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JP5581726B2 - 感放射線性樹脂組成物及びレジストパターン形成方法 - Google Patents

感放射線性樹脂組成物及びレジストパターン形成方法 Download PDF

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Description

本発明は、感放射線性樹脂組成物及びレジストパターン形成方法に関する。更に詳しくは、現像後のラインウィデュスラフネス(Line Width Roughness:LWR)が良好で、膜減りを生じ難いフォトレジスト膜を形成可能な感放射線性樹脂組成物及びレジストパターン形成方法に関する。
集積回路素子を製造する微細加工の分野においては、より高い集積度を得るために、0.10μm以下のレベル(即ち、サブクオーターミクロンレベル)における微細加工が可能なリソグラフィ技術が切望されている。しかし、従来のリソグラフィ技術では、放射線としてi線などの近紫外線を用いており、この近紫外線では、0.10μm以下のレベルの微細加工は極めて困難である。そこで、0.10μm以下のレベルでの微細加工を可能にするために、より波長の短い放射線を使用したリソグラフィ技術の開発が行われている。そして、より波長の短い放射線としては、例えば、水銀灯の輝線スペクトル、エキシマレーザーなどの遠紫外線、X線、電子線などを挙げることができる。これらの中でも、KrFエキシマレーザー(波長248nm)やArFエキシマレーザー(波長193nm)が注目されている。
エキシマレーザーが注目されたことに伴い、エキシマレーザー用のフォトレジスト膜の材料(エキシマレーザー用組成物)が数多く提案されており、エキシマレーザー用組成物としては、具体的には、酸解離性官能基を有する成分と、放射線の照射(以下、「露光」という)により酸を発生する成分(以下、「酸発生剤」という)と、を含有し、これらの化学増幅効果を利用した組成物(以下、「化学増幅型レジスト」という)などを挙げることができる。化学増幅型レジストとしては、具体的には、カルボン酸のt−ブチルエステル基またはフェノールのt−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組成物が報告されている。この組成物は、露光により発生する酸の作用により、樹脂中に存在するt−ブチルエステル基またはt−ブチルカーボナート基が解離することによって、上記樹脂において、カルボキシル基またはフェノール性水酸基からなる酸性基が露出する。その結果、露光された領域がアルカリ現像液に易溶性となるため、アルカリ現像液で現像することによって所望のレジストパターンを形成することができる。
しかしながら、微細加工の分野においては、更に微細なレジストパターン(例えば、線幅が45nm程度の微細なレジストパターン)を形成することが切望されており、更に微細なレジストパターンを形成可能にするために、例えば、露光装置の光源波長を短波長化することや、レンズの開口数(NA)を増大させることなどが行われている。しかし、光源波長の短波長化を達成するためには、高額な新しい露光装置が必要になるという問題がある。また、レンズの開口数を増大させる場合、解像度と焦点深度がトレードオフの関係にあるため、たとえ解像度を向上させることができても、焦点深度が低下するという問題がある。
そこで、近年、このような問題を解決するリソグラフィ技術として、液浸露光(リキッドイマージョンリソグラフィ)法という方法が報告されている。この方法は、露光時に、レンズとフォトレジスト膜との間(フォトレジスト膜上)に液浸露光用液体(例えば、純水、フッ素系不活性液体など)を介在させるという方法である。この方法によれば、従来、空気や窒素などの不活性ガスで満たされていた露光光路空間を、空気などよりも屈折率(n)の大きい液浸露光用液体で満たすことになるため、従来と同様の露光光源を用いた場合であっても、露光装置の光源波長を短波長化などした場合と同様の効果、即ち、高い解像性が得られる。また、焦点深度の低下が生じない。
従って、このような液浸露光法によれば、既存の装置に実装されているレンズを用いて、低コストで、解像性に優れ、更には焦点深度にも優れるレジストパターンを形成することができる。
液浸露光プロセスとしては、例えば、感放射線性樹脂組成物から形成されるフォトレジスト膜を保護するため、フォトレジスト膜上に液浸上層膜を形成した上で、液浸露光する手法(例えば、特許文献1参照)や、液浸上層膜を不要とするために、フッ素原子を含む重合体を含有する感放射線性樹脂組成物を用いてフォトレジスト膜を形成する手法(例えば、特許文献2参照)が提案されており、スループットの向上(即ち、処理能力の向上)に寄与することが期待されている。
国際公開05/069076号パンフレット 国際公開07/116664号パンフレット
しかしながら、上述のようなフッ素原子を含む重合体を含有する感放射線性樹脂組成物を用いた場合、現像後のレジストパターンのLWR(Line Width Roughness)が悪化したり、膜減りを生じるなどの問題があった。そのため、現像後のLWRが良好で、膜減りを生じ難いフォトレジスト膜を形成可能な感放射線性樹脂組成物の開発が切望されていた。
本発明は、上述のような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、現像後のLWRが良好で、膜減りを生じ難いフォトレジスト膜を形成可能な感放射線性樹脂組成物及びこれを用いたレジストパターン形成方法を提供することを目的とする。
本発明者らは上記課題を達成すべく鋭意検討した結果、(A)特定の繰り返し単位、及び、酸解離性基を有する重合体と、(B)感放射線性酸発生剤と、(C)フッ素原子を含有する重合体と、を含む感放射線性樹脂組成物を用いることによって、上記課題を達成することが可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。
本発明により、以下の感放射線性樹脂組成物、及びレジストパターン形成方法が提供される。
[1](A)下記一般式(1)で表される繰り返し単位、及び、酸解離性基を有する重合体(但し、架橋基を有する重合体を除く)と、(B)感放射線性酸発生剤と、(C)フッ素原子を含有する重合体(但し、架橋基を有する重合体を除く)と、を含み、前記(A)重合体の前記酸解離性基が、一般式「−C(R) 」で表される基であり、前記一般式「−C(R) 」で表される基が、いずれか2つのRが相互に結合して、それぞれが結合している炭素原子とともに炭素数4〜20の2価の脂環式炭化水素基若しくはそれから誘導される基を形成し、残りの1つのRが、炭素数1〜4の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基若しくはそれから誘導される基であり、前記いずれか2つのRが相互に結合して、それぞれが結合している炭素原子とともに炭素数4〜20の2価の脂環式炭化水素基が、アダマンチレン基である感放射線性樹脂組成物。
Figure 0005581726
(一般式(1)中、Rは、水素原子、低級アルキル基、またはハロゲン化低級アルキル基を示す。Rは、単結合、炭素数1〜5の2価の炭化水素基、アルカンジイルオキシ基、またはアルカンジイルカルボニルオキシ基を示す。Rは、3価の有機基を示す。)
[2]前記一般式(1)で表される繰り返し単位が、下記一般式(1−1)で表される繰り返し単位である前記[1]に記載の感放射線性樹脂組成物。
Figure 0005581726
(一般式(1−1)中、Rは、水素原子、低級アルキル基、またはハロゲン化低級アルキル基を示す。Rは、単結合、炭素数1〜5の2価の炭化水素基、アルカンジイルオキシ基、またはアルカンジイルカルボニルオキシ基を示す。R50は、下記一般式(a)で表される基、または、下記一般式(b)で表される基を示す。)
Figure 0005581726
(一般式(a)中、n1は0〜2の整数を示す。一般式(b)中、n2〜n5は、それぞれ独立に、0〜2の整数を示す。一般式(a)及び一般式(b)中、*は、一般式(1−1)中のRに結合する結合手を示す。但し、一般式(a)で表される基及び一般式(b)で表される基は、これらの基を構成する炭素原子の少なくとも1つが、酸素原子、窒素原子またはカルボニル基で置換されていてもよい。また、一般式(a)で表される基及び一般式(b)で表される基は、置換基を有していてもよい。)
[3]前記一般式(1)で表される繰り返し単位が、下記一般式(1−1a)で表される繰り返し単位である前記[1]または[2]に記載の感放射線性樹脂組成物。
Figure 0005581726
(一般式(1−1a)中、Rは、水素原子、低級アルキル基、またはハロゲン化低級アルキル基を示す。Rは、単結合、炭素数1〜5の2価の炭化水素基、アルカンジイルオキシ基、またはアルカンジイルカルボニルオキシ基を示す。R51は、下記一般式(a1)で表される基、または、下記一般式(b1)で表される基を示す。)
Figure 0005581726
(一般式(a1)及び一般式(b1)中、*は、一般式(1−1a)中のRに結合する結合手を示す。)
[4]前記(C)重合体が、下記一般式(2−1)〜(2−3)で表される各繰り返し単位からなる群より選択される少なくとも1種の繰り返し単位を有する前記[1]〜[3]のいずれかに記載の感放射線性樹脂組成物。
Figure 0005581726
(一般式(2−1)〜(2−3)中、Rは、水素原子、低級アルキル基、またはハロゲン化低級アルキル基を示す。一般式(2−1)中、Rは炭素数1〜30のフッ素化アルキル基を示す。一般式(2−2)中、Rは、単結合または(g+1)価の連結基を示し、gは1〜3の整数である。一般式(2−3)中、Rは2価の連結基を示す。一般式(2−2)及び一般式(2−3)中、Rは、水素原子、酸解離性基、またはアルカリ解離性基を示し、R10は、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子、または炭素数1〜10のフッ素化アルキル基を示す。但し、全てのR10が水素原子である場合はない。)
[5]前記(C)重合体が、下記一般式(2−4)で表される基と下記一般式(2−5)で表される基の少なくとも一方の基を含有する繰り返し単位(但し、前記一般式(2−3)で表される繰り返し単位を除く)を更に有する前記[4]に記載の感放射線性樹脂組成物。
Figure 0005581726
(一般式(2−4)中、R11は、フッ素原子で置換された炭素数1〜10の炭化水素基を示す。)
[6]前記(C)重合体の含有量は、前記(A)重合体に100質量部に対して、0.1〜40質量部である前記[1]〜[5]いずれかに記載の感放射線性樹脂組成物。
[7]前記[1]〜[6]のいずれかに記載の感放射線性樹脂組成物を基板上に塗工してフォトレジスト膜を形成するフォトレジスト膜形成工程と、形成した前記フォトレジスト膜上に液浸露光用液体を配置し、前記液浸露光用液体を介して前記フォトレジスト膜に放射線を照射する露光工程と、放射線が照射された前記フォトレジスト膜を現像液で現像してレジストパターンを形成する現像工程と、を備えるレジストパターン形成方法。
本発明の感放射線性樹脂組成物は、現像後のLWRが良好で、膜減りを生じ難いフォトレジスト膜を形成することができるという効果を奏するものである。
本発明のレジストパターン形成方法は、LWRが良好で、膜減りが少ないレジストパターンを形成することができるという効果を奏するものである。
以下、本発明を実施するための形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。即ち、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施の形態に対し適宜変更、改良などが加えられたものも本発明の範囲に属することが理解されるべきである。
[1]感放射線性樹脂組成物:
本発明の感放射線性樹脂組成物は、(A)上記一般式(1)で表される繰り返し単位(以下、「繰り返し単位(I)」と記す場合がある)、及び、酸解離性基を有する重合体(以下、「(A)重合体」と記す場合がある)と、(B)感放射線性酸発生剤(以下、単に「(B)酸発生剤」と記す場合がある)と、(C)フッ素原子を含有する重合体(以下、「(C)重合体」と記す場合がある)と、を含むものである。このような組成物によれば、現像後のLWRが良好で、膜減りを生じ難いフォトレジスト膜を形成することができる。即ち、フォトレジスト膜と液浸露光用液体との間に液浸上層膜を形成しないで液浸露光を行う場合であっても、現像後のLWRが良好で、膜減りを生じ難いフォトレジスト膜を形成することができる。
本発明の感放射線性樹脂組成物は、化学増幅型レジストとして有用である。ここで、化学増幅型レジストとは、以下のような機序によって、ポジ型のレジストパターンを形成可能な組成物のことである。まず、露光により酸発生剤から酸を発生させ、発生させた酸の作用によって、重合体中の酸解離性基を解離させて、カルボキシル基を生じさせる。次に、露光された部分をアルカリ現像液によって溶解、除去して、ポジ型のレジストパターンを形成する。このとき、露光された部分(酸解離性基が解離してカルボキシル基が生じている重合体が存在する部分)は、アルカリ現像液に対する溶解性が高くなっているため、アルカリ現像液によって容易に溶解、除去することができる。
なお、本明細書中、一般式中の「R」で示すもののうち、同様のものを示している場合には同様の番号を用いている。
[1−1](A)重合体:
(A)重合体は、上記一般式(1)で表される繰り返し単位、及び、酸解離性基を有し、本発明の感放射線性樹脂組成物における基材となる成分である。ここで、「基材」とは、膜形成能を有する成分のことを意味する。このような(A)重合体は、酸の作用により酸解離性基が解離してアルカリ可溶性となるものであって、酸解離性基が解離する前においてはアルカリ不溶性またはアルカリ難溶性のものである。なお、本明細書において「アルカリ不溶性またはアルカリ難溶性」とは、(A)重合体を含む感放射線性樹脂組成物を用いて形成したフォトレジスト膜から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、フォトレジスト膜の代わりに(A)重合体のみを用いた膜厚100nmの被膜を現像した場合に、この被膜の初期膜厚の50%以上が現像後に残存する性質をいう。
[1−1−1a]一般式(1)で表される繰り返し単位:
一般式(1)中のRとしては、水素原子、メチル基、トリフルオロメチル基が好ましい。
一般式(1)中のRで示される炭素数1〜5の2価の炭化水素基としては、直鎖状または分岐状の炭素数1〜5の2価の炭化水素基をあげることができる。具体的には、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、2,2−プロピレン基、1,4−ブチレン基、1,3−ブチレン基、1,2−ブチレン基などが挙げられる。
一般式(1)中のRで示されるアルカンジイルオキシ基としては、炭素数1〜5の2価の炭化水素基と酸素原子とが結合した基を挙げることができる。炭素数1〜5の2価の炭化水素基としては、例えば、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、2,2−プロピレン基、1,4−ブチレン基、1,3−ブチレン基、1,2−ブチレン基などが挙げられる。
一般式(1)中のRで示されるアルカンジイルカルボニルオキシ基としては、炭素数1〜5の2価の炭化水素基とカルボニルオキシ基とが結合した基を挙げることができる。炭素数1〜5の2価の炭化水素基としては、例えば、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、2,2−プロピレン基、1,4−ブチレン基、1,3−ブチレン基、1,2−ブチレン基などが挙げられる。
一般式(1)中、Rは、3価の有機機を示し、具体的には、3価の鎖状炭化水素基、環状炭化水素構造を有する3価の基、複素環構造を有する3価の基などを挙げることができる。これらの基は、水酸基、カルボキシル基、シアノ基などで置換されていてもよい。
一般式(1)で表される繰り返し単位としては、上記一般式(1−1)で表される繰り返し単位などを挙げることができ、一般式(1−1)で表される繰り返し単位の中でも、上記一般式(1−1a)で表される繰り返し単位を好ましい例として挙げることができる。上記一般式(1−1a)で表される繰り返し単位であると、現像後のLWRが更に良好で、膜減りを更に生じ難いフォトレジスト膜を形成することができる。
また、一般式(1−1)におけるR50及び一般式(1−1a)におけるR51は、上述したように、これらの基を構成する炭素原子の1つを酸素原子、窒素原子またはカルボニル基で置換してもよく、置換基を有してもよい。置換基としては、例えば、炭素数1〜4の直鎖状、分岐状または環状のアルキル基、ヒドロキシル基、シアノ基、炭素数1〜10のヒドロキシアルキル基、カルボキシル基などを挙げることができる。
繰り返し単位(I)としては、例えば、下記一般式(3−1)〜(3−21)で表される各繰り返し単位などを挙げることができる。これらの中でも、現像後のLWRが更に良好で、膜減りが非常に生じ難いフォトレジスト膜を形成可能な感放射線性樹脂組成物を得ることができるという観点から、下記一般式(3−1)で表される繰り返し単位、下記一般式(3−9)で表される繰り返し単位が好ましい。なお、下記一般式(3−1)〜(3−21)中のRは、水素原子、低級アルキル基、またはハロゲン化低級アルキル基を示している。
Figure 0005581726
上記一般式(3−1)〜(3−21)で表される繰り返し単位のうち、一般式(3−1)〜(3−16)は、上記一般式(1−1)で表される繰り返し単位及び上記一般式(1−1a)で表される繰り返し単位に該当するものである。特に、上記一般式(3−4)〜(3−7)で表される繰り返し単位は、上記一般式(1−1)及び一般式(1−1a)中のR50が置換基を有する場合(即ち、一般式(a)で表される基が置換基を有している場合)に該当する繰り返し単位である。上記一般式(3−11)、(3−12)で表される繰り返し単位は、一般式(b)で表される基が置換基を有している場合に該当する繰り返し単位であり、具体的には、R50を構成する炭素原子のうちの1つを酸素原子または窒素原子で置換したものである。上記式(3−13)〜(3−16)で表される繰り返し単位は、一般式(b)で表される基が置換基を有している場合に該当する繰り返し単位であり、具体的には、R50を構成する炭素原子のうちの1つを酸素原子、窒素原子またはカルボニル基で置換し、かつ置換基を有するものである。
なお、繰り返し単位(I)を形成するための単量体は、従来公知の方法により合成することができ、具体的には、Tetrahedron Letters,Vol.27,No.32 p.3741(1986)、Organic Letters,Vol.4,No.15 p.2561(2002)などに記載された方法で合成することができる。
[1−1−1b]その他の繰り返し単位(a):
(A)重合体は、上記一般式(1)で表される繰り返し単位以外に、その他の繰り返し単位(a)を有するものであってもよい。その他の繰り返し単位(a)としては、以下に示す繰り返し単位(II)〜(VI)などを挙げることができる。
[1−1−1b−1]繰り返し単位(II):
繰り返し単位(II)としては、下記一般式(4−1)〜(4−7)で表される繰り返し単位などを挙げることができる。
Figure 0005581726
(一般式(4−1)中、Rは、水素原子、低級アルキル基、またはハロゲン化低級アルキル基を示す。R12〜R14は、相互に独立に、炭素数1〜4の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、または炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基を示す。また、R13とR14とが相互に結合して炭素数4〜20の2価の脂環式炭化水素基またはその誘導体を形成してもよい。)
Figure 0005581726
一般式(4−2)〜(4−7)中、Rは、水素原子、低級アルキル基、またはハロゲン化低級アルキル基を示す。一般式(4−2)中、R15は、水素原子または炭素数1〜4の置換若しくは非置換のアルキル基を示し、pは、1〜3の整数を示す。前記一般式(4−5)及び(4−6)中、R16は、それぞれ独立に水素原子またはメトキシ基を示す。前記一般式(4−3)及び(4−4)中、R17は、それぞれ独立に単結合またはメチレン基を示し、mは、それぞれ独立に0または1を示す。前記一般式(4−4)及び(4−6)中、R18は、それぞれ独立に、酸素原子またはメチレン基を示す。
一般式(4−1)中のR12〜R14で示される炭素数1〜4のアルキル基としては、例えば、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−ブチル基などを挙げることができる。
一般式(4−1)中のR12〜R14で示される、炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基、及び、R13及びR14が相互に結合してそれぞれが結合している炭素原子とともに形成される炭素数4〜20の2価の脂環式炭化水素基としては、例えば、アダマンタン骨格、ノルボルナン骨格、トリシクロデカン骨格、テトラシクロドデカン骨格などの有橋式骨格や、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骨格を有する基;これらの基を、例えば、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−ブチル基などの炭素数1〜10の直鎖状、分岐状または環状のアルキル基の1種または1個以上で置換した基などの脂環式骨格を有する基がある。
これらの脂環式炭化水素基のうち、アダマンタン骨格を有するもの、ビシクロ[2.2.1]ヘプタン骨格を有するもの、シクロペンチル骨格を有するもの、シクロヘキシル骨格を有するもの、シクロヘプチル骨格を有するもの、シクロオクチル骨格を有するものが好ましい。
一般式(4−1)中の「−CR121314」としては、具体的には、t−ブチル基、1−n−(1−エチル−1−メチル)プロピル基、1−n−(1,1−ジメチル)プロピル基、1−n−(1,1−ジメチル)ブチル基、1−n−(1,1−ジメチル)ペンチル基、1−(1,1−ジエチル)プロピル基、1−n−(1,1−ジエチル)ブチル基、1−n−(1,1−ジエチル)ペンチル基、1−(1−メチル)シクロペンチル基、1−(1−エチル)シクロペンチル基、1−(1−n−プロピル)シクロペンチル基、1−(1−i−プロピル)シクロペンチル基、1−(1−メチル)シクロヘキシル基、1−(1−エチル)シクロヘキシル基、1−(1−n−プロピル)シクロヘキシル基、1−(1−i−プロピル)シクロヘキシル基、1−{1−メチル−1−(2−ノルボルニル)}エチル基、1−{1−メチル−1−(2−テトラシクロデカニル)}エチル基、1−{1−メチル−1−(1−アダマンチル)}エチル基、2−(2−メチル)ノルボルニル基、2−(2−エチル)ノルボルニル基、2−(2−n−プロピル)ノルボルニル基、2−(2−i−プロピル)ノルボルニル基、2−(2−メチル)テトラシクロデカニル基、2−(2−エチル)テトラシクロデカニル基、2−(2−n−プロピル)テトラシクロデカニル基、2−(2−i−プロピル)テトラシクロデカニル基、2−(2−メチル)アダマンチル基、2−(2−エチル)アダマンチル基、2−(2−n−プロピル)アダマンチル基、2−(2−i−プロピル)アダマンチル基や、これらの脂環族環からなる基を、例えば、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−ブチル基などの炭素数1〜4の直鎖状、分岐状または環状のアルキル基の1種以上或いは1個以上で置換した基などを挙げることができる。
繰り返し単位(II)を形成するための単量体としては、例えば、(メタ)アクリル酸2−メチルアダマンチル−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸2−メチル−3−ヒドロキシアダマンチル−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸2−エチルアダマンチル−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸2−エチル−3−ヒドロキシアダマンチル−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸2−n−プロピルアダマンチル−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸2−イソプロピルアダマンチル−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−2−メチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−2−エチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−8−メチルトリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イルエステル、(メタ)アクリル酸−8−エチルトリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イルエステル、
(メタ)アクリル酸−4−メチルテトラシクロ[6.2.13,6.02,7]ドデカン−4−イルエステル、(メタ)アクリル酸−4−エチルテトラシクロ[6.2.13,6.02,7]ドデカン−4−イルエステル、(メタ)アクリル酸1−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1−メチルエチルエステル、(メタ)アクリル酸1−(トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イル)−1−メチルエチルエステル、(メタ)アクリル酸1−(テトラシクロ[6.2.13,6.02,7]ドデカン−4−イル)−1−メチルエチルエステル、(メタ)アクリル酸1−(アダマンタン−1−イル)−1−メチルエチルエステル、(メタ)アクリル酸1−(3−ヒドロキシアダマンタン−1−イル)−1−メチルエチルエステル、(メタ)アクリル酸1,1−ジシクロヘキシルエチルエステイル、(メタ)アクリル酸1,1−ジ(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)エチルエステル、(メタ)アクリル酸1,1−ジ(トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イル)エチルエステル、(メタ)アクリル酸1,1−ジ(テトラシクロ[6.2.13,6.02,7]ドデカン−4−イル)エチルエステル、(メタ)アクリル酸1,1−ジ(アダマンタン−1−イル)エチルエステル、(メタ)アクリル酸1−メチル−1−シクロペンチルエステル、(メタ)アクリル酸1−エチル−1−シクロペンチルエステル、(メタ)アクリル酸1−メチル−1−シクロヘキシルエステル、(メタ)アクリル酸1−エチル−1−シクロヘキシルエステルなどを挙げることができる。
これらの単量体の中でも、(メタ)アクリル酸2−メチルアダマンチル−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸2−エチルアダマンチル−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−2−メチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−2−エチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸1−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1−メチルエチルエステル、(メタ)アクリル酸1−(アダマンタン−1−イル)−1−メチルエチルエステル、(メタ)アクリル酸1−メチル−1−シクロペンチルエステル、(メタ)アクリル酸1−エチル−1−シクロペンチルエステル、(メタ)アクリル酸1−メチル−1−シクロヘキシルエステル、(メタ)アクリル酸1−エチル−1−シクロヘキシルエステルが好ましい。
一般式(4−2)中のR15で示される炭素数1〜4の置換基を有してもよいアルキル基としては、例えば、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−ブチル基などを挙げることができる。
繰り返し単位(II)の含有割合は、(A)重合体の全繰り返し単位を100モル%とした場合、15〜85モル%であることが好ましく、25〜75モル%であることが更に好ましく、35〜60モル%であることが特に好ましい。上記含有割合が15モル%未満であると、溶解した後のコントラスト(即ち、現像液に溶解する部分と、溶解しない部分とのコントラスト)が損なわれ、パターン形状が低下する(即ち、断面が矩形のレジストパターンを得ることができない)おそれがある。一方、85モル%超であると、基板との密着性が十分に得られなくなり、得られたレジストパターンが基板から剥がれてしまうおそれがある。
[1−1−1b−2]繰り返し単位(III):
その他の繰り返し単位(a)のうちの繰り返し単位(III)は、以下に示す単量体に由来する繰り返し単位である。即ち、上記単量体としては、例えば、(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などを挙げることができる。
繰り返し単位(III)の含有割合は、(A)重合体の全繰り返し単位を100モル%とした場合、10〜50モル%であることが好ましく、20〜40モル%であることが更に好ましい。上記含有割合が10モル%未満であると、基板との密着性が不十分となりパターンが剥がれてしまう場合がある。一方、50モル%超であると、アルカリ現像液への溶解性が不十分となり現像欠陥が増加してしまう場合がある。
[1−1−1b−3]繰り返し単位(IV):
その他の繰り返し単位(a)のうちの繰り返し単位(IV)としては、脂環式炭化水素基を有する繰り返し単位を挙げることができる。
脂環式炭化水素基を有する繰り返し単位としては、例えば、下記一般式(5)で表される繰り返し単位などを挙げることができる。
Figure 0005581726
(一般式(5)中、Rは、水素原子、低級アルキル基、またはハロゲン化低級アルキル基を示す。R19は、炭素数4〜20の脂環式炭化水素基を示す。)
一般式(5)中のR19で示される炭素数4〜20の脂環式炭化水素基としては、例えば、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、ビシクロ[2.2.1]ヘプタン、ビシクロ[2.2.2]オクタン、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン、テトラシクロ[6.173,6.02,7]ドデカン、トリシクロ[3.3.1.13,7]デカンなどのシクロアルカン類に由来する脂環族環からなる炭化水素基を挙げることができる。
これらのシクロアルカン由来の脂環族環は、置換基を有していてもよく、例えば、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−ブチル基などの炭素数1〜4の直鎖状、分岐状または環状のアルキル基の1種以上或いは1個以上で置換してもよい。これらは、上記アルキル基によって置換されたものに限定されず、ヒドロキシル基、シアノ基、炭素数1〜10のヒドロキシアルキル基、カルボキシル基、酸素で置換されたものであってもよい。
繰り返し単位(IV)を形成するための単量体としては、例えば、(メタ)アクリル酸−ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−ビシクロ[2.2.2]オクタ−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−トリシクロ[5.2.1.02,6]デカ−7−イルエステル、(メタ)アクリル酸−テトラシクロ[6.173,6.02,7]ドデカ−9−イルエステル、(メタ)アクリル酸−トリシクロ[3.3.1.13,7]デカ−1−イルエステル、(メタ)アクリル酸−トリシクロ[3.3.1.13,7]デカ−2−イルエステルなどを挙げることができる。
繰り返し単位(IV)の含有割合は、(A)重合体の全繰り返し単位を100モル%とした場合に、30モル%以下であることが好ましく、25モル%以下であることが更に好ましい。上記含有割合が30モル%超であると、レジストパターン形状が悪化したり、解像度が低下するおそれがある。
[1−1−1b−4]繰り返し単位(V):
その他の繰り返し単位(a)のうちの繰り返し単位(V)としては、下記一般式(6)で表される繰り返し単位を挙げることができる。
Figure 0005581726
(一般式(6)中、Rは、水素原子、低級アルキル基、またはハロゲン化低級アルキル基を示す。R20は、2価の有機基を示す。)
一般式(6)中のR20で示される2価の有機基は、2価の炭化水素基であることが好ましく、鎖状または環状の炭化水素基が更に好ましく、アルキレングリコール基であってもよいし、アルキレンエステル基であってもよい。
20で示される2価の有機基としては、具体的には、メチレン基、エチレン基、1,3−プロピレン基若しくは1,2−プロピレン基などのプロピレン基、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、または、2−プロピリデン基などの飽和鎖状炭化水素基、1,3−シクロブチレン基などのシクロブチレン基、1,3−シクロペンチレン基などのシクロペンチレン基、1,4−シクロヘキシレン基などのシクロヘキシレン基、1,5−シクロオクチレン基などのシクロオクチレン基などの炭素数3〜10のシクロアルキレン基などの単環式炭化水素環基、1,4−ノルボルニレン基若しくは2,5−ノルボルニレン基などのノルボルニレン基、1,5−アダマンチレン基、2,6−アダマンチレン基などのアダマンチレン基などの2〜4環式炭素数4〜30の炭化水素環基などの架橋環式炭化水素環基などを挙げることができる。
なお、R20として2価の脂肪族環状炭化水素基を含む場合には、ビストリフルオロメチル−ヒドロキシ−メチル基と、上記2価の脂肪族環状炭化水素基との間にスペーサーとして炭素数1〜4のアルキレン基を配置することが好ましい。また、R20で示される2価の有機基としては、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、プロピレン基も好ましい。
繰り返し単位(V)を形成するための単量体としては、例えば、(メタ)アクリル酸(1,1,1−トリフルオロ−2−トリフルオロメチル−2−ヒドロキシ−3−プロピル)エステル、(メタ)アクリル酸(1,1,1−トリフルオロ−2−トリフルオロメチル−2−ヒドロキシ−4−ブチル)エステル、(メタ)アクリル酸(1,1,1−トリフルオロ−2−トリフルオロメチル−2−ヒドロキシ−5−ペンチル)エステル、(メタ)アクリル酸(1,1,1−トリフルオロ−2−トリフルオロメチル−2−ヒドロキシ−4−ペンチル)エステル、(メタ)アクリル酸2−{[5−(1’,1’,1’−トリフルオロ−2’−トリフルオロメチル−2’−ヒドロキシ)プロピル]ビシクロ[2.2.1]ヘプチル}エステル、(メタ)アクリル酸3−{[8−(1’,1’,1’−トリフルオロ−2’−トリフルオロメチル−2’−ヒドロキシ)プロピル]テトラシクロ[6.173,6.02,7]ドデシル}エステルなどを挙げることができる。
繰り返し単位(V)の含有割合は、(A)重合体の全繰り返し単位を100モル%とした場合に、30モル%以下であることが好ましく、25モル%以下であることが更に好ましい。上記含有割合が30モル%超であると、形成されたフォトレジスト膜がアルカリ現像液により膨潤し易くなるおそれがある。
[1−1−1b−5]繰り返し単位(VI):
その他の繰り返し単位(a)のうちの繰り返し単位(VI)としては、芳香族化合物に由来する繰り返し単位を挙げることができる。
芳香族化合物に由来する繰り返し単位を形成するための単量体としては、例えば、スチレン、α−メチルスチレン、2−メチルスチレン、3−メチルスチレン、4−メチルスチレン、2−メトキシスチレン、3−メトキシスチレン、4−メトキシスチレン、4−(2−t−ブトキシカルボニルエチルオキシ)スチレン2−ヒドロキシスチレン、3−ヒドロキシスチレン、4−ヒドロキシスチレン、2−ヒドロキシ−α−メチルスチレン、3−ヒドロキシ−α−メチルスチレン、4−ヒドロキシ−α−メチルスチレン、2−メチル−3−ヒドロキシスチレン、4−メチル−3−ヒドロキシスチレン、5−メチル−3−ヒドロキシスチレン、2−メチル−4−ヒドロキシスチレン、3−メチル−4−ヒドロキシスチレン、3,4−ジヒドロキシスチレン、2,4,6−トリヒドロキシスチレン、4−t−ブトキシスチレン、4−t−ブトキシ−α−メチルスチレン、4−(2−エチル−2−プロポキシ)スチレン、4−(2−エチル−2−プロポキシ)−α−メチルスチレン、4−(1−エトキシエトキシ)スチレン、4−(1−エトキシエトキシ)−α−メチルスチレン、(メタ)アクリル酸フェニル、(メタ)アクリル酸ベンジル、アセナフチレン、5−ヒドロキシアセナフチレン、1−ビニルナフタレン、2−ビニルナフタレン、2−ヒドロキシ−6−ビニルナフタレン、1−ナフチル(メタ)アクリレート、2−ナフチル(メタ)アクリレート、1−ナフチルメチル(メタ)アクリレート、1−アントリル(メタ)アクリレート、2−アントリル(メタ)アクリレート、9−アントリル(メタ)アクリレート、9−アントリルメチル(メタ)アクリレート、1−ビニルピレンなどを挙げることができる。
繰り返し単位(VI)の含有割合は、(A)重合体の全繰り返し単位を100モル%とした場合に、40モル%以下であることが好ましく、30モル%以下であることが更に好ましい。上記含有割合が40モル%超であると、形成したフォトレジスト膜における、放射線の透過率が低くなるため、パターンプロファイルが悪化する(現像後のパターン形状が矩形にならない)おそれがある。
なお、上記各繰り返し単位(II)〜(VI)は、それぞれ、1種単独で含有されていてもよいし、2種以上含有されていてもよい。
[1−1−2]酸解離性基:
酸解離性基とは、ヒドロキシル基、カルボキシル基などの極性官能基中の水素原子を置換して得られる基であって、酸の存在下で解離する基を意味する。このような酸解離性基としては、具体的には、t−ブトキシカルボニル基、テトラヒドロピラニル基、テトラヒドロフラニル基、(チオテトラヒドロピラニルスルファニル)メチル基、(チオテトラヒドロフラニルスルファニル)メチル基や、アルコキシ置換メチル基、アルキルスルファニル置換メチル基などを挙げることができる。なお、アルコキシ置換メチル基におけるアルコキシル基(置換基)としては、例えば、炭素数1〜4のアルコキシル基がある。また、アルキルスルファニル置換メチル基におけるアルキル基(置換基)としては、例えば、炭素数1〜4のアルキル基がある。
更に、酸解離性基としては、一般式「−C(R)」で表される基を挙げることができる。なお、3つのRは、相互に独立に、炭素数1〜4の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基若しくはそれから誘導される基を示すか、または、いずれか2つのRが相互に結合して、それぞれが結合している炭素原子とともに炭素数4〜20の2価の脂環式炭化水素基若しくはそれから誘導される基を形成し、残りの1つのRが、炭素数1〜4の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基若しくはそれから誘導される基を示す。
一般式「−C(R)」で表される基中のRで示される炭素数1〜4の直鎖状または分岐状のアルキル基としては、例えば、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−ブチル基などを挙げることができる。
一般式「−C(R)」で表される基中のRで示される炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基としては、例えば、ノルボルナン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカン、アダマンタンや、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などに由来する脂環族環からなる基などを挙げることができる。そして、上記脂環式炭化水素基から誘導される基としては、上述の1価の脂環式炭化水素基を、例えば、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−ブチル基などの炭素数1〜4の直鎖状、分岐状または環状のアルキル基の1種以上或いは1個以上で置換した基などを挙げることができる。
これらの中でも、Rで示される炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基は、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、シクロペンタンまたはシクロヘキサンに由来する脂環族環からなる脂環式炭化水素基、この脂環式炭化水素基をアルキル基で置換した基が好ましい。
一般式「−C(R)」で表される基中のRで示される、いずれか2つのRが相互に結合して、それぞれが結合している炭素原子(酸素原子に結合している炭素原子)とともに形成する炭素数4〜20の2価の脂環式炭化水素基としては、例えば、シクロブチレン基、シクロペンチレン基、シクロヘキシレン基、シクロオクチレン基などのような単環式炭化水素基、ノルボルニレン基、トリシクロデカニレン基、テトラシクロデカニレン基のような多環式炭化水素基、アダマンチレン基のような架橋多環式炭化水素基を挙げることができる。
そして、一般式「−C(R)」で表される基中のRで示される、いずれか2つのRが相互に結合して、それぞれが結合している炭素原子とともに炭素数4〜20の2価の脂環式炭化水素基から誘導される基としては、上述の2価の脂環式炭化水素基を、例えば、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−ブチル基などの炭素数1〜4の直鎖状、分岐状または環状のアルキル基の1種以上或いは1個以上で置換した基などを挙げることができる。
これらの中でも、シクロペンチレン基、シクロヘキシレン基などのような単環式炭化水素基や、この2価の脂環式炭化水素基(単環式炭化水素基)をアルキル基で置換した基が好ましい。
ここで、一般式「−C(R)」で表される基としては、具体的には、t−ブチル基、1−n−(1−エチル−1−メチル)プロピル基、1−n−(1,1−ジメチル)プロピル基、1−n−(1,1−ジメチル)ブチル基、1−n−(1,1−ジメチル)ペンチル基、1−(1,1−ジエチル)プロピル基、1−n−(1,1−ジエチル)ブチル基、1−n−(1,1−ジエチル)ペンチル基、1−(1−メチル)シクロペンチル基、1−(1−エチル)シクロペンチル基、1−(1−n−プロピル)シクロペンチル基、1−(1−i−プロピル)シクロペンチル基、1−(1−メチル)シクロヘキシル基、1−(1−エチル)シクロヘキシル基、1−(1−n−プロピル)シクロヘキシル基、1−(1−i−プロピル)シクロヘキシル基、1−{1−メチル−1−(2−ノルボニル)}エチル基、1−{1−メチル−1−(2−テトラシクロデカニル)}エチル基、1−{1−メチル−1−(1−アダマンチル)}エチル基、2−(2−メチル)ノルボニル基、2−(2−エチル)ノルボニル基、2−(2−n−プロピル)ノルボニル基、2−(2−i−プロピル)ノルボニル基、2−(2−メチル)テトラシクロデカニル基、2−(2−エチル)テトラシクロデカニル基、2−(2−n−プロピル)テトラシクロデカニル基、2−(2−i−プロピル)テトラシクロデカニル基、1−(1−メチル)アダマンチル基、1−(1−エチル)アダマンチル基、1−(1−n−プロピル)アダマンチル基、1−(1−i−プロピル)アダマンチル基や、これらの脂環族環からなる基を、例えば、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−ブチル基などの炭素数1〜4の直鎖状、分岐状または環状のアルキル基の1種以上或いは1個以上で置換した基などを挙げることができる。
これらの酸解離性基の中でも、一般式「−C(R)」で表される基、t−ブトキシカルボニル基、アルコキシ置換メチル基が好ましい。
[1−1−3]フッ素原子含有割合:
(A)重合体は、フッ素原子を含有していてもよいし、含有していなくてもよいが、フッ素原子を含有する場合、(C)重合体中のフッ素原子の含有割合よりもフッ素原子の含有割合が小さいものである。(A)重合体中のフッ素原子の含有割合は、(A)重合体の総量を100質量%とした場合に、通常5質量%未満であり、0〜4.9質量%であることが好ましく、0〜4.0質量%であることが更に好ましい。(A)重合体中のフッ素原子の含有割合が(C)重合体よりも小さいことにより、(C)重合体がフォトレジスト膜表層に偏在し易くなる。従って、形成するフォトレジスト膜の表層部分の撥水性を高めることができ、液浸露光時に液浸上層膜を別途形成しなくても良好な撥水性を有するフォトレジスト膜を形成することができるという利点がある。なお、(A)重合体と(C)重合体とのフッ素原子含有割合の差は1質量%以上であることが好ましい。上記差が1質量%以上であると、(C)重合体がフォトレジスト膜表層に偏在し易くなる。
このような(A)重合体に加えて、後述する(C)重合体を含むことによって、液浸露光に特に適したフォトレジスト膜を形成可能な感放射線性樹脂組成物を得ることができる。具体的には、(A)重合体がフッ素原子を含有する場合、上述したように、(A)重合体中のフッ素原子の含有割合は、(C)重合体中のフッ素原子の含有割合よりも小さい。フッ素原子の含有割合が、(C)重合体よりも(A)重合体の方が小さいと、フォトレジスト膜を形成したときに、(C)重合体の撥油性に起因して、フォトレジスト膜の表面において(C)重合体の分布が高くなる傾向がある。即ち、(C)重合体が、フォトレジスト膜表層(液浸露光用液体を配置する側)に偏在する。従って、フォトレジスト膜と液浸媒体を遮断することを目的とした上層膜を別途形成する必要がなく、液浸露光法に好適に用いることができる。ここで、本明細書においてフッ素原子の含有割合は、13C−NMRにより測定した値である。
(A)重合体のゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)法による重量平均分子量(Mw)は、特に限定されないが、1,000〜100,000であることが好ましく、1,000〜30,000であることが更に好ましく、1,000〜20,000であることが特に好ましい。上記Mwが1,000未満であると、形成したフォトレジスト膜の耐熱性が低下するおそれがある。一方、100,000超であると、形成したフォトレジスト膜の現像性が低下するおそれがある。また、MwとGPC法による数平均分子量(Mn)との比(Mw/Mn)は、通常1〜5であり、1〜3であることが好ましい。
また、(A)重合体中の、(A)重合体を調製する際に用いられる単量体由来の低分子量成分の固形分換算における含有割合は、(A)重合体の総量を100質量%とした場合に、0.1質量%以下であることが好ましく、0.07質量%以下であることが更に好ましく、0.05質量%以下であることが特に好ましい。上記含有割合が0.1質量%以下であると、液浸露光時において液浸露光用液体に溶出してしまう溶出物の量を少なくすることができる。更に、保管時における異物の発生を防止することができ、塗布時における塗布ムラの発生を防止することができるため、レジストパターン形成時における欠陥の発生を十分に抑制することができる。
上記単量体由来の低分子量成分とは、Mw500以下の成分のことであり、例えば、モノマー、ダイマー、トリマー、オリゴマーなどを挙げることができる。このMw500以下の成分の除去方法(即ち、(A)重合体の精製方法)としては、例えば、水洗、液々抽出などの化学的精製法や、これらの化学的精製法と限外ろ過、遠心分離などの物理的精製法とを組み合わせた方法などを挙げることができる。なお、(A)重合体中の上記単量体由来の低分子量成分は、高速液体クロマトグラフィ(HPLC)により検出することができる。
更に、(A)重合体は、ハロゲン、金属などの不純物の含有量が少ないほど好ましい。上記不純物の含有量が少ないと、形成されるフォトレジスト膜の感度、解像度、プロセス安定性を更に改善することができ、良好なレジストパターン形状を得ることができる。
(A)重合体は、例えば、上述した各繰り返し単位を形成するための単量体(重合性不飽和単量体)を、ヒドロパーオキシド類、ジアルキルパーオキシド類、ジアシルパーオキシド類、アゾ化合物などのラジカル重合開始剤を使用し、必要に応じて連鎖移動剤の存在下、適当な溶媒中で重合することにより製造することができる。
上記重合に使用される溶媒としては、例えば、n−ペンタン、n−ヘキサン、n−ヘプタン、n−オクタン、n−ノナン、n−デカンなどのアルカン類;シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、デカリン、ノルボルナンなどのシクロアルカン類;ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、クメンなどの芳香族炭化水素類;クロロブタン類、ブロモヘキサン類、ジクロロエタン類、ヘキサメチレンジブロミド、クロロベンゼンなどのハロゲン化炭化水素類;酢酸エチル、酢酸n−ブチル、酢酸i−ブチル、プロピオン酸メチルなどの飽和カルボン酸エステル類;アセトン、2−ブタノン、4−メチル−2−ペンタノン、2−ヘプタノンなどのケトン類;テトラヒドロフラン、ジメトキシエタン類、ジエトキシエタン類などのエーテル類;メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、4−メチル−2−ペンタノールなどのアルコール類等を挙げることができる。これらの溶媒は、単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができる。
重合における反応温度は、通常、40〜150℃であり、50〜120℃であることが好ましい。反応時間は、通常、1〜48時間であり、1〜24時間であることが好ましい。
[1−2](B)感放射線性酸発生剤:
(B)感放射線性酸発生剤は、放射線などの光の照射(以下、「露光」と記す場合がある)により酸を発生するものである。そして、露光により(B)酸発生剤から発生した酸の作用によって、(A)重合体中に存在する酸解離性基を(A)重合体から解離させる。そして、酸解離性基が解離した(A)重合体は、アルカリ可溶性になる。即ち、フォトレジスト膜の露光部がアルカリ現像液に易溶性となる。そのため、アルカリ現像液によって現像することで、ポジ型のレジストパターンを形成することができる。このような(B)酸発生剤としては、例えば、特開2009−134088号公報の段落[0080]〜[0113]に記載されている化合物などを挙げることができる。
(B)酸発生剤としては、具体的には、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、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、トリ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、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、トリフェニルスルホニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、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、4−ヒドロキシ−1−ナフチ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、
4−ヒドロキシ−1−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、4−ヒドロキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、4−ヒドロキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、1−(1−ナフチルアセトメチル)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、1−(1−ナフチルアセトメチル)テトラヒドロチオフェニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、1−(1−ナフチルアセトメチル)テトラヒドロチオフェニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、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トリフルオロメタンスルホネート、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ノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、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パーフルオロ−n−オクタンスルホネート、
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、N−ヒドロキシスクシイミドトリフルオロメタンスルホネート、N−ヒドロキシスクシイミドノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、N−ヒドロキシスクシイミドパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、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が好ましい。なお、(B)酸発生剤は、1種単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができる。
(B)酸発生剤の含有量は、(A)重合体100質量部に対して、0.1〜30質量部であることが好ましく、2〜27質量部であることが更に好ましく、5〜25質量部であることが特に好ましい。上記含有量が0.1質量部未満であると、形成したフォトレジスト膜の感度及び解像度が低下するおそれがある。一方、30質量部超であると、形成したフォトレジスト膜の塗布性及びパターン形状が低下するおそれがある。
[1−3](C)重合体:
(C)重合体は、本発明の感放射線性樹脂組成物における高分子添加剤として含まれる成分であり、フッ素原子を含有する重合体である。このような重合体を含むことによって、形成されるフォトレジスト膜の撥水性が良好になり、液浸露光工程において液浸上層膜を形成しなくてもよいという利点がある。また、(A)重合体と(C)重合体とを含むことによって、(C)重合体がフォトレジスト膜表層に偏在し、良好な撥水性が得られる。
(C)重合体は、上述したように、分子中にフッ素原子を含む限り特に制限はないが、下記一般式(2−1)で表される繰り返し単位(以下、「繰り返し単位(2−1)」と記す場合がある)、下記一般式(2−2)で表される繰り返し単位(以下、「繰り返し単位(2−2)」と記す場合がある)、及び、下記一般式(2−3)で表される繰り返し単位(以下、「繰り返し単位(2−3)」と記す場合がある)からなる群より選択される少なくとも1種の繰り返し単位を有していることが好ましい。これらの繰り返し単位を有することによって、フォトレジスト膜中の(B)酸発生剤や酸拡散制御剤などが、液浸露光用液体中に溶出してしまうことを抑制することができる。更に、フォトレジスト膜と液浸露光用液体との後退接触角が向上する(大きくなる)ため、フォトレジスト膜上に、液浸露光用液体に由来する水滴が残り難く、液浸露光を行うことに起因する欠陥の発生を抑制することができる。
Figure 0005581726
(一般式(2−1)〜(2−3)中、Rは、水素原子、低級アルキル基、またはハロゲン化低級アルキル基を示す。一般式(2−1)中、Rは炭素数1〜30のフッ素化アルキル基を示す。一般式(2−2)中、Rは、単結合または(g+1)価の連結基を示し、gは1〜3の整数である。一般式(2−3)中、Rは2価の連結基を示す。一般式(2−2)及び一般式(2−3)中、Rは、水素原子、酸解離性基、またはアルカリ解離性基を示し、R10は、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子、または炭素数1〜10のフッ素化アルキル基を示す。但し、全てのR10が水素原子である場合はない。)
[1−3−1]一般式(2−1)で表される繰り返し単位:
一般式(2−1)中のRで示される低級アルキル基としては、例えば、メチル基などを挙げることができる。一般式(2−1)中のRで示されるハロゲン化低級アルキル基としては、例えば、トリフルオロメチル基などを挙げることができる。
一般式(2−1)中のRで示される炭素数1〜30のフッ素化アルキル基としては、少なくとも1つ以上のフッ素原子で置換された炭素数1〜6の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、少なくとも1つ以上のフッ素原子で置換された炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基若しくはそれから誘導される基を挙げることができる。
そして、少なくとも1つ以上のフッ素原子で置換された炭素数1〜6の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、1−プロピル基、2−プロピル基、1−ブチル基、2−ブチル基、2−(2−メチルプロピル)基、1−ペンチル基、2−ペンチル基、3−ペンチル基、1−(2−メチルブチル)基、1−(3−メチルブチル)基、2−(2−メチルブチル)基、2−(3−メチルブチル)基、ネオペンチル基、1−ヘキシル基、2−ヘキシル基、3−ヘキシル基、1−(2−メチルペンチル)基、1−(3−メチルペンチル)基、1−(4−メチルペンチル)基、2−(2−メチルペンチル)基、2−(3−メチルペンチル)基、2−(4−メチルペンチル)基、3−(2−メチルペンチル)基、3−(3−メチルペンチル)基などの直鎖状若しくは分岐状のアルキル基の部分フッ素化或いはパーフルオロアルキル基などを挙げることができる。
また、少なくとも1つ以上のフッ素原子で置換された炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基若しくはそれから誘導される基としては、例えば、シクロペンチル基、シクロペンチルメチル基、1−(1−シクロペンチルエチル)基、1−(2−シクロペンチルエチル)基、シクロヘキシル基、シクロヘキシルメチル基、1−(1−シクロヘキシルエチル)基、1−(2−シクロヘキシルエチル基)、シクロヘプチル基、シクロヘプチルメチル基、1−(1−シクロヘプチルエチル)基、1−(2−シクロヘプチルエチル)基、2−ノルボルニル基などの脂環式アルキル基の部分フッ素化或いはパーフルオロアルキル基などを挙げることができる。
一般式(2−1)で表される繰り返し単位を形成するための単量体としては、例えば、トリフルオロメチル(メタ)アクリル酸エステル、2,2,2−トリフルオロエチル(メタ)アクリル酸エステル、パーフルオロエチル(メタ)アクリル酸エステル、パーフルオロn−プロピル(メタ)アクリル酸エステル、パーフルオロi−プロピル(メタ)アクリル酸エステル、パーフルオロn−ブチル(メタ)アクリル酸エステル、パーフルオロi−ブチル(メタ)アクリル酸エステル、パーフルオロt−ブチル(メタ)アクリル酸エステル、2−(1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロピル)(メタ)アクリル酸エステル、1−(2,2,3,3,4,4,5,5−オクタフルオロペンチル)(メタ)アクリル酸エステル、パーフルオロシクロヘキシルメチル(メタ)アクリル酸エステル、1−(2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピル)(メタ)アクリル酸エステル、1−(3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,10−ヘプタデカフルオロデシル)(メタ)アクリル酸エステル、1−(5−トリフルオロメチル−3,3,4,4,5,6,6,6−オクタフルオロヘキシル)(メタ)アクリル酸エステルなどを挙げることができる。
繰り返し単位(2−1)の含有割合は、(C)重合体の全繰り返し単位を100モル%とした場合に、20〜90モル%であることが好ましく、20〜80モル%であることが更に好ましく、20〜70モル%であることが特に好ましい。上記含有割合が上記範囲内であると、形成したフォトレジスト膜における撥水性と現像液に対する親和性とのバランスが良好になるという利点がある。
[1−3−2]一般式(2−2)で表される繰り返し単位:
一般式(2−2)中のRで示される(g+1)価の連結基としては、具体的には、炭素数が1〜30で(g+1)価の炭化水素基や、これらの炭化水素基と、酸素原子、硫黄原子、イミノ基、カルボニル基、−CO−O−または−CO−NH−との組み合わせた構造などを挙げることができる。そして、gは、1〜3の整数であり、gが2または3の場合、一般式(2−2)中の下記一般式(2−2a)で表される構造は互いに独立である。
Figure 0005581726
炭素数が1〜30で(g+1)価の炭化水素基のうち、鎖状構造のRとしては、例えば、メタン、エタン、プロパン、ブタン、2−メチルプロパン、ペンタン、2−メチルブタン、2,2−ジメチルプロパン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカンなどの炭素数1〜10の鎖状炭化水素から水素原子を(g+1)個取り除いて得られる構造を挙げることができる。
また、環状構造のRとしては、例えば、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、ビシクロ[2.2.1]ヘプタン、ビシクロ[2.2.2]オクタン、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン、トリシクロ[3.3.1.13,7]デカンなどの炭素数4〜20の脂環式炭化水素から水素原子を(g+1)個取り除いて得られる構造;ベンゼン、ナフタレンなどの炭素数6〜30の芳香族炭化水素から水素原子を(g+1)個取り除いて得られる構造を挙げることができる。
について、炭化水素基と、酸素原子、硫黄原子、イミノ基、カルボニル基、−CO−O−または−CO−NH−との組み合わせた構造としては、例えば、下記一般式で表される構造などを挙げることができる。なお、下記一般式中、R21は、それぞれ独立に、単結合、炭素数1〜10で2価の鎖状炭化水素基、炭素数4〜20で2価の環状炭化水素基または炭素数6〜30で2価の芳香族炭化水素基を示す。gは1〜3の整数である。
Figure 0005581726
上記一般式中のR21で示される、炭素数1〜10で2価の鎖状炭化水素基としては、例えば、メタン、エタン、プロパン、ブタン、2−メチルプロパン、ペンタン、2−メチルブタン、2,2−ジメチルプロパン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカンなどに由来する基などを挙げることができる。炭素数4〜20で2価の環状炭化水素基としては、例えば、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、ビシクロ[2.2.1]ヘプタン、ビシクロ[2.2.2]オクタン、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン、トリシクロ[3.3.1.13,7]デカンなどに由来する基などを挙げることができる。炭素数6〜30で2価の芳香族炭化水素基としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、クメンなどに由来する基などを挙げることができる。また、R61は置換基を有していてもよく、置換基としては、例えば、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−ブチル基などの炭素数1〜4の直鎖状、分岐状または環状のアルキル基を挙げることができる。
一般式(2−2)中のRで示される酸解離性基としては、上述した(A)重合体中の酸解離性基と同様のものを例示することができる。このような酸解離性基を有すると、露光された部分に存在する(C)重合体の溶解性を向上させることができる。これは、後述のレジストパターン形成方法における露光工程において発生した酸と(C)重合体の酸解離性基が反応して極性基を生じるためであると考えられる。
一般式(2−2)中のRで示されるアルカリ解離性基は、例えば、ヒドロキシル基、カルボキシル基などの極性官能基中の水素原子を置換することで得られる基であって、アルカリの存在下で解離する基のことである。このようなアルカリ解離性基としては、上記性質を示すものであれば特に限定されないが、下記一般式(2−2a1)で表される基などを挙げることができる。
Figure 0005581726
(一般式(2−2a1)中、R22は、少なくとも一つの水素原子がフッ素原子に置換された、炭素数が1〜10の炭化水素基を示す。)
一般式(2−2a1)中のR22としては、炭化水素基の水素原子の全部がフッ素原子に置換された直鎖状または分岐状で炭素数1〜10のパーフルオロアルキル基が好ましく、トリフルオロメチル基が更に好ましい。
繰り返し単位(2−2)としては、具体的には、下記一般式(7−1)で表される繰り返し単位、下記一般式(7−2)で表される繰り返し単位などを挙げることができる。
Figure 0005581726
(一般式(7−1)及び(7−2)中、Rは、水素原子、低級アルキル基、またはハロゲン化低級アルキル基を示し、R24は、水素原子、酸解離性基、またはアルカリ解離性基を示す。一般式(7−1)中、R23は(g+1)価の連結基を示す。一般式(7−2)中、gは1〜3の整数である。)
上記一般式(7−1)で表される繰り返し単位、及び、下記一般式(7−2)で表される繰り返し単位を形成するための化合物としては、具体的には、下記一般式で表される化合物などを挙げることができる。なお、下記一般式中、Rは、水素原子、低級アルキル基、またはハロゲン化低級アルキル基を示し、R24は、水素原子、酸解離性基、またはアルカリ解離性基を示す。
Figure 0005581726
例えば、上記一般式中のR24が酸解離性基やアルカリ解離性基である化合物は、上記各一般式においてR24が水素原子である化合物を原料として得ることができる。具体的には、R24が上記一般式(2−2a1)で表される化合物を合成する場合、上記各一般式においてR24が水素原子である化合物を、酸の存在下、フルオロカルボン酸と縮合させてエステル化する方法や、塩基の存在下、フルオロカルボン酸ハロゲン化物と縮合させてエステル化する方法などの従来公知の方法により得ることができる。
また、一般式(2−2)中のR10で示される炭素数1〜10のフッ素化アルキル基としては、少なくとも1つ以上のフッ素原子で置換された炭素数1〜6の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、少なくとも1つ以上のフッ素原子で置換された炭素数4〜10の1価の脂環式炭化水素基若しくはそれから誘導される基を挙げることができる。
一般式(2−2)中の下記一般式(2−2b)で表される構造としては、具体的には、下記式(8−1)〜(8−5)で表される構造などを挙げることができる。これらの中でも、下記式(8−5)で表される構造が好ましい。
Figure 0005581726
Figure 0005581726
繰り返し単位(2−2)の含有割合は、(C)重合体の全繰り返し単位を100モル%とした場合に、80モル%以下であることが好ましく、20〜80モル%であることが更に好ましく、30〜70モル%であることが特に好ましい。上記含有割合が上記範囲内であると、形成するフォトレジスト膜における、液浸露光用液体の前進接触角と後退接触角との差を小さくすることができるという利点がある。
[1−3−3]一般式(2−3)で表される繰り返し単位:
一般式(2−3)中のRで示される2価の連結基としては、炭素数が1〜30で2価の炭化水素基を挙げることができる。また、これらの炭化水素基と、硫黄原子、イミノ基、カルボニル基、−CO−O−または−CO−NH−との組み合わせた構造などを挙げることができる。
鎖状構造のRとしては、例えば、メタン、エタン、プロパン、ブタン、2−メチルプロパン、ペンタン、2−メチルブタン、2,2−ジメチルプロパン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカンなどの炭素数1〜10の鎖状炭化水素から水素原子を2個取り除いて得られる構造の2価の炭化水素基などを挙げることができる。
また、環状構造のRとしては、例えば、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、ビシクロ[2.2.1]ヘプタン、ビシクロ[2.2.2]オクタン、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン、トリシクロ[3.3.1.13,7]デカンなどの炭素数4〜20の脂環式炭化水素から水素原子を2個取り除いて得られる構造の2価の炭化水素基;ベンゼン、ナフタレンなどの炭素数6〜30の芳香族炭化水素から水素原子を2個取り除いて得られる構造の2価の炭化水素基などを挙げることができる。
一般式(2−3)中のR10で示される炭素数1〜10のフッ素化アルキル基としては、少なくとも1つ以上のフッ素原子で置換された炭素数1〜6の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、少なくとも1つ以上のフッ素原子で置換された炭素数4〜10の1価の脂環式炭化水素基若しくはそれから誘導される基を挙げることができる。
一般式(2−3)中のRとしては、具体的には、下記一般式(2−3a1)〜(2−3a3)で表される基などを挙げることができる。なお、一般式(2−3a1)及び(2−3a2)中、R25は、ハロゲン原子、炭素数1〜10のアルキル基、アルコキシル基、アシル基、またはアシロキシ基を示し、複数のR25が存在する場合、各R25は同一でも異なっていてもよい。mは0〜5の整数を示し、mは0〜4の整数を示す。一般式(2−3a3)中、R26及びR27はそれぞれ独立に水素原子または炭素数1〜10のアルキル基を示し、R26及びR27が互いに結合して炭素数4〜20の脂環式構造を形成してもよい。
Figure 0005581726
Figure 0005581726
Figure 0005581726
一般式(2−3a2)中のR25で示されるハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子などを挙げることができる。これらのうち、フッ素原子が好ましい。
一般式(2−3a2)中のR25で示される炭素数1〜10のアルキル基、アルコキシ基、アシル基、アシロキシ基としては、具体的には、メチル基、メトキシ基、アセチル基などを挙げることができる。
一般式(2−3a3)中のR26またはR27で示される炭素数1〜10のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基などを挙げることができる。
また、一般式(2−3a3)中のR26及びR27が互いに結合してそれぞれが結合する炭素原子とともに形成する脂環式構造としては、例えば、シクロペンチル基、シクロペンチルメチル基、1−(1−シクロペンチルエチル)基、1−(2−シクロペンチルエチル)基、シクロヘキシル基、シクロヘキシルメチル基、1−(1−シクロヘキシルエチル)基、1−(2−シクロヘキシルエチル基)、シクロヘプチル基、シクロヘプチルメチル基、1−(1−シクロヘプチルエチル)基、1−(2−シクロヘプチルエチル)基、2−ノルボルニル基などを挙げることができる。
一般式(2−3a3)で表される基としては、具体的には、メチル基、エチル基、1−プロピル基、2−プロピル基、1−ブチル基、2−ブチル基、1−ペンチル基、2−ペンチル基、3−ペンチル基、1−(2−メチルブチル)基、1−(3−メチルブチル)基、2−(3−メチルブチル)基、ネオペンチル基、1−ヘキシル基、2−ヘキシル基、3−ヘキシル基、1−(2−メチルペンチル)基、1−(3−メチルペンチル)基、1−(4−メチルペンチル)基、2−(3−メチルペンチル)基、2−(4−メチルペンチル)基、3−(2−メチルペンチル)基などを挙げることができる。これらの中でも、メチル基、エチル基、1−プロピル基、2−プロピル基、1−ブチル基、2−ブチル基が好ましい。
繰り返し単位(2−3)としては、具体的には、下記一般式(2−3−1)で表されるものなどを挙げることができる。
Figure 0005581726
(一般式(2−3−1)中、Rは、水素原子、低級アルキル基、またはハロゲン化低級アルキル基を示す。Rは2価の連結基を示す。Rは、水素原子、酸解離性基、またはアルカリ解離性基を示す。)
一般式(2−3−1)で表される繰り返し単位を形成するための化合物としては、例えば、下記一般式(2−3−1a)〜(2−3−1d)で表される化合物などを挙げることができる。なお、一般式(2−3−1a)〜(2−3−1d)中、Rは、水素原子、低級アルキル基、またはハロゲン化低級アルキル基を示す。Rは、水素原子、酸解離性基、またはアルカリ解離性基を示す。
Figure 0005581726
上記一般式(2−3−1a)〜(2−3−1d)中のRが酸解離性基やアルカリ解離性基である化合物は、例えば上記各一般式においてRが水素原子である化合物やその誘導体を原料として合成することができる。例えば、Rが上記一般式(2−3a1)〜(2−3a3)で表される基である場合、これらの化合物は、例えば、下記一般式(9−1)で表される化合物と下記式(9−2)〜(9−4)で表される化合物のいずれかとを反応させることによって得ることができる。
Figure 0005581726
(一般式(9−1)中、Rは、水素原子、低級アルキル基、またはハロゲン化低級アルキル基を示す。Rは2価の連結基を示す。R10は、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子、または炭素数1〜10のフッ素化アルキル基を示す。但し、全てのR10が水素原子である場合はない。R28は、水酸基またはハロゲン原子を示す。)
Figure 0005581726
(一般式(9−2)中、R25は、ハロゲン原子、炭素数1〜10のアルキル基、アルコキシル基、アシル基、またはアシロキシ基を示し、複数のR25が存在する場合、各R25は同一でも異なっていてもよい。R29はハロゲン原子を示す。m1は0〜5の整数を示す。)
Figure 0005581726
(一般式(9−3)中、R25は、ハロゲン原子、炭素数1〜10のアルキル基、アルコキシル基、アシル基、またはアシロキシ基を示し、複数のR25が存在する場合、各R25は同一でも異なっていてもよい。R30はハロゲン原子を示す。m2は0〜4の整数を示す。)
Figure 0005581726
(一般式(9−4)中、R26及びR27は、それぞれ独立に、炭素数1〜10のアルキル基を示す。)
一般式(9−2)中のR29で示されるハロゲン原子としては、塩素原子が好ましい。
一般式(9−3)中のR30で示されるハロゲン原子としては、ホウ素原子が好ましい。
一般式(9−4)中のR26またはR27で示される炭素数1〜10のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基などを挙げることができる。
また、一般式(2−3)中のRが上記一般式(2−3a1)〜(2−3a3)で表される基である場合、このような基を有する化合物は、例えば、下記一般式(10−1)で表される化合物と下記一般式(10−2)で表される化合物とを反応させることによっても得ることができる。
Figure 0005581726
(一般式(10−1)中、Rは2価の連結基を示す。Rは、一般式(2−3a1)〜(2−3a3)で表される基を示し、R10は、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子、または炭素数1〜10のフッ素化アルキル基を示す。但し、全てのR10が水素原子である場合はない。)
Figure 0005581726
(一般式(10−2)中、Rは、水素原子、低級アルキル基、またはハロゲン化低級アルキル基を示す。R47は、水酸基またはハロゲン原子を示す。)
繰り返し単位(2−3)の含有割合は、(C)重合体の全繰り返し単位を100モル%とした場合に、50モル%以下であることが好ましく、5〜30モル%であることが更に好ましく、5〜20モル%であることが特に好ましい。上記含有割合が上記範囲内であると、形成したフォトレジスト膜における撥水性と現像液に対する親和性とのバランスが良好になるという利点がある。
なお、(C)重合体は、上述したように、繰り返し単位(2−1)、繰り返し単位(2−2)、及び、繰り返し単位(2−3)からなる群より選択される少なくとも1種の繰り返し単位を有していることが好ましいので、繰り返し単位(2−1)〜(2−3)のいずれか1種を有していてもよいし、2種以上有していてもよいが、2種以上有することが好ましく、繰り返し単位(2−2)と繰り返し単位(2−3)とを有するものであることが更に好ましい。
(C)重合体が、繰り返し単位(2−2)及び繰り返し単位(2−3)の少なくとも一方にアルカリ解離性基を有するものであると、(C)重合体の、現像液に対する親和性を向上させることができる。これは、後述するレジストパターン形成方法の現像工程において、(C)重合体が現像液と反応し、極性基を生じるためであると考えられる。また、一般式(2−2)及び(2−3)中のRが水素原子である場合、繰り返し単位(2−2)及び(2−3)は、極性基であるヒドロキシル基またはカルボキシル基を有することになる。そして、(C)重合体が、このような繰り返し単位を含むと、後述するレジストパターン形成方法の現像工程において、(C)重合体の、現像液に対する親和性を向上させることができる。
[1−3−4]繰り返し単位(i):
(C)重合体は、下記一般式(2−4)で表される基と下記一般式(2−5)で表される基の少なくともいずれかの基を含有する繰り返し単位(但し、上記一般式(2−3)で表される繰り返し単位を除く)(以下、「繰り返し単位(i)」と記す場合がある)を更に有することが好ましい。このような繰り返し単位(i)を更に有することによって、形成したフォトレジスト膜の、現像液に対する溶解性が向上する。
Figure 0005581726
(一般式(2−4)中、R11は、フッ素原子で置換された炭素数1〜10の炭化水素基を示す。)
一般式(2−4)中のR11で示されるフッ素原子で置換された炭素数1〜10の炭化水素基は、炭素数1〜10の炭化水素基における1または2以上の水素原子がフッ素原子に置換されたものであれば特に限定されないが、例えば、トリフルオロメチル基などが好ましい。
繰り返し単位(i)の主鎖骨格は、特に限定されないが、メタクリル酸エステル、アクリル酸エステル、α−トリフルオロアクリル酸エステルなどであることが好ましい。
繰り返し単位(i)としては、例えば、下記一般式(11−1)で表される化合物に由来する繰り返し単位、下記一般式(11−2)で表される化合物に由来する繰り返し単位などを挙げることができる。
Figure 0005581726
(一般式(11−1)及び(11−2)中、Rは、水素原子、低級アルキル基、またはハロゲン化低級アルキル基を示す。R32は、単結合、または炭素数1〜20の2価の直鎖状、分岐状若しくは環状の、飽和若しくは不飽和の炭化水素基を示す。一般式(11−1)中、R31は、フッ素原子で置換された炭素数1〜10の炭化水素基を示す。tは0または1を示す。)
一般式(11−1)及び(11−2)中のR32で示される、炭素数1〜20の2価の直鎖状、分岐状若しくは環状の、飽和若しくは不飽和の炭化水素基としては、一般式(6)中のR20で示される2価の有機基と同様のものを例示することができる。また、一般式(11−1)中のR31で示されるフッ素原子で置換された炭素数1〜10の炭化水素基としては、炭素数1〜10の炭化水素基における1または2以上の水素原子がフッ素原子に置換されたものであれば特に限定されないが、例えば、トリフルオロメチル基などが好ましい。
なお、繰り返し単位(i)を、1種単独でまたは2種以上用いてもよい。
繰り返し単位(i)の含有割合は、(C)重合体の全繰り返し単位を100モル%とした場合に、50モル%以下であることが好ましく、5〜30モル%であることが更に好ましく、5〜20モル%であることが特に好ましい。上記含有割合が上記範囲内であると、形成したフォトレジスト膜における撥水性と現像液に対する親和性とのバランスが良好になるという利点がある。
[1−3−5]その他の繰り返し単位(b):
(C)重合体は、上記繰り返し単位(2−1)〜(2−3)及び繰り返し単位(i)以外に、その他の繰り返し単位(b)を含んでいてもよい。
その他の繰り返し単位(b)としては、例えば、上記一般式(2−1)〜(2−5)で表される各繰り返し単位などを挙げることができる。
更に、一般式(2−1)で表される繰り返し単位の中でも、下記一般式(12)で表される繰り返し単位が好ましい。下記一般式(12)で表される繰り返し単位を含むことによって、フォトレジスト膜の前進接触角と後退接触角との差を小さくすることができるため、液浸露光時のスキャン速度を向上させることができる。
Figure 0005581726
(一般式(12)中、Rは、水素原子、低級アルキル基、またはハロゲン化低級アルキル基を示す。R33は、炭素数1〜4の直鎖状または分岐状のアルキル基を示す。kは、1〜4の整数を示す。)
一般式(12)中のR33で示される炭素数1〜4の直鎖状または分岐状のアルキル基としては、例えば、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−ブチル基などがある。
(C)重合体は、フッ素原子を含み、(A)重合体がフッ素原子を含有している場合であっても(A)重合体よりもフッ素原子の含有割合が大きいものである。フッ素原子の含有割合は、(C)重合体の総量を100質量%とした場合に、通常5質量%以上であり、5〜50質量%であることが好ましく、5〜40質量%であることが更に好ましい。(C)重合体中のフッ素原子の含有割合を上記範囲内にすることによって、形成するフォトレジスト膜の撥水性を高めることができ、液浸露光時に液浸上層膜を別途形成しなくても良好な撥水性を有するフォトレジスト膜を形成することができるという利点がある。また、上記含有割合が(A)重合体よりも小さくなってしまうと、(A)重合体と(C)重合体との撥油性の程度が逆転してしまうおそれがあり、撥油性の程度が逆転してしまう場合には、(C)重合体がフォトレジスト膜表層に偏在し難くなるため、本発明の効果が得られない。
(C)重合体の含有量は、(A)重合体に100質量部に対して、0.1〜20質量部であることが好ましく、0.5〜10質量部であることが更に好ましく、1〜5質量部であることが特に好ましい。上記含有量が上記範囲であると、(C)重合体がフォトレジスト膜の表層に偏在するため良好な撥水性が得られるという効果がある。
(C)重合体のゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)法によるポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)は、1,000〜50,000であることが好ましく、1,000〜40,000であることが更に好ましく、1,000〜30,000であることが特に好ましい。上記Mwが1,000未満であると、十分な後退接触角を有するフォトレジスト膜を得ることができずに、液浸露光用液体を使用したことに起因する欠陥が発生するおそれがある。一方、50,000超であると、フォトレジスト膜の現像性が低下するおそれがある。また、(C)重合体のMwとGPC法によるポリスチレン換算の数平均分子量(Mn)との比(Mw/Mn)は、1〜5であることが好ましく、1〜4であることが更に好ましい。
なお、(C)重合体は、(A)重合体と同様に、ハロゲン、金属などの不純物の含有量が少ないほど好ましい。このような不純物の含有量が少ないと、フォトレジスト膜の感度、解像度、プロセス安定性、パターン形状などを更に向上させることができる。
(C)重合体は、例えば、上述した各繰り返し単位を形成するための単量体(重合性不飽和単量体)を、ヒドロパーオキシド類、ジアルキルパーオキシド類、ジアシルパーオキシド類、アゾ化合物などのラジカル重合開始剤を使用し、必要に応じて連鎖移動剤の存在下、適当な溶媒中で重合することにより製造することができる。
上記重合に使用される溶媒としては、(A)重合体の重合に使用される溶媒と同様のものを例示することができる。また、重合における反応温度は、通常、40〜150℃であり、50〜120℃であることが好ましい。反応時間は、通常、1〜48時間であり、1〜24時間であることが好ましい。
[1−4]その他の成分:
本発明の感放射線性樹脂組成物は、(A)重合体、(B)感放射線性酸発生剤、及び(C)重合体以外に、その他の成分を更に含むものであってもよい。その他の成分としては、例えば、酸拡散制御剤、溶剤、ラクトン化合物、その他の添加剤(例えば、脂環族添加剤、界面活性剤、増感剤、ハレーション防止剤、接着助剤、保存安定化剤、消泡剤など)などを挙げることができる。
[1−4−1]酸拡散制御剤:
酸拡散制御剤としては、例えば、下記一般式(13)で表される化合物(以下、「含窒素化合物(I)」と記す場合がある)、同一分子内に窒素原子を2個有する化合物(以下、「含窒素化合物(II)」と記す場合がある)、窒素原子を3個以上有する化合物(以下、「含窒素化合物(III)」と記す場合がある)、アミド基含有化合物、ウレア化合物、含窒素複素環化合物などを挙げることができる。このような酸拡散制御剤を更に含むと、パターン形状や寸法忠実度を向上させることができる。
Figure 0005581726
(一般式(13)中、R34〜R36は、相互に独立に、水素原子、置換されていてもよい、直鎖状、分岐状若しくは環状のアルキル基、アリール基、アラルキル基、または酸解離性基を示す。)
上記一般式(13)で表される化合物中の酸解離性基としては、具体的には、一般式(13−1)で表される基などを挙げることができる。
Figure 0005581726
(一般式(13−1)中、R37〜R39は、相互に独立に、炭素数1〜4の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、または炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基若しくはそれから誘導される基を示すか、或いはR38及びR39が相互に結合してそれぞれが結合している炭素原子とともに炭素数4〜20の2価の脂環式炭化水素基若しくはそれから誘導される基を示し、R37が、炭素数1〜4の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、または炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基若しくはそれから誘導される基を示す。)
一般式(13−1)中のR37〜R39で示される炭素数1〜4の直鎖状または分岐状のアルキル基としては、例えば、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−ブチル基などを挙げることができる。
一般式(13−1)中のR37〜R39で示される炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基としては、例えば、ノルボルナン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカン、アダマンタンや、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などに由来する脂環族環からなる基などを挙げることができる。そして、上記脂環式炭化水素基から誘導される基としては、上述の1価の脂環式炭化水素基を、例えば、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−ブチル基などの炭素数1〜4の直鎖状、分岐状または環状のアルキル基の1種以上或いは1個以上で置換した基などを挙げることができる。
これらの中でも、R37〜R39で示される炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基は、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、シクロペンタンまたはシクロヘキサンに由来する脂環族環からなる脂環式炭化水素基、この脂環式炭化水素基をアルキル基で置換した基が好ましい。
一般式(13−1)中のR38及びR39が相互に結合してそれぞれが結合している炭素原子とともに炭素数4〜20の2価の脂環式炭化水素基若しくはそれから誘導される基としては、上述の2価の脂環式炭化水素基を、例えば、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−ブチル基などの炭素数1〜4の直鎖状、分岐状または環状のアルキル基の1種以上或いは1個以上で置換した基などを挙げることができる。
含窒素化合物(I)のうち酸解離性基を有さないものとしては、具体的には、トリ−n−ヘキシルアミン、トリ−n−ヘプチルアミン、トリ−n−オクチルアミンなどのトリアルキルアミン類を挙げることができる。
含窒素化合物(I)のうち酸解離性基を有するものとしては、具体的には、N−t−ブトキシカルボニル−4−ヒドロキシピペリジン、N−t−ブトキシカルボニルピロリジン、N−t−ブトキシカルボニル−N’,N”−ジシクロヘキシルアミンなどを挙げることができる。
含窒素化合物(II)としては、具体的には、N,N,N’,N’−テトラキス(2−ヒドロキシプロピル)エチレンジアミン、を挙げることができる。
含窒素化合物(III)としては、具体的には、ポリエチレンイミン、ポリアリルアミン、ジメチルアミノエチルアクリルアミドの重合体などを挙げることができる。
含窒素複素環化合物としては、例えば、2−フェニルベンズイミダゾール、N−t−ブトキシカルボニル−2−フェニルベンズイミダゾールなどを挙げることができる。
また、酸拡散制御剤としては、下記一般式(14)で表される化合物を用いることもできる。
・・・(14)
(但し、前記一般式(14)中、Xは、下記一般式(14−1)または(14−2)で表されるカチオンである。Zは、OH、一般式(14−3)R41−COOで表されるアニオン、一般式(14−4)R40−SO で表されるアニオン、または一般式(14−5)R40−N−SO−R41で表されるアニオンである。但し、前記一般式(14−3)〜(14−5)中、R40は、置換されていてもよいアルキル基、脂環式炭化水素基またはアリール基である。R41は、置換されていてもよいフッ素化アルキル基、脂環式フッ素化炭化水素基またはフッ素化アリール基である。)
Figure 0005581726
前記一般式(14−1)中、R42〜R44は、相互に独立に、水素原子、アルキル基、アルコキシル基、水酸基、またはハロゲン原子であり、前記一般式(14−2)中、R45及びR46は、相互に独立に、水素原子、アルキル基、アルコキシル基、水酸基、またはハロゲン原子である。
上記式(14)で表される化合物は、露光により分解して酸拡散制御性を失う酸拡散制御剤(以下、「光分解性酸拡散制御剤」ともいう。)として用いられるものである。そして、式(14)で表される化合物を含有することによって、露光部では酸が拡散し、未露光部では酸の拡散が制御されることにより露光部と未露光部のコントラストが優れる(即ち、露光部と未露光部の境界部分が明確になる)ため、特に本発明の感放射線性樹脂組成物のLWR、MEEF(Mask Error Enhancement Factor(マスク幅のずれによるライン幅のずれの増幅因子))の改善に有効である。
一般式(14)中のXは、上述したように上記一般式(14−1)または(14−2)で表されるカチオンである。そして、一般式(14−1)中のR42〜R44は、相互に独立に、水素原子、アルキル基、アルコキシル基、水酸基、またはハロゲン原子であり、これらの中でも、上記式(14)で表される化合物の、現像液に対する溶解性を低下させる効果があるため、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子であることが好ましい。また、一般式(14−2)中のR45及びR46は、相互に独立に、水素原子、アルキル基、アルコキシル基、水酸基、またはハロゲン原子であり、これらの中でも、水素原子、アルキル基、ハロゲン原子であることが好ましい。
一般式(14)中のZは、OH、一般式(14−3)R40−COOで表されるアニオン、一般式(14−4)R40−SO で表されるアニオン、または一般式(14−5)R40−N−SO−R41で表されるアニオンである(但し、前記一般式(14−3)〜(14−5)中、R40は、置換されていてもよいアルキル基、脂環式炭化水素基またはアリール基である。R41は、置換されていてもよいフッ素化アルキル基、脂環式フッ素化炭化水素基またはフッ素化アリール基である)。
なお、一般式(14)中のZは、下記式(15−1)で表されるアニオン(即ち、R40がフェニル基である、一般式(14−3)で表されるアニオン)、下記式(15−1)で表されるアニオン(即ち、R40が1,7,7−トリメチルビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2−オン由来の基である、一般式(14−4)で表されるアニオン)、または下記式(15−3)で表されるアニオン(即ち、R40がブチル基、R41がトリフルオロメチル基である、一般式(14−5)で表されるアニオン)であることが好ましい。
Figure 0005581726
Figure 0005581726
上記光分解性酸拡散制御剤は、上記一般式(14)で表されるものであり、具体的には、上記条件を満たすスルホニウム塩化合物またはヨードニウム塩化合物である。
上記スルホニウム塩化合物としては、例えば、トリフェニルスルホニウムハイドロオキサイド、トリフェニルスルホニウムアセテート、トリフェニルスルホニウムサリチレート、ジフェニル−4−ヒドロキシフェニルスルホニウムハイドロオキサイド、ジフェニル−4−ヒドロキシフェニルスルホニウムアセテート、ジフェニル−4−ヒドロキシフェニルスルホニウムサリチレート、トリフェニルスルホニウム10−カンファースルホネート、4−t−ブトキシフェニル・ジフェニルスルホニウム10−カンファースルホネートなどを挙げることができる。なお、これらのスルホニウム塩化合物は、1種単独でまたは2種以上を組み合わせて用いることができる。
また、上記ヨードニウム塩化合物としては、例えば、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムハイドロオキサイド、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムアセテート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムハイドロオキサイド、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムアセテート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムサリチレート、4−t−ブチルフェニル−4−ヒドロキシフェニルヨードニウムハイドロオキサイド、4−t−ブチルフェニル−4−ヒドロキシフェニルヨードニウムアセテート、4−t−ブチルフェニル−4−ヒドロキシフェニルヨードニウムサリチレート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウム10−カンファースルホネート、ジフェニルヨードニウム10−カンファースルホネートなどを挙げることができる。なお、これらのヨードニウム塩化合物は、1種単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができる。上記光分解性酸拡散制御剤は、1種単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができる。
これらの酸拡散制御剤の中でも、含窒素化合物(I)、含窒素化合物(II)、含窒素複素環化合物、光分解性酸拡散制御剤が好ましい。なお、酸拡散制御剤は、1種単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができる。
酸拡散制御剤の含有量は、(A)重合体100質量部に対して、10質量部以下が好ましく、5質量部以下が更に好ましい。酸拡散制御剤の含有量が10質量部超であると、形成したフォトレジスト膜の感度が著しく低下するおそれがある。
[1−4−2]溶剤:
溶剤としては、例えば、直鎖状または分岐状のケトン類;環状のケトン類;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アルキル類;3−アルコキシプロピオン酸アルキル類、などを挙げることができる。
これらの溶剤は、1種単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができるが、これらの中でも、直鎖状または分岐状のケトン類、環状のケトン類、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アルキル類、3−アルコキシプロピオン酸アルキル類が好ましい。
[1−4−3]ラクトン化合物:
ラクトン化合物は、(C)重合体を、効果的にフォトレジスト膜表層に偏析させるものである。即ち、このようなラクトン化合物を含有させることで、液浸露光においてフォトレジスト膜表層に撥水性を発現させる(C)重合体の添加量を従来よりも少なくしてもフォトレジスト膜表層の撥水性を維持することができる。そして、LWR、現像欠陥、パターン倒れ耐性などの基本的な特性を損なうことがないことに加え、フォトレジスト膜中の成分((B)酸発生剤など)が液浸露光用液体に溶出することを抑制したり、高速に液浸露光を行ったとしてもフォトレジスト膜上に液滴を残し難くなるため、ウォーターマーク欠陥などの液浸露光用液体に由来する欠陥を抑制したりすることが可能なフォトレジスト膜を形成することができる。
ラクトン化合物としては、例えば、γ−ブチロラクトン、バレロラクトン、メバロニックラクトン、ノルボルナンラクトンなどを挙げることができる。なお、ラクトン化合物は、1種単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができる。
ラクトン化合物の使用量は、(A)重合体100質量部に対して、30〜200質量部であることが好ましく、50〜150質量部であることが更に好ましい。上記使用量が上記範囲であると、(C)重合体の使用量が少ない場合であっても、(C)重合体を、フォトレジスト膜表層に偏析させることができる。上記使用量が30質量部未満であると、(C)重合体の使用量が少量である場合にフォトレジスト膜表層の撥水性を十分に得ることができないおそれがある。一方、200質量部超であると、形成したフォトレジスト膜の基本性能及び形状が著しく劣化するおそれがある。
本発明の感放射線性樹脂組成物は、例えば、(A)重合体、(B)感放射線性酸発生剤、(C)重合体、及び、その他の成分(溶剤を除く)を混合した後、全固形分濃度が、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、その後、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することができる。
[2]レジストパターン形成方法:
本発明のレジストパターン形成方法は、本発明の感放射線性樹脂組成物を基板上に塗工してフォトレジスト膜を形成するフォトレジスト膜形成工程と、形成した前記フォトレジスト膜上に液浸露光用液体を配置し、前記液浸露光用液体を介して前記フォトレジスト膜に放射線を照射する露光工程と、放射線が照射された前記フォトレジスト膜を現像液で現像してレジストパターンを形成する現像工程と、を備える方法である。このような方法によれば、LWRが良好で、膜減りが少ないレジストパターンを形成することができる。
[2−1]フォトレジスト膜形成工程:
フォトレジスト膜形成工程は、本発明の感放射線性樹脂組成物を基板上に塗工してフォトレジスト膜を形成する工程である。
基板としては、例えば、シリコンウエハ、アルミニウムで被覆されたウエハなどを挙げることができる。
基板上にフォトレジスト膜を形成する方法としては、例えば、本発明の感放射線性樹脂組成物を溶剤に溶解させて得られる組成物溶液を、回転塗布、流延塗布、ロール塗布などの従来公知の方法で基板上に塗布する方法などを挙げることができる。
フォトレジスト膜の厚さは、特に制限はなく、従来公知のフォトレジスト膜と同様の厚さとすることができる。
なお、フォトレジスト膜を形成した後、このフォトレジスト膜に対して加熱処理(以下、「PB」と記す場合がある)を行ってもよい。
[2−2]露光工程:
露光工程は、形成したフォトレジスト膜上に液浸露光用液体を配置し、液浸露光用液体を介してフォトレジスト膜に放射線を照射する工程である。
液浸露光用液体としては、例えば、純水、フッ素系不活性液体などを挙げることができる。
露光に使用する放射線などの光としては、使用される酸発生剤の種類に応じて適宜選定して使用することができるが、例えば、可視光線、紫外線、遠紫外線、X線、荷電粒子線などを挙げることができ、これらの中でも、ArFエキシマレーザー(波長193nm)や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、露光量などの露光条件は、フォトレジスト組成物の配合組成や添加剤の種類などに応じて適宜選定することができる。そして、露光後には、加熱処理(露光後の加熱処理を以下「PEB」と記す場合がある)を行うことが好ましい。PEBにより、(A)重合体中の酸解離性基の解離反応が円滑に進行するためである。PEBの加熱条件は、フォトレジスト組成物の配合組成によって変わるが、通常、30〜200℃であり、50〜170℃であることが好ましい。
なお、感放射線性樹脂組成物の潜在能力を最大限に引き出すため、フォトレジスト膜を形成する前に、予め基板上に有機系または無機系の反射防止膜を形成しておくこともできる(例えば、特公平6−12452号公報(特開昭59−93448号公報)など参照)。環境雰囲気中に含まれる塩基性不純物などの影響を防止するため、フォトレジスト膜上に保護膜(例えば、特開平5−188598号公報など参照)を形成してもよい。また、本発明の感放射線性樹脂組成物は、液浸上層膜を形成しなくてもよいもの、即ち、現像後のLWRが良好で、膜減りを生じ難いフォトレジスト膜を形成可能なものであるが、例えば特開2005−352384号公報などに開示されているような液浸上層膜を形成してもよい。なお、これらの技術は併用することができる。
[2−3]現像工程:
現像工程は、放射線が照射されたフォトレジスト膜を現像液で現像してレジストパターンを形成する工程である。
現像に使用される現像液としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、けい酸ナトリウム、メタけい酸ナトリウム、アンモニア水、エチルアミン、n−プロピルアミン、ジエチルアミン、ジ−n−プロピルアミン、トリエチルアミン、メチルジエチルアミン、エチルジメチルアミン、トリエタノールアミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、ピロール、ピペリジン、コリン、1,8−ジアザビシクロ−[5.4.0]−7−ウンデセン、1,5−ジアザビシクロ−[4.3.0]−5−ノネンなどのアルカリ性化合物の少なくとも1種を溶解したアルカリ性水溶液が好ましい。このアルカリ性水溶液の濃度は、通常、10質量%以下である。上記アルカリ性水溶液の濃度が10質量%を超えると、非露光部も現像液に溶解してしまうおそれがある。
上記アルカリ性水溶液からなる現像液には、有機溶媒を更に添加することができる。有機溶媒としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルi−ブチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、3−メチルシクロペンタノン、2,6−ジメチルシクロヘキサノンなどのケトン類;メチルアルコール、エチルアルコール、n−プロピルアルコール、i−プロピルアルコール、n−ブチルアルコール、t−ブチルアルコール、シクロペンタノール、シクロヘキサノール、1,4−ヘキサンジオール、1,4−ヘキサンジメチロールなどのアルコール類;テトラヒドロフラン、ジオキサンなどのエーテル類;酢酸エチル、酢酸n−ブチル、酢酸i−アミルなどのエステル類;トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素類や、フェノール、アセトニルアセトン、ジメチルホルムアミドなどを挙げることができる。これらの有機溶媒は、単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができる。有機溶媒の添加量は、アルカリ性水溶液に対して、100容量%以下が好ましい。有機溶媒の添加量が100容量%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おそれがある。また、アルカリ性水溶液からなる現像液には、界面活性剤などを適量添加することもできる。なお、アルカリ性水溶液からなる現像液で現像した後、通常、水で洗浄して乾燥する。
以下、本発明を実施例及び比較例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例及び比較例に限定されるものではない。なお、単に「部」及び「%」と記載した場合は、特記しない限り質量基準である。また、各種物性値の測定方法、及び諸特性の評価方法を以下に示す。
[溶出量]:
CLEAN TRACK ACT8(東京エレクトロン社製)により、感放射線性樹脂組成物(組成物溶液)をシリコンウエハ上にスピンコートし、100℃で60秒ベークすることにより膜厚150nmのレジスト被膜を形成したシリコンウエハを作成した。このシリコンウエハ上に、直径1cm、厚さ1mmのテフロン製リングを置き、そこに超純水1mLを満たすことにより、超純水とレジスト被膜が接するようにした。超純水とレジスト被膜を、それぞれ3秒、5秒、10秒、30秒、60秒、120秒、及び300秒接触させた後、満たした超純水をガラス注射器にて回収して、これを分析用サンプルとした。なお、実験終了後の超純水の回収率は95%以上であった。
次いで、得られた超純水中の光酸発生剤のアニオン部のピーク強度を、使用カラムとして資生堂社製の「CAPCELL PAK MG」を1本用い、流量0.2ml/分、測定温度35℃で、流出溶剤として、水/メタノール(3/7)に0.1質量%のギ酸を添加したものを用いる測定条件で、LC−MS(液体クロマトグラフ質量分析計、LC部:AGILENT社製 SERIES1100、MS部:Perseptive Biosystems,Inc.社製 Mariner)を用いて測定を行った。
このとき、光酸発生剤の1ppb、10ppb、100ppb水溶液の各ピーク強度を、上記測定条件で測定して検量線を作成し、この検量線を用いて上記ピーク強度から溶出量を算出した。評価基準は、溶出量が、2.0×10−12モル/cm/秒以上であった場合は「不良」とし、2.0×10−12モル/cm/秒未満であった場合は「良好」とした。
[感度]:
105nmの下層反射防止膜(「ARC66」、日産化学社製)を形成した12インチシリコンウエハを用意し、このシリコンウエハ表面に、組成物溶液を基板の薄膜上にスピンコートにより塗布し、ホットプレート上にて、表5に示す温度(100℃)で60秒間ソフトベーク(SB)(表5中、「SB」と示す)を行って膜厚90nmのレジスト被膜を形成した。形成した膜厚90nmのレジスト被膜に、ニコン社製のフルフィールド縮小投影液浸露光装置「S610C」(開口数1.30)を用い、マスクパターンを介して露光した。その後、表5に示す温度で60秒間PEB(PEB)を行った後、2.38質量%のTMAH水溶液により、25℃で30秒間現像し、水洗し、乾燥して、ポジ型レジストパターンを形成した。このとき、寸法45nmの1対1ラインアンドスペースのマスクを介して形成した線幅が、線幅45nmの1対1ラインアンドスペースに形成される露光量(mJ/cm)を最適露光量とし、この最適露光量(mJ/cm)を「感度」とした。
[LWR(Line Width Roughness)]:
上記[感度]の評価の最適露光量にて、レジスト被膜に45nm(1L/1S)パターンを形成し、形成された45nm(1L/1S)パターンを、測長SEM(日立ハイテクノロジーズ社製、型番「CG4000」)を用いて、パターン上部から観察し、ライン幅を任意のポイントで測定した。このライン幅についての測定ばらつきを、3シグマで表し、この値によってLWRを評価した。
[トップロス]:
最適露光量にて解像した45nm1L/1Sパターンの観測において、日立ハイテクノロジーズ社製の走査型電子顕微鏡(SEM)「S−4800」にてパターン断面を観察し、その高さ(パターン高さ)を測定した。そして、パターン高さの値を初期膜厚(90nm)から差し引くことによりトップロス量を算出した。このトップロス量によってトップロスを評価した。
なお、下記合成例1〜12において下記式(M−1)〜(M−15)で表される化合物を用いて各重合体(A−1)〜(A−8)((A)重合体)を調製した。
Figure 0005581726
(合成例1)
(重合体(A−1)の調製)
式(M−1)で表される化合物(M−1)24.61g(30モル%)、式(M−8)で表される化合物(M−8)54.19g(50モル%)、及び、下記式(M−9)で表される化合物(M−9)9.08g(10モル%)を、2−ブタノン200gに溶解し、更にジメチル2,2’−アゾビスイソブチロニトリル4.00gを投入して単量体溶液を調製した。
一方、式(M−5)で表される化合物(M−5)12.11g及び100gの2−ブタノンを投入した1000mLの三口フラスコを30分間窒素パージし、その後、反応釜を攪拌しながら80℃に加熱し、事前に調製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時間行った。重合終了後、重合溶液を水冷により30℃以下に冷却した。その後、2000gのメタノールに投入して白色粉末を析出させ、析出した白色粉末をろ別した。ろ別した白色粉末を、400gのメタノールにてスラリー状で2度洗浄した。その後、ろ別し、50℃にて17時間乾燥し、白色粉末の共重合体を得た(収量79g、収率79%)。
この共重合体は、Mwが5500であり、Mw/Mn=1.41であり、13C−NMR分析の結果、表3に示すように、式(M−1)で表される化合物(M−1)、式(M−5)で表される化合物(M−5)、式(M−8)で表される化合物(M−8)、式(M−9)で表される化合物(M−9)に由来する各繰り返し単位の含有率(モル%)がそれぞれ30.2:9.9:10.2:49.7であった。この共重合体を重合体(A−1)とする。なお、重合体(A−1)の物性値を表3に示す。
(合成例2〜8)
(重合体(A−2)〜(A−8)の調製)
表1に示す化合物(モノマー種)及び配合率としたこと以外は、合成例1と同様にして重合体(A−2)〜(A−8)を調製した。なお、重合体(A−2)〜(A−8)の物性値を表3に示す。
Figure 0005581726
(合成例9)
(重合体(C−1)の調製)
式(M−3)で表される化合物(M−3)50.88g(60モル%)、式(m−13)で表される化合物(M−13)30.06g(15モル%)、及び、式(M−14)で表される化合物(M−14)19.06g(25モル%)を、2−ブタノン100gに溶解し、更に、ジメチル2,2’−アゾビスイソブチロニトリル3.55gを投入して単量体溶液を調製した。一方、1000mLの三口フラスコに100gの2−ブタノンを投入し、30分間窒素パージした後、反応釜を攪拌しながら80℃に加熱した。
次いで、滴下漏斗を用い、事前に調製した上記単量体溶液を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時間行った。重合終了後、水冷により重合溶液を30℃以下に冷却し、その重合溶液を2Lの分液漏斗に移した。その後、300gのn−ヘキサンで重合溶液を希釈し、1200gのメタノールを投入して混合した後、30分静置し、下層を回収して、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート溶液とした。
このプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート溶液の固形分(重合体)の収率は65%であり、Mwは6400であり、Mw/Mnは1.41であり、13C−NMR分析の結果、フッ素含有割合が9.14質量%、式(M−3)で表される化合物、(M−3)で表される化合物(M−13)、式(M−13)で表される化合物(M−13)、及び式(M−14)化合物(M−14)で表される化合物に由来する各繰り返し単位の含有率(モル%)がそれぞれ、60.3:24.9:14.8であった。この共重合体を重合体(C−1)とする。
(合成例10〜12)
表2に示す化合物(モノマー種)及び配合率としたこと以外は、合成例9と同様にして重合体(C−2)〜(C−4)を調製した。なお、重合体(C−2)〜(C−4)の物性値を表3に示す。
Figure 0005581726
Figure 0005581726
次に、実施例及び比較例で用いた「酸発生剤」と「酸拡散制御剤」を以下に示す。
Figure 0005581726
Figure 0005581726
また、実施例及び比較例で用いた「溶媒」と「添加剤」を以下に示す。
溶媒(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、
溶媒(E−2):シクロヘキサノン、
添加剤(F−1):γ−ブチロラクトン。
(実施例1)
(A)重合体として合成例1で調製した重合体(A−1)100部、(B)酸発生剤として上記式(B−1)で表される化合物(B−1)10部、(C)重合体として合成例9で調製した重合体(C−1)2部、酸拡散制御剤として上記式(D−1)で表される化合物(D−1)1.2部、溶媒として溶媒(E−1)1800部、溶媒(E−2)750部、及び、添加剤として添加剤(F−1)30部を混合して感放射線性樹脂組成物からなる組成物溶液を調製した。そして、調製した組成物溶液を用いて上記各種評価を行った。
本実施例の感放射線性樹脂組成物は、溶出量の評価が「良好」であり、感度の評価における値が20.0mJ/cmであり、LWRの評価における値が3.5nmであり、トップロスの評価における値が15nmであった。
(実施例2〜15、参考例16〜18、比較例1〜4)
表4に示す化合物及び配合量としたこと以外は、実施例1と同様にして各感放射線性樹脂組成物からなる組成物溶液を調製した。調製した各組成物溶液を用いて上記各種評価を行った。評価結果を表5に示す。
Figure 0005581726
Figure 0005581726
表5から明らかなように、実施例1〜15の感放射線性樹脂組成物は、比較例1〜4の感放射線性樹脂組成物に比べて、現像後のLWRが良好で、膜減りを生じ難いことが確認できた。
本発明の感放射線性樹脂組成物は、半導体の製造分野におけるリソグラフィ技術に使用されるレジストとして好適である。本発明のレジストパターン形成方法は、半導体の製造分野におけるリソグラフィ技術において微細パターンを形成する方法として好適である。

Claims (7)

  1. (A)下記一般式(1)で表される繰り返し単位、及び、酸解離性基を有する重合体(但し、架橋基を有する重合体を除く)と、
    (B)感放射線性酸発生剤と、
    (C)フッ素原子を含有する重合体(但し、架橋基を有する重合体を除く)と、
    を含み、
    前記(A)重合体の前記酸解離性基が、一般式「−C(R) 」で表される基であり、
    前記一般式「−C(R) 」で表される基が、いずれか2つのRが相互に結合して、それぞれが結合している炭素原子とともに炭素数4〜20の2価の脂環式炭化水素基若しくはそれから誘導される基を形成し、残りの1つのRが、炭素数1〜4の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基若しくはそれから誘導される基であり、
    前記いずれか2つのRが相互に結合して、それぞれが結合している炭素原子とともに炭素数4〜20の2価の脂環式炭化水素基が、アダマンチレン基である感放射線性樹脂組成物。
    Figure 0005581726
    (一般式(1)中、Rは、水素原子、低級アルキル基、またはハロゲン化低級アルキル基を示す。Rは、単結合、炭素数1〜5の2価の炭化水素基、アルカンジイルオキシ基、またはアルカンジイルカルボニルオキシ基を示す。Rは、3価の有機基を示す。)
  2. 前記一般式(1)で表される繰り返し単位が、下記一般式(1−1)で表される繰り返し単位である請求項1に記載の感放射線性樹脂組成物。
    Figure 0005581726
    (一般式(1−1)中、Rは、水素原子、低級アルキル基、またはハロゲン化低級アルキル基を示す。Rは、単結合、炭素数1〜5の2価の炭化水素基、アルカンジイルオキシ基、またはアルカンジイルカルボニルオキシ基を示す。R50は、下記一般式(a)で表される基、または、下記一般式(b)で表される基を示す。)
    Figure 0005581726
    (一般式(a)中、n1は0〜2の整数を示す。一般式(b)中、n2〜n5は、それぞれ独立に、0〜2の整数を示す。一般式(a)及び一般式(b)中、*は、一般式(1−1)中のRに結合する結合手を示す。但し、一般式(a)で表される基及び一般式(b)で表される基は、これらの基を構成する炭素原子の少なくとも1つが、酸素原子、窒素原子またはカルボニル基で置換されていてもよい。また、一般式(a)で表される基及び一般式(b)で表される基は、置換基を有していてもよい。)
  3. 前記一般式(1)で表される繰り返し単位が、下記一般式(1−1a)で表される繰り返し単位である請求項1または2に記載の感放射線性樹脂組成物。
    Figure 0005581726
    (一般式(1−1a)中、Rは、水素原子、低級アルキル基、またはハロゲン化低級アルキル基を示す。Rは、単結合、炭素数1〜5の2価の炭化水素基、アルカンジイルオキシ基、またはアルカンジイルカルボニルオキシ基を示す。R51は、下記一般式(a1)で表される基、または、下記一般式(b1)で表される基を示す。)
    Figure 0005581726
    (一般式(a1)及び一般式(b1)中、*は、一般式(1−1a)中のRに結合する結合手を示す。)
  4. 前記(C)重合体が、下記一般式(2−1)〜(2−3)で表される各繰り返し単位からなる群より選択される少なくとも1種の繰り返し単位を有する請求項1〜3のいずれか一項に記載の感放射線性樹脂組成物。
    Figure 0005581726
    (一般式(2−1)〜(2−3)中、Rは、水素原子、低級アルキル基、またはハロゲン化低級アルキル基を示す。一般式(2−1)中、Rは炭素数1〜30のフッ素化アルキル基を示す。一般式(2−2)中、Rは、単結合または(g+1)価の連結基を示し、gは1〜3の整数である。一般式(2−3)中、Rは2価の連結基を示す。一般式(2−2)及び一般式(2−3)中、Rは、水素原子、酸解離性基、またはアルカリ解離性基を示し、R10は、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子、または炭素数1〜10のフッ素化アルキル基を示す。但し、全てのR10が水素原子である場合はない。)
  5. 前記(C)重合体が、下記一般式(2−4)で表される基と下記一般式(2−5)で表される基の少なくとも一方の基を含有する繰り返し単位(但し、前記一般式(2−3)で表される繰り返し単位を除く)を更に有する請求項4に記載の感放射線性樹脂組成物。
    Figure 0005581726
    (一般式(2−4)中、R11は、フッ素原子で置換された炭素数1〜10の炭化水素基を示す。)
  6. 前記(C)重合体の含有量は、前記(A)重合体に100質量部に対して、0.1〜40質量部である請求項1〜5いずれか一項に記載の感放射線性樹脂組成物。
  7. 請求項1〜6のいずれか一項に記載の感放射線性樹脂組成物を基板上に塗工してフォトレジスト膜を形成するフォトレジスト膜形成工程と、
    形成した前記フォトレジスト膜上に液浸露光用液体を配置し、前記液浸露光用液体を介して前記フォトレジスト膜に放射線を照射する露光工程と、
    放射線が照射された前記フォトレジスト膜を現像液で現像してレジストパターンを形成する現像工程と、
    を備えるレジストパターン形成方法。
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