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

本発明は、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、及び電子デバイスの製造方法に関する。
従来、IC(Integrated Circuit、集積回路)及びLSI(Large Scale Integrated circuit、大規模集積回路)等の半導体デバイスの製造プロセスにおいては、感放射線性樹脂組成物を用いたリソグラフィーによる微細加工が行われている。
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。
特許5900255号公報
本発明者らは、特許文献1の実施例欄で具体的に記載され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ついて検討したところ、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を所定期間にわたって保存した際に、パーティクル数の増加又は感度の低下等の経時変化を生じやすいことを明らかとした。すなわち、保存安定性をさらに改善する必要があることを知見した。
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。
そこで、本発明は、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)が小さい感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を提供することを課題とする。
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。
本発明者らは、上記課題を達成すべく鋭意検討した結果、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物が特定の構造を有する酸を発生する化合物を含有することで上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成させた。
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。
(1) 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。
(2) 上記式(I)中、R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、R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、Rが直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基であり、R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。
本発明によれば、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)が小さい感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を提供することができる。
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、本発明について詳細に説明する。
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。
〔感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物〕
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、Rとして炭素数1以上の有機基、R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。
以下、本発明の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物(以下、「本発明の組成物」ともいう。)に含まれる成分について詳述する。
<酸発生剤>
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)
上記式(I)中、
は、炭素数1以上の有機基を表す。
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Rで表される炭素数1以上の有機基としては、特に限定されないが、例えばヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1〜20の炭化水素基が挙げられる。ヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1〜20の炭化水素基としては、炭素数1〜20の炭化水素基、又は、例えば、−O−、−S−、−CO−、−SO−及び−NR−からなる群より選択されるいずれか1種又はこれらの複数を組み合わせた基を有する総炭素数1〜20の炭化水素基が挙げられる。
上記R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1〜20の炭化水素基としては、例えば、炭素数1〜20のアルキル基又は炭素数6〜20の芳香族炭化水素基等が挙げられる。これらの基は、置換基を有していてもよい。
上記炭素数1〜20のアルキル基としては、直鎖状、分岐鎖状及び環状のいずれであってもよく、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基、エイコシル基、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、ノルボルニル基、及びアダマンチル基等が挙げられる。
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−O−、−S−、−CO−、−SO−及び−NR−からなる群より選択されるいずれか1種又はこれらの複数を組み合わせた基を有する総炭素数1〜20の炭化水素基としては、上述した炭素数1〜20のアルキル基中の−CH−が−O−、−S−、−CO−、−SO−及び−NR−からなる群より選択されるいずれか1種又はこれらの複数を組み合わせた基で置換されたものが挙げられる。なかでも、上述した炭素数1〜20のアルキル基中の−CH−が−O−、−CO−、−OCO−及び−COO−からなる群より選択されるいずれか1種で置換されたものが好ましく、炭素数2〜20のアルコキシアルキル基、炭素数2〜20のアシルアルキル基、又は炭素数3〜20のアルキルオキシカルボニルアルキル基がより好ましい。
上記炭素数2〜20のアルコキシアルキル基としては、炭素数2〜10のアルコキシアルキル基が好ましく、例えば、メトキシエチ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Rで表される炭素数1以上の有機基としては、上述した基のなかでも、炭素数1〜20の炭化水素基が好ましく、LWRおよび保存安定性がより優れる点で、直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基が好ましく、炭素数1〜5の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基がより好ましく、炭素数1〜3の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基が更に好ましい。
上記Rで表される炭素数2以上の有機基としては、特に限定されないが、例えばヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数2〜20の炭化水素基が挙げられる。ヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数2〜20の炭化水素基としては、炭素数2〜20の炭化水素基、又は、例えば、−O−、−S−、−CO−、−SO−及び−NR−からなる群より選択されるいずれか1種又はこれらの複数を組み合わせた基を有する総炭素数2〜20の炭化水素基が挙げられる。
上記R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2〜20の炭化水素基としては、例えば、炭素数2〜20のアルキル基又は炭素数6〜20の芳香族炭化水素基等が挙げられる。これらの基は、置換基を有していてもよい。
上記炭素数2〜20のアルキル基としては、直鎖状、分岐鎖状及び環状のいずれであってもよく、例えば、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基、エイコシル基、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、ノルボルニル基、及びアダマンチル基等が挙げられる。
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−O−、−S−、−CO−、−SO−及び−NR−からなる群より選択されるいずれか1種又はこれらの複数を組み合わせた基を有する総炭素数2〜20の炭化水素基としては、上述した炭素数2〜20のアルキル基中の−CH−が−O−、−S−、−CO−、−SO−及び−NR−からなる群より選択されるいずれか1種又はこれらの複数を組み合わせた基で置換されたものが挙げられる。なかでも、上述した炭素数2〜20のアルキル基中の−CH−が−O−、−CO−、−OCO−及び−COO−からなる群より選択されるいずれか1種で置換されたものが好ましく、炭素数2〜20のアルコキシアルキル基、炭素数2〜20のアシルアルキル基、又は炭素数3〜20のアルキルオキシカルボニルアルキル基がより好ましい。
上記炭素数2〜20のアルコキシアルキル基としては、炭素数2〜10のアルコキシアルキル基が好ましく、例えば、メトキシエチ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Rで表される炭素数2以上の有機基としては、上述した基のなかでも、ヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数2〜20の炭化水素基が好ましく、炭素数2〜20のアルキル基、又は、−CH−が−O−、−CO−、−OCO−及び−COO−からなる群より選択されるいずれか1種で置換された総炭素数2〜20のアルキル基がより好ましく、炭素数2〜20のアルキル基、炭素数2〜20のアルコキシアルキル基、炭素数2〜20のアシルアルキル基、又は炭素数3〜20のアルキルオキシカルボニルアルキル基が更に好ましく、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数2〜10のアルコキシアルキル基、炭素数2〜10のアシルアルキル基、又は炭素数3〜10のアルキルオキシカルボニルアルキル基が特に好ましい。
なお、上記R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、*−CH−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。
上記Rfで表されるフッ素原子を含む1価の有機基としては、例えば、水素原子の一部又は全部がフッ素原子又はフルオロアルキル基で置換された炭素数1〜10個の直鎖状又は分岐鎖状アルキル基が挙げられる。具体的には、CF、C、C、C、C11、C13、C15、C17、CHCF、CHCHCF、CH、CHCH、CH、CHCH、CH、及びCHCH等が挙げられる。
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CFがより好ましく、フッ素原子が更に好ましい。
上記Xで表される2価の電子求引性基としては、特に限定されないが、例えば、−CO−、−CON(R)−、−COO−、−C(=NR)−、−SO−、及び−SO−等が挙げられる。なお、2価の電子求引性基として挙げた具体例において、その結合位置は特に限定されない。式(I)中、Xが−COO−の場合、XとRとが形成する結合は、−OCO−Rでもよく、−COO−Rでもよい。すなわち、−OCO−のガルボニル炭素がRに結合してもよく、−COO−のエーテル酸素がRに結合してもよい。
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。
Xとしては、式(I)で表される酸の酸性度の観点から、−CO−、又は−COO−が好ましい。
なお、Xが−CON(R)−を表す場合、上記RとRとは連結して環を形成してもよい。
nは、0又は1を表す。式(I)で表される酸の酸性度の観点から、nは1を表すことが好ましい。
式(I)で表される酸の好適態様としては、Rが直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基であり、Rがヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数2〜20の炭化水素基であり、Rfがフッ素原子であり、nが1である態様が挙げられ、なかでも、Rが直鎖状又は分岐鎖状の炭素数1〜5のアルキル基であり、Rが炭素数3〜10のアルキル基であり、Rfがフッ素原子であり、nが1である態様が好ましい。
以下、式(I)で表される酸の具体例の一例を以下に示す。
(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)
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。
・イオン構造を有する化合物
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。
上記式(I−A)中、R、R、Rf、X、及びnは、それぞれ上述した式(I)中のR、R、Rf、X、及びnと同義であり、Mは、1価のカチオンを表す。
上記式(I−A)中、Mで表される1価のカチオンとしては、例えば、下記式(ZI)及び(ZII)で表されるカチオンが挙げられる。
上記式(ZI)において、
201、R202及びR203は、各々独立に、有機基を表す。
201、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。
なお、酸発生剤は、式(ZI)で表される構造を複数有する化合物であってもよい。例えば、式(ZI)で表される化合物のR201〜R203の少なくとも1つが、式(ZI)で表されるもうひとつの化合物のR201〜R203の少なくとも1つと、単結合又は連結基を介して結合した構造を有する化合物であってもよい。
201、R202及びR203の有機基としては、アリール基(炭素数6〜15が好ましい)、直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基(炭素数1〜10が好ましい)、及びシクロアルキル基(炭素数3〜15が好ましい)等が挙げられる。
201、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。
201、R202及びR203としてのこれらアリール基、アルキル基、及びシクロアルキル基は更に置換基を有していてもよい。その置換基としては、ニトロ基、フッ素原子等のハロゲン原子、カルボキシ基、水酸基、アミノ基、シアノ基、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜15)、シクロアルキル基(好ましくは炭素数3〜15)、アリール基(好ましくは炭素数6〜14)、アルコキシカルボニル基(好ましくは炭素数2〜7)、アシル基(好ましくは炭素数2〜12)、及びアルコキシカルボニルオキシ基(好ましくは炭素数2〜7)等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
また、R201、R202及びR203から選ばれる2つが、単結合又は連結基を介して結合していてもよい。連結基としてはアルキレン基(炭素数1〜3が好ましい)、−O−、−S−、−CO−、及び、−SO−等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
201、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。
式(ZI)で表されるカチオンの好ましい例として、以下に説明する式(ZI−3)又は(ZI−4)で表されるカチオンが挙げられる。先ず、式(ZI−3)で表されるカチオンについて説明する。
上記式(ZI−3)中、
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、
及びR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、RとRが互いに連結して環を形成してもよく、
とRは、互いに連結して環を形成してもよく、
及びR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、RとR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。
としてのアルキル基は、好ましくは炭素数1〜20の直鎖状又は分岐鎖状アルキル基であり、アルキル鎖中に酸素原子、硫黄原子、又は窒素原子を有していてもよい。具体的にはメチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−オクチル基、n−ドデシル基、n−テトラデシル基、及び、n−オクタデシル基等の直鎖状アルキル基、並びに、イソプロピル基、イソブチル基、t−ブチル基、ネオペンチル基、及び、2−エチルヘキシル基等の分岐鎖状アルキル基が挙げられる。Rのアルキル基は置換基を有していてもよく、置換基を有するアルキル基としては、シアノメチル基、2,2,2−トリフルオロエチル基、メトキシカルボニルメチル基、及びエトキシカルボニルメチル基等が挙げられる。
としてのシクロアルキル基は、好ましくは炭素数3〜20のシクロアルキル基であり、環内に酸素原子又は硫黄原子を有していてもよい。具体的には、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボルニル基、及びアダマンチル基等が挙げられる。Rのシクロアルキル基は置換基を有していてもよく、置換基の例としては、アルキル基、及びアルコキシ基が挙げられる。
としてのアルコキシ基は、好ましくは炭素数1〜20のアルコキシ基である。具体的には、メトキシ基、エトキシ基、イソプロピルオキシ基、t−ブチルオキシ基、t−アミルオキシ基、及びn−ブチルオキシ基が挙げられる。Rのアルコキシ基は置換基を有していてもよく、置換基の例としては、アルキル基、及びシクロアルキル基が挙げられる。
としてのシクロアルコキシ基は、好ましくは炭素数3〜20のシクロアルコキシ基であり、シクロヘキシルオキシ基、ノルボルニルオキシ基、及びアダマンチルオキシ基等が挙げられる。Rのシクロアルコキシ基は置換基を有していてもよく、置換基の例としては、アルキル基、及びシクロアルキル基が挙げられる。
としてのアリール基は、好ましくは炭素数6〜14のアリール基であり、例えば、フェニル基、ナフチル基、及びビフェニル基等が挙げられる。Rのアリール基は置換基を有していてもよく、好ましい置換基としては、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アリールオキシ基、アルキルチオ基、及びアリールチオ基が挙げられる。置換基がアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基又はシクロアルコキシ基の場合、上述したRとしてのアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基及びシクロアルコキシ基と同様のものが挙げられる。
としてのアルケニル基は、ビニル基、及びアリル基が挙げられる。
及びRは、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、RとRが互いに連結して環を形成してもよい。なお、R及びRのうち少なくとも1つは、アルキル基、シクロアルキル基、及びアリール基を表すことが好ましい。R及びRで表されるアルキル基、シクロアルキル基、及びアリール基の具体例及び好ましい例としては、Rについて前述した具体例及び好ましい例と同様のものが挙げられる。RとRが互いに連結して環を形成する場合、R及びRに含まれる環の形成に寄与する炭素原子の数の合計は、4〜7であることが好ましく、4又は5であることがより好ましい。
とRは、互いに連結して環を形成してもよい。RとRが互いに連結して環を形成する場合、Rがアリール基(好ましくは置換基を有してもよいフェニル基又はナフチル基)であり、Rが炭素数1〜4のアルキレン基(好ましくはメチレン基又はエチレン基)であることが好ましく、好ましい置換基としては、上述したRとしてのアリー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。RとRが互いに連結して環を形成する場合における他の形態として、Rがビニル基であり、Rが炭素数1〜4のアルキレン基であることも好ましい。
及びRにより表されるアルキル基は、好ましくは炭素数1〜15のアルキル基であり、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基、及びエイコシル基等が挙げられる。
及びRにより表されるシクロアルキル基は、好ましくは炭素数3〜20のシクロアルキル基であり、例えば、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボルニル基、及びアダマンチル基等が挙げられる。
及びRにより表されるアルケニル基は、好ましくは炭素数2〜30のアルケニル基であり、例えば、ビニル基、アリル基、及びスチリル基が挙げられる。
及びRにより表されるアリール基としては、例えば、炭素数6〜20のアリール基が好ましく、具体的にはフェニル基、ナフチル基、アズレニル基、アセナフチレニル基、フェナンスレニル基、ペナレニル基、フェナントラセニル基、フルオレニル基、アントラセニル基、ピレニル基、及びベンゾピレニル基等が挙げられる。なかでも、フェニル基、又はナフチル基がより好ましく、フェニル基が更に好ましい。
及びRにより表される2−オキソアルキル基及びアルコキシカルボニルアルキル基のアルキル基部分としては、例えば、先にR及びRとして列挙したものが挙げられる。
及びRにより表される2−オキソシクロアルキル基及びアルコキシカルボニルシクロアルキル基のシクロアルキル基部分としては、例えば、先にR及びRとして列挙したものが挙げられる。
式(ZI−3)で表されるカチオンは、好ましくは、以下の式(ZI−3a)及び(ZI−3b)で表されるカチオンである。
式(ZI−3a)及び(ZI−3b)において、R、R及びRは、上記式(ZI−3)で定義した通りである。
Yは、酸素原子、硫黄原子又は窒素原子を表し、酸素原子又は窒素原子が好ましい。m、n、p及びqは整数を意味し、0〜3が好ましく、1〜2がより好ましく、1が更に好ましい。SとYを連結するアルキレン基は置換基を有してもよく、好ましい置換基としてはアルキル基が挙げられる。
は、Yが窒素原子である場合には1価の有機基を表し、Yが酸素原子又は硫黄原子である場合には存在しない。Rは、電子求引性基を含む基であることが好ましく、下記式(ZI−3a−1)〜(ZI−3a−4)で表される基であることが特に好ましい。
上記式(ZI−3a−1)〜(ZI−3a−3)において、Rは水素原子、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を表し、好ましくはアルキル基である。Rについてのアルキル基、シクロアルキル基、又はアリール基の具体例及び好ましい例としては、上記式(ZI−3)におけるRについて前述した具体例及び好ましい例と同様のものが挙げられる。
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。
Yが窒素原子である場合、Rは、−SO−Rで表される基であることが好ましい。Rは、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を表し、アルキル基が好ましい。Rについてのアルキル基、シクロアルキル基、又はアリール基の具体例及び好ましい例としては、Rについて前述した具体例及び好ましい例と同様のものが挙げられる。
式(ZI−3)で表されるカチオンは、特に好ましくは、以下の式(ZI−3a’)及び(ZI−3b’)で表されるカチオンである。
式(ZI−3a’)及び(ZI−3b’)において、R、R、R、Y及びRは、上記式(ZI−3a)及び(ZI−3b)で定義した通りである。
次に、式(ZI−4)で表されるカチオンについて説明する。
式(ZI−4)中、
13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。
14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。
15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。
式(ZI−4)において、R13、R14及びR15のアルキル基としては、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。
13、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。
13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。
13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。
13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。
14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。
14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。
上記各基が有していてもよい置換基としては、ハロゲン原子(例えば、フッ素原子)、水酸基、カルボキシ基、シアノ基、ニトロ基、アルコキシ基、アルコキシアルキル基、アルコキシカルボニル基、及びアルコキシカルボニルオキシ基等が挙げられる。
2個のR15が互いに結合して形成してもよい環構造としては、2個のR15が式(ZI−4)中の硫黄原子と共に形成する5員又は6員の環、より好ましくは5員の環(即ち、テトラヒドロチオフェン環又は2,5−ジヒドロチオフェン環)が挙げられ、アリール基又はシクロアルキル基と縮環していてもよい。この2価のR15は置換基を有してもよく、置換基としては、例えば、水酸基、カルボキシ基、シアノ基、ニトロ基、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、アルコキシアルキル基、アルコキシカルボニル基、及びアルコキシカルボニルオキシ基等が挙げられる。上記環構造に対する置換基は、複数個存在してもよく、また、それらが互いに結合して環を形成してもよい。
式(ZI−4)におけるR15としては、メチル基、エチル基、アリール基、及び2個のR15が互いに結合して硫黄原子と共にテトラヒドロチオフェン環構造を形成する2価の基等が好ましく、2個のR15が互いに結合して硫黄原子と共にテトラヒドロチオフェン環構造を形成する2価の基がより好ましい。
13及びR14が有し得る置換基としては、水酸基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、又はハロゲン原子(特に、フッ素原子)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。
以上説明した式(ZI−3)又は(ZI−4)で表されるカチオン構造の具体例としては、上述した、特開2004−233661号公報、特開2003−35948号公報、米国特許出願公開第2003/0224288A1号明細書、及び米国特許出願公開第2003/0077540A1号明細書に例示されている化合物等のカチオン構造の他、例えば、特開2011−53360号公報の段落0046、0047、0072〜0077、及び0107〜0110に例示されている化学構造等におけるカチオン構造、並びに、特開2011−53430号公報の段落0135〜0137、0151、及び0196〜0199に例示されている化学構造等におけるカチオン構造等が挙げられる。
次に、式(ZII)について説明する。
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。
204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。
中でも、R204及びR205のアリール基としては、フェニル基又はナフチル基が好ましく、より好ましくはフェニル基である。R204及びR205のアリール基は、酸素原子、窒素原子、又は硫黄原子等を有する複素環構造を有するアリール基であってもよい。複素環構造を有するアリール基の骨格としては、例えば、ピロール、フラン、チオフェン、インドール、ベンゾフラン、及びベンゾチオフェン等が挙げられる。
また、R204及びR205のアルキル基及びシクロアルキル基としては、好ましくは、炭素数1〜10の直鎖状又は分岐鎖状アルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、及びペンチル基)、炭素数3〜10のシクロアルキル基(シクロペンチル基、シクロヘキシル基、及びノルボルニル基)が挙げられる。
204、R205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。R204、R205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が有していてもよいものが挙げられ、例えば、アルキル基(例えば炭素数1〜15)、シクロアルキル基(例えば炭素数3〜15)、アリール基(例えば炭素数6〜15)、アルコキシ基(例えば炭素数1〜15)、ハロゲン原子、水酸基、及びフェニルチオ基等が挙げられる。
式(ZII)で表されるカチオンの具体例を示す。
式(ZI)で表されるカチオンの好ましい例としては、以下に説明する式(7)で表されるカチオンも挙げられる。
式中、Aは硫黄原子を表す。
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。
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官能基の好ましい部分構造として、例えば、クラウンエーテル構造、アザクラウンエーテル構造、1〜3級アミン構造、ピリジン構造、イミダゾール構造、及びピラジン構造等が挙げられる。
プロトンアクセプター性官能基を有する化合物(PA)は、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した化合物を発生する。ここで、プロトンアクセプター性の低下、消失、又はプロトンアクセプター性から酸性への変化とは、プロトンアクセプター性官能基にプロトンが付加することに起因するプロトンアクセプター性の変化であり、具体的には、プロトンアクセプター性官能基を有する化合物(PA)とプロトンからプロトン付加体が生成する時、その化学平衡に於ける平衡定数が減少することを意味する。
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。
・非イオン性化合物構造を有する化合物
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。
式(ZV)及び(ZVI)中、
209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’は、アルキレン基、アルケニレン基又はアリーレン基を表す。
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。
A’が有してもよい置換基としては、例えば、シクロアルキル基、アリール基、アミノ基、アミド基、ウレイド基、ウレタン基、水酸基、及びカルボキシ基等の活性水素を有するもの、さらに、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、及び沃素原子)、アルコキシ基(メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、及びブトキシ基等)、チオエーテル基、アシル基(アセチル基、プロパノイル基、及びベンゾイル基等)、アシロキシ基(アセトキシ基、プロパノイルオキシ基、及びベンゾイルオキシ基等)、アルコキシカルボニル基(メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、及びプロポキシカルボニル基等)、シアノ基、及びニトロ基等が挙げられる。また、アリーレン基については更にアルキル基(メチル基、エチル基、プロピル基、及びブチル基等)が挙げられる。
Rzは、式(I)で表される酸のHが解離した構造を表し、下記式(I−S)で表される。
式(I−S)中、R、R、Rf、X、及びnは、それぞれ上述した式(I)中のR、R、Rf、X、及びnと同義である。*は、式(ZV)又は(ZVI)で表される化合物残基との結合部を表す。
式(ZV)又は(ZVI)で表される化合物残基の具体例を以下に示す。具体例中の*は、上記式(I−S)の*との結合部を表す。また、Meはメチル基を表す。
以下、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具体例を挙げる。
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の合成方法は、公知の合成方法によって合成することができる。
本発明の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物は、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を1種単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。また、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以外の公知の酸発生剤を組み合わせて用いてもよい。
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。
本発明の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物中、酸発生剤の含有量は、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物の全固形分を基準として、好ましくは0.1〜20質量%、より好ましくは0.5〜20質量%、更に好ましくは5〜20質量%である。
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。
<樹脂>
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。
(酸分解性基を有する繰り返し単位)
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。
式(AI)に於いて、
Xa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。
Rx〜Rx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。
Rx〜Rx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。
Xaにより表される、置換基を有していてもよいアルキル基としては、例えば、メチル基及び−CH−R11で表される基が挙げられる。R11は、ハロゲン原子(フッ素原子等)、水酸基、又は1価の有機基を表す。
Xa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の2価の連結基としては、アルキレン基、−COO−Rt−基、及び、−O−Rt−基等が挙げられる。式中、Rtは、アルキレン基又はシクロアルキレン基を表す。
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、−CH−基、−(CH−基、又は、−(CH−基がより好ましい。
Rx〜Rxのアルキル基としては、炭素数1〜4のものが好ましい。
Rx〜Rxのシクロアルキル基としては、シクロペンチル基、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。
Rx〜Rxの2つが結合して形成されるシクロアルキル基としては、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。
Rx〜Rxの2つが結合して形成される上記シクロアルキル基は、例えば、環を構成するメチレン基の1つが、酸素原子等のヘテロ原子、又はカルボニル基等のヘテロ原子を有する基で置き換わっていてもよい。
式(AI)で表される繰り返し単位は、例えば、Rxがメチル基又はエチル基であり、RxとRxとが結合して上述のシクロアルキル基を形成している態様が好ましい。
上記各基は、置換基を有していてもよく、置換基としては、例えば、アルキル基(炭素数1〜4)、ハロゲン原子、水酸基、アルコキシ基(炭素数1〜4)、カルボキシ基、及びアルコキシカルボニル基(炭素数2〜6)等が挙げられ、炭素数8以下が好ましい。
酸分解性基を有する繰り返し単位の合計としての含有量は、樹脂(A)中の全繰り返し単位に対し、20〜90モル%であることが好ましく、25〜85モル%であることがより好ましく、30〜80モル%であることが更に好ましい。
以下に、酸分解性基を有する繰り返し単位の具体例を示すが、本発明はこれに限定されるものではない。
具体例中、Rx及びXaは、各々独立して、水素原子、CH、CF、又はCHOHを表す。Rxa及びRxbは、各々炭素数1〜4のアルキル基を表す。Zは、極性基を含む置換基を表し、複数存在する場合は各々独立である。pは0又は正の整数を表す。Zにより表される極性基を含む置換基としては、例えば、水酸基、シアノ基、アミノ基、アルキルアミド基、又はスルホンアミド基を有する、直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基又はシクロアルキル基が挙げられ、水酸基を有するアルキル基が好ましい。分岐鎖状アルキル基としてはイソプロピル基がより好ましい。
(ラクトン構造又はスルトン構造を有する繰り返し単位)
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、ラクトン構造又はスルトン構造を側鎖に有していることが好ましく、例えば(メタ)アクリル酸誘導体モノマーに由来する繰り返し単位であることがより好ましい。
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、5〜7員環のラクトン構造が好ましく、5〜7員環のラクトン構造にビシクロ構造又はスピロ構造を形成する形で他の環構造が縮環している構造がより好ましい。
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。
ラクトン構造部分は、置換基(Rb)を有していてもよい。好ましい置換基(Rb)としては、炭素数1〜8のアルキル基、炭素数4〜7のシクロアルキル基、炭素数1〜8のアルコキシ基、炭素数2〜8のアルコキシカルボニル基、カルボキシ基、ハロゲン原子、水酸基、シアノ基、及び酸分解性基等が挙げられる。nは、0〜4の整数を表す。nが2以上のとき、複数存在する置換基(Rb)は、同一でも異なっていてもよく、また、複数存在する置換基(Rb)同士が結合して環を形成してもよい。
スルトン構造としては、5〜7員環のスルトン構造が好ましく、5〜7員環のスルトン構造にビシクロ構造又はスピロ構造を形成する形で他の環構造が縮環している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。
スルトン構造部分は、置換基(Rb)を有していてもよい。上記式中、置換基(Rb)及びnは、上述したラクトン構造部分の置換基(Rb)及びnと同義である。
ラクトン構造又はスルトン構造を有する繰り返し単位としては、下記式(III)で表される繰り返し単位が好ましい。
式(III)中、
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。
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
又はウレア結合
を表す。ここで、Rは、各々独立して水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、又はアリール基を表す。
は、ラクトン構造又はスルトン構造を有する1価の有機基を表す。
nは、−R−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。
は、水素原子、ハロゲン原子又はアルキル基を表す。
のアルキレン基又はシクロアルキレン基は置換基を有してよい。
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。
のアルキル基は、炭素数1〜4のアルキル基が好ましく、メチル基、又はエチル基がより好ましく、メチル基が更に好ましい。Rのアルキレン基、及びシクロアルキレン基、並びにRにおけるアルキル基は、各々、置換されていてもよい。R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が好ましい。
の鎖状アルキレン基としては炭素数が1〜10の鎖状のアルキレンが好ましく、より好ましくは炭素数1〜5である。好ましいシクロアルキレン基としては、炭素数3〜20のシクロアルキレン基である。なかでも、鎖状アルキレン基がより好ましく、メチレン基が更に好ましい。
で表されるラクトン構造又はスルトン構造を有する1価の有機基は、ラクトン構造又はスルトン構造を有していれば限定されるものではなく、具体例として上述した式(LC1−1)〜(LC1−17)で表されるラクトン構造、又は、式(SL1−1)及び式(SL1−2)で表されるスルトン構造が挙げられ、これらのうち式(LC1−4)で表される構造が好ましい。また、式(LC1−1)〜(LC1−17)、式(SL1−1)及び式(SL1−2)におけるnは2以下のものがより好ましい。
また、R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。
式(III)において、nが1又は2であることが好ましい。
(カーボネート構造を有する繰り返し単位)
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。
式(A−1)中、R は、水素原子又はアルキル基を表す。
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。
は2〜4の整数を表す。
式(A−1)中、R は、水素原子又はアルキル基を表す。R で表されるアルキル基は、フッ素原子等の置換基を有していてもよい。R は、水素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基を表すことが好ましく、メチル基を表すことがより好ましい。
19は、各々独立して、水素原子又は鎖状炭化水素基を表す。R 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。
19は、水素原子を表すことがより好ましい。
式(A−1)中、nは2〜4の整数を表す。即ち、環状炭酸エステルは、n=2(エチレン基)の場合は5員環構造、n=3(プロピレン基)の場合は6員環構造、n=4(ブチレン基)の場合は7員環構造となる。例えば、後述の繰り返し単位(A−1a)は5員環構造、(A−1j)は6員環構造の例である。
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。
式(A−1)中、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す。
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。
Aが単結合の場合、重合体を構成するα位にR が結合した(アルキル)アクリル酸(典型的には、(メタ)アクリル酸)の酸素原子と、環状炭酸エステルを構成する炭素原子とが直接結合されることになる。
Aは、2価若しくは3価の鎖状炭化水素基又は2価若しくは3価の脂環式炭化水素基を表すことが好ましく、2価若しくは3価の鎖状炭化水素基を表すことがより好ましく、炭素数1〜5の直鎖状アルキレン基を表すことが更に好ましい。
上記単量体は、例えば、Tetrahedron Letters,Vol.27,No.32 p.3741(1986)、Organic Letters,Vol.4,No.15 p.2561(2002)等に記載された、従来公知の方法により、合成することができる。
以下に、式(A−1)で表される繰り返し単位の具体例(繰り返し単位(A−1a)〜(A−1w))を挙げるが、本発明はこれらに限定されない。
なお、以下の具体例中のR は、式(A−1)におけるR と同義である。
樹脂(A)には、式(A−1)で表される繰り返し単位のうちの1種が単独で含まれていてもよいし、2種以上が含まれていてもよい。
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。
(ラクトン構造が主鎖に直結した繰り返し単位)
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、Rは、水素原子又は炭素数1〜20の有機基を表す。R〜Rは、それぞれ独立して、水素原子、フッ素原子、水酸基又は炭素数1〜20の有機基を表す。aは、1〜6の整数を表す。但し、RとR、及びRとRは、互いに結合して、これらが結合している炭素原子と共に環員数3〜10の環構造を形成していてもよい。
式(q1)中、Rは、水素原子又は炭素数1〜20の有機基を表す。
式(q1)中のR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−、−SO−、−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、Rとしては、ラクトン構造が主鎖に直結した繰り返し単位を与えるモノマーの共重合性の観点から、水素原子が好ましい。
式(q1)中、R〜Rは、それぞれ独立して、水素原子、フッ素原子、水酸基又は炭素数1〜20の有機基を表す。
式(q1)中のR〜R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Rが表す炭素数1〜20の有機基と同じである。
式(q1)中、RとR、及びRとRは、互いに結合して、これらが結合している炭素原子と共に環員数3〜10の環構造を形成していてもよい。
とR、及びRとR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、RとR、及びRとR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、RとR、及びRとR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。
式(q1)中、aは、1〜6の整数を表す。a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が更に好ましい。
なお、式(q1)中、aが2以上の場合、複数のR及びRはそれぞれ同一であってもよく、異なっていてもよい。
及びR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。
及びRとしては、水素原子、炭素数1〜20の鎖状炭化水素基、若しくは、環員数3〜10の複素環基であること、又は、互いに結合して、これらが結合している炭素原子と共に環員数3〜10の環構造を形成していていることが好ましい。
式(q1)で表される繰り返し単位としては、例えば、下記式で表される繰り返し単位が挙げられるが、これらに限定されない。なお、下記式中のRは、式(q1)中のRと同義である。
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は、1種単独で用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。
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。
(その他の繰り返し単位)
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。
本発明の組成物が、ArF露光用であるとき、ArF光への透明性の点から本発明の組成物に用いられる樹脂(A)は実質的には芳香族基を有さないことが好ましい。より具体的には、樹脂(A)の全繰り返し中、芳香族基を有する繰り返し単位が全体の5モル%以下であることが好ましく、3モル%以下であることがより好ましく、理想的には0モル%、すなわち芳香族基を有する繰り返し単位を有さないことが更に好ましい。また、樹脂(A)は単環又は多環の脂環炭化水素構造を有することが好ましい。
樹脂(A)の重量平均分子量(Mw)は、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。重量平均分子量を、1,000〜200,000とすることにより、耐熱性及びドライエッチング耐性の劣化を防ぐことができ、且つ現像性が劣化したり、粘度が高くなって製膜性が劣化したりすることを防ぐことができる。
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。
樹脂(好ましくは樹脂(A))の組成物全体中の含有率は、全固形分を基準として、30〜99質量%が好ましく、50〜95質量%がより好ましい。
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。
<塩基性化合物>
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。
(式(A)〜(E)で示される構造を有する化合物)
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。
式(A)及び(E)中、
200、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。
203、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。
上記アルキル基について、置換基を有するアルキル基としては、炭素数1〜20のアミノアルキル基、炭素数1〜20のヒドロキシアルキル基、又は炭素数1〜20のシアノアルキル基が好ましい。
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。
好ましい化合物として、グアニジン、アミノピロリジン、ピラゾール、ピラゾリン、ピペラジン、アミノモルホリン、アミノアルキルモルフォリン、又はピペリジン等が挙げられる。なかでも、より好ましい化合物として、イミダゾール構造、ジアザビシクロ構造、オニウムヒドロキシド構造、オニウムカルボキシレート構造、トリアルキルアミン構造、アニリン構造若しくはピリジン構造を有する化合物;水酸基及び/又はエーテル結合を有するアルキルアミン誘導体;水酸基及び/又はエーテル結合を有するアニリン誘導体等が挙げられる。
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。
(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)
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。
式(d−1)において、
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。
Rbとして好ましくは、直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基、シクロアルキル基、又はアリール基である。より好ましくは、直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基、又はシクロアルキル基である。
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。
なかでも、化合物(C)は、下記式(6)で表される化合物が好ましい。
式(6)において、Rは、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基又はアラルキル基を表す。lが2のとき、2つのRは同じでも異なっていてもよく、2つのRは相互に連結して式中の窒素原子と共に複素環を形成していてもよい。上記複素環には式中の窒素原子以外のヘテロ原子を含んでいてもよい。
Rbは、上記式(d−1)におけるR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、R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、R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。
上記R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(これらのアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、及びアラルキル基は、上記基で置換されていてもよい)の具体例としては、Rについて前述した具体例と同様な基が挙げられる。
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。
式(6)で表される化合物は、特開2007−298569号公報及び特開2009−199021号公報等に基づき合成することができる。
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)
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。
本発明においては、活性光線又は放射線の照射により化合物(PA)が分解して発生する化合物の酸解離定数pKaが、pKa<−1を満たすことが好ましく、より好ましくは−13<pKa<−1であり、更に好ましくは−13<pKa<−3である。
本発明において、酸解離定数pKaとは、水溶液中での酸解離定数pKaのことを表し、例えば、化学便覧(II)(改訂4版、1993年、日本化学会編、丸善株式会社)に記載のものであり、この値が低いほど酸強度が大きいことを示している。水溶液中での酸解離定数pKaは、具体的には、無限希釈水溶液を用い、25℃での酸解離定数を測定することにより実測することができ、また、下記ソフトウェアパッケージ1を用いて、ハメットの置換基定数及び公知文献値のデータベースに基づいた値を、計算により求めることもできる。本明細書中に記載したpKaの値は、全て、このソフトウェアパッケージを用いて計算により求めた値を示している。
ソフトウェアパッケージ1: Advanced Chemistry Development (ACD/Labs) Software V8.14 for Solaris (1994−2007 ACD/Labs)。
化合物(PA)は、活性光線又は放射線の照射により分解して発生する上記プロトン付加体として、例えば、下記式(PA−1)で表される化合物を発生する。式(PA−1)で表される化合物は、プロトンアクセプター性官能基とともに酸性基を有することにより、化合物(PA)に比べ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した化合物である。
式(PA−1)中、
Qは、−SOH、−COH、又は−WNHWを表す。ここで、R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、W及びWは、各々独立に、−SO−又は−CO−を表す。
Aは、単結合又は2価の連結基を表す。
Xは、−SO−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(R)R−を表す。ここで、Rは水素原子又は1価の有機基を表し、Rは単結合又は2価の有機基を表す。Rは、R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。
式(PA−1)について更に詳細に説明する。
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1価の有機基としては、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、及びアルケニル基等が挙げられ、これら基は更に置換基を有していてもよい。
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。
Ryにおける2価の有機基としては、好ましくはアルキレン基が挙げられる。
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。
Rにおけるプロトンアクセプター性官能基とは、上記の通りである。
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。
Bが−N(Rx)Ry−の時、RとRxが互いに結合して環を形成していることが好ましい。環を形成する炭素数は4〜20が好ましく、単環式でも多環式でもよく、環内に酸素原子、硫黄原子、又は窒素原子を含んでいてもよい。
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。
Qにより表される−WNHWにおけるRとして、好ましくは炭素数1〜6のパーフルオロアルキル基である。また、W及びWとしては、少なくとも一方が−SO−であることが好ましい。
化合物(PA)は、イオン性化合物であることが好ましい。プロトンアクセプター性官能基はアニオン部、カチオン部のいずれに含まれていてもよいが、アニオン部位に含まれていることが好ましい。
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。
式(4)〜(6)において、A、X、n、B、R、R、W及びWは、式(PA−1)における各々と同義である。
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。
(酸発生剤に対して相対的に弱酸となるオニウム塩)
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。
酸発生剤に対して相対的に弱酸となるオニウム塩としては、下記式(d1−1)〜(d1−3)で表される化合物であることが好ましい。
式中、R51は置換基を有していてもよい炭化水素基であり、Z2cは置換基を有していてもよい炭素数1〜30の炭化水素基(ただし、Sに隣接する炭素にはフッ素原子は置換されていないものとする)であり、R52は有機基であり、Yは直鎖状、分岐鎖状若しくは環状のアルキレン基又はアリーレン基であり、Rfはフッ素原子を含む炭化水素基であり、Mは各々独立に、スルホニウム又はヨードニウムカチオンである。
として表されるスルホニウムカチオン又はヨードニウムカチオンの好ましい例としては、式(ZI)で例示したスルホニウムカチオン及び式(ZII)で例示したヨードニウムカチオンが挙げられる。
式(d1−1)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〔0198〕に例示された構造が挙げられる。
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。
酸発生剤に対して相対的に弱酸となるオニウム塩は、(C)カチオン部位とアニオン部位を同一分子内に有し、かつ、上記カチオン部位とアニオン部位が共有結合により連結している化合物(以下、「化合物(CA)」ともいう。)であってもよい。
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。
式(C−1)〜(C−3)中、
、R、及びRは、炭素数1以上の置換基を表す。
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、−SO 、−SO 、及び−N−Rから選択されるアニオン部位を表す。R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)−、又は、スルフィニル基:−S(=O)−を有する1価の置換基を表す。
、R、R、R、及びL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、R〜R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。
〜Rにおける炭素数1以上の置換基としては、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る。好ましくは、アルキル基、シクロアルキル基、又はアリール基である。
2価の連結基としてのLは、直鎖状又は分岐鎖状アルキレン基、シクロアルキレン基、アリーレン基、カルボニル基、エーテル結合、エステル結合、アミド結合、ウレタン結合、ウレア結合、及びこれらの2種以上を組み合わせてなる基等が挙げられる。好ましくは、Lは、アルキレン基、アリーレン基、エーテル結合、エステル結合、又はこれらの2種以上を組み合わせてなる基である。
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。
<疎水性樹脂>
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)は、膜表層への偏在化の観点から、“フッ素原子”、“珪素原子”、及び、“樹脂の側鎖部分に含有されたCH部分構造”のいずれか1種以上を有することが好ましく、2種以上を有することが更に好ましい。
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。
疎水性樹脂(HR)がフッ素原子を含んでいる場合、フッ素原子を有する部分構造として、フッ素原子を有するアルキル基、フッ素原子を有するシクロアルキル基、又は、フッ素原子を有するアリール基を有する樹脂であることが好ましい。
フッ素原子を有するアルキル基(好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは炭素数1〜4)は、少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換された直鎖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。
フッ素原子を有するアルキル基、フッ素原子を有するシクロアルキル基、及びフッ素原子を有するアリール基として、好ましくは、下記式(F2)〜(F4)で表される基が挙げられるが、本発明は、これに限定されるものではない。
式(F2)〜(F4)中、
57〜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。
57〜R61及びR65〜R67は、全てがフッ素原子であることが好ましい。R62、R63及びR68は、少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換されたアルキル基(好ましくは炭素数1〜4)が好ましく、炭素数1〜4のパーフルオロアルキル基であることがより好ましい。R62とR63は、互いに連結して環を形成してもよい。
疎水性樹脂(HR)は、珪素原子を含有してもよい。珪素原子を有する部分構造として、アルキルシリル構造(好ましくはトリアルキルシリル基)、又は環状シロキサン構造を有する樹脂であることが好ましい。
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。
また、上記したように、疎水性樹脂(HR)は、側鎖部分にCH部分構造を含むことも好ましい。
ここで、疎水性樹脂(HR)中の側鎖部分が有するCH部分構造(以下、単に「側鎖CH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CH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CH部分構造に包含されないものとする。
より具体的には、疎水性樹脂(HR)が、例えば、下記式(M)で表される繰り返し単位等の、炭素−炭素二重結合を有する重合性部位を有するモノマーに由来する繰り返し単位を含む場合であって、R11〜R14がCH「そのもの」である場合、そのCHは、本発明における側鎖部分が有するCH部分構造には包含されない。
一方、C−C主鎖から何らかの原子を介して存在するCH部分構造は、本発明におけるCH部分構造に該当するものとする。例えば、R11がエチル基(CHCH)である場合、本発明におけるCH部分構造を「1つ」有するものとする。
上記式(M)中、
11〜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。
11〜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。
疎水性樹脂(HR)は、側鎖部分にCH部分構造を有する繰り返し単位を有する樹脂であることが好ましく、このような繰り返し単位として、下記式(II)で表される繰り返し単位、及び、下記式(III)で表される繰り返し単位のうち少なくとも一種の繰り返し単位(x)を有していることがより好ましい。
以下、式(II)で表される繰り返し単位について詳細に説明する。
上記式(II)中、Xb1は水素原子、アルキル基、シアノ基又はハロゲン原子を表し、Rは1つ以上のCH部分構造を有する、酸に対して安定な有機基を表す。ここで、酸に対して安定な有機基は、より具体的には、酸分解性基(酸の作用により分解してカルボキシ基等の極性基を生じる基)を有さない有機基であることが好ましい。
b1のアルキル基は、炭素数1〜4のアルキル基が好ましく、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、メチル基であることがより好ましい。
b1は、水素原子又はメチル基であることが好ましい。
としては、1つ以上のCH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。
は、1つ以上のCH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。
としての1つ以上のCH部分構造を有する酸に安定な有機基は、CH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。
式(II)で表される繰り返し単位は、酸に安定な(非酸分解性の)繰り返し単位であることが好ましく、具体的には、酸の作用により分解して極性基を生じる基を有さない繰り返し単位であることが好ましい。
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。
上記式(III)中、Xb2は水素原子、アルキル基、シアノ基又はハロゲン原子を表し、Rは1つ以上のCH部分構造を有する、酸に対して安定な有機基を表し、nは1から5の整数を表す。
b2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。
b2は、水素原子であることが好ましい。
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。
としては、1つ以上のCH部分構造を有する、アルキル基が挙げられる。
としての1つ以上のCH部分構造を有する酸に安定な有機基は、CH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。
式(III)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。
式(III)で表される繰り返し単位は、酸に安定な(非酸分解性の)繰り返し単位であることが好ましく、具体的には、酸の作用により分解して、極性基を生じる基を有さない繰り返し単位であることが好ましい。
疎水性樹脂(HR)が、側鎖部分にCH部分構造を含む場合であり、更に、特にフッ素原子及び珪素原子を有さない場合、式(II)で表される繰り返し単位、及び、式(III)で表される繰り返し単位のうち少なくとも一種の繰り返し単位(x)の含有量は、疎水性樹脂(HR)の全繰り返し単位に対して、90モル%以上であることが好ましく、95モル%以上であることがより好ましい。含有量は、疎水性樹脂(HR)の全繰り返し単位に対して、通常、100モル%以下である。
疎水性樹脂(HR)が、式(II)で表される繰り返し単位、及び、式(III)で表される繰り返し単位のうち少なくとも一種の繰り返し単位(x)を、疎水性樹脂(HR)の全繰り返し単位に対し、90モル%以上で含有することにより、疎水性樹脂(HR)の表面自由エネルギーが増加する。その結果として、疎水性樹脂(HR)がレジスト膜の表面に偏在しにくくなり、水に対するレジスト膜の静的/動的接触角を確実に向上させて、液浸液追随性を向上させることができる。
また、疎水性樹脂(HR)は、(i)フッ素原子及び/又は珪素原子を含む場合においても、(ii)側鎖部分にCH部分構造を含む場合においても、下記(x)〜(z)の群から選ばれる基を少なくとも1つを有していてもよい。
(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
酸基(x)としては、フェノール性水酸基、カルボン酸基、フッ素化アルコール基、スルホン酸基、スルホンアミド基、スルホニルイミド基、(アルキルスルホニル)(アルキルカルボニル)メチレン基、(アルキルスルホニル)(アルキルカルボニル)イミド基、ビス(アルキルカルボニル)メチレン基、ビス(アルキルカルボニル)イミド基、ビス(アルキルスルホニル)メチレン基、ビス(アルキルスルホニル)イミド基、トリス(アルキルカルボニル基)メチレン基、及びトリス(アルキルスルホニル)メチレン基等が挙げられる。
好ましい酸基としては、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としては、アクリル酸又はメタクリル酸による繰り返し単位のような樹脂の主鎖に、直接、酸基が結合している繰り返し単位、或いは、連結基を介して樹脂の主鎖に酸基が結合している繰り返し単位等が挙げられ、更には酸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ポリマー鎖の末端に導入することもでき、いずれの場合も好ましい。酸基(x)を有する繰り返し単位が、フッ素原子及び珪素原子の少なくともいずれかを有していてもよい。
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、CH、CF、又は、CHOHを表す。
ラクトン構造を有する基、酸無水物基、又は酸イミド基(y)としては、ラクトン構造を有する基が特に好ましい。
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。
ラクトン構造を有する基、酸無水物基、又は酸イミド基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を基準として、1〜100モル%であることが好ましく、3〜98モル%であることがより好ましく、5〜95モル%であることが更に好ましい。
疎水性樹脂(HR)に於ける、酸の作用により分解する基(z)を有する繰り返し単位は、樹脂(A)で挙げた酸分解性基を有する繰り返し単位と同様のものが挙げられる。酸の作用により分解する基(z)を有する繰り返し単位が、フッ素原子及び珪素原子の少なくともいずれかを有していてもよい。疎水性樹脂(HR)に於ける、酸の作用により分解する基(z)を有する繰り返し単位の含有量は、樹脂(HR)中の全繰り返し単位に対し、1〜80モル%が好ましく、より好ましくは10〜80モル%、更に好ましくは20〜60モル%である。
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。
フッ素原子を含む繰り返し単位は、疎水性樹脂(HR)に含まれる全繰り返し単位中10〜100モル%が好ましく、30〜100モル%がより好ましい。また、珪素原子を含む繰り返し単位は、疎水性樹脂(HR)に含まれる全繰り返し単位中、10〜100モル%が好ましく、20〜100モル%がより好ましい。
一方、特に疎水性樹脂(HR)が側鎖部分にCH部分構造を含む場合においては、疎水性樹脂(HR)が、フッ素原子及び珪素原子を実質的に含有しない形態も好ましい。また、疎水性樹脂(HR)は、炭素原子、酸素原子、水素原子、窒素原子及び硫黄原子から選ばれる原子のみによって構成された繰り返し単位のみで実質的に構成されることが好ましい。
疎水性樹脂(HR)の標準ポリスチレン換算の重量平均分子量は、好ましくは1,000〜100,000で、より好ましくは1,000〜50,000である。
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。
疎水性樹脂(HR)は、残留単量体及びオリゴマー成分の含有量が0.01〜5質量%であることが好ましく、0.01〜3質量%がより好ましい。また、分子量分布(Mw/Mn、以下、「分散度」ともいう。)は、1〜5の範囲が好ましく、1〜3の範囲がより好ましい。
疎水性樹脂(HR)は、各種市販品を利用することもできるし、常法に従って(例えばラジカル重合)合成することができる。
<溶剤>
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。
本発明においては、有機溶剤として構造中に水酸基を含有する溶剤と、水酸基を含有しない溶剤とを混合した混合溶剤を使用してもよい。
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。
<その他の添加剤>
(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。
本発明の組成物が界面活性剤を含有することにより、250nm以下、特に220nm以下の露光光源の使用時に、良好な感度及び解像度で、密着性及び現像欠陥の少ないレジストパターンを与えることが可能となる。
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。
これらの界面活性剤は単独で使用してもよいし、また、いくつかの組み合わせで使用してもよい。
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。
(カルボン酸オニウム塩)
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。
本発明の組成物がカルボン酸オニウム塩を含有する場合、その含有量は、組成物の全固形分に対し、一般的には0.1〜20質量%、好ましくは0.5〜10質量%、更に好ましくは1〜7質量%である。
(その他の添加剤)
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。
このような分子量1000以下のフェノール化合物は、例えば、特開平4−122938号公報、特開平2−28531号公報、米国特許第4,916,210号明細書、又は欧州特許第219294号明細書等に記載の方法を参考にして、当業者において容易に合成することができる。
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。
<調製方法>
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、上記の成分を所定の有機溶剤、好ましくは上記混合溶剤に溶解し、フィルター濾過した後、所定の支持体(基板)上に塗布して用いる。フィルター濾過に用いるフィルターのポアサイズは0.1μm以下、より好ましくは0.05μm以下、更に好ましくは0.03μm以下のポリテトラフロロエチレン製、ポリエチレン製、又はナイロン製のものが好ましい。フィルター濾過においては、例えば特開2002−62667号公報のように、循環的な濾過を行ったり、複数種類のフィルターを直列又は並列に接続して濾過を行ったりしてもよい。また、組成物を複数回濾過してもよい。更に、フィルター濾過の前後で、組成物に対して脱気処理等を行ってもよい。
<用途>
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。
〔パターン形成方法〕
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。
本発明のパターン形成方法は、
(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、上記(i)〜(iii)の工程を含んでいれば特に限定されず、更に下記の工程を有していてもよい。
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。
本発明におけるレジスト膜は、上述した感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物から形成される膜であり、より具体的には、基板上に上記組成物を塗布することにより形成される膜であることが好ましい。
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。
基板は、特に限定されるものではなく、IC等の半導体の製造工程、又は、液晶若しくはサーマルヘッド等の回路基板の製造工程のほか、その他のフォトファブリケーションのリソグラフィー工程等で一般的に用いられる基板を用いることができ、その具体例としては、シリコン、SiO、若しくはSiN等の無機基板、又はSOG(Spin On Glass)等の塗布系無機基板等が挙げられる。
上述のとおり、本発明のパターン形成方法は、(i)レジスト膜形成工程後、(ii)露光工程の前に、(iv)前加熱工程(PB;Prebake)を含むことも好ましい。
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。
加熱温度は、PB及びPEBのいずれにおいても、70〜130℃が好ましく、80〜120℃がより好ましい。
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。
露光装置に用いられる光源波長に制限は無いが、赤外光、可視光、紫外光、遠紫外光、極紫外光、X線、及び電子線等を挙げることができ、好ましくは250nm以下、より好ましくは220nm以下、更に好ましくは1〜200nmの波長の遠紫外光、具体的には、KrFエキシマレーザー(248nm)、ArFエキシマレーザー(193nm)、Fエキシマレーザー(157nm)、X線、EUV(13nm)、及び電子線等であり、KrFエキシマレーザー、ArFエキシマレーザー、EUV又は電子線が好ましく、ArFエキシマレーザーがより好ましい。
本発明のパターン形成方法において、(ii)露光工程には、液浸露光方法を適用することができる。液浸露光方法は、位相シフト法又は変形照明法等の超解像技術と組み合わせることが可能である。液浸露光は、例えば、特開2013−242397号公報の段落<0594>〜<0601>に記載された方法に従って行うことができる。
なお、本発明の組成物を用いて形成したレジスト膜の後退接触角が小さすぎると、液浸媒体を介して露光する場合に好適に用いることができず、かつ水残り(ウォーターマーク)欠陥低減の効果を十分に発揮することができない。好ましい後退接触角を実現するためには、上記の疎水性樹脂(HR)を組成物に含ませることが好ましい。あるいは、レジスト膜の上層に、上記の疎水性樹脂(HR)により形成される液浸液難溶性膜(以下、「トップコート」ともいう。)を設けてもよい。トップコートに必要な機能としては、レジスト膜上層部への塗布適性又は液浸液難溶性等が挙げられる。トップコートを形成するための組成物は、本発明の組成物による組成物膜と混合せず、更に本発明の組成物による組成物膜上層に均一に塗布できることが好ましい。
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。
液浸露光工程においては、露光ヘッドが高速でウエハ上をスキャンし露光パターンを形成していく動きに追随して、液浸液がウエハ上を動く必要がある。このため、動的な状態におけるレジスト膜に対する液浸液の接触角が重要になり、液滴が残存することなく、露光ヘッドの高速なスキャンに追随する性能がレジストには求められる。
(iii)現像工程においては、有機溶剤を含有する現像液(以下、有機系現像液とも言う)を用いることが好ましい。
有機系現像液としては、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、若しくはエーテル系溶剤等の極性溶剤、又は炭化水素系溶剤を用いることができる。
上記の溶剤は、複数混合してもよいし、上記以外の溶剤又は水と混合し使用してもよい。但し、本発明の効果を十二分に奏するためには、現像液全体としての含水率が10質量%未満であることが好ましく、実質的に水分を含有しないことがより好ましい。
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。
特に、有機系現像液は、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、アルコール系溶剤、及び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現像液であるのが好ましい。
有機系現像液の蒸気圧は、20℃において、5kPa以下が好ましく、3kPa以下がより好ましく、2kPa以下が更に好ましい。有機系現像液の蒸気圧を5kPa以下にすることにより、現像液の基板上あるいは現像カップ内での蒸発が抑制され、ウエハ面内の温度均一性が向上し、結果としてウエハ面内の寸法均一性が良化する。
有機系現像液には、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。
界面活性剤の使用量は現像液の全量に対して、通常0.001〜5質量%であり、好ましくは0.005〜2質量%、更に好ましくは0.01〜0.5質量%である。
有機系現像液は、塩基性化合物を含んでいてもよい。塩基性化合物としては、例えばアミン化合物、アミド基含有化合物、ウレア化合物、及び含窒素複素環化合物等が挙げられる。
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)、及び、一定速度で回転している基板上に一定速度で現像液吐出ノズルをスキャンしながら現像液を吐出しつづける方法(ダイナミックディスペンス法)等を適用することができる。なお、吐出される現像液の吐出圧の好適範囲、及び、現像液の吐出圧を調整する方法等については、特に限定されないが、例えば、特開2013−242397号公報の段落<0631>〜<0636>に記載された範囲及び方法を用いることができる。
本発明のパターン形成方法においては、有機溶剤を含有する現像液を用いて現像する工程(有機溶剤現像工程)、及び、アルカリ水溶液を用いて現像を行う工程(アルカリ現像工程)を組み合わせて使用してもよい。これにより、より微細なパターンを形成することができる。
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)。
(iii)現像工程の後には、リンス液を用いて洗浄する工程(リンス工程)を含むことが好ましい。
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。
有機溶剤を含有する現像液を用いて現像する工程の後に、より好ましくは、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、炭化水素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て洗浄する工程を行い、更に好ましくは、アルコール系溶剤又はエステル系溶剤を含有するリンス液を用いて洗浄する工程を行い、特に好ましくは、1価アルコールを含有するリンス液を用いて洗浄する工程を行い、最も好ましくは、炭素数5以上の1価アルコールを含有するリンス液を用いて洗浄する工程を行う。
各成分は、複数混合してもよいし、上記以外の有機溶剤と混合し使用してもよい。
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。
リンス液には、界面活性剤を適当量添加して使用することもできる。
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。
本発明の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物、及び、本発明のパターン形成方法において使用される各種材料(例えば、レジスト溶剤、現像液、リンス液、反射防止膜形成用組成物、又はトップコート形成用組成物等)は、金属等の不純物を含まないことが好ましい。これら材料に含まれる不純物の含有量としては、1ppm以下が好ましく、100ppt以下がより好ましく、10ppt以下が更に好ましく、実質的に含まないこと(測定装置の検出限界以下であること)が特に好ましい。
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により形成されるパターンに対して、パターンの表面荒れを改善する方法を適用してもよい。パターンの表面荒れを改善する方法としては、例えば、国際公開第2014/002808号に開示された水素を含有するガスのプラズマによってレジストパターンを処理する方法が挙げられる。その他にも、特開2004−235468号公報、米国特許出願公開第2010/0020297号明細書、特開2009−19969号公報、Proc. of SPIE Vol.8328 83280N−1“EUV Resist Curing Technique for LWR Reduction and Etch Selectivity Enhancement”に記載されているような公知の方法を適用してもよい。
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。
〔電子デバイスの製造方法〕
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。
以下に実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、及び処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す実施例により限定的に解釈されるべきものではない。
〔感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物の調製〕
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。
<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>
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。
(PAG−1の合成)
ブロモフルオロ酢酸エチル(10.0g)をテトラヒドロフラン(540mL)に加え、得られた溶液を−78℃に冷却した。次いで、上記溶液中に、リチウムジイソプロピルアミド(1.5mol/Lテトラヒドロフラン/エチルベンゼン/ヘプタン溶液:TCI製)(36mL)を−78℃で滴下した。滴下終了後、得られた反応液を30分間攪拌した後、上記反応液中に、ヨードプロパン(13.8g)を−78℃で滴下し、0℃まで昇温した。上記反応液を更に4時間攪拌した後、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液(500mL)を添加した。水相を酢酸エチル100mLで5回抽出し、有機相をまとめ、水で洗浄した後、溶媒を留去した。得られた粗生成物をシリカゲルクロマトグラフィーで精製し、2−ブロモ−2−フルオロペンタン酸エチルを8.6g得た(収率70%)。
2−ブロモ−2−フルオロペンタン酸エチル(5g)、及び亜硫酸ナトリウム(2.7g)をアセトニトリル(20mL)及び水(10mL)に加え、得られた混合液を85℃で6時間攪拌した。得られた反応溶液を分液ロートに移し、水相をヘキサンで2回洗浄した。得られた水溶液に、トリフェニルスルホニウムブロミド(7.5g)、及びクロロホルム(20mL)を加え、1時間攪拌した。次いで、反応溶液を分液ロートに移し、有機相を水(20mL)で3回洗浄した。溶媒をエバポレーターで濃縮し、目的化合物(PAG−1)9.7gを白色固体で得た(収率90%)。
上記合成例と同様の操作を行い、PAG−2〜PAG−11を合成した。
<塩基性化合物>
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。
<疎水性樹脂>
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。
<溶剤>
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−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(PGMEA)
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
<界面活性剤>
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−1: メガファックF176(大日本インキ化学工業(株)製;フッ素系)
W−2: PolyFox PF−6320(OMNOVA Solutions Inc.製;フッ素系)
<感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物の調製>
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。
〔評価〕
(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。
<ラインウィズスラフネス(LWR)の評価>
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。
<保存安定性(感度変化)の評価>
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/cm)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)
(2)レジスト組成物の評価
<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
(3)評価結果
以上の評価試験の結果を下記第2表に示す。
第2表の結果から、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を含有する実施例の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を用いて作製したレジストパターンは、LWRが小さいことが確認された。
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。
また、実施例1〜5の対比から、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中、Rが直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基である場合、LWRがより小さく、且つ、経時保存後の感度低下がより小さいことが確認された。
また、実施例4と実施例9との対比から、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中、n=1である場合(つまり電子求引性基を有する場合)、LWRがより小さいことが確認された。
一方、比較例の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物は、所望の要求を満たさないことは明らかである。

Claims (8)

  1. 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、
    は、直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基を表す。
    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、を表す。
  2. 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、
    は、炭素数1以上の有機基を表す。
    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。
  3. 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、
    は、炭素数1〜20の炭化水素基を表す。
    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。
  4. 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〜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。
  5. 請求項1〜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。
  6. 請求項1〜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。
  7. 前記現像液が有機溶剤を含有する、請求項に記載のパターン形成方法。
  8. 請求項又は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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