JP5725151B2 - 多層レジストプロセス用シリコン含有膜形成組成物及びパターン形成方法 - Google Patents

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Description

本発明は、多層レジストプロセス用シリコン含有膜形成組成物及びそれを用いたパターン形成方法に関する。
従来、ICやLSI等の半導体デバイスの製造プロセスにおいては、フォトレジスト組成物を用いたリソグラフィーによる微細加工が行われている。近年、集積回路の高集積化に伴い、サブミクロン領域やクオーターミクロン領域の超微細パターン形成が要求されるようになってきている。それに伴い、露光波長もg線から、i線、KrFエキシマレーザー光、更にはArFエキシマレーザー光というように短波長化の傾向が見られる。例えば、ArFエキシマレーザー光を用いる微細化技術である液浸露光法では、50nm以下の微細化が可能となった(特許文献1参照)。しかし、今後は30nm以下の更なる微細化技術が要求されることが予想される。
ArFエキシマレーザー光以降の微細化技術としては、電子線、X線等を用いるリソグラフィーの他、波長13.5nm以下の極紫外線を光源として用いるEUVリソグラフィー(以下、「EUVL」ともいう)が検討されている。
EUVLを用いることにより、20nmhp(ハーフピッチ)の微細なパターニングも可能である。しかしながら、微細化に伴うレジストの薄膜化により、従来のシングルレイヤープロセス(レジスト膜+反射防止膜+基板)では、十分な加工性を得ることが困難になることが予想される。
国際公開第04/068242号パンフレット
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、パターン倒れ耐性、解像性及びパターン形状の矩形性に優れるレジストパターンを形成でき、ひいては多層レジストプロセスにおける加工性能に優れる多層レジストプロセス用シリコン含有膜形成組成物を提供することである。
上記課題を解決するためになされた発明は、
[A]ポリシロキサン、及び
[B]電子受容体
を含有する多層レジストプロセス用シリコン含有膜形成組成物である。
本発明の多層レジストプロセス用シリコン含有膜形成組成物は、[A]ポリシロキサンに加えて[B]電子受容体を含有することで、これからなるシリコン含有膜上に形成するレジストパターンのパターン倒れ耐性、解像性及びパターン形状の矩形性等のリソグラフィー性能を向上することができる。また、このように優れたレジストパターンを介することにより、多層レジストプロセスにおける加工性能を向上することができる。[B]電子受容体は、形成されるシリコン含有膜とレジスト膜との界面付近において、放射線の役割により発生した電子を受容する役割を有する。これにより、シリコン含有膜とレジスト膜との界面近傍において、レジスト組成物中の酸発生剤等の分解に寄与する電子の量を制御することが可能になる。その結果、シリコン含有膜とレジスト膜の界面近傍において、レジスト組成物中の酸解離性基を有する重合体の過剰な脱保護反応が抑制されることにより、レジストパターンのボトム部の形状制御が可能になり、パターン倒れ耐性、解像性、パターン形状の矩形性等のリソグラフィー性能を向上することができると考えられる。また、これらの性能に優れるレジストパターンの形成を介することにより、当該組成物を用いる多層レジストプロセスにおいて、シリコン含有膜、基板等のドライエッチングを行う際の加工性能を向上することができると考えられる。従って、当該多層レジストプロセス用シリコン含有膜形成組成物によれば、多層レジストプロセスにより、優れた加工性能を発揮しつつ、良好なパターンを形成することができる。
[B]電子受容体は、キノン化合物、キノジメタン化合物、ジベンゾフラン化合物並びに下記式(1−1)及び(1−2)でそれぞれ表される化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物であることが好ましい。
Figure 0005725151
(式(1−1)及び式(1−2)中、R〜Rは、それぞれ独立して、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、ヒドロキシル基又はハロゲン原子である。Z及びQは、それぞれ独立して、OH、R−COO、R−SO 又はR−N−SO−Rである。Rは、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基又はアラルキル基である。但し、Rが有する水素原子の一部又は全部は置換されていてもよい。Rは、アルキル基又はアラルキル基である。但し、Rが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。)
当該多層レジストプロセス用シリコン含有膜形成組成物によれば、[B]電子受容体を上記特定の化合物とすることで、上述の電子の量の制御をより適度に行うことができると考えられ、その結果、形成されるレジストパターンのパターン倒れ耐性、解像性及びパターン形状の矩形性をより優れたものにすることができ、また、加工性能を向上させることができる。
[A]ポリシロキサンは、下記式(2)で表されるシラン化合物(以下、「シラン化合物(2)」ともいう)を含む化合物の加水分解縮合物であることが好ましい。
Figure 0005725151
(式(2)中、Rは、水素原子、フッ素原子、炭素数1〜5のアルキル基、シアノ基、シアノアルキル基、アルキルカルボニルオキシ基、アルケニル基、アリール基又はアラルキル基である。このアルキル基はフッ素原子で置換されていてもよく、アリール基及びアラルキル基は置換されていてもよい。Xは、ハロゲン原子又は−ORである。Rは、1価の有機基である。aは、0〜3の整数である。但し、R及びXがそれぞれ複数の場合、複数のR及びXはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。)
当該多層レジストプロセス用シリコン含有膜形成組成物によれば、上記特定構造の[A]ポリシロキサンを用いてシリコン含有膜を形成することで、形成されるレジストパターンのパターン倒れ耐性、解像性及びパターン形状の矩形性をさらに優れたものにすることができ、また、加工性能をより向上させることができる。
当該多層レジストプロセス用シリコン含有膜形成組成物は、上述の特性を有しているので、極紫外線、X線又は電子線露光用として好適に用いることができる。
本発明のパターン形成方法(以下、「パターン形成方法I」ともいう)は、
(I−1)[A]ポリシロキサン及び[B]電子受容体を含有する多層レジストプロセス用シリコン含有膜形成組成物を用い、被加工基板の上面側にシリコン含有膜を形成する工程、
(I−2)レジスト組成物を用い、上記シリコン含有膜上にレジスト膜を形成する工程、
(I−3)フォトマスクを介した放射線の照射により、上記レジスト膜を露光する工程、
(I−4)上記露光されたレジスト膜を現像し、レジストパターンを形成する工程、並びに
(I−5)上記レジストパターンをマスクとして、上記シリコン含有膜及び被加工基板を順次ドライエッチングする工程
を有する。
当該パターン形成方法Iによれば、上述の多層レジストプロセス用シリコン含有膜形成組成物を用いるので、パターン倒れ耐性、解像性及びパターン形状の矩形性に優れるレジストパターンを形成することができ、これを介することにより、優れた加工性能を発揮しつつ、被加工基板に良好なパターンを形成することができる。
上記(I−3)工程における放射線は、極紫外線、X線又は電子線であることが好ましい。当該パターン形成方法Iは、上述の性質を有する多層レジストプロセス用シリコン含有膜形成組成物を用いるので、これらの放射線を用いる場合に効果がより発揮され、より良好なパターンを形成することができる。
また、本発明の別のパターン形成方法(以下、「パターン形成方法II」ともいう)は、
(II−1)[A]ポリシロキサンを含有する多層レジストプロセス用シリコン含有膜形成組成物を用い、被加工基板の上面側にシリコン含有膜を形成する工程、
(II−2)レジスト組成物を用い、上記シリコン含有膜上にレジスト膜を形成する工程、
(II−3)フォトマスクを介した極紫外線又は電子線の照射により、上記レジスト膜を露光する工程、
(II−4)上記露光されたレジスト膜を現像し、レジストパターンを形成する工程、並びに
(II−5)上記レジストパターンをマスクとして、上記シリコン含有膜及び被加工基板を順次ドライエッチングする工程
を有する。
当該パターン形成方法IIによれば、[A]ポリシロキサンを含有する多層レジストプロセス用シリコン含有膜形成組成物を用い、上記特定の放射線を用いることで、多層レジストプロセスにより、パターン倒れ耐性及び解像性に優れるレジストパターンを形成することができ、これを介することにより、優れた加工性能を発揮しつつ、被加工基板に良好なパターンを形成することができる。
ここで、「有機基」とは、少なくとも1個の炭素原子を含む基をいう。
以上説明したように、本発明の多層レジストプロセス用シリコン含有膜形成組成物及びパターン形成方法によれば、パターン倒れ耐性、解像性及びパターン形状の矩形性等のリソグラフィー性能に優れるレジストパターンを形成でき、このように優れたレジストパターンを介することにより、優れた加工性能を発揮しつつ、被加工基板に良好なパターンを形成することができる。従って、本発明は、今後ますます微細化が進行する半導体デバイスの製造プロセス等に好適に用いることができ、特に50nmよりも微細な領域における多層レジストプロセスにおいても好適に用いることができる。
多層レジストプロセスにより形成されたレジストパターン断面の模式図である。
<多層レジストプロセス用シリコン含有膜形成組成物>
当該多層レジストプロセス用シリコン含有膜形成組成物は、[A]ポリシロキサン及び[B]電子受容体を含有する。また、当該多層レジストプロセス用シリコン含有膜形成組成物は、好適成分として[C]溶媒を含有してもよく、また、本発明の効果を損なわない範囲において、その他の任意成分を含有していてもよい。以下、各成分について説明する。
<[A]ポリシロキサン>
[A]ポリシロキサンは、構造が特に限定されるものではないが、上記式(2)で表されるシラン化合物を含む化合物の加水分解縮合物であることが好ましい。このような[A]ポリシロキサンを用いることにより、形成されるレジストパターンのパターン倒れ耐性、解像性及びパターン形状の矩形性を向上させることができる。
上記式(2)中、Rは、水素原子、フッ素原子、炭素数1〜5のアルキル基、シアノ基、シアノアルキル基、アルキルカルボニルオキシ基、アルケニル基、アリール基又はアラルキル基である。このアルキル基はフッ素原子で置換されていてもよく、アリール基及びアラルキル基は置換されていてもよい。Xは、ハロゲン原子又は−ORである。Rは、1価の有機基である。aは、0〜3の整数である。但し、R及びXがそれぞれ複数の場合、複数のR及びXはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。
上記Rで表される炭素数1〜5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、n−ブチル基、n−ペンチル基等の直鎖状のアルキル基;イソプロピル基、イソブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、イソアミル基等の分岐鎖状のアルキル基等が挙げられる。
上記Rで表されるフッ素原子で置換された炭素数1〜5のアルキル基としては、例えば、フルオロメチル基、ジフルオロメチル基、トリフルオロメチル基、フルオロエチル基、ジフルオロエチル基、トリフルオロエチル基、パーフルオロエチル基、パーフルオロn−プロピル基、ヘキサフルオロ−i−プロピル基、パーフルオロブチル基等が挙げられる。
上記Rで表されるシアノアルキル基としては、例えば、シアノエチル基、シアノプロピル基等が挙げられる。
上記Rで表されるアルキルカルボニルオキシ基としては、例えば、メチルカルボニルオキシ基、エチルカルボニルオキシ基、プロピルカルボニルオキシ基、ブチルカルボニルオキシ基等が挙げられる。
上記Rで表されるアルケニル基としては、例えば、下記式(i−1)で表される基等が挙げられる。
CH=CH−(CH−* (i−1)
上記式(i−1)中、nは、0〜4の整数である。*は、結合手を示す。
上記nとしては、好ましくは0又は1であり、更に好ましくは0(ビニル基)である。
上記Rで表されるアリール基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基、メチルフェニル基、エチルフェニル基等が挙げられる。
上記Rで表されるアラルキル基としては、例えば、ベンジル基、フェニルエチル基、フェニルプロピル基、ナフチルメチル基等が挙げられる。
上記アリール基及びアラルキル基が有してもよい置換基としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等のハロゲン原子、ヒドロキシル基、カルボキシル基、シアノ基、ニトロ基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アシル基、アミノ基、置換アミノ基等が挙げられる。
上記Xで表されるハロゲン原子としては、例えば、フッ素原子、塩素原子等が挙げられる。
上記−ORにおけるRで表される1価の有機基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基等の炭素数1〜4のアルキル基等が挙げられる。
上記aとしては、0〜2の整数が好ましい。
シラン化合物(2)の具体例としては、例えば、フェニルトリメトキシシラン、ベンジルトリメトキシシラン、フェネチルトリメトキシシラン、4−メチルフェニルトリメトキシシラン、4−エチルフェニルトリメトキシシラン、4−メトキシフェニルトリメトキシシラン、4−フェノキシフェニルトリメトキシシラン、4−ヒドロキシフェニルトリメトキシシラン、4−アミノフェニルトリメトキシシラン、4−ジメチルアミノフェニルトリメトキシシラン、4−アセチルアミノフェニルトリメトキシシラン、3−メチルフェニルトリメトキシシラン、3−エチルフェニルトリメトキシシラン、3−メトキシフェニルトリメトキシシラン、3−フェノキシフェニルトリメトキシシラン、3−ヒドロキシフェニルトリメトキシシラン、3−アミノフェニルトリメトキシシラン、3−ジメチルアミノフェニルトリメトキシシラン、3−アセチルアミノフェニルトリメトキシシラン、2−メチルフェニルトリメトキシシラン、2−エチルフェニルトリメトキシシラン、2−メトキシフェニルトリメトキシシラン、2−フェノキシフェニルトリメトキシシラン、2−ヒドロキシフェニルトリメトキシシラン、2−アミノフェニルトリメトキシシラン、2−ジメチルアミノフェニルトリメトキシシラン、2−アセチルアミノフェニルトリメトキシシラン、2,4,6−トリメチルフェニルトリメトキシシラン、4−メチルベンジルトリメトキシシラン、4−エチルベンジルトリメトキシシラン、4−メトキシベンジルトリメトキシシラン、4−フェノキシベンジルトリメトキシシラン、4−ヒドロキシベンジルトリメトキシシラン、4−アミノベンジルトリメトキシシラン、4−ジメチルアミノベンジルトリメトキシシラン、4−アセチルアミノベンジルトリメトキシシラン等の芳香環含有トリアルコキシシラン;
メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリ−n−プロポキシシラン、メチルトリ−iso−プロポキシシラン、メチルトリ−n−ブトキシシラン、メチルトリ−sec−ブトキシシラン、メチルトリ−tert−ブトキシシラン、メチルトリフェノキシシラン、メチルトリアセトキシシラン、メチルトリクロロシラン、メチルトリイソプロペノキシシラン、メチルトリス(ジメチルシロキシ)シラン、メチルトリス(メトキシエトキシ)シラン、メチルトリス(メチルエチルケトキシム)シラン、メチルトリス(トリメチルシロキシ)シラン、メチルシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、エチルトリ−n−プロポキシシラン、エチルトリ−iso−プロポキシシラン、エチルトリ−n−ブトキシシラン、エチルトリ−sec−ブトキシシラン、エチルトリ−tert−ブトキシシラン、エチルトリフェノキシシラン、エチルビストリス(トリメチルシロキシ)シラン、エチルジクロロシラン、エチルトリアセトキシシラン、エチルトリクロロシラン、n−プロピルトリメトキシシラン、n−プロピルトリエトキシシラン、n−プロピルトリ−n−プロポキシシラン、n−プロピルトリ−iso−プロポキシシラン、n−プロピルトリ−n−ブトキシシラン、n−プロピルトリ−sec−ブトキシシラン、n−プロピルトリ−tert−ブトキシシラン、n−プロピルトリフェノキシシラン、n−プロピルトリアセトキシシラン、n−プロピルトリクロロシラン、iso−プロピルトリメトキシシラン、iso−プロピルトリエトキシシラン、iso−プロピルトリ−n−プロポキシシラン、iso−プロピルトリ−iso−プロポキシシラン、iso−プロピルトリ−n−ブトキシシラン、iso−プロピルトリ−sec−ブトキシシラン、iso−プロピルトリ−tert−ブトキシシラン、iso−プロピルトリフェノキシシラン、n−ブチルトリメトキシシラン、n−ブチルトリエトキシシラン、n−ブチルトリ−n−プロポキシシラン、n−ブチルトリ−iso−プロポキシシラン、n−ブチルトリ−n−ブトキシシラン、n−ブチルトリ−sec−ブトキシシラン、n−ブチルトリ−tert−ブトキシシラン、n−ブチルトリフェノキシシラン、n−ブチルトリクロロシラン、2−メチルプロピルトリメトキシシラン、2−メチルプロピルトリエトキシシラン、2−メチルプロピルトリ−n−プロポキシシラン、2−メチルプロピルトリ−iso−プロポキシシラン、2−メチルプロピルトリ−n−ブトキシシラン、2−メチルプロピルトリ−sec−ブトキシシラン、2−メチルプロピルトリ−tert−ブトキシシラン、2−メチルプロピルトリフェノキシシラン、1−メチルプロピルトリメトキシシラン、1−メチルプロピルトリエトキシシラン、1−メチルプロピルトリ−n−プロポキシシラン、1−メチルプロピルトリ−iso−プロポキシシラン、1−メチルプロピルトリ−n−ブトキシシラン、1−メチルプロピルトリ−sec−ブトキシシラン、1−メチルプロピルトリ−tert−ブトキシシラン、1−メチルプロピルトリフェノキシシラン、tert−ブチルトリメトキシシラン、tert−ブチルトリエトキシシラン、tert−ブチルトリ−n−プロポキシシラン、tert−ブチルトリ−iso−プロポキシシラン、tert−ブチルトリ−n−ブトキシシラン、tert−ブチルトリ−sec−ブトキシシラン、tert−ブチルトリ−tert−ブトキシシラン、tert−ブチルトリフェノキシシラン、tert−ブチルトリクロロシラン、tert−ブチルジクロロシラン等のアルキルトリアルコキシシラン類;
ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリ−n−プロポキシシラン、ビニルトリイソプロポキシシラン、ビニルトリ−n−ブトキシシラン、ビニルトリ−sec−ブトキシシラン、ビニルトリ−tert−ブトキシシラン、ビニルトリフェノキシシラン、アリルトリメトキシシラン、アリルトリエトキシシラン、アリルトリ−n−プロポキシシラン、アリルトリイソプロポキシシラン、アリルトリ−n−ブトキシシラン、アリルトリ−sec−ブトキシシラン、アリルトリ−tert−ブトキシシラン、アリルトリフェノキシシラン等のアルケニルトリアルコキシシラン類;
テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラ−n−プロポキシシラン、テトラ−iso−プロポキシシラン、テトラ−n−ブトキシラン、テトラ−sec−ブトキシシラン、テトラ−tert−ブトキシシラン等のテトラアルコキシシラン類;テトラフェノキシシラン、テトラクロロシラン等が挙げられる。
これらの中でも、反応性、物質の取り扱い容易性の観点から、フェニルトリメトキシシラン、4−メチルフェニルトリメトキシシラン、4−メトキシフェニルトリメトキシシラン、4−メチルベンジルトリメトキシシランメチルトリメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリ−n−プロポキシシラン、メチルトリ−iso−プロポキシシラン、メチルトリ−n−ブトキシシラン、メチルトリ−sec−ブトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、エチルトリ−n−プロポキシシラン、エチルトリ−iso−プロポキシシラン、エチルトリ−n−ブトキシシラン、エチルトリ−sec−ブトキシシラン、n−プロピルトリメトキシシラン、n−プロピルトリエトキシシラン、n−プロピルトリ−n−プロポキシシラン、n−プロピルトリ−iso−プロポキシシラン、n−プロピルトリ−n−ブトキシシラン、n−プロピルトリ−sec−ブトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、アリルトリメトキシシラン、アリルトリエトキシシランが好ましく、フェニルトリメトキシシランがより好ましい。
また、ドライエッチング耐性に優れたパターンが得られる観点からは、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシランが好ましく、テトラメトキシシランがより好ましい。
[A]ポリシロキサンを得るためのシラン化合物としては、必要に応じて、化合物(2)以外にも、他のシラン化合物として、ヘキサメトキシジシラン、ヘキサエトキシジシラン、ヘキサフェノキシジシラン、1,1,1,2,2−ペンタメトキシ−2−メチルジシラン、1,1,1,2,2−ペンタエトキシ−2−メチルジシラン、1,1,1,2,2−ペンタフェノキシ−2−メチルジシラン、1,1,1,2,2−ペンタメトキシ−2−エチルジシラン、1,1,1,2,2−ペンタエトキシ−2−エチルジシラン、1,1,1,2,2−ペンタフェノキシ−2−エチルジシラン、1,1,1,2,2−ペンタメトキシ−2−フェニルジシラン、1,1,1,2,2−ペンタエトキシ−2−フェニルジシラン、1,1,1,2,2−ペンタフェノキシ−2−フェニルジシラン、1,1,2,2−テトラメトキシ−1,2−ジメチルジシラン、1,1,2,2−テトラエトキシ−1,2−ジメチルジシラン、1,1,2,2−テトラフェノキシ−1,2−ジメチルジシラン、1,1,2,2−テトラメトキシ−1,2−ジエチルジシラン、1,1,2,2−テトラエトキシ−1,2−ジエチルジシラン、1,1,2,2−テトラフェノキシ−1,2−ジエチルジシラン、1,1,2,2−テトラメトキシ−1,2−ジフェニルジシラン、1,1,2,2−テトラエトキシ−1,2−ジフェニルジシラン、1,1,2,2−テトラフェノキシ−1,2−ジフェニルジシラン、1,1,2−トリメトキシ−1,2,2−トリメチルジシラン、1,1,2−トリエトキシ−1,2,2−トリメチルジシラン、1,1,2−トリフェノキシ−1,2,2−トリメチルジシラン、1,1,2−トリメトキシ−1,2,2−トリエチルジシラン、1,1,2−トリエトキシ−1,2,2−トリエチルジシラン、1,1,2−トリフェノキシ−1,2,2−トリエチルジシラン、1,1,2−トリメトキシ−1,2,2−トリフェニルジシラン、1,1,2−トリエトキシ−1,2,2−トリフェニルジシラン、1,1,2−トリフェノキシ−1,2,2−トリフェニルジシラン、1,2−ジメトキシ−1,1,2,2−テトラメチルジシラン、1,2−ジエトキシ−1,1,2,2−テトラメチルジシラン、1,2−ジフェノキシ−1,1,2,2−テトラメチルジシラン、1,2−ジメトキシ−1,1,2,2−テトラエチルジシラン、1,2−ジエトキシ−1,1,2,2−テトラエチルジシラン、1,2−ジフェノキシ−1,1,2,2−テトラエチルジシラン、1,2−ジメトキシ−1,1,2,2−テトラフェニルジシラン、1,2−ジエトキシ−1,1,2,2−テトラフェニルジシラン、1,2−ジフェノキシ−1,1,2,2−テトラフェニルジシラン等のジシラン類;
ビス(トリメトキシシリル)メタン、ビス(トリエトキシシリル)メタン、ビス(トリ−n−プロポキシシリル)メタン、ビス(トリ−イソプロポキシシリル)メタン、ビス(トリ−n−ブトキシシリル)メタン、ビス(トリ−sec−ブトキシシリル)メタン、ビス(トリ−tert−ブトキシシリル)メタン、1,2−ビス(トリメトキシシリル)エタン、1,2−ビス(トリエトキシシリル)エタン、1,2−ビス(トリ−n−プロポキシシリル)エタン、1,2−ビス(トリ−イソプロポキシシリル)エタン、1,2−ビス(トリ−n−ブトキシシリル)エタン、1,2−ビス(トリ−sec−ブトキシシリル)エタン、1,2−ビス(トリ−tert−ブトキシシリル)エタン、1−(ジメトキシメチルシリル)−1−(トリメトキシシリル)メタン、1−(ジエトキシメチルシリル)−1−(トリエトキシシリル)メタン、1−(ジ−n−プロポキシメチルシリル)−1−(トリ−n−プロポキシシリル)メタン、1−(ジ−イソプロポキシメチルシリル)−1−(トリ−イソプロポキシシリル)メタン、1−(ジ−n−ブトキシメチルシリル)−1−(トリ−n−ブトキシシリル)メタン、1−(ジ−sec−ブトキシメチルシリル)−1−(トリ−sec−ブトキシシリル)メタン、1−(ジ−tert−ブトキシメチルシリル)−1−(トリ−tert−ブトキシシリル)メタン、1−(ジメトキシメチルシリル)−2−(トリメトキシシリル)エタン、1−(ジエトキシメチルシリル)−2−(トリエトキシシリル)エタン、1−(ジ−n−プロポキシメチルシリル)−2−(トリ−n−プロポキシシリル)エタン、1−(ジ−イソプロポキシメチルシリル)−2−(トリ−イソプロポキシシリル)エタン、1−(ジ−n−ブトキシメチルシリル)−2−(トリ−n−ブトキシシリル)エタン、1−(ジ−sec−ブトキシメチルシリル)−2−(トリ−sec−ブトキシシリル)エタン、1−(ジ−tert−ブトキシメチルシリル)−2−(トリ−tert−ブトキシシリル)エタン、
ビス(ジメトキシメチルシリル)メタン、ビス(ジエトキシメチルシリル)メタン、ビス(ジ−n−プロポキシメチルシリル)メタン、ビス(ジ−イソプロポキシメチルシリル)メタン、ビス(ジ−n−ブトキシメチルシリル)メタン、ビス(ジ−sec−ブトキシメチルシリル)メタン、ビス(ジ−tert−ブトキシメチルシリル)メタン、1,2−ビス(ジメトキシメチルシリル)エタン、1,2−ビス(ジエトキシメチルシリル)エタン、1,2−ビス(ジ−n−プロポキシメチルシリル)エタン、1,2−ビス(ジ−イソプロポキシメチルシリル)エタン、1,2−ビス(ジ−n−ブトキシメチルシリル)エタン、1,2−ビス(ジ−sec−ブトキシメチルシリル)エタン、1,2−ビス(ジ−tert−ブトキシメチルシリル)エタン、ビス(ジメチルメトキシシリル)メタン、ビス(ジメチルエトキシシリル)メタン、ビス(ジメチル−n−プロポキシシリル)メタン、ビス(ジメチル−イソプロポキシシリル)メタン、ビス(ジメチル−n−ブトキシシリル)メタン、ビス(ジメチル−sec−ブトキシシリル)メタン、ビス(ジメチル−tert−ブトキシシリル)メタン、1,2−ビス(ジメチルメトキシシリル)エタン、1,2−ビス(ジメチルエトキシシリル)エタン、1,2−ビス(ジメチル−n−プロポキシシリル)エタン、1,2−ビス(ジメチル−イソプロポキシシリル)エタン、1,2−ビス(ジメチル−n−ブトキシシリル)エタン、1,2−ビス(ジメチル−sec−ブトキシシリル)エタン、1,2−ビス(ジメチル−tert−ブトキシシリル)エタン、
1−(ジメトキシメチルシリル)−1−(トリメチルシリル)メタン、1−(ジエトキシメチルシリル)−1−(トリメチルシリル)メタン、1−(ジ−n−プロポキシメチルシリル)−1−(トリメチルシリル)メタン、1−(ジ−イソプロポキシメチルシリル)−1−(トリメチルシリル)メタン、1−(ジ−n−ブトキシメチルシリル)−1−(トリメチルシリル)メタン、1−(ジ−sec−ブトキシメチルシリル)−1−(トリメチルシリル)メタン、1−(ジ−tert−ブトキシメチルシリル)−1−(トリメチルシリル)メタン、1−(ジメトキシメチルシリル)−2−(トリメチルシリル)エタン、1−(ジエトキシメチルシリル)−2−(トリメチルシリル)エタン、1−(ジ−n−プロポキシメチルシリル)−2−(トリメチルシリル)エタン、1−(ジ−イソプロポキシメチルシリル)−2−(トリメチルシリル)エタン、1−(ジ−n−ブトキシメチルシリル)−2−(トリメチルシリル)エタン、1−(ジ−sec−ブトキシメチルシリル)−2−(トリメチルシリル)エタン、1−(ジ−tert−ブトキシメチルシリル)−2−(トリメチルシリル)エタン等のビスシリル基含有シラン類;
1,2−ビス(トリメトキシシリル)ベンゼン、1,2−ビス(トリエトキシシリル)ベンゼン、1,2−ビス(トリ−n−プロポキシシリル)ベンゼン、1,2−ビス(トリ−イソプロポキシシリル)ベンゼン、1,2−ビス(トリ−n−ブトキシシリル)ベンゼン、1,2−ビス(トリ−sec−ブトキシシリル)ベンゼン、1,2−ビス(トリ−tert−ブトキシシリル)ベンゼン、1,3−ビス(トリメトキシシリル)ベンゼン、1,3−ビス(トリエトキシシリル)ベンゼン、1,3−ビス(トリ−n−プロポキシシリル)ベンゼン、1,3−ビス(トリ−イソプロポキシシリル)ベンゼン、1,3−ビス(トリ−n−ブトキシシリル)ベンゼン、1,3−ビス(トリ−sec−ブトキシシリル)ベンゼン、1,3−ビス(トリ−tert−ブトキシシリル)ベンゼン、1,4−ビス(トリメトキシシリル)ベンゼン、1,4−ビス(トリエトキシシリル)ベンゼン、1,4−ビス(トリ−n−プロポキシシリル)ベンゼン、1,4−ビス(トリ−イソプロポキシシリル)ベンゼン、1,4−ビス(トリ−n−ブトキシシリル)ベンゼン、1,4−ビス(トリ−sec−ブトキシシリル)ベンゼン、1,4−ビス(トリ−tert−ブトキシシリル)ベンゼン等のジシラン類;
ポリジメトキシメチルカルボシラン、ポリジエトキシメチルカルボシラン等のポリカルボシラン等が挙げられる。これらのシラン化合物は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
[A]ポリシロキサンは、当該多層レジストプロセス用シリコン含有膜形成組成物に1種のみ含有されていてもよく、2種以上含有されていてもよい。
[A]ポリシロキサン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の重量平均分子量(Mw)は、好ましくは2,000〜100,000、より好ましくは2,000〜50,000、さらに好ましくは2,000〜30,000であり、特に好ましくは2,000〜10,000である。
なお、本明細書における[A]ポリシロキサンのMwは、東ソー製のGPCカラム(「G2000HXL」2本、「G3000HXL」1本、「G4000HXL」1本)を使用し、流量:1.0mL/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GPCにより測定した値である。
シラン化合物(2)及び必要に応じて用いる他のシラン化合物を加水分解縮合する方法としては、公知の加水分解縮合の方法を用いることができる。
[A]ポリシロキサンの含有量としては、当該多層レジストプロセス用シリコン含有膜形成組成物の全固形分に対して、通常70質量%以上であり、80質量%以上が好ましく、90質量%以上がさらに好ましい。
<[B]電子受容体>
[B]電子受容体は、電子を受容する機能を有している物質である。[B]電子受容体は、上記性質を有するものであれば特に限定されない。[B]電子受容体の含有形態としては、後述するような化合物の形態でも、例えば、[A]ポリシロキサンや他の重合体が電子を受容する機能を有する基を有する形態でも、これらの両方の形態でもよい。[B]電子受容体は、EUV等の極紫外線、シンクロトロン放射線等のX線、電子線等の荷電粒子線等の各種の放射線の照射により、シリコン含有膜とレジスト膜との界面付近において発生した電子を受容する役割を有する。これにより、シリコン含有膜とレジスト膜との界面近傍において、後述するレジスト組成物中の酸発生剤(P)等の分解に寄与する電子の量を制御することが可能となる。その結果、シリコン含有膜とレジスト膜の界面近傍において、レジスト組成物中の酸解離性基を有する重合体の過剰な脱保護反応が抑制されることにより、レジストパターンのボトム部の形状制御が可能になり、パターン倒れ耐性、解像性、パターン形状の矩形性等のリソグラフィー性能を向上することができると考えられる。
[B]電子受容体としては、キノン化合物、キノジメタン化合物、ジベンゾフラン化合物並びに上記式(1−1)及び(1−2)でそれぞれ表される化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物であることが好ましい。
キノン化合物、キノジメタン化合物及びジベンゾフラン化合物としては、例えば、下記式(3−1)〜下記式(3−5)で表される化合物等が挙げられる。
Figure 0005725151
上記式(3−1)〜(3−5)中、Yは、それぞれ独立して、水素原子、ヒドロキシル基、ハロゲン原子又はシアノ基である。RX0は、それぞれ独立して、水素原子、ヒドロキシル基、カルボキシル基、ハロゲン原子又はシアノ基である。但し、化合物中、少なくとも1つのRX0はシアノ基である。
上記Yで表されるハロゲン原子としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられる。
上記Yとしては、[B]電子受容体の電子制御性の観点から、ハロゲン原子、シアノ基が好ましく、フッ素原子、塩素原子、シアノ基がより好ましく、シアノ基がさらに好ましい。
上記式(3−1)〜(3−5)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 0005725151
キノン化合物、キノジメタン化合物及びジベンゾフラン化合物としては、これらの中でも、電子制御性が適度に高まると考えられ、形成されるレジストパターンのリソグラフィー性能がより向上することから、上記式(3−1)〜(3−4)で表される化合物が好ましく、上記式(3−3)で表される化合物、式(3−4)で表される化合物がより好ましく、2,3,5,6−テトラクロロ−1,4−ベンゾキノン、7,7,8,8−テトラシアノキノジメタンがさらに好ましく、7,7,8,8−テトラシアノキノジメタンが特に好ましい。
次に、上記式(1−1)及び式(1−2)で表される化合物について説明する。
上記式(1−1)及び式(1−2)中、R〜Rは、それぞれ独立して、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、ヒドロキシル基又はハロゲン原子である。Z及びQは、それぞれ独立して、OH、R−COO、R−SO 又はR−N−SO−Rである。Rは、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基又はアラルキル基である。但し、Rが有する水素原子の一部又は全部は置換されていてもよい。Rは、アルキル基又はアラルキル基である。但し、Rが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。
〜Rで表されるアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、i−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基等が挙げられる。
〜Rで表されるアルコキシ基としては、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、i−ブトキシ基、sec−ブトキシ基、t−ブトキシ基等が挙げられる。
〜Rで表されるハロゲン原子としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられる。
上記R及びRで表されるアルキル基としては、例えば、上記R〜Rのアルキル基として例示したものと同様の基等が挙げられる。
上記Rで表されるシクロアルキル基としては、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロオクチル基、ノルボルニル基、アダマンチル基等が挙げられる。
上記Rで表されるアリール基としては、例えば、フェニル基、トリル基、キシリル基、メシチル基、シクロヘキシルフェニル基、ナフチル基、アントリル基等が挙げられる。
上記R及びRで表されるアラルキル基としては、例えば、ベンジル基、フェネチル基、ナフチルメチル基、アントリルメチル基等が挙げられる。
が有していてもよい置換基としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等のハロゲン原子、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、アシル基等が挙げられる。これらの中で、[B]電子受容体の電子受容性の観点から、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、シアノ基、ニトロ基が好ましく、フッ素原子、塩素原子、ヒドロキシル基、シアノ基、ニトロ基がより好ましく、フッ素原子、ヒドロキシル基がさらに好ましい。
式(1−1)及び(1−2)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 0005725151
これらの中で、電子制御性が適度に高まると考えられ、得られるレジストパターンのリソグラフィー性能がより向上することから、上記式(1)で表される化合物(スルホニウム塩)が好ましく、電子吸引性基が結合する芳香環を有するアニオンを含むスルホニウム塩がより好ましく、トリフルオロメチル基が結合するベンゼン環を有するアニオンを含むスルホニウム塩がさらに好ましく、トリフェニルスルホニウム2−ヒドロキシ−4−トリフルオロメチルベンゾエート、4−シクロヘキシルフェニルジフェニルスルホニウム2−ヒドロキシ−4−トリフルオロメチルベンゾエートが特に好ましく、トリフェニルスルホニウム2−ヒドロキシ−4−トリフルオロメチルベンゾエートがさらに特に好ましい。
[B]電子受容体の含有量としては、[A]ポリシロキサン100質量部に対して、通常0.1質量部〜20質量部、好ましくは0.5質量部〜15質量部、更に好ましくは1質量部〜10質量部である。[B]電子受容体の含有量を上記範囲とすることで、50nmよりも微細な領域における多層レジストプロセスを用いて形成されるパターンを、パターン倒れ耐性、解像性、パターン形状の矩形性等のリソグラフィー性能により優れるものとすることができる。
<[C]溶媒>
当該多層レジストプロセス用シリコン含有膜形成組成物は、通常、[C]溶媒を含有する。[C]溶媒としては、[A]ポリシロキサン、[B]電子受容体及び後述する任意成分を溶解又は分散できるものであれば特に限定されない。
[C]溶媒としては、例えば、アルコール系溶媒、エーテル系溶媒、ケトン系溶媒、アミド系溶媒、エステル系溶媒及び炭化水素系溶媒等が挙げられる。
アルコール系溶媒としては、例えば、
メタノール、エタノール、n−プロパノール、iso−プロパノール、n−ブタノール、iso−ブタノール、sec−ブタノール、tert−ブタノール、n−ペンタノール、iso−ペンタノール、2−メチルブタノール、sec−ペンタノール、tert−ペンタノール、3−メトキシブタノール、n−ヘキサノール、2−メチルペンタノール、sec−ヘキサノール、2−エチルブタノール、sec−ヘプタノール、3−ヘプタノール、n−オクタノール、2−エチルヘキサノール、sec−オクタノール、n−ノニルアルコール、2,6−ジメチル−4−ヘプタノール、n−デカノール、sec−ウンデシルアルコール、トリメチルノニルアルコール、sec−テトラデシルアルコール、sec−ヘプタデシルアルコール、フルフリルアルコール、フェノール、シクロヘキサノール、メチルシクロヘキサノール、3,3,5−トリメチルシクロヘキサノール、ベンジルアルコール、ジアセトンアルコール等のモノアルコール系溶媒;
エチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−ブチレングリコール、2,4−ペンタンジオール、2−メチル−2,4−ペンタンジオール、2,5−ヘキサンジオール、2,4−ヘプタンジオール、2−エチル−1,3−ヘキサンジオール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、トリプロピレングリコール等の多価アルコール系溶媒;
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プロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノヘキシルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテル、エチレングリコールモノ−2−エチルブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、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プロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル等の多価アルコール部分エーテル系溶媒等が挙げられる。
エーテル系溶媒としては、例えば、
ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジブチルエーテル等のジ脂肪族エーテル系溶媒;
アニソール、ジフェニルエーテル等の含芳香環エーテル系溶媒;
テトラヒドロフラン、ジオキサン等の環状エーテル系溶媒等が挙げられる。
ケトン系溶媒としては、例えば、
アセトン、メチルエチルケトン、メチル−n−プロピルケトン、メチル−n−ブチルケトン、ジエチルケトン、メチル−iso−ブチルケトン、メチル−n−アミルケトン、エチル−n−ブチルケトン、メチル−n−ヘキシルケトン、ジ−iso−ブチルケトン、トリメチルノナノン、アセトフェノン等の鎖状ケトン系溶媒;
シクロペンタノン、シクロヘキサノン、シクロヘプタノン、シクロオクタノン、メチルシクロヘキサノン等の環状ケトン系溶媒;
2,4−ペンタンジオン、アセトニルアセトン等のジケトン系溶媒等が挙げられる。
アミド系溶媒としては、例えば、
N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジエチルホルムアミド、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、N−メチルプロピオンアミド等の鎖状アミド系溶媒;
N−メチルピロリドン、N,N’−ジメチルイミダゾリジノン等の環状アミド系溶媒等が挙げられる。
エステル系溶媒としては、例えば、
酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸iso−プロピル、酢酸n−ブチル、酢酸iso−ブチル、酢酸sec−ブチル、酢酸n−ペンチル、酢酸sec−ペンチル、酢酸3−メトキシブチル、酢酸メチルペンチル、酢酸2−エチルブチル、酢酸2−エチルヘキシル、酢酸ベンジル、酢酸シクロヘキシル、酢酸メチルシクロヘキシル、酢酸n−ノニル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、ジ酢酸グリコール、酢酸メトキシトリグリコール、プロピオン酸エチル、プロピオン酸n−ブチル、プロピオン酸iso−アミル、シュウ酸ジエチル、シュウ酸ジ−n−ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸n−ブチル、乳酸n−アミル、マロン酸ジエチル、フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル等のカルボン酸エステル系溶媒;
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、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチ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ブチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート等の多価アルコール部分エーテルのカルボン酸エステル系溶媒;
γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等のラクトン系溶媒;
ジエチルカーボネート、プロピレンカーボネート等のカーボネート系溶媒等が挙げられる。
炭化水素系溶媒としては、例えば、
n−ペンタン、iso−ペンタン、n−ヘキサン、iso−ヘキサン、n−ヘプタン、iso−ヘプタン、2,2,4−トリメチルペンタン、n−オクタン、iso−オクタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン等の脂肪族炭化水素系溶媒;
ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、エチルベンゼン、トリメチルベンゼン、メチルエチルベンゼン、n−プロピルベンゼン、iso−プロピルベンゼン、ジエチルベンゼン、iso−ブチルベンゼン、トリエチルベンゼン、ジ−iso−プロピルベンセン、n−アミルナフタレン等の芳香族炭化水素系溶媒等が挙げられる。
これらの中でも、アルコール系溶媒、エステル系溶媒が好ましく、多価アルコール部分エーテル系溶媒、多価アルコール部分エーテルのカルボン酸エステル系溶媒がより好ましく、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がさらに好ましく、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メチルエーテルアセテートが特に好ましい。
<任意成分>
当該多層レジストプロセス用シリコン含有膜形成組成物は、[A]ポリシロキサン及び[B]電子受容体以外にも、更に、β−ジケトン、コロイド状シリカ、コロイド状アルミナ、有機ポリマー、界面活性剤、酸発生剤、窒素含有化合物等の任意成分が含有していてもよい。
<多層レジストプロセス用シリコン含有膜形成組成物の調製方法>
当該多層レジストプロセス用シリコン含有膜形成組成物は、例えば、[A]ポリシロキサン、[B]電子受容体、必要に応じて任意成分を混合し、[C]溶媒に溶解又は分散して調製することができる。当該多層レジストプロセス用シリコン含有膜形成組成物の固形分濃度としては、通常0.5質量%〜20質量%、好ましくは1質量%〜15質量%、さらに好ましくは0.5質量%〜2.0質量%である。
<パターン形成方法>
[パターン形成方法I]
本発明のパターン形成方法Iは、(I−1)[A]ポリシロキサン及び[B]電子受容体を含有する多層レジストプロセス用シリコン含有膜形成組成物を用い、被加工基板の上面側にシリコン含有膜を形成する工程、(I−2)レジスト組成物を用い、上記シリコン含有上にレジスト膜を形成する工程、(I−3)フォトマスクを介した放射線の照射により、上記レジスト膜を露光する工程、(I−4)上記露光されたレジスト膜を現像し、レジストパターンを形成する工程、並びに(I−5)上記レジストパターンをマスクとして、上記シリコン含有膜及び被加工基板を順次ドライエッチングする工程を有する。当該パターン形成方法Iによれば、上述した多層レジストプロセス用シリコン含有膜形成組成物を用いるので、パターン倒れ耐性、解像性及びパターン形状の矩形性に優れるレジストパターンの形成を介することにより、被加工基板に良好なパターンを形成することができる。以下、各工程について説明する。
[工程(I−1)]
本工程では、[A]ポリシロキサン及び[B]電子受容体を含有する多層レジストプロセス用シリコン含有膜形成組成物を用い、被加工基板の上面側にシリコン含有膜を形成する。
被加工基板としては、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従来公知の基板を使用できる。上記被加工基板には、予め、当該多層レジストプロセス用シリコン含有膜形成組成物を用いて得られるシリコン含有膜とは異なる他の下層膜(以下、「他の下層膜」ともいう)が形成されていてもよい。この他の下層膜は、反射防止機能、塗布膜平坦性、CF等のフッ素系ガスに対する高エッチング耐性等が付与された膜等である。この他の下層膜は、例えば、「NFC HM8005」(JSR製)、「NFC CT08」(JSR製)等の市販品等を用いて形成することができる。他の下層膜の膜厚としては、通常10nm以上200nm以下であり、パターニング性及び加工性能を高めるためには、20nm以上100nm以下が好ましい。
上記他の下層膜の形成方法としては特に限定されないが、例えば、被加工基板上にスピンコート法等の公知の方法により、他の下層膜を形成する組成物を塗布して形成された塗膜を、露光及び/又は加熱することにより硬化して形成することができる。
当該多層レジストプロセス用シリコン含有膜形成組成物からシリコン含有膜を形成する方法としては、例えば、被加工基板やこの被加工基板上に形成された他の下層膜(反射防止膜を含む)等の表面に塗布することにより、当該多層レジストプロセス用シリコン含有膜形成組成物の塗膜を形成し、この塗膜を加熱処理することにより、又は当該多層レジストプロセス用シリコン含有膜形成組成物が潜在性光酸発生剤を含有する場合には、紫外光の照射及び加熱処理を行うことにより硬化させる方法等が挙げられる。
上記塗布する方法としては、公知の方法が挙げられ、例えば、スピンコート法、ロールコート法、ディップ法等が挙げられる。
上記塗布後、必要に応じて、プレベーク(PB)によって塗膜中の溶媒を揮発させてもよい。PB温度としては、当該多層レジストプロセス用シリコン含有膜形成組成物の配合組成によって適宜選択されるが、通常、50℃〜450℃であり、100℃〜300℃が好ましい。
形成されるシリコン含有膜の膜厚としては、通常、5nm以上200nm以下であり、パターニング性及び加工性能を高めるためには、5nm以上100nm以下が好ましく、5nm以上50nm以下がより好ましく、10nm以上30nm以下がさらに好ましい。
[工程(I−2)]
本工程では、レジスト組成物を用い、上記シリコン含有膜上にレジスト膜を形成する。この工程(I−2)にて用いられるレジスト組成物としては、例えば、酸発生剤を含有するポジ型又はネガ型の化学増幅型レジスト組成物、アルカリ可溶性樹脂とキノンジアジド系感光剤とからなるポジ型レジスト組成物、アルカリ可溶性樹脂と架橋剤とからなるネガ型レジスト組成物等が挙げられる。
上記レジスト組成物の固形分濃度としては、0.1〜50質量%であることが好ましく、0.5質量%〜30質量%がより好ましく、1質量%〜15質量%がさらに好ましい。
上記レジスト組成物としては、孔径0.2μm程度のフィルターを用いてろ過したものが好適に用いられる。なお、本発明のパターン形成方法においては、上記レジスト組成物として、市販品のレジスト組成物をそのまま使用することもできる。
レジスト組成物を塗布する方法は特に限定されず、例えば、スピンコート法等の従来の方法が挙げられる。なお、レジスト組成物を塗布する際には、得られるレジスト膜が所定の膜厚となるように、塗布するレジスト組成物の量を調整することが好ましい。
上記レジスト膜は、上記レジスト組成物を塗布することによって形成された塗膜をプレベーク(PB)等することにより、塗膜中の溶媒を揮発させて形成することができる。PB温度としては、使用するレジスト組成物の種類等に応じて適宜調整されるが、30℃〜200℃であることが好ましく、より好ましくは50℃〜150℃である。なお、このレジスト被膜の表面にさらに他の被膜を設けてもよい。
形成されるレジスト膜の膜厚としては、通常10nm以上200nmであり、10nm以上100nmが好ましく、20nm以上70nmがより好ましい。
[工程(I−3)]
本工程では、工程(I−2)で形成したレジスト膜の所望の領域に、特定パターンを有するフォトマスクを介した放射線の照射により露光を行う。放射線としては、遠紫外線、極紫外線、X線、γ線等の電磁波、電子線、α線等の荷電粒子線などが挙げられる。これらの中でも、極紫外線、X線、電子線が好ましい。上述の性質を有する多層レジストプロセス用シリコン含有膜形成組成物を用いているので、放射線が極紫外線、X線及び電子線の場合に効果がより発揮され、当該パターン形成方法Iにより良好なパターンを形成することができる。上記露光は、連続して複数回行ってもよく、例えば所望の領域にマスクを介して第1の露光を行い、続けて第1の露光を行った露光部に対して交差するように第2の露光を行ってもよい。例えば第1の露光部と第2の露光部とが直交すると、露光部で囲まれた未露光部において真円状のコンタクトホールパターンが形成しやすくなる。露光を複数回行う場合、異なる光源を用いて露光を行ってもよい。例えば1回目の露光にArFエキシマレーザー光を用い、2回目の露光にEUV光を用いてもよく、その逆を行ってもよい。
露光後にポストエクスポージャーベーク(PEB)を行なうことが好ましい。PEBを行なうことにより、上記レジスト組成物中の酸解離性基の解離反応を円滑に進行できる。PEB温度としては、通常30℃〜200℃であり、50℃〜170℃が好ましい。
[工程(I−4)]
本工程は、工程(I−3)で露光したレジスト膜を現像液を用いて現像し、レジストパターンを形成する。現像に用いる現像液は、使用されるレジスト組成物の種類に応じて適宜選択することができる。上記レジスト組成物がポジ型化学増幅型レジスト組成物やアルカリ可溶性樹脂を含有するポジ型レジスト組成物の場合には、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、珪酸ナトリウム、メタ珪酸ナトリウム、アンモニア、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、ジメチルエタノールアミン、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(TMAH)、テトラエ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水溶液を用いることができる。これらのアルカリ性水溶液は、水溶性有機溶媒、例えば、メタノール、エタノール等のアルコール類等を適量含有していてもよい。また、現像液としては、有機溶媒を主成分とする有機溶媒現像液を用いてもよい。
現像液には、必要に応じて界面活性剤を適当量添加することができる。界面活性剤としては例えば、イオン性や非イオン性のフッ素系及び/又はシリコン系界面活性剤等を用いることができる。
現像方法としては、例えば現像液が満たされた槽中に基板を一定時間浸漬する方法(ディップ法)、基板表面に現像液を表面張力によって盛り上げて一定時間静止することで現像する方法(パドル法)、基板表面に現像液を噴霧する方法(スプレー法)、一定速度で回転している基板上に一定速度で現像液塗出ノズルをスキャンしながら現像液を塗出しつづける方法(ダイナミックディスペンス法)等が挙げられる。
上記現像後に、レジスト膜をリンス液により洗浄してもよい。リンス液としては、現像液がアルカリ水溶液の場合には水が好ましく、現像液が有機溶媒現像液の場合には、アルカン系溶媒、ケトン系溶媒、エステル系溶媒、アルコール系溶媒、アミド系溶媒等が好ましい。上記リンス液の各成分は、単独で使用してもよく2種以上を併用してもよい。
[工程(I−5)]
本工程は、工程(I−4)で形成されたレジストパターンをマスクとして、上記シリコン含有膜及び被加工基板を順次ドライエッチングすることにより被加工基板にパターンを形成する。
上記ドライエッチングは、公知のドライエッチング装置を用いて行うことができる。また、ドライエッチング時のソースガスとしては、被エッチング物の元素組成にもよるが、O、CO、CO等の酸素原子を含むガス、He、N、Ar等の不活性ガス、Cl、BCl等の塩素系ガス、H、NHのガス等を使用することができる。なお、これらのガスは混合して用いることもできる。
[パターン形成方法II]
本発明のパターン形成方法IIは、(II−1)[A]ポリシロキサンを含有する多層レジストプロセス用シリコン含有膜形成組成物を用い、被加工基板の上面側にシリコン含有膜を形成する工程、(II−2)レジスト組成物を用い、上記シリコン含有膜上にレジスト膜を形成する工程、(II−3)フォトマスクを介した極紫外線又は電子線の照射により、上記レジスト膜を露光する工程、(II−4)上記露光されたレジスト膜を現像し、レジストパターンを形成する工程、及び(II−5)上記レジストパターンをマスクとして、上記シリコン含有膜及び被加工基板を順次ドライエッチングする工程を有する。当該パターン形成方法IIによれば、[A]ポリシロキサンを含有する多層レジストプロセス用シリコン含有膜形成組成物を用い、放射線として極紫外線又は電子線を用いることで、多層レジストプロセスにおいて、レジストパターンが薄膜であっても、被加工基板に良好なパターンを形成することができる。
[工程(II−1)]
本工程では、[A]ポリシロキサンを含有する多層レジストプロセス用シリコン含有膜形成組成物を用い、被加工基板の上面側にシリコン含有膜を形成する。被加工基板としては、上記パターン形成方法Iと同様のもの等が挙げられる。上記シリコン含有膜の形成方法としては、例えば、上記パターン形成方法Iの工程(I−1)と同様の方法等が挙げられる。
[工程(II−2)]
本工程では、上記工程(II−1)で形成したシリコン含有膜上に、レジスト組成物を用い、レジスト膜を形成する。上記レジスト膜を形成する方法としては、例えば、上記パターン形成方法Iの工程(I−2)と同様の方法等が挙げられる。
[工程(II−3)]
本工程では、上記工程(II−2)で形成したレジスト膜を、フォトマスクを介した極紫外線又は電子線の照射により露光する。上記露光する方法としては、例えば、放射線として極紫外線を用いる以外は、上記パターン形成方法Iの工程(I−3)と同様の方法等が挙げられる。
[工程(II−4)]
本工程では、上記工程(II−3)で露光されたレジスト膜を現像し、レジストパターンを形成する。上記現像する方法としては、例えば、上記パターン形成方法Iの工程(I−4)と同様の方法等が挙げられる。
[工程(II−5)]
本工程では、上記工程(II−4)で形成したレジストパターンをマスクとして、上記シリコン含有膜及び被加工基板を順次ドライエッチングする。上記ドライエッチングする方法としては、例えば、上記パターン形成方法Iの工程(I−5)と同様の方法等が挙げられる。
<レジスト組成物>
当該パターン形成方法に用いられるレジスト組成物としては、感放射線性酸発生剤を含有するポジ型の化学増幅型レジスト組成物を好適例として挙げることができる。この化学増幅型レジストとしては、酸解離性基を有する構造単位を含む重合体(以下、「重合体(I)」ともいう)、感放射線性酸発生剤及び溶媒を含有するもの等が挙げられ、その他にも酸拡散制御剤等を含有していてもよい。
[重合体(I)]
上記重合体(I)は、酸解離性基を有する構造単位を含む。酸解離性基を有する構造単位としては、例えば、下記式(4)で表される構造単位(以下、「構造単位(1)」ともいう)、後述する構造単位(7)等が挙げられる。
Figure 0005725151
上記式(4)中、Rは、水素原子、メチル基、フッ素原子又はトリフルオロメチル基である。Rは、2価の置換又は非置換の脂環式炭化水素基である。R10は、置換又は非置換の炭素数6〜22のアリール基である。
上記Rで表される2価の脂環式炭化水素基の炭素数は特に限定されないが、5〜25が好ましく、より好ましくは5〜20、更に好ましくは5〜15である。
上記Rで表される2価の脂環式炭化水素基としては、モノシクロ構造、ビシクロ構造、トリシクロ構造又はテトラシクロ構造を有する基が好ましい。
上記Rで表される2価の脂環式炭化水素基の具体的な例としては、
モノシクロ構造を有する基として、例えば、シクロペンタンジイル基、シクロヘキサンジイル基、シクロヘプタンジイル基、シクロオクタンジイル基、シクロデカンジイル基、シクロドデカンジイル基等;
ビシクロ構造を有する基として、例えば、ノルボルナンジイル基、デカヒドロナフタレンジイル基、セドロール基等;
トリシクロ構造を有する基として、例えば、トリシクロデカンジイル基、アダマンタンジイル基、ノルアダマンタンジイル基等;
テトラシクロ構造を有する基として、例えば、テトラシクロドデカンジイル基等が挙げられる。
これらの中でも、モノシクロ構造を有する基、ビシクロ構造を有する基、トリシクロ構造を有する基が好ましく、炭素数5〜15のモノシクロ構造を有する基、ビシクロ構造を有する基、トリシクロ構造を有する基がより好ましく、シクロペンタンジイル基、シクロヘキサンジイル基、シクロヘプタンジイル基、シクロオクタンジイル基、シクロデカンジイル基、シクロドデカンジイル基、アダマンタンジイル基、デカヒドロナフタレンジイル基、ノルボルナンジイル基がさらに好ましい。
また、上記脂環式炭化水素基が有していてもよい置換基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基等のアルキル基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、フッ素原子、臭素原子等のハロゲン原子、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等のアルコキシ基、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基等のアルキルオキシカルボニル基等が挙げられる。
上記R10で表される炭素数6〜22のアリール基としては、例えば、下記式(x−1)〜(x−3)で表される構造に由来する基等が挙げられる。なお、R10が下記式(x−2)で表される構造に由来する基(すなわち、ナフチル基)である場合、上記式(4)におけるRに結合する結合位置は、1位及び2位のいずれであってもよい。また、R10が下記式(x−3)で表される構造に由来する基(すなわち、アントリル基)である場合、上記式(4)におけるRに結合する結合位置は、1位、2位及び9位のいずれであってもよい。
Figure 0005725151
上記R10で表されるアリール基が有していてもよい置換基としては、例えば、上記Rで表される脂環式炭化水素基が有していてもよい置換基として例示したものと同様の基等が挙げられる。
重合体(I)は、上記構造単位(1)以外に、下記式(5)で表される構造単位(以下、「構造単位(2)」ともいう)、下記式(6)で表される構造単位(以下、「構造単位(3)」ともいう)、下記式(7)で表される構造単位(以下、「構造単位(4)」ともいう)及び下記式(8)で表される構造単位(以下、「構造単位(5)」ともいう)のうちの少なくとも1種を更に含むことができる。重合体(I)は、構造単位(2)〜(5)の各構造単位をそれぞれ1種単独で又は2種以上含んでいてもよい。
Figure 0005725151
上記式(5)中、R11は、水素原子又はメチル基である。R12は、1価の有機基である。iは、0〜3の整数である。jは、0〜3の整数である。jが2以上の場合、複数のR12は同一でも異なっていてもよい。但し、0≦i+j≦5を満たす。
Figure 0005725151
上記式(6)中、R13は、水素原子又はメチル基である。R14は、1価の有機基である。kは、0〜3の整数である。mは、0〜3の整数である。mが2以上の場合、複数のR14は同一でも異なっていてもよい。但し、0≦k+m≦5を満たす。
Figure 0005725151
上記式(7)中、R15は、水素原子又はメチル基である。R16は、1価の有機基である。nは、0〜3の整数である。pは、0〜3の整数である。pが2以上の場合、複数のR16は同一でも異なっていてもよい。但し、0≦n+p≦5を満たす。
Figure 0005725151
上記式(8)中、R17は、水素原子又はメチル基である。R18は、1価の有機基である。qは、0〜3の整数である。rは、0〜3の整数である。rが2以上の場合、複数のR18は同一でも異なっていてもよい。
上記R12、R14、R16及びR18で表される1価の有機基としては、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−ブチル基等の炭素原子数1〜12の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基;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−ブトキシ基等の炭素原子数1〜12の直鎖状若しくは分岐状のアルコキシ基;シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロデカニル基、及びシクロドデカニル基等のシクロアルキル基;アダマンチル基、ノルアダマンチル基、デカヒドロナフチル基、トリシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、ノルボルニル基、セドロール基等が挙げられる。これらの中でも、メチル基、エチル基、n−ブチル基、t−ブチル基が好ましい。
上記式(5)において、iとしては、1又は2が好ましく、jとしては、0〜2の整数が好ましい。
上記式(6)において、kとしては、1又は2が好ましく、mとしては、0又は1が好ましい。
上記式(7)において、nとしては、1又は2が好ましく、pとしては、0又は1が好ましい。
上記式(8)において、qとしては、1又は2が好ましく、rとしては、0又は1が好ましい。
構造単位(2)としては、下記式(5−1)〜(5−4)で表される構造単位等が挙げられる。
Figure 0005725151
構造単位(3)としては、下記式(6−1)及び(6−2)で表される構造単位等が挙げられる。
Figure 0005725151
構造単位(4)としては、下記式(7−1)及び(7−2)で表される構造単位等が挙げられる。
Figure 0005725151
構造単位(5)としては、下記式(8−1)及び(8−2)で表される構造単位等が挙げられる。
Figure 0005725151
重合体(I)は、上記構造単位(1)〜(5)以外に、非酸解離性化合物に由来する構造単位(以下、「構造単位(6)」ともいう)、酸解離性化合物に由来する構造単位(以下、「構造単位(7)」ともいう)を更に含んでいてもよい。重合体(I)は、これらの各構造単位をそれぞれ1種単独で又は2種以上含んでいてもよい。
上記非酸解離性化合物としては、例えば、スチレン、α−メチルスチレン、4−メチルスチレン、2−メチルスチレン、3−メチルスチレン、イソボロニルアクリレート、トリシクロデカニル(メタ)アクリレート、テトラシクロドデセニル(メタ)アクリレート、ラクトン構造を含む下記式(L−1)で表される化合物、下記式(S−1)で表される化合物等が挙げられる。これらの中でも、スチレン、α−メチルスチレン、4−メチルスチレン、2−メチルスチレン、3−メチルスチレン、トリシクロデカニルアクリレート、下記式(L−1)で表される化合物、下記式(S−1)で表される化合物が好ましい。
Figure 0005725151
上記式(L−1)中、RL1は、水素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。RL2は、単結合又は2価の連結基である。RL3は、ラクトン構造を有する1価の有機基である。
Figure 0005725151
上記式(S−1)中、RS1は、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基又は置換されていてもよいアルキル基である。RS2は、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基又は置換されていてもよいアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシル基、アシル基、アシロキシ基、アルケニル基、アリール基若しくはアラルキル基である。RS3〜RS8は、それぞれ独立して、水素原子、フッ素原子又は置換されていてもよいアルキル基である。RS9は、水素原子、置換されていてもよいアルキル基、シクロアルキル基、アシル基、アルキルスルホニル基若しくはアルコキシカルボニル基である。rは、0〜5の整数である。sは、1〜5の整数である。但し、r+s=5を満たす。RS2〜RS9がそれぞれ複数の場合、複数のRS2〜RS9はそれぞれ同一でも異なっていてもよい。但し、RS2〜RS8のうちの少なくとも1つは、フッ素原子又は少なくとも1個の水素原子がフッ素原子で置換されたアルキル基である。
上記RL2で表される2価の連結基としては、例えば、炭素数1〜20の2価の直鎖状又は分岐状の炭化水素基等が挙げられる。
上記RL3で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(L3−1)〜(L3−6)で表される基等が挙げられる。
Figure 0005725151
上記式(L3−1)〜(L3−6)中、RLc1は、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、0又は1である。nLc2は、0〜3の整数である。*は、上記式(L−1)のRL2に結合する部位を示す。なお、上記式(L3−1)〜(L3−6)で表される基は置換基を有していてもよい。
上記式(L−1)で表される化合物としては、例えば、国際公開第2007/116664号パンフレット段落[0043]に記載の化合物等が挙げられる。
上記式(S−1)で表される化合物としては、例えば、下記式(S−1−1)で表される化合物、式(S−1−2)で表される化合物等が挙げられる。
Figure 0005725151
上記酸解離性化合物としては、例えば、下記式(9−1)及び(9−2)で表される化合物等が挙げられる。
Figure 0005725151
上記式(9−1)及び(9−2)中、R19、R20、R21、R25、R26及びR27は、それぞれ独立して、水素原子、メチル基、トリフルオロメチル基又はヒドロキシメチル基である。R22、R23、R24、R28、R29及びR30は、それぞれ独立して、炭素数1〜4の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、炭素数4〜20の1価の脂環式炭化水素基又はこれらの基から誘導される基である。但し、R22、R23及びR24のうちのいずれか2つ、又はR28、R29及びR30のうちのいずれか2つが互いに結合して、それらが結合している炭素原子とともに炭素数4〜20の2価の脂環式炭化水素基又はそれから誘導される基を形成していてもよい。
上記式(9−1)のR19、R20及びR21、並びに式(9−2)のR25、R26及びR27で表される炭素数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−ブチル基等が挙げられる。
また、上記(9−1)のR19、R20及びR21、並びに式(9−2)のR25、R26及びR27で表される炭素数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。
上記脂環式炭化水素基から誘導される基としては、上記1価の脂環式炭化水素基が有する水素原子の一部又は全部を、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種以上若しくは1個以上で置換した基等が挙げられる。
上記脂環式炭化水素基及びそれから誘導される基としては、これらの中でも、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基、これらの脂環族環からなる基を上記アルキル基で置換した基が好ましい。
上記R22、R23及びR24のうちのいずれか2つ、又はR28、R29及びR30のうちのいずれか2つが互いに結合して、それら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、シクロブタンジイル基、シクロペンタンジイル基、シクロヘキサンジイル基、シクロオクタンジイル基等が挙げられる。
上記形成される2価の脂環式炭化水素基から誘導される基としては、上記2価の脂環式炭化水素基が有する水素原子の一部又は全部を、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種以上若しくは1個以上で置換した基等が挙げられる。
これらの中でも、シクロペンタンジイル基、シクロヘキサンジイル基、これらの基を上記アルキル基で置換した基が好ましい。
上記構造単位(7)としては、下記式(9−1−1)〜(9−1−7)及び(9−2−1)で表される構造単位が好ましい。
Figure 0005725151
上記式(9−1−1)〜(9−1−7)及び(9−2−1)中、R21及びR27は、それぞれ独立して、水素原子、メチル基、トリフルオロメチル基又はヒドロキシメチル基である。R22〜R24及びR28〜R30は、それぞれ独立して、炭素数1〜4の直鎖状又は分岐状のアルキル基である。
重合体(I)における上記構造単位(1)の含有割合としては、重合体(I)を構成する全構造単位に対して、5モル%〜70モル%、好ましくは5モル%〜50モル%である。この含有割合が上記範囲である場合には、レジスト組成物をナノエッジラフネスに優れるものとすることができる。
上記構造単位(2)〜(5)の含有割合の合計としては、重合体(I)を構成する全構造単位に対して、1モル%以上が好ましく、より好ましくは5モル%〜95モル%、更に好ましくは5モル%〜80モル%である。この含有割合の合計が95モル%を超えると、レジスト組成物のナノエッジラフネスが悪化する場合がある。
上記構造単位(1)〜(5)の含有割合の合計としては、重合体(I)を構成する全構造単位に対して、10モル%以上が好ましく、より好ましくは40モル%〜100モル%、更に好ましくは50モル%〜100モル%である。この含有割合の合計を10モル%以上とすることでレジスト組成物をナノエッジラフネスに優れるものとすることができる。
上記構造単位(6)の含有割合としては、重合体(I)を構成する全構造単位に対して、通常80モル%以下であり、好ましくは0モル%〜60モル%であり、より好ましくは5モル%〜30モル%である。この含有割合を80モル%以下とすることで、レジスト組成物を解像性能とナノエッジラフネスとの性能バランスに優れるものとすることができる。
上記構造単位(7)の含有割合としては、重合体(I)を構成する全構造単位に対して、通常60モル%以下であり、好ましくは0モル%〜50モル%であり、より好ましくは20モル%〜50モル%である。この含有割合を60モル%以下とすることで、レジスト組成物を解像性能とナノエッジラフネスとの性能バランスに優れるものとすることができる。
上記構造単位(6)及び(7)の含有割合の合計としては、重合体(I)を構成する全構造単位に対して、通常、90モル%以下であり、好ましくは0モル%〜80モル%であり、より好ましくは20モル%〜70モル%である。この含有割合を90モル%以下とすることで、レジスト組成物を解像性能とナノエッジラフネスとの性能バランスに優れるものとすることができる。
重合体(I)の合成方法としては特に限定されないが、例えば、公知のラジカル重合又はアニオン重合による方法等が挙げられる。
重合体(I)のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)で測定したポリスチレン換算重量平均分子量(以下、「Mw」ともいう)としては、1,500〜100,000が好ましく、より好ましくは1,500〜40,000、更に好ましくは2,000〜25,000であり、特に好ましくは5,000〜15,000である。
重合体(I)のMwと、GPCで測定したポリスチレン換算数平均分子量(以下、「Mn」ともいう)との比(Mw/Mn)は、通常1〜5であり、より好ましくは1〜4、更に好ましくは1〜3である。
[感放射線性酸発生剤]
感放射線性酸発生剤(以下、「酸発生剤(P)」ともいう)は、リソグラフィープロセスにおいて、レジスト組成物により形成されたレジスト膜に放射線等を照射したときに、レジスト膜内で酸を発生する物質である。酸発生剤(P)から発生した酸の作用によって、上述した重合体(I)中の酸解離性基が解離する。
酸発生剤(P)としては、酸発生効率、耐熱性等が良好である観点から、オニウム塩、ジアゾメタン化合物及びN−スルホニルオキシイミド化合物よりなる群から選択される少なくとも1種が好ましい。酸発生剤(P)は、1種単独で又は2種以上を混合して用いてもよい。
上記オニウム塩としては、下記式(b1)で表される化合物が好ましい。
(b1)
上記式(b1)中、Mは、1価のオニウムカチオンである。Lは、1価のアニオンである。
上記オニウム塩としては、例えば、ヨードニウム塩、スルホニウム塩、ホスホニウム塩、ジアゾニウム塩、ピリジニウム塩等が挙げられる。これらの中でも、より良好な感度が得られるという観点から、硫黄原子を含むオニウムカチオン(スルホニウムカチオン)、ヨウ素原子を含むオニウムカチオン(ヨードニウムカチオン)が好ましい。
上記式(b1)におけるMで表される1価のオニウムカチオンとしては、例えば、下記式(b1−M−1)で表されるカチオン、下記式(b1−M−2)で表されるカチオン等が挙げられる。
Figure 0005725151
上記式(b1−M−1)中、R31、R32及びR33は、それぞれ独立して、置換されていてもよい炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、又は置換されていてもよい炭素数6〜18のアリール基である。但し、R31、R32及びR33のうちのいずれか2つが互いに結合してこれらが結合する硫黄原子とともに環状構造を形成し、かつ残りの1つが置換されていてもよい炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基又は置換されていてもよい炭素数6〜18のアリール基であってもよい。
Figure 0005725151
上記式(b1−M−2)中、R34及びR35は、それぞれ独立して、置換されていてもよい炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、又は置換されていてもよい炭素数6〜18のアリール基である。但し、R34及びR35が互いに結合してこれらが結合するヨウ素原子とともに環状構造を形成していてもよい。
上記式(b1−M−1)及び式(b1−M−2)における非置換の炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基としては、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。
このアルキル基が有していてもよい置換基としては、例えば、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素等のハロゲン原子、ヒドロキシル基、チオール基、及びヘテロ原子(例えば、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)を含む有機基等が挙げられる。
上記式(b1−M−1)及び(b1−M−2)における非置換の炭素数6〜18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。
このアリール基が有していてもよい置換基としては、例えば、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素等のハロゲン原子、ヒドロキシル基、チオール基、アルキル基、及びヘテロ原子(例えば、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)を含む有機基等が挙げられる。
上記M+で表される1価のオニウムカチオンとしては、スルホニウムカチオンが好ましく、トリアリールスルホニウムカチオンがより好ましく、トリフェニルスルホニウムカチオンがさらに好ましい。
上記式(b1)におけるMで表される1価のオニウムカチオン部位は、例えば、Advances in Polymer Sciences,Vol.62,p.1−48(1984)に記載されている公知の方法に準じて合成することができる。
上記式(b1)におけるLで表される1価のアニオンとしては、下記式(b1−L−1)〜(b1−L−4)で表されるアニオン等が挙げられる。これらの中でも、下記式(b1−L−1)又は(b1−L−2)で表されるアニオンが好ましい。
Figure 0005725151
上記式(b1−L−1)中、R36及びR37は、それぞれ独立して、フッ素原子又は少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数1〜20のアルキル基である。但し、R36及びR37が互いに結合して、少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数1〜20の環状構造を形成していてもよい。
上記式(b1−L−2)中、R38、R39及びR40は、それぞれ独立して、少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数1〜20のアルキル基である。但し、R38、R39及びR40のうちのいずれか2つが互いに結合して、少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数1〜20の環状構造を形成し、かつ残りの1つが少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数1〜20のアルキル基であってもよい。
上記式(b1−L−3)及び式(b1−L−4)中、R41及びR42は、それぞれ独立して、フッ素原子又は置換されていてもよい炭素数1〜12の炭化水素基である。nは、1〜10の整数である。
上記式(b1−L−1)及び(b1−L−2)における少なくとも1個のフッ素原子を有する炭素数1〜20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−ブチル基等のアルキル基が有する少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換された基等が挙げられる。
オニウム塩の具体例としては、例えば、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ベンゼンスルホネート、トリフェニルスルホニウム−10−カンファースルホネート、トリフェニルスルホニウムn−オクタンスルホネート、トリフェニルスルホニウム4−トリフルオロメチルベンゼンスルホネート、トリフェニルスルホニウムナフタレンスルホネート、トリフェニルスルホニウムパーフルオロベンゼンスルホネート、トリフェニルスルホニウム1,1,2,2−テトラフルオロ−2−(テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカン−8−イル)エタンスルホネート、トリフェニルスルホニウム1,1−ジフルオロ−2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2−イル)エタンスルホネート、トリフェニルスルホニウム1,2−ビス(シクロヘキシルオキシカルボニル)エタン−1−スルホネート、トリフェニルスルホニウム1,2−ビス(ノルボルニルオキシカルボニル)エタン−1−スルホネート、トリフェニルスルホニウム1,2−ビス(テトラヒドロピラニルオキシカルボニル)エタン−1−スルホネート、トリフェニルスルホニウム1,2−ビス(2−ヘプチルオキシカルボニル)エタン−1−スルホネート;
(4−t−ブトキシフェニル)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−t−ブトキシフェニル)ジ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、(4−t−ブトキシフェニル)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−t−ブトキシフェニル)ジフェニルスルホニウム−10−カンファースルホネート、(4−ヒドロキシフェニル)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−ヒドロキシフェニル)ジ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、(4−ヒドロキシフェニル)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−ヒドロキシフェニル)ジフェニルスルホニウム−10−カンファースルホネート、(4−ヒドロキシフェニル)ジフェニルスルホニウム−n−オクタンスルホネート、
トリス(4−メトキシフェニル)スルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、トリス(4−メトキシフェニル)スルホニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、トリス(4−メトキシフェニル)スルホニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、トリス(4−メトキシフェニル)スルホニウム−10−カンファースルホネート、(4−フルオロフェニル)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−フルオロフェニル)ジ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、(4−フルオロフェニル)ジフェニルスルホニウム−10−カンファースルホネート;トリス(4−フルオロフェニル)スルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、トリス(4−フルオロフェニル)スルホニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、トリス(4−フルオロフェニル)スルホニウム−10―カンファーフルホネート、トリス(4−フルオロフェニル)スルホニウム−p−トルエンスルホネート、トリス(4−トリフルオロメチルフェニル)スルホニウムトリフルオロメタンスルホネート;
2,4,6−トリメチ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、2,4,6−トリメチルフェニルジフェニルスルホニウム−2,4−ジフルオロベンゼンスルホネート、2,4,6−トリメチルフェニルジフェニルスルホニウム−4−トリフルオロメチルベンゼンスルホネート;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、ジフェニルヨードニウム−10−カンファースルホネート、ジフェニルヨードニウム−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、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウム−10−カンファースルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウム−n−オクタンスルホネート、(4−メトキシフェニル)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、(4−メトキシフェニル)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、(4−メトキシフェニル)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、
(4−フルオロフェニル)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、(4−フルオロフェニル)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、(4−フルオロフェニル)フェニルヨードニウム10−カンファースルホネート;ビス(4−フルオロフェニル)ヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、ビス(4−フルオロフェニル)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−フルオロフェニル)ヨードニウム10−カンファースルホネート;
ビス(4−クロロフェニル)ヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、ビス(4−クロロフェニル)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−クロロフェニル)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−クロロフェニル)ヨードニウムn−ドデシルベンゼンスルホネート、ビス(4−クロロフェニル)ヨードニウム−10−カンファースルホネート、ビス(4−クロロフェニル)ヨードニウム−n−オクタンスルホネート、ビス(4−クロロフェニル)ヨードニウム−4−トリフルオロメチルベンゼンスルホネート、ビス(4−クロロフェニル)ヨードニウムパーフルオロベンゼンスルホネート;
ビス(4−トリフルオロメチルフェニル)ヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、ビス(4−トリフルオロメチルフェニル)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−トリフルオロメチルフェニル)ヨードニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、ビス(4−トリフルオロメチルフェニル)ヨードニウム−n−ドデシルベンゼンスルホネート、ビス(4−トリフルオロメチルフェニル)ヨードニウム−p−トルエンスルホネート、ビス(4−トリフルオロメチルフェニル)ヨードニウムベンゼンスルホネート、ビス(4−トリフルオロメチルフェニル)ヨードニウム−10−カンファースルホネート、ビス(4−トリフルオロメチルフェニル)ヨードニウム−n−オクタンスルホネート、ビス(4−トリフルオロメチルフェニル)ヨードニウム4−トリフルオロメチルベンゼンスルホネート、ビス(4−トリフルオロメチルフェニル)ヨードニウムパーフルオロベンゼンスルホネート;
下記式(2x−1)〜(2x−43)で表される化合物等が挙げられる。
Figure 0005725151
Figure 0005725151
Figure 0005725151
Figure 0005725151
Figure 0005725151
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Figure 0005725151
Figure 0005725151
Figure 0005725151
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これらのオニウム塩の中でも、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10−カンファースルホネート、トリフェニルスルホニウム1,2−ビス(シクロヘキシルオキシカルボニル)エタン−1−スルホネート、トリフェニルスルホニウム1,2−ビス(ノルボルニルオキシカルボニル)エタン−1−スルホネート、トリフェニルスルホニウム1,2−ビス(テトラヒドロピラニルオキシカルボニル)エタン−1−スルホネート、トリフェニルスルホニウム1,2−ビス(2−ヘプチルオキシカルボニル)エタン−1−スルホネート、(4−ヒドロキシフェニル)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−ヒドロキシフェニル)ジ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、トリス(4−メトキシフェニル)スルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、トリス(4−メトキシフェニル)スルホニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、(4−フルオロフェニル)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−フルオロフェニル)ジ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、2,4,6−トリメチ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、2,4,6−トリメチルフェニルジフェニルスルホニウム−2,4−ジフルオロベンゼンスルホネート、2,4,6−トリメチルフェニルジフェニルスルホニウム−4−トリフルオロメチルベンゼンスルホネート、
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−10−カンファースルホネート、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−10−カンファースルホネート、(4−フルオロフェニル)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、(4−フルオロフェニル)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、(4−フルオロフェニル)フェニルヨードニウム−10−カンファースルホネート、ビス(4−フルオロフェニル)ヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、ビス(4−フルオロフェニル)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−フルオロフェニル)ヨードニウム−10−カンファースルホネート、トリス(4−トリフルオロメチルフェニル)スルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、トリフェニルスルホニウム1,1,2,2−テトラフルオロ−2−(テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカン−8−イル)エタンスルホネート、トリフェニルスルホニウム−1,1−ジフルオロ−2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2−イル)エタンスルホネート;上記式(2x−13)、(2x−16)、(2x−17)、(2x−18)、(2x−19)、(2x−20)、(2x−27)、(2x−28)、(2x−29)、(2x−31)、(2x−36)、(2x−43)で表される化合物が好ましく、トリフェニルスルホニウム1,2−ビス(シクロヘキシルオキシカルボニル)エタン−1−スルホネート、トリフェニルスルホニウム1,2−ビス(ノルボルニルオキシカルボニル)エタン−1−スルホネート、トリフェニルスルホニウム1,2−ビス(テトラヒドロピラニルオキシカルボニル)エタン−1−スルホネート、トリフェニルスルホニウム1,2−ビス(2−ヘプチルオキシカルボニル)エタン−1−スルホネートがより好ましい。
上記ジアゾメタン化合物としては、例えば、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(シクロヘキシルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(3,3−ジメチル−1,5−ジオキサスピロ[5.5]ドデカン−8−スルホニル)ジアゾメタン、ビス(1,4−ジオキサスピロ[4.5]デカン−7−スルホニル)ジアゾメタン、ビス(t−ブチルスルホニル)ジアゾメタン等が挙げられる。
これらのジアゾメタン化合物の中でも、ビス(シクロヘキシルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(3,3−ジメチル−1,5−ジオキサスピロ[5.5]ドデカン−8−スルホニル)ジアゾメタン、ビス(1,4−ジオキサスピロ[4.5]デカン−7−スルホニル)ジアゾメタンが好ましい。
上記N−スルホニルオキシイミド化合物としては、例えば、N−(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)−7−オキサビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−5,6−オキシ−2,3−ジカルボキシイミド;N−(10−カンファースルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(10−カンファースルホニルオキシ)フタルイミド、N−(10−カンファースルホニルオキシ)−7−オキサビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(10−カンファースルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−5,6−オキシ−2,3−ジカルボキシイミド、N−(10−カンファースルホニルオキシ)ナフチルイミド、N−〔(5−メチル−5−カルボキシメチルビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2−イル)スルホニルオキシ〕スクシンイミド;
N−(n−オクチルスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(n−オクチルスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−5,6−オキシ−2,3−ジカルボキシイミド、N−(パーフルオロフェニルスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(パーフルオロフェニルスルホニルオキシ)−7−オキサビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(パーフルオロフェニルスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−5,6−オキシ−2,3−ジカルボキシイミド、N−(ノナフルオロ−n−ブチルスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(ノナフルオロ−n−ブチルスルホニルオキシ)−7−オキサビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(ノナフルオロ−n−ブチルスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−5,6−オキシ−2,3−ジカルボキシイミド;
N−(パーフルオロ−n−オクチルスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(パーフルオロ−n−オクチルスルホニルオキシ)−7−オキサビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(パーフルオロ−n−オクチルスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−5,6−オキシ−2,3−ジカルボキシイミド等が挙げられる。
これらのN−スルホニルオキシイミド化合物の中でも、N−(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(10−カンファースルホニルオキシ)スクシンイミド、N−〔(5−メチル−5−カルボキシメチルビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2−イル)スルホニルオキシ〕スクシンイミドが好ましい。
酸発生剤(P)の含有量としては、重合体(I)100質量部に対して、0.1質量部〜50質量部が好ましく、より好ましくは0.5質量部〜50質量部である。この酸発生剤(P)の含有量が0.1質量部未満であると、感度及び現像性が低下するおそれがある。一方、この含有量が50質量部を超えると、放射線に対する透明性、パターン形状、耐熱性等が低下するおそれがある。
[酸拡散制御剤]
上記レジスト組成物は、上記重合体(I)及び酸発生剤以外に、酸拡散制御剤(以下、酸拡散制御剤(Q)ともいう)を更に含有することが好ましい。酸拡散制御剤(Q)は、露光により酸発生剤(P)等から生じる酸のレジスト膜中における拡散現象を制御し、未露光部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。
酸拡散制御剤(Q)としては、例えば、含窒素有機化合物、感光性塩基性化合物等が挙げられる。
上記含窒素有機化合物としては、例えば、下記式(Q1)で表される化合物(以下、「含窒素化合物(i)」ともいう)、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)」ともいう)、窒素原子を3個以上有するポリアミノ化合物や重合体(以下、これらをまとめて「含窒素化合物(iii)」ともいう)、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。
Figure 0005725151
上記式(Q1)中、R43、R44及びR45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、置換されていてもよいアリール基又は置換されていてもよいアラルキル基である。
上記含窒素化合物(i)としては、例えば、n−ヘキシルアミン、n−ヘプチルアミン、n−オクチルアミン、n−ノニルアミン、n−デシルアミン、シクロヘキシルアミン等のモノ(シクロ)アルキルアミン類;ジ−n−ブチルアミン、ジ−n−ペンチルアミン、ジ−n−ヘキシルアミン、ジ−n−ヘプチルアミン、ジ−n−オクチルアミン、ジ−n−ノニルアミン、ジ−n−デシルアミン、シクロヘキシルメチルアミン、ジシクロヘキシルアミン等のジ(シクロ)アルキルアミン類;トリエチルアミン、トリ−n−プロピルアミン、トリ−n−ブチルアミン、トリ−n−ペンチルアミン、トリ−n−ヘキシルアミン、トリ−n−ヘプチルアミン、トリ−n−オクチルアミン、トリ−n−ノニルアミン、トリ−n−デシルアミン、シクロヘキシルジメチルアミン、メチルジシクロヘキシルアミン、トリシクロヘキシルアミン等のトリ(シクロ)アルキルアミン類;トリエタノールアミン等の置換アルキルアミン;アニリン、N−メチルアニリン、N,N−ジメチルアニリン、2−メチルアニリン、3−メチルアニリン、4−メチルアニリン、4−ニトロアニリン、ジフェニルアミン、トリフェニルアミン、ナフチルアミン、2,4,6−トリ−tert−ブチル−N−メチルアニリン、N−フェニルジエタノールアミン、2,6−ジイソプロピルアニリン等の芳香族アミン類等が挙げられる。
上記含窒素化合物(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、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ジアミノベンゾフェノン、4,4’−ジアミノジフェニルアミン、2,2−ビス(4−アミノフェニル)プロパン、2−(3−アミノフェニル)−2−(4−アミノフェニル)プロパン、2−(4−アミノフェニル)−2−(3−ヒドロキシフェニル)プロパン、2−(4−アミノフェニル)−2−(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、1,4−ビス〔1−(4−アミノフェニル)−1−メチルエチル〕ベンゼン、1,3−ビス〔1−(4−アミノフェニル)−1−メチルエチル〕ベンゼン、ビス(2−ジメチルアミノエチル)エーテル、ビス(2−ジエチルアミノエチル)エーテル、1−(2−ヒドロキシエチル)−2−イミダゾリジノン、2−キノキサリノール、N,N,N’,N’−テトラキス(2−ヒドロキシプロピル)エチレンジアミン、N,N,N’,N’’,N’’−ペンタメチルジエチレントリアミン等が挙げられる。
上記含窒素化合物(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、2−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。
上記アミド基含有化合物としては、例えば、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−n−ノニルアミン、N−t−ブトキシカルボニルジ−n−デシルアミン、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−1−アダマンチルアミン、N−t−ブトキシカルボニル−2−アダマンチルアミン、N−t−ブトキシカルボニル−N−メチル−1−アダマンチルアミン、(S)−(−)−1−(t−ブトキシカルボニル)−2−ピロリジンメタノール、(R)−(+)−1−(t−ブトキシカルボニル)−2−ピロリジンメタノール、N−t−ブトキシカルボニル−4−ヒドロキシピペリジン、N−t−ブトキシカルボニルピロリジン、N−t−ブトキシカルボニルピペラジン、N,N−ジ−t−ブトキシカルボニル−1−アダマンチルアミン、N,N−ジ−t−ブトキシカルボニル−N−メチル−1−アダマンチルアミン、N−t−ブトキシカルボニル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、N,N’−ジ−t−ブトキシカルボニルヘキサメチレンジアミン、N,N,N’N’−テトラ−t−ブトキシカルボニルヘキサメチレンジアミン、N,N’−ジ−t−ブトキシカルボニル−1,7−ジアミノヘプタン、N,N’−ジ−t−ブトキシカルボニル−1,8−ジアミノオクタン、N,N’−ジ−t−ブトキシカルボニル−1,9−ジアミノノナン、N,N’−ジ−t−ブトキシカルボニル−1,10−ジアミノデカン、N,N’−ジ−t−ブトキシカルボニル−1,12−ジアミノドデカン、N,N’−ジ−t−ブトキシカルボニル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、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−メチ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等のN−t−ブトキシカルボニル基含有アミノ化合物のほか、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、N−アセチル−1−アダマンチルアミン、イソシアヌル酸トリス(2−ヒドロキシエチル)等が挙げられる。
上記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−n−ブチルチオウレア等が挙げられる。
上記含窒素複素環化合物としては、例えば、イミダゾール、4−メチルイミダゾール、4−メチル−2−フェニルイミダゾール、ベンズイミダゾール、2−フェニルベンズイミダゾール、1−ベンジル−2−メチルイミダゾール、1−ベンジル−2−メチル−1H−イミダゾール等のイミダゾール類;ピリジン、2−メチルピリジン、4−メチルピリジン、2−エチルピリジン、4−エチルピリジン、2−フェニルピリジン、4−フェニルピリジン、2−メチル−4−フェニルピリジン、ニコチン、ニコチン酸、ニコチン酸アミド、キノリン、4−ヒドロキシキノリン、8−オキシキノリン、アクリジン、2,2’:6’,2’’−ターピリジン等のピリジン類;ピペラジン、1−(2−ヒドロキシエチル)ピペラジン等のピペラジン類のほか、ピラジン、ピラゾール、ピリダジン、キノザリン、プリン、ピロリジン、ピペリジン、ピペリジンエタノール、3−ピペリジノ−1,2−プロパンジオール、モルホリン、4−メチルモルホリン、1−(4−モルホリニル)エタノール、4−アセチルモルホリン、3−(N−モルホリノ)−1,2−プロパンジオール、1,4−ジメチルピペラジン、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン等が挙げられる。
上記感光性塩基性化合物は、露光部では分解して塩基性を失い、未露光部では分解せずにそのまま残る成分である。このような感光性塩基性化合物は、非感光性の塩基性化合物に比べて、露光部(露光領域)に発生する酸を有効活用することができるため、感度をより向上させることができる。
上記感光性塩基性化合物としては、上記性質を有する限り特に限定されない。具体的には、例えば、下記式(Q2−1)又は式(Q2−2)で表される化合物等が挙げられる。
Figure 0005725151
上記式(Q2−1)及び式(Q2−2)中、R46〜R50は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、置換基を有してもよい炭素数1〜10のアルキル基、置換基を有してもよい脂環式炭化水素基、−OSO−R基、又は−SO−R基である。R及びRは、それぞれ独立して、置換基を有してもよい炭素数1〜10のアルキル基、置換基を有してもよい脂環式炭化水素基又は置換基を有してもよいアリール基である。Eは、OH、R51又はR51COOである。R51は、1価の有機基である。
上記式(Q2−1)におけるR46〜R48は、全て同一であってもよく、一部又は全てが互いに異なっていてもよい。上記式(Q2−2)におけるR49及びR50は、同一であってもよく、異なっていてもよい。
上記R46〜R50並びにR及びRで表される炭素数1〜10のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−ブチル基、tert−ブチル基、トリフルオロメチル基等が挙げられる。このアルキル基を置換する置換基としては、例えば、ヒドロキシル基、カルボキシル基、フッ素原子、臭素原子等のハロゲン原子、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、t−ブトキシ基等のアルコキシ基、t−ブトキシカルボニルメチルオキシ基等のアルキルオキシカルボニル基等が挙げられる。
上記R46〜R50並びにR及びRで表される脂環式炭化水素基としては、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロオクチル基、シクロデシル基、ノルボルニル基、アダマンチル基、トリシクロデシル基、テトラシクロドデシル基等が挙げられる。この脂環式炭化水素基を置換する置換基としては、例えば、上記R46〜R50で表される炭素数1〜10のアルキル基の置換基として例示したものと同様の基等が挙げられる。
上記R46〜R50で表されるハロゲン原子としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられる。
上記R及びRで表されるアリール基としては、例えば、フェニル基、トリル基、キシリル基、メシチル基、ナフチル基、メチルナフチル基、ジメチルナフチル基、アントリル基、メチルアントリル基、ジメチルアントリル基等が挙げられる。このアリール基を置換する置換基としては、例えば、上記R46〜R50で表される炭素数1〜10のアルキル基の置換基として例示したものと同様の基等が挙げられる。
上記R46〜R50としては、これらの中でも、水素原子、t−ブチル基が好ましい。
上記R及びRとしては、これらの中でも、シクロヘキシル基、フェニル基、メチル基、トリフルオロメチル基が好ましい。
上記R51で表される1価の有機基としては、例えば、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアリール基等が挙げられる。
上記Lとしては、OH、CHCOO及び下記式(Q2−a1)〜(Q2−a5)で表されるアニオンが好ましい。
Figure 0005725151
上記感光性塩基性化合物の具体例としては、例えば、トリフェニルスルホニウム化合物(上記式(Q2−1)で表される化合物)であって、そのアニオン部(E)がOH、CHCOO、上記式(Q2−1)又は(Q2−3)で表されるアニオンであるもの等が挙げられる。
酸拡散制御剤(Q)の含有量としては、重合体(I)100質量部に対して、30質量部以下が好ましく、より好ましくは0.001質量部〜30質量部、更に好ましくは0.005質量部〜15質量部である。この酸拡散制御剤(Q)の含有量が30質量部を超えると、形成したレジスト膜の感度や露光部の現像性が低下するおそれがある。一方、この含有量が0.001質量部未満であると、プロセス条件によっては、形成されるレジストパターンのパターン形状の良好性や寸法忠実度が低下するおそれがある。酸拡散制御剤(Q)は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
[溶媒]
上記レジスト組成物は、通常、溶媒(以下、「溶媒(R)」ともいう)を含有する。この溶媒としては、上記重合体(I)、酸発生剤(P)、酸拡散制御剤(Q)及び後述するその他の成分を溶解又は分散できれば特に限定されない。この溶媒(R)としては、例えば、上記多層レジストプロセス用シリコン含有膜形成組成物における[C]溶媒として例示したものと同様の溶媒等が挙げられる。
上記溶媒(R)としては、エステル系溶媒、ケトン系溶媒が好ましく、カルボン酸エステル系溶媒、多価アルコール部分エーテルのカルボン酸エステル系溶媒、ラクトン系溶媒、鎖状ケトン系溶媒、環状ケトン系溶媒がより好ましく、カルボン酸エステル系溶媒、多価アルコール部分エーテルのカルボン酸エステル系溶媒がさらに好ましく、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、乳酸エステルが特に好ましく、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、乳酸エチルがさらに特に好ましい。
[その他の成分]
上記レジスト組成物には、その他の成分として、必要に応じて、界面活性剤、増感剤、脂肪族添加剤等を更に含有させることができる。
以下に本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。また、本実施例において、レジスト膜の露光にEB(電子線)を使用しているものがあるが、EUV等の短波長放射線を使用した場合でも、基本的なレジスト特性は類似しており、それらに相関性があることも知られている。各種物性値は以下の方法に従い測定した。
[Mw及びMn]
重合体のMw及びMnは、GPCカラム(G2000HXL 2本、G3000HXL 1本、G4000HXL 1本 東ソー製)を用い、以下の条件により測定した。
カラム温度:40℃
溶出溶媒:テトラヒドロフラン(和光純薬工業製)
流速:1.0mL/分
試料濃度:1.0質量%
試料注入量:100μL
検出器:示差屈折計
標準物質:単分散ポリスチレン
H−NMR分析及び13C−NMR分析]
重合体の構造解析は、核磁気共鳴装置(JNM−EX270、日本電子製)を用いたH−NMR分析及び13C−NMR分析により行った。
[ポリシロキサンの固形分濃度]
ポリシロキサン溶液0.5gを250℃で30分間焼成する前後で質量を測定し、その測定値から、ポリシロキサン溶液の固形分濃度(質量%)を決定した。
<[A]ポリシロキサンの合成>
[合成例1](ポリシロキサン(A−1)の合成)
シュウ酸1.28gを水12.85gに加熱溶解させて、シュウ酸水溶液を調製した。その後、テトラメトキシシラン25.05g、フェニルトリメトキシシラン3.63g及びプロピレングリコールモノエチルエーテル57.19gを入れたフラスコに、冷却管と、上記調製したシュウ酸水溶液を入れた滴下ロートをセットした。次いで、オイルバスにて60℃に加熱した後、シュウ酸水溶液をゆっくり滴下し、60℃で4時間反応させた。反応終了後、反応溶液の入ったフラスコを放冷してからエバポレーターにセットし、反応により生成したメタノールを除去してポリシロキサン(A−1)を含む溶液97.3gを得た。得られたポリシロキサン(A−1)を含む溶液中の固形分濃度は18.0質量%であった。また、得られたポリシロキサン(A−1)のMwは、2,000であった。
<多層レジストプロセス用シリコン含有膜形成組成物の調製>
多層レジストプロセス用シリコン含有膜形成組成物の調製に用いた[B]電子受容体及び[C]溶媒について下記に示す。
[[B]電子受容体]
B−1:7,7,8,8−テトラシアノキノジメタン
B−2:トリフェニルスルホニウム2−ヒドロキシ−4−トリフルオロメチルベンゾエート(下記化合物(B−2)で表される化合物)
Figure 0005725151
b−1:N−t−アミロキシカルボニル−4−ヒドロキシピペリジン
b−2:N−t−ブトキシカルボニル−4−ヒドロキシピペリジン
なお、化合物(b−1)及び(b−2)は、電子を受容する機能を有しない物質である。
[[C]溶媒]
C−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
C−2:プロピレングリコールモノエチルエーテル
[実施例1](多層レジストプロセス用シリコン含有膜形成組成物(S−1)の調製)
上記合成例1で得られた[A]ポリシロキサンとしての(A−1)を含む溶液4.76g、[B]電子受容体としての(B−1)0.043g並びに[C]溶媒としての(C−1)29.23g及び(C−2)69.37gを混合し、多層レジストプロセス用シリコン含有膜形成組成物(S−1)を調製した。
[実施例2〜4及び比較例1〜3](多層レジストプロセス用シリコン含有膜形成組成物(S−2)〜(S−7)の調製)
下記表1に示す種類及び量の各成分を用いた以外は、実施例1と同様にして多層レジストプロセス用シリコン含有膜形成組成物(S−2)〜(S−7)を調製した。
Figure 0005725151
<重合体(I)の合成>
[合成例2](重合体(I−A)の合成)
下記式(M−1)で表される単量体4.5g(35モル%)及びp−アセトキシスチレン5.5g(65モル%)、2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)(AIBN)0.4g及びt−ドデシルメルカプタン0.1gをプロピレングリコールモノメチルエーテル10gに溶解した後、窒素雰囲気下、反応釜を攪拌しながら70℃に保持して16時間重合させた。重合後、重合反応溶液を500gのn−ヘキサン中に滴下して、生成重合体を凝固精製した。次いで、得られた重合体を再度プロピレングリコールモノメチルエーテル7.5gに溶解した後、メタノール15g、トリエチルアミン4.0g及び水1.0gを加えて沸点にて還流させながら8時間加水分解反応を行った。反応後、溶媒及びトリエチルアミンを減圧留去し、得られた重合体をアセトン10gに溶解した後、100gの水中に滴下して凝固させ、生成した白色粉末を濾過し、減圧下50℃で一晩乾燥して、白色粉末の重合体(I−A)を得た(収率68%)。この重合体(I−A)のMwは11,000、Mw/Mnは2.3であった。また、13C−NMR分析の結果、重合体(I−A)中の単量体(M−1)に由来する構造単位:p−ヒドロキシスチレンに由来する構造単位の各含有割合は、34.8:65.2(モル%)であった。
Figure 0005725151
[合成例3](重合体(I−B)の合成)
下記式(M−2)で表される単量体4.66g(35モル%)、p−アセトキシスチレン5.34g(65モル%)、AIBN0.4g及びt−ドデシルメルカプタン0.1gをプロピレングリコールモノメチルエーテル10gに溶解した後、窒素雰囲気下、反応釜を攪拌しながら70℃に保持して16時間重合させた。重合後、重合反応溶液を500gのn−ヘキサン中に滴下して、生成重合体を凝固精製した。次いで、得られた重合体を再度プロピレングリコールモノメチルエーテル7.5gに溶解した後、メタノール15g、トリエチルアミン4.0g及び水1.0gを加えて沸点にて還流させながら8時間加水分解反応を行った。反応後、溶媒及びトリエチルアミンを減圧留去し、得られた重合体をアセトン10gに溶解した後、100gの水中に滴下して凝固させ、生成した白色粉末を濾過し、減圧下50℃で一晩乾燥して、白色粉末の重合体(I−B)を得た(収率74.6%)。この重合体(I−B)のMwは9,600、Mw/Mnは2.1であった。また、13C−NMR分析の結果、重合体(I−B)中の単量体(M−2)に由来する構造単位:p−ヒドロキシスチレンに由来する構造単位の各含有割合は、35.2:64.8(モル%)であった。
Figure 0005725151
[合成例4](重合体(I−C)の合成)
下記式(M−3)で表される単量体5.29g(30モル%)、下記式(M−4)で表される単量体2.22g(15モル%)及びp−アセトキシスチレン7.49g(55モル%)、AIBN0.83g及びt−ドデシルメルカプタン0.3gをプロピレングリコールモノメチルエーテル22.5gに溶解した後、窒素雰囲気下、反応釜を攪拌しながら70℃に保持して16時間重合させた。重合後、重合反応溶液を750gのn−ヘキサン中に滴下して、生成重合体を凝固精製した。次いで、得られた重合体を再度プロピレングリコールモノメチルエーテル10.0gに溶解した後、メタノール20g、トリエチルアミン6.0g及び水1.5gを加えて沸点にて還流させながら8時間加水分解反応を行った。反応後、溶媒及びトリエチルアミンを減圧留去し、得られた重合体をアセトン15gに溶解した後、150gの水中に滴下して凝固させ、生成した白色粉末を濾過し、減圧下50℃で一晩乾燥して、白色粉末の重合体(I−C)を得た(収率71.3%)。この重合体(I−C)のMwは7,800、Mw/Mnは2.2であった。また、13C−NMR分析の結果、重合体(I−C)中の単量体(M−3)に由来する構造単位:(M−4)に由来する構造単位:p−ヒドロキシスチレンに由来する構造単位の各含有割合は、30.2:14.8:55.0(モル%)であった。
Figure 0005725151
[合成例5](重合体(I−D)の合成)
下記式(M−5)で表される単量体6.21g(30モル%)、下記式(M−6)で表される単量体3.99g(15モル%)、及びp−アセトキシスチレン4.79g(55モル%)、AIBN0.83g及びt−ドデシルメルカプタン0.3gをプロピレングリコールモノメチルエーテル22.5gに溶解した後、窒素雰囲気下、反応釜を攪拌しながら70℃に保持して16時間重合させた。重合後、重合反応溶液を750gのn−ヘキサン中に滴下して、生成重合体を凝固精製した。次いで、得られた重合体を再度プロピレングリコールモノメチルエーテル10.0gに溶解した後、メタノール20g、トリエチルアミン6.0g及び水1.5gを加えて沸点にて還流させながら8時間加水分解反応を行った。反応後、溶媒及びトリエチルアミンを減圧留去し、得られた重合体をアセトン15gに溶解した後、150gの水中に滴下して凝固させ、生成した白色粉末を濾過し、減圧下50℃で一晩乾燥して、白色粉末の重合体(I−D)を得た(収率69.3%)。この重合体(I−D)のMwは8,100、Mw/Mnは2.2であった。また、13C−NMR分析の結果、重合体(I−D)中の単量体(M−5)に由来する構造単位:(M−6)に由来する構造単位:p−ヒドロキシスチレンに由来する構造単位の各含有割合は、39.8:20.4:39.8(モル%)であった。
Figure 0005725151
<レジスト組成物の調製>
レジスト組成物を調製に用いた酸発生剤(P)、酸拡散制御剤(Q)及び溶媒(R)について以下に示す。
[酸発生剤(P)]
P−1:トリフェニルスルホニウム1,2−ビス(シクロヘキシルオキシカルボニル)エタン−1−スルホネート(下記式(P−1)で表される化合物)
P−2:トリフェニルスルホニウム1,2−ビス(ノルボルニルオキシカルボニル)エタン−1−スルホネート(下記式(P−2)で表される化合物)
P−3:トリフェニルスルホニウム1,2−ビス(テトラヒドロピラニルオキシカルボニル)エタン−1−スルホネート(下記式(P−3)で表される化合物)
P−4:トリフェニルスルホニウム1,2−ビス(2−ヘプチルオキシカルボニル)エタン−1−スルホネート(下記式(P−4)で表される化合物)
Figure 0005725151
Figure 0005725151
Figure 0005725151
Figure 0005725151
[酸拡散制御剤(Q)]
Q−1:トリフェニルスルホニウム2−ヒドロキシ−4−トリフルオロメチル安息香酸塩(下記式(Q−1)で表される化合物)
Figure 0005725151
[溶媒(R)]
R−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
R−2:乳酸エチル
[調製例1](レジスト組成物(J−1)の調製)
上記合成例2で得られた重合体(I)としての(I−A)1.60g、酸発生剤(P)としての(P−1)0.352g、酸拡散抑制剤(Q)としての(Q−1)0.0530g並びに溶媒(R)としての(R−1)68.6g及び(R−2)29.4gを混合した。得られた混合液をポアサイズ0.45μmのフィルターにてろ過し、レジスト組成物(J−1)を得た。
[調製例2〜8](レジスト組成物(J−2〜J−8)の調製)
下記表2に示す種類及び量の各成分を用いた以外は、調製例1と同様にして、レジスト組成物(J−2)〜(J−8)を得た。
Figure 0005725151
<シリコン含有膜の形成>
シリコンウェハ上に、上記実施例1〜4及び比較例1〜3で得られた多層レジストプロセス用シリコン含有膜形成組成物を、スピンコート法により塗布した。スピンコートには、塗布/現像装置(CLEAN TRACK ACT8、東京エレクトロン製)を使用した(以下、特に記載のないものについては同じ)。得られた塗膜に対し、220℃のホットプレート上で1分間PBを行いシリコン含有膜を形成した。得られたシリコン含有膜の膜厚を膜厚測定装置(M−2000D、J.A.Woollam製)で測定したところ15nmであった。
<評価>
上記形成したシリコン含有膜、上記調製した多層レジストプロセス用シリコン含有膜形成組成物(S−1)〜(S−7)及び上記調製例で得られたレジスト組成物(J−1)〜(J−8)を用いて、下記方法に従い各種評価を行った。評価結果を表3に示す。
[酸素アッシング耐性]
上記得られたシリコン含有膜を、アッシング装置(NA1300、ULVAC製)を用いて、100Wで120秒間O2処理し、処理前後の膜厚差を測定した。両者の差が5nm未満の場合は、酸素アッシング耐性は「A」(良好)と、5nm以上の場合は「B」(不良)と評価した。
[リソグラフィー評価]
(レジストパターンの形成)
[実施例5]
8インチシリコンウェハ上に、反射防止膜形成材料(HM8006、JSR製)をスピンコートした後、250℃で60秒間PBを行うことにより、膜厚100nmの反射防止膜を形成した。この反射防止膜上に、多層レジストプロセス用シリコン含有膜形成組成物(S−1)をスピンコートし、220℃で60秒間PBを行った後、23℃で60秒間冷却することにより、膜厚15nmのシリコン含有膜を形成した。次いで、上記調製したレジスト組成物(J−1)をシリコン含有膜上にスピンコートし、130℃で60秒間PBを行った後、23℃で30秒間冷却することにより、膜厚50nmのレジスト膜を形成した。
[実施例6〜14及び比較例4〜6]
多層レジストプロセス用シリコン含有膜形成用組成物及びレジスト組成物として、下記表3に示すものを用いた以外は、実施例5と同様にして、レジスト膜を形成した。
[比較例7]
8インチシリコンウェハ上に、有機系反射防止膜形成組成物(DUV42、日産化学製)をスピンコートした後、205℃で60秒間PBを行うことにより、膜厚60nmの反射防止膜を形成した。次いで、上記調製したレジスト組成物(J−1)をこの反射防止膜上にスピンコートし、130℃で60秒間PBを行った後、23℃で30秒間冷却することにより、膜厚50nmのレジスト膜を形成した。
[比較例8]
8インチシリコンウエハにヘキサメチルジシラザン処理を施した後、上記調製したレジスト組成物(J−1)をウエハ上にスピンコートし、130℃で60秒間PBを行った後、23℃で30秒間冷却することにより、膜厚50nmのレジスト膜を形成した。
上記形成した各レジスト膜に、電子線描画装置(HL800D、日立製作所製、出力:50KeV,電流密度:5.0アンペア/cm)を用いて、電子線を照射した。電子線の照射後、110℃で60秒間PEBを行い、次いで23℃で60秒間冷却した後、2.38質量%のTMAH水溶液を用い、23℃で60秒間、パドル法により現像した後、純水でリンスし、乾燥して、レジストパターンを形成した。このようにして形成したレジストパターンについて、下記方法で評価を行った。評価結果を表3に合わせて示す。
(評価)
[感度]
上記電子線描画装置にて露光量を変動させ、100nmラインアンドスペースパターンを描画し、半導体用走査電子顕微鏡(高分解能FEB測長装置S−9380、日立製作所製)を用い、ラインとラインの間の溝の幅(スペース幅)を測長した。線幅90nmのラインと隣り合うラインの間のスペース幅が90nmの1:1ラインアンドスペースを1:1線幅に形成する最適露光量を感度(μC/cm)とした。
[最小倒壊寸法]
上記電子線描画装置にて露光量を変動させ、90nmラインアンドスペースパターンを描画し、上記半導体用走査電子顕微鏡を用い、ラインとラインの間の溝の幅(スペース幅)を測長した。露光量が増大するのに従い、スペース幅が広くなり最終的にはパターンの倒壊が起きる。このレジストパターンの倒壊が確認されない最大の露光量におけるスペース幅を最小倒壊前寸法(nm)と定義した。この最小倒壊寸法の値が大きいほどパターン倒れ耐性は良好である。
[解像度]
1:1ラインアンドスペースパターンにおいて、最適露光量にて解像されるラインパターンの最小線幅を解像度とした。
[パターン形状の矩形性]
上記「感度」の評価で得られたレジスト膜の90nmラインアンドスペースパターンの断面形状を、走査型電子顕微鏡(S−4800、日立ハイテクノロジーズ製)で観察し、図1に示されるレジストパターンの下層部での線幅Lbと、レジストパターンの上層部での線幅Luを測定した。パターン形状の矩形性は、断面形状においてLu/Lbで算出される値が、0.8≦Lu/Lb≦1.2である場合を「A」(良好)と、この範囲外である場合を「B」(不良)と評価した。
Figure 0005725151
[実施例15]
300mmの酸化膜付き12インチシリコンウェハ上に、塗布/現像装置(CLEAN TRACK ACT12、東京エレクトロン製)を用い、反射防止膜形成材料(HM8006、JSR製)をスピンコートした後、250℃で60秒間PBを行うことにより、膜厚100nmの反射防止膜を形成した。この反射防止膜上に、多層レジストプロセス用シリコン含有膜形成組成物(S−5)をスピンコートし、220℃で60秒間PBを行った後、23℃で60秒間冷却することにより、膜厚15nmのシリコン含有膜を形成した。次いで、上記調製したレジスト組成物(J−1)をこのシリコン含有膜上にスピンコートし、130℃で60秒間PBを行った後、23℃で30秒間冷却することにより、膜厚50nmのレジスト膜を形成した。次に、EUV露光装置(SFET、キャノン製、照明条件;NA0.30シグマ0.70/0.30)を用い、マスクパターンを介してレジスト膜を露光した。その後、露光したレジスト膜を110℃で60秒間PEBを行い、次いで23℃で60秒間冷却した後、2.38質量%TMAH水溶液を用い、23℃で60秒間、パドル法により現像した。得られたパターンを純水でリンスし、乾燥して、レジストパターンを得た。このようにして形成したレジストパターンについて、下記方法に従い評価した。結果を表4に示す。
(評価)
[最小倒壊寸法]
上記電子線露光によるレジストパターン形成における最小倒壊寸法と同様の方法で、測定を行った。この際、線幅が40nmであるL/S=1/1のレジストパターンを形成する際の露光量(mJ/cm)を最適露光量とし、この最適露光量を感度とした。線幅及びラインとラインとの距離の測定には、走査型電子顕微鏡(CG−4100、日立ハイテクノロジーズ製)を用いた。
[解像度]
L/S=1/1のラインアンドスペースパターンにおいて、最適露光量にて解像されるラインパターンの最小線幅を解像度とした。
[加工性能評価]
上記「最小倒壊寸法」の評価で得たレジスト膜の40nmラインアンドスペースパターンをマスクとして、エッチング装置(Telius SCCM、東京エレクトロン製)を用い、加工性能評価を行った。まず、CFガスにてシリコン含有膜の加工を行った。この加工されたシリコン含有膜をマスクとしてO/Nガスで下層膜の加工を行った。さらに加工された下層膜をマスクとしてCHF/Ar/Oガスを用いて酸化膜付き基板の加工を実施した。酸化膜を深さ方向50nm以上加工した時点で、酸化膜加工のマスクである下層膜に曲がりやよれは生じなかった。
Figure 0005725151
表3の結果から、実施例の多層レジストプロセス用シリコン含有膜形成組成物を用いてシリコン含有膜を形成した場合には、シリコン含有膜の高い酸素アッシング耐性を維持しつつ、比較例のものを用いた場合に比べ、形成されるレジストパターンのパターン倒れ耐性、解像性及びパターン形状の矩形性を優れたものにできることが分かった。また、実施例の多層レジストプロセス用シリコン含有膜形成組成物及びそれを用いたパターン形成方法によれば、従来の有機系反射防止膜を介して、若しくは基板直上に形成した場合と比較して、形成されるレジストパターンは、パターン形状の矩形性や解像度に優れるということが示された。また、表4の結果から、実施例の多層レジストプロセス用シリコン含有膜形成組成物によれば、シリコン含有膜や基板の加工性も優れるものにできることも示された。
本発明の多層レジストプロセス用シリコン含有膜形成組成物及びパターン形成方法によれば、パターン倒れ耐性、解像性及びパターン形状の矩形性に優れるレジストパターンを形成でき、このような優れたレジストパターンを介することにより、優れた加工性能を発揮しつつ、被加工基板に良好なパターンを形成することができる。従って、本発明は、今後ますます微細化が進行する半導体デバイスの製造プロセス等に好適に用いることができ、特に50nmよりも微細な領域における多層レジストプロセスにおいても好適に用いることができる。
1 レジストパターン
2 シリコン含有膜
3 被加工基板
Lu レジストパターンの上層部での線幅
Lb レジストパターンの下層部での線幅

Claims (5)

  1. [A]ポリシロキサン、及び
    [B]電子受容体
    を含有し、
    [B]電子受容体が、キノン化合物、キノジメタン化合物及びジベンゾフラン化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物である多層レジストプロセス用シリコン含有膜形成組成物。
  2. [A]ポリシロキサンが、下記式(2)で表されるシラン化合物を含む化合物の加水分解縮合物である請求項1記載の多層レジストプロセス用シリコン含有膜形成組成物。
    Figure 0005725151
    (式(2)中、Rは、水素原子、フッ素原子、炭素数1〜5のアルキル基、シアノ基、シアノアルキル基、アルキルカルボニルオキシ基、アルケニル基、アリール基又はアラルキル基である。このアルキル基はフッ素原子で置換されていてもよく、アリール基及びアラルキル基は置換されていてもよい。Xは、ハロゲン原子又は−ORである。Rは、1価の有機基である。aは、0〜3の整数である。但し、R及びXがそれぞれ複数の場合、複数のR及びXはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。
  3. 極紫外線、X線又は電子線露光用である請求項1又は請求項2に記載の多層レジストプロセス用シリコン含有膜形成組成物。
  4. (I−1)[A]ポリシロキサン及び[B]電子受容体を含有する多層レジストプロセス用シリコン含有膜形成組成物を用い、被加工基板の上面側にシリコン含有膜を形成する工程、
    (I−2)レジスト組成物を用い、上記シリコン含有膜上にレジスト膜を形成する工程、
    (I−3)フォトマスクを介した放射線の照射により、上記レジスト膜を露光する工程、
    (I−4)上記露光されたレジスト膜を現像し、レジストパターンを形成する工程、並びに
    (I−5)上記レジストパターンをマスクとして、上記シリコン含有膜及び被加工基板を順次ドライエッチングする工程
    を有し、
    [B]電子受容体が、キノン化合物、キノジメタン化合物及びジベンゾフラン化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物であるパターン形成方法。
  5. 工程(I−3)における放射線が、極紫外線、X線又は電子線である請求項に記載のパターン形成方法。
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