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JP6822179B2 - 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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JP6822179B2 JP2017017507A JP2017017507A JP6822179B2 JP 6822179 B2 JP6822179 B2 JP 6822179B2 JP 2017017507 A JP2017017507 A JP 2017017507A JP 2017017507 A JP2017017507 A JP 2017017507A JP 6822179 B2 JP6822179 B2 JP 6822179B2
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Description

本発明は、感放射線性樹脂組成物、レジストパターン形成方法、ネガ型レジストパターン形成方法、重合体及び化合物に関する。
半導体デバイス、液晶デバイス等の各種電子デバイス構造の微細化に伴って、リソグラフィー工程におけるレジストパターンのさらなる微細化が要求されており、そのため、種々の感放射線性樹脂組成物が検討されている。このような感放射線性樹脂組成物は、露光光の照射により、露光部に酸を生成させ、この酸の触媒作用により露光部と未露光部の現像液に対する溶解速度に差を生じさせ、基板上にレジストパターンを形成させる。
かかる感放射線性樹脂組成物には、単に解像性等に優れるだけでなく、レジストパターンの線幅のばらつきを表すLWR(Line Width Roughness)性能に優れ、また、マスク再現性を示すMEEF(Mask Error Enhancement Factor)性能にも優れることが求められる。この要求に対しては、感放射線性樹脂組成物に含有される重合体の構造が種々検討されており、ブチロラクトン構造、ノルボルナンラクトン構造等のラクトン構造を有することで、レジストパターンの基板への密着性を高めると共に、解像性を向上させることができるとされている(特開平11−212265号公報、特開2003−5375号公報及び特開2008−83370号公報参照)。
しかし、レジストパターンの微細化が線幅45nm以下のレベルまで進展している現在にあっては、上記性能の要求レベルはさらに高まり、上記従来の感放射線性樹脂組成物では、これらの要求を満足させることはできていない。
特開平11−212265号公報 特開2003−5375号公報 特開2008−83370号公報
本発明は以上のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、LWR性能及びMEEF性能に優れる感放射線性樹脂組成物、この感放射線性樹脂組成物が含有する重合体、この重合体を与える化合物、上記感放射線性樹脂組成物を用いるレジストパターン形成方法、並びにネガ型レジストパターン形成方法を提供することにある。
上記課題を解決するためになされた発明は、下記式(i)で表される基を含む第1構造単位を有する重合体、感放射線性酸発生体、及び溶媒を含有する感放射線性樹脂組成物である。
Figure 0006822179
(式(i)中、Aは、単結合又は炭素数1〜20の2価の有機基である。Lは、−SO−*、−SO−*、−S(=O)O−*、*−S(=O)O−、−SOO−*又は*−SOO−である。*は、Rと結合する部位を示す。Lが−SO−*、−S(=O)O−*又は*−S(=O)O−の場合、Rは炭素数1〜20の1価の有機基である。Lが−SO−*又は*−SOO−の場合、Rは単環ラクトン構造を有する1価の基である。Lが−SOO−*の場合、Rは飽和ラクトン構造を有する1価の基又は極性基で置換された1価の脂環式飽和炭化水素基である。)
また、別の本発明は、レジスト膜を形成する工程、上記レジスト膜を露光する工程、及び上記露光されたレジスト膜を現像する工程を備え、上記レジスト膜を当該感放射線性樹脂組成物により形成するレジストパターン形成方法である。
さらに、別の本発明は、レジスト膜を形成する工程、上記レジスト膜を露光する工程、及び上記露光されたレジスト膜を有機溶媒含有液で現像する工程を備え、上記レジスト膜を下記式(i’)で表される基を含む構造単位を有する重合体、感放射線性酸発生体、及び溶媒を含有する感放射線性樹脂組成物により形成するネガ型レジストパターン形成方法である。
Figure 0006822179
(式(i’)中、Aは、単結合又は炭素数1〜20の2価の有機基である。Lは、−SO−*、−SO−*、−S(=O)O−*、*−S(=O)O−、−SOO−*又は*−SOO−である。*は、R1’と結合する部位を示す。R1’は炭素数1〜20の1価の有機基である。)
さらに、本発明には、上記式(i)で表される基を含む構造単位を有する重合体及び上記式(i)で表される基を有する化合物が含まれる。
ここで、「有機基」とは、少なくとも1個の炭素原子を含む基をいう。「ラクトン構造」とは、−O−C(O)−で表される基を含む1つの環(ラクトン環)を有する構造をいう。「飽和ラクトン構造」とは、ラクトン環の炭素−炭素結合が単結合のみである構造をいう。「単環ラクトン構造」とは、ラクトン環のみを有する構造をいう。「多環ラクトン構造」とは、ラクトン環とラクトン環以外の環構造とを有し、このラクトン環とラクトン環以外の環構造とが炭素を共有する構造をいう。
以上説明したように、本発明の感放射線性樹脂組成物、レジストパターン形成方法及びネガ型レジストパターン形成方法によれば、優れたMEEF性能を発揮して、LWRが小さいレジストパターンを形成することができる。本発明の重合体は、当該感放射線性樹脂組成物の重合体成分として好適に用いることができる。本発明の化合物は、当該重合体の単量体として好適に用いることができる。従って、これらは半導体デバイスや液晶デバイス等の各種電子デバイスのリソグラフィー工程における微細なレジストパターン形成に好適に用いることができる。
<感放射線性樹脂組成物>
当該感放射線性樹脂組成物は、下記式(i)で表される基を含む第1構造単位を有する重合体(以下、「[A]重合体」ともいう。)、感放射線性酸発生体(以下、「[B]酸発生体」ともいう。)、及び溶媒を含有する。上記構成を有することで、当該感放射線性樹脂組成物は優れたMEEF性能を発揮して、LWR性能に優れるレジストパターンを形成できる。当該感放射線性樹脂組成物が上記構成を有することで上記効果を奏する理由は明確ではないが、例えば以下のように推察することができる。すなわち、[A]重合体が下記式(i)で表される基を含む第1構造単位を有することで、下記式(i)中のLに起因し、第1構造単位の極性が適度に調節される。これにより、特に有機溶媒による現像の際における露光部の有機溶媒への溶解が抑制され、レジストパターンの形状が良好なものとなる。その結果、MEEF性能が向上し、かつレジストパターンのLWR性能が向上すると考えられる。
Figure 0006822179
(式(i)中、Aは、単結合又は炭素数1〜20の2価の有機基である。Lは、−SO−*、−SO−*、−S(=O)O−*、*−S(=O)O−、−SOO−*又は*−SOO−である。*は、Rと結合する部位を示す。Lが−SO−*、−S(=O)O−*又は*−S(=O)O−の場合、Rは炭素数1〜20の1価の有機基である。Lが−SO−*又は*−SOO−の場合、Rは単環ラクトン構造を有する1価の基である。Lが−SOO−*の場合、Rは飽和ラクトン構造を有する1価の基又は極性基で置換された1価の脂環式飽和炭化水素基である。)
<[A]重合体>
[A]重合体は、下記式(i)で表される基を含む第1構造単位を有する。また、[A]重合体は酸解離性基を含む第2構造単位をさらに有することが好ましく、上記第1構造単位及び第2構造単位以外の構造単位をさらに有してもよい。
[第1構造単位]
第1構造単位は、下記式(i)で表される基を含む。
Figure 0006822179
上記式(i)中、Aは、単結合又は炭素数1〜20の2価の有機基である。Lは、−SO−*、−SO−*、−S(=O)O−*、*−S(=O)O−、−SOO−*又は*−SOO−である。*は、Rと結合する部位を示す。Lが−SO−*、−S(=O)O−*又は*−S(=O)O−の場合、Rは炭素数1〜20の1価の有機基である。Lが−SO−*又は*−SOO−の場合、Rは単環ラクトン構造を有する1価の基である。Lが−SOO−*の場合、Rは飽和ラクトン構造を有する1価の基又は極性基で置換された1価の脂環式飽和炭化水素基である。
上記Aで表される炭素数1〜20の2価の有機基としては、例えば2価の炭化水素基、この炭化水素基の炭素−炭素間にヘテロ原子含有基を含む基、これらの基の水素原子の一部又は全部を置換基で置換した基等が挙げられる。
上記炭素数1〜20の2価の炭化水素基としては、例えば2価の鎖状炭化水素基、2価の脂環式炭化水素基、2価の芳香族炭化水素基が挙げられる。
上記2価の鎖状炭化水素基としては、例えば
メタンジイル基、エタンジイル基、プロパンジイル基、ブタンジイル基等のアルカンジイル基;
エテンジイル基、プロペンジイル基、ブテンジイル基等のアルケンジイル基;
エチンジイル基、プロピンジイル基、ブチンジイル基等のアルキンジイル基などが挙げられる。
上記2価の脂環式炭化水素基としては、例えば
シクロプロパンジイル基、シクロブタンジイル基、シクロペンタンジイル基、シクロヘキサンジイル基等の単環の脂環式飽和炭化水素基;
シクロプロペンジイル基、シクロブテンジイル基等の単環の脂環式不飽和炭化水素基;
ノルボルナンジイル基、アダマンタンジイル基、トリシクロデカンジイル基、テトラシクロドデカンジイル基等の多環の脂環式飽和炭化水素基;
ノルボルネンジイル基、トリシクロデセンジイル基等の多環の脂環式不飽和炭化水素基などが挙げられる。
上記2価の芳香族炭化水素基としては、例えば
ベンゼンジイル基、トルエンジイル基、キシレンジイル基、ナフタレンジイル基等のアレーンジイル基;
ベンゼンジイルメタンジイル基、ナフタレンジイルシクロヘキサンジイル基等のアレーンジイル(シクロ)アルカンジイル基などが挙げられる。
上記ヘテロ原子含有基とは、構造中に2価以上のヘテロ原子を有する基をいう。上記ヘテロ原子含有基はヘテロ原子を1個有していてもよく、2個以上有していてもよい。
上記ヘテロ原子含有基が有する2価以上のへテロ原子としては、2価以上の原子価を有するヘテロ原子であれば特に限定されず、例えば酸素原子、窒素原子、硫黄原子、ケイ素原子、リン原子、ホウ素原子等が挙げられる。
上記ヘテロ原子含有基としては、例えば
−SO−、−SO−、−SOO−、−SO−等のヘテロ原子のみからなる基;
−CO−、−COO−、−COS−、−CONH−、−OCOO−、−OCOS−、−OCONH−、−SCONH−、−SCSNH−、−SCSS−等の炭素原子とヘテロ原子とを組み合わせた基などが挙げられる。
上記置換基としては、例えばハロゲン原子、ヒドロキシ基、カルボキシ基、ニトロ基、シアノ基、オキソ基(=O)等が挙げられる。
上記Aとしては、炭素数1〜5の2価の鎖状炭化水素基が好ましく、メタンジイル基、ブタンジイル基及びプロパンジイル基がより好ましく、プロパンジイル基がさらに好ましい。
上記Lとしては、−SO−*、−S(=O)O−*、−SOO−*、及び*−SOO−が好ましく、−SOO−*、及び*−SOO−がより好ましく、−SOO−*がさらに好ましい。
上記Rで表される炭素数1〜20の1価の有機基としては、例えば1価の炭化水素基、この炭化水素基の炭素−炭素間にヘテロ原子含有基を含む基、これらの基の水素原子の一部又は全部を置換基で置換した基等が挙げられる。
上記1価の炭化水素基としては、例えば1価の鎖状炭化水素基、1価の脂環式炭化水素基、1価の芳香族炭化水素基が挙げられる。
上記1価の鎖状炭化水素基としては、例えば
メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等のアルキル基;
エテニル基、プロペニル基、ブテニル基等のアルケニル基;
エチニル基、プロピニル基、ブチニル基等のアルキニル基などが挙げられる。
上記1価の脂環式炭化水素基としては、例えば
シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボルニル基、アダマンチル基等の脂環式飽和炭化水素基;
シクロプロペニル基、シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基、ノルボルネニル基等の脂環式不飽和炭化水素基などが挙げられる。
上記1価の芳香族炭化水素基としては、例えば
フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、アントリル基等のアリール基;
ベンジル基、フェネチル基、ナフチルメチル基等のアラルキル基などが挙げられる。
上記ヘテロ原子含有基及び置換基としては、上記Aにおいて例示したものと同様の基等が挙げられる。
の有機基としては、例えば単環及び多環のラクトン構造を有する1価の基、環状カーボネート構造を有する1価の基、スルトン構造を有する1価の基、極性基で置換された1価の脂環式飽和炭化水素基等が挙げられる。上記脂環式飽和炭化水素基を置換する極性基としては、例えばハロゲン原子、ヒドロキシ基、カルボキシ基、ニトロ基、シアノ基、オキソ基等が挙げられる。これらの中で、ヒドロキシ基及びオキソ基が好ましい。
上記単環ラクトン構造を有する1価の基としては、例えば下記式(L−1)で表される基等が挙げられる。
Figure 0006822179
上記式(L−1)中、Rは、炭素数1〜20の1価の有機基である。mL1は、0〜5の整数である。nL1は、0〜4の整数である。mL1が2以上の場合、複数のRは同一でも異なっていてもよい。
上記Rで表される炭素数1〜20の1価の有機基としては、例えば上記Rで例示したものと同様の基等が挙げられる。Rとしては、メチル基及びエチル基が好ましく、メチル基がより好ましい。
上記mL1としては、0〜3の整数が好ましく、0及び1がより好ましく、0がさらに好ましい。
上記nL1としては、0〜2の整数が好ましく、1及び2がより好ましく、1がさらに好ましい。
上記多環のラクトン構造を有する1価の基としては、例えば下記式(L−2)〜(L−7)で表される基等が挙げられる。
Figure 0006822179
上記式(L−2)〜(L−6)中、Rは上記式(L−1)と同義である。mL2〜mL7は、0〜5の整数である。nL2〜nL7は、0〜4の整数である。Xは、−O−、−CH−、−CHCH−、又は−C(CH−である。mL2〜mL7が2以上の場合、複数のRは同一でも異なっていてもよい。
上記mL2〜mL7としては、0〜3の整数が好ましく、0及び1がより好ましく、0がさらに好ましい。
上記nL2〜nL7としては、0〜2の整数が好ましく、1及び2がより好ましく、1がさらに好ましい。
上記Xとしては、−O−、−CH−及び−C(CH−が好ましく、−O−及び−CH−がより好ましい。
が−SOO−*の場合のRの飽和ラクトンとしては、多環ラクトン構造が好ましい。このように、Rの飽和ラクトンが多環ラクトン構造であると、[B]酸発生体から生じる酸の拡散長をより適度に短くすることができる。その結果、当該感放射線性組成物のLWR性能及びMEEF性能をさらに向上させることができる。
また、上記第1構造単位としては、下記式(1−1)、(1−2)及び(1−3)で表されるものが好ましい。
Figure 0006822179
上記式(1−1)〜(1−3)中、Zは、上記式(i)で表される基である。
上記式(1−1)中、Rは、水素原子、フッ素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。
上記式(1−2)中、Rは、水素原子又はメチル基である。Rは、単結合、−O−、−COO−又は−CONH−である。Rは、炭素数1〜10の1価の有機基である。aは、0〜4の整数である。aが2以上の場合、複数のRは同一でも異なっていてもよい。
上記式(1−3)中、Rは、水素原子又はメチル基である。R、R10及びR11は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシ基又は炭素数1〜20の1価の有機基である。bは、1〜4の整数である。bが2以上の場合、複数のRは同一でも異なっていてもよく、複数のR10は同一でも異なっていてもよい。1又は複数のR及びR10並びにR11のうちの2つ以上は、互いに合わせられこれらが結合する炭素原子又は炭素鎖と共に構成される環員数3〜20の環構造を形成していてもよい。R12は、単結合又は炭素数1〜20の2価の有機基である。R11とR12とは、互いに合わせられこれらが結合する炭素原子と共に構成される環員数3〜20の環構造を形成していてもよい。
ここで、「環員数」とは、脂環構造及び脂肪族複素環構造の環を構成する原子数をいい、多環の脂環構造及び多環の脂肪族複素環構造の場合は、この多環を構成する原子数をいう。
上記Rとしては、水素原子及びメチル基が好ましく、メチル基がより好ましい。
上記Rとしては、水素原子が好ましい。
上記Rとしては、単結合及び−O−が好ましく、単結合がより好ましい。
上記Rとしては、例えば上記Rにおいて例示したものと同様の基等が挙げられる。Rとしては、メチル基及びエチル基が好ましく、メチル基がより好ましい。
上記aとしては、0〜2の整数が好ましく、0及び1がより好ましく、0がさらに好ましい。
上記Rとしては、メチル基が好ましい。
上記R、R10及びR11で表される炭素数1〜20の1価の有機基としては、例えば上記Rで例示したものと同様の基等が挙げられる。
上記R、R10及びR11としては、水素原子及び1価の鎖状炭化水素基が好ましく、水素原子、メチル基及びエチル基がより好ましく、水素原子及びメチル基がさらに好ましい。
上記R及びR10が互いに合わせられこれらが結合する炭素原子又は炭素鎖と共に構成される環員数3〜20の脂環構造としては、例えばシクロプロパン構造、シクロブタン構造、シクロペンタン構造、シクロペンテン構造、シクロペンタジエン構造、シクロヘキサン構造、シクロオクタン構造、シクロデカン構造等単環のシクロアルカン構造;
ノルボルナン構造、アダマンタン構造、トリシクロデカン構造、テトラシクロドデカン構造等の多環のシクロアルカン構造などが挙げられる。
上記bとしては、1及び2が好ましく、1がより好ましい。
上記R12で表される炭素数1〜20の2価の有機基としては、例えば上記Aにおいて例示したものと同様の基等が挙げられる。R12としては、単結合及び炭素数1〜5の2価の鎖状炭化水素基が好ましく、単結合、メタンジイル基及びエタンジイル基がより好ましく、単結合及びメタンジイル基がさらに好ましい。
上記R11及びR12が、互いに合わせられこれらが結合する炭素原子と共に構成される環員数3〜20の環構造としては、例えば上記RとR10とが合わせられこれらが結合する炭素原子と共に構成される環構造として例示したものと同様の基等が挙げられる。
また、第1構造単位としては、例えば下記式(1−1−1)〜(1−1−6)、(1−2−1)〜(1−2−3)、(1−3−1)〜(1−3−3)で表されるもの等が挙げられる。
Figure 0006822179
Figure 0006822179
[A]重合体を構成する全構造単位に対する第1構造単位の含有割合の下限としては、1モル%が好ましく、2モル%がより好ましく、3モル%がさらに好ましく、7モル%が特に好ましい。一方、上記含有割合の上限としては、50モル%が好ましく、30モル%がより好ましく、20モル%がさらに好ましく、15モル%が特に好ましい。上記含有割合を上記範囲とすることで、当該感放射線性樹脂組成物のLWR性能及びMEEF性能をより向上させることができる。
(化合物)
第1構造単位を与える化合物としては、例えば上記式(i)で表される基を有する化合物(以下、「特定化合物」ともいう。)が挙げられる。この特定化合物としては、下記式(1−1a)、(1−2a)及び(1−3a)で表されるものが好ましい。
Figure 0006822179
上記式(1−1a)〜(1−3a)中、Z、R〜R12、a及びbは上記式(1−1)〜(1−3)と同義である。
上記特定化合物としては、例えば下記式(1−1a−1)〜(1−1a−6)、(1−2a−1)〜(1−2a−3)、(1−3a−1)〜(1−3a−3)で表されるもの等が挙げられる。
Figure 0006822179
Figure 0006822179
上記特定化合物は、対応する原料化合物から公知の方法により合成することができる。
[第2構造単位]
第2構造単位は酸解離性基を含む。第2構造単位としては、例えば下記式(a−1)で表される構造単位(以下「構造単位(II−1)」ともいう。)、及び下記式(a−2)で表される構造単位(以下「構造単位(II−2)」ともいう)が好ましい。下記式(a−1)及び(a−2)中、−CRA2A3A4及び−CRA6A7A8で表される基は酸解離性基である。
Figure 0006822179
上記式(a−1)中、RA1は、水素原子、フッ素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。RA2は、炭素数1〜20の1価の炭化水素基である。RA3及びRA4は、それぞれ独立して炭素数1〜20の1価の鎖状炭化水素基若しくは炭素数3〜20の1価の脂環式炭化水素基であるか、又はこれらの基が互いに合わせられこれらが結合する炭素原子と共に構成される環員数3〜20の脂環構造を表す。
式(a−2)中、RA5は、水素原子、フッ素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。RA6は、水素原子又は炭素数1〜20の1価の炭化水素基又は炭素数1〜20の1価のオキシ炭化水素基である。RA7及びRA8は、それぞれ独立して、炭素数1〜20の1価の炭化水素基又は炭素数1〜20の1価のオキシ炭化水素基である。Lは、単結合、−O−、−COO−又は−CONH−である。
上記RA2、RA6、RA7及びRA8で表される炭素数1〜20の1価の炭化水素基としては、例えば上記Rで例示したものと同様の基等が挙げられる。
上記RA2としては、鎖状炭化水素基、シクロアルキル基が好ましく、アルキル基及びシクロアルキル基がより好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロオクチル基及びアダマンチル基がさらに好ましい。
上記RA3及びRA4で表される炭素数1〜20の1価の鎖状炭化水素基としては、例えば上記Rにおいて例示したものと同様の基等が挙げられる。
上記RA3及びRA4で表される炭素数3〜20の1価の脂環式炭化水素基としては、例えば上記Rにおいて例示したものと同様の基等が挙げられる。
上記RA3及びRA4の基が互いに合わせられこれらが結合する炭素原子と共に構成される環員数3〜20の脂環構造としては、例えば上記RとR10とが合わせられこれらが結合する炭素原子と共に構成される環構造として例示したものと同様の基等が挙げられる。
上記RA3及びRA4としては、アルキル基、これらの基が互いに合わせられ構成される単環のシクロアルカン構造、ノルボルナン構造及びアダマンタン構造が好ましく、メチル基、エチル基、シクロペンタン構造、シクロヘキサン構造及びアダマンタン構造がより好ましい。
上記RA6、RA7及びRA8で表される炭素数1〜20の1価のオキシ炭化水素基としては、例えば上記Rの炭素数1〜20の1価の炭化水素基として例示したものの炭素−炭素間に酸素原子を含むもの等が挙げられる。
A6、RA7及びRA8としては、鎖状炭化水素基、及び酸素原子を含む脂環式炭化水素基が好ましい。
上記Lとしては、単結合及び−COO−が好ましく、単結合がより好ましい。
上記RA1としては、第2構造単位を与える単量体の共重合性の観点から水素原子及びメチル基が好ましく、メチル基がより好ましい。
上記RA5としては、第2構造単位を与える単量体の共重合性の観点から水素原子及びメチル基が好ましく、水素原子がより好ましい。
第2構造単位としては、例えば下記式(a−1−a)〜(a−1−d)で表される構造単位(以下「構造単位(II−1−a)〜(II−1−d)ともいう。)、及び下記式(a−2−a)で表される構造単位(以下「構造単位(II−2−a)」ともいう。)等が挙げられる。
Figure 0006822179
上記式(a−1−a)〜(a−1−d)中、RA1〜RA4は、上記式(a−1)と同義である。nは、1〜4の整数である。上記式(a−2−a)中、RA5〜RA8は、上記式(a−2)と同義である。
としては、1、2及び4が好ましく、1がより好ましい。
第2構造単位としては、例えば下記式で表される構造単位等が挙げられる。
Figure 0006822179
Figure 0006822179
上記式中、RA1は、上記式(a−1)と同義である。
構造単位(II−2)としては、例えば下記式で表される構造単位等が挙げられる。
Figure 0006822179
上記式中、RA5は上記式(a−2)と同義である。
第2構造単位としては構造単位(II−1−a)〜(II−1−d)が好ましく、2−メチル−2−アダマンチル(メタ)アクリレートに由来する構造単位、2−iプロピル−2−アダマンチル(メタ)アクリレートに由来する構造単位、1−メチル−1−シクロペンチル(メタ)アクリレートに由来する構造単位、1−エチル−1−シクロヘキシル(メタ)アクリレートに由来する構造単位、1−iプロピル−1−シクロペンチル(メタ)アクリレートに由来する構造単位、2−シクロヘキシルプロパン−2−イル(メタ)アクリレートに由来する構造単位、及び2−(アダマンタン−1−イル)プロパン−2−イル(メタ)アクリレートに由来する構造単位がより好ましい。
[A]重合体が第2構造単位を有する場合、[A]重合体を構成する全構造単位に対する第2構造単位の含有割合の下限としては、10モル%が好ましく、30モル%がより好ましく、40モル%がさらに好ましく、50モル%が特に好ましい。一方、上記含有割合の上限としては、80モル%が好ましく、70モル%がより好ましく、65モル%がさらに好ましく、60モル%が特に好ましい。上記含有割合を上記範囲とすることで、当該感放射線性樹脂組成物の露光部と未露光部の現像液への溶解コントラストを十分に確保することができ、結果として、LWR性能及びMEEF性能がより向上する。
[第3構造単位]
第3構造単位は、ラクトン構造、環状カーボネート構造及びスルトン構造からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む構造単位である。但し、上記第1構造単位に該当するものを除く。[A]重合体は、第3構造単位をさらに有することで、極性が適度なものとなる。その結果、当該感放射線性樹脂組成物は、より微細かつ断面形状の矩形性に優れたパターンを形成することができる。ここで、環状カーボネート構造とは、−O−C(O)−O−で表される基を含む1つの環(環状カーボネート環)を有する構造をいう。スルトン構造とは、−O−S(O)−で表される基を含む1つの環(スルトン環)を有する構造をいう。
第3構造単位としては、例えば下記式で表される構造単位等が挙げられる。
Figure 0006822179
Figure 0006822179
Figure 0006822179
Figure 0006822179
上記式中、RALは水素原子、フッ素原子、メチル基、又はトリフルオロメチル基である。
上記RALとしては、第3構造単位を与える単量体の共重合性の観点から水素原子及びメチル基が好ましく、メチル基がより好ましい。
第3構造単位としては、これらの中で、ノルボルナンラクトン構造を含む構造単位オキサノルボルナンラクトン構造を含む構造単位、γ−ブチロラクトン構造を含む構造単位、エチレンカーボネート構造を含む構造単位、及びノルボルナンスルトン構造を含む構造単位が好ましく、ノルボルナンラクトン−イル(メタ)アクリレートに由来する構造単位、オキサノルボルナンラクトン−イル(メタ)アクリレートに由来する構造単位、シアノ置換ノルボルナンラクトン−イル(メタ)アクリレートに由来する構造単位、ノルボルナンラクトン−イルオキシカルボニルメチル(メタ)アクリレートに由来する構造単位、ブチロラクトン−3−イル(メタ)アクリレートに由来する構造単位、ブチロラクトン−4−イル(メタ)アクリレートに由来する構造単位、3,5−ジメチルブチロラクトン−3−イル(メタ)アクリレートに由来する構造単位、4,5−ジメチルブチロラクトン−4−イル(メタ)アクリレートに由来する構造単位、1−(ブチロラクトン−3−イル)シクロヘキサン−1−イル(メタ)アクリレートに由来する構造単位、エチレンカーボネート−イルメチル(メタ)アクリレートに由来する構造単位、シクロヘキセンカーボネート−イルメチル(メタ)アクリレートに由来する構造単位、ノルボルナンスルトン−イル(メタ)アクリレートに由来する構造単位、及びノルボルナンスルトン−イルオキシカルボニルメチル(メタ)アクリレートに由来する構造単位がより好ましい。
[A]重合体が第3構造単位を有する場合、[A]重合体を構成する全構造単位に対する第3構造単位の含有割合の下限としては、1モル%が好ましく、10モル%がより好ましく、20モル%がさらに好ましく、25モル%が特に好ましい。一方、上記含有割合の上限としては、70モル%が好ましく、60モル%がより好ましく、50モル%がさらに好ましく、40モル%が特に好ましい。上記含有割合を上記範囲とすることで、当該感放射線性樹脂組成物から形成されるレジストパターンの基板への密着性をより向上させることができる。
[第4構造単位]
第4構造単位は、フェノール性水酸基を含む構造単位である。照射する放射線として、KrFエキシマレーザー光、EUV(極端紫外線)、電子線等を用いる場合には、当該感放射線性樹脂組成物は、[A]重合体が第4構造単位を有することで、感度を高めることができる。
第4構造単位としては、例えば下記式(af)で表される構成単位等が挙げられる。
Figure 0006822179
上記式(af)中、RAF1は、水素原子又はメチル基である。LAFは、単結合、−COO−、−O−又は−CONH−である。RAF2は、炭素数1〜20の1価の有機基である。nf1は、0〜3の整数である。nf1が2又は3の場合、複数のRAF2は同一でも異なっていてもよい。nf2は、1〜3の整数である。但し、nf1+nf2は、5以下である。nAFは、0〜2の整数である。
上記RAF1としては、第4構造単位を与える単量体の共重合性の観点から、水素原子が好ましい。
AFとしては、単結合及び−COO−が好ましい。
上記RAF2で表される炭素数1〜20の1価の有機基としては、例えば上記Rにおいて例示したものと同様の基等が挙げられる。これらの中で、1価の鎖状炭化水素基が好ましく、アルキル基がより好ましく、メチル基がさらに好ましい。
上記nf1としては、0〜2の整数が好ましく、0及び1がより好ましく、0がさらに好ましい。
上記nf2としては、1及び2が好ましく、1がより好ましい。
上記nAFとしては、0及び1が好ましく、0がより好ましい。
上記第4構造単位としては、下記式(f−1)〜(f−6)で表される構造単位等(以下、「構造単位(IV−1)〜(IV−6)」ともいう。)が好ましい。
Figure 0006822179
上記式(f−1)〜(f−6)中、RAF1は、上記式(af)と同義である。
これらの中で、構造単位(IV−1)及び(IV−2)が好ましく、(IV−1)がより好ましい。
[A]重合体が第4構造単位を有する場合、[A]重合体を構成する全構造単位に対する上記第4構造単位の含有割合の下限としては、1モル%が好ましく、30モル%がより好ましく、50モル%がさらに好ましい。一方、上記含有割合の上限としては、90モル%が好ましく、80モル%がより好ましく、75モル%がさらに好ましい。第4構造単位の含有割合を上記範囲とすることで、当該感放射線性樹脂組成物は、感度をより向上させることができる。
なお、第4構造単位は、ヒドロキシスチレンの−OH基の水素原子をアセチル基等で置換した単量体を重合した後、得られた重合体を、アミン存在下で加水分解反応を行うこと等により形成することができる。
[その他の構造単位]
[A]重合体は、上記第1構造単位〜第4構造単位以外のその他の構造単位を有してもよい。上記その他の構造単位としては、例えばアルコール性水酸基、カルボキシ基、シアノ基、ニトロ基、スルホンアミド基等を有する構造単位などが挙げられる。これらの中でアルコール性水酸基及びカルボキシ基が好ましく、アルコール性水酸基がより好ましい。
その他の構造単位としては、例えば下記式で表される構造単位等が挙げられる。
Figure 0006822179
上記式中、RAHは、水素原子、フッ素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。
[A]重合体がその他の構造単位を有する場合、[A]重合体を構成する全構造単位に対するその他の構造単位の含有割合の下限としては、1モル%が好ましく、20モル%がより好ましく、40モル%がさらに好ましい。一方、上記含有割合の上限としては、80モル%が好ましく、75モル%がより好ましく、70モル%がさらに好ましい。その他の構造単位の含有割合を上記範囲とすることで、[A]重合体の現像液への溶解性をより適度にすることができる。その他の構造単位の含有割合が上記上限を超えると、パターン形成性が低下する場合がある。
[A]重合体の含有量としては、当該感放射線性樹脂組成物の全固形分中、70質量%以上が好ましく、75質量%以上がより好ましく、80質量%以上がさらに好ましい。ここで「固形分」とは、当該感放射線性樹脂組成物から溶媒を除去したものをいう。
[A]重合体のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算重量平均分子量(Mw)は特に限定されないが、その下限としては1,000が好ましく、2,000がより好ましく、3,000がさらに好ましく、5,000が特に好ましい。一方、上記Mwの上限としては、50,000が好ましく、30,000がより好ましく、20,000がさらに好ましく、15,000が特に好ましい。[A]重合体のMwを上記範囲とすることで、当該感放射線性樹脂組成物の塗布性及び現像欠陥抑制性が向上する。[A]重合体のMwが上記下限未満だと、十分な耐熱性を有するレジスト膜が得られない場合がある。[A]重合体のMwが上記上限を超えると、レジスト膜の現像性が低下する場合がある。
[A]重合体のGPCによるポリスチレン換算数平均分子量(Mn)に対するMwの比(Mw/Mn)の下限としては、通常1である。一方、上記比の上限としては、通常5であり、3が好ましく、2がさらに好ましく、1.5が特に好ましい。
本明細書における重合体のMw及びMnは、以下の条件によるゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いて測定される値である。
GPCカラム:G2000HXL 2本、G3000HXL 1本、G4000HXL 1本(以上、東ソー社)
カラム温度:40℃
溶出溶媒:テトラヒドロフラン(和光純薬工業社)
流速:1.0mL/分
試料濃度:1.0質量%
試料注入量:100μL
検出器:示差屈折計
標準物質:単分散ポリスチレン
([A]重合体の合成方法)
[A]重合体は、例えば所定の各構造単位に対応する単量体を、ラジカル重合開始剤等の重合開始剤を使用し、適当な重合反応溶媒中で重合することにより製造できる。例えば単量体及びラジカル重合開始剤を含有する溶液を、重合反応溶媒又は単量体を含有する溶液に滴下して重合反応させる方法、単量体を含有する溶液と、ラジカル重合開始剤を含有する溶液とを各別に、重合反応溶媒又は単量体を含有する溶液に滴下して重合反応させる方法、各々の単量体を含有する複数種の溶液と、ラジカル重合開始剤を含有する溶液とを各別に、重合反応溶媒又は単量体を含有する溶液に滴下して重合反応させる方法等の方法で合成することが好ましい。
上記ラジカル重合開始剤としては、アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)、2,2’−アゾビス(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス(2−シクロプロピルプロピオニトリル)、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、ジメチル2,2’−アゾビスイソブチレート等のアゾ系ラジカル開始剤;ベンゾイルパーオキサイド、t−ブチルハイドロパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド等の過酸化物系ラジカル開始剤等が挙げられる。これらの中で、AIBN、ジメチル2,2’−アゾビスイソブチレートが好ましく、AIBNがより好ましい。これらのラジカル開始剤は1種単独で又は2種以上を混合して用いることができる。
上記重合に使用される溶媒としては、例えば後述の当該感放射線性樹脂組成物が含有する溶媒と同様のものを使用できる。
上記重合における反応温度の下限としては、40℃が好ましく、50℃がより好ましい。一方、上記反応温度の上限としては、150℃が好ましく、120℃がより好ましい。反応時間の下限としては、1時間が好ましい。一方、反応時間の上限としては、48時間が好ましく、24時間がより好ましい。
上記[A]重合体は、再沈殿法により回収することが好ましい。すなわち反応終了後、反応液を再沈溶媒に投入することにより、目的の共重合体を粉体として回収する。再沈溶媒としては、アルコール類やアルカン類等を単独で又は2種以上を混合して使用することができる。再沈殿法の他に、分液操作やカラム操作、限外ろ過操作等により、単量体、オリゴマー等の低分子成分を除去して、重合体を回収することもできる。
<[B]酸発生体>
[B]酸発生体は、放射線照射により酸を発生する物質である。その酸の作用により[A]重合体の酸解離性基が解離してカルボキシ基等の極性基が生じ、その結果、[A]重合体のエッチングレートが変化する。[B]酸発生体の含有形態としては、後述するような化合物の形態(以下、適宜「[B]酸発生剤」と称する)でも、重合体の一部として組み込まれた形態でも、これらの両方の形態でもよい。
[B]酸発生剤としては、例えばオニウム塩化合物、N−スルホニルオキシイミド化合物、ハロゲン含有化合物、ジアゾケトン化合物等が挙げられる。
オニウム塩化合物としては、例えばスルホニウム塩、ヨードニウム塩、テトラヒドロチオフェニウム塩、ホスホニウム塩、ジアゾニウム塩、ピリジニウム塩等が挙げられる。
[B]酸発生剤の具体例としては、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等が挙げられる。
[B]酸発生体としては、下記式(b)で表される化合物が好ましい。[B]酸発生体が下記構造を有する化合物を含むことで、パターンの断面形状の矩形性をより向上させることができる。
Figure 0006822179
上記式(b)中、RB1は環員数6以上の脂環構造を含む1価の基又は環員数6以上の脂肪族複素環構造を含む1価の基である。RB2は、炭素数1〜10のフッ素化アルカンジイル基である。Xは、1価の感放射線性オニウムカチオンである。
上記RB1で表される環員数6以上の脂環構造を含む1価の基としては、例えばシクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロノニル基、シクロデシル基、シクロドデシル基等の単環のシクロアルキル基;
シクロヘキセニル基、シクロヘプテニル基、シクロオクテニル基、シクロデセニル基等の単環のシクロアルケニル基;
ノルボルニル基、アダマンチル基、トリシクロデシル基、テトラシクロドデシル基等の多環のシクロアルキル基;
ノルボルネニル基、トリシクロデセニル基等の多環のシクロアルケニル基などが挙げられる。
上記RB1で表される環員数6以上の脂肪族複素環構造を含む1価の基としては、例えばノルボルナンラクトン−イル基等のラクトン構造を含む基;
ノルボルナンスルトン−イル基等のスルトン構造を含む基;
オキサシクロヘプチル基、オキサノルボルニル基等の酸素原子含有複素環基;
アザシクロヘキシル基、アザシクロヘプチル基、ジアザビシクロオクタン−イル基等の窒素原子含有複素環基;
チアシクロヘプチル基、チアノルボルニル基等のイオウ原子含有複素環基などが挙げられる。
B1で表される基の環員数の下限としては、上述の酸の拡散長がさらに適度になる観点から8が好ましく、9がより好ましく、10がさらに好ましい。一方、上記環員数の上限としては、15が好ましく、13がより好ましい。
B1としては、これらの中で、環員数9以上の脂環構造を含む1価の基、及び環員数6以上の脂肪族複素環構造を含む1価の基が好ましく、アダマンチル基、ヒドロキシアダマンチル基、ノルボルナンラクトン−イル基、5−オキソ−4−オキサトリシクロ[4.3.1.13,8]ウンデカン−イル基、アダマンタン−1−イルオキシカルボニル基、ノルボルナンスルトン−2−イルオキシカルボニル基、及びピペリジン−1−イルスルホニル基がより好ましい。
上記RB2で表される炭素数1〜10のフッ素化アルカンジイル基としては、例えばメタンジイル基、エタンジイル基、プロパンジイル基等の炭素数1〜10のアルカンジイル基が有する水素原子の1個以上をフッ素原子で置換した基等が挙げられる。
これらの中で、SO 基に隣接する炭素原子にフッ素原子が結合しているフッ素化アルカンジイル基が好ましく、SO 基に隣接する炭素原子に2個のフッ素原子が結合しているフッ素化アルカンジイル基がより好ましく、1,1−ジフルオロメタンジイル基、1,1−ジフルオロエタンジイル基、1,1,3,3,3−ペンタフルオロ−1,2−プロパンジイル基、1,1,2,2−テトラフルオロエタンジイル基、1,1,2,2−テトラフルオロブタンジイル基、1,1,2,2−テトラフルオロヘキサンジイル基、1,1,2−トリフルオロブタンジイル基、及び1,1,2,2,3,3−ヘキサフルオロプロパンジイル基がさらに好ましい。
上記Xで表される1価の感放射線性オニウムカチオンは、露光光の照射により分解するカチオンである。露光部では、この感放射線性オニウムカチオンの分解により生成するプロトンと、スルホネートアニオンとからスルホン酸を生じる。上記Xで表される1価の感放射線性オニウムカチオンとしては、例えばS、I、O、N、P、Cl、Br、F、As、Se、Sn、Sb、Te、Bi等の元素を含む感放射線性オニウムカチオンが挙げられる。元素としてS(イオウ)を含むカチオンとしては、例えばスルホニウムカチオン、テトラヒドロチオフェニウムカチオン等が挙げられ、元素としてI(ヨウ素)を含むカチオンとしては、ヨードニウムカチオン等が挙げられる。これらの中で、下記式(b−a)で表されるスルホニウムカチオン、下記式(b−b)で表されるテトラヒドロチオフェニウムカチオン、及び下記式(b−c)で表されるヨードニウムカチオンが好ましい。
Figure 0006822179
上記式(b−a)中、RB3、RB4及びRB5は、それぞれ独立して、置換若しくは非置換の炭素数1〜12の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、置換若しくは非置換の炭素数6〜12の芳香族炭化水素基、−OSO−RBB1若しくは−SO−RBB2であるか、又はこれらの基のうちの2つ以上が互いに合わせられ構成される環構造を表す。RBB1及びRBB2は、それぞれ独立して、置換若しくは非置換の炭素数1〜12の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、置換若しくは非置換の炭素数5〜25の脂環式炭化水素基又は置換若しくは非置換の炭素数6〜12の芳香族炭化水素基である。b1、b2及びb3は、それぞれ独立して0〜5の整数である。RB3〜RB5並びにRBB1及びRBB2がそれぞれ複数の場合、複数のRB3〜RB5並びにRBB1及びRBB2はそれぞれ同一でも異なっていてもよい。
上記式(b−b)中、RB6は、置換若しくは非置換の炭素数1〜8の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、又は置換若しくは非置換の炭素数6〜8の芳香族炭化水素基である。b4は0〜7の整数である。RB6が複数の場合、複数のRB6は同一でも異なっていてもよく、また、複数のRB6は、互いに合わせられ構成される環構造を表してもよい。RB7は、置換若しくは非置換の炭素数1〜7の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、又は置換若しくは非置換の炭素数6若しくは7の芳香族炭化水素基である。b5は、0〜6の整数である。RB7が複数の場合、複数のRB7は同一でも異なっていてもよく、また、複数のRB7は互いに合わせられ構成される環構造を表してもよい。nは、0〜3の整数である。
上記式(b−c)中、RB8及びRB9は、それぞれ独立して、置換若しくは非置換の炭素数1〜12の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、置換若しくは非置換の炭素数6〜12の芳香族炭化水素基、−OSO−RBB3若しくは−SO−RBB4であるか、又はこれらの基のうちの2つ以上が互いに合わせられ構成される環構造を表す。RBB3及びRBB4は、それぞれ独立して、置換若しくは非置換の炭素数1〜12の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、置換若しくは非置換の炭素数5〜25の脂環式炭化水素基又は置換若しくは非置換の炭素数6〜12の芳香族炭化水素基である。b6及びb7は、それぞれ独立して0〜5の整数である。RB8、RB9、RBB3及びRBB4がそれぞれ複数の場合、複数のRB8、RB9、RBB3及びRBB4はそれぞれ同一でも異なっていてもよい。
上記RB3〜RB9で表される非置換の直鎖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、n−ブチル基等が挙げられる。
上記RB3〜RB9で表される非置換の分岐状のアルキル基としては、例えばi−プロピル基、i−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基等が挙げられる。
上記RB3〜RB5、RB8及びRB9で表される非置換の芳香族炭化水素基としては、例えばフェニル基、トリル基、キシリル基、メシチル基、ナフチル基等のアリール基;ベンジル基、フェネチル基等のアラルキル基等が挙げられる。
上記RB6及びRB7で表される非置換の芳香族炭化水素基としては、例えばフェニル基、トリル基、ベンジル基等が挙げられる。
上記アルキル基及び芳香族炭化水素基が有する水素原子を置換していてもよい置換基としては、例えばフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等のハロゲン原子、ヒドロキシ基、カルボキシ基、シアノ基、ニトロ基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アルコキシカルボニルオキシ基、アシル基、アシロキシ基等が挙げられる。これらの中でハロゲン原子が好ましく、フッ素原子がより好ましい。
上記RB3〜RB9としては、非置換の直鎖状又は分岐状のアルキル基、フッ素化アルキル基、非置換の1価の芳香族炭化水素基、−OSO−RBB5、及び−SO−RBB5が好ましく、フッ素化アルキル基、及び非置換の1価の芳香族炭化水素基がより好ましく、フッ素化アルキル基がさらに好ましい。RBB5は、非置換の1価の脂環式炭化水素基又は非置換の1価の芳香族炭化水素基である。
上記式(b−a)におけるb1、b2及びb3としては、0〜2の整数が好ましく、0及び1がより好ましく、0がさらに好ましい。
上記式(b−b)におけるb4としては、0〜2の整数が好ましく、0及び1がより好ましく、1がさらに好ましい。b5としては、0〜2の整数が好ましく、0及び1がより好ましく、0がさらに好ましい。nとしては、1〜3の整数が好ましく、2及び3がより好ましく、2がさらに好ましい。
上記式(b−c)におけるb6及びb7としては、0〜2の整数が好ましく、0及び1がより好ましく、0がさらに好ましい。
上記Xとしては、上記式(b−a)で表されるカチオンが好ましく、トリフェニルスルホニウムカチオンがより好ましい。
上記式(b)で表される酸発生剤としては例えば下記式(b−1)〜(b−16)で表される化合物(以下、「化合物(b−1)〜(b−16)」ともいう)等が挙げられる。
Figure 0006822179
[B]酸発生剤としては、これらの中でも、オニウム塩化合物が好ましく、スルホニウム塩、及びテトラヒドロチオフェニウム塩がより好ましく、化合物(b−1)、化合物(b−12)、化合物(b−13)及び化合物(b−14)がさらに好ましい。
[B]酸発生体が[B]酸発生剤の場合、形成されるパターンの形状を良好なものとする観点から、[A]重合体100質量部に対する[B]酸発生剤の含有量の下限としては、0.1質量部が好ましく、0.5質量部がより好ましく、1質量部がさらに好ましく、3質量部が特に好ましい。一方、[B]酸発生剤の含有量の上限としては、30質量部が好ましく、20質量部がより好ましく、15質量部がさらに好ましく、15質量部が特に好ましい。[B]酸発生剤の含有量を上記範囲とすることで上記パターンの矩形性が向上する。[B]酸発生体は、1種又は2種以上を用いることができる。
<[C]溶媒>
上記[C]溶媒としては、例えばアルコール系溶媒、エーテル系溶媒、ケトン系有機溶媒、アミド系溶媒、エステル系有機溶媒、炭化水素系溶媒等が挙げられる。
アルコール系溶媒としては、例えば
メタノール、エタノール、n−プロパノール、iso−プロパノール、n−ブタノール、iso−ブタノール、sec−ブタノール、tert−ブタノール、n−ペンタノール、iso−ペンタノール、2−メチルブタノール、sec−ペンタノール、tert−ペンタノール、3−メトキシブタノール、n−ヘキサノール、2−メチルペンタノール、sec−ヘキサノール、2−エチルブタノール、sec−ヘプタノール、3−ヘプタノール、n−オクタノール、2−エチルヘキサノール、sec−オクタノール、n−ノニルアルコール、2,6−ジメチル−4−ヘプタノール、n−デカノール、sec−ウンデシルアルコール、トリメチルノニルアルコール、sec−テトラデシルアルコール、sec−ヘプタデシルアルコール、フルフリルアルコール、フェノール、シクロヘキサノール、メチルシクロヘキサノール、3,3,5−トリメチルシクロヘキサノール、ベンジルアルコール、ジアセトンアルコール等のモノアルコール系溶媒;
エチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−ブチレングリコール、2,4−ペンタンジオール、2−メチル−2,4−ペンタンジオール、2,5−ヘキサンジオール、2,4−ヘプタンジオール、2−エチル−1,3−ヘキサンジオール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、トリプロピレングリコール等の多価アルコール系溶媒;
エチ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、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノヘキシルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテル、エチレングリコールモノ−2−エチルブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチ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プロピルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、プロピ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エチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル等の多価アルコール部分エーテル系溶媒等が挙げられる。
エーテル系溶媒としては、例えば
ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジブチルエーテル等のジアルキルエーテル系溶媒;
テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン等の環状エーテル系溶媒;
ジフェニルエーテル、アニソール等の芳香環含有エーテル系溶媒等が挙げられる。
ケトン系溶媒としては、例えばアセトン、メチルエチルケトン、メチル−n−プロピルケトン、メチル−n−ブチルケトン、ジエチルケトン、メチル−iso−ブチルケトン、2−ヘプタノン、エチル−n−ブチルケトン、メチル−n−ヘキシルケトン、ジ−iso−ブチルケトン、トリメチルノナノン等の鎖状ケトン系溶媒:
シクロペンタノン、シクロヘキサノン、シクロヘプタノン、シクロオクタノン、メチルシクロヘキサノン等の環状ケトン系溶媒:
2,4−ペンタンジオン、アセトニルアセトン、アセトフェノン等が挙げられる。
アミド系溶媒としては、例えばN,N’−ジメチルイミダゾリジノン、N−メチルピロリドン等の環状アミド系溶媒;
N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジエチルホルムアミド、アセトアミド、N−メチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルプロピオンアミド等の鎖状アミド系溶媒等が挙げられる。
エステル系溶媒としては、例えば
酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸iso−プロピル、酢酸n−ブチル、酢酸iso−ブチル、酢酸sec−ブチル、酢酸n−ペンチル、酢酸i−ペンチル、酢酸sec−ペンチル、酢酸3−メトキシブチル、酢酸メチルペンチル、酢酸2−エチルブチル、酢酸2−エチルヘキシル、酢酸ベンジル、酢酸シクロヘキシル、酢酸メチルシクロヘキシル、酢酸n−ノニル等の酢酸エステル系溶媒;
エチ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メ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、ジエチレングリコールモノ−n−ブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート等の多価アルコール部分エーテルアセテート系溶媒;
γ−ブチロラクトン、バレロラクトン等のラクトン系溶媒;
ジエチルカーボネート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等のカーボネート系溶媒;
ジ酢酸グリコール、酢酸メトキシトリグリコール、プロピオン酸エチル、プロピオン酸n−ブチル、プロピオン酸iso−アミル、シュウ酸ジエチル、シュウ酸ジ−n−ブチル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸n−ブチル、乳酸n−アミル、マロン酸ジエチル、フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチルなどが挙げられる。
炭化水素系溶媒としては、例えば
n−ペンタン、iso−ペンタン、n−ヘキサン、iso−ヘキサン、n−ヘプタン、iso−ヘプタン、2,2,4−トリメチルペンタン、n−オクタン、iso−オクタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン等の脂肪族炭化水素系溶媒;
ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、エチルベンゼン、トリメチルベンゼン、メチルエチルベンゼン、n−プロピルベンゼン、iso−プロピルベンゼン、ジエチルベンゼン、iso−ブチルベンゼン、トリエチルベンゼン、ジ−iso−プロピルベンセン、n−アミルナフタレン等の芳香族炭化水素系溶媒等が挙げられる。
これらの中で、エステル系溶媒、及びケトン系溶媒が好ましく、多価アルコール部分エーテルアセテート系溶媒、及び環状ケトン系溶媒がより好ましく、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、及びシクロヘキサノンがさらに好ましい。当該感放射線性樹脂組成物は、溶媒を1種又は2種以上含有していてもよい。
<他の成分>
当該感放射線性樹脂組成物は、上記[A]重合体、[B]酸発生体及び[C]溶媒以外の他の成分を含有してもよい。この他の成分としては、例えば酸拡散制御体、[A]重合体よりもフッ素原子の質量含有率が大きい重合体(以下、「フッ素原子含有重合体」ともいう)、偏在化促進剤、界面活性剤、脂環式骨格含有化合物、増感剤等が挙げられる。
(酸拡散制御体)
当該感放射線性樹脂組成物は、必要に応じて酸拡散制御体を含有してもよい。酸拡散制御体は、露光により[B]酸発生体から生じる酸のレジスト膜中における拡散現象を制御し、非露光領域における好ましくない化学反応を抑制する効果を奏し、得られる感放射線性樹脂組成物の貯蔵安定性がさらに向上し、またレジストとしての解像度がさらに向上すると共に、露光から現像処理までの引き置き時間の変動によるレジストパターンの線幅変化を抑えることができ、プロセス安定性に優れた感放射線性樹脂組成物が得られる。酸拡散制御体の当該感放射線性樹脂組成物における含有形態としては、後述するような低分子化合物である酸拡散制御剤の形態(以下、適宜「酸拡散制御剤」ともいう)でも、重合体の一部として組み込まれた酸拡散制御基の形態でも、これらの両方の形態でもよい。
上記酸拡散制御剤としては、例えば下記式(c−1)で表される化合物(以下、「含窒素化合物(I)」ともいう)、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)」ともいう)、窒素原子を3個有する化合物(以下、「含窒素化合物(III)」ともいう)、アミド基含有化合物、ウレア化合物、含窒素複素環化合物等が挙げられる。
Figure 0006822179
上記式(c−1)中、RC1、RC2及びRC3は、それぞれ独立して、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、アリール基又はアラルキル基である。
含窒素化合物(I)としては、例えばn−ヘキシルアミン等のモノアルキルアミン類;ジ−n−ブチルアミン等のジアルキルアミン類;トリエチルアミン等のトリアルキルアミン類;アニリン等の芳香族アミン類などが挙げられる。
含窒素化合物(II)としては、例えばエチレンジアミン、N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン等が挙げられる。
含窒素化合物(III)としては、例えばポリエチレンイミン、ポリアリルアミン等のポリアミン化合物;ジメチルアミノエチルアクリルアミド等の重合体などが挙げられる。
アミド基含有化合物としては、例えばホルムアミド、N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、アセトアミド、N−メチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、プロピオンアミド、ベンズアミド、ピロリドン、N−メチルピロリドン等が挙げられる。
ウレア化合物としては、例えば尿素、メチルウレア、1,1−ジメチルウレア、1,3−ジメチルウレア、1,1,3,3−テトラメチルウレア、1,3−ジフェニルウレア、トリブチルチオウレア等が挙げられる。
含窒素複素環化合物としては、例えばピリジン、2−メチルピリジン等のピリジン類、ピラジン、ピラゾールなどが挙げられる。
また、上記酸拡散制御剤として、酸解離性基を有する化合物を用いることもできる。このような酸解離性基を有する酸拡散制御剤としては、例えばN―(t−ブトキシカルボニル)ピペリジン、N―(t−ブトキシカルボニル)イミダゾール、N―(t−ブトキシカルボニル)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、N―(t−ブトキシカルボニル)ジ−n−オクチルアミン、N―(t−ブトキシカルボニル)ジエタノールアミン、N―(t−ブトキシカルボニル)ジシクロヘキシルアミン、N―(t−ブトキシカルボニル)ジフェニルアミン、N−(t−ブトキシカルボニル)−4−ヒドロキシピペリジン等が挙げられる。
また、酸拡散制御体として、露光により感光し弱酸を発生する光崩壊性塩基を用いることもできる。光崩壊性塩基としては、例えば露光により分解して酸拡散制御性を失うオニウム塩化合物等が挙げられる。オニウム塩化合物としては、例えば下記式(c−2)で表されるスルホニウム塩化合物、下記式(c−3)で表されるヨードニウム塩化合物等が挙げられる。
Figure 0006822179
上記式(c−2)及び式(c−3)中、RC4〜RC8は、それぞれ独立して、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、ヒドロキシ基又はハロゲン原子である。E及びQは、それぞれ独立して、OH、RCC1−COO、RCC1−SO 又は下記式(c−4)で表されるアニオンである。但し、RCC1は、アルキル基、アリール基又はアラルキル基である。
Figure 0006822179
上記式(c−4)中、RC9は、水素原子の一部又は全部がフッ素原子で置換されていてもよい炭素数1〜12の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、又は炭素数1〜12の直鎖状若しくは分岐状のアルコキシル基である。nは0〜2の整数である。
当該感放射線性樹脂組成物が酸拡散制御剤を含有する場合、[A]重合体100質量部に対する酸拡散制御剤の含有量の下限としては、0.1質量部が好ましく、0.3質量部がより好ましい。一方、上記含有量の上限としては、10質量部が好ましく、8質量部がより好ましく、5質量部がさらに好ましい。
(フッ素原子含有重合体)
フッ素原子含有重合体は[A]重合体よりもフッ素原子含有率が大きい重合体である。当該感放射線性樹脂組成物がフッ素原子含有重合体を含有すると、レジスト膜を形成した際に、レジスト膜中のフッ素原子含有重合体の撥油性的特徴により、その分布がレジスト膜表面近傍に偏在化する傾向があり、液浸露光等の際における酸発生体、酸拡散制御体等が液浸媒体に溶出することを抑制することができる。また、このフッ素原子含有重合体の撥水性的特徴により、レジスト膜と液浸媒体との前進接触角を所望の範囲に制御でき、バブル欠陥の発生を抑制することができる。さらに、レジスト膜と液浸媒体との後退接触角が高くなり、水滴が残らずに高速でのスキャン露光が可能となる。このように、当該感放射線性組成物は、フッ素原子含有重合体をさらに含有することで、液浸露光法に好適なレジスト膜を形成することができる。
フッ素原子含有重合体は、フッ素原子を含む構造単位を有することが好ましく、また、酸解離性基を含む構造単位を有することが好ましい。上記フッ素原子を含む構造単位を与える単量体としては、例えば2,2,2−トリフルオロエチル(メタ)アクリレート、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−プロパン−2−イル(メタ)アクリレート等が挙げられる。上記酸解離性基を含む構造単位としては、例えば[A]重合体の第2構造単位として例示したもの等が挙げられる。
フッ素原子含有重合体の含有量の下限としては、[A]重合体100質量部に対して、0.1質量部が好ましく、0.5質量部がより好ましく、1質量部がさらに好ましい。上記含有量の上限としては、20質量部が好ましく、15質量部がより好ましく、10質量部がさらに好ましい。
(偏在化促進剤)
偏在化促進剤は、当該感放射線性樹脂組成物がフッ素原子含有重合体を含有する場合等に、このフッ素原子含有重合体を、より効率的にレジスト膜表面に偏析させる効果を有するものである。当該感放射線性樹脂組成物にこの偏在化促進剤を含有させることで、フッ素原子含有重合体の添加量を従来よりも少なくすることができる。従って、解像性、LWR性能、現像欠陥抑制性等を損なうことなく、レジスト膜から液浸液への成分の溶出をさらに抑制することや、高速スキャンにより液浸露光をより高速に行うことが可能になり、結果としてウォーターマーク欠陥等の液浸由来欠陥を抑制するレジスト膜表面の疎水性を向上させることができる。このような偏在化促進剤として用いることができるものとしては、比誘電率が30以上200以下で、1気圧における沸点が100℃以上の低分子化合物等が挙げられる。このような化合物としては、具体的には、ラクトン化合物、カーボネート化合物、ニトリル化合物、多価アルコール等が挙げられる。
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等が挙げられる。カーボネート化合物としては、例えばプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート等が挙げられる。ニトリル化合物としては、例えばスクシノニトリル等が挙げられる。多価アルコールとしては、例えばグリセリン等が挙げられる。
当該感放射線性樹脂組成物が偏在化促進剤を含有する場合、偏在化促進剤の含有量の下限としては、当該感放射線性樹脂組成物における重合体の総量100質量部に対して、10質量部が好ましく、15質量部がより好ましく、20質量部がさらに好ましく、25質量部が特に好ましい。上記含有量の上限としては、500質量部が好ましく、300質量部がより好ましく、200質量部がさらに好ましく、100質量部が特に好ましい。
(界面活性剤)
界面活性剤は、塗布性、ストリエーション、現像性等を改良する効果を奏する。界面活性剤としては、例えばポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンn−オクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンn−ノニルフェニルエーテル、ポリエチレングリコールジラウレート、ポリエチレングリコールジステアレート等のノニオン系界面活性剤;市販品としては、KP341(信越化学工業社)、ポリフローNo.75、同No.95(以上、共栄社化学社)、エフトップEF301、同EF303、同EF352(以上、トーケムプロダクツ社)、メガファックF171、同F173(以上、DIC社)、フロラードFC430、同FC431(以上、住友スリーエム社)、アサヒガードAG710、サーフロンS−382、同SC−101、同SC−102、同SC−103、同SC−104、同SC−105、同SC−106(以上、旭硝子工業社)等が挙げられる。当該感放射線性樹脂組成物における界面活性剤の含有量としては、[A]重合体100質量部に対して通常2質量部以下である。
(脂環式骨格含有化合物)
脂環式骨格含有化合物は、ドライエッチング耐性、パターン形状、基板との接着性等を改善する効果を奏する。
脂環式骨格含有化合物としては、例えば
1−アダマンタンカルボン酸、2−アダマンタノン、1−アダマンタンカルボン酸t−ブチル等のアダマンタン誘導体類;
デオキシコール酸t−ブチル、デオキシコール酸t−ブトキシカルボニルメチル、デオキシコール酸2−エトキシエチル等のデオキシコール酸エステル類;
リトコール酸t−ブチル、リトコール酸t−ブトキシカルボニルメチル、リトコール酸2−エトキシエチル等のリトコール酸エステル類;
3−〔2−ヒドロキシ−2,2−ビス(トリフルオロメチル)エチル〕テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカン、2−ヒドロキシ−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]ノナン等が挙げられる。当該感放射線性樹脂組成物における脂環式骨格含有化合物の含有量としては、[A]重合体100質量部に対して通常5質量部以下である。
(増感剤)
増感剤は、[B]酸発生剤等からの酸の生成量を増加する作用を示すものであり、当該感放射線性樹脂組成物の「みかけの感度」を向上させる効果を奏する。
増感剤としては、例えばカルバゾール類、アセトフェノン類、ベンゾフェノン類、ナフタレン類、フェノール類、ビアセチル、エオシン、ローズベンガル、ピレン類、アントラセン類、フェノチアジン類等が挙げられる。これらの増感剤は、単独で使用してもよく2種以上を併用してもよい。当該感放射線性樹脂組成物における増感剤の含有量としては、[A]重合体100質量部に対して通常2質量部以下である。
<感放射線性樹脂組成物の調製方法>
当該感放射線性樹脂組成物は、例えば[A]重合体、[B]酸発生体、[C]溶媒及び必要に応じて含有される他の任意成分を所定の割合で混合することにより調製できる。当該感放射線性樹脂組成物は、混合後に、例えば孔径0.2μm程度のフィルター等でろ過することが好ましい。
当該感放射線性樹脂組成物の固形分濃度の下限としては、通常0.1質量%であり、0.5質量%が好ましく、1質量%がより好ましい。一方、上記固形分濃度の上限としては、通常50質量%であり、30質量%が好ましく、20質量%がより好ましい。
<レジストパターン形成方法>
当該レジストパターン形成方法は、レジスト膜を形成する工程(以下、「レジスト膜形成工程」ともいう)、上記レジスト膜を露光する工程(以下、「露光工程」ともいう)、及び上記露光されたレジスト膜を現像する工程(以下、「現像工程」ともいう)を備える。当該レジストパターン形成方法は、上記レジスト膜を当該感放射線性樹脂組成物により形成する。
当該レジストパターン形成方法によれば、上述の当該感放射線性樹脂組成物を用いているので、優れたMEEF性能を発揮して、LWRが小さいレジストパターン形成することができる。以下、各工程について説明する。
[レジスト膜形成工程]
本工程では、当該感放射線性樹脂組成物でレジスト膜を形成する。このレジスト膜を形成する基板としては、例えばシリコンウェハ、二酸化シリコン、アルミニウムで被覆されたウェハ等の従来公知のもの等が挙げられる。また、例えば特公平6−12452号公報や特開昭59−93448号公報等に開示されている有機系又は無機系の反射防止膜を基板上に形成してもよい。塗布方法としては、例えば回転塗布(スピンコーティング)、流延塗布、ロール塗布等が挙げられる。塗布した後に、必要に応じて、塗膜中の溶媒を揮発させるため、プレベーク(PB)を行ってもよい。PB温度の下限としては、通常60℃であり、80℃が好ましい。一方、上記PB温度の上限としては、通常140℃であり、120℃が好ましい。PB時間の下限としては、通常5秒であり、10秒が好ましい。一方、上記PB時間の上限としては、通常600秒であり、300秒が好ましい。形成されるレジスト膜の膜厚の下限としては、10nmが好ましい。一方、上記膜厚の上限としては、1,000nmが好ましく、500nmがより好ましい。
液浸露光を行う場合で、当該感放射線性樹脂組成物が、フッ素原子含有重合体等を含有していない場合等には、上記形成したレジスト膜上に、液浸液とレジスト膜との直接の接触を避ける目的で、液浸液に不溶性の液浸用保護膜を設けてもよい。液浸用保護膜としては、(3)工程の前に溶媒により剥離する溶媒剥離型保護膜(例えば特開2006−227632号公報参照)、現像工程の現像と同時に剥離する現像液剥離型保護膜(例えばWO2005−069076号公報、WO2006−035790号公報参照)のいずれを用いてもよい。但し、スループットの観点からは、現像液剥離型液浸用保護膜を用いることが好ましい。
[露光工程]
本工程では、上記レジスト膜形成工程で形成されたレジスト膜に、フォトマスクを介するなどして(場合によっては、水等の液浸媒体を介して)露光光を照射し、露光する。露光光としては、目的とするパターンの線幅に応じて、例えば可視光線、紫外線、遠紫外線、EUV、X線、γ線等の電磁波;電子線、α線等の荷電粒子線などが挙げられる。これらの中でも、遠紫外線、EUV、電子線が好ましく、ArFエキシマレーザー光(波長193nm)、KrFエキシマレーザー光(波長248nm)、電子線がより好ましく、ArFエキシマレーザー光、電子線、EUVがさらに好ましい。
露光を液浸露光により行う場合、用いる液浸液としては、例えば水、フッ素系不活性液体等が挙げられる。液浸液は、露光波長に対して透明であり、かつ膜上に投影される光学像の歪みを最小限に留めるよう屈折率の温度係数ができる限り小さい液体が好ましいが、特に露光光源がArFエキシマレーザー光(波長193nm)である場合、上述の観点に加えて、入手の容易さ、取り扱いのし易さといった点から水を用いるのが好ましい。水を用いる場合、水の表面張力を減少させるとともに、界面活性力を増大させる添加剤をわずかな割合で添加しても良い。この添加剤は、ウェハ上のレジスト膜を溶解させず、かつレンズの下面の光学コートに対する影響が無視できるものが好ましい。使用する水としては蒸留水が好ましい。
上記露光の後、ポストエクスポージャーベーク(PEB)を行い、レジスト膜の露光された部分において、露光により[B]酸発生体から発生した酸による[A]重合体等が有する酸解離性基の解離を促進させることが好ましい。このPEBによって、露光部と未露光部とで現像液に対する溶解性に差が生じる。PEB温度の下限としては、通常50℃であり、80℃が好ましい。一方、PEB温度の上限としては、通常180℃であり、130℃が好ましい。PEB時間の下限としては、通常5秒であり、10秒が好ましい。一方、PEB時間の上限としては、600秒であり、300秒が好ましい。
[現像工程]
本工程では、上記露光工程で露光されたレジスト膜を現像する。これにより、所定のレジストパターンを形成することができる。現像後は、水又はアルコール等のリンス液で洗浄し、乾燥することが一般的である。
アルカリ現像の場合、上記現像に用いる現像液としては、例えば水酸化ナトリウム、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(TMAH)、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−ノネン等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水溶液等が挙げられる。これらの中でも、TMAH水溶液が好ましく、2.38質量%TMAH水溶液がより好ましい。
有機溶媒現像の場合、上記現像に用いる現像液としては、例えば炭化水素系溶媒、エーテル系溶媒、エステル系溶媒、ケトン系溶媒、アルコール系溶媒等の有機溶媒、又は有機溶媒を含有する溶媒などの有機溶媒含有液が挙げられる。上記有機溶媒としては、例えば上述の感放射線性樹脂組成物の溶媒として列挙した溶媒の1種又は2種以上等が挙げられる。これらの中でも、エステル系溶媒、及びケトン系溶媒が好ましい。エステル系溶媒としては、酢酸エステル系溶媒が好ましく、酢酸n−ブチルがより好ましい。ケトン系溶媒としては、鎖状ケトンが好ましく、2−ヘプタノンがより好ましい。現像液中の有機溶媒の含有量としては、80質量%以上が好ましく、90質量%以上がより好ましく、95質量%以上がさらに好ましく、99質量%以上が特に好ましい。現像液中の有機溶媒以外の成分としては、例えば水、シリコンオイル等が挙げられる。
現像方法としては、例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塗出ノズルをスキャンしながら現像液を塗出しつづける方法(ダイナミックディスペンス法)等が挙げられる。
<ネガ型レジストパターン形成方法>
当該ネガ型レジストパターン形成方法は、レジスト膜を形成する工程(レジスト膜形成工程)、上記レジスト膜を露光する工程(露光工程)、及び上記露光されたレジスト膜を有機溶媒含有液で現像する工程(有機溶媒現像工程)を備える。当該ネガ型レジストパターン形成方法は、上記レジスト膜を、下記式(i’)で表される基を含む構造単位を有する重合体、感放射線性酸発生体、及び溶媒を含有する感放射線性樹脂組成物により形成する。
Figure 0006822179
上記式(i’)中、Aは、単結合又は炭素数1〜20の2価の有機基である。Lは、−SO−*、−SO−*、−S(=O)O−*、*−S(=O)O−、−SOO−*又は*−SOO−である。*は、R1’と結合する部位を示す。R1’は炭素数1〜20の1価の有機基である。
当該ネガ型レジストパターン形成方法によれば、上記感放射線性樹脂組成物を用いているので、優れたMEEF性能を発揮して、LWRが小さいネガ型レジストパターンを形成することができる。
当該ネガ型レジストパターン形成方法におけるレジスト膜形成工程及び露光工程については、上述のレジストパターン形成方法におけるレジスト膜形成工程及び露光工程と同様である。当該ネガ型レジストパターン形成方法における有機溶媒現像工程については、現像方法としては上述のレジストパターン形成方法における現像工程と同じであり、現像液として用いる有機溶媒含有液については、上述のレジストパターン形成方法で用いる現像液のうち、有機溶媒含有液として例示したもの等が挙げられる。
<重合体>
本発明の重合体は、上記式(i)で表される基を含む構造単位を有する。当該重合体は、上述の当該感放射線性樹脂組成物の重合体成分として好適に用いることができる。
<化合物>
本発明の化合物は、上記式(i)で表される基を有する。当該化合物は、上述の当該重合体の単量体として好適に用いることができる。
当該重合体及び当該化合物は、上述の当該感放射線性樹脂組成物における[A]重合体の項で説明している。
以下、本発明を実施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に限定されるものではない。各種物性値の測定方法を以下に示す。
[重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)及び分散度(Mw/Mn)の測定]
東ソー社のGPCカラム(「G2000HXL」2本、「G3000HXL」1本、「G4000HXL」1本)を用い、流量:1.0ミリリットル/分、溶出溶媒:テトラヒドロフラン、カラム温度:40℃の分析条件で、単分散ポリスチレンを標準とするゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定した。
H−NMR分析及び13C−NMR分析]
日本電子社の「JNM−Delta400」を用いて測定した。
<重合体の合成>
下記化合物(M−1)〜(M−16)を用いて、[A]重合体及び[E]フッ素原子含有重合体を合成した。
Figure 0006822179
[[A]重合体の合成]
[重合例1]
単量体としての化合物(M−1)、化合物(M−9)及び化合物(M−10)をモル比率が10/60/30となるように合計30質量部を2−ブタノン60質量部に溶解し、更に、開始剤としてAIBN(全単量体に対して5モル%)を溶解させて単量体溶液を調製した。引き続き、30質量部の2−ブタノンを入れた三口フラスコを30分窒素パージした後、攪拌しながら80℃に加熱し、上記調製した単量体溶液を滴下漏斗にて3時間かけて滴下した。滴下開始を重合反応の開始時間とし、重合反応を6時間実施した。重合反応終了後、重合溶液を水冷して30℃以下に冷却した。600質量部のメタノール中に冷却した重合溶液を投入し、析出した白色粉末をろ別した。ろ別した白色粉末を120質量部のメタノールで2回洗浄した後、ろ別し、50℃で17時間乾燥させて白色粉末状の重合体(A−1)を合成した(収率68%)。重合体(A−1)のMwは6,200であり、Mw/Mnは1.3であった。13C−NMR分析の結果、重合体(A−1)における(M−1)、(M−9)及び(M−10)に由来する構造単位の含有割合は、それぞれ10.3モル%、58.2モル%及び31.5モル%であった。
[重合例2〜13]
表1に示す種類及び使用量の単量体を用いた以外は重合例1と同様に操作して、各重合体を合成した。合成した各重合体の各構造単位の含有割合、収率(%)、Mw及びMw/Mnを表1に合わせて示す。
Figure 0006822179
[[E]フッ素原子含有重合体の合成]
[重合例14]
単量体としての化合物(M−12)及び化合物(M−13)をモル比率が70/30となるように合計100質量部を2−ブタノン100質量部に溶解し、ジメチル2,2’−アゾビスイソブチレート(全単量体に対して3.7モル%)を溶解させて単量体溶液を調製した。引き続き、100質量部の2−ブタノンを入れた三口フラスコを30分窒素パージした後、攪拌しながら80℃に加熱し、上記調製した単量体溶液を滴下漏斗にて3時間かけて滴下した。滴下開始を重合反応の開始時間とし、重合反応を6時間実施した。重合反応終了後、重合溶液を水冷して30℃以下に冷却した。反応溶液を分液漏斗に移液した後、150質量部のn−ヘキサンでその重合溶液を均一に希釈し、600質量部のメタノールを投入して混合した。次いで、30質量部の蒸留水を投入し、さらに攪拌して30分静置した。その後、下層を回収し、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(収率60%)。得られた重合体(E−1)のMwは7,200であり、Mw/Mnは2.00であった。13C−NMR分析の結果、重合体(E−1)における(M−12)及び(M−13)に由来する構造単位の含有割合は、それぞれ71.1モル%及び28.9モル%であった。
<感放射線性樹脂組成物の調製>
各感放射線性樹脂組成物の調製に用いた各成分を下記に示す。
<[B]酸発生剤>
各構造式を下記に示す。
B−1:トリフェニルスルホニウム2−(アダマンタン−1−イルカルボニルオキシ)−1,1,3,3,3−ペンタフルオロプロパン−1−スルホネート
B−2:トリフェニルスルホニウムノルボルナンスルトン−2−イルオキシカルボニルジフルオロメタンスルホネート
B−3:トリフェニルスルホニウム3−(ピペリジン−1−イルスルホニル)−1,1,2,2,3,3−ヘキサフルオロプロパン−1−スルホネート
Figure 0006822179
<[C]溶媒>
C−1:酢酸プロピレングリコールモノメチルエーテル
C−2:シクロヘキサノン
<[D]酸拡散制御剤>
各構造式を下記に示す。
D−1:トリフェニルスルホニウム2,4,6−トリイソプロピルフェニルスルホネート
D−2:トリフェニルスルホニウム10−カンファースルホネート
D−3:N−(n−ウンデカン−1−イルカルボニルオキシエチル)モルホリン
Figure 0006822179
<[F]偏在化促進剤>
F−1:γ−ブチロラクトン
[実施例1]
[A]重合体としての(A−1)100質量部、[B]酸発生剤としての(B−1)8.5質量部、[C]溶媒としての(C−1)2,427質量部及び(C−2)1,040質量部、[D]酸拡散制御剤としての(D−1)2.3質量部、[E]フッ素原子含有重合体としての(E−1)3質量部、並びに[F]偏在化促進剤としての(F−1)100質量部を混合し、得られた混合液を、孔径0.2μmのメンブレンフィルターで濾過することにより、感放射線性樹脂組成物(J−1)を調製した。
[実施例2〜8及び比較例1〜5]
表2に示す種類及び含有量の各成分を用いたこと以外は実施例1と同様に操作して各感放射線性樹脂組成物を調製した。
Figure 0006822179
<レジストパターンの形成(1)>(アルカリ現像)
12インチのシリコンウエハ表面に、スピンコーター(東京エレクトロン社の「CLEAN TRACK ACT12」)を使用して、下層反射防止膜形成用組成物(ブルワーサイエンス社の「ARC66」)を塗布した後、205℃で60秒間加熱することにより膜厚105nmの下層反射防止膜を形成した。この下層反射防止膜上に、上記スピンコーターを使用して上記調製した感放射線性樹脂組成物を塗布し、90℃で60秒間PBを行った。その後、23℃で30秒間冷却し、膜厚90nmのレジスト膜を形成した。次に、このレジスト膜を、ArFエキシマレーザー液浸露光装置(NIKON社の「NSR−S610C」)を用い、NA=1.3、ダイポール(シグマ0.977/0.782)の光学条件にて、40nmラインアンドスペース(1L1S)マスクパターンを介して露光した。露光後、90℃で60秒間PEBを行った。その後、アルカリ現像液としての2.38質量%TMAH水溶液を用いてアルカリ現像し、水で洗浄し、乾燥してポジ型のレジストパターンを形成した。このレジストパターン形成の際、ターゲット寸法が40nm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40nmの1対1ラインアンドスペースに形成される露光量を最適露光量(Eop)とした。
<レジストパターンの形成(2)>(有機溶媒現像)
上記<レジストパターンの形成(1)>においてTMAH水溶液の代わりに酢酸n−ブチルを用いて有機溶媒現像し、かつ水での洗浄を行わなかった以外は、上記<レジストパターンの形成(1)>と同様に操作して、ネガ型のレジストパターンを形成した。
<評価>
上記感放射線性樹脂組成物を用いて形成したレジストパターンについて、下記方法により測定を行うことにより、感放射線性樹脂組成物についてのLWR性能及びMEEF性能を評価した。上記レジストパターンの測長には、走査型電子顕微鏡(日立ハイテクノロジーズ社の「S−9380」)を用いた。評価結果を、アルカリ現像の場合(実施例9〜16及び比較例6〜10)を下記表3に、有機溶媒現像の場合(実施例17〜27並びに比較例11及び12)を下記表4にそれぞれ示す。
[LWR性能]
上記Eopの露光量を照射して形成したレジストパターンを、上記走査型電子顕微鏡を用い、パターン上部から観察した。線幅を任意のポイントで計50点測定し、その測定値の分布から3シグマ値を求め、これをLWR性能とした。LWR性能は、その値が小さいほどラインのガタつきが小さく良いことを示す。LWR性能は、アルカリ現像の場合において、3.6nm以下の場合は「良好」と、3.6nmを超える場合は「不良」と評価でき、また、有機溶媒現像の場合において、4.0nm以下の場合は「良好」と、4.0nmを超える場合は「不良」と評価できる。
[MEEF性能]
上記Eopの露光量を照射して解像されるレジストパターンにおいて、線幅が51nm、53nm、55nm、57nm、59nmとなるマスクパターンを用いて形成されたレジストパターンの線幅を縦軸に、マスクパターンのサイズを横軸にプロットしたときの直線の傾きを算出し、これをMEEF性能とした。MEEF性能は、その値が1に近いほどマスク再現性が良好であることを示す。MEEF性能は、3.0以下の場合は「良好」と、3.0を超える場合は「不良」と評価できる。
Figure 0006822179
Figure 0006822179
表3及び表4の結果から分かるように、本発明の感放射線性樹脂組成物によれば、アルカリ現像の場合及び有機溶媒現像の場合とも、優れたMEEF性能を発揮して、LWRが小さいレジストパターン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、レジストパターン形成方法及びネガ型レジストパターン形成方法によれば、優れたMEEF性能を発揮して、LWRが小さいレジストパターンを形成することができる。本発明の重合体は、当該感放射線性樹脂組成物の重合体成分として好適に用いることができる。本発明の化合物は、当該重合体の単量体として好適に用いることができる。従って、これらは半導体デバイスや液晶デバイス等の各種電子デバイスのリソグラフィー工程における微細なレジストパターン形成に好適に用いることができる。

Claims (4)

  1. 下記式(1−1)、(1−2)又は(1−3)で表される第1構造単位を有する重合体、
    感放射線性酸発生体、及び
    溶媒
    を含有する感放射線性樹脂組成物。
    Figure 0006822179
    (式(1−1)〜(1−3)中、Zは、下記式(i)で表される基である。
    式(1−1)中、R は、水素原子、フッ素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。
    式(1−2)中、R は、水素原子又はメチル基である。R は、単結合、−O−、−COO−又は−CONH−である。R は、炭素数1〜10の1価の有機基である。aは、0〜4の整数である。aが2以上の場合、複数のR は同一でも異なっていてもよい。
    式(1−3)中、R は、水素原子又はメチル基である。R 、R 10 及びR 11 は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシ基又は炭素数1〜20の1価の有機基である。bは、1〜4の整数である。bが2以上の場合、複数のR は同一でも異なっていてもよく、複数のR 10 は同一でも異なっていてもよい。1又は複数のR 及びR 10 並びにR 11 のうちの2つ以上は、互いに合わせられこれらが結合する炭素原子又は炭素鎖と共に構成される環員数3〜20の環構造を形成していてもよい。R 12 は、単結合又は炭素数1〜20の2価の有機基である。R 11 とR 12 とは、互いに合わせられこれらが結合する炭素原子と共に構成される環員数3〜20の環構造を形成していてもよい。)
    Figure 0006822179
    (式(i)中、Aは、単結合又は炭素数1〜20の2価の有機基である。L、−SOO−*である。*は、Rと結合する部位を示す。R は飽和ラクトン構造を有する1価の基又は極性基で置換された1価の脂環式飽和炭化水素基である。)
  2. 上記重合体が、酸解離性基を含む第2構造単位をさらに有する請求項に記載の感放射線性樹脂組成物。
  3. 上記式(i)のAが炭素数1〜5の2価の鎖状炭化水素基である請求項1又は請求項2に記載の感放射線性樹脂組成物。
  4. レジスト膜を形成する工程、
    上記レジスト膜を露光する工程、及び
    上記露光されたレジスト膜を現像する工程
    を備え、
    上記レジスト膜を請求項1、請求項2又は請求項3に記載の感放射線性樹脂組成物により形成するレジストパターン形成方法。
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