JPWO2019058890A1 - 感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物、レジスト膜、パターン形成方法、及び、電子デバイスの製造方法 - Google Patents

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Abstract

LERに優れた感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を提供する。さらに、上記感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を用いた、レジスト膜、パターン形成方法、及び、電子デバイスの製造方法を提供する。活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物と、酸の作用により極性が増大する樹脂と、を含有し、上記化合物が特定の一般式(X)で表される、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。

Description

本発明は、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物、レジスト膜、パターン形成方法、及び電子デバイスの製造方法に関する。
従来、IC(Integrated Circuit、集積回路)及びLSI(Large Scale Integrated circuit、大規模集積回路)等の半導体デバイスの製造プロセスにおいては、フォトレジスト組成物(以下、「感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物」ともいう。)を用いたリソグラフィーによる微細加工が行われている。近年、集積回路の高集積化に伴い、サブミクロン領域又はクオーターミクロン領域の超微細パターン形成が要求されるようになってきている。それに伴い、露光波長もg線からi線に、更にKrFエキシマレーザー光に、というように短波長化の傾向が見られる。更には、現在では、エキシマレーザー光以外にも、電子線、X線、又はEUV光(Extreme Ultra Violet、極紫外線)を用いたリソグラフィーも開発が進んでいる。
特許文献1及び2には、EUV露光等に適用可能な感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物が開示されている。
国際公開第2013/129266号 国際公開第2014/034190号
近年、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物に要求される性能が高まっている。
本発明者らは、特許文献1及び2に記載された感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物について検討した。その結果、LER(line edge roughness)が不十分な場合があることが明らかとなった。
そこで、本発明は、LERに優れた感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、上記感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を用いた、レジスト膜、パターン形成方法、及び、電子デバイスの製造方法を提供することも目的とする。
本発明者らは、鋭意検討した結果、特定の光酸発生剤を含有する感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を用いることにより、上記目的が達成されることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、以下の[1]〜[13]を提供することを目的とする。
[1]活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物と、酸の作用により極性が増大する樹脂と、を含有し、上記化合物が下記一般式(X)で表される、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
上記一般式(X)中、
101は、酸の作用により脱離する基を表す。複数のA101が存在する場合、複数のA101は互いに連結していてもよい。
101は、1〜4の整数を表す。
101は、ヘテロ原子を有しないn101+1価の脂肪族炭化水素基を表す。
101は、エーテル基またはエステル基を表す。
101は、アルキレン基を表す。
102およびR103は、それぞれ独立に、水素原子、または、水素原子がフッ素原子に置換されていない炭素数1〜10のアルキル基を表す。
は、1価のカチオンを表す。
[2]上記化合物が、上記A101および上記R101を含む部分において、アセタール構造またはケタール構造を有する、上記[1]に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
[3]上記化合物が、下記一般式(X−1)で表される、上記[1]または[2]に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
上記一般式(X−1)中、
311およびR312は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、または、ヘテロ環基を表す。
301は、1〜2の整数を表す。
301は、ヘテロ原子を有しない(n301×2)+1価の脂肪族炭化水素基を表す。
101は、エーテル基またはエステル基を表す。
101は、アルキレン基を表す。
102およびR103は、それぞれ独立に、水素原子、または、水素原子がフッ素原子に置換されていない炭素数1〜10のアルキル基を表す。
は、1価のカチオンを表す。
[4]上記R301が、ヘテロ原子を有しない(n301×2)+1価の脂環式炭化水素基を表す、上記[3]に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
[5]上記化合物が、下記一般式(X−2)で表される、上記[1]または[2]に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
上記一般式(X−2)中、
411は、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、または、ヘテロ環基を表す。
412およびR413は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、または、ヘテロ環基を表す。
401は、1〜2の整数を表す。
401は、ヘテロ原子を有しないn401+1価の脂肪族炭化水素基を表す。
101は、エーテル基またはエステル基を表す。
101は、アルキレン基を表す。
102およびR103は、それぞれ独立に、水素原子、または、水素原子がフッ素原子に置換されていない炭素数1〜10のアルキル基を表す。
は、1価のカチオンを表す。
[6]上記Y101がエーテル基を表す、上記[1]〜[5]のいずれかに記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
[7]上記Mが、置換または無置換のトリフェニルスルホニウムカチオンを表す、上記[1]〜[6]のいずれかに記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
[8]上記樹脂が、酸分解性基を有する繰り返し単位を含み、上記酸分解性基が、酸の作用により分解して脱離する基によって極性基が保護された構造を有し、上記極性基が、フェノール性水酸基である、上記[1]〜[7]のいずれかに記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
[9]上記樹脂が、酸分解性基を有する繰り返し単位を含み、上記酸分解性基が、酸の作用により分解して脱離する基によって極性基が保護された構造を有し、上記酸の作用により分解して脱離する基が、式−C(R01)(R02)(OR39)で表される、上記[1]〜[8]のいずれかに記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
ただし、式中、R39は、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基又はアルケニル基を表し、R01及びR02は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基又はアルケニル基を表す。
[10]更に溶剤を含有する、上記[1]〜[9]のいずれかに記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
[11]上記[1]〜[10]のいずれかに記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物により形成されたレジスト膜。
[12]上記[1]〜[10]のいずれかに記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を用いてレジスト膜を形成するレジスト膜形成工程と、上記レジスト膜を露光する露光工程と、露光された上記レジスト膜を、現像液を用いて現像する現像工程と、を含むパターン形成方法。
[13]上記[12]に記載のパターン形成方法を含む、電子デバイスの製造方法。
本発明によれば、LERに優れた感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を提供することができる。
さらに、本発明によれば、上記感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を用いた、レジスト膜、パターン形成方法、及び、電子デバイスの製造方法を提供することもできる。
以下、本発明について詳細に説明する。
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様に制限されない。
本明細書中における「活性光線」又は「放射線」とは、例えば、水銀灯の輝線スペクトル、エキシマレーザーに代表される遠紫外線、極紫外線(EUV光:Extreme Ultraviolet)、X線、及び電子線(EB:Electron Beam)等を意味する。本明細書中における「光」とは、活性光線又は放射線を意味する。
本明細書中における「露光」とは、特に断らない限り、水銀灯の輝線スペクトル、エキシマレーザーに代表される遠紫外線、極紫外線(EUV光)、及びX線等による露光のみならず、電子線、及びイオンビーム等の粒子線による描画も含む。
本明細書において、「〜」とはその前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味で使用される。
本明細書において、(メタ)アクリレートは、アクリレート及びメタクリレートを表し、(メタ)アクリル酸は、アクリル酸及びメタクリル酸を表す。
本明細書中における基(原子団)の表記について、置換及び無置換を記していない表記は、置換基を有さない基と共に置換基を有する基をも包含する。例えば、「アルキル基」とは、置換基を有さないアルキル基(無置換アルキル基)のみならず、置換基を有するアルキル基(置換アルキル基)をも包含する。また、本明細書中における「有機基」とは、少なくとも1個の炭素原子を含む基をいう。
また、本明細書において、「置換基を有していてもよい」というときの置換基の種類、置換基の位置、及び置換基の数は特に制限されない。置換基の数は例えば、1つ、2つ、3つ、又はそれ以上であってもよい。置換基の例としては水素原子を除く1価の非金属原子団を挙げることができ、例えば、以下の置換基群Tから選択できる。
置換基Tとしては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子等のハロゲン原子;メトキシ基、エトキシ基及びtert−ブトキシ基等のアルコキシ基;フェノキシ基及びp−トリルオキシ基等のアリールオキシ基;メトキシカルボニル基、ブトキシカルボニル基及びフェノキシカルボニル基等のアルコキシカルボニル基;アセトキシ基、プロピオニルオキシ基及びベンゾイルオキシ基等のアシルオキシ基;アセチル基、ベンゾイル基、イソブチリル基、アクリロイル基、メタクリロイル基及びメトキサリル基等のアシル基;メチルスルファニル基及びtert−ブチルスルファニル基等のアルキルスルファニル基;フェニルスルファニル基及びp−トリルスルファニル基等のアリールスルファニル基;アルキル基;シクロアルキル基;アリール基;ヘテロアリール基;水酸基;カルボキシ基;ホルミル基;スルホ基;シアノ基;アルキルアミノカルボニル基;アリールアミノカルボニル基;スルホンアミド基;シリル基;アミノ基;モノアルキルアミノ基;ジアルキルアミノ基;アリールアミノ基;並びにこれらの組み合わせが挙げられる。
[感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物]
本発明の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物(以下、「本発明の組成物」ともいう。)は、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物と、酸の作用により極性が増大する樹脂と、を含有し、上記化合物が後述する一般式(X)で表される。
上記構成を採用することにより、本発明の組成物は、LERに優れる。その理由は明らかではないが、以下のように推測される。
一般式(X)で表される化合物(光酸発生剤)においては、活性光線又は放射線の照射により発生した自身の酸によって、A101で表される基が脱離し、水酸基などの水素結合性基が出現する。この水素結合性基が、周囲の樹脂(例えば、樹脂のカルボニル基など)と相互作用することにより、酸の拡散性が抑制される。その結果、LERが優れると推測される。
このとき、一般式(X)において、R101がヘテロ原子を有しないこと、ならびに、R102およびR103が水素原子または水素原子がフッ素原子に置換されていない炭素数1〜10のアルキル基を表すことにより、酸拡散の抑制効果がより向上すると考えられる。
同様の理由から、本発明の組成物は、形成されるパターンの倒れ抑制能にも優れると推測される。
以下、本発明の組成物に含まれる成分について詳述する。なお、本発明の組成物は、いわゆるレジスト組成物であり、ポジ型のレジスト組成物であっても、ネガ型のレジスト組成物であってもよい。また、アルカリ現像用のレジスト組成物であっても、有機溶剤現像用のレジスト組成物であってもよい。なかでも、ポジ型のレジスト組成物であり、アルカリ現像用のレジスト組成物であることが好ましい。
本発明の組成物は、典型的には、化学増幅型のレジスト組成物である。
<活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物>
本発明の組成物は、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する、後述する一般式(X)で表される化合物(以下、「光酸発生剤」ともいう)を含有する。
光酸発生剤は、低分子化合物の形態であってもよく、重合体の一部に組み込まれた形態であってもよい。また、低分子化合物の形態と重合体の一部に組み込まれた形態を併用してもよい。
光酸発生剤が、低分子化合物の形態である場合、その分子量は、3000以下が好ましく、2000以下がより好ましく、1000以下が更に好ましい。
光酸発生剤は、重合体の一部に組み込まれた形態である場合、後述する樹脂(X)の一部に組み込まれてもよく、樹脂(X)とは異なる樹脂に組み込まれてもよい。
なかでも、光酸発生剤は、低分子化合物の形態であることが好ましい。
《一般式(X)》
光酸発生剤は、下記一般式(X)で表される。
上記一般式(X)中、
101は、酸の作用により脱離する基を表す。複数のA101が存在する場合、複数のA101は互いに連結していてもよい。
101は、1〜4の整数を表す。
101は、ヘテロ原子を有しないn101+1価の脂肪族炭化水素基を表す。
101は、エーテル基またはエステル基を表す。
101は、アルキレン基を表す。
102およびR103は、それぞれ独立に、水素原子、または、水素原子がフッ素原子に置換されていない炭素数1〜10のアルキル基を表す。
は、1価のカチオンを表す。
101で表される酸の作用により脱離する基(脱離基)としては、例えば、後述する一般式(B−1)中のRcで表される脱離基と同じ基が好適に挙げられる。
101で表される1〜4の整数としては、1〜2の整数が好ましい。
101で表される脂肪族炭化水素基としては、ヘテロ原子を有しない脂肪族炭化水素から、n101+1個の水素原子を除いた基が挙げられる。このような脂肪族炭化水素基の炭素数は、例えば、1〜30であり、2〜15が好ましい。
ヘテロ原子を有しない脂肪族炭化水素としては、例えば、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ドデカン、2−エチルヘキサンなどの直鎖状または分岐鎖状の脂肪族炭化水素;シクロヘキサン、t−ブチルシクロヘキサン、ジシクロペンタジエン、トリシクロデカン、イソボルニル、アダマンタン、2−メチル−2−アダマンタンなどの脂環式炭化水素;等が挙げられる。
脂環式炭化水素としては、より具体的には、例えば、シクロヘキサン環、シクロへプタン環、シクロオクタン環などの単環式炭化水素;ノルボルナン環、アダマンタン環、ビシクロオクタン環、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン環などの架橋環式炭化水素環;パーヒドロナフタレン(デカリン)環、パーヒドロアントラセン環、パーヒドロフェナントレン環、パーヒドロアセナフテン環、パーヒドロフルオレン環、パーヒドロインデン環、パーヒドロフェナレン環などの5〜8員シクロアルカン環が複数個縮合した縮合環;等が挙げられる。
101で表される脂肪族炭化水素基としては、LERがより優れるという理由から、ヘテロ原子を有しない脂環式炭化水素から、n101+1個の水素原子を除いた基が好ましい。
101は、エーテル基(−O−)またはエステル基(−O−CO−)を表す。
LERおよびパターン倒れに対する耐性がより優れるという理由から、Y101としては、エーテル基が好ましい。
101で表されるアルキレン基としては、例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ヘキシレン基、オクチレン基などの炭素数1〜8のアルキレン基が挙げられ、炭素数1〜4のアルキレン基が好ましい。
101で表されるアルキレン基は、水素原子がフッ素原子で置換されていないことが好ましい。
102およびR103で表される水素原子がフッ素原子に置換されていない炭素数1〜10のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、ヘプチル基、3−ヘプチル基、オクチル基、2−エチルヘキシル基、ノニル基、デシル基などが挙げられ、炭素数1〜5のアルキル基が好ましく、炭素数1〜3のアルキル基がより好ましい。
102およびR103としては、水素原子であることが好ましい。
で表される1価のカチオンについては、後述する。
一般式(X)で表される光酸発生剤は、上述したA101およびR101を含む部分において、アセタール構造またはケタール構造を有することが好ましい。このようなアセタール構造またはケタール構造を有する光酸発生剤としては、後述する、一般式(X−1)で表される光酸発生剤が挙げられる。
一般式(X)で表される光酸発生剤としては、例えば、下記一般式(X−1)または下記一般式(X−2)で表される光酸発生剤が挙げられる。
これらのうち、LERがより優れるという理由から、下記一般式(X−1)で表される光酸発生剤であることが好ましい。
《一般式(X−1)》
上記一般式(X−1)中、
311およびR312は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、または、ヘテロ環基を表す。
301は、1〜2の整数を表す。
301は、ヘテロ原子を有しない(n301×2)+1価の脂肪族炭化水素基を表す。
101は、エーテル基またはエステル基を表す。
101は、アルキレン基を表す。
102およびR103は、それぞれ独立に、水素原子、または、水素原子がフッ素原子に置換されていない炭素数1〜10のアルキル基を表す。
は、1価のカチオンを表す。
一般式(X−1)中のY101、L101、R102、R103、および、Mは、上述した一般式(X)中のY101、L101、R102、R103、および、Mと同義である。
311およびR312で表されるアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、ヘプチル基、3−ヘプチル基、オクチル基、2−エチルヘキシル基、ノニル基、デシル基などの直鎖状、分岐鎖状または環状の炭素数1〜10のアルキル基が挙げられ、炭素数1〜6のアルキル基が好ましい。
311およびR312で表されるアルキル基が、直鎖状または分岐鎖状のアルキル基である場合、このアルキル基は、酸素原子などのヘテロ原子を有していてもよい。
311およびR312で表されるアリール基としては、特に限定されず、例えば、フェニル基、ナフチル基などの炭素数6〜18のアリール基が挙げられ、炭素数6〜14のアリール基が好ましい。
311およびR312で表されるヘテロアリール基としては、例えば、窒素原子、酸素原子、硫黄原子などのヘテロ原子を含有する単環または多環の芳香族環から誘導される基が挙げられる。ヘテロ原子を含有する単環または多環の芳香族環の具体例としては、チオフェン、フラン、ピロール、ピラゾール、イミダゾール、トリアゾール、オキサゾール、チアゾール、ピリジン、ピラジン、ピリミジン、ピリダジンなどが挙げられる。
311およびR312で表されるヘテロ環基としては、例えば、窒素原子、酸素原子、硫黄原子などのヘテロ原子を含有する単環または多環の脂環式炭化水素から誘導される基が挙げられる。ヘテロ原子を含有する単環または多環の脂環式炭化水素の具体例としては、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、モルホリン、チオモルホリン、ピペリジン、ピロリジンなどが挙げられる。
311およびR312としては、アルキル基またはアリール基が好ましい。
301は、1〜2の整数を表し、1の整数であることが好ましい。
301で表される脂肪族炭化水素基としては、ヘテロ原子を有しない脂肪族炭化水素から、(n301×2)+1個の水素原子を除いた基が挙げられる。
301におけるヘテロ原子を有しない脂肪族炭化水素としては、上述した一般式(X)中のR101において記載したヘテロ原子を有しない脂肪族炭化水素が好適に挙げられる。
LERが更に優れるという理由から、R301は、ヘテロ原子を有しない(n301×2)+1価の脂環式炭化水素基を表すことが好ましい。例えば、R301は、シクロヘキサン、t−ブチルシクロヘキサン、ジシクロペンタジエン、トリシクロデカン、イソボルニル、アダマンタン、2−メチル−2−アダマンタンなどの脂環式炭化水素から、(n301×2)+1個の水素原子を除いた基が好ましい。
《一般式(X−2)》
上記一般式(X−2)中、
411は、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、または、ヘテロ環基を表す。
412およびR413は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、または、ヘテロ環基を表す。
401は、1〜2の整数を表す。
401は、ヘテロ原子を有しないn401+1価の脂肪族炭化水素基を表す。
101は、エーテル基またはエステル基を表す。
101は、アルキレン基を表す。
102およびR103は、それぞれ独立に、水素原子、または、水素原子がフッ素原子に置換されていない炭素数1〜10のアルキル基を表す。
は、1価のカチオンを表す。
一般式(X−2)中のY101、L101、R102、R103、および、Mは、上述した一般式(X)中のY101、L101、R102、R103、および、Mと同義である。
411、R412およびR413で表されるアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、および、ヘテロ環基は、上述した一般式(X−1)中のR311およびR312で表されるアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、および、ヘテロ環基と同義である。
411、R412およびR413としては、アルキル基またはアリール基が好ましい。
401は、1〜2の整数を表し、2の整数であることが好ましい。
401で表される脂肪族炭化水素基としては、ヘテロ原子を有しない脂肪族炭化水素から、n401+1個の水素原子を除いた基が挙げられる。
401におけるヘテロ原子を有しない脂肪族炭化水素としては、上述した一般式(X)中のR101において記載したヘテロ原子を有しない脂肪族炭化水素が好適に挙げられる。
LERがより優れるという理由から、R401は、ヘテロ原子を有しないn401+1価の脂環式炭化水素基を表すことが好ましい。
《アニオン部の具体例》
以下に、一般式(X)(一般式(X−1)および一般式(X−2)を含む)で表される光酸発生剤のアニオン部の具体例を示す。ただし、本発明は、以下に示す具体例に限定されない。
《カチオン部》
一般式(X)において、Mは、1価のカチオンを表す。
1価のカチオンとしては、特に限定されないが、例えば、下記一般式(ZI)または下記一般式(ZII)で表される化合物が好適に挙げられる。
上記一般式(ZI)において、
201、R202及びR203は、それぞれ独立に、有機基を表す。
201、R202及びR203で表される有機基の炭素数は、一般的に1〜30であり、1〜20が好ましい。
また、R201〜R203のうち2つが結合して環構造を形成してもよく、環内に酸素原子、硫黄原子、エステル結合、アミド結合、又はカルボニル基を含んでいてもよい。R201〜R203の内の2つが結合して形成する基としては、アルキレン基(例えば、ブチレン基、及びペンチレン基等)が挙げられる。
201、R202及びR203の有機基としては、アリール基、アルキル基、及びシクロアルキル基等が挙げられる。
201、R202及びR203のうち、少なくとも1つがアリール基であることが好ましく、三つ全てがアリール基であることがより好ましい。アリール基としては、フェニル基、及びナフチル基等の他に、インドール残基、及びピロール残基等のヘテロアリール基も可能である。
201〜R203のアルキル基としては、炭素数1〜10の直鎖状又は分岐鎖状アルキル基が好ましく、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、又はn−ブチル基がより好ましい。
201〜R203のシクロアルキル基としては、炭素数3〜10のシクロアルキル基が好ましく、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、又はシクロへプチル基がより好ましい。
これらの基が有してもよい置換基としては、ニトロ基、フッ素原子等のハロゲン原子、カルボキシ基、水酸基、アミノ基、シアノ基、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜15)、シクロアルキル基(好ましくは炭素数3〜15)、アリール基(好ましくは炭素数6〜14)、アルコキシカルボニル基(好ましくは炭素数2〜7)、アシル基(好ましくは炭素数2〜12)、及びアルコキシカルボニルオキシ基(好ましくは炭素数2〜7)等が挙げられる。
上記で挙げたアルキル基、シクロアルキル基、及びアリール基は、置換基を有していてもよい。置換基としては特に制限されないが、具体的には、ニトロ基、フッ素原子等のハロゲン原子、カルボキシ基、水酸基、アミノ基、シアノ基、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜15)、アルキル基(好ましくは炭素数1〜10)、シクロアルキル基(好ましくは炭素数3〜15)、アリール基(好ましくは炭素数6〜14)、アルコキシカルボニル基(好ましくは炭素数2〜7)、アシル基(好ましくは炭素数2〜12)、アルコキシカルボニルオキシ基(好ましくは炭素数2〜7)、アルキルチオ基(好ましくは炭素数1〜15)、アルキルスルホニル基(好ましくは炭素数1〜15)、アルキルイミノスルホニル基(好ましくは炭素数1〜15)、アリールオキシスルホニル基(好ましくは炭素数6〜20)等が挙げられる。
一般式(ZII)中、
204及びR205は、それぞれ独立に、アリール基、アルキル基、又はシクロアルキル基を表す。
204及びR205のアリール基、アルキル基、及びシクロアルキル基としては、前述の一般式(ZI)におけるR201〜R203のアリール基、アルキル基、及びシクロアルキル基として説明した基と同様である。
204〜R205のアリール基、アルキル基、及びシクロアルキル基が有していてもよい置換基としては、上述の化合物(ZI)におけるR201〜R203のアリール基、アルキル基、及びシクロアルキル基が有していてもよい置換基と同じであり、好適態様も同じである。
一般式(X)において、Mで表される1価のカチオンとしては、上述した一般式(ZI)で表されるカチオンが好ましく、置換または無置換のトリフェニルスルホニウムカチオンであることがより好ましい。
《カチオン部の具体例》
以下に、一般式(X)で表される光酸発生剤のカチオン部の具体例を示す。ただし、本発明は、以下に示す具体例に限定されない。
《一般式(X)で表される化合物を合成する方法》
一般式(X)で表される化合物(光酸発生剤)は、例えば、下記(a)〜(c)の方法を適宜組み合わせることにより合成できる。
(a)A101の導入方法
一般式(X)中のA101は、例えば、以下のスキームで導入できる。A101部分の前駆体としては、対応するケトン化合物、アルデヒド化合物、ビニルエーテル化合物、ジェミナルハロアルコキシメチル化合物などが利用できる。
(b)スルホン酸基の導入方法
一般式(X)におけるスルホン酸基の導入方法は、特に限定されないが、例えば、プロパンスルトン、ブタンスルトン等の環状スルトン化合物と、アルコキシ化合物またはカルボキシル化合物との反応によって、L101〜スルホン酸基部位を構築できる。
(c)光酸発生剤の合成
一般式(X)で表される光酸発生剤は、対応するアニオンと対応するカチオンとを塩交換することにより合成できる。
具体的には、例えば、対応するアニオンの塩(例えば、金属塩、4級アンモニウム塩等)と、等モル量の対応するカチオンのハロゲン化物等とを、水−有機溶媒(クロロホルム、塩化メチレン等)に良く混合し、有機溶媒層を集めて、さらに水で洗浄した後に、濃縮することにより合成できる。
《含有量など》
光酸発生剤は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
本発明の組成物中、光酸発生剤の含有量(複数種存在する場合はその合計)は、組成物の全固形分に対して、0.1〜50質量%が好ましく、5〜40質量%がより好ましく、5〜35質量%が更に好ましい。
<樹脂>
本発明の組成物は、酸の作用により極性が増大する樹脂(以下、「樹脂(X)」ともいう。)を含有する。
したがって、後述する本発明のパターン形成方法において、典型的には、現像液としてアルカリ現像液を採用した場合には、ポジ型パターンが好適に形成され、現像液として有機系現像液を採用した場合には、ネガ型パターンが好適に形成される。
《一般式(B−1)で表される繰り返し単位》
樹脂(X)は、後述する一般式(B−1)で表される繰り返し単位を含んでいてもよい。以下、樹脂(X)に含まれる一般式(B−1)で表される繰り返し単位を説明する。
なお、樹脂(X)は、フッ素原子及びヨウ素原子からなる群より選ばれる少なくとも1種のハロゲン原子(以下、「特定ハロゲン原子」ともいう。)を含んでいてもよい。
樹脂(X)中における特定ハロゲン原子の導入位置は特に制限されないが、なかでも、一般式(B−1)で表される繰り返し単位中に含まれていることが好ましい。
樹脂(X)中、特定ハロゲン原子の含有量は特に限定されないが、樹脂全質量に対して、2質量%以上であることが好ましい。なお、上限は特に限定されないが、例えば70質量%である。
一般式(B−1)中、Ra及びRaは、それぞれ独立して、水素原子、アルキル基、又はアリール基を表す。但し、Ra及びRaの一方が水素原子を表し、他方がアルキル基又はアリール基を表す。Rbは、水素原子、又は1価の有機基を表す。Lは、−O−、及び−N(R)−からなる群より選ばれる2価の連結基を表す。Rは、水素原子、又は1価の有機基を表す。Rcは、1価の有機基を表す。
Ra及びRaで表されるアルキル基としては特に制限されないが、感度がより高く、且つ、LER及び倒れ抑制能がより優れるパターンを形成できる点で、炭素数1〜8のアルキル基(直鎖状、分岐鎖状、及び環状のいずれであってもよい)が好ましく、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、へキシル基、及びオクチル基等が挙げられる。なかでも、炭素数1〜4の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基がより好ましい。
Ra及びRaで表されるアリール基としては特に制限されないが、感度がより高く、且つ、LER及び倒れ抑制能がより優れるパターンを形成できる点で、炭素数6〜10のアリール基が好ましい。アリール基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基、及びアントリル基等が挙げられ、フェニル基が好ましい。
但し、一般式(B−1)中、Ra及びRaの一方が水素原子を表し、他方がアルキル基又はアリール基を表す。感度がより高く、且つ、LER及び倒れ抑制能がより優れるパターンを形成できる点で、Ra及びRaの一方が水素原子を表し、他方がアリール基を表すことが好ましい。
Ra及びRaは、更に置換基を有していてもよい。
Ra及びRaが有する置換基としては特に制限されず、例えば、上述した置換基群Tで例示された基が挙げられ、より具体的には、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、及びヨウ素原子)、シアノ基、炭素数1〜10のアルキル基(例えば、メチル基、エチル基、及びプロピル基等)、炭素数1〜10のアルコキシ基(例えば、メトキシ基、エトキシ基等)、炭素数1〜10のアシル基(例えば、ホルミル基、アセチル基等)、炭素数1〜10のアルコキシカルボニル基(例えば、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基等)、炭素数1〜10のアシルオキシ基(例えば、アセチルオキシ基、プロピオニルオキシ基等)、ニトロ基、少なくとも1つのフッ素原子で置換されたアルキル基(少なくとも1つのフッ素原子で置換されたアルキル基とは、水素原子が少なくとも1つのフッ素原子で置換されたアルキル基を意図する。アルキル基の炭素数は、1〜10が好ましく、1〜6がより好ましい。なお、フッ素原子は、この少なくとも1つ以上置換していればよいが、パーフルオロアルキル基が好ましい。)、及び酸基(水酸基、カルボキシ基、ヘキサフルオロイソプロパノール基、及びスルホン酸基等)等が挙げられる。
なかでも、フッ素原子、ヨウ素原子、少なくとも1つのフッ素原子で置換されたアルキル基、又は酸基が好ましく、フッ素原子、ヨウ素原子、炭素数1〜6のパーフルオロアルキル基、又は酸基がより好ましい。
Rbで表される1価の有機基としては特に制限されず、例えば、上述した置換基群Tで例示された基が挙げられ、より具体的には、アルキル基、アリール基、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、及びヨウ素原子)、及び水酸基等が挙げられる。
Rbで表されるアルキル基及びアリール基としては、上記Raで表されるアルキル基及びアリール基と同義であり、好適態様も同じである。
Rbとしては、なかでも、水素原子が好ましい。
は、−O−、及び−N(R)−からなる群より選ばれる2価の連結基を表す。
は、水素原子又は1価の有機基を表す。Rで表される1価の有機基としては特に制限されず、例えば、置換基(例えば、上述した置換基群Tで例示された基)を有していてもよい、炭素数1〜10のアルキル基が挙げられ、置換基(例えば、上述した置換基群Tで例示された基)を有していてもよい、炭素数1〜6のアルキル基が好ましい。Rとしては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、へキシル基、及びオクチル基等が挙げられる。
としては、なかでも、水素原子が好ましい。
Rcで表される1価の有機基としては特に制限されず、例えば、上述した置換基群Tで例示された基が挙げられ、より具体的には、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、及びヨウ素原子)、アルキル基、少なくとも1つのフッ素原子で置換されたアルキル基、アラルキル基、酸の作用により分解して脱離する基(以下、「脱離基」ともいう。)、及びラクトン構造を含む基等が挙げられる。
アルキル基としては特に制限されないが、置換基(例えば、上述した置換基群Tで例示された基)を有していてもよい、炭素数1〜8のアルキル基が好ましく、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、へキシル基、及びオクチル基等が挙げられる。なかでも、炭素数1〜4の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基がより好ましい。
少なくとも1つのフッ素原子で置換されたアルキル基は、水素原子が少なくとも1つのフッ素原子で置換されたアルキル基を意図する。このアルキル基の炭素数は、1〜10が好ましく、1〜6がより好ましく、1〜3が更に好ましい。また、少なくとも1つのフッ素原子で置換されたアルキル基としては、パーフルオロアルキル基が好ましい。
アラルキル基としては特に制限されないが、例えば、アラルキル基中のアルキル基の炭素数は1〜6が好ましく、炭素数1〜3がより好ましい。アラルキル基としては、ベンジル基、及びフェネチル基等が挙げられる。
脱離基としては、例えば、−C(R36)(R37)(R38)、−C(R36)(R37)(OR39)、及び−C(R01)(R02)(OR39)等が挙げられる。
式中、R36〜R39は、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基又はアルケニル基を表す。R36とR37とは、互いに結合して環を形成してもよい。
01及びR02は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基又はアルケニル基を表す。
36〜R39、R01及びR02のアルキル基は、炭素数1〜8のアルキル基が好ましく、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、へキシル基、及びオクチル基等が挙げられる。
36〜R39、R01及びR02のシクロアルキル基は、単環でも、多環でもよい。単環のシクロアルキル基としては、炭素数3〜8のシクロアルキル基が好ましく、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロへキシル基、及びシクロオクチル基等が挙げられる。多環のシクロアルキル基としては、炭素数6〜20のシクロアルキル基が好ましく、例えば、アダマンチル基、ノルボルニル基、イソボルニル基、カンファニル基、ジシクロペンチル基、α−ピネル基、トリシクロデカニル基、テトラシクロドデシル基、及びアンドロスタニル基等が挙げられる。なお、シクロアルキル基中の少なくとも1つの炭素原子が酸素原子等のヘテロ原子によって置換されていてもよい。
36〜R39、R01及びR02のアリール基は、炭素数6〜10のアリール基が好ましく、例えば、フェニル基、ナフチル基、及びアントリル基等が挙げられる。
36〜R39、R01及びR02のアラルキル基は、炭素数7〜12のアラルキル基が好ましく、例えば、ベンジル基、フェネチル基、及びナフチルメチル基等が挙げられる。
36〜R39、R01及びR02のアルケニル基は、炭素数2〜8のアルケニル基が好ましく、例えば、ビニル基、アリル基、ブテニル基、及びシクロへキセニル基等が挙げられる。
36とR37とが互いに結合して形成される環としては、シクロアルキル基(単環又は多環)であることが好ましい。シクロアルキル基としては、シクロペンチル基、及びシクロヘキシル基等の単環のシクロアルキル基、又はノルボルニル基、テトラシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、及びアダマンチル基等の多環のシクロアルキル基が好ましい。
上述したアラルキル基及び脱離基は、置換基を有していてもよい。置換基としては特に制限されないが、例えば、Ra及びRaの置換基として挙げたものが好ましく、なかでも、フッ素原子、ヨウ素原子、又は少なくとも1つのフッ素原子で置換されたアルキル基がより好ましく、フッ素原子、ヨウ素原子、又は炭素数1〜6のパーフルオロアルキル基がより更に好ましい。
ラクトン構造を含む基としては、ラクトン構造を含んでいれば特に制限されない。
ラクトン構造としては、5〜7員環ラクトン構造が好ましく、ビシクロ構造若しくはスピロ構造を形成する形で5〜7員環ラクトン構造に他の環構造が縮環しているものがより好ましい。
ラクトン構造としては、下記一般式(LC1−1)〜(LC1−17)で表されるラクトン構造が好ましく、なかでも、一般式(LC1−1)、一般式(LC1−4)、一般式(LC1−5)、一般式(LC1−6)、一般式(LC1−13)、又は一般式(LC1−14)で表される基がより好ましい。ラクトン構造は、任意の水素原子を1つ除くことによりラクトン構造を含む基に誘導される。
ラクトン構造部分は、置換基(Rb)を有していてもよい。置換基(Rb)としては、炭素数1〜8のアルキル基、炭素数4〜7のシクロアルキル基、炭素数1〜8のアルコキシ基、炭素数2〜8のアルコキシカルボニル基、カルボキシ基、ハロゲン原子、水酸基、シアノ基、及び酸分解性基等が挙げられ、炭素数1〜4のアルキル基、シアノ基、又は酸分解性基が好ましい。nは、0〜4の整数を表す。nが2以上の時、複数存在する置換基(Rb)は、同一でも異なっていてもよい。また、複数存在する置換基(Rb)同士が結合して環を形成してもよい。
Rcがラクトン構造を含む基である場合、Rcは、下記一般式(A1)により表されることが好ましい。
一般式(A1): ―L―Rc
一般式(A1)中、Lは、単結合又は2価の連結基を表し、Rcは、ラクトン構造から任意の水素原子を1つ除くことにより形成される基を表す。
上記2価の連結基は特に制限されないが、例えば、−CO−、−O−、−N(R)−、アルキレン基(好ましくは炭素数1〜6)、シクロアルキレン基(好ましくは炭素数3〜15)、アルケニレン基(好ましくは炭素数2〜6)及びこれらの複数を組み合わせた2価の連結基等が挙げられる。Rは、水素原子又は1価の有機基を表す。Rで表される1価の有機基としては特に制限されないが、例えば、炭素数1〜10のアルキル基を表す。
Rcで表される、ラクトン構造から任意の水素原子を1つ除くことにより形成される基については、上述したとおりである。
なかでも、Lは、単結合であることが好ましい。
上記一般式(B−1)で表される繰り返し単位のなかでも、感度がより高く、且つ、LER及び倒れ抑制能がより優れるパターンを形成できる点で、特に、下記一般式(B−2)で表される繰り返し単位が好ましい。
一般式(B−2)中、Rcは、1価の有機基を表す。Rdは、水素原子、又は1価の有機基を表す。
一般式(B−2)中、Rcで表される1価の有機基としては、上記一般式(B−1)中のRcと同義であり、また好適態様も同じである。
Rdで表される1価の有機基としては、上述したRa及びRaが有する置換基と同様のものが挙げられ、また好適態様も同じである。
以下に、一般式(B−1)で表される繰り返し単位の具体例を挙げるが、本発明は、これらの具体例に制限されない。
上記一般式(B−2)で表される繰り返し単位は、なかでも、感度がより高く、且つ、LER及び倒れ抑制能がより優れるパターンを形成できる点で、フッ素原子及びハロゲン原子からなる群より選ばれるハロゲン原子の含有量(以下、「特定ハロゲン原子含有率」ともいう。)が10質量%以上であることが好ましい。特定ハロゲン原子含有率は、感度がより高く、且つ、LER及び倒れ抑制能がより優れるパターンを形成できる点で、12質量%以上がより好ましく、25質量%以上が更に好ましく、30質量%以上が特に好ましい。なお、上限値は特に制限されないが、例えば、80質量%以下である。
また、上記一般式(B−2)で表される繰り返し単位は、下記繰り返し単位(A)、下記繰り返し単位(B)、及び下記繰り返し単位(C)からなる群から選ばれる少なくとも1種の繰り返し単位であることが好ましい。
繰り返し単位(A):上記一般式(B−2)で表される繰り返し単位において、Rcが、ラクトン構造を含む基を表す。
繰り返し単位(B):上記一般式(B−2)で表される繰り返し単位において、Rcが、酸の作用により分解して脱離する基(脱離基)を表す。
繰り返し単位(C):上記一般式(B−2)で表される繰り返し単位において、Rdが、酸基を表す。
なお、Rcで表されるラクトン構造を含む基、Rcで表される脱離基、及びRdで表される酸基については、それぞれ上述したとおりである。
なかでも、感度がより高く、且つ、LER及び倒れ抑制能がより優れるパターンを形成できる点で、上記繰り返し単位(A)、上記繰り返し単位(B)、及び上記繰り返し単位(C)は、いずれも特定ハロゲン原子含有率が10質量%以上であることが好ましく、12質量%以上がより好ましく、25質量%以上が更に好ましく、30質量%以上が特に好ましく、80質量%以下が好ましい。なお、繰り返し単位(B)に特定ハロゲン原子を導入する場合、感度がより高く、且つ、LER及び倒れ抑制能がより優れるパターンを形成できる点で、脱離基以外の位置に導入することが好ましい。
樹脂(X)は、なかでも、感度がより高く、且つ、LER及び倒れ抑制能がより優れるパターンを形成できる点で、上記繰り返し単位(A)、上記繰り返し単位(B)、及び上記繰り返し単位(C)からなる群から選ばれる少なくとも2種以上の繰り返し単位を含むことが好ましく、上記繰り返し単位(A)、上記繰り返し単位(B)、及び上記繰り返し単位(C)をいずれも含むことがより好ましい。
樹脂(X)は、上記一般式(B−1)で表される繰り返し単位以外に、更に別の繰り返し単位を含んでいてもよい。なお、樹脂(X)中、上記一般式(B−1)で表される繰り返し単位の含有量は特に制限されないが、樹脂(X)中の全繰り返し単位に対して、例えば、5〜100質量%である。
以下に、樹脂(X)が含み得る他の繰り返し単位を詳述する。樹脂(X)は、上記一般式(B−1)で表される繰り返し単位を含まずに、以下に説明する繰り返し単位を含んでいてもよい。
樹脂(X)が他の繰り返し単位を含む場合、上記一般式(B−1)で表される繰り返し単位の含有量は、樹脂(X)中の全繰り返し単位に対して、5〜80質量%が好ましく、5〜70質量%がより好ましく、10〜60質量%が更に好ましい。
樹脂(X)において、酸分解性基を含む繰り返し単位(例えば、上述した繰り返し単位(B)、及び後述する繰り返し単位Y1が該当する。)の合計量は、樹脂(X)中の全繰り返し単位に対して、10質量%以上が好ましく、15質量%以上がより好ましく、50質量%以下が好ましく、40質量%以下がより好ましい。
樹脂(X)において、酸基を含む繰り返し単位(例えば、上述した繰り返し単位(C)、後述する繰り返し単位Y3、及び後述する繰り返し単位Y4が該当する。)の合計量は、樹脂(X)中の全繰り返し単位に対して、20質量%以上が好ましく、30質量%以上がより好ましく、80質量%以下が好ましく、70質量%以下がより好ましい。
《酸分解性基を有する繰り返し単位》
樹脂(X)は、一般式(B−1)で表される繰り返し単位以外に、更に別の、酸分解性基を有する繰り返し単位(以下、「繰り返し単位Y1」ともいう。)を含んでいてもよい。
酸分解性基としては、極性基が酸の作用により分解して脱離する基(脱離基)で保護された構造を有することが好ましい。
極性基としては、カルボキシ基、フェノール性水酸基、フッ素化アルコール基、スルホン酸基、スルホンアミド基、スルホニルイミド基、(アルキルスルホニル)(アルキルカルボニル)メチレン基、(アルキルスルホニル)(アルキルカルボニル)イミド基、ビス(アルキルカルボニル)メチレン基、ビス(アルキルカルボニル)イミド基、ビス(アルキルスルホニル)メチレン基、ビス(アルキルスルホニル)イミド基、トリス(アルキルカルボニル)メチレン基、及びトリス(アルキルスルホニル)メチレン基等の酸性基(2.38質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液中で解離する基)、並びにアルコール性水酸基等が挙げられる。
なお、アルコール性水酸基とは、炭化水素基に結合した水酸基であって、芳香環上に直接結合した水酸基(フェノール性水酸基)以外の水酸基をいい、水酸基としてα位がフッ素原子等の電子求引性基で置換された脂肪族アルコール(例えば、ヘキサフルオロイソプロパノール基等)は除く。アルコール性水酸基としては、pKa(酸解離定数)が12以上20以下の水酸基であることが好ましい。
好ましい極性基としては、カルボキシ基、フェノール性水酸基、フッ素化アルコール基(好ましくはヘキサフルオロイソプロパノール基)、及びスルホン酸基が挙げられ、なかでも、フェノール性水酸基がより好ましい。
酸分解性基として好ましい基は、これらの基の水素原子を酸の作用により脱離する基(脱離基)で置換した基である。
脱離基としては、Rcで表される脱離基と同義であり、好適態様も同じである。
脱離基としては、Rcで表される脱離基のうち、上述した式−C(R01)(R02)(OR39)であることがより好ましい。
繰り返し単位Y1としては、下記一般式(AI)で表される繰り返し単位が好ましい。
一般式(AI)において、
Xaは、水素原子、ハロゲン原子、又は置換基を有していてもよいアルキル基を表す。
Tは、単結合、又は2価の連結基を表す。
Rx〜Rxは、それぞれ独立に、アルキル基(直鎖状、又は分岐鎖状)、又はシクロアルキル基(単環、又は多環)を表す。ただし、Rx〜Rxの全てがアルキル基(直鎖状、又は分岐鎖状)である場合、Rx〜Rxのうち少なくとも2つはメチル基であることが好ましい。
Rx〜Rxの2つが結合して、シクロアルキル基(単環若しくは多環)を形成してもよい。
Xaで表される、置換基を有していてもよいアルキル基としては、例えば、メチル基又は−CH−R11で表される基が挙げられる。R11は、ハロゲン原子(フッ素原子等)、水酸基又は1価の有機基を表し、例えば、炭素数5以下のアルキル基、及び炭素数5以下のアシル基が挙げられ、炭素数3以下のアルキル基が好ましく、メチル基がより好ましい。
Xaで表さ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、及びヨウ素原子が挙げられ、フッ素原子又はヨウ素原子が好ましい。
Xaとしては、水素原子、フッ素原子、ヨウ素原子、メチル基、トリフルオロメチル基、又はヒドロキシメチル基が好ましい。
Tで表される2価の連結基としては、アルキレン基、アリーレン基、−COO−Rt−基、及び−O−Rt−基等が挙げられる。式中、Rtは、アルキレン基、又はシクロアルキレン基を表す。
Tは、単結合又は−COO−Rt−基が好ましい。Tが−COO−Rt−基を表す場合、Rtは、炭素数1〜5のアルキレン基が好ましく、−CH−基、−(CH−基、又は−(CH−基がより好ましい。
Rx〜Rxで表されるアルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、及びt−ブチル基等の炭素数1〜4のアルキル基が好ましい。
Rx〜Rxで表されるシクロアルキル基としては、シクロペンチル基、及びシクロヘキシル基等の単環のシクロアルキル基、又は、ノルボルニル基、テトラシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、及びアダマンチル基等の多環のシクロアルキル基が好ましい。
Rx〜Rxの2つが結合して形成されるシクロアルキル基としては、シクロペンチル基、及びシクロヘキシル基等の単環のシクロアルキル基が好ましく、その他にも、ノルボルニル基、テトラシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、及びアダマンチル基等の多環のシクロアルキル基が好ましい。中でも、炭素数5〜6の単環のシクロアルキル基が好ましい。
Rx〜Rxの2つが結合して形成されるシクロアルキル基は、例えば、環を構成するメチレン基の1つが、酸素原子等のヘテロ原子、又はカルボニル基等のヘテロ原子を有する基で置き換わっていてもよい。
上記各基が置換基を有する場合、置換基としては、例えば、アルキル基(炭素数1〜4)、ハロゲン原子、水酸基、アルコキシ基(炭素数1〜4)、カルボキシ基、及びアルコキシカルボニル基(炭素数2〜6)等が挙げられる。置換基中の炭素数は、8以下が好ましい。
以下に、繰り返し単位Y1の具体例を挙げるが、本発明は、これらの具体例に限定されない。
具体例中、Rxは、水素原子、フッ素原子、ヨウ素原子、CH、CF、又はCHOHを表す。Rxa及びRxbは、それぞれ炭素数1〜4のアルキル基を表す。Zは、極性基を含む置換基を表し、複数存在する場合はそれぞれ独立である。pは0又は正の整数を表す。Zにより表される極性基を含む置換基としては、例えば、水酸基、シアノ基、アミノ基、アルキルアミド基、又はスルホンアミド基を有する、直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基又は脂環基が挙げられ、水酸基を有するアルキル基が好ましい。分岐鎖状アルキル基としては、イソプロピル基が好ましい。
樹脂(X)が繰り返し単位Y1を含む場合、繰り返し単位Y1の含有量は、樹脂(X)中の全繰り返し単位に対し、5〜80質量%が好ましく、5〜70質量%がより好ましく、10〜60質量%が更に好ましい。
《ラクトン構造を有する他の繰り返し単位》
樹脂(X)は、一般式(B−1)で表される繰り返し単位以外に、更に別の、ラクトン構造を有する他の繰り返し単位(以下、「繰り返し単位Y2」ともいう。)を含んでいてもよい。
繰り返し単位Y2としては、例えば、下記一般式(AI)で表される繰り返し単位が挙げられる。
一般式(AI)中、Rbは、水素原子、ハロゲン原子、又は炭素数1〜4のアルキル基を表す。
Rbのアルキル基は置換基を有していてもよく、置換基としては、例えば、水酸基、及びハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、及びヨウ素原子)等が挙げられる。なかでも、Rbは、水素原子又はメチル基が好ましい。
一般式(AI)中、Abは、単結合、アルキレン基、単環若しくは多環の脂環炭化水素構造を有する2価の連結基、エーテル基、エステル基、カルボニル基、カルボキシ基、又はこれらを組み合わせた2価の基を表す。なかでも、単結合、又は−Ab−COO−で表される連結基が好ましい。Abは、直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキレン基、又は単環若しくは多環のシクロアルキレン基であり、メチレン基、エチレン基、シクロヘキシレン基、アダマンチレン基、又はノルボルニレン基が好ましい。
Vは、上述したラクトン構造である一般式(LC1−1)〜(LC1−17)のうちのいずれかで示される基を表す。
繰り返し単位Y2は、通常、光学異性体が存在するが、いずれの光学異性体を用いてもよい。また、1種の光学異性体を単独で用いても、複数の光学異性体を混合して用いてもよい。1種の光学異性体を主に用いる場合、その光学純度(ee)は90以上が好ましく、95以上がより好ましい。
以下に、繰り返し単位Y2の具体例を挙げるが、本発明は、これらの具体例に限定されない。
樹脂(X)が繰り返し単位Y2を含む場合、繰り返し単位Y2の含有量は、樹脂(X)中の全繰り返し単位に対し、5〜80質量%が好ましく、5〜70質量%がより好ましく、10〜60質量%が更に好ましい。
《フェノール性水酸基を有する繰り返し単位》
樹脂(X)は、一般式(B−1)で表される繰り返し単位以外に、更に別の、フェノール性水酸基を有する繰り返し単位(以下、「繰り返し単位Y3」ともいう。)を含んでいてもよい。
繰り返し単位Y3としては、例えば、下記一般式(I)で表される繰り返し単位が挙げられる。
式中、
41、R42及びR43は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基、又はアルコキシカルボニル基を表す。但し、R42はArと結合して環を形成していてもよく、その場合のR42は単結合又はアルキレン基を表す。
は、単結合、−COO−、又は−CONR64−を表し、R64は、水素原子、又はアルキル基を表す。
は、単結合又は2価の連結基を表す。
Arは、(n+1)価の芳香族炭化水素基を表し、R42と結合して環を形成する場合には(n+2)価の芳香族炭化水素基を表す。
nは、1〜5の整数を表す。
一般式(I)で表される繰り返し単位を高極性化する目的では、nが2以上の整数、又はXが−COO−、又は−CONR64−であることも好ましい。
一般式(I)におけるR41、R42、及びR43で表されるアルキル基としては、置換基を有していてもよい、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、ヘキシル基、2−エチルヘキシル基、オクチル基、及びドデシル基等の炭素数20以下のアルキル基が好ましく、炭素数8以下のアルキル基がより好ましく、炭素数3以下のアルキル基が更に好ましい。
一般式(I)におけるR41、R42、及びR43で表されるシクロアルキル基としては、単環でも、多環でもよい。置換基を有していてもよい、シクロプロピル基、シクロペンチル基、及びシクロヘキシル基等の炭素数3〜8個で単環のシクロアルキル基が好ましい。
一般式(I)におけるR41、R42、及びR43で表されるハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子等が挙げられ、フッ素原子が好ましい。
一般式(I)におけるR41、R42、及びR43で表されるアルコキシカルボニル基に含まれるアルキル基としては、上記R41、R42、及びR43におけるアルキル基と同様のものが好ましい。
上記各基における好ましい置換基としては、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アミノ基、アミド基、ウレイド基、ウレタン基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、ハロゲン原子、アルコキシ基、チオエーテル基、アシル基、アシロキシ基、アルコキシカルボニル基、シアノ基、及びニトロ基等が挙げられ、置換基の炭素数は8以下が好ましい。
Arは、(n+1)価の芳香族炭化水素基を表す。nが1である場合における2価の芳香族炭化水素基は、置換基を有していてもよく、例えば、フェニレン基、トリレン基、ナフチレン基、及びアントラセニレン基等の炭素数6〜18のアリーレン基、又は、例えば、チオフェン、フラン、ピロール、ベンゾチオフェン、ベンゾフラン、ベンゾピロール、トリアジン、イミダゾール、ベンゾイミダゾール、トリアゾール、チアジアゾール、及びチアゾール等のヘテロ環を含む芳香族炭化水素基が好ましい。
nが2以上の整数である場合における(n+1)価の芳香族炭化水素基の具体例としては、2価の芳香族炭化水素基の上記した具体例から、(n−1)個の任意の水素原子を除してなる基を好適に挙げることができる。
(n+1)価の芳香族炭化水素基は、更に置換基を有していてもよい。
上述したアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシカルボニル基及び(n+1)価の芳香族炭化水素基が有し得る置換基としては、例えば、一般式(I)におけるR41、R42、及びR43で挙げたアルキル基;メトキシ基、エトキシ基、ヒドロキシエトキシ基、プロポキシ基、ヒドロキシプロポキシ基、及びブトキシ基等のアルコキシ基;フェニル基等のアリール基;等が挙げられる。
により表される−CONR64−(R64は、水素原子又はアルキル基を表す)におけるR64のアルキル基としては、置換基を有していてもよい、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、ヘキシル基、2−エチルヘキシル基、オクチル基、及びドデシル基等の炭素数20以下のアルキル基が好ましく、炭素数8以下のアルキル基がより好ましい。
としては、単結合、−COO−、又は−CONH−が好ましく、単結合、又は−COO−がより好ましい。
としての2価の連結基としては、アルキレン基であることが好ましく、アルキレン基としては、置換基を有していてもよい、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ヘキシレン基、及びオクチレン基等の炭素数1〜8のアルキレン基が好ましい。
Arとしては、置換基を有していてもよい炭素数6〜18の芳香族炭化水素基が好ましく、ベンゼン環基、ナフタレン環基、又はビフェニレン環基がより好ましい。なかでも、一般式(I)で表される繰り返し単位は、ヒドロキシスチレンに由来する繰り返し単位であることが好ましい。即ち、Arは、ベンゼン環基であることが好ましい。
以下に、繰り返し単位Y3の具体例を挙げるが、本発明は、これらの具体例に限定されない。式中、aは1又は2を表す。
樹脂(X)が繰り返し単位Y3を含む場合、繰り返し単位Y3の含有量は、樹脂(A)中の全繰り返し単位に対して、5〜80質量%が好ましく、5〜70質量%がより好ましく、10〜60質量%が更に好ましい。
《酸基を有する他の繰り返し単位》
樹脂(X)は、一般式(B−1)で表される繰り返し単位及び繰り返し単位Y3以外に、更に別の、酸基を有する他の繰り返し単位(以下、「繰り返し単位Y4」ともいう。)を含んでいてもよい。
繰り返し単位Y4が含む酸基としては、フェノール性水酸基、カルボン酸基、フッ素化アルコール基、スルホン酸基、スルホンアミド基、スルホニルイミド基、(アルキルスルホニル)(アルキルカルボニル)メチレン基、(アルキルスルホニル)(アルキルカルボニル)イミド基、ビス(アルキルカルボニル)メチレン基、ビス(アルキルカルボニル)イミド基、ビス(アルキルスルホニル)メチレン基、ビス(アルキルスルホニル)イミド基、トリス(アルキルカルボニル)メチレン基、及びトリス(アルキルスルホニル)メチレン基等が挙げられる。
酸基としては、フッ素化アルコール基(ヘキサフルオロイソプロパノールが好ましい。)、スルホンイミド基、又はビス(アルキルカルボニル)メチレン基が好ましい。
繰り返し単位Y4の骨格は特に制限されないが、(メタ)アクリレート系の繰り返し単位、又はスチレン系の繰り返し単位であることが好ましい。
以下に、繰り返し単位Y4の具体例を挙げるが、本発明は、これらの具体例に限定されない。式中、Rxは水素原子、CH、CF、又は、CHOHを表す。
樹脂(X)が繰り返し単位Y4を含む場合、繰り返し単位Y4の含有量は、樹脂(A)中の全繰り返し単位に対して、5〜80質量%が好ましく、5〜70質量%がより好ましく、10〜60質量%が更に好ましい。
樹脂(X)は、常法(例えばラジカル重合)に従って合成できる。
樹脂(X)の重量平均分子量は、2,500〜30,000が好ましく、3,500〜25,000がより好ましく、4,000〜10,000が更に好ましく、4,000〜8,000が特に好ましい。分散度(Mw/Mn)は、通常1.0〜3.0であり、1.0〜2.6が好ましく、1.0〜2.0がより好ましく、1.1〜2.0が更に好ましい。
樹脂(X)は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
本発明の組成物中、樹脂(X)の含有量は、組成物の全固形分に対して、一般的に20質量%以上の場合が多く、40質量%以上が好ましく、50質量%以上がより好ましく、60質量%以上が更に好ましい。上限は特に制限されないが、99.9質量%以下が好ましく、99.5質量%以下がより好ましく、99.0質量%以下が更に好ましい。
<酸拡散制御剤>
本発明の組成物は、酸拡散制御剤を含むことが好ましい。酸拡散制御剤は、露光時に光酸発生剤等から発生する酸をトラップし、余分な発生酸による、未露光部における酸分解性樹脂の反応を抑制するクエンチャーとして作用する。例えば、塩基性化合物(DA)及び、活性光線又は放射線の照射により塩基性が低下又は消失する化合物(DB)等を酸拡散制御剤として使用できる。
塩基性化合物(DA)としては、下記式(A)〜(E)で示される構造を有する化合物が好ましい。
一般式(A)中、R200、R201及びR202は、それぞれ独立して、水素原子、アルキル基(好ましくは炭素数1〜20)、シクロアルキル基(好ましくは炭素数3〜20)、又はアリール基(好ましくは炭素数6〜20)を表す。R201とR202とは、互いに結合して環を形成してもよい。
一般式(E)中、R203、R204、R205及びR206は、それぞれ独立して、炭素数1〜20のアルキル基を表す。
一般式(A)及び(E)中のアルキル基は、置換基を有していても無置換であってもよい。
上記アルキル基について、置換基を有するアルキル基としては、炭素数1〜20のアミノアルキル基、炭素数1〜20のヒドロキシアルキル基、又は炭素数1〜20のシアノアルキル基が好ましい。
一般式(A)及び(E)中のアルキル基は、無置換であることがより好ましい。
塩基性化合物(DA)としては、グアニジン、アミノピロリジン、ピラゾール、ピラゾリン、ピペラジン、アミノモルホリン、アミノアルキルモルフォリン、又はピペリジン等が好ましく、イミダゾール構造、ジアザビシクロ構造、オニウムヒドロキシド構造、オニウムカルボキシレート構造、トリアルキルアミン構造、アニリン構造若しくはピリジン構造を有する化合物、水酸基及び/若しくはエーテル結合を有するアルキルアミン誘導体、又は、水酸基及び/若しくはエーテル結合を有するアニリン誘導体等がより好ましい。
イミダゾール構造を有する化合物としては、イミダゾール、2、4、5−トリフェニルイミダゾール、及びベンズイミダゾール等が挙げられる。
ジアザビシクロ構造を有する化合物としては、1、4−ジアザビシクロ[2,2,2]オクタン、1、5−ジアザビシクロ[4,3,0]ノナ−5−エン、及び1、8−ジアザビシクロ[5,4,0]ウンデカ−7−エン等が挙げられる。
オニウムヒドロキシド構造を有する化合物としては、トリアリールスルホニウムヒドロキシド、フェナシルスルホニウムヒドロキシド、及び2−オキソアルキル基を有するスルホニウムヒドロキシド等(具体的にはトリフェニルスルホニウムヒドロキシド、トリス(t−ブチルフェニル)スルホニウムヒドロキシド、ビス(t−ブチルフェニル)ヨードニウムヒドロキシド、フェナシルチオフェニウムヒドロキシド、及び2−オキソプロピルチオフェニウムヒドロキシド等)が挙げられる。
オニウムカルボキシレート構造を有する化合物としては、オニウムヒドロキシド構造を有する化合物のアニオン部がカルボキシレートになったものであり、例えばアセテート、アダマンタン−1−カルボキシレート、及びパーフロロアルキルカルボキシレート等が挙げられる。
トリアルキルアミン構造を有する化合物としては、トリ(n−ブチル)アミン、及びトリ(n−オクチル)アミン等が挙げられる。
アニリン構造若しくはピリジン構造を有する化合物としては、2,6−ジイソプロピルアニリン、N,N−ジメチルアニリン、N,N−ジブチルアニリン、及びN,N−ジヘキシルアニリン等が挙げられる。
水酸基及び/又はエーテル結合を有するアルキルアミン誘導体としては、エタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、及びトリス(メトキシエトキシエチル)アミン等が挙げられる。
水酸基及び/又はエーテル結合を有するアニリン誘導体としては、N,N−ビス(ヒドロキシエチル)アニリン等が挙げられる。
また、塩基性化合物(DA)としては、超有機塩基も使用できる。
超有機塩基としては、例えば、テトラメチルグアニジン及びポリグアニジン等のグアニジン塩基類(グアニジン及びグアニジン誘導体としてその置換体とポリグアニド類を含む。)、ジアザビシクロノネン(DBN)、ジアザビシクロウンデセン(DBU)、トリアザビシクロデセン(TBD)、N−メチル−トリアザビシクロデセン(MTBD)等に代表されるアミジン系及びグアニジン系多窒素多複素環状化合物及びそれらのポリマー担持強塩基類、フォスファゼン(Schweisinger)塩基類、並びにプロアザフォスファトラン(Verkade)塩基類が挙げられる。
また、塩基性化合物(DA)としては、アミン化合物、及びアンモニウム塩化合物も使用できる。
アミン化合物としては、1級、2級、及び3級のアミン化合物が挙げられ、窒素原子に1つ以上のアルキル基(好ましくは炭素数1〜20)が結合しているアミン化合物が好ましく、なかでも、3級アミン化合物がより好ましい。
なお、アミン化合物が2級、又は3級アミン化合物である場合、アミン化合物中の窒素原子に結合する基としては、上述したアルキル基のほかに、例えば、シクロアルキル基(好ましくは炭素数3〜20)、及びアリール基(好ましくは炭素数6〜12)等が挙げられる。
また、アミン化合物は、オキシアルキレン基を含んでいることが好ましい。オキシアルキレン基の数は、分子内に1以上が好ましく、3〜9がより好ましく、4〜6が更に好ましい。オキシアルキレン基の中でもオキシエチレン基(−CHCHO−)、又はオキシプロピレン基(−CH(CH)CHO−若しくはCHCHCHO−)が好ましく、オキシエチレン基がより好ましい。
アンモニウム塩化合物としては、1級、2級、3級、及び4級のアンモニウム塩化合物が挙げられ、窒素原子に1つ以上のアルキル基が結合しているアンモニウム塩化合物が好ましい。
なお、アンモニウム塩化合物が2級、3級、又は4級アンモニウム塩化合物である場合、アンモニウム塩化合物中の窒素原子に結合する基としては、上述したアルキル基のほかに、例えば、シクロアルキル基(好ましくは炭素数3〜20)、及びアリール基(好ましくは炭素数6〜12)等が挙げられる。
また、アンモニウム塩化合物は、オキシアルキレン基を含んでいることが好ましい。オキシアルキレン基の数は、分子内に1以上が好ましく、3〜9がより好ましく、4〜6が更に好ましい。オキシアルキレン基の中でもオキシエチレン基(−CHCHO−)、又はオキシプロピレン基(−CH(CH)CHO−、又は−CHCHCHO−)が好ましく、オキシエチレン基がより好ましい。
アンモニウム塩化合物のアニオンとしては、ハロゲン原子、スルホネート、ボレート、及びフォスフェート等が挙げられ、なかでも、ハロゲン原子、又はスルホネートが好ましい。
ハロゲン原子としては、塩素原子、臭素原子、又はヨウ素原子が好ましい。
スルホネートとしては、炭素数1〜20の有機スルホネートが好ましく、具体的には、炭素数1〜20のアルキルスルホネート、及びアリールスルホネートが挙げられる。アルキルスルホネートのアルキル基は置換基を有していてもよく、置換基としては、例えばフッ素原子、塩素原子、臭素原子、アルコキシ基、アシル基、及び芳香環基等が挙げられる。アルキルスルホネートとしては、例えば、メタンスルホネート、エタンスルホネート、ブタンスルホネート、ヘキサンスルホネート、オクタンスルホネート、ベンジルスルホネート、トリフルオロメタンスルホネート、ペンタフルオロエタンスルホネート、及びノナフルオロブタンスルホネート等が挙げられる。また、アリールスルホネートのアリール基としては、ベンゼン環基、ナフタレン環基、及びアントラセン環基が挙げられる。ベンゼン環基、ナフタレン環基、及びアントラセン環基が有していてもよい置換基としては、炭素数1〜6のアルキル基(直鎖状及び分岐鎖状のいずれでもよい。)、又は炭素数3〜6のシクロアルキル基が好ましい。上記アルキル基、及び上記シクロアルキル基としては、具体的には、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、i−ブチル基、t−ブチル基、n−ヘキシル基、及びシクロヘキシル基等が挙げられる。
上記アルキル基、及び上記シクロアルキル基としては、更に他の置換基を有していてもよく、例えば、炭素数1〜6のアルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、アシル基、及びアシルオキシ基等が挙げられる。
また、塩基性化合物(DA)としては、フェノキシ基を有するアミン化合物、及びフェノキシ基を有するアンモニウム塩化合物も使用できる。
フェノキシ基を有するアミン化合物、及びフェノキシ基を有するアンモニウム塩化合物とは、上述したアミン化合物又は上述したアンモニウム塩化合物のアルキル基の窒素原子とは反対側の末端にフェノキシ基を有するものである。
フェノキシ基の置換基としては、例えば、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、カルボキシ基、カルボン酸エステル基、スルホン酸エステル基、アリール基、アラルキル基、アシルオキシ基、及びアリールオキシ基等が挙げられる。置換基の置換位は、2〜6位のいずれであってもよい。置換基の数は、1〜5のいずれであってもよい。
フェノキシ基を有するアミン化合物及びフェノキシ基を有するアンモニウム塩化合物は、フェノキシ基と窒素原子との間に、少なくとも1つのオキシアルキレン基を含むことが好ましい。オキシアルキレン基の数は、分子内に1以上が好ましく、3〜9がより好ましく、4〜6が更に好ましい。オキシアルキレン基の中でもオキシエチレン基(−CHCHO−)、又はオキシプロピレン基(−CH(CH)CHO−又は−CHCHCHO−)が好ましく、オキシエチレン基がより好ましい。
フェノキシ基を有するアミン化合物は、フェノキシ基を有する1又は2級アミン及びハロアルキルエーテルを加熱して反応させた後、反応系に強塩基(例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、及びテトラアルキルアンモニウム等)の水溶液を添加し、更に、有機溶剤(例えば、酢酸エチル及びクロロホルム等)で反応生成物を抽出することにより得られる。又は、1又は2級アミンと末端にフェノキシ基を有するハロアルキルエーテルを加熱して反応させた後、反応系に強塩基の水溶液を添加し、更に、有機溶剤で反応生成物を抽出することにより得られる。
活性光線又は放射線の照射により塩基性が低下又は消失する化合物(DB)(以下、「化合物(DB)」ともいう。)は、プロトンアクセプター性官能基を有し、かつ、活性光線又は放射線の照射により分解して、プロトンアクセプター性が低下、消失、又はプロトンアクセプター性から酸性に変化する化合物である。
プロトンアクセプター性官能基とは、プロトンと静電的に相互作用し得る基、又は電子を有する官能基であって、例えば、環状ポリエーテル等のマクロサイクリック構造を有する官能基、又はπ共役に寄与しない非共有電子対をもった窒素原子を有する官能基を意味する。π共役に寄与しない非共有電子対を有する窒素原子とは、例えば、下記一般式に示す部分構造を有する窒素原子である。
プロトンアクセプター性官能基の好ましい部分構造として、例えば、クラウンエーテル構造、アザクラウンエーテル構造、1〜3級アミン構造、ピリジン構造、イミダゾール構造、及びピラジン構造等が挙げられる。
化合物(DB)は、活性光線又は放射線の照射により分解してプロトンアクセプター性が低下若しくは消失、又はプロトンアクセプター性から酸性に変化した化合物を発生する。ここで、プロトンアクセプター性の低下若しくは消失、又はプロトンアクセプター性から酸性への変化とは、プロトンアクセプター性官能基にプロトンが付加することに起因するプロトンアクセプター性の変化であり、具体的には、プロトンアクセプター性官能基を有する化合物(DB)とプロトンからプロトン付加体が生成するとき、その化学平衡における平衡定数が減少することを意味する。
プロトンアクセプター性は、pH測定を行うことによって確認することができる。
化合物(DB)の具体例としては、例えば、特開2014−41328号公報の段落<0421>〜<0428>、及び特開2014−134686号公報の段落<0108>〜<0116>に記載されたものを援用することができ、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
下記に、塩基性化合物(DA)及び化合物(DB)の具体例を示すが、本発明はこれに制限されるものではない。
酸拡散制御剤は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
本発明の組成物中、酸拡散制御剤の含有量(複数種存在する場合はその合計)は、組成物の全固形分に対して、0.001〜10質量%が好ましく、0.01〜7質量%がより好ましい。
また、酸拡散制御剤としては、例えば、特開2013−11833号公報の段落<0140>〜<0144>に記載の化合物(アミン化合物、アミド基含有化合物、ウレア化合物、及び含窒素複素環化合物等)も使用できる。
<界面活性剤>
本発明の組成物は、界面活性剤を含んでいてもよい。界面活性剤を含むことにより、波長が250nm以下、特には220nm以下の露光光源を使用した場合に、良好な感度及び解像度で、密着性に優れ、現像欠陥のより少ないレジストパターンを形成することが可能となる。
界面活性剤としては、フッ素系及び/又はシリコン系界面活性剤が好ましい。
フッ素系及び/又はシリコン系界面活性剤としては、例えば、米国特許出願公開第2008/0248425号明細書の段落<0276>に記載の界面活性剤が挙げられる。また、エフトップEF301、及びEF303(新秋田化成(株)製);フロラードFC430、431、及び4430(住友スリーエム(株)製);メガファックF171、F173、F176、F189、F113、F110、F177、F120、及びR08(DIC(株)製);サーフロンS−382、SC101、102、103、104、105、及び106(旭硝子(株)製);トロイゾルS−366(トロイケミカル(株)製);GF−300、及びGF−150(東亜合成化学(株)製)、サーフロンS−393(セイミケミカル(株)製);エフトップEF121、EF122A、EF122B、RF122C、EF125M、EF135M、EF351、EF352、EF801、EF802、及びEF601((株)ジェムコ製);PF636、PF656、PF6320、及びPF6520(OMNOVA社製);KH−20(旭化成(株)製);FTX−204G、208G、218G、230G、204D、208D、212D、218D、及び222D((株)ネオス製)を用いてもよい。なお、ポリシロキサンポリマーKP−341(信越化学工業(株)製)も、シリコン系界面活性剤として使用できる。
また、界面活性剤は、上記に示すような公知の界面活性剤の他に、テロメリゼーション法(テロマー法ともいわれる)又はオリゴメリゼーション法(オリゴマー法ともいわれる)により製造されたフルオロ脂肪族化合物を用いて合成してもよい。具体的には、このフルオロ脂肪族化合物から導かれたフルオロ脂肪族基を備えた重合体を、界面活性剤として用いてもよい。このフルオロ脂肪族化合物は、例えば、特開2002−90991号公報に記載された方法によって合成できる。
また、米国特許出願公開第2008/0248425号明細書の段落<0280>に記載されているフッ素系及び/又はシリコン系以外の界面活性剤を使用してもよい。
これら界面活性剤は、1種を単独で用いてもよく、又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明の組成物中、界面活性剤の含有量は、組成物の全固形分に対して、0.0001〜2質量%が好ましく、0.0005〜1質量%がより好ましい。
<溶剤>
本発明の組成物は、溶剤(レジスト溶剤)を含んでいてもよい。
溶剤は、下記成分(M1)及び下記成分(M2)のいずれか一方を少なくとも含むことが好ましく、なかでも、下記成分(M1)を含むことがより好ましい。
溶剤が下記成分(M1)を含む場合、溶剤は、実質的に成分(M1)のみからなるか、又は、成分(M1)及び成分(M2)を少なくとも含む混合溶剤であることが好ましい。
以下に、成分(M1)及び成分(M2)を示す。
成分(M1):プロピレングリコールモノアルキルエーテルカルボキシレート
成分(M2):下記成分(M2−1)から選ばれる溶剤か、又は、下記成分(M2−2)から選ばれる溶剤
成分(M2−1):プロピレングリコールモノアルキルエーテル、乳酸エステル、酢酸エステル、酪酸ブチル、アルコキシプロピオン酸エステル、鎖状ケトン、環状ケトン、ラクトン、又はアルキレンカーボネート
成分(M2−2):引火点(以下、fpともいう)が37℃以上である溶剤
上記溶剤と上述した樹脂(X)とを組み合わせて用いると、組成物の塗布性が向上し、且つ、現像欠陥数の少ないパターンが得られる。その理由は必ずしも明らかではないが、上記溶剤は、上述した樹脂(X)の溶解性、沸点及び粘度のバランスが良いため、レジスト膜の膜厚のムラ及びスピンコート中の析出物の発生等を抑制できることに起因していると考えられる。
上記成分(M1)としては、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)、プロピレングリコールモノメチルエーテルプロピオネート、及びプロピレングリコールモノエチルエーテルアセテートからなる群より選択される少なくとも1種が好ましく、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)がより好ましい。
上記成分(M2−1)としては、以下のものが好ましい。
プロピレングリコールモノアルキルエーテルとしては、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)、又はプロピレングリコールモノエチルエーテルが好ましい。
乳酸エステルとしては、乳酸エチル、乳酸ブチル、又は乳酸プロピルが好ましい。
酢酸エステルとしては、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、酢酸プロピル、酢酸イソアミル、蟻酸メチル、蟻酸エチル、蟻酸ブチル、蟻酸プロピル、又は酢酸3−メトキシブチルが好ましい。
アルコキシプロピオン酸エステルとしては、3−メトキシプロピオン酸メチル(MMP)、又は3−エトキシプロピオン酸エチル(EEP)が好ましい。
鎖状ケトンとしては、1−オクタノン、2−オクタノン、1−ノナノン、2−ノナノン、アセトン、2−ヘプタノン、4−ヘプタノン、1−ヘキサノン、2−ヘキサノン、ジイソブチルケトン、フェニルアセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、アセチルアセトン、アセトニルアセトン、イオノン、ジアセトニルアルコール、アセチルカービノール、アセトフェノン、メチルナフチルケトン、又はメチルアミルケトンが好ましい。
環状ケトンとしては、メチルシクロヘキサノン、イソホロン、又はシクロヘキサノンが好ましい。
ラクトンとしては、γ−ブチロラクトンが好ましい。
アルキレンカーボネートとしては、プロピレンカーボネートが好ましい。
上記成分(M2−1)としては、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)、乳酸エチル、3−エトキシプロピオン酸エチル、メチルアミルケトン、シクロヘキサノン、酢酸ブチル、酢酸ペンチル、γ−ブチロラクトン、又はプロピレンカーボネートがより好ましい。
上記成分(M2−2)としては、具体的に、プロピレングリコールモノメチルエーテル(fp:47℃)、乳酸エチル(fp:53℃)、3−エトキシプロピオン酸エチル(fp:49℃)、メチルアミルケトン(fp:42℃)、シクロヘキサノン(fp:44℃)、酢酸ペンチル(fp:45℃)、2−ヒドロキシイソ酪酸メチル(fp:45℃)、γ−ブチロラクトン(fp:101℃)、又はプロピレンカーボネート(fp:132℃)が挙げられる。これらのうち、プロピレングリコールモノエチルエーテル、乳酸エチル、酢酸ペンチル、又はシクロヘキサノンが好ましく、プロピレングリコールモノエチルエーテル、又は乳酸エチルがより好ましい。
なお、ここで「引火点(fp)」とは、東京化成工業株式会社又はシグマアルドリッチ社の試薬カタログに記載されている値を意味している。
成分(M1)と成分(M2)との混合比(質量比:M1/M2)は、現像欠陥数がより減少する点で、100/0〜15/85が好ましく、100/0〜40/60がより好ましく、100/0〜60/40が更に好ましい。
また、溶剤は、上記成分(M1)及び成分(M2)以外に更に他の溶剤を含んでいてもよい。この場合、成分(M1)及び(M2)以外の他の溶剤の含有量は、溶剤全質量に対して、5〜30質量%であることが好ましい。
他の溶剤としては、例えば、炭素数が7以上(7〜14が好ましく、7〜12がより好ましく、7〜10が更に好ましい)、且つ、ヘテロ原子数が2以下のエステル系溶剤が挙げられる。なおここでいう、炭素数が7以上、且つ、ヘテロ原子数が2以下のエステル系溶剤には、上述した成分(M2)に該当する溶剤は含まれない。
炭素数が7以上、且つ、ヘテロ原子数が2以下のエステル系溶剤としては、酢酸アミル、酢酸2−メチルブチル、酢酸1−メチルブチル、酢酸ヘキシル、プロピオン酸ペンチル、プロピオン酸ヘキシル、プロピオン酸ブチル、イソ酪酸イソブチル、プロピオン酸ヘプチル、又はブタン酸ブチル等が好ましく、酢酸イソアミルが好ましい。
<その他の添加剤>
本発明の組成物は、疎水性樹脂、溶解阻止化合物(酸の作用により分解して有機系現像液中での溶解度が減少する化合物であり、分子量3000以下が好ましい。)、染料、可塑剤、光増感剤、光吸収剤、及び/又は現像液に対する溶解性を促進させる化合物(例えば、分子量1000以下のフェノール化合物、又はカルボキシ基を含んだ脂環族若しくは脂肪族化合物)を更に含んでいてもよい。
<調製方法>
本発明の組成物中、固形分濃度は、塗布性がより優れる点で、0.5〜30質量%が好ましく、1〜20質量%がより好ましく、1〜10質量%が更に好ましい。固形分濃度とは、組成物の総質量に対する、溶剤を除く他のレジスト成分の質量の質量百分率である。
なお、本発明の組成物からなるレジスト膜(感活性光線性又は感放射線性膜)の膜厚は、解像力向上の観点から、一般的には200nm以下であり、100nm以下が好ましい。例えば線幅20nm以下の1:1ラインアンドスペースパターンを解像させるためには、形成されるレジスト膜の膜厚は80nm以下であることが好ましい。膜厚が80nm以下であれば、後述する現像工程を適用した際に、パターン倒れがより起こりにくくなり、より優れた解像性能が得られる。
膜厚の範囲としては、15〜60nmがより好ましい。組成物中の固形分濃度を適切な範囲に設定して適度な粘度をもたせ、塗布性又は製膜性を向上させることにより、このような膜厚とすることができる。
本発明の組成物は、上記の成分を所定の有機溶剤、好ましくは上記混合溶剤に溶解し、これをフィルター濾過した後、所定の支持体(基板)上に塗布して用いる。フィルター濾過に用いるフィルターのポアサイズは0.1μm以下が好ましく、0.05μm以下がより好ましく、0.03μm以下が更に好ましい。このフィルターは、ポリテトラフロロエチレン製、ポリエチレン製、又はナイロン製のものが好ましい。フィルター濾過においては、例えば日本国特許出願公開第2002−62667号明細書(特開2002−62667)に開示されるように、循環的な濾過を行ってもよく、複数種類のフィルターを直列又は並列に接続して濾過を行ってもよい。また、組成物を複数回濾過してもよい。更に、フィルター濾過の前後で、組成物に対して脱気処理等を行ってもよい。
<用途>
本発明の組成物は、活性光線又は放射線の照射により反応して性質が変化する感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物に関する。更に詳しくは、本発明の組成物は、IC(Integrated Circuit)等の半導体製造工程、液晶若しくはサーマルヘッド等の回路基板の製造、インプリント用モールド構造体の作製、その他のフォトファブリケーション工程、又は平版印刷版、若しくは酸硬化性組成物の製造に使用される感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物に関する。本発明において形成されるパターンは、エッチング工程、イオンインプランテーション工程、バンプ電極形成工程、再配線形成工程、及びMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)等において使用できる。
[パターン形成方法、及び、レジスト膜]
本発明は上記感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を用いたパターン形成方法にも関する。以下、本発明のパターン形成方法について説明する。また、パターン形成方法の説明と併せて、本発明のレジスト膜についても説明する。
本発明のパターン形成方法は、
(i)上述した感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物によってレジスト膜(感活性光線性又は感放射線性膜)を支持体上に形成する工程(レジスト膜形成工程)、
(ii)上記レジスト膜を露光する(活性光線又は放射線を照射する)工程(露光工程)、及び、
(iii)上記露光されたレジスト膜を、現像液を用いて現像する工程(現像工程)、
を有する。
本発明のパターン形成方法は、上記(i)〜(iii)の工程を含んでいれば特に限定されず、更に下記の工程を有していてもよい。
本発明のパターン形成方法は、(ii)露光工程における露光方法が、液浸露光であってもよい。
本発明のパターン形成方法は、(ii)露光工程の前に、(iv)前加熱(PB:PreBake)工程を含むことが好ましい。
本発明のパターン形成方法は、(ii)露光工程の後、かつ、(iii)現像工程の前に、(v)露光後加熱(PEB:Post Exposure Bake)工程を含むことが好ましい。
本発明のパターン形成方法は、(ii)露光工程を、複数回含んでいてもよい。
本発明のパターン形成方法は、(iv)前加熱工程を、複数回含んでいてもよい。
本発明のパターン形成方法は、(v)露光後加熱工程を、複数回含んでいてもよい。
本発明のパターン形成方法において、上述した(i)レジスト膜形成工程、(ii)露光工程、及び(iii)現像工程は、一般的に知られている方法により行うことができる。
また、必要に応じて、レジスト膜と支持体との間にレジスト下層膜(例えば、SOG(Spin On Glass)、SOC(Spin On Carbon)、及び、反射防止膜)を形成してもよい。レジスト下層膜を構成する材料としては、公知の有機系又は無機系の材料を適宜用いることができる。
レジスト膜の上層に、保護膜(トップコート)を形成してもよい。保護膜としては、公知の材料を適宜用いることができる。例えば、米国特許出願公開第2007/0178407号明細書、米国特許出願公開第2008/0085466号明細書、米国特許出願公開第2007/0275326号明細書、米国特許出願公開第2016/0299432号明細書、米国特許出願公開第2013/0244438号明細書、国際特許出願公開第2016/157988A号明細書に開示された保護膜形成用組成物を好適に使用することができる。保護膜形成用組成物としては、上述した酸拡散制御剤を含むものが好ましい。
保護膜の膜厚は、10〜200nmが好ましく、20〜100nmがより好ましく、40〜80nmが更に好ましい。
支持体は、特に限定されるものではなく、IC等の半導体の製造工程、又は液晶若しくはサーマルヘッド等の回路基板の製造工程のほか、その他のフォトファブリケーションのリソグラフィー工程等で一般的に用いられる基板を用いることができる。支持体の具体例としては、シリコン、SiO、及びSiN等の無機基板等が挙げられる。
加熱温度は、(iv)前加熱工程及び(v)露光後加熱工程のいずれにおいても、80〜150℃が好ましく、80〜140℃がより好ましく、80〜130℃が更に好ましい。
加熱時間は、(iv)前加熱工程及び(v)露光後加熱工程のいずれにおいても、30〜1000秒が好ましく、60〜800秒がより好ましく、60〜600秒が更に好ましい。
加熱は、露光装置及び現像装置に備わっている手段で行うことができ、ホットプレート等を用いて行ってもよい。
露光工程に用いられる光源波長に制限はないが、例えば、赤外光、可視光、紫外光、遠紫外光、極紫外光(EUV)、X線、及び電子線等が挙げられる。これらの中でも遠紫外光が好ましく、その波長は250nm以下が好ましく、220nm以下がより好ましく、1〜200nmが更に好ましい。具体的には、KrFエキシマレーザー(248nm)、ArFエキシマレーザー(193nm)、Fエキシマレーザー(157nm)、X線、EUV(13nm)、又は電子線等であり、KrFエキシマレーザー、ArFエキシマレーザー、EUV又は電子線が好ましく、EUV又は電子線がより好ましい。
(iii)現像工程においては、アルカリ現像液であっても、有機溶剤を含む現像液(以下、有機系現像液ともいう)であってもよいが、アルカリ現像が好ましい。
アルカリ現像液に含まれるアルカリ成分としては、通常、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドに代表される4級アンモニウム塩が用いられる。これ以外にも、無機アルカリ、1〜3級アミン、アルコールアミン、及び環状アミン等のアルカリ成分を含むアルカリ水溶液も使用可能である。
更に、上記アルカリ現像液は、アルコール類、及び/又は界面活性剤を適当量含んでいてもよい。アルカリ現像液のアルカリ濃度は、通常0.1〜20質量%である。アルカリ現像液のpHは、通常10〜15である。
アルカリ現像液を用いて現像を行う時間は、通常10〜300秒である。
アルカリ現像液のアルカリ濃度、pH、及び現像時間は、形成するパターンに応じて、適宜調整できる。
有機系現像液は、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、アルコール系溶剤、アミド系溶剤、エーテル系溶剤、及び炭化水素系溶剤からなる群より選択される少なくとも1種の有機溶剤を含む現像液であるのが好ましい。
ケトン系溶剤としては、例えば、1−オクタノン、2−オクタノン、1−ノナノン、2−ノナノン、アセトン、2−ヘプタノン(メチルアミルケトン)、4−ヘプタノン、1−ヘキサノン、2−ヘキサノン、ジイソブチルケトン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン、フェニルアセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、アセチルアセトン、アセトニルアセトン、イオノン、ジアセトニルアルコール、アセチルカービノール、アセトフェノン、メチルナフチルケトン、イソホロン、及びプロピレンカーボネート等が挙げられる。
エステル系溶剤としては、例えば、酢酸メチル、酢酸ブチル、酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸ペンチル、酢酸イソペンチル、酢酸アミル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチル−3−エトキシプロピオネート、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、蟻酸メチル、蟻酸エチル、蟻酸ブチル、蟻酸プロピル、乳酸エチル、乳酸ブチル、乳酸プロピル、ブタン酸ブチル、2−ヒドロキシイソ酪酸メチル、酢酸イソアミル、イソ酪酸イソブチル、及びプロピオン酸ブチル等が挙げられる。
アルコール系溶剤、アミド系溶剤、エーテル系溶剤、及び炭化水素系溶剤としては、米国特許出願公開2016/0070167A1号明細書の段落<0715>〜<0718>に開示された溶剤を使用できる。
上記の溶剤は、複数混合してもよいし、上記以外の溶剤又は水と混合してもよい。現像液全体としての含水率は、50質量%未満が好ましく、20質量%未満がより好ましく、10質量%未満が更に好ましく、実質的に水分を含まないことが特に好ましい。
有機系現像液に対する有機溶剤の含有量は、現像液の全量に対して、50〜100質量%が好ましく、80〜100質量%がより好ましく、90〜100質量%が更に好ましく、95〜100質量%が特に好ましい。
有機系現像液は、必要に応じて公知の界面活性剤を適当量含んでいてもよい。
界面活性剤の含有量は現像液の全量に対して、通常0.001〜5質量%であり、0.005〜2質量%が好ましく、0.01〜0.5質量%がより好ましい。
有機系現像液は、上述した酸拡散制御剤を含んでいてもよい。
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)、又は一定速度で回転している基板上に一定速度で現像液吐出ノズルをスキャンしながら現像液を吐出しつづける方法(ダイナミックディスペンス法)等が挙げられる。
アルカリ水溶液を用いて現像を行う工程(アルカリ現像工程)、及び有機溶剤を含む現像液を用いて現像する工程(有機溶剤現像工程)を組み合わせてもよい。これにより、中間的な露光強度の領域のみを溶解させずにパターン形成が行えるので、より微細なパターンを形成できる。
(iii)現像工程の後に、リンス液を用いて洗浄する工程(リンス工程)を含むことが好ましい。
アルカリ現像液を用いた現像工程の後のリンス工程に用いるリンス液は、例えば純水を使用できる。純水は、界面活性剤を適当量含んでいてもよい。この場合、現像工程又はリンス工程の後に、パターン上に付着している現像液又はリンス液を超臨界流体により除去する処理を追加してもよい。更に、リンス処理又は超臨界流体による処理の後、パターン中に残存する水分を除去するために加熱処理を行ってもよい。
有機溶剤を含む現像液を用いた現像工程の後のリンス工程に用いるリンス液は、パターンを溶解しないものであれば特に制限はなく、一般的な有機溶剤を含む溶液を使用できる。リンス液としては、炭化水素系溶剤、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、アルコール系溶剤、アミド系溶剤、及びエーテル系溶剤からなる群より選択される少なくとも1種の有機溶剤を含むリンス液を用いることが好ましい。
炭化水素系溶剤、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、アルコール系溶剤、アミド系溶剤、及びエーテル系溶剤の具体例としては、有機溶剤を含む現像液において説明したものと同様のものが挙げられる。
この場合のリンス工程に用いるリンス液としては、1価アルコールを含むリンス液がより好ましい。
リンス工程で用いられる1価アルコールとしては、直鎖状、分岐鎖状、又は環状の1価アルコールが挙げられる。具体的には、1−ブタノール、2−ブタノール、3−メチル−1−ブタノール、tert―ブチルアルコール、1−ペンタノール、2−ペンタノール、1−ヘキサノール、4−メチル−2−ペンタノール、1−ヘプタノール、1−オクタノール、2−ヘキサノール、シクロペンタノール、2−ヘプタノール、2−オクタノール、3−ヘキサノール、3−ヘプタノール、3−オクタノール、4−オクタノール、及びメチルイソブチルカルビノールが挙げられる。炭素数5以上の1価アルコールとしては、1−ヘキサノール、2−ヘキサノール、4−メチル−2−ペンタノール、1−ペンタノール、3−メチル−1−ブタノール、及びメチルイソブチルカルビノール等が挙げられる。
各成分は、複数混合してもよいし、上記以外の有機溶剤と混合して使用してもよい。
リンス液中の含水率は、10質量%以下が好ましく、5質量%以下がより好ましく、3質量%以下が更に好ましい。含水率を10質量%以下とすることで、良好な現像特性が得られる。
リンス液は、界面活性剤を適当量含んでいてもよい。
リンス工程においては、有機系現像液を用いる現像を行った基板を、有機溶剤を含むリンス液を用いて洗浄処理する。洗浄処理の方法は特に限定されないが、例えば、一定速度で回転している基板上にリンス液を吐出しつづける方法(回転塗布法)、リンス液が満たされた槽中に基板を一定時間浸漬する方法(ディップ法)、又は基板表面にリンス液を噴霧する方法(スプレー法)等が挙げられる。中でも、回転塗布法で洗浄処理を行い、洗浄後に基板を2,000〜4,000rpmの回転数で回転させ、リンス液を基板上から除去することが好ましい。また、リンス工程の後に加熱工程(Post Bake)を含むことも好ましい。この加熱工程によりパターン間及びパターン内部に残留した現像液及びリンス液が除去される。リンス工程の後の加熱工程において、加熱温度は通常40〜160℃であり、70〜95℃が好ましく、加熱時間は通常10秒〜3分であり、30〜90秒が好ましい。
本発明の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物、及び、本発明のパターン形成方法において使用される各種材料(例えば、レジスト溶剤、現像液、リンス液、反射防止膜形成用組成物、又はトップコート形成用組成物等)は、金属成分、異性体、及び残存モノマー等の不純物を含まないことが好ましい。上記の各種材料に含まれるこれらの不純物の含有量としては、1ppm以下が好ましく、100ppt以下がより好ましく、10ppt以下が更に好ましく、実質的に含まないこと(測定装置の検出限界以下であること)が特に好ましい。
上記各種材料から金属等の不純物を除去する方法としては、例えば、フィルターを用いた濾過が挙げられる。フィルター孔径としては、ポアサイズ10nm以下が好ましく、5nm以下がより好ましく、3nm以下が更に好ましい。フィルターの材質としては、ポリテトラフロロエチレン製、ポリエチレン製、又はナイロン製のフィルターが好ましい。フィルターは、有機溶剤であらかじめ洗浄したものを用いてもよい。フィルター濾過工程では、複数種類のフィルターを直列又は並列に接続して用いてもよい。複数種類のフィルターを使用する場合は、孔径及び/又は材質が異なるフィルターを組み合わせて使用してもよい。また、各種材料を複数回濾過してもよく、複数回濾過する工程が循環濾過工程であってもよい。フィルターとしては、日本国特許出願公開第2016−201426号明細書(特開2016−201426)に開示されるような溶出物が低減されたものが好ましい。
フィルター濾過のほか、吸着材による不純物の除去を行ってもよく、フィルター濾過と吸着材を組み合わせて使用してもよい。吸着材としては、公知の吸着材を用いることができ、例えば、シリカゲル若しくはゼオライト等の無機系吸着材、又は活性炭等の有機系吸着材を使用できる。金属吸着剤としては、例えば、日本国特許出願公開第2016−206500号明細書(特開2016−206500)に開示されるものが挙げられる。
また、上記各種材料に含まれる金属等の不純物を低減する方法としては、各種材料を構成する原料として金属含有量が少ない原料を選択する、各種材料を構成する原料に対してフィルター濾過を行う、又は装置内をテフロン(登録商標)でライニングする等してコンタミネーションを可能な限り抑制した条件下で蒸留を行う等の方法が挙げられる。各種材料を構成する原料に対して行うフィルター濾過における好ましい条件は、上記した条件と同様である。
上記の各種材料は、不純物の混入を防止するために、米国特許出願公開第2015/0227049号明細書、日本国特許出願公開第2015−123351号明細書(特開2015−123351)等に記載された容器に保存されることが好ましい。
本発明のパターン形成方法により形成されるパターンに、パターンの表面荒れを改善する方法を適用してもよい。パターンの表面荒れを改善する方法としては、例えば、米国特許出願公開第2015/0104957号明細書に開示された、水素を含むガスのプラズマによってパターンを処理する方法が挙げられる。その他にも、日本国特許出願公開第2004−235468号明細書(特開2004−235468)、米国特許出願公開第2010/0020297号明細書、Proc. of SPIE Vol.8328 83280N−1“EUV Resist Curing Technique for LWR Reduction and Etch Selectivity Enhancement”に記載されるような公知の方法を適用してもよい。
また、上記の方法によって形成されたパターンは、例えば日本国特許出願公開第1991−270227号明細書(特開平3−270227)及び米国特許出願公開第2013/0209941号明細書に開示されたスペーサープロセスの芯材(Core)として使用できる。
[電子デバイスの製造方法]
また、本発明は、上記したパターン形成方法を含む、電子デバイスの製造方法にも関する。本発明の電子デバイスの製造方法により製造された電子デバイスは、電気電子機器(例えば、家電、OA(Office Automation)関連機器、メディア関連機器、光学用機器、及び通信機器等)に、好適に搭載される。
以下に実施例に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更できる。したがって、本発明の範囲は以下に示す実施例により限定的に解釈されるべきものではない。
<樹脂>
以下に、表1に示される樹脂P001〜P003中の各繰り返し単位を示す。
上記モノマーを用いて、表1に示す樹脂を合成した。以下に、合成例を示す。
《合成例:樹脂P001の合成》
樹脂P001の各繰り返し単位(MA−2/MB−1/MC−2)に相当するモノマーを、左から順に10.0g、13.3g、10.0g、及び重合開始剤V−601(和光純薬工業(株)製)(4.61g)をシクロヘキサノン(54.6g)に溶解させた。このように得られた溶液を、モノマー溶液とした。
反応容器中にシクロヘキサノン(23.4g)を入れ、系中が85℃となるように調整した上記反応容器中に、窒素ガス雰囲気下で、4時間かけて上記モノマー溶液を滴下した。得られた反応溶液を、反応容器中で2時間、85℃で撹拌した後、これを室温になるまで放冷した。
放冷後の反応溶液を、メタノール及び水の混合液(メタノール/水=5/5(質量比))に20分かけて滴下し、析出した粉体をろ取した。得られた粉体を乾燥し、樹脂P001(21.6g)を得た。
NMR(核磁気共鳴)法から求めた繰り返し単位の組成比(質量比)は30/40/30であった。また、重量平均分子量(Mw)は、標準ポリスチレン換算で5300、分散度(Mw/Mn)は1.6であった。重量平均分子量(Mw)及び分散度(Mw/Mn)については、GPC(Gel Permeation Chromatography)(キャリア:テトラヒドロフラン(THF))により測定した。
《合成例:その他の樹脂の合成》
その他の樹脂についても、樹脂P001と同様の手順、又は既知の手順で合成した。
下記表1に、各樹脂について、繰り返し単位、組成比(質量比)、重量平均分子量(Mw)、分散度(Mw/Mn)を示す。組成比は、各繰り返し単位に左から順に対応する。
<光酸発生剤>
表2に示される光酸発生剤の構造を以下に示す。なお、以下においては、光酸発生剤のアニオン部とカチオン部とを、それぞれ個別に示す。
《光酸発生剤のアニオン部》
《アニオン部のNa塩の合成例》
アニオン部A001〜A018のNa塩は、以下のように合成した。
(A002のNa塩)
9.9gの1,2,3−シクロヘキサントリオールと9.1gのベンゾフェノンと0.5gのp−トルエンスルホン酸1水和物と100mLのトルエンとを室温で混合することにより、混合物1を得た。得られた混合物1を、110℃に加熱し、環流下で水分を除去しつつ10時間撹拌することにより反応液を得た。得られた反応液を、室温まで冷却し、飽和重曹水100mLを加えて5分間撹拌することにより、混合物2を得た。得られた混合物2を静置し、有機層を分離させた。分離した有機層を集めて減圧濃縮し、得られた残渣を、シリカゲルカラムクロマトグラフィーを用いて精製することにより、9.7gのA002−Aを得た。H NMR(DMSO−d6):7.40−7.55(m、4H)、7.30−7.38(m、6H)、4.81(bs、1H)、4.31(bs、1H)、4.04(bs、1H)、3.68(bs、1H)、1.40−1.70(m、4H)、1.15−1.32(m、2H)
8.0gのA002−Aと30mLのN−メチルピロリドンとをフラスコに加えて撹拌して溶液を得た。得られた溶液に、2.2gの水素化ナトリウム(純度60%、オイル分散物)を注意深く加えた。ここに、3.3gの1,3−プロパンスルトンを内温が40℃を超えぬよう、10分間かけて滴下し、その後、10分間撹拌した。撹拌後の溶液に、150mLの15質量%の酢酸ナトリウム水溶液を加え、結晶を析出させた。析出した結晶を濾別した。この結晶を、100mLのヘキサン/酢酸エチル混合溶液(1v/1v)を用いて分散洗浄してから濾別した。この結晶を、さらに50mLのイソプロピルアルコールを用いて分散洗浄してから濾別することにより、8.3gのA002−Na(A002のNa塩)を得た。H NMR(DMSO−d6):7.40−7.55(m、4H)、7.30−7.38(m、6H)、4.32(bs、1H)、4.18(bs、1H)、3.50(m、3H)、2.46(bs、2H)、1.79(bs、2H)、1.54−1.73(m、3H)、1.37−1.55(m、1H)、1.13−1.32(m、2H)
(A001のNa塩)
A002のNa塩の合成において、1,2,3−シクロヘキサントリオールを等モル量のグリセリンに変えて同様に反応を行い、A001のNa塩を合成した。
(A003のNa塩)
A002のNa塩の合成において、ベンゾフェノンを等モル量のジシクロヘキシルケトンに変えて同様に反応を行い、A003のNa塩を合成した。
(A004のNa塩)
A002のNa塩の合成において、ベンゾフェノンを等モル量のアセトンに変えて同様に反応を行い、A004のNa塩を合成した。
(A005のNa塩)
A002のNa塩の合成において、ベンゾフェノンを等モル量のメチルエチルケトンに変え、かつ、1,3−プロパンスルトンを等モル量の1,4−ブタンスルトンに変えて同様に反応を行い、A005のNa塩を合成した。
(A006のNa塩)
A002のNa塩の合成において、ベンゾフェノンを等モル量のベンゾフェノンに変え、かつ、1,3−プロパンスルトンを等モル量の1,4−ブタンスルトンに変えて同様に反応を行い、A006のNa塩を合成した。
(A007のNa塩)
A002のNa塩の合成において、1,2,3−シクロヘキサントリオールを等モル量の1,2−シクロヘキサンジオールに変え、かつ、ベンゾフェノンを等モル量のジヒドロピランに変えて同様に反応を行い、A007のNa塩を合成した。
(A008のNa塩)
13.2gの1,2,3−シクロヘキサントリオールと5.0gの水素化ナトリウム(オイル分散品、含有量60%)と100mLのジメチルホルムアミドとを室温で混合し、混合物を得た。得られた混合物に、12.2gの1,3−プロパンスルトンを加えて、加温して70℃で10時間撹拌し、反応液1を得た。得られた反応液1を室温まで冷却し、注意深く5mLのメタノールを滴下し、反応液2を得た。反応液2を減圧濃縮し、得られた濃縮物を、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(酢酸エチル/メタノール=9/1)を用いて精製することにより、22.4gのA008−Aを得た。
13.8gのA008−Aと8.7gの2,3−ジヒドロピランとを100mLのアセトニトリルに加え、溶液を得た。得られた溶液に0.1gのp−トルエンスルホン酸・1水和物を加えて10時間撹拌し、反応液を得た。得られた反応液に5mLの飽和重曹水を加えて、撹拌した後、減圧濃縮を行い、濃縮物を得た。得られた濃縮物を、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(酢酸エチル/メタノール=9/1)を用いて精製することで、12gのA008のNa塩を得た。
(A009のNa塩)
13.8gのA008−Aと55.0gの水素化ナトリウム(オイル分散品、含有量60%)と100mLのジメチルホルムアミドとを室温で混合し、混合物を得た。得られた混合物に、8.1gのクロロ(メトキシ)メタンを滴下し、反応液3を得た。得られた反応液3を50℃に加熱して2時間撹拌し、その後、室温まで冷却し、注意深く5mLのメタノールを滴下し、反応液4を得た。反応液4を減圧濃縮し、得られた濃縮物を、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(酢酸エチル/メタノール=9/1)を用いて精製することにより、13.8gのA009のNa塩を得た。
(A010のNa塩)
A008のNa塩の合成において、2,3−ジヒドロピランを等モル量のビニルエチルエーテルに変えて同様に反応を行い、A010のNa塩を得た。
(A011のNa塩)
A009のNa塩の合成において、A−008Aの原料である1,2,3−シクロヘキサントリオールを等モル量の1,3,5−シクロヘキサントリオールに変えて、同様に合成することでA011のNa塩を得た。
(A012のNa塩)
A009のNa塩の合成において、A−008Aの原料である1,2,3−シクロヘキサントリオールを等モル量の1,3−シクロヘキサンジオールに変え、かつ、クロロ(メトキシ)メタンを半分量に変えて、同様に合成することでA012のNa塩を得た。
(A013のNa塩)
A008のNa塩の合成において、1,2,3−シクロヘキサントリオールを等モル量の2,3−ノルボルナンジオールに変え、同様に反応を行い、A013のNa塩を得た。
(A014のNa塩)
A009のNa塩の合成において、1,2,3−シクロヘキサントリオールを等モル量のテトラシクロ[6.2.1.136.027]ドデカー4,5−ジオールに変え、同様に反応を行い、A014のNa塩を得た。
(A015のNa塩)
A008のNa塩の合成において、1,2,3−シクロヘキサントリオールを等モル量の1,3−アダマンタンジオールに変え、同様に反応を行い、A015のNa塩を得た。
(A016のNa塩)
A009のNa塩の合成において、1,2,3−シクロヘキサントリオールを等モル量の1,3,5−アダマンタントリオールに変え、同様に反応を行い、A016のNa塩を得た。
(A017のNa塩)
A009のNa塩の合成において、1,2,3−シクロヘキサントリオールを等モル量の1,3,5,7−アダマンタンテトラオールに変え、かつ、メトキシメチル化工程で用いる水素化ナトリウムとクロロ(メトキシ)メタンの使用量を1.3倍量に変えて同様に反応を行い、A017のNa塩を得た。
(A018のNa塩)
A008のNa塩の合成において、1,2,3−シクロヘキサントリオールを等モル量の1,2−シクロペンタンジオールに変えて同様に反応を行い、A018のNa塩を得た。
《光酸発生剤のカチオン部》
《光酸発生剤の合成例》
(A002のアニオンとC002のカチオンとからなる光酸発生剤)
3.3gのA002−Naと2.9gの(4−メチルフェニル)ジフェニルスルホニウムブロミドと50mLのクロロホルムと50mLの純水とをフラスコに加えて30分間撹拌した。撹拌後、有機層を集めて、この有機層を50mLの純水で7回洗浄した。洗浄後の有機層を減圧濃縮することにより、A002のアニオンとC002のカチオンとからなる3.5gの光酸発生剤を得た。H NMR(CDCl):7.71−7.84(m、12H)、6.73(d、2H)、4.28(bs、2H)、3.66(ddd、2H)、3.51(5,1H)、2.93(ddd、2H)、2.48(s、3H)2.15(t、2H)、1.60−1.79(m、3H)、1.39−1.55(m、1H)、1,15−1.39(m、2H)
(その他の光酸発生剤)
その他の光酸発生剤も、上記と同様にして合成した。
<酸拡散制御剤>
表2に示される酸拡散制御剤の構造を以下に示す。
<溶剤>
表2に示される溶剤を以下に示す。
SL−1: プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)
SL−2: プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)
<感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物の調製>
表2に示す各成分を、表2に記載の添加量で混合した。次いで、得られた混合液を、0.03μmのポアサイズを有するポリエチレンフィルターで濾過することにより、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物(以下、「レジスト組成物」ともいう。)を調液した。なお、レジスト組成物において、固形分とは、溶剤以外の全ての成分を意味する。得られたレジスト組成物を、実施例及び比較例で使用した。
<パターン形成>
《レジスト膜の形成》
シリコンウエハ上に、下層膜形成用組成物AL412(Brewer Science社製)を塗布し、200℃で60秒間ベークを行い、膜厚20nmの下層膜を形成した。その上に、調製したレジスト組成物を塗布し、100℃で60秒間ベークを行い、膜厚30nmのレジスト膜を形成した。
《露光および現像》
EUV露光機(ASML社製;NXE3350、NA0.33、Dipole 90°、アウターシグマ0.87、インナーシグマ0.35)を用い、ピッチが44nmかつ線幅が22nmの反射型マスクを介して、レジスト膜にパターン露光を行った。その後、120℃で60秒間の加熱(PEB:Post Exposure Bake)を行った。
次いで、現像液として2.38質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液を用いて30秒間パドルして現像し、リンス液として純水を用いて20秒間パドルしてリンスした後、4000rpmの回転数で30秒間シリコンウエハを回転させ、ラインアンドスペースのレジストパターンを形成した。
<評価>
レジストパターンについて、以下に説明する評価を行った。結果を表2に示す。
《LER》
露光量を変化させながら、ラインアンドスペースパターンのライン幅を測定し、ライン幅が22nmとなる際の露光量を求め、これを最適露光量(mJ/cm)とした。
最適露光量にて解像したラインアンドスペースのレジストパターンの観測において、測長走査型電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscope(日立ハイテクノロジー社製 CG−4100))にてパターン上部から観察する際、パターンの中心からエッジまでの距離を任意のポイントで観測し、その測定ばらつき3σをLER(単位:nm)で評価した。値が小さいほど良好な性能であることを示す。
《倒れ抑制能(パターン倒れ抑制能)》
上記と同様にしてレジスト膜を形成した後、上記と同様に、ターゲットサイズが50nm1L/1.8Sのマスクパターンを介して1mJずつ露光量を変化させながら露光した。ラインの倒れが発生した露光量よりも1mJ小さい露光量にて形成されたパターンのライン幅(nm)を測長走査型電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscope(日立ハイテクノロジー社製 CG−4100))により測定し、最小倒壊寸法(nm)とした。なお、この値が小さいほどパターンの倒れに対する耐性が高いことを示す。
<実施例と比較例との対比結果>
上記表2に示すように、一般式(X)で表される光酸発生剤を含む実施例のレジスト組成物は、これを含まない比較例のレジスト組成物よりも、LERが良好であった。また、パターンの倒れに対する耐性にも優れていた。
なお、実施例1〜18を対比すると、一般式(X−1)で表される光酸発生剤を用い、かつ、一般式(X−1)中のR301が脂環式炭化水素基である実施例2〜6は、これを満たさない実施例1および7〜18よりも、LERがより良好であった。

Claims (13)

  1. 活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物と、酸の作用により極性が増大する樹脂と、を含有し、
    前記化合物が下記一般式(X)で表される、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。

    前記一般式(X)中、
    101は、酸の作用により脱離する基を表す。複数のA101が存在する場合、複数のA101は互いに連結していてもよい。
    101は、1〜4の整数を表す。
    101は、ヘテロ原子を有しないn101+1価の脂肪族炭化水素基を表す。
    101は、エーテル基またはエステル基を表す。
    101は、アルキレン基を表す。
    102およびR103は、それぞれ独立に、水素原子、または、水素原子がフッ素原子に置換されていない炭素数1〜10のアルキル基を表す。
    は、1価のカチオンを表す。
  2. 前記化合物が、前記A101および前記R101を含む部分において、アセタール構造またはケタール構造を有する、請求項1に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
  3. 前記化合物が、下記一般式(X−1)で表される、請求項1または2に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。

    前記一般式(X−1)中、
    311およびR312は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、または、ヘテロ環基を表す。
    301は、1〜2の整数を表す。
    301は、ヘテロ原子を有しない(n301×2)+1価の脂肪族炭化水素基を表す。
    101は、エーテル基またはエステル基を表す。
    101は、アルキレン基を表す。
    102およびR103は、それぞれ独立に、水素原子、または、水素原子がフッ素原子に置換されていない炭素数1〜10のアルキル基を表す。
    は、1価のカチオンを表す。
  4. 前記R301が、ヘテロ原子を有しない(n301×2)+1価の脂環式炭化水素基を表す、請求項3に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
  5. 前記化合物が、下記一般式(X−2)で表される、請求項1または2に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。

    前記一般式(X−2)中、
    411は、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、または、ヘテロ環基を表す。
    412およびR413は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、または、ヘテロ環基を表す。
    401は、1〜2の整数を表す。
    401は、ヘテロ原子を有しないn401+1価の脂肪族炭化水素基を表す。
    101は、エーテル基またはエステル基を表す。
    101は、アルキレン基を表す。
    102およびR103は、それぞれ独立に、水素原子、または、水素原子がフッ素原子に置換されていない炭素数1〜10のアルキル基を表す。
    は、1価のカチオンを表す。
  6. 前記Y101がエーテル基を表す、請求項1〜5のいずれか1項に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
  7. 前記Mが、置換または無置換のトリフェニルスルホニウムカチオンを表す、請求項1〜6のいずれか1項に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
  8. 前記樹脂が、酸分解性基を有する繰り返し単位を含み、
    前記酸分解性基が、酸の作用により分解して脱離する基によって極性基が保護された構造を有し、
    前記極性基が、フェノール性水酸基である、請求項1〜7のいずれか1項に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
  9. 前記樹脂が、酸分解性基を有する繰り返し単位を含み、
    前記酸分解性基が、酸の作用により分解して脱離する基によって極性基が保護された構造を有し、
    前記酸の作用により分解して脱離する基が、式−C(R01)(R02)(OR39)で表される、請求項1〜8のいずれか1項に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
    ただし、式中、R39は、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基又はアルケニル基を表し、R01及びR02は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基又はアルケニル基を表す。
  10. 更に溶剤を含有する、請求項1〜9のいずれか1項に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
  11. 請求項1〜10のいずれか1項に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物により形成されたレジスト膜。
  12. 請求項1〜10のいずれか1項に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を用いてレジスト膜を形成するレジスト膜形成工程と、
    前記レジスト膜を露光する露光工程と、
    露光された前記レジスト膜を、現像液を用いて現像する現像工程と、を含むパターン形成方法。
  13. 請求項12に記載のパターン形成方法を含む、電子デバイスの製造方法。
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