JP5046965B2 - ポジ型レジスト組成物及びそれを用いたパターン形成方法 - Google Patents

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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ポジ型レジスト組成物及びそ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ポジ型レジスト組成物及びそ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ポジ型レジスト組成物及びそ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。
さらにKrFエキシマレーザー光を用いるイオン注入工程に用いるリソグラフィーにおいても同様に高解像性、良好な疎密依存性等を同時に満足させることが重要な課題となっており、これらの解決が必要である。
これらイオン注入工程に用いるリソグラフィープロセスに適したレジストとしては、特許文献1〜5に示されているように、高反射基板上でのレジストパターン形状制御の観点から、レジスト膜の光透過性を調整した化学増幅型レジストが検討されており、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)、酸発生剤、光透過性を調整するための色素からなる化学増幅型レジスト組成物が有効とされている。光透過性を調整するための色素は、フェノール性酸分解性樹脂に連結されている場合も知られている。ここで光透過性を調整するための色素としては、アントラセン構造、ベンゼンカルボン酸構造、ナフタレンカルボン酸構造、チオフェン構造等が知られている。
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、高解像性、スカム、疎密バイアス、定在波低減は、満足できていないのが現状である。
特開平7−84364号公報 特開平7−316268号公報 特開平7−319155号公報 特開平10−186647号公報 特開2006−328241号公報
本発明の目的は、活性光線又は放射線、特に、KrFエキシマレーザー光、電子線あるいはEUV光を使用する半導体素子の微細加工における性能向上技術の課題を解決することであり、超微細領域、特に反射防止膜(BARC)を使用しないイオン注入工程におい
ても、高解像性、スカム、疎密バイアス、定在波低減を満足たポジ型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。
本発明者らは、上記課題を解決する為に鋭意検討した結果、本発明に到達した。
本発明は、次の通りである。
〔1〕
下記一般式(Ia)又は(Ib)で表される繰り返し単位を有し、更に、下記一般式(II)で表される繰り返し単位を有する、酸の作用により分解しアルカリ水溶液への溶解性が増大する樹脂(B)及び活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物(A)を含有することを特徴とするポジ型レジスト組成物。
Figure 0005046965

一般式(Ia)に於いて、
Xは、水素原子、メチル基又はハロゲン原子を表す。
は、アリールカルボニル基を表す。nが2〜3の場合に、複数個のQ は、同じでも異なっていてもよい。
Lは、一価の有機基、ハロゲン原子、シアノ基又はニトロ基を表す。mが2の場合に、2個のLは、同じでも異なっていてもよい。
nは、1〜3の整数を表す。
mは、0〜2の整数を表す。
一般式(Ib)に於いて、
Xは、水素原子、メチル基又はハロゲン原子を表す。
は、アリールカルボニル基を表す。
は、2価の連結基を表す。
Figure 0005046965

一般式(II)に於いて、
Yは、水素原子、メチル基、ハロゲン原子、シアノ基、ヒドロキシメチル基、アルコキシメチル基又はアシルオキシメチル基を表す。
Aは、酸の作用により脱離する基を表す。
ただし、上記樹脂(B)から、下記一般式(1)で表される繰り返し単位、下記一般式(2)で表される繰り返し単位、及び、下記一般式(3)で表される繰り返し単位のみからなる樹脂を除く。
Figure 0005046965

一般式(1)において、
は、水素原子、メチル基、シアノ基、ハロゲン原子又は炭素数1〜4のペルフルオ
ロアルキル基を表す。
及びR は、各々独立に、アルキル基を表す。
Xは、脂環式基を表す。
一般式(2)において、
は、水素原子、メチル基、シアノ基、ハロゲン原子又は炭素数1〜4のペルフルオ
ロアルキル基を表す。
は、アルキル基、ハロゲン原子、アリール基、アルコキシ基又はアシル基を表す。
lは、0〜4の整数を表す。
一般式(3)において、
は、水素原子、メチル基、シアノ基、ハロゲン原子又は炭素数1〜4のペルフルオ
ロアルキル基を表す。
は、アルキル基、ハロゲン原子、アリール基、アルコキシ基又はアシル基を表す。
は、アリール基を表す。
mは、0〜4の整数を表す。
nは、1〜5の整数を表す。
〔2〕
樹脂(B)が、更に、下記一般式(III)で表される繰り返し単位を有することを特徴とする〔1〕に記載のポジ型レジスト組成物。
Figure 0005046965

一般式(III)に於いて、
Xは、水素原子、メチル基又はハロゲン原子を表す。
Rは、水素原子又は酸の作用により脱離する基を表す。
Lは、一価の有機基、ハロゲン原子、シアノ基又はニトロ基を表す。
nは、1〜3の整数を表す。
mは、0〜2の整数を表す。
〔3〕
樹脂(B)が、更に、下記一般式(IV)で表される繰り返し単位を有することを特徴とする〔1〕又は〔2〕のいずれかに記載のポジ型レジスト組成物。
Figure 0005046965

一般式(IV)に於いて、
は、水素原子、アルキル基、シアノ基又はハロゲン原子を表す。
は、酸の作用による分解性を有さない1価の有機基、ハロゲン原子又はニトロ基を表す。
pは、0〜5の整数を表す。pが2以上の場合に複数個のR は、それぞれ異なっていてもよい。
〔4〕
活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物(A)が、ジアゾジスルホン又はオキシムエステルであることを特徴とする〔1〕〜〔3〕のいずれかに記載のポジ型レジスト組成物。
〔5〕
活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物(A)が、ビス(アルキルスルホニル)アミドアニオン又はトリス(アルキルスルホニル)メチドアニオンを有するスルホニウム塩であることを特徴とする〔1〕〜〔3〕のいずれかに記載のポジ型レジスト組成物。
〔6〕
〔1〕〜〔5〕のいずれかに記載のポジ型レジスト組成物により形成されるレジスト膜。
〔7〕
〔6〕に記載のレジスト膜を露光、現像する工程を含むことを特徴とするパターン形成方法。
本発明は上記の〔1〕〜〔7〕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) 下記一般式(Ia)又は(Ib)で表される繰り返し単位を有する、酸の作用
により分解しアルカリ水溶液への溶解性が増大する樹脂(B)及び活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物(A)を含有することを特徴とするポジ型レジスト組成物。
Figure 0005046965
一般式(Ia)に於いて、
Xは、水素原子、メチル基又はハロゲン原子を表す。
1は、アリールカルボニル基を表す。nが2〜3の場合に、複数個のQ1は、同じでも異なっていてもよい。
Lは、一価の有機基、ハロゲン原子、シアノ基又はニトロ基を表す。mが2の場合に、2個のLは、同じでも異なっていてもよい。
nは、1〜3の整数を表す。
mは、0〜2の整数を表す。
一般式(Ib)に於いて、
Xは、水素原子、メチル基又はハロゲン原子を表す。
2は、アリールカルボニル基を表す。
2は、2価の連結基を表す。
(2) 樹脂(B)が、更に、下記一般式(II)で表される繰り返し単位を有することを特徴とする(1)に記載のポジ型レジスト組成物。
Figure 0005046965
一般式(II)に於いて、
Yは、水素原子、メチル基、ハロゲン原子、シアノ基、ヒドロキシメチル基、アルコキシメチル基又はアシルオキシメチル基を表す。
Aは、酸の作用により脱離する基を表す。
(3) 樹脂(B)が、更に、下記一般式(III)で表される繰り返し単位を有することを特徴とする(1)又は(2)に記載のポジ型レジスト組成物。
Figure 0005046965
一般式(III)に於いて、
Xは、水素原子、メチル基又はハロゲン原子を表す。
Rは、水素原子又は酸の作用により脱離する基を表す。
Lは、一価の有機基、ハロゲン原子、シアノ基又はニトロ基を表す。
nは、1〜3の整数を表す。
mは、0〜2の整数を表す。
(4) 樹脂(B)が、更に、下記一般式(IV)で表される繰り返し単位を有することを特徴とする(1)〜(3)のいずれかに記載のポジ型レジスト組成物。
Figure 0005046965
一般式(IV)に於いて、
1は、水素原子、アルキル基、シアノ基又はハロゲン原子を表す。
3は、酸の作用による分解性を有さない1価の有機基、ハロゲン原子又はニトロ基を
表す。
pは、0〜5の整数を表す。pが2以上の場合に複数個のR3は、それぞれ異なってい
てもよい。
(5) 活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物(A)が、ジアゾジスルホン又はオキシムエステルであることを特徴とする(1)〜(4)のいずれかに記載のポジ型レジスト組成物。
(6) 活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物(A)が、ビス(アルキルスルホニル)アミドアニオン又はトリス(アルキルスルホニル)メチドアニオンを有するスルホニウム塩であることを特徴とする(1)〜(4)のいずれかに記載のポジ型レジスト組成物。
(7) (1)〜(6)のいずれかに記載のポジ型レジスト組成物により、レジスト膜を形成し、該レジスト膜を露光、現像する工程を含むことを特徴とするパターン形成方法。
本発明により、超微細領域、特に反射防止膜(BARC)を使用しないイオン注入工程においても、高解像性、良好な疎密依存性、現像欠陥、定在波の低減を同時に満足するポジ型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ができる。
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。
(B)一般式(Ia)又は(Ib)で表される繰り返し単位を有する、酸の作用により分解しアルカリ水溶液への溶解性が増大する樹脂
本発明のポジ型レジスト組成物は、下記一般式(Ia)又は(Ib)で表される繰り返し単位を有する、酸の作用により分解しアルカリ水溶液への溶解性が増大する樹脂(「樹脂(B)」ともいう)を含有する。
Figure 0005046965
一般式(Ia)に於いて、
Xは、水素原子、メチル基又はハロゲン原子を表す。
1は、アリールカルボニル基を表す。nが2〜3の場合に、複数個のQ1は、同じでも異なっていてもよい。
Lは、一価の有機基、ハロゲン原子、シアノ基又はニトロ基を表す。mが2の場合に、2個のLは、同じでも異なっていてもよい。
nは、1〜3の整数を表す。
mは、0〜2の整数を表す。
一般式(Ib)に於いて、
Xは、水素原子、メチル基又はハロゲン原子を表す。
2は、アリールカルボニル基を表す。
2は、2価の連結基を示す。
一般式(Ia)及び(Ib)に於ける、Q1及びQ2のアリールカルボニル基のアリール基としては、炭素数6〜20のアリール基が好ましく、フェニル基、ナフチル基、アントラニル基がより好ましい。アリール基は、置換基を有していてもよく、置換基としては、アルキル基、アラルキル基、アリール基、アシル基、アルコキシ基、アシルオキシ基、ヒドロキシル基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、カルボン酸エステル基、スルホン酸エステル基が挙げられる。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、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が挙げられる。アラルキル基としては、炭素数7〜20が好ましく、ベンジル基、フェネチル基、ナフチルメチル基等が挙げられる。アリール基としては、炭素数6〜20が好ましく、例えば、フェニル基、ナフチル基、アントラニル基が挙げられる。
Lの一価の有機基としては、例えば、アルキル基、アラルキル基、アリール基、アシル基、アルコキシ基、アシルオキシ基等が挙げられる。
2の2価の連結基としては、具体的には、アルキレン基、アラルキレン基、アリーレ
ン基、2価の複素環基、エーテル基、エステル基、アミド基、ウレタン基、ウレイド基、スルフィド基等が挙げられ、これらは複数組み合わせてもよい。好ましくは、アルキレン基、アラルキレン基、アリーレン基を有する基であり、さらに好ましくは、アルキレン基、アラルキレン基、アリーレン基を有する基である。アルキレン基としては炭素数1〜10、アラルキレン基としては炭素数7〜20、アリーレン基としては炭素数6〜20が好ましい。2価の複素環基の複素環としてはフラン環、チオフェン環が好ましい。
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。
一般式(Ia)又は(Ib)で表される繰り返し単位の具体例を以下に示すが、これらに限定されるものではない。
Figure 0005046965
Figure 0005046965
Figure 0005046965
Figure 0005046965
樹脂(B)は、更に、下記一般式(II)又は(III)で表される繰り返し単位を有することが好ましい。
Figure 0005046965
一般式(II)に於いて、
Yは、水素原子、メチル基、ハロゲン原子、シアノ基、ヒドロキシメチル基、アルコキシメチル基又はアシルオキシメチル基を表す。
Aは、酸の作用により脱離する基を表す。
Figure 0005046965
一般式(III)に於いて、
Xは、水素原子、メチル基又はハロゲン原子を表す。
Rは、水素原子又は酸の作用により脱離する基を表す。
Lは、一価の有機基、ハロゲン原子、シアノ基又はニトロ基を表す。
nは、1〜3の整数を表す。
mは、0〜2の整数を表す。
一般式(II)に於ける、Aの酸の作用により脱離する基は、炭化水素基(好ましくは炭素数20以下、より好ましくは4〜12)であることが好ましく、t−ブチル基、t−アミル基、脂環若しくは芳香環を有する炭化水素基(例えば、脂環基自体及びアルキル基に脂環基が置換した基)がより好ましい。
脂環構造は、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。
本発明に於ける、上記脂環構造の好ましいものとしては、一価の脂環基の表記として、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。
これらにおける脂環が有してもよい置換基としては、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、イソプロピル基である。アルコキシ基としては、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、アルコキシ基は、更なる置換基を有していてもよい。アルキル基、アルコキシ基の更なる置換基としては、水酸基、ハロゲン原子、アルコキシ基を挙げることができる。
脂環構造を有する酸の作用により脱離する基としては、下記一般式(pI)〜一般式(pV)で示される基が好ましい。
Figure 0005046965
一般式(pI)〜(pV)に於いて、
11は、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基又はsec−ブチル基を表す。
Zは、炭素原子とともに脂環式炭化水素基を形成するのに必要な原子団を表す。
12〜R16は、各々独立に、炭素数1〜4個の、直鎖もしくは分岐のアルキル基又は脂環式炭化水素基を表す。但し、R12〜R14のうち少なくとも1つ、もしくはR15、R16のいずれかは、脂環式炭化水素基を表す。
17〜R21は、各々独立に、水素原子、炭素数1〜4個の、直鎖もしくは分岐のアルキル基又は脂環式炭化水素基を表す。但し、R17〜R21のうち少なくとも1つは、脂環式炭化水素基を表す。また、R19、R21のいずれかは、炭素数1〜4個の、直鎖もしくは分岐のアルキル基又は脂環式炭化水素基を表す。
22〜R25は、各々独立に、水素原子、炭素数1〜4個の、直鎖もしくは分岐のアルキル基又は脂環式炭化水素基を表す。但し、R22〜R25のうち少なくとも1つは、脂環式炭化水素基を表す。また、R23とR24は、互いに結合して環を形成していてもよい。
一般式(pI)〜(pV)に於いて、R12〜R25に於けるアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基等が挙げられる。
上記アルキル基の更なる置換基としては、炭素数1〜4個のアルコキシ基、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子)、アシル基、アシロキシ基、シアノ基、水酸基、カルボキシ基、アルコキシカルボニル基、ニトロ基等を挙げることができる。
12〜R25における脂環式炭化水素基或いはZと炭素原子が形成する脂環式炭化水素基としては、先に脂環構造として述べたものが挙げられる。
Aとしての脂環構造を有する酸の作用により脱離する基の具体例を以下に挙げるが、本発明は、これに限定されるものではない。
Figure 0005046965
芳香環を有する酸の作用により脱離する基としては、下記一般式(pVI)で表される基が好ましい。
Figure 0005046965
一般式(pVI)に於いて、
26は、アルキル基を表す。
27は、アリール基を表す。
26のアルキル基は、R12〜R25に於けるアルキル基と同様のものである。
27のアリール基は、炭素数6〜14のアリール基が好ましく、フェニル基、ナフチル基がより好ましく、アルキル、アラルキル、ハロゲン、ニトロ、シアノ、ヒドロキシ、アルコキシ、アシル、アシルオキシ等の置換基を有していてもよい。
一般式(II)で表される繰り返し単位に対応するモノマーは、THF、アセトン、塩化メチレン等の溶媒中、(メタ)アクリル酸クロリドとアルコール化合物を、トリエチルアミン、ピリジン、DBU等の塩基性触媒存在下でエステル化させることにより合成することができる。なお、市販のものを用いてもよい。
以下、一般式(II)で表される繰り返し単位又は一般式(II)で表される繰り返し単位に相当する重合性単量体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 0005046965
Figure 0005046965
Figure 0005046965
前記一般式(III)に於ける、Lは、一般式(Ia)に於ける、Lと同様のものである。
一般式(III)に於ける、Rの酸の作用により脱離する基は、具体的には、t−ブチル基、t−アミル基等の3級アルキル基、t−ブトキシカルボニル基、t−ブトキシカルボニルメチル基、−C(L1)(L2)−O−Zで表される様なアセタール基が挙げられる。
1及びL2は、同一でも異なっていてもよく、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基又はアラルキル基を表す。
Zは、アルキル基、シクロアルキル基又はアラルキル基を表す。
ZとL1は、互いに結合して5又は6員環を形成してもよい。
1、L2及びZのアルキル基としては、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、ヘキシル基、オクチル基、ドデシル基などの炭素数1〜20個の直鎖若しくは分岐状アルキル基が好ま
しい。
1、L2及びZのシクロアルキル基としては、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基などの炭素数3〜20個のシクロアルキル基が好ましい。
1、L2及びZにおけるアラルキル基としては、例えば、ベンジル基、フェネチル基などの炭素数7〜15個のものを挙げることができる。
これらの基は、置換基を有していてもよい。更に有し得る好ましい置換基としては、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アリールオキシ基、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、ピロリドン残基等などが挙げられる。
ZとL1が互いに結合して形成する5又は6員環としては、テトラヒドロピラン環、テ
トラヒドロフラン環等が挙げられる。
本発明において、Zは、直鎖状あるいは分岐状のアルキル基であることが好ましい。これにより、本発明の効果が一層顕著になる。
一般式(III)で表される繰り返し単位に対応するモノマーは、THF、塩化メチレン等の溶媒中、ヒドロキシ置換スチレンモノマーとビニルエーテル化合物を、p−トルエンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸ピリジン塩等の酸性触媒存在下でアセタール化させること、または、ニ炭酸t−ブチルを用いてトリエチルアミン、ピリジン、DBU等の塩基性触媒存在下でt−Boc保護化する事により合成することができる。なお、市販のものを用いてもよい。
以下に、一般式(III)で表される繰り返し単位の具体例を挙げるが、これらに限定されるものではない。
Figure 0005046965
Figure 0005046965
樹脂(B)は、更に、下記一般式(IV)で表される繰り返し単位を有することも好ましい。
Figure 0005046965
一般式(IV)に於いて、
1は、水素原子、アルキル基、シアノ基又はハロゲン原子を表す。
3は、酸の作用による分解性を有さない1価の有機基、ハロゲン原子又はニトロ基を
表す。
pは、0〜5の整数を表す。pが2以上の場合に複数個のR3は、それぞれ異なってい
てもよい。
一般式(IV)に於ける、R1のアルキル基は、炭素数1〜4の直鎖状アルキル基が好
ましく、ハロゲン原子(好ましくはフッ素原子)、水酸基等で置換されていてもよい。
酸の作用により分解性を有さない1価の有機基(酸安定基ともいう)としては、具体的には、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アルケニル基、シアノ基、アルキルオキシ基、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、シクロアルキルカルボニルオキシ基、アリー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。
以下に、一般式(IV)で表される繰り返し単位の具体例を挙げるが、本発明は、これらに限定するものではない。
Figure 0005046965
Figure 0005046965
樹脂(B)は、酸の作用によりアルカリ現像液への溶解性が増大する樹脂(酸分解性樹脂)であることが好ましく、任意の繰り返し単位し単位中に、酸の作用により分解し、アルカリ可溶性基を生じる基(酸分解性基)を有することが好ましい。
一般式(II)又は(III)で表される繰り返し単位中に酸分解性基を有していてもよいし、他の繰り返し単位中に有していてもよい。
酸分解性基としては、例えば、−C(=O)−X1−R0で表されるものを挙げることができる。
式中、R0 としては、t−ブチル基、t−アミル基等の3級アルキル基、イソボロニル基、1−エトキシエチル基、1−ブトキシエチル基、1−イソブトキシエチル基、1−シクロヘキシロキシエチル基等の1−アルコキシエチル基、1−メトキシメチル基、1−エトキシメチル基等のアルコキシメチル基、3−オキソアルキル基、テトラヒドロピラニル基、テトラヒドロフラニル基、トリアルキルシリルエステル基、3−オキソシクロヘキシルエステル基、2−メチル−2−アダマンチル基、メバロニックラクトン残基等を挙げることができる。X1は、酸素原子、硫黄原子、−NH−、−NHSO2−又は−NHSO2
NH−を表す。
樹脂(B)は一般式(Ia)、(Ib)、(II)、(III)及び(IV)で表される繰り返し単位を、それぞれ2種類以上組み合わせて有してもよい。
樹脂(B)に於ける一般式(Ia)又は(Ib)で表される繰り返し単位の含有率は、全繰り返し単位中、5〜60モル%が好ましく、より好ましくは10〜50モル%であり、特に好ましくは15〜30モル%である。
樹脂(B)における一般式(II)で表される繰り返し単位の含有率は、全繰り返し単位中、5〜60モル%が好ましく、より好ましくは5〜50モル%であり、特に好ましくは10〜35モル%である。
樹脂(B)における一般式(III)で表される繰り返し単位の含有率は、全繰り返し単位中、40〜90モル%が好ましく、より好ましくは50〜85モル%であり、特に好ましくは60〜80モル%である。
樹脂(B)は、更に、一般式(IV)で表される繰返し単位を有していてもよく、膜質向上、未露光部の膜減り抑制等の観点から好ましい。一般式(IV)で表される繰り返し単位の含有率は、それぞれの全繰り返し単位中、0〜50モル%であることが好ましく、より好ましくは0〜40モル%であり、特に好ましくは0〜30モル%である。
樹脂(B)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、例えばフェノール性水酸基、カルボキシル基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。
樹脂(B)の重量平均分子量(Mw)は、1,000〜15,000の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは3,000〜10,000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。
樹脂(B)は、繰り返し単位(Ia)又は(Ib)を与えるモノマーを単独もしくは他のモノマーとラジカル又はアニオン重合することにより得られる。また、ヒドロキシスチレン系モノマーが共重合された樹脂にアリールカルボン酸ハライドもしくはアリールカルボン酸無水物を反応させることによっても得ることができる。
樹脂(B)は、それぞれ2種類以上組み合わせて使用してもよい。
樹脂(B)の添加量は、総量として、ポジ型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。
以下に樹脂(B)の具体例を挙げるがこれらに限定するものではない。
Figure 0005046965
Figure 0005046965
Figure 0005046965
Figure 0005046965
Figure 0005046965
Figure 0005046965
Figure 0005046965
(A)活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物
本発明のポジ型レジスト組成物は、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」又は「(A)成分」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 0005046965
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、BF4 -、PF6 -、SbF6 -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)で表される有機アニオンが挙げられる。
Figure 0005046965
一般式(AN1〜(AN2)に於いて、
Rc1は、有機基を表す。
Rc1に於ける有機基として、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、シクロアルキル基、アリール基、またはこれらの複数が、単結合、−O−、−CO2−、−S−、−SO3−、−SO2N(Rd1)−などの連結基で連結された基を挙げることができる。Rd1は、水素原子又はアルキル基を表し、結合しているアルキル基、シクロアルキル基、アリール基と環構造を形成してもよい。
Rc1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シクロアルキル基、フッ素原子またはフロロアルキル基で置換されたアリール基(好ましくはフェニル基)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。Rc1に於いて炭素原子を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、一部の水素原子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。
Rc1の特に好ましい様態としては、下記一般式で表される基を挙げることができる。
Figure 0005046965
上記一般式に於いて、
Rc6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、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、単結合又は2価の連結基(好ましくは、−O−、−CO2−、−S−、−SO3−、−SO2N(Rd1)−)を表す。Rd1は、水素原子又はアルキル基を表し、Rc7と結合して環構造を形成してもよい。
Rc7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
、置換していてもよい単環若しくは多環のシクロアルキル基又は置換していてもよいアリール基を表す。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有さないことが好ましい。
前記一般式(AN3)〜(AN4)に於いて、
Rc3、Rc4及びRc5は、各々独立に、有機基を表す。
Rc3、Rc4及びRc5の有機基として、好ましくはRc1に於ける好ましい有機基と同じものを挙げることができる。
Rc3とRc4が結合して環を形成していてもよい。
Rc3とRc4が結合して形成される基としては、アルキレン基、シクロアルキレン基、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。Rc3とRc4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。
前記一般式(ZI)に於ける、R201、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。
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(ZI)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)に於ける、R201〜R203が、各々独立に、芳香環を有さ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としての芳香環を有さない有機基は、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、直鎖状、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、アルコキシメチル基であることが好ましい。
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。R201〜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 0005046965
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、直鎖状、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、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若しくは分岐状アルキル基、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〜R7c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。
x及びRyとしてのシクロアルキル基は、R1c〜R7cとしてのシクロアルキル基と同
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。
直鎖、分岐若しくは環状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)及び(ZIII)に於いて、
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、直鎖状、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(ZI)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 0005046965
一般式(ZIV)〜(ZVI)に於いて、
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、各々独立に、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。
207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。
208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シクロアルキレン基、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(ZI)で表される化合物であり、特に好ましくは(ZI−1)〜(ZI−3)で表される化合物である。
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 0005046965
すなわち、特に好ましい(A)成分の様態としては、一般式(ZI)の構造に於いて、X-が、一般式(AN1)、(AN3)、(AN4)から選ばれるアニオンである化合物
である。
また、(A)成分としては、ジアゾジスルホン又はオキシムエステルを使うことも好ましい態様の1つである。
また、(A)成分としては、ビス(アルキルスルホニル)アミドアニオン又はトリス(アルキルスルホニル)メチドアニオンを有するスルホニウム塩を使うことも好ましい態様の1つである。
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 0005046965
Figure 0005046965
Figure 0005046965
Figure 0005046965
Figure 0005046965
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、ポジ型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。
有機塩基性化合物
本発明においては、有機塩基性化合物を用いることが、解像力などの性能向上、保存安定性の向上などの観点から好ましい。有機塩基性化合物としては、窒素原子を含む化合物(含窒素塩基性化合物)がさらに好ましい。
本発明において好ましい有機塩基性化合物は、フェノールよりも塩基性の強い化合物である。
好ましい化学的環境として、下記一般式(A)〜(E)の構造を挙げることができる。一般式(B)〜(E)は、環構造の一部であってもよい。
Figure 0005046965
一般式(A)に於いて、
200 、R201 及びR202は、同一でも異なってもよく、水素原子、炭素数1〜20個のアルキル基、炭素数3〜20個のシクロアルキル基又は炭素数6〜20個のアリール基を表す。R201とR202は、互いに結合して環を形成してもよい。
200 、R201 及びR202としてのアルキル基、シクロアルキル基及びアリール基は、置換基を有していてもよい。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個のアミノアルキル基、炭素数3〜20個のアミノシクロアルキル基、炭素数1〜20個のヒドロキシアルキル基及び炭素数3〜20個のヒドロキシシクロアルキル基が好ましい。
一般式(E)に於いて、
203 、R204 、R205 及びR206 は、同一でも異なってもよく、炭素数1〜6個のアルキル基及びシクロアルキル基を表す。
更に好ましい化合物は、一分子中に異なる化学的環境の窒素原子を2個以上有する含窒
素塩基性化合物であり、特に好ましくは、置換もしくは未置換のアミノ基と窒素原子を含む環構造の両方を含む化合物もしくはアルキルアミノ基を有する化合物である。
好ましい具体例としては、グアニジン、アミノピリジン、アミノアルキルピリジン、アミノピロリジン、インダゾール、イミダゾール、ピラゾール、ピラジン、ピリミジン、プリン、イミダゾリン、ピラゾリン、ピペラジン、アミノモルフォリン、アミノアルキルモルフォリン等が挙げられる。これらが有してもよい好ましい置換基としては、アミノ基、アルキルアミノ基、アミノアリール基、アリールアミノ基、アルキル基(置換アルキル基として、特にアミノアルキル基)、アルコキシ基、アシル基、アシロキシ基、アリール基、アリールオキシ基、ニトロ基、水酸基、シアノ基等が挙げられる。
特に好ましい化合物として、グアニジン、1,1−ジメチルグアニジン、1,1,3,3,−テトラメチルグアニジン、イミダゾール、2−メチルイミダゾール、4−メチルイミダゾール、N−メチルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール、4,5−ジフェニルイミダゾール、2,4,5−トリフェニルイミダゾール、2−アミノピリジン、3−アミノピリジン、4−アミノピリジン、2−ジメチルアミノピリジン、4−ジメチルアミノピリジン、2−ジエチルアミノピリジン、2−(アミノメチル)ピリジン、2−アミノ−3−メチルピリジン、2−アミノ−4−メチルピリジン、2−アミノ−5−メチルピリジン、2−アミノ−6−メチルピリジン、3−アミノエチルピリジン、4−アミノエチルピリジン、3−アミノピロリジン、ピペラジン、N−(2−アミノエチル)ピペラジン、N−(2−アミノエチル)ピペリジン、4−アミノ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、4−ピペリジノピペリジン、2−イミノピペリジン、1−(2−アミノエチル)ピロリジン、ピラゾール、3−アミノ−5−メチルピラゾール、5−アミノ−3−メチル−1−p−トリルピラゾール、ピラジン、2−(アミノメチル)−5−メチルピラジン、ピリミジン、2,4−ジアミノピリミジン、4,6−ジヒドロキシピリミジン、2−ピラゾリン、3−ピラゾリン、N−アミノモルフォリン、N−(2−アミノエチル)モルフォリンなどが挙げられるがこれに限定されるものではない。
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。
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、トリアルキルアミン構造又はアニリ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、2−フェニルベンゾイミダゾール等が挙げられる。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]ウンデカー7−エン等が挙げられる。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、ジシクロヘキシルメ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、N,N−ジブチルアニリン、N,N−ジヘキシ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、N−フェニルジエタノールアミン、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。
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。
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。
酸発生剤と有機塩基性化合物の組成物中の使用割合は、(酸発生剤の総量)/(有機塩基性化合物)(モル比)=2.5〜300であることが好ましい。該モル比を2.5以上とすることにより、高感度となり、また、300以下とすることにより、露光後加熱処理までの経時でのレジストパターンの太りを抑制し、解像力を向上させることができる。(酸発生剤の総量)/(有機塩基性化合物)(モル比)は、好ましくは5.0〜200、更に好ましくは7.0〜150である。
界面活性剤
本発明においては、界面活性剤を用いることができ、製膜性、パターンの密着性、現像欠陥低減等の観点から好ましい。
界面活性剤の具体的としては、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セチルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンオクチルフェノールエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェノールエーテル等のポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル類、ポリオキシエチレン・ポリオキシプロピレンブロックコポリマー類、ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノパルミテート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタンモノオレエート、ソルビタントリオレエート、ソルビタントリステアレート等のソルビタン脂肪酸エステル類、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノパルミテ−ト、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート、ポリオキシエチレンソルビタントリオレエート、ポリオキシエチレンソルビタントリステアレート等のポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル類等のノニオン系界面活性剤、エフトップEF301,EF303,EF352(新秋田化成(株)製)、メガファックF171,F173(大日本インキ化学工業(株)製)、フロラ−ドFC430,FC431(住友スリーエム(株)製)、アサヒガードAG710,サーフロンS−382,SC101,SC102,SC103,SC104,SC105,SC106(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、オルガノシロキサンポリマーKP341(信越化学工業(株)製)やアクリル酸系もしくはメタクリル酸系(共)重合ポリフローNo.75,No.95(共栄社油脂化学工業(株)製)等を挙げることができる。
これらの界面活性剤の配合量は、本発明のポジ型レジスト組成物中の固形分100質量部当たり、通常、2質量部以下、好ましくは1質量部以下である。
これらの界面活性剤は単独で添加してもよいし、また、いくつかの組み合わせで添加することもできる。
尚、界面活性剤としては、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。
これらの界面活性剤として、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るものでも、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)基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。
界面活性剤の使用量は、ポジ型レジスト組成物全量(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。
その他の成分
本発明のポジ型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。
3.溶剤
本発明のポジ型レジスト組成物は、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、エチレンジクロライド、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、2−ヘプタノン、γ−ブチロラクトン、メチルエチルケトン、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、2−メトキシエチルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、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メチルエーテルアセテート、トルエン、酢酸エチル、乳酸メチル、乳酸エチル、メトキシプロピオン酸メチル、エトキシプロピオン酸エチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、ピルビン酸プロピル、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、N−メチルピロリドン、テトラヒドロフラン等が好ましく、これらの溶媒を単独あるいは混合して使用する。
本発明のポジ型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。
本発明のポジ型レジスト組成物は、反射防止膜を塗設せず、高反射表面を有する基板に直接塗設した場合にも、定在波の発生が著しく抑制され、良好なパターンが得られるという優れた効果を有するが、反射防止膜を用いても良好なパターンを形成することができる。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号公報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号明細書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号公報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号公報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号公報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。
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13及び14は、参考例と読み替えるものとする。
合成例1(樹脂(B−17)の合成)
p−ヒドロキシスチレンとt−ブチルメタクリレートの共重合体(モル組成比80/20) 35.0gと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)(400g)をフラスコ中で溶解し、減圧蒸留を行い、水とPGMEAを共沸留去した。含水が十分低くなったことを確認した後、トリエチルアミン(5.0g)を添加した。続いて2−ナフトイルクロライド5.0gをアセトン50gに溶解させた溶液を20分かけて添加した後、60分間攪拌下反応させた。水(400ml)と酢酸エチル(800ml)を添加、分液し、さらに水洗した後、減圧留去によって酢酸エチル、水、共沸分のPGMEAを留去し、本発明に係わる置換基を有する樹脂(B−17)(モル組成比10/70/20、分子量13000、分散度1.7、30%PGMEA溶液)を得た。
以下、同様にして、下記表1に示す樹脂を合成した。
Figure 0005046965
以下、樹脂(B−C)の構造を示す。
Figure 0005046965
実施例1〜19及び比較例1
下記表2に記載した各成分を、表2に記載した配合比(添加量)で、濃度が10質量%になるようにPGMEA(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート)/PGME(プロピレングリコールモノメチルエーテル)(=8/2質量比)の混合溶剤に溶解し、孔径0.1μmのミクロフィルターで濾過し、実施例1〜19及び比較例1のポジ型レジスト液を調製した。
得られたポジ型レジスト液をスピンコーター(東京エレクトロン社製Mark8)を使用し、ベアシリコン基板上に塗布し、90℃で90秒間乾燥し、410μmのレジスト膜をそれぞれ形成した。続いて、KrFエキシマレーザー(波長248nm、NA=0.60、σ=0.75のキャノン社製FPA−3000EX5)で露光した。露光後100℃ホットプレートで60秒間加熱を行い、直ちに0.26Nテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)水溶液で60秒間浸漬し、30秒間水でリンスして乾燥した。こ
のようにして得られたシリコンウェハー上のパターンを走査型電子顕微鏡で観察し、レジストの性能を評価した。
〔解像力〕:0.30μmのラインアンドスペース(1:1)のマスクパターンを再現する露光量における限界解像力を表す。
〔定在波の残存〕:0.30μmのラインアンドスペース(1:1)のマスクパターンで得られたレジストパターンの側壁を走査型電子顕微鏡により観察し、下記の4段階評価を行った。
〇:定在波が全くなく、パターン側壁がきれいな場合
△: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
×:定在波が明らかに確認できる場合
××:定在波が非常に強く確認できる場合
〔疎密バイアス〕:ラインアンドスペースパターン(密パターン(1:1))の限界解像力の線幅において、0.30μmのラインアンドスペース(1:1)のマスクパターンを再現する露光量を基準として10%露光量を増やした場合と、10%露光量を減らした場合の露光を行い、それぞれで得られたの線幅の差の絶対値(δx)を求めた。また、孤立ラインパターン(疎パターン(1:5))においても同様の露光を行い、線幅の差の絶対値(δy)を求めた。δxとδyの差の絶対値を粗密バイアスの評価の基準とした。この値が小さい程、疎密バイアスが良好なことを表す。
〔現像欠陥〕:6インチのBare Si基板上に各レジスト膜を0.5μmに塗布し、真空吸着式ホットプレートで130℃、60秒間乾燥した。次に、0.35μmコンタクトホールパターン(HoleDuty比=1:3)のテストマスクを介してNikonステッパーNSR−1505EXにより露光した後、露光後加熱を130℃で90秒間行った。引き続き2.38%TMAH(テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液)で60秒間のパドル現像後、純水で30秒間水洗しスピン乾燥した。こうして得られたサンプルをケーエルエー・テンコール(株)製KLA−2112機により現像欠陥数(KLAによる現像欠陥)を測定し、得られた1次データ値を現像欠陥数とした。
評価結果を、表2に示す。
Figure 0005046965
以下、表中の略号を示す。
〔塩基性化合物〕
D−1:テトラブチルアンモニウムヒドロキシド
D−2:ジシクロヘキシルメチルアミン
D−3:トリス(メトキシエトシシエチルアミン)
〔界面活性剤〕
W−1:フッ素系界面活性剤、メガファックF−176(大日本インキ化学工業社製)
W−2:フッ素/シリコン系界面活性剤、メガファックR08(大日本インキ化学工業社製)
表2から、本発明のポジ型レジスト組成物は、高解像性で、疎密依存性が良好であり、現像欠陥、定在波が低減されていることが明らかである。

Claims (7)

  1. 下記一般式(Ia)又は(Ib)で表される繰り返し単位を有し、更に、下記一般式(II)で表される繰り返し単位を有する、酸の作用により分解しアルカリ水溶液への溶解性が増大する樹脂(B)及び活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物(A)を含有することを特徴とするポジ型レジスト組成物。
    Figure 0005046965

    一般式(Ia)に於いて、
    Xは、水素原子、メチル基又はハロゲン原子を表す。
    は、アリールカルボニル基を表す。nが2〜3の場合に、複数個のQは、同じでも異なっていてもよい。
    Lは、一価の有機基、ハロゲン原子、シアノ基又はニトロ基を表す。mが2の場合に、2個のLは、同じでも異なっていてもよい。
    nは、1〜3の整数を表す。
    mは、0〜2の整数を表す。
    一般式(Ib)に於いて、
    Xは、水素原子、メチル基又はハロゲン原子を表す。
    は、アリールカルボニル基を表す。
    は、2価の連結基を表す。
    Figure 0005046965

    一般式(II)に於いて、
    Yは、水素原子、メチル基、ハロゲン原子、シアノ基、ヒドロキシメチル基、アルコキシメチル基又はアシルオキシメチル基を表す。
    Aは、酸の作用により脱離する基を表す。
    ただし、上記樹脂(B)から、下記一般式(1)で表される繰り返し単位、下記一般式(2)で表される繰り返し単位、及び、下記一般式(3)で表される繰り返し単位のみからなる樹脂を除く。
    Figure 0005046965

    一般式(1)において、
    は、水素原子、メチル基、シアノ基、ハロゲン原子又は炭素数1〜4のペルフルオロアルキル基を表す。
    及びR は、各々独立に、アルキル基を表す。
    Xは、脂環式基を表す。
    一般式(2)において、
    は、水素原子、メチル基、シアノ基、ハロゲン原子又は炭素数1〜4のペルフルオロアルキル基を表す。
    は、アルキル基、ハロゲン原子、アリール基、アルコキシ基又はアシル基を表す。
    lは、0〜4の整数を表す。
    一般式(3)において、
    は、水素原子、メチル基、シアノ基、ハロゲン原子又は炭素数1〜4のペルフルオ
    ロアルキル基を表す。
    は、アルキル基、ハロゲン原子、アリール基、アルコキシ基又はアシル基を表す。
    は、アリール基を表す。
    mは、0〜4の整数を表す。
    nは、1〜5の整数を表す。
  2. 樹脂(B)が、更に、下記一般式(III)で表される繰り返し単位を有することを特徴とする請求項1に記載のポジ型レジスト組成物。
    Figure 0005046965

    一般式(III)に於いて、
    Xは、水素原子、メチル基又はハロゲン原子を表す。
    Rは、水素原子又は酸の作用により脱離する基を表す。
    Lは、一価の有機基、ハロゲン原子、シアノ基又はニトロ基を表す。
    nは、1〜3の整数を表す。
    mは、0〜2の整数を表す。
  3. 樹脂(B)が、更に、下記一般式(IV)で表される繰り返し単位を有することを特徴とする請求項1又は2のいずれかに記載のポジ型レジスト組成物。
    Figure 0005046965

    一般式(IV)に於いて、
    は、水素原子、アルキル基、シアノ基又はハロゲン原子を表す。
    は、酸の作用による分解性を有さない1価の有機基、ハロゲン原子又はニトロ基を表す。
    pは、0〜5の整数を表す。pが2以上の場合に複数個のRは、それぞれ異なっていてもよい。
  4. 活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物(A)が、ジアゾジスルホン又はオキシムエステルであることを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載のポジ型レジスト組成物。
  5. 活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物(A)が、ビス(アルキルスルホニル)アミドアニオン又はトリス(アルキルスルホニル)メチドアニオンを有するスルホニウム塩であることを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載のポジ型レジスト組成物。
  6. 請求項1〜5のいずれかに記載のポジ型レジスト組成物により形成されるレジスト膜。
  7. 請求項6に記載のレジスト膜を露光、現像する工程を含むことを特徴とするパターン形成方法。
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