TWI527832B - Sensitive radiation linear resin composition and photoresist pattern formation method - Google Patents
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Description
本發明為有關敏輻射線性樹脂組成物及光阻圖型之形成方法。更詳細而言,為有關一種可形成顯影後具有良好之線路邊緣凹凸(Line Width Roughness:LWR),不易產生膜消減之光阻膜的敏輻射線性樹脂組成物及光阻圖型之形成方法。
於製造積體電路元件之微細加工領域中,為得到更高之集積度,亟需一種可於0.10μm以下之階段(Level)(即,Sub-Quarter Micron)下可進行微細加工之微影蝕刻技術,其中又以KrF準分子雷射(波長248nm)或ArF準分子雷射(波長193nm)受到極大之注目。
但是,於微細加工之領域中,更希望可形成更微細之光阻圖型(例如,線寬為45nm左右之微細光阻圖型),為形成更微細之光阻圖型,例如,已有進行將曝光裝置之光源波長短波長化,或增大透鏡之開口數(NA)等處理。但,為使光源波長達成短波長化之目的,常會造成必須使用高價之新式曝光裝置等問題。又,增大透鏡之開口數時,常需對解析度與焦點深度進行取捨,例如提高解析度時,則會有造成焦點深度降低等問題。
因此,近年來,為解決前述問題之微影蝕刻技術,例如已有提出浸潤式曝光(液體浸漬式微影蝕刻)法等方法之報告。該方法為,於曝光時,在透鏡與光阻膜之間(光阻膜上)介入浸潤式曝光用液體(例如,純水、氟系惰性液體等)之方法。該方法可使以往充滿空氣或氮氣等惰性氣體之曝光光路空間,充滿折射率較空氣等之屈折率(n)為大之浸潤式曝光用液體,而即使使用與以往相同之曝光光源之情形,亦可得到與使曝光裝置之光源波長短波長化等之情形所得之相同效果,即,可得到高解析性。又,不會造成焦點深度降低。
因此,依該些浸潤式曝光法時,可使用實際裝設於現有裝置內之透鏡,而以低費用、優良解析性,甚至更優良之焦點深度形成形成優良之光阻圖型。
浸潤式曝光製程,例如,已有提出為保護敏輻射線性樹脂組成物所形成之光阻膜,於光阻膜上所形成之浸潤上層膜之上,進行浸潤式曝光之手法(例如,專利文獻1),或為去除浸潤上層膜等目的,而使用含有含氟原子之聚合物的敏輻射線性樹脂組成物以形成光阻膜之手法(例如,專利文獻2),而期待其可達成提高產量(即,提高處理能力)之目的。
[專利文獻]
[專利文獻1]國際公開05/069076號公報
[專利文獻2]國際公開07/116664號公報
但是,上述使用含有含氟原子之聚合物的敏輻射線性樹脂組成物之情形,會於顯影後產生光阻圖型之LWR(Line Width Roughness)惡化、膜消減等問題。因此,亟需開發出一種可以形成顯影後具有良好之LWR,不易產生膜消減之光阻膜的敏輻射線性樹脂組成物。
本發明為,為解決上述以往技術所產生之問題所提出者,而以提出一種可以形成顯影後具有良好之LWR,不易產生膜消減之光阻膜的敏輻射線性樹脂組成物及使用其之光阻圖型之形成方法為目的。
本發明者們為達成上述課題經過深入硏究結果,得知使用含有(A)特定之重複單位,及,具有酸解離性基之聚合物,與(B)敏輻射線性酸產生劑,與(C)含有氟原子之聚合物所得之敏輻射線性樹脂組成物時,即可使達成上述問題變得容易,因而完成本發明。
本發明為提供以下之敏輻射線性樹脂組成物,及光阻圖型之形成方法。
[1]一種敏輻射線性樹脂組成物,其特徵為包含(A)下述通式(1)所表示重複單位,及,具有酸解離性基之聚合物,與(B)敏輻射線性酸產生劑,與(C)含有氟原子之聚合物。
(通式(1)中,R1表示氫原子、低級烷基,或鹵化低級烷基;R2表示單鍵結、碳數1~5之2價之烴基、烷二基氧基,或烷二基羰氧基;R3表示3價之有機基)
[2]如前述[1]所記載之敏輻射線性樹脂組成物,其中,前述通式(1)所表示重複單位為下述通式(1-1)所表示重複單位,
(通式(1-1)中,R1表示氫原子、低級烷基,或鹵化低級烷基;R2表示單鍵結、碳數1~5之2價之烴基、烷二基氧基,或烷二基羰氧基;R50表示下述通式(a)所表示之基,或,下述通式(b)所表示之基)
(通式(a)中,n1表示0~2之整數;通式(b)中,n2~n5各自獨立表示0~2之整數;通式(a)及通式(b)中,*表示通式(1-1)中與R2鍵結之鍵結鍵;又,通式(a)所表示之基及通式(b)所表示之基為,構成該些之基之碳原子的至少1個可被氧原子、氮原子或羰基所取代。又,通式(a)所表示之基及通式(b)所表示之基,可具有取代基)
[3]如前述[2]所記載之敏輻射線性樹脂組成物,其中,前述通式(1)所表示重複單位為下述通式(1-1a)所表示重複單位,
(通式(1-1a)中,R1表示氫原子、低級烷基,或鹵化低級烷基;R2表示單鍵結、碳數1~5之2價之烴基、烷二基氧基,或烷二基羰氧基;R51為下述通式(a1)所表示之基,或,下述通式(b1)所表示之基)
(通式(a1)及通式(b1)中,*表示通式(1-1a)中之R2鍵結之鍵結鍵)
[4]如前述[1]所記載之敏輻射線性樹脂組成物,其中,前述(C)聚合物具有由下述通式(2-1)~(2-3)所表示之各重複單位所形成之群所選出之至少1種之重複單位,
(通式(2-1)~(2-3)中,R1表示氫原子、低級烷基,或鹵化低級烷基;通式(2-1)中,R9表示碳數1~30之氟化烷基;通式(2-2)中,R6表示單鍵或(g+1)價之鍵結基,g為1~3之整數;通式(2-3)中,R7表示2價之鍵結基;通式(2-2)及通式(2-3)中,R8表示氫原子、酸解離性基,或鹼解離性基,R10各自獨立表示氫原子、氟原子,或碳數1~10之氟化烷基;又,並無全部之R10為氫原子之情形)。
〔5〕如前述〔4〕所記載之敏輻射線性樹脂組成物,其中,前述(C)聚合物尚含有,含有下述通式(2-4)所表示之基與下述通式(2-5)所表示之基之至少一者之基的重複單位(又,前述通式(2-3)所表示重複單位除外),
(通式(2-4)中,R11表示被氟原子所取代之碳數1~10之烴基)。
〔6〕如前述〔5〕所記載之敏輻射線性樹脂組成物,其中,前述(C)聚合物之含量,相對於前述(A)聚合物100質量份,為0.1~40質量份。
〔7〕一種光阻圖型之形成方法,其特徵為,具備前述〔1〕~〔6〕之任一項所記載之敏輻射線性樹脂組成物塗佈於基板上以形成光阻膜之光阻膜形成步驟,與於形成之前述光阻膜上配置浸潤式曝光用液體,介由前述浸潤式曝光用液體以輻射線照射前述光阻膜之曝光步驟,與使用顯影液對照射後之前述光阻膜進行顯影以形成光阻圖型之顯影步驟。
本發明之敏輻射線性樹脂組成物,具有可形成顯影後具有良好之LWR,不易產生膜消減之光阻膜之效果。
以下,將對實施本發明之形態進行說明,但本發明並不受以下之實施形態所限定。即,未超出本發明之主旨之範圍,基於該業者之通常知識,對於以下實施形態再加入適當變更、改良等之內容,亦屬於本發明之範圍內。
本發明之敏輻射線性樹脂組成物,為包含(A)上述通式(1)所表示重複單位(以下,亦有稱為「重複單位(I)」之情形),及,具有酸解離性基之聚合物(以下,亦有稱為「(A)聚合物」之情形),與(B)敏輻射線性酸產生劑(以下,亦有僅稱為「(B)酸產生劑」之情形),與(C)含有氟原子之聚合物(以下,亦有稱為「(C)聚合物」之情形)之組成物。
又,本說明書中,通式中之「Rx」所表示之內容中,表示相同之內容時,亦為使用相同之編號。
(A)聚合物為具有上述通式(1)所表示重複單位,及,酸解離性基,其為形成本發明之敏輻射線性樹脂組成物中基材之成份。其中,「基材」係指具有膜形成能之成份之意。該些(A)聚合物,為可經由酸之作用使酸解離性基解離而形成鹼可溶性之物,其於酸解離性基解離之前為鹼不溶性或鹼難溶性之物。又,本說明書中,「鹼不溶性或鹼難溶性」係指使用含有(A)聚合物之敏輻射線性樹脂組成物所形成之光阻膜而形成光阻圖型之際所採用之鹼顯影條件下,以僅使用(A)聚合物所形成之膜厚100nm之被膜替代光阻膜進行顯影之情形中,該被膜於顯影後仍殘留有初期膜厚的50%以上之性質。
通式(1)中之R1以氫原子、甲基、三氟甲基為較佳。
通式(1)中之R2所表示之碳數1~5之2價之烴基,例如直鏈狀或分支狀之碳數1~5之2價之烴基等。具體而言,例如-CH2-、伸乙基、1,3-伸丙基、1,2-伸丙基、2,2-伸丙基、1,4-伸丁基、1,3-伸丁基、1,2-伸丁基等。
通式(1)中之R2所表示之烷二基氧基,例如碳數1~5之2價之烴基與氧原子鍵結所得之基。碳數1~5之2價之烴基,例如,-CH2-、伸乙基、1,3-伸丙基、1,2-伸丙基、2,2-伸丙基、1,4-伸丁基、1,3-伸丁基、1,2-伸丁基等。
通式(1)中之R2所表示之烷二基羰氧基,例如碳數1~5之2價之烴基與羰氧基鍵結所得之基等。碳數1~5之2價之烴基,例如,-CH2-、伸乙基、1,3-伸丙基、1,2-伸丙基、2,2-伸丙基、1,4-伸丁基、1,3-伸丁基、1,2-伸丁基等。
通式(1)中,R3表示3價之有機基,具體而言,例如3價之鏈狀烴基、具有環狀烴構造之3價之基、具有雜環構造之3價之基等。該些之基,可被羥基、羧基、氰基等所取代。
通式(1)所表示重複單位,例如上述通式(1-1)所表示重複單位等,通式(1-1)所表示重複單位之中又以上述通式(1-1a)所表示重複單位為較佳之例。為上述通式(1-1a)所表示重複單位時,可形成顯影後之LWR更為良好,且更不容易產生膜消減之光阻膜。
又,通式(1-1)中之R50及通式(1-1a)中之R51,如上所述般,構成該些之基之碳原子之1個可被氧原子、氮原子或羰基所取代,亦可具有取代基。取代基例如,碳數1~4之直鏈狀、分支狀或環狀之烷基、羥基、氰基、碳數1~10之羥烷基、羧基等。
重複單位(I)例如,下述通式(3-1)~(3-21)所表示之各重複單位等。該些之中,就製得可形成顯影後為更優良之LWR、非常不易產生膜消減之光阻膜的敏輻射線性樹脂組成物之觀點,以使用下述通式(3-1)所表示重複單位、下述通式(3-9)所表示重複單位為較佳。又,下述通式(3-1)~(3-21)中之R1表示氫原子、低級烷基,或鹵化低級烷基。
上述通式(3-1)~(3-21)所表示重複單位中,通式(3-1)~(3-16)為相當於上述通式(1-1)所表示重複單位及上述通式(1-1a)所表示重複單位之單位。特別是上述通式(3-4)~(3-7)所表示重複單位為相當於上述通式(1-1)及通式(1-1a)中之R50為具有取代基之情形(即,通式(a)所表示之基具有取代基之情形)的重複單位。上述通式(3-11)、(3-12)所表示重複單位為相當於通式(b)所表示之基具有取代基之情形的重複單位,具體而言,例如構成R50之碳原子中之任一個被氧原子或氮原子所取代之單位。上述式(3-13)~(3-16)所表示重複單位,為相當於通式(b)所表示之基具有取代基之情形的重複單位,具體而言,例如構成R50之碳原子中之任一個被氧原子、氮原子或羰基所取代,且具有取代基之單位。
又,為形成重複單位(I)之單體,可使用以往公知之方法予以合成,具體而言,例如Tetrahedron Letters,Vol. 27,No.32 p. 3741(1986)、Organic Letters,Vol. 4,No. 15 p.2561(2002)等所記載之方法予以合成。
(A)聚合物,除上述通式(1)所表示重複單位以外,亦可具有其他重複單位(a)之單體。其他之重複單位(a),例如以下所示之重複單位(II)~(VI)等。
重複單位(II)例如下述通式(4-1)~(4-7)所表示重複單位等。
(通式(4-1)中,R1表示氫原子、低級烷基,或鹵化低級烷基;R12~R14表示相互獨立之碳數1~4之直鏈狀或分支狀之烷基,或碳數4~20之1價之脂環式烴基。又,R13與R14可相互鍵結形成碳數4~20之2價之脂環式烴基或其衍生物)。
通式(4-2)~(4-7)中,R1表示氫原子、低級烷基,或鹵化低級烷基;通式(4-2)中,R15表示氫原子或碳數1~4之取代或非取代之烷基,p表示1~3之整數。前述通式(4-5)及(4-6)中,R16各自獨立表示氫原子或甲氧基。前述通式(4-3)及(4-4)中,R17各自獨立表示單鍵結或-CH2-,m各自獨立表示0或1。前述通式(4-4)及(4-6)中,R18各自獨立表示氧原子或-CH2-。
通式(4-1)中之R12~R14所表示之碳數1~4之烷基,例如,甲基、乙基、n-丙基、i-丙基、n-丁基、2-甲基丙基、1-甲基丙基、t-丁基等。
通式(4-1)中之R12~R14所表示之碳數4~20之1價之脂環式烴基,及,R13及R14相互鍵結並與各自鍵結之碳原子共同形成之碳數4~20之2價之脂環式烴基,例如,金剛烷骨架、原冰片烷骨架、三環癸烷骨架、四環十二烷骨架等有橋式骨架,或,環丁烷、環戊烷、環己烷、環庚烷、環辛烷等之具有環鏈烷骨架之基;該些之基被1種或1個以上之例如,甲基、乙基、n-丙基、i-丙基、n-丁基、2-甲基丙基、1-甲基丙基、t-丁基等碳數1~10之直鏈狀、分支狀或環狀之烷基所取代之基等的具有脂環式骨架之基。
該些之脂環式烴基中,以具有金剛烷骨架者、雙環[2.2.1]庚烷骨架者、具有環戊基骨架者、具有環己基骨架者、具有環庚基骨架者、具有環辛基骨架者為較佳。
通式(4-1)中之「-CR12R13R14」,具體而言,例如t-丁基、1-n-(1-乙基-1-甲基)丙基、1-n-(1,1-二甲基)丙基、1-n-(1,1-二甲基)丁基、1-n-(1,1-二甲基)戊基、1-(1,1-二乙基)丙基、1-n-(1,1-二乙基)丁基、1-n-(1,1-二乙基)戊基、1-(1-甲基)環戊基、1-(1-乙基)環戊基、1-(1-n-丙基)環戊基、1-(1-i-丙基)環戊基、1-(1-甲基)環己基、1-(1-乙基)環己基、1-(1-n-丙基)環己基、1-(1-i-丙基)環己基、1-{1-甲基-1-(2-原冰片基)}乙基、1-{1-甲基-1-(2-四環癸基)}乙基、1-{1-甲基-1-(1-金剛烷基)}乙基、2-(2-甲基)原冰片基、2-(2-乙基)原冰片基、2-(2-n-丙基)原冰片基、2-(2-i-丙基)原冰片基、2-(2-甲基)四環癸基、2-(2-乙基)四環癸基、2-(2-n-丙基)四環癸基、2-(2-i-丙基)四環癸基、2-(2-甲基)金剛烷基、2-(2-乙基)金剛烷基、2-(2-n-丙基)金剛烷基、2-(2-i-丙基)金剛烷基或,該些脂環族環所形成之基被1種以上或1個以上之例如,甲基、乙基、n-丙基、i-丙基、n-丁基、2-甲基丙基、1-甲基丙基、t-丁基等碳數1~4之直鏈狀、分支狀或環狀之烷基所取代之基等。
形成重複單位(II)之單體,例如,(甲基)丙烯酸2-甲基金剛烷基-2-基酯、(甲基)丙烯酸2-甲基-3-羥基金剛烷基-2-基酯、(甲基)丙烯酸2-乙基金剛烷基-2-基酯、(甲基)丙烯酸2-乙基-3-羥基金剛烷基-2-基酯、(甲基)丙烯酸2-n-丙基金剛烷基-2-基酯、(甲基)丙烯酸2-異丙基金剛烷基-2-基酯、(甲基)丙烯酸-2-甲基雙環[2.2.1]庚-2-基酯、(甲基)丙烯酸-2-乙基雙環[2.2.1]庚-2-基酯、(甲基)丙烯酸-8-甲基三環[5.2.1.02,6]癸烷-8-基酯、(甲基)丙烯酸-8-乙基三環[5.2.1.02,6]癸烷-8-基酯、(甲基)丙烯酸-4-甲基四環[6.2.13,6.02,7]十二烷-4-基酯、(甲基)丙烯酸-4-乙基四環[6.2.13,6.02,7]十二烷-4-基酯、(甲基)丙烯酸1-(雙環[2.2.1]庚-2-基)-1-甲基乙基酯、(甲基)丙烯酸1-(三環[5.2.1.02,6]癸烷-8-基)-1-甲基乙基酯、(甲基)丙烯酸1-(四環[6.2.13,6.02,7]十二烷-4-基)-1-甲基乙基酯、(甲基)丙烯酸1-(金剛烷-1-基)-1-甲基乙基酯、(甲基)丙烯酸1-(3-羥基金剛烷-1-基)-1-甲基乙基酯、(甲基)丙烯酸1,1-二環己基乙基酯、(甲基)丙烯酸1,1-二(雙環[2.2.1]庚-2-基)乙基酯、(甲基)丙烯酸1,1-二(三環[5.2.1.02,6]癸烷-8-基)乙基酯、(甲基)丙烯酸1,1-二(四環[6.2.13,6.02,7]十二烷-4-基)乙基酯、(甲基)丙烯酸1,1-二(金剛烷-1-基)乙基酯、(甲基)丙烯酸1-甲基-1-環戊基酯、(甲基)丙烯酸1-乙基-1-環戊基酯、(甲基)丙烯酸1-甲基-1-環己基酯、(甲基)丙烯酸1-乙基-1-環己基酯等。
該些單體之中,(甲基)丙烯酸2-甲基金剛烷基-2-基酯、(甲基)丙烯酸2-乙基金剛烷基-2-基酯、(甲基)丙烯酸-2-甲基雙環[2.2.1]庚-2-基酯、(甲基)丙烯酸-2-乙基雙環[2.2.1]庚-2-基酯、(甲基)丙烯酸1-(雙環[2.2.1]庚-2-基)-1-甲基乙基酯、(甲基)丙烯酸1-(金剛烷-1-基)-1-甲基乙基酯、(甲基)丙烯酸1-甲基-1-環戊基酯、(甲基)丙烯酸1-乙基-1-環戊基酯、(甲基)丙烯酸1-甲基-1-環己基酯、(甲基)丙烯酸1-乙基-1-環己基酯為較佳。
通式(4-2)中之R15所表示之可具有碳數1~4之取代基的烷基,例如,甲基、乙基、n-丙基、i-丙基、n-丁基、2-甲基丙基、1-甲基丙基、t-丁基等。
重複單位(II)之含有比例,於(A)聚合物之全重複單位作為100莫耳%之情形,以15~85莫耳%為佳,以25~75莫耳%為更佳,以35~60莫耳%為特佳。上述含有比例未達15莫耳%時,會損及溶解後之對比(即,可容解於顯影液之部分與不溶解之部分之對比),而降低圖型形狀(即,無法得到截面為矩型之光阻圖型)之疑慮。又,超過85莫耳%時,將無法充分得到與基板之密著性,而會有造成所得光阻圖型由基板剝落之疑慮。
其他之重複單位(a)中之重複單位(III),例如由以下所示單體所產生之重複單位。即,上述單體例如,(甲基)丙烯酸-5-側氧基(oxo)-4-氧雜(oxa)-三環[4.2.1.03,7]壬-2-基酯、(甲基)丙烯酸-9-甲氧基羰基-5-側氧基-4-氧雜-三環[4.2.1.03,7]壬-2-基酯、(甲基)丙烯酸-5-側氧基-4-氧雜-三環[5.2.1.03,8]癸-2-基酯、(甲基)丙烯酸-10-甲氧基羰基-5-側氧基-4-氧雜-三環[5.2.1.03,8]壬-2-基酯、(甲基)丙烯酸-6-側氧基-7-氧雜-雙環[3.2.1]辛-2-基酯、(甲基)丙烯酸-4-甲氧基羰基-6-側氧基-7-氧雜-雙環[3.2.1]辛-2-基酯、(甲基)丙烯酸-7-側氧基-8-氧雜-雙環[3.3.1]辛-2-基酯、(甲基)丙烯酸-4-甲氧基羰基-7-側氧基-8-氧雜-雙環[3.3.1]辛-2-基酯、(甲基)丙烯酸-2-側氧基四氫吡喃-4-基酯、(甲基)丙烯酸-4-甲基-2-側氧基四氫吡喃-4-基酯、(甲基)丙烯酸-4-乙基-2-側氧基四氫吡喃-4-基酯、(甲基)丙烯酸-4-丙基-2-側氧基四氫吡喃-4-基酯、(甲基)丙烯酸-5-側氧基四氫呋喃-3-基酯、(甲基)丙烯酸-2,2-二甲基-5-側氧基四氫呋喃-3-基酯、(甲基)丙烯酸-4,4-二甲基-5-側氧基四氫呋喃-3-基酯、(甲基)丙烯酸-2-側氧基四氫呋喃-3-基酯、(甲基)丙烯酸-4,4-二甲基-2-側氧基四氫呋喃-3-基酯、(甲基)丙烯酸-5,5-二甲基-2-側氧基四氫呋喃-3-基酯、(甲基)丙烯酸-2-側氧基四氫呋喃-3-基酯、(甲基)丙烯酸-5-側氧基四氫呋喃-2-基甲基酯、(甲基)丙烯酸-3,3-二甲基-5-側氧基四氫呋喃-2-基甲基酯、(甲基)丙烯酸-4,4-二甲基-5-側氧基四氫呋喃-2-基甲基酯等。
重複單位(III)之含有比例,於(A)聚合物之全重複單位作為100莫耳%之情形,以10~50莫耳%為佳,以20~40莫耳%為更佳。上述含有比例未達10莫耳%時,會造成與基板之密著性不充分,而有圖型剝離之情形。又,超過50莫耳%時,會造成對鹼顯影液之溶解性不充分,而會有增加顯影缺陷之情形。
其他之重複單位(a)中之重複單位(IV),例如具有脂環式烴基之重複單位。
具有脂環式烴基之重複單位,例如,下述通式(5)所表示重複單位等。
(通式(5)中,R1表示氫原子、低級烷基,或鹵化低級烷基;R19表示碳數4~20之脂環式烴基)。
通式(5)中之R19所表示之碳數4~20之脂環式烴基,例如,環丁烷、環戊烷、環己烷、雙環[2.2.1]庚烷、雙環[2.2.2]辛烷、三環[5.2.1.02,6]癸烷、四環[6.173,6.02,7]十二烷、三環[3.3.1.13,7]癸烷等由環鏈烷類所產生之脂環族環所形成之烴基等。
該些由環鏈烷所產生之脂環族環,亦可具有取代基,例如可被1種以上或1個以上之甲基、乙基、n-丙基、i-丙基、n-丁基、2-甲基丙基、1-甲基丙基、t-丁基等碳數1~4之直鏈狀、分支狀或環狀之烷基所取代。該些內容,並不限定於為由上述烷基所取代者,亦可由羥基、氰基、碳數1~10之羥烷基、羧基、氧所取代者亦可。
可形成重複單位(IV)之單體,例如,(甲基)丙烯酸-雙環[2.2.1]庚-2-基酯、(甲基)丙烯酸-雙環[2.2.2]辛-2-基酯、(甲基)丙烯酸-三環[5.2.1.02,6]癸-7-基酯、(甲基)丙烯酸-四環[6.173,6.02,7]十二烷-9-基酯、(甲基)丙烯酸-三環[3.3.1.13,7]癸-1-基酯、(甲基)丙烯酸-三環[3.3.1.13,7]癸-2-基酯等。
重複單位(IV)之含有比例,於(A)聚合物之全重複單位作為100莫耳%之情形時,以30莫耳%以下為佳,以25莫耳%以下為更佳。上述含有比例超過30莫耳%時,會有造成光阻圖型形狀惡化、解析度降低等疑慮。
其他之重複單位(a)中之重複單位(V),例如下述通式(6)所表示重複單位等。
(通式(6)中,R1表示氫原子、低級烷基,或鹵化低級烷基;R20表示2價之有機基)。
通式(6)中之R20所表示之2價之有機基,以2價之烴基為佳,以鏈狀或環狀之烴基為更佳,其亦可為烷二醇基,亦可為伸烷酯基。
R20所表示之2價之有機基,具體而言,例如-CH2-、伸乙基、1,3-伸丙基或1,2-伸丙基等之伸丙基、四伸甲基、五伸甲基、六伸甲基、七伸甲基、八伸甲基、九伸甲基、十伸甲基、十一伸甲基、十二伸甲基、十三伸甲基、十四伸甲基、十五伸甲基、十六伸甲基、十七伸甲基、十八伸甲基、十九伸甲基、icosylene基、1-甲基-1,3-伸丙基、2-甲基1,3-伸丙基、2-甲基-1,2-伸丙基、1-甲基-1,4-伸丁基、2-甲基-1,4-伸丁基、亞甲基、亞乙基、亞丙基,或,2-亞丙基等飽和鏈狀烴基、1,3-環伸丁基等之環伸丁基、1,3-環伸戊基等之環伸戊基、1,4-環伸己基等之環伸己基、1,5-環伸辛基等之環伸辛基等之碳數3~10之環伸烷基等單環式烴環基、1,4-伸原冰片基或2,5-伸原冰片基等之伸原冰片基、1,5-伸金剛烷基、2,6-伸金剛烷基等之伸金剛烷基等2~4環式碳數4~30之烴環基等交聯環式烴環基等。
又,含有R20之2價之脂肪族環狀烴基之情形,以於雙三氟甲基-羥基-甲基,與上述2價之脂肪族環狀烴基之間設置有作為間隔物(spacer)之碳數1~4之伸烷基為較佳。又,R20所表示之2價之有機基,亦例如含有2,5-伸原冰片基之烴基、1,2-伸乙基、伸丙基等為佳。
形成重複單位(V)之單體,例如,(甲基)丙烯酸(1,1,1-三氟-2-三氟甲基-2-羥基-3-丙基)酯、(甲基)丙烯酸(1,1,1-三氟-2-三氟甲基-2-羥基-4-丁基)酯、(甲基)丙烯酸(1,1,1-三氟-2-三氟甲基-2-羥基-5-戊基)酯、(甲基)丙烯酸(1,1,1-三氟-2-三氟甲基-2-羥基-4-戊基)酯、(甲基)丙烯酸2-{[5-(1’,1’,1’-三氟-2’-三氟甲基-2’-羥基)丙基]雙環[2.2.1]庚基}酯、(甲基)丙烯酸3-{[8-(1’,1’,1’-三氟-2’-三氟甲基-2’-羥基)丙基]四環[6.173,6.02,7]十二烷基}酯等。
重複單位(V)之含有比例,於(A)聚合物之全重複單位作為100莫耳%之情形時,以30莫耳%以下為佳,以25莫耳%以下為更佳。上述含有比例超過30莫耳%時,會有造成所形成之光阻膜更容易受到鹼顯影液而產生膨潤之疑慮。
其他之重複單位(a)中之重複單位(VI),例如芳香族化合物所產生之重複單位等。
形成芳香族化合物所產生之重複單位的單體,例如,苯乙烯、α-甲基苯乙烯、2-甲基苯乙烯、3-甲基苯乙烯、4-甲基苯乙烯、2-甲氧基苯乙烯、3-甲氧基苯乙烯、4-甲氧基苯乙烯、4-(2-t-丁氧羰基乙基氧基(oxy))苯乙烯2-羥基苯乙烯、3-羥基苯乙烯、4-羥基苯乙烯、2-羥基-α-甲基苯乙烯、3-羥基-α-甲基苯乙烯、4-羥基-α-甲基苯乙烯、2-甲基-3-羥基苯乙烯、4-甲基-3-羥基苯乙烯、5-甲基-3-羥基苯乙烯、2-甲基-4-羥基苯乙烯、3-甲基-4-羥基苯乙烯、3,4-二羥基苯乙烯、2,4,6-三羥基苯乙烯、4-t-丁氧苯乙烯、4-t-丁氧-α-甲基苯乙烯、4-(2-乙基-2-丙氧基)苯乙烯、4-(2-乙基-2-丙氧基)-α-甲基苯乙烯、4-(1-乙氧乙氧基)苯乙烯、4-(1-乙氧乙氧基)-α-甲基苯乙烯、(甲基)丙烯酸苯基、(甲基)丙烯酸苄基、苊烯、5-羥基苊烯、1-乙烯基萘、2-乙烯基萘、2-羥基-6-乙烯基萘、1-萘基(甲基)丙烯酸酯、2-萘基(甲基)丙烯酸酯、1-萘基甲基(甲基)丙烯酸酯、1-蒽基(甲基)丙烯酸酯、2-蒽基(甲基)丙烯酸酯、9-蒽基(甲基)丙烯酸酯、9-蒽基甲基(甲基)丙烯酸酯、1-乙烯基芘等。
重複單位(VI)之含有比例,於(A)聚合物之全重複單位作為100莫耳%之情形時,以40莫耳%以下為佳,以30莫耳%以下為更佳。上述含有比例超過40莫耳%時,於所形成之光阻膜中,因會造成輻射線之透過率降低,故會有造成圖型外觀惡化(顯影後之圖型形狀無法形成矩形)之疑慮。
又,上述各重複單位(II)~(VI)分別可單獨含有1種,或含有2種以上亦可。
酸解離性基係指,取代羥基、羧基等之極性官能基中之氫原子後所得之基,而於酸之存在下可以解離之基之意。該些酸解離性基,具體而言,例如t-丁氧羰基、四氫吡喃基、四氫呋喃基、(硫代四氫吡喃基磺醯基)甲基、(硫代四氫呋喃基磺醯基)甲基,或烷氧基取代甲基、烷基磺醯基取代甲基等。又,烷氧基取代甲基中之烷氧基(取代基),例如,碳數1~4之烷氧基。又,烷基磺醯基取代甲基中之烷基(取代基),例如,碳數1~4之烷基。
此外,酸解離性基例如通式「-C(R)3」所表示之基等。又,3個之R表示相互獨立之碳數1~4之直鏈狀或分支狀之烷基、碳數4~20之1價之脂環式烴基或由該些所衍生之基,或,任意2個之R相互鍵結,各自與鍵結之碳原子共同形成碳數4~20之2價之脂環式烴基或由該些所衍生之基,殘留之1個之R,表示碳數1~4之直鏈狀或分支狀之烷基、碳數4~20之1價之脂環式烴基或由該些所衍生之基。
通式「-C(R)3」所表示之基中之R所表示之碳數1~4之直鏈狀或分支狀之烷基,例如,甲基、乙基、n-丙基、i-丙基、n-丁基、2-甲基丙基、1-甲基丙基、t-丁基等。
通式「-C(R)3」所表示之基中之R所表示之碳數4~20之1價之脂環式烴基,例如,原冰片烷、三環癸烷、四環十二烷、金剛烷,或環丁烷、環戊烷、環己烷、環庚烷、環辛烷等之由環鏈烷類等所產生之脂環族環所形成之基等。又,上述脂環式烴基所衍生之基,例如上述之1價之脂環式烴基被1種以上或1個以上之例如,甲基、乙基、n-丙基、i-丙基、n-丁基、2-甲基丙基、1-甲基丙基、t-丁基等之碳數1~4之直鏈狀、分支狀或環狀之烷基所取代之基等。
該些之中又以R所表示之碳數4~20之1價之脂環式烴基為,原冰片烷、三環癸烷、四環十二烷、金剛烷、環戊烷或環己烷所產生之脂環族環所形成之脂環式烴基、該脂環式烴基被烷基所取代之基為較佳。
通式「-C(R)3」所表示之基中之R所表示之任意2個之R相互鍵結,並與各自鍵結之碳原子(鍵結於氧原子之碳原子)同時形成碳數4~20之2價之脂環式烴基,例如,環伸丁基、環伸戊基、環伸己基、環伸辛基等單環式烴基、伸原冰片烷基、三環伸癸烷基、四環伸壬烷基等多環式烴基、伸金剛烷基等交聯多環式烴基等。
又,通式「-C(R)3」所表示之基中之R所表示之任意2個之R相互鍵結,各自與鍵結之碳原子共同形成碳數4~20之2價之脂環式烴基所衍生之基,例如上述之2價之脂環式烴基被1種以上或1個以上之例如,甲基、乙基、n-丙基、i-丙基、n-丁基、2-甲基丙基、1-甲基丙基、t-丁基等碳數1~4之直鏈狀、分支狀或環狀之烷基所取代之基等。
該些之中又以環伸戊基、環伸己基等單環式烴基,或其2價之脂環式烴基(單環式烴基)被烷基所取代之基為較佳。
其中,通式「-C(R)3」所表示之基,具體而言,例如t-丁基、1-n-(1-乙基-1-甲基)丙基、1-n-(1,1-二甲基)丙基、1-n-(1,1-二甲基)丁基、1-n-(1,1-二甲基)戊基、1-(1,1-二乙基)丙基、1-n-(1,1-二乙基)丁基、1-n-(1,1-二乙基)戊基、1-(1-甲基)環戊基、1-(1-乙基)環戊基、1-(1-n-丙基)環戊基、1-(1-i-丙基)環戊基、1-(1-甲基)環己基、1-(1-乙基)環己基、1-(1-n-丙基)環己基、1-(1-i-丙基)環己基、1-{1-甲基-1-(2-原冰片烷基)}乙基、1-{1-甲基-1-(2-四環癸基)}乙基、1-{1-甲基-1-(1-金剛烷基)}乙基、2-(2-甲基)原冰片烷基、2-(2-乙基)原冰片烷基、2-(2-n-丙基)原冰片烷基、2-(2-i-丙基)原冰片烷基、2-(2-甲基)四環癸基、2-(2-乙基)四環癸基、2-(2-n-丙基)四環癸基、2-(2-i-丙基)四環癸基、1-(1-甲基)金剛烷基、1-(1-乙基)金剛烷基、1-(1-n-丙基)金剛烷基、1-(1-i-丙基)金剛烷基,或該些之脂環族環所形成之基被1種以上或1個以上之例如,甲基、乙基、n-丙基、i-丙基、n-丁基、2-甲基丙基、1-甲基丙基、t-丁基等碳數1~4之直鏈狀、分支狀或環狀之烷基所取代之基等。
該些酸解離性基之中,又以通式「-C(R)3」所表示之基、t-丁氧羰基、烷氧基取代甲基為較佳。
(A)聚合物,可含有氟原子亦可,不含有氟原子亦可,含有氟原子之情形,相對於(C)聚合物中之氟原子的含有比例,氟原子之含有比例為更小。(A)聚合物中之氟原子之含有比例,於(A)聚合物之總量為100質量%之情形,通常為未達5質量%,一般以0~4.9質量%為佳,以0~4.0質量%為更佳。(A)聚合物中之氟原子的含有比例於較(C)聚合物中之比例為小時,(C)聚合物容易偏趨於光阻膜表層。因此,可提高所形成之光阻膜的表層部分的撥水性,於浸潤式曝光時不需另外形成浸潤上層膜的同時,即可形成具有良好撥水性之光阻膜的優點。又,(A)聚合物與(C)聚合物之氟原子的含有比例差以1質量%以上為較佳。上述差為1質量%以上時,(C)聚合物容易偏趨於光阻膜表層。
除了該些(A)聚合物以外,於含有後述(C)聚合物時,可得到特別適合於浸潤式曝光中形成光阻膜的敏輻射線性樹脂組成物。具體而言,例如(A)聚合物含有氟原子之情形,如上所述般,(A)聚合物中之氟原子之含有比例較(C)聚合物中之氟原子的含有比例為小。氟原子之含有比例,相較於(C)聚合物而言,(A)聚合物之側為較小時,於形成光阻膜之際,基於(C)聚合物之撥油性之原因,(C)聚合物於光阻膜表面中,具有分布較高之傾向。即,(C)聚合物偏趨於光阻膜表層(配置浸潤式曝光用液體之側)。因此,無須另外設置以阻隔光阻膜與浸潤媒體為目的之上層膜,故適用於浸潤式曝光法使用。其中,本說明書中之氟原子之含有比例,為使用13C-NMR所測定之值。
(A)聚合物之凝膠滲透色層分析(GPC)法所測得之重量平均分子量(Mw),並未有特別限定,一般以1,000~100,000為佳,以1,000~30,000為更佳,以1,000~20,000為特佳。上述Mw未達1,000時,會有造成所形成之光阻膜的耐熱性降低之疑慮。又,超過100,000時,會有造成所形成之光阻膜的顯影性降低之疑慮。又,Mw以GPC法所得之與數平均分子量(Mn)之比(Mw/Mn),通常為1~5,較佳為1~3。
又,(A)聚合物中之實際製造(A)聚合物之際所使用之由單體產生之低分子量成份的換算為固形分之含有比例,於(A)聚合物之總量為100質量%之情形,以0.1質量%以下為佳,以0.07質量%以下為更佳,以0.05質量%以下為特佳。上述含有比例為0.1質量%以下時,可降低於浸潤式曝光時溶入浸潤式曝光用液體的溶出物量。此外,可防止存放時異物之發生,又因可防止塗佈時塗佈斑之發生,故可充分抑制光阻圖型形成時缺陷之發生。
上述由單體產生之低分子量成份,為Mw500以下之成份,例如,單體、二聚物、三聚物、寡聚物等。該Mw500以下之成份的去除方法(即,(A)聚合物之精製方法),例如,可使用水洗、溶液萃取等化學性精製法,或將該些化學性精製法與臨界過濾、離心分離等物理性精製法組合使用等方法。又,(A)聚合物中之上述由單體產生之低分子量成份,可使用高速液體色層分析(HPLC)予以檢測。
此外,(A)聚合物以鹵素、金屬等雜質之含量越少為越佳。上述雜質之含量較少時,可再改善所形成之光阻膜的感度、解析度、製程安定性等,而可得到良好之光阻圖型形狀。
(A)聚合物,例如可將為形成上述各重複單位所使用之單體(聚合性不飽和單體),使用過氧化氫類、二烷基過氧化物類、二醯基過氧化物類、偶氮化合物等之自由基聚合起始劑,必要時於鏈移動劑之存在下,適當之溶劑中進行聚合之方式予以製造。
上述聚合所使用之溶劑,例如,n-戊烷、n-己烷、n-庚烷、n-辛烷、n-壬烷、n-癸烷等之鏈烷類;環己烷、環庚烷、環辛烷、Decalin、原冰片烷等之環鏈烷類;苯、甲苯、二甲苯、乙基苯、異丙苯等之芳香族烴類;氯丁烷類、溴己烷類、二氯乙烷類、六甲基二溴化物、氯苯等鹵化烴類;乙酸乙酯、乙酸n-丁酯、乙酸i-丁酯、丙酸甲酯等飽和羧酸酯類;丙酮、2-丁酮、4-甲基-2-戊酮、2-庚酮等之酮類;四氫呋喃、二甲氧基乙烷類、二乙氧基乙烷類等之醚類;甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、4-甲基-2-戊醇等之醇類等。該些之溶劑,可單獨或將2種以上組合使用。
聚合時之反應溫度,通常為40~150℃,較佳為50~120℃。反應時間通常為1~48小時,又以1~24小時為較佳。
(B)敏輻射線性酸產生劑為經由輻射線等光照射(以下,亦稱為「曝光」)而產生酸之物質。隨後,經由經曝光而使(B)酸產生劑產生之酸的作用,使(A)聚合物中所存在之酸解離性基由(A)聚合物解離。隨後,經酸解離性基解離後之(A)聚合物則形成鹼可溶性。即,光阻膜之曝光部對鹼顯影液形成易溶性。隨後,經由鹼顯影液進行顯影結果,即可形成正型之光阻圖型。前述(B)酸產生劑,例如,特開2009-134088號公報之段落[0080]~[0113]所記載之化合物等。
又,(B)酸產生劑可單獨使用1種或將2種以上組合使用。
(B)酸產生劑之含量,相對於(A)聚合物100質量份,以0.1~30質量份為佳,以2~27質量份為更佳,以5~25質量份為特佳。上述含量未達0.1質量份時,所形成之光阻膜之感度及解析度會有降低之疑慮。又,超過30質量份時,所形成之光阻膜的塗佈性及圖型形狀會有降低之疑慮。
(C)聚合物為,本發明之敏輻射線性樹脂組成物中作為高分子添加劑所含之成份,其為含有氟原子之聚合物。含有該些聚合物時,可使所形成之光阻膜具有良好之撥水性,於浸潤式曝光步驟中可不需形成浸潤上層膜亦可進行曝光之優點。又,含有(A)聚合物與(C)聚合物結果,可使(C)聚合物偏趨於光阻膜表層,而可得到良好之撥水性。
(C)聚合物,如上所述般,只要為分子中含有氟原子之前提下則無特別限制,又以由下述通式(2-1)所表示重複單位(以下,亦有稱為「重複單位(2-1)」之情形)、下述通式(2-2)所表示重複單位(以下,亦有稱為「重複單位(2-2)」之情形),及下述通式(2-3)所表示重複單位(以下,亦有稱為「重複單位(2-3)」之情形)所形成之群所選出之至少1種之重複單位為較佳。具有該些之重複單位結果,可抑制光阻膜中之(B)酸產生劑或酸擴散控制劑等,溶出於浸潤式曝光用液體中。此外,因可提高光阻膜與浸潤式曝光用液體之後退接觸角(增大),故於光阻膜上不易殘留由浸潤式曝光用液體所產生之水滴,而可抑制因進行浸潤式曝光為起因之缺陷的發生。
(通式(2-1)~(2-3)中,R1表示氫原子、低級烷基,或鹵化低級烷基;通式(2-1)中,R9表示碳數1~30之氟化烷基;通式(2-2)中,R6表示單鍵或(g+1)價之鍵結基,g為1~3之整數;通式(2-3)中,R7表示2價之鍵結基;通式(2-2)及通式(2-3)中,R8表示氫原子、酸解離性基,或鹼解離性基,R10各自獨立表示氫原子、氟原子,或碳數1~10之氟化烷基。又,並無全部之R10為氫原子之情形)。
通式(2-1)中之R1所表示之低級烷基,例如,甲基等。通式(2-1)中之R1所表示之鹵化低級烷基,例如,三氟甲基等。
通式(2-1)中之R9所表示之碳數1~30之氟化烷基,例如,至少被1個以上之氟原子所取代之碳數1~6之直鏈狀或分支狀之烷基、至少被1個以上之氟原子所取代之碳數4~20之1價之脂環式烴基或由該些所衍生之基等。
其中,至少被1個以上之氟原子所取代之碳數1~6之直鏈狀或分支狀之烷基,例如,甲基、乙基、1-丙基、2-丙基、1-丁基、2-丁基、2-(2-甲基丙基)基、1-戊基、2-戊基、3-戊基、1-(2-甲基丁基)基、1-(3-甲基丁基)基、2-(2-甲基丁基)基、2-(3-甲基丁基)基、新戊基、1-己基、2-己基、3-己基、1-(2-甲基戊基)基、1-(3-甲基戊基)基、1-(4-甲基戊基)基、2-(2-甲基戊基)基、2-(3-甲基戊基)基、2-(4-甲基戊基)基、3-(2-甲基戊基)基、3-(3-甲基戊基)基等之直鏈狀或分支狀之烷基的部分氟化或全氟烷基等。
又,至少被1個以上之氟原子所取代之碳數4~20之1價之脂環式烴基或由該些所衍生之基,例如,環戊基、環戊基甲基、1-(1-環戊基乙基)基、1-(2-環戊基乙基)基、環己基、環己基甲基、1-(1-環己基乙基)基、1-(2-環己基乙基)、環庚基、環庚基甲基、1-(1-環庚基乙基)基、1-(2-環庚基乙基)基、2-原冰片基等之脂環式烷基的部分氟化或全氟烷基等。
可形成通式(2-1)所表示重複單位之單體,例如,三氟甲基(甲基)丙烯酸酯、2,2,2-三氟乙基(甲基)丙烯酸酯、全氟乙基(甲基)丙烯酸酯、全氟n-丙基(甲基)丙烯酸酯、全氟i-丙基(甲基)丙烯酸酯、全氟n-丁基(甲基)丙烯酸酯、全氟i-丁基(甲基)丙烯酸酯、全氟t-丁基(甲基)丙烯酸酯、2-(1,1,1,3,3,3-六氟丙基)(甲基)丙烯酸酯、1-(2,2,3,3,4,4,5,5-八氟戊基)(甲基)丙烯酸酯、全氟環己基甲基(甲基)丙烯酸酯、1-(2,2,3,3,3-五氟丙基)(甲基)丙烯酸酯、1-(3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,10-十七氟癸基)(甲基)丙烯酸酯、1-(5-三氟甲基-3,3,4,4,5,6,6,6-八氟己基)(甲基)丙烯酸酯等。
重複單位(2-1)之含有比例,於(C)聚合物之全重複單位作為100莫耳%之情形時,以20~90莫耳%為佳,以20~80莫耳%為更佳,以20~70莫耳%為特佳。上述含有比例於上述範圍內時,於所形成之光阻膜中,具有可得到兼具有撥水性與對顯影液之親和性之平衡性的良好優點。
通式(2-2)中之R6所表示之(g+1)價之鍵結基,具體而言,例如碳數為1~30之(g+1)價之烴基,或該些之烴基與氧原子、硫原子、亞胺基、羰基、-CO-O-或-CO-NH-之組合所得之構造等。又,g為1~3之整數,g為2或3之情形,通式(2-2)中之下述通式(2-2a)所表示之構造為互相獨立表示者。
碳數為1~30之(g+1)價之烴基中,具有鏈狀構造之R6,例如,由甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、2-甲基丙烷、戊烷、2-甲基丁烷、2,2-二甲基丙烷、己烷、庚烷、辛烷、壬烷、癸烷等碳數1~10之鏈狀烴去除(g+1)個氫原子所得之構造等。
又,環狀構造之R6,例如,由環丁烷、環戊烷、環己烷、雙環[2.2.1]庚烷、雙環[2.2.2]辛烷、三環[5.2.1.02,6]癸烷、三環[3.3.1.13,7]癸烷等碳數4~20之脂環式烴去除(g+1)個氫原子所得之構造;苯、萘等碳數6~30之芳香族烴去除(g+1)個氫原子所得之構造等。
R6中,烴基與氧原子、硫原子、亞胺基、羰基、-CO-O-或-CO-NH-組合所得之構造,例如,下述通式所表示之構造等。又,下述通式中,R21各自獨立表示單鍵結、碳數1~10之2價之鏈狀烴基、碳數4~20之2價之環狀烴基或碳數6~30之2價之芳香族烴基。g為1~3之整數;
上述通式中之R21所表示之碳數1~10之2價之鏈狀烴基,例如,甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、2-甲基丙烷、戊烷、2-甲基丁烷、2,2-二甲基丙烷、己烷、庚烷、辛烷、壬烷、癸烷等所產生之基等。碳數4~20之2價之環狀烴基,例如,環丁烷、環戊烷、環己烷、雙環[2.2.1]庚烷、雙環[2.2.2].辛烷、三環[5.2.1.02,6]癸烷、三環[3.3.1.13,7]癸烷等所產生之基等。碳數6~30之2價之芳香族烴基,例如苯、甲苯、二甲苯、乙基苯、異丙苯等所產生之基等。又,R61亦可具有取代基,取代基,例如,甲基、乙基、n-丙基、i-丙基、n-丁基、2-甲基丙基、1-甲基丙基、t-丁基等碳數1~4之直鏈狀、分支狀或環狀之烷基。
通式(2-2)中之R8所表示之酸解離性基,例如與上述(A)聚合物中之酸解離性基為相同之例示。具有該些酸解離性基時,可提高存在於被曝光部分之(C)聚合物的溶解性。其推測應為於後述之光阻圖型之形成方法中的曝光步驟所發生之酸與(C)聚合物之酸解離性基反應,而生成極性基所得之效果。
通式(2-2)中之R8所表示之鹼解離性基,例如,取代羥基、羧基等之極性官能基中之氫原子所得之基,並於鹼之存在下可以解離之基。該鹼解離性基,只要為具有上述性質者,則並未有特別限定,例如下述通式(2-2a1)所表示之基等。
(通式(2-2a1)中,R22表示至少一個之氫原子被氟原子所取代之碳數為1~10之烴基)
通式(2-2a1)中之R22,以烴基之氫原子的全部被氟原子所取代之直鏈狀或分支狀之碳數1~10之全氟烷基為佳,又以三氟甲基為更佳。
重複單位(2-2),具體而言,例如下述通式(7-1)所表示重複單位、下述通式(7-2)所表示重複單位等。
(通式(7-1)及(7-2)中,R1表示氫原子、低級烷基,或鹵化低級烷基,R24表示氫原子、酸解離性基,或鹼解離性基。通式(7-1)中,R23表示(g+1)價之鍵結基。通式(7-2)中,g為1~3之整數)
形成上述通式(7-1)所表示重複單位,及,下述通式(7-2)所表示重複單位之化合物,具體而言,例如下述通式所表示之化合物等。又,下述通式中,R1表示氫原子、低級烷基,或鹵化低級烷基,R24表示氫原子、酸解離性基,或鹼解離性基。
例如,上述通式中之R24為酸解離性基或鹼解離性基之化合物,可將上述各通式中,R24為氫原子之化合物作為原料予以製得。具體而言,例如合成R24為上述通式(2-2a1)所表示之化合物之情形,為將上述各通式中,R24為氫原子之化合物於酸之存在下,與氟羧酸縮合以進行酯化之方法,或於鹼之存在下,與氟羧酸鹵化物縮合以進行酯化之方法等以往公知之方法予以製得。
又,通式(2-2)中之R10所表示之碳數1~10之氟化烷基,例如至少被1個以上之氟原子所取代之碳數1~6之直鏈狀或分支狀之烷基、至少被1個以上之氟原子所取代之碳數4~10之1價之脂環式烴基或由該些所衍生之基。
通式(2-2)中之下述通式(2-2b)所表示之構造,具體而言,例如下述式(8-1)~(8-5)所表示之構造等。該些之中,又以下述式(8-5)所表示之構造為較佳。
重複單位(2-2)之含有比例,於(C)聚合物之全重複單位作為100莫耳%之情形時,以80莫耳%以下為佳,以20~80莫耳%為更佳,以30~70莫耳%為特佳。上述含有比例為上述範圍內時,於所形成之光阻膜中,具有可降低浸潤式曝光用液體之前進接觸角與後退接觸角之差的優點。
通式(2-3)中之R7所表示之2價之鍵結基,例如碳數為1~30之2價之烴基。又如,該些之烴基,與硫原子、亞胺基、羰基、-CO-O-或-CO-NH-組合所得之構造等。
鏈狀構造之R7,例如,具有由甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、2-甲基丙烷、戊烷、2-甲基丁烷、2,2-二甲基丙烷、己烷、庚烷、辛烷、壬烷、癸烷等碳數1~10之鏈狀烴去除2個氫原子所得構造之2價之烴基等。
又,環狀構造之R7,例如,具有由環丁烷、環戊烷、環己烷、雙環[2.2.1]庚烷、雙環[2.2.2]辛烷、三環[5.2.1.02,6]癸烷,三環[3.3.1.13,7]癸烷等碳數4~20之脂環式烴去除2個氫原子所得構造之2價之烴基;具有由苯、萘等碳數6~30之芳香族烴去除2個氫原子所得構造之2價之烴基等。
通式(2-3)中之R10所表示之碳數1~10之氟化烷基,例如至少被1個以上之氟原子所取代之碳數1~6之直鏈狀或分支狀之烷基、至少被1個以上之氟原子所取代之碳數4~10之1價之脂環式烴基或由該些所衍生之基等。
通式(2-3)中之R8,具體而言,例如下述通式(2-3a1)~(2-3a3)所表示之基等。又,通式(2-3a1)及(2-3a2)中,R25表示鹵素原子、碳數1~10之烷基、烷氧基、醯基,或醯氧基,存在有複數之R25之情形,各R25可為相同或相異皆可。m1表示0~5之整數,m2表示0~4之整數。通式(2-3a3)中,R26及R27各自獨立表示氫原子或碳數1~10之烷基,R26及R27可相互鍵結形成碳數4~20之脂環式構造。
通式(2-3a2)中之R25所表示之鹵素原子,例如氟原子、氯原子、溴原子、碘原子等。該些之中,又以氟原子為較佳。
通式(2-3a2)中之R25所表示之碳數1~10之烷基、烷氧基、醯基、醯氧基,具體而言,例如甲基、甲氧基、乙醯基等。
通式(2-3a3)中之R26或R27所表示之碳數1~10之烷基,例如,甲基、乙基、n-丙基等。
又,通式(2-3a3)中之R26及R27相互鍵結,並與各別鍵結之碳原子共同形成之脂環式構造,例如,環戊基、環戊基甲基、1-(1-環戊基乙基)基、1-(2-環戊基乙基)基、環己基、環己基甲基、1-(1-環己基乙基)基、1-(2-環己基乙基)、環庚基、環庚基甲基、1-(1-環庚基乙基)基、1-(2-環庚基乙基)基、2-原冰片基等。
通式(2-3a3)所表示之基,具體而言,例如甲基、乙基、1-丙基、2-丙基、1-丁基、2-丁基、1-戊基、2-戊基、3-戊基、1-(2-甲基丁基)基、1-(3-甲基丁基)基、2-(3-甲基丁基)基、新戊基、1-己基、2-己基、3-己基、1-(2-甲基戊基)基、1-(3-甲基戊基)基、1-(4-甲基戊基)基、2-(3-甲基戊基)基、2-(4-甲基戊基)基、3-(2-甲基戊基)基等。該些之中,又以甲基、乙基、1-丙基、2-丙基、1-丁基、2-丁基為較佳。
重複單位(2-3),具體而言,例如下述通式(2-3-1)所表示之單位等。
(通式(2-3-1)中,R1表示氫原子、低級烷基,或鹵化低級烷基;R7表示2價之鍵結基;R8表示氫原子、酸解離性基,或鹼解離性基)。
形成通式(2-3-1)所表示重複單位之化合物,例如,下述通式(2-3-1a)~(2-3-1d)所表示之化合物等。又,通式(2-3-1a)~(2-3-1d)中,R1表示氫原子、低級烷基,或鹵化低級烷基;R8表示氫原子、酸解離性基,或鹼解離性基。
上述通式(2-3-1a)~(2-3-1d)中之R8為酸解離性基或鹼解離性基之化合物,例如,可將上述各通式中,R8為氫原子之化合物或其衍生物作為原料予以合成。例如,R8為上述通式(2-3a1)~(2-3a3)所表示之基之情形,該些之化合物,例如,可使下述通式(9-1)所表示之化合物與任一下述式(9-2)~(9-4)所表示之化合物反應予以製得。
通式(9-2)中之R29所表示之鹵素原子以氯原子為較佳。
通式(9-3)中之R30所表示之鹵素原子以硼原子為較佳。
通式(9-4)中之R26或R27所表示之碳數1~10之烷基,例如,甲基、乙基、n-丙基等。
又,通式(2-3)中之R8為上述通式(2-3a1)~(2-3a3)所表示之基之情形,具有該些基之化合物,例如,使下述通式(10-1)所表示之化合物與下述通式(10-2)所表示之化合物進行反應而可製得。
重複單位(2-3)之含有比例,於(C)聚合物之全重複單位作為100莫耳%之情形時,以50莫耳%以下為佳,以5~30莫耳%為更佳,以5~20莫耳%為特佳。上述含有比例為上述範圍內時,於所形成之光阻膜中,具有兼具有撥水性與對顯影液之親和性的良好平衡性之優點。
又,(C)聚合物,如上所述般,以具有由重複單位(2-1)、重複單位(2-2),及重複單位(2-3)所形成之群所選出之至少1種之重複單位者為較佳,其可具有任一種重複單位(2-1)~(2-3)亦可,或具有2種以上者亦可,以具有2種以上者為較佳,以具有重複單位(2-2)與重複單位(2-3)者為更佳。
(C)聚合物中,重複單位(2-2)及重複單位(2-3)中至少一者具有鹼解離性基時,可提高(C)聚合物對顯影液之親和性。其推測應為於後述光阻圖型之形成方法的顯影步驟中,(C)聚合物與顯影液反應,而生成極性
基所得之結果。又,通式(2-2)及(2-3)中之R8為氫原子之情形,重複單位(2-2)及(2-3)為具有極性基為羥基或羧基之單位。隨後,(C)聚合物於含有該些重複單位時,於後述之光阻圖型之形成方法的顯影步驟中,可提高(C)聚合物對顯影液之親和性。
(C)聚合物以再具有至少含有下述通式(2-4)所表示之基與下述通式(2-5)所表示之基之任一基的重複單位(又,上述通式(2-3)所表示重複單位除外)(以下,亦有稱為「重複單位(i)」之情形)為較佳。於再具有該些重複單位(i)時,可提高形成之光阻膜對顯影液之溶解性。
通式(2-4)中之R11所表示之被氟原子所取代之碳數1~10之烴基,只要為碳數1~10之烴基中的1或2個以上之氫原子被氟原子所取代之基時,並未有特別限定,例如,以三氟甲基等為較佳。
重複單位(i)之主鏈骨架並未有特別限定,例如以甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯、α-三氟丙烯酸酯等為較佳。
重複單位(i),例如,由下述通式(11-1)所表示之化合物所產生之重複單位、下述通式(11-2)所表示之化合物所產生之重複單位等。
(通式(11-1)及(11-2)中,R1表示氫原子、低級烷基,或鹵化低級烷基;R32表示單鍵結,或碳數1~20之2價之直鏈狀、分支狀或環狀之飽和或不飽和之烴基。通式(11-1)中,R31表示被氟原子所取代之碳數1~10之烴基,t為0或1)。
通式(11-1)及(11-2)中之R32所表示之碳數1~20之2價之直鏈狀、分支狀或環狀的飽和或不飽和之烴基,例如與通式(6)中之R20所表示之2價之有機基為相同之內容。又,通式(11-1)中之R31所表示之被氟原子所取代之碳數1~10之烴基,只要為碳數1~10之烴基中的1或2個以上之氫原子被氟原子所取代之基時,並未有特別限定,例如,以三氟甲基等為較佳。
又,重複單位(i)可單獨使用1種或使使用2種以上亦可。
重複單位(i)之含有比例,於(C)聚合物之全重複單位作為100莫耳%之情形時,以50莫耳%以下為佳,以5~30莫耳%為更佳,以5~20莫耳%為特佳。上述含有比例於上述範圍內時,於所形成之光阻膜中,具有得到兼具有撥水性與對顯影液之親和性的良好平衡性之優點。
(C)聚合物,除上述重複單位(2-1)~(2-3)及重複單位(i)以外,可含有其他之重複單位(b)。
其他之重複單位(b),例如,上述通式(2-1)~(2-5)所表示之各重複單位等。
此外,通式(2-1)所表示重複單位之中又以下述通式(12)所表示重複單位為較佳。含有下述通式(12)所表示重複單位時,因可減少光阻膜之前進接觸角與後退接觸角之差,故可提高浸潤式曝光時之掃瞄速度。
(通式(12)中,R1表示氫原子、低級烷基,或鹵化低級烷基;R33表示碳數1~4之直鏈狀或分支狀之烷基。k表示1~4之整數)。
通式(12)中之R33所表示之碳數1~4之直鏈狀或分支狀之烷基,例如,甲基、乙基、n-丙基、i-丙基、n-丁基、2-甲基丙基、1-甲基丙基、t-丁基等。
(C)聚合物因含有氟原子,故即使(A)聚合物為含有氟原子之情形,其相較於(A)聚合物時,氟原子之含有比例亦為更大。氟原子之含有比例,於(C)聚合物之總量為100質量%之情形,通常為5質量%以上,又以5~50質量%為佳,以5~40質量%為更佳。(C)聚合物中之氟原子的含有比例於上述範圍內時,可提高所形成之光阻膜的撥水性,於浸潤式曝光時具有不另外形成浸潤上層膜下,亦可形成具有良好撥水性之光阻膜的優點。又,上述含有比例較(A)聚合物為小時,(A)聚合物與(C)聚合物之撥油性會有產生某種程度之逆轉的疑慮,若撥油性產生某種程度之逆轉時,(C)聚合物將不容易偏趨於光阻膜表層,而無法得到本發明之效果。
(C)聚合物之含量,相對於(A)聚合物100質量份,以0.1~20質量份為佳,以0.5~10質量份為更佳,以1~5質量份為特佳。上述含量於上述範圍內時,因(C)聚合物偏趨於光阻膜之表層,故具有可得到良好撥水性之效果。
(C)聚合物之凝膠滲透色層分析(GPC)法之聚苯乙烯換算的重量平均分子量(Mw),以1,000~50,000為佳,以1,000~40,000為更佳,以1,000~30,000為特佳。上述Mw未達1,000時,無法得到具有充分之後退接觸角的光阻膜,會有發生因使用浸潤式曝光用液體為起因之缺陷的疑慮。又,超過50,000時,會有造成光阻膜之顯影性降低之疑慮。又,(C)聚合物之Mw與使用GPC法之聚苯乙烯換算的數平均分子量(Mn)之比(Mw/Mn),以1~5為佳,以1~4為更佳。
又,(C)聚合物,與(A)聚合物相同般,以鹵素、金屬等雜質之含量越低為越佳。該些雜質含量越低時,可使光阻膜之感度、解析度、製程安定性、圖型形狀等再向上提升。
(C)聚合物,例如,可將形成上述各重複單位所使用之單體(聚合性不飽和單體)使用過氧化氫類、二烷基過氧化物類、二醯基過氧化物類、偶氮化合物等自由基聚合起始劑,必要時於鏈移動劑之存在下,於適當之溶劑中進行聚合之方式予以製造。
上述聚合所使用之溶劑,例如與(A)聚合物於聚合時所使用之溶劑為相同之物質。又,聚合中之反應溫度,通常為40~150℃,又以50~120℃為較佳。反應時間通常為1~48小時,又以1~24小時為較佳。
本發明之敏輻射線性樹脂組成物,除(A)聚合物、(B)敏輻射線性酸產生劑,及(C)聚合物以外,可再含有其他之成份。其他之成份,例如,酸擴散控制劑、溶劑、內酯化合物、其他之添加劑(例如,脂環族添加劑,界面活性劑、增感劑、抗光暈劑、黏著助劑、保存安定劑、消泡劑等)等。
酸擴散控制劑、例如,下述通式(13)所表示之化合物(以下,亦有稱為「含氮化合物(I)」之情形)、同一分子內具有2個氮原子之化合物(以下,亦有稱為「含氮化合物(II)」之情形)、具有3個以上之氮原子的化合物(以下,亦有稱為「含氮化合物(III)」之情形)、含醯胺基之化合物、脲化合物、含氮雜環化合物等。再含有該些酸擴散控制劑時,可提高圖型形狀或尺寸之忠實度。
(通式(13)中,R34~R36表示相互獨立之氫原子、可被取代之直鏈狀、分支狀或環狀之烷基、芳基、芳烷基,或酸解離性基)。
上述通式(13)所表示之化合物中之酸解離性基,具體而言,例如通式(13-1)所表示之基等。
(通式(13-1)中,R37~R39表示相互獨立之碳數1~4之直鏈狀或分支狀之烷基,或碳數4~20之1價之脂環式烴基或由該些所衍生之基,或R38及R39相互鍵結並與各別鍵結之碳原子同時形成碳數4~20之2價之脂環式烴基或由該些所衍生之基,R37表示碳數1~4之直鏈狀或分支狀之烷基,或碳數4~20之1價之脂環式烴基或由該些所衍生之基)。
通式(13-1)中之R37~R39所表示之碳數1~4之直鏈狀或分支狀之烷基,例如,甲基、乙基、n-丙基、i-丙基、n-丁基、2-甲基丙基、1-甲基丙基、t-丁基等。
通式(13-1)中之R37~R39所表示之碳數4~20之1價之脂環式烴基,例如,原冰片烷、三環癸烷、四環十二烷、金剛烷,或環丁烷、環戊烷、環己烷、環庚烷、環辛烷等之由環鏈烷類等所產生之脂環族環所形成之基等。
通式(13-1)中之R38及R39相互鍵結並與各別鍵結之碳原子同時形成碳數4~20之2價之脂環式烴基或由該些所衍生之基,例如上述之2價之脂環式烴基被例如,甲基、乙基、n-丙基、i-丙基、n-丁基、2-甲基丙基、1-甲基丙基、t-丁基等碳數1~4之直鏈狀、分支狀或環狀之烷基之1種以上或1個以上所取代之基等。
含氮化合物(I)中,不具有酸解離性基之化合物,具體而言,例如三-n-己胺、三-n-庚胺、三-n-辛胺等三烷胺類。
含氮化合物(I)中,具有酸解離性基之化合物,具體而言,例如N-t-丁氧羰基-4-羥基哌啶、N-t-丁氧羰基吡咯嗪、N-t-丁氧羰基-N’,N”-二環己胺等。
含氮化合物(II),具體而言,例如N,N,N’,N’-四(2-羥基丙基)乙二胺等。
含氮化合物(III),具體而言,例如聚乙烯醯亞胺、聚醯基胺、二甲基胺基乙基丙烯酸醯胺之聚合物等。
含氮雜環化合物,例如,2-苯基苯併咪唑、N-t-丁氧羰基-2-苯基苯併咪唑等等。
又,酸擴散控制劑可使用下述通式(14)所表示之化合物。
X+Z-‧‧‧(14)
(又,前述通式(14)中,X+為下述通式(14-1)或(14-2)所表示之陽離子。Z-為OH-、通式(14-3)R41-COO-所表示之陰離子、通式(14-4)R40-SO3 -所表示之陰離子,或通式(14-5)R40-N--SO2-R41所表示之陰離子。又,前述通式(14-3)~(14-5)中,R40為可被取代之烷基、脂環式烴基或芳基。R41表示可被取代之氟化烷基、脂環式氟化烴基或氟化芳基)。
前述通式(14-1)中,R42~R44表示相互獨立之氫原子、烷基、烷氧基、羥基,或鹵素原子,前述通式(14-2)中,R45及R46表示相互獨立之氫原子、烷基、烷氧基、羥基,或鹵素原子。
上述式(14)所表示之化合物可作為經由曝光而分解,而失去酸擴散控制性的酸擴散控制劑(以下,亦稱為「光分解性酸擴散控制劑」)使用。又,含有式(14)所表示之化合物時,該酸會擴散至曝光部,酸擴散至未曝光部之情形則受到控制,而使曝光部與未曝光部形成優良對比(即,曝光部與未曝光部之界線部分更為明確),特別是以使用本發明之敏輻射線性樹脂組成物時可有效改善LWR、MEEF(Mask Error Enhancement Factor(遮罩寬度之偏移所造成之線寬偏移之增寬因素))。
通式(14)中之X+,如上所述般,為上述通式(14-1)或(14-2)所表示之陽離子。又,通式(14-1)中之R42~R44表示相互獨立之氫原子、烷基、烷氧基、羥基,或鹵素原子,該些之中又以上述式(14)所表示之化合物中,就具有可降低對顯影液之溶解性的效果而言,以氫原子、烷基、烷氧基、鹵素原子為較佳。又,通式(14-2)中之R45及R46表示相互獨立之氫原子、烷基、烷氧基、羥基,或鹵素原子,該些之中又以氫原子、烷基、鹵素原子為較佳。
通式(14)中之Z-為,OH-、通式(14-3)R40-COO-所表示之陰離子、通式(14-4)R40-SO3 -所表示之陰離子,或通式(14-5)R40-N--SO2-R41所表示之陰離子(又,前述通式(14-3)~(14-5)中,R40為可被取代之烷基、脂環式烴基或芳基。R41為可被取代之氟化烷基、脂環式氟化烴基或氟化芳基)。
該些酸擴散控制劑之中,又以含氮化合物(I)、含氮化合物(II)、含氮雜環化合物、光分解性酸擴散控制劑為較佳。又,酸擴散控制劑可單獨使用1種或將2種以上組合使用。
酸擴散控制劑之含量,相對於(A)聚合物100質量份,以10質量份以下為佳,以5質量份以下為更佳。酸擴散控制劑之含量超過10質量份時,會有使所形成之光阻膜的感度顯著降低之疑慮。
溶劑,例如,直鏈狀或分支狀之酮類;環狀之酮類;丙二醇單烷基醚乙酸酯類;2-羥基丙酸烷酯類;3-烷氧基丙酸烷酯類等。
該些溶劑,可單獨使用1種或將2種以上組合使用亦可,該些之中,又以直鏈狀或分支狀之酮類、環狀之酮類、丙二醇單烷基醚乙酸酯類、2-羥基丙酸烷酯類、3-烷氧基丙酸烷酯類為較佳。
內酯化合物,為可使(C)聚合物有效地偏趨於光阻膜表層之化合物。即,含有該些內酯化合物結果,於浸潤式曝光中為使光阻膜表層產生撥水性而添加之(C)聚合物的添加量可較以往為更少量之情形下亦可維持光阻膜表層之撥水性。又,除對於LWR、顯影缺陷、耐圖型倒塌性等基本特性以外,亦可控制光阻膜中之成份((B)酸產生劑等)溶出於浸潤式曝光用液體之中,而於進行高速浸潤式曝光時,光阻膜上也不容易殘留液滴,因此可於控制水斑缺陷等因浸潤式曝光用液體所產生之缺陷下形成光阻膜。
內酯化合物,例如,γ-丁內酯、戊內酯、甲羥戊(Mevalonic)內酯、原冰片烷內酯等。又,內酯化合物可單獨使用1種或將2種以上組合使用。
內酯化合物之使用量為,相對於(A)聚合物100質量份,以30~200質量份為佳,以50~150質量份為更佳。上述使用量於上述範圍內時,即使(C)聚合物之使用量較少之情形時,也可使(C)聚合物偏趨於光阻膜表層。上述使用量未達30質量份時,(C)聚合物之使用量較少之情形中,會有於光阻膜表層未能得到充分之撥水性的疑慮。又,超過200質量份時,所形成之光阻膜的基本性能及形狀會有顯著劣化之疑慮。
本發明之敏輻射線性樹脂組成物,例如,可將(A)聚合物、(B)敏輻射線性酸產生劑、(C)聚合物,及其他成份(溶劑除外)混合後,以全固形分濃度為1~50質量%(較佳為1~25質量%)之方式,使其溶解於溶劑中,隨後,例如使用孔徑0.2μm左右之過濾器過濾之方式製作組成物溶液。
本發明之光阻圖型之形成方法,為具備有將本發明之敏輻射線性樹脂組成物塗佈於基板上以形成光阻膜之光阻膜形成步驟,與於形成之前述光阻膜上配置浸潤式曝光用液體,介由前述浸潤式曝光用液體以輻射線照射前述光阻膜之曝光步驟,與使用顯影液對照射後之前述光阻膜進行顯影以形成光阻圖型之顯影步驟之方法。依該些方法時,即可形成具有良好LWR,且具有更低膜消減之光阻圖型。
光阻膜形成步驟為將本發明之敏輻射線性樹脂組成物塗佈於基板上以形成光阻膜之步驟。
基板,例如,矽晶圓、鋁被覆之晶圓等。
於基板上形成光阻膜之方法,例如,將本發明之敏輻射線性樹脂組成物溶解於溶劑所得之組成物溶液,以迴轉塗佈、流延塗佈、滾筒塗佈等以往公知之方法塗佈於基板上之方法等。
光阻膜之厚度,並未有特別之限制,其可使用與以往公知之光阻膜為相同之厚度。
又,光阻膜形成後,可對光阻膜進行加熱處理(以下,「PB」之情形)。
曝光步驟為,於所形成之光阻膜上配置浸潤式曝光用液體,並介由浸潤式曝光用液體以輻射線照射光阻膜之步驟。
浸潤式曝光用液體,例如,純水、氟系惰性液體等。
曝光所使用之輻射線等之光線,其可配合所使用之酸產生劑種類而作適當選擇使用,例如,可見光線、紫外線、遠紫外線、X線、帶電電子線等,該些之中又以ArF準分子雷射(波長193nm)或KrF準分子雷射(波長248nm)所代表之遠紫外線為佳,特別是以ArF準分子雷射(波長193nm)為更佳。
又,曝光量等之曝光條件,可配合光阻組成物之添加組成或添加劑之種類等作適適當之選擇。又,曝光後,以再進行加熱處理(曝光後之加熱處理,以下亦有稱為「PEB」之情形)為較佳。經由PEB,可使(A)聚合物中之酸解離性基之解離反應更圓滑地進行。PEB之加熱條件,為依光阻組成物之添加組成內容而改變,通常為30~200℃,又以50~170℃為較佳。
又,為導出敏輻射線性樹脂組成物之最大潛能,故也可於形成光阻膜之前,預先於基板上形成有機系或無機系之抗反射膜(例如,特公平6-12452號公報(特開昭59-93448號公報)等)。為防止環境雰圍中所含之鹼性雜質等之影響,亦可於光阻膜上形成保護膜(例如,特開平5-188598號公報等)。又,本發明之敏輻射線性樹脂組成物,為無須形成浸潤上層膜亦可使用者,即,可形成於顯影後具有良好之LWR,不易產生膜消減之光阻膜之組成物,例如,可形成特開2005-352384號公報等所揭示般之浸潤上層膜。又,亦可併用該些之技術。
顯影步驟為,將經輻射線照射所得之光阻膜於顯影液中進行顯影以形成光阻圖型之步驟。
顯影所使用之顯影液,例如溶解有由氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉、矽酸鈉、甲基矽酸鈉、氨水、乙胺、n-丙胺、二乙胺、二-n-丙胺、三乙胺、甲基二乙胺、乙基二甲胺、三乙醇胺、氫氧化四甲基銨、吡咯、哌啶、膽鹼、1,8-二氮雜雙環-[5.4.0]-7-十一烯、1,5-二氮雜雙環-[4.3.0]-5-壬烯等鹼性化合物所選出之至少1種所得之鹼性水溶液為較佳。該鹼性水溶液之濃度,通常為10質量%以下。上述鹼性水溶液之濃度超過10質量%時,會有造成非曝光部也會溶解於顯影液之疑慮。
上述鹼性水溶液所形成之顯影液中,可再添加有機溶劑。有機溶劑,例如,丙酮、甲基乙基酮、甲基i-丁基酮、環戊酮、環己酮、3-甲基環戊酮、2,6-二甲基環己酮等之酮類;甲基醇、乙基醇、n-丙基醇、i-丙基醇、n-丁基醇、t-丁基醇、環戊醇、環己醇、1,4-己烷二醇、1,4-己烷二羥甲酯等醇類;四氫呋喃、二噁烷等醚類;乙酸乙酯、乙酸n-丁酯、乙酸i-戊酯等之酯類;甲苯、二甲苯等之芳香族烴類,或酚、丙酮基丙酮、二甲基甲醯胺等。該些之有機溶劑,可單獨或將2種以上組合使用。有機溶劑之添加量,相對於鹼性水溶液,以100容量%以下為較佳。有機溶劑之添加量超過100容量%時,會造成顯影性降低,曝光部會有產生多處顯影殘留之疑慮。又,鹼性水溶液所形成之顯影液中,可適量添加界面活性劑等。又,經鹼性水溶液所形成之顯影液顯影後,通常可使用水進行洗淨後、乾燥。
以下,將本發明以實施例及比較例為基礎進行具體之說明,但本發明並不受該些實施例及比較例所限定。又,僅以「份」及「%」記載之情形,於無特別記載下,係指質量基準。又,各種物性值之測定方法,及各種特性之評估方法係如以下所示。
使用CLEAN TRACK ACT8(東京電子公司製)將敏輻射線性樹脂組成物(組成物溶液)旋轉塗佈於矽晶圓上,於100℃下進行60秒燒焙,而製得形成有膜厚150nm之光阻被膜之矽晶圓。於該矽晶圓上,放置直徑1cm、厚1mm之鐵氟隆製「環」,使超純水1m L充滿於其中之方式,使超純水與光阻被膜接觸。使超純水與光阻被膜分別進行3秒、5秒、10秒、30秒、60秒、120秒,及300秒之接觸後,以玻璃針筒回收滿出之超純水,將其作為分析用樣品。又,實驗結束後之超純水的回收率為95%以上。
其次,計測所得超純水中之光酸產生劑之陰離子部的波峰強度所使用之管柱為使用1管之資生堂公司製之「CAPCELL PAK MG」,以流量0.2ml/分、測定溫度35℃、以於水/甲醇(3/7)中添加0.1質量%之甲酸所得之溶液作為流出溶劑等條件,LC-MS(液體色層分析質量分析計,LC部:AGILENT公司製SERIES1100、MS部:Perseptive Biosystems,Inc.公司製Mariner)進行測定。
此時,將光酸產生劑之1ppb、10ppb、100ppb水溶液之各波峰強度,製作依上述測定條件所測定之檢量線,使用該檢量線由上述波峰強度算出溶出量。評估基準為,溶出量為2.0×10-12莫耳/cm2/秒以上之情形為「不良」,未達2.0×10-12莫耳/cm2/秒之情形為「良好」。
準備形成有105nm之下層抗反射膜(「ARC66」、日產化學公司製)之12英吋矽晶圓,於該矽晶圓表面上,將組成物溶液以旋轉塗佈法塗佈於基板之薄膜上,於熱壓板上,依表5所示溫度(100℃)進行60秒鐘之輕燒焙(SB;Soft Bake)(表5中,簡稱為「SB」)以形成膜厚90nm之光阻被膜。於所形成之膜厚90nm之光阻被膜上,理光公司製之全方位縮小投影浸潤式曝光裝置「S610C」(開口數1.30),介由遮罩圖型進行曝光。其後,依表5所示溫度進行60秒鐘PEB(PEB)後,以2.38質量%之TMAH水溶液,於25℃下進行30秒鐘顯影,經水洗、乾燥,形成正型光阻圖型。此時,藉由尺寸45nm之1對1線路與空間之遮罩所形成之線寬,以形成線寬45nm之1對1線路與空間之曝光量(mJ/cm2)作為最佳曝光量,將該最佳曝光量(mJ/cm2)作為「感度」。
使用上述[感度]中所評估之最佳曝光量,於光阻被膜上形成45nm(1L/1S)之圖型,將所形成之45nm(1L/1S)圖型,使用測長SEM(日立高科技公司製,型號「CG4000」),由圖型上部進行觀察,並以任意之點對線寬進行測定。將測定該線寬所得之測定參數,以3Σ表示,並以該數值評估LWR。
使用最佳曝光量解像所得之45nm1L/1S圖型之觀察,為使用日立高科技公司製之掃瞄型電子顯微鏡(SEM)「S-4800」觀察圖型之截面,並測定其高度(圖型高度)。隨後,由圖型高度之值與初期膜厚(90nm)之差距算出頂部消耗量。並以該頂部消耗量評估頂部消耗。
又,下述合成例1~12中,使用下述式(M-1)~(M-15)所表示之化合物製作各聚合物(A-1)~(A-8)((A)聚合物)。
將式(M-1)所表示之化合物(M-1)24.61g(30莫耳%)、式(M-8)所表示之化合物(M-8)54.19g(50莫耳%),及,下述式(M-9)所表示之化合物(M-9)9.08g(10莫耳%)溶解於2-丁酮200g中,再將二甲基2,2’-偶氮二異丁腈4.00g投入其中,以製作單體溶液。
另外,將投入有式(M-5)所表示之化合物(M-5)12.11g及100g之2-丁酮之1000m L之三口燒瓶以30分鐘吹入氮氣,其後,將反應釜於攪拌中加熱至80℃,將事前製得之上述單體溶液,使用滴下漏斗以3小時時間滴入。以滴下開始時間作為聚合開始時間,進行6小時聚合反應。聚合結束後,將聚合溶液以水冷方式冷卻至30℃以下。其後,投入2000g之甲醇中,析出白色粉末,將析出之白色粉末濾出。濾出之白色粉末使用400g之甲醇以漿液狀洗淨2次。其後,經濾出、於50℃下乾燥17小時,得白色粉末之共聚合物(產量79g、產率79%)。
該共聚物之Mw為5500,Mw/Mn=1.41,13C-NMR分析結果,如表3所示般,式(M-1)所表示之化合物(M-1)、式(M-5)所表示之化合物(M-5)、式(M-8)所表示之化合物(M-8)、式(M-9)所表示之化合物(M-9)所產生之各重複單位之含有率(莫耳%)分別為30.2:9.9:10.2:49.7。該共聚合物作為聚合物(A-1)。又,聚合物(A-1)之物性值如表3所示。
除依表1所示化合物(單體種類)及添加率以外,其他皆依合成例1相同方法製作聚合物(A-2)~(A-8)。又,聚合物(A-2)~(A-8)之物性值係如表3所示。
使式(M-3)所表示之化合物(M-3)50.88g(60莫耳%)、式(m-13)所表示之化合物(M-13)30.06g(15莫耳%),及式(M-14)所表示之化合物(M-14)19.06g(25莫耳%)溶解於2-丁酮100g中,再投入二甲基2,2’-偶氮二異丁腈3.55g,以製作單體溶液。另,於1000m L之三口燒瓶中投入100g之2-丁酮,進行30分鐘氮氣吹入後,將反應釜於攪拌中加熱至80℃。
其次,使用滴下漏斗,以3小時時間滴入事前製得之上述單體溶液中。以滴下開始時間作為聚合開始時間,進行6小時聚合反應。聚合結束後,以水冷方式將聚合溶液冷卻至30℃以下,將該聚合溶液移至2L之分液漏斗中。其後,以300g之n-己烷稀釋聚合溶液,投入1200g之甲醇,進行混合後,靜置30分鐘,回收下層,作為丙二醇單甲基醚乙酸酯溶液。
該丙二醇單甲基醚乙酸酯溶液之固形分(聚合物)的產率為65%,Mw為6400,Mw/Mn為1.41,13C-NMR分析之結果,得知氟含有比例為9.14質量%、式(M-3)所表示之化合物、(M-3)所表示之化合物(M-13)、式(M-13)所表示之化合物(M-13),及式(M-14)化合物(M-14)所表示之化合物所產生之各重複單位的含有率(莫耳%)分別為60.3:24.9:14.8。將該共聚物作為聚合物(C-1)。
除使用表2所示化合物(單體種類)及配合率以外,其他皆依合成例9相同方法製作聚合物(C-2)~(C-4)。又,聚合物(C-2)~(C-4)之物性值係如表3所示。
其次,實施例及比較例所使用之「酸產生劑」與「酸擴散控制劑」係如以下所示。
又,實施例及比較例所使用之「溶劑」與「添加劑」係如以下所示。
溶劑(E-1):丙二醇單甲基醚乙酸酯、溶劑(E-2):環己酮、添加劑(F-1):γ-丁內酯。
將作為(A)聚合物之依合成例1所製作之聚合物(A-1)100份、作為(B)酸產生劑之上述式(B-1)所表示之化合物(B-1)10份、作為(C)聚合物之依合成例9所製作之聚合物(C-1)2份、作為酸擴散控制劑之上述式(D-1)所表示之化合物(D-1)1.2份、作為溶劑之溶劑(E-1)1800份、溶劑(E-2)750份,及,作為添加劑之添加劑(F-1)30份混合,以製作由敏輻射線性樹脂組成物所製得之組成物溶液。隨後,使用所製得之組成物溶液進行上述各種評估。
本實施例之敏輻射線性樹脂組成物,溶出量之評估為「良好」,感度之評估中之值為20.0mJ/cm2,LWR之評估中之值為3.5nm,頂部消耗之評估中之值為15nm。
除依表4所示化合物及添加量以外,其他皆依實施例1相同方法製作由各敏輻射線性樹脂組成物所形成之組成物溶液。使用所製得之各組成物溶液進行上述各種評估。評估結果係如表5所示。
由表5內容即可明瞭般,實施例1~18之敏輻射線性樹脂組成物,與比較例1~4之敏輻射線性樹脂組成物相比較結果,確認其顯影後具有良好之LWR,且不易產生膜消減之情事。
本發明之敏輻射線性樹脂組成物,適合作為半導體之製造領域中,微影蝕刻技術所使用之光阻。本發明之光阻圖型之形成方法適合作為半導體之製造領域中,微影蝕刻技術中形成微細圖型之方法。
Claims (7)
- 一種敏輻射線性樹脂組成物,其特徵為,含有(A)具有下述通式(1)所表示重複單位,及,酸解離性基之聚合物(惟,具有交聯基之聚合物除外),與(B)敏輻射線性酸產生劑,與(C)含有氟原子之聚合物(惟,具有交聯基之聚合物除外),前述(A)聚合物之前述酸解離性基為以通式「-C(R)3」所表示之基,前述通式「-C(R)3」所表示之基中,任意2個之R相互鍵結,各自與鍵結之碳原子共同形成碳數4~20之2價之脂環式烴基或由該些所衍生之基,殘留之1個之R,表示碳數1~4之直鏈狀或分支狀之烷基、碳數4~20之1價之脂環式烴基或由該些所衍生之基,前述任意2個之R相互鍵結,各自與鍵結之碳原子共同形成碳數4~20之2價之脂環式烴基為伸金剛烷基,
- 如申請專利範圍第1項之敏輻射線性樹脂組成物,其中,前述通式(1)所表示重複單位為下述通式(1-1)所表示重複單位,
- 如申請專利範圍第2項之敏輻射線性樹脂組成物,其中,前述通式(1)所表示重複單位為下述通式(1-1a)所表示重複單位,
- 如申請專利範圍第1項之敏輻射線性樹脂組成物,其中,前述(C)聚合物具有由下述通式(2-1)~(2-3)所表示之各重複單位所形成之群所選出之至少1種之重複單位,
- 如申請專利範圍第4項之敏輻射線性樹脂組成物,其中,前述(C)聚合物,尚具有含有下述通式(2-4)所表示之基與下述通式(2-5)所表示之基之至少一者之基的重複單位(又,前述通式(2-3)所表示重複單位除外),
- 如申請專利範圍第5項之敏輻射線性樹脂組成物,其中,前述(C)聚合物之含量,相對於前述(A)聚合物100質量份,為0.1~40質量份。
- 一種光阻圖型之形成方法,其特徵為,具備有,將申請專利範圍第1~6項中任一項之敏輻射線性樹脂組成物塗佈於基板上以形成光阻膜之光阻膜形成步驟,與於形成之前述光阻膜上配置浸潤式曝光用液體,介由前述浸潤式曝光用液體以輻射線照射前述光阻膜之曝光步驟,與使用顯影液對輻射線照射後之前述光阻膜進行顯影以形成光阻圖型之顯影步驟。
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