TWI833951B - 感放射線性樹脂組成物及抗蝕劑圖案形成方法 - Google Patents
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Abstract
本發明為一種感放射線性樹脂組成物及使用其的抗蝕劑圖案形成方法,所述感放射線性樹脂組成物含有:聚合體,具有包含酚性羥基的第一結構單元、包含下述式(1)所表示的基的第二結構單元及包含酸解離性基的第三結構單元;感放射線性酸產生體;以及化合物,由下述式(2)所表示。
Description
本發明是有關於一種感放射線性樹脂組成物及抗蝕劑圖案形成方法。
利用微影進行的微細加工中所使用的感放射線性樹脂組成物是藉由ArF準分子雷射光(波長193nm)、KrF準分子雷射光(波長248nm)等遠紫外線、極紫外線(extreme ultraviolet,EUV)(波長13.5nm)等電磁波、電子束等帶電粒子束等放射線的照射而於曝光部產生酸,藉由以該酸為觸媒的化學反應而使曝光部與未曝光部對於顯影液的溶解速度產生差,從而於基板上形成抗蝕劑圖案。
對於所述感放射線性組成物,除相對於極紫外線、電子束等曝光光而感度亦良好以外,要求顯示出線寬均勻性的線寬粗糙度(Line Width Roughness,LWR)性能亦優異。
針對該些要求,對感放射線性樹脂組成物中所使用的聚合體或其他成分的種類、分子結構等進行了研究,進而對其組合亦詳細地進行了研究(參照日本專利特開2009-244805號公報、日本專利特開2004-012510號公報及日本專利特開2017-141373號公報)。
[現有技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2009-244805號公報
[專利文獻2]日本專利特開2004-012510號公報
[專利文獻3]日本專利特開2017-141373號公報
伴隨著抗蝕劑圖案的進一步微細化,曝光、顯影條件的微小的抖動對抗蝕劑圖案的形狀或缺陷的產生帶來的影響亦越來越大。亦要求一種可吸收此種製程條件的微小抖動的製程窗口(process window)(製程寬容度)寬廣的感放射線性樹脂組成物。但是,所述先前的感放射線性樹脂組成物無法滿足該些要求。
本發明是基於所述情況而成者,其目的在於提供一種可形成相對於曝光光的感度良好、LWR性能優異、且製程窗口寬廣的抗蝕劑圖案的感放射線性樹脂組成物及抗蝕劑圖案形成方法。
為了解決所述課題而成的發明為一種感放射線性樹脂組成物,其含有:聚合體(以下,亦稱為「[A]聚合體」),具有包含酚性羥基的第一結構單元、包含下述式(1)所表示的基的第二結構單元及包含酸解離性基的第三結構單元;感放射線性酸產生體(以下,亦稱為「[B]酸產生體」);以及化合物(以下,亦稱為「[C]化合物」),由下述式(2)所表示。
(式(1)中,R1、R2、R3、R4、R5及R6分別獨立地為氫原子、氟原子、氯原子、溴原子、碘原子或碳數1~10的一價氟化烴基。其中,R1、R2、R3、R4、R5及R6中的至少一個為氟原子或氟化烴基。RA為氫原子或碳數1~20的一價有機基。*表示與所述第二結構單元中的所述式(1)所表示的基以外的部分的鍵結部位)
(式(2)中,R7、R8及R9分別獨立地為氫原子、氟原子或碳數1~40的一價有機基,或者為該些基中的兩個以上相互結合並與該些所鍵結的碳原子一起構成的環員數3~20的環結構的一部分。A+為一價的感放射線性鎓陽離子)
為了解決所述課題而成的另一發明為一種抗蝕劑圖案形成方法,其包括:於基板上直接或間接地塗敷該感放射線性樹脂組成物的步驟;對藉由所述塗敷步驟而形成的抗蝕劑膜進行曝光的步驟;以及對所述曝光步驟後的抗蝕劑膜進行顯影的步驟。
根據本發明的感放射線性樹脂組成物及抗蝕劑圖案形成方法,可形成相對於曝光光的感度良好、LWR性能優異、且製程窗口寬廣的抗蝕劑圖案。因此,該些可於預想今後進一步進行微細化的半導體元件的加工製程等中較佳地使用。
<感放射線性樹脂組成物>
該感放射線性樹脂組成物含有[A]聚合體、[B]酸產生體、及[C]化合物。該感放射線性樹脂組成物亦可含有溶媒(以下,亦稱為「[D]有機溶媒」)作為較佳成分,另外,亦可於不損及本發明的效果的範圍內含有其他任意成分。
藉由該感放射線性樹脂組成物含有[A]聚合體、[B]酸產生體、及[C]化合物,可形成相對於曝光光的感度良好、LWR性能優異、且製程窗口寬廣的抗蝕劑圖案。關於藉由該感放射線性樹脂組成物具備所述構成而發揮所述效果的理由,雖未必明確,但例如可如以下般推測。即,藉由該感放射線性樹脂組成物所含有的[A]聚合體具有包含酚性羥基的第一結構單元及包含所述式(1)所表示的基的第二結構單元,相對於顯影液的溶解性提高。進而藉由該感放射線性樹脂組成物含有[C]化合物,相對於顯影液的溶解性進一步提高。其結果,認為藉由該感放射線性樹脂組成物,可形成相對於曝光光的感度良好、LWR性能優異、且製程窗口寬廣的抗蝕劑圖案。
以下,對該感放射線性樹脂組成物所含有的各成分進行
說明。
<[A]聚合體>
[A]聚合體具有包含酚性羥基的第一結構單元(以下,亦簡稱為「第一結構單元」)、包含所述式(1)所表示的基的第二結構單元(以下,亦簡稱為「第二結構單元」)及包含酸解離性基的第三結構單元(以下,亦簡稱為「第三結構單元」)。[A]聚合體亦可具有所述第一結構單元、第二結構單元及第三結構單元以外的其他結構單元。[A]聚合體可具有一種或兩種以上的各結構單元。
以下,對[A]聚合體所具有的各結構單元進行說明。
[第一結構單元]
第一結構單元為包含酚性羥基的結構單元。所謂「酚性羥基」並不限於直接鍵結於苯環的羥基,是指直接鍵結於芳香環的羥基的全部。藉由[A]聚合體具有第一結構單元,可提高抗蝕劑膜的親水性,可適度地調整對於顯影液的溶解性,此外可提高抗蝕劑圖案對於基板的密接性。另外,於使用極紫外線或電子束作為後述的抗蝕劑圖案形成方法中的曝光步驟中所照射的放射線的情況下,可進一步提高相對於曝光光的感度。
作為第一結構單元,例如可列舉下述式(3)所表示的結構單元等。
所述式(3)中,R10為氫原子、氟原子、甲基或三氟甲基。R11為單鍵、-O-、-COO-或-CONH-。Ar為自環員數6~20的芳烴去除(p+q+1)個的芳香環上的氫原子而成的基。p為0~10的整數。於p為1的情況下,R12為碳數1~20的一價有機基或鹵素原子。於p為2以上的情況下,多個R12相互相同或不同,為碳數1~20的一價有機基或鹵素原子,或者為多個R12中的兩個以上相互結合並與該些所鍵結的碳鏈一起構成的環員數4~20的環結構的一部分。q為1~11的整數。其中,p+q為11以下。
作為R10,就提供第一結構單元的單量體的共聚性的觀點而言,較佳為氫原子或甲基。
於R11為-COO-的情況下,較佳為氧基氧原子與Ar鍵結,於R11為-CONH-的情況下,較佳為氮原子與Ar鍵結。即,若設為**表示與Ar的鍵結部位,則-COO-較佳為-COO-**,-CONH-較佳為-CONH-**。作為R11,較佳為單鍵或-COO-,更佳為單鍵。
所謂「環員數」,是指構成脂環結構、芳香族碳環結構、脂肪族雜環結構及芳香族雜環結構的環的原子數,於多環的情況下,是指構成該多環的原子數。
作為提供Ar的環員數6~20的芳烴,例如可列舉:苯、
萘、蒽、菲、稠四苯、芘等。作為Ar,較佳為苯或萘,更佳為苯。
所謂「有機基」,是指包含至少一個碳原子的基。所謂「碳數」,是指構成基的碳原子數。作為R12所表示的碳數1~20的一價有機基,例如可列舉:碳數1~20的一價烴基、於該烴基的碳-碳間包含二價含雜原子的基的基(α)、利用一價含雜原子的基對所述烴基及所述包含二價含雜原子的基的基所具有的氫原子的一部分或全部進行取代而成的基(β)、將所述烴基、基(α)或基(β)與二價含雜原子的基組合而成的基(γ)等。
「烴基」中包含鏈狀烴基、脂環式烴基及芳香族烴基。該「烴基」可為飽和烴基亦可為不飽和烴基。所謂「鏈狀烴基」,是指不包含環狀結構而僅包含鏈狀結構的烴基,包含直鏈狀烴基及分支狀烴基兩者。所謂「脂環式烴基」,是指僅包含脂環結構作為環結構,而不包含芳香環結構的烴基,包含單環的脂環式烴基及多環的脂環式烴基兩者。其中,不必僅包含脂環結構,亦可於其一部分中包含鏈狀結構。所謂「芳香族烴基」,是指包含芳香環結構作為環結構的烴基。其中,不必僅包含芳香環結構,亦可於其一部分中包含鏈狀結構或脂環結構。
作為碳數1~20的一價烴基,例如可列舉:碳數1~20的一價鏈狀烴基、碳數3~20的一價脂環式烴基、碳數6~20的一價芳香族烴基等。
作為碳數1~20的一價鏈狀烴基,例如可列舉:甲基、乙基、正丙基、異丙基等烷基、乙烯基、丙烯基、丁烯基等烯基、
乙炔基、丙炔基、丁炔基等炔基等。
作為碳數3~20的一價脂環式烴基,例如可列舉:環戊基、環己基、降冰片基、金剛烷基、三環癸基、四環十二烷基等脂環式飽和烴基、環戊烯基、環己烯基、降冰片烯基、三環癸烯基、四環十二烯基等脂環式不飽和烴基等。
作為碳數6~20的一價芳香族烴基,例如可列舉:苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基、蒽基等芳基、苄基、苯乙基、萘基甲基、蒽基甲基等芳烷基等。
作為構成一價含雜原子的基及二價含雜原子的基的雜原子,例如可列舉:氧原子、氮原子、硫原子、磷原子、矽原子、鹵素原子等。作為鹵素原子,可列舉:氟原子、氯原子、溴原子、碘原子等。
作為二價含雜原子的基,例如可列舉:-O-、-CO-、-S-、-CS-、-NR'-、將該些中的兩個以上組合而成的基等。R'為氫原子或一價烴基。
作為R12,較佳為一價烴基,更佳為烷基。
作為多個R12中的兩個以上相互結合並與該些所鍵結的碳鏈一起構成的環員數4~20的環結構,例如可列舉:環戊烷結構、環己烷結構、環戊烯結構、環己烯結構等脂環結構等。
作為p,較佳為0~2,更佳為0或1,進而佳為0。
作為q,較佳為1~3,更佳為1或2。
作為第一結構單元,例如可列舉下述式(3-1)~式(3-12)
所表示的結構單元等。
所述式(3-1)~式(3-12)中,R10與所述式(3)為相同含義。
作為第一結構單元,較佳為所述式(3-1)或式(3-2)
所表示的結構單元。
作為[A]聚合體中的第一結構單元的含有比例的下限,相對於構成[A]聚合體的所有結構單元,較佳為10莫耳%,更佳為15莫耳%,進而佳為20莫耳%,特佳為25莫耳%。作為所述含有比例的上限,較佳為70莫耳%,更佳為65莫耳%,進而佳為60莫耳%,特佳為55莫耳%。藉由將第一結構單元的含有比例設為所述範圍,可進一步提高由該感放射線性樹脂組成物所形成的抗蝕劑圖案相對於曝光光的感度及LWR性能,可使製程窗口進一步擴展。
[第二結構單元]
第二結構單元為包含下述式(1)所表示的基的結構單元。
所述式(1)中,R1、R2、R3、R4、R5及R6分別獨立地為氫原子、氟原子、氯原子、溴原子、碘原子或碳數1~10的一價氟化烴基。其中,R1、R2、R3、R4、R5及R6中的至少一個為氟原子或氟化烴基。RA為氫原子或碳數1~20的一價有機基。*表示與所述第二結構單元中的所述式(1)所表示的基以外的部分的鍵結部位。
作為R1、R2、R3、R4、R5及R6所表示的碳數1~10的一價氟化烴基中的經氟原子取代的烴基,例如可列舉與作為所述式(3)的R12而例示的烴基相同的基等。具體而言,作為碳數1~10的一價氟化烴基,可列舉碳數1~10的氟化烷基等。
作為RA所表示的碳數1~20的一價有機基,例如可列舉與作為所述式(3)的R12而例示的一價有機基相同的基等。
作為R1、R2、R3、R4、R5及R6,較佳為氟原子或碳數1~10的一價氟化烴基,更佳為氟原子或碳數1~10的一價氟化烷基,進而佳為氟原子。
R1、R2、R3、R4、R5及R6中的至少一個為氟原子或氟化烴基,較佳為R1、R2、R3、R4、R5及R6中的至少兩個為氟原子或氟化烴基,更佳為R1、R2及R3中的至少兩個以及R4、R5及R6中的至少兩個為氟原子或氟化烴基,進而佳為R1、R2、R3、R4、R5及R6為氟原子或氟化烴基,特佳為R1、R2、R3、R4、R5及R6為氟原子。
作為RA,較佳為氫原子。
作為第二結構單元,可列舉下述式(1-1)或式(1-2)所表示的結構單元等。
所述式(1-1)及式(1-2)中,Ra1分別獨立地為氫原子、氟原子、甲基或三氟甲基。X為所述式(1)所表示的基。
所述式(1-1)中,L為單鍵或-COO-。Ra2為碳數1~20的(n+1)價的有機基。n為1~3的整數。於n為2以上的情況下,多個X相互相同或不同。
所述式(1-2)中,Ra3為碳數1~10的二價烴基。Ra4為碳數1~20的一價烴基。Ra5及Ra6分別獨立地為氫原子或碳數1~10的一價烴基,或者為Ra5及Ra6相互結合並與該些所鍵結的碳原子一起構成的環員數3~20的環結構的一部分。
作為Ra1,就提供第二結構單元的單量體的共聚性的觀點而言,較佳為氫原子或甲基。
作為L,較佳為-COO-。於L為-COO-的情況下,較佳為氧基氧原子與Ra2鍵結。即,若設為***表示與Ra2的鍵結部位,則-COO-較佳為-COO-***。
作為Ra2,例如可列舉自作為所述式(3)的R12而例示的一價有機基去除n個氫原子而成的基等。作為Ra2,較佳為烴基,
更佳為鏈狀烴基或脂環式烴基,進而佳為飽和的鏈狀烴基或脂環式飽和烴基,特佳為脂環式飽和烴基。
作為n,較佳為1或2,更佳為1。
作為Ra3,例如可列舉自作為所述式(3)的R12而例示的一價烴基去除一個氫原子而成的基等。作為Ra3,較佳為鏈狀烴基,更佳為飽和的鏈狀烴基。
作為Ra4,例如可列舉與作為所述式(3)的R12而例示的烴基相同的基等。作為Ra4,較佳為碳數6~20的一價芳香族烴基,更佳為芳基。
作為Ra5及Ra6所表示的碳數1~10的一價烴基,例如可列舉與作為所述式(3)的R12而例示的烴基相同的基等。作為Ra5及Ra6,較佳為氫原子。
作為Ra5及Ra6相互結合並與該些所鍵結的碳原子一起構成的環員數3~20的環結構,例如可列舉環員數3~20的脂環結構等。
第二結構單元中作為所述式(1-1)所表示的結構單元,例如可列舉下述式(1-1-1)~式(1-1-3)所表示的結構單元等。
所述式(1-1-1)~式(1-1-3)中,Ra1與所述式(1-1)為相同含義。
第二結構單元中作為所述式(1-2)所表示的結構單元,例如可列舉下述式(1-2-1)所表示的結構單元等。
所述式(1-2-1)中,Ra1與所述式(1-2)為相同含義。
作為第二結構單元,較佳為所述式(1-1-1)或式(1-2-1)所表示的結構單元。
作為[A]聚合體中的第二結構單元的含有比例的下限,
相對於構成[A]聚合體的所有結構單元,較佳為3莫耳%,更佳為5莫耳%,進而佳為10莫耳%。作為所述含有比例的上限,較佳為50莫耳%,更佳為45莫耳%,進而佳為40莫耳%。藉由將第二結構單元的含有比例設為所述範圍,可進一步提高由該感放射線性樹脂組成物所形成的抗蝕劑圖案相對於曝光光的感度及LWR性能,可使製程窗口進一步擴展。
[第三結構單元]
第三結構單元為包含酸解離性基的結構單元。所謂「酸解離性基」,是指對羧基、酚性羥基等的氫原子進行取代的基,且利用酸的作用而進行解離的基。藉由[A]聚合體含有具有酸解離性基的第三結構單元,利用藉由曝光而自[B]酸產生體產生的酸的作用,於曝光部中酸解離性基解離,於曝光部與未曝光部對於顯影液的溶解性產生差異,藉此可形成抗蝕劑圖案。
作為第三結構單元,例如可列舉下述式(4-1A)、式(4-1B)、式(4-2A)或式(4-2B)所表示的結構單元等。再者,於下述式(4-1A)~式(4-2B)中,與源自羧基或酚性羥基的氧基氧原子鍵結的-CRXRYRZ或-CRURV(ORW)為酸解離性基。
所述式(4-1A)、式(4-1B)、式(4-1C)、式(4-2A)及式(4-2B)中,RT分別獨立地為氫原子、氟原子、甲基或三氟甲基。
所述式(4-1A)及式(4-1B)中,RX分別獨立地為氫原子或碳數1~20的一價烴基。RY及RZ分別獨立地為碳數1~20的一價烴基,或者為RY及RZ相互結合並與該些所鍵結的碳原子一起構成的環員數3~20的脂環結構的一部分。
所述式(4-1C)中,RC為氫原子。RD及RE分別獨立地為氫原子或碳數1~20的一價烴基。RF為與RC、RD及RE分別所
鍵結的碳原子一起構成環員數4~20的不飽和脂環結構的碳數1~20的二價烴基。
所述式(4-2A)及式(4-2B)中,RU及RV分別獨立地為氫原子或碳數1~20的一價烴基,RW分別獨立地為碳數1~20的一價烴基,或為RU及RV相互結合並與該些所鍵結的碳原子一起構成的環員數3~20的脂環結構的一部分,或者為RU及RW相互結合並與RU所鍵結的碳原子及RW所鍵結的氧原子一起構成的環員數5~20的脂肪族雜環結構的一部分。
作為RT,就提供第三結構單元的單量體的共聚性的觀點而言,較佳為氫原子或甲基。
作為RX、RY、RZ、RD、RE、RU、RV及RW所表示的碳數1~20的一價烴基,例如可列舉與作為所述式(3)的R12而例示的烴基相同的基等。
作為RF所表示的碳數1~20的二價烴基,例如可列舉自作為所述式(3)的R12而例示的一價烴基去除一個氫原子而成的基等。
作為RY及RZ或RU及RV相互結合並與該些所鍵結的碳原子一起構成的環員數3~20的脂環結構,例如可列舉:環丙烷結構、環丁烷結構、環戊烷結構、環己烷結構等單環的飽和脂環結構、降冰片烷結構、金剛烷結構、三環癸烷結構、四環十二烷結構等多環的飽和脂環結構、環丙烯結構、環丁烯結構、環戊烯結構、環己烯結構等單環的不飽和脂環結構、降冰片烯結構、三
環癸烯結構、四環十二烯結構等多環的不飽和脂環結構等。
作為RU及RW相互結合並與RU所鍵結的碳原子及RW所鍵結的氧原子一起構成的環員數5~20的脂肪族雜環結構,例如可列舉:氧雜環丁烷結構、氧雜環戊烷結構、氧雜環己烷結構等飽和含氧雜環結構、氧雜環丁烯結構、氧雜環戊烯結構、氧雜環己烯結構等不飽和含氧雜環結構等。
作為RF與RC、RD及RE所分別鍵結的碳原子一起構成的環員數4~20的不飽和脂環結構,例如可列舉:環丁烯結構、環戊烯結構、環己烯結構、降冰片烯結構等不飽和脂環結構等。
作為RX,較佳為烴基,更佳為鏈狀烴基或芳香族烴基,進而佳為烷基或芳基。
作為RY及RZ,較佳為烴基,更佳為鏈狀烴基或脂環式烴基,進而佳為烷基或脂環式飽和烴基。
作為RU,較佳為氫原子或烴基,更佳為氫原子。
作為RV及RW,較佳為烴基,更佳為鏈狀烴基。
作為第三結構單元,較佳為所述式(4-1A)所表示的結構單元。
作為[A]聚合體中的第三結構單元的含有比例的下限,相對於構成[A]聚合體的所有結構單元,較佳為5莫耳%,更佳為10莫耳%,進而佳為15莫耳%。作為所述含有比例的上限,較佳為80莫耳%,更佳為70莫耳%,進而佳為60莫耳%。藉由將第三結構單元的含有比例設為所述範圍,可進一步提高由該感放射
線性樹脂組成物所形成的抗蝕劑圖案相對於曝光光的感度及LWR性能,可使製程窗口進一步擴展。
[其他結構單元]
作為其他結構單元,例如可列舉:包含內酯結構、環狀碳酸酯結構、磺內酯結構或者該些結構的組合的結構單元,第二結構單元以外的包含醇性羥基的結構單元,源自(甲基)丙烯酸苄酯的結構單元等。藉由[A]聚合體進而具有該些其他結構單元,可進而更適度地調整對於顯影液的溶解性,其結果,可進一步更提高由該感放射線性樹脂組成物所形成的抗蝕劑圖案相對於曝光光的感度及LWR性能,可使製程窗口進一步更擴展。另外,亦可進一步更提高抗蝕劑圖案與基板的密接性。
作為包含內酯結構、環狀碳酸酯結構、磺內酯結構或者該些結構的組合的結構單元,例如可列舉下述式所表示的結構單元等。
所述式中,RL1為氫原子、氟原子、甲基或三氟甲基。
作為包含內酯結構、環狀碳酸酯結構、磺內酯結構或者該些結構的組合的結構單元,較佳為包含內酯結構的結構單元,更佳為包含降冰片烷內酯結構的結構單元,進而佳為源自降冰片烷內酯-基(甲基)丙烯酸酯的結構單元。
作為第二結構單元以外的包含醇性羥基的結構單元,例如可列舉下述式所表示的結構單元等。
所述式中,RL2為氫原子、氟原子、甲基或三氟甲基。
於[A]聚合體具有其他結構單元的情況下,作為其他結構單元的含有比例的下限,相對於[A]聚合體中的所有結構單元,較佳為1莫耳%,更佳為5莫耳%。作為所述含有比例的上限,較佳為30莫耳%,更佳為20莫耳%。
作為[A]聚合體的藉由凝膠滲透層析法(Gel Permeation
Chromatography,GPC)而得的聚苯乙烯換算重量平均分子量(Mw)的下限,較佳為2,000,更佳為3,000,進而佳為4,000,特佳為5,000。作為所述Mw的上限,較佳為11,000,更佳為10,000,進而佳為9,000,特佳為8,000。藉由將[A]聚合體的Mw設為所述範圍,可提高該感放射線性樹脂組成物的塗敷性,其結果,可進一步提高由該感放射線性樹脂組成物所形成的抗蝕劑圖案相對於曝光光的感度及LWR性能,可使製程窗口進一步擴展。
作為[A]聚合體的藉由GPC而得的Mw相對於聚苯乙烯換算數量平均分子量(Mn)的比(Mw/Mn)的上限,較佳為2.50,更佳為2.00,進而佳為1.75。作為所述比的下限,通常為1.00,較佳為1.10,更佳為1.20。藉由將[A]聚合體的Mw/Mn設為所述範圍,可進一步提高該感放射線性樹脂組成物的塗敷性。
本說明書中的聚合體的Mw及Mn是藉由以下條件下的凝膠滲透層析法(GPC)而測定的值。
GPC管柱:東曹(Tosoh)(股)的「G2000HXL」兩根、「G3000HXL」一根及「G4000HXL」一根
溶出溶媒:四氫呋喃
流量:1.0mL/min
試樣濃度:1.0質量%
試樣注入量:100μL
管柱溫度:40℃
檢測器:示差折射計
標準物質:單分散聚苯乙烯
作為該感放射線性樹脂組成物中的[A]聚合體的含有比例的下限,相對於[D]有機溶媒以外的所有成分,較佳為50質量%,更佳為60質量%,進而佳為70質量%,特佳為80質量%。
[A]聚合體例如可藉由利用公知的方法使提供各結構單元的單量體聚合來合成。
<[B]酸產生體>
[B]酸產生體為藉由放射線的照射而產生酸的物質。作為放射線,例如可列舉:可見光線、紫外線、遠紫外線、極紫外線(EUV)、X射線、γ射線等電磁波、電子束、α射線等帶電粒子束等。利用藉由放射線的照射(曝光)而自[B]酸產生體所產生的酸而[A]聚合體所具有的第三結構單元中所含的酸解離性基解離並產生羧基,於曝光部與未曝光部之間[A]聚合體對於顯影液的溶解性產生差異,藉此可形成抗蝕劑圖案。作為該感放射線性樹脂組成物中的[B]酸產生體的含有形態,可列舉:低分子化合物的形態(以下,亦稱為「[B]酸產生劑」)、作為[A]聚合體的一部分來併入的形態、或者該些兩者的形態。
作為酸使酸解離性基解離的溫度的下限,較佳為80℃,更佳為90℃,進而佳為100℃。作為所述溫度的上限,較佳為130℃,更佳為120℃,進而佳為110℃。作為酸使酸解離性基解離的時間的下限,較佳為10秒,更佳為1分鐘。作為所述時間的上限,較佳為10分鐘,更佳為2分鐘。
作為自[B]酸產生體產生的酸,例如可列舉磺酸、醯亞胺酸等。
作為[B]酸產生劑,例如可列舉:鎓鹽化合物、N-磺醯氧基醯亞胺化合物、磺醯亞胺化合物、含鹵素的化合物、重氮酮化合物等。
作為鎓鹽化合物,例如可列舉:鋶鹽、四氫噻吩鎓鹽、錪鹽、鏻鹽、重氮鎓鹽、吡啶鎓鹽等。
作為[B]酸產生劑的具體例,例如可列舉日本專利特開2009-134088號公報的段落[0080]~段落[0113]中所記載的化合物等。
作為藉由放射線的照射而產生磺酸的[B]酸產生劑,例如可列舉下述式(5)所表示的化合物(以下,亦稱為「化合物(5)」)等。認為藉由[B]酸產生劑具有下述結構,利用與[A]聚合體的相互作用等,使所產生的酸於抗蝕劑膜中的擴散長度更適度地變短,其結果,可進一步提高由該感放射線性樹脂組成物所形成的抗蝕劑圖案相對於曝光光的感度及LWR性能,可使製程窗口進一步擴展。
所述式(5)中,Rp1為包含環員數5以上的環結構的一
價基。Rp2為二價連結基。Rp3及Rp4分別獨立地為氫原子、氟原子、碳數1~20的一價烴基或碳數1~20的一價氟化烴基。Rp5及Rp6分別獨立地為氟原子或碳數1~20的一價氟化烴基。np1為0~10的整數。np2為0~10的整數。np3為0~10的整數。其中,np1+np2+np3為1以上且30以下。於np1為2以上的情況下,多個Rp2相互相同或不同。於np2為2以上的情況下,多個Rp3相互相同或不同,多個Rp4相互相同或不同。於np3為2以上的情況下,多個Rp5相互相同或不同,多個Rp6相互相同或不同。T+為一價的感放射線性鎓陽離子。
作為Rp1所表示的包含環員數5以上的環結構的一價基,例如可列舉:包含環員數5以上的脂環結構的一價基、包含環員數5以上的脂肪族雜環結構的一價基、包含環員數5以上的芳香族碳環結構的一價基、包含環員數5以上的芳香族雜環結構的一價基等。
作為環員數5以上的脂環結構,例如可列舉:環戊烷結構、環己烷結構、環庚烷結構、環辛烷結構、環壬烷結構、環癸烷結構、環十二烷結構等單環的飽和脂環結構、環戊烯結構、環己烯結構、環庚烯結構、環辛烯結構、環癸烯結構等單環的不飽和脂環結構、降冰片烷結構、金剛烷結構、三環癸烷結構、四環十二烷結構等多環的飽和脂環結構、降冰片烯結構、三環癸烯結構等多環的不飽和脂環結構等。
作為環員數5以上的脂肪族雜環結構,例如可列舉:己
內酯結構、降冰片烷內酯結構等內酯結構、己磺內酯結構、降冰片烷磺內酯結構等磺內酯結構、氧雜環庚烷結構、氧雜降冰片烷結構等含氧原子的雜環結構、氮雜環己烷結構、二氮雜雙環辛烷結構等含氮原子的雜環結構、硫雜環己烷結構、硫雜降冰片烷結構等含硫原子的雜環結構等。
作為環員數5以上的芳香族碳環結構,例如可列舉:苯結構、萘結構、菲結構、蒽結構等。
作為環員數5以上的芳香族雜環結構,例如可列舉:呋喃結構、吡喃結構、苯並呋喃結構、苯並吡喃結構等含氧原子的雜環結構、吡啶結構、嘧啶結構、吲哚結構等含氮原子的雜環結構等。
作為Rp1的環結構的環員數的下限,較佳為6,更佳為8,進而佳為9,特佳為10。作為所述環員數的上限,較佳為15,更佳為14,進而佳為13,特佳為12。藉由將所述環員數設為所述範圍,可更適度地縮短所述酸的擴散長度,其結果,可進一步提高由該感放射線性樹脂組成物所形成的抗蝕劑圖案相對於曝光光的感度及LWR性能,可使製程窗口進一步擴展。
Rp1的環結構所具有的氫原子的一部分或全部可經取代基取代。作為所述取代基,例如可列舉:氟原子、氯原子、溴原子、碘原子等鹵素原子,羥基,羧基,氰基,硝基,烷氧基,烷氧基羰基,烷氧基羰氧基,醯基,醯氧基等。該些中,較佳為羥基。
作為Rp1,較佳為包含環員數5以上的脂環結構的一價基或包含環員數5以上的脂肪族雜環結構的一價基,更佳為包含多環的飽和脂環結構的一價基、包含含氧原子的雜環結構的一價基或包含含氮原子的雜環結構的一價基,進而佳為金剛烷基、降冰片烷磺內酯-基或氮雜環己烷-基。
作為Rp2所表示的二價連結基,例如可列舉:羰基、醚基、羰氧基、硫醚基、硫羰基、磺醯基、二價烴基等。該些中,較佳為羰氧基、磺醯基、烷烴二基或二價脂環式飽和烴基,更佳為羰氧基或磺醯基。
作為Rp3及Rp4所表示的碳數1~20的一價烴基,例如可列舉碳數1~20的烷基等。作為Rp3及Rp4所表示的碳數1~20的一價氟化烴基,例如可列舉碳數1~20的氟化烷基等。作為Rp3及Rp4,較佳為氫原子、氟原子或氟化烷基,更佳為氟原子或全氟烷基,進而佳為氟原子或三氟甲基。
作為Rp5及Rp6所表示的碳數1~20的一價氟化烴基,例如可列舉碳數1~20的氟化烷基等。作為Rp5及Rp6,較佳為氟原子或氟化烷基,更佳為氟原子或全氟烷基,進而佳為氟原子或三氟甲基,特佳為氟原子。
作為np1,較佳為0~5,更佳為0~2,進而佳為0或1。
作為np2,較佳為0~5,更佳為0~2,進而佳為0或1。
作為np3的下限,較佳為1,更佳為2。藉由將np3設為1以上,可提高自所述化合物(5)所產生的酸的強度,其結果,
可進一步提高由該感放射線性樹脂組成物所形成的抗蝕劑圖案相對於曝光光的感度及LWR性能,可使製程窗口進一步擴展。作為np3的上限,較佳為4,更佳為3,進而佳為2。
作為np1+np2+np3的下限,較佳為2,更佳為4。作為np1+np2+np3的上限,較佳為20,更佳為10。
作為T+所表示的一價的感放射線性鎓陽離子,例如可列舉:下述式(r-a)所表示的陽離子(以下,亦稱為「陽離子(r-a)」)、下述式(r-b)所表示的陽離子(以下,亦稱為「陽離子(r-b)」)、下述式(r-c)所表示的陽離子(以下,亦稱為「陽離子(r-c)」)等。
所述式(r-a)中,RB3及RB4分別獨立地為碳數1~20的一價有機基。b3為0~11的整數。於b3為1的情況下,RB5為碳數1~20的一價有機基、羥基、硝基或鹵素原子。於b3為2以上的情況下,多個RB5相互相同或不同,為碳數1~20的一價有機基、羥基、硝基或鹵素原子,或者表示該些基相互結合並與該些所鍵結的碳鏈一起構成的環員數4~20的環結構的一部分。nbb為0~3的整數。
作為所述RB3、RB4及RB5所表示的碳數1~20的一價有機基,例如可列舉與作為所述式(3)的R12而例示的有機基相同的基等。
作為RB3及RB4,較佳為碳數1~20的一價的未經取代的烴基或氫原子經取代基取代而成的烴基,更佳為碳數6~18的一價的未經取代的芳香族烴基或氫原子經取代基取代而成的芳香族烴基,進而佳為經取代或未經取代的苯基,特佳為未經取代的苯基。
關於可取代作為所述RB3及RB4而表示的碳數1~20的一價烴基所具有的氫原子的取代基,較佳為經取代或未經取代的碳數1~20的一價烴基、-OSO2-Rk、-SO2-Rk、-ORk、-COORk、-O-CO-Rk、-O-Rkk-COORk、-Rkk-CO-Rk或-S-Rk。Rk為碳數1~10的一價烴基。Rkk為單鍵或碳數1~10的二價烴基。
作為RB5,較佳為經取代或未經取代的碳數1~20的一價烴基、-OSO2-Rk、-SO2-Rk、-ORk、-COORk、-O-CO-Rk、
-O-Rkk-COORk、-Rkk-CO-Rk或-S-Rk。Rk為碳數1~10的一價烴基。Rkk為單鍵或碳數1~10的二價烴基。
所述式(r-b)中,b4為0~9的整數。於b4為1的情況下,RB6為碳數1~20的一價有機基、羥基、硝基或鹵素原子。於b4為2以上的情況下,多個RB6相互相同或不同,為碳數1~20的一價有機基、羥基、硝基或鹵素原子,或者表示該些基相互結合並與該些所鍵結的碳鏈一起構成的環員數4~20的環結構的一部分。b5為0~10的整數。於b5為1的情況下,RB7為碳數1~20的一價有機基、羥基、硝基或鹵素原子。於b5為2以上的情況下,多個RB7相互相同或不同,為碳數1~20的一價有機基、羥基、硝基或鹵素原子,或者表示該些基相互結合並與該些所鍵結的碳原子或碳鏈一起構成的環員數3~20的環結構的一部分。nb2為0~3的整數。RB8為單鍵或碳數1~20的二價有機基。nb1為0~2的整數。
作為所述RB6及RB7,較佳為經取代或未經取代的碳數1~20的一價烴基、-ORk、-COORk、-O-CO-Rk、-O-Rkk-COORk或-Rkk-CO-Rk。Rk為碳數1~10的一價烴基。Rkk為單鍵或碳數1~10的二價烴基。
所述式(r-c)中,b6為0~5的整數。於b6為1的情況下,RB9為碳數1~20的一價有機基、羥基、硝基或鹵素原子。於b6為2以上的情況下,多個RB9相互相同或不同,為碳數1~20的一價有機基、羥基、硝基或鹵素原子,或者表示該些基相互
結合並與該些所鍵結的碳鏈一起構成的環員數4~20的環結構的一部分。b7為0~5的整數。於b7為1的情況下,RB10為碳數1~20的一價有機基、羥基、硝基或鹵素原子。於b7為2以上的情況下,多個RB10相互相同或不同,為碳數1~20的一價有機基、羥基、硝基或鹵素原子,或者表示該些基相互結合並與該些所鍵結的碳鏈一起構成的環員數4~20的環結構的一部分。
作為所述RB9及RB10,較佳為經取代或未經取代的碳數1~20的一價烴基、-OSO2-Rk、-SO2-Rk、-ORk、-COORk、-O-CO-Rk、-O-Rkk-COORk、-Rkk-CO-Rk、-S-Rk或該些基中的兩個以上相互結合所構成的環結構。Rk為碳數1~10的一價烴基。Rkk為單鍵或碳數1~10的二價烴基。
作為RB5、RB6、RB7、RB9及RB10所表示的碳數1~20的一價烴基,例如可列舉:甲基、乙基、正丙基、正丁基等直鏈狀烷基、異丙基、異丁基、第二丁基、第三丁基等分支狀烷基、苯基、甲苯基、二甲苯基、均三甲苯基、萘基等芳基、苄基、苯乙基等芳烷基等。
作為RB8所表示的二價有機基,例如可列舉自作為所述式(r-a)的RB3、RB4及RB5而例示的碳數1~20的一價有機基去除一個氫原子而成的基等。
作為可取代所述RB5、RB6、RB7、RB9及RB10所表示的烴基所具有的氫原子的取代基,例如可列舉:氟原子、氯原子、溴原子、碘原子等鹵素原子,羥基,羧基,氰基,硝基,烷氧基,
烷氧基羰基,烷氧基羰氧基,醯基,醯氧基等。該些中,較佳為鹵素原子,更佳為氟原子。
作為RB5、RB6、RB7、RB9及RB10,較佳為未經取代的直鏈狀或分支狀的一價烷基、一價氟化烷基、未經取代的一價芳香族烴基、-OSO2-Rk或-SO2-Rk,更佳為氟化烷基或未經取代的一價芳香族烴基,進而佳為氟化烷基。
作為式(r-a)中的b3,較佳為0~2,更佳為0或1,進而佳為0。作為nbb,較佳為0或1,更佳為0。作為式(r-b)中的b4,較佳為0~2,更佳為0或1,進而佳為0。作為b5,較佳為0~2,更佳為0或1,進而佳為0。作為nb2,較佳為2或3,更佳為2。作為nb1,較佳為0或1,更佳為0。作為式(r-c)中的b6及b7,較佳為0~2,更佳為0或1,進而佳為0。
該些中,作為T+,較佳為陽離子(r-a),更佳為三苯基鋶陽離子。
關於[B]酸產生劑,作為產生磺酸的酸產生劑,例如可列舉下述式(5-1)~式(5-5)所表示的化合物(以下,亦稱為「化合物(5-1)~化合物(5-5)」)等。
所述式(5-1)~式(5-5)中,T+為一價的感放射線性鎓陽離子。
於[B]酸產生體為[B]酸產生劑的情況下,作為該感放射線性樹脂組成物中的[B]酸產生劑的含量的下限,相對於[A]聚合體100質量份,較佳為0.1質量份,更佳為1質量份,進而佳為5質量份。作為所述含量的上限,較佳為70質量份,更佳為50質量份,進而佳為40質量份,特佳為30質量份。藉由將[B]酸產生劑的含量設為所述範圍,可進一步更提高由該感放射線性樹脂組成物所形成的抗蝕劑圖案相對於曝光光的感度及LWR性能,可使製程窗口進一步更擴展。
<[C]化合物>
[C]化合物為下述式(2)所表示的化合物。[C]化合物作為酸
擴散控制劑發揮作用。酸擴散控制劑發揮如下效果:控制藉由曝光而自[B]酸產生體等產生的酸於抗蝕劑膜中的擴散現象,且控制非曝光區域中的欠佳的化學反應。藉由該感放射線性樹脂組成物含有[C]化合物,可形成相對於曝光光的感度良好、LWR性能優異、且製程窗口寬廣的抗蝕劑圖案。
所述式(2)中,R7、R8及R9分別獨立地為氫原子、氟原子或碳數1~40的一價有機基,或者為該些基中的兩個以上相互結合並與該些所鍵結的碳原子一起構成的環員數3~20的環結構的一部分。A+為一價的感放射線性鎓陽離子。
作為R7、R8及R9所表示的碳數1~40的一價有機基,例如可列舉與作為所述式(3)的R12而例示的一價有機基相同的基等。
作為R7、R8及R9中的兩個以上相互結合並與該些所鍵結的碳原子一起構成的環員數3~20的環結構,例如可列舉:環員數3~20的脂環結構、環員數4~20的脂肪族雜環結構、環員數6~20的芳香族碳環結構、環員數6~20的芳香族雜環結構等。
作為環員數3~20的脂環結構、環員數4~20的脂肪族
雜環結構、環員數6~20的芳香族碳環結構及環員數6~20的芳香族雜環結構,例如可列舉與作為所述式(5)的Rp1而分別例示的脂環結構、脂肪族雜環結構、芳香族碳環結構及芳香族雜環結構相同的環結構等。
作為A+所表示的一價的感放射線性鎓陽離子,例如可列舉作為所述式(5)的T+而例示的一價的感放射線性鎓陽離子等。
作為R7、R8及R9,較佳為該些中的至少一個為氟原子,更佳為該些中的兩個為氟原子,進而佳為R7及R9為氟原子。
作為R8,較佳為碳數1~40的一價有機基。其中,更佳為包含氟原子以外的雜原子的碳數1~40的一價有機基。作為氟原子以外的雜原子,例如可列舉:氮原子、氧原子、硫原子,較佳為氧原子。R8進而佳為包含選自酯結構、酮結構及羥基中的至少一種的碳數1~40的一價有機基。另外,R8亦較佳為具有環結構的碳數1~40的一價有機基。作為此種環結構,可列舉:脂環結構、芳香族碳環結構、脂肪族雜環結構、芳香族雜環結構,具體的環結構與所述相同。其中,作為環結構,較佳為脂環結構,更佳為環烷基環、金剛烷環。或者,R8亦較佳為不包含氟原子的碳數1~40的一價有機基。特佳為R7及R9為氟原子且R8為此種態樣。
作為A+,較佳為所述陽離子(r-a)、所述陽離子(r-b)或所述陽離子(r-c),更佳為所述陽離子(r-a)或所述陽離子(r-b),進而佳為所述陽離子(r-a),特佳為三苯基鋶陽離子。
作為[C]化合物,例如可列舉下述式(2-1)~式(2-15)所表示的化合物(以下,亦稱為「化合物(2-1)~化合物(2-15)」)等。
所述式(2-1)~式(2-15)中,A+與所述式(2)為相同含義。
作為[C]化合物,較佳為所述化合物(2-1)~化合物
(2-7)。
作為該感放射線性樹脂組成物中的[C]化合物的含有比例的下限,相對於[B]酸產生劑100莫耳%,較佳為1莫耳%,更佳為5莫耳%,進而佳為10莫耳%。作為所述含有比例的上限,較佳為200莫耳%,更佳為100莫耳%,進而佳為50莫耳%。藉由將[C]化合物的含有比例設為所述範圍,可進一步提高由該感放射線性樹脂組成物所形成的抗蝕劑圖案相對於曝光光的感度及LWR性能,可使製程窗口進一步擴展。
<[D]有機溶媒>
該感放射線性樹脂組成物通常含有[D]有機溶媒。[D]有機溶媒只要為至少可使[A]聚合體、[B]酸產生體、[C]化合物及視需要而含有的任意成分溶解或分散的溶媒,則並無特別限定。
作為[D]有機溶媒,例如可列舉:醇系溶媒、醚系溶媒、酮系溶媒、醯胺系溶媒、酯系溶媒、烴系溶媒等。
作為醇系溶媒,例如可列舉:4-甲基-2-戊醇、正己醇等碳數1~18的脂肪族單醇系溶媒、環己醇等碳數3~18的脂環式單醇系溶媒、1,2-丙二醇等碳數2~18的多元醇系溶媒、丙二醇-1-單甲醚等碳數3~19的多元醇部分醚系溶媒等。
作為醚系溶媒,例如可列舉:二***、二丙醚、二丁醚、二戊醚、二異戊醚、二己醚、二庚醚等二烷基醚系溶媒、四氫呋喃、四氫吡喃等環狀醚系溶媒、二苯基醚、苯甲醚等含芳香環的醚系溶媒等。
作為酮系溶媒,例如可列舉:丙酮、甲基乙基酮、甲基-正丙基酮、甲基-正丁基酮、二乙基酮、甲基-異丁基酮、2-庚酮、乙基-正丁基酮、甲基-正己基酮、二-異丁基酮、三甲基壬酮等鏈狀酮系溶媒、環戊酮、環己酮、環庚酮、環辛酮、甲基環己酮等環狀酮系溶媒、2,4-戊二酮、丙酮基丙酮、苯乙酮等。
作為醯胺系溶媒,例如可列舉:N,N'-二甲基咪唑啶酮、N-甲基吡咯啶酮等環狀醯胺系溶媒、N-甲基甲醯胺、N,N-二甲基甲醯胺、N,N-二乙基甲醯胺、乙醯胺、N-甲基乙醯胺、N,N-二甲基乙醯胺、N-甲基丙醯胺等鏈狀醯胺系溶媒等。
作為酯系溶媒,例如可列舉:乙酸正丁酯、乳酸乙酯等單羧酸酯系溶媒、γ-丁內酯、戊內酯等內酯系溶媒、丙二醇乙酸酯等多元醇羧酸酯系溶媒、丙二醇單甲醚乙酸酯等多元醇部分醚羧酸酯系溶媒、乙二酸二乙酯等多元羧酸二酯系溶媒、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯等碳酸酯系溶媒等。
作為烴系溶媒,例如可列舉:正戊烷、正己烷等碳數5~12的脂肪族烴系溶媒、甲苯、二甲苯等碳數6~16的芳香族烴系溶媒等。
作為[D]有機溶媒,較佳為醇系溶媒或酯系溶媒,更佳為碳數3~19的多元醇部分醚系溶媒或多元醇部分醚羧酸酯系溶媒,進而佳為丙二醇-1-單甲醚或丙二醇單甲醚乙酸酯。[D]有機溶媒可含有一種或兩種以上。
於該感放射線性樹脂組成物含有[D]有機溶媒的情況
下,作為[D]有機溶媒的含有比例的下限,相對於該感放射線性樹脂組成物中所含有的所有成分,較佳為50質量%,更佳為60質量%,進而佳為70質量%,特佳為80質量%。作為所述含有比例的上限,較佳為99.9質量%,較佳為99.5質量%,進而佳為99.0質量%。
<其他任意成分>
作為其他任意成分,例如可列舉[C]化合物以外的其他酸擴散控制體、界面活性劑等。該感放射線性樹脂組成物可分別含有一種或兩種以上的其他任意成分。
[[C]化合物以外的其他酸擴散控制體]
作為該感放射線性樹脂組成物中的[C]化合物以外的其他酸擴散控制體的含有形態,可列舉:低分子化合物(以下,亦稱為「其他酸擴散控制劑」)的形態、作為[A]聚合體等聚合體的一部分來併入的形態、或者該些兩者的形態。
作為其他酸擴散控制劑,可列舉:含氮原子的化合物、藉由曝光而感光並產生弱酸的光降解性鹼(其中,相當於[C]化合物者除外)等。
作為含氮原子的化合物,例如可列舉:三戊基胺、三辛基胺等胺化合物、甲醯胺、N,N-二甲基乙醯胺等含醯胺基的化合物、脲、1,1-二甲基脲等脲化合物、吡啶、N-(十一烷基羰氧基乙基)嗎啉、N-第三戊氧基羰基-4-羥基哌啶等含氮雜環化合物等。
作為光降解性鹼,例如可列舉包含藉由曝光而分解的鎓
陽離子與弱酸的陰離子的化合物(其中,相當於[C]化合物者除外)等。
於該感放射線性樹脂組成物含有其他酸擴散控制劑的情況下,作為該感放射線性樹脂組成物中的其他酸擴散控制劑的含有比例的下限,相對於[B]酸產生劑100莫耳%,較佳為1莫耳%,更佳為5莫耳%,進而佳為10莫耳%。作為所述含有比例的上限,較佳為200莫耳%,更佳為100莫耳%,進而佳為50莫耳%。
[界面活性劑]
界面活性劑發揮改良塗敷性、條痕、顯影性等的效果。作為界面活性劑,例如可列舉:聚氧乙烯月桂基醚、聚氧乙烯硬脂基醚、聚氧乙烯油烯基醚、聚氧乙烯正辛基苯基醚、聚氧乙烯正壬基苯基醚、聚乙二醇二月桂酸酯、聚乙二醇二硬脂酸酯等非離子系界面活性劑等。作為市售品,可列舉:KP341(信越化學工業(股))、珀利弗洛(Polyflow)No.75、珀利弗洛(Polyflow)No.95(以上,共榮社化學(股))、艾福拓(Eftop)EF301、艾福拓(Eftop)EF303、艾福拓(Eftop)EF352(以上,托克姆產品(Tochem Products)(股))、美佳法(Megafac)F171、美佳法(Megafac)F173(以上,迪愛生(DIC)(股))、弗拉德(Fluorad)FC430、弗拉德(Fluorad)FC431(以上,住友3M(股))、阿薩佳(Asahi Guard)AG710、沙福隆(Surflon)S-382、沙福隆(Surflon)SC-101、沙福隆(Surflon)SC-102、沙福隆(Surflon)SC-103、沙福隆(Surflon)SC-104、
沙福隆(Surflon)SC-105、沙福隆(Surflon)SC-106(以上,旭硝子工業(股))等。
於該感放射線性樹脂組成物含有界面活性劑的情況下,作為該感放射線性樹脂組成物中的界面活性劑的含量的上限,相對於[A]聚合體100質量份,較佳為2質量份。作為所述含量的下限,例如為0.1質量份。
<感放射線性樹脂組成物的製備方法>
該感放射線性樹脂組成物例如可藉由將[A]聚合體、[B]酸產生體、[C]化合物及視需要的[D]有機溶媒及其他任意成分等以規定的比例進行混合,較佳為利用孔徑0.2μm以下的薄膜過濾器對所獲得的混合物進行過濾來製備。
該感放射線性樹脂組成物亦可用於使用鹼性顯影液的正型圖案形成用途,亦可用於使用含有機溶媒的顯影液的負型圖案形成用途。
該感放射線性樹脂組成物用於利用後述的抗蝕劑圖案形成方法中的曝光步驟中照射的放射線(曝光光)而進行的曝光。於曝光光中,極紫外線(EUV)或電子束具有比較高的能量,但根據該感放射線性樹脂組成物,即便於使用極紫外線或電子束作為曝光光的情況下,亦可形成相對於曝光光的感度良好、LWR性能優異、且製程窗口寬廣的抗蝕劑圖案。因此,該感放射線性樹脂組成物可特佳地用作極紫外線曝光用途或電子束曝光用途。
<抗蝕劑圖案形成方法>
該抗蝕劑圖案形成方法包括:於基板上直接或間接地塗敷該感放射線性樹脂組成物的步驟(以下,亦稱為「塗敷步驟」);對藉由所述塗敷步驟而形成的抗蝕劑膜進行曝光的步驟(以下,亦稱為「曝光步驟」);以及對所述經曝光的抗蝕劑膜進行顯影的步驟(以下,亦稱為「顯影步驟」)。
根據該抗蝕劑圖案形成方法,藉由於塗敷步驟中使用該感放射線性樹脂組成物,可形成相對於曝光光的感度良好、LWR性能優異、且製程窗口寬廣的抗蝕劑圖案。
以下,對該抗蝕劑圖案形成方法所包括的各步驟加以說明。
[塗敷步驟]
於本步驟中,於基板上直接或間接地塗敷該感放射線性樹脂組成物。藉此,形成抗蝕劑膜。作為基板,例如可列舉矽晶圓、二氧化矽、由鋁被覆的晶圓等先前公知者等。另外,作為下層膜,亦可於基板上形成例如日本專利特公平6-12452號公報或日本專利特開昭59-93448號公報等中所揭示的有機系或無機系的防反射膜。作為塗敷方法,例如可列舉:旋轉塗敷(旋轉塗佈)、流延塗敷、輥塗敷等。於塗敷後,為了使塗膜中的溶媒揮發,亦可視需要而進行預烘烤(prebake,PB)。作為PB的溫度的下限,較佳為60℃,更佳為80℃。作為所述溫度的上限,較佳為150℃,更佳為140℃。作為PB的時間的下限,較佳為5秒,更佳為10秒。作為所述時間的上限,較佳為600秒,更佳為300秒。作為所形
成的抗蝕劑膜的平均厚度的下限,較佳為10nm,更佳為20nm。作為所述平均厚度的上限,較佳為1,000nm,更佳為500nm。
[曝光步驟]
於本步驟中,對藉由所述塗敷步驟而形成的抗蝕劑膜進行曝光。該曝光是藉由介隔光罩(視情況而介隔水等液浸介質)照射曝光光來進行。作為曝光光,根據目標圖案的線寬等,例如可列舉:可見光線、紫外線、遠紫外線、極紫外線(EUV)、X射線、γ射線等電磁波;電子束、α射線等帶電粒子束等。該些中,較佳為遠紫外線、EUV或電子束,更佳為ArF準分子雷射光(波長193nm)、KrF準分子雷射光(波長248nm)、EUV或電子束,進而佳為ArF準分子雷射光、EUV或電子束,特佳為EUV或電子束。再者,曝光量等曝光條件可根據該感放射線性樹脂組成物的調配組成、添加劑的種類、曝光光的種類等而適宜選定。
較佳為於所述曝光後進行曝光後烘烤(post exposure bake,PEB),於抗蝕劑膜的經曝光的部分,利用藉由曝光而自[B]酸產生體等產生的酸來促進[A]聚合體所具有的酸解離性基的解離。藉由該PEB,可於曝光部與未曝光部增大對於顯影液的溶解性的差異。作為PEB的溫度的下限,較佳為50℃,更佳為80℃,進而佳為90℃。作為所述溫度的上限,較佳為180℃,更佳為130℃。作為PEB的時間的下限,較佳為5秒,更佳為10秒,進而佳為30秒。作為所述時間的上限,較佳為600秒,更佳為300秒,進而佳為100秒。
[顯影步驟]
於本步驟中,對所述經曝光的抗蝕劑膜進行顯影。藉此,可形成規定的抗蝕劑圖案。一般而言於顯影後利用水或醇等淋洗液進行清洗並加以乾燥。顯影步驟中的顯影方法可為鹼顯影,亦可為有機溶媒顯影。
於鹼顯影的情況下,作為用於顯影的顯影液,例如可列舉溶解氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉、矽酸鈉、偏矽酸鈉、氨水、乙基胺、正丙基胺、二乙基胺、二正丙基胺、三乙基胺、甲基二乙基胺、乙基二甲基胺、三乙醇胺、四甲基氫氧化銨(tetramethyl ammonium hydroxide,TMAH)、吡咯、哌啶、膽鹼、1,8-二氮雜雙環-[5.4.0]-7-十一烯、1,5-二氮雜雙環-[4.3.0]-5-壬烯等鹼性化合物的至少一種而成的鹼性水溶液等。該些中,較佳為TMAH水溶液,更佳為2.38質量%TMAH水溶液。
於有機溶媒顯影的情況下,作為顯影液,可列舉:烴系溶媒、醚系溶媒、酯系溶媒、酮系溶媒、醇系溶媒等有機溶媒、含有所述有機溶媒的溶媒等。作為所述有機溶媒,例如可列舉作為所述感放射線性樹脂組成物的[D]有機溶媒所例示的溶媒的一種或兩種以上等。該些中,較佳為酯系溶媒或酮系溶媒。作為酯系溶媒,較佳為乙酸酯系溶媒,更佳為乙酸正丁酯。作為酮系溶媒,較佳為鏈狀酮,更佳為2-庚酮。作為顯影液中的有機溶媒的含量的下限,較佳為80質量%,更佳為90質量%,進而佳為95質量%,特佳為99質量%。作為顯影液中的有機溶媒以外的成分,
例如可列舉水、矽酮油等。
作為顯影方法,例如可列舉:使基板於充滿顯影液的槽中浸漬固定時間的方法(浸漬法);藉由利用表面張力使顯影液堆積至基板表面並靜止固定時間來進行顯影的方法(覆液(puddle)法);對基板表面噴霧顯影液的方法(噴霧法);一面以固定速度掃描顯影液噴出噴嘴,一面朝以固定速度旋轉的基板上連續噴出顯影液的方法(動態分配法)等。
作為藉由該抗蝕劑圖案形成方法而形成的圖案,例如可列舉線與空間圖案、孔圖案等。
[實施例]
以下,基於實施例對本發明加以具體說明,但本發明並不限定於該些實施例。以下示出各種物性值的測定方法。
[重量平均分子量(Mw)、數量平均分子量(Mn)及分散度(Mw/Mn)]
聚合體的Mw及Mn是藉由凝膠滲透層析法(GPC),使用東曹(Tosoh)(股)的GPC管柱(「G2000HXL」兩根、「G3000HXL」一根、及「G4000HXL」一根),根據以下的條件進行測定。另外,分散度(Mw/Mn)是根據Mw及Mn的測定結果來算出。
溶出溶媒:四氫呋喃
流量:1.0mL/min
試樣濃度:1.0質量%
試樣注入量:100μL
管柱溫度:40℃
檢測器:示差折射計
標準物質:單分散聚苯乙烯
[聚合體的各結構單元的含有比例]
聚合體的各結構單元的含有比例是藉由使用核磁共振裝置(日本電子(股)的「JNM-代爾塔(JNM-Delta)400」)的13C-NMR分析來進行。
<[A]聚合體的合成>
以下示出各實施例及比較例中的各聚合體的合成中使用的單量體。再者,於以下的合成例中,只要無特別說明,則質量份是指將所使用的單量體的合計質量設為100質量份時的值,莫耳%是指將所使用的單量體的合計莫耳數設為100莫耳%時的值。
[合成例1]聚合體(A-1)的合成
將單量體(M-1)、單量體(M-3)及單量體(M-10)以莫耳比率成為40/40/20(莫耳%)的方式溶解於丙二醇-1-單甲醚(200質量份)中,添加作為起始劑的AIBN(6莫耳%)來製備單量體溶液。於空的反應容器中放入丙二醇-1-單甲醚(100質量份),一面進行攪拌一面加熱至85℃。其次,歷時3小時將所述單量體溶液滴加至反應容器中,進而於85℃下加熱3小時,將所述單量體溶液的滴加開始設為聚合反應的開始時間,實施合計6小時的聚合反應。聚合反應結束後,將聚合溶液冷卻至室溫。將經冷卻的所述聚合溶液投入至己烷(相對於聚合溶液100質量份而為500質量份)中,並對所析出的白色粉末進行過濾分離。利用己烷(相對於聚合溶液100質量份而為100質量份)對經過濾分離的白色粉末進行兩次清洗後,加以過濾分離並溶解於丙二醇-1-單甲醚(300質量份)中。其次,加入甲醇(500質量份)、三乙基胺(50質量份)及超純水(10質量份),一面進行攪拌一面於70℃下實施6小時水解反應。水解反應結束後,將殘留溶媒蒸餾去除,並使所獲得的固體溶解於丙酮(100質量份)中。將該溶液滴加至500質量份的水中並使樹脂凝固,對所獲得的固體進行過濾分離,於50℃下乾燥12小時而獲得白色粉末狀的聚合體(A-1)。聚合體(A-1)的Mw為5600,Mw/Mn為1.62。另外,關於13C-NMR分析的結果,源自(M-1)、(M-3)及(M-10)的各結構單元的含有比例分別為42.3莫耳%、39.8莫耳%及17.9莫耳%。
[合成例2~合成例8]聚合體(A-2)~聚合體(A-8)的
合成
除使用下述表1中所示的種類及調配比例的單量體以外,與合成例1同樣地合成聚合體(A-2)~聚合體(A-8)。下述表1中一併示出所獲得的聚合體的各結構單元的含有比例及物性值(Mw及Mw/Mn)。再者,下述表1中的「-」表示未使用相應的單量體。
[合成例9]聚合體(A-9)的合成
使用下述表1所示的種類及調配比例的單量體,利用與日本專利特開2009-244805號公報中記載的「聚合物(B-3-1)」的合成方法相同的方法來合成聚合體(A-9)。下述表1中一併示出所獲得的聚合體的各結構單元的含有比例及物性值(Mw及Mw/Mn)。
<感放射線性樹脂組成物的製備>
以下示出用於感放射線性樹脂組成物的製備的[A]聚合體以外的成分。再者,於以下的實施例及比較例中只要無特別說明,則質量份是指將所使用的聚合體的質量設為100質量份時的值,莫耳%是指將所使用的[B]酸產生劑的莫耳數設為100莫耳%時的值。
[[B]酸產生劑]
[[C]酸擴散控制劑]
C-1~C-9:下述式(C-1)~式(C-9)所表示的化合物
[[D]有機溶媒]
D-1:丙二醇單甲醚乙酸酯
D-2:丙二醇-1-單甲醚
[實施例1]
將作為[A]聚合體的(A-1)100質量份、作為[B]酸產生劑的(B-1)20質量份、作為[C]酸擴散控制劑的20莫耳%的(C-1)、作為[D]有機溶媒的(D-1)4800質量份及(D-2)2000質量份加以混合,利用孔徑0.2μm的薄膜過濾器進行過濾,藉此製備感放射線性樹脂組成物(R-1)。
[實施例2~實施例14及比較例1~比較例3]
除使用下述表2中所示的種類及含量的各成分以外,與實施例1同樣地製備感放射線性樹脂組成物(R-2)~感放射線性樹脂組成物(R-14)及感放射線性樹脂組成物(CR-1)~感放射線性樹脂組成物(CR-3)。
<抗蝕劑圖案的形成(EUV曝光、鹼顯影)>
使用旋塗機(東京電子(Tokyo Electron)(股)的「克林特拉克(CLEAN TRACK)ACT12」)將所述製備的感放射線性樹脂組成物塗佈於形成有平均厚度20nm的下層膜(布魯爾科技(Brewer Science)公司的「AL412」)的12吋的矽晶圓的下層膜上,於130℃下進行60秒鐘的軟烘(soft bake,SB)。之後,藉由於23℃下冷卻30秒鐘而形成平均厚度50nm的抗蝕劑膜。其次,對於該抗蝕劑膜使用EUV曝光裝置(ASML公司的「NEX3300」),於NA=0.33、照明條件:常規(Conventional)s=0.89、遮罩:imecDEFECT32FFR02下進行曝光。於曝光後,使用2.38質量%的
TMAH溶液作為鹼性顯影液,於23℃下顯影30秒鐘,從而形成正型的抗蝕劑圖案(32nm線與空間圖案)。
<評價>
對於所述形成的抗蝕劑圖案,依據下述方法評價感度、LWR性能及製程窗口。對於抗蝕劑圖案的測長,使用掃描式電子顯微鏡(日立高新技術(Hitachi High-Technologies)(股)的「CG-4100」)。將評價結果示於下述表3。再者,下述表3中的「-」表示於比較例2中,因未曝光部亦溶解於鹼性顯影液中而未形成抗蝕劑圖案,無法進行各種評價。
[感度]
於所述抗蝕劑圖案的形成中,將形成32nm線與空間圖案的曝光量作為最佳曝光量,將該最佳曝光量作為感度(mJ/cm2)。關於感度,可將30mJ/cm2以下的情況評價為「良好」,可將超過30mJ/cm2的情況評價為「不良」。
[LWR性能]
使用所述掃描式電子顯微鏡,自抗蝕劑圖案的上部觀察所述形成的抗蝕劑圖案。於任意部位測定合計50點的線寬,並根據其測定值的分佈來求出3西格瑪值,將該3西格瑪值設為LWR(nm)。LWR的值越小,表示線的晃動越小而越良好。關於LWR性能,可將4.0nm以下的情況評價為「良好」,可將超過4.0nm的情況評價為「不良」。
[製程窗口]
所謂「製程窗口」是指可形成無橋接缺陷或倒塌的圖案的抗蝕劑尺寸的範圍。使用形成32nm線與空間圖案(1L/1S)的遮罩,形成自低曝光量至高曝光量的圖案。一般而言,於低曝光量的情況下,看到圖案間的橋接形成等缺陷,於高曝光量的情況下,看到圖案倒塌等缺陷。將無法看到該些缺陷的抗蝕劑尺寸的最大值與最小值之差設為「臨界尺寸(Critical Dimension,CD)裕度」。CD裕度的值越大,表示製程窗口越寬廣而越良好。可將CD裕度為30nm以上的情況評價為「良好」,可將未滿30nm的情況評價為「不良」。
根據表3的結果明確,與比較例的感放射線性樹脂組成物相比,實施例的感放射線性樹脂組成物的感度、LWR性能及CD裕度均良好。
[產業上之可利用性]
根據本發明的感放射線性樹脂組成物及抗蝕劑圖案形成方法,可形成相對於曝光光的感度良好、LWR性能優異、且製程窗口寬廣的抗蝕劑圖案。因此,該些可於預想今後進一步進行微細化的半導體元件的加工製程等中較佳地使用。
Claims (6)
- 一種感放射線性樹脂組成物,含有:聚合體,具有包含酚性羥基的第一結構單元、包含下述式(1)所表示的基的第二結構單元及包含酸解離性基的第三結構單元;感放射線性酸產生體;以及化合物,由下述式(2)所表示,
- 如請求項1所述的感放射線性樹脂組成物,其中相 對於構成所述聚合體的所有結構單元,所述聚合體中的所述第三結構單元的含有比例為30莫耳%以上且80莫耳%以下。
- 如請求項1所述的感放射線性樹脂組成物,其中所述第三結構單元是由下述式(4-1A)、式(4-1B)、式(4-1C)、式(4-2A)或式(4-2B)所表示,
- 如請求項1所述的感放射線性樹脂組成物,用於極紫外線曝光或用於電子束曝光。
- 一種抗蝕劑圖案形成方法,包括:於基板上直接或間接地塗敷感放射線性樹脂組成物的步驟;對藉由所述塗敷步驟而形成的抗蝕劑膜進行曝光的步驟;以及對所述曝光步驟後的抗蝕劑膜進行顯影的步驟,所述感放射線性樹脂組成物含有:聚合體,具有包含酚性羥基的第一結構單元、包含下述式(1)所表示的基的第二結構單元及包含酸解離性基的第三結構單元;感放射線性酸產生體;以及化合物,由下述式(2)所表示,
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