JP6118586B2 - パターン形成方法、及び、電子デバイスの製造方法 - Google Patents
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Description
特にウェハー処理時間の短縮化のため、高感度化は非常に重要な課題であるが、高感度化を追求しようとすると、パターン形状や、限界解像線幅で表される解像力が低下してしまい、これらの特性を同時に満足するレジスト組成物の開発が強く望まれている。
感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物には、一般に、アルカリ現像液に難溶性若しくは不溶性の樹脂を用い、放射線の露光によって露光部をアルカリ現像液に対し可溶化することでパターンを形成する「ポジ型」と、アルカリ現像液に可溶性の樹脂を用い、放射線の露光によって露光部をアルカリ現像液に対して難溶化若しくは不溶化することでパターンを形成する「ネガ型」とがある。
かかる電子線、X線、あるいはEUV光を用いたリソグラフィープロセスに適した感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物としては、高感度化の観点から主に酸触媒反応を利用した化学増幅型ポジ型レジスト組成物が検討され、主成分としてアルカリ現像液には不溶又は難溶性で、酸の作用によりアルカリ現像液に可溶となる性質を有するフェノール性樹脂(以下、フェノール性酸分解性樹脂と略す)、及び酸発生剤からなる化学増幅型ポジ型レジスト組成物が有効に使用されている。
<1>
フッ素原子、フッ素原子を有するアルキル基、フッ素原子を有するシクロアルキル基、フッ素原子を有するアリール基、珪素原子を有する基、炭素数が6以上のアルキル基、炭素数が10以上のアラルキル基、少なくとも1個の炭素数3以上のアルキル基で置換されたアリール基、及び、少なくとも1個の炭素数5以上のシクロアルキル基で置換されたアリール基からなる群より選択される1つ以上の基を有する樹脂(Aa)と、酸の作用により極性が変化する樹脂(Ab)とを含有する感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物を用いて、膜を形成する工程(1)、
前記膜を電子線又は極紫外線を用いて露光する工程(2)、及び、
露光後に有機溶剤を含む現像液を用いて現像を行い、ネガ型のパターンを形成する工程(3)をこの順序で含むパターン形成方法であって、
前記感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物中の全固形分に対する、樹脂(Aa)の含有率が31〜90質量%であり、
前記樹脂(Ab)が、下記一般式(A)で表される繰り返し単位を有し、電子線又は極紫外線の照射により分解して酸を発生する構造部位を備えた繰り返し単位(B)を含まない、パターン形成方法。
一般式(A)中、
R21、R22及びR23は、各々独立に、水素原子、アルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。但し、R22はAr2と結合して環を形成していてもよく、その場合のR22は単結合又はアルキレン基を表す。
X2は、単結合、−COO−、又は−CONR30−を表し、R30は、水素原子又はアルキル基を表す。
L2は、単結合又はアルキレン基を表す。
Ar2は、(n+1)価の芳香環基を表し、R22と結合して環を形成する場合には(n+2)価の芳香環基を表す。
nは、1〜4の整数を表す。
<2>
前記樹脂(Aa)が、酸に対して安定な繰り返し単位を有し、前記フッ素原子、フッ素原子を有するアルキル基、フッ素原子を有するシクロアルキル基、フッ素原子を有するアリール基、珪素原子を有する基、炭素数が6以上のアルキル基、炭素数が10以上のアラルキル基、少なくとも1個の炭素数3以上のアルキル基で置換されたアリール基、及び、少なくとも1個の炭素数5以上のシクロアルキル基で置換されたアリール基からなる群より選択される1つ以上の基が、前記酸に対して安定な繰り返し単位中にある<1>に記載のパターン形成方法。
<3>
フッ素原子、フッ素原子を有するアルキル基、フッ素原子を有するシクロアルキル基、フッ素原子を有するアリール基、珪素原子を有する基、炭素数が6以上のアルキル基、炭素数が10以上のアラルキル基、少なくとも1個の炭素数3以上のアルキル基で置換されたアリール基、及び、少なくとも1個の炭素数5以上のシクロアルキル基で置換されたアリール基からなる群より選択される1つ以上の基を有する樹脂(Aa)と、酸の作用により極性が変化する樹脂(Ab)とを含有する感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物を用いて、膜を形成する工程(1)、
前記膜を電子線又は極紫外線を用いて露光する工程(2)、及び、
露光後に有機溶剤を含む現像液を用いて現像を行い、ネガ型のパターンを形成する工程(3)をこの順序で含むパターン形成方法であって、
前記感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物中の全固形分に対する、樹脂(Aa)の含有
率が31〜90質量%であり、
前記樹脂(Ab)が、下記一般式(A)で表される繰り返し単位を有し、
下記一般式(A)で表される繰り返し単位の含有量が、前記樹脂(Ab)の全繰り返し単位に対して、25mol%以上である、パターン形成方法。
一般式(A)中、
R21、R22及びR23は、各々独立に、水素原子、アルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。但し、R22はAr2と結合して環を形成していてもよく、その場合のR22は単結合又はアルキレン基を表す。
X2は、単結合、−COO−、又は−CONR30−を表し、R30は、水素原子又はアルキル基を表す。
L2は、単結合又はアルキレン基を表す。
Ar2は、(n+1)価の芳香環基を表し、R22と結合して環を形成する場合には(n+2)価の芳香環基を表す。
nは、1〜4の整数を表す。
<4>
前記樹脂(Aa)が、酸に対して安定な繰り返し単位を有し、前記フッ素原子、フッ素原子を有するアルキル基、フッ素原子を有するシクロアルキル基、フッ素原子を有するアリール基、珪素原子を有する基、炭素数が6以上のアルキル基、炭素数が10以上のアラルキル基、少なくとも1個の炭素数3以上のアルキル基で置換されたアリール基、及び、少なくとも1個の炭素数5以上のシクロアルキル基で置換されたアリール基からなる群より選択される1つ以上の基が、前記酸に対して安定な繰り返し単位中にある<3>に記載のパターン形成方法。
<5>
フッ素原子、フッ素原子を有するアルキル基、フッ素原子を有するシクロアルキル基、フッ素原子を有するアリール基、珪素原子を有する基、炭素数が6以上のアルキル基、炭素数が6以上のシクロアルキル基、炭素数が9以上のアリール基、炭素数が10以上のアラルキル基、少なくとも1個の炭素数3以上のアルキル基で置換されたアリール基、及び、少なくとも1個の炭素数5以上のシクロアルキル基で置換されたアリール基からなる群より選択される1つ以上の基を有する樹脂(Aa)と、酸の作用により極性が変化する樹脂(Ab)(但し、酸不安定基で置換されたヒドロキシ基を有する繰り返し単位を含む高分子化合物であって、下記一般式(1)に示される繰り返し単位(a1)及び/又は(a2)を有する高分子化合物は除く)とを含有する感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物を用いて、膜を形成する工程(1)、
前記膜を電子線又は極紫外線を用いて露光する工程(2)、及び、
露光後に有機溶剤を含む現像液を用いて現像を行い、ネガ型のパターンを形成する工程(3)をこの順序で含むパターン形成方法であって、
前記感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物中の全固形分に対する、樹脂(Aa)の含有率が31〜90質量%であり、
前記樹脂(Ab)が、下記一般式(A)で表される繰り返し単位を有し、
下記一般式(A)で表される繰り返し単位の含有量が、前記樹脂(Ab)の全繰り返し単位に対して、25mol%以上である、パターン形成方法。
(式中、R1、R4はそれぞれ独立に水素原子又はメチル基を示す。R2は炭素数1〜16の直鎖状、分岐状又は環状の2〜5価の脂肪族炭化水素基であり、エーテル基又はエステル基を有していてもよい。R3、R5は酸不安定基であるが、R2にアダマンタン環を含有する場合にはR3が下記一般式(2)で示されるアセタール型酸不安定基である場合を除外する。
R6は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状の1価の炭化水素基を示す。R7、R8はそれぞれ独立に水素原子、又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状の1価の炭化水素基を示し、R7とR8は互いに結合してこれらが結合する炭素原子と共に脂肪族炭化水素環を形成してもよい。R9は炭素数1〜15の直鎖状、分岐状又は環状の1価の炭化水素基を示す。mは1〜4の整数である。a1、a2は0≦a1<1.0、0≦a2<1.0、0<a1+a2<1.0の範囲である。)
一般式(A)中、
R21、R22及びR23は、各々独立に、水素原子、アルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。但し、R22はAr2と結合して環を形成していてもよく、その場合のR22は単結合又はアルキレン基を表す。
X2は、単結合、−COO−、又は−CONR30−を表し、R30は、水素原子又はアルキル基を表す。
L2は、単結合又はアルキレン基を表す。
Ar2は、(n+1)価の芳香環基を表し、R22と結合して環を形成する場合には(
n+2)価の芳香環基を表す。
nは、1〜4の整数を表す。
<6>
前記樹脂(Aa)が、酸に対して安定な繰り返し単位を有し、前記フッ素原子、フッ素原子を有するアルキル基、フッ素原子を有するシクロアルキル基、フッ素原子を有するアリール基、珪素原子を有する基、炭素数が6以上のアルキル基、炭素数が6以上のシクロアルキル基、炭素数が9以上のアリール基、炭素数が10以上のアラルキル基、少なくとも1個の炭素数3以上のアルキル基で置換されたアリール基、及び、少なくとも1個の炭素数5以上のシクロアルキル基で置換されたアリール基からなる群より選択される1つ以上の基が、前記酸に対して安定な繰り返し単位中にある<5>のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
<7>
上記一般式(A)で表される繰り返し単位の含有量が、前記樹脂(Ab)の全繰り返し単位に対して、25〜60mol%である、<3>〜<6>のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
<8>
上記一般式(A)で表される繰り返し単位の含有量が、前記樹脂(Ab)の全繰り返し単位に対して、25〜40mol%である、<7>に記載のパターン形成方法。
<9>
前記樹脂(Ab)が、電子線又は極紫外線の照射により酸を発生する構造部位を備えた繰り返し単位(B)を有する<3>〜<8>のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
<10>
前記感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物の全固形分に対する、前記樹脂(Aa)の含有率が35〜75質量%である<1>〜<9>のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
<11>
前記感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物の全固形分に対する、前記樹脂(Aa)の含有率が40〜60質量%である<10>に記載のパターン形成方法。
<12>
前記樹脂(Aa)が、製膜により膜表面に偏在し、保護膜を形成する樹脂である<1>〜<11>のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
<13>
前記樹脂(Aa)が、下記一般式(aa2−1)で表される繰り返し単位を有する樹脂である<1>〜<12>のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
一般式(aa2−1)中、
S1aは置換基を表し、複数存在する場合はそれぞれのS1aが同一であっても、互いに異なっていてもよい。
pは0〜5の整数を表す。
<14>
前記樹脂(Ab)が、下記式(A1)で表される繰り返し単位、又は、下記一般式(A2)で表される繰り返し単位を有する<1>〜<13>のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
一般式(A2)中、R23は、水素原子、アルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。
<15>
前記感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物が、電子線又は極紫外線の照射により酸を発生する化合物を更に含む<1>〜<14>のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
<16>
<1>〜<15>のいずれか1項に記載のパターン形成方法を含む電子デバイスの製造方法。
本発明は上記の<1>〜<16>に関するものであるが、以下、その他の事項についても記載した。
〔1〕
フッ素原子、フッ素原子を有する基、珪素原子を有する基、炭素数が6以上のアルキル基、炭素数が6以上のシクロアルキル基、炭素数が9以上のアリール基、炭素数が10以上のアラルキル基、少なくとも1個の炭素数3以上のアルキル基で置換されたアリール基、及び、少なくとも1個の炭素数5以上のシクロアルキル基で置換されたアリール基からなる群より選択される1つ以上の基を有する樹脂(Aa)と、酸の作用により極性が変化する樹脂(Ab)とを含有する感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物を用いて、膜を形成する工程(1)、
前記膜を電子線又は極紫外線を用いて露光する工程(2)、及び、
露光後に有機溶剤を含む現像液を用いて現像を行い、ネガ型のパターンを形成する工程(3)をこの順序で含むパターン形成方法であって、
前記感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物中の全固形分に対する、樹脂(Aa)の含有率が31〜90質量%であるパターン形成方法。
〔2〕
前記感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物の全固形分に対する、前記樹脂(Aa)の含有率が35〜75質量%である〔1〕に記載のパターン形成方法。
〔3〕
前記感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物の全固形分に対する、前記樹脂(Aa)の含有率が40〜60質量%である〔2〕に記載のパターン形成方法。
〔4〕
前記樹脂(Aa)が、製膜により膜表面に偏在し、保護膜を形成する樹脂である〔1〕〜〔3〕のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
〔5〕
前記樹脂(Aa)が、下記一般式(aa2−1)で表される繰り返し単位を有する樹脂である〔1〕〜〔4〕のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
一般式(aa2−1)中、
S1aは置換基を表し、複数存在する場合はそれぞれのS1aが同一であっても、互いに異なっていてもよい。
pは0〜5の整数を表す。
〔6〕
前記樹脂(Aa)が、酸に対して安定な繰り返し単位を有し、前記フッ素原子、フッ素原子を有する基、珪素原子を有する基、炭素数が6以上のアルキル基、炭素数が6以上のシクロアルキル基、炭素数が9以上のアリール基、炭素数が10以上のアラルキル基、少なくとも1個の炭素数3以上のアルキル基で置換されたアリール基、及び、少なくとも1個の炭素数5以上のシクロアルキル基で置換されたアリール基からなる群より選択される1つ以上の基が、前記酸に対して安定な繰り返し単位中にある〔1〕〜〔5〕のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
〔7〕
前記樹脂(Ab)が、下記一般式(A)で表される繰り返し単位を有する〔1〕〜〔6〕のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
一般式(A)中、
R21、R22及びR23は、各々独立に、水素原子、アルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。但し、R22はAr2と結合して環を形成していてもよく、その場合のR22は単結合又はアルキレン基を表す。
X2は、単結合、−COO−、又は−CONR30−を表し、R30は、水素原子又はアルキル基を表す。
L2は、単結合又はアルキレン基を表す。
Ar2は、(n+1)価の芳香環基を表し、R22と結合して環を形成する場合には(n+2)価の芳香環基を表す。
nは、1〜4の整数を表す。
〔8〕
前記樹脂(Ab)が、下記式(A1)で表される繰り返し単位、又は、下記一般式(A2)で表される繰り返し単位を有する〔1〕〜〔7〕のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
一般式(A2)中、R23は、前記一般式(A)におけるR23と同義である。
〔9〕
前記感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物が、電子線又は極紫外線の照射により酸を発生する化合物を更に含む、〔1〕〜〔8〕のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
〔10〕
前記樹脂(Ab)が、電子線又は極紫外線の照射により酸を発生する構造部位を備えた繰り返し単位(B)を有する含有する〔1〕〜〔9〕のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
〔11〕
〔1〕〜〔10〕のいずれか1項に記載のパターン形成方法に用いられる感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物。
〔12〕
〔11〕に記載の感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物により形成されるレジスト膜。
〔13〕
〔1〕〜〔10〕のいずれか1項に記載のパターン形成方法を含む、電子デバイスの整造方法。
〔14〕
〔13〕に記載の電子デバイスの整合方法により製造された電子デバイス。
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。
また、本発明において「光」とは、極紫外線(EUV光)のみならず、電子線も含む。
また、本発明における「露光」とは、特に断らない限り、極紫外線(EUV光)による露光のみならず、電子線による描画も露光に含める。
まず、本発明のパターン形成方法を説明する。
本発明のパターン形成方法は、フッ素原子、フッ素原子を有する基、珪素原子を有する基、炭素数が6以上のアルキル基、炭素数が6以上のシクロアルキル基、炭素数が9以上のアリール基、炭素数が10以上のアラルキル基、少なくとも1個の炭素数3以上のアルキル基で置換されたアリール基、及び、少なくとも1個の炭素数5以上のシクロアルキル基で置換されたアリール基からなる群より選択される1つ以上の基を有する樹脂(Aa)と、酸の作用により極性が変化する樹脂(Ab)とを含有する感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物を用いて、膜を形成する工程(1)、
前記膜を電子線又は極紫外線を用いて露光する工程(2)、
及び、露光後に有機溶剤を含む現像液を用いて現像を行い、ネガ型のパターンを形成する工程(3)をこの順序で含むパターン形成方法であって、前記感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物中の固形分に対する、樹脂(Aa)の含有率は31〜90質量%である。
ここで、樹脂(Aa)は、疎水性が高く、感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物レジスト膜を形成した場合において膜の表面に偏在する性質を有しているため、樹脂(Aa)の含有率を上記範囲に保った場合、レジスト膜の上層が、充分な量の樹脂(Aa)による膜で覆われるため、露光時に酸によって発生したレジスト膜内の低分子成分が揮発し、露光機内の環境を汚染するというアウトガスの問題を充分に低減することが可能になると考えられる。
また、レジスト膜の上層が、充分な量の樹脂(Aa)による膜で覆われるため、露光時に発生するアウトバンド光を抑制することができ、結果として良好なパターン形成が可能になるものと考えられる、
一方、上記樹脂(Aa)の、感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物の全固形分に対する含有率を31質量%未満とした場合、充分な量の樹脂(Aa)がレジスト膜表面に偏在することが出来ず、アウトガスを充分に低減することが困難な傾向となる。
また、上記樹脂(Aa)の、感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物の全固形分に対する含有率を90質量%超過とした場合、レジスト膜内の、酸の作用により分解する樹脂の割合が相対的に低下し、結果としてパターン形成が困難な傾向となる。
本発明のレジスト膜は、上記した感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物により形成される膜である。
より具体的には、レジスト膜の形成は、感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物の後述する各成分を溶剤に溶解し、必要に応じてフィルター濾過した後、支持体(基板)に塗布して行うことができる。フィルターとしては、ポアサイズ0.5μm以下、より好ましくは0.2μm以下、更に好ましくは0.1μm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。
組成物は、集積回路素子の製造に使用されるような基板(例:シリコン、二酸化シリコン被覆)上にスピンコーター等の適当な塗布方法により塗布される。その後乾燥し、感光性の膜を形成する。乾燥の段階では加熱(プリベーク)を行うことが好ましい。
膜厚には特に制限はないが、好ましくは10〜500nmの範囲に、より好ましくは10〜200nmの範囲に、更により好ましくは10〜100nmの範囲に調整する。スピナーにより感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物を塗布する場合、その回転速度は、通常500〜3000rpm、好ましくは800〜2000rpm、より好ましくは1000〜1500rpmである。
加熱(プリベーク)の温度は60〜200℃で行うことが好ましく、80〜150℃で行うことがより好ましく、90〜140℃で行うことが更に好ましい。
加熱(プリベーク)の時間は、特に制限はないが、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。
必要により、市販の無機あるいは有機反射防止膜を使用することができる。更に感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物の下層に反射防止膜を塗布して用いることもできる。反射防止膜としては、チタン、二酸化チタン、窒化チタン、酸化クロム、カーボン、アモルファスシリコン等の無機膜型と、吸光剤とポリマー材料からなる有機膜型のいずれも用いることができる。また、有機反射防止膜として、ブリューワーサイエンス社製のDUV30シリーズや、DUV−40シリーズ、シプレー社製のAR−2、AR−3、AR−5等の市販の有機反射防止膜を使用することもできる。
露光後、現像を行う前にベーク(加熱)を行うことが好ましい。
加熱温度は60〜150℃で行うことが好ましく、80〜150℃で行うことがより好ましく、90〜140℃で行うことが更に好ましい。
加熱時間は特に限定されないが、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。加熱温度及び加熱時間は上述の通りである。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。
本発明においては、有機溶剤を含む現像液を用いて現像を行う。
・現像液
現像液の蒸気圧(混合溶媒である場合は全体としての蒸気圧)は、20℃に於いて、5kPa以下が好ましく、3kPa以下が更に好ましく、2kPa以下が特に好ましい。有機溶剤の蒸気圧を5kPa以下にすることにより、現像液の基板上あるいは現像カップ内での蒸発が抑制され、ウェハ面内の温度均一性が向上し、結果としてウェハ面内の寸法均一性が良化するものと考えられる。
現像液に用いられる有機溶剤としては、種々の有機溶剤が広く使用されるが、たとえば、エステル系溶剤、ケトン系溶剤、アルコール系溶剤、アミド系溶剤、エーテル系溶剤、炭化水素系溶剤等の溶剤を用いることができる。
特に、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、アルコール系溶剤及びエーテル系溶剤から選択される少なくとも1種類の溶剤を含有する現像液であることが好ましい。
現像液における有機溶剤(複数混合の場合は合計)の濃度は、好ましくは50質量%以上、より好ましくは70質量%以上、更に好ましくは90質量%以上である。特に好ましくは、実質的に有機溶剤のみからなる場合である。なお、実質的に有機溶剤のみからなる場合とは、微量の界面活性剤、酸化防止剤、安定剤、消泡剤などを含有する場合を含むものとする。
現像液として用いる有機溶剤としては、エステル系溶剤を好適に挙げることができる。
エステル系溶剤としては、後述する一般式(S1)で表される溶剤又は後述する一般式(S2)で表される溶剤を用いることがより好ましく、一般式(S1)で表される溶剤を用いることが更により好ましく、酢酸アルキルを用いることが特に好ましく、酢酸ブチル、酢酸ペンチル、酢酸イソペンチルを用いることが最も好ましい。
R及びR’は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシル基、アルコキシカルボニル基、カルボキシル基、ヒドロキシル基、シアノ基又はハロゲン原子を表す。R及びR’は、互いに結合して環を形成してもよい。
R及びR’についてのアルキル基、アルコキシル基、アルコキシカルボニル基の炭素数は、1〜15の範囲であることが好ましく、シクロアルキル基の炭素数は、3〜15であることが好ましい。
R及びR’としては水素原子又はアルキル基が好ましく、R及びR’についてのアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシル基、アルコキシカルボニル基、及びRとR’とが互いに結合して形成する環は、水酸基、カルボニル基を含む基(例えば、アシル基、アルデヒド基、アルコキシカルボニル等)、シアノ基などで置換されていても良い。
一般式(S1)で表される溶剤としては、酢酸アルキルであることが好ましく、酢酸ブチル、酢酸ペンチル、酢酸イソペンチルであることがより好ましい。
R’’及びR’’’’は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシル基、アルコキシカルボニル基、カルボキシル基、ヒドロキシル基、シアノ基又はハロゲン原子を表す。R’’及びR’’’’は、互いに結合して環を形成してもよい。
R’’及びR’’’’は、水素原子又はアルキル基であることが好ましい。R’’及びR’’’’についてのアルキル基、アルコキシル基、アルコキシカルボニル基の炭素数は、1〜15の範囲であることが好ましく、シクロアルキル基の炭素数は、3〜15であることが好ましい。
R’’’は、アルキレン基又はシクロアルキレン基を表す。R’’’は、アルキレン基であることが好ましい。R’’’についてのアルキレン基の炭素数は、1〜10の範囲であることが好ましい。R’’’についてのシクロアルキレン基の炭素数は、3〜10の範囲であることが好ましい。
R’’及びR’’’’についてのアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシル基、アルコキシカルボニル基、R’’’についてのアルキレン基、シクロアルキレン基、及びR’’とR’’’’とが互いに結合して形成する環は、水酸基、カルボニル基を含む基(例えば、アシル基、アルデヒド基、アルコキシカルボニル等)、シアノ基などで置換されていても良い。
これらの中でも、R’’及びR’’’’が無置換のアルキル基であり、R’’’が無置換のアルキレン基であることが好ましく、R’’及びR’’’’がメチル基及びエチル基のいずれかであることがより好ましく、R’’及びR’’’’がメチル基であることが更により好ましい。
また、現像液として用いる有機溶剤としては、エーテル系溶剤も好適に挙げることができる。
用いることができるエーテル系溶剤としては、前述のエーテル系溶剤が挙げられ、このなかでも芳香環を一つ以上含むエーテル系溶剤が好まく、下記一般式(S3)で表される溶剤がより好ましく、最も好ましくはアニソールである。
RSは、アルキル基を表す。アルキル基としては炭素数1〜4が好ましく、メチル基又はエチル基がより好ましく、メチル基であることが最も好ましい。
有機溶剤を含む現像液には、必要に応じて界面活性剤を適当量含有させることができる。
界面活性剤としては、後述する、感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物に用いられる界面活性剤と同様のものを用いることができる。
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。
現像方法としては、たとえば、現像液が満たされた槽中に基板を一定時間浸漬する方法(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。
また、現像を行う工程の後に、他の溶媒に置換しながら、現像を停止する工程を実施してもよい。
現像時間は未露光部の樹脂が十分に溶解する時間であれば特に制限はなく、通常は10秒〜300秒であり。好ましくは、20秒〜120秒である。
現像液の温度は0℃〜50℃が好ましく、15℃〜35℃が更に好ましい。
上記現像により、後述の樹脂(Aa)がレジスト膜の表面に偏在し、形成された保護膜が除去され、レジスト膜の膜厚が減少する。
上述の工程(1)、すなわち製膜工程後の膜厚は、現像後のレジスト膜の膜厚の1.3倍以上であることが好ましく、1.6倍以上2.5倍以下であることがより好ましい。
本発明のパターン形成方法では、現像工程(4)の後に、有機溶剤を含むリンス液を用いて洗浄する工程(5)を含んでいてもよいが、スループット、リンス液使用量等の観点から、リンス工程を含まない方が好ましい。
現像後に用いるリンス液の蒸気圧(混合溶媒である場合は全体としての蒸気圧)は、20℃に於いて0.05kPa以上、5kPa以下が好ましく、0.1kPa以上、5kPa以下が更に好ましく、0.12kPa以上、3kPa以下が最も好ましい。リンス液の蒸気圧を0.05kPa以上、5kPa以下にすることにより、ウェハ面内の温度均一性が向上し、更にはリンス液の浸透に起因した膨潤が抑制され、ウェハ面内の寸法均一性が良化する。
特に好ましくは、一価のアルコール及び炭化水素系溶剤の群から選ばれる少なくとも1種以上を含有するリンス液を用いる。
炭化水素系溶剤としては、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。
界面活性剤としては、後述する、感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物に用いられる界面活性剤と同様のものを用いることができ、その使用量はリンス液の全量に対して、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。
リンス工程においては、現像を行ったウェハを前記の有機溶剤を含むリンス液を用いて洗浄処理する。
洗浄処理の方法は特に限定されないが、たとえば、一定速度で回転している基板上にリンス液を吐出しつづける方法(回転吐出法)、リンス液が満たされた槽中に基板を一定時間浸漬する方法(ディップ法)、基板表面にリンス液を噴霧する方法(スプレー法)、などを適用することができ、この中でも回転吐出方法で洗浄処理を行い、洗浄後に基板を2000rpm〜4000rpmの回転数で回転させ、リンス液を基板上から除去することが好ましい。
リンス時間には特に制限はないが、通常は10秒〜300秒であり。好ましくは10秒〜180秒であり、最も好ましくは20秒〜120秒である。
リンス液の温度は0℃〜50℃が好ましく、15℃〜35℃が更に好ましい。
更に、現像処理又はリンス処理又は超臨界流体による処理の後、パターン中に残存する溶剤を除去するために加熱処理を行うことができる。加熱温度は、良好なレジストパターンが得られる限り特に限定されるものではなく、通常40℃〜160℃である。加熱温度は50℃以上150℃以下が好ましく、50℃以上110℃以下が最も好ましい。加熱時間に関しては良好なレジストパターンが得られる限り特に限定されないが、通常15秒〜300秒であり、好ましくは、15〜180秒である。
本発明において、有機溶剤現像工程(4)によって露光強度の弱い部分が除去されるが、更にアルカリ現像工程を行うことによって露光強度の強い部分も除去される。このように現像を複数回行う多重現像プロセスにより、中間的な露光強度の領域のみを溶解させずにパターン形成が行えるので、通常より微細なパターンを形成できる(特開2008−292975[0077]と同様のメカニズム)。
アルカリ現像は、有機溶剤を含む現像液を用いて現像する工程(4)の前後どちらでも
行うことが出来るが、有機溶剤現像工程(4)の前に行うことがより好ましい。
トップコートは、具体的には、炭化水素ポリマー、アクリル酸エステルポリマー、ポリメタクリル酸、ポリアクリル酸、ポリビニルエーテル、シリコン含有ポリマー、フッ素含有ポリマーなどが挙げられる。トップコートから液浸液へ不純物が溶出すると光学レンズを汚染するという観点からは、トップコートに含まれるポリマーの残留モノマー成分は少ない方が好ましい。
トップコートと液浸液との間には屈折率の差がない方が、解像力が向上する。液浸液として水を用いる場合には、トップコートは、液浸液の屈折率に近いことが好ましい。屈折率を液浸液に近くするという観点からは、トップコート中にフッ素原子を有することが好ましい。また、透明性・屈折率の観点から薄膜の方が好ましい。
トップコートは、膜と混合せず、さらに液浸液とも混合しないことが好ましい。この観点から、液浸液が水の場合には、トップコートに使用される溶剤は、本発明の組成物に使用される溶媒に難溶で、かつ非水溶性の媒体であることが好ましい。さらに、液浸液が有機溶剤である場合には、トップコートは水溶性であっても非水溶性であってもよい。
本発明に係る感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物は、ネガ型の現像(露光されると現像液に対して溶解性が減少し、露光部がパターンとして残り、未露光部が除去される現像)に用いられる。即ち、本発明に係る感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物は、有機溶剤を含む現像液を用いた現像に用いられる有機溶剤現像用の感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物とすることができる。ここで、有機溶剤現像用とは、少なくとも、有機溶剤を含む現像液を用いて現像する工程に供される用途を意味する。
このように、本発明は、上記した本発明のパターン形成方法に供される感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物にも関する。
本発明の感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物は、典型的にはレジスト組成物であり、ネガ型のレジスト組成物(即ち、有機溶剤現像用のレジスト組成物)であることが、特に高い効果を得ることができることから好ましい。また本発明に係る組成物は、典型的には化学増幅型のレジスト組成物である。
以下、本発明の感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物の各成分について詳細に説明する。
本発明の感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物は、樹脂(Aa)を含有する。樹脂(Aa)は、フッ素原子、フッ素原子を有する基、珪素原子を有する基、炭素数が6以上のアルキル基、炭素数が6以上のシクロアルキル基、炭素数が9以上のアリール基、炭素数が10以上のアラルキル基、少なくとも1個の炭素数3以上のアルキル基で置換されたアリール基、及び、少なくとも1個の炭素数5以上のシクロアルキル基で置換されたアリール基からなる群より選択される1つ以上の基(以下「基(aa)」ともいう。)を有する。
樹脂(Aa)は、基(aa)を樹脂の主鎖中に有していても、側鎖に有していてもよく、樹脂(Aa)は、基(aa)を有する繰り返し単位を有していることが好ましい。
樹脂(Aa)は、酸に対して安定な繰り返し単位を有することが好ましく、樹脂(Aa)は、基(aa)を、上記酸に対して安定な繰り返し単位中に有することが更に好ましい。換言すれば、樹脂(Aa)が、後述する樹脂(Ab)が有してもよい酸分解性基を有する繰り返し単位を有する場合において、酸分解性基を有する繰り返し単位に基(aa)が存在しないことが更に好ましい。
フッ素原子を有するアルキル基(好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは炭素数1〜4)は、少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換された直鎖又は分岐アルキル基であり、更に他の置換基を有していてもよい。
フッ素原子を有するシクロアルキル基は、少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換された単環又は多環のシクロアルキル基であり、更に他の置換基を有していてもよい。
フッ素原子を有するアリール基としては、フェニル基、ナフチル基などのアリール基の少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換されたものが挙げられ、更に他の置換基を有していてもよい。
R57〜R68は、各々独立に、水素原子、フッ素原子、直鎖もしくは分岐アルキル基(好ましくは、炭素数1〜4の直鎖もしくは分岐アルキル基)、又はアリール基(好ましくは、炭素数6〜14のアリール基)を表す。但し、R57〜R61、R62〜R64及びR65〜R68のそれぞれにおいて、少なくとも1つは、フッ素原子又は少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換されたアルキル基(好ましくは炭素数1〜4)を表す。R57〜R61及びR65〜R67は、全てがフッ素原子であることが好ましい。R62、R63及びR68は、少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換されたアルキル基(好ましくは炭素数1〜4)が好ましく、炭素数1〜4のパーフルオロアルキル基であることが更に好ましい。R62とR63は、互いに連結して環を形成してもよい。
一般式(F3)で表される基の具体例としては、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロプロピル基、ペンタフルオロエチル基、ヘプタフルオロブチル基、ヘキサフルオロイソプロピル基、ヘプタフルオロイソプロピル基、ヘキサフルオロ(2−メチル)イソプロピル基、ノナフルオロブチル基、オクタフルオロイソブチル基、ノナフルオロヘキシル基、ノナフルオロ−t−ブチル基、パーフルオロイソペンチル基、パーフルオロオクチル基、パーフルオロ(トリメチル)ヘキシル基、2,2,3,3−テトラフルオロシクロブチル基、パーフルオロシクロヘキシル基などが挙げられる。ヘキサフルオロイソプロピル基、ヘプタフルオロイソプロピル基、ヘキサフルオロ(2−メチル)イソプロピル基、オクタフルオロイソブチル基、ノナフルオロ−t−ブチル基、パーフルオロイソペンチル基が好ましく、ヘキサフルオロイソプロピル基、ヘプタフルオロイソプロピル基が更に好ましい。
一般式(F4)で表される基の具体例としては、例えば、−C(CF3)2OH、−C(C2F5)2OH、−C(CF3)(CH3)OH、−CH(CF3)OH等が挙げられ、−C(CF3)2OHが好ましい。
アルキルシリル構造、又は環状シロキサン構造としては、具体的には、下記一般式(CS−1)〜(CS−3)で表される基などが挙げられるが、本発明は、これに限定されるものではない。
R12〜R26は、各々独立に、直鎖もしくは分岐アルキル基(好ましくは炭素数1〜20)又はシクロアルキル基(好ましくは炭素数3〜20)を表す。
L3〜L5は、単結合又は2価の連結基を表す。2価の連結基としては、アルキレン基、シクロアルキレン基、フェニレン基、エーテル基、チオエーテル基、カルボニル基、エステル基、アミド基、ウレタン基、又はウレイレン基よりなる群から選択される単独あるいは2つ以上の基の組み合わせを挙げられる。
nは、1〜5の整数を表す。nは好ましくは2〜4の整数である。
本発明の感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物が含有する樹脂(Aa)が、上記アリール基を有する繰り返し単位を有することにより、露光時に発生するアウトバンド光を吸収又は反射することが可能であるため、露光時に上記アウトバンド光により発生する余分な酸の発生を抑制することが可能となり、結果として、特にEUV露光によるパターン形成において、高い解像力及び良好なパターン形状の実現が可能となるものと考えられる。
S1aは置換基を表し、複数存在する場合はそれぞれのS1aが同一であっても、互いに異なっていてもよい。
pは0〜5の整数を表す。
S1aにより表される置換基としては、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、アシル基、アシルオキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、珪素原子を有する基、アリール基、アリールオキシ基、アラルキル基、アラルキルオキシ基、ヒドロキシ基、ニトロ基、スルホニルアミノ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、アラルキルチオ基等が挙げられる。
R1、R2及びR3は、各々独立に、水素原子、アルキル基、アルケニル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、アリール基、アラルキル基、ハロゲン原子を表す。
Lは単結合又は2価の連結基を表す。
R1、R2及びR3におけるアルケニル基としては、例えば、炭素原子数が2〜10のアルケニル基が好ましく、置換基を有していてもよい。
R1、R2及びR3におけるシクロアルキル基としては、例えば、炭素原子数が3〜10のシクロアルキル基が好ましく、置換基を有していてもよい。
R1、R2及びR3におけるアルコキシ基としては、例えば、炭素原子数が1〜10のアルコキシ基が好ましく、置換基を有していてもよい。
R1、R2及びR3におけるアリール基としては、例えば、炭素原子数が6〜10のアリール基が好ましく、置換基を有していてもよい。
R1、R2及びR3におけるアラルキル基としては、例えば、炭素原子数が7〜15のアラルキル基が好ましく、置換基を有していてもよい。
Lにより表される2価の連結基としては、例えば、置換又は無置換のアルキレン基、−O−、−S−、−(C=O)−、又はこれらの複数を組み合わせた2価の連結基が挙げられる。
R11、R21及びR31は、各々独立に、アルキル基を表す。
L1は単結合又は2価の連結基を表す。
pは、上述したように、0〜5の整数を表す。pは、好ましくは1〜5の整数である。
Zka1は、nkaが2以上の場合には各々独立して、アルキル基、シクロアルキル基、エーテル基、ヒドロキシ基、アミド基、アリール基、ラクトン環基、又は電子求引性基を表す。nkaが2以上の場合、複数のZka1が互いに結合して、環を形成していてもよい。この環としては、例えば、シクロアルキル環、並びに、環状エーテル環及びラクトン環等のヘテロ環が挙げられる。
nkaは0〜10の整数を表す。nkaは、好ましくは0〜8であり、より好ましくは0〜5であり、更に好ましくは1〜4であり、特に好ましくは1〜3である。
Zka1のアルキル基は、直鎖状であってもよく、分岐鎖状であってもよい。このアルキル基は、置換基を更に有していてもよい。
Zka1のアルキル基は、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、i−ブチル基及びt−ブチル基等の炭素数が1〜4のものであることが好ましい。
Zka1のシクロアルキル基は、単環型であってもよく、多環型であってもよい。後者の場合、シクロアルキル基は、有橋式であってもよい。即ち、この場合、シクロアルキル基は、橋かけ構造を有していてもよい。なお、シクロアルキル基中の炭素原子の一部は、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。
単環型のシクロアルキル基としては、炭素数が3〜8のものが好ましく、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、シクロヘキシル基及びシクロオクチル基が挙げられる。
多環型のシクロアルキル基としては、例えば、炭素数が5以上のビシクロ、トリシクロ又はテトラシクロ構造を有する基が挙げられる。この多環型のシクロアルキル基は、炭素数が6〜20であることが好ましく、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、テトシクロドデシル基及びアンドロスタニル基が挙げられる。
これら構造は、置換基を更に有していてもよい。この置換基としては、例えば、アルキル基、ハロゲン原子、水酸基、アルコキシ基、カルボキシ基、及びアルコキシカルボニル基が挙げられる。
置換基としてのアルキル基は、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基及びブチル基等の低級アルキル基であることが好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基及びイソプロピル基であることが更に好ましい。
置換基としてのアルコキシ基は、好ましくはメトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基及びブトキシ基等の炭素数が1〜4のものが挙げられる。
これら置換基としてのアルキル基及びアルコキシ基は、更なる置換基を有していてもよい。この更なる置換基としては、例えば、水酸基、ハロゲン原子及びアルコキシ基(好ましくは炭素数1〜4)が挙げられる。
Zka1のアリール基としては、例えば、フェニル基及びナフチル基が挙げられる。
Zka1のハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子が挙げられる。これらのうち、フッ素原子が特に好ましい。
−C(Rf1)(Rf2)−Rf3により表されるハロ(シクロ)アルキル基において、Rf2及びRf3は、各々独立して、水素原子、ハロゲン原子又は有機基を表す。この有機基としては、例えば、アルキル基、シクロアルキル基及びアルコキシ基が挙げられる。これら基は、ハロゲン原子等の置換基を更に有していてもよい。
Rf1〜Rf3のうち少なくとも2つは、互いに結合して、環を形成していてもよい。この環としては、例えば、シクロアルキル環、ハロシクロアルキル環、アリール環、及びハロアリール環が挙げられる。
Rf1〜Rf3のアルキル基及びハロアルキル基としては、例えば、先にZka1について説明したアルキル基、及び、これらアルキル基の水素原子の少なくとも一部がハロゲン原子により置換された基が挙げられる。
上記のハロシクロアルキル基及びハロアリール基としては、例えば、先にZka1について説明したシクロアルキル基及びアリール基の水素原子の少なくとも一部がハロゲン原子により置換された基が挙げられる。このハロシクロアルキル基及びハロアリール基としては、より好ましくは、−C(n)F(2n−2)Hにより表されるフルオロシクロアルキル基、及びパーフルオロアリール基などが挙げられる。ここで、炭素数nの範囲に特に制限はないが、nは5〜13の整数であることが好ましく、nは6であることが特に好ましい。
上記の電子求引性基は、フッ素原子の一部がフッ素原子以外の電子求引性基で置換されていてもよい。
なお、電子求引性基が2価以上の基である場合、残りの結合手は、任意の原子又は置換基との結合に供される。この場合、上記の部分構造は、更なる置換基を介して疎水性樹脂の主鎖に結合していてもよい。
Rky6〜Rky10は、各々独立して、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、シクロアルキル基、カルボニル基、カルボニルオキシ基、オキシカルボニル基、エーテル基、ヒドロキシ基、シアノ基、アミド基、又はアリール基を表す。Rky6〜Rky10のうち少なくとも2つが互いに結合して、環を形成していてもよい。
Rky5は、電子求引性基を表す。電子求引性基としては、上記一般式(KA−1)におけるZka1と同様のものが挙げられる。この電子求引性基は、好ましくは、ハロゲン原子、−C(Rf1)(Rf2)−Rf3により表されるハロ(シクロ)アルキル基、又はハロアリール基であり、これらの具体例は上記一般式(KA−1)における具体例と同様である。
nkbは、0又は1を表す。
Rkb1、Rkb2は、各々独立して、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、又は電子求引性基を表す。これら原子団として具体的には、上記一般式(KA−1)におけるZka1と同様のものが挙げられる。
Lkyは、アルキレン基、酸素原子又は硫黄原子を表す。Lkyのアルキレン基としては、例えば、メチレン基及びエチレン基が挙げられる。Lkyは、酸素原子又はメチレン基であることが好ましく、メチレン基であることがより好ましい。
Rsは、各々独立に、アルキレン基又はシクロアルキレン基を表す。nsが2以上の場合、複数のRsは、互いに同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。 Lsは、単結合、エーテル結合、エステル結合、アミド結合、ウレタン結合又はウレア結合を表し、複数ある場合は、同じでも異なっていてもよい。
nsは、−(Rs−Ls)−により表される連結基の繰り返し数であり、0〜5の整数を表す。
本発明に係る組成物は、酸の作用により極性が変化する樹脂(Ab)を含有する。
樹脂(Ab)は、酸の作用により極性が変化する樹脂であり、具体的には、酸の作用により、アルカリ現像液に対する溶解度が増大し、あるいは、有機溶剤を含有する現像液に対する溶解度が減少する樹脂である。
樹脂(Ab)は、酸分解性基を有する繰り返し単位を有することが好ましい。
nは1〜5の整数を表し、mは1≦m+n≦5なる関係を満足する0〜4の整数を表す。
S1は、置換基(水素原子を除く)を表し、mが2以上の場合には、複数のS1は互いに同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。
A1は、水素原子又は酸の作用により脱離する基を表す。但し、少なくとも1つのA1は酸の作用により脱離する基を表す。n≧2の場合には、複数のA1は、互いに同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。
Xは、水素原子、アルキル基、水酸基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、アシル基、アシロキシ基、シクロアルキル基、シクロアルキルオキシ基、アリール基、カルボキシ基、アルキルオキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基又はアラルキル基を表す。
A2は、酸の作用により脱離する基を表す。
Tは、単結合又は2価の連結基を表す。
nは、上述したように、1〜5の整数を表し、好ましくは1又は2であり、特に好ましくは1である。
mは、上述したように、1≦m+n≦5なる関係を満足する0〜4の整数を表し、好ましくは0〜2であり、より好ましくは0又は1であり、特に好ましくは0である。
S1は、上述したように、置換基(水素原子を除く)を表す。この置換基としては、例えば、後述する一般式(A)におけるS1について説明する置換基と同様のものが挙げられる。
直鎖アルキル基としては、炭素数が1〜30のものが好ましく、炭素数が1〜20のものがより好ましい。このような直鎖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、n−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−ノニル基及びn−デカニル基が挙げられる。
、トリシクロデカニル基、テトシクロドデシル基及びアンドロスタニル基が挙げられる。
以下に、一般式(A1)により表される繰り返し単位の具体例を挙げるが、これらに限定されるものではない。
Xは、上述したように、水素原子、アルキル基、水酸基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、アシル基、アシロキシ基、シクロアルキル基、シクロアルキルオキシ基、アリール基、カルボキシ基、アルキルオキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基又はアラルキル基を表す。
が好ましく、t−ブチル基、t−アミル基、脂環構造を有する炭化水素基(例えば、脂環基自体、及び、アルキル基に脂環基が置換した基)がより好ましい。
A2は、3級のアルキル基又は3級のシクロアルキル基であることが好ましい。
ARは、アリール基を表す。
Rは、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアルキルオキシカルボニル基を表す。
一般式(A3)により表される繰り返し単位について詳細に説明する。
ARは、上述したようにアリール基を表す。ARのアリール基としては、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、又は、フルオレン基等の炭素数6〜20のものが好ましく、炭素数6〜15のものがより好ましい。
Rnのアルキル基は、直鎖アルキル基であってもよく、分岐鎖アルキル基であってもよい。このアルキル基としては、好ましくは、メチル基、エチル基、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、ペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、オクチル基及びドデシル基等の炭素数が1〜20のものが挙げられる。Rnのアルキル基は、炭素数1〜5のものが好ましく、炭素数1〜3のものがより好ましい。
RnとARとは互いに結合して形成しても良い非芳香族環としては、5〜8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。
非芳香族環は、置換基を有していてもよい。この置換基としては、例えば、Rnが有していてもよい更なる置換基について先に説明したのと同様のものが挙げられる。
以下に、一般式(A2)により表される繰り返し単位に対応したモノマーの具体例、及び、該繰り返し単位の具体例を挙げるが、これらに限定されるものではない。
Xは、水素原子、アルキル基、水酸基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、アシル基、アシロキシ基、シクロアルキル基、アリール基、カルボキシル基、アルキルオキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基、又はアラルキル基を表し、一般式(A2b)に於けるXと同様のものである。
A4は、酸の作用により脱離しない炭化水素基を表す。
R2は、水素原子、メチル基、シアノ基、ハロゲン原子又は炭素数1〜4のペルフルオ
ロ基を表す。
R3は、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、アリール基、アル
コキシ基又はアシル基を表す。
qは、0〜4の整数を表す。
Arは、q+2価の芳香環を表す。
Wは、酸の作用により分解しない基又は水素原子を表す。
ロアルキル基としてはシクロプロピル基、シクロブチル基、シクロヘキシル基、アダマンチル基の様な炭素数3〜10個のものが好ましく、アルケニル基としてはビニル基、プロペニル基、アリル基、ブテニル基の様な炭素数2〜4個のものが好ましく、アルケニル基としてはビニル基、プロペニル基、アリル基、ブテニル基の様な炭素数2〜4個のものが好ましく、アリール基としてはフェニル基、キシリル基、トルイル基、クメニル基、ナフチル基、アントラセニル基の様な炭素数6〜14個のものが好ましい。Wはベンゼン環上のどの位置にあってもよいが、好ましくはスチレン骨格のメタ位かパラ位であり、特に好ましくはパラ位である。
以下に、一般式(A6)で表される繰り返し単位の具体例を挙げるがこれらに限定するものではない。
樹脂(Ab)における一般式(A2)で表される繰り返し単位の含有率は、全繰り返し単位中、0〜90モル%が好ましく、より好ましくは5〜75モル%であり、特に好ましくは10〜60モル%である。
R21、R22及びR23は、各々独立に、水素原子、アルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。但し、R22はAr2と結合して環を形成していてもよく、その場合のR22は単結合又はアルキレン基を表す。
X2は、単結合、−COO−、又は−CONR30−を表し、R30は、水素原子又はアルキル基を表す。
L2は、単結合又はアルキレン基を表す。
Ar2は、(n+1)価の芳香環基を表し、R22と結合して環を形成する場合には(n+2)価の芳香環基を表す。
nは、1〜4の整数を表す。
アルコキシカルボニル基に含まれるアルキル基としては、上記R’及びL1におけるアルキル基と同様のものが好ましい。
シクロアルキル基としては、単環型でも、多環型でもよい。好ましくは置換基を有していても良いシクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基のような炭素数3〜8個で単環型のシクロアルキル基が挙げられる。
ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子が挙げられ、フッ素原子が特に好ましい。
(n+1)価の芳香環基は、更に置換基を有していても良い。
X2により表わされる−CONR30−(R30は、水素原子、アルキル基を表す)におけるR30のアルキル基としては、R21〜R23のアルキル基と同様のものが挙げられる。
X2としては、単結合、−COO−、−CONH−が好ましく、単結合、−COO−がより好ましい。
Ar2としては、置換基を有していても良い炭素数6〜18の芳香環基がより好ましく、ベンゼン環基、ナフタレン環基、ビフェニレン環基が特に好ましい。
この繰り返し単位は、ヒドロキシスチレン構造を備えていることが好ましい。即ち、Ar2は、ベンゼン環基であることが好ましい。
樹脂(P)は、一般式(A)で表される繰り返し単位を2種類以上含んでいてもよい。
この構造部位は、例えば、活性光線又は放射線の照射により分解することにより、繰り返し単位(B)中に酸アニオンを生じさせる構造部位であってもよいし、酸アニオンを放出して繰り返し単位(B)中にカチオン構造を生じさせる構造部位であってもよい。
Aは、活性光線又は放射線の照射により分解して酸アニオンを発生する構造部位を表す。
R04、R05及びR07〜R09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、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。
R06は、シアノ基、カルボキシ基、−CO−OR25又は−CO−N(R26)(R27)を表す。R25は、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アリール基又はアラルキル基を表す。R26及びR27は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アリール基又はアラルキル基を表す。R26とR27とは、互いに結合して、窒素原子と共に環を形成していてもよい。
R25〜R27及びR33のシクロアルキル基としては、例えば、先にR04、R05及びR07〜R09のシクロアルキル基として挙げたものが好ましい。
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、一般的には1〜30であり、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、例えば、ブチレン基及びペンチレン基等のアルキレン基が挙げられる。
(ZI−2)基は、一般式(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基である。ここで、芳香環には、ヘテロ原子を含んだ複素環も含まれる。
(ZI−3)基とは、以下の一般式(ZI−3)で表される基であり、フェナシルスルフォニウム塩構造を有する基である。
R6c及びR7cは、各々独立に、水素原子、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。
Rx及びRyは、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基、アリル基又はビニル基を表す。
(ZI−4)基とは、以下の一般式(ZI−4)により表される基である。この基は、アウトガスの抑制に有効である。
R1〜R13のうち少なくとも1つは、アルコール性水酸基を含む置換基であることが好ましい。なお、ここで「アルコール性水酸基」とは、アルキル基の炭素原子に結合した水酸基を意味している。
Zは、単結合又は2価の連結基である。
Zc −は、非求核性アニオンを表し、例えば、一般式(ZI)におけるZ−と同様のものが挙げられる。
一般式(ZII)中、R204及びR205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及びR205のアリール基、アルキル基、シクロアルキル基の具体例及び好ましい態様等は、前述の化合物(ZI−1)におけるR201〜R203について説明したものと同様である。
る。
R301及びR302は、各々独立に、有機基を表す。この有機基の炭素数は、一般的には1〜30であり、好ましくは1〜20である。R301及びR302は、互いに結合して、環構造を形成していてもよい。この環構造は、環内に酸素原子、硫黄原子、エステル結合、アミド結合及びカルボニル基の少なくとも1つを含んでいてもよい。R301及びR302とが互いに結合して形成し得る基としては、ブチレン基及びペンチレン基等のアルキレン基が挙げられる。
(697),45(1983);H.Adachietal.,PolymerPreprints,Japan,37(3);欧州特許第0199,672号、同84515号、同199,672号、同044,115号、同0101,122号、米国特許第618,564号、同4,371,605号、同4,431,774号の各明細書、特開昭64−18143号、特開平2−245756号、及び特開平4−365048号等の各公報に記載のイミノスルフォネ−ト等に代表される光分解してスルホン酸を発生する化合物。
(3)V.N.R.Pillai,Synthesis,(1),1(1980);A.Abadetal,TetrahedronLett.,(47)4555(1971);D.H.R.Bartonetal.,J.Chem.Soc.,(C),329(1970);米国特許第3,779,778号;及び欧州特許第126,712号等に記載の光により酸を発生する化合物。
−Ar2−X21−L21−X22−L22−Z2(L2)
−X31−L31−X32−L32−Z3(L3)
まず、一般式(L1)により表される部位について説明する。
X11は、−O−、−S−、−CO−、−SO2−、−NR−(Rは水素原子若しくはアルキル基)、2価の窒素含有非芳香族複素環基、又は、これらを組み合わせた基を表す。
X12及びX13は、各々独立に、単結合、−O−、−S−、−CO−、−SO2−、−NR−(Rは水素原子若しくはアルキル基)、2価の窒素含有非芳香族複素環基、又は、これらを組み合わせた基を表す。
Ar2は、2価の芳香環基を表す。2価の芳香環基は、アリーレン基であってもよく、ヘテロアリーレン基であってもよい。これら2価の芳香環基は、炭素数が6〜18であることが好ましい。これら2価の芳香環基は、置換基を更に有していてもよい。
X21における−NR−及び2価の窒素含有非芳香族複素環基としては、例えば、先にX11について説明したのと同様のものが挙げられる。
X31及びX32は、各々独立に、単結合、−O−、−S−、−CO−、−SO2−、−NR−(Rは水素原子若しくはアルキル基)、2価の窒素含有非芳香族複素環基、又は、これらを組み合わせた基を表す。
ここで、重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーのポリスチレン換算値をもって定義される。詳細には、樹脂(Ab)の重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)は、例えば、HLC−8120(東ソー(株)製)を用い、カラムとしてTSK gel Multipore HXL−M(東ソー(株)製、7.8mmID×30.0cmを、溶離液としてTHF(テトラヒドロフラン)を用いることによって求めることができる。
アニオン重合法は、アルカリ金属又は有機アルカリ金属を重合開始剤として、通常、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下、有機溶媒中において、−100〜90℃の温度で行なわれる。そして、共重合においては、モノマー類を反応系に逐次添加して重合することによりブロック共重合体が、また、各モノマー類の混合物を反応系に添加して重合することによりランダム共重合体が得られる。
ラクトン基としては、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)〜(LC1−16)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。
い置換基(Rb2)としては、炭素数1〜8のアルキル基、炭素数4〜7のシクロアルキ
ル基、炭素数1〜8のアルコキシ基、炭素数1〜8のアルコキシカルボニル基、カルボキシル基、ハロゲン原子、水酸基、シアノ基、酸分解性基などが挙げられる。より好ましくは炭素数1〜4のアルキル基、シアノ基、酸分解性基である。n2は、0〜4の整数を表す。n2が2以上の時、複数存在する置換基(Rb2)は、同一でも異なっていてもよく
、また、複数存在する置換基(Rb2)同士が結合して環を形成してもよい。
Rb0は、水素原子、ハロゲン原子又は炭素数1〜4のアルキル基を表す。Rb0のアルキル基が有していてもよい好ましい置換基としては、水酸基、ハロゲン原子が挙げられる。Rb0のハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、沃素原子を挙げることができる。好ましくは、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であり、水素原子、メチル基が特に好ましい。
しくはメチレン基、エチレン基、シクロヘキシレン基、アダマンチレン基、ノルボルニレン基である。
ラクトン基を有する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。
樹脂(Ab)の添加量は、総量として、本発明の組成物の全固形分に対し、通常10〜99質量%であり、好ましくは20〜99質量%であり、特に好ましくは30〜99質量%である。
以下に樹脂(Ab)の具体例を以下に示すがこれらに限定するものではない。
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(以下、「酸発生剤」ともいう)を含有することが好ましい。
活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物が、低分子化合物の形態である場合、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分子量は3000以下であることが好ましく、2000以下であることがより好ましく、1000以下であることが更に好ましい。
活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物が、樹脂の一部に組み込まれた形態である場合、前述した樹脂(Ab)の一部に組み込まれても良く、樹脂(Ab)とは異なる樹脂に組み込まれても良い。
酸発生剤としては、特に限定されないが、活性光線又は放射線の照射により、有機酸、例えば、スルホン酸、ビス(アルキルスルホニル)イミド、又はトリス(アルキルスルホニル)メチドの少なくともいずれかを発生する化合物が好ましい。
より好ましくは下記一般式(ZI)、(ZII)、(ZIII)で表される化合物を挙げることができる。
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(求核反応を起こす能力が著しく低いアニオン)を表す。
また、ビス(アルキルスルホニル)イミドアニオンにおけるアルキル基は、互いに結合して環構造を形成してもよい。これにより、酸強度が増加する。
Xfは、それぞれ独立に、フッ素原子、又は少なくとも1つのフッ素原子で置換されたアルキル基を表す。
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の具体的としては、フッ素原子、CF3、C2F5、C3F7、C4F9、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。
yは0〜4が好ましく、0がより好ましい。
zは0〜5が好ましく、0〜3がより好ましい。
Lの2価の連結基としては特に限定されず、―COO−、−OCO−、−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連結した連結基などを挙げることができ、総炭素数12以下の連結基が好ましい。このなかでも―COO−、−OCO−、−CO−、−O−が好ましく、―COO−、−OCO−がより好ましい。
脂環基としては、単環でも多環でもよく、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロオクチル基などの単環のシクロアルキル基、ノルボルニル基、トリシクロデカニル基、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。中でも、ノルボルニル基、トリシクロデカニル基、テトラシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、アダマンチル基等の炭素数7以上のかさ高い構造を有する脂環基が、露光後加熱工程での膜中拡散性を抑制でき、MEEF向上の観点から好ましい。
アリール基としては、ベンゼン環、ナフタレン環、フェナンスレン環、アントラセン環が挙げられる。
複素環基としては、フラン環、チオフェン環、ベンゾフラン環、ベンゾチオフェン環、ジベンゾフラン環、ジベンゾチオフェン環、ピリジン環由来のものが挙げられる。中でもフラン環、チオフェン環、ピリジン環由来のものが好ましい。
R201、R202及びR203のうち、少なくとも1つがアリール基であることが好ましく、三つ全てがアリール基であることがより好ましい。アリール基としては、フェニル基、ナフチル基などの他に、インドール残基、ピロール残基などのヘテロアリール基も可能である。
R201〜R203の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、炭素数3〜10のシクロアルキル基を挙げることができる。アルキル基として、より好ましくはメチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基等を挙げることができる。シクロアルキル基として、より好ましくは、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロへプチル基等を挙げることができる。これらの基は更に置換基を有していてもよい。その置換基としては、ニトロ基、フッ素原子などのハロゲン原子、カルボキシル基、水酸基、アミノ基、シアノ基、アルコキシ基(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)、アリール基(好ましくは炭素数6〜14)、アルコキシカルボニル基(好ましくは炭素数2〜7)、アシル基(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)等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
R1a〜R13aは、各々独立に、水素原子又は置換基を表す。
R1a〜R13aのうち、1〜3つが水素原子でないことが好ましく、R9a〜R13aのいずれか1つが水素原子でないことがより好ましい。
Zaは、単結合又は2価の連結基である。
X−は、一般式(ZI)におけるZ−と同義である。
R1a〜R13aが水素原子でない場合としては、水酸基で置換された直鎖、分岐、環状のアルキル基であることが好ましい。
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、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。この置換基としても、前述の化合物(ZI)におけるR201〜R203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ものが挙げられる。
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)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)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のアルキレン基(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、エテニレン基、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、光酸発生剤の含量は、組成物の全固形分を基準として、好ましくは0.1〜50質量%であり、より好ましくは0.5〜45質量%であり、更に好ましくは1〜40質量%である。
本発明の感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物は、更に、酸の作用により分解して酸を発生する化合物を1種又は2種以上含んでいてもよい。上記酸の作用により分解して酸を発生する化合物が発生する酸は、スルホン酸、メチド酸又はイミド酸であることが好ましい。
なお、酸の作用により分解して酸を発生する化合物の含有量は、前記感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物の全固形分を基準として、0.1〜40質量%であることが好ましく、0.5〜30質量%であることがより好ましく、1.0〜20質量%であることが更に好ましい。
[5]レジスト溶剤(塗布溶媒)
組成物を調製する際に使用できる溶剤としては、各成分を溶解するものである限り特に限定されないが、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(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)など)、アルキレングリコールモノアルキルエーテル(プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME;1−メトキシ−2−プロパノール)など)、乳酸アルキルエステル(乳酸エチル、乳酸メチルなど)、環状ラクトン(γ−ブチロラクトンなど、好ましくは炭素数4〜10)、鎖状又は環状のケトン(2−ヘプタノン、シクロヘキサノンなど、好ましくは炭素数4〜10)、アルキレンカーボネート(エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートなど)、カルボン酸アルキル(酢酸ブチルなどの酢酸アルキルが好ましい)、アルコキシ酢酸アルキル(エトキシプロピオン酸エチル)などが挙げられる。その他使用可能な溶媒として、例えば、米国特許出願公開第2008/0248425A1号明細書の[0244]以降に記載されている溶剤などが挙げられる。
水酸基を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が好ましく、水酸基を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カルボキシレートが好ましい。
本発明に係る感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物は、塩基性化合物を更に含んでいてもよい。塩基性化合物は、好ましくは、フェノールと比較して塩基性がより強い化合物である。また、この塩基性化合物は、有機塩基性化合物であることが好ましく、含窒素塩基性化合物であることが更に好ましい。
Rは、各々独立に、水素原子又は有機基を表す。但し、3つのRのうち少なくとも1つは有機基である。この有機基は、直鎖若しくは分岐鎖のアルキル基、単環若しくは多環のシクロアルキル基、アリール基又はアラルキル基である。
Rとしてのシクロアルキル基の炭素数は、特に限定されないが、通常3〜20であり、好ましくは5〜15である。
Rとしてのアラルキル基の炭素数は、特に限定されないが、通常7〜20であり、好ましくは7〜11である。具体的には、ベンジル基等が挙げられる。
この含窒素複素環は、芳香族性を有していてもよく、芳香族性を有していなくてもよい。また、窒素原子を複数有していてもよい。更に、窒素以外のヘテロ原子を含有していてもよい。具体的には、例えば、イミダゾール構造を有する化合物(2−フェニルベンゾイミダゾール、2,4,5−トリフェニルイミダゾールなど)、ピペリジン構造を有する化合物〔N−ヒドロキシエチルピペリジン及びビス(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル)セバケートなど〕、ピリジン構造を有する化合物(4−ジメチルアミノピリジンなど)、並びにアンチピリン構造を有する化合物(アンチピリン及びヒドロキシアンチピリンなど)が挙げられる。
フェノキシ基を有するアミン化合物とは、アミン化合物が含んでいるアルキル基のN原子と反対側の末端にフェノキシ基を備えた化合物である。フェノキシ基は、例えば、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、カルボキシ基、カルボン酸エステル基、スルホン酸エステル基、アリール基、アラルキル基、アシロキシ基及びアリールオキシ基等の置換基を有していてもよい。
塩基性化合物として、アンモニウム塩も適宜用いることができる。アンモニウム塩のアニオンとしては、例えば、ハライド、スルホネート、ボレート及びフォスフェートが挙げられる。これらのうち、ハライド及びスルホネートが特に好ましい。
スルホネートとしては、炭素数1〜20の有機スルホネートが特に好ましい。有機スルホネートとしては、例えば、炭素数1〜20のアルキルスルホネート及びアリールスルホネートが挙げられる。
本発明に係る組成物は、塩基性化合物として、プロトンアクセプター性官能基を有し、かつ、活性光線又は放射線の照射により分解してプロトンアクセプター性が低下、消失、又はプロトンアクセプター性から酸性に変化した化合物を発生する化合物〔以下、化合物(PA)ともいう〕を更に含んでいてもよい。
mは1又は2を表し、nは1又は2を表す。但し、Aが硫黄原子の時、m+n=3、Aがヨウ素原子の時、m+n=2である。
Rは、アリール基を表す。
RNは、プロトンアクセプター性官能基で置換されたアリール基を表す。
X−は、対アニオンを表す。
R及びRNのアリール基の具体例としては、フェニル基が好ましく挙げられる。
本発明の組成物は、下式で表される構造を有するグアニジン化合物を更に含有していてもよい。
本発明のグアニジン化合物(A)の塩基性としては、共役酸のpKaが6.0以上であることが好ましく、7.0〜20.0であることが酸との中和反応性が高く、ラフネス特性に優れるため好ましく、8.0〜16.0であることがより好ましい。
本発明の組成物は、窒素原子を有し、酸の作用により脱離する基を有する低分子化合物(以下において、「低分子化合物(D)」又は「化合物(D)」ともいう)を含有することができる。低分子化合物(D)は、酸の作用により脱離する基が脱離した後は、塩基性を有することが好ましい。
R’は、それぞれ独立に、水素原子、直鎖状又は分岐状アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、又はアルコキシアルキル基を表す。R’は相互に結合して環を形成していても良い。
このような基の具体的な構造を以下に示す。
例えば、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカン等の直鎖状、分岐状のアルカンに由来する基、これらのアルカンに由来する基を、例えば、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基の1種以上或いは1個以上で置換した基、
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、ノルボルナン、アダマンタン、ノラダマンタン等のシクロアルカンに由来する基、これらのシクロアルカンに由来する基を、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−ブチル基等の直鎖状、分岐状のアルキル基の1種以上或いは1個以上で置換した基、
ベンゼン、ナフタレン、アントラセン等の芳香族化合物に由来する基、これらの芳香族化合物に由来する基を、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−ブチル基等の直鎖状、分岐状のアルキル基の1種以上或いは1個以上で置換した基、
ピロリジン、ピペリジン、モルホリン、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、インドール、インドリン、キノリン、パーヒドロキノリン、インダゾール、ベンズイミダゾール等の複素環化合物に由来する基、これらの複素環化合物に由来する基を直鎖状、分岐状のアルキル基或いは芳香族化合物に由来する基の1種以上或いは1個以上で置換した基、直鎖状、分岐状のアルカンに由来する基・シクロアルカンに由来する基をフェニル基、ナフチル基、アントラセニル基等の芳香族化合物に由来する基の1種以上或いは1個以上で置換した基等或いは前記の置換基がヒドロキシル基、シアノ基、アミノ基、ピロリジノ基、ピペリジノ基、モルホリノ基、オキソ基等の官能基で置換された基等が挙げられる。
本発明において、低分子化合物(D)は、一種単独でも又は2種以上を混合しても使用することができる。
本発明の化学増幅型レジスト組成物は、更に、塗布性を向上させるため界面活性剤を含有してもよい。界面活性剤の例としては、特に限定されるものではないが、ポリオキシエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル類、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンブロックコポリマー類、ソルビタン脂肪酸エステル類、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステルなどのノニオン系界面活性剤、メガファックF171、F176(大日本インキ化学工業製)やフロラードFC430(住友スリーエム製)やサーフィノールE1004(旭硝子製)、OMNOVA社製のPF656及びPF6320、等のフッ素系界面活性剤、ポリシロキサンポリマーKP−341(信越化学工業(株)製)等のオルガノシロキサンポリマーが挙げられる。
レジスト組成物が界面活性剤を含有する場合、界面活性剤の使用量は、レジスト組成物の全量(溶剤を除く)に対して、好ましくは0.0001〜2質量%、より好ましくは0.0005〜1質量%である。
本発明の組成物は、上記に説明した成分以外にも、カルボン酸、カルボン酸オニウム塩、Proceeding of SPIE, 2724,355 (1996)等に記載の分子量3000以下の溶解阻止化合物、染料、可塑剤、光増感剤、光吸収剤、酸化防止剤などを適宜含有することができる。
特にカルボン酸は、性能向上のために好適に用いられる。カルボン酸としては、安息香酸、ナフトエ酸などの、芳香族カルボン酸が好ましい。
カルボン酸の含有量は、組成物の全固形分濃度中、0.01〜10質量%が好ましく、より好ましくは0.01〜5質量%、更に好ましくは0.01〜3質量%である。
本発明の電子デバイスは、電気電子機器(家電、OA・メディア関連機器、光学用機器及び通信機器等)に、好適に、搭載されるものである。
〔合成例1(樹脂(Ab−289)の合成)〕
46.50gの化合物(10)を263.5gのn−ヘキサンに溶解させ、87.19gのシクロヘキサノール、46.50gの無水硫酸マグネシウム、4.81gの10−カンファースルホン酸を加えて、室温で6時間攪拌した。10.49gのトリエチルアミンを加えて、10分間攪拌した後、ろ過して固体を取り除いた。400gの酢酸エチルを加えて、有機層を200gのイオン交換水で5回洗浄した後、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、溶媒を留去して、化合物(11)含有溶液を116.27g得た。
化合物(11)含有溶液41.19gに、8.80gの塩化アセチルを加えて、室温で2時間攪拌して、化合物(12)含有溶液を49.89g得た。
7.40gの化合物(8)を79.93gの脱水テトラヒドロフランに溶解させ、7.40gの無水硫酸マグネシウム、60.89gのトリエチルアミンを加えて、窒素雰囲気下で攪拌した。0℃に冷却し、49.99gの化合物(12)含有溶液を滴下し、室温で3時間攪拌した後、ろ過して固体を取り除いた。400gの酢酸エチルを加えて、有機層を200gのイオン交換水で5回洗浄した後、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、溶媒を留去した。カラムクロマトグラフィーで単離精製し、23.91gの化合物(13)を得た。
3.61gの化合物(6)(50.00質量%シクロヘキサノン溶液)と、6.31gの化合物(13)と、0.35gの重合開始剤V−601(和光純薬工業(株)製)とを、28.07gのシクロヘキサノンに溶解させた。反応容器中に16.09gのシクロヘキサノンを入れ、窒素ガス雰囲気下、85℃の系中に4時間かけて滴下した。反応溶液を2時間に亘って加熱撹拌した後、これを室温まで放冷した。
上記反応溶液を、400gのヘプタン/酢酸エチル=9/1(質量比)中に滴下し、ポリマーを沈殿させ、ろ過した。200gのヘプタン/酢酸エチル=9/1(質量比)を用いて、ろ過した固体のかけ洗いを行なった。その後、洗浄後の固体を減圧乾燥に供して、4.20gの樹脂(Ab−289)を得た。
20.00gの化合物(1)を113.33gのn−ヘキサンに溶解させ、42.00gのシクロヘキサノール、20.00gの無水硫酸マグネシウム、2.32gの10−カンファースルホン酸を加えて、室温で7.5時間攪拌した。5.05gのトリエチルアミンを加えて、10分間攪拌した後、ろ過して固体を取り除いた。400gの酢酸エチルを加えて、有機層を200gのイオン交換水で5回洗浄した後、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、溶媒を留去して、化合物(2)含有溶液を44.86g得た。
化合物(2)含有溶液23.07gに、4.52gの塩化アセチルを加えて、室温で2時間攪拌して、化合物(3)含有溶液を27.58g得た。
3.57gの化合物(8)を26.18gの脱水テトラヒドロフランに溶解させ、3.57gの無水硫酸マグネシウム、29.37gのトリエチルアミンを加えて、窒素雰囲気下で攪拌した。0℃に冷却し、27.54gの化合物(3)含有溶液を滴下し、室温で3.5時間攪拌した後、ろ過して固体を取り除いた。400gの酢酸エチルを加えて、有機層を150gのイオン交換水で5回洗浄した後、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、溶媒を留去した。カラムクロマトグラフィーで単離精製し、8.65gの化合物(4)を得た。
2.52gの化合物(6)(50.00質量%シクロヘキサノン溶液)と、0.78gの化合物(5)と、5.64gの化合物(4)と、0.32gの重合開始剤V−601(和光純薬工業(株)製)とを、27.01gのシクロヘキサノンに溶解させた。反応容器中に15.22gのシクロヘキサノンを入れ、窒素ガス雰囲気下、85℃の系中に4時間かけて滴下した。反応溶液を2時間に亘って加熱撹拌した後、これを室温まで放冷した。
上記反応溶液を、400gのヘプタン中に滴下し、ポリマーを沈殿させ、ろ過した。200gのヘプタンを用いて、ろ過した固体のかけ洗いを行なった。その後、洗浄後の固体を減圧乾燥に供して、2.98gの樹脂(Ab−281)を得た。
合成した樹脂の構造、繰り返し単位の組成比(モル比)、質量平均分子量(Mw)、及び、分散度(Mw/Mn)を以下に示す。
光酸発生剤としては先に挙げた酸発生剤z1〜z143から適宜選択して用いた。
S−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(PGMEA)(b.p.=146℃)
S−2:プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)(b.p.=120℃)
S−3:乳酸メチル(b.p.=145℃)
S−4:シクロヘキサノン(b.p.=157℃)
W−1:メガファックR08(大日本インキ化学工業(株)製;フッ素及びシリコン系)
W−2: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−3:トロイゾルS−366(トロイケミカル(株)製;フッ素系)
W−4:PF6320(OMNOVA社製;フッ素系)
G−1:酢酸ブチル
G−2:2−ヘプタノン
G−3:アニソール
G−4:4−メチル−2−ペンタノール
G−5:1−ヘキサノール
G−6:デカン
(1)感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物の塗液調製及び塗設
下記表3に示す成分を同表に示す溶剤に固形分で1.5質量%溶解させ、それぞれを0.05μm孔径のメンブレンフィルターで精密ろ過して、感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物(レジスト組成物)溶液を得た。
この感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物溶液を、予めヘキサメチルジシラザン(HMDS)処理を施した6インチSiウェハ上に東京エレクトロン製スピンコーターMark8を用いて塗布し、100℃、60秒間ホットプレート上で乾燥して、膜厚50nmのレジスト膜を得た。
上記(1)で得られたレジスト膜が塗布されたウェハを、電子線描画装置((株)日立製作所製HL750、加速電圧50KeV)を用いて、パターン照射を行った。この際、1:1のラインアンドスペースが形成されるように描画を行った。電子線描画後、ホットプレート上で、100℃で90秒間加熱した後、下表に記載の有機系現像液をパドルして30秒間現像し、下表に記載のリンス液を用いてリンスをした後、4000rpmの回転数で30秒間ウェハを回転させた後、95℃で60秒間加熱を行うことにより、線幅75nmの1:1ラインアンドスペースパターンのレジストパターンを得た。
(3)レジストパターンの評価
走査型電子顕微鏡((株)日立製作所製S−9220)を用いて、得られたレジストパターンを下記の方法で、感度、解像力、パターン形状及びアウトガスについて評価した。
線幅75nmの1:1ラインアンドスペースパターンを解像する時の照射エネルギーを感度とした。ただし、比較例1−1〜1−5においては、線幅75nmの1:1ラインアンドスペースパターンを解像することができなかったので、後述する限界解像力における1:1ラインアンドスペースを解像する時の照射エネルギーを感度とした。
上記感度を示す露光量において、ライン:スペース=1:1のマスクを通して、限界解像力(ラインとスペースが分離解像する最小の線幅)を求めた。そして、この値を「解像力(nm)」とした。
上記感度を示す露光量における線幅75nmのライン:スペース=1:1のパターンの断面形状を走査型電子顕微鏡((株)日立製作所製S−4300)を用いて観察し、下記5段階評価を行った。ただし、比較例1−1〜1−5においては、線幅75nmの1:1ラインアンドスペースパターンを解像することができなかったので、後述する限界解像力における1:1ラインアンドスペースパターンを観察することによりパターン形状を評価した。
A:矩形
B:AとCの間
C:やや矩形
D:CとEの間
E:ラウンドトップ又はT−トップ
EB露光による面露光を行なって決定した、(上記)感度での照射量(μC/cm2)の2.0倍の照射量を照射し、露光後(後加熱前)の膜厚を測定し、以下の式から未露光時の膜厚からの変動率を求めた。
膜厚変動率(%)=(未露光時の膜厚−露光後の膜厚)/未露光時の膜厚×100
A:膜厚変動率(%)が0.0以上1.0未満
B:膜厚変動率(%)が1.0以上3.0未満
C:膜厚変動率(%)が3.0以上5.0未満
D:膜厚変動率(%)が5.0以上7.0未満
E:膜厚変動率(%)が7.0以上
(4)感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物の塗液調製及び塗設
下記表に示す成分を同表に示す溶剤に固形分で1.5質量%溶解させ、それぞれを0.05μm孔径のメンブレンフィルターで精密ろ過して、感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物(レジスト組成物)溶液を得た。
この感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物溶液を、予めヘキサメチルジシラザン(HMDS)処理を施した6インチSiウェハ上に東京エレクトロン製スピンコーターMark8を用いて塗布し、100℃、60秒間ホットプレート上で乾燥して、膜厚50nmのレジスト膜を得た。
上記(4)で得られたレジスト膜の塗布されたウェハを、EUV露光装置(Exitech社製 Micro Exposure Tool、NA0.3、Quadrupole、アウターシグマ0.68、インナーシグマ0.36)を用い、露光マスク(ライン/スペース=1/1)を使用して、パターン露光を行った。露光後、ホットプレート上で、100℃で90秒間加熱した後、下表に記載の有機系現像液をパドルして30秒間現像し、下表に記載のリンス液を用いてリンスした後、4000rpmの回転数で30秒間ウェハを回転させた後、95℃で60秒間ベークを行なうことにより、線幅50nmの1:1ラインアンドスペースパターンのレジストパターンを得た。
走査型電子顕微鏡((株)日立製作所製S−9380II)を用いて、得られたレジストパターンを下記の方法で、解像力、パターン形状及びアウトガスについて評価した。結果を下表に示す。
線幅50nmの1:1ラインアンドスペースパターンを解像する時の露光量を感度とした。
上記感度を示す露光量において、ライン:スペース=1:1のマスクを通して、限界解像力(ラインとスペースが分離解像する最小の線幅)を求めた。そして、この値を「解像力(nm)」とした。
上記感度を示す露光量における線幅50nmのライン:スペース=1:1のパターンの断面形状を走査型電子顕微鏡((株)日立製作所製S−4300)を用いて観察し、下記5段階評価を行った。
A:矩形
B:AとCの間
C:やや矩形
D:CとEの間
E:ラウンドトップ又はT−トップ
EUV露光による面露光を行なって決定した、(上記)感度での照射量(mJ/cm2)の2.0倍の照射量を照射し、露光後(後加熱前)の膜厚を測定し、以下の式から未露光時の膜厚からの変動率を求めた。
膜厚変動率(%)=(未露光時の膜厚−露光後の膜厚)/未露光時の膜厚×100
A:膜厚変動率(%)が0.0以上1.0未満
B:膜厚変動率(%)が1.0以上3.0未満
C:膜厚変動率(%)が3.0以上5.0未満
D:膜厚変動率(%)が5.0以上7.0未満
E:膜厚変動率(%)が7.0以上
Claims (16)
- フッ素原子、フッ素原子を有するアルキル基、フッ素原子を有するシクロアルキル基、フッ素原子を有するアリール基、珪素原子を有する基、炭素数が6以上のアルキル基、炭素数が10以上のアラルキル基、少なくとも1個の炭素数3以上のアルキル基で置換されたアリール基、及び、少なくとも1個の炭素数5以上のシクロアルキル基で置換されたアリール基からなる群より選択される1つ以上の基を有する樹脂(Aa)と、酸の作用により極性が変化する樹脂(Ab)とを含有する感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物を用いて、膜を形成する工程(1)、
前記膜を電子線又は極紫外線を用いて露光する工程(2)、及び、
露光後に有機溶剤を含む現像液を用いて現像を行い、ネガ型のパターンを形成する工程(3)をこの順序で含むパターン形成方法であって、
前記感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物中の全固形分に対する、樹脂(Aa)の含有率が31〜90質量%であり、
前記樹脂(Ab)が、下記一般式(A)で表される繰り返し単位を有し、電子線又は極紫外線の照射により分解して酸を発生する構造部位を備えた繰り返し単位(B)を含まない、パターン形成方法。
一般式(A)中、
R21、R22及びR23は、各々独立に、水素原子、アルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。但し、R22はAr2と結合して環を形成していてもよく、その場合のR22は単結合又はアルキレン基を表す。
X2は、単結合、−COO−、又は−CONR30−を表し、R30は、水素原子又はアルキル基を表す。
L2は、単結合又はアルキレン基を表す。
Ar2は、(n+1)価の芳香環基を表し、R22と結合して環を形成する場合には(n+2)価の芳香環基を表す。
nは、1〜4の整数を表す。 - 前記樹脂(Aa)が、酸に対して安定な繰り返し単位を有し、前記フッ素原子、フッ素原子を有するアルキル基、フッ素原子を有するシクロアルキル基、フッ素原子を有するアリール基、珪素原子を有する基、炭素数が6以上のアルキル基、炭素数が10以上のアラルキル基、少なくとも1個の炭素数3以上のアルキル基で置換されたアリール基、及び、少なくとも1個の炭素数5以上のシクロアルキル基で置換されたアリール基からなる群より選択される1つ以上の基が、前記酸に対して安定な繰り返し単位中にある請求項1に記載のパターン形成方法。
- フッ素原子、フッ素原子を有するアルキル基、フッ素原子を有するシクロアルキル基、フッ素原子を有するアリール基、珪素原子を有する基、炭素数が6以上のアルキル基、炭素数が10以上のアラルキル基、少なくとも1個の炭素数3以上のアルキル基で置換されたアリール基、及び、少なくとも1個の炭素数5以上のシクロアルキル基で置換されたアリール基からなる群より選択される1つ以上の基を有する樹脂(Aa)と、酸の作用により極性が変化する樹脂(Ab)とを含有する感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物を用いて、膜を形成する工程(1)、
前記膜を電子線又は極紫外線を用いて露光する工程(2)、及び、
露光後に有機溶剤を含む現像液を用いて現像を行い、ネガ型のパターンを形成する工程(3)をこの順序で含むパターン形成方法であって、
前記感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物中の全固形分に対する、樹脂(Aa)の含有率が31〜90質量%であり、
前記樹脂(Ab)が、下記一般式(A)で表される繰り返し単位を有し、
下記一般式(A)で表される繰り返し単位の含有量が、前記樹脂(Ab)の全繰り返し単位に対して、25mol%以上である、パターン形成方法。
一般式(A)中、
R21、R22及びR23は、各々独立に、水素原子、アルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。但し、R22はAr2と結合して環を形成していてもよく、その場合のR22は単結合又はアルキレン基を表す。
X2は、単結合、−COO−、又は−CONR30−を表し、R30は、水素原子又はアルキル基を表す。
L2は、単結合又はアルキレン基を表す。
Ar2は、(n+1)価の芳香環基を表し、R22と結合して環を形成する場合には(
n+2)価の芳香環基を表す。
nは、1〜4の整数を表す。 - 前記樹脂(Aa)が、酸に対して安定な繰り返し単位を有し、前記フッ素原子、フッ素原子を有するアルキル基、フッ素原子を有するシクロアルキル基、フッ素原子を有するアリール基、珪素原子を有する基、炭素数が6以上のアルキル基、炭素数が10以上のアラルキル基、少なくとも1個の炭素数3以上のアルキル基で置換されたアリール基、及び、少なくとも1個の炭素数5以上のシクロアルキル基で置換されたアリール基からなる群より選択される1つ以上の基が、前記酸に対して安定な繰り返し単位中にある請求項3に記載のパターン形成方法。
- フッ素原子、フッ素原子を有するアルキル基、フッ素原子を有するシクロアルキル基、フッ素原子を有するアリール基、珪素原子を有する基、炭素数が6以上のアルキル基、炭素数が6以上のシクロアルキル基、炭素数が9以上のアリール基、炭素数が10以上のアラルキル基、少なくとも1個の炭素数3以上のアルキル基で置換されたアリール基、及び、少なくとも1個の炭素数5以上のシクロアルキル基で置換されたアリール基からなる群より選択される1つ以上の基を有する樹脂(Aa)と、酸の作用により極性が変化する樹脂(Ab)(但し、酸不安定基で置換されたヒドロキシ基を有する繰り返し単位を含む高分子化合物であって、下記一般式(1)に示される繰り返し単位(a1)及び/又は(a2)を有する高分子化合物は除く)とを含有する感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物を用いて、膜を形成する工程(1)、
前記膜を電子線又は極紫外線を用いて露光する工程(2)、及び、
露光後に有機溶剤を含む現像液を用いて現像を行い、ネガ型のパターンを形成する工程(3)をこの順序で含むパターン形成方法であって、
前記感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物中の全固形分に対する、樹脂(Aa)の含有率が31〜90質量%であり、
前記樹脂(Ab)が、下記一般式(A)で表される繰り返し単位を有し、
下記一般式(A)で表される繰り返し単位の含有量が、前記樹脂(Ab)の全繰り返し単位に対して、25mol%以上である、パターン形成方法。
(式中、R1、R4はそれぞれ独立に水素原子又はメチル基を示す。R2は炭素数1〜16の直鎖状、分岐状又は環状の2〜5価の脂肪族炭化水素基であり、エーテル基又はエステル基を有していてもよい。R3、R5は酸不安定基であるが、R2にアダマンタン環を含有する場合にはR3が下記一般式(2)で示されるアセタール型酸不安定基である場合を除外する。
R6は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状の1価の炭化水素基を示す。R7、R8はそれぞれ独立に水素原子、又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状の1価の炭化水素基を示し、R7とR8は互いに結合してこれらが結合する炭素原子と共に脂肪族炭化水素環を形成してもよい。R9は炭素数1〜15の直鎖状、分岐状又は環状の1価の炭化水素基を示す。mは1〜4の整数である。a1、a2は0≦a1<1.0、0≦a2<1.0、0<a1+a2<1.0の範囲である。)
一般式(A)中、
R21、R22及びR23は、各々独立に、水素原子、アルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。但し、R22はAr2と結合して環を形成していてもよく、その場合のR22は単結合又はアルキレン基を表す。
X2は、単結合、−COO−、又は−CONR30−を表し、R30は、水素原子又はアルキル基を表す。
L2は、単結合又はアルキレン基を表す。
Ar2は、(n+1)価の芳香環基を表し、R22と結合して環を形成する場合には(n+2)価の芳香環基を表す。
nは、1〜4の整数を表す。 - 前記樹脂(Aa)が、酸に対して安定な繰り返し単位を有し、前記フッ素原子、フッ素原子を有するアルキル基、フッ素原子を有するシクロアルキル基、フッ素原子を有するアリール基、珪素原子を有する基、炭素数が6以上のアルキル基、炭素数が6以上のシクロアルキル基、炭素数が9以上のアリール基、炭素数が10以上のアラルキル基、少なくとも1個の炭素数3以上のアルキル基で置換されたアリール基、及び、少なくとも1個の炭素数5以上のシクロアルキル基で置換されたアリール基からなる群より選択される1つ以上の基が、前記酸に対して安定な繰り返し単位中にある請求項5に記載のパターン形成方法。
- 上記一般式(A)で表される繰り返し単位の含有量が、前記樹脂(Ab)の全繰り返し単位に対して、25〜60mol%である、請求項3〜6のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
- 上記一般式(A)で表される繰り返し単位の含有量が、前記樹脂(Ab)の全繰り返し単位に対して、25〜40mol%である、請求項7に記載のパターン形成方法。
- 前記樹脂(Ab)が、電子線又は極紫外線の照射により酸を発生する構造部位を備えた繰り返し単位(B)を有する請求項3〜8のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
- 前記感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物の全固形分に対する、前記樹脂(Aa)の含有率が35〜75質量%である請求項1〜9のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
- 前記感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物の全固形分に対する、前記樹脂(Aa)の含
有率が40〜60質量%である請求項10に記載のパターン形成方法。 - 前記樹脂(Aa)が、製膜により膜表面に偏在し、保護膜を形成する樹脂である請求項1〜11のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
- 前記感電子線又は感極紫外線性樹脂組成物が、電子線又は極紫外線の照射により酸を発生する化合物を更に含む請求項1〜14のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
- 請求項1〜15のいずれか1項に記載のパターン形成方法を含む電子デバイスの製造方法。
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