TW202405559A - 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膜、圖案形成方法及電子器件之製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種感光化射線性或感放射線性樹脂組成物、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,所述感光化射線性或感放射線性樹脂組成物含有:(A)含有具有藉由酸的作用分解而極性發生變化之基團的由特定通式(a)表示的重複單元(a)的樹脂;及(B)藉由光化射線或放射線之照射而產生酸的化合物。
Description
本發明涉及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膜、圖案形成方法及電子器件之製造方法。更具體而言,本發明涉及可適用於超LSI(Large Scale Integration,大型積體電路)及高容量微晶片之製造製程、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,以及可適用於其他光加工製程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膜、圖案形成方法及電子器件之製造方法。
以往,在IC(Integrated Circuit,積體電路)、LSI(Large Scale Integration,大型積體電路)等半導體器件之製造製程中,藉由使用光阻組成物之微影技術進行微細加工。近年來,隨著積體電路之高積體化,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,曝光波長亦從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「浸漬液」)的所謂液浸法。
又,現在除了準分子雷射光之外,還正在開發使用電子束(EB)、X射線及極紫外線(EUV)等的微影技術。伴隨於此,已開發出有效地感應各種光化射線或放射線的光阻組成物。
作為用於感光化射線性或感放射線性樹脂組成物的樹脂,已知有各種樹脂。例如,專利文獻1中具體記載了一種感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其含有包含重複單元的樹脂,該重複單元具有苯甲酸的羧基被含有烷基或環烷基的基團保護的特定結構。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
專利文獻1:國際公開第2017-138267號
[發明所欲解決之課題]
近年來,圖案之微細化不斷發展,並且要求進一步改善用於形成此種圖案的感光化射線性或感放射線性樹脂組成物之諸性能。
然而,專利文獻1及2中所記載的感光化射線性或感放射線性樹脂組成物在解析度、線寬粗糙度(Line Width Roughness:LWR)性能及所獲得圖案的圖案形狀方面存在進一步改進之餘地。所謂LWR性能係指能夠減小圖案的LWR之性能。
本發明之課題在於提供一種在極微細(例如,線寬50nm以下的線與空間圖案或孔徑50nm以下的孔圖案等)之圖案形成中解析度及LWR之性能優異並可獲得良好的圖案形狀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。
[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,其含有下述(A)及(B):
(A)具有含有藉由酸的作用分解而極性發生變化之基團的由下述通式(a)表示的重複單元(a)的樹脂;及
(B)藉由光化射線或放射線之照射而產生酸的化合物。
[化學式1]
通式(a)中,R
101~R
103分別獨立地表示氫原子、有機基或鹵素原子。其中,R
102可以與L
101鍵結而形成環,該情況下之R
102表示單鍵、伸烷基或伸烯基。
L
101表示二價的芳香環基。當與R
102鍵結而形成環時,表示三價的芳香環基。
R
104及R
105分別獨立地表示氫原子、烷基、芳基、雜芳基、烯基或炔基。
R
106表示雜原子之非共用電子對構成共軛系的芳香族雜環基。R
104~R
106可以相互鍵結而形成環。
[2]
如[1]所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其中,上述通式(a)中,R
106為具有包含S、O、N、Se或Te之5員環骨架的單環或多環的芳香族雜環基。
[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,由上述通式(a)表示的重複單元為由下述通式(a-2)~(a-7)之任一個表示的重複單元。
[化學式2]
通式(a-2)~(a-7)中,R
111~R
113分別獨立地表示氫原子、有機基或鹵素原子。
L
111表示二價的芳香環基。
R
114及R
115分別獨立地表示氫原子、烷基、芳基、雜芳基、烯基或炔基。
R
114及R
115可以相互鍵結而形成環。
R
117~R
121分別獨立地表示氫原子或取代基。R
117~R
121可以相互鍵結而形成環。
A表示S、O、N(R)、Se或Te。R表示氫原子或取代基。
[4]
如[3]所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其中,由上述通式(a)表示的重複單元為由上述通式(a-2)或通式(a-3)表示的重複單元。
[5]
如[3]所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其中,由上述通式(a)表示的重複單元為由上述通式(a-2)表示的重複單元。
[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,上述通式(a)中的L
101為伸苯基。
[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,上述通式(a)中的R
104及R
105中所包含的碳原子數之總數為1以上。
[8]
如[1]至[7]中任一項所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其中,上述樹脂(A)進一步包含由下述通式(c)表示的重複單元(c)。
[化學式3]
通式(c)中,R
61~R
63分別獨立地表示氫原子、有機基或鹵素原子。其中,R
62可以與Ar鍵結而形成環,該情況下之R
62表示單鍵或伸烷基。
L表示單鍵或二價的連結基。
Ar表示(k+1)價的芳香環,當與R
62鍵結而形成環時,表示(k+2)價的芳香環基。
k表示1~5的整數。
[9]
如[1]至[8]中任一項所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其中,上述重複單元(a)的含量相對於上述樹脂(A)的總質量為10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,其中,上述化合物(B)為由下述通式(1)表示的化合物。
[化學式4]
通式(1)中,R
1及R
5分別獨立地表示芳基或雜芳基。
R
2~R
4分別獨立地表示氫原子或取代基。
M
n+表示陽離子。
n表示1以上的整數。
[11]
如[10]所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其中,上述通式(1)中,R
3表示芳基。
[12]
如[10]或[11]所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其中,上述通式(1)中,R
1~R
5中的至少一個為包含極性基的基團、包含藉由酸的作用分解而極性增大之基團的基團、或包含藉由鹼顯影液的作用分解而在鹼顯影液中的溶解度增大之基團的基團。
[13]
如[10]至[12]中任一項所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其中,上述通式(1)中,R
1、R
3及R
5分別為由下述通式(Ar)表示的基團。
[化學式5]
通式(Ar)中,R
6~R
10分別獨立地表示氫原子或取代基。R
6~R
10中的至少一個為包含極性基的基團、包含藉由酸的作用分解而極性增大之基團的基團、或包含藉由鹼顯影液的作用分解而在鹼顯影液中的溶解度增大之基團的基團。*表示與通式(1)中的苯環鍵結的鍵結鍵。
[14]
如[10]至[13]中任一項所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其中,上述通式(1)中,R
1、R
3及R
5分別為由下述通式(Ar1)表示的基團。
[化學式6]
通式(Ar1)中,R
11~R
15分別獨立地表示氫原子或取代基,R
11~R
15中的至少一個表示下述取代基Y。*表示與通式(1)中的苯環鍵結的鍵結鍵。
取代基Y:羥基、羧基、具有羰基鍵的基團、醯氧基、烷氧基羰氧基、芳氧基羰氧基、芳氧基羰基、烷氧基羰基、胺甲醯基或醯亞胺基。
[15]
一種感光化射線性或感放射線性膜,其由[1]至[14]中任一項所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物形成。
[16]
一種圖案形成方法,其包括如下製程:
感光化射線性或感放射線性膜形成製程,藉由[1]至[14]中任一項所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物在基板上形成感光化射線性或感放射線性膜;
曝光製程,對上述感光化射線性或感放射線性膜進行曝光;以及
顯影製程,用顯影液對曝光後的上述感光化射線性或感放射線性膜進行顯影。
[17]
一種電子器件之製造方法,其包括[16]所述之圖案形成方法。
[發明效果]
根據本發明,可提供一種在極微細(例如,線寬50nm以下的線與空間圖案或孔徑50nm以下的孔圖案等)之圖案形成中解析度及LWR之性能優異並可獲得良好的圖案形狀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。
以下,將對本發明進行詳細說明。
以下所記載的對構成要素之說明,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。
在本說明書中,「光化射線」或「放射線」係意指,例如,以水銀燈之明線光譜、準分子雷射為代表之遠紫外線、極紫外線(EUV:Extreme Ultraviolet)、X射線、軟X射線及電子束(EB:Electron Beam)等。
本說明書中,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,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等進行的曝光,亦包括利用電子束及離子束等粒子束進行的描繪。
本說明書中,所謂「~」係以將其前後記載之數值作為下限值及上限值而包含之意來使用。
本說明書中,(甲基)丙烯酸酯表示丙烯酸酯及甲基丙烯酸酯中的至少一種。又,(甲基)丙烯酸表示丙烯酸及甲基丙烯酸中的至少一種。
本說明書中,樹脂的重量平均分子量(Mw)、數量平均分子量(Mn)及分散度(亦稱為「分子量分佈」)(Mw/Mn),係以利用GPC(Gel Permeation Chromatography,凝膠滲透色譜)裝置(東曹(Tosoh)股份有限公司製HLC-8120GPC)藉由GPC測定(溶劑:四氫呋喃,流量(樣品注入量):10μL,管柱:東曹股份有限公司製TSK gel Multipore HXL-M,管柱溫度:40℃,流速:1.0mL/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。
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,亦包括含有取代基的基團。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)。又,本說明書中的所謂「有機基」,係指含有至少一個碳原子的基團。
作為取代基,若無特別指明,則較佳為一價的取代基。作為取代基的例子,可舉出氫原子之外的一價的非金屬原子團,例如,可從以下的取代基T中選擇。
(取代基T)
作為取代基T,可舉出氟原子、氯原子、溴原子及碘原子等鹵素原子;甲氧基、乙氧基及第三丁氧基等烷氧基;環烷氧基;苯氧基及對甲苯氧基等芳氧基;甲氧基羰基及丁氧基羰基等烷氧基羰基;環烷氧基羰基;苯氧基羰基等芳氧基羰基;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、甲基丙烯醯基及甲基草醯基等醯基;磺醯基;甲基硫烷基及第三丁基硫烷基等烷基硫烷基;苯基硫烷基及對甲苯基硫烷基等芳基硫烷基;烷基;烯基;環烷基;芳基;芳香族雜環基;羥基;羧基;甲醯基;磺基;氰基;烷基胺基羰基;芳基胺基羰基;磺醯胺基;矽烷基;胺基;胺甲醯基等。又,當這些取代基可進一步具有一個以上的取代基時,作為其進一步的取代基具有一個以上選自上述取代基的取代基的基團(例如,單烷基胺基、二烷基胺基、芳基胺基、三氟甲基等)亦包括在取代基T的例子中。
本說明書中,所記載的二價的基團之鍵結方向,若無特別指明,則無特別限制。例如,由「X-Y-Z」所成之式所表示的化合物中,當Y為-COO-時,Y既可以為-CO-O-,亦可以為-O-CO-。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,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值均表示藉由使用此軟體包所計算求得的值。
軟體包1:Advanced Chemistry Development (ACD/Labs) Software V8.14 for Solaris (1994-2007 ACD/Labs)。
又,pKa亦可以利用分子軌道計算法求得。作為該具體方法,可舉出藉由基於熱力學循環計算水溶液中的H
+解離自由能來算出之方法。關於H
+解離自由能之計算方法,例如,可藉由DFT(密度泛函理論)來計算,但並不限於此,亦有其他各種方法報告於文獻等中。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,然而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。
本說明書中,pKa,如上述所示,係指「在水溶液中的pKa」,但是,在不能算出在水溶液中的pKa之情況下,採用「在二甲基亞碸(DMSO)溶液中的pKa」。
本說明書中,所謂「固體成分」係意指形成感光化射線性或感光化射線性膜之成分,不包含溶劑。又,只要係形成感光化射線性或感光化射線性膜之成分,即使其性狀為液體狀,亦視為固體成分。
[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(亦稱為「本發明之組成物」)係含有下述(A)及(B)的感光化射線性或感放射線性樹脂組成物。
(A)具有含有藉由酸的作用分解而極性發生變化之基團的由下述通式(a)表示的重複單元(a)的樹脂
(B)藉由光化射線或放射線之照射而產生酸的化合物
[化學式7]
通式(a)中,R
101~R
103分別獨立地表示氫原子、有機基或鹵素原子。其中,R
102可以與L
101鍵結而形成環,該情況下之R
102表示單鍵、伸烷基或伸烯基。
L
101表示二價的芳香環基。當與R
102鍵結而形成環時,表示三價的芳香環基。
R
104及R
105分別獨立地表示氫原子、烷基、芳基、雜芳基、烯基或炔基。
R
106表示雜原子之非共用電子對構成共軛系的芳香族雜環基。R
104~R
106可以相互鍵結而形成環。
本發明之組成物在形成極微細圖案時解析度及LWR性能優異並且能夠獲得良好的圖案形狀的理由並不清楚,但本發明人等推測如下。
本發明之組成物中所含有的樹脂(A)具有含有藉由酸的作用分解而極性發生變化之基團的重複單元(a)。重複單元(a)具有與芳香環基鍵結的羧基被包含雜原子之非共用電子對構成共軛系的芳香族雜環基的保護基保護的結構。
重複單元(a)具有與芳香環基鍵結的羧基得到保護的酸分解性結構,脫離保護基後的羧基藉由芳香環共軛穩定化,因此脫保護反應性變高。再者,重複單元(a)中的上述保護基藉由非共用電子對構成共軛系而成為富電子(Electron-Rich),因此藉由化合物(B)所產生的酸的作用而脫離的脫離基容易穩定化,從而更加提高脫保護反應性。其結果,推定為解析度得到提高,LWR性能和圖案形狀亦得到改善。
又,認為重複單元(a)在脫離基中含有芳香族雜環基,因此,因脫保護而引起的親水性和疏水性之差異大,從而溶解對比的差異變大,這亦有助於提高解析度。
本發明之組成物,典型而言,為光阻組成物,可以為正型光阻組成物,亦可以為負型光阻組成物。本發明之組成物可以為用於鹼性顯影之光阻組成物,亦可為用於有機溶劑顯影之光阻組成物。其中,較佳為正型光阻組成物且係鹼顯影用光阻組成物。
本發明之光阻組成物可以為化學增幅型光阻組成物,亦可以為非化學增幅型光阻組成物。本發明之組成物,典型而言,更佳為化學增幅型光阻組成物且係化學增幅型正型光阻組成物。
使用本發明之組成物能夠形成感光化射線性或感放射線性膜。使用本發明之組成物所形成的感光化射線性或感放射線性膜,典型而言為光阻膜。
以下,首先對本發明之組成物的各種成分進行詳細說明。
<樹脂(A)>
將對(A)具有含有藉由酸的作用分解而極性發生變化之基團的由通式(a)表示的重複單元(a)的樹脂(亦稱為「樹脂(A)」)進行描述。
樹脂(A)較佳為具有含有藉由酸的作用分解而極性增大之基團(以下,亦稱為「酸分解性基」)的重複單元,並且較佳為具有含有酸分解性基的重複單元的樹脂(以下,亦稱為「酸分解性樹脂」)。
樹脂(A)所包含的重複單元(a)係具有藉由酸的作用分解而極性發生變化之基團的由通式(a)表示的重複單元,更具體而言,係具有藉由酸的作用分解而生成羧酸並極性增大之基團的重複單元。亦即,樹脂(A)係酸分解性樹脂。
樹脂(A)較佳為藉由酸的作用對顯影液的溶解度發生變化的樹脂。
藉由酸的作用對顯影液的溶解度發生變化的樹脂,可以為藉由酸的作用對顯影液的溶解度增大之樹脂,亦可以為藉由酸的作用對顯影液的溶解度降低之樹脂。
樹脂(A)具有藉由酸的作用分解而生成羧酸之基團,因此在本發明之圖案形成方法中,典型而言,當採用鹼顯影液作為顯影液時,可較佳地形成正型圖案,當採用有機系顯影液作為顯影液時,較佳地形成負型圖案。
(重複單元(a))
重複單元(a)係具有藉由酸的作用分解而極性發生變化之基團的由下述通式(a)表示的重複單元。
重複單元(a)亦稱為「具有酸分解性基的重複單元」。
[化學式8]
通式(a)中,R
101~R
103分別獨立地表示氫原子、有機基或鹵素原子。其中,R
102可以與L
101鍵結而形成環,該情況下之R
102表示單鍵、伸烷基或伸烯基。
L
101表示二價的芳香環基。當與R
102鍵結而形成環時,表示三價的芳香環基。
R
104及R
105分別獨立地表示氫原子、烷基、芳基、雜芳基、烯基或炔基。
R
106表示雜原子之非共用電子對構成共軛系的芳香族雜環基。R
104~R
106可以相互鍵結而形成環。
通式(a)中,R
101~R
103分別獨立地表示氫原子、有機基或鹵素原子。
作為R
101~R
103所表示的有機基,例如,可舉出烷基、烯基、或環烷基、芳香環基。
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。
烯基可以為直鏈狀,亦可以為支鏈狀。烯基的碳數並無特別限制,較佳為2~10,更佳為2~3。
環烷基可以為單環型,亦可以為多環型。該環烷基之碳數較佳為3~8。
芳香環基可舉出芳基或雜芳基。
作為芳基,例如,可舉出碳數6~15之芳基,具體而言,作為較佳例可舉出苯基、萘基、蒽基等。
作為雜芳基,例如,可舉出碳數2~15之雜芳基,可舉出5員環~10員環者,具體而言,作為較佳例可舉出呋喃基、噻吩基、噻唑基、吡咯基、噁唑基、吡啶基、苯並呋喃基、苯並噻吩基、喹啉基、咔唑基。
作為R
101~R
103所表示的鹵素原子,例如,可舉出氟原子、氯原子、溴原子及碘原子。
R
102可以與L
101鍵結而形成環,該情況下之R
102表示單鍵、伸烷基或伸烯基。
作為伸烷基,可舉出從R
101~R
103所表示的烷基中去除任意一個氫原子的基團。
作為伸烯基,可舉出從R
101~R
103所表示的烯基中去除任意一個氫原子的基團。
通式(a)中,R
101~R
103較佳為分別獨立地為氫原子或烷基,更佳為R
101及R
102為氫原子且R
103為氫原子或甲基,進一步較佳為R
101~R
103為氫原子。
通式(a)中,L
101表示二價的芳香環基。
作為L
101所表示的二價的芳香環基,可舉出伸芳基或伸雜芳基。
作為L
101的伸芳基,例如,可舉出碳數6~15之伸芳基,具體而言,作為較佳例,可舉出伸苯基、伸萘基、伸蒽基等。
作為L
101的伸雜芳基,例如,可舉出碳數2~15之伸雜芳基,可舉出5員環~10員環者,具體而言,從呋喃基、噻吩基、噻唑基、吡咯基、噁唑基、吡啶基、苯並呋喃基、苯並噻吩基、喹啉基、咔唑基等中去除任意一個氫原子的基團。
L
101所表示的二價的芳香環基可以進一步具有取代基,例如可舉出鹵素原子等。
L
101可以與R
102鍵結而形成環,在這種情況下,L
101表示三價的芳香環基。
作為三價的芳香環基,可舉出從上述二價的芳香環基中去除任意一個氫原子的基團。
L
101較佳為伸芳基,更佳為伸苯基。
通式(a)中,R
104及R
105分別獨立地表示氫原子、烷基、環烷基、芳基、雜芳基、烯基或炔基。
作為R
104及R
105所表示的烷基,可舉出可以為直鏈狀亦可以為支鏈狀的碳數1~8之烷基,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之烷基。
作為R
104及R
105所表示的環烷基,可舉出碳數3~10之單環或多環的環烷基,較佳為碳數4~6之單環的環烷基,並且較佳為環戊基或環己基。
作為R
104及R
105所表示的芳基,可舉出苯基、萘基等碳數6~15之芳基。
作為R
104及R
105所表示的雜芳基,可舉出呋喃基、噻吩基、噻唑基、吡咯基、噁唑基、吡啶基、苯並呋喃基、苯並噻吩基、喹啉基、咔唑基等碳數2~15之雜芳基。
作為R
104及R
105所表示的烯基,可舉出碳數2~6之烯基,較佳為乙烯基、1-甲基乙烯基、1-丙烯基、烯丙基、2-甲基-1-丙烯基等碳數2~4之烯基。
作為R
104及R
105所表示的炔基,可舉出碳數2~6之炔基。
R
104~R
106可以相互鍵結而形成環,較佳為R
104及R
105相互鍵結而形成環。
當R
104及R
105相互鍵結而形成環時,較佳為形成環烷基或環烯基。
作為R
104及R
105鍵結而形成的環烷基,可舉出碳數3~10之單環或多環的環烷基,可舉出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。其中,較佳為碳數5~6之單環的環烷基。
作為R
104及R
105鍵結而形成的環烯基,可舉出碳數3~10之單環或多環的環烯基,其中,較佳為碳數5~6之單環的環烯基。
R
104及R
105所表示的取代基可以進一步被有機基取代。上述有機基中所包含的雜原子數較佳為0~1。
在R
104及R
105所表示的上述取代基的各基團被有機基取代的情況下,作為有機基,例如,可舉出烷基(碳數1~4)、烷氧基(碳數1~4)等。R
104及R
105所表示的上述取代基中的伸甲基之一可以被羰基等具有雜原子的基團取代。
R
104及R
105鍵結而形成的環烷基、環烯基,例如,構成環的伸甲基中的一個可以被氧原子、硫原子等雜原子、或羰基等具有雜原子的基團取代。
R
104及R
105中所包含的雜原子之總數更佳為0~1。
R
104及R
105的各基團中所包含的碳原子數較佳為1~7。
又,R
104及R
105中所包含的碳原子之總數並無特別限定,但較佳為1以上。藉由將碳原子之總數設為1以上,可提高保護基的脫保護反應性,因此較佳。又,碳原子總數較佳為9以下,更佳為7以下。藉由碳原子之總數設為9以下,從樹脂(A)脫離的脫離物藉由後述的化合物(B)所產生的酸不易殘留在感光化射線性或感放射線性膜中,可更加提高解析力。
R
104及R
105中所包含的碳原子之總數較佳為5~9,更佳為5~7。
R
104及R
105較佳為分別獨立地表示氫原子、烷基或烯基。R
104及R
105可以相互鍵結而形成環。
R
104及R
105,較佳為R
104為氫原子且R
105為烷基,更佳為R
104為氫原子且R
105為甲基。
作為另一較佳態樣,較佳為R
104及R
105鍵結而形成環戊基或環己基之態樣。
通式(a)中,R
106表示雜原子之非共用電子對構成共軛系的芳香族雜環基。
作為R
106所表示的芳香族雜環基所具有的非共用電子對構成共軛系的雜原子,可舉出S、O、N、Se或Te,較佳為S、O或N,更佳為S或O。
作為R
106所表示的雜原子之非共用電子對構成共軛系的芳香族雜環基,可以為單環亦可以為多環。其中,較佳為具有含有S、O、N、Se或Te的5員環骨架的單環或多環的芳香族雜環基,更佳為含有S、O、N、Se或Te的5員環的芳香族雜環基。
作為R
106所表示的芳香族雜環基中的芳香族雜環的具體例,例如,可舉出將噻吩環、呋喃環、吡咯環、噻唑環、噁唑環、咪唑環、三唑環、噻二唑環、噻吩環的S替換為Se或Te的環等單環的芳香族雜環基,或將苯並噻吩環、苯並呋喃環、苯並吡咯環、苯並咪唑環、二苯並呋喃環、二苯並噻吩環、苯並噻吩環的S替換為Se或Te的環及將二苯並噻吩環的S替換為Se或Te的環等包含作為上述的單環而舉出的雜環骨架的多環的芳香族雜環,但並不限定於這些。
R
106所表示的芳香族雜環基可以進一步具有取代基,例如,可舉出鹵素原子、烷基、烷氧基、烯基、硫醇基等。進一步的取代基可以為一個,亦可以為兩個以上。當具有兩個以上的取代基時,它們可以相互鍵結而形成環。
R
106不包括雜原子之非共用電子對未構成共軛系的芳香族雜環基(例如,吡啶、喹啉、異喹啉、吡嗪、嘧啶、喹唑啉、吖啶等)。
由通式(a)表示的重複單元較佳為由下述通式(a-1)表示的重複單元。
[化學式9]
通式(a-1)中,R
111~R
113分別獨立地表示氫原子、有機基或鹵素原子。
R
114及R
115分別獨立地表示氫原子、烷基、芳基、雜芳基、烯基或炔基。R
114及R
115可以相互鍵結而形成環。
R
116表示雜原子之非共用電子對構成共軛系的芳香族雜環基。
通式(a-1)中的R
111~R
113與上述通式(a)中的R
101~R
103含義相同,較佳例亦相同。其中,不包括通式(a)中的R
102與L
101鍵結而形成環的態樣。
通式(a-1)中的R
114~R
116與上述通式(a)中的R
104~R
106含義相同,較佳例亦相同。其中,不包括通式(a)中的R
106與R
104及R
105中的至少一個鍵結而形成環的態樣。
由通式(a)表示的重複單元較佳為由下述通式(a-2)~(a-7)之任一個表示的重複單元。
[化學式10]
通式(a-2)~(a-7)中,R
111~R
113分別獨立地表示氫原子、有機基或鹵素原子。
L
111表示二價的芳香環基。
R
114及R
115分別獨立地表示氫原子、烷基、芳基、雜芳基、烯基或炔基。
R
114及R
115可以相互鍵結而形成環。
R
117~R
121分別獨立地表示氫原子或取代基。R
117~R
121可以相互鍵結而形成環。
A表示S、O、N(R)、Se或Te。R表示氫原子或取代基。
通式(a-2)~(a-7)中的R
111~R
113及L
111與上述通式(a)中的R
101~R
103及L
101含義相同,較佳例亦相同。其中,不包括通式(a)中的R
102與L
101鍵結而形成環的態樣。
通式(a-2)~(a-7)中的R
114及R
115與上述通式(a)中的R
104及R
105含義相同,較佳例亦相同。其中,不包括通式(a)中的R
106與R
104及R
105中的至少一個鍵結而形成環的態樣。
通式(a-2)~(a-7)中,R
117~R
121分別獨立地表示氫原子或取代基。
作為R
117~R
121所表示的取代基,例如,可舉出鹵素原子、烷基、芳基、烷氧基、烯基、硫醇基等。
作為鹵素原子,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。
作為烷基,可以為直鏈狀,亦可以為支鏈狀,可舉出碳數1~10之烷基,較佳為碳數1~3之烷基。
作為芳基,可舉出碳數6~15之芳基,較佳為苯基。
作為烷氧基中所包含的烷基,較佳為與上述R
117~R
121所表示的烷基相同者。
作為烯基,可以為直鏈狀,亦可以為支鏈狀,可舉出碳數2~10之烯基,較佳為碳數2~4之烯基。
作為當R
117~R
121相互鍵結而形成環時的環,例如,可舉出環烷基、環烯基、芳基、雜芳基等。
作為環烷基,可舉出碳數3~10之單環或多環的環烷基,較佳為碳數5~6之單環的環烷基。
作為環烯基,可舉出碳數3~10之單環或多環的環烯基,較佳為碳數5~6之單環的環烯基。
作為芳基較佳為苯基。
作為雜芳基,較佳為噻吩環基。
當R
117~R
121相互鍵結而形成環時,環的態樣並無特別限定,例如,可舉出下述之態樣。
通式(a-2)中,R
117~R
119中的兩個相互鍵結而形成環之態樣。
通式(a-3)中,R
118~R
119中的兩個相互鍵結而形成環之態樣。
通式(a-4)中,R
117~R
118中的兩個相互鍵結而形成環的態樣,R
119~R
121中的兩個相互鍵結而形成環的態樣。
通式(a-5)中,R
117~R
118中的兩個相互鍵結而形成環的態樣,R
119~R
120中的兩個相互鍵結而形成環之態樣。
通式(a-6)中,R
117~R
118中的兩個相互鍵結而形成環的態樣,R
120~R
121中的兩個相互鍵結而形成環之態樣。
通式(a-7)中,R
117~R
118中的兩個相互鍵結而形成環的態樣,R
119~R
121中的兩個相互鍵結而形成環之態樣。
R
117~R
121較佳為表示氫原子、氟原子或碳數1~3之烷基。又,亦較佳為相互鍵結而形成芳基或雜芳基。
通式(a-2)~(a-7)中,A表示S、O、N(R)、Se或Te。R表示氫原子或取代基。
作為R所表示的取代基並無特別限定,例如,可舉出烷基(碳數1~3)、芳基或雜芳基。
作為芳基,可舉出碳數6~15之芳基,較佳為苯基。
作為雜芳基,可舉出呋喃基、噻吩基、噻唑基、吡咯基、噁唑基、吡啶基、苯並呋喃基、苯並噻吩基、喹啉基、咔唑基等碳數2~15之雜芳基。
R較佳為氫原子或甲基。
A較佳為表示S、O或N(R),更佳為表示S或O。
由通式(a)表示的重複單元更佳為由上述通式(a-2)或通式(a-3)表示的重複單元,進一步較佳為由通式(a-2)表示的重複單元。
以下示出重複單元(a)之具體例,但本發明不限定於此。Me表示甲基。
[化學式11]
樹脂(A)可以單獨包含一種重複單元(a),亦可以同時包含兩種以上。
樹脂(A)中所包含的重複單元(a)的含量(當存在複數個重複單元(a)時為其合計),相對於樹脂(A)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。藉由設為15莫耳%以上,更容易發揮本發明之效果。
又,樹脂(A)中所包含的重複單元(a)的含量(當存在複數個重複單元(a)時為其合計),相對於樹脂(A)的所有重複單元,較佳為70莫耳%以下,更佳為60莫耳%以下,進一步較佳為50莫耳%以下。
樹脂(A)中所包含的重複單元(a)的含量(當存在複數個重複單元(a)時為其合計),相對於樹脂(A)的總質量,較佳為10質量%以上,更佳為20質量%以上,進一步較佳為30質量%以上。藉由設為10質量%以上,更容易發揮本發明之效果。
又,樹脂(A)中所包含的重複單元(a)的含量(當存在複數個重複單元(a)時為其合計),相對於樹脂(A)的總質量,較佳為70質量%以下,更佳為60質量%以下,進一步較佳為50質量%以下。
在不影響本發明之效果的範圍內,樹脂(A)可以含有除了重複單元(a)之外的具有酸分解性基的重複單元。
作為除了重複單元(a)之外的具有酸分解性基的重複單元,可適宜地使用公知的重複單元。例如,可較佳地使用美國專利申請公開2016/0274458A1號說明書之段落[0055]~[0191]、美國專利申請公開2015/0004544A1號說明書之段落[0035]~[0085]、美國專利申請公開2016/0147150A1號說明書之段落[0045]~[0090]中所揭示之公知的樹脂中具有酸分解性基的重複單元。
樹脂(A)中所包含的具有酸分解性基的重複單元的含量(當存在複數個具有酸分解性基的重複單元時為其合計),相對於樹脂(A)的所有重複單元,較佳為10~90莫耳%,更佳為20~80莫耳%,進一步較佳為30~70莫耳%。
在不影響本發明之效果的範圍內,樹脂(A)可以含有除了重複單元(a)之外的重複單元。
(重複單元(c))
樹脂(A)較佳為含有具有酸基的重複單元,並且較佳為含有由下述通式(c)表示的重複單元(c)。
[化學式12]
通式(c)中,R
61~R
63分別獨立地表示氫原子、有機基或鹵素原子。其中,R
62可以與Ar鍵結而形成環,該情況下之R
62表示單鍵或伸烷基。
L表示單鍵或二價的連結基。
Ar表示(k+1)價的芳香環基,當與R
62鍵結而形成環時,表示(k+2)價的芳香環基。
k表示1~5的整數。
通式(c)中,R
61~R
63分別獨立地表示氫原子、有機基或鹵素原子。
作為R
61~R
63所表示的有機基,例如,可舉出烷基、環烷基、氰基或烷氧基羰基。
作為R
61~R
63所表示的烷基,較佳為甲基、乙基、丙基、異丙基、正丁基、第二丁基、己基、2-乙基己基、辛基及十二烷基等碳數20以下的烷基,更佳為碳數8以下的烷基,進一步較佳為碳數3以下的烷基。
作為R
61~R
63所表示的環烷基,可以為單環型,亦可以為多環型。其中,較佳為環丙基、環戊基及環己基等碳數3~8之單環型的環烷基。
作為R
61~R
63所表示的烷氧基羰基中所包含的烷基,較佳為與上述R
61~R
63中的烷基相同者。
作為R
62與Ar鍵結而形成環時的、R
62的伸烷基,較佳為從上述R
61~R
63中的烷基中去除了任意一個氫原子的基團。
作為R
61~R
63所表示的鹵素原子,可舉出氟原子、氯原子、溴原子及碘原子,較佳為氟原子。
作為上述各基團中的較佳取代基,例如,可舉出烷基、環烷基、芳基、胺基、醯胺基、脲基、胺基甲酸酯基、羥基、羧基、鹵素原子、烷氧基、硫醚基、醯基、醯氧基、烷氧基羰基、氰基及硝基。取代基的碳數較佳為8以下。
通式(c)中,Ar表示(k+1)價的芳香環基。k為1時的二價的芳香環基可以具有取代基,例如,較佳為伸苯基、甲伸苯基、伸萘基及伸蒽基等碳數6~18之伸芳基、或噻吩環,呋喃環、吡咯環、苯並噻吩環、苯並呋喃環、苯並吡咯環、三嗪環、咪唑環、苯並咪唑環、三唑環、噻二唑環及噻唑環等含有雜環的芳香環基。
作為k為2以上之整數時的(k+1)價的芳香環基之具體例,可舉出從二價的芳香環基的上述具體例中去除(k-1)個任意的氫原子而成的基團。
(k+1)價的芳香環基可以進一步具有取代基。
作為(k+1)價的芳香環基可具有的取代基,例如,可舉出鹵素原子、烷基、環烷基、芳基、烯基、芳烷基、烷氧基、烷基羰基氧基、烷基磺醯氧基、烷氧基羰基或芳氧基羰基等。
作為Ar,較佳為碳數6~18之芳香環基,更佳為苯環基、萘環基及伸聯苯環基。
由通式(c)表示的重複單元較佳為具備羥基苯乙烯結構。亦即,Ar較佳為苯環基,更佳為伸苯基(二價的苯環基)。
通式(c)中,L表示單鍵或二價的連結基。
作為L所表示的二價的連結基,可舉出*-X
4-L
4-**。
上述式中,X
4表示單鍵、-COO-或-CONR
64-,R
64表示氫原子或烷基。
L
4表示單鍵或伸烷基。
*係與通式(c)中的主鏈的碳原子之鍵結鍵,**係與Ar之鍵結鍵。
作為由X
4表示的-CONR
64-(R
64表示氫原子或烷基)中的R
64的烷基,可舉出甲基、乙基、丙基、異丙基、正丁基、第二丁基、己基、2-乙基己基、辛基及十二烷基等碳數20以下的烷基,較佳為碳數8以下的烷基。
作為X
4較佳為單鍵、-COO-或-CONH-,更佳為單鍵或-COO-。
作為L
4中的伸烷基,較佳為伸甲基、伸乙基、伸丙基、伸丁基、伸己基及伸辛基等碳數1~8之伸烷基。
L較佳為單鍵、-COO-或-CONH-,更佳為單鍵。
通式(c)中,k表示1~5的整數。
k較佳為1~3的整數,更佳為1或2,進一步較佳為1。
由通式(c)表示的重複單元,較佳為由下述通式(1)表示的重複單元。
[化學式13]
通式(1)中,
A表示氫原子、烷基、環烷基、鹵素原子或氰基。
R表示鹵素原子、烷基、環烷基、芳基、烯基、芳烷基、烷氧基、烷基羰氧基、烷基磺醯氧基、烷氧羰基或芳氧羰基,有複數個時可以相同亦可以不同。當具有複數個R時,可以相互共同形成環。作為R,較佳為氫原子。
a表示1~3的整數。
b表示0~(3-a)的整數。
以下示出重複單元(c)的具體例,但本發明不限定於此。式中,a表示1~3的整數。
[化學式14]
[化學式15]
[化學式16]
此外,在上述重複單元中,較佳為以下具體記載之重複單元。式中,R表示氫原子或甲基,a表示2或3。
[化學式17]
重複單元(c)的含量,相對於樹脂(A)中的所有重複單元,較佳為10~80莫耳%,更佳為15~75莫耳%,進一步較佳為20~50莫耳%。
樹脂(A)可以含有選自由以下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:由以下(20)~(25)的重複單元所組成的群組。
(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之任一者,而具有氟原子、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)用於降低主鏈的運動性的重複單元
B群組: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、由式(III)表示且不具有羥基及氰基中之任一者的重複單元
作為樹脂(A)的一較佳態樣,可舉出樹脂(A)包含除了上述重複單元(c)之外的具有酚性羥基的重複單元及具有內酯基的重複單元中的至少一個之態樣。藉此,可提高由本發明之組成物形成的感光化射線性或感放射線性膜對基板的密著性。
樹脂(A)較佳為具有酸基,如後所述,較佳為具有含有酸基的重複單元。此外,關於酸基的定義將後述。樹脂(A)具有酸基時,樹脂(A)與從光酸產生劑產生的酸之間的相互作用性更優異。作為其結果,可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。
樹脂(A)可以具有選自由上述A群組所組成之群組中的至少一種重複單元。當本發明之組成物用作EUV曝光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。
樹脂(A)可以含有氟原子及碘原子中的至少一者。當本發明之組成物用作EUV曝光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。當樹脂(A)包含氟原子及碘原子之兩者時,樹脂(A)可以具有包含氟原子及碘原子之兩者的一個重複單元,樹脂(A)亦可以具有包含氟原子的重複單元和包含碘原子的重複單元之兩種。
樹脂(A)可以具有含有芳香族基的重複單元。當本發明之組成物用作EUV曝光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。
此外,當本發明之組成物用作ArF用感光化射線性或感放射線性樹脂組成物時,樹脂(A)較佳為不含有氟原子及矽原子中之任一者。
(具有酸基的重複單元)
樹脂(A)亦可以具有除了上述重複單元(c)之外的具有酸基的重複單元。
作為酸基,較佳為pKa為13以下之酸基。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以下之酸基之情況下,樹脂(A)中的酸基的含量並無特別限制,多數情況為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,解析度亦優異。
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。
在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以外的基團(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-。又,一個以上的氟原子可以被氟原子以外的基團取代而形成包含-C(CF
3)(OH)-CF
2-的環。
具有酸基的重複單元,較佳為與具有上述的酸分解性基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氟原子或碘原子。
作為除了上述重複單元(c)之外的具有酸基的重複單元,可舉出以下的重複單元。
[化學式18]
[化學式19]
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5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70莫耳%以下,更佳為65莫耳%以下,進一步較佳為60莫耳%以下。
(不具有酸分解性基及酸基中之任一者,而具有氟原子、溴原子或碘原子的重複單元)
樹脂(A)除了上述之具有酸分解性基的重複單元及具有酸基的重複單元之外,亦可以具有不具有酸分解性基及酸基中之任一者,而具有氟原子、溴原子或碘原子的重複單元(以下,亦稱為單元X)。在此所說的<不具有酸分解性基及酸基中之任一者,而具有氟原子、溴原子或碘原子的重複單元>,較佳為與後述之<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群組的其他種類的重複單元相異。
作為單元X,較佳為由式(C)表示的重複單元。
[化學式20]
L
5表示單鍵或酯基。R
9表示氫原子、或可以具有氟原子或者碘原子的烷基。R
10表示氫原子、可以具有氟原子或者碘原子的烷基、可以具有氟原子或者碘原子的環烷基、可以具有氟原子或者碘原子的芳基、或將此等組合而成的基團。
單元X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,作為其上限值,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。
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,作為包含氟原子、溴原子及碘原子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。
(具有內酯基、磺內酯基或碳酸酯基的重複單元)
樹脂(A)可以具有含有選自由內酯基、磺內酯基及碳酸酯基所組成之群組中的至少一種之重複單元(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5~7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者螺環結構之形式在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者螺環結構之形式在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)中之任一者表示的內酯結構、或由下述式(SL1-1)~(SL1-3)中之任一者表示的磺內酯結構的環員原子中去掉一個以上氫原子而成,內酯基或磺內酯基可以直接鍵結在主鏈上。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。
[化學式21]
上述內酯結構或磺內酯結構亦可以具有取代基(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,存在複數個之Rb
2可以不同,存在複數個之Rb
2亦可以彼此鍵結而形成環。
作為具有含有由式(LC1-1)~(LC1-21)中任一者表示的內酯結構、或由式(SL1-1)~(SL1-3)中任一者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)表示的重複單元。
[化學式22]
在式(AI)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連結基。其中,作為Ab,較佳為單鍵、或由-Ab
1-CO
2-表示的連結基。Ab
1為直鏈狀或者支鏈狀的伸烷基,或單環或者多環的伸環烷基,較佳為伸甲基、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)中之任一者表示的內酯結構的環員原子中去掉一個氫原子而成的基團、或從由式(SL1-1)~(SL1-3)中之任一者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,可以使用任意一種光學異構體。又,可以單獨使用一種光學異構體,亦可以混合使用複數種光學異構體。主要使用一種光學異構體之情況下,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,較佳為由下述式(A-1)表示的重複單元。
[化學式23]
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,存在複數個之R
A 2可以分別相同亦可以不同。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連結基。Z表示與由式中的-O-CO-O-表示的基團一起形成單環或多環的原子團。
當樹脂(A)包含單元Y時,單元Y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。
(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(較佳為電子束或極紫外線)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。
作為樹脂(A)的一較佳態樣,可舉出樹脂(A)包含具有藉由電子束或極紫外線之照射分解而產生酸的基團的重複單元之態樣。
作為含有光酸產生基的重複單元,可舉出由式(4)表示的重複單元。
[化學式24]
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。
[化學式25]
[化學式26]
此外,作為由式(4)表示的重複單元,例如,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號公報之段落[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,作為其上限值,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。
(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,較佳為與上述的重複單元相異的重複單元。
[化學式27]
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為伸甲基、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塌之觀點而言,樹脂(A)較佳為具有較高的玻璃轉移溫度(Tg)。Tg較佳為大於90℃,更佳為大於100℃,進一步較佳為大於110℃,特佳為大於125℃。此外,從在顯影液中具有良好的溶解速度之觀點而言,Tg較佳為400℃以下,更佳為350℃以下。
此外,本說明書中,樹脂(A)等聚合物的玻璃轉移溫度(Tg)(以下亦稱為「重複單元之Tg」)藉由以下方法算出。首先,藉由Bicerano法分別計算出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,計算出各重複單元相對於聚合物中的所有重複單元的質量比(%)。接著,使用Fox的式(記載於Materials Letters 62(2008)3152等中)計算出各質量比下的Tg,並將該等進行總和作為聚合物之Tg(℃)。
Bicerano法記載於Prediction of polymer properties, Marcel Dekker Inc, New York (1993)。利用Bicerano法計算Tg時,可使用聚合物之物理性質評估軟體MDL Polymer(MDL Information Systems, Inc.)來進行計算。
為了提高樹脂(A)之Tg(較佳為,使Tg超過90℃),較佳為使樹脂(A)的主鏈的運動性降低。降低樹脂(A)的主鏈的運動性之方法,可舉出以下(a)~(e)之方法。
(a)向主鏈中導入大體積的取代基
(b)向主鏈中導入複數個取代基
(c)向主鏈附近導入誘發樹脂(A)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℃以上的重複單元。此外,樹脂(A)較佳為具有均聚物之Tg顯示130℃以上的重複單元。
作為上述(a)~(e)的具體實現方法之一例,可舉出在樹脂(A)中導入國際公開第2022/024928號之段落[0145]~[0160]中所記載之重複單元的方法。
(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)
樹脂(A)可以具有含有選自內酯基、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。
作為樹脂(A)所具有的含有內酯基、磺內酯基或碳酸酯基的重複單元,可舉出上述的<含有內酯基、磺內酯基或碳酸酯的重複單元>中所描述之重複單元。較佳的含量亦係如上述的<含有內酯基、磺內酯基或碳酸酯基的重複單元>中所描述的含量。
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、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2014-098921號公報之段落[0081]~[0084]中所記載之重複單元。
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,可舉出國際公開第2022/024928號之段落[0163]中所記載之基團。作為具有鹼可溶性基的重複單元,可舉出日本特開2014-098921號公報之段落[0085]及[0086]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)可以具有含有脂環式烴結構且不顯示酸分解性的重複單元。作為具有脂環式烴結構且不顯示酸分解性的重複單元,可舉出國際公開第2022/024928號之段落[0164]中所記載之重複單元。
(由式(III)表示且不具有羥基及氰基中之任一者的重複單元)
樹脂(A)可以具有由式(III)表示且不具有羥基及氰基中之任一者的重複單元。
不具有羥基及氰基中之任一者的、由式(III)表示的重複單元與國際公開第2022/024928號之段落[0165]~[0168]中所記載之不具有羥基及氰基中之任一者的、由式(III)表示的重複單元相同。
(其他重複單元)
此外,樹脂(A)亦可以具有上述的重複單元以外的其他的重複單元。
例如,樹脂(A)可以具有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(dioxane)環基的重複單元、及具有乙內醯脲(hydantoin)環基的重複單元所組成之群組中的重複單元。
作為除了上述的重複單元之外的其他重複單元的具體例,可舉出國際公開第2022/024928號之段落[0170]中所記載者。
樹脂(A)除了上述重複構造單元之外,亦可以為了調節耐乾式蝕刻性、標準顯影液適應性、基板密著性、光阻輪廓、解析度、耐熱性、及感度等而具有各種重複構造單元。
作為樹脂(A),特別地,當本發明之組成物用作ArF用感光化射線性或感放射線性樹脂組成物時,較佳為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。作為具體態樣,可舉出國際公開第2022/024928號之段落[0172]中所記載者。
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(Mw)較佳為30,000以下,更佳為1,000
~30,000,進一步較佳為3,000
~30,000,特佳為5,000~15,000。
樹脂(A)的分散度(分子量分佈、Pd、Mw/Mn)較佳為1~5,更佳為1~3,進一步較佳為1.2~3.0,特佳為1.2~2.0。分散度越小者,其解析度及光阻形狀越優異,而且,光阻圖案之側壁越平滑,粗糙度亦越優異。
本發明之組成物中所包含的樹脂(A)可以為一種,亦可以為兩種以上。
在本發明之組成物中,樹脂(A)的含量,相對於本發明之組成物的總固體成分,較佳為40.0~99.9質量%,更佳為60.0~90.0質量%。
樹脂(A)可以使用一種,亦可以併用複數種。
<(B)藉由光化射線或放射線之照射而產生酸的化合物>
本發明之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(亦稱為「化合物(B)」、「光酸產生劑」、「光酸產生劑(B)」)。光酸產生劑可以為低分子化合物之形態,亦可以為組入至聚合物之一部分之形態。又,亦可以併用低分子化合物之形態與組入至聚合物之一部分之形態。
當光酸產生劑為低分子化合物之形態時,光酸產生劑的分子量較佳為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。
當光酸產生劑為組入至聚合物之一部分之形態時,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。
光酸產生劑較佳為低分子化合物之形態。
光酸產生劑較佳為藉由光化射線或放射線之照射而產生pKa為-10以上且5以下的酸的化合物。
化合物(B)較佳為由下述通式(1)表示的化合物。
[化學式28]
通式(1)中,R
1及R
5分別獨立地表示芳基或雜芳基。
R
2~R
4分別獨立地表示氫原子或取代基。
M
n+表示陽離子。
n表示1以上的整數。
由通式(1)表示的化合物具有芳基、雜芳基等芳香環基或磺基,因此在與樹脂(A)中的重複單元(a)所具有的芳香族雜環基的π-π相互作用和與重複單元(a)所具有的L
101鍵結的酯鍵與氫鍵的作用下,增加樹脂(A)和化合物(B)之間的相溶性,並使材料分佈均勻,從而可進一步提高LWR性能和圖案形狀。
作為R
1及R
5的芳基,例如,可舉出碳數6~15之芳基,具體而言,作為較佳例,可舉出苯基、萘基、蒽基等。
作為R
1及R
5的雜芳基,例如,可舉出碳數2~15之雜芳基,可舉出5員環~10員環者,具體而言,可舉出呋喃基、噻吩基、吡咯基、噁唑基、吡啶基、喹啉基、咔唑基等。
作為R
2~R
4的取代基,只要係一價的取代基則並無特別限定,例如,可舉出烷基;烯基;環烷基;芳基;鹵素原子;含有氧原子、硫原子、氮原子及矽原子等雜原子的基團;以及此等之兩種以上的組合。
作為R
2~R
4的烷基,例如,可舉出碳數1~30之烷基。作為烷基,較佳為甲基、乙基、丙基、異丙基、正丁基、第二丁基、己基、2-乙基己基、辛基、十二烷基等碳數1~20之烷基,更佳為碳數1~8之烷基。
作為R
2~R
4的烯基,例如,可舉出碳數2~30之烯基,較佳為碳數2~8之烯基。
作為R
2~R
4的環烷基,可以為單環型,亦可以為多環型。該環烷基的碳數並無特別限定,較佳為3~8。
作為R
2~R
4的芳基,例如,可舉出碳數6~15之芳基,具體而言,作為較佳例,可舉出苯基、萘基、蒽基等。
作為R
2~R
4的鹵素原子,例如,可舉出氟原子、氯原子、溴原子、碘原子等。
作為含有雜原子的基團,例如,可舉出羥基、羧基、烷氧基、硫醇基、硫醚基、硝基、亞硝基、氰基、胺基、醯氧基、醯胺基、雜芳基、醚鍵、羰基鍵、以及此等之兩種以上的組合。
烷氧基、醯氧基及醯胺基的碳數較佳設為20以下,進一步較佳設為8以下。作為該烷氧基,例如,可舉出甲氧基、乙氧基、丙氧基、異丙氧基、正丁氧基、第三丁氧基及辛氧基。其中,特佳為甲氧基、乙氧基、丙氧基、異丙氧基及第三丁氧基。此外,關於硫醚基,除了用硫原子替代了氧原子之外,可舉出與烷氧基相同者。作為醯氧基,例如,可舉出乙醯氧基。作為醯胺基,例如,可舉出乙醯胺基。
作為雜芳基,可舉出與作為R
1及R
5的雜芳基相同者。
作為R
1及R
5的芳基、雜芳基,可以進一步具有取代基。作為進一步的取代基,例如,可舉出烷基;烯基;環烷基;芳基;鹵素原子;氧原子、硫原子、氮原子及矽原子等含有雜原子的基團;以及此等之兩種以上的組合。
烷基;烯基;環烷基;芳基;鹵素原子;氧原子、硫原子、氮原子及矽原子等含有雜原子的基團;以及此等之兩種以上的組合,分別與作為R
2~R
4的取代基的具體例中的烷基;烯基;環烷基;芳基;鹵素原子;氧原子、硫原子、氮原子及矽原子等含有雜原子的基團;以及此等之兩種以上的組合相同。
當作為R
1及R
5的芳基、雜芳基具有複數取代基時,複數取代基中的至少兩個可以相互鍵結而形成環。
作為R
2~R
4的取代基的烷基;烯基;環烷基;芳基;氧原子、硫原子、氮原子及矽原子等含有雜原子的基團可以進一步具有取代基。作為進一步的取代基,例如,可舉出烷基、烯基、環烷基、芳基、胺基、醯胺基、脲基、胺基甲酸酯基、羥基、羧基、鹵素原子、烷氧基、硫醚基、醯基、醯氧基、烷氧基羰基、氰基及硝基、以及此等之兩種以上的組合。
上述R
1及R
5可構成後述的包含極性基之基團、包含藉由酸的作用分解而極性增大之基團的基團、或包含藉由鹼顯影液的作用分解而在鹼顯影液中的溶解度增大之基團的基團。
上述R
2~R
4可構成後述的包含極性基之基團、包含藉由酸的作用分解而極性增大之基團的基團、或包含藉由鹼顯影液的作用分解而在鹼顯影液中的溶解度增大之基團的基團。
上述通式(1)中,R
3較佳為表示芳基。
作為R
3的芳基,可舉出與作為R
1及R
5之芳基相同者。
作為R
3的芳基,可以進一步具有取代基。作為進一步的取代基,可舉出作為上述R
1及R
5可以進一步具有的取代基之具體例而前述的各基團。
當作為R
3的芳基具有複數取代基時,複數取代基中的至少兩個可以相互鍵結而形成環。
上述通式(1)中,R
1~R
5中的至少一個較佳為包含極性基的基團、包含藉由酸的作用分解而極性增大之基團的基團、或包含藉由鹼顯影液的作用分解而在鹼顯影液中的溶解度增大之基團的基團。
作為R
1~R
5中的至少一個的、包含極性基的基團中的極性基,例如,可舉出羧基、酚性羥基、氟化醇基、磺醯胺基、磺醯亞胺基、(烷基磺醯基)(烷基羰基)伸甲基、(烷基磺醯基)(烷基羰基)醯亞胺基、雙(烷基羰基)伸甲基、雙(烷基羰基)亞胺基、雙(烷基磺醯基)伸甲基、雙(烷基磺醯基)醯亞胺基、三(烷基羰基)伸甲基及三(烷基磺醯基)伸甲基等酸性基,以及醇性羥基等。
此外,所謂醇性羥基係與烴基鍵結的羥基,係指與芳香環直接鍵結的羥基(酚性羥基)以外的羥基,不包括作為羥基α位被氟原子等拉電子基取代的脂肪族醇(例如,六氟異丙醇基等)。作為醇性羥基,較佳為pKa(酸解離常數)為12以上且20以下的羥基。
其中,作為極性基,較佳為羧基、酚性羥基、或氟化醇基(較佳為六氟異丙醇基)。
作為含有極性基的基團,亦可舉出具有羰基鍵的基團。
作為具有羰基鍵的基團,例如,可舉出烷基羰基、芳基羰基等。
作為烷基,例如,可舉出與作為R
2~R
4的烷基相同者。
作為芳基,例如,可舉出與作為R
1及R
5的芳基相同者。
具有羰基鍵的基團係羰基鍵與醚鍵相鄰而不鍵結的基團。
作為具有羰基鍵的基團的烷基羰基及芳基羰基可以進一步具有取代基。
作為進一步的取代基,例如,可舉出烷基;烯基;環烷基;芳基;鹵素原子;氧原子、硫原子、氮原子及矽原子等含有雜原子的基團;以及此等之兩種以上的組合。
烷基;烯基;環烷基;芳基;鹵素原子;氧原子、硫原子、氮原子及矽原子等含有雜原子的基團;以及此等之兩種以上的組合,分別與作為R
2~R
4的取代基的具體例中的烷基;烯基;環烷基;芳基;鹵素原子;氧原子、硫原子、氮原子及矽原子等含有雜原子的基團;以及此等之兩種以上的組合相同。
作為含有極性基的基團並無特別限定,可舉出含有極性基的有機基。作為含有極性基的有機基,例如,可舉出烷基;烯基;環烷基;芳基;鹵素原子;含有氧原子、硫原子、氮原子及矽原子等雜原子的基團;以及此等之兩種以上的組合且具有極性基的基團。
烷基;烯基;環烷基;芳基;鹵素原子;氧原子、硫原子、氮原子及矽原子等含有雜原子的基團;以及此等之兩種以上的組合,分別與作為R
2~R
4的取代基的具體例中的烷基;烯基;環烷基;芳基;鹵素原子;氧原子、硫原子、氮原子及矽原子等含有雜原子的基團;以及此等之兩種以上的組合相同。
作為含有極性基的基團,例如,可舉出含有極性基的烷基、含有極性基的芳基。
作為含有極性基的烷基中的烷基,例如,可舉出與作為R
2~R
4的烷基相同者。
作為含有極性基的芳基中的芳基,例如,可舉出與作為R
1及R
5的芳基相同者。
又,含有極性基的基團可以為極性基本身。
作為R
1~R
5中的至少一個的、包含藉由酸的作用分解而極性增大之基團的基團中的藉由酸的作用分解而極性增大的基團(以下,亦稱為「酸分解性基」),較佳為具有極性基被藉由酸的作用分解而脫離的基團(脫離基)保護的結構。
作為極性基,可舉出與作為R
1~R
5中的至少一個的、包含極性基的基團中的極性基相同者。
作為藉由酸的作用分解而脫離的基團(脫離基),可舉出國際公開第2022/024928號之段落[0030]~[0035]、[0037]~[0039]中所記載者。
作為含有酸分解性基的基團,只要係含有酸分解性基的基團則並無特別限定,可舉出含有酸分解性基的有機基。作為含有酸分解性基的有機基,例如,可舉出烷基;烯基;環烷基;芳基;鹵素原子;含有氧原子、硫原子、氮原子及矽原子等雜原子的基團;以及此等之兩種以上的組合且具有酸分解性基的基團。
烷基;烯基;環烷基;芳基;鹵素原子;氧原子、硫原子、氮原子及矽原子等含有雜原子的基團;以及此等之兩種以上的組合,分別與作為R
2~R
4的取代基的具體例中的烷基;烯基;環烷基;芳基;鹵素原子;氧原子、硫原子、氮原子及矽原子等含有雜原子的基團;以及此等之兩種以上的組合相同。
作為含有酸分解性基的基團,例如,可舉出含有酸分解性基的烷基、含有酸分解性基的芳基。
作為含有酸分解性基的烷基中的烷基,例如,可舉出與作為R
2~R
4的烷基相同者。
作為含有酸分解性基的芳基中的芳基,例如,可舉出與作為R
1及R
5的芳基相同者。
又,含有酸分解性基的基團可以為酸分解性基本身。
作為R
1~R
5中的至少一個的、包含藉由鹼顯影液的作用分解而在鹼顯影液中的溶解度增大之基團的基團中的藉由鹼顯影液的作用分解而在鹼顯影液中的溶解度增大的基團亦稱為「極性轉換基」,作為具體例,可舉出內酯基、羧酸酯基(-COO-)、酸酐基(-C(O)OC(O)-)、酸醯亞胺基(-NHCONH-)、羧酸硫酯基(-COS-)、碳酸酯基(-OC(O)O-)、硫酸酯基(-OSO
2O-)、磺酸酯基(-SO
2O-)等。
作為含有極性轉換基的基團,例如,可舉出醯氧基、烷氧基羰氧基、芳氧基羰氧基、芳氧基羰基、烷氧基羰基、胺甲醯基或醯亞胺基。
醯氧基中的醯基的碳數較佳為1~30,進一步較佳為1~8。
烷氧基羰氧基中的烷氧基的碳數較佳為1~30,進一步較佳為1~8。
芳氧基羰氧基中芳基的碳數較佳為6~14,進一步較佳為6~10。
芳氧基羰基中的芳基的碳數較佳為6~14,進一步較佳為6~10。
烷氧基羰基中的烷氧基的碳數較佳為1~30,進一步較佳為1~8。
醯亞胺基係從醯亞胺中去除了一個氫原子的基團。
醯氧基、烷氧基羰氧基、芳氧基羰氧基、芳氧基羰基、烷氧基羰基、胺甲醯基、及醯亞胺基可以進一步具有取代基。
作為進一步的取代基,可舉出作為上述R
1及R
5可進一步具有的取代基之具體例而前述的各基團。
作為本發明之一個較佳態樣,作為極性轉換基,係由通式(KA-1)或(KB-1)表示的部分結構中的由X表示的基團。
[化學式29]
通式(KA-1)或(KB-1)中的X表示羧酸酯基:-COO-、酸酐基:-C(O)OC(O)-、酸醯亞胺基:-NHCONH-、羧酸硫酯基:-COS-、碳酸酯基:-OC(O)O-、硫酸酯基:-OSO
2O-、磺酸酯基:-SO
2O-。
Y
1及Y
2可以分別相同亦可以不同,並且表示拉電子基。
此外,作為本發明之一個較佳態樣,由上述通式(1)表示的化合物,作為包含極性轉換基的基團,含有具有由通式(KA-1)或(KB-1)表示的部分結構的基團,但如由通式(KA-1)表示的部分結構、Y
1及Y
2為一價時的(KB-1)所表示的部分結構之情形,當上述部分結構不具有鍵結鍵時,所謂具有上述部分結構的基團係具有去除了上述部分結構中的至少一個任意的氫原子的一價以上之基團的基團。
由通式(KA-1)表示的部分結構係與作為X的基團一併形成環結構之結構。
作為通式(KA-1)中的X,較佳為羧酸酯基(即,形成內酯環結構作為KA-1時)、及酸酐基、碳酸酯基。更佳為羧酸酯基。
由通式(KA-1)表示的環結構可以具有取代基,例如,可以具有nka個取代基Z
ka1。
Z
ka1有複數個時,分別獨立地表示烷基、環烷基、醚基、羥基、醯胺基、芳基、內酯環基或拉電子基。
Z
ka1彼此可以鍵結而形成環。作為Z
ka1彼此鍵結而形成的環,例如,可舉出環烷基環、雜環(環狀醚環、內酯環等)。
nka表示0~10的整數。較佳為0~8的整數,更佳為0~5的整數,進一步較佳為1~4的整數,最佳為1~3的整數。
作為Z
ka1的拉電子基,與以鹵素原子為代表的後述之作為Y
1及Y
2的拉電子基相同。
此外,上述拉電子基可以被其他拉電子基取代。
Z
ka1較佳為烷基、環烷基、醚基、羥基或拉電子基,更佳為烷基、環烷基或拉電子基。此外,作為醚基,較佳為被烷基或環烷基等取代者,亦即,烷基醚基等。拉電子基的較佳例,與後述之作為Y
1及Y
2的拉電子基相同。
作為Z
ka1的鹵素原子,可舉出氟原子、氯原子、溴原子及碘原子等,較佳為氟原子。
作為Z
ka1的烷基,可以具有取代基,並且可以為直鏈、支鏈中之任一者。作為直鏈烷基,較佳為碳數1~30,進一步較佳為1~20,例如,可舉出甲基、乙基、正丙基、正丁基、第二丁基、第三丁基、正戊基、正己基、正庚基、正辛基、正壬基、正癸基等。作為支鏈烷基,較佳為碳數3~30,進一步較佳為3~20,例如,可舉出異丙基、異丁基、第三丁基、異戊基、第三戊基、異己基、第三己基、異庚基、第三庚基、異辛基、第三辛基、異壬基、第三癸醯基等。較佳為甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、第三丁基等碳數為1~4者。
作為Z
ka1的環烷基,可以具有取代基,可以為單環型,亦可以為多環型,亦可以為橋接式。例如,環烷基可以具有橋接結構。作為單環型,較佳為碳數3~8之環烷基,例如,可舉出環丙基、環戊基、環己基、環丁基、環辛基等。作為多環型,可舉出碳數5以上的具有雙環、三環、四環結構等的基團,較佳為碳數6~20之環烷基,例如,金剛烷基、降冰片基、異冰片基、莰基、二環戊基、α-蒎烯基、三環癸基、四環十二烷基、雄甾烷基等。作為環烷基,亦較佳為下述結構。此外,環烷基中之碳原子的一部分可以被氧原子等雜原子取代。
[化學式30]
作為上述脂環部分之較佳者,可舉出金剛烷基、降金剛烷基、十氫萘基、三環癸基、四環十二烷基、降冰片基、雪松醇基、環己基、環庚基、環辛基、環癸基、環十二烷基等。更佳為金剛烷基、十氫萘基、降冰片基、雪松醇基、環己基、環庚基、環辛基、環癸基、環十二烷基、三環癸基。
作為此等脂環式結構的取代基,可舉出烷基、鹵素原子、羥基、烷氧基、羧基、烷氧基羰基。作為烷基,較佳為甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基等低級烷基,進一步較佳為表示甲基、乙基、丙基、異丙基。作為上述烷氧基,較佳為可舉出甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基等碳數1~4者。作為烷基及烷氧基可以具有的取代基,可舉出羥基、鹵素原子、烷氧基(較佳為碳數1~4)等。
作為Z
ka1的內酯環基,可舉出從後述的由(KA-1-1)~(KA-1-17)中之任一者表示的結構中去除了氫原子的基團。
作為Z
ka1的芳基,例如,可舉出苯基及萘基。
作為Z
ka1的烷基、環烷基及芳基可以進一步具有的取代基,可舉出羥基;鹵素原子(氟、氯、溴、碘);硝基;氰基;上述的烷基、甲氧基、乙氧基、羥基乙氧基、丙氧基、羥基丙氧基、正丁氧基、異丁氧基、第二丁氧基、第三丁氧基等烷氧基;甲氧基羰基、乙氧基羰基等烷氧基羰基;芐基、苯乙基、異丙苯基等芳烷基;芳烷氧基;甲醯基、乙醯基、丁醯基、苯甲醯基、桂皮醯基(cinnamyl)、戊醯基等醯基;丁醯氧基等醯氧基;上述烯基、乙烯氧基、丙烯氧基、烯丙氧基、丁烯氧基等烯氧基;上述芳基、苯氧基等芳氧基;苯甲醯氧基等芳氧基羰基等。
通式(KA-1)中的X為羧酸酯基,通式(KA-1)所表示的部分結構較佳為內酯環,並較佳為5~7員環內酯環。
此外,如下述(KA-1-1)~(KA-1-17)所示,較佳為以形成雙環結構、螺環結構之形式,在作為由通式(KA-1)表示之部分結構的5~7員環內酯環上縮環有其他環結構。
關於由通式(KA-1)表示的環結構可以鍵結的周圍的環結構,例如,可舉出下述(KA-1-1)~(KA-1-17)中的環結構,或可視為該環結構者。
作為含有通式(KA-1)所表示之內酯環結構的結構,更佳為由下述(KA-1-1)~(KA-1-17)中之任一者表示的結構。此外,內酯結構可以直接鍵結於主鏈。作為較佳結構為(KA-1-1)、(KA-1-4)、(KA-1-5)、(KA-1-6)、(KA-1-13)、(KA-1-14)、(KA-1-17)。
[化學式31]
含有上述內酯環結構之結構可以具有取代基亦可以不具有取代基。作為較佳取代基,可舉出與上述通式(KA-1)所表示的環結構可以具有的取代基相同者。
雖然內酯結構中亦有存在光學活性體者,但可使用任意光學活性體。又,可以單獨使用一種光學活性體,亦可以混合使用複數種光學活性體。主要使用一種光學活性體之情況下,其光學純度(ee)較佳為90%以上,更佳為95%以上,最佳為98%以上。
作為通式(KB-1)的X,較佳為可舉出羧酸酯基(-COO-)。
通式(KB-1)中的Y
1及Y
2分別獨立地表示拉電子基。
拉電子基較佳為由下述式(EW)表示的部分結構。式(EW)中的*表示與(KA-1)直接鍵結的鍵結鍵或與(KB-1)中的X直接鍵結的鍵結鍵。
[化學式32]
式(EW)中,
n
ew為由-C(R
ew1)(R
ew2)-表示的連結基的重複數,表示0或1的整數。n
ew為0時表示單鍵,表示Y
ew1直接鍵結。
Y
ew1可舉出鹵素原子、氰基、腈基、硝基、由後述的-C(R
f1)(R
f2)-R
f3表示的鹵代(環)烷基、鹵代芳基、氧基、羰基、磺醯基、亞磺醯基、及此等之組合,拉電子基例如可以為下述結構。此外,「鹵代(環)烷基」表示至少一部分已鹵化之烷基及環烷基。R
ew3、R
ew4分別獨立地表示任意的結構。無論R
ew3、R
ew4為怎樣的結構,由式(EW)表示的部分結構均具有拉電子基,較佳為烷基、環烷基、氟化烷基。
[化學式33]
Y
ew1為二價以上的基團之情況下,剩餘的鍵結鍵係與任意的原子或取代基形成鍵結者。
Y
ew1較佳為鹵素原子、或者由-C(R
f1)(R
f2)-R
f3表示的鹵代(環)烷基或鹵代芳基。
R
ew1、R
ew2分別獨立地表示任意的取代基,例如,表示氫原子、烷基、環烷基或芳基。
R
ew1、R
ew2及Y
ew1中的至少兩個可以相互鍵結而形成環。
在此,R
f1表示鹵素原子、全鹵代烷基、全鹵代環烷基或全鹵代芳基,更佳為表示氟原子、全氟烷基或全氟環烷基,進一步較佳為表示氟原子或三氟甲基。
R
f2、R
f3分別獨立地表示氫原子、鹵素原子或有機基,R
f2和R
f3可以鍵結而形成環。作為有機基,例如表示烷基、環烷基、烷氧基等,此等可以被鹵素原子(較佳為氟原子)取代,R
f2、R
f3更佳為(鹵代)烷基。R
f2表示與R
f1相同的基團、或更佳為與R
f3鍵結而形成環。
R
f1和R
f3可以鍵結而形成環,作為所形成之環,可舉出(鹵代)環烷基環、(鹵代)芳基環等。
作為R
f1~R
f3中的(鹵代)烷基,例如可舉出前述的Z
ka1中的烷基及其已鹵化的結構。
作為R
f1~R
f3中的、或R
f2與R
f3鍵結而形成的環中的(全)鹵代環烷基及(全)鹵代芳基,例如可舉出前述的Z
ka1中的環烷基已鹵化的結構,更佳為由-C
(n)F
(2n-2)H表示的氟化環烷基及由-C
(n)F
(n-1)表示的全氟芳基。在此,碳數n並無特別限定,較佳為5~13,更佳為6。
作為R
ew1、R
ew2及Y
ew1中的至少兩個可以相互鍵結而形成的環,較佳為可舉出環烷基或雜環基,作為雜環基較佳為內酯環基。作為內酯環,例如,可舉出由上述式(KA-1-1)~(KA-1-17)表示的結構。
此外,由上述通式(1)表示的化合物中,可以具有複數個由通式(KA-1)表示的部分結構和由通式(KB-1)表示的部分結構,或者亦可以具有通式(KA-1)的部分結構和通式(KB-1)兩者。
此外,通式(KA-1)的部分結構之一部分或全部亦可以兼作通式(KB-1)中作為Y
1或Y
2的拉電子基。例如,當通式(KA-1)中的X為羧酸酯基時,該羧酸酯基亦可以作為通式(KB-1)中的Y
1或Y
2的拉電子基發揮功能。
作為包含極性轉換基的基團,並無特別限定,可舉出包含極性轉換基的有機基。作為包含極性轉換基的有機基,例如,可舉出烷基;烯基;環烷基;芳基;鹵素原子;含有氧原子、硫原子、氮原子及矽原子等雜原子的基團;以及此等之兩種以上的組合且具有極性轉換基的基團。
烷基;烯基;環烷基;芳基;鹵素原子;氧原子、硫原子、氮原子及矽原子等含有雜原子的基團;以及此等之兩種以上的組合,分別與作為R
2~R
4的取代基的具體例中的烷基;烯基;環烷基;芳基;鹵素原子;氧原子、硫原子、氮原子及矽原子等含有雜原子的基團;以及此等之兩種以上的組合相同。
作為包含極性轉換基的基團,例如,可舉出包含極性轉換基的烷基、包含極性轉換基的芳基等。
作為包含極性轉換基的烷基中之烷基,例如,可舉出與作為R
2~R
4的烷基相同者。
作為包含極性轉換基的芳基中之芳基,例如,可舉出與作為R
1及R
5的芳基相同者。
上述通式(1)中,R
1、R
3及R
5較佳為分別由下述通式(Ar)表示的基團。
[化學式34]
通式(Ar)中,R
6~R
10分別獨立地表示氫原子或取代基。R
6~R
10中的至少一個為包含極性基的基團、包含藉由酸的作用分解而極性增大之基團的基團、或包含藉由鹼顯影液的作用分解而在鹼顯影液中的溶解度增大之基團的基團。*表示與通式(1)中的苯環鍵結的鍵結鍵。
作為R
6~R
10的取代基之具體例,與上述作為R
2~R
4的取代基之具體例相同。
R
6~R
10中的至少一個為包含極性基的基團、包含藉由酸的作用分解而極性增大之基團的基團、或包含藉由鹼顯影液的作用分解而在鹼顯影液中的溶解度增大之基團的基團。
包含極性基團的基團,與作為R
1~R
5中的至少一個的、包含極性基的基團相同。
包含藉由酸的作用分解而極性增大之基團的基團,與作為R
1~R
5中的至少一個的、包含藉由酸的作用分解而極性增大之基團的基團相同。
包含藉由鹼顯影液的作用分解而在鹼顯影液中的溶解度增大之基團的基團,與作為R
1~R
5中的至少一個且包含藉由鹼顯影液的作用分解而在鹼顯影液中的溶解度增大之基團的基團相同。
又,上述通式(1)中,R
1、R
3及R
5較佳為分別由下述通式(Ar1)表示的基團。
[化學式35]
通式(Ar1)中,
R
11~R
15分別獨立地表示氫原子或取代基,R
11~R
15中的至少一個表示下述取代基Y。*表示與通式(1)中的苯環鍵結的鍵結鍵。
取代基Y:羥基、羧基、具有羰基鍵的基團、醯氧基、烷氧基羰氧基、芳氧基羰氧基、芳氧基羰基、烷氧基羰基、胺甲醯基或醯亞胺基
作為R
11~R
15的取代基之具體例,與上述作為R
2~R
4的取代基之具體例相同。
R
11~R
15中的至少一個表示上述取代基Y。
作為取代基Y的具有羰基鍵的基團之具體例,與上述作為具有極性基的基團之具有羰基鍵的基團的具體例相同。
作為取代基Y的醯氧基中之醯基的碳數,較佳為1~30,進一步較佳為1~8。
作為取代基Y的烷氧基羰氧基中之烷氧基的碳數,較佳為1~30,進一步較佳為1~8。
作為取代基Y的芳氧基羰氧基中之芳基的碳數,較佳為6~14,進一步較佳為6~10。
作為取代基Y的芳氧基羰基中之芳基的碳數,較佳為6~14,進一步較佳為6~10。
作為取代基Y的烷氧基羰基中之烷氧基的碳數,較佳為1~30,進一步較佳為1~8。
作為取代基Y的醯亞胺基係從醯亞胺中去除了一個氫原子的基團。
作為取代基Y的、具有羰基鍵之基團、醯氧基、烷氧基羰氧基、芳氧基羰氧基、芳氧基羰基、烷氧基羰基及醯亞胺基,可以進一步具有取代基。
作為進一步的取代基,可舉出作為上述R
1及R
5可以進一步具有的取代基之具體例而前述的各基團。
通式(1)的陰離子部中的n表示陰離子的個數。n表示1以上的整數。n的上限值並無特別限定,例如為4。
n較佳為1。
上述通式(1)中的M
n+表示陽離子。
通式(1)的陽離子部中的n表示陽離子的價數。n表示1以上的整數。n的上限值並無特別限定,例如為4。
n較佳為1。
作為M
n+的陽離子,若係1價以上的陽離子,則並無特別限定,較佳為鎓陽離子,並較佳為由下述通式(ZIA)或通式(ZIIA)表示的陽離子。
[化學式36]
上述通式(ZIA)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之有機基的碳數,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、酯鍵、醯胺鍵或羰基。作為R
201~R
203中的兩個鍵結而形成的基團,可舉出伸烷基(例如,伸丁基、伸戊基)、及-CH
2-CH
2-O-CH
2-CH
2-。
作為通式(ZIA)的陽離子的較佳態樣,可舉出後述的陽離子(ZI-11)及陽離子(ZI-12)。
n為2以上時的二價以上的陽離子可以為具有複數個由通式(ZIA)表示之結構的陽離子。作為此種陽離子,例如,可舉出具有由通式(ZIA)表示的陽離子的R
201~R
203中的至少一個與由通式(ZIA)表示的另一個陽離子的R
201~R
203中的至少一個經由單鍵或連結基而鍵結之結構的二價的陽離子等。
首先,將對陽離子(ZI-11)進行說明。
陽離子(ZI-11)係上述通式(ZIA)的R
201~R
203中的至少一個為芳基之陽離子,亦即芳基鋶陽離子。
芳基鋶陽離子,可以係R
201~R
203均為芳基,亦可以係R
201~R
203之一部分為芳基,餘者為烷基或環烷基。
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含有的芳基,較佳為苯基或萘基,更佳為苯基。芳基可以係具有含有氧原子、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等。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不同。
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,例如,可舉出甲基、乙基、丙基、正丁基、仲丁基、第三丁基、環丙基、環丁基及環己基等。
R
201~R
203的芳基、烷基及環烷基亦可以分別獨立地具有烷基(例如碳數1~15)、環烷基(例如碳數3~15)、芳基(例如碳數6~14)、烷氧基(例如碳數1~15)、鹵素原子、羥基、內酯環基或苯硫基作為取代基。
作為內酯環基,例如,可舉出從由上述的(KA-1-1)~(KA-1-17)中之任一者表示的結構中去除了氫原子的基團。
接下來,將對陽離子(ZI-12)進行說明。
陽離子(ZI-12)係式(ZIA)中的R
201~R
203分別獨立地表示不具有芳香環的有機基的化合物。在此,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,通常為碳數1~30,較佳為碳數1~20。
作為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-氧代環烷基或烷氧羰基甲基,進一步較佳為直鏈狀或支鏈狀的2-氧代烷基。
作為R
201~R
203的烷基及環烷基,較佳為可舉出碳數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)、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、氰基或硝基取代。
接下來,將對通式(ZIIA)進行說明。
通式(ZIIA)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的芳基可以為具有雜環結構的芳基,該雜環具有氧原子、氮原子或硫原子等。作為具有雜環結構的芳基的骨架,例如,可舉出吡咯、呋喃、噻吩、吲哚、苯並呋喃及苯並噻吩等。
作為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、丁基及戊基)、或碳數3~10之環烷基(例如,環戊基、環己基及降冰片基)。
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~R
207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、內酯環基及苯硫基等。
作為內酯環基,例如,可舉出從由上述的(KA-1-1)~(KA-1-17)中之任一者表示的結構中去除了氫原子的基團。
以下示出通式(1)中的M
n+(陽離子)之較佳例,但本發明並不限定於此。Me表示甲基,Bu表示正丁基。
[化學式37]
[化學式38]
[化學式39]
以下示出通式(1)中的陰離子部分之較佳例,但本發明並不限定於此。Me表示甲基。
[化學式40]
[化學式41]
[化學式42]
[化學式43]
[化學式44]
[化學式45]
上述化合物(B)所產生的酸的pKa較佳為-10以上且5以下。
以下示出由通式(1)表示的化合物之較佳例,但本發明並不限定於此。Me表示甲基。又,作為由通式(1)表示的化合物之較佳例,還可舉出組合上述陰離子與上述陽離子之化合物。
[化學式46]
[化學式47]
[化學式48]
由通式(1)表示的化合物,例如,可以藉由使用耦合反應的方法來合成。
所謂耦合反應,例如,可以應用鈴木耦合等。例如,藉由日本特開平6-184170號公報等中所記載之公知的陰離子交換方法或利用離子交換樹脂的轉換方法,可將抗衡陽離子轉換為所期望的陽離子M
+。
作為耦合反應,例如,可舉出下述者。
[化學式49]
X表示鹵素原子,A表示烷基。R表示取代基。
Y表示藉由耦合反應而形成化合物XY的基團。
本發明之組成物中,上述樹脂(A)中所包含的重複單元(a)與由通式(1)表示的化合物的質量比(重複單元(a)/由通式(1)表示的化合物)較佳為0.75以上,更佳為1以上,進一步較佳為2以上。藉由將上述比例設定為0.75以上,樹脂(A)中所包含的芳香環基與由通式(1)表示的化合物中所包含的芳香環基的數量變得接近,可進一步提高樹脂(A)和由通式(1)表示的化合物之間的相溶性,並獲得更加優異的粗糙度性能或圖案形狀,因此較佳。
上述比例的上限並無特別限定,較佳為10以下,更佳為8以下,進一步較佳為6以下。
作為化合物(B),除了由上述通式(1)的化合物之外,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)甲基化酸。
在由「M
+X
-」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。有機陽離子的價數可以為一價或二價以上。
其中,作為上述有機陽離子,較佳為由上述通式(ZIA)或通式(ZIIA)表示的陽離子。
在由「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,可舉出國際公開第2022/024928號之段落[0284]~[0289]中所記載者。
又,作為化合物(B),除了由上述通式(1)表示的化合物之外,亦可舉出國際公開第2022/024928號之段落[0290]~[0291]中記載的其他光酸產生劑。
光酸產生劑(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,相對於本發明之組成物的總固體成分,較佳為0.5質量%以上,更佳為1.0質量%以上。上述含量,相對於本發明之組成物的總固體成分,較佳為50.0質量%以下,更佳為30.0質量%以下,進一步較佳為25.0質量%以下。
光酸產生劑(B)可以單獨使用一種,亦可以使用兩種以上。
<酸擴散控制劑>
本發明之組成物可以含有酸擴散控制劑。
酸擴散控制劑作為猝滅劑發揮作用,該淬滅劑捕獲曝光時從光酸產生劑等產生的酸,並抑制因多餘的產生酸引起之未曝光部中的酸分解性樹脂的反應。
作為酸擴散控制劑之種類並無特別限制,例如,可舉出鹼性化合物(CA)、具有氮原子並且具有藉由酸的作用而脫離的基團的低分子化合物(CB)、及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)。
作為化合物(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)、及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)。
作為鹼性化合物(CA)之具體例,例如,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(CE)之具體例,可舉出國際公開第2020/066824號之段落[0137]~[0155]中所記載者及國際公開第2020/066824號之段落[0164]中所記載者,作為具有氮原子並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,例如,可舉出國際公開第2020/158337號之段落[0305]~[0314]中所記載者。
除了上述之外,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]中所揭示之公知的化合物作為酸擴散控制劑。
當本發明之組成物中含有酸擴散控制劑時,酸擴散控制劑的含量(當存在複數種時為其合計),相對於本發明之組成物的總固體成分,較佳為0.1~15.0質量%,更佳為0.5~15.0質量%。
本發明之組成物中,酸擴散控制劑可以單獨使用一種,亦可以併用兩種以上。
<疏水性樹脂>
本發明之組成物,可以進一步含有與樹脂(A)相異的疏水性樹脂(亦稱為「疏水性樹脂(D)」)。
疏水性樹脂(D)較佳為設計成偏向存在於感光化射線性或感放射線性膜之表面,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(D)而帶來的效果,可舉出控制感光化射線性或感放射線性膜表面相對於水的靜態及動態之接觸角,以及抑制逸氣。
從對膜表層偏在化之觀點而言,疏水性樹脂(D)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。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(D),可舉出國際公開第2020/004306號之段落[0275]~[0279]中所記載的化合物。
當本發明之組成物含有疏水性樹脂(D)時,疏水性樹脂(D)的含量,相對於本發明之組成物的總固體成分,較佳為0.01~20.0質量%,更佳為0.1~15.0質量%。
<界面活性劑(F)>
本發明之組成物可以含有界面活性劑。含有界面活性劑時,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,可舉出揭示於國際公開第2018/193954號之段落[0218]及[0219]中之界面活性劑。
界面活性劑可以單獨使用一種,亦可以使用兩種以上。
當本發明之組成物包含界面活性劑時,界面活性劑的含量,相對於本發明之組成物的總固體成分,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%。
<溶劑(G)>
本發明之組成物較佳為含有溶劑。
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)以外的成分。
從提高本發明之光阻組成物的塗佈性和減少圖案的顯影缺陷數量的觀點而言,較佳為將上述溶劑與上述樹脂組合起來。由於上述樹脂的溶解性、沸點及粘度的平衡良好,上述溶劑能夠抑制感光化射線性或感放射線性膜的膜厚不均及旋塗過程中產生析出物等。
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。
溶劑進一步含有成分(M1)及(M2)以外之成分時,成分(M1)及(M2)以外之成分的含量,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1~20質量%。如此,可進一步提高本發明之光阻組成物的塗佈性。
此外,所謂固體成分,係意指除溶劑之外的所有成分,如上所述,意指形成感光化射線性或感放射線性膜之成分。
所謂固體成分濃度,係指除溶劑之外的其他成分的質量相對於本發明之組成物的總質量的質量百分比。
所謂「總固體成分」,係指從本發明之組成物的全部組成中除去溶劑後的成分的總質量。又,所謂「固體成分」,如上所述,係指除去溶劑的成分,例如,在25℃下可以為固體,亦可以為液體。
<其他添加劑>
本發明之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)。
上述「溶解抑制化合物」,係指藉由酸的作用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。
本發明之組成物適合用作EB或EUV曝光用感光性組成物。
EUV光的波長為13.5nm,與ArF(波長193nm)光等相比,其波長更短,故以相同感度曝光時的入射光子數少。因此,在概率上光子數有偏差的「光子散粒雜訊」之影響較大,導致線與邊緣粗糙度(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之方法,但與高感度化之要求具有權衡關係。
[感光化射線性或感放射線性膜、圖案形成方法]
本發明還涉及由本發明之組成物形成的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較佳為光阻膜。
使用本發明之組成物而獲得的圖案可以為正型亦可以為負型,較佳為正型。
使用本發明之組成物的圖案形成方法之步驟並無特別限制,較佳為具有以下製程。
製程1:由本發明之組成物在基板上形成感光化射線性或感放射線性膜之製程
製程2:對上述感光化射線性或感放射線性膜進行曝光之製程
製程3:使用顯影液對曝光後的上述感光化射線性或感放射線性膜進行顯影之製程
以下,將對上述各個製程之步驟進行詳細描述。
(製程1:感光化射線性或感放射線性膜形成製程)
製程1係由本發明之組成物在基板上形成感光化射線性或感放射線性膜之製程。
作為由本發明之組成物在基板上形成感光化射線性或感放射線性膜之方法,例如,可舉出將本發明之組成物塗佈到基板上之方法。
此外,較佳為在塗佈之前視需要用過濾器過濾本發明之組成物。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。過濾器較佳為聚四氟乙烯製、聚乙烯製、或尼龍製。
本發明之組成物可藉由旋轉器或塗佈機等適當的塗佈方法塗佈到諸如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轉器的旋轉塗佈。使用旋轉器進行旋轉塗佈時的旋轉速度較佳為1000~3000rpm(rotations per minute)。
在塗佈本發明之組成物之後,可以對基板進行乾燥,並形成感光化射線性或感放射線性膜。此外,視需要,可以在感光化射線性或感放射線性膜的下層形成各種基底膜(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秒鐘,更佳為60~800秒鐘,進一步較佳為60~600秒鐘。
感光化射線性或感放射線性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,在設為EUV曝光之情況下,作為感光化射線性或感放射線性膜之膜厚,更佳為10~65nm,進一步較佳為15~50nm。在設為ArF浸漬曝光之情況下,作為感光化射線性或感放射線性膜之膜厚,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感光化射線性或感放射線性膜的上層形成頂塗層。
頂塗層組成物較佳為不與感光化射線性或感放射線性膜混合,而且能夠均勻地塗佈於感光化射線性或感放射線性膜上層。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,較佳為在感光化射線性或感放射線性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。頂塗層所可能包含的鹼性化合物的具體例,可舉出本發明之組成物可以包含的鹼性化合物。
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:曝光製程)
製程2係對感光化射線性或感放射線性膜進行曝光之製程。
作為曝光之方法,可舉出經由規定的遮罩對所形成的感光化射線性或感放射線性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、更佳為220nm以下、1~200nm之波長的遠紫外光,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(13.5nm)、X射線、及電子束。
較佳為在曝光後且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秒鐘,更佳為10~180秒鐘,進一步較佳為30~120秒鐘。
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:顯影製程)
製程3係使用顯影液,對曝光後的感光化射線性或感放射線性膜進行顯影以形成圖案之製程。
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(以下,亦稱為有機系顯影液)。顯影液較佳為鹼顯影液。
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在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(噴塗法)、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,亦可以實施一邊置換為其他溶劑一邊停止顯影之製程。
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秒鐘,更佳為20~120秒鐘。
顯影液的溫度較佳為0~50℃,更佳為15~35℃。
鹼性顯影液,較佳為使用含有鹼之鹼性水溶液。鹼性水溶液之種類並無特別限制,例如,可舉出包含以四甲基氫氧化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四甲基氫氧化銨(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。鹼性顯影液的鹼濃度通常較佳為0.1~20質量%。鹼性顯影液的pH通常較佳為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,亦可以與上述以外的溶劑或水混合。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之後包括用沖洗液清洗之製程。
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,可舉出向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)、及向基板表面噴霧沖洗液之方法(噴塗法)。
又,圖案形成方法可以在沖洗製程之後包括加熱製程(Post Bake)。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,亦具有使光阻圖案退火、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℃(較佳為90~200℃)下、通常進行10秒鐘~3分鐘(較佳為30秒鐘~120秒鐘)。
又,可以將所形成之圖案作為遮罩,實施基板的蝕刻處理。亦即,可以將製程3中所形成之圖案作為遮罩,對基板(或下層膜及基板)進行加工,并在基板上形成圖案。
基板(或下層膜及基板)之加工方法並無特別限定,但較佳為將製程3中所形成之圖案作為遮罩,藉由對基板(或下層膜及基板)進行乾式蝕刻,以在基板上形成圖案之方法。乾式蝕刻較佳為氧電漿蝕刻。
本發明之組成物及圖案形成方法中所使用的各種材料(例如,溶劑、顯影液、沖洗液、抗反射膜形成用組成物、頂塗層形成用組成物等)較佳為不含有金屬等雜質。此等材料中所包含的雜質含量較佳為1質量ppm(parts per million)以下,更佳為10質量ppb(parts per billion)以下,進一步較佳為100質量ppt以下,特佳為10質量ppt以下,最佳為1質量ppt以下。下限並無特別限制,較佳為0質量ppt以上。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,可舉出使用過濾器進行過濾之方法。在國際公開第2020/004306號之段落[0321]中記載了使用過濾器進行過濾的細節。
作為減少各種材料中所包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TEFLON(註冊商標)在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包含的金屬等雜質,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,可藉由測定用於清洗製造裝置的清洗液中所包含的金屬成分之含量來確認。使用後的清洗液中所包含的金屬成分的含量較佳為100質量ppt(parts per trillion)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,以防止伴隨靜電帶電及隨後產生的靜電放電,藥液配管及各種部件(過濾器、O型環、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)、或塗覆有已施加防帶電處理的聚乙烯、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型環,亦可使用已施加防帶電處理的聚乙烯、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]
本說明書還涉及包含上述圖案形成方法的電子器件之製造方法、及藉由該製造方法製造的電子器件。
作為本說明書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。
[實施例]
以下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等,只要不脫離本發明之主旨,可以適當變更。因此,本發明之範圍不應被如下所示之實施例限定性地解釋。
以下示出實施例及比較例之光阻組成物中使用的各種成分。
<樹脂(A)>
作為樹脂(A)使用了A-1~A-36。
又,作為並非為樹脂(A)的樹脂,使用了AT-1~AT-2。為方便起見,在下述表1中AT-1~AT-2亦記載於樹脂(A)欄中。
樹脂(A)使用了按照後述的樹脂A-1之合成方法(合成例1)合成的樹脂。
表1示出後文揭示的各重複單元之組成比(莫耳%;自左起依次對應)、重量平均分子量(Mw)及分散度(Mw/Mn)。
此外,樹脂的重量平均分子量(Mw)及分散度(Pd=Mw/Mn)藉由GPC(載體:四氫呋喃(THF))測定(係聚苯乙烯換算量)。又,重複單元之含量藉由
13C-NMR(nuclear magnetic resonance,核磁共振)測定。
[表1]
以下示出表1中所示的各重複單元a-1~a-27、b-1~b-12、c-1~c-11、及d-1~d-5、d-7~d-15的結構。關於a-1~a-27,作為對應之單體的結構來示出。
[化學式50]
[化學式51]
[化學式52]
[化學式53]
<合成例1:樹脂A-1的合成>
以下示出A-1的合成例。其他樹脂(A)亦同樣地合成。
(單體(a-1)的合成)
[化學式54]
.中間體(a-1-1)的合成
將4-乙烯基苯甲酸(20.0g,135mmol)分散在二氯甲烷100mL中,加入二甲基甲醯胺(10μl)並加熱至40℃,使其回流。滴加亞硫醯氯(16.1g,135mmol)後,在40℃下攪拌了2小時。從反應混合物中減壓蒸餾去除溶媒,得到了中間體22.1g(a-a-1)。中間體(a-a-1)無需進一步純化即可用於下一步反應。
.單體(a-1)的合成
將噻吩-2-甲醛(15.7g,140mmol)和四氫呋喃(THF)125mL進行混合並在氮氣氣氛下冷卻至-10℃。滴加甲基溴化鎂(1.0M四氫呋喃溶液)130ml(130mmol),並在-10℃下進一步攪拌1小時。將中間體(a-1-1)(20.0g,120mmol)滴加在冷卻至-10℃的反應溶液中。在65℃下攪拌1小時後,加入正己烷500mL及蒸餾水500mL,進行分液操作。減壓蒸餾去除有機層的溶媒。將殘渣利用矽膠柱色譜法(溶析液:乙酸乙酯/正己烷=3/97(容量比))純化,得到了單體(a-1)21.3g。藉由電噴灑游離質譜法(ESI-MS)進行化合物鑑定。
MS-ESI(positive)m/z=257.3[M]
+
(樹脂A-1的合成)
[化學式55]
使用(M-1)、(M-2)、(a-1)作為單體,以(M-1):(M-2):(a-1)=55/10/35的莫耳比混合各單體,加入環己酮使單體濃度成為30wt%的溶液,添加引發劑二甲基2,2'-偶氮雙(2-甲基丙酸酯)8mol%,由此調整了單體溶液。在氮氣氣氛圍下,將0.1質量倍之環己酮加熱至85℃,滴加單體溶液2小時後,進一步使其在85℃下反應2小時。將得到的樹脂溶液滴加到乙酸乙酯:正庚烷=1:9(容量比)的混合溶媒中,使樹脂沉澱、過濾、回收後、進行真空乾燥,以69%的產率得到了樹脂A-1。
比較例中,使用了下述樹脂(AX-1)~(AX-6)。各重複單元的右下數字表示各重複單元的含有比率(莫耳比)。
[化學式56]
<光酸產生劑(B)>
作為光酸產生劑(B),使用了下述表2中所示的化合物(B-1)~(B-80)中的化合物(B-2)~(B-6)、(B-8)、(B-10)、(B-17)、(B-18)、(B-23)、(B-24)、(B-29)、(B-33)、(B-38)、(B-39)、(B-46)、(B-48)、(B-51)~(B-53)、(B-56)、(B-57)、(B-62)、(B-68)、(B-70)、(B-77)、(B-78)、及(B-80)。
化合物(B-1)~(B-80)係將表2中所記載之陽離子與表2中所記載之陰離子組合而成者。
使用上述軟體包1,確認了化合物(B-1)~(B-80)所產生的酸的pKa為-10以上且5以下。此外,Me表示甲基。
[表2]
以下示出表2中所記載之陽離子的結構。Me表示甲基,Bu表示正丁基。
[化學式57]
[化學式58]
以下示出表2中所記載之陰離子的結構。Me表示甲基,Bu表示正丁基。
[化學式59]
[化學式60]
[化學式61]
作為光酸產生劑(B),還使用了以下化合物(BX-1)和(BX-2)。
[化學式62]
<酸擴散控制劑>
作為酸擴散控制劑,使用了下述C-1~C-14。
[化學式63]
<界面活性劑>
作為界面活性劑,使用了下述W-1~W-4。
W-1:MEGAFAC R08(大日本油墨化學工業(股)製;氟及矽系)
W-2:聚矽氧烷聚合物KP-341(信越化學工業(股)製造;矽系)
W-3:Troysol S-366(特洛伊化學品(Troy Chemical)(股)製造;氟系)
W-4:PF6320(歐諾法(OMNOVA)公司製;氟系)
<溶劑>
所使用的溶劑如下所示。
S-1:二丙酮醇(DAA)
S-2:丙二醇單甲醚乙酸酯(PGMEA)
S-3:丙二醇單甲醚(PGME)
S-4:乳酸乙酯(EL)
S-5:3-乙氧基丙酸乙酯(EEP)
S-6:2-庚酮(MAK)
S-7:3-甲氧基丙酸甲酯(MMP)
S-8:乙酸3-甲氧基丁酯
S-9:γ-丁內酯
<光阻組成物之製備>
將表3中示出之成分溶解於同表中示出之溶劑中,以同表中示出之固體成分濃度製備溶液,並將其用孔徑0.02μm的聚乙烯過濾器過濾,得到了光阻組成物R-1~R-44、RX-1~RX-6。
此外,所謂固體成分係意指除溶劑之外的所有成分。在實施例及比較例中使用了所獲得的光阻組成物。
[表3]
[表4]
<光阻組成物之塗設>
使用東京電子(Tokyo Electron)製造的旋塗機Mark8將所製備的光阻組成物塗佈於預先實施了六甲基二矽氮烷(HMDS)處理的6英吋Si(矽)晶圓上,並於熱板上在130℃下乾燥300秒鐘,得到了膜厚100nm的光阻膜。
在此,1英吋為0.0254m。
此外,將上述Si晶圓改換為鉻基板亦可以獲得同樣的結果。
<圖案形成方法(1):EB曝光、鹼性顯影(正型)>
使用電子束描繪裝置((股)愛德萬測試(Advantest)公司製F7000S,加速電壓50keV)對上述所獲得之塗佈有光阻膜的晶圓進行了圖案照射。此時,以形成1:1的線與空間之方式進行了描繪。電子束描繪後,於100℃下在加熱板上加熱60秒鐘,使用2.38質量%四甲基氫氧化銨(TMAH)水溶液浸漬60秒鐘之後,用水沖洗30秒鐘並乾燥。然後,以4000rpm的轉速使晶圓旋轉30秒鐘之後,於95℃下烘烤60秒鐘進行乾燥。
[評價]
將對線寬50nm的1:1線與空間圖案進行解析時之照射能量作為感度(Eop)。
<L/S解析度>
將顯示上述感度(Eop)的曝光量下的極限解析力(線與空間(線:空間=1:1)進行分離解析的最小線寬)作為解析力(nm)。
<線寬粗糙度(LWR)性能>
線寬粗糙度係於上述Eop下,對線寬50nm之線與空間圖案(線:空間=1:1)的長邊方向0.5μm的任意50個點測量線寬,並求出其標準偏差(σ),從而算出3σ(nm)。該值越小表示性能越良好。
<圖案形狀>
使用掃描電子顯微鏡((股)日立製作所製S-4800)觀察顯示上述感度的照射量中的線寬50nm的1:1線與空間圖案的截面形狀。在線圖案的截面形狀中,由[線圖案的頂部(表面部分)的線寬/線圖案的中部(線圖案之一半高度的位置)的線寬]所表示之比率為1.1以上者設為「倒錐形」、將該比率為1.03以上且低於1.1者設為「稍微倒錐形」、將該比率低於1.03者設為「矩形」,進行了評價。
下述表4示出所使用的光阻組成物和結果。
[表5]
<圖案形成方法(2):EUV曝光、鹼顯影(正型)>
使用EUV曝光裝置(艾科泰克(Exitech)公司製,Micro Exposure Tool,NA(數值孔徑)0.3,Quadrupole,外西格瑪0.68,內西格瑪0.36),用曝光遮罩(線/空間=1/1),對上述所獲得之塗佈有光阻膜之晶圓進行圖案曝光。曝光後,在加熱板上,於100℃下加熱90秒鐘之後,使用2.38質量%的四甲基氫氧化銨(TMAH)水溶液浸漬60秒鐘,然後用水沖洗30秒鐘。然後,以4000rpm的轉速使晶圓旋轉30秒鐘之後,於95℃下烘烤60秒鐘進行乾燥。
[評價]
以與前述者相同的方法對解析度、LWR性能及圖案形狀進行了評價。
下述表5示出所使用的光阻組成物和結果。
[表6]
從表4~5的結果可知,實施例中使用的光阻組成物具有優異的解析度和LWR性能,並且可獲得優異的圖案形狀。
[產業上之可利用性]
根據本發明,可提供一種在極微細(例如,線寬50nm以下的線與空間圖案或孔徑50nm以下的孔圖案等)之圖案形成中解析度及LWR之性能優異並可獲得良好的圖案形狀的感光化射線性或感放射線性樹脂組成物。
又,根據本發明,可提供一種使用了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。
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之情況下進行各種改變和修改。
本申請係基於2022年7月1日提交的日本專利申請(特願2022-107408)之申請,其內容作為參照併入本說明書中。
無
無
Claims (17)
- 一種感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其含有下述(A)及(B): (A)具有含有藉由酸的作用分解而極性發生變化之基團的由下述通式(a)表示的重複單元(a)的樹脂;及 (B)藉由光化射線或放射線之照射而產生酸的化合物, [化學式1] 通式(a)中,R 101~R 103分別獨立地表示氫原子、有機基或鹵素原子,其中,R 102可以與L 101鍵結而形成環,該情況下之R 102表示單鍵、伸烷基或伸烯基, L 101表示二價的芳香環基,當與R 102鍵結而形成環時,表示三價的芳香環基, R 104及R 105分別獨立地表示氫原子、烷基、芳基、雜芳基、烯基或炔基, R 106表示雜原子之非共用電子對構成共軛系的芳香族雜環基,R 104~R 106可以相互鍵結而形成環。
- 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,所述通式(a)中,R 106為具有包含S、O、N、Se或Te之5員環骨架的單環或多環的芳香族雜環基。
- 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,由所述通式(a)表示的重複單元為由下述通式(a-2)~(a-7)之任一個表示的重複單元, [化學式2] 通式(a-2)~(a-7)中,R 111~R 113分別獨立地表示氫原子、有機基或鹵素原子, L 111表示二價的芳香環基, R 114及R 115分別獨立地表示氫原子、烷基、芳基、雜芳基、烯基或炔基, R 114及R 115可以相互鍵結而形成環, R 117~R 121分別獨立地表示氫原子或取代基,R 117~R 121可以相互鍵結而形成環, A表示S、O、N(R)、Se或Te,R表示氫原子或取代基。
- 如請求項3所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其中,由所述通式(a)表示的重複單元為由所述通式(a-2)或通式(a-3)表示的重複單元。
- 如請求項3所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物,其中,由所述通式(a)表示的重複單元為由所述通式(a-2)表示的重複單元。
- 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,所述通式(a)中的L 101為伸苯基。
- 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,所述通式(a)中的R 104及R 105中所包含的碳原子數之總數為1以上。
- 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)進一步包含由下述通式(c)表示的重複單元(c), [化學式3] 通式(c)中,R 61~R 63分別獨立地表示氫原子、有機基或鹵素原子,其中,R 62可以與Ar鍵結而形成環,該情況下之R 62表示單鍵或伸烷基, L表示單鍵或二價的連結基, Ar表示(k+1)價的芳香環,當與R 62鍵結而形成環時,表示(k+2)價的芳香環基, k表示1~5的整數。
- 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,所述重複單元(a)的含量相對於所述樹脂(A)的總質量為10質量%以上。
- 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,所述化合物(B)為由下述通式(1)表示的化合物, [化學式4] 通式(1)中,R 1及R 5分別獨立地表示芳基或雜芳基, R 2~R 4分別獨立地表示氫原子或取代基, M n+表示陽離子, n表示1以上的整數。
- 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,其中,所述通式(1)中,R 3表示芳基。
- 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,其中,所述通式(1)中,R 1~R 5中的至少一個為包含極性基的基團、包含藉由酸的作用分解而極性增大之基團的基團、或包含藉由鹼顯影液的作用分解而在鹼顯影液中的溶解度增大之基團的基團。
- 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,其中,所述通式(1)中,R 1、R 3及R 5分別為由下述通式(Ar)表示的基團, [化學式5] 通式(Ar)中,R 6~R 10分別獨立地表示氫原子或取代基,R 6~R 10中的至少一個為包含極性基的基團、包含藉由酸的作用分解而極性增大之基團的基團、或包含藉由鹼顯影液的作用分解而在鹼顯影液中的溶解度增大之基團的基團,*表示與通式(1)中的苯環鍵結的鍵結鍵。
- 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,其中,所述通式(1)中,R 1、R 3及R 5分別為由下述通式(Ar1)表示的基團, [化學式6] 通式(Ar1)中,R 11~R 15分別獨立地表示氫原子或取代基,R 11~R 15中的至少一個表示下述取代基Y,*表示與通式(1)中的苯環鍵結的鍵結鍵, 取代基Y:羥基、羧基、具有羰基鍵的基團、醯氧基、烷氧基羰氧基、芳氧基羰氧基、芳氧基羰基、烷氧基羰基、胺甲醯基或醯亞胺基。
- 一種感光化射線性或感放射線性膜,其由請求項1至14之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,其包括如下製程: 感光化射線性或感放射線性膜形成製程,藉由請求項1至14之任一項所述之感光化射線性或感放射線性樹脂組成物在基板上形成感光化射線性或感放射線性膜; 曝光製程,對所述感光化射線性或感放射線性膜進行曝光;及 顯影製程,用顯影液對曝光後的所述感光化射線性或感放射線性膜進行顯影。
- 一種電子器件之製造方法,其包括請求項16所述之圖案形成方法。
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