JP2000038416A - 感光性重合体、溶解抑制剤及びこれらを含む化学増幅型フォトレジスト組成物 - Google Patents
感光性重合体、溶解抑制剤及びこれらを含む化学増幅型フォトレジスト組成物Info
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Abstract
力に優れている感光性重合体、溶解抑制剤及びこれらを
含む化学増幅型フォトレジスト組成物を提供する。 【解決手段】 炭素数1〜20の脂肪族炭化水素基を側
鎖として有する5−ノルボルネン−2−メタノール誘導
体モノマーと無水マレイン酸モノマーとから重合されて
なる感光性共重合体。また、本発明に係る溶解抑制剤
は、酸により化学反応を起こす基を作用基として有する
トリシクロデカン誘導体あるいはサルササポゲニン誘導
体である。
Description
解抑制剤及びこれらを含む化学増幅型フォトレジスト組
成物に関する。
フォトリソグラフィー工程において微細パターンの形成
が必須とされている。なおかつ、1Gビット以上の素子
においては、サブクォーターミクロン以下のパターンを
形成しなければならず、これにより、従来のKrFエキ
シマレーザ(248nm)より短波長のArFエキシマ
レーザ(193nm)を露光光源として使用するフォト
リソグラフィー技術が提案されている。そこで、ArF
エキシマレーザに適した新たな化学増幅型フォトレジス
ト用感光性重合体及びフォトレジスト組成物の開発に対
する要求が益々厳しくなっている。
型フォトレジスト組成物は、次のような要件を満たす必
要がある。
ること、(2)熱的特性に優れること(例えば、ガラス
転移温度が高いこと)、(3)膜質への接着力に優れる
こと、(4)乾式食刻に対する耐性が大であること、
(5)現像時には半導体素子の製造工程で汎用される現
像液(例えば、2.38重量%のテトラメチルアンモニ
ウムヒドロキシド(TMAH)で容易に現像し得るこ
と、等であるしかし、ArFエキシマレーザ用化学増幅
型フォトレジスト用重合体としてよく知られているメチ
ルメタアクリル酸、t−ブチルメタアクリル酸及びメタ
アクリル酸モノマーよりなる3元重合体は、前記要件を
全て満足できないといった不都合がある。特に、食刻に
対する耐性が非常に弱く、膜質への接着力が弱いといっ
た欠点がある。また、半導体製造工程において大部分の
フォトレジスト膜に多用される現像液を使用する場合、
重合体に結合してある多量の親水性作用基、例えば、カ
ルボキシル基によって非露光部にまで現像されてしま
い、パターンの臨界寸法を変化させる傾向がある。従っ
て、極めて低い濃度の現像液を別途に用意して、現像工
程を進めなければならない。ところが、現像液の濃度が
極めて低い場合、濃度変化に極めて敏感で、濃度偏差が
僅かに生じていても、現像結果物であるパターンの臨界
寸法の偏差がかなり大きくなってしまう傾向がある。
イソボルニル、アダマンチル、トリシクロデカニル基な
どを重合体の骨格に導入して、食刻耐性の進んだArF
エキシマレーザ用感光性重合体を形成しようとする研究
がなされている。しかし、これら重合体もまたいくつか
の短所を有している。例えば、乾式食刻耐性が依然とし
て満足できず、かつ膜質への接着特性が不良で、フォト
レジストパターンがリフトされてしまうという現象が発
生する。
る技術的課題は、ArFエキシマレーザで露光可能であ
り、乾式食刻に対する耐性が大きく、しかも膜質への接
着力に優れた感光性重合体を提供することである。
は、乾式食刻に対する耐性が大きく、膜質への接着力に
優れた化学増幅型フォトレジスト用溶解抑制剤を提供す
ることである。
課題は、前記感光性重合体及び/または前記溶解抑制剤
を含む化学増幅型フォトレジスト用組成物を提供するこ
とである。
るために、本発明の一態様による感光性重合体は、炭素
数1〜20の脂肪族炭化水素基を側鎖として有する5−
ノルボルネン−2−メタノール誘導体モノマーと無水マ
レイン酸モノマーとから重合されてなる共重合体であ
る。
は、炭素数7〜20の脂肪族環式炭化水素、例えば、ア
ダマンチル、ノルボニル及びイソボルニルであれば好適
である。
本発明の別の態様による感光性重合体は、ノルボルネン
アルキルエステルモノマー、ノルボルネンカルボン酸モ
ノマー及び(メタ)アクリル酸誘導体モノマーからなる
モノマー群より選ばれたいずれか1種以上のモノマー
と、炭素数1〜20の脂肪族炭化水素基を側鎖として有
する5−ノルボルネン−2−メタノール誘導体モノマー
及び無水マレイン酸モノマーから重合されてなる3元以
上の重合体である。
発明に係る溶解抑制剤は、酸によって化学反応を起こす
基を作用基として有するトリシクロデカン誘導体、ある
いはサルササポゲニン誘導体である。
−ブトキシカルボニルオキシメチル)トリシクロデカ
ン、またはビス(テトラヒドロピラニルオキシメチル)
トリシクロデカンであり、前記サルササポゲニン誘導体
は、t−ブトキシカルボニルサルササポゲニン、または
テトラヒドロピラニルサルササポゲニンであれば好適で
ある。
に、本発明に係る化学増幅型フォトレジスト組成物は、
ノルボルネンアルキルエステルモノマー、ノルボルネン
カルボン酸モノマー及び(メタ)アクリル酸誘導体モノ
マーからなるモノマー群より選ばれた1種以上のモノマ
ー、炭素数1〜20の脂肪族炭化水素基を側鎖として有
する5−ノルボルネン−2−メタノール誘導体モノマー
及び無水マレイン酸モノマーから重合されてなる3元以
上の感光性重合体と、前記3元以上の感光性重合体の重
量を基準として1〜15重量%の割合で混合された光酸
発生剤とを含む。
ノルボニル及びイソボルニルからなる炭素数7〜20の
脂肪族環式炭化水素基より選ばれたいずれか1種であ
る。
ウム塩、ジアリールヨードニウム塩またはスルホン酸塩
が用いられる。
成物は、前記感光性重合体の重量を基準として1〜50
重量%の溶解抑制剤をさらに含むことがある。また、前
記感光性重合体の重量を基準として0.01〜2.0重
量%の有機塩基をさらに含むことがある。
の炭化水素化合物よりなり、酸によって化学反応を起こ
す−CH(COOR2)2(ここで、R2は炭化水素また
は炭化水素誘導体である。)を作用基として有する化合
物、酸によって化学反応を起こす基を作用基として有す
るトリシクロデカン誘導体、または酸によって化学反応
を起こす基を作用基として有するサルササポゲニン誘導
体であれば好適である。
ン、トリイソブチルアミン、トリイソオクチルアミン、
ジエタノールアミンまたはトリエタノールアミンが用い
られる。
が環式構造からなり、作用基としてヒドロキシ基を有す
る。そこで、これを含む化学増幅型フォトレジスト組成
物の食刻耐性が大きく、しかも下部膜質への接着力に優
れている。特に、脂肪族炭化水素側鎖として脂肪族環式
炭化水素基が使用される場合は、食刻耐性が一層増大す
る。
体、溶解抑制剤及びこれらを含む化学増幅型フォトレジ
スト組成物について説明する。また、化学増幅型フォト
レジスト組成物を用いた、好適な写真食刻工程について
も説明する。しかし、本発明は後述する実施例に限定さ
れるものではなく、種々なる形態で具現でき、単に、以
下の実施例は、本発明の開示を完全なるものとし、当分
野における通常の知識を有する者に発明の範囲を完全に
理解させるためにのみ提供されるものであって、本発明
は、特許請求の範囲によってのみ限定されるものであ
る。
0の脂肪族炭化水素基を側鎖として有する5−ノルボル
ネン−2−メタノール誘導体モノマーと無水マレイン酸
(maleic anhydride)モノマーとから
重合されてなる感光性共重合体である。
〜20の脂肪族環式炭化水素基、例えばアダマンチル、
ノルボニルまたはイソボルニルを使って食刻耐性を増や
せば好適である。
学式1となる。
脂肪族炭化水素基を表し、iは整数を表す。また、前記
重合体の重量平均分子量は3,000〜100,000
である。) 本発明の別の実施例による感光性重合体は、ノルボルネ
ンアルキルエステルモノマー、ノルボルネンカルボン酸
モノマー及び(メタ)アクリル酸誘導体モノマーからな
るモノマー群より選ばれたいずれか1種以上のモノマー
と、炭素数1〜20の脂肪族炭化水素基を側鎖として有
する5−ノルボルネン−2−メタノール誘導体モノマー
及び無水マレイン酸モノマーから重合されてなる3元以
上の感光性重合体である。
化学式2となる。
脂肪族炭化水素基を表し、R2及びR 5はt−ブチルまた
はテトラヒドロピラニル基を表し、R3は水素原子、メ
チル、エチル、n−ブチルまたは2−ヒドロキシエチル
基を表し、R4は水素原子またはメチル基を表す。ま
た、k/(k+l+m+n+p)は0.1〜0.5であ
り、l/(k+l+m+n+p)は0.1〜0.5であ
り、m/(k+l+m+n+p)は0.0〜0.5であ
り、n/(k+l+m+n+p)は0.0〜0.3であ
り、p/(k+l+m+n+p)は0.0〜0.4であ
る。なおかつ前記重合体の重量平均分子量は3,000
〜100,000である。) 特に、前記R1は炭素数7〜20の脂肪族環式炭化水素
基であれば好適である。従って、アダマンチル、ノルボ
ニルまたはイソボルニル基がR1として使用できる。
構造のノルボルナンから構成されている。従って、食刻
耐性が大きい。特に、ノルボルナンに脂肪族炭化水素、
好ましくは、脂肪族環式炭化水素を側鎖として有する場
合、食刻耐性が一層増大する。そして、作用基としてヒ
ドロキシ基が結合してあるため、下部の膜質への接着力
に優れており、従来より多用されてきた現像液、例えば
TMAH(2.38重量%)で現像可能な長所がある。
素数1〜40の炭化水素化合物に酸によって化学反応を
起こす−CH(COOR2)2(ここで、R2は炭化水素
または炭化水素誘導体である。)を作用基として有する
化合物である。
ジメチルシクロヘキシル、キシレニルまたはナフタレニ
ルメチルを表し、R2はt−ブチル、テトラヒドロピラ
ニルまたはトリメチルシリル基を表し、jは1または2
を表す。) 前記溶解抑制剤は、露光前には作用基となるバルキーな
−CH(COOR2)2(ここで、R2は炭化水素または
炭化水素誘導体である。)のために、極めて低い溶解度
を示すが、露光後には−CH(COOR2)2(ここで、
R2は炭化水素または炭化水素誘導体である。)が酸に
よって加水分解されて−CH(COOH)2を形成する
ので、溶解度が格段に高まる。また、−CH(COOR
2)2(ここで、R2は炭化水素または炭化水素誘導体で
ある。)は熱に安定しているために、ポリマーのガラス
転移温度以上でも安定した熱的特性を有する。
て化学反応を起こす基を作用基として有するトリシクロ
デカン誘導体またはサルササポゲニン誘導体(sars
asapogenin derivative)であ
る。
式4に表すことができ、前記サルササポゲニン誘導体
は、下記化学式5で表すことができる。
シカルボニルまたはテトラヒドロピラニル基であれば好
適である。) 前記溶解抑制剤は環式構造であるから、食刻耐性が大き
い。また、作用基のバルキーなアルコキシ基のために低
い溶解度を示すが、露光後にはアルコキシ基が酸によっ
て加水分解されてヒドロキシ基を形成するので、溶解度
が高まる。
の感光性重合体と光酸発生剤とからなる。
基準として1〜15重量%の割合で混合されれば好適で
ある。光酸発生剤としては、高い熱的安定性を有する物
質が使用すれば良い。そこで、トリアリールスルホニウ
ム塩、ジアリールヨードニウム塩またはスルホン酸塩が
使用できる。例えば、トリフェニルスルホニウムトリフ
レート(triphenylsulfonium tr
iflate)、トリフェニルスルホニウムアンチモン
酸塩、ジフェニルヨードニウムトリフレート(diph
enyliodonium triflate)、ジフ
ェニルヨードニウムアンチモン酸塩、メトキシジフェニ
ルヨードニウムトリフレート(methoxydiph
enyliodonium triflate)、ジ−
t−ブチルジフェニルヨードニウムトリフレート(di
−t−butyldiphenyliodonium
triflate)、2,6−ジニトロベンジルスルホ
ン酸塩、ピロガロールトリス(アルキルスルホン酸
塩)、またはN−ヒドロキシスクシンイミドトリフレー
ト(N−hydroxysuccinimide tr
iflate)等が光酸発生剤として使用可能である。
は、前記感光性重合体の重量を基準として1〜50重量
%の溶解抑制剤をさらに含むことが好ましい。溶解抑制
剤としては、前述の溶解抑制剤を使用する。溶解抑制剤
を含むことにより、フォトレジスト膜の露光前及び露光
後の溶解度の違いが大となり、コントラストを大幅に増
大できる長所がある。
ト組成物は、感光性重合体の総重量を基準として0.0
1〜2.0重量%の有機塩基添加剤をさらに含む。有機
塩基としては、トリエチルアミン、トリイソブチルアミ
ン、トリイゾオクチルアミン、ジエタノールアミンまた
はトリエタノールアミンが使用される。有機塩基は、露
光後に、露光部に生じた酸が非露光部へ拡散され、非露
光部を構成するフォトレジスト組成物まで加水分解させ
てパターンを変形させる問題点を防ぐために加える。
組成物は骨格が環式構造のノルボルナンから構成され、
脂肪族炭化水素、特に、脂肪族環式炭化水素を側鎖とし
て有し、作用基としてヒドロキシ基を有する感光性重合
体を含む。そこで、フォトレジスト組成物の食刻耐性が
大であるほか、下部の膜質への接着力に優れ、しかも従
来より汎用されてきた現像液、例えばTMAH(2.3
8重量%)で現像可能な長所がある。なおかつ感光性重
合体には、露光前にはバルキーな状態のまま存在する
が、露光によって生じた酸によりカルボキシ基を形成す
る無水マレイン酸、エステル基を有するため、露光され
た部分のフォトレジスト膜の極性と非露光された部分の
フォトレジスト膜の極性(溶解度)とが顕著に隔たって
いく。
てある環式構造の溶解抑制剤を含む場合、フォトレジス
ト組成物の食刻耐性が格段に増大する。なお、本発明に
係る溶解抑制剤は酸によって加水分解されてヒドロキシ
基またはマロン酸基を形成するアルコキシ基または−C
H(COOR2)2(ここで、R2は炭化水素または炭化
水素誘導体である。)を有するので、露光前及び露光後
の溶解度に顕著な差が生じ、これによりコントラストが
大幅に増加する。
ール(化合物III)モノマーの製造 下記反応式1の如き脂肪族炭化水素マグネシウム臭素化
物(化合物II)溶液と5−ノルボルネン−2−アルデ
ヒド(化合物I)を反応させて、置換反応により5−ノ
ルボルネン−2−脂肪族炭化水素メタノール(化合物I
II)を製造する。
脂肪族炭化水素を表す。)1−2.ノルボルネンアルキルエステル(化合物VIま
たはVII)モノマーの製造 下記反応式2の如く、シクロペンタジエン(化合物I
V)を有機溶媒に溶解させた後、アルキルアクリル酸
(化合物V)を加えてノルボルネンアルキルエステル
(化合物VIまたはVII)を製造する。
テトラヒドロピラニル基を表し、R3は水素、メチル、
エチル、n−ブチルまたは2−ヒドロキシエチル基を表
す。)2.重合体(X)の製造: 2−1.ノルボルネンアルキルエステル(VI、VI
I)及び(メタ)アクリル酸誘導体(IX)からなる群
より選ばれた1種以上のモノマーとノルボルネン脂肪族
炭化水素アルコール(III)及び無水マレイン酸(V
III)が重合され、かつ化学式2で表される重合体
(X)の製造 下記反応式3のように重合させ、重合体(X)を形成す
る。
脂肪族炭化水素基を表し、R2とR5はt−ブチルまたは
テトラヒドロピラニル基を表し、R3は水素原子、メチ
ル、エチル、n−ブチルまたは2−ヒドロキシエチル基
を表し、R4は水素原子またはメチル基を表し、k、
l、m、n及びpは整数を表す。また、k/(k+l+
m+n+p)は0.1〜0.5であり、l/(k+l+
m+n+p)は0.1〜0.5であり、m/(k+l+
m+n+p)は0.0〜0.5であり、n/(k+l+
m+n+p)は0.0〜0.3であり、p/(k+l+
m+n+p)は0.0〜0.4である。なおかつ前記重
合体の重量平均分子量は3,000〜100,000で
ある。) 即ち、ノルボルネンアルキルエステル(VI、VII)
及び(メタ)アクリル酸誘導体(IX)からなる群より
選ばれた1種以上のモノマーとノルボルネン脂肪族炭化
水素アルコール(III)モノマー及び無水マレイン酸
(VIII)モノマーを有機溶媒、例えばトルエンに溶
解させた後、重合開始剤、例えばアゾビスイソブチロニ
トリル(AIBN)を加えて重合反応を進め、重合体
(X)を製造する。
コールモノマー及び無水マレイン酸モノマーが重合さ
れ、かつ化学式1で表される共重合体の製造 前記反応式3において、m、n及びpを0とし、かつk
とlを等しい値にして前述の重合反応と同様の重合反応
を施し、化学式1で表されるとともに、重量平均分子量
が3,000〜100,000である共重合体を完成す
る。
化合物に酸によって化学反応を起こす−CH(COOR
2)2(ここで、R2は炭化水素または炭化水素誘導体で
ある。)が作用基として結合された化合物の製造方法 有機溶媒、例えば水素化ナトリウム(sodium h
ydride)の溶解されたTHF溶液にマロン酸ジア
ルキルを溶解させた後に、この溶液にハロゲン化物を加
え、置換反応により化学式3で表されるジアルキルマロ
ニル炭化水素化合物を製造する。
学反応を起こす基を作用基として有するトリシクロデカ
ン誘導体の製造方法 ジ−t−ブチルジ炭酸塩(di−t−butyl di
carbonate)または3,4−ジヒドロ−2−ピ
ランと4,8−ビス(ヒドロキシメチル)トリシクロデ
カンを有機溶媒、例えば、テトラヒドロフラン(TH
F)に反応させた後に一定時間反応させ、化学式4の溶
解抑制剤を製造する。
学反応を起こす基を作用基として有するサルササポゲニ
ン誘導体の製造方法 ジ−t−ブチルジ炭酸塩または3,4−ジヒドロ−2−
ピランとサルササポゲニンを有機溶媒、例えばTHFに
反応させた後に一定時間反応させ、化学式5の溶解抑制
剤を製造する。
法及びこれを用いた写真食刻方法 本発明の化学増幅型フォトレジスト組成物は、前述の製
造方法に従い製造された、化学式2で表される感光性重
合体と光酸発生剤とを適切な溶媒に溶解させて混合する
ことにより製造される。
基準として1〜15重量%の割合で混合する。光酸発生
剤としては、熱的に安定したトリアリールスルホニウム
塩、ジアリールヨードニウム塩またはスルホン酸塩を使
用すれば好適である。
重量%の溶解抑制剤をさらに混合する。このとき、溶解
抑制剤として、前記化学式3、4及び5で表される溶解
抑制剤中に選ばれたいずれか1種を使用する。
1〜2.0重量%の有機塩基添加剤を一層溶解させて、
フォトレジスト組成物を完成することが好ましい。有機
塩基添加剤としては、トリエチルアミン、トリイソブチ
ルアミン、トリイゾオクチルアミン、ジエタノールアミ
ンまたはトリエタノールアミンを使用すれば好適であ
る。
ォトレジスト組成物は、一般の写真食刻工程に利用でき
る。特に、露光光源としてArFエキシマレーザを用
い、0.25m以下のデザインルールで微細パターンを
形成するのに適している。
形成してある基板上に前述のフォトレジスト組成物を塗
布し、所定の膜厚のフォトレジスト膜を形成する。次い
で、フォトレジスト膜に対する露光前べークを施す。露
光前べーク段階後、露光光源としてArFエキシマレー
ザを使って所定のパターンが形成されたマスクを用いフ
ォトレジスト膜を露光させる。露光によってフォトレジ
スト膜内の光酸発生剤から酸が発生し、このように発生
された酸が触媒の働きをして下記反応式4のように感光
性重合体を加水分解し、多量のカルボキシ基が形成され
る。また、反応式5、6または7のように、溶解抑制剤
が酸によって加水分解されてヒドロキシ基が形成され
る。
膜の極性と非露光された部分のフォトレジスト膜の極性
とが顕著に隔たっていく。換言すれば、コントラストが
顕著に増大する。
フォトレジスト膜を再度熱処理する(露光後処理:Po
st−Exposure−Thermal treat
ment)。露光後の熱処理は、露光部内において酸触
媒による加水分解の反応を一層活性化させるために施す
ものである。言い換えれば、露光部内の感光性重合体の
エステル基または酸無水物をカルボキシ基に全て加水分
解させ、溶解抑制剤のアルコキシ基を加水分解してヒド
ロキシ基に転換させて、コントラストを増大させるため
に施すものである。
し、フォトレジストパターンを完成する。このとき、使
用される現像液は通常の写真工程に使用される濃度の現
像液、例えば2.38重量%のTMAHを使用する。
ターニングしようとする膜を蝕刻して、目的とするパタ
ーンを形成する。本発明に係るフォトレジストパターン
は骨格が環構造で形成され、かつ脂肪族炭化水素、特
に、脂肪族環式炭化水素側鎖を有する感光性重合体から
なるフォトレジスト膜で形成されるので、食刻時に耐性
が大である。従って、的確な臨界寸法にて良好なプロフ
ァイルのパターンを形成することができる。
に説明されるが、この実験例が本発明を制限しようとす
るものではない。
ルメタノールの製造>丸底フラスコにジエチルエーテル
に溶解させたシクロヘキシルマグネシウム臭素化物
(0.1mol)溶液150mLを仕込み、ここに5−
ノルボルネン−2−アルデヒド(0.11mol)14
gをゆっくり加えた後、反応物を還流条件下に約12時
間反応させた。
解させ、塩酸を用い中和させた後に、ジエチルエーテル
を用いて抽出を行なった。
ution)を硫酸マグネシウムを用いて乾燥させた
後、真空蒸留法により初期産物(crude prod
uct)を分離した(収率60%)。
ノルボニルメタノールの製造>丸底フラスコに、THF
に溶解させた2−ノルボニルマグネシウム臭素化物
(0.1mol)溶液200mLを仕込み、ここに5−
ノルボルネン−2−アルデヒド(0.11mol)14
gをゆっくり加えた後、反応物を45℃で約20時間反
応させた。
量のTHFを蒸発させた。反応物を過量の水に溶解させ
た後、塩酸を用いて中和を行なった。次いで、ジエチル
エーテルで抽出した後、得られた溶液を硫酸マグネシウ
ムで乾燥させた。最終に、真空蒸留法により初期産物を
分離した(収率45%)。
アダマンチルメタノールの製造>2−ノルボニルマグネ
シウム臭素化物に代えて、2−アダマンチルマグネシウ
ム臭素化物(0.1mol)溶液200mLを使用した
以外は、実験例1−2と同様にして反応生成物を分離し
た(収率40%)。
ネンカルボン酸の製造>丸底フラスコにジシクロペンタ
ジエンから蒸留を通じて得られたシクロペンタジエン
(0.1mol)6.6gを塩化メチレン100mLに
溶解させた後、t−ブチルアクリル酸(0.11mo
l)14gを0℃でゆっくり加えた後に、常温で約20
時間反応させた。
法により分離した(収率70%)。
−ノルボルネンカルボン酸の製造>丸底フラスコにジシ
クロペンタジエンから単純蒸留を通じて得られたシクロ
ペンタジエン(0.1mol)6.6gをTHF無水物
150mLに溶解させた後、2−ヒドロキシエチルアク
リル酸(0.11mol)12.8gを0℃でゆっくり
加えた後に、常温で約20時間反応させた。
法により分離した(収率65%)。
イン酸)の製造>5−ノルボルネン−2−ノルボニルメ
タノール21gと無水マレイン酸10gとをTHF無水
物120mLに溶解させた。ここにAIBN 0.65
gを加え、窒素ガスで約2時間パージした後、70℃の
温度で還流条件下に約24時間重合を行なった。
キサン(約10倍)に沈殿させた後、沈殿物をTHFに
再度溶解させてから、n−ヘキサンに再度沈殿させた。
沈殿物をガラスフィルターを用いて濾別した後に、50
℃の真空オーブン内で約24時間乾燥させ、13gの反
応生成物を分離した。
2−ノルボニルメタノールと無水マレイン酸とが重合さ
れた共重合体であって、重量平均分子量は5,570
で、多分散度は1.95であった。
ール−無水マレイン酸−t−ブチルメタアクリル酸)の
製造>5−ノルボルネン−2−ノルボニルメタノール2
1gと無水マレイン酸10g及びt−ブチルメタアクリ
ル酸14gをTHF無水物200mLに溶解させた。以
降の製造工程は、AIBNを0.98g加えた以外は、
実験例2と同様にして29.3gの反応生成物を分離し
た。
5,537で、多分散度は2.1であった。
ボニルメタノール−無水マレイン酸−t−ブチル5−ノ
ルボルネンエステル)の製造>5−ノルボルネン−2−
ノルボニルメタノール10.5g、無水マレイン酸10
g及びt−ブチル5−ノルボルネンエステル9.7gを
THF無水物120mLに溶解させた。以降の製造工程
は、AIBNを0.65g加えた以外は、実験例3−1
と同様にして13.6gの反応生成物を分離した。
5,674で、多分散度は2.2であった。
ール−無水マレイン酸−t−ブチル5−ノルボルネンエ
ステル−5−ノルボルネンカルボン酸)の製造>5−ノ
ルボルネン−2−ノルボニルメタノール8.4g、無水
マレイン酸10g、t−ブチル5−ノルボルネンエステ
ル9.7g及び5−ノルボルネンカルボン酸1.4gを
THF無水物150mLに溶解させた。以降の製造工程
は、AIBNを0.66g加えた以外は、実験例3−1
と同様にして14.7gの反応生成物を分離した。
5,780で、多分散度は2.2であった。
ボニルメタノール−無水マレイン酸−t−ブチルノルボ
ルネンエステル−ヒドロキシエチルノルボルネンエステ
ル)の製造>5−ノルボルネン−2−ノルボニルメタノ
ール6.3g、無水マレイン酸10g、t−ブチル5−
ノルボルネンエステル9.7g及び2−ヒドロキシエチ
ル−5−ノルボルネンエステル3.6gをTHF無水物
150mLに溶解させた。以降の製造工程は、実験例4
−1と同様にして13.3gの反応生成物を分離した。
5,680で、多分散度は2.1であった。
メチル)トリシクロデカンの製造>丸底フラスコに4,
8−ビス(ヒドロキシメチル)トリシクロデカン(0.
1mol)20gとトリエチルアミン(0.22mo
l)22gとを仕込み、THF 400mLで溶解させ
た。この溶液にジ−t−ブチルジ炭酸塩(0.3mo
l)65gを加えた後、約60℃の温度で反応させた。
せた後、反応物を過量の水に注ぎ、塩酸を用いて中和を
行なった。最終に、ジエチルエーテルを用いて抽出した
後、カラムクロマトグラフィーを利用して反応生成物を
分離した(収率65%)。
ニルオキシメチル)トリシクロデカンの製造>丸底フラ
スコに4,8−ビス(ヒドロキシメチル)トリシクロデ
カン(0.1mol)20gと3,4−ジヒドロ−2−
ピラン(0.3mol)25gとをTHF 350mL
に溶解させた。ここにp−トルエンスルホン酸(p−T
SA)を触媒量だけ少量加えた後、45℃で約12時間
反応させた。
して反応生成物を得た(収率55%)。
ルササポゲニンの製造>丸底フラスコにサルササポゲニ
ン(0.1mol)41.6gと3,4−ジヒドロ−2
−ピラン(0.11mol)8.6gとを仕込み、TH
F 300mLで溶解させた。この溶液にp−トルエン
スルホン酸を少量加えた後、約45℃の温度で約12時
間反応させた。
解させた。次いで、塩酸を用いて中和を行なった後、ジ
エチルエーテルを用いて抽出した。沈殿物を再結晶化し
て反応生成物を分離した(収率75%)。
ブチルマロニル)シクロヘキサンの製造>丸底フラスコ
に水素化ナトリウム(sodium hydride)
(0.12mol)を仕込み、THF 250mLで溶
解させた。ここにマロン酸ジ−t−ブチル(0.11m
ol)をゆっくり加えた後、約1時間反応させた。その
後、1,4−ジブロモシクロヘキサン(0.05mo
l)を0℃でゆっくり滴下した後、45℃で約12時間
反応させた。
発させた後、再度過量の水に溶解させた。次いで、塩酸
を用い中和を行なった後、ジエチルエーテルを用いて抽
出した。
乾燥させた後、カラムクロマトグラフィーを利用して初
期産物を分離した(収率55%)。
チルマロニル−p−キシレン)の製造>1,4−ジブロ
モシクロヘキサンに代えて、ジブロモ−p−キシレン
(0.5mol)を使用した以外は、その他の工程条件
及び製造工程は実験例5−4と同様にして施した。
乾燥させた後、カラムクロマトグラフィーを利用して初
期産物を分離した(収率55%)。
及びこれを用いた写真食刻工程> <実験例6−1:ポリ(ノルボルネン−ノルボニルメタ
ノール−無水マレイン酸−t−ブチルメタアクリル酸エ
ステル)3元重合体を用いたフォトレジスト組成物の製
造及びこれを用いた写真食刻工程>実験例3−1で製造
したノルボルネン−ノルボニルメタノール、無水マレイ
ン酸、t−ブチルLメタアクリル酸エステルモノマーが
0.3:0.4:0.3の割合で重合された3元重合体
1.0gをプロピレングリコールモノメチルエーテルア
セテート6gに溶解させた後、ここに光酸発生剤として
トリフェニルスルホニウムトリフレート(TPSOT
f)0.02gを加え、十分に攪拌した。次いで、前記
混合物を0.2μmフィルターを用いてろ過し、フォト
レジスト組成物を得た。
ングしようとする物質層の形成してあるウェーハ上に約
0.5μmの厚みでスピンコートした。フォトレジスト
組成物のコートされた前記ウェーハを約130℃の温度
で約90秒間ソフトべークし、0.30μm線幅のパタ
ーンを限定するマスクと露光光源としてArFエキシマ
レーザを用いて露光した後、約140℃の温度で約90
秒間ポストべークした。その後、2.38重量%のTM
AHにて60秒間現像を行い、フォトレジストパターン
を形成した。
に優れたフォトレジストパターンを15mJ/cm2ド
ーズの露光エネルギーで形成することができた。 <実
験例6−2:ポリ(ノルボルネンノルボニルメタノール
−無水マレイン酸−t−ブチルメタアクリル酸エステ
ル)3元重合体及び溶解抑制剤を用いたフォトレジスト
組成物の製造及びこれを用いた写真食刻工程>溶解抑制
剤として実験例5−3で合成したテトラヒドロピラニル
サルササポゲニン0.05gをさらに加え、かつソフト
べークを120℃で施した以外は、実験例6−1と同様
にして、フォトレジスト組成物を製造し,写真食刻工程
を施した。
ファイルに優れたフォトレジストパターンを20mJ/
cm2ドーズの露光エネルギーで形成できた。また、こ
れを用いてパターンプロファイルに優れた物質層パター
ンを形成できた。
ルボニルメタノール−無水マレイン酸−t−ブチル5−
ノルボルネンエステル)3元重合体を用いたフォトレジ
スト組成物の製造及びこれを用いた写真食刻工程>ノル
ボルネン−ノルボニルメタノール、無水マレイン酸、t
−ブチルメタアクリル酸モノマーが0.3:0.4:
0.3の割合で重合された3元重合体(1.0g)に代
えて、実験例3−2で合成したノルボルネン−ノルボニ
ルメタノール、無水マレイン酸、t−ブチル5−ノルボ
ルネンエステルモノマーが0.5:1.0:0.5の割
合で重合された3元重合体を使用した以外は、実験例6
−1と同様にして、フォトレジスト組成物を製造し、写
真食刻工程を施した。
ロファイルに優れたフォトレジストパターンを18mJ
/cm2ドーズの露光エネルギーで形成できた。また、
これを用いてパターンプロファイルに優れた物質層パタ
ーンを形成できた。
ルボニルメタノール−無水マレイン酸−t−ブチルノル
ボルネンエステル)3元重合体及び溶解抑制剤を用いた
フォトレジスト組成物の製造及びこれを用いた写真食刻
工程>溶解抑制剤として実験例5−1で合成したビス
(t−ブトキシカルボニルオキシメチル)トリシクロデ
カン0.1gをさらに加え、かつソフトべークを110
℃で施した以外は、実験例6−1と同様にして、フォト
レジスト組成物を製造し、写真食刻工程を施した。
ロファイルに優れたフォトレジストパターンを23mJ
/cm2ドーズの露光エネルギーで形成できた。また、
これを用いてパターンプロファイルに優れた物質層パタ
ーンを形成できた。
ボニルメタノール−無水マレイン酸−t−ブチルノルボ
ルネンエステル)3元重合体及び溶解抑制剤を用いたフ
ォトレジスト組成物の製造及びこれを用いた写真食刻工
程>溶解抑制剤として実験例5−1で合成したビス(t
−ブトキシカルボニルオキシメチル)トリシクロデカン
0.1gをさらに加え、かつソフトべークを110℃で
施した以外は、実験例6−1と同様にして、フォトレジ
スト組成物を製造し、写真食刻工程を施した。
ロファイルに優れたフォトレジストパターンを23mJ
/cm2ドーズの露光エネルギーで形成できた。また、
これを用いてパターンプロファイルに優れた物質層パタ
ーンを形成できた。
ボニルメタノール−無水マレイン酸−t−ブチルノルボ
ルネンエステル−ノルボルネンカルボン酸)4元重合体
を用いたフォトレジスト組成物の製造及びこれを用いた
写真食刻工程>感光性重合体として実験例4−1で合成
したノルボルネン−ノルボニルメタノール、無水マレイ
ン酸、t−ブチルメタアクリル酸及びノルボルネンカル
ボン酸モノマーが0.4:1.0:0.5:0.1の割
合で重合された4元重合体1.0gを使用し、110℃
でプレべークを施した以外は、実験例6−1と同様にし
て、フォトレジスト組成物を製造し、写真食刻工程を施
した。
ロファイルに優れたフォトレジストパターンを21mJ
/cm2ドーズの露光エネルギーで形成できた。また、
これを用いてパターンプロファイルに優れた物質層パタ
ーンを形成できた。
ボニルメタノール−無水マレイン酸−t−ブチルノルボ
ルネンエステル−ヒドロキシエチルノルボルネンエステ
ル)4元重合体及び溶解抑制剤を用いたフォトレジスト
組成物の製造及びこれを用いた写真食刻工程>感光性重
合体として実験例4−2で合成したノルボルネン−ノル
ボニルメタノール、無水マレイン酸、t−ブチル5−ノ
ルボルネンエステル及び2−ヒドロキシエチル−5−ノ
ルボルネンエステルモノマーが0.3:1.0:0.
5:0.2の割合で重合された4元重合体1.0gを使
用し、かつ溶解抑制剤として実験例5−1で合成したビ
ス(t−ブトキシカルボニルオキシメチル)トリシクロ
デカン0.1gをさらに加えた以外は、実験例6−6と
同様にして、フォトレジスト組成物を製造し、写真食刻
工程を施した。
ロファイルに優れたフォトレジストパターンを23mJ
/cm2ドーズの露光エネルギーで形成できた。また、
これを用いてパターンプロファイルに優れた物質層パタ
ーンを形成できた。
ルボニルメタノール−無水マレイン酸−t−ブチルノル
ボルネンエステル−ヒドロキシエチルノルボルネンエス
テル)4元重合体、溶解抑制剤及び有機塩基を用いたフ
ォトレジスト組成物の製造及びこれを用いた写真食刻工
程>有機塩基としてトリイソブチルアミン4mgをさら
に加えた以外は、実験例6−7と同様にして、フォトレ
ジスト組成物を製造し、写真食刻工程を施した。
ロファイルに優れたフォトレジストパターンを34mJ
/cm2ドーズの露光エネルギーで形成できた。また、
これを用いてパターンプロファイルに優れた物質層パタ
ーンを形成できた。
式構造のノルボルナンから構成されている。従って食刻
耐性が大である。特に、ノルボルナンに脂肪族炭化水素
基、好ましくは、脂肪族環式炭化水素基を側鎖として有
する場合、食刻耐性が一層増大する。そして、作用基と
してヒドロキシを有するので、下部の膜質への接着力に
も優れるほか、従来より多用されてきた現像液、例えば
TMAH(2.38重量%)で現像できるといった長所
がある。
ているので、食刻耐性が大きい。そして、溶解抑制剤
は、作用基であるバルキーなアルコキシ基のために、露
光前には極めて低い溶解度を示すが、露光後にはアルコ
キシ基が酸によって加水分解されヒドロキシ基を形成す
るので、溶解度が格段に増大する。
抑制剤を使ってフォトレジスト組成物を形成すれば、フ
ォトレジスト組成物の食刻耐性が大きくなり、下部の膜
質への接着力も優秀となる。しかも、従来より多用され
てきた濃度の現像液、例えばTMAH(2.38重量
%)で現像できるといった長所がある。さらには、露光
された部分のフォトレジスト膜の極性と非露光された部
分のフォトレジスト膜の極性との差が著しく、コントラ
ストが増大する。
Claims (22)
- 【請求項1】 炭素数1〜20の脂肪族炭化水素基を側
鎖として有する5−ノルボルネン−2−メタノール誘導
体モノマーと無水マレイン酸モノマーとから重合されて
なる感光性共重合体。 - 【請求項2】 前記感光性重合体は、下記化学式1で表
されることを特徴とする請求項1に記載の感光性共重合
体。 【化1】 (上式において、R1は炭素数1〜20の脂肪族炭化水
素基を表し、iは整数を表す。また、前記重合体の重量
平均分子量は3,000〜100,000である。) - 【請求項3】 前記脂肪族炭化水素基は、アダマンチ
ル、ノルボニル及びイソボルニルからなる炭素数7〜2
0の脂肪族環式炭化水素基より選ばれたいずれか1種で
あることを特徴とする請求項1に記載の感光性共重合
体。 - 【請求項4】 ノルボルネンアルキルエステルモノマ
ー、ノルボルネンカルボン酸モノマー及び(メタ)アク
リル酸誘導体モノマーからなるモノマー群から選ばれた
いずれか1種以上のモノマーと、 炭素数1〜20の脂肪族炭化水素基を側鎖として有する
5−ノルボルネン−2−メタノール誘導体モノマーと、 無水マレイン酸モノマーとから重合されてなる3元以上
の重合体であることを特徴とする感光性重合体。 - 【請求項5】 前記感光性重合体は、下記化学式2で表
されることを特徴とする請求項4に記載の感光性重合
体。 【化2】 (上式において、R1は炭素数1〜20の脂肪族炭化水
素基を表し、R2とR5はt−ブチルまたはテトラヒドロ
ピラニル基を表し、R3は水素原子、メチル、エチル、
n−ブチルまたは2−ヒドロキシエチル基を表し、R4
は水素原子またはメチル基を表し、k、l、m、n及び
pは整数を表す。また、k/(k+l+m+n+p)は
0.1〜0.5であり、l/(k+l+m+n+p)は
0.1〜0.5であり、m/(k+l+m+n+p)は
0.0〜0.5であり、n/(k+l+m+n+p)は
0.0〜0.3であり、p/(k+l+m+n+p)は
0.0〜0.4である。なおかつ前記重合体の重量平均
分子量は3,000〜100,000である。) - 【請求項6】 前記R1は炭素数7〜20の脂肪族環式
炭化水素基であることを特徴とする請求項5に記載の感
光性重合体。 - 【請求項7】 前記脂肪族環式炭化水素基は、アダマン
チル、ノルボニル及びイソボルニル基から選ばれたいず
れか1種であることを特徴とする請求項6に記載の感光
性重合体。 - 【請求項8】 酸により化学反応を起こす基を作用基と
して有するトリシクロデカン誘導体、あるいは酸により
化学反応を起こす基を作用基として有するサルササポゲ
ニン誘導体である溶解抑制剤。 - 【請求項9】 前記トリシクロデカン誘導体は、ビス
(t−ブトキシカルボニルオキシメチル)トリシクロデ
カンあるいはビス(テトラヒドロピラニルオキシメチ
ル)トリシクロデカンであることを特徴とする請求項8
に記載の溶解抑制剤。 - 【請求項10】 前記サルササポゲニン誘導体は、t−
ブトキシカルボニルサルササポゲニン、あるいはテトラ
ヒドロピラニルサルササポゲニンであることを特徴とす
る請求項8に記載の溶解抑制剤。 - 【請求項11】 ノルボルネンアルキルエステルモノマ
ー、ノルボルネンカルボン酸モノマー及び(メタ)アク
リル酸誘導体モノマーからなるモノマー群より選ばれた
1種以上のモノマー、炭素数1〜20の脂肪族炭化水素
基を側鎖として有する5−ノルボルネン−2−メタノー
ル誘導体モノマー及び無水マレイン酸モノマーから重合
されてなる3元以上の感光性重合体と、 前記感光性重合体の重量を基準とし1〜15重量%の割
合で混合された光酸発生剤とを含む化学増幅型フォトレ
ジスト組成物。 - 【請求項12】 前記脂肪族炭化水素基は、アダマンチ
ル、ノルボニル及びイソボルニルからなる脂肪族環式炭
化水素基より選ばれたいずれか1種であることを特徴と
する請求項11に記載の化学増幅型フォトレジスト組成
物。 - 【請求項13】 前記3元以上の重合体は、下記化学式
2で表されることを特徴とする請求項11に記載の化学
増幅型フォトレジスト組成物。 【化3】 (上式において、R1は炭素数1〜20の脂肪族炭化水
素基を表し、R2とR5はt−ブチルまたはテトラヒドロ
ピラニル基を表し、R3は水素原子、メチル、エチル、
n−ブチルまたは2−ヒドロキシエチル基を表し、R4
は水素原子またはメチル基を表し、また、k、l、m、
n及びpは整数を表す。また、k/(k+l+m+n+
p)は0.1〜0.5であり、l/(k+l+m+n+
p)は0.1〜0.5であり、m/(k+l+m+n+
p)は0.0〜0.5であり、n/(k+l+m+n+
p)は0.0〜0.3であり、p/(k+l+m+n+
p)は0.0〜0.4である。なおかつ前記重合体の重
量平均分子量は3,000〜100,000である。) - 【請求項14】 前記R1は、炭素数7〜20の脂肪族
環式炭化水素基であることを特徴とする請求項13に記
載の化学増幅型フォトレジスト組成物。 - 【請求項15】 前記光酸発生剤は、トリアリールスル
ホニウム塩、ジアリールヨードニウム塩またはスルホン
酸塩であることを特徴とする請求項11に記載の化学増
幅型フォトレジスト組成物。 - 【請求項16】 前記感光性重合体の重量を基準とし1
〜50重量%の溶解抑制剤をさらに含むことを特徴とす
る請求項11に記載の化学増幅型フォトレジスト組成
物。 - 【請求項17】 前記溶解抑制剤は、炭素数1〜40の
炭化水素化合物に、酸により化学反応を起こす−CH
(COOR2)2(ここで、R2は炭化水素または炭化水
素誘導体である。)を作用基として有する化合物、酸に
より化学反応を起こす基を作用基として有するトリシク
ロデカン誘導体、あるいは酸により化学反応を起こす基
を作用基として有するサルササポゲニン誘導体であるこ
とを特徴とする請求項16に記載の化学増幅型フォトレ
ジスト組成物。 - 【請求項18】 前記炭素数1〜40の炭化水素化合物
に、酸により化学反応を起こす−CH(COOR2)
2(ここで、R2は炭化水素または炭化水素誘導体であ
る。)を作用基として有する化合物は、下記化学式3で
表されることを特徴とする請求項17に記載の化学増幅
型フォトレジスト組成物。 【化4】 (上式において、jは1または2を表し、R6は炭素数
1〜40の炭化水素化合物を表し、R2はt−ブチル、
テトラヒドロピラニルまたはトリメチルシリル基を表
す。) - 【請求項19】 前記R6はシクロヘキシル、ジメチル
シクロへキシル、キシレニルまたはナフタレニルメチル
基であることを特徴とする請求項18に記載の化学増幅
型フォトレジスト組成物。 - 【請求項20】 前記トリシクロデカン誘導体はビス
(t−ブトキシカルボニルオキシメチル)トリシクロデ
カン、またはビス(テトラヒドロピラニルオキシメチ
ル)トリシクロデカンであり、前記サルササポゲニン誘
導体はt−ブトキシカルボニルサルササポゲニンまたは
テトラヒドロピラニルサルササポゲニンであることを特
徴とする請求項17に記載の化学増幅型フォトレジスト
組成物。 - 【請求項21】 前記感光性重合体の重量を基準とし
0.01〜2.0重量%の有機塩基をさらに含むことを
特徴とする請求項11に記載の化学増幅型フォトレジス
ト組成物。 - 【請求項22】 前記有機塩基は、トリエチルアミン、
トリイソブチルアミン、トリイソオクチルアミン、ジエ
タノールアミンまたはトリエタノールアミンであること
を特徴とする請求項21に記載の化学増幅型フォトレジ
スト組成物。
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