JP4706562B2 - レジストパターンの形成方法 - Google Patents
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Description
このようなエキシマレーザーによる照射に適したレジストとして、酸解離性基を有する成分と、放射線の照射(以下、「露光」ともいう。)により酸を発生する成分(以下、「酸発生剤」という。)と、による化学増幅効果を利用したレジスト(以下、「化学増幅型レジスト」という。)が数多く提案されている。化学増幅型レジストとしては、例えば、カルボン酸のtert−ブチルエステル基又はフェノールのtert−ブチルカーボナート基を有する樹脂と酸発生剤とを含有するレジストが提案されている。このレジストは、露光により発生した酸の作用により、樹脂中に存在するtert−ブチルエステル基あるいはtert−ブチルカーボナート基が解離して、該樹脂がカルボキシル基あるいはフェノール性水酸基からなる酸性基を有するようになり、その結果、レジストの露光領域がアルカリ現像液に易溶性となる現象を利用したものである。
そこで、液浸露光装置に使用するレジストにおいて、酸発生剤等の浸漬液への溶出量を更に低減することが切望されていた。
液浸露光装置に使用するレジスト被膜形成用の樹脂として、例えば、特許文献1や特許文献2に記載の樹脂が提案されている。しかしながら、これらの樹脂を用いたレジストでも、焦点深度は必ずしも十分ではなかった。
また、本発明によれば、解像度及び焦点深度に優れ、断面形状の良好なレジストパターンを得ることができる。
本発明に用いる感放射線性樹脂組成物(以下、「本発明の組成物」という。)は、樹脂と、感放射線性酸発生剤と、含窒素化合物と、溶剤とを含有し、前記樹脂が、酸の作用によりアルカリ可溶性を発現する構造を有する、下記一般式(2)で表される繰り返し単位[1]を含み、この繰り返し単位[1]の含有量が、前記樹脂を構成する繰り返し単位の全量に対して、60モル%以上であることを特徴とする。
本発明に用いる樹脂(以下、「樹脂〔A〕」ともいう。)は、1種単独の場合、及び、2種以上の場合、のいずれであっても、酸の作用によりアルカリ可溶性となるアルカリ不溶性又はアルカリ難溶性の樹脂である。尚、「アルカリ不溶性又はアルカリ難溶性」とは、樹脂〔A〕を含有する感放射線性樹脂組成物からなるフォトレジスト被膜よりレジストパターンを形成する際に採用されるアルカリ現像条件下で、このフォトレジスト被膜の代わりに、樹脂〔A〕のみからなる被膜を現像した場合に、該被膜の初期膜厚の50%以上が現像後に残存する性質を意味する。
上記繰り返し単位[1]の好ましい含有量は、65モル%以上であり、より好ましくは70モル%以上、更に好ましくは75モル%以上である。尚、上記繰り返し単位[1]の含有量の上限は、通常、98モル%であり、好ましくは95モル%、より好ましくは90モル%である。
上記樹脂〔A〕は、上記一般式(2)で表される単位を1種のみ含んでよいし、2種以上を含んでもよい。
(i)少なくとも1つのR3は、炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基もしくはその誘導体である。
(ii)2つのR3が結合して、炭素数4〜20の2価の脂環式炭化水素基もしくはその誘導体構造を有し、残りのR3が炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基もしくはその誘導体、又は、炭素数1〜4の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基である。
上記各態様において、炭素原子に結合する水素原子が、ヒドロキシル基、シアノ基に置換されてなる基であってもよい。また、隣接する炭素原子どうしと、他の炭素原子、酸素原子等とによって新たに環構造を形成された基であってもよい。
従って、上記一般式(f−1)〜(f−6)で表されるラクトン構造を含む単位を形成する単量体のうち、好ましい化合物としては、(メタ)アクリル酸−5−オキソ−4−オキサ−トリシクロ[4.2.1.03,7]ノナ−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−9−メトキシカルボニル−5−オキソ−4−オキサ−トリシクロ[4.2.1.03,7]ノナ−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−5−オキソ−4−オキサ−トリシクロ[5.2.1.03,8]デカ−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−10−メトキシカルボニル−5−オキソ−4−オキサ−トリシクロ[5.2.1.03,8]ノナ−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−6−オキソ−7−オキサ−ビシクロ[3.2.1]オクタ−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−4−メトキシカルボニル−6−オキソ−7−オキサ−ビシクロ[3.2.1]オクタ−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−7−オキソ−8−オキサ−ビシクロ[3.3.1]オクタ−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−4−メトキシカルボニル−7−オキソ−8−オキサ−ビシクロ[3.3.1]オクタ−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−2−オキソテトラヒドロピラン−4−イルエステル、(メタ)アクリル酸−4−メチル−2−オキソテトラヒドロピラン−4−イルエステル、(メタ)アクリル酸−4−エチル−2−オキソテトラヒドロピラン−4−イルエステル、(メタ)アクリル酸−4−プロピル−2−オキソテトラヒドロピラン−4−イルエステル、(メタ)アクリル酸−5−オキソテトラヒドロフラン−3−イルエステル、(メタ)アクリル酸−2,2−ジメチル−5−オキソテトラヒドロフラン−3−イルエステル、(メタ)アクリル酸−4,4−ジメチル−5−オキソテトラヒドロフラン−3−イルエステル、(メタ)アクリル酸−2−オキソテトラヒドロフラン−3−イルエステル、(メタ)アクリル酸−4,4−ジメチル−2−オキソテトラヒドロフラン−3−イルエステル、(メタ)アクリル酸−5,5−ジメチル−2−オキソテトラヒドロフラン−3−イルエステル、(メタ)アクリル酸−2−オキソテトラヒドロフラン−3−イルエステル、(メタ)アクリル酸−5−オキソテトラヒドロフラン−2−イルメチルエステル、(メタ)アクリル酸−3,3−ジメチル−5−オキソテトラヒドロフラン−2−イルメチルエステル、(メタ)アクリル酸−4,4−ジメチル−5−オキソテトラヒドロフラン−2−イルメチルエステル等が挙げられる。
鎖状の炭化水素基としては、メチレン基、エチレン基、1,3−プロピレン基、1,2−プロピレン基等のプロピレン基、テトラメチレン基、ペンタメチレン基、ヘキサメチレン基、ヘプタメチレン基、オクタメチレン基、ノナメチレン基、デカメチレン基、ウンデカメチレン基、ドデカメチレン基、トリデカメチレン基、テトラデカメチレン基、ペンタデカメチレン基、ヘキサデカメチレン基、ヘプタデカメチレン基、オクタデカメチレン基、ノナデカメチレン基、インサレン基、1−メチル−1,3−プロピレン基、2−メチル−1,3−プロピレン基、2−メチル−1,2−プロピレン基、1−メチル−1,4−ブチレン基、2−メチル−1,4−ブチレン基、メチリデン基、エチリデン基、プロピリデン基、2−プロピリデン基等の飽和鎖状炭化水素基等が挙げられる。また、環状の炭化水素基としては、1,3−シクロブチレン基等のシクロブチレン基、1,3−シクロペンチレン基等のシクロペンチレン基、1,4−シクロヘキシレン基等のシクロヘキシレン基、1,5−シクロオクチレン基等のシクロオクチレン基等の炭素数3〜10のシクロアルキレン基等の単環式炭化水素環基;1,4−ノルボルニレン基、2,5−ノルボルニレン基等のノルボルニレン基、1,5−アダマンチレン基、2,6−アダマンチレン基等のアダマンチレン基等の2〜4環式炭化水素環基等の炭素数4〜30の架橋環式炭化水素環基等が挙げられる。
上記一般式(5)におけるR7としては、2,5−ノルボルニレン基を含む炭化水素基、1,2−エチレン基、プロピレン基が好ましい。
上記炭素数1〜4の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、tert−ブチル基等が挙げられる。
上記炭素数3〜20の脂環式のアルキル基としては、−CnH2n−1(nは3〜20の整数)で表される、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基等のシクロアルキル基(単環型脂環式アルキル基);ビシクロ[2.2.1]ヘプチル基、トリシクロ[5.2.1.02,6]デシル基、テトラシクロ[6.2.13,6.02,7]ドデカニル基、アダマンチル基等の多環型脂環式アルキル基等が挙げられる。その他、上記の脂環式アルキル基における水素原子が、直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基の1種以上あるいは1個以上により置換してなる基であってもよい。
本発明に用いる組成物は、繰り返し単位[1]を60モル%以上含むことを満たすものであれば、上記樹脂(A1)の1種以上と、上記繰り返し単位[1]を60モル%未満含み、上記繰り返し単位[2]を、40モル%を超えて含む樹脂(共重合体)(以下、「樹脂(A2)」という。)の1種以上とからなる樹脂〔A〕を含有してもよい。
また、前記重合時の反応温度は、通常、40〜150℃、好ましくは50〜120℃であり、反応時間は、通常、1〜48時間、好ましくは1〜24時間である。
尚、上記単量体由来の低分子量成分としては、樹脂〔A〕の高速液体クロマトグラフィー(HPLC)により分析することができ、モノマー、ダイマー、トリマー及びオリゴマーが挙げられ、通常、Mwが500以下の成分である。このMwが500以下の成分は、例えば、水洗、液液抽出等の化学的精製法や、これらの化学的精製法と、限外ろ過、遠心分離等の物理的精製法との組み合わせ等により除去することができる。
従って、本発明に用いる組成物を調製する際に用いる樹脂〔A〕は、上記単量体由来の低分子量成分をはじめ、ハロゲン、金属等の不純物の含有量が少ないほど好ましく、それにより、フォトレジスト被膜を形成し、その後、露光、現像等を行った場合の感度、解像度、プロセス安定性、パターン形状等を更に改善することができる。
本発明に用いる感放射線性酸発生剤(以下、「酸発生剤〔B〕」ともいう。)は、放射線をフォトレジスト被膜に照射すること(露光)により、該被膜において酸を発生する化合物である。酸の作用によりアルカリ可溶性を発現する構造を有する繰り返し単位[1]を含む樹脂〔A〕に対し、露光により酸発生剤〔B〕から発生した酸が作用し、上記繰り返し単位[1]中の酸解離性基が解離(保護基が脱離)し、その結果、フォトレジスト被膜の露光部がアルカリ現像液に易溶性となり、ポジ型のレジストパターンが形成される。
前記アルコキシル基としては、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、2−メチルプロポキシ基、1−メチルプロポキシ基、tert−ブトキシ基、シクロペンチルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基等の、炭素数1〜20の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルコキシル基が挙げられる。
前記アルコキシアルキル基としては、メトキシメチル基、エトキシメチル基、1−メトキシエチル基、2−メトキシエチル基、1−エトキシエチル基、2−エトキシエチル基等の、炭素数2〜21の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルコキシアルキル基が挙げられる。
前記アルコキシカルボニル基としては、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、n−プロポキシカルボニル基、イソプロポキシカルボニル基、n−ブトキシカルボニル基、2−メチルプロポキシカルボニル基、1−メチルプロポキシカルボニル基、tert−ブトキシカルボニル基、シクロペンチルオキシカルボニル基、シクロヘキシルオキシカルボニル等の、炭素数2〜21の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルコキシカルボニル基が挙げられる。
また、前記アルコキシカルボニルオキシ基としては、メトキシカルボニルオキシ基、エトキシカルボニルオキシ基、n−プロポキシカルボニルオキシ基、イソプロポキシカルボニルオキシ基、n−ブトキシカルボニルオキシ基、tert−ブトキシカルボニルオキシ基、シクロペンチルオキシカルボニル基、シクロヘキシルオキシカルボニル等の、炭素数2〜21の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルコキシカルボニルオキシ基が挙げられる。
上記のアルコキシル基、アルコキシアルキル基、アルコキシカルボニル基及びアルコキシカルボニルオキシ基については、前記アルキル置換フェニル基の説明において例示した基を適用することができる。
上記のアルコキシル基、アルコキシアルキル基、アルコキシカルボニル基及びアルコキシカルボニルオキシ基については、前記アルキル置換フェニル基の説明において例示した基を適用することができる。
従って、上記一般式(7)における好ましいカチオン部位としては、トリフェニルスルホニウムカチオン、トリ−1−ナフチルスルホニウムカチオン、トリ−tert−ブチルフェニルスルホニウムカチオン、4−フルオロフェニル−ジフェニルスルホニウムカチオン、ジ−4−フルオロフェニル−フェニルスルホニウムカチオン、トリ−4−フルオロフェニルスルホニウムカチオン、4−シクロヘキシルフェニル−ジフェニルスルホニウムカチオン、4−メタンスルホニルフェニル−ジフェニルスルホニウムカチオン、4−シクロヘキサンスルホニル−ジフェニルスルホニウムカチオン、1−ナフチルジメチルスルホニウムカチオン、1−ナフチルジエチルスルホニウムカチオン、1−(4−ヒドロキシナフチル)ジメチルスルホニウムカチオン、1−(4−メチルナフチル)ジメチルスルホニウムカチオン、1−(4−メチルナフチル)ジエチルスルホニウムカチオン、1−(4−シアノナフチル)ジメチルスルホニウムカチオン、1−(4−シアノナフチル)ジエチルスルホニウムカチオン、1−(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)テトラヒドロチオフェニウムカチオン、1−(4−メトキシナフチル)テトラヒドロチオフェニウムカチオン、1−(4−エトキシナフチル)テトラヒドロチオフェニウムカチオン、1−(4−n−プロポキシナフチル)テトラヒドロチオフェニウムカチオン、1−(4−n−ブトキシナフチル)テトラヒドロチオフェニウムカチオン、2−(7−メトキシナフチル)テトラヒドロチオフェニウムカチオン、2−(7−エトキシナフチル)テトラヒドロチオフェニウムカチオン、2−(7−n−プロポキシナフチル)テトラヒドロチオフェニウムカチオン、2−(7−n−ブトキシナフチル)テトラヒドロチオフェニウムカチオン等が挙げられる。
R13は、フッ素原子、又は、置換基を有してもよい炭素数1〜12の炭化水素基である。後者の場合、炭素数1〜12の炭化水素基としては、アルキル基、シクロアルキル基及び有橋脂環式炭化水素基が好ましい。具体的には、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、ネオペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、2−エチルヘキシル基、n−ノニル基、n−デシル基、シクロヘキシル基、ノルボルニル基、ノルボニルメチル基、アダマンチル基等が挙げられる。この炭化水素基が置換基を有する場合、水素原子の1つ以上を、ヒドロキシル基等により置換してなる基とすることもでき、例えば、ヒドロキシノルボルニル基等が挙げられる。
一般式(8−1)又は(8−2)において、R14が、炭素数1〜10の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基である場合、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、ヘプタフルオロプロピル基、ノナフルオロブチル基、ドデカフルオロペンチル基、パーフルオロオクチル基等が挙げられる。
また、R14が、炭素数2〜10の2価の有機基である場合、テトラフルオロエチレン基、ヘキサフルオロプロピレン基、オクタフルオロブチレン基、デカフルオロペンチレン基、ウンデカフルオロヘキシレン基等が挙げられる。
(9−1)〜(9−7)で表されるアニオン等が挙げられる。
オニウム塩化合物の具体例としては、ジフェニルヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、ジフェニルヨードニウム2−ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2−イル−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、ビス(4−tert−ブチルフェニル)ヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、ビス(4−tert−ブチルフェニル)ヨードニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、ビス(4−tert−ブチルフェニル)ヨードニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、ビス(4−tert−ブチルフェニル)ヨードニウム2−ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2−イル−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、シクロヘキシル・2−オキソシクロヘキシル・メチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、ジシクロヘキシル・2−オキソシクロヘキシルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、2−オキソシクロヘキシルジメチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート等が挙げられる。
ハロゲン含有化合物の具体例としては、フェニルビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、4−メトキシフェニルビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、1−ナフチルビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン等の(トリクロロメチル)−s−トリアジン誘導体や、1,1−ビス(4−クロロフェニル)−2,2,2−トリクロロエタン等が挙げられる。
ジアゾケトン化合物の具体例としては、1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホニルクロリド、1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホニルクロリド、2,3,4,4’−テトラヒドロキシベンゾフェノンの1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホン酸エステル又は1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸エステル、1,1,1−トリス(4−ヒドロキシフェニル)エタンの1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホン酸エステル又は1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸エステル等が挙げられる。
スルホン化合物の具体例としては、4−トリスフェナシルスルホン、メシチルフェナシルスルホン、ビス(フェニルスルホニル)メタン等が挙げられる。
スルホン酸化合物の具体例としては、ベンゾイントシレート、ピロガロールのトリス(トリフルオロメタンスルホネート)、ニトロベンジル−9,10−ジエトキシアントラセン−2−スルホネート、トリフルオロメタンスルホニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボジイミド、ノナフルオロ−n−ブタンスルホニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボジイミド、パーフルオロ−n−オクタンスルホニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボジイミド、2−ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2−イル−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボジイミド、N−(トリフルオロメタンスルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(ノナフルオロ−n−ブタンスルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(パーフルオロ−n−オクタンスルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(2−ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2−イル−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホニルオキシ)スクシンイミド、1,8−ナフタレンジカルボン酸イミドトリフルオロメタンスルホネート、1,8−ナフタレンジカルボン酸イミドノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、1,8−ナフタレンジカルボン酸イミドパーフルオロ−n−オクタンスルホネート等が挙げられる。
上記他の酸発生剤は、1種単独であるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。
シクロヘキシル・2−オキソシクロヘキシル・メチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、ジシクロヘキシル・2−オキソシクロヘキシルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、2−オキソシクロヘキシルジメチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、
本発明に用いる含窒素化合物(以下、「含窒素化合物〔C〕」ともいう。)は、上記酸発生剤〔B〕以外の含窒素化合物であり、露光により酸発生剤〔B〕から生じる酸のレジスト被膜中における拡散現象を制御し、非露光領域における好ましくない化学反応を抑制する酸拡散制御剤として作用する。また、この含窒素化合物〔C〕を配合することにより、感放射線性樹脂組成物の貯蔵安定性に優れ、レジストとしての解像度が更に向上するとともに、露光から露光後の加熱処理までの引き置き時間(PED)の変動によるレジストパターンの線幅変化を抑えることができ、プロセス安定性に極めて優れる。
上記含窒素化合物〔C〕としては、3級アミン化合物、アミド基含有化合物、4級アンモニウムヒドロキシド化合物、含窒素複素環化合物等が挙げられる。
前記含窒素化合物〔C〕は、1種単独であるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。
本発明に用いる溶剤(以下、「溶剤〔D〕」ともいう。)は、上記の樹脂〔A〕、酸発生剤〔B〕及び含窒素化合物〔C〕を溶解するものが好ましく、例えば、2−ブタノン、2−ペンタノン、3−メチル−2−ブタノン、2−ヘキサノン、4−メチル−2−ペンタノン、3−メチル−2−ペンタノン、3,3−ジメチル−2−ブタノン、2−ヘプタノン、2−オクタノン等の直鎖状もしくは分岐状のケトン類;シクロペンタノン、3−メチルシクロペンタノン、シクロヘキサノン、2−メチルシクロヘキサノン、2,6−ジメチルシクロヘキサノン、イソホロン等の環状のケトン類;プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノ−n−プロピルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノ−イソプロピルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノ−n−ブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノ−イソブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノ−sec−ブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノ−tert−ブチルエーテルアセテート等のプロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類;2−ヒドロキシプロピオン酸メチル、2−ヒドロキシプロピオン酸エチル、2−ヒドロキシプロピオン酸n−プロピル、2−ヒドロキシプロピオン酸イソプロピル、2−ヒドロキシプロピオン酸n−ブチル、2−ヒドロキシプロピオン酸イソブチル、2−ヒドロキシプロピオン酸sec−ブチル、2−ヒドロキシプロピオン酸tert−ブチル等の2−ヒドロキシプロピオン酸アルキル類;3−メトキシプロピオン酸メチル、3−メトキシプロピオン酸エチル、3−エトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸エチル等の3−アルコキシプロピオン酸アルキル類のほか、
上記溶剤〔D〕は、1種単独であるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。
本発明に用いる感放射線性樹脂組成物には、必要に応じて、酸解離性基を有する脂環族添加剤、界面活性剤、増感剤等の添加剤を配合することができる。
このような脂環族添加剤としては、例えば、1−アダマンタンカルボン酸、2−アダマンタノン、1−アダマンタンカルボン酸tert−ブチル、1−アダマンタンカルボン酸tert−ブトキシカルボニルメチル、1−アダマンタンカルボン酸α−ブチロラクトンエステル、1,3−アダマンタンジカルボン酸ジ−tert−ブチル、1−アダマンタン酢酸tert−ブチル、1−アダマンタン酢酸tert−ブトキシカルボニルメチル、1,3−アダマンタンジ酢酸ジ−tert−ブチル、2,5−ジメチル−2,5−ジ(アダマンチルカルボニルオキシ)ヘキサン等のアダマンタン誘導体類;デオキシコール酸tert−ブチル、デオキシコール酸tert−ブトキシカルボニルメチル、デオキシコール酸2−エトキシエチル、デオキシコール酸2−シクロヘキシルオキシエチル、デオキシコール酸3−オキソシクロヘキシル、デオキシコール酸テトラヒドロピラニル、デオキシコール酸メバロノラクトンエステル等のデオキシコール酸エステル類;リトコール酸tert−ブチル、リトコール酸tert−ブトキシカルボニルメチル、リトコール酸2−エトキシエチル、リトコール酸2−シクロヘキシルオキシエチル、リトコール酸3−オキソシクロヘキシル、リトコール酸テトラヒドロピラニル、リトコール酸メバロノラクトンエステル等のリトコール酸エステル類;アジピン酸ジメチル、アジピン酸ジエチル、アジピン酸ジプロピル、アジピン酸ジn−ブチル、アジピン酸ジtert−ブチル等のアルキルカルボン酸エステル類や、3−〔2−ヒドロキシ−2,2−ビス(トリフルオロメチル)エチル〕テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカン等が挙げられる。これらの脂環族添加剤は、1種単独であるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。
このような界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンn−オクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンn−ノニルフェニルエーテル、ポリエチレングリコールジラウレート、ポリエチレングリコールジステアレート等のノニオン系界面活性剤のほか、以下、商品名で、「KP341」(信越化学工業(株)製)、「ポリフローNo.75」、「ポリフローNo.95」(以上、共栄社化学(株)製)、「エフトップEF301」、「エフトップEF303」、「エフトップEF352」(以上、トーケムプロダクツ(株)製)、「メガファックスF171」、「メガファックスF173」(以上、大日本インキ化学工業(株)製)、「フロラードFC430」、「フロラードFC431」(以上、住友スリーエム(株)製)、「アサヒガードAG710」、「サーフロンS−382」、「サーフロンSC−101」、「サーフロンSC−102」、「サーフロンSC−103」、「サーフロンSC−104」、「サーフロンSC−105」、「サーフロンSC−106」(以上、旭硝子(株)製)等が挙げられる。これらの界面活性剤は、1種単独であるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。
このような増感剤としては、カルバゾール類、アセトフェノン類、ベンゾフェノン類、ナフタレン類、フェノール類、ビアセチル、エオシン、ローズベンガル、ピレン類、アントラセン類、フェノチアジン類等が挙げられる。これらの増感剤は、1種単独であるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。
本発明に用いる組成物は、樹脂〔A〕と、酸発生剤〔B〕と、含窒素化合物〔C〕と、必要に応じて用いられる添加剤とからなる全固形分の濃度が、好ましくは1〜50質量%、より好ましくは1〜25質量%となるように、上記各成分を溶剤〔D〕に溶解することにより調製することができる。溶解後、不純物除去等のために、例えば、孔径0.2μm程度のフィルターを用いてろ過を行ってもよい。
本発明のレジストパターンの形成方法の一例として、無機物質からなる基板の表面、又は、無機物質からなる基板上に下層反射防止膜が形成されてなる複合基板の該下層反射防止膜の表面に、上記本発明の組成物を塗布し、フォトレジスト被膜を形成するフォトレジスト被膜形成工程と、前記フォトレジスト被膜の表面に液浸露光用液体が配置された状態で露光する液浸露光工程と、前記フォトレジスト被膜の露光部を現像液により除去する現像工程とを備えるものを挙げることができる。
上記積層基板の概略図は、図2のとおりである。即ち、図2の積層基板2は、シリコン板等の基板21と、該基板21の一方の面に配設された下層反射防止膜22と、該下層反射防止膜22の表面に配設されたフォトレジスト被膜23とを備える。
尚、必要に応じて、例えば、環境雰囲気中に含まれる塩基性不純物等の影響を防止するため、特開平5−188598号公報等に開示されているような保護膜を、このフォトレジスト被膜の表面上に配設することができる。この保護膜は、通常、上記フォトレジスト被膜との間でミキシングを生じない性質を有し、また、後の液浸露光工程において接触することとなる液浸露光用液体により溶解、変質、膨張等を生じない性質を有する。
尚、上記放射線としては、上記フォトレジスト被膜に含有される酸発生剤の種類等により選択されるが、ArFエキシマレーザー(波長193nm)及びKrFエキシマレーザー(波長248nm)で代表される遠紫外線が好ましく、特に、ArFエキシマレーザー(波長193nm)が好ましい。また、露光量等の露光条件は、上記フォトレジスト被膜の組成、添加剤の種類等に応じて、適宜、選択される。
その後、露光されたフォトレジスト被膜を備える積層基板を加熱(以下、「露光後加熱(PEB)」ともいう。)し、フォトレジスト被膜に含有された樹脂が有する酸解離性基の解離を円滑に進める。この露光後加熱の条件は、上記フォトレジスト被膜の組成、添加剤の種類等に応じて、適宜、選択されるが、温度は、通常、30〜200℃、好ましくは50〜170℃である。時間は、通常、5〜300秒間である。
上記有機溶媒の使用量は、上記アルカリ性水溶液を100体積%とした場合、好ましくは100体積%以下である。この有機溶媒の使用量が100体積%を超えると、現像性が低下して、露光部の現像残りが多くなる場合がある。
(1)Mw及びMn
東ソー(株)製GPCカラム(G2000HXL2本、G3000HXL1本及びG4000HXL1本)を用いて、溶出溶媒テトラヒドロフラン、流量1.0ミリリットル/分及びカラム温度40℃の条件で、単分散ポリスチレンを標準とするゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)測定を行い、重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)を得た。また、分散度Mw/Mnは測定結果より算出した。
(2)単量体由来の低分子量成分の量
ジーエルサイエンス社製Intersil ODS-25μmカラム(4.6mmφ×250mm)を用い、溶出液アクリロニトリル/0.1%リン酸水溶液、及び、流量1.0ミリリットル/分の条件で、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)により測定を行い、低分子量成分を定量した。
(3)13C-NMR分析
各重合体の13C−NMR分析は、CDCl3を測定溶媒とし、日本電子(株)製「JNM−EX270」を用いて実施した。
合成例1
下記の化合物(M−1)27.95g(28モル%)、化合物(M−2)13.10g(16モル%)、及び、化合物(M−3)58.95g(56モル%)を2−ブタノン200gに溶解し、更にジメチル2,2'−アゾビス(2−メチルプロピオネート)3.69gを添加して単量体溶液を調製した。一方、体積500ミリリットルの三口フラスコに、2−ブタノン100gを入れ、窒素ガスを用いてその内部を30分間パージした。窒素パージの後、攪拌しながら80℃に加熱し、上記単量体溶液を滴下漏斗により3時間かけて滴下した。滴下開始を重合開始時間とし、重合を6時間実施した。重合終了後、重合溶液を水冷することにより30℃以下に冷却した。次いで、この重合溶液を2000gのメタノール中に投入し、析出した白色粉末をろ別した。ろ別された白色粉末は、2度400gのメタノールにてスラリー上で洗浄した。その後、ろ別して回収し、50℃にて17時間乾燥し、白色粉末の樹脂を得た(72.1g、収率72.1%)。この樹脂は、13C-NMR分析の結果、化合物(M−1)、化合物(M−2)及び化合物(M−3)に由来する各繰り返し単位の含有割合が、それぞれ、29.7モル%、16.5モル%及び53.8モル%の共重合体であり、Mwが4500、Mw/Mnが1.67であった(以下、この共重合体を「樹脂(A−1)」という。)。尚、この樹脂(A−1)中の、重合に用いた単量体に由来する低分子量成分の含有量は、この樹脂100%に対して、0.02%であった。
下記の化合物(M−1)28.24g(28モル%)、化合物(M−4)12.21g(16モル%)、及び、化合物(M−3)59.55g(56モル%)を2−ブタノン200gに溶解し、更に2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)3.73gを添加して調製した単量体溶液を用いた以外は、上記合成例1と同様にして重合を行った。これにより得られた樹脂は、13C−NMR分析の結果、化合物(M−1)、化合物(M−4)及び化合物(M−3)に由来する各繰り返し単位の含有割合が、それぞれ、32.0モル%、15.9モル%及び52.1モル%の共重合体であり、Mwが4400、Mw/Mnが1.64であった(以下、この共重合体を「樹脂(A−2)」という。)。尚、この樹脂(A−2)中の、重合に用いた単量体に由来する低分子量成分の含有量は、この樹脂100%に対して、0.02%であった。
下記の化合物(M−1)53.93g(50モル%)、化合物(M−2)35.38g(40モル%)、及び、化合物(M−5)10.69g(10モル%)を2−ブタノン200gに溶解し、更にジメチル2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)5.58gを添加して調製した単量体溶液を用いた以外は、上記合成例1と同様にして重合を行った。これにより得られた樹脂は、13C−NMR分析の結果、化合物(M−1)、化合物(M−2)及び化合物(M−5)に由来する各繰り返し単位の含有割合が、それぞれ、52.2モル%、39.2モル%及び8.6モル%の共重合体であり、Mwが7400であった(以下、この共重合体を「樹脂(A−3)」という。)。
実施例1〜6及び比較例1〜2
上記により得られた樹脂〔A〕と、下記の酸発生剤〔B〕と、含窒素化合物〔C〕と、溶剤〔D〕とを、表1に示す割合で混合し、感放射線性樹脂組成物を得た。
<酸発生剤〔B〕>
(B−1):トリフェニルスルホニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート
(B−2):1−(4−n−ブトキシナフチル)テトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート
(B−3):トリフェニルスルホニウム2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2’−イル)−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート
(B−4):4−シクロヘキシルフェニル−ジフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート
(B−5):トリフェニルスルホニウム2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2’−イル)−1,1−ジフルオロエタンスルホネート
(B−6):下記構造を有する化合物
(C−1):N−tert−ブトキシカルボニルピロリジン
<溶剤〔D〕>
(D−1):プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
(D−2):γ−ブチロラクトン
(D−3):シクロヘキサノン
(1)溶出量(溶出成分の溶出量)
以下の要領で、図1に示す溶出量評価用構造体1を作製し、液浸露光用液体(超純水)に溶出する酸発生剤〔B〕及び含窒素化合物〔C〕を定量し、溶出成分の合計量が5.0×10−12mol/(cm2・秒)以上であるかどうかを確認した。
予め、8インチシリコン板31の表面に、東京エレクトロン社製レジスト塗布・現像装置「CLEAN TRACK ACT8」を用いてHMDS(ヘキサメチルジシラザン)処理(100℃、60秒)してなるウエハ3の、HMDS処理面の中心部に、中央部が直径11.3cmの円形状にくり抜かれたシリコンゴムシート4(クレハエラストマー社製、厚み;1.0mm、形状;1辺30cmの正方形)を載せた。次いで、シリコンゴムシート4の中央部のくり抜き部に、容量10ミリリットルのホールピペットを用いて10ミリリットルの超純水(図1の5)を満たした。
一方、8インチシリコン板21の表面に、上記「CLEAN TRACK ACT8」を用いて、膜厚77nmの反射防止膜22(「ARC29A」、ブルワー・サイエンス社製)を形成し、その後、上記にて調製した感放射線樹脂組成物を、上記装置を用いて、上記反射防止膜22上にスピンコートし、その塗膜を、温度115℃で60秒間ベーク(PB)することにより、フォトレジスト被膜23(膜厚205nm)を形成し、フォトレジスト被膜付き基板2を得た。
次いで、上記のフォトレジスト被膜付き基板2と、シリコンゴムシート4とを、フォトレジスト被膜付き基板2のフォトレジスト被膜23の表面が、上記シリコンゴムシート4のくり抜き部に満たされた超純水と接触するように、且つ、超純水がシリコンゴムシート4から漏れないように密着させ、溶出量評価用構造体1を作製した(図1参照)。
〔LC条件〕
カラム ;「CAPCELL PAK MG」(資生堂社製)1本
流量 ;0.2ミリリットル/分
溶出液 ;水/メタノール(3/7)に0.1%のギ酸を添加したもの
カラム温度;35℃
以下の方法により、シリコン基板の表面に、下層反射防止膜及びフォトレジスト被膜の順に積層してなるフォトレジスト被膜付き基板を作製し、ポジ型のレジストパターンを形成し、感度及びパターンの断面形状について評価した。
東京エレクトロン社製コータ&デベロッパ装置「CLEAN TRACK ACT12」を用い、12インチシリコン板21の表面に、膜厚77nmの下層反射防止膜22(「ARC29A」、ブルワー・サイエンス社製)を形成させ、反射防止膜付きウエハ(以下、「複合基板」という。)を得た。
その後、複合基板の表面に、上記「CLEAN TRACK ACT12」を用いて、上記にて調製した感放射線樹脂組成物をスピンコート(回転塗工)し、その塗膜を、温度120℃で60秒間ベーク(PB)することにより、未露光のフォトレジスト被膜23(膜厚150nm)を形成し、フォトレジスト被膜付き基板2を得た(図2参照)。
次いで、このフォトレジスト被膜23の表面に対し、マスクパターンを有するフォトマスクを介して、ASML社製ArFエキシマレーザー露光装置「TWIN SCAN XT1250i」を用いて、NA(開口数)0.85、シグマ0.93/0.69の証明条件で露光した。その後、温度115℃で60秒間露光後加熱(PEB)を行った。そして、濃度2.38%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液により、23℃で30秒間現像し、更に、水洗及び乾燥して、ポジ型のレジストパターンを形成した。このとき、線幅65nmのライン・アンド・スペースパターン(1L1S)を1対1の線幅で形成する露光量を最適露光量とし、この最適露光量を感度とした。尚、この測長には走査型電子顕微鏡(型式「S−9380」、(株)日立ハイテクノロジーズ製)を用いた。
65nmライン・アンド・スペースパターンの断面形状を、超高分解能電界放出形走査電子顕微鏡(型式「S−4800」、(株)日立ハイテクノロジーズ社製)にて観察し、T−top形状を示していた場合は「×」、矩形形状が得られた場合は「○」とした。
以上の結果を表1に併記した。
2;フォトレジスト被膜付き基板(積層基板)
21;シリコン板(基板)
22;下層反射防止膜
23;フォトレジスト被膜
3;ウエハ
31;シリコン板
32;HMDS処理層
4;シリコンゴムシート
5;超純水充填部。
Claims (3)
- 波長193nmにおける屈折率が空気よりも高い液浸露光用液体をレンズとフォトレジスト被膜との間に介在させて、放射線を前記フォトレジスト被膜に照射する液浸露光を含むレジストパターンの形成方法であって、
前記フォトレジスト被膜の形成に用いられる感放射線性樹脂組成物が、樹脂と、感放射線性酸発生剤と、含窒素化合物と、溶剤とを含有し、
前記樹脂が、酸の作用によりアルカリ可溶性を発現する構造を有する、下記一般式(2)で表される繰り返し単位[1]を含み、
該繰り返し単位[1]の含有量が、前記樹脂を構成する繰り返し単位の全量に対して、60モル%以上であることを特徴とするレジストパターンの形成方法。
- 前記樹脂が、更に、ラクトン構造を有する繰り返し単位を含む請求項1又は2に記載のレジストパターンの形成方法。
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