<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、[B]酸発生体及び[C]溶媒を含有する。また、当該感放射線性樹脂組成物は、好適成分として[D]酸拡散制御体を含有してもよく、本発明の効果を損なわない範囲において、その他の任意成分を含有してもよい。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(I)を有する重合体である。当該感放射線性樹脂組成物は、[A]重合体が構造単位(I)を有することで、LWR性能及び焦点深度を向上させることができる。
[A]重合体は、構造単位(I)以外に、酸解離性基を含む第2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い。また、[A]重合体は、例えばラクトン構造、環状カーボネート構造、スルトン構造又はこれらの組み合わせを含む構造単位(III)、構造単位(I)〜(III)以外のその他の構造単位等をさらに有していてもよい。[A]重合体は、上記各構造単位を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(I)]
構造単位(I)は、下記式(i)で表される化合物(i)に由来する構造単位である。
上記式(i)中、R1、R2、R3及びR4は、それぞれ独立して、水素原子又は炭素数1〜30の1価の有機基である。nは、1〜5の整数である。nが2以上の場合、複数のR1は同一でも異なっていてもよく、複数のR2は同一でも異なっていてもよい。1又は複数のR1と1又は複数のR2とR3とR4とのうち少なくともいずれかは下記式(a)で表される基である。但し、nが1であり、かつR1及びR2のうち一方が下記式(a)で表される基である場合、R1及びR2のうち他方が有機基であるか、又は下記式(a)におけるR5がヘテロ原子を含む。1又は複数のR1と1又は複数のR2とのうち2以上は、互いに合わせられこれらが結合する炭素原子又は炭素鎖と共に環員数3〜20の環構造を形成してもよい。R3及びR4は、互いに合わせられこれらが結合する炭素原子と共に環員数3〜20の環構造を形成してもよい。
上記式(a)中、R
5は、炭素数1〜20の2価の有機基である。R
6は、水素原子、フッ素原子、メチル基、トリフルオロメチル基又は炭素数2〜10のアルコキシアルキル基である。*は、上記式(i)におけるジオキサオキソシクロアルカン環を構成する炭素原子に結合する部位を示す。
当該感放射線性樹脂組成物が構造単位(I)を有する[A]重合体を含有することでLWR性能及び焦点深度に優れ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できる。すなわち、構造単位(I)は、親水性の高いカルボン酸アセタールエステル構造を有する。このカルボン酸アセタールエステル構造は、[B]酸発生体から生じる酸の作用により環が開裂し、HO−(CR1R2)n−COOHで表されるヒドロキシカルボン酸構造と、R3R4C=Oで表されるカルボニル基含有構造とを生じる。その結果、レジスト膜中の露光部における親水性が高まり、[B]酸発生体から生じる酸の拡散長が適度に短くなる。また、構造単位(I)は、上記式(i)のnが1であり、かつR1及びR2のうち少なくとも一方が上記式(a)で表される基である化合物(i)に由来する場合、つまり上記カルボン酸アセタールエステル構造が5員環であり、かつ環の開裂部と重合体に結合する部位とが離間している場合、通常上記環の開裂が生じ易くなる。しかし、この場合にR1及びR2の両方が有機基であるか、又は上記式(a)のR5がヘテロ原子を含むことで、レジスト膜の非露光部における酸の作用によらない上記環の開裂を立体障害等によって抑制することができる。これらの結果、当該感放射線性樹脂組成物のLWR性能及び焦点深度が向上すると考えられる。
上記R1、R2、R3及びR4で表される有機基としては、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有する基、上記炭化水素基及び上記へテロ原子含有基を有する基の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。
ここで「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。
上記R1、R2、R3及びR4で表される炭素数1〜30の1価の炭化水素基としては、例えば炭素数1〜30の鎖状炭化水素基、炭素数3〜30の脂環式炭化水素基、炭素数6〜30の芳香族炭化水素基等が挙げられる。
上記R1、R2、R3及びR4で表される炭素数1〜30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。
上記R1、R2、R3及びR4で表される炭素数3〜30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、シクロオクチ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。
上記R1、R2、R3及びR4で表される炭素数6〜30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。
上記炭素−炭素間又は結合手側の末端に含まれていてもよい2価のヘテロ原子含有基としては、例えば−O−、−S−、−NR’−、−CO−、−CS−等が挙げられる。上記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。
上記水素原子を置換していてもよい1価のヘテロ原子含有基としては、例えば−OH、−SH、−CN、−NHR’、−COR’、−CSR’等が挙げられる。
上記1又は複数のR1と1又は複数のR2とのうち2以上が互いに合わせられこれらが結合する炭素原子又は炭素鎖と共に形成してもよい環員数3〜20の環構造、及び上記R3及びR4が互いに合わせられこれらが結合する炭素原子と共に形成してもよい環員数3〜20の環構造としては、例えば環員数3〜20の脂環構造、環員数3〜20の脂肪族複素環構造、環員数6〜20の芳香環構造、環員数5〜20の芳香族複素環構造等が挙げられる。
上記環員数3〜20の脂環構造としては、例えば
シクロペンタン構造、シクロヘキサン構造等の単環のシクロアルカン構造;
シクロペンテン構造、シクロヘキセン構造等の単環のシクロアルケン構造;
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等の多環のシクロアルカン構造;
ノルボルネン構造、トリシクロデセン構造等の多環のシクロアルケン構造などが挙げられる。
上記環員数3〜20の脂肪族複素環構造としては、例えば
ヘキサノラクトン構造、ノルボルナンラクトン構造等のラクトン構造;
ヘキサノスルトン構造、ノルボルナンスルトン構造等のスルトン構造;
オキサシクロヘプタン構造、オキサノルボルナン構造等の酸素原子含有複素環構造;
アザシクロヘキサン構造、ジアザビシクロオクタン構造等の窒素原子含有複素環構造;
チアシクロヘキサン構造、チアノルボルナン構造等の硫黄原子含有複素環構造などが挙げられる。
上記環員数6〜20の芳香環構造としては、例えばベンゼン構造、ナフタレン構造、フェナントレン構造、アントラセン構造等が挙げられる。
上記環員数5〜20の芳香族複素環構造としては、例えばフラン構造、ピラン構造、ベンゾピラン構造等の酸素原子含有複素環構造、ピリジン構造、ピリミジン構造、インドール構造等の窒素原子含有複素環構造などが挙げられる。
化合物(i)が有する上記式(a)で表される基の数は、通常1である。
上記R5で表される2価の有機基としては、例えば炭素数1〜30の2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有する基、上記炭化水素基及び上記へテロ原子含有基を有する基の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2価の炭化水素基としては、例えば上記R1、R2、R3及びR4で例示した1価の炭化水素基から1個の水素原子を除いた基等が挙げられる。上記1価のヘテロ原子含有基及び2価のヘテロ原子含有基としては、例えば上記R1、R2、R3及びR4で例示した基と同様のもの等が挙げられる。
上記R5で表される2価の有機基は、−O−、−CO−、−COO−又はこれらの組み合わせを含むことが好ましく、−COO−を含むことがより好ましい。
上記式(i)におけるnが1であり、かつR1及びR2のうち一方が上記式(a)で表される基である場合、R1及びR2のうち他方が有機基であるか、又は上記式(a)におけるR5がヘテロ原子を含む。つまり、上記式(i)のnが1であり、R1及びR2のうち一方が水素原子である場合、他方は上記式(a)で表される基であり、この式(a)におけるR5はヘテロ原子を含む。すなわち、上記R5で表される有機基は、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有する基、又は炭化水素基及び上記へテロ原子含有基を有する基の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である。
上記R6で表される炭素数2〜10のアルコキシアルキル基としては、例えばメトキシメチル基、エトキシメチル基、1−メトキシエチル基、2−メトキシエチル基、1−エトキシエチル基、2−エトキシエチル基等の直鎖状、分岐状又は環状のアルコキシアルキル基などが挙げられる。
化合物(i)としては、上記式(i)における1又は複数のR1と1又は複数のR2とのうち少なくともいずれかが上記式(a)で表される基である化合物(以下、「化合物(i−1)」ともいう)や、化合物(i)としては、上記式(i)におけるR3及びR4のうち少なくともいずれかが上記式(a)で表される基である化合物(以下、「化合物(i−2)」ともいう)等が挙げられる。以下、化合物(i−1)に由来する構造単位(I)(以下、「構造単位(I−1)」ともいう)、及び化合物(i−2)に由来する構造単位(以下、「構造単位(I−2)」ともいう)について、それぞれ説明する。
〔構造単位(I−1)〕
構造単位(I−1)は、上記式(i)における1又は複数のR1と1又は複数のR2とのうち少なくともいずれかが上記式(a)で表される基である化合物(i−1)に由来する。当該感放射線性樹脂組成物は、[A]重合体が構造単位(I−1)を有することで、LWR性能に特に優れる。
上記1又は複数のR1と1又は複数のR2とのうち、上記式(a)で表される基以外の基としては、水素原子、炭素数1〜5のアルキル基及びシアノ基が好ましく、水素原子、メチル基、エチル基及びシアノ基がより好ましい。
上記R3及びR4で表される有機基の炭素数としては、1〜10の整数が好ましく、1〜3の整数がより好ましい。
上記R3及びR4としては、炭素数1〜5のアルキル基が好ましく、メチル基及びエチル基がより好ましい。なお、上記R3及びR4は、同一であるとよい。また、上記R3及びR4は、これらの基が互いにあわせられこれらが結合する炭素原子と共に環員数3〜20の環構造を形成していることも好ましい。この場合、上記環構造としては、環員数5〜7の脂環構造が好ましく、シクロヘキサン構造がより好ましく、置換基を有さないシクロヘキサン構造がさらに好ましい。
上記nとしては、化合物(i−1)の合成容易性の観点から、1及び2が好ましく、1がより好ましい。
上記R5で表される2価の有機基の炭素数としては、1〜10の整数が好ましく、1〜5の整数がより好ましい。
上記R5で表される2価の有機基としては、直鎖状又は分岐状のアルカンジイル基、このアルカンジイル基の炭素−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、及びこれらの基の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が好ましい。
上記1価のヘテロ原子含有基及び2価のヘテロ原子含有基としては、例えば上記R1、R2、R3及びR4で例示したものと同様の基等が挙げられる。上記1価のヘテロ原子含有基としては、アルコキシ基が好ましく、メトキシ基がより好ましい。上記2価のヘテロ原子含有基としては、−O−、−CO−、−COO−、及びこれらの組み合わせが好ましく、−COO−がより好ましい。なお、−COO−は、−OCO−を含む概念である。
上述の通り、化合物(i−1)は、上記式(i)のnが1である場合、R1及びR2のうち他方が有機基であるか、又は上記式(a)におけるR5がヘテロ原子を含む。つまり、上記式(i)のnが1であり、R1及びR2のうち一方が水素原子である場合、他方は上記式(a)で表される基であり、この式(a)におけるR5はヘテロ原子を含む。この場合、上記R5は、−O−、−CO−、−COO−及びこれらの組み合わせを含むことが好ましく、−COO−を含むことがより好ましい。
上記R6としては、化合物(i−1)の重合性の観点から、水素原子、アルコキシアルキル基及びメチル基が好ましく、メチル基及びメトキシメチル基がより好ましい。
化合物(i−1)としては、LWR性能をより向上する観点から、上記式(i)のnが1、かつ上記式(a)におけるR5がヘテロ原子を含むことが好ましい。
化合物(i−1)としては、例えば下記式で表される化合物等が挙げられる。
上記式において、R6は、それぞれ上記式(a)と同義である。
[化合物(i−1)の合成方法]
化合物(i−1)は、例えば上記式(i)におけるnが1、R1が上記式(a)で表される基、かつ上記式(a)におけるR5がアルカンジイル基の炭素−炭素間又は結合手側の末端に−COO−を含む基である化合物(i−1’)の場合、下記スキームにより簡便かつ収率よく合成することができる。
上記スキーム中、R2、R3及びR4は、上記式(i)と同義である。R6は、上記式(a)と同義である。RZ1及びRZ2は、それぞれ独立して、炭素数1〜10のアルキル基である。s1は、0以上の整数である。s2は、1以上の整数である。s1及びs2の合計は、19以下である。
上記RZ1及びRZ2としては、炭素数1〜3のアルキル基が好ましく、メチル基がより好ましい。
上記式(i−1−s)で表されるヒドロキシジカルボン酸化合物と上記式(i−1−t)で表されるアセタール化合物とをパラトルエンスルホン酸等の酸触媒の存在下、塩化メチレン等の有機溶媒中で縮合させることで、環式化合物(i−1−u)を得ることができる。この環式化合物(i−1−u)と塩化オキサリル等の塩素化剤とをN,N−ジメチルホルムアミド等の触媒の存在下、トルエン等の有機溶媒中で反応させて酸塩化物とした後、この酸塩化物と上記式(i−1−v)で表されるヒドロキシ化合物とをトリエチルアミン、ジメチルアミノピリジン等の塩基存在下、トルエン等の有機溶媒中で反応させることで、化合物(i−1’)を得ることができる。得られた生成物をカラムクロマトグラフィー、再結晶、蒸留等により適切に精製することにより、化合物(i−1’)を単離することができる。なお、化合物(i−1’)以外の化合物(i−1)についても、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−2)〕
構造単位(I−2)は、上記式(i)におけるR3及びR4のうち少なくともいずれかが上記式(a)で表される基である化合物(i−2)に由来する。当該感放射線性樹脂組成物は、[A]重合体が構造単位(I−2)を有することで、焦点深度に特に優れる。
上記R1及びR2で表される1価の有機基の炭素数としては、1〜10の整数が好ましく、1〜3の整数がより好ましい。
上記R1及びR2としては、水素原子、炭素数1〜5のアルキル基及びシアノ基が好ましく、水素原子、メチル基及びシアノ基がより好ましく、水素原子がさらに好ましい。また、上記R1及びR2は、同一であるとよい。
上記R3及びR4のうち、上記式(a)で表される基以外の基としては、水素原子及び炭素数1〜5のアルキル基が好ましく、水素原子、メチル基及びイソプロピル基がさらに好ましく、水素原子が特に好ましい。
上記nとしては、化合物(i−2)の合成容易性の観点から、1及び2が好ましく、1がより好ましい。
上記式(a)における上記R5で表される2価の有機基の炭素数としては、1〜10の整数が好ましく、1〜5の整数がより好ましい。
上記R5としては、直鎖状又は分岐状のアルカンジイル基、このアルカンジイル基の炭素−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、及びこれらの基の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が好ましい。
上記鎖状又は分岐状のアルカンジイル基としては、メタンジイル基、エタンジイル基及びプロパンジイル基が好ましい。
上記1価のへテロ原子含有基及び2価のヘテロ原子含有基としては、例えば上記R1、R2、R3及びR4で例示したものと同様の基等が挙げられる。上記1価のヘテロ原子含有基としては、アルコキシ基が好ましく、メトキシ基がより好ましい。上記2価のヘテロ原子含有基としては、−O−、及び−COO−が好ましい。
上記R6としては、化合物(i−2)の重合性の観点から、水素原子、アルコキシアルキル基及びメチル基が好ましく、メチル基及びメトキシメチル基がより好ましい。
化合物(i−2)としては、例えば下記式で表される化合物等が挙げられる。
上記式において、R6は、それぞれ上記式(a)と同義である。
[化合物(i−2)の合成方法]
化合物(i−2)は、例えば上記式(i)におけるR4が上記式(a)で表される基である化合物(i−2’)の場合、下記スキームにより簡便かつ収率よく合成することができる。
上記スキーム中、R1、R2、R3、R5及びnは、上記式(i)と同義である。R6は、上記式(a)と同義である。Jは、ハロゲン原子である。
上記Jで表されるハロゲン原子としては、塩素原子、フッ素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられ、塩素原子が好ましい。
上記式(i−2−s)で表されるヒドロキシ化合物と上記式(i−2−t)で表されるハロゲン化合物とをトリエチルアミン、ジメチルアミノピリジン等の触媒の存在下、トルエン等の有機溶媒中で縮合することで、上記式(i−2−u)で表されるカルボニル化合物を得ることができる。このカルボニル化合物(i−2−u)と上記式(i−2−v)で表されるヒドロキシ酸化合物とをパラトルエンスルホン酸等の酸触媒の存在下、トルエン等の有機溶媒中で反応させることで、化合物(i−2’)を得られる。得られた生成物をカラムクロマトグラフィー、再結晶、蒸留等により適切に精製することにより、化合物(i−2’)を単離することができる。なお、化合物(i−2’)以外の化合物(i−2)についても、上記同様の方法により、合成することができる。
[A]重合体を構成する全構造単位に対する構造単位(I)の含有割合の下限としては、1モル%が好ましく、3モル%がより好ましく、7モル%がさらに好ましい。一方、上記含有割合の上限としては、60モル%が好ましく、45モル%がより好ましく、25モル%がさらに好ましく、15モル%が特に好ましい。構造単位(I)の含有割合が上記範囲である場合、当該感放射線性樹脂組成物のLWR性能及び焦点深度をより向上させることができる。
[構造単位(II)]
構造単位(II)は、酸解離性基を含む構造単位である(但し、構造単位(I)に該当するものを除く)。[A]重合体が構造単位(II)をさらに有することで、当該感放射線性樹脂組成物のLWR性能及び焦点深度がより向上する。構造単位(II)としては、例えば下記式(a−1)で表される構造単位(以下、「構造単位(II−1)」ともいう)、下記式(a−2)で表される構造単位(以下、「構造単位(II−2)」ともいう)等が挙げられる。下記式(a−1)及び(a−2)中、−CRA2RA3RA4及び−CRA6RA7RA8で表される基は酸解離性基である。
上記式(a−1)中、RA1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。RA2は、炭素数1〜20の1価の炭化水素基である。RA3及びRA4は、それぞれ独立して炭素数1〜20の1価の鎖状炭化水素基若しくは炭素数3〜20の1価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。
上記式(a−2)中、RA5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。RA6は、水素原子又は炭素数1〜20の1価の炭化水素基又は炭素数1〜20の1価のオキシ炭化水素基である。RA7及びRA8は、それぞれ独立して、炭素数1〜20の1価の炭化水素基又は炭素数1〜20の1価のオキシ炭化水素基である。LAは、単結合、−O−、−COO−又は−CONH−である。
上記RA2、RA6、RA7及びRA8で表される炭素数1〜20の1価の炭化水素基としては、例えば上記式(i)における上記R1、R2、R3及びR4で表される1価の炭化水素基として例示した基と同様の基等が挙げられる。
上記RA2としては、鎖状炭化水素基及びシクロアルキル基が好ましく、アルキル基及びシクロアルキル基がより好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロオクチル基及びアダマンチル基がさらに好ましい。
上記RA3及びRA4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、例えば上記式(i)における上記R1、R2、R3及びR4で表される1価の鎖状炭化水素基として例示した基と同様の基等が挙げられる。上記RA3及びRA4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、例えば上記式(i)における上記R1、R2、R3及びR4で表される1価の脂環式炭化水素基として例示した基と同様の基等が挙げられる。
上記RA3及びRA4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の脂環構造としては、例えば上記式(i)における上記R3及びR4が互いに合わせられこれらが結合する炭素原子と共に形成してもよい脂環構造として例示した構造と同様の構造等が挙げられる。
上記RA3及びRA4としては、アルキル基が好ましく、メチル基及びエチル基がより好ましい。また、上記RA3及びRA4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脂環構造としては、単環のシクロアルカン構造、ノルボルナン構造及びアダマンタン構造が好ましく、シクロペンタン構造、シクロヘキサン構造及びアダマンタン構造がより好ましい。
上記RA6、RA7及びRA8で表される炭素数1〜20の1価のオキシ炭化水素基としては、例えば上記式(i)における上記R1、R2、R3及びR4で表される1価の炭化水素基として例示した基の炭素−炭素間に酸素原子を含む基等が挙げられる。
上記RA6、RA7及びRA8としては、酸素原子を含む脂環式炭化水素基及び鎖状炭化水素基が好ましい。
上記LAとしては、単結合及び−COO−が好ましく、単結合がより好ましい。
上記RA1としては、構造単位(II)を与える単量体の共重合性の観点から、水素原子及びメチル基が好ましく、メチル基がより好ましい。
上記RA5としては、構造単位(II)を与える単量体の共重合性の観点から、水素原子及びメチル基が好ましく、水素原子がより好ましい。
構造単位(II−1)としては、例えば下記式(a−1−a)〜(a−1−d)で表される構造単位(以下、「構造単位(II−1−a)〜(II−1−d)」ともいう」)等が挙げられる。また、構造単位(II−2)としては、例えば下記式(a−2−a)で表される構造単位(以下、「(II−2−a)」ともいう)等が挙げられる。
上記式(a−1−a)〜(a−1−d)中、RA1〜RA4は、上記式(a−1)と同義である。naは、1〜4の整数である。上記式(a−2−a)中、RA5〜RA8は、上記式(a−2)と同義である。
naとしては、1、2及び4が好ましく、1がより好ましい。
構造単位(II−1−a)〜(II−1−d)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。
上記式中、RA1は、上記式(a−1)と同義である。
構造単位(II−2−a)としては、例えば下記式で表される構造単位などが挙げられる。
上記式中、RA5は上記式(a−2)と同義である。
構造単位(II)としては、構造単位(II−1−a)〜(II−1−d)が好ましく、2−メチル−2−アダマンチル(メタ)アクリレートに由来する構造単位、2−iプロピル−2−アダマンチル(メタ)アクリレートに由来する構造単位、1−メチル−1−シクロペンチル(メタ)アクリレートに由来する構造単位、1−エチル−1−シクロヘキシル(メタ)アクリレートに由来する構造単位、1−iプロピル−1−シクロペンチル(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、及び2−(アダマンタン−1−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がより好ましい。
[A]重合体が構造単位(II)を有する場合、[A]重合体を構成する全構造単位に対する構造単位(II)の含有割合の下限としては、10モル%が好ましく、20モル%がより好ましく、30モル%がさらに好ましく、40モル%が特に好ましい。一方、上記含有割合の上限としては、80モル%が好ましく、70モル%がより好ましく、65モル%がさらに好ましく、60モル%が特に好ましい。上記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性能及び焦点深度をより向上させることができる。
[構造単位(III)]
構造単位(III)は、ラクトン構造、環状カーボネート構造、スルトン構造又はこれらの組み合わせを含む構造単位である(但し、構造単位(I)及び構造単位(II)に該当するものを除く)。[A]重合体は、構造単位(III)をさらに有することで、現像液への溶解性をより適度なものに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性能及び焦点深度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膜と基板との密着性をより向上させることができる。ここで、ラクトン構造とは、−O−C(O)−で表される基を含む1つの環(ラクトン環)を有する構造をいう。また、環状カーボネート構造とは、−O−C(O)−O−で表される基を含む1つの環(環状カーボネート環)を有する構造をいう。スルトン構造とは、−O−S(O)2−で表される基を含む1つの環(スルトン環)を有する構造をいう。構造単位(III)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。
上記式中、RAL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。
上記RAL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、水素原子及びメチル基が好ましく、メチル基がより好ましい。
構造単位(III)としては、これらの中で、ノルボルナンラクトン構造を含む構造単位、オキサノルボルナンラクトン構造を含む構造単位、γ−ブチロラクトン構造を含む構造単位、エチレンカーボネート構造を含む構造単位、及びノルボルナンスルトン構造を含む構造単位が好ましく、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、オキサ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、シアノ置換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、ノルボルナンラクトン−イルオキシカルボニルメチル(メタ)アクリレートに由来する構造単位、ブチロラクトン−3−イル(メタ)アクリレートに由来する構造単位、ブチロラクトン−4−イル(メタ)アクリレートに由来する構造単位、3,5−ジメチルブチロラクトン−3−イル(メタ)アクリレートに由来する構造単位、4,5−ジメチルブチロラクトン−4−イル(メタ)アクリレートに由来する構造単位、1−(ブチロラクトン−3−イル)シクロヘキサン−1−イル(メタ)アクリレートに由来する構造単位、エチレンカーボネート−イルメチル(メタ)アクリレートに由来する構造単位、シクロヘキセンカーボネート−イルメチル(メタ)アクリレートに由来する構造単位、ノルボルナンスルトン−イル(メタ)アクリレートに由来する構造単位、及びノルボルナンスルトン−イルオキシカルボニルメチル(メタ)アクリレートに由来する構造単位がより好ましい。
[A]重合体が構造単位(III)を有する場合、[A]重合体を構成する全構造単位に対する構造単位(III)の含有割合の下限としては、1モル%が好ましく、10モル%がより好ましく、20モル%がさらに好ましく、30モル%が特に好ましい。一方、上記含有割合の上限としては、70モル%が好ましく、60モル%がより好ましく、50モル%がさらに好ましく、45モル%が特に好ましい。上記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から形成されるレジスト膜と基板との密着性をより向上させることができる。上記含有割合が上記下限より小さい場合、当該感放射線性樹脂組成物から形成されるレジスト膜と基板との密着性が低下するおそれがある。逆に、上記含有割合が上記上限を超える場合、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おそれがある。
[その他の構造単位]
[A]重合体は、構造単位(I)〜(III)以外にもその他の構造単位を有してもよい。その他の構造単位としては、例えば極性基を含む構造単位、非解離性の炭化水素基を含む構造単位等が挙げられる。上記極性基としては、例えばアルコール性水酸基、カルボキシ基、シアノ基、ニトロ基、スルホンアミド基等が挙げられる。上記非解離性の炭化水素基としては、例えば直鎖状のアルキル基等が挙げられる。
極性基を含む構造単位としては、例えば下記式で表される構造単位等が挙げられる。
上記式中、RAH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]重合体がその他の構造単位を有する場合、[A]重合体を構成する全構造単位に対するその他の構造単位の含有割合の下限としては、0.5モル%が好ましく、5モル%がより好ましく、7モル%がさらに好ましい。一方、上記含有割合の上限としては、50モル%が好ましく、30モル%がより好ましく、15モル%がさらに好ましい。その他の構造単位の含有割合を上記範囲とすることで、[A]重合体の現像液への溶解性をより適度なものに調整することができる。
<[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の存在下の適当な溶媒中で重合することにより合成できる。
[A]重合体の重合に使用するラジカル重合開始剤としては、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等が挙げられる。上記ラジカル重合剤としては、これらの中で、AIBN及びジメチル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。
[A]重合体の重合に使用する溶媒としては、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。これらの溶媒は、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。
[A]重合体の重合における反応温度の下限としては、40℃が好ましく、50℃がより好ましい。一方、上記反応温度の上限としては、150℃が好ましく、120℃がより好ましい。[A]重合体の重合における反応時間の下限としては、1時間が好ましく、2時間がより好ましい。一方、上記反応時間の上限としては、48時間が好ましく、24時間がより好ましい。
[A]重合体の重量平均分子量(Mw)の下限としては、1,000が好ましく、3,000がより好ましく、5,000がさらに好ましい。一方、上記Mwの上限としては、50,000が好ましく、20,000がより好ましく、10,000がさらに好ましい。上記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を向上させることができる。
[A]重合体の数平均分子量(Mn)に対する上記Mwの比(Mw/Mn)の下限としては、通常1であり、1.3が好ましい。一方、上記Mw/Mnの上限としては、5が好ましく、3がより好ましく、2がさらに好ましい。上記Mw/Mnを上記範囲とすることで、当該感放射線性樹脂組成物により形成されるレジスト膜の解像性をより向上できる。
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:例えば東ソー社の「G2000HXL」2本、「G3000HXL」1本、及び「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
当該感放射線性樹脂組成物が含有する全重合体に対する[A]重合体の含有量の下限としては、60質量%が好ましく、70質量%がより好ましく、90質量%がさらに好ましい。一方、上記含有量の上限としては、99質量%が好ましい。上記含有量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性能及び焦点深度をより向上させることができる。
当該感放射線性樹脂組成物における[A]重合体の含有量の下限としては、固形分換算で、50質量%が好ましく、70質量%がより好ましく、80質量%がさらに好ましい。一方、上記含有量の上限としては、固形分換算で、99質量%が好ましく、95質量%がさらに好ましく、90質量%がさらに好ましい。上記含有量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性能及び焦点深度をより向上させることができる。ここで「固形分」とは、当該感放射線性樹脂組成物の[C]溶媒及び[F]偏在化促進剤以外の成分をいう。
<[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、[A]重合体等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、後述の低分子化合物の形態(以下、「[B]酸発生剤」ともいう)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。当該感放射線性樹脂組成物は、[B]酸発生体を1種又は2種以上含有してもよい。
[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]酸発生剤としては、下記式(5)で表される化合物が好ましい。[B]酸発生剤が下記構造を有することで、[A]重合体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性能及び焦点深度をより向上させることができる。
上記式(5)中、Rp1は、環員数6以上の環構造を含む1価の基である。Rp2は、2価の連結基である。Rp3及びRp4は、それぞれ独立して、水素原子、フッ素原子、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。Rp5及びRp6は、それぞれ独立して、フッ素原子又は炭素数1〜20の1価のフッ素化炭化水素基である。np1は、0〜10の整数である。np2は、0〜10の整数である。np3は、1〜10の整数である。np1が2以上の場合、複数のRp2は同一でも異なっていてもよい。np2が2以上の場合、複数のRp3は同一でも異なっていてもよく、複数のRp4は同一でも異なっていてもよい。np3が2以上の場合、複数のRp5は同一でも異なっていてもよく、複数のRp6は同一でも異なっていてもよい。X+は、1価の感放射線性オニウムカチオンである。
Rp1で表される環員数6以上の環構造を含む1価の基としては、例えば環員数6以上の脂環構造を含む1価の基、環員数6以上の脂肪族複素環構造を含む1価の基、環員数6以上の芳香環構造を含む1価の基、環員数6以上の芳香族複素環構造を含む1価の基等が挙げられる。
上記環員数6以上の脂環構造としては、例えば
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、シクロノナン構造、シクロデカン構造、シクロドデカン構造等の単環のシクロアルカン構造;
シクロヘキセン構造、シクロヘプテン構造、シクロオクテン構造、シクロデセン構造等の単環のシクロアルケン構造;
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;
ノルボルネン構造、トリシクロデセン構造等の多環のシクロアルケン構造などが挙げられる。
上記環員数6以上の脂肪族複素環構造としては、例えば
ヘキサノラクトン構造、ノルボルナンラクトン構造等のラクトン構造;
ヘキサノスルトン構造、ノルボルナンスルトン構造等のスルトン構造;
オキサシクロヘプタン構造、オキサノルボルナン構造等の酸素原子含有複素環構造;
アザシクロヘキサン構造、ジアザビシクロオクタン構造等の窒素原子含有複素環構造;
チアシクロヘキサン構造、チアノルボルナン構造のイオウ原子含有複素環構造などが挙げられる。
上記環員数6以上の芳香環構造としては、例えばベンゼン構造、ナフタレン構造、フェナントレン構造、アントラセン構造等が挙げられる。
上記環員数6以上の芳香族複素環構造としては、例えばフラン構造、ピラン構造、ベンゾピラン構造等の酸素原子含有複素環構造、ピリジン構造、ピリミジン構造、インドール構造等の窒素原子含有複素環構造などが挙げられる。
上記Rp1の環構造の環員数の下限としては、7が好ましく、8がより好ましく、9がさらに好ましく、10が特に好ましい。一方、上記環員数の上限としては、15が好ましく、14がより好ましく、13がさらに好ましく、12が特に好ましい。上記環員数を上記範囲とすることで、上述の酸の拡散長をさらに適度に短くすることができ、その結果、当該感放射線性樹脂組成物のLWR性能及び焦点深度をより向上することができる。
上記Rp1の環構造が有する水素原子の一部又は全部は、置換基で置換されていてもよい。上記置換基としては、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、シアノ基、ニトロ基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アルコキシカルボニルオキシ基、アシル基、アシロキシ基等が挙げられ、これらの中でヒドロキシ基が好ましい。
上記Rp1としては、これらの中で、環員数6以上の脂環構造を含む1価の基及び環員数6以上の脂肪族複素環構造を含む1価の基が好ましく、環員数9以上の脂環構造を含む1価の基及び環員数9以上の脂肪族複素環構造を含む1価の基がより好ましく、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、ノルボルナンスルトン−イル基及び5−オキソ−4−オキサトリシクロ[4.3.1.13,8]ウンデカン−イル基がさらに好ましく、アダマンチル基が特に好ましい。
上記Rp2で表される2価の連結基としては、例えばカルボニル基、エーテル基、カルボニルオキシ基、スルフィド基、チオカルボニル基、スルホニル基、2価の炭化水素基等が挙げられる。Rp2で表される2価の連結基としては、カルボニルオキシ基、スルホニル基、アルカンジイル基及びシクロアルカンジイル基が好ましく、カルボニルオキシ基及びシクロアルカンジイル基がより好ましく、カルボニルオキシ基及びノルボルナンジイル基がさらに好ましく、カルボニルオキシ基が特に好ましい。
上記Rp3及びRp4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のアルキル基等が挙げられる。Rp3及びRp4で表される炭素数1〜20の1価のフッ素化炭化水素基としては、例えば炭素数1〜20のフッ素化アルキル基等が挙げられる。Rp3及びRp4としては、水素原子、フッ素原子及びフッ素化アルキル基が好ましく、フッ素原子及びパーフルオロアルキル基がより好ましく、フッ素原子及びトリフルオロメチル基がさらに好ましい。
上記Rp5及びRp6で表される炭素数1〜20の1価のフッ素化炭化水素基としては、例えば炭素数1〜20のフッ素化アルキル基等が挙げられる。Rp5及びRp6としては、フッ素原子及びフッ素化アルキル基が好ましく、フッ素原子及びパーフルオロアルキル基がより好ましく、フッ素原子及びトリフルオロメチル基がさらに好ましく、フッ素原子が特に好ましい。
上記np1としては、0〜5の整数が好ましく、0〜2の整数がより好ましく、1及び2がさらに好ましい。
上記np2としては、0〜5の整数が好ましく、0〜2の整数がより好ましく、0及び1がさらに好ましい。
上記np3としては、1〜5の整数が好ましく、1〜3の整数がより好ましく、1及び2がさらに好ましく、1が特に好ましい。
上記X+で表される1価の感放射線性オニウムカチオンは、露光光の照射により分解するカチオンである。露光部では、この感放射線性オニウムカチオンの分解により生成するプロトンと、スルホネートアニオンとからスルホン酸を生じる。上記X+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、例えばイオウ原子を有するスルホニウムカチオン、ヨウ素原子を有するヨードニウムカチオン等が挙げられる。これらの中で、下記式(X−1)で表されるカチオン、下記式(X−2)で表されるカチオン及び下記式(X−3)で表されるカチオンが好ましい。
上記式(X−1)中、Ra1、Ra2及びRa3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、−OSO2−RP若しくは−SO2−RQであるか、又はこれらの基のうちの2以上が互いに合わせられ、これらが結合する炭素原子若しくは炭素−炭素結合間に−S−を含んでもよい炭素鎖と共に構成される環構造を表す。RP及びRQ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。Ra1〜Ra3並びにRP及びRQがそれぞれ複数の場合、複数のRa1〜Ra3並びにRP及びRQは、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
上記式(X−2)中、Rb1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。Rb1が複数の場合、複数のRb1は同一でも異なっていてもよく、また、複数のRb1は、互いに合わせられ、これらが結合する炭素原子又は炭素鎖と共に構成される環構造を形成していてもよい。Rb2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。Rb2が複数の場合、複数のRb2は同一でも異なっていてもよく、また、複数のRb2は、互いに合わせられ、これらが結合する炭素原子又は炭素鎖と共に構成される環構造を形成していてもよい。qは、0〜3の整数である。
上記式(X−3)中、Rc1及びRc2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、−OSO2−RR若しくは−SO2−RSであるか、又はこれらの基のうちの2以上が互いに合わせられ、これらが結合する炭素原子若しくは炭素−炭素結合間に−S−を含んでもよい炭素鎖と共に構成される環構造を表す。RR及びRS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。Rc1、Rc2、RR及びRSがそれぞれ複数の場合、複数のRc1、Rc2、RR及びRSはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。
上記Ra1〜Ra3、Rb1、Rb2、Rc1及びRc2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Ra1〜Ra3、Rb1、Rb2、Rc1及びRc2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Ra1〜Ra3、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、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等が挙げられる。
上記Rb1及びRb2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、シアノ基、ニトロ基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アルコキシカルボニルオキシ基、アシル基、アシロキシ基等が挙げられる。これらの中で、ハロゲン原子が好ましく、フッ素原子がより好ましい。
上記Ra1〜Ra3、Rb1、Rb2、Rc1及びRc2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、−OSO2−RT及び−SO2−RTが好ましく、フッ素化アルキル基及び非置換の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。上記RT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(X−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及び1がより好ましく、0がさらに好ましい。
上記式(X−2)におけるk4としては、0〜2の整数が好ましく、0及び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及び1がより好ましく、0がさらに好ましい。
上記式(X−3)におけるk6及びk7としては、0〜2の整数が好ましく、0及び1がより好ましく、0がさらに好ましい。
上記X+としては、上記式(X−1)で表されるカチオンが好ましく、トリフェニルスルホニウムカチオンがより好ましい。
上記式(5)で表される酸発生剤としては、例えば下記式(5−1)〜(5−13)で表される化合物(以下「化合物(5−1)〜(5−13)」ともいう)等が挙げられる。
上記式(5−1)〜(5−13)中、X+は、上記式(5)と同義である。
[B]酸発生剤としては、これらの中でも、オニウム塩化合物が好ましく、スルホニウム塩及びテトラヒドロチオフェニウム塩がより好ましく、化合物(5−1)、化合物(5−2)、化合物(5−12)及び化合物(5−13)がさらに好ましい。
[B]酸発生体が[B]酸発生剤の場合、[B]酸発生剤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、1質量部がより好ましく、3質量部がさらに好ましく、5質量部が特に好ましい。一方、上記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、10質量部がさらに好ましい。[B]酸発生剤の含有量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性能及び焦点深度をより向上することができる。
<[C]溶媒>
当該感放射線性樹脂組成物が含有する[C]溶媒としては、少なくとも[A]重合体、[B]酸発生体、及び必要に応じて加えられる任意成分を溶解又は分散できれば特に限定されないが、例えばアルコール系溶媒、エーテル系溶媒、ケトン系溶媒、アミド系溶媒、エステル系溶媒、炭化水素系溶媒等が挙げられる。当該感放射線性樹脂組成物は、[C]溶媒を1種又は2種以上含有してもよい。
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−i−ブチルケトン、2−ヘプタノン、エチル−n−ブチルケトン、メチル−n−ヘキシルケトン、メチル−n−アミルケトン、ジ−i−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i−プロピル、酢酸n−ブチル、酢酸アミル、乳酸エチル等のモノカルボン酸エステル系溶媒;
プロピレングリコールジアセテート等の多価アルコールカルボキシレート系溶媒;
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等の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。
[C]溶媒としては、これらの中で、ケトン系溶媒及びエステル系溶媒が好ましく、環状ケトン系溶媒及び多価アルコール部分エーテルカルボキシレート系溶媒がより好ましく、シクロヘキサノン及びプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートがさらに好ましい。
<[D]酸拡散制御体>
当該感放射線性樹脂組成物は、必要に応じ、[D]酸拡散制御体を含有してもよい。[D]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し、非露光部における好ましくない化学反応を抑制する効果を奏する。また、当該感放射線性樹脂組成物は、[D]酸拡散制御体を含有することで、貯蔵安定性が向上する。さらに、当該感放射線性樹脂組成物は、[D]酸拡散制御体を含有することで、レジストパターン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が抑えられることによりプロセス安定性が向上する。[D]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(以下、「[D]酸拡散制御剤」ともいう)の形態でも、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。当該感放射線性樹脂組成物は、[D]酸拡散制御体を1種又は2種以上含有してもよい。
[D]酸拡散制御剤としては、例えば下記式(c−1)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。
上記式(c−1)中、RC1、RC2及びRC3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、ピラジン、ピラゾールなどが挙げられる。
また、上記酸拡散制御剤として、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酸拡散制御剤としては、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等が挙げられる。
また、[D]酸拡散制御体として、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、例えば下記式(c−2)で表されるスルホニウム塩化合物、下記式(c−3)で表されるヨードニウム塩化合物等が挙げられる。
上記式(c−2)及び式(c−3)中、RC4〜RC8は、それぞれ独立して、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、ヒドロキシ基又はハロゲン原子である。E−及びQ−は、それぞれ独立して、OH−、RCC1−COO−、RCC1−SO3 −又は下記式(c−4)で表されるアニオンである。但し、RCC1は、アルキル基、アリール基又はアラルキル基である。
上記式(c−4)中、RC9は、水素原子の一部又は全部がフッ素原子で置換されていてもよい炭素数1〜12の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、又は炭素数1〜12の直鎖状若しくは分岐状のアルコキシル基である。ncは0〜2の整数である。
当該感放射線性樹脂組成物が[D]酸拡散制御剤を含有する場合、[A]重合体100質量部に対する[D]酸拡散制御剤の含有量の下限としては、0.1質量部が好ましく、1質量部がより好ましく、1.5質量部がさらに好ましい。一方、上記含有量の上限としては、10質量部が好ましく、7質量部がより好ましく、4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、その他の任意成分として、[A]重合体よりもフッ素原子含有率が大きい[E]重合体、[F]偏在化促進剤、脂環式骨格化合物、界面活性剤、増感剤等を含有していてもよい。
[[E]重合体]
[E]重合体は、[A]重合体よりもフッ素原子含有率(質量%)が大きい重合体である。当該感放射線性樹脂組成物が[E]重合体を含有することで、レジスト膜を形成した際に、レジスト膜中の[E]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に偏在化する傾向があり、液浸露光等の際に酸発生体、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[E]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を所望の範囲に制御でき、バブル欠陥の発生を抑制することができる。さらに、レジスト膜と液浸媒体との後退接触角が高くなり、水滴が残らずに高速でのスキャン露光が可能となる。このように、当該感放射線性樹脂組成物は、[E]重合体をさらに含有することで、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。
当該感放射線性樹脂組成物が[E]重合体を有する場合、[E]重合体のフッ素原子含有率の下限としては、1質量%が好ましく、2質量%がより好ましく、4質量%がさらに好ましく、7質量%が特に好ましい。一方、上記含有率の上限としては、60質量%が好ましく、40質量%がより好ましく、30質量%がさらに好ましい。[E]重合体のフッ素原子含有率が上記下限より小さい場合、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。
[E]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。[E]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を向上する観点から、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(II)等が挙げられる。
[E]重合体は、アルカリ解離性基を有してもよい。[E]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。ここで「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(ff1)で表される構造単位(以下、「構造単位(Va)」ともいう)が好ましい。[E]重合体は、構造単位(Va)を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(ff1)で表される構造単位である。[E]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容易に調整することができる。
上記式(ff1)中、RF1は、水素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。LF1は、単結合、酸素原子、硫黄原子、−CO−O−、−SO2−O−NH−、−CO−NH−又は−O−CO−NH−である。RF2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RF1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、水素原子及びメチル基が好ましく、メチル基がより好ましい。
上記RF2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RF2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。
上記RF2としては、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、及び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い。
当該感放射線性樹脂組成物が[E]重合体を含有し、[E]重合体が構造単位(Va)を有する場合、[E]重合体を構成する全構造単位に対する構造単位(Va)の含有割合の下限としては、1モル%が好ましく、5モル%がより好ましく、20モル%がさらに好ましい。一方、上記含有割合の上限としては、95モル%が好ましく、70モル%がより好ましく、35モル%がさらに好ましい。上記含有割合を上記範囲とすることで、[E]重合体のフッ素原子含有率をより適度なものに調整することができる。
当該感放射線性樹脂組成物が[E]重合体を含有し、[E]重合体が酸解離性基を含む構造単位を有する場合、[E]重合体を構成する全構造単位に対する酸解離性基を含む構造単位の含有割合の下限としては、5モル%が好ましく、30モル%がより好ましく、65モル%がさらに好ましい。一方、上記含有割合の上限としては、99モル%が好ましく、95モル%がより好ましく、80モル%がさらに好ましい。上記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より向上することができる。
当該感放射線性樹脂組成物が[E]重合体を含有する場合、[E]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、1質量部がより好ましく、2質量部がさらに好ましい。一方、上記含有量の上限としては、20質量部が好ましく、10質量部がより好ましく、5質量部がさらに好ましい。
[E]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。
[E]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、その下限としては、1,000が好ましく、2,000がより好ましく、3,500がさらに好ましく、6,000が特に好ましい。一方、上記重量平均分子量の上限としては、50,000が好ましく、30,000がより好ましく、10,000がさらに好ましく、8,000が特に好ましい。[E]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。
[E]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)の下限としては、通常1であり、1.5が好ましい。一方、上記Mw/Mnの上限としては、5が好ましく、3がより好ましく、2.5がさらに好ましい。
[[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[E]重合体を含有する場合等に、この[E]重合体をより効率的にレジスト膜表面に偏在化させる効果を有するものである。当該感放射線性樹脂組成物に[F]偏在化促進剤を含有させることで、[E]重合体の添加量を従来よりも少なくすることができる。従って、当該感放射線性樹脂組成物のリソグラフィー性能を損なうことなく、レジスト膜から液浸液への成分の溶出をさらに抑制したり、高速スキャンにより液浸露光をより高速に行うことが可能になり、結果としてウォーターマーク欠陥等の液浸由来欠陥を効果的に抑制できる。[F]偏在化促進剤としては、比誘電率が30以上200以下で、1気圧における沸点が100℃以上の低分子化合物を挙げることができる。このような化合物としては、具体的には、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。
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。
[F]偏在化促進剤としては、液浸由来欠陥をさらに効果的に抑制する観点から、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。
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場合、当該感放射線性樹脂組成物が含有する全重合体100質量部に対する[F]偏在化促進剤の含有量の下限としては、10質量部が好ましく、15質量部がより好ましく、20質量部がさらに好ましく、25質量部が特に好ましい。一方、上記含有量の上限としては、500質量部が好ましく、300質量部がより好ましく、250質量部がさらに好ましく、200質量部が特に好ましい。上記含有量を上記範囲とすることで、上述の液浸由来欠陥をさらに効果的に抑制できる。
[脂環式骨格化合物]
脂環式骨格化合物は、当該感放射線性樹脂組成物により形成されるレジストパターンの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さらに改善することができる。脂環式骨格化合物としては、例えば1−アダマンタンカルボン酸、2−アダマンタノン、1−アダマンタンカルボン酸t−ブチル等のアダマンタン誘導体類;デオキシコール酸t−ブチル、デオキシコール酸t−ブトキシカルボニルメチル、デオキシコール酸2−エトキシエチル等のデオキシコール酸エステル類;リトコール酸t−ブチル、リトコール酸t−ブトキシカルボニルメチル、リトコール酸2−エトキシエチル等のリトコール酸エステル類;3−[2−ヒドロキシ−2,2−ビス(トリフルオロメチル)エチル]テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカン、2−ヒドロキシ−9−メトキシカルボニル−5−オキソ−4−オキサ−トリシクロ[4.2.1.03,7]ノナン等が挙げられる。
当該感放射線性樹脂組成物における脂環式骨格化合物の含有量の上限としては、[A]重合体100質量部に対して、通常50質量部であり、30質量部が好ましい。
[界面活性剤]
界面活性剤は、当該感放射線性樹脂組成物の塗布性、ストリエーション、現像性等をさらに改善することができる。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などが挙げられる。
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の上限としては、[A]重合体100質量部に対して、通常2質量部である。
[増感剤]
増感剤は、[B]酸発生体からの酸の生成量を増加させ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。
当該感放射線性樹脂組成物における増感剤の含有量は、目的に応じて適宜決定すればよい。
<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、[C]溶媒及び任意成分を所定の割合で混合することにより調製できる。調製された当該感放射線性樹脂組成物は、例えば孔径0.2μmのフィルター等でろ過してから用いることが好ましい。当該レジスト組成物の固形分濃度の下限としては、0.1質量%が好ましく、0.5質量%がより好ましく、1質量%がさらに好ましく、2質量%が特に好ましい。一方、当該レジスト組成物の固形分濃度の上限としては、50質量%が好ましく、20質量%がより好ましく、10質量%がさらに好ましく、5質量%が特に好ましい。
<レジストパターン形成方法>
当該レジストパターン形成方法は、基板の一方の面側に当該感放射線性樹脂組成物を塗工する工程(以下、「塗工工程」ともいう)、上記塗工により得られた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、LWR性能及び焦点深度を向上させることができる。以下、各工程について説明する。
[塗工工程]
本工程では、基板の一方の面側に当該感放射線性樹脂組成物を塗工し、レジスト膜を形成する。当該感放射線性樹脂組成物を塗工する基板としては、例えばシリコンウエハ、二酸化シリコン、アルミニウムで被覆されたウエハ等の従来公知のものなどが挙げられる。また、例えば特公平6−12452号公報や特開昭59−93448号公報等に開示されている有機系又は無機系の反射防止膜を基板上に形成してもよい。
当該感放射線性樹脂組成物の塗工方法としては、例えば回転塗布(スピンコーティング)、流延塗布、ロール塗布等が挙げられる。塗工した後に、必要に応じ、塗膜中の溶媒を揮発させるため、プレベーク(PB)を行ってもよい。PB温度の下限としては、60℃が好ましく、80℃がより好ましい。一方、PB温度の上限としては、140℃が好ましく、120℃がより好ましい。PB時間の下限としては、5秒が好ましく、10秒がより好ましい。一方、PB時間の上限としては、600秒が好ましく、300秒がより好ましい。形成されるレジスト膜の平均厚さの下限としては、10nmが好ましい。形成されるレジスト膜の平均厚さの上限としては、1,000nmが好ましく、500nmがより好ましい。
[露光工程]
本工程では、上記塗工で得られたレジスト膜に、フォトマスク等を介して露光光を照射することにより露光する。露光光としては、目的とするパターンの線幅に応じて、例えば可視光線、紫外線、遠紫外線、極端紫外線(EUV)、X線、γ線等の電磁波;電子線、α線等の荷電粒子線などが挙げられる。露光光としては、これらの中で、遠紫外線が好ましく、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)がより好ましく、ArFエキシマレーザー光がさらに好ましい。
上記露光は、液浸媒体を介して行ってもよい。すなわち、上記露光は、液浸露光であってもよい。液浸媒体としては、例えば水、フッ素系不活性液体等が挙げられる。液浸媒体は、露光波長に対して透明であり、かつ膜上に投影される光学像の歪みを最小限に留める観点から、屈折率の温度係数ができる限り小さい液体が好ましい。特に、露光光源がArFエキシマレーザー光(波長193nm)である場合の液浸媒体としては、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観点から水が好ましい。液浸媒体として用いる水としては蒸留水が好ましい。液浸媒体として水を用いる場合、水の表面張力を減少させると共に界面活性力を増大させるため、添加剤をわずかな割合で添加してもよい。この添加剤は、ウェハ上のレジスト膜を溶解させず、かつレンズの下面の光学コートに対する影響が無視できるものが好ましい。
液浸媒体として水を用いる場合、形成されたレジスト膜表面の水との後退接触角の下限としては、75°が好ましく、78°がより好ましく、81°がさらに好ましく、85°が特に好ましく、90°がさらに特に好ましい。一方、上記後退接触角の上限としては、通常100°である。後退接触角を上記範囲とすることで、液浸露光において、より高速にスキャンを行うことが可能になる。
上記露光の後、ポストエクスポージャーベーク(PEB)を行い、レジスト膜の露光部において、露光により[B]酸発生体から発生した酸による[A]重合体等が有する酸解離性基の解離を促進させることが好ましい。このPEBによって、露光部と未露光部とで現像液に対する溶解性の差を増加できる。PEBの温度の下限としては、50℃が好ましく、80℃がより好ましい。一方、PEBの温度の上限としては、180℃が好ましく、130℃がより好ましい。また、PEBの時間の下限としては、5秒が好ましく、10秒がより好ましい。一方、PEBの時間の上限としては、600秒が好ましく、300秒がより好ましい。
[現像工程]
本工程では、現像液を用い、露光工程で露光されたレジスト膜を現像する。これにより、所定のレジストパターンが形成される。上記現像液としては、例えばアルカリ現像液、有機溶媒を含有する現像液等が挙げられる。
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性水溶液などが挙げられる。
上記有機溶媒を含有する現像液に含まれる有機溶媒としては、例えば当該感放射線性樹脂組成物の[C]溶媒として列挙した溶媒等が挙げられる。これらの中でも、レジストパターンのコントラスト向上の観点から、酢酸n−ブチル、酢酸i−プロピル、酢酸アミル、メチルエチルケトン、メチル−n−ブチルケトン、及びメチル−n−アミルケトンが好ましい。これらの有機溶媒は、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。
上記有機溶媒を含有する現像液における有機溶媒の含有量の下限としては、80質量%が好ましく、90質量%がより好ましく、95質量%がさらに好ましく、99質量%が特に好ましい。上記有機溶媒の含有量を上記範囲とすることで、露光部と非露光部とのコントラストを向上させることができる。なお、上記有機溶媒を含有する現像液の有機溶媒以外の成分としては、例えば水、シリコーンオイル等が挙げられる。
現像液には、必要に応じて界面活性剤を適当量添加することができる。界面活性剤としては例えばイオン性若しくは非イオン性のフッ素系界面活性剤及び/又はシリコーン系の界面活性剤を用いることができる。
現像方法としては、例えば現像液が満たされた槽中に基板を一定時間浸漬する方法(ディップ法)、基板表面に現像液を表面張力によって盛り上げて一定時間静止することで現像する方法(パドル法)、基板表面に現像液を噴霧する方法(スプレー法)、一定速度で回転している基板上に一定速度で現像液塗出ノズルをスキャンしながら現像液を塗出しつづける方法(ダイナミックディスペンス法)等が挙げられる。
上記現像後の基板は、水、アルコール等のリンス液を用いてリンスした後、乾燥させることが好ましい。上記リンスの方法としては、例えば一定速度で回転している基板上にリンス液を塗出しつづける方法(回転塗布法)、リンス液が満たされた槽中に基板を一定時間浸漬する方法(ディップ法)、基板表面にリンス液を噴霧する方法(スプレー法)等が挙げられる。
<重合体>
本発明の重合体は、上記式(i)で表される化合物に由来する構造単位を有する。当該重合体は、上記特定の構造単位を有するので、上述の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。
<化合物>
本発明の化合物は、上記式(i)で表される。当該化合物は、当該重合体の特定構造を有する構造単位を与える原料単量体として好適に用いることができる。
以下、本発明の実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例に制限されるものではない。なお、実施例及び比較例における各測定は、下記の方法により行った。
[重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)]
東ソー社のGPCカラム(G2000HXL:2本、G3000HXL:1本、及びG4000HXL:1本)を用いた。流量:1.0mL/分、溶出溶媒:テトラヒドロフラン、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]
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。
<化合物の合成>
[合成例1](化合物(M−1)の合成)
下記スキームにより、化合物(M−1)を合成した。500mLの丸底フラスコに、化合物(m−1)17.88g(134mmol)、2,2−ジメトキシプロパン41.87g(402mmol)、パラトルエンスルホン酸・1水和物0.26g(1.34mmol)、及び塩化メチレン100mLを加え室温で4時間撹拌した。溶媒を留去した後に、カラムクロマトグラフィで精製することにより、化合物(m−2)を16.42g(収率70%)得た。
500mLの丸底フラスコに、化合物(m−2)16.42g(94mmol)、N,N−ジメチルホルムアミド0.20g(2.82mmol)、及びトルエン90mLを加えて室温で3分撹拌した。そこへ、塩化オキサリル14.36g(113mmol)をゆっくりと滴下した。この反応液を室温で2時間撹拌後、濃縮し、未反応の塩化オキサリルを留去した。その後、上記反応液にトルエン45mLを加えて反応生成物溶液(A)を得た。次いで、500mLの三口フラスコに、トルエン90mL、メタクリル酸2−ヒドロキシエチル14.74g(113mmol)、トリエチルアミン11.46g(113mmol)、及びジメチルアミノピリジン2.30g(18.8mmol)を加え、撹拌し、氷浴にて内温を5℃以下にした。この反応液に、上述の反応生成物溶液(A)を1時間かけて滴下し、滴下終了後から室温で6時間撹拌を続けた。攪拌後、上記反応液に飽和塩化アンモニウム水溶液を加え、有機層を抽出した。得られた有機層を飽和塩化ナトリウム水溶液で2回洗浄した後、無水硫酸ナトリウムで乾燥させた。溶媒を留去した後の生成物をカラムクロマトグラフィーで精製することにより、化合物(M−1)を16.98g(収率63%)得た。
[合成例2〜14](化合物(M−2)〜(M−14)の合成)
前駆体を適宜選択し、合成例1と同様の操作を行うことによって、下記式(M−2)〜(M−14)で表される化合物を合成した。
[合成例15](化合物(M−15)の合成)
下記スキームにより化合物(M−15)を合成した。500mLの丸底フラスコに化合物(m’−1)14.16g(200mmol)、トリエチルアミン24.29g(220mmol)、ジメチルアミノピリジン4.89g(40mmol)、及びトルエン140mLを加え撹拌した。この反応液を氷浴で内温5℃以下にした後、塩化メタクリル22.99g(220mmol)を1時間かけてゆっくりと滴下した。滴下終了後、上記反応液を室温で5時間撹拌し、その後1Mの塩酸水溶液を加え有機層を抽出した。得られた有機層を飽和炭酸水溶液及び水の順で洗浄した後、無水硫酸ナトリウムで乾燥させた。溶媒を留去した後の生成物をカラムクロマトグラフィーで精製することにより、化合物(m’−2)を22.70g(収率80%)得た。
500mLの丸底フラスコに化合物(m’−2)20g(140mmol)、グリコール酸11.76g(155mmol)、パラトルエンスルホン酸・1水和物2.66g(14mmol)、及びトルエン130mLを加え、還流条件下で10時間撹拌した。その後、この反応液を飽和炭酸水素ナトリウムで3回洗浄した後、無水硫酸ナトリウムで乾燥させた。溶媒を留去した後の生成物をカラムクロマトグラフィーで精製することにより、化合物(M−15)を16.60g(収率59%)得た。
[合成例16〜27](化合物(M−16)〜(M−27)の合成)
前駆体を適宜選択し、合成例1と同様の操作を行うことによって、下記式(M−16)〜(M−27)で表される化合物を合成した。
なお、化合物(M−1)〜(M−14)は、化合物(i−1)に相当し、これらの化合物をモノマーとして用いることで構造単位(I−1)を導入できる。また、化合物(M−15)〜(M−27)は、化合物(i−2)に相当し、これらの化合物をモノマーとして用いることで構造単位(I−2)を導入できる。
<[A]重合体及び[E]重合体の合成>
各実施例及び比較例における各重合体の合成で用いた化合物(M−1)〜(M−27)以外の単量体を以下に示す。
[合成例28](重合体(A−1)の合成)
化合物(M’−1)9.10g(50モル%)、化合物(M’−6)8.24g(40モル%)、及び化合物(M−1)2.65g(10モル%)を2−ブタノン40gに溶解し、開始剤としてAIBN0.76g(全モノマーに対して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を用いて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、重合溶液を水冷して30℃以下に冷却した。400gのメタノール中に冷却した重合溶液を投入し、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、さらにろ別し、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(15.9g、収率80%)。重合体(A−1)のMwは7,200であり、Mw/Mnは1.52であった。13C−NMR分析の結果、化合物(M’−1)、化合物(M’−6)、及び化合物(M−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%、39.9モル%、及び9.8モル%であった。
[合成例29〜79](重合体(A−2)〜(A−49)、及び(CA−1)〜(CA−3)の合成)
モノマーを適宜選択し、合成例28と同様の操作を行うことによって、重合体(A−2)〜(A−49)、及び(CA−1)〜(CA−3)を合成した。表1及び表2に、これらの重合体の各構造単位の含有割合(モル%)、収率(%)、Mw及びMw/Mnを合わせて示す。なお、表1及び表2中の「−」は、該当するモノマーを用いなかったことを示す。また、各重合体の合成に使用するモノマーの合計質量は20gとした。
[合成例80](重合体(E−1)の合成)
化合物(M’−2)71.67g(70モル%)及び化合物(M’−13)28.33g(30モル%)を100gの2−ブタノンに溶解し、開始剤としてジメチル2,2’−アゾビスイソブチレート6.47g(全モノマーに対して5モル%)をさらに溶解させ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1,000mL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、重合溶液を水冷して30℃以下に冷却した。この重合溶液を2L分液漏斗に移液した後、150gのn−ヘキサンで上記重合溶液を均一に希釈し、600gのメタノールを投入して混合した。
次いで、上記重合溶液に30gの蒸留水を投入し、さらに攪拌して30分静置した。その後、上記重合溶液の下層を回収し、固形分である重合体(E−1)を含むプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート溶液を得た(収率60%)。重合体(E−1)のMwは7,200であり、Mw/Mnは2.00であった。13C−NMR分析の結果、化合物(M’−2)及び化合物(M’−13)に由来する各構造単位の含有割合は、それぞれ71.1モル%及び28.9モル%であった。
<感放射線性樹脂組成物の調製>
下記実施例1〜57及び比較例1〜3の感放射線性樹脂組成物の調製に用いた[B]酸発生剤、[C]溶媒、[D]酸拡散制御剤、[F]偏在化促進剤を以下に示す。
[[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
[[C]溶媒]
C−1:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
C−2:シクロヘキサノン
[[D]酸拡散制御剤]
各構造式を以下に示す。
D−1:トリフェニルスルホニウムサリチレート
D−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
D−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
D−4:2,6−ジi−プロピルアニリン
D−5:トリn−ペンチルアミン
[[F]偏在化促進剤]
F−1:γ−ブチロラクトン
[実施例1](感放射線性樹脂組成物(J−1)の調製)
[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]溶媒としての(C−1)2,240質量部及び(C−2)960質量部、[D]酸拡散制御剤としての(D−1)2.3質量部、[E]重合体としての(E−1)3質量部、並びに[F]偏在化促進剤としての(F−1)30質量部を配合し、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−1)を調製した。
[実施例2〜57及び比較例1〜3](感放射線性樹脂組成物(J−2)〜(J−57)及び(CJ−1)〜(CJ−3)の調製)
表3及び表4に示す種類及び配合量の各成分を用いた以外は、実施例1と同様に操作して、各感放射線性樹脂組成物を調製した。
<レジストパターンの形成(1)>(ArF露光によるポジ型レジストパターンの形成)
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平均厚さ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上記調製した各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、平均厚さ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)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、乾燥させることで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とした。
<レジストパターンの形成(2)>(ArF露光によるネガ型レジストパターンの形成)
上記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。
<評価>
上記形成したレジストパターンについて、下記方法に従って測定することにより、各感放射線性樹脂組成物を評価した。評価結果を表5に示す。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。
[LWR性能]
上記走査型電子顕微鏡を用い、レジストパターンをパターン上部から観察した。レジストパターンの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(nm)とした。LWR性能は、その値が小さいほど良いことを示す。LWR性能は、3.7nm以下の場合を「良好」、3.7nm超の場合を「良好でない」と判断できる。
[焦点深度]
上記最適露光量におい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、この測定結果を焦点深度(nm)とした。測定値が大きいほど焦点深度は良いことを示す。焦点深度は、50nm以上の場合を「良好」、50nm未満の場合を「良好でない」と判断できる。
表5の結果から明らかなように、実施例ではアルカリ現像並びに有機溶媒現像のいずれの現像方法においてもLWR及び焦点深度の双方が良好であった。また、構造単位(I−1)を有する[A]重合体を用いた実施例1〜14、28、29、32〜40、50〜53は、LWR性能が特に良好であった。さらに、構造単位(I−2)を有する[A]重合体を用いた実施例15〜27、30、31、41〜49及び54〜57は、焦点深度が特に良好であった。実施例1〜57に対し、比較例1〜3は、アルカリ現像並びに有機溶媒現像の少なくとも一方の現像方法において、LWR及び焦点深度の少なくとも一方が良好でなかった。