TW202246891A - 圖案形成方法、電子元件的製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種所形成的圖案的長週期的起伏得到抑制的圖案形成方法及電子元件的製造方法。圖案形成方法包括:步驟1,製作依次具有基板、抗蝕劑層、中間層及導電性層的積層體;步驟2,對積層體以圖案狀照射電子束;以及步驟3,對照射了電子束的積層體實施顯影處理而形成圖案,抗蝕劑層的膜厚為150 nm以下。
Description
本發明是有關於一種圖案形成方法及電子元件的製造方法。
近年來,作為更高解析度的曝光技術,電子束微影技術備受矚目。
專利文獻1中,出於抑制抗蝕劑層與導電性層的反應的目的,揭示了使用依次具有抗蝕劑層、中間層及導電性層的積層體來形成圖案的方法。
[現有技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2010-153641號公報
[發明所欲解決之課題]
另一方面,伴隨著圖案的進一步的微細化,近年來,要求於所形成的圖案的長度方向上抑制長週期的起伏。所述長週期的起伏是指於圖案的長度方向上,在圖案的寬度大致保持一定的狀態下,線中心的位置發生變動的現象。
本發明者等人發現,於使用專利文獻1中具體記載的積層體而形成圖案時,產生所述長週期的起伏,需要其改善。
本發明鑒於所述實際情況,課題在於提供一種所形成的圖案的長週期的起伏得到抑制的圖案形成方法。
另外,本發明的課題在於亦提供一種電子元件的製造方法。
[解決課題之手段]
本發明者等人發現可藉由以下結構來解決所述課題。
(1)一種圖案形成方法,包括:步驟1,製作依次具有基板、抗蝕劑層、中間層及導電性層的積層體;
步驟2,對積層體以圖案狀照射電子束;以及 步驟3,對照射了電子束的積層體實施顯影處理而形成圖案, 抗蝕劑層的膜厚為150 nm以下。 (2)如(1)所述的圖案形成方法,其中步驟1包括:步驟1A,於基板上塗佈抗蝕劑層形成用組成物而形成抗蝕劑層;步驟1B,於抗蝕劑層上塗佈中間層形成用組成物而形成中間層;以及步驟1C,於中間層上塗佈導電性層形成用組成物而形成導電性層。 (3)如(1)或(2)所述的圖案形成方法,其中抗蝕劑層包含藉由酸的作用而相對於顯影液的溶解性發生變化的樹脂, 滿足後述的要件1及要件2中的至少一者。 (4)如(3)所述的圖案形成方法,其中於滿足要件1的情況下,相對於抗蝕劑層總質量,化合物的含量為10質量%以上, 於滿足要件2的情況下,相對於抗蝕劑層總質量,重複單元的含量為10質量%以上。 (5)如(3)或(4)所述的圖案形成方法,其中自藉由電子束的照射而產生酸的化合物所產生的酸的pKa為-1.00以下。 (6)如(3)~(5)中任一項所述的圖案形成方法,其中自藉由電子束的照射而產生酸的化合物所產生的酸的尺寸為240 Å
3以上。 (7)如(3)~(6)中任一項所述的圖案形成方法,其中藉由電子束的照射而產生酸的化合物為選自後述的化合物(I)及化合物(II)中的一種以上的化合物。 (8)如(3)~(7)中任一項所述的圖案形成方法,其中樹脂包含具有酸基的重複單元。 (9)如(8)所述的圖案形成方法,其中酸基選自由酚性羥基及氟化醇基所組成的群組中。 (10)如(3)~(9)中任一項所述的圖案形成方法,其中樹脂包含具有藉由酸的作用發生分解而產生羧基的基的重複單元。 (11)如(3)~(9)中任一項所述的圖案形成方法,其中樹脂包含具有藉由酸的作用發生分解而產生酚性羥基的基的重複單元。 (12)如(3)~(11)中任一項所述的圖案形成方法,其中樹脂包含具有選自由內酯基、磺內酯基及碳酸酯基所組成的群組中的至少一種基的重複單元。 (13)如(1)~(12)中任一項所述的圖案形成方法,其中抗蝕劑層包含藉由電子束的照射而鹼性降低或消失的鹼性化合物。 (14)如(13)所述的圖案形成方法,其中鹼性化合物包含藉由電子束的照射而產生酸的鎓鹽化合物, 自鎓鹽產生的酸相較於自藉由電子束的照射而產生酸的化合物所產生的酸而言為弱酸。 (15)如(1)~(14)中任一項所述的圖案形成方法,其中中間層可溶於顯影處理中使用的顯影液。 (16)如(1)~(15)中任一項所述的圖案形成方法,其中中間層是使用中間層形成用組成物而形成的層, 中間層形成用組成物包含可溶於顯影處理中使用的顯影液的樹脂、以及實質上不溶解抗蝕劑層的溶劑。 (17)如(16)所述的圖案形成方法,其中實質上不溶解抗蝕劑層的溶劑選自由碳數4~10的一元醇、碳數6~14的醚及碳數8~14的烴所組成的群組中。 (18)如(16)或(17)所述的圖案形成方法,其中可溶於顯影處理中使用的顯影液的樹脂包含具有選自由羧基、酚性羥基、氟化醇基、磺酸基及磺醯胺基所組成的群組中的至少一種基的重複單元。 (19)一種電子元件的製造方法,包括如(1)~(18)中任一項所述的圖案形成方法。
[發明的效果]
根據本發明,可提供一種所形成的圖案的長週期的起伏得到抑制的圖案形成方法。
另外,根據本發明,亦可提供一種電子元件的製造方法。
以下,對本發明進行詳細說明。
以下記載的構成要件的說明有時基於本發明的具代表性的實施態樣而成,但本發明並不限定於所述實施態樣。 關於本說明書中的基(原子團)的表述,只要不違反本發明的主旨,則未記載經取代及未經取代的表述亦包含不具有取代基的基與具有取代基的基。例如,所謂「烷基」不僅包含不具有取代基的烷基(未經取代的烷基),亦包含具有取代基的烷基(經取代的烷基)。 另外,本說明書中的「有機基」是指包含至少一個碳原子的基。 只要無特別說明,取代基較佳為一價取代基。 本說明書中,所謂「~」是以包含其前後所記載的數值作為下限值及上限值的含義使用。 本說明書中表述的二價基的鍵結方向只要無特別說明,則並不受限制。例如,於「X-Y-Z」形成的式所表示的化合物中的Y為-COO-的情況下,Y可為-CO-O-,亦可為-O-CO-。另外,所述化合物可為「X-CO-O-Z」,亦可為「X-O-CO-Z」。
1 Å為1×10
-10m。
本說明書中,(甲基)丙烯酸酯表示丙烯酸酯及甲基丙烯酸酯,(甲基)丙烯酸表示丙烯酸及甲基丙烯酸。
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)定義為藉由利用凝膠滲透層析(Gel Permeation Chromatography,GPC)裝置(東曹(Tosoh)公司製造的HLC-8120GPC)進行的GPC測定(溶媒:四氫呋喃、流量(樣品注入量):10 μL、管柱:東曹(Tosoh)公司製造的TSK gel Multipore HXL-M、管柱溫度:40℃、流速:1.0 mL/分鐘、檢測器:示差折射率檢測器(Refractive Index Detector))所得的聚苯乙烯換算值。
本說明書中所謂酸解離常數(pKa)表示水溶液中的pKa,具體而言是使用下述軟體包1,藉由計算求出基於哈米特(Hammett)的取代基常數及公知文獻值的資料庫的值而得的值。
軟體包1:高級化學發展有限公司(Advanced Chemistry Development) (ACD/Labs) Solaris系統用軟體V8.14版(Software V8.14 for Solaris) (1994-2007 ACD/Labs)。
另一方面,pKa亦藉由分子軌域計算法來求出。作為該具體的方法,可列舉藉由基於熱力學循環計算水溶液中的H
+解離自由能量而算出的方法。關於H
+解離自由能量的計算方法,例如可藉由密度泛函法(density functional theory,DFT)進行計算,除此以外亦於文獻等中報告了各種方法,並不限制於此。再者,存在多個可實施DFT的軟體,例如可列舉高斯(Gaussian)16。
本說明書中的pKa如所述般是指使用軟體包1藉由計算求出基於哈米特的取代基常數及公知文獻值的資料庫的值而得的值,於無法藉由該方法來算出pKa的情況下,採用基於密度泛函法(DFT)並藉由高斯(Gaussian)16而獲得的值。
另外,本說明書中的pKa如所述般是指「水溶液中的pKa」,於無法算出水溶液中的pKa的情況下,採用「二甲基亞碸(dimethyl sulfoxide,DMSO)溶液中的pKa」。
本說明書中,作為鹵素原子,例如可列舉:氟原子、氯原子、溴原子及碘原子。
本說明書中,所謂固體成分是指溶劑以外的所有成分。再者,即便固體成分的性狀為液體狀,亦以固體成分的形式計算。
作為本發明的圖案形成方法的特徵點,可列舉如下方面:依次具有基板、抗蝕劑層、中間層及導電性層的積層體中的抗蝕劑層的膜厚為150 nm以下。本發明者等人發現,藉由使抗蝕劑層的膜厚比先前薄,所形成的圖案的長週期的起伏得到抑制。
本發明的圖案形成方法包括以下的步驟1~步驟3。
步驟1:製作依次具有基板、抗蝕劑層、中間層及導電性層的積層體的步驟 步驟2:對積層體以圖案狀照射電子束的步驟 步驟3:對照射了電子束的積層體實施顯影處理而形成圖案的步驟 以下,首先,對各步驟的程序進行說明。
<步驟1>
步驟1是製作依次具有基板、抗蝕劑層、中間層及導電性層的積層體的步驟。 基板、抗蝕劑層、中間層及導電性層於後段進行詳述。
所述積層體的製造方法並無特別限制,例如可列舉於基板上依次塗佈用於形成各層的組成物而依次形成各層的方法、以及將另外製作的抗蝕劑層、中間層及導電性層依次轉印至基板上的方法。
其中,就生產性優異的方面而言,步驟1較佳為包括:步驟1A,於基板上塗佈抗蝕劑層形成用組成物而形成抗蝕劑層;步驟1B,於抗蝕劑層上塗佈中間層形成用組成物而形成中間層;以及步驟1C,於中間層上塗佈導電性層形成用組成物而形成導電性層。 以下,對所述步驟1A~步驟1C進行詳述。
步驟1A是於基板上塗佈抗蝕劑層形成用組成物而形成抗蝕劑層的步驟。
抗蝕劑層形成用組成物於後段進行詳述。 於基板上塗佈抗蝕劑層形成用組成物的方法並無特別限制,例如可列舉使用旋轉器或塗佈機等的塗佈方法。其中,作為塗佈方法,較佳為使用旋轉器的旋轉塗佈。 使用旋轉器進行旋轉塗佈時的轉速較佳為1000 rpm~3000 rpm。
亦可視需要於塗佈抗蝕劑層形成用組成物後實施乾燥處理。
作為乾燥處理的方法,例如可列舉進行加熱而乾燥的方法。加熱可藉由通常的曝光機、及/或顯影機所包括的機構實施,亦可使用加熱板等實施。加熱溫度較佳為80℃~150℃,更佳為80℃~140℃。加熱時間較佳為30秒~1000秒,更佳為60秒~800秒。
抗蝕劑層較佳為不溶於步驟1B中使用的中間層形成用組成物中所含的溶劑。
所述不溶是指將膜厚100 nm的抗蝕劑層於中間層形成用組成物中所含的溶劑(30 ml)中浸漬30秒時抗蝕劑層的膜減少量為3.0 nm以下。所述抗蝕劑層的膜減少量較佳為1.5 nm以下。
抗蝕劑層的膜厚為150 nm以下。其中,就所形成的圖案的長週期的起伏進一步得到抑制的方面(以下,亦簡稱為「本發明的效果更優異的方面」)而言,較佳為120 nm以下,更佳為90 nm以下。下限並無特別限制,較佳為20 nm以上,更佳為30 nm以上。
作為抗蝕劑層的膜厚的測定方法,可列舉如下方法:測定抗蝕劑層的任意10點的膜厚,對所獲得的10點的膜厚進行算術平均,將所獲得的平均值設為所述抗蝕劑層的膜厚。即,所述抗蝕劑層的膜厚為平均膜厚。
步驟1B是於抗蝕劑層上塗佈中間層形成用組成物而形成中間層的步驟。
中間層形成用組成物於後段進行詳述。 於抗蝕劑層上塗佈中間層形成用組成物的方法並無特別限制,可列舉於基板上塗佈所述抗蝕劑層形成用組成物的方法。 亦可視需要於塗佈中間層形成用組成物後實施乾燥處理。 乾燥處理的方法可列舉可於抗蝕劑層形成用組成物的塗佈後實施的乾燥處理的方法。
中間層較佳為不溶於步驟1C中使用的導電性層形成用組成物中所含的溶劑。
所述不溶是指將膜厚100 nm的中間層於導電性層形成用組成物中所含的溶劑(30 ml)中浸漬30秒時中間層的膜減少量為3.0 nm以下。所述中間層的膜減少量較佳為1.5 nm以下。
中間層較佳為可溶於後述的步驟3中實施的顯影處理中使用的顯影液。
所述可溶是指將膜厚100 nm的中間層於顯影處理中使用的顯影液(30 ml)中浸漬30秒時中間層的膜減少量為98 nm以上。所述中間層的膜減少量較佳為100 nm。
中間層的膜厚並無特別限制,就本發明的效果更優異的方面而言,較佳為20 nm~100 nm,更佳為40 nm~80 nm。
作為中間層的膜厚的測定方法,可列舉如下方法:測定中間層的任意10點的膜厚,對所獲得的10點的膜厚進行算術平均,將所獲得的平均值設為所述中間層的膜厚。即,所述中間層的膜厚為平均膜厚。
步驟1C是於中間層上塗佈導電性層形成用組成物而形成導電性層的步驟。
導電性層形成用組成物於後段進行詳述。 於中間層上塗佈導電性層形成用組成物的方法並無特別限制,可列舉於基板上塗佈所述抗蝕劑層形成用組成物的方法。 亦可視需要於塗佈導電性層形成用組成物後實施乾燥處理。 乾燥處理的方法可列舉可於抗蝕劑層形成用組成物的塗佈後實施的乾燥處理的方法。
導電性層較佳為可溶於後述的步驟3中實施的顯影處理中使用的顯影液。
所述可溶是指將膜厚100 nm的導電性層於顯影處理中使用的顯影液(30 ml)中浸漬30秒時導電性層的膜減少量為98 nm以上。所述導電性層的膜減少量較佳為100 nm。
導電性層的膜厚並無特別限制,就本發明的效果更優異的方面而言,較佳為10 nm~60 nm,更佳為20 nm~40 nm。
作為導電性層的膜厚的測定方法,可列舉如下方法:測定導電性層的任意10點的膜厚,對所獲得的10點的膜厚進行算術平均,將所獲得的平均值設為所述導電性層的膜厚。即,所述導電性層的膜厚為平均膜厚。
<步驟2>
步驟2是對積層體以圖案狀照射電子束的步驟。 積層體中的照射了電子束的區域為圖案狀,例如以線狀照射電子束。再者,電子束通常自導電性層側向積層體照射。
較佳為於照射電子束後、實施步驟3之前進行烘烤(加熱)。藉由烘烤於電子束的照射部中促進反應,感度及圖案形狀變得更良好。
加熱溫度較佳為80℃~150℃,更佳為80℃~140℃。 加熱時間較佳為10秒~1000秒,更佳為10秒~500秒。 加熱可藉由通常的曝光機及/或顯影機所包括的機構實施,亦可使用加熱板等進行。
<步驟3>
步驟3是對照射了電子束的積層體實施顯影處理而形成圖案的步驟。 顯影處理中使用的顯影液可為鹼性顯影液,亦可為包含有機溶劑的顯影液(以下,亦稱為有機系顯影液)。
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一定時間的方法(浸漬法);利用表面張力使顯影液堆積至基板表面並靜置一定時間來進行顯影的方法(覆液(puddle)法);對基板表面噴射顯影液的方法(噴霧法);以及一邊以一定速度掃描顯影液噴出噴嘴,一邊朝以一定速度旋轉的基板上連續噴出顯影液的方法(動態分配法)。
另外,亦可於進行顯影的步驟之後,實施一邊置換為其他溶劑一邊停止顯影的步驟。 顯影時間較佳為10秒~300秒,更佳為20秒~120秒。 顯影液的溫度較佳為0℃~50℃,更佳為15℃~35℃。
鹼性顯影液較佳為使用包含鹼的鹼性水溶液。
鹼性水溶液的種類並無特別限制,例如可列舉包含以氫氧化四甲基銨為代表的四級銨鹽、無機鹼、一級胺、二級胺、三級胺、醇胺、或環狀胺等的鹼性水溶液。其中,作為鹼性顯影液,較佳為以氫氧化四甲基銨(tetramethyl ammonium hydroxide,TMAH)為代表的四級銨鹽的水溶液。 鹼性顯影液中亦可添加適量的醇類及界面活性劑等。 鹼性顯影液的鹼濃度通常為0.1質量%~20質量%。另外,鹼性顯影液的pH通常為10.0~15.0。
作為有機系顯影液,較佳為包含選自由酮系溶劑、酯系溶劑、醇系溶劑、醯胺系溶劑、醚系溶劑及烴系溶劑所組成的群組中的至少一種有機溶劑的顯影液。
所述溶劑可混合多種,亦可與所述以外的溶劑或水混合。作為顯影液整體的含水率較佳為小於50質量%,更佳為小於20質量%,進而佳為小於10質量%,尤佳為實質上不含水分。
相對於顯影液的總量,有機溶劑相對於有機系顯影液的含量較佳為50質量%~100質量%,更佳為80質量%~100質量%,進而佳為90質量%~100質量%。
<其他步驟>
所述圖案形成方法較佳為於步驟3之後包括使用淋洗液進行清洗的步驟。
作為使用鹼性顯影液進行顯影的步驟之後的淋洗步驟中使用的淋洗液,例如可列舉純水。
於淋洗液中亦可添加適量的界面活性劑。
使用有機系顯影液的顯影步驟之後的淋洗步驟中使用的淋洗液只要不溶解圖案,則並無特別限制,可使用包含一般的有機溶劑的溶液。作為淋洗液,較佳為包含選自由烴系溶劑、酮系溶劑、酯系溶劑、醇系溶劑、醯胺系溶劑及醚系溶劑所組成的群組中的至少一種有機溶劑的淋洗液。
淋洗步驟的方法並無特別限定,例如可列舉:朝以一定速度旋轉的基板上連續噴出淋洗液的方法(旋轉塗佈法)、使基板於充滿淋洗液的槽中浸漬一定時間的方法(浸漬法)、以及對基板表面噴射淋洗液的方法(噴霧法)等。
另外,本發明的圖案形成方法亦可於淋洗步驟後包括加熱步驟(後烘烤(Post Bake))。藉由該步驟,利用烘烤去除殘留於圖案間及圖案內部的顯影液及淋洗液。另外,藉由該步驟,亦有形成抗蝕劑圖案且改善圖案的表面粗糙度的效果。淋洗步驟之後的加熱步驟中的加熱溫度較佳為40℃~250℃(較佳為90℃~200℃),加熱時間較佳為10秒~3分鐘(較佳為30秒~120秒)。
另外,亦可將所形成的圖案作為遮罩,實施基板的蝕刻處理。即,亦可將步驟3中形成的圖案作為遮罩,對基板進行加工而於基板形成圖案。
基板的加工方法並無特別限定,較佳為藉由將步驟3中形成的圖案作為遮罩對基板進行乾式蝕刻而於基板形成圖案的方法。乾式蝕刻較佳為氧電漿蝕刻。
本發明的圖案形成方法中使用的各種材料(例如,抗蝕劑層形成用組成物、中間層形成用組成物、導電性層形成用組成物、顯影液及淋洗液等)較佳為不含金屬等雜質。該些材料中包含的雜質的含量較佳為1質量ppm以下,更佳為10質量ppb以下,進而佳為100質量ppt以下,尤佳為10質量ppt以下,最佳為1質量ppt以下。此處,作為金屬雜質,例如可列舉:Na、K、Ca、Fe、Cu、Mg、Al、Li、Cr、Ni、Sn、Ag、As、Au、Ba、Cd、Co、Pb、Ti、V、W及Zn。
作為自各種材料中去除金屬等雜質的方法,例如可列舉使用過濾器的過濾。使用過濾器的過濾的詳情記載於國際公開第2020/004306號的段落[0321]中。
另外,作為減少各種材料中包含的金屬等雜質的方法,例如可列舉以下方法等:選擇金屬含量少的原料作為構成各種材料的原料的方法、對構成各種材料的原料進行過濾器過濾的方法、以及利用鐵氟龍(Teflon)(註冊商標)對裝置內進行加襯等且在盡可能抑制污染的條件下進行蒸餾的方法。
除了過濾器過濾以外,亦可利用吸附材進行雜質的去除,亦可將過濾器過濾與吸附材組合使用。作為吸附材,可使用公知的吸附材,例如可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。為了減少所述各種材料中包含的金屬等雜質,必須防止製造步驟中的金屬雜質的混入。可測定用於清洗製造裝置的清洗液中包含的金屬成分的含量來確認是否自製造裝置中充分地去除了金屬雜質。使用後的清洗液中包含的金屬成分的含量較佳為100質量ppt(兆分之一(parts per trillion))以下,更佳為10質量ppt以下,進而佳為1質量ppt以下。
為了防止伴隨著靜電的帶電、接下來產生的靜電放電引起的藥液配管及各種部件(過濾器、O型環、管等)的故障,亦可於淋洗液等有機系處理液中添加導電性的化合物。導電性的化合物並無特別限制,例如可列舉甲醇。添加量並無特別限制,就維持較佳的顯影特性或淋洗特性的方面而言,較佳為10質量%以下,更佳為5質量%以下。
作為藥液配管,例如可使用經SUS(不鏽鋼)、或實施了防靜電處理的聚乙烯、聚丙烯或氟樹脂(聚四氟乙烯或全氟烷氧基樹脂等)被膜的各種配管。關於過濾器及O型環,亦同樣地可使用實施了防靜電處理的聚乙烯、聚丙烯或氟樹脂(聚四氟乙烯或全氟烷氧基樹脂等)。
<電子元件的製造方法>
另外,本發明亦有關於一種包括所述圖案形成方法的電子元件的製造方法、以及藉由所述製造方法製造的電子元件。 本發明的電子元件可較佳地搭載於電氣電子機器(家電、辦公自動化(Office Automation,OA)、媒體相關機器、光學用機器及通訊機器等)中。
<抗蝕劑層>
抗蝕劑層是用於藉由電子束的照射及顯影處理而形成圖案的層。 抗蝕劑層亦可包含藉由酸的作用而相對於顯影液的溶解性變化的樹脂(以下,亦稱為樹脂(A))。關於樹脂(A),於後段進行詳述。 樹脂(A)較佳為包含具有自藉由電子束的照射而產生酸的化合物中去除一個氫原子而形成的殘基的重複單元。換言之,抗蝕劑層較佳為滿足以下的要件2。 要件2:樹脂(A)包含具有自藉由電子束的照射而產生酸的化合物中去除一個氫原子而形成的殘基的重複單元(以下,亦稱為特定單元)。
於滿足所述要件2的情況下,相對於抗蝕劑層總質量,特定單元的含量較佳為10質量%以上,更佳為20質量%以上。上限並無特別限制,較佳為50質量%以下。
另外,如後所述般,抗蝕劑層較佳為包含藉由電子束的照射而產生酸的化合物。換言之,抗蝕劑層較佳為滿足以下的要件1。
要件1:抗蝕劑層包含藉由電子束的照射而產生酸的化合物。 於滿足所述要件1的情況下,相對於抗蝕劑層總質量,藉由電子束的照射而產生酸的化合物的含量較佳為10質量%以上,更佳為20質量%以上。上限並無特別限制,較佳為50質量%以下。
<樹脂(A)>
抗蝕劑層亦可包含樹脂(A)。 樹脂(A)可為藉由酸的作用而相對於顯影液的溶解性增大的樹脂,亦可為藉由酸的作用而相對於顯影液的溶解性減少的樹脂。 作為樹脂(A),通常較佳為具有藉由酸的作用發生分解而極性增大的基(以下,亦稱為「酸分解性基」)的樹脂,更佳為包含具有酸分解性基的重複單元的樹脂。 因此,本發明的圖案形成方法中,典型而言於採用鹼性顯影液作為顯影液的情況下,可較佳地形成正型圖案,於採用有機系顯影液作為顯影液的情況下,可較佳地形成負型圖案。 作為具有酸分解性基的重複單元,除後述的(具有酸分解性基的重複單元)以外較佳為(具有包含不飽和鍵的酸分解性基的重複單元)。
(具有酸分解性基的重複單元)
所謂酸分解性基是指藉由酸的作用發生分解而產生極性基的基。酸分解性基較佳為具有極性基經藉由酸的作用而脫離的脫離基保護的結構。即,樹脂(A)包含具有藉由酸的作用發生分解而產生極性基的基的重複單元。包含該重複單元的樹脂藉由酸的作用而極性增大且相對於鹼性顯影液的溶解度增大、相對於有機溶劑的溶解度減少。 作為極性基,較佳為鹼可溶性基,例如可列舉:羧基、酚性羥基、氟化醇基、磺酸基、磷酸基、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)亞甲基等酸性基、以及醇性羥基。 其中,作為極性基,較佳為羧基、酚性羥基、氟化醇基(較佳為六氟異丙醇基)或磺酸基。 因此,樹脂(A)較佳為包含具有藉由酸的作用發生分解而產生羧基的基的重複單元、或具有藉由酸的作用發生分解而產生酚性羥基的基的重複單元。 再者,所述具有藉由酸的作用發生分解而產生酚性羥基的基的重複單元較佳為具有後述的式(Y1)所表示的基作為藉由酸的作用而脫離的脫離基。
作為藉由酸的作用而脫離的脫離基,例如可列舉式(Y1)~式(Y4)所表示的基。
式(Y1):-C(Rx
1)(Rx
2)(Rx
3) 式(Y2):-C(=O)OC(Rx
1)(Rx
2)(Rx
3) 式(Y3):-C(R
36)(R
37)(OR
38) 式(Y4):-C(Rn)(H)(Ar)
式(Y1)及式(Y2)中,Rx
1~Rx
3分別獨立地表示烷基(直鏈狀或分支鏈狀)、環烷基(單環或多環)、烯基(直鏈狀或分支鏈狀)、或芳基(單環或多環)。再者,於Rx
1~Rx
3全部為烷基(直鏈狀或分支鏈狀)的情況下,較佳為Rx
1~Rx
3中的至少兩個為甲基。
其中,Rx
1~Rx
3較佳為分別獨立地表示直鏈狀或分支鏈狀的烷基,Rx
1~Rx
3更佳為分別獨立地表示直鏈狀的烷基。 Rx
1~Rx
3的兩個可鍵結而形成單環或多環。 作為Rx
1~Rx
3的烷基,較佳為甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基及第三丁基等碳數1~5的烷基。 作為Rx
1~Rx
3的環烷基,較佳為環戊基及環己基等單環的環烷基、以及降冰片基、四環癸基、四環十二烷基及金剛烷基等多環的環烷基。 作為Rx
1~Rx
3的芳基,較佳為碳數6~10的芳基,例如可列舉:苯基、萘基及蒽基。 作為Rx
1~Rx
3的烯基,較佳為乙烯基。 作為Rx
1~Rx
3的兩個鍵結而形成的環,較佳為環烷基。作為Rx
1~Rx
3的兩個鍵結而形成的環烷基,較佳為環戊基或環己基等單環的環烷基、或者降冰片基、四環癸基、四環十二烷基或金剛烷基等多環的環烷基,更佳為碳數5~6的單環的環烷基。 Rx
1~Rx
3的兩個鍵結而形成的環烷基中,構成環的亞甲基的一個可經氧原子等雜原子、羰基等包含雜原子的基、或亞乙烯基取代。另外,該些環烷基中,構成環烷烴環的伸乙基的一個以上可經伸乙烯基取代。 式(Y1)或式(Y2)所表示的基較佳為例如Rx
1為甲基或乙基、Rx
2與Rx
3鍵結而形成所述環烷基的態樣。
式(Y3)中,R
36~R
38分別獨立地表示氫原子或一價有機基。R
37與R
38可相互鍵結而形成環。作為一價有機基,可列舉:烷基、環烷基、芳基、芳烷基、及烯基。R
36亦較佳為氫原子。
再者,所述烷基、環烷基、芳基、及芳烷基中可包含氧原子等雜原子及/或羰基等包含雜原子的基。例如,所述烷基、環烷基、芳基、及芳烷基中,亞甲基的一個以上可經氧原子等雜原子及/或羰基等包含雜原子的基取代。 另外,R
38可與重複單元的主鏈所具有的其他取代基相互鍵結而形成環。R
38與重複單元的主鏈所具有的其他取代基相互鍵結而形成的基較佳為亞甲基等伸烷基。
作為式(Y3),較佳為下述式(Y3-1)所表示的基。
此處,L
1及L
2分別獨立地表示氫原子、烷基、環烷基、芳基、或將該些組合而成的基(例如,將烷基與芳基組合而成的基)。
M表示單鍵或二價連結基。 Q表示可包含雜原子的烷基、可包含雜原子的環烷基、可包含雜原子的芳基、胺基、銨基、巰基、氰基、醛基、或將該些組合而成的基(例如,將烷基與環烷基組合而成的基)。 烷基及環烷基中例如亞甲基的一個可經氧原子等雜原子、或羰基等包含雜原子的基取代。 再者,較佳為L
1及L
2中的其中一者為氫原子,另一者為烷基、環烷基、芳基、或將伸烷基與芳基組合而成的基。 Q、M及L
1的至少兩個可鍵結而形成環(較佳為5員環或6員環)。 就圖案的微細化的方面而言,L
2較佳為二級烷基或三級烷基,更佳為三級烷基。作為二級烷基,可列舉:異丙基、環己基及降冰片基,作為三級烷基,可列舉第三丁基及金剛烷基。該些態樣中,由於Tg(玻璃轉移溫度)及活性化能量變高,因此除了確保膜強度以外,可抑制灰霧。
式(Y4)中,Ar表示芳香環基。Rn表示烷基、環烷基或芳基。Rn與Ar亦可相互鍵結而形成非芳香族環。作為Ar,較佳為芳基。
就重複單元的酸分解性優異的方面而言,於保護極性基的脫離基中非芳香族環與極性基(或其殘基)直接鍵結的情況下,所述非芳香族環中的、與所述極性基(或其殘基)直接鍵結的環員原子所鄰接的環員原子亦較佳為不具有氟原子等鹵素原子作為取代基。
藉由酸的作用而脫離的脫離基除此以外亦可為3-甲基-2-環戊烯基之類的具有取代基(烷基等)的2-環戊烯基、以及1,1,4,4-四甲基環己基之類的具有取代基(烷基等)的環己基。
作為具有酸分解性基的重複單元,亦較佳為式(A)所表示的重複單元。
L
1表示可具有氟原子或碘原子的二價連結基,R
1表示氫原子、氟原子、碘原子、可具有氟原子或碘原子的烷基、或者可具有氟原子或碘原子的芳基,R
2表示藉由酸的作用而脫離、且可具有氟原子或碘原子的脫離基。其中,L
1、R
1及R
2中的至少一個具有氟原子或碘原子。
L
1表示可具有氟原子或碘原子的二價連結基。作為可具有氟原子或碘原子的二價連結基,可列舉-CO-、-O-、-S、-SO-、-SO
2-、可具有氟原子或碘原子的烴基(例如伸烷基、伸環烷基、伸烯基及伸芳基等)、以及該些的多個連結而成的連結基。其中,作為L
1,較佳為-CO-、伸芳基、或-伸芳基-具有氟原子或碘原子的伸烷基-,更佳為-CO-、或-伸芳基-具有氟原子或碘原子的伸烷基-。 作為伸芳基,較佳為伸苯基。 伸烷基可為直鏈狀,亦可為分支鏈狀。伸烷基的碳數並無特別限制,較佳為1~10,更佳為1~3。 具有氟原子或碘原子的伸烷基中包含的氟原子及碘原子的合計數並無特別限制,較佳為2以上,更佳為2~10,進而佳為3~6。
R
1表示氫原子、氟原子、碘原子、可具有氟原子或碘原子的烷基、或者可具有氟原子或碘原子的芳基。
烷基可為直鏈狀,亦可為分支鏈狀。烷基的碳數並無特別限制,較佳為1~10,更佳為1~3。 具有氟原子或碘原子的烷基中包含的氟原子及碘原子的合計數並無特別限制,較佳為1以上,更佳為1~5,進而佳為1~3。 所述烷基亦可包含鹵素原子以外的氧原子等雜原子。
R
2表示藉由酸的作用而脫離、且可具有氟原子或碘原子的脫離基。作為可具有氟原子或碘原子的脫離基,可列舉所述式(Y1)~式(Y4)所表示且具有氟原子或碘原子的脫離基。
作為具有酸分解性基的重複單元,亦較佳為式(AI)所表示的重複單元。
式(AI)中,Xa
1表示氫原子或可具有取代基的烷基。T表示單鍵、或二價連結基。Rx
1~Rx
3分別獨立地表示烷基(直鏈狀或分支鏈狀)、環烷基(單環或多環)、烯基(直鏈狀或分支鏈狀)、或芳基(單環或多環)。其中,於Rx
1~Rx
3全部為烷基(直鏈狀或分支鏈狀)的情況下,較佳為Rx
1~Rx
3中的至少兩個為甲基。
Rx
1~Rx
3的兩個可鍵結而形成單環或多環(單環或多環的環烷基等)。
作為由Xa
1所表示的可具有取代基的烷基,例如可列舉甲基或-CH
2-R
11所表示的基。R
11表示鹵素原子(氟原子等)、羥基或一價有機基,例如可列舉鹵素原子可取代的碳數5以下的烷基、鹵素原子可取代的碳數5以下的醯基、以及鹵素原子可取代的碳數5以下的烷氧基,較佳為碳數3以下的烷基,更佳為甲基。作為Xa
1,較佳為氫原子、甲基、三氟甲基或羥基甲基。
作為T的二價連結基,可列舉:伸烷基、芳香環基、-COO-Rt-基、及-O-Rt-基。式中,Rt表示伸烷基、或伸環烷基。
T較佳為單鍵或者-COO-Rt-基。於T表示-COO-Rt-基的情況下,作為Rt,較佳為碳數1~5的伸烷基,更佳為-CH
2-基、-(CH
2)
2-基或-(CH
2)
3-基。
作為Rx
1~Rx
3的烷基,較佳為甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基及第三丁基等碳數1~4的烷基。
作為Rx
1~Rx
3的環烷基,較佳為環戊基及環己基等單環的環烷基、或降冰片基、四環癸基、四環十二烷基及金剛烷基等多環的環烷基。 作為Rx
1~Rx
3的芳基,較佳為碳數6~10的芳基,例如可列舉:苯基、萘基及蒽基。 作為Rx
1~Rx
3的烯基,較佳為乙烯基。 作為Rx
1~Rx
3的兩個鍵結而形成的環烷基,較佳為環戊基、及環己基等單環的環烷基。另外,較佳為降冰片基、四環癸基、四環十二烷基、及金剛烷基等多環的環烷基。其中,較佳為碳數5~6的單環的環烷基。 Rx
1~Rx
3的兩個鍵結而形成的環烷基中,例如構成環的亞甲基的一個可經氧原子等雜原子、羰基等包含雜原子的基、或亞乙烯基取代。另外,該些環烷基中,構成環烷烴環的伸乙基的一個以上可經伸乙烯基取代。 式(AI)所表示的重複單元較佳為例如Rx
1為甲基或乙基、Rx
2與Rx
3鍵結而形成所述環烷基的態樣。
於所述各基具有取代基的情況下,作為取代基,例如可列舉: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)。取代基中的碳數較佳為8以下。
作為式(AI)所表示的重複單元,較佳為酸分解性(甲基)丙烯酸三級烷基酯系重複單元(Xa
1表示氫原子或甲基、且T表示單鍵的重複單元)。
以下示出具有酸分解性基的重複單元的具體例,但本發明並不限定於此。再者,式中,Xa
1表示H、CH
3、CF
3或CH
2OH,Rxa及Rxb分別獨立地表示碳數1~5的直鏈狀或分支鏈狀的烷基。
樹脂(A)亦可包含具有含不飽和鍵的酸分解性基的重複單元作為具有酸分解性基的重複單元。
作為具有包含不飽和鍵的酸分解性基的重複單元,較佳為式(B)所表示的重複單元。
式(B)中,Xb表示氫原子、鹵素原子、或可具有取代基的烷基。L表示單鍵、或可具有取代基的二價連結基。Ry
1~Ry
3分別獨立地表示直鏈狀或分支鏈狀的烷基、單環狀或多環狀的環烷基、烯基、炔基、或者單環或多環的芳基。其中,Ry
1~Ry
3中至少一個表示烯基、炔基、單環或多環的環烯基、或者單環或多環的芳基。
Ry
1~Ry
3的兩個可鍵結而形成單環或多環(單環或多環的環烷基、環烯基等)。
作為由Xb所表示的可具有取代基的烷基,例如可列舉甲基或-CH
2-R
11所表示的基。R
11表示鹵素原子(氟原子等)、羥基或一價有機基,例如可列舉鹵素原子可取代的碳數5以下的烷基、鹵素原子可取代的碳數5以下的醯基、以及鹵素原子可取代的碳數5以下的烷氧基,較佳為碳數3以下的烷基,更佳為甲基。作為Xb,較佳為氫原子、氟原子、甲基、三氟甲基、或羥基甲基。
作為L所表示的二價連結基,可列舉:-Rt-基、-CO-基、-COO-Rt-基、-COO-Rt-CO-基、-Rt-CO-基、及-O-Rt-基。式中,Rt表示伸烷基、伸環烷基、或芳香環基,較佳為芳香環基。
作為L,較佳為-Rt-基、-CO-基、-COO-Rt-CO-基、或-Rt-CO-基。Rt可具有鹵素原子、羥基、烷氧基等取代基。較佳為芳香族基。
作為Ry
1~Ry
3的烷基,較佳為甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、及第三丁基等碳數1~4的烷基。
作為Ry
1~Ry
3的環烷基,較佳為環戊基、及環己基等單環的環烷基、或降冰片基、四環癸基、四環十二烷基、及金剛烷基等多環的環烷基。 作為Ry
1~Ry
3的芳基,較佳為碳數6~10的芳基,例如可列舉:苯基、萘基、及蒽基。 作為Ry
1~Ry
3的烯基,較佳為乙烯基。 作為Ry
1~Ry
3的炔基,較佳為乙炔基。 作為Ry
1~Ry
3的環烯基,較佳為環戊基、及環己基等單環的環烷基的一部分中包含雙鍵的結構。 作為Ry
1~Ry
3的兩個鍵結而形成的環烷基,較佳為環戊基、及環己基等單環的環烷基、或降冰片基、四環癸基、四環十二烷基、及金剛烷基等多環的環烷基。其中,更佳為碳數5~6的單環的環烷基。 Ry
1~Ry
3的兩個鍵結而形成的環烷基、或環烯基中,例如構成環的亞甲基的一個可經氧原子等雜原子、羰基、-SO
2-基及-SO
3-基等包含雜原子的基、亞乙烯基、或該些的組合取代。另外,該些環烷基或環烯基中,構成環烷烴環或環烯烴環的伸乙基的一個以上可經伸乙烯基取代。 式(B)所表示的重複單元較佳為例如Ry
1為甲基、乙基、乙烯基、烯丙基、或芳基且Ry
2與Rx
3鍵結而形成所述環烷基或環烯基的態樣。
於所述各基具有取代基的情況下,作為取代基,例如可列舉: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)。取代基中的碳數較佳為8以下。
作為式(B)所表示的重複單元,較佳為酸分解性(甲基)丙烯酸三級酯系重複單元(Xb表示氫原子或甲基、且L表示-CO-基的重複單元)、酸分解性羥基苯乙烯三級烷基醚系重複單元(Xb表示氫原子或甲基、且L表示苯基的重複單元)、或酸分解性苯乙烯羧酸三級酯系重複單元(Xb表示氫原子或甲基、且L表示-Rt-CO-基(Rt為芳香族基)的重複單元)。
以下示出具有包含不飽和鍵的酸分解性基的重複單元的具體例,但本發明並不限定於此。再者,式中,Xb及L1表示所述記載的取代基、連結基中的任一者,Ar表示芳香族基,R表示氫原子、烷基、環烷基、芳基、芳烷基、烯基、羥基、烷氧基、醯氧基、氰基、硝基、胺基、鹵素原子、酯基(-OCOR'''或-COOR''':R'''為碳數1~20的烷基或氟化烷基)或羧基等取代基,R'表示直鏈狀或分支鏈狀的烷基、單環狀或多環狀的環烷基、烯基、炔基、或者單環或多環的芳基,Q表示氧原子等雜原子、羰基、-SO
2-基及-SO
3-基等包含雜原子的基、亞乙烯基、或該些的組合,n及m表示0以上的整數。
相對於樹脂(A)中的全部重複單元,具有酸分解性基的重複單元的含量較佳為10莫耳%以上,更佳為20莫耳%以上,進而佳為30莫耳%以上。另外,作為其上限值,相對於樹脂(A)中的全部重複單元,較佳為90莫耳%以下,更佳為80莫耳%以下,進而佳為70莫耳%以下,尤佳為60莫耳%以下。
相對於樹脂(A)中的全部重複單元,具有包含不飽和鍵的酸分解性基的重複單元的含量較佳為10莫耳%以上,更佳為20莫耳%以上,進而佳為30莫耳%以上。另外,作為其上限值,相對於樹脂(A)中的全部重複單元,較佳為80莫耳%以下,更佳為70莫耳%以下,尤佳為60莫耳%以下。
樹脂(A)亦可包含選自由以下的A群組所組成的群組中的至少一種重複單元、及/或選自由以下的B群組所組成的群組中的至少一種重複單元。
A群組:包含以下的(20)~(29)的重複單元的群組。 (20)後述的具有酸基的重複單元 (21)後述的不具有酸分解性基及酸基中的任一者、具有氟原子、溴原子或碘原子的重複單元 (22)後述的具有內酯基、磺內酯基或碳酸酯基的重複單元 (23)後述的具有酸產生基的重複單元 (24)後述的式(V-1)或下述式(V-2)所表示的重複單元 (25)後述的式(A)所表示的重複單元 (26)後述的式(B)所表示的重複單元 (27)後述的式(C)所表示的重複單元 (28)後述的式(D)所表示的重複單元 (29)後述的式(E)所表示的重複單元 B群組:包含以下的(30)~(32)的重複單元的群組。 (30)後述的具有選自內酯基、磺內酯基、碳酸酯基、羥基、氰基、及鹼可溶性基中的至少一種基的重複單元 (31)後述的具有脂環式烴結構、不顯示酸分解性的重複單元 (32)後述的不具有羥基及氰基的任一者、式(III)所表示的重複單元
樹脂(A)較佳為具有酸基,且較佳為如後述般包含具有酸基的重複單元。再者,關於酸基的定義,於後段中與具有酸基的重複單元的較佳態樣一同進行說明。於樹脂(A)具有酸基的情況下,樹脂(A)與自酸產生劑所產生的酸的相互作用性更優異。作為其結果,可更進一步抑制酸的擴散,所形成的圖案的剖面形狀可進一步矩形化。
(具有酸基的重複單元)
樹脂(A)亦可包含具有酸基的重複單元。 作為酸基,較佳為pKa為13以下的酸基。所述酸基的酸解離常數較佳為13以下,更佳為3~13,進而佳為5~10。 於樹脂(A)具有pKa為13以下的酸基的情況下,樹脂(A)中的酸基的含量並無特別限制,大多情況下為0.2 mmol/g~6.0 mmol/g。其中,較佳為0.8 mmol/g~6.0 mmol/g,更佳為1.2 mmol/g~5.0 mmol/g,進而佳為1.6 mmol/g~4.0 mmol/g。若酸基的含量為所述範圍內,則顯影良好地進行,所形成的圖案形狀優異,解析性亦優異。 作為酸基,較佳為例如羧基、酚性羥基、氟化醇基(較佳為六氟異丙醇基)、磺酸基、磺醯胺基、或異丙醇基,更佳為酚性羥基或氟化醇基,進而佳為氟化醇基。 另外,所述六氟異丙醇基中,氟原子的一個以上(較佳為1個~2個)可經氟原子以外的基(烷氧基羰基等)取代。作為酸基,亦較佳為如此形成的-C(CF
3)(OH)-CF
2-。另外,氟原子的一個以上亦可經取代為氟原子以外的基而形成包含-C(CF
3)(OH)-CF
2-的環。 具有酸基的重複單元較佳為與所述重複單元不同的重複單元。 具有酸基的重複單元亦可具有氟原子或碘原子。
作為具有酸基的重複單元,可列舉以下的重複單元。
作為具有酸基的重複單元,較佳為下述式(1)所表示的重複單元。
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、烷基羰基氧基、烷基磺醯基氧基、烷基氧基羰基或芳基氧基羰基,於具有多個的情況下可相同亦可不同。於具有多個R的情況下,可相互共同而形成環。作為R,較佳為氫原子。a表示1~3的整數。b表示0~(5-a)的整數。
以下例示具有酸基的重複單元。式中,a表示1或2。
再者,於所述重複單元中,較佳為以下具體記載的重複單元。式中,R表示氫原子或甲基,a表示2或3。
相對於樹脂(A)中的全部重複單元,具有酸基的重複單元的含量較佳為10莫耳%以上,更佳為15莫耳%以上。另外,作為其上限值,相對於樹脂(A)中的全部重複單元,較佳為70莫耳%以下,更佳為65莫耳%以下,進而佳為60莫耳%以下。
(不具有酸分解性基及酸基中的任一者、具有氟原子、溴原子或碘原子的重複單元)
樹脂(A)亦可具有與所述<具有酸分解性基的重複單元>及<具有酸基的重複單元>不同的、不具有酸分解性基及酸基中的任一者、具有氟原子、溴原子或碘原子的重複單元(以下,亦稱為單元X)。另外,此處所述的<不具有酸分解性基及酸基中的任一者、具有氟原子、溴原子或碘原子的重複單元>較佳為與後述的<具有內酯基、磺內酯基、或碳酸酯基的重複單元>、及<具有酸產生基的重複單元>等屬於A群組的其他種類的重複單元不同。
作為單元X,較佳為式(C)所表示的重複單元。
L
5表示單鍵或酯基。R
9表示氫原子、或者可具有氟原子或碘原子的烷基。R
10表示氫原子、可具有氟原子或碘原子的烷基、可具有氟原子或碘原子的環烷基、可具有氟原子或碘原子的芳基、或者將該些組合而成的基。
以下例示具有氟原子或碘原子的重複單元。
相對於樹脂(A)中的全部重複單元,單元X的含量較佳為0莫耳%以上,更佳為5莫耳%以上,進而佳為10莫耳%以上。另外,作為其上限值,相對於樹脂(A)中的全部重複單元,較佳為50莫耳%以下,更佳為45莫耳%以下,進而佳為40莫耳%以下。
樹脂(A)的重複單元中,相對於樹脂(A)的全部重複單元,包含氟原子、溴原子及碘原子的至少一個的重複單元的合計含量較佳為10莫耳%以上,更佳為20莫耳%以上,進而佳為30莫耳%以上,尤佳為40莫耳%以上。上限值並無特別限制,例如相對於樹脂(A)的全部重複單元,為100莫耳%以下。
再者,作為包含氟原子、溴原子及碘原子的至少一個的重複單元,例如可列舉:具有氟原子、溴原子或碘原子且具有酸分解性基的重複單元、具有氟原子、溴原子或碘原子且具有酸基的重複單元、及具有氟原子、溴原子或碘原子的重複單元。
(具有內酯基、磺內酯基或碳酸酯基的重複單元)
樹脂(A)亦可含有具有選自由內酯基、磺內酯基及碳酸酯基所組成的群組中的至少一種基的重複單元(以下,亦稱為「單元Y」)。 單元Y亦較佳為不具有羥基、及六氟丙醇基等酸基。
作為內酯基或磺內酯基,只要具有內酯結構或磺內酯結構即可。內酯結構或磺內酯結構較佳為5員環內酯結構~7員環內酯結構或5員環磺內酯結構~7員環磺內酯結構。其中,更佳為其他環結構以形成雙環結構或螺結構的形態於5員環內酯結構~7員環內酯結構中進行縮環而成者、或者其他環結構以形成雙環結構或螺結構的形態於5員環磺內酯結構~7員環磺內酯結構中進行縮環而成者。
樹脂(A)較佳為包含如下重複單元,所述重複單元具有自下述式(LC1-1)~式(LC1-21)的任一者所表示的內酯結構、或下述式(SL1-1)~式(SL1-3)的任一者所表示的磺內酯結構的環員原子中去掉一個以上的氫原子而成的內酯基或磺內酯基。 另外,內酯基或磺內酯基亦可與主鏈直接鍵結。例如,內酯基或磺內酯基的環員原子亦可構成樹脂(A)的主鏈。
所述內酯結構或磺內酯結構亦可具有取代基(Rb
2)。作為較佳的取代基(Rb
2),可列舉: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1~8的烷氧基羰基、羧基、鹵素原子、氰基、及酸分解性基。n2表示0~4的整數。於n2為2以上時,存在多個的Rb
2可不同,另外存在多個的Rb
2彼此可鍵結而形成環。
作為具有包含式(LC1-1)~式(LC1-21)的任一者所表示的內酯結構或式(SL1-1)~式(SL1-3)的任一者所表示的磺內酯結構的基的重複單元,例如可列舉下述式(AI)所表示的重複單元。
式(AI)中,Rb
0表示氫原子、鹵素原子或碳數1~4的烷基。作為Rb
0的烷基可具有的較佳的取代基,可列舉羥基及鹵素原子。
作為Rb
0的鹵素原子,可列舉:氟原子、氯原子、溴原子及碘原子。Rb
0較佳為氫原子或甲基。 Ab表示單鍵、伸烷基、具有單環或多環的脂環式烴結構的二價連結基、醚基、酯基、羰基、羧基、或者將該些組合而成的二價基。其中,作為Ab,較佳為單鍵或-Ab
1-CO
2-所表示的連結基。Ab
1為直鏈狀或分支鏈狀的伸烷基、或者單環或多環的伸環烷基,較佳為亞甲基、伸乙基、伸環己基、伸金剛烷基或伸降冰片基。 V表示自式(LC1-1)~式(LC1-21)的任一者所表示的內酯結構的環員原子中去掉一個氫原子而成的基、或者自式(SL1-1)~式(SL1-3)的任一者所表示的磺內酯結構的環員原子中去掉一個氫原子而成的基。
於在具有內酯基或磺內酯基的重複單元中存在光學異構體的情況下,可使用任一光學異構體。另外,可單獨使用一種光學異構體,亦可將多種光學異構體混合使用。於主要使用一種光學異構體的情況下,其光學純度(ee)較佳為90以上,更佳為95以上。
作為碳酸酯基,較佳為環狀碳酸酯基。
作為具有環狀碳酸酯基的重複單元,較佳為下述式(A-1)所表示的重複單元。
式(A-1)中,R
A 1表示氫原子、鹵素原子或一價有機基(較佳為甲基)。n表示0以上的整數。R
A 2表示取代基。於n為2以上的情況下,存在多個的R
A 2可分別相同亦可不同。A表示單鍵或二價連結基。作為所述二價連結基,較佳為伸烷基、具有單環或多環的脂環式烴結構的二價連結基、醚基、酯基、羰基、羧基、或者將該些組合而成的二價基。Z表示與式中的-O-CO-O-所表示的基一同形成單環或多環的原子團。
以下例示單元Y。
相對於樹脂(A)中的全部重複單元,單元Y的含量較佳為1莫耳%以上,更佳為10莫耳%以上。另外,作為其上限值,相對於樹脂(A)中的全部重複單元,較佳為85莫耳%以下,更佳為80莫耳%以下,進而佳為70莫耳%以下,尤佳為60莫耳%以下。
(具有酸產生基的重複單元)
樹脂(A)亦可包含具有自藉由電子束的照射而產生酸的化合物中去除一個氫原子而形成的殘基(以下,亦稱為「酸產生基」)的重複單元作為所述以外的重複單元。 作為具有酸產生基的重複單元,可列舉式(4)所表示的重複單元。
R
41表示氫原子或甲基。L
41表示單鍵或二價連結基。L
42表示二價連結基。R
40表示自藉由電子束的照射而產生酸的化合物中去除一個氫原子而形成的殘基。
以下例示具有酸產生基的重複單元。
除此以外,作為式(4)所表示的重複單元,例如可列舉日本專利特開2014-041327號公報的段落[0094]~段落[0105]中所記載的重複單元、及國際公開第2018/193954號公報的段落[0094]中所記載的重複單元。
相對於樹脂(A)中的全部重複單元,具有酸產生基的重複單元的含量較佳為1莫耳%以上,更佳為5莫耳%以上。另外,作為其上限值,相對於樹脂(A)中的全部重複單元,較佳為40莫耳%以下,更佳為35莫耳%以下,進而佳為30莫耳%以下。
(式(V-1)或下述式(V-2)所表示的重複單元)
樹脂(A)亦可包含下述式(V-1)、或下述式(V-2)所表示的重複單元。 下述式(V-1)、及下述式(V-2)所表示的重複單元較佳為與所述重複單元不同的重複單元。
式中,R
6及R
7分別獨立地表示氫原子、羥基、烷基、烷氧基、醯氧基、氰基、硝基、胺基、鹵素原子、酯基(-OCOR或-COOR:R為碳數1~6的烷基或氟化烷基)或羧基。作為烷基,較佳為碳數1~10的直鏈狀、分支鏈狀或環狀的烷基。
n
3表示0~6的整數。 n
4表示0~4的整數。 X
4為亞甲基、氧原子或硫原子。 以下例示式(V-1)或式(V-2)所表示的重複單元。 作為式(V-1)或式(V-2)所表示的重複單元,例如可列舉國際公開第2018/193954號的段落[0100]中所記載的重複單元。
(用於降低主鏈的運動性的重複單元)
就可抑制產生酸的過量擴散或顯影時的圖案倒塌的方面而言,樹脂(A)較佳為玻璃轉移溫度(Tg)高。Tg較佳為大於90℃,更佳為大於100℃,進而佳為大於110℃,尤佳為大於125℃。再者,就於顯影液中的溶解速度優異的方面而言,Tg較佳為400℃以下,更佳為350℃以下。 再者,本說明書中,樹脂(A)等聚合物的玻璃轉移溫度(Tg)(以下為「重複單元的Tg」)藉由以下的方法來算出。首先,藉由Bicerano法分別算出僅包含聚合物中所含的各重複單元的均聚物的Tg。其次,算出各重複單元相對於聚合物中的全部重複單元的質量比例(%)。其次,使用Fox公式(記載於「材料快報(Materials Letters)」62(2008)3152等中)算出各質量比例中的Tg,將該些進行總和,設為聚合物的Tg(℃)。 Bicerano法記載於「聚合物性能預測(Prediction of polymer properties)」,馬塞爾德克爾公司(Marcel Dekker Inc),紐約(New York)(1993)中。另外,利用Bicerano法的Tg的算出可使用聚合物的物性概算軟體MDL聚合物(Polymer)(MDL資訊系統公司(MDL Information Systems, Inc.))來進行。
為了增大樹脂(A)的Tg(較佳為將Tg設為超過90℃),較佳為使樹脂(A)的主鏈的運動性降低。使樹脂(A)的主鏈的運動性降低的方法可列舉以下的(a)~(e)的方法。
(a)向主鏈導入體積大的取代基 (b)向主鏈導入多個取代基 (c)向主鏈附近導入誘發樹脂(A)間的相互作用的取代基 (d)以環狀結構形成主鏈 (e)環狀結構與主鏈的連結 再者,樹脂(A)較佳為包含均聚物的Tg顯示130℃以上的重複單元。 再者,均聚物的Tg顯示130℃以上的重複單元的種類並無特別限制,只要是藉由Bicerano法算出的均聚物的Tg為130℃以上的重複單元即可。再者,根據後述的式(A)~式(E)所表示的重複單元中的官能基的種類,相當於均聚物的Tg顯示130℃以上的重複單元。
作為所述(a)的具體的達成方法的一例,可列舉在樹脂(A)中導入式(A)所表示的重複單元的方法。
式(A)中,R
A表示包含多環結構的基。R
x表示氫原子、甲基、或乙基。所謂包含多環結構的基是指包含多個環結構的基,多個環結構可縮合亦可不縮合。
作為式(A)所表示的重複單元的具體例,可列舉國際公開第2018/193954號的段落[0107]~段落[0119]中記載者。
作為所述(b)的具體的達成方法的一例,可列舉在樹脂(A)中導入式(B)所表示的重複單元的方法。
式(B)中,R
b1~R
b4分別獨立地表示氫原子或有機基,R
b1~R
b4中至少兩個以上表示有機基。
另外,於有機基的至少一個是於重複單元中的主鏈直接連結有環結構的基的情況下,其他有機基的種類並無特別限制。 另外,於有機基的任一者均不是於重複單元中的主鏈直接連結有環結構的基的情況下,有機基的至少兩個以上為除了氫原子以外的構成原子的數量為三個以上的取代基。 作為式(B)所表示的重複單元的具體例,可列舉國際公開第2018/193954號的段落[0113]~段落[0115]中記載者。
作為所述(c)的具體的達成方法的一例,可列舉在樹脂(A)中導入式(C)所表示的重複單元的方法。
式(C)中,R
c1~R
c4分別獨立地表示氫原子或有機基,R
c1~R
c4中至少一個為自主鏈碳起在原子數3以內包含氫鍵性的氫原子的基。其中,較佳為於誘發樹脂(A)的主鏈間的相互作用的基礎上,於原子數2以內(更靠主鏈附近側)具有氫鍵性的氫原子。
作為式(C)所表示的重複單元的具體例,可列舉國際公開第2018/193954號的段落[0119]~段落[0121]中記載者。
作為所述(d)的具體的達成方法的一例,可列舉在樹脂(A)中導入式(D)所表示的重複單元的方法。
式(D)中,「Cyclic」表示以環狀結構形成主鏈的基。環的構成原子數並無特別限制。
作為式(D)所表示的重複單元的具體例,可列舉國際公開第2018/193954號的段落[0126]~段落[0127]中記載者。
作為所述(e)的具體的達成方法的一例,可列舉在樹脂(A)中導入式(E)所表示的重複單元的方法。
式(E)中,Re分別獨立地表示氫原子或有機基。作為有機基,例如可列舉:可具有取代基的烷基、環烷基、芳基、芳烷基、及烯基。
「Cyclic」是包含主鏈的碳原子的環狀基。環狀基中包含的原子數並無特別限制。 作為式(E)所表示的重複單元的具體例,可列舉國際公開第2018/193954號的段落[0131]~段落[0133]中記載者。
(具有選自內酯基、磺內酯基、碳酸酯基、羥基、氰基及鹼可溶性基中的至少一種基的重複單元)
樹脂(A)亦可包含具有選自內酯基、磺內酯基、碳酸酯基、羥基、氰基、及鹼可溶性基中的至少一種基的重複單元。 作為樹脂(A)所含有的具有內酯基、磺內酯基或碳酸酯基的重複單元,可列舉所述<具有內酯基、磺內酯基或碳酸酯基的重複單元>中說明的重複單元。較佳的含量亦如所述<具有內酯基、磺內酯基或碳酸酯基的重複單元>中說明般。
樹脂(A)亦可包含具有羥基或氰基的重複單元。藉此基板密接性、顯影液親和性提高。
具有羥基或氰基的重複單元較佳為具有經羥基或氰基取代的脂環式烴結構的重複單元。 具有羥基或氰基的重複單元較佳為不具有酸分解性基。作為具有羥基或氰基的重複單元,可列舉日本專利特開2014-098921號公報的段落[0081]~段落[0084]中記載者。
樹脂(A)亦可包含具有鹼可溶性基的重複單元。
作為鹼可溶性基,可列舉羧基、磺醯胺基、磺醯亞胺基、雙磺醯亞胺基、以及α位經拉電子性基取代的脂肪族醇基(例如六氟異丙醇基),較佳為羧基。藉由樹脂(A)包含具有鹼可溶性基的重複單元,接觸孔用途中的解析性增加。作為具有鹼可溶性基的重複單元,可列舉日本專利特開2014-098921號公報的段落[0085]及段落[0086]中記載者。
(具有脂環式烴結構且不顯示酸分解性的重複單元)
樹脂(A)亦可包含具有脂環式烴結構且不顯示酸分解性的重複單元。作為此種重複單元,例如可列舉源自(甲基)丙烯酸1-金剛烷基酯、(甲基)丙烯酸二金剛烷基酯、(甲基)丙烯酸三環癸酯、或(甲基)丙烯酸環己酯的重複單元。
(不具有羥基及氰基的任一者的式(III)所表示的重複單元)
樹脂(A)亦可包含不具有羥基及氰基的任一者的式(III)所表示的重複單元。
式(III)中,R
5表示具有至少一個環狀結構且不具有羥基及氰基的任一者的烴基。
Ra表示氫原子、烷基或-CH
2-O-Ra
2基。式中,Ra
2表示氫原子、烷基或醯基。 作為不具有羥基及氰基的任一者的式(III)所表示的重複單元,可列舉日本專利特開2014-098921號公報的段落[0087]~段落[0094]中記載者。
(其他重複單元)
進而,樹脂(A)亦可包含所述重複單元以外的重複單元。 例如樹脂(A)亦可包含選自由具有氧硫雜環己烷(oxathiane)環基的重複單元、具有噁唑啉酮(oxazolone)環基的重複單元、具有二噁烷環基的重複單元、及具有乙內醯脲環基的重複單元所組成的群組中的重複單元。 以下例示此種重複單元。
樹脂(A)除了包含所述重複結構單元以外,亦可出於調節耐乾式蝕刻性、標準顯影液適應性、基板密接性、抗蝕劑輪廓、解析性、耐熱性、及感度等的目的而包含各種重複結構單元。
作為樹脂(A),(尤其是於組成物用作ArF用的感光化射線性或感放射線性樹脂組成物的情況下)較佳為重複單元全部由源自具有乙烯性不飽和鍵的化合物的重複單元構成。尤其是亦較佳為重複單元全部由(甲基)丙烯酸酯系重複單元構成。於該情況下,可使用重複單元全部為甲基丙烯酸酯系重複單元者、重複單元全部為丙烯酸酯系重複單元者、重複單元全部由甲基丙烯酸酯系重複單元與丙烯酸酯系重複單元構成者中的任一者,較佳為丙烯酸酯系重複單元為全部重複單元的50莫耳%以下。
樹脂(A)可依據常法(例如自由基聚合)來合成。
以利用GPC法而得的聚苯乙烯換算值計,樹脂(A)的重量平均分子量較佳為30,000以下,更佳為1,000~30,000,進而佳為3,000~30,000,尤佳為5,000~15,000。 樹脂(A)的分散度(分子量分佈)較佳為1~5,更佳為1~3,進而佳為1.2~3.0,尤佳為1.2~2.0。分散度越小,解析度、及抗蝕劑形狀更優異,進而抗蝕劑圖案的側壁更平滑,粗糙度性能亦更優異。
於抗蝕劑層包含樹脂(A)的情況下,相對於抗蝕劑層總質量,樹脂(A)的含量較佳為40.0質量%~99.9質量%,更佳為60.0質量%~90.0質量%。
樹脂(A)可使用一種,亦可併用多種。
(藉由電子束的照射而產生酸的化合物)
抗蝕劑層亦可包含藉由電子束的照射而產生酸的化合物(以下,亦稱為酸產生劑(B))。 酸產生劑(B)可為低分子化合物的形態,亦可為併入至聚合物(例如,後述的樹脂(A))的一部分中的形態。另外,亦可將低分子化合物的形態與併入至聚合物(例如,後述的樹脂(A))的一部分中的形態併用。 於酸產生劑(B)為低分子化合物的形態的情況下,酸產生劑的分子量較佳為3000以下,更佳為2000以下,進而佳為1000以下。下限並無特別限制,較佳為100以上。 於酸產生劑(B)為併入至聚合物的一部分中的形態的情況下,可併入至樹脂(A)的一部分中,亦可併入至與樹脂(A)不同的樹脂中。 本發明中,酸產生劑(B)較佳為低分子化合物的形態。
自酸產生劑(B)產生的酸的pKa並無特別限制,大多情況下為0以下,就本發明的效果更優異的方面而言,較佳為-1.00以下。下限並無特別限制,大多情況下為-4.00以上。
自酸產生劑(B)產生的酸的尺寸並無特別限制,大多情況下為150 Å
3以上,就本發明的效果更優異的方面而言,較佳為240 Å
3以上。上限並無特別限制,大多情況下為700 Å
3以下。
作為酸產生劑(B),例如可列舉「M
+X
-」所表示的化合物(鎓鹽),較佳為藉由電子束而產生有機酸的化合物。
作為所述有機酸,例如可列舉: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。
於「M
+X
-」所表示的化合物中,M
+表示有機陽離子。
作為有機陽離子,並無特別限制。另外,有機陽離子的價數亦可為一價或二價以上。 其中,作為所述有機陽離子,較佳為式(ZaI)所表示的陽離子(以下亦稱為「陽離子(ZaI)」)、或式(ZaII)所表示的陽離子(以下亦稱為「陽離子(ZaII)」)。
所述式(ZaI)中,
R
201、R
202及R
203分別獨立地表示有機基。 作為R
201、R
202及R
203的有機基的碳數較佳為1~30,更佳為1~20。另外,R
201~R
203中兩個可鍵結而形成環結構,環內可含有氧原子、硫原子、酯基、醯胺基或羰基。作為R
201~R
203中的兩個鍵結而形成的基,例如可列舉伸烷基(例如伸丁基及伸戊基)及-CH
2-CH
2-O-CH
2-CH
2-。
作為式(ZaI)中的有機陽離子的較佳態樣,可列舉後述的陽離子(ZaI-1)、陽離子(ZaI-2)、式(ZaI-3b)所表示的有機陽離子(陽離子(ZaI-3b))及式(ZaI-4b)所表示的有機陽離子(陽離子(ZaI-4b))。
首先,對陽離子(ZaI-1)進行說明。
陽離子(ZaI-1)是所述式(ZaI)的R
201~R
203中的至少一個為芳基的芳基鋶陽離子。 芳基鋶陽離子可為R
201~R
203全部為芳基,亦可為R
201~R
203的一部分為芳基且剩餘為烷基或環烷基。 另外,可為R
201~R
203中的一個為芳基,R
201~R
203中的剩餘兩個鍵結而形成環結構,亦可於環內包含氧原子、硫原子、酯基、醯胺基或羰基。作為R
201~R
203中的兩個鍵結而形成的基,例如可列舉一個以上的亞甲基可經氧原子、硫原子、酯基、醯胺基、及/或羰基取代的伸烷基(例如,伸丁基、伸戊基、及-CH
2-CH
2-O-CH
2-CH
2-)。 作為芳基鋶陽離子,可列舉:三芳基鋶陽離子、二芳基烷基鋶陽離子、芳基二烷基鋶陽離子、二芳基環烷基鋶陽離子及芳基二環烷基鋶陽離子。
作為芳基鋶陽離子中包含的芳基,較佳為苯基或萘基,更佳為苯基。芳基可為含有具有氧原子、氮原子或硫原子等的雜環結構的芳基。作為雜環結構,可列舉:吡咯殘基、呋喃殘基、噻吩殘基、吲哚殘基、苯並呋喃殘基及苯並噻吩殘基。於芳基鋶陽離子具有兩個以上的芳基的情況下,所具有的兩個以上的芳基可相同亦可不同。
芳基鋶陽離子視需要具有的烷基或環烷基較佳為碳數1~15的直鏈狀烷基、碳數3~15的分支鏈狀烷基、或碳數3~15的環烷基,更佳為甲基、乙基、丙基、正丁基、第二丁基、第三丁基、環丙基、環丁基或環己基。
作為R
201~R
203的芳基、烷基及環烷基可具有的取代基,較佳為烷基(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)、環烷基烷氧基(例如碳數1~15)、鹵素原子(例如氟及碘)、羥基、羧基、酯基、亞磺醯基、磺醯基、烷硫基或苯硫基。
所述取代基於可能的情況下可更具有取代基,亦較佳為所述烷基具有鹵素原子作為取代基,成為三氟甲基等鹵化烷基。 另外,所述取代基亦較佳為藉由任意的組合來形成酸分解性基。 再者,所謂酸分解性基是指藉由酸的作用發生分解而產生極性基的基,較佳為極性基由藉由酸的作用而脫離的脫離基保護的結構。作為所述極性基及脫離基,如所述般。
其次,對陽離子(ZaI-2)進行說明。
陽離子(ZaI-2)是式(ZaI)中的R
201~R
203分別獨立地表示不具有芳香環的有機基的陽離子。所謂芳香環亦包含含有雜原子的芳香族環。 作為R
201~R
203的不具有芳香環的有機基的碳數較佳為1~30,更佳為1~20。 作為R
201~R
203,較佳為分別獨立地為烷基、環烷基、烯丙基或乙烯基,更佳為直鏈狀或分支鏈狀的2-氧代烷基、2-氧代環烷基、或烷氧基羰基甲基,進而佳為直鏈狀或分支鏈狀的2-氧代烷基。
R
201~R
203的烷基及環烷基例如可列舉:碳數1~10的直鏈狀烷基或碳數3~10的分支鏈狀烷基(例如,甲基、乙基、丙基、丁基及戊基)、以及碳數3~10的環烷基(例如環戊基、環己基及降冰片基)。
R
201~R
203亦可經鹵素原子、烷氧基(例如碳數1~5)、羥基、氰基或硝基進一步取代。 另外,R
201~R
203的取代基亦較佳為分別獨立地藉由取代基的任意的組合而形成酸分解性基。
其次,對陽離子(ZaI-3b)進行說明。
陽離子(ZaI-3b)為下述式(ZaI-3b)所表示的陽離子。
式(ZaI-3b)中,
R
1c~R
5c分別獨立地表示氫原子、烷基、環烷基、芳基、烷氧基、芳基氧基、烷氧基羰基、烷基羰基氧基、環烷基羰基氧基、鹵素原子、羥基、硝基、烷基硫基或芳基硫基。 R
6c及R
7c分別獨立地表示氫原子、烷基(例如第三丁基等)、環烷基、鹵素原子、氰基或芳基。 R
x及R
y分別獨立地表示烷基、環烷基、2-氧代烷基、2-氧代環烷基、烷氧基羰基烷基、烯丙基或乙烯基。 另外,R
1c~R
7c以及R
x及R
y的取代基亦較佳為分別獨立地藉由取代基的任意的組合而形成酸分解性基。
R
1c~R
5c中的任意兩個以上、R
5c與R
6c、R
6c與R
7c、R
5c與R
x、及R
x與R
y可分別相互鍵結而形成環,該環可分別獨立地包含氧原子、硫原子、酮基、酯鍵或醯胺鍵。
作為所述環,可列舉:芳香族或非芳香族的烴環、芳香族或非芳香族的雜環、及將該些環組合兩個以上而成的多環縮合環。作為環,可列舉3員環~10員環,較佳為4員環~8員環,更佳為5員環或6員環。
作為R
1c~R
5c中的任意兩個以上、R
6c與R
7c、及R
x與R
y鍵結而形成的基,可列舉伸丁基及伸戊基等伸烷基。該伸烷基中的亞甲基可經氧原子等雜原子取代。
作為R
5c與R
6c、及R
5c與R
x鍵結而形成的基,較佳為單鍵或伸烷基。作為伸烷基,可列舉亞甲基及伸乙基。
R
1c~R
5c、R
6c、R
7c、R
x、R
y、以及R
1c~R
5c中的任意兩個以上、R
5c與R
6c、R
6c與R
7c、R
5c與R
x、及R
x與R
y分別相互鍵結而形成的環亦可具有取代基。
其次,對陽離子(ZaI-4b)進行說明。
陽離子(ZaI-4b)為下述式(ZaI-4b)所表示的陽離子。
式(ZaI-4b)中,
l表示0~2的整數。 r表示0~8的整數。 R
13表示氫原子、鹵素原子(例如氟原子及碘原子等)、羥基、烷基、鹵化烷基、烷氧基、羧基、烷氧基羰基、或包含環烷基的基(可為環烷基其本身,亦可為一部分包含環烷基的基)。該些基亦可具有取代基。 R
14表示羥基、鹵素原子(例如,氟原子及碘原子等)、烷基、鹵化烷基、烷氧基、烷氧基羰基、烷基羰基、烷基磺醯基、環烷基磺醯基、或包含環烷基的基(可為環烷基其本身,亦可為一部分包含環烷基的基)。該些基亦可具有取代基。R
14於存在多個的情況下分別獨立地表示羥基等所述基。 R
15分別獨立地表示烷基、環烷基或萘基。兩個R
15可相互鍵結而形成環。於兩個R
15相互鍵結而形成環時,於環骨架中亦可包含氧原子或氮原子等雜原子。 於一態樣中,較佳為兩個R
15為伸烷基且相互鍵結而形成環結構。再者,所述烷基、所述環烷基及所述萘基以及兩個R
15相互鍵結而形成的環亦可具有取代基。
式(ZaI-4b)中,R
13、R
14及R
15的烷基可為直鏈狀或分支鏈狀。烷基的碳數較佳為1~10。烷基較佳為甲基、乙基、正丁基或第三丁基等。
另外,R
13~R
15以及R
x及R
y的各取代基亦較佳為分別獨立地藉由取代基的任意的組合而形成酸分解性基。
其次,對式(ZaII)進行說明。
式(ZaII)中,R
204及R
205分別獨立地表示芳基、烷基或環烷基。 作為R
204及R
205的芳基,較佳為苯基或萘基,更佳為苯基。R
204及R
205的芳基亦可為含有具有氧原子、氮原子或硫原子等的雜環的芳基。作為具有雜環的芳基的骨架,例如可列舉:吡咯、呋喃、噻吩、吲哚、苯並呋喃及苯並噻吩。 作為R
204及R
205的烷基及環烷基,較佳為碳數1~10的直鏈狀烷基或碳數3~10的分支鏈狀烷基(例如甲基、乙基、丙基、丁基或戊基)、或碳數3~10的環烷基(例如環戊基、環己基或降冰片基)。
R
204及R
205的芳基、烷基及環烷基可分別獨立地具有取代基。作為R
204及R
205的芳基、烷基及環烷基可具有的取代基,例如可列舉: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。另外,R
204及R
205的取代基亦較佳為分別獨立地藉由取代基的任意的組合而形成酸分解性基。
以下示出有機陽離子的具體例,但本發明不限定於此。
於「M
+X
-」所表示的化合物中,X
-表示有機陰離子。
作為有機陰離子,並無特別限制,可列舉一價或二價以上的有機陰離子。 作為有機陰離子,較佳為引起親核反應的能力顯著低的陰離子,更佳為非親核性陰離子。
作為非親核性陰離子,例如可列舉:磺酸根陰離子(脂肪族磺酸根陰離子、芳香族磺酸根陰離子及樟腦磺酸根陰離子等)、羧酸根陰離子(脂肪族羧酸根陰離子、芳香族羧酸根陰離子及芳烷基羧酸根陰離子等)、磺醯亞胺陰離子、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。
脂肪族磺酸根陰離子及脂肪族羧酸根陰離子中的脂肪族部位可為直鏈狀或分支鏈狀的烷基,亦可為環烷基,較佳為碳數1~30的直鏈狀或分支鏈狀的烷基、或者碳數3~30的環烷基。
所述烷基例如亦可為氟烷基(可具有氟原子以外的取代基。亦可為全氟烷基)。
作為芳香族磺酸根陰離子及芳香族羧酸根陰離子中的芳基,較佳為碳數6~14的芳基,例如可列舉:苯基、甲苯基及萘基。
所述列舉的烷基、環烷基及芳基亦可具有取代基。作為取代基,並無特別限制,例如可列舉:硝基、氟原子及氯原子等鹵素原子、羧基、羥基、胺基、氰基、烷氧基(較佳為碳數1~15)、烷基(較佳為碳數1~10)、環烷基(較佳為碳數3~15)、芳基(較佳為碳數6~14)、烷氧基羰基(較佳為碳數2~7)、醯基(較佳為碳數2~12)、烷氧基羰基氧基(較佳為碳數2~7)、烷硫基(較佳為碳數1~15)、烷基磺醯基(較佳為碳數1~15)、烷基亞胺基磺醯基(較佳為碳數1~15)、及芳基氧基磺醯基(較佳為碳數6~20)。
作為芳烷基羧酸根陰離子中的芳烷基,較佳為碳數7~14的芳烷基。
作為碳數7~14的芳烷基,例如可列舉: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,例如可列舉糖精陰離子。
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,較佳為碳數1~5的烷基。作為該些烷基的取代基,可列舉:鹵素原子、經鹵素原子取代的烷基、烷氧基、烷硫基、烷基氧基磺醯基、芳基氧基磺醯基及環烷基芳基氧基磺醯基,較佳為氟原子或經氟原子取代的烷基。
另外,雙(烷基磺醯基)醯亞胺陰離子中的烷基亦可相互鍵結而形成環結構。藉此,酸強度增加。
作為其他非親核性陰離子,例如可列舉氟化磷(例如PF
6 -)、氟化硼(例如BF
4 -)及氟化銻(例如SbF
6 -)。
作為非親核性陰離子,較佳為磺酸的至少α位經氟原子取代的脂肪族磺酸根陰離子、經氟原子或具有氟原子的基取代的芳香族磺酸根陰離子、烷基經氟原子取代的雙(烷基磺醯基)醯亞胺陰離子、或者烷基經氟原子取代的三(烷基磺醯基)甲基化物陰離子。其中,更佳為全氟脂肪族磺酸根陰離子(較佳為碳數4~8)、或具有氟原子的苯磺酸根陰離子,進而佳為九氟丁烷磺酸根陰離子、全氟辛烷磺酸根陰離子、五氟苯磺酸根陰離子、或3,5-雙(三氟甲基)苯磺酸根陰離子。
作為非親核性陰離子,亦較佳為下述式(AN1)所表示的陰離子。
式(AN1)中,R
1及R
2分別獨立地表示氫原子或取代基。
取代基並無特別限制,較佳為並非拉電子性基的基。作為並非拉電子性基的基,例如可列舉:烴基、羥基、氧基烴基、氧基羰基烴基、胺基、烴取代胺基、及烴取代醯胺基。 另外,作為並非拉電子性基的基,較佳為分別獨立地為-R'、-OH、-OR'、-OCOR'、-NH
2、-NR'
2、-NHR'或-NHCOR'。R'為一價烴基。
作為所述R'所表示的一價烴基,例如可列舉:甲基、乙基、丙基、及丁基等烷基;乙烯基、丙烯基、及丁烯基等烯基;乙炔基、丙炔基、及丁炔基等炔基等一價的直鏈狀或分支鏈狀的烴基;環丙基、環丁基、環戊基、環己基、降冰片基、及金剛烷基等環烷基;環丙烯基、環丁烯基、環戊烯基、及降冰片烯基等環烯基等一價的脂環烴基;苯基、甲苯基、二甲苯基、均三甲苯基、萘基、甲基萘基、蒽基、及甲基蒽基等芳基;苄基、苯乙基、苯基丙基、萘基甲基、及蒽基甲基等芳烷基等一價的芳香族烴基。
其中,R
1及R
2較佳為分別獨立地為烴基(較佳為環烷基)或氫原子。
L表示二價連結基。
於存在多個L的情況下,L可分別相同亦可不同。 作為二價連結基,例如可列舉:-O-CO-O-、-COO-、-CONH-、-CO-、-O-、-S-、-SO-、-SO
2-、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)、及將該些的多個組合而成的二價連結基。其中,作為二價連結基,較佳為-O-CO-O-、-COO-、-CONH-、-CO-、-O-、-SO
2-、-O-CO-O-伸烷基-、-COO-伸烷基-、或-CONH-伸烷基-,更佳為-O-CO-O-、-O-CO-O-伸烷基-、-COO-、-CONH-、-SO
2-、或-COO-伸烷基-。
作為L,較佳為例如下述式(AN1-1)所表示的基。
*
a-(CR
2a 2)
X-Q-(CR
2b 2)
Y-*
b(AN1-1)
式(AN1-1)中,*
a表示與式(AN1)中的R
3的鍵結位置。
*
b表示與式(AN1)中的-C(R
1)(R
2)-的鍵結位置。 X及Y分別獨立地表示0~10的整數,較佳為0~3的整數。 R
2a及R
2b分別獨立地表示氫原子或取代基。 於R
2a及R
2b分別存在多個的情況下,存在多個的R
2a及R
2b可分別相同亦可不同。 其中,於Y為1以上的情況下,與式(AN1)中的-C(R
1)(R
2)-直接鍵結的CR
2b 2中的R
2b為氟原子以外。 Q表示*
A-O-CO-O-*
B、*
A-CO-*
B、*
A-CO-O-*
B、*
A-O-CO-*
B、*
A-O-*
B、*
A-S-*
B或*
A-SO
2-*
B。 其中,於式(AN1-1)中的X+Y為1以上、且式(AN1-1)中的R
2a及R
2b的任一者均為氫原子的情況下,Q表示*
A-O-CO-O-*
B、*
A-CO-*
B、*
A-O-CO-*
B、*
A-O-*
B、*
A-S-*
B或*
A-SO
2-*
B。 *
A表示式(AN1)中的R
3側的鍵結位置,*
B表示式(AN1)中的-SO
3 -側的鍵結位置。
式(AN1)中,R
3表示有機基。
所述有機基只要具有一個以上的碳原子,則並無特別限制,可為直鏈狀的基(例如,直鏈狀的烷基),亦可為分支鏈狀的基(例如,第三丁基等分支鏈狀的烷基),亦可為環狀的基。所述有機基可具有取代基,亦可不具有。所述有機基可具有雜原子(氧原子、硫原子、及/或氮原子等),亦可不具有。
其中,R
3較佳為具有環狀結構的有機基。所述環狀結構可為單環亦可為多環,亦可具有取代基。包含環狀結構的有機基中的環較佳為與式(AN1)中的L直接鍵結。
所述具有環狀結構的有機基例如可具有雜原子(氧原子、硫原子、及/或氮原子等),亦可不具有。雜原子可與形成環狀結構的一個以上的碳原子進行取代。 所述具有環狀結構的有機基例如較佳為環狀結構的烴基、內酯環基及磺內酯環基。其中,所述具有環狀結構的有機基較佳為環狀結構的烴基。 所述環狀結構的烴基較佳為單環或多環的環烷基。該些基亦可具有取代基。 所述環烷基可為單環(環己基等)亦可為多環(金剛烷基等),碳數較佳為5~12。 作為所述內酯基及磺內酯基,較佳為例如於所述式(LC1-1)~式(LC1-21)所表示的結構、及式(SL1-1)~式(SL1-3)所表示的結構的任一者,自構成內酯結構或磺內酯結構的環員原子中去除一個氫原子而成的基。
作為非親核性陰離子,可為苯磺酸根陰離子,較佳為經分支鏈狀的烷基或環烷基取代的苯磺酸根陰離子。
作為非親核性陰離子,亦較佳為下述式(AN2)所表示的陰離子。
式(AN2)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表示氫原子、氟原子、經至少一個氟原子取代而成的烷基、或不具有氟原子的有機基。該烷基的碳數較佳為1~10,更佳為1~4。另外,作為經至少一個氟原子取代而成的烷基,較佳為全氟烷基。
Xf較佳為氟原子或碳數1~4的全氟烷基,更佳為氟原子或CF
3,進而佳為兩個Xf均為氟原子。
R
4及R
5分別獨立地表示氫原子、氟原子、烷基、或經至少一個氟原子取代而成的烷基。於存在多個R
4及R
5的情況下,R
4及R
5可分別相同亦可不同。
R
4及R
5所表示的烷基較佳為碳數1~4。所述烷基可具有取代基。作為R
4及R
5,較佳為氫原子。
L表示二價連結基。L的定義與式(AN1)中的L為相同含義。
W表示包含環狀結構的有機基。其中,較佳為環狀的有機基。
作為環狀的有機基,例如可列舉:脂環基、芳基及雜環基。 脂環基可為單環,亦可為多環。作為單環的脂環基,例如可列舉:環戊基、環己基及環辛基等單環的環烷基。作為多環的脂環基,例如可列舉降冰片基、三環癸基、四環癸基、四環十二烷基及金剛烷基等多環的環烷基。其中,較佳為降冰片基、三環癸基、四環癸基、四環十二烷基及金剛烷基等具有碳數7以上的體積大的結構的脂環基。
芳基可為單環或多環。作為所述芳基,例如可列舉:苯基、萘基、菲基、及蒽基。
雜環基可為單環或多環。其中,於為多環的雜環基的情況下,可進一步抑制酸的擴散。另外,雜環基可具有芳香族性,亦可不具有芳香族性。作為具有芳香族性的雜環,例如可列舉:呋喃環、噻吩環、苯並呋喃環、苯並噻吩環、二苯並呋喃環、二苯並噻吩環及吡啶環。作為不具有芳香族性的雜環,例如可列舉:四氫吡喃環、內酯環、磺內酯環及十氫異喹啉環。作為雜環基中的雜環,較佳為呋喃環、噻吩環、吡啶環或十氫異喹啉環。
所述環狀有機基亦可具有取代基。作為所述取代基,例如可列舉:烷基(可為直鏈狀及分支鏈狀中的任一者,較佳為碳數1~12)、環烷基(可為單環、多環及螺環中的任一者,較佳為碳數3~20)、芳基(較佳為碳數6~14)、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。再者,構成環狀有機基的碳(有助於環形成的碳)亦可為羰基碳。
作為式(AN1)所表示的陰離子,較佳為SO
3 --CF
2-CH
2-OCO-(L)
q'-W、SO
3 --CF
2-CHF-CH
2-OCO-(L)
q'-W、SO
3 --CF
2-COO-(L)
q'-W、SO
3 --CF
2-CF
2-CH
2-CH
2-(L)
q-W或SO
3 --CF
2-CH(CF
3)-OCO-(L)
q'-W。此處,L、q及W與式(AN2)相同。q'表示0~10的整數。
作為非親核性陰離子,亦較佳為下述式(AN3)所表示的芳香族磺酸根陰離子。
式(AN3)中,Ar表示芳基(苯基等),亦可更具有磺酸根陰離子及-(D-B)基以外的取代基。作為可更具有的取代基,例如可列舉氟原子及羥基。
n表示0以上的整數。作為n,較佳為1~4,更佳為2~3,進而佳為3。
D表示單鍵或二價連結基。作為二價連結基,可列舉:醚基、硫醚基、羰基、亞碸基、碸基、磺酸酯基、酯基、及包含該些的兩種以上的組合的基。
B表示烴基。
作為B,較佳為脂肪族烴基,更佳為異丙基、環己基、或者可更具有取代基的芳基(三環己基苯基等)。
作為非親核性陰離子,亦較佳為二磺醯胺陰離子。
二磺醯胺陰離子例如為N
-(SO
2-R
q)
2所表示的陰離子。 此處,R
q表示可具有取代基的烷基,較佳為氟烷基,更佳為全氟烷基。兩個R
q可相互鍵結而形成環。兩個R
q相互鍵結而形成的基較佳為可具有取代基的伸烷基,更佳為氟伸烷基,進而佳為全氟伸烷基。所述伸烷基的碳數較佳為2~4。
另外,作為非親核性陰離子,亦可列舉下述式(d1-1)~式(d1-4)所表示的陰離子。
式(d1-1)中,R
51表示可具有取代基(例如羥基)的烴基(例如苯基等芳基)。
式(d1-2)中,Z
2c表示可具有取代基的碳數1~30的烴基(其中,與S鄰接的碳原子未經氟原子取代)。
Z
2c中的所述烴基可為直鏈狀亦可為分支鏈狀,亦可具有環狀結構。另外,所述烴基中的碳原子(較佳為於所述烴基具有環狀結構時的作為環員原子的碳原子)亦可為羰基碳(-CO-)。作為所述烴基,例如可列舉含有可具有取代基的降冰片基的基。形成所述降冰片基的碳原子可為羰基碳。 另外,式(d1-2)中的「Z
2c-SO
3 -」較佳為與所述式(AN1)~式(AN3)所表示的陰離子不同。例如,Z
2c較佳為芳基以外的基。另外,例如,Z
2c中的相對於-SO
3 -為α位及β位的原子較佳為具有氟原子作為取代基的碳原子以外的原子。例如,Z
2c較佳為相對於-SO
3 -為α位的原子及/或β位的原子是環狀基中的環員原子。
式(d1-3)中,R
52表示有機基(較佳為具有氟原子的烴基),Y
3表示直鏈狀、分支鏈狀或環狀的伸烷基、伸芳基或羰基,Rf表示烴基。
式(d1-4)中,R
53及R
54分別獨立地表示有機基(較佳為具有氟原子的烴基)。R
53及R
54可相互鍵結而形成環。
有機陰離子可單獨使用一種,亦可使用兩種以上。
酸產生劑亦較佳為選自由化合物(I)~化合物(II)所組成的群組中的至少一種。
(化合物(I))
化合物(I)是具有一個以上的下述結構部位X及一個以上的下述結構部位Y且藉由電子束的照射而產生酸的化合物,所述酸包含源自下述結構部位X的下述第一酸性部位與源自下述結構部位Y的下述第二酸性部位。 結構部位X:包含陰離子部位A
1 -與陽離子部位M
1 +且藉由電子束的照射而形成HA
1所表示的第一酸性部位的結構部位 結構部位Y:包含陰離子部位A
2 -與陽離子部位M
2 +且藉由電子束的照射而形成HA
2所表示的第二酸性部位的結構部位 其中,一個以上的結構部位X中的陽離子部位M
1 +及一個以上的結構部位Y中的陽離子部位M
2 +的至少一個表示式(X)所表示的陽離子。 另外,所述化合物(I)滿足下述條件I。
條件I:所述化合物(I)中,將所述結構部位X中的所述陽離子部位M
1 +及所述結構部位Y中的所述陽離子部位M
2 +取代為H
+而成的化合物PI具有酸解離常數a1與酸解離常數a2,所述酸解離常數a1源自將所述結構部位X中的所述陽離子部位M
1 +取代為H
+而成的HA
1所表示的酸性部位,所述酸解離常數a2源自將所述結構部位Y中的所述陽離子部位M
2 +取代為H
+而成的HA
2所表示的酸性部位,且所述酸解離常數a2比所述酸解離常數a1大。
以下,對條件I進行更具體的說明。
於化合物(I)例如為產生具有一個源自所述結構部位X的所述第一酸性部位、與一個源自所述結構部位Y的所述第二酸性部位的酸的化合物的情況下,化合物PI相當於「具有HA
1與HA
2的化合物」。 若更具體地說明,則此種化合物PI的酸解離常數a1及酸解離常數a2是於求出化合物PI的酸解離常數的情況下,化合物PI為「具有A
1 -與HA
2的化合物」時的pKa是酸解離常數a1,所述「具有A
1 -與HA
2的化合物」為「具有A
1 -與A
2 -的化合物」時的pKa是酸解離常數a2。
另外,於化合物(I)例如為產生具有兩個源自所述結構部位X的所述第一酸性部位、與一個源自所述結構部位Y的所述第二酸性部位的酸的化合物的情況下,化合物PI相當於「具有兩個HA
1與一個HA
2的化合物」。
於求出此種化合物PI的酸解離常數的情況下,化合物PI為「具有一個A
1 -以及一個HA
1與一個HA
2的化合物」時的酸解離常數、以及「具有一個A
1 -以及一個HA
1與一個HA
2的化合物」為「具有兩個A
1 -與一個HA
2的化合物」時的酸解離常數相當於所述酸解離常數a1。另外,「具有兩個A
1 -與一個HA
2的化合物」為「具有兩個A
1 -與A
2 -的化合物」時的酸解離常數相當於酸解離常數a2。即,於此種化合物PI中,於具有多個源自將所述結構部位X中的所述陽離子部位M
1 +取代為H
+而成的HA
1所表示的酸性部位的酸解離常數的情況下,酸解離常數a2的值比多個酸解離常數a1中最大的值大。再者,於將化合物PI為「具有一個A
1 -以及一個HA
1與一個HA
2的化合物」時的酸解離常數設為aa,且將「具有一個A
1 -以及一個HA
1與一個HA
2的化合物」為「具有兩個A
1 -與一個HA
2的化合物」時的酸解離常數設為ab時,aa及ab的關係滿足aa<ab。
酸解離常數a1及酸解離常數a2藉由所述酸解離常數的測定方法求出。
所述化合物PI相當於對化合物(I)照射電子束的情況下所產生的酸。 於化合物(I)具有兩個以上的結構部位X的情況下,結構部位X可分別相同亦可不同。另外,兩個以上的所述A
1 -及兩個以上的所述M
1 +可分別相同亦可不同。 另外,化合物(I)中所述A
1 -及所述A
2 -、以及所述M
1 +及所述M
2 +可分別相同亦可不同,所述A
1 -及所述A
2 -較佳為分別不同。
所述化合物PI中,酸解離常數a1(於存在多個酸解離常數a1的情況下為其最大值)與酸解離常數a2的差(絕對值)較佳為0.1以上,更佳為0.5以上,進而佳為1.0以上。再者,酸解離常數a1(於存在多個酸解離常數a1的情況下為其最大值)與酸解離常數a2的差(絕對值)的上限值並無特別限制,例如為16以下。
所述化合物PI中,酸解離常數a2較佳為20以下,更佳為15以下。再者,作為酸解離常數a2的下限值,較佳為-4.0以上。
另外,所述化合物PI中,酸解離常數a1較佳為2.0以下,更佳為0以下。再者,作為酸解離常數a1的下限值,較佳為-20.0以上。
陰離子部位A
1 -及陰離子部位A
2 -為包含帶負電荷的原子或原子團的結構部位,例如可列舉選自由以下所示的式(AA-1)~式(AA-3)及式(BB-1)~式(BB-6)所組成的群組中的結構部位。
作為陰離子部位A
1 -,較佳為可形成酸解離常數小的酸性部位者,其中更佳為式(AA-1)~式(AA-3)的任一者,進而佳為式(AA-1)及式(AA-3)的任一者。 另外,作為陰離子部位A
2 -,較佳為可形成酸解離常數比陰離子部位A
1 -大的酸性部位者,更佳為式(BB-1)~式(BB-6)的任一者,進而佳為式(BB-1)及式(BB-4)的任一者。 再者,以下的式(AA-1)~式(AA-3)及式(BB-1)~式(BB-6)中,*表示鍵結位置。 式(AA-2)中,R
A表示一價有機基。R
A所表示的一價有機基並無特別限制,例如可列舉氰基、三氟甲基及甲磺醯基。
另外,陽離子部位M
1 +及陽離子部位M
2 +為包含帶正電荷的原子或原子團的結構部位,例如可列舉電荷為一價的有機陽離子。再者,作為有機陽離子,例如可列舉所述M
+所表示的有機陽離子。
作為化合物(I)的具體的結構,並無特別限制,例如可列舉後述的式(Ia-1)~式(Ia-5)所表示的化合物。
-式(Ia-1)所表示的化合物-
以下,首先,對式(Ia-1)所表示的化合物進行敘述。
M
11 +A
11 --L
1-A
12 -M
12 +(Ia-1)
式(Ia-1)所表示的化合物藉由電子束的照射而產生HA
11-L
1-A
12H所表示的酸。
式(Ia-1)中,M
11 +及M
12 +分別獨立地表示有機陽離子。
A
11 -及A
12 -分別獨立地表示一價陰離子性官能基。 L
1表示二價連結基。 M
11 +及M
12 +可分別相同亦可不同。 A
11 -及A
12 -可分別相同亦可不同,較佳為相互不同。 其中,所述式(Ia-1)中,於將M
11 +及M
12 +所表示的陽離子取代為H
+而成的化合物PIa(HA
11-L
1-A
12H)中,源自A
12H所表示的酸性部位的酸解離常數a2比源自HA
11所表示的酸性部位的酸解離常數a1大。再者,酸解離常數a1與酸解離常數a2的較佳值如上所述。另外,化合物PIa與藉由電子束的照射而由式(Ia-1)所表示的化合物產生的酸相同。 另外,M
11 +、M
12 +、A
11 -、A
12 -及L
1中的至少一個可具有酸分解性基作為取代基。
式(Ia-1)中,M
1 +及M
2 +所表示的有機陽離子如所述般。
所謂A
11 -所表示的一價陰離子性官能基是指包含所述陰離子部位A
1 -的一價基。另外,所謂A
12 -所表示的一價陰離子性官能基是指包含所述陰離子部位A
2 -的一價基。
作為A
11 -及A
12 -所表示的一價陰離子性官能基,較佳為包含所述式(AA-1)~式(AA-3)及式(BB-1)~式(BB-6)中的任一個陰離子部位的一價陰離子性官能基,更佳為選自由式(AX-1)~式(AX-3)及式(BX-1)~式(BX-7)所組成的群組中的一價陰離子性官能基。作為A
11 -所表示的一價陰離子性官能基,其中,較佳為式(AX-1)~式(AX-3)中的任一者所表示的一價陰離子性官能基。另外,作為A
12 -所表示的一價陰離子性官能基,其中,較佳為式(BX-1)~式(BX-7)中的任一者所表示的一價陰離子性官能基,更佳為式(BX-1)~式(BX-6)中的任一者所表示的一價陰離子性官能基。
式(AX-1)~式(AX-3)中,R
A1及R
A2分別獨立地表示一價有機基。*表示鍵結位置。
R
A1所表示的一價有機基並無特別限制,例如可列舉氰基、三氟甲基及甲磺醯基。
作為R
A2所表示的一價有機基,較佳為直鏈狀、分支鏈狀或環狀的烷基、或者芳基。
所述烷基的碳數較佳為1~15,更佳為1~10,進而佳為1~6。 所述烷基亦可具有取代基。作為取代基,較佳為氟原子或氰基,更佳為氟原子。於所述烷基具有氟原子作為取代基的情況下,可為全氟烷基。
作為所述芳基,較佳為苯基或萘基,更佳為苯基。
所述芳基亦可具有取代基。作為取代基,較佳為氟原子、碘原子、全氟烷基(例如,較佳為碳數1~10,更佳為碳數1~6)或氰基,更佳為氟原子、碘原子或全氟烷基。
式(BX-1)~式(BX-4)及式(BX-6)中,R
B表示一價有機基。*表示鍵結位置。
作為R
B所表示的一價有機基,較佳為直鏈狀、分支鏈狀或環狀的烷基、或者芳基。 所述烷基的碳數較佳為1~15,更佳為1~10,進而佳為1~6。 所述烷基亦可具有取代基。作為取代基,並無特別限制,作為取代基,較佳為氟原子或氰基,更佳為氟原子。於所述烷基具有氟原子作為取代基的情況下,可為全氟烷基。 再者,於在烷基中作為鍵結位置的碳原子(例如,於式(BX-1)及式(BX-4)的情況下,相當於烷基中的與式中明示的-CO-直接鍵結的碳原子,於式(BX-2)及式(BX-3)的情況下,相當於烷基中的與式中明示的-SO
2-直接鍵結的碳原子,於式(BX-6)的情況下,相當於烷基中的與式中明示的N
-直接鍵結的碳原子)具有取代基的情況下,亦較佳為氟原子或氰基以外的取代基。 另外,所述烷基中碳原子可經羰基碳取代。
作為所述芳基,較佳為苯基或萘基,更佳為苯基。
所述芳基亦可具有取代基。作為取代基,較佳為氟原子、碘原子、全氟烷基(例如,較佳為碳數1~10,更佳為碳數1~6)、氰基、烷基(例如較佳為碳數1~10,更佳為碳數1~6)、烷氧基(例如較佳為碳數1~10,更佳為碳數1~6)或烷氧基羰基(例如較佳為碳數2~10,更佳為碳數2~6),更佳為氟原子、碘原子、全氟烷基、烷基、烷氧基或烷氧基羰基。
式(Ia-1)中,作為L
1所表示的二價連結基,並無特別限制,可列舉:-CO-、-NR-、-O-、-S-、-SO-、-SO
2-、伸烷基(較佳為碳數1~6。可為直鏈狀亦可為分支鏈狀)、伸環烷基(較佳為碳數3~15)、伸烯基(較佳為碳數2~6)、二價脂肪族雜環基(較佳為於環結構內具有至少一個N原子、O原子、S原子或Se原子的5員環~10員環,更佳為5員環~7員環,進而佳為5員環~6員環)、二價芳香族雜環基(較佳為於環結構內具有至少一個N原子、O原子、S原子或Se原子的5員環~10員環,更佳為5員環~7員環,進而佳為5員環~6員環)、二價芳香族烴環基(較佳為6員環~10員環,進而佳為6員環)、以及將該些的多個組合而成的二價連結基。所述R可列舉氫原子或一價有機基。作為一價有機基,並無特別限制,較佳為例如烷基(較佳為碳數1~6)。
另外,所述伸烷基、所述伸環烷基、所述伸烯基、所述二價脂肪族雜環基、二價芳香族雜環基及二價芳香族烴環基亦可具有取代基。作為取代基,例如可列舉鹵素原子(較佳為氟原子)。
其中,作為L
1所表示的二價連結基,較佳為式(L
1)所表示的二價連結基。
式(L1)中,L
111表示單鍵或二價連結基。
作為L
111所表示的二價連結基,並無特別限制,例如可列舉:-CO-、-NH-、-O-、-SO-、-SO
2-、可具有取代基的伸烷基(較佳為碳數1~6。可為直鏈狀及分支鏈狀中的任一者)、可具有取代基的伸環烷基(較佳為碳數3~15)、可具有取代基的芳基(較佳為碳數6~10)、以及將該些的多個組合而成的二價連結基。作為取代基,並無特別限制,例如可列舉鹵素原子。 p表示0~3的整數,較佳為表示1~3的整數。 v表示0或1的整數。 Xf
1分別獨立地表示氟原子、或經至少一個氟原子取代而成的烷基。該烷基的碳數較佳為1~10,更佳為1~4。另外,作為經至少一個氟原子取代而成的烷基,較佳為全氟烷基。 Xf
2分別獨立地表示氫原子、可具有氟原子作為取代基的烷基、或氟原子。該烷基的碳數較佳為1~10,更佳為1~4。其中,作為Xf
2,較佳為表示氟原子、或經至少一個氟原子取代而成的烷基,更佳為氟原子、或全氟烷基。 其中,作為Xf
1及Xf
2,較佳為分別獨立地為氟原子或碳數1~4的全氟烷基,更佳為氟原子或CF
3。尤其是進而佳為Xf
1及Xf
2均為氟原子。 *表示鍵結位置。 於式(Ia-1)中的L
11表示式(L1)所表示的二價連結基的情況下,較佳為式(L1)中的L
111側的鍵結鍵(*)與式(Ia-1)中的A
12 -鍵結。
-式(Ia-2)~式(Ia-4)所表示的化合物-
其次,對式(Ia-2)~式(Ia-4)所表示的化合物進行說明。
式(Ia-2)中,A
21a -及A
21b -分別獨立地表示一價陰離子性官能基。此處,A
21a -及A
21b -所表示的一價陰離子性官能基是指包含所述陰離子部位A
1 -的一價基。作為A
21a -及A
21b -所表示的一價陰離子性官能基,並無特別限制,例如可列舉選自由所述式(AX-1)~式(AX-3)所組成的群組中的一價陰離子性官能基。
A
22 -表示二價陰離子性官能基。此處,所謂A
22 -所表示的二價陰離子性官能基,是指包含所述陰離子部位A
2 -的二價基。作為A
22 -所表示的二價陰離子性官能基,例如可列舉以下所示的式(BX-8)~式(BX-11)所表示的二價陰離子性官能基。
M
21a +、M
21b +及M
22 +分別獨立地表示有機陽離子。作為M
21a +、M
21b +及M
22 +所表示的有機陽離子,與所述M
1 +為相同含義,較佳態樣亦相同。
L
21及L
22分別獨立地表示二價有機基。
另外,所述式(Ia-2)中,於將M
21a +、M
21b +及M
22 +所表示的有機陽離子取代為H
+而成的化合物PIa-2中,源自A
22H所表示的酸性部位的酸解離常數a2大於源自A
21aH的酸解離常數a1-1及源自A
21bH所表示的酸性部位的酸解離常數a1-2。再者,酸解離常數a1-1與酸解離常數a1-2相當於所述酸解離常數a1。
再者,A
21a -及A
21b -可彼此相同亦可不同。另外,M
21a +、M
21b +及M
22 +可相互相同亦可不同。 另外,M
21a +、M
21b +、M
22 +、A
21a -、A
21b -、L
21及L
22的至少一個可具有酸分解性基作為取代基。
式(Ia-3)中,A
31a -及A
32 -分別獨立地表示一價陰離子性官能基。再者,A
31a -所表示的一價陰離子性官能基的定義與所述式(Ia-2)中的A
21a -及A
21b -為相同含義,較佳態樣亦相同。
A
32 -所表示的一價陰離子性官能基是指包含所述陰離子部位A
2 -的一價基。作為A
32 -所表示的一價陰離子性官能基,並無特別限制,例如可列舉選自由所述式(BX-1)~式(BX-7)所組成的群組中的一價陰離子性官能基。 A
31b -表示二價陰離子性官能基。此處,所謂A
31b -所表示的二價陰離子性官能基,是指包含所述陰離子部位A
1 -的二價基。作為A
31b -所表示的二價陰離子性官能基,例如可列舉以下所示的式(AX-4)所表示的二價陰離子性官能基。
M
31a +、M
31b +及M
32 +分別獨立地表示一價有機陽離子。作為M
31a +、M
31b +及M
32 +所表示的有機陽離子,與所述M
1 +為相同含義,較佳態樣亦相同。
L
31及L
32分別獨立地表示二價有機基。
另外,所述式(Ia-3)中,於將M
31a +、M
31b +及M
32 +所表示的有機陽離子取代為H
+而成的化合物PIa-3中,源自A
32H所表示的酸性部位的酸解離常數a2大於源自A
31aH所表示的酸性部位的酸解離常數a1-3及源自A
31bH所表示的酸性部位的酸解離常數a1-4。再者,酸解離常數a1-3與酸解離常數a1-4相當於所述酸解離常數a1。
再者,A
31a -及A
32 -可相互相同亦可不同。另外,M
31a +、M
31b +及M
32 +可相互相同亦可不同。 另外,M
31a +、M
31b +、M
32 +、A
31a -、A
32 -、L
31及L
32中的至少一個可具有酸分解性基作為取代基。
式(Ia-4)中,A
41a -、A
41b -及A
42 -分別獨立地表示一價陰離子性官能基。再者,A
41a -及A
41b -所表示的一價陰離子性官能基的定義與所述式(Ia-2)中的A
21a -及A
21b -為相同含義。另外,A
42 -所表示的一價陰離子性官能基的定義與所述式(Ia-3)中的A
32 -為相同含義,較佳態樣亦相同。
M
41a +、M
41b +及M
42 +分別獨立地表示有機陽離子。 L
41表示三價有機基。
另外,所述式(Ia-4)中,於將M
41a +、M
41b +及M
42 +所表示的有機陽離子取代為H
+而成的化合物PIa-4中,源自A
42H所表示的酸性部位的酸解離常數a2大於源自A
41aH所表示的酸性部位的酸解離常數a1-5及源自A
41bH所表示的酸性部位的酸解離常數a1-6。再者,酸解離常數a1-5與酸解離常數a1-6相當於所述酸解離常數a1。
再者,A
41a -、A
41b -及A
42 -可相互相同亦可不同。另外,M
41a +、M
41b +及M
42 +可相互相同亦可不同。 另外,M
41a +、M
41b +、M
42 +、A
41a -、A
41b -、A
42 -及L
41中的至少一個可具有酸分解性基作為取代基。
作為式(Ia-2)中的L
21及L
22、以及式(Ia-3)中的L
31及L
32所表示的二價有機基,並無特別限制,例如可列舉:-CO-、-NR-、-O-、-S-、-SO-、-SO
2-、伸烷基(較佳為碳數1~6。可為直鏈狀亦可為分支鏈狀)、伸環烷基(較佳為碳數3~15)、伸烯基(較佳為碳數2~6)、二價脂肪族雜環基(較佳為於環結構內具有至少一個N原子、O原子、S原子或Se原子的5員環~10員環,更佳為5員環~7員環,進而佳為5員環~6員環)、二價芳香族雜環基(較佳為於環結構內具有至少一個N原子、O原子、S原子或Se原子的5員環~10員環,更佳為5員環~7員環,進而佳為5員環~6員環)、二價芳香族烴環基(較佳為6員環~10員環,進而佳為6員環)、以及將該些的多個組合而成的二價有機基。所述R可列舉氫原子或一價有機基。作為一價有機基,並無特別限制,較佳為例如烷基(較佳為碳數1~6)。
另外,所述伸烷基、所述伸環烷基、所述伸烯基、所述二價脂肪族雜環基、二價芳香族雜環基及二價芳香族烴環基亦可具有取代基。作為取代基,例如可列舉鹵素原子(較佳為氟原子)。
作為式(Ia-2)中的L
21及L
22、以及式(Ia-3)中的L
31及L
32所表示的二價有機基,例如亦較佳為下述式(L2)所表示的二價有機基。
式(L2)中,q表示1~3的整數。*表示鍵結位置。
Xf分別獨立地表示氟原子、或經至少一個氟原子取代而成的烷基。該烷基的碳數較佳為1~10,更佳為1~4。另外,作為經至少一個氟原子取代而成的烷基,較佳為全氟烷基。 Xf較佳為氟原子或碳數1~4的全氟烷基,更佳為氟原子或CF
3。尤其是進而佳為兩個Xf為氟原子。
L
A表示單鍵或二價連結基。
作為L
A所表示的二價連結基,並無特別限制,例如可列舉:-CO-、-O-、-SO-、-SO
2-、伸烷基(較佳為碳數1~6。可為直鏈狀亦可為分支鏈狀)、伸環烷基(較佳為碳數3~15)、二價芳香族烴環基(較佳為6員環~10員環,進而佳為6員環)、以及將該些的多個組合而成的二價連結基。 另外,所述伸烷基、所述伸環烷基及二價芳香族烴環基亦可具有取代基。作為取代基,例如可列舉鹵素原子(較佳為氟原子)。
作為式(L2)所表示的二價有機基,例如可列舉:*-CF
2-*、*-CF
2-CF
2-*、*-CF
2-CF
2-CF
2-*、*-Ph-O-SO
2-CF
2-*、*-Ph-O-SO
2-CF
2-CF
2-*、*-Ph-O-SO
2-CF
2-CF
2-CF
2-*及*-Ph-OCO-CF
2-*。再者,所謂Ph是可具有取代基的伸苯基,較佳為1,4-伸苯基。作為取代基,並無特別限制,較佳為烷基(例如較佳為碳數1~10,更佳為碳數1~6)、烷氧基(例如較佳為碳數1~10,更佳為碳數1~6)或烷氧基羰基(例如較佳為碳數2~10,更佳為碳數2~6)。
於式(Ia-2)中的L
21及L
22表示式(L2)所表示的二價有機基的情況下,較佳為式(L2)中的L
A側的鍵結鍵(*)與式(Ia-2)中的A
21a -及A
21b -鍵結。 另外,於式(Ia-3)中的L
31及L
32表示式(L2)所表示的二價有機基的情況下,較佳為式(L2)中的L
A側的鍵結鍵(*)與式(Ia-3)中的A
31a -及A
32 -鍵結。
-式(Ia-5)所表示的化合物-
其次,對式(Ia-5)進行說明。
式(Ia-5)中,A
51a -、A
51b -及A
51c -分別獨立地表示一價陰離子性官能基。此處,A
51a -、A
51b -及A
51c -所表示的一價陰離子性官能基是指包含所述陰離子部位A
1 -的一價基。作為A
51a -、A
51b -及A
51c -所表示的一價陰離子性官能基,並無特別限制,例如可列舉選自由所述式(AX-1)~式(AX-3)所組成的群組中的一價陰離子性官能基。
A
52a -及A
52b -表示二價陰離子性官能基。此處,A
52a -及A
52b -所表示的二價陰離子性官能基是指包含所述陰離子部位A
2 -的二價基。作為A
22 -所表示的二價陰離子性官能基,例如可列舉選自由所述式(BX-8)~式(BX-11)所組成的群組中的二價陰離子性官能基。
M
51a +、M
51b +、M
51c +、M
52a +及M
52b +分別獨立地表示有機陽離子。M
51a +、M
51b +、M
51c +、M
52a +及M
52b +所表示的有機陽離子與所述M
1 +為相同含義,較佳態樣亦相同。
L
51及L
53分別獨立地表示二價有機基。L
51及L
53所表示的二價有機基與所述式(Ia-2)中的L
21及L
22為相同含義,較佳態樣亦相同。 L
52表示三價有機基。L
52所表示的三價有機基與所述式(Ia-4)中的L
41為相同含義,較佳態樣亦相同。
另外,所述式(Ia-5)中,於將M
51a +、M
51b +、M
51c +、M
52a +及M
52b +所表示的有機陽離子取代為H
+而成的化合物PIa-5中,源自A
52aH所表示的酸性部位的酸解離常數a2-1及源自A
52bH所表示的酸性部位的酸解離常數a2-2比源自A
51aH所表示的酸性部位的酸解離常數a1-1、源自A
51bH所表示的酸性部位的酸解離常數a1-2、及源自A
51cH所表示的酸性部位的酸解離常數a1-3大。再者,酸解離常數a1-1~酸解離常數a1-3相當於所述酸解離常數a1,酸解離常數a2-1及酸解離常數a2-2相當於所述酸解離常數a2。
再者,A
51a -、A
51b -及A
51c -可相互相同亦可不同。另外,A
52a -及A
52b -可相互相同亦可不同。另外,M
51a +、M
51b +、M
51c +、M
52a +及M
52b +可相互相同亦可不同。 另外,M
51b +、M
51c +、M
52a +、M
52b +、A
51a -、A
51b -、A
51c -、L
51、L
52及L
53中的至少一個亦可具有酸分解性基作為取代基。
(化合物(II))
化合物(II)是具有兩個以上的所述結構部位X及一個以上的下述結構部位Z且藉由電子束的照射而產生酸的化合物,所述酸包含兩個以上源自所述結構部位X的所述第一酸性部位、與所述結構部位Z。 結構部位Z:能夠中和酸的非離子性的部位
化合物(II)中,結構部位X的定義、以及A
1 -及M
1 +的定義與所述化合物(I)中的結構部位X的定義、以及A
1 -及M
1 +的定義為相同含義,較佳態樣亦相同。
所述化合物(II)中,將所述結構部位X中的所述陽離子部位M
1 +取代為H
+而成的化合物PII中,源自將所述結構部位X中的所述陽離子部位M
1 +取代為H
+而成的HA
1所表示的酸性部位的酸解離常數a1的較佳範圍與所述化合物PI中的酸解離常數a1相同。
再者,於化合物(II)例如為產生具有兩個源自所述結構部位X的所述第一酸性部位與所述結構部位Z的酸的化合物的情況下,化合物PII相當於「具有兩個HA
1的化合物」。於求出該化合物PII的酸解離常數的情況下,化合物PII為「具有一個A
1 -與一個HA
1的化合物」時的酸解離常數、以及「具有一個A
1 -與一個HA
1的化合物」為「具有兩個A
1 -的化合物」時的酸解離常數相當於酸解離常數a1。
酸解離常數a1藉由所述酸解離常數的測定方法求出。
所述化合物PII相當於對化合物(II)照射電子束的情況下所產生的酸。 再者,所述兩個以上的結構部位X可分別相同亦可不同。另外,兩個以上的所述A
1 -及兩個以上的所述M
1 +可分別相同亦可不同。
作為結構部位Z中能夠中和酸的非離子性的部位,並無特別限制,例如較佳為包含具有可與質子發生靜電相互作用的基或電子的官能基的部位。
作為具有可與質子發生靜電相互作用的基或電子的官能基,可列舉具有環狀聚醚等大環結構的官能基、或含有具有無助於π共軛的非共價電子對的氮原子的官能基。所謂具有無助於π共軛的非共價電子對的氮原子例如為具有下述式所示的部分結構的氮原子。
作為具有可與質子發生靜電相互作用的基或電子的官能基的部分結構,例如可列舉:冠醚結構、氮雜冠醚結構、一級胺結構~三級胺結構、吡啶結構、咪唑結構及吡嗪結構,其中較佳為一級胺結構~三級胺結構。
作為化合物(II),並無特別限制,例如可列舉下述式(IIa-1)及下述式(IIa-2)所表示的化合物。
所述式(IIa-1)中,A
61a -及A
61b -分別與所述式(Ia-1)中的A
11 -為相同含義,較佳態樣亦相同。另外,M
61a +及M
61b +分別與所述式(Ia-1)中的M
11 +為相同含義,較佳態樣亦相同。
所述式(IIa-1)中,L
61及L
62分別與所述式(Ia-1)中的L
1為相同含義,較佳態樣亦相同。
式(IIa-1)中,R
2X表示一價有機基。作為R
2X所表示的一價有機基,並無特別限制,例如可列舉:-CH
2-可經選自由-CO-、-NH-、-O-、-S-、-SO-及-SO
2-所組成的群組中的一種或兩種以上的組合取代的烷基(較佳為碳數1~10。可為直鏈狀亦可為分支鏈狀)、環烷基(較佳為碳數3~15)或烯基(較佳為碳數2~6)。
另外,所述伸烷基、所述伸環烷基及所述伸烯基亦可具有取代基。作為取代基,並無特別限制,例如可列舉鹵素原子(較佳為氟原子)。
另外,所述式(IIa-1)中,於將M
61a +及M
61b +所表示的有機陽離子取代為H
+而成的化合物PIIa-1中,源自A
61aH所表示的酸性部位的酸解離常數a1-7及源自A
61bH所表示的酸性部位的酸解離常數a1-8相當於所述酸解離常數a1。
再者,所述式(IIa-1)中將所述結構部位X中的所述陽離子部位M
61a +及M
61b +取代為H
+而成的化合物PIIa-1相當於HA
61a-L
61-N(R
2X)-L
62-A
61bH。另外,化合物PIIa-1與藉由電子束的照射而由式(IIa-1)所表示的化合物產生的酸相同。 另外,M
61a +、M
61b +、A
61a -、A
61b -、L
61、L
62及R
2X中的至少一個可具有酸分解性基作為取代基。
所述式(IIa-2)中,A
71a -、A
71b -及A
71c -分別與所述式(Ia-1)中的A
11 -為相同含義,較佳態樣亦相同。另外,M
71a +、M
71b +及M
71c +分別與所述式(Ia-1)中的M
11 +為相同含義,較佳態樣亦相同。
所述式(IIa-2)中,L
71、L
72及L
73分別與所述式(Ia-1)中的L
1為相同含義,較佳態樣亦相同。
另外,所述式(IIa-2)中,於將M
71a +、M
71b +及M
71c +所表示的有機陽離子取代為H
+而成的化合物PIIa-2中,源自A
71aH所表示的酸性部位的酸解離常數a1-9、源自A
71bH所表示的酸性部位的酸解離常數a1-10及源自A
71cH所表示的酸性部位的酸解離常數a1-11相當於所述酸解離常數a1。
再者,所述式(IIa-1)中,於將所述結構部位X中的所述陽離子部位M
71a +、M
71b +及M
71c +取代為H
+而成的化合物PIIa-2相當於HA
71a-L
71-N(L
73-A
71cH)-L
72-A
71bH。另外,化合物PIIa-2與藉由電子束的照射而由式(IIa-2)所表示的化合物產生的酸相同。 另外,M
71a +、M
71b +、M
71c +、A
71a -、A
71b -、A
71c -、L
71、L
72及L
73中的至少一個可具有酸分解性基作為取代基。
例示化合物(I)~化合物(II)可具有的陽離子以外的部位。
以下示出酸產生劑的具體例,但並不限定於此。
於抗蝕劑層包含酸產生劑(B)的情況下,酸產生劑(B)的含量並無特別限制,就所形成的圖案的剖面形狀進一步矩形化的方面而言,相對於抗蝕劑層總質量,較佳為0.5質量%以上,更佳為1.0質量%以上,進而佳為10質量%以上。另外,相對於抗蝕劑層總質量,所述含量較佳為50.0質量%以下,更佳為30.0質量%以下,進而佳為25.0質量%以下。
酸產生劑(B)可單獨使用一種,亦可使用兩種以上。
(酸擴散控制劑(C))
抗蝕劑層亦可包含酸擴散控制劑。 酸擴散控制劑作為如下淬滅劑發揮作用:捕捉於電子束照射時自酸產生劑等中產生的酸,並抑制由多餘的產生酸引起的未照射部中的酸分解性樹脂的反應。 酸擴散控制劑的種類並無特別限制,例如可列舉鹼性化合物(CA)、具有氮原子且具有藉由酸的作用而脫離的基的低分子化合物(CB)、以及藉由電子束的照射而酸擴散控制能力降低或消失的化合物(CC)。 作為化合物(CC),可列舉相對於酸產生劑而成為相對弱酸的鎓鹽化合物(CD)、以及藉由電子束的照射而鹼性降低或消失的鹼性化合物(CE)。所述鎓鹽化合物(CC)是藉由電子束的照射而產生酸的鎓鹽化合物,自鎓鹽產生的酸相較於自酸產生劑產生的酸而言為羧酸,相當於鎓鹽化合物。 另外,例如作為鹼性化合物(CA)的具體例,可列舉國際公開第2020/066824號的段落[0132]~段落[0136]中記載者,作為藉由電子束而鹼性降低或消失的鹼性化合物(CE)的具體例,可列舉國際公開第2020/066824號的段落[0137]~段落[0155]中記載者,作為具有氮原子且具有藉由酸的作用而脫離的基的低分子化合物(CB)的具體例,可列舉國際公開第2020/066824號的段落[0156]~段落[0163]中記載者,作為於陽離子部具有氮原子的鎓鹽化合物(CE)的具體例,可列舉國際公開第2020/066824號的段落[0164]中記載者。 另外,作為相對於酸產生劑而言成為相對弱酸的鎓鹽化合物(CD)的具體例,可列舉國際公開第2020/158337號的段落[0305]~段落[0314]中記載者。
除了所述以外,例如亦可較佳地使用美國專利申請案公開2016/0070167A1號的段落[0627]~段落[0664]、美國專利申請案公開2015/0004544A1號的段落[0095]~段落[0187]、美國專利申請案公開2016/0237190A1號的段落[0403]~段落[0423]、及美國專利申請案公開2016/0274458A1號的段落[0259]~段落[0328]中所揭示的公知的化合物作為酸擴散控制劑。
於抗蝕劑層包含酸擴散控制劑的情況下,相對於抗蝕劑層總質量,酸擴散控制劑的含量(於存在多種的情況下為其合計)較佳為0.1質量%~15.0質量%,更佳為1.0質量%~15.0質量%。
酸擴散控制劑可單獨使用一種,亦可併用兩種以上。
(疏水性樹脂(D))
抗蝕劑層形成用組成物亦可更包含與樹脂(A)不同的疏水性樹脂。 疏水性樹脂較佳為設計成偏向存在於抗蝕劑膜的表面,但與界面活性劑不同,分子內未必需要具有親水基,亦可無助於極性物質及非極性物質的均勻混合。 作為添加疏水性樹脂帶來的效果,可列舉控制抗蝕劑膜表面相對於水的靜態及動態的接觸角、以及抑制逸氣。
就向膜表層的偏向存在化的方面而言,疏水性樹脂較佳為具有氟原子、矽原子及樹脂的側鏈部分中包含的CH
3部分結構中的任一種以上,更佳為具有兩種以上。另外,所述疏水性樹脂較佳為具有碳數5以上的烴基。該些基可存在於樹脂的主鏈中,亦可於側鏈進行取代。
作為疏水性樹脂,可列舉國際公開第2020/004306號的段落[0275]~段落[0279]中所記載的化合物。
於抗蝕劑層包含疏水性樹脂的情況下,相對於抗蝕劑層總質量,疏水性樹脂的含量較佳為0.01質量%~20.0質量%,更佳為0.1質量%~15.0質量%。
(界面活性劑(E))
抗蝕劑層亦可包含界面活性劑。若包含界面活性劑,則可形成密接性更優異、顯影缺陷更少的圖案。 界面活性劑較佳為氟系及/或矽系界面活性劑。 作為氟系及/或矽系界面活性劑,可列舉國際公開第2018/19395號的段落[0218]及段落[0219]中所揭示的界面活性劑。 該些界面活性劑可單獨使用一種,亦可使用兩種以上。
於抗蝕劑層包含界面活性劑的情況下,相對於抗蝕劑層總質量,界面活性劑的含量較佳為0.0001質量%~2.0質量%,更佳為0.0005質量%~1.0質量%,進而佳為0.1質量%~1.0質量%。
(其他添加劑)
抗蝕劑層亦可更包含溶解抑制化合物、染料、塑化劑、光增感劑、光吸收劑、及/或促進相對於顯影液的溶解性的化合物(例如,分子量1000以下的酚化合物、或者包含羧基的脂環族或脂肪族化合物)。
抗蝕劑層的形成方法並無特別限制,如上所述般,可列舉使用抗蝕劑層形成用組成物的方法。
抗蝕劑層形成用組成物較佳為包含所述樹脂(A)、酸產生劑及溶劑。抗蝕劑層形成用組成物較佳為更包含所述酸擴散控制劑。 再者,抗蝕劑層形成用組成物亦可包含所述樹脂(A)、酸產生劑及酸擴散控制劑以外的其他材料。
抗蝕劑層形成用組成物較佳為如上所述般包含溶劑。
溶劑較佳為包含(M1)丙二醇單烷基醚羧酸酯、以及(M2)中的至少一者,所述(M2)為選自由丙二醇單烷基醚、乳酸酯、乙酸酯、烷氧基丙酸酯、鏈狀酮、環狀酮、內酯、及碳酸伸烷基酯所組成的群組中的至少一種。再者,所述溶劑可更包含成分(M1)及成分(M2)以外的成分。
本發明者等人發現,若將此種溶劑與所述樹脂組合使用,則抗蝕劑層形成用組成物的塗佈性提高,並且可形成顯影缺陷數少的圖案。其原因雖未必明確,但本發明者等人認為其原因在於,該些溶劑由於所述樹脂的溶解性、沸點及黏度的平衡良好,因此可抑制抗蝕劑膜的膜厚不均及旋塗過程中的析出物的產生等。
成分(M1)及成分(M2)的詳情記載於國際公開第2020/004306號的段落[0218]~段落[0226]中,將該些內容併入至本說明書中。
於溶劑更包含成分(M1)及成分(M2)以外的成分的情況下,相對於溶劑的總量,成分(M1)及成分(M2)以外的成分的含量較佳為5質量%~30質量%。
抗蝕劑層形成用組成物中的溶劑的含量較佳為設定為固體成分濃度成為0.5質量%~30質量%,更佳為設定為成為1質量%~20質量%。
<中間層>
中間層是配置於抗蝕劑層與導電性層之間的層。中間層是與抗蝕劑層及導電性層中的任一者均不同的層。中間層較佳為不包含樹脂(A)。另外,中間層較佳為不包含導電性聚合物。 中間層較佳為包含樹脂(以下,亦稱為樹脂(X))。即,中間層較佳為包含樹脂(X)的樹脂層。再者,通常,中間層中所含的樹脂(X)與抗蝕劑層中所含的樹脂(A)為不同的樹脂。 作為樹脂(X),較佳為可溶於顯影處理中使用的顯影液的樹脂。於顯影液為鹼性顯影液的情況下,較佳為可溶於鹼性顯影液的樹脂,於顯影液為有機系顯影液的情況下,較佳為可溶於有機系顯影液的樹脂。 所謂可溶於顯影液的樹脂,是指如下樹脂:塗佈僅包含樹脂(X)作為固體成分的組成物X,並將所獲得的塗膜於100℃下進行300秒烘烤處理而製作膜厚100 nm的樹脂層,於將該樹脂層於顯影液(30 ml)中浸漬30秒時,樹脂層的膜減少量為98 nm以上的樹脂。所述樹脂層的膜減少量較佳為100 nm。再者,所述組成物X中除了包含樹脂(X)以外還包含可溶解樹脂(X)的溶媒作為溶媒。所述可溶解樹脂(X)的溶媒是指相對於所述溶媒1 L而言溶解10 g以上樹脂(X)的溶媒。 再者,通常,可溶於鹼性顯影液的樹脂、以及可溶於有機系顯影液的樹脂均難以溶解於水中。因此,如後所述般,於導電性層形成用組成物為包含水的水系組成物的情況下,即便將導電性層形成用組成物塗佈於中間層上,中間層亦難以溶解,可生產性良好地製造所期望的積層體。
(樹脂(X))
樹脂(X)亦可包含具有鹼可溶性基的重複單元。於樹脂(X)包含具有鹼可溶性基的重複單元的情況下,樹脂(X)於鹼性顯影液中的溶解性提高。 作為鹼可溶性基,可列舉酚性羥基、羧基、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,較佳為羧基、酚性羥基、氟化醇基、磺酸基或磺醯胺基。 作為氟化醇基,例如可列舉:-CF
2OH、-CH
2CF
2OH、-CH
2CF
2CF
2OH、-C(CF
3)
2OH、-CF
2CF(CF
3)OH及-CH
2C(CF
3)
2OH。作為氟化醇基,較佳為六氟異丙醇基。
作為具有鹼可溶性基的重複單元,較佳為式(A)所表示的重複單元。
R
a1表示氫原子或烷基。
L
a表示單鍵或n+1價連結基。作為n+1價連結基,例如可列舉二價連結基及三價連結基。更具體而言,可列舉:-O-CO-O-、-COO-、-CONH-、-CO-、-O-、-S-、-SO-、-SO
2-、伸烷基(較佳為碳數1~6)、二價脂肪族環基或三價脂肪族環基(較佳為碳數3~15)、伸烯基(較佳為碳數2~6)、二價芳香族環基或三價芳香族環基、以及將該些的多個組合而成的二價連結基或三價連結基。 R
a2表示鹼可溶性基。 n表示1以上的整數。作為n,較佳為1~5,更佳為1~2。
作為具有鹼可溶性基的重複單元,可列舉日本專利特開2008-309878號公報的段落[0278]~段落[0287]中記載的例子。
於樹脂(X)包含具有鹼可溶性基的重複單元的情況下,相對於樹脂(X)的全部重複單元,具有鹼可溶性基的重複單元的含量較佳為30莫耳%~100莫耳%,更佳為50莫耳%~90莫耳%。
樹脂(X)中可僅包含一種具有鹼可溶性基的重複單元,亦可包含兩種以上。
樹脂(X)亦可包含具有單環或多環的環烷基的重複單元。
單環或多環的環烷基亦可包含於重複單元的主鏈及側鏈的任一者上。 作為單環的環烷基,例如可列舉:環戊基、環己基及環辛基。 作為多環的環烷基,例如可列舉:降冰片基、三環癸基、四環癸基、四環十二烷基、及金剛烷基等。 所述單環或多環的環烷基亦可進而由取代基取代。作為取代基,例如可列舉羥基。
於樹脂(X)包含具有單環式或多環式的環烷基的重複單元的情況下,相對於樹脂(X)的全部重複單元,具有單環式或多環式的環烷基的重複單元的含量較佳為5莫耳%~30莫耳%,更佳為10莫耳%~20莫耳%。
樹脂(X)中可僅包含一種具有單環式或多環式的環烷基的重複單元,亦可包含兩種以上。
樹脂(X)亦可包含在側鏈部分具有CH
3部分結構的重複單元。
另外,樹脂(X)亦可包含在側鏈部分具有至少兩個CH
3部分結構的重複單元,亦可包含在側鏈部分具有至少三個CH
3部分結構的重複單元。 此處,於樹脂(X)中的側鏈部分所具有的CH
3部分結構中包含乙基、及丙基等所具有的CH
3部分結構。 另一方面,直接鍵結於樹脂(X)的主鏈上的甲基(例如,具有甲基丙烯酸結構的重複單元的α-甲基)因主鏈的影響而對樹脂(X)的表面偏向存在化的幫助小,因此不包含於本發明的CH
3部分結構中。
作為在側鏈部分具有CH
3部分結構的重複單元,較佳為式(B)所表示的重複單元。
R
b1表示氫原子、烷基、氰基或鹵素原子。作為R
b1,較佳為氫原子或甲基。
R
b2表示具有一個以上的CH
3部分結構的有機基。
作為R
b2,可列舉:具有一個以上的CH
3部分結構的烷基、環烷基、烯基、環烯基、芳基、及芳烷基。 作為R
b2,較佳為具有一個以上的CH
3部分結構的烷基或經烷基取代的環烷基。 作為具有一個以上的CH
3部分結構的烷基,較佳為碳數3~20的分支的烷基。 具有一個以上的CH
3部分結構的環烷基可為單環,亦可為多環。具體而言,可列舉:碳數5以上的具有單環結構、雙環結構、三環結構及四環結構等的基。
於樹脂(X)包含在側鏈部分具有CH
3部分結構的重複單元的情況下,相對於樹脂(X)的全部重複單元,在側鏈部分具有CH
3部分結構的重複單元的含量較佳為30莫耳%~100莫耳%,更佳為50莫耳%~90莫耳%。
樹脂(X)中可僅包含一種在側鏈部分具有CH
3部分結構的重複單元,亦可包含兩種以上。
樹脂(X)除了包含所述重複單元以外,亦可包含其他重複單元(例如,具有選自由氟原子及矽原子所組成的群組中的至少一個的重複單元)。
樹脂(X)的標準聚苯乙烯換算的重量平均分子量並無特別限制,較佳為1,000~100,000,更佳為1,000~50,000,進而佳為2,000~15,000,尤佳為3,000~15,000。
另外,樹脂(X)的分子量分佈較佳為1~5,更佳為1~3。
樹脂(X)亦可利用各種市售品,可根據常法(例如自由基聚合)來合成。
於中間層包含樹脂(X)的情況下,樹脂(X)的含量並無特別限制,相對於中間層總質量,較佳為80質量%~100質量%,更佳為90質量%~100質量%。
中間層亦可包含樹脂(X)以外的其他材料。
作為其他材料,可列舉酸產生劑及酸擴散控制劑。作為酸產生劑及酸擴散控制劑,可列舉作為所述抗蝕劑膜中可包含的材料而例示的化合物。
中間層的形成方法並無特別限制,如上所述般,可列舉使用中間層形成用組成物的方法。
中間層形成用組成物較佳為包含所述樹脂(X)及溶劑。 溶劑的種類並無特別限制,較佳為實質上不溶解抗蝕劑層的溶劑。若為所述溶劑,則於將中間層形成用組成物塗佈於抗蝕劑層上時,抗蝕劑層的溶解得到抑制,可效率良好地獲得所期望的積層體。 所謂實質上不溶解抗蝕劑層的溶劑,是指將膜厚100 nm的抗蝕劑層於所述溶劑(30 ml)中浸漬30秒時抗蝕劑層的膜減少量成為3.0 nm以下的溶劑。所述抗蝕劑層的膜減少量較佳為1.5 nm以下。
溶劑並無特別限制,可列舉水及有機溶劑。作為有機溶劑,可列舉醇系溶劑、醚系溶劑、烴系溶劑、酯系溶劑及氟系溶劑,較佳為醇系溶劑、醚系溶劑及烴系溶劑。
作為醇系溶劑,就抗蝕劑層的溶解性的方面而言,較佳為一元醇,更佳為碳數4~8的一元醇。作為一元醇,可列舉直鏈狀、分支鏈狀及環狀的一元醇,較佳為直鏈狀或分支鏈狀的一元醇。作為醇系溶劑,可列舉:1-丁醇、2-丁醇、3-甲基-1-丁醇、4-甲基-1-戊醇、4-甲基-2-戊醇、異丁醇、第三丁醇、1-戊醇、2-戊醇、1-己醇、1-庚醇、1-辛醇、2-己醇、2-庚醇、2-辛醇、3-己醇、3-庚醇、3-辛醇及4-辛醇等醇;乙二醇、丙二醇、二乙二醇及三乙二醇等甘醇;乙二醇單甲醚、丙二醇單甲醚、二乙二醇單甲醚、三乙二醇單乙醚及甲氧基甲基丁醇等甘醇醚。
作為醚系溶劑,就抗蝕劑層的溶解性的方面而言,較佳為碳數6~14的醚。作為醚系溶劑,可列舉:二噁烷、四氫呋喃、異戊醚及二異戊醚。
作為烴系溶劑,就抗蝕劑層的溶解性的方面而言,較佳為碳數8~14的烴。作為烴系溶劑,可列舉:甲苯、二甲苯及苯甲醚等芳香族烴系溶劑;正庚烷、正壬烷、正辛烷、正癸烷、2-甲基庚烷、3-甲基庚烷、3,3-二甲基己烷及2,3,4-三甲基戊烷等脂肪族烴系溶劑。
該些溶劑可單獨使用一種,亦可將多種混合使用。例如,亦可用作包含醇系溶劑與烴系溶劑的混合溶媒、以及包含醇系溶劑與酯系溶劑的混合溶媒。
中間層形成用組成物中的溶劑的含量並無特別限制,相對於中間層形成用組成物總質量,中間層形成用組成物中的固體成分濃度較佳為1.0質量%~4.0質量%,更佳為1.5質量%~3.0質量%。
<導電性層>
導電性層是配置於中間層的與抗蝕劑層相反的一側的層。藉由設置導電性層,可抑制帶電所引起的電子束的位置偏移。 導電性層較佳為包含導電性聚合物。作為導電性聚合物,可列舉聚吡咯、聚噻吩、聚噻吩伸乙烯基、聚碲吩(polytellurophene)、聚伸苯基、聚伸苯基伸乙烯基、聚苯胺、多並苯(polyacene)、聚乙炔、以及該些的衍生物。
導電性聚合物較佳為具有水溶性或水分散性。若導電性聚合物具有水溶性或水分散性,則導電性層形成用組成物的塗佈性提高,容易獲得均勻的膜厚的導電體。另外,若導電性聚合物具有水溶性或水分散性,則於中間層包含可溶於鹼性顯影液中的樹脂或可溶於有機系顯影液中的樹脂的情況下,藉由使用以水為溶媒的導電性層形成用組成物,可於不溶解中間層的情況下形成導電性層。
導電性聚合物較佳為具有酸基或其鹽。
作為酸基,可列舉:磺酸基及羧基。 另外,作為酸基的鹽,可列舉磺酸基或羧酸基的鹼金屬鹽、鹼土金屬鹽、銨鹽及取代銨鹽。
作為導電性聚合物,較佳為如下π共軛系導電性聚合物:包含選自由α位及β位經選自由磺酸基及羧基所組成的群組中的至少一種基取代而成的伸苯基伸乙烯基、伸乙烯基、伸噻吩基、丁間二烯、伸苯基、亞胺基伸苯基、異噻茚、伸呋喃基(furylene)及伸咔唑基所組成的群組中的至少一種作為重複單元。
作為導電性聚合物,較佳為具有磺酸基的導電性聚合物或聚苯胺。
導電性聚合物亦可利用各種市售品,可根據常法來合成。
於導電性層包含導電性聚合物的情況下,導電性聚合物的含量並無特別限制,相對於導電性層總質量,較佳為80質量%~100質量%,更佳為90質量%~100質量%。
導電性層亦可包含導電性聚合物以外的其他材料。
作為其他材料,例如可列舉:界面活性劑及抗氧化劑等。
導電性層的形成方法並無特別限制,如上所述般,可列舉使用導電性層形成用組成物的方法。
導電性層形成用組成物較佳為包含所述導電性聚合物及溶劑。 溶劑的種類並無特別限制,較佳為實質上不溶解中間層的溶劑。若為所述溶劑,則於將導電性層形成用組成物塗佈於中間層上時,中間層的溶解得到抑制,可效率良好地獲得所期望的積層體。 所謂實質上不溶解中間層的溶劑,是指將膜厚100 nm的中間層於所述溶劑(30 ml)中浸漬30秒時中間層的膜減少量成為3.0 nm以下的溶劑。所述中間層的膜減少量較佳為1.5 nm以下。
溶劑並無特別限制,可列舉水及有機溶劑。作為有機溶劑,可列舉醇系溶劑、醚系溶劑、烴系溶劑、酯系溶劑及氟系溶劑,較佳為醇系溶劑、醚系溶劑及烴系溶劑。
導電性層形成用組成物中的溶劑的含量並無特別限制,相對於導電性層形成用組成物總質量,導電性層形成用組成物中的固體成分濃度較佳為0.5質量%~4.0質量%,更佳為1.0質量%~3.0質量%。
作為中間層形成用組成物及導電性層形成用組成物的較佳的組合,可列舉中間層形成用組成物中的溶媒及導電性層形成用組成物的溶媒的任一者為水、另一者為有機溶劑的態樣。若為所述態樣,則可於抑制中間層的溶解的同時在中間層上形成導電性層。
[實施例]
以下列舉實施例及比較例對本發明的特徵進行更具體的說明。以下的實施例中所示的材料、使用量、比例、處理內容及處理程序等只要不脫離本發明的主旨,則可適宜變更。因此,本發明的範圍不應由以下所示的具體例而限制性地解釋。
<抗蝕劑層形成用組成物的各種成分>
(酸分解性樹脂) 以下示出表1所示的樹脂P-1~樹脂P-13。 樹脂P-1~樹脂P-13依照後述的樹脂P-1的合成方法(合成例1)而合成。於表1中示出樹脂P-1~樹脂P-13的各重複單元的組成比(莫耳%比;自左起依次對應)、重量平均分子量(Mw)及分散度(Mw/Mn)。 再者,樹脂P-1~樹脂P-13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))進行測定(為聚苯乙烯換算值)。另外,樹脂的組成比(莫耳%比)藉由
13C-核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance,NMR)進行測定。
[表1]
樹脂 | 組成比(mol%) | 重量平均分子量(Mw) | 分散度 |
P-1 | 40/60 | 8,000 | 1.6 |
P-2 | 30/65/5 | 6,500 | 1.5 |
P-3 | 50/50 | 5,500 | 1.4 |
P-4 | 40/60 | 6,000 | 1.5 |
P-5 | 35/65 | 8,000 | 1.7 |
P-6 | 30/20/50 | 12,000 | 1.8 |
P-7 | 40/10/50 | 4,500 | 1.4 |
P-8 | 35/25/40 | 6,000 | 1.4 |
P-9 | 40/20/40 | 8,000 | 1.5 |
P-10 | 30/10/60 | 12,000 | 1.7 |
P-11 | 90/10 | 6,000 | 1.5 |
P-12 | 50/30/20 | 6,000 | 1.5 |
P-13 | 25/20/55 | 9,000 | 1.6 |
(合成例1:樹脂P-1的合成)
於氮氣流下,將環己酮(194.3 g)放入至三口燒瓶中,並將其加熱至80℃。花6小時向其中滴加使自左起依次為15.3 g及45.8 g的後述的相當於樹脂P-1的各重複單元的單體、以及聚合起始劑V-601(富士膠片和光純藥公司製造,3.17 g)溶解於環己酮105 g中而得的溶液。滴加結束後,進而使反應液於80℃下反應2小時。將反應液放置冷卻後,花20分鐘滴加至甲醇與水的混合液中。繼而,對藉由滴加而析出的粉體進行濾取並加以乾燥,藉此可獲得作為酸分解性樹脂的樹脂P-1(31.6 g)。由NMR法求出的重複單元的組成比(莫耳比)為40/60。所獲得的樹脂P-1的重量平均分子量以標準聚苯乙烯換算計為8,000,分散度(Mw/Mn)為1.6。
以下示出所使用的樹脂P-1~樹脂P-13的結構式。
(酸產生劑)
以下示出所使用的酸產生劑(PAG-1~PAG-10)的結構。
表2中示出自酸產生劑(PAG-1~PAG-10)產生的酸的酸解離常數(pKa)與尺寸(產生酸體積)。
再者,於測定自酸產生劑(PAG-1~PAG-10)產生的酸的酸解離常數(pKa)時,具體而言,將PAG-1~PAG-10中的各陽離子部位取代為H
+而形成的化合物(例如,於X-1的情況下,將三苯基鋶陽離子取代為H
+而形成的化合物)作為對象,如所述般,使用ACD/Labs公司的軟體包1,並藉由計算來求出基於哈米特的取代基常數及公知文獻值的資料庫的值。另外,於無法藉由所述方法來算出pKa的情況下,採用基於密度泛函法(DFT)並藉由高斯(Gaussian)16而獲得的值。pKa的值越小,意味著酸性度越高。
[表2]
PAG | 產生酸pKa | 產生酸體積(Å 3) |
PAG-1 | -0.29 | 174 |
PAG-2 | -2.06 | 225 |
PAG-3 | -0.22 | 391 |
PAG-4 | -0.63 | 282 |
PAG-5 | -1.37 | 254 |
PAG-6 | -2.43 | 260 |
PAG-7 | -2.80 | 372 |
PAG-8 | -2.72 | 312 |
PAG-9 | -0.88 | 592 |
PAG-10 | -3.27 | 254 |
(酸擴散控制劑)
以下示出所使用的酸擴散控制劑(Q-1~Q-4)的結構。
(交聯劑)
以下示出所使用的交聯劑(CL-1)的結構。
(中間層用樹脂)
以下示出中間層的形成中使用的樹脂(MLP-1~MLP-3)的結構。 再者,結構式中的各重複單元中記載的數值(例如於MLP-1的情況下為85、10、5)表示各重複單元相對於全部重複單元的含量(莫耳%)。結構式中,Mw表示重量平均分子量,Pd表示分子量分佈。
(導電性層用樹脂)
以下示出導電性層的形成中使用的樹脂(ULP-1)的製造程序。 ULP-1:利用下述製造方法獲得的2-胺基苯甲醚-4-磺酸的聚合物。 向2-胺基苯甲醚-4-磺酸(100 mmol)中添加吡啶(100 mmol)與水(100 mL),獲得單體溶液。將過氧二硫酸銨(100 mmol)的水溶液(氧化劑溶液)於10℃下滴加至所獲得的單體溶液中。於滴加結束後,將反應液於25℃下進一步攪拌15小時,之後升溫至35℃,進一步攪拌2小時,獲得反應生成物沈澱的反應液(聚合步驟)。利用離心過濾器對所獲得的反應液進行過濾,回收沈澱物(反應生成物),於利用1 L的甲醇對反應生成物進行清洗後使其乾燥,獲得粉末狀的導電性聚合物(ULP-1)(精製步驟)。
(界面活性劑)
以下示出所使用的界面活性劑。 W-1:美佳法(Megafac)F176(迪愛生(DIC)(股)製造;氟系) W-2:美佳法(Megafac)R08(迪愛生(DIC)(股)製造;氟系及矽系)
(溶劑)
以下示出所使用的溶劑。 SL-1:丙二醇單甲醚乙酸酯(PGMEA) SL-2:丙二醇單甲醚(PGME) SL-3:二丙酮醇 SL-4:γ-丁內酯 SL-5:4-甲基-2-戊醇 SL-6:二異戊醚 SL-7:正十一烷 SL-8:純水 SL-9:異丙醇
<抗蝕劑層形成用組成物的製備>
以下述表3所示的組成混合原材料,利用具有0.03 μm的孔徑的聚乙烯過濾器對所獲得的混合液進行過濾,製備抗蝕劑層形成用組成物。各抗蝕劑層形成用組成物的固體成分濃度以可以下述表6、表8及表10所示的膜厚塗佈的方式進行適宜調整。相對於抗蝕劑層形成用組成物總質量,各抗蝕劑層形成用組成物中的固體成分濃度為2.0質量%~6.0質量%。
[表3]
抗蝕劑層形成用組成物 | 酸分解性樹脂 | 酸產生劑 | 酸擴散控制劑 | 交聯劑 | 界面活性劑 | 溶劑 | |||||
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) | ||
R-1 | P-1 | 86.0 | PAG-1 | 9.0 | Q-1 | 5.0 | - | - | - | - | SL-1/SL-2/SL-4=80/15/5 |
R-2 | P-2 | 90.0 | - | - | Q-1 | 10.0 | - | - | - | - | SL-1/SL-2/SL-4=80/15/5 |
R-3 | P-1 | 75.0 | PAG-1 | 15.0 | Q-1 | 10.0 | - | - | - | - | SL-1/SL-2/SL-4=80/15/5 |
R-4 | P-1 | 68.0 | PAG-1 | 22.0 | Q-1 | 10.0 | - | - | - | - | SL-1/SL-2/SL-4=80/15/5 |
R-5 | P-1 | 86.0 | PAG-2 | 9.0 | Q-1 | 5.0 | - | - | - | - | SL-1/SL-2/SL-4=80/15/5 |
R-6 | P-1 | 89.0 | PAG-3 | 9.0 | Q-1 | 2.0 | - | - | - | - | SL-1/SL-2/SL-4=80/15/5 |
R-7 | P-1 | 86.0 | PAG-1 | 9.0 | Q-2 | 5.0 | - | - | - | - | SL-1/SL-2/SL-4=80/15/5 |
R-8 | P-1 | 86.0 | PAG-1 | 9.0 | Q-3 | 5.0 | - | - | - | - | SL-1/SL-2/SL-4=80/15/5 |
R-9 | P-1 | 91.0 | PAG-4 | 9.0 | - | - | - | - | - | - | SL-1/SL-2/SL-4=80/15/5 |
R-10 | P-3 | 89.0 | PAG-1 | 9.0 | Q-1 | 2.0 | - | - | - | - | SL-1/SL-2/SL-4=80/15/5 |
R-11 | P-4 | 89.0 | PAG-1 | 9.0 | Q-1 | 2.0 | - | - | - | - | SL-1/SL-2/SL-4=80/15/5 |
R-12 | P-5 | 86.0 | PAG-1 | 9.0 | Q-1 | 5.0 | - | - | - | - | SL-1/SL-2/SL-4=80/15/5 |
R-13 | P-6 | 86.0 | PAG-1 | 9.0 | Q-1 | 5.0 | - | - | - | - | SL-1/SL-2/SL-4=80/15/5 |
R-14 | P-7 | 72.0 | PAG-5 | 18.0 | Q-2 | 10.0 | - | - | - | - | SL-1/SL-2/SL-4=80/15/5 |
R-15 | P-7 | 66.7 | PAG-6 | 23.0 | Q-3 | 10.0 | - | - | W-1 | 0.3 | SL-1/SL-2=80/20 |
R-16 | P-8 | 76.8 | PAG-7 | 13.0 | Q-4 | 10.0 | - | - | W-2 | 0.2 | SL-1/SL-2=80/20 |
R-17 | P-9 | 85.0 | PAG-8 | 9.0 | Q-4 | 6.0 | - | - | - | - | SL-1/SL-2=80/20 |
R-18 | P-10 | 84.0 | PAG-9 | 11.0 | Q-1 | 5.0 | - | - | - | - | SL-1/SL-3=40/60 |
R-19 | P-6 | 77.0 | PAG-7 | 13.0 | Q-4 | 10.0 | - | - | - | - | SL-1/SL-3=40/60 |
R-20 | P-7 | 85.0 | PAG-4 | 15.0 | - | - | - | - | - | - | SL-1/SL-3=40/60 |
R-21 | P-8 | 79.7 | PAG-10 | 15.0 | Q-1 | 5.0 | - | - | W-1 | 0.3 | SL-2/SL-3=50/50 |
R-22 | P-9 | 70.0 | PAG-4/PAG-8 | 15.0/5.0 | Q-2 | 10.0 | - | - | - | - | SL-3/SL-4=90/10 |
R-23 | P-10 | 68.0 | PAG-7 | 22.0 | Q-2 | 10.0 | - | - | - | - | SL-1/SL-2=80/20 |
R-24 | P-7 | 62.0 | PAG-3/PAG-5 | 14.0/14.0 | Q-1 | 10.0 | - | - | - | - | SL-1/SL-2=80/20 |
R-25 | P-1 | 86.0 | PAG-1 | 9.0 | Q-1 | 5.0 | - | - | - | - | SL-1/SL-2/SL-4=80/15/5 |
R-26 | P-1 | 86.0 | PAG-1 | 9.0 | Q-1 | 5.0 | - | - | - | - | SL-1/SL-2/SL-4=80/15/5 |
R-27 | P-11 | 62.0 | PAG-9 | 12.0 | Q-3 | 6.0 | CL-1 | 20.0 | - | - | SL-1/SL-2=80/20 |
R-28 | P-12 | 77.0 | PAG-9 | 15.0 | Q-3 | 8.0 | - | - | - | - | SL-1/SL-2=80/20 |
R-29 | P-13 | 77.0 | PAG-8 | 15.0 | Q-3 | 8.0 | - | - | - | - | SL-1/SL-2=80/20 |
<中間層形成用組成物的製備>
以下述表4所示的組成混合原材料,利用具有0.03 μm的孔徑的聚乙烯過濾器對所獲得的混合液進行過濾,製備中間層形成用組成物。各中間層形成用組成物的固體成分濃度以可以下述表6、表8及表10所示的膜厚塗佈的方式進行適宜調整。相對於中間層形成用組成物總質量,各中間層形成用組成物中的固體成分濃度為2.0質量%~4.0質量%。 再者,中間層形成用組成物中所含的以下的溶媒於各實施例中均相當於實質上不溶解抗蝕劑層的溶劑。 另外,中間層形成用組成物中所含的樹脂於各實施例中相當於可溶於顯影液的樹脂。
[表4]
中間層形成用組成物 | 樹脂 | 酸產生劑 | 酸擴散控制劑 | 溶劑 | |||
種類 | 含量 (質量份) | 種類 | 含量 (質量份) | 種類 | 含量 (質量份) | ||
M-1 | MLP-1 | 100.0 | - | - | - | - | SL-6/SL-7=80/20 |
Μ-2 | MLP-2 | 95.0 | - | - | Q-4 | 5.0 | SL-5/SL-7=60/40 |
Μ-3 | MLP-3 | 95.0 | PAG-2 | 5.0 | - | - | SL-5/SL-6/SL-7=30/40/30 |
<導電性層形成用組成物的製備>
以下述表5所示的組成混合原材料,利用具有0.03 μm的孔徑的聚乙烯過濾器對所獲得的混合液進行過濾,製備導電性層形成用組成物。各導電性層形成用組成物的固體成分濃度以可以下述表6、表8及表10所示的膜厚塗佈的方式進行適宜調整。相對於導電性層形成用組成物總質量,導電性層形成用組成物中的固體成分濃度為1.0質量%~3.0質量%。 再者,導電性層形成用組成物中所含的以下的溶媒於各實施例中相當於實質上不溶解中間層的溶劑。
[表5]
導電性層形成用組成物 | 樹脂 | 溶劑 | |
種類 | 含量 (質量份) | ||
U-1 | ULP-1 | 100.0 | SL-8/SL-9=95/5 |
<顯影液及淋洗液>
以下示出所使用的顯影液及淋洗液。 D-1:2.38質量%氫氧化四甲基銨水溶液 D-2:純水 D-3:費牧埃克萊(FIRM Extreme)10(愛牧(AZEM)製造) D-4:乙酸丁酯 D-5:正十一烷
<實施例1~實施例24、比較例1~比較例5>
使用ACTM(東京電子(股)製造),於表6中記載的條件下,將抗蝕劑層形成用組成物、中間層形成用組成物及導電性層形成用組成物依次旋塗於152 mm見方的最表面為Cr的空白遮罩上,而形成積層體。再者,於塗佈各組成物後,於表6所示的「預烘烤(Pre Bake)」欄的條件下分別實施加熱處理。 其次,使用電子束曝光裝置(紐富來科技(Nuflare Technology)(股)製造的EBM-9000,加速電壓50 kV)進行曝光,其次,於表6中記載的條件下進行曝光後烘烤(PEB:Post Exposure Bake),之後,進行使用了表6中記載的顯影液的顯影處理,進而使用表6中記載的淋洗液進行淋洗處理,獲得正型圖案。
<評價>
利用高空掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope,SEM)對所製作的帶圖案的空白遮罩進行觀察,將50 nm的1:1線與空間(LS)以1:1進行解析的曝光量設為最佳曝光量(μC/cm
2),算出所述曝光量下的50 nm LS的PSD(0)LER(nm
3)。將結果彙總於表6中。 再者,作為所述PSD(0)LER的算出方法,使用弗拉泰勒(Fractilia)公司製造的MetroLER軟體對藉由高空SEM(掃描式電子顯微鏡)獲得的測定資料進行解析,於去除測量雜訊的條件下算出PSD(0)LER。PSD(0)LER表示PSD的低頻成分。PSD(0)LER的值越小,表示於圖案長度方向上長週期的起伏越小,性能越良好。
<各層的膜減少量評價方法>
利用以下方法對抗蝕劑層的膜減少量進行評價。 首先,於直徑200 mm的矽晶圓上塗佈各實施例及比較例中使用的抗蝕劑層形成用組成物,於表6中記載的「抗蝕劑塗佈條件」欄的「預烘烤」欄的條件下進行加熱處理,製作抗蝕劑層(膜厚100 nm)。其次,於將所製作的抗蝕劑層在各實施例及比較例的抗蝕劑層上所塗佈的中間層形成用組成物中所含的溶劑(30 ml)中浸漬30秒時,測定抗蝕劑層的膜減少量(nm)。再者,所謂膜減少量是指自初始膜厚100 nm開始的浸漬處理後減少的膜厚。例如,關於實施例1,使用抗蝕劑層形成用組成物R-1,於規定的加熱條件下製作抗蝕劑層(膜厚100 nm),將所製作的抗蝕劑層於中間層形成用組成物中所含的溶劑(SL-6/SL-7=80/20)中浸漬30秒,測定抗蝕劑層的膜減少量。將結果彙總示於表7中。 另外,利用以下方法對中間層的膜減少量進行評價。 首先,於直徑200 mm的矽晶圓上塗佈各實施例及比較例中使用的中間層形成用組成物,於表6中記載的「中間層塗佈條件」欄的「預烘烤」欄的條件下進行加熱處理,製作中間層(膜厚100 nm)。其次,於將所製作的中間層在各實施例及比較例的中間層上所塗佈的導電性層形成用組成物中所含的溶劑(30 ml)中浸漬30秒時,測定中間層的膜減少量(nm)。再者,所謂膜減少量是指自初始膜厚100 nm開始的浸漬處理後減少的膜厚。將結果彙總示於表7中。 另外,利用以下方法對中間層相對於顯影液的膜減少量進行評價。 首先,於直徑200 mm的矽晶圓上塗佈各實施例及比較例中使用的中間層形成用組成物,於表6中記載的「中間層塗佈條件」欄的「預烘烤」欄的條件下進行加熱處理,製作中間層(膜厚100 nm)。其次,於將所製作的中間層在各實施例及比較例中使用的顯影液(30 ml)中浸漬30秒時,測定中間層的膜減少量(nm)。再者,所謂膜減少量是指自初始膜厚100 nm開始的浸漬處理後減少的膜厚。將結果彙總示於表7中。 另外,利用以下方法對導電性層相對於顯影液的膜減少量進行評價。 首先,於直徑200 mm的矽晶圓上塗佈各實施例及比較例中使用的導電性層形成用組成物,於表6中記載的「導電性層塗佈條件」欄的「預烘烤」欄的條件下進行加熱處理,製作導電性層(膜厚100 nm)。其次,於將所製作的導電性層在各實施例及比較例中使用的顯影液(30 ml)中浸漬30秒時,測定導電性層的膜減少量(nm)。再者,所謂膜減少量是指自初始膜厚100 nm開始的浸漬處理後減少的膜厚。將結果彙總示於表7中。
表6中,「抗蝕劑塗佈條件」欄中的「膜厚(nm)」欄是指抗蝕劑層的膜厚,「中間層塗佈條件」欄的「膜厚(nm)」欄是指中間層的膜厚,「導電性層塗佈條件」欄的「膜厚(nm)」欄是指導電性層的膜厚。
[表6]
抗蝕劑塗佈條件 | 中間層塗佈條件 | 導電性層塗佈條件 | PEB/顯影條件 | 評價 (nm 3) | |||||||||
組成物 | 膜厚(nm) | 預烘烤 | 組成物 | 膜厚(nm) | 預烘烤 | 組成物 | 膜厚(nm) | 預烘烤 | PEB | 顯影液 | 淋洗液 | ||
實施例1 | R-1 | 150 | 100℃/300秒 | M-1 | 60 | 120℃/300秒 | U-1 | 20 | 90℃/300秒 | 100℃/300秒 | D-1 | D-2 | 6.7 |
實施例2 | R-2 | 140 | 100℃/300秒 | M-1 | 60 | 120℃/300秒 | U-1 | 20 | 90℃/300秒 | 100℃/300秒 | D-1 | D-2 | 4.9 |
實施例3 | R-3 | 100 | 100℃/300秒 | M-1 | 60 | 120℃/300秒 | U-1 | 20 | 90℃/300秒 | 100℃/300秒 | D-1 | D-2 | 5.6 |
實施例4 | R-4 | 100 | 100℃/300秒 | M-1 | 60 | 120℃/300秒 | U-1 | 20 | 90℃/300秒 | 100℃/300秒 | D-1 | D-2 | 4.4 |
實施例5 | R-5 | 80 | 100℃/300秒 | M-1 | 60 | 120℃/300秒 | U-1 | 20 | 90℃/300秒 | 100℃/300秒 | D-1 | D-2 | 5.6 |
實施例6 | R-6 | 90 | 100℃/300秒 | M-1 | 60 | 120℃/300秒 | U-1 | 20 | 90℃/300秒 | 100℃/300秒 | D-1 | D-2 | 4.6 |
實施例7 | R-7 | 40 | 100℃/300秒 | M-1 | 60 | 120℃/300秒 | U-1 | 20 | 90℃/300秒 | 100℃/300秒 | D-1 | D-2 | 4.4 |
實施例8 | R-8 | 100 | 100℃/300秒 | M-1 | 60 | 120℃/300秒 | U-1 | 20 | 90℃/300秒 | 100℃/300秒 | D-1 | D-2 | 4.5 |
實施例9 | R-9 | 140 | 100℃/300秒 | M-1 | 60 | 120℃/300秒 | U-1 | 20 | 90℃/300秒 | 100℃/300秒 | D-1 | D-2 | 4.5 |
實施例10 | R-10 | 100 | 100℃/300秒 | M-1 | 60 | 120℃/300秒 | U-1 | 20 | 90℃/300秒 | 100℃/300秒 | D-1 | D-2 | 4.7 |
實施例11 | R-11 | 120 | 100℃/300秒 | M-1 | 60 | 120℃/300秒 | U-1 | 20 | 90℃/300秒 | 100℃/300秒 | D-1 | D-2 | 5.3 |
實施例12 | R-12 | 100 | 100℃/300秒 | M-1 | 60 | 120℃/300秒 | U-1 | 20 | 90℃/300秒 | 100℃/300秒 | D-1 | D-2 | 5.2 |
實施例13 | R-13 | 90 | 100℃/300秒 | M-1 | 60 | 120℃/300秒 | U-1 | 20 | 90℃/300秒 | 100℃/300秒 | D-1 | D-2 | 5.0 |
實施例14 | R-14 | 80 | 100℃/300秒 | M-1 | 60 | 120℃/300秒 | U-1 | 20 | 90℃/300秒 | 100℃/300秒 | D-1 | D-2 | 4.9 |
實施例15 | R-15 | 70 | 120℃/300秒 | M-1 | 60 | 120℃/300秒 | U-1 | 20 | 120℃/300秒 | 100℃/300秒 | D-1 | D-2 | 4.8 |
實施例16 | R-16 | 90 | 100℃/300秒 | M-1 | 60 | 100℃/300秒 | U-1 | 20 | 120℃/300秒 | 120℃/300秒 | D-1 | D-2 | 4.7 |
實施例17 | R-17 | 80 | 100℃/300秒 | M-1 | 60 | 80℃/300秒 | U-1 | 20 | 100℃/300秒 | 100℃/300秒 | D-1 | D-3 | 5.1 |
實施例18 | R-18 | 70 | 100℃/300秒 | M-2 | 60 | 120℃/300秒 | U-1 | 40 | 100℃/300秒 | 100℃/300秒 | D-1 | D-3 | 4.6 |
實施例19 | R-19 | 100 | 100℃/300秒 | M-2 | 60 | 90℃/300秒 | U-1 | 60 | 100℃/300秒 | 100℃/300秒 | D-1 | D-2 | 4.7 |
實施例20 | R-20 | 40 | 120℃/300秒 | M-2 | 50 | 120℃/300秒 | U-1 | 50 | 110℃/300秒 | 110℃/300秒 | D-1 | D-2 | 5.1 |
實施例21 | R-21 | 50 | 100℃/300秒 | M-1 | 100 | 120℃/300秒 | U-1 | 60 | 120℃/300秒 | 100℃/300秒 | D-1 | D-3 | 4.8 |
實施例22 | R-22 | 100 | 120℃/300秒 | M-2 | 60 | 120℃/300秒 | U-1 | 20 | 80℃/300秒 | 90℃/300秒 | D-1 | D-2 | 4.9 |
實施例23 | R-23 | 80 | 100℃/300秒 | M-1 | 80 | 120℃/300秒 | U-1 | 15 | 120℃/300秒 | 100℃/300秒 | D-1 | D-2 | 5.2 |
實施例24 | R-24 | 90 | 100℃/300秒 | M-1 | 40 | 120℃/300秒 | U-1 | 30 | 100℃/300秒 | 100℃/300秒 | D-1 | D-2 | 5.2 |
比較例1 | R-25 | 160 | 100℃/300秒 | M-1 | 60 | 120℃/300秒 | U-1 | 20 | 90℃/300秒 | 100℃/300秒 | D-1 | D-2 | 10.7 |
比較例2 | R-26 | 180 | 100℃/300秒 | M-1 | 60 | 120℃/300秒 | U-1 | 20 | 90℃/300秒 | 100℃/300秒 | D-1 | D-2 | 12.0 |
比較例3 | R-19 | 100 | 100℃/300秒 | - | - | - | U-1 | 20 | 90℃/300秒 | 100℃/300秒 | D-1 | D-2 | 11.2 |
比較例4 | R-19 | 100 | 100℃/300秒 | M-1 | 60 | 120℃/300秒 | - | - | - | 100℃/300秒 | D-1 | D-2 | 11.4 |
比較例5 | R-19 | 100 | 100℃/300秒 | - | - | - | - | - | - | 100℃/300秒 | D-1 | D-2 | 11.2 |
[表7]
抗蝕劑層相對於中間層形成用組成物的溶劑的膜減少量 (nm) | 中間層相對於導電性層形成用組成物的溶劑的膜減少量 (nm) | 中間層相對於顯影液的膜減少量 (nm) | 導電性層相對於顯影液的膜減少量 (nm) | |
實施例1 | 1.2 | 0.5 | 100 | 100 |
實施例2 | 0.9 | 0.4 | 100 | 100 |
實施例3 | 0.5 | 0.3 | 100 | 100 |
實施例4 | 0.8 | 0.9 | 100 | 100 |
實施例5 | 1.1 | 1.2 | 100 | 100 |
實施例6 | 1.3 | 1.1 | 100 | 100 |
實施例7 | 0.8 | 0.8 | 100 | 100 |
實施例8 | 0.7 | 1.4 | 100 | 100 |
實施例9 | 1.2 | 0.9 | 100 | 100 |
實施例10 | 0.5 | 0.5 | 100 | 100 |
實施例11 | 0.2 | 0.3 | 100 | 100 |
實施例12 | 0.4 | 0.4 | 100 | 100 |
實施例13 | 1.1 | 0.5 | 100 | 100 |
實施例14 | 0.1 | 0.7 | 100 | 100 |
實施例15 | 1.4 | 1.1 | 100 | 100 |
實施例16 | 0.3 | 1.2 | 100 | 100 |
實施例17 | 0.2 | 0.8 | 100 | 100 |
實施例18 | 0.4 | 0.2 | 100 | 100 |
實施例19 | 0.5 | 0.1 | 100 | 100 |
實施例20 | 2.4 | 0.9 | 100 | 100 |
實施例21 | 0.6 | 0.7 | 100 | 100 |
實施例22 | 0.7 | 0.6 | 100 | 100 |
實施例23 | 1.2 | 0.5 | 100 | 100 |
實施例24 | 0.9 | 0.4 | 100 | 100 |
比較例1 | 0.9 | 0.2 | 100 | 100 |
比較例2 | 0.9 | 0.4 | 100 | 100 |
比較例3 | - | - | - | 100 |
比較例4 | 0.9 | - | 100 | - |
比較例5 | - | - | - | - |
如表6所示般,根據本發明的圖案形成方法,可獲得所期望的效果。
再者,根據實施例1與實施例3~實施例4的比較,確認了於藉由電子束的照射而產生酸的化合物的含量相對於抗蝕劑層總質量為10質量%以上的情況下,可獲得更優異的效果。 另外,根據實施例1與實施例5的比較,確認了於自藉由電子束的照射而產生酸的化合物所產生的酸的pKa為-1.00以下的情況下,可獲得更優異的效果。 另外,根據實施例1與實施例6的比較,確認了於自藉由電子束的照射而產生酸的化合物所產生的酸的尺寸為240 Å
3以上的情況下,可獲得更優異的效果。 另外,根據實施例1與實施例7~實施例8的比較,確認了於抗蝕劑層包含藉由電子束的照射而鹼性降低或消失的鹼性化合物的情況下,可獲得更優異的效果。 另外,根據實施例1與實施例9的比較,確認了於抗蝕劑層包含所述化合物(I)的情況下,可獲得更優異的效果。再者,於抗蝕劑層包含所述化合物(II)的情況下,可獲得更優異的效果。 另外,根據實施例1與實施例10的比較,確認了於抗蝕劑層中所含的樹脂包含具有氟化醇基的重複單元的情況下,可獲得更優異的效果。 另外,根據實施例1與實施例11的比較,確認了於抗蝕劑層中所含的樹脂包含具有藉由酸的作用發生分解而產生羧基的基的重複單元的情況下,可獲得更優異的效果。 另外,根據實施例1與實施例12的比較,確認了於抗蝕劑層中所含的樹脂包含具有藉由酸的作用發生分解而產生酚性羥基的基、且具有作為藉由酸的作用而脫離的脫離基的所述式(Y1)所表示的基的重複單元的情況下,可獲得更優異的效果。 另外,根據實施例1與實施例13的比較,確認了於抗蝕劑層中所含的樹脂包含具有內酯基的重複單元的情況下,可獲得更優異的效果。再者,於抗蝕劑層中所含的樹脂包含具有磺內酯基或碳酸酯基的重複單元的情況下,可獲得更優異的效果。
<實施例25~實施例26、比較例6~比較例9>
使用ACTM(東京電子(股)製造),於表8中記載的條件下,將抗蝕劑層形成用組成物、中間層形成用組成物及導電性層形成用組成物依次旋塗於152 mm見方的最表面為Cr的空白遮罩上,而形成積層體。再者,於塗佈各組成物後,於表8所示的「預烘烤」欄的條件下分別實施加熱處理。 其次,使用電子束曝光裝置(紐富來科技(Nuflare Technology)(股)製造的EBM-9000,加速電壓50 kV)進行曝光,其次,於表8中記載的條件下進行PEB(曝光後烘烤),之後,進行使用了表8中記載的顯影液的顯影處理,進而使用表8中記載的淋洗液進行淋洗處理,獲得負型圖案。 對所獲得的圖案實施所述<評價>。將結果彙總示於表8中。 另外,實施了<各層的膜減少量評價方法>。將結果彙總示於表9中。
[表8]
抗蝕劑塗佈條件 | 中間層塗佈條件 | 導電性層塗佈條件 | PEB/顯影條件 | 評價(nm 3) | |||||||||
組成物 | 膜厚 (nm) | 預烘烤 | 組成物 | 膜厚 (nm) | 預烘烤 | 組成物 | 膜厚 (nm) | 預烘烤 | PEB | 顯影液 | 淋洗液 | ||
實施例25 | R-27 | 150 | 100℃/300秒 | M-2 | 60 | 120℃/300秒 | U-1 | 20 | 90℃/300秒 | 100℃/300秒 | D-1 | D-2 | 4.6 |
實施例26 | R-28 | 100 | 100℃/300秒 | M-1 | 60 | 120℃/300秒 | U-1 | 20 | 90℃/300秒 | 100℃/300秒 | D-1 | D-2 | 5.0 |
比較例6 | R-27 | 160 | 100℃/300秒 | M-1 | 60 | 120℃/300秒 | U-1 | 20 | 90℃/300秒 | 100℃/300秒 | D-1 | D-2 | 11.0 |
比較例7 | R-27 | 100 | 100℃/300秒 | - | - | - | U-1 | 20 | 90℃/300秒 | 100℃/300秒 | D-1 | D-2 | 10.9 |
比較例8 | R-27 | 100 | 100℃/300秒 | M-1 | 60 | 120℃/300秒 | - | - | - | 100℃/300秒 | D-1 | D-2 | 10.6 |
比較例9 | R-27 | 100 | 100℃/300秒 | - | - | - | - | - | - | 100℃/300秒 | D-1 | D-2 | 11.4 |
[表9]
抗蝕劑層相對於中間層形成用組成物的溶劑的膜減少量 (nm) | 中間層相對於導電性層形成用組成物的溶劑的膜減少量 (nm) | 中間層相對於顯影液的膜減少量 (nm) | 導電性層相對於顯影液的膜減少量 (nm) | |
實施例25 | 2.3 | 0.5 | 100 | 100 |
實施例26 | 0.9 | 0.4 | 100 | 100 |
比較例6 | 0.5 | 0.3 | 100 | 100 |
比較例7 | - | - | - | 100 |
比較例8 | 0.9 | - | 100 | - |
比較例9 | - | - | - | - |
如表8所示般,根據本發明的圖案形成方法,可獲得所期望的效果。
<實施例27~實施例28、比較例10~比較例13>
使用ACTM(東京電子(股)製造),於表10中記載的條件下,將抗蝕劑層形成用組成物、中間層形成用組成物及導電性層形成用組成物依次旋塗於152 mm見方的最表面為Cr的空白遮罩上,而形成積層體。再者,於塗佈各組成物後,於表10所示的「預烘烤」欄的條件下分別實施加熱處理。 其次,使用電子束曝光裝置(紐富來科技(Nuflare Technology)(股)製造的EBM-9000,加速電壓50 kV)進行曝光,其次,於表10中記載的條件下進行PEB(曝光後烘烤),之後,進行使用了表10中記載的顯影液的顯影處理,進而使用表10中記載的淋洗液進行淋洗處理,獲得負型圖案。 對所獲得的圖案實施所述<評價>。將結果彙總示於表10中。 另外,實施了<各層的膜減少量評價方法>。將結果彙總示於表11中。
[表10]
抗蝕劑塗佈條件 | 中間層塗佈條件 | 導電性層塗佈條件 | PEB/顯影條件 | 評價(nm 3) | |||||||||
組成物 | 膜厚 (nm) | 預烘烤 | 組成物 | 膜厚(nm) | 預烘烤 | 組成物 | 膜厚(nm) | 預烘烤 | PEB | 顯影液 | 淋洗液 | ||
實施例27 | R-29 | 100 | 100℃/300秒 | M-1 | 60 | 120℃/300秒 | U-1 | 20 | 90℃/300秒 | 100℃/300秒 | D-4 | D-5 | 4.9 |
實施例28 | R-29 | 150 | 100℃/300秒 | M-3 | 60 | 120℃/300秒 | U-1 | 20 | 90℃/300秒 | 100℃/300秒 | D-4 | - | 4.9 |
比較例10 | R-29 | 160 | 100℃/300秒 | M-3 | 60 | 120℃/300秒 | U-1 | 20 | 90℃/300秒 | 100℃/300秒 | D-4 | - | 10.7 |
比較例11 | R-29 | 100 | 100℃/300秒 | - | - | - | U-1 | 20 | 90℃/300秒 | 100℃/300秒 | D-4 | - | 11.0 |
比較例12 | R-29 | 100 | 100℃/300秒 | M-3 | 60 | 120℃/300秒 | - | - | - | 100℃/300秒 | D-4 | - | 11.9 |
比較例13 | R-29 | 100 | 100℃/300秒 | - | - | - | - | - | - | 100℃/300秒 | D-4 | - | 11.5 |
[表11]
抗蝕劑層相對於中間層形成用組成物的溶劑的膜減少量 (nm) | 中間層相對於導電性層形成用組成物的溶劑的膜減少量 (nm) | 中間層相對於顯影液的膜減少量 (nm) | 導電性層相對於顯影液的膜減少量 (nm) | |
實施例27 | 1.2 | 0.5 | 100 | 100 |
實施例28 | 0.9 | 0.4 | 100 | 100 |
比較例10 | 0.5 | 0.3 | 100 | 100 |
比較例11 | - | - | - | 100 |
比較例12 | 0.9 | - | 100 | - |
比較例13 | - | - | - | - |
如表10所示般,根據本發明的圖案形成方法,可獲得所期望的效果。
無
無
Claims (19)
- 一種圖案形成方法,包括: 步驟1,製作依次具有基板、抗蝕劑層、中間層及導電性層的積層體; 步驟2,對所述積層體以圖案狀照射電子束;以及 步驟3,對照射了電子束的所述積層體實施顯影處理而形成圖案, 所述抗蝕劑層的膜厚為150 nm以下。
- 如請求項1所述的圖案形成方法,其中所述步驟1包括:步驟1A,於基板上塗佈抗蝕劑層形成用組成物而形成所述抗蝕劑層;步驟1B,於所述抗蝕劑層上塗佈中間層形成用組成物而形成所述中間層;以及步驟1C,於所述中間層上塗佈導電性層形成用組成物而形成所述導電性層。
- 如請求項1或請求項2所述的圖案形成方法,其中所述抗蝕劑層包含藉由酸的作用而相對於顯影液的溶解性發生變化的樹脂, 滿足以下的要件1及要件2中的至少一者, 要件1:所述抗蝕劑層包含藉由電子束的照射而產生酸的化合物, 要件2:所述樹脂包含具有自藉由電子束的照射而產生酸的化合物中去除一個氫原子而形成的殘基的重複單元。
- 如請求項3所述的圖案形成方法,其中於滿足所述要件1的情況下,相對於所述抗蝕劑層總質量,所述化合物的含量為10質量%以上, 於滿足所述要件2的情況下,相對於所述抗蝕劑層總質量,所述重複單元的含量為10質量%以上。
- 如請求項3所述的圖案形成方法,其中自所述藉由電子束的照射而產生酸的化合物所產生的酸的pKa為-1.00以下。
- 如請求項3所述的圖案形成方法,其中自所述藉由電子束的照射而產生酸的化合物所產生的酸的尺寸為240 Å 3以上。
- 如請求項3所述的圖案形成方法,其中所述藉由電子束的照射而產生酸的化合物為選自下述化合物(I)及化合物(II)中的一種以上的化合物, 化合物(I): 具有一個以上的下述結構部位X及一個以上的下述結構部位Y且藉由電子束的照射而產生酸的化合物,所述酸包含源自下述結構部位X的下述第一酸性部位、與源自下述結構部位Y的下述第二酸性部位, 結構部位X:包含陰離子部位A 1 -與陽離子部位M 1 +且藉由電子束的照射而形成HA 1所表示的第一酸性部位的結構部位, 結構部位Y:包含陰離子部位A 2 -與陽離子部位M 2 +且藉由電子束的照射而形成HA 2所表示的第二酸性部位的結構部位, 其中,化合物(I)滿足下述條件I, 條件I:所述化合物(I)中,將所述結構部位X中的所述陽離子部位M 1 +及所述結構部位Y中的所述陽離子部位M 2 +取代為H +而成的化合物PI具有源自將所述結構部位X中的所述陽離子部位M 1 +取代為H +而成的HA 1所表示的酸性部位的酸解離常數a1、以及源自將所述結構部位Y中的所述陽離子部位M 2 +取代為H +而成的HA 2所表示的酸性部位的酸解離常數a2,且所述酸解離常數a2大於所述酸解離常數a1; 化合物(II): 具有兩個以上的所述結構部位X及一個以上的下述結構部位Z且藉由電子束的照射而產生酸的化合物,所述酸包含兩個以上源自所述結構部位X的所述第一酸性部位與所述結構部位Z, 結構部位Z:能夠中和酸的非離子性的部位。
- 如請求項3所述的圖案形成方法,其中所述樹脂包含具有酸基的重複單元。
- 如請求項8所述的圖案形成方法,其中所述酸基選自由酚性羥基及氟化醇基所組成的群組中。
- 如請求項3所述的圖案形成方法,其中所述樹脂包含具有藉由酸的作用發生分解而產生羧基的基的重複單元。
- 如請求項3所述的圖案形成方法,其中所述樹脂包含具有藉由酸的作用發生分解而產生酚性羥基的基的重複單元。
- 如請求項3所述的圖案形成方法,其中所述樹脂包含具有選自由內酯基、磺內酯基及碳酸酯基所組成的群組中的至少一種基的重複單元。
- 如請求項1或請求項2所述的圖案形成方法,其中所述抗蝕劑層包含藉由電子束的照射而鹼性降低或消失的鹼性化合物。
- 如請求項13所述的圖案形成方法,其中所述鹼性化合物包含藉由電子束的照射而產生酸的鎓鹽化合物, 自所述鎓鹽產生的酸相較於自所述藉由電子束的照射而產生酸的化合物所產生的酸而言為弱酸。
- 如請求項1或請求項2所述的圖案形成方法,其中所述中間層可溶於所述顯影處理中使用的顯影液。
- 如請求項1或請求項2所述的圖案形成方法,其中所述中間層是使用中間層形成用組成物而形成的層, 所述中間層形成用組成物包含可溶於所述顯影處理中使用的顯影液的樹脂、以及實質上不溶解所述抗蝕劑層的溶劑。
- 如請求項16所述的圖案形成方法,其中實質上不溶解所述抗蝕劑層的溶劑選自由碳數4~10的一元醇、碳數6~14的醚及碳數8~14的烴所組成的群組中。
- 如請求項16所述的圖案形成方法,其中可溶於所述顯影處理中使用的顯影液的樹脂包含具有選自由羧基、酚性羥基、氟化醇基、磺酸基及磺醯胺基所組成的群組中的至少一種基的重複單元。
- 一種電子元件的製造方法,包括如請求項1至請求項18中任一項所述的圖案形成方法。
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