JP5039571B2 - レジスト組成物及びこれを用いたパターン形成方法 - Google Patents

レジスト組成物及びこれを用いたパターン形成方法 Download PDF

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Description

本発明は、超LSIや高容量マイクロチップの製造などの超マイクロリソグラフィプロセスやその他のフォトパブリケーションプロセスに好適に用いられる、レジスト組成物及びこれを用いたパターン形成方法に関するものである。さらに詳しくは、KrFエキシマレーザー光、電子線、EUV光等を使用して高精細化したパターン形成しうる、レジスト組成物及びこれを用いたパターン形成方法に関するものであり、KrFエキシマレーザー光、電子線、EUV光を用いる半導体素子の微細加工に好適に用いることができる、レジスト組成物及びこれを用いたパターン形成方法に関する。
従来、ICやLSIなどの半導体デバイスの製造プロセスにおいては、フォトレジスト組成物を用いたリソグラフィーによる微細加工が行われている。近年、集積回路の高集積化に伴い、サブミクロン領域やクオーターミクロン領域の超微細パターン形成が要求されるようになってきている。それに伴い、露光波長もg線からi線に、さらにKrFエキシマレーザー光に、というように短波長化の傾向が見られる。さらには、現在では、エキシマレーザー光以外にも、電子線やX線、あるいはEUV光を用いたリソグラフィーも開発が進んでいる。
電子線やEUV光を用いたリソグラフィーは、次世代もしくは次々世代のパターン形成技術として位置付けられ、高感度、高解像性のレジストが望まれている。特にウェハー処理時間の短縮化のために高感度化は非常に重要な課題であるが、電子線やEUV用のポジ型レジストにおいては、高感度化を追求しようとすると、解像力の低下のみならず、ラインエッジラフネス(LWR)の悪化が起こり、これらの特性を同時に満足するレジストの開発が強く望まれている。高感度と、高解像性、良好なLWRはトレードオフの関係にあり、これを如何にして同時に満足させるかが非常に重要である。
また、KrFエキシマレーザー光を用いるリソグラフィーにおいても同様に高感度、高解像性、良好なLWRを同時に満足させることが重要な課題となっており、更に、イオンインプランテーション工程を代表とする、高反射基板における、定在波、レジスト膜厚変動によるライン線幅変動(スイングもしくはSW)が課題となっている。高反射基板における、レジスト膜厚変動によるスイングはレジストの透過率が高い場合、増大する傾向があり、染料を導入することで軽減されることが知られている。しかし染料を導入することで、解像力の低下、LWRの劣化がおこり、さらに、レジスト膜形成時のベーク時に染料が昇華し、ベークプレートを汚染さることがある。これらを如何にして同時に満足させるかが非常に重要である。
これらのKrFエキシマレーザー光、電子線、あるいはEUV光を用いたリソグラフィープロセスに適したレジストとしては高感度化の観点から主に酸触媒反応を利用した化学増幅型レジストが用いられており、ポジ型レジストにおいては主成分として、アリカリ現像液には不溶又は難溶性で、酸の作用によりアリカリ現像液に可溶となる性質を有するフェノール性ポリマー(以下、フェノール性酸分解性樹脂と略す)、及び酸発生剤からなる化学増幅型レジスト組成物が有効に使用されている。
光酸発生剤と酸分解性基で保護された樹脂からなる初期の化学増幅型ポジレジスト組成物は、例えば、特許文献1(米国特許第4491628号明細書)等に開示されている。この化学増幅型ポジレジスト組成物は、遠紫外光等の放射線の照射により露光部に酸を生成させ、この酸を触媒とする反応によって、活性放射線の照射部と非照射部の現像液に対する溶解性を変化させパターンを基板上に形成させるパターン形成材料である。
酸分解性基で保護された樹脂を含有するポジ型レジスト組成物は、これまでに各種知られており、例えば、特許文献2(特開平5−249682号公報)には、アルコキシ(アセタール)基にて保護されたポリヒドロキシスチレン樹脂を用いたレジスト組成物が、特許文献3(特開平9−211866号公報)には、異なる2種の酸分解基で保護されたポリヒドロキシスチレン樹脂を用いたレジスト組成物が、特許文献4(特開2000−352822号公報)には、連結基を介し末端にヘテロ環基を有するアセタール基により保護された樹脂を用いたレジスト組成物が、特許文献5(特開2002−49156号公報)には、異なる2種のアセタール基で保護されたポリヒドロキシスチレン樹脂を用いたレジスト組成物が、特許文献6(特開2004−302434号公報)には、染料としてアントラセン環を用いた、レジスト組成物が、特許文献7(特開2005−352337号公報)には、置換基を有したヒドロキシルスチレンが開示されている。しかしながら、これらのいかなる組合せにおいても、超微細領域での、高感度、高解像性、良好なLWR、更に、KrFイオンインプランテーション工程を代表とする、高反射基板における、定在波、レジスト膜厚変動によるスイングは同時に満足できていないのが現状である。
米国特許第4491628号明細書 特開平5−249682号公報 特開平9−211866号公報 特開2000−352822号公報 特開2002−49156号公報 特開2004−302434号公報 特開2005−352337号公報
本発明の目的は、高感度、高解像性、良好なLWR、更に、KrFにおいては、高反射基板における、定在波、レジスト膜厚変動によるスイングが低減されたレジスト組成物及びそれを用いたパターン形成方法を提供することにある。
本発明は、次の通りである。
〔1〕
(A)下記一般式(I)で表される繰り返し単位及び一般式(II)で表される繰り返し単位を有する樹脂及び(B)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物を含有することを特徴とするレジスト組成物。
Figure 0005039571

一般式(I)及び(II)に於いて、
Aは、水素原子、アルキル基、水酸基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、アシル基、アシロキシ基、シクロアルキル基、アリール基、カルボキシル基、アルキルオキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基又はアラルキル基を表す。
Raは、酸の作用により脱離する基又は酸の作用により分解する基を有する基を表す。
Rb及びRcは、各々独立して、水素原子、アルキル基、水酸基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、アシル基、アシロキシ基、シクロアルキル基、アリール基、カルボキシル基、アルキルオキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基又はアラルキル基を表す。
Xは、水素原子又は有機基を表す。
Yは、アリール基を表す。
Zは、置換基を表す。
pは1〜4の整数、nは1〜4の整数、kは0〜3の整数であり、2≦p+n+k≦5である。
pが、2〜4の時、複数のY、Rb、Rcは、それぞれ同じでも異なってもよい。
nが、2〜4の時、複数のXは、それぞれ同じでも異なってもよい。
kが、2〜3の時、複数のZは、同じでも異なっていても良い。
mは、0〜10の整数を表す。
〔2〕
(A)下記一般式(I)で表される繰り返し単位及び一般式(II)で表される繰り返し単位を有する樹脂及び(B)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物を含有することを特徴とするレジスト組成物。
Figure 0005039571

一般式(I)及び(II)に於いて、
Aは、水素原子、アルキル基、水酸基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、アシル基、アシロキシ基、シクロアルキル基、アリール基、カルボキシル基、アルキルオキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基又はアラルキル基を表す。
Raは、酸の作用により脱離する基又は酸の作用により分解する基を有する基を表し、かつ下記一般式(IRa)で表される基を表す。
Rb及びRcは、各々独立して、水素原子、アルキル基、水酸基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、アシル基、アシロキシ基、シクロアルキル基、アリール基、カルボキシル基、アルキルオキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基又はアラルキル基を表す。
Xは、水素原子又は有機基を表す。
Yは、水素原子又は有機基を表す。
Zは、置換基を表す。
pは1〜4の整数、nは1〜4の整数、kは0〜3の整数であり、2≦p+n+k≦5である。
pが、2〜4の時、複数のY、Rb、Rcは、それぞれ同じでも異なってもよい。
nが、2〜4の時、複数のXは、それぞれ同じでも異なってもよい。
kが、2〜3の時、複数のZは、同じでも異なっていても良い。
mは、0〜10の整数を表す。
Figure 0005039571

一般式(IRa)に於いて、
ARは、アリール基を表す。
Rnは、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を表す。
〔3〕
一般式(I)に於ける、Raが、環状炭素構造を有する基であることを特徴とする〔1〕に記載のレジスト組成物。
〔4〕
一般式(II)に於ける、mが、0であることを特徴とする〔1〕〜〔3〕のいずれかに記載のレジスト組成物。
〔5〕
(B)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物として、オニウム塩を少なくとも1種類含有することを特徴とする〔1〕〜〔4〕のいずれかに記載のレジスト組成物。
〔6〕
(B)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物として、下記一般式(ZI)又は一般式(ZII)で表される化合物を少なくとも1種類含有することを特徴とする〔5〕に記載のレジスト組成物。
Figure 0005039571

一般式(ZI)及び(ZII)に於いて、
201 〜R 205 は、各々独立に、脂肪族炭化水素基又は芳香族炭化水素基を表す。R 201 〜R 203 の内の2個は、互いに結合して環を形成してもよく、また、R 204 とR 205 とは、互いに結合して環を形成してもよい。
- は、下記のアニオン(AN1)、(AN3)及び(AN4)のいずれかを表す。
Figure 0005039571

一般式(AN1)、(AN3)及び(AN4)に於いて、
Rc 1 及びRc 3 〜Rc 5 は、各々独立に、有機基を表す。Rc 3 とRc 4 とは、互いに結合して環を形成してもよい。
〔7〕
〔1〕〜〔6〕のいずれかに記載のレジスト組成物により形成されるレジスト膜。
〔8〕
〔7〕に記載のレジスト膜を露光、現像する工程を有することを特徴とするパターン形成方法。
本発明は上記の〔1〕〜〔8〕に関するものであるが、その他の事項についても記載した。
(1) (A)下記一般式(I)で表される繰り返し単位及び一般式(II)で表される繰り返し単位を有する樹脂及び(B)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物を含有することを特徴とするレジスト組成物。
Figure 0005039571
一般式(I)及び(II)に於いて、
Aは、水素原子、アルキル基、水酸基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、アシル基、アシロキシ基、シクロアルキル基、アリール基、カルボキシル基、アルキルオキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基又はアラルキル基を表す。
Raは、酸の作用により脱離する基又は酸の作用により分解する基を有する基を表す。
Rb及びRcは、各々独立して、水素原子、アルキル基、水酸基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、アシル基、アシロキシ基、シクロアルキル基、アリール基、カルボキシル基、アルキルオキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基又はアラルキル基を表す。
Xは、水素原子又は有機基を表す。
Yは、水素原子又は有機基を表す。
Zは、置換基を表す。
pは1〜4の整数、nは1〜4の整数、kは0〜3の整数であり、2≦p+n+k≦5である。
pが、2〜4の時、複数のY、Rb、Rcは、それぞれ同じでも異なってもよい。
nが、2〜4の時、複数のXは、それぞれ同じでも異なってもよい。
kが、2〜3の時、複数のZは、同じでも異なっていても良い。
mは、0〜10の整数を表す。
(2) 一般式(II)に於ける、mが、0であることを特徴とする(1)に記載のレジスト組成物。
(3) 一般式(II)に於ける、Yが、アリール基であることを特徴とする(1)又は(2)に記載のレジスト組成物。
(4) 一般式(I)に於ける、Raが、環状炭素構造を有する基であることを特徴とする(1)〜(3)のいずれかに記載のレジスト組成物。
(5) 一般式(I)に於ける、Raが、下記一般式(IRa)で表されることを特徴とする(4)に記載のレジスト組成物。
Figure 0005039571
一般式(IRa)に於いて、
ARは、アリール基を表す。
Rnは、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を表す。
(6) (B)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物として、オニウム
塩を少なくとも1種類含有することを特徴とする(1)〜(5)のいずれかに記載のレジスト組成物。
(7) (B)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物として、下記一般式(ZI)又は一般式(ZII)で表される化合物を少なくとも1種類含有することを特徴とする(6)に記載のレジスト組成物。
Figure 0005039571
一般式(ZI)及び(ZII)に於いて、
201〜R205は、各々独立に、脂肪族炭化水素基又は芳香族炭化水素基を表す。R201
〜R203の内の2個は、互いに結合して環を形成してもよく、また、R204とR205とは、
互いに結合して環を形成してもよい。
-は、下記のアニオン(AN1)、(AN3)及び(AN4)のいずれかを表す。
Figure 0005039571
一般式(AN1)、(AN3)及び(AN3)に於いて、
Rc1及びRc3〜Rc5は、各々独立に、有機基を表す。Rc3とRc4とは、互いに結合して環を形成してもよい。
(8) (1)〜(7)のいずれかに記載のレジスト組成物により、レジスト膜を形成し、露光、現像する工程を有することを特徴とするパターン形成方法。
以下、更に、本発明の好ましい実施の態様を挙げる。
(9) (A)成分の樹脂が、更に、下記一般式(III)で表される繰り返し単位を少なくとも1種類有することを特徴とする(1)〜(7)のいずれかに記載レジスト組成物。
Figure 0005039571
一般式(III)に於いて、
Zは、置換基を表す。
nは1〜5の整数、kは0〜4の整数であり、1≦n+k≦5である。
kが、2〜4の時、複数のZは、同じでも異なっていても良い。
(10) 一般式(II)が、下記一般式(IIa)で表されることを特徴とする(1)〜(7)のいずれかに記載のレジスト組成物。
Figure 0005039571
一般式(IIa)に於いて、
A、X、Y、Z、Rb、Rc、k、m及びpは、一般式(II)に於ける、それらと同義である。
(11) 一般式(IIa)が、下記一般式(IIb)で表されることを特徴とする(10)に記載のレジスト組成物。
Figure 0005039571
一般式(IIb)に於いて、
A、X、Y、Z、Rb、Rc、k及びmは、一般式(IIa)に於ける、それらと同義である。
(12) 一般式(IIb)が、下記一般式(IIc)で表されることを特徴とする(11)に記載のレジスト組成物。
Figure 0005039571
一般式(IIc)に於いて、
A、X、Y、Z及びkは、一般式(IIb)に於ける、それらと同義である。
(13) 一般式(II)が、下記一般式(IId)で表されることを特徴とする(11)に記載のレジスト組成物。
Figure 0005039571
一般式(IId)に於いて、
A、X、Z、Rb、Rc、k及びmは、一般式(II)に於ける、それらと同義である。
Yaは、アリール基を表す。
(14) 更に、(C)塩基性化合物を含有することを特徴とする(1)〜(7)及び(9)〜(13)のいずれかに記載のレジスト組成物。
(15) 更に、(D)界面活性剤を含有することを特徴とする(1)〜(7)及び(9)〜(14)のいずれかに記載のレジスト組成物。
(16) 更に、(E)溶剤を含有することを特徴とする(1)〜(7)及び(9)〜(15)のいずれかに記載のレジスト組成物。
(17) (E)溶剤として、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを含有することを特徴とする(16)に記載のレジスト組成物。
(18) (E)溶剤として、更に、プロピレングリコールモノメチルエーテル、乳酸エチル、酢酸ブチル、エトキシエチルプロピオネート及びメチルアミルケトンから選ばれるを少なくとも1種類含有することを特徴とする(17)に記載のレジスト組成物。
(19) KrF、電子線、X線又はEUVの照射により露光されることを特徴とする(1)〜(7)及び(9)〜(18)のいずれかに記載のレジスト組成物。
(20) (9)〜(19)のいずれかに記載のレジスト組成物により、レジスト膜を形成し、露光、現像する工程を有することを特徴とするパターン形成方法。
本発明により、電子線、KrFエキシマレーザー光、又はEUV光などの照射によるパターン形成に関して、高感度、高解像性、良好なLWR、更に、KrFにおいては、高反射基板における、定在波、レジスト膜厚変動によるスイングが低減されたレジスト組成物及びそれを用いたパターン形成方法を提供できる。
以下、本発明について詳細に説明する。
尚、本明細書における基(原子団)の表記において、置換及び無置換を記していない表記は置換基を有さないものと共に置換基を有するものをも包含するものである。例えば「アルキル基」とは、置換基を有さないアルキル基(無置換アルキル基)のみならず、置換基を有するアルキル基(置換アルキル基)をも包含するものである。
(A)一般式(I)で表される繰り返し単位及び一般式(II)で表される繰り返し単位を有する樹脂
本発明のレジスト組成物は、下記一般式(I)で表される繰り返し単位及び一般式(II)で表される繰り返し単位を有する樹脂(「(A)成分の樹脂」又は「樹脂(A)」ともいう)を含有する。
Figure 0005039571
一般式(I)及び(II)に於いて、
Aは、水素原子、アルキル基、水酸基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、アシル基、アシロキシ基、シクロアルキル基、アリール基、カルボキシル基、アルキルオキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基又はアラルキル基を表す。
Raは、酸の作用により脱離する基又は酸の作用により分解する基を有する基を表す。
Rb及びRcは、各々独立して、水素原子、アルキル基、水酸基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、アシル基、アシロキシ基、シクロアルキル基、アリール基、カルボキシル基、アルキルオキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基又はアラルキル基を表す。
Xは、水素原子又は有機基を表す。
Yは、水素原子又は有機基を表す。
Zは、置換基を表す。
pは1〜4の整数、nは1〜4の整数、kは0〜3の整数であり、2≦p+n+k≦5である。
pが、2〜4の時、複数のY、Rb、Rcは、それぞれ同じでも異なってもよい。
nが、2〜4の時、複数のXは、それぞれ同じでも異なってもよい。
kが、2〜3の時、複数のZは、同じでも異なっていても良い。
mは、0〜10の整数を表す。
一般式(I)に於ける、Raの酸の作用により脱離する基としては、例えば、−C(R36)(R37)(R38)を挙げることができる。
式中、R36〜R39は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基又はアルケニル基表す。R36とR37とは、互いに結合して環を形成してもよい。
Raの酸の作用により脱離する基は、炭化水素基であることが好ましい。
炭化水素基としては、アルキル基若しくは環状炭素構造(脂環構造若しくはアリール構造)を有する基を有する基が好ましく、より好ましくは、環状炭素構造(脂環構造若しくはアリール構造)を有する基を有する基であり、さらにより好ましくは、アリール基を有する基である。
Raに於ける、アルキル基は、炭素数1〜6の直鎖状若しくは分岐状アルキル基が好ましく、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、t−ブチル基等を挙げることができる。
Raに於ける、脂環構造は、置換基を有していてもよく、単環でも、多環でもよい。具体的には、炭素数5以上のモノシクロ、ビシクロ、トリシクロ、テトラシクロ構造等を挙げることができる。その炭素数は6〜30個が好ましく、特に炭素数7〜25個が好ましい。これらの脂環構造を有する炭化水素基は置換基を有していてもよい。
以下に脂環構造の例を示す。
Figure 0005039571
Figure 0005039571
Figure 0005039571
本発明においては、脂環構造を有する基(「脂環基」ともいう)の好ましいものとしては、アダマンチル基、ノルアダマンチル基、デカリン残基、トリシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、ノルボルニル基、セドロール基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロデカニル基、シクロドデカニル基を挙げることができる。より好ましくは、アダマンチル基、デカリン残基、ノルボルニル基、セドロール基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロデカニル基、シクロドデカニル基である。
これらの脂環基の置換基としては、アルキル基、ハロゲン原子、水酸基、アルコキシ基、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基が挙げられる。アルキル基としてはメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基等の低級アルキル基が好ましく、更に好ましくはメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基を表す。上記アルコキシ基としては、好ましくはメトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等の炭素数1〜4個のものを挙げることができる。アルキル基及びアルコキシ基が有してもよい置換基としては、水酸基、ハロゲン原子、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜4)等を挙げることができる。
また、上記基が有していてもよい更なる置換基としては、水酸基、ハロゲン原子(フツ素、塩素、臭素、ヨウ素)、ニトロ基、シアノ基、上記のアルキル基、メトキシ基、エトキシ基、ヒドロキシエトキシ基、プロポキシ基、ヒドロキシプロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基、sec−ブトキシ基、t−ブトキシ基等のアルコキシ基、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基等のアルコキシカルボニル基、ベンジル基、フエネチル基、クミル基等のアラルキル基、アラルキルオキシ基、ホルミル基、アセチル基、ブチリル基、ベンゾイル基、シアナミル基、バレリル基等のアシル基、ブチリルオキシ基等のアシロキシ基、上記のアルケニル基、ビニルオキシ基、プロペニルオキシ基、アリルオキシ基、ブテニルオキシ基等のアルケニルオキシ基、上記のアリール基、フエノキシ基等のアリールオキシ基、ベンゾイルオキシ基等のアリールオキシカルボニル基等を挙げることができる。
Raに於ける、脂環基が、有していてもよい置換基は、好ましくは、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数6〜20のアリール基又は炭素数7〜20のアラルキル基である。これらの置換基はさらに置換基を有してもよい。
Raに於ける、アリール構造を有する基としては、フェニル基、キシリル基、トルイル基、クメニル基、ナフチル基、アントラセニル基の様な炭素数6〜14個のアリール基が好ましい。
Raの酸の作用により脱離する基は、アリール基を有する基であることが好ましく、下記一般式(IRa)で表される基であることがより好ましい。
Figure 0005039571
一般式(IRa)に於いて、
ARは、アリール基を表す。
Rnは、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を表す。
一般式(IRa)、Rnにおけるアルキル基としては、置換基を有していてもよく、直鎖、分岐のいずれでもよい。直鎖アルキル基としては、好ましくは炭素数1〜30、さらに好ましくは1〜20であり、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−ノニル基、n−デカニル基等が挙げられる。分岐アルキル基としては、好ましくは炭素数3〜30、さらに好ましくは3〜20であり、例えば、i−プロピル基、i−ブチル基、t−ブチル基、i−ペンチル基、t−ペンチル基、i−ヘキシル基、t−ヘキシル基、i−ヘプチル基、t−ヘプチル基、i−オクチル基、t−オクチル基、i−ノニル基、t−デカノイル基等が挙げられる。有し得る好ましい置換基としては、アルコキシ基、水酸基、ハロゲン原子、ニトロ基、アシル基、アシルオキシ基、アシルアミノ基、スルホニルアミノ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、アラルキルチオ基、チオフェンカルボニルオキシ基、チオフェンメチルカルボニルオキシ基、ピロリドン残基等のヘテロ環残基などが挙げられ、中でもCF3基、アルキルオキシカルボニルメチ
ル基、アルキルカルボニルオキシメチル基、ヒドロキシメチル基、アルコキシメチル基等が好ましい。
Rnにおけるシクロアルキル基としては、Raの脂環基と同様なものが挙げられる。
AR及びRnにおけるアリール基としては、フェニル基、キシリル基、トルイル基、クメニル基、ナフチル基、アントラセニル基の様な炭素数6〜14個のものが好ましく、それぞれ1個以上の置換基を有していても良い。置換基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、ペンチル基、シクロペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、オクチル基、ドデシル基など、好ましくは炭素数1〜20個の直鎖若しくは分岐状アルキル基、アルコキシ基、水酸基、ハロゲン原子、ニトロ基、アシル基、アシルオキシ基、アシルアミノ基、スルホニルアミノ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、アラルキルチオ基、チオフェンカルボニルオキシ基、チオフェンメチルカルボニルオキシ基、ピロリドン残基等のヘテロ環残基などが挙げられるが、炭素数1〜5の直鎖若しくは分岐状アルキル基が解像力の点から好ましい。AR及びRnにおけるアリール基として、より好ましくはフェニル基もしくはパラメチルフェニル基である。
Aにおけるアルキル基、シクロアルキル基、アリール基としては、Rnに於ける、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基と同様なものが挙げられる。
Aにおけるハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子が挙げられ、フッ素原子が好ましい。
Aにおけるアルコキシ基は、置換基を有していてもよく、例えば、炭素数1〜8のアルコキシ基であり、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基等を挙げることができる。
Aにおけるアルキルオキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基に含まれるアルキル基としては、Rnにおけるアルキル基と同様のものがあげられる。
Aにおけるアシル基及びアシロキシ基に於けるアシル基は、置換基を有していてもよく、例えば、炭素数2〜8個のアシル基であって、具体的には、ホルミル基、アセチル基、プロパノイル基、ブタノイル基、ピバロイル基、ベンゾイル基等を好ましく挙げることができる。
Aに於けるアラルキル基は、炭素数7〜12のアラルキル基が好ましく、例えば、ベンジル基、フェネチル基、ナフチルメチル基等を挙げることができる。
Aとして、好ましくは炭素数16以下である。より好ましくは、水素原子、もしくはメチル基である。
Raの酸の作用により分解する基(「酸分解性基」ともいう)を有する基としては、酸分解性基を有するアルキル基(好ましくは炭素数1〜15)、シクロアルキル基(好ましくは炭素数3〜15)、アリール基(好ましくは炭素数6〜15)等を挙げることができる。
酸分解性基としては、例えば、カルボキシル基、フェノール性水酸基、スルホン酸基、チオール基等のアルカリ可溶性基の水素原子が、酸の作用により脱離する基で保護された基を挙げることができる。
酸の作用により脱離する基としては、例えば、−C(R36)(R37)(R38)、−C(R36)(R37)(OR39)、−C(=O)−O−C(R36)(R37)(R38)、−C(R01)(R02)(OR39)、−C(R01)(R02)−C(=O)−O−C(R36)(R37)(R38)等を挙げることができる。
式中、R36〜R39は、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基又はアルケニル基表す。R36とR37とは、互いに結合して環を形成してもよい。
01〜R02は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基又はアルケニル基を表す。
一般式(I)で表される繰り返し単位の具体例を以下に示すが、本発明は、これらに限定されるものではない。
Figure 0005039571
Figure 0005039571
Figure 0005039571
Figure 0005039571
Figure 0005039571
前記一般式(II)において、Aは、一般式(I)に於ける、Aと同様なものである。
Zの置換基としては、通常、一般式(II)で表される構造に於いて、ベンゼン環の置換基とされるものであれば、いずれの置換基も挙げることができる。
Zの置換基としては、例えば、ハロゲン原子、アルキル基、脂環基、アリール基、アルコキシ基、アシル基、−OC(=O)Rb、−OC(=O)ORb、−C(=O)ORb
、−C(=O)N(Rc)Rb、−N(Rc)C(=O)Rb、−N(Rc)C(=O)ORb
、−N(Rc)SO2Rb、−SRb、−SO2Rb、−SO3Rb又は−SO2N(Rc)Rbを
挙げることができる。式中、Rb及びRcは、各々独立して、水素原子、アルキル基、水酸基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、アシル基、アシロキシ基、シクロアルキル基、アリール基、カルボキシル基、アルキルオキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基又はアラルキル基を表す。Rb及びRcに於ける、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、アシル基、アシロキシ基、シクロアルキル基、アリール基、アルキルオキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基、アラルキル基としては、一般式(I)、Aに於ける、それらと同様のものを挙げることができる。
Zのアルキル基は、一般式(IRa)、Rnに於ける、それと同様なものが挙げられる。
Zの脂環基は、一般式(I)、Raに於ける、それと同様なものが挙げられる。
Zのアルコキシ基は、一般式(I)、Aに於ける、それと同様なものが挙げられる。
Zのアリール基は、一般式(IRa)、Rnに於ける、それと同様なものが挙げられる。
Zのアシル基は、一般式(I)、Aに於ける、それと同様なものが挙げられる。
Rb及びRcに於ける、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、アシル基、アシロキシ基、シクロアルキル基、アリール基、アルキルオキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基、アラルキル基としては、一般式(I)、Aに於ける、それらと同様のものを挙げることができる。
X及びYとしての有機基は、好ましくは炭素数1〜40であり、酸の作用により脱離する基(「酸脱離性基」ともいう)であっても、酸の作用により脱離しない基(「非酸脱離性基」ともいう)であってもよい。
非酸脱離性基としては、Zの置換基に於ける、酸の作用により脱離しない有機基と同様のものを挙げることができる。
例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アリール基、アルキルオキシ基(但し、−O−第3級アルキルは除く)、アシル基、シクロアルキルオキシ基、アルケニルオキシ基、アリールオキシ基、アルキルカルボニルオキシ基、アルキルアミドメチルオキシ基、アルキルアミド基、アリールアミドメチル基、アリールアミド基等が挙げられる。
非酸脱離性基としては、好ましくはアシル基、アルキルカルボニルオキシ基、アルキルオキシ基、シクロアルキルオキシ基、アリールオキシ基、アルキルアミドオキシ基、アルキルアミド基であり、より好ましくはアシル基、アルキルカルボニルオキシ基、アルキルオキシ基、シクロアルキルオキシ基、アリールオキシ基である。
非酸脱離性基において、アルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基の様な炭素数1〜4個のものが好ましく、シク
ロアルキル基としてはシクロプロピル基、シクロブチル基、シクロヘキシル基、アダマンチル基の様な炭素数3〜10個のものが好ましく、アルケニル基としてはビニル基、プロペニル基、アリル基、ブテニル基の様な炭素数2〜4個のものが好ましく、アルケニル基としてはビニル基、プロペニル基、アリル基、ブテニル基の様な炭素数2〜4個のものが好ましく、アリール基としてはフエニル基、キシリル基、トルイル基、クメニル基、ナフチル基、アントラセニル基の様な炭素数6〜14個のものが好ましい。アルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、ヒドロキシエトキシ基、プロポキシ基、ヒドロキシプロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基、sec−ブトキシ基等の炭素数1〜4個のア
ルコキシ基が好ましい。
Xの酸脱離性基としては、例えば、−C(R11a)(R12a)(R13a)、−C(R14a)(R15a)(OR16a)、−CO−OC(R11a)(R12a)(R13a)を挙げることができる。
すなわち、Xが酸脱離性基であるとき、酸の作用によりXが脱離し、一般式(I)に示すベンゼン環上にアルカリ可溶性基である水酸基が生じる。
Yの酸脱離性基としては、例えば、−O−C(R11a)(R12a)(R13a)を挙げること
ができる。
11a〜R13aは、それぞれ独立して、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アラルキル基またはアリール基を表す。R14aおよびR15aは、それぞれ独立して、水素原子またはアルキル基を表す。R16aは、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、
アラルキル基またはアリール基を表す。尚、R11a、R12a、R13aのうちの2つ、または
14a、R15a、R16aのうちの2つが結合して環を形成してもよい。
なお、式(I)中のXには、酸分解性基を有する基を変性により導入することもできる。このようにして、酸分解性基を導入したXは、例えば、以下のようになる。
−〔C(R17a)(R18a)〕p−CO−OC(R11a)(R12a)(R13a
17aおよびR18aは、それぞれ独立して、水素原子またはアルキル基を表す。pは1〜4の整数である。
一般式(II)で表される繰り返し単位は、下記一般式(IIa)で表される繰り返し単位が好ましく、一般式(IIb)で表される繰り返し単位がより好ましい。
Figure 0005039571
一般式(IIa)及び(IIb)に於いて、
A、X、Y、Z、Rb、Rc、k、m及びpは、一般式(II)に於ける、それらと同義である。
一般式(IIb)で表される繰り返し単位は、248nmに吸収を持つ繰り返し単位であり、且つ下記一般式(IIc)又は一般式(IId)で表される繰り返し単位が好ましい。
Figure 0005039571
一般式(IIc)及び(IId)に於いて、
A、X、Y、Z、Rb、Rc、k及びmは、一般式(II)に於ける、それらと同義である。
Yaは、アリール基を表す。
Yaのアリール基としては、Rnに於ける、アリール基と同様なものが挙げられる。
一般式(II)で表される繰り返し単位に於いて、Xが水素原子である具体例を以下に示すが、本発明は、これらに限定されるものではない。
Figure 0005039571
Figure 0005039571
Figure 0005039571
Xとしての酸脱離性基の具体例を挙げるが、本発明は、それらに限定されるものではない。
Figure 0005039571
一般式(II)で表される繰り返し単位が、アルカリ現像液に不溶又は難溶性で、酸の作用によりアルカリ現像液に可溶となる性質を有する繰り返し単位である場合の具体例として、一般式(II)で表される繰り返し単位の具体例(II−1)〜(II−48)と、Xの酸脱離性基の具体例(H−1)〜(H−15)との全ての組み合わせを挙げることができる。
樹脂(A)は、更に、下記一般式(III)で表される繰り返し単位を少なくとも1種類有することが好ましい。
Figure 0005039571
一般式(III)に於いて、
Aは、水素原子、アルキル基、水酸基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、アシル基、アシロキシ基、シクロアルキル基、アリール基、カルボキシル基、アルキルオキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基又はアラルキル基を表す。
Zは、置換基を表す。
nは1〜5の整数、kは0〜4の整数であり、1≦n+k≦5である。
kが、2〜4の時、複数のZは、同じでも異なっていても良い。
一般式(III)に於ける、Zは、一般式(II)に於ける、Zと同様のものである。
樹脂(A)は、アルカリ現像液に対する良好な現像性を維持するために、アルカリ可溶性基、例えば、カルボキシル基、スルホン酸基、ヘキサフルオロイソプロパノール基(−C(CF3)2OH)が導入され得るように適切な他の重合性モノマーが共重合されていてもよいし、膜質向上のためにアルキルアクリレートやアルキルメタクリレートのような疎水性の他の重合性モノマーが共重合されてもよい。
これらの繰り返し単位の具体例を挙げるが、本発明は、これらに限定されるものではない。
Figure 0005039571
樹脂(A)の親疎水性の調整のために、アルキレンオキシ、ラクトンなどの親水基を含有するメタアクリレートもしくはアクリレートを共重合してもよい。
その他、スチレン(アルキル基、ハロゲン原子、アルキルチオ基、スルホニル基、エステル基が置換していてもよい)、ビニルナフタレン(アルキル基、ハロゲン原子、アルキルチオ基、スルホニル基、エステル基が置換していてもよい)、ビニルアントラセン(アルキル基、ハロゲン原子、アルキルチオ基、スルホニル基、エステル基が置換していてもよい)、アクリルアミド類、メタクリルアミド類、アリル化合物、ビニルエーテル類、ビニルエステル類などが共重合されていてもよい。
樹脂(A)に於いて、一般式(I)で表される繰り返し単位の含有率は、樹脂を構成する全繰り返し単位中、好ましくは2〜75モル%、より好ましくは3〜50モル%、特に好ましくは5〜35モル%である。
樹脂(A)に於いて、一般式(II)で表される繰り返し単位の含有率は、樹脂を構成する全繰り返し単位中、好ましくは1〜95モル%、より好ましくは2〜50モル%、特に好ましくは3〜35モル%である。
樹脂(A)に於いて、水酸基、カルボキシ基、スルホン酸基などアルカリ可溶性基を有する繰り返し単位の含有率は、樹脂を構成する全繰り返し単位中、好ましくは1〜99モル%、より好ましくは3〜95モル%、特に好ましくは5〜90モル%である。
樹脂(A)の重量平均分子量(Mw)は、それぞれ1,000〜30,000の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは3,000〜20,000の範囲である。分散度(Mw/Mn)は、1.0〜2.0であることが好ましく、より好ましくは1.0〜1.
8、特に好ましくは、1.0〜1.5である。ここで、重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーのポリスチレン換算値をもって定義される。
アゾ系重合開始剤を用いてラジカル重合を行うことで分散度1.3〜2.0の樹脂(A)を合成することができる。さらに好ましい分散度1.0〜1.5の樹脂(A)をリビングラジカル重合によって合成可能である。
また、樹脂(A)は、2種類以上組み合わせて使用してもよい。
樹脂(A)の添加量は、総量として、レジスト組成物の全固形分に対し、通常10〜96質量%であり、好ましくは15〜96質量%であり、特に好ましくは20〜95質量%である。
酸で分解し得る基の含有率は、樹脂中の酸で分解し得る基の数(B)と酸で脱離する基で保護されていないアルカリ可溶性基の数(S)をもって、B/(B+S)で表される。含有率は、好ましくは0.01〜0.7、より好ましくは0.05〜0.50、更に好ましくは0.05〜0.40である。
(B)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物
本発明のレジスト組成物は活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物(以下、「酸発生剤」ともいう)を含有する。
そのような酸発生剤としては、光カチオン重合の光開始剤、光ラジカル重合の光開始剤、色素類の光消色剤、光変色剤、あるいはマイクロレジスト等に使用されている活性光線又は放射線の照射により酸を発生する公知の化合物及びそれらの混合物を適宜に選択して使用することができる。
たとえば、ジアゾニウム塩、ホスホニウム塩、スルホニウム塩、ヨードニウム塩、イミドスルホネート、オキシムスルホネート、ジアゾジスルホン、ジスルホン、o−ニトロベンジルスルホネートを挙げることができる。
また、これらの活性光線又は放射線の照射により酸を発生する基、あるいは化合物をポリマーの主鎖又は側鎖に導入した化合物、たとえば、米国特許第3,849,137号、独国特許第3914407号、特開昭63−26653号、特開昭55−164824号、特開昭62−69263号、特開昭63−146038号、特開昭63−163452号、特開昭62−153853号、特開昭63−146029号等に記載の化合物を用いることができる。
さらに米国特許第3,779,778号、欧州特許第126,712号等に記載の光によ
り酸を発生する化合物も使用することができる。
活性光線又は放射線の照射により分解して酸を発生する化合物の内で好ましい化合物として、下記一般式(ZI)、(ZII)、(ZIII)で表される化合物を挙げることができる。
Figure 0005039571
一般式(ZI)において、
201、R202及びR203は、各々独立に、有機基を表す。
-は、非求核性アニオンを表し、好ましくはスルホン酸アニオン、カルボン酸アニオ
ン、ビス(アルキルスルホニル)アミドアニオン、トリス(アルキルスルホニル)メチドアニオン、BF 、PF 、SbF などが挙げられ、好ましくは炭素原子を含有する有機アニオンである。
好ましい有機アニオンとしては、下記一般式(AN1)〜(AN4)に示す有機アニオンが挙げられる。
Figure 0005039571
一般式(AN1)及び(AN2)に於いて、
Rc1は、有機基を表す。
Rc1における有機基として炭素数1〜30のものが挙げられ、好ましくは置換してい
てもよいアルキル基、アリール基、またはこれらの複数が、単結合、−O−、−CO−、−S−、−SO−、−SON(Rd)−などの連結基で連結された基を挙げることができる。
Rdは水素原子、アルキル基を表し、結合しているアルキル基、アリール基と環構造を形成してもよい。
Rcの有機基としてより好ましくは1位がフッ素原子またはフロロアルキル基で置換されたアルキル基、フッ素原子またはフロロアルキル基で置換されたフェニル基である。フッ素原子またはフロロアルキル基を有することにより、光照射によって発生した酸の酸
性度が上がり、感度が向上する。Rcにおいて炭素原子を5個以上有する時、少なくとも1つの炭素原子は全ての水素原子がフッ素原子で置換されているのではなく、水素原子の一部が残されていることが好ましく、水素原子の数がフッ素原子より多いことがより好ましい。炭素数5以上のパーフロロアルキル基を有さないことにより生態への毒性が軽減する。
Rcの最も好ましい様態としては、下記一般式で表される基である。
Figure 0005039571
上記一般式に於いて、
Rcは、炭素数4以下、より好ましくは2〜4、更に好ましくは2〜3のパーフロロアルキレン基、又は1〜4個のフッ素原子及び/又は1〜3個のフロロアルキル基で置換されたフェニレン基を表す。
Axは連結基(好ましくは単結合、−O−、−CO−、−S−、−SO−、−SON(Rd)−)を表す。Rdは水素原子、アルキル基を表し、Rcと結合して環構造を形成してもよい。
Rcは、水素原子、フッソ原子、置換していてもよい、直鎖若しくは分岐状アルキル基、単環または多環のシクロアルキル基又はアリール基を表す。置換していてもよいアルキル基、シクロアルキル基、アリール基は置換基としてフッソ原子を含有しないことが好ましい。
前記一般式(AN3)及び(AN4)に於いて、
Rc、Rc及びRcは、有機基を表す。
一般式(AN3)及び(AN4)に於ける、Rc、Rc、Rcの有機基として、好ましくはRcにおける好ましい有機基と同じものを挙げることができる。
RcとRcが結合して環を形成していてもよい。
RcとRcが結合して形成される基としてはアルキレン基、アリーレン基が挙げられる。好ましくは炭素数2〜4のパーフロロアルキレン基である。RcとRcが結合して環を形成することにより光照射によって発生した酸の酸性度が上がり、感度が向上し、好ましい。
201、R202及びR203としての有機基の炭素数は、一般的に1〜30、好ましくは1
〜20である。
また、R201〜R203のうち2つが結合して環構造を形成してもよく、環内に酸素原子、硫黄原子、エステル結合、アミド結合、カルボニル基を含んでいてもよい。
201〜R203の内の2つが結合して形成する基としては、アルキレン基(例えば、ブチレン基、ペンチレン基)を挙げることができる。
201、R202及びR203としての有機基の具体例としては、後述する化合物(ZI−1
)、(ZI−2)、(ZI−3)における対応する基を挙げることができる。
尚、一般式(Z1)で表される構造を複数有する化合物であってもよい。例えば、一般
式(ZI)で表される化合物のR201〜R203の少なくともひとつが、一般式(ZI)で表されるもうひとつの化合物のR201〜R203の少なくともひとつと結合した構造を有する化合物であってもよい。
更に好ましい(Z1)成分として、以下に説明する化合物(ZI−1)、(ZI−2)、及び(ZI−3)を挙げることができる。
化合物(ZI−1)は、上記一般式(ZI)のR201〜R203の少なくとも1つがアリール基である、アリールスルホニム化合物、即ち、アリールスルホニウムをカチオンとする化合物である。
アリールスルホニウム化合物は、R201〜R203の全てがアリール基でもよいし、R201
〜R203の一部がアリール基で、残りがアルキル基、シクロアルキル基でもよい。
アリールスルホニウム化合物としては、例えば、トリアリールスルホニウム化合物、ジアリールアルキルスルホニウム化合物、アリールジアルキルスルホニウム化合物、ジアリールシクロアルキルスルホニウム化合物、アリールジシクロアルキルスルホニウム化合物を挙げることができる。
アリールスルホニウム化合物のアリール基としてはフェニル基、ナフチル基などのアリール基、インドール残基、ピロール残基、などのヘテロアリール基が好ましく、更に好ましくはフェニル基、インドール残基である。アリールスルホニム化合物が2つ以上のアリール基を有する場合に、2つ以上あるアリール基は同一であっても異なっていてもよい。
アリールスルホニウム化合物が必要に応じて有しているアルキル基は、炭素数1〜15の直鎖、分岐状アルキル基が好ましく、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基等を挙げることができる。
アリールスルホニウム化合物が必要に応じて有しているシクロアルキル基は、炭素数3〜15のシクロアルキル基が好ましく、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロヘキシル基等を挙げることができる。
201〜R203のアリール基、アルキル基、シクロアルキル基は、アルキル基(例えば炭素数1〜15)、シクロアルキル基(例えば炭素数3〜15)、アリール基(例えば炭素数6〜14)、アルコキシ基(例えば炭素数1〜15)、ハロゲン原子、水酸基、フェニルチオ基を置換基として有してもよい。好ましい置換基としては炭素数1〜12の直鎖、分岐状アルキル基、炭素数3〜12のシクロアルキル基、炭素数1〜12の直鎖、分岐又は環状のアルコキシ基であり、特に好ましくは炭素数1〜4のアルキル基、炭素数1〜4のアルコキシ基である。置換基は、3つのR201〜R203のうちのいずれか1つに置換していてもよいし、3つ全てに置換していてもよい。また、R201〜R203がアリール基の場合に、置換基はアリール基のp−位に置換していることが好ましい。
次に、化合物(ZI−2)について説明する。
化合物(ZI−2)は、一般式(ZI)におけるR201〜R203が、各々独立に、芳香環を含有しない有機基を表す場合の化合物である。ここで芳香環とは、ヘテロ原子を含有する芳香族環も包含するものである。
201〜R203としての芳香環を含有しない有機基は、一般的に炭素数1〜30、好ましくは炭素数1〜20である。
201〜R203は、各々独立に、好ましくはアルキル基、シクロアルキル基、アリル基、ビニル基であり、更に好ましくは直鎖、分岐、環状2−オキソアルキル基、アルコキシカルボニルメチル基、特に好ましくは直鎖、分岐2−オキソアルキル基である。
201〜R203としてのアルキル基は、直鎖、分岐状のいずれであってもよく、好ましくは、炭素数1〜10の直鎖又は分岐アルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル
基、ブチル基、ペンチル基)を挙げることができる。R201〜R203としてのアルキル基は、直鎖若しくは分岐状2−オキソアルキル基、アルコキシカルボニルメチル基であることがより好ましい。
201〜R203としてのシクロアルキル基は、好ましくは、炭素数3〜10のシクロアルキル基(シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボニル基)を挙げることができる。
201〜R203としてのシクロアルキル基は、環状2−オキソアルキル基であることがより好ましい。
201〜R203としての2−オキソアルキル基は、直鎖、分岐、環状のいずれであってもよく、好ましくは、上記のアルキル基、シクロアルキル基の2位に>C=Oを有する基を挙げることができる。
201〜R203としてのアルコキシカルボニルメチル基におけるアルコキシ基としては、好ましくは炭素数1〜5のアルコキシ基(メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ペントキシ基)を挙げることができる。
201〜R203は、ハロゲン原子、アルコキシ基(例えば炭素数1〜5)、水酸基、シアノ基、ニトロ基によって更に置換されていてもよい。
化合物(ZI−3)とは、以下の一般式(ZI−3)で表される化合物であり、フェナシルスルフォニウム塩構造を有する化合物である。
Figure 0005039571
一般式(ZI−3)に於いて、
1c〜R5cは、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、又はハロゲン原子を表す。
6c及びR7cは、各々独立に、水素原子、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。
Rx及びRyは、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基、アリル基、又はビニル基を表す。
1c〜R7c中のいずれか2つ以上、及びRxとRyは、それぞれ結合して環構造を形成しても良く、この環構造は、酸素原子、硫黄原子、エステル結合、アミド結合を含んでいてもよい。R1c〜R7c中のいずれか2つ以上、及びRxとRyが結合して形成する基としては、ブチレン基、ペンチレン基等を挙げることができる。
-は、非求核性アニオンを表し、一般式(ZI)に於ける、X-と同様のものである。
1c〜R7cとしてのアルキル基は、直鎖、分岐状のいずれであってもよく、例えば炭素数1〜20個のアルキル基、好ましくは、炭素数1〜12個の直鎖及び分岐アルキル基(例えば、メチル基、エチル基、直鎖又は分岐プロピル基、直鎖又は分岐ブチル基、直鎖又は分岐ペンチル基)を挙げることができる。
1c〜R7cとしてのシクロアルキル基は、好ましくは、炭素数3〜8個のシクロアルキル基(例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基)を挙げることができる。
1c〜R5cとしてのアルコキシ基は、直鎖、分岐、環状のいずれであってもよく、例えば炭素数1〜10のアルコキシ基、好ましくは、炭素数1〜5の直鎖及び分岐アルコキシ基(例えば、メトキシ基、エトキシ基、直鎖又は分岐プロポキシ基、直鎖又は分岐ブトキシ基、直鎖又は分岐ペントキシ基)、炭素数3〜8の環状アルコキシ基(例えば、シクロペンチルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基)を挙げることができる。
好ましくはR1c〜R5cのうちいずれかが直鎖、分岐状アルキル基、シクロアルキル基又
は直鎖、分岐、環状アルコキシ基であり、更に好ましくはR1c〜R5cの炭素数の和が2〜15である。これにより、より溶剤溶解性が向上し、保存時にパーティクルの発生が抑制される。
x及びRyとしてのアルキル基は、R1c〜R5cとしてのアルキル基と同様のものを挙げることができる。Rx及びRyとしてのアルキル基は、直鎖若しくは分岐状2−オキソアルキル基、アルコキシカルボニルメチル基であることがより好ましい。
直鎖、分岐、環状2−オキソアルキル基は、R1c〜R7cとしてのアルキル基、シクロアルキル基の2位に>C=Oを有する基を挙げることができる。
アルコキシカルボニルメチル基におけるアルコキシ基については、R1c〜R5cとしてのアルコキシ基と同様のものを挙げることができる。
x、Ryは、好ましくは炭素数4個以上のアルキル基であり、より好ましくは6個以上、更に好ましくは8個以上のアルキル基である。
前記一般式(ZII)、(ZIII)中、
204〜R207は、各々独立に、置換基を有しててもよいアリール基、置換基を有していてもよいアルキル基又は置換基を有していてもよいシクロアルキル基を表す。
204〜R207のアリール基としてはフェニル基、ナフチル基が好ましく、更に好ましくはフェニル基である。
204〜R207としてのアルキル基は、直鎖、分岐状のいずれであってもよく、好ましくは、炭素数1〜10の直鎖又は分岐アルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル
基、ブチル基、ペンチル基)を挙げることができる。
204〜R207としてのシクロアルキル基は、好ましくは、炭素数3〜10のシクロアルキル基(シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボニル基)を挙げることができる。
204〜R207が有していてもよい置換基としては、例えば、アルキル基(例えば炭素数1〜15)、シクロアルキル基(例えば炭素数3〜15)、アリール基(例えば炭素数6〜15)、アルコキシ基(例えば炭素数1〜15)、ハロゲン原子、水酸基、フェニルチオ基等を挙げることができる。
-は、非求核性アニオンを表し、一般式(I)に於けるX-の非求核性アニオンと同様のものを挙げることができる。
活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物の内で好ましい化合物として、更に、下記一般式(ZIV)、(ZV)、(ZVI)で表される化合物を挙げることができる。
Figure 0005039571
一般式(ZIV)〜(ZVI)中、
Ar3及びAr4は、各々独立に、置換若しくは未置換のアリール基を表す。
206は、置換若しくは未置換のアルキル基、置換若しくは未置換のシクロアルキル基
又は置換若しくは未置換のアリール基を表す。
207及びR208は、置換若しくは未置換のアルキル基、、置換若しくは未置換のシクロ
アルキル基、置換若しくは未置換のアリール基又は電子吸引性基を表す。R207として好
ましくは、置換若しくは未置換のアリール基である。R208として好ましくは、電子吸引
性基であり、より好ましくはシアノ基、フロロアルキル基である。
Aは、置換若しくは未置換のアルキレン基、置換若しくは未置換のアルケニレン基又は置換若しくは未置換のアリーレン基を表す。
活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物の内で、より好ましくは、一般式(ZI)〜(ZIII)で表される化合物であり、更に好ましくは、一般式(ZI)、(ZII)で表される化合物であり、特に好ましくは、化合物(ZI−1)〜(ZI−3)である。
更に、活性光線又は放射線の照射により、下記一般式(AC1)〜(AC3)で表される酸を発生する化合物が好ましい。
Figure 0005039571
すなわち、より好ましい(B)成分は、一般式(ZI)の構造において、X-が、前記
一般式(AN1)、(AN3)、(AN4)から選ばれるアニオンである化合物あり、特に好ましい化合物は、X-が、一般式(AN3)、(AN4)から選ばれるアニオンであ
る化合物である。
活性光線又は放射線の照射により分解して酸を発生する化合物の中で、特に好ましいものの例を以下に挙げる。
Figure 0005039571
Figure 0005039571
Figure 0005039571
Figure 0005039571
Figure 0005039571
酸発生剤は、1種単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。2種以上を組み合わせて使用する際には、水素原子を除く全原子数が2以上異なる2種の有機酸を発生する化合物を組み合わせることが好ましい。
酸発生剤の組成物中の含量は、レジスト組成物の全固形分を基準として、0.1〜20質量%が好ましく、より好ましくは0.5〜10質量%、更に好ましくは1〜7質量%である。
(C)塩基性化合物
本発明のレジスト組成物は、露光から加熱までの経時による性能変化を低減あるいは、露光によって発生した酸の膜中拡散性を制御するために、塩基性化合物を含有することが好ましい。
塩基性化合物としては含窒素塩基性化合物、オニウム塩化合物を挙げることができる。好ましい含窒素塩基性化合物構造として、下記一般式(A)〜(E)で示される部分構造を有する化合物を挙げることができる。
Figure 0005039571
一般式(A)に於いて、
250、R251及びR252は、各々独立に、水素原子、炭素数1〜20のアルキル、炭素
数3〜20のシクロアルキル基又は炭素数6〜20のアリール基であり、ここでR250
251は互いに結合して環を形成してもよい。これらは置換基を有していてもよく、置換
基を有するアルキル基及びシクロアルキル基としては、炭素数1〜20のアミノアルキル基又は炭素数3〜20のアミノシクロアルキル基、炭素数1〜20のヒドロキシアルキル基又は炭素数3〜20のヒドロキシシクロアルキル基が好ましい。
また、これらはアルキル鎖中に酸素原子、硫黄原子、窒素原子を含んでも良い。
一般式(E)に於いて、
253、R254、R255及びR256は、各々独立に、炭素数1〜6のアルキル基又は炭素数3〜6のシクロアルキル基を示す。
好ましい化合物として、グアニジン、アミノピロリジン、ピラゾール、ピラゾリン、ピペラジン、アミノモルホリン、アミノアルキルモルフォリン、ピペリジンを挙げることができ、置換基を有していてもよい。更に好ましい化合物として、イミダゾール構造、ジアザビシクロ構造、オニウムヒドロキシド構造、オニウムカルボキシレート構造、トリアルキルアミン構造、アニリン構造又はピリジン構造を有する化合物、水酸基及び/又はエーテル結合を有するアルキルアミン誘導体、水酸基及び/又はエーテル結合を有するアニリン誘導体等を挙げることができる。
イミダゾール構造を有する化合物としてはイミダゾール、2、4、5−トリフェニルイミダゾール、ベンズイミダゾール等があげられる。ジアザビシクロ構造を有する化合物としては1、4−ジアザビシクロ[2,2,2]オクタン、1、5−ジアザビシクロ[4,3,0]ノナ−5−エン、1、8−ジアザビシクロ[5,4,0]ウンデカ−7−エンな
どがあげられる。オニウムヒドロキシド構造を有する化合物としてはトリアリールスルホニウムヒドロキシド、フェナシルスルホニウムヒドロキシド、2−オキソアルキル基を有するスルホニウムヒドロキシド、具体的にはトリフェニルスルホニウムヒドロキシド、トリス(t−ブチルフェニル)スルホニウムヒドロキシド、ビス(t−ブチルフェニル)ヨードニウムヒドロキシド、フェナシルチオフェニウムヒドロキシド、2−オキソプロピルチオフェニウムヒドロキシドなどがあげられる。オニウムカルボキシレート構造を有する化合物としてはオニウムヒドロキシド構造を有する化合物のアニオン部がカルボキシレートになったものであり、例えばアセテート、アダマンタン−1−カルボキシレート、パーフロロアルキルカルボキシレート等があげられる。トリアルキルアミン構造を有する化合物としては、トリ(n−ブチル)アミン、トリ(n−オクチル)アミン等を挙げることができる。アニリン化合物としては、2,6−ジイソプロピルアニリン、N,N−ジメチルアニリン等を挙げることができる。水酸基及び/又はエーテル結合を有するアルキルアミン誘導体としては、エタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、トリス(メトキシエトキシエチル)アミン等を挙げることができる。水酸基及び/又はエーテル結合を有するアニリン誘導体としては、N,N−ビス(ヒドロキシエチル)アニリン等を挙げることができる。
また、テトラアルキルアンモニウム塩型の含窒素塩基性化合物も用いることができる。これらの中では、特に炭素数1〜8のテトラアルキルアンモニウムヒドロキシド(テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、テトラ-(
n-ブチル)アンモニウムヒドロキシド等)が好ましい。これらの含窒素塩基性化合物は
、単独であるいは2種以上一緒に用いられる。
これらの塩基性化合物は、単独であるいは2種以上で用いられる。塩基性化合物の使用量は、レジスト組成物の固形分を基準として、通常0.001〜10質量%、好ましくは0.01〜5質量%である。十分な添加効果を得る上で0.001質量%以上が好ましく、感度や非露光部の現像性の点で10質量%以下が好ましい。
(D)界面活性剤
本発明のレジスト組成物は、更に、フッ素系及び/又はシリコン系界面活性剤(フッ素系界面活性剤及びシリコン系界面活性剤、フッ素原子と珪素原子の両方を含有する界面活性剤)のいずれか、あるいは2種以上を含有することが好ましい。
本発明のレジスト組成物がフッ素及び/又はシリコン系界面活性剤とを含有することにより、250nm以下、特に220nm以下の露光光源の使用時に、良好な感度及び解像度で、密着性及び現像欠陥の少ないレジストパターンを与えることが可能となる。
これらのフッ素及び/又はシリコン系界面活性剤として、例えば特開昭62−36663号公報、特開昭61−226746号公報、特開昭61−226745号公報、特開昭62−170950号公報、特開昭63−34540号公報、特開平7−230165号公報、特開平8−62834号公報、特開平9−54432号公報、特開平9−5988号公報、特開2002−277862号公報、米国特許第5405720号明細書、同5360692号明細書、同5529881号明細書、同5296330号明細書、同5436098号明細書、同5576143号明細書、同5294511号明細書、同5824451号明細書記載の界面活性剤を挙げることができ、下記市販の界面活性剤をそのまま用いることもできる。
使用できる市販の界面活性剤として、例えばエフトップEF301、EF303、(新
秋田化成(株)製)、フロラードFC430、431(住友スリーエム(株)製)、メガファッ
クF171、F173、F176、F189、R08(大日本インキ化学工業(株)製)
、サーフロンS−382、SC101、102、103、104、105、106(旭硝子(株)製)、トロイゾルS−366(トロイケミカル(株)製)等のフッ素系界面活性剤又はシリコン系界面活性剤を挙げることができる。またポリシロキサンポリマーKP−341(信越化学工業(株)製)もシリコン系界面活性剤として用いることができる。
また、界面活性剤としては、上記に示すような公知のものの他に、テロメリゼーション法(テロマー法ともいわれる)もしくはオリゴメリゼーション法(オリゴマー法ともいわれる)により製造されたフルオロ脂肪族化合物から導かれたフルオロ脂肪族基を有する重合体を用いた界面活性剤を用いることが出来る。フルオロ脂肪族化合物は、特開2002−90991号公報に記載された方法によって合成することが出来る。
フルオロ脂肪族基を有する重合体としては、フルオロ脂肪族基を有するモノマーと(ポリ(オキシアルキレン))アクリレート及び/又は(ポリ(オキシアルキレン))メタクリレートとの共重合体が好ましく、不規則に分布していても、ブロック共重合していてもよい。また、ポリ(オキシアルキレン)基としては、ポリ(オキシエチレン)基、ポリ(オキシプロピレン)基、ポリ(オキシブチレン)基などが挙げられ、また、ポリ(オキシエチレンとオキシプロピレンとオキシエチレンとのブロック連結体)やポリ(オキシエチレンとオキシプロピレンとのブロック連結体)など同じ鎖長内に異なる鎖長のアルキレンを有するようなユニットでもよい。さらに、フルオロ脂肪族基を有するモノマーと(ポリ(オキシアルキレン))アクリレート(又はメタクリレート)との共重合体は2元共重合体ばかりでなく、異なる2種以上のフルオロ脂肪族基を有するモノマーや、異なる2種以上の(ポリ(オキシアルキレン))アクリレート(又はメタクリレート)などを同時に共重合した3元系以上の共重合体でもよい。
例えば、市販の界面活性剤として、メガファックF178、F−470、F−473、F−475、F−476、F−472(大日本インキ化学工業(株)製)を挙げることができる。さらに、C613基を有するアクリレート(又はメタクリレート)と(ポリ(オ
キシアルキレン))アクリレート(又はメタクリレート)との共重合体、C613基を有
するアクリレート(又はメタクリレート)と(ポリ(オキシエチレン))アクリレート(又はメタクリレート)と(ポリ(オキシプロピレン))アクリレート(又はメタクリレート)との共重合体、C817基を有するアクリレート(又はメタクリレート)と(ポリ(オキシアルキレン))アクリレート(又はメタクリレート)との共重合体、C817基を有するアクリレート(又はメタクリレート)と(ポリ(オキシエチレン))アクリレート(又はメタクリレート)と(ポリ(オキシプロピレン))アクリレート(又はメタクリレート)との共重合体、などを挙げることができる。
好ましく界面活性剤として、下記一般式(Da)で表される界面活性剤を挙げることができる。
Figure 0005039571
一般式(Da)に於いて、
Rfは、フルオロアルキル基を表す。
1は、水素原子又はアルキル基を表す。
pは、1〜30の整数を表す。
一般式(Da)に於ける、Rfのフルオロアルキル基は、炭素数1〜10のフルオロアルキル基が好ましい。フルオロアルキル基は、全ての水素原子がフッ素原子で置換されていてもよいし、一部の水素原子がフッ素原子で置換されていてもよい。フルオロアルキル基は、アルキル基の途中にオキシ基を有していてもよい。Rfのフルオロアルキル基としては、例えば、−CF3、−C25、−C37、−C49、−CH2CF3、−CH225、−CH237、−CH249、−CH2613、−C24CF3、−C2425、−C2449、−C24613、−C24817、−CH2CH(CH3)CF3、−CH2CH(CF32、−CH2CF(CF32、−CH2CH(CF32、−CF2CF(CF3)OCF3、−CF2CF(CF3)OC37、−C24OCF2CF(CF3)OCF3、−C24OCF2CF(CF3)OC37、−C(CF3)=C(CF(CF322等を挙げることができる。
1のアルキル基は、炭素数1〜5の直鎖状アルキル基が好ましい。
以下、一般式(Da)で表される界面活性剤の具体例を挙げるが、本発明は、これに限定されるものではない。
Figure 0005039571
界面活性剤の添加量は、レジスト組成物の全量(溶剤を除く)に対して、好ましくは0.0001〜2質量%、より好ましくは0.001〜1質量%である。
(E)溶剤
本発明のレジスト組成物は、上記各成分を溶解する溶剤に溶かして支持体上に塗布する。全レジスト成分の固形分濃度として、通常2〜30質量%とすることが好ましく、3〜25質量%がより好ましい。
ここで使用する溶媒としては、プロピレングリコールモノアルキルエーテルカルボキシレート、プロピレングリコールモノアルキルエーテル、乳酸アルキル、酢酸エステル、アルコキシプロピオン酸アルキル、鎖状ケトンおよび、環状ケトンのうち少なくとも1種と
を含有する溶剤が好ましい。
プロピレングリコールモノアルキルエーテルカルボキシレートとして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、プロピレングリコールモノメチルエーテルプロピオネート又は、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテートが好ましい。
プロピレングリコールモノアルキルエーテルとしては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が好ましい。
乳酸アルキルとしては乳酸エチル、乳酸ブチルが好ましい。
酢酸エステルとしては酢酸ブチルが好ましい。
アルコキシプロピオン酸アルキルとしてはメトキシメチルプロピオネート、エトキシエチルプロピオネートが好ましい。
鎖状ケトンとしてはメチルアミルケトンが好ましい。
環状ケトンとしてはシクロヘキサノン、γ−ブチロラクトン、プロピレンカーボネートが好ましい。
上記の溶剤は単独でも、組み合わせてもよい。
組み合わせる溶剤として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と、プロピレングリコールモノメチルエーテル、乳酸エチル、酢酸ブチル、エトキシエチルプロピオネートまたは、メチルアミルケトンが好ましい。
その他の成分
本発明のレジスト組成物には必要に応じて、さらに、染料、光塩基発生剤などを含有させることができる。
1.染料
本発明においては、染料を用いることができる。
好適な染料としては油性染料及び塩基性染料がある。具体的にはオイルイエロー#101、オイルイエロー#103、オイルピンク#312、オイルグリーンBG、オイルブルーBOS、オイルブルー#603、オイルブラックBY、オイルブラックBS、オイルブラックT−505(以上オリエント化学工業株式会社製)、クリスタルバイオレット(CI42555)、メチルバイオレット(CI42535)、ローダミンB(CI45170B)、マラカイトグリーン(CI42000)、メチレンブルー(CI52015)等を挙げることができる。
2.光塩基発生剤
本発明のレジスト組成物に添加できる光塩基発生剤としては、特開平4−151156号、同4−162040号、同5−197148号、同5−5995号、同6−194834号、同8−146608号、同10−83079号、欧州特許622682号に記載の化合物が挙げられ、具体的には、2−ニトロベンジルカルバメート、2,5−ジニトロベンジルシクロヘキシルカルバメート、N−シクロヘキシル−4−メチルフェニルスルホンアミド、1,1−ジメチル−2−フェニルエチル−N−イソプロピルカーバメート等が好適に用いることができる。これらの光塩基発生剤は、レジスト形状などの改善を目的と
し添加される。
本発明のレジスト組成物は基板上に塗布され、薄膜を形成する。この塗布膜の膜厚は、0.05〜4.0μmが好ましい。
本発明においては、必要により、市販の無機あるいは有機反射防止膜を使用することができる。更にレジスト上層、下層に反射防止膜を塗布して用いることもできる。
レジストの下層として用いられる反射防止膜としては、チタン、二酸化チタン、窒化チタン、酸化クロム、カーボン、アモルファスシリコン等の無機膜型と、吸光剤とポリマー材料からなる有機膜型のいずれも用いることができる。前者は膜形成に真空蒸着装置、CVD装置、スパッタリング装置等の設備を必要とする。有機反射防止膜としては、例えば特公平7−69611号記載のジフェニルアミン誘導体とホルムアルデヒド変性メラミン樹脂との縮合体、アルカリ可溶性樹脂、吸光剤からなるものや、米国特許5294680号記載の無水マレイン酸共重合体とジアミン型吸光剤の反応物、特開平6−118631号記載の樹脂バインダーとメチロールメラミン系熱架橋剤を含有するもの、特開平6−118656号記載のカルボン酸基とエポキシ基と吸光基を同一分子内に有するアクリル樹脂型反射防止膜、特開平8−87115号記載のメチロールメラミンとベンゾフェノン系吸光剤からなるもの、特開平8−179509号記載のポリビニルアルコール樹脂に低分子吸光剤を添加したもの等が挙げられる。
また、有機反射防止膜として、ブリューワーサイエンス社製のDUV30シリーズや、DUV−40シリーズ、シプレー社製のAR−2、AR−3、AR−5等の市販の有機反射防止膜を使用することもできる。
レジストの上層の有機反射防止膜として、AZエレクトロニックマテリアルズ社製のAQUATAR―II、AQUATAR―III、AQUATAR―VII等の有機反射防止膜を使用することもできる。
精密集積回路素子の製造などにおいてレジスト膜上へのパターン形成工程は、基板(例:シリコン/二酸化シリコン被覆基板、ガラス基板、ITO基板、石英/酸化クロム被覆基板等)上に、本発明のポジ型レジスト組成物を塗布し、レジスト膜を形成し、次にKrFエキシマレーザー光、電子線、EUV光などの活性光線又は放射線を照射し、加熱、現像、リンス、乾燥することにより良好なレジストパターンを形成することができる。
現像において使用するアルカリ現像液としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウム、アンモニア水等の無機アルカリ類、エチルアミン、n−プロピルアミン等の第一アミン類、ジエチルアミン、ジ−n−ブチルアミン等の第二アミン類、トリエチルアミン、メチルジエチルアミン等の第三アミン類、ジメチルエタノールアミン、トリエタノーアミン等のアルコ−ルアミン類、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、コリン等の第四級アンモニウム塩、ピロール、ピペリジン等の環状アミン類、等のアルカリ類の水溶液(通常0.1〜20質量%)を使用することができる。更に、上記アルカリ類の水溶液にイソプロピルアルコール等のアルコール類、ノニオン系等の界面活性剤を適当量添加して使用することもできる。
これらの現像液の中で好ましくは第四級アンモニウム塩、更に好ましくは、テトラメチルアンモニウムヒドロオキシド、コリンである。
アルカリ現像液のpHは通常10〜15である。
以下、本発明を実施例によりさらに詳しく説明するが、本発明の内容がこれにより限定されるものではない。尚、実施例4、6、7,9、11、12及び22〜25は、参考例と読み替えるものとする。
合成例1:樹脂(A−1)の合成
1-フェニルエチルメタクリレート、3−オキソエチル−4−アセトキシスチレン、ア
セトキシスチレンを30/15/55の割合(モル比率)で仕込み、シクロヘキサノンに溶解し、固形分濃度20質量%の溶液100mLを調製した。この溶液に和光純薬工業(株)製重合開始剤V−601を2mol%加え、これを窒素雰囲気下、4時間かけて80℃に加熱したシクロヘキサノン10mlに滴下した。滴下終了後、反応液を4時間加熱、攪拌した。反応終了後、反応液を室温まで冷却し、ヘキサン3Lに晶析、析出した白色粉体をろ過により集めた。
このポリマーをPEGME100mlとメタノール40mlに溶解させた後、塩酸5mlを加え5時間80℃で攪拌した後、反応液を蒸留水に滴下しポリマーを沈殿させた。沈殿物を蒸留水で洗浄したのち、減圧下乾燥させた。ポリマーを酢酸エチル100mlに溶解させた後、ヘキサンを加え沈殿したポリマーを減圧乾燥にて粉体とした。この粉体についてC13NMRから求めたポリマーの組成比は、31/14/55(モル比)であった。また、GPC測定により求めた標準ポリスチレン換算の重量平均分子量は15000であった。
合成例2:樹脂(A−18)の合成
樹脂(A−1)をPGMEAに溶解し、ピリジニウムパラトルエンスルホン酸を樹脂(A−1)に対して1mol%とエチルビニルエーテル(EVE)を25mol%加えて室温で4時間反応させた。トリエチルアミン10mol%を加えて反応を終了させ、純水で洗浄し、PGMEAと水を共沸にて溜去することにより、下記樹脂(A-18)のPGMEA溶液を得た。
13NMRから求めた樹脂(A−18)の組成比は、31/11/3/44/11(モル比)であっ
た。また、GPC測定により求めた標準ポリスチレン換算の重量平均分子量は16000であった。
Figure 0005039571
合成例1と同様の方法で下記表1に示す樹脂を合成した。組成比は、モル比である。
Figure 0005039571
以下、表中のユニット(III−1)及び(III−2)の構造を示す。
Figure 0005039571
以下、表中の樹脂(A−21)の構造を示す。
Figure 0005039571
実施例1〜27及び比較例1〜3
(1)ポジ型レジストの調製および塗設
下記表2で示した各成分を溶解させ、得られた溶液を0.1μm口径のメンブレンフィルターで精密ろ過して、レジスト溶液を得た。
8インチシリコンウェハー上に、東京エレクトロン製スピンコーターACT8を用いて、ヘキサメチルジシラザン処理を施し、つづいて、レジスト溶液を120℃、60秒ベークして平均膜厚420nmの膜を得た。
Figure 0005039571
実施例、比較例で用いた各成分は以下の通りである。
<塩基性化合物>
C−1:テトラ−(n−ブチル)アンモニウムヒドロキシド
C−2: トリ−n−ヘキシルアミン
<界面活性剤>
D−1;メガファックF176(大日本インキ化学工業(株)製)
D−2;PF6320(OMNOVA社製)
<溶剤>
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;プロピレングリコールモノメチルエーテル
E−3;乳酸エチル
E−4;メチルアミルケトン
<染料>
F−1
Figure 0005039571
(2)ポジ型レジストパターンの形成方法
得られたレジスト膜に、KrFエキシマレーザースキャナー(ASML製PAS5500/850C、波長248nm、NA=0.70、Sigma=0.80)を用いて、パターン露光した。照射後に120℃、60秒ベークし、2.38質量%テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)水溶液を用いて60秒間浸漬した後、30秒間、水でリンスして乾燥した。得られたパターンを下記の方法で評価した。
(2−1) 感度
得られたパターンを走査型電子顕微鏡(日立社製S−9260)により線幅を観察し、マスク0.20μmライン(ライン:スペース=1:1)が0.20μmとなる時の照射
エネルギーを感度(mJ/cm2)とした。
(2−2)解像力評価
(2−1) で得られた感度において、ライン:スペース=1:1が何μmまで解像す
るかを、上記走査型電子顕微鏡により観察した。
(2−3)LWR評価
(2−1) で得られた感度において、マスク0.20μmライン(ライン:スペース=1:1)が0.20μmにおけるLWR測定を同上記、走査型電子顕微鏡により測定した。
(2−4)定在波の残存評価
(2−1) で得られた感度において、マスク0.20μmライン(ライン:スペース=1:1)が0.20μmにおけるにおけるレジストパターンの側壁を走査型電子顕微鏡(日立社製S−4800)により観察し、下記の5段階評価を行った。
A:定在波が全くなく、パターン側壁が非常にきれいな場合
B:定在波が若干見られるか、あるいはパターン側壁に凹凸が見られる場合
C:定在波が明らかに確認できる場合(本実施例において該当なし)
D:定在波がやや強く確認できる場合
E:定在波が非常に強く確認できる場合
(2−5)スイング(SW)評価
(1)に記載のポジ型レジストの調製および塗設方法をもちい、平均膜厚360、38
0、400、440、460、480nmの膜を得、(2)に記載のポジ型レジストパターンの形成方法をもちい、パターン形成を行った。(2−1)で得られた平均膜厚420nmの感度における、各膜厚のマスク0.20μmライン(ライン:スペース=1:1)の線幅を測定した。これによって得られた線幅の最大値と最小値の差をスイング値とした。
評価結果を下記表3に示した。
Figure 0005039571
表3から、本発明のレジスト組成物は、KrFエキシマレーザー露光によるパターン形成に関して、比較例の化合物を用いた場合に比べて、高感度、高解像力であり、LWR、スイング性能に優れ、かつ、定在波が少ないことがわかる。
(3)〔パターン作製および評価(EB)〕
表2で示した各成分を溶解させ、得られた溶液を0.1μm径のメンブレンフィルターで精密ろ過して、レジスト溶液を得た。
このレジスト溶液を、ヘキサメチルジシラザン処理を施したシリコンウエハー上に東京エレクトロン製スピンコーターMark8を用いて塗布し、120℃、60秒ベークして平均膜厚300nmの膜を得た。
このレジスト膜に対し、電子線描画装置((株)日立製作所製HL750、加速電圧50KeV)を用いて電子線照射を行った。照射後に130℃、60秒ベークし、2.38質量%テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)水溶液を用いて60秒間浸漬した後、30秒間、水でリンスして乾燥した。得られたパターンを下記の方法で評価した。
(3−1) 感度
得られたパターンを走査型電子顕微鏡(日立社製S−9260)により線幅を観察し、マスク0.15μmライン(ライン:スペース=1:1)が0.15μmとなる時の照射
エネルギーを感度(μC/cm2)とした。
(3−2)解像力評価
(3−1) で得られた感度において、ライン:スペース=1:1が何μmまで解像す
るかを同上記、走査型電子顕微鏡により観察した。
(3−3)LWR評価
(3−1) で得られた感度において、マスク0.15μmライン(ライン:スペース=1:1)が0.15μmにおけるLWR測定を同上記、走査型電子顕微鏡により測定した。
評価結果を下記表4に示した。
Figure 0005039571
表4の結果から、本発明のレジスト組成物は、電子線の照射によるパターン形成に関して、比較例の化合物を用いた場合に比べて、高感度、高解像力であり、さらにLWR性能に優れていることがわかる。
〔パターン作製および評価(EUV)〕
実施例1、2、4、5、11、13、14、16、17及び比較例1、2のレジスト溶液をヘキサメチルジシラザン処理を施したシリコンウエハー上に東京エレクトロン製スピンコーターMark8を用いて塗布し、120℃、60秒ベークして平均膜厚150nmの膜を得た。
得られたレジスト膜にEUV光(波長13nm:リソトラックジャパン社製、EUVES)を用いて、露光量を0〜20.0mJの範囲で0.5mJづつ変えながら露光を行い、さらに130℃、90秒ベークした。その後2.38質量%テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)水溶液を用いて、各露光量での溶解速度を測定し、感度曲線を得た。
(感度及び解像力(溶解コントラスト))
この感度曲線において、レジストの溶解速度が飽和するときの露光量を感度(mJ/cm2)とし、また、解像力の指標として、感度曲線の直線部の勾配から溶解コントラスト
(γ値)を算出した。γ値が大きいほど溶解コントラストに優れ、解像力が高い。
評価結果を、下記表5に示す。
Figure 0005039571
表5から、本発明のポジ型レジスト組成物は、EUV露光によるパターン形成に関して、比較例の化合物を用いた場合に比べて、高感度、高溶解コントラストであることがわかる。
上記のように、本発明のレジスト組成物は、EUV照射によっても、良好な結果を示した。

Claims (8)

  1. (A)下記一般式(I)で表される繰り返し単位及び一般式(II)で表される繰り返し単位を有する樹脂及び(B)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物を含有することを特徴とするレジスト組成物。
    Figure 0005039571

    一般式(I)及び(II)に於いて、
    Aは、水素原子、アルキル基、水酸基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、アシル基、アシロキシ基、シクロアルキル基、アリール基、カルボキシル基、アルキルオキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基又はアラルキル基を表す。
    Raは、酸の作用により脱離する基又は酸の作用により分解する基を有する基を表す。
    Rb及びRcは、各々独立して、水素原子、アルキル基、水酸基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、アシル基、アシロキシ基、シクロアルキル基、アリール基、カルボキシル基、アルキルオキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基又はアラルキル基を表す。
    Xは、水素原子又は有機基を表す。
    Yは、アリール基を表す。
    Zは、置換基を表す。
    pは1〜4の整数、nは1〜4の整数、kは0〜3の整数であり、2≦p+n+k≦5である。
    pが、2〜4の時、複数のY、Rb、Rcは、それぞれ同じでも異なってもよい。
    nが、2〜4の時、複数のXは、それぞれ同じでも異なってもよい。
    kが、2〜3の時、複数のZは、同じでも異なっていても良い。
    mは、0〜10の整数を表す。
  2. (A)下記一般式(I)で表される繰り返し単位及び一般式(II)で表される繰り返し単位を有する樹脂及び(B)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物を含有することを特徴とするレジスト組成物。
    Figure 0005039571

    一般式(I)及び(II)に於いて、
    Aは、水素原子、アルキル基、水酸基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、アシル基、アシロキシ基、シクロアルキル基、アリール基、カルボキシル基、アルキルオキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基又はアラルキル基を表す。
    Raは、酸の作用により脱離する基又は酸の作用により分解する基を有する基を表し、かつ下記一般式(IRa)で表される基を表す。
    Rb及びRcは、各々独立して、水素原子、アルキル基、水酸基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、アシル基、アシロキシ基、シクロアルキル基、アリール基、カルボキシル基、アルキルオキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基又はアラルキル基を表す。
    Xは、水素原子又は有機基を表す。
    Yは、水素原子又は有機基を表す。
    Zは、置換基を表す。
    pは1〜4の整数、nは1〜4の整数、kは0〜3の整数であり、2≦p+n+k≦5である。
    pが、2〜4の時、複数のY、Rb、Rcは、それぞれ同じでも異なってもよい。
    nが、2〜4の時、複数のXは、それぞれ同じでも異なってもよい。
    kが、2〜3の時、複数のZは、同じでも異なっていても良い。
    mは、0〜10の整数を表す。
    Figure 0005039571

    一般式(IRa)に於いて、
    ARは、アリール基を表す。
    Rnは、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を表す。
  3. 一般式(I)に於ける、Raが、環状炭素構造を有する基であることを特徴とする請求項1に記載のレジスト組成物。
  4. 一般式(II)に於ける、mが、0であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のレジスト組成物。
  5. (B)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物として、オニウム塩を少なくとも1種類含有することを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載のレジスト組成物。
  6. (B)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物として、下記一般式(ZI)又は一般式(ZII)で表される化合物を少なくとも1種類含有することを特徴とする請求項に記載のレジスト組成物。
    Figure 0005039571

    一般式(ZI)及び(ZII)に於いて、
    201〜R205は、各々独立に、脂肪族炭化水素基又は芳香族炭化水素基を表す。R201〜R203の内の2個は、互いに結合して環を形成してもよく、また、R204とR205とは、互いに結合して環を形成してもよい。
    -は、下記のアニオン(AN1)、(AN3)及び(AN4)のいずれかを表す。
    Figure 0005039571

    一般式(AN1)、(AN3)及び(AN)に於いて、
    Rc1及びRc3〜Rc5は、各々独立に、有機基を表す。Rc3とRc4とは、互いに結合して環を形成してもよい。
  7. 請求項1〜6のいずれかに記載のレジスト組成物により形成されるレジスト膜。
  8. 請求項7に記載のレジスト膜を露光、現像する工程を有することを特徴とするパターン形成方法。
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