TW201927834A - 感光化射線性或感放射線性樹脂組成物、抗蝕劑膜、圖案形成方法、帶抗蝕劑膜的空白遮罩、光罩的製造方法、電子元件的製造方法 - Google Patents

感光化射線性或感放射線性樹脂組成物、抗蝕劑膜、圖案形成方法、帶抗蝕劑膜的空白遮罩、光罩的製造方法、電子元件的製造方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種可獲得靈敏度優異之抗蝕劑膜且可獲得LER性能優異之圖案,並且能夠抑制圖案形成時之圖案崩塌的感光化射線性或感放射線性樹脂組成物。又,提供一種使用了上述感光化射線性或感放射線性樹脂組成物之抗蝕劑膜、圖案形成方法、帶抗蝕劑膜的空白遮罩、光罩的製造方法以及電子元件的製造方法。本發明的感光化射線性或感放射線性樹脂組成物包含:樹脂X,具有選自由通式(I)表示之重複單元A、具有酸分解性基之重複單元B及由通式(II)表示之重複單元c1等之重複單元C;化合物Y,係藉由光化射線或放射線的照射而鹼性降低之鹼性化合物或銨鹽化合物;及光酸產生劑Z,係除了化合物Y以外之化合物。

Description

感光化射線性或感放射線性樹脂組成物、抗蝕劑膜、圖案形成方法、帶抗蝕劑膜的空白遮罩、光罩的製造方法、電子元件的製造方法
本發明係有關一種感光化射線性或感放射線性樹脂組成物、抗蝕劑膜、圖案形成方法、帶抗蝕劑膜的空白遮罩、光罩的製造方法以及電子元件的製造方法。
一直以來,於IC(Integrated Circuit,積體電路)及LSI(Large Scale Integrated circuit,大規模積體電路)等半導體器件的製造製程中,進行了基於使用感光化射線性或感放射線性樹脂組成物之微影的微細加工。近年來,隨著積體電路的高積體化,要求形成次微米區域或四分之一微米區域的超微細圖案。與此同時,曝光波長亦從g射線成為i射線,進而成為KrF準分子雷射光之類的短波長。進而,目前,正在進行除了使用準分子雷射光以外,還使用電子束、X射線或EUV光(Extreme Ultra Violet,極紫外線)之微影的開發。
作為感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,例如,於專利文獻1中,揭示有含有分別具有由下述通式(1a)、(2a)及(1b)表示之重複單元的高分子化合物之抗蝕劑材料。
[化學式1]

[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2005-321765號公報
本發明人等針對專利文獻1中所揭示之技術進行了研究之結果, 所獲得之抗蝕劑膜的對曝光的靈敏度沒有達到現情況下所要求之基準。又,所獲得之圖案的LER(Line Edge Roughness,線邊緣粗糙度)性能及抑制圖案形成時之圖案崩塌之性能亦需要改善。
因此,本發明的課題在於,提供一種可獲得靈敏度優異之抗蝕劑膜且可獲得LER性能優異之圖案,並且能夠抑制圖案形成時之圖案崩塌的感光化射線性或感放射線性樹脂組成物。
又,本發明的課題還在於提供一種使用了上述感光化射線性或感放射線性樹脂組成物之抗蝕劑膜、圖案形成方法、帶抗蝕劑膜的空白遮罩、光罩的製造方法以及電子元件的製造方法。
本發明人等為了實現上述課題而進行了深入研究之結果,發現感光化射線性或感放射線性樹脂組成物藉由包含:樹脂X,具有既定的重複單元:化合物Y,係藉由光化射線或放射線的照射而鹼性降低之鹼性化合物或銨鹽化合物;及光酸產生劑Z,係除了化合物Y以外之化合物,從而能夠解決上述課題,藉此完成了本發明。
更具體而言,發現了藉由以下結構能夠實現上述目的。
〔1〕一種感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其包含:
樹脂X,具有選自包括由後述通式(I)表示之重複單元A、具有酸分解性基之重複單元B以及由後述通式(II)表示之重複單元c1、由後述通式(III)表示之重複單元c2、具有碳酸酯環基之重複單元c3及具有酐環基之重複單元c4之群組中的重複單元C;化合物Y,係藉由光化射線或放射線的照射而鹼性降低之鹼性化合物或銨鹽化合物;及光酸產生劑Z,係除了上述化合物Y以外之化合物。
〔2〕如〔1〕所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其中
後述之通式(I)中,n表示2以上的整數。
〔3〕如〔1〕或〔2〕所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其中
後述之通式(I)中,J表示(n+1)價的具有脂環基之基團。
〔4〕如〔1〕至〔3〕中任一項所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其中
上述重複單元A為由後述通式(I-a)表示之重複單元。
〔5〕如〔1〕至〔4〕中任一項所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其中
上述重複單元A的含量相對於上述樹脂X的總質量為20質量%以上。
〔6〕如〔1〕至〔5〕中任一項所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其中
上述重複單元B具有由後述通式(B-a)~(B-c)中的任一個表示之基團。
〔7〕如〔1〕至〔6〕中任一項所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其中
後述之通式(II)中,T表示由後述通式(II-a)~(II-c)中的任一個表示之基團。
〔8〕如〔1〕至〔7〕中任一項所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其中
上述樹脂X具有選自包括由後述通式(II-1)表示之重複單元及由後述通式(II-2)表示之重複單元之群組中的重複單元。
〔9〕如〔1〕至〔8〕中任一項所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其中
上述樹脂X的分散度為1.0~1.5。
〔10〕如〔1〕至〔9〕中任一項所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其中
上述重複單元A、上述重複單元B及上述重複單元C的總計含量相對於上述樹脂X的總質量大於90質量%。
〔11〕如〔1〕至〔10〕中任一項所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其中
上述化合物Y藉由光化射線或放射線的照射而產生pka為1.00~4.50的酸。
〔12〕如〔1〕至〔11〕中任一項所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其包含2種以上的上述光酸產生劑Z。
〔13〕如〔1〕至〔12〕中任一項所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其中
所產生之酸的體積為240Å3 以上大小的上述光酸產生劑Z的含量相對於上述感光化射線性或感放射線性樹脂組成物中的上述光酸產生劑Z的總質量為60~100質量%。
〔14〕如〔1〕至〔13〕中任一項所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其中
上述化合物Y藉由光化射線或放射線的照射而產生酸,上述化合物Y所產生之酸的pka與上述光酸產生劑Z所產生之酸的pka之差為3.00以上。
〔15〕如〔1〕至〔14〕中任一項所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其用於電子束或極紫外線的曝光。
〔16〕一種抗蝕劑膜,其使用〔1〕至〔15〕中任一項所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物而形成。
〔17〕如〔16〕所述之抗蝕劑膜,其具有10~100nm的膜厚。
〔18〕一種圖案形成方法,其包括:
使用〔1〕至〔15〕中任一項所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物而形成抗蝕劑膜之製程;曝光上述抗蝕劑膜之製程;及使用顯影液顯影經曝光之上述抗蝕劑膜之製程。
〔19〕如〔18〕所述之圖案形成方法,其中
上述曝光使用電子束或極紫外線來進行。
〔20〕一種帶抗蝕劑膜的空白遮罩,其包含空白遮罩及配置於上述空白遮罩上之〔16〕或〔17〕所述之抗蝕劑膜。
〔21〕一種光罩的製造方法,其包括:
曝光〔20〕所述之帶抗蝕劑膜的空白遮罩之製程;及使用顯影液顯影經曝光之上述帶抗蝕劑膜的空白遮罩之製程。
〔22〕一種電子元件的製造方法,其包括〔18〕或〔19〕所述之圖案形成方法。
[發明效果]
依本發明,能夠提供一種可獲得靈敏度優異之抗蝕劑膜且可獲得LER性能優異之圖案,並且能夠抑制圖案形成時之圖案崩塌的感光化射線性或感放射線性樹脂組成物。
又,本發明能夠提供一種使用了上述感光化射線性或感放射線性樹脂組成物之抗蝕劑膜、圖案形成方法、帶抗蝕劑膜的空白遮罩、光罩的製造方法以及電子元件的製造方法。
以下,對本發明進行詳細說明。
以下所記載之構成要件的說明有時係基於本發明的代表性實施態樣而進行,但本發明並不限制於該種實施態樣。
本說明書中的“光化射線”或“放射線”係指,例如水銀燈的明線光譜、以準分子雷射為代表之遠紫外線、EUV(Extreme ultraviolet,極紫外線)、X射線及電子束(EB:Electron Beam)等。本說明書中的“光”係指,光化射線或放射線。
本說明書中的“曝光”,只要沒有特別指定,則不僅包含使用水銀燈的明線光譜、以準分子雷射為代表之遠紫外線、X射線及EUV等進行之曝光,亦包含使用電子束及離子束等粒子射線進行之描劃。
本說明書中,“~”係以將記載於其前後之數值作為下限值及上限值而包含之含義來使用。
本說明書中的基團(原子團)的標記中,未記述取代及未經取代之標記一同包含不具有取代基之基團和具有取代基之基團。例如,“烷基”可以為不具有取代基之烷基(未經取代烷基),亦可以為具有取代基之烷基(取代烷基)。又,本說明書中的“有機基”係指包含至少1個碳原子之基團。
本說明書中,由特定的符號表示之取代基及連結基等(以下,稱為取代基等)存在複數個時,或者同時規定複數個取代基等時,係指各自的取代基等可以彼此相同亦可以不同。這對關於取代基等的數量的規定亦相同。
酸解離常數pka係指,在水溶液中的酸解離常數pka,例如,定義在化學便覽(II)(改訂4版、1993年、日本化學會編、Maruzen Company,Limited)中。酸解離常數pka的值越低,表示酸強度越大。水溶液中的酸解離常數pka具體能夠藉由使用無限稀釋水溶液,測定25℃下的酸解離常數來進行實際測量。或者,能夠藉由使用下述軟體套件1並對基於哈米特取代基常數及公知文獻值的資料庫之值進行計算來求出。在本說明書中記載之全部pka的值係指,使用該軟體套件並藉由計算來求出之值。
軟體套件1:Advanced Chemistry Development(ACD/Labs) Software V11.02(1994-2013 ACD/Labs)。
本說明書中,樹脂的重量平均分子量(Mw)、數量平均分子量(Mn)及分散度(亦稱為分子量分佈)(Mw/Mn)被定義為基於使用GPC(Gel Permeation Chromatography,凝膠滲透層析)裝置(TOSOH CORPORATION製造之HLC-8120GPC)之GPC法(溶劑:四氫呋喃、流量(樣品注入量):10μL、管柱(column):TOSOH CORPORATION製造之TSK gel Multipore HXL-M、管柱溫度:40℃、流速:1.0mL/分鐘、檢測器:示差折射率檢測器(Refractive Index Detector))之聚苯乙烯換算值。
1Å為1×10-10 m。
又,本說明書中,單指“可以具有取代基”或“具有取代基”等之情況下的取代基的種類、取代基的位置及取代基的數量並沒有特別限制。取代基的數量例如可以為1個或2個以上。作為取代基的例子,可以舉出除了氫原子之1價的非金屬原子團,例如,能夠從以下取代基T中選擇。
(取代基T)
作為取代基T,可以舉出氟原子、氯原子、溴原子及碘原子等鹵素原子;甲氧基、乙氧基及第三丁氧基等烷氧基;苯氧基及對甲苯氧基等芳氧基;甲氧羰基、丁氧基羰基及苯氧基羰基等烷氧基羰基;乙醯氧基、丙醯氧基及苯甲醯氧基等醯氧基;乙醯基、苯甲醯基、異丁醯基、丙烯醯基、甲基丙烯醯基及甲氧草醯基(methoxalyl)等醯基;甲基硫烷基(methyl sulfanyl)及第三丁基硫烷基(tert-butyl sulfanyl)等烷基硫烷基(alkyl sulfanyl);苯基硫烷基(phenyl sulfanyl)及對甲苯硫烷基(p-tolyl sulfanyl)等芳基硫烷基(aryl sulfanyl);烷基;環烷基;芳基;雜芳基;羥基;羧基;甲醯基;磺基;氰基;烷胺基羰基;芳基胺基羰基;磺醯胺基;甲矽烷基;胺基;單烷胺基;二烷胺基;芳胺基;以及該等的組合。
[抗蝕劑組成物]
作為本發明的感光化射線性或感放射線性樹脂組成物(以下,亦稱為“抗蝕劑組成物”)的特徵點,可以舉出包含:樹脂X,具有既定的重複單元A~C;化合物Y,係藉由光化射線或放射線的照射而鹼性降低之鹼性化合物或銨鹽化合物;及光酸產生劑Z,係除了上述化合物Y以外之化合物。
雖然藉由使用該種抗蝕劑組成物來解決本發明的課題之機理尚未明確,但本發明人等從使用本發明的抗蝕劑組成物形成之抗蝕劑膜對曝光的靈敏度及對顯影液的溶解性平衡良好且優異之結果,推測出能夠解決本發明的課題。
以下,對本發明的抗蝕劑組成物中所包含之成分進行詳細說明。此外,本發明的抗蝕劑組成物,可以為正型抗蝕劑組成物,亦可以為負型抗蝕劑組成物。又,可以為鹼性顯影用抗蝕劑組成物,亦可以為有機溶劑顯影用抗蝕劑組成物。其中,正型抗蝕劑組成物且鹼性顯影用抗蝕劑組成物為較佳。
本發明的抗蝕劑組成物典型地係化學增幅型的抗蝕劑組成物。
本發明的抗蝕劑組成物用於電子束(EB)或極紫外線(EUV)曝光為較佳。
<樹脂X>
本發明的抗蝕劑組成物包含樹脂X。
樹脂X為具有由後述通式(I)表示之重複單元A、具有酸分解性基之重複單元B以及選自包括由後述通式(II)表示之重複單元c1、由後述通式(III)表示之重複單元c2、具有碳酸酯環基之重複單元c3以及具有酐環基之重複單元c4之群組中的重複單元C之樹脂。
(重複單元A)
樹脂X具有由通式(I)表示之重複單元A。
重複單元A具有六氟-2-丙醇基(-C(CF32 OH)。
[化學式2]
通式(I)中,R表示氫原子或1價的有機基。
作為由RI表示之1價的有機基,CH3 、CF3 或CH2 OH為較佳,CH3 為更佳。
n表示1以上的整數。
n表示2以上的整數為較佳,表示2~5的整數為更佳,表示2為進一步較佳。
J表示(n+1)價的連結基。
J例如表示(n+1)價之具有脂環基之基團為較佳。
又,J為由*1-Ja -Jb (-Jc -*2)n 表示之連結基為較佳。
*1-Ja -Jb (-Jc -*2)n 中,n與上述n的含義相同。
*1表示通式(I)中的R所鍵結之與碳原子的鍵結位置。
*2表示與通式(I)中的六氟-2-丙醇基的鍵結位置。
Ja 表示單鍵或2價的連結基。
作為上述2價的連結基,例如,可以舉出酯基(-COO-)、醚基(-O-)、羰基(-CO-)、硫醚基(-S-)、-SO2 -、-NRN -(RN 表示氫原子或烷基)、2價的烴基(較佳為碳數為1~10。例如,伸烷基、伸烯基(例:-CH=CH-)、伸炔基(例:-C≡C-))以及組合了該等之基團。
其中,Ja 為單鍵或酯基為較佳。
Jb 表示(n+1)價的連結基。
作為上述(n+1)價的連結基,除了作為上述2價的連結基而舉出之基團以外,例如,可以舉出(n+1)價的芳香族烴基(較佳為碳數為6~15。可以為單環,亦可以為多環)、(n+1)價的脂環基(較佳為碳數為5~15。可以為單環,亦可以為多環)、(n+1)價的芳香族雜環基以及(n+1)價的非芳香族雜環基。
其中,Jb 為(n+1)價的苯環基或(n+1)價的脂環基為較佳,脂環基(較佳為碳數為5~7)為更佳。
Jc 表示單鍵或2價的連結基。
作為由Jc 表示之2價的連結基的例子,可以同樣舉出作為以由Ja 表示之2價的連結基之例子而舉出之基團。
其中,Jc 為單鍵或伸烷基(較佳為碳數為1)為較佳。
其中,J為由下述式表示之基團為較佳。
式中,n、*1及*2的含義如上所述。
[化學式3]
其中,重複單元A為由通式(I-a)表示之重複單元為較佳。
[化學式4]
通式(I-a)中,RI表示氫原子或1價的有機基。
作為由RI表示之1價的有機基,CH3 、CF3 或CH2 OH為較佳,CH3 為更佳。
以下,例示出重複單元A或相當於重複單元A之單體。
在以下例示中,Rc表示氫原子、CH3 、CF3 或CH2 OH。
又,在以下例示中的單體中,與乙烯基鍵結之甲基亦可以替換為氫原子、CF3 或CH2 OH。
[化學式5]
[化學式6]
[化學式7]
[化學式8]
重複單元A可以單獨使用1種,亦可以使用2種以上。
重複單元A的含量相對於樹脂X的總質量為20質量%以上為較佳,25~50質量%為更佳,30~40質量%為進一步較佳。
(重複單元B)
樹脂X作為與重複單元A不同之重複單元而具備具有酸分解性基之重複單元B。
酸分解性基為具有極性基被藉由酸的作用而脫離之脫離基保護之結構之基團。亦即,重複單元B為具有藉由酸的作用而分解以產生極性基之基團之重複單元。具有該種重複單元之樹脂X藉由酸的作用而極性增大,從而對鹼性顯影液之溶解度增大,而對有機溶劑之溶解度減少。
作為酸分解性基(具有極性基被藉由酸的作用而脫離之脫離基保護之結構之基團)中的極性基,鹼可溶性基為較佳,例如,可以舉出羧基、酚性羥基、氟化醇基、磺酸基、磺醯胺基、磺醯亞胺基、(烷基磺醯基)(烷基羰基)亞甲基、(烷基磺醯基)(烷基羰基)醯亞胺基、雙(烷基羰基)亞甲基、雙(烷基羰基)醯亞胺基、雙(烷基磺醯基)亞甲基、雙(烷基磺醯基)醯亞胺基、三(烷基羰基)亞甲基及三(烷基磺醯基)亞甲基等酸性基以及醇性羥基等。
其中,作為極性基,羧基、酚性羥基、氟化醇基(較佳為六氟-2-丙醇基)或者磺酸基為較佳。
作為藉由酸的作用而脫離之脫離基,例如,可以舉出由式(Y1)~(Y4)表示之基團。
式(Y1):-C(Rx1 )(Rx2 )(Rx3
式(Y2):-C(=O)OC(Rx1 )(Rx2 )(Rx3
式(Y3):-C(R36 )(R37 )(OR38
式(Y4):-C(Rn)(H)(Ar)
式(Y1)及式(Y2)中,Rx1 ~Rx3 分別獨立地表示烷基(直鏈狀或支鏈狀)或環烷基(單環或多環)。此外,Rx1 ~Rx3 的全部為烷基(直鏈狀或支鏈狀)之情況下,Rx1 ~Rx3 中,至少2個為甲基為較佳。
其中,Rx1 ~Rx3 分別獨立地表示直鏈狀或支鏈狀的烷基為較佳,Rx1 ~Rx3 分別獨立地表示直鏈狀的烷基為更佳。
Rx1 ~Rx3 中的2個亦可以鍵結而形成單環或多環。
作為Rx1 ~Rx3 的烷基,甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基及第三丁基等碳數為1~4的烷基為較佳。
作為Rx1 ~Rx3 的環烷基,環戊基及環己基等單環的環烷基以及降莰基、四環癸烷基、四環十二烷基以及金剛烷基等多環的環烷基為較佳。
作為Rx1 ~Rx3 中的2個鍵結而形成之環烷基,環戊基及環己基等單環的環烷基以及降莰基、四環癸烷基、四環十二烷基、及金剛烷基等多環的環烷基為較佳,碳數為5~6的單環的環烷基為更佳。
關於Rx1 ~Rx3 中的2個鍵結而形成之環烷基,例如,構成環之亞甲基中的1個可以置換為具有氧原子等的雜原子或具有羰基等的雜原子之基團。
式(Y3)中,R36 ~R38 分別獨立地表示氫原子或1價的有機基。R37 與R38 可以相互鍵結而形成環。作為1價的有機基,可以舉出由上述式(Y1)表示之基團、除了由式(Y1)表示之基團以外之烷基(可以為直鏈狀亦可以為支鏈狀亦可以具有環狀結構。例如,甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、1-金剛烷基等)、芳基、芳烷基、及烯基等。R36 為氫原子亦較佳。
作為上述芳基所具有之取代基,氟烷基為較佳,碳數為1~2的全氟烷基為更佳。
上述芳基為碳數為6~15為較佳,苯基為更佳。
又,R38 可以與重複單元中的除了由式(Y3)表示之基團以外之其他基團彼此鍵結。例如,R38 可以與重複單元中的主鏈直接或經由連結基鍵結。R38 與重複單元中的其他基團彼此鍵結之情況下,R38 可以為單鍵。又,R38 與重複單元中的其他基團彼此鍵結之情況下,上述重複單元形成包含由式(Y3)表示之基團之環。
作為式(Y3),由下述式(Y3-1)表示之基團亦較佳。
[化學式9]
在此,L1 及L2 分別獨立地表示氫原子、烷基、環烷基、芳基或將該等組合之基團(例如,將烷基與芳基組合之基團)。
M表示單鍵或2價的連結基。
Q表示可以包含雜原子之烷基、可以包含雜原子之環烷基、可以包含雜原子之芳基、胺基、銨基、巰基、氰基、醛基或組合該等之基團(例如,將烷基與環烷基組合之基團)。
烷基及環烷基中,例如,亞甲基中的1個可以置換為氧原子等雜原子或具有羰基等的雜原子之基團。
此外,L1 及L2 中的一方為氫原子,另一方為烷基、環烷基、芳基或組合伸烷基與芳基之基團為較佳。
Q、M及L1 中的至少2個可以鍵結而形成環(較佳為5員環或6員環)。
就圖案的微細化之觀點而言,L2 為二級或三級烷基為較佳,三級烷基為更佳。作為二級烷基,可舉出異丙基、環己基或降莰基,作為三級烷基,可以舉出第三丁基或金剛烷基。在該等態樣中,由於Tg(玻璃轉移溫度)及活化能增大,因此能夠確保膜強度並且抑制模糊。
式(Y4)中,Ar表示芳香環基。Rn表示烷基、環烷基或芳基。Rn與Ar可以彼此鍵結而形成非芳香族環。Ar更佳為芳基。
其中,脫離基與其他基團鍵結而形成具有由以下通式(B-a)~(B-c)中的任一個表示之基團之基團為較佳。換言之,重複單元B具有由通式(B-a)~(B-c)中的任一個表示之基團為較佳。又,樹脂X具備具有由通式(B-a)~(B-c)中的任一個表示之基團之重複單元B為較佳。
[化學式10]
通式(B-a)中,Ox 表示氧原子。
Rc1 表示與Ox 直接鍵結之原子為三級碳原子之取代基。
Rc1 例如為由式(Y1)表示之基團為較佳。
*表示鍵結位置。
通式(B-b)中,Cx 表示碳原子。
Rc2 表示與Cx 直接鍵結之原子為三級碳原子之取代基。
Rc2 為例如,式(Y3)中的由R36 表示之1價的有機基,可以舉出與Cx 直接鍵結之原子成為三級碳原子之基團,作為更具體的例子,可以舉出由式(Y1)表示之基團、1-金剛烷基、及芳基(作為取代基具有氟烷基(較佳為碳數為1~2的全氟烷基)亦較佳)。
*表示鍵結位置。
通式(B-c)中,Ox 表示氧原子。
Rc3 表示與Ox 直接鍵結之原子為三級碳原子之取代基。
Rc3 為例如,由式(Y1)表示之基團為較佳。
Lf表示芳香環基(較佳為碳數為6~15的伸芳基,更佳為伸苯基)或全氟伸烷基(較佳為碳數為2~5的全氟伸烷基,更佳為由-C(CF32 -表示之基團)。
*表示鍵結位置。
作為重複單元A,由式(XA)表示之重複單元為較佳。
[化學式11]
通式(XA)中,RXA 表示氫原子、甲基或三氟甲基。
LXA 表示單鍵或2價的連結基。作為上述2價的連結基,例如,可以舉出酯基(-COO-)、醚基(-O-)、羰基(-CO-)、硫醚基(-S-)、-SO2 -、-NRN -(RN 表示氫原子或烷基)、2價的烴基(較佳為碳數為1~10。例如,伸烷基、伸烯基(例:-CH=CH-)、伸炔基(例:-C≡C-))、伸芳基(較佳為碳數為6~16)、及組合該等之基團。
其中,LXA 為單鍵、羰基、伸芳基(較佳為伸苯基)或酯基為較佳。
XXA 表示酸分解性基。作為酸分解性基,例如,羧基的氫原子被由上述式(Y1)~(Y4)表示之基團中的任一個取代之基團、酚性羥基(例如,與作為伸芳基的LXA 直接連接之羥基)的氫原子被由上述式(Y1)~(Y4)表示之基團中的任一個取代之基團或氟化醇基(較佳為六氟-2-丙醇基)中所包含之羥基的氫原子被由上述式(Y1)~(Y4)表示之基團中的任一個取代之基團為較佳。
其中,XXA 為由上述通式(B-a)表示之基團或具有由通式(B-b)表示之基團的基團為較佳。
作為XXA 為具有由通式(B-b)表示之基團之基團之情況下的具體形態,例如,可以舉出選自包括羧基、酚性羥基、及氟化醇基(較佳為六氟-2-丙醇基)中所包含之羥基之群組中的基團的氫原子被由上述式(Y3)表示之基團取代之基團。其中,該情況下的式(Y3)中,R36 為由式(Y1)表示之基團、1-金剛烷基或芳基(作為取代基具有氟烷基(較佳為碳數為1~2的全氟烷基)亦較佳),並且R37 為氫原子。
又,XXA 與RXA 可以彼此鍵結而形成環。例如,XXA 與RXA 可以彼此鍵結而形成具有由通式(B-b)表示之基團之基團。在該情況下,作為XXA 與RXA 彼此鍵結而形成之具有由通式(B-b)表示之基團之基團,例如為以“-由通式(B-b)表示之基團-”或“-羰基-由通式(B-b)表示之基團-”表示之基團為較佳。
重複單元B可以單獨使用1種,亦可以使用2種以上。
重複單元B的含量相對於樹脂X中的總質量為15~80質量%為較佳,20~70質量%為更佳,25~60質量%為進一步較佳。
(重複單元C)
樹脂X除了具有上述重複單元A及重複單元B以外,還具有選自包括由通式(II)表示之重複單元c1、由通式(III)表示之重複單元c2、具有碳酸酯環基之重複單元c3、及具有酐環基之重複單元c4之群組中的重複單元C。
·重複單元c1
重複單元c1為由通式(II)表示之重複單元。
[化學式12]
通式(II)中,RII表示氫原子或1價的有機基。
作為由RII表示之1價的有機基,碳數為1~5的烷基或碳數為1~5的鹵素化烷基為較佳。
碳數為1~5的烷基為碳數為1~5的直鏈狀或支鏈狀的烷基為較佳,具體而言,可以舉出甲基、乙基、丙基、異丙基、正丁基、異丁基、第三丁基、戊基、異戊基及新戊基等。
碳數為1~5的鹵素化烷基為上述“RII中的碳數為1~5的烷基”的氫原子的一部分或全部被鹵素原子(較佳為氟原子)取代之基團。
作為RII,氫原子、碳數為1~5的烷基或碳數為1~5的氟化烷基為較佳,氫原子或甲基為更佳。
Q表示2價的連結基。作為上述2價的連結基,例如,可以舉出酯基(-COO-)、醚基(-O-)、羰基(-CO-)、硫醚基(-S-)、-SO2 -、-NRN -(RN 表示氫原子或烷基)、可以具有雜原子之2價的烴基(較佳為碳數為1~10。例如,伸烷基、伸烯基(例:-CH=CH-)、伸炔基(例:-C≡C-))、伸芳基(較佳為碳數為6~16)、及組合該等之基團。
其中,Q為“-酯基-(碳數為1~3的伸烷基-酯基)m -”為較佳。
m表示0~2的整數。
上述2價的烴基可以為2價的脂肪族烴基,亦可以為2價的芳香族烴基。上述2價的脂肪族烴基可以為飽和的脂肪族烴基,亦可以為不飽和的脂肪族烴基,飽和的脂肪族烴基為較佳。
作為上述脂肪族烴基,更具體地可以舉出,直鏈狀或支鏈狀的脂肪族烴基或在結構中包含環之脂肪族烴基等。
上述直鏈狀脂肪族烴基的碳數為1~10為較佳,1~6為更佳,1~4為進一步較佳、1~3為特佳。
上述支鏈狀的脂肪族烴基的碳數為2~10為較佳,2~6為更佳,2~4為進一步較佳、2~3為特佳。
作為在上述結構中包含環之脂肪族烴基,可以舉出脂環式烴基(從脂肪族烴環中去除2個氫原子之基團)、脂環式烴基鍵結於直鏈狀或支鏈狀的脂肪族烴基的末端之基團、及脂環式烴基介於直鏈狀或支鏈狀脂肪族烴基之間的基團等。作為上述直鏈狀或支鏈狀的脂肪族烴基,可以舉出與上述相同者。
上述脂環式烴基的碳數為3~20為較佳,3~12為更佳。
上述芳香族烴基為具有至少1個芳香環之烴基。該芳香環可以為單環,亦可以為多環。芳香環的碳數為5~30為較佳,5~20為更佳,6~15為進一步較佳、6~12為特佳。
上述芳香族烴環可以成為構成碳原子之一部分被雜原子取代之芳香族雜環。作為芳香族雜環中的雜原子,可以舉出氧原子、硫原子、氮原子等。作為芳香族雜環,具體地可以舉出吡啶環及噻吩環等。
烴基為脂肪族烴基為較佳,直鏈狀或支鏈狀脂肪族烴基為更佳,直鏈狀脂肪族烴基為進一步較佳、直鏈狀伸烷基為特佳。
T表示1價的有機基。
作為上述1價的有機基,例如,可以舉出由通式(a0-r-1)表示之基團、氰基、鹵素化烷基(較佳為碳數為1~5的直鏈狀或支鏈狀的氟烷基)、-C(=O)ORa5 、-OC(=O)Ra5 、-CON(Ra6 )(Ra7 )、-SO2 N(Ra8 )(Ra9 )、及-SO2 Ra0
Ra5 ~Ra9 分別獨立地為氫原子或烷基(較佳為碳數為1~5的直鏈狀或支鏈狀的烷基。作為取代基,鹵素原子(較佳為氟原子)為較佳)。其中,Ra6 及Ra7 中的至少一者為烷基,Ra8 及Ra9 中的至少一者為烷基。
Ra0 為烷基(較佳為碳數為1~5的直鏈狀或支鏈狀的烷基)。
[化學式13]
式(a0-r-1)中,Ra3 及Ra4 分別獨立地為氫原子或非芳香族性烴基。其中,Ra3 及Ra4 中的至少一者為非芳香族性烴基。
作為上述非芳香族性烴基,可以舉出直鏈狀或支鏈狀的脂肪族烴基、及結構中包含環之脂肪族烴基。
作為上述直鏈狀或支鏈狀的脂肪族烴基,例如,可以舉出烷基(較佳為碳數為1~20)、烯基(較佳為碳數為2~20)及炔基(較佳為碳數為2~20)等。
作為上述結構中包含環之脂肪族烴基,例如,可以舉出脂環基、脂環基鍵結於直鏈狀或支鏈狀脂肪族烴基的末端之基團、及脂環基介於直鏈狀或支鏈狀的脂肪族烴基之間的基團等。
作為其中的直鏈狀或支鏈狀的脂肪族烴基,可以舉出與Ra3 及Ra4 中的直鏈狀或支鏈狀的脂肪族烴基相同之基團。
作為Ra3 及Ra4 中的非芳香族性烴基所具有之取代基,例如,可以舉出氟原子等鹵素原子、羥基、甲氧基等烷氧基(例如,碳數為1~6的烷氧基等)、羧基、甲氧羰基等烷氧基羰基(例如,碳數為1~6的烷氧基-羰基等)、乙醯基等醯基(例如,碳數為1~6的醯基等)、氰基、苯基等芳基(例如,碳數為6~14的芳基等)、甲基等烷基(例如,碳數為1~20的烷基,較佳為碳數為1~10的烷基,更佳為碳數為1~6的烷基)、乙烯基等烯基(例如,碳數為2~6的烯基等)、環己基等環烷基(例如,碳數為3~12的環烷基等)及硝基。
Ra3 及Ra4 可以彼此鍵結而形成環,以這種方式形成之環,例如,可以舉出β-內醯胺環(4員環)、γ-內醯胺環(5員環)、及δ-內醯胺環(6員環)等4~12員環(較佳為5~6員環)的非芳香族性含氮雜環。
*表示鍵結位置。
其中,T表示由通式(II-a)~(II-c)中的任一個表示之基團為較佳。
[化學式14]
通式(II-a)~(II-c)中,*表示鍵結位置。
其中,T為由通式(II-a)表示之基團為較佳。
其中,重複單元c1為由通式(II-1)或(II-2)表示之重複單元為較佳。亦即,樹脂X具有選自包括由通式(II-1)表示之重複單元及由通式(II-2)表示之重複單元之群組中的重複單元為較佳。
[化學式15]
通式(II-1)及(II-2)中,RII表示氫原子或1價的有機基,並且與通式(II)中的RII的含義相同。
·重複單元c2
重複單元c2為由通式(III)表示之重複單元。
[化學式16]
通式(III)中,RIII分別獨立地表示氫原子或取代基。
RIII為氫原子為較佳。
lac表示內酯環基。
lac中的內酯環基為從構成內脂結構之1個亞甲基中除去2個氫原子而成之基團。
此外,構成上述內脂結構之亞甲基為具有2個氫原子之基團。
作為內脂結構,包含5~7員環內酯環為較佳,亦可以係其他環以形成雙環或螺環之形式縮環於5~7員環內酯環。此外,本說明書中,其他環縮環於內酯環之情況下,包含縮環之其他環整體稱為內脂結構。
內脂結構為由下述通式(LC1-1)~(LC1-22)中的任一個表示之內脂結構為較佳。
換言之,通式(III)中的lac為由下述通式(LC1-1)~(LC1-22)中的任一個表示之內脂結構之、構成內脂結構之1個亞甲基中除去2個氫原子而成之基團為較佳。
其中,內脂結構為由通式(LC1-1)或(LC1-22)表示之內脂結構為較佳。
[化學式17]
通式(LC1-1)~(LC1-22)中,Rb2 表示取代基。
作為取代基(Rb2 ),羥基、碳數為1~8的烷基、碳數為4~7的環烷基、碳數為1~8的烷氧基、碳數為1~8的烷氧基羰基、羧基、鹵素原子、氰基或酸分解性基為較佳。
作為該等取代基進一步具有取代基之情況下的取代基,氟原子為較佳。例如,上述碳數為1~8的烷基為碳數為1~8的氟烷基(較佳為全氟烷基)亦較佳。
n2表示0~4的整數。n2為2以上之情況下,存在複數個之Rb2 可以不同,又,存在複數個的Rb2 可以彼此鍵結而形成環。
此外,從由通式(LC1-1)~(LC1-22)中的任一個(較佳為通式(LC1-1)或(LC1-22))表示之內脂結構中的1個亞甲基中去除2個氫原子而形成由lac表示之內酯環基之情況下,作為被除去2個氫原子之對象之上述1個亞甲基並不係包含於取代基(Rb2 )之亞甲基。又,作為被除去2個氫原子之對象之上述1個亞甲基為包含於內酯環之亞甲基為較佳。
·重複單元c3
重複單元c3為具有碳酸酯環基之重複單元。
碳酸酯環基係指,從碳酸酯環中去除氫原子而成之基團。
碳酸酯環係指,包含碳酸酯基之環,例如為由下述通式(CBN)表示之環。
[化學式18]
通式(CBN)中,Lcbn 表示具有1個以上的氫原子之2價的連結基。
作為上述2價的連結基,例如,可以舉出2價的烴基(較佳為碳數為1~10。例如,伸烷基、伸烯基(例:-CH=CH-)、伸炔基(例:-C≡C-))、伸芳基(較佳為碳數為6~16)及組合該等之基團。
又,2價的連結基只要具有1個以上的氫原子即可,亦可以包含選自包括酯基(-COO-)、醚基(-O-)、羰基(-CO-)、硫醚基(-S-)、-SO2 -、及-NRN -(RN 表示氫原子或烷基)之群組中的基團。
其中,Lcbn 為伸烷基為較佳。上述伸烷基的碳數為1~5為較佳,1~3為更佳,2為進一步較佳。
重複單元c3為具有從由通式(CBN)表示之碳酸酯環中去除1個以上的氫原子之碳酸酯環基之重複單元為較佳。
重複單元c3可以在側鏈具有碳酸酯環基,亦可以係主鏈具有碳酸酯環基。
主鏈具有碳酸酯環基係指,構成碳酸酯環基之原子同時為構成重複單元的主鏈之原子。該種在碳酸酯環基中構成主鏈之原子的數量可以為1個,亦可以為2個以上。
其中,重複單元c3在側鏈具有碳酸酯環基為較佳。
重複單元c3為由通式(c3-1)表示之重複單元為較佳。
[化學式19]
通式(c3-1)中,RII表示氫原子或1價的有機基,與通式(II)中的RII的含義相同。
Qc表示2價的連結基。作為上述2價的連結基,例如,可以舉出酯基(-COO-)、醚基(-O-)、羰基(-CO-)、硫醚基(-S-)、-SO2 -、-NRN -(RN 表示氫原子或烷基)、2價的烴基(較佳為碳數為1~10。例如,伸烷基、伸烯基(例:-CH=CH-)、伸炔基(例:-C≡C-))、伸芳基(較佳為碳數為6~16)及組合該等之基團。
其中,Qc為酯基或-酯基-伸烷基(較佳為碳數為1~3)-為較佳。
CBN表示碳酸酯環基,並且表示從由通式(CBN)表示之碳酸酯環中除去1個氫原子而獲得之基團。
·重複單元c4
重複單元c4為具有酐環基之重複單元。
酐環基係指,從酐環中去除氫原子而成之基團。
酐環並沒有特別限制,從2個羧基脫去1個水分子之包含由-CO-O-CO-表示之基團之環為較佳。
例如,酐環為由下述通式(AHD)表示之環為較佳。
[化學式20]
通式(AHD)中,Lahd 表示具有2個以上的氫原子之2價的連結基。作為具有2個以上的氫原子之態樣,滿足如下態樣中之至少一方的條件之態樣為較佳,
(a)構成環之原子中之至少1個具有2個以上的氫原子之態樣及
(b)構成環之原子中之2個以上的原子分別具有1個以上的氫原子之態樣。
作為上述2價的連結基,例如,可以舉出2價的烴基(較佳為碳數為1~10。例如,伸烷基、伸烯基(例:-CH=CH-)、伸炔基(例:-C≡C-))、伸芳基(較佳為碳數為6~16)及組合該等之基團。
又,2價的連結基只要具有1個以上的氫原子即可,例如,可以包含選自包括酯基(-COO-)、醚基(-O-)、羰基(-CO-)、硫醚基(-S-)、-SO2 -、及-NRN -(RN 表示氫原子或烷基)之群組中的基團。
其中,Lahd 為伸烷基為較佳。上述伸烷基的碳數為1~5為較佳,1~3為更佳,2為進一步較佳。
由通式(AHD)表示之環為由通式(AHD-2)表示之環為較佳。
[化學式21]
重複單元c4為具有從由通式(AHD)表示之酐環中除去1個以上的氫原子之基團之重複單元為較佳。
酐環基可以存在於重複單元的側鏈,亦可以以主鏈中具有之形態存在。其中,酐環以主鏈中具有之形態存在為較佳。
主鏈中具有酐環基係指,構成酐環基之原子同時為構成重複單元的主鏈之原子。該種在酐環中構成主鏈之原子的數量可以為1個,亦可以為2個以上。
重複單元c4為由通式(c4-1)或(c4-2)表示之重複單元為較佳。
[化學式22]
通式(c4-1)中,ahd1 表示從由通式(AHD)表示之酐環(較佳為由通式(AHD-2)表示之環)中構成環之2個不同的原子(較佳為2個不同的碳原子,更佳為2個相鄰之碳原子)中分別除去1個氫原子而獲得之基團。
其中,該情況下的由通式(AHD)表示之酐環作為具有2個以上氫原子之態樣,至少滿足上述態樣(b)的條件。
通式(c4-2)中,RIII分別獨立地表示氫原子或取代基。
RIII為氫原子為較佳。
ahd2 表示從由通式(AHD)表示之酐環(較佳為由通式(AHD-2)表示之環)中構成環且具有2個以上氫原子之原子(較佳為構成亞甲基之碳原子)中除去2個氫原子而獲得之基團。
其中,該情況下的由通式(AHD)表示之酐環作為具有2個以上氫原子之態樣,至少滿足上述態樣(a)之條件。
重複單元C可以單獨使用1種,亦可以使用2種以上。
重複單元C的含量相對於樹脂X中的總質量為5~60質量%為較佳,7~45質量%為更佳,10~30質量%為進一步較佳。
(其他重複單元)
樹脂X所具有之重複單元並不限定於上述重複單元A~C,亦可以具有其他重複單元。
其中,從本發明的效果更優異之觀點考慮,重複單元A、上述重複單元B及上述重複單元C的總計含量相對於上述樹脂X的總質量為60質量%以上為較佳,75質量%以上為更佳,大於90質量%為進一步較佳,95質量%以上為特佳。上述總計含量的上限並沒有特別限制,通常為100%以下。
以下,示出其他重複單元的例子。
·具有酚性羥基之重複單元。
[化學式23]
通式(I)中,
R41 、R42 及R43 分別獨立地表示氫原子、烷基、環烷基、鹵素原子、氰基或烷氧基羰基。其中,R42 可以與Ar4 鍵結而形成環,此時的R42 表示單鍵或伸烷基。
X4 表示單鍵、-COO-或-CONR64 -,R64 表示氫原子或烷基。
L4 表示單鍵或伸烷基。
Ar4 表示(n+1)價的芳香環基,與R42 鍵結而形成環之情況下,表示(n+2)價的芳香環基。
n表示1~5的整數。
作為通式(I)中的R41 、R42 及R43 的烷基,甲基、乙基、丙基、異丙基、正丁基、第二丁基、己基、2-乙基己基、辛基、及十二烷基等碳數為20以下的烷基為較佳,碳數為8以下的烷基為更佳,碳數為3以下的烷基為進一步較佳。
作為通式(I)中的R41 、R42 、及R43 的環烷基,可以為單環,亦可以為多環。其中,環丙基、環戊基、及環己基等碳數為3~8個且單環型的環烷基為較佳。
作為通式(I)中的R41 、R42 、及R43 的鹵素原子,可以舉出氟原子、氯原子、溴原子及碘原子,氟原子為較佳。
作為通式(I)中的R41 、R42 及R43 的烷氧基羰基中所包含之烷基,與上述R41 、R42 、及R43 中的烷基相同者為較佳。
作為上述各基團中的較佳取代基,例如,可以舉出烷基、環烷基、芳基、胺基、醯胺基、脲基、胺基甲酸酯基、羥基、羧基、鹵素原子、烷氧基、硫醚基、醯基、醯氧基、烷氧基羰基、氰基及硝基。取代基的碳數為8以下為較佳。
Ar4 表示(n+1)價的芳香環基。n為1之情況下的2價的芳香環基可以具有取代基,例如,伸苯基、甲伸苯基(tolylene group)、伸萘基、及伸蒽基等碳數為6~18的伸芳基或噻吩環、呋喃環、吡咯環、苯并噻吩環、苯并呋喃環、苯并吡咯環、三口井環、咪唑環、苯并咪唑環、三唑環、噻二唑環、及噻唑環等包含雜環之芳香環基為較佳。
作為n為2以上的整數之情況下的(n+1)價的芳香環基的具體例,可以舉出從2價的芳香環基的上述具體例中去除(n-1)個任意的氫原子而成之基團。
(n+1)價的芳香環基還可以具有取代基。
作為上述烷基、環烷基、烷氧基羰基、伸烷基、及(n+1)價的芳香環基可以具有之取代基,例如,可以舉出在通式(I)中的R41 、R42 及R43 中舉出之烷基、甲氧基、乙氧基、羥基乙氧基、丙氧基、羥基丙氧基、及丁氧基等烷氧基;苯基等芳基;等。
作為由X4 表示之-CONR64 -(R64 表示氫原子或烷基)中的R64 的烷基,可以舉出甲基、乙基、丙基、異丙基、正丁基、第二丁基、己基、2-乙基己基、辛基、及十二烷基等碳數為20以下的烷基,碳數為8以下的烷基為較佳。
作為X4 ,單鍵、-COO-或-CONH-為較佳,單鍵或-COO-為更佳。
作為L4 中的伸烷基,亞甲基、伸乙基、伸丙基、伸丁基、伸己基、及伸辛基等碳數為1~8的伸烷基為較佳。
作為Ar4 ,碳數為6~18的芳香環基為較佳,苯環基、萘環基及伸聯苯(biphenylene)環基為更佳。
由通式(I)表示之重複單元具備羥基苯乙烯結構為較佳。亦即,Ar4 為苯環基為較佳。
作為由通式(I)表示之重複單元,由下述通式(1)表示之重複單元亦較佳。
[化學式24]
通式(1)中,
A表示氫原子、烷基、環烷基、鹵素原子或氰基。
R表示鹵素原子、烷基、環烷基、芳基、烯基、芳烷基、烷氧基、烷基羰氧基、烷基磺醯氧基、烷氧基羰基或芳氧基羰基,存在複數個之情況下,可以相同,亦可以不同。具有複數個R之情況下,可以彼此共同地形成環。
a表示1~3的整數。
b表示0~(3-a)的整數。
以下,示出由通式(I)表示之重複單元的具體例,但本發明並不限定於此。式中,a表示1~3。
[化學式25]
[化學式26]
[化學式27]
此外,在上述重複單元中,以下具體記載之重複單元為較佳。式中,R表示氫原子或甲基,a表示1~3。
[化學式28]
樹脂X具備具有酚性羥基之重複單元之情況下,具有酚性羥基之重複單元的含量相對於樹脂X中的總質量為1~10質量%為較佳,1~9質量%為更佳。
樹脂X能夠依照常規方法(例如,自由基聚合)來合成。
樹脂X的重量平均分子量作為基於GPC法之聚苯乙烯換算值為1,000~200,000為較佳,3,000~20,000為更佳,4,000~15,000為進一步較佳。藉由將樹脂(A)的重量平均分子量設為1,000~200,000,能夠防止耐熱性及耐乾蝕刻性之劣化,能夠進一步防止顯影性的劣化及由黏度變高而導致的制膜性的劣化。
從能夠進一步抑制圖案形成時之圖案崩塌之觀點考慮,樹脂(A)的分散度(分子量分佈、Mw/Mn)為1.0~5.0為較佳,1.0~3.0為更佳,1.0~1.5為進一步較佳。
樹脂X可以單獨使用1種,亦可以使用2種以上。
樹脂X的含量在抗蝕劑組成物的總固體成分中,為50~99.9質量%為較佳,60~99.0質量%為更佳。
<化合物Y>
本發明的抗蝕劑組成物包含化合物Y。
化合物Y為藉由光化射線或放射線的照射(曝光)而鹼性降低之鹼性化合物或銨鹽化合物。
化合物Y的分子量為500~1000為較佳。
化合物Y藉由光化射線或放射線的照射(曝光)而分解以產生鹼性降低之化合物(酸)。上述鹼性降低之化合物係指,例如,化合物Y的共軛酸。
由化合物Y產生之酸(化合物Y的共軛酸)的pka為-1.00~4.50為較佳,1.00~4.50為更佳。
化合物Y在未曝光狀態下顯示鹼性,發揮所謂酸擴散控制劑之作用為較佳。酸擴散控制劑捕獲藉由曝光而由光酸產生劑等產生之酸,並抑制由多餘的產生酸引起之未曝光部中的樹脂X的酸分解性基的反應的進行。
(共軛酸)
首先,針對由化合物Y產生之酸(共軛酸)進行說明。
化合物Y所產生之酸為由通式(d1)表示之酸為較佳。
Rd1 -COOH (d1)
通式(d1)中,Rd1 表示可以具有取代基之環基,可以具有取代基之鏈狀的烷基,或者,可以具有取代基之鏈狀的烯基。
由Rd1 表示之可以具有取代基之環基中的環基為環狀的烴基為較佳,環狀的烴基可以為芳香族烴基,亦可以為環狀的脂肪族烴基。
環狀脂肪族烴基係指不具有芳香族性之環狀的烴基。又,環狀脂肪族烴基可以為飽和環狀脂肪族烴基,亦可以為不飽和環狀脂肪族烴基,通常飽和環狀脂肪族烴基為較佳。
Rd1 中的芳香族烴基為具有芳香環之烴基。芳香族烴基的碳數為3~30為較佳,5~30為更佳,5~20為進一步較佳,6~15為特佳,6~10為最佳。其中,設為上述碳數中不包含取代基中的碳數。
作為Rd1 中的芳香族烴基所具有之芳香環,具體地可以舉出苯、芴、萘、蒽、菲、聯苯或構成該等芳香環之碳原子的一部分被雜原子取代之芳香族雜環等。作為芳香族雜環中的雜原子,可以舉出氧原子、硫原子及氮原子等。
作為Rd1 中的芳香族烴基,具體地可以舉出,從上述芳香環去除1個氫原子之基團(芳基:例如,苯基及萘基等)、及上述芳香環的1個氫原子被伸烷基取代之基團(例如,苄基、苯乙基、1-萘基甲基、2-萘基甲基、1-萘基乙基、及2-萘基乙基等芳烷基等)等。上述伸烷基(芳烷基中的烷基鏈)的碳數為1~4為較佳,1~2為更佳,1為進一步較佳。
在該等之中,作為Rd1 中的芳香族烴基,苯基或萘基為較佳。
Rd1 中的環狀的脂肪族烴基可以舉出在結構中包含環之脂肪族烴基。
作為在該結構中包含環之脂肪族烴基,可以舉出脂環式烴基(從脂肪族烴環中去除1個氫原子之基團)、脂環式烴基鍵結於直鏈狀或支鏈狀的脂肪族烴基的末端之基團、及脂環式烴基介於直鏈狀或支鏈狀的脂肪族烴基之間之基團等。
上述脂環式烴基的碳數為3~20為較佳,3~12為更佳。
上述脂環式烴基可以為多環基,亦可以為單環基。作為單環的脂環式烴基,為從單環烷去除1個以上的氫原子之基團為較佳。作為上述單環烷,碳數為3~6者為較佳,具體地可以舉出環戊烷及環己烷等。作為多環的脂環式烴基,為從聚環烷去除1個以上的氫原子之基團為較佳,作為上述聚環烷,為碳數為7~30為較佳。其中,作為上述聚環烷,為金剛烷、降莰烷、異菠烷(isobornane)、三環癸烷及四環十二烷等具有交聯環系多環骨架之聚環烷;具有類固醇骨架之環基等具有稠環系多環骨架之聚環烷為更佳。
在上述中,作為Rd1 中的環狀的脂肪族烴基,從單環烷或聚環烷去除1個以上的氫原子之基團為較佳,從聚環烷去除1個氫原子之基團為更佳,金剛烷基或降莰基為進一步較佳,金剛烷基為特佳。
可以與脂環式烴基鍵結之直鏈狀或支鏈狀的脂肪族烴基的碳數為1~10為較佳,1~6為更佳,1~4為進一步較佳,1~3為特佳。
作為直鏈狀的脂肪族烴基,直鏈狀的伸烷基為較佳,具體而言,可以舉出亞甲基、伸乙基、三亞甲基、四亞甲基及五亞甲基等。
作為支鏈狀的脂肪族烴基,支鏈狀的伸烷基為較佳,具體而言,可以舉出-CH(CH3 )-、-CH(CH2 CH3 )-、-C(CH32 -、-C(CH3 )(CH2 CH3 )-、-C(CH3 )(CH2 CH2 CH3 )-、及、-C(CH2 CH32 -等烷基亞甲基;-CH(CH3 )CH2 -、-CH(CH3 )CH(CH3 )-、-C(CH32 CH2 -、-CH(CH2 CH3 )CH2 -、及、-C(CH2 CH32 -CH2 -等烷基伸乙基;-CH(CH3 )CH2 CH2 -、及-CH2 CH(CH3 )CH2 -等烷基三亞甲基;以及-CH(CH3 )CH2 CH2 CH2 -及-CH2 CH(CH3 )CH2 CH2 -等的烷基四亞甲基等烷基伸烷基等。作為烷基伸烷基中的烷基,碳數為1~5的直鏈狀的烷基為較佳。
又,Rd1 中的環狀的烴基可以如雜環等而包含雜原子。具體而言,可以舉出分別由通式(a2-r-1)及(a2-r-3)~(a2-r-7)表示之內酯環基、分別由通式(a5-r-1)~(a5-r-4)表示之含有-SO2 -之環基、分別由其通式(r-hr-1)~(r-hr-16)表示之雜環基。
[化學式29]
通式(a2-r-1)及(a2-r-3)~(a2-r-7)中,Ra’21 分別獨立地為氫原子、烷基、烷氧基、鹵素原子、鹵素化烷基、羥基、-COOR”、-OC(=O)R”、羥基烷基或氰基;R”為氫原子、烷基、內酯環基、碳酸酯環基或-SO2 -環基;A”為可以包含氧原子(-O-)或硫原子(-S-)之碳數為1~5的伸烷基、氧原子或硫原子,n’為0~2的整數,m’為0或1。
[化學式30]
通式(a5-r-1)~(a5-r-4)中,Ra’51 分別獨立地為氫原子、烷基、烷氧基、鹵素原子、鹵素化烷基、羥基、-COOR”、-OC(=O)R”、羥基烷基或氰基;R”為氫原子、烷基、內酯環基、碳酸酯環基或含有-SO2 -之環基;A”為可以含有氧原子或硫原子之碳數為1~5的伸烷基、氧原子或硫原子,n’為0~2的整數。
[化學式31]
作為Rd1 的環基中的取代基,例如,可以舉出烷基、烷氧基、鹵素原子、鹵素化烷基、羥基及羰基等。
作為成為取代基之烷基,碳數為1~5的烷基為較佳,甲基、乙基、丙基、正丁基或第三丁基為更佳。
作為成為取代基之烷氧基,碳數為1~5的烷氧基為較佳,甲氧基、乙氧基、正丙氧基、異丙氧基、正丁氧基或第三丁氧基為更佳,甲氧基或乙氧基為進一步較佳。
作為成為取代基之鹵素原子,可以舉出氟原子、氯原子、溴原子及碘原子等,氟原子為較佳。
作為成為取代基之鹵素化烷基,可以舉出碳數為1~5的烷基,例如,甲基、乙基、丙基、正丁基或第三丁基等氫原子的一部分或全部被上述鹵素原子取代之基團。
作為取代基之羰基,為取代構成環狀的烴基之亞甲基(-CH2 -)之基團。
作為由Rd1 表示之可以具有取代基之鏈狀的烷基中的鏈狀的烷基,可以為直鏈狀及支鏈狀中的任一種。
作為直鏈狀的烷基的碳數,1~20為較佳,1~15為更佳,1~11為進一步較佳,1~5為特佳。具體而言,例如,可以舉出甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基、十三烷基、異十三烷基、十四烷基、十五烷基、十六烷基、異十六烷基、十七烷基、十八烷基、十九烷基、二十烷基、二十一烷基、及二十二烷基等。
支鏈狀的烷基的碳數為3~20為較佳,3~15為更佳,3~10為進一步較佳。具體而言,例如,可以舉出1-甲基乙基、1-甲基丙基、2-甲基丙基、1-甲基丁基、2-甲基丁基、3-甲基丁基、1-乙基丁基、2-乙基丁基、1-甲基戊基、2-甲基戊基、3-甲基戊基、及4-甲基戊基等。
在該等之中,作為Rd1 中的鏈狀的烷基,碳數為1~10為較佳,具體而言,甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基等的直鏈狀的烷基;1-甲基乙基、1-甲基丙基、2-甲基丙基、1-甲基丁基、2-甲基丁基、3-甲基丁基、1-乙基丁基、2-乙基丁基、1-甲基戊基、2-甲基戊基、3-甲基戊基或4-甲基戊基等支鏈狀的烷基為較佳。
作為由Rd1 表示之可以具有取代基之鏈狀的烯基中的鏈狀的烯基,可以為直鏈狀或支鏈狀中的任一種。
鏈狀的烯基的碳數為2~10為較佳,2~5為更佳,2~4為進一步較佳、3為特佳。
作為直鏈狀的烯基,例如,可以舉出乙烯基、丙烯基(烯丙基)、及丁炔基等。作為支鏈狀的烯基,例如,可以舉出1-甲基乙烯基、2-甲基乙烯基、1-甲基丙烯基、及2-甲基丙烯基等。
在上述中,作為Rd1 中的鏈狀的烯基,直鏈狀的烯基為較佳,乙烯基或丙烯基為更佳,乙烯基為進一步特佳。
作為Rd1 的鏈狀的烷基或烯基中的取代基,例如,可以舉出烷氧基、鹵素原子、鹵素化烷基、羥基、羰基、及上述Rd1 中的環基等。
在上述中,作為Rd1 ,可以具有取代基之芳香族烴基、可以具有取代基之脂肪族環基或可以具有取代基之鏈狀的烷基為較佳,可以具有取代基之芳香族烴基或可以具有取代基之鏈狀的烷基為更佳。
作為該等基團可以具有之取代基,例如,可以舉出羥基、橋氧基、烷基、芳基、氟原子、氟化烷基、分別由上述通式(a2-r-1)及(a2-r-3)~(a2-r-7)表示之內酯環基以及該等的組合。又,取代基可以包含醚基和/或酯基,在取代基中具有醚基和/或酯基之情況下,具有分別由通式(y-al-1)~(y-al-5)表示之連結基為較佳。
[化學式32]
通式(y-al-1)~(y-al-5)中,V’101 為單鍵或碳數為1~5的伸烷基,V’102 為碳數為1~30的2價的飽和烴基。
作為由通式(d1)表示之酸,例如,由通式(d1-a)表示之酸為較佳。
在此所述之由下述通式表示之酸具有羥基(-OH)之情況下(亦即,md為1之情況下),與苯環鍵結之-COOH和-OH的相互間的鍵結位置可以為鄰位、間位及對位中的任一種,鄰位為較佳。
[化學式33]
通式(d1-a)中,md表示0或1。
d0表示0~5的整數。
其中,0≤(md+d0)≤5。
Rh表示鹵素原子或可以具有鹵素原子之烷基。
作為可以具有鹵素原子之烷基,碳數為1~5為較佳。作為上述烷基所具有之鹵素原子,氟原子為較佳。亦即,上述烷基可以為氟烷基,亦可以為全氟烷基。
作為由通式(d1)表示之酸,Rd1 為直鏈狀的烷基且上述烷基所具有之氫原子中的至少1個被具有鹵素原子之基團取代之酸亦較佳。
Rd1 中的直鏈狀的烷基的碳數為1~11為較佳,1~8為更佳,1~4為進一步較佳。
作為取代上述烷基所具有之氫原子之“具有鹵素原子之基團”,可以舉出鹵素原子及鹵素化烷基等。
作為鹵素原子,可以舉出氟原子、氯原子、溴原子及碘原子,在該等之中,從疏水性的觀點考慮,氟原子為較佳。
作為鹵素化烷基,為烷基的氫原子中的一部分或全部被鹵素原子取代之基團,作為上述鹵素原子,可以舉出氟原子、氯原子、溴原子及碘原子等,氟原子為較佳。此處之烷基為碳數為1~5的烷基為較佳,碳數為1~5的直鏈狀或支鏈狀的烷基為更佳。
作為Rd1 為直鏈狀的烷基且上述烷基所具有之氫原子中的至少1個被具有鹵素原子之基團取代之酸,可以舉出Rd1 中的碳數為1~11的直鏈狀的烷基所具有之氫原子中的至少1個被氟原子取代之酸,上述烷基的碳數為1~7為較佳,上述烷基所具有之氫原子的全部被氟原子取代之氟化烷基(直鏈狀的全氟烷基)之酸為特佳。
又,只要為從藉由光化射線或放射線的照射而鹼性降低之鹼性化合物或銨鹽化合物產生之酸(共軛酸),則化合物Y的共軛酸可以為將由通式(d1)表示之酸中的COOH替換為SO3 H之由通式(d2)表示之酸。
Rd1 -SO3 H (d2)
通式(d2)中,Rd1 與通式(d1)的Rd1 的含義相同。
由通式(d2)表示之酸,例如為將由通式(d1-a)表示之酸中的COOH替換為SO3 H之由通式(d2-a)表示之酸為較佳。

通式(d2-a)中的各記號與通式(d1-a)中相應的記號的含義相同。
作為由化合物Y產生之酸,例如,亦可以舉出由下述通式(PA-I)、(PA-II)及(PA-III)表示之化合物。
由通式(PA-I)表示之化合物為具有鹼性官能基或銨基並且具有磺酸基或羧酸基之化合物,並且相比於化合物Y,為鹼性降低、消失或者從鹼性變為酸性之化合物。
由通式(PA-II)或(PA-III)表示之化合物為藉由具有鹼性官能基並且具有有機磺醯基亞胺基或有機羰基亞胺基,從而相比於化合物Y,鹼性降低、消失或者從鹼性變為酸性之化合物。
首先,針對由通式(PA-I)表示之化合物進行說明。
Q-A1 -(X)n -B-R (PA-I)
通式(PA-I)中,
A1 表示單鍵或2價的連結基。
Q表示-SO3 H或-COOH。
X表示-SO2 -或-CO-。
n表示0或1。
B表示單鍵、氧原子或-N(Rx)-。
Rx表示氫原子或1價的有機基。
R表示具有鹼性官能基之1價的有機基,或者表示具有銨基之1價的有機基。
作為A1 中的2價的連結基,碳數為2~12的2價的連結基為較佳,例如,可以舉出伸烷基及伸苯基等。其中,具有至少1個氟原子之伸烷基為較佳,碳數為2~6為較佳,2~4為更佳。伸烷基鏈中可以具有氧原子或硫原子等連結基。伸烷基為氫原子的數量中的30~100%被氟原子取代之伸烷基為較佳,與Q部位鍵結之碳原子具有氟原子為更佳。其中,A1 中的2價的連結基為全氟伸烷基為較佳,全氟伸乙基、全氟伸丙基或全氟伸丁基為更佳。
作為Rx中的1價的有機基,較佳為碳數為4~30,例如,可以舉出烷基、環烷基、芳基、芳烷基及烯基等。
作為Rx中的烷基,可以具有取代基,較佳為碳數為1~20的直鏈及分支烷基,烷基鏈中亦可以具有氧原子、硫原子和/或氮原子。
此外,作為具有取代基之烷基,尤其,可以舉出環烷基在直鏈或分支烷基上取代之基團(例如,金剛烷甲基、金剛烷乙基、環己基乙基及莰酮殘基等)。
作為Rx中的環烷基,可以具有取代基,較佳為碳數為3~20的環烷基,亦可以在環內具有氧原子。
作為Rx中的芳基,可以具有取代基,較佳為碳數為6~14的芳基。
作為Rx中的芳烷基,可以具有取代基,可以較佳地舉出碳數為7~20的芳烷基。
作為Rx中的烯基,可以具有取代基,例如,可以舉出在作為Rx而舉出之烷基的任意位置具有雙鍵之基團。
作為鹼性官能基的較佳之部分結構,例如,可以舉出冠醚、一級~三級胺、及含氮雜環(吡啶、咪唑及吡口井等)的結構。
作為銨基的較佳之部分結構,例如,能夠舉出一級~三級銨、吡啶鎓、咪唑啉、及吡嗪鎓結構等。
此外,作為鹼性官能基,具有氮原子之官能基為較佳,具有一級~三級胺基之結構或含氮雜環結構為更佳。從提高鹼性之觀點考慮,在該等結構中,與結構中所包含之氮原子相鄰之所有原子為碳原子或氫原子為較佳。又,從提高鹼性之觀點考慮,吸電子性的官能基(羰基、磺醯基、氰基及鹵素原子等)不與氮原子直接連接為較佳。
作為包含該種結構之1價的有機基(基團R)中的1價的有機基,較佳的碳數為4~30,可以舉出烷基、環烷基、芳基、芳烷基及烯基等,各基團可以具有取代基。
包含R中的鹼性官能基或銨基之、烷基、環烷基、芳基、芳烷基及烯基中的、烷基、環烷基、芳基、芳烷基及烯基,分別與作為Rx而舉出之烷基、環烷基、芳基、芳烷基及烯基相同。
作為上述各基團可具有之取代基,例如,可以舉出鹵素原子、羥基、硝基、氰基、羧基、環烷基(較佳為碳數為3~10。一部分可以被雜原子或具有雜原子之基團(酯基等)取代)、芳基(較佳為碳數為6~14)、烷氧基(較佳為碳數為1~10)、醯基(較佳為碳數為2~20)、醯氧基(較佳為碳數為2~10)、烷氧基羰基(較佳為碳數為2~20)、及胺基醯基(較佳為碳數為2~20)等。關於芳基及環烷基等中的環狀結構,作為取代基可以進一步舉出烷基(較佳為碳數為1~20)。關於胺基醯基,作為取代基可以進一步舉出1個或2個烷基(較佳為碳數為1~20)。
B為-N(Rx)-之情況下,R與Rx鍵結而形成環為較佳。藉由形成環結構,穩定性得到提高,使用其之組成物的保存穩定性得到提高。形成環之碳數為4~20為較佳,可以為單環,亦可以為多環,在環內還可以包含氧原子、硫原子和/或氮原子。
作為單環結構,可以舉出包含氮原子之4~8員環等。作為多環結構,可以舉出由2個或3個以上之單環結構之組合而成之結構。
作為該種環結構,例如,可以舉出哌口井環及哌啶環。
單環結構及多環結構可以具有取代基,例如,鹵素原子、羥基、氰基、羧基、羰基、環烷基(較佳為碳數為3~10。一部分可以被雜原子或具有雜原子之基團(酯基等)取代)、芳基(較佳為碳數為6~14)、烷氧基(較佳為碳數為1~10)、醯基(較佳為碳數為2~15)、醯氧基(較佳為碳數為2~15)、烷氧基羰基(較佳為碳數為2~15)或胺基醯基(較佳為碳數為2~20)等為較佳。關於芳基及環烷基等中的環狀結構,作為取代基可以進一步舉出烷基(較佳為碳數為1~15)。關於胺基醯基,作為取代基可以舉出1個或2個烷基(較佳為碳數為1~15)。
接著,針對由通式(PA-II)表示之酸進行說明。
Q1 -X1 -NH-X2 -Q2 (PA-II)
通式(PA-II)中,
Q1 及Q2 分別獨立地表示1價的有機基。其中,Q1 及Q2 中的任一方具有鹼性官能基。Q1 與Q2 鍵結而形成環,所形成之環可以具有鹼性官能基。
X1 及X2 分別獨立地表示-CO-或-SO2 -。
通式(PA-II)中的作為Q1 及Q2 的1價的有機基,較佳為碳數為1~40,例如,可以舉出烷基、環烷基、芳基、芳烷基及烯基等。
作為Q1 及Q2 中的烷基,可以具有取代基,較佳為碳數為1~30的直鏈及分支烷基,烷基鏈中可以具有氧原子、硫原子和/或氮原子。
作為Q1 及Q2 中的環烷基,可以具有取代基,較佳為碳數為3~20的環烷基,環內可以具有氧原子和/或氮原子。
作為Q1 及Q2 中的芳基,可以具有取代基,較佳為碳數為6~14的芳基。
作為Q1 及Q2 中的芳烷基,可以具有取代基,可以較佳地舉出碳數為7~20的芳烷基。
作為Q1 及Q2 中的烯基,可以具有取代基,可以舉出在上述烷基的任意位置具有雙鍵之基團。
作為上述各基團可以具有之取代基,例如,可以舉出鹵素原子、羥基、硝基、氰基、羧基、羰基、環烷基(較佳為碳數為3~10)、芳基(較佳為碳數為6~14)、烷氧基(較佳為碳數為1~10)、醯基(較佳為碳數為2~20)、醯氧基(較佳為碳數為2~10)、烷氧基羰基(較佳為碳數為2~20)及胺基醯基(較佳為碳數為2~10)等。關於芳基及環烷基等中的環狀結構,作為取代基可以進一步舉出烷基(較佳為碳數為1~10)。關於胺基醯基,作為取代基可以進一步舉出烷基(較佳為碳數為1~10)。作為具有取代基之烷基,例如,可以舉出全氟甲基、全氟乙基、全氟丙基及全氟丁基等全氟烷基。
作為Q1 及Q2 中的至少任一個所具有之鹼性官能基的較佳的部分結構,可以舉出與作為通式(PA-I)的R所具有之鹼性官能基而進行說明者相同者。
作為Q1 與Q2 鍵結而形成環且所形成之環具有鹼性官能基之結構,例如,可以舉出Q1 與Q2 的有機基進一步由伸烷基、氧基或亞胺基等鍵結之結構。
通式(PA-II)中,X1 及X2 中的至少單方為-SO2 -為較佳。
接著,針對由通式(PA-III)表示之酸進行說明。
Q1 -X1 -NH-X2 -A2 -(X3m -B-Q3 (PA-III)
通式(PA-III)中,
Q1 及Q3 分別獨立地表示1價的有機基。其中,Q1 及Q3 中的任一方具有鹼性官能基。Q1 與Q3 鍵結而形成環,所形成之環可以具有鹼性官能基。
X1 、X2 及X3 分別獨立地表示-CO-或-SO2 -。
A2 表示2價的連結基。
B表示單鍵、氧原子或-N(Qx)-。
Qx表示氫原子或1價的有機基。
B為-N(Qx)-時,Q3 與Qx可以鍵結而形成環。
M表示0或1。
Q1 與通式(PA-II)中的Q1 的含義相同。
作為Q3 的有機基,可以舉出與通式(PA-II)中的Q1 及Q2 的有機基相同者。
又,作為Q1 與Q3 鍵結而形成環且所形成之環具有鹼性官能基之結構,例如,可以舉出Q1 與Q3 的有機基進一步由伸烷基、氧基或亞胺基等鍵結之結構。
作為A2 中的2價的連結基,較佳為具有碳數為1~8之氟原子之2價的連結基,例如,可以舉出具有碳數為1~8的氟原子之伸烷基及具有氟原子之伸苯基等。更佳為具有氟原子之伸烷基,較佳為碳數為2~6,更佳為碳數為2~4。伸烷基鏈中可以具有氧原子和/或硫原子等連結基。伸烷基為氫原子的數量中的30~100%被氟原子取代之伸烷基為較佳,全氟伸烷基為更佳,碳數為2~4的全氟伸烷基為特佳。
作為Qx中的1價的有機基,較佳為碳數為4~30的有機基,例如,可以舉出烷基、環烷基、芳基、芳烷基及烯基等。烷基、環烷基、芳基、芳烷基及烯基可以舉出與上述式(PA-I)中的Rx的含義相同者。
通式(PA-III)中,X1 、X2 、及X3 為-SO2 -為較佳。
(陰離子)
化合物Y為由陰離子及陽離子組成之鎓鹽化合物為較佳。
作為化合物Y中的陰離子,例如,可以舉出從通式(d1)、通式(d2)、通式(PA-I)、通式(PA-II)或從通式(PA-III)中明確示出之-COOH、-SO3 H及-NH-中去除氫原子而作為-COO- 、-SO3 - 及-N -之陰離子。
具體而言,可以舉出分別由通式(d1a)、通式(d2a)、通式(PA-Ia)、通式(PA-II)或由通式(PA-IIIa)表示之陰離子。
Rd1 -COO- (d1a)
Rd1 -SO3 - (d2a)
Qa -A1 -(X)n -B-R (PA-Ia)
Q1 -X1 -N- -X2 -Q2 (PA-IIa)
Q1 -X1 -N- -X2 -A2 -(X3m -B-Q3 (PA-IIIa)
關於上述各式中的各記號,分別與對應之式的對應的記號的含義相同。
其中,通式(PA-Ia)中,Qa 表示-SO3 - 或-COO-
又,由通式(d1a)及(d2a)表示之陰離子為分別從由通式(d1-a)及(d2-a)表示之酸的-COOH及-SO3 H中去除氫原子之陰離子,即由通式(d1-aa)及(d2-aa)表示之陰離子為較佳。
[化學式34]
關於上述各式中的各記號,分別與對應之式中的對應的記號的含義相同。
例示出由通式(d1a)表示之陰離子。
又,一併示出關於使用“Software V11.02(1994-2013 ACD/Labs)”(商品名、Advanced Chemistry Development公司製造)算出之共軛酸之pka。
[化學式35]
[化學式36]
[化學式37]
[化學式38]
[化學式39]
[化學式40]
(陽離子)
作為化合物Y,鎓鹽化合物為較佳,由通式(d1a)、通式(d2a)、通式(PA-Ia)、通式(PA-II)或由通式(PA-IIIa)表示之陰離子與鋶陽離子之鋶鹽化合物、由通式(d1a)、通式(d2a)、通式(PA-Ia)、通式(PA-II)或由通式(PA-IIIa)表示之陰離子與錪陽離子之錪鹽化合物為更佳。
上述鋶鹽化合物的鋶陽離子由通式(ZI)表示為較佳,上述錪鹽化合物的錪陽離子由通式(ZII)表示為較佳。
[化學式41]
上述通式(ZI)中,
R201 、R202 及R203 分別獨立地表示有機基。
作為R201 、R202 及R203 的有機基的碳數為1~30為較佳,1~20為更佳。
又,R201 ~R203 中的2個可以鍵結而形成環結構,環內可以包含氧原子、硫原子、酯鍵、醯胺鍵或羰基。作為R201 ~R203 中的2個鍵結而形成之基團,可以舉出伸烷基(例如,伸丁基或伸戊基等)。
作為R201 、R202 及R203 的有機基,可以舉出芳基、烷基及環烷基等。
在R201 、R202 及R203 中,至少1個為芳基為較佳,3個全部為芳基為更佳。作為芳基,除了苯基及萘基等以外,亦可以為吲哚殘基及吡咯殘基等雜芳基。
作為R201 ~R203 的烷基,碳數為1~10的直鏈狀或支鏈狀烷基為較佳,甲基、乙基、正丙基、異丙基或正丁基為更佳。
作為R201 ~R203 的環烷基,碳數為3~10的環烷基為較佳,環丙基、環丁基、環戊基、環己基或環庚基為更佳。
作為該等基團可以具有之取代基,可以舉出硝基、氟原子等鹵素原子、羧基、羥基、胺基、氰基、烷氧基(較佳為碳數為1~15)、環烷基(較佳為碳數為3~15)、芳基(較佳為碳數為6~14)、烷氧基羰基(較佳為碳數為2~7)、醯基(較佳為碳數為2~12)、芳基羰基(較佳為碳數為7~15)、烷基芳基羰基(較佳為碳數8~18)、環烷基磺醯基以及烷氧基羰氧基(較佳為碳數為2~7)等。又,取代基亦可以具有酸分解性基。
通式(ZII)中,
R204 ~R205 分別獨立地表示芳基、烷基或環烷基。
作為R204 ~R205 的芳基、烷基及環烷基,與前述作為通式(ZI)中的R201 ~R203 的芳基、烷基、及環烷基而進行說明之基團相同。
作為R204 ~R205 的芳基、烷基及環烷基可具有之取代基,可以舉出前述化合物(ZI)中的R201 ~R203 的芳基、烷基及環烷基可具有者。
作為化合物Y,由通式(PA1)或(PA2)表示之化合物為較佳。
[化學式42]
通式(PA1)中,
R’201 、R’202 及R’203 分別獨立地表示有機基,具體而言,與式(ZI)的R201 、R202 及R203 相同。
X- 表示陰離子。上述陰離子為由通式(d1a)、(d2a)、(PA-Ia)、(PA-II)或(PA-IIIa)表示之陰離子為較佳。
上述通式(PA2)中,
R’204 及R’205 分別獨立地表示芳基、烷基或環烷基,具體而言,與式(ZII)的R204 及R205 相同。
X- 表示陰離子。上述陰離子為由通式(d1a)、(d2a)、(PA-Ia)、(PA-II)或(PA-IIIa)表示之陰離子為較佳。
以下,例示化合物Y。只要係藉由光化射線或放射線的照射而鹼性降低之鹼性化合物或銨鹽化合物,則亦可以將下述例示化合物中的陰離子與陽離子之組合進行適當變更之化合物作為化合物Y。又,同樣地,亦可以將作為由通式(d1a)表示之陰離子在上段中例示之陰離子與下述例示化合物中的陽離子進行適當組合之化合物用作化合物Y。
[化學式43]
[化學式44]
[化學式45]
[化學式46]
[化學式47]
[化學式48]
[化學式49]
[化學式50]
[化學式51]
[化學式52]
[化學式53]
[化學式54]
[化學式55]
化合物Y能夠依照常規方法來合成。
例如,使用日本特表平11-501909號公報或日本特開2003-246786號公報中所記載之鹽交換法能夠從由通式(d1)、通式(d2)或者由通式(PA-I)表示之化合物或其鋰、鈉或鉀鹽、及錪或鋶的氫氧化物、溴化物或氯化物等容易地合成化合物Y。又,亦能夠以日本特開平7-333851號公報中記載之合成方法為基準。
又,產生由通式(PA-II)或(PA-III)表示之酸之化合物能夠藉由使用一般的磺酸酯基化反應或磺醯胺化反應而容易地合成。例如,能夠利用如下方法來獲得,即,使雙磺醯鹵化物的一方的磺醯基鹵化物部選擇性地與包含由通式(PA-II)或(PA-III)表示之部分結構之胺或醇等進行反應,而形成磺醯胺鍵或磺酸酯鍵之後,對另一方的磺醯基鹵化物部分進行水解之方法,或藉由包含由通式(PA-II)表示之部分結構之胺或醇將環狀磺酸酐開環之方法。包含由通式(PA-II)或(PA-III)表示之部分結構之胺及醇,在鹼性下使胺及醇與(R’O2 C)2 O或(R’SO22 O等的酐,或、R’O2 CCl或R’SO2 Cl等的醯氯化合物進行反應來合成(R’為甲基、正辛基或三氟甲基等)。尤其,能夠以日本特開2006-330098號公報的合成例等為基準。
化合物Y只要係藉由光化射線或放射線的照射而鹼性降低之鹼性化合物或銨鹽化合物,則可以為在1分子中具有陰離子部及陽離子部這雙方而在分子內形成鹽之兩性離子,亦可以為非兩性。
作為該種兩性離子之化合物Y,藉由光化射線或放射線的照射而鹼性降低之鹼性化合物且由通式(IS)表示之化合物為較佳。
Ar1 -I- -Ar2 -LIS -COO- (IS)
通式(IS)中,Ar1 表示芳基(較佳為碳數為6~15,更佳為碳數為6)。
Ar2 表示伸芳基(較佳為碳數為6~15,更佳為碳數為6)。
LIS 表示單鍵或2價的連結基。
作為上述2價的連結基,可以舉出酯基、醚基、羰基、硫醚基、-SO2 -、-NRN -(RN 表示氫原子或烷基)、2價的烴基(較佳為碳數為1~10。例如,伸烷基、伸烯基(例:-CH=CH-)、伸炔基(例:-C≡C-))、伸芳基(較佳為碳數為6~16)及組合該等之基團。
LIS 為單鍵為較佳。
又,相對於Ar2 的LIS 之鍵結位置為成為相對於I- 之鄰位之位置為較佳。
Ar1 及Ar2 還可以具有取代基。
化合物Y相對於抗蝕劑組成物的總固體成分的含量為0.5質量%以上為較佳,0.8質量%以上為更佳,1.3質量%以上為進一步較佳。又,化合物Y相對於抗蝕劑組成物的總固體成分的含量為20質量%以下為較佳,15質量%以下為更佳,10質量%以下為進一步較佳。
<光酸產生劑Z>
本發明的抗蝕劑組成物包含光酸產生劑Z。光酸產生劑Z為藉由曝光而產生酸且與化合物Y不同之化合物。
光酸產生劑Z可以為低分子化合物的形態,亦可以為嵌入聚合物的一部分中之形態。又,亦可以併用低分子化合物的形態及嵌入聚合物的一部分中之形態。
光酸產生劑Z為低分子化合物之形態之情況下,分子量為3000以下為較佳,2000以下為更佳,1000以下為進一步較佳。
光酸產生劑Z為被嵌入聚合物的一部分中之形態之情況下,可以被嵌入樹脂X的一部分中,亦可以被嵌入與樹脂X不同之樹脂中。
本發明中,光酸產生劑Z為低分子化合物的形態為較佳。
作為光酸產生劑Z,並沒有特別限定,產生有機酸之化合物為較佳。
作為上述有機酸,例如,可以舉出磺酸(脂肪族磺酸、芳香族磺酸及樟腦磺酸等)、羧酸(脂肪族羧酸、芳香族羧酸及芳烷基羧酸等)、羰基磺醯基醯亞胺酸、雙(烷基磺醯基)醯亞胺酸及三(烷基磺醯基)甲基化酸等。
藉由光酸產生劑Z產生之酸的體積並沒有特別限制,從抑制藉由曝光產生之酸向非曝光部擴散,並且所獲得之圖案的LER性能更優異之觀點考慮,240Å3 以上為較佳。此外,從靈敏度或對塗佈溶劑之溶解性的觀點考慮,藉由光酸產生劑Z產生之酸的體積為1500Å3 以下為較佳,1000Å3 以下為更佳,700Å3 以下為進一步較佳。
換言之,本發明的抗蝕劑組成物包含所產生之酸的體積在上述體積的範圍內之大小的光酸產生劑Z為較佳。
又,在併用所產生之酸的體積為240Å3 以上(較佳為240~1500Å3 )之光酸產生劑Z及所產生之酸的體積小於240Å3 之光酸產生劑Z之情況下,所產生之酸的體積為240Å3 以上(較佳為240~1500Å3 )之光酸產生劑Z的含量相對於抗蝕劑組成物中的光酸產生劑Z的總含量為60~100質量%為較佳,75~100質量%為更佳,99~100質量%為進一步較佳。
上述體積的值藉由使用Fujitsu Limited製造之“WinMOPAC”來求出。計算上述體積之值時,首先,輸入有關各例之酸的化學結構,接著,將該結構作為初始結構並利用使用了MM(Molecular Mechanics,分子力學)3法之分子力場計算來確定各酸的最穩定立體形,然後,藉由針對該等最穩定立體形進行利用PM(Parameterized Model number,參數化模型號)3法之分子軌道計算,從而能夠計算出各酸的“可接觸體積(accessible volume)”。
藉由光酸產生劑Z產生之酸的結構並沒有特別限制,從抑制酸的擴散和使解析性變良好之觀點考慮,藉由光酸產生劑Z產生之酸與樹脂X之間之相互作用強亦較佳。從該觀點考慮,藉由光酸產生劑Z產生之酸為有機酸之情況下,例如,除了磺酸基、羧酸基、羰基磺醯亞胺酸基、二磺醯亞胺酸基、及三磺醯甲酸基等有機酸基以外還具有極性基亦較佳。
作為極性基,例如,可以舉出醚基、酯基、醯胺基、醯基、磺基、磺醯氧基、磺醯胺基、硫醚基、硫酯基、脲基、碳酸酯基、胺基甲酸酯基、羥基及巰基。
產生之酸所具有之極性基的數量並沒有特別限制,1個以上為較佳,2個以上為更佳。其中,從抑制過度顯影之觀點考慮,極性基的數量為小於6個為較佳,小於4個為更佳。
從光酸產生劑Z產生之酸的pka為-15.00以上且小於-1.00為較佳,-15.00~-1.50為更佳,-13.00~-2.00為進一步較佳、-10.00~-2.40為特佳。
使用2種以上的光酸產生劑Z之情況下,由1種以上(較佳為2種以上)的光酸產生劑Z產生之酸的pka滿足上述適當範圍為較佳,從所有的光酸產生劑Z產生之酸的pka滿足上述適當範圍為更佳。
又,由光酸產生劑Z產生之酸的pka比由上述化合物Y產生之酸的pka低為較佳。
化合物Y產生之酸的pka與光酸產生劑Z產生之酸的pka之差(由化合物Y產生之酸的pka-由光酸產生劑Z產生之酸的pka)大於0.00為較佳,3.00以上為更佳,3.50以上為進一步較佳、4.00以上為特佳。
化合物Y產生之酸的pka與光酸產生劑Z產生之酸的pka之差為15.00以下為較佳,10.00以下為更佳,7.00以下為進一步較佳。
此外,化合物Y及光酸產生劑Z中的任意一方以上使用複數種之情況下,由化合物Y中的1種及光酸產生劑中的1種組成之組合中的1個以上(較佳為2個以上)滿足上述pka之差的關係為較佳,上述組合中的全部滿足上述pka之差的關係為更佳。
作為光酸產生劑Z,例如,產生以下例示之酸之光酸產生劑Z為較佳。此外,在部分例子中,附記有體積的計算值(單位Å3 )。
[化學式56]
[化學式57]
[化學式58]
其中,從本發明的效果更優異之觀點考慮,光酸產生劑Z為包含陰離子及陽離子之光酸產生劑Z為較佳。
例如,光酸產生劑Z為化合物Y的說明中敘述之包含由通式(ZI)或(ZII)表示之陽離子及由Z- 表示之陰離子之化合物為較佳。
更具體而言,光酸產生劑Z為由下述通式(ZIz)或(ZIIz)表示之化合物為較佳。
[化學式59]
通式(ZIz)及(ZIIz)中,R201 ~R205 與上述通式(ZI)及(ZII)中的R201 ~R205 的含義相同。
Z- 表示非親核性陰離子(引起親核反應之能力顯著低之陰離子)。
作為非親核性陰離子,例如可以舉出磺酸陰離子(脂肪族磺酸陰離子、芳香族磺酸陰離子及樟腦磺酸陰離子等)、羧酸陰離子(脂肪族羧酸陰離子、芳香族羧酸陰離子及芳烷基羧酸陰離子等)、磺醯基醯亞胺陰離子、雙(烷基磺醯基)醯亞胺陰離子及三(烷基磺醯基)甲基化物陰離子等。
脂肪族磺酸陰離子及脂肪族羧酸陰離子中的脂族部位可以為烷基,亦可以為環烷基,碳數為1~30的直鏈狀或支鏈狀的烷基以及碳數為3~30的環烷基為較佳。
作為芳香族磺酸陰離子及芳香族羧酸陰離子中的芳香環基,碳數為6~14的芳基為較佳,例如可以舉出苯基、甲苯基及萘基。
作為在上述中舉出之烷基、環烷基及芳基能夠具有之取代基的具體例,可以舉出硝基、氟原子等的鹵素原子、羧基、羥基、胺基、氰基、烷氧基(較佳為碳數為1~15)、烷基(較佳為碳數為1~15)、環烷基(較佳為碳數為3~15)、芳基(較佳為碳數為6~14)、烷氧基羰基(較佳為碳數為2~7)、醯基(較佳為碳數為2~12)、烷氧基羰氧基(較佳為碳數為2~7)、烷硫基(較佳為碳數為1~15)、烷基磺醯基(較佳為碳數為1~15)、烷基亞胺基磺醯基(較佳為碳數為1~15)、芳氧基磺醯基(較佳為碳數為6~20)、烷基芳氧基磺醯基(較佳為碳數為7~20)、環烷基芳氧基磺醯基(較佳為碳數為10~20)、烷氧基烷氧基(較佳為碳數為5~20)、烷基磺醯基芳氧基(較佳為碳數為7~20)及環烷基烷氧基烷氧基(較佳為碳數8~20)。
又,上述取代基在可能之情況下,亦可以進一步具有取代基,作為進一步具有之取代基,例如,可以舉出氟原子等鹵素原子。亦即,例如,作為取代基的烷基可以為氟烷基,亦可以為全氟烷基。
作為芳烷基羧酸陰離子中的芳烷基,碳數為7~12的芳烷基為較佳,例如可以舉出苄基、苯乙基、萘基甲基、萘基乙基及萘基丁基。
作為磺醯基醯亞胺陰離子,例如可以舉出糖精(saccharin)陰離子。
作為雙(烷基磺醯基)醯亞胺陰離子及三(烷基磺醯基)甲基化物陰離子中的烷基,碳數為1~5的烷基為較佳。作為該等烷基之取代基,可以舉出鹵素原子、被鹵素原子取代之烷基、烷氧基、烷硫基、烷氧基磺醯基、芳氧基磺醯基及環烷基芳氧基磺醯基,氟原子或被氟原子取代之烷基為較佳。
又,雙(烷基磺醯基)醯亞胺陰離子中的烷基可以彼此鍵結而形成環結構。藉此,酸強度增加。
作為其他非親核性陰離子,例如可以舉出氟化磷(例如,PF6 - )、氟化硼(例如,BF4 - )及氟化銻(例如,SbF6 - )。
作為非親核性陰離子,磺酸中的至少α位被氟原子取代之脂肪族磺酸陰離子、氟原子或被具有氟原子之基團取代之芳香族磺酸陰離子、烷基被氟原子取代之雙(烷基磺醯基)醯亞胺陰離子或烷基被氟原子取代之三(烷基磺醯基)甲基化物陰離子為較佳。其中,全氟脂肪族磺酸陰離子(較佳為碳數為4~8)或具有氟原子之苯磺酸陰離子為更佳,九氟丁烷磺酸陰離子、全氟辛烷磺酸陰離子、五氟苯磺酸陰離子或3,5-雙(三氟甲基)苯磺酸陰離子為進一步較佳。
又,作為非親核性陰離子,由以下通式(AN1)表示之陰離子亦較佳。
[化學式60]
式中,
Xf分別獨立地表示氟原子或被至少1個氟原子取代之烷基。
R1 及R2 分別獨立地表示氫原子、氟原子或烷基,存在複數個時之R1 及R2 可以分別相同,亦可以不同。
L表示2價的連結基,存在複數個時之L可以相同,亦可以不同。
A表示環狀的有機基。
x表示1~20的整數,y表示0~10的整數,z表示0~10的整數。
對通式(AN1)進行進一步詳細的說明。
被Xf的氟原子取代之烷基中的烷基的碳數為1~10為較佳,1~4為更佳。又,作為被Xf的氟原子取代之烷基,全氟烷基為較佳。
作為Xf,氟原子或碳數為1~4的全氟烷基為較佳。作為Xf的具體例,可以舉出氟原子、CF3 、C2 F5 、C3 F7 、C4 F9 、CH2 CF3 、CH2 CH2 CF3 、CH2 C2 F5 、CH2 CH2 C2 F5 、CH2 C3 F7 、CH2 CH2 C3 F7 、CH2 C4 F9 及CH2 CH2 C4 F9 等,其中,氟原子或CF3 為較佳。尤其,兩者的Xf為氟原子為較佳。
R1 及R2 的烷基可以具有取代基(較佳為氟原子),取代基中的碳數為1~4為較佳。作為取代基,碳數為1~4的全氟烷基為較佳。作為具有R1 及R2 的取代基之烷基的具體例,可以舉出CF3 、C2 F5 、C3 F7 、C4 F9 、C5 F11 、C6 F13 、C7 F15 、C8 F17 、CH2 CF3 、CH2 CH2 CF3 、CH2 C2 F5 、CH2 CH2 C2 F5 、CH2 C3 F7 、CH2 CH2 C3 F7 、CH2 C4 F9 及CH2 CH2 C4 F9 等,其中,CF3 為較佳。
作為R1 及R2 ,氟原子或CF3 為較佳。
x為1~10的整數為較佳,1~5為更佳。
y為0~4的整數為較佳,0為更佳。
z為0~5的整數為較佳,0~3的整數為更佳。
作為L的2價的連結基,並沒有特別限定,可以舉出-COO-、-CO-、-O-、-S-、-SO-、-SO2 -、伸烷基、伸環烷基、伸烯基及該等中之複數個進行連結之連結基等,總碳數為12以下的連結基為較佳。其中,-COO-、-OCO-、-CO-或-O-為較佳,-COO-或-OCO-為更佳。
作為A的環狀的有機基,只要為具有環狀結構者,則並沒有特別限定,可以舉出脂環基、芳香環基及雜環基(不僅包含具有芳香族性者,亦包含不具有芳香族性者)等。
作為脂環基,可以為單環,亦可以為多環,環戊基、環己基及環辛基等單環的環烷基為較佳,除此以外,降莰基、三環癸烷基、四環癸烷基、四環十二烷基或金剛烷基等多環的環烷基為較佳。其中,降莰基、三環癸烷基、四環癸烷基、四環十二烷基或金剛烷基等具有碳數為7以上的龐大結構之脂環基從能夠抑制曝光後加熱製程中的膜中擴散性,提高MEEF(Mask Error Enhancement Factor,遮罩錯誤增強因子)之觀點考慮,為較佳。
作為芳香環基可以舉出苯環、萘環、菲環及蒽環等。
作為雜環基,可以舉出來自於呋喃環、噻吩環、苯并呋喃環、苯并噻吩環、二苯并呋喃環、二苯并噻吩環及吡啶環等之基團。其中,來自於呋喃環、噻吩環及吡啶環之基團為較佳。
又,作為環狀的有機基,亦可以舉出內脂結構,作為具體例,可以舉出前述由通式(LC1-1)~(LC1-22)表示之內脂結構。
上述環狀的有機基可以具有取代基。作為上述取代基,可以舉出烷基(可以為直鏈狀、支鏈狀及環狀中的任一種,碳數為1~12為較佳)、環烷基(可以為單環及多環中的任一種,為多環之情況下,可以為螺環。碳數為3~20為較佳)、芳基(碳數為6~14為較佳)、羥基、烷氧基、酯基、醯胺基、胺基甲酸酯基、脲基、硫醚基、磺醯胺基及磺酸酯基等。此外,構成環狀的有機基之碳(有助於形成環之碳)可以為羰基碳。
進而,作為非親核性陰離子,例如,可以為三碸羧酸陰離子或二碸醯胺陰離子。
三碸羧酸陰離子為例如由C- (SO2 -Rp3 表示之陰離子。
在此,Rp 表示可以具有取代基之烷基,氟烷基為較佳,全氟烷基為更佳,三氟甲基為進一步較佳。
二碸醯胺陰離子為例如由N- (SO2 -Rq2 表示之陰離子。
在此,Rq 表示可以具有取代基之烷基,氟烷基為較佳,全氟烷基為更佳。2個Rq 可以相互鍵結而形成環。2個Rq 彼此鍵結而形成之基團為可以具有取代基之伸烷基為較佳,氟伸烷基為更佳,全氟伸烷基為進一步較佳。上述伸烷基的碳數為2~4為較佳。
光酸產生劑Z可以為在1分子中具有陰離子部及陽離子部這兩者而在分子內形成鹽之兩性離子系光酸產生劑,亦可以為非兩性離子系光酸產生劑。
作為光酸產生劑Z,能夠援用日本特開2014-041328號公報的[0368]~[0377]段及日本特開2013-228681號公報的[0240]~[0262](對應於美國專利申請公開第2015/0004533號說明書的[0339])段,該等內容被編入本申請說明書中。
以下,例示出光酸產生劑Z。
[化學式61]
[化學式62]
[化學式63]
[化學式64]
又,適當組合了以下示出之陰離子及陽離子之光酸產生劑Z亦較佳。
其中,組合以下陰離子及陽離子而獲得之化合物成為鹼性化合物之組合除外。
[化學式65]
[化學式66]
抗蝕劑組成物中的光酸產生劑Z的含量並沒有特別限制,相對於組成物的總固體成分為5~50質量%為較佳,10~40質量%為更佳,10~35質量%為進一步較佳,大於10質量%且小於35質量%為特佳。
光酸產生劑Z可以單獨使用1種,亦可以使用2種以上,使用2種光酸產生劑Z為較佳。使用2種以上之光酸產生劑Z之情況下,其總量在上述範圍內為較佳。使用2種以上光酸產生劑Z之情況下,所使用之任意光酸產生劑所產生之酸的體積亦為240Å3 以上(較佳為240~1500Å3 )為較佳。
<疏水性樹脂>
抗蝕劑組成物可以包含除了上述樹脂X以外的與樹脂X不同之疏水性樹脂。
疏水性樹脂設為偏在於抗蝕劑膜的表面為較佳,但與界面活性劑不同,並不一定要於分子內具有親水性基,亦可以不對均勻混合極性物質和非極性物質作出貢獻。
作為添加疏水性樹脂之效果,可以舉出抗蝕劑膜表面相對於水的靜態及動態接觸角的控制以及脫氣(outgas)的抑制等。
從向膜表層的偏在化之觀點考慮,疏水性樹脂具有“氟原子”、“矽原子”、及“樹脂的側鏈的部分中所包含之CH3 部分結構”中的任意1種以上為較佳,具有2種以上為更佳。又,上述疏水性樹脂具有碳數為5以上的烴基為較佳。該等基團可以存在於樹脂的主鏈中,亦可以取代於側鏈。
疏水性樹脂包含氟原子和/或矽原子之情況下,疏水性樹脂中的上述氟原子和/或矽原子可以包含於樹脂的主鏈中,亦可以包含於側鏈中。
疏水性樹脂包含氟原子之情況下,作為具有氟原子之部分結構,為具有氟原子之烷基、具有氟原子之環烷基或者具有氟原子之芳基為較佳。
具有氟原子之烷基(較佳為碳數為1~10,更佳為碳數為1~4)為至少1個氫原子被氟原子取代之直鏈狀或支鏈狀烷基,還可以具有除了氟原子以外的取代基。
具有氟原子之環烷基為至少1個氫原子被氟原子取代之單環或多環的環烷基,還可以具有除了氟原子以外的取代基。
作為具有氟原子之芳基,可以舉出苯基及萘基等芳基中的至少1個氫原子被氟原子取代者,還可以具有除了氟原子以外的取代基。
作為具有氟原子或矽原子之重複單元的一例,可以舉出US2012/0251948A1的[0519]段中例示者。
又,如上述,疏水性樹脂於側鏈部分包含CH3 部分結構亦較佳。
在此,疏水性樹脂中的側鏈部分所具有之CH3 部分結構為包含乙基及丙基等所具有之CH3 部分結構者。
另一方面,直接鍵結於疏水性樹脂的主鏈之甲基(例如,具有甲基丙烯酸構造之重複單元的α-甲基)由於主鏈的影響而對疏水性樹脂的表面偏在化作出之貢獻小,因此設為不包含於本發明中的CH3 部分結構者。
關於疏水性樹脂,能夠參閱日本特開2014-010245號公報的[0348]~[0415]段中的記載,該等內容被編入本申請說明書中。
此外,作為疏水性樹脂,除了這些以外,亦能夠較佳地使用日本特開2011-248019號公報、日本特開2010-175859號公報及日本特開2012-032544號公報中所記載之樹脂。
抗蝕劑組成物包含疏水性樹脂之情況下,疏水性樹脂的含量相對於組成物的總固體成分為0.01~20質量%為較佳,0.1~15質量%為更佳。
<界面活性劑>
抗蝕劑組成物可以包含界面活性劑。藉由包含界面活性劑,能夠形成黏附性優異、顯影缺陷更少之圖案。
作為界面活性劑,氟系和/或矽系界面活性劑為較佳。
作為氟系和/或矽系界面活性劑,例如可以舉出美國專利申請公開第2008/0248425號說明書的[0276]段中所記載之界面活性劑。又,可以使用Eftop EF301或EF303(Shin-Akita Kasei Co.,Ltd.製造);Fluorad FC430、431或4430(Sumitomo 3M Limited製造);Megaface F171、F173、F176、F189、F113、F110、F177、F120或R08(DIC CORPORATION製造);Surflon S-382、SC101、102、103、104、105或106(ASAHI GLASS CO.,LTD.製造);TroySol S-366(Troy Chemical Industries Inc.製造);GF-300或GF-150(Toagosei Chemical Co.,Ltd.製造)、Surflon S-393(SEIMI CHEMICAL CO.,LTD.製造);Eftop EF121、EF122A、EF122B、RF122C、EF125M、EF135M、EF351、EF352、EF801、EF802或EF601(Gemco Co.,Ltd.製造);PF636、PF656、PF6320或PF6520(OMNOVA Solutions Inc.製造);KH-20(Asahi Kasei Corporation製造);FTX-204G、208G、218G、230G、204D、208D、212D、218D或222D(Neos Corporation製造)。此外,作為矽系界面活性劑,亦能夠使用聚矽氧烷聚合物KP-341(Shin-Etsu Chemical Co.,Ltd.製造)。
又,界面活性劑除了如上述中所示出之公知的界面活性劑以外,可以使用藉由調節聚合(telomerization)法(亦稱為短鏈聚合物(telomer)法)或寡聚合(oligo merization)法(亦稱為寡聚物法)而製造之氟脂肪族化合物而合成。具體而言,可以將具備從該氟脂肪族化合物導出之氟脂肪族基之聚合物用作界面活性劑。該氟脂肪族化合物能夠藉由例如日本特開2002-090991號公報中所記載之方法來合成。
又,亦可以使用除了美國專利申請公開第2008/0248425號說明書的[0280]段中所記載之氟系和/或矽系以外的界面活性劑。
該等界面活性劑可以單獨使用1種,或亦可以將2種以上組合使用。
抗蝕劑組成物包含界面活性劑之情況下,界面活性劑的含量相對於組成物的總固體成分為0.0001~2質量%為較佳,0.0005~1質量%為更佳。
<溶劑>
抗蝕劑組成物可以包含溶劑。
溶劑包括選自包括(M1)丙二醇單烷基醚羧酸酯以及(M2)丙二醇單烷基醚、乳酸酯、乙酸酯、烷氧基丙酸酯、鏈狀酮、環狀酮、內酯、及碳酸伸烷酯之群組中的至少1個中的至少一者為較佳。此外,該溶劑還可以包含除了成分(M1)及(M2)以外的成分。
本發明人等發現若藉由將該種溶劑及上述樹脂組合來使用,則能夠形成組成物的塗佈性提高,並且顯影缺陷數少之圖案。雖然其理由尚未明確,但本發明人等認為其原因在於:由於該等溶劑的上述樹脂的溶解性、沸點及黏度的平衡優異,因此能夠抑制組成物膜的膜厚的不均勻及旋塗過程中的析出物的產生等。
作為成分(M1),選自包括丙二醇單甲醚乙酸酯(PGMEA:propylene glycol monomethylether acetate)、丙二醇單甲醚丙酸酯及丙二醇單乙醚乙酸酯之群組中的至少1個為較佳,丙二醇單甲醚乙酸酯(PGMEA)為更佳。
作為成分(M2),以下者為較佳。
作為丙二醇單烷基醚,丙二醇單甲醚(PGME:propylene glycol monomethylether)及丙二醇單乙醚為較佳。
作為乳酸酯,乳酸乙酯、乳酸丁酯或乳酸丙酯為較佳。
作為乙酸酯,乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸異丁酯、乙酸丙酯、乙酸異戊酯、甲酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸丁酯、甲酸丙酯或乙酸3-甲氧基丁酯為較佳。
又,丁酸丁酯亦較佳。
作為烷氧基丙酸酯,3-甲氧基丙酸甲酯(MMP:methyl 3-Methoxypropionate)或3-乙氧基丙酸乙酯(EEP:ethyl 3-ethoxypropionate)為較佳。
作為鏈狀酮,1-辛酮、2-辛酮、1-壬酮、2-壬酮、丙酮、2-庚酮、4-庚酮、1-己酮、2-己酮、二異丁酮、苯基丙酮、甲乙酮、甲基異丁基酮、乙醯丙酮、丙酮基丙酮、紫羅蘭酮(ionone)、二丙酮醇(diaceto nylalcohol)、乙醯甲醇、苯乙酮、甲基萘基酮或甲基戊基酮為較佳。
作為環狀酮,甲基環己酮、異佛酮或環己酮為較佳。
作為內酯,γ-丁內酯為較佳。
作為碳酸伸烷酯,碳酸丙烯酯為較佳。
作為成分(M2),丙二醇單甲醚(PGME)、乳酸乙酯、3-乙氧基丙酸乙酯、甲基戊基酮、環己酮、乙酸丁酯、乙酸戊酯、γ-丁內酯或碳酸丙烯酯為更佳。
除了上述成分以外,使用碳數為7以上(7~14為較佳,7~12為更佳,7~10為進一步較佳)並且雜原子數為2以下的酯系溶劑為較佳。
作為碳數為7以上並且雜原子數為2以下的酯系溶劑的較佳例,可以舉出乙酸戊酯、乙酸2-甲基丁酯、乙酸1-甲基丁酯、乙酸己酯、丙酸戊酯、丙酸己酯、丙酸丁酯、異丁酸異丁酯、丙酸庚酯、及丁酸丁酯等,乙酸異戊酯為較佳。
作為成分(M2),閃點(以下,亦稱為fp)為37℃以上者為較佳。作為該種成分(M2),丙二醇單甲醚(fp:47℃)、乳酸乙酯(fp:53℃)、3-乙氧基丙酸乙酯(fp:49℃)、甲基戊基酮(fp:42℃)、環己酮(fp:44℃)、乙酸戊酯(fp:45℃)、2-羥基異丁酸甲酯(fp:45℃)、γ-丁內酯(fp:101℃)或碳酸丙烯酯(fp:132℃)為較佳。在該等中,丙二醇單乙醚、乳酸乙酯、乙酸戊酯或環己酮為更佳,丙二醇單乙醚或、乳酸乙酯為進一步較佳。
此外,在此,“閃點”係指,Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.或Sigma-Aldrich公司的試劑產品目錄中所記載之值。
溶劑包含成分(M1)為較佳。溶劑實質上僅包含成分(M1)或者為成分(M1)及其他成分之混合溶劑為更佳。後者之情況下,溶劑包含成分(M1)及成分(M2)雙方為進一步較佳。
成分(M1)與成分(M2)之質量比(M1/M2)在“100/0”~“15/85”的範圍內為較佳,在“100/0”~“40/60”的範圍內為更佳,在“100/0”~“60/40”的範圍內為進一步較佳。亦即,溶劑僅包含成分(M1),或者包含成分(M1)及成分(M2)雙方,並且,該等的質量比為如下為較佳。亦即,後者之情況下,成分(M1)相對於成分(M2)的質量比為15/85以上為較佳,40/60以上為更較佳,60/40以上為進一步較佳。若採用該種構成,則能夠進一步減少顯影缺陷數。
此外,溶劑包含成分(M1)及成分(M2)雙方之情況下,成分(M1)相對於成分(M2)之質量比例如設為99/1以下。
如上述,溶劑還可以包含除了成分(M1)及(M2)以外之成分。該情況下,除了成分(M1)及(M2)以外之成分的含量相對於溶劑的總量在5~30質量%的範圍內為較佳。
抗蝕劑組成物中的溶劑的含量設定成固體成分濃度為0.5~30質量%為較佳,設定成1~20質量%為更佳。由此能夠進一步提高抗蝕劑組成物的塗佈性。
<其他添加劑>
抗蝕劑組成物還可以包含溶解抑制化合物、染料、可塑劑、光敏劑、光吸收劑、和/或促進對顯影液的溶解性之化合物(例如,分子量為1000以下的苯酚化合物或包含有羧基之脂環族或脂肪族化合物)。
抗蝕劑組成物還可以包含溶解抑制化合物。在此,“溶解抑制化合物”係指,藉由酸的作用而分解而有機系顯影液中的溶解度降低之分子量為3000以下的化合物。
[抗蝕劑膜、圖案形成方法]
以下,對本發明的抗蝕劑膜及本發明的圖案形成方法進行說明。
使用了上述抗蝕劑組成物之圖案形成方法的步驟並沒有特別限制,具有以下製程為較佳。
製程1:使用抗蝕劑組成物形成抗蝕劑膜之製程(抗蝕劑膜形成製程)
製程2:曝光抗蝕劑膜之製程(曝光製程)
製程3:使用顯影液顯影經曝光之抗蝕劑膜之製程(顯影製程)
以下,對上述各自的製程的步驟進行詳細說明。
此外,以下針對使用了鹼性顯影液之態樣進行敘述,但亦可以為將有機溶劑用作顯影液而形成圖案之態樣。
<製程1:抗蝕劑膜形成製程>
製程1為使用抗蝕劑組成物,於基板上形成抗蝕劑膜之製程。
抗蝕劑組成物的定義如上所述。
藉由本製程的說明,亦對本發明的抗蝕劑膜進行說明。
作為使用抗蝕劑組成物形成抗蝕劑膜之方法,可以舉出將抗蝕劑組成物塗佈於基板上之方法。
此外,於塗佈前將抗蝕劑組成物依據需要進行過濾器過濾為較佳。作為過濾器的細孔尺寸,0.1μm以下為較佳,0.05μm以下為更佳,0.03μm以下為進一步較佳。又,過濾器為聚四氟乙烯製、聚乙烯製或者尼龍製為較佳。
抗蝕劑組成物能夠藉由旋塗機或塗佈機等的適當的塗佈方法塗佈於如積體電路元件的製造中所使用之基板(例如,矽/二氧化矽塗覆)上。作為塗佈方法,使用旋塗機之旋轉塗佈為較佳。進行使用旋塗機之旋轉塗佈時之轉速為1000~3000rpm為較佳。
可以於塗佈抗蝕劑組成物之後,乾燥基板而形成抗蝕劑膜。此外,可以依據需要而於抗蝕劑膜的下層形成各種基底膜(無機膜、有機膜、和/或、防反射膜等)。
作為乾燥方法,可以舉出藉由加熱而乾燥之方法。能夠於一般的曝光機、和/或、顯影機所具備之機構進行加熱,亦可以使用加熱板等來進行加熱。加熱溫度為80~150℃為較佳,80~140℃為更佳,80~130℃為進一步較佳。加熱時間為30~1000秒鐘為較佳,60~800秒鐘為更佳,60~600秒鐘為進一步較佳。
抗蝕劑膜的膜厚並沒有特別限制,從能夠形成更高精確度的微細圖案之觀點考慮,10~100nm為較佳,10~65nm為更佳,15~50nm為進一步較佳。
此外,可以於抗蝕劑膜的上層,使用頂塗層組成物來形成頂塗層。
頂塗層組成物能夠不與抗蝕劑膜混合而進一步均勻地塗佈於抗蝕劑膜的上層為較佳。
又,於形成頂塗層之前,乾燥抗蝕劑膜為較佳。接著,能夠藉由如下方法形成頂塗層:於所獲得之抗蝕劑膜上,藉由與上述抗蝕劑膜的形成方法相同之手段塗佈頂塗層組成物,進一步進行乾燥。
頂塗層的膜厚為10~200nm為較佳,20~100nm為更佳,40~80nm為進一步較佳。
關於頂塗層,並沒有特別限定,能夠藉由先前公知的方法來形成先前公知的頂塗層,例如,能夠基於日本特開2014-059543號公報的[0072]~[0082]段中所記載之內容來形成頂塗層。
例如,於抗蝕劑膜上形成包含如日本特開2013-061648號公報中所記載之鹼性化合物之頂塗層為較佳。頂塗層能夠包含之鹼性化合物的具體例可以舉出,後述之抗蝕劑組成物可以包含之鹼性化合物。
又,頂塗層包含如下化合物為較佳,該化合物包含至少1個選自包括醚鍵、硫醚鍵、羥基、硫醇基、羰基鍵、及、酯鍵之組群中的基團或鍵。
<製程2:曝光製程>
製程2為曝光抗蝕劑膜之製程。
作為曝光的方法,可以舉出將光化射線或放射線通過既定的遮罩而照射在所形成之抗蝕劑膜之方法。
本發明的圖案形成方法中,使用電子束(EB)或極紫外線(EUV)來進行曝光為較佳。
曝光後,進行顯影之前進行烘烤(加熱)為較佳。藉由烘烤而促進曝光部的反應,靈敏度及圖案形狀變得更良好。
加熱溫度為80~150℃為較佳,80~140℃為更佳,80~130℃為進一步較佳。
加熱時間為10~1000秒鐘為較佳,10~180秒鐘為更佳,30~120秒鐘為進一步較佳。
能夠於一般的曝光機,和/或顯影機中所具備之機構進行加熱,亦可以使用加熱板等來進行加熱。
該製程亦稱為曝光後烘烤。
<製程3:顯影製程>
製程3為使用鹼性顯影液顯影經曝光之抗蝕劑膜而形成圖案之製程。
作為顯影方法,可以舉出:於充滿顯影液之槽中將基板浸漬一定時間之方法(dip method,浸漬法);藉由表面張力,使顯影液於基板表面上隆起並靜置一定時間而顯影之方法(puddle method,浸置法);向基板表面噴射顯影液之方法(spray method,噴霧法);以及於以一定速度旋轉之基板上,以一定速度一邊對顯影液噴出噴嘴進行掃描,一邊持續噴出顯影液之方法(dynamic dispensemethod,動態分配法)。
又,可以實施如下製程:於進行顯影之製程之後,一邊取代成其他溶劑,一邊停止顯影。
只要顯影時間為未曝光部的樹脂充分溶解之時間,則並沒有特別限制,10~300秒鐘為較佳,20~120秒鐘為更佳。
顯影液的溫度為0~50℃為較佳,15~35℃為更佳。
鹼性顯影液使用包含鹼之鹼水溶液為較佳。鹼水溶液的種類並沒有特別限制,例如可以舉出包含以四甲基氫氧化銨為代表之四級銨鹽、無機鹼、一級胺、二級胺、三級胺、醇胺或者環狀胺等之鹼水溶液。其中,鹼性顯影液為以四甲基氫氧化銨(TMAH)為代表之四級銨鹽的水溶液為較佳。鹼性顯影液中,可以添加適當量的醇類和/或界面活性劑等。鹼性顯影液的鹼濃度通常為0.1~20質量%。又,鹼性顯影液的pH通常為10.0~15.0。
<其他製程>
上述圖案形成方法於製程3之後,包括使用沖洗液進行清洗之製程為較佳。
作為使用鹼性顯影液進行顯影之製程之後的沖洗製程中使用之沖洗液,例如可以舉出純水。此外,於純水中,可以添加適當量的界面活性劑。
沖洗液中可以添加適當量的界面活性劑。
沖洗製程的方法並沒有特別限定,例如可以舉出於以一定速度旋轉之基板上持續噴出沖洗液之方法(旋轉塗佈法)、於充滿沖洗液之槽中將基板浸漬一定時間之方法(浸漬法)以及向基板表面噴射沖洗液之方法(噴霧法)等。
又,本發明的圖案形成方法可以於沖洗製程之後包含加熱製程(Post Bake)。藉由本製程可除去藉由烘烤而殘留於圖案之間及圖案內部之顯影液及沖洗液。又,藉由本製程,具有圖案消失並圖案的表面粗糙度亦得到改善之效果。沖洗製程之後的加熱製程通常於40~250℃(較佳為90~200℃)下,通常進行10秒鐘~3分鐘(較佳為30秒鐘~120秒鐘)。
又,可以將所形成之圖案作為遮罩,實施基板的蝕刻處理。亦即,亦可以將製程3中所形成之圖案作為遮罩,藉由加工基板(或者,下層膜及基板)而於基板形成圖案。
基板(或者,下層膜及基板)的加工方法並沒有特別限定,藉由將製程3中所形成之圖案作為遮罩,並對基板(或者,下層膜及基板)進行乾式蝕刻而於基板形成圖案之方法為較佳。
乾式蝕刻可以為1階段蝕刻,亦可以為由複數個階段組成之蝕刻。蝕刻為由複數個階段組成之蝕刻之情況下,各階段的蝕刻可以為相同的處理,亦可以為不同之處理。
能夠使用公知的任意方法進行蝕刻,各種條件等依據基板的種類或用途等而適當地確定。例如亦能夠按照The International Society for Optical Engineering紀要(Proc.of SPIE)Vol.6924,692420(2008)、日本特開2009-267112號公報等來實施蝕刻。又,“半導體工藝文檔教科書第四版 2007年發行發行人:SEMI 日本”的“第4章蝕刻”中記載之方法。
其中,作為乾式蝕刻,氧電漿蝕刻為較佳。
抗蝕劑組成物以及本發明的圖案形成方法中所使用之各種材料(例如,溶劑、顯影液、沖洗液、防反射膜形成用組成物、頂塗層形成用組成物等)不包含金屬等雜質為較佳。作為該等材料中所包含之雜質的含量,1質量ppm以下為較佳,10質量ppb以下為更佳,100質量ppt以下為進一步較佳,10質量ppt以下為特佳,1質量ppt以下為最佳。在此,作為金屬雜質,可以舉出Na、K、Ca、Fe、Cu、Mg、Al、Li、Cr、Ni、Sn、Ag、As、Au、Ba、Cd、Co、Pb、Ti、V、W以及Zn等。
作為從各種材料中除去金屬等雜質之方法,例如可以舉出使用過濾器之過濾。作為過濾器孔徑,細孔尺寸小於100nm為較佳,10nm以下為更佳,5nm以下為進一步較佳。作為過濾器,聚四氟乙烯製、聚乙烯製或者尼龍製的過濾器為較佳。過濾器可以由組合了上述過濾器原材料及離子交換介質之複合材料而構成。過濾器可以使用預先用有機溶劑進行清洗者。過濾器過濾製程中,可以串聯或並聯地連接複數種類的過濾器而使用。使用複數種類的過濾器之情況下,可以組合使用孔徑和/或材質不同之過濾器。又,可以將各種材料進行複數次過濾,進行複數次過濾之製程可以為循環過濾製程。
抗蝕劑組成物的製造中,例如,使樹脂以及光酸產生劑等各成分溶解於溶劑之後,使用原材料不同之複數個過濾器來進行循環過濾為較佳。例如,將孔徑50nm的聚乙烯製過濾器、孔徑10nm的尼龍製過濾器、孔徑3nm的聚乙烯製過濾器依序連接,並進行10次以上的循環過濾為較佳。過濾器之間的壓力差越小越好,一般為0.1MPa以下,0.05MPa以下為較佳,0.01MPa以下為更佳。過濾器與填充噴嘴之間的壓力差亦越小越好,一般為0.5MPa以下,0.2MPa以下為較佳,0.1MPa以下為更佳。
為了將抗蝕劑組成物的金屬雜質的含量設為少量(例如,質量ppt等級),將抗蝕劑組成物的原料(樹脂及光酸產生劑等)的製造製程(合成原料之製程等)中所使用之裝置的裝置內部進行一部分或全部的玻璃內襯(lining)處理為較佳。該種方法記載於例如,2017年12月21日的化學工業日報中。
藉由氮氣等非活性氣體對抗蝕劑組成物的製造裝置的內部進行氣體置換為較佳。藉此,能夠抑制氧氣等活性氣體溶解於組成物中。
藉由過濾器過濾抗蝕劑組成物之後,填充於乾淨的容器中。填充於容器中之抗蝕劑組成物被冷藏保存為較佳。藉此,抑制隨時間的經過而引起之性能劣化。從結束填充至組成物的容器中至開始冷藏保存為止之時間越短越好,一般為24小時以內,16小時以內為較佳,12小時以內為更佳,10小時以內為進一步較佳。保存溫度為0~15℃為較佳,0~10℃為更佳,0~5℃為進一步較佳。
又,作為減少各種材料中所包含之金屬等雜質之方法,可以舉出作為構成各種材料之原料而選擇金屬含量少的原料之方法、對構成各種材料之原料進行過濾器過濾之方法以及藉由用鐵氟龍(註冊商標)對裝置內進行內襯等而於盡可能抑制污染之條件下進行蒸餾之方法等。
除了過濾器過濾以外,可以進行藉由吸附材之雜質的除去,亦可以組合使用過濾器過濾及吸附材。作為吸附材,能夠使用公知的吸附材,例如,能夠使用矽膠及沸石等無機系吸附材以及活性碳等有機系吸附材。為了減少上述各種材料中所包含之金屬等雜質,需要防止製造製程中的金屬雜質的混入。能夠藉由測量製造裝置的清洗中所使用之清洗液中所包含之金屬成分的含量來確認金屬雜質是否從製造裝置中充分地除去。使用後之清洗液中所包含之金屬成分的含量為100質量ppt(parts per trillion,兆分率)以下為較佳,10質量ppt以下為更佳,1質量ppt以下為進一步較佳。
為了防止伴隨靜電的帶電、繼而產生之靜電放電引起之藥液配管及各種組件(過濾器、O型圈、軟管等)的故障,可以於沖洗液等的有機系處理液中添加導電性的化合物。導電性的化合物並沒有特別限制,例如可以舉出甲醇。添加量並沒有特別限制,從維持較佳顯影特性或沖洗特性之觀點考慮,10質量%以下為較佳,5質量%以下為更佳。
作為藥液配管,能夠使用SUS(不鏽鋼)或者塗膜有實施了抗靜電處理之聚乙烯、聚丙烯或氟樹脂(聚四氟乙烯或全氟烷氧基樹脂等)之各種配管。關於過濾器及O型圈亦同樣地,能夠使用實施了抗靜電處理之聚乙烯、聚丙烯或者氟樹脂(聚四氟乙烯或全氟烷氧基樹脂等)。
對藉由本發明的方法而形成之圖案,亦可以適用改善圖案的表面粗糙度之方法。作為改善圖案的表面粗糙度之方法,例如可以舉出國際公開第2014/002808號中所揭示之、藉由包含氫之氣體的電漿來處理圖案之方法。除此以外,可以舉出日本特開2004-235468號公報、美國專利申請公開第2010/0020297號說明書、日本特開2008-083384號公報以及Proc. of SPIE Vol.8328 83280N-1“EUV Resist Curing Technique for LWR Reduction and Etch Selectivity Enhancement”中所記載之公知的方法。
所形成之圖案為線狀之情況下,藉由將圖案高度除以線寬之值而求得之縱橫比為2.5以下為較佳,2.1以下為更佳,1.7以下為進一步較佳。
所形成之圖案為溝槽(槽)圖案狀或接觸孔圖案狀之情況下,藉由將圖案高度除以溝槽寬度或孔徑之值而求得之縱橫比為4.0以下為較佳,3.5以下為更佳,3.0以下為進一步較佳。
本發明的圖案形成方法亦能夠使用於DSA(Directed Self-Assembly,定向自組裝)中的導引圖案形成(例如,參閱ACS Nano Vol.4 No.8 4815-4823頁)。
又,藉由上述方法而形成之圖案能夠用作例如,日本特開平3-270227號公報以及日本特開2013-164509號公報中所揭示之間隔件工藝(Spacer Process)的芯材(core)。
[電子元件的製造方法]
又,本發明還有關一種包含上述圖案形成方法之電子元件的製造方法。
本發明的電子元件係適當地搭載於電氣電子設備(家電、OA(Office Automation,辦公自動化)、媒體相關設備、光學用設備及通訊設備等)者。
[帶抗蝕劑膜的空白遮罩及光罩的製造方法]
本發明還有關一種包含空白遮罩及配置於空白遮罩上的抗蝕劑膜之帶抗蝕劑膜的空白遮罩。
進一步有關一種包括曝光該種帶抗蝕劑膜的空白遮罩之製程及使用顯影液顯影將經曝光之上述帶抗蝕劑膜的空白遮罩之製程之光罩的製造方法。
在用於製備光罩之光空白遮罩上形成圖案之情況下,作為所使用之透明基板,可以舉出石英、氟化鈣等透明基板。通常,在該基板上層疊遮光膜、防反射膜、進一步層疊相移膜、追加地層疊蝕刻阻止膜及n蝕刻遮罩膜之類的功能性膜,亦即所需要的膜。作為功能性膜的材料,層疊有含有矽或鉻、鉬、鋯、鉭、鎢、鈦或鈮等過渡金屬之膜。又,作為用於最外層之材料的例子,可以舉出選自將矽或在矽中含有氧和/或氮之材料作為主要構成材料者、將在該等中進一步含有過渡金屬之材料作為主要構成材料之矽化合物材料及過渡金屬(尤其,鉻、鉬、鋯、鉭、鎢、鈦或鈮等)中的1種以上以及將在過渡金屬中還包含1個以上的選自氧、氮及碳之元素之材料作為主要構成材料之過渡金屬化合物材料。
遮光膜可以為單層,層疊塗佈有複數種材料之複數層結構為較佳。在複數層結構之情況下,每1層的膜的厚度並沒有特別限定,5nm~100nm為較佳,10nm~80nm為更佳。作為遮光膜整體的厚度,並沒有特別限定,5nm~200nm為較佳,10nm~150nm為更佳。
作為將抗蝕劑膜配置於光空白遮罩上而獲得帶抗蝕劑膜的空白遮罩之方法,能夠參閱圖案形成方法的步驟中的作為製程1(抗蝕劑膜形成製程)而在上面敘述之方法。例如,可以舉出在製程1(抗蝕劑膜形成製程)中,將作為塗佈抗蝕劑組成物之對象之基板作為空白遮罩之方法。
作為實施曝光帶抗蝕劑膜的空白遮罩之製程之方法,能夠參閱作為製程2(曝光製程)而在以上敘述之方法。
作為實施使用顯影液顯影經曝光之上述帶抗蝕劑膜的空白遮罩之製程之方法,能夠參閱作為製程3(顯影製程)而在以上敘述之方法。
[實施例]
以下,依據實施例對本發明進行進一步詳細說明,但本發明並不限定於該等。
[抗蝕劑組成物]
使用以下成分製備了感光化射線性或感放射線性樹脂組成物(抗蝕劑組成物)。
<樹脂>
(合成例1:樹脂P-1的合成)
將相當於樹脂P-1的各重複單元(M-1/M-6/M-25)的單體(從左依序30.0g、40.0g、30.0g)及聚合起始劑V-601(Wako Pure Chemical Industries,Ltd.製造)(3.17g)溶解於環己酮(356g)中。將以這種方式獲得之溶液作為單體溶液。
反應容器中加入環己酮(191.0g),並將體系調整為85℃之上述反應容器中,在氮氣氣氛下,經4小時滴加了上述單體溶液。在反應容器中將所獲得之反應溶液在85℃下攪拌2小時之後,將其放冷至成為室溫。
將放冷後的反應溶液經20分鐘滴加於甲醇及水的混合液(甲醇/水=5/5(質量比)),濾取了所析出之粉體。乾燥所獲得之粉體,獲得了樹脂P-1(31.6g)。
藉由NMR(核磁共振)法求得之重複單元的組成比(質量比)為30/40/30。樹脂P-1的利用GPC法之重量平均分子量以標準聚苯乙烯換算計為8000,分散度(Mw/Mn)為1.6。
其他樹脂亦以相同步驟,或已知步驟進行了合成。
以下,示出使用於樹脂P-1~P-13之重複單元。又,在下述表中,示出各樹脂的組成比(質量比)、重量平均分子量(Mw)、分散度。關於組成比,從左依序與各重複單元對應。
[化學式67]
[表1]
<化合物Y或鹼性物質>
以下,示出實施例中所使用之化合物Y(藉由光化射線或放射線的照射而鹼性降低之、鹼性化合物或銨鹽化合物)及不對應於化合物Y之鹼性物質。
[化學式68]
[化學式69]
上述的一覽中,Q-1~Q-10及Q-14的pka為使用“Software V11.02(1994-2013 ACD/Labs)”(商品名、Advanced Chemistry Development,Inc.製造)而算出之關於共軛酸(經曝光而產生之酸)之pka。
上述一覽中,Q-11~Q-13的pka為以相同的方法算出之作為化合物整體之pka。
此外,對於Q-10,未能夠算出pka。
<光酸產生劑>
光酸產生劑使用了包含以下示出之陽離子及陰離子的組合之光酸產生劑。其中,下述一覽中,PAG-Cation(PAG-陽離子)10為在1個分子中具有陽離子部及陰離子部之兩性離子,並且單獨發揮光酸產生劑之作用。
(陽離子)
[化學式70]
(陰離子)
下述一覽中記載之體積表示由光酸產生劑產生之酸的pka及體積。酸的pka及體積係利用說明書中示出之方法而算出的。
此外,上述PAG-Cation10被曝光而產生之酸的體積為298Å3
又,未能夠算出PAG-Cation10被曝光而產生之酸的pka。
[化學式71]
<疏水性樹脂>
以下式中的數值表示各重複單元的質量比(質量%)。
[化學式72]
<界面活性劑>
W-1:MegafaceF176(DIC CORPORATION製造;氟系)
W-2:MegafaceR08(DIC CORPORATION製造;氟及矽系)
<溶劑>
SL-1:丙二醇單甲醚乙酸酯(PGMEA)
SL-2:丙二醇單甲醚(PGME)
SL-3:乳酸乙酯
SL-4:γ-丁內酯
SL-5:環己酮
<組成物的製備>
以下述表中示出之固體成分濃度及組成混合各成分,並藉由使用具有0.03μm的細孔尺寸之聚乙烯過濾器將其進行過濾而製備了各自的抗蝕劑組成物。
以下,“樹脂”欄、“化合物Y或鹼性物質”欄、“光酸產生劑”欄、“疏水性樹脂”欄及“界面活性劑”欄中記載之各成分的含量(質量%)表示,各成分相對於總固體成分之比例。“溶劑”欄中的記載表示各溶劑的含量的質量比。
[表2]
[圖案形成]
使用上述抗蝕劑組成物而形成了圖案。在圖案的形成中,使用了以下示出之顯影液及沖洗液以及下層膜。
<顯影液及沖洗液>
D-1:3.00質量%四甲基氫氧化銨水溶液
D-2:2.38質量%四甲基氫氧化銨水溶液
D-3:1.50質量%四甲基氫氧化銨水溶液
D-4:1.00質量%四甲基氫氧化銨水溶液
D-5:0.80質量%四甲基氫氧化銨水溶液
D-6:純水
D-7:FIRM Extreme 10(AZEM製造)
<下層膜>
UL-1:AL412(Brewer Science,Inc.製造)
UL-2:SHB-A940(Shin-Etsu Chemical Co.,Ltd.製造)
<圖案形成>
在形成有在後階段中示出之表3中記載之下層膜之矽晶圓(12英吋)上分別塗佈表3中記載之抗蝕劑組成物,並將所獲得之塗膜以表3的“抗蝕劑膜形成塗佈條件”欄中記載之bake(烘烤)條件進行加熱而形成具有表3中記載之膜厚之抗蝕劑膜,從而獲得了具有抗蝕劑膜之矽晶圓。
使用EUV曝光裝置(Exitech Corporation製造、Micro Exposure Tool、NA0.3、Quadrupol、外西格瑪0.68、內西格瑪0.36),對具有所獲得之抗蝕劑膜之矽晶圓進行了圖案照射。此外,作為掩膜版(reticle),使用了線尺寸=20nm,並且、線:間距=1:1之遮罩。
然後,在後階段中示出之表3的“PEB·顯影條件”欄中示出之條件下,烘烤(PEB,Post Exposure Bake)之後,用表3中示出之顯影液攪拌30秒鐘進行顯影,並且用表3中示出之沖洗液攪拌並進行了沖洗。然後,使矽晶圓以4000rpm的轉速旋轉30秒鐘,進一步在90℃下烘烤60秒鐘,從而獲得了間距(Pitch)為40nm、線寬為20nm(空間寬度20nm)的線與空間圖案。
[表3]
[評價]
使用藉由上述方法獲得之抗蝕劑膜及圖案進行了下述中示出之評價。
<靈敏度>
一邊改變曝光量,一邊測定了所形成之線與空間圖案的線寬,求出線寬成為20nm時之曝光量(最佳曝光量),將其作為靈敏度(mJ/cm2 )。該值越小,越表示抗蝕劑膜為高靈敏度且性能良好。
<LER(LER性能)>
在以靈敏度評價中的最佳曝光量解析之線與空間之光阻圖案的觀測中,用尺寸-掃描式電子顯微鏡(SEM:Scanning Electron Microscope(Hitachi High-Technologies Corporation.製造 CG-4100))從圖案上部觀察時,在任意點(100點)觀測從圖案的中心至邊緣之距離,並且用3σ評價了其測定波動。值越小越表示LER性能良好。
<崩塌性能(圖案崩塌抑制性)>
一邊改變曝光量,一邊測定了所形成之線與空間圖案的線寬。此時,將遍及10μm見方未發生圖案崩塌而解析之最小線寬作為崩塌線寬。該值越小,越表示圖案崩塌的折疊餘量越寬,並且圖案崩塌抑制性良好。
將結果示於下述表中。
表中,“單位A的n”欄表示,將使用於各抗蝕劑組成物之樹脂X中的相當於重複單元A之重複單元代入通式(I)時之n的值。
“脂環基”的欄表示,將使用於各抗蝕劑組成物之樹脂X中的相當於重複單元A之重複單元代入通式(I)時之J是否為脂環基。A表示滿足要件,B表示不滿足要件。
“單位C”的欄表示,使用於各抗蝕劑組成物之樹脂X中的相當於重複單元C之重複單元是否相當於重複單元c1~c4中的任一個。
“II-1、II-2”的欄表示,重複單元C具有重複單元c1之情況下,其重複單元c1是否為通式(II-1)或(II-2)。A表示滿足要件,B表示不滿足要件。
“單位A~C的總計質量%”欄表示,使用於各抗蝕劑組成物之樹脂X中的相當於重複單元A~C之重複單元的相對於樹脂X的總質量之總計含量。
“產生酸pka”欄表示,各實施例的抗蝕劑組成物中所使用之化合物Y被曝光而產生之酸(共軛酸)的pka。
“產生酸體積”的欄表示,由使用於各抗蝕劑組成物之各光酸產生劑產生之酸的體積。
“光酸產生劑1”及“光酸產生劑2”欄的“pka差”的欄表示,化合物Y所產生之酸與各光酸產生劑所產生之酸的pka之差。
“崩塌”欄表示圖案崩塌抑制性的評價結果。
[表4]
從上述表中示出之結果,確認到重複單元A中的n值為2以上之情況下,能夠進一步抑制圖案形成時之圖案崩塌(實施例1、5、11及12與其他實施例的比較)。
重複單元A中的J為脂環基之情況下,確認到能夠進一步抑制圖案形成時之圖案崩塌(實施例2、7、8及13與實施例3、4、6、9、10、14及15的比較(重複單元A中的n值為2以上的實施例彼此的比較)。實施例5與實施例1、11及12的比較(重複單元A中的n值為1的實施例彼此的比較))。
樹脂X具有由通式(II-1)或(II-2)表示之重複單元之情況下,確認到抗蝕劑膜的靈敏度更優異(實施例2、6、11及13與其他實施例的比較)。
樹脂X中的重複單元A~C的相對於樹脂X的總質量之總計含量大於90質量%之情況下,確認到抗蝕劑膜的靈敏度更優異(實施例3~5及14~15與其他實施例的比較)。
樹脂X的分散度為1.0~1.5之情況下,確認到能夠進一步抑制圖案形成時之圖案崩塌(實施例1、11及12與其他實施例的比較)。
化合物Y藉由光化射線或放射線的照射而產生pka為1.00~4.50之酸之情況下,確認到所獲得之圖案的LER性能更優異(實施例2~12及14與其他實施例的比較)。
化合物Y所產生之酸的pka與光酸產生劑Z所產生之酸的pka之差為3.00以上之情況下,確認到所獲得之圖案的LER性能更優異(實施例4~6及8~12與其他實施例的比較)。
所產生之酸的體積為240Å3 以上的大小之上述光酸產生劑Z的含量相對於上述感光化射線性或感放射線性樹脂組成物中的上述光酸產生劑Z的總質量為60~100質量%之情況下,確認到所獲得之圖案的LER性能更優異(實施例2與實施例3~12及14的比較(化合物Y與光酸產生劑的產生酸之pka之差為3.00以上的實施例彼此的比較))。
抗蝕劑組成物包含2種以上的上述光酸產生劑Z之情況下,確認到所獲得之圖案的LER性能更優異(實施例5及8的結果。實施例7與實施例2、3及14之比較(化合物Y的產生酸pka為1以上,並且與光酸產生劑之pka差小於3.00之實施例彼此的比較))。

Claims (22)

  1. 一種感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其包含: 樹脂X,具有選自包括由通式(I)表示之重複單元A、具有酸分解性基之重複單元B以及由通式(II)表示之重複單元c1、由通式(III)表示之重複單元c2、具有碳酸酯環基之重複單元c3及具有酐環基之重複單元c4之群組中的重複單元C; 化合物Y,係藉由光化射線或放射線的照射而鹼性降低之鹼性化合物或銨鹽化合物;及 光酸產生劑Z,係除了該化合物Y以外之化合物, 通式(I)中,RI表示氫原子或1價的有機基, n表示1以上的整數, J表示(n+1)價的連結基, 通式(II)中,RII表示氫原子或1價的有機基, Q表示2價的連結基, T表示1價的有機基, 通式(III)中,RIII分別獨立地表示氫原子或取代基, lac表示內酯環基。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其中 n表示2以上的整數。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其中 J表示(n+1)價的具有脂環基之基團。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其中 該重複單元A為由通式(I-a)表示之重複單元, 通式(I-a)中,RI表示氫原子或1價的有機基。
  5. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其中 該重複單元A的含量相對於該樹脂X的總質量為20質量%以上。
  6. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其中 該重複單元B具有由通式(B-a)~(B-c)中的任一個表示之基團, 通式(B-a)中,Ox 表示氧原子, Rc1 表示與Ox 直接鍵結之原子為三級碳原子之取代基, *表示鍵結位置, 通式(B-b)中,Cx 表示碳原子, Rc2 表示與Cx 直接鍵結之原子為三級碳原子之取代基, *表示鍵結位置, 通式(B-c)中,Ox 表示氧原子, Rc3 表示與Ox 直接鍵結之原子為三級碳原子之取代基, Lf表示芳香環基或全氟伸烷基, *表示鍵結位置。
  7. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其中 T表示由通式(II-a)~(II-c)中的任一個表示之基團, 通式(II-a)~(II-c)中,*表示鍵結位置。
  8. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其中 該樹脂X具有選自包括由通式(II-1)表示之重複單元及由通式(II-2)表示之重複單元之群組中的重複單元, 通式(II-1)及(II-2)中,RII表示氫原子或1價的有機基。
  9. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其中 該樹脂X的分散度為1.0~1.5。
  10. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其中 該重複單元A、該重複單元B及該重複單元C的總計含量相對於該樹脂X的總質量大於90質量%。
  11. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其中 該化合物Y藉由光化射線或放射線的照射而產生pka為1.00~4.50之酸。
  12. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其包含2種以上的該光酸產生劑Z。
  13. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其中 所產生之酸的體積為240Å3 以上大小的該光酸產生劑Z的含量相對於該感光化射線性或感放射線性樹脂組成物中的該光酸產生劑Z的總質量為60~100質量%。
  14. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其中 該化合物Y藉由光化射線或放射線的照射而產生酸, 該化合物Y所產生之酸的pka與該光酸產生劑Z所產生之酸的pka之差為3.00以上。
  15. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其用於電子束或極紫外線的曝光。
  16. 一種抗蝕劑膜,其使用申請專利範圍第1項至第15項中任一項所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物而形成。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之抗蝕劑膜,其具有10至100nm的膜厚。
  18. 一種圖案形成方法,其包括: 使用申請專利範圍第1項至第15項中任一項所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物而形成抗蝕劑膜之製程、 曝光該抗蝕劑膜之製程及 使用顯影液顯影經曝光之該抗蝕劑膜之製程。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之圖案形成方法,其中 該曝光使用電子束或極紫外線來進行。
  20. 一種帶抗蝕劑膜的空白遮罩,其包含空白遮罩及配置於該空白遮罩上之申請專利範圍第16項或第17項所述之抗蝕劑膜。
  21. 一種光罩的製造方法,其包括: 曝光申請專利範圍第20項所述之帶抗蝕劑膜的空白遮罩之製程;及 使用顯影液顯影經曝光之該帶抗蝕劑膜的空白遮罩之製程。
  22. 一種電子元件的製造方法,其包括申請專利範圍第18項或第19項所述之圖案形成方法。
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TWI741704B (zh) * 2019-08-02 2021-10-01 日商信越化學工業股份有限公司 光阻材料及圖案形成方法

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