JP6531684B2 - 新規オニウム塩化合物を用いた化学増幅型ネガ型レジスト組成物及びレジストパターン形成方法 - Google Patents
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Description
(A)下記式(1)で示されるオニウム塩、後述の式(1)−9〜(1)−16,(1)−21,(1)−22,(1)−28〜(1)−30及び(1)−32〜(1)−35から選ばれる構造のアニオン部と下記式(a)で示されるスルホニウムカチオン部もしくは(b)で示されるヨードニウムカチオン部とを有するオニウム塩又は下記式(2)で示されるオニウム塩、
(B)下記式(3)で示される繰り返し単位を有する樹脂(U−1)、
(C)架橋剤
を含有する高エネルギー線露光用の化学増幅ネガ型レジスト組成物を提供する。
また、
(式中、Bは単結合、又は鎖の中間にエーテル結合を含んでもよい炭素数1〜10のアルキレン基を示す。R012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を示し、R015、R016はそれぞれ独立に、水素原子、ハロゲン置換されていてもよい炭素数1〜6のアルキル基又は1級若しくは2級アルコキシ基、及びハロゲン置換されていてもよい炭素数2〜7のアルキルカルボニルオキシ基のいずれかを表す。R017は水素原子、炭素数1〜20の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、アルコキシ基又はアシルオキシ基、炭素数2〜20のアルコキシアルキル基、炭素数2〜20のアルキルチオアルキル基、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、スルフィニル基、又はスルホニル基を表し、c及びdは0〜4の整数、eは0〜5の整数、fは0〜2の整数である。qは0又は1を表す。)
(A)式(1)で示されるオニウム塩、後述の式(1)−9〜(1)−16,(1)−21,(1)−22,(1)−28〜(1)−30及び(1)−32〜(1)−35から選ばれる構造のアニオン部と式(a)で示されるスルホニウムカチオン部もしくは(b)で示されるヨードニウムカチオン部とを有するオニウム塩又は式(2)で示されるオニウム塩、
(B)下記式(3)及び(4)で示される繰り返し単位を有する樹脂(U−2)
を含有する高エネルギー線露光用の化学増幅ネガ型レジスト組成物を提供する。
このレジスト組成物は、架橋剤を配合しないことが好ましい。
式(4)中、Cは単結合、又は鎖の中間にエーテル性酸素原子を含んでもよい炭素数1〜10のアルキレン基を示す。R012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を示す。R014は水素原子、ハロゲン原子、炭素数2〜8のハロゲン置換されていてもよい直鎖状、分岐状又は環状のアシルオキシ基、炭素数1〜6のハロゲン置換されていてもよい直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、又は炭素数1〜6のハロゲン置換されていてもよい直鎖状、分岐状又は環状のアルコキシ基を示す。Wは水素原子又は鎖の中間にエーテル性酸素原子、カルボニル基、又はカルボニルオキシ基を含んでもよい炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状の脂肪族1価炭化水素基、又は置換基を有してもよい1価芳香環基であり、Rx、Ryはそれぞれ水素原子、又はヒドロキシ基若しくはアルコキシ基が置換されていてもよい炭素数1〜15のアルキル基又は置換基を有してもよい1価芳香環基である。但し、Rx、Ryは互いに結合してこれらが結合する炭素原子と共に環を形成してもよいが、Rx、Ryは同時に水素原子になることはない。iは1〜3の整数、hは0〜2の整数を表し、gは(5+2h−i)以下の整数である。rは0又は1を表す。)
(式中、Bは単結合、又は鎖の中間にエーテル結合を含んでもよい炭素数1〜10のアルキレン基を示す。R012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を示し、R015、R016はそれぞれ独立に、水素原子、ハロゲン置換されていてもよい炭素数1〜6のアルキル基又は1級若しくは2級アルコキシ基、及びハロゲン置換されていてもよい炭素数2〜7のアルキルカルボニルオキシ基のいずれかを表す。R017は水素原子、炭素数1〜20の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、アルコキシ基又はアシルオキシ基、炭素数2〜20のアルコキシアルキル基、炭素数2〜20のアルキルチオアルキル基、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、スルフィニル基、又はスルホニル基を表し、c及びdは0〜4の整数、eは0〜5の整数、fは0〜2の整数である。qは0又は1を表す。)
(式中、R12はそれぞれ独立に、水素原子又はメチル基、R13は単結合、フェニレン基、−O−R22−、又は−C(=O)−Z2−R22−である。Z2は酸素原子又はNH、R22は炭素数1〜6の直鎖状、分岐状又は環状のアルキレン基、アルケニレン基又はフェニレン基であり、カルボニル基(−CO−)、エステル基(−COO−)、エーテル基(−O−)又はヒドロキシ基を含んでいてもよい。L'は単結合、又は−Z3−C(=O)−O−を示し、Z3は炭素数1〜20のヘテロ原子で置換されていてもよい直鎖状、分岐状又は環状の2価炭化水素基を示す。Z1は単結合、メチレン基、エチレン基、フェニレン基、フッ素化されたフェニレン基、−O−R23−、又は−C(=O)−Z4−R23−である。Z4は酸素原子又はNH、R23は炭素数1〜6の直鎖状、分岐状又は環状のアルキレン基、アルケニレン基又はフェニレン基であり、カルボニル基、エステル基、エーテル基又はヒドロキシ基を含んでいてもよい。M-は非求核性対向イオンを表す。R14、R15、R16、R17、R18、R19、R20、R21はそれぞれ独立に、炭素数1〜20の直鎖状、又は炭素数3〜20の分岐状又は環状の1価炭化水素基を示す。また、これらの基の水素原子の一部が酸素原子、硫黄原子、窒素原子、ハロゲン原子から選ばれるヘテロ原子と置き換わっていてもよく、酸素原子、硫黄原子、窒素原子から選ばれるヘテロ原子が介在していてもよく、その結果ヒドロキシ基、シアノ基、カルボニル基、エーテル結合、エステル結合、スルホン酸エステル結合、カーボネート結合、ラクトン環、スルトン環、カルボン酸無水物、ハロアルキル基から選ばれる基を形成又は介在してもよい。また、R14とR15が相互に結合して式中の硫黄原子と共に環を形成してもよく、又はR16、R17及びR18のうちいずれか2つ以上、あるいはR19、R20及びR21のうちいずれか2つ以上が相互に結合して式中の硫黄原子と共に環を形成してもよい。)
(式中、R012はそれぞれ独立に、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を示す。Wは水素原子又は鎖の中間にエーテル性酸素原子、カルボニル基、又はカルボニルオキシ基を含んでもよい炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状の脂肪族1価炭化水素基、又は置換基を有してもよい1価芳香環基であり、Rx、Ryはそれぞれ水素原子、又はヒドロキシ基若しくはアルコキシ基が置換されていてもよい炭素数1〜15のアルキル基であり、Rx、Ryは互いに結合してこれらが結合する炭素原子と共に環を形成してもよいが、Rx、Ryは同時に水素原子になることはない。R12は水素原子又はメチル基を示す。L'は単結合、又は−Z3−C(=O)−O−を示し、Z3は炭素数1〜20のヘテロ原子で置換されていてもよい直鎖状、分岐状又は環状の2価炭化水素基を示す。R16、R17、R18はそれぞれ独立に、ヘテロ原子で置換されていてもよく、ヘテロ原子が介在してもよい炭素数1〜20の直鎖状、又は炭素数3〜20の分岐状又は環状の1価炭化水素基を示す。また、これらの基の水素原子の一部が酸素原子、硫黄原子、窒素原子、ハロゲン原子から選ばれるヘテロ原子と置き換わっていてもよく、酸素原子、硫黄原子、窒素原子から選ばれるヘテロ原子が介在していてもよく、その結果ヒドロキシ基、シアノ基、カルボニル基、エーテル結合、エステル結合、スルホン酸エステル結合、カーボネート結合、ラクトン環、スルトン環、カルボン酸無水物、ハロアルキル基から選ばれる基を形成又は介在してもよい。また、R16、R17及びR18のうちいずれか2つ以上が相互に結合して式中の硫黄原子と共に環を形成してもよい。jは1〜3の整数、tは1〜3の整数である。)
(式中、R50は水素原子又はメチル基を表す。R51は水素原子、又はヘテロ原子が介在してもよい炭素数1〜5の直鎖状又は分岐状の1価炭化水素基を表す。R52はヘテロ原子が介在してもよい炭素数1〜5の直鎖状又は分岐状の1価炭化水素基を表す。R53はそれぞれ独立に、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を表す。R53a及びR53bはそれぞれ独立に、水素原子、又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基を表す。R54はそれぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜15の直鎖状、分岐状又は環状の1価炭化水素基又はフッ素化1価炭化水素基、又は酸不安定基を表し、R54が1価炭化水素基又はフッ素化1価炭化水素基の場合、炭素−炭素結合間に、エーテル結合(−O−)又はカルボニル基(−C(=O)−)が介在していてもよい。αは1〜3の整数である。βは0≦β≦5+2γ−αを満足する整数である。γは0又は1である。δは1〜3の整数である。X1は単結合、−C(=O)O−又は−C(=O)NH−を表し、Eは炭素数1〜20の直鎖状、分岐状又は環状の(δ+1)価の炭化水素基又はフッ素化炭化水素基である。)
このように、本発明のレジストパターン形成方法であれば、最表面が、クロム又はケイ素を含む材料等のレジストパターン形状に影響を与え易い材料からなる被加工基板(例えばフォトマスクブランク)を用いた場合であっても、密着性に優れたレジスト膜が得られ、高エネルギー線照射によりLERの低減されたパターンを形成することができる。
なお、以下の説明中、化学式で示される構造によっては不斉炭素が存在し、エナンチオマー(enantiomer)やジアステレオマー(diastereomer)が存在し得るものがあるが、その場合は一つの式でそれら異性体を代表して表す。それらの異性体は単独で用いてもよいし、混合物として用いてもよい。
(A)下記式(1)又は(2)のいずれかの構造で示されるオニウム塩、
(B)下記式(3)を含む、酸の作用によりアルカリ不溶性となる樹脂
を含有する高エネルギー線露光用の化学増幅ネガ型レジスト組成物を提供する。
[式中、R01、R02、R03、R04はそれぞれ独立に、水素原子、−L−CO2 -、あるいはヘテロ原子で置換されていてもよく、ヘテロ原子が介在してもよい炭素数1〜20の直鎖状、又は炭素数3〜20の分岐状又は環状の1価炭化水素基を示し、R01とR02、R02とR03、R03とR04のいずれかの組み合わせにおいて、相互に結合してこれらが結合する炭素原子と共に環を形成してもよい。Lは単結合を示すか、あるいはヘテロ原子で置換されていてもよく、ヘテロ原子が介在してもよい炭素数1〜20の直鎖状、又は炭素数3〜20の分岐状又は環状の2価炭化水素基を示す。R05は水素原子又はヘテロ原子で置換されていてもよく、ヘテロ原子が介在してもよい炭素数1〜20の直鎖状、又は炭素数3〜20の分岐状又は環状の1価炭化水素基を示す。R06、R07、R08、R09、R010及びR011はそれぞれ独立に、水素原子、あるいはヘテロ原子で置換されていてもよく、ヘテロ原子が介在してもよい炭素数1〜20の直鎖状、又は炭素数3〜20の分岐状又は環状の1価炭化水素基を示し、R06とR07、R08とR011、R09とR010のいずれかの組み合わせにおいて、相互に結合してこれらが結合する炭素原子とそれらの間の炭素原子と共に環を形成してもよい。jは0又は1であり、j=0の場合は0≦k≦1、j=1の場合は0≦k≦3である。Z+は下記式(a)で示されるスルホニウムカチオン又は式(b)で示されるヨードニウムカチオンを示す。
(式中、R100、R200及びR300はそれぞれ独立に、ヘテロ原子で置換されていてもよく、ヘテロ原子が介在してもよい炭素数1〜20の直鎖状、又は炭素数3〜20の分岐状又は環状の1価炭化水素基を示す。また、R100、R200及びR300のうちのいずれか2つ以上が相互に結合して式中の硫黄原子と共に環を形成してもよい。R400及びR500はそれぞれ独立に、ヘテロ原子で置換されていてもよく、ヘテロ原子が介在してもよい炭素数1〜20の直鎖状、又は炭素数3〜20の分岐状又は環状の1価炭化水素基を示す。)
また、
で示される部分構造は、窒素原子を介する環状構造を示し、該環状構造を形成するための炭素原子に結合している水素原子は、炭素数1〜20の直鎖状、炭素数3〜20の分岐状又は環状の1価炭化水素基、あるいは−L−CO2 -に置換されていてもよく、また上記環状構造を形成するための炭素原子は、一部が硫黄原子、酸素原子、あるいは窒素原子に置換されていてもよい。
なお、式(1)において、置換基−L−CO2 -を必ず1つ有する。]
(式中、Aは単結合、又は鎖の中間にエーテル結合を含んでもよい炭素数1〜10のアルキレン基を示す。R012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を示し、R013は水素原子、ハロゲン原子、炭素数2〜8のハロゲン置換されていてもよい直鎖状、分岐状又は環状のアシルオキシ基、炭素数1〜6のハロゲン置換されていてもよい直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、又は炭素数1〜6のハロゲン置換されていてもよい直鎖状、分岐状又は環状のアルコキシ基を示す。bは1〜5の整数、sは0〜2の整数を表し、aは(5+2s−b)以下の整数である。pは0又は1を表す。)
好ましいアルキレン基の例としては、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ペンチレン基、ヘキシレン基、及び分岐又は環構造を持つ炭素骨格の構造異性体等が挙げられ、エーテル結合を含む場合には式(3)中のpが1である場合にはエステル酸素に対してα位の炭素とβ位の炭素の間を除くいずれの箇所に入ってもよい。また、pが0である場合には主鎖と結合する原子がエーテル性酸素となり、該エーテル性酸素に対してα位の炭素とβ位の炭素の間を除くいずれの箇所に第2のエーテル結合が入ってもよい。なお、上記アルキレン基の炭素数が10以下であれば、アルカリ現像液に対する溶解性を十分に得ることができるため好ましい。
(式中、R012は式(3)の定義と同じであり、tは1〜3の整数である。)
(式中、Bは単結合、又は鎖の中間にエーテル結合を含んでもよい炭素数1〜10のアルキレン基を示す。R012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を示し、R015、R016はそれぞれ独立に、水素原子、ハロゲン置換されていてもよい炭素数1〜6のアルキル基又は1級若しくは2級アルコキシ基、及びハロゲン置換されていてもよい炭素数2〜7のアルキルカルボニルオキシ基のいずれかを表す。R017は水素原子、炭素数1〜20の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、アルコキシ基又はアシルオキシ基、炭素数2〜20のアルコキシアルキル基、炭素数2〜20のアルキルチオアルキル基、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、スルフィニル基、又はスルホニル基を表し、c及びdは0〜4の整数、eは0〜5の整数、fは0〜2の整数である。qは0又は1を表す。)
(式(4)中、Cは単結合、又は鎖の中間にエーテル性酸素原子を含んでもよい炭素数1〜10のアルキレン基を示す。R012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を示す。R014は水素原子、ハロゲン原子、炭素数2〜8のハロゲン置換されていてもよい直鎖状、分岐状又は環状のアシルオキシ基、炭素数1〜6のハロゲン置換されていてもよい直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、又は炭素数1〜6のハロゲン置換されていてもよい直鎖状、分岐状又は環状のアルコキシ基を示す。Wは水素原子又は鎖の中間にエーテル性酸素原子、カルボニル基、又はカルボニルオキシ基を含んでもよい炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状の脂肪族1価炭化水素基、又は置換基を有してもよい1価芳香環基であり、Rx、Ryはそれぞれ水素原子、又はヒドロキシ基若しくはアルコキシ基が置換されていてもよい炭素数1〜15のアルキル基又は置換基を有してもよい1価芳香環基である。但し、Rx、Ryは互いに結合してこれらが結合する炭素原子と共に環を形成してもよいが、Rx、Ryは同時に水素原子になることはない。iは1〜3の整数、hは0〜2の整数を表し、gは(5+2h−i)以下の整数である。rは0又は1を表す。)
(式中、破線は結合手を示す。)
(式中、R24は、上記R14、R15、R16、R17、R18、R19、R20、R21として例示した基と同じものを示す。)
(式中、R50は水素原子又はメチル基を表す。R51は水素原子、又はヘテロ原子が介在してもよい炭素数1〜5の直鎖状又は分岐状の1価炭化水素基を表す。R52はヘテロ原子が介在してもよい炭素数1〜5の直鎖状又は分岐状の1価炭化水素基を表す。R53はそれぞれ独立に、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を表す。R53a及びR53bはそれぞれ独立に、水素原子、又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基を表す。R54はそれぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜15の直鎖状、分岐状又は環状の1価炭化水素基又はフッ素化1価炭化水素基、又は酸不安定基を表し、R54が1価炭化水素基又はフッ素化1価炭化水素基の場合、炭素−炭素結合間に、エーテル結合(−O−)又はカルボニル基(−C(=O)−)が介在していてもよい。αは1〜3の整数である。βは0≦β≦5+2γ−αを満足する整数である。γは0又は1である。δは1〜3の整数である。X1は単結合、−C(=O)O−又は−C(=O)NH−を表し、Eは炭素数1〜20の直鎖状、分岐状又は環状の(δ+1)価の炭化水素基又はフッ素化炭化水素基である。)
(式中、R53はそれぞれ独立に、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を表す。R53a及びR53bはそれぞれ独立に、水素原子、又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基を表す。R54はそれぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜15の直鎖状、分岐状又は環状の1価炭化水素基又はフッ素化1価炭化水素基、又は酸不安定基を表し、R54が1価炭化水素基又はフッ素化1価炭化水素基の場合、炭素−炭素結合間に、エーテル結合(−O−)又はカルボニル基(−C(=O)−)が介在していてもよい。Eは炭素数1〜20の直鎖状、分岐状又は環状の(δ+1)価の炭化水素基又はフッ素化炭化水素基である。δは1〜3の整数である。)
上記酸発生剤の具体例の中でも、アリールスルホネート型の光酸発生剤が、後述する架橋剤と、ポリマーを反応させるのに適度な強度の酸を発生させるために、好ましい。また、発生酸を本発明のレジスト組成物に含有されるオニウム塩と組み合わせて交換反応を起こすことによりLERを改善するという効果を奏するために、光酸発生剤から発生する酸のpKaは−3.0〜1.5の範囲にあることが好ましく、−1.0〜1.5の範囲にあることがより好ましい。
界面活性剤の添加量としては、レジスト組成物中のベース樹脂100質量部に対して0〜2質量部とすることが好ましい。
赤外吸収スペクトル(IR (D-ATR); cm-1)
3389, 3135, 3083, 3022, 1574, 1523, 1474, 1445, 1415, 1382, 1371, 1340, 1320, 1230, 995, 844, 826, 816, 765, 755, 748, 699, 683 cm-1.
飛行時間型質量分析(TOFMS; MALDI)
POSITIVE M+263((C6H5)3S+相当)
NEGATIVE M-160(C8H6N-CO2 -相当)
赤外吸収スペクトル(IR (D-ATR); cm-1)
3351, 3082, 3038, 3009, 2995, 2861, 2826, 1601, 1549, 1510, 1478, 1449, 1364, 1347, 1235, 1118, 995, 927, 792, 759, 703, 687, 658 cm-1.
高速液体クロマトグラフ質量分析(LC-MS)
POSITIVE M+263((C6H5)3S+相当)
NEGATIVE M-206(C10H12NO-CO2 -相当)
3Lのフラスコに5−アセトキシアセナフチレン314.4g、4−クロロスチレン22.0g、インデン190.7g、溶媒としてトルエンを675g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素フローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤として2,2'−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル):V−65(和光純薬工業(株)製)を40.5g加え、45℃まで昇温後20時間反応させ、次に55℃まで昇温後、更に20時間反応させた。この反応溶液を1/2まで濃縮し、メタノール15.0L溶液中に沈澱させ、得られた白色固体を濾過後、40℃で減圧乾燥し、白色重合体309gを得た。
このポリマーをメタノール488g、テトラヒドロフラン540gに再度溶解し、トリエチルアミン162g、水32gを加え、60℃で40時間脱保護反応を行った。この反応溶液を濃縮後、酢酸エチル870gに溶解し、水250gと酢酸98gの混合液で中和分液洗浄を1回、更に水225gとピリジン75gで1回、水225gで4回の分液洗浄を行った。この後、上層の酢酸エチル溶液を濃縮し、アセトン250gに溶解、水15Lに沈澱させ、濾過、50℃、40時間の真空乾燥を行い、白色重合体223gを得た。
得られた重合体を13C−NMR,1H−NMR、及びGPC測定したところ、以下の分析結果となった。
分子量分布(Mw/Mn)=1.65
これをポリマー1とする。
窒素雰囲気下、3,000mLの滴下シリンダーに4−ヒドロキシスチレンの50.0質量%PGMEA溶液890g、アセナフチレン47.7g、4−(2−ヒドロキシ−2−プロピル)スチレンの54.7質量%PGMEA溶液310g、トリフェニルスルホニウム−1,1,3,3,3−ペンタフルオロ−2−メタクリロイルオキシプロパン−1−スルホネート87.0g、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)96.1g、溶媒としてγ−ブチロラクトン360gとPGMEA220gを加えた溶液を調製した。更に窒素雰囲気下とした別の5,000mL重合用フラスコに、γ−ブチロラクトンを580g加え、80℃に加温した状態で、上記で調製した溶液を4時間かけて滴下した。滴下終了後、重合温度を80℃に維持しながら18時間撹拌を続け、次いで室温まで冷却した。得られた重合液を22.5kgのジイソプロピルエーテルに滴下すると共重合体が凝集した。デカンテーションによりジイソプロピルエーテルを除去し、共重合体をアセトン2,250gに溶解した。このアセトン溶液を22.5kgのジイソプロピルエーテルに滴下し、析出した共重合体を濾別した。濾別した共重合体を再度アセトン2,250gに溶解し、このアセトン溶液を22.5kgの水に滴下し、析出した共重合体を濾別した。その後、40℃で40時間乾燥し、白色重合体を700g得た。得られた重合体を13C−NMR,1H−NMR、及びGPCで測定したところ、以下の分析結果となった。
Mw/Mn=1.62
これをポリマー8とする。
各単量体の種類、導入比(モル比)を変えた以外はポリマー1,8と同じ手順により、表1に示したポリマー2〜7,9〜16を合成した。
表1にポリマー1〜16の単量体の種類と導入比をまとめて示す。また、ポリマーに導入した繰り返し単位の構造を表2〜5に示す。
[ネガ型レジスト組成物の調製]
上記で合成したポリマー(ポリマー1〜16)、酸発生剤(PAG−A〜E)、酸拡散制御剤の本発明のオニウム塩(Salt−1〜13)、又は比較用の塩(Salt−1’)、又は塩基性化合物(Base−1)を表6〜8に示す組成で有機溶剤中に溶解してレジスト組成物を調合し、更に各組成物を0.2μmサイズのフィルター又は0.02μmサイズのナイロン又はUPEフィルターで濾過することにより、ネガ型レジスト組成物の溶液をそれぞれ調製した。表6〜8中で調製したレジスト組成物の有機溶剤は、PGMEA(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート)1,204質量部、EL(乳酸エチル)1,204質量部、PGME(プロピレングリコールモノメチルエーテル)1,606質量部の割合で使用した。また、一部組成物には添加剤として、高分子化合物(D)(ポリマーA1〜A3)、テトラメトキシメチルグリコールウリル(TMGU)を添加した。また、界面活性剤としてPF−636(OMNOVA SOLUTIONS製)を固形分量に対して0.075質量部添加した。
酸拡散制御剤:
上記調製したネガ型レジスト組成物(実施例1〜91、比較例1〜4)をACT−M(東京エレクトロン(株)製)を用いて152mm角の最表面が酸化窒化クロム膜であるマスクブランク上にスピンコーティングし、ホットプレート上で、110℃で600秒間プリベークして80nmのレジスト膜を作製した。得られたレジスト膜の膜厚測定は光学式測定器ナノスペック(ナノメトリックス社製)を用いて行った。測定はブランク外周から10mm内側までの外縁部分を除くブランク基板の面内81箇所で行い、膜厚平均値と膜厚範囲を算出した。
上記調製したネガ型レジスト組成物(各実施例、比較例1〜4)を、6インチシリコンウエハー上へスピンコーティングし、110℃で240秒間の熱処理を施して、厚さ80nmのレジスト膜を形成した。更に、導電性高分子組成物を滴下し、Mark8(東京エレクトロン(株)製)でレジスト膜上全体に回転塗布した。ホットプレート上で、90℃で90秒間ベークを行い、膜厚60nmの帯電防止膜を得た。なお、導電性高分子組成物はProc. of SPIE Vol. 8522 85220O-1に記載の、ポリスチレンでドープされたポリアニリンの水分散液を調製し用いた。続いて電子線露光装置((株)日立ハイテクノロジーズ製、HL−800D、加速電圧50keV)を用いて露光し、110℃で240秒間の熱処理(PEB:post exposure bake)を施し、2.38質量%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシドの水溶液で80秒間現像を行うと、ネガ型のパターンを得ることができた。得られたレジストパターンを次のように評価した。
上記(1)解像性評価における最適露光量をE130とする。上記(1)解像性評価における、PEB温度を130℃から150℃に変更し、露光量を上記E130とした以外は同様の手順で露光、現像を行い、設計線幅400nmのパターンにおける実寸法を計測した。これをW150とし、以下の式によりPEB温度依存性を求めた。この値はPEB温度の変化に伴いパターン線幅がどれくらい変動するかを示す値であり、値が小さいほど、PEB温度依存性が小さいことを示す。
PEB温度依存性=(W150−400)/20
結果を表13に示す。
上記(1)解像性評価と同様の条件でレジスト膜を作製し、1cm四方のネガパターンの中心に1μm四方及び0.5μm四方のスペースパターンが形成されるような設計で露光し、現像を行った。中心に1μm四方、0.5μm四方のスペースパターンが形成できた場合を○、形成できなかった場合を×とした。
結果を表14に示す。
上記(1)解像性評価と同様の条件でレジスト膜を作製し、描画をせずにそのまま120℃で600秒間ベークを施し、2.38質量%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシドの水溶液で現像を行った後、マスク欠陥検査装置(レーザーテック社製M2351)で現像残渣の評価を行った。現像後の総欠陥個数を表15に示す。
Claims (15)
- (A)下記式(1)又は(2)で示されるオニウム塩、
(B)下記式(3)で示される繰り返し単位を有する樹脂(U−1)、
(C)架橋剤
を含有するものであることを特徴とする化学増幅ネガ型レジスト組成物。
また、
- (A)下記式(1)−9〜(1)−16,(1)−21,(1)−22,(1)−28〜(1)−30及び(1)−32〜(1)−35から選ばれる構造のアニオン部と下記式(a)で示されるスルホニウムカチオン部もしくは(b)で示されるヨードニウムカチオン部とを有するオニウム塩、
(B)下記式(3)で示される繰り返し単位を有する樹脂(U−1)、
(C)架橋剤
を含有するものであることを特徴とする化学増幅ネガ型レジスト組成物。
- (A)下記式(1)又は(2)で示されるオニウム塩、
(B)下記式(3)及び(4)で示される繰り返し単位を有する酸の作用によりアルカリ不溶性となる樹脂(U−2)
を含有するものであることを特徴とする化学増幅ネガ型レジスト組成物。
また、
式(4)中、Cは単結合、又は鎖の中間にエーテル性酸素原子を含んでもよい炭素数1〜10のアルキレン基を示す。R012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を示す。R014は水素原子、ハロゲン原子、炭素数2〜8のハロゲン置換されていてもよい直鎖状、分岐状又は環状のアシルオキシ基、炭素数1〜6のハロゲン置換されていてもよい直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、又は炭素数1〜6のハロゲン置換されていてもよい直鎖状、分岐状又は環状のアルコキシ基を示す。Wは水素原子又は鎖の中間にエーテル性酸素原子、カルボニル基、又はカルボニルオキシ基を含んでもよい炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状の脂肪族1価炭化水素基、又は置換基を有してもよい1価芳香環基であり、Rx、Ryはそれぞれ水素原子、又はヒドロキシ基若しくはアルコキシ基が置換されていてもよい炭素数1〜15のアルキル基又は置換基を有してもよい1価芳香環基である。但し、Rx、Ryは互いに結合してこれらが結合する炭素原子と共に環を形成してもよいが、Rx、Ryは同時に水素原子になることはない。iは1〜3の整数、hは0〜2の整数を表し、gは(5+2h−i)以下の整数である。rは0又は1を表す。) - (A)下記式(1)−9〜(1)−16,(1)−21,(1)−22,(1)−28〜(1)−30及び(1)−32〜(1)−35から選ばれる構造のアニオン部と下記式(a)で示されるスルホニウムカチオン部もしくは(b)で示されるヨードニウムカチオン部とを有するオニウム塩、
(B)下記式(3)及び(4)で示される繰り返し単位を有する酸の作用によりアルカリ不溶性となる樹脂(U−2)
を含有するものであることを特徴とする化学増幅ネガ型レジスト組成物。
式(4)中、Cは単結合、又は鎖の中間にエーテル性酸素原子を含んでもよい炭素数1〜10のアルキレン基を示す。R 012 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を示す。R 014 は水素原子、ハロゲン原子、炭素数2〜8のハロゲン置換されていてもよい直鎖状、分岐状又は環状のアシルオキシ基、炭素数1〜6のハロゲン置換されていてもよい直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、又は炭素数1〜6のハロゲン置換されていてもよい直鎖状、分岐状又は環状のアルコキシ基を示す。Wは水素原子又は鎖の中間にエーテル性酸素原子、カルボニル基、又はカルボニルオキシ基を含んでもよい炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状の脂肪族1価炭化水素基、又は置換基を有してもよい1価芳香環基であり、Rx、Ryはそれぞれ水素原子、又はヒドロキシ基若しくはアルコキシ基が置換されていてもよい炭素数1〜15のアルキル基又は置換基を有してもよい1価芳香環基である。但し、Rx、Ryは互いに結合してこれらが結合する炭素原子と共に環を形成してもよいが、Rx、Ryは同時に水素原子になることはない。iは1〜3の整数、hは0〜2の整数を表し、gは(5+2h−i)以下の整数である。rは0又は1を表す。) - 上記(B)成分の樹脂が、更に下記式(a1)、(a2)、(a3)で示される繰り返し単位のうち少なくとも1つを含有することを特徴とする請求項3又は4に記載の化学増幅ネガ型レジスト組成物。
- 上記(B)成分の樹脂が、下記式(4−1)、(3−1)、及び(a2)で示される繰り返し単位を含有することを特徴とする請求項3又は4に記載の化学増幅ネガ型レジスト組成物。
- 更に、式(a1)、(a2)、(a3)で示される繰り返し単位を含有しない高分子化合物を配合したことを特徴とする請求項5又は6に記載の化学増幅ネガ型レジスト組成物。
- 架橋剤を含有しないことを特徴とする請求項3乃至7のいずれか1項に記載の化学増幅ネガ型レジスト組成物。
- 上記(B)成分の樹脂が、下記式(5)、(6)及び(7)で示される繰り返し単位のうち少なくとも1つ以上を更に含有するものであることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の化学増幅ネガ型レジスト組成物。
- 更に、高エネルギー線が照射された際に酸が発生する酸発生剤を含有することを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の化学増幅ネガ型レジスト組成物。
- 上記化学増幅ネガ型レジスト組成物は、更に下記式(8)で示される繰り返し単位及び少なくとも1個のフッ素原子を含む下記式(9)、(10)、(11)、(12)で示される繰り返し単位から少なくとも1つ選ばれる高分子化合物(D)を含有することを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の化学増幅ネガ型レジスト組成物。
- 請求項1乃至11のいずれか1項に記載の化学増幅ネガ型レジスト組成物を塗布したフォトマスクブランク。
- 被加工基板上に請求項1乃至11のいずれか1項に記載の化学増幅ネガ型レジスト組成物を用いてレジスト膜を形成する工程、高エネルギー線をパターン照射する工程、アルカリ現像液を用いて現像する工程を含むことを特徴とするレジストパターン形成方法。
- 上記高エネルギー線として、EUV又は電子線を用いることを特徴とする請求項13に記載のレジストパターン形成方法。
- 上記被加工基板はフォトマスクブランクであることを特徴とする請求項13又は14に記載のレジストパターン形成方法。
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