JP2017102267A - 感放射線性樹脂組成物、レジストパターン形成方法、感放射線性酸発生剤及び化合物 - Google Patents
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Landscapes
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Abstract
Description
当該感放射線性樹脂組成物は、[A]重合体及び[B]酸発生剤を含有する。当該感放射線性樹脂組成物は、好適成分として、[C]酸拡散制御剤、[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、「[D]重合体」ともいう)及び/又は[E]溶媒を含有していてもよい。さらに、当該感放射線性樹脂組成物は、本発明の効果を損なわない範囲において、その他の任意成分を含有していてもよい。当該感放射線性樹脂組成物は、上記構成を有することで、LWR性能、解像性、焦点深度、PEB温度依存性及び欠陥抑制性(以下、これらの性能をまとめて「LWR性能等」ともいう)。以下、各成分について説明する。
[A]重合体は、構造単位(I)を有する重合体である。当該感放射線性樹脂組成物によれば、放射線の照射により[B]酸発生剤等から生じる酸により露光部の[A]重合体の酸解離性基が解離して、露光部と未露光部とで現像液に対する溶解性に差異が生じ、その結果、レジストパターンを形成することができる。[A]重合体は、通常、当該感放射線性樹脂組成物におけるベース重合体となる。「ベース重合体」とは、レジストパターンを構成する重合体のうちの最も含有率が大きい重合体であって、好ましくは50質量%以上、より好ましくは60質量%以上を占める重合体をいう。
構造単位(I)は、酸解離性基を含む構造単位である。構造単位(I)としては、例えば下記式(3)で表される構造単位(以下、「構造単位(I−1)」ともいう)、アセタール構造を含む構造単位(以下、「構造単位(I−2)」ともいう)等が挙げられる。[A]重合体は、構造単位(I−1)又は構造単位(I−2)をそれぞれ1種又は2種以上有していてもよい。[A]重合体は、構造単位(I−1)及び構造単位(I−2)の両方を有していてもよい。以下、構造単位(I−1)及び構造単位(I−2)について説明する。
構造単位(I−1)は、下記式(3)で表される構造単位である。
メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピ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等が挙げられる。これらの中で、アルキル基が好ましく、炭素数1〜4のアルキル基がより好ましく、メチル基、エチル基及びi−プロピル基がさらに好ましく、エチル基が特に好ましい。
シクロペンチル基、シクロヘキシル基等の単環のシクロアルキル基;
シクロペンテニル基、シクロヘキ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等が挙げられる。これらの中で単環のシクロアルキル基及び多環のシクロアルキル基が好ましく、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボルニル基及びアダマンチル基がより好ましい。
フェニル基、トリル基、キシリル基、メシチル基、ナフチル基、メチルナフチル基、アントリル基、メチル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、アントリルメチル基等のアラルキル基等が挙げられる。
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、シクロヘキサン構造、シクロヘプタン構造、シクロオクタン構造等の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等が挙げられる。これらの中で、炭素数5〜8の単環のシクロアルカン構造及び炭素数7〜12の多環のシクロアルカン構造が好ましく、シクロペンタン構造、シクロヘキサン構造、シクロオクタン構造、ノルボルナン構造及びアダマンタン構造がより好ましく、シクロペンタン構造及びアダマンタン構造がさらに好ましい。
上記式(3−1)及び(3−3)中、iは、1〜4の整数である。
上記式(3−6)中、R8’、R9’及びR10’は、それぞれ独立して、炭素数1〜20の1価の炭化水素基である。
構造単位(I−2)は、アセタール構造を含む構造単位である。アセタール構造を含む基としては、例えば下記式(A)で表される基(以下、「基(A)」ともいう)等が挙げられる。基(A)において、−C(R11)(R12)(ORz)が酸解離性基である。
構造単位(II)は、ラクトン構造、環状カーボネート構造、スルトン構造又はこれらの組み合わせを含む構造単位である。[A]重合体は、構造単位(I)に加え、構造単位(II)をさらに有することで現像液への溶解性をより適度に調整することができ、その結果、当該感放射線性樹脂組成物のLWR性能等をより向上させることができる。また、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と基板との密着性を向上させることができる。
構造単位(III)は、フェノール性水酸基を含む構造単位である。レジストパターン形成方法における露光工程で照射する放射線として、KrFエキシマレーザー光、EUV、電子線等を用いる場合には、[A]重合体が構造単位(III)を有することで、感度をより高めることができる。
構造単位(IV)は、アルコール性水酸基を含む構造単位である。[A]重合体は、構造単位(IV)を有することで、現像液への溶解性をより適度に調製することができ、その結果、当該感放射線性樹脂組成物のLWR性能等をより向上させることができる。また、レジストパターンの基板への密着性をより高めることができる。
[A]重合体は、上記構造単位(I)〜(IV)以外にも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、例えばケトン性カルボニル基、シアノ基、カルボキシ基、ニトロ基、アミノ基又はこれらの組み合わせを含む構造単位、非解離性の1価の脂環式炭化水素基を含む(メタ)アクリル酸エステルに由来する構造単位等が挙げられる。その他の構造単位の含有割合の上限としては、[A]重合体を構成する全構造単位に対して、20モル%が好ましく、10モル%がより好ましい。
[A]重合体は、例えば各構造単位を与える単量体を、ラジカル重合開始剤等を用い、適当な溶媒中で重合することにより合成できる。
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などが挙げられる。これらの中で、AIBN及びジメチル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。これらのラジカル重合開始剤は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。
n−ペンタン、n−ヘキサン、n−ヘプタン、n−オクタン、n−ノナン、n−デカン等のアルカン;
シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、デカリン、ノルボルナン等のシクロアルカン;
ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、クメン等の芳香族炭化水素;
クロロブタン、ブロモヘキサン、ジクロロエタン、ヘキサメチレンジブロミド、クロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素;
酢酸エチル、酢酸n−ブチル、酢酸i−ブチル、プロピオン酸メチル等の飽和カルボン酸エステル;
アセトン、メチルエチルケトン、4−メチル−2−ペンタノン、2−ヘプタノン等のケトン;
テトラヒドロフラン、ジメトキシエタン類、ジエトキシエタン類等のエーテル;
メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、4−メチル−2−ペンタノール等のアルコールなどが挙げられる。これらの重合に使用される溶媒は、1種単独で又は2種以上を併用してもよい。
GPCカラム:例えば東ソー社の「G2000HXL」2本、「G3000HXL」1本及び「G4000HXL」1本
カラム温度:40℃
溶出溶媒:テトラヒドロフラン
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
[B]酸発生剤は、アニオン(I)を有する感放射線性酸発生剤である。[B]酸発生剤は、露光により酸を発生する。この発生した酸により、[A]重合体等が有する酸解離性基が解離してカルボキシ基、ヒドロキシ基等が生じ、[A]重合体の現像液への溶解性が変化するため、当該感放射線性樹脂組成物によりレジストパターンを形成することができる。当該感放射線性樹脂組成物における[B]酸発生剤の含有形態としては、低分子化合物の形態でも、カチオン部が[A]重合体等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。
アニオン(I)は、下記式(I)で表されるアニオンである。
ノルボルナン構造、ビシクロ[2.2.2]オクタン構造、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有橋のシクロアルカン構造;
ノルボルネン構造、ビシクロ[2.2.2]オクテン構造、トリシクロデセン構造、テトラシクロドデセン構造等の有橋のシクロアルケン構造
オキサノルボルナン構造、チアノルボルナン構造、アザノルボルナン構造、オキサノルボルネン構造、チアノルボルネン構造、アザノルボルネン構造等の有橋の脂肪族複素環構造などが挙げられる。これらの中で、ノルボルナン骨格を含む構造、ノルボルネン骨格を含む構造、アダマンタン骨格を含む構造及びビシクロ[2.2.2]オクタン骨格を含む構造が好ましく、ノルボルナン構造、ノルボルネン構造、アダマンタン構造、ビシクロ[2.2.2]オクタン構造、オキサノルボルナン構造、チアノルボルナン構造、アザノルボルナン構造、オキサノルボルネン構造、チアノルボルネン構造及びアザノルボルネン構造がより好ましく、ノルボルナン構造、アダマンタン構造、ビシクロ[2.2.2]オクタン構造及びオキサノルボルナン構造がさらに好ましい。
メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基等の直鎖状アルキル基;
i−プロピル基、i−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基等の分岐状アルキル基などが挙げられる。
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などが挙げられる。
化合物(1)は、例えば下記反応スキームで表され、
(A)下記式(1−a)で表される化合物とM2S2O4で表される亜ジチオン酸アルカリ金属塩とを反応させて、スルフィン酸塩を得る工程、
(B)上記スルフィン酸塩と過酸化水素とを反応させて、下記式(1−b)で表されるスルホン酸塩を得る工程、及び
(C)上記スルホン酸塩(1−b)とX+Z−で表される感放射線性カチオンの塩とを反応させて下記式(1)で表される化合物を得る工程
を備える化合物の合成方法により合成することができる。
(X)下記式(1’−a)で表される化合物とハロゲン化剤とを反応させて、ジカルボン酸ハロゲン化物を得る工程、
(Y)上記ジカルボン酸ハロゲン化物と、下記式(1’−b)で表される化合物とを反応させて、下記式(1’)で表される化合物を得る工程
を備える化合物の合成方法により合成することができる。
当該感放射線性樹脂組成物は、必要に応じて、[C]酸拡散制御体を含有してもよい。[C]酸拡散制御体は、露光により[B]酸発生剤等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する。また、感放射線性樹脂組成物の貯蔵安定性が向上すると共に、レジストとしての解像度がより向上する。さらに、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。[C]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、遊離の化合物(以下、適宜「[C]酸拡散制御剤」という)の形態でも、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。
[D]重合体は、[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である。[D]重合体は、[A]重合体よりもフッ素原子の質量含有率が大きいため、その撥油性的特徴により、レジスト膜を形成した際にその分布がレジスト膜表層に偏在化する傾向がある。その結果、当該感放射線性樹脂組成物によれば、液浸露光時における酸発生剤、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、当該感放射線性樹脂組成物によれば、この[D]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できる。さらに、当該感放射線性樹脂組成物によれば、レジスト膜と液浸媒体との後退接触角が大きくなり、水滴が残らずに高速でのスキャン露光が可能となる。当該感放射線性樹脂組成物は、このように[D]重合体を含有することにより、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。
構造単位(F−1)は、下記式(f−1)で表される構造単位である。[D]重合体は構造単位(F−1)を有することでフッ素原子の質量含有率を調整することができる。
構造単位(F−2)は、下記式(f−2)で表される構造単位である。[D]重合体は構造単位(F−2)を有することで、フッ素原子の質量含有率を調整すると共に、アルカリ現像前後において、レジスト膜表面を撥水性から親水性へ変化させることができる。
フルオロメタンジイル基、ジフルオロメタンジイル基、フルオロエタンジイル基、ジフルオロエタンジイル基、テトラフルオロエタンジイル基、ヘキサフルオロプロパンジイル基、オクタフルオロブタンジイル基等のフッ素化アルカンジイル基;
フルオロエテンジイル基、ジフルオロエテンジイル基等のフッ素化アルケンジイル基などが挙げられる。これらの中で、フッ素化アルカンジイル基が好ましく、ジフルオロメタンジイル基がより好ましい。
当該感放射線性樹脂組成物は、通常[E]溶媒を含有する。[E]溶媒は、少なくとも[A]重合体、[B]酸発生剤、必要に応じて含有される[C]酸拡散制御体等を溶解又は分散可能な溶媒であれば特に限定されない。
4−メチル−2−ペンタノール、n−ヘキサノール等の炭素数1〜18の脂肪族モノアルコール系溶媒;
シクロヘキサノール等の炭素数3〜18の脂環式モノアルコール系溶媒;
1,2−プロピレングリコール等の炭素数2〜18の多価アルコール系溶媒;
プロピレングリコールモノメチルエーテル等の炭素数3〜19の多価アルコール部分エーテル系溶媒などが挙げられる。
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、ジペンチルエーテル、ジイソアミルエーテル、ジヘキシルエーテル、ジヘプ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などが挙げられる。
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。
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などが挙げられる。
酢酸n−ブチル、乳酸エチル等のモノカルボン酸エステル系溶媒;
プロピレングリコールアセテート等の多価アルコールカルボキシレート系溶媒;
プロピレングリコールモノメ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カルボキシレート系溶媒;
シュウ酸ジエチル等の多価カルボン酸ジエステル系溶媒;
γ−ブチロラクトン、δ−バレロラクトン等のラクトン系溶媒;
ジメチルカーボネート、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などが挙げられる。
n−ペンタン、n−ヘキサン等の炭素数5〜12の脂肪族炭化水素系溶媒;
トルエン、キシレン等の炭素数6〜16の芳香族炭化水素系溶媒等が挙げられる。
当該感放射線性樹脂組成物は、上記[A]〜[E]成分以外のその他の任意成分を含有していてもよい。その他の任意成分としては、例えば[B]酸発生剤以外の酸発生剤(以下、「[b]酸発生剤」ともいう)、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。これらのその他の任意成分は、それぞれ1種単独で又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。
当該感放射線性樹脂組成物は、本発明の効果を損なわない範囲において、[b]酸発生剤を含有していてもよい。
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、信越化学工業社の「KP341」、共栄社化学社の「ポリフローNo.75」、「同No.95」、トーケムプロダクツ社の「エフトップEF301」、「同EF303」、「同EF352」、DIC社の「メガファックF171」、「同F173、住友スリーエム社の「フロラードFC430」、「同FC431」、旭硝子工業社の「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」等が挙げられる。界面活性剤の含有量の上限としては、[A]重合体100質量部に対して、2質量部が好ましく、1質量部がより好ましい。
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。
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。
当該感放射線性樹脂組成物は、例えば[A]重合体及び[B]酸発生剤並びに必要に応じて含有される[C]酸拡散制御剤、[D]重合体、[E]溶媒及びその他の任意成分を所定の割合で混合し、好ましくは、得られた混合液を、例えば孔径0.2μm程度のフィルター等でろ過することで調製することができる。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、0.1質量%が好ましく、0.5質量部がより好ましく、1質量%がさらに好ましい。上記固形分濃度の上限としては、50質量%が好ましく、30質量%がより好ましく、20質量%がさらに好ましい。
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。
本工程では、当該感放射線性樹脂組成物によりレジスト膜を形成する。上記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、アルミニウムで被覆したウェハ等が挙げられる。この基板上に当該感放射線性樹脂組成物を塗布することによりレジスト膜が形成される。当該感放射線性樹脂組成物の塗布方法としては、特に限定されないが、例えばスピンコート法等の公知の方法等が挙げられる。当該感放射線性樹脂組成物を塗布する際には、形成されるレジスト膜が所望の厚みとなるように、塗布する当該感放射線性樹脂組成物の量を調整する。なお当該感放射線性樹脂組成物を基板上に塗布した後、溶媒を揮発させるためにプレベーク(以下、「PB」ともいう)を行ってもよい。PBの温度の下限としては、30℃が好ましく、50℃がより好ましい。上記温度の上限としては、200℃が好ましく、150℃がより好ましい。PBの時間の下限としては、10秒が好ましく、30秒がより好ましい。上記時間の上限としては、600秒が好ましく、300秒がより好ましい。レジスト膜の平均厚みの下限としては、10nmが好ましく、20nmがより好ましく、50nmがさらに好ましい。上記平均厚みの上限としては、1,000nmが好ましく、200nmがより好ましく、150nmがさらに好ましい。
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を露光する。この露光は、場合によっては、水等の液浸露光液を介し、所定のパターンを有するマスクを介して放射線を照射することにより行う。
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。この現像に用いる現像液としては、例えばアルカリ水溶液(アルカリ現像液)、有機溶媒を含有する液(有機溶媒現像液)等が挙げられる。これにより、所定のレジストパターンが形成される。
当該感放射線性酸発生剤は、上記式(I)で表されるアニオンを有する。当該感放射線性酸発生剤は、上述の性質を有するので、当該感放射線性樹脂組成物の感放射線性酸発生剤成分として好適に用いることができ、この感放射線性樹脂組成物のLWR性能、解像性、焦点深度、PEB温度依存性及び欠陥抑制性を向上させることができる。
当該化合物は、上記式(1)で表される。当該化合物は、上述の当該感放射線性酸発生剤として好適に用いることができる。
重合体のMw及びMnは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により東ソー社のGPCカラム(「G2000HXL」2本、「G3000HXL」1本及び「G4000HXL」1本)を使用し、以下の条件により測定した。また、分散度(Mw/Mn)は、Mw及びMnの測定結果より算出した。
溶出溶媒:テトラヒドロフラン
流量:1.0mL/分
試料濃度:1.0質量%
試料注入量:100μL
カラム温度:40℃
検出器:示差屈折計
標準物質:単分散ポリスチレン
化合物の1H−NMR分析及び重合体の各構造単位含有割合を求めるための13C−NMR分析は、核磁気共鳴装置(日本電子社の「JNM−ECX400」)を使用し、測定溶媒として重クロロホルムを使用して測定した。
各スキームに従い、下記式(B−1)〜(B−11)で表される化合物を合成した。
シクロヘキサンジオン2.24g(20mmol)、下記化合物(b−1)12.28g(40mmol)、p−トルエンスルホン酸一水和物0.38g(2mmol)及びトルエン100mLを反応容器に入れ、110℃に加熱し8時間撹拌した。その後、室温に冷却し、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液50mLを加えて分液を行い、酢酸エチル50mLで2回抽出した。有機層を無水硫酸ナトリウムで乾燥させ、濾過し、溶媒を留去した。シリカゲルカラムクロマトグラフィーによる精製を行い、下記化合物(b−2)を得た(収量12.70g、収率92%)。
前駆体を適宜選択し、実施例1と同様の操作を行うことによって、上記化合物(B−2)を合成した。
下記化合物(b−4)6.81g(15.0mmol)及びアセトニトリル75mLを反応容器に入れ、70℃に加熱して撹拌した。ここに、炭酸水素ナトリウム7.56g(90.0mmol)、亜ジチオン酸ナトリウム10.45g(60.0mmol)、ベンジルトリメチルアンモニウムクロリド6.13g(33.0mmol)及び水50mLの溶液を加え、70℃で3時間加熱した。室温に冷却した後、飽和チオ硫酸ナトリウム水溶液100mLを加え、有機層を洗浄した。有機層に、30質量%過酸化水素水溶液10.20g(90.0mmol)及びタングステン酸ナトリウム二水和物0.69g(2.1mmol)を加え、60℃に加熱し6時間撹拌した。室温に冷却した後、飽和チオ硫酸ナトリウム水溶液100mLを加えて分液を行い、酢酸エチル50mLで2回抽出した。有機層を無水硫酸ナトリウムで乾燥させ、濾過し、溶媒を留去した。次いでトリフェニルスルホニウム塩化物8.96g(30.0mmol)、塩化メチレン75mL及び水38mLを加え、2時間撹拌した。反応終了後、塩化メチレンと水で分液を行い、有機層を無水硫酸ナトリウムで乾燥させ、濾過し、溶媒を留去した。シリカゲルカラムクロマトグラフィーによる精製を行い、下記化合物(B−3)を得た(収量9.27g、収率63%)。
下記化合物(b−5)5.89g(20mmol)、ジメチルホルムアミド0.03g(0.4mmol)及び塩化メチレン50mLを反応容器に入れ、二塩化オキサリル6.34g(50mmol)を滴下した。3時間撹拌した後、減圧下で溶媒を除去した。塩化メチレンを加え、0℃に冷却し、下記化合物(b−6)10.52g(44mmol)及びピリジン6.33g(80mmol)を加え、室温に昇温して3時間撹拌した。希塩酸を加えて反応を停止させて分液を行い、有機層を無水硫酸ナトリウムで乾燥させ、濾過し、溶媒を留去した。シリカゲルカラムクロマトグラフィーによる精製を行い、下記化合物(b−7)を得た(収量11.47g、収率75%)。
前駆体を適宜選択し、実施例4と同様の操作を行うことによって、上記式(B−5)〜(B−8)で表される化合物を合成した。
下記化合物(b−9)4.20g(20mmol)、ジメチルホルムアミド0.03g(0.4mmol)及び塩化メチレン50mLを反応容器に入れ、二塩化オキサリル6.34g(50mmol)を滴下した。3時間撹拌した後、減圧下で溶媒を除去した。塩化メチレンを加え、0℃に冷却し、下記化合物(b−10)19.22g(40mmol)、N,N−ジメチル−4−アミノピリジン0.24g(2mmol)及びトリエチルアミン4.45g(44mmol)を加え、室温に昇温して3時間撹拌した。水を加えて反応を停止させて分液を行い、有機層を無水硫酸ナトリウムで乾燥させ、濾過し、溶媒を留去した。シリカゲルカラムクロマトグラフィーによる精製を行い、下記化合物(B−9)を得た(収量18.17g、収率80%)。
前駆体を適宜選択し、実施例9と同様の操作を行うことによって、上記式(B−10)及び(B−11)で表される化合物を合成した。
[A]重合体及び[D]重合体の合成に用いた単量体を以下に示す。
[合成例1](重合体(A−1)の合成)
上記化合物(M−1)9.38g(50モル%)及び化合物(M−8)10.62g(50モル%)を2−ブタノン40gに溶解させ、さらにラジカル重合開始剤としてのアゾビスイソブチロニトリル(AIBN)0.785g(全単量体に対して5モル%)を溶解させ、単量体溶液を調製した。次に、2−ブタノン20gを入れた200mL三口フラスコを窒素雰囲気下で撹拌しながら80℃に加熱し、調製した単量体溶液を3時間かけて滴下した。滴下終了後、さらに3時間、80℃で加熱することにより重合反応を行った。重合反応終了後、重合反応液を室温に冷却し、メタノール300g中に投入して析出した固体を濾別した。濾別した固体をメタノール60mLで2回洗浄し、濾別した後、減圧下、50℃で15時間乾燥させ、重合体(A−1)を合成した(収量15.8g、収率78.9%)。重合体(A−1)のMwは6,100、Mw/Mnは1.41であった。13C−NMR分析の結果、(M−1)及び(M−8)に由来する構造単位の含有割合は、それぞれ49.8モル%及び50.2モル%であった。
下記表1に示す種類及び使用量の単量体を用いた以外は、合成例1と同様の操作を行うことによって、重合体(A−2)〜(A−7)を合成した。
上記化合物(M−15)45.24g(50モル%)、化合物(M−1)54.76g(50モル%)、ラジカル重合開始剤としてのAIBN4.58g(全単量体に対して5モル%)及びt−ドデシルメルカプタン1、14gをプロピレングリコールモノメチルエーテル100gに溶解させた後、窒素雰囲気下、反応温度を70℃に保持して、16時間重合反応を行った。重合反応終了後、重合反応液を1,000gのn−ヘキサン中に滴下して凝固精製した後、得られた固体に、プロピレングリコールモノメチルエーテル150gを加え、さらにメタノール150g、トリエチルアミン34g及び水6gを加えて、沸点にて還流させながら、8時間加水分解反応を行った。反応終了後、溶媒及びトリエチルアミンを減圧留去し、得られた固体をアセトン150gに溶解させた後、2,000gの水中に滴下して凝固させ、生成した固体をろ過し、50℃で17時間乾燥させて白色粉末状の重合体(A−8)を得た(収量63.8g、収率72.3%)。重合体(A−8)のMwは6,400、Mw/Mnは1.72であった。13C−NMR分析の結果、p−ヒドロキシスチレンに由来する構造単位及び(M−1)に由来する構造単位の含有割合は、それぞれ51.2モル%及び48.8モル%であった。
[合成例9](重合体(D−1)の合成)
上記化合物(M−16)21.5g(70モル%)及び化合物(M−17)8,5g(30モル%)を2−ブタノン20gに溶解させ、さらにラジカル重合開始剤としてのAIBN1.38g(全単量体に対して5モル%)を溶解させ、単量体溶液を調製した。次に、2−ブタノン10gを入れた100mL三口フラスコを窒素雰囲気下で撹拌しながら80℃に加熱し、調製した単量体溶液を3時間かけて滴下した。滴下終了後、さらに3時間、80℃で加熱することにより重合反応を行った。重合反応終了後、重合反応液を室温に冷却した。重合反応液を分液漏斗に移液した後、45gのn−ヘキサンで上記重合反応液を均一に希釈し、180gのメタノールを投入して混合した。次いで9gの蒸留水を投入し、さらに攪拌して30分静置した。次いで、下層を回収し、溶媒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に置換することで、重合体(D−1)を含む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を得た(収率60.0%)。重合体(D−1)のMwは7,200、Mw/Mnは2.00であった。13C−NMR分析の結果、(M−16)及び(M−17)に由来する各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に用いた[B]酸発生剤、[C]酸拡散制御剤及び[E]溶媒について以下に示す。
実施例で用いるB−1〜B−11:上記合成した化合物(B−1)〜(B−11)
比較例で用いるCB−1〜CB−3:下記式(CB−1)〜(CB−3)で表される化合物
C−1〜C−6:下記式(C−1)〜(C−6)で表される化合物
E−1:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
E−2:シクロヘキサノン
E−3:γ−ブチロラクトン
[実施例12]
[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)7.9質量部、[C]酸拡散制御剤としての(C−1)1.6質量部、[D]重合体としての(D−1)3質量部、並びに[E]溶媒としての(E−1)2,240質量部、(E−2)960質量部及び(E−3)30質量部を混合し、得られた混合溶液を孔径0.20μmのフィルターでろ過することにより、感放射線性樹脂組成物(J−1)を調製した。
下記表2に示す種類及び含有量の各成分を用いた以外は、実施例12と同様に操作して、感放射線性樹脂組成物(J−2)〜(J−23)及び(CJ−1)〜(CJ−3)を調製した。
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平均厚み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、下記表3に示す各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、平均厚み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パターンが、線幅40nmの1対1ラインアンドスペースに形成される場合の露光量を最適露光量とした。
上記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。
上記形成した各レジストパターンについて、下記方法に従って測定することにより、各感放射線性樹脂組成物のLWR性能、解像性、焦点深度、PEB温度依存性及び欠陥抑制性を評価した。なお、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「CG−4100」)を用いた。評価結果を下記表3に示す。
上記走査型電子顕微鏡を用いてレジストパターンを上部から観察した。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(nm)とした。LWR性能は、値が小さいほど、レジストパターンの線幅のバラつきが小さく良いことを示す。LWR性能は、4.9nm以下の場合は良好と、4.9nmを超える場合は不良と評価できる。
上記最適露光量において、ラインアンドスペース(1L/1S)を形成するマスクパターンのサイズを変えた場合に解像される最小のレジストパターンの寸法を測定し、この測定値を解像性(nm)とした。解像性は、値が小さいほど、より微細なパターンを形成することができ良いことを示す。解像性は、36nm以下の場合は良好と、36nmを超える場合は不良と評価できる。
上記最適露光量において解像されるレジストパターンにおいて、深さ方向にフォーカスを変化させた際の寸法を観測し、ブリッジや残渣が無いままパターン寸法が基準の90%〜110%に入る深さ方向の余裕度を測定し、この測定結果を焦点深度(nm)とした。焦点深度は、値が大きいほど、レジストパターン形成におけるプロセス安定性が高く、良いことを示す。焦点深度は、50nmを超える場合は良好と、50nm以下の場合は不良と評価できる。
上記最適露光量においてPEB温度を95℃としたときに解像される線幅Wa(nm)を測定した。この測定値Waから、PEB温度が90℃である場合に解像される線幅40nmとの差の絶対値、すなわち、│40−Wa│の値(nm)を算出し、PEB温度依存性の指標とした。PEB温度依存性は、値が小さいほど、レジストパターン形成におけるプロセス安定性が高く、良いことを示す。PEB温度依存性は、|40−Wa|≦1.05である場合は良好と、|40−Wa|>1.05である場合は不良と評価できる。
上記最適露光量において解像されるレジストパターンにおいて、欠陥数を、欠陥検査装置(KLA−Tencor社の「KLA2810」)を用いて測定した。この測定値から、単位面積当たりの欠陥数を算出し(個/cm2)、欠陥抑制性の指標とした。欠陥抑制性は、値が小さいほど、欠陥の存在密度が小さく、良好である。
[実施例35]
[A]重合体としての(A−8)100質量部、[B]酸発生剤としての(B−1)20質量部、[C]酸拡散制御剤としての(C−1)2.5質量部、並びに[E]溶媒としての(E−1)4,280質量部及び(E−2)1,830質量部を混合し、得られた混合溶液を孔径0.2μmのメンブランフィルターでろ過することにより感放射線性樹脂組成物(J−24)を調製した。
下記表4に示す種類及び含有量の各成分を用いた以外は、実施例35と同様に操作して、感放射線性樹脂組成物(J−25)〜(J−27)並びに(CJ−4)及び(CJ−5)を調製した。
8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 ACT8」)を使用して、下記表5に示す各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、平均厚み50nmのレジスト膜を形成した。次に、このレジスト膜に、簡易型の電子線描画装置(日立製作所社の「HL800D」、出力:50KeV、電流密度:5.0A/cm2)を用いて電子線を照射した。照射後、120℃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23℃で30秒間現像し、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。
上記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(3)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。
上記電子線露光により形成したレジストパターンについて、上記ArF露光の場合と同様の手法で、LWR性能、解像性、焦点深度、PEB温度依存性及び欠陥抑制性の評価を実施した。PEB温度依存性は、PEB温度が120℃及び125℃の場合におけるレジストパターンの線幅を測定し、上記ArF露光の場合と同様の数式により算出した。評価結果を下記表5に示す。なお、電子線露光の場合、LWR性能は5.2nm以下の場合は良好と、5.2nmを超える場合は不良と評価できる。
Claims (11)
- 上記R1が、有橋環状構造と、−O−、−CO−、−SO2−、−S−及び−NH−から選ばれる1つ以上の基とを含む請求項1又は請求項2に記載の感放射線性樹脂組成物。
- 上記R1における有橋環状構造が、ノルボルナン構造、ノルボルネン構造、アダマンタン構造、ビシクロ[2.2.2]オクタン構造、オキサノルボルナン構造、チアノルボルナン構造、アザノルボルナン構造、オキサノルボルネン構造、チアノルボルネン構造又はアザノルボルネン構造である請求項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。
- 上記R1が、エステル構造、アセタール構造又はこれらの組み合わせを含む請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の感放射線性樹脂組成物。
- 上記重合体が、ラクトン構造、環状カーボネート構造、スルトン構造又はこれらの組み合わせを含む第2構造単位をさらに有する請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の感放射線性樹脂組成物。
- 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から請求項8のいずれか1項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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