JP6826942B2 - 感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物、感活性光線性又は感放射線性膜、パターン形成方法、及び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1〜3には、アクリル酸誘導体等のα位に特定の置換基を有するモノマーを重合して得られる樹脂を含むレジスト組成物が記載されている。特許文献4には、特定の縮合環ラクトン構造を有する樹脂を含むレジスト組成物が記載されている。特許文献5には、スルホニル基を含む特定の基を有する樹脂を含むレジスト組成物が記載されている。特許文献6には、アセタール構造を有する特定の樹脂を含むレジスト組成物が記載されている。特許文献7には、炭素−炭素二重結合を有する特定の樹脂を含むレジスト組成物が記載されている。
[1]
下記一般式(1)で表される繰り返し単位(a−1)と、
下記一般式(7)で表される繰り返し単位(a−2)と、
を有する樹脂(A)、及び、
活性光線又は放射線により酸を発生する化合物(B)
を含有する感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
一般式(1)中、R 11 及びR 12 は、それぞれ独立して、水素原子又はアルキル基を表し、
R 13 は、1価のカルボニル炭化水素基を表し、
R 14 は、水素原子又は1価の有機基を表し、
X 11 は、−O−を表し、X 12 は、−O−又は−NR 101 −を表し、R 101 は、水素原子、1価の炭化水素基、又は、1価のフッ素化炭化水素基を表し、
Z 11 は、フェニレン基、ナフチレン基、又は−CO−を表す。
R 13 とR 14 は、互いに結合し、環構造を形成してもよい。
R 101 とR 13 は、互いに結合し、環構造を形成してもよい。
R 101 とR 14 は、互いに結合し、環構造を形成してもよい。
一般式(7)中、R 71 及びR 72 は、それぞれ独立して、水素原子又はアルキル基を表し、
R 73 は、水素原子、フッ素原子、又はアルキル基を表し、
R 74 は、1価の炭化水素基を表し、
R 75 は、1価の鎖状炭化水素基、又は1価の環状炭化水素基を表し、
R 76 、R 77 及びR 78 は、それぞれ独立して、水素原子又は1価の有機基を表し、
n71は、0を表す。
R 76 、R 77 及びR 78 は、これらのうちの2つ以上が互いに結合し、脂環構造を形成してもよい。
ただし、R 75 が1価の鎖状炭化水素基である場合、R 76 、R 77 及びR 78 のうちの2つ以上が互いに結合し、脂環構造を形成する。
[2]
上記一般式(7)中のR 75 が1価の脂環式炭化水素基である、[1]に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
[3]
上記樹脂(A)がさらに、上記繰り返し単位(a−1)及び(a−2)とは異なる、酸の作用により分解し極性が増大する基を含む繰り返し単位(a−4)を有する、[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]
上記樹脂(A)がさらに、上記繰り返し単位(a−1)及び(a−2)とは異なる、ラクトン構造、スルトン構造、及びカーボネート構造からなる群から選択される少なくとも1種を含む繰り返し単位(a−3)を有する、[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。
[5]
[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る感活性光線性又は感放射線性膜。
[6]
(i)[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って感活性光線性又は感放射線性膜を支持体上に形成する工程、
(ii)上記感活性光線性又は感放射線性膜に活性光線又は放射線を照射する工程、及び、
(iii)上記活性光線又は放射線が照射された感活性光線性又は感放射線性膜を、現像液を用いて現像する工程、
を有するパターン形成方法。
[7]
上記現像液が有機溶剤を含有する、[6]に記載のパターン形成方法。
[8]
[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。
本発明は上記[1]〜[8]に関するものであるが、本明細書には参考のためその他の事項についても記載した。
下記一般式(1)で表される繰り返し単位、下記一般式(2)で表される繰り返し単位、下記一般式(3)で表される繰り返し単位、下記一般式(4a)で表される基を含む繰り返し単位、下記一般式(4b)で表される基を含む繰り返し単位、及び下記一般式(5)で表される繰り返し単位からなる群より選択される少なくとも1種の繰り返し単位(a−1)と、
下記一般式(6)で表される繰り返し単位、及び下記一般式(7)で表される繰り返し単位からなる群より選択される少なくとも1種の繰り返し単位(a−2)と、
を有する樹脂(A)、及び、
活性光線又は放射線により酸を発生する化合物(B)
を含有する感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
R13は、1価の有機基を表し、
R14は、水素原子又は1価の有機基を表し、
X11及びX12は、それぞれ独立して、−O−又は−NR101−を表し、R101は、水素原子、1価の炭化水素基、又は、1価のフッ素化炭化水素基を表し、
Z11は、フェニレン基、ナフチレン基、又は−CO−を表す。
R13とR14は、互いに結合し、環構造を形成してもよい。
R101とR13は、互いに結合し、環構造を形成してもよい。
R101とR14は、互いに結合し、環構造を形成してもよい。
R23は、水素原子又は1価の有機基を表し、
X21は、下記一般式(2−a)又は(2−b)で表される1価の基を表し、
n21は、1〜5の整数を表す。
R26は、水素原子、フッ素原子、−NO2、又は1価の有機基を表し、
*は、上記一般式(2)で表される繰り返し単位のX21以外の部分に結合する結合手を表す。
Y21が複数存在する場合、複数のY21は同一でも異なっていてもよく、Z21が複数存在する場合、複数のZ21は同一でも異なっていてもよい。
一般式(2−a)中、R24、R25及びR26のうちの2以上は、互いに結合し、環構造を形成してもよい。
一般式(2−b)中、R24及びR25は、互いに結合し、環構造を形成してもよい。
R33は、水素原子又は1価の有機基を表し、
E31は、2価の炭化水素基を表し、
L31は、下記一般式(3−a)又は(3−b)で表される2価の基を表し、
X31は、1価の有機基又はヒドロキシ基を表す。
R4a3は、ヒドロキシ基又は1価の有機基を表す。R4a3は他の環員の炭素原子に結合して架橋結合を形成してもよい。
R4a4は、2価の炭化水素基を表し、
L4a1は、ヘテロ原子を有する2価の連結基を表し、
n4aは、0〜13の整数を表し、
p4a及びq4aは、それぞれ独立して、1〜3の整数を表す。
*は、上記一般式(4a)で表される基を含む繰り返し単位における上記一般式(4a)で表される基以外の部分に結合する結合手を示す。
R4a1及びR4a2は、互いに結合し、環構造を形成してもよい。
n4aが2以上の場合、複数のR4a3は同一でも異なっていてもよく、複数のR4a3のうちの2つが互いに結合し、架橋結合を形成していてもよい。
R4b4は、単結合又は2価の炭化水素基を表し、
L4b1は、単結合又はヘテロ原子を有する2価の連結基を表し、
E41、E42及びE43は、それぞれ独立して、酸素原子又は硫黄原子を表し、
n4bは、0〜13の整数を表し、
p4b及びq4bは、それぞれ独立して、1〜3の整数を表す。
*は、上記一般式(4b)で表される基を含む繰り返し単位における上記一般式(4b)で表される基以外の部分に結合する結合手を示す。
n4bが2以上の場合、複数のR4b3は同一でも異なっていてもよく、複数のR4b3のうちの2つが互いに結合し、架橋結合を形成していてもよい。
L51は、ヘテロ原子を含む基で置換された脂環式炭化水素基又は脂肪族複素環基を表す。
R63は、水素原子、−O−、−CO−、又は−COO−を含んでもよい1価の炭化水素基を表し、
R*は、単結合又は2価の有機基を表し、
R64は、単結合又は−COO−を表し、
R65は、水素原子、フッ素原子、又はメチル基を表し、
RXは、単結合又は2価の有機基を表し、
R66は、水素原子又はメチル基を表す。
R61及びR62は互いに結合し、環構造を形成してもよい。
R63及びR*は互いに結合し、環構造を形成してもよい。
R65及びRXは互いに結合し、環構造を形成してもよい。
但し、R63及びR*が互いに結合し、上記環構造を表す場合、RXは単結合ではない。
R73は、水素原子、フッ素原子、又はアルキル基を表し、
R74は、1価の炭化水素基を表し、
R75は、1価の鎖状炭化水素基、又は1価の環状炭化水素基を表し、
R76、R77及びR78は、それぞれ独立して、水素原子又は1価の有機基を表し、
n71は、0又は1を表す。
R76、R77及びR78は、これらのうちの2つ以上が互いに結合し、脂環構造を形成してもよい。
ただし、R75が1価の鎖状炭化水素基である場合、R76、R77及びR78のうちの2つ以上が互いに結合し、脂環構造を形成する。
<2>
上記繰り返し単位(a−2)が、上記一般式(7)で表される繰り返し単位である、<1>に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
<3>
上記一般式(7)中のR75が1価の脂環式炭化水素基である、<2>に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
<4>
上記繰り返し単位(a−1)が、上記一般式(1)で表される繰り返し単位、上記一般式(2)で表される繰り返し単位、及び上記一般式(3)で表される繰り返し単位からなる群より選択される少なくとも1種の繰り返し単位である、<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。
<5>
上記繰り返し単位(a−1)が上記一般式(2)で表される繰り返し単位である、<4>に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
<6>
上記一般式(2)中のX21が上記一般式(2−a)で表される1価の基である、<5>に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
<7>
上記一般式(2)で表される繰り返し単位が下記一般式(2A)で表される繰り返し単位である、<6>に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
R23は、水素原子又は1価の有機基を表し、
A21、A22、及びA23は、それぞれ独立して、1価の有機基を表す。
A21、A22、及びA23のうちの2つが互いに結合し、環構造を形成してもよい。
<8>
上記一般式(2A)中のR23が、1価の飽和炭化水素基である、<7>に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
<9>
上記樹脂(A)がさらに、上記繰り返し単位(a−1)及び(a−2)とは異なる、酸の作用により分解し極性が増大する基を含む繰り返し単位(a−4)を有する、<1>〜<8>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。
<10>
上記樹脂(A)がさらに、上記繰り返し単位(a−1)及び(a−2)とは異なる、ラクトン構造、スルトン構造、及びカーボネート構造からなる群から選択される少なくとも1種を含む繰り返し単位(a−3)を有する、<1>〜<9>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。
<11>
<1>〜<10>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る感活性光線性又は感放射線性膜。
<12>
(i)<1>〜<10>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って感活性光線性又は感放射線性膜を支持体上に形成する工程、
(ii)上記感活性光線性又は感放射線性膜に活性光線又は放射線を照射する工程、及び、
(iii)上記活性光線又は放射線が照射された感活性光線性又は感放射線性膜を、現像液を用いて現像する工程、
を有するパターン形成方法。
<13>
上記現像液が有機溶剤を含有する、<12>に記載のパターン形成方法。
<14>
<13>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。
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ない。
本明細書中における基(原子団)の表記について、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。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。また、本明細書中における「有機基」とは、少なくとも1個の炭素原子を含む基をいう。
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: Extreme Ultraviolet)、X線、及び電子線(EB:Electron Beam)等を意味する。本明細書中における「光」とは、活性光線又は放射線を意味する。
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含む。
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、樹脂の重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)、及び分散度(分子量分布ともいう)(Mw/Mn)は、GPC(Gel Permeation Chromatography)装置(東ソー(株)製HLC−8120GPC)によるGPC測定(溶媒:テトラヒドロフラン、流量(サンプル注入量):10μL、カラム:東ソー(株)製TSK gel Multipore HXL−M、カラム温度:40℃、流速:1.0mL/分、検出器:示差屈折率検出器(Refractive Index Detector))によるポリスチレン換算値として定義される。
本発明の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物について説明する。
本発明の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物は、下記樹脂(A)及び活性光線又は放射線により酸を発生する化合物(B)(「光酸発生剤(B)」とも呼ぶ。)を含有する。
本発明のレジスト組成物は、典型的には、化学増幅型のレジスト組成物である。
以下、本発明の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物(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。
樹脂(A)は、一般式(1)で表される繰り返し単位、一般式(2)で表される繰り返し単位、一般式(3)で表される繰り返し単位、一般式(4a)で表される基を含む繰り返し単位、一般式(4b)で表される基を含む繰り返し単位、及び一般式(5)で表される繰り返し単位からなる群より選択される少なくとも1種の繰り返し単位(a−1)と、一般式(6)で表される繰り返し単位、及び一般式(7)で表される繰り返し単位からなる群より選択される少なくとも1種の繰り返し単位(a−2)とを有する。
樹脂(A)は、前述のとおり、繰り返し単位(a−1)を有する。
繰り返し単位(a−1)は剛直性を有する繰り返し単位である。
R13は、1価の有機基を表し、
R14は、水素原子又は1価の有機基を表し、
X11及びX12は、それぞれ独立して、−O−又は−NR101−を表し、R101は、水素原子、1価の炭化水素基、又は、1価のフッ素化炭化水素基を表し、
Z11は、フェニレン基、ナフチレン基、又は−CO−を表す。
R13とR14は、互いに結合し、環構造を形成してもよい。
R101とR13は、互いに結合し、環構造を形成してもよい。
R101とR14は、互いに結合し、環構造を形成してもよい。
メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基等のアルキル基;
エテニル基、プロペニル基、ブテニル基、ペン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、ペンチニル基等のアルキニル基などが挙げられる。
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、アダマンチル基等のシクロアルキル基;
シクロプロペニル基、シクロブテニル基、シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基、ノルボルネニル基等のシクロアルケニル基等が挙げられる。
フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基等のアリール基;
ベンジル基、フェネチル基、ナフチルメチル基等のアラルキル基などが挙げられる。
上記一般式(r−2)中、RC1は、炭素数1〜20の1価の炭化水素基である。RC2及びRC3は、それぞれ独立して炭素数1〜20の1価の炭化水素基であるか、又はこれらの基が互いに結合し、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。
上記一般式(r−3)中、RDは、炭素数1〜20の1価の炭化水素基である。
上記炭化水素基としては、鎖状炭化水素基又は脂環式炭化水素基が好ましく、メチル基又はシクロヘキシル基がより好ましい。
上記フッ素化炭化水素基としては、フッ素化鎖状炭化水素基が好ましく、トリフルオロメチル基がより好ましい。
上記カルボニル炭化水素基及びフッ素化カルボニル炭化水素基としては、上記一般式(r−1)におけるRAがアルカンジイル基、シクロアルカンジイル基、フッ素化アルカンジイル基が好ましく、メタンジイル基、エタンジイル基、プロパンジイル基、シクロヘキサンジイル基、トリフルオロメチル基がより好ましい。
メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、エテニル基、プロペニル基、ブテニル基、エチニル基、プロピニル基、ブチニル基等の炭素数1〜10の1価の鎖状炭化水素基;
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、シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基、ノルボルネニル基等の炭素数3〜10の1価の脂環式炭化水素基;
フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、ベンジル基、フェネチル基等の炭素数6〜10の1価の芳香族炭化水素基などが挙げられる。
フルオロメチル基、ジフルオロメチル基、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、トリフルオロエテニル基、フルオロエチニル基等の炭素数1〜10の1価のフッ素化鎖状炭化水素基;
フルオロシクロプロピル基、フルオロシクロブチル基、ジフルオロシクロペンチル基、フルオロシクロヘキシル基、ジフルオロノルボルニル基、ジフルオロシクロペンテニル基、フルオロシクロヘキセニル基等の炭素数3〜10の1価のフッ素化脂環式炭化水素基;
フルオロフェニル基、トリフルオロフェニル基、フルオロトリル基、フルオロナフチル基、ジフルオロベンジル基等の炭素数6〜10の1価のフッ素化芳香族炭化水素基などが挙げられる。
R23は、水素原子又は1価の有機基を表し、
X21は、下記一般式(2−a)又は(2−b)で表される1価の基を表し、
n21は、1〜5の整数を表す。
R26は、水素原子、フッ素原子、−NO2、又は1価の有機基を表し、
*は、上記一般式(2)で表される繰り返し単位のX21以外の部分に結合する結合手を表す。
Y21が複数存在する場合、複数のY21は同一でも異なっていてもよく、Z21が複数存在する場合、複数のZ21は同一でも異なっていてもよい。
一般式(2−a)中、R24、R25及びR26のうちの2以上は、互いに結合し、環構造を形成してもよい。
一般式(2−b)中、R24及びR25は、互いに結合し、環構造を形成してもよい。
メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、i−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基等のアルキル基;
エテニル基、プロペニル基、ブテニル基等のアルケニル基;
エチニル基、プロピニル基、ブチニル基等のアルキニル基などが挙げられる。
シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロオクチル基等の単環のシクロアルキル基;
シクロブテニル基、シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基等の単環のシクロアルケニル基;
ノルボルニル基、アダマンチル基、トリシクロデシル基、テトラシクロドデシル基等の多環のシクロアルキル基;
ノルボルネニル基、トリシクロデセニル基、テトラシクロドデセニル基等の多環のシクロアルケニル基などが挙げられる。
フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、アントリル基等のアリール基;
ベンジル基、フェネチル基、フェニルプロピル基、ナフチルメチル基等のアラルキル基などが挙げられる。
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;
カルボキシ基、ヒドロキシ基、カルボニル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アリールオキシ基、アルコキシカルボニル基、シクロアルキルオキシオキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アシル基、アミノ基、アミド基、シアノ基、イソシアネート基、スルホ基等の極性基などが挙げられる。
シクロプロパン構造、シクロブタン構造、シクロペンタン構造、シクロヘキサン構造、シクロヘプタン構造、シクロオクタン構造等の単環のシクロアルカン構造;
ノルボルナン構造、アダマンタン構造、トリシクロデカン構造、テトラシクロドデカン構造等の多環のシクロアルカン構造などが挙げられる。
アザシクロペンタン構造、アザシクロへキサン構造等のアザシクロアルカン構造;
オキサシクロペンタン構造、オキサシクロヘキサン構造等のオキサシクロアルカン構造;
チアシクロペンタン構造、チアシクロへキサン構造等のチアシクロアルカン構造;
オキサゾリジン、1,4,2−ジオキサゾリジン、チアゾリジン等が挙げられる。
R23は、水素原子又は1価の有機基を表し、
A21、A22、及びA23は、それぞれ独立して、1価の有機基を表す。
A21、A22、及びA23のうちの2つが互いに結合し、環構造を形成してもよい。
一般式(2A)中、A21及びA22で表される1価の有機基としては、上記Z21で表される1価の有機基と同義である。
一般式(2A)中、A23で表される1価の有機基としては、一般式(2)中のR26で表される1価の有機基と同義である。
A21、A22、及びA23のうちの2つが互いに結合し、形成しうる環構造としては、上記一般式(2−a)中のR24、R25及びR26のうちの2以上が互いに結合して形成しうる環構造と同様の構造等が挙げられる。上記環構造としては、これらが結合する炭素原子と共に構成される環員数5〜6の環構造が好ましい。
R33は、水素原子又は1価の有機基を表し、
E31は、2価の炭化水素基を表し、
L31は、下記一般式(3−a)又は(3−b)で表される2価の基を表し、
X31は、1価の有機基又はヒドロキシ基を表す。
メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、i−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基等のアルキル基;
メタンジイル基、エタンジイル基、プロパンジイル基等のアルカンジイル基などの炭化水素基;
カルボキシ基、ヒドロキシ基、カルボニル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アリールオキシ基、アルコキシカルボニル基、シクロアルキルオキシオキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アシル基、アミノ基、アミド基、シアノ基、イソシアネート基、スルホ基等の極性基などが挙げられる。
上記炭素数1〜30の1価の鎖状炭化水素基、炭素数3〜30の1価の脂環式炭化水素基、炭素数6〜30の1価の芳香族炭化水素基、ヘテロ原子含有基、置換基としては、上記一般式(2)中のR23で表される各基が挙げられる。
メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等のアルコキシ基;
エテニルオキシ基、プロペニルオキシ基、ブテニルオキシ基等のアルケニルオキシ基;
エチニルオキシ基、プロピニルオキシ基、ブチニルオキシ基等のアルキニルオキシ基等の1価のオキシ鎖状炭化水素基、
シクロプロピルオキシ基、シクロブチルオキシ基、シクロペンチルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基等の単環のシクロアルキルオキシ基;
シクロプロペニルオキシ基、シクロブテニルオキシ基、シクロペンテニルオキシ基等の単環のシクロアルケニルオキシ基;
ノルボルニルオキシ基、アダマンチルオキシ基、トリシクロデカニルオキシ基、テトラシクロドデシルオキシ基等の多環のシクロアルキルオキシ基;
ノルボルネニルオキシ基、トリシクロデセニルオキシ基、テトラシクロドデセニルオキシ基等の多環のシクロアルケニルオキシ基等の1価のオキシ脂環式炭化水素基等、
フェノキシ基、トリルオキシ基、キシリルオキシ基、メシチルオキシ基、ナフチルオキシ基等のアリールオキシ基;
ベンジルオキシ基、フェネチルオキシ基、フェニルプロピルオキシ基、ナフチルメチルオキシ基等のアラルキルオキシ基などが挙げられる。
R4a3は、ヒドロキシ基又は1価の有機基を表す。R4a3は他の環員の炭素原子に結合して架橋結合を形成してもよい。
R4a4は、2価の炭化水素基を表し、
L4a1は、ヘテロ原子を有する2価の連結基を表し、
n4aは、0〜13の整数を表し、
p4a及びq4aは、それぞれ独立して、1〜3の整数を表す。
*は、上記一般式(4a)で表される基を含む繰り返し単位における上記一般式(4a)で表される基以外の部分に結合する結合手を示す。
R4a1及びR4a2は、互いに結合し、環構造を形成してもよい。
n4aが2以上の場合、複数のR4a3は同一でも異なっていてもよく、複数のR4a3のうちの2つが互いに結合し、架橋結合を形成していてもよい。
R4b4は、単結合又は2価の炭化水素基を表し、
L4b1は、単結合又はヘテロ原子を有する2価の連結基を表し、
E41、E42及びE43は、それぞれ独立して、酸素原子又は硫黄原子を表し、
n4bは、0〜13の整数を表し、
p4b及びq4bは、それぞれ独立して、1〜3の整数を表す。
*は、上記一般式(4b)で表される基を含む繰り返し単位における上記一般式(4b)で表される基以外の部分に結合する結合手を示す。
n4bが2以上の場合、複数のR4b3は同一でも異なっていてもよく、複数のR4b3のうちの2つが互いに結合し、架橋結合を形成していてもよい。
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。
シクロペンチル基、シクロヘキシル基等の単環のシクロアルキル基;
シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基等の単環のシクロアルケニル基;
ノルボルニル基、アダマンチル基、トリシクロデシル基等の多環のシクロアルキル基;
ノルボルネニル基、トリシクロデセニル基等の多環のシクロアルケニル基などが挙げられる。
フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、アントリル基等のアリール基;
ベンジル基、フェネチル基、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。
シクロプロパン構造、シクロブタン構造、シクロペンタン構造、シクロヘキサン構造、シクロヘプタン構造、シクロオクタン構造等の単環のシクロアルカン構造;
ノルボルナン構造、アダマンタン構造、トリシクロデカン構造、テトラシクロドデカン構造等の多環のシクロアルカン構造;
インデン構造等の単環のアレーン構造;
フルオレン構造等の多環のアレーン構造;
オキサシクロペンタン構造、オキサシクロヘキサン構造等の単環のオキサシクロアルカン構造;
オキサノルボルナン構造、オキサアダマンタン構造等の多環のオキサシクロアルカン構造などが挙げられる。
複数のR4a3又はR4b3のうちの2つが互いに結合し、形成する架橋結合としては、−CH2−CH2−、又は−C(CH3)2−が好ましく、−CH2−CH2−がより好ましい。
一般式(4a)又は(4b)で表される基を含む繰り返し単位は、n4a又はn4bが1又は2であり、1つのR4a3若しくは1つのR4b3が他の環員の炭素原子に結合して、又は2つのR4a3若しくは2つのR4b3が互いに結合し、架橋結合を形成していることが特に好ましい。
メタンジイル基、エタンジイル基、プロパンジイル基、ブタンジイル基等のアルカンジイル基;
エテンジイル基、プロペンジイル基、ブテンジイル基等のアルケンジイル基;
エチンジイル基、プロピンジイル基、ブチンジイル基等のアルキンジイル基などが挙げられる。
シクロペンタンジイル基、シクロヘキサンジイル基等の単環のシクロアルカンジイル基;
シクロペンテンジイル基、シクロヘキセンジイル基等の単環のシクロアルケンジイル基;
ノルボルナンジイル基、アダマンタンジイル基、トリシクロデカンジイル基等の多環のシクロアルカンジイル基;
ノルボルネンジイル基、トリシクロデセンジイル基等の多環のシクロアルケンジイル基などが挙げられる。
ベンゼンジイル基、トルエンジイル基、キシレンジイル基、ナフタレンジイル基、アントラセンジイル基等のアレーンジイル基;
ベンゼンジイルメタンジイル基、ベンゼンジイルエタンジイル基、ナフタレンジイルメタンジイル基、アントラセンジイルメタンジイル基等のアレーンジイルアルカンジイル基などが挙げられる。
上記一般式(4−1)中、R41は、水素原子、フッ素原子、又はメチル基である。
上記一般式(4−2)中、R42は、水素原子又はメチル基である。R43は、単結合、−O−、−COO−又は−CONH−である。R44は、1価の有機基である。a4は、0〜4の整数である。a4が2以上の場合、複数のR44は同一でも異なっていてもよい。
上記一般式(4−3)中、R45は、水素原子又はメチル基である。R46、R47及びR48は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシ基若しくは1価の有機基である。1又は複数のR46及びR47並びにR48のうちの2つ以上は互いに結合し、環構造を形成していてもよい。b4は、1〜4の整数である。b4が2以上の場合、複数のR46は同一でも異なっていてもよく、複数のR47は同一でも異なっていてもよい。R49は、単結合又は2価の有機基である。R48とR49とは、互いに結合し、環構造を形成していてもよい。
R41としては、一般式(4a)又は(4b)で表される基を含む繰り返し単位を与える単量体の共重合性の観点から、水素原子又はメチル基が好ましく、メチル基がより好ましい。
R42としては、一般式(4a)又は(4b)で表される基を含む繰り返し単位を与える単量体の共重合性の観点から、水素原子が好ましい。
R45としては、一般式(4a)又は(4b)で表される基を含む繰り返し単位を与える単量体の共重合性の観点から、メチル基が好ましい。
R46、R47及びR48としては、水素原子、ハロゲン原子又は炭素数1〜10の鎖状炭化水素基が好ましく、水素原子、フッ素原子又はアルキル基がより好ましく、水素原子、フッ素原子又はメチル基がさらに好ましく、水素原子が特に好ましい。
L51は、ヘテロ原子を含む基で置換された脂環式炭化水素基又は脂肪族複素環基を表す。
シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等の単環のシクロアルキル基;
ノルボルニル基、アダマンチル基、トリシクロデシル基、テトラシクロドデシル基等の多環のシクロアルキル基;
シクロプロペニル基、シクロブテニル基、シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基等の単環のシクロアルケニル基;
ノルボルネニル基、トリシクロデセニル基等の多環のシクロアルケニル基等が挙げられる。
メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、i−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、ペンチル基等のアルキル基;
エテニル基、プロペニル基、ブテニル基、ペン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、ペンチニル基等のアルキニル基等が挙げられる。
シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等の単環のシクロアルキル基;
ノルボルニル基、アダマンチル基、トリシクロデシル基、テトラシクロドデシル基等の多環のシクロアルキル基;
シクロプロペニル基、シクロブテニル基、シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基等の単環のシクロアルケニル基;
ノルボルネニル基、トリシクロデセニル基等の多環のシクロアルケニル基等が挙げられる。
フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、アントリル基等のアリール基;
ベンジル基、フェネチル基、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等が挙げられる。
A51は、アルキレン基を表し、
B51は、ラクトン構造を含む1価の有機基を表す。
A51は、−COO−であることが好ましい。
Tgは重量平均分子量10000のホモポリマーを用いてSTA7200(日立ハイテクサイエンス社製)により測定する。
樹脂(A)は、下記一般式(6)で表される繰り返し単位、及び下記一般式(7)で表される繰り返し単位からなる群より選択される少なくとも1種の繰り返し単位(a−2)を有する。
繰り返し単位(a−2)は、極性基が、酸の作用により容易に分解し脱離する基(高反応性保護基)で保護された構造を有する構造単位である。
すなわち、繰り返し単位(a−2)は酸分解性基を有しており、酸分解性基は、酸の作用により分解し、極性基を生じる基(酸の作用により分解し、極性が増大する基)である。
樹脂(A)は、酸の作用により分解して極性基を生じる基を有する繰り返し単位を有する樹脂であり、酸の作用により極性が変化する樹脂であり、酸の作用により、有機系現像液に対する溶解度が減少し、また、アルカリ現像液に対する溶解度が増大する樹脂である。
以下、各一般式で表される繰り返し単位につき、説明する。
一般式(6)で表される繰り返し単位は極性基であるアルコール性水酸基の水素原子を置換する基(脱離基)を含む酸分解性基である。
R63は、水素原子、−O−、−CO−、又は−COO−を含んでもよい1価の炭化水素基を表し、
R*は、単結合又は2価の有機基を表し、
R64は、単結合又は−COO−を表し、
R65は、水素原子、フッ素原子、又はメチル基を表し、
RXは、単結合又は2価の有機基を表し、
R66は、水素原子又はメチル基を表す。
R61及びR62は互いに結合し、環構造を形成してもよい。
R63及びR*は互いに結合し、環構造を形成してもよい。
R65及びRXは互いに結合し、環構造を形成してもよい。
但し、R63及びR*が互いに結合し、上記環構造を表す場合、RXは単結合ではない。
メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等のアルキル基;
エテニル基、プロペニル基、ブテニル基等のアルケニル基;
エチニル基、プロピニル基、ブチニル基等のアルキニル基などが挙げられる。
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、アダマンチル基等のシクロアルキル基;
シクロプロペニル基、シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基、ノルボルネニル基等のシクロアルケニル基などが挙げられる。
フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、アントリル基等のアリール基;
ベンジル基、フェネチル基、ナフチルメチル基等のアラルキル基などが挙げられる。
メタンジイル基、エタンジイル基、プロパンジイル基、ブタンジイル基等のアルカンジイル基;
エテンジイル基、プロペンジイル基、ブテンジイル基等のアルケンジイル基;
エチンジイル基、プロピンジイル基、ブチンジイル基等のアルキンジイル基などが挙げられる。
シクロプロパンジイル基、シクロブタンジイル基、シクロペンタンジイル基、シクロヘキサンジイル基等の単環のシクロアルカンジイル基;
シクロプロペンジイル基、シクロブテンジイル基等の単環のシクロアルケンジイル基;
ノルボルナンジイル基、アダマンタンジイル基、トリシクロデカンジイル基、テトラシクロドデカンジイル基等の多環のシクロアルカンジイル基;
ノルボルネンジイル基、トリシクロデセンジイル基等の多環のシクロアルケンジイル基などが挙げられる。
ベンゼンジイル基、トルエンジイル基、キシレンジイル基、ナフタレンジイル基等のアレーンジイル基;
ベンゼンジイルメタンジイル基、ナフタレンジイルシクロヘキサンジイル基等のアレーンジイル(シクロ)アルカンジイル基などが挙げられる。
−SO−、−SO2−、−SO2O−、−SO3−等のヘテロ原子のみからなる基;
−CO−、−COO−、−COS−、−CONH−、−OCOO−、−OCOS−、−OCONH−、−SCONH−、−SCSNH−、−SCSS−等の炭素原子とヘテロ原子とを組み合わせた基などが挙げられる。
上記R65としては、一般式(6)で表される繰り返し単位を与える単量体の共重合性の観点から、水素原子、メチル基が好ましく、メチル基がより好ましい。
上記R66としては、一般式(6)で表される繰り返し単位を与える単量体の共重合性の観点から水素原子が好ましい。
一般式(6−1)中、R67は2価の有機基である。但し、R63及びR67が環構造を表す場合、RXは単結合ではない。
一般式(6−2)中、R68及びR69は、それぞれ独立して2価の有機基であり、これらの基が互いに結合し、環構造を形成してもよい。
上記R68及びR69が互いに結合して環構造を形成する場合、環員数3〜20の環構造が好ましい。
シクロペンタン構造、シクロヘキサン構造等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、アダマンタン構造等の多環の脂環構造などが挙げられる。
R73は、水素原子、フッ素原子、又はアルキル基を表し、
R74は、1価の炭化水素基を表し、
R75は、1価の鎖状炭化水素基、又は1価の環状炭化水素基を表し、
R76、R77及びR78は、それぞれ独立して、水素原子又は1価の有機基を表し、
n71は、0又は1を表す。
R76、R77及びR78は、これらのうちの2つ以上が互いに結合し、脂環構造を形成してもよい。
ただし、R75が1価の鎖状炭化水素基である場合、R76、R77及びR78のうちの2つ以上が互いに結合し、脂環構造を形成する。
メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、i−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基等のアルキル基;
エテニル基、プロペニル基、ブテニル基、ペン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、ペンチニル基等のアルキニル基などが挙げられる。
シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等の単環のシクロアルキル基;
ノルボルニル基、アダマンチル基等の多環のシクロアルキル基;
シクロプロペニル基、シクロブテニル基、シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基等の単環のシクロアルケニル基;
ノルボルネ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。
フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、アントリル基等のアリール基;
ベンジル基、フェネチル基、フェニルプロピル基、ナフチルメチル基等のアラルキル基などが挙げられる。
−O−、−SO−、−SO2−、−SO2O−等のヘテロ原子のみからなる基;
−CO−、−COO−、−COS−、−CONH−、−OCOO−、−OCOS−、−OCONH−、−SCONH−、−SCSNH−、−SCSS−等の炭素原子とヘテロ原子とを組み合わせた基などが挙げられる。
シクロプロパン構造、シクロブタン構造、シクロペンタン構造、シクロヘキサン構造等のシクロアルカン構造;
シクロプロペン構造、シクロブテン構造、シクロペンテン構造、シクロヘキセン構造等のシクロアルケン構造等が挙げられる。
膜の溶解性制御の観点から、樹脂(A)は、上記繰り返し単位(a−1)及び(a−2)とは異なる、ラクトン構造、スルトン構造、及びカーボネート構造からなる群から選択される少なくとも1種を有する繰り返し単位(a−3)を有することが好ましい。
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。
nは、−R0−Z−で表される構造の繰り返し数であり、0〜5の整数を表し、0又は1であることが好ましく、0であることがより好ましい。nが0である場合、−R0−Z−は存在せず、単結合となる。
R0は、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。R0は、複数個ある場合には各々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、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。Zは、複数個ある場合には各々独立に、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。
R8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。
R7は、水素原子、ハロゲン原子又は1価の有機基(好ましくはメチル基)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。
環状炭酸エステル構造を有する繰り返し単位は、下記一般式(A−1)で表される繰り返し単位であることが好ましい。
nは0以上の整数を表す。
RA 2は、置換基を表す。RA 2は、nが2以上の場合は各々独立して、置換基を表す。
Aは、単結合、又は2価の連結基を表す。
Zは、式中の−O−C(=O)−O−で表される基と共に単環構造又は多環構造を形成する原子団を表す。
酸の拡散制御の観点から、樹脂(A)は、上記繰り返し単位(a−1)及び(a−2)とは異なる、酸の作用により分解し、極性が増大する基(酸分解性基)を含む繰り返し単位(a−4)を含むことが好ましい。
酸分解性基は、極性基が酸の作用により分解し脱離する基(「脱離基」又は「保護基」とも呼ぶ。)で保護された構造を有することが好ましい。
極性基としては、カルボキシル基、フェノール性水酸基、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)メチレン基、及びトリス(アルキルスルホニル)メチレン基等の酸性基(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)、ならびにアルコール性水酸基等が挙げられる。
酸の作用により脱離する基(脱離基)としては、例えば、−C(R36)(R37)(R38)、−C(R36)(R37)(OR39)、及び−C(R01)(R02)(OR39)等を挙げることができる。
式中、R36〜R39は、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基又はアルケニル基を表す。R36とR37とは、互いに結合して環を形成してもよい。
R01及びR02は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基又はアルケニル基を表す。
R36〜R39、R01及びR02のシクロアルキル基は、単環型でも、多環型でもよい。単環型としては、炭素数3〜8のシクロアルキル基が好ましく、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロへキシル基、及びシクロオクチル基等を挙げることができる。多環型としては、炭素数6〜20のシクロアルキル基が好ましく、例えば、アダマンチル基、ノルボルニル基、イソボルニル基、カンファニル基、ジシクロペンチル基、α−ピネル基、トリシクロデカニル基、テトラシクロドデシル基、及びアンドロスタニル基等を挙げることができる。なお、シクロアルキル基中の少なくとも1つの炭素原子が酸素原子等のヘテロ原子によって置換されていてもよい。
R36〜R39、R01及びR02のアリール基は、炭素数6〜10のアリール基が好ましく、例えば、フェニル基、ナフチル基、及びアントリル基等を挙げることができる。
R36〜R39、R01及びR02のアラルキル基は、炭素数7〜12のアラルキル基が好ましく、例えば、ベンジル基、フェネチル基、及びナフチルメチル基等を挙げることができる。
R36〜R39、R01及びR02のアルケニル基は、炭素数2〜8のアルケニル基が好ましく、例えば、ビニル基、アリル基、ブテニル基、及びシクロへキセニル基等を挙げることができる。
R36とR37とが互いに結合して形成される環としては、シクロアルキル基(単環又は多環)であることが好ましい。シクロアルキル基としては、シクロペンチル基、及びシクロヘキシル基など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、及びアダマンチル基などの多環のシクロアルキル基が好ましい。
Xa1は、水素原子、ハロゲン原子、又は1価の有機基を表す。
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、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。
Rx1〜Rx3のいずれか2つが結合して環構造を形成してもよく、形成しなくてもよい。
Tは、単結合又は−COO−Rt−が好ましい。Rtは、炭素数1〜5の鎖状アルキレン基が好ましく、−CH2−、−(CH2)2−、又は−(CH2)3−がより好ましい。Tは、単結合であることがより好ましい。
Xa1のアルキル基は、置換基を有していてもよく、置換基としては、例えば、水酸基、及びハロゲン原子(好ましくは、フッ素原子)が挙げられる。
Xa1のアルキル基は、炭素数1〜4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。Xa1のアルキル基は、メチル基であることが好ましい。
Rx1、Rx2及びRx3のシクロアルキル基としては、シクロペンチル基、及びシクロヘキシル基など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、及びアダマンチル基などの多環のシクロアルキル基が好ましい。
極性基としては、水酸基、シアノ基、カルボキシル基、及びフッ素化アルコール基等が挙げられる。
極性基を有する繰り返し単位(a−5)は、極性基で置換された脂環炭化水素構造を有する繰り返し単位であることが好ましい。また、極性基を有する繰り返し単位は、酸分解性基を有さないことが好ましい。極性基で置換された脂環炭化水素構造における、脂環炭化水素構造としては、アダマンチル基、又はノルボルナン基が好ましい。
樹脂(A)は、極性基を有する繰り返し単位(a−5)を、1種単独で含んでもよく、2種以上を併用して含んでもよい。
極性基を有する繰り返し単位(a−5)の含有量は、樹脂(A)中の全繰り返し単位に対して、5〜40モル%が好ましく、5〜30モル%がより好ましく、10〜25モル%が更に好ましい。
樹脂(A)は、酸分解性基及び極性基のいずれも有さない繰り返し単位を、1種単独で含んでもよく、2種以上を併用して含んでもよい。
酸分解性基及び極性基のいずれも有さない繰り返し単位の含有量は、樹脂(A)中の全繰り返し単位に対して、5〜40モル%が好ましく、5〜30モル%がより好ましく、5〜25モル%が更に好ましい。
その他にも、上記種々の繰り返し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。
樹脂(A)において、各繰り返し単位の含有モル比は、種々の性能を調節するために適宜設定される。
本発明の組成物が、KrF露光用、EB露光用又はEUV露光用であるとき、樹脂(A)は、フェノール性水酸基の水素原子が酸の作用により分解し脱離する基(脱離基)で保護された構造を有することが好ましい。
この場合、樹脂(A)に含まれる芳香族炭化水素基を有する繰り返し単位の含有量は、樹脂(A)中の全繰り返し単位に対して、30〜100モル%が好ましく、40〜100モル%がより好ましく、50〜100モル%が更に好ましい。
本発明の組成物の全固形分中の樹脂(A)の含有量は、20質量%以上であることが好ましく、40質量%以上がより好ましく、60質量%以上が更に好ましく、70質量%以上が特に好ましい。本発明の組成物の全固形分中の樹脂(A)の含有量の上限は特に制限されないが、99.5質量%以下が好ましく、99質量%以下がより好ましく、97質量%以下が更に好ましい。
本発明の組成物は、活性光線又は放射線により酸を発生する化合物(B)(「光酸発生剤(B)」とも呼ぶ。)を含有する。
光酸発生剤(B)は、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物である。
光酸発生剤(B)としては、活性光線又は放射線の照射により有機酸を発生する化合物が好ましい。例えば、スルホニウム塩化合物、ヨードニウム塩化合物、ジアゾニウム塩化合物、ホスホニウム塩化合物、イミドスルホネート化合物、オキシムスルホネート化合物、ジアゾジスルホン化合物、ジスルホン化合物、及びo−ニトロベンジルスルホネート化合物を挙げることができる。
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、好ましくは1〜20である。
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)及び−CH2−CH2−O−CH2−CH2−を挙げることができる。
Z-は、アニオンを表す。
なお、光酸発生剤(B)は、一般式(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、一般式(ZI)で表される化合物のR201〜R203の少なくとも1つと、一般式(ZI)で表されるもうひとつの化合物のR201〜R203の少なくとも一つとが、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。
化合物(ZI−1)は、上記一般式(ZI)のR201〜R203の少なくとも1つがアリール基である、アリールスルホニウム化合物、すなわち、アリールスルホニウムをカチオンとする化合物である。
アリールスルホニウム化合物は、R201〜R203の全てがアリール基でもよいし、R201〜R203の一部がアリール基であり、残りがアルキル基又はシクロアルキル基であってもよい。
アリールスルホニウム化合物としては、例えば、トリアリールスルホニウム化合物、ジアリールアルキルスルホニウム化合物、アリールジアルキルスルホニウム化合物、ジアリールシクロアルキルスルホニウム化合物、及びアリールジシクロアルキルスルホニウム化合物を挙げることができる。
アリールスルホニウム化合物が必要に応じて有しているアルキル基又はシクロアルキル基は、炭素数1〜15の直鎖アルキル基、炭素数3〜15の分岐アルキル基、又は炭素数3〜15のシクロアルキル基が好ましく、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、シクロプロピル基、シクロブチル基、及びシクロヘキシル基等を挙げることができる。
化合物(ZI−2)は、式(ZI)におけるR201〜R203が、各々独立に、芳香環を有さない有機基を表す化合物である。ここで芳香環とは、ヘテロ原子を含有する芳香族環も包含する。
R201〜R203としての芳香環を有さない有機基は、一般的に炭素数1〜30であり、好ましくは炭素数1〜20である。
R201〜R203は、各々独立に、好ましくはアルキル基、シクロアルキル基、アリル基、又はビニル基であり、より好ましくは直鎖又は分岐の2−オキソアルキル基、2−オキソシクロアルキル基、又はアルコキシカルボニルメチル基、さらに好ましくは直鎖又は分岐2−オキソアルキル基である。
R201〜R203は、ハロゲン原子、アルコキシ基(例えば炭素数1〜5)、水酸基、シアノ基、又はニトロ基によって更に置換されていてもよい。
化合物(ZI−3)は、下記一般式(ZI−3)で表され、フェナシルスルフォニウム塩構造を有する化合物である。
R1c〜R5cは、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルコキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基、シクロアルキルカルボニルオキシ基、ハロゲン原子、水酸基、ニトロ基、アルキルチオ基又はアリールチオ基を表す。
R6c及びR7cは、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアリール基を表す。
Rx及びRyは、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基、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、アリル基又はビニル基を表す。
上記環構造としては、芳香族若しくは非芳香族の炭化水素環、芳香族若しくは非芳香族の複素環、及びこれらの環が2つ以上組み合わされてなる多環縮合環を挙げることができる。環構造としては、3〜10員環を挙げることができ、4〜8員環が好ましく、5又は6員環がより好ましい。
R5cとR6c、及びR5cとRxが結合して形成する基としては、単結合又はアルキレン基であることが好ましい。アルキレン基としては、メチレン基、及びエチレン基等を挙げることができる。
Zc−は、アニオンを表す。
化合物(ZI−4)は、下記一般式(ZI−4)で表される。
lは0〜2の整数を表す。
rは0〜8の整数を表す。
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、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。R14は、複数存在する場合は各々独立して、水酸基などの上記基を表す。
R15は各々独立して、アルキル基、シクロアルキル基又はナフチル基を表す。これらの基は置換基を有してもよい。2つのR15が互いに結合して環を形成してもよい。2つのR15が互いに結合して環を形成するとき、環骨格内に、酸素原子、又は窒素原子などのヘテロ原子を含んでもよい。一態様において、2つのR15がアルキレン基であり、互いに結合して環構造を形成することが好ましい。
Z−は、アニオンを表す。
一般式(ZII)、及び(ZIII)中、R204〜R207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〜R207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、フェニル基がより好ましい。R204〜R207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を挙げることができる。
R204〜R207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の直鎖アルキル基又は炭素数3〜10の分岐アルキル基(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(例えばシクロペンチル基、シクロヘキシル基、及びノルボルニル基)を挙げることができる。
Z−は、アニオンを表す。
oは、1〜3の整数を表す。pは、0〜10の整数を表す。qは、0〜10の整数を表す。
Xfは、各々独立に、フッ素原子、又は、少なくとも一つのフッ素原子で置換されたアルキル基を表す。
R4及びR5は、各々独立に、水素原子、フッ素原子、アルキル基、又は、少なくとも一つのフッ素原子で置換されたアルキル基を表し、複数存在する場合のR4、R5は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
Lは、2価の連結基を表し、複数存在する場合のLは、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
Wは、環状構造を含む有機基を表す。
oは、1〜3の整数を表す。pは、0〜10の整数を表す。qは、0〜10の整数を表す。
Xfは、好ましくは、フッ素原子又は炭素数1〜4のパーフルオロアルキル基である。Xfは、フッ素原子又はCF3であることがより好ましい。特に、双方のXfがフッ素原子であることが好ましい。
R4及びR5としてのアルキル基は、置換基を有していてもよく、炭素数1〜4が好ましい。R4及びR5は、好ましくは水素原子である。
少なくとも一つのフッ素原子で置換されたアルキル基の具体例および好適な態様は一般式(30)中のXfの具体例および好適な態様と同じである。
2価の連結基としては、例えば、−COO−(−C(=O)−O−)、−OCO−、−CONH−、−NHCO−、−CO−、−O−、−S−、−SO−、−SO2−、アルキレン基(好ましくは炭素数1〜6)、シクロアルキレン基(好ましくは炭素数3〜15)、アルケニレン基(好ましくは炭素数2〜6)及びこれらの複数を組み合わせた2価の連結基などが挙げられる。これらの中でも、−COO−、−OCO−、−CONH−、−NHCO−、−CO−、−O−、−SO2−、−COO−アルキレン基−、−OCO−アルキレン基−、−CONH−アルキレン基−又は−NHCO−アルキレン基−が好ましく、−COO−、−OCO−、−CONH−、−SO2−、−COO−アルキレン基−又は−OCO−アルキレン基−がより好ましい。
環状の有機基としては、例えば、脂環基、アリール基、及び複素環基が挙げられる。
脂環基は、単環式であってもよく、多環式であってもよい。単環式の脂環基としては、例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、及びシクロオクチル基などの単環のシクロアルキル基が挙げられる。多環式の脂環基としては、例えば、ノルボルニル基、トリシクロデカニル基、テトラシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、及びアダマンチル基などの多環のシクロアルキル基が挙げられる。中でも、ノルボルニル基、トリシクロデカニル基、テトラシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、及びアダマンチル基などの炭素数7以上のかさ高い構造を有する脂環基が好ましい。
複素環基は、単環式であってもよく、多環式であってもよい。多環式の方がより酸の拡散を抑制可能である。また、複素環基は、芳香族性を有していてもよいし、芳香族性を有していなくてもよい。芳香族性を有している複素環としては、例えば、フラン環、チオフェン環、ベンゾフラン環、ベンゾチオフェン環、ジベンゾフラン環、ジベンゾチオフェン環、及びピリジン環が挙げられる。芳香族性を有していない複素環としては、例えば、テトラヒドロピラン環、ラクトン環、スルトン環及びデカヒドロイソキノリン環が挙げられる。ラクトン環及びスルトン環の例としては、前述の樹脂において例示したラクトン構造及びスルトン構造が挙げられる。複素環基における複素環としては、フラン環、チオフェン環、ピリジン環、又はデカヒドロイソキノリン環が特に好ましい。
XB1及びXB2は、各々独立に、水素原子、又はフッ素原子を有さない1価の有機基を表す。XB1及びXB2は、水素原子であることが好ましい。
XB3及びXB4は、各々独立に、水素原子、又は1価の有機基を表す。XB3及びXB4の少なくとも一方がフッ素原子又はフッ素原子を有する1価の有機基であることが好ましく、XB3及びXB4の両方がフッ素原子又はフッ素原子を有する1価の有機基であることがより好ましい。XB3及びXB4の両方が、フッ素で置換されたアルキル基であることが更に好ましい。
L、q及びWは、一般式(30)と同様である。
Arは、アリール基を表し、スルホン酸アニオン及び−(D−B)基以外の置換基を更に有していてもよい。更に有しても良い置換基としては、フッ素原子、水酸基などが挙げられる。
光酸発生剤(B)は、低分子化合物の形態であることが好ましい。
光酸発生剤(B)が、低分子化合物の形態である場合、分子量は3,000以下が好ましく、2,000以下がより好ましく、1,000以下が更に好ましい。
光酸発生剤(B)が、重合体の一部に組み込まれた形態である場合、前述した樹脂(A)の一部に組み込まれてもよく、樹脂(A)とは異なる樹脂に組み込まれてもよい。
光酸発生剤(B)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。
光酸発生剤(B)の組成物中の含有量(複数種存在する場合はその合計)は、組成物の全固形分を基準として、0.1〜35質量%が好ましく、0.5〜25質量%がより好ましく、3〜20質量%が更に好ましく、3〜15質量%が特に好ましい。
光酸発生剤(B)として、上記一般式(ZI−3)又は(ZI−4)で表される化合物を含む場合、組成物中に含まれる光酸発生剤(B)の含有量(複数種存在する場合はその合計)は、組成物の全固形分を基準として、5〜35質量%が好ましく、7〜30質量%がより好ましい。
本発明の組成物は、酸拡散制御剤(D)を含有することが好ましい。酸拡散制御剤(D)は、露光時に酸発生剤等から発生する酸をトラップし、余分な発生酸による、未露光部における酸分解性樹脂の反応を抑制するクエンチャーとして作用するものである。例えば、塩基性化合物(DA)、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(DB)、酸発生剤に対して相対的に弱酸となるオニウム塩(DC)、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(DD)、又はカチオン部に窒素原子を有するオニウム塩化合物(DE)等を酸拡散制御剤として使用することができる。本発明の組成物においては、公知の酸拡散制御剤を適宜使用することができる。例えば、米国特許出願公開2016/0070167A1号明細書の段落[0627]〜[0664]、米国特許出願公開2015/0004544A1号明細書の段落[0095]〜[0187]、米国特許出願公開2016/0237190A1号明細書の段落[0403]〜[0423]、米国特許出願公開2016/0274458A1号明細書の段落[0259]〜[0328]に開示された公知の化合物を酸拡散制御剤(D)として好適に使用できる。
R200、R201及びR202は、同一でも異なってもよく、各々独立に、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)を表す。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、各々独立に、炭素数1〜20個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。
一般式(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。
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。
光酸発生剤(B)と、光酸発生剤(B)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と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光酸発生剤(B)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。
化合物(DCA)としては、下記一般式(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、各々独立に炭素数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とを連結する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−)、及びスルフィニル基(−S(=O)−)のうち少なくとも1つを有する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、一般式(C−3)において、R1〜R3のうち2つを合わせて1つの2価の置換基を表し、N原子と2重結合により結合していてもよい。
酸の作用により脱離する基としては、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(DD)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(DD)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、下記一般式(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、各々独立にヒドロキシル基、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、オキソ基等の官能基、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、芳香族炭化水素、複素環式炭化水素及びその誘導体等が挙げられる。
一般式(d−1)で表される基の具体的な構造としては、米国特許公報US2012/0135348A1号明細書の段落[0466]に開示された構造を挙げることができるが、これに限定されない。
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。
Ra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Raは同じでも異なっていてもよく、2つのRa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。この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、上記一般式(d−1)におけるRbと同義であり、好ましい例も同様である。
一般式(60)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、各々独立に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(DD)の具体的な構造としては、米国特許出願公開2012/0135348A1号明細書の段落[0475]に開示された化合物を挙げることができるが、これに限定されるものではない。
化合物(DE)の好ましい具体的な構造としては、米国特許出願公開2015/0309408A1号明細書の段落[0203]に開示された化合物を挙げることができるが、これに限定されない。
酸拡散制御剤(D)の組成物中の含有量(複数種存在する場合はその合計)は、組成物の全固形分を基準として、0.1〜10質量%が好ましく、0.1〜5質量%、がより好ましい。
本発明の組成物は、疎水性樹脂(E)を含有してもよい。なお、疎水性樹脂(E)は、樹脂(A)とは異なる樹脂であることが好ましい。
本発明の組成物が、疎水性樹脂(E)を含有することにより、感活性光線性又は感放射線性膜の表面における静的/動的な接触角を制御することができる。これにより、現像特性の改善、アウトガスの抑制、液浸露光における液浸液追随性の向上、及び液浸欠陥の低減等が可能となる。
疎水性樹脂(E)は、レジスト膜の表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(E)が、フッ素原子及び/又はケイ素原子を含む場合、疎水性樹脂(E)における上記フッ素原子及び/又はケイ素原子は、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。
(x)酸基
(y)アルカリ現像液の作用により分解してアルカリ現像液に対する溶解度が増大する基(以下、極性変換基ともいう)
(z)酸の作用により分解する基
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)メチレン基が好ましい。
これらの基を含んだ繰り返し単位は、樹脂の主鎖にこれらの基が直接結合している繰り返し単位であり、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が挙げられる。この繰り返し単位は、これらの基が連結基を介して樹脂の主鎖に結合していてもよい。あるいは、この繰り返し単位は、これら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(E)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。
表面エネルギーが異なる2種以上の疎水性樹脂(E)を混合して使用することが、液浸露光における液浸液追随性と現像特性の両立の観点から好ましい。
疎水性樹脂(E)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。
本発明の組成物は、通常、溶剤を含有する。
本発明の組成物においては、公知のレジスト溶剤を適宜使用することができる。例えば、米国特許出願公開2016/0070167A1号明細書の段落[0665]〜[0670]、米国特許出願公開2015/0004544A1号明細書の段落[0210]〜[0235]、米国特許出願公開2016/0237190A1号明細書の段落[0424]〜[0426]、米国特許出願公開2016/0274458A1号明細書の段落[0357]〜[0366]に開示された公知の溶剤を好適に使用できる。
組成物を調製する際に使用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。
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、前述の例示化合物を適宜選択できるが、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)、プロピレングリコールモノエチルエーテル(PGEE)、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、これらの中でも、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)、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、シクロペンタ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、γ−ブチロラクトン、エチルエトキシプロピオネート、シクロヘキサノン、シクロペンタノン又は2−ヘプタノンが更に好ましい。水酸基を含有しない溶剤としては、プロピレンカーボネートも好ましい。
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であり、10/90〜90/10が好ましく、20/80〜60/40がより好ましい。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でもよいし、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でもよい。
本発明の組成物は、酸の作用により樹脂を架橋する化合物(以下、架橋剤(G)ともいう)を含有してもよい。架橋剤(G)としては、公知の化合物を適宜に使用することができる。例えば、米国特許出願公開2016/0147154A1号明細書の段落[0379]〜[0431]、米国特許出願公開2016/0282720A1号明細書の段落[0064]〜[0141]に開示された公知の化合物を架橋剤(G)として好適に使用できる。
架橋剤(G)は、樹脂を架橋しうる架橋性基を有している化合物であり、架橋性基としては、ヒドロキシメチル基、アルコキシメチル基、アシルオキシメチル基、アルコキシメチルエーテル基、オキシラン環、及びオキセタン環などを挙げることができる。
架橋性基は、ヒドロキシメチル基、アルコキシメチル基、オキシラン環又はオキセタン環であることが好ましい。
架橋剤(G)は、架橋性基を2個以上有する化合物(樹脂も含む)であることが好ましい。
架橋剤(G)は、ヒドロキシメチル基又はアルコキシメチル基を有する、フェノール誘導体、ウレア系化合物(ウレア構造を有する化合物)又はメラミン系化合物(メラミン構造を有する化合物)であることがより好ましい。
架橋剤は1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
架橋剤(G)の含有量は、組成物の全固形分に対して、1〜50質量%が好ましく、3〜40質量%が好ましく、5〜30質量%が更に好ましい。
本発明の組成物は、界面活性剤を含有してもよいし、含有しなくてもよい。界面活性剤を含有する場合、フッ素系及び/又はシリコン系界面活性剤(具体的には、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ることができる。
また、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、界面活性剤の含有量は、組成物の全固形分に対して、0.0001〜2質量%が好ましく、0.0005〜1質量%がより好ましい。
一方、界面活性剤の含有量が、組成物の全固形分に対して10ppm以上とすることにより、疎水性樹脂の表面偏在性が上がる。それにより、感活性光線性又は感放射線性膜の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が向上する。
本発明の組成物は、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、又は溶解促進剤等を含有してもよい。
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、これを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以下が好ましく、0.05μm以下がより好ましく、0.03μm以下が更に好ましい。このフィルターは、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、例えば日本国特許出願公開第2002−62667号明細書(特開2002−62667)に開示されるように、循環的な濾過を行ってもよく、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。
本発明の組成物の固形分濃度は、通常1.0〜10質量%であり、2.0〜5.7質量%が好ましく、2.0〜5.3質量%がより好ましい。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の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、本発明の組成物は、IC(Integrated Circuit)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、その他のフォトファブリケーション工程、又は平版印刷版、若しくは酸硬化性組成物の製造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。本発明において形成されるレジストパターンは、エッチング工程、イオンインプランテーション工程、バンプ電極形成工程、再配線形成工程、及びMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)等において使用することができる。
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、本発明の感活性光線性又は感放射線性膜(典型的には、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によって感活性光線性又は感放射線性膜を支持体上に形成する工程(成膜工程)、
(ii)上記感活性光線性又は感放射線性膜に活性光線又は放射線を照射する工程(露光工程)、及び、
(iii)上記活性光線又は放射線が照射された感活性光線性又は感放射線性膜を、現像液を用いて現像する工程(現像工程)、
を有する。
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、液浸露光であってもよい。
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(PB:PreBake)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、かつ、(iii)現像工程の前に、(v)露光後加熱(PEB:Post Exposure Bake)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。
また、必要に応じて、感活性光線性又は感放射線性膜と支持体との間にレジスト下層膜(例えば、SOG(Spin On Glass)、SOC(Spin On Carbon)、反射防止膜)を形成してもよい。レジスト下層膜としては、公知の有機系又は無機系の材料を適宜用いることができる。
感活性光線性又は感放射線性膜の上層に、保護膜(トップコート)を形成してもよい。保護膜としては、公知の材料を適宜用いることができる。例えば、米国特許出願公開第2007/0178407号明細書、米国特許出願公開第2008/0085466号明細書、米国特許出願公開第2007/0275326号明細書、米国特許出願公開第2016/0299432号明細書、米国特許出願公開第2013/0244438号明細書、国際特許出願公開第2016/157988A号明細書に開示された保護膜形成用組成物を好適に使用することができる。保護膜形成用組成物としては、上述した酸拡散制御剤を含むものが好ましい。
上述した疎水性樹脂を含有する感活性光線性又は感放射線性膜の上層に保護膜を形成してもよい
加熱時間は、(iv)前加熱工程及び(v)露光後加熱工程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、露光装置及び現像装置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。
本発明のパターン形成方法において、典型的には、現像液としてアルカリ現像液を採用した場合には、ポジ型パターンが好適に形成され、現像液として有機系現像液を採用した場合には、ネガ型パターンが好適に形成される。
本発明においては、有機溶剤を含有する現像液であることが、楕円パターンの形成におけるCDU性能良化の観点から好ましい。
さらに、上記アルカリ現像液は、アルコール類、及び/又は界面活性剤を適当量含有してもよい。アルカリ現像液のアルカリ濃度は、通常0.1〜20質量%である。アルカリ現像液のpHは、通常10〜15である。
アルカリ現像液を用いて現像を行う時間は、通常10〜300秒である。
アルカリ現像液のアルカリ濃度、pH、及び現像時間は、形成するパターンに応じて、適宜調整することができる。
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、50質量%以上100質量%以下が好ましく、80質量%以上100質量%以下がより好ましく、90質量%以上100質量%以下が更に好ましく、95質量%以上100質量%以下が特に好ましい。
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、有機溶剤を含む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。
この場合のリンス工程に用いるリンス液としては、1価アルコールを含有するリンス液がより好ましい。
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%以下が更に好ましい。含水率を10質量%以下とすることで、良好な現像特性が得られる。
リンス工程においては、有機系現像液を用いる現像を行った基板を有機溶剤を含む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)、又は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。中でも、回転塗布法で洗浄処理を行い、洗浄後に基板を2,000〜4,000rpm(rotation per minute)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。この加熱工程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において、加熱温度は通常40〜160℃であり、70〜95℃が好ましく、加熱時間は通常10秒〜3分であり、30秒〜90秒が好ましい。
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。金属吸着剤としては、例えば、日本国特許出願公開第2016−206500号明細書(特開2016−206500)に開示されるものを挙げることができる。
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。
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、例えば日本国特許出願公開第1991−270227号明細書(特開平3−270227)及び米国特許出願公開第2013/0209941号明細書に開示されたスペーサープロセスの芯材(Core)として使用できる。
また、本発明は、上記した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。
化合物(M−1−1−1)1.6g(10モル%)、化合物(M−7−1−1)4.4g(20モル%)、化合物(M’−1−1)7.2g(40モル%)及び化合物(M’−6−1)5.3g(30モル%)を2−ブタノン40gに溶解し、ラジカル重合開始剤としてV−601(和光純薬工業株式会社製)を0.93g(全単量体に対して5モル%)添加して単量体溶液を調製した。次いで20gの2−ブタノンを入れた100mLの三口フラスコを30分窒素パージした後、攪拌しながら80℃に加熱し、上記調製した単量体溶液を滴下漏斗にて3時間かけて滴下した。滴下開始を重合反応の開始時間とし、重合反応を6時間実施した。重合反応終了後、重合溶液を水冷して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12時間乾燥させて白色粉末状の樹脂A−1を合成した(12.9g、収率70%)。
下記表2に示す樹脂(A)、光酸発生剤(B)、酸拡散制御剤(D)及び疎水性樹脂(E)の各成分を同表に示す含有量(全固形分に対する質量%)で、全固形分濃度が4質量%になるように同表に示す溶剤(F)に溶解させ、それぞれを0.03μm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。
F−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:1−メトキシ−2−アセトキシプロパン)
F−2: シクロヘキサノン
F−3: γ−ブチロラクトン
≪ラインアンドスペースパターンの形成≫
シリコンウエハ上に有機反射防止膜形成用組成物SOC9110D(BrewerScience社製)を塗布し205℃で60秒間加熱することで厚さ100nmの下層膜を形成した。次いでSi含有反射防止膜形成用組成物S10198A(BrewerScience社製)を塗布し205℃で60秒間加熱することで厚さ50nmの中間層(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(resist−1)を塗布し、100℃で60秒間に亘ってベーク(PB:Prebake)を行い、膜厚90nmのレジスト膜を形成した。
上記のようにして得られたレジスト膜を形成したウエハをArFエキシマレーザー液浸スキャナー(ASML社製;XT1700i、NA(numerical aperture)1.20、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48nm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、95℃で60秒間加熱(PEB:Post Exposure Bake)した。次いで、有機現像液である酢酸ブチルで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48nmの1:1ラインアンドスペースのパターンを形成した。
シリコンウエハ上に有機反射防止膜ARC29SR(Brewer社製)を塗布し、205℃で60秒間ベークを行い膜厚98nmの反射防止膜を形成し、その上に、レジスト組成物(resist−1)を塗布し、100℃で60秒間に亘ってベークを行い、膜厚90nmのレジスト膜を形成した。
上記のようにして得られたレジスト膜を形成したウエハをArFエキシマレーザー液浸スキャナー(ASML社製;XT1700i、NA1.20、Annular、アウターシグマ0.7、インナーシグマ0.4、XY偏向)を用い、非露光部(遮光部)のX軸方向のサイズが50nm、ピッチ(図1のP1)が100nm、非露光部(遮光部)のY軸方向のサイズが70nm、ピッチ(図1のP2)が140nmのパターン形成用のマスク(6%ハーフトーン)を介して露光した。上記マスクは、図1に示すように非露光部(遮光部)1がX軸方向及びY軸方向に行列状に配置されている。非露光部のX軸方向の間隔W1は50nmであり、非露光部のY軸方向の間隔W2は70nmである。液浸液としては超純水を使用した。その後90℃のPEB温度で60秒間加熱した後、有機現像液である酢酸ブチルで30秒間現像し、スピン乾燥して楕円パターン(楕円ホールパターン)を得た。
レジスト組成物を表3に記載のものに変更した以外は実施例1と同様にして、ラインアンドスペースパターン及び楕円パターンを形成した。
レジスト組成物を表3に記載のものに変更し、現像液としてテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液(2.38質量%)を用い、次いで純水でリンスすること以外は実施例1と同様にして、ポジ型のラインアンドスペースパターンを形成した。また、レジスト組成物を表3に記載のものに変更し、露光部2のX軸方向のサイズ(図2のW1)が50nm、ピッチ(図2のP1)が100nm、露光部2のY軸方向のサイズ(図2のW2)が70nm、ピッチ(図2のP2)が140nmのパターン形成用のマスク(6%ハーフトーン)を用い、現像液としてテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液(2.38質量%)を用い、次いで純水でリンスすること以外は実施例1と同様にして、ポジ型の楕円パターン(楕円ホールパターン)を形成した。上記マスクは、図2に示すように露光部2がX軸方向及びY軸方向に行列状に配置され、X軸方向には50nm間隔で、Y軸方向には70nm間隔でそれぞれ配置されている。
(露光ラチチュード;EL性能)
線幅48nmの1:1ラインアンドスペース(ピッチ96nm、スペース幅48nmのラインアンドスペース)のレジストパターンを形成する露光量を最適露光量とし、露光量を変化させた際にパターンサイズの±10%(即ち、43.2nmから52.8nmの範囲内)を許容する露光量幅を求めた。この値を最適露光量で割って、以下のとおり、露光ラチチュード(EL)を求めた。値が大きいほど露光量変化による性能変化が小さく、ELが良好であることを示す。
EL(%)=[(スペース幅が43.2nmとなる露光量)−(スペース幅が52.8nmとなる露光量)]÷最適露光量×100
A:EL=30%以上
B:EL=25%以上30%未満
C:EL=20%以上25%未満
D:EL=15%以上20%未満
E:EL=15%未満
線幅48nmの1:1ラインアンドスペース(ピッチ96nm、スペース幅48nmのラインアンドスペース)を形成したシリコンウエハについて、平行平板型リアクティブイオンエッチング装置DES−245R(プラズマシステム社製)を用い、下記エッチング条件にて下層膜をエッチングした。まずエッチング条件1にて、レジスト膜をマスクに中間層S10198Aを加工し、次いで中間層をマスクにエッチング条件2にて下層膜SOC9110Dを加工した。加工後の下層膜パターンの形状を、断面SEM(日立社製S4800)によって観察した。
エッチングガス:CF4 圧力:20mTorr 印加パワー:100mW/cm2
−エッチング条件2−
エッチングガス:O2 圧力:20mTorr 印加パワー:100mW/cm2
1Torrは約133.322Paである。
A:断面形状でのシリコンウエハと下層膜パターンのなす角度Xが87°以上94°未満
B:断面形状でのシリコンウエハと下層膜パターンのなす角度Xが94°以上101°未満
C:断面形状でのシリコンウエハと下層膜パターンのなす角度Xが101°以上
測長走査型電子顕微鏡(SEM(株)日立製作所S−9380II)により、得られた楕円パターンにおけるホールサイズを観察し、X軸方向のホールサイズ(ホールのX軸方向のサイズのうち最大のサイズ)が50nmの楕円パターンを解像する時の最適露光量を感度(Eopt)(mJ/cm2)とした。
最適露光量で露光された1ショット内において、互いの間隔が1μmの20箇所の領域において、各領域ごとに任意の25個(すなわち、計500個)のX軸方向のホールサイズを測定し、これらの標準偏差(σ)を求め、3σを算出した。値が小さいほど寸法のばらつきが小さく、良好な性能であることを示す。
A:CDU=3.0nm未満
B:CDU=3.0nm以上4.0nm未満
C:CDU=4.0nm以上5.0nm未満
D:CDU=5.0nm以上6.0nm未満
E:CDU=6.0nm以上
TMAH:テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液(2.38質量%)
2 露光部
W1 X軸方向の露光部の間隔
W2 Y軸方向の露光部の間隔
P1 X軸方向のパターンのピッチ
P2 Y軸方向のパターンのピッチ
Claims (8)
- 下記一般式(1)で表される繰り返し単位(a−1)と、
下記一般式(7)で表される繰り返し単位(a−2)と、
を有する樹脂(A)、及び、
活性光線又は放射線により酸を発生する化合物(B)
を含有する感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
一般式(1)中、R11及びR12は、それぞれ独立して、水素原子又はアルキル基を表し、
R13は、1価のカルボニル炭化水素基を表し、
R14は、水素原子又は1価の有機基を表し、
X 11 は、−O−を表し、X 12は、−O−又は−NR101−を表し、R101は、水素原子、1価の炭化水素基、又は、1価のフッ素化炭化水素基を表し、
Z11は、フェニレン基、ナフチレン基、又は−CO−を表す。
R13とR14は、互いに結合し、環構造を形成してもよい。
R101とR13は、互いに結合し、環構造を形成してもよい。
R101とR14は、互いに結合し、環構造を形成してもよい。
一般式(7)中、R71及びR72は、それぞれ独立して、水素原子又はアルキル基を表し、
R73は、水素原子、フッ素原子、又はアルキル基を表し、
R74は、1価の炭化水素基を表し、
R75は、1価の鎖状炭化水素基、又は1価の環状炭化水素基を表し、
R76、R77及びR78は、それぞれ独立して、水素原子又は1価の有機基を表し、
n71は、0を表す。
R76、R77及びR78は、これらのうちの2つ以上が互いに結合し、脂環構造を形成してもよい。
ただし、R75が1価の鎖状炭化水素基である場合、R76、R77及びR78のうちの2つ以上が互いに結合し、脂環構造を形成する。 - 前記一般式(7)中のR75が1価の脂環式炭化水素基である、請求項1に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
- 前記樹脂(A)がさらに、前記繰り返し単位(a−1)及び(a−2)とは異なる、酸の作用により分解し極性が増大する基を含む繰り返し単位(a−4)を有する、請求項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。
- 前記樹脂(A)がさらに、前記繰り返し単位(a−1)及び(a−2)とは異なる、ラクトン構造、スルトン構造、及びカーボネート構造からなる群から選択される少なくとも1種を含む繰り返し単位(a−3)を有する、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る感活性光線性又は感放射線性膜。
- (i)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って感活性光線性又は感放射線性膜を支持体上に形成する工程、
(ii)前記感活性光線性又は感放射線性膜に活性光線又は放射線を照射する工程、及び、
(iii)前記活性光線又は放射線が照射された感活性光線性又は感放射線性膜を、現像液を用いて現像する工程、
を有するパターン形成方法。 - 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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