claims (8)

  1. 下記式(1)で表される部分構造を含む第1構造単位及び酸解離性基を含む第2構造単位を有する重合体、並びに
    感放射線性酸発生体
    を含有する感放射線性樹脂組成物。
    Figure 0006398267
    (式(1)中、a及びbは、それぞれ独立して、0〜5の整数である。但し、a+bは1以上である。)
  2. 上記部分構造が、下記式(1−1)、(1−2)又は(1−3)で表される1価の基である請求項1に記載の感放射線性樹脂組成物。
    Figure 0006398267
    (式(1−1)、(1−2)及び(1−3)中、a及びbは、上記式(1)と同義である。a1、a2及びb1は、それぞれ独立して、0〜4の整数である。但し、a1+a2は4以下である。R〜Rは、それぞれ独立して、水素原子若しくは炭素数1〜30の1価の有機基であるか、又は1若しくは複数のR〜Rのうちの2つ以上が一緒になって、これらが結合している炭素原子と共に、環員数3〜30の環構造を形成する。但し、R〜Rがそれぞれ複数の場合、複数のR〜Rはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。*は、結合部位を示す。)
  3. 上記式(1−1)、(1−2)及び(1−3)におけるR〜Rが、それぞれ独立して、水素原子又は炭素数1〜30の1価の炭化水素基である請求項2に記載の感放射線性樹脂組成物。
  4. 上記式(1−1)、(1−2)におけるaが1又は2、bが0であり、上記式(1−3)におけるa1+a2が0又は1、b1が0である請求項2又は請求項3に記載の感放射線性樹脂組成物。
  5. 上記第1構造単位が、下記式(2−1)又は(2−2)で表される請求項2、請求項3又は請求項4に記載の感放射線性樹脂組成物。
    Figure 0006398267
    (式(2−1)及び(2−2)中、Zは、上記式(1−1)、(1−2)又は(1−3)で表される部分構造である。
    式(2−1)中、Rは、水素原子、フッ素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。Aは、単結合又は炭素数1〜20の2価の有機基である。
    式(2−2)中、Rは、水素原子又はメチル基である。R、R10及びR11は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子若しくは炭素数1〜20の1価の有機基であり、Aは、単結合若しくは炭素数1〜20の2価の有機基であるか、又は1若しくは複数のR、R10及びR11のうちの2つ以上若しくはR11及びAが一緒になって、これらが結合している炭素原子と共に、環員数3〜30の環構造を形成する。mは、1〜4の整数である。但し、mが2以上の場合、複数のRは同一でも異なっていてもよく、複数のR10は同一でも異なっていてもよい。)
  6. 上記第2構造単位が、下記式(3)で表される請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の感放射線性樹脂組成物。
    Figure 0006398267
    (式(3)中、R12は、水素原子、フッ素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。R13は、炭素数1〜10の炭化水素基である。R14及びR15は、それぞれ独立して、炭素数1〜10の鎖状炭化水素基若しくは炭素数3〜20の脂環式炭化水素基であるか、又はR14及びR15は一緒になって、これらが結合している炭素原子と、環員数3〜20の脂環構造を形成している。)
  7. 上記感放射線性酸発生体が、下記式(4)で表される化合物からなる請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の感放射線性樹脂組成物。
    Figure 0006398267
    (式(4)中、R16は、環員数6以上の脂環構造を含む炭素数6〜30の1価の基又は環員数6以上の脂肪族複素環構造を含む炭素数6〜30の1価の基である。R17は、炭素数1〜10のフッ素化アルカンジイル基である。Mは、1価の感放射線性オニウムカチオンである。)
  8. レジスト膜を形成する工程、
    上記レジスト膜を露光する工程、及び
    上記露光されたレジスト膜を現像する工程
    を備え、
    上記レジスト膜を請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の感放射線性樹脂組成物により形成するレジストパターン形成方法。
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