JP4403070B2 - 光活性化合物の混合物を含む深紫外線リソグラフィ用のフォトレジスト組成物 - Google Patents

光活性化合物の混合物を含む深紫外線リソグラフィ用のフォトレジスト組成物 Download PDF

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Description

本出願は、2002年6月13日に出願されたシリアル番号10/170,761号の一部継続出願である。この出願の明細書の内容は本明細書に掲載されたものとする。
本発明は、特にマイクロリソグラフィの分野に有用な新規のフォトレジスト組成物、とりわけ半導体デバイスの製造においてネガ型及びポジ型パターンを像形成するのに有用な新規のフォトレジスト組成物に関する。該フォトレジスト組成物は、コポリマー及び光活性成分を含み、そしてこの光活性成分は、芳香族オニウム塩とアルキルアリールオニウム塩との混合物を含む。該新規フォトレジスト組成物は、良好な感光性を供し、また像が形成されたフォトレジストプロフィルの縁の粗さを大きく低減させる。この組成物は、193ナノメータ(nm)及び157nmで露光するのに特に有用である。本発明は更に、該新規フォトレジストに像を形成する方法にも関する。
フォトレジスト組成物は、コンピュータチップ及び集積回路の製造などの微細化された電子部品の製造のためのマイクロリソグラフィプロセスに使用されている。一般的に、これらのプロセスでは、先ずフォトレジスト組成物のフィルムの薄い塗膜が、集積回路の製造に使用されるシリコンウェハなどの基材に塗布される。次いで、このコーティングされた基材はベーク処理し、フォトレジスト組成物中の溶剤を蒸発させて、塗膜を基材上に定着させる。次に、基材上にコーティングされたフォトレジストを放射線で像様露光する。
この放射線露光処理は、コーティングされた表面の露光された領域において化学的な変化を引き起こす。可視光線、紫外線(UV)、電子ビーム及びX線放射エネルギーが、現在マイクロリソグラフィプロセスに常用されている放射線種である。この像様露光の後、このコーティングされた基材を現像剤溶液で処理して、フォトレジストの放射線露光した領域もしくは未露光の領域のいずれかを溶解除去する。半導体デバイスは微細化される傾向にあり、そのため、このような微細化に伴う問題を解決するために、より一層短い波長の放射線に感度を示す新しいフォトレジストや、精巧な多層系が使用されている。
フォトレジスト組成物にはネガ型とポジ型の二つのタイプのものがある。リソグラフィ加工の特定の時点で使用されるフォトレジストの種類は、半導体デバイスのデザインによって決定される。ネガ型フォトレジスト組成物を放射線に像様露光すると、放射線に曝された領域のフォトレジスト組成物が現像剤溶液に溶け難くなり(例えば架橋反応が起こる)、他方、フォトレジスト塗膜の未露光の領域はこのような溶液に対して比較的可溶性のまま残る。それゆえ、露光されたネガ型レジストを現像剤で処理すると、フォトレジスト塗膜の未露光の領域が除去され、塗膜にネガ型の像が形成される。それによって、フォトレジスト組成物が付着していたその下の基材表面の所望の部分が裸出される。
他方、ポジ型フォトレジスト組成物を放射線に像様露光すると、放射線に曝された領域のフォトレジスト組成物が現像剤溶液に溶け易くなり(例えば、転位反応が起こる)、そして未露光の領域は、現像剤溶液に対し比較的不溶性のまま残る。それゆえ、露光されたポジ型フォトレジストを現像剤で処理すると、塗膜の露光された領域が除去され、そしてフォトレジスト塗膜にポジ型の像が形成される。この場合も同様に、下にある基材の所望の部分が裸出される。
フォトレジスト解像度とは、レジスト組成物が、露光及び現像の後に高いレベルの鋭い像縁をもってフォトマスクから基材へと転写できる最小の図形と定義される。現在、多くの最先端の製造用途では、半ミクロン未満のオーダーのフォトレジスト解像度が必要である。加えて、現像されたフォトレジスト壁の側面が、基材に対してほぼ垂直であることが殆どの場合において望まれる。レジスト塗膜の現像された領域と現像されていない領域との間のこのような明確な境界画定が、基材へのマスク像の正確なパターン転写に繋がる。微細化への傾向がデバイス上での微小寸法を小さくしているためにこのことはより一層重大な事柄となる。フォトレジストの寸法が150ナノメータ(nm)以下にまで小さくなると、フォトレジストパターンの粗さが決定的な問題となる。一般的にラインエッジラフネス(line edge roughness)として知られる縁の粗さは、典型的には、ライン・アンド・スペースパターンではフォトレジストラインに沿う粗さとして、コンタクトホールでは側壁の粗さとして観察される。縁の粗さは、フォトレジストのリソグラフィ性能に悪影響を及ぼす恐れがあり、特に、微小寸法慣用度を小さくし、並びにフォトレジストのラインエッジラフネスを基材に移してしまう。それゆえ、縁の粗さを最小化するフォトレジストが非常に望ましい。
半ミクロン以下の図形が必要な場合には、約100nm〜約300nmの間の短波長に感度を示すフォトレジストがしばしば使用される。特に好ましいものは、非芳香族系ポリマー、光酸発生剤、場合によっては溶解防止剤、及び溶剤を含むフォトレジストである。
四分の一ミクロン未満の図形を有する像をパターン形成するためには、高解像度化学増幅型深紫外線(100〜300nm)用ポジ型及びネガ型フォトレジストを利用することができる。現在まで、微細化に大きな進展をもたらした三つの主となる深紫外線(UV)露光技術がある。これらは、すなわち248nm、193nm及び157nmで放射線を放射するレーザーを使用する。深紫外線に使用されるフォトレジストは、典型的には、酸感応基(acid labile group)を有しかつ酸の存在下に脱保護化し得るポリマー、光を吸収した際に酸を発生する光活性成分、及び溶剤を含む。
248nm用のフォトレジストは、典型的には、置換されたポリヒドロキシスチレン及びそれのコポリマー、例えば米国特許第4,491,628号及び同第5,350,660号に記載のものに基づく。他方、193nm露光用のフォトレジストは、芳香族がこの波長では不透明なために、非芳香族ポリマーを必要とする。米国特許第5,843,624号及び英国特許第2,320,718号は、193nm露光用に有用なフォトレジストを開示している。一般的に、脂環式炭化水素を含むポリマーが、200nm未満の露光用のフォトレジストに使用される。脂環式炭化水素は、多くの理由からポリマー中に組み込まれるが、その主な理由は、これらが、耐エッチング性を向上させる比較的高い炭素:水素比を有し、また低波長における透明性も供し、更には比較的高いガラス転位温度を有するからである。157nmで感度を示すフォトレジストは、この波長で実質的に透明であることが知られているフッ素化ポリマーに基づく。フッ素化された基を含むポリマーから誘導されるフォトレジストは、国際公開第00/67072号及び同第00/17712号に記載されている。
フォトレジスト中に使用されるポリマーは、像形成波長に透明であるように設計されるが、他方では、光活性成分は、典型的には、感光性を最大にするために像形成波長で吸収を示すように設計される。フォトレジストの感光性は、光活性成分の吸光特性に依存し、吸光性が高ければ高いほど、酸を生成させるために必要なエネルギーが小さく、そしてフォトレジストの感光性がより高くなる。芳香族光活性化合物、例えばトリフェニルスルホニウム塩、ジフェニルヨードニウム塩は、248nmでの良好な感光性を与えることが知られているが、200nm未満の波長での吸光性が高すぎ、先細りのフォトレジストプロフィルを招くことが確認されている。アルキルスルホニウム塩に基づく透明なスルホニウム塩は、像形成波長において透明過ぎて、その結果、低い感光性を与えることが確認されている。特開平10-319581号、ヨーロッパ特許出願公開第1,085,377号、ヨーロッパ特許出願公開第1,041,442号及び米国特許第6,187,504号は、フォトレジスト組成物に使用することができる様々な構造のアルキルアリールスルホニウム塩を開示している。
本出願の発明者らは、従来技術で公知の光活性化合物が、許容できないレベルのラインエッジラフネスを引き起こすか、またはラインエッジラフネスが許容可能な程度であっても、感光性が低いことを見出した。しかし、本出願の発明者らは、アルキルアリールスルホニウムもしくはアルキルアリールヨードニウム塩とアリールスルホニウムもしくはアリールヨードニウム塩との混合物を使用した場合には、許容可能なレベルの感光性を保ちながらも、ラインエッジラフネスが大きく減少されることも見出した。ヨーロッパ特許出願公開第 1,085,377号は、アルキルアリールスルホニウム塩の混合物が、他のオニウム塩、ジアゾメタン誘導体、グリオキシム誘導体及び他の多くの光活性化合物と一緒に使用し得ることを開示している。フォトレジストに配合した場合にラインエッジラフネスを大きく減少させる光活性化合物の混合物は開示されていない。
本発明は、ポリマー、及び感光性化合物の新規混合物を含む、新規のフォトレジスト組成物に関する。この組成物は、特に100〜300nmの範囲、更に特には157nm及び193nmで像形成するのに有用である。
本発明の要約
本発明は、a)酸感応性基を含むポリマー、及びb)光活性化合物の新規混合物を含む、深紫外線で像を形成するのに有用な新規フォトレジスト組成物であって、前記混合物が、構造(1)及び(2)から選択される低吸光性化合物、及び構造(4)及び(5)から選択される高吸光性化合物を含む、前記フォトレジスト組成物に関する。
Figure 0004403070
式中、R1及びR2は、独立して、直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む)、C5-50アラルキル、またはC5-50単環式、二環式もしくは三環式アルキル基であり; R5、R6、R7、R8及びR9の各々は、独立して、水素、ヒドロキシ、直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む)、C5-50アラルキル、またはC5-50単環式、二環式もしくは三環式アルキル基であり; m=1〜5; Xはアニオンであり; そしてArは、ナフチル、アントリル及び構造(3)から選択され、
Figure 0004403070
式中、R30、R31、R32、R33及びR34の各々は、独立して、水素、ヒドロキシ、直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは場合によっては一つまたは二つ以上のO原子を含む)、直鎖状もしくは分枝状C1-20アルコキシ鎖、C5-50単環式、二環式もしくは三環式アルキル基、C5-50環状アルキルカルボニル基、C5-50アリール基、C5-50アリールカルボニルメチレン基、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、ペリル基、ピリル基、チエニル基、C5-50アラルキル基、―O―C5-50単環式、二環式もしくは三環式アルキル基、―O―C5-50アリール基、―O―C5-50アラルキル基、―O―C5-50アリールカルボニルメチレン基、または―O―C(=O)―O―R18から選択され、なお、R18は、直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む)、C5-50単環式、二環式もしくは三環式アルキル基、C5-50アリール、またはC5-50アラルキル基であり;
前記の場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖、直鎖状もしくは分枝状C1-20アルコキシ鎖、C5-50単環式、二環式もしくは三環式アルキル基、C5-50環状アルキルカルボニル基、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、ペリル基、ピリル基、チエニル基、C5-50アラルキル基、C5-50アリール基、またはC5-50アリールカルボニルメチレン基は、置換されていないか、または次の基、すなわちハロゲン、C1-10アルキル、C3-20環状アルキル、C1-10アルコキシ、C3-20環状アルコキシ、ジC1-10アルキルアミノ、二環式ジC1-10アルキルアミノ、ヒドロキシ、シアノ、ニトロ、オキソ、アリール、アラルキル、酸素、アリールオキシ、アリールチオ、及び式(II)〜(VI)の基からなる群から選択される一つもしくは二つ以上の基によって置換されており;
Figure 0004403070
式中、R10及びR11は、各々独立して、水素原子、直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む)、またはC5-50単環式、二環式もしくは三環式アルキル基を表すか、あるいはR10及びR11は、一緒になってアルキレン基を表して5員もしくは6員の環を形成することができ、
12は、直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む)、C5-50単環式、二環式もしくは三環式アルキル基、またはC5-50アラルキル基を表すか、またはR10及びR12は、一緒になってアルキレン基を表して、介在する―C―O―基と一緒に5員もしくは6員の環を形成し、なお、前記環中の炭素原子は、場合によっては、酸素原子によって置き換えられており、
13は、直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む)、またはC5-50単環式、二環式もしくは三環式アルキル基を表し、
14及びR15は、各々独立して、水素原子、直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む)、またはC5-50単環式、二環式もしくは三環式アルキル基を表し、
16は、直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む)、C5-50単環式、二環式もしくは三環式アルキル基、C5-50アリール基、またはC5-50アラルキル基を表し、そして
17は、直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む)、C5-50単環式、二環式もしくは三環式アルキル基、C5-50アリール基、C5-50アラルキル基、―Si(R16)2R17で表される基、または―O―Si(R16)2R17で表される基を表し; そして
Yは、単結合もしくは(C1-C6)アルキルである。
また本発明は、該新規フォトレジスト組成物で基材をコーティングし、b)この基材をベーク処理して溶剤を実質的に除去し、c)そのフォトレジスト塗膜を像様露光し、d)このフォトレジスト塗膜を露光後ベーク処理し、そしてe)水性アルカリ性溶液を用いてこのフォトレジスト塗膜を現像する段階を含む、フォトレジストに像を形成する方法にも関する。
更に本発明は、上記の組成物及び方法に有用な新規化合物にも関する。この化合物は、次の式で表されるものから選択される。
Figure 0004403070
式中、R1及びR2は、独立して、直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは、場合によっては、一つまたは二つ以上のO原子を含む)、C5-50アラルキル、またはC5-50単環式、二環式もしくは三環式アルキル基であり; Xはアニオンであり、そしてArは、ナフチル、アントリル、及び構造(3)から選択され、
Figure 0004403070
式中、R30、R31、R32、R33及びR34の各々は、独立して、水素、ヒドロキシ、直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む)、直鎖状もしくは分枝状C1-20アルコキシ鎖、C5-50単環式、二環式もしくは三環式アルキル基、C5-50環状アルキルカルボニル基、C5-50アリール基、C5-50アリールカルボニルメチレン基、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、ペリル基、ピリル基、チエニル基、C5-50アラルキル基、―O―C5-50単環式、二環式もしくは三環式アルキル基、―O―C5-50アリール基、―O―C5-50アラルキル基、―O―C5-50アリールカルボニルメチレン基、または―O―C(=O)―O―R18であり、なお、R18は、直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む)、 C5-50単環式、二環式もしくは三環式アルキル基、C5-50アリールまたはC5-50アラルキル基であり;
前記の場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖、直鎖状もしくは分枝状C1-20アルコキシ鎖、C5-50単環式、二環式もしくは三環式アルキル基、C5-50環状アルキルカルボニル基、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、ペリル基、ピリル基、チエニル基、C5-50アラルキル基、C5-50アリール基、もしくはC5-50アリールカルボニルメチレン基は、置換されていないか、またはハロゲン、C1-10アルキル、C3-20環状アルキル、C1-10アルコキシ、C3-20環状アルコキシ、ジC1-10アルキルアミノ、二環式ジC1-10アルキルアミノ、ヒドロキシル、シアノ、ニトロ、オキソ、アリール、アラルキル、酸素、アリールオキシ、アリールチオ、及び式(II)〜(VI)で表される基からなる群から選択される一つまたは二つ以上の基によって置換されており、
Figure 0004403070
10及びR11は、各々独立して、水素原子、直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む)、またはC5-50単環式、二環式もしくは三環式アルキル基であるか、またはR10及びR11は、一緒になって、アルキレン基を表して5員もしくは6員の環を形成することができ、
12は、直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む)、C5-50単環式、二環式もしくは三環式アルキル基、またはC5-50アラルキル基を表すか、またはR10及びR12は、一緒になってアルキレン基を表し、このアルキレン基は、介在する―C―O―基と一緒になって5員もしくは6員の環を形成し、この際、前記環中の炭素原子は場合によっては酸素原子によって置き換えられており、
13は、直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む)、C5-50単環式、二環式もしくは三環式アルキル基を表し、
14及びR15は、各々独立して、水素原子、直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む)、またはC5-50単環式、二環式もしくは三環式アルキル基を表し、
16は、直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む)、C5-50単環式、二環式もしくは三環式アルキル基、C5-50アリール基、またはC5-50アラルキル基を表し、そして
17は、直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む)、C5-50単環式、二環式もしくは三環式アルキル基、C5-50アリール基、C5-50アラルキル基、―Si(R16)2R17で表される基、または―O―Si(R16)2R17で表される基を表し; そして
Yは、単結合または(C1-C6)アルキルであり、
但し、(i)R32が水素、ヒドロキシ、メチルもしくはt−ブトキシであり、そして(a)R1及びR2がメチルであるかまたは(b)R1及びR2がシクロプロピルである場合は、XはCF3SO3 ではなく; そして(ii)R32がメチルであり、そして(a)R1及びR2がメチルであるかまたは(b)R1及びR2がシクロプロピルである場合は、XはCH3CF2SO3 ではない。
これらの化合物の例には、次のものには限定されないが、4-ヒドロキシフェニル-ジメチルスルホニウムノナフレート、4-メトキシフェニル-ジメチルスルホニウムノナフレート、3,5-ジメチル-4-ヒドロキシフェニル-ジメチルスルホニウムトリフレート、3,5-ジメチル-4-メトキシフェニル-ジメチルスルホニウムトリフレート、3,5-ジメチル-4-ヒドロキシフェニル-ジメチルスルホニウムノナフレート、3,5-ジメチル-4-メトキシフェニル-ジメチルスルホニウムノナフレート、4-メトキシフェニル-メチルヨードニウムトリフレートもしくはノナフレート、3,5-ジメチル-4-ヒドロキシフェニル-メチルヨードニウムトリフレートもしくはノナフレート、3,5-ジメチル-4-メトキシフェニル-メチルヨードニウムトリフレートもしくはノナフレート、4-t-ブチルアセトキシ-3,5-ジメチルフェニルジメチルスルホニウムノナフレート、4-t-ブチルアセトキシ-3,5-ジメチルフェニルジメチルスルホニウムビス-パーフルオロブタンスルホンアミド、4-(2-メチル-2-アダマンチルアセトキシ)-3,5-ジメチルフェニルジメチルスルホニウムノナフレート、4-(2-メチル-2-アダマンチルアセトキシ)-3,5-ジメチルフェニルジメチルスルホニウムビス-パーフルオロブタンスルホンアミド、4-ヒドロキシ-3,5-ジメチルフェニルジメチルスルホニウムビス-パーフルオロメタンスルホンアミド、4-ヒドロキシ-3,5-ジメチルフェニルジメチルスルホニウムビス-パーフルオロエタンスルホンアミド、4-ヒドロキシ-3,5-ジメチルフェニルジメチルスルホニウムビス-パーフルオロブタンスルホンアミド、4-ヒドロキシ-3,5-ジメチルフェニルジメチルスルホニウムトリス-パーフルオロメタンスルホンメチド、及びこれらの類似物などが挙げられる。
芳香族スルホニウム塩、例えばトリフェニルスルホニウム塩、トリフェニルスルホニウム塩の誘導体、ジフェニルヨードニウム塩、及びジフェニルヨードニウム塩の誘導体(構造(4)もしくは(5)の化合物)は、高吸光性成分を与え、他方、構造(1)もしくは(2)の化合物は、低吸光性成分を与える。高吸光性光活性成分と低吸光性光活性成分とを組み合わせることによって、フォトレジストパターンのエッジラフネスを、許容可能な感光性を維持しながら大きく減少できることが予期せず見出された。更には、高吸光性成分と低吸光性成分との比率が約1:10〜約10:1、好ましくは約1:5〜約5:1、更に好ましくは約1:2〜約2:1、より好ましくは約1:1である場合に、最適なリソグラフィー性能が得られることも見出された。20%を超えるラインエッジラフネスの改善が許容可能であり、35%を超える改善が好ましく、50%を超える改善がより好ましく、そして75%を超える改善が最も好ましい。本発明の成分を用いることによって良好な感光性を維持しながらラインエッジラフネスの許容可能なレベルが得られる。
本発明の説明
本発明は、水性アルカリ性溶液で現像することができ、かつ200nm未満の露光波長で像形成することが可能な新規のフォトレジストに関する。また、本発明は、該新規フォトレジストに像を形成する方法にも関する。該新規フォトレジストは、a)酸感応性基を含むポリマー、及びb)光活性化合物の新規混合物を含み、この際、前記混合物は、芳香族スルホニウム塩(構造4)及び芳香族ヨードニウム塩(構造(5))から選択される高吸光性化合物、及び構造(1)及び(2)から選択される低吸光性化合物を含む。
Figure 0004403070
式中、R1及びR2は、独立して、直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む)、C5-50アラルキル、またはC5-50単環式、二環式もしくは三環式アルキル基であり; R5、R6、R7、R8及びR9の各々は、独立して、水素、ヒドロキシ、直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む)、C5-50アラルキル、またはC5-50単環式、二環式もしくは三環式アルキル基であり; m=1〜5; Xはアニオンであり; そしてArは、ナフチル、アントリル及び構造(3)から選択され、
Figure 0004403070
式中、R30、R31、R32、R33及びR34の各々は、独立して、水素、ヒドロキシ、直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは場合によっては一つまたは二つ以上のO原子を含む)、直鎖状もしくは分枝状C1-20アルコキシ鎖、C5-50単環式、二環式もしくは三環式アルキル基、C5-50環状アルキルカルボニル基、C5-50アリール基、C5-50アリールカルボニルメチレン基、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、ペリル基、ピリル基、チエニル基、C5-50アラルキル基、―O―C5-50単環式、二環式もしくは三環式アルキル基、―O―C5-50アリール基、―O―C5-50アラルキル基、―O―C5-50アリールカルボニルメチレン基、または―O―C(=O)―O―R18から選択され、なお、R18は、直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む)、C5-50単環式、二環式もしくは三環式アルキル基、C5-50アリール、またはC5-50アラルキル基であり;
前記の場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖、直鎖状もしくは分枝状C1-20アルコキシ鎖、C5-50単環式、二環式もしくは三環式アルキル基、C5-50環状アルキルカルボニル基、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、ペリル基、ピリル基、チエニル基、C5-50アラルキル基、C5-50アリール基、またはC5-50アリールカルボニルメチレン基は、置換されていないか、または次の基、すなわちハロゲン、C1-10アルキル、C3-20環状アルキル、C1-10アルコキシ、C3-20環状アルコキシ、ジC1-10アルキルアミノ、二環式ジC1-10アルキルアミノ、ヒドロキシ、シアノ、ニトロ、オキソ、アリール、アラルキル、酸素、アリールオキシ、アリールチオ、及び式(II)〜(VI)の基からなる群から選択される一つもしくは二つ以上の基によって置換されており;
Figure 0004403070
式中、R10及びR11は、各々独立して、水素原子、直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む)、またはC5-50単環式、二環式もしくは三環式アルキル基を表すか、あるいはR10及びR11は、一緒になってアルキレン基を表して5員もしくは6員の環を形成することができ、
12は、直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む)、C5-50単環式、二環式もしくは三環式アルキル基、またはC5-50アラルキル基を表すか、またはR10及びR12は、一緒になってアルキレン基を表して、介在する―C―O―基と一緒に5員もしくは6員の環を形成し、なお、前記環中の炭素原子は、場合によっては、酸素原子によって置き換えられており、
13は、直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む)、またはC5-50単環式、二環式もしくは三環式アルキル基を表し、
14及びR15は、各々独立して、水素原子、直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む)、またはC5-50単環式、二環式もしくは三環式アルキル基を表し、
16は、直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む)、C5-50単環式、二環式もしくは三環式アルキル基、C5-50アリール基、またはC5-50アラルキル基を表し、そして
17は、直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む)、C5-50単環式、二環式もしくは三環式アルキル基、C5-50アリール基、C5-50アラルキル基、―Si(R16)2R17で表される基、または―O―Si(R16)2R17で表される基を表し; そして
Yは、単結合もしくは(C1-C6)アルキルである。
更に本発明は、a)該新規フォトレジスト組成物で基材をコーティングし、b)この基材をベーク処理して溶剤を実質的に除去し、c)そのフォトレジスト塗膜を像様露光し、d)このフォトレジスト塗膜を露光後ベーク処理し、そしてe)このフォトレジスト塗膜を水性アルカリ性溶液で現像する段階を含む、フォトレジストに像を形成する方法にも関する。この際、前記水性アルカリ性溶液は、更に界面活性剤を含んでいてもよい。
更に本発明は、上記組成物及び方法に有用な新規化合物にも関する。この化合物は、以下のものから選択される。
Figure 0004403070
式中、R1及びR2は、独立して、直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは、場合によっては、一つまたは二つ以上のO原子を含む)、C5-50アラルキル、またはC5-50単環式、二環式もしくは三環式アルキル基であり; Xはアニオンであり、そしてArは、ナフチル、アントリル、及び構造(3)から選択され、
Figure 0004403070
式中、R30、R31、R32、R33及びR34の各々は、独立して、水素、ヒドロキシ、直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む)、直鎖状もしくは分枝状C1-20アルコキシ鎖、C5-50単環式、二環式もしくは三環式アルキル基、C5-50環状アルキルカルボニル基、C5-50アリール基、C5-50アリールカルボニルメチレン基、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、ペリル基、ピリル基、チエニル基、C5-50アラルキル基、―O―C5-50単環式、二環式もしくは三環式アルキル基、―O―C5-50アリール基、―O―C5-50アラルキル基、―O―C5-50アリールカルボニルメチレン基、または―O―C(=O)―O―R18であり、なお、R18は、直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む)、 C5-50単環式、二環式もしくは三環式アルキル基、C5-50アリールまたはC5-50アラルキル基であり;
前記の場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖、直鎖状もしくは分枝状C1-20アルコキシ鎖、C5-50単環式、二環式もしくは三環式アルキル基、C5-50環状アルキルカルボニル基、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、ペリル基、ピリル基、チエニル基、C5-50アラルキル基、C5-50アリール基、もしくはC5-50アリールカルボニルメチレン基は、置換されていないか、またはハロゲン、C1-10アルキル、C3-20環状アルキル、C1-10アルコキシ、C3-20環状アルコキシ、ジC1-10アルキルアミノ、二環式ジC1-10アルキルアミノ、ヒドロキシル、シアノ、ニトロ、オキソ、アリール、アラルキル、酸素、アリールオキシ、アリールチオ、及び式(II)〜(VI)で表される基からなる群から選択される一つまたは二つ以上の基によって置換されており;
Figure 0004403070
10及びR11は、各々独立して、水素原子、直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む)、またはC5-50単環式、二環式もしくは三環式アルキル基であるか、またはR10及びR11は、一緒になって、アルキレン基を表して5員もしくは6員の環を形成することができ、
12は、直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む)、C5-50単環式、二環式もしくは三環式アルキル基、またはC5-50アラルキル基を表すか、またはR10及びR12は、一緒になってアルキレン基を表し、このアルキレン基は、介在する―C―O―基と一緒になって5員もしくは6員の環を形成し、この際、前記環中の炭素原子は場合によっては酸素原子によって置き換えられており、
13は、直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む)、またはC5-50単環式、二環式もしくは三環式アルキル基を表し、
14及びR15は、各々独立して、水素原子、直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む)、またはC5-50単環式、二環式もしくは三環式アルキル基を表し、
16は、直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む)、C5-50単環式、二環式もしくは三環式アルキル基、C5-50アリール基、またはC5-50アラルキル基を表し、そして
17は、直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む)、C5-50単環式、二環式もしくは三環式アルキル基、C5-50アリール基、C5-50アラルキル基、―Si(R16)2R17で表される基、または―O―Si(R16)2R17で表される基を表し; そして
Yは、単結合または(C1-C6)アルキルであり、
但し、(i)R32が水素、ヒドロキシ、メチルもしくはt−ブトキシであり、そして(a)R1及びR2がメチルであるかまたは(b)R1及びR2がシクロプロピルである場合は、XはCF3SO3 ではなく; そして(ii)R32がメチルであり、そして(a)R1及びR2がメチルであるかまたは(b)R1及びR2がシクロプロピルである場合は、XはCH3CF2SO3 ではない。
これらの化合物の例には、次のものに限定されないが、4-ヒドロキシフェニル-ジメチルスルホニウムノナフレート、4-メトキシフェニル-ジメチルスルホニウムノナフレート、3,5-ジメチル-4-ヒドロキシフェニル-ジメチルスルホニウムトリフレート、3,5-ジメチル-4-メトキシフェニル-ジメチルスルホニウムトリフレート、3,5-ジメチル-4-ヒドロキシフェニル-ジメチルスルホニウムノナフレート、3,5-ジメチル-4-メトキシフェニル-ジメチルスルホニウムノナフレート、4-メトキシフェニル-メチルヨードニウムトリフレートもしくはノナフレート、3,5-ジメチル-4-ヒドロキシフェニル-メチルヨードニウムトリフレートもしくはノナフレート、4-ヒドロキシフェニル-メチルヨードニウムトリフレートもしくはノナフレート、3,5-ジメチル-4-メトキシフェニル-メチルヨードニウムトリフレートもしくはノナフレート、4-t-ブチルアセトキシ-3,5-ジメチルフェニルジメチルスルホニウムノナフレート、4-t-ブチルアセトキシ-3,5-ジメチルフェニルジメチルスルホニウムビス-パーフルオロブタンスルホンアミド、4-(2-メチル-2-アダマンチルアセトキシ)-3,5-ジメチルフェニルジメチルスルホニウムノナフレート、4-(2-メチル-2-アダマンチルアセトキシ)-3,5-ジメチルフェニルジメチルスルホニウムビス-パーフルオロブタンスルホンアミド、4-ヒドロキシ-3,5-ジメチルフェニルジメチルスルホニウムビス-パーフルオロメタンスルホンアミド、4-ヒドロキシ-3,5-ジメチルフェニルジメチルスルホニウムビス-パーフルオロエタンスルホンアミド、4-ヒドロキシ-3,5-ジメチルフェニルジメチルスルホニウムビス-パーフルオロブタンスルホンアミド、4-ヒドロキシ-3,5-ジメチルフェニルジメチルスルホニウムトリス-パーフルオロメタンスルホンメチド、及びこれらの類似物などが挙げられる。他のスルホニウム光酸発生剤の例は、米国特許第6,420,085号明細書に記載されている。
芳香族スルホニウム塩、例えばトリフェニルスルホニウム塩、トリフェニルスルホニウム塩の誘導体、ジフェニルヨードニウム塩、及びジフェニルヨードニウム塩の誘導体(構造(4)もしくは(5)の化合物)は、高吸光性成分を与え、他方、構造(1)もしくは(2)の化合物は、低吸光性成分を与える。高吸光性光活性成分と低吸光性光活性成分とを組み合わせることによって、フォトレジストパターンのエッジラフネスを、許容可能な感光性を維持しながら大きく減少できることが予期せず見出された。更には、高吸光性成分と低吸光性成分との比率が約1:10〜約10:1、好ましくは約1:5〜約5:1、更に好ましくは約1:2〜約2:1、より好ましくは約1:1である場合に、最適なリソグラフィー性能が得られることも見出された。20%を超えるラインエッジラフネスの改善が許容可能であり、35%を超える改善が好ましく、50%を超える改善がより好ましく、そして75%を超える改善が最も好ましい。本発明の成分を用いることによって良好な感光性を維持しながらラインエッジラフネスの許容可能なレベルが得られる。
高吸光性光活性成分は、構造(4)及び(5)で表される芳香族ヨードニウム塩及びスルホニウム塩である。
Figure 0004403070
式中、R5、R6、R7、R8及びR9の各々は、独立して、水素、ヒドロキシ、(C1-C6)アルキル、及び一つもしくは二つ以上のO原子を含む(C1-C6)脂肪族炭化水素であり、mは1〜5、そしてXはアニオンである。例としては、ジフェニルヨードニウム塩、トリフェニルスルホニウム塩及びこれらの類似物などが挙げられる。Xの例は、トリフルオロメタンスルホネート(トリフレート)、1,1,1,2,3,3-ヘキサフルオロプロパンスルホネート、パーフルオロブタンブタンスルホネート(ノナフレート)、カンフルスルホネート、パーフルオロオクタンスルホネート、ベンゼンスルホネート、ペンタフルオロベンゼンスルホネート、及びトルエンスルホネートである。Xの更に別の例には、CHF2SO3 、CH3SO3 、CCl3SO3 、C2F5SO3 、C2HF4SO3 、(RfSO2)3C及び(RfSO2)2Nが挙げられ、但し式中、各々のRは、独立して、高フッ素化もしくは過フッ素化されたアルキルもしくはフッ素化されたアリール基からなる群から選択され、そしていずれかの二つのR基の組み合わせが結合して結合橋を形成する場合には環状であることができ、更に、前記Rアルキル鎖は1〜20個の炭素原子を含みそして直鎖状、分枝状もしくは環状であることができ、それによって二価の酸素、三価の窒素もしくは六価の硫黄がその骨格鎖中に割り込むことができ、更にRが環状構造を含む場合は、その構造は5もしくは6個の環員を有し、場合によってはその環員の一つもしくは二つは異種原子である。これの例には、(C2F5SO2)2N、(C4F9SO2)2N、(C8F17SO2)3C、(CF3SO2)3C、(CF3SO2)2N、(CF3SO2)(C4F9SO2)N、(C2F5SO2)3C、(C4F9SO2)3C、(CF3SO2)2(C2F5SO2)C、(C4F9SO2)(C2F5SO2)2C、(CF3SO2)(C4F9SO2)N、[(CF3)2NC2F4SO2]2N、(CF3)2NC2F4SO2C (SO2CF3)2、(3,5-bis(CF3)C6H3)SO2NSO2CF3、C6F5SO2C (SO2CF3)2、C6F5SO2NSO2CF3
Figure 0004403070
などが挙げられる。
スルホニウム塩の例を幾つか挙げると、次のものには限定されないが、トリフェニルスルホニウム塩、トリアルキルフェニルスルホニウム塩、(p-tert-ブトキシフェニル)トリフェニルスルホニウム塩、bis(p-tert-ブトキシフェニル)フェニルスルホニウム塩、及びトリス(p-tert-ブトキシフェニル)スルホニウム塩が挙げられる。ヨードニウム塩の例を幾つか挙げると、次のものには限定されないが、ジフェニルヨードニウム塩、ジ(アルキルフェニル)ヨードニウム塩及びこれらの類似物などが挙げられる。対イオンXは、良好なリソグラフィー性を与えるものであれば任意のイオンであることができ、それの例は、フルオロアルキルスルホネート、例えば1,1,1-トリフルオロメタンスルホネート(トリフレートとも称する)及びノナフルオロブタンスルホネート(ノナフレートとも称する)、アリールスルホネート、例えばトシレート、ベンゼンスルホネート、4-フルオロベンゼンスルホネート、及びアルキルスルホネート、例えばメシレート及びブタンスルホネートである。好ましい塩は、ジフェニルヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムノナフルオロブタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、及びトリフェニルスルホニウムノナフルオロブタンスルホネートである。対イオンXについての情報は、例えば、W.M. Lamannaら, Advances in Resist Technology and Processing XIX, SPIE, Vol. 4690, pp817-828 (2002)及び米国特許第5,554,664号明細書に記載されている。
低吸光性光活性成分は、構造(1)もしくは(2)で表される化合物である。
Figure 0004403070
式中、R1及びR2は、独立して、直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは、場合によっては、一つまたは二つ以上のO原子を含む)、C5-50アラルキル、またはC5-50単環式、二環式もしくは三環式アルキル基であり; Xはアニオンであり、そしてArは、ナフチル、アントリル、及び構造(3)から選択され、
Figure 0004403070
式中、R30、R31、R32、R33及びR34の各々は、独立して、水素、ヒドロキシ、直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む)、直鎖状もしくは分枝状C1-20アルコキシ鎖、C5-50単環式、二環式もしくは三環式アルキル基、C5-50環状アルキルカルボニル基、C5-50アリール基、C5-50アリールカルボニルメチレン基、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、ペリル基、ピリル基、チエニル基、C5-50アラルキル基、―O―C5-50単環式、二環式もしくは三環式アルキル基、―O―C5-50アリール基、―O―C5-50アラルキル基、―O―C5-50アリールカルボニルメチレン基、または―O―C(=O)―O―R18から選択され、なお、R18は、直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む)、 C5-50単環式、二環式もしくは三環式アルキル基、C5-50アリールまたはC5-50アラルキル基であり;
前記の場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖、直鎖状もしくは分枝状C1-20アルコキシ鎖、C5-50単環式、二環式もしくは三環式アルキル基、C5-50環状アルキルカルボニル基、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、ペリル基、ピリル基、チエニル基、C5-50アラルキル基、C5-50アリール基、もしくはC5-50アリールカルボニルメチレン基は、置換されていないか、またはハロゲン、C1-10アルキル、C3-20環状アルキル、C1-10アルコキシ、C3-20環状アルコキシ、ジC1-10アルキルアミノ、二環式ジC1-10アルキルアミノ、ヒドロキシル、シアノ、ニトロ、オキソ、アリール、アラルキル、酸素、アリールオキシ、アリールチオ、及び式(II)〜(VI)で表される基からなる群から選択される一つまたは二つ以上の基によって置換されており;
Figure 0004403070
10及びR11は、各々独立して、水素原子、直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む)、またはC5-50単環式、二環式もしくは三環式アルキル基であるか、またはR10及びR11は、一緒になって、アルキレン基を表して5員もしくは6員の環を形成することができ、
12は、直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む)、C5-50単環式、二環式もしくは三環式アルキル基、またはC5-50アラルキル基を表すか、またはR10及びR12は、一緒になってアルキレン基を表し、このアルキレン基は、介在する―C―O―基と一緒になって5員もしくは6員の環を形成し、この際、前記環中の炭素原子は場合によっては酸素原子によって置き換えられており、
13は、直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む)、C5-50単環式、二環式もしくは三環式アルキル基を表し、
14及びR15は、各々独立して、水素原子、直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む)、またはC5-50単環式、二環式もしくは三環式アルキル基を表し、
16は、直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む)、C5-50単環式、二環式もしくは三環式アルキル基、C5-50アリール基、またはC5-50アラルキル基を表し、そして
17は、直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む)、C5-50単環式、二環式もしくは三環式アルキル基、C5-50アリール基、C5-50アラルキル基、―Si(R16)2R17で表される基、または―O―Si(R16)2R17で表される基を表し; そして
Yは、単結合または(C1-C6)アルキルである。
前記の場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含むC1-20直鎖状もしくは分枝状アルキル鎖は、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、イソプロピル、t−ブチル、ヘキシル、及びこれらの類似の基などの基であることができる。一つもしくは二つ以上のO原子を含む場合は、この場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含むC1-20直鎖状もしくは分枝状アルキル鎖は、エーテル、ケト、カルボキシルもしくは他のOに基づく結合などの結合を有する任意のアルキル基であることができる。前記C5-50単環式、二環式もしくは三環式アルキル基は、50個までの炭素原子を有し、これの例は、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロオクチル、ノルボルニル、イソノルボルニル及びアダマンチルである。芳香族基Arは、スルホニウムイオンに直接結合していてもよいし、または6個までの炭素原子を有する連結アルキレン基を有することができる。この芳香族基はフェニル、ナフチルもしくはアントリル及びこれらの誘導体であることができる。フェニル基は構造(3)を有し、これの例は、4-メトキシフェニル、4-ヒドロキシフェニル、3,5-ジメチル-4-ヒドロキシフェニル及び3,5-ジメチル-4-メトキシフェニルである。前記ナフチル及びアントリル官能基の誘導体を例示する他の基は、次のものに限定されないが、アルキルナフチル、ジアルキルナフチル、アルキルアントリル、ジアルキルアントリル、アルコキシナフチル、アルコキシアントリル、ジアルコキシナフチル、ジアルコキシアントリルであり、これの例は、メチルナフチル、エチルナフチル、メチルアントリル、エチルアントリル、メトキシナフチル、エトキシナフチル、メトキシナフチル、エトキシアントリルなどである。
一部の例では、Yは単結合であり、この際、芳香族基はスルホニウムイオンに直接結合し、そしてこの芳香族基はフェニルもしくは置換されたフェニル、好ましくはメトキシジメチルフェニルジメチルスルホニウム塩、メトキシフェニルジメチルスルホニウム塩、ヒドロキシジメチルフェニルジメチルスルホニウム塩及びヒドロキシフェニルジメチルスルホニウム塩である。
他の例では、この場合もYは単結合であり、芳香族基は置換されたフェニルであり、R30、R31、R33及びR34の各々は、独立して、水素、または直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む)から選択され、R1及びR2の各々は、独立して、直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む)、またはC5-50単環式、二環式もしくは三環式アルキル基であり、そしてR32は、ヒドロキシ、―O―C1-20直鎖状もしくは分枝状アルキル鎖(これは場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む)、―O― C5-50アリール基、または―O―C(=O)―O―R18であり、R18は、直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む)、またはC5-50単環式、二環式もしくは三環式アルキル基であり、この際、前記の場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖またはC5-50単環式、二環式もしくは三環式アルキル基は、置換されていないかまたは上述のように置換されており、より好ましくはハロゲン、C1-10アルキル、C3-20環状アルキル、C1-10アルコキシ、C3-20環状アルコキシ、ジC1-10アルキルアミノ、二環式ジC1-10アルキルアミノ、ヒドロキシ、シアノ、ニトロ、またはアリールからなる群から選択される一つもしくは二つ以上の基によって置換されている。
特定の選択肢として、R1及びR2が上述の通りであり、そしてR32がヒドロキシ、―O―C1-20直鎖状もしくは分枝状アルキル鎖(これは場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む)、または―O―C(=O)―O―R18であり、但し、R18が、直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む)またはC5-50単環式、二環式もしくは三環式アルキル基であり、この際、前記C5-50単環式、二環式もしくは三環式アルキル基が、置換されていないか、またはハロゲン、C1-10アルキル、C3-20環状アルキル、C1-10アルコキシ、C3-20環状アルコキシ、ジC1-10アルキルアミノ、二環式ジC1-10アルキルアミノ、ヒドロキシ、シアノ、ニトロ、またはアリールからなる群から選択される一つもしくは二つ以上の基によって置換されている場合には、R30、R31、R33及びR34の各々の例は、次のものには限定されないが、以下のように選択することができる:
R30、R31、R33、及びR34の各々が水素であるか;
R30、R31、及びR33の各々が水素であり、そしてR34が直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む)であるか;
R30、R31、及びR34の各々が水素であり、そしてR33が直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む)であるか;
R30、R33、及びR34の各々が水素であり、そしてR31が直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む)であるか;
R31、R33、及びR34の各々が水素であり、そしてR30が直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む)であるか;
R30及びR31の各々が水素であり、そしてR33及びR34の各々が直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む)であるか;
R30及びR33の各々が水素であり、そしてR31及びR34の各々が直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む)であるか;
R30及びR34の各々が水素であり、そしてR31及びR33の各々が直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む)であるか;
R31及びR33の各々が水素であり、そしてR30及びR34の各々が直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む)であるか;
R31及びR34の各々が水素であり、そしてR30及びR33の各々が直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む)であるか;
R33及びR34の各々が水素であり、そしてR30及びR31の各々が直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む)であるか;
R30が水素であり、そしてR31、R33及びR34の各々が直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む)であるか;
R31が水素であり、そしてR30、R33及びR34の各々が直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む)であるか;
R33が水素であり、そしてR30、R31及びR34の各々が直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む)であるか;
R34が水素であり、そしてR30、R31及びR33の各々が直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む)であるか; または
R30、R31、R33及びR34の各々が、直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖(これは場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む)であり、
この際、前記の場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む直鎖状もしくは分枝状C1-20アルキル鎖は置換されていないかまたは置換されている。
低吸光性光活性化合物の例としては、次のものに限定されないが、4-ヒドロキシフェニル-ジメチルスルホニウムトリフレートもしくはノナフレート、4-メトキシフェニル-ジメチルスルホニウムトリフレート、3,5-ジメチル-4-ヒドロキシフェニル-ジメチルスルホニウムトリフレート、3,5-ジメチル-4-メトキシフェニル-ジメチルスルホニウムトリフレート、3,5-ジメチル-4-ヒドロキシフェニル-ジメチルスルホニウムノナフレート、3,5-ジメチル-4-メトキシフェニル-ジメチルスルホニウムノナフレート、4-メトキシフェニル-メチルヨードニウムトリフレートもしくはノナフレート、4-ヒドロキシフェニル-メチルヨードニウムトリフレートもしくはノナフレート、3,5-ジメチル-4-ヒドロキシフェニル-メチルヨードニウムトリフレートもしくはノナフレート、3,5-ジメチル-4-メトキシフェニル-メチルヨードニウムトリフレートもしくはノナフレート、4-t-ブチルアセトキシ-3,5-ジメチルフェニルジメチルスルホニウムノナフレート、4-t-ブチルアセトキシ-3,5-ジメチルフェニルジメチルスルホニウムビス-パーフルオロブタンスルホンアミド、4-(2-メチル-2-アダマンチルアセトキシ)-3,5-ジメチルフェニルジメチルスルホニウムノナフレート、4-(2-メチル-2-アダマンチルアセトキシ)-3,5-ジメチルフェニルジメチルスルホニウムビス-パーフルオロブタンスルホンアミド、4-ヒドロキシ-3,5-ジメチルフェニルジメチルスルホニウムビス-パーフルオロメタンスルホンアミド、4-ヒドロキシ-3,5-ジメチルフェニルジメチルスルホニウムビス-パーフルオロエタンスルホンアミド、4-ヒドロキシ-3,5-ジメチルフェニルジメチルスルホニウムビス-パーフルオロブタンスルホンアミド、及び4-ヒドロキシ-3,5-ジメチルフェニルジメチルスルホニウムトリス-パーフルオロメタンスルホンメチドが挙げられる。
光活性化合物混合物の好ましいものの一つは、トリフェニルスルホニウムトリフレートもしくはノナフレートと、3,5-ジメチル,4-メトキシフェニルスルホニウムトリフレートもしくはノナフレートとの混合物である。
本発明のポリマーは、水性アルカリ性溶液中にポリマーを不溶性にする酸感応性基を有するものであるが、このポリマーは、酸の存在下に、触媒作用によって解保護され、水性アルカリ性溶液中に可溶性になる。このポリマーは、好ましくは、200nm未満の波長に透明であり、そして本質的に非芳香族系であり、そして好ましくはアクリレート及び/またはシクロオレフィンポリマーである。このようなポリマーは、限定されないが、例えば米国特許第5,843,624号、米国特許第5,879,857号、国際公開第97/33,198号、欧州特許出願公開第789,278号、及び英国特許出願公開第2,332,679号に記載のものである。200nm未満で照射するのに好ましい非芳香族系ポリマーは、置換されたアクリレート、シクロオレフィン、置換されたポリエチレン、及びこれらの類似物などである。ポリヒドロキシスチレンに基づく芳香族ポリマー及びそれのコポリマーも使用することができ、これは特に248nmで露光する際に使用される。好ましいコモノマーはメタクリレートである。
アクリレートに基づくポリマーは、一般的に、脂肪環式側鎖基を含む単位を少なくとも一つ、及びポリマー主鎖及び/または前記脂肪環式基から懸垂している酸感応基を有するポリ(メタ)アクリレートに基づく。脂肪環式側鎖基の例は、アダマンチル、トリシクロデシル、イソボルニル、メンチル及びこれらの誘導体であることができる。他の側鎖基もポリマーに組み入れることができ、このような他の基としては、メバロノラクトン、ガンマブチロラクトン、アルキルオキシアルキル、及びこれらの類似物などが挙げられる。前記脂肪環式基としてより好ましい構造は、次のものである:
Figure 0004403070
ポリマーに組み入れられるモノマーの種類及びそれらの比率は、最良のリソグラフィ性能を与えるように最適化される。このようなポリマーは、R.R. Dammel et al., Advances in Resist Technology and Processing, SPIE, Vol. 3333, p144, (1998)に記載されている。これらのポリマーの例には、ポリ(2−メチル−2−アダマンタンメタクリレート−co−メバロノラクトンメタクリレート)、ポリ(カルボキシ−テトラシクロドデシルメタクリレート−co−テトラヒドロピラニルカルボキシテトラシクロドデシルメタクリレート)、ポリ(トリシクロデシルアクリレート−co−テトラヒドロピラニルメタクリレート−co−メタクリル酸)、ポリ(3−オキソシクロヘキシルメタクリレート−co−アダマンチルメタクリレート)が挙げられる。
シクロオレフィン、ノルボルネン及びテトラシクロドデカン誘導体から合成されるポリマーは、開環メタセシスもしくは遊離基重合によってまたは金属有機触媒を用いて重合することができる。シクロオレフィン誘導体は、環状酸無水物またはマレイミドもしくはそれの誘導体と共重合させることもできる。環状酸無水物の例は、無水マレイン酸及び無水イタコン酸である。シクロオレフィンはポリマーの主鎖中に組み込まれ、そしてこれは、任意の置換されたもしくは置換されていない不飽和結合含有ポリ環式炭化水素であることができる。このモノマーは酸感応性基を有することができる。ポリマーは、不飽和結合を有する一種もしくは二種以上のシクロオレフィンモノマーから合成することができる。シクロオレフィンモノマーは、置換されたもしくは置換されていないノルボルネン、またはテトラシクロドデカンであることができる。シクロオレフィン上の置換基は、脂肪族もしくは脂肪環式アルキル、エステル、酸、ヒドロキシル、ニトリルまたはアルキル誘導体であることができる。シクロオレフィンモノマーの例としては、限定されないが、以下のものが挙げられる。
Figure 0004403070
ポリマーの合成に同様に使用することができる他のシクロオレフィンモノマーは、次のものである。
Figure 0004403070
このようなポリマーは、M-D. Rahman et al, Advances in Resist Technology and Processing, SPIE, Vol. 3678, p1193, (1999)に記載されている。なおこの文献の内容は本明細書に掲載されたものとする。これらのポリマーの例には、ポリ(t−ブチル5−ノルボルネン−2−カルボキシレート−co−2−ヒドロキシエチル5−ノルボルネン−2−カルボキシレート−co−5−ノルボルネン−2−カルボン酸−co−無水マレイン酸)、ポリ(t−ブチル5−ノルボルネン−2−カルボキシレート−co−イソボルニル−5−ノルボルネン−2−カルボキシレート−co−2−ヒドロキシエチル5−ノルボルネン−2−カルボキシレート−co−5−ノルボルネン−2−カルボン酸−co−無水マレイン酸)、ポリ(テトラシクロドデセン−5−カルボキシレート−co−無水マレイン酸)、ポリ(t−ブチル5−ノルボルネン−2−カルボキシレート−co−無水マレイン酸−co−2−メチルアダマンチルメタクリレート−co−2−メバロノラクトンメタクリレート)、ポリ(2−メチルアダマンチルメタクリレート−co−2−メバロノラクトンメタクリレート)、及びこれらの類似物が挙げられる。
上に記載したようなアクリレートモノマー、シクロオレフィン性モノマー及び環状酸無水物の混合物を含むポリマーは、ハイブリッドポリマーに組み合わせることもできる。シクロオレフィンモノマーの例には、t−ブチルノルボルネンカルボキシレート(BNC)、ヒドロキシエチルノルボルネンカルボキシレート(HNC)、ノルボルネンカルボン酸(NC)、t−ブチルテトラシクロ[4.4.0.1.2,61.7,10 ]ドデセ−8−エン−3−カルボキシレート、及びt−ブトキシカルボニルメチルテトラシクロ[4.4.0.1.2,61.7,10]ドデセ−8−エン−3−カルボキシレートから選択されるものが挙げられる。アクリレートモノマーの例には、メバロノラクトンメタクリレート(MLMA)、2−メチルアダマンチルメタクリレート(MAdMA)、イソアダマンチルメタクリレート、3−ヒドロキシ−1−メタクリルオキシアダマンタン、3,5−ジヒドロキシ−1−メタクリルオキシアダマンタン、β−メタクリルオキシ−γ−ブチロラクトン、及びα−メタクリルオキシ−γ−ブチロラクトンから選択されるものが挙げられる。環状酸無水物の一例は無水マレイン酸である。
シクロオレフィン及び環状酸無水物モノマーは、交互ポリマー構造を形成するものと考えられ、そしてポリマー中に組み込まれるアクリレートモノマーの量は、最適なリソグラフィ性を得るために変えることができる。ポリマー内におけるシクロオレフィン/無水物モノマーに対するアクリレートモノマーの割合は、約95モル%〜約5モル%、好ましくは約75モル%〜約25モル%、最も好ましくは約55モル%〜約45モル%の範囲である。
157nmで露光するのに有用なフッ素化非フェノール系ポリマーもラインエッジラフネスを引き起こし、それゆえ、本発明に記載の光活性化合物の新規混合物の使用から利益を受け得るものである。このようなポリマーは、国際公開第00/17712号及び国際公開第00/67072号に記載されている。なお、これらの文献の内容は本明細書に掲載されたものとする。このようなポリマーの一例は、ポリ(テトラフルオロエチレン−co−ノルボルネン−co−5−ヘキサフルオロイソプロパノール−置換2−ノルボルネン)ある。
シクロオレフィン及びシアノ含有エチレン性モノマーから合成されるポリマーは、2001年5月11日に出願された米国特許出願シリアルNo.09/854,312号に記載されており、このポリマーも使用することができる。なお、この米国特許出願の明細書の内容は本明細書に掲載されたものとする。他のポリマー、例えば2003年2月21日に出願された米国特許出願シリアルNo. 10/371,262号に記載のポリマーも使用することができる。この米国特許出願明細書の内容も本明細書に掲載されたものとする。更に別のポリマー、例えば2003年5月16日に出願された、代理人整理番号が2003US309及び発明の名称が“Photoresist Composition for Deep UV and Process Thereof(深紫外線用フォトレジスト組成物及びその方法)”の米国特許出願に開示されるポリマーも使用することができる。この米国特許出願明細書の内容も本明細書に掲載されたものとする。
ポリマーの分子量は、使用された化学反応(chemistry)のタイプ及び所望のリソグラフィ性能に基づいて最適化される。典型的には、重量平均分子量が、3,000〜30,000の範囲であり、そして多分散性が1.1〜5、好ましくは1.5〜2.5の範囲である。
本発明の固形成分は、有機溶剤中に溶解される。溶剤もしくは溶剤混合物中の固形物の量は、約5重量%〜約50重量%の範囲である。ポリマーは、固形物のうちの5重量%〜90重量%の範囲であることができ、そして光酸発生剤は、固形物のうちの2重量%〜約50重量%の範囲であることができる。このようなフォトレジストのための適当な溶剤には、次のものが包含され得る: グリコールエーテル誘導体、例えばエチルセロソルブ、メチルセロソルブ、プロピ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、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールn−プロピルエーテル、またはジエチレングリコールジメチルエーテル; グリコールエーテルエステル誘導体、例えばエチルセロソルブアセテート、メチルセロソルブアセテート、またはプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート; カルボキシレート、例えば酢酸エチル、酢酸n−ブチル及び酢酸アミル; 二塩基性酸のカルボキシレート、例えばジエチルオキシレート及びジエチルマロネート; グリコールのジカルボキシレート、例えばエチレングリコールジアセテート及びプロピレングリコールジアセテート; 及びヒドロキシカルボキシレート、例えば乳酸メチル、乳酸エチル、グリコール酸エチル、及び3−ヒドロキシプロピオン酸エチル; ケトンエステル、例えばピルビン酸メチルまたはピルビン酸エチル; アルコキシカルボン酸エステル、例えばメチル3−メトキシプロピオネート、エチル3−エトキシプロピオネート、エチル2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオネート、またはメチルエトキシプロピオネート; ケトン誘導体、例えばメチルエチルケトン、アセチルアセトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノンまたは2−ヘプタノン; ケトンエーテル誘導体、例えばジアセトンアルコールメチルエーテル; ケトンアルコール誘導体、例えばアセトールまたはジアセトンアルコール; ラクトン、例えばブチロラクトン; アミド誘導体、例えばジメチルアセトアミドまたはジメチルホルムアミド、アニソール、及びこれらの混合物。
様々な他の添加剤、例えば着色剤、非化学線染料(non-actinic dyes)、アンチストライエーション剤、可塑剤、粘着促進剤、溶解防止剤、塗布助剤、感光速度向上剤、及び溶解性向上剤(例えば、主となる溶剤の一部として使用されない少量の溶剤、これの例には、グリコールエーテル及びグリコールエーテルアセテート、バレロラクトン、ケトン、ラクトン、及びこれらの類似物が包含される)、及び界面活性剤を、基材に塗布する前に該フォトレジスト組成物に加えることができる。膜厚の均一さを向上させる界面活性剤、例えばフッ素化界面活性剤を、該フォトレジスト溶液に加えることができる。エネルギーを特定の範囲の波長から異なる露光波長に移行させる感光化剤も該フォトレジスト組成物に加えることができる。また、フォトレジスト像の表面でt−トップもしくはブリッジングが生ずるのを防止するために塩基もしばしばフォトレジストに加えられる。このような塩基の例は、アミン、水酸化アンモニウム、及び感光性塩基である。特に好ましい塩基はトリオクチルアミン、ジエタノールアミン及びテトラブチルアンモニウムヒドロキシドである。
調製されたフォトレジスト組成物溶液は、フォトレジストの分野に使用される任意の慣用の方法によって基材に塗布することができ、このような方法には、浸漬塗布法、吹き付け塗布法、及び回転塗布法(spin coat)が包含される。例えば回転塗布法の場合には、利用した回転装置のタイプ及び回転プロセスに許される時間量の下に、所望の厚さの塗膜を与えるために、フォトレジスト溶液を固形物含有率に関して調節することができる。適当な基材には、ケイ素、アルミニウム、ポリマー性樹脂、二酸化ケイ素、ドーピングした二酸化ケイ素、窒化ケイ素、タンタル、銅、ポリシリコン、セラミック、アルミニウム/銅混合物; ヒ化ガリウム及び他のこのような第III/V族化合物が包含される。フォトレジストは、反射防止膜の上に塗布することもできる。
上記手順によって形成されたフォトレジスト膜は、マイクロプロセッサ及び他の微細化された集積回路部品の製造に使用されるようなケイ素/二酸化ケイ素ウェハに使用するのに特に適している。アルミニウム/酸化アルミニウムウェハも使用することができる。また基材は、様々なポリマー性樹脂、特にポリエステルなどの透明なポリマーからなることもできる。
フォトレジスト組成物溶液は次いで基材上に塗布され、そしてこの基材は、約70℃〜約150℃の温度において、ホットプレートを用いた場合には約30秒〜約180秒、または熱対流炉を用いた場合は約15分〜約90分、処理する。この温度処理は、フォトレジスト中の残留溶剤の濃度を減じるために選択され、固形成分の実質的な熱分解はまねかない。一般的に、溶剤の濃度は出来る限り低くすることが望まれるので、この最初の温度処理は、実質的に全ての溶剤が蒸発して、半ミクロン(マイクロメータ)のオーダーの厚さのフォトレジスト組成物の薄い塗膜が基材上に残るまで行われる。好ましい態様の一つでは、この温度は約95℃〜約120℃である。この処理は、溶剤除去の変化の割合が比較的無視し得る程度になるまで行われる。膜厚、温度及び時間の選択は、ユーザーによって所望とされるフォトレジストの性質、並びに使用する装置及び商業的に望ましい塗布時間に依存する。次いで、このコーティングされた基材は、化学線、例えば約100nm(ナノメータ)〜約300nmの波長の紫外線、X線、電子ビーム、イオンビームもしくはレーザー線により、適当なマスク、ネガ、ステンシル、テンプレート及びこれらの類似品などによって形成される任意の所望のパターンに像様露光することができる。
次いで、フォトレジストを、現像の前に、露光後第二ベーク処理もしくは熱処理に付す。その加熱温度は約90℃〜約150℃、より好ましくは約100℃〜約130℃の範囲であることができる。この加熱は、ホットプレートを用いた場合は約30秒〜約2分、より好ましくは約60秒〜約90秒、または熱対流炉を用いた場合は約30分〜約45分、行うことができる。
フォトレジストがコーティングされそして露光されたこの基材は、現像液中に浸漬するかまたは吹き付け現像法によって現像して像様露光された領域を除去する。その溶液は、好ましくは攪拌し、これは例えば窒素噴出攪拌(nitrogen burst agitation)によって行う。基材は、フォトレジスト膜の全てもしくは実質的に全てが露光された領域から溶解除去されるまで現像剤中に浸けておく。現像剤としては、アンモニウム水酸化物もしくはアルカリ金属水酸化物の水溶液が包含される。好ましい現像剤の一つは、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドの水溶液である。コーティングされたウェハを現像溶液から取り出した後、塗膜の粘着性並びにエッチング条件及び他の物質に対する塗膜の耐化学薬品性を高めるために、任意の現像後熱処理もしくはベーク処理を行うことができる。この現像後熱処理は、塗膜の軟化点未満での塗膜及び基材のオーブンベーク処理、またはUV硬化処理からなることができる。工業的な用途、特にケイ素/二酸化ケイ素タイプの基材上に超小型回路を製造する場合には、現像された基材を、フッ化水素酸に基づく緩衝されたエッチング溶液またはドライエッチングによって処理することができる。ドライエッチングの前に、フォトレジストを電子ビーム硬化により処理して、フォトレジストの耐ドライエッチング性を高めることもできる。
上に引用した文献は、それぞれ、全ての目的に関してその内容の全てが本明細書に掲載されたものとする。以下の具体例は、本発明の組成物の製造及び使用の方法を詳細に例示するものである。しかし、これらの例は、本発明の範囲をどのような意味でも限定もしくは減縮することを意図したものではなく、それゆえ、本発明を実施するために排他的に使用しなければならない条件、パラメータもしくは値を教示するものと解釈されるべきではない。特に断りがない限りは、全ての部及び百分率は重量に基づく値である。
以下の例におけるフォトレジストの屈折率(n)及び吸光度(k)の値は、J. A. Woollam VASE32楕円偏光計で測定した。
フォトレジスト調合物中に使用したトリフェニルスルホニウムノナフルオロブタンスルホネートは、日本在の東洋合成工業株式会社から入手したものである。
ラインエッジラフネス(LER)は、600Vの加速電圧、100Kの倍率及び50%の閾値を用いてKLA8100 CD SEMツールで測定した。測定されたフォトレジストラインの長さは1.5μmであった。LERは、フォトレジストラインの各側面に24個のデータポイントを用いて計算した(3σ)値である。
例1
4-メトキシフェニルジメチルスルホニウムトリフレート
温度計、機械的攪拌機及び凝縮器を備えた500mlの丸底フラスコに、1−メトキシ−4−(メチルチオ)ベンゼン(25g、0.162モル)、銀トリフレート(42.2g、0.164モル)、及び300gのテトラヒドロフラン(THF)を加えた。この混合物を40℃に加熱して全ての固形物を溶解した。得られた透明な溶液を室温まで冷却し、そしてヨードメタン(23.5g、0.166モル)を滴下漏斗から滴下した。このヨードメタンの添加中、直ぐに析出物が生じた。発熱が観察され、温度が55℃まで上昇した。反応混合物を4時間攪拌し、そして析出物を濾過して除いた。得られた溶液は色が暗く、そしてTHFを減圧下に減少させた。この溶液を、1Lのエーテルに滴下した。析出物をジクロロメタン(200ml)中に溶解させ、そして濾過して酸化銀を除去した。濾液をエーテル(1L)中に入れ、そして生じた白色の析出物を濾過し、次いで35℃で減圧下に乾燥した(白色の結晶)。収量は16.0g(33%)であった。この固形生成物は以下の分析1H NMR(アセトン-d6)結果を与えた: 3.43 (s, 6H, 2CH3); 3.93 (s, 3H, OCH3); 7.29 (d, 2H, 芳香族); 8.13 (d, 2H, 芳香族)。 吸光率は71.21L/g.cmであった。
Figure 0004403070
例2
4-ヒドロキシ-3,5-ジメチルフェニルジメチルスルホニウムクロライド
ジメチルフェノール61g(0.5モル)、ジメチルスルホキシド(DMSO)39g(0.5モル)及びメタノール400mlを、温度計及び凝縮器を備えた1L容積の丸底フラスコ中に入れた。この混合物を、塩化水素ガスを導入しながら、10℃で6時間、液体窒素−イソプロピルアルコール浴中で冷却した。析出物が生じ、そしてメタノールの一部をロータリーエバポレータ(rotavap)で除去した。得られた結晶を濾過し、そしてエーテルで数回洗浄した。この固形生成物は次の分析結果1H NMR(アセトン-d6)を与えた:2.34 (s, 6H, 2CH3); 3.23 (s, 6H, 2CH3); 7.80 (s, 2H, 芳香族)。
Figure 0004403070
例3
4-ヒドロキシ-3,5-ジメチルフェニルジメチルスルホニウムトリフレート
4-ヒドロキシ-3,5-ジメチルフェニルジメチルスルホニウムクロライド2.185gをフラスコ中に入れ、そして水10gを加え、その後、アセトン中のトリフルオロメタンスルホン酸銀2.56gを加えた。AgClの析出物が直ぐに生じた。この混合物を30分間攪拌し、そして析出物を濾別した。この溶液をジクロロメタンで抽出し、硫酸ナトリウムで乾燥し、そして濾過した。この溶液をエーテル中に入れると析出物が生じ、これを濾過し、そして40℃未満の温度で減圧乾燥器中で乾燥した。この固形生成物は次の分析結果を与えた:1H NMR(アセトン-d6), 2.40 (s, 6H, 2CH3); 3.10 (s, 6H, 2CH3); 7.65 (s, 2H, 芳香族)。
Figure 0004403070
例4
4-メトキシ-3,5-ジメチルフェニルジメチルスルホニウムトリフレート
4-ヒドロキシ-3,5-ジメチルフェニルジメチルスルホニウムクロライド (10.0 g、0.054モル)を、攪拌機、凝縮器及び温度計を装備した250ml容積丸底フラスコ中に入れた。脱イオン水(100ml)及び3.4gのNaOH(50%)を加えた。硫酸ジメチル(6.8g、0.054モル)をシリンジで加えた。この混合物を室温で20分間攪拌し、次いで55℃で4時間加熱した。中和後、この反応混合物をアセトンに加えると塩が析出し、これを濾過した。水中のこの粗製生成物をトリフルオロメタンスルホン酸銀で処理し、そして塩化銀を析出させた。この塩を濾過した後、この溶液をジクロロメタンで抽出した。ジクロロメタン層を水で洗浄し、硫酸ナトリウムで乾燥し、そしてエーテル中に入れた。生じた析出物を濾過しそしてエーテルで洗浄した。これを減圧下に乾燥した。この固形生成物は次の分析結果を与えた:1H NMR(アセトン-d6), 2.40 (s, 6H, 2CH3);3.47 (s, 6H, 2CH3); 3.85 (s, 3H, OCH3); 7.89 (d, 2H, 芳香族)。
Figure 0004403070
例5
4-ヒドロキシ-3,5-ジメチルフェニルジメチルスルホニウムノナフレート
4-ヒドロキシ-3,5-ジメチルフェニルジメチルスルホニウムクロライド2.185g、水100g、及びアセトン中のパーフルオロブタンスルホン酸カリウム3.38gをフラスコ中に加えた。直ぐに析出物が生じた。この混合物を、30分間攪拌し、そしてこの溶液をジクロロメタンで抽出し、硫酸ナトリウムを用いて乾燥し、そして濾過した。この溶液をエーテル中に入れると析出物が生じ、これを濾過し、そして40℃未満の温度で減圧乾燥器中で乾燥した。この固形生成物は次の分析結果を与えた:1H NMR(アセトン-d6), 2.32 (s, 6H, 2CH3); 3.4 (s, 6H, 2CH3); 7.78 (s, 2H, 芳香族)。吸光率は56.15 L/g.cmであった。
Figure 0004403070
例6
4-メトキシ-3,5-ジメチルフェニルジメチルスルホニウムノナフレート
4-ヒドロキシ-3,5-ジメチルフェニルジメチルスルホニウムクロライド5.0g(0.023モル)を、凝縮器、温度計及び機械的攪拌機を備えたフラスコ中に入れた。水45g及び水酸化ナトリウム0.92gを加えると、濃く色が染まった。硫酸ジメチル(2.2ml)を室温で加え、そしてこの混合物を60℃で10分間加熱した。溶液は殆ど無色に変化した。この加熱は15分後に止め、そして溶液を室温まで冷却した。アセトン(50ml)中のパーフルオロブタンスルホン酸カリウム7.78gを滴下しそして2時間混合した。次いでジクロロメタンで抽出し、そしてジクロロメタン層を水で洗浄し、硫酸ナトリウムで乾燥し、そして濾過した。得られた溶液をエーテル中に入れ、そして生じた析出物を濾過し、そして40℃未満の温度で減圧乾燥器中で乾燥した。この固形生成物は次の分析結果を与えた:1H NMR(アセトン-d6), 2.32 (s, 6H, 2CH3); 3.4 (s, 6H, 2CH3); 3.85 (s, 3H, OCH3); 7.78 (s, 2H, 芳香族)。吸光率は32.82 L/g.cmである。
Figure 0004403070
例7
4-メトキシベンジルジメチルスルホニウムトリフレート
4-メトキシベンジルメルカプタン(25.0g、0.16モル)を、オーバーヘッド攪拌機、凝縮器及び温度計を備えた250ml容積の丸底フラスコ中に加えた。THF50g及び水中のNaOH(50%)12.5gを加えた。硫酸ジメチル(20.18g、0.16モル、15.2ml)をシリンジで非常にゆっくりと加えた。この混合物を室温で20分間攪拌し、次いで55℃で90分間加熱した。トリフルオロメタンスルホン酸銀(41g、0.16モル)を加え、そして銀塩を析出させた。この塩を濾過した後、得られた溶液をアセトン及び水で希釈し、エーテルで抽出し、そして水性層をジクロロメタンで抽出した。ジクロロメタン層を水で洗浄し、硫酸ナトリウムで乾燥しそしてエーテル中に入れた。析出物が生じ、これを濾過しそしてエーテルで洗浄した。これを減圧下に乾燥した。この固形生成物は次の分析結果を与えた:1H NMR(DMSO-d6), 2.75 (s, 6H, 2CH3);3.80 (s, 3H, OCH3); 4.61 (s, 2H, CH2); 6.85-7.45 (m, 4H, 芳香族)。
Figure 0004403070
例8
4-t-ブチルアセトキシ-3,5-ジメチルフェニルジメチルスルホニウムノナフレート
4-ヒドロキシ-3,5-ジメチルフェニルジメチルスルホニウムクロライド5.0gをフラスコ中に入れ、水100g及びNaOH1.0gを加え、そして0℃に冷却し、次いでt−ブチルブロモアセテート(4.46g)を加え、室温で2時間攪拌した。次いで、アセトン中のパーフルオロブタンスルホン酸カリウム8.0gを加えた。この混合物を30分間攪拌し、そしてこの溶液を、クロロホルムで抽出し、そしてクロロホルム層を水で洗浄し、硫酸ナトリウムで乾燥しそして濾過した。この溶液をエーテル中に入れると析出物が生じ、これを濾過しそして40℃未満の温度で減圧乾燥器中で乾燥した。この固形生成物は次の分析結果を与えた: 1H NMR (DMSO-d6), 1.48( s, 9H, 3 CH3),2.35 (s, 6H, 2CH3); 3.3 (s, 6H, 2CH3); 7.80 (s, 2H, 芳香族), 融点120°C。
Figure 0004403070
例9
4-(2-メチル-2-アダマンチルアセトキシ)-3,5-ジメチルフェニルジメチルスルホニウムノナフレート
4-ヒドロキシ-3,5-ジメチルフェニルジメチルスルホニウムノナフレート6.39gを、フラスコ中でアセトン40gに溶解した。炭酸カリウム1.18gを加え、そして2−メチル−2−アダマンチルブロモアセテート(3.57g)を加え、一晩室温で攪拌した。KBrの白色の析出物が生じた。この反応混合物を濾過し、そして析出物をアセトンで洗浄した。濾液を減圧下に濃縮しそしてエーテル中に入れると析出物が生じ、これを濾過しそして40℃未満の温度で減圧乾燥器中で乾燥した。この固形の生成物は次の分析結果を与えた:1H NMR (DMSO-d6), 1.19 (s, 3H, メチル), 1.5-2( m, アダマンチル), 2.35 (s, 6H, 2CH3); 3.3 (s, 6H, 2CH3); 4.62(s, 2H, CH2) 7.88 (s, 2H, 芳香族), 融点141°C。
Figure 0004403070
例10
4-ヒドロキシ-3,5-ジメチルフェニルジメチルスルホニウムビス−パーフルオロメタンスルホンイミド
水150g中の4-ヒドロキシ-3,5-ジメチルフェニルジメチルスルホニウムクロライド3.60gをフラスコ中に入れ、そしてビス−パーフルオロメタンスルホンイミド酸8.15g(水中50%)を加えた。析出物が生じた。これを濾過しそしてクロロホルム中に溶解し、そしてエーテルから再析出させた(融点84℃)。得られた固形生成物は次の分析結果を与えた:1H NMR (アセトン-d6), 2.32 (s, 6H, 2 CH3); 3.2 (s, 6H, 2CH3); 7.7 (s, 2H, 芳香族); 9.6 (1H, OH)。
Figure 0004403070
例11
4-ヒドロキシ-3,5-ジメチルフェニルジメチルスルホニウムビス−パーフルオロエタンスルホンイミド
水150g中の4-ヒドロキシ-3,5-ジメチルフェニルジメチルスルホニウムクロライド3.24gをフラスコ中に入れ、そしてビス−パーフルオロエタンスルホンイミドリチウム塩5.74gを加えた。析出物が生じた。これを濾過しそしてクロロホルム中に溶解し、そしてエーテルから再析出させた(融点84℃)。得られた固形生成物は次の分析結果を与えた:1H NMR (アセトン-d6), 2.32 (s, 6H, 2 CH3); 3.2 (s, 6H, 2CH3); 7.70 (s, 2H, 芳香族); 9.6 (1H, OH)。
Figure 0004403070
例12
4-ヒドロキシ-3,5-ジメチルフェニルジメチルスルホニウムビス−パーフルオロブタンスルホンイミド
水50g中の4-ヒドロキシ-3,5-ジメチルフェニルジメチルスルホニウムクロライド3.0gをフラスコ中に入れ、そしてビス−パーフルオロブタンスルホンイミド酸13.295g(水中50%)を加えた。析出物が生じた。これを濾過しそしてクロロホルム中に溶解し、そしてエーテルから再析出させた(融点84℃)。得られた固形生成物は次の分析結果を与えた:1H NMR (アセトン-d6), 2.32 (s, 6H, 2 CH3); 3.2 (s, 6H, 2CH3); 7.70 (s, 2H, 芳香族); 9.6 (1H, OH)。
Figure 0004403070
例13
4-ヒドロキシ-3,5-ジメチルフェニルジメチルスルホニウムトリス-パーフルオロメタンスルホンメチド
水50g中の4-ヒドロキシ-3,5-ジメチルフェニルジメチルスルホニウムクロライド3.48gをフラスコに入れ、そしてトリス-パーフルオロメタンスルホンメチド酸10.936g(水中60%)を加えた。析出物が生じた。これを濾過しそしてクロロホルム中に溶解し、そしてエーテルから再析出させた(融点90℃)。得られた固形の生成物は次の分析結果を与えた:1H NMR (アセトン-d6), 2.32 (s, 6H, 2 CH3); 3.2 (s, 6H, 2CH3); 7.70 (s, 2H, 芳香族); 9.6 (1H, OH)。
Figure 0004403070
例14
4-ヒドロキシ-3,5-ジメチルフェニルジメチルスルホニウムペンタフルオロベンゼン−スルホネート
4-ヒドロキシ-3,5-ジメチルフェニルジメチルスルホニウムクロライド7.08gを250ml容積の丸底フラスコ中に入れ、そして水100mlを加えた。次いで、アセトン16ml中のペンタフルオロベンゼン−スルホン酸バリウム10.23gを攪拌しながら加えた。得られた混合物を室温で一晩混合した。この反応混合物をジクロロメタンで抽出した。ジクロロメタン層を脱イオン水で洗浄し、硫酸ナトリウムで乾燥し、濾過しそして溶剤をロータリー減圧エバポレーターで蒸発させた。収量:6.97g。
例15
ポリ(t−ブチルノルボルネンカルボキシレート−co−メバロノラクトンメタクリレート−co−2−メチルアダマンチルメタクリレート−co−無水マレイン酸)
t−ブチルノルボルネンカルボキシレート(BNC)126.45g、メバロノラクトンメタクリレート(MLMA)129.2g及び2−メチルアダマンチルメタクリレート(MAdMA)152.73g及び無水マレイン酸(MA)191.78gを、テトラヒドロフラン(THF)中、固形分50%で、AIBN5重量%の存在下に反応させることによってハイブリッドコポリマーを合成した。反応を8時間行い、そしてポリマーをジエチルエーテルから二度(1/10v/v比)単離した。ポリスチレン標準及びTHF溶剤を用いてゲル透過クロマトグラフ(GPC)で測定した重量平均分子量(Mw)は5780であった。
例16
ポリ(2−メチルアダマンチルメタクリレート−co−メバロノラクトンメタクリレート)
Figure 0004403070
テトラヒドロフラン(THF)中でMAdMA及びMLMAの供給比を1:1のモル比とし(固形分25%)、そしてAIBN開始剤(モノマーに対して10重量%)を用いて、窒素雰囲気下及び70℃の温度で重合を行った。反応混合物は70℃で5時間攪拌した。反応完了後、得られたポリマー溶液をメタノール中に注ぎ入れた。生じた白色の粉末を濾過し、THF中に再び溶解し(固形分30%)、そして再析出させ、濾過しそして重量が一定になるまで減圧下に乾燥させた。重合収率は約65%であった。ポリスチレン標準及びTHF溶剤を用いてGPCで測定したMw及び数平均分子量(Mn)はそれぞれ14000及び8000であった。

例17
例15に記載のポリ(2−メチルアダマンチルメタクリレート−co−2−メバロノラクトンメタクリレート)2.5527g、及びトリフェニルスルホニウムノナフルオロブタンスルホネート0.0431g(30μmol/g)、4−メトキシ−3,5−ジメチルフェニルスルホニウムノナフレート0.0244g(30μmol/g)、ジエタノールアミンの1重量%乳酸エチル溶液0.4831g、及び界面活性剤(ミネソタ州セントポール在の3Mコーポレーションから供給されるフルオロ脂肪族ポリマー性エステル)の10重量%乳酸エチル溶液0.03gを乳酸エチル21.887g中に溶解してフォトレジスト溶液を調製し、そしてこれを0.2μmPTFEフィルターに通して濾過した。このフォトレジストを、比較例1(以下に記載)と同様の方法で処理した。このフォトレジストは、それぞれ1.7120及び0.017のn及びk値を有した。またこのフォトレジストは34mJ/cm2の感光度及び0.12μmの線解像度を有した。130nmL/SについてKLA8100 CD SEMで測定したラインエッジラフネス(3σ)は5.5nmであり、これは、比較例1と比較して、ラインエッジラフネスの54%の改善に当たる。

例18
例15のポリマー2.5506g、トリフェニルスルホニウムノナフルオロブタンスルホネート0.0430g、4−メトキシ−3,5−ジメチルフェニルスルホニウムノナフレート0.0244g、3−トリメチル−6−アザビシクロ[3.2.1]オクタンの1%PGMEA溶液0.7036g、及び界面活性剤(ミネソタ州在の3Mコーポレーションから供給されるフルオロ脂肪族ポリマー性エステル)の10重量%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)溶液0.03gを、PGMEA21.65g中に溶解した。この溶液を0.2μmPTFEフィルターを用いて濾過し、そして比較例2(以下に記載)に記載のものと同様の方法で処理した。このフォトレジストは、それぞれ1.7144及び0.023088のn及びk値を有した。またこのフォトレジストは、22mJ/cm2の感度及び0.09μmの線解像度を有した。130nmL/SについてKLA8100 CD SEMで測定したラインエッジラフネス(3σ)は6.2nmであり、これは、比較例2と比較してラインエッジラフネスの44%の改善に当たる。

例19
例15のポリマー2.7401g、トリフェニルスルホニウムノナフルオロブタンスルホネート0.0694g、及び4−メトキシ−3,5−ジメチルフェニルスルホニウムノナフレート0.0523g、3−トリメチル−6−アザビシクロ[3.2.1]オクタンの1%PGMEA溶液1.3227g、及び界面活性剤(ミネソタ州在の3Mコーポレーションによって供給されるフルオロ脂肪族ポリマー性エステル(FC−430))の10重量%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)溶液0.03gを、PGMEA20.78g中に溶解した。この溶液を0.2μmPTFEフィルターを用いて濾過し、そして比較例2(以下に記載)に記載のものと同様の方法で処理した。このフォトレジストは、21mJ/cm2の感光度及び0.09μmの線解像度を有した。130nmL/SについてKLA8100 CD SEMで測定したラインエッジラフネス(3σ)は6.2nmであり、これは、比較例2と比較して、ラインエッジラフネスの46%の改善に当たる。

例20
例16のポリ(2−メチルアダマンチルメタクリレート−co−2−メバロノラクトンメタクリレート)2.5507g、トリフェニルスルホニウムノナフルオロブタンスルホネート0.0431g、シクロヘキシル,2−オキソシクロヘキシル,メチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート(吸光率3.32L/g.cm)0.0288g、ジエタノールアミンの1重量%乳酸エチル溶液0.2414g、及び界面活性剤(ミネソタ州セントポール在の3Mコーポレーションによって供給されるフルオロ脂肪族ポリマー性エステル)の10重量%乳酸エチル溶液0.03gを、乳酸エチル22.1g中に溶解してフォトレジスト溶液を調製し、そしてこれを0.2μmPTFEフィルターに通して濾過した。このフォトレジストを、比較例1(以下に記載)と同様にして処理した。このフォトレジストは、23mJ/cm2の感光度及び0.12μmの線解像度を有した。130nmL/SについてKLA8100 CD SEMで測定したラインエッジラフネス(3σ)は5.5nmであり、これは、比較例1と比較して、ラインエッジラフネスの54%の改善に当たる。

例21
ポリ(2−メチルアダマンチルメタクリレート−co−2−メバロノラクトンメタクリレート)2.5548g、トリフェニルスルホニウムノナフルオロブタンスルホネート0.0431g、みどり化学株式会社製のビス(フェニルスルホニル)ジアゾメタン(吸光率169.49L/g.cm)0.0288g、ジエタノールアミンの1重量%乳酸エチル溶液0.2417g、及び界面活性剤(ミネソタ州セントポール在の3Mコーポレーションによって供給されるフルオロ脂肪族ポリマー性エステル)の10重量%乳酸エチル溶液0.03gを、乳酸エチル22.1g中に溶解してフォトレジスト溶液を調製し、そしてこれを0.2μmPTFEフィルターに通して濾過した。このフォトレジストを、比較例1(以下に記載)と同様の方法で処理した。このフォトレジストは、24mJ/cm2の感光度及び0.13μmの線解像度を有した。130nmL/SについてKLA8100 CD SEMで測定したラインエッジラフネス(3σ)は7.0nmであり、これは、比較例1と比較して、41%のラインエッジラフネスの改善に当たる。
例22
ポリ(2−メチルアダマンチルメタクリレート−co−2−メバロノラクトンメタクリレート)2.5496g、トリフェニルスルホニウムノナフルオロブタンスルホネート0.0430g、みどり化学株式会社製の[ビス(p−クロロフェニルスルホニル)ジアゾメタン](吸光率146.49L/g.cm)0.0288g、ジエタノールアミンの1重量%乳酸エチル溶液0.2413g、及び界面活性剤(ミネソタ州セントポール在の3Mコーポレーションによって供給されるフルオロ脂肪族ポリマー性エステル)の10重量%乳酸エチル溶液0.03gを乳酸エチル22.1g中に溶解してフォトレジスト溶液を調製し、そしてこれを0.2μmフィルターに通して濾過した。このフォトレジストを、比較例1と同様にして処理した。この調合物は、23mJ/cm2の感光度及び0.12μmの線解像度を有した。130nmL/SについてKLA8100 CD SEMで測定したラインエッジラフネス(3σ)は7.5nmであり、これは、比較例1と比較して、ラインエッジラフネスの38%の改善に当たる。

例23
ポリ(2−メチルアダマンチルメタクリレート−co−2−メバロノラクトンメタクリレート)2.5556g、トリフェニルスルホニウムノナフルオロブタンスルホネート0.0431g、みどり化学株式会社製の[5−ノルボルネン−2,3−トリフルオロメタンスルホンイミド](吸光率71.42L/g.cm)0.0239g、ジエタノールアミンの1重量%乳酸エチル溶液0.2418g、及び界面活性剤(ミネソタ州セントポール在の3Mコーポレーションによって供給されるフルオロ脂肪族ポリマー性エステル)の10重量%乳酸エチル溶液0.03gを、乳酸エチル22.1g中に溶解してフォトレジスト溶液を調製し、そしてこれを0.2μmPTFEフィルターに通して濾過した。この樹脂を比較例1(以下に記載)と同様にして処理した。この調合物は、21mJ/cm2の感度及び0.13μmの線解像度を有した。130nmL/SについてKLA8100 CD SEMで測定したラインエッジラフネス(3σ)は7.8nmであり、これは、比較例1と比較して、35%のラインエッジラフネスの改善に当たる。

例24
ポリ(2−メチルアダマンチルメタクリレート−co−2−メバロノラクトンメタクリレート)2.5512g、トリフェニルスルホニウムノナフルオロブタンスルホネート0.0430g、みどり化学株式会社製の[4,5−ジヒドロキシ−1−ナフタレンジメチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート](吸光率50.62L/g.cm)0.0283g、ジエタノールアミン1重量%乳酸エチル溶液0.2414g、及び界面活性剤(ミネソタ州セントポール在の3Mコーポレーションによって供給されるフルオロ脂肪族ポリマー性エステル)の10重量%乳酸エチル溶液0.03gを、乳酸エチル22.1g中に溶解してフォトレジスト溶液を調製し、そしてこれを0.2μmPTFEフィルターに通して濾過した。このフォトレジストを比較例1と同様にして処理した。このフォトレジストは、21mJ/cm2の感光度及び0.13μmの線解像度を有していた。130nmL/SについてKLA8100 CD SEMで測定したラインエッジラフネス(3σ)は8.0nmであり、これは、比較例1と比べて、33%のラインエッジラフネスの改善に当たる。

例25
ポリ(2−メチルアダマンチルメタクリレート−co−2−メバロノラクトンメタクリレート)2.5512g、トリフェニルスルホニウムノナフルオロブタンスルホネート0.0430g、みどり化学株式会社製の4,6−ジヒドロキシ−1−ナフタレンジメチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート(吸光率60.34L/g.cm)0.0283g、ジエタノールアミンの1重量%乳酸エチル溶液0.2414g、及び界面活性剤(ミネソタ州セントポール在の3Mコーポレーションによって供給されるフルオロ脂肪族ポリマー性エステル)の10重量%乳酸エチル溶液0.03gを、乳酸エチル22.1g中に溶解してフォトレジスト溶液を調製し、そしてこれを0.2μmPTFEフィルターに通して濾過した。このフォトレジストを比較例1と同様にして処理した。このフォトレジストは、0.22mJ/cm2の感光度及び0.13の線解像度を有していた。130nmL/SについてKLA8100 CD SEMで測定したラインエッジラフネス(3σ)は7.5nmであり、これは、比較例1と比べて、38%のラインエッジラフネスの改善に当たる。

例26
ポリ(BNC/MA/MAdMA/GBLMA; 1/1/1/1; AIBN(THF(50g)中2.5g、固形分50%)の存在下に、約67℃の温度で約8時間の反応時間、各々のモノマーを当モル量で反応させ、そしてジエチルエーテルから二度ポリマーを単離することによって(1/10v/v比)、製造したもの)2.5527g、トリフェニルスルホニウムノナフルオロブタンスルホネート0.0431g(30μmol/g)、4−t−ブチルアセトキシ-3,5-ジメチルフェニルジメチルスルホニウムノナフレート0.0244g(30μmol/g)、N−(1−アダマンチル)アセトアミドの1重量%PGMEA溶液0.4831g、及び界面活性剤(ミネソタ州セントポール在の3Mコーポレーションによって供給されるフルオロ脂肪族ポリマー性エステル)の10重量%PGMEA溶液0.03gを、PGMEA21.887g中に溶解してフォトレジスト溶液を調製し、そしてこれを0.2μmPTFEフィルターに通して濾過した。

例27
底面反射防止膜(B.A.R.C.)でコーティングされたケイ素基材を、底面反射防止膜溶液(AZ(R) EXP ArF−1 B.A.R.C.、ニュージャージー州ソマービル在のクラリアントコーポレーションから入手可能)をケイ素基材上に回転塗布(スピンコート)し、そして175℃で60秒間ベーク処理することによって用意した。そのB.A.R.C.膜厚は39nmであった。次いで、例26のフォトレジスト溶液を、このB.A.R.C.被覆ケイ素基材上にコーティングした。回転速度は、フォトレジストの膜厚が330nmとなるように調節した。このフォトレジスト膜を115℃で90秒間ベーク処理した。次いで、この基材を、クロム−石英バイナリマスクを用いて193nmISIミニステッパ(開口数0.6、コヒーレンス0.7)で露光した。露光後、このウェハを130℃で90秒間、露光後ベーク処理した。次いで、この像形成されたフォトレジストを、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドの2.38重量%水溶液を用いて30秒間、現像した。次いで、そのライン・アンド・スペースパターンを、走査電子顕微鏡で観察した。このフォトレジストは、22mJ/cm2の感光度及び0.11μmの線解像度を有していた。130nmL/S(最良の焦点で1:1ピッチ)についてKLA8100 CD SEMで測定したラインエッジラフネス(3σ)は12nmであった。

例28
ポリ(BNC/MA/MAdMA/GBLMA; 1/1/1/1; AIBN(THF(50g)中2.5g、固形分50%)の存在下に、約67℃の温度で約8時間の反応時間、各々のモノマーを当モル量で反応させ、次いでジエチルエーテルから二度ポリマーを単離することによって(1/10v/v比)製造したもの)2.5527g、トリフェニルスルホニウムノナフルオロブタンスルホネート0.0431g(30μmol/g)、4−t−ブチルアセトキシ-3,5-ジメチルフェニルジメチルスルホニウムノナフレート0.0244g(30μmol/g)、N−(1−アダマンチル)アセトアミドの1重量%PGMEA溶液0.4831g、及び界面活性剤(ミネソタ州セントポール在の3Mコーポレーションによって供給されるフルオロ脂肪族ポリマー性エステル)の10重量%PGMEA溶液0.03gをPGMEA21.887g中に溶解してフォトレジスト溶液を調製し、そしてこれを0.2μmPTFEフィルターに通して濾過した。

例29
底面反射防止膜(B.A.R.C.)でコーティングされたケイ素基材を、底面反射防止膜溶液(AZ(R) EXP ArF−1 B.A.R.C.、ニュージャージー州ソマービル在のクラリアントコーポレーションから入手可能)をケイ素基材上に回転塗布し、そして175℃で60秒間ベーク処理することによって用意した。そのB.A.R.C.膜厚は39nmであった。次いで、例28のフォトレジスト溶液を、このB.A.R.C.被覆ケイ素基材にコーティングした。回転速度は、フォトレジスト膜厚が330nmとなるように調節した。そのフォトレジスト膜を115℃で90秒間ベーク処理した。次いで、この基材を、クロム−石英バイナリマスクを用いて193nmISIミニステッパ(開口数0.6、コヒーレンス0.7)で露光した。露光後、このウェハを、130℃で90秒間、露光後ベーク処理した。次いで、この像形成したフォトレジストを、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドの2.38重量%水溶液で30秒間、現像した。次いで、そのライン・アンド・スペースパターンを走査電子顕微鏡で観察した。このフォトレジストは22mJ/cm2の感光度及び0.11μmの線解像度を有していた。130nmL/S(最良の焦点で1:1ピッチ)についてKLA8100 CD SEMで測定したラインエッジラフネス(3σ)は12nmであった。

比較例1
例16のポリ(2−メチルアダマンチルメタクリレート−co−2−メバロノラクトンメタクリレート)1.5222g、トリフェニルスルホニウムノナフルオロブタンスルホネート(吸光率117.74L/g.cm)0.0514g(60μmol/g)、ジエタノールアミンの1重量%乳酸エチル溶液0.1444g、及び界面活性剤(ミネソタ州セントポール在の3Mコーポレーションによって供給されるFC−430、フルオロ脂肪族ポリマー性エステル)の110ppm乳酸エチル溶液0.018gを、乳酸エチル13.26g中に溶解してフォトレジスト溶液を調製し、そしてこれを0.2μmPTFEフィルターに通して濾過した。このフォトレジスト膜のn及びk値は、それぞれ1.7287及び0.02432であった。これとは別に、底面反射防止膜(B.A.R.C.)でコーティングしたケイ素基材を、底面反射防止膜溶液(AZ(R) EXP ArF−1 B.A.R.C.、ニュージャージー州ソマービル在のクラリアントコーポレーションから入手可能)をケイ素基材上に回転塗布し、そして175℃で60秒間ベーク処理することによって用意した。そのB.A.R.C.膜厚は39nmであった。次いで、前記フォトレジスト溶液をこのB.A.R.C.被覆ケイ素基材上にコーティングした。回転速度は、フォトレジストの膜厚が330nmとなるように調節した。そのフォトレジスト膜を115℃で60秒間ベーク処理した。次いで、この基材を、クロム−石英バイナリマスクを用いて193nmISIミニステッパ(開口数0.6、コヒーレンス0.7)で露光した。露光後、このウェハを、110℃で60秒間、露光後ベーク処理した。この像形成されたフォトレジストを、次いで、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドの2.38重量%水溶液を用いて60秒間、現像した。次いで、そのライン・アンド・スペースパターンを走査電子顕微鏡で観察した。このフォトレジストは、20mJ/cm2の感光度及び0.12μmの線解像度を有していた。130nmL/S(最良の焦点で1:1ピッチ)についてKLA8100 CD SEMで測定したラインエッジラフネス(3σ)は12nmであった。

比較例2
例15のポリマー26.05g、トリフェニルスルホニウムノナフルオロブタンスルホネート(吸光率117.74L/g.cm)0.820g(56μmol/g)、1,3,3−トリメチル−6−アザビシクロ(3.2.1)オクタンの1重量%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)溶液13.4g、及び界面活性剤(ミネソタ州在の3Mコーポレーションによって供給される、FC−430、フルオロ脂肪族ポリマー性エステル)の10重量%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)溶液0.24gを、PGMEA159.5g中に溶解した。この溶液を、0.2μmPTFEフィルターを用いて濾過し、そして次の点、すなわちフォトレジスト膜を110℃で90秒間ベーク処理し、130℃で90秒間、露光後ベーク処理し、そして現像を30秒間行う点を除き、比較例1に記載のものと同様の方法で処理した。193nmでのn及びk値は、それぞれ1.7108及び0.028であった。このフォトレジストは、17mJ/cm2の感光度及び0.09μmの線解像度を有していた。130nmL/SについてKLA8100 CD SEMで測定したラインエッジラフネス(3σ)は11nmであった(130nm、最良の焦点で1:2ピッチ)。

比較例3
例15のポリマー43.92g、4−メトキシ−3,5−ジメチルフェニルスルホニウムノナフレート(例6)0.11234g、3−トリメチル−6−アザビシクロ[3.2.1]オクタンの1%PGMEA溶液1.622g、及び界面活性剤(ミネソタ州在の3Mコーポレーションによって供給される、フルオロ脂肪族ポリマー性エステル)の10重量%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)溶液0.036gを、PGMEA24.30g中に溶解した。この溶液を0.2μmPTFEフィルターを用いて濾過し、そして比較例2に記載のものと同様の方法で処理した。193nmでのn及びk値はそれぞれ1.7158及び0.01670であった。このフォトレジストは、80mJ/cm2の感度及び0.09μmの線解像度を有していた。130nmL/SについてKLA8100 CD SEMで測定したラインエッジラフネス(3σ)は5nmであった(130nm、最良の焦点で1:2ピッチ)。

比較例4
例15のポリ(2−メチルアダマンチルメタクリレート−co−2−メバロノラクトンメタクリレート)1.544g、4−メトキシ−3,5−ジメチルフェニルスルホニウムノナフレート(例6)0.0295g(60μmol/g)、ジエタノールアミンの1重量%乳酸エチル溶液0.1461g、及び界面活性剤(ミネソタ州セントポール在の3Mコーポレーションによって供給される、FC−430、フルオロ脂肪族ポリマー性エステル)の120ppm乳酸エチル溶液0.018gを、乳酸エチル13.26g中に溶解してフォトレジスト溶液を調製し、そしてこれを0.2μmPTFEフィルターに通して濾過した。このフォトレジストを比較例1と同様にして処理した。193nmでのn及びk値は、それぞれ1.7294及び0.012716であった。このフォトレジストは、63mJ/cm2の感光度及び0.l2μmの線解像度を有していた。130nmL/S(1:1ピッチ、最良焦点)についてKLA8100 CD SEMで測定したラインエッジラフネス(3σ)は5nmであった。
本発明についての上記の説明は、本発明を例示及び説明するものである。しかし、上述の通り、上記の開示は本発明の好ましい態様を記載しているに過ぎず、本発明は、様々な他の組み合わせ、変更及び状況においても使用することができ、そして上記の教示及び/または関連分野の技術もしくは知識に従い本明細書に表される発明思想の範囲内で変更もしくは改良が可能であると理解されたい。更に、上記の態様は、本発明を実施するにあたって現在認識しているベストモードを説明すること、及び当業者が、このようなもしくは他の態様でかつ本発明の特定の適用もしくは用途に要求される様々な改良をもって本発明を利用できるようにすることを意図したものである。それゆえ、本明細書は、ここに開示される形態に本発明を限定することを意図したものではない。また、添付の特許請求の範囲は、他の代わりの態様も包含すると解釈されることも意図される。

Claims (16)

  1. a)酸感応性基を含むポリマー;及び
    b)光活性化合物の混合物
    を含むフォトレジスト組成物であって、前記混合物が、以下の構造(1)から選択される低吸光性化合物、及び以下の構造(4)及び(5)から選択される高吸光性化合物を含む、前記フォトレジスト組成物。
    Figure 0004403070
    但し、式中、 及びR は、独立して、直鎖状もしくは分枝状C 1−20 アルキル鎖であり;R、R、R、R及びRの各々は、独立して、水素、ヒドロキシ、直鎖状もしくは分枝状C1−20アルキル鎖(これは場合によっては一つもしくは二つ以上のO原子を含む)、C5−50アラルキル、またはC5−50単環式、二環式もしくは三環式アルキル基であり;m=1〜5;X−はアニオンであり;そしてArは構造(3)から選択され
    Figure 0004403070
    式中、R 30 、R 31 、R 33 及びR 34 の各々は、独立して、水素または直鎖状もしくは分枝状C 1−20 アルキル鎖から選択され、但しR 30 、R 31 、R 33 及びR 34 のうちの少なくとも二つは直鎖状もしくは分枝状C 1−20 アルキル鎖であり、
    32 は−O−C 1−20 直鎖状もしくは分枝状アルキル鎖であり、そして
    Yは単結合である。
  2. 低吸光性化合物として3,5−ジメチル−4−メトキシフェニル−ジメチルスルホニウム塩を含む、請求項1の組成物。
  3. トリフェニルスルホニウム塩及びそれの誘導体から選択される構造(4)の化合物を含む、請求項1の組成物。
  4. ジフェニルヨードニウム塩及びそれの誘導体から選択される構造(5)の化合物を含む、請求項1の組成物。
  5. ポリマーが非芳香族系である、請求項1の組成物。
  6. 高吸光性化合物と低吸光性化合物とのモル比が1:10〜10:1である、請求項1の組成物。
  7. 高吸光性化合物と低吸光性化合物とのモル比が1:5〜5:1である、請求項6の組成物。
  8. 高吸光性化合物と低吸光性化合物とのモル比が、1:2〜2:1である、請求項7の組成物。
  9. 高吸光性化合物と低吸光性化合物とのモル比が1:1である、請求項8の組成物。
  10. 次式
    Figure 0004403070
    [式中、R 及びR は、独立して、直鎖状もしくは分枝状C 1−20 アルキル鎖であり;X−はアニオンであり;そしてArは構造(3)から選択され、
    Figure 0004403070
    式中、R 30 、R 31 、R 33 及びR 34 の各々は、独立して、水素または直鎖状もしくは分枝状C 1−20 アルキル鎖から選択され、但しR 30 、R 31 、R 33 及びR 34 のうちの少なくとも二つは直鎖状もしくは分枝状C 1−20 アルキル鎖であり、
    32 は−O−C 1−20 直鎖状もしくは分枝状アルキル鎖であり、そして
    Yは単結合である]
    で表される化合物。
  11. 3,5−ジメチル−4−メトキシフェニル−ジメチルスルホニウム塩である、請求項10の化合物。
  12. 次の段階、すなわち
    a)請求項1のフォトレジスト組成物で基材をコーティングする段階、
    b)この基材をベーク処理して実質的に溶剤を除去する段階、
    c)そのフォトレジスト塗膜を像様露光する段階、
    d)このフォトレジスト塗膜を露光後ベーク処理する段階、及び
    e)このフォトレジスト塗膜を水性アルカリ性溶液で現像する段階、
    を含む、フォトレジストに像を形成する方法。
  13. 像様露光波長が200nm未満である、請求項12の方法。
  14. 水性アルカリ性溶液が、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドを含む、請求項12の方法。
  15. 水性アルカリ性溶液が更に界面活性剤を含む、請求項12の方法。
  16. 基材が、微細電子デバイス及び液晶ディスプレー基板から選択される、請求項12の方法。
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