JP5555914B2 - 感放射線性樹脂組成物 - Google Patents

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Description

本発明は、感放射線性樹脂組成物関する。更に詳しくは、水等の液浸露光用液体を介してレジスト被膜を露光する液浸露光に用いられる液浸露光用レジストとして好適に使用することができる感放射線性樹脂組成物関する。
集積回路素子の製造に代表される微細加工の分野においては、より高い集積度を得るために、最近では0.10μm以下のレベルでの微細加工が可能なリソグラフィ技術が必要とされている。しかし、従来のリソグラフィプロセスでは、一般に放射線としてi線等の近紫外線が用いられているが、この近紫外線では、サブクオーターミクロンレベルの微細加工が極めて困難であると言われている。そこで、0.10μm以下のレベルでの微細加工を可能とするために、より波長の短い放射線の利用が検討されている。このような短波長の放射線としては、例えば、水銀灯の輝線スペクトル、エキシマレーザーに代表される遠紫外線、X線、電子線等を挙げることができるが、これらのうち、特にKrFエキシマレーザー(波長248nm)或いはArFエキシマレーザー(波長193nm)が注目されている。
このようなエキシマレーザーによる照射に適したレジストとして、酸解離性官能基を有する成分と、放射線の照射(以下、「露光」という。)により酸を発生する成分(以下、「酸発生剤」という。)と、による化学増幅効果を利用したレジスト(以下、「化学増幅型レジスト」という。)が数多く提案されている。化学増幅型レジストとしては、例えば、カルボン酸のt−ブチルエステル基又はフェノールのt−ブチルカーボナート基を有する樹脂と酸発生剤とを含有するレジストが提案されている。このレジストは、露光により発生した酸の作用により、樹脂中に存在するt−ブチルエステル基或いはt−ブチルカーボナート基が解離して、該樹脂がカルボキシル基或いはフェノール性水酸基からなる酸性基を有するようになり、その結果、レジスト被膜の露光領域がアルカリ現像液に易溶性となる現象を利用したものである。
このようなリソグラフィプロセスにおいては、今後は更に微細なパターン形成(例えば、線幅が90nm程度の微細なレジストパターン)が要求される。このような90nmより微細なパターン形成を達成させるためには、前記のように露光装置の光源波長の短波長化や、レンズの開口数(NA)を増大させることが考えられる。しかしながら、光源波長の短波長化には新たな高額の露光装置が必要となる。また、レンズの高NA化では、解像度と焦点深度がトレードオフの関係にあるため、解像度を上げても焦点深度が低下するという問題がある。
最近、このような問題を解決可能とするリソグラフィ技術として、液浸露光(リキッドイマージョンリソグラフィ)法という方法が報告されている。この方法は、露光時に、レンズと基板上のレジスト被膜との間の少なくとも前記レジスト被膜上に所定厚さの純水又はフッ素系不活性液体等の液状屈折率媒体(液浸露光用液体)を介在させるというものである。この方法では、従来は空気や窒素等の不活性ガスであった露光光路空間を屈折率(n)のより大きい液体、例えば純水等で置換することにより、同じ露光波長の光源を用いてもより短波長の光源を用いた場合や高NAレンズを用いた場合と同様に、高解像性が達成されると同時に焦点深度の低下もない。このような液浸露光を用いれば、現存の装置に実装されているレンズを用いて、低コストで、より高解像性に優れ、且つ焦点深度にも優れるレジストパターンの形成を実現できるため、大変注目されている。
ところが、前記の液浸露光プロセスにおいては、露光時にレジスト被膜が直接、水等の液浸露光用液体に接触するため、レジスト被膜から酸発生剤等が溶出してしまう。この溶出物の量が多いと、レンズにダメージを与えたり、所定のパターン形状が得られなかったり、十分な解像度が得られないという問題点がある。
また、液浸露光用液体として水を用いる場合、レジスト被膜における水の後退接触角が低いと高速スキャン露光時にウェハの端部から水等の液浸露光用液体がこぼれ落ちたり、水の切れが悪いためにウォーターマーク(液滴痕)が残ったり(ウォーターマーク欠陥)、レジスト被膜への水浸透により、被膜の溶解性が低下し、本来解像するはずのパターン形状が局所的に十分な解像性を実現できず、パターン形状不良となる溶け残り欠陥等の現像欠陥が生じるという問題点がある。
液浸露光装置に使用するレジスト用の樹脂として、例えば、特許文献1や特許文献2に記載の樹脂や特許文献3に記載の添加剤が提案されている。
しかしながら、これらの樹脂や添加剤を用いたレジストでも、レジスト被膜と水との後退接触角は必ずしも十分ではなく、後退接触角が低いと高速スキャン露光時にウェハの端部から水等の液浸露光用液体がこぼれ落ちたり、水の切れが悪いためにウォーターマーク欠陥等の現像欠陥が生じ易い。また、酸発生剤等の水への溶出物量の抑制も十分とは言えない。
国際公開WO2004/068242号公報 特開2005−173474号公報 特開2005−48029号公報
本発明の目的は、得られるパターン形状が良好であり、液浸露光時に接触した水等の液浸露光用液体への溶出物の量が少なく、レジスト被膜と水等の液浸露光用液体との後退接触角が大きく、且つ現像欠陥が少ない液浸露光用の感放射線性樹脂組成物提供することにある。
尚、明細書中における「後退接触角」とは、塗膜を形成した基板上に水を25μL滴下し、その後、基板上の水を10μL/minの速度で吸引した際の液面と基板との接触角を意味するものである。具体的には、後述の実施例に示すように、KRUS社製「DSA−10」を用いて測定することができる。
本発明は以下の通りである。
[1]重合体(A)、酸不安定基を含有する樹脂(B)、感放射線性酸発生剤(C)、及び溶剤(D)を含有する感放射線性樹脂組成物であって、前記重合体(A)は、下記一般式(1)で表される繰り返し単位、及び下記一般式(2)で表される繰り返し単位を含有しており、
前記重合体(A)の使用量は、前記樹脂(B)100質量部に対して、0.1〜40質量部であり、
前記一般式(1)で表される繰り返し単位が、下記一般式(1−2)で表される繰り返し単位であることを特徴とする感放射線性樹脂組成物。
Figure 0005555914
〔一般式(1)において、Rは水素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基を示し、Zは光照射により酸を発生する構造を含有する基を示す。〕
Figure 0005555914
〔一般式(2)において、Rは水素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基を示し、Rは少なくとも一つ以上の水素原子がフッ素原子で置換された炭素数1〜6の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、又は少なくとも一つ以上の水素原子がフッ素原子で置換された炭素数4〜20の脂環式炭化水素基若しくはその誘導体を示す。〕
Figure 0005555914

〔一般式(1−2)において、R は水素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基を示し、Rfはフッ素原子又は炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のパーフルオロアルキル基を示し、A’は単結合又は2価の有機基を示し、M m+ は金属イオン若しくはオニウム陽イオンを示し、mは1〜3の整数を示し、nは1〜8の整数を示す。〕
]前記重合体(A)が、下記一般式(3)で表される繰り返し単位を更に含有する前記[1]に記載の感放射線性樹脂組成物。
Figure 0005555914
〔一般式(3)において、Rは水素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基を示す。R10は相互に独立に炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基若しくはその誘導体、又は炭素数1〜4の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基を示す。尚、いずれか2つのR10が相互に結合して、それぞれが結合している炭素原子と共に炭素数4〜20の2価の脂環式炭化水素基若しくはその誘導体を形成していてもよい。〕
]前記重合体(A)の含有量が、本感放射線性樹脂組成物全体を100質量%とした場合に、1〜30質量%である前記[1]又は[2]に記載の感放射線性樹脂組成物。
本発明の特定の重合体を含有する感放射線性樹脂組成物を用いれば、得られるパターン形状が良好であり、液浸露光時に接触した水等の液浸露光用液体への溶出物の量を少なくすることができる。更には、レジスト被膜と液浸露光用液体との後退接触角を十分に高くすることができ、現像欠陥の発生を抑制することができる。
本発明の感放射線性樹脂組成物により形成した塗膜の溶出量の測定において、超純水が漏れないようにシリコンゴムシート状に8インチシリコンウェハを載せる状態を模式的に示す説明図である。 本発明の感放射線性樹脂組成物により形成した塗膜の溶出量の測定状態における断面図である。
符号の説明
1;シリコンウェハ、11;ヘキサメチルジシラザン処理層、2;シリコンゴムシート、3;超純水、4;シリコンウェハ、41;反射防止膜、42;レジスト被膜。
以下、本発明を詳細に説明する。尚、本明細書において、「(メタ)アクリル」とは、「アクリル」、「メタクリル」のどちらか一方或いは両方を示す。
本発明における感放射線性樹脂組成物は、重合体(A)、酸不安定基を含有する樹脂(B)、感放射線性酸発生剤(C)、及び溶剤(D)を含有するものである。また、この樹脂組成物は、波長193nmにおける屈折率が空気よりも高い液浸露光用液体(例えば、水等)をレンズとレジスト被膜との間に介して放射線照射する液浸露光を含むレジストパターン形成方法において、前記レジスト被膜を形成するために好適に用いられる。
<重合体(A)>
本発明における重合体(A)は、下記一般式(1)で表される繰り返し単位〔以下、「繰り返し単位(1)」ともいう。〕を含有している。
Figure 0005555914
〔一般式(1)において、Rは水素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基を示し、Zは光照射により酸を発生する構造を含有する基を示す。〕
前記一般式(1)におけるZは、光照射により酸を発生する構造を含有する基を示しており、具体的には、例えば、オニウム塩を含有する基、ハロゲンを含有する基、ジアゾケトン構造を有する基、スルホン構造を含有する基、スルホン酸構造を有する基等を挙げることができる。
また、前記繰り返し単位(1)としては、下記一般式(1−1)で表される繰り返し単位〔以下、「繰り返し単位(1−1)」ともいう。〕下記一般式(1−2)で表される繰り返し単位〔以下、「繰り返し単位(1−2)」ともいう。〕を挙げることができるが、本発明における重合体(A)は、繰り返し単位(1)として繰り返し単位(1−2)を含有するものとする
Figure 0005555914
〔一般式(1−1)において、Rは水素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基を示し、R、R及びRは、それぞれ独立に置換基を有してもよい、炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルコキシル基、又は炭素数3〜10のアリール基を示し、nは0〜3の整数を示し、Aはメチレン基、炭素数2〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルキレン基、又は炭素数3〜10のアリーレン基を示し、XはSの対イオンを示す。〕
Figure 0005555914
〔一般式(1−2)において、Rは水素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基を示し、Rfはフッ素原子又は炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のパーフルオロアルキル基を示し、A’は単結合又は2価の有機基を示し、Mm+は金属イオン若しくはオニウム陽イオンを示し、mは1〜3の整数を示し、nは1〜8の整数を示す。〕
前記一般式(1−1)におけるR、R及びRの置換基を有してもよい炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状の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、i‐プロピル基、n‐ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヒドロキシメチル基、ヒドロキシエチル基、トリフルオロメチル基が挙げられる。尚、このアルキル基は、ハロゲン原子等の置換基を有していてもよい。即ち、ハロアルキル基であってもよい。
また、前記R、R及びRの置換基を有してもよい炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルコキシル基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、i−プロポキシ基、n−ブトキシ基、2−メチルプロポキシ基、1−メチルプロポキシ基、t−ブトキシ基、n−ペンチルオキシ基、ネオペンチルオキシ基、n−ヘキシルオキシ基、n−ヘプチルオキシ基、n−オクチルオキシ基、2−エチルヘキシルオキシ基、n−ノニルオキシ基、n−デシルオキシ基等が挙げられる。尚、このアルコキシル基は、ハロゲン原子等の置換基を有していてもよい。
更に、前記R、R及びRの置換基を有してもよい炭素数3〜10のアリール基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基等が挙げられる。尚、このアリール基は、ハロゲン原子等の置換基を有していてもよい。
前記一般式(1−1)におけるR及びRは、それぞれ、上述した1価の有機基(アルキル基、アルコキシル基及びアリール基)のなかでも、化合物としての安定性に優れるという観点から、フェニル基、ナフチル基であることが好ましい。
また、前記一般式(1−1)におけるRは、上述した1価の有機基のなかでも、メトキシ基等のアルコキシル基であることが好ましい。尚、一般式(1−1)におけるnは、0であることが好ましい。
また、前記一般式(1−1)におけるAは、炭素数が10以下の2価の有機基(メチレン基、アルキレン基又はアリーレン基)であり、この炭素数が10を超える場合には、十分なエッチング耐性が得られないおそれがある。
前記Aにおける炭素数2〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルキレン基としては、例えば、エチレン基、1,3−プロピレン基若しくは1,2−プロピレン基などのプロピレン基、テトラメチレン基、ペンタメチレン基、ヘキサメチレン基、ヘプタメチレン基、オクタメチレン基、ノナメチレン基、デカメチレン基、1−メチル−1,3−プロピレン基、2−メチル−1,3−プロピレン基、2−メチル−1,2−プロピレン基、1−メチル−1,4−ブチレン基、2−メチル−1,4−ブチレン基等が挙げられる。また、アリーレン基としては、フェニレン基、ナフチレン基、アントリレン基、フェナントリレン基等が挙げられる。これらのなかでも、化合物としての安定性に優れるという観点から、エチレン基、プロピレン基等が好ましい。
また、前記Aにおける炭素数3〜10のアリーレン基としては、例えば、フェニレン基、ナフチレン基等が挙げられる。
前記一般式(1−1)におけるXはSの対イオンを示しており、例えば、スルホネートイオン、カルボキシレートイオン、ハロゲンイオン、BF4−イオン、PF6−イオン、テトラアリールボロニウムイオン等が挙げられる。
前記スルホネートイオン及びカルボキシレートイオンとしては、それぞれ、アルキル基、アリール基、アラルキル基、脂環式アルキル基、ハロゲン置換アルキル基、ハロゲン置換アリール基、ハロゲン置換アラルキル基、酸素原子置換脂環式アルキル基又はハロゲン置換脂環式アルキル基を含むものが好ましい。尚、置換基としてのハロゲンは、フッ素原子が好ましい。
また、前記ハロゲンイオンとしては、塩化物イオン、臭化物イオンが好ましい。
更に、前記テトラアリールボロニウムイオンとしては、BPh4−、B〔C(CF4−イオンが好ましい。
ここで、前記繰り返し単位(1−1)を与える好ましい単量体としては、以下に示す(1−1−1)等が挙げられる。
Figure 0005555914
また、前記式(1−1−1)における具体的なXとしては、以下に示す(1a−1)〜(1a−26)等が挙げられる。
Figure 0005555914
Figure 0005555914
Figure 0005555914
Figure 0005555914
前記一般式(1−2)におけるRfの炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のパーフルオロアルキル基としては、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、ヘプタフルオロプロピル基、ノナフルオロブチル基、ウンデカフルオロペンチル基、トリデカフルオロヘキシル基、ペンタデカフルオロヘプチル基、ヘプタデカフルオロオクチル基、ノナデカフルオロノニル基、ヘンエイコサデシル基等の直鎖状パーフルオロアルキル基、(1−トリフルオロメチル)テトラフルオロエチル基、(1−トリフルオロメチル)ヘキサフルオロプロピル基、1,1−ビストリフルオロメチル−2,2,2−トリフルオロエチル基等の分岐したパーフルオロアルキル基等を挙げることができる。
また、前記Rfは、優れた解像度を得ることができるという観点から、フッ素原子又はトリフルオロメチル基であることが好ましい。
尚、式(1−2)中、2つのRfは、同一であってもよいし、異なっていてもよい。
また、前記一般式(1−2)におけるnは1〜8の整数であり、好ましくは1又は2である。
前記一般式(1−2)におけるA’の2価の有機基としては、例えば、2価の炭化水素基、−CO−基、−SO−基等が挙げられる。
前記2価の炭化水素基としては、鎖状又は環状の炭化水素基を挙げることができ、好ましい例としては、例えば、メチレン基、エチレン基、1,3−プロピレン基若しくは1,2−プロピレン基等のプロピレン基、テトラメチレン基、ペンタメチレン基、ヘキサメチレン基、ヘプタメチレン基、オクタメチレン基、ノナメチレン基、デカメチレン基、ウンデカメチレン基、ドデカメチレン基、トリデカメチレン基、テトラデカメチレン基、ペンタデカメチレン基、ヘキサデカメチレン基、ヘプタデカメチレン基、オクタデカメチレン基、ノナデカメチレン基、インサレン基、1−メチル−1,3−プロピレン基、2−メチル−1,3−プロピレン基、2−メチル−1,2−プロピレン基、1−メチル−1,4−ブチレン基、2−メチル−1,4−ブチレン基、メチリデン基、エチリデン基、プロピリデン基、又は、2−プロピリデン基等の飽和鎖状炭化水素基、1,3−シクロブチレン基などのシクロブチレン基、1,3−シクロペンチレン基などのシクロペンチレン基、1,4−シクロヘキシレン基等のシクロヘキシレン基、1,5−シクロオクチレン基等のシクロオクチレン基等の炭素数3〜10のシクロアルキレン基などの単環式炭化水素環基、1,4−ノルボルニレン基若しくは2,5−ノルボルニレン基等のノルボルニレン基、1,5−アダマンチレン基、2,6−アダマンチレン基等のアダマンチレン基等の2〜4環式の炭素数4〜30の炭化水素環基等の架橋環式炭化水素環基等が挙げられる。
特に、前記Aは、単結合であるか、−CO−基、メチレン基、エチレン基、又はノルボルニレン基であることが好ましい。
前記一般式(1−2)におけるMm+の金属イオンとしては、ナトリウム、カリウム、リチウム等のアルカリ金属イオン、マグネシウム、カルシウム等のアルカリ土類金属イオン、鉄イオン、アルミニウムイオン等が挙げられる。これらのなかでも、スルホン酸塩へ容易にイオン交換が行えるという観点から、ナトリウムイオン、カリウムイオン、リチウムイオンが好ましい。
また、前記Mm+のオニウム陽イオンとしては、スルホニウムカチオン、ヨードニウムカチオン、ホスホニウムカチオン、ジアゾニウムカチオン、アンモニウムカチオン、ピリジニウムカチオン等のオニウムカチオンが挙げられる。これらのなかでも、下記一般式(2a)で表されるスルホニウムカチオン、下記一般式(2b)で表されるヨードニウムカチオンが好ましい。
Figure 0005555914
〔一般式(2a)において、R11、R12及びR13は、相互に独立に置換若しくは非置換の炭素数1〜10のアルキル基、又は置換若しくは非置換の炭素数4〜18のアリール基を示すか、或いはR11、R12及びR13のうちのいずれか2つ以上が相互に結合して式中の硫黄原子と共に環を形成している。〕
〔一般式(2b)において、R14及びR15は、相互に独立に置換若しくは非置換の炭素数1〜10のアルキル基、又は置換若しくは非置換の炭素数4〜18のアリール基を示すか、或いはR14とR15とが相互に結合して式中のヨウ素原子と共に環を形成している。〕
前記一般式(2a)及び(2b)におけるR11〜R15の非置換の炭素数1〜10のアルキル基としては、直鎖状若しくは分岐状のアルキル基が挙げられる。具体的には、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、1−メチルプロピル基、2−メチルプロピル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、i−ペンチル基、1,1−ジメチルプロピル基、1−メチルブチル基、n−ヘキシル基、i−ヘキシル基、1,1−ジメチルブチル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、i−オクチル基、2−エチルヘキシル基、n−ノニル基、n−デシル基等が挙げられる。
また、前記R11〜R15の置換の炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基としては、上述の非置換のアルキル基における少なくとも1つの水素原子を、アリール基、直鎖状、分岐状若しくは環状のアルケニル基、ハロゲン原子、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、リン原子、ケイ素原子等のヘテロ原子を含む基等により置換したものを挙げることができる。具体的には、例えば、ベンジル基、メトキシメチル基、メチルチオメチル基、エトキシメチル基、エチルチオメチル基、フェノキシメチル基、メトキシカルボニルメチル基、エトキシカルボニルメチル基、アセチルメチル基、フルオロメチル基、トリフルオロメチル基、クロロメチル基、トリクロロメチル基、2−フルオロプロピル基、(トリフルオロアセチル)メチル基、(トリクロロアセチル)メチル基、(ペンタフルオロベンゾイル)メチル基、アミノメチル基、(シクロヘキシルアミノ)メチル基、(トリメチルシリル)メチル基、2−フェニルエチル基、2−アミノエチル基、3−フェニルプロピル基等が挙げられる。
一般式(2a)及び(2b)におけるR11〜R15の非置換の炭素数4〜18のアリール基としては、例えば、フェニル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基、1−アントリル基、1−フェナントリル基、フラニル基、チオフェニル基等が挙げられる。
また、前記R11〜R15の置換の炭素数4〜18のアリール基としては、上述の非置換のアリール基における少なくとも1つの水素原子を、直鎖状、分岐状若しくは環状のアルキル基、ハロゲン原子、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、リン原子、ケイ素原子等のヘテロ原子を含む基等により置換したものを挙げることができる。具体的には、例えば、o−トリル基、m−トリル基、p−トリル基、4−ヒドロキシフェニル基、4−メトキシフェニル基、メシチル基、o−クメニル基、2,3−キシリル基、2,4−キシリル基、2,5−キシリル基、2,6−キシリル基、3,4−キシリル基、3,5−キシリル基、4−フルオロフェニル基、4−トリフルオロメチルフェニル基、4−クロロフェニル基、4−ブロモフェニル基、4−ヨードフェニル基等が挙げられる。
また、一般式(2a)において、R11、R12及びR13のうちのいずれか2つ以上が相互に結合して式中の硫黄原子と共に形成する環としては、例えば、5〜7員の環構造等を挙げることができる。
更に、一般式(2b)において、R14及びR15が相互に結合して式中のヨウ素原子と共に形成する環としては、例えば、5〜7員の環構造等を挙げることができる。
また、前記一般式(2a)で表されるスルホニウムカチオンの好ましい具体例(2a−1)〜(2a−64)、及び一般式(2b)で表されるヨードニウムカチオンの好ましい具体例(2b−1)〜(2b−39)を以下に示す。
Figure 0005555914
Figure 0005555914
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Figure 0005555914
Figure 0005555914
Figure 0005555914
ここで、前記繰り返し単位(1−2)を与える好ましい単量体としては、以下に示す(1−2−1)、(1−2−2)及び(1−2−3)等が挙げられる。
Figure 0005555914
尚、本発明における重合体(A)は、繰り返し単位(1)を1種のみ含有していてもよいし、2種以上含有していてもよい。
また、本発明における重合体(A)は、下記一般式(2)で表される繰り返し単位〔以下、「繰り返し単位(2)」ともいう。〕を含有している。
Figure 0005555914
〔一般式(2)において、Rは水素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基を示し、Rは少なくとも一つ以上の水素原子がフッ素原子で置換された炭素数1〜6の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、又は少なくとも一つ以上の水素原子がフッ素原子で置換された炭素数4〜20の脂環式炭化水素基若しくはその誘導体を示す。〕
前記一般式(2)におけるRの少なくとも一つ以上の水素原子がフッ素原子で置換された炭素数1〜6の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、1−プロピル基、2−プロピル基、1−ブチル基、2−ブチル基、2−(2−メチルプロピル)基、1−ペンチル基、2−ペンチル基、3−ペンチル基、1−(2−メチルブチル)基、1−(3−メチルブチル)基、2−(2−メチルブチル)基、2−(3−メチルブチル)基、ネオペンチル基、1−ヘキシル基、2−ヘキシル基、3−ヘキシル基、1−(2−メチルペンチル)基、1−(3−メチルペンチル)基、1−(4−メチルペンチル)基、2−(2−メチルペンチル)基、2−(3−メチルペンチル)基、2−(4−メチルペンチル)基、3−(2−メチルペンチル)基、3−(3−メチルペンチル)基等のアルキル基の、部分フッ素化アルキル基又はパーフルオロアルキル基等が挙げられる。
また、前記Rの少なくとも一つ以上の水素原子がフッ素原子で置換された炭素数4〜20の脂環式炭化水素基若しくはその誘導体としては、例えば、シクロペンチル基、シクロペンチルメチル基、1−(1−シクロペンチルエチル)基、1−(2−シクロペンチルエチル)基、シクロヘキシル基、シクロヘキシルメチル基、1−(1−シクロヘキシルエチル)基、1−(2−シクロヘキシルエチル基)、シクロヘプチル基、シクロヘプチルメチル基、1−(1−シクロヘプチルエチル)基、1−(2−シクロヘプチルエチル)基、2−ノルボルニル基等の脂環式炭化水素基若しくはその誘導体の、部分フッ素化炭化水素基或いはパーフルオロ炭化水素基等が挙げられる。
前記繰り返し単位(2)を与える好ましい単量体としては、例えば、トリフルオロメチル(メタ)アクリル酸エステル、2,2,2−トリフルオロエチル(メタ)アクリル酸エステル、パーフルオロエチル(メタ)アクリル酸エステル、パーフルオロn−プロピル(メタ)アクリル酸エステル、パーフルオロi−プロピル(メタ)アクリル酸エステル、パーフルオロn−ブチル(メタ)アクリル酸エステル、パーフルオロi−ブチル(メタ)アクリル酸エステル、パーフルオロt−ブチル(メタ)アクリル酸エステル、2−(1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロピル)(メタ)アクリル酸エステル、1−(2,2,3,3,4,4,5,5−オクタフルオロペンチル)(メタ)アクリル酸エステル、パーフルオロシクロヘキシルメチル(メタ)アクリル酸エステル、1−(2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピル)(メタ)アクリル酸エステル、1−(3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,10−ヘプタデカフルオロデシル)(メタ)アクリル酸エステル、1−(5−トリフルオロメチル−3,3,4,4,5,6,6,6−オクタフルオロヘキシル)(メタ)アクリル酸エステル等が挙げられる。
尚、本発明における重合体(A)は、繰り返し単位(2)を1種のみ含有していてもよいし、2種以上含有していてもよい。
また、本発明における重合体(A)は、下記一般式(3)で表される繰り返し単位〔以下、「繰り返し単位(3)」ともいう。〕を更に含有していることが好ましい。この繰り返し単位(3)を含有することにより、露光時における後退接触角をより高くすることができ、現像する際のアルカリ溶解性をより向上させることができる。即ち、露光時には一般式(3)の構造を保ち、フッ素原子を有する前記繰り返し単位(1)及び(2)を重合体中に含有することによる効果をほとんど失うことがないため、後退接触角をより高くすることができ、その後、酸の作用により一般式(3)の構造から−C(R10部分が脱離することでアルカリ溶解性をより高めることができる。
Figure 0005555914
〔一般式(3)において、Rは水素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基を示す。R10は相互に独立に炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基若しくはその誘導体、又は炭素数1〜4の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基を示す。尚、いずれか2つのR10が相互に結合して、それぞれが結合している炭素原子と共に炭素数4〜20の2価の脂環式炭化水素基若しくはその誘導体を形成していてもよい。〕
前記一般式(3)におけるR10の炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基としては、例えば、ノルボルナン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカン、アダマンタンや、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン等のシクロアルカン類等に由来する脂環族環からなる基等が挙げられる。
また、この脂環式炭化水素基の誘導体としては、上述の1価の脂環式炭化水素基を、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基等の炭素数1〜4の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基の1種以上或いは1個以上で置換した基等を挙げることができる。
これらのなかでも、ノルボルナン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカン、アダマンタン、シクロペンタン又はシクロヘキサンに由来する脂環族環からなる脂環式炭化水素基や、この脂環式炭化水素基を前記アルキル基で置換した基等が好ましい。
また、いずれか2つのR10が相互に結合して、それぞれが結合している炭素原子(酸素原子に結合している炭素原子)と共に形成する炭素数4〜20の2価の脂環式炭化水素基若しくはその誘導体としては、例えば、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロオクチル基等が挙げられる。
また、この2価の脂環式炭化水素基の誘導体としては、上述の2価の脂環式炭化水素基を、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基等の炭素数1〜4の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基の1種以上或いは1個以上で置換した基等が挙げられる。
これらのなかでも、シクロペンチル基、シクロヘキシル基や、この2価の脂環式炭化水素基を前記アルキル基で置換した基等が好ましい。
前記R10の炭素数1〜4の直鎖状若しくは分岐状の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、i−プロピル基、n−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基等を挙げることができる。
ここで、前記一般式(3)における−C(R10の好ましい例としては、t−ブチル基、1−n−(1−エチル−1−メチル)プロピル基、1−n−(1,1−ジメチル)プロピル基、1−n−(1,1−ジメチル)ブチル基、1−n−(1,1−ジメチル)ペンチル基、1−(1,1−ジエチル)プロピル基、1−n−(1,1−ジエチル)ブチル基、1−n−(1,1−ジエチル)ペンチル基、1−(1−メチル)シクロペンチル基、1−(1−エチル)シクロペンチル基、1−(1−n−プロピル)シクロペンチル基、1−(1−i−プロピル)シクロペンチル基、1−(1−メチル)シクロヘキシル基、1−(1−エチル)シクロヘキシル基、1−(1−n−プロピル)シクロヘキシル基、1−(1−i−プロピル)シクロヘキシル基、1−{1−メチル−1−(2−ノルボニル)}エチル基、1−{1−メチル−1−(2−テトラシクロデカニル)}エチル基、1−{1−メチル−1−(1−アダマンチル)}エチル基、2−(2−メチル)ノルボニル基、2−(2−エチル)ノルボニル基、2−(2−n−プロピル)ノルボニル基、2−(2−i−プロピル)ノルボニル基、2−(2−メチル)テトラシクロデカニル基、2−(2−エチル)テトラシクロデカニル基、2−(2−n−プロピル)テトラシクロデカニル基、2−(2−i−プロピル)テトラシクロデカニル基、1−(1−メチル)アダマンチル基、1−(1−エチル)アダマンチル基、1−(1−n−プロピル)アダマンチル基、1−(1−i−プロピル)アダマンチル基や、これらの脂環族環からなる基を、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基等の炭素数1〜4の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基の1種以上或いは1個以上で置換した基等を挙げることができる。
尚、本発明における重合体(A)は、繰り返し単位(3)を1種のみ含有していてもよいし、2種以上含有していてもよい。
また、本発明における重合体(A)は、前記繰り返し単位(1)〜(3)以外にも、他の繰り返し単位を1種又は2種以上含有していてもよい。
前記他の繰り返し単位としては、アルカリ溶解性を高めることができるラクトン骨格やヒドロキシル基、カルボキシル基等を有する繰り返し単位、基板からの反射を抑えることができる芳香族炭化水素基若しくはその誘導体を有する繰り返し単位、エッチング耐性を高めることができる芳香族炭化水素基若しくはその誘導体や脂環式炭化水素基若しくはその誘導体を有する繰り返し単位等が挙げられる。これらの他の繰り返し単位のなかでも、ラクトン骨格を有する繰り返し単位、脂環式炭化水素基若しくはその誘導体を有する繰り返し単位が好ましい。
前記ラクトン骨格を有する繰り返し単位〔以下、「繰り返し単位(4)」ともいう。)を与える好ましい単量体としては、例えば、下記の単量体(4−1)〜(4−6)等を挙げることができる。
Figure 0005555914
〔一般式(4−1)〜(4−6)の各式において、R16は水素原子又はメチル基を示し、R17は水素原子又は炭素数1〜4の置換基を有してもよいアルキル基を示し、R18は水素原子又はメトキシ基を示し、Aは単結合又はメチレン基を示し、Bは酸素原子又はメチレン基を示し、lは1〜3の整数を示し、mは0又は1である。〕
また、前記脂環式炭化水素基若しくはその誘導体を有する繰り返し単位としては、具体的には、下記一般式(5)で表される繰り返し単位〔以下、「繰り返し単位(5)」ともいう。〕を挙げることができる。
Figure 0005555914
〔一般式(5)において、R19は水素原子、メチル基、又はトリフルオロメチル基を示し、Xは炭素数4〜20の置換若しくは非置換の脂環式炭化水素基を示す。〕
前記一般式(5)におけるXの炭素数4〜20の非置換の脂環式炭化水素基としては、例えば、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、ビシクロ[2.2.1]ヘプタン、ビシクロ[2.2.2]オクタン、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン、テトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカン、トリシクロ[3.3.1.13,7]デカン等のシクロアルカン類に由来する脂環族環からなる炭化水素基が挙げられる。
また、前記Xの置換の脂環式炭化水素基としては、上述の非置換の脂環式炭化水素基における少なくとも1つの水素原子を、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基等の炭素数1〜4の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、ヒドロキシル基、シアノ基、炭素数1〜10のヒドロキシアルキル基、カルボキシル基、酸素原子等の1種以上或いは1個以上により置換したものを挙げることができる。
ここで、本発明における重合体(A)が含有する全繰り返し単位の合計を100モル%とした場合の、上述の各繰り返し単位の好ましい含有割合を以下に示す。
前記繰り返し単位(1)の含有割合は、1〜20モル%であることが好ましく、より好ましくは2〜15モル%、更に好ましくは3〜10モル%である。この含有割合が1モル%未満である場合には、酸の不足によりフッ素樹脂層の十分な脱保護が引き起こされないおそれがある。一方、20モル%を超える場合には、十分な後退接触角が得られなくなるおそれがある。
前記繰り返し単位(2)の含有割合は、5〜50モル%であることが好ましく、より好ましくは10〜40モル%、更に好ましくは15〜30モル%である。この含有割合が5モル%未満である場合には、十分に高い後退接触角が得られなくなるおそれがある。一方、50モル%を超える場合には、フッ素樹脂の溶解性の低下により良好なパターン形状が得られないおそれがある。
前記繰り返し単位(3)の含有割合は、通常95モル%以下、好ましくは30〜90モル%、更に好ましくは40〜85モル%である。この含有割合が95モル%以下である場合には、十分に高い後退接触角を得ることができる。
前記他の繰り返し単位の含有割合の合計は、通常70モル%以下、更に好ましくは1〜65モル%である。他の繰り返し単位の合計が70モル%を超える場合には、十分な後退接触角が得られなかったり、アルカリ溶解性が低下するおそれがある。
また、本発明における重合体(A)は、例えば、所定の各繰り返し単位に対応する重合性不飽和単量体を、ヒドロパーオキシド類、ジアルキルパーオキシド類、ジアシルパーオキシド類、アゾ化合物等のラジカル重合開始剤を使用し、必要に応じて連鎖移動剤の存在下、適当な溶媒中で重合することにより製造することができる。
前記重合に使用される溶媒としては、例えば、n−ペンタン、n−ヘキサン、n−ヘプタン、n−オクタン、n−ノナン、n−デカン等のアルカン類;シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、デカリン、ノルボルナン等のシクロアルカン類;ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、クメン等の芳香族炭化水素類;クロロブタン類、ブロモヘキサン類、ジクロロエタン類、ヘキサメチレンジブロミド、クロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素類;酢酸エチル、酢酸n−ブチル、酢酸i−ブチル、プロピオン酸メチル等の飽和カルボン酸エステル類;アセトン、2−ブタノン、4−メチル−2−ペンタノン、2−ヘプタノン等のケトン類;テトラヒドロフラン、ジメトキシエタン類、ジエトキシエタン類等のエーテル類;メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、4−メチル−2−ペンタノール等のアルコール類等を挙げることができる。これらの溶媒は、単独で又は2種以上を混合して使用することができる。
前記重合における反応温度は、通常、40〜150℃、好ましくは50〜120℃であり、反応時間は、通常、1〜48時間、好ましくは1〜24時間である。
また、本発明における重合体(A)のゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)によるポリスチレン換算重量平均分子量(以下、「Mw」という。)は、好ましくは1000〜50000、より好ましくは1000〜40000、更に好ましくは1000〜30000である。この重合体(A)のMwが1000未満では、十分な後退接触角が得られないおそれがある。一方、このMwが50000を超えると、レジストとした際の現像性が低下する傾向がある。
また、重合体(A)のMwとGPCによるポリスチレン換算数平均分子量(以下、「Mn」という。)との比(Mw/Mn)は、通常1〜5、好ましくは1〜4である。
尚、重合体(A)は、ハロゲン、金属等の不純物が少ないほど好ましく、それにより、レジストとした際の感度、解像度、プロセス安定性、パターン形状等を更に改善することができる。
前記重合体(A)の精製法としては、例えば、水洗、液々抽出等の化学的精製法や、これらの化学的精製法と限外ろ過、遠心分離等の物理的精製法との組み合わせ等を挙げることができる。
また、本発明における感放射線性樹脂組成物は、前記重合体(A)を1種のみ含有していてもよいし、2種以上含有していてもよい。
本発明において、重合体(A)はレジストの添加剤として用いられるが、その使用量は、レジストとしての感度、焦点深度、現像性等の基本性能を確保する観点から、後述する樹脂(B)100質量部に対して0.1〜40質量部であり、好ましくは0.5〜35質量部である。この使用量が0.1質量部未満の場合には、重合体(A)の効果が現れずレジスト被膜の後退接触角が低下する傾向がある。一方、40質量部を超える場合には、矩形のレジストパターンを得られ難くなったり、焦点深度が小さくなる傾向がある。
<樹脂(B)>
本発明における酸不安定基を含有する樹脂(B)〔以下、単に「樹脂(B)」ともいう。〕は、本感放射線性樹脂組成物が重合体(A)の効果(高後退角、低溶出、及び現像欠陥の抑制)を発現するために特に限定されないが、酸の作用によりアルカリ可溶性となるアルカリ不溶性又はアルカリ難溶性の樹脂を用いることが好ましい。
尚、ここでいう「アルカリ不溶性又はアルカリ難溶性」とは、樹脂(B)を含有する感放射線性樹脂組成物から形成されたレジスト被膜からレジストパターンを形成する際に採用されるアルカリ現像条件下で、当該レジスト被膜の代わりに樹脂(B)のみを用いた被膜を現像した場合に、当該被膜の初期膜厚の50%以上が現像後に残存する性質を意味する。
前記樹脂(B)としては、例えば、ノルボルネン誘導体等を重合して得られる主鎖にノルボルナン環等の脂環式骨格を有する樹脂、ノルボルネン誘導体と無水マレイン酸を共重合して得られる主鎖にノルボルナン環及び無水マレイン酸誘導体を有する樹脂、ノルボルネン誘導体と(メタ)アクリル化合物を共重合して得られる主鎖にノルボルナン環と(メタ)アクリル骨格が混在する樹脂、ノルボルネン誘導体と無水マレイン酸、(メタ)アクリル化合物を共重合して得られる主鎖にノルボルナン環と無水マレイン酸誘導体と(メタ)アクリル骨格が混在する樹脂、(メタ)アクリル化合物を共重合して得られる主鎖が(メタ)アクリル骨格の樹脂等が挙げられる。
特に、前記樹脂(B)としては、主鎖が(メタ)アクリル骨格の樹脂であることが好ましく、ラクトン骨格を含有する前述の繰り返し単位(4)を1種又は2種以上含有しているものが好ましい。この樹脂(B)は、繰り返し単位(4)以外に、更に前述の繰り返し単位(3)を1種又は2種以上含有していることが好ましい。尚、樹脂(B)が含有する繰り返し単位(3)及び(4)を与える好ましい単量体としては、それぞれ、前述の説明をそのまま適用することができる。
ここで、本発明における樹脂(B)が含有する全繰り返し単位の合計を100モル%とした場合の、上述の各繰り返し単位の好ましい含有割合を以下に示す。
前記繰り返し単位(4)の含有割合は、5〜85モル%であることが好ましく、より好ましくは10〜70モル%、更に好ましくは15〜60モル%である。この含有割合が5モル%未満である場合には、現像性、露光余裕が悪化する傾向にある。一方、85モル%を超える場合には、樹脂の溶剤への溶解性、解像度が悪化する傾向にある。
また、前記繰り返し単位(3)の含有割合は、10〜70モル%であることが好ましく、より好ましくは15〜60モル%、更に好ましくは20〜50モル%である。この含有割合が10モル%未満である場合には、レジストとしての解像度が低下するおそれがある。一方、70モル%を超える場合には、露光余裕が悪化するおそれがある。
また、本発明における樹脂(B)は、例えば、所定の各繰り返し単位に対応する重合性不飽和単量体を、ヒドロパーオキシド類、ジアルキルパーオキシド類、ジアシルパーオキシド類、アゾ化合物等のラジカル重合開始剤を使用し、必要に応じて連鎖移動剤の存在下、適当な溶媒中で重合することにより製造することができる。
前記重合に使用される溶媒としては、例えば、n−ペンタン、n−ヘキサン、n−ヘプタン、n−オクタン、n−ノナン、n−デカン等のアルカン類;シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、デカリン、ノルボルナン等のシクロアルカン類;ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、クメン等の芳香族炭化水素類;クロロブタン類、ブロモヘキサン類、ジクロロエタン類、ヘキサメチレンジブロミド、クロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素類;酢酸エチル、酢酸n−ブチル、酢酸i−ブチル、プロピオン酸メチル等の飽和カルボン酸エステル類;アセトン、2−ブタノン、4−メチル−2−ペンタノン、2−ヘプタノン等のケトン類;テトラヒドロフラン、ジメトキシエタン類、ジエトキシエタン類等のエーテル類等を挙げることができる。これらの溶媒は、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。
前記重合における反応温度は、通常、40〜150℃、好ましくは50〜120℃であり、反応時間は、通常、1〜48時間、好ましくは1〜24時間である。
また、本発明における樹脂(B)のGPCによるMwは、特に限定されないが、好ましくは1000〜100000、より好ましくは1000〜30000、更に好ましくは1000〜20000である。この樹脂(B)のMwが1000未満では、レジストとした際の耐熱性が低下する傾向がある。一方、このMwが100000を超えると、レジストとした際の現像性が低下する傾向にある。
また、樹脂(B)のMwとGPCによるMnとの比(Mw/Mn)は、通常1〜5であり、好ましくは1〜3である。
また、樹脂(B)においては、この樹脂(B)を調製する際に用いられる単量体由来の低分子量成分の含有量が固形分換算にて、この樹脂100質量%に対して0.1質量%以下であることが好ましく、より好ましくは0.07質量%以下、更に好ましくは0.05質量%以下である。この含有量が0.1質量%以下である場合には、液浸露光時に接触した水等の液浸露光用液体への溶出物の量を少なくすることができる。更に、レジスト保管時にレジスト中に異物が発生することがなく、レジスト塗布時においても塗布ムラが発生することなく、レジストパターン形成時における欠陥の発生を十分に抑制することができる。
前記単量体由来の低分子量成分としては、モノマー、ダイマー、トリマー、オリゴマーが挙げられ、Mw500以下の成分とすることができる。このMw500以下の成分は、例えば、水洗、液々抽出等の化学的精製法や、これらの化学的精製法と限外ろ過、遠心分離等の物理的精製法との組み合わせ等により除去することができる。また、樹脂の高速液体クロマトグラフィー(HPLC)により分析することができる。
尚、樹脂(B)は、ハロゲン、金属等の不純物が少ないほど好ましく、それにより、レジストとした際の感度、解像度、プロセス安定性、パターン形状等を更に改善することができる。
また、樹脂(B)の精製法としては、例えば、水洗、液々抽出等の化学的精製法や、これらの化学的精製法と限外ろ過、遠心分離等の物理的精製法との組み合わせ等を挙げることができる。
また、本発明における感放射線性樹脂組成物は、前記樹脂(B)を1種のみ含有していてもよいし、2種以上含有していてもよい。
<感放射線性酸発生剤(C)>
本発明における感放射線性酸発生剤(C)(以下、単に「酸発生剤(C)」ともいう。)は、露光により酸を発生するものであり、露光により発生した酸の作用によって、樹脂成分中に存在する繰り返し単位(3)が有する酸解離性基を解離させ(保護基を脱離させ)、その結果レジスト被膜の露光部がアルカリ現像液に易溶性となり、ポジ型のレジストパターンを形成する作用を有するものである。
このような酸発生剤(C)としては、下記一般式(6)で表される化合物を含むものが好ましい。
Figure 0005555914
一般式(6)において、R20は、水素原子、フッ素原子、ヒドロキシル基、炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルコキシル基、又は炭素数2〜11の直鎖状若しくは分岐状のアルコキシカルボニル基を示す。
また、R21は、炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルコキシル基、又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルカンスルホニル基を示す。
更に、R22は独立に炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、置換されていてもよいフェニル基又は置換されていてもよいナフチル基を示すか、或いは2個のR22が互いに結合して、置換されていてもよい炭素数2〜10の2価の基をしている。
また、kは0〜2の整数であり、Xは式:R232nSO (式中、R23は、フッ素原子又は置換されていてもよい炭素数1〜12の炭化水素基を示し、nは1〜10の整数である。)で表されるアニオンを示し、rは0〜10の整数である。
一般式(6)において、R20、R21及びR22の炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状の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、i−プロピル基、n−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、ネオペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、2−エチルヘキシル基、n−ノニル基、n−デシル基等を挙げることができる。これらのアルキル基のなかでも、メチル基、エチル基、n−ブチル基、t−ブチル基等が好ましい。
また、R20及びR21の炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルコキシル基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、i−プロポキシ基、n−ブトキシ基、2−メチルプロポキシ基、1−メチルプロポキシ基、t−ブトキシ基、n−ペンチルオキシ基、ネオペンチルオキシ基、n−ヘキシルオキシ基、n−ヘプチルオキシ基、n−オクチルオキシ基、2−エチルヘキシルオキシ基、n−ノニルオキシ基、n−デシルオキシ基等を挙げることができる。これらのアルコキシル基のなかでも、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、n−ブトキシ基等が好ましい。
また、R20の炭素数2〜11の直鎖状若しくは分岐状のアルコキシカルボニル基としては、例えば、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、n−プロポキシカルボニル基、i−プロポキシカルボニル基、n−ブトキシカルボニル基、2−メチルプロポキシカルボニル基、1−メチルプロポキシカルボニル基、t−ブトキシカルボニル基、n−ペンチルオキシカルボニル基、ネオペンチルオキシカルボニル基、n−ヘキシルオキシカルボニル基、n−ヘプチルオキシカルボニル基、n−オクチルオキシカルボニル基、2−エチルヘキシルオキシカルボニル基、n−ノニルオキシカルボニル基、n−デシルオキシカルボニル基等を挙げることができる。これらのアルコキシカルボニル基のなかでも、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、n−ブトキシカルボニル基等が好ましい。
また、R21の炭素数1〜10の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルカンスルホニル基としては、例えば、メタンスルホニル基、エタンスルホニル基、n−プロパンスルホニル基、n−ブタンスルホニル基、tert−ブタンスルホニル基、n−ペンタンスルホニル基、ネオペンタンスルホニル基、n−ヘキサンスルホニル基、n−ヘプタンスルホニル基、n−オクタンスルホニル基、2−エチルヘキサンスルホニル基n−ノナンスルホニル基、n−デカンスルホニル基、シクロペンタンスルホニル基、シクロヘキサンスルホニル基等を挙げることができる。これらのアルカンスルホニル基のなかでも、メタンスルホニル基、エタンスルホニル基、n−プロパンスルホニル基、n−ブタンスルホニル基、シクロペンタンスルホニル基、シクロヘキサンスルホニル基等が好ましい。
また、前記一般式(6)におけるrとしては、0〜2が好ましい。
前記一般式(6)におけるR22の置換されていてもよいフェニル基としては、例えば、フェニル基、o−トリル基、m−トリル基、p−トリル基、2,3−ジメチルフェニル基、2,4−ジメチルフェニル基、2,5−ジメチルフェニル基、2,6−ジメチルフェニル基、3,4−ジメチルフェニル基、3,5−ジメチルフェニル基、2,4,6−トリメチルフェニル基、4−エチルフェニル基、4−t−ブチルフェニル基、4−シクロヘキシルフェニル基、4−フルオロフェニル基等のフェニル基、又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルキル基で置換されたフェニル基;これらのフェニル基又はアルキル置換フェニル基を、ヒドロキシル基、カルボキシル基、シアノ基、ニトロ基、アルコキシル基、アルコキシアルキル基、アルコキシカルボニル基、アルコキシカルボニルオキシ基等の少なくとも一種の基1個以上で置換した基等を挙げることができる。
フェニル基及びアルキル置換フェニル基に対する置換基のうち、前記アルコキシル基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、i−プロポキシ基、n−ブトキシ基、2−メチルプロポキシ基、1−メチルプロポキシ基、t−ブトキシ基、シクロペンチルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基等の炭素数1〜20の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルコキシル基等を挙げることができる。
また、前記置換基のうち、前記アルコキシアルキル基としては、例えば、メトキシメチル基、エトキシメチル基、1−メトキシエチル基、2−メトキシエチル基、1−エトキシエチル基、2−エトキシエチル基等の炭素数2〜21の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルコキシアルキル基等を挙げることができる。
更に、前記置換基のうち、前記アルコキシカルボニル基としては、例えば、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、n−プロポキシカルボニル基、i−プロポキシカルボニル基、n−ブトキシカルボニル基、2−メチルプロポキシカルボニル基、1−メチルプロポキシカルボニル基、t−ブトキシカルボニル基、シクロペンチルオキシカルボニル基、シクロヘキシルオキシカルボニル等の炭素数2〜21の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルコキシカルボニル基等を挙げることができる。
また、前記置換基のうち、前記アルコキシカルボニルオキシ基としては、例えば、メトキシカルボニルオキシ基、エトキシカルボニルオキシ基、n−プロポキシカルボニルオキシ基、i−プロポキシカルボニルオキシ基、n−ブトキシカルボニルオキシ基、t−ブトキシカルボニルオキシ基、シクロペンチルオキシカルボニル基、シクロヘキシルオキシカルボニル等の炭素数2〜21の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルコキシカルボニルオキシ基等を挙げることができる。
これらの置換されていてもよいフェニル基のなかでも、フェニル基、4−シクロヘキシルフェニル基、4−t−ブチルフェニル基、4−メトキシフェニル基、4−t−ブトキシフェニル基等が好ましい。
また、前記R22の置換されていてもよいナフチル基としては、例えば、1−ナフチル基、2−メチル−1−ナフチル基、3−メチル−1−ナフチル基、4−メチル−1−ナフチル基、4−メチル−1−ナフチル基、5−メチル−1−ナフチル基、6−メチル−1−ナフチル基、7−メチル−1−ナフチル基、8−メチル−1−ナフチル基、2,3−ジメチル−1−ナフチル基、2,4−ジメチル−1−ナフチル基、2,5−ジメチル−1−ナフチル基、2,6−ジメチル−1−ナフチル基、2,7−ジメチル−1−ナフチル基、2,8−ジメチル−1−ナフチル基、3,4−ジメチル−1−ナフチル基、3,5−ジメチル−1−ナフチル基、3,6−ジメチル−1−ナフチル基、3,7−ジメチル−1−ナフチル基、3,8−ジメチル−1−ナフチル基、4,5−ジメチル−1−ナフチル基、5,8−ジメチル−1−ナフチル基、4−エチル−1−ナフチル基2−ナフチル基、1−メチル−2−ナフチル基、3−メチル−2−ナフチル基、4−メチル−2−ナフチル基等のナフチル基又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルキル基で置換されたナフチル基;これらのナフチル基又はアルキル置換ナフチル基を、ヒドロキシル基、カルボキシル基、シアノ基、ニトロ基、アルコキシル基、アルコキシアルキル基、アルコキシカルボニル基、アルコキシカルボニルオキシ基等の少なくとも1種の基1個以上で置換した基等を挙げることができる。
前記置換基であるアルコキシル基、アルコキシアルキル基、アルコキシカルボニル基及びアルコキシカルボニルオキシ基としては、例えば、前記フェニル基及びアルキル置換フェニル基について例示した基を挙げることができる。
これらの置換されていてもよいナフチル基のなかでも、1−ナフチル基、1−(4−メトキシナフチル)基、1−(4−エトキシナフチル)基、1−(4−n−プロポキシナフチル)基、1−(4−n−ブトキシナフチル)基、2−(7−メトキシナフチル)基、2−(7−エトキシナフチル)基、2−(7−n−プロポキシナフチル)基、2−(7−n−ブトキシナフチル)基等が好ましい。
また、2個のR22が互いに結合して形成した炭素数2〜10の2価の基としては、一般式(6)中の硫黄原子と共に5員又は6員の環、特に好ましくは5員の環(即ち、テトラヒドロチオフェン環)を形成する基が望ましい。
また、前記2価の基に対する置換基としては、例えば、前記フェニル基及びアルキル置換フェニル基に対する置換基として例示したヒドロキシル基、カルボキシル基、シアノ基、ニトロ基、アルコキシル基、アルコキアルキル基、アルコキシカルボニル基、アルコキシカルボニルオキシ基等を挙げることができる。
特に、一般式(6)におけるR22としては、メチル基、エチル基、フェニル基、4−メトキシフェニル基、1−ナフチル基、2個のR22が互いに結合して硫黄原子と共にテトラヒドロチオフェン環構造を形成する2価の基等が好ましい。
一般式(6)のXで表されるR232nSO アニオン中のC2n 基は、炭素数nのパーフルオロアルキレン基であるが、この基は直鎖状であってもよいし、分岐状であってもよい。ここで、nは1、2、4又は8であることが好ましい。
また、R23における置換されていてもよい炭素数1〜12の炭化水素基としては、炭素数1〜12のアルキル基、シクロアルキル基、有橋脂環式炭化水素基が好ましい。
具体的には、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、ネオペンチル基、n−ヘキシル基、シクロヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、2−エチルヘキシル基、n−ノニル基、n−デシル基、ノルボルニル基、ノルボニルメチル基、ヒドロキシノルボルニル基、アダマンチル基等を挙げることができる。
また、一般式(6)の好ましい具体例としては、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、トリ−tert−ブチル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、4−シクロヘキシルフェニル−ジ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、4−メタンスルホニルフェニル−ジ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、1−(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)テトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、1−(4−n−ブトキシナフチル)テトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
トリフェニルスルホニウムパーフルオロ−n−ブタンスルホネート、トリ−tert−ブチルフェニルスルホニウムパーフルオロ−n−ブタンスルホネート、4−シクロヘキシルフェニル−ジフェニルスルホニウムパーフルオロ−n−ブタンスルホネート、4−メタンスルホニルフェニル−ジフェニルスルホニウムパーフルオロ−n−ブタンスルホネート、1−(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)テトラヒドロチオフェニウムパーフルオロ−n−ブタンスルホネート、1−(4−n−ブトキシナフチル)テトラヒドロチオフェニウムパーフルオロ−n−ブタンスルホネート、
トリフェニルスルホニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、トリ−tert−ブチルフェニルスルホニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、4−シクロヘキシルフェニル−ジフェニルスルホニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、4−メタンスルホニルフェニル−ジフェニルスルホニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、1−(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)テトラヒドロチオフェニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、1−(4−n−ブトキシナフチル)テトラヒドロチオフェニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、
トリフェニルスルホニウム2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2’−イル)−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、トリ−tert−ブチルフェニルスルホニウム2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2’−イル)−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、4−シクロヘキシルフェニル−ジフェニルスルホニウム2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2’−イル)−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、4−メタンスルホニルフェニル−ジフェニルスルホニウム2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2’−イル)−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、1−(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)テトラヒドロチオフェニウム2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2’−イル)−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、1−(4−n−ブトキシナフチル)テトラヒドロチオフェニウム2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2’−イル)−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、
トリフェニルスルホニウム2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2’−イル)−1,1−ジフルオロエタンスルホネート、トリ−tert−ブチルフェニルスルホニウム2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2’−イル)−1,1−ジフルオロエタンスルホネート、4−シクロヘキシルフェニル−ジフェニルスルホニウム2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2’−イル)−1,1−ジフルオロエタンスルホネート、4−メタンスルホニルフェニル−ジフェニルスルホニウム2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2’−イル)−1,1−ジフルオロエタンスルホネート、1−(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)テトラヒドロチオフェニウム2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2’−イル)−1,1−ジフルオロエタンスルホネート、1−(4−n−ブトキシナフチル)テトラヒドロチオフェニウム2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2’−イル)−1,1−ジフルオロエタンスルホネート等が挙げられる。
尚、本発明において、これらの酸発生剤(C)は、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。
<溶剤(D)>
本発明の感放射線性樹脂組成物は、普通、その使用に際して、全固形分濃度が、通常、1〜50質量%、好ましくは1〜25質量%となるように、溶剤に溶解したのち、例えば孔径0.2μm程度のフィルターでろ過することによって、組成物溶液として調製される。
前記溶剤(D)としては、例えば、2−ブタノン、2−ペンタノン、3−メチル−2−ブタノン、2−ヘキサノン、4−メチル−2−ペンタノン、3−メチル−2−ペンタノン、3,3−ジメチル−2−ブタノン、2−ヘプタノン、2−オクタノン等の直鎖状若しくは分岐状のケトン類;シクロペンタノン、3−メチルシクロペンタノン、シクロヘキサノン、2−メチルシクロヘキサノン、2,6−ジメチルシクロヘキサノン、イソホロン等の環状のケトン類;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エチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノ−n−プロピルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノ−i−プロピルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノ−n−ブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノ−i−ブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノ−sec−ブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノ−t−ブチルエーテルアセテート等のプロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類;2−ヒドロキシプロピオン酸メチル、2−ヒドロキシプロピオン酸エチル、2−ヒドロキシプロピオン酸n−プロピル、2−ヒドロキシプロピオン酸i−プロピル、2−ヒドロキシプロピオン酸n−ブチル、2−ヒドロキシプロピオン酸i−ブチル、2−ヒドロキシプロピオン酸sec−ブチル、2−ヒドロキシプロピオン酸t−ブチル等の2−ヒドロキシプロピオン酸アルキル類;3−メトキシプロピオン酸メチル、3−メトキシプロピオン酸エチル、3−エトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸エチル等の3−アルコキシプロピオン酸アルキル類のほか、
n−プロピルアルコール、i−プロピルアルコール、n−ブチルアルコール、t−ブチルアルコール、シクロヘキサノール、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、エチレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、エチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジ−n−プロピルエーテル、ジエチレングリコールジ−n−ブチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノ−n−プロピ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エチルエーテル、プロピレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、トルエン、キシレン、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオン酸エチル、エトキシ酢酸エチル、ヒドロキシ酢酸エチル、2−ヒドロキシ−3−メチル酪酸メチル、3−メトキシブチルアセテート、3−メチル−3−メトキシブチルアセテート、3−メチル−3−メトキシブチルプロピオネート、3−メチル−3−メトキシブチルブチレート、酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸n−ブチル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、N−メチルピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ベンジルエチルエーテル、ジ−n−ヘキシルエーテル、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、カプロン酸、カプリル酸、1−オクタノール、1−ノナノール、ベンジルアルコール、酢酸ベンジル、安息香酸エチル、しゅう酸ジエチル、マレイン酸ジエチル、γ−ブチロラクトン、炭酸エチレン、炭酸プロピレン等を挙げることができる。
これらのなかでも、直鎖状若しくは分岐状のケトン類、環状のケトン類、プロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類、2−ヒドロキシプロピオン酸アルキル類、3−アルコキシプロピオン酸アルキル類、γ−ブチロラクトン等が好ましい。
これらの溶剤は、単独で又は2種以上を混合して使用することができる。
<窒素含有化合物(E)>
また、本発明の感放射線性樹脂組成物には、添加剤として、窒素含有化合物(以下、「窒素含有化合物(E)」ともいう。)を配合してもよい。
前記窒素含有化合物(E)は、露光により酸発生剤から生じる酸のレジスト被膜中における拡散現象を制御し、非露光領域における好ましくない化学反応を抑制する作用を有する成分である。このような酸拡散制御剤を配合することにより、得られる感放射線性樹脂組成物の貯蔵安定性が向上する。また、レジストとしての解像度が更に向上するとともに、露光から露光後の加熱処理までの引き置き時間(PED)の変動によるレジストパターンの線幅変化を抑えることができ、プロセス安定性に極めて優れた組成物が得られる。
前記窒素含有化合物(E)としては、例えば、3級アミン化合物、他のアミン化合物、アミド基含有化合物、ウレア化合物、及びその他含窒素複素環化合物等を挙げることができる。
前記窒素含有化合物(E)は、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。
この酸拡散制御剤(E)の配合量は、重合体(A)及び樹脂(B)の合計100質量部に対して、通常、15質量部以下、好ましくは10質量部以下、更に好ましくは5質量部以下である。この場合、酸拡散制御剤の配合量が15質量部を超えると、レジストとしての感度が低下する傾向がある。尚、酸拡散制御剤の配合量が0.001質量部未満であると、プロセス条件によっては、レジストとしてのパターン形状や寸法忠実度が低下するおそれがある。
<他の添加剤>
本発明の感放射線性樹脂組成物には、必要に応じて、脂環族添加剤、界面活性剤、増感剤等の各種の他の添加剤を配合することができる。
前記脂環族添加剤は、ドライエッチング耐性、パターン形状、基板との接着性等を更に改善する作用を示す成分である。
このような脂環族添加剤としては、例えば、1−アダマンタンカルボン酸、2−アダマンタノン、1−アダマンタンカルボン酸t−ブチル、1−アダマンタンカルボン酸t−ブトキシカルボニルメチル、1−アダマンタンカルボン酸α−ブチロラクトンエステル、1,3−アダマンタンジカルボン酸ジ−t−ブチル、1−アダマンタン酢酸t−ブチル、1−アダマンタン酢酸t−ブトキシカルボニルメチル、1,3−アダマンタンジ酢酸ジ−t−ブチル、2,5−ジメチル−2,5−ジ(アダマンチルカルボニルオキシ)ヘキサン等のアダマンタン誘導体類;デオキシコール酸t−ブチル、デオキシコール酸t−ブトキシカルボニルメチル、デオキシコール酸2−エトキシエチル、デオキシコール酸2−シクロヘキシルオキシエチル、デオキシコール酸3−オキソシクロヘキシル、デオキシコール酸テトラヒドロピラニル、デオキシコール酸メバロノラクトンエステル等のデオキシコール酸エステル類;リトコール酸t−ブチル、リトコール酸t−ブトキシカルボニルメチル、リトコール酸2−エトキシエチル、リトコール酸2−シクロヘキシルオキシエチル、リトコール酸3−オキソシクロヘキシル、リトコール酸テトラヒドロピラニル、リトコール酸メバロノラクトンエステル等のリトコール酸エステル類;アジピン酸ジメチル、アジピン酸ジエチル、アジピン酸ジプロピル、アジピン酸ジn−ブチル、アジピン酸ジt−ブチル等のアルキルカルボン酸エステル類や、3−〔2−ヒドロキシ−2,2−ビス(トリフルオロメチル)エチル〕テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカン等を挙げることができる。これらの脂環族添加剤は、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。
また、前記界面活性剤は、塗布性、ストリエーション、現像性等を改良する作用を示す成分である。
このような界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンn−オクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンn−ノニルフェニルエーテル、ポリエチレングリコールジラウレート、ポリエチレングリコールジステアレート等のノニオン系界面活性剤のほか、以下商品名で、KP341(信越化学工業株式会社製)、ポリフローNo.75、同No.95(共栄社化学株式会社製)、エフトップEF301、同EF303、同EF352(トーケムプロダクツ株式会社製)、メガファックスF171、同F173(大日本インキ化学工業株式会社製)、フロラードFC430、同FC431(住友スリーエム株式会社製)、アサヒガードAG710、サーフロンS−382、同SC−101、同SC−102、同SC−103、同SC−104、同SC−105、同SC−106(旭硝子株式会社製)等を挙げることができる。これらの界面活性剤は、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。
また、前記増感剤は、放射線のエネルギーを吸収して、そのエネルギーを酸発生剤(C)に伝達し、それにより酸の生成量を増加する作用を示すもので、感放射線性樹脂組成物のみかけの感度を向上させる効果を有する。
このような増感剤としては、カルバゾール類、アセトフェノン類、ベンゾフェノン類、ナフタレン類、フェノール類、ビアセチル、エオシン、ローズベンガル、ピレン類、アントラセン類、フェノチアジン類等を挙げることができる。これらの増感剤は、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。
また、染料或いは顔料を配合することにより、露光部の潜像を可視化させて、露光時のハレーションの影響を緩和でき、接着助剤を配合することにより、基板との接着性を改善することができる。更に、前記以外の添加剤としては、アルカリ可溶性樹脂、酸解離性の保護基を有する低分子のアルカリ溶解性制御剤、ハレーション防止剤、保存安定化剤、消泡剤等を挙げることができる。
<レジストパターンの形成方法>
本発明の感放射線性樹脂組成物は、特に化学増幅型レジストとして有用である。前記化学増幅型レジストにおいては、露光により酸発生剤から発生した酸の作用によって、樹脂成分〔主に、樹脂(B)〕中の酸解離性基が解離して、カルボキシル基を生じ、その結果、レジストの露光部のアルカリ現像液に対する溶解性が高くなり、該露光部がアルカリ現像液によって溶解、除去され、ポジ型のレジストパターンが得られる。
本発明の感放射線性樹脂組成物からレジストパターンを形成する際には、樹脂組成物溶液を、回転塗布、流延塗布、ロール塗布等の適宜の塗布手段によって、例えば、シリコンウェハ、アルミニウムで被覆されたウェハ等の基板上に塗布することにより、レジスト被膜を形成し、場合により予め加熱処理(以下、「PB」という。)を行ったのち、所定のレジストパターンを形成するように、このレジスト被膜に露光する。その際に使用される放射線としては、使用される酸発生剤の種類に応じて、可視光線、紫外線、遠紫外線、X線、荷電粒子線等を適宜選定して使用されるが、ArFエキシマレーザー(波長193nm)或いはKrFエキシマレーザー(波長248nm)で代表される遠紫外線が好ましく、特にArFエキシマレーザー(波長193nm)が好ましい。
また、露光量等の露光条件は、感放射線性樹脂組成物の配合組成や添加剤の種類等に応じて適宜選定される。本発明においては、露光後に加熱処理(PEB)を行うことが好ましい。このPEBにより、樹脂成分中の酸解離性基の解離反応が円滑に進行する。このPEBの加熱条件は、感放射線性樹脂組成物の配合組成によって変わるが、通常、30〜200℃、好ましくは50〜170℃である。
本発明においては、感放射線性樹脂組成物の潜在能力を最大限に引き出すため、例えば、特公平6−12452号公報(特開昭59−93448号公報)等に開示されているように、使用される基板上に有機系或いは無機系の反射防止膜を形成しておくこともできる。また、環境雰囲気中に含まれる塩基性不純物等の影響を防止するため、例えば、特開平5−188598号公報等に開示されているように、レジスト被膜上に保護膜を設けることもできる。更に、液浸露光においてレジスト被膜からの酸発生剤等の流出を防止するため、例えば特開2005−352384号公報等に開示されているように、レジスト被膜上に液浸用保護膜を設けることもできる。尚、これらの技術は併用することができる。
次いで、露光されたレジスト被膜を現像することにより、所定のレジストパターンを形成する。この現像に使用される現像液としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、けい酸ナトリウム、メタけい酸ナトリウム、アンモニア水、エチルアミン、n−プロピルアミン、ジエチルアミン、ジ−n−プロピルアミン、トリエチルアミン、メチルジエチルアミン、エチルジメチルアミン、トリエタノールアミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、ピロール、ピペリジン、コリン、1,8−ジアザビシクロ−[5.4.0]−7−ウンデセン、1,5−ジアザビシクロ−[4.3.0]−5−ノネン等のアルカリ性化合物の少なくとも1種を溶解したアルカリ性水溶液が好ましい。前記アルカリ性水溶液の濃度は、通常、10質量%以下である。この場合、アルカリ性水溶液の濃度が10質量%を超えると、非露光部も現像液に溶解するおそれがあり好ましくない。
また、前記アルカリ性水溶液からなる現像液には、例えば有機溶媒を添加することもできる。前記有機溶媒としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルi−ブチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、3−メチルシクロペンタノン、2,6−ジメチルシクロヘキサノン等のケトン類;メチルアルコール、エチルアルコール、n−プロピルアルコール、i−プロピルアルコール、n−ブチルアルコール、t−ブチルアルコール、シクロペンタノール、シクロヘキサノール、1,4−ヘキサンジオール、1,4−ヘキサンジメチロール等のアルコール類;テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類;酢酸エチル、酢酸n−ブチル、酢酸i−アミル等のエステル類;トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類や、フェノール、アセトニルアセトン、ジメチルホルムアミド等を挙げることができる。これらの有機溶媒は、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。この有機溶媒の使用量は、アルカリ性水溶液に対して、100容量%以下が好ましい。この場合、有機溶媒の使用量が100容量%を超えると、現像性が低下して、露光部の現像残りが多くなるおそれがある。また、前記アルカリ性水溶液からなる現像液には、界面活性剤等を適量添加することもできる。
尚、アルカリ性水溶液からなる現像液で現像したのちは、一般に、水で洗浄して乾燥する。
以下、実施例を挙げて、本発明の実施の形態を更に具体的に説明する。但し、本発明は、これらの実施例に何ら制約されるものではない。ここで、「部」は、特記しない限り質量基準である。
下記の各合成例における各測定及び評価は、下記の要領で行った。
(1)Mw及びMn
東ソー(株)製GPCカラム(G2000HXL2本、G3000HXL1本、G4000HXL1本)を用い、流量1.0ミリリットル/分、溶出溶媒テトラヒドロフラン、カラム温度40℃の分析条件で、単分散ポリスチレンを標準とするゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)により測定した。また、分散度Mw/Mnは測定結果より算出した。
(2)13C-NMR分析
各重合体の13C−NMR分析は、日本電子(株)製「JNM−EX270」を用い、測定した。
(3)単量体由来の低分子量成分の量
ジーエルサイエンス製Intersil ODS−25μmカラム(4.6mmφ×250mm)を用い、流量1.0ミリリットル/分、溶出溶媒アクリロニトリル/0.1%リン酸水溶液の分析条件で、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)により測定した。
結果は樹脂全体を100質量%とした際、それに対する低分子量の質量%を示す。
以下、各合成例について説明する。
各重合体(A)及び樹脂(B)の合成に用いた各単量体を式(M−1)〜(M−11)として以下に示す。
Figure 0005555914
<重合体(A−1)〜(A−8)の合成>
まず、表1に示す組み合わせ及び仕込みモル%となる質量の単量体、及び開始剤(MAIB;ジメチル−2,2’−アゾビスイソブチレート)を50gのメチルエチルケトンに溶解した単量体溶液を準備した。仕込み時の単量体の合計量は50gに調製した。尚、各単量体のモル%は単量体全量に対するモル%を表し、開始剤のモル%は単量体全量と開始剤の合計量に対するモル%を表す。
一方、温度計及び滴下漏斗を備えた500mlの三つ口フラスコにエチルメチルケトン50gを加え、30分間窒素バージを行った。その後、フラスコ内をマグネティックスターラーで攪拌しながら、80℃になるように加熱した。
次いで、前記単量体溶液をフラスコ内に滴下漏斗を用いて3hかけ滴下した。滴下後3h熟成させ、その後、30℃以下になるまで冷却して共重合体溶液を得た。
後処理法は反応溶液質量に対してヘキサン:メタノール:水=1:3:0.5の混合溶液で洗浄作業を行った後、重合液を抽出し、エバポレーターに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溶液に置換した。得られた各重合体の溶液質量%をガスクロマトグラフィーにて測定し、得られた重合体の収率(質量%)、及び重合体中の各繰り返し単位の割合(モル%)を測定した。それらの結果を表2に示す。
Figure 0005555914
Figure 0005555914
<樹脂(B−1)の合成>
前記単量体(M−1)21.2g(25モル%)、単量体(M−5)27.2g(25モル%)、及び単量体(M−6)51.6g(50モル%)を、2−ブタノン200gに溶解し、更にジメチル2,2'−アゾビス(2−メチルプロピオネート)3.8gを投入した単量体溶液を準備し、100gの2−ブタノンを投入した500mlの三口フラスコを30分窒素パージした。窒素パージの後、反応釜を攪拌しながら80℃に加熱し、事前に準備した前記単量体溶液を滴下漏斗を用いて3時間かけて滴下した。滴下開始を重合開始時間とし、重合反応を6時間実施した。重合終了後、重合溶液は水冷することにより30℃以下に冷却し、2000gのメタノールへ投入し、析出した白色粉末をろ別した。ろ別された白色粉末を2度400gのメタノールにてスラリー状で洗浄した後、ろ別し、50℃にて17時間乾燥し、白色粉末の重合体を得た(76g、収率76%)。
この重合体はMwが6800、Mw/Mn=1.70、13C−NMR分析の結果、単量体(M−1)、単量体(M−5)、及び単量体(M−6)に由来する各繰り返し単位の含有率が24.8:24.3:50.9(モル%)の共重合体であった。この重合体を樹脂(B−1)とする。尚、この重合体中の各単量体由来の低分子量成分の含有量は、この重合体100質量%に対して、0.03質量%であった。
<樹脂(B−2)の合成>
前記単量体(M−7)33.6g(40モル%)、単量体(M−8)11.0g(10モル%)、及び単量体(M−6)55.4g(50モル%)を、2−ブタノン200gに溶解し、更にジメチル2,2'−アゾビス(2−メチルプロピオネート)4.1gを投入した単量体溶液を準備し、100gの2−ブタノンを投入した500mlの三口フラスコを30分窒素パージした。窒素パージの後、反応釜を攪拌しながら80℃に加熱し、事前に準備した前記単量体溶液を滴下漏斗を用いて3時間かけて滴下した。滴下開始を重合開始時間とし、重合反応を6時間実施した。重合終了後、重合溶液は水冷することにより30℃以下に冷却し、2000gのメタノールへ投入し、析出した白色粉末をろ別した。ろ別された白色粉末を2度400gのメタノールにてスラリー状で洗浄した後、ろ別し、50℃にて17時間乾燥し、白色粉末の重合体を得た(75g、収率75%)。
この重合体はMwが7200、Mw/Mn=1.65、13C-NMR分析の結果、単量体(M−7)、単量体(M−8)、及び単量体(M−6)に由来する各繰り返し単位の含有率が40.3:9.7:50.0(モル%)の共重合体であった。この重合体を樹脂(B−2)とする。尚、この重合体中の各単量体由来の低分子量成分の含有量は、この重合体100質量%に対して、0.03質量%であった。
<樹脂(B−3)の合成>
前記単量体(M−1)35.4g(40モル%)、単量体(M−8)10.7g(10モル%)、及び単量体(M−6)53.9g(50モル%)を、2−ブタノン200gに溶解し、更にジメチル2,2'−アゾビス(2−メチルプロピオネート)4.0gを投入した単量体溶液を準備し、100gの2−ブタノンを投入した500mlの三口フラスコを30分窒素パージした。窒素パージの後、反応釜を攪拌しながら80℃に加熱し、事前に準備した前記単量体溶液を滴下漏斗を用いて3時間かけて滴下した。滴下開始を重合開始時間とし、重合反応を6時間実施した。重合終了後、重合溶液は水冷することにより30℃以下に冷却し、2000gのメタノールへ投入し、析出した白色粉末をろ別した。ろ別された白色粉末を2度400gのメタノールにてスラリー状で洗浄した後、ろ別し、50℃にて17時間乾燥し、白色粉末の重合体を得た(78g、収率78%)。
この重合体はMwが7400、Mw/Mn=1.72、13C-NMR分析の結果、単量体(M−1)、単量体(M−8)、及び単量体(M−6)に由来する各繰り返し単位の含有率が40.8:8.9:50.3(モル%)の共重合体であった。この重合体を樹脂(B−3)とする。尚、この重合体中の各単量体由来の低分子量成分の含有量は、この重合体100質量%に対して、0.03質量%であった。
<感放射線性樹脂組成物の調製>
表3及び表4に示す割合で、重合体(A)、樹脂(B)、酸発生剤(C)、含窒素化合物(E)及び溶剤(D)を混合し、実例1〜20及び比較例1の感放射線性樹脂組成物を調製した。尚、実験例11〜14は実施例であり、実験例1〜10及び15〜20は参考例である。また、表3及び表4に示す重合体(A)及び樹脂(B)以外の成分は以下の通りであり、表中における「部」は、特記しない限り質量基準である。
<酸発生剤(C)>
(C−1):下記に示す化合物
Figure 0005555914
(C−2):下記に示す化合物
Figure 0005555914
(C−3):下記に示す化合物
Figure 0005555914
(C−4):4−トリフェニルスルホニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート
(C−5):1−(4−n−ブトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート
<溶剤(E)>
(D−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
Figure 0005555914
(D−2):シクロヘキサノン
Figure 0005555914
(D−3):γ−ブチロラクトン
Figure 0005555914
<含窒素化合物(E)>
(E−1):N−t−ブトキシカルボニル−4−ヒドロキシピペリジン
Figure 0005555914
<感放射線性樹脂組成物の評価>
例1〜20及び比較例1の各感放射線性樹脂組成物について、以下のように下記(1)〜(5)の各種評価を行った。これらの評価結果を表5及び表6に示す。
各評価方法は以下の通りである。
(1)溶出量の測定
図1に示すように、予めCLEAN TRACK ACT8(東京エレクトロン株式会社製)にてHMDS(ヘキサメチルジシラザン)11処理(100℃、60秒)を行った8インチシリコンウェハ1上の中心部に、中央部が直径11.3cmの円形状にくり抜かれたシリコンゴムシート2(クレハエラストマー社製、厚み;1.0mm、形状;1辺30cmの正方形)を載せた。次いで、シリコンゴム中央部のくり抜き部に10mLホールピペットを用いて10mlの超純水3を満たした。
その後、予めCLEAN TRACK ACT8により、膜厚77nmの下層反射防止膜(「ARC29A」、ブルワー・サイエンス社製)41を形成し、次いで、表3及び表4のレジスト組成物を前記CLEAN TRACK ACT8にて、前記下層反射防止膜41上にスピンコートし、ベーク(115℃、60秒)することにより膜厚205nmのレジスト被膜42を形成したシリコンウェハ4を、レジスト塗膜面が前記超純水3と接触するようあわせ、且つ超純水3がシリコンゴム2から漏れないように、前記シリコンゴムシート2上に載せた。
そして、その状態のまま10秒間保った。その後、前記8インチシリコンウェハ4を取り除き、超純水3をガラス注射器にて回収し、これを分析用サンプルとした。尚、実験終了後の超純水の回収率は95%以上であった。
次いで、前記で得られた超純水中の光酸発生剤のアニオン部のピーク強度を、LC−MS(液体クロマトグラフ質量分析計、LC部:AGILENT社製 SERIES1100、MS部:Perseptive Biosystems,Inc.社製 Mariner)を用いて下記の測定条件により測定した。その際、各酸発生剤の1ppb、10ppb、100ppb水溶液の各ピーク強度を前記測定条件で測定して検量線を作成し、この検量線を用いて前記ピーク強度から溶出量を算出した。また、同様にして、酸拡散制御剤〔含窒素化合物(E−1)〕の1ppb、10ppb、100ppb水溶液の各ピーク強度を前記測定条件で測定して検量線を作成し、この検量線を用いて前記ピーク強度から酸拡散制御剤の溶出量を算出した。その溶出量が、5.0×10−12mol/cm/sec以上であった場合を「不良」とし、5.0×10−12mol/cm/sec未満であった場合を「良好」とした。
(カラム条件)
使用カラム;「CAPCELL PAK MG」、資生堂株式会社製、1本
流量;0.2ml/分
流出溶剤:水/メタノール(3/7)に0.1質量%のギ酸を添加したもの
測定温度;35℃
(2)後退接触角の測定
後退接触角の測定は、KRUS社製「DSA−10」を用いて、各感放射線性樹脂組成物による塗膜を形成した基板(ウェハ)を作成した後、速やかに、室温23℃、湿度45%、常圧の環境下で、次の手順により後退接触角を測定した。
まず、商品名「DSA−10」(KRUS社製)のウェハステージ位置を調整し、この調整したステージ上に前記基板をセットする。次いで、針に水を注入し、前記セットした基板上に水滴を形成可能な初期位置に前記針の位置を微調整する。その後、この針から水を排出させて前記基板上に25μLの水滴を形成し、一旦、この水滴から針を引き抜き、再び前記初期位置に針を引き下げて水滴内に配置する。続いて、10μL/minの速度で90秒間、針によって水滴を吸引すると同時に液面と基板との接触角を毎秒1回測定する(合計90回)。このうち、接触角の測定値が安定した時点から20秒間の接触角についての平均値を算出して後退接触角(°)とした。
(3)感度
基板として、表面に膜厚77nmの下層反射防止膜(「ARC29A」、ブルワー・サイエンス社製)を形成した12インチシリコンウェハを用いた。尚、この反射防止膜の形成には、「CLEAN TRACK ACT8」(東京エレクトロン株式会社製)を用いた。
次いで、表3及び表4のレジスト組成物を前記基板上に、前記CLEAN TRACK ACT8にて、スピンコートし、表5及び表6の条件でPBを行うことにより、膜厚120nmのレジスト被膜を形成した。このレジスト被膜に、ArFエキシマレーザー露光装置(「NSR S306C」、NIKON製、照明条件;NA0.78シグマ0.93/0.69)により、マスクパターンを介して露光した。その後、表5及び表6に示す条件でPEBを行ったのち、2.38質量%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液により、23℃で30秒間現像し、水洗し、乾燥して、ポジ型のレジストパターンを形成した。このとき、線幅90nmのライン・アンド・スペースパターン(1L1S)を1対1の線幅に形成する露光量を最適露光量とし、この最適露光量を感度とした。尚、この測長には走査型電子顕微鏡(「S−9380」、株式会社日立ハイテクノロジーズ社製)を用いた。
(4)パターンの断面形状(パターン形状)
前記(3)における90nmライン・アンド・スペースパターンの断面形状を、株式会社日立ハイテクノロジーズ社製「S−4800」にて観察し、パターン最上部での線幅Aと、パターン最下部での線幅Bとを測り、線幅A、Bの関係が0.7≦A/B≦1の範囲内である矩形パターンを「良好」とし、範囲外のT−top形状パターン等を「不良」とした。
(5)欠陥数
基板として、表面に膜厚77nmの下層反射防止膜(「ARC29A」、ブルワー・サイエンス社製)を形成した12インチシリコンウェハを用いた。尚、この反射防止膜の形成には、「CLEAN TRACK ACT8」(東京エレクトロン株式会社製)を用いた。
次いで、表3及び表4のレジスト組成物を前記基板上に、前記CLEAN TRACK ACT8にて、スピンコートし、表5及び表6の条件でベーク(PB)を行うことにより、膜厚120nmのレジスト被膜を形成した。その後、純水により90秒間リンスを行った。このレジスト被膜に、ArFエキシマレーザー液浸露光装置(「NSR S306C」、NIKON製)をNA=0.75、σ=0.85、1/2Annularにより、マスクパターンを介して露光した。露光後、純水により90秒間、再度リンスを行い、表5及び表6に示す条件でPEBを行ったのち、2.38質量%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液により、23℃で60秒間現像し、水洗し、乾燥して、ポジ型のレジストパターンを形成した。このとき、幅1000nmのホールパターンを形成する露光量を最適露光量とし、この最適露光量にてウェハ全面に幅1000nmのホールパターンを形成し、欠陥検査用ウェハとして使用した。尚、この測長には走査型電子顕微鏡(「S−9380」、株式会社日立ハイテクノロジーズ社製)を用いた。
その後、幅1000nmのホールパターン上の欠陥数を、KLA−Tencor社製、「KLA2351」を用いて測定した。更に、「KLA2351」にて測定された欠陥を、走査型電子顕微鏡(「S−9380」、株式会社日立ハイテクノロジーズ社製)を用いて観察し、レジスト由来と見られるものと、外部由来の異物とみられるものとを分類した。そして、レジスト由来と見られる欠陥数の合計が100個/wafer以上であった場合を「不良」とし、100個/wafer未満であった場合を「良好」とした。
尚、レジスト由来と見られる欠陥とは、現像時の溶け残りに由来する残渣状欠陥、レジスト溶剤中の樹脂溶け残りに由来する突起状欠陥等であり、外部由来と見られる欠陥とは、大気中の塵に由来するゴミ及び塗布むら、泡等、レジストに関与しないタイプの欠陥である。
Figure 0005555914
Figure 0005555914
Figure 0005555914
Figure 0005555914
表5及び表6から明らかなように、本発明の新規重合体(A)を添加した液浸露光用の感放射線性樹脂組成物を用いた場合には、液浸露光時に接触した液浸露光用液体への溶出物の量が少なく、高い後退接触角を与え、パターン形状も良好であり、欠陥数も少ない。そのため、今後微細化するリソグラフィにおいて、好適に働くと考えられる。

Claims (3)

  1. 重合体(A)、酸不安定基を含有する樹脂(B)、感放射線性酸発生剤(C)、及び溶剤(D)を含有する感放射線性樹脂組成物であって、
    前記重合体(A)は、下記一般式(1)で表される繰り返し単位、及び下記一般式(2)で表される繰り返し単位を含有しており、
    前記重合体(A)の使用量は、前記樹脂(B)100質量部に対して、0.1〜40質量部であり、
    前記一般式(1)で表される繰り返し単位が、下記一般式(1−2)で表される繰り返し単位であることを特徴とする感放射線性樹脂組成物。
    Figure 0005555914
    〔一般式(1)において、Rは水素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基を示し、Zは光照射により酸を発生する構造を含有する基を示す。〕
    Figure 0005555914
    〔一般式(2)において、Rは水素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基を示し、Rは少なくとも一つ以上の水素原子がフッ素原子で置換された炭素数1〜6の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、又は少なくとも一つ以上の水素原子がフッ素原子で置換された炭素数4〜20の脂環式炭化水素基若しくはその誘導体を示す。〕
    Figure 0005555914

    〔一般式(1−2)において、R は水素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基を示し、Rfはフッ素原子又は炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のパーフルオロアルキル基を示し、A’は単結合又は2価の有機基を示し、M m+ は金属イオン若しくはオニウム陽イオンを示し、mは1〜3の整数を示し、nは1〜8の整数を示す。〕
  2. 前記重合体(A)が、下記一般式(3)で表される繰り返し単位を更に含有する請求項に記載の感放射線性樹脂組成物。
    Figure 0005555914
    〔一般式(3)において、Rは水素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基を示す。R10は相互に独立に炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基若しくはその誘導体、又は炭素数1〜4の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基を示す。尚、いずれか2つのR10が相互に結合して、それぞれが結合している炭素原子と共に炭素数4〜20の2価の脂環式炭化水素基若しくはその誘導体を形成していてもよい。〕
  3. 前記重合体(A)の含有量が、本感放射線性樹脂組成物全体を100質量%とした場合に、1〜30質量%である請求項1又は2に記載の感放射線性樹脂組成物。
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