JPWO2010029982A1 - 感放射線性樹脂組成物及びレジストパターン形成方法 - Google Patents

感放射線性樹脂組成物及びレジストパターン形成方法 Download PDF

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Abstract

本発明の目的は、得られるパターン形状が良好であり、感度、解像度、LWR、現像欠陥、パターン倒れ耐性等のレジスト基本性能に優れており、且つ液浸露光の際にウォーターマーク欠陥及びバブル欠陥を抑制できる十分なレジスト膜表面の撥水性を発現する感放射線性樹脂組成物及びそれを用いたレジストパターン形成方法を提供することである。本発明の樹脂組成物は、酸の作用によりアルカリ可溶性となる繰り返し単位を含み、且つフッ素原子を含有する繰り返し単位を含まない樹脂(A)と、感放射線性酸発生剤(B)と、酸の作用によりアルカリ可溶性となる繰り返し単位、及びフッ素原子を含有する繰り返し単位を含むフッ素含有樹脂(C)と、ラクトン化合物(D)と、を含有し、ラクトン化合物(D)の含有量が、樹脂(A)を100質量部とした場合に、31〜200質量部である。

Description

本発明は、IC等の半導体製造工程、液晶、サーマルヘッド等の回路基板の製造、その他のフォトリソグラフィー工程に使用され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に関する。更に詳しくは、本発明は、波長220nm以下の遠紫外線等の露光光源、例えば、ArFエキシマレーザーや電子線等を光源とするフォトリソグラフィー工程に好適な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。
化学増幅型感放射線性樹脂組成物は、KrFエキシマレーザーやArFエキシマレーザーに代表される遠紫外光等の放射線照射により露光部に酸を生成させ、この酸を触媒とする反応により、露光部と未露光部の現像液に対する溶解速度を変化させ、基板上にレジストパターンを形成させる組成物である。
KrFエキシマレーザーを光源として用いる場合、248nm領域での吸収が小さい、ポリヒドロキシスチレン(以下、「PHS」ともいう。)を基本骨格とする樹脂を主成分とした化学増幅型感放射線性樹脂組成物を使用することにより、高感度、高解像度、且つ良好なパターン形成の実現が可能となっている。
一方、更なる微細加工へ向け、更に短波長の光源として、例えば、ArFエキシマレーザー(波長193nm)が用いられている。前述の芳香族基を有するPHSのような化合物は、ArFエキシマレーザーの波長にあたる193nm領域に大きな吸収を示すため、光源としてArFエキシマレーザーを用いた場合には好適に使用することができないという問題があった。このため、193nm領域に大きな吸収を有さない脂環式炭化水素骨格を有する樹脂を含有する感放射線性樹脂組成物が、ArFエキシマレーザーを用いたリソグラフィー材料として用いられている。
更に、前記脂環式炭化水素骨格を有する樹脂に、例えば、ラクトン骨格を有する繰り返し単位を含有することで、レジストとしての性能、具体的には、解像性能が飛躍的に向上することが見出されている(例えば、特許文献1〜13参照)。
例えば、特許文献1及び2には、メバロニックラクトン骨格やγ−ブチロラクトン骨格を有する繰り返し単位を含有する樹脂を用いた感放射線性樹脂組成物が記載されている。
また、特許文献3〜13には、脂環式ラクトン骨格を有する繰り返し単位を含有する樹脂を用いた感放射線性樹脂組成物が記載されている。
特開平9−73173号公報 米国特許第6388101号明細書 特開2000−159758号公報 特開2001−109154号公報 特開2004−101642号公報 特開2003−113174号公報 特開2003−147023号公報 特開2002−308866号公報 特開2002−371114号公報 特開2003−64134号公報 特開2003−270787号公報 特開2000−26446号公報 特開2000−122294号公報
しかしながら、線幅90nm以下の更なる微細化に対応するためには、前記特許文献で示されているような単純に解像性能を向上させただけの感放射線性樹脂組成物では、現在のレジストにおける多様な要求性能を満足させることが困難となってきている。
今後、更なる微細化が進むことで、解像性能だけでなく、現在実用化が進められている液浸露光工程においても好適に用いられ、例えば、低ラインウィデュスラフネス(Line Width Roughness、以下、「LWR」ともいう。)、ブロッブ等の現像欠陥の低発生、低ポスト・エクスポージャー・ベーク(Post Exposure Bake、以下、「PEB」ともいう。)温度依存性、パターン倒れ耐性等の多様な要求性能を満たす材料の開発が求められている。特に、液浸露光工程においては、液浸露光由来の欠陥であるウォーターマーク欠陥やバブル欠陥の発生を抑制することが可能な材料の開発が求められている。
尚、これら液浸露光由来の欠陥は、酸の作用によりアルカリ可溶性となり、且つフッ素原子を含まない第一の樹脂と、特定の一般式によって表される繰り返し単位及びフッ素原子を含む繰り返し単位を含む第二の樹脂と、を含有する感放射線性樹脂組成物により撥水性の高い表面を形成するレジスト膜を形成させることで、解決が可能になってきた。
しかしながら、前記フッ素原子を含む繰り返し単位を含有する第二の樹脂を添加することは、レジスト性能、例えばLWR、現像欠陥、パターン倒れ耐性等の劣化を生み、本来感放射性樹脂組成物が有するレジスト性能を損なうという課題があった。
本発明は、前記実情に鑑みてなされたものであり、得られるパターン形状が良好であり、感度、解像度、LWR、現像欠陥、パターン倒れ耐性等のレジスト基本性能に優れており、且つ液浸露光の際にウォーターマーク欠陥及びバブル欠陥を抑制できる十分なレジスト膜表面の撥水性を発現する感放射線性樹脂組成物及びそれを用いたレジストパターン形成方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、前記のような従来技術の課題を解決するために鋭意検討した結果、ラクトン化合物を添加することにより、前記課題を解決することが可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。
本発明は以下の通りである。
[1]酸の作用によりアルカリ可溶性となる繰り返し単位を含み、且つフッ素原子を含有する繰り返し単位を含まない樹脂(A)と、感放射線性酸発生剤(B)と、酸の作用によりアルカリ可溶性となる繰り返し単位、及びフッ素原子を含有する繰り返し単位を含むフッ素含有樹脂(C)と、ラクトン化合物(D)と、を含有し、
前記ラクトン化合物(D)の含有量が、前記樹脂(A)を100質量部とした場合に、31〜200質量部であることを特徴とする感放射線性樹脂組成物。
[2]前記フッ素含有樹脂(C)の含有量が、前記樹脂(A)を100質量部とした場合に、0.1〜20質量部である前記[1]に記載の感放射線性樹脂組成物。
[3]前記フッ素含有樹脂(C)が、下記一般式(8)で表される繰り返し単位、及び下記一般式(9)で表される繰り返し単位のうちの少なくとも一方を含む前記[1]又は[2]に記載の感放射線性樹脂組成物。
Figure 2010029982
〔一般式(8)において、R16は、水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、トリフルオロメチル基、又はヒドロキシメチル基を示し、R31は、単結合、又は(n+1)価の鎖状又は環状の炭化水素基を示す。R32は、単結合、又は2価の鎖状又は環状の炭化水素基を示す。Xは、フッ素原子で置換されたメチレン基、又は炭素数2〜20の直鎖状若しくは分岐状のフルオロアルキレン基を示す。Gは、単結合又は−CO−を示す。nは、1〜3の整数を示す。R33は、水素原子又は酸解離性基を示す。〕
Figure 2010029982
〔一般式(9)において、R18は互いに独立して、水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、トリフルオロメチル基、又はヒドロキシメチル基を示し、R19は、少なくとも一つの水素原子がフッ素原子に置換されている炭素数1〜12の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルキル基を示す。〕
[4]前記フッ素含有樹脂(C)が、下記式(1c−1)で表される繰り返し単位を含む前記[1]乃至[3]のうちのいずれかに記載の感放射線性樹脂組成物。
Figure 2010029982
〔一般式(1c−1)において、Rは、水素原子、炭素数1〜4の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、トリフルオロメチル基、又はヒドロキシメチル基を示し、Rは、炭素数1〜4の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基を示し、mは0〜4の整数である。〕
[5]前記樹脂(A)が、ラクトン骨格を含有する繰り返し単位を更に含む前記[1]乃至[4]のうちのいずれかに記載の感放射線性樹脂組成物。
[6]酸の作用によりアルカリ可溶性となる繰り返し単位を含み、フッ素含量が3atom%未満である樹脂(P)と、フッ素原子を含有する繰り返し単位を含み、フッ素含量が3atom%以上である樹脂(Q)と、感放射線性酸発生剤(B)と、ラクトン化合物(D)と、を含有し、
前記ラクトン化合物(D)の含有量が、前記樹脂(P)を100質量部とした場合に、31〜200質量部であることを特徴とする感放射線性樹脂組成物。
[7]前記樹脂(Q)の含有量が、前記樹脂(P)を100質量部とした場合に、0.1〜20質量部である前記[6]に記載の感放射線性樹脂組成物。
[8]前記樹脂(P)が、ラクトン骨格を含有する繰り返し単位を更に含む前記[6]又は[7]に記載の感放射線性樹脂組成物。
[9](1)前記[1]乃至[8]のいずれかに記載の感放射線性樹脂組成物を用いて、基板上にフォトレジスト膜を形成する工程と、
(2)前記フォトレジスト膜を液浸露光する工程と、
(3)液浸露光されたフォトレジスト膜を現象し、レジストパターンを形成する工程と、を備えることを特徴とするレジストパターン形成方法。
本発明の各感放射線性樹脂組成物は、得られるパターン形状が良好であり、感度、解像度、LWR、現像欠陥、パターン倒れ耐性等のレジスト基本性能に優れており、且つ液浸露光の際にウォーターマーク欠陥及びバブル欠陥を抑制できる十分なレジスト膜表面の撥水性を発現するため、化学増幅型レジストとして好適に利用することができる。そのため、本発明における感放射線性樹脂組成物は、リソグラフィー工程(特に、液浸露光プロセスを備えるリソグラフィー工程)、より好ましくはArFエキシマレーザーを光源とするリソグラフィー工程に好適に用いることができる。
以下、本発明を実施するための最良の形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。即ち、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施の形態に対し適宜変更、改良等が加えられたものも本発明の範囲に属することが理解されるべきである。
また、本明細書における「(メタ)アクリル」は、「アクリル」又は「メタクリル」を意味し、「(メタ)クリレート」は、「アクリレート」又は「メタクリレート」を意味する。
[1]感放射線性樹脂組成物(I)
本発明の感放射線性樹脂組成物は、酸の作用によりアルカリ可溶性となる繰り返し単位を含み、且つフッ素原子を含有する繰り返し単位を含まない樹脂(A)と、感放射線性酸発生剤(B)と、酸の作用によりアルカリ可溶性となる繰り返し単位、及びフッ素原子を含有する繰り返し単位を含むフッ素含有樹脂(C)と、ラクトン化合物(D)と、を含有する樹脂組成物(以下、「感放射線性樹脂組成物(I)」ともいう。)である。
尚、本発明の感放射線性樹脂組成物は、前記樹脂(A)、前記感放射線性酸発生剤(B)、前記フッ素含有樹脂(C)及び前記ラクトン化合物(D)以外にも、酸拡散制御剤(以下、「酸拡散制御剤(E)」ともいう)、各種添加剤(以下、「添加剤(F)ともいう」)、溶剤(以下、「溶剤(G)」ともいう)等を更に含有するものであってもよい。
以下、本発明の感放射線性樹脂組成物(I)を構成する各成分について具体的に説明する。
[1−1]樹脂(A)
前記樹脂(A)は、酸の作用によりアルカリ可溶性となる繰り返し単位を含み、且つフッ素原子を含有する繰り返し単位を含まない樹脂である。即ち、酸の作用によりアルカリ可溶性となるアルカリ不溶性又はアルカリ難溶性の樹脂であって、且つフッ素原子を含まない樹脂である。尚、ここでいう「アルカリ不溶性又はアルカリ難溶性」とは、樹脂(A)を含有する感放射線性樹脂組成物から形成されたフォトレジスト膜からレジストパターンを形成する際に採用されるアルカリ現像条件下で、このフォトレジスト膜の代わりに樹脂(A)のみを用いた被膜を現像した場合に、この被膜の初期膜厚の50%以上が現像後に残存する性質を意味する。また、ここでいう「フッ素原子を含まない」とは、樹脂(A)の調製時において、意図してフッ素原子を含めていないということを意味する。
前記樹脂(A)に含まれる、酸の作用によりアルカリ可溶性となる繰り返し単位(以下、「繰り返し単位(a1)」ともいう。)については、特に制限はないが、従来公知の感放射線性樹脂組成物を構成する樹脂に含まれる繰り返し単位を挙げることができる。
本発明における樹脂(A)は、繰り返し単位(a1)として、下記一般式(1)で表される基を含有する繰り返し単位(以下、「繰り返し単位(1)」という。)を含むことが好ましい。
Figure 2010029982
前記一般式(1)において、Rは相互に独立に炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基若しくはその誘導体、又は炭素数1〜4の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基を示す。
前記一般式(1)において、Rの炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基の具体例としては、ノルボルナン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカン、アダマンタンや、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、及びシクロオクタン等のシクロアルカン類等に由来する脂環族環からなる基;これらの脂環族環からなる基を、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基等の炭素数1〜4の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基の1種以上或いは1個以上で置換した基等を挙げることができる。また、いずれか2つのRが相互に結合して、それぞれが結合している炭素原子と共に2価の脂環式炭化水素基若しくはその誘導体を形成してもよい。これらのなかでも、ノルボルナン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカン、アダマンタン、シクロペンタン又はシクロヘキサンに由来する脂環族環からなる基や、これらを前記アルキル基で置換した基が好ましい。
また、一般式(1)中、Rで示される炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基の誘導体の具体例としては、ヒドロキシル基;カルボキシル基;オキソ基(即ち、=O基);ヒドロキシメチル基、1−ヒドロキシエチル基、2−ヒドロキシエチル基、1−ヒドロキシプロピル基、2−ヒドロキシプロピル基、3−ヒドロキシプロピル基、1−ヒドロキシブチル基、2−ヒドロキシブチル基、3−ヒドロキシブチル基、4−ヒドロキシブチル基等の炭素数1〜4のヒドロキシアルキル基;メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、i−プロポキシ基、n−ブトキシ基、2−メチルプロポキシ基、1−メチルプロポキシ基、t−ブトキシ基等の炭素数1〜4のアルコキシル基;シアノ基;シアノメチル基、2−シアノエチル基、3−シアノプロピル基、4−シアノブチル基等の炭素数2〜5のシアノアルキル基等の置換基を1種以上或いは1個以上有する基を挙げることができる。これらのなかでも、ヒドロキシル基、カルボキシル基、ヒドロキシメチル基、シアノ基、シアノメチル基等が好ましい。
また、前記一般式(1)中、Rで示される炭素数1〜4の直鎖状又は分岐状のアルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基等を挙げることができる。これらのなかでも、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基が好ましい。
前記繰り返し単位(1)が含有する前記一般式(1)で表される具体的な基としては、例えば、下記一般式(1a)〜(1d)で表される基が好ましい。
Figure 2010029982
前記一般式(1a)〜(1d)において、Rは、相互に独立して、炭素数1〜4の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基を示し、mは0〜4の整数である。
前記一般式(1a)〜(1d)中、Rで表される炭素数1〜4の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基等を挙げることができる。これらのなかでも、メチル基、エチル基、n−プロピル基、及びi−プロピル基が好ましい。
前記一般式(1a)で表される基においては、特に、2つのRがともにメチル基である基が好ましい。
前記一般式(1b)で表される基においては、特に、Rがメチル基、エチル基、n−プロピル基、又はi−プロピル基である基が好ましい。
前記一般式(1c)で表される基においては、特に、mが0でRがメチル基である基、mが0でRがエチル基である基、mが1でRがメチル基である基、又は、mが1でRがエチル基である基が好ましい。
前記一般式(1d)で表される基においては、特に、2つのRがともにメチル基である基が好ましい。
また、繰り返し単位(1)が含有する前記一般式(1)で表される基としては、前述の一般式(1a)〜(1d)以外にも、例えば、t−ブトキシカルボニル基や、下記式(1e−1)〜(1e−8)で示される基等を挙げることができる。
Figure 2010029982
また、繰り返し単位(1)の主鎖骨格は特に限定されるものではないが、(メタ)アクリル酸エステル又はα−トリフルオロアクリル酸エステル構造を有する主鎖骨格であることが好ましい。
前記繰り返し単位(1)を与える好ましい単量体としては、(メタ)アクリル酸2−メチルアダマンチル−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸2−メチル−3−ヒドロキシアダマンチル−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸2−エチルアダマンチル−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸2−エチル−3−ヒドロキシアダマンチル−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸2−n−プロピルアダマンチル−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸2−イソプロピルアダマンチル−2−イルエステル;
(メタ)アクリル酸−2−メチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−2−エチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−8−メチルトリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イルエステル、(メタ)アクリル酸−8−エチルトリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イルエステル、(メタ)アクリル酸−4−メチルテトラシクロ[6.2.13,6.02,7]ドデカン−4−イルエステル、(メタ)アクリル酸−4−エチルテトラシクロ[6.2.13,6.02,7]ドデカン−4−イルエステル、(メタ)アクリル酸1−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1−メチルエチルエステル、(メタ)アクリル酸1−(トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イル)−1−メチルエチルエステル、(メタ)アクリル酸1−(テトラシクロ[6.2.13,6.02,7]ドデカン−4−イル)−1−メチルエチルエステル;
(メタ)アクリル酸1−(アダマンタン−1−イル)−1−メチルエチルエステル、(メタ)アクリル酸1−(3−ヒドロキシアダマンタン−1−イル)−1−メチルエチルエステル、(メタ)アクリル酸1,1−ジシクロヘキシルエチルエステイル、(メタ)アクリル酸1,1−ジ(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)エチルエステル、(メタ)アクリル酸1,1−ジ(トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イル)エチルエステル、(メタ)アクリル酸1,1−ジ(テトラシクロ[6.2.13,6.02,7]ドデカン−4−イル)エチルエステル、(メタ)アクリル酸1,1−ジ(アダマンタン−1−イル)エチルエステル、(メタ)アクリル酸1−メチル−1−シクロペンチルエステル、(メタ)アクリル酸1−エチル−1−シクロペンチルエステル、(メタ)アクリル酸1−メチル−1−シクロヘキシルエステル、(メタ)アクリル酸1−エチル−1−シクロヘキシルエステル等を挙げることができる。
これらの単量体のなかでも、(メタ)アクリル酸2−メチルアダマンチル−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸2−エチルアダマンチル−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−2−メチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−2−エチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸1−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1−メチルエチルエステル、(メタ)アクリル酸1−(アダマンタン−1−イル)−1−メチルエチルエステル、(メタ)アクリル酸1−メチル−1−シクロペンチルエステル、(メタ)アクリル酸1−エチル−1−シクロペンチルエステル、(メタ)アクリル酸1−メチル−1−シクロヘキシルエステル、(メタ)アクリル酸1−エチル−1−シクロヘキシルエステル等が特に好ましい。
前記樹脂(A)は、これまでに説明した繰り返し単位(1)を1種のみ含んでいてもよいし、2種以上含んでいてもよい。
また、樹脂(A)は、アルカリ溶解性を高めるためにラクトン骨格を含有する繰り返し単位(以下、「繰り返し単位(2)」ともいう。)を更に含むことが好ましい。
この繰り返し単位(2)としては、例えば、下記一般式(2−1)〜(2−6)で表される繰り返し単位等を挙げることができる。
Figure 2010029982
尚、一般式(2−1)〜(2−6)の各式において、Rは互いに独立して、水素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基を示し、Rは水素原子、又は置換基を有してもよい炭素数1〜4のアルキル基を示し、Rは水素原子、又はメトキシ基を示す。また、Aは単結合又はメチレン基を示し、Bは酸素原子又はメチレン基を示す。lは1〜3の整数を示し、mは0又は1である。
前記繰り返し単位(2)を与える好ましい単量体の具体例としては、(メタ)アクリル酸−5−オキソ−4−オキサートリシクロ[4.2.1.03,7]ノナ−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−9−メトキシカルボニル−5−オキソ−4−オキサ−トリシクロ[4.2.1.03,7]ノナ−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−5−オキソ−4−オキサートリシクロ[5.2.1.03,8]デカ−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−10−メトキシカルボニル−5−オキソ−4−オキサートリシクロ[5.2.1.03,8]デカ−2−イルエステル、
(メタ)アクリル酸−6−オキソ−7−オキサービシクロ[3.2.1]オクタ−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−4−メトキシカルボニル−6−オキソ−7−オキサ−ビシクロ[3.2.1]オクタ−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−7−オキソ−8−オキサ−ビシクロ[3.3.1]オクタ−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−6−オキサ−5−オキソ[5.2.1.02,6]デカ−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−3−メトキシ−6−オキサ−5−オキソ[5.2.1.02,6]デカ−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−6−オキサ−5−オキソ[4.3.0]ノナ−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−3−メトキシ−6−オキサ−5−オキソ[4.3.0]ノナ−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−4−メトキシカルボニル−7−オキソ−8−オキサービシクロ[3.3.1]オクタ−2−イルエステル、
(メタ)アクリル酸−2−オキソテトラヒドロピラン−4−イルエステル、(メタ)アクリル酸−4−メチル−2−オキソテトラヒドロピラン−4−イルエステル、(メタ)アクリル酸−4−エチル−2−オキソテトラヒドロピラン−4−イルエステル、(メタ)アクリル酸−4−プロピル−2−オキソテトラヒドロピラン−4−イルエステル、(メタ)アクリル酸−2−オキソテトラヒドロフラン−4−イルエステル、(メタ)アクリル酸−5,5−ジメチル−2−オキソテトラヒドロフラン−4−イルエステル、(メタ)アクリル酸−3,3−ジメチル−2−オキソテトラヒドロフラン−4−イルエステル、(メタ)アクリル酸−2−オキソテトラヒドロフラン−3−イルエステル、(メタ)アクリル酸−4,4−ジメチル−2−オキソテトラヒドロフラン−3−イルエステル、(メタ)アクリル酸−5,5−ジメチル−2−オキソテトラヒドロフラン−3−イルエステル、(メタ)アクリル酸−5−オキソテトラヒドロフラン−2−イルメチルエステル、(メタ)アクリル酸−3,3−ジメチル−5−オキソテトラヒドロフラン−2−イルメチルエステル、(メタ)アクリル酸−4,4−ジメチル−5−オキソテトラヒドロフラン−2−イルメチルエステルを挙げることができる。
前記樹脂(A)は、このような繰り返し単位(2)を1種のみ含んでいてもよいし、2種以上含んでいてもよい。
また、前記樹脂(A)は、前述の繰り返し単位(1)及び(2)以外に、下記一般式(3)で表される繰り返し単位(以下、「繰り返し単位(3)」ともいう。)、及び下記一般式(4)で表される繰り返し単位(以下、「繰り返し単位(4)」ともいう。)のうちの少なくとも一方を含んでいることが好ましい。
Figure 2010029982
〔一般式(3)において、Rは水素原子、メチル基、又はトリフルオロメチル基を示し、Rは炭素数7〜20の多環型脂環式炭化水素基を示す。〕
Figure 2010029982
〔一般式(4)において、Rは水素原子又はメチル基を示し、Yは単結合又は炭素数1〜3の2価の有機基を示し、Yは互いに独立して、単結合又は炭素数1〜3の2価の有機基を示し、Rは互いに独立して、水素原子、水酸基、シアノ基、又はCOOR10基を示す。但し、R10は水素原子、炭素数1〜4の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、又は炭素数3〜20の脂環式のアルキル基を示す。〕
前記一般式(3)におけるRは、炭素数7〜20の多環型脂環式炭化水素基であることが好ましい。尚、多環型脂環式炭化水素基は、炭素数1〜4のアルキル基、ヒドロキシル基、シアノ基、及び炭素数1〜10のヒドロキシアルキル基からなる群より選択される少なくとも1種で置換されていてもよい。
この多環型脂環式炭化水素基の具体例としては、ビシクロ[2.2.1]ヘプタン、ビシクロ[2.2.2]オクタン、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン、テトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカン、トリシクロ[3.3.1.13,7]デカン等のシクロアルカン類に由来する脂環族環からなる炭化水素基を挙げることができる。
また、前記シクロアルカン由来の脂環族環は、置換基を有していてもよく、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基等の炭素数1〜4の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基の一種以上或いは1個以上で置換してもよい。
これらは例えば、以下のような具体例で表されるが、これらのアルキル基によって置換されたものに限定されるものではなく、ヒドロキシル基、シアノ基、炭素数1〜10のヒドロキシアルキル基、カルボキシル基、酸素で置換されたものであってもよい。
また、前記繰り返し単位(3)を与える好ましい単量体としては、(メタ)アクリル酸−ビシクロ[2.2.1]ヘプチルエステル、(メタ)アクリル酸−シクロヘキシルエステル、(メタ)アクリル酸−ビシクロ[4.4.0]デカニルエステル、(メタ)アクリル酸−ビシクロ[2.2.2]オクチルエステル、(メタ)アクリル酸−トリシクロ[5.2.1.02,6]デカニルエステル、(メタ)アクリル酸−テトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカニルエステル、(メタ)アクリル酸−トリシクロ[3.3.1.13,7]デカニルエステル等を挙げることができる。
前記樹脂(A)は、このような繰り返し単位(3)を1種のみ含んでいてもよいし、2種以上含んでいてもよい。
前記一般式(4)においては、3つのRのうち少なくとも1つは水素原子でなく、且つYが単結合のときは、3つのYのうち少なくとも1つは炭素数1〜3の2価の有機基であることが好ましい。
一般式(4)のY及びYにおける炭素数1〜3の2価の有機基としては、それぞれ、メチレン基、エチレン基、プロピレン基を挙げることができる。
一般式(4)のR10における炭素数1〜4の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基を挙げることができる。
また、前記R10における炭素数3〜20の脂環式のアルキル基としては、−C2n−1(nは3〜20の整数)で表されるシクロアルキル基、多環型脂環式アルキル基等を挙げることができる。
前記シクロアルキル基としては、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基等を挙げることができる。
また、多環型脂環式アルキル基としては、例えば、ビシクロ[2.2.1]ヘプチル基、トリシクロ[5.2.1.02,6]デシル基、テトラシクロ[6.2.13,6.02,7]ドデカニル基、アダマンチル基等を挙げることができる。
尚、これらのシクロアルキル基及び多環型脂環式アルキル基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基の一種以上或いは1個以上で置換されていてもよい。
また、前記繰り返し単位(4)を与える好ましい単量体としては、(メタ)アクリル酸3−ヒドロキシアダマンタン−1−イルエステル、(メタ)アクリル酸3,5−ジヒドロキシアダマンタン−1−イルエステル、(メタ)アクリル酸3−ヒドロキシアダマンタン−1−イルメチルエステル、(メタ)アクリル酸3,5−ジヒドロキシアダマンタン−1−イルメチルエステル、(メタ)アクリル酸3−ヒドロキシ−5−メチルアダマンタン−1−イルエステル、(メタ)アクリル酸3,5−ジヒドロキシ−7−メチルアダマンタン−1−イルエステル、(メタ)アクリル酸3−ヒドロキシ−5,7−ジメチルアダマンタン−1−イルエステル、(メタ)アクリル酸3−ヒドロキシ−5,7−ジメチルアダマンタン−1−イルメチルエステル等を挙げることができる。
前記樹脂(A)は、このような繰り返し単位(4)を1種のみ含んでいてもよいし、2種以上含んでいてもよい。
また、前記樹脂(A)は、前述の繰り返し単位(1)〜(4)以外の繰り返し単位(以下、「他の繰り返し単位」ともいう。)を更に含んでいてもよい。
前記他の繰り返し単位としては、例えば、(メタ)アクリル酸ジシクロペンテニル、(メタ)アクリル酸アダマンチルメチル等の有橋式炭化水素骨格を有する(メタ)アクリル酸エステル類;(メタ)アクリル酸カルボキシノルボルニル、(メタ)アクリル酸カルボキシトリシクロデカニル、(メタ)アクリル酸カルボキシテトラシクロウンデカニル等の不飽和カルボン酸の有橋式炭化水素骨格を有するカルボキシル基含有エステル類;
(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸n−プロピル、(メタ)アクリル酸n−ブチル、(メタ)アクリル酸2−メチルプロピル、(メタ)アクリル酸1−メチルプロピル、(メタ)アクリル酸t−ブチル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸3−ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸シクロプロピル、(メタ)アクリル酸シクロペンチル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸4−メトキシシクロヘキシル、(メタ)アクリル酸2−シクロペンチルオキシカルボニルエチル、(メタ)アクリル酸2−シクロヘキシルオキシカルボニルエチル、(メタ)アクリル酸2−(4−メトキシシクロヘキシル)オキシカルボニルエチル等の有橋式炭化水素骨格をもたない(メタ)アクリル酸エステル類;
α−ヒドロキシメチルアクリル酸メチル、α−ヒドロキシメチルアクリル酸エチル、α−ヒドロキシメチルアクリル酸n−プロピル、α−ヒドロキシメチルアクリル酸n−ブチル等のα−ヒドロキシメチルアクリル酸エステル類;(メタ)アクリロニトリル、α−クロロアクリロニトリル、クロトンニトリル、マレインニトリル、フマロニトリル、メサコンニトリル、シトラコンニトリル、イタコンニトリル等の不飽和ニトリル化合物;(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド、クロトンアミド、マレインアミド、フマルアミド、メサコンアミド、シトラコンアミド、イタコンアミド等の不飽和アミド化合物;N−(メタ)アクリロイルモルホリン、N−ビニル−ε−カプロラクタム、N−ビニルピロリドン、ビニルピリジン、ビニルイミダゾール等の他の含窒素ビニル化合物;(メタ)アクリル酸、クロトン酸、マレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、無水イタコン酸、シトラコン酸、無水シトラコン酸、メサコン酸等の不飽和カルボン酸(無水物)類;(メタ)アクリル酸2−カルボキシエチル、(メタ)アクリル酸2−カルボキシプロピル、(メタ)アクリル酸3−カルボキシプロピル、(メタ)アクリル酸4−カルボキシブチル、(メタ)アクリル酸4−カルボキシシクロヘキシル等の不飽和カルボン酸の有橋式炭化水素骨格をもたないカルボキシル基含有エステル類;
1,2−アダマンタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,3−アダマンタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,4−アダマンタンジオールジ(メタ)アクリレート、トリシクロデカニルジメチロールジ(メタ)アクリレート等の有橋式炭化水素骨格を有する多官能性単量体;
メチレングリコールジ(メタ)アクリレート、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、2,5−ジメチル−2,5−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、1,8−オクタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,9−ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、1,4−ビス(2−ヒドロキシプロピル)ベンゼンジ(メタ)アクリレート、1,3−ビス(2−ヒドロキシプロピル)ベンゼンジ(メタ)アクリレート等の有橋式炭化水素骨格をもたない多官能性単量体等の多官能性単量体の重合性不飽和結合が開裂した単位を挙げることができる。
前記樹脂(A)は、前記他の繰り返し単位を1種のみ含んでいてもよいし、2種以上含んでいてもよい。
また、前記樹脂(A)における前記繰り返し単位(a1)の含有割合は、樹脂(A)に含まれる全繰り返し単位の合計を100モル%とした場合に、10〜90モル%であることが好ましく、より好ましくは20〜80モル%、更に好ましくは30〜70モル%である。この繰り返し単位(a1)の含有割合が10〜90モル%である場合、レジストとしての現像性、欠陥性、LWR、PEB温度依存性等を向上させることができるため好ましい。また、この繰り返し単位(a1)の含有割合が10モル%未満の場合、レジストとしての現像性、LWR、PEB温度依存性が劣化するおそれがある。一方、この含有割合が90モル%を超える場合、レジストとしての現像性、欠陥性が劣化するおそれがある。
前記繰り返し単位(2)の含有割合は、樹脂(A)に含まれる全繰り返し単位の合計を100モル%とした場合に、10〜70モル%であることが好ましく、より好ましくは15〜65モル%、更に好ましくは20〜60モル%である。この繰り返し単位(2)の含有割合が10〜70モル%である場合、レジストとしての現像性を向上させることができるため好ましい。また、この繰り返し単位(2)の含有割合が10モル%未満の場合、レジストとしての現像性が低下するおそれがある。一方、この含有割合が70モル%を超える場合、レジスト溶剤への溶解性が低下したり、解像度が低下したりするおそれがある。
前記繰り返し単位(3)の含有割合は、樹脂(A)に含まれる全繰り返し単位の合計を100モル%とした場合に、30モル%以下であることが好ましく、より好ましくは25モル%以下である。この繰り返し単位(3)の含有割合が30モル%を超える場合、レジスト被膜がアルカリ現像液により膨潤しやすくなったり、レジストとしての現像性が低下したりするおそれがある。
前記繰り返し単位(4)の含有割合は、樹脂(A)に含まれる全繰り返し単位の合計を100モル%とした場合に、30モル%以下であることが好ましく、より好ましくは25モル%以下である。この繰り返し単位(4)の含有割合が30モル%を超える場合、レジスト被膜がアルカリ現像液により膨潤しやすくなったり、レジストとしての現像性が低下したりするおそれがある。
前記他の繰り返し単位の含有割合は、樹脂(A)に含まれる全繰り返し単位の合計を100モル%とした場合に、50モル%以下であることが好ましく、より好ましくは40モル%以下である。
尚、上述したように、前記樹脂(A)はフッ素原子を含まない樹脂であるため、これまでに説明した各繰り返し単位(繰り返し単位(1)〜(4)及び他の繰り返し単位)が含有する基には、フッ素原子が含まれることはない。
また、このような樹脂(A)の製造方法は特に限定されず、ラジカル重合等の常法に従って合成することができる。特に、(1)各単量体とラジカル開始剤を含有する反応溶液を、反応溶媒若しくは単量体を含有する反応溶液に滴下して重合反応させる方法、(2)各単量体を含有する反応溶液と、ラジカル開始剤を含有する反応溶液とを、各々別々に反応溶媒若しくは単量体を含有する反応溶液に滴下して重合反応させる方法、(3)各単量体について調製された反応溶液と、ラジカル開始剤を含有する反応溶液とを、各々別々に反応溶媒若しくは単量体を含有する反応溶液に滴下して重合反応させる方法等が好ましい。
各反応における反応温度は、使用する開始剤の種類によって適宜設定できるが、例えば、30℃〜180℃が一般的である。尚、各反応における反応温度は、40℃〜160℃であることが好ましく、より好ましくは50℃〜140℃である。
滴下に要する時間は、反応温度、開始剤の種類、反応させる単量体によって適宜設定できるが、30分〜8時間であることが好ましく、より好ましくは45分〜6時間、更に好ましくは1時間〜5時間である。
また、滴下時間を含む全反応時間は、反応温度、開始剤の種類、反応させる単量体によって適宜設定できるが、30分〜8時間であることが好ましく、より好ましくは45分〜7時間、更に好ましくは1時間〜6時間である。
単量体を含有する溶液に滴下する場合、滴下する溶液中のモノマーの含有割合は、重合に用いられる全単量体量に対して30モル%以上が好ましく、より好ましくは50モル%以上、更に好ましくは70モル%以上である。
前記樹脂(A)の重合に使用されるラジカル開始剤としては、例えば、2,2’−アゾビス(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス(2−シクロプロピルプロピオニトリル)、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)、1,1’−アゾビス(シクロヘキサン−1−カルボニトリル)、2,2’−アゾビス(2−メチル−N−フェニルプロピオンアミジン)ジヒドロクロリド、2,2’−アゾビス(2−メチル−N−2−プロペニルプロピオンアミジン)ジヒドロクロリド、2,2’−アゾビス[2−(5−メチル−2−イミダゾリン−2−イル)プロパン〕ジヒドロクロリド、2,2’−アゾビス{2−メチル−N−[1,1―ビス(ヒドロキシメチル)2−ヒドロキシエチル]プロピオンアミド}、ジメチル−2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネ−ト)、4,4’−アゾビス(4−シアノバレリックアシッド)、2,2’−アゾビス(2−(ヒドロキシメチル)プロピオニトリル)等を挙げることができる。これらは、1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
また、重合に使用する溶媒としては、使用する単量体を溶解し、重合を阻害するような溶媒でなければ使用可能である。尚、重合を阻害する溶媒としては、重合を禁止する溶媒、例えば、ニトロベンゼン類や、連鎖移動を起こさせる溶媒、例えば、メルカプト化合物を挙げることができる。
前記重合に好適に使用することができる溶媒としては、例えば、アルコール類、エーテル類、ケトン類、アミド類、エステル及びラクトン類、ニトリル類、並びにこれらの溶媒の混合液を挙げることができる。
前記アルコール類としては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、1−メトキシ−2−プロパノール等を挙げることができる。
前記エーテル類としては、例えば、プロピルエーテル、イソプロピルエーテル、ブチルメチルエーテル、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,3−ジオキソラン、1,3−ジオキサン等を挙げることができる。
前記ケトン類としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、メチルイソプロピルケトン、メチルイソブチルケトン等を挙げることができる。
前記アミド類としては、例えば、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド等を挙げることができる。
前記エステル及びラクトン類としては、例えば、酢酸エチル、酢酸メチル、酢酸イソブチル、γ−ブチロラクトン等を挙げることができる。
前記ニトリル類としては、例えば、アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリルを挙げることができる。
尚、これらの溶媒は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
前記重合反応後、得られた樹脂は、再沈殿法により回収することが好ましい。即ち、重合終了後、反応液は再沈溶媒に投入され、目的の樹脂が粉体として回収される。
この再沈溶媒としては、例えば、水、アルコール類、エーテル類、ケトン類、アミド類、エステル及びラクトン類、ニトリル類、並びにこれらの溶媒の混合液を挙げることができる。
前記アルコール類としては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、1−メトキシ−2−プロパノールを挙げることができる。
前記エーテル類としては、例えば、プロピルエーテル、イソプロピルエーテル、ブチルメチルエーテル、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,3−ジオキソラン、1,3−ジオキサンを挙げることができる。
前記ケトン類としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、メチルイソプロピルケトン、メチルイソブチルケトンを挙げることができる。
前記アミド類としては、例えば、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミドを挙げることができる。
前記エステル及びラクトン類としては、例えば、酢酸エチル、酢酸メチル、酢酸イソブチル、γ−ブチロラクトンを挙げることができる。
前記ニトリル類としては、例えば、アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリルを挙げることができる。
また、樹脂(A)には、これまでに説明した単量体由来の低分子量成分が含まれるが、その含有割合は、樹脂(A)の総量(100質量%)に対して、0.1質量%以下であることが好ましく、より好ましくは0.07質量%以下、更に好ましくは0.05質量%以下である。この低分子量成分の含有割合が0.1質量%以下である場合、樹脂(A)を使用してレジスト膜を作製し、液浸露光を行う際に、レジスト膜に接触した水への溶出物の量を少なくすることができる。更に、レジスト保管時にレジスト中に異物が発生することがなく、レジスト塗布時においても塗布ムラが発生することなく、レジストパターンを形成する際における欠陥の発生を十分に抑制することができる。
尚、本発明において、前記単量体由来の低分子量成分は、モノマー、ダイマー、トリマー、オリゴマーが挙げられ、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)によるポリスチレン換算重量平均分子量(以下、「Mw」ということがある)が500以下の成分のこととする。このMw500以下の成分は、例えば、水洗、液々抽出等の化学的精製法や、これらの化学的精製法と限外ろ過、遠心分離等の物理的精製法との組合せ等により除去することができる。
また、この低分子量成分は、樹脂(A)の高速液体クロマトグラフィー(HPLC)により分析することができる。尚、樹脂(A)は、ハロゲン、金属等の不純物が少ないほど好ましく、それにより、レジストとしたときの感度、解像度、プロセス安定性、パターン形状等を更に改善することができる。
また、樹脂(A)のゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)によるポリスチレン換算重量平均分子量(Mw)は、特に限定されないが、1000〜100000であることが好ましく、より好ましくは1000〜30000、更に好ましくは1000〜20000である。この樹脂(A)のMwが1000未満の場合、レジストとした際の耐熱性が低下する傾向がある。一方、このMwが100000を超える場合、レジストとした際の現像性が低下する傾向がある。
また、樹脂(A)のMwとGPCによるポリスチレン換算数平均分子量(Mn)との比(Mw/Mn)は、1.0〜5.0であることが好ましく、より好ましくは1.0〜3.0、更に好ましくは1.0〜2.0である。
また、本発明における感放射線性樹脂組成物には、前記樹脂(A)が1種類のみ含有されていてもよいし、2種以上を含有されていてもよい。
[1−2]感放射線性酸発生剤(B)
前記感放射線性酸発生剤(B)(以下、単に「酸発生剤(B)」ともいう。)は、露光により酸を発生するものであり、光酸発生剤として機能する。この酸発生剤は、露光により発生した酸によって、感放射線性樹脂組成物に含有される樹脂(樹脂(A)及びフッ素含有樹脂(C))中に存在する酸解離性基を解離させて(保護基を脱離させて)、樹脂をアルカリ可溶性とする。そして、その結果、レジスト被膜の露光部がアルカリ現像液に易溶性となり、これによりポジ型のレジストパターンが形成される。
前記酸発生剤(B)としては、下記一般式(5)で表される化合物を含むものが好ましい。
Figure 2010029982
一般式(5)において、R11は水素原子、フッ素原子、ヒドロキシル基、炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルコキシル基、炭素数2〜11の直鎖状若しくは分岐状のアルコキシカルボニル基を示す。R12は炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルコキシル基、又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルカンスルホニル基を示す。R13は相互に独立に炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、置換されていてもよいフェニル基又は置換されていてもよいナフチル基を示すか、或いは、2個のR13が互いに結合して形成される炭素数2〜10の2価の基を示す(尚、この2価の基は置換されていてもよい。)。kは0〜2の整数である。Xは式:R142nSO (式中、R14は、水素原子、フッ素原子或いは、置換されていてもよい炭素数1〜12の炭化水素基を示し、nは1〜10の整数である。)で表されるアニオン、R14SO で表されるアニオン、又は下記一般式(6−1)若しくは(6−2)で表されるアニオンを示す。rは0〜10の整数である。
Figure 2010029982
一般式(6−1)及び(6−2)において、R15は相互に独立に炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のフッ素原子を含有するアルキル基を示すか、或いは、2個のR15が互いに結合して形成される炭素数2〜10の2価のフッ素原子を含有する基を示す(尚、この2価の基は置換されていてもよい。)。
前記一般式(5)において、R11、R12及びR13の炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基としては、それぞれ、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、ネオペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、2−エチルヘキシル基、n−ノニル基、n−デシル基等を挙げることができる。これらのアルキル基のうち、メチル基、エチル基、n−ブチル基、t−ブチル基等が好ましい。
また、R11及びR12の炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルコキシル基としては、それぞれ、例えば、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、i−プロポキシ基、n−ブトキシ基、2−メチルプロポキシ基、1−メチルプロポキシ基、t−ブトキシ基、n−ペンチルオキシ基、ネオペンチルオキシ基、n−ヘキシルオキシ基、n−ヘプチルオキシ基、n−オクチルオキシ基、2−エチルヘキシルオキシ基、n−ノニルオキシ基、n−デシルオキシ基等を挙げることができる。これらのアルコキシル基のうち、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、n−ブトキシ基等が好ましい。
また、R11の炭素数2〜11の直鎖状若しくは分岐状のアルコキシカルボニル基としては、例えば、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、n−プロポキシカルボニル基、i−プロポキシカルボニル基、n−ブトキシカルボニル基、2−メチルプロポキシカルボニル基、1−メチルプロポキシカルボニル基、t−ブトキシカルボニル基、n−ペンチルオキシカルボニル基、ネオペンチルオキシカルボニル基、n−ヘキシルオキシカルボニル基、n−ヘプチルオキシカルボニル基、n−オクチルオキシカルボニル基、2−エチルヘキシルオキシカルボニル基、n−ノニルオキシカルボニル基、n−デシルオキシカルボニル基等を挙げることができる。これらのアルコキシカルボニル基のうち、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、n−ブトキシカルボニル基等が好ましい。
また、R12の炭素数1〜10の直鎖状、分岐状、環状のアルカンスルホニル基としては、例えば、メタンスルホニル基、エタンスルホニル基、n−プロパンスルホニル基、n−ブタンスルホニル基、tert−ブタンスルホニル基、n−ペンタンスルホニル基、ネオペンタンスルホニル基、n−ヘキサンスルホニル基、n−ヘプタンスルホニル基、n−オクタンスルホニル基、2−エチルヘキサンスルホニル基、n−ノナンスルホニル基、n−デカンスルホニル基、シクロペンタンスルホニル基、シクロヘキサンスルホニル基等を挙げることができる。これらのアルカンスルホニル基のうちメタンスルホニル基、エタンスルホニル基、n−プロパンスルホニル基、n−ブタンスルホニル基、シクロペンタンスルホニル基、シクロヘキサンスルホニル基等が好ましい。
また、前記一般式(5)におけるrは0〜10の整数であり、0〜2の整数であることが好ましい。
一般式(5)において、R13の置換されていてもよいフェニル基としては、例えば、フェニル基、o−トリル基、m−トリル基、p−トリル基、2,3−ジメチルフェニル基、2,4−ジメチルフェニル基、2,5−ジメチルフェニル基、2,6−ジメチルフェニル基、3,4−ジメチルフェニル基、3,5−ジメチルフェニル基、2,4,6−トリメチルフェニル基、4−エチルフェニル基、4−t−ブチルフェニル基、4−シクロヘキシルフェニル基、4−フルオロフェニル基等のフェニル基、又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルキル基で置換されたフェニル基(アルキル置換フェニル基);これらのフェニル基又はアルキル置換フェニル基を、ヒドロキシル基、カルボキシル基、シアノ基、ニトロ基、アルコキシル基、アルコキシアルキル基、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等の中の少なくとも一種の基で置換した基等を挙げることができる。
フェニル基及びアルキル置換フェニル基に対する置換基のうち、前記アルコキシル基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、i−プロポキシ基、n−ブトキシ基、2−メチルプロポキシ基、1−メチルプロポキシ基、t−ブトキシ基、シクロペンチルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基等の炭素数1〜20の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルコキシル基等を挙げることができる。
また、前記アルコキシアルキル基としては、例えば、メトキシメチル基、エトキシメチル基、1−メトキシエチル基、2−メトキシエチル基、1−エトキシエチル基、2−エトキシエチル基等の炭素原子数2〜21の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルコキシアルキル基等を挙げることができる。
更に、前記アルコキシカルボニル基としては、例えば、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、n−プロポキシカルボニル基、i−プロポキシカルボニル基、n−ブトキシカルボニル基、2−メチルプロポキシカルボニル基、1−メチルプロポキシカルボニル基、t−ブトキシカルボニル基、シクロペンチルオキシカルボニル基、シクロヘキシルオキシカルボニル等の炭素数2〜21の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルコキシカルボニル基等を挙げることができる。
また、前記アルコキシカルボニルオキシ基としては、例えば、メトキシカルボニルオキシ基、エトキシカルボニルオキシ基、n−プロポキシカルボニルオキシ基、i−プロポキシカルボニルオキシ基、n−ブトキシカルボニルオキシ基、t−ブトキシカルボニルオキシ基、シクロペンチルオキシカルボニル基、シクロヘキシルオキシカルボニル等の炭素数2〜21の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルコキシカルボニルオキシ基等を挙げることができる。
特に、これらの置換されていてもよいフェニル基のなかでも、フェニル基、4−シクロヘキシルフェニル基、4−t−ブチルフェニル基、4−メトキシフェニル基、4−t−ブトキシフェニル基等が好ましい。
また、R13の置換されていてもよいナフチル基としては、例えば、1−ナフチル基、2−メチル−1−ナフチル基、3−メチル−1−ナフチル基、4−メチル−1−ナフチル基、4−メチル−1−ナフチル基、5−メチル−1−ナフチル基、6−メチル−1−ナフチル基、7−メチル−1−ナフチル基、8−メチル−1−ナフチル基、2,3−ジメチル−1−ナフチル基、2,4−ジメチル−1−ナフチル基、2,5−ジメチル−1−ナフチル基、2,6−ジメチル−1−ナフチル基、2,7−ジメチル−1−ナフチル基、2,8−ジメチル−1−ナフチル基、3,4−ジメチル−1−ナフチル基、3,5−ジメチル−1−ナフチル基、3,6−ジメチル−1−ナフチル基、3,7−ジメチル−1−ナフチル基、3,8−ジメチル−1−ナフチル基、4,5−ジメチル−1−ナフチル基、5,8−ジメチル−1−ナフチル基、4−エチル−1−ナフチル基、2−ナフチル基、1−メチル−2−ナフチル基、3−メチル−2−ナフチル基、4−メチル−2−ナフチル基等のナフチル基、又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルキル基で置換されたナフチル基(アルキル置換ナフチル基);これらのナフチル基又はアルキル置換ナフチル基を、ヒドロキシル基、カルボキシル基、シアノ基、ニトロ基、アルコキシル基、アルコキシアルキル基、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等の中の少なくとも一種の基で置換した基等を挙げることができる。
前記置換基であるアルコキシル基、アルコキシアルキル基、アルコキシカルボニル基及びアルコキシカルボニルオキシ基については、前記フェニル基及びアルキル置換フェニル基について例示した基の説明をそのまま適用することができる。
特に、これらの置換されていてもよいナフチル基のなかでも、1−ナフチル基、1−(4−メトキシナフチル)基、1−(4−エトキシナフチル)基、1−(4−n−プロポキシナフチル)基、1−(4−n−ブトキシナフチル)基、2−(7−メトキシナフチル)基、2−(7−エトキシナフチル)基、2−(7−n−プロポキシナフチル)基、2−(7−n−ブトキシナフチル)基等が好ましい。
また、2個のR13が互いに結合して形成される炭素数2〜10の2価の基としては、前記一般式(5)中の硫黄原子とともに5員又は6員の環、特に好ましくは5員の環(即ち、テトラヒドロチオフェン環)を形成する基が好ましい。
また、前記2価の基に対する置換基としては、例えば、前記フェニル基及びアルキル置換フェニル基に対する置換基として例示したヒドロキシル基、カルボキシル基、シアノ基、ニトロ基、アルコキシル基、アルコキアルキル基、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等を挙げることができる。
一般式(5)におけるR13としては、メチル基、エチル基、フェニル基、4−メトキシフェニル基、1−ナフチル基、2個のR13が互いに結合して硫黄原子とともにテトラヒドロチオフェン環構造を形成する2価の基等が好ましい。
また、前記一般式(5)の好ましいカチオン部位としては、トリフェニルスルホニウムカチオン、トリ−1−ナフチルスルホニウムカチオン、トリ−tert−ブチルフェニルスルホニウムカチオン、4−フルオロフェニル−ジフェニルスルホニウムカチオン、ジ−4−フルオロフェニル−フェニルスルホニウムカチオン、トリ−4−フルオロフェニルスルホニウムカチオン、4−シクロヘキシルフェニル−ジフェニルスルホニウムカチオン、4−メタンスルホニルフェニル−ジフェニルスルホニウムカチオン、4−シクロヘキサンスルホニル−ジフェニルスルホニウムカチオン、1−ナフチルジメチルスルホニウムカチオン、1−ナフチルジエチルスルホニウムカチオン;
1−(4−ヒドロキシナフタレン−1−イル)ジメチルスルホニウムカチオン、1−(4−メチルナフタレン−1−イル)ジメチルスルホニウムカチオン、1−(4−メチルナフタレン−1−イル)ジエチルスルホニウムカチオン、1−(4−シアノナフタレン−1−イル)ジメチルスルホニウムカチオン、1−(4−シアノナフタレン−1−イル)ジエチルスルホニウムカチオン、1−(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)テトラヒドロチオフェニウムカチオン、1−(4−メトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムカチオン、1−(4−エトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムカチオン、1−(4−n−プロポキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムカチオン、1−(4−n−ブトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムカチオン、2−(7−メトキシナフタレン−2−イル)テトラヒドロチオフェニウムカチオン、2−(7−エトキシナフタレン−2−イル)テトラヒドロチオフェニウムカチオン、2−(7−n−プロポキシナフタレン−2−イル)テトラヒドロチオフェニウムカチオン、2−(7−n−ブトキシナフタレン−2−イル)テトラヒドロチオフェニウムカチオン等を挙げることができる。
前記一般式(5)のXで表されるR142nSO アニオン中のC2n−基は、炭素数nのパーフルオロアルキレン基であるが、この基は直鎖状であってもよいし、分岐状であってもよい。ここで、nは1、2、4又は8であることが好ましい。
また、R142nSO 及びR14SO アニオン中のR14における置換されていてもよい炭素数1〜12の炭化水素基としては、炭素数1〜12のアルキル基、シクロアルキル基、有橋脂環式炭化水素基が好ましい。具体的には、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、ネオペンチル基、n−ヘキシル基、シクロヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、2−エチルヘキシル基、n−ノニル基、n−デシル基、ノルボルニル基、ノルボニルメチル基、ヒドロキシノルボルニル基、アダマンチル基等を挙げることができる。
前記一般式(6−1)及び一般式(6−2)におけるR15の独立に炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のフッ素原子を含有するアルキル基は、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、ヘプタフルオロプロピル基、ノナフルオロブチル基、ドデカフルオロペンチル基、パーフルオロオクチル基等を挙げることができる。
また、前記一般式(6−1)及び一般式(6−2)における2個のR15が互いに結合して炭素数2〜10の2価のフッ素原子を含有する基としては、テトラフルオロエチレン基、ヘキサフルオロプロピレン基、オクタフルオロブチレン基、デカフルオロペンチレン基、ウンデカフルオロヘキシレン基等を挙げることができる。
前記一般式(5)の好ましいアニオン部位としては、トリフルオロメタンスルホネートアニオン、パーフルオロ−n−ブタンスルホネートアニオン、パーフルオロ−n−オクタンスルホネートアニオン、2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2−イル)−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネートアニオン、2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2−イル)−1,1−ジフルオロエタンスルホネートアニオン、1−アダマンチルスルホネートアニオン及び下記式(7−1)〜(7−7)で表されるアニオン等を挙げることができる。
Figure 2010029982
また、酸発生剤(B)は、上述のように例示されたカチオン及びアニオンの組合せにより与えられるが、その組合せは特に限定されるものでない。
但し、一般式(5)で表される酸発生剤(B)としては、1−(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)テトラヒドロチオフェニウムカチオン、1−(4−メトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムカチオン、1−(4−エトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムカチオン、1−(4−n−プロポキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムカチオン、1−(4−n−ブトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムカチオン、2−(7−メトキシナフタレン−2−イル)テトラヒドロチオフェニウムカチオン、2−(7−エトキシナフタレン−2−イル)テトラヒドロチオフェニウムカチオン、2−(7−n−プロポキシナフタレン−2−イル)テトラヒドロチオフェニウムカチオン、2−(7−n−ブトキシナフタレン−2−イル)テトラヒドロチオフェニウムカチオン等の特定のカチオンと、トリフルオロメタンスルホネートアニオン、パーフルオロ−n−ブタンスルホネートアニオン、パーフルオロ−n−オクタンスルホネートアニオン等の特定のアニオンとで組み合わされる感放射線性酸発生剤は含まない。
また、本発明においては、前記一般式(5)で表される酸発生剤以外にも、オニウム塩化合物、ハロゲン含有化合物、ジアゾケトン化合物、スルホン化合物、スルホン酸化合物等の酸発生剤(以下、「他の酸発生剤」という。)を前記酸発生剤(B)として使用することができる。
前記オニウム塩化合物としては、例えば、ヨードニウム塩、スルホニウム塩、ホスホニウム塩、ジアゾニウム塩、ピリジニウム塩等を挙げることができる。オニウム塩化合物の具体例としては、ジフェニルヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、ジフェニルヨードニウム2−ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2−イル−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウム2−ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2−イル−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、シクロヘキシル・2−オキソシクロヘキシル・メチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、ジシクロヘキシル・2−オキソシクロヘキシルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、2−オキソシクロヘキシルジメチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート等を挙げることができる。
前記ハロゲン含有化合物としては、例えば、ハロアルキル基含有炭化水素化合物、ハロアルキル基含有複素環式化合物等を挙げることができる。ハロゲン含有化合物の具体例としては、フェニルビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、4−メトキシフェニルビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、1−ナフチルビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン等の(トリクロロメチル)−s−トリアジン誘導体や、1,1−ビス(4−クロロフェニル)−2,2,2−トリクロロエタン等を挙げることができる。
前記ジアゾケトン化合物としては、例えば、1,3−ジケト−2−ジアゾ化合物、ジアゾベンゾキノン化合物、ジアゾナフトキノン化合物等を挙げることができる。ジアゾケトンの具体例としては、1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホニルクロリド、1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホニルクロリド、2,3,4,4’−テトラヒドロキシベンゾフェノンの1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホン酸エステル又は1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸エステル、1,1,1−トリス(4−ヒドロキシフェニル)エタンの1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホン酸エステル又は1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸エステル等を挙げることができる。
前記スルホン化合物としては、例えば、β−ケトスルホン、β−スルホニルスルホンや、これらの化合物のα−ジアゾ化合物等を挙げることができる。スルホン化合物の具体例としては、4−トリスフェナシルスルホン、メシチルフェナシルスルホン、ビス(フェニルスルホニル)メタン等を挙げることができる。
前記スルホン酸化合物として、例えば、アルキルスルホン酸エステル、アルキルスルホン酸イミド、ハロアルキルスルホン酸エステル、アリールスルホン酸エステル、イミノスルホネート等を挙げることができる。スルホン酸化合物の具体例としては、ベンゾイントシレート、ピロガロールのトリス(トリフルオロメタンスルホネート)、ニトロベンジル−9,10−ジエトキシアントラセン−2−スルホネート、トリフルオロメタンスルホニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボジイミド、ノナフルオロ−n−ブタンスルホニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボジイミド、パーフルオロ−n−オクタンスルホニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボジイミド、2−ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2−イル−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボジイミド、N−(トリフルオロメタンスルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(ノナフルオロ−n−ブタンスルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(パーフルオロ−n−オクタンスルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(2−ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2−イル−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホニルオキシ)スクシンイミド、1,8−ナフタレンジカルボン酸イミドトリフルオロメタンスルホネート、1,8−ナフタレンジカルボン酸イミドノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、1,8−ナフタレンジカルボン酸イミドパーフルオロ−n−オクタンスルホネート等を挙げることができる。
このような酸発生剤(B)は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明の感放射線性樹脂組成物において、酸発生剤(B)の含有量は、レジストとしての感度及び現像性を確保する観点から、樹脂(A)を100質量部とした場合に、0.1〜20質量部であることが好ましく、より好ましくは0.5〜15質量部である。この使用量が0.1質量部未満の場合、感度及び現像性が低下する傾向がある。一方、20質量部を超える場合、放射線に対する透明性が低下して、矩形のレジストパターンが得られ難くなる傾向がある。
また、前述の他の酸発生剤を用いている場合、この他の酸発生剤の含有割合は、酸発生剤(B)全体を100質量%とした場合に、80質量%以下であることが好ましく、より好ましくは60質量%以下である。
[1−3]フッ素含有樹脂(C)
前記フッ素含有樹脂(C)は、酸の作用によりアルカリ可溶性となる繰り返し単位、及びフッ素原子を含有する繰り返し単位を含むものである。即ち、酸の作用によりアルカリ可溶性となるアルカリ不溶性又はアルカリ難溶性の樹脂であって、且つフッ素原子を含む樹脂である。尚、ここでいう「アルカリ不溶性又はアルカリ難溶性」とは、フッ素含有樹脂(C)を含有する感放射線性樹脂組成物から形成されたフォトレジスト膜からレジストパターンを形成する際に採用されるアルカリ現像条件下で、このフォトレジスト膜の代わりにフッ素含有樹脂(C)のみを用いた被膜を現像した場合に、この被膜の初期膜厚の50%以上が現像後に残存する性質を意味する。
また、前記フッ素含有樹脂(C)は、液浸露光においてレジスト膜表面に撥水性を発現させる作用を示し、レジスト膜から液浸液への成分の溶出を抑制したり、高速スキャンにより液浸露光を行ったとしても液滴を残すことなく、結果としてウォーターマーク欠陥等の液浸由来の欠陥を抑制することかできる。
前記フッ素含有樹脂(C)に含まれる、酸の作用によりアルカリ可溶性となる繰り返し単位(以下、「繰り返し単位(a2)」ともいう。)については、前記樹脂(A)における「繰り返し単位(a1)」の説明をそのまま適用することができる。
特に、このフッ素含有樹脂(C)に含まれる繰り返し単位(a2)としては、上述の繰り返し単位(1)のうち、上述の一般式(1a)〜(1d)で表される基を含有する繰り返し単位が好ましく、下記一般式(1c−1)で表されるように、一般式(1c)で表される基を含有する繰り返し単位がより好ましい。
Figure 2010029982
〔一般式(1c−1)において、Rは、水素原子、炭素数1〜4の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、トリフルオロメチル基、又はヒドロキシメチル基を示し、Rは、炭素数1〜4の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基を示し、mは0〜4の整数である。〕
一般式(1c−1)のR及びRにおける炭素数1〜4の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基等が挙げられる。
また、一般式(1c−1)におけるmは、0〜4の整数であり、0〜3の整数であることがより好ましい。
また、前記フッ素含有樹脂(C)は、フッ素原子を含有する繰り返し単位として、下記一般式(8)で表される繰り返し単位(以下、「繰り返し単位(8)」という。)、及び下記一般式(9)で表される繰り返し単位(以下、「繰り返し単位(9)」という。)のうちの少なくとも一方を含むことが好ましい。
Figure 2010029982
〔一般式(8)において、R16は、水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、トリフルオロメチル基、又はヒドロキシメチル基を示し、R31は、単結合、又は(n+1)価の鎖状又は環状の炭化水素基を示す。R32は、単結合、又は2価の鎖状又は環状の炭化水素基を示す。Xは、フッ素原子で置換されたメチレン基、又は炭素数2〜20の直鎖状若しくは分岐状のフルオロアルキレン基を示す。Gは、単結合又は−CO−を示す。nは、1〜3の整数を示す。R33は、水素原子又は酸解離性基を示す。〕
Figure 2010029982
〔一般式(9)において、R18は互いに独立して、水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、トリフルオロメチル基、又はヒドロキシメチル基を示し、R19は、少なくとも一つの水素原子がフッ素原子に置換されている炭素数1〜12の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルキル基を示す。〕
前記一般式(8)及び(9)における、R16及びR18の炭素数1〜4のアルキル基としては、それぞれ、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基等を挙げることができる。
前記一般式(8)におけるR31の(n+1)価の鎖状又は環状の炭化水素基は、飽和炭化水素基であっても、不飽和炭化水素基であってもよく、炭素数1〜10であることが好ましい。
31における、2価(n=1の場合)の直鎖状又は分岐状の飽和若しくは不飽和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、n−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基等の炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基に由来する2価の炭化水素基等を挙げることができる。
また、R31における、2価(n=1の場合)の環状の飽和若しくは不飽和炭化水素基としては、炭素数3〜10の脂環式炭化水素及び芳香族炭化水素に由来する基が挙げられる。
脂環式炭化水素としては、例えば、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、ビシクロ[2.2.1]ヘプタン、ビシクロ[2.2.2]オクタン、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン、トリシクロ[3.3.1.13,7]デカン等のシクロアルカン類等を挙げることができる。
また、芳香族炭化水素としては、例えば、ベンゼン、ナフタレン等を挙げることができる。
尚、前記R31における炭化水素基は、上述の非置換の炭化水素基における少なくとも1つの水素原子を、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基等の炭素数1〜4の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、ヒドロキシル基、シアノ基、炭素数1〜10のヒドロキシアルキル基、カルボキシル基、酸素原子等の1種又は2種以上により置換された基であってもよい。
尚、前記R31が3価(n=2の場合)、及び4価(n=3の場合)である場合には、それぞれ、前記2価の炭化水素基から水素原子が1個脱離した基、及び前記2価の炭化水素基から水素原子が2個脱離した基等を挙げることができる。
前記一般式(8)におけるR32の2価の鎖状又は環状の炭化水素基は、飽和炭化水素基であっても、不飽和炭化水素基であってもよく、炭素数1〜20であることが好ましい。
この2価の鎖状又は環状の炭化水素基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基等のアルキル基に由来する2価の炭化水素基や、アルキレングリコール基、アルキレンエステル基等を挙げることができる。
尚、前記R32における炭化水素基は、上述の非置換の炭化水素基における少なくとも1つの水素原子を、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基等の炭素数1〜4の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、ヒドロキシル基、シアノ基、炭素数1〜10のヒドロキシアルキル基、カルボキシル基、酸素原子等の1種又は2種以上により置換された基であってもよい。
具体的なR32としては、メチレン基、エチレン基、1,3−プロピレン基若しくは1,2−プロピレン基等のプロピレン基、テトラメチレン基、ペンタメチレン基、ヘキサメチレン基、ヘプタメチレン基、オクタメチレン基、ノナメチレン基、デカメチレン基、ウンデカメチレン基、ドデカメチレン基、トリデカメチレン基、テトラデカメチレン基、ペンタデカメチレン基、ヘキサデカメチレン基、ヘプタデカメチレン基、オクタデカメチレン基、ノナデカメチレン基、インサレン基、1−メチル−1,3−プロピレン基、2−メチル1,3−プロピレン基、2−メチル−1,2−プロピレン基、1−メチル−1,4−ブチレン基、2−メチル−1,4−ブチレン基、メチリデン基、エチリデン基、プロピリデン基、又は、2−プロピリデン基等の飽和鎖状炭化水素基;1,3−シクロブチレン基等のシクロブチレン基、1,3−シクロペンチレン基等のシクロペンチレン基、1,4−シクロヘキシレン基等のシクロヘキシレン基、1,5−シクロオクチレン基等のシクロオクチレン基等の炭素数3〜10のシクロアルキレン基等の単環式炭化水素環基;1,4−ノルボルニレン基若しくは2,5−ノルボルニレン基等のノルボルニレン基、1,5−アダマンチレン基、2,6−アダマンチレン基等のアダマンチレン基等の2〜4環式炭素数4〜30の炭化水素環基等の架橋環式炭化水素環基等を挙げることができる。
また、一般式(8)のnが2又は3である場合、前記R32は全て同一の基であってもよいし、一部又は全てが異なった基であってもよい。
前記一般式(8)におけるR33の酸解離性基とは、例えば、ヒドロキシル基、カルボキシル基、スルホン酸基等の酸性官能基中の水素原子を置換する基であって、酸の存在下で解離する基を意味する。
このような酸解離性基としては、例えば、t−ブトキシカルボニル基、テトラヒドロピラニル基、テトラヒドロフラニル基、(チオテトラヒドロピラニルスルファニル)メチル基、(チオテトラヒドロフラニルスルファニル)メチル基や、アルコキシ置換メチル基、アルキルスルファニル置換メチル基等を挙げることができる。
尚、アルコキシ置換メチル基におけるアルコキシル基(置換基)としては、炭素数1〜4のアルコキシル基を挙げることができる。また、アルキルスルファニル置換メチル基におけるアルキル基(置換基)としては、炭素数1〜4のアルキル基を挙げることができる。
更に、前記酸解離性基としては、一般式[−C(R)]で表される基を挙げることができる〔尚、式中、3つのRは、相互に独立に、炭素数1〜4の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基若しくはそれから誘導される基を示すか、又は、いずれか2つのRが相互に結合して、それぞれが結合している炭素原子とともに炭素数4〜20の2価の脂環式炭化水素基若しくはそれから誘導される基を形成し、残りの1つのRが、炭素数1〜4の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基若しくはそれから誘導される基を示す。〕。
前記一般式[−C(R)]で表される酸解離性基における、Rの炭素数1〜4の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基等が挙げられる。
前記Rの炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基としては、例えば、ノルボルナン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカン、アダマンタンや、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン等のシクロアルカン類等に由来する脂環族環からなる基等を挙げることができる。
また、この脂環式炭化水素基から誘導される基としては、上述の1価の脂環式炭化水素基を、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基等の炭素数1〜4の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基の1種以上或いは1個以上で置換した基等を挙げることができる。
これらのなかでも、Rの脂環式炭化水素基は、ノルボルナン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカン、アダマンタン、シクロペンタン又はシクロヘキサンに由来する脂環族環からなる脂環式炭化水素基や、この脂環式炭化水素基を前記アルキル基で置換した基等が好ましい。
また、いずれか2つのRが相互に結合して、それぞれが結合している炭素原子(酸素原子に結合している炭素原子)とともに形成する炭素数4〜20の2価の脂環式炭化水素基としては、例えば、シクロブチレン基、シクロペンチレン基、シクロヘキシレン基、シクロオクチレン基のような単環式炭化水素基、ノルボルニレン基、トリシクロデカニレン基、テトラシクロデカニレン基のような多環式炭化水素基、アダマンチレン基のような架橋多環式炭化水素基を挙げることができる。
更に、Rが相互に結合して形成された2価の脂環式炭化水素基から誘導される基としては、上述の2価の脂環式炭化水素基を、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基等の炭素数1〜4の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基の1種以上或いは1個以上で置換した基等を挙げることができる。
これらのなかでも、シクロペンチレン基、シクロヘキシレン基のような単環式炭化水素基や、この2価の脂環式炭化水素基(単環式炭化水素基)を前記アルキル基で置換した基等が好ましい。
ここで、一般式[−C(R)]で表される酸解離性基の好ましい例としては、t−ブチル基、1−n−(1−エチル−1−メチル)プロピル基、1−n−(1,1−ジメチル)プロピル基、1−n−(1,1−ジメチル)ブチル基、1−n−(1,1−ジメチル)ペンチル基、1−(1,1−ジエチル)プロピル基、1−n−(1,1−ジエチル)ブチル基、1−n−(1,1−ジエチル)ペンチル基、1−(1−メチル)シクロペンチル基、1−(1−エチル)シクロペンチル基、1−(1−n−プロピル)シクロペンチル基、1−(1−i−プロピル)シクロペンチル基、1−(1−メチル)シクロヘキシル基、1−(1−エチル)シクロヘキシル基、1−(1−n−プロピル)シクロヘキシル基、1−(1−i−プロピル)シクロヘキシル基、1−{1−メチル−1−(2−ノルボニル)}エチル基、1−{1−メチル−1−(2−テトラシクロデカニル)}エチル基、1−{1−メチル−1−(1−アダマンチル)}エチル基、2−(2−メチル)ノルボニル基、2−(2−エチル)ノルボニル基、2−(2−n−プロピル)ノルボニル基、2−(2−i−プロピル)ノルボニル基、2−(2−メチル)テトラシクロデカニル基、2−(2−エチル)テトラシクロデカニル基、2−(2−n−プロピル)テトラシクロデカニル基、2−(2−i−プロピル)テトラシクロデカニル基、1−(1−メチル)アダマンチル基、1−(1−エチル)アダマンチル基、1−(1−n−プロピル)アダマンチル基、1−(1−i−プロピル)アダマンチル基や、これらの脂環族環からなる基を、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基等の炭素数1〜4の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基の1種以上或いは1個以上で置換した基等を挙げることができる。
また、これらの酸解離性基のなかでも、前記[−C(R)]で表される基、t−ブトキシカルボニル基、アルコキシ置換メチル基等が好ましい。特に、(1)ヒドロキシル基を保護する場合には、t−ブトキシカルボニル基、又はアルコキシ置換メチル基が好ましく、(2)カルボキシル基を保護する場合には、[−C(R)]で表される基が好ましい。
前記一般式(8)におけるXのフッ素原子置換されたメチレン基、又は、炭素数2〜20の直鎖状若しくは分岐状のフルオロアルキレン基としては、例えば、下記(X−1)〜(X−8)等の構造を挙げることができる。
Figure 2010029982
前記一般式(8)で表される繰り返し単位としては、例えば、下記一般式(8−1)で表される繰り返し単位を挙げることができる。
Figure 2010029982
前記一般式(8−1)において、R16は互いに独立して、水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、トリフルオロメチル基、又はヒドロキシメチル基を示し、R17は、2価の鎖状又は環状の炭化水素基を示す。
前記一般式(8−1)におけるR17の2価の鎖状又は環状の炭化水素基については、前記一般式(8)におけるR32の説明をそのまま適用することができる。
また、前記一般式(8−1)で表される繰り返し単位(8−1)を与える好ましい単量体としては、(メタ)アクリル酸(1,1,1−トリフルオロ−2−トリフルオロメチル−2−ヒドロキシ−3−プロピル)エステル、(メタ)アクリル酸(1,1,1−トリフルオロ−2−トリフルオロメチル−2−ヒドロキシ−4−ブチル)エステル、(メタ)アクリル酸(1,1,1−トリフルオロ−2−トリフルオロメチル−2−ヒドロキシ−5−ペンチル)エステル、(メタ)アクリル酸(1,1,1−トリフルオロ−2−トリフルオロメチル−2−ヒドロキシ−4−ペンチル)エステル、(メタ)アクリル酸2−{[5−(1’,1’,1’−トリフルオロ−2’−トリフルオロメチル−2’−ヒドロキシ)プロピル]ビシクロ[2.2.1]ヘプチル}エステル、(メタ)アクリル酸4−{[9−(1’,1’,1’−トリフルオロ−2’−トリフルオロメチル−2’−ヒドロキシ)プロピル]テトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデシル}エステル等を挙げることができる。
前記一般式(9)におけるR19の、少なくとも一つの水素原子がフッ素原子に置換されている炭素数1〜12の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルキル基としては、例えば、トリフルオロメチル基、2,2,2−トリフルオロエチル基、パーフルオロエチル基、パーフルオロn−プロピル基、パーフルオロi−プロピル基、パーフルオロn−ブチル基、パーフルオロi−ブチル基、パーフルオロt−ブチル基、パーフルオロシクロヘキシル基、2−(1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ)プロピル基、2,2,3,3,4,4,5,5−オクタフルオロペンチル基、2,2,3,3,4,4,5,5−オクタフルオロヘキシル基、パーフルオロシクロヘキシルメチル基、2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピル基、2,2,3,3,4,4,4−ヘプタフルオロペンチル基、3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,10−ヘプタデカフルオロデシル基、5−トリフルオロメチル−3,3,4,4,5,6,6,6−オクタフルオロヘキシル基等を挙げることができる。
また、前記一般式(9)で表される繰り返し単位(9)を与える好ましい単量体としては、トリフルオロメチル(メタ)アクリレート、2,2,2−トリフルオロエチル(メタ)アクリレート、パーフルオロエチル(メタ)アクリレート、パーフルオロn−プロピル(メタ)アクリレート、パーフルオロi−プロピル(メタ)アクリレート、パーフルオロn−ブチル(メタ)アクリレート、パーフルオロi−ブチル(メタ)アクリレート、パーフルオロt−ブチル(メタ)アクリレート、パーフルオロシクロヘキシル(メタ)アクリレート、2−(1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ)プロピル(メタ)アクリレート、1−(2,2,3,3,4,4,5,5−オクタフルオロ)ペンチル(メタ)アクリレート、1−(2,2,3,3,4,4,5,5−オクタフルオロ)ヘキシル(メタ)アクリレート、パーフルオロシクロヘキシルメチル(メタ)アクリレート、1−(2,2,3,3,3−ペンタフルオロ)プロピル(メタ)アクリレート、1−(2,2,3,3,4,4,4−ヘプタフルオロ)ペンタ(メタ)アクリレート、1−(3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,10−ヘプタデカフルオロ)デシル(メタ)アクリレート、1−(5−トリフルオロメチル−3,3,4,4,5,6,6,6−オクタフルオロ)ヘキシル(メタ)アクリレート等を挙げることができる。
また、前記フッ素含有樹脂(C)には、前述の繰り返し単位(a2)、繰り返し単位(8)及び繰り返し単位(9)以外に、「更に他の繰り返し単位」として、前述の樹脂(A)における繰り返し単位(2)、繰り返し単位(3)、繰り返し単位(4)及び他の繰り返し単位のうちの少なくとも1種が含有されていてもよい。
前記フッ素含有樹脂(C)における前記繰り返し単位(a2)の含有割合は、フッ素含有樹脂(C)に含まれる全繰り返し単位の合計を100モル%とした場合に、95モル%以下であることが好ましく、より好ましくは10〜90モル%、更に好ましくは10〜85%である。この繰り返し単位(a2)の含有割合が、10モル%未満の場合、十分な現像性を発現できないおそれがある。一方、この含有割合が、95モル%以下の場合、液浸露光の際に、高い後退接触角を達成でき、レジスト被膜からの酸発生剤等の溶出を抑制できる点で好ましい。
また、前記繰り返し単位(8)及び(9)の含有割合の合計は、フッ素含有樹脂(C)に含まれる全繰り返し単位の合計を100モル%とした場合に、5〜90モル%であることが好ましく、より好ましくは10〜90モル%、更に好ましくは15〜90モル%である。繰り返し単位(8)及び(9)の含有割合の合計が、5モル%未満の場合、液浸露光の際に、高い後退接触角を達成できなかったり、レジスト被膜からの酸発生剤等の溶出を抑制できないおそれがある。一方、これらの含有割合の合計が、90モル%を超える場合、十分な現像性を発現できないおそれがある。
更に、前記更に他の繰り返し単位の含有割合は、フッ素含有樹脂(C)に含まれる全繰り返し単位の合計を100モル%とした場合に、70モル%以下であることが好ましく、より好ましくは65モル%以下、更に好ましくは60%以下である。この更に他の繰り返し単位の含有割合が、70モル%を超える場合、液浸露光の際に、高い後退接触角を達成できなかったり、レジスト被膜からの酸発生剤等の溶出を抑制できないおそれがあるため好ましい。
前記フッ素含有樹脂(C)は、各繰り返し単位を与える単量体を用いて、前述の樹脂(A)の製造方法と同様の方法によって合成することができる。
また、前記フッ素含有樹脂(C)におけるフッ素含量は、フッ素含有樹脂(C)に含まれる原子全体を100atom%とした際に、3atom%以上であり、好ましくは3〜50atom%、更に好ましくは5〜30atom%である。
尚、このフッ素含量は13C−NMRにより測定することができる。
また、フッ素含有樹脂(C)のゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)によるポリスチレン換算重量平均分子量(Mw)は、特に限定されないが、1000〜100000であることが好ましく、より好ましくは1000〜30000、更に好ましくは1000〜20000である。このフッ素含有樹脂(C)のMwが1000未満の場合、レジストとした際の耐熱性が低下する傾向がある。一方、このMwが100000を超える場合、レジストとした際の現像性が低下する傾向がある。
また、フッ素含有樹脂(C)のMwとGPCによるポリスチレン換算数平均分子量(Mn)との比(Mw/Mn)は、1.0〜5.0であることが好ましく、より好ましくは1.0〜3.0、更に好ましくは1.0〜2.0である。
また、本発明における感放射線性樹脂組成物には、前記フッ素含有樹脂(C)が1種類のみ含有されていてもよいし、2種以上含有されていてもよい。
本発明の感放射線性樹脂組成物において、フッ素含有樹脂(C)の含有量は、前記樹脂(A)を100質量部とした場合に、固形分換算で、通常0.1〜20質量部であり、好ましくは0.1〜5質量部、より好ましくは0.5〜3質量部である。このフッ素含有樹脂(C)の含有量が0.1質量部未満である場合、液浸露光においてレジスト膜表面に撥水性を発現させる作用が減少してしまい、レジスト膜から液浸液へ成分が溶出してしまったり、高速スキャンにより液浸露光を行った際に、液滴が残留してウォーターマーク欠陥が発生するおそれがある。一方、この含有量が20質量部を超える場合、LWR、現像欠陥、パターン倒れ耐性等のレジスト性能が悪化するおそれがある。
[1−4]ラクトン化合物(D)
前記ラクトン化合物(D)は、液浸露光においてレジスト膜表面に撥水性を発現させる作用を示すフッ素含有樹脂(C)を、効率的にレジスト膜表面に偏析させる効果を有するものである。そのため、このラクトン化合物(D)を含有させることで、フッ素含有樹脂(C)の添加量を従来よりも少なくすることができる。従って、LWR、現像欠陥、パターン倒れ耐性等のレジスト基本特性を損なうことなく、レジスト膜から液浸液への成分の溶出を抑制したり、高速スキャンにより液浸露光を行ったとしても液滴を残すことなく、結果としてウォーターマーク欠陥等の液浸由来欠陥を抑制するレジスト膜表面の撥水性を維持することができる。
具体的なラクトン化合物(D)としては、例えば、ガンマ−ブチロラクトン、バレロラクトン、メバロニックラクトン、ノルボルナンラクトン等を挙げることができる。
本発明における感放射線性樹脂組成物には、前記ラクトン化合物(D)が1種類のみ含有されていてもよいし、2種以上含有されていてもよい。
また、本発明の感放射線性樹脂組成物において、前記ラクトン化合物(D)の含有量は、レジスト膜表面に少ない添加量のフッ素含有樹脂(C)を偏析させる効果を得る観点から、前記樹脂(A)を100質量部とした場合に、31〜200質量部であり、より好ましくは50〜150質量部である。このラクトン化合物(D)の含有割合が31質量部未満である場合、少量のフッ素含有樹脂(C)添加においてレジスト膜表面の撥水性を十分に得ることができない。一方、この含有量が200質量部を超える場合、レジストの基本性能及び形状が著しく劣化するおそれがある。
[1−5]酸拡散制御剤(E)
本発明の感放射線性樹脂組成物は、これまでに説明した樹脂(A)、酸発生剤(B)、フッ素含有樹脂(C)及びラクトン化合物(D)に加えて、酸拡散制御剤(E)を更に含有していてもよい。
この酸拡散制御剤(E)は、露光により酸発生剤から生じる酸のレジスト被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抑制するものである。即ち、酸拡散制御剤として機能するものである。このような酸拡散制御剤(E)を配合することにより、得られる感放射線性樹脂組成物は、貯蔵安定性が向上し、またレジストとしての像度が更に向上するとともに、露光から露光後の加熱処理までの引き置き時間(PED)の変動によるレジストパターンの線幅変化を抑えることができ、プロセス安定性に極めて優れた組成物となる。
前記酸拡散制御剤(E)としては、例えば、下記一般式(10)で表される化合物(酸拡散制御剤(e1))を好適に用いることができる。
Figure 2010029982
一般式(10)中においてR20及びR21は、相互に独立に水素原子、炭素数1〜20の直鎖状、分岐状若しくは環状の置換されていてもよいアルキル基、アリール基又はアラルキル基、或いはR20同士或いはR21同士が相互に結合して、それぞれが結合している炭素原子とともに形成される炭素数4〜20の2価の飽和或いは不飽和炭化水素基若しくはその誘導体を示す。
前記一般式(10)で表される酸拡散制御剤(e1)としては、例えば、N−t−ブトキシカルボニルジ−n−オクチルアミン、N−t−ブトキシカルボニルジ−n−ノニルアミン、N−t−ブトキシカルボニルジ−n−デシルアミン、N−t−ブトキシカルボニルジシクロヘキシルアミン、N−t−ブトキシカルボニル−1−アダマンチルアミン、N−t−ブトキシカルボニル−2−アダマンチルアミン、N−t−ブトキシカルボニル−N−メチル−1−アダマンチルアミン、(S)−(−)−1−(t−ブトキシカルボニル)−2−ピロリジンメタノール、(R)−(+)−1−(t−ブトキシカルボニル)−2−ピロリジンメタノール、N−t−ブトキシカルボニル−4−ヒドロキシピペリジン、N−t−ブトキシカルボニルピロリジン、N,N’−ジ−t−ブトキシカルボニルピペラジン;
N,N−ジ−t−ブトキシカルボニル−1−アダマンチルアミン、N,N−ジ−t−ブトキシカルボニル−N−メチル−1−アダマンチルアミン、N−t−ブトキシカルボニル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、N,N’−ジ−t−ブトキシカルボニルヘキサメチレンジアミン、N,N,N’,N’−テトラ−t−ブトキシカルボニルヘキサメチレンジアミン、N,N’−ジ−t−ブトキシカルボニル−1,7−ジアミノヘプタン、N,N’−ジ−t−ブトキシカルボニル−1,8−ジアミノオクタン、N,N’−ジ−t−ブトキシカルボニル−1,9−ジアミノノナン、N,N’−ジ−t−ブトキシカルボニル−1,10−ジアミノデカン、N,N’−ジ−t−ブトキシカルボニル−1,12−ジアミノドデカン、N,N’−ジ−t−ブトキシカルボニル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、N−t−ブトキシカルボニルベンズイミダゾール、N−t−ブトキシカルボニル−2−メチルベンズイミダゾール、N−t−ブトキシカルボニル−2−フェニルベンズイミダゾール等のN−t−ブトキシカルボニル基含有アミノ化合物等を挙げることができる。
また、前記酸拡散制御剤(E)としては、前述の酸拡散制御剤(e1)以外にも、例えば、3級アミン化合物、4級アンモニウムヒドロキシド化合物、その他含窒素複素環化合物等を挙げることができる。
前記3級アミン化合物としては、例えば、トリエチルアミン、トリ−n−プロピルアミン、トリ−n−ブチルアミン、トリ−n−ペンチルアミン、トリ−n−ヘキシルアミン、トリ−n−ヘプチルアミン、トリ−n−オクチルアミン、シクロヘキシルジメチルアミン、ジシクロヘキシルメチルアミン、トリシクロヘキシルアミン等のトリ(シクロ)アルキルアミン類;アニリン、N−メチルアニリン、N,N−ジメチルアニリン、2−メチルアニリン、3−メチルアニリン、4−メチルアニリン、4−ニトロアニリン、2,6−ジメチルアニリン、2,6−ジイソプロピルアニリン等の芳香族アミン類;トリエタノールアミン、N,N−ジ(ヒドロキシエチル)アニリン等のアルカノールアミン類;N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン、N,N,N’,N’−テトラキス(2−ヒドロキシプロピル)エチレンジアミン、1,3−ビス[1−(4−アミノフェニル)−1−メチルエチル]ベンゼンテトラメチレンジアミン、ビス(2−ジメチルアミノエチル)エーテル、ビス(2−ジエチルアミノエチル)エーテル等を挙げることができる。
前記4級アンモニウムヒドロキシド化合物としては、例えば、テトラ−n−プロピルアンモニウムヒドロキシド、テトラ−n−ブチルアンモニウムヒドロキシド等を挙げることができる。
前記含窒素複素環化合物としては、例えば、ピリジン、2−メチルピリジン、4−メチルピリジン、2−エチルピリジン、4−エチルピリジン、2−フェニルピリジン、4−フェニルピリジン、2−メチル−4−フェニルピリジン、ニコチン、ニコチン酸、ニコチン酸アミド、キノリン、4−ヒドロキシキノリン、8−オキシキノリン、アクリジン等のピリジン類;ピペラジン、1−(2−ヒドロキシエチル)ピペラジン等のピペラジン類のほか、ピラジン、ピラゾール、ピリダジン、キノザリン、プリン、ピロリジン、ピペリジン、3−ピペリジノ−1,2−プロパンジオール、モルホリン、4−メチルモルホリン、1,4−ジメチルピペラジン、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン、イミダゾール、4−メチルイミダゾール、1−ベンジル−2−メチルイミダゾール、4−メチル−2−フェニルイミダゾール、ベンズイミダゾール、2−フェニルベンズイミダゾール等を挙げることができる。
また、前記酸拡散制御剤(E)としては、光崩壊性塩基を用いることができる。この光崩壊性塩基は、露光により分解して酸拡散制御性としての塩基性を失うオニウム塩化合物である。
このようなオニウム塩化合物の具体例としては、下記一般式(11)で表されるスルホニウム塩化合物、及び下記一般式(12)で表されるヨードニウム塩化合物を挙げることができる。
Figure 2010029982
前記一般式(11)及び(12)におけるR22〜R26は、相互に独立して、水素原子、アルキル基、アルコキシル基、ヒドロキシル基、又はハロゲン原子を示す。
また、Zは、OH、R−COO、R−SO (但し、Rはアルキル基、アリール基、又はアルカリール基を示す)、又は下記式(13)で表されるアニオンを示す。
Figure 2010029982
前記スルホニウム塩化合物及びヨードニウム塩化合物の具体例としては、トリフェニルスルホニウムハイドロオキサイド、トリフェニルスルホニウムアセテート、トリフェニルスルホニウムサリチレート、ジフェニル−4−ヒドロキシフェニルスルホニウムハイドロオキサイド、ジフェニル−4−ヒドロキシフェニルスルホニウムアセテート、ジフェニル−4−ヒドロキシフェニルスルホニウムサリチレート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムハイドロオキサイド、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムアセテート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムハイドロオキサイド、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムアセテート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムサリチレート、4−t−ブチルフェニル−4−ヒドロキシフェニルヨードニウムハイドロオキサイド、4−t−ブチルフェニル−4−ヒドロキシフェニルヨードニウムアセテート、4−t−ブチルフェニル−4−ヒドロキシフェニルヨードニウムサリチレート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウム10−カンファースルホネート、ジフェニルヨードニウム10−カンファースルホネート、トリフェニルスルホニウム10−カンファースルホネート、4−t−ブトキシフェニル・ジフェニルスルホニウム10−カンファースルホネート等を挙げることができる。
尚、これらの酸拡散制御剤(E)は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
また、本発明の感放射線性樹脂組成物において、前記酸拡散制御剤(E)の含有量は、レジストとしての高い感度を確保する観点から、前記樹脂(A)を100質量部とした場合に、10質量部未満であることが好ましく、より好ましくは5質量部未満である。この酸拡散制御剤(E)の含有量が10質量部以上である場合、レジストとしての感度が著しく低下する傾向にある。尚、この含有量が0.001質量部未満では、プロセス条件によってはレジストとしてのパターン形状や寸法忠実度が低下するおそれがある。
[1−6]添加剤(F)
本発明の感放射線性樹脂組成物には、必要に応じて、脂環式骨格含有添加剤(f1)、界面活性剤(f2)、増感剤(f3)等の各種の添加剤(F)を配合することができる。
尚、各添加剤の含有割合は、その目的に応じて適宜決定することができる。
前記脂環式骨格含有添加剤(f1)は、ドライエッチング耐性、パターン形状、基板との接着性等を更に改善する作用を示す成分である。
このような脂環式骨格含有添加剤(f1)としては、例えば、1−アダマンタンカルボン酸、2−アダマンタノン、1−アダマンタンカルボン酸t−ブチル、1−アダマンタンカルボン酸t−ブトキシカルボニルメチル、1−アダマンタンカルボン酸α−ブチロラクトンエステル、1,3−アダマンタンジカルボン酸ジ−t−ブチル、1−アダマンタン酢酸t−ブチル、1−アダマンタン酢酸t−ブトキシカルボニルメチル、1,3−アダマンタンジ酢酸ジ−t−ブチル、2,5−ジメチル−2,5−ジ(アダマンチルカルボニルオキシ)ヘキサン等のアダマンタン誘導体類;
デオキシコール酸t−ブチル、デオキシコール酸t−ブトキシカルボニルメチル、デオキシコール酸2−エトキシエチル、デオキシコール酸2−シクロヘキシルオキシエチル、デオキシコール酸3−オキソシクロヘキシル、デオキシコール酸テトラヒドロピラニル、デオキシコール酸メバロノラクトンエステル等のデオキシコール酸エステル類;リトコール酸t−ブチル、リトコール酸t−ブトキシカルボニルメチル、リトコール酸2−エトキシエチル、リトコール酸2−シクロヘキシルオキシエチル、リトコール酸3−オキソシクロヘキシル、リトコール酸テトラヒドロピラニル、リトコール酸メバロノラクトンエステル等のリトコール酸エステル類;アジピン酸ジメチル、アジピン酸ジエチル、アジピン酸ジプロピル、アジピン酸ジn−ブチル、アジピン酸ジt−ブチル等のアルキルカルボン酸エステル類;
3−〔2−ヒドロキシ−2,2−ビス(トリフルオロメチル)エチル〕テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカン、2−ヒドロキシ−9−メトキシカルボニル−5−オキソ−4−オキサ−トリシクロ[4.2.1.03,7]ノナン等を挙げることができる。
これらの脂環式骨格含有添加剤(f1)は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
前記界面活性剤(f2)は、塗布性、ストリエーション、現像性等を改良する作用を示す成分である。
このような界面活性剤(f2)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のほか、以下商品名で、KP341(信越化学工業社製)、ポリフローNo.75、同No.95(共栄社化学社製)、エフトップEF301、同EF303、同EF352(トーケムプロダクツ社製)、メガファックスF171、同F173(大日本インキ化学工業社製)、フロラードFC430、同FC431(住友スリーエム社製)、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(旭硝子社製)等を挙げることができる。
これらの界面活性剤(f2)は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
前記増感剤(f3)は、放射線のエネルギーを吸収して、そのエネルギーを酸発生剤(B)に伝達し、それにより酸の生成量を増加する作用を示すものであり、感放射線性樹脂組成物のみかけの感度を向上させる効果を有する。
このような増感剤(f3)としては、カルバゾール類、アセトフェノン類、ベンゾフェノン類、ナフタレン類、フェノール類、ビアセチル、エオシン、ローズベンガル、ピレン類、アントラセン類、フェノチアジン類等を挙げることができる。
これらの増感剤(f3)は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
また、前記添加剤(F)としては、染料、顔料、及び接着助剤からなる群より選択される少なくとも1種を用いることができる。例えば、染料或いは顔料を添加剤(F)として用いることによって、露光部の潜像を可視化させて、露光時のハレーションの影響を緩和できる。また、接着助剤を添加剤(F)として用いることによって、基板との接着性を改善することができる。
更には、前記添加剤(F)として、アルカリ可溶性樹脂、酸解離性の保護基を有する低分子のアルカリ溶解性制御剤、ハレーション防止剤、保存安定化剤、消泡剤等を挙げることができる。
尚、添加剤(F)は、必要に応じてこれまでに説明したそれぞれの添加剤を単独で用いてもよいし、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
[1−7]溶剤(G)
溶剤(G)としては、樹脂(A)、感放射線性酸発生剤(B)、フッ素含有樹脂(C)及びラクトン化合物(D)が溶解する溶剤であれば、特に限定されるものではない。尚、感放射線性樹脂組成物が、酸拡散制御剤(E)及び添加剤(F)を更に含有する場合には、これらの成分も溶解する溶剤であることが好ましい。
前記溶剤(G)としては、例えば、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノ−n−プロピルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノ−i−プロピルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノ−n−ブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノ−i−ブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノ−sec−ブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノ−t−ブチルエーテルアセテート等のプロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類;シクロペンタノン、3−メチルシクロペンタノン、シクロヘキサノン、2−メチルシクロヘキサノン、2,6−ジメチルシクロヘキサノン、イソホロン等の環状のケトン類;
2−ブタノン、2−ペンタノン、3−メチル−2−ブタノン、2−ヘキサノン、4−メチル−2−ペンタノン、3−メチル−2−ペンタノン、3,3−ジメチル−2−ブタノン、2−ヘプタノン、2−オクタノン等の直鎖状若しくは分岐状のケトン類;2−ヒドロキシプロピオン酸メチル、2−ヒドロキシプロピオン酸エチル、2−ヒドロキシプロピオン酸n−プロピル、2−ヒドロキシプロピオン酸i−プロピル、2−ヒドロキシプロピオン酸n−ブチル、2−ヒドロキシプロピオン酸i−ブチル、2−ヒドロキシプロピオン酸sec−ブチル、2−ヒドロキシプロピオン酸t−ブチル等の2−ヒドロキシプロピオン酸アルキル類;3−メトキシプロピオン酸メチル、3−メトキシプロピオン酸エチル、3−エトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸エチル等の3−アルコキシプロピオン酸アルキル類のほか、
n−プロピルアルコール、i−プロピルアルコール、n−ブチルアルコール、t−ブチルアルコール、シクロヘキサノール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、エチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジ−n−プロピルエーテル、ジエチレングリコールジ−n−ブチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノ−n−プロピルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、トルエン、キシレン、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオン酸エチル;
エトキシ酢酸エチル、ヒドロキシ酢酸エチル、2−ヒドロキシ−3−メチル酪酸メチル、3−メトキシブチルアセテート、3−メチル−3−メトキシブチルアセテート、3−メチル−3−メトキシブチルプロピオネート、3−メチル−3−メトキシブチルブチレート、酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸n−ブチル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、N−メチルピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ベンジルエチルエーテル、ジ−n−ヘキシルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、カプロン酸、カプリル酸、1−オクタノール、1−ノナノール、ベンジルアルコール、酢酸ベンジル、安息香酸エチル、しゅう酸ジエチル、マレイン酸ジエチル、炭酸エチレン、炭酸プロピレン等を挙げることができる。
これらのなかでも、プロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類、特に、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを含有することが好ましい。更に、環状のケトン類、直鎖状若しくは分岐状のケトン類、2−ヒドロキシプロピオン酸アルキル類、3−アルコキシプロピオン酸アルキル類等が好ましい。
尚、これらの溶剤は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
[2]感放射線性樹脂組成物(II)
本発明の感放射線性樹脂組成物は、酸の作用によりアルカリ可溶性となる繰り返し単位を含み、フッ素含量が3atom%未満である樹脂(P)と、フッ素原子を含有する繰り返し単位を含み、フッ素含量が3atom%以上である樹脂(Q)と、感放射線性酸発生剤(B)と、ラクトン化合物(D)と、を含有する樹脂組成物(以下、「感放射線性樹脂組成物(II)」ともいう。)である。
尚、本発明の感放射線性樹脂組成物(II)は、前記樹脂(P)、前記樹脂(Q)、前記感放射線性酸発生剤(B)、及び前記ラクトン化合物(D)以外にも、酸拡散制御剤(E)、添加剤(F)、溶剤(G)等を更に含有するものであってもよい。
以下、本発明の感放射線性樹脂組成物(II)を構成する各成分について具体的に説明する。
[2−1]樹脂(P)
前記樹脂(P)は、酸の作用によりアルカリ可溶性となる繰り返し単位を含み、フッ素含量が3atom%未満のものである。即ち、酸の作用によりアルカリ可溶性となるアルカリ不溶性又はアルカリ難溶性の樹脂であって、且つフッ素含量が3atom%未満の樹脂である。尚、ここでいう「アルカリ不溶性又はアルカリ難溶性」とは、樹脂(P)を含有する感放射線性樹脂組成物から形成されたフォトレジスト膜からレジストパターンを形成する際に採用されるアルカリ現像条件下で、このフォトレジスト膜の代わりに樹脂(P)のみを用いた被膜を現像した場合に、この被膜の初期膜厚の50%以上が現像後に残存する性質を意味する。
樹脂(P)に含まれる、酸の作用によりアルカリ可溶性となる繰り返し単位としては、特に制限はないが、従来公知の感放射線性樹脂組成物を構成する樹脂に含まれる繰り返し単位を挙げることができる。具体的には、上述の感放射線性樹脂組成物(I)の樹脂(A)で説明した繰り返し単位(a1)が挙げられる。
尚、樹脂(P)は、繰り返し単位(a1)を1種のみ含んでいてもよいし、2種以上含んでいてもよい。
また、樹脂(P)は、アルカリ溶解性を高めるために、上述の感放射線性樹脂組成物(I)の樹脂(A)で説明した前記繰り返し単位(2)を更に含むことが好ましい。
尚、樹脂(P)は、繰り返し単位(2)を1種のみ含んでいてもよいし、2種以上含んでいてもよい。
更に、樹脂(P)には、「更に他の繰り返し単位」として、上述の感放射線性樹脂組成物(I)の樹脂(A)で説明した前記繰り返し単位(3)、前記繰り返し単位(4)及び前記他の繰り返し単位のうちの少なくとも1種が含有されていてもよい。
尚、樹脂(P)は、繰り返し単位(3)、(4)及び他の繰り返し単位を、種類を問わず、1種のみ含んでいてもよいし、2種以上含んでいてもよい。
また、樹脂(P)には、後述のフッ素含量が3atom%未満となる範囲において、フッ素原子を含有する繰り返し単位が含有されていてもよい。
フッ素原子を含有する具体的な繰り返し単位としては、例えば、上述の感放射線性樹脂組成物(I)のフッ素含有樹脂(C)で説明した繰り返し単位(8)や繰り返し単位(9)等が挙げられる。
尚、樹脂(P)は、フッ素原子を含有する繰り返し単位を、1種のみ含んでいてもよいし、2種以上含んでいてもよい。
樹脂(P)における繰り返し単位(a1)等の酸の作用によりアルカリ可溶性となる繰り返し単位の含有割合は、樹脂(P)に含まれる全繰り返し単位の合計を100モル%とした場合に、10〜90モル%であることが好ましく、より好ましくは20〜80モル%、更に好ましくは30〜70モル%である。この繰り返し単位の含有割合が10〜90モル%である場合、レジストとしての現像性、欠陥性、LWR、PEB温度依存性等を向上させることができるため好ましい。また、この繰り返し単位の含有割合が10モル%未満の場合、レジストとしての現像性、LWR、PEB温度依存性が劣化するおそれがある。一方、この含有割合が90モル%を超える場合、レジストとしての現像性、欠陥性が劣化するおそれがある。
また、樹脂(P)における繰り返し単位(2)の含有割合は、樹脂(P)に含まれる全繰り返し単位の合計を100モル%とした場合に、10〜70モル%であることが好ましく、より好ましくは15〜65モル%、更に好ましくは20〜60モル%である。この繰り返し単位(2)の含有割合が10〜70モル%である場合、レジストとしての現像性を向上させることができるため好ましい。また、この繰り返し単位(2)の含有割合が10モル%未満の場合、レジストとしての現像性が低下するおそれがある。一方、この含有割合が70モル%を超える場合、レジスト溶剤への溶解性が低下したり、解像度が低下したりするおそれがある。
更に、樹脂(P)における更に他の繰り返し単位の含有割合は、樹脂(P)に含まれる全繰り返し単位の合計を100モル%とした場合に、50モル%以下であることが好ましく、より好ましくは40モル%以下である。
また、樹脂(P)における繰り返し単位(8)〜(9)等のフッ素原子を含有する繰り返し単位の含有割合は、樹脂(P)に含まれる全繰り返し単位の合計を100モル%とした場合に、30モル%以下であることが好ましく、より好ましくは25モル%以下である。この繰り返し単位の含有割合が、30モル%以下の場合、レジスト被膜の現像性を確保することができる点で好ましい。
また、樹脂(P)には、単量体由来の低分子量成分が含まれるが、その含有割合は、樹脂(P)の総量(100質量%)に対して、0.1質量%以下であることが好ましく、より好ましくは0.07質量%以下、更に好ましくは0.05質量%以下である。この低分子量成分の含有割合が0.1質量%以下である場合、樹脂(P)を使用してレジスト膜を作製し、液浸露光を行う際に、レジスト膜に接触した水への溶出物の量を少なくすることができる。更に、レジスト保管時にレジスト中に異物が発生することがなく、レジスト塗布時においても塗布ムラが発生することなく、レジストパターンを形成する際における欠陥の発生を十分に抑制することができる。
尚、樹脂(P)は、ハロゲン、金属等の不純物が少ないほど好ましく、それにより、レジストとしたときの感度、解像度、プロセス安定性、パターン形状等を更に改善することができる。
樹脂(P)は、各繰り返し単位を与える単量体を用いて、前述の感放射線性樹脂組成物(I)における樹脂(A)の製造方法と同様の方法によって合成することができる。
また、樹脂(P)におけるフッ素含量は、樹脂(P)に含まれる原子全体を100atom%とした際に、3atom%未満であり、好ましくは0〜2.9atom%、更に好ましくは0〜1.5atom%である。
尚、このフッ素含量は13C−NMRにより測定することができる。
また、樹脂(P)のゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)によるポリスチレン換算重量平均分子量(Mw)は、特に限定されないが、1000〜100000であることが好ましく、より好ましくは1000〜30000、更に好ましくは1000〜20000である。この樹脂(P)のMwが1000未満の場合、レジストとした際の耐熱性が低下する傾向がある。一方、このMwが100000を超える場合、レジストとした際の現像性が低下する傾向がある。
また、樹脂(P)のMwとGPCによるポリスチレン換算数平均分子量(Mn)との比(Mw/Mn)は、1.0〜5.0であることが好ましく、より好ましくは1.0〜3.0、更に好ましくは1.0〜2.0である。
また、本発明における感放射線性樹脂組成物には、前記樹脂(P)が1種類のみ含有されていてもよいし、2種以上を含有されていてもよい。
[2−2]樹脂(Q)
前記樹脂(Q)は、フッ素原子を含有する繰り返し単位を含み、フッ素含量が3atom%以上のものである。
この樹脂(Q)は、液浸露光においてレジスト膜表面に撥水性を発現させる作用を示し、レジスト膜から液浸液への成分の溶出を抑制したり、高速スキャンにより液浸露光を行ったとしても液滴を残すことなく、結果としてウォーターマーク欠陥等の液浸由来の欠陥を抑制することかできる。
樹脂(Q)は、フッ素原子を含有する繰り返し単位として、上述の感放射線性樹脂組成物(I)のフッ素含有樹脂(C)において説明した前記繰り返し単位(8)及び(9)のうちの少なくとも一方を含むことが好ましい。
尚、樹脂(Q)は、繰り返し単位(8)及び(9)を、それぞれ、1種のみ含んでいてもよいし、2種以上含んでいてもよい。
また、樹脂(Q)には、上述の繰り返し単位(8)及び繰り返し単位(9)以外に、必要に応じて、上述のフッ素含有樹脂(C)において説明した前記繰り返し単位(a2)が含有されていてもよい。
尚、樹脂(Q)は、繰り返し単位(a2)を1種のみ含んでいてもよいし、2種以上含んでいてもよい。
更に、樹脂(Q)には、「更に他の繰り返し単位」として、上述の樹脂(A)において説明した前記繰り返し単位(2)、前記繰り返し単位(3)、前記繰り返し単位(4)及び前記他の繰り返し単位のうちの少なくとも1種が含有されていてもよい。
尚、樹脂(Q)は、繰り返し単位(2)〜(4)及び他の繰り返し単位を、それぞれ、1種のみ含んでいてもよいし、2種以上含んでいてもよい。
樹脂(Q)における前記繰り返し単位(8)及び(9)の含有割合の合計は、樹脂(Q)に含まれる全繰り返し単位の合計を100モル%とした場合に、5〜90モル%であることが好ましく、より好ましくは10〜90モル%、更に好ましくは15〜90モル%である。繰り返し単位(8)及び(9)の含有割合の合計が、5モル%未満の場合、液浸露光の際に、高い後退接触角を達成できなかったり、レジスト被膜からの酸発生剤等の溶出を抑制できないおそれがある。一方、これらの含有割合の合計が、90モル%を超える場合、十分な現像性を発現できないおそれがある。
また、樹脂(Q)における前記繰り返し単位(a2)の含有割合は、樹脂(Q)に含まれる全繰り返し単位の合計を100モル%とした場合に、95モル%以下であることが好ましく、より好ましくは10〜90モル%、更に好ましくは10〜85%である。この繰り返し単位(a2)の含有割合が、95モル%以下の場合、液浸露光の際に、高い後退接触角を達成でき、レジスト被膜からの酸発生剤等の溶出を抑制できる点で好ましい。
更に、樹脂(Q)における前記更に他の繰り返し単位の含有割合は、樹脂(Q)に含まれる全繰り返し単位の合計を100モル%とした場合に、50モル%以下であることが好ましく、より好ましくは40モル%以下である。
樹脂(Q)は、各繰り返し単位を与える単量体を用いて、前述の感放射線性樹脂組成物(I)における樹脂(A)の製造方法と同様の方法によって合成することができる。
樹脂(Q)におけるフッ素含量は、樹脂(Q)に含まれる原子全体を100atom%とした際に、3atom%以上であり、好ましくは3〜50atom%、更に好ましくは5〜30atom%である。
尚、このフッ素含量は13C−NMRにより測定することができる。
また、樹脂(Q)のゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)によるポリスチレン換算重量平均分子量(Mw)は、特に限定されないが、1000〜100000であることが好ましく、より好ましくは1000〜30000、更に好ましくは1000〜20000である。この樹脂(Q)のMwが1000未満の場合、レジストとした際の耐熱性が低下する傾向がある。一方、このMwが100000を超える場合、レジストとした際の現像性が低下する傾向がある。
また、樹脂(Q)のMwとGPCによるポリスチレン換算数平均分子量(Mn)との比(Mw/Mn)は、1.0〜5.0であることが好ましく、より好ましくは1.0〜3.0、更に好ましくは1.0〜2.0である。
また、本発明における感放射線性樹脂組成物には、前記樹脂(Q)が1種類のみ含有されていてもよいし、2種以上含有されていてもよい。
本発明の感放射線性樹脂組成物において、樹脂(Q)の含有量は、前記樹脂(P)を100質量部とした場合に、固形分換算で、0.1〜20質量部であることが好ましく、より好ましくは0.5〜15質量部である。この樹脂(Q)の含有量が0.1質量部未満である場合、液浸露光においてレジスト膜表面に撥水性を発現させる作用が減少してしまい、レジスト膜から液浸液へ成分が溶出してしまったり、高速スキャンにより液浸露光を行った際に、液滴が残留してウォーターマーク欠陥が発生するおそれがある。一方、この含有量が20質量部を超える場合、LWR、現像欠陥、パターン倒れ耐性等のレジスト性能が悪化するおそれがある。
[2−3]感放射線性酸発生剤(B)
前記感放射線性酸発生剤(B)については、上述の感放射線性樹脂組成物(I)における感放射線性酸発生剤(B)の説明をそのまま適用することができる。
酸発生剤(B)の含有量は、レジストとしての感度及び現像性を確保する観点から、樹脂(P)を100質量部とした場合に、0.1〜20質量部であることが好ましく、より好ましくは0.5〜15質量部である。この使用量が0.1質量部未満の場合、感度及び現像性が低下する傾向がある。一方、20質量部を超える場合、放射線に対する透明性が低下して、矩形のレジストパターンが得られ難くなる傾向がある。
また、前述の他の酸発生剤を用いている場合、この他の酸発生剤の含有割合は、酸発生剤(B)全体を100質量%とした場合に、80質量%以下であることが好ましく、より好ましくは60質量%以下である。
[2−4]ラクトン化合物(D)
前記ラクトン化合物(D)については、上述の感放射線性樹脂組成物(I)におけるラクトン化合物(D)の説明をそのまま適用することができる。
ラクトン化合物(D)の含有量は、レジスト膜表面に少ない添加量の樹脂(Q)を偏析させる効果を得る観点から、前記樹脂(P)を100質量部とした場合に、31〜200質量部であり、より好ましくは50〜150質量部である。このラクトン化合物(D)の含有割合が31質量部未満である場合、少量の樹脂(Q)添加においてレジスト膜表面の撥水性を十分に得ることができない。一方、この含有量が200質量部を超える場合、レジストの基本性能及び形状が著しく劣化するおそれがある。
[2−5]酸拡散制御剤(E)
前記酸拡散制御剤(E)については、上述の感放射線性樹脂組成物(I)における酸拡散制御剤(E)の説明をそのまま適用することができる。
酸拡散制御剤(E)の含有量は、レジストとしての高い感度を確保する観点から、前記樹脂(P)を100質量部とした場合に、10質量部未満であることが好ましく、より好ましくは5質量部未満である。この酸拡散制御剤(E)の含有量が10質量部以上である場合、レジストとしての感度が著しく低下する傾向にある。尚、この含有量が0.001質量部未満では、プロセス条件によってはレジストとしてのパターン形状や寸法忠実度が低下するおそれがある。
[2−6]添加剤(F)
前記添加剤(F)については、上述の感放射線性樹脂組成物(I)における加剤(F)の説明をそのまま適用することができる。
[2−7]溶剤(G)
前記溶剤(G)については、上述の感放射線性樹脂組成物(I)における溶剤(G)の説明をそのまま適用することができる。
[3]フォトレジストパターンの形成方法
本発明の感放射線性樹脂組成物(I)及び(II)は、それぞれ、液浸露光用の感放射線性樹脂組成物として有用であり、特に化学増幅型レジストとして有用である。化学増幅型レジストにおいては、露光により酸発生剤から発生した酸の作用によって、樹脂成分中の酸解離性基が解離して、カルボキシル基を生じ、その結果、レジストの露光部のアルカリ現像液に対する溶解性が高くなり、この露光部がアルカリ現像液によって溶解、除去され、ポジ型のフォトレジストパターンが得られる。
そして、本発明のフォトレジストパターンを形成する方法は、(1)前記感放射線性樹脂組成物を用いて、基板上にフォトレジスト膜を形成する工程(以下、「工程(1)」ともいう。)と、(2)前記フォトレジスト膜を液浸露光する工程(以下、「工程(2)」ともいう。)と、(3)液浸露光されたフォトレジスト膜を現像し、レジストパターンを形成する工程(以下、「工程(3)」ともいう。)と、を備える。
前記工程(1)では、本発明の感放射線性樹脂組成物を溶剤に溶解させて得られた樹脂組成物溶液を、回転塗布、流延塗布、ロール塗布等の適宜の塗布手段によって、例えば、シリコンウェハ、二酸化シリコンで被覆されたウェハ等の基板上に塗布することにより、フォトレジスト膜が形成される。具体的には、得られるレジスト膜が所定の膜厚となるように感放射線性樹脂組成物溶液を塗布したのち、プレベーク(PB)することにより塗膜中の溶剤を揮発させ、レジスト膜が形成される。
レジスト膜の厚みは特に限定されないが、10〜5000nmであることが好ましく、10〜2000nmであることが更に好ましい。
また、プレベークの加熱条件は、感放射線性樹脂組成物の配合組成によって変わるが、30〜200℃程度であることが好ましく、50〜150℃であることが更に好ましい。
尚、本発明の感放射線性樹脂組成物を用いたフォトレジストパターン形成方法においては、必要に応じて液浸液とレジスト膜との直接の接触を保護するために、液浸液不溶性の液浸用保護膜を後述する工程(2)の前に、レジスト膜上に設けることができる。
この際に用いられる液浸用保護膜は、特に限定されないが、後述する工程(3)の前に溶剤により剥離される溶剤剥離型液浸用保護膜(例えば、特開2006−227632号公報等参照)や、工程(3)の現像と同時に剥離される現像液剥離型液浸用保護膜(例えば、WO2005−069076号公報、及びWO2006−035790号公報等参照)等が挙げられる。特に、スループット等を考慮した場合には、一般的に後者の現像液剥離型液浸用保護膜を用いることが好ましい。
また、本発明の感放射線性樹脂組成物を用いたフォトレジストパターン形成方法においては、感放射線性樹脂組成物の潜在能力を最大限に引き出すため、例えば、特公平6−12452号公報(特開昭59−93448号公報)等に開示されているように、使用される基板上に有機系或いは無機系の反射防止膜を形成しておくこともできる。また、環境雰囲気中に含まれる塩基性不純物等の影響を防止するため、例えば、特開平5−188598号公報等に開示されているように、フォトレジスト膜上に保護膜を設けることもできる。更に、前記した液浸用保護膜をフォトレジスト膜上に設けることもできる。尚、これらの技術は併用することができる。
前記工程(2)では、工程(1)で形成されたフォトレジスト膜に、水等の液浸媒体(液浸液)を介して、放射線を照射し、フォトレジスト膜を液浸露光する。尚、この際には、所定のパターンを有するマスクを通して放射線を照射する。
前記放射線としては、使用される酸発生剤の種類に応じて、可視光線、紫外線、遠紫外線、X線、荷電粒子線等を適宜選定して使用されるが、ArFエキシマレーザー(波長193nm)或いはKrFエキシマレーザー(波長248nm)で代表される遠紫外線が好ましく、特にArFエキシマレーザー(波長193nm)が好ましい。
また、露光量等の露光条件は、感放射線性樹脂組成物の配合組成や添加剤の種類等に応じて適宜選定される。本発明の感放射線性樹脂組成物を用いたレジストパターン形成方法においては、露光後に加熱処理(ポスト・エクスポージャー・ベーク:PEB)を行うことが好ましい。PEBにより、樹脂成分中の酸解離性基の解離反応が円滑に進行する。
このPEBの加熱条件は、感放射線性樹脂組成物の配合組成によって変わるが、30〜200℃であることが好ましく、より好ましくは50〜170℃である。
前記工程(3)では、露光されたフォトレジスト膜を現像することにより、所定のフォトレジストパターンを形成する。この現像に使用される現像液としては、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、ピロール、ピペリジン、コリン、1,8−ジアザビシクロ−[5.4.0]−7−ウンデセン、1,5−ジアザビシクロ−[4.3.0]−5−ノネン等のアルカリ性化合物の少なくとも1種を溶解したアルカリ性水溶液が好ましい。
前記アルカリ性水溶液の濃度は、10質量%以下であることが好ましい。このアルカリ性水溶液の濃度が10質量%を超えると、非露光部も現像液に溶解するおそれがある。
また、前記アルカリ性水溶液を用いた現像液は、例えば、有機溶媒を添加したものであってもよい。この有機溶媒としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルi−ブチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、3−メチルシクロペンタノン、2,6−ジメチルシクロヘキサノン等のケトン類;メチルアルコール、エチルアルコール、n−プロピルアルコール、i−プロピルアルコール、n−ブチルアルコール、t−ブチルアルコール、シクロペンタノール、シクロヘキサノール、1,4−ヘキサンジオール、1,4−ヘキサンジメチロール等のアルコール類;テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類;酢酸エチル、酢酸n−ブチル、酢酸i−アミル等のエステル類;トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類や、フェノール、アセトニルアセトン、ジメチルホルムアミド等を挙げることができる。これらの有機溶媒は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
この有機溶媒の使用量は、アルカリ性水溶液100体積部に対して、100体積部以下とすることが好ましい。この場合、有機溶媒の割合が100体積部を超えると、現像性が低下して、露光部の現像残りが多くなるおそれがある。
また、前記アルカリ性水溶液からなる現像液には、界面活性剤等を適量添加することもできる。
尚、アルカリ性水溶液からなる現像液で現像したのちは、一般に、水で洗浄して乾燥する。
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。尚、実施例、比較例中の「部」及び「%」は、特に断らない限り質量基準である。
[1]樹脂(A−1)〜(A−5)の合成
以下、各樹脂(A)の合成例について説明する。尚、下記の各合成例における各測定は、下記の要領で行った。
(1)Mw、Mn、及びMw/Mn
東ソー社製のGPCカラム(商品名「G2000HXL」2本、商品名「G3000HXL」1本、商品名「G4000HXL」1本)を使用し、流量:1.0ミリリットル/分、溶出溶媒:テトラヒドロフラン、カラム温度:40℃の分析条件で、単分散ポリスチレンを標準とするゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)により測定した。また、分散度「Mw/Mn」は、Mw及びMnの測定結果より算出した。
(2)13C−NMR分析
各樹脂の13C−NMR分析は、日本電子社製の商品名「JNM−EX270」を使用し、測定した。
(3)低分子量成分の残存割合
ジーエルサイエンス社製の商品名「Intersil ODS−25μmカラム」(4.6mmφ×250mm)を使用し、流量:1.0ミリリットル/分、溶出溶媒:アクリロニトリル/0.1%リン酸水溶液の分析条件で、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)により測定した。尚、本実施例においては、低分子量成分の残存割合として、ポリスチレン換算重量平均分子量が500以下の成分の割合を算出した。
また、下記の各合成に用いた単量体[化合物(M−1)〜(M−5)及び(M−10)]の構造を以下に示す。
Figure 2010029982
(合成例1)
前記単量体(M−1)53.93g(50モル%)、単量体(M−2)35.38g(40モル%)、及び単量体(M−3)10.69g(10モル%)を、2−ブタノン200gに溶解し、更にジメチル2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)5.58gを投入した単量体溶液を準備した。一方、温度計及び滴下漏斗を備えた500mlの三つ口フラスコに100gの2−ブタノンを投入し、30分窒素パージした。窒素パージの後、フラスコ内をマグネティックスターラーで攪拌しながら80℃になるように加熱した。次いで、滴下漏斗を用い、予め準備しておいた単量体溶液を3時間かけて滴下した。滴下開始時を重合開始時間とし、重合反応を6時間実施した。重合終了後、重合溶液は水冷により30℃以下に冷却した。冷却後、2000gのメタノールに投入し、析出した白色粉末をろ別した。ろ別された白色粉末を、400gのメタノールにてスラリー状で2度洗浄した。その後、ろ別し、50℃にて17時間乾燥し、白色粉末の共重合体を得た(74g、収率74%)。
得られた共重合体は、Mwが6900、Mw/Mnが1.70であり、13C−NMR分析の結果、単量体(M−1)、(M−2)及び(M−3)に由来する各繰り返し単位の含有割合が53.0:37.2:9.8(モル%)であり、酸解離性基を含む繰り返し単位の含有量が37.2モル%であった。また、低分子量成分の残存割合は0.13%であった。この共重合体を樹脂(A−1)とする(下式参照)。
尚、この樹脂(A−1)は、本発明の感放射線性樹脂組成物(I)における樹脂(A)、及び感放射線性樹脂組成物(II)における樹脂(P)に相当する。
Figure 2010029982
(合成例2)
前記単量体(M−1)47.54g(46モル%)、単量体(M−2)12.53g(15モル%)、及び単量体(M−4)39.93g(39モル%)を、2−ブタノン200gに溶解し、更に2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)4.08gを投入した単量体溶液を準備した。一方、温度計及び滴下漏斗を備えた1000mlの三つ口フラスコに100gの2−ブタノンを投入し、30分窒素パージした。窒素パージの後、フラスコ内をマグネティックスターラーで攪拌しながら80℃になるように加熱した。次いで、滴下漏斗を用い、予め準備しておいた単量体溶液を3時間かけて滴下した。滴下開始時を重合開始時間とし、重合反応を6時間実施した。重合終了後、重合溶液は水冷により30℃以下に冷却した。冷却後、2000gのメタノールに投入し、析出した白色粉末をろ別した。ろ別された白色粉末を、400gのメタノールにてスラリー状で2度洗浄した。その後、ろ別し、50℃にて17時間乾燥し、白色粉末の共重合体を得た(73g、収率73%)。
得られた共重合体は、Mwが5700、Mw/Mnが1.70であり、13C−NMR分析の結果、単量体(M−1)、(M−2)、及び(M−4)に由来する各繰り返し単位の含有割合が51.4:14.6:34.0(モル%)であり、酸解離性基を含む繰り返し単位の含有量は48.6モル%であった。また、低分子量成分の残存割合は0.18%であった。この共重合体を樹脂(A−2)とする(下式参照)。
尚、この樹脂(A−2)は、本発明の感放射線性樹脂組成物(I)における樹脂(A)、及び感放射線性樹脂組成物(II)における樹脂(P)に相当する。
Figure 2010029982
(合成例3)
単量体(M−1)42.22g(40モル%)、単量体(M−2)30.29g(35モル%)、単量体(M−3)15.69g(15モル%)、及び単量体(M−4)11.79g(10モル%)を2−ブタノン200gに溶解し、更にジメチル2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)6.23gを投入した単量体溶液を準備した。一方、温度計及び滴下漏斗を備えた500mlの三つ口フラスコに100gの2−ブタノンを投入し、30分窒素パージした。窒素パージの後、フラスコ内をマグネティックスターラーで攪拌しながら80℃になるように加熱した。次いで、滴下漏斗を用い、予め準備しておいた単量体溶液を3時間かけて滴下した。滴下開始時を重合開始時間とし、重合反応を6時間実施した。重合終了後、重合溶液は水冷により30℃以下に冷却した。冷却後、2000gのメタノールに投入し、析出した白色粉末をろ別した。ろ別された白色粉末を、400gのメタノールにてスラリー状で2度洗浄した。その後、ろ別し、50℃にて17時間乾燥し、白色粉末の共重合体を得た(79g、収率79%)。
得られた共重合体は、Mwが5900、Mw/Mnが1.69であり、13C−NMR分析の結果、単量体(M−1)、(M−2)、(M−3)、及び(M−4)に由来する各繰り返し単位の含有割合が40.6:35.1:13.9:10.4(モル%)であり、酸解離性基を含む繰り返し単位の含有量は45.5モル%であった。また、低分子量成分の残存割合は0.20%であった。この共重合体を樹脂(A−3)とする(下式参照)。 尚、この樹脂(A−3)は、本発明の感放射線性樹脂組成物(I)における樹脂(A)、及び感放射線性樹脂組成物(II)における樹脂(P)に相当する。
Figure 2010029982
(合成例4)
単量体(M−1)56.92g(50モル%)、及び単量体(M−5)43.08g(50モル%)を2−ブタノン200gに溶解し、更にジメチル2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)6.23gを投入した単量体溶液を準備した。一方、温度計及び滴下漏斗を備えた500mlの三つ口フラスコに100gの2−ブタノンを投入し、30分窒素パージした。窒素パージの後、フラスコ内をマグネティックスターラーで攪拌しながら80℃になるように加熱した。次いで、滴下漏斗を用い、予め準備しておいた単量体溶液を3時間かけて滴下した。滴下開始時を重合開始時間とし、重合反応を6時間実施した。重合終了後、重合溶液は水冷により30℃以下に冷却した。冷却後、2000gのメタノールに投入し、析出した白色粉末をろ別した。ろ別された白色粉末を、400gのメタノールにてスラリー状で2度洗浄した。その後、ろ別し、50℃にて17時間乾燥し、白色粉末の共重合体を得た(80g、収率80%)。
得られた共重合体は、Mwが8100、Mw/Mnが1.45であり、13C−NMR分析の結果、単量体(M−1)及び(M−5)に由来する各繰り返し単位の含有割合が52.7:47.3(モル%)であった。また、低分子量成分の残存割合は0.10%であった。この共重合体を樹脂(A−4)とする(下式参照)。
尚、この樹脂(A−4)は、本発明の感放射線性樹脂組成物(I)における樹脂(A)、及び感放射線性樹脂組成物(II)における樹脂(P)に相当する。
Figure 2010029982
(合成例5)
前記単量体(M−1)50.30g(45モル%)、単量体(M−5)42.30g(50モル%)、及び単量体(M−10)7.40g(5モル%)を、2−ブタノン200gに溶解し、更に2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)4.08gを投入した単量体溶液を準備した。一方、温度計及び滴下漏斗を備えた1000mlの三つ口フラスコに100gの2−ブタノンを投入し、30分窒素パージした。窒素パージの後、フラスコ内をマグネティックスターラーで攪拌しながら80℃になるように加熱した。次いで、滴下漏斗を用い、予め準備しておいた単量体溶液を3時間かけて滴下した。滴下開始時を重合開始時間とし、重合反応を6時間実施した。重合終了後、重合溶液は水冷により30℃以下に冷却した。冷却後、2000gのメタノールに投入し、析出した白色粉末をろ別した。ろ別された白色粉末を、400gのメタノールにてスラリー状で2度洗浄した。その後、ろ別し、50℃にて17時間乾燥し、白色粉末の共重合体を得た(80g、収率80%)。
得られた共重合体は、Mwが6800、Mw/Mnが1.4であり、13C−NMR分析の結果、フッ素含量が2.8atom%、単量体(M−1)、(M−5)、及び(M−10)に由来する各繰り返し単位の含有割合が44.8:51.2:4.0(モル%)であり、酸解離性基を含む繰り返し単位の含有量は51.2モル%であった。また、低分子量成分の残存割合は0.10%であった。この共重合体を樹脂(A−5)とする(下式参照)。
尚、この樹脂(A−5)は、本発明の感放射線性樹脂組成物(II)における樹脂(P)に相当する。
Figure 2010029982
[2]フッ素含有樹脂(C−1)〜(C−3)の合成
(合成例6)
下記式で表される単量体(M−6)35.81g(70モル%)、及び下記式で表される単量体(M−7)14.17g(30モル%)を、2−ブタノン70gに溶解し、更にジメチル2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)3.23gを投入した単量体溶液を準備した。一方、500mLの三口フラスコに30gの2−ブタノンを投入し、30分窒素パージした。窒素パージの後、反応釜を攪拌しながら80℃に加熱した。次いで、滴下漏斗を用い、予め準備しておいた単量体溶液を3時間かけて滴下した。滴下開始を重合開始時間とし、重合反応を6時間実施した。重合終了後、重合溶液は水冷することにより30℃以下に冷却し、その重合溶液を2L分液漏斗に移液した。次いで、150gのn−ヘキサンでその重合溶液を希釈し、600gのメタノールを投入して混合した後、21gの蒸留水を投入して更に攪拌し、30分静置した。その後、下層を回収し、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート溶液とした。その樹脂溶液の固形分(重合体)の物性値は以下のとおりであり、収率は60%であった。
得られた共重合体は、Mwが7300、Mw/Mnが1.6であり、13C−NMR分析の結果、フッ素含量が9.60atom%、単量体(M−6)及び(M−7)に由来する各繰り返し単位の含有割合が70.5:29.5(モル%)であった。この共重合体をフッ素含有樹脂(C−1)とする。
尚、この樹脂(C−1)は、本発明の感放射線性樹脂組成物(I)におけるフッ素含有樹脂(C)、及び感放射線性樹脂組成物(II)における樹脂(Q)に相当する。
Figure 2010029982
(合成例7)
下記式で表される単量体(M−8)54.21g(60モル%)、下記式で表される単量体(M−9)28.02g(25モル%)、及び下記式で表される単量体(M−10)17.77g(15モル%)を、2−ブタノン70gに溶解し、更にジメチル2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)3.23gを投入した単量体溶液を準備した。一方、500mLの三口フラスコに30gの2−ブタノンを投入し、30分窒素パージした。窒素パージの後、反応釜を攪拌しながら80℃に加熱した。次いで、滴下漏斗を用い、予め準備しておいた単量体溶液を3時間かけて滴下した。滴下開始を重合開始時間とし、重合反応を6時間実施した。重合終了後、重合溶液は水冷することにより30℃以下に冷却し、その重合溶液を2L分液漏斗に移液した。次いで、150gのn−ヘキサンでその重合溶液を希釈し、600gのメタノールを投入して混合した後、21gの蒸留水を投入して更に攪拌し、30分静置した。その後、下層を回収し、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート溶液とした。その樹脂溶液の固形分(重合体)の物性値は以下のとおりであり、収率は65%であった。
得られた共重合体は、Mwが6200、Mw/Mnが1.1であり、13C−NMR分析の結果、フッ素含量が3.68atom%、単量体(M−8)、(M−9)、及び(M−10)に由来する各繰り返し単位の含有割合が60.5:24.0:15.5(モル%)であった。この共重合体をフッ素含有樹脂(C−2)とする。
尚、この樹脂(C−2)は、本発明の感放射線性樹脂組成物(I)におけるフッ素含有樹脂(C)、及び感放射線性樹脂組成物(II)における樹脂(Q)に相当する。
Figure 2010029982
(合成例8)
下記式で表される単量体(M−7)12.5g(20モル%)、及び下記式で表される単量体(M−10)87.5g(80モル%)を、2−ブタノン70gに溶解し、更にジメチル2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)3.23gを投入した単量体溶液を準備した。一方、500mLの三口フラスコに30gの2−ブタノンを投入し、30分窒素パージした。窒素パージの後、反応釜を攪拌しながら80℃に加熱した。次いで、滴下漏斗を用い、予め準備しておいた単量体溶液を3時間かけて滴下した。滴下開始を重合開始時間とし、重合反応を6時間実施した。重合終了後、重合溶液は水冷することにより30℃以下に冷却し、その重合溶液を2L分液漏斗に移液した。次いで、150gのn−ヘキサンでその重合溶液を希釈し、600gのメタノールを投入して混合した後、21gの蒸留水を投入して更に攪拌し、30分静置した。その後、下層を回収し、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート溶液とした。その樹脂溶液の固形分(重合体)の物性値は以下のとおりであり、収率は50%であった。
得られた共重合体は、Mwが7300、Mw/Mnが1.3であり、13C−NMR分析の結果、フッ素含量が13.7atom%、単量体(M−7)及び(M−10)に由来する各繰り返し単位の含有割合が18.6:81.4(モル%)であった。この共重合体をフッ素含有樹脂(C−3)とする。
尚、この樹脂(C−3)は、本発明の感放射線性樹脂組成物(II)における樹脂(Q)に相当する。
Figure 2010029982
[3]感放射線性樹脂組成物の調製
表1に示す割合で、(A)樹脂、(B)酸発生剤、(C)フッ素含有樹脂、(D)ラクトン化合物、(E)酸拡散制御剤及び(G)溶剤を混合し、実施例1〜7及び比較例1〜3の各感放射線性樹脂組成物を調製した。
Figure 2010029982
尚、表1に示す(B)酸発生剤、(D)ラクトン化合物、(E)酸拡散制御剤及び(G)溶剤の詳細は以下の通りである。また、表中、「部」は、質量基準である。
<(B)酸発生剤>
(B−1):トリフェニルスルホニウム・ノナフルオロ−n−ブタンスルホネート
(B−2):1−(4−n−ブトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウム・ノナフルオロ−n−ブタンスルホネート
(B−3):下記構造で表される化合物
Figure 2010029982
<(D)ラクトン化合物>
(D−1):ガンマ−ブチロラクトン
<酸拡散制御剤(E)>
(E−1):N−t−ブトキシカルボニル−4−ヒドロキシピペリジン
(E−2):トリフェニルスルホニウムサリチレート
<(G)溶剤>
(G−1):プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
(G−2):シクロヘキサノン
[4]実施例の評価
実施例1〜7及び比較例1〜3の各感放射線性樹脂組成物について、以下のように下記(1)〜(7)の各種評価を行った。これらの評価結果を表3に示す。
各評価方法は以下の通りである。
(1)後退接触角
8インチシリコンウエハ上に、各感放射線性樹脂組成物をスピンコートし、ホットプレート上で90℃、60秒PBを行い、膜厚120nmの塗膜(フォトレジスト膜)を形成した。その後、商品名「DSA−10」(KRUS社製)を使用して、速やかに、室温:23℃、湿度:45%、常圧の環境下で、次の手順により後退接触角を測定した。
商品名「DSA−10」(KRUS社製)のウェハステージ位置を調整し、この調整したステージ上に前記ウェハをセットする。次に、針に水を注入し、前記セットしたウェハ上に水滴を形成可能な初期位置に前記針の位置を微調整する。その後、この針から水を排出させて前記ウェハ上に25μLの水滴を形成し、一旦、この水滴から針を引き抜き、再び前記初期位置に針を引き下げて水滴内に配置する。続いて、10μL/minの速度で90秒間、針によって水滴を吸引すると同時に接触角を毎秒1回測定する(合計90回)。このうち、接触角の測定値が安定した時点から20秒間の接触角についての平均値を算出して後退接触角(°)とした。
(2)感度
コータ/デベロッパ(商品名「CLEAN TRACK ACT8」、東京エレクトロン社製)を用いて、8インチシリコンウエハの表面に、まず、膜厚300nmの有機下層膜を形成し、次いで、膜厚45nmの無機中間膜(SOG:スピン・オン・グラス)を形成して基板とした。
その後、各感放射線性樹脂組成物を前記基板上に、前記コータ/デベロッパにて、スピンコートし、表2に示す条件でベーク(PB)を行うことにより、膜厚120nmのレジスト膜を形成した。次いで、ArFエキシマレーザー露光装置(商品名「NSR S306C」、ニコン社製、照明条件;NA0.78、σ0/σ1=0.93/0.62、Dipole)を用い、マスクパターンを介してレジスト膜を露光した。その後、表2示す条件でベーク(PEB)を行った後、2.38%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液によって、23℃、30秒間現像し、水洗し、乾燥して、ポジ型のレジストパターンを形成した。
得られたレジスト膜において、線幅が75nmであるライン、ラインとラインとの距離が75nm(ライン・アンド・スペースが1対1)であるレジストパターンを形成する際の露光量(mJ/cm)を最適露光量とした。そして、この最適露光量を感度として評価した。線幅及びラインとラインとの距離の測定は、走査型電子顕微鏡(商品名「S−9380」、日立ハイテクノロジーズ社製)を用いた。
(3)解像度
前記感度の評価で形成したライン・アンド・スペースのレジストパターンの線幅のうち、ラインの最小線幅(nm)を解像度の評価値とした(表3において、「解像度(nm)」と示す)。尚、この解像度は、数値が小さいほど良好であることを示す。
(4)LWR
前記感度の評価の最適露光量にて解像した75nmのライン・アンド・スペースパターンの観測において、感度の評価と同じ走査型電子顕微鏡にてパターン上部から観察した際に、線幅を任意のポイントで観測し、その測定ばらつきを3σ(nm)で評価した。尚、この値は小さいほど良好であることを示す。
(5)パターン倒れ
前記感度の評価の最適露光量にて解像した75nmのライン・アンド・スペースパターンの観測において、更に露光量を増加させた場合にパターンの線幅は更に小さくなる。その場合に、ある線幅以下(或いはある露光量以上)でパターン倒れが発生する。このパターン倒れが最初に発生したときのパターン線幅を最小倒壊寸法とした。感度の評価と同じ走査型電子顕微鏡にてパターン上部から観察し寸法を測定した。
(6)パターン形状
前記感度の評価で得たレジスト膜の75nmライン・アンド・スペースパターンの断面形状を、日立ハイテクノロジーズ社製の走査型電子顕微鏡(商品名「S−4800」)で観察し、レジストパターンの中間での線幅Lbと、膜の上部での線幅Laを測定した。測定した結果、La/Lbで算出される値が、0.9≦La/Lb≦1.1の範囲内である場合を「良好」とし、範囲外である場合を「不良」とした。
(7)現像欠陥
コータ/デベロッパ(商品名「CLEAN TRACK ACT8」、東京エレクトロン社製)を用いて、8インチシリコンウエハの表面に、まず、膜厚300nmの有機下層膜を形成し、次いで、膜厚45nmの無機中間膜(SOG:スピン・オン・グラス)を形成して基板とした。
その後、各感放射線性樹脂組成物を前記基板上に、前記コータ/デベロッパにて、スピンコートし、表2に示す条件でベーク(PB)を行うことにより、膜厚120nmのレジスト膜を形成した。その後、パターンが形成されていない擦りガラスを介して前記感度の露光量にて露光を行った。この際、露光エリアと未露光部エリアが市松模様になるようにウェハ全面に露光した。
その後、表2に示す条件でベーク(PEB)を行った後、2.38%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液によって、23℃、30秒間現像し、水洗し、乾燥して現像欠陥の評価用ウェハを作成した。この評価用ウェハを「KLA2351」(KLAテンコール社製)で測定して、現像欠陥の測定とした。通常現像欠陥は露光部及び未露光部両方に検出され、本実施例ではその総数を記載した。
Figure 2010029982
Figure 2010029982
表3から明らかなように、所定量のラクトン化合物(D)を含有する感放射線性樹脂組成物は、液浸露光の際に、ウォーターマーク欠陥及びバブル欠陥を抑制できる十分なレジスト膜表面の撥水性を発現するだけでなく、得られるパターン形状が良好であり、感度、解像度、LWR、現像欠陥、パターン倒れ耐性等のレジスト基本性能についても良好であることが分かった。
本発明の感放射線性組成物は、液浸露光由来の欠陥であるウォーターマーク欠陥やバブル欠陥の発生を良好に抑制することができる。更には、得られるパターン形状が良好であり、感度、解像度、LWR、現像欠陥、パターン倒れ耐性等のレジスト基本性能についても十分に優れている。そのため、ArFエキシマレーザー等を光源とするリソグラフィー工程に好適に用いられ、特に、液浸露光工程において好適に用いられる。

Claims (9)

  1. 酸の作用によりアルカリ可溶性となる繰り返し単位を含み、且つフッ素原子を含有する繰り返し単位を含まない樹脂(A)と、感放射線性酸発生剤(B)と、酸の作用によりアルカリ可溶性となる繰り返し単位、及びフッ素原子を含有する繰り返し単位を含むフッ素含有樹脂(C)と、ラクトン化合物(D)と、を含有し、
    前記ラクトン化合物(D)の含有量が、前記樹脂(A)を100質量部とした場合に、31〜200質量部であることを特徴とする感放射線性樹脂組成物。
  2. 前記フッ素含有樹脂(C)の含有量が、前記樹脂(A)を100質量部とした場合に、0.1〜20質量部である請求項1に記載の感放射線性樹脂組成物。
  3. 前記フッ素含有樹脂(C)が、下記一般式(8)で表される繰り返し単位、及び下記一般式(9)で表される繰り返し単位のうちの少なくとも一方を含む請求項1又は2に記載の感放射線性樹脂組成物。
    Figure 2010029982
    〔一般式(8)において、R16は、水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、トリフルオロメチル基、又はヒドロキシメチル基を示し、R31は、単結合、又は(n+1)価の鎖状又は環状の炭化水素基を示す。R32は、単結合、又は2価の鎖状又は環状の炭化水素基を示す。Xは、フッ素原子で置換されたメチレン基、又は炭素数2〜20の直鎖状若しくは分岐状のフルオロアルキレン基を示す。Gは、単結合又は−CO−を示す。nは、1〜3の整数を示す。R33は、水素原子又は酸解離性基を示す。〕
    Figure 2010029982
    〔一般式(9)において、R18は互いに独立して、水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、トリフルオロメチル基、又はヒドロキシメチル基を示し、R19は、少なくとも一つの水素原子がフッ素原子に置換されている炭素数1〜12の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルキル基を示す。〕
  4. 前記フッ素含有樹脂(C)が、下記式(1c−1)で表される繰り返し単位を含む請求項1乃至3のうちのいずれか1項に記載の感放射線性樹脂組成物。
    Figure 2010029982
    〔一般式(1c−1)において、Rは、水素原子、炭素数1〜4の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、トリフルオロメチル基、又はヒドロキシメチル基を示し、Rは、炭素数1〜4の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基を示し、mは0〜4の整数である。〕
  5. 前記樹脂(A)が、ラクトン骨格を含有する繰り返し単位を更に含む請求項1乃至4のうちのいずれか1項に記載の感放射線性樹脂組成物。
  6. 酸の作用によりアルカリ可溶性となる繰り返し単位を含み、フッ素含量が3atom%未満である樹脂(P)と、フッ素原子を含有する繰り返し単位を含み、フッ素含量が3atom%以上である樹脂(Q)と、感放射線性酸発生剤(B)と、ラクトン化合物(D)と、を含有し、
    前記ラクトン化合物(D)の含有量が、前記樹脂(P)を100質量部とした場合に、31〜200質量部であることを特徴とする感放射線性樹脂組成物。
  7. 前記樹脂(Q)の含有量が、前記樹脂(P)を100質量部とした場合に、0.1〜20質量部である請求項6に記載の感放射線性樹脂組成物。
  8. 前記樹脂(P)が、ラクトン骨格を含有する繰り返し単位を更に含む請求項6又は7に記載の感放射線性樹脂組成物。
  9. (1)請求項1乃至8のいずれかに記載の感放射線性樹脂組成物を用いて、基板上にフォトレジスト膜を形成する工程と、
    (2)前記フォトレジスト膜を液浸露光する工程と、
    (3)液浸露光されたフォトレジスト膜を現象し、レジストパターンを形成する工程と、を備えることを特徴とするレジストパターン形成方法。
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