JP6773794B2 - 感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物、レジスト膜、パターン形成方法、電子デバイスの製造方法 - Google Patents
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Description
例えば、特許文献1では、放射線の照射を受けて開裂するモノスルホン酸型の酸発生剤を含有する感放射線性樹脂組成物を開示している。酸発生剤の開裂により生じた酸は、組成物中の樹脂成分の脱保護反応を起こす、又は上記樹脂成分の架橋反応を生起させる機能を有する。
特許文献1の実施例欄では、以下のように、スルホン酸イオンのα位の炭素原子上(言い換えると、スルホン酸イオンに結合する炭素原子上)の水素原子の一部がフッ素原子で置換された構造の酸発生剤が具体的に開示されている。
また、上記酸発生剤を含有する感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物により形成されたレジストパターンは、パターン線幅の揺らぎ(LWR(line width roughness))においても更に改善する余地があることを知見した。
また、本発明は、上記感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を用いたレジスト膜、パターン形成方法、及び電子デバイスの製造方法を提供することを課題とする。
すなわち、以下の構成により上記目的を達成することができることを見出した。
(2) 上記式(I)中、R1は、炭素数1〜20の炭化水素基を表す、(1)に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
(3) 上記式(I)中、R2は、ヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数2〜20の炭化水素基を表す、(1)又は(2)に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
(4) 上記式(I)中、R1が直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基であり、R2が炭素数2〜20のアルキル基である、(1)〜(3)のいずれかに記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
(5) 上記式(I)中、nは1である、(1)〜(4)のいずれかに記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
(6) 上記樹脂が、酸の作用により分解して極性が増大する樹脂である、(1)〜(5)のいずれかに記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
(7) (1)〜(6)のいずれかに記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物により形成されたレジスト膜。
(8) (1)〜(6)のいずれかに記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を用いてレジスト膜を形成するレジスト膜形成工程と、
上記レジスト膜を露光する露光工程と、
露光された上記レジスト膜を、現像液を用いて現像する現像工程と、を含む、パターン形成方法。
(9) 上記現像液が有機溶剤を含有する、(8)に記載のパターン形成方法。
(10) (8)又は(9)に記載のパターン形成方法を含む、電子デバイスの製造方法。
また、本発明によれば、上記感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を用いたレジスト膜、パターン形成方法、及び電子デバイスの製造方法を提供することができる。
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様に限定されるものではない。
本明細書に於ける基(原子団)の表記に於いて、置換及び無置換を記していない表記は、置換基を有さないものと共に置換基を有するものをも包含するものである。例えば、「アルキル基」とは、置換基を有さないアルキル基(無置換アルキル基)のみならず、置換基を有するアルキル基(置換アルキル基)をも包含するものである。
本明細書中における「活性光線」又は「放射線」とは、例えば、水銀灯の輝線スペクトル、エキシマレーザーに代表される遠紫外線、極紫外線(EUV光)、X線、及び電子線(EB)等を意味する。また、本発明において光とは、活性光線又は放射線を意味する。
また、本明細書中における「露光」とは、特に断らない限り、水銀灯の輝線スペクトル、エキシマレーザーに代表される遠紫外線、極紫外線、X線、及びEUV光等による露光のみならず、電子線、及びイオンビーム等の粒子線による描画も露光に含める。
本明細書において「〜」とはその前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味で使用される。
本明細書において、重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)は、展開溶媒としてテトラヒドロフラン(THF)を用いて、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC:Gel Permeation Chromatography)法により求められるポリスチレン換算値である。
また、本明細書において、(メタ)アクリル酸とは、アクリル酸及びメタアクリル酸の両方を包含する意味である。
本発明の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物は、活性光線又は放射線の照射により後述する式(I)で表される酸を発生する化合物(以下、単に「酸発生剤」とも称する。)と、樹脂とを含有する。
本発明の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物は、上記の構成とすることで、保存安定性に優れ、且つ、レジストパターンを形成したときのパターン線幅の揺らぎ(LWR)が小さい。
これは、詳細には明らかではないが、以下のように推測される。
後述する活性光線又は放射線の照射により式(I)で表される酸を発生する化合物は、スルホン酸イオンのα位の炭素原子上の水素原子がいずれも置換されていることを特徴としている。特に、上記化合物には、R1として炭素数1以上の有機基、R2として炭素数2以上の有機基が、それぞれ含まれている。
特許文献1の実施例欄で具体的に示される酸発生剤は、スルホン酸イオンのα位の炭素原子上の水素原子が、スルホン酸イオン、電子求引性基(カルボニル基又はアルコキシカルボニル基)及びフッ素原子に挟まれた構造をとっている。この構造的要因により、上記水素原子は、塩基性化合物により引き抜かれやすい状態にある。つまり、特許文献1の実施例欄で具体的に示される酸発生剤は、上記水素原子の引き抜きにより分解しやすく、このため、上記酸発生剤を含有する感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物は、保存安定性に劣ると推測される。
これに対し、後述する活性光線又は放射線の照射により式(I)で表される酸を発生する化合物は、スルホン酸イオンのα位の炭素原子上に水素原子を有しないことにより、保存下での塩基性化合物等による分解が抑制される。この結果、上記酸発生剤を含有する感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物は、保存安定性に優れ、特に、経時保存後におけるパーティクル数の増加又は感度の低下が抑制されるものと推測される。
また、後述する活性光線又は放射線の照射により式(I)で表される酸を発生する化合物は、スルホン酸イオンのα位の炭素原子上の水素原子がいずれも置換されることでスルホン酸の周辺が嵩高い構造である点にも特徴がある。
式(I)で表される酸は、上記構造的な特徴によってその拡散性が抑制され、非露光部への侵入が低減できると推測される。この結果、パターン線幅の揺らぎ(LWR)が小さいレジストパターンが得られると考えられる。
本発明の組成物に含まれる酸発生剤は、活性光線又は放射線の照射により後述する式(I)で表される酸を発生する。
酸発生剤は、低分子化合物の形態であってもよく、ポリマーの形態であってもよい。
酸発生剤が、低分子化合物の形態である場合、分子量は3000以下が好ましく、2000以下がより好ましく、1000以下が更に好ましい。
酸発生剤が、ポリマーの形態である場合、その構造は特に限定されず、例えば、後述する<樹脂(A)>の一部に組み込まれていてもよい。酸発生剤が、ポリマーの形態である場合、その重量平均分子量は、GPC法によりポリスチレン換算値として、好ましくは1,000〜200,000であり、より好ましくは2,000〜20,000である。
以下、式(I)で表される酸について詳述する。
(式(I)で表される酸)
R1は、炭素数1以上の有機基を表す。
R2は、炭素数2以上の有機基を表す。
Rfは、フッ素原子、又は、フッ素原子を含む1価の有機基を表す。
Xは、2価の電子求引性基を表す。
nは、0又は1を表す。
上記Raは、水素原子又は炭素数1〜20の炭化水素基(炭素数1〜5のアルキル基が好ましい。)を表す。
上記炭素数6〜20の芳香族炭化水素基としては、例えばフェニル基等が挙げられる。
上記炭素数2〜20のアシルアルキル基としては、炭素数2〜10のアシルアルキル基が好ましく、例えば、アセチルメチル基及びアセチルエチル基等が挙げられる。
上記炭素数3〜20のアルキルオキシカルボニルアルキル基としては、炭素数3〜10のアルキルオキシカルボニルアルキル基が好ましく、例えば、メトキシカルボニルメチル基等が挙げられる。
上記Raは、水素原子又は炭素数1〜20の炭化水素基(炭素数1〜5のアルキル基が好ましい。)を表す。
上記炭素数6〜20の芳香族炭化水素基としては、例えばフェニル基等が挙げられる。
上記炭素数2〜20のアシルアルキル基としては、炭素数2〜10のアシルアルキル基が好ましく、例えば、アセチルメチル基及びアセチルエチル基等が挙げられる。
上記炭素数3〜20のアルキルオキシカルボニルアルキル基としては、炭素数3〜10のアルキルオキシカルボニルアルキル基が好ましく、例えば、メトキシカルボニルメチル基等が挙げられる。
なお、上記R2で表される炭素数2以上の有機基が炭素数2〜20のアルキル基は、なかでも、炭素数3〜10のアルキル基が好ましく、*−CH2−Xで表されるアルキル基が更に好ましい。なお、Xは、炭素数3〜9のシクロアルキル基、又は、炭素数2〜9の直鎖状のアルキル基を表し、炭素数3〜9のシクロアルキル基が好ましい。*は、結合位置を表す。
Rfは、フッ素原子又は炭素数1〜4のパーフルオロアルキル基が好ましく、フッ素原子又はCF3がより好ましく、フッ素原子が更に好ましい。
Rbは、水素原子又は炭素数1〜20の炭化水素基(炭素数1〜5のアルキル基が好ましい。)を表す。
活性光線又は放射線の照射により式(I)で表される酸を発生する化合物としては、その構造は特に限定されないが、スルホニウム塩及びヨードニウム塩といったオニウム塩等のイオン性構造を有する化合物、又は、オキシムエステル及びイミドエステル等の非イオン性化合物構造を有するものが好ましい。オニウム塩としては、スルホニウム塩であることがより好ましい。
活性光線又は放射線の照射により式(I)で表される酸を発生する化合物としては、下記式(I−A)で表される化合物が好ましい。
R201、R202及びR203は、各々独立に、有機基を表す。
R201、R202及びR203としての有機基の炭素数は、一般的に1〜30であり、1〜20が好ましい。
また、R201〜R203のうち2つが結合して環構造を形成してもよく、環内に酸素原子、硫黄原子、エステル結合、アミド結合、又は、カルボニル基を含んでいてもよい。R201〜R203の内の2つが結合して形成する基としては、アルキレン基(例えば、ブチレン基、ペンチレン基)が挙げられる。
R201、R202及びR203のうち、少なくとも1つがアリール基であることが好ましく、3つ全てがアリール基であることがより好ましい。アリール基としては、フェニル基、ナフチル基等の他に、インドール残基、及びピロール残基等のヘテロアリール基も可能である。
R201、R202及びR203のうち少なくとも1つがアリール基でない場合の好ましい構造としては、特開2004−233661号公報の段落0046〜0047、特開2003−35948号公報の段落0040〜0046、米国特許出願公開第2003/0224288A1号明細書に式(I−1)〜(I−70)として例示されている化合物、及び、米国特許出願公開第2003/0077540A1号明細書に式(IA−1)〜(IA−54)、式(IB−1)〜(IB−24)として例示されている化合物等のカチオン構造が挙げられる。
R1は、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アリール基又はアルケニル基を表し、
R2及びR3は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を表し、R2とR3が互いに連結して環を形成してもよく、
R1とR2は、互いに連結して環を形成してもよく、
Rx及びRyは、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アリール基、2−オキソアルキル基、2−オキソシクロアルキル基、アルコキシカルボニルアルキル基、又は、アルコキシカルボニルシクロアルキル基を表し、RxとRyが互いに連結して環を形成してもよく、この環構造は酸素原子、窒素原子、硫黄原子、ケトン基、エーテル結合、エステル結合、又は、アミド結合を含んでいてもよい。
上記式(ZI−3a−1)〜(ZI−3a−4)において、*は式(ZI−3a)で表される化合物中のYとしての窒素原子に接続する結合手を表す。
R13は、水素原子、フッ素原子、水酸基、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、又はシクロアルキル基を有する基を表す。これらの基は置換基を有してもよい。
R14は複数存在する場合は各々独立して、水酸基、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アルキルカルボニル基、アルキルスルホニル基、シクロアルキルスルホニル基、又はシクロアルキル基を有する基を表す。これらの基は置換基を有してもよい。
R15は各々独立して、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を表す。2個のR15が互いに結合して環を形成してもよく、環を構成する原子として、酸素原子、硫黄原子及び窒素原子等のヘテロ原子を含んでもよい。これらの基は置換基を有してもよい。
lは0〜2の整数を表す。
rは0〜8の整数を表す。
R13、R14及びR15のシクロアルキル基としては、単環若しくは多環のシクロアルキル基が挙げられる。
R13及びR14のアルコキシ基としては、直鎖状若しくは分岐鎖状であり、炭素数1〜10のものが好ましい。
R13及びR14のアルコキシカルボニル基としては、直鎖状若しくは分岐鎖状であり、炭素数2〜11のものが好ましい。
R13及びR14のシクロアルキル基を有する基としては、単環若しくは多環のシクロアルキル基を有する基が挙げられる。これら基は、置換基を更に有していてもよい。
R14のアルキルカルボニル基のアルキル基としては、上述したR13〜R15としてのアルキル基と同様の具体例が挙げられる。
R14のアルキルスルホニル基及びシクロアルキルスルホニル基としては、直鎖状、分岐鎖状及び環状のいずれでもよく、炭素数1〜10のものが好ましい。
lとしては、0又は1が好ましく、1がより好ましい。
rとしては、0〜2が好ましい。
式(ZII)中、R204、R205は、各々独立に、アリール基、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。
R204及びR205のアリール基、アルキル基、及びシクロアルキル基としては、前述の化合物(ZI)におけるR201〜R203のアリール基、アルキル基、及びシクロアルキル基と同様である。
式(ZII)で表されるカチオンの具体例を示す。
mは1又は2を表し、nは1又は2を表す。但し、m+n=3である。
Rは、アリール基を表す。
RNは、プロトンアクセプター性官能基で置換されたアリール基を表す。
プロトンアクセプター性官能基とは、プロトンと静電的に相互作用し得る基又は電子を有する官能基であって、例えば、環状ポリエーテル等のマクロサイクリック構造を有する官能基、又は、π共役に寄与しない非共有電子対をもった窒素原子を有する官能基を意味する。π共役に寄与しない非共有電子対を有する窒素原子とは、例えば、下記式に示す部分構造を有する窒素原子である。
プロトンアクセプター性は、pH測定を行うことによって確認することができる。
式(7)で表されるカチオンの具体例を示す。なお、下記式においてEtはエチル基を表す。
活性光線又は放射線の照射により式(I)で表される酸を発生する化合物としては、非イオン性化合物構造を有するものであってもよく、例えば、下記式(ZV)又は(ZVI)で表される化合物が挙げられる。
R209及びR210は、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基、シアノ基又はアリール基を表す。R209、R210のアリール基、アルキル基、及びシクロアルキル基としては、前述の化合物(ZI)におけるR201〜R203のアリール基、アルキル基、及びシクロアルキル基として説明した各基と同様である。R209、R210のアリール基、アルキル基、及びシクロアルキル基は、置換基を有していてもよい。この置換基としても、前述の化合物(ZI)におけるR201〜R203のアリール基、アルキル基、及びシクロアルキル基が有していてもよい置換基と同様のものが挙げられる。
A’としてのアルキレン基は、置換基を有していてもよく、好ましくは炭素数1〜8であり、例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ヘキシレン基、及びオクチレン基等が挙げられる。
A’としてのアルケニレン基は、置換基を有していてもよく、好ましくは炭素数2〜6であり、例えば、エテニレン基、プロペニレン基、及びブテニレン基等が挙げられる。
A’としてのアリーレン基は、置換基を有していてもよく、好ましくは炭素数6〜15であり、例えば、フェニレン基、トリレン基、及びナフチレン基等が挙げられる。
公知の酸発生剤を用いる場合、例えば、光カチオン重合の光開始剤、光ラジカル重合の光開始剤、色素類の光消色剤、光変色剤、又は、マイクロレジスト等に用いられている活性光線又は放射線の照射により酸を発生する公知の化合物を適宜に選択して用いることができる。
酸発生剤の含有量をこの範囲とすることで、レジストパターンを形成したときの露光余裕度が向上する。
本発明の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物が2種以上の酸発生剤を含有する場合は、酸発生剤の総含有量が上記範囲内であることが好ましい。
また、酸発生剤は、上述のとおり活性光線又は放射線の照射により式(I)で表される酸を発生する化合物と他の酸発生剤とを併用してもよいが、上述した活性光線又は放射線の照射により式(I)で表される酸を発生する化合物の含有量は、使用する酸発生剤の全質量に対して50質量%以上が好ましく、85質量%以上がより好ましく、90質量%以上が更に好ましく、95質量%以上が特に好ましい。
本発明の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物は、樹脂を含有する。
樹脂としては、レジストパターンを形成し得る公知の樹脂を用いることができるが、酸の作用により極性が変化する樹脂(以下「樹脂(A)」という。)が好ましい。
樹脂(A)は、なかでも、酸の作用により分解して極性が増大する樹脂(A1)であることがより好ましい。つまり、酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解性が増大し、又は、酸の作用により有機溶剤を主成分とする現像液に対する溶解性が減少する樹脂であり、具体的には、樹脂の主鎖及び側鎖の少なくともいずれかに、酸の作用により分解してアルカリ可溶性基を生じる基(以下、「酸分解性基」ともいう。)を有する樹脂である。
アルカリ可溶性基としては、例えば、カルボキシ基、フッ素化アルコール基(好ましくはヘキサフルオロイソプロパノール基)、及びスルホン酸基が挙げられる。
以下、樹脂(A)について詳述する。
樹脂(A)は、上述した酸分解性基を有する繰り返し単位を有することが好ましい。酸分解性基を有する繰り返し単位は、下記式(AI)で表される繰り返し単位であることが好ましい。
Xa1は、水素原子、又は置換基を有していてもよいアルキル基を表す。
Tは、単結合又は2価の連結基を表す。
Rx1〜Rx3は、それぞれ独立に、アルキル基(直鎖状若しくは分岐鎖状)又はシクロアルキル基(単環若しくは多環)を表す。
Rx1〜Rx3の2つが結合して、シクロアルキル基(単環若しくは多環)を形成してもよい。
Xa1は、一態様において、好ましくは水素原子、メチル基、トリフルオロメチル基又はヒドロキシメチル基等である。
Tは、単結合又は−COO−Rt−基が好ましい。Rtは、炭素数1〜5のアルキレン基が好ましく、−CH2−基、−(CH2)2−基、又は、−(CH2)3−基がより好ましい。
Rx1〜Rx3の2つが結合して形成されるシクロアルキル基としては、シクロペンチル基、若しくはシクロヘキシル基等の単環のシクロアルキル基、又は、ノルボルニル基、テトラシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、若しくはアダマンチル基等の多環のシクロアルキル基が好ましい。炭素数5〜6の単環のシクロアルキル基がより好ましい。
また、樹脂(A)は、ラクトン構造又はスルトン(環状スルホン酸エステル)構造を有する繰り返し単位を含有することが好ましい。
ラクトン構造又はスルトン構造を有する繰り返し単位は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用していてもよいが、1種単独で用いることが好ましい。
上記樹脂(A)の全繰り返し単位に対する、ラクトン構造又はスルトン構造を有する繰り返し単位の含有量は、例えば、3〜80モル%が挙げられ、3〜60モル%が好ましい。
ラクトン構造としては、下記式(LC1−1)〜(LC1−17)のいずれかで表されるラクトン構造を有する繰り返し単位を有することが好ましい。ラクトン構造としては式(LC1−1)、式(LC1−4)、式(LC1−5)、又は式(LC1−8)で表されるラクトン構造が好ましく、式(LC1−4)で表されるラクトン構造がより好ましい。
スルトン構造としては、下記式(SL1−1)及び(SL1−2)のいずれかで表されるスルトン構造を有する繰り返し単位を有することが好ましい。また、スルトン構造が主鎖に直接結合していてもよい。
Aは、エステル結合(−COO−で表される基)又はアミド結合(−CONH−で表される基)を表す。
R0は、複数個ある場合にはそれぞれ独立にアルキレン基、シクロアルキレン基、又はその組み合わせを表す。
Zは、複数個ある場合にはそれぞれ独立に、単結合、エーテル結合、エステル結合、アミド結合、ウレタン結合
nは、−R0−Z−で表される構造の繰り返し数であり、0〜2の整数を表す。
R7は、水素原子、ハロゲン原子又はアルキル基を表す。
Zは好ましくは、エーテル結合、又はエステル結合であり、より好ましくはエステル結合である。
また、R8は、無置換のラクトン構造若しくはスルトン構造を有する1価の有機基、又は、メチル基、シアノ基、N−アルコキシアミド基、若しくはアルコキシカルボニル基を置換基として有するラクトン構造若しくはスルトン構造を有する1価の有機基が好ましく、シアノ基を置換基として有するラクトン構造(シアノラクトン)又はスルトン構造(シアノスルトン)を有する1価の有機基がより好ましい。
樹脂(A)は、カーボネート構造を有する繰り返し単位を有していてもよい。
カーボネート構造(環状炭酸エステル構造)は、環を構成する原子群として−O−C(=O)−O−で表される結合を含む環を有する構造である。環を構成する原子群として−O−C(=O)−O−で表される結合を含む環は、5〜7員環であることが好ましく、5員環であることがより好ましい。このような環は、他の環と縮合し、縮合環を形成していてもよい。
樹脂(A)は、カーボネート構造(環状炭酸エステル構造)を有する繰り返し単位として、下記式(A−1)で表される繰り返し単位を含有することが好ましい。
RA 19は、各々独立して、水素原子又は鎖状炭化水素基を表す。
Aは、単結合、2価若しくは3価の鎖状炭化水素基、2価若しくは3価の脂環式炭化水素基又は2価若しくは3価の芳香族炭化水素基を表し、Aが3価の場合、Aに含まれる炭素原子と環状炭酸エステルを構成する炭素原子とが結合されて、環構造が形成されている。
nAは2〜4の整数を表す。
RA 19は、各々独立して、水素原子又は鎖状炭化水素基を表す。RA 19で表される鎖状炭化水素基は、炭素数1〜5の鎖状炭化水素基であることが好ましい。「炭素数1〜5の鎖状炭化水素基」としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、又はブチル基等の炭素数1〜5の直鎖状アルキル基;イソプロピル基、イソブチル基、又はt−ブチル基等の炭素数3〜5の分岐鎖状アルキル基;等が挙げられる。鎖状炭化水素基は水酸基等の置換基を有していてもよい。
RA 19は、水素原子を表すことがより好ましい。
nAは、2又は3であることが好ましく、2であることがより好ましい。
上記2価若しくは3価の鎖状炭化水素基は、炭素数が1〜30である2価若しくは3価の鎖状炭化水素基であることが好ましい。
上記2価若しくは3価の脂環式炭化水素基は、炭素数が3〜30である2価若しくは3価の脂環式炭化水素基であることが好ましい。
上記2価若しくは3価の芳香族炭化水素基は、炭素数が6〜30である2価若しくは3価の芳香族炭化水素基であることが好ましい。
なお、以下の具体例中のRA 1は、式(A−1)におけるRA 1と同義である。
樹脂(A)において、カーボネート構造(環状炭酸エステル構造)を有する繰り返し単位(好ましくは、式(A−1)で表される繰り返し単位)の含有率は、樹脂(A)を構成する全繰り返し単位に対して、3〜80モル%であることが好ましく、3〜60モル%であることがより好ましく、3〜30モル%であることが更に好ましい。
樹脂(A)は、ラクトン構造が主鎖に直結した繰り返し単位を有していてもよい。
ラクトン構造が主鎖に直結した繰り返し単位としては、下記式(q1)で表される繰り返し単位が好ましい。
式(q1)中のR1が表す炭素数1〜20の有機基としては、例えば、炭素数1〜20の鎖状炭化水素基、炭素数3〜20の脂環式炭化水素基、炭素数6〜20の芳香族炭化水素基、環員数3〜10の複素環基、エポキシ基、シアノ基、カルボキシ基、又は−R’−Q−R’’で表される基等が挙げられる。但し、R’は、単結合又は炭素数1〜20の炭化水素基である。R’’は、置換されていてもよい炭素数1〜20の炭化水素基又は環員数3〜10の複素環基である。Qは、−O−、−CO−、−NH−、−SO2−、−SO−又はこれらを組み合わせてなる基である。上記鎖状炭化水素基、脂環式炭化水素基及び芳香族炭化水素基が有する水素原子の一部又は全部は、例えば、フッ素原子等のハロゲン原子;シアノ基、カルボキシ基、水酸基、チオール基、又はトリアルキルシリル基等の置換基;等で置換されていてもよい。
式(q1)中のR2〜R5が表す炭素数1〜20の有機基の具体例及び好適な態様は、上述した式(q1)中のR1が表す炭素数1〜20の有機基と同じである。
R2とR3、及びR4とR5が、互いに結合して、これらが結合している炭素原子と共にそれぞれ形成していてもよい環員数3〜10の環構造としては、例えば、シクロプロパン、シクロペンタン、シクロヘキサン、ノルボルナン、若しくはアダマンタン等の脂環を有する脂環式構造;、又は、ヘテロ原子を含む環を有する複素環構造;等が挙げられる。
ヘテロ原子を含む環を有する複素環構造としては、例えば、環状エーテル、ラクトン環、又はスルトン環を有する複素環構造が挙げられ、その他の具体例としては、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、γ−ブチロラクトン、δ−バレロラクトン、オキソラン、ジオキサン等の酸素原子を含む環を有する複素環構造;テトラヒドロチオフェン、テトラヒドロチオピラン、テトラヒドロチオフェン−1,1−ジオキシド、テトラヒドロチオピラン−1,1−ジオキシド、シクロペンタンチオン、シクロヘキサンチオン等の硫黄原子を含む環を有する複素環構造;ピペリジン等の窒素原子を含む環を有する複素環構造;等が挙げられる。
これらのうち、シクロペンタン、シクロヘキサン、又はアダマンタンを有する脂環式構造、及び、環状エーテル、ラクトン環、又はスルトン環を有する複素環構造が好ましい。
ここで、R2とR3、及びR4とR5が、互いに結合して、これらが結合している炭素原子と共にそれぞれ形成していてもよい環員数3〜10の環構造における「環構造」とは、環を含む構造をいい、環のみから形成されていてもよいし、環と置換基等の他の基とから形成されていてもよい。なお、R2とR3、及びR4とR5が、互いに結合している場合における上記結合は、化学反応を経由した結合に限定されない。
なお、式(q1)中、aが2以上の場合、複数のR2及びR3はそれぞれ同一であってもよく、異なっていてもよい。
R2及びR3としては、水素原子、又は炭素数1〜20の鎖状炭化水素基が好ましく、水素原子がより好ましい。
上記樹脂(A)の全繰り返し単位に対する、式(q1)で表されるラクトン構造が主鎖に直結した繰り返し単位の含有量は特に制限されないが、5〜60モル%が好ましく、5〜50モル%がより好ましく、10〜40モル%が更に好ましい。
上記樹脂(A)は、その他の繰り返し単位を含んでいてもよい。
例えば、樹脂(A)は、水酸基又はシアノ基を有する繰り返し単位を含んでいてもよい。このような繰り返し単位としては、例えば、特開2014−098921号公報の段落<0081>〜<0084>に記載された繰り返し単位が挙げられる。
また、樹脂(A)は、アルカリ可溶性基を有する繰り返し単位を有してもよい。アルカリ可溶性基としてはカルボキシ基、スルホンアミド基、スルホニルイミド基、ビススルホニルイミド基、及びα位が電子求引性基で置換された脂肪族アルコール(例えばヘキサフルオロイソプロパノール基)が挙げられる。アルカリ可溶性基を有する繰り返し単位としては、例えば、特開2014−098921号公報の段落<0085>〜<0086>に記載された繰り返し単位が挙げられる。
また、樹脂(A)は、更に極性基(例えば、アルカリ可溶性基、水酸基、シアノ基等)を持たない脂環炭化水素構造を有し、酸分解性を示さない繰り返し単位を有することができる。このような繰り返し単位としては、例えば、特開2014−106299号公報の段落<0114>〜<0123>に記載された繰り返し単位が挙げられる。
また、樹脂(A)は、例えば、特開2009−258586号公報の段落<0045>〜<0065>に記載された繰り返し単位を含んでいてもよい。
本発明の組成物に用いられる樹脂(A)は、上記の繰り返し単位以外に、様々な繰り返し単位を有することができる。このような繰り返し単位としては、下記の単量体に相当する繰り返し単位が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
このような単量体として、例えばアクリル酸エステル類、メタクリル酸エステル類、アクリルアミド類、メタクリルアミド類、アリル化合物、ビニルエーテル類、及びビニルエステル類等から選ばれる付加重合性不飽和結合を1個有する化合物等が挙げられる。
その他にも、上記種々の繰り返し構造単位に相当する単量体と共重合可能である付加重合性の不飽和化合物であれば、共重合されていてもよい。
本発明の組成物に用いられる樹脂(A)において、各繰り返し構造単位の含有モル比は、適宜設定される。
樹脂(A)における重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)との比(Mw/Mn)である分散度(分子量分布)は、通常1.0〜3.0であり、好ましくは1.0〜2.6、より好ましくは1.0〜2.0、更に好ましくは1.1〜2.0の範囲である。分子量分布が小さいものほど、解像度、レジスト形状が優れ、且つレジストパターンの側壁がスムーズであり、ラフネス性に優れる。
なお、樹脂(好ましくは樹脂(A))は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。2種以上の樹脂(好ましくは樹脂(A))を併用する場合には、合計含有量が上記範囲内であることが好ましい。
本発明の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物は、塩基性化合物を含有してもよい。
塩基性化合物としては、特に限定されず、公知のものを使用することができる。
感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物が塩基性化合物を含有する場合、塩基性化合物の含有量は、組成物の固形分を基準として、通常、0.001〜10質量%、好ましくは0.01〜5質量%である。
以下、本発明の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物に好ましく用いることが可能な塩基性化合物について説明する。
塩基性化合物としては、例えば、下記式(A)〜(E)で示される構造を有する化合物が挙げられる。
R200、R201及びR202は、同一でも異なってもよく、水素原子、アルキル基(好ましくは炭素数1〜20)、シクロアルキル基(好ましくは炭素数3〜20)又はアリール基(炭素数6〜20)を表し、ここで、R201とR202は、互いに結合して環を形成してもよい。
R203、R204、R205及びR206は、同一でも異なってもよく、炭素数1〜20のアルキル基を表す。
これら式(A)及び(E)中のアルキル基は、無置換であることがより好ましい。
好ましい化合物の具体例としては、US2012/0219913A1 段落<0379>に例示された化合物が挙げられる。
好ましい塩基性化合物として、更に、フェノキシ基を有するアミン化合物、フェノキシ基を有するアンモニウム塩化合物、スルホン酸エステル基を有するアミン化合物、及びスルホン酸エステル基を有するアンモニウム塩化合物が挙げられる。
これらの塩基性化合物は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
塩基性化合物としては、例えば、窒素原子を有し、酸の作用により脱離する基を有する低分子化合物(以下、「化合物(C)」ともいう。)も好ましく用いられる。化合物(C)は、酸の作用により脱離する基を窒素原子上に有するアミン誘導体であることが好ましい。
酸の作用により脱離する基として、アセタール基、カルボネート基、カルバメート基、3級エステル基、3級水酸基、又はヘミアミナールエーテル基が好ましく、カルバメート基、又はヘミアミナールエーテル基がより好ましい。
化合物(C)の分子量は、100〜1000が好ましく、100〜700がより好ましく、100〜500が更に好ましい。
化合物(C)は、窒素原子上に保護基を有するカルバメート基を有してもよい。カルバメート基を構成する保護基としては、下記式(d−1)で表すことができる。
Rbは、各々独立に、水素原子、アルキル基(好ましくは炭素数1〜10)、シクロアルキル基(好ましくは炭素数3〜30)、アリール基(好ましくは炭素数3〜30)、アラルキル基(好ましくは炭素数1〜10)、又はアルコキシアルキル基(好ましくは炭素数1〜10)を表す。Rbは相互に連結して環を形成していてもよい。
Rbが示すアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、及びアラルキル基は、水酸基、シアノ基、アミノ基、ピロリジノ基、ピペリジノ基、モルホリノ基、アルコキシ基、又はハロゲン原子で置換されていてもよい。Rbが示すアルコキシアルキル基についても同様である。
2つのRbが相互に連結して形成する環としては、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基、若しくは複素環式炭化水素基、又はそれらの誘導体等が挙げられる。
式(d−1)で表される基の具体的な構造としては、US2012/0135348 A1 段落<0466>に開示された構造が挙げられるが、これに限定されるものではない。
Rbは、上記式(d−1)におけるRbと同義であり、好ましい例も同様である。
lは0〜2の整数を表し、mは1〜3の整数を表し、l+m=3を満たす。
式(6)において、Raとしてのアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、及びアラルキル基は、Rbとしてのアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、及びアラルキル基が置換されていてもよい基として前述した基と同様な基で置換されていてもよい。
本発明における特に好ましい化合物(C)の具体例としては、US2012/0135348 A1 段落<0475>に開示された化合物が挙げられるが、これに限定されるものではない。
本発明において、酸の作用により脱離する基を窒素原子上に有する化合物(C)は、一種単独でも又は2種以上を混合しても使用することができる。
活性光線又は放射線の照射により塩基性が低下又は消失する塩基性化合物(以下、「化合物(PA)」ともいう。)は、プロトンアクセプター性官能基を有し、且つ、活性光線又は放射線の照射により分解して、プロトンアクセプター性が低下、消失、又はプロトンアクセプター性から酸性に変化する化合物である。
なお、プロトンアクセプター性官能基の定義は上述した通りである。
Qは、−SO3H、−CO2H、又は−W1NHW2Rfを表す。ここで、Rfは、アルキル基(好ましくは炭素数1〜20)、シクロアルキル基(好ましくは炭素数3〜20)又はアリール基(好ましくは炭素数6〜30)を表し、W1及びW2は、各々独立に、−SO2−又は−CO−を表す。
Aは、単結合又は2価の連結基を表す。
Xは、−SO2−又は−CO−を表す。
nは、0又は1を表す。
Bは、単結合、酸素原子、又は−N(Rx)Ry−を表す。ここで、Rxは水素原子又は1価の有機基を表し、Ryは単結合又は2価の有機基を表す。Rxは、Ryと結合して環を形成していてもよく、Rと結合して環を形成していてもよい。
Rは、プロトンアクセプター性官能基を有する1価の有機基を表す。
Aにおける2価の連結基としては、好ましくは少なくとも1つのフッ素原子を有するアルキレン基であり、パーフルオロエチレン基、パーフルオロプロピレン基、又はパーフルオロブチレン基等のパーフルオロアルキレン基がより好ましい。
Rxにおけるアルキル基としては、好ましくは炭素数1〜20の直鎖状及び分岐鎖状アルキル基であり、アルキル基中に酸素原子、硫黄原子、又は窒素原子を有していてもよい。
Rxにおけるシクロアルキル基としては、好ましくは炭素数3〜20の単環又は多環シクロアルキル基であり、環内に酸素原子、硫黄原子、又は窒素原子を有していてもよい。
Rxにおけるアリール基としては、好ましくは炭素数6〜14のものが挙げられ、例えば、フェニル基及びナフチル基等が挙げられる。
Rxにおけるアラルキル基としては、好ましくは炭素数7〜20のものが挙げられ、例えば、ベンジル基及びフェネチル基等が挙げられる。
Rxにおけるアルケニル基は、炭素数が3〜20が好ましく、例えば、ビニル基、アリル基及びスチリル基等が挙げられる。
RxとRyが互いに結合して形成してもよい環構造としては、窒素原子を含む5〜10員の環が挙げられる。
このような構造を有する有機基として、好ましい炭素数は4〜30の有機基であり、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、及びアルケニル基等が挙げられる。
単環式構造としては、窒素原子を含む4〜8員環等が挙げられる。多環式構造としては、2又は3以上の単環式構造の組み合わせから成る構造が挙げられる。
化合物(PA)として、好ましくは下記式(4)〜(6)で表される化合物が挙げられる。
C+はカウンターカチオンを示す。
カウンターカチオンとしては、オニウムカチオンが好ましい。より詳しくは、酸発生剤における式(ZI)におけるS+(R201)(R202)(R203)として説明されているスルホニウムカチオン、式(ZII)におけるI+(R204)(R205)として説明されているヨードニウムカチオンが好ましい例として挙げられる。
化合物(PA)の具体例としては、US2011/0269072A1 段落<0280>に例示された化合物が挙げられる。
感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物は、酸発生剤に対して相対的に弱酸となるオニウム塩を酸拡散制御剤として含有してもよい。
酸発生剤と、酸発生剤から生じた酸に対して相対的に弱酸である酸を発生するオニウム塩を混合して用いた場合、活性光線性又は放射線の照射により酸発生剤から生じた酸が未反応の弱酸アニオンを有するオニウム塩と衝突すると、塩交換により弱酸を放出して強酸アニオンを有するオニウム塩を生じる。この過程で強酸がより触媒能の低い弱酸に交換されるため、見かけ上、酸が失活して酸拡散の制御を行うことができる。
式(d1−2)で表される化合物のアニオン部の好ましい例としては、特開2012−242799号公報の段落〔0201〕に例示された構造が挙げられる。
式(d1−3)で表される化合物のアニオン部の好ましい例としては、特開2012−242799号公報の段落〔0209〕及び〔0210〕に例示された構造が挙げられる。
化合物(CA)としては、下記式(C−1)〜(C−3)のいずれかで表される化合物であることが好ましい。
R1、R2、及びR3は、炭素数1以上の置換基を表す。
L1は、カチオン部位とアニオン部位を連結する2価の連結基又は単結合を表す。
−X−は、−COO−、−SO3 −、−SO2 −、及び−N−−R4から選択されるアニオン部位を表す。R4は、隣接するN原子との連結部位に、カルボニル基:−C(=O)−、スルホニル基:−S(=O)2−、又は、スルフィニル基:−S(=O)−を有する1価の置換基を表す。
R1、R2、R3、R4、及びL1は互いに結合して環構造を形成してもよい。また、(C−3)において、R1〜R3のうち2つを合わせて、N原子と2重結合を形成してもよい。
式(C−1)で表される化合物の好ましい例としては、特開2013−6827号公報の段落〔0037〕〜〔0039〕及び特開2013−8020号公報の段落〔0027〕〜〔0029〕に例示された化合物が挙げられる。
式(C−2)で表される化合物の好ましい例としては、特開2012−189977号公報の段落〔0012〕〜〔0013〕に例示された化合物が挙げられる。
式(C−3)で表される化合物の好ましい例としては、特開2012−252124号公報の段落〔0029〕〜〔0031〕に例示された化合物が挙げられる。
本発明の組成物は、疎水性樹脂(HR)を含有してもよい。なお、疎水性樹脂(HR)は、上述した樹脂(好ましくは樹脂(A))とは異なることが好ましい。
疎水性樹脂(HR)は、界面に偏在するように設計されることが好ましいが、界面活性剤とは異なり、必ずしも分子内に親水基を有する必要はなく、極性/非極性物質を均一に混合することに寄与しなくてもよい。
疎水性樹脂を添加することの効果として、水に対するレジスト膜表面の静的/動的な接触角の制御、液浸液追随性の向上、又はアウトガスの抑制等が挙げられる。
疎水性樹脂(HR)が、フッ素原子及び/又は珪素原子を含む場合、疎水性樹脂(HR)に於ける上記フッ素原子及び/又は珪素原子は、樹脂の主鎖中に含まれていてもよく、側鎖中に含まれていてもよい。
フッ素原子を有するアルキル基(好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは炭素数1〜4)は、少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換された直鎖状又は分岐鎖状アルキル基であり、更にフッ素原子以外の置換基を有していてもよい。
フッ素原子を有するシクロアルキル基及びフッ素原子を有するアリール基は、それぞれ、1つの水素原子がフッ素原子で置換されたシクロアルキル基及びフッ素原子を有するアリール基であり、更にフッ素原子以外の置換基を有していてもよい。
R57〜R68は、各々独立に、水素原子、フッ素原子又はアルキル基(直鎖状若しくは分岐鎖状)を表す。但し、R57〜R61の少なくとも1つ、R62〜R64の少なくとも1つ、及びR65〜R68の少なくとも1つは、各々独立に、フッ素原子又は少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換されたアルキル基(好ましくは炭素数1〜4)を表す。
R57〜R61及びR65〜R67は、全てがフッ素原子であることが好ましい。R62、R63及びR68は、少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換されたアルキル基(好ましくは炭素数1〜4)が好ましく、炭素数1〜4のパーフルオロアルキル基であることがより好ましい。R62とR63は、互いに連結して環を形成してもよい。
フッ素原子又は珪素原子を有する繰り返し単位の例としては、US2012/0251948A1〔0519〕に例示されたものを挙げることが出来る。
ここで、疎水性樹脂(HR)中の側鎖部分が有するCH3部分構造(以下、単に「側鎖CH3部分構造」ともいう。)には、エチル基又はプロピル基等が有するCH3部分構造を包含するものである。
一方、疎水性樹脂(HR)の主鎖に直接結合しているメチル基(例えば、メタクリル酸構造を有する繰り返し単位のα−メチル基)は、主鎖の影響により疎水性樹脂(HR)の表面偏在化への寄与が小さいため、本発明におけるCH3部分構造に包含されないものとする。
一方、C−C主鎖から何らかの原子を介して存在するCH3部分構造は、本発明におけるCH3部分構造に該当するものとする。例えば、R11がエチル基(CH2CH3)である場合、本発明におけるCH3部分構造を「1つ」有するものとする。
R11〜R14は、各々独立に、側鎖部分を表す。
側鎖部分のR11〜R14としては、水素原子、及び1価の有機基等が挙げられる。
R11〜R14についての1価の有機基としては、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アルキルオキシカルボニル基、シクロアルキルオキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アルキルアミノカルボニル基、シクロアルキルアミノカルボニル基、及び、アリールアミノカルボニル基等が挙げられ、これらの基は、更に置換基を有していてもよい。
Xb1は、水素原子又はメチル基であることが好ましい。
R2としては、1つ以上のCH3部分構造を有する、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アリール基、及び、アラルキル基が挙げられる。上記のシクロアルキル基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アリール基、及び、アラルキル基は、更に、置換基としてアルキル基を有していてもよい。
R2は、1つ以上のCH3部分構造を有する、アルキル基又はアルキル置換シクロアルキル基が好ましい。
R2としての1つ以上のCH3部分構造を有する酸に安定な有機基は、CH3部分構造を2個以上10個以下有することが好ましく、2個以上8個以下有することがより好ましい。
式(II)で表される繰り返し単位の好ましい具体例を以下に挙げる。なお、本発明はこれに限定されるものではない。
以下、式(III)で表される繰り返し単位について詳細に説明する。
Xb2のアルキル基は、炭素数1〜4のものが好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基、ヒドロキシメチル基及びトリフルオロメチル基等が挙げられるが、水素原子であることがより好ましい。
Xb2は、水素原子であることが好ましい。
R3は、酸に対して安定な有機基であるため、より具体的には、酸分解性基を有さない有機基であることが好ましい。
R3としての1つ以上のCH3部分構造を有する酸に安定な有機基は、CH3部分構造を1個以上10個以下有することが好ましく、1個以上8個以下有することがより好ましく、1個以上4個以下有することが更に好ましい。
nは1から5の整数を表し、1〜3の整数を表すことがより好ましく、1又は2を表すことが更に好ましい。
(x)酸基、
(y)ラクトン構造を有する基、酸無水物基、又は酸イミド基、
(z)酸の作用により分解する基
好ましい酸基としては、フッ素化アルコール基(好ましくはヘキサフルオロイソプロパノール)、スルホンイミド基、又はビス(アルキルカルボニル基)メチレン基が挙げられる。
酸基(x)を有する繰り返し単位の含有量は、疎水性樹脂(HR)中の全繰り返し単位に対し、1〜50モル%が好ましく、より好ましくは3〜35モル%、更に好ましくは5〜20モル%である。
酸基(x)を有する繰り返し単位の具体例を以下に示すが、本発明は、これに限定されるものではない。式中、Rxは水素原子、CH3、CF3、又は、CH2OHを表す。
これらの基を含んだ繰り返し単位は、例えば、アクリル酸エステル及びメタクリル酸エステルによる繰り返し単位等の、樹脂の主鎖に直接この基が結合している繰り返し単位である。或いは、この繰り返し単位は、この基が連結基を介して樹脂の主鎖に結合している繰り返し単位であってもよい。或いは、この繰り返し単位は、この基を有する重合開始剤又は連鎖移動剤を重合時に用いて、樹脂の末端に導入されていてもよい。
ラクトン構造を有する基を有する繰り返し単位としては、例えば、先に樹脂(A)の項で説明したラクトン構造を有する繰り返し単位と同様のものが挙げられる。
疎水性樹脂(HR)は、更に、上述した繰り返し単位とは別の繰り返し単位を有していてもよい。
疎水性樹脂(HR)の組成物中の含有量は、本発明の組成物中の全固形分に対し、0.01〜10質量%が好ましく、0.05〜8質量%がより好ましい。
なお、疎水性樹脂(HR)は1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。2種以上の疎水性樹脂(HR)を併用する場合には、合計含有量が上記範囲内であることが好ましい。
本発明の組成物は、通常、溶剤を含有する。
組成物を調製する際に使用することができる溶剤としては、例えば、アルキレングリコールモノアルキルエーテルカルボキシレート、アルキレングリコールモノアルキルエーテル、乳酸アルキルエステル、アルコキシプロピオン酸アルキル、環状ラクトン(好ましくは炭素数4〜10)、環を有してもよいモノケトン化合物(好ましくは炭素数4〜10)、アルキレンカーボネート、アルコキシ酢酸アルキル、及びピルビン酸アルキル等の有機溶剤が挙げられる。
これらの溶剤の具体例としては、米国特許出願公開第2008/0187860号明細書の段落<0441>〜<0455>に記載のものが挙げられる。
水酸基を含有する溶剤、及び水酸基を含有しない溶剤としては前述の例示化合物が適宜選択可能であるが、水酸基を含有する溶剤としては、アルキレングリコールモノアルキルエーテル、又は乳酸アルキル等が好ましく、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME、別名1−メトキシ−2−プロパノール)、2−ヒドロキシイソ酪酸メチル、又は乳酸エチルがより好ましい。また、水酸基を含有しない溶剤としては、アルキレングリコールモノアルキルエーテルアセテート、アルキルアルコキシプロピオネート、環を含有してもよいモノケトン化合物、環状ラクトン、又は酢酸アルキル等が好ましく、これらの内でもプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA、別名1−メトキシ−2−アセトキシプロパン)、エチルエトキシプロピオネート、2−ヘプタノン、γ−ブチロラクトン、シクロヘキサノン、又は酢酸ブチルがより好ましく、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチルエトキシプロピオネート、又は2−ヘプタノンが更に好ましい。
水酸基を含有する溶剤と水酸基を含有しない溶剤との混合比(質量比)は、1/99〜99/1、好ましくは10/90〜90/10、更に好ましくは20/80〜60/40である。水酸基を含有しない溶剤を50質量%以上含有する混合溶剤が塗布均一性の点で特に好ましい。
溶剤は、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを含むことが好ましく、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート単独溶剤、又は、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを含有する2種類以上の混合溶剤であることが好ましい。
(界面活性剤)
本発明の組成物は、更に界面活性剤を含有してもしなくてもよく、含有する場合、フッ素系及び/又はシリコン系界面活性剤(フッ素系界面活性剤、シリコン系界面活性剤、又はフッ素原子とケイ素原子との両方を有する界面活性剤)が好ましい。
フッ素系及び/又はシリコン系界面活性剤として、米国特許出願公開第2008/0248425号明細書の段落<0276>に記載の界面活性剤が挙げられる。
また、本発明では、米国特許出願公開第2008/0248425号明細書の段落<0280>に記載の、フッ素系及び/又はシリコン系界面活性剤以外の他の界面活性剤を使用することもできる。
本発明の組成物が界面活性剤を含有する場合、界面活性剤の使用量は、組成物の全固形分に対して、好ましくは0.0001〜2質量%、より好ましくは0.0005〜1質量%である。
一方、界面活性剤の添加量を、組成物の全量(溶剤を除く)に対して、10ppm以下とすることで、疎水性樹脂の表面偏在性があがり、それにより、レジスト膜表面をより疎水的にすることができ、液浸露光時の水追随性を向上させることができる。
本発明の組成物は、カルボン酸オニウム塩を含有してもしなくてもよい。このようなカルボン酸オニウム塩は、米国特許出願公開第2008/0187860号明細書の段落<0605>〜<0606>に記載のものが挙げられる。
これらのカルボン酸オニウム塩は、スルホニウムヒドロキシド、ヨードニウムヒドロキシド、アンモニウムヒドロキシドとカルボン酸を適当な溶剤中酸化銀と反応させることによって合成できる。
本発明の組成物は、必要に応じて更に、酸増殖剤、染料、可塑剤、光増感剤、光吸収剤、アルカリ可溶性樹脂、溶解阻止剤、又は、現像液に対する溶解性を促進させる化合物(例えば、分子量1000以下のフェノール化合物、カルボキシ基を有する脂環族、又は脂肪族化合物)等を含有してもよい。
カルボキシ基を有する脂環族、又は脂肪族化合物の具体例としては、コール酸、デオキシコール酸、若しくはリトコール酸等のステロイド構造を有するカルボン酸誘導体、アダマンタンカルボン酸誘導体、アダマンタンジカルボン酸、シクロヘキサンカルボン酸、及びシクロヘキサンジカルボン酸等が挙げられる。
本発明の組成物は、解像力向上の観点から、膜厚90nm以下、好ましくは85nm以下のレジスト膜とすることが好ましい。組成物中の固形分濃度を適切な範囲に設定して適度な粘度をもたせ、塗布性又は製膜性を向上させることにより、このような膜厚とすることができる。
本発明における組成物の固形分濃度は、通常1.0〜10質量%であり、好ましくは、2.0〜5.7質量%、更に好ましくは2.0〜5.3質量%である。固形分濃度を上記範囲とすることで、レジスト溶液を基板上に均一に塗布することができ、更にはLWRにより優れたレジストパターンを形成することが可能になる。その理由は明らかではないが、恐らく、固形分濃度を10質量%以下、好ましくは5.7質量%以下とすることで、レジスト溶液中での素材、特には酸発生剤の凝集が抑制され、その結果として、均一なレジスト膜が形成できるものと考えられる。
固形分濃度とは、組成物の総質量に対する、溶剤を除く他のレジスト成分の質量の質量百分率である。
本発明の組成物は、活性光線又は放射線に照射により反応して性質が変化する感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物に関する。更に詳しくは、本発明は、IC等の半導体製造工程、液晶若しくはサーマルヘッド等の回路基板の製造、インプリント用モールド構造体の作製、更にその他のフォトファブリケーション工程、平版印刷板、又は、酸硬化性組成物に使用される感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物に関する。
本発明は上記感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を用いたパターン形成方法にも関する。以下、本発明のパターン形成方法について説明する。また、パターン形成方法の説明と併せて、本発明のレジスト膜についても説明する。
(i)上述した感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を用いてレジスト膜を形成するレジスト膜形成工程と、
(ii)上記レジスト膜を露光する露光工程と、
(iii)露光された上記レジスト膜を、現像液を用いて現像する現像工程と、
を含む。
本発明のパターン形成方法は、(ii)露光工程における露光方法が、液浸露光であることが好ましい。
本発明のパターン形成方法は、(ii)露光工程の前に、(iv)前加熱工程を含むことが好ましい。
本発明のパターン形成方法は、(ii)露光工程の後に、(v)露光後加熱工程を含むことが好ましい。
本発明のパターン形成方法は、(ii)露光工程を、複数回含んでいてもよい。
本発明のパターン形成方法は、(iv)前加熱工程を、複数回含んでいてもよい。
本発明のパターン形成方法は、(v)露光後加熱工程を、複数回含んでいてもよい。
本発明のパターン形成方法において、上述した(i)レジスト膜形成工程、(ii)露光工程、及び(iii)現像工程は、一般的に知られている方法により行うことができる。
また、必要に応じて、レジスト膜と基板との間に反射防止膜を形成させてもよい。反射防止膜としては、公知の有機系又は無機系の反射防止膜を適宜用いることができる。
また、(ii)露光工程の後、且つ(iii)現像工程の前に、(v)露光後加熱工程(PEB;Post Exposure Bake)を含むことも好ましい。
上記のようなベークにより露光部の反応が促進され、感度及び/又はパターンプロファイルが改善する。
加熱時間は、PB及びPEBのいずれにおいても、30〜300秒が好ましく、30〜180秒がより好ましく、30〜90秒が更に好ましい。
加熱は、通常の露光機及び現像機に備わっている手段で行うことができ、ホットプレート等を用いて行ってもよい。
トップコートを形成するための組成物の調製、及びトップコートの形成方法については特に限定されず、従来公知の方法、例えば、特開2014−059543号公報の段落<0072>〜<0082>の記載に基づいて実施することができる。
後述する(iii)現像工程において、有機溶剤を含有する現像液を使用する場合は、特開2013−61648号公報に記載された塩基性化合物を含有するトップコートをレジスト膜上に形成することが好ましい。
また、液浸露光方法以外によって露光を行う場合であっても、レジスト膜上にトップコートを形成してもよい。
すなわち、有機系現像液に対する有機溶剤の含有量は、現像液の全量に対して、90質量%以上100質量%以下であることが好ましく、95質量%以上100質量%以下であることがより好ましい。
界面活性剤としては特に限定されないが、例えば、イオン性又は非イオン性のフッ素系及び/又はシリコン系界面活性剤等を用いることができる。これらのフッ素及び/又はシリコン系界面活性剤として、例えば特開昭62−36663号公報、特開昭61−226746号公報、特開昭61−226745号公報、特開昭62−170950号公報、特開昭63−34540号公報、特開平7−230165号公報、特開平8−62834号公報、特開平9−54432号公報、特開平9−5988号公報、米国特許第5405720号明細書、同5360692号明細書、同5529881号明細書、同5296330号明細書、同5436098号明細書、同5576143号明細書、同5294511号明細書、及び同5824451号明細書記載の界面活性剤を挙げることができ、好ましくは、非イオン性の界面活性剤である。非イオン性の界面活性剤としては特に限定されないが、フッ素系界面活性剤又はシリコン系界面活性剤を用いることがより好ましい。
本発明において、有機溶剤現像工程によって露光強度の弱い部分が除去されるが、更にアルカリ現像工程を行うことによって露光強度の強い部分も除去される。このように現像を複数回行う多重現像プロセスにより、中間的な露光強度の領域のみを溶解させずにパターン形成が行えるので、通常より微細なパターンを形成できる(特開2008−292975号公報の段落<0077>と同様のメカニズム)。
有機溶剤を含有する現像液を用いて現像する工程の後のリンス工程に用いるリンス液としては、レジストパターンを溶解しなければ特に制限はなく、一般的な有機溶剤を含有する溶液を使用することができる。リンス液としては、炭化水素系溶剤、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、アルコール系溶剤、アミド系溶剤、及びエーテル系溶剤からなる群より選択される少なくとも1種類の有機溶剤を含有するリンス液を用いることがより好ましい。
炭化水素系溶剤、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、アルコール系溶剤、アミド系溶剤、及びエーテル系溶剤の具体例としては、有機溶剤を含有する現像液において説明したものと同様のものが挙げられる。
リンス液中の含水率は、10質量%以下が好ましく、5質量%以下がより好ましく、3質量%以下が更に好ましくい。含水率を10質量%以下とすることで、良好な現像特性を得ることができる。
リンス工程においては、有機溶剤を含有する現像液を用いる現像を行ったウエハを上記の有機溶剤を含有するリンス液を用いて洗浄処理する。洗浄処理の方法は特に限定されないが、例えば、一定速度で回転している基板上にリンス液を吐出しつづける方法(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)、及び、基板表面にリンス液を噴霧する方法(スプレー法)等を適用することができる。なかでも、回転塗布方法で洗浄処理を行い、洗浄後に基板を2000rpm〜4000rpmの回転数で回転させ、リンス液を基板上から除去することが好ましい。また、リンス工程の後に加熱工程(Post Bake)を含むことも好ましい。ベークによりパターン間及びパターン内部に残留した現像液及びリンス液が除去される。リンス工程の後の加熱工程は、通常40〜160℃、好ましくは70〜95℃で、通常10秒〜3分、好ましくは30秒から90秒間行う。
上記各種材料から金属等の不純物を除去する方法としては、例えば、フィルターを用いた濾過が挙げられる。フィルター孔径としては、ポアサイズ10nm以下が好ましく、5nm以下がより好ましく、3nm以下が更に好ましい。フィルターの材質としては、ポリテトラフルオロエチレン製、ポリエチレン製、又はナイロン製のフィルターが好ましい。フィルターは、有機溶剤であらかじめ洗浄したものを用いてもよい。フィルター濾過工程では、複数種類のフィルターを直列又は並列に接続して用いてもよい。複数種類のフィルターを使用する場合は、孔径及び/又は材質が異なるフィルターを組み合わせて使用してもよい。また、各種材料を複数回濾過してもよく、複数回濾過する工程が循環濾過工程であってもよい。
また、上記各種材料に含まれる金属等の不純物を低減する方法としては、各種材料を構成する原料として金属含有量が少ない原料を選択する、各種材料を構成する原料に対してフィルター濾過を行う、又は、装置内をテフロン(登録商標)でライニングする等してコンタミネーションを可能な限り抑制した条件下で蒸留を行う等の方法が挙げられる。各種材料を構成する原料に対して行うフィルター濾過における好ましい条件は、上記した条件と同様である。
フィルター濾過のほか、吸着材による不純物の除去を行ってもよく、フィルター濾過と吸着材を組み合わせて使用してもよい。吸着材としては、公知の吸着材を用いることができ、例えば、シリカゲル若しくはゼオライト等の無機系吸着材、又は活性炭等の有機系吸着材を使用することができる。
本発明のパターン形成方法は、DSA(Directed Self−Assembly)におけるガイドパターン形成(例えば、ACS Nano Vol.4 No.8 Page4815−4823参照)にも用いることができる。
また、上記の方法によって形成されたレジストパターンは、例えば特開平3−270227号公報及び特開2013−164509号公報に開示されたスペーサープロセスの芯材(コア)として使用できる。
また、本発明は、上記した本発明のパターン形成方法を含む、電子デバイスの製造方法にも関する。本発明の電子デバイスの製造方法により製造された電子デバイスは、電気電子機器(例えば、家電、OA(Office Automation)関連機器、メディア関連機器、光学用機器、及び、通信機器等)に、好適に搭載されるものである。
以下に、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物に含まれる各種成分を示す。
<樹脂>
第2表に示される樹脂(A−1〜A−6)の構造を以下に示す。
なお、樹脂A−1〜A−6の重量平均分子量(Mw)及び分散度(Mw/Mn)はGPC(キャリア:テトラヒドロフラン(THF))により測定した(ポリスチレン換算値である)。また、樹脂の組成比(モル%比)は、13C−NMR(nuclear magnetic resonance)により測定した。
第2表に示される、活性光線又は放射線の照射により式(I)で表される酸を発生する化合物(PAG−1〜PAG−11)の構造を以下に示す。PAG−10及びPAG−11は、比較用酸発生剤である。
第2表に示される塩基性化合物(N−1〜N−6)の構造を以下に示す。
第2表に示される疎水性樹脂(1b及び2b)の構造を以下に示す。また、下記第1表に、疎水性樹脂1b及び2bの繰り返し単位の組成比(モル比;左から順に対応)、重量平均分子量(Mw)、及び分散度(Mw/Mn)を示す。
第2表に示される溶剤については以下のとおりである。
SL−2: プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)
SL−3: シクロヘキサノン
SL−4: γ−ブチロラクトン
SL−5: 乳酸エチル
第2表に示される界面活性剤については以下のとおりである。
W−2: PolyFox PF−6320(OMNOVA Solutions Inc.製;フッ素系)
第2表に示す各成分を第2表に示す溶剤に溶解させ、それぞれについて固形分濃度3.8質量%の溶液を調製した。次いで、得られた溶液を0.1μmのポアサイズを有するポリエチレンフィルターで濾過して感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物(レジスト組成物)を調製した。
次いで、得られたレジスト組成物を下記の方法により評価した。結果を第2表に示す。
第2表における各成分について、複数使用した場合の比は質量比である。
(1)ネガ現像液を使用したレジスト評価
(レジストパターンの形成)
≪ArF液浸露光≫
シリコンウエハ上に有機反射防止膜形成用組成物ARC29SR(日産化学社製)を塗布し、205℃で60秒間ベークを行い、膜厚95nmの反射防止膜を形成した。得られた反射防止膜上にレジスト組成物を塗布し、100℃で60秒間に亘ってベーク(PB:Prebake)を行い、膜厚85nmのレジスト膜を形成した。
得られたウエハをArFエキシマレーザー液浸スキャナー(ASML社製;XT1700i、NA1.20、C−Quad、アウターシグマ0.900、インナーシグマ0.812、XY偏向)を用い、線幅44nmの1:1ラインアンドスペースパターンの6%ハーフトーンマスクを通して露光した。液浸液としては超純水を用いた。その後、105℃で60秒間加熱(PEB:Post Exposure Bake)した。次いで、ネガ型現像液(酢酸ブチル)で30秒間パドルして現像し、リンス液〔メチルイソブチルカルビノール(MIBC)〕で30秒間パドルしてリンスした。続いて、4000rpmの回転数で30秒間ウエハを回転させることにより、線幅44nmの1:1ラインアンドスペースのパターンを形成した。
得られた線幅44nmの1:1ラインアンドスペースパターンについて、測長走査型電子顕微鏡(SEM((株)日立製作所S−8840))にてパターン上部から観察し、ラインパターンの長手方向のエッジ2μmの範囲について、線幅を50ポイント測定し、その測定ばらつきについて標準偏差を求め、3σを算出した。値が小さいほど良好な性能であることを示す。なお、LWRの値は、3.70nm以下が好ましく、3.41nm以下がより好ましい。
上記線幅44nmの1:1ラインアンドスペースパターンのレジストパターンを形成する際の露光量(mJ/cm2)を最適露光量として、下記式(1)に基づいて保存安定性(感度変化)を評価した。
なお、最適露光量の数値が小さいほど、感度が高いことを意味する。また、式(1)で示される値(S1/S2)が1に近いほど感度の変化が小さく、すなわち保存安定性(感
度変化)に優れることを意味する。式(1)で示される値(S1/S2)の値は、0.8
0以上が好ましく、0.91超がより好ましい。
式(1):
(感度変化)=(調製直後のレジスト組成物を用いた場合における最適露光量S1)/調製後4℃で1週間放置したレジスト組成物を用いた場合における最適露光量S2)
<保存安定性(パーティクル増加数)の評価>
まず、調製直後のレジスト組成物1mL中の粒径0.25μm以上のパーティクルの数(パーティクル数の初期値(個/mL))をリオン社製パーティクルカウンターにて計測した。次いで、調製後4℃で3ヶ月放置したレジスト組成物中の粒径0.25μm以上のパーティクルの数(経時後のパーティクル数(個/mL))を同様の方法により計測した。そして、下記式(2)に基づいてパーティクル増加数を算出し、後述する評価基準に従って保存安定性(パーティクル増加数)を評価した。
式(2):
(パーティクル増加数(個/mL))=(経時後のパーティクル数(個/mL))−(パーティクル数の初期値(個/mL))
(評価基準)
「A」:パーティクル増加数が、0.2個/mL以下
「B」:パーティクル増加数が、0.2個/mL超、1個/mL以下
「C」:パーティクル増加数が、1個/mL超
以上の評価試験の結果を下記第2表に示す。
また、上記実施例の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物は、保存安定性に優れていることが確認された。つまり、経時後の組成物は、調製直後の組成物に対してパーティクル増加数が少なく、また調製直後の組成物と略同等の感度を有していることが分かった。
Claims (8)
- 活性光線又は放射線の照射により下記式(I)で表される酸を発生する化合物と、樹脂とを含有する、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
上記式(I)中、
R1は、直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基を表す。
R2は、炭素数2〜20のアルキル基を表す。
Rfは、フッ素原子、又は、フッ素原子を含む1価の有機基を表す。
Xは、2価の電子求引性基を表す。
nは、1を表す。 - 活性光線又は放射線の照射により下記式(I)で表される酸を発生する化合物と、樹脂とを含有する、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
上記式(I)中、
R 1 は、炭素数1以上の有機基を表す。
R 2 は、炭素数2〜20の炭化水素基を表す。
Rfは、フッ素原子、又は、フッ素原子を含む1価の有機基を表す。
Xは、2価の電子求引性基を表す。
nは、1を表す。 - 活性光線又は放射線の照射により下記式(I)で表される酸を発生する化合物と、樹脂とを含有する、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
上記式(I)中、
R 1 は、炭素数1〜20の炭化水素基を表す。
R 2 は、炭素数2〜20の炭化水素基を表す。
Rfは、フッ素原子、又は、フッ素原子を含む1価の有機基を表す。
Xは、2価の電子求引性基を表す。
nは、0又は1を表す。 - 前記樹脂が、酸の作用により分解して極性が増大する樹脂である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物により形成されたレジスト膜。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を用いてレジスト膜を形成するレジスト膜形成工程と、
前記レジスト膜を露光する露光工程と、
露光された前記レジスト膜を、現像液を用いて現像する現像工程と、を含む、パターン形成方法。 - 前記現像液が有機溶剤を含有する、請求項6に記載のパターン形成方法。
- 請求項6又は7に記載のパターン形成方法を含む、電子デバイスの製造方法。
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