JP5299031B2 - 感放射線性樹脂組成物 - Google Patents
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Description
このような短波長の放射線としては、例えば、水銀灯の輝線スペクトル、エキシマレーザーに代表される遠紫外線、X線、電子線等を挙げることができるが、これらのうち、KrFエキシマレーザー(波長248nm)或いはArFエキシマレーザー(波長193nm)が注目されている。
このレジストは、露光により発生した酸の作用により、重合体中に存在する酸解離性官能基が解離して、該重合体が酸性基を有するようになり、その結果、レジスト被膜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。
(A)酸により保護基部分が解離して樹脂のアルカリ可溶性を発現させる基を有する繰り返し単位として、下記式(3)で表される構造を有する酸解離性基含有樹脂(以下、単に「樹脂(A)」ともいう。)、
(B)活性光線または放射線の照射により酸を発生する化合物(以下、「酸発生剤(B)」ともいう)、および
(C)分子構造中にシクロデキストリン骨格とフッ素原子とを有し、かつ、1H NMRから算出した平均分子量が6000以下である化合物(以下、「化合物(C)」ともいう)、
を含有することを特徴とする。
また本発明の感放射線性樹脂組成物は、化合物(C)が、下記式(1)で表される構造を有することが好ましい。
さらに、本発明の感放射線性樹脂組成物は、重合体(A)の含有量を100重量%とした時に、化合物(C)の含有量が0.01重量%〜20重量%であることが好ましい。
本発明における樹脂(A)は、酸解離性基、すなわち酸により保護基部分が解離して樹脂のアルカリ可溶性を発現させる基を有する繰り返し単位(以下、「繰り返し単位(A−1)」という。)を必須とし、好ましくは、アルカリ溶解性を高めるためにラクトン骨格または環状エステル構造を有する繰り返し単位(以下、「繰り返し単位(A−2)」という。)を有する。
繰り返し単位(A−1)は、下記式(3)で表される構造を有する。
炭素数4〜20の脂環式炭化水素基としては、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタンなどのシクロアルカン類に由来する基;ノルボルナン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカン、アダマンタン等の多環型脂環式炭化水素に由来する基などが挙げられる。これらの基は、上述したアルキル基の1種以上あるいは1個以上で置換した基であってもよい。
この繰り返し単位(A−1)の含有率は、樹脂(A)における全繰り返し単位を100モル%とした場合に、通常10〜90モル%、更に好ましくは20〜80モル%である。この繰り返し単位(A−1)の含有率が10モル%未満であると、露光後の現像液の溶解性に悪影響を及ぼし解像性が悪くなる可能性がある。また80モル%以上であると得られるレジストパターンの基板への密着性が不十分となるおそれがある。
この繰り返し単位(A−2)の含有率は、樹脂(A)における全繰り返し単位を100モル%とした場合に、5〜85モル%であることが好ましく、より好ましくは10〜70モル%、更に好ましくは15〜60モル%である。この繰り返し単位(A−2)の含有率が5モル%未満の場合、現像性、露光余裕が悪化する傾向がある。一方、この含有率が85モル%を超える場合、樹脂(A)の溶剤への溶解性の悪化、解像度の悪化の傾向がある。
本発明における樹脂(A)は、これらのその他の繰り返し単位を、種類を問わず、1種以上含有していてもよい。
上記重合における反応温度は、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。
また、樹脂(A)のMwとGPC法によるMnとの比(Mw/Mn)は、通常1〜5であり、好ましくは1〜3である。
上記単量体由来の低分子量成分としては、モノマー、ダイマー、トリマー、オリゴマーが挙げられ、Mw500以下の成分とすることができる。このMw500以下の成分は、下記の精製法により除去することができる。また、この低分子量成分の量は、樹脂の高速液体クロマトグラフィ(HPLC)により分析することができる。
尚、樹脂(A)は、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、レジストとした際の感度、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。
また、樹脂(A)の精製法としては、例えば、水洗、液々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を挙げることができる。
本発明における酸発生剤(B)は、露光等の放射線照射により酸を発生するものであり、露光により発生した酸の作用によって、樹脂成分中に存在する繰り返し単位(A−1)が有する酸解離性基を解離させ(保護基を脱離させ)、その結果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を形成する作用を有するものである。
このような酸発生剤(B)としては、下記式(6)で表される化合物(以下、「化合物(6)」ともいう)を含むものが好ましい。
また、上記アルコキシカルボニル基としては、例えば、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、i−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、t−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原子数2〜21の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルコキシカルボニル基等を挙げることができる。
式(6)におけるR14としては、メチル基、エチル基、フェニル基、4−メトキシフェニル基、1−ナフチル基、2個のR16が互いに結合して硫黄原子と共にテトラヒドロチオフェン環構造を形成する2価の基等が好ましい。
また、R15における置換されていてもよい炭素原子数1〜12の炭化水素基としては、炭素数1〜12のアルキル基、シクロアルキル基、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、i−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、t−ブチル基、n−ペンチル基、ネオペンチル基、n−ヘキシル基、シクロヘキシル基、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、ノルボルニル基、ノルボニルメチル基、ヒドロキシノルボルニル基、アダマンチル基等を挙げることができる。
式(7−1)または(7−2)において、R16が、炭素数1〜10の直鎖状若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、R16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。
オニウム塩化合物としては、例えば、ヨードニウム塩、スルホニウム塩、ホスホニウム塩、ジアゾニウム塩、ピリジニウム塩等を挙げることができる。
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−t−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−t−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−t−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−t−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を挙げることができる。
ハロゲン含有化合物としては、例えば、ハロアルキル基含有炭化水素化合物、ハロアルキル基含有複素環式化合物等を挙げることができる。
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を挙げることができる。
ジアゾケトン化合物としては、例えば、1,3−ジケト−2−ジアゾ化合物、ジアゾベンゾキノン化合物、ジアゾナフトキノン化合物等を挙げることができる。
ジアゾケトンの具体例としては、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または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または1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸エステル等を挙げることができる。
スルホン化合物としては、例えば、β−ケトスルホン、β−スルホニルスルホンや、これらの化合物のα−ジアゾ化合物等を挙げることができる。
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)メタン等を挙げることができる。
スルホン酸化合物としては、例えば、アルキルスルホン酸エステル、アルキルスルホン酸イミド、ハロアルキルスルホン酸エステル、アリールスルホン酸エステル、イミノスルホネート等を挙げることができる。
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を挙げることができる。
上記他の酸発生剤は、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
また、他の酸発生剤の使用割合は、酸発生剤1と他の酸発生剤との合計100質量%に対して、通常、80質量%以下、好ましくは60質量%以下である。
化合物(C)は分子構造中にシクロデキストリン骨格とフッ素原子とを有する化合物であって、レジスト微細加工時の現像欠陥発生を抑制する作用を有する成分である。
化合物(C)は、構造が異なる2種以上の化合物の混合物であってもよく、その平均分子量は、6000以下、好ましくは1000〜4000である。化合物(C)の平均分子量は、1H−NMRを用い、シクロデキストリン骨格のプロトンと置換基のプロトンの積分値の比から求められる組成を元に算出して求めることができる。
また、化合物(C)は、1分子に対して3重量%以上のフッ素原子を有することが好ましく、さらに好ましくは10重量%以上である。
R1、R2としてのアリール基としては、置換基を有していてもよく、好ましくは炭素数6〜14のアリール基であり、例えばフェニル基、ナフチル基などが挙げられる
R1、R2としてのアシル基は、置換基を有していてもよく、好ましくは炭素数1〜10のアシル基であり、例えばホルミル基、アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、パレリル基等を挙げることができる。
R1、R2としてのアラルキル基は、好ましくは炭素数7〜20のアラルキル基が挙げられ、例えば、ベンジル基、フェネチル基、ナフチルメチル基、ナフチルエチル基が挙げられる。
R1、R2としてのアルケニル基は、上記アルキル基の任意の位置に2重結合を有する基が挙げられる。上記各基が有してもよい置換基としては、例えば、ハロゲン原子、水酸基、ニトロ基、シアノ基、カルボキシ基、カルボニル基、シクロアルキル基(好ましくは炭素数3〜10)、アリール基(好ましくは炭素数6〜14)、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜10)、アシル基(好ましくは炭素数2〜20)、アシルオキシ基(好ましくは炭素数2〜10)、アルコキシカルボニル基(好ましくは炭素数2〜20)、アミノアシル基(好ましくは炭素数2〜10)などが挙げられる。アリール基、シクロアルキル基などにおける環状構造については、置換基としては更にアルキル基(好ましくは炭素数1〜10)を挙げることができる。アミノアシル基については、置換基として更にアルキル基(好ましくは炭素数1〜10)を挙げることができる。
nは、6〜8の整数を表す。nが6、7、8の化合物は、それぞれα−、β−、γ−シクロデキストリンである。
本発明の感放射線性樹脂組成物は、添加剤として窒素含有化合物(D)が含有されていることが好ましい。窒素含有化合物(D)は、露光により酸発生剤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作用を有する成分である。このような酸拡散制御剤を配合することにより、得られる感放射線性樹脂組成物の貯蔵安定性が向上する。また、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た組成物が得られる。
上記3級アミン化合物としては、例えば、n−ヘキシルアミン、n−ヘプチルアミン、n−オクチルアミン、n−ノニルアミン、n−デシルアミン、シクロヘキシルアミン等のモノ(シクロ)アルキルアミン類;ジ−n−ブチルアミン、ジ−n−ペンチルアミン、ジ−n−ヘキシルアミン、ジ−n−ヘプチルアミン、ジ−n−オクチルアミン、ジ−n−ノニルアミン、ジ−n−デシルアミン、シクロヘキシルメチルアミン、ジシクロヘキシルアミン等のジ(シクロ)アルキルアミン類;トリエチルアミン、トリ−n−プロピルアミン、トリ−n−ブチルアミン、トリ−n−ペンチルアミン、トリ−n−ヘキシルアミン、トリ−n−ヘプチルアミン、トリ−n−オクチルアミン、トリ−n−ノニルアミン、トリ−n−デシルアミン、シクロヘキシルジメチルアミン、メチルジシクロヘキシルアミン、トリシクロヘキシルアミン等のトリ(シクロ)アルキルアミン類;2,2’,2’’−ニトロトリエタノール等の置換アルキルアミン;アニリン、N−メチルアニリン、N,N−ジメチルアニリン、2−メチルアニリン、3−メチルアニリン、4−メチルアニリン、4−ニトロアニリン、ジフェニルアミン、トリフェニルアミン、ナフチルアミン、2,4,6−トリ−tert−ブチル−N−メチルアニリン、N−フェニルジエタノールアミン、2,6−ジイソプロピルアニリン等が好ましい。
この酸拡散制御剤[窒素含有化合物(D)]の配合量は、樹脂(A)100質量部に対して、通常、15質量部以下、好ましくは10質量部以下、更に好ましくは5質量部以下である。この場合、酸拡散制御剤の配合量が15質量部を超えると、レジストとしての感度が低下する傾向がある。尚、酸拡散制御剤の配合量が0.001質量部未満であると、プロセス条件によっては、レジストとしてのパターン形状や寸法忠実度が低下するおそれがある。
本発明の感放射線性樹脂組成物は、普通、その使用に際して、全固形分濃度が、通常、1〜50質量%、好ましくは1〜25質量%となるように、溶剤に溶解したのち、例えば孔径0.2μm程度のフィルターでろ過することによって、組成物溶液として調製される。
これらの溶剤(E)は、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
本発明の感放射線性樹脂組成物には、化合物(C)および窒素含有化合物(D)以外にも必要に応じて、脂環族添加剤、界面活性剤、増感剤等の各種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t−ブチル、1−アダマンタンカルボン酸t−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−t−ブチル、1−アダマンタン酢酸t−ブチル、1−アダマンタン酢酸t−ブトキシカルボニルメチル、1,3−アダマンタンジ酢酸ジ−t−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t−ブチル、デオキシコール酸t−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t−ブチル、リトコール酸t−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t−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]ドデカン等を挙げることができる。これらの脂環族添加剤は、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
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(信越化学工業株式会社製)、ポリフローNo.75、同No.95(共栄社化学株式会社製)、エフトップEF301、同EF303、同EF352(トーケムプロダクツ株式会社製)、メガファックスF171、同F173(大日本インキ化学工業株式会社製)、フロラードFC430、同FC431(住友スリーエム株式会社製)、アサヒガードAG710、サーフロンS−382、同SC−101、同SC−102、同SC−103、同SC−104、同SC−105、同SC−106(旭硝子株式会社製)等を挙げることができる。これらの界面活性剤は、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
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を挙げることができる。これらの増感剤は、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
また、染料或いは顔料を配合することにより、露光部の潜像を可視化させて、露光時のハレーションの影響を緩和でき、接着助剤を配合することにより、基板との接着性を改善することができる。
更に、上記以外の添加剤としては、アルカリ可溶性樹脂、酸解離性の保護基を有する低分子のアルカリ溶解性制御剤、ハレーション防止剤、保存安定化剤、消泡剤等を挙げることができる。
本発明の感放射線性樹脂組成物は、特に化学増幅型レジストとして有用である。上記化学増幅型レジストにおいては、露光により酸発生剤から発生した酸の作用によって、樹脂(A)中の酸解離性基が解離して、カルボキシル基を生じ、その結果、レジストの露光部のアルカリ現像液に対する溶解性が高くなり、該露光部がアルカリ現像液によって溶解、除去され、ポジ型のレジストパターンが得られる。
本発明の感放射線性樹脂組成物からレジストパターンを形成する際には、樹脂組成物溶液を、回転塗布、流延塗布、ロール塗布等の適宜の塗布手段によって、例えば、シリコンウェハ、アルミニウムで被覆されたウェハ等の基板上に塗布することにより、レジスト被膜を形成し、場合により予め加熱処理(以下、「PB」という。)を行ったのち、所定のレジストパターンを形成するように、このレジスト被膜に露光する。その際に使用される放射線としては、使用される酸発生剤の種類に応じて、可視光線、紫外線、遠紫外線、X線、荷電粒子線等を適宜選定して使用されるが、ArFエキシマレーザー(波長193nm)或いは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、感放射線性樹脂組成物の配合組成や添加剤の種類等に応じて適宜選定される。本発明においては、露光後に加熱処理(PEB)を行うことが好ましい。PEBにより、樹脂成分中の酸解離性基の解離反応が円滑に進行する。このPEBの加熱条件は、感放射線性樹脂組成物の配合組成によって変わるが、通常、30〜200℃、好ましくは50〜170℃である。
尚、アルカリ性水溶液からなる現像液で現像したのちは、一般に、水で洗浄して乾燥する。
(1)MwおよびMn
東ソー(株)製GPCカラム(G2000HXL2本、G3000HXL1本、G4000HXL1本)を用い、流量1.0ミリリットル/分、溶出溶媒テトラヒドロフラン、カラム温度40℃の分析条件で、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)により測定した。また、分散度Mw/Mnは測定結果より算出した。
(2)13C-NMR分析
各樹脂の13C−NMR分析は、日本電子(株)製「JNM−EX270」を用い、測定した。
(3)単量体由来の低分子量成分の量
ジーエルサイエンス製Intersil ODS−25μmカラム(4.6mmφ×250mm)を用い、流量1.0ミリリットル/分、溶出溶媒アクリロニトリル/0.1%リン酸水溶液の分析条件で、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)により測定した。
尚、この成分量の割合(質量%)は、樹脂全体を100質量%とした場合に対する値である。
樹脂(A)の合成に用いた各単量体を式(M−1)〜(M−6)として以下に示す。
上記単量体(M−1)33.57g(40モル%)、単量体(M−5)10.99g(10モル%)および単量体(M−6)55.44g(50モル%)を2−ブタノン200gに溶解し、更にジメチルアゾビスイソブチロニトリル4.10gを投入した単量体溶液を準備し、100gの2−ブタノンを投入した500mlの三口フラスコを30分窒素パージした。窒素パージの後、反応釜を攪拌しながら80℃に加熱し、事前に準備した上記単量体溶液を滴下漏斗を用いて3時間かけて滴下した。滴下開始を重合開始時間とし、重合反応を6時間実施した。重合終了後、重合溶液は水冷することにより30℃以下に冷却し、1500gのメタノールへ投入し、析出した白色粉末をろ別した。ろ別された白色粉末を2度300gのメタノールにてスラリー状で洗浄した後、ろ別し、50℃にて17時間乾燥し、白色粉末の重合体を得た(80g、収率80%)。
この重合体はMwが6700、Mw/Mn=1.6、13C-NMR分析の結果、単量体(M−1)、(M−5)、および(M−6)に由来する各繰り返し単位の含有率が40:10:50(モル%)の共重合体であった。この重合体を樹脂(A−1)とする。尚、樹脂(A−1)中の各単量体由来の低分子量成分の含有量は、この重合体100質量%に対して、0.03質量%であった。
上記単量体(M−2)11.54g(14モル%)、単量体(M−4)39.21g(37モル%)および単量体(M−6)49.25g(49モル%)を2−ブタノン200gに溶解し、更にジメチルアゾビスイソブチロニトリル3.98gを投入した単量体溶液を準備し、100gの2−ブタノンを投入した500mlの三口フラスコを30分窒素パージした。窒素パージの後、反応釜を攪拌しながら80℃に加熱し、事前に準備した上記単量体溶液を滴下漏斗を用いて3時間かけて滴下した。滴下開始を重合開始時間とし、重合反応を6時間実施した。重合終了後、重合溶液は水冷することにより30℃以下に冷却し、1500gのメタノールへ投入し、析出した白色粉末をろ別した。ろ別された白色粉末を2度300gのメタノールにてスラリー状で洗浄した後、ろ別し、50℃にて17時間乾燥し、白色粉末の重合体を得た(78g、収率78%)。
この重合体はMwが6400、Mw/Mn=1.6、13C-NMR分析の結果、単量体(M−2)、(M−4)、および(M−6)に由来する各繰り返し単位の含有率が14:37:49(モル%)の共重合体であった。この重合体を樹脂(A−2)とする。尚、樹脂(A−2)中の各単量体由来の低分子量成分の含有量は、この重合体100質量%に対して、0.03質量%であった。
上記単量体(M−1)43.08g(50モル%)および単量体(M−6)56.92g(50モル%)を2−ブタノン200gに溶解し、更にジメチルアゾビスイソブチロニトリル4.21gを投入した単量体溶液を準備し、100gの2−ブタノンを投入した500mlの三口フラスコを30分窒素パージした。窒素パージの後、反応釜を攪拌しながら80℃に加熱し、事前に準備した上記単量体溶液を滴下漏斗を用いて3時間かけて滴下した。滴下開始を重合開始時間とし、重合反応を6時間実施した。重合終了後、重合溶液は水冷することにより30℃以下に冷却し、1500gのメタノールへ投入し、析出した白色粉末をろ別した。ろ別された白色粉末を2度300gのメタノールにてスラリー状で洗浄した後、ろ別し、50℃にて17時間乾燥し、白色粉末の重合体を得た(83g、収率83%)。
この重合体はMwが7000、Mw/Mn=1.5、13C-NMR分析の結果、単量体(M−1)および(M−6)に由来する各繰り返し単位の含有率が50:50(モル%)の共重合体であった。この重合体を樹脂(A−3)とする。尚、樹脂(A−3)中の各単量体由来の低分子量成分の含有量は、この重合体100質量%に対して、0.03質量%であった。
上記単量体(M−1)11.30g(15モル%)、単量体(M−4)38.93g(35モル%)および単量体(M−6)49.77g(50モル%)を2−ブタノン200gに溶解し、更にジメチルアゾビスイソブチロニトリル3.60gを投入した単量体溶液を準備し、100gの2−ブタノンを投入した500mlの三口フラスコを30分窒素パージした。窒素パージの後、反応釜を攪拌しながら80℃に加熱し、事前に準備した上記単量体溶液を滴下漏斗を用いて3時間かけて滴下した。滴下開始を重合開始時間とし、重合反応を6時間実施した。重合終了後、重合溶液は水冷することにより30℃以下に冷却し、1500gのメタノールへ投入し、析出した白色粉末をろ別した。ろ別された白色粉末を2度300gのメタノールにてスラリー状で洗浄した後、ろ別し、50℃にて17時間乾燥し、白色粉末の重合体を得た(81g、収率81%)。
この重合体はMwが5600、Mw/Mn=1.6、13C-NMR分析の結果、単量体(M−1)、(M−4)および(M−6)に由来する各繰り返し単位の含有率が15:35:50(モル%)の共重合体であった。この重合体を樹脂(A−4)とする。尚、樹脂(A−4)中の各単量体由来の低分子量成分の含有量は、この重合体100質量%に対して、0.03質量%であった。
表1に示す割合で、樹脂(A)、酸発生剤(B)、化合物(C)、含窒素化合物(D)および溶剤(E)を混合し、実施例および比較例における感放射線性樹脂組成物を調製した。
<酸発生剤(B)>
(B−1):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−テトラフルオロ-n-ブタンスルホネート
(B−2):1−(4−ブトキシナフタレン―1―イル)テトラヒドロチオフェニウム2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2’−イル)−1,1−・テトラフルオロ−n−ブタンスルホネート
(B−3):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
(C−1):下記式(1’)で表される構造の化合物で全Rのうち33%が下記式(2)で置換された化合物(平均分子量2115)。
(C−2)下記式(1’)で表される構造の化合物で全Rのうち43%が下記式(2)で置換された化合物(平均分子量2394)。
なお化合物(C)の平均分子量は、1H−NMRとして日本電子株式会社製「JNM−FX200、500型(500MH)」を用い、シクロデキストリン骨格のプロトンと置換基のプロトンの積分値の比から求めた組成より、算出した。
(D−1):N−t−ブトキシカルボニル−4−ヒドロキシピペリジン
<溶剤(E)>
(E−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
(E−2):シクロヘキサノン
(E−3):ガンマ−ブチロラクトン
実施例および、比較例の各感放射線性樹脂組成物について、以下のようにの各種評価を行った。これらの評価結果を表2に示す。
ArF光源にて露光を行う場合、ウェハ表面に膜厚770ÅのARC29(日産化学工業株式会社製)膜を形成したシリコンウェハを用い、各組成物溶液を、基板上にクリーントラックACT8(東京エレクトロン製)を用い、スピンコートにより塗布し、ホットプレート上にて、表2に示す条件でPBを行って形成した膜厚0.12μmのレジスト被膜に、ニコン製ArFエキシマレーザー露光装置「S306C」(開口数0.78)を用い、マスクパターン(6%ハーフトーンマスクを使用)を介して露光した。その後、表2に示す条件でクリーントラックACT8(東京エレクトロン製)を用いてPEBを行ったのち、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、25℃で60秒間現像し、水洗し、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、マスクにおいて直径0.075μmのラインアンドスペースパターン(1L1S)が直径0.075μmのサイズになるような露光量を最適露光量とし、この最適露光量を感度とした。
最適露光量で解像される最小のレジストパターンの寸法(直径)を解像度とした。
ウェハ表面に膜厚770ÅのARC29(日産化学工業株式会社製)膜を形成したシリコンウェハを用い、各組成物溶液を、基板上にクリーントラックACT8(東京エレクトロン製)を用い、スピンコートにより塗布し、ホットプレート上にて、表2に示す条件でPBを行って形成した膜厚0.12μmのレジスト被膜に、ニコン製ArFエキシマレーザー露光装置「S306C」(開口数0.78)を用い、マスクパターン(6%ハーフトーンマスクを使用)を介して、所定の露光量にて露光した。その後、で表2に示す条件で、クリーントラックACT8(東京エレクトロン製)を用いてPEBを行ったのち、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、25℃で60秒間現像し、水洗し、乾燥して、ポジ型のレジストパターン〔ラインアンドスペースパターン(1L1S、直径0.075μm)〕を形成した。
この際、露光量を45〜65mJ/cm2の範囲で、1.0mJ/cm2ステップで変化させた際における、ラインパターンの大きさをプロットし、その傾きをEL(nm/mJ)とした。
ポジ型のレジストパターン〔ラインアンドスペースパターン(1L1S、直径0.075μm)〕の未露光部に発生した現像欠陥を光学顕微鏡により有無および程度を観察し、さらにケー・エル・エー・テンコール(株)製のKLA欠陥検査装置を用いて、下記手順により評価した。KLA欠陥検査装置を用いる評価手順:寸法0.15μm以上の欠陥を検出できるように感度を設定したKLA欠陥検査装置を用い、アレイモードにて観察して、比較用イメージとピクセル単位の重ね合わせにより生じる差異から抽出されるクラスターおよびアンクラスターのウエハー1枚当たりの欠陥総数を測定した。
Claims (5)
- (A)酸により保護基部分が解離して樹脂のアルカリ可溶性を発現させる基を有する繰り返し単位として、下記式(3)で表される構造を有する酸解離性基含有樹脂、
(B)活性光線または放射線の照射により酸を発生する化合物、および
(C)分子構造中にシクロデキストリン骨格とフッ素原子とを有し、かつ、1H NMRから算出した平均分子量が6000以下である化合物、
を含有することを特徴とする感放射線性樹脂組成物。
(式(3)において、R 3 は水素原子またはメチル基であり、R 4 は炭素数1〜4のアルキル基または炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基であり、R 5 およびR 6 はそれぞれ独立に炭素数1〜4のアルキル基または炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基であるか、または相互に結合して、それぞれが結合している炭素原子と共に炭素数4〜20の2価の脂環式炭化水素基を形成する。) - (C)化合物が、1分子に対して3重量%以上のフッ素原子を有することを特徴とする、請求項1に記載の感放射線性樹脂組成物。
- (C)化合物が、下記式(1)で表される構造を有することを特徴とする、請求項1〜2のいずれか1項に記載の感放射線性樹脂組成物。
(式(1)において、R1は相互に独立に水素原子、炭素数1〜20のアルキル基;炭素数6〜20のアリール基;炭素数2〜20のアシル基、アラルキル基またはアルケニル基で、R1のうち少なくとも1つが下記式(2)で表される基である。nは6、7または8である。)
(式(2)において、R2は水素原子または炭素数1〜20のアルキル基;炭素数6〜20のアリール基;炭素数2〜20のアシル基、アラルキル基またはアルケニル基を表し、R3は炭素数1〜10のペルフルオロアルキル基を表す。また、*は結合手を表す。) - (C)化合物が、式(1)における全R1に対して5%以上が式(2)で表される基であることを特徴とする、請求項3に記載の感放射線性樹脂組成物。
- (A)酸解離性基含有樹脂の含有量を100重量%とした時に、(C)化合物の含有量が0.01重量%〜20重量%であることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の感放射線性樹脂組成物。
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