JP5690703B2 - ネガ型パターン形成方法及びレジストパターン - Google Patents
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Description
上記方法において、アルカリ現像液としては、種々のものが提案されているが、2.38質量%TMAH(テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液)の水系アルカリ現像液が汎用的に用いられている。
レジスト組成物をイオンインプランテーション用途として用いる場合には、予めパターニングされた基板(以下、段差基板と呼ぶ)上にレジスト組成物を塗布、露光、現像することもあり、段差基板上での微細加工が求められる。イオンインプランテーション用途におけるパターニングにおいて解決が困難な課題の一つに、レジスト組成物から形成される膜の抜け性が悪いために現像後に発生する、基板上の残渣の問題が挙げられる。水系アルカリ現像液で現像する場合、レジスト膜の露光部を現像液に対し溶解させるので、レジスト膜の残渣が残らないようにするにはレジスト膜の底部にまで十分な光を当てる必要があるが、一方でこのように光を当てると基板による反射の影響が強くなり、パターンとして残るべき未露光部のレジスト膜が反射光により露光され、パターンの底が抜け落ちるといった問題が生じる。従って、良好なパターン形状を維持しつつ、基板上の残渣の問題を解決することは、水系アルカリ現像液で現像する場合困難であった。特に、上記段差基板上でのパターニングや、基板上に反射防止膜を形成しないパターニングにおいては、上述のような基板による光反射の影響が強くなるため、現像後に発生する基板上の残渣の問題は顕著である。
<1>
(ア)(A)酸の作用により極性が増大して有機溶剤を含む現像液に対する溶解性が減少する樹脂と、(B)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物と、(C)溶剤とを含有する化学増幅型レジスト組成物により膜厚が200nm以上の膜を反射防止膜が塗布されていない基板上に形成する工程、
(イ)該膜を露光する工程、及び
(ウ)該露光された膜を、有機溶剤を含む現像液で現像する工程を含むネガ型パターン形成方法であって、前記反射防止膜が塗布されていない基板が、高さ10nm以上の段差を有する段差基板である、ネガ型パターン形成方法。
<2>
前記樹脂(A)が、酸の作用により分解し、極性基を生じる基を有する繰り返し単位を、樹脂(A)中の全繰り返し単位に対し、40モル%以上有する、<1>に記載のネガ型パターン形成方法。
<3>
(ア)(A)酸の作用により極性が増大して有機溶剤を含む現像液に対する溶解性が減少する樹脂と、(B)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物と、(C)溶剤とを含有する化学増幅型レジスト組成物により膜厚が200nm以上の膜を形成する工程、
(イ)該膜を露光する工程、及び
(ウ)該露光された膜を、有機溶剤を含む現像液で現像する工程を含むネガ型パターン形成方法であって、
前記樹脂(A)が、酸の作用により分解し、極性基を生じる基を有する繰り返し単位を、樹脂(A)中の全繰り返し単位に対して45〜95モル%有する、ネガ型パターン形成方法。
<4>
前記化学増幅型レジスト組成物により形成された膜が、反射防止膜が塗布されていない基板上に形成される、<3>に記載のネガ型パターン形成方法。
<5>
前記反射防止膜が塗布されていない基板が、高さ10nm以上の段差を有する段差基板である、<4>に記載のネガ型パターン形成方法。
<6>
前記酸の作用により分解し、極性基を生じる基を有する繰り返し単位の含有量が、樹脂(A)中の全繰り返し単位に対して50モル%以上である、<2>〜<5>のいずれか一項に記載のネガ型パターン形成方法。
<7>
前記酸の作用により分解し、極性基を生じる基を有する繰り返し単位の含有量が、樹脂(A)中の全繰り返し単位に対して55モル%以上である、<6>に記載のネガ型パターン形成方法。
<8>
前記樹脂(A)が、酸の作用により分解し、極性基を生じる基を有する下記一般式(1)で表される繰り返し単位を有する、<1>〜<7>のいずれか一項に記載のネガ型パターン形成方法。
一般式(1)中、
R 1 は、水素原子、置換基を有していてもよいメチル基又は−CH 2 −R 9 で表わされる基を表す。R 9 は水酸基又は1価の有機基を表す。
R 2 は、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。
Rは、炭素原子とともに単環の脂環構造を形成するのに必要な原子団を表す。
<9>
前記酸の作用により分解し、極性基を生じる基を有する繰り返し単位が下記一般式(1−a)により表される繰り返し単位である、<8>に記載のネガ型パターン形成方法。
式中、R 1 は、水素原子、置換基を有していてもよいメチル基又は−CH 2 −R 9 で表わされる基を表す。R 9 は水酸基又は1価の有機基を表す。
R 2 は、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。
<10>
前記樹脂(A)が、酸の作用により分解し、極性基としてアルコール性水酸基を生じる基を有する繰り返し単位を有する、<1>〜<7>のいずれか一項に記載のネガ型パターン形成方法。
<11>
前記樹脂(A)の芳香族基を有する繰り返し単位の含有量が、樹脂(A)中の全繰り返し単位に対して5モル%以下である、<1>〜<10>のいずれか一項に記載のネガ型パターン形成方法。
<12>
前記樹脂(A)の重量平均分子量が5,000以上である、<1>〜<11>のいずれか一項に記載のネガ型パターン形成方法。
<13>
前記有機溶剤を含む現像液が、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、アルコール系溶剤、アミド系溶剤及びエーテル系溶剤からなる群より選択される少なくとも1種類の有機溶剤を含有する、<1>〜<12>のいずれか一項に記載のネガ型パターン形成方法。
<14>
前記現像液における前記有機溶剤が酢酸ブチルである、<13>に記載のネガ型パターン形成方法。
<15>
前記有機溶剤を含む現像液の現像液全体としての含水率が10質量%未満である、<1>〜<14>のいずれか一項に記載のネガ型パターン形成方法。
<16>
前記有機溶剤を含む現像液が実質的に水分を含有しない、<1>〜<15>のいずれか一項に記載のネガ型パターン形成方法。
<17>
更に、(エ)有機溶剤を含有するリンス液を用いて洗浄する工程を含む、<1>〜<16>のいずれか一項に記載のネガ型パターン形成方法。
<18>
前記工程(イ)における露光がArFエキシマレーザーによる露光である、<1>〜<17>のいずれか一項に記載のネガ型パターン形成方法。
<19>
前記化学増幅型レジスト組成物により形成された膜の膜厚が600nm以下である、<1>〜<18>のいずれか一項に記載のネガ型パターン形成方法。
<20>
<1>〜<19>のいずれか一項に記載のネガ型パターン形成方法により形成されるレジストパターン。
本発明は、上記<1>〜<20>に係る発明であるが、以下、それ以外の事項(例えば、下記〔1〕〜〔15〕)についても記載している。
(ア)(A)酸の作用により極性が増大して有機溶剤を含む現像液に対する溶解性が減少する樹脂と、(B)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物と、(C)溶剤とを含有する化学増幅型レジスト組成物により膜厚が200nm以上の膜を形成する工程、
(イ)該膜を露光する工程、及び
(ウ)該露光された膜を、有機溶剤を含む現像液で現像する工程、を含むネガ型パターン形成方法。
〔2〕
前記化学増幅型レジスト組成物により形成された膜が、反射防止膜が塗布されていない基板上に形成される、上記〔1〕に記載のネガ型パターン形成方法。
〔3〕
前記反射防止膜が塗布されていない基板が、高さ10nm以上の段差を有する段差基板である、上記〔2〕に記載のネガ型パターン形成方法。
〔4〕
前記樹脂(A)が、酸の作用により分解し、極性基を生じる基を有する繰り返し単位を、樹脂(A)中の全繰り返し単位に対し、40モル%以上有する、上記〔1〕〜〔3〕のいずれか一項に記載のネガ型パターン形成方法。
〔5〕
前記樹脂(A)の重量平均分子量が5,000以上である、上記〔1〕〜〔4〕のいずれか一項に記載のネガ型パターン形成方法。
〔6〕
前記有機溶剤を含む現像液が、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、アルコール系溶剤、アミド系溶剤及びエーテル系溶剤からなる群より選択される少なくとも1種類の有機溶剤を含有する、上記〔1〕〜〔5〕のいずれか一項に記載のネガ型パターン形成方法。
〔7〕
更に、(エ)有機溶剤を含有するリンス液を用いて洗浄する工程を含む、上記〔1〕〜〔6〕のいずれか一項に記載のネガ型パターン形成方法。
〔8〕
前記工程(イ)における露光がArFエキシマレーザーによる露光である、上記〔1〕〜〔7〕のいずれか一項に記載のネガ型パターン形成方法。
〔9〕
前記化学増幅型レジスト組成物により形成された膜の膜厚が600nm以下である、上記〔1〕〜〔8〕のいずれか一項に記載のネガ型パターン形成方法。
〔10〕
上記〔1〕〜〔9〕のいずれか一項に記載のネガ型パターン形成方法により形成されるレジストパターン。
〔11〕
上記〔1〕〜〔9〕のいずれか一項に記載のネガ型パターン形成方法に供せられる化学増幅型レジスト組成物。
〔12〕
イオンインプランテーション用である、上記〔11〕に記載の化学増幅型レジスト組成物。
〔13〕
上記〔11〕又は〔12〕に記載の化学増幅型レジスト組成物により形成されるレジスト膜。
〔14〕
前記有機溶剤を含む現像液の現像液全体としての含水率が10質量%未満である、上記〔1〕〜〔9〕のいずれか一項に記載のネガ型パターン形成方法。
〔15〕
前記有機溶剤を含む現像液が実質的に水分を含有しない、上記〔1〕〜〔9〕及び〔14〕のいずれか一項に記載のネガ型パターン形成方法。
なお、本明細書に於ける基(原子団)の表記に於いて、置換及び無置換を記していない表記は、置換基を有さないものと共に置換基を有するものをも包含するものである。例えば、「アルキル基」とは、置換基を有さないアルキル基(無置換アルキル基)のみならず、置換基を有するアルキル基(置換アルキル基)をも包含するものである。
本明細書中における「活性光線」又は「放射線」とは、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、極紫外線(EUV光)、X線、電子線等を意味する。また、本発明において光とは、活性光線又は放射線を意味する。
また、本明細書中における「露光」とは、特に断らない限り、水銀灯、エキシマレーザーに代表される遠紫外線、極紫外線、X線、EUV光などによる露光のみならず、電子線、イオンビーム等の粒子線による描画も露光に含める。
(ア)(A)酸の作用により極性が増大して有機溶剤を含む現像液に対する溶解性が減少する樹脂と、(B)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物と、(C)溶剤とを含有する化学増幅型レジスト組成物により膜厚が200nm以上の膜を形成する工程、
(イ)該膜を露光する工程、及び
(ウ)該露光された膜を、有機溶剤を含む現像液で現像する工程、を含む。
本発明のネガ型パターン形成方法によれば、露光によって化学増幅型レジスト組成物中の樹脂の極性が、光強度の高い領域(すなわち、露光部)では高極性になり、光強度の低い領域(すなわち、未露光部)では低極性に維持されるため、レジスト膜の露光部は有機溶剤を含む現像液に対して不溶又は難溶となり、レジスト膜の未露光部は有機溶剤を含む現像液に対して溶解可能である。従って、有機溶剤を含む現像液を用いた現像により、ネガ型のパターンが形成される。
本発明のネガ型パターン形成方法は、好ましくはイオンインプランテーション用パターン形成方法である。
前述のように、水系アルカリ現像液で現像する場合、レジスト膜の露光部を現像液に対し溶解させるので、レジスト膜の残渣が残らないようにするにはレジスト膜の底部にまで十分な光を当てる必要がある。一方で有機溶剤を含む現像液で現像する場合は、レジスト膜の未露光部を現像液に対し溶解させるので、水系アルカリ現像液による現像と異なり、レジスト膜の底部にまで十分な光が当たらなくても、未露光部のレジスト膜は現像液に対し溶解するので、残渣が残らない系になっている。更に、有機溶剤を含む現像液で現像する場合においては、上記の理由からレジスト膜の底部にまで十分な光を当てる必要がないので、基板による光の反射の影響が小さく、良好な形状のパターンを形成可能である。特に、膜厚が200nm以上のような厚膜の水準においては、これらの影響が顕著に現れる。従って、有機溶剤を含む現像液で現像することにより、基板上での残渣及び残渣欠陥を低減することが出来ると推測される。
また本発明のパターン形成方法により形成したレジストパターンは解像度にも優れる。この詳細な理由は定かではないが、膜厚が200nm以上のような厚膜を露光、現像するパターン形成方法において、有機溶剤を含む現像液で現像することが解像度の向上に寄与するものと考えられる。
段差基板とは、基板上に少なくとも一つの段差形状が形成された基板である。
前述の段差基板上に化学増幅型レジスト組成物を塗布する場合、化学増幅型レジスト組成物により形成される膜の膜厚とは、段差基板上の底面から形成される膜の上面までの高さを意味する。従って段差基板上に塗布する場合、この高さが200nm以上であればよい。
段差基板の底面から前記段差形状の上面までの高さは、一般的に化学増幅型レジスト組成物により形成される膜の膜厚より小さく、200nm未満であることが好ましい。段差基板の底面から前記段差形状の上面までの高さは、10nm以上であることが好ましい(すなわち、高さ10nm以上の段差を有する段差基板であることが好ましい)。
フィン及びゲートのサイズ(幅、長さ、高さなど)、間隔、構造、構成などは、例えば電子情報通信学会誌 Vol.91,No.1,2008 25〜29頁 “最先端FinFETプロセス・集積化技術”や、Jpn.J.Appl.Phys.Vol.42(2003)pp.4142−4146 Part1,No.6B,June 2003 “Fin−Type Double−Gate Metal−Oxide−Semiconductor Field−Effect Transistors Fabricated by Orientation−Dependent Etching and Electron Beam Lithography”に記載のものを適宜適用できる。
段差基板の一例としては、例えば、スペース20nm〜200nm、ピッチ40nm〜700nm、高さ10nm〜200nmの段差を等間隔に繰り返し有する段差基板などが挙げられる。
すなわち、本発明のネガ型パターン形成方法において、上記反射防止膜が塗布されていない基板が段差基板であることが好ましく、高さ10nm以上の段差を有する段差基板であることがより好ましい。
本発明のレジスト組成物は、酸の作用により極性が増大して有機溶剤を含む現像液に対する溶解性が減少する樹脂(以下、「樹脂(A)」ともいう)を含有する。樹脂(A)としては、樹脂(A)により形成された膜の、25℃における酢酸ブチルに対する溶解速度が18nm/秒以上であることが好ましい。イオンインプランテーション用途のような厚膜のレジスト膜を現像する際には、レジスト膜が現像液に対して十分な溶解性を有しない場合に、レジスト膜の抜け性が悪く残渣が発生し、残渣欠陥が生じ、解像度が低下するといった問題が生じる。樹脂(A)により形成された膜の、25℃における酢酸ブチルに対する溶解速度が18nm/秒以上であることより、膜厚が200nm以上の厚膜のレジスト膜を露光し、現像する場合においても、レジスト膜が酢酸ブチルに代表されるような有機溶剤を含む現像液に対して十分な溶解性を示すことから、現像液に素早く溶解し、膜の抜け性が向上し、残渣欠陥が低減し、解像度が向上する。
前記溶解速度は一般的に1000nm/秒以下であり、800nm/秒以下であることが好ましく、500nm/秒以下であることがより好ましい。
溶解速度が上記の範囲であれば、未露光部のレジスト膜は現像液に対する十分な溶解性を有すると共に、露光部のレジスト膜の現像液に対する溶解性が未露光部のレジスト膜に比べて十分に下がる。
溶解速度が上記の範囲であることによる効果は、特に、段差基板上でレジストパターンの形成(パターニング)を行う場合に顕著に表れる。
本発明においては、有機溶剤を含む現像液に対するレジスト膜の溶解性の指標として、樹脂(A)のみにより形成された膜の、25℃における酢酸ブチルに対する溶解速度を用いた。この理由は、酢酸ブチルは有機溶剤を含む現像液の典型的な例であり、酢酸ブチルに対する溶解挙動を見ることが、有機溶剤を含む現像液一般に対する溶解挙動を窺い知る上で有効であるからである。また樹脂(A)はレジスト膜における主成分であり、樹脂(A)の溶解性がレジスト膜の溶解性に対し、支配的な影響を与えるからである。
極性基としては、有機溶剤を含む現像液中で難溶化又は不溶化する基であれば特に限定されないが、カルボキシル基、フッ素化アルコール基(好ましくはヘキサフルオロイソプロパノール)、スルホン酸基等の酸性基(従来レジストの現像液として用いられている、2.38質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液中で解離する基)、又はアルコール性水酸基等が挙げられる。
ここで、アルコール性水酸基とは、炭化水素基に結合した水酸基であって、芳香環上に直接結合した水酸基(フェノール性の水酸基)以外のものであれば特に限定されないが、より具体的には、pKaが12以上かつ20以下の水酸基であることが好ましい。
酸で脱離する基としては、例えば、−C(R36)(R37)(R38)、−C(R36)(R37)(OR39)、−C(R01)(R02)(OR39)等を挙げることができる。
上記一般式中、R36〜R39は、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基又はアルケニル基を表す。R36とR37とは、互いに結合して環を形成してもよい。
R01及びR02は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基又はアルケニル基を表す。
R36〜R39、R01及びR02のアルキル基は、炭素数1〜8のアルキル基が好ましく、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、へキシル基、オクチル基等を挙げることができる。
R36〜R39、R01及びR02のシクロアルキル基は、単環型でも、多環型でもよい。単環型としては、炭素数3〜8のシクロアルキル基が好ましく、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロへキシル基、シクロオクチル基等を挙げることができる。多環型としては、炭素数6〜20のシクロアルキル基が好ましく、例えば、アダマンチル基、ノルボルニル基、イソボロニル基、カンファニル基、ジシクロペンチル基、α−ピネル基、トリシクロデカニル基、テトラシクロドデシル基、アンドロスタニル基等を挙げることができる。なお、シクロアルキル基中の炭素原子の一部が酸素原子等のヘテロ原子によって置換されていてもよい。
R36〜R39、R01及びR02のアリール基は、炭素数6〜10のアリール基が好ましく、例えば、フェニル基、ナフチル基、アントリル基等を挙げることができる。
R36〜R39、R01及びR02のアラルキル基は、炭素数7〜12のアラルキル基が好ましく、例えば、ベンジル基、フェネチル基、ナフチルメチル基等を挙げることができる。
R36〜R39、R01及びR02のアルケニル基は、炭素数2〜8のアルケニル基が好ましく、例えば、ビニル基、アリル基、ブテニル基、シクロへキセニル基等を挙げることができる。
R36とR37とが結合して形成される環としては、シクロアルキル基(単環若しくは多環)であることが好ましい。シクロアルキル基としては、シクロペンチル基、シクロヘキシル基などの単環のシクロアルキル基、ノルボルニル基、テトラシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、アダマンチル基などの多環のシクロアルキル基が好ましい。炭素数5又は6の単環のシクロアルキル基がより好ましく、炭素数5の単環のシクロアルキル基が特に好ましい。
Xa1は、水素原子、置換基を有していてもよいメチル基又は−CH2−R9で表わされる基を表す。R9は、水酸基又は1価の有機基を表し、1価の有機基としては、例えば、炭素数5以下のアルキル基、炭素数5以下のアシル基が挙げられ、好ましくは炭素数3以下のアルキル基であり、更に好ましくはメチル基である。Xa1は好ましくは水素原子、メチル基、トリフルオロメチル基又はヒドロキシメチル基を表す。
Tは、単結合又は2価の連結基を表す。
Rx1〜Rx3は、それぞれ独立に、アルキル基(直鎖若しくは分岐)又はシクロアルキル基(単環若しくは多環)を表す。
Rx1〜Rx3の2つが結合して、シクロアルキル基(単環若しくは多環)を形成してもよい。
Tは、単結合又は−COO−Rt−基が好ましい。Rtは、炭素数1〜5のアルキレン基が好ましく、−CH2−基、−(CH2)2−基、−(CH2)3−基がより好ましい。
Rx1〜Rx3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、イソブチル基、t−ブチル基などの炭素数1〜4のものが好ましい。
Rx1〜Rx3のシクロアルキル基としては、シクロペンチル基、シクロヘキシル基などの単環のシクロアルキル基、ノルボルニル基、テトラシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、アダマンチル基などの多環のシクロアルキル基が好ましい。
Rx1〜Rx3の2つが結合して形成されるシクロアルキル基としては、シクロペンチル基、シクロヘキシル基などの単環のシクロアルキル基、ノルボルニル基、テトラシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、アダマンチル基などの多環のシクロアルキル基が好ましい。炭素数5又は6の単環のシクロアルキル基が特に好ましい。
Rx1がメチル基又はエチル基であり、Rx2とRx3とが結合して上述のシクロアルキル基を形成している態様が好ましい。
上記各基は、置換基を有していてもよく、置換基としては、例えば、アルキル基(炭素数1〜4)、ハロゲン原子、水酸基、アルコキシ基(炭素数1〜4)、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基(炭素数2〜6)などが挙げられ、炭素数8以下が好ましい。
また上記したように、上述の18nm/秒以上の溶解速度は、酸分解性基を有する繰り返し単位(酸分解性基を有する繰り返し単位が複数種含まれる場合には、その合計)の樹脂(A)中の含有量(樹脂(A)の保護率)を、通常のレジスト組成物で使用される酸分解性樹脂における酸分解性基を有する繰り返し単位の含有量より上げることで好適に達成できる。具体的には、樹脂(A)中における酸分解性基を有する繰り返し単位の含有量の合計を、樹脂(A)中の全繰り返し単位に対し、好ましくは45モル%以上、より好ましくは50モル%以上、更に好ましくは55モル%以上、特に好ましくは60モル%以上とすることである。
具体例中、Rx、Xa1は、水素原子、CH3、CF3、又はCH2OHを表す。Rxa、Rxbはそれぞれ炭素数1〜4のアルキル基を表す。Zは、極性基を含む置換基を表し、複数存在する場合、複数のZは互いに同じであっても異なっていてもよい。pは0又は正の整数を表す。Zの具体例及び好ましい例は、後述する一般式(2−1)におけるR10の具体例及び好ましい例と同様である。
R1、R3は、各々独立して、水素原子、置換基を有していてもよいメチル基又は−CH2−R9で表わされる基を表す。R9は水酸基又は1価の有機基を表す。
R2、R4、R5、R6は、各々独立して、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。
Rは、炭素原子とともに脂環構造を形成するのに必要な原子団を表す。
R2におけるシクロアルキル基は、単環でも多環でもよく、置換基を有していてもよい。
R2は好ましくはアルキル基であり、より好ましくは炭素数1〜10、更に好ましくは1〜5のものであり、例えばメチル基、エチル基が挙げられる。
R4、R5、R6におけるシクロアルキル基は、単環でも多環でもよく、置換基を有していてもよい。シクロアルキル基としては、シクロペンチル基、シクロヘキシル基などの単環のシクロアルキル基、ノルボルニル基、テトラシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、アダマンチル基などの多環のシクロアルキル基が好ましい。
R3〜R5は、それぞれ、一般式(2)におけるものと同義である。
R10は極性基を含む置換基を表す。R10が複数存在する場合、互いに同じでも異なっていてもよい。極性基を含む置換基としては、例えば、水酸基、シアノ基、アミノ基、アルキルアミド基又はスルホンアミド基自体、又は、これらの少なくとも1つを有する、直鎖又は分岐のアルキル基、シクロアルキル基が挙げられ、好ましくは、水酸基を有するアルキル基である。より好ましくは水酸基を有する分岐状アルキル基である。分岐状アルキル基としてはイソプロピル基が特に好ましい。
pは0〜15の整数を表す。pは好ましくは0〜2であり、より好ましくは0又は1である。
(i)酸の作用により分解して1個のアルコール性水酸基を発生する、下記一般式(b)で表される構造、又は
(ii)酸の作用により分解して2個又は3個のアルコール性水酸基を発生する、下記一般式(c)で表される構造であることが好ましい。
P3は、酸の作用により分解し脱離するz価の基を表す。zは2又は3を表す。
*は前記樹脂の主鎖又は側鎖に連結する結合手を表す。
Rx4は、各々独立に、水素原子又は1価の有機基を表す。Rx4は、互いに結合して、環を形成していてもよい。
Rx5は、1価の有機基を表す。Rx4の一方とRx5とは、互いに結合して、環を形成していてもよい。
Rx4’は、水素原子又は1価の有機基を表す。
Rx5’は、各々独立に、1価の有機基を表す。Rx5’は、互いに結合して、環を形成していてもよい。また、Rx5’の一方とRx4’とは、互いに結合して、環を形成していてもよい。
Rx6は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アルケニル基、又はアルキニル基を表す。2つのRx6は、互いに結合して、環を形成していてもよい。但し、3つの前記Rx6のうち1つ又は2つが水素原子である場合は、残りの前記Rx6のうち少なくとも1つは、アリール基、アルケニル基、又はアルキニル基を表す。
一般式(b−4)中、
Rx6’は、各々独立に、1価の有機基を表す。2つのRx6’は、互いに結合して、環を形成していてもよい。
一般式(b−1)〜(b−4)中、*は前記樹脂の主鎖又は側鎖に連結する結合手を表す。
Rx4、Rx4’のアルキル基は、直鎖状であってもよく、分岐状であってもよい。アルキル基の炭素数は、1〜10であることが好ましく、1〜3であることがより好ましい。Rx4、Rx4’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、イソプロピル基、及びn−ブチル基が挙げられる。
Rx4、Rx4’のシクロアルキル基は、単環式であってもよく、多環式であってもよい。シクロアルキル基の炭素数は、3〜10であることが好ましく、4〜8であることがより好ましい。Rx4、Rx4’のシクロアルキル基としては、例えば、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、ノルボルニル基、及びアダマンチル基が挙げられる。
また、一般式(b−1)において、Rx4の少なくとも一方は、1価の有機基であることが好ましい。このような構成を採用すると、特に高い感度を達成することができる。
Rx4、Rx4’としてのアルキル基、及び、シクロアルキル基は、更に置換基を有していても良く、このような置換基としては、例えば、アルキル基(炭素数1〜4)、ハロゲン原子、水酸基、アルコキシ基(炭素数1〜4)、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基(炭素数2〜6)、アリール基(炭素数6〜10)などが挙げられ、炭素数8以下が好ましい。
Rx5、Rx5’のアルキル基は、置換基を有していないか、又は、1つ以上のアリール基及び/又は1つ以上のシリル基を置換基として有していることが好ましい。無置換アルキル基の炭素数は、1〜20であることが好ましく、1〜10であることがより好ましい。1つ以上のアリール基により置換されたアルキル基におけるアルキル基部分の炭素数は、1〜25であることが好ましい。
Rx5、Rx5’のアルキル基の具体例としては、例えば、Rx4、Rx4’のアルキル基の具体例として説明したものを同様に挙げることができる。また、1つ以上のアリール基により置換されたアルキル基におけるアリール基としては、炭素数6〜10のものが好ましく、具体的には、フェニル基、ナフチル基を挙げることができる。
1つ以上のシリル基により置換されたアルキル基におけるアルキル基部分の炭素数は、1〜30であることが好ましい。また、Rx5、Rx5’のシクロアルキル基が置換基を有していない場合、その炭素数は、3〜20であることが好ましく、3〜15であることがより好ましい。
Rx5、Rx5’のシクロアルキル基の具体例としては、Rx4、Rx4’のシクロアルキル基の具体例として説明したものを同様に挙げることができる。
Rx6としてのアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アルケニル基、及びアルキニル基は、更に置換基を有していてもよく、このような置換基としては、上記Rx4、Rx4’が有していても良い置換基で説明したものと同様の基を挙げることができる。
Rx6のアルケニル基としては、例えば、ビニル基、プロペニル基、アリル基等の炭素数2〜5のアルケニル基を挙げることができる。
Rx6としてのアルキニル基としては、例えば、エチニル基、プロピニル基、ブチニル基等の炭素数2〜5のアルキニル基を挙げることができる。
Rx6’は、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基であることが好ましく、アルキル基又はシクロアルキル基であることがより好ましく、アルキル基であることが更に好ましい。
Rx6’についてのアルキル基、シクロアルキル基及びアリール基の具体例及び好ましい例としては、Rx4、Rx4’について前述したアルキル基、シクロアルキル基及びRx6について前述したアリール基と同様のものが挙げられる。
これらアルキル基、シクロアルキル基及びアリール基は、更に置換基を有していてもよく、このような置換基としては、上記Rx4、Rx4’が有していても良い置換基で説明したものと同様の基を挙げることができる。
Rx7は、互いに結合して、環を形成していてもよい。
Rx8は、互いに結合して、環を形成していてもよい。
Rx7は、水素原子又は炭素数1〜10のアルキル基であることが好ましく、水素原子又は炭素数1〜10でありかつ置換基を有していないアルキル基であることが更に好ましい。
Rx7としてのアルキル基及びシクロアルキル基は、更に置換基を有していてもよく、このような置換基としては、上記Rx5、Rx5’が有していても良い置換基で説明したものと同様の基を挙げることができる。
Rx7のアルキル基及びシクロアルキル基の具体例としては、例えば、Rx4、Rx4’のアルキル基及びシクロアルキル基の具体例として説明したものを同様に挙げることができる。
Rx8、Rx8’のアルキル基及びシクロアルキル基としては、例えば、Rx4、Rx4’のアルキル基及びシクロアルキル基で説明したものを同様に挙げることができる。
上記構造(i)又は(ii)を有する繰り返し単位としては、下記一般式(I−1)又は(I−2)で表される繰り返し単位を挙げることができる。
Raは、各々独立に、水素原子、アルキル基又は−CH2−O−Ra2により表される基を表す。ここで、Ra2は、水素原子、アルキル基又はアシル基を表す。
Pは、上記構造(i)を表す。Pが複数存在する場合、複数のPは同じであっても異なっていてもよく、互いに結合して環を形成してもよい。複数のPが互いに結合して環を形成する場合、結合されたPは、上記構造(ii)を表してもよく、この場合、上記構造(ii)における上記一般式(c)の*は、R1に連結する結合手を表す。
R1は、(n+1)価の有機基を表す。
R11は、2価の有機基を表す。R11が複数存在する場合、複数のR11は同じであっても異なっていてもよい。
nは、1以上の整数を表す。
L1は、−COO−、−OCO−、−CONH−、−O−、−Ar−、−SO3−又は−SO2NH−により表される連結基を表す。ここで、Arは、2価の芳香環基を表す。L1が複数存在する場合、複数のL1は同じであっても異なっていてもよい。
qは、−R11−L1−で表される基の繰り返し数を表し、0〜3の整数を表す。
Raのアルキル基の炭素数は6以下であることが好ましく、Ra2のアルキル基及びアシル基の炭素数は5以下であることが好ましい。Raのアルキル基、及び、Ra2のアルキル基及びアシル基は、置換基を有していてもよい。
Raは、水素原子、炭素数が1〜10のアルキル基、又は、炭素数が1〜10のアルコキシアルキル基であることが好ましく、具体的には、水素原子、メチル基、トリフルオロメチル基又はヒドロキシメチル基であることが好ましく、水素原子又はメチル基であることがより好ましい。
R1としての鎖状炭化水素基は、直鎖状であってもよく、分岐状であってもよい。また、この鎖状炭化水素基の炭素数は、1〜8であることが好ましい。例えば、鎖状炭化水素基がアルキレン基である場合、アルキレン基は、メチレン基、エチレン基、n−プロピレン基、イソプロピレン基、n−ブチレン基、イソブチレン基又はsec−ブチレン基であることが好ましい。
R1としての脂環状炭化水素基は、単環式であってもよく、多環式であってもよい。この脂環状炭化水素基は、例えば、モノシクロ、ビシクロ、トリシクロ又はテトラシクロ構造を備えている。この脂環状炭化水素基の炭素数は、通常は5以上であり、6〜30であることが好ましく、7〜25であることがより好ましい。
この脂環状炭化水素基としては、例えば、以下に列挙する部分構造を備えるものが挙げられる。これら部分構造の各々は、置換基を有していてもよい。また、これら部分構造の各々において、メチレン基(−CH2−)は、酸素原子(−O−)、硫黄原子(−S−)、カルボニル基〔−C(=O)−〕、スルホニル基〔−S(=O)2−〕、スルフィニル基〔−S(=O)−〕、又はイミノ基〔−N(R)−〕(Rは水素原子若しくはアルキル基)によって置換されていてもよい。
qは、−R11−L1−で表される基の繰り返し数を表し、0〜3の整数を表す。qは0〜2の整数が好ましく、0又は1がより好ましい。
ラクトン構造としては、ラクトン構造を有していればいずれでも用いることができるが、好ましくは5〜7員環ラクトン構造であり、5〜7員環ラクトン構造にビシクロ構造、スピロ構造を形成する形で他の環構造が縮環しているものが好ましい。下記一般式(LC1−1)〜(LC1−17)のいずれかで表されるラクトン構造を有する繰り返し単位を有することがより好ましい。また、ラクトン構造が主鎖に直接結合していてもよい。好ましいラクトン構造としては(LC1−1)、(LC1−4)、(LC1−5)、(LC1−6)、(LC1−13)、(LC1−14)、(LC1−17)であり、特に好ましいラクトン構造は(LC1−4)である。このような特定のラクトン構造を用いることでLWR、現像欠陥が良好になる。
Aは、エステル結合(−COO−で表される基)又はアミド結合(−CONH−で表される基)を表す。
R0は、複数個ある場合にはそれぞれ独立にアルキレン基、シクロアルキレン基、又はその組み合わせを表す。
Zは、複数個ある場合にはそれぞれ独立に、単結合、エーテル結合、エステル結合、アミド結合、ウレタン結合
nは、−R0−Z−で表される構造の繰り返し数であり、0〜5の整数を表し、0又は1であることが好ましい。nが0である場合、−R0−Z−は存在せず、単結合となる。
R7は、水素原子、ハロゲン原子又はアルキル基を表す。
Zは好ましくは、エーテル結合、エステル結合であり、特に好ましくはエステル結合である。
R0のアルキレン基、シクロアルキレン基、R7におけるアルキル基は、各々置換されていてもよく、置換基としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子等のハロゲン原子やメルカプト基、水酸基、メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、t−ブトキシ基、ベンジルオキシ基等のアルコキシ基、アセチルオキシ基、プロピオニルオキシ基等のアシルオキシ基が挙げられる。
R7は、水素原子、メチル基、トリフルオロメチル基、ヒドロキシメチル基が好ましい。
また、R8は無置換のラクトン構造を有する1価の有機基、或いはメチル基、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を置換基として有するラクトン構造を有する1価の有機基が好ましく、シアノ基を置換基として有するラクトン構造(シアノラクトン)を有する1価の有機基がより好ましい。
下記具体例中、Rは、水素原子、置換基を有していてもよいアルキル基又はハロゲン原子を表し、好ましくは、水素原子、メチル基、ヒドロキシメチル基、アセチルオキシメチル基を表す。
R2c〜R4cは、各々独立に、水素原子、水酸基又はシアノ基を表す。ただし、R2c〜R4cの内の少なくとも1つは、水酸基又はシアノ基を表す。好ましくは、R2c〜R4cの内の1つ又は2つが、水酸基で、残りが水素原子である。一般式(VIIa)に於いて、更に好ましくは、R2c〜R4cの内の2つが、水酸基で、残りが水素原子である。
R1cは、水素原子、メチル基、トリフロロメチル基又はヒドロキシメチル基を表す。
上記したラクトン構造を有する繰り返し単位と、上記した一般式(III)以外の水酸基又はシアノ基を有する繰り返し単位、の樹脂(A)中の含有量の合計は、樹脂(A)中の全繰り返し単位に対し、好ましくは1モル%以上である。
酸基を有する繰り返し単位の具体例を以下に示すが、本発明は、これに限定されるものではない。
具体例中、RxはH,CH3,CH2OH,又はCF3を表す。
Raは水素原子、アルキル基又は−CH2−O−Ra2基を表す。式中、Ra2は、水素原子、アルキル基又はアシル基を表す。Raは、水素原子、メチル基、ヒドロキシメチル基、トリフルオロメチル基が好ましく、水素原子、メチル基が特に好ましい。
極性基を持たない脂環炭化水素構造を有し、酸分解性を示さない繰り返し単位の具体例を以下に挙げるが、本発明はこれらに限定されない。式中、Raは、H、CH3、CH2OH、又はCF3を表す。
(1)塗布溶剤に対する溶解性、
(2)製膜性(ガラス転移点)、
(3)アルカリ現像性、
(4)膜べり(親疎水性、アルカリ可溶性基選択)、
(5)未露光部の基板への密着性、
(6)ドライエッチング耐性、等の微調整が可能となる。
また、組成物の調製後に樹脂が凝集することなどを抑制する為に、例えば、特開2009−037108号公報に記載のように、合成された樹脂を溶剤に溶解して溶液とし、その溶液を30℃〜90℃程度で30分〜4時間程度加熱するような工程を加えてもよい。
本発明における樹脂(A)のガラス転移温度(Tg)は、好ましくは130〜230℃、より好ましくは140〜220℃、更に好ましくは145〜200℃である。Tgを130〜230℃とすることにより、耐熱性やドライエッチング耐性の劣化を防ぐことができ、発生酸の拡散性が抑えられ、かつ現像性が劣化することを防ぐことができる。
また、本発明において、樹脂(A)は、1種で使用してもよいし、複数併用してもよい。あるいは、樹脂(A)と、樹脂(A)には該当しないその他の樹脂を併用して用いてもよい。その場合、全樹脂中、樹脂(A)が50質量%以上存在することが好ましい。
本発明の組成物は、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物(B)(以下、「酸発生剤」ともいう)を含有する。
酸発生剤としては、光カチオン重合の光開始剤、光ラジカル重合の光開始剤、色素類の光消色剤、光変色剤、あるいはマイクロレジスト等に使用されている、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する公知の化合物及びそれらの混合物を適宜に選択して使用することができる。
R201、R202及びR203は、各々独立に、有機基を表す。
R201、R202及びR203としての有機基の炭素数は、一般的に1〜30、好ましくは1〜20である。
また、R201〜R203のうち2つが結合して環構造を形成してもよく、環内に酸素原子、硫黄原子、エステル結合、アミド結合、カルボニル基を含んでいてもよい。R201〜R203の内の2つが結合して形成する基としては、アルキレン基(例えば、ブチレン基、ペンチレン基)を挙げることができる。
Z−は、非求核性アニオンを表す。
(好ましくは炭素数2〜12)、アルコキシカルボニルオキシ基(好ましくは炭素数2〜7)、アルキルチオ基(好ましくは炭素数1〜15)、アルキルスルホニル基(好ましくは炭素数1〜15)、アルキルイミノスルホニル基(好ましくは炭素数1〜15)、アリールオキシスルホニル基(好ましくは炭素数6〜20)、アルキルアリールオキシスルホニル基(好ましくは炭素数7〜20)、シクロアルキルアリールオキシスルホニル基(好ましくは炭素数10〜20)、アルキルオキシアルキルオキシ基(好ましくは炭素数5〜20)、シクロアルキルアルキルオキシアルキルオキシ基(好ましくは炭素数8〜20)等を挙げることができる。各基が有するアリール基及び環構造については、置換基として更にアルキル基(好ましくは炭素数1〜15)、シクロアルキル基(好ましくは炭素数3〜15)を挙げることができる。
よって、酸発生剤が、例えば、一般式(ZI)又は(ZII)で表される化合物である場合、前記芳香族スルホン酸アニオンとしては、下記式(BI)で表されるアリールスルホン酸を生じるアニオンであることが好ましい。
Arは、芳香族環を表し、スルホン酸基及びA基以外に更に置換基を有してもよい。
pは、0以上の整数を表す。
Aは、炭化水素基を有する基を表す。
pが2以上のとき、複数のA基は同一でも異なっていてもよい。
Arにより表される芳香族環としては、炭素数6〜30の芳香族環が好ましい。
具体的には、ベンゼン環、ナフタレン環、ペンタレン環、インデン環、アズレン環、ヘプタレン環、インデセン環、ペリレン環、ペンタセン環、アセタフタレン環、フェナントレン環、アントラセン環、ナフタセン環、ペンタセン環、クリセン環、トリフェニレン環、インデン環、フルオレン環、トリフェニレン環、ナフタセン環、ビフェニル環、ピロール環、フラン環、チオフェン環、イミダゾール環、オキサゾール環、チアゾール環、ピリジン環、ピラジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、インドリジン環、インドール環、ベンゾフラン環、ベンゾチオフェン環、イソベンゾフラン環、キノリジン環、キノリン環、フタラジン環、ナフチリジン環、キノキサリン環、キノキサゾリン環、イソキノリン環、カルバゾール環、フェナントリジン環、アクリジン環、フェナントロリン環、チアントレン環、クロメン環、キサンテン環、フェノキサチイン環、フェノチアジン環、フェナジン環等が挙げられ、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環が好ましく、ベンゼン環がより好ましい。
Aにより表される、炭化水素基を有する基における炭化水素基としては、非環式炭化水素基、又は環状脂肪族基が挙げられ、該炭化水素基の炭素原子数は3以上であることが好ましい。
A基としては、Arに隣接する炭素原子が3級若しくは4級の炭素原子であることが好ましい。
A基における非環式炭化水素基としては、イソプロピル基、t―ブチル基、t―ペンチル基、ネオペンチル基、s−ブチル基、イソブチル基、イソヘキシル基、3,3−ジメチルペンチル基、2−エチルヘキシル基等が挙げられる。非環式炭化水素基の有する炭素数の上限としては、好ましくは12以下、更に好ましくは10以下である。
Aとしての環状脂肪族基又は非環式炭化水素基を有する基の具体例としては以下のものが挙げられる。
本発明の酸発生剤は、一態様において、下記一般式(BII)で表される酸を発生する化合物である。
よって、酸発生剤が、例えば、一般式(ZI)又は(ZII)で表される化合物である場合、前記芳香族スルホン酸アニオンとしては、下記式(I)で表される酸を生じるアニオンであることが好ましい。
R1、R2は、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子、又は、アルキル基を表し、複数存在する場合のR1、R2は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
Lは、二価の連結基を表し、複数存在する場合のLは同一でも異なっていてもよい。
Aは、環状の有機基を表す。
xは1〜20の整数を表し、yは0〜10の整数を表し、zは0〜10の整数を表す。
Xfのフッ素原子で置換されたアルキル基におけるアルキル基としては、好ましくは炭素数1〜10であり、より好ましくは炭素数1〜4である。また、Xfのフッ素原子で置換されたアルキル基は、パーフルオロアルキル基であることが好ましい。
Xfとして好ましくは、フッ素原子又は炭素数1〜4のパーフルオロアルキル基である。Xfの具体例としてはフッ素原子、CF3、C2F5、C3F7、C4F9、C5F11、C6F13、C7F15、C8F17、CH2CF3、CH2CH2CF3、CH2C2F5、CH2CH2C2F5、CH2C3F7、CH2CH2C3F7、CH2C4F9、CH2CH2C4F9が挙げられ、中でもフッ素原子、CF3が好ましい。特に、双方のXfがフッ素原子であることが好ましい。
R1、R2としては、好ましくはフッ素原子又はCF3である。
Lの2価の連結基としては特に限定されず、―COO−、−OCO−、−CONR−(Rは水素原子、アルキル基又はシクロアルキル基)、−CO−、−O−、−S―、−SO―、―SO2−、アルキレン基、シクロアルキレン基、アルケニレン基又はこれらの複数が組合された連結基などが挙げられ、総炭素数12以下の連結基が好ましい。これらのなかでも―COO−、−OCO−、−CONR−、−CO−、−O−、―SO2−が好ましく、―COO−、−OCO−、―SO2−がより好ましい。
化合物(ZI−2)は、式(ZI)におけるR201〜R203が、各々独立に、芳香環を有さない有機基を表す化合物である。ここで芳香環とは、ヘテロ原子を含有する芳香族環も包含するものである。
2−オキソシクロアルキル基は、好ましくは、上記のシクロアルキル基の2位に>C=Oを有する基を挙げることができる。
化合物(ZI−3)とは、以下の一般式(ZI−3)で表される化合物であり、フェナシルスルフォニウム塩構造を有する化合物である。
R1c〜R5cは、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルコキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基、シクロアルキルカルボニルオキシ基、ハロゲン原子、水酸基、ニトロ基、アルキルチオ基又はアリールチオ基を表す。
R6c及びR7cは、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアリール基を表す。
Rx及びRyは、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基、2−オキソアルキル基、2−オキソシクロアルキル基、アルコキシカルボニルアルキル基、アリル基又はビニル基を表す。
上記環構造としては、芳香族若しくは非芳香族の炭化水素環、芳香族若しくは非芳香族の複素環、又は、これらの環が2つ以上組み合わされてなる多環縮合環を挙げることができる。環構造としては、3〜10員環を挙げることができ、4〜8員環であることが好ましく、5又は6員環であることがより好ましい。
R1c〜R5c中のいずれか2つ以上、R6cとR7c、及びRxとRyが結合して形成する基としては、ブチレン基、ペンチレン基等を挙げることができる。
R5cとR6c、及び、R5cとRxが結合して形成する基としては、単結合又はアルキレン基であることが好ましく、アルキレン基としては、メチレン基、エチレン基等を挙げることができる。
好ましくは、R1c〜R5cの内のいずれかが直鎖又は分岐アルキル基、シクロアルキル基又は直鎖、分岐若しくは環状アルコキシ基であり、更に好ましくは、R1c〜R5cの炭素数の和が2〜15である。これにより、より溶剤溶解性が向上し、保存時にパーティクルの発生が抑制される。
R6c及びR7cの態様としては、その両方がアルキル基である場合が好ましい。特に、R6c及びR7cが各々炭素数1〜4の直鎖又は分岐状アルキル基である場合が好ましく、とりわけ、両方がメチル基である場合が好ましい。
化合物(ZI−4)は、下記一般式(ZI−4)で表される。
R13は水素原子、フッ素原子、水酸基、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、又はシクロアルキル基を有する基を表す。これらの基は置換基を有してもよい。
R14は複数存在する場合は各々独立して、水酸基、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アルキルカルボニル基、アルキルスルホニル基、シクロアルキルスルホニル基、又はシクロアルキル基を有する基を表す。これらの基は置換基を有してもよい。
R15は各々独立して、アルキル基、シクロアルキル基又はナフチル基を表す。2個のR15が互いに結合して環を形成してもよい。これらの基は置換基を有してもよい。
lは0〜2の整数を表す。
rは0〜8の整数を表す。
Z−は、非求核性アニオンを表し、一般式(ZI)に於けるZ−と同様の非求核性アニオンを挙げることができる。
また、総炭素数が7以上の多環のシクロアルキルオキシ基としては、ノルボルニルオキシ基、トリシクロデカニルオキシ基、テトラシクロデカニルオキシ基、アダマンチルオキシ基等が挙げられる。
一般式(ZI−4)におけるR15としては、メチル基、エチル基、ナフチル基、2個のR15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。
rとしては、0〜2が好ましい。
一般式(ZII)、(ZIII)中、
R204〜R207は、各々独立に、アリール基、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。
R204〜R207のアリール基としてはフェニル基、ナフチル基が好ましく、更に好ましくはフェニル基である。R204〜R207のアリール基は、酸素原子、窒素原子、硫黄原子等を有する複素環構造を有するアリール基であってもよい。複素環構造を有するアリール基の骨格としては、例えば、ピロール、フラン、チオフェン、インドール、ベンゾフラン、ベンゾチオフェン等を挙げることができる。
R204〜R207におけるアルキル基及びシクロアルキル基としては、好ましくは、炭素数1〜10の直鎖又は分岐アルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基)、炭素数3〜10のシクロアルキル基(シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボニル基)を挙げることができる。
R204〜R207のアリール基、アルキル基、シクロアルキル基は、置換基を有していてもよい。R204〜R207のアリール基、アルキル基、シクロアルキル基が有していてもよい置換基としては、例えば、アルキル基(例えば炭素数1〜15)、シクロアルキル基(例えば炭素数3〜15)、アリール基(例えば炭素数6〜15)、アルコキシ基(例えば炭素数1〜15)、ハロゲン原子、水酸基、フェニルチオ基等を挙げることができる。
Z−は、非求核性アニオンを表し、一般式(ZI)に於けるZ−の非求核性アニオンと同様のものを挙げることができる。
Ar3及びAr4は、各々独立に、アリール基を表す。
R208、R209及びR210は、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を表す。
Aは、アルキレン基、アルケニレン基又はアリーレン基を表す。
Ar3、Ar4、R208、R209及びR210のアリール基の具体例としては、上記一般式(ZI−1)におけるR201、R202及びR203としてのアリール基の具体例と同様のものを挙げることができる。
R208、R209及びR210のアルキル基及びシクロアルキル基の具体例としては、それぞれ、上記一般式(ZI−2)におけるR201、R202及びR203としてのアルキル基及びシクロアルキル基の具体例と同様のものを挙げることができる。
Aのアルキレン基としては、炭素数1〜12のアルキレン(例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、イソプロピレン基、ブチレン基、イソブチレン基など)を、Aのアルケニレン基としては、炭素数2〜12のアルケニレン基(例えば、エチニレン基、プロペニレン基、ブテニレン基など)を、Aのアリーレン基としては、炭素数6〜10のアリーレン基(例えば、フェニレン基、トリレン基、ナフチレン基など)を、それぞれ挙げることができる。
また、酸発生剤として、スルホン酸基又はイミド基を1つ有する酸を発生する化合物が好ましく、更に好ましくは1価のパーフルオロアルカンスルホン酸を発生する化合物、又は1価のフッ素原子若しくはフッ素原子を含有する基で置換された芳香族スルホン酸を発生する化合物、又は1価のフッ素原子若しくはフッ素原子を含有する基で置換されたイミド酸を発生する化合物であり、更により好ましくは、フッ化置換アルカンスルホン酸、フッ素置換ベンゼンスルホン酸、フッ素置換イミド酸又はフッ素置換メチド酸のスルホニウム塩である。使用可能な酸発生剤は、発生した酸のpKaが−1以下のフッ化置換アルカンスルホン酸、フッ化置換ベンゼンスルホン酸、フッ化置換イミド酸であることが特に好ましく、感度が向上する。
酸発生剤は、1種類又は2種類以上を組み合わせて使用することができる。
活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物の組成物中の含有率は、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物の全固形分を基準として、0.1〜40質量%が好ましく、より好ましくは1〜30質量%、更に好ましくは4〜25質量%である。
本発明におけるレジスト組成物を調製する際に使用することができる溶剤としては、例えば、アルキレングリコールモノアルキルエーテルカルボキシレート、アルキレングリコールモノアルキルエーテル、乳酸アルキルエステル、アルコキシプロピオン酸アルキル、環状ラクトン(好ましくは炭素数4〜10)、環を有しても良いモノケトン化合物(好ましくは炭素数4〜10)、アルキレンカーボネート、アルコキシ酢酸アルキル、ピルビン酸アルキル等の有機溶剤を挙げることができる。
これらの溶剤の具体例は、米国特許出願公開2008/0187860号明細書[0441]〜[0455]に記載のものを挙げることができる。
水酸基を含有する溶剤、水酸基を含有しない溶剤としては前述の例示化合物が適宜選択可能であるが、水酸基を含有する溶剤としては、アルキレングリコールモノアルキルエーテル、乳酸アルキル等が好ましく、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME、別名1−メトキシ−2−プロパノール)、乳酸エチルがより好ましい。また、水酸基を含有しない溶剤としては、アルキレングリコールモノアルキルエーテルアセテート、アルキルアルコキシプロピオネート、環を含有しても良いモノケトン化合物、環状ラクトン、酢酸アルキルなどが好ましく、これらの内でもプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA、別名1−メトキシ−2−アセトキシプロパン)、エチルエトキシプロピオネート、2−ヘプタノン、γ−ブチロラクトン、シクロヘキサノン、酢酸ブチルが特に好ましく、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチルエトキシプロピオネート、2−ヘプタノンが最も好ましい。
水酸基を含有する溶剤と水酸基を含有しない溶剤との混合比(質量)は、1/99〜99/1、好ましくは10/90〜90/10、更に好ましくは20/80〜60/40である。水酸基を含有しない溶剤を50質量%以上含有する混合溶剤が塗布均一性の点で特に好ましい。
溶剤は、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを含むことが好ましく、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート単独溶媒、又は、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを含有する2種類以上の混合溶剤であることが好ましい。
本発明のレジスト組成物は、露光から加熱までの経時による性能変化を低減するために、(D)塩基性化合物を含有することが好ましい。
塩基性化合物としては、好ましくは、下記式(A)〜(E)で示される構造を有する化合物を挙げることができる。
R200、R201及びR202は、同一でも異なってもよく、水素原子、アルキル基(好ましくは炭素数1〜20)、シクロアルキル基(好ましくは炭素数3〜20)又はアリール基(炭素数6〜20)を表し、ここで、R201とR202は、互いに結合して環を形成してもよい。R203、R204、R205及びR206は、同一でも異なってもよく、炭素数1〜20個のアルキル基を表す。
上記アルキル基について、置換基を有するアルキル基としては、炭素数1〜20のアミノアルキル基、炭素数1〜20のヒドロキシアルキル基又は炭素数1〜20のシアノアルキル基が好ましい。
これら一般式(A)と(E)中のアルキル基は、無置換であることがより好ましい。
前記フェノキシ基を有するアミン化合物、フェノキシ基を有するアンモニウム塩化合物、スルホン酸エステル基を有するアミン化合物及びスルホン酸エステル基を有するアンモニウム塩化合物は、少なくとも1つのアルキル基が窒素原子に結合していることが好ましい。また、前記アルキル鎖中に、酸素原子を有し、オキシアルキレン基が形成されていることが好ましい。オキシアルキレン基の数は、分子内に1つ以上、好ましくは3〜9個、更に好ましくは4〜6個である。オキシアルキレン基の中でも−CH2CH2O−、−CH(CH3)CH2O−若しくは−CH2CH2CH2O−の構造が好ましい。
前記フェノキシ基を有するアミン化合物、フェノキシ基を有するアンモニウム塩化合物、スルホン酸エステル基を有するアミン化合物及びスルホン酸エステル基を有するアンモニウム塩化合物の具体例としては、米国特許出願公開2007/0224539号明細書の[0066]に例示されている化合物(C1−1)〜(C3−3)が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
Rbは、独立に水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基又はアラルキル基を示す。但し、−C(Rb)(Rb)(Rb)において、1つ以上のRbが水素原子のとき、残りのRbの少なくとも1つはシクロプロピル基又は1−アルコキシアルキル基である。
少なくとも2つのRbは結合して脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基、複素環式炭化水素基若しくはその誘導体を形成していてもよい。
nは0〜2の整数を表し、mは1〜3の整数をそれぞれ表し、n+m=3である。
本発明のレジスト組成物は、更に界面活性剤を含有してもしなくても良く、含有する場合、フッ素及び/又はシリコン系界面活性剤(フッ素系界面活性剤、シリコン系界面活性剤、フッ素原子と珪素原子の両方を有する界面活性剤)のいずれか、あるいは2種以上を含有することがより好ましい。
フッ素系及び/又はシリコン系界面活性剤として、米国特許出願公開第2008/0248425号明細書の[0276]に記載の界面活性剤が挙げられ、例えばエフトップEF301、EF303、(新秋田化成(株)製)、フロラードFC430、431、4430(住友スリーエム(株)製)、メガファックF171、F173、F176、F189、F113、F110、F177、F120、R08(DIC(株)製)、サーフロンS−382、SC101、102、103、104、105、106(旭硝子(株)製)、トロイゾルS−366(トロイケミカル(株)製)、GF−300、GF−150(東亜合成化学(株)製)、サーフロンS−393(セイミケミカル(株)製)、エフトップEF121、EF122A、EF122B、RF122C、EF125M、EF135M、EF351、EF352、EF801、EF802、EF601((株)ジェムコ製)、PF636、PF656、PF6320、PF6520(OMNOVA社製)、FTX−204G、208G、218G、230G、204D、208D、212D、218D、222D((株)ネオス製)等である。またポリシロキサンポリマーKP−341(信越化学工業(株)製)もシリコン系界面活性剤として用いることができる。
上記に該当する界面活性剤として、メガファックF178、F−470、F−473、F−475、F−476、F−472(DIC(株)製)、C6F13基を有するアクリレート(又はメタクリレート)と(ポリ(オキシアルキレン))アクリレート(又はメタクリレート)との共重合体、C3F7基を有するアクリレート(又はメタクリレート)と
(ポリ(オキシエチレン))アクリレート(又はメタクリレート)と(ポリ(オキシプロピレン))アクリレート(又はメタクリレート)との共重合体等を挙げることができる。
本発明におけるレジスト組成物は、カルボン酸オニウム塩を含有してもしなくても良い。このようなカルボン酸オニウム塩は、米国特許出願公開2008/0187860号明細書[0605]〜[0606]に記載のものを挙げることができる
本発明のレジスト組成物には、必要に応じて更に染料、可塑剤、光増感剤、光吸収剤、アルカリ可溶性樹脂、溶解阻止剤及び現像液に対する溶解性を促進させる化合物(例えば、分子量1000以下のフェノール化合物、カルボキシル基を有する脂環族、又は脂肪族化合物)等を含有させることができる。
カルボキシル基を有する脂環族、又は脂肪族化合物の具体例としてはコール酸、デオキシコール酸、リトコール酸などのステロイド構造を有するカルボン酸誘導体、アダマンタンカルボン酸誘導体、アダマンタンジカルボン酸、シクロヘキサンカルボン酸、シクロヘキサンジカルボン酸などが挙げられるがこれらに限定されるものではない。
固形分濃度とは、レジスト組成物の総重量に対する、溶剤を除く他のレジスト成分の重量の重量百分率である。
本発明の組成物は、上記の成分を溶剤に溶解し、フィルター濾過した後、支持体に塗布して用いる。フィルターとしては、ポアサイズ0.1μm以下、より好ましくは0.05μm以下、更に好ましくは0.03μm以下のポリテトラフロロエチレン製、ポリエチレン製、ナイロン製のものが好ましい。フィルター濾過においては、例えば特開2002−62667号公報のように、循環的な濾過を行ったり、異種のフィルターを直列に接続して濾過を行ったりしてもよい。また、フィルター濾過に加え、脱気工程などを加えてもよい。
本発明のネガ型パターン形成方法は、
(ア)(A)酸の作用により極性が増大して有機溶剤を含む現像液に対する溶解性が減少する樹脂と、(B)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物と、(C)溶剤とを含有する化学増幅型レジスト組成物により膜厚が200nm以上の膜(レジスト膜)を形成する工程、
(イ)該膜を露光する工程、及び
(ウ)該露光された膜を、有機溶剤を含む現像液で現像する工程、
を少なくとも含む。
レジスト膜は、上記した本発明の化学増幅型レジスト組成物から形成されるものであり、より具体的には、基板上に形成されることが好ましい。本発明のネガ型パターン形成方法に於いて、レジスト組成物による膜を基板上に形成する工程、膜を露光する工程、及び現像工程は、一般的に知られている方法により行うことができる。
また、本発明は、上記ネガ型パターン形成方法に供せられる化学増幅型レジスト組成物にも関する。本発明の化学増幅型レジスト組成物は、イオンインプランテーション用であることが好ましい。
更に本発明は、上記ネガ型パターン形成方法により形成されるレジストパターンにも関する。
また、露光工程の後かつ現像工程の前に、露光後加熱工程(PEB;Post Exposure Bake)を含むことも好ましい。
加熱温度はPB、PEB共に70〜130℃で行うことが好ましく、80〜120℃で行うことがより好ましい。
加熱時間は30〜300秒が好ましく、30〜180秒がより好ましく、30〜90秒が更に好ましい。
加熱は通常の露光・現像機に備わっている手段で行うことができ、ホットプレート等を用いて行っても良い。
ベークにより露光部の反応が促進され、感度やパターンプロファイルが改善する。
また、リンス工程の後に加熱工程(Post Bake)を含むことも好ましい。ベークによりパターン間及びパターン内部に残留した現像液及びリンス液が除去される。リンス工程の後の加熱工程は、通常40〜160℃、好ましくは70〜95℃で、通常10秒〜3分、好ましくは30秒から90秒間行う。
またレジスト組成物を塗布する前に、上記のような基板をヘキサメチルジシラザン(HMDS)で処理することにより、基板の疎水性を増加させ、レジスト組成物の基板に対する塗布性を向上させることが好ましい。
ケトン系溶剤としては、例えば、1−オクタノン、2−オクタノン、2−ヘプタノン(メチルアミルケトン)、1−ノナノン、2−ノナノン、アセトン、4−ヘプタノン、1−ヘキサノン、2−ヘキサノン、ジイソブチルケトン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン、フェニルアセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、アセチルアセトン、アセトニルアセトン、イオノン、ジアセトニルアルコール、アセチルカービノール、アセトフェノン、メチルナフチルケトン、イソホロン、プロピレンカーボネート等を挙げることができる。
エステル系溶剤としては、例えば、酢酸メチル、酢酸ブチル、酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸アミル、酢酸ペンチル、酢酸イソペンチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチルー3−エトキシプロピオネート、3−メトキシブチルアセテート、3−メチル−3−メトキシブチルアセテート、蟻酸メチル、蟻酸エチル、蟻酸ブチル、蟻酸プロピル、乳酸エチル、乳酸ブチル、乳酸プロピル等を挙げることができる。
アルコール系溶剤としては、例えば、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、イソプロピルアルコール、n−ブチルアルコール、sec−ブチルアルコール、tert−ブチルアルコール、イソブチルアルコール、n−ヘキシルアルコール、n−ヘプチルアルコール、n−オクチルアルコール、n−デカノール等のアルコールや、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール等のグリコール系溶剤や、エチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、メトキシメチルブタノール等のグリコールエーテル系溶剤等を挙げることができる。
エーテル系溶剤としては、例えば、上記グリコールエーテル系溶剤の他、ジオキサン、テトラヒドロフラン、アニソール等が挙げられる。
アミド系溶剤としては、例えば、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、ヘキサメチルホスホリックトリアミド、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン等が使用できる。
炭化水素系溶剤としては、例えば、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素系溶剤、ペンタン、ヘキサン、オクタン、デカン等の脂肪族炭化水素系溶剤が挙げられる。
上記の溶剤は、複数混合してもよいし、上記以外の溶剤や水と混合し使用してもよい。但し、本発明の効果を十二分に奏するためには、現像液全体としての含水率が10質量%未満であることが好ましく、実質的に水分を含有しないことがより好ましい。
すなわち、有機系現像液に対する有機溶剤の使用量は、現像液の全量に対して、90質量%以上100質量%以下であることが好ましく、95質量%以上100質量%以下であることが好ましい。
特に、有機系現像液は、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、アルコール系溶剤、アミド系溶剤及びエーテル系溶剤からなる群より選択される少なくとも1種類の有機溶剤を含有する現像液であるのが好ましい。
5kPa以下の蒸気圧を有する具体的な例としては、1−オクタノン、2−オクタノン、1−ノナノン、2−ノナノン、4−ヘプタノン、2−ヘキサノン、ジイソブチルケトン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン、フェニルアセトン、メチルイソブチルケトン等のケトン系溶剤、酢酸ブチル、酢酸アミル、酢酸ペンチル、酢酸イソペンチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチル−3−エトキシプロピオネート、3−メトキシブチルアセテート、3−メチル−3−メトキシブチルアセテート、蟻酸ブチル、蟻酸プロピル、乳酸エチル、乳酸ブチル、乳酸プロピル等のエステル系溶剤、n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、n−ブチルアルコール、sec−ブチルアルコール、tert−ブチルアルコール、イソブチルアルコール、n−ヘキシルアルコール、n−ヘプチルアルコール、n−オクチルアルコール、n−デカノール等のアルコール系溶剤、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール等のグリコール系溶剤や、エチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、メトキシメチルブタノール等のグリコールエーテル系溶剤、テトラヒドロフラン、アニソール等のエーテル系溶剤、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミドのアミド系溶剤、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素系溶剤、オクタン、デカン等の脂肪族炭化水素系溶剤が挙げられる。
特に好ましい範囲である2kPa以下の蒸気圧を有する具体的な例としては、1−オクタノン、2−オクタノン、1−ノナノン、2−ノナノン、4−ヘプタノン、2−ヘキサノン、ジイソブチルケトン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン、フェニルアセトン等のケトン系溶剤、酢酸ブチル、酢酸アミル、酢酸ペンチル、酢酸イソペンチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチル−3−エトキシプロピオネート、3−メトキシブチルアセテート、3−メチル−3−メトキシブチルアセテート、乳酸エチル、乳酸ブチル、乳酸プロピル等のエステル系溶剤、n−ブチルアルコール、sec−ブチルアルコール、tert−ブチルアルコール、イソブチルアルコール、n−ヘキシルアルコール、n−ヘプチルアルコール、n−オクチルアルコール、n−デカノール等のアルコール系溶剤、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール等のグリコール系溶剤や、エチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、メトキシメチルブタノール等のグリコールエーテル系溶剤、アニソール等のエーテル系溶剤、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミドのアミド系溶剤、キシレン等の芳香族炭化水素系溶剤、オクタン、デカン等の脂肪族炭化水素系溶剤が挙げられる。
界面活性剤としては特に限定されないが、例えば、イオン性や非イオン性のフッ素系及び/又はシリコン系界面活性剤等を用いることができる。これらのフッ素及び/又はシリコン系界面活性剤として、例えば特開昭62−36663号公報、特開昭61−226746号公報、特開昭61−226745号公報、特開昭62−170950号公報、特開昭63−34540号公報、特開平7−230165号公報、特開平8−62834号公報、特開平9−54432号公報、特開平9−5988号公報、米国特許第5405720号明細書、同5360692号明細書、同5529881号明細書、同5296330号明細書、同5436098号明細書、同5576143号明細書、同5294511号明細書、同5824451号明細書記載の界面活性剤を挙げることができ、好ましくは、非イオン性の界面活性剤である。非イオン性の界面活性剤としては特に限定されないが、フッ素系界面活性剤又はシリコン系界面活性剤を用いることが更に好ましい。
界面活性剤の使用量は現像液の全量に対して、通常0.001〜5質量%、好ましくは0.005〜2質量%、更に好ましくは0.01〜0.5質量%である。
(ディップ法)、基板表面に現像液を表面張力によって盛り上げて一定時間静止することで現像する方法(パドル法)、基板表面に現像液を噴霧する方法(スプレー法)、一定速度で回転している基板上に一定速度で現像液吐出ノズルをスキャンしながら現像液を吐出しつづける方法(ダイナミックディスペンス法)などを適用することができる。
上記各種の現像方法が、現像装置の現像ノズルから現像液をレジスト膜に向けて吐出する工程を含む場合、吐出される現像液の吐出圧(吐出される現像液の単位面積あたりの流速)は好ましくは2mL/sec/mm2以下、より好ましくは1.5mL/sec/mm2以下、更に好ましくは1mL/sec/mm2以下である。流速の下限は特に無いが、スループットを考慮すると0.2mL/sec/mm2以上が好ましい。
吐出される現像液の吐出圧を上記の範囲とすることにより、現像後のレジスト残渣に由来するパターンの欠陥を著しく低減することができる。
このメカニズムの詳細は定かではないが、恐らくは、吐出圧を上記範囲とすることで、現像液がレジスト膜に与える圧力が小さくなり、レジスト膜・レジストパターンが不用意に削られたり崩れたりすることが抑制されるためと考えられる。
なお、現像液の吐出圧(mL/sec/mm2)は、現像装置中の現像ノズル出口における値である。
炭化水素系溶剤、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、アルコール系溶剤、アミド系溶剤及びエーテル系溶剤の具体例としては、有機溶剤を含む現像液において説明したものと同様のものを挙げることができる。
有機溶剤を含む現像液を用いて現像する工程の後に、より好ましくは、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、アルコール系溶剤、アミド系溶剤からなる群より選択される少なくとも1種類の有機溶剤を含有するリンス液を用いて洗浄する工程を行い、更に好ましくは、アルコール系溶剤又はエステル系溶剤を含有するリンス液を用いて洗浄する工程を行い、特に好ましくは、1価アルコールを含有するリンス液を用いて洗浄する工程を行い、最も好ましくは、炭素数5以上の1価アルコールを含有するリンス液を用いて洗浄する工程を行う。
ここで、リンス工程で用いられる1価アルコールとしては、直鎖状、分岐状、環状の1価アルコールが挙げられ、具体的には、1−ブタノール、2−ブタノール、3−メチル−1−ブタノール、tert―ブチルアルコール、1−ペンタノール、2−ペンタノール、1−ヘキサノール、4−メチルー2−ペンタノール、1−ヘプタノール、1−オクタノール、2−ヘキサノール、シクロペンタノール、2−ヘプタノール、2−オクタノール、3−ヘキサノール、3−ヘプタノール、3−オクタノール、4−オクタノールなどを用いることができ、特に好ましい炭素数5以上の1価アルコールとしては、1−ヘキサノール、2−ヘキサノール、4−メチルー2−ペンタノール、1−ペンタノール、3−メチル−1−ブタノールなどを用いることができる。
・樹脂(A−1)の合成
窒素気流下、シクロヘキサノン40gを3つ口フラスコに入れ、これを80℃に加熱した(溶剤1)。下記繰り返し単位に対応するモノマーをそれぞれモル比30/10/50/10の割合でシクロヘキサノンに溶解し、22質量%のモノマー溶液(400g)を調製した。更に、重合開始剤V−601(和光純薬工業製)をモノマーに対し7.2mol%を加え、溶解させた溶液を、上記溶剤1に対して6時間かけて滴下した。滴下終了後、更に80℃で2時間反応させた。反応液を放冷後ヘプタン3600ml/酢酸エチル400mlに注ぎ、析出した粉体をろ取、乾燥すると、樹脂(A−1)が74g得られた。NMRから求めたポリマー組成比は30/10/50/10であった。また、得られた樹脂
(A−1)の重量平均分子量は、10200、分散度(Mw/Mn)は、1.7であった。
樹脂(A−1)〜(A−12)のみを酢酸ブチルに溶解させ全固形分濃度3.5質量%とした組成物を水晶基板上に塗布して、100℃で60秒間ベークを行なって形成したそれぞれ膜厚300nmの樹脂膜を、酢酸ブチルに100秒間浸漬して、該膜が完全に溶解しきるまでの時間から平均溶解速度(nm/秒)を算出した。結果測定はQCMを使用して室温(25℃)で行った。
WO2008/153110A1の[0382]〜[0385]に準じて、酸発生剤(PAG−2)を合成した。
下記表2に示す成分を表2に示す溶剤に溶解させ、それぞれを0.03μmのポアサイズを有するポリエチレンフィルターでろ過して、レジスト組成物Ar−1〜Ar−13を調製した。なお表2に記載の添加量は、組成物の全質量に対する質量%である。
TPI:2,4,5−トリフェニルイミダゾール
PEA:N−フェニルジエタノールアミン
DPA:2,6−ジイソプロピルアニリン
PBI:2−フェニルベンゾイミダゾール
N−1:1、5−ジアザビシクロ[4,3,0]ノナ−5−エン
W−1:メガファックF176(DIC(株)製)(フッ素系)
W−2:メガファックR08(DIC(株)製)(フッ素系及びシリコン系)
W−3:ポリシロキサンポリマーKP−341(信越化学工業(株)製)(シリコン系)
W−4:PolyFoxTM PF−6320(OMNOVA solution inc.製)(フッ素系)(下記構造の化合物)
A1:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)
A2:γ−ブチロラクトン
A3:シクロヘキサノン
B1:プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)
B2:乳酸エチル
以降、実施例3、8、9、12、13、16、21、22、25、26は、それぞれ、参考例3、8、9、12、13、16、21、22、25、26に読み替えるものとする。
<評価方法>
〔抜け性〕
調製したレジスト組成物を、スピンコーターを用いて、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)処理されたシリコン基板上に塗布し、下記表3に示す温度条件で60秒間ベークし(Pre Bake;PB)、膜厚300nmのレジスト膜を形成した。
得られたレジスト膜を、ArFエキシマレーザースキャナー(ASML社製 PAS5500/1100、NA0.75、Dipole、アウターシグマ0.89、インナーシグマ0.65)を用い、露光マスク(ライン/スペース=500nm/100nmのバイナリマスク)を介してパターン露光を行った。その後、下記表3に示す温度条件で60秒間ベーク(Post Exposure Bake;PEB)した後、下記表3に示す現像液を用いて30秒間現像した後、下記表3に示すリンス液で30秒間リンスした。その後、基板を4000rpmの回転数で30秒間回転させた後、90℃で60秒間ベークし、スペース100nm、ライン500nmのレジストパターンを得た。
得られたレジストパターンにおいて、スペース部の基板上の残渣(スペース部におけるレジスト膜の溶け残り)の程度を、側長SEM装置S−9380II(Hitachi High technologies製)を用いて、倍率150kでの側長写真を50ショット撮影し、撮影した側長写真50ショット中の残渣の個数の合計を、下記4段階にて評価し、レジスト膜の抜け性を評価した。なお実用上は、△以上の評価であることが求められる。
◎ 0〜5個
○ 6〜10個
△ 11〜15個
× 16個以上
調製したレジスト組成物を、スピンコーターを用いて、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)処理されたシリコン基板上に塗布し、下記表3に示す温度条件で、60秒間ベーク(Pre Bake;PB)を行い、膜厚300nmのレジスト膜を形成した。
得られたレジスト膜を、ArFエキシマレーザースキャナー(ASML社製 PAS5500/1100、NA0.75、Dipole、アウターシグマ0.89、インナーシグマ0.65)を用い、露光マスク(ライン/スペース=140nm/140nmのバイナリマスク)を介してパターン露光を行った。その後、下記表3に示す温度条件で、60秒間ベーク(Post Exposure Bake;PEB)した後、下記表3に示す現像液で30秒間現像した後、下記表3に示すリンス液で30秒間リンスした。その後、基板を4000rpmの回転数で30秒間回転させた後、90℃で60秒間ベークを行うことにより、線幅140nmの1:1のラインアンドスペースのレジストパターンを得た。
なお、露光量及びフォーカスは、線幅140nmの1:1のラインアンドスペースのレジストパターンを形成する、最適露光量及び最適フォーカスにて露光を行った。また、比較例1〜4においては、線幅140nmの1:1のラインアンドスペースのレジストパターンが形成できなかったので、後述の解像度におけるラインアンドスペースのレジストパターンについて残渣欠陥を評価した。
上記得られたラインアンドスペースのパターンをアプライド・マテリアルズ社製の欠陥検査装置UVision(商品名)を用い、ピクセルサイズ:120nm、光源偏光Horizontal、検査モードGray Fieldの条件で残渣欠陥を検出した。単位面積あたりの残渣欠陥数(個数/cm2)を算出し、下記4段階にて評価した。なお実用上は、△以上の評価であることが求められる。
◎ 0〜50個
○ 51〜100個
△ 101〜200個
× 201個以上
上記最適露光量で解像される最小のラインアンドスペースパターン(1:1)の線幅(ラインとスペースが分離解像する最小の線幅)を解像度とした。値が小さいほど良好な性能であることを示す。なお比較例1〜4においては、線幅140nmの1:1のラインアンドスペースのレジストパターンが形成できなかったので、ラインとスペースが分離解像する最小の線幅(最小のラインアンドスペースパターン(1:1)の線幅)を解像度とした。
調製したレジスト組成物を用い、形成するレジスト膜の膜厚を200nmに変更し、下記表4に示すプロセス条件とした以外は、実施例1〜13及び比較例1と同様にレジストパターンを形成し、抜け性、残渣欠陥及び解像度の評価を行った。結果を下記表4に示した。
また、膜厚200nmのレジスト膜を、有機溶剤を含む現像液で現像する際に、樹脂(A)により形成された膜の、25℃における酢酸ブチルに対する溶解速度が18nm/秒以上の範囲である樹脂(A−1)〜(A−11)のいずれかを含むレジスト組成物Ar−1〜Ar−12を使用した実施例14〜25は、レジスト膜の抜け性、残渣欠陥及び解像度に特に優れていた。
調製したレジスト組成物を用い、スペース100nm、ピッチ500nm、高さ100nmの段差を等間隔に繰り返し有する基板(Advanced Materials Technology社製)上にレジスト組成物を塗布し、膜厚300nmの膜を形成し、下記表5に示すプロセス条件とした以外は、実施例1〜13及び比較例1と同様にレジストパターンを形成し、抜け性、残渣欠陥及び解像度の評価を行った。結果を下記表5に示した。なお、形成した膜の膜厚は、段差の底部(すなわち、段差基板上の底面)からレジスト膜表面(すなわち、膜の上面)までの高さとする。
また、膜厚300nmのレジスト膜を、有機溶剤を含む現像液で現像する際に、樹脂(A)により形成された膜の、25℃における酢酸ブチルに対する溶解速度が30nm/秒以上の範囲である樹脂(A−1)〜(A−6)のいずれかを含むレジスト組成物Ar−1〜Ar−6を使用した実施例27〜32は、レジスト膜の抜け性、残渣欠陥及び解像度に特に優れていた。
調製したレジスト組成物を用い、スペース100nm、ピッチ500nm、高さ100nmの段差を等間隔に繰り返し有する基板(Advanced Materials Technology社製)上にレジスト組成物を塗布し、膜厚200nmの膜を形成し、下記表6に示すプロセス条件とした以外は、実施例1〜13及び比較例1と同様にレジストパターンを形成し、抜け性、残渣欠陥及び解像度の評価を行った。結果を下記表6に示した。なお、形成した膜の膜厚は、段差の底部(すなわち、段差基板上の底面)からレジスト膜表面(すなわち、膜の上面)までの高さとする。
また、膜厚200nmのレジスト膜を、有機溶剤を含む現像液で現像する際に、樹脂(A)により形成された膜の、25℃における酢酸ブチルに対する溶解速度が18nm/秒以上の範囲である樹脂(A−1)〜(A−6)、(A−10)及び(A−11)のいずれかを含むレジスト組成物Ar−1〜Ar−6、Ar−11及びAr−12を使用した実施例36〜43は、レジスト膜の抜け性、残渣欠陥及び解像度に特に優れていた。
Claims (20)
- (ア)(A)酸の作用により極性が増大して有機溶剤を含む現像液に対する溶解性が減少する樹脂と、(B)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物と、(C)溶剤とを含有する化学増幅型レジスト組成物により膜厚が200nm以上の膜を反射防止膜が塗布されていない基板上に形成する工程、
(イ)該膜を露光する工程、及び
(ウ)該露光された膜を、有機溶剤を含む現像液で現像する工程を含むネガ型パターン形成方法であって、前記反射防止膜が塗布されていない基板が、高さ10nm以上の段差を有する段差基板である、ネガ型パターン形成方法。 - 前記樹脂(A)が、酸の作用により分解し、極性基を生じる基を有する繰り返し単位を、樹脂(A)中の全繰り返し単位に対し、40モル%以上有する、請求項1に記載のネガ型パターン形成方法。
- (ア)(A)酸の作用により極性が増大して有機溶剤を含む現像液に対する溶解性が減少する樹脂と、(B)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物と、(C)溶剤とを含有する化学増幅型レジスト組成物により膜厚が200nm以上の膜を形成する工程、
(イ)該膜を露光する工程、及び
(ウ)該露光された膜を、有機溶剤を含む現像液で現像する工程を含むネガ型パターン形成方法であって、
前記樹脂(A)が、酸の作用により分解し、極性基を生じる基を有する繰り返し単位を、樹脂(A)中の全繰り返し単位に対して45〜95モル%有する、ネガ型パターン形成方法。 - 前記化学増幅型レジスト組成物により形成された膜が、反射防止膜が塗布されていない基板上に形成される、請求項3に記載のネガ型パターン形成方法。
- 前記反射防止膜が塗布されていない基板が、高さ10nm以上の段差を有する段差基板である、請求項4に記載のネガ型パターン形成方法。
- 前記酸の作用により分解し、極性基を生じる基を有する繰り返し単位の含有量が、樹脂(A)中の全繰り返し単位に対して50モル%以上である、請求項2〜5のいずれか一項に記載のネガ型パターン形成方法。
- 前記酸の作用により分解し、極性基を生じる基を有する繰り返し単位の含有量が、樹脂(A)中の全繰り返し単位に対して55モル%以上である、請求項6に記載のネガ型パターン形成方法。
- 前記樹脂(A)が、酸の作用により分解し、極性基としてアルコール性水酸基を生じる基を有する繰り返し単位を有する、請求項1〜7のいずれか一項に記載のネガ型パターン形成方法。
- 前記樹脂(A)の芳香族基を有する繰り返し単位の含有量が、樹脂(A)中の全繰り返し単位に対して5モル%以下である、請求項1〜10のいずれか一項に記載のネガ型パターン形成方法。
- 前記樹脂(A)の重量平均分子量が5,000以上である、請求項1〜11のいずれか一項に記載のネガ型パターン形成方法。
- 前記有機溶剤を含む現像液が、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、アルコール系溶剤、アミド系溶剤及びエーテル系溶剤からなる群より選択される少なくとも1種類の有機溶剤を含有する、請求項1〜12のいずれか一項に記載のネガ型パターン形成方法。
- 前記現像液における前記有機溶剤が酢酸ブチルである、請求項13に記載のネガ型パターン形成方法。
- 前記有機溶剤を含む現像液の現像液全体としての含水率が10質量%未満である、請求項1〜14のいずれか一項に記載のネガ型パターン形成方法。
- 前記有機溶剤を含む現像液が実質的に水分を含有しない、請求項1〜15のいずれか一項に記載のネガ型パターン形成方法。
- 更に、(エ)有機溶剤を含有するリンス液を用いて洗浄する工程を含む、請求項1〜16のいずれか一項に記載のネガ型パターン形成方法。
- 前記工程(イ)における露光がArFエキシマレーザーによる露光である、請求項1〜17のいずれか一項に記載のネガ型パターン形成方法。
- 前記化学増幅型レジスト組成物により形成された膜の膜厚が600nm以下である、請求項1〜18のいずれか一項に記載のネガ型パターン形成方法。
- 請求項1〜19のいずれか一項に記載のネガ型パターン形成方法により形成されるレジストパターン。
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