TW202314382A - 感光化射線性或感放射線性樹脂組成物、感光化射線性或感放射線性樹脂組成物之製造方法、感光化射線性或感放射線性膜、圖案形成方法、電子器件之製造方法、樹脂、及樹脂之製造方法 - Google Patents
感光化射線性或感放射線性樹脂組成物、感光化射線性或感放射線性樹脂組成物之製造方法、感光化射線性或感放射線性膜、圖案形成方法、電子器件之製造方法、樹脂、及樹脂之製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
本發明提供一種含有具有五氟硫基的樹脂以及溶劑的感光化射線性或感放射線性樹脂組成物、上述組成物之製造方法、使用上述組成物的感光化射線性或感放射線性膜、圖案形成方法、及電子器件之製造方法、以及藉由具有五氟硫基的樹脂,可使缺陷減少且LWR性能優異的感光化射線性或感放射線性樹脂組成物、上述組成物之製造方法、使用上述組成物的感光化射線性或感放射線性膜、圖案形成方法、及電子器件之製造方法、以及可用於上述組成物之樹脂。
Description
本發明涉及一種感光化射線性或感放射線性樹脂組成物、感光化射線性或感放射線性樹脂組成物之製造方法、感光化射線性或感放射線性膜、圖案形成方法、電子器件之製造方法、樹脂、及樹脂之製造方法。更具體而言,本發明涉及可較佳地用於超LSI(Large Scale Integration,大規模積體電路)和高容量微晶片製造製程、奈米壓印用模具製作製程、以及高密度資訊記錄介質之製造製程等的超微影製程、以及適用於其他感光蝕刻加工製程等的感光化射線性或感放射線性樹脂組成物、感光化射線性或感放射線性樹脂組成物之製造方法、感光化射線性或感放射線性膜、圖案形成方法、電子器件之製造方法及樹脂。
以往,在IC(Integrated Circuit,積體電路)及LSI等半導體器件之製造製程中,藉由使用光阻組成物之微影術進行微細加工。近年來,隨著積體電路的高積體化,要求形成次微米區域或四分之一微米區域的超微細圖案。伴隨於此,曝光波長亦自g射線向i射線、進而向KrF準分子雷射光等,呈現短波長化之趨勢,目前已開發出以波長為193nm的ArF準分子雷射作為光源的曝光機。又,作為進一步提高解析力之技術,正在開發在投影透鏡與試樣之間充滿高折射率之液體(以下亦稱為「液浸液」)的所謂液浸法。
又,除了準分子雷射光之外,目前正在開發使用電子束(EB:Electron Beam)、X射線及極紫外線(EUV:Extreme Ultraviolet)等的微影術。伴隨於此,已開發出有效地感應各種放射線,並具有優異的感度及解析度的化學增幅型光阻組成物。
例如,專利文獻1中記載有包含具有酸分解性基的重複單元,且含有包含氟原子的樹脂的感光化射線性或感放射線性樹脂組成物。
此外,專利文獻2中記載有具有五氟硫基的聚合性化合物及其聚合物。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
專利文獻1:國際公開第2020/158417號
專利文獻2:日本特開2010-222279號公報
[發明所欲解決之課題]
近年來,由於所形成圖案的進一步小型化等原因,對光阻組成物的性能要求越來越高。特別地,要求一種缺陷少且線寬粗糙度(Line Width Roughness:LWR)性能優異的光阻組成物。所謂LWR性能係指可以降低圖案LWR的性能。
專利文獻1中記載的感光化射線性或感放射線性樹脂組成物雖然解析性和LWR性能優異,但沒有關於缺陷的記載。
專利文獻2中完全沒有關於光阻組成物的記載。
本發明之課題在於提供一種缺陷少且LWR性能優異的感光化射線性或感放射線性樹脂組成物。又,本發明之課題在於提供一種上述感光化射線性或感放射線性樹脂組成物之製造方法、使用上述感光化射線性或感放射線性樹脂組成物的感光化射線性或感放射線性膜、圖案形成方法、及電子器件之製造方法、以及可用於上述感光化射線性或感放射線性樹脂組成物之樹脂。
[解決課題之手段]
本發明人等發現藉由以下之構成能夠解決上述課題。
〔1〕
一種感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其含有具有五氟硫基的樹脂(A)及溶劑。
〔2〕
如〔1〕所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其含有藉由光化射線或放射線之照射而產生酸的化合物。
〔3〕
如〔1〕或〔2〕所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其中,上述樹脂(A)包含具有酸分解性基的重複單元。
〔4〕
如〔1〕至〔3〕中任一項所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其中,上述樹脂(A)包含具有選自由內酯基及環狀碳酸酯基所組成之群組中的至少一種的重複單元。
〔5〕
如〔1〕至〔4〕中任一項所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其中,上述樹脂(A)包含具有酚性羥基的重複單元。
〔6〕
如〔1〕至〔5〕中任一項所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其中,上述樹脂(A)包含由下述通式(1)表示的重複單元。
通式(1)中,
Xa
1表示氫原子、鹵素原子、羥基或有機基,
Rx
1~Rx
3分別獨立地表示烴基,
Rx
1~Rx
3中的兩個可以鍵結而形成環。
〔7〕
如〔1〕至〔6〕中任一項所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其中,上述樹脂(A)包含由下述通式(2)、(3)及(4)中任一者表示的聚合性化合物的聚合性基聚合而形成的重複單元。
通式(2)中,
Z
1表示具有聚合性基的基團,
E
1表示單鍵或連結基,
Xa表示鹵素原子、羥基或有機基,當存在複數個Xa時,複數個Xa可以相同亦可以相異,
m1表示1以上且(5+2k)以下的整數,
m2表示0以上且(5+2k-m1)以下的整數,
k表示0以上的整數,
*分別表示鍵結於通式(2)中所記載的芳香族烴的鍵結鍵。
通式(3)中,
Z
1表示具有聚合性基的基團,
E
1表示單鍵或連結基,
W
1表示具有內酯結構的基團,
m3表示1以上的整數。
通式(4)中,
Z
1表示具有聚合性基的基團,
E
1表示單鍵或連結基,
Rx
4及Rx
5分別獨立地表示氫原子或有機基,
Rx
4及Rx
5可以鍵結而形成環。
〔8〕
如〔1〕至〔7〕中任一項所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其中,除了上述樹脂(A)之外,還含有與上述樹脂(A)相異的樹脂。
〔9〕
如〔1〕至〔8〕中任一項所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其中,相對於上述感光化射線性或感放射線性樹脂組成物的總固體成分,上述樹脂(A)的含量為10.0質量%以上。
〔10〕
如〔1〕至〔9〕中任一項所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物之製造方法,其包括將上述樹脂(A)的溶液添加到包含有機溶劑(Y)的不良溶媒中並使上述樹脂(A)沉澱之製程。
〔11〕
如〔10〕所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物之製造方法,其中,上述有機溶劑(Y)的ClogP值為1.4以上。
〔12〕
一種感光化射線性或感放射線性膜,其係由〔1〕至〔9〕中任一項所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物形成。
〔13〕
一種圖案形成方法,其具有:使用〔1〕至〔9〕中任一項所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物形成感光化射線性或感放射線性膜之製程;
對上述感光化射線性或感放射線性膜進行曝光之製程;以及
使用顯影液對上述曝光後的感光化射線性或感放射線性膜進行顯影並形成圖案之製程。
〔14〕
一種電子器件之製造方法,其包括如〔13〕所述之圖案形成方法。
〔15〕
一種樹脂,其包含具有五氟硫基的重複單元及具有酸分解性基的重複單元。
〔16〕
如〔15〕所述之樹脂,其包含選自由具有內酯基的重複單元、具有環狀碳酸酯基的重複單元、及具有酚性羥基的重複單元所組成之群組中的至少一種。
〔17〕
如〔15〕或〔16〕所述之樹脂之製造方法,其包括將上述樹脂溶液添加到包含有機溶劑(Y)的不良溶媒中並使上述樹脂沉澱之製程。
〔18〕
如〔17〕所述之樹脂之製造方法,其中,上述有機溶劑(Y)的ClogP值為1.4以上。
[發明效果]
根據本發明,可提供一種缺陷少且LWR性能優異的感光化射線性或感放射線性樹脂組成物。又,根據本發明,可提供一種上述感光化射線性或感放射線性樹脂組成物之製造方法、使用上述感光化射線性或感放射線性樹脂組成物的感光化射線性或感放射線性膜、圖案形成方法、及電子器件之製造方法、以及可用於上述感光化射線性或感放射線性樹脂組成物之樹脂。
以下,將對本發明進行詳細說明。
以下所記載的關於本發明之構成要素的說明,有時係基於本發明之代表性實施態樣而進行,但本發明並不限定於該等實施態樣。
關於本說明書中之基團(原子團)的表述,只要不違背本發明之主旨,未記載取代及無取代之表述者,既包括不具有取代基的基團,亦包括包含取代基的基團。例如,所謂「烷基」,不僅包括不具有取代基的烷基(無取代烷基),亦包括具有取代基的烷基(取代烷基)。
作為取代基,若無特別指明,則較佳為一價的取代基。
在本說明書中,「可以具有取代基」時的取代基的種類、取代基的位置及取代基的數量並無特別限定。取代基的數量可以為例如一個、兩個、三個或更多個。作為取代基的例子,可舉出除氫原子之外的一價的非金屬原子團,例如,可以從以下取代基T中選擇。
(取代基T)
作為取代基T,可以舉出氟原子、氯原子、溴原子及碘原子等鹵素原子;甲氧基、乙氧基及第三丁氧基等烷氧基;苯氧基及對甲苯氧基等芳氧基;甲氧基羰基、丁氧基羰基及苯氧基羰基等烷氧基羰基;乙醯氧基、丙醯氧基及苯甲醯氧基等醯氧基;乙醯基、苯甲醯基、異丁醯基、丙烯醯基、甲基丙烯醯基及甲氧草醯基等醯基;甲基巰基及第三丁基巰基等烷基巰基;苯基巰基及對甲苯基巰基等芳基巰基;烷基;環烷基;芳基;雜芳基;羥基;羧基;甲醯基;磺酸基;氰基;烷基胺基羰基;芳基胺基羰基;磺醯胺基;矽烷基;胺基;單烷基胺基;二烷基胺基;芳基胺基;硝基;甲醯基;以及此等之組合。
本說明書中,所謂「有機基」,係指包含至少一個碳原子的基團。
本說明書中,所謂「光化射線」或「放射線」,係意指例如以水銀燈之明線光譜、準分子雷射為代表的遠紫外線、極紫外線(EUV:Extreme Ultraviolet)、X射線及電子束(EB:Electron Beam)。
本說明書中,所謂「光」,係意指光化射線或放射線。
本說明書中,所謂「曝光」,若無特別指明,則不僅包括利用以水銀燈之明線光譜、準分子雷射為代表的遠紫外線、極紫外線、X射線及EUV等的曝光,亦包括利用電子束及離子束等之粒子束的描繪。
本說明書中,所謂「~」,係以將其前後記載之數值作為下限值和上限值而包含之意來使用。
本說明書中,若無特別指明,則所表述之二價基的鍵結方向不受限制。例如,於由「X-Y-Z」所成之式所表示的化合物中,當Y為-COO-時,Y可以為-CO-O-,亦可以為-O-CO-。又,上述化合物既可以為「X-CO-O-Z」,亦可以為「X-O-CO-Z」。
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,重量平均分子量(Mw)、數量平均分子量(Mn)及分散度(以下亦稱為「分子量分佈」)(Mw/Mn),係以利用GPC(Gel Permeation Chromatography)裝置(東曹(Tosoh)公司製HLC-8120GPC)藉由GPC測定(溶媒:四氫呋喃,流量(樣品注入量):10μL,管柱:東曹公司製TSK gel Multipore HXL-M,管柱溫度:40°C,流速:1.0 mL/分,檢測器:示差折射率檢測器(Refractive Index Detector))而得到的聚苯乙烯換算值來定義。
本說明書中,所謂酸解離常數(pKa),係表示水溶液中之pKa,具體而言,係使用下述軟體包1,將基於哈米特取代基常數及公知文獻值之資料庫的值,藉由計算求得的值。本說明書中所記載的pKa值均表示使用此軟體包藉由計算求得的值。
軟體包1:Advanced Chemistry Development (ACD/Labs) Software V8.14 for Solaris (1994-2007 ACD/Labs)。
又,pKa亦可利用分子軌道計算法求得。作為具體方法,可舉出藉由基於熱力學循環計算水溶液中的H
+解離自由能來算出的方法。關於H
+解離自由能的計算方法,例如可利用DFT(密度泛函理論)來計算,但在文獻等中亦報告有其他各種方法,計算方法不限於此。此外,可實施DFT的軟體有複數種,例如,可舉出Gaussian16。
本說明書中,所謂pKa,如上所述,係指使用軟體包1將基於哈米特取代基常數及公知文獻值之資料庫的值,藉由計算求得的值,但在利用該方法無法算出pKa時,採用基於DFT(密度泛函理論)藉由Gaussian16得到的值。
又,本說明書中,pKa,如上所述,係指「水溶液中之pKa」,但在無法算出水溶液中之pKa時,採用「二甲基亞碸(DMSO)溶液中之pKa」。
[感光化射線性或感放射線性樹脂組成物]
本發明之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物含有具有五氟硫基的樹脂(A)(亦簡稱為「樹脂(A)」)及溶劑。
本發明之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物典型而言為光阻組成物,以下,本發明之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物亦稱為「光阻組成物」。
光阻組成物可以為正型光阻組成物,亦可以為負型光阻組成物。又,光阻組成物可以為鹼性顯影用光阻組成物,亦可以為有機溶劑顯影用光阻組成物。
光阻組成物較佳為化學增幅型光阻組成物。
本發明之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物缺陷少且LWR性能優異,本發明人等推測其原因如下。
認為體積大且具有特異的組態的五氟硫基在光阻膜中可以有效地抑制酸的擴散,因此LWR性能優異。又,認為五氟硫基對EB及EUV的吸收高且光阻膜的光子吸收效率得到提高亦是提高LWR性能的一個因素。
認為藉由使用具有五氟硫基的樹脂(A),光阻膜對於未曝光部與曝光部的顯影液的溶解對比度變大,從而抑制了缺陷的發生。提高溶解對比度的機制推測如下。
鹼性顯影時的推測機制:
由於具有五氟硫基的樹脂(A)很難於鹼性顯影液中溶解,因此未曝光部的溶解度低。另一方面,五氟硫基可提高藉由曝光而產生的酸基在鹼性顯影液中的溶解度(原因尚不清楚,但推測為可能係由曝光產生的酸性基與五氟硫基以某種方式相互作用)。結果,未曝光部和曝光部的溶解對比度變大。
有機溶劑顯影時的推測機制:
由於具有五氟硫基的樹脂(A)極易溶解於有機溶劑顯影液,因此未曝光部的溶解度高。另一方面,五氟硫基可降低藉由曝光而產生的酸基在有機溶劑顯影液中的溶解度(原因尚不清楚,但推測為可能是由曝光產生的酸基與五氟硫基以某種方式相互作用)。結果,未曝光部和曝光部的溶解對比度變大。
〔樹脂(A)〕
光阻組成物包含具有五氟硫基(-SF
5)的樹脂(A)。
樹脂(A)典型而言為聚合物,較佳為分子量為1000以上的聚合物。樹脂(A)可以為寡聚物,亦可以為聚合物。
樹脂(A)只要具有至少一個五氟硫基,其結構並無特別限定。
樹脂(A),例如,可以為包含具有五氟硫基的重複單元及具有酸分解性基的重複單元的樹脂,亦可以為進一步包含選自由具有內酯基的重複單元、具有環狀碳酸酯基的重複單元、及具有酚性羥基的重複單元所組成之群組中的至少一種的樹脂。又,樹脂(A)亦可以為此等之外的樹脂。
<具有酸分解性基的重複單元>
樹脂(A)較佳為包含藉由酸分解性基(藉由酸的作用發生分解而極性增大之基團),更佳為包含具有酸分解性基的重複單元。
當樹脂(A)包含具有酸分解性基的重複單元時,樹脂(A)為酸分解性樹脂。
具有酸分解性基的重複單元可以具有五氟硫基,亦可以不具有五氟硫基。
酸分解性基較佳為藉由酸的作用發生分解而產生極性基的基團。
酸分解性基較佳為具有以藉由酸的作用而脫離的脫離基來保護極性基之結構。亦即,樹脂(A)較佳為具有重複單元,該重複單元具有藉由酸的作用發生分解而產生極性基的基團。具有該重複單元的樹脂,藉由酸的作用,極性增大,從而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小。
作為上述極性基,較佳為鹼可溶性基,例如,可舉出羧基、酚性羥基、氟化醇基、磺酸基、磷酸基、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)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。
作為上述極性基,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。
作為藉由酸的作用而脫離的脫離基,例如,可舉出由式(Y1)~(Y4)表示的基團。
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分別獨立地表示烴基,較佳為表示烷基(直鏈狀或支鏈狀)、環烷基(單環或多環)、烯基(直鏈狀或支鏈狀)、或芳基(單環或多環)。此外,當Rx
1~Rx
3之全部為烷基(直鏈狀或支鏈狀)時,Rx
1~Rx
3中的至少兩個較佳為甲基。
其中,Rx
1~Rx
3較佳為分別獨立地表示直鏈狀或支鏈狀的烷基,Rx
1~Rx
3更佳為分別獨立地表示直鏈狀的烷基。
Rx
1~Rx
3中的兩個可以鍵結而形成環(可以為單環,亦可以為多環)。
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、異丁基及叔丁基等碳數1~5之烷基。
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。上述環烷基,例如,其中構成環的亞甲基中的一個可以被氧原子、硫原子等雜原子、羰基等包含雜原子的基團、或亞乙烯基所取代。又,此等環烷基,其中構成環烷烴環的伸乙基中的一個以上可以被伸乙烯基所取代。
作為Rx
1~Rx
3的芳基,較佳為碳數6~10之芳基,例如,可舉出苯基、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中的兩個鍵結而形成的環,較佳為環烷基。作為Rx
1~Rx
3中的兩個鍵結而形成的環烷基,較佳為環戊基或者環己基等單環的環烷基、或降冰片基、四環癸基、四環十二烷基或者金剛烷基等多環的環烷基,更佳為碳數5~6之單環的環烷基。
Rx
1~Rx
3中的兩個鍵結而形成的環烷基,例如,其中構成環的亞甲基中的一個可以被氧原子等雜原子、羰基等含有雜原子的基團或亞乙烯基所取代。又,此等環烷基,其中構成環烷烴環的伸乙基中的一個以上可以被伸乙烯基所取代。
由式(Y1)或式(Y2)表示的基團,例如,較佳為Rx
1為甲基或乙基、並且Rx
2與Rx
3鍵結而形成上述環烷基之態樣。
光阻組成物,例如,係EUV曝光用光阻組成物時,由Rx
1~Rx
3表示的烷基、環烷基、烯基、芳基、及Rx
1~Rx
3中的兩個鍵結而形成的環,亦較佳為進一步具有氟原子或碘原子作為取代基。
式(Y3)中,R
36~R
38分別獨立地表示氫原子或一價的有機基。R
37與R
38可以相互鍵結而形成環。作為一價的有機基,可以舉出烷基、環烷基、芳基、芳烷基及烯基。R
36較佳為氫原子。
此外,上述烷基、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團。例如,在上述烷基、環烷基、芳基及芳烷基,例如,一個以上的亞甲基可以被氧原子等雜原子及/或羰基等包含雜原子的基團所取代。
又,R
38可以與重複單元之主鏈所具有的其他取代基相互鍵結而形成環。R
38與重複單元之主鏈所具有的其他取代基相互鍵結而形成的基團較佳為亞甲基等伸烷基。
光阻組成物,例如,係EUV曝光用光阻組成物時,由R
36~R
38表示的一價的有機基及R
37與R
38相互鍵結而形成的環,亦較佳為進一步具有氟原子或碘原子作為取代基。
作為式(Y3),較佳為由下述式(Y3-1)表示的基團。
在此,L
1及L
2分別獨立地表示氫原子、烷基、環烷基、芳基、或將此等組合而成的基團(例如,將烷基和芳基組合而成的基團)。
M表示單鍵或二價的連結基。
Q表示可以包含雜原子的烷基、可以包含雜原子的環烷基、可以包含雜原子的芳基、胺基、銨基、巰基、氰基、醛基、或將此等組合而成的基團(例如,將烷基和環烷基組合而成的基團)。
烷基及環烷基,例如,其中一個亞甲基可以被氧原子等雜原子或羰基等含有雜原子之基團所取代。
此外,較佳為L
1及L
2中的一者為氫原子,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團。
Q、M及L
1中的至少兩個可以鍵結而形成環(較佳為5員或6員環)。
從圖案微細化之觀點而言,L
2較佳為二級或三級烷基,更佳為三級烷基。作為二級烷基,可舉出異丙基、環己基或降冰片基,作為三級烷基,可舉出叔丁基或金剛烷基。在此等態樣中,Tg(玻璃轉化溫度)及活化能變高,因此除了確保膜強度之外,亦可抑制霧化。
光阻組成物,例如,係EUV曝光用光阻組成物時,由L
1及L
2表示的烷基、環烷基、芳基及將此等組合而成的基團,亦較佳為進一步具有氟原子或碘原子作為取代基。又,上述烷基、環烷基、芳基及芳烷基中,除了氟原子及碘原子之外,亦較佳為含有氧原子等雜原子(亦即,上述烷基、環烷基、芳基及芳烷基,例如,其中一個亞甲基被氧原子等雜原子或羰基等包含雜原子之基團所取代)。
又,光阻組成物,例如,係EUV曝光用光阻組成物時,在可以包含由Q表示的雜原子的烷基、可以包含雜原子的環烷基、可以包含雜原子的芳基、胺基、銨基、巰基、氰基、醛基、及將此等組合而成的基團中,作為雜原子,亦較佳為選自由氟原子、碘原子及氧原子所組成之群組中的雜原子。
式(Y4)中,Ar表示芳香環基。Rn表示烷基、環烷基或芳基。Rn和Ar可以相互鍵結而形成非芳香族環。作為Ar,較佳為芳基。
光阻組成物,例如,係EUV曝光用光阻組成物時,由Ar表示的芳香環基以及由Rn表示的烷基、環烷基及芳基,亦較佳為具有氟原子及碘原子作為取代基。
從重複單元的酸分解性優異之觀點而言,在保護極性基的脫離基中,當非芳香族環直接與極性基(或其殘基)鍵結時,上述非芳香環中的、與上述極性基(或其殘基)直接鍵結的環員原子鄰接的環員原子,亦較佳為不具有氟原子等鹵素原子作為取代基。
此外,藉由酸的作用而脫離的脫離基亦可以為具有諸如3-甲基-2-環戊烯基的取代基(烷基等)的2-環戊烯基、及具有諸如1,1,4,4-四甲基環己基的取代基(烷基等)的環己基。
樹脂(A)較佳為包含選自由將羧基的氫原子用酸分解性基取代的基團、將醇性羥基的氫原子用酸分解性基取代的基團、及將酚性羥基的氫原子用酸分解性基取代的基團所組成之群組中的至少1種。
作為具有酸分解性基的重複單元,較佳為由下述通式(AI)表示的重複單元。
通式(AI)中,
Xa
1表示氫原子、鹵素原子、羥基或有機基。
T表示單鍵或二價的連結基。
Rx
1~Rx
3分別獨立地表示烴基。
Rx
1~Rx
3中的兩個可以鍵結而形成環。
由Xa
1表示的有機基較佳為烷基。上述烷基可以為直鏈狀,亦可以為支鏈狀。又,上述烷基可以具有取代基。作為上述烷基,例如,可舉出甲基或由-CH
2-R
11表示的基團。R
11表示鹵素原子(氟原子等)、羥基、或一價的有機基,例如,可舉出可以由鹵素原子取代的碳數5以下之烷基、可以由鹵素原子取代的碳數5以下之醯基、及可以由鹵素原子取代的碳數5以下之烷氧基,較佳為碳數3以下之烷基,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的二價的連結基,可舉出伸烷基、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-COO-Rt-基,更佳為單鍵。當T表示-COO-Rt-基時,Rt較佳為碳數1~5之伸烷基,更佳為-CH
2-基、-(CH
2)
2-基、或-(CH
2)
3-基。
Rx
1~Rx
3的烴基的碳數較佳為1~10。上述烴基可以具有取代基。
Rx
1~Rx
3的烴基較佳為烷基、環烷基、烯基或芳基。
Rx
1~Rx
3的烷基可以為直鏈狀,亦可以為支鏈狀。又,上述烷基可以具有取代基。作為上述烷基,較佳為甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、及叔丁基等碳數1~4之烷基。
Rx
1~Rx
3的環烷基可以為單環環烷基,亦可以為多環環烷基。又,上述環烷基可以具有取代基。作為上述環烷基,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。上述環烷基,例如,其中構成環的亞甲基中的一個可以被氧原子、硫原子等雜原子、羰基等包含雜原子的基團、或亞乙烯基所取代。又,此等環烷基,其中構成環烷烴環的伸乙基中的一個以上可以被伸乙烯基所取代。
Rx
1~Rx
3的芳基可以為單環芳基,亦可以為多環芳基。又,上述芳基可以具有取代基。作為上述芳基,較佳為碳數6~10之芳基,例如,可舉出苯基、萘基及蒽基。
Rx
1~Rx
3的烯基可以為直鏈狀,亦可以為支鏈狀。又,上述烯基可以具有取代基。作為上述烯基,較佳為乙烯基。
當Rx
1~Rx
3中的兩個鍵結而形成環時,所形成的環可以為單環,亦可以為多環。所形成的環較佳為環烷基。作為上述環烷基,較佳為環戊基及環己基等單環環烷基。又,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之單環的環烷基。
Rx
1~Rx
3中的兩個鍵結而形成的環烷基,例如,其中構成環的亞甲基中的一個可以被氧原子、硫原子等雜原子、羰基等包含雜原子的基團、或亞乙烯基所取代。又,此等環烷基,其中構成環烷烴環的伸乙基中的一個以上可以被伸乙烯基所取代。
當上述各基團具有取代基時,作為取代基並無特別限定,例如,可舉出烷基(碳數1~4等)、鹵素原子、羥基、烷氧基(碳數1~4等)、烷硫基(碳數1~4等)、羧基、及烷氧基羰基(碳數2~6等)。取代基中的碳數較佳為8以下。
樹脂(A)較佳為包含由下述通式(1)表示的重複單元。
通式(1)中,
Xa
1表示氫原子、鹵素原子、羥基或有機基。
Rx
1~Rx
3分別獨立地表示烴基。
Rx
1~Rx
3中的兩個可以鍵結而形成環。
由通式(1)表示的重複單元,典型而言為具有酸分解性基的重複單元。
通式(1)中的Xa
1與上述通式(AI)中的Xa
1含義相同,具體例及較佳範圍亦相同。
通式(1)中的Rx
1~Rx
3與上述通式(AI)中的Rx
1~Rx
3含義相同,具體例及較佳範圍亦相同。
作為具有酸分解性基的重複單元,亦還較佳為由下述通式(AX2)表示的重複單元。
通式(AX2)中,
Xa
1表示氫原子、鹵素原子、羥基或有機基。
Rx
1~Rx
3分別獨立地表示烴基。
Rx
1~Rx
3中的兩個可以鍵結而形成環。
Ar
1表示二價的芳香族烴基。
通式(AX2)中的Xa
1與上述通式(AI)中的Xa
1含義相同,具體例及較佳範圍亦相同。
通式(AX2)中的Rx
1~Rx
3與上述通式(AI)中的Rx
1~Rx
3含義相同,具體例及較佳範圍亦相同。
通式(AX2)中的Ar
1較佳為伸芳基,更佳為碳數6~20的伸芳基,進一步較佳為碳數6~10的伸芳基,特佳為伸苯基。Ar
1可以具有取代基,作為取代基,例如,可舉出烷基(碳數1~4)、鹵素原子、羥基、烷氧基(碳數1~4)、羧基、及烷氧基羰基(碳數2~6)等,較佳為碳數8以下者。
當樹脂(A)包含將酚性羥基的氫原子用酸分解性基取代的基團時,樹脂(A)較佳為具有含有酚性羥基中之氫原子藉由由式(Y1)~(Y4)表示的基團保護的結構的重複單元。
作為包含將酚性羥基的氫原子用酸分解性基取代的基團的重複單元,較佳為由下述通式(AII)表示的重複單元。
通式(AII)中,
R
61、R
62及R
63分別獨立地表示氫原子、烷基、環烷基、鹵素原子、氰基或烷氧基羰基。然而,R
62可以與Ar
6鍵結而形成環,在這種情況下,R
62表示單鍵或伸烷基。
X
6表示單鍵,-COO-或-CONR
64-。R
64表示氫原子或烷基。
L
6表示單鍵或伸烷基。
Ar
6表示(n+1)價的芳香族烴基,當與R
62鍵結而形成環時表示(n+2)價的芳香族烴基。
當n≥2時,Y
2分別獨立地表示氫原子或藉由酸作用而脫離的基團。然而,至少一個Y
2表示藉由酸的作用而脫離的基團。
作為Y
2的藉由酸的作用而脫離的基團,較佳為由上述式(Y1)~(Y4)表示的基團。
n表示1~4的整數。
上述各基團可以具有取代基,作為取代基,例如,可舉出烷基(碳數1~4)、鹵素原子、羥基、烷氧基(碳數1~4)、羧基、及烷氧基羰基(碳數2~6)等,較佳為碳數8以下者。
作為具有酸分解性基的重複單元,亦較佳為由下述式(AIII)表示的重複單元。
L
1表示可以具有氟原子或碘原子的二價的連結基,R
1表示氫原子、氟原子、碘原子、可以具有氟原子或碘原子的烷基、或可以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並可以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表示可以具有氟原子或碘原子的二價的連結基。作為可以具有氟原子或碘原子的二價的連結基,可舉出-CO-、-O-、-S-、-SO-、-SO
2-、可以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)、及此等複數個連結而成的連結基。其中,作為L
1,較佳為-CO-、伸芳基、或具有-伸芳基-氟原子或碘原子的伸烷基-,更佳為-CO-、或具有-伸芳基-氟原子或碘原子的伸烷基。
作為伸芳基,較佳為伸苯基。
伸烷基可以為直鏈狀,亦可以為支鏈狀。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所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,進一步較佳為3~6。
R
1表示氫原子、氟原子、碘原子、可以具有氟原子或者碘原子的烷基、或可以具有氟原子或者碘原子的芳基。
烷基可以為直鏈狀,亦可以為支鏈狀。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所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,進一步較佳為1~3。
上述烷基可以包含鹵素原子之外的氧原子等雜原子。
R
2表示藉由酸的作用而脫離、並且可以具有氟原子或碘原子的脫離基。作為可以具有氟原子或碘原子的脫離基,可舉出由上述式(Y1)~(Y4)表示、並且具有氟原子或碘原子的脫離基。
當樹脂(A)包含具有酸分解性基的重複單元時,具有酸分解性基的重複單元的含量並無特別限定,但相對於樹脂(A)中的所有重複單元,較佳為15莫耳%以上,更佳為20莫耳%以上,進一步較佳為30莫耳%以上。又,具有酸分解性基的重複單元的含量,相對於樹脂(A)中的所有重複單元,較佳為90莫耳%以下,更佳為80莫耳%以下,進一步較佳為70莫耳%以下,特佳為60莫耳%以下。
樹脂(A)可以僅包含一種具有酸分解性基的重複單元,亦可以包含兩種以上。
具有酸分解性基的重複單元之具體例如下所示,但本發明不限定於此。此外,式中,Xa
1表示H、CH
3、CF
3及CH
2OH中之任一者,Rxa及Rxb分別表示碳數1~5之直鏈狀或支鏈狀的烷基。
(具有包含不飽和鍵的酸分解性基的重複單元)
樹脂(A)可以具有包含不飽和鍵的酸分解性基的重複單元。
作為具有含有不飽和鍵之酸分解性基的重複單元,較佳為由式(B)表示的重複單元。
式(B):
式(B)中,
Xb表示氫原子、鹵素原子、或可以具有取代基的烷基。
L表示單鍵、或可以具有取代基的二價的連結基。
Ry
1~Ry
3分別獨立地表示直鏈狀、支鏈狀的烷基、單環狀、多環狀的環烷基、烯基、炔基、或單環或多環的芳基。其中,Ry
1~Ry
3中的至少一個表示烯基、炔基、單環或多環的環烯基、或單環或多環的芳基。
Ry
1~Ry
3中的兩個可以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表示的、可以具有取代基的烷基,例如,可舉出甲基或由-CH
2-R
11表示的基團。R
11表示鹵素原子(氟原子等)、羥基、或一價的有機基,例如,可舉出可以由鹵素原子取代的碳數5以下之烷基、可以由鹵素原子取代的碳數5以下之醯基、及可以由鹵素原子取代的碳數5以下之烷氧基,較佳為碳數3以下之烷基,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的二價的連結基,可舉出-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例如可以具有鹵素原子、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、及叔丁基等碳數1~4之烷基。
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之芳基,例如,可舉出苯基、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含有雙鍵之結構。
作為Ry
1~Ry
3中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。又,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,更佳為碳數5~6之單環的環烷基。
Ry
1~Ry
3中的兩個鍵結而形成的環烷基或環烯基,例如,其中構成環的亞甲基中的一個可以被氧原子等雜原子、羰基、-SO
2-基、SO
3-基等含有雜原子的基團、或亞乙烯基、或此等之組合所取代。又,此等環烷基或環烯基,其中構成環烷烴環或環烯烴環的伸乙基中的一個以上可以被伸乙烯基所取代。
由式(B)表示的重複單元,例如,較佳為Ry
1為甲基、乙基、乙烯基、烯丙基、芳基、且Ry
2與Ry
3鍵結而形成上述環烷基、環烯基之態樣。
當上述各基團具有取代基時,作為取代基,例如,可舉出烷基(碳數1~4)、鹵素原子、羥基、烷氧基(碳數1~4)、羧基、及烷氧基羰基(碳數2~6)。取代基中的碳數較佳為8以下。
作為由式(B)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(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)、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)。
當樹脂(A)包含具有包含不飽和鍵的酸分解性基的重複單元時,具有含有不飽和鍵之酸分解性基的重複單元之含量,相對於樹脂(A)中的所有重複單元,較佳為15莫耳%以上,更佳為20莫耳%以上,進一步較佳為30莫耳%以上。又,具有包含不飽和鍵的酸分解性基的重複單元的含量,相對於樹脂(A)中的所有重複單元,較佳為80莫耳%以下,更佳為70莫耳%以下,特佳為60莫耳%以下。
具有含有不飽和鍵之酸分解性基的重複單元之具體例如下所示,但本發明不限定於此。此外,式中,Xb、L1表示如上所述之取代基和連結基中之任一者,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之烷基或氟代烷基)、或羧基等取代基,R’表示直鏈狀、支鏈狀的烷基、單環狀、多環狀的環烷基、烯基、炔基、單環或多環的芳基,Q表示氧原子等雜原子、羰基、-SO
2-基、-SO
3-基等含有雜原子的基團、或亞乙烯基、或此等之組合,n及m表示0以上的整數。
<具有極性基的重複單元>
樹脂(A)可以具有,具有極性基的重複單元。
作為極性基,可舉出羥基、氰基、羧基等。
具有極性基的重複單元,較佳為具有被極性基取代的脂環烴結構的重複單元。又,具有極性基的重複單元,較佳為不具有酸分解性基。在被極性基團取代的脂環烴結構中,作為脂環烴結構較佳為金剛烷基或降冰片基。
具有極性基的重複單元可以具有五氟硫基,亦可以不具有五氟硫基。
以下舉出相當於具有極性基的重複單元的單體之具體例,但本發明不限定於此等具體例。又,雖然以下具體實例對甲基丙烯酸酯化合物進行了描述,但亦可以為丙烯酸酯化合物。
除此之外,作為具有極性基的重複單元之具體例,還可以舉出美國專利申請公開2016/0070167號之段落[0415]~[0433]中所公開的結構單元。
樹脂(A)可以僅包含一種具有極性基的重複單元,亦可以包含兩種以上。
當樹脂(A)包含具有極性基的重複單元時,其含量相對於樹脂(A)中的所有重複單元,較佳為0.1~40莫耳%,更佳為1~30莫耳%。
樹脂(A)可以包含上述的重複單元之外的重複單元。
例如,樹脂(A)可以包含選自由以下A群組所組成之群組中的至少一種重複單元、及/或選自由以下B群組所組成之群組中的至少一種重複單元。
A群組係由以下(20)~(29)的重複單元所組成之群組:
(20)後述的、具有酸基的重複單元;
(21)後述的、具有氟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、具有光酸產生基的重複單元;
(24)後述的、由式(V-1)或下述式(V-2)表示的重複單元;
(25)後述的、由式(A)表示的重複單元;
(26)後述的、由式(B)表示的重複單元;
(27)後述的、由式(C)表示的重複單元;
(28)後述的、由式(D)表示的重複單元;
(29)後述的、由式(E)表示的重複單元。
B群組係由以下(30)~(32)的重複單元所組成之群組:
(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團的重複單元;
(31)後述的、具有脂環式烴結構,且不顯示酸分解性的重複單元;
(32)後述的、不具有羥基及氰基中之任一者,且由式(III)表示的重複單元。
樹脂(A)較佳為具有酸基,如後所述,較佳為包含具有酸基的重複單元。此外,關於酸基的定義,在後文中將與具有酸基的重複單元之較佳態樣一起進行說明。當樹脂(A)具有酸基時,樹脂(A)與由化合物(B)所產生的酸之間之相互作用性更優異。其結果,可以進一步抑制酸的擴散,使得所形成的圖案之截面形狀更接近矩形。
光阻組成物用作EUV用感光化射線性或感放射線性樹脂組成物時,樹脂(A)較佳為具有選自由上述A群組所組成之群組中的至少一種重複單元。
又,光阻組成物用作EUV用感光化射線性或感放射線性樹脂組成物時,樹脂(A)較佳為包含氟原子及碘原子中的至少一者。樹脂(A)包含氟原子及碘原子之兩者時,樹脂(A)可以具有一個包含氟原子及碘原子之兩者的重複單元,樹脂(A)亦可以包含具有氟原子的重複單元和具有碘原子的重複單元這兩種重複單元。
又,光阻組成物用作EUV用感光化射線性或感放射線性樹脂組成物時,樹脂(A)亦較佳為具有含有芳香族基的重複單元的樹脂。
光阻組成物用作ArF用感光化射線性或感放射線性樹脂組成物時,樹脂(A)較佳為具有選自由上述B群組所組成之群組中的至少一種重複單元。
此外,光阻組成物用作ArF用感光化射線性或感放射線性樹脂組成物時,樹脂(A)較佳為不含氟原子或矽原子中之任一者。
又,光阻組成物用作ArF用感光化射線性或感放射線性樹脂組成物時,樹脂(A)較佳為不具有芳族基團。
樹脂(A)較佳為具有選自由內酯基、碳酸酯基、磺內酯基、及具有羥基的環式基所組成之群組中的至少一種。有關內酯基、碳酸酯基或磺內酯基將後述。具有羥基的環式基較佳為具有羥基的脂環式基,作為具體例,可舉出在後述的具有酸基的重複單元中例示者。
<具有酸基的重複單元>
樹脂(A)較佳為包含具有酸基的重複單元。
作為酸基,較佳為pKa為13以下之酸基。如上所述,上述酸基的酸解離常數較佳為13以下,更佳為3~13,進一步較佳為5~10。
在樹脂(A)具有pKa為13以下之酸基的情況下,樹脂(A)中的酸基之含量並無特別限制,多數情況下為0.2~6.0mmol/g。其中,較佳為0.8~6.0mmol/g,更佳為1.2~5.0mmol/g,進一步較佳為1.6~4.0mmol/g。若酸基的含量在上述範圍內,則顯影會良好地進行,所形成的圖案形狀優異,解析性亦優異。
作為酸基,例如,較佳為羧基、酚性羥基、氟代醇基(較佳為六氟異丙醇基)、磺酸基、磺醯胺基、或異丙醇基。
又,上述六氟異丙醇基中,一個以上(較佳為1~2個)的氟原子可以被氟原子之外的基團(烷氧基羰基等)所取代。作為酸基,亦較佳為如此形成的-C(CF
3)(OH)-CF
2-。又,一個以上的氟原子可以被氟原子之外的基團所取代而形成包含-C(CF
3)(OH)-CF
2-的環。
具有酸基的重複單元,較佳為與具有以藉由上述酸的作用而脫離的脫離基來保護極性基之結構的重複單元及具有後述的內酯基、磺內酯基或碳酸酯基的重複單元相異的重複單元。
具有酸基的重複單元可以具有五氟硫基,亦可以不具有五氟硫基。
具有酸基的重複單元可以具有氟原子或碘原子。
作為具有酸基的重複單元,可舉出以下重複單元。
樹脂(A)較佳為包含具有酚性羥基的重複單元。
作為具有酚性羥基的重複單元,較佳為由下述通式(Y)表示的重複單元。
通式(Y)中,
A表示氫原子、烷基、環烷基、鹵素原子或氰基。
L表示單鍵、或具有氧原子的二價的連結基。
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、烷氧基羰基或芳氧羰基,有複數個時可以相同亦可以相異。當具有複數個R時,可以彼此共同形成環。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。
通式(Y)中的R較佳為氫原子。L較佳為單鍵。
以下,例示具有酸基的重複單元。式中,a表示1~3的整數,R表示氫原子或甲基。
當樹脂(A)包含具有酸基的重複單元時,具有酸基的重複單元的含量,相對於樹脂(A)中的所有重複單元,較佳為10莫耳%以上,更佳為15莫耳%以上。又,具有酸基的重複單元的含量,相對於樹脂(A)中的所有重複單元,較佳為70莫耳%以下,更佳為65莫耳%以下,進一步較佳為60莫耳%以下。
樹脂(A)可以僅包含一種具有酸基的重複單元,亦可以包含兩種以上。
<具有氟原子、溴原子或碘原子的重複單元>
除了上述的<具有酸分解性基的重複單元>及<具有酸基的重複單元>之外,樹脂(A)還可以具有含有氟原子、溴原子或碘原子的重複單元。又,這裡所說的<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<具有光酸產生基的重複單元>等屬於A群組的其他類型的重複單元相異。
具有氟原子、溴原子或碘原子的重複單元可以具有五氟硫基,亦可以不具有五氟硫基。
作為具有氟原子、溴原子或碘原子的重複單元,較佳為由式(C)表示的重複單元。
L
5表示單鍵或酯基。
R
9表示氫原子、或可以具有氟原子、溴原子或者碘原子的烷基。
R
10表示氫原子、可以具有氟原子、溴原子或者碘原子的烷基、可以具有氟原子、溴原子或者碘原子的環烷基、可以具有氟原子、溴原子或者碘原子的芳基、或將此等組合而成的基團。
以下,例示具有氟原子或碘原子的重複單元。
當樹脂(A)包含具有氟原子、溴原子或碘原子的重複單元時,具有氟原子、溴原子或碘原子的重複單元的含量,相對於樹脂(A)中的所有重複單元,較佳為0莫耳%以上,更佳為5莫耳%以上,進一步較佳為10莫耳%以上。又,具有氟原子、溴原子或碘原子的重複單元的含量,相對於樹脂(A)中的所有重複單元,較佳為50莫耳%以下,更佳為45莫耳%以下,進一步較佳為40莫耳%以下。
樹脂(A)可以僅包含一種具有氟原子、溴原子或碘原子的重複單元,亦可以包含兩種以上。
此外,如上所述,具有氟原子、溴原子或碘原子的重複單元不包括<具有酸分解性基的重複單元>及<具有酸基的重複單元>,由此,具有上述氟原子、溴原子或碘原子的重複單元的含量亦意指除<具有酸分解性基的重複單元>及<具有酸基的重複單元>之外的具有氟原子、溴原子或碘原子的重複單元的含量。
在樹脂(A)的重複單元中,含有氟原子、溴原子及碘原子中的至少一者的重複單元的總含量,相對於樹脂(A)的所有重複單元,較佳為10莫耳%以上,更佳為20莫耳%以上,進一步較佳為30莫耳%以上,特佳為40莫耳%以上。上限值並無特別限制,例如,相對於樹脂(A)的所有重複單元為100莫耳%以下。
此外,作為含有氟原子、溴原子及碘原中的至少一者的重複單元,例如可舉出具有氟原子、溴原子或碘原子並且具有酸分解性基的重複單元、具有氟原子、溴原子或碘原子並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。
<具有選自由內酯基、磺內酯基、碳酸酯基、羥基、氰基及鹼可溶性基所組成之群組中的至少一種基團的重複單元>
樹脂(A)可以包含具有選自由內酯基、磺內酯基、碳酸酯基、羥基、氰基及鹼可溶性基所組成之群組中的至少一種基團的重複單元。
樹脂(A)較佳為包含具有選自由內酯基及環狀碳酸酯基所組成之群組中的至少一種的重複單元。
首先,對具有選自由內酯基、磺內酯基及碳酸酯基所組成之群組中的至少一種的重複單元(以下亦稱為「具有內酯基、磺內酯基或碳酸酯基的重複單元」。)進行說明。
具有內酯基、磺內酯基或碳酸酯基的重複單元,亦較佳為不具有羥基、及六氟丙醇基等酸基。
具有選自由內酯基、磺內酯基、碳酸酯基、羥基、氰基及鹼可溶性基所組成之群組中的至少一種基團的重複單元可以具有五氟硫基,亦可以不具有五氟硫基。
作為內酯基或磺內酯基,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5~7員環內酯結構或5~7員環磺內酯結構。其中,更佳為以形成雙環結構或螺環結構之形式在5~7員環內酯結構上縮環有其他環結構者、或以形成雙環結構或螺環結構之形式在5~7員環磺內酯結構上縮環有其他環結構者。
樹脂(A)較佳為具有含有內酯基或磺內酯基的重複單元,該內酯基或磺內酯基係從由下述式(LC1-1)~(LC1-21)中之任一者所表示的內酯結構、或由下述式(SL1-1)~(SL1-3)中之任一者所表示的磺內酯結構的環員原子中抽出一個以上氫原子而成。
又,內酯基或磺內酯基亦可以直接鍵結於主鏈上。例如,內酯基或磺內酯基的環員原子亦可以構成樹脂(A)的主鏈。
上述內酯結構或磺內酯結構部分亦可以具有取代基(Rb
2)。作為較佳的取代基(Rb
2),可舉出碳數1~8之烷基、碳數4~7之環烷基、碳數1~8之烷氧基、碳數1~8之烷氧基羰基、羧基、鹵素原子、氰基、及酸分解性基。n2表示0~4的整數。n2為2以上時,存在複數個的Rb
2可以相異,又,存在複數個的Rb
2可以彼此鍵結而形成環。
作為具有含有由式(LC1-1)~(LC1-21)中之任一者所表示的內酯結構、或由式(SL1-1)~(SL1-3)中之任一者所表示的磺內酯結構之基團的重複單元,例如,可舉出由下述式(AI-2)表示的重複單元。
式(AI-2)中,Rb
0表示氫原子、鹵素原子、或碳數1~4之烷基。作為Rb
0的烷基可以具有的較佳取代基,可舉出羥基及鹵素原子。
作為Rb
0的鹵素原子,可舉出氟原子、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的連結基、醚基、酯基、羰基、羧基、或將此等組合而成的二價的基團。其中,較佳為單鍵、或由-Ab
1-CO
2-表示的連結基。Ab
1為直鏈狀或支鏈狀的伸烷基,或單環或者多環的伸環烷基,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表示從由式(LC1-1)~(LC1-21)中之任一者所表示的內酯結構的環員原子中抽出一個氫原子而成的基團、或從由式(SL1-1)~(SL1-3)中之任一者所表示的磺內酯結構的環員原子中抽出一個氫原子而成的基團。
具有內酯基或磺內酯基的重複單元中存在光學異構體時,可以使用任何光學異構體。又,可以單獨使用一種光學異構體,亦可以將複數種光學異構體混合使用。主要使用一種光學異構體時,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,較佳為由下述式(A-1)表示的重複單元。
式(A-1)中,R
A 1表示氫原子、鹵素原子或一價的有機基(較佳為甲基)。
n表示0以上的整數。
R
A 2表示取代基。n為2以上時,存在複數個的R
A 2可以分別相同亦可以分別相異。
A表示單鍵或二價的連結基。作為上述二價的連結基,較佳為伸烷基、具有單環或多環的脂環式烴結構的二價的連結基、醚基、酯基、羰基、羧基、或將此等組合而成的二價的基團。
Z表示與式中的由-O-CO-O-表示的基團一起形成單環或多環的原子團。
以下,例示具有內酯基、磺內酯基或碳酸酯基的重複單元。式中,Rx表示氫原子、-CH
3、-CH
2OH、或-CF
3。
接著,對具有羥基或氰基的重複單元進行說明。
樹脂(A)可以具有含有羥基或氰基的重複單元。藉此,可提高基板密著性和顯影液親和性。
具有羥基或氰基的重複單元,較佳為具有被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,可舉出日本特開2014-98921號公報之段落[0081]~[0084]中所記載之重複單元。
接著,對具有鹼可溶性基的重複單元進行說明。
樹脂(A)可以具有含有鹼可溶性基的重複單元。
作為鹼可溶性基團,可舉出羧基、磺醯胺基、磺醯亞胺基、雙磺醯亞胺基、α位被拉電子基取代的脂肪族醇(例如,六氟異丙醇基),較佳為羧基。藉由樹脂(A)含有具有鹼可溶性基的重複單元,可增加於接觸孔用途中的解析性。作為具有鹼可溶性基的重複單元,可舉出日本特開2014-98921號公報之段落[0085]及[0086]中所記載之重複單元。
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團的重複單元的含量,相對於樹脂(A)中的所有重複單元,較佳為1莫耳%以上,更佳為10莫耳%以上。又,作為其上限值,相對於樹脂(A)中的所有重複單元,較佳為85莫耳%以下,更佳為80莫耳%以下,進一步較佳為70莫耳%以下,特佳為60莫耳%以下。
樹脂(A)可以僅包含一種具有選自內酯基、磺內酯基、碳酸酯基、羥基、氰基和鹼可溶性基中的至少一種基團的重複單元,亦可以包含兩種以上。
<具有光酸產生基的重複單元>
作為上述之外的重複單元,樹脂(A)可以具有含有藉由光化射線或放射線之照射而產生酸的基團(以下,亦稱為「光酸產生基」)的重複單元。
具有光酸產生基的重複單元可以具有五氟硫基,亦可以不具有五氟硫基。
作為含有光酸產生基的重複單元,例如,可舉出由下述式(4)表示的重複單元。
R
41表示氫原子或甲基。L
41表示單鍵或二價的連結基。L
42表示二價的連結基。R
40表示藉由光化射線或放射線之照射發生分解而在側鏈產生酸的結構部位。
以下,例示具有光酸產生基的重複單元。
此外,作為由式(4)表示的重複單元,可舉出日本特開2014-041327號公報之段落[0094]~[0105]中所記載之重複單元、及國際公開第2018/193954號之段落[0094]中所記載之重複單元。
當樹脂(A)包含具有光酸產生基的重複單元時,具有光酸產生基的重複單元的含量,相對於樹脂(A)中的所有重複單元,較佳為1莫耳%以上,更佳為5莫耳%以上。又,具有光酸產生基的重複單元的含量,相對於樹脂(A)中的所有重複單元,較佳為40莫耳%以下,更佳為35莫耳%以下,進一步較佳為30莫耳%以下。
樹脂(A)可以僅包含一種具有光酸產生基的重複單元的含量,亦可以包含兩種以上。
<由式(V-1)或下述式(V-2)表示的重複單元>
樹脂(A)可以具有由下述式(V-1)或下述式(V-2)表示的重複單元。
由下述式(V-1)及下述式(V-2)表示的重複單元,較佳為與上述重複單元相異的重複單元。
由下述式(V-1)或式(V-2)表示的重複單元可以具有五氟硫基,亦可以不具有五氟硫基。
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之烷基或氟化烷基)、或羧基。作為烷基,較佳為碳數1~10之直鏈狀、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,例示由式(V-1)或(V-2)表示的重複單元。
作為由式(V-1)或(V-2)表示的重複單元,例如,可舉出國際公開第2018/193954號之段落[0100]中所記載之重複單元。
<用於降低主鏈的運動性的重複單元>
從能夠抑制所產生的酸的過度擴散或顯影時的圖案崩解之觀點而言,樹脂(A)較佳為具有較高的玻璃轉化溫度(Tg)。Tg較佳為大於90°C,更佳為大於100°C,進一步較佳為大於110°C為,特佳為大於125°C。此外,由於過高的Tg會導致在顯影液中的溶解速度降低,因此Tg較佳為400°C以下,更佳為350°C以下。
此外,本說明書中,樹脂(A)等聚合物的玻璃轉化溫度(Tg)(以下亦稱為「重複單元之Tg」)藉由以下方法算出。首先,使用Bicerano法分別計算僅由包含於聚合物中的各重複單元構成的均聚物之Tg。接著,計算各重複單元相對於聚合物中的所有重複單元的質量比率(%)。接著,使用Fox公式(記載於Materials Letters 62(2008)3152等)計算各質量比率下的Tg,並將該等之總和作為聚合物之Tg(℃)。
Bicerano法記載於Prediction of polymer properties、Marcel Dekker Inc、New York(1993)。又,利用Bicerano法計算Tg時,可以使用聚合物之物性概算軟體MDL Polymer(MDL Information Systems, Inc.)來進行計算。
欲提高樹脂(A)的Tg(較佳為,使Tg超過90°C),較佳為使樹脂(A)的主鏈的運動性降低。降低樹脂(A)的主鏈的運動性的方法,可舉出以下(a)~(e)的方法。
(a)向主鏈導入大體積的取代基
(b)向主鏈導入複數個取代基
(c)向主鏈近旁導入誘發樹脂(A)之間之相互作用的取代基
(d)在環狀結構中形成主鏈
(e)向主鏈連結環狀結構
此外,樹脂(A)較佳為具有均聚物之Tg顯示130°C以上的重複單元。
此外,均聚物之Tg顯示130°C以上的重複單元的種類並無特別限制,只要係利用Bicerano法算出的均聚物之Tg為130°C以上的重複單元即可。此外,依據後述的由式(A)~式(E)表示的重複單元中之官能基的種類,可相當於均聚物之Tg顯示130°C以上的重複單元。
(由式(A)表示的重複單元)
作為上述(a)的具體實現方法之一例,可舉出在樹脂(A)中導入由式(A)表示的重複單元之方法。
式(A)中,R
A表示含有多環結構之基團。R
x表示氫原子、甲基或乙基。所謂含有多環結構之基團,係含有複數個環結構之基團,複數個環結構可以稠合,亦可以不稠合。
作為由式(A)表示的重複單元之具體例,可舉出國際公開第2018/193954號之段落[0107]~[0119]中所記載之重複單元。
(由式(B)表示的重複單元)
作為上述(b)的具體實現方法之一例,可舉出在樹脂(A)中導入由式(B)表示的重複單元之方法。
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中的至少兩個以上表示有機基。
又,當有機基的至少一個為環結構與重複單元中的主鏈直接連結的基團時,對其他有機基的種類並無特別限制。
又,當有機基中沒有一個為環結構與重複單元中的主鏈直接連結的基團時,有機基的至少兩個以上為除氫原子之外的構成原子數為三個以上的取代基。
作為由式(B)表示的重複單元之具體例,可舉出國際公開第2018/193954號之段落[0113]~[0115]中所記載之重複單元。
(由式(C)表示的重複單元)
作為上述(c)的具體實現方法之一例,可舉出在樹脂(A)中導入由式(C)表示的重複單元之方法。
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中的至少一個為自主鏈碳起在原子數3以內含有氫鍵性的氫原子的基團。其中,就誘發樹脂(A)的主鏈間之相互作用而言,較佳為在原子數2以內(更靠近主鏈)具有氫鍵性的氫原子。
作為由式(C)表示的重複單元之具體例,可舉出國際公開第2018/193954號之段落[0119]~[0121]中所記載之重複單元。
(由式(D)表示的重複單元)
作為上述(d)的具體實現方法之一例,可舉出在樹脂(A)中導入由式(D)表示的重複單元之方法。
式(D)中,「Cylic」表示以環狀結構形成主鏈的基團。環的構成原子數並無特別限制。
作為由式(D)表示的重複單元之具體例,可舉出國際公開第2018/193954號之段落[0126]~[0127]中所記載之重複單元。
(由式(E)表示的重複單元)
作為上述(e)的具體實現方法之一例,可舉出在樹脂(A)中導入由式(E)表示的重複單元之方法。
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,可舉出可以具有取代基的烷基、環烷基、芳基、芳烷基及烯基。
「Cylic」為含有主鏈的碳原子的環狀基。環狀基所含有的原子數並無特別限制。
作為由式(E)表示的重複單元之具體例,可舉出國際公開第2018/193954號之段落[0131]~[0133]中所記載之重複單元。
<具有脂環式烴結構且不顯示酸分解性的重複單元>
樹脂(A)可以含有具有脂環式烴結構且不顯示酸分解性的重複單元。藉此,在液浸曝光時,能夠減少低分子成分從光阻膜向液浸液中溶出。作為這種重複單元,例如,可舉出由源自(甲基)丙烯酸1-金剛烷酯、(甲基)丙烯酸二金剛烷酯、(甲基)丙烯酸三環癸酯、或(甲基)丙烯酸環己酯的重複單元。
<不具有羥基及氰基中之任一者的、由式(III)表示的重複單元>
樹脂(A)可以具有不具有羥基及氰基中之任一者的、由式(III)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中之任一者的烴基。
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中之任一者的、由式(III)表示的重複單元,可舉出日本特開2014-98921號公報之段落[0087]~[0094]中所記載之重複單元。
<其他重複單位>
還有,樹脂(A)可以具有上述的重複單元之外的重複單元。
例如,樹脂(A)可以具有選自由具有氧雜環基的重複單元、具有噁唑酮環基的重複單元、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之群組中的重複單元。
以下,例示此種重複單元。
樹脂(A)除了上述重複結構單元之外,亦可以為了調節耐乾蝕刻性、標準顯影液適應性、基板密著性、光阻形狀、解析性、耐熱性、及感度等而具有各種重複結構單元。
<具有五氟硫基的重複單元>
樹脂(A)較佳為包含具有五氟硫基的重複單元。
具有五氟硫基的重複單元的含量並無特別限定,但相對於樹脂(A)中的所有重複單元,較佳為1莫耳%以上、更佳為5莫耳%以上、進一步較佳為10莫耳%以上。又,具有五氟硫基的重複單元的含量,相對於樹脂(A)中的所有重複單元,較佳為70莫耳%以下,更佳為65莫耳%以下,進一步較佳為60莫耳%以下,特佳為55莫耳%以下。
樹脂(A)可以僅包含一種具有五氟硫基的重複單元,亦可以包含兩種以上。
樹脂(A)較佳為包含由下述通式(2)、(3)及(4)中任一者所表示的聚合性化合物的聚合性基聚合而形成的重複單元。
由下述通式(2)、(3)及(4)中任一者所表示的聚合性化合物的聚合性基聚合而形成的重複單元係具有五氟硫基的重複單元。
<重複單元(2)>
由通式(2)表示的聚合性化合物的聚合性基聚合而形成的重複單元亦稱為「重複單元(2)」。
通式(2)中,
Z
1表示具有聚合性基的基團。
E
1表示單鍵或連結基。
Xa表示鹵素原子、羥基或有機基。當存在複數個Xa時,複數個Xa可以相同亦可以相異。
m1表示1以上且(5+2k)以下的整數。
m2表示0以上且(5+2k-m1)以下的整數。
k表示0以上的整數。
*分別表示鍵結於通式(2)中所記載的芳香族烴的鍵結鍵,
通式(2)中,Z
1表示具有聚合性基的基團。
Z
1的聚合性基並無特別限定,但較佳為包含不飽和雙鍵的基團,例如可舉出(甲基)丙烯醯基、乙烯基、烯丙基、苯乙烯基等,較佳為(甲基)丙烯醯基。
Z
1可以為僅由聚合性基構成的基團,亦可以為由聚合性基和其他基構成的基團。作為由聚合性基和其他基構成的基團,例如,可舉出聚合性基的至少一個氫原子被取代基(例如,上述的取代基T)取代的基團。
通式(2)中,E
1表示單鍵或連結基。
E
1的連結基並無特別限定,可舉出-O-、-CO-、-COO-、-S-、-SO-、-SO
2-、-NE
2-、烴基(例如,伸烷基、伸環烷基、伸烯基、伸芳基等)、伸雜芳基及此等複數個連結而成的連結基等。E
2表示氫原子或有機基。
當E
2表示有機基時,有機基較佳為烷基、環烷基、烯基或芳基。
作為E
2的烷基,較佳為,例如,甲基、乙基、丙基、異丙基、正丁基、仲丁基、己基、2-乙基己基、辛基、十二烷基等碳數20以下的烷基,更佳為碳數8以下的烷基。
作為E
2的烷基可以具有取代基。
作為E
1的伸烷基可以具有取代基,較佳為亞甲基、伸乙基、伸丙基、伸丁基、伸己基、伸辛基等碳數1~8之伸烷基。
作為E
1的伸環烷基可以具有取代基,較佳為伸環戊基、伸環己基、伸金剛烷基等碳數5~12之伸環烷基。上述伸環烷基,例如,其中構成環的亞甲基中的一個可以被氧原子、硫原子等雜原子、羰基等包含雜原子的基團、或亞乙烯基所取代。又,此等伸環烷基,其中構成環烷烴環的伸乙基中的一個以上可以被伸乙烯基所取代。
作為E
1的伸烯基可以具有取代基,較佳為碳數2~8之伸烯基。
作為E
1的伸芳基可以具有取代基,較佳為碳數6~14之伸芳基,具體而言可舉出伸苯基、甲苯基、伸萘基、伸聯苯基等,特佳為伸苯基。
作為E
1的伸雜芳基係含包含雜原子作為環員的二價的芳香族基(二價的芳香族雜環基),作為雜原子,可舉出氧原子、硫原子、氮原子等。伸雜芳基的碳數較佳為4~20,更佳為5~12。作為伸雜芳基,例如,可舉出通過自吡咯、呋喃、噻吩、吲哚、苯並呋喃、苯並噻吩等中除去兩個氫原子而成的基團。
作為E
1的伸雜芳基可以具有取代基。
E
1較佳為表示單鍵,或伸芳基、伸環烷基、伸烷基、伸烯基、-O-、-CO-、-COO-、-NE
2-、或將此等複數個組合而成的二價的連結基。
通式(2)中,Xa表示鹵素原子、羥基或有機基。
Xa的鹵素原子較佳為氟原子、氯原子、溴原子或碘原子,更佳為氟原子或碘原子。
Xa的有機基較佳為表示烷基、環烷基或芳基。
作為Xa的烷基,較佳為甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、及叔丁基等碳數1~5之烷基。
作為Xa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。上述環烷基,例如,其中構成環的亞甲基中的一個可以被氧原子、硫原子等雜原子、羰基等包含雜原子的基團、或亞乙烯基所取代。又,此等環烷基,其中構成環烷烴環的伸乙基中的一個以上可以被伸乙烯基所取代。
作為Xa的芳基較佳為碳數6~10之芳基,例如,可舉出苯基、萘基及蒽基。
通式(2)中,k表示0以上的整數,較佳為表示0或1,更佳為表示0。
通式(2)中,m1表示1以上且(5+2k)以下的整數,較佳為表示1~7的整數,更佳為表示1~5的整數。
通式(2)中,m2表示0以上且(5+2k-m1)以下的整數,較佳為表示0~6的整數,更佳為表示0~4的整數。
重複單元(2)較佳為由下述通式(2A)表示的聚合性化合物的聚合性基聚合而形成的重複單元。
通式(2A)中,
Z
1表示具有聚合性基的基團。
E
1表示單鍵或連結基。
Xa表示鹵素原子、羥基或有機基。當存在複數個Xa時,複數個Xa可以相同亦可以相異。
m1表示1以上且(5+2k)以下的整數。
m2表示0以上且(5+2k-m1)以下的整數。
k表示0以上的整數。
通式(2A)中的Z
1、E
1、Xa、m1、m2及k分別與通式(2)中的Z
1、E
1、Xa、m1、m2及k含義相同,具體例及較佳範圍亦相同。
重複單元(2)可以具有酸分解性基。酸分解性基如上所述。
當樹脂(A)包含重複單元(2)時,重複單元(2)的含量並無特別限定,但相對於樹脂(A)中的所有重複單元,較佳為1莫耳%以上、更佳為5莫耳%以上,進一步較佳為10莫耳%以上。又,重複單元(2)的含量,相對於樹脂(A)中的所有重複單元,較佳為70莫耳%以下,更佳為65莫耳%以下,進一步較佳為60莫耳%以下,特佳為55莫耳%以下。
樹脂(A)可以僅包含一種重複單元(2),亦可以包含兩種以上。
以下,例示由通式(2)表示的聚合性化合物,但不限定於此。
<重複單元(3)>
由通式(3)表示的聚合性化合物的聚合性基聚合而形成的重複單元亦稱為「重複單元(3)」。
通式(3)中,
Z
1表示具有聚合性基的基團。
E
1表示單鍵或連結基。
W
1表示具有內酯結構的基團。
m3表示1以上的整數。
通式(3)中的Z
1與上述通式(2)中的Z
1含義相同,具體例及較佳範圍亦相同。
通式(3)中的E
1與上述通式(2)中的E
1含義相同,具體例及較佳範圍亦相同。
通式(3)中的W
1表示具有內酯結構的基團。
W
1的內酯結構較佳為碳數4以上的單環或多環內酯結構,更佳為5~7員環內酯結構。還較佳為以形成雙環結構或螺環結構之形式在5~7員環內酯結構上縮環有其他環結構者。
內酯結構較佳為由上述式(LC1-1)~(LC1-21)中的任一者所表示的內酯結構。
通式(3)中,m3表示1以上的整數,較佳為1~5的整數。
重複單元(3)可以具有酸分解性基。酸分解性基如上所述。
當樹脂(A)包含重複單元(3)時,重複單元(3)的含量並無特別限定,但相對於樹脂(A)中的所有重複單元,較佳為1莫耳%以上、更佳為5莫耳%以上,進一步較佳為10莫耳%以上。又,重複單元(3)的含量,相對於樹脂(A)中的所有重複單元,較佳為80莫耳%以下,更佳為75莫耳%以下,進一步較佳為70莫耳%以下,特佳為65莫耳%以下。
樹脂(A)可以僅包含一種重複單元(3),亦可以包含兩種以上。
以下,例示由通式(3)表示的聚合性化合物,但不限定於此。
<重複單元(4)>
由通式(4)表示的聚合性化合物的聚合性基聚合而形成的重複單元亦稱為「重複單元(4)」。
通式(4)中,
Z
1表示具有聚合性基的基團。
E
1表示單鍵或連結基。
Rx
4及Rx
5分別獨立地表示氫原子或有機基。
Rx
4及Rx
5可以鍵結而形成環。
通式(4)中的Z
1與上述通式(2)中的Z
1含義相同,具體例及較佳範圍亦相同。
通式(4)中的E
1與上述通式(2)中的E
1含義相同,具體例及較佳範圍亦相同。
通式(4)中,Rx
4及Rx
5分別獨立地表示氫原子或有機基。Rx
4及Rx
5可以鍵結而形成環。
Rx
4及Rx
5的有機基的碳數並無特別限定,較佳為1~20,更佳為1~10。
Rx
4及Rx
5的有機基較佳為烷基、環烷基、烯基或芳基。
Rx
4及Rx
5的烷基可以為直鏈狀,亦可以為支鏈狀。又,上述烷基可以具有取代基。作為上述烷基,較佳為甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、及叔丁基等碳數1~4之烷基。上述烷基可以具有取代基。
Rx
4及Rx
5的環烷基可以為單環環烷基,亦可以為多環環烷基。又,上述環烷基可以具有取代基。作為上述環烷基,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。上述環烷基,例如,其中構成環的亞甲基中的一個可以被氧原子、硫原子等雜原子、羰基等包含雜原子的基團、或亞乙烯基所取代。又,此等環烷基,其中構成環烷烴環的伸乙基中的一個以上可以被伸乙烯基所取代。上述環烷基可以具有取代基。
Rx
4及Rx
5的芳基可以為單環芳基,亦可以為多環芳基。又,上述芳基可以具有取代基。作為上述芳基,較佳為碳數6~10之芳基,例如,可舉出苯基、萘基及蒽基。
Rx
4及Rx
5的烯基可以為直鏈狀,亦可以為支鏈狀。又,上述烯基可以具有取代基。作為上述烯基,較佳為乙烯基。
當Rx
4及Rx
5鍵結而形成環時,所形成的環可以為單環,亦可以為多環。所形成的環較佳為環烷基。作為上述環烷基,較佳為環戊基及環己基等單環環烷基。又,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之單環的環烷基。
Rx
4及Rx
5鍵結而形成的環烷基,例如,其中構成環的亞甲基中的一個可以被氧原子、硫原子等雜原子、羰基等包含雜原子的基團、或亞乙烯基所取代。又,此等環烷基,其中構成環烷烴環的伸乙基中的一個以上可以被伸乙烯基所取代。
當上述各基團具有取代基時,作為取代基並無特別限定,例如,可舉出烷基(碳數1~4等)、鹵素原子、羥基、烷氧基(碳數1~4等)、烷硫基(碳數1~4等)、羧基、及烷氧基羰基(碳數2~6等)。取代基中的碳數較佳為8以下。
重複單元(4)可以具有酸分解性基。酸分解性基如上所述。
當樹脂(A)包含重複單元(4)時,重複單元(4)的含量並無特別限定,但相對於樹脂(A)中的所有重複單元,較佳為1莫耳%以上、更佳為5莫耳%以上,進一步較佳10莫耳%以上。又,重複單元(4)的含量,相對於樹脂(A)中的所有重複單元,較佳為80莫耳%以下、更佳為75莫耳%以下,進一步較佳70莫耳%以下,特佳為65莫耳%以下。
樹脂(A)可以僅包含一種重複單元(4),亦可以包含兩種以上。
以下,例示由通式(4)表示的聚合性化合物,但不限定於此。
樹脂(A)亦可以包含由上述通式(2)、(3)及(4)中任一者所表示的聚合性化合物的聚合性基聚合而形成的重複單元之外的、具有五氟硫基的重複單元。
以下,例示賦予由上述通式(2)、(3)及(4)中任一者所表示的聚合性化合物的聚合性基聚合而形成的重複單元之外的、具有五氟硫基的重複單元的聚合性化合物,但不限定於此。
作為樹脂(A),較佳為(特別地,當光阻組成物用作ArF用光阻組成物時)所有重複單元由源自具有乙烯性不飽和鍵的化合物的重複單元構成。特別地,亦較佳為所有重複單元由(甲基)丙烯酸酯系重複單元構成。在此情形下,可使用所有重複單元皆為甲基丙烯酸酯系重複單元者、所有重複單元皆為丙烯酸酯系重複單元者、所有重複單元皆為源於甲基丙烯酸酯系重複單元與丙烯酸酯系重複單元者中之任一者,較佳為丙烯酸酯系重複單元為所有重複單元的50莫耳%以下。
樹脂(A)可依據常規方法(例如自由基聚合)來合成。
利用GPC法以聚苯乙烯換算值計,樹脂(A)的重量平均分子量並無特別限定,較佳為30000以下,更佳為1000〜30000,進一步較佳為3000〜30000,特佳為4500〜15000。
樹脂(A)的分散度(分子量分佈)通常為1~5,較佳為1~3,更佳為1.2~3.0,進一步較佳為1.2~2.0。分散度越小者,其解析度及光阻形狀越優異,進而,光阻圖案之側壁越平滑,粗糙度亦越優異。
本發明之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物中的樹脂(A)的含量並無特別限定,可以根據樹脂(A)的種類及樹脂(A)的使用目的等進行調整。當樹脂(A)用作酸分解性樹脂時,本發明之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物中的樹脂(A)的含量,相對於感光化射線性或感放射線性樹脂組成物的總固體成分,較佳為10.0質量%以上,更佳為20.0~99.9質量%,進一步較佳為40.0~90.0質量%,特佳為60.0~80.0質量%。
又,當樹脂(A)不用作酸分解性樹脂而用作添加劑時,本發明之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物中的樹脂(A)的含量,相對於感光化射線性或感放射線性樹脂組成物的總固體成分,較佳為0.01~19.9質量%,更佳為0.1~15.0質量%,進一步較佳為1.0~10.0質量%。
樹脂(A)可以使用一種,亦可併用複數種。
〔溶劑〕
本發明之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物含有溶劑(較佳為有機溶劑)。
溶劑較佳為包含(M1)及(M2)中的至少一者,該(M1)為丙二醇單烷基醚羧酸酯,該(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之群組中的至少一者。此外,上述溶劑可以進一步包含成分(M1)及(M2)之外之成分。
成分(M1)及成分(M2)之詳細,記載於國際公開第2020/004306號之段落[0218]~[0226]中,此等內容併入本說明書中。
溶劑進一步包含成分(M1)及(M2)之外之成分時,成分(M1)及(M2)之外之成分的含量相對於溶劑之總量,較佳為5~30質量%。
本發明之組成物可以包含在後述的「感光化射線性或感放射線性樹脂組成物之製造方法」中所使用的含有有機溶劑(Y)的不良溶媒。
本發明之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物中的溶劑之含量,較佳為設定成使固體成分濃度成為0.5~30質量%、更佳為成為成1~20質量%。如此,可以進一步提高本發明之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物的塗佈性。
此外,所謂固體成分係意指除溶劑之外的所有成分。
〔藉由光化射線或放射線之照射而產生酸的化合物(光酸產生劑)〕
本發明之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物較佳為包含藉由光化射線或放射線之照射而產生酸的化合物(光酸產生劑)。
藉由光化射線或放射線之照射而產生酸的化合物亦稱為「化合物(B)」。
化合物(B)可以為低分子化合物的形態,亦可以為組入至聚合物(例如,樹脂(A))之一部分的形態。又,亦可以併用低分子化合物之形態與組入至聚合物(例如,樹脂(A))之一部分的形態。
化合物(B)為低分子化合物的形態時,化合物(B)的分子量較佳為3000以下,更佳為2000以下,進一步較佳為1000以下。下限並無特別限制,較佳為100以上。
化合物(B)為組入至聚合物之一部分的形態時,可以組入至樹脂(A)之一部分中,亦可以組入至與樹脂(A)相異的樹脂中。
化合物(B)較佳為低分子化合物。
作為化合物(B),例如,可舉出由「M
+X
-」表示的化合物(鎓鹽),較佳為藉由曝光產生有機酸的化合物。
作為上述有機酸,例如,可舉出磺酸(脂肪族磺酸、芳香族磺酸、及樟腦磺酸等)、羧酸(脂肪族羧酸、芳香族羧酸、及芳烷基羧酸等)、羰基磺醯亞胺酸、雙(烷基磺醯基)醯亞胺酸、及參(烷基磺醯基)甲基化物。
由化合物(B)所產生的酸的分子量較佳為240以上,更佳為250以上,進一步較佳為260以上,特佳為270以上,最佳為280以上。
<有機陽離子>
由「M
+X
-」表示的化合物中,M
+表示有機陽離子。上述有機陽離子之結構並無特別限制。又,有機陽離子的價數可以為一價或二價以上。
作為上述有機陽離子,較佳為由下述通式(ZaI)表示的陽離子(以下亦稱為「陽離子(ZaI)」)或由下述通式(ZaII)表示的陽離子(以下亦稱為「陽離子(ZaII)」。)。
通式(ZaI)中,R
201、R
202及R
203分別獨立地表示有機基。
通式(ZaII)中,R
204及R
205分別獨立地表示有機基。
下面將詳細描述上述通式(ZaI)及(ZaII),但較佳為上述通式(ZaI)中的R
201、R
202及R
203中的至少一個為芳基,或者上述通式(ZaII)中的R
204及R
205中的至少一個為芳基。上述芳基可以具有取代基,作為取代基較佳為鹵素原子(較佳為氟原子或碘原子)或有機基。
又,還較佳為上述通式(ZaI)中的R
201、R
202及R
203中的至少一個具有酸分解性基,或者上述通式(ZaII)中的R
204及R
205中的至少一個具有酸分解性基。酸分解性基與樹脂(A)中的酸分解性基相同。作為上述通式(ZaI)中的R
201、R
202及R
203中的至少一個具有酸分解性基的形態,較佳為R
201、R
202及R
203中的至少一個為被包含酸的有機基取代的芳基。作為上述通式(ZaII)中的R
204及R
205中的至少一個具有酸分解性基的形態,較佳為R
204及R
205中的至少一個為被包含酸分解性基的有機基取代的芳基。
將對陽離子(ZaI)進行說明。
作為R
201、R
202及R
203的有機基之碳數,通常為1~30,較佳為1~20。又,R
201~R
203中的兩個可以鍵結而形成環結構,於環內可以含有氧原子、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團,例如,可舉出伸烷基(例如,伸丁基及伸戊基)、及-CH
2-CH
2-O-CH
2-CH
2-。
作為式(ZaI)中的有機陽離子之較佳態樣,可舉出後述的陽離子(ZaI-1)、陽離子(ZaI-2)、由式(ZaI-3b)表示的有機陽離子(陽離子(ZaI-3b))、及由式(ZaI-4b)表示的有機陽離子(陽離子(ZaI-4b))。
首先,將對陽離子(ZaI-1)進行說明。
陽離子(ZaI-1)為芳基鋶陽離子,其中上述式(ZaI)的R
201~R
203中的至少一個為芳基。
芳基鋶陽離子,可以係R
201~R
203之全部為芳基,亦可以係R
201~R
203之一部分為芳基,餘者為烷基或環烷基。
又,可以係R
201~R
203中的一個為芳基、R
201~R
203中剩餘的兩個鍵結而形成環結構,亦可以係於環內包含氧原子、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團,例如,可舉出伸烷基(例如,伸丁基、伸戊基、及-CH
2-CH
2-O-CH
2-CH
2-),其中,一個以上的亞甲基可以被氧原子、硫原子、酯基、醯胺基及/或羰基所取代。
作為芳基鋶陽離子,例如,可舉出三芳基鋶陽離子、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所包含的芳基,較佳為苯基或萘基,更佳為苯基。芳基可以為具有含有氧原子、氮原子、或硫原子等之雜環結構的芳基。作為雜環結構,可舉出吡咯殘基、呋喃殘基、噻吩殘基、吲哚殘基、苯並呋喃殘基及苯並噻吩殘基。當芳基鋶陽離子具有兩個以上的芳基時,兩個以上的芳基可以相同亦可以相異。
芳基鋶陽離子視需要而具有的烷基或環烷基,較佳為碳數1~15之直鏈狀烷基、碳數3~15之支鏈狀烷基、或碳數3~15之環烷基,更佳為甲基、乙基、丙基、正丁基、仲丁基、叔丁基、環丙基、環丁基或環己基。
R
201~R
203的芳基、烷基及環烷基可以具有的取代基分別獨立地,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、及苯硫基。
上述取代基若有可能可以進一步具有取代基,亦較佳為上述烷基具有鹵素原子作為取代基、且成為三氟甲基等的鹵代烷基。
又,上述取代基亦較佳為藉由任意組合而形成酸分解性基。
此外,所謂酸分解性基,係意指藉由酸的作用發生分解而產生極性基的基團,較佳為係以藉由酸的作用而脫離的脫離基來保護極性基之結構。作為上述極性基及脫離基,如上所述。
接下來,將對陽離子(ZaI-2)進行說明。
陽離子(ZaI-2)係式(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,碳數通常為1~30,較佳為1~20。
R
201~R
203分別獨立地,較佳為烷基、環烷基、烯丙基、或乙烯基,更佳為直鏈狀或支鏈狀的2-氧代烷基、2-氧代環烷基、或烷氧基羰基甲基,進一步較佳為直鏈狀或支鏈狀的2-氧代烷基。
R
201~R
203的烷基及環烷基,例如,可舉出碳數1~10之直鏈狀烷基或碳數3~10之支鏈狀烷基(例如,甲基、乙基、丙基、丁基及戊基)、以及碳數3~10之環烷基(例如,環戊基、環己基及降冰片基)。
R
201~R
203可以進一步被鹵素原子、烷氧基(例如,碳數1~5)、羥基、氰基或硝基所取代。
又,R
201~R
203的取代基分別獨立地,亦較佳為藉由取代基的任意組合而形成酸分解性基。
接下來,將對陽離子(ZaI-3b)進行說明。
陽離子(ZaI-3b)係由下述式(ZaI-3b)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、芳氧基、烷氧基羰基、烷基羰氧基、環烷基羰氧基、鹵素原子、羥基、硝基、烷硫基或芳硫基。
R
6c及R
7c分別獨立地表示氫原子、烷基(例如,叔丁基等)、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。
又,R
1c~R
7c、以及R
x及R
y的取代基分別獨立地,亦較佳為藉由取代基的任意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可以分別相互鍵結而形成環,該環可以分別獨立地包含氧原子、硫原子、酮基、酯鍵或醯胺鍵。
作為上述環,可舉出芳香族或非芳香族烴環、芳香族或非芳香族雜環、及此等環兩個以上組合而成的多環稠環。作為環,可舉出3~10員環,較佳為4~8員環,更佳為5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鍵結而形成的基團,可舉出伸丁基及伸戊基等伸烷基。該伸烷基中的亞甲基可以被氧原子等雜原子所取代。
作為R
5c與R
6c、及R
5c與R
x鍵結而形成的基團,較佳為單鍵或伸烷基。作為伸烷基,可舉出亞甲基及伸乙基等。
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可以具有取代基。
接下來,將對陽離子(ZaI-4b)進行說明。
陽離子(ZaI-4b)係由下述式(ZaI-4b)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、鹵代烷基、烷氧基、羧基、烷氧基羰基、或含有環烷基的基團(可以為環烷基其本身,亦可以為部分含有環烷基的基團)。此等基團可以具有取代基。
R
14表示羥基、鹵素原子(例如,氟原子及碘原子等)、烷基、鹵代烷基、烷氧基、烷氧基羰基、烷基羰基、烷基磺醯基、環烷基磺醯基、或含有環烷基的基團(可以為環烷基本身,亦可以為部分含有環烷基的基團)。此等基團可以具有取代基。R
14存在複數個時,分別獨立地表示羥基等上述基團。
R
15分別獨立地表示烷基、環烷基或萘基。兩個R
15可以相互鍵結而形成環。當兩個R
15相互鍵結而形成環時,環骨架內可以包含氧原子或氮原子等雜原子。
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。此外,上述烷基、上述環烷基及上述萘基、以及兩個R
15相互鍵結而形成的環可以具有取代基。
式(ZaI-4b)中,R
13、R
14及R
15的烷基可以為直鏈狀或支鏈狀。烷基的碳數較佳為1~10。烷基更佳為甲基、乙基、正丁基或叔丁基等。
又,R
13~R
15、以及R
x及R
y的各取代基分別獨立地,亦較佳為藉由取代基的任意組合而形成酸分解性基。
接下來,將對式(ZaII)進行說明。
式(ZaII)中,R
204及R
205分別獨立地表示有機基,較佳為表示芳基、烷基或環烷基。
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的芳基可以為具有雜環的芳基,該雜環具有氧原子、氮原子或硫原子等。作為具有雜環的芳基的骨架,例如,可舉出吡咯、呋喃、噻吩、吲哚、苯並呋喃及苯並噻吩。
R
204及R
205的烷基及環烷基較佳為碳數1~10之直鏈狀烷基或碳數3~10之支鏈狀烷基(例如,甲基、乙基、丙基、丁基或戊基)、或碳數3〜10之環烷基(例如,環戊基、環己基或降冰片基)。
R
204及R
205的芳基、烷基及環烷基可以分別獨立地具有取代基。作為R
204及R
205的芳基、烷基及環烷基可以具有的取代基,例如,可舉出烷基(例如,碳數1~15)、環烷基(例如,碳數3~15)、芳基(例如,碳數6~15)、烷氧基(例如,碳數1~15)、鹵素原子、羥基及苯硫基。又,R
204及R
205的取代基分別獨立地,亦較佳為藉由取代基的任意組合而形成酸分解性基。
由M
+表示的有機陽離子之具體例如下所示,但本發明不限定於此。
<有機陰離子>
由「M
+X
-」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,可舉出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極低的陰離子,更佳為非親核性陰離子。
作為非親核性陰離子,例如,可舉出磺酸陰離子(脂肪族磺酸陰離子、芳香族磺酸陰離子、及樟腦磺酸陰離子等)、羧酸陰離子(脂肪族羧酸陰離子、芳香族羧酸陰離子、及芳烷基羧酸陰離子等)、磺醯亞胺陰離子、雙(烷基磺醯基)醯亞胺陰離子、及參(烷基磺醯基)甲基化物陰離子。
脂肪族磺酸陰離子及脂肪族羧酸陰離子中的脂肪族部位可以為直鏈狀或支鏈狀的烷基,亦可以為環烷基,較佳為碳數1~30之直鏈狀或支鏈狀的烷基、或碳數3~30之環烷基。
上述烷基,例如,可以具有氟烷基(亦可以具有氟原子之外的取代基。亦可以為全氟烷基)。
作為芳香族磺酸陰離子及芳香族羧酸陰離子中的芳基,較佳為碳數6~14之芳基,例如,可舉出苯基、甲苯基、及萘基。
上述舉出的烷基、環烷基、及芳基可以具有取代基。作為取代基,並無特別限制,具體而言,可舉出硝基、氟原子或氯原子等鹵素原子、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)、及芳氧基磺醯基(較佳為碳數6~20)。
作為芳烷基羧酸陰離子中的芳烷基,較佳為碳數7~14之芳烷基。
作為碳數7~14之芳烷基,例如,可舉出芐基、苯乙基、萘甲基、萘乙基、及萘丁基。
作為磺醯亞胺陰離子,例如,可舉出糖精陰離子。
作為雙(烷基磺醯基)醯亞胺陰離子及參(烷基磺醯基)甲基化物陰離子中的烷基,較佳為碳數1~5之烷基。作為此等烷基的取代基,可舉出鹵素原子、被鹵素原子取代的烷基、烷氧基、烷硫基、烷氧基磺醯基、芳氧基磺醯基、及環烷基芳氧基磺醯基,較佳為氟原子或被氟原子取代的烷基。
又,雙(烷基磺醯基)醯亞胺陰離子中的烷基,亦可以相互鍵結而形成環結構。藉此,可增加酸強度。
作為其他非親核性陰離子,例如,可舉出氟化磷(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位被氟原子取代的脂肪族磺酸陰離子、被氟原子或具有氟原子的基團取代的芳香族磺酸陰離子、烷基被氟原子取代的雙(烷基磺醯基)醯亞胺陰離子、或烷基被氟原子取代的參(烷基磺醯基)甲基化物陰離子。其中,更佳為全氟脂肪族磺酸陰離子(較佳為碳數4~8)、或具有氟原子的苯磺酸陰離子,進一步較佳為九氟丁烷磺酸陰離子、全氟辛烷磺酸陰離子、五氟苯磺酸陰離子、或3,5-雙(三氟甲基)苯磺酸陰離子。
作為非親核性陰離子的較佳例子可舉出由下述式(AN4)表示的陰離子。
式(AN4)中,R
1~R
3分別獨立地表示有機基或氫原子。L表示二價的連結基。
式(AN4)中,L表示二價的連結基。
當存在複數個L時,L可以分別相同亦可以分別相異。
作為二價的連結基,例如,可舉出-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)、及將此等複數個組合而成的二價的連結基。其中,作為二價的連結基,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。
L,例如,較佳為由下述式(AN4-2)表示的基團。
*
a-(CR
2a 2)
X-Q-(CR
2b 2)
Y-*
b(AN4-2)
式(AN4-2)中,*
a表示與式(AN4)中之R
3的鍵結位置。
*
b表示與式(AN4)中之-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。
當分別存在複數個R
2a及R
2b時,存在複數個的R
2a及R
2b可以分別相同亦可以分別相異。
其中,當Y為1以上時,與式(AN4)中的-C(R
1)(R
2)-直接鍵結的CR
2b 2中的R
2b係氟原子之外者。
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,當式(AN4-2)中的X+Y為1以上並且式(AN4-2)中的R
2a及R
2b之全部均為氫原子時,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(AN4)中之R
3側的鍵結位置,*
B表示式(AN4)中之-SO
3 -側的鍵結位置。
式(AN4)中,R
1~R
3分別獨立地表示有機基。
上述有機基只要具有一個以上的碳原子,則並無限制,可以為直鏈狀的基團(例如,直鏈狀的烷基)、支鏈狀的基團(例如,叔丁基等支鏈狀的烷基),亦可以為環狀的基團。上述有機基可以具有或不具有取代基。上述有機基可以具有或不具有雜原子(氧原子、硫原子及/或氮原子等)。
作為上述有機基的例子,亦可舉出非拉電子基的取代基。
作為非拉電子基的取代基,例如,可舉出烴基、羥基、氧烴基、氧羰基烴基、胺基、烴取代胺基、及烴取代醯胺基。
又,作為非拉電子基的取代基分別獨立地,較佳為-R’、-OH、-OR’、-OCOR’、-NH
2、-NR’
2、-NHR’、或-NHCOR’。R’為一價的烴基。
作為由上述R’表示的一價的烴基,例如,可舉出甲基、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、三甲苯基、萘基、甲基萘基、蒽基、及甲基蒽基等芳基;芐基、苯乙基、苯丙基、萘甲基、蒽甲基等芳烷基等一價的芳香族烴基。
其中,R
1及R
2分別獨立地,較佳為烴基(較佳為環烷基)或氫原子。
其中,R
3較佳為具有環狀結構的有機基。上述環狀結構可以係單環或多環,亦可以具有取代基。包含環狀結構的有機基中的環,較佳為與式(AN4)中的L直接鍵結。
具有上述環狀結構的有機基,例如,可以具有或不具有雜原子(氧原子、硫原子及/或氮原子等)。雜原子可以被形成環狀結構的一個以上的碳原子所取代。
具有上述環狀結構的有機基,例如,較佳為環狀結構的烴基、內酯環基、及磺內酯環基。其中,具有上述環狀結構的有機基,較佳為具有環狀結構的烴基。
具有上述環狀結構的烴基,較佳為單環或多環的環烷基。此等基團可以具有取代基。
上述環烷基可以為單環(環己基等)或多環(金剛烷基等),碳數較佳為5~12。
作為上述內酯基及磺內酯基,例如,在由上述式(LC1-1)~(LC1-21)表示的結構及式(SL1-1)~(SL1-3)表示的結構的任一結構中,較佳為從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團。
作為非親核性陰離子,亦較佳為由下述式(AN1)表示的陰離子。
式(AN1)中,o表示1~3的整數。p表示0~10的整數。q表示0~10的整數。
Xf表示氟原子或有機基。上述有機基可以為被至少一個氟原子取代的有機基、亦可以為不具有氟原子的有機基。上述有機基(較佳為烷基)的碳數,較佳為1~10,更佳為1~4。又,作為被至少一個氟原子取代的有機基(較佳為烷基),較佳為全氟烷基。
至少一個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,進一步較佳為兩者的Xf皆為氟原子。
R
4及R
5分別獨立地表示氫原子、氟原子、烷基、或被至少一個氟原子取代的烷基。當存在複數個R
4及R
5時,R
4及R
5可以分別相同亦可以分別相異。
R
4及R
5所表示的烷基,較佳為碳數1~4。上述烷基可以具有取代基。作為R
4及R
5,較佳為氫原子。
被至少一個氟原子取代的烷基之具體例及較佳態樣與式(AN1)中的Xf之具體例及較佳態樣相同。
L表示二價的連結基。
當存在複數個L時,L可以分別相同亦可以分別相異。
作為二價的連結基,例如,可舉出-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)、及將此等複數個組合而成的二價的連結基。其中,作為二價的連結基,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。
W表示含有環狀結構的有機基。其中,較佳為環狀有機基。
作為環狀有機基,例如,可舉出脂環基、芳基、及雜環基。
脂環基可以為單環,亦可以為多環。作為單環的脂環基,例如,可舉出環戊基、環己基、及環辛基等單環的環烷基。作為多環的脂環基,例如,可舉出降冰片基、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、及金剛烷基等碳數7以上的具有大體積結構的脂環基。
芳基可以為單環或多環。作為上述芳基,例如,可舉出苯基、萘基、菲基、及蒽基。
雜環基可以為單環或多環。其中,為多環的雜環基時,能夠進一步抑制酸的擴散。又,雜環基可以具有芳香族性,亦可不具有芳香族性。作為具有芳香族性的雜環,例如,可舉出呋喃環、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,可舉出四氫吡喃環、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。
上述環狀有機基可以具有取代基。作為上述取代基,例如,可舉出烷基(可以為直鏈狀及支鏈狀中之任一者,較佳為碳數1~12)、環烷基(可以為單環、多環、及螺環中之任一者,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。此外,構成環狀有機基的碳(有助於環形成的碳)可以為羰基碳。又,兩個以上的取代基可以相互鍵結而形成環。例如,可舉出兩個烷氧基或羥基與烷氧基相互鍵結而形成具有環狀縮醛結構的環的情況。該環可以具有取代基。作為取代基,例如,可舉出烷基(碳數1~4)、鹵素原子、羥基、烷氧基(碳數1~4)、羧基、及烷氧基羰基(碳數2~6)等。
作為由式(AN1)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。在此,L、q及W與式(AN1)相同。q’表示0~10的整數。
作為由式(AN1)表示的陰離子,亦較佳為下述態樣(AN2)及(AN3)。
態樣(AN2):式(AN1)中,o表示2,p表示0,鍵結於與-SO
3 -直接鍵結的碳原子(以下,該碳原子亦稱為「碳原子Z1」)的兩個Xf分別獨立地表示不具有氫原子或氟原子的有機基,鍵結於與上述碳原子相鄰的碳原子(以下,該碳原子亦稱為「碳原子Z2」)的兩個Xf分別獨立地表示氫原子或有機基。q、L及W的較佳態樣與上述態樣相同。
與碳原子Z1鍵結的兩個Xf較佳為氫原子。
與碳原子Z2鍵結的兩個Xf中的至少一者較佳為氟原子或具有氟原子的有機基,更佳為兩者均為氟原子或具有氟原子的有機基,進一步較佳為兩者均為被氟取代的烷基。
態樣(AN3):式(AN1)中,兩個Xf中的一者分別獨立地表示氟原子或被至少一個氟原子取代的烷基,另一者分別獨立地表示氫原子、或不具有氟原子的有機基。o、p、q、R
4、R
5、L及W的較佳態樣與上述態樣相同。
作為非親核性陰離子,可以為苯磺酸陰離子,較佳為被支鏈狀的烷基或環烷基取代的苯磺酸陰離子。
作為非親核性陰離子,亦較佳為由下述式(AN5)表示的芳香族磺酸陰離子。
式(AN5)中,Ar表示芳基(苯基等),可以進一步具有磺酸陰離子及-(D-B)基之外的取代基。作為可以進一步具有的取代基,例如,可舉出氟原子和羥基。
n表示0以上的整數。作為n,較佳為1~4,更佳為2~3,進一步較佳為3。
D表示單鍵或二價的連結基。作為二價的連結基,可舉出醚基、硫醚基、羰基、亞碸基、碸基、磺酸酯基、酯基、及由此等兩種以上之組合構成的基團。
B表示烴基。
作B較佳為脂肪族烴基。B更佳為異丙基、環己基、可以進一步具有取代基的芳基(三環己基苯基等)。
又,B還可以具有由「-(L)
q-W」表示的取代基。L、q及W與上述式(AN1)中的L、q及W含義相同,具體例及較佳範圍亦相同。
作為非親核性陰離子,亦較佳為二磺醯胺陰離子。
例如,二磺醯胺陰離子為由N
-(SO
2-R
q)
2表示的陰離子。
在此,R
q表示可以具有取代基的烷基,較佳為氟烷基,更佳為全氟烷基。兩個R
q可以相互鍵結而形成環。兩個R
q相互鍵結而形成的基團,較佳為可以具有取代基的伸烷基,較佳為氟伸烷基,進一步較佳為全氟伸烷基。上述伸烷基的碳數較佳為2~4。
又,作為非親核性陰離子,亦可舉出由下述式(d1-1)~(d1-4)表示的陰離子。
式(d1-1)中,R
51表示可以具有取代基(例如,羥基)的烴基(例如,苯基等芳基)。
式(d1-2)中,Z
2c表示可以具有取代基的碳數1~30之烴基(其中,與S相鄰的碳原子未被氟原子所取代)。
Z
2c中的上述烴基可以為直鏈狀或支鏈狀,亦可以具有環狀結構。又,上述烴基中的碳原子(較佳為上述烴基具有環狀結構時的、作為環員原子的碳原子)可以為羰基碳(-CO-)。作為上述烴基,例如,可舉出具有可以具有取代基的降冰片基的基團。形成上述降冰片基的碳原子可以為羰基碳。
又,式(d1-2)中的「Z
2c-SO
3 -」,較佳為與由上述式(AN4)、(AN1)或(AN5)表示的陰離子相異。例如,Z
2c較佳為係芳基之外者。又,例如,Z
2c中相對於-SO
3 -,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之外的原子。例如,Z
2c中相對於-SO
3 -,α位的原子及/或β位的原子,較佳為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為直鏈狀、支鏈狀、或環狀伸烷基、伸芳基、或羰基,Rf表示烴基。
式(d1-4)中,R
53~R
54表示有機基(較佳為具有氟原子的烴基)。R
53~R
54可以相互鍵結而形成環。
有機陰離子可以單獨使用一種,亦可以使用兩種以上。
光阻組成物,亦較佳為含有兩種以上的化合物(B),或光酸產生劑(B)係選自由下述化合物(I)及下述化合物(II)所組成之群組中的至少一種。
<化合物(I)及化合物(II)>
光酸產生劑(B)亦較佳為選自由化合物(I)及化合物(II)所組成之群組中的至少一種。
(化合物(I))
化合物(I)係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的化合物,並且藉由光化射線或放射線之照射來產生含有源自下述結構部位X的下述第一酸性部位和源自下述結構部位Y的下述第二酸性部位的酸的化合物。
結構部位X:由陰離子部位A
1 -和陽離子部位M
1 +組成,並且藉由光化射線或放射線之照射形成由HA
1表示的第一酸性部位的結構部位。
結構部位Y:由陰離子部位A
2 -和陽離子部位M
2 +組成,並且藉由光化射線或放射線之照射形成由HA
2表示的第二酸性部位的結構部位。
陽離子部位M
1 +和陽離子部位M
2 +較佳為分別獨立地表示有機陽離子,具體例及較佳範圍與上述的由M
+表示的有機陽離子相同。
又,上述化合物(I)滿足下述條件I。
條件I:在上述化合物(I)中,將上述結構部位X中的上述陽離子部位M
1 +及上述結構部位Y中的上述陽離子部位M
2 +取代為H
+而成的化合物PI,具有源自將上述結構部位X中的上述陽離子部位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和源自將上述結構部位Y中的上述陽離子部位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,並且上述酸解離常數a2大於上述酸解離常數a1。
以下,將對條件I進行更具體的說明。
當化合物(I),例如,為產生具有一個源自上述結構部位X的上述第一酸性部位和一個源自上述結構部位Y的上述第二酸性部位的酸的化合物時,化合物PI相當於「具有HA
1和HA
2的化合物」。
更具體而言,此種化合物PI之酸解離常數a1及酸解離常數a2,在求出了化合物PI之酸解離常數的情況下,化合物PI成為「具有A
1 -和HA
2的化合物」時的pKa為酸解離常數a1,上述「具有A
1 -和HA
2的化合物」成為「具有A
1 -和A
2 -的化合物」時的pKa為酸解離常數a2。
又,當化合物(I),例如,為產生具有兩個源自上述結構部位X的上述第一酸性部位和一個源自上述結構部位Y的上述第二酸性部位的酸的化合物時,化合物PI相當於「具有兩個HA
1和一個HA
2的化合物」。
在求出了此種化合物PI之酸解離常數的情況下,化合物PI成為「具有一個A
1 -、一個HA
1和一個HA
2的化合物」時的酸解離常數及「具有一個A
1 -、一個HA
1和一個HA
2的化合物」成為「具有兩個A
1 -和一個HA
2的化合物」時的酸解離常數,相當於上述酸解離常數a1。又,當「具有兩個A
1 -和一個HA
2的化合物」成為「具有兩個A
1 -和A
2 -的化合物」時的酸解離常數,相當於酸解離常數a2。亦即,在此種化合物PI的情況下,源自將上述結構部位X中的陽離子部位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存在複數個時,酸解離常數a2的值大於複數個酸解離常數a1中之最大值。此外,當將化合物PI成為「具有一個A
1-、一個HA
1和一個HA
2的化合物」時的酸解離常數設為aa,「具有一個A
1 -、一個HA
1和一個HA
2的化合物」成為「具有兩個A
1 -和一個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藉由上述的酸解離常數的測定方法而求出。
上述化合物PI相當於光化射線或放射線照射到化合物(I)時產生的酸。
當化合物(I)具有兩個以上的結構部位X時,結構部位X可以分別相同亦可以分別相異。又,兩個以上的上述A
1 -及兩個以上的上述M
1 +可以分別相同亦可以分別相異。
又,在化合物(I)中,上述A
1 -及上述A
2 -、以及上述M
1 +和上述M
2 +可以分別相同亦可以分別相異,但上述A
1 -及上述A
2 -較佳為分別相異。
在上述化合物PI中,酸解離常數a1(存在複數個酸解離常數a1時為最大值)與酸解離常數a2之差(絕對值),較佳為0.1以上,更佳為0.5以上,進一步較佳為1.0以上。此外,酸解離常數a1(存在複數個酸解離常數a1時為最大值)與酸解離常數a2之差(絕對值)的上限值並無特別限制,例如,為16以下。
在上述化合物PI中,例如,酸解離常數a2為20以下,較佳為15以下。此外,作為酸解離常數a2的下限值,較佳為-4.0以上。
又,在上述化合物PI中,酸解離常數a1較佳為2.0以下,更佳為0以下。此外,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 -係包含帶負電的原子或原子團的結構部位,例如,可舉出選自由如下所示之式(AA-1)~(AA-3)及式(BB-1)~(BB-6)所組成之群組中的結構部位。
作為陰離子部位A
1 -,較佳為能夠形成酸解離常數較小的酸性部位的陰離子部位,其中,更佳為式(AA-1)~(AA-3)中之任一者,進一步較佳為式(AA-1)及(AA-3)中之任一者。
又,作為陰離子部位A
2 -,較佳為能夠形成酸解離常數比陰離子部位A
1 -大的酸性部位,更佳為式(BB-1)~(BB-6)中之任一者,進一步較佳為式(BB-1)及(BB-4)中之任一者。
此外,在以下的式(AA-1)~(AA-3)及式(BB-1)~(BB-6)中,*表示鍵結位置。
作為化合物(I)的具體結構並無特別限制,例如,可舉出由後述之式(Ia-1)~式(Ia-5)表示的化合物。
-由式(Ia-1)表示的化合物-
以下,首先對由式(Ia-1)表示的化合物進行描述。
M
11 +A
11 --L
1-A
12 -M
12 +(Ia-1)
由式(Ia-1)表示的化合物,藉由光化射線或放射線之照射,產生由HA
11-L
1-A
12H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的陰離子官能基。
L
1表示二價的連結基。
M
11 +及M
12 +可以分別相同亦可以分別相異。
A
11 -及A
12 -可以分別相同亦可以分別相異,但較佳為彼此相異。
然而,在上述式(Ia-1)中,在將由M
11 +及M
12 +表示的陽離子取代為H
+而成的化合物PIa(HA
11-L
1-A
12H)中,源自由A
12H表示的酸性部位的酸解離常數a2大於源自由HA
11表示的酸性部位的酸解離常數a1。此外,酸解離常數a1和酸解離常數a2的較佳值如上所述。又,化合物PIa與藉由光化射線或放射線之照射由式(Ia-1)表示的化合物所產生的酸係相同酸。
又,M
11 +、M
12 +、A
11 -、A
12 -及L
1中的至少一個可以具有酸分解性基作為取代基。
式(Ia-1)中,由M
1 +及M
2 +表示的有機陽離子如上所述。
所謂由A
11 -表示的一價的陰離子官能基,係意指包含上述陰離子部位A
1 -的一價的基團。又,所謂由A
12 -表示的一價的陰離子官能基,係意指包含上述陰離子部位A
2 -的一價的基團。
作為由A
11 -及A
12 -表示的一價的陰離子官能基,較佳為包含上述式(AA-1)~(AA-3)及式(BB-1)~(BB-6)中之任一者的陰離子部位的一價的陰離子官能基,更佳為選自由式(AX-1)~(AX-3)及式(BX-1)~(BX-7)所組成之群組中的一價的陰離子官能基。作為由A
11 -表示的一價的陰離子官能基,較佳為由式(AX-1)~(AX-3)中之任一者所表示的一價的陰離子官能基。又,作為由A
12 -表示的一價的陰離子官能基,其中,較佳為由式(BX-1)~(BX-7)中之任一者所表示的一價的陰離子官能基,更佳為由(BX-1)~(BX-6)中之任一者所表示的一價的陰離子官能基。
式(AX-1)~(AX-3)中,R
A1及R
A2分別獨立地表示一價的有機基。*表示鍵結位置。
作為由R
A1表示的一價的有機基,例如,可舉出氰基、三氟甲基和甲磺醯基。
作為由R
A2表示的一價的有機基,較佳為直鏈狀、支鏈狀、或環狀的烷基,或芳基。
上述烷基的碳數,較佳為1~15,更佳為1~10,進一步較佳為1~6。
上述烷基可以具有取代基。作為取代基,較佳為氟原子或氰基,更佳為氟原子。當上述烷基具有氟原子作為取代基時,亦可以係全氟烷基。
作為上述芳基,較佳為苯基或萘基,更佳為苯基。
上述芳基可以具有取代基。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、全氟烷基。
式(BX-1)~(BX-4)及式(BX-6)中,R
B表示一價的有機基。*表示鍵結位置。
作為由R
B表示的一價的有機基,較佳為直鏈狀、支鏈狀、或環狀的烷基,或芳基。
上述烷基的碳數,較佳為1~15,更佳為1~10,進一步較佳為1~6。
上述烷基可以具有取代基。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。當上述烷基具有氟原子作為取代基時,亦可以為全氟烷基。
此外,當烷基中成為鍵結位置的碳原子(例如,在式(BX-1)及(BX-4)的情況下,相當於與烷基中的式中明示的-CO-直接鍵結的碳原子,在式(BX-2)及(BX-3)的情況下,相當於與烷基中的式中明示的-SO
2-直接鍵結的碳原子,在式(BX-6)的情況下,相當於與烷基中的式中明示的N
-直接鍵結的碳原子)具有取代基時,亦較佳為氟原子或氰基之外的取代基。
又,上述烷基的碳原子可以被羰基碳取代。
作為上述芳基,較佳為苯基或萘基,更佳為苯基。
上述芳基可以具有取代基。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,作為由L
1表示的二價的連結基並無特別限制,可舉出-CO-、-NR-、-CO-、-O-、-S-、-SO-、-SO
2-、伸烷基(較佳為碳數1~6。可以為直鏈狀或支鏈狀)、伸環烷基(較佳為碳數3~15)、伸烯基(較佳為碳數2~6)、二價的脂肪族雜環基(較佳為在環結構內具有至少一個N原子、O原子、S原子或Se原子的5~10員環,更佳為5~7員環,進一步較佳為5~6員環)、二價的芳香族雜環基(較佳為在環結構內具有至少一個N原子、O原子、S原子或Se原子的5~10員環,更佳為5~7員環,進一步較佳為5~6員環)、二價的芳香族烴環基(較佳為6~10員環,更佳為6員環)、及將此等複數個組合而成的二價的連結基。上述R可舉出氫原子或一價的有機基。作為一價的有機基並無特別限制,例如,較佳為烷基(較佳為碳數1~6)。
又,上述伸烷基、上述伸環烷基、上述伸烯基、上述二價的脂肪族雜環基、二價的芳香族雜環基、及二價的芳香族烴環基可以具有取代基。作為取代基,例如,可舉出鹵素原子(較佳為氟原子)。
其中,由L
1表示的二價的連結基較佳為由式(L1)表示的二價的連結基。
式(L1)中,L
111表示單鍵或二價的連結基。
作為由L
111表示的二價的連結基並無特別限制,例如,可舉出-CO-、-NH-、-O-、-SO-、-SO
2-、或可以具有取代基的伸烷基(較佳為碳數1~6為較佳。可以為直鏈狀或支鏈狀)、可以具有取代基的伸環烷基(較佳為碳數3~15)、可以具有取代基的芳基(較佳為碳數6~10)、及將此等複數個組合而成的二價的連結基。作為取代基並無特別限制,例如,可舉出鹵素原子。
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被至少一個氟原子取代的烷基。該烷基的碳數,較佳為1~10,更佳為1~4。又,作為被至少一個氟原子取代的烷基,較佳為全氟烷基。
Xf
2分別獨立地表示氫原子、可以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。作為Xf
2,其中,較佳為表示氟原子或被至少一個氟原子取代的烷基,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之全氟烷基,更佳為氟原子或CF
3。特別地,更佳為Xf
1及Xf
2均為氟原子。
*表示鍵結位置。
當式(Ia-1)中的L
11表示由式(L1)表示的二價的連結基時,式(L1)中的L
111側的鍵結鍵(*),較佳為與式(Ia-1)中的A
12 -鍵結。
-由式(Ia-2)~(Ia-4)表示的化合物-
接著,將對由式(Ia-2)~(Ia-4)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的陰離子官能基。在此,由A
21a -及A
21b -表示的一價的陰離子官能基係意指包含上述的陰離子部位A
1 -的一價的基團。作為由A
21a -及A
21b -表示的一價的陰離子官能基並無特別限制,例如,可舉出選自由上述的式(AX-1)~(AX-3)所組成之群組中的一價的陰離子基。
A
22 -表示二價的陰離子官能基。在此,由A
22 -表示的二價的陰離子官能基係意指包含上述的陰離子部位A
2 -的二價的基團。作為由A
22 -表示的二價的陰離子官能基,例如,可舉出如下所示之由式(BX-8)~(BX-11)表示的二價的陰離子官能基。
M
21a +、M
21b +及M
22 +分別獨立地表示有機陽離子。作為由M
21a +、M
21b +及M
22 +表示的有機陽離子,與上述的M
1 +同義,較佳態樣亦相同。
L
21及L
22分別獨立地表示二價的有機基。
又,上述式(Ia-2)中,在將由M
21a +、M
21b +及M
22 +表示的有機陽離子取代為H
+而成的化合物PIa-2中,源自由A
22H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及源自由A
21bH表示的酸性部位的酸解離常數a1-2。此外,酸解離常數a1-1及酸解離常數a1-2,相當於上述的酸解離常數a1。
此外,A
21a -及A
21b -可以彼此相同或相異。又,M
21a +、M
21b +及M
22 +可以彼此相同或相異
又,M
21a +、M
21b +、M
22 +、A
21a -、A
21b -、L
21及L
22中的至少一個可以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的陰離子官能基。此外,由A
31a -表示的一價的陰離子官能基的定義與上述的式(Ia-2)中的A
21a -及A
21b -同義,較佳態樣亦相同。
由A
32 -表示的一價的陰離子官能基係意指含有上述的陰離子部位A
2 -的一價的基團。作為由A
32 -表示的一價的陰離子官能基並無特別限制,例如,可舉出選自由上述的式(BX-1)~(BX-7)所組成之群組中的一價的陰離子官能基。
A
31b -表示二價的陰離子官能基。在此,由A
31b -表示的二價的陰離子官能基係意指包含上述的陰離子部位A
1 -的二價的基團。作為由A
31b -表示的二價的陰離子官能基,例如,可舉出如下所示之由式(AX-4)表示的二價的陰離子官能基。
M
31a +、M
31b +及M
32 +分別獨立地表示一價的有機陽離子。作為由M
31a +、M
31b +及M
32 +表示的有機陽離子與上述的M
1 +同義,較佳態樣亦相同。
L
31及L
32分別獨立地表示二價的有機基。
又,上述式(Ia-3)中,在將由M
31a +、M
31b +及M
32 +表示的有機陽離子取代為H
+而成的PIa-3中,源自由A
32H表示的酸性部位的酸解離常數a2大於源自由A
31aH表示的酸性部位的酸解離常數a1-3及源自由A
31bH表示的酸性部位的酸解離常數a1-4。此外,酸解離常數a1-3及酸解離常數a1-4,相當於酸解離常數a1。
此外,A
31a -及A
32 -可以彼此相同或相異。又,M
31a +、M
31b +及M
32 +可以彼此相同或相異。
又,M
31a +、M
31b +、M
32 +、A
31a -、A
32 -、L
31及L
32中的至少一個可以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的陰離子官能基。此外,由A
41a -及A
41b -表示的一價的陰離子官能基的定義與上述式的(Ia-2)中的A
21a -及A
21b -同義。又,由A
42 -表示的一價的陰離子官能基的定義與上述式的(Ia-3)中的A
32 -同義,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表示三價的有機基。
又,上述式(Ia-4)中,在將由M
41a +、M
41b +及M
42 +表示的有機陽離子取代為H
+而成的化合物PIa-4中,源自由A
42H表示的酸性部位的酸解離常數a2大於源自由A
41aH表示的酸性部位的酸解離常數a1-5及源自由A
41bH表示的酸性部位的酸解離常數a1-6。此外,酸解離常數a1-5及酸解離常數a1-6,相當於上述的酸解離常數a1。
此外,A
41a -、A
41b -及A
42 -可以彼此相同或相異。又,M
41a +、M
41b +及M
42 +可以彼此相同或相異。
又,M
41a +、M
41b +、M
42 +、A
41a -、A
41b -、A
42 -及L
41中的至少一個可以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所表示的二價的有機基並無特別限制,例如,可舉出-CO-、-NR-、-O-、-S-、-SO-、-SO
2-、伸烷基(較佳為碳數1~6。亦可以為直鏈狀或支鏈狀)、伸環烷基(較佳為碳數3~15)、伸烯基(較佳為碳數2~6)、二價的脂肪族雜環基(較佳為在環結構內具有至少一個N原子、O原子、S原子或Se原子的5~10員環,更佳為5~7員環,進一步較佳為5~6員環。)、二價的芳香族雜環基(較佳為在環結構中具有至少一個N原子、O原子、S原子或Se原子的5~10員環,更佳為5~7員環,進一步較佳為5~6員環。)、二價的芳香族烴環基(較佳為6~10員環,更佳為6員環。)、及將此等複數個組合而成的二價的有機基。上述R可舉出氫原子或一價的有機基。作為一價的有機基並無特別限制,例如,較佳為烷基(較佳為碳數1~6)。
又,上述伸烷基、上述伸環烷基、上述伸烯基、上述二價的脂肪族雜環基、二價的芳香族雜環基、及二價的芳香族烴環基可以具有取代基。作為取代基,例如,可舉出鹵素原子(較佳為氟原子)。
作為由式(Ia-2)中的L
21及L
22、以及式(Ia-3)中的L
31及L
32表示的二價的有機基,例如,較佳為由下述式(L2)表示的二價的有機基。
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被至少一個氟原子取代的烷基。該烷基的碳數,較佳為1~10,更佳為1~4。又,作為被至少一個氟原子取代的烷基,較佳為全氟烷基。
Xf較佳為氟原子或碳數1~4之全氟烷基,更佳為氟原子或CF
3。特別地,更佳為雙方的Xf均為氟原子。
L
A表示單鍵或二價的連結基。
作為由L
A表示的二價的連結基並無特別限制,例如,可舉出-CO-、-O-、-SO-、-SO
2-、伸烷基(較佳為碳數1~6。可以為直鏈狀或支鏈狀)、伸環烷基(較佳為碳數3~15)、二價的芳香族烴環基(較佳為6~10員環,更佳為6員環)、及將此等複數個組合而成的二價的連結基。
又,上述伸烷基、上述伸環烷基、及二價的芳香族烴環基可以具有取代基。作為取代基,例如,可舉出鹵素原子(較佳為氟原子)。
作為由式(L2)表示的二價的有機基,例如,可舉出*-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-*。此外,所謂Ph係指可以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,但較佳為烷基(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)。
當式(Ia-2)中的L
21及L
22表示由式(L2)表示的二價的有機基時,式(L2)中的L
A側的鍵結鍵(*)較佳為與式(Ia-2)中的A
21a -及A
21b -鍵結。
又,當式(Ia-3)中的L
31及L
32表示由式(L2)表示的二價的有機基時,式(L2)中的L
A側的鍵結鍵(*)較佳為與式(Ia-3)中的A
31a -及A
32 -鍵結。
-由式(Ia-5)表示的化合物-
接著,將對式(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的陰離子官能基。在此,由A
51a -、A
51b -及A
51c -表示的一價的陰離子官能基係意指包含上述的陰離子部位A
1 -的一價的基團。作為由A
51a -、A
51b -及A
51c -表示的一價的陰離子官能基並無特別限制,例如,可舉出選自由上述式(AX-1)~(AX-3)所組成之群組中的一價的陰離子官能基。
A
52a -及A
52b -表示二價的陰離子官能基。在此,由A
52a -及A
52b -表示的二價的陰離子官能基係意指包含上述的陰離子部位A
2 -的二價的基團。作為由A
22 -表示的二價的陰離子官能基,例如,可舉出選自由上述的式(BX-8)~(BX-11)所組成之群組中的二價的陰離子官能基。
M
51a +、M
51b +、M
51c +、M
52a +及M
52b +分別獨立地表示有機陽離子。作為由M
51a +、M
51b +、M
51c +、M
52a +及M
52b +表示的有機陽離子與上述的M
1 +同義,較佳態樣亦相同。
L
51及L
53分別獨立地表示二價的有機基。作為由L
51及L
53表示的二價的有機基,與上述的式(Ia-2)中的L
21及L
22同義,較佳態樣亦相同。
L
52表示三價的有機基。作為由L
52表示的三價的有機基,與上述的式(Ia-4)中的L
41同義,較佳態樣亦相同。
又,上述式(Ia-5)中,在將由M
51a +、M
51b +、M
51c +、M
52a +及M
52b +表示的有機陽離子取代為H
+而成的化合物PIa-5中,源自由A
52aH表示的酸性部位的酸解離常數a2-1及源自由A
52bH表示的酸性部位的酸解離常數a2-2大於源自A
51aH的酸解離常數a1-1、源自由A
51bH表示的酸性部位的酸解離常數a1-2及源自由A
51cH表示的酸性部位的酸解離常數a1-3。此外,酸解離常數a1-1~a1-3相當於上述的酸解離常數a1,酸解離常數a2-1及a2-2相當於上述的酸解離常數a2。
此外,A
51a -、A
51b -及A
51c -可以彼此相同或相異。又,A
52a -及A
52b -可以彼此相同或相異。又,M
51a +、M
51b +、M
51c +、M
52a +及M
52b +可以彼此相同或相異。
又,M
51b +、M
51c +、M
52a +、M
52b +、A
51a -、A
51b -、A
51c -、L
51、L
52及L
53中的至少一者可以具有酸分解性基作為取代基。
(化合物(II))
化合物(II)係具有兩個以上的上述結構部位X及一個以上的下述結構部位Z的化合物,且係藉由光化射線或放射線之照射而產生包含兩個以上的源自上述結構部位X的第1酸性部位和上述結構部位Z的酸的化合物。
結構部位Z:能夠中和酸的非離子部位。
化合物(II)中,結構部位X的定義和A
1 -及M
1 +的定義與上述的化合物(I)中的結構部位X的定義和A
1 -及M
1 +的定義相同,並且較佳態樣亦相同。
上述化合物(II)中,在將上述結構部位X中的上述陽離子部位M
1 +取代為H
+而成的化合物PII中,源自將上述結構部位X中的上述陽離子部位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的較佳範圍與上述化合物PI中的酸解離常數a1相同。
此外,例如,當化合物(II)為產生具有兩個源自上述結構部位X的上述兩個第一酸性部位和上述結構部位Z的酸的化合物時,化合物PII相當於「具有兩個HA
1的化合物」。在求出了該化合物PII的酸解離常數的情況下,化合物PII成為「具有一個A
1 -和一個HA
1的化合物」時的酸解離常數及「具有一個A
1 -和一個HA
1的化合物」成為「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藉由上述的酸解離常數的測定方法而求出。
上述化合物PII相當於對化合物(II)照射光化射線或放射線時產生的酸。
此外,上述兩個以上的結構部位X可以分別相同亦可以分別相異。又,兩個以上的上述A
1 -及兩個以上的上述M
1 +可以分別相同亦可以分別相異。
作為能夠中和結構部位Z中的酸的非離子部位並無特別限制,例如,較佳為包含能夠與質子靜電相互作用的基團或具有電子的官能基的部位。
作為能夠與質子靜電相互作用的基團或具有電子的官能基,例如,可舉出環狀聚醚等具有大環結構的官能基或具有具有未對π共軛作出貢獻的非共用電子對的氮原子的官能基。所謂具有未對π共軛作出貢獻的非共用電子對的氮原子,例如,係具有下述式所示的部分結構之氮原子。
作為能夠與質子靜電相互作用的基團或具有電子的官能基的部分結構,例如,可舉出冠醚結構、氮雜冠醚結構、1~3級胺結構、吡啶結構、咪唑結構及吡嗪結構,其中,較佳為1~3級胺結構。
作為化合物(II)並無特別限制,例如,可舉出由下述式(IIa-1)及下述式(IIa-2)表示的化合物。
上述式(IIa-1)中,A
61a -及A
61b -分別與上述的式(Ia-1)中的A
11 -同義,較佳態樣亦相同。又,M
61a +及M
61b +分別與上述的式(Ia-1)中的M
11 +同義,較佳態樣亦相同。
上述式(IIa-1)中,L
61及L
62分別與上述的式(Ia-1)中的L
1同義,較佳態樣亦相同。
式(IIa-1)中,R
2X表示一價的有機基。作為由R
2X表示的一價的有機基並無特別限制,例如,可舉出-CH
2-可以被選自由-CO-、-NH-、-O-、-S-、-SO-及-SO
2-所組成之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。可以為直鏈狀或支鏈狀)、環烷基(較佳為碳數3~15)、或烯基(較佳為碳數2~6)。
又,上述伸烷基、上述伸環烷基、及上述伸烯基可以具有取代基。作為取代基並無特別限制,例如,可舉出鹵素原子(較佳氟原子)。
又,上述式(IIa-1)中,在將由M
61a +及M
61b +表示的有機陽離子取代為H
+而成的化合物PIIa-1中,源自由A
61aH表示的酸性部位的酸解離常數a1-7及源自由A
61bH表示的酸性部位的酸解離常數a1-8,相當於上述的酸解離常數a1。
此外,上述化合物(IIa-1)中,將上述結構部位X中的上述陽離子部位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。又,化合物PIIa-1與藉由光化射線或放射線照射的由式(IIa-1)表示的化合物所產生的酸係相同酸。
又,M
61a +、M
61b +、A
61a -、A
61b -、L
61、L
62及R
2X中的至少一個可以具有酸分解性基作為取代基。
上述式(IIa-2)中,A
71a -、A
71b -、A
71c -分別與上述的式(Ia-1)中的A
11 -同義,較佳態樣亦相同。又,M
71a +、M
71b +及M
71c +分別與上述的式(Ia-1)中的M
11 +同義,較佳態樣亦相同。
上述式(IIa-2)中,L
71、L
72及L
73分別與上述的式(Ia-1)中的L
1同義,較佳態樣亦相同。
又,上述式(IIa-2)中,在將由M
71a +、M
71b +及M
71c +表示的有機陽離子取代為H
+而成的化合物PIIa-2中,源自由A
71aH表示的酸性部位的酸解離常數a1-9、源自由A
71bH表示的酸性部位的酸解離常數a1-10及源自由A
71cH表示的酸性部位的酸解離常數a1-11,相當於上述的酸解離常數a1。
此外,在上述化合物(IIa-1)中,將上述結構部位X中的上述陽離子部位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。又,化合物PIIa-2與藉由光化射線或放射線照射的由式(IIa-2)表示的化合物所產生的酸係相同酸。
又,M
71a +、M
71b +、M
71c +、A
71a -、A
71b -、A
71c -、L
71、L
72及L
73中的至少一個可以具有酸分解性基作為取代基。
例示化合物(I)及(II)可具有的陰離子部位,但本發明不限定於此。
作為化合物(B),例如,亦較佳為使用揭露於國際公開2018/193954號之段落[0135]~[0171]、國際公開2020/066824號之段落[0077]~[0116]、國際公開2017/154345號之段落[0018]~[0075]及[0334]~[0335]中之光酸產生劑。
光阻組成物中的化合物(B)的含量並無特別限制,但從所形成之圖案的截面形狀更加矩形化之觀點而言,相對於光阻組成物的總固體成分,較佳為1質量%以上,更佳為5質量%以上,進一步較佳為10質量%以上。又,化合物(B)的含量,相對於光阻組成物的總固體成分,較佳為80質量%以下,更佳為70質量%以下,進一步較佳為60質量%以下。
化合物(B)可以單獨使用一種,亦可以使用兩種以上。
又,化合物(B)可以為下述化合物(X)。
<化合物(X)>
化合物(X)為包含由下述式(X)表示的陽離子(特定陽離子)的鹽。
式(X)中,Ar
X表示被包含鹵素原子的基團取代的芳基。
由Ar
x表示的芳基可以為單環或多環。又,上述芳基可以為氧原子、氮原子、或包含硫原子等的雜環。
作為上述雜環,例如,可舉出吡咯環、呋喃環、噻吩環、吲哚環、苯並呋喃環,及苯並噻吩環。
上述芳基的碳數(Ar
X的碳數)較佳為6~20,更佳為6~15,進一步較佳為6~10。
所謂包含鹵素原子的基團係意指鹵素原子本身、及包含鹵素原子作為取代基的一部分的基團。
作為鹵素原子,例如,可舉出氟原子、氯原子、溴原子及碘原子,較佳為氟原子或碘原子。
作為包含鹵素原子的基團,例如,可舉出鹵素原子、鹵代烷基、鹵代烷氧基,及鹵代芳基。
上述芳基所具有的鹵素原子數較佳為1~20,更佳為1~15,進一步較佳為1~10。
上述芳基所具有的包含鹵素原子的基團的數量,較佳為1~10,更佳為1~5,進一步較佳為1~3。
上述芳基中,除了包含鹵素原子的基團之外,亦可以取代有不包含鹵素原子的基團。作為不含上述鹵素原子的基團,較佳為烷基(較佳為碳數1~6)、烷氧基或烷氧基羰基,更佳為烷基(較佳為碳數1~6)或烷氧基(較佳為碳數1~6)。
作為上述芳基,較佳為苯基或萘基,更佳為苯基。
R
X11~R
X16分別獨立地表示氫原子或烴基。
R
X11~R
X12中的至少一個較佳為烴基。R
X13~R
X16較佳為表示氫原子。
上述烴基可以為直鏈狀、支鏈狀、或環狀。
作為上述烴基,例如,可舉出烷基、環烷基、烯基及芳基,較佳為烷基。
上述烴基的碳數,較佳為1~20,更佳為1~10,進一步較佳為1~5。
R
X11和R
X12可以鍵結而形成環,R
X11和R
X13~R
X16中的至少一個或R
X12和R
X13~R
X16中的至少一個可以相互鍵結而形成環。
n及m分別獨立地表示1以上的整數。
作為n及m,較佳為1~10,更佳為1~5,進一步較佳為1~3,特佳為2。又,n及m較佳為表示相同的整數。
當n表示2以上的整數時,兩個以上的R
X13及兩個以上的R
X14可以彼此相同,亦可以相異。又,當m表示2以上的整數時,兩個以上的R
X15及兩個以上的R
X16可以彼此相同,亦可以相異。
L
X表示二價的連結基。
作為二價的連結基,例如,可舉出-CO-、-NR
A-、-O-、-S-、-SO-、-SO
2-、-N(SO
2-R
A)-、伸烷基、伸環烷基、伸烯基、及將此等複數個組合而成的二價的連結基,較佳為包含氧原子的二價的連結基。
作為包含氧原子的二價的連結基,例如,可舉出-CO-、-O-、-SO-、-SO
2-、-N(SO
2-R
A)-,以及將此等複數個組合而成的二價的連結基。作為R
A,可舉出氫原子或碳數1~6的烷基。
其中,包含氧原子的二價的連結基較佳為-O-、-CO-、或-N(SO
2-R
A)-,更佳為-O-、或-CO-。
所謂包含氧原子的二價的連結基係意指氧原子本身、及包含氧原子作為二價的連結基的一部分的二價的連結基。
包含氧原子的二價的連結基所具有的氧原子的數量較佳為1~3,更佳為1~2,進一步較佳為1。
作為特定陽離子,較佳為由式(X-1)表示的陽離子。
式(X-1)中,X
1表示包含鹵素原子的基團。
X
1與上述式(X)中的Ar
x所具有的包含鹵素原子的基團同義,較佳範圍亦相同。
Y
1表示不含鹵素原子的基團。
作為不含上述鹵素原子的基團,較佳為烷基(較佳為碳數1~6)、烷氧基或烷氧基羰基,更佳為烷基(較佳為碳數1~6)或烷氧基。
所謂不含鹵素原子的基團係意指不包含鹵素原子作為取代基的一部分的基團。亦即,Y
1表示由X
1表示的含有鹵素原子的基團之外的基團。
a表示1~5的整數,b表示0~4的整數,a+b為1~5。
作為a,較佳為1~4。作為b,較佳為1~4 。
R
X20~R
X29分別獨立地表示氫原子或烴基。
R
X20~R
X21與上述式(X)中的R
X11~R
X12同義,較佳範圍也亦同。
由R
X22~R
X29表示的烴基可以為直鏈狀、支鏈狀、或環狀。
作為由R
X22~R
X29表示的烴基,例如,可舉出烷基、環烷基、烯基及芳基,較佳為烷基。
由R
X22~R
X29表示的烴基的碳數較佳為1~20,更佳為1~10,進一步較佳為1~5。
R
X20和R
X21可以相互鍵結而形成環,並且R
20和R
X22~R
X25中的至少一個與R
X21和R
X26~R
X29中的至少一個可以相互鍵結而形成環。
特定陽離子可以單獨使用一種,亦可以使用兩種以上。
化合物(X)的分子量較佳為100~10000,更佳為100~2500,進一步較佳為100~1500。
化合物(X)的含量的較佳範圍與上述的化合物(B)的含量的較佳範圍相同。
化合物(X)可以單獨使用一種,亦可以使用兩種以上。使用兩種以上時,較佳為其總含量在上述較佳含量範圍內。
以下示出化合物(X)具體例,但本發明不限定於此。
〔酸擴散控制劑〕
光阻組成物可以包含酸擴散控制劑。
酸擴散控制劑係作為猝滅劑發揮作用者,該猝滅劑捕獲在曝光時由光酸產生劑等產生的酸,並抑制因多餘的產生酸而導致的未曝光部中之酸分解性樹脂的反應。
作為酸擴散控制劑,例如,可舉出鹼性化合物(CA)、具有氮原子且具有藉由酸的作用而脫離的基團的低分子化合物(CB)、藉由光化射線或放射線之照射而酸擴散控制能力降低或消失的化合物(CC)等。
作為上述化合物(CC),可舉出相對於光酸產生劑而言成為相對弱酸的鎓鹽化合物(CD)、藉由光化射線或放射線之照射而鹼性降低或消失的鹼性化合物(CE)等。
作為酸擴散控制劑,可以適宜地使用公知的酸擴散控制劑。
例如,可較佳地使用美國專利申請公開2016/0070167A1號之段落[0627]~[0664]、美國專利申請公開2015/0004544A1號之段落[0095]~[0187]、美國專利申請公開2016/0237190A1號之段落[0403]~[0423]、及美國專利申請公開2016/0274458A1號之段落[0259]~[0328]中所揭露之公知的化合物作為酸擴散控制劑。
又,例如,作為鹼性化合物(CA)之具體例,可舉出國際公開第2020/066824號之段落[0132]~[0136]中所記載者,作為藉由光化射線或放射線之照射而鹼性降低或消失的鹼性化合物(CD)之具體例,可舉出國際公開第2020/066824號之段落[0137]~[0155]中所記載者,作為具有氮原子且具有藉由酸的作用而脫離的基團的低分子化合物(CB)之具體例,可舉出國際公開第2020/066824號之段落[0156]~[0163]中所記載者,作為在陽離子部具有氮原子的鎓鹽化合物(CE)之具體例,可舉出國際公開第2020/066824號之段落[0164]中所記載者。
又,作為相對於光酸產生劑而言成為相對弱酸的鎓鹽化合物(CD)之具體例,可舉出國際公開第2020/158337號之段落[0305]~[0314]、國際公開第2020/158467號之段落[0455]~[0464]、國際公開第2020/158366號之段落[0298]~[0307]、國際公開第2020/158417號之段落[0357]~[0366]中所記載者。
當光阻組成物包含酸擴散控制劑時,酸擴散控制劑的含量(存在複數種時為其合計)相對於組成物之總固體成分,較佳為0.1~15.0質量%,更佳為1.0~15.0質量%。
在光阻組成物中,酸擴散控制劑可以單獨使用一種,亦可以併用兩種以上。
〔樹脂(D)〕
光阻組成物,除了樹脂(A)之外,可以進一步含有與樹脂(A)相異的樹脂。與樹脂(A)相異的樹脂亦稱為「樹脂(D)」。
樹脂(D)較佳為疏水性樹脂。
疏水性樹脂較佳為設計成偏向存在於光阻膜之表面,但與界面活性劑相異,其分子內並非一定要具有親水基,亦可以無助於極性物質及非極性物質的均勻混合。
作為經添加疏水性樹脂而帶來的效果,可舉出控制光阻膜表面相對於水的靜態及動態之接觸角,以及抑制脫氣。
從對膜表層偏在化之觀點而言,疏水性樹脂較佳為具有氟原子、矽原子、及包含於樹脂的側鏈部分之CH
3部分結構中之任一種以上,更佳為具有兩種以上。又,上述疏水性樹脂較佳為具有碳數5以上之烴基。此等基團可以存在於樹脂之主鏈中,亦可以於側鏈進行取代。
作為疏水性樹脂,可舉出國際公開第2020/004306號之段落[0275]~[0279]中所記載之化合物。
當光阻組成物包含樹脂(D)時,相對於光阻組成物的總固體成分,樹脂(D)的含量較佳為0.01~20.0質量%,更佳為0.1~15.0質量%。
〔界面活性劑(E)〕
光阻組成物可以包含界面活性劑。若包含界面活性劑,能夠形成密著性更優異、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,可舉出揭露於國際公開2018/19395號之段落[0218]及[0219]中之界面活性劑。
此等界面活性劑可以單獨使用一種,亦可以使用兩種以上。
當光阻組成物含有界面活性劑時,相對於組成物的總固體成分,界面活性劑的含量較佳為0.0001~2.0質量%,更佳為0.0005~1.0質量%,進一步較佳為0.1~1.0質量%。
〔其他添加劑〕
光阻組成物可以進一步含有溶解抑制化合物、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之化合物(例如,分子量1000以下之酚化合物、或含有羧基的脂環族或者脂肪族化合物)。
光阻組成物可以進一步含有溶解抑制化合物。在此,所謂「溶解抑制化合物」,係指藉由酸的作用發生分解而在有機系顯影液中的溶解度降低的、分子量3000以下的化合物。
光阻組成物可較佳地用作EB用感光性組成物或EUV用感光性組成物。
EUV的波長為13.5nm,與ArF(波長193nm)光等相比,其波長更短,因此以相同靈敏度曝光時的入射光子數較少。因此,在概率上光子數有偏差的「光子散粒雜訊」之影響較大,導致LER惡化及橋接缺陷。為了減少光子散粒雜訊,有增加曝光量以增加入射光子數量之方法,但需要與高靈敏度化之要求做權衡。
由下述式(1)求出的A值高時,由光阻組成物形成的光阻膜的EUV及電子束的吸收效率變高,可有效降低光子散粒雜訊。A值表示光阻膜的質量比率的EUV及電子束的吸收效率。
式(1):A=([H]×0.04+[C]×1.0+[N]×2.1+[O]×3.6+[F]×5.6+[S]×1.5+[I]×39.5)/([H]×1+[C]×12+[N]×14+[O]×16+[F]×19+[S]×32+[I]×127)
A值較佳為0.120以上。上限並無特別限制,但A值太大時,光阻膜的EUV及電子束透過率會降低,光阻膜中的光學圖像輪廓劣化,結果難以得到良好的圖案形狀,因此較佳為0.240以下,更佳為0.220以下。
此外,式(1)中,[H]表示源自總固體成分的氫原子相對於感光化射線性或感放射線性樹脂組成物中的總固體成分之全部原子的莫耳比率,[C]表示源自總固體成分的碳原子相對於感光化射線性或感放射線性樹脂組成物中的總固體成分之全部原子的莫耳比率,[N]表示源自總固體成分的氮原子相對於感光化射線性或感放射線性樹脂組成物中的總固體成分之全部原子的莫耳比率,[O]表示源自總固體成分的氧原子相對於感光化射線性或感放射線性樹脂組成物中的總固體成分之全部原子的莫耳比率,[F]表示源自總固體成分的氟原子相對於感光化射線性或感放射線性樹脂組成物中的總固體成分之全部原子的莫耳比率,[S]表示源自總固體成分的硫原子相對於感光化射線性或感放射線性樹脂組成物中的總固體成分之全部原子的莫耳比率,[I]表示源自總固體成分的碘原子相對於感光化射線性或感放射線性樹脂組成物中的總固體成分之全部原子的莫耳比率。
例如,當光阻組成物包含藉由酸的作用而極性增大的樹脂(酸分解性樹脂)、光酸產生劑、酸擴散控制劑及溶劑時,上述樹脂、上述光酸產生劑及上述酸擴散控制劑相當於固體成分。亦即,總固體成分的全部原子相當於源自上述樹脂的全部原子、源自上述光酸產生劑的全部原子及源自上述酸擴散控制劑的全部原子之總和。例如,[H]表示源自總固體成分的氫原子相對於總固體成分之全部原子的莫耳比率,若基於上述例進行說明,則[H]表示源自上述樹脂的氫原子、源自上述光酸產生劑的氫原子、及源自上述酸擴散控制劑的氫原子之總和相對於源自上述樹脂的全部原子、源自上述光酸產生劑的全部原子、及源自上述酸擴散控制劑的全部原子之總和的莫耳比率。
A值的計算,在光阻組成物中的總固體成分的構成成分之結構及含量已知的情況下,可藉由計算所含有的原子數比來算出。又,即使在構成成分未知的情況下,對於使光阻組成物的溶劑成分蒸發而得到的光阻膜,亦能夠藉由元素分析等分析方法計算出構成原子數比。
[感光化射線性或感放射線性樹脂組成物之製造方法]
本發明之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物之製造方法,較佳為包括將樹脂(A)的溶液添加到包含有機溶劑(Y)的不良溶媒中並使樹脂(A)沉澱之製程(以下,該製程亦稱為「製程(X)」。)。
可以藉由製程(X)純化樹脂(A)。用於合成樹脂(A)的單體具有五氟硫基。在製程(X)中,使樹脂(A)沉澱,將其與殘留單體分離,並純化樹脂(A),為此使用包含有機溶劑的不良溶媒。
不良溶媒可以僅由有機溶劑(Y)構成,亦可以由有機溶劑(Y)和其他溶劑構成。
不良溶媒中所包含的有機溶劑(Y)可以僅為一種,亦可以為兩種以上。
下表1示出有機溶劑(Y)之具體例(化合物名稱及ClogP值),但不限定於此。
有機溶劑(Y)的ClogP值較佳為1.4以上。
ClogP值使用Chem Draw Professional(version:16.0.1.4(77), ParkinElmer Informatics, Inc.製造)的計算值。
〔感光化射線性或感放射線性膜〕
本發明之感光化射線性或感放射線性膜係由上述的本發明之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物形成的感光化射線性或感放射線性膜。
感光化射線性或感放射線性膜典型而言係光阻膜。
〔圖案形成方法〕
本發明之圖案形成方法包括:
使用本發明之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物形成感光化射線性或感放射線性膜之製程(亦稱為「製程(1)」);
對上述感光化射線性或感放射線性膜進行曝光之製程(亦稱為「製程(2)」);
使用顯影液對上述曝光後的感光化射線性或感放射線性膜進行顯影並形成圖案之製程(亦稱為「製程(3)」)。
以下,將對上述各個製程之步驟進行詳細描述。
<製程(1)>
製程(1)係使用上述的本發明之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物(光阻組成物)形成感光化射線性或感放射線性膜(亦稱為「光阻膜」)之製程。
製程(1)中所使用的光阻組成物較佳為含有酸分解性樹脂及光酸產生劑。
製程(1)典型而言係使用光阻組成物在基板上形成光阻膜之製程。
作為使用光阻組成物在基板上形成光阻膜之方法,例如,可舉出將光阻組成物塗佈到基板上之方法。
此外,在塗佈之前較佳為視需要將光阻組成物進行過濾器過濾。過濾器之孔徑較佳為0.1μm以下,更佳為0.05μm以下,進一步較佳為0.03μm以下。又,過濾器較佳為聚四氟乙烯製、聚乙烯製、或尼龍製。
光阻組成物可以藉由旋塗機或塗佈機等適當的塗佈方法塗佈到用於製造積體電路元件的基板(例如,矽、二氧化矽塗層)上。塗佈方法較佳為使用旋塗機的旋轉塗佈。使用旋塗機進行旋轉塗佈時的旋轉速度較佳為1000~3000rpm(rotation per minute)。
塗佈光阻組成物之後,可以將基板乾燥,並形成光阻膜。此外,視需要,可以在光阻膜的下層形成各種底塗層膜(無機膜、有機膜、抗反射膜)。
作為乾燥方法,例如,可舉出藉由加熱進行乾燥之方法。加熱可以藉由通常的曝光機及/或顯影機所具備之裝置實施,亦可以使用熱板等實施。加熱溫度較佳為80~150℃,更佳為80~140℃,進一步較佳為80~130℃。加熱時間較佳為30~1000秒,更佳為60~800秒,進一步較佳為60~600秒。
光阻膜之膜厚並無特別限制,但從可形成更高精度的微細圖案之觀點而言,較佳為10~120nm。其中,在EUV曝光的情況下,光阻膜之膜厚更佳為10~65nm,進一步較佳為15~50nm。又,在ArF液浸曝光的情況下,光阻膜之膜厚更佳為10~120nm,進一步較佳為15~90nm。
此外,可以使用頂塗層組成物在光阻膜的上層形成頂塗層。
頂塗層組成物較佳為係不與光阻膜混合,並且能狗均勻地塗佈於光阻膜上層者。頂塗層並無特別限定,可藉由先前公知的方法來形成先前公知的頂塗層,例如,可根據日本特開2014-059543號公報之段落[0072]~[0082]中之記載來形成頂塗層。
例如,較佳為在光阻膜上形成諸如日本特開2013-61648號公報中所記載的包含鹼性化合物之頂塗層。頂塗層所能包含的鹼性化合物的具體例,可舉出可以包含於光阻組成物中的鹼性化合物。
又,頂塗層亦較佳為包含含有至少一個選自由醚鍵、硫醚鍵、羥基、硫醇基、羰基鍵及酯鍵所組成之群組中的基團或鍵的化合物。
<製程(2)>
製程(2)係對光阻膜進行曝光之製程。
作為曝光之方法,可舉出經由規定的遮罩對所形成的光阻膜照射光化射線或放射線之方法。
作為光化射線或放射線,可舉出紅外光、可見光、紫外光、遠紫外光、極紫外光、X射線、及電子束,較佳為250nm以下的光化射線或放射線、電子束、更佳為220nm以下的光化射線或放射線、電子束、特佳為1~200nm的光化射線或放射線、電子束。作為光化射線或放射線,具體而言,可舉出KrF準分子雷射(248nm)、ArF準分子雷射(193nm)、F
2準分子雷射(157nm)、EUV(13nm)、X射線、及電子束。
在曝光後,較佳為進行顯影之前進行烘烤(加熱)。藉由烘烤可促進曝光部的反應,從而使感光度及圖案形狀更加良好。
加熱溫度較佳為80~150℃,更佳為80~140℃,進一步較佳為80~130℃。
加熱時間較佳為10~1000秒,更佳為10~180秒,進一步較佳為30~120秒。
加熱可藉由通常的曝光機及/或顯影機所具備之裝置實施,亦可以使用熱板等進行。
該製程亦稱為曝光後烘烤。
<製程(3)>
製程(3)係使用顯影液對在製程(2)中曝光後的感光化射線性或感放射線性膜(光阻膜)進行顯影並形成圖案之製程。
顯影液可以為鹼性顯影液,亦可以為含有有機溶劑的顯影液(亦稱為「有機系顯影液」)。
作為顯影方法,例如,可舉出將基板浸漬於填滿顯影液的槽中一定時間之方法(浸漬法)、藉由表面張力使顯影液堆積於基板表面並靜置一定時間從而進行顯影之方法(覆液法(puddle method))、向基板表面噴霧顯影液之方法(噴霧法)、及在以一定速度旋轉的基板上使顯影液噴出噴嘴一邊以一定速度掃描一邊持續噴出顯影液之方法(動態分配法)。
又,在進行顯影的製程之後,亦可以實施在用另一溶劑置換的同時停止顯影之製程。
顯影時間只要係使未曝光部的樹脂充分溶解的時間即可,並無特別限制,較佳為10~300秒,更佳為20~120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。鹼性水溶液之種類並無特別限制,例如,可舉出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,鹼性顯影液較佳為以氫氧化四甲基銨(TMAH)為代表的四級銨鹽的水溶液。可以向鹼性顯影液中添加適量的醇類、界面活性劑等。鹼性顯影液之鹼濃度通常為0.1~20質量%。又,鹼性顯影液之pH值通常為10.0~15.0。
有機系顯影液較佳為含有選自由酮系溶劑、酯系溶劑、醇系溶劑、醯胺系溶劑、醚系溶劑、及烴系溶劑所組成之群組中的至少一種有機溶劑的顯影液。
上述溶劑可以混合複數種,亦可以與上述之外的溶劑或水混合。作為顯影液整體之含水率較佳為小於50質量%,更佳為小於20質量%,進一步較佳為小於10質量%,特佳為實質上不含水。
有機溶劑相對於有機系顯影液的含量,相對於顯影液的總量,較佳為50質量%以上且100質量%以下,更佳為80質量%以上且100質量%以下,進一步較佳為90質量%以上且100質量%以下,特佳為95質量%以上且100質量%以下。
<其他製程>
上述圖案形成方法較佳為在製程(3)之後包括用沖洗液洗淨之製程。
作為在用鹼性顯影液顯影的製程之後的沖洗製程中所使用的沖洗液,例如,可舉出純水。此外,可以在純水中添加適量的界面活性劑。
亦可以在沖洗液中添加適量的界面活性劑。
在使用了有機系顯影液之顯影製程後的沖洗製程中所使用的沖洗液,只要係不溶解圖案者即可,並無特別限制,可使用包含一般有機溶劑之溶液。沖洗液較佳為使用含有選自由烴系溶劑、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之群組中的至少一種有機溶劑的沖洗液。
沖洗製程之方法並無特別限定,例如,可舉出在以一定速度旋轉的基板上持續噴出沖洗液之方法(旋轉塗佈法)、將基板浸漬於充滿沖洗液的槽中一定時間之方法(浸漬法)、及將沖洗液噴霧到基板表面之方法(噴霧法)。
又,本發明之圖案形成方法可以在沖洗製程之後包括加熱製程(Post Bake,後烘烤)。藉由本製程,殘留於圖案間及圖案內部的顯影液及沖洗液藉由烘烤而被去除。又,藉由本製程,亦具有使光阻圖案平滑、圖案的表面粗糙度得到改善之效果。沖洗製程之後的加熱製程通常在40~250°C(較佳為90~200°C)下、通常進行10秒鐘~3分鐘(較佳為30秒鐘~120秒鐘)。
又,可以將所形成的圖案作為遮罩,實施基板的蝕刻處理。亦即,可以將製程(3)中所形成的圖案作為遮罩,對基板(或下層膜及基板)進行加工,並在基板上形成圖案。
基板(或下層膜及基板)的加工方法並無特別限定,但較佳為將製程3中所形成的圖案作為遮罩,藉由對基板(或下層膜及基板)進行乾法蝕刻,在基板上形成圖案之方法。乾法蝕刻較佳為氧電漿蝕刻。
圖案形成方法中所使用的光阻組成物及其他各種材料(例如,溶劑、顯影液、沖洗液、防反射膜形成用組成物、頂塗層形成用組成物等)較佳為不含金屬等雜質。此等材料中所含的雜質的含量較佳為1質量ppm(parts per million,百萬分之一)以下,更佳為10質量ppb(parts per billion,十億分之一)以下,進一步較佳為100質量ppt以下,特佳為10質量ppt以下,最較佳為1質量ppt(parts per trillion,萬億分之一)以下。下限並無特別限制,較佳為0質量ppt以上。在此,作為金屬雜質,例如,可舉出Na、K、Ca、Fe、Cu、Mg、Al、Li、Cr、Ni、Sn、Ag、As、Au、Ba、Cd、Co、Pb、Ti、V、W及Zn。
作為從各種材料中去除金屬等雜質之方法,例如,可舉出使用過濾器的過濾。在國際公開第2020/004306號之段落[0321]中記載有使用過濾器過濾的細節。
又,作為減少各種材料中所含的金屬等雜質之方法,例如,可舉出選擇金屬含量少的原料作為構成各種材料的原料之方法、對構成各種材料的原料進行過濾器過濾之方法、及利用鐵氟龍(註冊商標)於裝置內形成內襯等而在儘可能抑制污染的條件下進行蒸餾之方法等。
除過濾器過濾之外,亦可以利用吸附材料去除雜質,亦可以將過濾器過濾和吸附材料組合使用。作為吸附材料,可使用公知的吸附材料,例如,可使用矽膠及沸石等無機系吸附材料、以及活性碳等有機系吸附材料。為了減少上述各種材料中所含的金屬等雜質,需要在製造製程中防止金屬雜質的混入。關於金屬雜質是否已從製造裝置中充分去除,可藉由測定用於洗淨製造裝置的洗淨液中所含的金屬成分之含量來確認。使用後的洗淨液中所含的金屬成分之含量,較佳為100質量ppt以下,更佳為10質量ppt以下,進一步較佳為1質量ppt以下。下限並無特別限制,較佳為0質量ppt以上。
沖洗液等有機系處理液中,可以添加導電性化合物,以防止伴隨靜電充電及隨後產生的靜電放電,藥液配管及各種部件(過濾器、O形環、及管等)出現故障。導電性化合物並無特別限制,例如,可舉出甲醇。添加量並無特別限制,但從維持較佳顯影特性或沖洗特性之觀點而言,較佳為10質量%以下,更佳為5質量%以下。下限並無特別限制,較佳為0.01質量%以上。
作為藥液配管,例如,可使用SUS(不銹鋼)、或塗覆有已施加抗靜電處理的聚乙烯、聚丙烯或者氟樹脂(聚四氟乙烯或全氟烷氧基樹脂等)之各種配管。同樣,對於過濾器及O形環,亦可使用已施加抗靜電處理的聚乙烯、聚丙烯或氟樹脂(聚四氟乙烯或全氟烷氧基樹脂等)。
[電子器件之製造方法]
又,本發明還涉及包含上述圖案形成方法的電子器件之製造方法、及依據此製造方法製造的電子器件。
作為本發明之電子器件的較佳態樣,可舉出搭載於電氣電子機器(家電、OA(Office Automation,辦公自動化)、媒體相關機器、光學用機器及通信機器等)之態樣。
[樹脂]
本發明還涉及包含具有五氟硫基的重複單元及具有酸分解性基的重複單元的樹脂。該樹脂亦可以進一步包含選自由具有內酯基的重複單元、具有環狀碳酸酯基的重複單元、及具有酚性羥基的重複單元所組成之群組中的至少一種。
此等樹脂可舉出在〔樹脂(A)〕中描述的樹脂。
[樹脂之製造方法]
本發明還涉及包含具有五氟硫基的重複單元及具有酸分解性基的重複單元的樹脂之製造方法。樹脂如上所述。
本發明之樹脂之製造方法包括將上述樹脂的溶液添加到包含有機溶劑(Y)的不良溶媒中,使上述樹脂沉澱之製程。有機溶劑(Y)如上所述。有機溶劑(Y)的ClogP值較佳為1.4以上。
[實施例]
以下,將基於實施例對本發明進行更詳細的說明。以下的實施例中所示的材料、使用量、比率、處理內容及處理步驟,只要不脫離本發明之主旨,可以適宜地變更。因此,本發明之範圍不應被如下所示之實施例限定解釋。
[光阻組成物的各種成分]
〔樹脂(A)〕
作為樹脂(A)使用了樹脂A-1~A-71。又,作為比較例的樹脂使用了樹脂RA-1~RA-3。
表2~4示出每個樹脂中所包含的各重複單元之含量(莫耳%)、重量平均分子量(Mw)、及分散度(Mw/Mn)。重複單元之含量係各重複單元相對於各樹脂所包含的所有重複單元的比率(莫耳比率)。各重複單元藉由相應的單體之結構示出。
樹脂的重量平均分子量(Mw)及分散度(Mw/Mn)藉由GPC(載體:四氫呋喃(THF))測定(聚苯乙烯換算量)。又,重複單元之含量藉由
13C-NMR(nuclear magnetic resonance,核磁共振)測定。
樹脂RA-1~RA-3並非樹脂(A),但為方便起見,它們被列在表8的「樹脂(A)」欄中。
表2~4中所記載之單體(與各重複單元對應的單體)的結構式如下所示。
〔光酸產生劑〕
所使用的光酸產生劑的結構如下所示。
〔酸擴散控制劑〕
所使用的酸擴散控制劑的結構如下所示。
〔樹脂(D)〕
作為樹脂(D)所使用的樹脂D-1~D-7的結構式如下所示。
表5示出每個樹脂中所包含的各重複單元之含量(莫耳%)、重量平均分子量(Mw)及分散度(Mw/Mn)。重複單元之含量係各重複單元相對於各樹脂所包含的所有重複單元的比率(莫耳比率)。表5所示的重複單元之含量值分別自以下示出之結構式的左側起依次對應。
樹脂的重量平均分子量(Mw)及分散度(Mw/Mn)藉由GPC(載體:四氫呋喃(THF))測定(聚苯乙烯換算量)。又,重複單元之含量藉由
13C-NMR(nuclear magnetic resonance,核磁共振)測定。
〔溶劑〕
所使用的溶劑如下所。
F-1:丙二醇單甲醚乙酸酯(PGMEA)
F-2:丙二醇單甲醚(PGME)
F-3:丙二醇單乙醚(PGEE)
F-4:環己酮
F-5:環戊酮
F-6:2-庚酮
F-7:乳酸乙酯
F-8:γ-丁內酯
F-9:碳酸丙烯酯
〔界面活性劑〕
所使用的界面活性劑如下所示。
H-1:MEGAFAC F176(DIC(股)製、氟系界面活性劑)。
H-2:MEGAFAC R08(DIC(股)製、氟矽系界面活性劑)。
H-3:PF656(OMNOVA公司製,氟系界面活性劑)
[樹脂A-1的合成及純化]
在氮氣流下將丙二醇單甲醚乙酸酯(47g)加熱至80℃。一邊攪拌該液體,一邊經6小時滴加由下述式M-19表示的單體的丙二醇單甲醚乙酸酯50質量%溶液(42g)、由下述式M-80表示的單體(31g)、由下述式M-31表示的單體(48g)、環己酮(170g)、及2,2'-偶氮雙異丁酸二甲酯〔V-601,富士軟片和光純藥(股)製〕(10.7g)的混合溶液,並得到了反應液。滴加結束後,將反應溶液在80℃下進一步攪拌2小時。將得到的反應液冷卻後,用大量的庚烷和乙酸乙酯的混合溶劑(庚烷:乙酸乙酯=9:1,質量比)進行再沉澱,然後過濾,真空乾燥所得到的固體,由此得到83g樹脂A-1。
藉由得到的樹脂A-1的GPC(載體:四氫呋喃(THF))求得的重量平均分子量(Mw:聚苯乙烯換算)為6500,分散度(Mw/Mn)為1.60。藉由
13C-NMR(nuclear magnetic resonance)測定的重複單元之含量莫耳比為30/20/50。
實施例中所使用的其他樹脂(A)亦以與上述相同之方式進行了合成和純化。
[光阻組成物的製備]
將表6~8所示的成分混合成固體成分濃度為2.0質量%。接著,使所得到的混合液按照首先通過孔徑為50nm的聚乙烯製過濾器,其次通過孔徑為10nm的尼龍製過濾器,最後通過孔徑為5nm的聚乙烯製過濾器的順序進行過濾,由此製備了光阻組成物(Re-1~Re-71、Re-1R~Re-3R)。
此外,所謂固體成分係意指除溶劑之外的所有成分。將得到的光阻組成物用於實施例及比較例中。
表6~8中,「量」欄示出各成分相對於光阻組成物中的總固體成分之含量(質量%)。
<實施例1-1~1-71、比較例1-1~1-3>
[圖案形成]
〔EUV曝光、有機溶劑顯影〕
將下層膜形成用組成物AL412(Brewer Science公司製)塗佈於直徑為12英尺的矽晶圓上,並在205°C下烘烤60秒,形成膜厚20nm的下層膜。於下層膜上塗佈表9~10所示的光阻組成物,並在100℃下烘烤60秒,形成膜厚30nm的光阻膜。
使用EUV曝光裝置(Exitech公司製造,Micro Exposure Tool, NA0.3, Quadrupol, outer sigma 0.68, inner sigma 0.36)對具有所得到的光阻膜的矽晶圓進行圖案照射,使所得到的圖案的平均線寬為18nm。此外,作為標線片(reticle),使用了線尺寸為18nm,且線:間隙比為1:1的掩模。
將曝光後的光阻膜在90°C下烘烤60秒後,用乙酸正丁酯顯影30秒,並將其旋轉乾燥以得到負型圖案。
〔評價項目1〕
<缺陷評價(缺陷抑制性)>
使用UVision5(AMAT公司製造)及SEMVision G4(AMAT公司製造)計數每片矽晶圓的缺陷數,並按照以下評價標準評價通過上述方法得到的圖案。缺陷數越少,缺陷抑制性越好。結果示於表9~10。
A:缺陷數50個以下
B:缺陷數超過50個且100個以下
C:缺陷數超過100個且200個以下
D:缺陷數超過200個且300個以下
E:缺陷數超過300個且400個以下
F:缺陷數超過400個且500個以下
G:缺陷數超過500個
〔評價項目2〕
<線寬粗糙度(LWR)性能>
使用測長掃描型電子顯微鏡(SEM(股)日立製作所S-9380II))自圖案上方觀察通過上述方法得到的圖案。於250處觀察圖案的線寬,並求出其標準偏差(σ)。以3σ評價線寬的測定偏差,並將3σ的值設為LWR(nm)。LWR值越小,LWR性能越好。結果示於表9~10。
如表9~10所示,確認到實施例的光阻組成物在藉由有機溶劑顯影而形成圖案的情況下,缺陷少(缺陷抑制性優異)並且LWR性能優異。另一方面,比較例的光阻組成物的此等性能與實施例相比較差。
<實施例2-1~2-71、比較例2-1~2-3>
〔EUV曝光、鹼性水溶液顯影〕
將下層膜形成用組成物AL412(Brewer Science公司製)塗佈於直徑為12英尺的矽晶圓上,並在205°C下烘烤60秒,形成膜厚20nm的下層膜。於下層膜上塗佈表11~12所示的光阻組成物,並在100℃下烘烤60秒,形成膜厚30nm的光阻膜。
使用EUV曝光裝置(Exitech公司製造,Micro Exposure Tool, NA0.3, Quadrupol, outer sigma 0.68, inner sigma 0.36)對具有所得到的光阻膜的矽晶圓進行圖案照射,使所得到的圖案的平均線寬為18nm。此外,作為標線片(reticle),使用了線尺寸為18nm,且線:間隙比為1:1的掩模。
將曝光後的光阻膜在90°C下烘烤60秒後,用四甲基氫氧化銨水溶液(2.38質量%)顯影30秒,接著用純水沖洗30秒。然後,將其旋轉乾燥以得到正型圖案。
使用所得到的正型圖案,以與上述相同的方式對缺陷抑制性及LWR性能進行了評價。
結果示於表11~12中。
如表11~12所示,確認到實施例的光阻組成物即使藉由鹼性顯影形成圖案,缺陷亦少(缺陷抑制性優異)並且LWR性能優異。另一方面,比較例的光阻組成物的此等性能與實施例相比較差。
[產業上之可利用性]
根據本發明,可提供一種缺陷少且LWR性能優異的感光化射線性或感放射線性樹脂組成物。又,根據本發明,可提供一種上述感光化射線性或感放射線性樹脂組成物之製造方法、使用上述感光化射線性或感放射線性樹脂組成物的感光化射線性或感放射線性膜、圖案形成方法、及電子器件之製造方法、以及可用於上述感光化射線性或感放射線性樹脂組成物之樹脂。
儘管詳細地且參照特定實施態樣對本發明進行了說明,但對於本領域技術人員而言,顯而易見地能夠在不脫離本發明之精神和範圍的情況下進行各種改變和修改。
本申請案係基於2021年7月21日提出的日本專利申請(日本特願2021-121042),其內容作為參照併入本說明書中。
無
無
Claims (18)
- 一種感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其含有具有五氟硫基的樹脂(A)及溶劑。
- 如請求項1所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其中,所述樹脂組成物含有藉由光化射線或放射線之照射而產生酸的化合物。
- 如請求項1或2所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其中,所述樹脂(A)包含具有酸分解性基的重複單元。
- 如請求項1或2所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其中,所述樹脂(A)包含具有選自由內酯基及環狀碳酸酯基所組成之群組中的至少一種的重複單元。
- 如請求項1或2所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其中,所述樹脂(A)包含具有酚性羥基的重複單元。
- 如請求項1或2所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其中,所述樹脂(A)包含由下述通式(2)、(3)及(4)中任一者所表示的聚合性化合物的聚合性基聚合而形成的重複單元, [化學式2] 通式(2)中, Z 1表示具有聚合性基的基團, E 1表示單鍵或連結基, Xa表示鹵素原子、羥基或有機基,當存在複數個Xa時,複數個Xa可以相同亦可以相異, m1表示1以上且(5+2k)以下的整數, m2表示0以上且(5+2k-m1)以下的整數, k表示0以上的整數, *分別表示鍵結於通式(2)中所記載的芳香族烴的鍵結鍵, [化學式3] 通式(3)中, Z 1表示具有聚合性基的基團, E 1表示單鍵或連結基, W 1表示具有內酯結構的基團, m3表示1以上的整數, [化學式4] 通式(4)中, Z 1表示具有聚合性基的基團, E 1表示單鍵或連結基, Rx 4及Rx 5分別獨立地表示氫原子或有機基, Rx 4及Rx 5可以鍵結而形成環。
- 如請求項1或2所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其中,除了所述樹脂(A)之外,進一步含有與所述樹脂(A)相異的樹脂。
- 如請求項1或2所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其中,相對於所述感光化射線性或感放射線性樹脂組成物的總固體成分,所述樹脂(A)之含量為10.0質量%以上。
- 如請求項1至9中任一項所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物之製造方法,其中, 所述製造方法包括將所述樹脂(A)的溶液添加到包含有機溶劑(Y)的不良溶媒中並使所述樹脂(A)沉澱之製程。
- 如請求項10所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物之製造方法,其中,所述有機溶劑(Y)的ClogP值為1.4以上。
- 一種感光化射線性或感放射線性膜,其係由請求項1至9中任一項所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物形成。
- 一種圖案形成方法,其具有: 使用請求項1至9中任一項所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物形成感光化射線性或感放射線性膜之製程; 對所述感光化射線性或感放射線性膜進行曝光之製程;以及 使用顯影液對所述曝光後的感光化射線性或感放射線性膜進行顯影並形成圖案之製程。
- 一種電子器件之製造方法,其包括如請求項13所述之圖案形成方法。
- 一種樹脂,其包含具有五氟硫基的重複單元及具有酸分解性基的重複單元。
- 如請求項15所述之樹脂,其中,所述樹脂包含選自由具有內酯基的重複單元、具有環狀碳酸酯基的重複單元、及具有酚性羥基的重複單元所組成之群組中的至少一種。
- 如請求項15或16所述之樹脂之製造方法,其中,所述製造方法包括將所述樹脂的溶液添加到包含有機溶劑(Y)的不良溶媒中並使所述樹脂沉澱之製程。
- 如請求項17所述之樹脂之製造方法,其中,所述有機溶劑(Y)的ClogP值為1.4以上。
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