TW202010762A - 感光化射線性或感放射線性樹脂組成物、抗蝕劑膜、圖案形成方法及電子器件的製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種感光化射線性或感放射線性樹脂組成物、由上述組成物形成之抗蝕劑膜、使用上述組成物之圖案形成方法及電子器件的製造方法,該感光化射線性或感放射線性樹脂組成物含有樹脂(A)、玻璃轉移溫度為100℃以下的化合物(B)及溶劑,上述樹脂(A)包含源自設為均聚物時的玻璃轉移溫度為50℃以下的單體之重複單元(a1)和具有酸分解性基之重複單元(a2),上述重複單元(a1)係非酸分解性的重複單元,上述樹脂(A)含有具有芳香族環之重複單元,上述化合物(B)的含量相對於總固體成分為1質量%以上,該樹脂組成物的固體成分濃度為10質量%以上。
Description
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、圖案形成方法及電子器件的製造方法。
為了補償KrF準分子雷射(248nm)用抗蝕劑以後由光吸收引起之靈敏度下降,使用稱為化學增幅之圖像形成方法作為抗蝕劑的圖像形成方法。例如,作為正型化學增幅的圖像形成方法,可舉出如下圖像形成方法:藉由準分子雷射、電子束及極紫外光等曝光,使曝光部的光酸產生劑分解而生成酸,藉由該曝光後的烘烤(PEB:Post Exposure Bake)將該產生酸作為反應觸媒進行利用而使鹼不溶性的基團變為鹼可溶性的基團,利用鹼性顯影液去除曝光部。
另一方面,最近利用曝光光源的波長之微細化逐漸面臨極限,尤其在植入工藝製程用途及NAND記憶體(NOT AND記憶體)中,以大容量化為目的之記憶體層的三維化逐漸成為主流。記憶體層的三維化需要增加沿縱向之加工階段數,因此對抗蝕劑膜要求由以往的奈米尺寸向微米尺寸之厚膜化。
例如,專利文獻1中記載有一種含有玻璃轉移溫度為155℃以上的樹脂、玻璃轉移溫度為150℃以下的化合物及溶劑之抗蝕劑組成物。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]國際公開第2017/110352號
為了形成三維結構的記憶體,例如需要使用膜厚1μm以上的厚膜抗蝕劑膜來形成各種圖案,並要求不僅是孤立的空間或接觸孔,亦能夠形成孤立殘留圖案亦即孤立線圖案及孤立點圖案等之抗蝕劑組成物。
本發明人等利用專利文獻1中記載之抗蝕劑組成物來研究其微影特性之結果,發現了孤立殘留圖案的解析度並不充分,存在進一步改善的餘地。具體而言,了解到存在圖案化後或圖案化後蝕刻時的抽真空時孤立的點圖案從基板剝離,產生解析不良之情況。
進而,將專利文獻1中記載之抗蝕劑組成物塗佈於基板上並使其乾燥來獲得之厚膜的抗蝕劑膜放置一定時間之後,進行圖案曝光及顯影之結果,了解到產生無法獲得所需線寬的圖案等CD(Critical Dimension:關鍵尺寸)變動。亦即,了解到專利文獻1中記載之抗蝕劑組成物存在改善PCD(Post Coating Delay:塗佈後延遲)性能之餘地。
又,亦要求將由厚膜的抗蝕劑膜形成之抗蝕劑圖案作為遮罩來進行蝕刻時,抑制產生抗蝕劑圖案的側壁的粗糙度或減少顯影殘渣。
本發明的課題在於提供一種在由厚膜的(例如具有1μm以上的厚度)抗蝕劑膜形成圖案時,孤立殘留圖案的解析度優異,能夠減少圖案的顯影後的顯影殘渣,PCD性能優異,且能夠抑制蝕刻時可能產生之圖案的側壁的粗糙度之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物、抗蝕劑膜、圖案形成方法及電子器件的製造方法。
本發明人等為了解決上述課題,深入研究之結果,發現了藉由含有特定的樹脂、玻璃轉移溫度為100℃以下的化合物之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,能夠解決上述課題,並完成了本發明。
亦即,本發明人等發現了藉由以下構成能夠實現上述目的。
<1>一種感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其含有樹脂(A)、玻璃轉移溫度為100℃以下的化合物(B)及溶劑,其中
上述樹脂(A)包含源自設為均聚物時的玻璃轉移溫度為50℃以下的單體之重複單元(a1)和具有酸分解性基之重複單元(a2),
上述重複單元(a1)係非酸分解性的重複單元,
上述樹脂(A)含有具有芳香族環之重複單元,
上述化合物(B)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的總固體成分為1質量%以上,
固體成分濃度為10質量%以上。
<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
上述重複單元(a1)係源自設為均聚物時的玻璃轉移溫度為30℃以下的單體之重複單元。
<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
上述重複單元(a1)具有可以在鏈中包含雜原子之碳數為2以上的非酸分解性烷基。
<4>如<3>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(a1)係由下述通式(1-2)表示之重複單元。
在通式(1-2)中,R1
表示氫原子、鹵素原子、烷基或環烷基。R2
表示可以在鏈中包含雜原子之碳數2以上的非酸分解性烷基。
<5>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
上述重複單元(a1)係由下述通式(1-3)表示之重複單元。
在通式(1-3)中,R3
表示氫原子、鹵素原子、烷基或環烷基。R4
表示可以在鏈中包含雜原子之具有羧基或羥基之非酸分解性烷基、或可以在環員中包含雜原子之具有羧基或羥基之非酸分解性環烷基。
<6>如<1>~<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
上述樹脂(A)包含具有酚性羥基之重複單元(a4)。
<7>如<1>~<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
上述重複單元(a2)的含量相對於上述樹脂(A)的所有重複單元為50莫耳%以下。
<8>如<1>~<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
上述重複單元(a2)的含量相對於上述樹脂(A)的所有重複單元超過19莫耳%且50莫耳%以下。
<9>如<1>~<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
上述化合物(B)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的總固體成分為20質量%以下。
<10>如<1>~<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
上述化合物(B)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的總固體成分為5~15質量%。
<11>如<1>~<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(B)係樹脂。
<12>如<1>~<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(B)係分子量100~5000的化合物。
<13>如<11>或<12>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(B)係非醚系化合物。
<14>一種抗蝕劑膜,其由<1>~<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形成。
<15>一種圖案形成方法,其具有:
(i)藉由感光化射線性或感放射線性樹脂組成物在基板上形成感光化射線性或感放射線性膜之製程、
(ii)對上述感光化射線性或感放射線性膜照射光化射線或放射線之製程、及
(iii)利用顯影液對經上述光化射線或放射線照射之感光化射線性或感放射線性膜進行顯影之製程,
上述感光化射線性或感放射線性樹脂組成物係<1>~<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。
<16>一種電子器件的製造方法,其包括<15>所述之圖案形成方法。
[發明效果]
依本發明,能夠提供一種在由厚膜的(例如具有1μm以上的厚度)抗蝕劑膜形成圖案時,孤立殘留圖案的解析度優異,能夠減少圖案的顯影後的顯影殘渣,PCD性能優異,且能夠抑制蝕刻時可能產生之圖案的側壁的粗糙度之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物、抗蝕劑膜、圖案形成方法及電子器件的製造方法。
以下,對本發明進行詳細說明。
以下記載之構成要件的說明有時基於本發明的代表性實施形態而完成,但本發明並不限定於該種實施形態。
本說明書中的“光化射線”或“放射線”係表示,例如水銀燈的明線光譜、以準分子雷射為代表之遠紫外線、極紫外線(EUV:Extreme Ultraviolet)、X射線、軟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”除非另有說明,否則不僅包含利用水銀燈的明顯光譜、以準分子雷射為代表之遠紫外線、極紫外線、X射線及EUV光等進行之曝光,還包含利用電子束及離子束等粒子束進行之描繪。
本說明書中,“~”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。
在本說明書中,(甲基)丙烯酸酯表示丙烯酸酯及甲基丙烯酸酯中的至少一種。又,(甲基)丙烯酸表示丙烯酸及甲基丙烯酸中的至少一種。
本說明書中,樹脂的重量平均分子量(Mw)、數平均分子量(Mn)及分散度(亦稱為分子量分佈)(Mw/Mn)被定義為,基於GPC(凝膠滲透層析術(Gel Permeation Chromatography))裝置(TOSOH CORPORATION製造的HLC-8120GPC)之GPC測量(溶劑:四氫呋喃,流量(樣品注入量):10μL,管柱:TOSOH CORPORATION製造的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。
本說明書中的基團(原子團)的標記中,未標有經取代及未經取代的標記係包含不具有取代基之基團和具有取代基之基團。例如,“烷基”係指,不僅包含不具有取代基之烷基(未經取代烷基),亦包含具有取代基之烷基(經取代烷基)。又,本說明書中的“有機基團”係指包含至少一個碳原子之基團。
又,在本說明書中,“可以具有取代基”時的取代基的種類、取代基的位置及取代基的數量並無特別限定。取代基的數量例如可以為1個、2個、3個或其以上。作為取代基的例子,能夠舉出除氫原子以外之1價的非金屬原子團,例如能夠選自以下取代基T。
(取代基T)
作為取代基T,可舉出氟原子、氯原子、溴原子及碘原子等鹵素原子;甲氧基、乙氧基及三級丁氧基等烷氧基;苯氧基及對甲苯氧基等芳氧基;甲氧基羰基、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、甲基丙烯醯基及甲草醯基(methoxalyl group)等醯基;甲基硫基(sulfanyl group)及三級丁基硫烷基等烷基硫基;苯基硫基及對甲苯基硫基等芳基硫基;烷基;環烷基;芳基;雜芳基;羥基;羧基;甲醯基;磺基;氰基;烷基胺基羰基;芳基胺基羰基;磺醯胺基;甲矽烷基;胺基;單烷基胺基;二烷基胺基;芳基胺基;以及該等的組合。
〔感光化射線性或感放射線性樹脂組成物〕
本發明的感光化射線性或感放射線性樹脂組成物(以下,亦簡單稱為“本發明的組成物”)含有樹脂(A)、玻璃轉移溫度為100℃以下的化合物(B)及溶劑,上述樹脂(A)包含源自設為均聚物時的玻璃轉移溫度為50℃以下的單體之重複單元(a1)及具有酸分解性基之重複單元(a2),上述重複單元(a1)係非酸分解性的重複單元,上述樹脂(A)含有具有芳香族環之重複單元,上述化合物(B)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的總固體成分為1質量%以上,該樹脂組成物的固體成分濃度為10質量%以上。
本發明的組成物係所謂的抗蝕劑組成物,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,係正型抗蝕劑組成物且鹼性顯影用抗蝕劑組成物為較佳。
本發明的組成物典型為化學增幅型抗蝕劑組成物。
關於藉由本發明的組成物來實現由厚膜的(例如具有1μm以上的厚度)抗蝕劑膜形成圖案時,孤立殘留圖案的解析度優異,能夠減少圖案的顯影後的顯影殘渣,PCD性能優異,且能夠抑制在蝕刻時可能產生之圖案的側壁的粗糙度的理由的詳細內容並不明確,但推定如下。
本發明的組成物所包含之樹脂(A)具有源自設為均聚物時的玻璃轉移溫度(Tg)為50℃以下的單體之重複單元(a1),因此為柔軟性高之聚合物。又,本發明的組成物所包含之化合物(B)的Tg為100℃以下,因此為柔軟性高之化合物。認為由包含該等柔軟性高之材料之本發明的組成物形成之抗蝕劑膜的膜質會變柔軟,因此在厚膜的情況下顯著地產生之內部應力得到緩和,圖案剝離得到抑制,藉此提高孤立殘留圖案的解析度。
又,認為藉由存在柔軟性高之聚合物和柔軟性高之化合物,聚合物在顯影時容易變柔軟而溶解性得到提高,藉此減少顯影殘渣。
又,通常,將包含溶劑之抗蝕劑組成物塗佈於基板上來形成抗蝕劑膜時,抗蝕劑膜中會殘留一定量的溶劑。抗蝕劑膜中的殘留溶劑會隨著時間的經過而逐漸揮發減少,因此不會對膜質產生影響。認為使用本發明的組成物來形成之抗蝕劑膜的膜質如前述者柔軟,因此相較於習知之抗蝕劑膜,易於揮發去除殘留溶劑而溶劑不易在抗蝕劑膜中殘留。認為藉此膜質的變化少,因此能夠抑制CD變動,並且提高PCD性能。
進而,藉由抗蝕劑膜柔軟,抑制蝕刻中產生局部凹凸,藉此抑制抗蝕劑圖案的側壁的粗糙度。
<樹脂(A)>
本發明的組成物所包含之樹脂(A)包含源自設為均聚物時的玻璃轉移溫度(Tg)為50℃以下的單體之重複單元(a1)、及具有酸分解性基之重複單元(a2),上述重複單元(a1)係非酸分解性的重複單元。又,樹脂(A)含有具有芳香族環之重複單元。
樹脂(A)係如下一種樹脂(酸分解性樹脂):由於含有具有酸分解性基之重複單元,因此藉由酸的作用分解而極性增大。亦即,在後述之本發明的圖案形成方法中,典型為採用鹼性顯影液作為顯影液時,可較佳地形成正型圖案,採用有機系顯影液作為顯影液時,可較佳地形成負型圖案。
(重複單元(a1))
重複單元(a1)係源自設為均聚物時的玻璃轉移溫度為50℃以下的單體(亦稱為“單體a1”)之重複單元。
又,重複單元(a1)係非酸分解性的重複單元。因此,重複單元(a1)不具有酸分解性基。
(均聚物的玻璃轉移溫度的測量方法)
有產品目錄值或文獻值時,均聚物的玻璃轉移溫度採用該值,沒有時藉由示差掃描量熱(DSC:Differential scanning calorimetry)法進行測量。將用於Tg的測量之均聚物的重量平均分子量(Mw)設為18000,分散度(Mw/Mn)設為1.7。使用TA Instruments Japan Inc.製造之熱分析DSC示差掃描量熱儀Q1000型作為DSC裝置,以升溫速度為10℃/min進行了測量。
另外,用於Tg的測量之均聚物使用對應之單體藉由公知的方法進行合成即可,例如能夠藉由一般的滴加聚合法等進行合成。以下示出一例。
將丙二醇單甲基醚乙酸酯(PGMEA)54質量份在氮氣流下加熱至80℃。一邊攪拌該溶液,一邊經6小時滴加了包含對應之單體21質量%、2,2’-偶氮雙異丁酸二甲酯0.35質量%之PGMEA溶液125質量份。滴加結束後,在80℃下進一步攪拌了2小時。將反應液放冷之後,用大量的甲醇/水(質量比9:1)進行再次沉澱、過濾,並乾燥所獲得之固體而獲得了均聚物(Mw:18000、Mw/Mn:1.7)。將所獲得之均聚物用於DSC測量。DSC裝置及升溫速度如上所述。
單體a1只要設為均聚物時的玻璃轉移溫度(Tg)為50℃以下,則並無特別限定,從提高點圖案的解析度及抑制蝕刻時可能產生之抗蝕劑圖案的側壁的粗糙度的觀點考慮,設為均聚物時的Tg為30℃以下為較佳。將單體a1設為均聚物時的Tg的下限並無特別限定,-80℃以上為較佳,更佳為-70℃以上,進一步較佳為-60℃以上,尤其較佳為-50℃以上。藉由將單體a1設為均聚物時的Tg的下限設為上述範圍,抑制加熱時的圖案的流動性,並進一步提高點圖案的垂直性,因此較佳。
作為重複單元(a1),從更易於使殘留溶劑揮發的觀點考慮,具有可以在鏈中包含雜原子之碳數為2以上的非酸分解性烷基之重複單元為較佳。本說明書中,“非酸分解性”係指具有不會因光酸產生劑所產生之酸而引起脫離/分解反應之性質。
亦即,更具體而言,“非酸分解性烷基”可舉出不會因光酸產生劑所產生之酸的作用而從樹脂(A)脫離之烷基或不會因光酸產生劑所產生之酸的作用而分解之烷基。
非酸分解性烷基可以為直鏈狀及支鏈狀中的任一種。
以下,對具有可以在鏈中包含雜原子之碳數為2以上的非酸分解性烷基之重複單元進行說明。
作為可以在鏈中包含雜原子之碳數2以上的非酸分解性烷基並無特別限定,例如可舉出碳數為2~20的烷基及在鏈中含有雜原子之碳數2~20的烷基。
作為可以在鏈中含有雜原子之碳數為2~20的烷基,例如可舉出1個或2個以上的-CH2
-經-O-、-S-、-CO-、-NR6
-或將該等組合2個以上而得之2價的有機基團所取代之烷基。上述R6
表示氫原子或碳數為1~6的烷基。
作為可以在鏈中包含雜原子之碳數為2以上的非酸分解性烷基,具體而言,可舉出甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、月桂基、硬脂基、異丁基、二級丁基、1-乙基戊基及2-乙基己基、以及該等的1個或2個以上的-CH2
-經-O-或-O-CO-取代之1價的烷基。
作為可以在鏈中包含雜原子之碳數為2以上的非酸分解性烷基的碳數,2以上且16以下為較佳,2以上且10以下為更佳,2以上且8以下為進一步較佳。碳數為2以上的非酸分解性烷基的碳數的下限為4以上為較佳。
另外,碳數為2以上的非酸分解性烷基可具有取代基(例如取代基T)。
重複單元(a1)係由下述通式(1-2)表示之重複單元為較佳。
在通式(1-2)中,R1
表示氫原子、鹵素原子、烷基或環烷基。R2
表示可以在鏈中包含雜原子之碳數2以上的非酸分解性烷基。
作為由R1
表示之鹵素原子並無特別限定,例如可舉出氟原子、氯原子、溴原子及碘原子等。
作為由R1
表示之烷基,並無特別限定,例如可舉出碳數1~10的烷基,具體而言,可舉出甲基、乙基及三級丁基等。其中,碳數1~3的烷基為較佳,甲基為更佳。
作為由R1
表示之環烷基,並無特別限定,例如可舉出碳數5~10的環烷基,更具體而言可舉出環己基等。
其中,作為R1
,氫原子或甲基為較佳。
由R2
表示之可以在鏈中包含雜原子之碳數為2以上的非酸分解性烷基的定義及較佳態樣如上所述。
又,從能夠使殘留溶劑更易揮發的觀點考慮,重複單元(a1)可以為具有可以在鏈中包含雜原子之具有羧基或羥基之非酸分解性烷基、或可以在環員中包含雜原子之具有羧基或羥基之非酸分解性環烷基之重複單元。
以下,對具有可以在鏈中包含雜原子之具有羧基或羥基之非酸分解性烷基、或可以在環員中包含雜原子之具有羧基或羥基之非酸分解性環烷基之重複單元進行說明。
作為非酸分解性烷基,可以為直鏈狀及支鏈狀中的任一種。
非酸分解性烷基的碳數為2以上為較佳,從均聚物的Tg為50℃以下之觀點考慮,上述非酸分解性烷基的碳數的上限例如為20以下為較佳。
作為可以在鏈中包含雜原子之非酸分解性烷基,並無特別限定,例如可舉出碳數為2~20的烷基、及在鏈中含有雜原子之碳數2~20的烷基。另外,上述烷基中的氫原子中的至少一個被羧基或羥基取代。
作為可以在鏈中含有雜原子之碳數為2~20的烷基,例如可舉出1個或2個以上的-CH2
-經-O-、-S-、-CO-、-NR6
-或將該等組合2個以上而得之2價的有機基團所取代之烷基。上述R6
表示氫原子或碳數為1~6的烷基。
從耐龜裂性更優異(不易產生龜裂)的觀點考慮,作為可以在鏈中包含雜原子之非酸分解性烷基的碳數,2~16為較佳,2~10為更佳,2~8為進一步較佳。
另外,非酸分解性烷基亦可以具有取代基(例如取代基T)。
作為具有在鏈中含有雜原子之具有羧基之非酸分解性烷基之重複單元的具體例,例如可舉出下述結構的重複單元。
非酸分解性環烷基的碳數為5以上為較佳,從將均聚物的Tg設為50℃以下的觀點考慮,上述非酸分解性環烷基的碳數的上限例如為20以下為較佳,16以下為更佳,10以下為進一步較佳。
作為可以在環員中包含雜原子之非酸分解性環烷基,並無特別限定,例如可舉出碳數為5~20的環烷基(更具體而言,環己基)、及在環員中含有雜原子之碳數5~20的環烷基。另外,上述環烷基中的氫原子中的至少一個被羧基或羥基取代。
作為在環員中含有雜原子之碳數為5~20的環烷基,例如可舉出1個或2個以上的-CH2
-被-O-、-S-、-CO-、-NR6
-或將該等組合2個以上而得之2價的有機基團所取代之環烷基。上述R6
表示氫原子或碳數為1~6的烷基。
另外,非酸分解性環烷基亦可以具有取代基(例如取代基T)。
其中,從本發明的效果更加優異之觀點考慮,作為具有可以在鏈中包含雜原子之具有羧基或羥基之非酸分解性烷基、或可以在環員中包含雜原子之具有羧基或羥基之非酸分解性環烷基之重複單元,由下述通式(1-3)表示之重複單元為較佳。
在通式(1-3)中,R3
表示氫原子、鹵素原子、烷基或環烷基。R4
表示可以在鏈中包含雜原子之具有羧基或羥基之非酸分解性烷基、或可以在環員中包含雜原子之具有羧基或羥基之非酸分解性環烷基。
在通式(1-3)中,R3
與上述R1
含義相同,較佳態樣亦相同。
由R4
表示之可以在鏈中包含雜原子之具有羧基或羥基之非酸分解性烷基、或可以在環員中包含雜原子之具有羧基或羥基之非酸分解性環烷基的定義及較佳態樣如上所述。
其中,作為R4
,可以在環員中包含雜原子之具有羧基或羥基之非酸分解性環烷基為較佳。作為該態樣,例如可舉出下述結構的重複單元等。
作為單體a1,例如可舉出丙烯酸乙酯(-22℃)、丙烯酸正丙酯(-37℃)、丙烯酸異丙酯(-5℃)、丙烯酸正丁酯(-55℃)、甲基丙烯酸正丁酯(20℃)、丙烯酸正己酯(-57℃)、甲基丙烯酸正己酯(-5℃)、甲基丙烯酸正辛酯(-20℃)、丙烯酸2-乙基己酯(-70℃)、丙烯酸異壬酯(-82℃)、甲基丙烯酸月桂酯(-65℃)、丙烯酸2-羥基乙酯(-15℃)、甲基丙烯酸2-羥基丙酯(26℃)、琥珀酸1-[2-(甲基丙烯醯氧基)乙酯](9℃)、甲基丙烯酸2-乙基己酯(-10℃)、丙烯酸二級丁酯(-26℃)、甲氧基聚乙二醇單甲基丙烯酸酯(n=2)(-20℃)、丙烯酸十六烷基酯(35℃)等。另外,括號內表示作為均聚物時的Tg(℃)。
另外,甲氧基聚乙二醇單甲醚甲基丙烯酸酯(n=2)係下述結構的化合物。
單體a1係丙烯酸正丁酯、丙烯酸正己酯、丙烯酸正辛酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸月桂酯、丙烯酸十六烷基酯、丙烯酸2-羥基乙酯及由下述MA-5表示之化合物為較佳。
樹脂(A)可以僅包含一種重複單元(a1),亦可以包含2種以上。
在樹脂(A)中,重複單元(a1)的含量(重複單元(a1)存在複數個時為其合計)相對於樹脂(A)的所有重複單元,5莫耳%以上為較佳,10莫耳%以上為更佳,50莫耳%以下為較佳,40莫耳%以下為更佳,30莫耳%以下為進一步較佳。其中,樹脂(A)中的重複單元(a1)的含量(重複單元(a1)存在複數個時為其合計)相對於樹脂(A)的所有重複單元,5~50莫耳%為較佳,5~40莫耳%為更佳,5~30莫耳%為進一步較佳。
(重複單元(a2))
樹脂(A)包含具有酸分解性基之重複單元(a2)。
樹脂(A)可以單獨具有一種具有酸分解性基之重複單元(a2),亦可以同時具有2種以上。
在樹脂(A)中,重複單元(a2)的含量(重複單元(a2)存在複數個時為其合計)相對於樹脂(A)的所有重複單元,50莫耳%以下為較佳,超過19莫耳%且50莫耳%以下為更佳。若重複單元(a2)的含量在50莫耳%以下,則從提高點圖案的解析度及減少顯影殘渣的觀點考慮較佳。若重複單元(a2)的含量超過19莫耳%,則進一步提高PCD性能,因此較佳。
作為酸分解性基,具有極性基被藉由酸的作用分解而脫離之基團(脫離基)保護之結構為較佳。
作為極性基,可舉出羧基、酚性羥基、氟化醇基、磺基、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(在2.38質量%氫氧化四甲基銨水溶液中解離之基團)以及醇性羥基等。
另外,醇性羥基係與烴基鍵結之羥基,並且係指除了直接鍵結於芳香環上之羥基(酚性羥基)以外的羥基,作為羥基,α位經氟原子等電子吸引基取代之脂肪族醇(例如為六氟異丙醇基等)除外。作為醇性羥基,pKa(酸解離常數)為12以上且20以下的羥基為較佳。
作為較佳的極性基,可舉出羧基、酚性羥基、氟化醇基(較佳為六氟異丙醇基)及磺酸基。
作為酸分解性基而較佳的基團係將該等基團的氫原子由藉由酸的作用脫離之基團(脫離基)所取代之基團。
作為藉由酸的作用而脫離之基團(脫離基),例如可舉出-C(R36
)(R37
)(R38
)、-C(R36
)(R37
)(OR39
)及-C(R01
)(R02
)(OR39
)等。
式中,R36
~R39
分別獨立地表示烷基、環烷基、芳基、芳烷基或烯基。R36
與R37
可以相互鍵結而形成環。
R01
及R02
分別獨立地表示氫原子、烷基、環烷基、芳基、芳烷基或烯基。
R36
~R39
、R01
及R02
的烷基係碳數1~8的烷基為較佳,例如可舉出甲基、乙基、丙基、正丁基、二級丁基、己基及辛基等。
R36
~R39
、R01
及R02
的環烷基可以為單環,亦可以為多環。
作為單環的環烷基,碳數3~8的環烷基為較佳,例如可舉出環丙基、環丁基、環戊基、環己基及環辛基等。作為多環的環烷基,碳數6~20的環烷基為較佳,例如可舉出金剛烷基、降莰基、異莰基、莰基、二環戊基、α-蒎烯基(pinel group)、三環癸烷基、四環十二烷基及雄甾烷基(androstanyl group)等。另外,環烷基中的至少一個碳原子可以經氧原子等雜原子取代。
R36
~R39
、R01
及R02
的芳基係碳數6~10的芳基為較佳,例如可舉出苯基、萘基及蒽基等。
R36
~R39
、R01
及R02
的芳烷基係碳數7~12的芳烷基為較佳,例如可舉出苄基、苯乙基及萘基甲基等。
R36
~R39
、R01
及R02
的烯基係碳數2~8的烯基為較佳,例如可舉出乙烯基、烯丙基、丁烯基及環己烯基等。
作為R36
與R37
相互鍵結而形成之環,環烷基(單環或多環)為較佳。作為環烷基,環戊基及環己基等單環的環烷基或降莰基、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。
作為酸分解性基,枯基酯基(cumyl ester group)、烯醇酯基、縮醛酯基或三級烷基酯基等為較佳,縮醛酯基或三級烷基酯基為更佳。
・具有-COO-基被藉由酸的作用分解而脫離之脫離基保護之結構(酸分解性基)之重複單元
作為具有酸分解性基之重複單元,樹脂(A)具有由下述通式(AI)表示之重複單元為較佳。
在通式(AI)中,
Xa1
表示氫原子、鹵素原子或1價的有機基團。
T表示單鍵或2價的連結基。
Rx1
~Rx3
分別獨立地表示烷基或環烷基。
Rx1
~Rx3
中的任意2個可以鍵結而形成環結構,亦可以不形成環結構。
作為T的2價的連結基,可舉出伸烷基、伸芳基、-COO-Rt-及-O-Rt-等。式中,Rt表示伸烷基、伸環烷基或伸芳基。
T係單鍵或-COO-Rt-基為較佳。Rt係碳數1~5的鏈狀伸烷基為較佳,-CH2
-、-(CH2
)2
-或-(CH2
)3
-為更佳。T係單鍵為更佳。
Xa1
係氫原子或烷基為較佳。
Xa1
的烷基可以具有取代基,作為取代基,例如可舉出羥基及鹵素原子(較佳為氟原子)。
Xa1
的烷基係碳數1~4為較佳,可舉出甲基、乙基、丙基、羥基甲基及三氟甲基等。Xa1
的烷基係甲基為較佳。
作為Rx1
、Rx2
及Rx3
的烷基,可以為直鏈狀,亦可以為支鏈狀,甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基或三級丁基等為較佳。作為烷基的碳數,1~10為較佳,1~5為更佳,1~3為進一步較佳。Rx1
、Rx2
及Rx3
的烷基中,碳-碳鍵的一部分可以為雙鍵。
作為Rx1
,Rx2
及Rx3
的環烷基,環戊基及環己基等單環的環烷基或降莰基、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。
作為Rx1
、Rx2
及Rx3
中的2個鍵結而形成之環結構,環戊基環、環己基環、環庚基環及環辛烷環等單環的環烷環或降莰烷環、四環癸烷環、四環十二烷環及金剛烷環等多環的環烷基環為較佳。其中,環戊基環、環己基環或金剛烷環為更佳。作為Rx1
、Rx2
及Rx3
中的2個鍵結而形成之環結構,下述所示之結構亦較佳。
以下舉出相當於由通式(AI)表示之重複單元之單體的具體例,但本發明並不限定於該等具體例。下述具體例相當於通式(AI)中之Xa1
為甲基之情況,但Xa1
能夠任意地取代為氫原子、鹵素原子或1價的有機基團。
樹脂(A)具有美國專利申請公開2016/0070167A1號說明書的<0336>~<0369>段中所記載之重複單元作為具有酸分解性基之重複單元亦較佳。
又,樹脂(A)可以具有美國專利申請公開2016/0070167A1號說明書的<0363>~<0364>段中所記載之包含藉由酸的作用進行分解而產生醇性羥基之基團之重複單元作為具有酸分解性基之重複單元。
・具有酚性羥基被藉由酸的作用分解而脫離之脫離基保護之結構(酸分解性基)之重複單元
作為具有酸分解性基之重複單元,樹脂(A)含有具有酚性羥基被藉由酸的作用分解而脫離之脫離基保護之結構之重複單元為較佳。另外,在本說明書中,酚性羥基係以羥基取代芳香族烴基的氫原子而成之基團。芳香族烴基的芳香環係單環或多環的芳香環,可舉出苯環及萘環等。
作為藉由酸的作用分解而脫離之脫離基,例如能夠舉出由式(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)、(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)。其中,Rx1
~Rx3
全部為烷基(直鏈狀或支鏈狀)時,Rx1
~Rx3
中的至少2個係甲基為較佳。
其中,Rx1
~Rx3
係分別獨立地表示直鏈狀或支鏈狀的烷基之重複單元為更佳,Rx1
~Rx3
係分別獨立地表示直鏈狀的烷基之重複單元為進一步較佳。
Rx1
~Rx3
中的2個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、異丁基及三級丁基等碳數1~4的烷基為較佳。
作為Rx1
~Rx3
的環烷基,環戊基、環己基等單環的環烷基或降莰基、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。
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或降莰基、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。其中,碳數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個可以經氧原子等雜原子或羰基等具有雜原子之基團取代。
關於由式(Y1)及(Y2)表示之基團,例如Rx1
為甲基或乙基且Rx2
與Rx3
鍵結而形成上述環烷基之態樣為較佳。
在式(Y3)中,R36
~R38
分別獨立地表示氫原子或1價的有機基團。R37
和R38
可以相互鍵結而形成環。作為1價的有機基團,可舉出烷基、環烷基、芳基、芳烷基及烯基等。R36
係氫原子為較佳。
式(Y4)中,Ar表示芳香族烴基。Rn表示烷基、環烷基或芳基。Rn與Ar可以相互鍵結而形成非芳香族環。Ar更佳為芳基。
作為具有酚性羥基被藉由酸的作用分解而脫離之脫離基保護之結構(酸分解性基)之重複單元,具有酚性羥基中之氫原子由式(Y1)~(Y4)表示之基團保護之結構者為較佳。
作為具有酚性羥基被藉由酸的作用分解而脫離之脫離基保護之結構(酸分解性基)之重複單元,由下述通式(AII)表示之重複單元為較佳。
在通式(AII)中,
R61
、R62
及R63
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,R62
與Ar6
可以鍵結而形成環,此時的R62
表示單鍵或伸烷基。
X6
表示單鍵、-COO-或-CONR64
-。R64
表示氫原子或烷基。
L6
表示單鍵或伸烷基。
Ar6
表示(n+1)價的芳香族烴基,與R62
鍵結而形成環時表示(n+2)價的芳香族烴基。
關於Y2
,n≥2時分別獨立地表示氫原子或藉由酸的作用而脫離之基團。其中,Y2
中的至少一個表示藉由酸的作用而脫離之基團。作為Y2
的藉由酸的作用而脫離之基團係式(Y1)~(Y4)為較佳。
n表示1~4的整數。
上述各基團可以具有取代基,作為取代基,例如可舉出烷基(碳數1~4)、鹵素原子、羥基、烷氧基(碳數1~4)、羧基及烷氧基羰基(碳數2~6)等,碳數8以下者為較佳。
(其他重複單元)
樹脂(A)除了上述重複單元以外,還可以含有其他重複單元。
以下,對樹脂(A)可含有之其他重複單元進行詳述。
(具有羧基之重複單元(a3))
樹脂(A)除了上述重複單元(a1)及重複單元(a2)以外,還可以進一步包含具有羧基之重複單元(a3)。
樹脂(A)藉由含有重複單元(a3)而鹼顯影時的溶解速度更加優異。
作為重複單元(a3),例如可舉出源自下述所示之(甲基)丙烯酸的重複單元。
樹脂(A)可以單獨具有一種重複單元(a3),亦可以同時具有2種以上。
在樹脂(A)中,重複單元(a3)的含量相對於樹脂(A)中的所有重複單元,1~10莫耳%為較佳,2~8莫耳%為更佳。
(具有酚性羥基之重複單元(a4))
樹脂(A)除了上述重複單元(a1)及重複單元(a2)以外,還可以進一步含有具有酚性羥基之重複單元(a4)。
樹脂(A)藉由含有重複單元(a4)而鹼顯影時的溶解速度優異,且耐蝕刻性優異。
作為具有酚性羥基之重複單元,並無特別限定,可舉出羥基苯乙烯重複單元或羥基苯乙烯(甲基)丙烯酸酯重複單元。作為具有酚性羥基之重複單元,由下述通式(I)表示之重複單元為較佳。
式中,
R41
、R42
及R43
分別獨立地表示氫原子、烷基、環烷基、鹵素原子、氰基或烷氧羰基。其中,R42
與Ar4
可以鍵結而形成環,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2價的連結基。
Ar4
表示(n+1)價的芳香族烴基,與R42
鍵結而形成環時表示(n+2)價的芳香族烴基。
n表示1~5的整數。
以將由通式(I)表示之重複單元高極性化之目的,n為2以上的整數或者X4
為-COO-或-CONR64
-亦較佳。
作為由通式(I)中的R41
、R42
及R43
表示之烷基,亦可以具有取代基之甲基、乙基、丙基、異丙基、正丁基、二級丁基、己基、2-乙基己基、辛基及十二基等碳數20以下的烷基為較佳,碳數8以下的烷基為更佳,碳數3以下的烷基為進一步較佳。
作為由通式(I)中的R41
、R42
及R43
表示之環烷基,可以為單環,亦可以為多環。以可以具有取代基之環丙基、環戊基及環己基等碳數3~8個且為單環的環烷基為較佳。
作為由通式(I)中的R41
、R42
及R43
表示之鹵素原子,可舉出氟原子、氯原子、溴原子及碘原子等,氟原子為較佳。
作為由通式(I)中的R41
、R42
及R43
表示之烷氧羰基中含有之烷基,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的取代基,例如可舉出烷基、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、烷氧羰基、氰基及硝基等,取代基的碳數為8以下為較佳。
Ar4
表示(n+1)價的芳香族烴基。n為1時的2價的芳香族烴基可以具有取代基,例如伸苯基、甲伸苯基、伸萘基及蒽基等碳數6~18的伸芳基或例如包含噻吩、呋喃、吡咯、苯并噻吩、苯并呋喃、苯并吡咯、三嗪、咪唑、苯并咪唑、三唑、噻二唑及噻唑等雜環之芳香族烴基為較佳。
作為n係2以上的整數之情況下的(n+1)價的芳香族烴基的具體例,從2價的芳香族烴基的上述具體例,能夠較佳地舉出去除(n-1)個任意氫原子而成之基團。
(n+1)價的芳香族烴基還可以具有取代基。
作為上述之烷基、環烷基、烷氧羰基及(n+1)價的芳香族烴基能夠具有之取代基,例如可舉出以通式(I)中的R41
、R42
及R43
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。
作為藉由X4
表示之-CONR64
-(R64
表示氫原子或烷基)中的R64
的烷基,可以具有取代基之甲基、乙基、丙基、異丙基、正丁基、二級丁基、己基、2-乙基己基、辛基及十二烷基等碳數20以下的烷基為較佳,碳數8以下的烷基為更佳。
作為X4
,單鍵、-COO-或-CONH-為較佳,單鍵或-COO-為更佳。
作為L4
的2價的連結基,伸烷基為較佳,作為伸烷基,可以具有取代基之亞甲基、伸乙基、伸丙基、伸丁基、伸己基及伸辛基等碳數1~8的伸烷基為較佳。
作為Ar4
,可以具有取代基之碳數6~18的芳香族烴基為較佳,苯環基、萘環基或聯伸苯基環基為更佳。其中,由通式(I)表示之重複單元係來自於羥基苯乙烯之重複單元為較佳。亦即,Ar4
係苯環基為較佳。
以下,示出具有酚性羥基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或2。
樹脂(A)可以單獨具有一種重複單元(a4),亦可以同時具有2種以上。
在樹脂(A)中,重複單元(a4)的含量相對於樹脂(A)中的所有重複單元,40莫耳%以上為較佳,50莫耳%以上為更佳,60莫耳%以上為進一步較佳。又,重複單元(a4)的含量相對於樹脂(A)中的所有重複單元,85莫耳%以下為較佳,80莫耳%以下為更佳。
(重複單元(a5))
樹脂(A)可以含有具有選自包括內酯結構、磺內酯結構及碳酸酯結構之群組中之至少一種之重複單元(a5)。
作為內酯結構或磺內酯結構,具有內酯結構或磺內酯結構即可,5~7員環內酯結構或5~7員環磺內酯結構為較佳。其中,其他環結構以形成雙環結構或螺環結構之形式與5~7員環內酯結構縮環者、或者其他環結構以形成雙環結構或螺環結構之形式與5~7員環磺內酯結構縮環者為更佳。
樹脂(A)含有具有由下述通式(LC1-1)~(LC1-21)中的任一個表示之內酯結構或由下述通式(SL1-1)~(SL1-3)中的任一個表示之磺內酯結構之重複單元為進一步較佳。又,內酯結構或磺內酯結構亦可以與主鏈直接鍵結。作為較佳的結構,可舉出由通式(LC1-1)、通式(LC1-4)、通式(LC1-5)、通式(LC1-8)、通式(LC1-16)或通式(LC1-21)表示之內酯結構或由通式(SL1-1)表示之磺內酯結構。
內酯結構部分或磺內酯結構部分可以具有或不具有取代基(Rb2
)。作為較佳的取代基(Rb2
),可舉出碳數1~8的烷基、碳數4~7的環烷基、碳數1~8的烷氧基、碳數2~8的烷氧羰基、羧基、鹵素原子、羥基、氰基及酸分解性基等,碳數1~4的烷基、氰基或酸分解性基為較佳。n2
表示0~4的整數。n2
為2以上時,存在複數個的取代基(Rb2
)可以相同,亦可以不同。又,存在複數個的取代基(Rb2
)彼此可鍵結而形成環。
作為具有內酯結構或磺內酯結構之重複單元,下述通式(III)表示之重複單元為較佳。
上述通式(III)中,
A表示酯鍵(-COO-表示之基團)或醯胺鍵(-CONH-表示之基團)。
n為由-R0
-Z-表示之結構的重複數,表示0~5的整數,0或1為較佳,0為更佳。n為0時,不存在-R0
-Z-,而是成為單鍵。
R0
表示伸烷基、伸環烷基或其組合。存在複數個R0
時,R0
分別獨立地表示伸烷基、伸環烷基或其組合。
Z表示單鍵、醚鍵、酯鍵、醯胺鍵、胺基甲酸酯鍵或脲鍵。存在複數個Z時,Z分別獨立地表示單鍵、醚鍵、酯鍵、醯胺鍵、胺基甲酸酯鍵或脲鍵。
R8
表示具有內酯結構或磺內酯結構之1價有機基團。
R7
表示氫原子、鹵素原子或1價的有機基團(較佳為甲基)。
R0
的伸烷基或伸環烷基可以具有取代基。
作為Z,醚鍵或酯鍵為較佳,酯鍵為更佳。
樹脂(A)可以含有具有碳酸酯結構之重複單元。碳酸酯結構係環狀碳酸酯結構為較佳。
具有環狀碳酸酯結構之重複單元係由下述通式(A-1)表示之重複單元為較佳。
在通式(A-1)中,RA 1
表示氫原子、鹵素原子或1價的有機基團(較佳為甲基)。
n表示0以上的整數。
RA 2
表示取代基。n為2以上時,RA 2
分別獨立地表示取代基。
A表示單鍵或2價的連結基。
Z表示與由式中的-O-C(=O)-O-表示之基團一同形成單環結構或多環結構之原子團。
樹脂(A)具有美國專利申請公開2016/0070167A1號說明書的<0370>~<0414>段中所記載之重複單元作為具有選自包括內酯結構、磺內酯結構及碳酸酯結構之群組中之至少一種之重複單元亦較佳。
樹脂(A)可以單獨具有一種具有選自包括內酯結構、磺內酯結構及碳酸酯結構之群組中之至少一種之重複單元,亦可以同時具有2種以上。
以下舉出相當於由通式(III)表示之重複單元之單體的具體例及相當於由通式(A-1)表示之重複單元之單體的具體例,但本發明並不限定於該等具體例。下述具體例相當於通式(III)中的R7
及通式(A-1)中的RA 1
為甲基之情況,但R7
及RA 1
能夠任意地取代為氫原子、鹵素原子或1價的有機基團。
除了上述單體以外,下述所示之單體亦可以較佳地用作樹脂(A)的原料。
樹脂(A)中所包含之具有選自包括內酯結構、磺內酯結構及碳酸酯結構之群組中之至少一種之重複單元的含量(存在複數個具有選自包括內酯結構、磺內酯結構及碳酸酯結構之群組中之至少一種之重複單元時為其合計)相對於樹脂(A)中的所有重複單元,係5~30莫耳%為較佳,10~30莫耳%為更佳,20~30莫耳%為進一步較佳。
樹脂(A)除了上述重複結構單元以外,還可以以調節耐乾式蝕刻性、標準顯影液適應性、基板密接性、抗蝕劑輪廓或抗蝕劑的一般所要求之特性亦即解析力、耐熱性、靈敏度等為目的而具有各種重複結構單元。
作為該種重複結構單元,能夠舉出相當於規定的單體之重複結構單元,但並不限定於該等。
作為規定的單體,例如可舉出選自丙烯酸酯類、甲基丙烯酸酯類、丙烯醯胺類、甲基丙烯醯胺類、烯丙基化合物、乙烯醚類及乙烯酯類等中之具有1個加成聚合性不飽和鍵之化合物等。
除此以外,亦可以使用能夠與相當於上述各種重複結構單元之單體共聚合之加成聚合性的不飽和化合物。
在樹脂(A)中,可以為了調節各種性能而適當地設定各重複結構單元的含有莫耳比。
(具有芳香族環之重複單元)
樹脂(A)中的重複單元的至少一種係具有芳香族環之重複單元。
從耐蝕刻性更優異之觀點考慮,在樹脂(A)中,具有芳香族環之重複單元的含量相對於樹脂(A)中的所有重複單元,例如為40莫耳%以上,55莫耳%以上為較佳,60莫耳%以上為更佳。又,其上限並無特別限定,例如為97莫耳%以下,85莫耳%以下為較佳,80莫耳%以下為更佳。
(樹脂(A)的聚合方法)
樹脂(A)能夠按照常規方法(例如自由基聚合)進行合成。作為一般的合成方法,例如可舉出(1)藉由將單體種及起始劑溶解於溶劑中並進行加熱而進行聚合之總括聚合法、(2)藉由經1~10小時滴加含有單體種和起始劑之溶液而加入到加熱溶劑中之滴加聚合法等,其中(2)的滴加聚合法為較佳。
作為聚合時之反應溶劑,例如可舉出四氫呋喃、1,4-二噁烷及二異丙醚等醚類、甲基乙基酮及甲基異丁基酮等酮類、乙酸乙酯等酯溶劑、二甲基甲醯胺及二甲基乙醯胺等醯胺類、以及後述之丙二醇單甲醚乙酸酯(PGMEA)、丙二醇單甲醚(PGME)及環己酮等溶解本發明的組成物之溶劑。作為聚合時之反應溶劑,其中使用與本發明的組成物中所使用之溶劑相同之溶劑為較佳。藉此,能夠抑制保存時產生顆粒物(partical)。
聚合反應在氮氣及氬氣等惰性氣體的環境下進行為較佳。聚合反應中使用市售的自由基起始劑(例如,偶氮系起始劑及過氧化物等)作為聚合起始劑為較佳。作為自由基起始劑,偶氮系起始劑為較佳,具有酯基、氰基或羧基之偶氮系起始劑為更佳。作為該種偶氮系起始劑,例如可舉出偶氮雙異丁腈、偶氮雙二甲基戊腈及二甲基2,2’-偶氮雙(2-甲基丙酸酯)等。
如上所述,聚合反應中可以任意添加聚合起始劑。將聚合起始劑添加到體系中之方法並無特別限定,可以為總括添加之態樣,亦可以為分為複數次進行添加之態樣。在聚合反應時,反應液的固體成分濃度通常為5~60質量%,10~50質量%為較佳。反應溫度通常為10~150℃,30~120℃為較佳,60~100℃為更佳。在反應結束後,藉由投入到溶劑中並回收粉體或固體成分之方法等方法來回收聚合物。
樹脂(A)的重量平均分子量係1,000~200,000為較佳,2,000~30,000為更佳,3,000~25,000為進一步較佳。分散度(Mw/Mn)通常為1.0~3.0,1.0~2.6為較佳,1.0~2.0為更佳,1.1~2.0為進一步較佳。
樹脂(A)可以單獨使用一種,亦可以併用2種以上。
本發明的組成物中,樹脂(A)的含量相對於總固體成分,一般為20質量%以上的情況較多,40質量%以上為較佳,60質量%以上為更佳,80質量%以上為進一步較佳。上限並無特別限制,99.5質量%以下為較佳,99質量%以下為更佳,98質量%以下為進一步較佳。
(固體成分濃度)
本發明的感光化射線性或感放射線性樹脂組成物的固體成分濃度為10質量%以上為較佳。作為其結果,例如容易形成膜厚為1μm以上(較佳為10μm以上)的厚膜的圖案。另外,固體成分濃度係指相對於本發明的組成物的總質量之去除溶劑之其他成分(能夠構成抗蝕劑膜之成分)的質量的質量百分率。
<玻璃轉移溫度為100℃以下的化合物(B)>
本發明的組成物含有玻璃轉移溫度(Tg)為100℃以下的化合物(B)(亦簡單稱為“化合物(B)”。)。
化合物(B)係Tg為100℃以下的化合物,則並無特別限定。
化合物(B)可以為高分子化合物,亦可以為寡聚物,還可以為低分子量化合物。
如後述,化合物(B)係非醚系化合物為較佳。作為化合物(B),藉由使用非聚醚系化合物,提高樹脂(A)與基板之密接性,並進一步提高點圖案的解析度。
化合物(B)不是酸擴散控制劑為較佳。
化合物(B)不是界面活性劑為較佳。
化合物(B)可以單獨使用一種,亦可以併用複數種。
化合物(B)的Tg藉由示差掃描量熱(DSC:Differential scanning calorimetry)法進行測量。使用TA Instruments Japan Inc.製造之熱分析DSC示差掃描量熱儀Q1000型作為DSC裝置,以升溫速度為10℃/min進行了測量。
作為化合物(B)的較佳之一實施形態,能夠舉出樹脂。
作為化合物(B)的樹脂亦稱為“樹脂(BI)”。
樹脂(BI)的重量平均分子量(Mw)為5000~100000為較佳,6000~50000為更佳,7000~30000為進一步較佳,8000~18000為特佳,9000~17000為尤其特佳,10000~16000為最佳。
通常,樹脂(BI)的分散度(分子量分佈)為1.0~3.0,1.0~2.6為較佳,1.0~2.0為更佳,1.1~2.0為進一步較佳。
作為樹脂(BI),並無特別限定,可舉出聚乙烯醇縮丁醛、聚乙烯甲醚、聚酯、聚醚、聚酯醚、聚酯胺基甲酸酯、環氧樹脂、酚醛清漆樹脂等。例如,可舉出日本特開2002-022956號公報中記載之聚酯和/或聚醚、日本特開平5-197073號中記載之聚酯醚、聚酯胺基甲酸酯或聚酯、日本特開平2-292342號中記載之酯醚共聚物、日本特開2002-146044號公報等中記載之環氧樹脂或酚醛清漆樹脂等。
又,作為樹脂(BI),可以使用具有在樹脂(A)中舉出之重複單元之樹脂。
樹脂(BI)中具有酚性羥基之重複單元的含量相對於樹脂(BI)的所有重複單元,53mol%以下為較佳,50mol%以下為更佳。
樹脂(BI)含有具有酚性羥基之重複單元時,其含量相對於樹脂(BI)的所有重複單元,10mol%以上為較佳,20mol%以上為更佳。
作為具有酚性羥基之重複單元,樹脂(BI)具有源自羥基苯乙烯之重複單元為較佳。
化合物(B)係非醚系化合物為較佳。亦即,樹脂(BI)係非聚醚為較佳。
作為化合物(B)的較佳之另一實施形態,能夠舉出分子量100~5000的化合物。
將作為化合物(B)的分子量100~5000的化合物亦稱為“化合物(BII)”。
化合物(BII)的分子量為100~4000為較佳,150~3000為更佳,200~2000為最佳。
作為化合物(BII),並無特別限定,能夠舉出聚醚系化合物、磷酸酯、羧酸酯、多元醇酯、磺酸酯。
聚醚系化合物係具有2個以上的醚鍵之化合物。
作為聚醚系化合物,可舉出具有由下述通式(BP-1)表示之部分結構之化合物。
在上述通式(BP-1)中,RP1
表示伸烷基。伸烷基的碳數並無特別限制,1~15為較佳,2~8為更佳,2為進一步較佳。上述伸烷基可以具有取代基,取代基並無特別限制,烷基(較佳為碳數1~10)為較佳。
在上述通式(BP-1)中,m1表示2以上的整數。其中,2~20的整數為較佳。存在複數個的RP1
可以相同,亦可以不同。m1的平均值為2~25為較佳,2~10為更佳,4~8為進一步較佳。
在上述通式(BP-1)中,*表示鍵結鍵。
具有由上述通式(BP-1)表示之部分結構之化合物係由下述通式(BP-2)或下述通式(BP-3)表示之化合物為較佳。
上述通式(BP-2)中的RP1
的定義、具體例及較佳態樣與上述通式(BP-1)中的RP1
相同。
在上述通式(BP-2)中,RP2
及RP3
分別獨立地表示氫原子或烷基。烷基的碳數並無特別限制,1~15為較佳。
在上述通式(BP-2)中,m1表示2以上的整數。m1為2~20的整數為較佳,10以下為更佳。存在複數個的RP1
可以相同,亦可以不同。m1的平均值的上限為25以下為較佳,20以下為更佳,10以下為進一步較佳,8以下為特佳,6以下為最佳。m1的下限為2以上為較佳,4以上為更佳。更具體而言,m1的平均值為2~25為較佳,2~15為更佳,2~8為進一步較佳,4~8為特佳,4~6為最佳。
上述通式(BP-3)中的RP1
的定義、具體例及較佳態樣與上述通式(BP-1)中的RP1
相同。
上述通式(BP-3)中m1的定義及較佳態樣與上述通式(BP-2)中的m1相同。
作為由上述通式(BP-3)表示之化合物,例如可舉出冠醚。
化合物(BII)係具有由下述通式(BP-4)表示之基團之聚醚系化合物為較佳。
藉此,在測量SEM的真空腔室內進行測量時,從厚膜的(例如具有1μm以上的厚度)抗蝕劑膜獲得之抗蝕劑圖案變得不易產生龜裂。其結果,能夠更加準確地實施抗蝕劑圖案的性能評價。
上述通式(BP-4)中的RP4
及m2的具體例及較佳態樣分別與上述通式(BP-1)中關於RP1
及m1的記載相同。
具有由上述通式(BP-4)表示之基團之聚醚系化合物可以具有1個由通式(BP-4)表示之基團,亦可以具有2個以上。
具有由上述通式(BP-4)表示之基團之聚醚系化合物係由下述通式(BP-5)表示之聚醚系化合物為較佳。
在上述通式(BP-5)中,RP4
及m2與上述通式(BP-4)中者含義相同。
RP5
表示氫原子或羥基。
RP5
係羥基為較佳。
具有由通式(BP-4)表示之基團之聚醚系化合物的沸點為220℃以上為較佳,300℃以上為更佳,350℃以上為進一步較佳。
具有由通式(BP-4)表示之基團之聚醚系化合物的沸點典型為550℃以下。
又,具有由通式(BP-4)表示之基團之聚醚系化合物的ClogP值為-2.5~-0.3為較佳,-2.5~-0.5為更佳,-2.5~-1.0為進一步較佳。
其中,ClogP值係與重複單元對應之單體(具有不飽和雙鍵基之化合物)的ClogP值,係基於Chem DrawUltra ver. 12.0.2.1076(Cambridge corporation)之計算值。
具有由通式(BP-4)表示之基團之聚醚系化合物藉由滿足上述沸點的較佳範圍及上述ClogP值的較佳範圍而變得具有更易於獲得不易產生龜裂之上述效果之傾向。
在本發明的較佳一實施形態中,具有由通式(BP-4)表示之基團之聚醚系化合物係通式(BP-5)表示之化合物,係通式(BP-5)中的RP5
為羥基,沸點為350℃以上的化合物。
聚醚系化合物的分子量並無特別限制,100~5000為較佳,150~3000為更佳,200~2000為進一步較佳。
聚醚系化合物不含有鹼性部位(例如胺基、後述質子受體性官能基)為較佳。
聚醚系化合物的共軛酸的pKa為0以下為較佳,-1以下為更佳,-2以下為進一步較佳,-3以下為特佳。pKa的下限值例如為-15以上。
pKa表示水溶液中的酸解離常數pKa,例如,由化學便覽(II)(改訂第4版、1993年、日本化學會編、Maruzen.Inc.)所定義。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具體而言能夠使用無限稀釋水溶液,並能夠藉由測量25℃下的酸解離常數而進行實測。或者,能夠使用下述套裝軟體1,藉由計算求出基於哈米特取代基常數及公知文獻值的資料庫之值。本說明書中記載之所有pKa值表示藉由使用該套裝軟體計算而求出之值。
套裝軟體1:Advanced Chemistry Development(ACD/Labs)software V8.14 for Solaris(1994-2007 ACD/Labs)。
聚醚系化合物不具有包含具有π共軛的作用少之孤電子對之氮原子之官能基為較佳。具有π共軛的作用少之孤電子對之氮原子。例如能夠舉出具有示於下述通式之部分結構之氮原子。作為具有包含具有π共軛的作用少之孤電子對之氮原子之官能基之結構(化合物),例如能夠舉出鏈式醯胺、環式醯胺、芳香族胺、鏈式脂肪族胺及環式脂肪族胺。
以下舉出聚酯系化合物的具體例,但本發明並不限定於該等。
化合物(BII)係非醚系化合物為較佳,磷酸酯、羧酸酯、多元醇酯、磺酸酯為更佳。
化合物(BII)係磷酸酯時,磷酸酯的例子包括磷酸三苯酯(TPP)、磷酸三甲苯酯、磷酸二苯甲苯酯、磷酸二苯辛酯、磷酸二苯對聯苯酯(Diphenyl biphenyl phosphate)、磷酸三辛酯、磷酸三丁酯等。
化合物(BII)係羧酸酯時,在羧酸酯的例子中,鄰苯二甲酸酯及檸檬酸酯為代表。鄰苯二甲酸酯的例子可舉出鄰苯二甲酸二甲酯、鄰苯二甲酸二乙酯、鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸二辛酯、鄰苯二甲酸二苯酯、鄰苯二甲酸二乙基己酯等。檸檬酸酯的例子包括O-乙醯基檸檬酸三乙酯、O-乙醯基檸檬酸三丁酯、乙醯基檸檬酸三乙酯、乙醯基檸檬酸三丁酯等。
其他羧酸酯的例子包括油酸丁酯、乙醯基蓖麻油酸甲酯、癸二酸二丁酯、各種三甲酸酯。作為乙醇酸酯的例子,有三乙酸甘油酯、三正丁基氫錫、丁基鄰苯二甲醯羥乙酸丁酯、乙基鄰苯二甲醯羥乙酸乙酯、甲基鄰苯二甲醯羥乙酸乙酯、甲基鄰苯二甲醯羥乙酸甲酯、丙基鄰苯二甲醯羥乙酸丙酯、辛基鄰苯二甲醯羥乙酸辛酯等。
進而,羧酸酯的例子亦可舉出1,6-己二醇二乙酸酯、1,2-丁二醇二乙酸酯、1,3-丁二醇二乙酸酯、1,4-丁二醇二乙酸酯、1,5-戊二醇二乙酸酯、DL-蘋果酸二乙酯等。
又,亦可較佳地使用日本特開平5-194788號公報、日本特開昭60-250053號公報、日本特開平4-227941號公報、日本特開平6-016869號公報、日本特開平5-271471號公報、日本特開平7-286068號公報、日本特開平5-005047號公報、日本特開平11-080381號公報、日本特開平7-020317號公報、日本特開平8-057879號公報、日本特開平10-152568號公報、日本特開平10-120824號公報的各公報等中記載之化合物。
另外,可較佳地使用在日本特開平11-124445號公報中記載之(二)季戊四醇酯類、日本特開平11-246704號公報中記載之甘油酯類、日本特開2000-063560號公報中記載之二甘油酯類、日本特開平11-092574號公報中記載之檸檬酸酯類、日本特開平11-090946號公報中記載之取代苯磷酸酯類、日本特開2003-165868號公報等中記載之含有芳香環和環己烷環之酯化合物等。
化合物(BII)係羧酸酯時,化合物(BII)具有2~6個酯鍵為較佳,具有2~4個為更佳,具有2個為特佳。
關於化合物(BII)的分子量,化合物(BII)係羧酸酯時,分子量100~1000為較佳,分子量100~700為更佳,分子量100~400為進一步較佳。
化合物(BII)係磺酸酯時,磺酸酯的例子包括對甲苯磺酸丁酯、對甲苯磺酸己酯、對甲苯磺酸辛酯、磺酸十五酯的苯基甲苯酯等。
以下示出化合物(BII)係非醚系化合物時的具體例的一例,但並不限定於該等。
如上所述,化合物(B)的玻璃轉移溫度為100℃以下。
化合物(B)係樹脂時,其玻璃轉移溫度為-50℃以上為較佳,-20℃以上為更佳,0℃以上為進一步較佳。
化合物(B)不是樹脂(聚合物)時,其玻璃轉移溫度為-20℃以上為較佳,-15℃以上為較佳。此時,化合物(B)的玻璃轉移溫度通常為50℃以下。
玻璃轉移溫度的測量方法如上所述。
只要化合物(B)的玻璃轉移溫度為100℃以下,則並無特別限定,此類化合物係樹脂時,如上所述,藉由將樹脂(BI)可具有之較佳重複單元的含量或重量平均分子量等設為上述較佳範圍內,又,化合物(B)不是樹脂時,藉由適當選擇化合物的種類而能夠較佳地獲得。
在本發明的組成物中,從PCD性能及抑制蝕刻時可能產生之圖案的側壁的粗糙度的觀點考慮,化合物(B)的含量相對於組成物的總固體成分為1質量%以上,20質量%以下為較佳,5~15質量%為更佳。
<溶劑>
本發明的組成物含有溶劑。
在本發明的組成物中,作為溶劑能夠適當使用公知的抗蝕劑溶劑。例如,能夠較佳地使用美國專利申請公開2016/0070167A1號說明書的<0665>~<0670>段、美國專利申請公開2015/0004544A1號說明書的<0210>~<0235>段、美國專利申請公開2016/0237190A1號說明書的<0424>~<0426>段及美國專利申請公開2016/0274458A1號說明書的<0357>~<0366>段中所揭示之公知的溶劑。
作為能夠在製備組成物時使用之溶劑,例如可舉出伸烷基二醇單烷基醚羧酸酯、伸烷基二醇單烷基醚、乳酸烷基酯、烷氧基丙酸烷基酯、環狀內酯(較佳為碳數4~10)、可以具有環之單酮化合物(較佳為碳數4~10)、碳酸伸烷基酯、烷氧基乙酸烷基酯及丙酮酸烷基酯等有機溶劑。
作為有機溶劑,可以使用混合了結構中具有羥基之溶劑和不具有羥基之溶劑之混合溶劑。
作為具有羥基之溶劑及不具有羥基之溶劑,能夠較佳地選擇前述之例示化合物,作為包含羥基之溶劑,伸烷基二醇單烷基醚或乳酸烷基酯等為較佳,丙二醇單甲醚(PGME)、丙二醇單乙醚(PGEE)、2-羥基異丁酸甲酯或乳酸乙酯為更佳。又,作為不具有羥基之溶劑,伸烷基二醇單烷基醚乙酸酯、烷基烷氧基丙酸酯、可以具有環之單酮化合物、環狀內酯或乙酸烷基等為較佳,在該等中,丙二醇單甲醚乙酸酯(PGMEA)、乙基乙氧基丙酸酯、2-庚酮、γ-丁內酯、環己酮、環戊酮或乙酸丁酯為更佳,丙二醇單甲醚乙酸酯、γ-丁內酯、乙基乙氧基丙酸酯、環己酮、環戊酮或2-庚酮為進一步較佳。作為不具有羥基之溶劑,碳酸丙烯酯亦較佳。
具有羥基之溶劑與不具有羥基之溶劑的混合比(質量比)為1/99~99/1,10/90~90/10為較佳,20/80~60/40為更佳。從塗佈均勻性的觀點考慮,含有50質量%以上的不具有羥基之溶劑之混合溶劑為較佳。
溶劑含有丙二醇單甲醚乙酸酯為較佳,可以為丙二醇單甲醚乙酸酯單獨溶劑,亦可以為含有丙二醇單甲醚乙酸酯之2種以上的混合溶劑。
<藉由光化射線或放射線的照射而產生酸之化合物>
本發明的組成物含有藉由光化射線或放射線的照射而產生酸之化合物(光酸產生劑)為較佳。
作為光酸產生劑,藉由光化射線或放射線的照射產生有機酸之化合物為較佳。例如可舉出鋶鹽化合物、錪鹽化合物、重氮鹽化合物、鏻鹽化合物、醯亞胺磺酸鹽化合物、肟磺酸鹽化合物、重氮二碸化合物、二碸化合物及鄰硝基苄基磺酸鹽化合物。
作為光酸產生劑,能夠單獨使用藉由光化射線或放射線的照射而產生酸之公知的化合物,或作為該等的混合物而能夠適當選擇使用。例如,能夠較佳地使用美國專利申請公開2016/0070167A1號說明書的<0125>~<0319>段、美國專利申請公開2015/0004544A1號說明書的<0086>~<0094>段及美國專利申請公開2016/0237190A1號說明書的<0323>~<0402>段中所揭示之公知的化合物。
作為光酸產生劑,例如,下述通式(ZI)、通式(ZII)或通式(ZIII)表示之化合物為較佳。
在上述通式(ZI)中,
R201
、R202
及R203
分別獨立地表示有機基團。
作為R201
、R202
及R203
的有機基團的碳數通常為1~30,1~20為較佳。
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個可以鍵結而形成之基團,可舉出伸烷基(例如,伸丁基、伸戊基)及-CH2
-CH2
-O-CH2
-CH2
-。
Z-
表示陰離子(非親核性陰離子為較佳。)。
作為通式(ZI)中之陽離子的較佳態樣,可舉出後述之化合物(ZI-1)、化合物(ZI-2)、由通式(ZI-3)表示之化合物(化合物(ZI-3))及由通式(ZI-4)表示之化合物(化合物(ZI-4))中之對應之基團。
另外,光酸產生劑亦可以為具有複數個由通式(ZI)表示之結構之化合物。例如,通式(ZI)表示之化合物的R201
~R203
中的至少一個和通式(ZI)表示之另一化合物的R201
~R203
中的至少一個可以為具有藉由單鍵或連結基而鍵結之結構之化合物。
首先,對化合物(ZI-1)進行說明。
化合物(ZI-1)為上述通式(ZI)的R201
~R203
中的至少一個為芳基之芳基鋶化合物,亦即將芳基鋶作為陽離子之化合物。
芳基鋶化合物中,R201
~R203
的全部可以為芳基,亦可以為R201
~R203
的一部分為芳基,剩餘部分可以為烷基或環烷基。
作為芳基鋶化合物,例如可舉出三芳基鋶化合物、二芳基烷基鋶化合物、芳基二烷基鋶化合物、二芳基環烷基鋶化合物及芳基二環烷基鋶化合物。
作為芳基鋶化合物中所包含之芳基,苯基或萘基為較佳,苯基為更佳。芳基亦可以為含有具有氧原子、氮原子或硫原子等之雜環結構之芳基。作為雜環結構,可舉出吡咯殘基、呋喃殘基、噻吩殘基、吲哚殘基、苯并呋喃殘基及苯并噻吩殘基等。芳基鋶化合物具有兩個以上芳基時,具有兩個以上之芳基可以相同,亦可以不同。
芳基鋶化合物根據需要而具有之烷基或環烷基為碳數1~15的直鏈狀烷基、碳數3~15的支鏈狀烷基或碳數3~15的環烷基為較佳,例如可舉出甲基、乙基、丙基、正丁基、二級丁基、三級丁基、環丙基、環丁基及環己基等。
R201
~R203
的芳基、烷基及環烷基亦分別可以獨立地具有烷基(例如碳數1~15)、環烷基(例如碳數3~15)、芳基(例如碳數6~14)、烷氧基(例如碳數1~15)、鹵素原子、羥基或苯硫基作為取代基。
接著,對化合物(ZI-2)進行說明。
化合物(ZI-2)為式(ZI)中的R201
~R203
分別獨立地表示不具有芳香環之有機基團之化合物。在此芳香環還含有包含雜原子之芳香族環。
作為R201
~R203
之不具有芳香環之有機基團,一般為碳數1~30,碳數1~20為較佳。
R201
~R203
較佳為分別獨立地為烷基、環烷基、烯丙基或乙烯基,更佳為直鏈狀或支鏈狀的2-氧代烷基、2-氧代環烷基或烷氧基羰基甲基,進一步較佳為直鏈狀或支鏈狀的2-氧代烷基。
作為R201
~R203
的烷基及環烷基,較佳為可舉出碳數1~10的直鏈狀烷基或碳數3~10的支鏈狀烷基(例如,甲基、乙基、丙基、丁基及戊基)及碳數3~10的環烷基(例如,環戊基、環己基及降莰基)。
R201
~R203
可以進一步被鹵素原子、烷氧基(例如,碳數1~5)、羥基、氰基或硝基取代。
接著,對化合物(ZI-3)進行說明。
在通式(ZI-3)中,M表示烷基、環烷基或芳基,具有環結構時,上述環結構可以包含氧原子、硫原子、酯鍵、醯胺鍵及碳-碳雙鍵中的至少一種。R6c
及R7c
分別獨立地表示氫原子、烷基、環烷基、鹵素原子、氰基或芳基。R6 c
與R7 c
可以鍵結而形成環。Rx
及Ry
分別獨立地表示烷基、環烷基或烯基。Rx
及Ry
可以鍵結而形成環。又,選自M、R6c
及R7c
之至少2個可以鍵結而形成環結構,上述環結構中可以包含碳-碳雙鍵。Z-
表示陰離子。
在通式(ZI-3)中,作為由M表示之烷基及環烷基,碳數1~15(較佳為碳數1~10)的直鏈狀烷基、碳數3~15(較佳為碳數3~10)的支鏈狀烷基或碳數3~15(較佳為碳數1~10)的環烷基為較佳,具體而言,可舉出甲基、乙基、丙基、正丁基、二級丁基、三級丁基、環丙基、環丁基及環己基以及降莰基等。
作為由M表示之芳基,苯基或萘基為較佳,苯基為更佳。芳基可以為含有具有氧原子或硫原子等之雜環結構之芳基。作為雜環結構,可舉出呋喃環、噻吩環、苯并呋喃環及苯并噻吩環等。
上述M可以進一步具有取代基(例如,取代基T)。作為該態樣,例如可舉出苄基等作為M。
另外,M具有環結構時,上述環結構可以包含氧原子、硫原子、酯鍵、醯胺鍵及碳-碳雙鍵中的至少一種。
作為R6 c
及R7 c
表示之烷基、環烷基及芳基,可舉出與上述M相同者,其較佳態樣亦相同。又,R6c
與R7c
可以鍵結而形成環。
作為R6c
及R7 c
表示之鹵素原子,例如可舉出氟原子、氯原子、溴原子及碘原子。
作為由Rx
及Ry
表示之烷基及環烷基,可舉出與上述M相同者,其較佳態樣亦相同。
作為由Rx
及Ry
表示之烯基,係烯丙基或乙烯基為較佳。
上述Rx
及Ry
可以進一步具有取代基(例如取代基T)。作為該態樣,例如作為Rx
及Ry
可舉出2-氧代烷基或烷氧基羰基烷基等。
作為由Rx
及Ry
表示之2-氧代烷基,例如可舉出碳數1~15(較佳為碳數1~10)者,具體而言,可舉出2-氧代丙基及2-氧代丁基等。
作為由Rx
及Ry
表示之烷氧基羰基烷基,例如可舉出碳數1~15(較佳為碳數1~10)者。又,Rx
與Ry
可以鍵結而形成環。
Rx
與Ry
相互連結而形成之環結構可以包含氧原子、硫原子、酯鍵、醯胺鍵或碳-碳雙鍵。
在通式(ZI-3)中,M與R6c
可以鍵結而形成環結構,所形成之環結構可以包含碳-碳雙鍵。
其中,上述化合物(ZI-3)係化合物(ZI-3A)為較佳。
化合物(ZI-3A)係由下述通式(ZI-3A)表示且具有苯甲醯甲基鋶鹽結構之化合物。
在通式(ZI-3A)中,
R1c
~R5c
分別獨立地表示氫原子、烷基、環烷基、芳基、烷氧基、芳氧基、烷氧羰基、烷基羰氧基、環烷基羰氧基、鹵素原子、羥基、硝基、烷硫基或芳硫基。
作為R6c
及R7c
,其含義與上述通式(ZI-3)中的R6c
及R7c
相同,其較佳態樣亦相同。
作為Rx
及Ry
,其含義與上述通式(ZI-3)中的Rx
及Ry
相同,其較佳態樣亦相同。
R1c
~R5c
中的任意2個以上、Rx
與Ry
可以各自鍵結而形成環結構,該環結構分別可以獨立地包含氧原子、硫原子、酯鍵、醯胺鍵或碳-碳雙鍵。又,R5c
及R6c
、R5c
及Rx
可以各自鍵結而形成環結構,該環結構分別可以獨立地包含碳-碳雙鍵。又,R6c
與R7c
可以各自鍵結而形成環結構。
作為上述環結構,可舉出芳香族或非芳香族的烴環、芳香族或非芳香族的雜環及該等環的2個以上組合而成之多環縮合環。作為環結構,可舉出3~10員環,4~8員環為較佳,5或6員環為更佳。
作為R1c
~R5c
中的任意2個以上、R6c
與R7c
及Rx
與Ry
鍵結而形成之基團,可舉出伸丁基及伸戊基等。
作為R5c
與R6c
及R5c
與Rx
鍵結而形成之基團,單鍵或伸烷基為較佳。作為伸烷基,可舉出亞甲基及伸乙基等。
Zc¯表示陰離子。
接著,對化合物(ZI-4)進行說明。
化合物(ZI-4)由下述通式(ZI-4)表示。
在通式(ZI-4)中,
l表示0~2的整數。
r表示0~8的整數。
R13
表示氫原子、氟原子、羥基、烷基、環烷基、烷氧基、烷氧基羰基或具有單環或多環的環烷基骨架之基團。該等基團可以具有取代基。
R14
存在複數個時,分別獨立地表示烷基、環烷基、烷氧基、烷基磺醯基、環烷基磺醯基、烷基羰基、烷氧基羰基或具有單環或多環的環烷基骨架之烷氧基。該等基團可以具有取代基。
R15
分別獨立地表示烷基、環烷基或萘基。該等基團可以具有取代基。2個R15
可以相互鍵結而形成環。
2個R15
相互鍵結而形成環時,可以在環骨架內包含氧原子或氮原子等雜原子。在一態樣中,2個R15
為伸烷基,相互鍵結而形成環結構為較佳。
Z-
表示陰離子。
在通式(ZI-4)中,R13
、R14
及R15
的烷基為直鏈狀或支鏈狀。烷基的碳數為1~10為較佳。作為烷基,甲基、乙基、正丁基或三級丁基等為更佳。
接著,對通式(ZII)及(ZIII)進行說明。
在通式(ZII)及(ZIII)中,R204
~R207
分別獨立地表示芳基、烷基或環烷基。
作為R204
~R207
的芳基,苯基或萘基為較佳,苯基為更佳。R204
~R207
的芳基亦可以為含有具有氧原子、氮原子或硫原子等雜環結構之芳基。作為具有雜環結構之芳基的骨架,例如可舉出吡咯、呋喃、噻吩、吲哚、苯并呋喃及苯并噻吩等。
作為R204
~R207
的烷基及環烷基,碳數1~10的直鏈狀烷基或碳數3~10的支鏈狀烷基(例如,甲基、乙基、丙基、丁基及戊基)或碳數3~10的環烷基(例如,環戊基、環己基及降莰基)為較佳。
R204
~R207
的芳基、烷基及環烷基分別可以獨立地具有取代基。作為R204
~R207
的芳基、烷基及環烷基可具有之取代基,例如能夠舉出烷基(例如碳數1~15)、環烷基(例如碳數3~15)、芳基(例如碳數6~15)、烷氧基(例如碳數1~15)、鹵素原子、羥基及苯硫基等。
Z-
表示陰離子。
作為通式(ZI)中的Z-
、通式(ZII)中的Z-
、通式(ZI-3)中的Z-
、通式(ZI-3A)中的Zc-
及通式(ZI-4)中的Z-
,由下述通式(3)表示之陰離子為較佳。
在通式(3)中,
o表示1~3的整數。p表示0~10的整數。q表示0~10的整數。
Xf表示氟原子或由被至少一個氟原子取代之烷基。該烷基的碳數為1~10為較佳,1~4為更佳。又,作為被至少一個氟原子取代之烷基,全氟烷基為較佳。
Xf為氟原子或碳數1~4的全氟烷基為較佳,氟原子或CF3
為更佳。尤其,雙方的Xf為氟原子為進一步較佳。
R4
及R5
分別獨立地表示氫原子、氟原子、烷基或被至少一個氟原子取代之烷基。R4
及R5
存在複數個時,R4
及R5
分別可以相同,亦可以不同。
R4
及R5
表示之烷基可以具有取代基,碳數1~4為較佳。R4
及R5
較佳為氫原子。
被至少一個氟原子取代之烷基的具體例及較佳態樣與通式(3)中的Xf的具體例及較佳態樣相同。
L表示2價的連結基。L存在複數個時,L分別可以相同,亦可以不同。
作為2價的連結基,例如可舉出-COO-(-C(=O)-O-)、-OCO-、-CONH-、-NHCO-、-CO-、-O-、-S-、-SO-、-SO2
-、伸烷基(較佳為碳數1~6)、伸環烷基(較佳為碳數3~15)、伸烯基(較佳為碳數2~6)及將該等複數個組合而成之2價的連結基等。該等中,-COO-、-OCO-、-CONH-、-NHCO-、-CO-、-O-、-SO2
-、-COO-伸烷基-、-OCO-伸烷基-、-CONH-伸烷基-或-NHCO-伸烷基-為較佳,-COO-、-OCO-、-CONH-、-SO2
-、-COO-伸烷基-或-OCO-伸烷基-為更佳。
W表示包含環狀結構之有機基團。該等中,環狀的有機基團為較佳。
作為環狀的有機基團,例如可舉出脂環基、芳基及雜環基為較佳。
脂環基可以為單環式,亦可以為多環式。作為單環式的脂環基,例如可舉出環戊基、環己基及環辛基等單環的環烷基。作為多環式的脂環基,例如可舉出降莰基、三環癸烷基、四環癸烷基、四環十二烷基及金剛烷基等多環的環烷基。其中,降莰基、三環癸烷基、四環癸烷基、四環十二烷基及金剛烷基等具有碳數7以上的大體積結構之脂環基為較佳。
芳基可以為單環式,亦可以為多環式。作為該芳基,例如可舉出苯基、萘基、菲基及蒽基。
雜環基可以為單環式,亦可以為多環式。多環式能夠更加抑制酸的擴散。又,雜環基可以具有芳香族性,亦可以不具有芳香族性。作為具有芳香族性之雜環,例如可舉出呋喃環、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。作為不具有芳香族性之雜環,例如可舉出四氫哌喃環、內酯環、磺內酯環及十氫異喹啉環。作為內酯環及磺內酯環的例子,可舉出前述樹脂中例示之內酯結構及磺內酯結構。作為雜環基中的雜環,呋喃環、噻吩環、吡啶環或十氫異喹啉環為特佳。
上述環狀的有機基團可以具有取代基。作為該取代基,例如可舉出烷基(可以為直鏈狀及支鏈狀中的任一種,碳數1~12為較佳)、環烷基(可以為單環、多環及螺環中的任一種,碳數3~20為較佳)、芳基(碳數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。另外,構成環狀的有機基團之碳(有助於形成環之碳)可以為羰基碳。
作為由通式(3)表示之陰離子,SO3 -
-CF2
-CH2
-OCO-(L)q’-W、SO3 -
-CF2
-CHF-CH2
-OCO-(L)q’-W、SO3 -
-CF2
-COO-(L)q’-W、SO3 -
-CF2
-CF2
-CH2
-CH2
-(L)q-W、SO3 -
-CF2
-CH(CF3
)-OCO-(L)q’-W為較佳。在此,L、q及W與通式(3)相同。q’表示0~10的整數。
在一態樣中,作為通式(ZI)中的Z-
、通式(ZII)中的Z-
、通式(ZI-3)中的Z-
、通式(ZI-3A)中的Zc-
及通式(ZI-4)中的Z-
,由下述的通式(4)表示之陰離子亦較佳。
在通式(4)中,
XB1
及XB2
分別獨立地表示氫原子或不具有氟原子之1價的有機基團。XB1
及XB2
為氫原子為較佳。
XB3
及XB4
分別獨立地表示氫原子或1價的有機基團。XB3
及XB4
中的至少一者為氟原子或具有氟原子之1價的有機基團為較佳,XB3
及XB4
的兩者為氟原子或具有氟原子之1價的有機基團為更佳。XB3
及XB4
的雙方係由氟原子取代之烷基為進一步較佳。
L、q及W與通式(3)相同。
作為通式(ZI)中的Z-
、通式(ZII)中的Z-
、通式(ZI-3)中的Z-
、通式(ZI-3A)中的Zc-
及通式(ZI-4)中的Z-
,可以為苯磺酸陰離子,被支鏈狀烷基或環烷基取代之苯磺酸陰離子為較佳。
作為通式(ZI)中的Z-
、通式(ZII)中的Z-
、通式(ZI-3)中的Z-
、通式(ZI-3A)中的Zc-
及通式(ZI-4)中的Z-
,由下述通式(SA1)表示之芳香族磺酸陰離子亦較佳。
在式(SA1)中,
Ar表示芳基,可以進一步具有除磺酸陰離子及-(D-B)基以外的取代基。作為可以進一步具有之取代基,可舉出氟原子及羥基等。
n表示0以上的整數。作為n,1~4為較佳,2~3為更佳,3為進一步較佳。
D表示單鍵或2價的連結基。作為2價的連結基,可舉出醚基、硫醚基、羰基、亞碸基、碸基、磺酸酯基、酯基及將該等2種以上組合而成之基團等。
B表示烴基。
較佳地D為單鍵,B為脂肪族烴結構。B係異丙基或環己基為更佳。
以下示出通式(ZI)中的鋶陽離子及通式(ZII)中的錪陽離子的較佳例。
以下示出通式(ZI)、通式(ZII)中的陰離子Z-
、通式(ZI-3)中的Z-
、通式(ZI-3A)中的Zc-
、及通式(ZI-4)中的Z-
的較佳例。
能夠任意組合上述陽離子及陰離子來用作光酸產生劑。
光酸產生劑可以為低分子化合物之形態,亦可以為併入於一部分聚合物中之形態。又,亦可以併用低分子化合物之形態及併入於一部分聚合物中之形態。
光酸產生劑係低分子化合物之形態為較佳。
光酸產生劑為低分子化合物之形態之情況下,分子量係3,000以下為較佳,2,000以下為更佳,1,000以下為進一步較佳。
光酸產生劑為併入於一部分聚合物中之形態之情況下,可以併入於前述之一部分樹脂(A)中,亦可併入於與樹脂(A)不同之樹脂中。
光酸產生劑可以單獨使用一種,亦可以併用2種以上。
本發明的組成物中,光酸產生劑的含量(存在複數種時為其合計)以組成物的總固體成分為基準為0.1~35質量%為較佳,0.5~25質量%為更佳,1~20質量%為進一步較佳,1~15質量%為特佳。
將含有上述通式(ZI-3)或(ZI-4)表示之化合物作為光酸產生劑時,組成物中所含有之光酸產生劑的含量(存在複數種時為其合計)以組成物的總固體成分為基準為1~35質量%為較佳,1~30質量%為更佳。
<酸擴散控制劑>
本發明的組成物含有酸擴散控制劑為較佳。酸擴散控制劑作為捕獲曝光時從光酸產生劑等產生之酸,並抑制因多餘的產生酸引起之未曝光部中之酸分解性樹脂的反應之猝滅劑(quencher)發揮作用。例如,能夠使用鹼性化合物(DA)、藉由光化射線或放射線的照射而鹼性降低或消失之鹼性化合物(DB)、相對於酸產生劑成為相對弱酸之鎓鹽(DC)、具有氮原子且具有藉由酸的作用而脫離之基團之低分子化合物(DD)或陽離子部具有氮原子之鎓鹽化合物(DE)等作為酸擴散控制劑。在本發明的組成物中,能夠適當使用公知的酸擴散控制劑。例如,能夠將美國專利申請公開2016/0070167A1號說明書的<0627>~<0664>段、美國專利申請公開2015/0004544A1號說明書的<0095>~<0187>段、美國專利申請公開2016/0237190A1號說明書的<0403>~<0423>段及美國專利申請公開2016/0274458A1號說明書的<0259>~<0328>段中所揭示之公知的化合物較佳地用作酸擴散控制劑。
作為鹼性化合物(DA),具有由下述式(A)~(E)表示之結構之化合物為較佳。
在通式(A)及(E)中,R200
、R201
及R202
可以相同,亦可以不同,分別獨立地表示氫原子、烷基(較佳為碳數1~20)、環烷基(較佳為碳數3~20)或芳基(碳數6~20)。R201
與R202
可以相互鍵結而形成環。
R203
、R204
、R205
及R206
可以相同,亦可以不同,分別獨立地表示碳數1~20的烷基。
通式(A)及(E)中的烷基可以具有取代基,亦可以為未經取代。
關於上述烷基,作為具有取代基之烷基,碳數1~20之胺基烷基、碳數1~20之羥基烷基或碳數1~20之氰基烷基為較佳。
通式(A)及(E)中的烷基係未經取代為更佳。
作為鹼性化合物(DA),胍、胺基吡咯啶、吡唑、吡唑啉、哌𠯤、胺基嗎啉、胺基烷基嗎啉或哌啶等為較佳,具有咪唑結構、二氮雜雙環結構、氫氧化鎓結構、羧酸鎓鹽結構、三烷基胺結構、苯胺結構或吡啶結構之化合物、具有羥基和/或醚鍵之烷基胺衍生物或具有羥基和/或醚鍵之苯胺衍生物等為更佳。
藉由光化射線或放射線的照射而鹼性降低或消失之鹼性化合物(DB)(以下,亦稱為“化合物(DB)”。)係,具有質子受體性官能基且藉由光化射線或放射線的照射進行分解而質子受體性降低、消失或從質子受體性向酸性變化之化合物。
質子受體性官能基係指,能夠與質子發生靜電性相互作用之基團或具有電子之官能基,例如,具有環狀聚醚等大環結構之官能基或具有具備對π共軛不起作用之未共用電子對之氮原子之官能基。具有對π共軛不起作用之未共用電子對之氮原子例如係指具有下述式所示之部分結構之氮原子。
作為質子受體性官能基的較佳部分結構,例如可舉出冠醚結構、氮雜冠醚結構、1~3級胺結構、吡啶結構、咪唑結構及吡𠯤結構等。
化合物(DB)產生藉由光化射線或放射線的照射進行分解而質子受體性降低、消失或從質子受體性向酸性變化之化合物。其中,質子受體性的降低、消失或從質子受體性向酸性的變化係指,質子加成在質子受體性官能基而引起之質子受體性的變化,具體而言,表示從具有質子受體性官能基之化合物(DB)和質子產生質子加成物時,其化學平衡中的平衡常數減少。
質子受體性能夠藉由進行pH測量來確認。
化合物(DB)藉由光化射線或放射線的照射進行分解而產生之化合物的酸解離常數pKa滿足pKa<-1為較佳,滿足-13<pKa<-1為更佳,滿足-13<pKa<-3為進一步較佳。
酸解離常數pKa表示水溶液中的酸解離常數pKa,例如,由化學便覽(II)(改訂第4版、1993年、日本化學會編、Maruzen.Inc.)所定義。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具體而言能夠使用無限稀釋水溶液,並能夠藉由測量25℃下的酸解離常數而進行實測。或者,能夠使用下述套裝軟體1,藉由計算求出基於哈米特取代基常數及公知文獻值的資料庫之值。本說明書中記載之所有pKa值表示藉由使用該套裝軟體計算而求出之值。
套裝軟體1:Advanced Chemistry Development(ACD/Labs)software V8.14 for Solaris(1994-2007 ACD/Labs)。
本發明的組成物中,能夠將相對於光酸產生劑成為相對弱酸之鎓鹽(DC)用作酸擴散控制劑。
混合使用光酸產生劑、及產生相對於由光酸產生劑產生之酸而言為相對弱酸之酸之鎓鹽時,若藉由光化射線或放射線的照射而由光酸產生劑產生之酸與具有未反應的弱酸陰離子之鎓鹽衝突,則藉由鹽交換釋放弱酸而產生具有強酸陰離子之鎓鹽。在該過程中強酸被交換成觸媒能更低之弱酸,因此在外觀上酸失活而能夠控制酸擴散。
作為相對於光酸產生劑成為相對弱酸之鎓鹽,由下述通式(d1-1)~(d1-3)表示之化合物為較佳。
式中,R51
表示烴基,Z2c
表示烴基,R52
表示有機基團,Y3
表示伸烷基、環伸烷基或伸芳基,Rf表示包含氟原子之烴基,M+
分別獨立地表示銨陽離子、鋶陽離子或錪陽離子。
R51
所表示之烴基可以具有取代基。
Z2c
表示碳數1~30的烴基為較佳。
Z2c
所表示之烴基可以具有取代基。其中,在Z2c
所表示之烴基中,與S相鄰之碳原子中氟原子未被取代為較佳。
Y3
表示伸烷基時,可以為直鏈狀的伸烷基,亦可以為支鏈狀的伸烷基。
作為M+
所表示之鋶陽離子或錪陽離子的較佳例,可舉出通式(ZI)所例示之鋶陽離子及通式(ZII)所例示之錪陽離子。
相對於光酸產生劑成為相對弱酸之鎓鹽(DC)亦可以為在同一分子內具有陽離子部位和陰離子部位且陽離子部位與陰離子部位藉由共價鍵連結之化合物(以下,亦稱為“化合物(DCA)”。)。
作為化合物(DCA),由下述通式(C-1)~(C-3)中任一個表示之化合物為較佳。
在通式(C-1)~(C-3)中,
R1
、R2
及R3
分別獨立地表示碳數1以上的取代基。
L1
表示連結陽離子部位與陰離子部位之2價的連結基或單鍵。
-X-
表示選自-COO-
、-SO3 -
、-SO2 -
及-N-
-R4
之陰離子部位。R4
表示在與相鄰之N原子的連結部位具有羰基(-C(=O)-)、磺醯基(-S(=O)2
-)及亞磺醯基(-S(=O)-)中的至少一個之1價的取代基。
R1
、R2
、R3
、R4
及L1
可以相互鍵結而形成環結構。又,在通式(C-3)中,R1
~R3
中的2個一起表示1個2價的取代基,可以藉由雙鍵與N原子鍵結。
作為R1
~R3
中的碳數1以上的取代基,可舉出烷基、環烷基、芳基、烷氧基羰基、環烷氧基羰基、芳氧基羰基、烷基胺基羰基、環烷基胺基羰基及芳基胺基羰基等。較佳為烷基、環烷基或芳基。
作為2價的連結基之L1
,可舉出直鏈狀或支鏈狀伸烷基、伸環烷基、伸芳基、羰基、醚鍵、酯鍵、醯胺鍵、胺基甲酸酯鍵、脲鍵及將該等2種以上組合而成之基團等。L1
較佳為伸烷基、伸芳基、醚鍵、酯鍵或者將該等2種以上組合而成之基團。
具有氮原子且具有藉由酸的作用而脫離之基團之低分子化合物(DD)(以下,亦稱為“化合物(DD)”。)係在氮原子上具有藉由酸的作用而脫離之基團之胺衍生物為較佳。
作為藉由酸的作用而脫離之基團,係縮醛基、碳酸酯基、胺甲酸酯基、三級酯基、三級羥基或半胺縮醛醚基為較佳,胺甲酸酯基或半胺縮醛醚基為更佳。
化合物(DD)的分子量係100~1000為較佳,100~700為更佳,100~500為進一步較佳。
化合物(DD)亦可以具有在氮原子上具有保護基之胺甲酸酯基。作為構成胺甲酸酯基之保護基,由下述通式(d-1)表示。
在通式(d-1)中,
Rb
分別獨立地表示氫原子、烷基(較佳為碳數1~10)、環烷基(較佳為碳數3~30)、芳基(較佳為碳數3~30)、芳烷基(較佳為碳數1~10)或烷氧基烷基(較佳為碳數1~10)。Rb
可以相互鍵結而形成環。
Rb
表示之烷基、環烷基、芳基及芳烷基分別可以獨立地被羥基、氰基、胺基、吡咯烷基、哌啶基、嗎啉基、氧代基等官能基、烷氧基、鹵素原子取代。關於Rb
所表示之烷氧基烷基亦相同。
作為Rb
,直鏈狀或支鏈狀的烷基、環烷基或芳基為較佳,直鏈狀或支鏈狀的烷基或環烷基為更佳。
作為兩個Rb
彼此連結而形成之環,可舉出脂環式烴、芳香族烴、雜環式烴及其衍生物等。
作為由通式(d-1)表示之基團的具體結構,可舉出美國專利公報US2012/0135348A1號說明書的<0466>段中所揭示之結構,但並不限定於此。
化合物(DD)具有下述通式(6)表示之結構為較佳。
在通式(6)中,
l表示0~2的整數,m表示1~3的整數,且滿足l+m=3。
Ra
表示氫原子、烷基、環烷基、芳基或芳烷基。l為2時,2個Ra
可以相同,亦可以不同,2個Ra
亦可以相互鍵結而與式中的氮原子一同形成雜環。該雜環中可含有除了式中的氮原子以外的雜原子。
Rb
與上述通式(d-1)中的Rb
含義相同,較佳例亦相同。
在通式(6)中,作為Ra
之烷基、環烷基、芳基及芳烷基分別可以獨立地被與作為如下基團而前述之基團相同的基團取代,該基團係作為Rb
之烷基、環烷基、芳基、芳烷基可以被取代之基團。
作為上述Ra
的烷基、環烷基、芳基及芳烷基(該等基團可以被上述基團取代)的具體例,可舉出與關於Rb
前述之具體例相同的基團。
作為本發明中的特佳之化合物(DD)的具體例,可舉出美國專利申請公開2012/0135348A1號說明書的<0475>段中所揭示之化合物,但並不限定於此。
在陽離子部具有氮原子之鎓鹽化合物(DE)(以下,亦稱為“化合物(DE)”。)係在陽離子部具有包含氮原子之鹼性部位之化合物為較佳。鹼性部位係胺基為較佳,脂肪族胺基為更佳。與鹼性部位中的氮原子相鄰之所有原子係氫原子或碳原子為進一步較佳。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)不與氮原子直接鍵結為較佳。
作為化合物(DE)的較佳具體例,可舉出美國專利申請公開2015/0309408A1號說明書的<0203>段中所揭示之化合物,但並不限定於此。
以下示出酸擴散控制劑的較佳例。
本發明的組成物中,酸擴散控制劑可以單獨使用一種,亦可以併用2種以上。
酸擴散控制劑在本發明的組成物中的含量(存在複數種時為其合計)以組成物的總固體成分為基準為0.05~10質量%為較佳,0.05~5質量%為更佳。
<疏水性樹脂>
本發明的組成物可以含有疏水性樹脂。另外,疏水性樹脂係與樹脂(A)不同之樹脂為較佳。
藉由本發明的組成物含有疏水性樹脂,能夠控制感光化射線性或感放射線性膜表面上之靜態/動態接觸角。藉此,能夠改善顯影特性、抑制脫氣(outgas)、提高液浸曝光時之液浸液追隨性及減少液浸缺陷等。
疏水性樹脂被設計成偏在於抗蝕劑膜的表面為較佳,但與界面活性劑不同,無需一定要在分子內具有親水基,亦可以對均勻地混合極性/非極性物質不起作用。
從偏在於膜表層上之觀點考慮,疏水性樹脂係含有具有選自包括“氟原子”、“矽原子”及“樹脂的側鏈部分中所含有之CH3
部分結構”之群組中之至少一種之重複單元之樹脂為較佳。
疏水性樹脂包含氟原子和/或矽原子時,疏水性樹脂中之上述氟原子和/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時,係含有具有氟原子之烷基、具有氟原子之環烷基或具有氟原子之芳基作為具有氟原子之部分結構之樹脂為較佳。
疏水性樹脂具有至少一個選自下述(x)~(z)的群組中之基團為較佳。
(x)酸基
(y)藉由鹼性顯影液的作用進行分解而相對於鹼性顯影液的溶解度增大之基團(以下,亦稱為極性轉換基)
(z)藉由酸的作用進行分解之基團
作為酸基(x),可舉出酚性羥基、羧酸基、氟化醇基、磺酸基、磺醯胺基、磺醯基醯亞胺基、(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。
作為酸基,氟化醇基(較佳為六氟異丙醇基)、磺醯亞胺基或雙(烷基羰基)亞甲基為較佳。
作為藉由鹼性顯影液的作用分解而相對於鹼性顯影液之溶解度增大之基團(y),例如可舉出內酯基、羧酸酯基(-COO-)、酸酐基(-C(O)OC(O)-)、酸醯亞胺基(-NHCONH-)、羧酸硫酯基(-COS-)、碳酸酯基(-OC(O)O-)、硫酸酯基(-OSO2
O-)及磺酸酯基(-SO2
O-)等,內酯基或羧酸酯基(-COO-)為較佳。
作為包含該等基團之重複單元,例如為該等基團直接鍵結於樹脂的主鏈之重複單元,例如可舉出基於丙烯酸酯及甲基丙烯酸脂之重複單元等。該重複單元中,該等基團可以經由連結基鍵結於樹脂的主鏈上。或者,該重複單元在聚合具有該等基團之聚合起始劑或鏈轉移劑時使用,並可以導入到樹脂的末端。
作為具有內酯基之重複單元,例如可舉出與之前在樹脂(A)項中所說明之具有內酯結構之重複單元相同者。
具有藉由鹼性顯影液的作用分解而相對於鹼性顯影液之溶解度增大之基團(y)之重複單元的含量相對於疏水性樹脂中的所有重複單元,係1~100莫耳%為較佳,3~98莫耳%為更佳,5~95莫耳%為進一步較佳。
疏水性樹脂中具有藉由酸的作用而分解之基團(z)之重複單元可舉出與在樹脂(A)中舉出之具有酸分解性基之重複單元相同者。具有藉由酸的作用進行分解之基團(z)之重複單元可以具有氟原子及矽原子中的至少任一種。具有藉由酸的作用而分解之基團(z)之重複單元的含量相對於疏水性樹脂中的所有重複單元,1~80莫耳%為較佳,10~80莫耳%為更佳,20~60莫耳%為進一步較佳。
疏水性樹脂可以進一步具有與上述重複單元不同之重複單元。
包含氟原子之重複單元相對於疏水性樹脂中的所有重複單元,係10~100莫耳%為較佳,30~100莫耳%為更佳。又,包含矽原子之重複單元相對於疏水性樹脂中的所有重複單元,係10~100莫耳%為較佳,20~100莫耳%為更佳。
另一方面,尤其在疏水性樹脂於側鏈部分包含CH3
部分結構時,疏水性樹脂實質上不包含氟原子及矽原子之形態亦較佳。又,疏水性樹脂實質上由僅以選自碳原子、氧原子、氫原子、氮原子及硫原子中之原子構成之重複單元構成為較佳。
疏水性樹脂的標準聚苯乙烯換算的重量平均分子量為1,000~100,000為較佳,1,000~50,000為更佳。
疏水性樹脂中所包含之殘留單體和/或寡聚物成分的合計含量為0.01~5質量%為較佳,0.01~3質量%為更佳。又,分散度(Mw/Mn)在1~5的範圍為較佳,在1~3的範圍為更佳。
作為疏水性樹脂,能夠單獨或以該等的混合物的形式適當地選擇使用公知的樹脂。例如,作為疏水性樹脂,能夠適當地使用美國專利申請公開2015/0168830A1號說明書的<0451>~<0704>段及美國專利申請公開2016/0274458A1號說明書的<0340>~<0356>段中所揭示之公知的樹脂。又,美國專利申請公開2016/0237190A1號說明書的<0177>~<0258>段中所揭示之重複單元作為構成疏水性樹脂之重複單元而較佳。
以下示出相當於構成疏水性樹脂之重複單元的單體的較佳例。
疏水性樹脂可以單獨使用一種,亦可以併用2種以上。
從兼顧液浸曝光時之液浸液追隨性和顯影特性之觀點考慮,混合使用表面能不同之2種以上的疏水性樹脂為較佳。
疏水性樹脂在組成物中之含量相對於本發明的組成物中的總固體成分,0.01~10質量%為較佳,0.05~8質量%為更佳。
<交聯劑(G)>
本發明的組成物可以含有藉由酸的作用而交聯樹脂之化合物(以下,亦稱為交聯劑(G))。作為交聯劑(G),能夠適當地使用公知的化合物。例如,能夠將美國專利申請公開2016/0147154A1號說明書的<0379>~<0431>段及美國專利申請公開2016/0282720A1號說明書的<0064>~<0141>段中所揭示之公知的化合物較佳地用作交聯劑(G)。
交聯劑(G)係具有能夠交聯樹脂之交聯性基團之化合物,作為交聯性基團,可舉出羥甲基、烷氧基甲基、醯氧基甲基、烷氧基甲基醚基、環氧乙烷環、及氧雜環丁烷環等。
交聯性基團係羥甲基、烷氧基甲基、環氧乙烷環或氧雜環丁烷環為較佳。
交聯劑(G)具有2個以上的交聯性基團之化合物(亦包含樹脂)為較佳。
交聯劑(G)係具有羥甲基或烷氧基甲基之苯酚衍生物、脲系化合物(具有脲結構之化合物)或三聚氰胺系化合物(具有三聚氰胺結構之化合物)為更佳。
交聯劑可以單獨使用1種,亦可以併用2種以上。
交聯劑(G)的含量相對於抗蝕劑組成物的總固體成分,1~50質量%為較佳,3~40質量%為更佳,5~30質量%為進一步較佳。
如上所述,本發明的組成物可以含有交聯劑,亦可以不含有,但含有交聯劑為較佳。
<界面活性劑>
本發明的組成物含有界面活性劑為較佳。含有界面活性劑時,氟系和/或矽系界面活性劑(具體而言,氟系界面活性劑、矽系界面活性劑或具有氟原子和矽原子這兩者之界面活性劑)為較佳。
藉由本發明的組成物含有界面活性劑,在使用250nm以下,尤其220nm以下的曝光光源時,能夠以良好的靈敏度及解析度得到密接性及顯影缺陷少的圖案。
作為氟系和/或矽系界面活性劑,可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,亦能夠使用美國專利申請公開第2008/0248425號說明書的<0280>段中所記載之除了氟系和/或矽系界面活性劑以外的其他界面活性劑。
該等界面活性劑可以單獨使用一種,亦可以併用2種以上。
本發明的組成物含有界面活性劑時,相對於組成物的總固體成分,界面活性劑的含量為0.0001~2質量%為較佳,0.0005~1質量%為更佳。
另一方面,藉由將界面活性劑的含量設為相對於組成物的總固體成分為10ppm(parts permillion:百萬分率)以上,疏水性樹脂的表面偏在性得到提高。藉此,能夠使感光化射線性或感放射線性膜的表面變得更加疏水,液浸曝光時的水追隨性得到提高。
<樹脂(J)>
本發明的組成物含有交聯劑(G)時,本發明的組成物含有具有酚性羥基之鹼可溶性樹脂(J)(亦稱為“樹脂(J)”)為較佳。樹脂(J)含有具有酚性羥基之重複單元為較佳。
此時,典型為較佳地形成負型圖案。
交聯劑(G)可以為載置於樹脂(J)之形態。
樹脂(J)可以含有前述酸分解性基。
作為樹脂(J)所含有的具有酚性羥基之重複單元,並無特別限定,由下述通式(II)表示之重複單元為較佳。
在通式(II)中,
R2
表示氫原子、可以具有取代基之烷基(較佳為甲基)或鹵素原子(較佳為氟原子)。
B’表示單鍵或2價的連結基。
Ar’表示芳香環基。
m表示1以上的整數。
樹脂(J)可以單獨使用一種,亦可以併用2種以上。
本發明的組成物的總固體成分中的樹脂(J)的含量通常為30質量%以上。40質量%以上為較佳,50質量%以上為更佳。上限並無特別限制,99質量%以下為較佳,90質量%以下為更佳,85質量%以下為進一步較佳。
作為樹脂(J),能夠較佳地使用美國專利申請公開2016/0282720A1號說明書的<0142>~<0347>段中所揭示之樹脂。
(其他添加劑)
本發明的組成物可以進一步含有酸增殖劑、染料、可塑劑、光增感劑、光吸收劑、鹼可溶性樹脂、溶解抑制劑或溶解促進劑等。
該等可塑劑可以單獨使用一種,亦可以併用2種以上。
本發明的組成物含有可塑劑時,可塑劑的含量相對於組成物的總固體成分,係0.01~20質量%為較佳,1~15質量%為更佳。
<製備方法>
本發明的組成物的固體成分濃度為10質量%以上為較佳,其上限通常為50質量%左右為較佳。其中,作為本發明的組成物的固體成分濃度,25~50質量%為更佳,30~50質量%為進一步較佳。固體成分濃度係指除了溶劑以外的其他抗蝕劑成分的質量相對於組成物的總質量之質量百分比。
另外,包含本發明的組成物之感光化射線性或感放射線性膜(抗蝕劑膜)的膜厚為1μm以上為較佳,從提高增加加工階段數之植入耐性等目的考慮,3μm以上為更佳,5μm以上為進一步較佳,10μm以上為特佳。上限並無特別限定,例如為100μm以下。
另外,如後述,能夠由本發明的組成物形成圖案。
所形成之圖案的膜厚為1μm以上為較佳,以提高增加加工階段數之植入耐性等為目的,3μm以上為更佳,5μm以上為進一步較佳,10μm以上為特佳。上限並無特別限定,例如為100μm以下。
關於本發明的組成物,將上述成分溶解於規定的有機溶劑較佳為上述混合溶劑中,對其進行過濾器過濾之後,塗佈於規定的支撐體(基板)而使用。過濾器過濾中所使用之過濾器的細孔徑係0.2μm以下為較佳,0.05μm以下為更佳,0.03μm以下為進一步較佳。又,在本發明的組成物的固體成分濃度高的情況下(例如,25質量%以上),過濾器過濾中所使用之過濾器的細孔尺寸係3μm以下為較佳,0.5μm以下為更佳,0.2μm以下為進一步較佳。該過濾器係聚四氟乙烯製、聚乙烯製、尼龍製的過濾器為較佳。關於過濾器過濾,例如可如日本專利申請公開第2002-062667號說明書(日本特開2002-062667)所揭示,進行循環過濾,或將複數種過濾器串聯或並聯連接而進行過濾。又,亦可以對組成物進行複數次過濾。另外,亦可在過濾器過濾的前後,對組成物進行脫氣處理等。
本發明的組成物的黏度係100~700mPa・s為較佳。從塗佈性更加優異之觀點考慮,本發明的組成物的黏度係100~500mPa・s為更佳。
另外,黏度能夠利用E型黏度計進行測量。
<用途>
本發明的組成物係有關於一種藉由光化射線或放射線的照射進行反應而性質發生變化之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物。更詳細而言,本發明的組成物係有關於一種IC(Integrated Circuit:積體電路)等的半導體製造製程、液晶或熱能頭等的電路基板的製造、壓印用模具結構體的製作、以及其他感光蝕刻加工製程或平版印刷板或酸硬化性組成物的製造中所使用之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物。在本發明中,所形成之圖案能夠用於蝕刻製程、離子植入製程、凸塊電極形成製程、再配線形成製程及MEMS(Micro Electro Mechanical Systems:微機電系統)等中。
〔圖案形成方法〕
本發明亦有關於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圖案形成方法。以下,對本發明的圖案形成方法進行說明。又,與圖案形成方法的說明一起,亦對本發明的感光化射線性或感放射線性膜進行說明。
本發明的圖案形成方法具有:
(i)藉由上述感光化射線性或感放射線性樹脂組成物而在支撐體上形成抗蝕劑膜(感光化射線性或感放射線性膜)之製程(抗蝕劑膜形成製程)、
(ii)對上述抗蝕劑膜進行曝光之(照射光化射線或放射線之)製程(曝光製程);及
(iii)使用顯影液對上述經曝光之抗蝕劑膜進行顯影之製程(顯影製程)。
本發明的圖案形成方法只要包括上述(i)~(iii)的製程,則並無特別限定,可以進一步具有下述製程。
在本發明的圖案形成方法中,(ii)曝光製程中之曝光方法可以是液浸曝光。
在本發明的圖案形成方法中,在(ii)曝光製程之前包括(iv)預加熱(PB:PreBake(預烘烤))製程為較佳。
在本發明的圖案形成方法中,在(ii)曝光製程之後且在(iii)顯影製程之前包括(v)曝光後加熱(PEB:Post Exposure Bake(曝光後烘烤))製程為較佳。
本發明的圖案形成方法可以包括複數次(ii)曝光製程。
在本發明的圖案形成方法中,可以包括複數次(iv)預加熱製程。
在本發明的圖案形成方法中,可以包括複數次(v)曝光後加熱製程。
在本發明的圖案形成方法中,上述(i)抗蝕劑膜形成製程、(ii)曝光製程及(iii)顯影製程能夠藉由一般已知之方法來進行。
在本發明的圖案形成方法中,(i)在抗蝕劑膜形成製程中形成於基板上之感光化射線性或感放射線性膜的膜厚如上述為1μm以上為較佳,3μm以上為更佳,5μm以上為進一步較佳,10μm以上為特佳。上限並無特別限定,例如為100μm以下。
又,根據需要,可以在抗蝕劑膜與支撐體之間形成抗蝕劑下層膜(例如,SOG(Spin On Glass:旋塗玻璃)、SOC(Spin On Carbon:旋塗碳)及防反射膜)。作為構成抗蝕劑下層膜之材料,能夠適當地使用公知的有機系或無機系的材料。
可以在抗蝕劑膜的上層形成保護膜(頂塗層)。作為保護膜,能夠適當地使用公知的材料。例如能夠較佳地使用美國專利申請公開第2007/0178407號說明書、美國專利申請公開第2008/0085466號說明書、美國專利申請公開第2007/0275326號說明書、美國專利申請公開第2016/0299432號說明書、美國專利申請公開第2013/0244438號說明書、國際專利申請公開第2016/157988A號說明書中所揭示之保護膜形成用組成物。作為保護膜形成用組成物,含有上述酸擴散控制劑者為較佳。
亦可以在含有上述疏水性樹脂之抗蝕劑膜的上層形成保護膜。
支撐體並無特別限定,能夠使用除了在IC等半導體的製造製程或者液晶或熱能頭等電路基板的製造製程以外,在其他感光蝕刻加工的微影製程等中一般使用之基板。作為支撐體的具體例,可舉出矽、SiO2
及SiN等無機基板等。
加熱溫度在(iv)預加熱製程及(v)曝光後加熱製程中的任一個中,均為70~150℃為較佳,70~130℃為更佳,80~130℃為進一步較佳,80~120℃為最佳。
在(iv)預加熱製程及(v)曝光後加熱製程中,加熱時間均為30~300秒為較佳,30~180秒為更佳,30~90秒為進一步較佳。
加熱能夠利用曝光裝置及顯影裝置所具備之機構來進行,亦可以使用加熱板等來進行。
對曝光製程中所使用之光源波長並沒有限制,例如可舉出紅外光、可見光、紫外光、遠紫外光、極紫外光(EUV)、X射線及電子束等。該等中,遠紫外光為較佳,其波長為1~300nm為較佳,100~300nm為更佳,200~300nm為進一步較佳。具體而言,KrF準分子雷射(248nm)、ArF準分子雷射(193nm)、F2
準分子雷射(157nm)、X射線、EUV(13nm)及電子束等,KrF準分子雷射、ArF準分子雷射、EUV或電子束為較佳,KrF準分子雷射為更佳。
在(iii)顯影製程中,可以為鹼性顯影液,亦可以為包含有機溶劑之顯影液(以下,亦稱為有機系顯影液)。
作為鹼性顯影液,通常使用以氫氧化四甲基銨為代表之4級銨鹽,除此之外,還能夠使用無機鹼、1級胺~3級胺、醇胺及環狀胺等鹼水溶液。
另外,上述鹼性顯影液可以含有適量的醇類和/或界面活性劑。鹼性顯影液的鹼濃度通常為0.1~20質量%。鹼性顯影液的pH通常為10~15。
使用鹼性顯影液來進行顯影之時間通常為10~300秒。
鹼性顯影液的鹼濃度、pH及顯影時間能夠根據所形成之圖案適當進行調整。
有機系顯影液係含有選自包括酮系溶劑、酯系溶劑、醇系溶劑、醯胺系溶劑、醚系溶劑及烴系溶劑之群組中之至少一種有機溶劑之顯影液為較佳。
作為酮系溶劑,例如可舉出1-辛酮、2-辛酮、1-壬酮、2-壬酮、丙酮、2-庚酮(甲基戊基酮)、4-庚酮、1-己酮、2-己酮、二異丁基酮、環己酮、甲基環己酮、苯基丙酮、甲基乙基酮、甲基異丁基酮、乙醯丙酮、丙酮基丙酮、紫羅酮、二丙酮醇、乙醯甲醇、苯乙酮、甲基萘基酮、異佛爾酮及碳酸丙烯酯等。
作為酯系溶劑,例如可舉出乙酸甲酯、乙酸丁酯、乙酸乙酯、乙酸異丙酯、乙酸戊酯(pentyl acetate)、乙酸異戊酯、乙酸戊酯(amyl acetate)、丙二醇單甲醚乙酸酯、乙二醇單乙醚乙酸酯、二乙二醇單丁醚乙酸酯、二乙二醇單乙醚乙酸酯、乙基-3-乙氧基丙酸酯、3-甲氧基丁基乙酸酯、3-甲基-3-甲氧基丁基乙酸酯、甲酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸丁酯、甲酸丙酯、乳酸乙酯、乳酸丁酯、乳酸丙酯、丁酸丁酯、2-羥基異丁酸甲酯、乙酸異戊酯、異丁酸異丁酯及丙酸丁酯等。
作為醇系溶劑、醯胺系溶劑、醚系溶劑及烴系溶劑,能夠使用美國專利申請公開2016/0070167A1號說明書的<0715>~<0718>段中所揭示之溶劑。
上述溶劑可以混合複數個,亦可以與除上述以外的溶劑或水進行混合。作為顯影液整體的含水率小於50質量%為較佳,小於20質量%為更佳,小於10質量%為進一步較佳,實際上不包含水分為特佳。
相對於有機系顯影液之有機溶劑的含量相對於顯影液的總量為50~100質量%為較佳,80~100質量%為更佳,90~100質量%為進一步較佳,95~100質量%為特佳。
有機系顯影液根據需要可以適量含有公知的界面活性劑。
相對於顯影液的總量,界面活性劑的含量通常為0.001~5質量%,0.005~2質量%為較佳,0.01~0.5質量%為更佳。
有機系顯影液可以含有上述酸擴散控制劑。
作為顯影方法,例如可舉出:將基板在裝滿顯影液之槽中浸漬一定時間之方法(浸漬法);藉由表面張力將顯影液隆起並在基板表面靜置一定時間之方法(浸置法);對基板表面噴塗顯影液之方法(噴射法);或以一定速度一邊掃描顯影液噴出噴嘴一邊將顯影液持續噴出到以一定速度旋轉之基板上之方法(動態分配法)等。
亦可以將使用鹼水溶液進行顯影之製程(鹼性顯影製程)及使用含有有機溶劑之顯影液進行顯影之製程(有機溶劑顯影製程)進行組合。藉此,可以僅使中間的曝光強度的區域不溶解而形成圖案,因此能夠形成更加微細的圖案。
在(iii)顯影製程之後,包括使用沖洗液進行清洗之製程(沖洗製程)為較佳。
使用了鹼性顯影液之顯影製程後的沖洗製程中所使用之沖洗液例如能夠使用純水。純水可以含有適量的界面活性劑。在該情況下,可以在顯影製程或沖洗製程之後,追加利用超臨界流體去除附著於圖案上之顯影液或沖洗液之處理。進而,在沖洗處理或基於超臨界流體之處理之後,為了去除殘留於圖案中的水分可以進行加熱處理。
使用含有有機溶劑之顯影液之顯影製程之後的沖洗製程中所使用之沖洗液只要是不溶解圖案者,則並無特別限制,能夠使用含有一般的有機溶劑之溶液。作為沖洗液,使用含有選自包括烴系溶劑、酮系溶劑、酯系溶劑、醇系溶劑、醯胺系溶劑及醚系溶劑之群組中之至少一種有機溶劑之沖洗液為較佳。
作為烴系溶劑、酮系溶劑、酯系溶劑、醇系溶劑、醯胺系溶劑及醚系溶劑的具體例,可舉出與在含有有機溶劑之顯影液中所說明者相同者。
作為此時的沖洗製程中所使用之沖洗液,含有1元醇之沖洗液為更佳。
作為在沖洗製程中所使用之1元醇,可舉出直鏈狀、支鏈狀或環狀的1元醇。具體而言,可舉出1-丁醇、2-丁醇、3-甲基-1-丁醇、三級丁醇、1-戊醇、2-戊醇、1-己醇、4-甲基-2-戊醇、1-庚醇、1-辛醇、2-己醇、環戊醇、2-庚醇、2-辛醇、3-己醇、3-庚醇、3-辛醇、4-辛醇及甲基異丁基甲醇。作為碳數5以上的1元醇,可舉出1-己醇、2-己醇、4-甲基-2-戊醇、1-戊醇、3-甲基-1-丁醇及甲基異丁基甲醇等。
各成分可以混合複數個,亦可以與上述以外的有機溶劑混合使用。
沖洗液中的含水率為10質量%以下為較佳,5質量%以下為更佳,3質量%以下為進一步較佳。藉由將含水率設為10質量%以下,可得到良好的顯影特性。
沖洗液可以含有適量的界面活性劑。
在沖洗製程中,使用含有有機溶劑之沖洗液對使用有機系顯影液進行了顯影之基板進行清洗處理。清洗處理的方法並無特別限定,例如可舉出如下方法:在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);在裝滿沖洗液之槽中將基板浸漬一定時間之方法(浸漬法);或向基板表面噴射沖洗液之方法(噴霧法)等。其中,利用旋轉塗佈法進行清洗處理,在清洗之後使基板以2,000~4,000rpm(revolution per minute(每分鐘轉速))的轉速旋轉,從基板上去除沖洗液為較佳。又,在沖洗製程之後包括加熱製程(Post Bake(後烘烤))亦較佳。藉由該加熱製程去除殘留在圖案之間及圖案內部之顯影液及沖洗液。在沖洗製程之後的加熱製程中,加熱溫度通常為40~160℃,70~120℃為較佳,70~95℃為更佳,加熱時間通常為10秒鐘~3分鐘,30秒鐘~90秒鐘為較佳。
本發明的感光化射線性或感放射線性樹脂組成物及本發明的圖案形成方法中所使用之各種材料(例如,抗蝕劑溶劑、顯影液、沖洗液、防反射膜形成用組成物或頂塗層形成用組成物等)不包含金屬成分、異構物及殘留單體等雜質為較佳。作為上述各種材料中所包含之該等雜質的含量為1ppm以下為較佳,100ppt(parts pertrillion:兆分率)以下為更佳,10ppt以下為進一步較佳,實質上不包含(係測量裝置的檢測極限以下)為特佳。
作為從上述各種材料中去除金屬等雜質之方法,例如可舉出使用了過濾器的過濾。作為過濾器孔徑,細孔尺寸為10nm以下為較佳,5nm以下為更佳,3nm以下為進一步較佳。作為過濾器的材質,聚四氟乙烯製、聚乙烯製或尼龍製的過濾器為較佳。過濾器亦可以使用預先用有機溶劑清洗者。在過濾器過濾製程中,可以將複數種過濾器串聯或並聯連接來使用。使用複數種過濾器時,亦可以組合使用孔徑和/或材質不同之過濾器。又,可以對各種材料進行複數次過濾,進行複數次過濾之製程亦可以為循環過濾製程。作為過濾器,如日本專利申請公開第2016-201426號說明書(日本特開2016-201426號公報)中所揭示之溶出物減少者為較佳。
除了過濾器過濾以外,還可以進行使用吸附材料之雜質的去除,亦可以將過濾器過濾和吸附材料組合使用。作為吸附材料,能夠使用公知的吸附材料,例如能夠使用矽膠或沸石等無機系吸附材料或活性碳等有機系吸附材料。作為金屬吸附劑,例如可舉出日本專利申請公開第2016-206500號說明書(日本特開2016-206500)中所揭示者。
又,作為減少上述各種材料中所包含之金屬等雜質之方法,可舉出如下方法:選擇金屬含量少的原料作為構成各種材料之原料、對構成各種材料之原料進行過濾器過濾或者在裝置內用TEFLON(註冊商標)進行內襯等而盡可能抑制了污染之條件下進行蒸餾等方法。對構成各種材料之原料進行之過濾器過濾中之較佳條件與上述條件相同。
為了防止雜質的混入,上述各種材料保存於美國專利申請公開第2015/0227049號說明書、日本專利申請公開第2015-123351號說明書(日本特開2015-123351)等中所記載之容器中為較佳。
對於藉由本發明的圖案形成方法而形成之圖案,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之方法,例如可舉出美國專利申請公開第2015/0104957號說明書中所揭示之利用含有氫之氣體的電漿來處理圖案之方法。除此之外,還可以適用日本專利申請公開第2004-235468號說明書(日本特開2004-235468)、美國專利申請公開第2010/0020297號說明書、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。
又,藉由上述方法而形成之圖案例如能夠用作日本專利申請公開第1991-270227號說明書(日本特開平3-270227)及美國專利申請公開第2013/0209941號說明書中所揭示之間隔件工藝(Spacer Process)的芯材(Core)。
[電子器件的製造方法〕
又,本發明亦關於一種包含上述圖案形成方法之電子器件的製造方法。藉由本發明的電子器件之製造方法製造之電子器件,可適當地裝載於電氣電子設備(例如,家電、OA(辦公自動化(Office Automation))相關設備、媒體相關設備、光學用設備及通訊設備等)。
[實施例]
以下,基於實施例對本發明進行進一步詳細的說明。以下實施例所示之材料、使用量、比例、處理內容及處理步驟等只要不脫離本發明的主旨便能夠適當地變更。從而,本發明的範圍並非係被以下所示之實施例限定地解釋者。
<樹脂>
關於所使用之樹脂,示出重複單元的結構及其含量(莫耳比率)、重量平均分子量(Mw)及分散度(Mw/Mn)。
另外,樹脂的重量平均分子量(Mw)及分散度(Mw/Mn)藉由GPC(載體:四氫呋喃(THF))進行了測量(係聚苯乙烯換算量)。又,重複單元的含量藉由13
C-NMR(nuclear magnetic resonance:核磁共振)進行了測量。
關於各樹脂,將源自設為均聚物時的玻璃轉移溫度為50℃以下的單體(單體a1)之重複單元(a1)的含量(莫耳%)、單體a1的種類、將單體a1設為均聚物時的玻璃轉移溫度(Tg)、與具有酸分解性基之重複單元(a2)對應之單體的種類、重複單元(a2)的含量、與具有羧基之重複單元(a3)對應之單體的種類、重複單元(a3)的含量、與具有酚性羥基之重複單元(a4)對應之單體的種類、重複單元(a4)的含量、與其他重複單元對應之單體的種類、及其他重複單元的含量記載於表1。
(均聚物的玻璃轉移溫度的測量方法)
有產品目錄值或文獻值時,均聚物的玻璃轉移溫度採用該值,沒有時藉由示差掃描量熱(DSC:Differential scanning calorimetry)法進行了測量。將用於Tg的測量之均聚物的重量平均分子量(Mw)設為18000,分散度(Mw/Mn)設為1.7。使用TA Instruments Japan Inc.製造之熱分析DSC示差掃描量熱儀Q1000型作為DSC裝置,以升溫速度為10℃/min進行了測量。
另外,用於Tg的測量之均聚物利用所對應之單體,藉由下述步驟進行了合成。另外,均聚物的合成藉由通常的滴加聚合法進行。
將丙二醇單甲基醚乙酸酯(PGMEA)54質量份在氮氣流下加熱至80℃。一邊攪拌該溶液,一邊經6小時滴加了包含對應之單體21質量%、2,2’-偶氮雙異丁酸二甲酯0.35質量%之PGMEA溶液125質量份。滴加結束後,在80℃下進一步攪拌了2小時。將反應液放冷之後,用大量的甲醇/水(質量比9:1)進行再次沉澱、過濾,並乾燥所獲得之固體而獲得了均聚物(Mw:18000、Mw/Mn:1.7)。將所獲得之均聚物用於DSC測量。DSC裝置及升溫速度如前述。
另外,將與包含於樹脂IR-1之其他重複單元對應之單體(ME-2)設為均聚物時的玻璃轉移溫度為100℃,而將與包含於樹脂IR-2之其他重複單元對應之單體(ME-1)設為均聚物時的玻璃轉移溫度為54℃。
<添加劑>
以下示出作為添加劑使用之化合物。
II-12:聚乙烯縮丁醛樹脂Mowital B16H(KURARAY CO.,LTD製,重量平均分子量16000),Tg=84℃
II-13:聚酯樹脂Vylon200(TOYOBO CO., LTD.製,數平均分子量17000),Tg=67℃
II-14:聚乙烯甲醚樹脂Lutonal M40(BASF公司製,重量平均分子量50000)Tg=-49℃
<光酸產生劑>
以下示出所使用的光酸產生劑的結構。
<酸擴散控制劑>
以下示出所使用的酸擴散控制劑。
<界面活性劑>
以下示出所使用之界面活性劑。
G-2:Troy Sol S366(矽系界面活性劑,Troy Chemical Industries Inc.製)
G-3:MEGAFACE-R4(氟系界面活性劑,DIC Corporation製)
<溶劑>
以下示出所使用之溶劑。
S-1:丙二醇單甲醚乙酸酯(PGMEA)
S-2:丙二醇單甲醚(PGME)
S-3:乳酸乙酯(EL)
S-4:乙酸丁酯(nBA)
S-5:3-乙氧基丙酸乙酯(EEP)
S-6:環己酮
<其他添加劑>
作為其他添加劑,使用了以下的化合物。
<感光化射線性或感放射線性樹脂組成物的製備>
將示於表2、表3及表4之各成分混合成記載於表2、表3及表4之固體成分濃度(質量%)來獲得了溶液。接著,用具有0.2μm的細孔尺寸之聚乙烯過濾器對所得到之溶液進行過濾,藉此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)res-1~res-55、res-1X~res-4X。此外,在抗蝕劑組成物中,固體成分係指,除了溶劑以外的所有成分。
另外,利用Agilent Technologies corporation製ICP-MS裝置(感應耦合電漿質譜儀)“Agilent 7500cs”測量各組成物所包含之25種(Na、K、Ca、Fe、Cu、Mg、Mn、Al、Li、Cr、Ni、Sn、Zn、Ag、As、Au、Ba、Cd、Co、Pb、Ti、V、W、Mo、Zr)金屬雜質成分量之結果,各金屬種的含量分別小於10ppb(parts-per-billion:十億分率)。
在表2、表3及表4中,除了溶劑以外的各成分的含量(質量%)係指相對於總固體成分之含有比率。又,關於溶劑,分別記載了使用量(質量份)。
〔圖案形成及各種評價〕
<圖案形成>
利用Tokyo Electron Limited製旋塗機“ACT-8”,在實施了六甲基二矽氮烷處理之Si基板(Advanced Materials Technology公司製)上不設置防反射層並塗佈所製備之抗蝕劑組成物,以130℃進行60秒加熱乾燥,藉此形成了記載於表5、表6及表7之膜厚的正型抗蝕劑膜。利用KrF準分子雷射掃描儀(ASML公司製,PAS5500/850C,波長248nm),經由下述遮罩,以下述最佳曝光量,在NA(開口數)=0.6、σ=0.75的曝光條件下,對該抗蝕劑膜進行了圖案曝光。照射後,於130℃下烘烤60秒,使用2.38質量%氫氧化四甲基銨(TMAH)水溶液浸漬60秒之後,用水沖洗30秒並進行了乾燥。
將縮小投影曝光後的點圖案為3μm×3μm,間距在縱方向、橫方向上均成為33μm之曝光量、經由具有孤立的點圖案之遮罩進行曝光並形成之點圖案為3μm見方,間距成為33μm之曝光量設為最佳曝光量(靈敏度)(mJ/cm2
)。點圖案寬度的測量使用了掃描式電子顯微鏡(SEM)(Hitachi High-Technologies Corporation.製9380II)。
藉由上述步驟得到了具有基板和形成於基板表面之圖案(抗蝕劑圖案)之圖案晶圓。
<點解析度的評價>
使用前述遮罩來改變曝光量,並觀察了所獲得之抗蝕劑圖案的點圖案寬度。將所獲得之抗蝕劑圖案的點圖案寬度中最微細的點圖案寬度(μm)設為解析度評價的指標,並按照以下基準進行了評價。
A:1μm見方的點圖案解析度高
B:1μm見方的點圖案解析度低,但3μm見方的點圖案解析度高
C:3μm見方的點圖案解析度低,5μm見方的點圖案解析度高
D:甚至在10μm見方的點圖案解析度亦低
<PCD性能的評價>
利用Tokyo Electron Limited製旋塗機“ACT-8”,在實施了六甲基二矽氮烷處理之Si基板(Advanced Materials Technology公司製)上不設置防反射層並塗佈所製備之抗蝕劑組成物,並進行乾燥烘烤而在基板上形成了抗蝕劑膜。然後,將具有抗蝕劑膜之基板在無塵室環境下分別保管一定時間(將該時間稱為“保管時間”)。然後,利用KrF準分子雷射掃描儀,經由下述遮罩,以下述最佳曝光量對保管後的抗蝕劑膜進行了圖案曝光。照射後,於130℃下烘烤60秒,使用2.38質量%氫氧化四甲基銨(TMAH)水溶液浸漬60秒之後,用水沖洗30秒並進行了乾燥。
將縮小投影曝光後的點圖案為3μm×3μm,間距在縱方向、橫方向上均成為33μm之曝光量、經由具有孤立的點圖案之遮罩進行曝光並形成之點圖案為3μm見方,間距成為33μm之曝光量設為最佳曝光量(靈敏度)(mJ/cm2
)。點圖案寬度的測量使用了掃描式電子顯微鏡(SEM)(Hitachi High-Technologies Corporation.製9380II)。
將所獲得之圖案的點寬度在3μm±30nm的範圍內之最長的保管時間作為“PCD時間”,並按照以下基準進行了評價。
A:PCD時間在60分鐘以上
B:PCD時間在30分鐘以上且小於60分鐘
C:PCD時間在10分鐘以上且小於30分鐘
D:PCD時間小於10分鐘
<蝕刻時的圖案的側壁的粗糙度(蝕刻LER)的評價>
縮小投影曝光後的空間寬度成為3μm、間距寬度成為33μm之經由具有線與空間圖案之遮罩進行了曝光,除此以外以與上述點圖案形成方法相同的方法進行了圖案形成。
將形成空間寬度為3μm、間距寬度為33μm的孤立空間圖案之曝光量設為了最佳曝光量(靈敏度)(mJ/cm2
)。
將以上述靈敏度形成之孤立空間圖案作為加工遮罩,對Si基板(8英吋矽晶圓)進行了乾式蝕刻處理。首先,進行使用氟系氣體之蝕刻,對Si基板進行了加工。其中,1英吋相當於25.4mm。作為蝕刻條件,使用將Ar:C4
F6
:O2
混合成以流量比計為25:1:2之氣體,並適用了處理壓力4Pa、源極功率500W、晶圓偏壓700W、天線偏壓600W、加工時間60秒的條件。接著,進行使用氧氣體之蝕刻,加工了抗蝕劑遮罩圖案。作為蝕刻條件,使用將CF4
:O2
混合成以流量比計為1:24之氣體,並適用了處理壓力0.5Pa、源極功率700W、天線偏壓100W、加工時間60秒的條件。
將上述乾式蝕刻處理重複進行10次以後,切斷晶圓,利用掃描式電子顯微鏡(SEM)觀察抗蝕劑的側壁粗糙度,並按照以下指標進行了評價。另外,乾式蝕刻裝置適用了Hitachi High-Technologies Corporation.製U-621。
A:幾乎未發現粗糙度
B:發現了些許粗糙度
C:粗糙度大
D:粗糙度大,且在圖案中出現了直徑尺寸超過30nm之孔
(顯影殘渣的評價)
利用Tokyo Electron Limited製造之旋塗機“ACT-8”,在實施了六甲基二矽氮烷處理之8英吋的Si基板(Advanced Materials Technology公司製(以下,亦稱為“基板”。))上不設置防反射層並在基板靜止之狀態下滴加了上述中所製備之抗蝕劑組成物。滴加之後,旋轉基板,將其轉速以500rpm維持3秒,然後以100rpm維持2秒,進而以500rpm維持3秒,再次以100rpm維持2秒之後,提高至膜厚設定轉速(1200rpm)並維持了60秒。然後,在加熱板上以130℃進行60秒的加熱乾燥(PB),藉此形成了記載於下述表5、表6或表7之膜厚的正型的抗蝕劑膜。對該抗蝕劑膜不進行圖案曝光而直接以記載於下述表5、表6或表7之溫度烘烤(PEB)60秒,用2.38質量%氫氧化四甲基銨(TMAH)水溶液浸漬60秒之後,用純水沖洗30秒並乾燥,以記載於下述表5、表6或表7之溫度進行加熱(Post Bake:後烘烤),藉此製作了顯影殘渣評價用晶圓。利用缺陷檢查裝置COMPLUS (AMAT公司製)觀察該晶圓,利用缺陷評價用SEM RS5500(Hitachi High-Technologies Corporation. 製)確認有無殘渣缺陷,並對該數量進行了計數。根據經計數之殘渣缺陷數,利用以下的指標進行了評價。
A:0
B:1~5
C:6~20
D:超過20
從表5、表6及表7的結果可知,實施例的抗蝕劑組成物在由厚膜的抗蝕劑膜形成圖案時,孤立殘留圖案的解析度優異,能夠減少圖案的顯影後的顯影殘渣,PCD性能優異,且能夠抑制在蝕刻時可能產生之抗蝕劑圖案的側壁的粗糙度。
Claims (16)
- 一種感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其含有樹脂(A)、玻璃轉移溫度為100℃以下的化合物(B)及溶劑,其中 該樹脂(A)包含源自設為均聚物時的玻璃轉移溫度為50℃以下的單體之重複單元(a1)和具有酸分解性基之重複單元(a2), 該重複單元(a1)係非酸分解性的重複單元, 該樹脂(A)含有具有芳香族環之重複單元, 該化合物(B)的含量相對於該感光化射線性或感放射線性樹脂組成物的總固體成分為1質量%以上, 該樹脂組成物的固體成分濃度為10質量%以上。
- 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 該重複單元(a1)係源自設為均聚物時的玻璃轉移溫度為30℃以下的單體之重複單元。
- 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(a1)具有可以在鏈中包含雜原子之碳數為2以上的非酸分解性烷基。
- 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(A)包含具有酚性羥基之重複單元(a4)。
- 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(a2)的含量相對於該樹脂(A)的所有重複單元為50莫耳%以下。
- 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(a2)的含量相對於該樹脂(A)的所有重複單元為超過19莫耳%且50莫耳%以下。
- 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(B)的含量相對於該感光化射線性或感放射線性樹脂組成物的總固體成分為20質量%以下。
- 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(B)的含量相對於該感光化射線性或感放射線性樹脂組成物的總固體成分為5~15質量%。
- 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(B)係樹脂。
- 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(B)係分子量100~5000的化合物。
- 如申請專利範圍第11項或第12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(B)係非醚系化合物。
- 一種抗蝕劑膜,其由申請專利範圍第1項至第13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形成。
- 一種圖案形成方法,其具有: (i)藉由感光化射線性或感放射線性樹脂組成物在基板上形成感光化射線性或感放射線性膜之製程、 (ii)對該感光化射線性或感放射線性膜照射光化射線或放射線之製程、及 (iii)利用顯影液對經該光化射線或放射線照射之感光化射線性或感放射線性膜進行顯影之製程, 該感光化射線性或感放射線性樹脂組成物係申請專利範圍第1項至第13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。
- 一種電子器件的製造方法,其包括申請專利範圍第15項所述之圖案形成方法。
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