TWI465844B - 光阻組成物,光阻圖型之形成方法,化合物,及酸產生劑 - Google Patents
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Description
本發明為有關光阻組成物,使用該光阻組成物之光阻圖型之形成方法,適合作為光阻組成物用酸產生劑之化合物,及由該化合物所形成之酸產生劑。
本案為基於2008年10月8日於日本申請之特願2008-262286號為基礎主張優先權,其內容係於援用於本說明書中。
微影蝕刻技術中,例如於基板等支撐體上形成由光阻材料所得之光阻膜,並對於前述光阻膜,介由形成特定圖型之遮罩,以光、電子線等輻射線進行選擇性曝光,經施以顯影處理,使前述光阻膜形成具有特定形狀之光阻圖型之方式進行。經曝光之部份變化為具有溶解於顯影液之特性的光阻材料稱為正型,經曝光之部份變化為具有不溶解於顯影液之特性的光阻材料稱為負型。
近年來,於半導體元件或液晶顯示元件之製造中,伴隨微影蝕刻技術之進步而急速的推向圖型之微細化。
微細化之方法,一般而言,為將曝光光源予以短波長化之方式進行。具體而言為,以往為使用g線、i線為代表之紫外線。但現在則開始使用KrF準分子雷射,或ArF準分子雷射以進行半導體元件之量產。又,對於前述準分子雷射具有更短波長之F2
準分子雷射、電子線、EUV(極紫外線)或X線等亦已開始進行硏究。
光阻材料中,則尋求一種可重現對該些之曝光光源之感度、微細尺寸之圖型等之解析性等之微影蝕刻特性。滿足該些要求之光阻材料,一般為使用含有經由酸之作用而對鹼顯影液之溶解性產生變化之基礎樹脂,與經由曝光而產生酸之酸產生劑之化學增幅型光阻。例如正型化學增幅型光阻,為含有作為基礎樹脂之經由酸之作用而增大對鹼顯影液之溶解性的樹脂,與酸產生劑,於光阻圖案形成(patterning)時,經由曝光使酸產生劑發生酸時,使曝光部形成鹼可溶性。
目前為止、化學增幅型光阻之基礎樹脂,為使用對KrF準分子雷射(248nm)具有高度透明性之聚羥基苯乙烯(PHS),或其羥基受到酸解離性之溶解抑制基所保護之樹脂(PHS系樹脂)。但是,PHS系樹脂,因具有苯環等之芳香環,故對於短於248nm之短波長,例如對193nm之光則不具有充分之透明性。因此,以PHS系樹脂作為基礎樹脂成份之化學增幅型光阻,例如於使用193nm之光的製程中,則會有解析性較低等之缺點。
因此,現在,於ArF準分子雷射微影蝕刻等中所使用之作為光阻的基礎樹脂,為使其於193nm附近具有優良透明性,一般為使用主鏈具有(甲基)丙烯酸酯所衍生之結構單位的樹脂(丙烯酸系樹脂)。為正型之情形,該樹脂多使用含有含脂肪族多環式基之三級烷酯型的酸解離性溶解抑制基之(甲基)丙烯酸酯所衍生之結構單位,例如主要為使用具有2-烷基-2-金剛烷基(甲基)丙烯酸酯等所衍生之結構單位的樹脂(例如專利文獻1)。
又,「(甲基)丙烯酸酯」為,α位鍵結氫原子之丙烯酸酯,與α位鍵結甲基之甲基丙烯酸酯之一者或兩者之意。「(甲基)丙烯酸酯(acrylate)」係指α位鍵結有氫原子之丙烯酸酯,與該α位鍵結甲基之甲基丙烯酸酯之一或二者之意。「(甲基)丙烯酸(acrylic acid)」係指α位鍵結有氫原子之丙烯酸,與該α位鍵結甲基之甲基丙烯酸之一或二者之意。
又,化學增幅型光阻中所使用之酸產生劑,目前為止已有各種各樣之提案,已知例如碘鎓鹽或鋶鹽等之鎓鹽系酸產生劑、肟磺酸酯系酸產生劑、重氮甲烷系酸產生劑、硝基苄基磺酸酯系酸產生劑、亞胺磺酸酯系酸產生劑、二碸系酸產生劑等。現在,酸產生劑為使用包含三苯基鋶骨架、二萘基單苯基鋶骨架等之酸產生劑(專利文獻2)。
[專利文獻1]特開2003-241385號公報
[專利文獻2]特開2005-37888號公報
近年來,伴隨光阻圖型之與日漸增的微細化,使得對於高解析性之期待更為提高,而尋球各種微影蝕刻特性之提升。
例如,形成光阻圖型之際,抑制隨PEB時溫度(PEB溫度)變化所造成之圖型尺寸的變動(PEB Sensitivity:以下,亦稱為「PEBs」)為重要之課題。PEBs惡化時,於形成光阻圖型之際,將無法安定地形成所期待之光阻圖型之尺寸,因而無法重現具有微細尺寸之圖型。
形成光阻圖型之際的圖型形狀或遮罩重現性,於圖型越為微細化之際其改善將越為重要。例如,遮罩缺陷因子(MEF)、LWR等,為顯示其特性之指標之一,故該些改善將極為重要。又,遮罩缺陷因子為,相同曝光量下,固定間距之狀態下變化遮罩尺寸(線路與空間圖型中之線路寬,或接觸孔圖型中之通孔直徑)之際,顯示不同尺寸之遮罩圖型究可如何忠實地重現(遮罩重現性)之參數。LWR為,所形成之線路圖型的線寬不均之現象,於圖型更為微細化時其改善將更為重要。微影蝕刻特性之提升中,該些光阻圖型形狀或PEBs之改善將為重要之課題,一般推想使用新穎酸產生劑時,即可達成該目的。
本發明,即是鑑於上述情事所提出者,而以提出適合作為光阻組成物用酸產生劑之新穎化合物、該化合物所形成之酸產生劑、含有該酸產生劑之光阻組成物,及使用該光阻組成物之光阻圖型之形成方法為目的。
解決上述課題之本發明之第一態樣(aspect)為,一種光阻組成物,其為含有經由酸之作用而對鹼顯影液之溶解性產生變化之基材成份(A)及經由曝光而產生酸之酸產生劑成份(B)之光阻組成物,其特徵為,前述酸產生劑成份(B)為,含有下述通式(b1-14)所表示之化合物所形成之酸產生劑(B1),
[式中,R7"
~R9"
,分別獨立表示芳基或烷基;R7"
~R9"
之中,任意2個可相互鍵結並與式中之硫原子共同形成環亦可;R7"
~R9"
中之至少1個為,氫原子之一部份被下述通式(b14-2)所表示之基所取代之取代芳基;X-
為陰離子]。
[式中,R50
為直鏈狀或分支鏈狀之伸烷基,R51
為碳數1~6之烷基,R52
表示氫原子或碳數1~5之烷基,n為0或1~6之整數,構成上述單環構造之-CH2
-,可被氧原子(-O-)所取代亦可]。
又,本發明之第二態樣為,一種光阻圖型之形成方法,其特徵為,包含使用第一態樣之光阻組成物於支撐體上形成光阻膜之步驟,使前述光阻膜曝光之步驟,及使前述光阻膜鹼顯影以形成光阻圖型之步驟。
此外,本發明之第三態樣為,下述通式(b1-14)所表示之化合物,
[式中,R7"
~R9"
,分別獨立表示芳基或烷基;R7"
~R9"
之中,任意2個可相互鍵結並與式中之硫原子共同形成環亦可;R7"
~R9"
中之至少1個為,氫原子之一部份被下述通式(b14-2)所表示之基所取代之取代芳基;X-
為陰離子]
[式中,R50
為直鏈狀或分支鏈狀之伸烷基,R51
為碳數1~6之烷基,R52
表示氫原子或碳數1~5之烷基,n
為0或1~6之整數,構成上述單環構造之-CH2
-,可被氧原子(-O-)所取代亦可]。
此外,本發明之第四態樣為,由第三態樣之化合物所形成之酸產生劑。
又,本說明書及申請專利範圍中,「結構單位」為,構成樹脂成份(聚合物、共聚物、樹脂)之單體單位(monomer;單體單位)之意。
「烷基」,於無特別限定下,為包含直鏈狀、分支鏈狀及環狀之1價之飽和烴基。
「低級烷基」為,碳原子數1~5之烷基之意。
「鹵化烷基」為,烷基之氫原子的一部份或全部被鹵素原子所取代之基,該鹵素原子,例如氟原子、氯原子、溴原子、碘原子等。
「伸烷基」,於無特別限定下,為包含直鏈狀、分支鏈狀及環狀之2價之飽和烴基。烷氧基中之烷基亦為相同。
「酸解離性基」為,經由酸之作用而解離之有機基。
「曝光」為,包含輻射線之全般照射之概念。
本發明為提供一種光阻組成物、使用該光阻組成物之光阻圖型之形成方法、適合作為該光阻組成物用酸產生劑之新穎化合物,及由該化合物所形成之酸產生劑。
以下,將對本發明作更詳細之說明。
首先,將說明本發明之第三態樣之化合物。本發明之第三態樣之化合物為前述通式(b1-14)所表示者。
前述通式(b1-14)中,R7"
~R9"
,分別獨立表示芳基或烷基。其中,R7"
~R9"
之至少1個為氫原子之一部份被烷氧羰基烷基氧代基所取代之取代芳基。
R7"
~R9"
之芳基,並未有特別限制,例如,碳數6~20之芳基,該芳基可被烷氧羰基烷基氧代基以外之取代基,例如,烷基、烷氧基、鹵素原子、羥基等所取代或未被取代亦可。該些芳基,就可廉價合成等觀點,以碳數6~10之芳基為佳。具體而言,例如,苯基、萘基等。
可取代前述芳基之氫原子之烷基例如以碳數1~5之烷基為佳,以甲基、乙基、丙基、n-丁基、tert-丁基為最佳。
可取代前述芳基之氫原子之烷氧基例如以碳數1~5之烷氧基為佳,以甲氧基、乙氧基、n-丙氧基、iso-丙氧基、n-丁氧基、tert-丁氧基為最佳。
可取代前述芳基之氫原子之鹵素原子以氟原子為佳。
R7"
~R9"
之烷基,並未有特別限制,例如碳數1~10之直鏈狀、分支鏈狀或環狀之烷基等。就具有優良解析性等觀點,以碳數1~5者為佳。具體而言,例如,甲基、乙基、n-丙基、異丙基、n-丁基、異丁基、n-戊基、環戊基、己基、環己基、壬基、癸基等,就具有優良解析性,並可廉價合成之基為佳,例如甲基等。
R7"
~R9"
中之至少1個為,氫原子之一部份被烷氧羰基烷基氧代基所取代之取代芳基。R7"
~R9"
之中,以2個以上為前述取代芳基亦可,又以R7"
~R9"
中之任一個為前述取代芳基為最佳。
前述烷氧羰基烷基氧代基例如,下述通式(b14-2)所表示者。
[式中,R50
為直鏈狀或分支鏈狀之伸烷基,R51
為碳數1~6之烷基,R52
表示氫原子或碳數1~5之烷基,n為0或1~6之整數。構成上述單環構造之-CH2
-,可被氧原子(-O-)所取代亦可]。
R50
中之直鏈狀、分支鏈狀之伸烷基例如,以碳數1~5為佳,例如,伸甲基、乙烯基、伸三甲基、伸四甲基、1,1-二甲基乙烯基等。
R51
中之碳數1~6之烷基例如,甲基、乙基、n-丙基、i-丙基、n-丁基、tert-丁基、環戊基、環己基,以碳數1~4為佳,以碳數1~3為最佳。
n為0或1~6之整數,以0或1~4為佳,以1~2為最佳。
R52
表示氫原子或碳數1~5之烷基,與前述R7"
~R9"
之芳基之氫原子可被取代之烷基中之說明為相同之內容。較佳為表示氫原子或甲基。
上述通式(b14-2)所表示之基之具體例如,1-甲基-1-環戊基氧羰甲基氧代基、1-乙基-1-環戊基氧羰甲基氧代基、1-異丙基-1-環戊基氧羰甲基氧代基、1-甲基-1-環己基氧羰甲基氧代基、1-乙基-1-環己基氧羰甲基氧代基、1-異丙基-1-環己基氧羰甲基氧代基、1-甲基-1-環辛基氧羰甲基氧代基、1-乙基-1-環辛基氧羰甲基氧代基、1-異丙基-1-環辛基氧羰甲基氧代基、4-甲基四氫吡喃基氧羰甲基氧代基、4-乙基四氫吡喃基氧羰甲基氧代基、3-甲基四氫呋喃基氧羰甲基氧代基、3-乙基四氫呋喃基氧羰甲基氧代基等。
前述取代芳基中之烷氧羰基烷基氧代基之數,以1~3個為佳,以1~2個為更佳,以1個為最佳。於上述範圍內時,可提高PEBs。又,可提高MEF或LWR等之光阻圖型之形狀。
前述取代芳基以外之R7"
~R9"
分別以苯基或萘基為佳,苯基為最佳。
R7"
~R9"
中,該些之中,任意2個可相互鍵結並與式中之硫原子共同形成環亦可。該情形,以形成包含硫原子為3~10員環者為佳,以形成5~7員環為特佳。特別是,苯倂噻吩、二苯倂噻吩、四氫噻吩、四氫噻喃(thiopyran)等。
前述通式(b1-14)中,X-
為陰離子。X-
之陰離子部並未有特別之限制,其可適當使用鎓鹽系酸產生劑中已知作為陰離子部之成份。式(b1-14)中,X-
之陰離子並未有特別限定,例如磺酸酯陰離子、醯亞胺陰離子、甲基金屬陰離子等之陰離子。
適合作為磺酸酯陰離子之陰離子,例如,下述通式(x-1)所表示之陰離子等。
[式中,R4"
表示,可具有取代基之烷基、鹵化烷基、芳基或烯基]。
R4"
中之烷基,可為直鏈狀、分支鏈狀、環狀中之任一者。
該直鏈狀或分支鏈狀之烷基例如,以碳數1~10為佳,以碳數1~8為更佳,以碳數1~4為最佳。
上述環狀之烷基例如,以碳數4~15為佳,以碳數4~10為更佳,以碳數6~10為最佳。該環可為單環或多環,具體而言,例如,環戊基、環己基、金剛烷基、原冰片基、異冰片基、三環癸基、四環十二烷基等。
R4"
為烷基之情形中,為形成較弱之酸強度,故適合使用於例如負型光阻組成物。
R4"
中之鹵化烷基例如,前述直鏈狀、分支鏈狀或環狀之烷基之氫原子的一部份或全部被鹵素原子所取代之基等。該鹵素原子,例如氟原子、氯原子、溴原子、碘原子等,又以氟原子為佳。
上述鹵化烷基中,相對於該鹵化烷基中所含之鹵素原子及氫原子之合計數,鹵素原子數之比例(鹵化率(%)),以10~100%為佳,以50~100%為較佳,以100%為最佳。該鹵化率越高時,其酸之強度越強,故為較佳。
前述R4"
中之芳基,以碳數6~20之芳基為佳。
前述R4"
中之烯基。以碳數2~10之烯基為佳。
前述R4"
中,「可具有取代基」為,前述烷基、鹵化烷基、芳基,或烯基中之氫原子的一部份或全部可被取代基(氫原子以外之其他原子或基)所取代者之意。
R4"
中之取代基之數可為1個,或2個以上亦可。
前述取代基例如,鹵素原子、雜原子、烷基、式:Z-Q1
-[式中,Q1
為含有氧原子之2價之鍵結基,Z為可具有取代基之碳數3~30之烴基]所表示之基等。
前述鹵素原子,為與R4"
中所列舉之鹵化烷基中鹵素原子所例示之內容為相同之內容。
前述烷基例如與R4"
中所列舉之烷基為相同之內容。
前述雜原子,例如氧原子(=O、-O-)、氮原子、硫原子等。
Z-Q1
-所表示之基中,Q1
為含有氧原子之2價之鍵結基。
Q1
,可含有氧原子以外之原子。氧原子以外之原子,例如碳原子、氫原子、氧原子、硫原子、氮原子等。
含有氧原子之2價之鍵結基例如,氧原子(醚鍵結;-O-)、酯鍵結(-C(=O)-O-)、醯胺鍵結(-C(=O)-NH-)、羰基(-C(=O)-)、碳酸酯鍵結(-O-C(=O)-O-)等之非烴系之含有氧原子之鍵結基;該非烴系之含有氧原子之鍵結基與伸烷基之組合等。
該組合,例如,-R91
-O-、-R92
-O-C(=O)-、-O-R92
-O-C(=O)-、-C(=O)-O-R93
-O-C(=O)-、-C(=O)-O-R93
-(式中,R91
~R93
分別獨立表示伸烷基)等。
R91
~R93
中之伸烷基例如,以直鏈狀或分支鏈狀之伸烷基為佳,該伸烷基之碳數,以1~12為佳,以1~5為更佳,以1~3為特佳。
上述伸烷基,具體而言,例如伸甲基[-CH2
-];CH(CH3
)-、-CH(CH2
CH3
)-、-C(CH3
)2
-、-C(CH3
)(CH2
CH3
)-、-C(CH3
)(CH2
CH2
CH3
)-、-C(CH2
CH3
)2
-等之烷基伸甲基;伸乙基[-CH2
CH2
-];-CH(CH3
)CH2
-、-CH(CH3
)CH(CH3
)-、-C(CH3
)2
CH2
-、-CH(CH2
CH3
)CH2
-、-CH(CH2
CH3
)CH2
-等之烷基伸乙基;伸三甲基(n-伸丙基)[-CH2
CH2
CH2
-];-CH(CH3
)CH2
CH2
-、-CH2
CH(CH3
)CH2
-等之烷基伸三甲基;伸四甲基[-CH2
CH2
CH2
CH2
-];-CH(CH3
)CH2
CH2
CH2
-、-CH2CH(CH3
)CH2
CH2
-等之烷基伸四甲基;伸五甲基[-CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
-]等。
Q1
,以含有酯鍵結或醚鍵結之2價之鍵結基為佳,其中又以-O-、-R91
-O-、-O-C(=O)-、-O-R92
-O-C(=O)-、R92
-O-C(=O)-、-C(=O)-O-R93
-O-C(=O)-,或-C(=O)-O-R93
-為佳,特別是以-O-C(=O)-、-C(=O)-O-R93
-O-C(=O)-,或-C(=O)-O-R93
-為佳。
Z-Q1
-所表示之基中,Z之烴基可為芳香族烴基亦可,脂肪族烴基亦可。
芳香族烴基為具有芳香環之烴基。該芳香族烴基之碳數以3~30為佳,以5~30為較佳,以5~20為更佳,以6~15為特佳,以6~12為最佳。其中,該碳數中,為不包含取代基中之碳數者。
芳香族烴基,具體而言,例如苯基、聯苯基(biphenyl)基、芴基(fluorenyl)基、萘基、蒽基(anthryl)基、菲基等之芳香族烴環去除1個氫原子所得之芳基、苄基、苯乙基、1-萘基甲基、2-萘基甲基、1-萘基乙基、2-萘基乙基等之芳烷基等。前述芳烷基中之烷基鏈之碳數,以1~4為佳,以1~2為更佳,以1為特佳。
上述芳香族烴基可具有取代基。例如該芳香族烴基所具有之構成芳香環之碳原子的一部份可被雜原子所取者亦可,該芳香族烴基所具有之芳香環所鍵結之氫原子亦可被取代基所取代。
前者之例如,前述芳基之構成環之碳原子的一部份被氧原子、硫原子、氮原子等之雜原子所取代之雜芳基,前述芳烷基中之之構成芳香烴環之碳原子的一部份被前述雜原子所取代之雜芳烷基等。
後者之例中,芳香族烴基之取代基例如,烷基、烷氧基、鹵素原子、鹵化烷基、羥基、氧原子(=O)等。
前述芳香族烴基之取代基之烷基例如,以碳數1~5之烷基為佳,以甲基、乙基、丙基、n-丁基、tert-丁基為最佳。
前述芳香族烴基之取代基之烷氧基例如,以碳數1~5之烷氧基為佳,以甲氧基、乙氧基、n-丙氧基、iso-丙氧基、n-丁氧基、tert-丁氧基為佳,以甲氧基、乙氧基為最佳。
前述芳香族烴基之取代基之鹵素原子,例如氟原子、氯原子、溴原子、碘原子等,又以氟原子為佳。
前述芳香族烴基之取代基之鹵化烷基,例如,前述烷基之氫原子的一部份或全部前述鹵素原子所取代之基等。
Z中之脂肪族烴基,可為飽和脂肪族烴基亦可,不飽和脂肪族烴基亦可。又,脂肪族烴基可為直鏈狀、分支鏈狀、環狀中之任一者。
Z中,脂肪族烴基為,構成該脂肪族烴基之碳原子的一部份可被含有雜原子之取代基所取代亦可,上述構成脂肪族烴基之氫原子的一部份或全部可被含有雜原子之取代基所取代。
Z中之「雜原子」,只要為碳原子及氫原子以外之原子時,並未有特別限定,例如可為鹵素原子、氧原子、硫原子、氮原子等。鹵素原子,例如氟原子、氯原子、碘原子、溴原子等。
含有雜原子之取代基,可僅由前述雜原子所形成者亦可,或含有前述雜原子以外之基或原子所得之基亦可。
可取代碳原子之一部份的取代基,具體而言,例如-O-、-C(=O)-O-、-C(=O)-、-O-C(=O)-O-、-C(=O)-NH-、-NH-(H可被烷基、醯基等之取代基所取代)、-S-、-S(=O)2
-、-S(=O)2
-O-等。脂肪族烴基為環狀之情形,該些之取代基可包含於環構造之中。
取代氫原子之一部份或全部之取代基,具體而言,例如烷氧基、鹵素原子、鹵化烷基、羥基、氧原子(=O)、氰基等。
前述烷氧基例如,以碳數1~5之烷氧基為佳,以甲氧基、乙氧基、n-丙氧基、iso-丙氧基、n-丁氧基、tert-丁氧基為佳,以甲氧基、乙氧基為最佳。
前述鹵素原子,例如氟原子、氯原子、溴原子、碘原子等,又以氟原子為佳。
前述鹵化烷基,例如碳數1~5之烷基,例如甲基、乙基、丙基、n-丁基、tert-丁基等之烷基之氫原子的一部份或全部前述鹵素原子所取代之基等。
脂肪族烴基例如,以直鏈狀或分支鏈狀之飽和烴基、直鏈狀或分支鏈狀之1價之不飽和烴基,或環狀之脂肪族烴基(脂肪族環式基)為佳。
直鏈狀之飽和烴基(烷基),以碳數為1~20為佳,以1~15為更佳,以1~10為最佳。具體而言,例如,甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基、十三烷基、異十三烷基、十四烷基、十五烷基、十六烷基、異十六烷基、十七烷基、十八烷基、十九烷基、二十烷基、二十一烷基、二十二烷基等。
分支鏈狀之飽和烴基(烷基),以碳數為3~20為佳,以3~15為更佳,以3~10為最佳。具體而言,例如,1-甲基乙基、1-甲基丙基、2-甲基丙基、1-甲基丁基、2-甲基丁基、3-甲基丁基、1-乙基丁基、2-乙基丁基、1-甲基戊基、2-甲基戊基、3-甲基戊基、4-甲基戊基等。
不飽和烴基例如,以碳數為2~10為佳,以2~5為較佳,以2~4為更佳,以3為特佳。直鏈狀之1價之不飽和烴基例如,乙烯基、丙烯基(烯丙基)、丁烯基等。分支鏈狀之1價之不飽和烴基,例如,1-甲基丙烯基、2-甲基丙烯基等。
不飽和烴基例如,上述之內容中,特別是以丙烯基為佳。
脂肪族環式基,可為單環式基亦可,多環式基亦可。其碳數以3~30為佳,以5~30為較佳,以5~20為更佳,以6~15為特佳,以6~12為最佳。
具體而言,例如,由單環鏈烷去除1個以上氫原子所得之基;二環鏈烷、三環鏈烷、四環鏈烷等之多環鏈烷去除1個以上之氫原子所得之基等。更具體而言,例如由環戊烷、環己烷等之單環鏈烷去除1個以上氫原子所得之基;金剛烷、原冰片烷、異冰片烷、三環癸烷、四環十二烷等之多環鏈烷去除1個以上之氫原子所得之基等。
脂肪族環式基中,其環構造中不含有含雜原子之取代基之情形,脂肪族環式基例如,以多環式基為佳,以多環鏈烷去除1個以上之氫原子所得之基為佳,以金剛烷去除1個以上之氫原子所得之基為最佳。
脂肪族環式基中,其環構造中含有含雜原子之取代基之情形,含有該雜原子之取代基例如,以-O-、-C(=O)-O-、-S-、-S(=O)2
-、-S(=O)2
-O-為佳。該脂肪族環式基之具體例如,下述式(L1)~(L5)、(S1)~(S4)等。
[式中,Q"為碳數1~5之伸烷基、-O-、-S-、-O-R94
-或-S-R95
-,R94
及R95
分別獨立表示碳數1~5之伸烷基,m為0或1之整數]
式中,Q"、R94
及R95
中之伸烷基例如,分別與前述R91
~R93
中之伸烷基為相同之內容。
該些脂肪族環式基,構成該環構造之碳原子所鍵結之氫原子之一部份可被取代基所取代。該取代基,例如烷基、烷氧基、鹵素原子、鹵化烷基、羥基、氧原子(=O)等。
前述烷基例如以碳數1~5之烷基為佳,以甲基、乙基、丙基、n-丁基、tert-丁基為特佳。
前述烷氧基、鹵素原子分別與前述之氫原子之一部份或全部被取代之取代基為相同之內容。
本發明中,Z以可具有取代基之環式基者為佳。該環式基為,可具有取代基之芳香族烴基亦可,可具有取代基之脂肪族環式基亦可,又以可具有取代基之脂肪族環式基者為佳。
前述芳香族烴基以可具有取代基之萘基,或可具有取代基之苯基為佳。
可具有取代基之脂肪族環式基以可具有取代基之多環式之脂肪族環式基為佳。該多環式之脂肪族環式基例如,以前述以多環鏈烷去除1個以上之氫原子所得之基、前述(L2)~(L5)、(S3)~(S4)等為佳。
本發明中,R4"
為具有取代基為Z-Q1
-之情形,R4"
以Z-Q1
-Y1
-[式中,Q1
與Z為與前述為相同之內容,Y1
為可具有取代基之碳數1~4之伸烷基或可具有取代基之碳數1~4之氟化伸烷基]所表示之基為佳。
即、X-
為磺酸酯陰離子之情形,以下述通式(x-11)所表示之陰離子為佳。
[式中,Q1
為含有氧原子之2價之鍵結基,Z為可具有取代基之碳數3~30之烴基,Y1
為可具有取代基之碳數1~4之伸烷基或可具有取代基之碳數1~4之氟化伸烷基]
式(x-11)中,Z、Q1
分別與前述為相同之內容。
Y1
之伸烷基例如與前述Q1
所列舉之伸烷基中碳數為1~4者為相同之內容。
氟化伸烷基例如,該伸烷基之氫原子的一部份或全部氟原子所取代之基等。
Y1
,具體而言,例如-CF2
-、-CF2
CF2
-、-CF2
CF2
CF2
-、-CF(CF3
)CF2
-、-CF(CF2
CF3
)-、-C(CF3
)2
-、-CF2
CF2
CF2
CF2
-、-CF(CF3
)CF2
CF2
-、-CF2
CF(CF3
)CF2
-、-CF(CF3
)CF(CF3
)-、-C(CF3
)2
CF2
-、-CF(CF2
CF3
)CF2
-、-CF(CF2
CF2
CF3
)-、-C(CF3
)(CF2
CF3
)-;-CHF-、-CH2
CF2
-、-CH2
CH2
CF2
-、-CH2
CF2
CF2
-、-CH(CF3
)CH2
-、-CH(CF2
CF3
)-、-C(CH3
)(CF3
)-、-CH2
CH2
CH2
CF2
-、-CH2
CH2
CF2
CF2
-、-CH(CF3
)CH2
CH2
-、-CH2
CH(CF3
)CH2
-、-CH(CF3
)CH(CF3
)-、-C(CF3
)2
CH2
-;-CH2
-、-CH2
CH2
-、-CH2
CH2
CH2
-、-CH(CH3
)CH2
-、-CH(CH2
CH3
)-、-C(CH3
)2
-、-CH2
CH2
CH2
CH2
-、-CH(CH3
)CH2
CH2
-、-CH2
CH(CH3
)CH2
-、-CH(CH3
)CH(CH3
)-、-C(CH3
)2
CH2
-、-CH(CH2
CH3
)CH2
-、-CH(CH2
CH2
CH3
)-、-C(CH3
)(CH2
CH3
)-等。
Y1
,以氟化伸烷基為佳,特別是以鄰接之硫原子所鍵結之碳原子經氟化之氟化伸烷基為佳。該些氟化伸烷基例如,-CF2
-、-CF2
CF2
-、-CF2
CF2
CF2
-、-CF(CF3
)CF2
-、-CF2
CF2
CF2
CF2
-、-CF(CF3
)CF2
CF2
-、-CF2
CF(CF3
)CF2
-、-CF(CF3
)CF(CF3
)-、-C(CF3
)2
CF2
-、-CF(CF2
CF3
)CF2
-;-CH2
CF2
-、-CH2
CH2
CF2
-、-CH2
CF2
CF2
-;CH2
CH2
CH2
CF2
-、-CH2
CH2
CF2
CF2
-、-CH2
CF2
CF2
CF2
-等。
該些內容中,又以-CF2
-、-CF2
CF2
-、-CF2
CF2
CF2
-,或CH2
CF2
CF2
-為佳,以-CF2
-、-CF2
CF2
-或-CF2
CF2
CF2
-為更佳,以-CF2
-為特佳。
前述伸烷基或氟化伸烷基可具有取代基。伸烷基或氟化伸烷基之「具有取代基」為,該伸烷基或氟化伸烷基中之氫原子或氟原子之一部份或全部被氫原子及氟原子以外之原子或基所取代之意。
可具有伸烷基或氟化伸烷基之取代基例如,碳數1~4之烷基、碳數1~4之烷氧基、羥基等。
式(x-11)所表示之陰離子,較佳者,例如下述式(b1)~(b8)所表示之陰離子等。
[式中,p為1~3之整數,q1~q2分別獨立表示1~5之整數,r1為0~3之整數,g為1~20之整數,R7
為取代基,n1~n5分別獨立表示0或1,v0~v5分別獨立表示0~3之整數,w1~w5分別獨立表示0~3之整數,Q"為與前述為相同之內容]。
R7
之取代基例如,與前述Z中,可具有脂肪族烴基之取代基、可具有芳香族烴基之取代基為相同之內容。
附於R7
之符號(r1、w1~w5)為2以上之整數之情形,該化合物中之複數之R7
可分別為相同亦可,相異亦可。
又,X-
為醯亞胺陰離子之情形,例如下述通式(b-3)或(b-4)所表示之陰離子等。
[式中,X"為,至少1個之氫原子可被氟原子所取代之碳數2~6之伸烷基;Y"、Z"分別獨立為可具有取代基之烷基、鹵化烷基]
X"為,至少1個之氫原子可被氟原子所取代之直鏈狀或分支鏈狀之伸烷基,該些伸烷基之碳數為2~6,較佳為碳數3~5,最佳為碳數3。
X"之伸烷基之碳數,於上述碳數之範圍內,就對光阻溶劑具有優良溶解性等理由,以越小越好。
X"之伸烷基中,可被氟原子所取代之氫原子之數越多時,其酸之強度越強,又可提高相對於200nm以下之高能量光或電子線之透明性。故為較佳。該些伸烷基或烷基中之氟原子之比例,即氟化率,較佳為70~100%,更佳為90~100%,最佳為全部之氫原子被氟原子所取代之全氟伸烷基或全氟烷基。
Y"、Z"分別獨立為可具有取代基之烷基、鹵化烷基。
前述Y"、Z"中之烷基,可為直鏈狀、分支鏈狀、環狀中任一者皆可,而與上述R4"
中之烷基為相同之內容。
前述Y"、Z"中之鹵化烷基例如,前述直鏈狀、分支鏈狀或環狀之烷基之氫原子的一部份或全部鹵素原子所取代之基,其與上述R4"
中之烷基為相同之內容。該鹵化烷基中,相對於該鹵化烷基中所含之鹵素原子及氫原子之合計數,鹵素原子數之比例(鹵化率(%)),以10~100%為佳,以50~100%為較佳,以100%為最佳。其鹵化率越高時,其酸之強度越強,故為較佳。
前述Y"、Z"中,「可具有取代基」為,前述烷基、鹵化烷基中之氫原子的一部份或全部可被取代基(氫原子以外之其他原子或基)所取代者亦可之意。Y"、Z"中之取代基之數可為1個,或2個以上亦可。
前述取代基例如,鹵素原子、雜原子、烷基、式:Z-Q1
-[式中,Q1
為含有氧原子之2價之鍵結基,Z為可具有取代基之碳數3~30之烴基]等。
前述鹵素原子,例如,與R4"
中所列舉之鹵化烷基中之鹵素原子所列舉之內容為相同之內容。
前述烷基例如,與R4"
中所列舉之烷基為相同之內容。
前述雜原子例如,與R4"
中,所列舉之烷基為相同之內容。
Z-Q1
-所表示之基中,Q1
為含有氧原子之2價之鍵結基。含有氧原子之2價之鍵結基例如,氧原子(醚鍵結;-O-)、酯鍵結(-C(=O)-O-)、羰基(-C(=O)-)、碳酸酯鍵結(-O-C(=O)-O-)等之非烴系之含有氧原子之鍵結基;該非烴系之含有氧原子之鍵結基與伸烷基之組合等。
該組合,例如,-R91
-O-、-R92
-O-C(=O)-(式中,R91
~R92
分別獨立表示伸烷基)等。
R91
~R92
中之伸烷基例如,以直鏈狀或分支鏈狀之伸烷基為佳,該伸烷基之碳數,以1~12為佳,以1~5為更佳,以1~3為特佳。具體而言,例如上述R4
"中之R91
~R92
之伸烷基為相同之內容。
Q1
以含有酯鍵結或醚鍵結之2價之鍵結基為佳。
前述Z-Q1
-所表示之基中,Z之烴基為與上述R4"
中之R91
~R92
之伸烷基為相同之內容。較佳為脂肪族烴基,又以直鏈狀或環狀之脂肪族烴基為更佳。
式(b-4)具有取代基為Z-Q1
-之情形的陰離子,較佳者例如下述式(b4-1)~(b4-11)所表示之陰離子。
[式中,g為1~4之整數,t1~t5為1~4之整數,m1
~m5
為0或1,w1"~w4"分別獨立表示0~3之整數,R21
~R24
為取代基]
g,為各自獨立之1~4之整數,以1或2為佳,以1為最佳。
t1~t5,為各自獨立之1~4之整數,以1或2為佳,以2為最佳。
m1
~m5
,為各自獨立之0或1,以0為佳。
w1"~w4",為各自獨立之0~3之整數,以0或1為佳,以0為最佳。
R21
~R24
之取代基例如,與上述Z-Q1
-中之Z中,可具有脂肪族烴基之被例示為取代基之內容為相同之內容。
R21
~R24
所附之符號(w1"~w4")為2以上之整數之情形,該化合物中之複數之R21
~R24
可分別為相同亦可,相異亦可。
又,前述Y"、Z"中,一個為烷基,另一個為氟化烷基之情形中,鍵結於烷基之-SO2
-可被-C(=O)-所取代。該烷基,例如與上述R4”
為相同之內容,較佳之具體例如,具有環狀烷基之基;例如甲基金剛烷基、金剛烷基等。
又,X-
為甲基金屬陰離子之情形,例如下述通式(b-c1)所表示之陰離子等。
[式中,R1
為,至少1個氫原子被氟取代之碳數1~10之烷基;R2
為可具有取代基之烴基,或-SO2
-R1
]。
通式(b-c1)中,R1
為至少1個氫原子被氟取代之碳數1~10之烷基。該烷基,可為直鏈狀、分支鏈狀、環狀中之任一者。本發明中之R1
,以直鏈狀或分支鏈狀之烷基為佳,以直鏈狀之烷基為更佳。
通式(b-c1)中,R2
為可具有取代基之烴基之情形(又,「可具有取代基之烴基」為,構成該烴基之氫原子的一部份或全部取代基可被取代之意),R2
之烴基可為脂肪族烴基亦可,芳香族烴基亦可。具體而言,例如與上述式:Z-Q1
-中之Z為相同之內容。
R2
中,較佳為鹵化芳基,例如碳數6~10之芳基,例如苯基、萘基等之芳基之氫原子的一部份或全部被前述鹵素原子(更佳為氟原子)所取代之基等。
又,X-
為鹵素陰離子之情形,X-
例如氟陰離子、氯陰離子、溴陰離子、碘陰離子等。
本發明中,X-
於上述之內容中,以前述通式(x-1)中,R4"
為可具有取代基之氟化烷基之陰離子,即可具有取代基之氟化烷基磺酸離子為佳。
該可具有取代基之氟化烷基例如,R4"
中,被列舉作為烷基之烷基之氫原子的一部份或全部氟原子所取代之基等。其中,碳數6以上之烷基或氟化烷基因具有難分解性,故於考慮生體蓄積性之處理安全性等觀點,以碳數4以下之基,例如九氟丁烷磺酸離子等為特佳。
(B1)成份,可單獨使用1種,或將2種以上組合使用亦可。
(B)成份中,(B1)成份之比例,以1~100質量%為佳,以20~100質量%為更佳,以50~100質量%為最佳。
又,前述通式(b1-14)中,X-
可為鹵素陰離子。此處所稱鹵素陰離子為,氟化物離子、氯化物離子、溴化物離子、碘化物離子等。
上述(b1-14)中,X-
之具體例如以下所示。
本發明之第三態樣的化合物之具體例,例如下述之化合物(b1-14-1)~(b1-14-26),及後述合成例所示之化合物等。
本發明之第三態樣的化合物(b1-14),例如,可以以下方式製造。
即,於有機酸H+
B-
(B-
,例如表示甲烷磺酸離子等有機酸之陰離子部)之溶液中,加入下述通式(b1-14-01)及(b1-14-02)所表示之化合物,使其反應後,再添加純水及有機溶劑(例如,二氯甲烷、四氫呋喃等)後,回收有機層,由該有機層中取得下述通式(b1-14-03)所表示之化合物。
其次,使通式(b1-14-03)所表示之化合物,溶解於有機溶劑(例如,二氯甲烷、四氫呋喃等)與水之混合溶劑中,於其中加入期待之陰離子X-
之鹼金屬鹽L+
X-
(L+
,例如表示鋰離子、鉀離子、鈉離子等之鹼金屬陽離子)後使其反應,經分液及水洗後,由有機層中取得下述通式(b1-14-04)所表示之化合物。
其次,使通式(b1-14-04)所表示之化合物溶解於有機溶劑(例如,二氯甲烷、四氫呋喃等)中,於冰冷後,加入鹼(例如,氫化鈉等),再加入所期待之烷氧羰基烷基之鹵化物(例如,通式「Cl-R50
-C(=O)-O-R51
」、「Br-R50
-C(=O)-O-R51
」等。其中,R50
~R51
為與前述通式(b14-2)中之R50
~R51
為相同之內容),使-R10"
-OH之-OH基的氫原子被前述烷氧羰基烷基取代,而得化合物(b1-14)。
[式中,R8"
及R9"
與前述通式(b1-14)中之R8"
及R9"
為相同之內容;R10"
為前述通式(b1-14)中之芳基的R7"
去除1個氫原子所得之伸芳基;B-
為有機酸之陰離子部;L+
為鹼金屬陽離子;X-
為與前述通式(b1-14)中之X-
為相同之內容]。
又,有關化合物(b1-14-03)之陰離子交換,因與L+
X-
反應前,化合物(b1-14-03)之-R10"
-OH的-OH基之氫原子已被前述烷氧羰基烷基所取代,故僅進行陰離子交換時,即可製得化合物(b1-14)。
本發明之第四態樣之酸產生劑(以下,亦稱為酸產生劑(B1))為由前述通式(b1-14)所表示之化合物所構成。式中,R7"
~R9"
、X-
為與上述本發明之第三態樣的化合物中所列舉之內容為相同之內容。
其次,將對本發明之第一態樣之光阻組成物進行說明。本發明之第一態樣之光阻組成物,為含有經由酸之作用而對鹼顯影液之溶解性產生變化之基材成份(A)(以下,亦稱為(A)成份)及經由曝光而產生酸之酸產生劑成份(B)(以下,亦稱為(B)成份),且前述(B)成份,為含有前述通式(b1-14)所表示之化合物所形成之酸產生劑(B1)。
本發明之光阻組成物中,(A)成份可使用經由酸之作用而對鹼顯影液之溶解性產生變化之高分子材料,或使用經由酸之作用而對鹼顯影液之溶解性產生變化之低分子材料亦可。
又,本發明之光阻組成物,可為負型光阻組成物亦可,正型光阻組成物亦可。
本發明之光阻組成物為負型光阻組成物之情形,例如,(A)成份為鹼可溶性樹脂,再於該負型光阻組成物中添加交聯劑(C)。
該負型光阻組成物,於光阻圖案形成時,會經由曝光使(B)成份產生酸,曝光部受到上述酸之作用而使其於鹼可溶性樹脂與交聯劑之間形成交聯,而變化為鹼不溶性。
鹼可溶性樹脂以至少具有由α-(羥烷基)丙烯酸,或α-(羥烷基)丙烯酸之低級烷酯所選出之至少一個所衍生之單位的樹脂,可形成具有較少膨潤之良好光阻圖型,而為較佳。又,α-(羥烷基)丙烯酸為,羧基鍵結之α位之碳原子上鍵結氫原子之丙烯酸,與該α位之碳原子上鍵結羥烷基(較佳為碳數1~5之羥烷基)之α-羥烷基丙烯酸中之一或或兩者之意。
交聯劑(C),例如,通常為使用具有羥甲基或烷氧甲基之乙炔脲等之胺基系交聯劑時,可形成膨潤較少之良好的光阻圖型,而為較佳。交聯劑(C)之添加量,相對於鹼可溶性樹脂100質量份,以1~50質量份者為佳。
本發明之光阻組成物為正型光阻組成物之情形,(A)成份,於曝光前為對鹼顯影液為不溶性,於光阻圖案形成時,經由曝光使前述(B)成份所發生之酸之作用時,使酸解離性溶解抑制基解離,而增大(A)成份全體對鹼顯影液之溶解性,由鹼不溶性變化為鹼可溶性。因此,於光阻圖案形成中,對塗佈該正型光阻組成物於基板上所得之光阻膜進行選擇性曝光時,可使曝光部轉變為鹼可溶性的同時,未曝光部仍維持鹼不溶性無變化之狀態下進行鹼顯影。
本發明之光阻組成物中,(A)成份,以經由酸之作用而增加對鹼顯影液之溶解性的基材成份者為佳。即,本發明之光阻組成物以正型光阻組成物者為佳。又,(A)成份以經由酸之作用而增大鹼溶解性之樹脂成份(A1)(以下,亦稱為(A1)成份)為更佳。
該正型光阻組成物中較佳使用之(A1)成份,以具有含有酸解離性溶解抑制基之丙烯酸酯所衍生之結構單位(a1)為佳。
又,前述(A1)成份,以再具有含有含內酯之環式基的丙烯酸酯所衍生之結構單位(a2)為佳。
又,前述(A1)成份,以再具有含有含極性基之脂肪族烴基的丙烯酸酯所衍生之結構單位(a3)為佳。
其中,本說明書及申請專利範圍中,「丙烯酸酯所衍生之結構單位」為,丙烯酸酯之乙烯性雙鍵經開裂所構成之結構單位之意。
「丙烯酸酯」,係指除α位之碳原子鍵結氫原子之丙烯酸酯以外,亦包含鍵結於α位之碳原子鍵結取代基(氫原子以外之原子或基)之概念。
取代基例如,低級烷基、鹵化低級烷基等。又,丙烯酸酯所衍生之結構單位之α位(α位之碳原子),於無特別限定下,係指羰基所鍵結之碳原子之意。
丙烯酸酯中,α位之取代基之低級烷基,具體而言,例如,甲基、乙基、丙基、異丙基、n-丁基、異丁基、tert-丁基、戊基、異戊基、新戊基等之直鏈狀或分支鏈狀之低級烷基等。
又,鹵化低級烷基,具體而言,例如上述「α位之取代基之低級烷基」之氫原子的一部份或全部被鹵素原子所取代之基等。此處所稱之鹵素原子,例如氟原子、氯原子、溴原子、碘原子等,特別是以氟原子為佳。
本發明中,鍵結於丙烯酸酯之α位者,以氫原子、低級烷基或鹵化低級烷基為佳,以氫原子、低級烷基或氟化低級烷基為更佳,就工業上取得之容易度,以氫原子或甲基為特佳。
結構單位(a1)為,含有酸解離性溶解抑制基之丙烯酸酯所衍生之結構單位。
結構單位(a1)中之酸解離性溶解抑制基為,解離前使(A1)成份全體對鹼顯影液具有難溶之鹼溶解抑制性的同時,經由酸之解離,使該(A1)成份全體增大對鹼顯影液之溶解性者。該酸解離性溶解抑制基,可使用目前為止被提案作為化學增幅型光阻用之基礎樹脂的酸解離性溶解抑制基之基。
一般而言,已知者例如可與(甲基)丙烯酸等中之羧基形成環狀或鏈狀之三級烷酯之基;烷氧烷基等之縮醛型酸解離性溶解抑制基等。
其中,「(甲基)丙烯酸酯」為,包含α位鍵結氫原子之丙烯酸酯,與α位位鍵結甲基之甲基丙烯酸酯之一者或二者之意。
其中,「三級烷酯」為,羧基之氫原子被鏈狀或環狀之烷基所取代之而形成酯,其羰氧基(-C(O)-O-)末端之氧原子鍵結有前述鏈狀或環狀之烷基的三級碳原子之構造。該三級烷酯中,經由酸之作用時,可使氧原子與三級碳原子之間的鍵結被切斷。
又,前述鏈狀或環狀之烷基,可具有取代基亦可。
以下,經羧基與三級烷酯所構成,且具有酸解離性之基,於方便上,可稱為「三級烷酯型酸解離性溶解抑制基」。
三級烷酯型酸解離性溶解抑制基,例如脂肪族分支鏈狀酸解離性溶解抑制基、含有脂肪族環式基之酸解離性溶解抑制基等。
其中,本說明書及申請專利範圍中,「脂肪族」為,相對於芳香族之相對概念,定義為不具有芳香族性之基、化合物等之意。
「脂肪族分支鏈狀」為,具有未持有芳香族性之分支鏈狀的構造之意。
「脂肪族分支鏈狀酸解離性溶解抑制基」之構造,並不限定於碳及氫所形成之基(烴基),但以烴基為佳。
又,「烴基」可為飽和或不飽和中任一者皆可,通常以飽和者為佳。
脂肪族分支鏈狀酸解離性溶解抑制基,以碳數4~8之三級烷基為佳,具體而言,例如tert-丁基、tert-戊基、tert-庚基等。
「脂肪族環式基」為,不具有芳香族性之單環式基或多環式基。
結構單位(a1)中之「脂肪族環式基」,可具有取代基或不具有取代基皆可。取代基例如,碳數1~5之低級烷基、氟原子、氟原子所取代之碳數1~5之氟化低級烷基、氧原子(=O)等。
「脂肪族環式基」之去除取代基之基本之環構造,並不限定由碳及氫所形成之基(烴基),但以烴基為佳。又,「烴基」可為飽和或不飽和中任一者皆可,通常以飽和者為佳。「脂肪族環式基」,以多環式基為佳。
脂肪族環式基,例如,可被低級烷基、氟原子或氟化烷基所取代亦可,或未取代亦可之單環鏈烷、二環鏈烷、三環鏈烷、四環鏈烷等之多環鏈烷去除1個以上之氫原子所得之基等。更具體而言,例如環戊烷、環己烷等之單環鏈烷,或金剛烷、原冰片烷、異冰片烷、三環癸烷、四環十二烷等多環鏈烷去除1個以上之氫原子所得之基等。
含有脂肪族環式基之酸解離性溶解抑制基,例如環狀之烷基之環骨架上具有三級碳原子之基等,具體而言,例如2-甲基-2-金剛烷基,或,2-乙基-2-金剛烷基等。或,下述通式(a1"-1)~(a1"-6)所示結構單位中,如鍵結於羰氧基(-C(O)-O-)之氧原子之基般,使金剛烷基、環己基、環戊基、原冰片基、三環癸基、四環十二烷基等之脂肪族環式基與其鍵結,所得之具有含三級碳原子之分支鏈狀伸烷基之基等。
[式中,R表示氫原子、低級烷基或鹵化低級烷基;R15
、R16
表示烷基(可為直鏈狀、分支鏈狀中任一者皆可,較佳為碳數1~5)]。
通式(a1"-1)~(a1"-6)中,R之低級烷基或鹵化低級烷基為與可鍵結於上述丙烯酸酯之α位之低級烷基或鹵化低級烷基為相同之內容。
「縮醛型酸解離性溶解抑制基」,一般而言,為取代羧基、羥基等鹼可溶性基末端之氫原子而與氧原子鍵結。隨後,經由曝光發生酸時,經由該酸之作用而使縮醛型酸解離性溶解抑制基與,鍵結於該縮醛型酸解離性溶解抑制基之氧原子之間的鍵結被切斷。
縮醛型酸解離性溶解抑制基,例如,下述通式(p1)所表示之基等。
[式中,R1'
,R2'
分別獨立表示氫原子或低級烷基,n表示0~3之整數,Y表示低級烷基或脂肪族環式基]。
上述式中,n以0~2之整數為佳,以0或1為更佳,以0為最佳。
R1'
,R2'
之低級烷基,例如與上述R之低級烷基為相同之內容,以甲基或乙基為佳,以甲基為最佳。
本發明中,以R1'
,R2'
之至少1個為氫原子者為佳。即、酸解離性溶解抑制基(p1),以下述通式(p1-1)所表示之基為佳。
[式中,R1'
、n、Y為與上述通式(p1)中之R1'
、n、Y為相同之內容]。
Y之低級烷基,係與上述R之低級烷基為相同之內容。
Y之脂肪族環式基,可由以往ArF光阻等中,被多數提案之單環或多環式之脂肪族環式基之中適當的選擇使用,例如與上述「脂肪族環式基」為相同之例示。
又,縮醛型酸解離性溶解抑制基,例如下述通式(p2)所示之基等。
[式中,R17
、R18
分別獨立表示直鏈狀或分支鏈狀之烷基或氫原子,R19
為直鏈狀、分支鏈狀或環狀之烷基。或,R17
及R19
分別獨立表示直鏈狀或分支鏈狀之伸烷基,R17
之末端與R19
之末端可鍵結形成環]。
R17
、R18
中,烷基之碳數,較佳為1~15,又以直鏈狀、分支鏈狀中任一者皆可,以乙基、甲基為佳,以甲基為最佳。特別是以R17
、R18
之一者為氫原子,另一者為甲基者為佳。
R19
為直鏈狀、分支鏈狀或環狀之烷基,碳數較佳為1~15,可為直鏈狀、分支鏈狀或環狀之任一者皆可。
R19
為直鏈狀、分支鏈狀之情形中,以碳數1~5為佳,以乙基、甲基為更佳,特別是以乙基為最佳。
R19
為環狀之情形中,以碳數4~15為佳,以碳數4~12為更佳,以碳數5~10為最佳。具體而言,例如可被氟原子或氟化烷基所取代亦可,或未取代亦可之單環鏈烷、二環鏈烷、三環鏈烷、四環鏈烷等之多環鏈烷去除1個以上之氫原子所得之基等。具體而言,例如由環戊烷、環己烷等之單環鏈烷,或金剛烷、原冰片烷、異冰片烷、三環癸烷、四環十二烷等之多環鏈烷去除1個以上之氫原子所得之基等。其中又以由金剛烷去除1個以上之氫原子所得之基為佳。
又,上述式中,R17
及R19
,各自獨立為直鏈狀或分支鏈狀之伸烷基(較佳為碳數1~5之伸烷基),R19
之末端與R17
之末端可形成鍵結。
該情形中,由R17
與R19
與,R19
所鍵結之氧原子與,該氧原子及R17
鍵結之碳原子形成環式基。該環式基以4~7員環為佳,以4~6員環為更佳。該環式基之具體例如,四氫吡喃基、四氫呋喃基等。
結構單位(a1),以使用由下述通式(a1-0-1)所表示之結構單位及下述通式(a1-0-2)所表示之結構單位所成群所選出之1種以上為佳。
[式中,R表示氫原子、低級烷基或鹵化低級烷基;X1
表示酸解離性溶解抑制基]。
[式中,R表示氫原子、低級烷基或鹵化低級烷基;X2
表示酸解離性溶解抑制基;Y2
表示伸烷基或脂肪族環式基]。
通式(a1-0-1)中,R之低級烷基或鹵化低級烷基,為與可鍵結於上述丙烯酸酯之α位的低級烷基或鹵化低級烷基為相同之內容。
X1
,只要為酸解離性溶解抑制基時,則未有任何限定,例如上述三級烷酯型酸解離性溶解抑制基、縮醛型酸解離性溶解抑制基等,又以三級烷酯型酸解離性溶解抑制基為佳。
通式(a1-0-2)中,R為與上述為相同之內容。
X2
,為與式(a1-0-1)中之X1
為相同之內容。
Y2
較佳為碳數1~10之伸烷基或2價之脂肪族環式基,該脂肪族環式基例如,除使用去除2個以上氫原子所得之基以外,也可使用與前述「脂肪族環式基」之說明為相同內容之基。
結構單位(a1),更具體而言,例如,下述通式(a1-1)~(a1-4)所表示之結構單位等。
[上述式中,X'表示三級烷酯型酸解離性溶解抑制基,Y為碳數1~5之低級烷基,或脂肪族環式基;n表示0~3之整數;Y2
表示伸烷基或脂肪族環式基;R為與前述為相同之內容,R1'
、R2'
分別獨立表示氫原子或碳數1~5之低級烷基]。
前述R1'
、R2'
中較佳為至少1個為氫原子,更佳為全部為氫原子。n較佳為0或1。
X'為與前述X1
中所例示之三級烷酯型酸解離性溶解抑制基為相同之內容。
Y之脂肪族環式基,為與上述「脂肪族環式基」之說明中所例示者為相同之內容。
Y2
較佳為碳數1~10之伸烷基或2價之脂肪族環式基,該脂肪族環式基例如,除使用去除2個以上氫原子之基以外,也可使用與前述「脂肪族環式基」之說明為相同內容之基。Y2
為碳數1~10之伸烷基之情形,以碳數1~6者為更佳,又以碳數1~4為特佳,以碳數1~3為最佳。Y2
為2價之脂肪族環式基之情形,以由環戊烷、環己烷、原冰片烷、異冰片烷、金剛烷、三環癸烷、四環十二烷去除2個以上氫原子所得之基為特佳。
以下,將說明上述通式(a1-1)~(a1-4)所表示之結構單位之具體例。
上述式中,Rα
表示氫原子、甲基或三氟甲基。
結構單位(a1),可單獨使用1種,或將2種以上組合使用亦可。
其中又以使用,通式(a1-1)或(a1-3)所表示之結構單位為佳,具體而言,例如使用由(a1-1-1)~(a1-1-4)、(a1-1-20)~(a1-1-23)及(a1-3-25)~(a1-3-28)所成群中所選出之至少1種為更佳。
此外,結構單位(a1),特別是包含式(a1-1-1)~式(a1-1-3)之結構單位的下述通式(a1-1-01)所表示之單位,包含式(a1-1-16)~(a1-1-17)及式(a1-1-20)~(a1-1-23)之結構單位的下述通式(a1-1-02)所表示之單位為佳。
[式中,R表示氫原子、低級烷基或鹵化低級烷基,R11
表示低級烷基]。
[式中,R表示氫原子、低級烷基或鹵化低級烷基,R12
表示低級烷基。h表示1~3之整數]。
通式(a1-1-01)中,R與上述為相同之內容。R11
之低級烷基與R中之低級烷基為相同之內容,又以甲基或乙基為佳。
通式(a1-1-02)中,R與上述為相同之內容。R12
之低級烷基與R中之低級烷基為相同之內容,以甲基或乙基為佳,以乙基為最佳。h以1或2為佳,以2為最佳。
(A1)成份中之結構單位(a1)之比例,相對於構成(A1)成份之全結構單位,以10~80莫耳%為佳,以20~70莫耳%為更佳,以25~50莫耳%為最佳。於下限值以上時,作為正型光阻組成物之際可容易得到圖型,於上限值以下時,可得到與其他結構單位之平衡。
結構單位(a2),為含有含內酯之環式基的丙烯酸酯所衍生之結構單位。
其中,含內酯之環式基為含有含-O-C(O)-構造之一個環(內酯環)的環式基。以內酯環作為一個環之方式計數,僅為內酯環之情形為單環式基,尚具有其他環構造之情形,則無關其構造皆稱為多環式基。
結構單位(a2)之內酯環式基,於(A1)成份用於形成光阻膜之情形中,就提高光阻膜與基板之密著性、提高與含有水之顯影液的親和性等效果上為有效者。
結構單位(a2),並未有特別限定,而可使用任意之物質。
具體而言,例如,含內酯之單環式基例如,γ-丁內酯去除1個氫原子所得之基等。又,含內酯之多環式基例如,由具有內酯環之二環烷類、三環烷類、四環烷類去除1個氫原子所得之基等。
結構單位(a2)之例,更具體而言,例如,下述通式(a2-1)~(a2-5)所表示之結構單位等。
[式中,R表示氫原子、低級烷基或鹵化低級烷基,R'表示氫原子、低級烷基、或碳數1~5之烷氧基,m為0或1之整數,A為碳數1~5之伸烷基或氧原子]。
通式(a2-1)~(a2-5)中之R為與前述結構單位(a1)中之R為相同之內容。
R'之低級烷基例如,與前述結構單位(a1)中之R之低級烷基為相同之內容。
A之碳數1~5之伸烷基,具體而言,例如,伸甲基、乙烯基、n-丙烯基、異丙烯基等。
通式(a2-1)~(a2-5)中,R',於考慮工業上容易取得等觀點、以氫原子為佳。
以下為揭示前述通式(a2-1)~(a2-5)之具體的結構單位。
該些內容中又以使用由通式(a2-1)~(a2-5)所選擇之至少1種以上者為佳,以使用由通式(a2-1)~(a2-3)所選擇之至少1種以上為佳。具體而言,例如,以使用由化學式(a2-1-1)、(a2-1-2)、(a2-2-1)、(a2-2-2)、(a2-3-1)、(a2-3-2)、(a2-3-9)及(a2-3-10)所選擇之至少1種以上者為佳。
(A1)成份中,結構單位(a2)可單獨使用1種,或將2種以上組合使用亦可。
(A1)成份中之結構單位(a2)之比例,相對於構成(A1)成份之全結構單位之合計,以5~60莫耳%為佳,以10~50莫耳%為更佳,以20~50莫耳%為最佳。於下限值以上時,可得到含有結構單位(a2)所可得到之充分效果,於上限值以下時,可得到與其他結構單位之平衡。
結構單位(a3)為,含有含極性基之脂肪族烴基的丙烯酸酯所衍生之結構單位。
(A1)成份具有結構單位(a3)時,可提高(A)成份之親水性,提高與顯影液之親和性,提升曝光部之鹼溶解性,提升解析性等。
極性基例如,羥基、氰基、羧基、烷基之氫原子的一部份被氟原子所取代之羥烷基等,特別是以羥基為佳。
脂肪族烴基例如,碳數1~10之直鏈狀或分支鏈狀之烴基(較佳為伸烷基),或多環式之脂肪族烴基(多環式基)等。該多環式基例如,可由ArF準分子雷射用光阻組成物用之樹脂中,被多數提案之內容中適當地選擇使用。該多環式基之碳數以7~30者為佳。
其中又以含有含羥基、氰基、羧基,或烷基中之氫原子的一部份被氟原子所取代之羥烷基的脂肪族多環式基之丙烯酸酯所衍生之結構單位為更佳。該多環式基例如,二環烷類、三環烷類、四環烷類等去除2個以上之氫原子所得之基等。具體而言,例如,金剛烷、原冰片烷、異冰片烷、三環癸烷、四環十二烷等之聚環烷類去除2個以上之氫原子所得之基等。該些之多環式基之中又以金剛烷去除2個以上之氫原子所得之基、原冰片烷去除2個以上之氫原子所得之基、四環十二烷去除2個以上之氫原子所得之基較適合工業上使用。
結構單位(a3)中,含有極性基之脂肪族烴基中,烴基為碳數1~10之直鏈狀或分支鏈狀之烴基時,以丙烯酸之羥乙酯所衍生之結構單位為佳,該烴基為多環式基時,以下述式(a3-1)~(a3-4)所表示之結構單位為佳。
[式中,R表示氫原子、低級烷基或鹵化低級烷基,j為1~3之整數,k為1~3之整數,t'為1~3之整數,l為1~5之整數,s為1~3之整數,d為1~3之整數,e為0或1]。
通式(a3-1)~(a3-4)中,R之低級烷基或鹵化低級烷基,為可與上述丙烯酸酯之α位鍵結之低級烷基或鹵化低級烷基為相同之內容。
式(a3-1)中,j以1或2為佳,以1為最佳。j為2之情形中,羥基以鍵結於金剛烷基之3位與5位者為佳。j為1之情形中,羥基以鍵結於金剛烷基之3位者為佳。
式(a3-2)中,k以1為佳。氰基以鍵結於原冰片基之5位或6位者為佳。
式(a3-3)中,t'以1為佳。l以1為佳。s以1為佳。該些丙烯酸之羧基之末端以鍵結2-原冰片基或3-原冰片基者為佳。氟化烷基醇以鍵結於原冰片基之5或6位者為佳。
式(a3-4)中,d以1或2為佳,以1為最佳。羥基之鍵結位置並未有特別限定,d為1之情形中,就容易取得與低價格之觀點,以2位為佳。d為2或3之情形中,可為任意之取代位置的組合。
(A1)成份中,結構單位(a3),可單獨使用1種,或將2種以上組合使用亦可。
(A1)成份中之結構單位(a3)之比例,相對於構成(A1)成份之全結構單位,以5~50莫耳%為佳,以5~40莫耳%為更佳,以5~25莫耳%為最佳。於下限值以上時,含有結構單位(a3)時可得到充分之效果,於上限值以下時,可得到與其他結構單位之平衡。
(A1)成份,於無損本發明之效果之範圍,可含有上述結構單位(a1)~(a3)以外之其他結構單位(a4)。
結構單位(a4),只要未分類於上述結構單位(a1)~(a3)之其他結構單位時,則並無特別之限定,其可使用ArF準分子雷射用、KrF準分子雷射用(較佳為ArF準分子雷射用)等之光阻用樹脂所使用之以往已知之多數單位。
結構單位(a4),例如以含有非酸解離性之脂肪族多環式基之丙烯酸酯所衍生之結構單位等為佳。該多環式基,例如,可例示為與前述結構單位(a1)之情形所例示之基為相同之內容,ArF準分子雷射用、KrF準分子雷射用(較佳為ArF準分子雷射用)等之光阻組成物之樹脂成份所使用之以往已知之多數單位。
特別是由三環癸基、金剛烷基、四環十二烷基、異冰片基、原冰片基所選出之至少1種時,就工業上容易取得等觀點為較佳。該些多環式基,可具有碳數1~5之直鏈狀或分支鏈狀之烷基作為取代基。
結構單位(a4),具體而言,例如,下述通式(a4-1)~(a4-5)之構造者。
[式中,R表示氫原子、低級烷基或鹵化低級烷基]。
上述通式(a4-1)~(a4-5)中之R之低級烷基或鹵化低級烷基,為與可鍵結於上述丙烯酸酯之α位的低級烷基或鹵化低級烷基為相同之內容。
該結構單位(a4)包含於(A1)成份之際,結構單位(a4)之比例,相對於構成(A1)成份之全結構單位之合計,以1~30莫耳%為佳,以10~20莫耳%為更佳。
本發明中,(A1)成份為經由酸之作用而增大對鹼顯影液之溶解性的樹脂成份(聚合物),適合作為該樹脂成份(聚合物)者,例如,具有結構單位(a1)、(a2)及(a3)之共聚物,該共聚物例如,結構單位(a1)、(a2)及(a3)所形成之共聚物、結構單位(a1)、(a2)、(a3)及(a4)所形成之共聚物等例示。
(A1)成份,可單獨使用1種,或將2種以上合倂使用亦可。
本發明中,(A1)成份,特別是以含有下述通式(A1-1)~(A1-4)所表示之結構單位的組合之共聚物(A1-1)~(A1-4)為佳。
[式中,R表示氫原子、低級烷基或鹵化低級烷基,複數之R可分別為相同或相異皆可。R20
、R21"
為低級烷基]。
式中,R之低級烷基或鹵化低級烷基與可與上述丙烯酸酯之α位鍵結之低級烷基或鹵化低級烷基為相同之內容,其中又以氫原子或甲基者為佳。
式中,R20
以低級烷基,甲基或乙基者為佳。
式中,R21"
以低級烷基,甲基或乙基者為佳。
(A)成份中,共聚物(A1-1)~(A1-4),可單獨使用1種,或將2種以上合倂使用。
又,共聚物(A1-1)~(A1-4)中,使用2種以上組合之情形中,較佳之共聚物之組合,例如共聚物(A1-2)與共聚物(A1-3)之組合等。
(A)成份中,共聚物(A1-1)~(A1-4)之含量,以70質量%以上為佳,以80質量%以上為更佳,亦可為100質量%。其中又以100質量%為最佳。該範圍之下限值以上時,作為正型光阻組成物之際,可提高微影蝕刻特性。
(A1)成份,可將各結構單位所衍生之單體使用例如偶氮二異丁腈(AIBN)等偶氮系自由基聚合起始劑依公知之自由基聚合等方法聚合而可製得。
又,(A1)成份中,於上述聚合之際,例如可倂用HS-CH2
-CH2
-CH2
-C(CF3
)2
-OH等鏈移轉劑,於末端導入-C(CF3
)2
-OH基。如前所述般,例如導入烷基之氫原子的一部份被氟原子所取代之羥烷基所得之共聚物,於降低顯影缺陷或降低LER(線路邊緣凹凸:線路側壁之不均勻凹凸)為有效者。
(A1)成份之質量平均分子量(Mw)(凝膠滲透色層分析法之聚苯乙烯換算基準),並未有特別限定,一般以2000~50000為佳,以3000~30000為更佳,以4000~20000為特佳,以5000~20000為最佳。於該範圍內,作為光阻使用時,對光阻溶劑可具有充分之溶解性,而可得到良好之耐乾蝕刻性或光阻圖型截面形狀。
又,分散度(Mw/Mn)以1.0~5.0為佳,以1.0~3.0為更佳,以1.2~2.5為最佳。又,Mn表示數平均分子量。
又,(A1)成份,可使用共聚物(A1-1)~(A1-4)以外之鹼可溶性樹脂成份,例如以往正型光阻組成物所使用之其他之高分子化合物等。
本發明之正型光阻組成物中,(A1)成份之含量,可配合所欲形成之光阻膜厚等作適當之調整。
本發明之光阻組成物中,(B)成份為含有上述通式(b1-14)所表示之化合物所形成之酸產生劑(B1)(以下,亦稱為(B1)成份)者。
上述通式(b1-14)中,R7"
~R9"
、X-
為與上述本發明之第三態樣的化合物中所列舉之內容為相同之內容。
(B)成份,於含有上述(B1)成份時,於形成光阻圖型之際之遮罩重現性、例如,於形成接觸孔(C/H)圖型之際可提高該通孔之正圓性、直徑(CD)之均勻性(CDU),改善遮罩缺陷因子(MEF),具有優良之C/H圖型之拔取性等,亦可提升微影蝕刻特性。又,於形成線路與空間之光阻圖型(L/S圖型)之際亦可改善MEF等,亦可提升微影蝕刻特性。
又,本發明之光阻組成物,於含有浸潤式曝光步驟之光阻圖型之形成方法中,可適合作為浸潤式曝光用光阻組成物,而得到良好之微影蝕刻特性,又,包含3層光阻層合物形成步驟之光阻圖型之形成方法中,適合作為上層光阻膜形成用正型光阻組成物,而可得到良好之微影蝕刻特性。
(B1)成份,以陰離子部使用前述通式「R4"
-SO3 -
」或「Z-Q1
-Y1
-SO3 -
」所表示之陰離子,或前述通式(b-3)或(b-4)所表示之陰離子時,亦可提升微影蝕刻特性而為較佳。又,以通式「R4"
-SO3 -
」或「Z-Q1
-Y1
-SO3 -
」所表示之陰離子為更佳。
(B1)成份,可使用1種或將2種以上混合使用亦可。
本發明之光阻組成物中,(B)成份全體中,(B1)成份之含量,以40質量%以上為佳,以60質量%以上為更佳,亦可為100質量%。該範圍之下限值以上時,可形成良好之光阻圖型形狀。特別是使用浸潤式曝光用光阻組成物,或上層光阻膜形成用光阻組成物以形成光阻圖型之情形,亦可提升微影蝕刻特性。於形成3層光阻層合物之際,與光阻之下層膜具有良好之密合性,可抑制光阻圖型之捲曲等而為較佳。
又,本發明之光阻組成物中,(B1)成份之含量,相對於前述(A)成份100質量份,以1~30質量份為佳,以3~18質量份為特佳,以5~16質量份為最佳。於該範圍之下限值以上時,特別是使用浸潤式曝光用光阻組成物,或上層光阻膜形成用光阻組成物形成光阻圖型之情形,亦可提升微影蝕刻特性。又,於上限值以下時,可形成具有良好保存安定性之物。
(B)成份中,除前述(B1)成份以外之酸產生劑(B2)(以下,亦稱為(B2)成份)可倂用前述(B1)成份。
(B2)成份,只要為前述(B1)成份以外時,並未有特別限定,其可使用目前為止被提案作為化學增幅型光阻用之酸產生劑。
該些酸產生劑,目前為止,已知例如碘鎓鹽或鋶鹽等之鎓鹽系酸產生劑、肟磺酸酯系酸產生劑、雙烷基或雙芳基磺醯基重氮甲烷類、聚(雙磺醯基)重氮甲烷類等之重氮甲烷系酸產生劑、硝基苄基磺酸酯系酸產生劑、亞胺磺酸酯系酸產生劑、二碸系酸產生劑等多種物質。
鎓鹽系酸產生劑,例如可使用下述通式(b-1)或(b-2)所表示之化合物。
[式中,R1"
~R3"
,R5"
~R6"
,分別獨立表示芳基或烷基;式(b-1)中之R1"
~R3"
之中,任意2個可相互鍵結並與式中之硫原子共同形成環亦可;R4"
表示直鏈狀、分支鏈狀或環狀之烷基或氟化烷基;R1"
~R3"
之中至少1個表示芳基,R5"
~R6"
之中之中至少1個表示芳基]。
式(b-1)中,R1"
~R3"
除烷氧羰基烷基氧代基不為取代氫原子之取代基以外,其他為與前述通式(b1-14)中之R7"
~R9"
為相同之內容。
又,R1"
~R3"
之中,至少1個表示芳基。R1"
~R3"
之中,以2個以上為芳基為佳,以R1"
~R3"
之全部為芳基為最佳。
又,R1"
~R3"
分別以苯基或萘基為最佳。
R4"
表示直鏈狀、分支鏈狀或環狀之烷基或氟化烷基。
前述直鏈狀或分支鏈狀之烷基例如,以碳數1~10為佳,以碳數1~8為更佳,以碳數1~4為最佳。
前述環狀之烷基例如,前述R1"
所示之環式基,以碳數4~15為佳,以碳數4~10為更佳,以碳數6~10為最佳。
前述氟化烷基例如,以碳數1~10為佳,以碳數1~8為更佳,以碳數1~4為最佳。又,該氟化烷基之氟化率(烷基中之氟原子的比例),較佳為10~100%,最佳為50~100%,特別是氫原子全部被氟原子所取代之基,以可增強酸之強度而為更佳。
R4"
為直鏈狀或環狀之烷基,或氟化烷基為最佳。
式(b-2)中,R5"
及R6"
分別獨立表示芳基或烷基。R5"
~R6"
之中,至少1個表示芳基。又以R5"
及R6"
之二者為芳基為佳。
R5"
及R6"
之芳基與R1"
~R3"
之芳基為相同之內容。
R5"
及R6"
之烷基與R1"
~R3"
之烷基為相同之內容。
該些之中,以R5"
及R6"
二者皆為苯基為最佳。
式(b-2)中之R4"
為與上述式(b-1)之R4"
為相同之內容。
通式(b-1),或(b-2)所表示之鎓鹽系酸產生劑之具體例如,二苯基碘鎓之三氟甲烷磺酸酯或九氟丁烷磺酸酯、雙(4-tert-丁基苯基)碘鎓之三氟甲烷磺酸酯或九氟丁烷磺酸酯、三苯基鋶之三氟甲烷磺酸酯、其七氟丙烷磺酸酯或其九氟丁烷磺酸酯、三(4-甲基苯基)鋶之三氟甲烷磺酸酯、其七氟丙烷磺酸酯或其九氟丁烷磺酸酯、二甲基(4-羥基萘基)鋶之三氟甲烷磺酸酯、其七氟丙烷磺酸酯或其九氟丁烷磺酸酯、單苯基二甲基鋶之三氟甲烷磺酸酯、其七氟丙烷磺酸酯或其九氟丁烷磺酸酯;二苯基單甲基鋶之三氟甲烷磺酸酯、其七氟丙烷磺酸酯或其九氟丁烷磺酸酯、(4-甲基苯基)二苯基鋶之三氟甲烷磺酸酯、其七氟丙烷磺酸酯或其九氟丁烷磺酸酯、(4-甲氧基苯基)二苯基鋶之三氟甲烷磺酸酯、其七氟丙烷磺酸酯或其九氟丁烷磺酸酯、三(4-tert-丁基)苯基鋶之三氟甲烷磺酸酯、其七氟丙烷磺酸酯或其九氟丁烷磺酸酯、二苯基(1-(4-甲氧基)萘基)鋶之三氟甲烷磺酸酯、其七氟丙烷磺酸酯或其九氟丁烷磺酸酯、二(1-萘基)苯基鋶之三氟甲烷磺酸酯、其七氟丙烷磺酸酯或其九氟丁烷磺酸酯;1-苯基四氫噻吩鎓之三氟甲烷磺酸酯、其七氟丙烷磺酸酯或其九氟丁烷磺酸酯;1-(4-甲基苯基)四氫噻吩鎓之三氟甲烷磺酸酯、其七氟丙烷磺酸酯或其九氟丁烷磺酸酯;1-(3,5-二甲基-4-羥基苯基)四氫噻吩鎓之三氟甲烷磺酸酯、其七氟丙烷磺酸酯或其九氟丁烷磺酸酯;1-(4-甲氧基萘-1-基)四氫噻吩鎓之三氟甲烷磺酸酯、其七氟丙烷磺酸酯或其九氟丁烷磺酸酯;1-(4-乙氧基萘-1-基)四氫噻吩鎓之三氟甲烷磺酸酯、其七氟丙烷磺酸酯或其九氟丁烷磺酸酯;1-(4-n-丁氧基萘-1-基)四氫噻吩鎓之三氟甲烷磺酸酯、其七氟丙烷磺酸酯或其九氟丁烷磺酸酯;1-苯基四氫噻喃鎓之三氟甲烷磺酸酯、其七氟丙烷磺酸酯或其九氟丁烷磺酸酯;1-(4-羥基苯基)四氫噻喃鎓之三氟甲烷磺酸酯、其七氟丙烷磺酸酯或其九氟丁烷磺酸酯;1-(3,5-二甲基-4-羥基苯基)四氫噻喃鎓之三氟甲烷磺酸酯、其七氟丙烷磺酸酯或其九氟丁烷磺酸酯;1-(4-甲基苯基)四氫噻喃鎓之三氟甲烷磺酸酯、其七氟丙烷磺酸酯或其九氟丁烷磺酸酯等。
又,該些之鎓鹽之陰離子部可使用被甲烷磺酸酯、n-丙烷磺酸酯、n-丁烷磺酸酯、n-辛烷磺酸酯所取代之鎓鹽。
又,前述通式(b-1)或(b-2)中,亦可使用陰離子部被前述通式(b-3)或(b-4)所表示之陰離子部所取代之鎓鹽系酸產生劑(陽離子部為與(b-1)或(b-2)相同)。
又,亦可使用具有下述通式(b-5)或(b-6)所表示之陽離子部之鋶鹽作為鎓鹽系酸產生劑使用。
[式中,R41
~R46
分別獨立表示烷基、乙醯基、烷氧基、羧基、羥基或羥烷基;n1
~n5
分別獨立表示0~3之整數,n6
為0~2之整數]
R41
~R46
中,烷基以碳數1~5之烷基為佳,其中又以直鏈狀或分支鏈狀之烷基為更佳,以甲基、乙基、丙基、異丙基、n-丁基,或tert-丁基為特佳。
烷氧基以碳數1~5之烷氧基為佳,其中又以直鏈狀或分支鏈狀之烷氧基為更佳,以甲氧基、乙氧基為特佳。
羥烷基,以上述烷基中之一個或複數個氫原子被羥基所取代之基為佳,例如羥甲基、羥乙基、羥丙基等。
R41
~R46
所附之符號n1
~n6
為2以上之整數之情形,複數之R41
~R46
可分別為相同或相異亦可。
n1
,較佳為0~2,更佳為0或1,最佳為0。
n2
及n3
,較佳為分別獨立表示0或1,更佳為0。
n4
,較佳為0~2,更佳為0或1。
n5
,較佳為0或1,更佳為0。
n6
,較佳為0或1,更佳為1。
具有通式(b-5)或(b-6)所表示之陽離子部之鋶鹽之陰離子部,並未有特別限定,其可使用目前為止被提案作為鎓鹽系酸產生劑之陰離子部為相同之內容。該陰離子部,例如上述通式(b-1)或(b-2)所表示之鎓鹽系酸產生劑之陰離子部(R4"
SO3 -
)等之氟化烷基磺酸離子;上述通式(b-3)或(b-4)所表示之陰離子部等。該些內容中又以氟化烷基磺酸離子為佳,以碳數1~4之氟化烷基磺酸離子為更佳,以碳數1~4之直鏈狀之全氟烷基磺酸離子為特佳。具體例如,三氟甲基磺酸離子、七氟-n-丙基磺酸離子、九氟-n-丁基磺酸離子等。
本說明書中,肟磺酸酯系酸產生劑為,至少具有1個下述通式(B-1)所表示之基的化合物,且具有經由輻射線之照射會發生酸之特性的化合物。該些肟磺酸酯系酸產生劑,已被廣泛地使用於化學增幅型光阻組成物,其可任意選擇使用。
[式(B-1)中,R31
、R32
分別獨立表示有機基]。
R31
、R32
之有機基為含有碳原子之基,其亦可具有碳原子以外之原子(例如氫原子、氧原子、氮原子、硫原子、鹵素原子(氟原子、氯原子等)等)。
R31
之有機基例如以直鏈狀、分支鏈狀或環狀之烷基或芳基為佳。該些烷基、芳基可具有取代基亦可。該取代基,並未有特別限制,例如氟原子、碳數1~6之直鏈狀、分支鏈狀或環狀之烷基等。其中,「具有取代基」為,烷基或芳基中之氫原子的一部份或全部取代基所取代之意。
烷基例如,以碳數1~20為佳,以碳數1~10為較佳,以碳數1~8為更佳,以碳數1~6為特佳,以碳數1~4為最佳。烷基例如,特別是以部份或完全經鹵化之烷基(以下,亦稱為鹵化烷基)為佳。又,部份被鹵化之烷基為,氫原子之一部份被鹵素原子所取代之烷基之意,完全被鹵化之烷基為,氫原子之全部被鹵素原子所取代之烷基之意。鹵素原子,例如氟原子、氯原子、溴原子、碘原子等,特別是以氟原子為佳。即,鹵化烷基以氟化烷基者為佳。
芳基,以碳數4~20為佳,以碳數4~10為更佳,以碳數6~10為最佳。芳基例如,特別是以部份或完全被鹵化之芳基為佳。又,部份被鹵化之芳基為,氫原子之一部分被鹵素原子所取代之芳基之意,完全被鹵化之芳基為,氫原子之全部被鹵素原子所取代之芳基之意。
R31
,特別是以不具有取代基之碳數1~4之烷基,或碳數1~4之氟化烷基為佳。
R32
之有機基例如,直鏈狀、分支鏈狀或環狀之烷基、芳基或氰基為佳。R32
之烷基、芳基例如與前述R31
所列舉之烷基、芳基為相同之內容。
R32
,特別是以氰基、不具有取代基之碳數1~8之烷基,或碳數1~8之氟化烷基為佳。
肟磺酸酯系酸產生劑中,更佳者例如下述通式(B-2)或(B-3)所表示之化合物等。
[式(B-2)中,R33
為氰基、不具有取代基之烷基或鹵化烷基。R34
為芳基。R35
為不具有取代基之烷基或鹵化烷基]。
[式(B-3)中,R36
為氰基、不具有取代基之烷基或鹵化烷基。R37
為2或3價之芳香族烴基。R38
為不具有取代基之烷基或鹵化烷基。p"為2或3]。
前述通式(B-2)中,R33
之不具有取代基之烷基或鹵化烷基,以碳數為1~10為佳,以碳數1~8為更佳,以碳數1~6為最佳。
R33
,以鹵化烷基為佳,以氟化烷基為更佳。
R33
中之氟化烷基,以烷基之氫原子被50%以上氟化者為佳,以70%以上被氟化者為更佳,以90%以上被氟化者為特佳。
R34
之芳基例如,苯基、聯苯基(biphenyl)基、芴基(fluorenyl)基、萘基、蒽基(anthryl)基、菲基等芳香族烴之環去除1個氫原子所得之基,及該些之基之構成環之碳原子的一部份被氧原子、硫原子、氮原子等之雜原子所取代之雜芳基等。該內容中,又以芴基為佳。
R34
之芳基,可具有碳數1~10之烷基、鹵化烷基、烷氧基等之取代基亦可。該取代基中之烷基或鹵化烷基,以碳數為1~8為佳,以碳數1~4為最佳。又,該鹵化烷基,以氟化烷基者為佳。
R35
之不具有取代基之烷基或鹵化烷基,以碳數為1~10為佳,以碳數1~8為更佳,以碳數1~6為最佳。
R35
,以鹵化烷基為佳,以氟化烷基為更佳。
R35
中之氟化烷基,以烷基之氫原子被50%以上氟化者為佳,以70%以上被氟化者為更佳、以90%以上被氟化者,可提高所發生之酸的強度而為特佳。最佳為,氫原子被100%氟取代之全氟化烷基。
前述通式(B-3)中,R36
之不具有取代基之烷基或鹵化烷基例如,與上述R33
之不具有取代基之烷基或鹵化烷基為相同之內容。
R37
之2或3價之芳香族烴基例如,上述R34
之芳基再去除1或2個氫原子所得之基等。
R38
之不具有取代基之烷基或鹵化烷基例如,與上述R35
之不具有取代基之烷基或鹵化烷基為相同之內容。
p"較佳為2。
肟磺酸酯系酸產生劑之具體例如,α-(p-甲苯磺醯氧基亞胺)-苄基氰化物(cyanide)、α-(p-氯苯磺醯氧基亞胺)-苄基氰化物、α-(4-硝基苯磺醯氧基亞胺)-苄基氰化物、α-(4-硝基-2-三氟甲基苯磺醯氧基亞胺)-苄基氰化物、α-(苯磺醯氧基亞胺)-4-氯苄基氰化物、α-(苯磺醯氧基亞胺)-2,4-二氯苄基氰化物、α-(苯磺醯氧基亞胺)-2,6-二氯苄基氰化物、α-(苯磺醯氧基亞胺)-4-甲氧基苄基氰化物、α-(2-氯苯磺醯氧基亞胺)-4-甲氧基苄基氰化物、α-(苯磺醯氧基亞胺)-噻嗯-2-基乙腈、α-(4-十二烷基苯磺醯氧基亞胺)-苄基氰化物、α-[(p-甲苯磺醯氧基亞胺)-4-甲氧基苯基]乙腈、α-[(十二烷基苯磺醯氧基亞胺)-4-甲氧基苯基]乙腈、α-(甲苯磺醯氧基亞胺)-4-噻吩基氰化物、α-(甲基磺醯氧基亞胺)-1-環戊烯基乙腈、α-(甲基磺醯氧基亞胺)-1-環己烯基乙腈、α-(甲基磺醯氧基亞胺)-1-環庚烯基乙腈、α-(甲基磺醯氧基亞胺)-1-環辛烯基乙腈、α-(三氟甲基磺醯氧基亞胺)-1-環戊烯基乙腈、α-(三氟甲基磺醯氧基亞胺)-環己基乙腈、α-(乙基磺醯氧基亞胺)-乙基乙腈、α-(丙基磺醯氧基亞胺)-丙基乙腈、α-(環己基磺醯氧基亞胺)-環戊乙腈、α-(環己基磺醯氧基亞胺)-環己基乙腈、α-(環己基磺醯氧基亞胺)-1-環戊烯基乙腈、α-(乙基磺醯氧基亞胺)-1-環戊烯基乙腈、α-(異丙基磺醯氧基亞胺)-1-環戊烯基乙腈、α-(n-丁基磺醯氧基亞胺)-1-環戊烯基乙腈、α-(乙基磺醯氧基亞胺)-1-環己烯基乙腈、α-(異丙基磺醯氧基亞胺)-1-環己烯基乙腈、α-(n-丁基磺醯氧基亞胺)-1-環己烯基乙腈、α-(甲基磺醯氧基亞胺)-苯基乙腈、α-(甲基磺醯氧基亞胺)-p-甲氧基苯基乙腈、α-(三氟甲基磺醯氧基亞胺)-苯基乙腈、α-(三氟甲基磺醯氧基亞胺)-p-甲氧基苯基乙腈、α-(乙基磺醯氧基亞胺)-p-甲氧基苯基乙腈、α-(丙基磺醯氧基亞胺)-p-甲基苯基乙腈、α-(甲基磺醯氧基亞胺)-p-溴苯基乙腈等。
又,特開平9-208554號公報(段落[0012]~[0014]之[化18]~[化19])所揭示之肟磺酸酯系酸產生劑、WO2004/074242A2(65~85頁次之Example1~40)所揭示之肟磺酸酯系酸產生劑亦適合使用。
又,較適合之化合物,例如以下所例示之內容。
上述例示化合物中,又以下述4個化合物為佳。
重氮甲烷系酸產生劑之中,雙烷基或雙芳基磺醯基重氮甲烷類之具體例如,雙(異丙基磺醯基)重氮甲烷、雙(p-甲苯磺醯基)重氮甲烷、雙(1,1-二甲基乙基磺醯基)重氮甲烷、雙(環己基磺醯基)重氮甲烷、雙(2,4-二甲基苯基磺醯基)重氮甲烷等。
又,特開平11-035551號公報、特開平11-035552號公報、特開平11-035573號公報所揭示之重氮甲烷系酸產生劑亦適合使用。
又,聚(雙磺醯基)重氮甲烷類,例如,特開平11-322707號公報所揭示之1,3-雙(苯基磺醯基重氮甲基磺醯基)丙烷、1,4-雙(苯基磺醯基重氮甲基磺醯基)丁烷、1,6-雙(苯基磺醯基重氮甲基磺醯基)己烷、1,10-雙(苯基磺醯基重氮甲基磺醯基)癸烷、1,2-雙(環己基磺醯基重氮甲基磺醯基)乙烷、1,3-雙(環己基磺醯基重氮甲基磺醯基)丙烷、1,6-雙(環己基磺醯基重氮甲基磺醯基)己烷、1,10-雙(環己基磺醯基重氮甲基磺醯基)癸烷等。
(B2)成份,可單獨使用1種上述酸產生劑,或將2種以上組合使用亦可。
本發明之光阻組成物中,(B)成份之含量,相對於(A)成份100質量份為0.5~30質量份,較佳為1~20質量份。於上述範圍內時,可使圖型之形成充分進行。又,可得到均勻之溶液,具有良好保存安定性等而為較佳。
本發明之光阻組成物中,為提升光阻圖型形狀、存放之經時安定性(post exposure stability of the latent image formed by the pattern-wise exposure of the resist layer)等,可再添加任意之成份之含氮有機化合物(D)(以下,亦稱為(D)成份)。
該(D)成份,目前已有提出各種各樣之成份,其可使用任意之公知的成份,其中又以脂肪族胺,特別是二級脂肪族胺或三級脂肪族胺為佳。其中,本申請專利範圍及說明書中之「脂肪族」為,相對於芳香族之相對概念,定義為不具有芳香族性之基、化合物等之意。
「脂肪族環式基」為,不具有芳香性之單環式基或多環式基之意。脂肪族胺為,具有1個以上之脂肪族基之胺,該脂肪族基以碳數1~12者為佳。
脂肪族胺,例如氨(NH3
)之至少1個氫原子,被碳數1以上12以下之烷基或羥烷基取代之胺(烷基胺或烷醇胺)或環式胺等。
烷基胺及烷醇胺之具體例如,n-己基胺、n-庚基胺、n-辛基胺、n-壬基胺、n-癸基胺等之單烷基胺;二乙基胺、二-n-丙基胺、二-n-庚基胺、二-n-辛基胺、二環己基胺等之二烷基胺;三甲基胺、三乙基胺、三-n-丙基胺、三-n-丁基胺、三-n-己基胺、三-n-戊基胺、三-n-庚基胺、三-n-辛基胺、三-n-壬基胺、三-n-癸基胺、三-n-十二烷基胺等之三烷基胺;二乙醇胺、三乙醇胺、二異丙醇胺、三異丙醇胺、二-n-辛醇胺、三-n-辛醇胺等之烷醇胺等。該些內容中又以碳數5~10之三烷基胺為更佳,以三-n-戊基胺、三-n-辛基胺為特佳、三-n-戊基胺為最佳。
環式胺,例如,含有雜原子為氮原子之雜環化合物等。該雜環化合物,可為單環式之化合物(脂肪族單環式胺),或多環式之化合物(脂肪族多環式胺)亦可。
脂肪族單環式胺,具體而言,例如,哌啶、哌嗪(piperazine)等。
脂肪族多環式胺以碳數為6~10者為佳,具體而言,例如,1,5-二氮雜二環[4.3.0]-5-壬烯、1,8-二氮雜二環[5.4.0]-7-十一烯、六伸甲基四胺、1,4-二氮雜二環[2.2.2]辛烷等。
該些可單獨使用亦可,或將2種以上組合使用亦可。
(D)成份,相對於(A)成份100質量份,通常為使用0.01~5.0質量份之範圍。
本發明之光阻組成物中,為防止感度劣化,或提高光阻圖型形狀、存放之經時安定性等目的上,可含有任意之成份之由有機羧酸、及磷之側氧酸及其衍生物所成群中所選出之至少1種之化合物(E)(以下,亦稱為(E)成份)。
有機羧酸,例如乙酸、丙二酸、檸檬酸、蘋果酸、琥珀酸、苯甲酸、水楊酸等為佳。
磷之側氧酸及其衍生物,例如磷酸、膦酸(Phosphonic acid)、次膦酸(Phosphinic acid)等,該些之中特別是以膦酸為佳。
磷之側氧酸之衍生物例如,上述側氧酸之氫原子被烴基所取代之酯等,前述烴基例如,碳數1~5之烷基、碳數6~15之芳基等。
磷酸之衍生物,例如磷酸二-n-丁基酯、磷酸二苯基酯等之磷酸酯等。
膦酸之衍生物,例如膦酸二甲酯、膦酸-二-n-丁基酯、苯基膦酸、膦酸二苯基酯、膦酸二苄基酯等之膦酸酯等。
次膦酸之衍生物,例如苯基次膦酸等之次膦酸酯等。
(E)成份,可單獨使用1種,或將2種以上合倂使用。
(E)成份以有機羧酸為佳,特別是以水楊酸為佳。
(E)成份為使用相對於(A)成份100質量份為0.01~5.0質量份之比例。
本發明之光阻組成物中,可配合所期待之目的,適當添加、含有具有混合性之添加劑,例如改良光阻膜性能等目的所附加之樹脂、提高塗佈性之目的的界面活性劑、溶解抑制劑、可塑劑、安定劑、著色劑、抗光暈劑、染料等。
本發明之光阻組成物,為將材料溶解於有機溶劑(以下,亦稱為(S)成份)之方式予以製造。
(S)成份,只要可溶解所使用之各成份,形成均勻溶液之成份即可,其可由以往作為化學增幅型光阻之溶劑使用之公知成份的任意成份,適當地選擇1種或2種以上使用。
例如,γ-丁內酯等之內酯類;丙酮、甲基乙基酮、環己酮、甲基-n-戊酮、甲基異戊酮、2-庚酮等之酮類;乙二醇、二乙二醇、丙二醇、二丙二醇等之多元醇類;乙二醇單乙酸酯、二乙二醇單乙酸酯、丙二醇單乙酸酯,或二丙二醇單乙酸酯等之具有酯鍵結之化合物、前述多元醇類或前述具有酯鍵結之化合物之單甲基醚、單乙基醚、單丙醚、單丁基醚等之單烷基醚或單苯醚等之具有醚鍵結之化合物等之多元醇類之衍生物[該些之中,又以丙二醇單甲基醚乙酸酯(PGMEA)、丙二醇單甲基醚(PGME)為佳];二噁烷等環式醚類,或乳酸甲酯、乳酸乙酯(EL)、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙酮酸甲酯、丙酮酸乙酯、甲氧基丙酸甲酯、乙氧基丙酸乙酯等之酯類;苯甲醚、乙基苄醚、甲酚甲基醚、二苯醚、二苄醚、苯***、丁基苯醚、乙基苯、二乙基苯、戊基苯、異丙基苯、甲苯、二甲苯、異丙基甲苯、三甲苯等之芳香族系有機溶劑等。
該些有機溶劑可單獨使用,或以2種以上之混合溶劑形式使用亦可。
其中又以,丙二醇單甲基醚乙酸酯(PGMEA)、丙二醇單甲基醚(PGME)、乳酸乙酯(EL)、γ-丁內酯為佳。
又,以PGMEA與極性溶劑混合所得之混合溶劑為佳。其添加比(質量比),可於考慮PGMEA與極性溶劑之相溶性等而作適當決定即可,較佳為1:9~9:1,更佳為2:8~8:2之範圍內為佳。
更具體而言,例如,添加極性溶劑之EL之情形,PGMEA:EL之質量比較佳為1:9~9:1,更佳為2:8~8:2。又,添加極性溶劑之PGME之情形,PGMEA:PGME之質量比較佳為1:9~9:1,更佳為2:8~8:2、最佳為3:7~7:3。
又,(S)成份,亦可使用由PGMEA及EL之中所選出之至少1種與γ-丁內酯所得之混合溶劑亦可。該情形中,混合比例以前者與後者之質量比較佳為70:30~95:5。
此外,(S)成份,以上述之PGMEA及PGME之混合溶劑,與γ-丁內酯之混合溶劑亦佳。該情形,混合比例以前者與後者之質量比99.9:0.1~80:20為佳,以99.9:0.1~90:10為更佳,以99.9:0.1~95:5為最佳。
於前述範圍內時,可提高光阻圖型之矩形性。
(S)成份之使用量並未有特別限定,其可配合可塗佈於基板等之濃度,塗佈膜厚度作適當之設定,一般為以光阻組成物之固形分濃度為2~20質量%,較佳為5~15質量%之範圍內予以使用。
本發明中,為使用上述通式(b1-14)所表示之化合物所形成之酸產生劑(B1)。該(B1)成份中,芳基鍵結之羥基因為具有三級烷酯型之酸解離性基所保護之構造,於非曝光部中,該構造並未改變。因此,上述通式(b1-14)所表示之化合物,於光阻膜之非曝光部中,對於(A1)成份,可發揮對鹼顯影液之溶解抑止效果。
又,於曝光部中,經由發生之酸所進行之曝光後加熱(PEB)中,前述酸解離性基,將由構成前述羥基之氧原子解離,生成芳基鍵結羥基所得之化合物,對於(A1)成份,可發揮對鹼顯影液之溶解促進效果。
因此,可使曝光部/非曝光部形成高反差化。
又,陽離子部因具有含單環式基之三級烷基,故可形成良好之光阻圖型形狀,又,光阻圖型之PEB Sensitivity亦為良好之化合物。
其理由仍未確定,但推測應為含有單環式基之三級烷基所產生之分解物於PEB中由膜內消失,而可抑制可塑效果所得者。經由抑制可塑效果,而可抑制光阻膜中之Tg(玻璃移轉溫度)減少,進而可抑制酸產生劑之擴散。其結果,可形成良好光阻圖型形狀,特別是具有良好LWR之圖型。
綜合以上理由,本發明之光阻組成物為正型光阻組成物之情形,經由組合使用基材成份與酸產生劑(前述(B1)成份)結果,推測於形成光阻圖型之際,可改善LWR、PEB Sensitivity等,亦可提升微影蝕刻特性。
又,本發明之光阻組成物,於包含浸潤式曝光步驟之光阻圖型之形成方法中,極適合作為浸潤式曝光用光阻組成物使用,而可得到良好之微影蝕刻特性,又,推測於包含形成3層光阻層合物步驟之光阻圖型之形成方法中,適合作為上層光阻膜形成用正型光阻組成物,而可得到具有良好微影蝕刻特性。
其次,將說明本發明之第二態樣之光阻圖型之形成方法。
本發明之光阻圖型之形成方法,為包含使用上述本發明之第一態樣之光阻組成物於支撐體上形成光阻膜之步驟、使前述光阻膜曝光之步驟,及使前述光阻膜鹼顯影以形成光阻圖型之步驟。
本發明之光阻圖型之形成方法之較佳之一例示,如下所示般,將舉例說明光阻膜之曝光為以浸潤式曝光進行之情形。但本發明並不僅限定於此,該曝光亦可於空氣或氮等惰性氣體中進行之通常曝光(乾曝光)下進行。
首先,將本發明之光阻組成物使用旋轉塗佈器等塗佈於支撐體後,經由進行預燒焙(Post Apply Bake(PAB)處理)而形成光阻膜。
支撐體,並未有特別限定,其可使用以往公知之物質,例如,電子構件用之基板,或於其上形成有特定電路圖型之支撐體等例示。更具體而言,例如矽晶圓、銅、鉻、鐵、鋁等之金屬製之基板或玻璃基板等。電路圖型之材料,例如可使用銅、鋁、鎳、金等。又,支撐體可使用於上述般基板上,設有無機系及/或有機系之膜者亦可。無機系之膜,例如無機抗反射膜(無機BARC)等。有機系之膜,例如有機抗反射膜(有機BARC)或,多層光阻法中之下層有機膜等之有機膜等。
其中,多層光阻法為,於基板上,設置至少一層之有機膜(下層有機膜),與至少一層之光阻膜(上層光阻膜),使用形成於上層光阻膜之光阻圖型作為遮罩對下層有機膜進行圖型形成之方法,而可形成具有高長徑比之圖型。即,依多層光阻法時,因下層有機膜可確保所需要之厚度,故可使光阻膜薄膜化,而可形成高長徑比之微細圖型。多層光阻法中,基本上,可大致區分為具有上層光阻膜,與下層有機膜等二層構造之方法(2層光阻法),與,於上層光阻膜與下層有機膜之間設有一層以上之中間層(金屬薄膜等)之三層以上之多層構造之方法(3層光阻法)。
光阻膜形成後,可於光阻膜上再設置有機系之抗反射膜,以形成由支撐體,與光阻膜,與抗反射膜所構成之層層合物。設置於光阻膜上之抗反射膜以可溶解於鹼顯影液者為佳。
目前為止之步驟,可使用周知之方法進行。操作條件等,以配合所使用之光阻組成物的組成或特性作適當之設定為佳。
其次,對上述所得之光阻膜,介由所需要之遮罩圖型進行選擇性浸潤式曝光(Liquid Immersion Lithography)。此時,予先於光阻膜與曝光裝置之最下位置的透鏡之間,充滿折射率較空氣之折射率為大之溶劑(浸潤介質),於該狀態下進行曝光(浸潤式曝光)。
曝光所使用之波長並未有特別限定,例如可使用ArF準分子雷射、KrF準分子雷射、F2雷射等之輻射線進行。本發明之該光阻組成物,對於KrF或ArF準分子雷射,特別是ArF準分子雷射為有效者。
浸潤介質,以使用具有折射率較空氣之折射率為大,且小於使用上述本發明之光阻組成物所形成之光阻膜所具有之折射率的溶劑為佳。該溶劑之折射率,只要為前述範圍內時,則無特別限制。
具有折射率較空氣之折射率為大,且小於前述光阻膜之折射率的溶劑,例如,水、氟系惰性液體、矽系溶劑、烴系溶劑等。
氟系惰性液體之具體例如,C3
HCl2
F5
、C4
F9
OCH3
、C4
F9
OC2
H5
、C5
H3
F7
等之氟系化合物為主成份之液體等,又以沸點為70~180℃者為佳,以80~160℃者為更佳。氟系惰性液體為具有上述範圍之沸點的液體時,於曝光結束後,可以簡便之方法去除浸液處理所使用之介質,而為較佳。
氟系惰性液體,特別是以烷基之氫原子全部被氟原子所取代之全氟烷基化合物為佳。全氟烷基化合物,具體而言,例如全氟烷基醚化合物或全氟烷基胺化合物等。
此外,具體而言,例如前述全氟烷基醚化合物,如全氟(2-丁基-四氫呋喃)(沸點102℃)等,前述全氟烷基胺化合物,如全氟三丁基胺(沸點174℃)等。
本發明之光阻組成物,特別是不易受到水所造成之不良影響,且具有優良之感度、光阻圖型形狀等之微影蝕刻特性,故於本發明中,浸潤介質,以使用水為較佳。又,水就費用、安全性、環境問題及廣泛使用性等觀點而言,亦為較佳。
其次,於浸潤式曝光步驟結束後,進行曝光後加熱(曝光後燒焙(PEB))。PEB通常於80~150℃之溫度條件下,實施40~120秒鐘,較佳為60~90秒鐘。
隨後,使用由鹼性水溶液所形成之鹼顯影液,例如0.1~10質量%氫氧化四甲基銨(TMAH)水溶液進行顯影處理。
顯影後,較佳為使用純水進行水洗。水洗,例如,於使支撐體迴轉中,將水滴入或對該支撐體表面進行噴霧,以洗除支撐體上之顯影液及被該顯影液所溶解之光阻組成物之方式實施。
其次以進行乾燥之方式,得到光阻膜(光阻組成物之塗膜)為依該遮罩圖型而形成圖型形狀之光阻圖型。
以下,本發明將以實施例作具體性說明,但本發明並不僅限定於此。
於氮雰圍下,三口燒瓶中,添加化合物1(8.2g)及二氯甲烷(82g),冷卻至5℃以下。於其中添加N,N-二甲基胺基吡啶(0.46g),於5℃以下攪拌5分鐘後,添加乙基-N,N-二甲基胺基丙基碳二醯亞胺(3.9g)。其後攪拌10分鐘後,添加化合物2a(4.3g),添加結束後升溫至室溫,於室溫下攪拌15小時後,重複稀鹽酸洗淨、純水水洗。該有機相滴入n-己烷(1000g)中,經再沈澱後,得化合物A(5.0g)。
所得化合物以NMR進行分析結果如以下所示。
1
H-NMR(DMSO-d6,400MHz):δ(ppm)=7.76-7.82(m,10H,ArH),7.59(s,2H,ArH),4.55(s,2H,CH2
),2.29(m,6H,CH3
),1.90-1.93(m,4H,OCCH2
+環戊基),1.48-1.75(m,6H,環戊基),0.77-0.81(t,3H,CH3
)。
由上述之結果得知,化合物A具有下述所示構造。
將化合物A(2.2g)、二氯甲烷(18.8g)及純水(7.1g)混合,於其中添加全氟基丁烷磺酸鉀(2.5g),於室溫下攪拌一晚。隨後,將有機相分液,再將有機相以純水(7.1g)洗淨4次。隨後,將二氯甲烷於減壓下餾除,經減壓乾燥後得化合物A-1(2.8g)。
所得化合物以NMR進行分析結果如以下所示。
1
H-NMR(DMSO-d6,400MHz):δ(ppm)=7.76-7.82(m,10H,ArH),7.59(s,2H,ArH),4.55(s,2H,CH2
),2.29(m,6H,CH3
),1.90-1.93(m,4H,OCCH2
+環戊基),1.48-1.75(m,6H,環戊基),0.77-0.81(t,3H,CH3
)。
19
F-NMR(DMSO-d6,376MHz):δ(ppm)=-77.3,-111.5,-118.1,-122.4。
由上述之結果得知,化合物A-1具有下述所示構造。
上述合成例2中,除將全氟基丁烷磺酸鉀鹽分別變更為以下表1~6所示之鹽(等莫耳量),予以合成以外,其他皆依相同之方法進行。
於氮雰圍下、三口燒瓶中,添加化合物1(4.8g)及二氯甲烷(48g),冷卻至5℃以下。於其中添加N,N-二甲基胺基吡啶(0.27g),於5℃以下攪拌5分鐘後,添加乙基-N,N-二甲基胺基丙基碳二醯亞胺(2.3g)。其後攪拌10分鐘後,添加化合物2b(2.2g)。添加結束後升溫至室溫,於室溫下攪拌15小時後,重複稀鹽酸洗淨、純水水洗。將該有機相滴入n-己烷(520g)中,經再沈澱後,得化合物B(4.0g)。
所得化合物以NMR進行分析結果如以下所示。
1
H-NMR(DMSO-d6,400MHz):δ(ppm)=7.76-7.82(m,10H,ArH),7.59(s,2H,ArH),4.55(s,2H,CH2
),2.29(m,6H,CH3
),1.90-2.08(m,2H,環戊基),1.48-1.75(m,9H,OCCH3
+環戊基)
由上述之結果得知,化合物B具有下述所示構造。
將化合物B(2.5g)、二氯甲烷(18.8g)及純水(7.1g)混合,於其中添加全氟基丁烷磺酸鉀(2.5g),於室溫下攪拌一晚。隨後,將有機相分液,再將有機相以純水(7.1g)洗淨4次。隨後,將二氯甲烷於減壓下餾除,經減壓乾燥後得化合物B-1(3.0g)。
所得化合物以NMR進行分析結果如以下所示。
1
H-NMR(DMSO-d6,400MHz):δ(ppm)=7.76-7.82(m,10H,ArH),7.59(s,2H,ArH),4.55(s,2H,CH2
),2.29(m,6H,CH3
),1.90-2.08(m,2H,環戊基),1.48-1.75(m,9H,OCCH3
+環戊基)。
19
F-NMR(DMSO-d6,376MHz):δ(ppm)=-77.3,-111.5,-118.1,-122.4。
由上述之結果得知,化合物B-1具有下述所示構造。
上述合成例24中,除將全氟基丁烷磺酸鉀鹽分別變更為以下表7~12所示之鹽(等莫耳量),予以合成以外,其他皆依相同之方法進行。
於氮雰圍下、三口燒瓶中,添加化合物1(8.81g)及二氯甲烷(88.1g),冷卻至5℃以下。於其中添加N,N-二甲基胺基吡啶(0.49g),於5℃以下攪拌5分鐘後,添加乙基-N,N-二甲基胺基丙基碳二醯亞胺(9.59g)。其後攪拌10分鐘後,緩緩滴入1-乙基環己醇(5.13g)之二氯甲烷溶液(30g),滴下結束後升溫至室溫,於室溫下攪拌31小時後,重複稀鹽酸洗淨、純水水洗。該有機相滴入n-己烷(100g)中,經再沈澱後,得化合物C(2.0g)。
所得化合物以NMR進行分析結果如以下所示。
1
H-NMR(DMSO-d6,400MHz):δ(ppm)=7.80-7.92(m,10H,ArH),7.67(s,2H,ArH),4.66(s,2H,CH2
),2.37(s,6H,Ar-CH3
),2.13-2.16(m,2H,環己基),1.93(q,2H,CH2
CH3
),1.14-1.57(m,8H,環己基),0.84(t,3H,CH2
CH3
)。
由上述之結果得知,化合物C具有下述所示構造。
將化合物C(4.1g)、二氯甲烷(57g)及純水(56.9g)混合,於其中添加全氟基丁烷磺酸鉀(2.8g),於室溫下攪拌一晚。隨後,將有機相分液,再將有機相以純水(56.9g)洗淨4次。隨後,將二氯甲烷於減壓下餾除,經減壓乾燥後得化合物C-1 5.3g。
所得化合物以NMR進行分析結果如以下所示。
1
H-NMR(DMSO-d6,400MHz):δ(ppm)=7.80-7.92(m,10H,ArH),7.67(s,2H,ArH),4.66(s,2H,CH2
),2.37(s,6H,Ar-CH3
),2.13-2.16(m,2H,環己基),1.93(q,2H,CH2
CH3
),1.14-1.57(m,8H,環己基),0.84(t,3H,CH2CH3)。
19
F-NMR(DMSO-d6,376MHz):δ(ppm)=-77.3,-111.5,-118.1,-122.4。
由上述之結果得知,化合物C-1具有下述所示構造。
上述合成例50中,除全氟基丁烷磺酸鉀鹽分別變更為以下表13~19所示之鹽(等莫耳量),予以合成以外,其他皆依相同之方法進行。
依表20所示,將各成份混合溶解,以製作正型光阻組成物。
表20中,各簡稱分別表示以下之內容,[]內之數值為添加量(質量份)。
(A)-1:下述化學式(A1-11-1)所表示之共聚物、Mw7000、Mw/Mn=1.5。式中,a1/a2/a3/a4=40/25/25/10,表示各結構單位之比例(莫耳%)。該共聚物為由α-甲基丙烯醯氧-γ丁內酯、1-乙基-1-環己基甲基丙烯酸酯、1-甲基-1-環戊基甲基丙烯酸酯、3-羥基-1-金剛烷基甲基丙烯酸酯經由公知之自由基聚合法聚合所得者。
(B)-1:下述化學式(B)-1所表示之化合物。
(B)-2:下述化學式(B)-2所表示之化合物(化合物A-22)。
(B)-3:下述化學式(B)-3所表示之化合物(化合物B-22)。
(B)-4:下述化學式(B)-4所表示之化合物(化合物C-22)。
(B)-5:下述化學式(B)-5所表示之化合物(化合物A-20)。
(B)-6:下述化學式(B)-6所表示之化合物(化合物B-20)。
(B)-7:下述化學式(B)-7所表示之化合物(化合物C-20)。
(B)-8:下述化學式(B)-8所表示之化合物(化合物A-18)。
(B)-9:下述化學式(B)-9所表示之化合物(化合物B-18)。
(B)-10:下述化學式(B)-10所表示之化合物(化合物C-18)。
(B)-11:下述化學式(B)-11所表示之化合物(化合物A-23)。
(B)-12:下述化學式(B)-12所表示之化合物(化合物B-23)。
(B)-13:下述化學式(B)-13所表示之化合物(化合物C-23)。
(D)-1:三-n-戊基胺。
(E)-1:水楊酸。
(S)-1:γ-丁內酯。
(S)-2:PGMEA/PGME=6/4(質量比)之混合溶劑。
使用所得光阻組成物,依以下順序形成光阻圖型,並評估其微影蝕刻特性。
將有機系抗反射膜組成物「ARC29」(商品名,普力瓦科技公司製)使用旋轉塗佈器塗佈於8英吋之矽晶圓上,於熱平板上經由205℃、60秒鐘燒焙乾燥結果,形成膜厚77nm之有機系抗反射膜。將上述所製作之正型光阻組成物分別使用旋轉塗佈器塗佈於該抗反射膜上,於熱平板上,以90℃、60秒鐘之條件進行預燒焙(PAB)處理,經乾燥後,形成膜厚150nm之光阻膜。
其次,使用ArF浸潤式曝光裝置NSR-S302B(理光公司製;NA(開口數)=0.60,σ2/3Annu),介由6%halftone遮罩圖型,對前述光阻膜,以ArF準分子雷射(193nm)進行選擇性照射。
隨後,進行90℃、60秒鐘之PEB處理,再於23℃下,以2.38質量%之TMAH水溶液NMD-3(東京應化工業股份有限公司製)進行30秒鐘顯影,其後以30秒鐘,使用純水進行水洗,進行振動乾燥,再進行100℃、60秒鐘之後燒焙處理。
其結果,無論任一例示,於前述光阻膜上,皆形成線路寬130nm、間距260nm之線路與空間圖型(以下,亦稱為「L/S圖型」)。
形成上述130nm之L/S圖型之際的感度作為最佳曝光量Eop(mJ/cm2
)。各正型光阻組成物之Eop係如表21所示。
使用所得之正型光阻組成物溶液,依下述所示順序進行PEB Sensitivity(以下,亦稱為「PEBs」)之評估。此時之PEB溫度條件設定為88℃、90℃、92℃。以下為該順序。
依上述3個PEB溫度(88℃、90℃、92℃)中,相對於曝光量之圖型尺寸(實測值)之關係分別製作檢量線。其次,於PEB溫度之90℃中,將形成線路寬130nm、間距260nm之線路與空間圖型之際的EOP
,以PEB溫度90℃下之檢量線予以算出(計算值)。該EOP
之計算值分別帶入PEB溫度88℃時之檢量線、PEB溫度90℃時之檢量線、PEB溫度92℃時之檢量線以算出圖型尺寸之計算值。
其次,製作以3個圖型尺寸之計算值作為縱軸繪製,溫度(88℃、90℃、92℃)作為橫軸繪製所得之檢量線,以該檢量線之斜度伴隨PEB溫度之變化,作為每一單位溫度之圖型尺寸的變化量(nm/℃)。其結果如表21所示。
依前述Eop所形成之線路寬130nm、間距260nm之L/S圖型中,使用測長SEM(掃瞄型電子顯微鏡、加速電壓800V、商品名:S-9220、日立製作所公司製),依線路之長度方向測定5處線路寬,將其結果計算所得之標準偏差(s)之3倍值(3s)作為LWR之標示尺度算出。其結果如表21所示。該3s之數值越小時,表示線寬凹凸程度越小,而可得到具有更均勻寬度之L/S圖型之意。
上述Eop中,將空間寬120nm、間距240nm之S/L圖型作為標靶之遮罩圖型,與空間寬130nm、間距260nm之S/L圖型作為標靶之遮罩圖型形成S/L圖型,依以下之計算式求取MEF之數值。其結果倂記於表21中。
MEF=|CD130
-CD120
|/|MD130
-MD120
|
上述式中,CD130
、CD120
分別為以空間寬130nm、120nm作為標靶之遮罩圖型所形成之S/L圖型之實際的空間寬(nm)。MD130
、MD120
分別為以該遮罩圖型作為標靶的空間寬(nm),MD130
=130、MD120
=120。該MEF之值越接近1時,越能形成忠實反應遮罩圖型之光阻圖型。
上述EOP
中,求取S/L圖型之空間於標靶尺寸(空間寬130nm)之±5%(123.5nm~136.5nm)之範圍內形成之際的曝光量,並依下式求取EL寬容度(單位:%)。其結果倂記於表21。
EL寬容度(%)=(|E1-E2|/EOP
)×100
E1:形成空間寬123.5nm之S/L圖型之際的曝光量(mJ/cm2
)
E2:形成空間寬136.5nm之S/L圖型之際的曝光量(mJ/cm2
)
又,EL寬容度,其數值越大時,表示伴隨曝光量之變動時,圖型尺寸之變化量越小之意。
由上述之結果得知,本發明中,該實施例1~12之光阻組成物,無論任一者相較於比較例1之光阻組成物,確認皆具有更佳之PEB Sensitivity、LWR。又,本發明中,該實施例1~12之光阻組成物,無論任一者相較於比較例1之光阻組成物,確認皆可得到同等之EL寬容度。又,本發明之該實施例1~12之光阻組成物,無論任一者相較於比較例1,確認皆具有與比較例1為同等之MEF或更優良之MEF。
以上,為說明本發明之較佳實施例,但本發明並不受該些實施例所限定。於不超出本發明之主旨之範圍,皆可進行構成內容之附加、省略、取代,及其他之變更。本發明並非受前述說明內容所限定,而僅受到所附申請專利範圍之限制。
Claims (12)
- 一種光阻組成物,其為含有經由酸之作用而對鹼顯影液之溶解性產生變化之基材成份(A)及經由曝光而產生酸之酸產生劑成份(B)之光阻組成物,其特徵為,前述酸產生劑成份(B)為含有下述通式(b1-14)所表示之化合物所形成之酸產生劑(B1),
- 如申請專利範圍第1項之光阻組成物,其中,前述基材成份(A)為,經由酸之作用而增加對鹼顯影液之溶解性的基材成份。
- 如申請專利範圍第2項之光阻組成物,其中,前述基材成份(A)為樹脂成份(A1),其為具有含有酸解離性溶解抑制基之丙烯酸酯所衍生之結構單位(a1)。
- 如申請專利範圍第2項之光阻組成物,其中,前述基材成份(A)為樹脂成份(A1),其為具有含有含內酯之環式基的丙烯酸酯所衍生之結構單位(a2)。
- 如申請專利範圍第3項之光阻組成物,其中,前述基材成份(A)為樹脂成份(A1),其尚具有含有含內酯之環式基的丙烯酸酯所衍生之結構單位(a2)。
- 如申請專利範圍第2項之光阻組成物,其中,前述基材成份(A)為樹脂成份(A1),其為具有含有含極性基之脂肪族烴基的丙烯酸酯所衍生之結構單位(a3)。
- 如申請專利範圍第3項之光阻組成物,其中,前述基材成份(A)為樹脂成份(A1),其尚具有含有含極性基之脂肪族烴基的丙烯酸酯所衍生之結構單位(a3)。
- 如申請專利範圍第5項之光阻組成物,其中,前述基材成份(A)為樹脂成份(A1),其尚具有含有含極性基之脂肪族烴基的丙烯酸酯所衍生之結構單位(a3)。
- 如申請專利範圍第1項之光阻組成物,其為含有 含氮有機化合物(D)。
- 一種光阻圖型之形成方法,其特徵為,包含使用申請專利範圍第1項之光阻組成物於支撐體上形成光阻膜之步驟、使前述光阻膜曝光之步驟,及使前述光阻膜鹼顯影以形成光阻圖型之步驟。
- 一種下述通式(b1-14)所表示之化合物,
- 一種酸產生劑,其特徵為,由申請專利範圍第11項之化合物所形成。
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