JP7459636B2 - Radiation-sensitive resin composition and method for forming resist pattern - Google Patents
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Description
本発明は、感放射線性樹脂組成物及びレジストパターン形成方法に関する。 The present invention relates to a radiation-sensitive resin composition and a method for forming a resist pattern.
リソグラフィーによる微細加工に用いられる感放射線性樹脂組成物は、ArFエキシマレーザー光(波長193nm)、KrFエキシマレーザー光(波長248nm)等の遠紫外線、極端紫外線(EUV)(波長13.5nm)等の電磁波、電子線等の荷電粒子線などの放射線の照射により露光部に酸を発生させ、この酸を触媒とする化学反応により露光部と未露光部との現像液に対する溶解速度に差を生じさせ、基板上にレジストパターンを形成する。 The radiation-sensitive resin composition used for microfabrication by lithography is capable of radiating far ultraviolet rays such as ArF excimer laser light (wavelength 193 nm) and KrF excimer laser light (wavelength 248 nm), extreme ultraviolet rays (EUV) (wavelength 13.5 nm), etc. Acid is generated in the exposed area by irradiation with radiation such as electromagnetic waves or charged particle beams such as electron beams, and a chemical reaction using this acid as a catalyst causes a difference in the rate of dissolution in the developer between the exposed area and the unexposed area. , forming a resist pattern on the substrate.
かかる感放射線性組成物には、極端紫外線、電子線等の露光光に対しても感度が良好であることに加え、線幅の均一性を示すLWR(Line Width Roughness)性能にも優れることが要求される。 Such radiation-sensitive compositions have good sensitivity to exposure light such as extreme ultraviolet rays and electron beams, as well as excellent LWR (Line Width Roughness) performance, which indicates uniformity of line width. required.
これらの要求に対しては、感放射線性樹脂組成物に用いられる重合体やその他の成分の種類、分子構造などが検討され、さらにその組み合わせについても詳細に検討されている(特開2009-244805号公報、特開2004-012510号公報及び特開2017-141373号公報参照)。 To meet these demands, the types and molecular structures of polymers and other components used in radiation-sensitive resin compositions have been studied, and their combinations have also been studied in detail (Japanese Patent Laid-Open No. 2009-244805). (see Japanese Patent Application Publication No. 2004-012510 and Japanese Patent Application Publication No. 2017-141373).
レジストパターンのさらなる微細化に伴い、露光・現像条件のわずかなブレがレジストパターンの形状や欠陥の発生に及ぼす影響もますます大きくなっている。このようなプロセス条件のわずかなブレを吸収できるようなプロセスウィンドウ(プロセス余裕度)の広い感放射線性樹脂組成物も求められている。しかし、上記従来の感放射線性樹脂組成物ではこれらの要求を満たすことはできていない。 As resist patterns become further finer, the influence of slight fluctuations in exposure and development conditions on the resist pattern shape and the occurrence of defects is becoming more and more significant. There is also a need for a radiation-sensitive resin composition with a wide process window (process latitude) that can absorb such slight fluctuations in process conditions. However, the above-mentioned conventional radiation-sensitive resin compositions have not been able to meet these requirements.
本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、露光光に対する感度が良好であり、LWR性能に優れ、かつプロセスウィンドウが広いレジストパターンを形成することができる感放射線性樹脂組成物及びレジストパターン形成方法を提供することにある。 The present invention was made based on the above-mentioned circumstances, and its object is to provide a radiation-sensitive resin composition and a method for forming a resist pattern that have good sensitivity to exposure light, excellent LWR performance, and can form a resist pattern with a wide process window.
上記課題を解決するためになされた発明は、フェノール性水酸基を含む第1構造単位、下記式(1)で表される基を含む第2構造単位及び酸解離性基を含む第3構造単位を有する重合体(以下、「[A]重合体」ともいう)と、感放射線性酸発生体(以下、「[B]酸発生体」ともいう)と、下記式(2)で表される化合物(以下、「[C]化合物」ともいう)とを含有する感放射線性樹脂組成物である。
上記課題を解決するためになされた別の発明は、基板に直接又は間接に当該感放射線性樹脂組成物を塗工する工程と、上記塗工工程により形成されたレジスト膜を露光する工程と、上記露光工程後のレジスト膜を現像する工程とを備えるレジストパターン形成方法である。 Another invention made to solve the above problems includes a step of directly or indirectly coating the radiation-sensitive resin composition on a substrate, a step of exposing a resist film formed by the above coating step, This is a resist pattern forming method comprising a step of developing the resist film after the exposure step.
本発明の感放射線性樹脂組成物及びレジストパターン形成方法によれば、露光光に対する感度が良好であり、LWR性能に優れ、かつプロセスウィンドウが広いレジストパターンを形成することができる。したがって、これらは、今後さらに微細化が進行すると予想される半導体デバイスの加工プロセス等に好適に用いることができる。 The radiation-sensitive resin composition and resist pattern forming method of the present invention can form a resist pattern that has good sensitivity to exposure light, excellent LWR performance, and a wide process window. Therefore, they can be suitably used in the processing of semiconductor devices, which are expected to become even more miniaturized in the future.
<感放射線性樹脂組成物>
当該感放射線性樹脂組成物は、[A]重合体と[B]酸発生体と[C]化合物とを含有する。当該感放射線性樹脂組成物は、好適成分として溶媒(以下、「[D]有機溶媒」ともいう)を含有していてもよく、また、本発明の効果を損なわない範囲においてその他の任意成分を含有していてもよい。
<Radiation-sensitive resin composition>
The radiation-sensitive resin composition contains a polymer [A], an acid generator [B], and a compound [C]. The radiation-sensitive resin composition may contain a solvent (hereinafter, also referred to as "organic solvent [D]") as a suitable component, and may contain other optional components within the scope not impairing the effects of the present invention.
当該感放射線性樹脂組成物は、[A]重合体と[B]酸発生体と[C]化合物とを含有することで、露光光に対する感度が良好であり、LWR性能に優れ、かつプロセスウィンドウが広いレジストパターンを形成することができる。当該感放射線性樹脂組成物が上記構成を備えることで上記効果を奏する理由については必ずしも明確ではないが、例えば以下のように推察することができる。すなわち、当該感放射線性樹脂組成物が含有する[A]重合体は、フェノール性水酸基を含む第1構造単位及び上記式(1)で表される基を含む第2構造単位を有することにより、現像液に対する溶解性が向上する。さらに、当該感放射線性樹脂組成物が[C]化合物を含有することにより、現像液に対する溶解性がさらに向上する。その結果、当該感放射線性樹脂組成物により、露光光に対する感度が良好であり、LWR性能に優れ、かつプロセスウィンドウが広いレジストパターンを形成することができると考えられる。 The radiation-sensitive resin composition contains the polymer [A], the acid generator [B], and the compound [C], and thus has good sensitivity to exposure light, excellent LWR performance, and can form a resist pattern with a wide process window. The reason why the radiation-sensitive resin composition has the above-mentioned configuration is not necessarily clear, but it can be inferred, for example, as follows. That is, the polymer [A] contained in the radiation-sensitive resin composition has a first structural unit containing a phenolic hydroxyl group and a second structural unit containing a group represented by the above formula (1), and thus the solubility in the developer is improved. Furthermore, the radiation-sensitive resin composition contains the compound [C], and thus the solubility in the developer is further improved. As a result, it is believed that the radiation-sensitive resin composition can form a resist pattern that has good sensitivity to exposure light, excellent LWR performance, and a wide process window.
以下、当該感放射線性樹脂組成物が含有する各成分について説明する。 The components contained in the radiation-sensitive resin composition are described below.
<[A]重合体>
[A]重合体は、フェノール性水酸基を含む第1構造単位(以下、単に「第1構造単位」ともいう)、上記式(1)で表される基を含む第2構造単位(以下、単に「第2構造単位」ともいう)及び酸解離性基を含む第3構造単位(以下、単に「第3構造単位」ともいう)を有する。[A]重合体は、上記第1構造単位、第2構造単位及び第3構造単位以外のその他の構造単位を有していてもよい。[A]重合体は、各構造単位を1種又は2種以上有していてもよい。
<Polymer (A)>
The polymer [A] has a first structural unit (hereinafter also simply referred to as "first structural unit") containing a phenolic hydroxyl group, a second structural unit (hereinafter also simply referred to as "second structural unit") containing a group represented by the above formula (1), and a third structural unit (hereinafter also simply referred to as "third structural unit") containing an acid-dissociable group. The polymer [A] may have structural units other than the first structural unit, the second structural unit, and the third structural unit. The polymer [A] may have one or more types of each structural unit.
以下、[A]重合体が有する各構造単位について説明する。 The structural units contained in polymer [A] are explained below.
[第1構造単位]
第1構造単位は、フェノール性水酸基を含む構造単位である。「フェノール性水酸基」とは、ベンゼン環に直結するヒドロキシ基に限らず、芳香環に直結するヒドロキシ基全般を指す。[A]重合体が第1構造単位を有することで、レジスト膜の親水性を高めることができ、現像液に対する溶解性を適度に調整することができ、加えて、レジストパターンの基板への密着性を向上させることができる。また、後述するレジストパターン形成方法における露光工程で照射する放射線として極端紫外線又は電子線を用いる場合には、露光光に対する感度をより向上させることができる。
[First structural unit]
The first structural unit is a structural unit containing a phenolic hydroxyl group. The term "phenolic hydroxyl group" refers not only to a hydroxyl group directly bonded to a benzene ring, but also to any hydroxyl group directly bonded to an aromatic ring. The polymer [A] having the first structural unit can increase the hydrophilicity of the resist film, can appropriately adjust the solubility in a developer, and can improve the adhesion of the resist pattern to a substrate. In addition, when extreme ultraviolet rays or electron beams are used as the radiation to be irradiated in the exposure step in the resist pattern forming method described later, the sensitivity to the exposure light can be further improved.
第1構造単位としては、例えば下記式(3)で表される構造単位などが挙げられる。 Examples of the first structural unit include a structural unit represented by the following formula (3).
上記式(3)中、R10は、水素原子、フッ素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。R11は、単結合、-O-、-COO-又は-CONH-である。Arは、環員数6~20のアレーンから(p+q+1)個の芳香環上の水素原子を除いた基である。pは、0~10の整数である。pが1の場合、R12は、炭素数1~20の1価の有機基又はハロゲン原子である。pが2以上の場合、複数のR12は互いに同一又は異なり、炭素数1~20の1価の有機基若しくはハロゲン原子であるか、又は複数のR12のうちの2つ以上が互いに合わせられこれらが結合する炭素鎖と共に構成される環員数4~20の環構造の一部である。qは、1~11の整数である。但し、p+qは11以下である。 In the above formula (3), R 10 is a hydrogen atom, a fluorine atom, a methyl group, or a trifluoromethyl group. R 11 is a single bond, -O-, -COO-, or -CONH-. Ar is a group obtained by removing hydrogen atoms on (p+q+1) aromatic rings from an arene having 6 to 20 ring members. p is an integer from 0 to 10. When p is 1, R 12 is a monovalent organic group having 1 to 20 carbon atoms or a halogen atom. When p is 2 or more, the multiple R 12 are the same or different from each other and are a monovalent organic group having 1 to 20 carbon atoms or a halogen atom, or two or more of the multiple R 12 are combined with each other to form a part of a ring structure having 4 to 20 ring members together with the carbon chain to which they are bonded. q is an integer from 1 to 11. However, p+q is 11 or less.
R10としては、第1構造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い。 From the viewpoint of copolymerizability of the monomer that provides the first structural unit, R 10 is preferably a hydrogen atom or a methyl group.
R11が-COO-である場合、オキシ酸素原子がArと結合することが好ましく、R11が-CONH-である場合、窒素原子がArと結合することが好ましい。すなわち、**がArとの結合部位を示すとすると、-COO-は、-COO-**であることが好ましく、-CONH-は、-CONH-**であることが好ましい。R11としては、単結合又は-COO-が好ましく、単結合がより好ましい。 When R 11 is -COO-, it is preferable that an oxyoxygen atom is bonded to Ar, and when R 11 is -CONH-, it is preferable that a nitrogen atom is bonded to Ar. That is, if ** indicates the bonding site with Ar, -COO- is preferably -COO-**, and -CONH- is preferably -CONH-**. R 11 is preferably a single bond or -COO-, and more preferably a single bond.
「環員数」とは、脂環構造、芳香族炭素環構造、脂肪族複素環構造及び芳香族複素環構造の環を構成する原子数をいい、多環の場合は、この多環を構成する原子数をいう。 "Number of ring members" refers to the number of atoms constituting the rings of alicyclic structures, aromatic carbocyclic structures, aliphatic heterocyclic structures, and aromatic heterocyclic structures; Refers to the number of atoms.
Arを与える環員数6~20のアレーンとしては、例えば例えばベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、テトラセン、ピレン等が挙げられる。Arとしては、ベンゼン又はナフタレンが好ましく、ベンゼンがより好ましい。 Examples of arenes having 6 to 20 ring members that give Ar include benzene, naphthalene, anthracene, phenanthrene, tetracene, pyrene, etc. Ar is preferably benzene or naphthalene, and more preferably benzene.
「有機基」とは、少なくとも1個の炭素原子を含む基をいう。「炭素数」とは、基を構成する炭素原子数をいう。R12で表される炭素数1~20の1価の有機基としては、例えば炭素数1~20の1価の炭化水素基、この炭化水素基の炭素-炭素間に2価のヘテロ原子含有基を含む基(α)、上記炭化水素基及び上記2価のヘテロ原子含有基を含む基が有する水素原子の一部又は全部を1価のヘテロ原子含有基で置換した基(β)、上記炭化水素基、基(α)又は基(β)と2価のヘテロ原子含有基とを組み合わせた基(γ)などが挙げられる。 "Organic group" refers to a group containing at least one carbon atom. "Number of carbon atoms" refers to the number of carbon atoms constituting a group. Examples of the monovalent organic group having 1 to 20 carbon atoms represented by R 12 include a monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, and a divalent hetero atom-containing between carbon atoms of this hydrocarbon group. a group containing a group (α), a group (β) in which some or all of the hydrogen atoms of the above hydrocarbon group and the above divalent heteroatom-containing group are substituted with a monovalent heteroatom-containing group; Examples include a hydrocarbon group, a group (α), or a group (γ) that is a combination of a group (β) and a divalent heteroatom-containing group.
「炭化水素基」には、鎖状炭化水素基、脂環式炭化水素基及び芳香族炭化水素基が含まれる。この「炭化水素基」は、飽和炭化水素基でも不飽和炭化水素基でもよい。「鎖状炭化水素基」とは、環状構造を含まず、鎖状構造のみで構成された炭化水素基をいい、直鎖状炭化水素基及び分岐状炭化水素基の両方を含む。「脂環式炭化水素基」とは、環構造としては脂環構造のみを含み、芳香環構造を含まない炭化水素基をいい、単環の脂環式炭化水素基及び多環の脂環式炭化水素基の両方を含む。但し、脂環構造のみで構成されている必要はなく、その一部に鎖状構造を含んでいてもよい。「芳香族炭化水素基」とは、環構造として芳香環構造を含む炭化水素基をいう。但し、芳香環構造のみで構成されている必要はなく、その一部に鎖状構造や脂環構造を含んでいてもよい。 "Hydrocarbon group" includes linear hydrocarbon group, alicyclic hydrocarbon group, and aromatic hydrocarbon group. This "hydrocarbon group" may be a saturated or unsaturated hydrocarbon group. "Linear hydrocarbon group" refers to a hydrocarbon group that does not include a cyclic structure and is composed only of a linear structure, and includes both linear hydrocarbon group and branched hydrocarbon group. "Alicyclic hydrocarbon group" refers to a hydrocarbon group that includes only an alicyclic structure as a ring structure and does not include an aromatic ring structure, and includes both monocyclic alicyclic hydrocarbon group and polycyclic alicyclic hydrocarbon group. However, it does not have to be composed only of an alicyclic structure, and it may include a linear structure as part of it. "Aromatic hydrocarbon group" refers to a hydrocarbon group that includes an aromatic ring structure as a ring structure. However, it does not have to be composed only of an aromatic ring structure, and it may include a linear structure or an alicyclic structure as part of it.
炭素数1~20の1価の炭化水素基としては、例えば炭素数1~20の1価の鎖状炭化水素基、炭素数3~20の1価の脂環式炭化水素基、炭素数6~20の1価の芳香族炭化水素基等が挙げられる。 Examples of the monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms include a monovalent chain hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, a monovalent alicyclic hydrocarbon group having 3 to 20 carbon atoms, and 6 carbon atoms. -20 monovalent aromatic hydrocarbon groups and the like.
炭素数1~20の1価の鎖状炭化水素基としては、例えばメチル基、エチル基、n-プロピル基、i-プロピル基等のアルキル基、エテニル基、プロペニル基、ブテニル基等のアルケニル基、エチニル基、プロピニル基、ブチニル基等のアルキニル基などが挙げられる。 Examples of the monovalent chain hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms include alkyl groups such as methyl group, ethyl group, n-propyl group, and i-propyl group, and alkenyl groups such as ethenyl group, propenyl group, and butenyl group. , alkynyl groups such as ethynyl group, propynyl group, butynyl group, and the like.
炭素数3~20の1価の脂環式炭化水素基としては、例えばシクロペンチル基、シクロヘキシル基、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脂環式飽和炭化水素基、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、トリシクロデセニル基、テトラシクロドデセニル基等の脂環式不飽和炭化水素基などが挙げられる。 Examples of monovalent alicyclic hydrocarbon groups having 3 to 20 carbon atoms include alicyclic saturated hydrocarbon groups such as cyclopentyl, cyclohexyl, norbornyl, adamantyl, tricyclodecyl, and tetracyclododecyl groups, and alicyclic unsaturated hydrocarbon groups such as cyclopentenyl, cyclohexenyl, norbornenyl, tricyclodecenyl, and tetracyclododecenyl groups.
炭素数6~20の1価の芳香族炭化水素基としては、例えばフェニル基、トリル基、キシリル基、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。 Examples of the monovalent aromatic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms include aryl groups such as phenyl group, tolyl group, xylyl group, naphthyl group, and anthryl group, benzyl group, phenethyl group, naphthylmethyl group, and anthrylmethyl group. Examples include aralkyl groups such as groups.
1価及び2価のヘテロ原子含有基を構成するヘテロ原子としては、例えば酸素原子、窒素原子、硫黄原子、リン原子、ケイ素原子、ハロゲン原子等が挙げられる。ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられる。 Examples of the heteroatoms constituting the monovalent and divalent heteroatom-containing groups include oxygen atoms, nitrogen atoms, sulfur atoms, phosphorus atoms, silicon atoms, and halogen atoms. Examples of the halogen atom include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, and the like.
2価のヘテロ原子含有基としては、例えば-O-、-CO-、-S-、-CS-、-NR’-、これらのうちの2つ以上を組み合わせた基等が挙げられる。R’は、水素原子又は1価の炭化水素基である。 Examples of divalent heteroatom-containing groups include -O-, -CO-, -S-, -CS-, -NR'-, and groups that combine two or more of these. R' is a hydrogen atom or a monovalent hydrocarbon group.
R12としては、1価の炭化水素基が好ましく、アルキル基がより好ましい。 R 12 is preferably a monovalent hydrocarbon group, more preferably an alkyl group.
複数のR12のうちの2つ以上が互いに合わせられこれらが結合する炭素鎖と共に構成される環員数4~20の環構造としては、例えばシクロペンタン構造、シクロヘキサン構造、シクロペンテン構造、シクロヘキセン構造等の脂環構造などが挙げられる。 Examples of ring structures having 4 to 20 ring members in which two or more of a plurality of R 12 are combined together with carbon chains to which they are bonded include cyclopentane structure, cyclohexane structure, cyclopentene structure, cyclohexene structure, etc. Examples include alicyclic structures.
pとしては、0~2が好ましく、0又は1がより好ましく、0がさらに好ましい。 p is preferably 0 to 2, more preferably 0 or 1, and even more preferably 0.
qとしては、1~3が好ましく、1又は2がより好ましい。 q is preferably 1 to 3, more preferably 1 or 2.
第1構造単位としては、例えば下記式(3-1)~(3-12)で表される構造単位などが挙げられる。 Examples of the first structural unit include structural units represented by the following formulas (3-1) to (3-12).
上記式(3-1)~(3-12)中、R10は、上記式(3)と同義である。 In the above formulas (3-1) to (3-12), R 10 has the same meaning as in the above formula (3).
第1構造単位としては、上記式(3-1)又は(3-2)で表される構造単位が好ましい。 As the first structural unit, a structural unit represented by the above formula (3-1) or (3-2) is preferable.
[A]重合体における第1構造単位の含有割合の下限としては、[A]重合体を構成する全構造単位に対して、10モル%が好ましく、15モル%がより好ましく、20モル%がさらに好ましく、25モル%が特に好ましい。上記含有割合の上限としては、70モル%が好ましく、65モル%がより好ましく、60モル%がさらに好ましく、55モル%が特に好ましい。第1構造単位の含有割合を上記範囲とすることで、当該感放射線性樹脂組成物により形成されるレジストパターンの露光光に対する感度及びLWR性能をより向上させることができ、プロセスウィンドウをより拡張させることができる。 [A] The lower limit of the content of the first structural unit in the polymer is preferably 10 mol%, more preferably 15 mol%, and 20 mol% with respect to all the structural units constituting the polymer [A]. More preferably, 25 mol% is particularly preferred. The upper limit of the content ratio is preferably 70 mol%, more preferably 65 mol%, even more preferably 60 mol%, and particularly preferably 55 mol%. By setting the content ratio of the first structural unit within the above range, the sensitivity to exposure light and LWR performance of the resist pattern formed by the radiation-sensitive resin composition can be further improved, and the process window can be further expanded. be able to.
[第2構造単位]
第2構造単位は、下記式(1)で表される基を含む構造単位である。
[Second structural unit]
The second structural unit is a structural unit containing a group represented by the following formula (1).
上記式(1)中、R1、R2、R3、R4、R5及びR6は、それぞれ独立して、水素原子、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子又は炭素数1~10の1価のフッ素化炭化水素基である。但し、R1、R2、R3、R4、R5及びR6のうちの少なくとも1つはフッ素原子又はフッ素化炭化水素基である。RAは、水素原子又は炭素数1~20の1価の有機基である。*は、上記第2構造単位における上記式(1)で表される基以外の部分との結合部位を示す。 In the above formula (1), R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 are each independently a hydrogen atom, a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom or a monovalent fluorinated hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms, provided that at least one of R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 is a fluorine atom or a fluorinated hydrocarbon group. R A is a hydrogen atom or a monovalent organic group having 1 to 20 carbon atoms. * indicates a bonding site in the above second structural unit to a portion other than the group represented by the above formula (1).
R1、R2、R3、R4、R5及びR6で表される炭素数1~10の1価のフッ素化炭化水素基におけるフッ素原子で置換される炭化水素基としては、例えば上記式(3)のR12として例示した炭化水素基と同様の基などが挙げられる。具体的には、炭素数1~10の1価のフッ素化炭化水素基としては、炭素数1~10のフッ素化アルキル基などが挙げられる。 Examples of the hydrocarbon group substituted with a fluorine atom in the monovalent fluorinated hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms represented by R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 include the same groups as the hydrocarbon groups exemplified as R 12 in the above formula (3). Specific examples of the monovalent fluorinated hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms include fluorinated alkyl groups having 1 to 10 carbon atoms.
RAで表される炭素数1~20の1価の有機基としては、例えば上記式(3)のR12として例示した1価の有機基と同様の基などが挙げられる。 Examples of the monovalent organic group having 1 to 20 carbon atoms represented by R 1 A include the same monovalent organic groups as exemplified as R 12 in the above formula (3).
R1、R2、R3、R4、R5及びR6としては、フッ素原子又は炭素数1~10の1価のフッ素化炭化水素基が好ましく、フッ素原子又は炭素数1~10の1価のフッ素化アルキル基がより好ましく、フッ素原子がさらに好ましい。 R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 are preferably a fluorine atom or a monovalent fluorinated hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms; A valent fluorinated alkyl group is more preferred, and a fluorine atom is even more preferred.
R1、R2、R3、R4、R5及びR6のうちの少なくとも1つはフッ素原子又はフッ素化炭化水素基であり、R1、R2、R3、R4、R5及びR6のうちの少なくとも2つがフッ素原子又はフッ素化炭化水素基であることが好ましく、R1、R2及びR3のうちの少なくとも2つ並びにR4、R5及びR6のうちの少なくとも2つがフッ素原子又はフッ素化炭化水素基であることがより好ましく、R1、R2、R3、R4、R5及びR6がフッ素原子又はフッ素化炭化水素基であることがさらに好ましく、R1、R2、R3、R4、R5及びR6がフッ素原子であることが特に好ましい。 At least one of R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 is a fluorine atom or a fluorinated hydrocarbon group, preferably at least two of R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 are fluorine atoms or fluorinated hydrocarbon groups, more preferably at least two of R 1 , R 2 and R 3 and at least two of R 4 , R 5 and R 6 are fluorine atoms or fluorinated hydrocarbon groups, further preferably R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 are fluorine atoms or fluorinated hydrocarbon groups, and particularly preferably R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 are fluorine atoms.
RAとしては、水素原子が好ましい。 R A is preferably a hydrogen atom.
第2構造単位としては、下記式(1-1)又は(1-2)で表される構造単位などが挙げられる。 Examples of the second structural unit include structural units represented by the following formula (1-1) or (1-2):
上記式(1-1)及び(1-2)中、Ra1は、それぞれ独立して、それぞれ独立して、水素原子、フッ素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。Xは、上記式(1)で表される基である。 In the above formulas (1-1) and (1-2), R a1 are each independently a hydrogen atom, a fluorine atom, a methyl group, or a trifluoromethyl group. X is a group represented by the above formula (1).
上記式(1-1)中、Lは、単結合又は-COO-である。Ra2は、炭素数1~20の(n+1)価の有機基である。nは、1~3の整数である。nが2以上の場合、複数のXは互いに同一又は異なる。 In the above formula (1-1), L is a single bond or -COO-. R a2 is a (n+1)-valent organic group having 1 to 20 carbon atoms. n is an integer from 1 to 3. When n is 2 or more, multiple Xs are the same or different.
上記式(1-2)中、Ra3は、炭素数1~10の2価の炭化水素基である。Ra4は、炭素数1~20の1価の炭化水素基である。Ra5及びRa6は、それぞれ独立して、水素原子若しくは炭素数1~10の1価の炭化水素基であるか、又はRa5及びRa6が互いに結合して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の環構造の一部である。 In the above formula (1-2), R a3 is a divalent hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms. R a4 is a monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms. R a5 and R a6 are each independently a hydrogen atom or a monovalent hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms, or R a5 and R a6 are bonded to each other to form a part of a ring structure having 3 to 20 ring members together with the carbon atom to which they are bonded.
Ra1としては、第2構造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い。 From the viewpoint of copolymerizability of the monomer providing the second structural unit, R a1 is preferably a hydrogen atom or a methyl group.
Lとしては、-COO-が好ましい。Lが-COO-である場合、オキシ酸素原子がRa2と結合することが好ましい。すなわち、***がRa2との結合部位を示すとすると、-COO-は、-COO-***であることが好ましい。 L is preferably -COO-. When L is -COO-, it is preferable that the oxyoxygen atom is bonded to R a2 . That is, when *** represents the bonding site with R a2 , -COO- is preferably -COO-***.
Ra2としては、例えば上記式(3)のR12として例示した1価の有機基からn個の水素原子を除いた基などが挙げられる。Ra2としては、炭化水素基が好ましく、鎖状炭化水素基又は脂環式炭化水素基がより好ましく、飽和の鎖状炭化水素基又は脂環式飽和炭化水素基がさらに好ましく、脂環式飽和炭化水素基が特に好ましい。 Examples of R a2 include groups in which n hydrogen atoms have been removed from the monovalent organic groups exemplified as R 12 in the above formula (3). R a2 is preferably a hydrocarbon group, more preferably a chain hydrocarbon group or an alicyclic hydrocarbon group, further preferably a saturated chain hydrocarbon group or an alicyclic saturated hydrocarbon group, and particularly preferably an alicyclic saturated hydrocarbon group.
nとしては、1又は2が好ましく、1がより好ましい。 n is preferably 1 or 2, and more preferably 1.
Ra3としては、例えば上記式(3)のR12として例示した1価の炭化水素基から1個の水素原子を除いた基などが挙げられる。Ra3としては、鎖状炭化水素基が好ましく、飽和の鎖状炭化水素基がより好ましい。 Examples of R a3 include groups in which one hydrogen atom has been removed from the monovalent hydrocarbon groups exemplified as R 12 in the above formula (3). R a3 is preferably a chain hydrocarbon group, and more preferably a saturated chain hydrocarbon group.
Ra4としては、例えば上記式(3)のR12として例示した炭化水素基と同様の基などが挙げられる。Ra4としては、炭素数6~20の1価の芳香族炭化水素基が好ましく、アリール基がより好ましい。 Examples of R a4 include groups similar to the hydrocarbon group exemplified as R 12 in the above formula (3). R a4 is preferably a monovalent aromatic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms, and more preferably an aryl group.
Ra5及びRa6で表される炭素数1~10の1価の炭化水素基としては、例えば上記式(3)のR12として例示した炭化水素基と同様の基などが挙げられる。Ra5及びRa6としては、水素原子が好ましい。 Examples of the monovalent hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms represented by R a5 and R a6 include the same groups as the hydrocarbon groups exemplified as R 12 in the above formula (3). R a5 and R a6 are preferably a hydrogen atom.
Ra5及びRa6が互いに結合して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の環構造としては、例えば環員数3~20の脂環構造などが挙げられる。 Examples of the ring structure having 3 to 20 ring members formed by R a5 and R a6 bonding to each other together with the carbon atom to which they are bonded include alicyclic structures having 3 to 20 ring members.
第2構造単位のうち、上記式(1-1)で表される構造単位としては、例えば下記式(1-1-1)~(1-1-3)で表される構造単位などが挙げられる。 Among the second structural units, examples of the structural unit represented by the above formula (1-1) include structural units represented by the following formulas (1-1-1) to (1-1-3). It will be done.
上記式(1-1-1)~(1-1-3)中、Ra1は、上記式(1-1)と同義である。 In the above formulas (1-1-1) to (1-1-3), R a1 has the same meaning as in the above formula (1-1).
第2構造単位のうち、上記式(1-2)で表される構造単位としては、例えば下記式(1-2-1)で表される構造単位などが挙げられる。 Among the second structural units, the structural unit represented by the above formula (1-2) includes, for example, the structural unit represented by the following formula (1-2-1).
上記式(1-2-1)中、Ra1は、上記式(1-2)と同義である。 In the above formula (1-2-1), R a1 has the same meaning as in the above formula (1-2).
第2構造単位としては、上記式(1-1-1)又は(1-2-1)で表される構造単位が好ましい。 As the second structural unit, a structural unit represented by the above formula (1-1-1) or (1-2-1) is preferable.
[A]重合体における第2構造単位の含有割合の下限としては、[A]重合体を構成する全構造単位に対して、3モル%が好ましく、5モル%がより好ましく、10モル%がさらに好ましい。上記含有割合の上限としては、50モル%が好ましく、45モル%がより好ましく、40モル%がさらに好ましい。第2構造単位の含有割合を上記範囲とすることで、当該感放射線性樹脂組成物により形成されるレジストパターンの露光光に対する感度及びLWR性能をより向上させることができ、プロセスウィンドウをより拡張させることができる。 [A] The lower limit of the content of the second structural unit in the polymer is preferably 3 mol%, more preferably 5 mol%, and 10 mol% based on the total structural units constituting the polymer [A]. More preferred. The upper limit of the content ratio is preferably 50 mol%, more preferably 45 mol%, and even more preferably 40 mol%. By setting the content ratio of the second structural unit within the above range, the sensitivity to exposure light and LWR performance of the resist pattern formed by the radiation-sensitive resin composition can be further improved, and the process window can be further expanded. be able to.
[第3構造単位]
第3構造単位は、酸解離性基を含む構造単位である。「酸解離性基」とは、カルボキシ基、フェノール性水酸基などの水素原子を置換する基であって、酸の作用により解離する基をいう。[A]重合体が酸解離性基を有する第3構造単位を有することで、露光により[B]酸発生体から発生する酸の作用により露光部において酸解離性基が解離し、露光部と未露光部とで現像液に対する溶解性に差異が生じることにより、レジストパターンを形成することができる。
[Third structural unit]
The third structural unit is a structural unit containing an acid-dissociable group. The term "acid-dissociable group" refers to a group that substitutes a hydrogen atom, such as a carboxy group or a phenolic hydroxyl group, and is dissociated by the action of an acid. [A] Since the polymer has a third structural unit having an acid-dissociable group, upon exposure to light, the acid-dissociable group dissociates in the exposed area due to the action of the acid generated from the [B] acid generator, and the exposed area and A resist pattern can be formed by creating a difference in solubility in a developer between the unexposed area and the unexposed area.
第3構造単位としては、例えば下記式(4-1A)、(4-1B)、(4-2A)又は(4-2B)で表される構造単位などが挙げられる。なお、下記式(4-1A)~(4-2B)において、カルボキシ基又はフェノール性水酸基に由来するオキシ酸素原子に結合する-CRXRYRZ又は-CRURV(ORW)が酸解離性基である。 Examples of the third structural unit include structural units represented by the following formulas (4-1A), (4-1B), (4-2A), or (4-2B). In addition , in the following formulas (4-1A) to ( 4-2B ) , -CR It is an acid dissociable group.
上記式(4-1A)、(4-1B)、(4-1C)、(4-2A)及び(4-2B)中、RTは、それぞれ独立して、水素原子、フッ素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。 In the above formulas (4-1A), (4-1B), (4-1C), (4-2A) and (4-2B), R 1 T each independently represents a hydrogen atom, a fluorine atom, a methyl group or a trifluoromethyl group.
上記式(4-1A)及び(4-1B)中、RXは、それぞれ独立して、水素原子又は炭素数1~20の1価の炭化水素基である。RY及びRZ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RY及びRZが互いに合わせられこれらが結合する炭素原子と共に構成される環員数3~20の脂環構造の一部である。 In the above formulas (4-1A) and (4-1B), R 1 X is each independently a hydrogen atom or a monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms. R 1 Y and R 1 Z are each independently a monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, or R 1 Y and R 1 Z taken together with the carbon atom to which they are bonded are part of an alicyclic structure having 3 to 20 ring members.
上記式(4-1C)中、RCは、水素原子である。RD及びREは、それぞれ独立して、水素原子又は炭素数1~20の1価の炭化水素基である。RFは、RC、RD及びREがそれぞれ結合する炭素原子と共に環員数4~20の不飽和脂環構造を構成する炭素数1~20の2価の炭化水素基である。 In the above formula (4-1C), R C is a hydrogen atom. R D and R E are each independently a hydrogen atom or a monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms. R F is a divalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms which, together with the carbon atoms to which R C , R D , and R E are each bonded, constitutes an unsaturated alicyclic structure having 4 to 20 ring members.
上記式(4-2A)及び(4-2B)中、RU及びRVは、それぞれ独立して、水素原子若しくは炭素数1~20の1価の炭化水素基であり、RW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、RU及びRVが互いに合わせられこれらが結合する炭素原子と共に構成される環員数3~20の脂環構造の一部であるか、又はRU及びRWが互いに合わせられRUが結合する炭素原子及びRWが結合する酸素原子と共に構成される環員数5~20の脂肪族複素環構造の一部である。 In the above formulas (4-2A) and (4-2B), R U and R V are each independently a hydrogen atom or a monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, and R W is each Independently, it is a monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, or an alicyclic structure having 3 to 20 ring members formed by combining R U and R V together with the carbon atoms to which they are bonded. or is part of an aliphatic heterocyclic structure having 5 to 20 ring members, in which R U and R W are combined together with the carbon atom to which R U is bonded and the oxygen atom to which R W is bonded. .
RTとしては、第3構造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い。 R 1 T is preferably a hydrogen atom or a methyl group from the viewpoint of copolymerizability of the monomer that provides the third structural unit.
RX、RY、RZ、RD、RE、RU、RV及びRWで表される炭素数1~20の1価の炭化水素基としては、例えば上記式(3)のR12として例示した炭化水素基と同様の基などが挙げられる。 Examples of the monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms represented by R X , R Y , R Z , R D , R E , R U , R V , and R W include the same groups as the hydrocarbon groups exemplified as R 12 in the above formula (3).
RFで表される炭素数1~20の2価の炭化水素基としては、例えば上記式(3)のR12として例示した1価の炭化水素基から1個の水素原子を除いた基等が挙げられる。 Examples of the divalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms represented by R 2 F include groups in which one hydrogen atom has been removed from the monovalent hydrocarbon groups exemplified as R 12 in the above formula (3).
RY及びRZ又はRU及びRVが互いに合わせられこれらが結合する炭素原子と共に構成される環員数3~20の脂環構造としては、例えば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単環の飽和脂環構造、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飽和脂環構造、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単環の不飽和脂環構造、ノルボルネン構造、トリシクロデセン構造、テトラシクロドデセン構造等の多環の不飽和脂環構造などが挙げられる。 Examples of the alicyclic structure having 3 to 20 ring members constituted by combining R Y and R Z or R U and R V with each other and the carbon atoms to which they are bonded include monocyclic saturated alicyclic structures such as a cyclopropane structure, a cyclobutane structure, a cyclopentane structure, and a cyclohexane structure; polycyclic saturated alicyclic structures such as a norbornane structure, an adamantane structure, a tricyclodecane structure, and a tetracyclododecane structure; monocyclic unsaturated alicyclic structures such as a cyclopropene structure, a cyclobutene structure, a cyclopentene structure, and a cyclohexene structure; and polycyclic unsaturated alicyclic structures such as a norbornene structure, a tricyclodecene structure, and a tetracyclododecene structure.
RU及びRWが互いに合わせられRUが結合する炭素原子及びRWが結合する酸素原子と共に構成される環員数5~20の脂肪族複素環構造としては、例えばオキサシクロブタン構造、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飽和酸素含有複素環構造、オキサシクロブテン構造、オキサシクロペンテン構造、オキサシクロヘキセン構造等の不飽和酸素含有複素環構造などが挙げられる。 Examples of aliphatic heterocyclic structures having 5 to 20 ring members, which are formed by combining R U and R W together with the carbon atom to which R U is bonded and the oxygen atom to which R W is bonded, include oxacyclobutane structure, oxacyclopentane structure, etc. structure, a saturated oxygen-containing heterocyclic structure such as an oxacyclohexane structure, an unsaturated oxygen-containing heterocyclic structure such as an oxacyclobutene structure, an oxacyclopentene structure, an oxacyclohexene structure, and the like.
RFがRC、RD及びREがそれぞれ結合する炭素原子と共に構成する環員数4~20の不飽和脂環構造としては、例えばシクロブテン構造、シクロペンテン構造、シクロヘキセン構造、ノルボルネン構造等の不飽和脂環構造などが挙げられる。 Examples of the unsaturated alicyclic structure having 4 to 20 ring members constituted by R F together with the carbon atoms to which R C , R D and R E are bonded include unsaturated alicyclic structures such as a cyclobutene structure, a cyclopentene structure, a cyclohexene structure and a norbornene structure.
RXとしては、炭化水素基が好ましく、鎖状炭化水素基又は芳香族炭化水素基がより好ましく、アルキル基又はアリール基がさらに好ましい。 R 1 X is preferably a hydrocarbon group, more preferably a chain hydrocarbon group or an aromatic hydrocarbon group, and further preferably an alkyl group or an aryl group.
RY及びRZとしては、炭化水素基が好ましく、鎖状炭化水素基又は脂環式炭化水素基がより好ましく、アルキル基又は脂環式飽和炭化水素基がさらに好ましい。 R 1 Y and R 1 Z are preferably a hydrocarbon group, more preferably a chain hydrocarbon group or an alicyclic hydrocarbon group, and further preferably an alkyl group or an alicyclic saturated hydrocarbon group.
RUとしては、水素原子又は炭化水素基が好ましく、水素原子がより好ましい。 R U is preferably a hydrogen atom or a hydrocarbon group, and more preferably a hydrogen atom.
RV及びRWとしては、炭化水素基が好ましく、鎖状炭化水素基がより好ましい。 R V and R W are preferably hydrocarbon groups, and more preferably chain hydrocarbon groups.
第3構造単位としては、上記式(4-1A)で表される構造単位が好ましい。 As the third structural unit, a structural unit represented by the above formula (4-1A) is preferable.
[A]重合体における第3構造単位の含有割合の下限としては、[A]重合体を構成する全構造単位に対して、5モル%が好ましく、10モル%がより好ましく、15モル%がさらに好ましい。上記含有割合の上限としては、80モル%が好ましく、70モル%がより好ましく、60モル%がさらに好ましい。第3構造単位の含有割合を上記範囲とすることで、当該感放射線性樹脂組成物により形成されるレジストパターンの露光光に対する感度及びLWR性能をより向上させることができ、プロセスウィンドウをより拡張させることができる。 [A] The lower limit of the content of the third structural unit in the polymer is preferably 5 mol%, more preferably 10 mol%, and 15 mol% based on the total structural units constituting the polymer [A]. More preferred. The upper limit of the content ratio is preferably 80 mol%, more preferably 70 mol%, and even more preferably 60 mol%. By setting the content ratio of the third structural unit within the above range, the sensitivity to exposure light and LWR performance of the resist pattern formed by the radiation-sensitive resin composition can be further improved, and the process window can be further expanded. be able to.
[その他の構造単位]
その他の構造単位としては、例えばラクトン構造、環状カーボネート構造、スルトン構造又はこれらの組み合わせを含む構造単位、第2構造単位以外のアルコール性水酸基を含む構造単位、ベンジル(メタ)アクリレートに由来する構造単位などが挙げられる。[A]重合体は、これらのその他の構造単位をさらに有することで現像液への溶解性をより一層適度に調整することができ、その結果、当該感放射線性樹脂組成物により形成されるレジストパターンの露光光に対する感度及びLWR性能をより一層向上させることができ、プロセスウィンドウをより一層拡張させることができる。また、レジストパターンと基板との密着性をより一層向上させることもできる。
[Other structural units]
Other structural units include, for example, a structural unit containing a lactone structure, a cyclic carbonate structure, a sultone structure, or a combination thereof, a structural unit containing an alcoholic hydroxyl group other than the second structural unit, and a structural unit derived from benzyl (meth)acrylate. Examples include. [A] By further having these other structural units, the polymer can further adjust its solubility in the developer, and as a result, the resist formed from the radiation-sensitive resin composition The sensitivity of the pattern to exposure light and the LWR performance can be further improved, and the process window can be further expanded. Furthermore, the adhesion between the resist pattern and the substrate can be further improved.
ラクトン構造、環状カーボネート構造、スルトン構造又はこれらの組み合わせを含む構造単位としては、例えば下記式で表される構造単位などが挙げられる。 Examples of the structural unit containing a lactone structure, a cyclic carbonate structure, a sultone structure, or a combination thereof include a structural unit represented by the following formula.
上記式中、RL1は、水素原子、フッ素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。 In the above formula, R L1 is a hydrogen atom, a fluorine atom, a methyl group, or a trifluoromethyl group.
ラクトン構造、環状カーボネート構造、スルトン構造又はこれらの組み合わせを含む構造単位としては、ラクトン構造を含む構造単位が好ましく、ノルボルナンラクトン構造を含む構造単位がより好ましく、ノルボルナンラクトン-イル(メタ)アクリレートに由来する構造単位がさらに好ましい。 As the structural unit containing a lactone structure, a cyclic carbonate structure, a sultone structure, or a combination thereof, a structural unit containing a lactone structure is preferred, a structural unit containing a norbornane lactone structure is more preferred, and a structural unit derived from norbornane lactone-yl (meth)acrylate is even more preferred.
第2構造単位以外のアルコール性水酸基を含む構造単位としては、例えば下記式で表される構造単位などが挙げられる。 Examples of structural units containing an alcoholic hydroxyl group other than the second structural unit include structural units represented by the following formulas.
上記式中、RL2は、水素原子、フッ素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。 In the above formula, R L2 is a hydrogen atom, a fluorine atom, a methyl group or a trifluoromethyl group.
[A]重合体がその他の構造単位を有する場合、その他の構造単位の含有割合の下限としては、[A]重合体における全構造単位に対して、1モル%が好ましく、5モル%がより好ましい。上記含有割合の上限としては、30モル%が好ましく、20モル%がより好ましい。 When the polymer [A] has other structural units, the lower limit of the content of the other structural units is preferably 1 mol %, more preferably 5 mol %, based on the total structural units in the polymer [A]. The upper limit of the content is preferably 30 mol %, more preferably 20 mol %.
[A]重合体のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算重量平均分子量(Mw)の下限としては、2,000が好ましく、3,000がより好ましく、4,000がさらに好ましく、5,000が特に好ましい。上記Mwの上限としては、11,000が好ましく、10,000がより好ましく、9,000がさらに好ましく、8,000が特に好ましい。[A]重合体のMwを上記範囲とすることで、当該感放射線性樹脂組成物の塗工性を向上させることができ、その結果、当該感放射線性樹脂組成物により形成されるレジストパターンの露光光に対する感度及びLWR性能をより向上させることができ、プロセスウィンドウをより拡張させることができる。 [A] The lower limit of the polystyrene equivalent weight average molecular weight (Mw) of the polymer measured by gel permeation chromatography (GPC) is preferably 2,000, more preferably 3,000, even more preferably 4,000, 5, 000 is particularly preferred. The upper limit of Mw is preferably 11,000, more preferably 10,000, even more preferably 9,000, and particularly preferably 8,000. [A] By setting the Mw of the polymer within the above range, the coating properties of the radiation-sensitive resin composition can be improved, and as a result, the resist pattern formed by the radiation-sensitive resin composition can be improved. The sensitivity to exposure light and LWR performance can be further improved, and the process window can be further expanded.
[A]重合体のGPCによるポリスチレン換算数平均分子量(Mn)に対するMwの比(Mw/Mn)の上限としては、2.50が好ましく、2.00がより好ましく、1.75がさらに好ましい。上記比の下限としては、通常1.00であり、1.10が好ましく、1.20がより好ましい。[A]重合体のMw/Mnを上記範囲とすることで、当該感放射線性樹脂組成物の塗工性をより向上させることができる。 [A] The upper limit of the ratio (Mw/Mn) of Mw to polystyrene equivalent number average molecular weight (Mn) determined by GPC of the polymer is preferably 2.50, more preferably 2.00, and even more preferably 1.75. The lower limit of the above ratio is usually 1.00, preferably 1.10, and more preferably 1.20. [A] By setting the Mw/Mn of the polymer within the above range, the coating properties of the radiation-sensitive resin composition can be further improved.
本明細書における重合体のMw及びMnは、以下の条件によるゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定される値である。
GPCカラム:東ソー(株)の「G2000HXL」2本、「G3000HXL」1本及び「G4000HXL」1本
溶出溶媒 :テトラヒドロフラン
流量 :1.0mL/分
試料濃度 :1.0質量%
試料注入量 :100μL
カラム温度 :40℃
検出器 :示差屈折計
標準物質 :単分散ポリスチレン
In this specification, the Mw and Mn of the polymer are values measured by gel permeation chromatography (GPC) under the following conditions.
GPC columns: two "G2000HXL", one "G3000HXL" and one "G4000HXL" from Tosoh Corporation. Elution solvent: tetrahydrofuran. Flow rate: 1.0 mL/min. Sample concentration: 1.0% by mass.
Sample injection volume: 100 μL
Column temperature: 40°C
Detector: Differential refractometer Standard material: Monodisperse polystyrene
当該感放射線性樹脂組成物における[A]重合体の含有割合の下限としては、[D]有機溶媒以外の全成分に対して、50質量%が好ましく、60質量%がより好ましく、70質量%がさらに好ましく、80質量%が特に好ましい。 The lower limit of the content of the [A] polymer in the radiation-sensitive resin composition is preferably 50% by mass, more preferably 60% by mass, and 70% by mass based on all components other than the organic solvent [D]. is more preferable, and 80% by mass is particularly preferable.
[A]重合体は、例えば各構造単位を与える単量体を公知の方法で重合することにより合成することができる。 [A] The polymer can be synthesized, for example, by polymerizing monomers providing each structural unit by a known method.
<[B]酸発生体>
[B]酸発生体は、放射線の照射により酸を発生する物質である。放射線としては、例えば可視光線、紫外線、遠紫外線、極端紫外線(EUV)、X線、γ線等の電磁波、電子線、α線等の荷電粒子線などが挙げられる。放射線の照射(露光)により[B]酸発生体から発生した酸により[A]重合体が有する第3構造単位に含まれる酸解離性基が解離してカルボキシ基が生じ、露光部と未露光部との間で[A]重合体の現像液に対する溶解性に差異が生じることにより、レジストパターンを形成することができる。当該感放射線性樹脂組成物における[B]酸発生体の含有形態としては、低分子化合物の形態(以下、「[B]酸発生剤」ともいう)、[A]重合体の一部として組み込まれた形態、又はこれらの両方の形態が挙げられる。
<[B] Acid generator>
[B] Acid generator is a substance that generates acid upon irradiation with radiation. Examples of the radiation include electromagnetic waves such as visible light, ultraviolet rays, far ultraviolet rays, extreme ultraviolet rays (EUV), X-rays, and gamma rays, and charged particle beams such as electron beams and alpha rays. Upon irradiation with radiation (exposure), the acid generated from the acid generator [B] dissociates the acid-dissociable group contained in the third structural unit of the polymer [A] to form a carboxyl group, which separates the exposed and unexposed areas. A resist pattern can be formed by the difference in the solubility of the [A] polymer in a developer between the two parts. The [B] acid generator contained in the radiation-sensitive resin composition may be in the form of a low molecular compound (hereinafter also referred to as "[B] acid generator"), or incorporated as part of the [A] polymer. or both of these forms.
酸が酸解離性基を解離させる温度の下限としては、80℃が好ましく、90℃がより好ましく、100℃がさらに好ましい。上記温度の上限としては、130℃が好ましく、120℃がより好ましく、110℃がさらに好ましい。酸が酸解離性基を解離させる時間の下限としては10秒が好ましく、1分がより好ましい。上記時間の上限としては、10分が好ましく、2分がより好ましい。 The lower limit of the temperature at which the acid dissociates the acid-dissociable group is preferably 80°C, more preferably 90°C, and even more preferably 100°C. The upper limit of the above temperature is preferably 130°C, more preferably 120°C, and even more preferably 110°C. The lower limit of the time for the acid to dissociate the acid-dissociable group is preferably 10 seconds, more preferably 1 minute. The upper limit of the above time is preferably 10 minutes, more preferably 2 minutes.
[B]酸発生体から発生する酸としては、例えばスルホン酸、イミド酸などが挙げられる。 [B] Examples of acids generated from the acid generator include sulfonic acids and imide acids.
[B]酸発生剤としては、例えばオニウム塩化合物、N-スルホニルオキシイミド化合物、スルホンイミド化合物、ハロゲン含有化合物、ジアゾケトン化合物などが挙げられる。 [B] Examples of the acid generator include onium salt compounds, N-sulfonyloxyimide compounds, sulfonimide compounds, halogen-containing compounds, and diazoketone compounds.
オニウム塩化合物としては、例えばスルホニウム塩、テトラヒドロチオフェニウム塩、ヨードニウム塩、ホスホニウム塩、ジアゾニウム塩、ピリジニウム塩などが挙げられる。 Examples of onium salt compounds include sulfonium salts, tetrahydrothiophenium salts, iodonium salts, phosphonium salts, diazonium salts, and pyridinium salts.
[B]酸発生剤の具体例としては、例えば特開2009-134088号公報の段落[0080]~[0113]に記載されている化合物などが挙げられる。 [B] Specific examples of the acid generator include the compounds described in paragraphs [0080] to [0113] of JP-A-2009-134088.
放射線の照射によりスルホン酸を発生する[B]酸発生剤としては、例えば下記式(5)で表される化合物(以下、「化合物(5)」ともいう)などが挙げられる。[B]酸発生剤が下記構造を有することで、[A]重合体との相互作用等により、発生する酸のレジスト膜中の拡散長がより適度に短くなると考えられ、その結果、当該感放射線性樹脂組成物により形成されるレジストパターンの露光光に対する感度及びLWR性能をより向上させることができ、プロセスウィンドウをより拡張させることができる。 Examples of the acid generator [B] that generates sulfonic acid upon irradiation with radiation include a compound represented by the following formula (5) (hereinafter also referred to as "compound (5)"). [B] When the acid generator has the following structure, it is thought that the diffusion length of the generated acid in the resist film becomes more appropriately shortened due to interaction with the [A] polymer, and as a result, the said sensitivity The sensitivity to exposure light and the LWR performance of the resist pattern formed by the radiation-active resin composition can be further improved, and the process window can be further expanded.
上記式(5)中、Rp1は、環員数5以上の環構造を含む1価の基である。Rp2は、2価の連結基である。Rp3及びRp4は、それぞれ独立して、水素原子、フッ素原子、炭素数1~20の1価の炭化水素基又は炭素数1~20の1価のフッ素化炭化水素基である。Rp5及びRp6は、それぞれ独立して、フッ素原子又は炭素数1~20の1価のフッ素化炭化水素基である。np1は、0~10の整数である。np2は、0~10の整数である。np3は、0~10の整数である。但し、np1+np2+np3は、1以上30以下である。np1が2以上の場合、複数のRp2は互いに同一又は異なる。np2が2以上の場合、複数のRp3は互いに同一又は異なり、複数のRp4は互いに同一又は異なる。np3が2以上の場合、複数のRp5は互いに同一又は異なり、複数のRp6は互いに同一又は異なる。T+は、1価の感放射線性オニウムカチオンである。 In the above formula (5), R p1 is a monovalent group containing a ring structure having 5 or more ring members. R p2 is a divalent linking group. R p3 and R p4 are each independently a hydrogen atom, a fluorine atom, a monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, or a monovalent fluorinated hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms. R p5 and R p6 are each independently a fluorine atom or a monovalent fluorinated hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms. n p1 is an integer from 0 to 10. n p2 is an integer from 0 to 10. n p3 is an integer from 0 to 10. However, n p1 +n p2 +n p3 is 1 or more and 30 or less. When n p1 is 2 or more, multiple R p2 are the same or different from each other. When np2 is 2 or more, the multiple Rp3 are the same or different from each other, and the multiple Rp4 are the same or different from each other. When np3 is 2 or more, the multiple Rp5 are the same or different from each other, and the multiple Rp6 are the same or different from each other. T + is a monovalent radiation-sensitive onium cation.
Rp1で表される環員数5以上の環構造を含む1価の基としては、例えば環員数5以上の脂環構造を含む1価の基、環員数5以上の脂肪族複素環構造を含む1価の基、環員数5以上の芳香族炭素環構造を含む1価の基、環員数5以上の芳香族複素環構造を含む1価の基等が挙げられる。 Examples of the monovalent group containing a ring structure having 5 or more ring members, represented by R p1 , include a monovalent group containing an alicyclic structure having 5 or more ring members, a monovalent group containing an aliphatic heterocyclic structure having 5 or more ring members, a monovalent group containing an aromatic carbon ring structure having 5 or more ring members, and a monovalent group containing an aromatic heterocyclic structure having 5 or more ring members.
環員数5以上の脂環構造としては、例えばシクロペンタン構造、シクロヘキサン構造、シクロヘプタン構造、シクロオクタン構造、シクロノナン構造、シクロデカン構造、シクロドデカン構造等の単環の飽和脂環構造、シクロペンテン構造、シクロヘキセン構造、シクロヘプテン構造、シクロオクテン構造、シクロデセン構造等の単環の不飽和脂環構造、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飽和脂環構造、ノルボルネン構造、トリシクロデセン構造等の多環の不飽和脂環構造などが挙げられる。 Examples of alicyclic structures having 5 or more ring members include monocyclic saturated alicyclic structures such as cyclopentane structure, cyclohexane structure, cycloheptane structure, cyclooctane structure, cyclononane structure, cyclodecane structure, and cyclododecane structure; monocyclic unsaturated alicyclic structures such as cyclopentene structure, cyclohexene structure, cycloheptene structure, cyclooctene structure, and cyclodecene structure; polycyclic saturated alicyclic structures such as norbornane structure, adamantane structure, tricyclodecane structure, and tetracyclododecane structure; and polycyclic unsaturated alicyclic structures such as norbornene structure and tricyclodecene structure.
環員数5以上の脂肪族複素環構造としては、例えばヘキサノラクトン構造、ノルボルナンラクトン構造等のラクトン構造、ヘキサノスルトン構造、ノルボルナンスルトン構造等のスルトン構造、オキサシクロヘプタン構造、オキサノルボルナン構造等の酸素原子含有複素環構造、アザシクロヘキサン構造、ジアザビシクロオクタン構造等の窒素原子含有複素環構造、チアシクロヘキサン構造、チアノルボルナン構造等の硫黄原子含有複素環構造などが挙げられる。 Examples of aliphatic heterocyclic structures having 5 or more ring members include lactone structures such as a hexanolactone structure and a norbornanelactone structure, sultone structures such as a hexanosultone structure and a norbornanesultone structure, oxygen atom-containing heterocyclic structures such as an oxacycloheptane structure and an oxanorbornane structure, nitrogen atom-containing heterocyclic structures such as an azacyclohexane structure and a diazabicyclooctane structure, and sulfur atom-containing heterocyclic structures such as a thiacyclohexane structure and a thianorbornane structure.
環員数5以上の芳香族炭素環構造としては、例えばベンゼン構造、ナフタレン構造、フェナントレン構造、アントラセン構造などが挙げられる。 Examples of aromatic carbon ring structures with 5 or more ring members include a benzene structure, a naphthalene structure, a phenanthrene structure, and an anthracene structure.
環員数5以上の芳香族複素環構造としては、例えばフラン構造、ピラン構造、ベンゾフラン構造、ベンゾピラン構造等の酸素原子含有複素環構造、ピリジン構造、ピリミジン構造、インドール構造等の窒素原子含有複素環構造などが挙げられる。 Examples of aromatic heterocyclic structures having 5 or more ring members include oxygen atom-containing heterocyclic structures such as furan structures, pyran structures, benzofuran structures, and benzopyran structures, and nitrogen atom-containing heterocyclic structures such as pyridine structures, pyrimidine structures, and indole structures.
Rp1の環構造の環員数の下限としては、6が好ましく、8がより好ましく、9がさらに好ましく、10が特に好ましい。上記環員数の上限としては、15が好ましく、14がより好ましく、13がさらに好ましく、12が特に好ましい。上記環員数を上記範囲とすることで上述の酸の拡散長をさらに適度に短くすることができ、その結果、当該感放射線性樹脂組成物により形成されるレジストパターンの露光光に対する感度及びLWR性能をより向上させることができ、プロセスウィンドウをより拡張させることができる。 The lower limit of the number of ring members in the ring structure of R p1 is preferably 6, more preferably 8, still more preferably 9, and particularly preferably 10. The upper limit of the number of ring members is preferably 15, more preferably 14, still more preferably 13, and particularly preferably 12. By setting the number of ring members within the above range, the diffusion length of the acid can be further suitably shortened, and as a result, the sensitivity to exposure light and LWR performance of a resist pattern formed from the radiation-sensitive resin composition can be further improved, and the process window can be further expanded.
Rp1の環構造が有する水素原子の一部又は全部は、置換基で置換されていてもよい。上記置換基としては、例えばフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等のハロゲン原子、ヒドロキシ基、カルボキシ基、シアノ基、ニトロ基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アルコキシカルボニルオキシ基、アシル基、アシロキシ基等が挙げられる。これらの中でヒドロキシ基が好ましい。 A part or all of the hydrogen atoms in the ring structure of R p1 may be substituted with a substituent. Examples of the substituent include halogen atoms such as fluorine atom, chlorine atom, bromine atom, and iodine atom, hydroxy group, carboxy group, cyano group, nitro group, alkoxy group, alkoxycarbonyl group, alkoxycarbonyloxy group, acyl group, and acyloxy group. Among these, hydroxy group is preferred.
Rp1としては、環員数5以上の脂環構造を含む1価の基又は環員数5以上の脂肪族複素環構造を含む1価の基が好ましく、多環の飽和脂環構造を含む1価の基、酸素原子含有複素環構造を含む1価の基又は窒素原子含有複素環構造含む1価の基がより好ましく、アダマンチル基、ノルボルナンスルトン-イル基又はアザシクロヘキサン-イル基がさらに好ましい。 R p1 is preferably a monovalent group containing an alicyclic structure having 5 or more ring members or a monovalent group containing an aliphatic heterocyclic structure having 5 or more ring members, more preferably a monovalent group containing a polycyclic saturated alicyclic structure, a monovalent group containing an oxygen atom-containing heterocyclic structure or a monovalent group containing a nitrogen atom-containing heterocyclic structure, and still more preferably an adamantyl group, a norbornane sultonyl group or an azacyclohexylanyl group.
Rp2で表される2価の連結基としては、例えばカルボニル基、エーテル基、カルボニルオキシ基、スルフィド基、チオカルボニル基、スルホニル基、2価の炭化水素基等が挙げられる。これらの中で、カルボニルオキシ基、スルホニル基、アルカンジイル基又は2価の脂環式飽和炭化水素基が好ましく、カルボニルオキシ基又はスルホニル基がより好ましい。 Examples of the divalent linking group represented by R p2 include a carbonyl group, an ether group, a carbonyloxy group, a sulfide group, a thiocarbonyl group, a sulfonyl group, a divalent hydrocarbon group, etc. Among these, a carbonyloxy group, a sulfonyl group, an alkanediyl group, or a divalent alicyclic saturated hydrocarbon group is preferred, and a carbonyloxy group or a sulfonyl group is more preferred.
Rp3及びRp4で表される炭素数1~20の1価の炭化水素基としては、例えば炭素数1~20のアルキル基等が挙げられる。Rp3及びRp4で表される炭素数1~20の1価のフッ素化炭化水素基としては、例えば炭素数1~20のフッ素化アルキル基等が挙げられる。Rp3及びRp4としては、水素原子、フッ素原子又はフッ素化アルキル基が好ましく、フッ素原子又はパーフルオロアルキル基がより好ましく、フッ素原子又はトリフルオロメチル基がさらに好ましい。 Examples of the monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms represented by R p3 and R p4 include an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms. Examples of the monovalent fluorinated hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms represented by R p3 and R p4 include a fluorinated alkyl group having 1 to 20 carbon atoms. R p3 and R p4 are preferably a hydrogen atom, a fluorine atom or a fluorinated alkyl group, more preferably a fluorine atom or a perfluoroalkyl group, and even more preferably a fluorine atom or a trifluoromethyl group.
Rp5及びRp6で表される炭素数1~20の1価のフッ素化炭化水素基としては、例えば炭素数1~20のフッ素化アルキル基等が挙げられる。Rp5及びRp6としては、フッ素原子又はフッ素化アルキル基が好ましく、フッ素原子又はパーフルオロアルキル基がより好ましく、フッ素原子又はトリフルオロメチル基がさらに好ましく、フッ素原子が特に好ましい。 Examples of the monovalent fluorinated hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms represented by R p5 and R p6 include a fluorinated alkyl group having 1 to 20 carbon atoms. R p5 and R p6 are preferably a fluorine atom or a fluorinated alkyl group, more preferably a fluorine atom or a perfluoroalkyl group, further preferably a fluorine atom or a trifluoromethyl group, and particularly preferably a fluorine atom.
np1としては、0~5が好ましく、0~2がより好ましく、0又は1がさらに好ましい。 n p1 is preferably 0 to 5, more preferably 0 to 2, and even more preferably 0 or 1.
np2としては、0~5が好ましく、0~2がより好ましく、0又は1がさらに好ましい。 n p2 is preferably 0 to 5, more preferably 0 to 2, and even more preferably 0 or 1.
np3の下限としては、1が好ましく、2がより好ましい。np3を1以上とすることで、上記化合物(5)から生じる酸の強さを高めることができ、その結果、当該感放射線性樹脂組成物により形成されるレジストパターンの露光光に対する感度及びLWR性能をより向上させることができ、プロセスウィンドウをより拡張させることができる。np3の上限としては、4が好ましく、3がより好ましく、2がさらに好ましい。 The lower limit of n p3 is preferably 1, more preferably 2. By setting n p3 to 1 or more, the strength of the acid generated from the compound (5) can be increased, and as a result, the sensitivity to exposure light and LWR of the resist pattern formed by the radiation-sensitive resin composition are improved. Performance can be further improved and the process window can be further expanded. The upper limit of n p3 is preferably 4, more preferably 3, and even more preferably 2.
np1+np2+np3の下限としては、2が好ましく、4がより好ましい。np1+np2+np3の上限としては、20が好ましく、10がより好ましい。 The lower limit of np1 + np2 + np3 is preferably 2, and more preferably 4. The upper limit of np1 + np2 + np3 is preferably 20, and more preferably 10.
T+で表される1価の感放射線性オニウムカチオンとしては、例えば下記式(r-a)で表されるカチオン(以下、「カチオン(r-a)」ともいう)、下記式(r-b)で表されるカチオン(以下、「カチオン(r-b)」ともいう)、下記式(r-c)で表されるカチオン(以下、「カチオン(r-c)」ともいう)などが挙げられる。 Examples of the monovalent radiation-sensitive onium cation represented by T + include the cation represented by the following formula (ra) (hereinafter also referred to as "cation (ra)"), the following formula (r- The cation represented by b) (hereinafter also referred to as "cation (r-b)"), the cation represented by the following formula (r-c) (hereinafter also referred to as "cation (r-c)"), etc. Can be mentioned.
上記式(r-a)中、RB3及びRB4は、それぞれ独立して、炭素数1~20の1価の有機基である。b3は、0~11の整数である。b3が1の場合、RB5は、炭素数1~20の1価の有機基、ヒドロキシ基、ニトロ基又はハロゲン原子である。b3が2以上の場合、複数のRB5は、互いに同一又は異なり、炭素数1~20の1価の有機基、ヒドロキシ基、ニトロ基若しくはハロゲン原子であるか、又はこれらの基が互いに合わせられこれらが結合する炭素鎖と共に構成される環員数4~20の環構造の一部を表す。nbbは、0~3の整数である。 In the above formula (ra), R B3 and R B4 are each independently a monovalent organic group having 1 to 20 carbon atoms. b3 is an integer from 0 to 11. When b3 is 1, R B5 is a monovalent organic group having 1 to 20 carbon atoms, a hydroxy group, a nitro group, or a halogen atom. When b3 is 2 or more, the plurality of R B5s are the same or different and are a monovalent organic group having 1 to 20 carbon atoms, a hydroxy group, a nitro group, or a halogen atom, or these groups are combined with each other. These represent a part of a ring structure with 4 to 20 ring members that is formed together with the carbon chains to which they are bonded. n bb is an integer from 0 to 3.
上記RB3、RB4及びRB5で表される炭素数1~20の1価の有機基としては、例えば上記式(3)のR12として例示した有機基と同様の基などが挙げられる。 Examples of the monovalent organic group having 1 to 20 carbon atoms represented by R B3 , R B4 and R B5 include groups similar to the organic group exemplified as R 12 in formula (3) above.
RB3及びRB4としては、炭素数1~20の1価の非置換の炭化水素基又は水素原子が置換基により置換された炭化水素基が好ましく、炭素数6~18の1価の非置換の芳香族炭化水素基又は水素原子が置換基により置換された芳香族炭化水素基がより好ましく、置換又は非置換のフェニル基がさらに好ましく、非置換のフェニル基が特に好ましい。 R B3 and R B4 are preferably monovalent unsubstituted hydrocarbon groups having 1 to 20 carbon atoms or hydrocarbon groups in which a hydrogen atom is substituted with a substituent; An aromatic hydrocarbon group or an aromatic hydrocarbon group in which the hydrogen atom is substituted with a substituent is more preferable, a substituted or unsubstituted phenyl group is even more preferable, and an unsubstituted phenyl group is particularly preferable.
上記RB3及びRB4として表される炭素数1~20の1価の炭化水素基が有する水素原子を置換していてもよい置換基としては、置換若しくは非置換の炭素数1~20の1価の炭化水素基、-OSO2-Rk、-SO2-Rk、-ORk、-COORk、-O-CO-Rk、-O-Rkk-COORk、-Rkk-CO-Rk又は-S-Rkが好ましい。Rkは、炭素数1~10の1価の炭化水素基である。Rkkは、単結合又は炭素数1~10の2価の炭化水素基である。 The substituent which may substitute a hydrogen atom of the monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms represented by R B3 and R B4 is preferably a substituted or unsubstituted monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, -OSO 2 -R k , -SO 2 -R k , -OR k , -COOR k , -O-CO-R k , -O-R kk -COOR k , -R kk -CO-R k or -S-R k . R k is a monovalent hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms. R kk is a single bond or a divalent hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms.
RB5としては、置換若しくは非置換の炭素数1~20の1価の炭化水素基、-OSO2-Rk、-SO2-Rk、-ORk、-COORk、-O-CO-Rk、-O-Rkk-COORk、-Rkk-CO-Rk又は-S-Rkが好ましい。Rkは、炭素数1~10の1価の炭化水素基である。Rkkは、単結合又は炭素数1~10の2価の炭化水素基である。 R B5 is a substituted or unsubstituted monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, -OSO 2 -R k , -SO 2 -R k , -OR k , -COOR k , -O-CO- R k , -O-R kk -COOR k , -R kk -CO-R k or -S-R k are preferred. R k is a monovalent hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms. R kk is a single bond or a divalent hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms.
上記式(r-b)中、b4は、0~9の整数である。b4が1の場合、RB6は、炭素数1~20の1価の有機基、ヒドロキシ基、ニトロ基又はハロゲン原子である。b4が2以上の場合、複数のRB6は、互いに同一又は異なり、炭素数1~20の1価の有機基、ヒドロキシ基、ニトロ基若しくはハロゲン原子であるか、又はこれらの基が互いに合わせられこれらが結合する炭素鎖と共に構成される環員数4~20の環構造の一部を表す。b5は、0~10の整数である。b5が1の場合、RB7は、炭素数1~20の1価の有機基、ヒドロキシ基、ニトロ基又はハロゲン原子である。b5が2以上の場合、複数のRB7は、互いに同一又は異なり、炭素数1~20の1価の有機基、ヒドロキシ基、ニトロ基若しくはハロゲン原子であるか、又はこれらの基が互いに合わせられこれらが結合する炭素原子若しくは炭素鎖と共に構成される環員数3~20の環構造の一部を表す。nb2は、0~3の整数である。RB8は、単結合又は炭素数1~20の2価の有機基である。nb1は、0~2の整数である。 In the above formula (r-b), b4 is an integer of 0 to 9. When b4 is 1, R B6 is a monovalent organic group having 1 to 20 carbon atoms, a hydroxyl group, a nitro group, or a halogen atom. When b4 is 2 or more, multiple R B6 are the same or different from each other and are a monovalent organic group having 1 to 20 carbon atoms, a hydroxyl group, a nitro group, or a halogen atom, or these groups are combined with each other and represent a part of a ring structure having 4 to 20 ring members together with the carbon chain to which they are bonded. b5 is an integer of 0 to 10. When b5 is 1, R B7 is a monovalent organic group having 1 to 20 carbon atoms, a hydroxyl group, a nitro group, or a halogen atom. When b5 is 2 or more, multiple R B7 are the same or different from each other and are a monovalent organic group having 1 to 20 carbon atoms, a hydroxyl group, a nitro group, or a halogen atom, or these groups are combined with each other and represent a part of a ring structure having 3 to 20 ring members together with the carbon atom or carbon chain to which they are bonded. n b2 is an integer of 0 to 3. R B8 is a single bond or a divalent organic group having 1 to 20 carbon atoms. n b1 is an integer of 0 to 2.
上記RB6及びRB7としては、置換若しくは非置換の炭素数1~20の1価の炭化水素基、-ORk、-COORk、-O-CO-Rk、-O-Rkk-COORk又は-Rkk-CO-Rkが好ましい。Rkは、炭素数1~10の1価の炭化水素基である。Rkkは、単結合又は炭素数1~10の2価の炭化水素基である。 The above R B6 and R B7 are substituted or unsubstituted monovalent hydrocarbon groups having 1 to 20 carbon atoms, -OR k , -COOR k , -O-CO-R k , -O-R kk -COOR k or -R kk -CO-R k is preferred. R k is a monovalent hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms. R kk is a single bond or a divalent hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms.
上記式(r-c)中、b6は、0~5の整数である。b6が1の場合、RB9は、炭素数1~20の1価の有機基、ヒドロキシ基、ニトロ基又はハロゲン原子である。b6が2以上の場合、複数のRB9は、互いに同一又は異なり、炭素数1~20の1価の有機基、ヒドロキシ基、ニトロ基若しくはハロゲン原子であるか、又はこれらの基が互いに合わせられこれらが結合する炭素鎖と共に構成される環員数4~20の環構造の一部を表す。b7は、0~5の整数である。b7が1の場合、RB10は、炭素数1~20の1価の有機基、ヒドロキシ基、ニトロ基又はハロゲン原子である。b7が2以上の場合、複数のRB10は、互いに同一又は異なり、炭素数1~20の1価の有機基、ヒドロキシ基、ニトロ基若しくはハロゲン原子であるか、又はこれらの基が互いに合わせられこれらが結合する炭素鎖と共に構成される環員数4~20の環構造の一部を表す。 In the above formula (rc), b6 is an integer from 0 to 5. When b6 is 1, R B9 is a monovalent organic group having 1 to 20 carbon atoms, a hydroxy group, a nitro group, or a halogen atom. When b6 is 2 or more, the plurality of R B9s are the same or different and are a monovalent organic group having 1 to 20 carbon atoms, a hydroxy group, a nitro group, or a halogen atom, or these groups are combined with each other. These represent a part of a ring structure with 4 to 20 ring members that is formed together with the carbon chains to which they are bonded. b7 is an integer from 0 to 5. When b7 is 1, R B10 is a monovalent organic group having 1 to 20 carbon atoms, a hydroxy group, a nitro group, or a halogen atom. When b7 is 2 or more, the plurality of R B10s are the same or different and are a monovalent organic group having 1 to 20 carbon atoms, a hydroxy group, a nitro group, or a halogen atom, or these groups are combined with each other. These represent a part of a ring structure with 4 to 20 ring members that is formed together with the carbon chains to which they are bonded.
上記RB9及びRB10としては、置換若しくは非置換の炭素数1~20の1価の炭化水素基、-OSO2-Rk、-SO2-Rk、-ORk、-COORk、-O-CO-Rk、-O-Rkk-COORk、-Rkk-CO-Rk、-S-Rk又はこれらの基のうちの2つ以上が互いに合わせられ構成される環構造が好ましい。Rkは、炭素数1~10の1価の炭化水素基である。Rkkは、単結合又は炭素数1~10の2価の炭化水素基である。 The above R B9 and R B10 are preferably a substituted or unsubstituted monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, -OSO 2 -R k , -SO 2 -R k , -OR k , -COOR k , -O-CO-R k , -O-R kk -COOR k , -R kk -CO-R k , -S-R k or a ring structure formed by combining two or more of these groups. R k is a monovalent hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms. R kk is a single bond or a divalent hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms.
RB5、RB6、RB7、RB9及びRB10で表される炭素数1~20の1価の炭化水素基としては、例えばメチル基、エチル基、n-プロピル基、n-ブチル基等の直鎖状のアルキル基、i-プロピル基、i-ブチル基、sec-ブチル基、t-ブチル基等の分岐状のアルキル基、フェニル基、トリル基、キシリル基、メシチル基、ナフチル基等のアリール基、ベンジル基、フェネチル基等のアラルキル基などが挙げられる。 Examples of monovalent hydrocarbon groups having 1 to 20 carbon atoms represented by R B5 , R B6 , R B7 , R B9 and R B10 include methyl group, ethyl group, n-propyl group, n-butyl group, etc. Straight chain alkyl groups, i-propyl groups, i-butyl groups, sec-butyl groups, branched alkyl groups such as t-butyl groups, phenyl groups, tolyl groups, xylyl groups, mesityl groups, naphthyl groups, etc. Examples include aryl groups, benzyl groups, aralkyl groups such as phenethyl groups, and the like.
RB8で表される2価の有機基としては、例えば上記式(r-a)のRB3、RB4及びRB5として例示した炭素数1~20の1価の有機基から1個の水素原子を除いた基等が挙げられる。 Examples of the divalent organic group represented by R B8 include groups in which one hydrogen atom has been removed from the monovalent organic groups having 1 to 20 carbon atoms exemplified as R B3 , R B4 and R B5 in the above formula (ra).
上記RB5、RB6、RB7、RB9及びRB10で表される炭化水素基が有する水素原子を置換していてもよい置換基としては、例えばフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等のハロゲン原子、ヒドロキシ基、カルボキシ基、シアノ基、ニトロ基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アルコキシカルボニルオキシ基、アシル基、アシロキシ基等が挙げられる。これらの中で、ハロゲン原子が好ましく、フッ素原子がより好ましい。 Examples of substituents that may substitute the hydrogen atoms of the hydrocarbon groups represented by R B5 , R B6 , R B7 , R B9 and R B10 include fluorine atom, chlorine atom, bromine atom, and iodine atom. Examples include halogen atoms such as hydroxy groups, carboxy groups, cyano groups, nitro groups, alkoxy groups, alkoxycarbonyl groups, alkoxycarbonyloxy groups, acyl groups, and acyloxy groups. Among these, halogen atoms are preferred, and fluorine atoms are more preferred.
RB5、RB6、RB7、RB9及びRB10としては、非置換の直鎖状若しくは分岐状の1価のアルキル基、1価のフッ素化アルキル基、非置換の1価の芳香族炭化水素基、-OSO2-Rk又は-SO2-Rkが好ましく、フッ素化アルキル基又は非置換の1価の芳香族炭化水素基がより好ましく、フッ素化アルキル基がさらに好ましい。 R B5 , R B6 , R B7 , R B9 and R B10 are preferably an unsubstituted linear or branched monovalent alkyl group, a monovalent fluorinated alkyl group, an unsubstituted monovalent aromatic hydrocarbon group, -OSO 2 -R k or -SO 2 -R k , more preferably a fluorinated alkyl group or an unsubstituted monovalent aromatic hydrocarbon group, and even more preferably a fluorinated alkyl group.
式(r-a)におけるb3としては、0~2が好ましく、0又は1がより好ましく、0がさらに好ましい。nbbとしては、0又は1が好ましく、0がより好ましい。式(r-b)におけるb4としては、0~2が好ましく、0又は1がより好ましく、0がさらに好ましい。b5としては、0~2が好ましく、0又は1がより好ましく、0がさらに好ましい。nb2としては、2又は3が好ましく、2がより好ましい。nb1としては、0又は1が好ましく、0がより好ましい。式(r-c)におけるb6及びb7としては、0~2が好ましく、0又は1がより好ましく、0がさらに好ましい。 In formula (r-a), b3 is preferably 0 to 2, more preferably 0 or 1, and even more preferably 0. In formula (r-b), b4 is preferably 0 to 2, more preferably 0 or 1, and even more preferably 0. In formula (r-b), b5 is preferably 0 to 2, more preferably 0 or 1, and even more preferably 0. In formula (r-c), b6 and b7 are preferably 0 to 2, more preferably 0 or 1, and even more preferably 0.
T+としては、これらの中で、カチオン(r-a)が好ましく、トリフェニルスルホニウムカチオンがより好ましい。 Of these, T + is preferably the cation (ra), more preferably the triphenylsulfonium cation.
[B]酸発生剤としては、スルホン酸を発生する酸発生剤として、例えば下記式(5-1)~(5-5)で表される化合物(以下、「化合物(5-1)~(5-5)」ともいう)などが挙げられる。 [B] Examples of the acid generator that generates sulfonic acid include compounds represented by the following formulas (5-1) to (5-5) (hereinafter also referred to as "compounds (5-1) to (5-5)").
上記式(5-1)~(5-5)中、T+は、1価の感放射線性オニウムカチオンである。 In the above formulas (5-1) to (5-5), T + is a monovalent radiation-sensitive onium cation.
[B]酸発生体が[B]酸発生剤である場合、当該感放射線性樹脂組成物における[B]酸発生剤の含有量の下限としては、[A]重合体100質量部に対して、0.1質量部が好ましく、1質量部がより好ましく、5質量部がさらに好ましい。上記含有量の上限としては、70質量部が好ましく、50質量部がより好ましく、40質量部がさらに好ましく、30質量部が特に好ましい。[B]酸発生剤の含有量を上記範囲とすることで、当該感放射線性樹脂組成物により形成されるレジストパターンの露光光に対する感度及びLWR性能をより一層向上させることができ、プロセスウィンドウをより一層拡張させることができる。 When the [B] acid generator is a [B] acid generator, the lower limit of the content of the [B] acid generator in the radiation-sensitive resin composition is based on 100 parts by mass of the [A] polymer. , is preferably 0.1 part by mass, more preferably 1 part by mass, and even more preferably 5 parts by mass. The upper limit of the content is preferably 70 parts by mass, more preferably 50 parts by mass, even more preferably 40 parts by mass, and particularly preferably 30 parts by mass. [B] By setting the content of the acid generator within the above range, the sensitivity to exposure light and LWR performance of the resist pattern formed by the radiation-sensitive resin composition can be further improved, and the process window can be widened. It can be further expanded.
<[C]化合物>
[C]化合物は、下記式(2)で表される化合物である。[C]化合物は、酸拡散制御剤として作用する。酸拡散制御剤は、露光により[B]酸発生体等から生じる酸のレジスト膜中における拡散現象を制御し、非露光領域における好ましくない化学反応を制御する効果を奏する。当該感放射線性樹脂組成物は[C]化合物を含有することにより、露光光に対する感度が良好であり、LWR性能に優れ、かつプロセスウィンドウが広いレジストパターンを形成することができる。
<[C] Compound>
[C] The compound is a compound represented by the following formula (2). [C] The compound acts as an acid diffusion control agent. The acid diffusion control agent has the effect of controlling the diffusion phenomenon of acid generated from the [B] acid generator and the like in the resist film upon exposure, and controlling undesirable chemical reactions in non-exposed areas. By containing the [C] compound, the radiation-sensitive resin composition has good sensitivity to exposure light, excellent LWR performance, and can form a resist pattern with a wide process window.
上記式(2)中、R7、R8及びR9は、それぞれ独立して、水素原子、フッ素原子若しくは炭素数1~40の1価の有機基であるか、又はこれらの基のうちの2つ以上が互いに合わせられこれらが結合する炭素原子と共に構成される環員数3~20の環構造の一部である。A+は、1価の感放射線性オニウムカチオンである。 In the above formula (2), R 7 , R 8 and R 9 are each independently a hydrogen atom, a fluorine atom or a monovalent organic group having 1 to 40 carbon atoms, or two or more of these groups combined with the carbon atoms to which they are bonded form a ring structure having 3 to 20 ring members. A + is a monovalent radiation-sensitive onium cation.
R7、R8及びR9で表される炭素数1~40の1価の有機基としては、例えば上記式(3)のR12として例示した1価の有機基と同様の基などが挙げられる。 Examples of the monovalent organic group having 1 to 40 carbon atoms represented by R 7 , R 8 and R 9 include the same monovalent organic groups as exemplified as R 12 in the above formula (3).
R7、R8及びR9のうちの2つ以上が互いに合わせられこれらが結合する炭素原子と共に構成される環員数3~20の環構造としては、例えば環員数3~20の脂環構造、環員数4~20の脂肪族複素環構造、環員数6~20の芳香族炭素環構造、環員数6~20の芳香族複素環構造などが挙げられる。 A ring structure having 3 to 20 ring members formed by combining two or more of R 7 , R 8 and R 9 together with the carbon atom to which they are bonded includes, for example, an alicyclic structure having 3 to 20 ring members; Examples include aliphatic heterocyclic structures having 4 to 20 ring members, aromatic carbocyclic structures having 6 to 20 ring members, and aromatic heterocyclic structures having 6 to 20 ring members.
環員数3~20の脂環構造、環員数4~20の脂肪族複素環構造、環員数6~20の芳香族炭素環構造及び環員数6~20の芳香族複素環構造としては、例えば上記式(5)のRp1としてそれぞれ例示した脂肪族複素環構造、脂肪族複素環構造、芳香族炭素環構造及び芳香族複素環構造と同様の環構造などが挙げられる。 Examples of the alicyclic structure having 3 to 20 ring members, the aliphatic heterocyclic structure having 4 to 20 ring members, the aromatic carbocyclic structure having 6 to 20 ring members, and the aromatic heterocyclic structure having 6 to 20 ring members include ring structures similar to the aliphatic heterocyclic structure, aliphatic heterocyclic structure, aromatic carbocyclic structure, and aromatic heterocyclic structure exemplified as R p1 in the above formula (5).
A+で表される1価の感放射線性オニウムカチオンとしては、例えば上記式(5)のT+として例示した1価の感放射線性オニウムカチオンなどが挙げられる。 Examples of the monovalent radiation-sensitive onium cation represented by A + include the monovalent radiation-sensitive onium cations exemplified as T + in the above formula (5).
R7、R8及びR9としては、これらのうち少なくとも1つがフッ素原子であることが好ましく、これらのうち2つがフッ素原子であることがより好ましく、R7及びR9がフッ素原子であることがさらに好ましい。 At least one of R 7 , R 8 and R 9 is preferably a fluorine atom, more preferably two of them are fluorine atoms, and R 7 and R 9 are fluorine atoms. is even more preferable.
R8としては、炭素数1~40の1価の有機基が好ましい。なかでも、フッ素原子以外のヘテロ原子を含む炭素数1~40の1価の有機基がより好ましい。フッ素原子以外のヘテロ原子としては、例えば窒素原子、酸素原子、硫黄原子が挙げられ、酸素原子が好ましい。R8はエステル構造、ケトン構造及び水酸基から選ばれる少なくとも1種を含む炭素数1~40の1価の有機基であることが更に好ましい。またR8は、環構造を有する炭素数1~40の1価の有機基であることも好ましい。このような環構造としては脂環構造、芳香族炭素環構造、脂肪族複素環構造、芳香族複素環構造が挙げられ、具体的な環構造は前記と同様である。中でも環構造としては脂環構造が好ましく、シクロアルキル環、アダマンタン環がより好ましい。あるいはR8は、フッ素原子を含まない炭素数1~40の1価の有機基であることも好ましい。R7及びR9がフッ素原子であり、且つR8がこのような態様であることが特に好ましい。 R 8 is preferably a monovalent organic group having 1 to 40 carbon atoms. Among them, a monovalent organic group having 1 to 40 carbon atoms containing a heteroatom other than a fluorine atom is more preferable. Examples of heteroatoms other than a fluorine atom include a nitrogen atom, an oxygen atom, and a sulfur atom, and an oxygen atom is preferable. R 8 is more preferably a monovalent organic group having 1 to 40 carbon atoms containing at least one selected from an ester structure, a ketone structure, and a hydroxyl group. R 8 is also preferably a monovalent organic group having 1 to 40 carbon atoms and having a ring structure. Examples of such ring structures include an alicyclic structure, an aromatic carbon ring structure, an aliphatic heterocyclic structure, and an aromatic heterocyclic structure, and specific ring structures are the same as those described above. Among them, an alicyclic structure is preferable as the ring structure, and a cycloalkyl ring and an adamantane ring are more preferable. Alternatively, R 8 is also preferably a monovalent organic group having 1 to 40 carbon atoms not containing a fluorine atom. It is particularly preferable that R 7 and R 9 are fluorine atoms, and R 8 is in such an embodiment.
A+としては、上記カチオン(r-a)、上記カチオン式(r-b)又は上記カチオン(r-c)が好ましく、上記カチオン(r-a)又は上記カチオン(r-b)がより好ましく、上記カチオン(r-a)がさらに好ましく、トリフェニルスルホニウムカチオンが特に好ましい。 As A + , the above cation (r-a), the above cationic formula (r-b) or the above cation (r-c) is preferable, the above cation (r-a) or the above cation (r-b) is more preferable, the above cation (r-a) is further preferable, and a triphenylsulfonium cation is particularly preferable.
[C]化合物としては、例えば下記式(2-1)~(2-15)で表される化合物(以下、「化合物(2-1)~(2-15)」ともいう)などが挙げられる。 Examples of the [C] compound include compounds represented by the following formulas (2-1) to (2-15) (hereinafter also referred to as "compounds (2-1) to (2-15)"). .
上記式(2-1)~(2-15)中、A+は、上記式(2)と同義である。 In the above formulas (2-1) to (2-15), A + has the same meaning as in the above formula (2).
[C]化合物としては、上記化合物(2-1)~(2-7)が好ましい。 As the [C] compound, the above compounds (2-1) to (2-7) are preferable.
当該感放射線性樹脂組成物における[C]化合物の含有割合の下限としては、[B]酸発生剤100モル%に対して、1モル%が好ましく、5モル%がより好ましく、10モル%がさらに好ましい。上記含有割合の上限としては、200モル%が好ましく、10モル%がより好ましく、50モル%がさらに好ましい。[C]化合物の含有割合を上記範囲とすることで、当該感放射線性樹脂組成物により形成されるレジストパターンの露光光に対する感度及びLWR性能をより向上させることができ、プロセスウィンドウをより拡張させることができる。 The lower limit of the content of the compound [C] in the radiation-sensitive resin composition is preferably 1 mol%, more preferably 5 mol%, and even more preferably 10 mol%, relative to 100 mol% of the acid generator [B]. The upper limit of the content is preferably 200 mol%, more preferably 10 mol%, and even more preferably 50 mol%. By setting the content of the compound [C] within the above range, the sensitivity to exposure light and LWR performance of the resist pattern formed from the radiation-sensitive resin composition can be further improved, and the process window can be further expanded.
<[D]有機溶媒>
当該感放射線性樹脂組成物は、通常[D]有機溶媒を含有する。[D]有機溶媒は、少なくとも[A]重合体、[B]酸発生体、[C]化合物及び所望により含有される任意成分を溶解又は分散可能な溶媒であれば特に限定されない。
<[D] Organic solvent>
The radiation-sensitive resin composition usually contains [D] an organic solvent. [D] The organic solvent is not particularly limited as long as it is a solvent capable of dissolving or dispersing at least the [A] polymer, [B] acid generator, [C] compound, and any optional components contained therein.
[D]有機溶媒としては、例えばアルコール系溶媒、エーテル系溶媒、ケトン系溶媒、アミド系溶媒、エステル系溶媒、炭化水素系溶媒等が挙げられる。 [D] Examples of organic solvents include alcohol solvents, ether solvents, ketone solvents, amide solvents, ester solvents, and hydrocarbon solvents.
アルコール系溶媒としては、例えば4-メチル-2-ペンタノール、n-ヘキサノール等の炭素数1~18の脂肪族モノアルコール系溶媒、シクロヘキサノール等の炭素数3~18の脂環式モノアルコール系溶媒、1,2-プロピレングリコール等の炭素数2~18の多価アルコール系溶媒、プロピレングリコール-1-モノメチルエーテル等の炭素数3~19の多価アルコール部分エーテル系溶媒などが挙げられる。 Examples of alcohol-based solvents include aliphatic monoalcohol solvents having 1 to 18 carbon atoms, such as 4-methyl-2-pentanol and n-hexanol; alicyclic monoalcohol solvents having 3 to 18 carbon atoms, such as cyclohexanol; polyhydric alcohol solvents having 2 to 18 carbon atoms, such as 1,2-propylene glycol; and polyhydric alcohol partial ether solvents having 3 to 19 carbon atoms, such as propylene glycol-1-monomethyl ether.
エーテル系溶媒としては、例えばジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジブチルエーテル、ジペンチルエーテル、ジイソアミルエーテル、ジヘキシルエーテル、ジヘプチルエーテル等のジアルキルエーテル系溶媒、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン等の環状エーテル系溶媒、ジフェニルエーテル、アニソール等の芳香環含有エーテル系溶媒などが挙げられる。 Examples of ether solvents include dialkyl ether solvents such as diethyl ether, dipropyl ether, dibutyl ether, dipentyl ether, diisoamyl ether, dihexyl ether, and diheptyl ether, cyclic ether solvents such as tetrahydrofuran and tetrahydropyran, and aromatic ring-containing ether solvents such as diphenyl ether and anisole.
ケトン系溶媒としては、例えばアセトン、メチルエチルケトン、メチル-n-プロピルケトン、メチル-n-ブチルケトン、ジエチルケトン、メチル-iso-ブチルケトン、2-ヘプタノン、エチル-n-ブチルケトン、メチル-n-ヘキシルケトン、ジ-iso-ブチルケトン、トリメチルノナノン等の鎖状ケトン系溶媒、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、シクロヘプタノン、シクロオクタノン、メチルシクロヘキサノン等の環状ケトン系溶媒、2,4-ペンタンジオン、アセトニルアセトン、アセトフェノンなどが挙げられる。 Examples of ketone solvents include chain ketone solvents such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl n-propyl ketone, methyl n-butyl ketone, diethyl ketone, methyl iso-butyl ketone, 2-heptanone, ethyl n-butyl ketone, methyl n-hexyl ketone, di-iso-butyl ketone, and trimethylnonanone; cyclic ketone solvents such as cyclopentanone, cyclohexanone, cycloheptanone, cyclooctanone, and methylcyclohexanone; 2,4-pentanedione, acetonylacetone, and acetophenone.
アミド系溶媒としては、例えばN,N’-ジメチルイミダゾリジノン、N-メチルピロリドン等の環状アミド系溶媒、N-メチルホルムアミド、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジエチルホルムアミド、アセトアミド、N-メチルアセトアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチルプロピオンアミド等の鎖状アミド系溶媒などが挙げられる。 Examples of amide solvents include cyclic amide solvents such as N,N'-dimethylimidazolidinone and N-methylpyrrolidone, N-methylformamide, N,N-dimethylformamide, N,N-diethylformamide, acetamide, and N-methylformamide. Examples include chain amide solvents such as -methylacetamide, N,N-dimethylacetamide, and N-methylpropionamide.
エステル系溶媒としては、例えば酢酸n-ブチル、乳酸エチル等のモノカルボン酸エステル系溶媒、γ-ブチロラクトン、バレロラクトン等のラクトン系溶媒、酢酸プロピレングリコール等の多価アルコールカルボキシレート系溶媒、酢酸プロピレングリコールモノメチルエーテル等の多価アルコール部分エーテルカルボキシレート系溶媒、シュウ酸ジエチル等の多価カルボン酸ジエステル系溶媒、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート等のカーボネート系溶媒などが挙げられる。 Examples of ester solvents include monocarboxylic acid ester solvents such as n-butyl acetate and ethyl lactate, lactone solvents such as gamma-butyrolactone and valerolactone, polyhydric alcohol carboxylate solvents such as propylene glycol acetate, polyhydric alcohol partial ether carboxylate solvents such as propylene glycol monomethyl ether acetate, polyvalent carboxylic acid diester solvents such as diethyl oxalate, and carbonate solvents such as dimethyl carbonate and diethyl carbonate.
炭化水素系溶媒としては、例えばn-ペンタン、n-ヘキサン等の炭素数5~12の脂肪族炭化水素系溶媒、トルエン、キシレン等の炭素数6~16の芳香族炭化水素系溶媒などが挙げられる。 Examples of hydrocarbon solvents include aliphatic hydrocarbon solvents with 5 to 12 carbon atoms, such as n-pentane and n-hexane, and aromatic hydrocarbon solvents with 6 to 16 carbon atoms, such as toluene and xylene.
[D]有機溶媒としては、アルコール系溶媒又はエステル系溶媒が好ましく、炭素数3~19の多価アルコール部分エーテル系溶媒又は多価アルコール部分エーテルカルボキシレート系溶媒がより好ましく、プロピレングリコール-1-モノメチルエーテル又は酢酸プロピレングリコールモノメチルエーテルがさらに好ましい。[D]有機溶媒は、1種又は2種以上を含有することができる。 [D] The organic solvent is preferably an alcohol solvent or an ester solvent, more preferably a polyhydric alcohol partial ether solvent having 3 to 19 carbon atoms or a polyhydric alcohol partial ether carboxylate solvent, propylene glycol-1- More preferred are monomethyl ether or propylene glycol acetate monomethyl ether. [D] The organic solvent may contain one type or two or more types.
当該感放射線性樹脂組成物が[D]有機溶媒を含有する場合、[D]有機溶媒の含有割合の下限としては、当該感放射線性樹脂組成物に含有される全成分に対して、50質量%が好ましく、60質量%がより好ましく、70質量%がさらに好ましく、80質量%が特に好ましい。上記含有割合の上限としては、99.9質量%が好ましく、99.5質量%が好ましく、99.0質量%がさらに好ましい。 When the radiation-sensitive resin composition contains [D] an organic solvent, the lower limit of the content ratio of the [D] organic solvent is 50% by mass with respect to all components contained in the radiation-sensitive resin composition. %, more preferably 60% by weight, even more preferably 70% by weight, particularly preferably 80% by weight. The upper limit of the content ratio is preferably 99.9% by mass, preferably 99.5% by mass, and even more preferably 99.0% by mass.
<その他の任意成分>
その他の任意成分としては、例えば[C]化合物以外の他の酸拡散制御体、界面活性剤などが挙げられる。当該感放射線性樹脂組成物は、その他の任意成分をそれぞれ1種又は2種以上含有していてもよい。
<Other optional ingredients>
Examples of the other optional components include an acid diffusion controller other than the compound [C], a surfactant, etc. The radiation-sensitive resin composition may contain one or more types of each of the other optional components.
[[C]化合物以外の他の酸拡散制御体]
当該感放射線性樹脂組成物における[C]化合物以外の他の酸拡散制御体の含有形態としては、低分子化合物(以下、「他の酸拡散制御剤」ともいう)の形態、[A]重合体等の重合体の一部として組み込まれた形態、又はこれらの両方の形態が挙げられる。
[Other acid diffusion controllers other than [C] compound]
In the radiation-sensitive resin composition, the content form of the acid diffusion control agent other than [C] compound includes the form of a low molecular compound (hereinafter also referred to as "other acid diffusion control agent"), [A] heavy Examples include a form incorporated as a part of a polymer, such as a combination, or a form of both.
他の酸拡散制御剤としては、窒素原子含有化合物、露光により感光し弱酸を発生する光崩壊性塩基(但し、[C]化合物に該当するものを除く)などが挙げられる。 Other examples of acid diffusion control agents include nitrogen atom-containing compounds and photodecomposable bases that are exposed to light and generate weak acids (excluding those that fall under the category of [C] compounds).
窒素原子含有化合物としては、例えばトリペンチルアミン、トリオクチルアミン等のアミン化合物、ホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド等のアミド基含有化合物、尿素、1,1-ジメチルウレア等のウレア化合物、ピリジン、N-(ウンデシルカルボニルオキシエチル)モルホリン、N-t-ペンチルオキシカルボニル-4-ヒドロキシピペリジン等の含窒素複素環化合物などが挙げられる。 Examples of nitrogen atom-containing compounds include amine compounds such as tripentylamine and trioctylamine, amide group-containing compounds such as formamide and N,N-dimethylacetamide, urea compounds such as urea and 1,1-dimethylurea, and nitrogen-containing heterocyclic compounds such as pyridine, N-(undecylcarbonyloxyethyl)morpholine, and N-t-pentyloxycarbonyl-4-hydroxypiperidine.
光崩壊性塩基としては、例えば露光により分解するオニウムカチオンと弱酸のアニオンとを含む化合物(但し、[C]化合物に該当するものを除く)などが挙げられる。 Examples of photodegradable bases include compounds containing onium cations and weak acid anions that decompose upon exposure to light (excluding those corresponding to [C] compounds).
当該感放射線性樹脂組成物が他の酸拡散制御剤を含有する場合、当該感放射線性樹脂組成物における他の酸拡散制御剤の含有割合の下限としては、[B]酸発生剤100モル%に対して、1モル%が好ましく、5モル%がより好ましく、10モル%がさらに好ましい。上記含有割合の上限としては、200モル%が好ましく、100モル%がより好ましく、50モル%がさらに好ましい。 When the radiation-sensitive resin composition contains another acid diffusion control agent, the lower limit of the content of the other acid diffusion control agent in the radiation-sensitive resin composition is preferably 1 mol%, more preferably 5 mol%, and even more preferably 10 mol%, relative to 100 mol% of the acid generator [B]. The upper limit of the content is preferably 200 mol%, more preferably 100 mol%, and even more preferably 50 mol%.
[界面活性剤]
界面活性剤は、塗工性、ストリエーション、現像性等を改良する効果を奏する。界面活性剤としては、例えばポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンn-オクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンn-ノニルフェニルエーテル、ポリエチレングリコールジラウレート、ポリエチレングリコールジステアレート等のノニオン系界面活性剤などが挙げられる。市販品としては、KP341(信越化学工業(株))、ポリフローNo.75、同No.95(以上、共栄社化学(株))、エフトップEF301、同EF303、同EF352(以上、トーケムプロダクツ(株))、メガファックF171、同F173(以上、DIC(株))、フロラードFC430、同FC431(以上、住友スリーエム(株))、アサヒガードAG710、サーフロンS-382、同SC-101、同SC-102、同SC-103、同SC-104、同SC-105、同SC-106(以上、旭硝子工業(株))などが挙げられる。
[Surfactant]
The surfactant has the effect of improving the coating property, striation, developability, etc. Examples of the surfactant include nonionic surfactants such as polyoxyethylene lauryl ether, polyoxyethylene stearyl ether, polyoxyethylene oleyl ether, polyoxyethylene n-octylphenyl ether, polyoxyethylene n-nonylphenyl ether, polyethylene glycol dilaurate, and polyethylene glycol distearate. Commercially available products include KP341 (Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), Polyflow No. 75, and Polyflow No. Examples of such products include EFTOP EF301, EF303, and EF352 (manufactured by Tochem Products Co., Ltd.), Megafac F171 and F173 (manufactured by DIC Corporation), Fluorad FC430 and FC431 (manufactured by Sumitomo 3M Limited), Asahiguard AG710, Surflon S-382, SC-101, SC-102, SC-103, SC-104, SC-105, and SC-106 (manufactured by Asahi Glass Industry Co., Ltd.).
当該感放射線性樹脂組成物が界面活性剤を含有する場合、当該感放射線性樹脂組成物における界面活性剤の含有量の上限としては、[A]重合体100質量部に対して、2質量部が好ましい。上記含有量の下限としては、例えば0.1質量部である。 When the radiation-sensitive resin composition contains a surfactant, the upper limit of the content of the surfactant in the radiation-sensitive resin composition is 2 parts by mass per 100 parts by mass of the [A] polymer. is preferred. The lower limit of the content is, for example, 0.1 part by mass.
<感放射線性樹脂組成物の調製方法>
当該感放射線性樹脂組成物は、例えば[A]重合体、[B]酸発生体、[C]化合物及び必要に応じて、[D]有機溶媒及びその他の任意成分などを所定の割合で混合し、好ましくは得られた混合物を孔径0.2μm以下のメンブランフィルターでろ過することにより調製することができる。
<Method for preparing radiation-sensitive resin composition>
The radiation-sensitive resin composition is prepared by mixing, for example, [A] polymer, [B] acid generator, [C] compound, and if necessary, [D] organic solvent and other optional components in a predetermined ratio. However, it can be prepared by preferably filtering the obtained mixture through a membrane filter with a pore size of 0.2 μm or less.
当該感放射線性樹脂組成物は、アルカリ現像液を用いるポジ型パターン形成用にも、有機溶媒含有現像液を用いるネガ型パターン形成用にも用いることができる。 The radiation-sensitive resin composition can be used for both positive pattern formation using an alkaline developer and negative pattern formation using an organic solvent-containing developer.
当該感放射線性樹脂組成物は、後述するレジストパターン形成方法における露光工程で照射する放射線(露光光)による露光用である。露光光の中でも極端紫外線(EUV)又は電子線は比較的高いエネルギーを有するが、当該感放射線性樹脂組成物によれば、露光光として極端紫外線又は電子線を用いた場合であっても、露光光に対する感度が良好であり、LWR性能に優れ、かつプロセスウィンドウが広いレジストパターンを形成することができる。したがって、当該感放射線性樹脂組成物は、極端紫外線露光用又は電子線露光用として特に好適に用いることができる。 The radiation-sensitive resin composition is for exposure by radiation (exposure light) irradiated in the exposure step of the resist pattern formation method described below. Among exposure lights, extreme ultraviolet light (EUV) or electron beams have relatively high energy, but the radiation-sensitive resin composition has good sensitivity to the exposure light, even when extreme ultraviolet light or electron beams are used as the exposure light, and can form a resist pattern that has excellent LWR performance and a wide process window. Therefore, the radiation-sensitive resin composition can be particularly suitably used for extreme ultraviolet light exposure or electron beam exposure.
<レジストパターン形成方法>
当該レジストパターン形成方法は、基板に直接又は間接に当該感放射線性樹脂組成物を塗工する工程(以下、「塗工工程」ともいう)と、上記塗工工程により形成されたレジスト膜を露光する工程(以下、「露光工程」ともいう)と、上記露光されたレジスト膜を現像する工程(以下、「現像工程」ともいう)とを備える。
<Resist pattern formation method>
The resist pattern forming method includes a step of directly or indirectly coating the radiation-sensitive resin composition on the substrate (hereinafter also referred to as "coating step"), and exposing the resist film formed by the above coating step to light. (hereinafter also referred to as "exposure step"); and a step of developing the exposed resist film (hereinafter also referred to as "developing step").
当該レジストパターン形成方法によれば、塗工工程において当該感放射線性樹脂組成物を用いることにより、露光光に対する感度が良好であり、LWR性能に優れ、かつプロセスウィンドウが広いレジストパターンを形成することができる。 According to the resist pattern forming method, by using the radiation-sensitive resin composition in the coating process, a resist pattern with good sensitivity to exposure light, excellent LWR performance, and a wide process window can be formed. Can be done.
以下、当該レジストパターン形成方法が備える各工程について説明する。 Each step of the resist pattern formation method is described below.
[塗工工程]
本工程では、基板に直接又は間接に当該感放射線性樹脂組成物を塗工する。これによりレジスト膜が形成される。基板としては、例えばシリコンウエハ、二酸化シリコン、アルミニウムで被覆されたウェハ等の従来公知のもの等が挙げられる。また、下層膜として、例えば特公平6-12452号公報や特開昭59-93448号公報等に開示されている有機系又は無機系の反射防止膜を基板上に形成してもよい。塗工方法としては、例えば回転塗工(スピンコーティング)、流延塗工、ロール塗工等が挙げられる。塗工した後に、必要に応じて、塗膜中の溶媒を揮発させるため、プレベーク(PB)を行ってもよい。PBの温度の下限としては、60℃が好ましく、80℃がより好ましい。上記温度の上限としては、150℃が好ましく、140℃がより好ましい。PBの時間の下限としては、5秒が好ましく、10秒がより好ましい。上記時間の下限としては、600秒が好ましく、300秒がより好ましい。形成されるレジスト膜の平均厚みの下限としては、10nmが好ましく、20nmがより好ましい。上記平均厚みの上限としては、1,000nmが好ましく、500nmがより好ましい。
[Coating process]
In this step, the radiation-sensitive resin composition is applied directly or indirectly to a substrate. This forms a resist film. Examples of the substrate include conventionally known substrates such as silicon wafers, silicon dioxide, and aluminum-coated wafers. In addition, an organic or inorganic anti-reflective film disclosed in, for example, JP-B-6-12452 or JP-A-59-93448 may be formed on the substrate as the underlayer film. Examples of the coating method include spin coating, casting coating, and roll coating. After coating, pre-baking (PB) may be performed as necessary to volatilize the solvent in the coating film. The lower limit of the PB temperature is preferably 60° C., and more preferably 80° C. The upper limit of the temperature is preferably 150° C., and more preferably 140° C. The lower limit of the PB time is preferably 5 seconds, and more preferably 10 seconds. The lower limit of the time is preferably 600 seconds, and more preferably 300 seconds. The lower limit of the average thickness of the resist film formed is preferably 10 nm, more preferably 20 nm, and the upper limit of the average thickness is preferably 1,000 nm, more preferably 500 nm.
[露光工程]
本工程では、上記塗工工程により形成されたレジスト膜を露光する。この露光は、フォトマスクを介して(場合によっては、水等の液浸媒体を介して)露光光を照射することにより行う。露光光としては、目的とするパターンの線幅等に応じて、例えば可視光線、紫外線、遠紫外線、極端紫外線(EUV)、X線、γ線等の電磁波;電子線、α線等の荷電粒子線などが挙げられる。これらの中でも、遠紫外線、EUV又は電子線が好ましく、ArFエキシマレーザー光(波長193nm)、KrFエキシマレーザー光(波長248nm)、EUV又は電子線がより好ましく、ArFエキシマレーザー光、EUV又は電子線がさらに好ましく、EUV又は電子線が特に好ましい。なお、露光量等の露光条件は、当該感放射線性樹脂組成物の配合組成、添加剤の種類、露光光の種類等に応じて適宜選定することができる。
[Exposure process]
In this step, the resist film formed in the above coating step is exposed. This exposure is performed by irradiating exposure light through a photomask (in some cases, through an immersion medium such as water). The exposure light can be electromagnetic waves such as visible light, ultraviolet rays, far ultraviolet rays, extreme ultraviolet rays (EUV), X-rays, and γ-rays; charged particles such as electron beams and α-rays, depending on the line width of the target pattern, etc. Examples include lines. Among these, far ultraviolet rays, EUV or electron beams are preferable, ArF excimer laser beams (wavelength 193 nm), KrF excimer laser beams (wavelength 248 nm), EUV or electron beams are more preferable, and ArF excimer laser beams, EUV or electron beams are preferable. More preferred is EUV or electron beam. The exposure conditions such as the exposure amount can be appropriately selected depending on the composition of the radiation-sensitive resin composition, the type of additive, the type of exposure light, and the like.
上記露光の後、ポストエクスポージャーベーク(PEB)を行い、レジスト膜の露光された部分において、露光により[B]酸発生体等から発生した酸による[A]重合体が有する酸解離性基の解離を促進させることが好ましい。このPEBによって、露光部と未露光部とで現像液に対する溶解性の差異を増大させることができる。PEBの温度の下限としては、50℃が好ましく、80℃がより好ましく、90℃がさらに好ましい。上記温度の上限としては、180℃が好ましく、130℃がより好ましい。PEBの時間の下限としては、5秒が好ましく、10秒がより好ましく、30秒がさらに好ましい。上記時間の上限としては、600秒が好ましく、300秒がより好ましく、100秒がさらに好ましい。 After the exposure, it is preferable to perform a post-exposure bake (PEB) to promote dissociation of the acid-dissociable group of the polymer [A] by the acid generated from the acid generator [B] by exposure in the exposed portion of the resist film. This PEB can increase the difference in solubility in the developer between the exposed portion and the unexposed portion. The lower limit of the PEB temperature is preferably 50°C, more preferably 80°C, and even more preferably 90°C. The upper limit of the temperature is preferably 180°C, and more preferably 130°C. The lower limit of the PEB time is preferably 5 seconds, more preferably 10 seconds, and even more preferably 30 seconds. The upper limit of the time is preferably 600 seconds, more preferably 300 seconds, and even more preferably 100 seconds.
[現像工程]
本工程では、上記露光されたレジスト膜を現像する。これにより、所定のレジストパターンを形成することができる。現像後は、水又はアルコール等のリンス液で洗浄し、乾燥することが一般的である。現像工程における現像方法は、アルカリ現像であっても、有機溶媒現像であってもよい。
[Development process]
In this step, the exposed resist film is developed. Thereby, a predetermined resist pattern can be formed. After development, it is common to wash with a rinsing liquid such as water or alcohol and dry. The developing method in the developing step may be alkaline development or organic solvent development.
アルカリ現像の場合、現像に用いる現像液としては、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、けい酸ナトリウム、メタけい酸ナトリウム、アンモニア水、エチルアミン、n-プロピルアミン、ジエチルアミン、ジ-n-プロピルアミン、トリエチルアミン、メチルジエチルアミン、エチルジメチルアミン、トリエタノールアミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)、ピロール、ピペリジン、コリン、1,8-ジアザビシクロ-[5.4.0]-7-ウンデセン、1,5-ジアザビシクロ-[4.3.0]-5-ノネン等のアルカリ性化合物の少なくとも1種を溶解したアルカリ水溶液等が挙げられる。これらの中で、TMAH水溶液が好ましく、2.38質量%TMAH水溶液がより好ましい。 In the case of alkaline development, examples of the developer used for development include an alkaline aqueous solution in which at least one alkaline compound such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate, sodium silicate, sodium metasilicate, aqueous ammonia, ethylamine, n-propylamine, diethylamine, di-n-propylamine, triethylamine, methyldiethylamine, ethyldimethylamine, triethanolamine, tetramethylammonium hydroxide (TMAH), pyrrole, piperidine, choline, 1,8-diazabicyclo-[5.4.0]-7-undecene, and 1,5-diazabicyclo-[4.3.0]-5-nonene is dissolved. Among these, an aqueous TMAH solution is preferred, and a 2.38% by mass aqueous TMAH solution is more preferred.
有機溶媒現像の場合、現像液としては、炭化水素系溶媒、エーテル系溶媒、エステル系溶媒、ケトン系溶媒、アルコール系溶媒等の有機溶媒、上記有機溶媒を含有する溶媒等が挙げられる。上記有機溶媒としては、例えば上述の感放射線性樹脂組成物の[D]有機溶媒として例示した溶媒の1種又は2種以上等が挙げられる。これらの中でも、エステル系溶媒又はケトン系溶媒が好ましい。エステル系溶媒としては、酢酸エステル系溶媒が好ましく、酢酸n-ブチルがより好ましい。ケトン系溶媒としては、鎖状ケトンが好ましく、2-ヘプタノンがより好ましい。現像液中の有機溶媒の含有量の下限としては、80質量%が好ましく、90質量%がより好ましく、95質量%がさらに好ましく、99質量%が特に好ましい。現像液中の有機溶媒以外の成分としては、例えば水、シリコーンオイル等が挙げられる。 In the case of organic solvent development, examples of the developer include organic solvents such as hydrocarbon solvents, ether solvents, ester solvents, ketone solvents, and alcohol solvents, and solvents containing the above organic solvents. Examples of the organic solvent include one or more of the solvents exemplified as the organic solvent [D] of the radiation-sensitive resin composition described above. Among these, ester solvents or ketone solvents are preferred. As the ester solvent, acetate ester solvents are preferred, and n-butyl acetate is more preferred. As the ketone solvent, chain ketones are preferred, and 2-heptanone is more preferred. The lower limit of the content of the organic solvent in the developer is preferably 80% by mass, more preferably 90% by mass, even more preferably 95% by mass, and particularly preferably 99% by mass. Examples of components other than the organic solvent in the developer include water and silicone oil.
現像方法としては、例えば現像液が満たされた槽中に基板を一定時間浸漬する方法(ディップ法)、基板表面に現像液を表面張力によって盛り上げて一定時間静止することで現像する方法(パドル法)、基板表面に現像液を噴霧する方法(スプレー法)、一定速度で回転している基板上に一定速度で現像液塗出ノズルをスキャンしながら現像液を塗出し続ける方法(ダイナミックディスペンス法)等が挙げられる。 Examples of development methods include immersing the substrate in a tank filled with developer for a certain period of time (dip method), piling up developer on the substrate surface by surface tension and leaving it still for a certain period of time (paddle method), spraying developer onto the substrate surface (spray method), and continuously dispensing developer by scanning a developer dispensing nozzle at a constant speed onto a substrate rotating at a constant speed (dynamic dispense method).
当該レジストパターン形成方法により形成されるパターンとしては、例えばラインアンドスペースパターン、ホールパターン等が挙げられる。 Examples of patterns formed by this resist pattern formation method include line and space patterns, hole patterns, etc.
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。各種物性値の測定方法を以下に示す。 The present invention will be described in detail below based on examples, but the present invention is not limited to these examples. The methods for measuring various physical properties are shown below.
[重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)及び分散度(Mw/Mn)]
重合体のMw及びMnは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により、東ソー(株)のGPCカラム(「G2000HXL」2本、「G3000HXL」1本、及び「G4000HXL」1本)を使用し、以下の条件により測定した。また、分散度(Mw/Mn)は、Mw及びMnの測定結果より算出した。
[Weight average molecular weight (Mw), number average molecular weight (Mn) and dispersity (Mw/Mn)]
The Mw and Mn of the polymer were measured by gel permeation chromatography (GPC) using GPC columns (two "G2000HXL", one "G3000HXL", and one "G4000HXL" from Tosoh Corporation) under the following conditions. The dispersity (Mw/Mn) was calculated from the measurement results of Mw and Mn.
溶出溶媒 :テトラヒドロフラン
流量 :1.0mL/分
試料濃度 :1.0質量%
試料注入量:100μL
カラム温度:40℃
検出器 :示差屈折計
標準物質 :単分散ポリスチレン
Elution solvent: tetrahydrofuran Flow rate: 1.0 mL/min Sample concentration: 1.0 mass%
Sample injection volume: 100 μL
Column temperature: 40°C
Detector: Differential refractometer Standard material: Monodisperse polystyrene
[重合体の各構造単位の含有割合]
重合体の各構造単位の含有割合は、核磁気共鳴装置(日本電子(株)の「JNM-Delta400」)を用いた13C-NMR分析により行った。
[Content of each structural unit of the polymer]
The content ratio of each structural unit in the polymer was determined by 13 C-NMR analysis using a nuclear magnetic resonance apparatus ("JNM-Delta400" manufactured by JEOL Ltd.).
<[A]重合体の合成>
各実施例及び比較例における各重合体の合成で用いた単量体を以下に示す。なお、以下の合成例においては特に断りのない限り、質量部は使用した単量体の合計質量を100質量部とした場合の値を意味し、モル%は使用した単量体の合計モル数を100モル%とした場合の値を意味する。
<[A] Synthesis of polymer>
The monomers used in the synthesis of each polymer in each Example and Comparative Example are shown below. In addition, in the following synthesis examples, unless otherwise specified, parts by mass mean the values when the total mass of the monomers used is 100 parts by mass, and mol% means the total number of moles of the monomers used. It means the value when it is taken as 100 mol%.
[合成例1]重合体(A-1)の合成
単量体(M-1)、単量体(M-3)及び単量体(M-10)をモル比率が40/40/20(モル%)となるようプロピレングリコール-1-モノメチルエーテル(200質量部)に溶解し、開始剤としてAIBN(6モル%)を添加し、単量体溶液を調製した。空の反応容器にプロピレングリコール-1-モノメチルエーテル(100質量部)を入れ、攪拌しながら85℃に加熱した。次に、上記単量体溶液を3時間かけて反応容器に滴下し、さらに85℃で3時間加熱し、上記単量体溶液の滴下開始を重合反応の開始時間として、重合反応を合計6時間実施した。重合反応終了後、重合溶液を室温まで冷却した。冷却した上記重合溶液をヘキサン(重合溶液100質量部に対して500質量部)中に投入し、析出した白色粉末をろ別した。ろ別した白色粉末をヘキサン(重合溶液100質量部に対して100質量部)で2回洗浄した後、ろ別し、プロピレングリコール-1-モノメチルエーテル(300質量部)に溶解した。次に、メタノール(500質量部)、トリエチルアミン(50質量部)及び超純水(10質量部)を加え、攪拌しながら70℃で6時間加水分解反応を実施した。加水分解反応終了後、残溶媒を留去し、得られた固体をアセトン(100質量部)に溶解させた。この溶液を500質量部の水に滴下して樹脂を凝固させ、得られた固体をろ別し、50℃で12時間乾燥させて白色粉末状の重合体(A-1)を得た。重合体(A-1)のMwは5600であり、Mw/Mnは1.62であった。また、13C-NMR分析の結果、(M-1)、(M-3)及び(M-10)に由来する各構造単位の含有割合はそれぞれ42.3モル%、39.8モル%及び17.9モル%であった。
Synthesis Example 1: Synthesis of Polymer (A-1) Monomer (M-1), monomer (M-3) and monomer (M-10) were dissolved in propylene glycol-1-monomethyl ether (200 parts by mass) so that the molar ratio was 40/40/20 (mol%), and AIBN (6 mol%) was added as an initiator to prepare a monomer solution. Propylene glycol-1-monomethyl ether (100 parts by mass) was placed in an empty reaction vessel and heated to 85°C with stirring. Next, the monomer solution was dropped into the reaction vessel over 3 hours, and further heated at 85°C for 3 hours. The polymerization reaction was carried out for a total of 6 hours, with the start of the drop of the monomer solution being the start time of the polymerization reaction. After the polymerization reaction was completed, the polymerization solution was cooled to room temperature. The cooled polymerization solution was poured into hexane (500 parts by mass relative to 100 parts by mass of the polymerization solution), and the precipitated white powder was filtered off. The filtered white powder was washed twice with hexane (100 parts by mass relative to 100 parts by mass of the polymerization solution), filtered, and dissolved in propylene glycol-1-monomethyl ether (300 parts by mass). Next, methanol (500 parts by mass), triethylamine (50 parts by mass), and ultrapure water (10 parts by mass) were added, and the hydrolysis reaction was carried out at 70 ° C. for 6 hours while stirring. After the hydrolysis reaction was completed, the residual solvent was distilled off, and the obtained solid was dissolved in acetone (100 parts by mass). This solution was dropped into 500 parts by mass of water to coagulate the resin, and the obtained solid was filtered and dried at 50 ° C. for 12 hours to obtain a white powdery polymer (A-1). The Mw of the polymer (A-1) was 5600, and the Mw / Mn was 1.62. As a result of 13 C-NMR analysis, the contents of the structural units derived from (M-1), (M-3) and (M-10) were 42.3 mol %, 39.8 mol % and 17.9 mol %, respectively.
[合成例2~8]重合体(A-2)~(A-8)の合成
下記表1に示す種類及び配合割合の単量体を用いたこと以外は合成例1と同様にして、重合体(A-2)~(A-8)を合成した。得られた重合体の各構造単位の含有割合及び物性値(Mw及びMw/Mn)を下記表1に合わせて示す。なお、下記表1における「-」は、該当する単量体を使用しなかったことを示す。
[Synthesis Examples 2 to 8] Synthesis of Polymers (A-2) to (A-8) Polymers (A-2) to (A-8) were synthesized in the same manner as in Synthesis Example 1, except that the types and blending ratios of monomers shown in Table 1 below were used. The content ratios of each structural unit and physical properties (Mw and Mw/Mn) of the obtained polymers are also shown in Table 1 below. In Table 1 below, "-" indicates that the corresponding monomer was not used.
[合成例9]重合体(A-9)の合成
下記表1に示す種類及び配合割合の単量体を用いて、特開2009-244805号公報に記載の「ポリマー(B-3-1)」の合成方法と同様の方法により重合体(A-9)を合成した。得られた重合体の各構造単位の含有割合及び物性値(Mw及びMw/Mn)を下記表1に合わせて示す。
[Synthesis Example 9] Synthesis of Polymer (A-9) Using monomers of the type and blending ratio shown in Table 1 below, "Polymer (B-3-1)" described in JP-A No. 2009-244805 was synthesized. Polymer (A-9) was synthesized by a method similar to that of . The content ratio and physical property values (Mw and Mw/Mn) of each structural unit of the obtained polymer are shown in Table 1 below.
<感放射線性樹脂組成物の調製>
感放射線性樹脂組成物の調製に用いた[A]重合体以外の成分を以下に示す。なお、以下の実施例及び比較例においては特に断りのない限り、質量部は使用した重合体の質量を100質量部とした場合の値を意味し、モル%は使用した[B]酸発生剤のモル数を100モル%とした場合の値を意味する。
<Preparation of Radiation-Sensitive Resin Composition>
The components other than the polymer [A] used in the preparation of the radiation-sensitive resin composition are shown below. In the following examples and comparative examples, unless otherwise specified, parts by mass refer to a value when the mass of the polymer used is taken as 100 parts by mass, and mol % refers to a value when the number of moles of the acid generator [B] used is taken as 100 mol %.
[[B]酸発生剤]
B-1~B-4:下記式(B-1)~(B-4)で表される化合物
[[B] Acid Generator]
B-1 to B-4: Compounds represented by the following formulas (B-1) to (B-4)
[[C]酸拡散制御剤]
C-1~C-9:下記式(C-1)~(C-9)で表される化合物
[[C] Acid diffusion control agent]
C-1 to C-9: Compounds represented by the following formulas (C-1) to (C-9)
[[D]有機溶媒]
D-1:酢酸プロピレングリコールモノメチルエーテル
D-2:プロピレングリコール-1-モノメチルエーテル
[D] Organic Solvents
D-1: Propylene glycol monomethyl ether acetate D-2: Propylene glycol-1-monomethyl ether
[実施例1]
[A]重合体としての(A-1)100質量部、[B]酸発生剤としての(B-1)20質量部、[C]酸拡散制御剤としての(C-1)を20モル%、[D]有機溶媒としての(D-1)4800質量部及び(D-2)2000質量部を混合し、孔径0.2μmのメンブランフィルターでろ過することにより、感放射線性樹脂組成物(R-1)を調製した。
[Example 1]
A radiation-sensitive resin composition (R-1) was prepared by mixing 100 parts by mass of (A-1) as a polymer [A], 20 parts by mass of (B-1) as an acid generator [B], 20 mol% of (C-1) as an acid diffusion controller [C], 4,800 parts by mass of (D-1) as an organic solvent [D], and 2,000 parts by mass of (D-2). The mixture was filtered through a membrane filter having a pore size of 0.2 μm.
[実施例2~14及び比較例1~3]
下記表2に示す種類及び含有量の各成分を用いたこと以外は実施例1と同様にして、感放射線性樹脂組成物(R-2)~(R-14)及び(CR-1)~(CR-3)を調製した。
[Examples 2 to 14 and Comparative Examples 1 to 3]
Radiation-sensitive resin compositions (R-2) to (R-14) and (CR-1) to (CR-3) was prepared.
<レジストパターンの形成(EUV露光、アルカリ現像)>
平均厚さ20nmの下層膜(ブルワーサイエンス社の「AL412」)が形成された12インチのシリコンウエハの下層膜上に上記調製した感放射線性樹脂組成物をスピンコーター(東京エレクトロン(株)の「CLEAN TRACK ACT12」)を用いて塗布し、130℃で60秒間ソフトベーク(SB)を行った。その後、23℃で30秒間冷却することにより、平均厚さ50nmのレジスト膜を形成した。次に、このレジスト膜に対し、EUV露光装置(ASML社の「NEX3300」)を用い、NA=0.33、照明条件:Conventional s=0.89、マスク:imecDEFECT32FFR02にて露光した。露光後、アルカリ現像液として2.38質量%のTMAH溶液を用い、23℃で30秒間現像し、ポジ型のレジストパターン(32nmラインアンドスペースパターン)を形成した。
<Formation of Resist Pattern (EUV Exposure, Alkaline Development)>
The radiation-sensitive resin composition prepared above was applied onto the underlayer film of a 12-inch silicon wafer having an average thickness of 20 nm (Brewer Science's "AL412") using a spin coater (Tokyo Electron Co., Ltd.'s "CLEAN TRACK ACT12"), and soft baked (SB) at 130°C for 60 seconds. Thereafter, the resist film was cooled at 23°C for 30 seconds to form a resist film having an average thickness of 50 nm. Next, the resist film was exposed to light using an EUV exposure device (ASML's "NEX3300") with NA = 0.33, illumination conditions: Conventional s = 0.89, and mask: imecDEFECT32FFR02. After exposure, the resist film was developed for 30 seconds at 23°C using a 2.38 mass% TMAH solution as an alkaline developer to form a positive resist pattern (32 nm line and space pattern).
<評価>
上記形成したレジストパターンについて、感度、LWR性能及びプロセスウィンドウを下記方法に従って評価した。レジストパターンの測長には、走査型電子顕微鏡(日立ハイテクテクノロジー(株)の「CG-4100」)を用いた。評価結果を下記表3に示す。なお、下記表3における「-」は、比較例2において、未露光部までもアルカリ現像液に溶解したことによりレジストパターンが形成されず、各種評価を行うことができなかったことを示す。
<Evaluation>
The resist patterns thus formed were evaluated for sensitivity, LWR performance, and process window according to the following methods. A scanning electron microscope (CG-4100, Hitachi High-Technologies Corporation) was used to measure the length of the resist patterns. The evaluation results are shown in Table 3 below. Note that "-" in Table 3 below indicates that in Comparative Example 2, even the unexposed areas were dissolved in the alkaline developer, so that no resist pattern was formed and various evaluations could not be performed.
[感度]
上記レジストパターンの形成において、32nmラインアンドスペースパターンを形成する露光量を最適露光量とし、この最適露光量を感度(mJ/cm2)とした。感度は、30mJ/cm2以下の場合は「良好」と、30mJ/cm2を超える場合は「不良」と評価できる。
[sensitivity]
In forming the resist pattern, the exposure amount for forming a 32 nm line-and-space pattern was defined as the optimum exposure amount, and this optimum exposure amount was defined as the sensitivity (mJ/cm 2 ). Sensitivity can be evaluated as "good" if it is 30 mJ/cm 2 or less, and "poor" if it exceeds 30 mJ/cm 2 .
[LWR性能]
上記走査型電子顕微鏡を用いて上記形成したレジストパターンをレジスタパターンの上部から観察した。線幅を任意箇所で計50点測定し、その測定値の分布から3シグマ値を求め、この3シグマ値をLWR(nm)とした。LWRは、その値が小さいほどラインのがたつきが小さく、良好であることを示す。LWR性能は、4.0nm以下の場合は「良好」と、4.0nmを超える場合は「不良」と評価できる。
[LWR performance]
The resist pattern formed above was observed from above the resist pattern using the scanning electron microscope. The line width was measured at a total of 50 points at arbitrary locations, a 3 sigma value was determined from the distribution of the measured values, and this 3 sigma value was defined as LWR (nm). The smaller the value of LWR, the less wobbling the line is, indicating that it is better. The LWR performance can be evaluated as "good" if it is 4.0 nm or less, and "poor" if it exceeds 4.0 nm.
[プロセスウィンドウ]
「プロセスウィンドウ」とは、ブリッジ欠陥や倒れのないパターンを形成できるレジスト寸法の範囲を意味する。32nmラインアンドスペースパターン(1L/1S)を形成するマスクを用いて、低露光量から高露光量までのパターンを形成した。一般的に、低露光量の場合にはパターン間におけるブリッジ形成などの欠陥が見られ、高露光量の場合にはパターン倒壊などの欠陥が見られる。これらの欠陥が見られないレジスト寸法の最大値と最小値との差を「CD(Critical Demension)マージン」とした。CDマージンは、その値が大きいほどプロセスウィンドウが広く、良好であることを示す。CDマージンが30nm以上の場合は「良好」と、30nm未満の場合は「不良」と評価できる。
[Process Window]
The "process window" refers to the range of resist dimensions that can form a pattern without bridge defects or collapse. Patterns from low to high exposure doses were formed using a mask that forms a 32 nm line and space pattern (1L/1S). In general, defects such as bridge formation between patterns are observed in the case of low exposure doses, and defects such as pattern collapse are observed in the case of high exposure doses. The difference between the maximum and minimum resist dimensions where these defects are not observed was defined as the "CD (Critical Dimension) margin." The larger the CD margin value, the wider and better the process window is. A CD margin of 30 nm or more can be evaluated as "good," and a CD margin of less than 30 nm can be evaluated as "bad."
表3の結果から明らかなように、実施例の感放射線性樹脂組成物は比較例の感放射線性樹脂組成物と比較して、感度、LWR性能及びCDマージンがいずれも良好であった。 As is clear from the results in Table 3, the radiation-sensitive resin compositions of Examples had better sensitivity, LWR performance, and CD margin than the radiation-sensitive resin compositions of Comparative Examples.
本発明の感放射線性樹脂組成物及びレジストパターン形成方法によれば、露光光に対する感度が良好であり、LWR性能に優れ、かつプロセスウィンドウが広いレジストパターンを形成することができる。したがって、これらは、今後さらに微細化が進行すると予想される半導体デバイスの加工プロセス等に好適に用いることができる。
According to the radiation-sensitive resin composition and resist pattern forming method of the present invention, it is possible to form a resist pattern that has good sensitivity to exposure light, excellent LWR performance, and a wide process window. Therefore, these can be suitably used in the processing of semiconductor devices, which are expected to be further miniaturized in the future.
Claims (6)
感放射線性酸発生体と、
下記式(2)で表される化合物と
を含有する感放射線性樹脂組成物。
A radiation-sensitive acid generator;
A radiation-sensitive resin composition comprising a compound represented by the following formula (2):
式(4-1A)及び(4-1B)中、RXは、それぞれ独立して、水素原子又は炭素数1~20の1価の炭化水素基である。RY及びRZ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RYとRZとが互いに合わせられこれらが結合する炭素原子と共に構成される環員数3~20の脂環構造の一部である。
式(4-1C)中、RCは、水素原子である。RD及びREは、それぞれ独立して、水素原子又は炭素数1~20の1価の炭化水素基である。RFは、RC、RD及びREがそれぞれ結合する炭素原子と共に環員数4~20の不飽和脂環構造を構成する炭素数1~20の2価の炭化水素基である。
式(4-2A)及び(4-2B)中、RU及びRVは、それぞれ独立して、水素原子若しくは炭素数1~20の1価の炭化水素基であり、RW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、RU及びRVが互いに合わせられこれらが結合する炭素原子と共に構成される環員数3~20の脂環構造の一部であるか、又はRU及びRWが互いに合わせられRUが結合する炭素原子及びRWが結合する酸素原子と共に構成される環員数5~20の脂肪族複素環構造の一部である。) Claim 1, wherein the third structural unit is represented by the following formula (4-1A), formula (4-1B), formula (4-1C), formula (4-2A), or formula (4-2B). radiation-sensitive resin composition.
In formulas (4-1A) and (4-1B), R X is each independently a hydrogen atom or a monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms. R Y and R Z are each independently a monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, or a ring formed by combining R Y and R Z together with the carbon atom to which they are bonded. It is part of an alicyclic structure with 3 to 20 members.
In formula (4-1C), R C is a hydrogen atom. R D and R E each independently represent a hydrogen atom or a monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms. R F is a divalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms that constitutes an unsaturated alicyclic structure having 4 to 20 ring members together with the carbon atoms to which R C , R D and R E are bonded, respectively.
In formulas (4-2A) and (4-2B), R U and R V are each independently a hydrogen atom or a monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, and R W is each independently and is a monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, or a part of an alicyclic structure having 3 to 20 ring members formed by combining R U and R V together with the carbon atoms to which they are bonded. or is part of an aliphatic heterocyclic structure having 5 to 20 ring members formed by combining R U and R W together with the carbon atom to which R U is bonded and the oxygen atom to which R W is bonded. )
上記塗工工程により形成されたレジスト膜を露光する工程と、
上記露光工程後のレジスト膜を現像する工程と
を備えるレジストパターン形成方法。 A step of directly or indirectly applying the radiation-sensitive resin composition according to any one of claims 1 to 5 to a substrate;
a step of exposing the resist film formed by the coating step;
and developing the resist film after the exposure step.
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