JP5713012B2 - 感放射線性樹脂組成物、レジストパターン形成方法、重合体及び化合物 - Google Patents

感放射線性樹脂組成物、レジストパターン形成方法、重合体及び化合物 Download PDF

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Description

本発明は化学増幅型レジスト組成物、特に液浸露光用のレジスト組成物として好適に用いられる感放射線性樹脂組成物、当該組成物を用いたレジストパターン形成方法、当該組成物の構成成分として好適な重合体、及び当該重合体のモノマーとして好適な化合物に関する。
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、従来、酸解離性基を有する重合体を含む樹脂組成物によって基板上にレジスト被膜を形成し、マスクパターンを介してそのレジスト被膜にエキシマレーザー等の短波長の放射線を照射して露光させ、露光部をアルカリ現像液で除去することにより微細なレジストパターンを形成することが行われている。この際、樹脂組成物中に放射線照射により酸を発生する感放射線性酸発生剤を含有させ、その酸の作用により感度を向上させた化学増幅型レジストが利用されている。
このような化学増幅型レジストにおいて、例えば、線幅45nm程度のさらに微細なレジストパターンを形成する方法として、液浸露光法(リキッドイマージョンリソグラフィ)の利用が拡大しつつある。この方法では露光光路空間(レンズとレジスト被膜との間)を、空気や不活性ガスに比して屈折率(n)が大きい液浸媒体、例えば、純水、フッ素系不活性液体等で満たした状態で露光を行う。従って、レンズの開口数(NA)を増大させた場合でも、焦点深度が低下し難く、しかも高い解像性が得られるという利点がある。
上記液浸露光法において用いられる樹脂組成物には、形成されたレジスト被膜から液浸媒体への酸発生剤等の溶出を抑制して、被膜性能の低下やレンズ等装置の汚染を防止すると共に、レジスト被膜表面の水切れ性を良くして、ウォーターマークの残存を防止し、高速スキャン露光を可能にすることが要求される。それらを達成する手段として、例えば特開2005−352384号公報には、レジスト被膜上に上層膜(保護膜)を形成する技術が提案されているが、成膜工程が別途必要になり煩雑である。そのため、レジスト被膜表面の疎水性を高める方法が検討されており、例えば国際公開第2007/116664号には、疎水性が高いフッ素含有重合体を含有せしめた樹脂組成物が提案されている。
しかし、レジスト被膜の疎水性を上げると、現像液やリンス液の表面濡れ性が低下するため、現像時にレジスト表面の未露光部に沈着した現像残渣の除去が不十分となり、ブロッブ(Blob)等の現像欠陥が発生することがある。このような現像欠陥を抑制することを目的として、特開2010−032994号公報には、液浸露光時には疎水性であるが、アルカリ現像時には疎水性が低下するフッ素含有重合体、具体的には、カルボン酸にフルオロアルキル基を導入したフッ素含有重合体が提案されている。
これらの文献においては、レジスト被膜の疎水性の変化を、水との静的接触角を指標として確認している。しかしながら、実際の液浸露光プロセスにおいて問題となる上述の水切れ性能に関する指標としては、静的接触角よりも後退接触角等の動的接触角が重要と考えられる。また、現像プロセスの時間短縮のため、現像液処理の際にこのような動的接触角の変化がより短時間に起こることも望まれている。その点、上記文献に示されるフッ素含有重合体のアルカリ現像後の動的接触角の低下の度合い及び接触角変化に要する時間では、実際の液浸露光プロセスにおける改善には十分に寄与していない。
特開2005−352384号公報 国際公開第2007/116664号 特開2010−032994号公報
本発明は以上のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、液浸露光プロセスにおいて、露光時には高い動的接触角を示すことにより、レジスト被膜表面が優れた水切れ性を示し、現像時には動的接触角が大きく低下することにより、現像欠陥の発生が抑制されるレジスト被膜を与え、さらに動的接触角の変化に要する時間を短縮できる感放射線性樹脂組成物を提供することにある。
上記課題を解決するためになされた発明は、
[A]下記式(1)で表される基を含む構造単位(I)を有する含フッ素重合体、及び
[B]感放射線性酸発生体
を含有する感放射線性樹脂組成物である。
Figure 0005713012
(式(1)中、Rは、置換基を有していてもよい1価の芳香族炭化水素基である。)
当該感放射線性樹脂組成物は、[A]成分として、上記式(1)で表される基(以下、「芳香族解離基」と称することがある。)を含む構造単位(I)を有する含フッ素重合体(以下、「[A]重合体」と称することがある。)と、[B]成分として感放射線性酸発生体(以下、「[B]酸発生体」と称することがある。)とを含有する。[A]重合体はフッ素原子を有するため、その疎水性の高さに起因して、被膜表面においてその存在分布が高くなる、すなわち被膜表層に偏在化することができる。その結果、レジスト被膜と液浸媒体を遮断することを目的とした上層膜を別途形成することを要することなく、レジスト被膜表面は高い動的接触角を示す。従って当該感放射線性樹脂組成物によれば、被膜からの酸発生剤等の溶出を抑制すると共に、被膜表面に高い水切れ特性を付与できる。一方、[A]重合体が有する芳香族解離基は加水分解性が高く、アルカリ現像において加水分解により解離して親水基を生じるので、レジスト被膜表面の疎水性が低下する。その結果、アルカリ現像工程において被膜表面の現像液やリンス液に対する濡れ性が大きく向上するので、リンス液による洗浄効率が低いことに起因して起こるレジスト膜の現像欠陥の発生を抑制できる。
上記構造単位(I)は、下記式(1)で表される構造単位(I−1)であることが好ましい。
Figure 0005713012
(式(1−1)中、Rは水素原子、フッ素原子、メチル基又はフッ素化メチル基である。mは1〜3の整数である。RL0は単結合又は(m+1)価の連結基である。mが2又は3のとき、複数のRは同一でも異なっていてもよい。Rは上記式(1)と同義である。)
構造単位(I)が上記特定構造であると、上記の構造単位を与える単量体を簡便に重合することができる。
上記構造単位(I−1)は、下記式(1−2)で表される構造単位(I−2)であることが好ましい。
Figure 0005713012
(式(1−2)中、RL1は(m+1)価の連結基である。Rは上記式(1)と同義である。R及びmは上記式(1−1)と同義である。)
さらに上記構造単位(I)が、上記特定構造であると、エステル基が重合体主鎖から一定距離離れる。そのため、当該感放射線性樹脂組成物においては、エステル基とアルカリ現像液との接触が促進され、加水分解性がより向上する。さらに構造単位(I)を与える単量体の重合性が向上する。そのため、構造単位(I)の含有率が高まり、結果として本願発明の効果がより向上する。
上記構造単位(I−2)は、下記式(1−3)で表される構造単位(I−3)であること好ましい。
Figure 0005713012
(式(1−3)中、RL11は単結合又は2価の連結基である。Xは少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数1〜20の2価の炭化水素基である。Rは上記式(1)と同義である。Rは上記式(1−1)と同義である。)
上記構造単位(I−2)が、上記特定構造であると、電子吸引性であるフッ素原子が存在しているため、芳香族解離基の加水分解が起こりやすくなり、結果として、本発明の効果がより向上する。
上記構造単位(I−3)は、下記式(1−3a)から(1−3e)でそれぞれ表される構造単位からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造単位であることが好ましい。
Figure 0005713012
(式(1−3a)〜(1−3e)中、Rは上記式(1)と同義である。Rは上記式(1−1)と同義である。RL11は上記式(1−3)と同義である。)
上記構造単位(I−3)が、上記特定構造であることにより、その電子吸引性の高さに起因して、アルカリ現像における加水分解の反応速度が一段と向上し、現像プロセスにおける被膜表面の動的接触角をさらに低下させることができる。
上記構造単位(I−1)は、下記式(1−4a)、(1−4b)及び(1−4c)でそれぞれ表される構造単位からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造単位(I−4)であることが好ましい。
Figure 0005713012
(式(1−4a)〜(1−4c)中、Rは上記式(1)と同義である。Rは上記式(1−1)と同義である。
式(1−4a)中、R41はメチレン基、−CH(CH)−、−C(CH−、−CHCH−又は酸素原子である。R42は水素原子または置換基である。
式(1−4b)中、R43及びR44は、それぞれ独立して置換基を有していてもよい2価の炭化水素基である。Qは酸素原子を含む2価の連結基である。rは0又は1である。
式(1−4c)中、R45は、置換基を有していてもよい2価の芳香族炭化水素基である。R46は単結合、−(R46aa0−O−[C(=O)]b0−R46b−、又は−C(=O)−O−R46c−である。R46a、R46a及びR46aは、それぞれ独立して、2価の炭化水素基である。p及びqはそれぞれ独立して0又は1である。)
上記構造単位(I−1)が、下記式(1−4a)、(1−4b)及び(1−4c)でそれぞれ表される構造単位からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造単位(I−4)であると、ラクトンユニット等を有することにより加水分解性が向上し、結果的に本発明の効果がより向上する。
上記構造単位(I)は、下記式(1−5)で表される構造単位(I−5)であることが好ましい。
Figure 0005713012
(式(1−5)中、Rはフッ素原子又はフッ素化メチル基である。Rは上記式(1)と同義である。)
上記構造単位(I)が、上記式(1−5)で表される構造単位(I−5)であると、重合体主鎖に直結したエステル基の近傍に、電子吸引性のフッ素原子が存在する。そのため芳香族解離基の加水分解性が高まり、結果的に本発明の効果がより向上する。
上記Rは、下記式(R−a)及び(R−b)でそれぞれ表される基からなる群より選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。
Figure 0005713012
(式(R−a)及び(R−b)中、R01はそれぞれ独立してフッ素原子を有する1価の有機基である。R02はそれぞれ独立して置換基である。nf1はそれぞれ独立して0又は1である。nf11は1〜(5+2nf1)の整数である。nf12は0〜(5+2nf1)の整数である。但し、nf11+nf12≦5+2nf1である。nf13は0〜(5+2nf1)の整数である。)
上記Rが、上記式(R−a)又は(R−b)で表される基であることで現像プロセスにおける被膜表面の動的接触角がさらに低下する。
上記[A]重合体における構造単位(I)の含有率は、30mol%以上100mol%以下であることが好ましい。このような含有率にすることによって、液浸露光時における高い動的接触角と共に、現像による動的接触角の十分な低下を達成できる。
当該感放射線性樹脂組成物では、[A]重合体が、下記式(2)で表される構造単位(II)及び下記式(3)で表される構造単位(III)からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造単位をさらに有することが好ましい。
Figure 0005713012
Figure 0005713012
(式(2)及び(3)中、Rは上記式(1−1)と同義である。
式(2)中、Gは単結合、酸素原子、硫黄原子、−CO−O−、−SO−O−NH−、−CO−NH−又は−O−CO−NH−である。Rは少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数1〜6の1価の鎖状炭化水素基又は少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基である。
式(3)中、Rは炭素数1〜20の(s+1)価の炭化水素基である。RのR側の末端に酸素原子、硫黄原子、−NR’−(但し、R’は水素原子又は1価の有機基である。)、カルボニル基、−CO−O−又は−CO−NH−が結合した構造のものも含む。Rは単結合、炭素数1〜10の2価の鎖状炭化水素基又は炭素数4〜20の2価の脂環式炭化水素基である。Xは単結合、又は少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数1〜20の2価の鎖状炭化水素基である。Aは酸素原子、−NR’’−(但し、R’’は水素原子又は1価の有機基である。)、−CO−O−*又は−SO−O−*(「*」はRに結合する部位を示す。)である。Rは水素原子又は1価の有機基である。sは1〜3の整数である。但し、sが2又は3の場合、複数のR、X、A及びRは、それぞれ独立して上記定義を有する。)
上記[A]重合体が、上記構造単位(II)及び構造単位(III)からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造単位をさらに有することで、当該感放射線性樹脂組成物から形成されるレジスト被膜の現像プロセスにおける動的接触角の変化度をさらに大きくすることができる。
当該感放射線性樹脂組成物では、[C]酸解離性基を有し、上記[A]重合体よりもフッ素原子含有率の小さい重合体(以下、「[C]重合体」と称することがある。)をさらに含有することが好ましい。このような[C]重合体をさらに含有することにより、[A]重合体及び[C]重合体を含む組成物からレジスト被膜を形成した際に、[A]重合体がレジスト被膜表面に偏在化する度合いが高くなる。その結果、上述の[A]重合体の疎水性及びその低下に起因する特性がより効率的に発現される。
当該感放射線性樹脂組成物において、[A]重合体の含有量は、[C]重合体100質量部に対して0.1質量部以上10質量部以下であることが好ましい。[A]重合体の含有量を上記範囲とすることで、[A]重合体のレジスト被膜の表面への偏析が効果的に起きるので、レジスト被膜からの溶出がさらに抑制されると共に、レジスト被膜表面の動的接触角がさらに高まるため水切れ性をさらに向上できる。
本発明のレジストパターン形成方法は、
(1)当該感放射線性樹脂組成物を用いて基板上にフォトレジスト膜を形成する工程、
(2)上記フォトレジスト膜を液浸露光する工程、及び、
(3)上記液浸露光されたフォトレジスト膜を現像してレジストパターンを形成する工程を有する。
当該形成方法では、フォトレジスト組成物として当該感放射線性樹脂組成物を用いているので、被膜表面の水切れ性が高く、高速スキャン露光によりプロセスタイムを短縮させると共に、現像欠陥の発生を抑制して、良好なレジストパターンを効率良く形成できる。
本発明の重合体は、下記式(1)で表される基を含む構造単位(I)を有する含フッ素重合体である。
Figure 0005713012
(式(1)中、Rは、置換基を有していてもよい1価の芳香族炭化水素基である。)
当該重合体は上記構造単位(I)を有する含フッ素重合体であるので高い疎水性を有する一方、加水分解により疎水性が低下するという特性を有しているので、例えば、レジスト被膜表面の動的接触角を、露光時は高く、アルカリ現像後は低く制御することが可能になる。従って、当該重合体は、例えば、リソグラフィー技術に用いられる感放射線性樹脂組成物等に好適である。
本発明の化合物は、下記式(i)で表される。
Figure 0005713012
(式(i)中、Rは水素原子、フッ素原子、メチル基又はフッ素化メチル基である。RL11は単結合又は2価の連結基である。Xは少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数1〜20の2価の炭化水素基である。Rは置換基を有していてもよい1価の芳香族炭化水素基である。)
本発明の化合物は上記式(i)で表される構造を有するので、当該重合体中に構造単位(I)を組み込むモノマーとして好適に用いることができる。
本明細書において、単に「炭化水素基」という場合には、鎖状炭化水素基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基が含まれる。この「炭化水素基」は飽和炭化水素基であってもよいし、不飽和炭化水素基であってもよい。
また、「鎖状炭化水素基」とは、主鎖に環状構造を含まず、鎖状構造のみで構成された炭化水素基を意味し、直鎖状炭化水素基及び分岐状炭化水素基の双方を含むものとする。「脂環式炭化水素基」とは、環構造としては脂環式炭化水素の構造のみを含み、芳香環構造を含まない炭化水素基を意味する。但し、脂環式炭化水素の構造のみで構成されている必要はなく、その一部に鎖状構造を含んでいてもよい。「芳香族炭化水素基」とは、環構造として、芳香環構造を含む炭化水素基を意味する。但し、芳香環構造のみで構成されている必要はなく、その一部に鎖状構造や脂環式炭化水素の構造を含んでいてもよい。
以上説明したように、本発明の感放射線性樹脂組成物は、特定の構造単位を有する重合体及び感放射線性酸発生体を含有していることから、液浸露光プロセスにおいて形成されたレジスト被膜は、露光時には適度に高い動的接触角を示す一方、アルカリ現像後は動的接触角が大きく低下する特性を発揮し、またその動的接触角の変化に要する時間も短縮できる。その結果、レジスト被膜からの酸発生剤等の溶出が抑制されることに加えて、被膜表面が優れた水切れ性を有することで高速スキャン露光を可能にすると共に、現像時には現像液に対する親和性が高まり現像欠陥の発生を抑制して、良好なレジストパターンを形成できる。
以下、本発明の実施形態について詳述する。
本発明の感放射線性樹脂組成物は、[A]重合体及び[B]酸発生体を含有し、[C]重合体をさらに含有することが好ましい。また、本発明の効果を損なわない限り、任意成分を含有してもよい。以下、各構成成分について詳述する。
<[A]重合体>
本発明における[A]重合体は、上記式(1)で表される基を含む構造単位(I)を有する含フッ素重合体である。[A]重合体はフッ素を有しているため、その疎水性の高さに起因して、レジスト被膜表面は高い動的接触角を示す。従って、当該感放射線性樹脂組成物によれば、[A]重合体が被膜表面に偏在して被膜からの酸発生剤等の溶出を抑制すると共に、被膜表面に高い水切れ特性を付与できる。また[A]重合体が有する芳香族解離基は、アルカリ現像において加水分解により解離して親水基を生じるので、レジスト被膜表面の疎水性が低下する。その結果、アルカリ現像工程において被膜表面の現像液やリンス液に対する濡れ性が大きく向上するので、リンス液による洗浄効率が低いことに起因して起こるレジスト膜の現像欠陥の発生を抑制ができる。
[構造単位(I)]
構造単位(I)は上記式(1)で表される基を含む。また構造単位(I)はフッ素原子を有していてもよいし、有していなくてもよいが、フッ素原子を有していることが好ましい。
上記式(1)中、Rは置換基を有していてもよい1価の芳香族炭化水素基である。
上記式(1)のRである置換基を有していてもよい1価の芳香族炭化水素基としては、例えばベンゼン、ナフタレンを有する1価の炭化水素基等が挙げられる。このような炭化水素基としては、フェニル基、ナフチル基、トリル基等のアリール基;ベンジル基、フェネチル基等のアラルキル基や、これらの基が有する水素原子の一部又は全部が置換基によって置換されているものが挙げられる。Rとして表される1価の芳香族炭化水素基が有していてもよい置換基としては、ハロゲン原子、−RS1、−RS2−O−RS1、−RS2−CO−RS1、−RS2−CO−ORS1、−RS2−O−CO−RS1、−RS2−CN等が挙げられる。上記RS1は炭素数1〜10のアルキル基、炭素数3〜20のシクロアルキル基又は炭素数6〜30のアリール基であり、これらの基の有する水素原子の一部又は全部はフッ素原子で置換されていてもよい。上記RS2は単結合、炭素数1〜10のアルカンジイル基、炭素数3〜20のシクロアルカンジイル基、炭素数6〜30のアリーレン基であり、これらの基の有する水素原子の一部又は全部がフッ素原子で置換されていてもよい。これらの中でもハロゲン原子又はRS1が好ましく、フッ素原子又は水素原子の一部又は全部が置換されていてもよい炭素数1〜10のアルキル基がより好ましく、フッ素原子又はトリフルオロメチル基が特に好ましい。Rが1価の芳香族炭化水素基の場合、上記置換基を1〜5個有していることが好ましく、1〜3個有していることがさらに好ましく、1〜2個有していることが特に好ましい。
これらのうちRで表される基としては、上記式(R−a)又は(R−b)でそれぞれ表される基からなる群より選ばれる少なくとも1種が好ましい。
上記式(R−a)及び(R−b)中、R01はそれぞれ独立してフッ素原子を有する1価の有機基である。R02はそれぞれ独立して置換基である。nf1はそれぞれ独立して0又は1である。nf11は1〜(5+2nf1)の整数である。nf12は0〜(5+2nf1)の整数である。但し、nf11+nf12≦5+2nf1である。nf13は0〜(5+2nf1)の整数である。
上記R01で表されるフッ素原子を有する1価の有機基としては、フッ素原子を有する1価の芳香族炭化水素基、フッ素原子を有する1価の鎖状炭化水素基又はフッ素原子を有する1価の脂環式炭化水素基が挙げられる。
このようなフッ素原子を有する1価の芳香族炭化水素基としては、例えばベンゼン、ナフタレンを有する1価の炭化水素基等が挙げられる。このような炭化水素基としては、フェニル基、ナフチル基、トリル基等のアリール基;ベンジル基、フェネチル基等のアラルキル基の有する水素原子の一部又は全部がフッ素原子によって置換されたものが挙げられる。
上記R01で表されるフッ素原子を有する1価の鎖状炭化水素基としては、例えばフッ素原子を有する炭素数1〜30の1価の鎖状炭化水素基が挙げられる。
フッ素原子を有する炭素数1〜30の1価の鎖状炭化水素基としては、トリフルオロメチル基、2,2,2−トリフルオロエチル基、パーフルオロエチル基、2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピル基、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロピル基、パーフルオロn−プロピル基、パーフルオロi−プロピル基、パーフルオロn−ブチル基、パーフルオロi−ブチル基、パーフルオロt−ブチル基、2,2,3,3,4,4,5,5−オクタフルオロペンチル基、パーフルオロヘキシル基等が好ましい。
上記R01で表されるフッ素原子を有する1価の脂環式炭化水素基としては、フッ素原子を有する炭素数3〜30の1価の脂環式炭化水素基が挙げられる。
フッ素原子を有する炭素数3〜30の1価の脂環式炭化水素基としては、単環式飽和炭化水素基、多環式飽和炭化水素基、多環式不飽和炭化水素基等の有する水素原子の少なくとも1つをフッ素原子に置換したものが挙げられる。
これらのうち、フッ素原子を有する炭素数1〜30の1価の鎖状炭化水素基が好ましく、中でもトリフルオロメチル基、2,2,2−トリフルオロエチル基、パーフルオロエチル基、2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピル基、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロピル基、パーフルオロn−プロピル基、パーフルオロi−プロピル基、パーフルオロn−ブチル基、パーフルオロi−ブチル基、パーフルオロt−ブチル基、2,2,3,3,4,4,5,5−オクタフルオロペンチル基、パーフルオロヘキシル基が好ましい。特に、トリフルオロメチル基が好ましい。
上記R02で表される置換基としては、上記Rとして表される1価の芳香族炭化水素基が有していてもよい置換基の説明を適用することができる。これらの中でも−RS1、−RS2−O−RS1、−RS2−CO−RS1、−RS2−CO−ORS1、−RS2−O−CO−RS1が好ましく、−RS1がより好ましい。
また、上記構造単位(I)は上記式(1−1)で表される構造単位(I−1)であることが好ましい。
式(1−1)中、Rは水素原子、フッ素原子、メチル基又はフッ素化メチル基である。mは1〜3の整数である。RL0は単結合又は(m+1)価の連結基である。mが2又は3のとき、複数のRは同一でも異なっていてもよい。Rは上記式(1)と同義である。)
L0は、単結合又は2価から4価の連結基である。
2価の連結基としては、炭素数1〜30の2価の鎖状炭化水素基、炭素数3〜30の2価の脂環式炭化水素基、炭素数6〜30の2価の芳香族炭化水素基、エーテル基、エステル基、カルボニル基、イミノ基、アミド基、又はこれらを組み合わせた2価の基が挙げられる。また、上記2価の連結基はラクトン構造を有していてもよく、置換基を有していてもよい。
炭素数1〜30の2価の鎖状炭化水素基としては、例えばメタンジイル基、エタンジイル基等のアルカンジイル基、エテンジイル基、プロペンジイル基等のアルケンジイル基、エチンジイル基、プロピンジイル基等のアルキンジイル基等が挙げられる。
炭素数3〜30の2価の脂環式炭化水素基としては、例えばシクロプロパンジイル基、シクロブタンジイル基等の単環式飽和炭化水素基、シクロブテンジイル基、シクロペンテンジイル基等の単環式不飽和炭化水素基、ビシクロ[2.2.1]ヘプタンジイル基等の多環式飽和炭化水素基、ビシクロ[2.2.1]ヘプテンジイル基等の多環式不飽和炭化水素基等が挙げられる。
炭素数6〜30の2価の芳香族炭化水素基としては、例えばフェニレン基、ビフェニレン基、ターフェニレン基、ベンジレン基、フェニレンエチレン基、フェニレンシクロへキシレン基、ナフチレン基等が挙げられる。
3価の連結基としては、炭素数1〜30の3価の鎖状炭化水素基、炭素数3〜30の3価の脂環式炭化水素基、炭素数6〜30の3価の芳香族炭化水素基等が挙げられる。また、上記3価の連結基はエーテル基、エステル基、カルボニル基、イミノ基又はアミド基を有していてもよく、ラクトン構造を有していてもよい。さらに、置換基を有していてもよい。
炭素数1〜30の3価の鎖状炭化水素基としては、例えばメタントリイル基、エタントリイル基等のアルカントリイル基エテントリイル基、プロペントリイル基等のアルケントリイル基、プロピントリイル基、ブチントリイル基等のアルキントリイル基等が挙げられる。
炭素数3〜30の3価の脂環式炭化水素基としては、例えばシクロプロパントリイル基、シクロブタントリイル基等の単環式飽和炭化水素基、シクロブテントリイル基、シクロペンテントリイル基等の単環式不飽和炭化水素基、ビシクロ[2.2.1]ヘプタントリイル基等の多環式飽和炭化水素基、ビシクロ[2.2.1]ヘプテントリイル基等の多環式不飽和炭化水素基等が挙げられる。
炭素数6〜30の3価の芳香族炭化水素基としては、例えばベンゼントリイル基、ビフェニルトリイル基、ターフェニルトリイル基、トルエントリイル基等が挙げられる。
4価の連結基としては、炭素数1〜30の4価の鎖状炭化水素基、炭素数3〜30の4価の脂肪族炭化水素基、炭素数6〜30の4価の芳香族炭化水素基等が挙げられる。また上記4価の連結基はエーテル基、エステル基、カルボニル基、イミノ基又はアミド基を有していてもよくラクトン構造を有していてもよい。さらに、置換基を有していてもよい。
また、上記構造単位(I)は上記式(1−2)で表される構造単位(I−2)であることが好ましい。
式(1−2)中、RL1は(m+1)価の連結基である。Rは上記式(1)と同義である。R及びmは上記式(1−1)と同義である。
式(1−2)中のRL1で表される(m+1)価の連結基としては、RL0が表す連結基として上記に説明したものと同様のもの等が挙げられる。
また、上記構造単位(I)は上記式(1−3)で表される構造単位(I−3)であることが好ましい。
式(1−3)中、RL11は単結合又は2価の連結基である。Xは少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数1〜20の2価の炭化水素基である。Rは上記式(1)と同義である。Rは上記式(1−1)と同義である。
L11で表される2価の連結基としては、例えば下記式(X−1)〜(X−6)で表される基等が挙げられる。
Figure 0005713012
上記式(X−1)〜(X−6)中、Rx1はそれぞれ独立して炭素数1〜30の2価の鎖状炭化水素基、炭素数3〜30の2価の脂環式炭化水素基、炭素数6〜30の2価の芳香族炭化水素基である。「*」は上記式Xに結合する部位を示す。
炭素数1〜30の2価の鎖状炭化水素基、炭素数3〜30の2価の脂環式炭化水素基、炭素数6〜30の2価の芳香族炭化水素基としては、上記RL0として説明したものと同様の基が挙げられる。
L11としては単結合及び下記に挙げる2価の連結基が好ましい。
炭素数1〜30の2価の鎖状炭化水素基のうち、炭素数1〜10の2価の炭化水素基が好ましく、炭素数1〜5の2価の炭化水素基がより好ましく、エタンジイル基、プロパンジイル基が特に好ましく;
炭素数3〜30の2価の脂環式炭化水素基のうち、単環式飽和炭化水素基が好ましく、シクロペンタンジイル基、シクロヘキサンジイル基、シクロヘキシルメタンジイル基が特に好ましく;
炭素数6〜30の2価の芳香族炭化水素基のうち、フッ素原子を有していてもよいフェニレン基、フッ素原子を有していてもよいベンジレン基、フッ素原子を有していてもよいフェネチレン基がより好ましく;
また、これらの好ましいものとして挙げた基と、エーテル基、エステル基、カルボニル基、イミノ基、アミド基を組み合わせてなる2価の基を用いることもでき、これらのうち炭素数1〜10の2価の炭化水素基とエステル基を組み合わせてなる2価の基がより好ましい。
上記式(1−3)のXで表される少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数1〜20の2価の炭化水素基としては、例えば、炭素数1〜20の2価の鎖状炭化水素基、炭素数3〜20の2価の脂環式炭化水素基、炭素数6〜20の2価の芳香族炭化水素基の一部又は全部の水素原子がフッ素原子で置換されたもの等を挙げることができる。
炭素数1〜20の2価の鎖状炭化水素基としては、炭素数1〜10の2価の炭化水素基が好ましく、炭素数1〜5の2価の炭化水素基がより好ましい。
炭素数3〜20の2価の脂環式炭化水素基としては、単環式飽和炭化水素基が好ましく、シクロペンタンジイル基、シクロヘキサンジイル基、シクロヘキシルメタンジイル基が特に好ましい。
炭素数6〜20の2価の芳香族炭化水素基としては、フェニレン基、ベンジレン基、フフェネチレン基がより好ましい。これらの中でも、炭素数1〜5の2価の炭化水素基が特に好ましい。
なお、Xとしてはカルボン酸エステルのα位(即ち、式(1−1)におけるCOORが結合している炭素原子)にフッ素原子又はフッ素原子を有する炭素原子を有する構造を取ることが好ましく、カルボン酸エステルのα位にフッ素原子又はパーフルオロアルキル基を有する構造を取ることがさらに好ましい。Xがこのような構造を取ることで、[A]重合体の現像液に対する反応性が向上する点で好ましい。
Xとしては、例えば下記式(X2−1)〜(X2−6)で表される基が挙げられる。
Figure 0005713012
さらに、上記構造単位(I−3)は、上記式(1−3a)から(1−3e)でそれぞれ表される構造単位からなる群より選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。式(1−3a)〜(1−3e)中、Rは上記式(1)と同義である。Rは上記式(1−1)と同義である。RL11は上記式(1−3)と同義である。
上記構造単位(I−3)において、上記の構造をとることで、その電子吸引性の高さに起因して、アルカリ現像における加水分解の反応速度が一段と向上し、被膜表面の動的接触角がさらに低下する。
上記式(1−3a)から(1−3e)でそれぞれ表される構造単位としては、下記式で表されるものが挙げられる。
Figure 0005713012
Figure 0005713012
上記式中、R及びRは上記式(1−1)と同義である。
また、上記構造単位(I−1)が、下記式(1−4a)、(1−4b)及び(1−4c)でそれぞれ表される構造単位からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造単位(I−4)であることが好ましい。
Figure 0005713012
上記式(1−4a)〜(1−4c)中、Rは上記式(1)と同義である。Rは上記式(1−1)と同義である。
式(1−4a)中、R41はメチレン基、−CH(CH)−、−C(CH−、−CHCH−又は酸素原子である。R42は水素原子又は置換基である。
式(1−4b)中、R43およびR44はそれぞれ独立して置換基を有していてもよい2価の炭化水素基であり、Qは酸素原子を含む2価の連結基であり、rは0又は1である。
式(1−4c)中、R45は、置換基を有していてもよい2価の芳香族炭化水素基であり、R46は単結合、−(R46aa0−O−[C(=O)]b0−R46b−、又は−C(=O)−O−R46c−である。R46a、R46b及びR46cは、それぞれ独立して、2価の炭化水素基である。a0およびb0はそれぞれ独立に0又は1である。
上記式(1−4a)中、R41はメチレン基、−CH(CH)−、−C(CH−、−CHCH−又は酸素原子であるが、メチレン基が好ましい。R42は水素原子又は置換基であるが、水素原子が好ましい。
上記式(1−4b)中、R43は置換基を有してもよい2価の炭化水素基であり、直鎖状のアルキレン基、分岐鎖状のアルキレン基、環状のアルキレン基、芳香族炭化水素基が好ましく、エチレン基、−CH(CH)−、テトラシクロドデカニル基から水素原子をさらに1つ除いた基、フェニル基から水素原子をさらに1つ除いた芳香族炭化水素基が特に好ましい。
上記式(1−4b)中、R44は置換基を有していてもよい2価の炭化水素基であり、直鎖状のアルキレン基、分岐鎖状のアルキレン基が好ましく、メチレン基、エチレン基が特に好ましい。
上記R43の2価の芳香族炭化水素基、及びR44の2価の炭化水素基が有していてもよい置換基としては、上記式(1)中のRとして表される1価の芳香族炭化水素基が有していてもよい置換基の説明を適用することができる。
上記式(1−4b)中、Qは酸素原子を含む2価の連結基であり、−O−、−C(=O)−、−C(=O)−O−、−O−C(=O)−、カーボネート結合(−O−C(=O)−O−)又は−NH−C(=O)−が好ましく、−O−、−C(=O)−O−又は−O−C(=O)−が特に好ましい。
上記式(1−4c)中、R45は、置換基を有してもよい2価の芳香族炭化水素基であり、例えばフェニレン基、ビフェニレン基、ターフェニレン基、ベンジレン基、フェニレンエチレン基、フェニレンシクロヘキシレン基、ナフチレン基等が挙げられる。中でもベンジレン基、ナフチレン基等が好ましい。
45の2価の芳香族炭化水素基が有してもよい置換基としては、例えば、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン化低級アルキル基、酸素原子等が挙げられる。ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、ヨウ素原子、臭素原子等が挙げられる。R45の2価の芳香族炭化水素基が有してもよい置換基としてはフッ素原子が好ましい。
46は単結合、−(R46aa0−O−[C(=O)]b0−R46b−、又は−C(=O)−O−R46c−である。R46a、R46b及びR46cは、それぞれ独立して2価の炭化水素基であり、中でも炭素数1〜10の直鎖状、分岐鎖状若しくは環状のアルキレン基が好ましく、炭素数1〜5の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキレン基、叉は炭素数4〜10の環状のアルキレン基がより好ましい。a0及びb0はそれぞれ独立に0又は1である。
上記式(1−4a)で表される繰り返し単位の具体例としては、下記式で表されるものを挙げることができる。
Figure 0005713012
上記式(1−4b)で表される繰り返し単位の具体例としては、下記式で表されるものを挙げることができる。
Figure 0005713012
上記式(1−4c)で表される繰り返し単位の具体例としては、下記式で表されるものを挙げることができる。
Figure 0005713012
また、上記構造単位(I)は上記式(1−5)で表される構造単位(I−5)であることが好ましい。
上記式(1−5)において、Rはフッ素原子又はフッ素化メチル基である。中でもトリフルオロメチル基が好ましい。Rの定義は上記式(1)と同義である。
構造単位(I−5)の具体例としては、下記式(1−5a)〜(1−5d)等が挙げられる。
Figure 0005713012
その他、上記構造単位(I)としては下記式で表されるものを好適に含む。
Figure 0005713012
上記[A]重合体における構造単位(I)の含有率は、30mol%以上100mol%以下であることが好ましい。このような含有率にすることによって、液浸露光時における高い動的接触角と共に、現像による動的接触角の十分な低下を達成できる。
構造単位(I)を与える単量体としては、例えば上記式(i)で表す化合物等が挙げられる。
上記式(i)中、Rは水素原子、フッ素原子、メチル基又はフッ素化メチル基である。RL11は単結合又は2価の連結基である。Xは少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数1〜20の2価の炭化水素基である。Rは置換基を有していてもよい1価の芳香族炭化水素基である。
上記R、RL11、X、Rで表される各基の説明については、上記式(1−3)におけるR、RL11、X、Rで表される各基の説明を適用することができる。
上記式(i)で表される化合物としては、例えば下記式で表される化合物等が挙げられる。
Figure 0005713012
当該感放射線性樹脂組成物では、[A]重合体が、構造単位(II)及び構造単位(III)からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造単位をさらに有することが好ましい。上記[A]重合体が、上記構造単位(II)及び構造単位(III)からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造単位をさらに有することで、当該感放射線性樹脂組成物から形成されるレジスト被膜の現像プロセスにおける動的接触角の変化度をさらに大きくすることができる。
[構造単位(II)]
構造単位(II)は、上記式(2)で表される。
上記式(2)中、Rは水素原子、フッ素原子、メチル基又はフッ素化メチル基である。Gは単結合、酸素原子、硫黄原子、−CO−O−、−SO−O−NH−、−CO−NH−又は−O−CO−NH−である。Rは少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数1〜6の1価の鎖状炭化水素基又は少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基である。
上記Rで表される少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数1〜6の鎖状炭化水素基としては、例えばトリフルオロメチル基、2,2,2−トリフルオロエチル基、パーフルオロエチル基、2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピル基、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロピル基、パーフルオロn−プロピル基、パーフルオロi−プロピル基、パーフルオロn−ブチル基、パーフルオロi−ブチル基、パーフルオロt−ブチル基、2,2,3,3,4,4,5,5−オクタフルオロペンチル基、パーフルオロヘキシル基等が挙げられる。
上記Rで表される少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数4〜20の脂環式炭化水素基としては、例えばモノフルオロシクロペンチル基、ジフルオロシクロペンチル基、パーフルオロシクロペンチル基、モノフルオロシクロヘキシル基、ジフルオロシクロペンチル基、パーフルオロシクロヘキシルメチル基、フルオロノルボルニル基、フルオロアダマンチル基、フルオロボルニル基、フルオロイソボルニル基、フルオロトリシクロデシル基、フルオロテトラシクロデシル基等が挙げられる。
上記構造単位(II)を与える単量体としては、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、モノフルオロシクロペンチル(メタ)アクリル酸エステル、ジフルオロシクロペンチル(メタ)アクリル酸エステル、パーフルオロシクロペンチル(メタ)アクリル酸エステル、モノフルオロシクロヘキシル(メタ)アクリル酸エステル、ジフルオロシクロペンチル(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、フルオロノルボルニル(メタ)アクリル酸エステル、フルオロアダマンチル(メタ)アクリル酸エステル、フルオロボルニル(メタ)アクリル酸エステル、フルオロイソボルニル(メタ)アクリル酸エステル、フルオロトリシクロデシル(メタ)アクリル酸エステル、フルオロテトラシクロデシル(メタ)アクリル酸エステル等が挙げられる。
上記[A]重合体における構造単位(II)の含有率は、0mol%〜50mol%が好ましく、0mol%〜30mol%がさらに好ましく、5mol%〜30mol%が特に好ましい。このような含有率にすることによって液浸露光時においてレジスト被膜表面のより高い動的接触角を発現させることができる。なお、[A]重合体は、構造単位(II)を1種又は2種以上有していてもよい。
[構造単位(III)]
構造単位(III)は上記式(3)で表される。上記式(3)中、Rは炭素数1〜20の(s+1)価の炭化水素基である。RのR側の末端に酸素原子、硫黄原子、−NR’−(但し、R’は水素原子又は1価の有機基である。)、カルボニル基、−CO−O−又は−CO−NH−が結合した構造のものも含む。Rは単結合、炭素数1〜10の2価の鎖状炭化水素基又は炭素数4〜20の2価の脂環式炭化水素基である。Xは単結合、又は少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数1〜20の2価の鎖状炭化水素基である。Aは酸素原子、−NR’’−(但し、R’’は水素原子又は1価の有機基である。)、−CO−O−*又は−SO−O−*(「*」はRに結合する部位を示す。)である。Rは水素原子又は1価の有機基である。sは1〜3の整数である。但し、sが2又は3の場合、複数のR、X、A及びRは、それぞれ独立して上記定義を有する。
上記式(3)で表される構造単位(III)のRが水素原子である場合には[A]重合体のアルカリ現像液に対する溶解性を向上させることができる点で好ましい。
また、上記式(3)中、Rとして表される1価の有機基としては、酸解離性基、アルカリ解離性基又は置換基を有していてもよい炭素数1〜30の炭化水素基が挙げられる。
ここで、「酸解離性基」とは、例えばヒドロキシル基、カルボキシル基等の極性官能基中の水素原子を置換する基であって、酸の存在下で解離する基をいう。これにより、構造単位(III)は、酸の作用によって極性基を生じることとなる。従って、上記式(3)中、Rが酸解離性基の場合には、後述するレジストパターン形成方法における露光工程において露光された部分のアルカリ現像液に対する溶解性を高くすることができる点で好ましい。
「アルカリ解離性基」とは、例えばヒドロキシル基、カルボキシル基等の極性官能基中の水素原子を置換する基であって、アルカリの存在下(例えば、23℃のテトラメチルアンモニウムヒドロキシシド2.38質量%水溶液中)で解離する基をいう。これにより、構造単位(III)は、アルカリの作用によって極性基を生じることとなる。従って、上記式(3)中、Rがアルカリ解離性基の場合には、アルカリ現像液に対する溶解性を向上させられると共に、現像後におけるレジスト被膜表面の疎水性をより低下させられる点で好ましい。
上記酸解離性基としては、例えばt−ブトキシカルボニル基、テトラヒドロピラニル基、テトラヒドロフラニル基、(チオテトラヒドロピラニルスルファニル)メチル基、(チオテトラヒドロフラニルスルファニル)メチル基や、アルコキシ置換メチル基、アルキルスルファニル置換メチル基等が挙げられる。なお、アルコキシ置換メチル基におけるアルコキシル基(置換基)としては、例えば、炭素数1〜4のアルコキシル基がある。また、アルキルスルファニル置換メチル基におけるアルキル基(置換基)としては、例えば炭素数1〜4のアルキル基がある。また、酸解離性基としては、後述する構造単位(IV)の項に記載した式(Y−1)で表される基であってもよい。これらの中でも、上記式(3)中、Aが酸素原子又は−NR’’−の場合はt−ブトキシカルボニル基又はアルコキシ置換メチル基が好ましい。また、式(3)中、Aが−CO−O−の場合、後述する構造単位(IV)の項に記載した式(Y−1)で表される基であることが好ましい。
上記アルカリ解離性基としては、下記式(W−1)〜(W−3)で表される基が挙げられる。これらの中でも、上記式(3)中、Aが酸素原子又は−NR’’−の場合は下記式(W−1)で表される基が好ましい。また、式(3)中、Aが−CO−O−の場合、下記式(W−2)又は(W−3)で表される基であることが好ましい。
Figure 0005713012
上記式(W−1)中、Rfは少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数1〜30の1価の鎖状炭化水素基、又は少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数3〜30の1価の脂環式炭化水素基である。上記式(W−2)中、mは0〜4の整数である。R51は置換基であり、mが2以上の場合、複数存在するR51は、同一でも異なっていてもよい。上記式(W−3)中、R52及びR53はそれぞれ独立して水素原子又は炭素数1〜10のアルキル基である。但し、R52及びR53が互いに結合して、炭素数4〜20の脂環式構造を形成してもよい。
上記式(W−2)中、R51で表される置換基としては、−RP1、−RP2−O−RP1、−RP2−CO−RP1、−RP2−CO−ORP1、−RP2−O−CO−RP1、−RP2−OH、−RP2−CN、−RP2−COOH等が挙げられる。RP1は炭素数1〜10の1価の鎖状飽和炭化水素基、炭素数3〜20の1価の脂肪族環状飽和炭化水素基又は炭素数6〜30の1価の芳香族炭化水素基であり、これらの基の有する水素原子の一部又は全部がフッ素原子で置換されていてもよい。RP2は単結合、炭素数1〜10の2価の鎖状飽和炭化水素基、炭素数3〜20の2価の脂肪族環状飽和炭化水素基、炭素数6〜30の2価の芳香族炭化水素基、又はこれらの基の有する水素原子の一部若しくは全部がフッ素原子で置換された基である。nは0〜3の整数である。
また、R52及びR53が互いに結合してそれぞれが結合する炭素原子とともに形成する脂環式構造としては、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−ノルボルニル基等が挙げられる。
式(W−3)として表される基としては、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、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−(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−(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)基等が挙げられる。これらの中でもメチル基、エチル基、1−プロピル基、2−プロピル基、1−ブチル基、2−ブチル基が好ましい。
上記式(3)中、Xは少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数1〜20の2価の鎖状炭化水素基である。Xとしては、例えば上記式(X2−1)〜(X2−6)で表される基等が挙げられる。
上記Xとしては、上記式(3)におけるAが酸素原子の場合には上記式(X2−1)で表される基が好ましい。また、上記式(3)におけるAが−CO−O−の場合には上記式(X2−2)〜(X2−6)で表される基のうちのいずれか1種であることが好ましく、上記式(X2−1)で表される基であることがより好ましい。
なお、上記式(3)中、mは1〜3の整数であり、構造単位(III)にはRが1〜3個導入される。mが2又は3の場合、R、R、X及びAはそれぞれ独立である。すなわち、mが2又は3の場合、複数のRは同じ構造のものであってもよいし異なる構造のものであってもよい。また、mが2又は3の場合、複数のRがRの同一の炭素原子に結合していてもよいし、異なる炭素原子に結合していてもよい。
上記構造単位(III)としては、例えば下記式(3−1a)〜(3−1c)で表される構造単位等が挙げられる。
Figure 0005713012
上記式(3−1a)〜(3−1c)中、Rは、炭素数1〜20の2価の直鎖状、分岐状若しくは環状の飽和若しくは不飽和の炭化水素基である。X、R及びmは上記式(3)と同義である。mが2又は3の場合、複数のX及びRはそれぞれ独立である。
構造単位(III)を与える単量体としては、例えば下記式(3m−1)〜(3m−6)で表される化合物等が挙げられる。
Figure 0005713012
上記式(3m−1)〜(3m−6)中、Rは上記式(3)と同義である。Rはそれぞれ独立して、水素原子又は1価の有機基である。
上記[A]重合体における構造単位(III)の含有率は、0mol%〜50mol%が好ましく、5mol%〜40mol%がより好ましく、10mol%〜30mol%が特に好ましい。このような含有率にすることによって、当該感放射線性樹脂組成物から形成されるレジスト被膜表面は、アルカリ現像において動的接触角の低下度を向上させることができる。なお、[A]重合体は、構造単位(III)を1種又は2種以上有してもよい。
[構造単位(IV)]
上記[A]重合体は、下記式(4)で表される構造単位(IV)を有していてもよい。[A]重合体が構造単位(IV)を含むことにより、現像後のレジストパターンの形状をより改善できる。
Figure 0005713012
上記式(4)中、Rは水素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。Yは酸解離性基である。
上記酸解離性基としては、下記式(Y−1)で表される基が好ましい。
Figure 0005713012
上記式(Y−1)中、R〜Rはそれぞれ独立して炭素数1〜4のアルキル基又は炭素数4〜20の脂環式炭化水素基である。但し、R及びRは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を形成してもよい。
上記炭素数1〜4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−ブチル基等が挙げられる。
上記R〜Rで表される炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基、又はR及びRが相互に結合してそれぞれが結合している炭素原子とともに形成される炭素数4〜20の2価の脂環式炭化水素基としては、例えば、アダマンタン骨格、ノルボルナン骨格等の有橋式骨格や、シクロペンタン、シクロヘキサン等のシクロアルカン骨格を有する基;これらの基を、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基等の炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基の1種又は1個以上で置換した基等の脂環式骨格を有する基が挙げられる。これらの中でも、現像後のレジストパターンの形状をより改善させることができる点でシクロアルカン骨格を有する基が好ましい。
上記構造単位(IV)としては、例えば下記式(4−1)〜(4−4)で表される構造単位等が挙げられる。
Figure 0005713012
上記式(4−1)〜(4−4)中、Rは上記式(4)と同義である。R〜Rは上記式(Y−1)と同義である。rは1〜3の整数である。
上記[A]重合体における構造単位(IV)の含有率としては、70mol%以下が好ましく、5mol%〜60mol%がより好ましい。このような含有率にすることによって現像後のレジストパターン形状をさらに改善することができる。なお、[A]重合体は、構造単位(IV)を、1種又は2種以上有してもよい。
[構造単位(V)]
上記[A]重合体は、アルカリ可溶性基を有する構造単位(V)を有していてもよい。[A]重合体が構造単位(V)を含むことにより、現像液に対する親和性を向上できる。
上記構造単位(V)におけるアルカリ可溶性基は、現像液に対する溶解性向上の観点から、pKaが4〜11の水素原子を有する官能基であることが好ましい。このような官能基としては、例えば下記式(5s−1)及び(5s−2)で表される官能基等が挙げられる。
Figure 0005713012
上記式(5s−1)中、Rは、少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数1〜10の炭化水素基である。
上記式(5s−1)中、Rで表される少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数1〜10の炭化水素基は、上記炭化水素基が有する水素原子の一部又は全部がフッ素原子に置換されたものであれば特に限定されない。例えばトリフルオロメチル基等が好ましい。
上記構造単位(V)としては、例えば、(メタ)アクリル酸由来の構造単位、WO2009/041270パンフレット[0018]〜[0022]段落に記載のものが挙げられる。
上記[A]重合体において、構造単位(V)の含有率は、[A]重合体を構成する全構造単位に対する構造単位(V)の総量が、通常50mol%以下であり、5mol%〜30mol%が好ましく、5mol%〜20mol%がより好ましい。このような含有率にすることによって、液浸露光時における撥水性の確保と現像時における現像液への親和性向上をバランス良く達成することができる。
上記構造単位(V)を[A]重合体に組み込むための単量体としては、特に限定されるものではないが、メタクリル酸エステル、アクリル酸エステル、又はα−トリフルオロアクリル酸エステル等であることが好ましい。
[構造単位(VI)]
上記[A]重合体は、下記式(6)で表される構造単位(VI)を有していてもよい。[A]重合体が構造単位(VI)を含むことにより、現像液に対する親和性を向上させることができる。
Figure 0005713012
上記式(6)中、Rは水素原子、フッ素原子、メチル基又はフッ素化メチル基である。RL21は単結合又は2価の連結基である。RLcはラクトン構造を有する1価の有機基又は環状カーボネート構造を有する1価の有機基である。
上記2価の連結基RL21としては、例えば、上記式(1−3)におけるRL11で表される2価の連結基として例示した基と同様の基等が挙げられる。
上記式(6)中、RLcとして表されるラクトン構造を有する1価の有機基としては、例えば下記式(Lc−1)〜(Lc−6)で表される基等が挙げられる。
Figure 0005713012
上記式(Lc−1)〜(Lc−6)中、RLc1はそれぞれ独立して酸素原子又はメチレン基である。RLc2は水素原子又は炭素数1〜4のアルキル基である。nLc1はそれぞれ独立して0又は1である。nLc2は0〜3の整数である。「*」は上記式(6)中のRL21に結合する部位を示す。また、式(Lc−1)〜(Lc−6)で表される基は置換基を有していてもよい。
ラクトン構造を有する構造単位(VI)としては、例えば特開2007−304537号公報[0054]〜[0057]段落に記載のもの、特開2008−088343号公報[0086]〜[0088]段落に記載のもの、下記式(6−1a)〜(6−1j)で表される構造単位等が挙げられる。
Figure 0005713012
上記式(6−1a)〜(6−1j)中、Rは水素原子、フッ素原子、メチル基又はフッ素化メチル基である。
なお、[A]重合体は、上記ラクトン構造を有する構造単位(VI)を1種又は2種以上有してもよい。上記ラクトン構造を有する構造単位(VI)を与える好ましい単量体としては国際公開2007/116664号パンフレット[0043]段落に記載のものが挙げられる。
上記構造単位(VI)のうち、環状カーボネート構造を有する構造単位としては、例えば、下記式(6−2a)で表される構造単位が挙げられる。
Figure 0005713012
上記式(6−2a)中、Rは上記式(6)と同義である。Dは炭素数1〜30の3価の鎖状炭化水素基、炭素数3〜30の3価の脂環式炭化水素基、又は炭素数6〜30の3価の芳香族炭化水素基である。Dはその骨格中に酸素原子、カルボニル基、−NH−を有していてもよい。また、Dは置換基を有していてもよい。
上記式(6−2a)で表される構造単位を与える単量体は、例えばTetrahedron Letters,Vol.27,No.32 p.3741(1986)、Organic Letters,Vol.4,No.15 p.2561(2002)等に記載された、従来公知の方法により合成できる。
上記式(6−2a)で表される構造単位の好ましい例としては、特開2010−066503号公報[0020]段落に記載のものが挙げられ、より好ましくは下記式(6−2a−1)、(6−2a−2)で表される構造単位が挙げられる。
Figure 0005713012
上記式(6−2a−1)及び(6−2a−2)中、Rは上記式(6)と同義である。
上記[A]重合体における構造単位(VI)の含有率は、通常50mol%以下であり、5mol%〜40mol%が好ましく、5mol%〜30mol%がより好ましい。このような含有率にすることによって、液浸露光時における高い動的接触角と共に、現像による動的接触角の十分な低下を達成することができる。
[構造単位(VII)]
上記[A]重合体は下記式(7)で表される構造単位(VII)を有していてもよい。[A]重合体が構造単位(VII)を含むことにより、現像液に対する親和性を向上させることができる。
Figure 0005713012
上記式(7)中、Rは水素原子、フッ素原子、メチル基又はフッ素化メチル基である。R71はフッ素原子を有さない2価の連結基である。R72はアルカリ解離性基である。
上記式(7)において、フッ素原子を有さない2価の連結基R71としては、例えば上記式(1−3)におけるRL11で表される2価の連結基として例示した基と同様の基のうちフッ素原子を有さない基等が挙げられる。
上記式(7)中、R72で表されるアルカリ解離性基としては、例えば上記式(W−2)及び(W−3)で表される基等が挙げられる。
構造単位(VII)としては、例えば下記式(7−1)〜(7−3)で表される構造単位等が挙げられる。
Figure 0005713012
上記式(7−1)〜(7−3)中、Rは上記式(7)と同義である。
上記[A]重合体における構造単位(VII)の含有率は、通常50mol%以下であり、5mol%〜40mol%が好ましく、5mol%〜20mol%がより好ましい。このような含有率にすることによって、液浸露光時における高い動的接触角と共に、現像による動的接触角の十分な低下を達成することができる。
[A]重合体の含有量としては、当該感放射線性樹脂組成物において[A]重合体と必要に応じて含有させる他の重合体とを合わせた全重合体に対して、0.1質量%〜20質量%が好ましく、0.3質量%〜10質量%がより好ましく、0.5質量%〜8質量%が特に好ましい。[A]重合体の含有量が0.1質量%未満であると、当該組成物から得られるレジスト被膜の動的接触角に場所によるムラが生じるおそれがある。一方、この含有量が20質量%を超えると、露光部と未露光部で、レジスト被膜の溶解差が小さくなるため、パターン形状が悪化するおそれがある。
[[A]重合体の製造方法]
上記[A]重合体は、ラジカル重合等の常法に従って合成することができる。例えば、(1)単量体及びラジカル開始剤を含有する溶液を、反応溶媒又は単量体を含有する溶液に滴下して重合反応させる方法;(2)単量体を含有する溶液とラジカル開始剤を含有する溶液とを各別に、反応溶媒又は単量体を含有する溶液に滴下して重合反応させる方法;(3)各々の単量体を含有する、複数種の溶液と、ラジカル開始剤を含有する溶液とを各別に、反応溶媒又は単量体を含有する溶液に滴下して重合反応させる方法;等の方法で合成することが好ましい。
なお、単量体溶液に対して、単量体溶液を滴下して反応させる場合、滴下される単量体溶液中の単量体量は、重合に用いられる単量体総量に対して30mol%以上であることが好ましく、50mol%以上であることがさらに好ましく、70mol%以上であることが特に好ましい。
これらの方法における反応温度は開始剤種によって適宜決定すればよい。通常、30℃〜150℃であり、40℃〜150℃が好ましく、50℃〜140℃がより好ましい。滴下時間は、反応温度、開始剤の種類、反応させる単量体等の条件によって異なるが、通常、30分〜8時間であり、45分〜6時間が好ましく、1時間〜5時間がより好ましい。また、滴下時間を含む全反応時間も、滴下時間と同様に条件により異なるが、通常、30分〜12時間であり、45分〜12時間が好ましく、1時間〜10時間がより好ましい。
上記重合に使用されるラジカル開始剤としては、ジメチル2,2’−アゾビス(2−イソブチロニトリル)、アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)、2,2’−アゾビス(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス(2−シクロプロピルプロピオニトリル)、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、ジメチル2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)等のアゾ系ラジカル開始剤;ベンゾイルパーオキサイド、t−ブチルハイドロパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド等の過酸化物系ラジカル開始剤等が挙げられる。この中でジメチル2,2’−アゾビス(2−イソブチロニトリル)が好ましい。これらは単独で又は2種以上を組み合わせて使用できる。
重合溶媒としては、重合を阻害する溶媒(重合禁止効果を有するニトロベンゼン、連鎖移動効果を有するメルカプト化合物等)以外の溶媒であって、その単量体を溶解可能な溶媒であれば使用することができる。例えば、アルコール類、エーテル類、ケトン類、アミド類、エステル・ラクトン類、ニトリル類及びその混合溶媒等が挙げられる。これらは単独で又は2種以上を組み合わせて使用できる。
重合反応により得られた重合体は、再沈殿法により回収することが好ましい。すなわち重合反応終了後、重合液を再沈溶媒に投入することにより、目的の重合体を粉体として回収する。再沈溶媒としては、アルコール類やアルカン類等を単独で又は2種以上を混合して使用することができる。また、再沈殿法の他に、分液操作やカラム操作、限外ろ過操作等により、単量体、オリゴマー等の低分子成分を除去して、重合体を回収することもできる。
上記[A]重合体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(Mw)は、特に限定されないが、1,000〜50,000であることが好ましく、1,000〜40,000であることがより好ましく、1,000〜30,000であることが特に好ましい。[A]重合体のMwが1,000未満であると、十分な動的接触角を有するレジスト被膜を得ることができないおそれがある。一方、[A]重合体のMwが50,000を超えると、レジスト被膜の現像性が低下するおそれがある。
また、上記[A]重合体のGPCによるポリスチレン換算数平均分子量(以下、「Mn」ともいう。)に対するMwの比(Mw/Mn)は、通常、1.0〜5.0であり、1.0〜4.0であることが好ましく、1.0〜2.0であることがより好ましい。
なお、重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)は東ソー株式会社GPCカラム(G2000HXL 2本、G3000HXL 1本、G4000HXL 1本)を用い流量1.0mL/分、溶出溶媒に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ーにより測定した。
<[B]酸発生体>
本発明の感放射線性樹脂組成物を構成する[B]酸発生体としては、例えばスルホニウム塩やヨードニウム塩等のオニウム塩化合物、有機ハロゲン化合物、ジスルホン類やジアゾメタンスルホン類等のスルホン化合物が挙げられる。[B]酸発生体の当該感放射線性樹脂組成物における含有形態としては後述するような化合物である酸発生剤の形態でも、[A]重合体や後述する[C]重合体等他の重合体の一部として組み込まれた酸発生基の形態でも、これらの両方の形態でもよい。
このような[B]酸発生体の好適な具体例としては、例えば特開2009−134088号公報の段落[0080]〜[0113]に記載されている化合物等が挙げられる。
[B]酸発生体としては、具体的には、ジフェニルヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨード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ノナフルオロ−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、シクロヘキシル・2−オキソシクロヘキシル・メチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、ジシクロヘキシル・2−オキソシクロヘキシルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、2−オキソシクロヘキシルジメチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、4−ヒドロキシ−1−ナフチルジメチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、4−ヒドロキシ−1−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、4−ヒドロキシ−1−ナフチ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、4−ヒドロキシ−1−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、1−(1−ナフチルアセトメチル)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、1−(1−ナフチルアセトメチル)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、1−(1−ナフチルアセトメチル)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、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−(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ノナフルオロ−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−オクタンスルホネート、トリフルオロメタンスルホニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボジイミド、ノナフルオロ−n−ブタンスルホニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボジイミド、パーフルオロ−n−オクタンスルホニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボジイミド、N−ヒドロキシスクシイミドトリフルオロメタンスルホネート、N−ヒドロキシスクシイミドノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、N−ヒドロキシスクシイミドパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、1,8−ナフタレンジカルボン酸イミドトリフルオロメタンスルホネートが好ましい。これらは単独で又は2種以上を組み合わせて使用できる。
[B]酸発生体の配合量としては、レジストとしての感度及び現像性を確保する観点から、当該感放射線性樹脂組成物に含まれる重合体の総量100質量部に対して、0.1質量部〜30質量部が好ましく、0.1質量部〜20質量部がより好ましい。酸発生体の配合量が0.1質量部未満では、感度及び現像性が低下する傾向があり、30質量部を超えると、放射線に対する透明性が低下して、矩形のレジストパターンが得られ難くなる傾向がある。
当該感放射線性樹脂組成物は、[A]重合体とは別に、酸解離性基を有する重合体を含有することが好ましい。このような酸解離性基を有する重合体は酸の作用前はアルカリ不溶性又はアルカリ難溶性で、[B]酸発生体等から発生する酸の作用により酸解離性基が脱離するとアルカリ可溶性となる。重合体が「アルカリ不溶性又はアルカリ難溶性」であるとは、当該感放射線性樹脂組成物を用いて形成し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、レジスト被膜に代えてこのような重合体のみを用いた膜厚100nmの被膜を現像した場合に、被膜の初期膜厚の50%以上が現像後に残存する性質をいう。
<[C]重合体>
当該感放射線性樹脂組成物では、[C]酸解離性基を有し、上記[A]重合体よりもフッ素原子含有率の小さい重合体を含有することが好ましい。このような[C]重合体をさらに含有することにより、[A]重合体及び[C]重合体を含む組成物からレジスト被膜を形成した際に、[A]重合体がレジスト被膜表面に偏在化する度合いが高くなる。その結果、上述の[A]重合体の疎水性及びその低下に起因する特性がより効率的に発現される。なお、このフッ素原子含有率は13C−NMRにより測定することができる。
[C]重合体は、上述のような性質を有する重合体である限り、その具体的な構造は特に限定されるものではないが、[A]重合体についての上記式(3)で表される構造単位(III)及び上記式(6)で表される構造単位(VI)を有することが好ましい。
上記[C]重合体中、構造単位(III)の含有率としては、0mol〜30mol%が好ましく、0mol〜15mol%がより好ましい。含有率が30mol%を超えると、基板との密着性が不十分となりパターンが剥がれてしまうおそれがある。
上記[C]重合体中、構造単位(VI)の含有率としては、5mol〜75mol%が好ましく、15mol〜65mol%がより好ましく、25mol〜55mol%が特に好ましい。含有率が5mol%未満であるとレジストとして基板との密着性が不十分となりパターンが剥がれてしまうおそれがある。一方、含有率が75mol%を超えると、溶解した後のコントラストが損なわれ、パターン形状が低下するおそれがある。
[C]重合体は、上記フッ素原子含有率を有する限り、構造単位(III)及び構造単位(VI)以外の他の構造単位を有するものであってもよい。
他の構造単位としては、
(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシプロピル、又は(メタ)アクリル酸3−ヒドロキシプロピルに由来する構造単位;
上記構造単位(V)等で表される構造単位が好ましい。
他の構造単位を構成する重合性不飽和単量体としては、国際公開2007/116664A号[0065]〜[0085段落に開示されている単量体が挙げられる。
[C]重合体のMwとしては、通常3,000〜300,000であり、4,000〜200,000が好ましく、4,000〜100,000がより好ましい。Mwが3,000未満であると、レジストとしての耐熱性が低下するおそれがある。一方、Mwが300,000を超えると、レジストとしての現像性が低下するおそれがある。
当該感放射線性樹脂組成物では、[A]重合体の含有量が、[C]重合体100質量部に対して0.1質量部以上10質量部以下であることが好ましい。[A]重合体の含有量を上記範囲とすることで、[A]重合体のレジスト皮膜の表面への偏析が効果的に起きるので、レジスト皮膜からの溶出がさらに抑制されると共に、レジスト皮膜表面の動的接触角がさらに高まるため水切れ性をさらに向上できる。
<任意成分>
当該感放射線性樹脂組成物は、任意成分として、例えば酸拡散抑制体、溶媒、偏在化促進剤、界面活性剤、脂環族化合物、増感剤、架橋剤等を含有することができる。以下、これらの成分について詳述する。
[酸拡散制御体]
酸拡散制御体としては、例えば下記式(8)で表される化合物(以下、「含窒素化合物(I)」と称することがある。)、同一分子内に窒素原子を2個有する化合物(以下、「含窒素化合物(II)」と称することがある。)、窒素原子を3個以上有する化合物(以下、「含窒素化合物(III)」と称することがある。)、アミド基含有化合物、ウレア化合物、含窒素複素環化合物等が挙げられる。酸拡散制御体を含有すると、レジストとしてのパターン形状や寸法忠実度を向上させることができる。酸拡散制御体の当該感放射線性樹脂組成物における含有形態としては、後述するような化合物である酸拡散制御剤の形態でも、[A]重合体や[C]重合体等他の重合体の一部として組み込まれた酸拡散制御基の形態でも、これらの両方の形態でもよい。酸拡散制御体は、単独又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
Figure 0005713012
上記式(8)中、R12〜R14は、それぞれ独立して、水素原子、置換されていてもよい直鎖状、分岐状若しくは環状のアルキル基、アリール基又はアラルキル基である。
含窒素化合物(I)としては、例えば
n−ヘキシルアミン等のモノアルキルアミン類;
ジ−n−ブチルアミン等のジアルキルアミン類;
トリエチルアミン等のトリアルキルアミン類;
アニリン等の芳香族アミン類等が挙げられる。
含窒素化合物(II)としては、例えばエチレンジアミン、N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン等が挙げられる。
含窒素化合物(III)としては、例えばポリエチレンイミン、ポリアリルアミン、ジメチルアミノエチルアクリルアミドの重合体等が挙げられる。
アミド基含有化合物としては、例えばホルムアミド、N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、アセトアミド、N−メチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、プロピオンアミド、ベンズアミド、ピロリドン、N−メチルピロリドン等が挙げられる。
ウレア化合物としては、例えば尿素、メチルウレア、1,1−ジメチルウレア、1,3−ジメチルウレア、1,1,3,3−テトラメチルウレア、1,3−ジフェニルウレア、トリブチルチオウレア等が挙げられる。
含窒素複素環化合物としては、例えばピリジン、2−メチルピリジン等のピリジン類の他、ピラジン、ピラゾール等が挙げられる。
また上記含窒素有機化合物として、酸解離性基を有する化合物を用いることもできる。このような酸解離性基を有する含窒素有機化合物としては、例えばN―(t−ブトキシカルボニル)ピペリジン、N―(t−アミロキシカルボニル)ピペリジン、N―(t−ブトキシカルボニル)イミダゾール、N―(t−ブトキシカルボニル)ベンズイミダゾール、N―(t−ブトキシカルボニル)−2−フェニルベンズイミダゾール、N―(t−ブトキシカルボニル)ジ−n−オクチルアミン、N―(t−ブトキシカルボニル)ジエタノールアミン、N―(t−ブトキシカルボニル)ジシクロヘキシルアミン、N―(t−ブトキシカルボニル)ジフェニルアミン、N−(t−ブトキシカルボニル)−4−ヒドロキシピペリジン等が挙げられる。
また、酸拡散制御体としては、下記式(9)で表される化合物を用いることもできる。
(9)
上記式(9)中、Xは、下記式(9−1−1)又は(9−1−2)で表されるカチオンである。Zは、OH、RD1−COOで表されるアニオン、RD1−SO で表されるアニオン、又はRD1−N−SO−RD2で表されるアニオンである。但しRD1は、置換されていてもよいアルキル基、1価の脂環式炭化水素基又はアリール基である。RD2はフッ素化アルキル基又はフッ素化脂環式炭化水素基である。
Figure 0005713012
上記式(9−1−1)中、RD3〜RD5は、それぞれ独立して、水素原子、アルキル基、アルコキシル基、水酸基、又はハロゲン原子である。上記式(9−1−2)中、RD6及びRD7は、それぞれ独立して、水素原子、アルキル基、アルコキシル基、水酸基、又はハロゲン原子である。
上記化合物は、露光により分解して酸拡散制御性を失う酸拡散制御体(以下、「光分解性酸拡散制御体」と称することがある。)として用いられるものである。この化合物を含有することによって、露光部では酸が拡散し、未露光部では酸の拡散が制御されることにより露光部と未露光部のコントラストが優れ、即ち、露光部と未露光部の境界部分が明確になるため、特に本発明の感放射線性樹脂組成物のLWR(Line Width Roughness)、MEEF(Mask Error Enhancement Factor)の改善に有効である。
上記式(9)中、RD1で表される置換されていてもよいアルキル基としては、例えば
ヒドロキシメチル基等の炭素数1〜4のヒドロキシアルキル基;
メトキシ基等の炭素数1〜4のアルコキシル基;
シアノ基;
シアノメチル基等の炭素数2〜5のシアノアルキル基等の置換基を1種以上有する基等が挙げられる。これらの中でも、ヒドロキシメチル基、シアノ基、シアノメチル基が好ましい。
上記式(9)中、RD1で表される置換されていてもよい脂環式炭化水素基としては、例えばヒドロキシシクロペンタン、ヒドロキシシクロヘキサン、シクロヘキサノン等のシクロアルカン骨格;1,7,7−トリメチルビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2−オン(カンファー)等の有橋脂環式骨格等の脂環式由来の1価の基等が挙げられる。これらの中でも、1,7,7−トリメチルビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2−オン由来の基が好ましい。
上記式(9)中、RD1で表される置換されていてもよいアリール基としては、例えばフェニル基、ベンジル基、フェニルエチル基、フェニルプロピル基、フェニルシクロヘキシル基等があげられ、これらの化合物を、ヒドロキシル基、シアノ基等で置換したもの等が挙げられる。これらの中でも、フェニル基、ベンジル基、フェニルシクロヘキシル基が好ましい。
上記式(9)中のXは、上記化合物の、現像液に対する溶解性を低下させる効果があるため、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子が好ましい。また、上記式(9−1−2)中のRD6及びRD7は、それぞれ独立して、水素原子、アルキル基、アルコキシル基、水酸基、又はハロゲン原子であり、これらの中でも水素原子、アルキル基、ハロゲン原子が好ましい。
上記式(9)中のZは、下記式(9−2−1)で表されるアニオン(すなわち、RD1がフェニル基であるRD1−COOで表されるアニオン)、下記式(9−2−2)で表されるアニオン(すなわち、RD1が1,7,7−トリメチルビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2−オン由来の基であるRD1−SO で表されるアニオン)又は下記式(9−2−3)で表されるアニオン(すなわち、RD1がブチル基であり、RD2がトリフルオロメチル基であるRD1−N−SO−RD2で表されるアニオン)が好ましい。
Figure 0005713012
上記式(9)で表される化合物は、光分解性酸拡散制御体であり、具体的には、上記条件を満たすスルホニウム塩化合物又はヨードニウム塩化合物である。
スルホニウム塩化合物としては、例えばトリフェニルスルホニウムハイドロオキサイド、トリフェニルスルホニウムサリチラート、トリフェニルスルホニウム4−トリフルオロメチルサリチラート、ジフェニル−4−ヒドロキシフェニルスルホニウムサリチラート、トリフェニルスルホニウム10−カンファースルホナート、4−t−ブトキシフェニル・ジフェニルスルホニウム10−カンファースルホナート等が挙げられる。
ヨードニウム塩化合物としては、例えばビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムハイドロオキサイド、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムサリチラート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウム4−トリフルオロメチルサリチラート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウム10−カンファースルホナート等が挙げられる。
酸拡散制御体の含有量としては、当該感放射線性樹脂組成物に含まれる重合体の総量100質量部に対して、10質量部以下が好ましく、5質量部以下がより好ましい。酸拡散制御体が過剰に含有されると、形成したレジスト被膜の感度が著しく低下するおそれがある。
[溶媒]
当該感放射線性樹脂組成物は通常、溶媒を含有する。溶媒は少なくとも[A]重合体、[B]酸発生体、及び所望により含有される[C]重合体等を溶解可能な溶媒であれば、特に限定されない。このような溶媒としては、例えば
直鎖状又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タート類;
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等が挙げられる。これらのうち、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセタート、シクロヘキサノンがより好ましい。これらは単独で又は2種以上を組み合わせて使用できる。
[偏在化促進剤]
偏在化促進剤は、[A]重合体をより効率的にレジスト膜表面に偏析させる効果を有する。当該感放射線性樹脂組成物にこの偏在化促進剤を含有させることで、[A]重合体の添加量を従来よりも少なくすることができる。従って、LWR、現像欠陥、パターン倒れ耐性等のレジスト基本特性を損なうことなく、レジスト膜から液浸液への成分の溶出をさらに抑制したり、高速スキャンにより液浸露光をより高速に行うことが可能になり、結果としてウォーターマーク欠陥等の液浸由来欠陥を抑制するレジスト膜表面の疎水性を向上できる。このような偏在化促進剤として用いることができるものとしては、比誘電率が30以上200以下で、1気圧における沸点が100℃以上の低分子化合物が挙げられる。このような化合物としては、例えばラクトン化合物、カーボネート化合物、ニトリル化合物、多価アルコール等が挙げられる。これらは単独で又は2種以上を組み合わせて使用できる。
ラクトン化合物としては、例えばγ−ブチロラクトン、バレロラクトン、メバロニックラクトン、ノルボルナンラクトン等が挙げられる。
カーボネート化合物としては、例えばプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート等が挙げられる。
ニトリル化合物としては、例えばスクシノニトリル等が挙げられる。上記多価アルコールとしては、例えばグリセリン等が挙げられる。
偏在化促進剤の含有量としては、重合体の総量を100質量部とした場合に、10質量部〜500質量部が好ましく、30質量部〜300質量部がより好ましい。
[界面活性剤]
界面活性剤は、塗布性、現像性等を改良する作用を示す成分である。界面活性剤としては、例えばポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンn−オクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンn−ノニルフェニルエーテル、ポリエチレングリコールジラウレート、ポリエチレングリコールジステアレート等のノニオン系界面活性剤の他、以下商品名で、KP341(信越化学工業社)、ポリフローNo.75、同No.95(共栄社化学社)、エフトップEF301、同EF303、同EF352(トーケムプロダクツ社)、メガファックF171、同F173(大日本インキ化学工業社)、フロラードFC430、同FC431(住友スリーエム社)、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(旭硝子社)等が挙げられる。これらは単独で又は2種以上を組み合わせて使用できる。
界面活性剤の含有量としては、当該感放射線性樹脂組成物に含まれる重合体の総量100質量部に対して、通常、2質量部以下である。
[脂環式骨格含有化合物]
脂環式骨格含有化合物は、ドライエッチング耐性、パターン形状、基板との接着性等をさらに改善する作用を示す成分である。
脂環式骨格含有化合物としては、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−エトキシエチル等のリトコール酸エステル類;
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、2−ヒドロキシ−9−メトキシカルボニル−5−オキソ−4−オキサ−トリシクロ[4.2.1.03,7]ノナン等が挙げられる。これらは単独で又は2種以上を組み合わせて使用できる。
脂環式骨格含有化合物の配合量としては、当該感放射線性樹脂組成物に含まれる重合体の総量100質量部に対して、通常50質量部以下であり、30質量部以下が好ましい。
[増感剤]
増感剤は、[B]酸発生体に吸収される放射線のエネルギー以外のエネルギーを吸収して、そのエネルギーを例えば電子やラジカルのような形で[B]酸発生体に伝達し、それにより酸の生成量を増加する作用を示すものであり、当該感放射線性樹脂組成物の「みかけの感度」を向上させる効果を有する。
増感剤としては、例えばカルバゾール類、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が挙げられる。これらは単独で又は2種以上を組み合わせて使用できる。
[架橋剤]
本発明の感放射線性樹脂組成物をネガ型感放射性樹脂組成物として用いる場合においては、アルカリ現像液に可溶な重合体を、酸の存在下で架橋しうる化合物(以下、「架橋剤」と称することがある。)を配合しても良い。架橋剤としては、例えば、アルカリ現像液に可溶な重合体との架橋反応性を有する官能基(以下、「架橋性官能基」と称することがある。)を1種以上有する化合物が挙げられる。
上記架橋性官能基としては、例えばグリシジルエーテル基、グリシジルエステル基、グリシジルアミノ基、メトキシメチル基、エトキシメチル基、ベンジルオキシメチル基、アセトキシメチル基、ベンゾイルオキシメチル基、ホルミル基、アセチル基、ビニル基、イソプロペニル基、(ジメチルアミノ)メチル基、(ジエチルアミノ)メチル基、(ジメチロールアミノ)メチル基、(ジエチロールアミノ)メチル基、モルホリノメチル基等が挙げられる。
架橋剤としては、例えばWO2009/51088の[0169]〜[0172]段落に記載のものが挙げられる。
架橋剤としては、メトキシメチル基含有化合物が好ましく、ジメトキシメチルウレア、テトラメトキシメチルグリコールウリル等がより好ましい。これらは単独で又は2種以上を組み合わせて使用できる。
架橋剤の使用量としては、アルカリ現像液に可溶な重合体100質量部に対して、5質量部〜95質量部が好ましく、15質量部〜85質量部がより好ましく、20質量部〜75質量部が特に好ましい。架橋剤の使用量が5質量部未満では、残膜率の低下、パターンの蛇行や膨潤等を来しやすくなる傾向があり、一方95質量部を超えると、アルカリ現像性が低下する傾向がある。
[その他の任意成分]
その他の任意成分としては、上記のもの以外に、染料、顔料、接着助剤等が挙げられる。例えば、染料或いは顔料を用いることによって、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る。また、接着助剤を配合することによって、基板との接着性を改善することができる。他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、消泡剤等が挙げられる。これらは単独で又は2種以上を組み合わせて使用できる。
<感放射線性樹脂組成物の調製>
当該感放射線性樹脂組成物は、例えば上記溶媒中で[A]重合体、[B]酸発生体、[C]重合体及び任意成分を所定の割合で混合することにより調製できる。通常、その使用に際して全固形分濃度が1質量%〜50質量%、好ましくは3質量%〜25質量%となるように上記溶媒に溶解した後、例えば孔径0.02μm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。
なお、当該感放射線性樹脂組成物は、ハロゲンイオン、金属等の不純物の含有量が少ないほど好ましい。このような不純物の含有量が少ないと、レジスト被膜の感度、解像度、プロセス安定性、パターン形状等をさらに向上できる。そのため、当該感放射線性樹脂組成物に含有させる上記[A]重合体や[C]重合体等の重合体は、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って精製することが好ましい。
<フォトレジストパターンの形成方法>
本発明のレジストパターンの形成方法は、(1)本発明の感放射線性樹脂組成物を用いて基板上にフォトレジスト膜を形成する工程(以下、「工程(1)」と称することがある。)、(2)上記フォトレジスト膜上に液浸露光用液体を配置し、上記液浸露光用液体を介して上記フォトレジスト膜を液浸露光する工程(以下、「工程(2)」と称することがある。)と、(3)上記液浸露光されたフォトレジスト膜を現像してレジストパターンを形成する工程(以下、「工程(3)と称することがある。」)とを備える。当該形成方法では、フォトレジスト組成物として当該感放射線性樹脂組成物を用いているので、被膜表面の水切れ性が高く、高速スキャン露光によりプロセスタイムを短縮させると共に、現像欠陥の発生を抑制して、良好なレジストパターンを効率良く形成できる。
上記工程(1)では、本発明の感放射線性樹脂組成物の溶液を、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、フォトレジスト膜が形成される。具体的には、得られるレジスト膜が所定の膜厚となるように感放射線性樹脂組成物溶液を塗布したのち、プレベークすることにより塗膜中の溶剤を揮発させ、レジスト膜が形成される。
上記レジスト膜の厚みとしては、10nm〜5,000nmが好ましく、10nm〜2,000nmがより好ましい。
プレベークの加熱条件としては、感放射線性樹脂組成物の配合組成によって変わるが、30℃〜200℃程度が好ましく、50℃〜150℃がより好ましい。
上記工程(2)では、工程(1)で形成されたフォトレジスト膜上に液浸露光用液体を配置し、液浸露光用液体を介して、放射線を照射しフォトレジスト膜を液浸露光する。
上記液浸露光用液体としては、例えば純水、長鎖又は環状の脂肪族化合物、フッ素系不活性液体等が挙げられる。
上記放射線としては、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、荷電粒子線等から適宜選定されて使用されるが、ArFエキシマレーザー(波長193nm)又はKrFエキシマレーザー(波長248nm)に代表される遠紫外線が好ましく、ArFエキシマレーザー(波長193nm)がより好ましい。
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することができる。
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を円滑に進行できる。PEBの加熱条件としては、感放射線性樹脂組成物の配合組成によって適宜調整されるが、通常、30℃〜200℃、50℃〜170℃が好ましい。
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又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、フォトレジスト膜上に保護膜を設けることもできる。さらに、液浸露光においてフォトレジスト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、フォトレジスト膜上に液浸用保護膜を設けることもできる。また、これらの技術は併用できる。
なお、液浸露光によるレジストパターン形成方法においては、フォトレジスト膜上に、上述の保護膜(上層膜)を設けることなく、本発明の感放射線性樹脂組成物を用いて得られるフォトレジスト膜のみにより、レジストパターンを形成できる。このような上層膜フリーのフォトレジスト膜によりレジストパターンを形成する場合、保護膜(上層膜)の製膜工程を省くことができ、スループットの向上が期待できる。
上記工程(3)では、露光されたレジスト膜を現像することにより、所定のレジストパターンが形成される。
現像工程に使用される現像液としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、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。
上記アルカリ性水溶液の濃度としては、10質量%以下が好ましい。アルカリ性水溶液の濃度が10質量%を超える場合、非露光部も現像液に溶解するおそれがある。
上記アルカリ性水溶液からなる現像液には、有機溶媒を添加することもできる。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が挙げられる。これらは単独で又は2種以上を組み合わせて使用できる。
有機溶媒の使用量としては、アルカリ性水溶液100容量部に対して、100容量部以下が好ましい。有機溶媒の使用量が100容量部を超える場合、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、上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。なお、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。
<重合体>
本発明の重合体は、上記式(1)で表される構造単位(I)を有する。当該重合体は上記構造単位(I)を有する含フッ素重合体であるので高い疎水性を有する一方、加水分解により疎水性が低下するという特性を有しているので、例えば、レジスト被膜表面の動的接触角を、露光時は高く、アルカリ現像後は低く制御することが可能になる。従って、当該重合体は、例えば、リソグラフィー技術に用いられる感放射線性樹脂組成物等に好適である。
当該重合体については、当該感放射線性樹脂組成物が含有する[A]重合体として、すでに詳述しているため、ここでの記載は省略する。
<化合物>
本発明の化合物は、上記式(i)で表される。
式(i)中、RL11は単結合又は2価の連結基である。Xは少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数1〜20の2価の炭化水素基である。R及びRの定義は上記式(1−1)と同義である。
本発明の化合物は上記式(i)で表される構造を有するので、当該重合体中に構造単位(I)を組み込むモノマーとして好適に用いることができる。
上記式(i)で表される化合物は、例えば下記のスキームに従い合成できる。
Figure 0005713012
上記式において、R、R、RL1、及びXの定義は上記式(i)と同義である。
水酸基を有する芳香族炭化水素とフッ素含有カルボン酸とを、ジクロロメタン等の溶媒中で攪拌することにより上記式(i)で表される化合物が得られる。反応後、塩酸等を加えて中和した後、分液洗浄や蒸留、再結晶など適切に処理することにより、単離することができる。
なお、化合物の詳細な説明は、感放射線性樹脂組成物に含まれる[A]重合体の説明の項で行っているので、ここでは省略する。
以下、実施例に基づき本発明を詳述するが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるものではない。なお、化合物のH−NMR分析、重合体のフッ素原子含有率を求めるための13C−NMR分析は、核磁気共鳴装置(日本電子株式会社、JNM−ECX400)を使用した。
<化合物(i)の合成>
[実施例1]
2,4−ジフルオロフェニル−2,2−ジフルオロ−3−(メタクリロイルオキシ)ペンタノアート(M−1)の合成
真空加熱により内部を十分に乾燥させた反応器を、乾燥窒素で置換した後、上記反応器内に、2,2−ジフルオロ−3−(メタクリロイルオキシ)ペンタン酸22.22g(0.1mol)のジクロロメタン100mL溶液を加え氷温まで冷却し、そこへジシクロヘキシルカルボジイミド(DCC)22.70g(0.11mol)のジクロロメタン100mL溶液を10分かけて加え、さらにN,N−ジメチル−4−アミノピリジン(DMAP)0.61g(5mmol)、2,4−ジフルオロフェノールを13.66g(0.105mol)加えた。その後、反応器を室温まで昇温し、2時間攪拌した後、よく攪拌しながら1規定塩酸水300gを加えた。その後、分液ロートにてジクロロメタン層を分離し、水層を再びジクロロメタンで抽出して抽出液を得た。この抽出液を、上記ジクロロメタン層と合わせて1規定塩酸水で洗浄した後、ジクロロメタン層をエバポレーターにて溶媒留去し、カラムクロマトグラフィーで精製し、2,4−ジフルオロフェニル−2,2−ジフルオロ−3−(メタクリロイルオキシ)ペンタノアート(M−1)を21.73g(収率65%)得た。
Figure 0005713012
H−NMR(CDCl)δ:1.18(t,3H;CH)、1.75−1.85(m,2H;CH−CH)、1.91(s,3H;CH)、5.45−5.65(m,1H;CH−CF)、5.67(s,1H;C=CH)、6.14(s,1H;C=CH)、6.80−7.00(m,3H;C
[実施例2]
3−(トリフルオロメチル)フェニル−2,2−ジフルオロ−3−(メタクリロイルオキシ)ペンタノアート(M−2)の合成
真空加熱により内部を十分に乾燥させた反応器を、乾燥窒素で置換した後、上記反応器内に、2,2−ジフルオロ−3−(メタクリロイルオキシ)ペンタン酸22.22g(0.1mol)のジクロロメタン100mL溶液を加え氷温まで冷却し、そこへDCC22.70g(0.11mol)のジクロロメタン100mL溶液を10分かけて加え、さらにDMAP0.61g(5mmol)、3−(トリフルオロメチル)フェノールを17.02g(0.105mol)加えた。その後、反応器を室温まで昇温し、2時間攪拌した後、よく攪拌しながら1規定塩酸水300g加えた。その後、分液ロートにてジクロロメタン層を分離し、水層を再びジクロロメタンで抽出して抽出液を得た。この抽出液を、上記ジクロロメタン層と合わせて1規定塩酸水で洗浄した後、ジクロロメタン層をエバポレーターにて溶媒留去し、カラムクロマトグラフィーで精製し、3−(トリフルオロメチル)フェニル−2,2−ジフルオロ−3−(メタクリロイルオキシ)ペンタノアート(M−2)を22.71g(収率62%)得た。
Figure 0005713012
H−NMR(CDCl)δ:1.05(t,3H;CH)、1.85−2.05(m,5H;CH,CH−CH)、5.45−5.55(m,1H;CH−CF)、5.68(s,1H;C=CH)、6.20(s,1H;C=CH)、7.30−7.70(m,4H;CCF
[実施例3]
3−(トリフルオロメチル)フェニル−2−フルオロ−3−(メタクリロイルオキシ)ペンタノアート(M−3)の合成
真空加熱により内部を十分に乾燥させた500mLの反応器を、乾燥窒素で置換した後氷浴に浸し、上記反応器内に活性化した金属亜鉛24.2g(370mmol/1.5等量)とTHF(脱水)300mLを加え、ブロモフルオロ酢酸エチル/THF溶液(ブロモフルオロ酢酸エチル46.91g(253.6mmol/1.0等量)及びTHF(脱水)80mL)を5分かけて滴下した。滴下後、室温まで昇温して20分間攪拌し、プロピオンアルデヒド/THF溶液(プロピオンアルデヒド17.76g(305.8mmol/1.2等量)及びTHF(脱水)80mL)を加え、室温で60分間攪拌した。その後、水、ジイソプロピルエーテルを加え、二層分離を行った。得られた有機層を希塩酸、水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで水分を除去、ろ過を行った後、ジイソプロピルエーテルを留去して、下記式で表されるエチル2−フルオロ−3−ヒドロキシ−ペンタノアートを35.4g(収率85%)得た。
Figure 0005713012
H−NMR(CDCl)δ:1.02(t,3H;CH)、1.32(t,3H;CH)、1.52(m,2H)、2.45(br,1H;OH)、3.75(m,1H;CH−OH)、4.21(q,2H;CH−O)、4.90(dd,1H;CH−F)
窒素雰囲気下、室温にて上記エチル2−フルオロ−3−ヒドロキシペノアート6.27g(38.2mmol)に脱水THF50mL、トリエチルアミン4.63g(45.8mmol)、ジメチルアミノピリジン0.466g(3.82mmol)を加えた。その後メタクリル酸クロリド4.39g(42.0mmol)を10分かけて滴下した。その後2時間攪拌した。薄層クロマトグラフィー(TLC)にて原料の消失を確認した後、炭酸水素ナトリウム水溶液を加えて反応を停止した。その後、反応液に酢酸エチルを加えて抽出を3回行い、得られた有機層を水、飽和食塩水でそれぞれ1回ずつ洗浄し、無水硫酸ナトリウムを加えて乾燥した。その後、減圧下で溶媒留去して得られた生成物をカラムクロマトグラフィーで精製し、下記式で表されるエチル2−フルオロ−3−(メタクリロイルオキシ)ペンタノアートを6.38g(収率60%)得た。
Figure 0005713012
H−NMR(CDCl)δ:0.90(t,3H;CH)、1.29(t,3H;CH)、1.80(m,2H)、1.93(s,CH)、4.27(m,2H;CH−O)、4.81(m,1H;CH−O)、4.91(dd,1H;CH−F)、5.62(s,1H;C=CH)、6.14(s,1H;C=CH
窒素雰囲気下、1Lの反応器に、上記エチル2−フルオロ−3−(メタクリロイルオキシ)ペンタノアート5.81g(25mmol)、THF250mLを氷浴にて氷温に冷却し、そこへ2.38質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキサイド水溶液を250g加えて室温まで昇温し、室温で5時間攪拌した。薄層クロマトグラフィーにて原料の消失を確認した後、反応液を減圧下溶媒留去した。得られた反応物に水を加え、酢酸エチルで3回抽出した。有機層を水で2回洗浄し、減圧下で溶媒留去して下記式で表される2−フルオロ−3−(メタクリロイルオキシ)ペンタン酸を4.59g(収率90%)得た。
Figure 0005713012
H−NMR(CDCl)δ:0.97(t,3H;CH)、1.85(m,2H;CH)、1.93(s,3H;CH)、4.80(m,1H;CH−O)、4.85(dd,1H;CH−F)、5.60(s,1H;C=CH)、6.10(s,1H;C=CH)、9.65(br,1H;COOH)
真空加熱により内部を十分に乾燥させた反応器を、乾燥窒素で置換した後、反応器内に、上記フルオロ−3−(メタクリロイルオキシ)ペンタン酸4.08g(0.02mol)、ジクロロメタン20mL溶液を加え氷温まで冷却し、そこへDCC4.54g(0.022mol)のジクロロメタン20mL溶液を10分かけて加え、さらにDMAP0.12g(1mmol)、3−(トリフルオロメチル)フェノールを3.40g(0.21mol)加えた。その後、反応器を室温まで昇温し、2時間攪拌した後、よく攪拌しながら1規定塩酸水100gを加えた。その後、分液ロートにてジクロロメタンを分離し、水層を再びジクロロメタンで抽出して抽出液を得た。この抽出液を、上記ジクロロメタン層と合わせて1規定塩酸水で洗浄した後、ジクロロメタン層をエバポレーターにて溶媒留去し、カラムクロマトグラフィーで精製し、目的の3−(トリフルオロメチル)フェニル−2−フルオロ−3−(メタクリロイルオキシ)ペンタノアート(M−3)を4.55g(収率62%)得た。
Figure 0005713012
H−NMR(CDCl)δ:1.20(t,3H;CH)、1.75−1.85(m,2H;CH−CH)、1.91(s,3H;CH)、4.86(dd,1H;CH−F)、5.45−5.65(m,1H;CH−CF)、5.68(s,1H;C=CH)、6.15(s,1H;C=CH)、7.30−7.70(m,4H;CHCF
[実施例4]
4−(トリフルオロメチル)ベンジル−2,2−ジフルオロ−3−(メタクリロイルオキシ)ペンタノアート(M−4)の合成
真空加熱により内部を十分に乾燥させた反応器を、乾燥窒素で置換した後、上記反応器内に、2,2−ジフルオロ−3−(メタクリロイルオキシ)ペンタン酸22.22g(0.1mol)のジクロロメタン100mL溶液を加え氷温まで冷却し、そこへDCC22.70g(0.11mol)のジクロロメタン100mL溶液を10分かけて加え、さらにDMAP0.61g(5mmol)、4−(トリフルオロメチル)ベンジルアルコールを18.49g(0.105mol)加えた。その後、反応器を室温まで昇温し、2時間攪拌した後、よく攪拌しながら1規定塩酸水300g加えた。その後、分液ロートにてジクロロメタン層を分離し、水層を再びジクロロメタンで抽出して抽出液を得た。この抽出液を、上記ジクロロメタン層と合わせて1規定塩酸水で洗浄した後、ジクロロメタン層をエバポレーターにて溶媒留去し、カラムクロマトグラフィーで精製し、4−(トリフルオロメチル)ベンジル−2,2−ジフルオロ−3−(メタクリロイルオキシ)ペンタノアート(M−4)を24.72g(収率65%)得た。
Figure 0005713012
H−NMR(CDCl)δ:1.08(t,3H;CH)、1.75−1.85(m,2H;CH−CH)、1.97(s,3H,CH)、5.35(s,2H;Ar−CH)、5.45−5.65(m,1H;CH−CF)、5.65(s,1H;C=CH)、6.12(s,1H;C=CH)、7.16(d,2H;Ar)、7.55(d,2H;Ar)
[実施例5]
フェニル−2,2−ジフルオロ−3−(メタクリロイルオキシ)ペンタノアート(M−5)の合成
真空加熱により内部を十分に乾燥させた反応器を、乾燥窒素で置換した後、上記反応器内に、2,2−ジフルオロ−3−(メタクリロイルオキシ)ペンタン酸22.22g(0.1mol)のジクロロメタン100mL溶液を加え氷温まで冷却し、そこへDCC22.70g(0.11mol)のジクロロメタン100mL溶液を10分かけて加え、さらにDMAP0.61g(5mmol)、フェノールを9.88g(0.105mol)加えた。その後、反応器を室温まで昇温し、2時間攪拌した後、よく攪拌しながら1規定塩酸水300g加えた。その後、分液ロートにてジクロロメタン層を分離し、水層を再びジクロロメタンで抽出して抽出液を得た。この抽出液を、上記ジクロロメタン層と合わせて1規定塩酸水で洗浄した後、ジクロロメタン層をエバポレーターにて溶媒留去し、カラムクロマトグラフィーで精製し、フェニル−2,2−ジフルオロ−3−(メタクリロイルオキシ)ペンタノアート(M−5)を17.3g(収率58%)得た。
Figure 0005713012
H−NMR(CDCl)δ:1.00(t,3H;CH)、1.70−1.90(m,2H;CH−CH)、1.91(s,3H;CH)、5.45−5.65(m,1H;CH−CF)、5.68(s,1H;C=CH)、6.15(s,1H;C=CH)、6.80−7.15(m,5H;Ar)
[実施例6]
フェニル−3−オキソ−3−(2,2,2−トリフルオロエトキシ)プロパン−2−イルメタクリレート(M−6)の合成
窒素雰囲気下、0℃にて、3,3,3−トリフルオロ−2−(メタクリロイルオキシ)プロピオン酸を3.18g(15mmol)、DCC6.8g(16.5mmol)、DMAP0.37g(0.003mol)のジクロロメタン溶液60mLに、フェノールを1.69g(18mmol)加え、室温まで戻し、3時間撹拌した。TLCにて原料の消失を確認した後、反応液を0℃に冷却し、1規定塩酸を加えて反応を停止した。その後、反応液に酢酸エチルを加えて抽出を3回行い、得られた有機層を水で2回洗浄した。その後、カラムクロマトグラフィーにて精製し、目的のフェニル−3−オキソ−3−(2,2,2−トリフルオロエトキシ)プロパン−2−イルメタクリレート(M−6)を2.20g(収率51%)得た。
Figure 0005713012
H−NMR(CDCl)δ:1.90(s,3H,CH−C=)、5.55(m,1H,CH−CF)、5.60(s,1H,C=CH)、6.00(s,1H,C=CH)、7.00−7.60(m,5H,Ar)
[実施例7]
[単量体(M−7)の合成]
オキサリルクロリド11.87g(93.5mmol)をトルエン170mLへ溶かした溶液へ下記化合物(M−7−1)22.63g(85mmol)をトルエン340mLへ溶かした溶液を室温下、10分間かけて滴下した。滴下後DMFを数滴加え2時間攪拌し、酸クロリド(M−7−2)を24.20g(85mmol)調製した。氷浴中、トリエチルアミン17.20g(170mmol)をトルエン85mLへ溶かした溶液を1時間かけて滴下、1時間攪拌した後、m−トリフルオロフェノール15.15g(93.5mmol)をトルエン60mLへ溶かした溶液を30分かけて滴下、室温に戻し1時間半攪拌した。1N塩酸を加え30分間攪拌した後、有機層を取り出し溶剤留去した。ヘキサン/炭酸水素ナトリウム水溶液にて分液精製をし目的物(M−7)24.42g(収率70%)得た。
Figure 0005713012
Figure 0005713012
H−NMR(400MHz,CDCl):δ8.25(1H,t)、7.86(1H,s)、7.42(1H,s)、7.28(1H,d)、5.76(1H,sept)、5.65(1H,t)、4.76(1H,d)、4.63(1H,d)、3.32(1H,dt)、3.13(1H,d)、3.02(1H,s)、2.92(1H,s)、2.04(1H,dd)、1.95(3H,s)、1.75(1H,dd)
[実施例8]
[単量体(M−8)の合成]
オキサリルクロリド11.87g(93.5mmol)をトルエン170mLへ溶かした溶液へ下記化合物(M−8−1)22.63g(85mmol)をトルエン340mLへ溶かした溶液を室温下、10分間かけて滴下した。滴下後DMFを数滴加え2時間攪拌し、酸クロリド(M−8−2)を24.20g(85mmol)調製した。氷浴中、トリエチルアミン17.20g(170mmol)をトルエン85mLへ溶かした溶液を1時間かけて滴下、1時間攪拌した後、p−トリフルオロベンジルアルコール16.47g(93.5mmol)をトルエン60mLへ溶かした溶液を30分かけて滴下、室温に戻し1時間半攪拌した。1N塩酸を加え30分間攪拌した後、有機層を取り出し溶剤留去した。ヘキサン/炭酸水素ナトリウム水溶液にて分液精製をし目的物(M−8)25.25g(収率70%)得た。
Figure 0005713012
Figure 0005713012
H−NMR(400MHz,CDCl):δ8.23(2H,d)、7.55(2H,d)、5.76(1H,sept)、5.65(1H,t)、4.76(1H,d)、4.63(1H,d)、4.58(2H,d)、3.32(1H,dt)、3.13(1H,d)、3.02(1H,s)、2.92(1H,s)、2.04(1H,dd)、1.95(3H,s)、1.75(1H,dd)
[実施例9]
[単量体(M−9)の合成]
オキサリルクロリド11.87g(93.5mmol)をトルエン170mLへ溶かした溶液へ下記化合物(M−9−1)12.25g(85mmol)をトルエン340mLへ溶かした溶液を室温下、10分間かけて滴下した。滴下後DMFを数滴加え2時間攪拌し、酸クロリド(M−9−2)を13.82g(85mmol)調製した。氷浴中、トリエチルアミン17.20g(170mmol)をトルエン85mLへ溶かした溶液を1時間かけて滴下、1時間攪拌した後、m−トリフルオロフェノール15.15g(93.5mmol)をトルエン60mLへ溶かした溶液を30分かけて滴下、室温に戻し1時間半攪拌した。1N塩酸を加え30分間攪拌した後、有機層を取り出し溶剤留去した。ヘキサン/炭酸水素ナトリウム水溶液にて分液精製をし目的物(M−9)17.15g(収率70%)得た。
Figure 0005713012
Figure 0005713012
H−NMR(400MHz,CDCl):δ8.25(1H,t)、7.86(1H,s)、7.42(1H,s)、7.28(1H,d)、6.14(1H,s)、5.80(1H,d)、4.90(2H,s)、1.92(3H,s)
[実施例10]
[単量体(M−10)の合成]
オキサリルクロリド11.87g(93.5mmol)をトルエン170mLへ溶かした溶液へ下記化合物(M−10−1)12.25g(85mmol)をトルエン340mLへ溶かした溶液を室温下、10分間かけて滴下した。滴下後DMFを数滴加え2時間攪拌し、酸クロリド(M−10−2)を13.82g(85mmol)調製した。氷浴中、トリエチルアミン17.20g(170mmol)をトルエン85mLへ溶かした溶液を1時間かけて滴下、1時間攪拌した後、m−トリフルオロベンジルアルコール16.47g(93.5mmol)をトルエン60mLへ溶かした溶液を30分かけて滴下、室温に戻し1時間半攪拌した。1N塩酸を加え30分間攪拌した後、有機層を取り出し溶剤留去した。ヘキサン/炭酸水素ナトリウム水溶液にて分液精製をし目的物(M−10)17.98g(収率70%)得た。
Figure 0005713012
Figure 0005713012
H−NMR(400MHz,CDCl):δ8.23(2H,d)、7.55(2H,d)、6.14(1H,s)、5.80(1H,d)、4.90(2H,s)、1.92(3H,s)
[実施例11]
[単量体(M−11)の合成]
オキサリルクロリド11.87g(93.5mmol)をトルエン170mLへ溶かした溶液へ下記化合物(M−11−1)19.06g(85mmol)をトルエン340mLへ溶かした溶液を室温下、10分間かけて滴下した。滴下後DMFを数滴加え2時間攪拌し、酸クロリド(M−11−2)を20.63g(85mmol)調製した。氷浴中、トリエチルアミン17.20g(170mmol)をトルエン85mLへ溶かした溶液を1時間かけて滴下、1時間攪拌した後、m−トリフルオロフェノール15.15g(93.5mmol)をトルエン60mLへ溶かした溶液を30分かけて滴下、室温に戻し1時間半攪拌した。1N塩酸を加え30分間攪拌した後、有機層を取り出し溶剤留去した。ヘキサン/炭酸水素ナトリウム水溶液にて分液精製をし目的物(M−11)21.92g(収率70%)得た。
Figure 0005713012
Figure 0005713012
H−NMR(400MHz,CDCl):δ8.25(1H,t)、7.86(1H,s)、7.42(1H,s)、7.28(1H,d)、 6.14(1H,s)、5.80(1H,d)、3.02(1H,m)、2.89(1H,m)、2.84(1H,m)、2.08(1H,m)、1.93(3H,s)、1.83(1H,m)、1.76(1H,m)、1.31(1H,dd)、1.14(1H,m)、1.09(1H,dd)、1.08(1H,dd)
[実施例12]
[単量体(M−12)の合成]
オキサリルクロリド11.87g(93.5mmol)をトルエン170mLへ溶かした溶液へ下記化合物(M−12−1)17.53g(85mmol)をトルエン340mLへ溶かした溶液を室温下、10分間かけて滴下した。滴下後DMFを数滴加え2時間攪拌し、酸クロリド(M−12−2)を19.09g(85mmol)調製した。氷浴中、トリエチルアミン17.20g(170mmol)をトルエン85mLへ溶かした溶液を1時間かけて滴下、1時間攪拌した後、m−トリフルオロフェノール15.15g(93.5mmol)をトルエン60mLへ溶かした溶液を30分かけて滴下、室温に戻し1時間半攪拌した。1N塩酸を加え30分間攪拌した後、有機層を取り出し溶剤留去した。ヘキサン/炭酸水素ナトリウム水溶液にて分液精製をし目的物(M−12)20.84g(収率70%)得た。
Figure 0005713012
Figure 0005713012
H−NMR(400MHz,CDCl):δ8.25(1H,t)、8.18(2H,d)、7.86(1H,s)、7.67(2H,d)、7.42(1H,s)、7.28(1H,d)、6.14(1H,s)、5.80(1H,d)、1.09(3H.s)
[実施例13]
[単量体(M−13)の合成]
オキサリルクロリド11.87g(93.5mmol)をトルエン170mLへ溶かした溶液へ下記化合物(M−13−1)22.80g(85mmol)をトルエン340mLへ溶かした溶液を室温下、10分間かけて滴下した。滴下後DMFを数滴加え2時間攪拌し、酸クロリド(M−13−2)を25.94g(85mmol)調製した。氷浴中、トリエチルアミン17.20g(170mmol)をトルエン85mLへ溶かした溶液を1時間かけて滴下、1時間攪拌した後、m−トリフルオロフェノール15.15g(93.5mmol)をトルエン60mLへ溶かした溶液を30分かけて滴下、室温に戻し1時間半攪拌した。1N塩酸を加え30分間攪拌した後、有機層を取り出し溶剤留去した。ヘキサン/炭酸水素ナトリウム水溶液にて分液精製をし目的物(M−13)33.11g(収率70%)得た。
Figure 0005713012
Figure 0005713012
H−NMR(400MHz,CDCl): δ8.25(2H,t)、7.86(2H,s)、7.42(2H,s)、7.28(2H,d)、 6.14(1H,s)、5.80(1H,d)、3.02(1H,m)、2.89(2H,m)、2.08(2H,dd)、1.93(3H,s)、1.83(1H,m)、1.31(1H,dd)、1.14(1H,m)、1.08(1H,dd)
<[A]重合体の合成>
上記式(M−1)〜(M−13)及び下記式(M−14)〜(M−19)で表される化合物を用い、下記方法により(A−1)〜(A−31)及び(A’−1)を合成した。
Figure 0005713012
[実施例14]
化合物(M−14)1.23g(6.24mmol)、化合物(M−1)18.78g(56.17mmol)を2−ブタノン40gに溶解し、さらにジメチル2,2’−アゾビス(2−イソブチロニトリル)0.51gを200mLの三口フラスコに投入し、30分窒素パージした後、反応釜を攪拌しながら80℃に加熱した。加温開始を重合開始時間とし、重合反応を5時間実施した。重合終了後、重合溶液を水冷することにより30℃以下に冷却した。その重合溶液をエバポレーターにて重合溶液の質量が40gになるまで減圧濃縮した。その後、40gのメタノールを投入し、その混合溶液をヘキサン200gが入った500mL分液漏斗へ移した。分液操作をして下層を回収し、それをエバポレーターにて溶媒留去し、得られた固体を砕いて粉体として40℃15時間真空乾燥した。白色の粉体(A−1)を12.0g(収率60%)得た。この重合体のMwは6,600であり、Mw/Mnは1.45であり、13C−NMR分析の結果、化合物(M−7)に由来する構造単位、化合物(M−1)に由来する構造単位の含有率がそれぞれ11.2mol%、88.8mol%であった。
[実施例15〜43及び合成例1]
表1に記載した化合物を用い、実施例14と同様にして、(A−2)〜(A−31)及び(A’−1)を合成し、それぞれ実施例15〜43及び合成例1とした。また、それぞれの物性値についても表1に示す。
Figure 0005713012
<[C]重合体の合成>
下記式(M−20)〜(M−22)で表される化合物、及び上述の(M−15)及び(M−16)から選択される化合物を用い下記方法により重合体(C−1)〜(C−2)を合成した。
Figure 0005713012
[合成例2]
化合物(M−20)86.61g(0.515mol)及び化合物(M−16)68.65g(0.309mol)及び化合物(M−21)19.17g(0.103mol)を、2−ブタノン400gに溶解し、さらにジメチル2,2’−アゾビス(2−イソブチロニトリル)8.45gを投入した単量体溶液を準備した。化合物(M−15)25.57g(0.103mol)を2,000mLの三口フラスコに投入し、200gの2−ブタノンを投入して溶解させ、30分窒素パージした後、反応釜を攪拌しながら80℃に加熱し、事前に準備した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、重合溶液を水冷することにより30℃以下に冷却し、4,000gのメタノールへ投入して析出した白色粉末をろ別した。ろ別した白色粉末をメタノールに分散させてスラリー状にして洗浄した後にろ別する操作を2回行い、60℃にて15時間乾燥し、白色粉末の共重合体(C−1)を得た(収量150.6g、収率75.3%)。この共重合体は、Mwが6,700であり、Mw/Mn=1.40であり、13C−NMR分析の結果、化合物(M−20)、化合物(M−15)、化合物(M−16)、化合物(M−21)に由来する繰り返し単位の含有率(mol%)はそれぞれ49.0:9.2:31.6:10.1であった。
[合成例3]
化合物(M−20)86.61g(0.515mol)及び化合物(M−16)68.65g(0.309mol)及び化合物(M−22)30.39g(0.103mol)を、2−ブタノン400gに溶解し、さらにジメチル2,2’−アゾビス(2−イソブチロニトリル)8.45gを投入した単量体溶液を準備した。化合物(M−15)25.57g(0.103mol)を2,000mLの三口フラスコに投入し、200gの2−ブタノンを投入して溶解させ、30分窒素パージした後、反応釜を攪拌しながら80℃に加熱し、事前に準備した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、重合溶液を水冷することにより30℃以下に冷却し、4,000gのメタノールへ投入して析出した白色粉末をろ別した。ろ別した白色粉末をメタノールに分散させてスラリー状にして洗浄した後にろ別する操作を2回行い、60℃にて15時間乾燥し、白色粉末の共重合体(C−2)を得た(収量131g、収率65.5%)。この共重合体は、Mwが5,500であり、Mw/Mn=1.401であり、13C−NMR分析の結果、化合物(M−20)、化合物(M−15)、化合物(M−16)、化合物(M−22)に由来する繰り返し単位の含有率(mol%)はそれぞれ51.7:8.3:30.8:9.2であった。なお、フッ素含有割合は、3.56質量%であった。
<感放射線性樹脂組成物の調製>
感放射線性樹脂組成物を構成する[B]酸発生体、酸拡散制御剤及び溶媒について以下に示す。
[B]酸発生体として用いる(B−1)〜(B−4)は、下記式で表される。
Figure 0005713012
酸拡散制御剤として用いる(D−1)〜(D−3)は、下記式で表される。
Figure 0005713012
[実施例44]
重合体(A−1)5.0質量部、酸発生体(B−1)9.0質量部、重合体(C−1)100質量部、酸拡散制御剤(D−2)5.6質量部、添加剤としてγ−ブチロラクトン100質量部、及び溶媒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1,500質量部、シクロヘキサノン650質量部を混合して感放射線性樹脂組成物の組成物溶液を調製した。
[実施例45〜79、比較例1]
表2に示す配合としたこと以外は実施例44と同様にして各感放射線性樹脂組成物の組成物溶液を調製し、それぞれ実施例45〜79及び比較例1とした。
Figure 0005713012
<評価>
実施例44〜79及び比較例1の感放射線性樹脂組成物について以下のようにレジスト被膜を形成し、後退接触角及び現像欠陥についてそれぞれ下記方法により評価した。評価結果を表3に示す。
[後退接触角の測定]
感放射線性樹脂組成物を用いて基板上に被膜を形成した。その後、形成した被膜について、室温23℃、湿度45%、常圧の環境下で、KRUS社のDSA−10を用いて以下の手順で後退接触角を測定した。
DSA−10の針を測定前にアセトンとイソプロピルアルコールで洗浄し、次いで針に水を注入し、ウェハステージ上にウェハをセットする。ウェハ表面と針の先端の距離が1mm以下になるようステージの高さを調整し、次に、針から水を排出してウェハ上に25μLの水滴を形成した後、針によって水滴を10μL/分の速度で180秒間吸引するとともに、接触角を毎秒測定した。接触角が安定した時点から計20点の接触角について平均値を算出して後退接触角(°)とした。
8インチシリコンウェハ上に、感放射線性樹脂組成物によって、膜厚110nmの被膜を形成し、120度で50秒間ソフトベーク(SB)を行った基板の後退接触角を「SB後の後退接触角」とした。
8インチシリコンウェハ上に、感放射線性樹脂組成物によって、膜厚110nmの被膜を形成し、120度で50秒間SBを行った。その後、東京エレクトロン株式会社製、クリーントラック「ACT8」の現像装置のGPノズルによって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10秒間現像し、15秒間純水によりリンスし2,000rpmで液振り切り乾燥した基板の後退接触角を「10秒現像後」とした。
8インチシリコンウェハ上に、感放射線性樹脂組成物によって、膜厚110nmの被膜を形成し、120度で50秒間SBを行った。その後、東京エレクトロン株式会社製、クリーントラック「ACT8」の現像装置のGPノズルによって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30秒間現像し、30秒間純水によりリンスし2,000rpmで液振り切り乾燥した基板の後退接触角を「30秒現像後」とした。
[3カ月保存接触角の測定]
調製したレジストを23℃にて3ヶ月間保存し、上記の「SB後の後退接触角」の測定と同一の方法で後退接触角を測定し、その値を「3カ月保存接触角」とした。
[現像欠陥]
下層反射防止膜(日産化学社、ARC66)を形成した12インチシリコンウェハ上に、感放射線性樹脂組成物によって膜厚110nmの被膜を形成し、120度で50秒間SBを行った。次に、この被膜についてArFエキシマレーザー液浸露光装置(NIKON社、NSR S610C)を用い、NA=1.3、ratio=0.800、Dipoleの条件により、ターゲットサイズが幅45nmのラインアンドスペース(1L/1S)のマスクパターンを介して露光した。露光後、95℃で50秒間PEBを行った。その後、東京エレクトロン株式会社製、クリーントラック「ACT8」の現像装置のGPノズルによって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10秒間現像し、15秒間純水によりリンスし、2,000rpmで液振り切り乾燥して、ポジ型のレジストパターンを形成した。このとき、幅45nmの1L/1Sを形成する露光量を最適露光量とした。この最適露光量にてウェハ全面に線幅45nmの1L/1Sを形成し、欠陥検査用ウェハとした。なお、測長には走査型電子顕微鏡(日立ハイテクノロジーズ社、CC−4000)を用いた。その後、欠陥検査用ウェハ上の欠陥数を、KLA−Tencor社、KLA2810を用いて測定した。さらに、同社KLA2810にて測定された欠陥を、レジスト由来と判断されるものと外部由来の異物とに分類した。分類後、レジスト被膜由来と判断される欠陥数の合計が100個/wafer未満であった場合「A(良好)」とし、100個から500個/waferであった場合は「B(やや良好)」、500個/waferを超える場合は「C(不良)」とした。
Figure 0005713012
表3の結果から、実施例44〜79は比較例1と比べて、SB後の後退接触角が10秒現像後及び30秒現像後において大きく低下していることが確認できた。また、現像欠陥の発生についても抑制されていることが確認できた。また、実施例44〜79の組成物は「SB後接触角」と「3ヶ月保存接触角」との差がほとんど見られず、高い保存安定性を有していることが確認された。
本発明の感放射線性樹脂組成物は、特定の構造単位を有する重合体及び感放射線性酸発生体を含有していることから、液浸露光プロセスにおいて形成されたレジスト被膜は、露光時には適度に高い動的接触角を示す一方、アルカリ現像後は動的接触角が大きく低下する特性を発揮し、またその動的接触角の変化に要する時間も短縮できる。その結果、レジスト被膜からの酸発生剤等の溶出が抑制されることに加えて、被膜表面が優れた水切れ性を有することで高速スキャン露光を可能にすると共に、現像時には現像液に対する親和性が高まり現像欠陥の発生を抑制して、良好なレジストパターンを形成できる。従って、当該感放射線性樹脂組成物は、半導体デバイス製造用の化学増幅型レジスト、特に液浸露光用のレジストとして好適に利用できる。

Claims (13)

  1. [A]下記式(1)で表される基を含む構造単位(I)、並びに下記式(2)で表される構造単位(II)及び下記式(3)で表される構造単位(III)からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造単位を有する含フッ素重合体、及び
    [B]感放射線性酸発生体
    を含有する感放射線性樹脂組成物。
    Figure 0005713012
    Figure 0005713012
    Figure 0005713012
    (式(1)中、Rは、置換基を有していてもよい1価の芳香族炭化水素基である。
    式(2)及び(3)中、Rは水素原子、フッ素原子、メチル基又はフッ素化メチル基である。
    式(2)中、Gは単結合、酸素原子、硫黄原子、−CO−O−、−SO −O−NH−、−CO−NH−又は−O−CO−NH−である。R は少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数1〜6の1価の鎖状炭化水素基又は少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基である。
    式(3)中、R は炭素数1〜20の(s+1)価の炭化水素基である。R のR 側の末端に酸素原子、硫黄原子、−NR’−(但し、R’は水素原子又は1価の有機基である。)、カルボニル基、−CO−O−又は−CO−NH−が結合した構造のものも含む。R は単結合、炭素数1〜10の2価の鎖状炭化水素基又は炭素数4〜20の2価の脂環式炭化水素基である。X は単結合、又は少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数1〜20の2価の鎖状炭化水素基である。Aは酸素原子、−NR’’−(但し、R’’は水素原子又は1価の有機基である。)、−CO−O−*又は−SO −O−*(「*」はR に結合する部位を示す。)である。R は水素原子又は1価の有機基である。sは1〜3の整数である。但し、sが2又は3の場合、複数のR 、X 、A及びR は、それぞれ独立して上記定義を有する。)
  2. 上記構造単位(I)が、下記式(1−1)で表される構造単位(I−1)である請求項1に記載の感放射線性樹脂組成物。
    Figure 0005713012
    (式(1−1)中、Rは水素原子、フッ素原子、メチル基又はフッ素化メチル基である。mは1〜3の整数である。RL0は単結合又は(m+1)価の連結基である。mが2又は3のとき、複数のRは同一でも異なっていてもよい。Rは上記式(1)と同義である。)
  3. 上記構造単位(I−1)が、下記式(1−2)で表される構造単位(I−2)である請求項2に記載の感放射線性樹脂組成物。
    Figure 0005713012
    (式(1−2)中、RL1は(m+1)価の連結基である。Rは上記式(1)と同義である。R及びmは上記式(1−1)と同義である。)
  4. 上記構造単位(I−2)が、下記式(1−3)で表される構造単位(I−3)である請求項3に記載の感放射線性樹脂組成物。
    Figure 0005713012
    (式(1−3)中、RL11は単結合又は2価の連結基である。Xは少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数1〜20の2価の炭化水素基である。Rは上記式(1)と同義である。Rは上記式(1−1)と同義である。)
  5. 上記構造単位(I−3)が、下記式(1−3a)〜(1−3e)でそれぞれ表される構造単位からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造単位である請求項4に記載の感放射線性樹脂組成物。
    Figure 0005713012
    (式(1−3a)〜(1−3e)中、Rは上記式(1)と同義である。Rは上記式(1−1)と同義である。RL11は上記式(1−3)と同義である。)
  6. 上記構造単位(I−1)が、下記式(1−4a)、(1−4b)及び(1−4c)でそれぞれ表される構造単位からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造単位(I−4)である請求項2に記載の感放射線性樹脂組成物。
    Figure 0005713012
    (式(1−4a)〜(1−4c)中、Rは上記式(1)と同義である。Rは上記式(1−1)と同義である。
    式(1−4a)中、R41はメチレン基、−CH(CH)−、−C(CH−、−CHCH−又は酸素原子である。R42は水素原子又は置換基である。
    式(1−4b)中、R43及びR44は、それぞれ独立して置換基を有していてもよい2価の炭化水素基である。Qは酸素原子を含む2価の連結基である。rは0又は1である。
    式(1−4c)中、R45は、置換基を有していてもよい2価の芳香族炭化水素基である。R46は単結合、−(R46aa0−O−[C(=O)]b0−R46b−、又は−C(=O)−O−R46c−である。R46a、R46b及びR46cはそれぞれ独立して、2価の炭化水素基である。a0及びb0はそれぞれ独立して0又は1である。)
  7. 上記構造単位(I)が、下記式(1−5)で表される構造単位(I−5)である請求項1に記載の感放射線性樹脂組成物。
    Figure 0005713012
    (式(1−5)中、Rはフッ素原子又はフッ素化メチル基である。Rは上記式(1)と同義である。)
  8. 上記式(1−5)におけるRが、トリフルオロメチル基である請求項7に記載の感放射線性樹脂組成物。
  9. 上記Rが、下記式(R−a)及び(R−b)でそれぞれ表される基からなる群より選ばれる少なくとも1種である請求項1に記載の感放射線性樹脂組成物。
    Figure 0005713012
    (式(R−a)及び(R−b)中、R01はそれぞれ独立してフッ素原子を有する1価の有機基である。R02はそれぞれ独立して置換基である。nf1はそれぞれ独立して0又は1である。nf11は1〜(5+2nf1)の整数である。nf12は0〜(5+2nf1)の整数である。但し、nf11+nf12≦5+2nf1である。nf13は0〜(5+2nf1)の整数である。)
  10. 上記[A]重合体における構造単位(I)の含有率が、30mol%以上100mol%以下である請求項1に記載の感放射線性樹脂組成物。
  11. [C]酸解離性基を有し、上記[A]重合体よりもフッ素原子含有率の小さい重合体
    をさらに含有する請求項1に記載の感放射線性樹脂組成物。
  12. [A]重合体の含有量が、[C]重合体100質量部に対して0.1質量部以上10質量部以下である請求項11に記載の感放射線性樹脂組成物。
  13. (1)請求項1に記載の感放射線性樹脂組成物を用いて基板上にフォトレジスト膜を形成する工程、
    (2)上記フォトレジスト膜を液浸露光する工程、及び
    (3)上記液浸露光されたフォトレジスト膜を現像してレジストパターンを形成する工程
    を有するレジストパターン形成方法。
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