TW202147029A - 感放射線性樹脂組成物及抗蝕劑圖案形成方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種可形成圖案形狀優異的抗蝕劑圖案的感放射線性樹脂組成物及抗蝕劑圖案形成方法。一種感放射線性樹脂組成物,含有:至少含有包含酸解離性基的(甲基)丙烯酸單體及包含酚性羥基的單體的單體混合物的共聚物;感放射線性酸產生體;以及雙酚化合物。
Description
本發明是有關於一種感放射線性樹脂組成物及抗蝕劑圖案形成方法。
利用微影進行的微細加工中所使用的感放射線性樹脂組成物是藉由ArF準分子雷射光(波長193 nm)、KrF準分子雷射光(波長248 nm)等遠紫外線、極紫外線(Extreme Ultraviolet,EUV)(波長13.5 nm)等電磁波、電子束等帶電粒子束等放射線的照射而於曝光部產生酸,藉由以該酸為觸媒的化學反應而使曝光部與非曝光部對於顯影液的溶解速度產生差異,藉此於基板上形成抗蝕劑圖案。
對於感放射線性樹脂組成物,除要求對於極紫外線、電子束等曝光光的感度良好以外,亦要求圖案形狀等微影性能優異。作為圖案形狀是否良好的判斷,例如可使用線寬粗糙度(Line Width Roughness,LWR)性能、最小崩塌尺寸及橋接裕度(bridge margin)等指標。
針對該些要求,對感放射線性樹脂組成物中所使用的聚合物、酸產生劑及其他成分的種類、分子結構等進行研究,進而對其組合亦進行詳細研究(參照日本專利特開2010-134279號公報、日本專利特開2014-224984號公報及日本專利特開2016-047815號公報)。
[現有技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2010-134279號公報
[專利文獻2]日本專利特開2014-224984號公報
[專利文獻3]日本專利特開2016-047815號公報
[發明所欲解決之課題]
目前抗蝕劑圖案的微細化已發展至線寬40 nm以下的水準,所述性能的要求水準進一步提高,所述先前的感放射線性樹脂組成物無法滿足該些要求。
本發明是基於如上所述的情況而完成者,其目的在於提供一種可形成圖案形狀、更具體而言為LWR性能、最小崩塌尺寸及橋接裕度優異的抗蝕劑圖案的感放射線性樹脂組成物及抗蝕劑圖案形成方法。
[解決課題之手段]
為解決所述課題而完成的發明是一種感放射線性樹脂組成物,其含有:至少含有包含酚性羥基的單體及包含酸解離性基的(甲基)丙烯酸單體的單體混合物的共聚物(以下,亦稱為「[A]聚合物」);感放射線性酸產生體(以下,亦稱為「[B]酸產生體」);以及雙酚化合物(以下,亦稱為「[C]雙酚化合物」)。
為解決所述課題而完成的另一發明是一種抗蝕劑圖案形成方法,其包括:於基板上直接或間接地塗敷所述該感放射線性樹脂組成物的步驟;對藉由所述塗敷步驟而形成的抗蝕劑膜進行曝光的步驟;以及對所述經曝光的抗蝕劑膜進行顯影的步驟。
[發明的效果]
根據本發明的感放射線性樹脂組成物及抗蝕劑圖案形成方法,可形成圖案形狀優異的抗蝕劑圖案。更詳細而言,根據本發明的感放射線性樹脂組成物及抗蝕劑圖案形成方法,可形成LWR性能、最小崩塌尺寸及橋接裕度優異的抗蝕劑圖案。因此,該感放射線性樹脂組成物、該抗蝕劑圖案形成方法及該化合物可較佳地用於預想今後進一步進行微細化的半導體元件的加工製程等中。
以下,對本發明的感放射線性樹脂組成物及抗蝕劑圖案形成方法進行詳細說明。
<感放射線性樹脂組成物>
該感放射線性樹脂組成物含有[A]聚合物、[B]酸產生體及[C]雙酚化合物。該感放射線性樹脂組成物通常含有溶媒(以下,亦稱為「[D]溶媒」)。該感放射線性樹脂組成物亦可含有酸擴散控制體(以下,亦稱為「[E]酸擴散控制體」)及/或氟原子的質量含有率大於[A]聚合物的聚合物(以下,亦稱為「[F]含氟聚合物」)作為較佳成分。該感放射線性樹脂組成物亦可於不損及本發明的效果的範圍內含有其他任意成分。
該感放射線性樹脂組成物藉由含有[A]聚合物、[B]酸產生體及[C]雙酚化合物,可形成LWR性能、最小崩塌尺寸及橋接裕度優異的抗蝕劑圖案。藉由該感放射線性樹脂組成物包括所述結構而發揮所述效果的理由未必明確,但例如可如以下般推測。即,藉由該感放射線性樹脂組成物含有[C]雙酚化合物而促進非曝光部的溶解。其結果,認為該感放射線性樹脂組成物可形成LWR性能、最小崩塌尺寸及橋接裕度優異的抗蝕劑圖案。
以下,對該感放射線性樹脂組成物所含的各成分進行說明。
<[A]聚合物>
[A]聚合物為至少含有包含酸解離性基的(甲基)丙烯酸單體及包含酚性羥基的單體的單體混合物的共聚物。因此,[A]聚合物至少具有源自包含酸解離性基的(甲基)丙烯酸單體的結構單元(以下,亦稱為「結構單元(I)」)及源自包含酚性羥基的單體的結構單元(以下,亦稱為「結構單元(II)」)。所謂「酸解離性基」,是指取代羧基、羥基等的氫原子的基,且為藉由酸的作用而解離並提供羧基、羥基等的基。
[A]聚合物除結構單元(I)及結構單元(II)以外,亦可具有包含內酯結構、環狀碳酸酯結構、磺內酯結構或該些的組合的結構單元(以下,亦稱為「結構單元(III)」)或結構單元(I)~結構單元(III)以外的其他結構單元。以下,對各結構單元進行說明。
[結構單元(I)]
結構單元(I)為源自包含酸解離性基的(甲基)丙烯酸單體的結構單元。「(甲基)丙烯酸」為包含「丙烯酸」及「甲基丙烯酸」的概念。
作為結構單元(I),例如可列舉下述式(2-1A)或式(2-2A)所表示的結構單元(以下,亦稱為「結構單元(I-1A)或結構單元(I-2A)」)、包含縮醛結構的結構單元(以下,亦稱為「結構單元(I-3)」)等。
所述式(2-1A)中,RT
為氫原子、氟原子、甲基或三氟甲基。RX
為碳數1~20的一價烴基或氫原子。RY
及RZ
分別獨立地為碳數1~20的一價烴基,或者為RY
及RZ
相互結合並與該些所鍵結的碳原子一起構成的環員數3~20的脂環結構的一部分。
所述式(2-2A)中,RT
為氫原子、氟原子、甲基或三氟甲基。RU
為氫原子或碳數1~20的一價烴基。RV
及RW
分別獨立地為碳數1~20的一價烴基,或者為RV
及RW
相互結合並與RU
所鍵結的碳原子及與該碳原子鄰接的氧原子一起構成的環員數4~20的脂肪族雜環結構的一部分。
於結構單元(I-1A)及結構單元(I-2A)中,與源自羧基的醚性氧原子鍵結的-CRX
RY
RZ
或-CRU
RV
(ORW
)為酸解離性基(a)。
作為RT
,就提供結構單元(I)的單體的共聚性的觀點而言,較佳為氫原子及甲基。
「烴基」中包含鏈狀烴基、脂環式烴基及芳香族烴基。該「烴基」可為飽和烴基,亦可為不飽和烴基。所謂「鏈狀烴基」,是指不含環狀結構而僅包含鏈狀結構的烴基,包含直鏈狀烴基及分支狀烴基兩者。所謂「脂環式烴基」,是指僅包含脂環結構作為環結構,而不包含芳香環結構的烴基,包含單環的脂環式烴基及多環的脂環式烴基兩者。其中,不必僅包含脂環結構,亦可於其一部分中包含鏈狀結構。所謂「芳香族烴基」,是指包含芳香環結構作為環結構的烴基。其中,不必僅包含芳香環結構,亦可於其一部分中包含鏈狀結構或脂環結構。
所謂「環員數」,是指構成脂環結構、芳香環結構、脂肪族雜環結構及芳香族雜環結構的環的原子的數量,於稠環、橋聯環之類的多環的情況下,是指構成該多環的原子的數量的總和。例如,萘結構的環員數為10,金剛烷結構的環員數為10。
作為RX
、RY
、RZ
、RU
、RV
及RW
所表示的碳數1~20的一價烴基,例如可列舉:碳數1~20的一價鏈狀烴基、碳數3~20的一價脂環式烴基、碳數6~20的一價芳香族烴基等。
作為碳數1~20的一價鏈狀烴基,例如可列舉:
甲基、乙基、正丙基、異丙基等烷基;
乙烯基、丙烯基、丁烯基等烯基;
乙炔基、丙炔基、丁炔基等炔基等。
作為碳數3~20的一價脂環式烴基,例如可列舉:
環戊基、環己基等單環的脂環式飽和烴基;
環戊烯基、環己烯基等單環的脂環式不飽和烴基;
降冰片基、金剛烷基、三環癸基等多環的脂環式飽和烴基;
降冰片烯基、三環癸烯基等多環的脂環式不飽和烴基等。
作為碳數6~20的一價芳香族烴基,例如可列舉:
苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基、蒽基等芳基;
苄基、苯乙基、萘基甲基、蒽基甲基等芳烷基等。
作為RY
及RZ
與碳原子一起構成的碳數3~20的脂環結構,例如可列舉:環丙烷結構、環丁烷結構、環戊烷結構、環己烷結構、環戊烯結構、環己烯結構等單環的脂環結構;降冰片烷結構、金剛烷結構等多環的脂環結構等。
作為RV
及RW
與碳原子及氧原子一起構成的碳數4~20的脂肪族雜環結構,例如可列舉:氧雜環丁烷結構、氧雜環戊烷結構、氧雜環己烷結構、氧雜環戊烯結構、氧雜環己烯結構等單環的脂肪族雜環結構;氧雜降冰片烷結構、氧雜金剛烷結構等多環的脂肪族雜環結構等。
作為結構單元(I-1A),較佳為下述式(2-1A-1)~式(2-1A-6)所表示的結構單元(以下,亦稱為「結構單元(I-1A-1)~結構單元(I-1A-6)」)。
所述式(2-1A-1)~式(2-1A-5)中,RT
、RX
、RY
及RZ
與所述式(2-1A)為相同含義。i及j分別獨立地為1~4的整數。
所述式(2-1A-6)中,RT
為氫原子、氟原子、甲基或三氟甲基。RX'
、RY'
及RZ'
分別獨立地為碳數1~20的一價鏈狀烴基。
(結構單元(I-3))
結構單元(I-3)為包含縮醛結構的結構單元。作為包含縮醛結構的基,例如可列舉下述式(3)所表示的基(以下,亦稱為「基(Y)」)等。基(Y)藉由酸的作用而分解並生成*-OH、RJ
RK
C=O及RL
OH。於基(Y)中,-C(RJ
)(RK
)(RL
)為酸解離性基。
所述式(3)中,RI
為單鍵或碳數1~20的二價烴基,RJ
及RK
分別獨立地為氫原子或碳數1~20的一價烴基,RL
為碳數1~20的一價烴基,或者為RI
、RJ
、RK
及RL
中的兩個以上相互結合並與該些所鍵結的碳原子或原子鏈一起構成的環員數3~20的環結構的一部分。*表示結構單元(I-3)中的與所述基(Y)以外的部分的鍵結部位。
作為RI
所表示的碳數1~20的二價烴基,例如可列舉自作為所述式(2-1A)中的RX
、RY
及RZ
所例示的碳數1~20的一價烴基中去除一個氫原子而成的基等。
作為RI
,較佳為單鍵或碳數1~20的二價鏈狀烴基,更佳為碳數1~20的二價鏈狀烴基,進而佳為碳數1~10的烷二基,特佳為甲烷二基。
作為RJ
、RK
及RL
所表示的碳數1~20的一價烴基,例如可列舉與作為所述式(2-1A)中的RX
、RY
及RZ
的碳數1~20的一價烴基所例示的基相同的基等。
作為RJ
及RK
,較佳為氫原子及鏈狀烴基,更佳為氫原子及烷基,進而佳為氫原子及甲基。作為RZ
,較佳為鏈狀烴基,進而佳為烷基,特佳為甲基。
作為RI
,較佳為單鍵或鏈狀烴基,更佳為鏈狀烴基,進而佳為烷二基,特佳為甲烷二基。
作為RJ
與RK
所構成的環員數3~20的環結構,例如可列舉環戊烷結構、環己烷結構等脂環結構等。
作為RI
與RJ
或RK
所構成的環員數4~20的環結構及RJ
或RK
與RK
所構成的環員數4~20的環結構,例如可列舉氧雜環戊烷結構、氧雜環己烷結構等氧雜環烷烴結構等。
作為RI
與RL
所構成的環員數5~20的環結構,例如可列舉1,3-二氧雜環戊烷結構等1,3-二氧雜環烷烴結構等。
作為基(Y),較佳為1-(四環十二烷-2-基氧基)乙烷-1-基氧基。
作為結構單元(I),較佳為結構單元(I-1A),更佳為結構單元(I-1A-1)~結構單元(I-1A-3)、結構單元(I-1A-5)或結構單元(I-1A-6)。
作為結構單元(I)的含有比例的下限,相對於構成[A]聚合物的所有結構單元,較佳為10莫耳%,更佳為20莫耳%,進而佳為30莫耳%,特佳為40莫耳%。作為所述含有比例的上限,較佳為90莫耳%,更佳為80莫耳%,進而佳為70莫耳%。藉由將結構單元(I)的含有比例設為所述範圍,可形成LWR性能、最小崩塌尺寸及橋接裕度更優異的抗蝕劑圖案。
[結構單元(II)]
結構單元(II)為源自包含酚性羥基的單體的結構單元。所謂「酚性羥基」,並不限於直接鍵結於苯環的羥基,是指直接鍵結於芳香環的羥基全部。若[A]聚合物具有結構單元(II),則可更適度地調整抗蝕劑膜對於顯影液的溶解性,其結果,可形成LWR性能、最小崩塌尺寸及橋接裕度更優異的抗蝕劑圖案。另外,於KrF曝光、EUV曝光或電子束曝光的情況下,可進一步提高該感放射線性樹脂組成物的感度。
作為結構單元(II),例如可列舉下述式(4)所表示的結構單元等。
所述式(4)中,RP
為氫原子、氟原子、甲基或三氟甲基。RQ
為單鍵、-O-、-COO-或-CONH-。Ar為自環員數6~20的芳烴中去除(g+h+1)個的芳香環上的氫原子而成的基。g為0~10的整數。於g為1的情況下,RR
為碳數1~20的一價有機基或鹵素原子。於g為2以上的情況下,多個RR
相互相同或不同,為碳數1~20的一價有機基或鹵素原子,或者為多個RR
中的兩個以上相互結合並與該些所鍵結的碳鏈一起構成的環員數4~20的環結構的一部分。h為1~11的整數。其中,g+h為11以下。
作為RP
,就提供結構單元(II)的單體的共聚性的觀點而言,較佳為氫原子或甲基,更佳為氫原子。
作為RQ
,較佳為單鍵或-COO-。
作為提供Ar的環員數6~20的芳烴,例如可列舉:苯、萘、蒽、菲、稠四苯、芘等。該些中,較佳為苯或萘,更佳為苯。
作為RR
所表示的碳數1~20的一價有機基,例如可列舉碳數1~20的一價烴基、碳數1~20的一價氧烴基等。
作為多個RR
中的兩個以上所構成的環員數4~20的環結構,例如可列舉環己烷結構、環己烯結構等脂環結構等。
作為RR
,較佳為烷基、烷氧基或鹵素原子,更佳為甲基、第三丁基、甲氧基或氟原子。
作為g,較佳為0~2,更佳為0或1,進而佳為0。
作為h,較佳為1~3,更佳為1或2。
作為結構單元(II),例如可列舉下述式(4-1)~式(4-14)所表示的結構單元(以下,亦稱為「結構單元(II-1)~結構單元(II-14)」)等。
所述式(4-1)~式(4-14)中,RP
與所述式(4)為相同含義。
作為結構單元(II),較佳為結構單元(II-1)、結構單元(II-5)、結構單元(II-6)、結構單元(II-8)、結構單元(II-13)或結構單元(II-14)。
作為結構單元(II)的含有比例的下限,相對於構成[A]聚合物的所有結構單元,較佳為10莫耳%,更佳為20莫耳%,進而佳為30莫耳%。作為所述含有比例的上限,較佳為80莫耳%,更佳為70莫耳%,進而佳為60莫耳%。藉由將結構單元(II)的含有比例設為所述範圍,可形成LWR性能、最小崩塌尺寸及橋接裕度更優異的抗蝕劑圖案。
結構單元(II)例如可藉由如下方式來形成:將使用乙醯氧基苯乙烯等醯氧基苯乙烯等單體而獲得的聚合物於三乙基胺等鹼存在下加以水解等。
[結構單元(III)]
結構單元(III)為包含內酯結構、環狀碳酸酯結構、磺內酯結構或該些的組合的結構單元。若[A]聚合物具有結構單元(III),則可更適度地調整抗蝕劑膜對於顯影液的溶解性,其結果,可形成LWR性能、最小崩塌尺寸及橋接裕度更優異的抗蝕劑圖案。
作為結構單元(III),例如可列舉下述式所表示的結構單元等。
所述式中,RL1
為氫原子、氟原子、甲基或三氟甲基。
作為結構單元(III),較佳為包含降冰片烷-2,6-內酯結構的結構單元、包含γ-丁內酯結構的結構單元、包含碳酸伸乙酯結構的結構單元及包含降冰片烷-2,6-磺內酯結構的結構單元。
於[A]聚合物具有結構單元(III)的情況下,作為結構單元(III)的含有比例的下限,相對於構成[A]聚合物的所有結構單元,較佳為1莫耳%,更佳為10莫耳%,進而佳為20莫耳%。作為所述含有比例的上限,較佳為70莫耳%,更佳為60莫耳%,進而佳為50莫耳%。藉由將所述含有比例設為所述範圍,可形成LWR性能、最小崩塌尺寸及橋接裕度更優異的抗蝕劑圖案。
[其他結構單元]
[A]聚合物亦可具有例如包含醇性羥基的結構單元、包含非酸解離性的烴基的結構單元、包含極性基的結構單元等作為其他結構單元。作為極性基,例如可列舉:羧基、氰基、硝基、磺醯胺基等。若[A]聚合物具有包含醇性羥基的結構單元、包含非酸解離性的烴基的結構單元及/或包含極性基的結構單元,則可更適度地調整抗蝕劑膜對於顯影液的溶解性,其結果,可形成LWR性能、最小崩塌尺寸及橋接裕度更優異的抗蝕劑圖案。
作為包含醇性羥基的結構單元,例如可列舉下述式所表示的結構單元等。
所述式中,RL2
為氫原子、氟原子、甲基或三氟甲基。
作為包含非酸解離性的烴基的結構單元,例如可列舉:源自(甲基)丙烯酸丁酯等(甲基)丙烯酸一級烷基酯的結構單元、源自(甲基)丙烯酸環己酯等(甲基)丙烯酸二級烷基酯的結構單元、源自(甲基)丙烯酸苯酯等(甲基)丙烯酸芳基酯的結構單元、源自苯乙烯、乙烯基萘、乙烯基芘等乙烯基芳香族烴的結構單元等。
於[A]聚合物具有其他結構單元的情況下,作為其他結構單元的含有比例的下限,相對於構成[A]聚合物的所有結構單元,較佳為1莫耳%,更佳為5莫耳%,進而佳為10莫耳%。作為所述含有比例的上限,較佳為50莫耳%,更佳為35莫耳%,進而佳為20莫耳%。
作為[A]聚合物的含量的下限,相對於該感放射線性樹脂組成物的[D]溶媒以外的所有成分,較佳為50質量%,更佳為65質量%,進而佳為75質量%。作為所述含量的上限,較佳為99質量%,更佳為90質量%。[A]聚合物可含有一種或兩種以上。
<[A]聚合物的合成方法>
[A]聚合物可藉由如下方式來合成:使用例如自由基聚合起始劑等而使至少含有提供結構單元(I)的單體及提供結構單元(II)的單體的單體混合物於溶媒中進行聚合。所述單體混合物中視需要亦可進而添加提供結構單元(III)的單體或提供其他結構單元的單體來進行共聚。
作為[A]聚合物的藉由凝膠滲透層析法(Gel Permeation Chromatography,GPC)而得的聚苯乙烯換算重量平均分子量(Mw)的下限,較佳為1,000,更佳為4,000,進而佳為5,000,特佳為6,000。作為所述Mw的上限,較佳為100,000,更佳為50,000,進而佳為20,000,特佳為8,000。藉由將[A]聚合物的Mw設為所述範圍,可提高該感放射線性樹脂組成物的塗敷性。
作為[A]聚合物的Mw相對於藉由GPC而得的聚苯乙烯換算數量平均分子量(Mn)的比(Mw/Mn)的上限,較佳為5,更佳為3,進而佳為2,特佳為1.7。作為所述比的下限,通常為1,較佳為1.2。
本說明書中的聚合物的Mw及Mn是使用以下條件下的凝膠滲透層析法(GPC)而測定的值。
GPC管柱:東曹(Tosoh)(股)的「G2000HXL」兩根、「G3000HXL」一根及「G4000HXL」一根
管柱溫度:40℃
溶出溶媒:四氫呋喃(富士膜和光純藥(股))
流速:1.0 mL/分鐘
試樣濃度:1.0質量%
試樣注入量:100 μL
檢測器:示差折射計
標準物質:單分散聚苯乙烯
<[B]酸產生體>
[B]酸產生體為藉由放射線的照射而產生酸(以下,亦稱為「酸(b)」)的物質。作為放射線,例如可列舉:可見光線、紫外線、遠紫外線、EUV、X射線、γ射線等電磁波;電子束、α射線等帶電粒子束等。藉由自[B]酸產生體產生的酸(b)而[A]聚合物所具有的酸解離性基(a)解離並生成羧基、磺基、酚性羥基等,[A]聚合物對於顯影液的溶解性發生變化,因此可由感放射線性樹脂組成物形成抗蝕劑圖案。作為感放射線性樹脂組成物中的[B]酸產生體的含有形態,可為低分子化合物的形態(以下,亦稱為「[B]酸產生劑」),亦可為作為[A]聚合物等聚合物的一部分而併入的形態,亦可為該些兩者的形態。
作為自[B]酸產生體產生的酸,例如可列舉磺酸、醯亞胺酸等。
作為[B]酸產生體,例如可列舉:鎓鹽化合物、N-磺醯氧基醯亞胺化合物、磺醯亞胺化合物、含鹵素的化合物、重氮酮化合物等。
作為鎓鹽化合物,例如可列舉:鋶鹽、四氫噻吩鎓鹽、錪鹽、鏻鹽、重氮鎓鹽、吡啶鎓鹽等。
作為[B]酸產生體的具體例,例如可列舉日本專利特開2009-134088號公報的段落[0080]~段落[0113]中所記載的化合物等。
作為藉由放射線的照射而產生磺酸的[B]酸產生體,例如可列舉下述式(3)所表示的化合物(以下,亦稱為「化合物(3)」)等。認為藉由[B]酸產生體具有下述結構,利用與[A]聚合物的相互作用等,使所產生的酸(b)於抗蝕劑膜中的擴散長度更適度地變短,其結果,可形成LWR性能、最小崩塌尺寸及橋接裕度更優異的抗蝕劑圖案。
所述式(3)中,Rp1
為包含環員數5以上的環結構的一價基。Rp2
為二價連結基。Rp3
及Rp4
分別獨立地為氫原子、氟原子、碳數1~20的一價烴基或碳數1~20的一價氟化烴基。Rp5
及Rp6
分別獨立地為氟原子或碳數1~20的一價氟化烴基。np1
為0~10的整數。np2
為0~10的整數。np3
為0~10的整數。其中,np1
+np2
+np3
為1以上且30以下。於np1
為2以上的情況下,多個Rp2
相互相同或不同。於np2
為2以上的情況下,多個Rp3
相互相同或不同,多個Rp4
相互相同或不同。於np3
為2以上的情況下,多個Rp5
相互相同或不同,多個Rp6
相互相同或不同。T+
為一價的感放射線性鎓陽離子。
作為Rp1
所表示的包含環員數5以上的環結構的一價基,例如可列舉:包含環員數5以上的脂環結構的一價基、包含環員數5以上的脂肪族雜環結構的一價基、包含環員數5以上的芳香環結構的一價基、包含環員數5以上的芳香族雜環結構的一價基等。
作為環員數5以上的脂環結構,例如可列舉:
環戊烷結構、環己烷結構、環庚烷結構、環辛烷結構、環壬烷結構、環癸烷結構、環十二烷結構等單環的飽和脂環結構;
環戊烯結構、環己烯結構、環庚烯結構、環辛烯結構、環癸烯結構等單環的不飽和脂環結構;
降冰片烷結構、金剛烷結構、三環癸烷結構、四環十二烷結構等多環的飽和脂環結構;
降冰片烯結構、三環癸烯結構等多環的不飽和脂環結構等。
作為環員數5以上的脂肪族雜環結構,例如可列舉:
己內酯結構、降冰片烷內酯結構等內酯結構;
己磺內酯結構、降冰片烷磺內酯結構等磺內酯結構;
氧雜環庚烷結構、氧雜降冰片烷結構等含氧原子的雜環結構;
氮雜環己烷結構、二氮雜雙環辛烷結構等含氮原子的雜環結構;
硫雜環己烷結構、硫雜降冰片烷結構等含硫原子的雜環結構等。
作為環員數5以上的芳香環結構,例如可列舉:苯結構、萘結構、菲結構、蒽結構等。
作為環員數5以上的芳香族雜環結構,例如可列舉:
呋喃結構、吡喃結構、苯並呋喃結構、苯並吡喃結構等含氧原子的雜環結構;
吡啶結構、嘧啶結構、吲哚結構等含氮原子的雜環結構等。
作為Rp1
的環結構的環員數的下限,較佳為6,更佳為8,進而佳為9,特佳為10。作為所述環員數的上限,較佳為15,更佳為14,進而佳為13,特佳為12。藉由將所述環員數設為所述範圍,可更適度地縮短所述酸的擴散長度,結果,可進一步提高該感放射線性樹脂組成物的LWR性能等。
Rp1
的環結構所具有的氫原子的一部分或全部可經取代基取代。作為所述取代基,例如可列舉:氟原子、氯原子、溴原子、碘原子等鹵素原子、羥基、羧基、氰基、硝基、烷氧基、烷氧基羰基、烷氧基羰氧基、醯基、醯氧基等。該些中,較佳為羥基。
作為Rp1
,較佳為包含環員數5以上的脂環結構的一價基或包含環員數5以上的脂肪族雜環結構的一價基,更佳為包含環員數9以上的脂環結構的一價基或包含環員數9以上的脂肪族雜環結構的一價基,進而佳為金剛烷基、羥基金剛烷基、降冰片烷內酯-基、降冰片烷磺內酯-基或5-氧代-4-氧雜三環[4.3.1.13,8
]十一烷-基,特佳為金剛烷基。
作為Rp2
所表示的二價連結基,例如可列舉:羰基、醚基、羰氧基、硫醚基、硫羰基、磺醯基、二價烴基等。該些中,較佳為羰氧基、磺醯基、烷二基或二價脂環式飽和烴基,更佳為羰氧基或二價脂環式飽和烴基,進而佳為羰氧基或降冰片烷二基,特佳為羰氧基。
作為Rp3
及Rp4
所表示的碳數1~20的一價烴基,例如可列舉碳數1~20的烷基等。作為Rp3
及Rp4
所表示的碳數1~20的一價氟化烴基,例如可列舉碳數1~20的氟化烷基等。作為Rp3
及Rp4
,較佳為氫原子、氟原子或氟化烷基,更佳為氟原子或全氟烷基,進而佳為氟原子或三氟甲基。
作為Rp5
及Rp6
所表示的碳數1~20的一價氟化烴基,例如可列舉碳數1~20的氟化烷基等。作為Rp5
及Rp6
,較佳為氟原子或氟化烷基,更佳為氟原子或全氟烷基,進而佳為氟原子或三氟甲基,特佳為氟原子。
作為np1
,較佳為0~5,更佳為0~3,進而佳為0~2,特佳為0或1。
作為np2
,較佳為0~5,更佳為0~2,進而佳為0或1,特佳為0。
作為np3
的下限,較佳為1,更佳為2。藉由將np3
設為1以上,可提高自化合物(3)產生的酸的強度,其結果,可進一步提高感放射線性樹脂組成物的LWR性能、解析性及焦點深度。作為np3
的上限,較佳為4,更佳為3,進而佳為2。
作為np1
+np2
+np3
的下限,較佳為2,更佳為4。作為np1
+np2
+np3
的上限,較佳為20,更佳為10。
作為T+
所表示的一價的感放射線性鎓陽離子,例如可列舉:下述式(r-a)所表示的陽離子(以下,亦稱為「陽離子(r-a)」)、下述式(r-b)所表示的陽離子(以下,亦稱為「陽離子(r-b)」)、下述式(r-c)所表示的陽離子(以下,亦稱為「陽離子(r-c)」)等。
所述式(r-a)中,RB3
及RB4
分別獨立地為碳數1~20的一價有機基。b3為0~11的整數。於b3為1的情況下,RB5
為碳數1~20的一價有機基、羥基、硝基或鹵素原子。於b3為2以上的情況下,多個RB5
相互相同或不同,為碳數1~20的一價有機基、羥基、硝基或鹵素原子,或者表示該些基相互結合並與該些所鍵結的碳鏈一起構成的環員數4~20的環結構的一部分。nbb
為0~3的整數。
作為所述RB3
、RB4
及RB5
所表示的碳數1~20的一價有機基,例如可列舉:碳數1~20的一價烴基、於該烴基的碳-碳間或結合鍵側的末端包含二價含雜原子的基的一價基(g)、利用含雜原子的基對所述烴基及基(g)所具有的氫原子的一部分或全部進行取代而成的一價基等。
作為RB3
及RB4
,較佳為碳數1~20的一價的未經取代的烴基或氫原子經取代基取代而成的烴基,更佳為碳數6~18的一價的未經取代的芳香族烴基或氫原子經取代基取代而成的芳香族烴基,進而佳為經取代或未經取代的苯基,特佳為未經取代的苯基。
關於可取代所述作為RB3
及RB4
而表示的碳數1~20的一價烴基所具有的氫原子的取代基,較佳為經取代或未經取代的碳數1~20的一價烴基、-OSO2
-Rk
、-SO2
-Rk
、-ORk
、-COORk
、-O-CO-Rk
、-O-Rkk
-COORk
、-Rkk
-CO-Rk
或-S-Rk
。Rk
為碳數1~10的一價烴基。Rkk
為單鍵或碳數1~10的二價烴基。
作為RB5
,較佳為經取代或未經取代的碳數1~20的一價烴基、-OSO2
-Rk
、-SO2
-Rk
、-ORk
、-COORk
、-O-CO-Rk
、-O-Rkk
-COORk
、-Rkk
-CO-Rk
或-S-Rk
。Rk
為碳數1~10的一價烴基。Rkk
為單鍵或碳數1~10的二價烴基。
所述式(r-b)中,b4為0~9的整數。於b4為1的情況下,RB6
為碳數1~20的一價有機基、羥基、硝基或鹵素原子。於b4為2以上的情況下,多個RB6
相互相同或不同,為碳數1~20的一價有機基、羥基、硝基或鹵素原子,或者表示該些基相互結合並與該些所鍵結的碳鏈一起構成的環員數4~20的環結構的一部分。b5為0~10的整數。於b5為1的情況下,RB7
為碳數1~20的一價有機基、羥基、硝基或鹵素原子。於b5為2以上的情況下,多個RB7
相互相同或不同,為碳數1~20的一價有機基、羥基、硝基或鹵素原子,或者表示該些基相互結合並與該些所鍵結的碳原子或碳鏈一起構成的環員數3~20的環結構的一部分。nb2
為0~3的整數。RB8
為單鍵或碳數1~20的二價有機基。nb1
為0~2的整數。
作為所述RB6
及RB7
,較佳為經取代或未經取代的碳數1~20的一價烴基、-ORk
、-COORk
、-O-CO-Rk
、-O-Rkk
-COORk
或-Rkk
-CO-Rk
。Rk
為碳數1~10的一價烴基。Rkk
為單鍵或碳數1~10的二價烴基。
所述式(r-c)中,b6為0~5的整數。於b6為1的情況下,RB9
為碳數1~20的一價有機基、羥基、硝基或鹵素原子。於b6為2以上的情況下,多個RB9
相互相同或不同,為碳數1~20的一價有機基、羥基、硝基或鹵素原子,或者表示該些基相互結合並與該些所鍵結的碳鏈一起構成的環員數4~20的環結構的一部分。b7為0~5的整數。於b7為1的情況下,RB10
為碳數1~20的一價有機基、羥基、硝基或鹵素原子。於b7為2以上的情況下,多個RB10
相互相同或不同,為碳數1~20的一價有機基、羥基、硝基或鹵素原子,或者表示該些基相互結合並與該些所鍵結的碳鏈一起構成的環員數4~20的環結構的一部分。
作為所述RB9
及RB10
,較佳為經取代或未經取代的碳數1~20的一價烴基、-OSO2
-Rk
、-SO2
-Rk
、-ORk
、-COORk
、-O-CO-Rk
、-O-Rkk
-COORk
、-Rkk
-CO-Rk
、-S-Rk
或該些基中的兩個以上相互結合所構成的環結構。Rk
為碳數1~10的一價烴基。Rkk
為單鍵或碳數1~10的二價烴基。
作為RB5
、RB6
、RB7
、RB9
及RB10
所表示的碳數1~20的一價烴基,例如可列舉:
甲基、乙基、正丙基、正丁基等直鏈狀烷基;
異丙基、異丁基、第二丁基、第三丁基等分支狀烷基;
苯基、甲苯基、二甲苯基、均三甲苯基、萘基等芳基;
苄基、苯乙基等芳烷基等。
作為RB8
所表示的二價有機基,例如可列舉自作為所述式(r-a)的RB3
、RB4
及RB5
所例示的碳數1~20的一價有機基中去除一個氫原子而成的基等。
作為可取代所述RB5
、RB6
、RB7
、RB9
及RB10
所表示的烴基所具有的氫原子的取代基,例如可列舉:氟原子、氯原子、溴原子、碘原子等鹵素原子、羥基、羧基、氰基、硝基、烷氧基、烷氧基羰基、烷氧基羰氧基、醯基、醯氧基等。該些中,較佳為鹵素原子,更佳為氟原子。
作為RB5
、RB6
、RB7
、RB9
及RB10
,較佳為未經取代的直鏈狀或分支狀的一價烷基、一價氟化烷基、未經取代的一價芳香族烴基、-OSO2
-Rk
或-SO2
-Rk
,更佳為氟化烷基或未經取代的一價芳香族烴基,進而佳為氟化烷基。
作為式(r-a)中的b3,較佳為0~2,更佳為0或1,進而佳為0。作為nbb
,較佳為0或1,更佳為0。作為式(r-b)中的b4,較佳為0~2,更佳為0或1,進而佳為0。作為b5,較佳為0~2,更佳為0或1,進而佳為0。作為nb2
,較佳為2或3,更佳為2。作為nb1
,較佳為0或1,更佳為0。作為式(r-c)中的b6及b7,較佳為0~2,更佳為0或1,進而佳為0。
該些中,作為T+
,較佳為陽離子(r-a),更佳為三苯基鋶陽離子。
關於[B]酸產生體,作為產生磺酸的酸產生劑,例如可列舉下述式(3-1)~式(3-20)所表示的化合物(以下,亦稱為「化合物(3-1)~化合物(3-20)」),作為產生醯亞胺酸的酸產生劑,例如可列舉下述式(4-1)~式(4-3)所表示的化合物(以下,亦稱為「化合物(4-1)~化合物(4-3)」)等。
所述式(3-1)~式(3-20)及式(4-1)~式(4-3)中,T+
為一價的感放射線性鎓陽離子。
另外,作為[B]酸產生體,可列舉具有下述式(3')所表示的結構單元的聚合物等將酸產生體的結構作為[A]聚合物的一部分而併入的聚合物。
所述式(3')中,Rp7
為氫原子或甲基。L4
為單鍵、-COO-或二價羰氧基烴基。Rp8
為碳數1~10的氟化烷二基。T+
為一價的感放射線性鎓陽離子。
作為Rp7
,就提供所述式(3')所表示的結構單元的單體的共聚的容易性的觀點而言,較佳為氫原子或甲基,更佳為甲基。
作為L4
,較佳為二價羰氧基烴基,更佳為羰氧基烷二基或羰基烷二基芳烴二基。
作為Rp8
,較佳為碳數1~4的氟化烷二基,更佳為碳數1~4的全氟烷二基,進而佳為六氟丙烷二基。
作為[B]酸產生體,較佳為化合物(3),更佳為化合物(3-2)、化合物(3-11)、化合物(3-12)、化合物(3-13)、化合物(3-15)或化合物(3-20)。
於[B]酸產生體為[B]酸產生劑的情況下,作為[B]酸產生劑的含量的下限,相對於[A]聚合物100質量份,較佳為0.1質量份,更佳為1質量份,進而佳為5質量份,特佳為10質量份,尤佳為15質量份,最佳為18質量份。作為所述含量的上限,較佳為50質量份,更佳為40質量份,進而佳為30質量份,特佳為25質量份。藉由將[B]酸產生體的含量設為所述範圍,感放射線性樹脂組成物的感度及顯影性提高,其結果,可形成LWR性能、最小崩塌尺寸及橋接裕度更優異的抗蝕劑圖案。[B]酸產生體可含有一種或兩種以上。
<[C]雙酚化合物>
[C]雙酚化合物為具有兩個羥基苯基的化合物。[C]雙酚化合物為低分子化合物。所謂「低分子化合物」,是指不具有分子量分佈且分子量為500以下的化合物。作為[C]雙酚化合物,較佳為下述式(1)所表示的化合物。
所述式(1)中,R1
~R8
分別獨立地為氫原子、氟原子、羥基或者經取代或未經取代的碳數1~20的一價烴基。R9
及R10
分別獨立地為氫原子、氟原子、羥基、經取代或未經取代的碳數1~20的一價烴基,或者為R9
及R10
相互結合並與該些所鍵結的碳原子一起構成的環員數3~20的環結構的一部分。
作為R1
~R10
中的碳數1~20的一價烴基,例如可列舉與作為所述式(2-1A)中的RX
、RY
及RZ
的碳數1~20的一價烴基所例示的基相同的基等。
R1
~R10
的烴基所具有的氫原子的一部分或全部可經取代基取代。作為所述取代基,例如可列舉:氟原子、氯原子、溴原子、碘原子等鹵素原子、羥基、羧基、氰基、硝基、烷氧基、烷氧基羰基、烷氧基羰氧基、醯基、醯氧基等。
R9
及R10
可相互結合並與該些所鍵結的碳原子一起構成的環員數3~20的環結構的一部分。作為R9
與R10
所構成的環員數3~20的環結構,例如可列舉環戊烷結構、環己烷結構等脂環結構等。
於所述式(1)所表示的化合物中,R9
及R10
的至少一個較佳為經取代或未經取代的烴基,R9
及R10
的至少一個較佳為經取代或未經取代的芳香族烴基,R9
及R10
的至少一個較佳為經取代或未經取代的苯基。
[C]雙酚化合物亦較佳為部分氟化雙酚化合物。於[C]雙酚化合物為部分氟化雙酚化合物的情況下,較佳為R1
~R10
的至少一個為氟原子或者為經氟原子取代的烴基。其中,更佳為R9
~R10
的至少一個為氟原子或經氟原子取代的烴基。進而佳為R9
及R10
均為氟原子或者為經氟原子取代的烴基,特佳為R9
及R10
均為經氟原子取代的脂肪族烴基。
作為[C]雙酚化合物,例如亦可使用雙酚A、雙酚AP、雙酚AF、雙酚B、雙酚BP、雙酚C、雙酚E、雙酚F、雙酚G、雙酚PH、雙酚TMC、雙酚Z等市售品。其中,較佳為雙酚A、雙酚AP、雙酚AF、雙酚B、雙酚BP、雙酚C、雙酚E、雙酚F,更佳為雙酚A、雙酚AP、雙酚AF、雙酚BP、雙酚E、雙酚F,進而佳為雙酚AF。再者,雙酚AF亦被稱為六氟雙酚A。雙酚AF的化學名為2,2-雙(4-羥基苯基)六氟丙烷。
作為[C]雙酚化合物的含量的下限,相對於[A]聚合物100質量份,較佳為0.1質量份,更佳為1質量份,進而佳為3質量份,特佳為5質量份。作為所述含量的上限,較佳為30質量份,更佳為20質量份,進而佳為15質量份。藉由將[C]雙酚化合物的含量設為所述範圍,感放射線性樹脂組成物可進一步提高LWR性能、最小崩塌尺寸及橋接裕度。[C]雙酚化合物可含有一種或兩種以上。
<[D]溶媒>
該感放射線性樹脂組成物通常含有[D]溶媒。[D]溶媒只要是至少可使[A]聚合物、[B]酸產生體、[C]雙酚化合物及視需要而含有的任意成分溶解或分散的溶媒,則並無特別限定。
作為[D]溶媒,例如可列舉:醇系溶媒、醚系溶媒、酮系溶媒、醯胺系溶媒、酯系溶媒、烴系溶媒等。
作為醇系溶媒,例如可列舉:
4-甲基-2-戊醇、正己醇等碳數1~18的脂肪族單醇系溶媒;
環己醇等碳數3~18的脂環式單醇系溶媒;
1,2-丙二醇等碳數2~18的多元醇系溶媒;
丙二醇1-單甲醚等碳數3~19的多元醇部分醚系溶媒等。
作為醚系溶媒,例如可列舉:
二乙醚、二丙醚、二丁醚、二戊醚、二異戊醚、二己醚、二庚醚等二烷基醚系溶媒;
四氫呋喃、四氫吡喃等環狀醚系溶媒;
二苯基醚、苯甲醚等含芳香環的醚系溶媒等。
作為酮系溶媒,例如可列舉:
丙酮、甲基乙基酮、甲基-正丙基酮、甲基-正丁基酮、二乙基酮、甲基-異丁基酮、2-庚酮、乙基-正丁基酮、甲基-正己基酮、二-異丁基酮、三甲基壬酮等鏈狀酮系溶媒;
環戊酮、環己酮、環庚酮、環辛酮、甲基環己酮等環狀酮系溶媒;
2,4-戊二酮、丙酮基丙酮、苯乙酮等。
作為醯胺系溶媒,例如可列舉:
N,N'-二甲基咪唑啶酮、N-甲基吡咯啶酮等環狀醯胺系溶媒;
N-甲基甲醯胺、N,N-二甲基甲醯胺、N,N-二乙基甲醯胺、乙醯胺、N-甲基乙醯胺、N,N-二甲基乙醯胺、N-甲基丙醯胺等鏈狀醯胺系溶媒等。
作為酯系溶媒,例如可列舉:
乙酸正丁酯、乳酸乙酯等單羧酸酯系溶媒;
丙二醇乙酸酯等多元醇羧酸酯系溶媒;
丙二醇單甲醚乙酸酯等多元醇部分醚羧酸酯系溶媒;
乙二酸二乙酯等多元羧酸二酯系溶媒;
碳酸二甲酯、碳酸二乙酯等碳酸酯系溶媒等。
作為烴系溶媒,例如可列舉:
正戊烷、正己烷等碳數5~12的脂肪族烴系溶媒;
甲苯、二甲苯等碳數6~16的芳香族烴系溶媒等。
該些中,較佳為醇系溶媒、酯系溶媒及/或酮系溶媒,更佳為多元醇部分醚系溶媒、多元醇部分醚羧酸酯系溶媒及/或環狀酮系溶媒,進而佳為丙二醇1-單甲醚、丙二醇單甲醚乙酸酯及/或環己酮。[D]溶媒可含有一種或兩種以上。
<[E]酸擴散控制體>
[E]酸擴散控制體發揮如下效果:控制藉由放射線的照射而自[B]酸產生體等產生的酸於抗蝕劑膜中的擴散現象,且抑制非曝光區域中的欠佳的化學反應。另外,感放射線性樹脂組成物的貯存穩定性提高,而且作為抗蝕劑的解析度進一步提高。進而,可抑制由自放射線的照射至顯影處理為止的放置時間的變動引起的抗蝕劑圖案的線寬變化,從而獲得製程穩定性優異的感放射線性樹脂組成物。作為感放射線性樹脂組成物中的[E]酸擴散控制體的含有形態,可為低分子化合物(以下,亦稱為「[E]酸擴散控制劑」)的形態,亦可為作為[A]聚合物等聚合物的一部分而併入的形態,抑,亦可為該些兩者的形態。
作為[E]酸擴散控制劑,例如可列舉:含氮原子的化合物、藉由曝光而感光並產生弱酸的光降解性鹼等。
作為含氮原子的化合物,例如可列舉:三戊基胺、三辛基胺等胺化合物、甲醯胺、N,N-二甲基乙醯胺等含醯胺基的化合物、脲、1,1-二甲基脲等脲化合物、吡啶、N-(十一烷基羰氧基乙基)嗎啉、N-第三戊氧基羰基-4-羥基哌啶等含氮雜環化合物等。
作為光降解性鹼,例如可列舉包含感放射線性鎓陽離子與弱酸的陰離子的化合物等。光降解性鹼於曝光部中由感放射線性鎓陽離子分解而產生的質子與弱酸的陰離子產生弱酸。
作為光降解性鹼,例如可列舉下述式所表示的化合物等。
於感放射線性樹脂組成物含有[E]酸擴散控制體的情況下,作為[E]酸擴散控制體的含量的下限,相對於[A]聚合物100質量份,較佳為0.1質量份,更佳為0.5質量份,進而佳為1質量份。作為所述含量的上限,較佳為20質量份,更佳為10質量份,進而佳為5質量份。
於感放射線性樹脂組成物含有[E]酸擴散控制體的情況下,作為[E]酸擴散控制體的含量的下限,相對於[B]酸產生體100莫耳%,較佳為1莫耳%,更佳為5莫耳%,進而佳為10莫耳%。作為所述含量的上限,較佳為200莫耳%,更佳為100莫耳%,進而佳為50莫耳%。
藉由將[E]酸擴散控制體的含量設為所述範圍,可進一步提高感放射線性樹脂組成物的LWR性能、解析性及焦點深度。[E]酸擴散控制體可含有一種或兩種以上。
<[F]含氟聚合物>
[F]含氟聚合物為氟原子的合計質量含有率大於[A]聚合物的聚合物。相較於作為基礎聚合物的聚合物而言疏水性更高的聚合物有偏向存在於抗蝕劑膜表層的傾向,且[F]含氟聚合物的氟原子合計質量含有率大於[A]聚合物,因此有藉由該疏水性所帶來的特性,而偏向存在於抗蝕劑膜表層的傾向。另外,藉由該疏水性所帶來的特性而抗蝕劑膜與液浸介質的後退接觸角變大。因此,該感放射線性樹脂組成物藉由含有[F]含氟聚合物而可形成適於液浸曝光法且缺陷的產生得到抑制的抗蝕劑圖案。
作為[F]含氟聚合物中的氟原子的含有率的下限,較佳為1質量%,更佳為2質量%,進而佳為3質量%。作為所述質量含有率的上限,較佳為60質量%,更佳為50質量%,進而佳為40質量%。藉由將氟原子的合計質量含有率設為所述範圍,可更適度地調整[F]含氟聚合物於抗蝕劑膜中的偏向存在化。再者,可藉由13
C-核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance,NMR)光譜測定來求出聚合物的結構,並根據其結構來算出聚合物中的氟原子的合計質量含有率。
[F]含氟聚合物中的氟原子的含有形態並無特別限定,可鍵結於主鏈、側鏈及末端的任一者上,較佳為具有含有氟原子的結構單元(以下,亦稱為「結構單元(F)」)。
[結構單元(F)]
作為結構單元(F),例如可列舉下述式(f-1)所表示的結構單元等。
所述式(f-1)中,RJ
為氫原子、氟原子、甲基或三氟甲基。G為單鍵、氧原子、硫原子、-COO-、-SO2
NH-、-CONH-或-OCONH-。RK
為包含氟原子的碳數1~18的一價有機基。
作為所述RJ
,就提供結構單元(F)的單體的共聚性的觀點而言,較佳為氫原子或甲基,更佳為甲基。作為所述G,較佳為-COO-、-SO2
NH-、-CONH-或-OCONH-,更佳為-COO-。
作為結構單元(F),例如可列舉以後述的實施例中所記載的式(m-14)~式(m-16)所表示的化合物為單體的結構單元等。
作為結構單元(F)的含有比例的下限,相對於構成[F]含氟聚合物的所有結構單元,較佳為10莫耳%,更佳為20莫耳%,進而佳為30莫耳%。作為所述含有比例的上限,較佳為100莫耳%,更佳為90莫耳%,進而佳為85莫耳%。藉由將結構單元(F)的含有比例設為所述範圍,可更適度地調整[F]含氟聚合物的氟原子的質量含有率。
[F]含氟聚合物較佳為具有包含酸解離性基的結構單元及/或包含醇性羥基的結構單元。作為包含酸解離性基的結構單元,例如可列舉作為所述[A]聚合物的結構單元(I)所例示的結構單元等。作為包含醇性羥基的結構單元,例如可列舉作為所述[A]聚合物的包含醇性羥基的結構單元所例示的結構單元等。
作為包含酸解離性基的結構單元的含有比例的下限,相對於構成[F]含氟聚合物的所有結構單元,較佳為5莫耳%,更佳為10莫耳%。作為所述含有比例的上限,較佳為60莫耳%,更佳為50莫耳%,進而佳為40莫耳%。
作為包含醇性羥基的結構單元的含有比例的下限,相對於構成[F]含氟聚合物的所有結構單元,較佳為10莫耳%,更佳為15莫耳%,進而佳為20莫耳%。作為所述含有比例的上限,較佳為60莫耳%,更佳為50莫耳%,進而佳為40莫耳%。
[其他結構單元]
[F]含氟聚合物亦可於不損及本發明的效果的範圍內具有其他結構單元。作為所述其他結構單元的含有比例,可根據目的來適宜決定。
作為[F]含氟聚合物的藉由GPC而得的Mw的下限,較佳為1000,更佳為3000,進而佳為4000,特佳為5000。作為所述Mw的上限,較佳為50000,更佳為20000,進而佳為10000,特佳為8000。
作為[F]含氟聚合物的Mw相對於藉由GPC而得的Mn的比(Mw/Mn)的上限,較佳為5.00,更佳為3.00,進而佳為2.50,特佳為2.00。作為所述比的下限,通常為1.00,較佳為1.20。
作為[F]含氟聚合物的含量的下限,相對於[A]聚合物100質量份,較佳為0.1質量份,更佳為1質量份,進而佳為2質量份。作為所述含量的上限,較佳為20質量份,更佳為10質量份,進而佳為7.5質量份。該感放射線性樹脂組成物可含有一種或兩種以上的[F]含氟聚合物。
[F]含氟聚合物例如可藉由利用公知的方法使提供各結構單元的單體進行聚合來合成。
<其他任意成分>
作為其他任意成分,例如可列舉界面活性劑等。該感放射線性樹脂組成物可分別含有一種或兩種以上的其他任意成分。
[界面活性劑]
界面活性劑發揮改良塗敷性、條痕、顯影性等的效果。作為界面活性劑,例如可列舉聚氧化乙烯月桂基醚等非離子系界面活性劑等。於該感放射線性樹脂組成物含有界面活性劑的情況下,作為界面活性劑的含量的上限,相對於[A]聚合物100質量份,較佳為2質量份。
<感放射線性樹脂組成物的製備方法>
該感放射線性樹脂組成物例如可藉由如下方式來製備:將[A]聚合物、[B]酸產生體、[C]雙酚化合物及視需要的[D]溶媒、[E]酸擴散控制體、[F]含氟聚合物等任意成分以規定的比例混合,較佳為利用例如孔徑0.2 μm左右的過濾器等對所獲得的混合物進行過濾。作為該感放射線性樹脂組成物中的[D]溶媒以外的所有成分的含有比例的下限,較佳為0.1質量%,更佳為0.5質量%,進而更佳為1質量%。作為所述含有比例的上限,較佳為50質量%,更佳為30質量%,進而更佳為10質量%。
該感放射線性樹脂組成物尤其作為EUV曝光用及/或電子束曝光用而較佳。
<抗蝕劑圖案形成方法>
該抗蝕劑圖案形成方法包括:於基板上直接或間接地塗敷感放射線性樹脂組成物的步驟(以下,亦稱為「塗敷步驟」);對藉由所述塗敷步驟而形成的抗蝕劑膜進行曝光的步驟(以下,亦稱為「曝光步驟」);以及對所述經曝光的抗蝕劑膜進行顯影的步驟(以下,亦稱為「顯影步驟」)。於該抗蝕劑圖案形成方法中,作為感放射線性樹脂組成物,使用所述該感放射線性樹脂組成物。
根據所述抗蝕劑圖案形成方法,使用該感放射線性樹脂組成物,因此可形成感度、焦點深度及曝光裕度更優異的抗蝕劑圖案。以下,對各步驟進行說明。
[塗敷步驟]
於本步驟中,於基板上直接或間接地塗敷該感放射線性樹脂組成物。藉此,形成抗蝕劑膜。作為形成該抗蝕劑膜的基板,例如可列舉矽晶圓、二氧化矽、由鋁被覆的晶圓等現有公知者等。另外,例如亦可將日本專利特公平6-12452號公報或日本專利特開昭59-93448號公報等中所揭示的有機系或無機系的防反射膜等有機底層膜形成於基板上。作為塗敷方法,例如可列舉:旋轉塗敷(旋轉塗佈)、流延塗敷、輥塗敷等。於塗敷後,為了使塗膜中的溶媒揮發,視需要亦可進行預烘烤(prebake,PB)。作為PB溫度的下限,較佳為60℃,更佳為80℃。作為PB溫度的上限,較佳為140℃,更佳為120℃。作為PB時間的下限,較佳為5秒,更佳為10秒。作為PB時間的上限,較佳為600秒,更佳為300秒。作為所形成的抗蝕劑膜的平均厚度的下限,較佳為10 nm,更佳為20 nm。作為所述平均厚度的上限,較佳為1,000 nm,更佳為500 nm。
[曝光步驟]
於本步驟中,對藉由所述塗敷步驟而形成的抗蝕劑膜進行曝光。該曝光是藉由介隔光罩(視情況而介隔水等液浸介質)照射曝光光來進行。作為曝光光,根據目標圖案的線寬,例如可列舉:可見光線、紫外線、遠紫外線、極紫外線(EUV)、X射線、γ射線等電磁波;電子束、α射線等帶電粒子束等。該些中,較佳為遠紫外線、EUV或電子束,更佳為ArF準分子雷射光(波長193 nm)、KrF準分子雷射光(波長248 nm)、EUV或電子束,進而佳為EUV或電子束。於該抗蝕劑圖案形成方法中,由於使用所述含有[B]酸產生體的該感放射線性樹脂組成物,因此於EUV曝光及電子束曝光的情況下,利益特別大。
較佳為於所述曝光後進行曝光後烘烤(Post Exposure Bake,PEB),於抗蝕劑膜的經曝光的部分,利用藉由曝光而自[B]酸產生體等產生的酸來促進[A]聚合物等所具有的酸解離性基的解離。藉由該PEB,可於曝光部與未曝光部增大對於顯影液的溶解性的差。作為PEB溫度的下限,較佳為50℃,更佳為80℃。作為PEB溫度的上限,較佳為180℃,更佳為130℃。作為PEB時間的下限,較佳為5秒,更佳為10秒。作為PEB時間的上限,較佳為600秒,更佳為300秒。
[顯影步驟]
於本步驟中,對所述經曝光的抗蝕劑膜進行顯影。藉此,可形成規定的抗蝕劑圖案。通常是於顯影後利用水或醇等淋洗液進行清洗並加以乾燥。顯影步驟中的顯影方法可為鹼顯影,亦可為有機溶媒顯影。
於鹼顯影的情況下,作為顯影中所使用的顯影液,例如可列舉溶解氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉、矽酸鈉、偏矽酸鈉、氨水、乙基胺、正丙基胺、二乙基胺、二正丙基胺、三乙基胺、甲基二乙基胺、乙基二甲基胺、三乙醇胺、四甲基氫氧化銨(tetramethyl ammonium hydroxide,TMAH)、吡咯、哌啶、膽鹼、1,8-二氮雜雙環-[5.4.0]-7-十一烯、1,5-二氮雜雙環-[4.3.0]-5-壬烯等鹼性化合物的至少一種而成的鹼性水溶液等。該些中,較佳為TMAH水溶液,更佳為2.38質量%的TMAH水溶液。
於有機溶媒顯影的情況下,作為顯影液,可列舉:烴系溶媒、醚系溶媒、酯系溶媒、酮系溶媒、醇系溶媒等有機溶媒,含有所述有機溶媒的溶液等。作為所述有機溶媒,例如可列舉作為所述感放射線性樹脂組成物的[D]溶媒所列舉的溶媒的一種或兩種以上等。該些中,較佳為酯系溶媒或酮系溶媒。作為酯系溶媒,較佳為乙酸酯系溶媒,更佳為乙酸正丁酯。作為酮系溶媒,較佳為鏈狀酮,更佳為2-庚酮。作為顯影液中的有機溶媒的含量的下限,較佳為80質量%,更佳為90質量%,進而佳為95質量%,特佳為99質量%。作為顯影液中的有機溶媒以外的成分,例如可列舉水、矽油等。
作為顯影方法,例如可列舉:使基板於充滿顯影液的槽中浸漬固定時間的方法(浸漬法);藉由利用表面張力使顯影液堆積至基板表面並靜止固定時間來進行顯影的方法(覆液(puddle)法);對基板表面噴霧顯影液的方法(噴霧法);一面以固定速度掃描顯影液噴出噴嘴,一面朝以固定速度旋轉的基板上連續噴出顯影液的方法(動態分配法)等。
[實施例]
以下,基於實施例對本發明進行具體說明,但本發明並不限定於該些實施例。以下示出各物性值的測定方法。
[重量平均分子量(Mw)及數量平均分子量(Mn)]
關於實施例中所使用的聚合物的Mw及Mn,使用東曹(Tosoh)(股)的GPC管柱(G2000HXL:兩根、G3000HXL:一根及G4000HXL:一根),於流量:1.0 mL/分鐘、溶出溶媒:四氫呋喃、試樣濃度:1.0質量%、試樣注入量:100 μL、管柱溫度:40℃、檢測器:示差折射計的分析條件下,藉由以單分散聚苯乙烯為標準的凝膠滲透層析法(GPC)進行測定。另外,分散度(Mw/Mn)是根據Mw及Mn的測定結果來算出。
[13
C-NMR分析]
使用日本電子(股)的「JNM-ECX400」,並使用氘代氯仿作為測定溶媒,進行求出各聚合物中的各結構單元的含有比例(莫耳%)的分析。
<[A]聚合物的合成>
以下示出各實施例及比較例中的各聚合物的合成中所使用的單體。
[合成例1]聚合物(A-1)的合成
將作為單體的化合物(M-1)及化合物(M-3)以莫耳比率成為40/60的方式溶解於丙二醇1-單甲醚(100質量份)中。此處,添加作為起始劑的偶氮雙異丁腈(6莫耳%)及作為鏈轉移劑的第三-十二烷基硫醇(相對於起始劑100質量份而為38質量份)來製備單體溶液。於氮氣環境下,將反應溫度保持為70℃,使該單體溶液共聚16小時。聚合反應結束後,將聚合溶液滴加至正己烷(1,000質量份)中,對聚合物進行凝固精製。向所述聚合物中再次添加丙二醇1-單甲醚(150質量份)。進而,添加甲醇(150質量份)、三乙基胺(相對於化合物(M-1)的使用量而為1.5莫耳當量)及水(相對於化合物(M-1)的使用量而為1.5莫耳當量),一邊於沸點下進行回流,一邊進行8小時水解反應。反應結束後,將溶媒及三乙基胺減壓餾去,將所獲得的聚合物溶解於丙酮(150質量份)中。將所得物滴加至水(2,000質量份)中而加以凝固,並對所生成的白色粉末進行過濾分離。於50℃下乾燥17小時,從而以良好的產率獲得白色粉末狀的聚合物(A-1)。聚合物(A-1)的Mw為5,700,Mw/Mn為1.61。13
C-NMR分析的結果,源自(M-1)及(M-3)的各結構單元的含有比例分別為40.3莫耳%及59.7莫耳%。
[合成例2~合成例8](聚合物(A-2)~聚合物(A-8)的合成)
選擇單體,並進行與合成例1相同的操作,藉此合成聚合物(A-2)~聚合物(A-8)。再者,於合成例8中,以20/20/60(莫耳比率)使用化合物(M-1)、化合物(M-2)及化合物(M-7)。
[表1]
a:以羥基苯乙烯的形式存在
[A]聚合物 | 提供結構單元(I)的單體 | 提供結構單元(II)的單體 | Mw | Mw/Mn | |||||
種類 | 使用量 (莫耳%) | 結構單元含有比例 (莫耳%) | 種類 | 使用量 (莫耳%) | 結構單元含有比例 (莫耳%) | ||||
合成例1 | A-1 | M-1a | 40 | 40.3 | M-3 | 60 | 59.7 | 5700 | 1.61 |
合成例2 | A-2 | M-1a | 40 | 41.3 | M-4 | 60 | 58.7 | 5800 | 1.64 |
合成例3 | A-3 | M-1a | 40 | 43.2 | M-5 | 60 | 56.8 | 6200 | 1.62 |
合成例4 | A-4 | M-1a | 40 | 39.8 | M-6 | 60 | 60.2 | 5500 | 1.54 |
合成例5 | A-5 | M-1a | 40 | 42.2 | M-7 | 60 | 57.8 | 6200 | 1.50 |
合成例6 | A-6 | M-1a | 40 | 41.5 | M-8 | 60 | 58.5 | 5700 | 1.62 |
合成例7 | A-7 | M-1a | 40 | 44.3 | M-9 | 60 | 55.7 | 6100 | 1.64 |
合成例8 | A-8 | M-1a /M-2a | 20/20 | 19.2/18.3 | M-7 | 60 | 62.5 | 6100 | 1.53 |
<感放射線性樹脂組成物的製備>
以下示出實施例及比較例的感放射線性樹脂組成物的製備中所使用的[B]酸產生劑、[C]雙酚化合物、[D]溶媒及[E]酸擴散控制劑。
[[B]酸產生劑]
B-1~B-5:下述式(B-1)~式(B-5)所表示的化合物
[[C]雙酚化合物]
C-1~C-3:下述式(C-1)~式(C-3)所表示的化合物
[[D]溶媒]
D-1:丙二醇單甲醚乙酸酯
D-2:丙二醇1-單甲醚
[[E]酸擴散控制劑]
E-1~E-2:下述式(E-1)~式(E-2)所表示的化合物
[實施例1]
將作為[A]聚合物的(A-1)100質量份、作為[B]酸產生體的(B-1)10質量份、作為[E]酸擴散控制劑的(E-1)3質量份、作為[D]溶媒的(D-1)3,510質量份、(D-2)1,510質量份、以及作為[C]雙酚化合物的(C-1)10質量份混合,利用20 nm的薄膜過濾器進行過濾,從而製備感放射線性樹脂組成物(J-1)。
[實施例2~實施例9及比較例1~比較例3](感放射線性樹脂組成物(J-2)~感放射線性樹脂組成物(J-9)及感放射線性樹脂組成物(CJ-1)~感放射線性樹脂組成物(CJ-3))
除使用下述表2所示的種類及調配量的各成分以外,與實施例1同樣地操作而製備各感放射線性樹脂組成物。
[表2]
感放射線性樹脂組成物 | [A]聚合物 | [B]酸產生劑 | [E]酸擴散控制劑 | [D]溶媒 | [C]雙酚化合物 | ||||||
種類 | 含量 (質量份) | 種類 | 含量 (質量份) | 種類 | 含量 (質量份) | 種類 | 含量 (質量份) | 種類 | 含量 (質量份) | ||
實施例1 | J-1 | A-1 | 100 | B-1 | 10 | E-1 | 3 | D-1/D-2 | 3,510/1,510 | C-1 | 10 |
實施例2 | J-2 | A-2 | 100 | B-1 | 10 | E-1 | 3 | D-1/D-2 | 3,510/1,510 | C-1 | 10 |
實施例3 | J-3 | A-3 | 100 | B-2 | 10 | E-1 | 3 | D-1/D-2 | 3,510/1,510 | C-1 | 10 |
實施例4 | J-4 | A-4 | 100 | B-3 | 15 | E-1 | 3 | D-1/D-2 | 3,510/1,510 | C-1 | 10 |
實施例5 | J-5 | A-5 | 100 | B-4 | 15 | E-1 | 3 | D-1/D-2 | 3,510/1,510 | C-1 | 10 |
實施例6 | J-6 | A-6 | 100 | B-5 | 20 | E-1 | 3 | D-1/D-2 | 3,510/1,510 | C-1 | 10 |
實施例7 | J-7 | A-7 | 100 | B-5 | 20 | E-1 | 3 | D-1/D-2 | 3,510/1,510 | C-1 | 10 |
實施例8 | J-8 | A-8 | 100 | B-5 | 20 | E-1 | 3 | D-1/D-2 | 3,510/1,510 | C-1 | 10 |
實施例9 | J-9 | A-2 | 100 | B-1 | 10 | E-2 | 3 | D-1/D-2 | 3,510/1,510 | C-1 | 10 |
比較例1 | CJ-1 | A-2 | 100 | B-1 | 10 | E-1 | 3 | D-1/D-2 | 3,510/1,510 | - | - |
比較例2 | CJ-2 | A-2 | 100 | B-1 | 10 | E-1 | 3 | D-1/D-2 | 3,510/1,510 | C-2 | 10 |
比較例3 | CJ-3 | A-2 | 100 | B-1 | 10 | E-1 | 3 | D-1/D-2 | 3,510/1,510 | C-3 | 10 |
<抗蝕劑圖案的形成>
使用旋轉塗佈機(東京電子(Tokyo Electron)(股)的「克林特拉克(CLEAN TRACK)ACT12」)將所述所製備的感放射線性樹脂組成物塗敷於形成有平均厚度20 nm的底層膜(布魯爾科技(Brewer Science)公司的「AL412」)的12吋的矽晶圓表面,於110℃下進行60秒預烘烤(PB),然後於23℃下冷卻30秒而形成平均厚度50 nm的抗蝕劑膜。其次,針對該抗蝕劑膜,使用EUV曝光機(型號「NXE3300」、阿斯麥(ASML)製造、NA=0.33、照明條件:偶極(Dipole))照射EUV光。針對所述抗蝕劑膜,於100℃下進行60秒曝光後烘烤(PEB)。繼而,使用2.38質量%的TMAH水溶液,於23℃下顯影30秒,從而形成正型的22 nm線與空間圖案。
<評價>
針對所述所形成的各抗蝕劑圖案,依據下述方法來評價LWR性能、最小崩塌尺寸及橋接裕度。再者,於抗蝕劑圖案的測長中使用掃描式電子顯微鏡(日立高科技(Hitachi High-Tech)(股)的「CG-5000」)。將評價結果示於下述表3中。
[LER性能]
使用所述掃描式電子顯微鏡自上部觀察所述所形成的抗蝕劑圖案。於任意部位測定合計50點的線寬,並根據其測定值的分佈來求出3西格瑪值(sigma value),將其作為LWR(單位:nm)。關於LWR性能,LWR的值越小,表示線的晃動越小而良好。
[最小崩塌尺寸]
所謂「最小崩塌尺寸」,是指可形成無由倒塌或頂部損失所致的崩潰的圖案的抗蝕劑尺寸。使用形成22 nm線與空間(1L/1S)的遮罩來形成自低曝光量至高曝光量的圖案時,通常於高曝光量的情況下看到倒塌或頂部損失等圖案形成異常。自可形成所述22 nm線與空間圖案的最佳曝光量起以0.5 mJ/cm2
為單位增加曝光量,將以較產生圖案倒塌的曝光量小0.5 mJ/cm2
的曝光量形成的抗蝕劑圖案的線寬作為最小崩塌尺寸(單位:nm)。關於最小崩塌尺寸,所述值越小,表示形成微細圖案的能力越高而良好。
[橋接裕度]
所謂「橋接裕度」,是指不產生橋接缺陷的抗蝕劑尺寸。使用形成22 nm線與空間(1L/1S)的遮罩來形成自低曝光量至高曝光量的圖案時,通常於低曝光量的情況下看到橋接形成等缺陷。自可形成所述22 nm線與空間圖案的最佳曝光量起以0.5 mJ/cm2
為單位減低曝光量,將以較產生橋接缺陷的曝光量大0.5 mJ/cm2
的曝光量形成的抗蝕劑圖案的線寬作為橋接裕度(單位:nm)。關於橋接裕度,所述值越大,是指越不易產生橋接缺陷,顯示為良好。
[表3]
感放射線性樹脂組成物 | PEB溫度 [℃] | LWR (nm) | 最小崩塌尺寸 (nm) | 橋接裕度 (nm) | |
實施例1 | J-1 | 100 | 3.9 | 16.8 | 27.4 |
實施例2 | J-2 | 100 | 3.8 | 17.8 | 27.7 |
實施例3 | J-3 | 100 | 3.8 | 17.3 | 28.0 |
實施例4 | J-4 | 100 | 4.0 | 17.8 | 27.5 |
實施例5 | J-5 | 100 | 3.9 | 18.0 | 28.5 |
實施例6 | J-6 | 100 | 4.1 | 17.6 | 26.5 |
實施例7 | J-7 | 100 | 3.9 | 17.8 | 27.5 |
實施例8 | J-8 | 100 | 3.9 | 17.9 | 27.0 |
實施例9 | J-9 | 100 | 4.0 | 17.7 | 25.8 |
比較例1 | CJ-1 | 100 | 4.2 | 20.0 | 24.0 |
比較例2 | CJ-2 | 100 | 4.2 | 20.7 | 24.1 |
比較例3 | CJ-3 | 100 | 4.2 | 19.5 | 23.8 |
根據表3的結果而明確,與比較例的感放射線性樹脂組成物相比,實施例的感放射線性樹脂組成物的LWR性能、最小崩塌尺寸及橋接裕度均良好。
[產業上之可利用性]
根據本發明的感放射線性樹脂組成物及抗蝕劑圖案形成方法,可形成對於曝光光的感度良好且LWR性能優異且最小崩塌尺寸及橋接裕度良好的抗蝕劑圖案。因此,該些可較佳地用於預想今後進一步進行微細化的半導體元件的加工製程等中。
無
Claims (8)
- 一種感放射線性樹脂組成物,含有: 至少含有包含酸解離性基的(甲基)丙烯酸單體及包含酚性羥基的單體的單體混合物的共聚物; 感放射線性酸產生體;以及 雙酚化合物。
- 如請求項1所述的感放射線性樹脂組成物,其中,所述雙酚化合物為部分氟化雙酚化合物。
- 如請求項1所述的感放射線性樹脂組成物,其中,所述雙酚化合物為雙酚AF。
- 如請求項1至請求項4中任一項所述的感放射線性樹脂組成物,其中,相對於所述共聚物100質量份,所述雙酚化合物的含量為0.1質量份以上且30質量份以下。
- 如請求項1至請求項4中任一項所述的感放射線性樹脂組成物,其中,所述共聚物為具有下述式(2-1A)或式(2-2A)所表示的結構單元與下述式(4)所表示的結構單元的共聚物; (式(2-1A)中,RT 為氫原子、氟原子、甲基或三氟甲基;RX 為碳數1~20的一價烴基或氫原子;RY 及RZ 分別獨立地為碳數1~20的一價烴基,或者為RY 及RZ 相互結合並與該些所鍵結的碳原子一起構成的環員數3~20的脂環結構的一部分) (式(4)中,RP 為氫原子、氟原子、甲基或三氟甲基;RQ 為單鍵、-O-、-COO-或-CONH-;Ar為自環員數6~20的芳烴中去除(g+h+1)個的芳香環上的氫原子而成的基;g為0~10的整數;於g為1的情況下,RR 為碳數1~20的一價有機基或鹵素原子;於g為2以上的情況下,多個RR 相互相同或不同,為碳數1~20的一價有機基或鹵素原子,或者為多個RR 中的兩個以上相互結合並與該些所鍵結的碳鏈一起構成的環員數4~20的環結構的一部分;h為1~11的整數;其中,g+h為11以下)。
- 如請求項6所述的感放射線性樹脂組成物,其中,於所述式(2-1A)中,RX 為碳數1~20的一價烴基,RY 及RZ 為相互結合並與該些所鍵結的碳原子一起構成的環員數3~20的脂環結構的一部分,於式(4)中,Ar為苯,RQ 為單鍵。
- 一種抗蝕劑圖案形成方法,包括: 於基板上直接或間接地塗敷感放射線性樹脂組成物的步驟; 對藉由所述塗敷步驟而形成的抗蝕劑膜進行曝光的步驟;以及 對經曝光的所述抗蝕劑膜進行顯影的步驟,並且 所述感放射線性樹脂組成物含有: 至少含有包含酚性羥基的單體及包含酸解離性基的(甲基)丙烯酸單體的單體混合物的共聚物; 感放射線性酸產生體;以及 雙酚化合物。
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