WO2004104703A1 - 化学増幅型ポジ型ホトレジスト組成物及びレジストパターン形成方法 - Google Patents

化学増幅型ポジ型ホトレジスト組成物及びレジストパターン形成方法 Download PDF

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WO2004104703A1
WO2004104703A1 PCT/JP2004/007206 JP2004007206W WO2004104703A1 WO 2004104703 A1 WO2004104703 A1 WO 2004104703A1 JP 2004007206 W JP2004007206 W JP 2004007206W WO 2004104703 A1 WO2004104703 A1 WO 2004104703A1
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WO
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chemically amplified
photoresist composition
positive photoresist
amplified positive
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PCT/JP2004/007206
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Yusuke Nakagawa
Shinichi Hidesaka
Kenji Maruyama
Satoshi Shimatani
Masahiro Masujima
Kazuyuki Nitta
Original Assignee
Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.
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    • Y10S430/1055Radiation sensitive composition or product or process of making
    • Y10S430/106Binder containing

Definitions

  • the present invention relates to a chemically amplified positive photoresist composition and a method for forming a resist pattern.
  • novolak-naphthoquinonediazide resists generally use a high-molecular-weight alkali-soluble resin (specifically, nopolak resin) when preparing a resist composition with high heat resistance.
  • nopolak resin specifically, nopolak resin
  • I was In order to increase the sensitivity, a technique using a low molecular weight resin has been used.
  • This chemically amplified positive photoresist composition is a conventional i-line nopolak-based resist. This is a low-cost resist with high heat resistance, high sensitivity, and high resolution. Therefore, thick film resists that require particularly high heat resistance and high sensitivity (for example, 1.5 to 7.0 am) And system LCDs.
  • Patent Document 1 JP-A-6-148889
  • Patent Document 2 JP-A-6-230574
  • Patent Literature 3 discloses that a hydrogen of a hydroxyl group of polyhydroxystyrene having high transparency to one light of a KrF excimer laser is converted to a tertiary alkyloxycarbonyl group such as a t-boc (tert-butoxycarbonyl) group.
  • a tertiary alkyloxycarbonyl group such as a t-boc (tert-butoxycarbonyl) group.
  • a two-component resist mainly composed of a base resin and an acid generator substituted with an acid-dissociable alkali-soluble dissolution inhibiting group such as an acetate group such as an ethoxyxyl group is described. ing.
  • the outline of the principle of resist pattern formation in the resist proposed in Patent Document 3 is as follows. That is, since the base resin has an alkali dissolution inhibiting group such as a t-boc group, its solubility is lower than that of polyhydroxystyrene having no t-boc group. I have. Then, when such a resin is mixed with an acid generator and selectively exposed to light, the t-boc group and the like are dissociated by the action of the acid generated from the acid generator in the exposed portion, and polyhydroxystyrene is generated, and alkali is generated. Be soluble.
  • an alkali dissolution inhibiting group such as a t-boc group
  • Patent Document 3 Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-221258
  • Patent Document 4 Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-268508
  • Patent Document 5 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-167357 DISCLOSURE OF THE INVENTION
  • the present invention provides a chemically amplified positive photoresist composition and a resist pattern which have high sensitivity, high heat resistance, and high resolution (high contrast) and can suppress the ripple phenomenon.
  • the first problem is to provide a forming method.
  • the alkali solubility of the base resin at the time of selective exposure is such that the t-boc group and the like are dissociated by the exposure and the inherent solubility of polyhydroxystyrene is inherently high.
  • Patent Document 4 proposes a resist material using a resin in which a resin having a hydroxystyrene unit and a cyclohexanol unit has been crosslinked with an ether group in advance. It is enough.
  • defect refers to scum and other defects in the resist pattern that are detected when observed from directly above the resist pattern after development using, for example, KLA Tencor's surface defect observation device (product name “KLA”). That is.
  • Patent Document 5 discloses a resin composition
  • a resin composition comprising a resin in which a part of a hydrogen atom of a hydroxyl group of hydroxystyrene is protected by an alkali dissolution inhibiting group such as an acetal group, an acid generator, and a crosslinkable polyvinyl ether compound. It is proposed to cross-link the resin and the polyvinyl ether compound by pre-bake (pre-bake: PB), and then perform exposure, PEB (post exposure baking: PEB), development, and patterning.
  • pre-bake pre-bake: PB
  • PEB post exposure baking: PEB
  • these resins are insufficient because of the introduction of an alkali dissolution inhibiting group, which causes a problem of diffusion.
  • a second object of the present invention is to provide a positive resist composition and a method of forming a resist pattern, which can improve the resolution and reduce the number of defects.
  • the chemically amplified positive photoresist composition according to the first embodiment of the present invention comprises: (A) the following general formula (I)
  • R 2 is an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms which may have a substituent, or the following general formula (IV)
  • R 3 represents an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms which may have a substituent, and m represents 0 or 1.
  • the alkylene group may have an oxygen bond (ether bond) in the main chain.
  • C a compound capable of generating an acid component upon irradiation with radiation, and an organic solvent.
  • the I ⁇ amplified positive photoresist composition, the component (A), and the structural unit (a i), that consists of said structural units (a 2) is preferable.
  • the content of the structural unit (a2) in the component (A) is preferably 1 to 20 mol%.
  • the component (C) is preferably a compound that generates an acid component upon irradiation with i-ray (365 nm).
  • the method for forming a resist pattern according to the first embodiment of the present invention comprises: (i) applying the positive photoresist composition of the present embodiment on a substrate, and performing a heat treatment to form a film having a thickness of 1.5 to 7; A step of forming a 0 m resist layer, (ii) a step of performing selective exposure, (iii) a step of performing PEB (Post Exposure Bake: PEB), and (iv) an alkaline aqueous solution. Forming a resist pattern by performing a developing process.
  • PEB Post Exposure Bake: PEB
  • the “structural unit” is a repeating unit in the polymer (a unit derived from a monomer that is a raw material of the polymer).
  • the following configuration is adopted in the second embodiment of the present invention.
  • the chemically amplified positive photoresist composition according to the second embodiment comprises ( ⁇ ′) an alkali-soluble resin, ( ⁇ ′) an acid generator that generates an acid upon irradiation with radiation, and (C ′) Chemically amplified positive photoresist composition containing crosslinkable polybier ether compound
  • a three-component chemically amplified positive photoresist composition (Hereinafter, it may be referred to as “a three-component chemically amplified positive photoresist composition.”)
  • the ( ⁇ ′) component has the following general formula ( ⁇ )
  • R represents a hydrogen atom or a methyl group, and 1 represents an integer of 1 to 3.
  • the chemically amplified positive photoresist composition is applied onto a substrate, prebaked, selectively exposed, and then subjected to PEB (post-exposure baking). It is characterized by forming a resist pattern by alkali development.
  • PEB post-exposure baking
  • a chemically amplified positive photoresist composition having high sensitivity, high heat resistance and high resolution (high contrast) and capable of suppressing a ripple phenomenon, and a method of forming a resist pattern Can be provided.
  • the chemically amplified positive photoresist composition according to the first embodiment of the present invention comprises (A) a structural unit (a1) represented by the general formula (I), and a structural unit (a1) represented by the general formula (II). (B) a compound represented by the general formula (III), (C) a compound capable of generating an acid component upon irradiation with radiation, and an organic solvent. It is characterized by doing. (A) Ingredient
  • R is a hydrogen atom or a methyl group, and is preferably a hydrogen atom.
  • the position of the hydroxyl group may be any of the o-position, m-position, and p-position, but the p-position is preferred because it is easily available and inexpensive.
  • the structural unit (al) accounts for 50 to 99 mol%, preferably 70 to 90 mol%, of the component (A). By controlling the content to 99 mol% or less, it is possible to prevent the effect of the present invention from being lost due to an excessively small amount of the structural unit (a 2). By setting the content to 50 mol% or more, it becomes easy to control the solubility in the aqueous solution. Constituent unit ( a2 )
  • R is a hydrogen atom or a methyl group, and is preferably a hydrogen atom.
  • R 1 is a linear or branched alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, and is a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, an isobutyl group, a tert-butyl group, a pentyl group, an isopentyl group And a neopentyl group.
  • a methyl group or an ethyl group is preferred.
  • n is 0 or an integer of 1 to 3. Among these, n is preferably 0 or 1, and particularly preferably 0 from an industrial viewpoint. When n is 1 to 3, the substitution position of R 1 may be any of o-position, m-position, and p-position. Further, when n is 2 or 3, any substitution position Positions can be combined.
  • the amount of the structural unit (a2) is 1 to 30 mol%, preferably 5 to 15 mol%.
  • the effect of the present embodiment can be improved.
  • Depth of focus (DOF) characteristics and linearity Resist patterns corresponding to different mask dimensions on the reticle when exposed under the same exposure conditions (the mask dimensions on the reticle are different but the exposure amount is the same)] The characteristic of accurately reproducing an image is also good.
  • the component (A) may contain other structural units other than the structural units (a l) and (a 2).
  • the other structural units copolymerizable with the structural units (al) and (a 2) are not particularly limited as long as they are used in the resist composition.
  • the structural units derived from acrylic acid or methacrylic acid can be used. Units.
  • the total of the structural unit (al) and the structural unit (a2) in the component (A) is at least 80 mol%, preferably at least 90 mol% (100 mol% is most preferable). It is desirable that
  • the structural ratio of the structural units (a 1) and (a 2) is 99: 1 to 80:20 (molar ratio), especially Is preferably 95: 5 to 85:15 (molar ratio).
  • component (A) one or more materials can be used.
  • the weight average molecular weight in terms of polystyrene according to C)) is preferably, for example, 1000 to 20000, particularly preferably 2000 to 5000.
  • the alkali-soluble resin those other than the component (A) can be used as a mixture. However, it is preferable that the alkali-soluble resin be composed only of the component (A). No.
  • the alkali-soluble resin other than the component (A) is not particularly limited as long as it is used in the resist composition, and includes, for example, nopolak resin.
  • the compounding amount of the component (A) is not particularly limited as long as it is a concentration and a viscosity at which applicability can be obtained.
  • Component (B) is a crosslinking agent.
  • the step (i) when the chemically amplified positive photoresist composition is applied to the substrate and heated, the hydroxyl group in the side chain of the component (A) reacts with the vinyl group of the component (B) to form a crosslinked structure. Form. As a result, the chemically amplified positive photoresist composition becomes sparingly soluble in the aqueous solution.
  • the acid component when the acid component is generated from the component (C) in the exposed portion, the crosslinked structure is cleaved by the action of the acid component, and the chemically amplified positive photoresist composition becomes weaker. It changes to soluble in aqueous solution.
  • the ratio of the component (A) to the component (B) is determined to be poorly soluble in an aqueous alkali solution, and to impart a property of being soluble by the action of an acid component.
  • the component (B) is used in an amount of 1 to 30 parts by mass, preferably 1 to 20 parts by mass, based on parts.
  • R 2 may have a substituent, and may be a branched or straight-chain alkylene group having 1 to 10 carbon atoms, or represented by the general formula (IV). It is.
  • the alkylene group may have an oxygen bond (ether bond) in the main chain.
  • R 3 is also a branched or linear alkylene group having 1 to 10 carbon atoms which may have a substituent, and the alkylene group has an oxygen bond to the main chain. (Ether bond).
  • R 2 is represented by —C 4 H 8 , C 2 H 4 ⁇ C 2 H 4 —, —C 2 H 4 ⁇ C 2 H 4 OC 2 H 4 —, and general formula (IV) And the like, and particularly preferably those represented by the general formula (IV).
  • R 3 has 1 carbon atom and m is 1 are preferable.
  • the component (B) can be used alone or in combination of two or more.
  • the component (C) is such that the component (A) and the component (B) are cross-linked by heat during pre-baking to form an alkali-insolubilized resist layer on the entire surface of the substrate. Any material may be used as long as it has a function of decomposing the cross-links with an acid and changing the insolubilized resist layer to an almost soluble state.
  • ultraviolet rays in which g-rays, h-rays, and i-rays coexist are used, and among these, compounds that receive such ultraviolet rays and have high acid generation efficiency are preferable.
  • an i-ray having a short wavelength is preferably used. Therefore, a compound having a high acid generation efficiency for i-ray exposure is particularly preferable.
  • the component (C) for example, the following compounds are preferably used because of high acid generation efficiency against i-ray exposure.
  • m is 0 or 1;
  • X is 1 or 2;
  • R is 1 or more carbon atoms A phenyl group, a heteroaryl group, etc., which may be substituted by 2 alkyl groups, or, when m ′ is 0, an alkoxycarbonyl group having 2 to 6 carbon atoms, a phenoxycarbonyl group, CN, etc .;
  • R 2 is a phenyl group, a heteroaryl group, or the like which may be substituted by one or more alkyl groups having 1 to 12 carbon atoms, or Furthermore alkoxy force Lupo alkenyl groups from 2 to 6 carbon, phenoxyethanol group, CN or the like;
  • R 3 is such as an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms;
  • R 4 and R 5 independently represent a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, etc
  • R 6 and R 7 each represent an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms.
  • triazine compound (IV-A) examples include, for example, 2- [2- (3,4-dimethoxyphenyl) ethenyl] —4,6-bis (trichloromethyl) -1,3,5- Triazine, 2- [2- (3-methoxy-4-ethoxyphenyl) ethenyl] —4,6-bis (trichloromethyl) -1,3,5-triazine, 2- [2- (3-methoxy-4-1 Propoxyphenyl) ethenyl] 1,4,6-bis (trichloromethyl) 1,1,3,5-triazine, 2- [2- (3-ethoxy-4-methoxyphenyl) ethenyl] —4,6-bis (trichloromethyl) Methyl) 1,1,3,5-triazine, 2- [2- (3,4-diethoxyphenyl) ethenyl] 1,4,6-bis (trichloromethyl) 1,1,3,5-triazine, 2
  • the triazine compound (VA) used in combination with the triazine compound (IV-A) as required for example, 2- (4-methoxyphenyl) -4,6-bis (trichloromethyl) 1,3,5-triazine, 2- (4-ethoxyphenyl) —4,6-bis (trichloromethyl) 1-1,3,5-triazine, 2- (4-propoxyphenyl) -1,4— Bis (trichloromethyl) -1,3,5-triazine, 2- (4-butoxyphenyl) 1-4,6-bis (trichloromethyl) 1,1,5, -triazine, 2- (4-methoxynaphthyl) 1,4,6-bis (trichloromethyl) -1,3,5-triazine, 2- (4—ethoxynaphthyl) —4,6-bis (trichloromethyl) -1,3,5-triazine, 2— ( 4-propoxynaphthyl) -4,6-
  • Ar is a substituted or unsubstituted phenyl group or naphthyl group; R "is an alkyl group having 1 to 9 carbon atoms; n 'is an integer of 2 or 3). These compounds may be used alone, or may be used in combination of two or more kinds.
  • the compound represented by (VI II) and the compound represented by the following formula (VI I-A) are preferably used because of their excellent acid generation efficiency against i-line.
  • the compounding amount of the component (C) is preferably 1 to 30 parts by mass, particularly preferably 1 to 20 parts by mass, per 100 parts by mass of the component (A).
  • a basic compound preferably an amine
  • the compound is not particularly limited as long as it has compatibility with the resist composition, and examples thereof include compounds described in JP-A-9-6001. The contents of Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-6001 are incorporated herein.
  • tertiary amines are preferred, and relatively bulky amines such as tri-n-pentylamine, methyl-di-n-octylamine, tri-n-decylamine, tribenzylamine, N, N-dicyclohexylmethylamine, etc.
  • Dl not only has the effect of increasing the above-mentioned storage stability, but also has the effect of suppressing the generation of acid in the resist composition over time and improving the storage stability as a resist solution. Is preferred.
  • the component (D) can be used alone or in combination of two or more.
  • the component (D) is 0.01 to 5.0 parts by mass, based on 100 parts by mass of the resin solid content. It is preferred from the viewpoint of the effect that the amount is 0.1 to 1.0 part by mass.
  • the organic solvent can be used without any particular limitation as long as it is used in a chemically amplified positive photoresist composition.
  • propylene glycol monoalkyl ether acetate eg, propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA), etc.
  • ester solvents such as lactate ester (eg, ethyl lactate, etc.), acetone, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, methyl Ketones such as isoamyl ketone and 2-heptanone
  • polyhydric alcohols such as ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, and monomethyl ether, monoethyl ether, monopropyl ether, monobutyl ether and monophenyl ether thereof.
  • cyclic ethers such as dioxane
  • non-ester solvents e.g, dioxane; and non-ester solvents.
  • the ester solvent contains an organic carboxylic acid which is a free acid since it is a reaction product of an organic carboxylic acid and an alcohol. Therefore, in a resist composition not containing the aforementioned (dl) component or a resist composition not containing a storage stabilizer described later, it is preferable to select such a non-ester solvent containing no free acid, Particularly, ketones (ketone-based solvents) are preferred. Among them, 2-heptanone is preferable from the viewpoints of coatability and solubility of the component (C).
  • both the ester solvent and the non-ester solvent decompose with time to produce an acid as a by-product.
  • the component (dl) or the presence of a storage stabilizer described later the The decomposition reaction is suppressed.
  • the effect is remarkable in an ester solvent, and in the presence of the component (d1) and the storage stabilizer, an ester solvent is preferable, and PGMEA is particularly preferable.
  • One or more organic solvents can be used in combination.
  • the organic solvent has a solid content of 20 to 50% by mass. It is preferable from the viewpoint of applicability to use a compounding amount of 25 to 45% by mass.
  • the chemically amplified positive photoresist composition of the present invention preferably further contains the following storage stabilizers as necessary.
  • the storage stabilizer is not particularly limited as long as it has an action of suppressing the decomposition reaction of the solvent.
  • Examples of the storage stabilizer include oxidizing agents described in JP-A-58-194384. Inhibitors can be mentioned. The contents of Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-194484 are incorporated herein. Phenol compounds and amine compounds are known as antioxidants, and phenol compounds are particularly preferred. Among them, 2,6-di (tert-butyl) -p-cresol and its derivatives are ester solvents. However, it is effective against the deterioration of ketone solvents, is commercially available, is inexpensive, and is preferable in that it has an excellent storage stability effect.
  • the blending amount of the storage stabilizer is preferably in the range of 0.01 to 3 parts by mass, particularly preferably in the range of 0.1 to 1.0 part by mass, based on 100 parts by mass of the resin solid content.
  • the chemically amplified positive photoresist composition of the present invention may contain, as necessary, compatible additives, for example, to improve the performance of a resist film, etc., within a range not to impair the object of the present invention.
  • the above-mentioned positive photoresist composition of the present invention is applied to a substrate using a spinner or the like to form a coating film.
  • the substrate is preferably a silicon substrate, a glass substrate, or the like.
  • the substrate on which the coating film is formed is subjected to, for example, a heat treatment (pre-bake) to remain.
  • pre-bake a heat treatment
  • the resist film is selectively exposed using a mask (reticle) on which a mask pattern is drawn.
  • a light source it is preferable to use an i-line (365 nm) or a light source having a shorter wavelength to form a fine pattern.
  • the resist film after the selective exposure is subjected to a heat treatment (post-exposure bake: PEB).
  • PEB post-exposure bake
  • a developing solution for example, an aqueous solution of an aqueous solution such as a 1 to 10% by mass aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide
  • the exposed portions are dissolved and removed.
  • a resist pattern is formed.
  • a resist pattern can be formed by washing the developing solution remaining on the resist pattern surface with a rinse solution such as pure water.
  • composition of the present embodiment is particularly excellent in high heat resistance, it is suitable for a thick film process having a film thickness of 1.5 to 7.5.
  • the chemically amplified positive photoresist composition of this embodiment has high sensitivity, high heat resistance, and high resolution (high contrast), and can suppress the ripple phenomenon.
  • this chemically amplified positive photoresist composition not only has excellent characteristics for various applications but also a thick film resist (for example, a film thickness of 1.5 to 7) that requires particularly high heat resistance and high sensitivity.
  • a thick film resist for example, a film thickness of 1.5 to 7
  • the photoresist composition of the present embodiment can be suitably used in the field of system LCDs because of its better linearity.
  • the chemically amplified positive photoresist composition of the second embodiment comprises ( ⁇ ′) an alkali-soluble resin, ( ⁇ ′) an acid generator that generates an acid upon irradiation with radiation, and (C ′) a cross-linkable polyvinyl ether.
  • ⁇ ′ alkali-soluble resin
  • ⁇ ′ an acid generator that generates an acid upon irradiation with radiation
  • C ′ a cross-linkable polyvinyl ether.
  • the component ( ⁇ ′) comprises a unit (al ′) derived from ( ⁇ -methyl) hydroxystyrene represented by the general formula ( ⁇ ) and an alkali-insoluble unit having no acid dissociable, dissolution inhibiting group. (a 2 ′), and the dissolution rate of the ( ⁇ ′) component in 2.38 mass% ⁇ (tetramethylammonium hydroxide) aqueous solution is 10 to 100 nmZ seconds. And a chemically amplified positive photoresist composition.
  • R is a hydrogen atom or a methyl group, and is preferably a hydrogen atom.
  • 1 is preferably 1 from the viewpoint of industrial availability.
  • the substitution position of the hydroxyl group may be any of the ⁇ -position, m-position and p-position. When 1 is 2 or 3, arbitrary substitution positions can be combined. When 1 is 1, it may be any of the o-, m- and p-positions, but the p-position is preferred because it is easily available and inexpensive.
  • (himethyl) hydroxystyrene means one or both of hydroxystyrene and ⁇ -methylhydroxystyrene.
  • Structuretural unit derived from ( ⁇ -methyl) hydroxystyrene means a structural unit formed by cleavage of the ethylenic double bond of (—methyl) hydroxystyrene.
  • unit or “structural unit” means a monomer unit constituting a polymer (polymer).
  • the proportion of the structural unit (al ') is preferably at least 60 mol% in the component ( ⁇ '), more preferably from the viewpoint of controlling the solubility by the reaction with the component (C ') described later. 70-90 mol%, most preferably 75-85 mol%. Alkali-insoluble unit without acid dissociable, dissolution inhibiting group (a 2 ')
  • “having no acid-dissociable, dissolution-inhibiting group” means that in a unit having a phenolic hydroxyl group, the hydrogen atom of the hydroxyl group is the above-mentioned t-boc (tert-butoxycarbonyl) Structural units substituted with an acid-dissociable alkoxide dissolution inhibiting group such as a methacrylate group or an ethoxyxyl group, and (meth) acrylate units C (meth) acrylates represent one or both of acrylate and methacrylate.]
  • the structural unit (a 2 ′) does not have an acid dissociable, dissolution inhibiting group as described above, and is not particularly limited as long as it is alkali-insoluble, but is represented by the following general formula (II ′).
  • the unit derived from ( ⁇ -methyl) styrene is preferred because it has excellent dry etching resistance.
  • R represents a hydrogen atom or a methyl group
  • scale 11 represents an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms
  • represents 0 or an integer of 1 to 3.
  • ( ⁇ -methyl) styrene means one or both of styrene and hexamethylstyrene.
  • (Hymethyl) Structural unit derived from styrene The “position” means a structural unit constituted by cleavage of the ethylenic double bond of ( ⁇ -methyl) styrene, which is apparent from the general formula (II ′).
  • R 11 is a linear or branched alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, and is a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, an ⁇ -butyl group, an isobutyl group, Examples include a tert-butyl group, a pentyl group, an isopentyl group, and a neopentyl group. Industrially, a methyl group or an ethyl group is preferred.
  • n is 0 or an integer of 1 to 3. Among these, n is preferably 0 or 1, and particularly preferably 0 from an industrial viewpoint.
  • substitution position of R 3 may be any of o-position, m-position, and p-position, and when n is 2 or 3, any substitution position Positions can be combined.
  • the ratio of the structural unit (a 2 ′) in the component ( ⁇ ′) is 5 to 35 mol%, preferably 10 to 30 mol%, and more preferably 15 to 25 mol%. Desirable.
  • the ratio is equal to or more than the lower limit, it is possible to suppress inconveniences such as a decrease in film thickness of an unexposed portion during development, and to improve resolution.
  • swelling of the resist pattern due to alkali development can be prevented, and particularly, resolution of a fine pattern can be improved.
  • the content is equal to or less than the upper limit, it becomes easy to make the organic solvent soluble. Dissolution rate
  • the exposed ( ⁇ ') component has a melting angle of 10 to 100 nm / sec with respect to 2.38% by mass of an aqueous solution of D (111) (tetramethylammonium hydroxide), preferably 20 to 80 nm / sec.
  • the exposed ( ⁇ ⁇ ') component has a small dissolution rate of 10 O nmZ seconds or less, the resolution is improved. This is because, as will be described later, the crosslinked structure formed between the component (C ′) and the component (′) is broken by the action of an acid in the exposed portion, and the alkaline developer It is presumed that this is because the interface contrast can be increased because the unexposed portion does not dissolve in the alkaline developing solution while dissolving in the unexposed portion. In addition, the effect of reducing the effect can be obtained.
  • the exposed ( ⁇ ') component is dissolved in an organic solvent to form a resist.
  • the dissolution rate can be adjusted, for example, by changing the ratio of the structural units (a l ′) and (a 2 ′). For example, the dissolution rate can be reduced by increasing the proportion of the constituent unit (a2 ').
  • the value of the dissolution rate is specifically a value obtained as follows. First, a solution in which the (A,) component is dissolved in an organic solvent is applied onto a silicon substrate, and the organic solvent is volatilized by heating by heat treatment to form a resin film (thickness: 500 to: L 300 nm, for example, 1000 nm).
  • the organic solvent is appropriately selected from known ones used for a chemically amplified positive photoresist composition as described below.
  • the concentration of the ( ⁇ ′) component can be the same as the concentration in the resist composition, but is, for example, 10 to 25% by mass, for example, 20% by mass.
  • the substrate on which the resin film is formed is immersed in a 2.38% by mass TMAH aqueous solution at 23 ° C. Then, the time required for the resin film to completely dissolve is measured, and the amount of reduction (nmZ seconds) of the resin film per unit time is determined from this.
  • the amount of reduction in the resin film thus determined is the dissolution rate of the ( ⁇ ′) component.
  • the component ( ⁇ ′) includes, in addition to the structural unit (al ′) and the structural unit (a 2 ′), a structural unit that can be copolymerized with the structural unit (al ′) and the structural unit (a2 ′).
  • a unit may be contained, but the total of these structural units (al ') and structural units (a2') is preferably at least 80 mol%, preferably 90 mol%, and most preferably 100 mol%. Mol%.
  • it is desirable that the component ( ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ′) preferably has a total of 100 mol% of the structural unit (a l ′) and the structural unit (a 2 ′).
  • component ( ⁇ ′) one kind or a mixture of two or more kinds of resins having different mass average molecular weights, resins having different proportions of structural units, and the like can be used.
  • the component ( ⁇ ′) can be produced by subjecting a monomer or the like for deriving the structural units (al ′) and (a 2 ′) to known radical polymerization or living anion polymerization. it can.
  • the mass average molecular weight of the component (A,) (Mw: a value in terms of polystyrene by gel permeation chromatography) is, for example, 1500 to 30,000, preferably 2,000 to 20,000, and more preferably 3,000 to 20,000, which indicates stability over time. This is preferable from the viewpoint of reducing the effect. Further, in this range, it is possible to prevent the solvent from becoming insoluble or to reduce the dry etching resistance.
  • the degree of dispersion of the ( ⁇ ') component (Mw / Mn: Mn is the number average molecular weight) is from 1.0 to 5.0, and preferably from 1.0 to 3.0, from the viewpoint of improving resolution and reducing effects. It is preferably 0.
  • the component (C) acts as a crosslinking agent for the component ( ⁇ ⁇ ′).
  • the crosslinkable polyvinyl ether compound as the component (C) has the following effects. That is, the component (C,) functions as follows with respect to the component ( ⁇ ').
  • the exposed portion can be removed by alkali development to form a resist pattern.
  • the type of the component (C ′) is not particularly limited as long as it has such a function.
  • a compound having at least two crosslinkable vinyl ether groups can be used.
  • a crosslinkable divinyl ether compound is more preferable.
  • divinyl ether compound those represented by the following general formula (II I) are preferable.
  • R 4 may have a substituent, and may be a branched or linear alkylene group of 10 to 10 carbon atoms, or represented by the following general formula (IV) Things.
  • the alkylene group may contain an oxygen bond (ether bond) in the main chain.
  • R 5 is a branched or linear alkylene group having 1 to 10 carbon atoms which may have a substituent, and the alkylene group has an oxygen atom in its main chain. It may contain a bond (ether bond).
  • is 0 or 1.
  • R 4 is one of C 4 H 8 —, — C 2 H 4 OC 2 H 4 —, —C 2 H 4 OC 2 H 4 OC 2 H 4 , and one represented by the general formula (IV ′) And the like.
  • those represented by the general formula (IV) are preferred, and particularly those in which R 5 has 1 carbon atom and Y is 1 (si Chlorohexanedimethanol divinyl ether) is preferred.
  • the component (C) can be used alone or in combination of two or more.
  • the positive photoresist composition may further contain a known acid generator used in a conventional chemically amplified photoresist composition as a component ( ⁇ ,).
  • the acid generators have hitherto been used as sodium salts such as sodium and sulfonium salts, oxime sulfonates, bisalkyl or bisarylsulfonyldiazomethanes, poly (bissulfonyl) diazomethanes, diazomethanenitrobenzylsulfonate. Since various types such as carboxylic acids, iminosulfonates, and disulfones are known, the ( ⁇ ′) component can be used without particular limitation from such known acid generators.
  • diazomethane-based acid generator examples include bis (isopropylsulfonyl) diazomethane, bis ( ⁇ -toluenesulfonyl) diazomethane, bis (1,1-dimethylethylsulfonyl) diazomethane, and bis (cyclohexylsulfonyl) diazomethane. And bis (2,4-dimethylphenylesulfonyl) diazomethane.
  • oxime sulfonate-based acid generator examples include: hi- (methylsulfonyloxyimino) 1-phenylacetonitrile, 1- (methylsulfonyloximino) 1- ⁇ -methoxyphenylacetonitrile, and ) 1-phenylacetonitrile, ⁇ - (trifluoromethylsulfonyloxyimino) 1- ⁇ -methoxyphenylacetonitrile, HI- (ethylsulfonyloxyminino) - ⁇ -methoxyphenylacetonitrile, HI Sulfonyloxyimino) - ⁇ -methylphenylacetimonitrile, a- (methylsulfonyloxyimino) -P-bromophenylacetonitrile, and the like. Of these, ⁇ - (methylsulfonyoxyimino) - ⁇ -methoxyphenylacetonitrile is preferred.
  • the acid salt-based acid generator include trifluoromethanesulfonate, nonafluorobutanesulfonate, and bis (4-t ert-butylphenyl) trifluoromethanesulfonate or nonafluorobutanesulfonate of odonium, trifluoromethanesulfonate of trifenylsulfonium, fluorfluoropropanesulfonate or heptafluoropropanesulfonate or tri (4.1) Methylphenyl) sulfonium trifluoromethanesulfonate, its heptafluoropropanesulfonate or its nonafluorobutanesulfonate, its dimethyl (4-hydroxynaphthyl) sulfonium trifluoromethanesulfonate, its heptafluoromethane Lopropanesulfonate or its nonafluorobutanesulf
  • poly (bissulfonyl) diazomethane-based acid generators examples include 1,3-bis (phenylsulfonyldiazomethylsulfonyl) propane (compound A, decomposition point 135 ° C) having the following structure: 1,4-bis (phenylsulfonyldiazomethylsulfonyl) butane (compound B, decomposition point 147 ° C), 1,6-bis (phenylsulfonyldiazomethylsulfonyl) hexane (compound C, melting point 132 ° C, decomposition point 145), 1,10-bis (phenylsulfonyldiazomethylsulfonyl) decane (compound D, decomposition point 147 ° C), 1,2-bis (cyclohexylsulfonyldiazo) Methylsulfonyl) ethane (Compound E, decomposition point 149 ° C),
  • an acid generator having a decomposition point of the compound of 120 ° C. or more, preferably 120 ° C. to 160 ° C. is preferable, and among them, poly (bissulfonyl) diazomethane is particularly preferable.
  • the ( ⁇ ′) component and the (C ′) component can be used even when the prebaking temperature is high. It is preferable because the crosslinking of the components proceeds well.
  • the content of the component ( ⁇ ′) is 0.5 to 30 parts by mass, preferably 1 to 10 parts by mass, based on 100 parts by mass of the component ( ⁇ ′). If the amount is less than the above range, pattern formation may not be sufficiently performed. If the amount exceeds the above range, a uniform solution may not be obtained, and storage stability may be reduced.
  • the component ( ⁇ ′) can be used alone or in combination of two or more.
  • the positive resist composition of the present embodiment further includes a nitrogen-containing organic compound (D ′) (hereinafter referred to as a component (D ′)) as an optional component in order to improve the resist pattern shape, the stability with time of storage, and the like. ) Can be blended.
  • D ′ nitrogen-containing organic compound
  • the lower aliphatic amine refers to an alkyl or alkyl alcohol having 5 or less carbon atoms.
  • the secondary and tertiary amines include trimethylamine, getylamine, triethylamine, di- ⁇ -propylamine, tree ⁇ -propylamine, tripentylamine, jetanolamine, and triethanolamine.
  • a tertiary alkanolamine, such as tolylamine is particularly preferred.
  • the component (D ′) is usually 0.01 to 5.0 with respect to 100 parts by mass of the component ( ⁇ ′). Used in parts by weight.
  • the positive photoresist composition of the present embodiment may further include an organic component as an optional component for the purpose of preventing sensitivity deterioration due to blending with the component (D ′), improving the resist pattern shape, and keeping stability.
  • an organic component as an optional component for the purpose of preventing sensitivity deterioration due to blending with the component (D ′), improving the resist pattern shape, and keeping stability.
  • a carboxylic acid or an oxo acid of phosphorus or a derivative thereof (E) (hereinafter, referred to as a component (E)) can be contained.
  • E carboxylic acid or an oxo acid of phosphorus or a derivative thereof
  • the component (D ′) and the component (E) can be used in combination, or one of them can be used.
  • organic carboxylic acid for example, malonic acid, citric acid, malic acid, succinic acid, benzoic acid, salicylic acid and the like are suitable.
  • Phosphorus oxo acids or derivatives thereof include phosphoric acid, derivatives such as phosphoric acid, di-n-butyl phosphate, diphenyl phosphate, and the like, phosphonic acid, dimethyl phosphonate, and phos'honone.
  • Phosphonic acids such as acid di-n-butyl ester, phenylphosphonic acid, diphenylphosphonic acid ester, dibenzylphosphonic acid ester and derivatives thereof
  • phosphinic acids such as phosphinic acid, phenylphosphinic acid and the like
  • Derivatives such as esters are exemplified, and among these, phosphonic acid is particularly preferred.
  • the component (E) is used in an amount of 0.01 to 5.0 parts by mass per 100 parts by mass of the component ( ⁇ ′).
  • Organic solvent 0.01 to 5.0 parts by mass per 100 parts by mass of the component ( ⁇ ′).
  • the positive resist composition of this embodiment can be produced by dissolving the materials in an organic solvent.
  • Any organic solvent may be used as long as it can dissolve each component to be used and can form a uniform solution.
  • One or two types of those conventionally known as solvents for chemically amplified resists can be used. The above can be appropriately selected and used.
  • ketones such as arbutyrolactone, acetone, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, methyl isoamyl ketone, 2-heptanone, and ethylene glycol Recol, ethylene glycol monoacetate, diethylene glycol, diethylene glycol monoacetate, propylene glycol, propylene glycol monoacetate, dipropylene glycol, or dipropylene glycol monoacetate monomethyl ether, monoethyl ether, monopropyl ether, mono Polyhydric alcohols such as butyl ether or monophenyl ether and derivatives thereof, cyclic ethers such as dioxane, methyl lactate, ethyl lactate (EL), methyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate, methyl pyruvate, Esters such as ethyl pyruvate, methyl methoxypropionate and ethyl ethoxypropionate
  • organic solvents may be used alone or as a mixed solvent of two or more.
  • a mixed solvent of propylene glycol / monomethyl ether acetate (PGMEA) and a polar solvent is preferred.
  • the compounding ratio may be appropriately determined in consideration of the compatibility of PGMEA with the polar solvent, and is preferably 1: 9 to 8: 2, more preferably 2: 8 to 5: : Preferably within the range of 5.
  • the mass ratio of PGME A: EL is preferably 2: 8-5: 5, and more preferably 3: 7 to 4: 6. No.
  • a mixed solvent of at least one selected from PGME A and EL and arptyrolactone is also preferable.
  • the mixing ratio of the former and the latter is preferably 70:30 to 95: 5.
  • the amount of the organic solvent used is not particularly limited, and is appropriately determined depending on the thickness of the coating at a concentration that can be applied to a substrate or the like. It is used within a range such that the partial concentration is 2 to 20% by mass, preferably 5 to 15% by mass.
  • Other optional ingredients are also preferable.
  • the positive resist composition of this embodiment may further contain, if desired, an additive miscible with the positive photoresist composition, for example, an additional resin for improving the performance of the resist film.
  • an additive miscible with the positive photoresist composition for example, an additional resin for improving the performance of the resist film.
  • a surfactant, a dissolution inhibitor, a plasticizer, a stabilizer, a coloring agent, an antihalation agent, and the like for improving fat and coatability can be appropriately added and contained.
  • the method for forming a resist pattern according to this embodiment can be performed, for example, as follows.
  • the above positive resist composition is applied on a substrate such as silicon wafer by a spinner or the like, and then prebaked at a temperature of 80 ° C or more, preferably 120 or more and 150 or less.
  • PB for 40 to 120 seconds, preferably 60 to 90 seconds, and after selectively exposing one light of a KrF excimer laser through a desired mask pattern using, for example, a KrF exposure device,
  • heating after exposure
  • Particularly preferred pre-baking conditions are preferably 100 ° C. or higher, and more preferably 120 to 150 ° C.
  • an organic or inorganic antireflection film may be provided between the substrate and the coating layer of the resist composition.
  • Wavelength used for the exposure is not particularly limited, A rF excimer laser one, Kr F E key island laser, F 2 excimer one The one, EUV (extreme ultraviolet; extreme ultraviolet
  • the chemically amplified positive photoresist composition according to the present invention is effective for KrF excimer lasers.
  • good resolution is obtained.
  • KrF excimer A fine pattern required when a short-wavelength light source such as the one is used can be resolved. More specifically, for example, in the case of an L & S (line and space) pattern, a pattern having a width of preferably about 30 O nm or less can be resolved. Furthermore, reduction of the difference can be realized. Therefore, defects of fine patterns are eliminated, which is very advantageous in high integration.
  • the component ( ⁇ ') does not need to be protected with an acid dissociable, dissolution inhibiting group. Therefore, when developing with an alkali developing solution, rinsing with pure water or the like may cause the difference. It is presumed that one of the factors is that the inconvenience such as precipitation of the substance dissolved in the alkali developing solution which is difficult to occur is one of the factors.
  • L E R line edge roughness: unevenness of line side walls
  • the unexposed portion becomes a film containing a relatively high molecular weight base resin in which a crosslinked structure is formed by the (C ′) component, so that the resist pattern has high heat resistance. can get.
  • cyclohexane dimethanol is used as the component (B).
  • a mixture of o-28% by mass of l- n -decylamine and 5% by mass of arptyrolactone is used to dissolve the above-mentioned various components in 2-heptanone, adjust to 35% by mass, and then filter.
  • a resist composition was prepared.
  • Styrene Structural Unit Hydroxystyrene Structural Unit 15-85 (mol%), 10 mass of cyclohexane dimethanol divinyl ether as the component (B) based on the solid content of the polyhydroxystyrene resin solution of Mw4000.
  • carboxylactone was blended in an amount of 5% by mass, and the above-mentioned various components were dissolved in 2-heptanone to prepare 35% by mass, followed by filtration to prepare a resist composition.
  • the sample was applied on a silicon substrate using a spinner, and heated (prebaked) on a hot plate for 140 and 90 seconds to obtain a 1.5 m-thick resist film.
  • PEB post-exposure bake
  • PEB post-exposure bake treatment was performed at 140 ° C for 90 seconds, developed with a 2.38 mass% aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide at 23 ° C for 60 seconds, washed with water for 30 seconds, and dried.
  • the resist pattern was observed with a measuring SEM (product name "S8840"; manufactured by Hitachi, Ltd.) to observe the cross-sectional shape from the top of the 1.5 m L & S resist pattern. Those that did not exist are represented by A, and those that were observed are represented by B.
  • the reference exposure amount is defined as E op [exposure amount required for faithfully reproducing the set dimension of the mask pattern (line width 1.5 m, L & S resist pattern 1: 1)] obtained in the sensitivity evaluation.
  • E op Exposure amount required for faithfully reproducing the set dimension of the mask pattern (line width 1.5 m, L & S resist pattern 1: 1)] obtained in the sensitivity evaluation.
  • the focal depth width characteristics were used.
  • a 1.5 zmL & S resist pattern was formed using the exposure dose (Eop) obtained in the sensitivity test, and this was heated at 140 ° C for 300 seconds to obtain a cross-sectional SEM (product name).
  • the cross-sectional shape was observed using “S 4000” (manufactured by Hitachi, Ltd.).
  • the resist pattern with little deformation was shown as A, and the shrunk one was shown as B.
  • Example 1 of “TH MR-iP5800BE” (product name: manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.), which is a nopolak-naphthoquinone-based positive photoresist composition for i-line. The evaluation was performed in the same manner as described above.
  • Comparative Example 2 A resist composition was manufactured and evaluated in the same manner as in Example 1 except that 00) was used.
  • a resist composition was produced and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the following nopolak resin (mass average molecular weight 5000, dispersity (MwZMn) 10) was used as the component (A).
  • Mn is a number average molecular weight.
  • Example according to the present embodiment the ripple phenomenon was suppressed, and high sensitivity, high heat resistance, high resolution, and excellent depth of focus were obtained.
  • Dissolution rate 500 nm / sec or more
  • Component (C) 20 parts by mass of cyclohexane dimethanol divinyl ether
  • Component (D ') Component: As in Comparative Example 4
  • HMDS hexamethyldisilazane
  • 130 ° C, 60 seconds for Example 3, 110 ° C, 60 seconds for Comparative Example 4, and 130 ° C (:, 60 seconds for Comparative Example 5)
  • Each was subjected to PEB treatment under the same conditions, and further subjected to paddle development with a 2.38% by mass aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide for 60 seconds at 23, followed by water rinsing with pure water for 10 seconds.
  • an L & S (line and space) pattern was formed, and then an exposure dose (EOP 3 .., unit: mJZcm 2) that could faithfully reproduce the L & S resist pattern with a line width of 300 nm and a pitch of 600 nm ) was.
  • EOP 3 .., unit: mJZcm 2 that could faithfully reproduce the L & S resist pattern with a line width of 300 nm and a pitch of 600 nm
  • the pattern was selectively exposed at, and the formed pattern was observed with a scanning electron microscope.
  • Example 3 has been able to resolve a L & S pattern of 190 nm (pitch 380 nm) at 3 3 mJ / cm 2, 220 nm in Comparative Example 4 In 28 m J Bruno cm 2 of (pitch 440 nm) Only the L & S pattern could be resolved. In Comparative Example 5, the resist film was completely dissolved during the development.
  • the effect was measured using a surface defect observation device KLA2132 (product name) manufactured by KLA Tencor to evaluate the number of defects in the substrate.
  • Example 3 the number of defects per substrate was 5 in Example 3 and 260 in Comparative Example 4. Comparative Example 5 could not be evaluated because the resist film was completely melted. From the evaluation results of Example 3 and Comparative Examples 4 and 5, it can be seen that in the chemically amplified positive photoresist composition according to the second embodiment of the present invention, the effects of improving resolution and reducing effects can be obtained. It could be confirmed.
  • the chemically amplified positive photoresist composition and the method for forming a resist pattern of the present invention are suitably used in the field of semiconductor production, the field of liquid crystal element production, and the like.

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Abstract

高感度、高耐熱性及び高解像性(高コントラスト)であって、波うち現象を抑制できる化学増幅型ポジ型ホトレジスト組成物およびレジストパターンの形成方法を提供するために、(A)ヒドロキシスチレン系構成単位(a1)と、スチレン系構成単位(a2)とを含むアルカリ可溶性樹脂と、(B)架橋剤、(C)酸発生剤、および有機溶剤、を含有することを特徴とする化学増幅型ポジ型ホトレジスト組成物とし、これを用いてレジストパターンを形成する。

Description

明 細 書 化学増幅型ポジ型ホトレジスト組成物及びレジストパターン形成方法 技術分野
本発明は化学増幅型ポジ型ホトレジスト組成物及びレジストパターン形成方法 に関するものである。
なお、 本出願は、 日本国特許出願である、 2003年 5月 22日に出願された 特願 2003-144700号及び 2003年 12月 24日に出願された特願 2 003— 426503号を基礎としており、 優先権を主張してその内容をここに 援用するものとする。 背景技術
従来のノボラック一ナフトキンンジアジド系レジストは、 高耐熱性のレジスト 組成物を調製しょうとした場合、 高分子量のアルカリ可溶性樹脂 (具体的にはノ ポラック樹脂) を用いる手法が一般的にとられていた。 また高感度化をする場合 には、 低分子量の樹脂を用いる手法がとられていた。
しかし、 感度と耐熱性の両立は困難で、 高分子量の樹脂を用いると感度劣化を 生じる傾向があり、 例えば、 高感度化が求められる T FT (thin film transistor) 用レジストへの応用は困難であった。
また、 1. 5〜7. O^m程度の厚膜レジストの分野や低温ポリシリコンを基 板に用いるシステム LCD (liquid crystal display) の分野ではインブラ工程 (i即 lantation step) における耐熱性が厳しく求められるため、 感度を損なう ことなく (むしろ高感度で) 、 耐熱性に優れたレジスト材料が求められる。 これに対して、 ノボラック樹脂等の側鎖に水酸基を有するアル力リ可溶性樹脂 と、 特定の架橋剤と、 酸発生剤 (Photo Acid Generator: PAG) を含有する化 学増幅型ポジ型ホトレジスト組成物が提案されている (例えば下記特許文献 1、 2参照) 。
この化学増幅型ポジ型ホトレジス卜組成物は、 従来の i線ノポラック系のレジ ストに比し安価で、 しかも高耐熱性、 高感度化、 高解像性のレジストであること から、 特に高耐熱、 高感度が望まれる厚膜レジスト (例えば 1. 5〜7. 0 a m) の分野や、 システム LCDの分野への応用が期待できる。
(特許文献 1) 特開平 6— 148889号公報
(特許文献 2) 特開平 6— 230574号公報
一方、 近年、 半導体素子の集積度はますます高まっている。 .
これまで、 半導体素子の集積度の向上に寄与する化学増幅型のレジストについ ては多数の提案がなされている。
下記特許文献 3には、 K r Fエキシマレーザ一光に対する透明性の高いポリヒ ドロキシスチレンの水酸基の水素を t— b o c (t e r t—ブトキシカルポ二 ル) 基のような第 3級アルキルォキシカルボニル基、 1.一エトキシェチル基のよ うなァセ夕一ル基などの酸解離性のアル力リ溶解抑制基により置換した基材樹脂 と酸発生剤を主成分とした 2成分系のレジストが記載されている。
当該特許文献 3に提案されたレジストにおけるレジストパターン形成の原理の 概要は、 次のとおりである。 すなわち、 基材樹脂は t—bo c基等のアルカリ溶 解抑制基を有していることにより、 そのアル力リ溶解性が t一 b o c基等を有さ ないポリヒドロキシスチレンに比べ低くなつている。 そして、 そのような樹脂を 酸発生剤と混合し、 選択的に露光すると露光部では酸発生剤から発生した酸の作 用により t一 b o c基等が解離し、 ポリヒドロキシスチレンが生成し、 アルカリ 可溶性となる。
(特許文献 3 ) 特開平 4 - 211258号公報
(特許文献 4) 特開平 10— 268508号公報
(特許文献 5) 特開 2003— 167357号公報 発明の開示
しかしながら、 前記特許文献 1、 2に記載のレジスト組成物は、 特にライン状 のレジストパターン (ラインパターン) を形成した場合、 当該ラインパターンを 上部より観察すると、 波うち現象 (undulation phenomenon) が見られる傾向に あることから、 その改善が求められる。 上記事情に鑑み、 本発明においては、 高感度、 高耐熱性及ぴ高解像性 (高コン トラスト) であって、 波うち現象を抑制できる化学増幅型ポジ型ホトレジスト組 成物およびレジストパターンの形成方法を提供することを第 1の課題とする。 一方、 前記特許文献 3に記載の技術では、 選択露光時の基材樹脂のアルカリ溶 解性は、 露光により t— b o c基等が解離してポリヒドロキシスチレンが本来有 するアル力リ溶解性を取り戻すというもので、 それ以上のアル力リ溶解性は得ら れない。 よって、 解像性等の点で不充分である。 また、 アルカリ溶解抑制基を用 いていることで、 アルカリ現像する際のディフエクトのリスクが非常に高い。 前記特許文献 4には、 ヒドロキシスチレン単位とシクロへキサノール単位を有 する樹脂を予めェ一テル基で架橋化させた樹脂を用いたレジスト材料が提案され ているが、 ディフエクトの問題があり、 不十分である。
なお、 ディフエクトとは、 例えば K L Aテンコール社の表面欠陥観察装置 (商 品名 「KL A」 ) により、 現像後のレジストパタ一ンの真上から観察した際に検 知されるスカムやレジストパターンの不具合全般のことである。
前記特許文献 5には、 ヒドロキシスチレンの水酸基の水素原子の一部をァセタ ール基等のアルカリ溶解抑制基で保護した樹脂と、 酸発生剤と、 架橋性ポリビニ ルエーテル化合物を含むホトレジス組成物が提案され、 プリべーク (pre- bake : PB) により上記樹脂と上記ポリビニルエーテル化合物を架橋させた後、 露光、 P E B (露光後加熱; post exposure baking: PEB) 、 現像してパターニングを 行っているが、 上記樹脂にはアルカリ溶解抑制基を導入している為、 ディフエク トの問題があり不十分である。
よって、 本発明の第 2の課題は、 解像性の向上とディフエクトの低減を実現で きるポジ型レジスト組成物及びレジストパターン形成方法を提供することにあ る。 本発明者は、 鋭意検討した結果、 以下の解決手段により、 前記第 1の課題が解 決できることを見出し、 本発明の第 1の形態を完成させた。
すなわち、 本発明の第 1の形態に係る化学増幅型ポジ型ホトレジスト組成物 は、 (A) 下記一般式 ( I )
Figure imgf000005_0001
(式中、 Rは水素原子またはメチル基を表す。 ) で表される構成単位 (a 1) と、
下記一般式 (I I)
Figure imgf000005_0002
(式中、 Rは水素原子又はメチル基を表し、 R1は炭素数 1〜 5のアルキル基を 表し、 ηは 0または 1〜3の整数を表す。 ) で表される構成単位 (a 2) とを有 するアルカリ可溶性樹脂、 (B) 下記一般式 (I I I)
HoC=CH— 0— R— 0— CH=CH2 (III)
[式中、 R2は、 置換基を有していてもよい炭素数 1〜10のアルキレン基、 ま たは下記一般式 ( I V)
Figure imgf000006_0001
(式中、 R3は、 置換基を有していてもよい炭素数 1〜10のアルキレン基を示 し、 mは 0または 1を表す。 ) で表される基のいずれかを示し、 これらのアルキ レン基は主鎖中に酸素結合 (エーテル結合) を含んでもよい。 ]で表される化合 物、 (C) 放射線の照射により酸成分を発生する化合物、 及び有機溶剤、 を含有 することを特徴とする。
また、 当該ィ匕学増幅型ポジ型ホトレジスト組成物は、 前記 (A) 成分が、 前記 構成単位 (a i) と、 前記構成単位 (a 2) とからなることをが好ましい。 また、 前記 (A) 成分中の前記構成単位 (a 2) は、 1〜20モル%であるこ とが好ましい。
また、 前記 (C) 成分が i線 (365 nm) の照射により酸成分を発生する化 合物であることが好ましい。
さらに、 (D) 塩基性化合物を配合してなることが好ましい。
また、 本発明の第 1の形態に係るレジストパターンの形成方法は、 (i) 基板 の上に、 本形態のポジ型ホトレジスト組成物を塗布し、 加熱処理を行って膜厚 1. 5〜7. 0 mのレジスト層を形成する工程と、 (i i) 選択的露光を行う 工程と、 (i i i) PEB (露光後加熱処理; Post Exposure Bake: PEB) を 行う工程と、 (i v) アルカリ水溶液による現像処理を行ってレジストパターン を形成する工程、 とを有することを特徴とする。
なお、 ここで 「構成単位」 とは、 ポリマー中の繰り返し単位 (ポリマーの原料 であるモノマーから誘導される単位) のことである。 また、 上記第 2の課題を達成するために、 本発明の第 2の形態では以下の構成 を採用した。
第 2の形態に係る化学増幅型ポジ型ホトレジスト組成物は、 (Α' ) アルカリ 可溶性樹脂、 (Β' ) 放射線の照射により酸を発生する酸発生剤、 及び (C' ) 架橋性ポリビエルエーテル化合物を含む化学増幅型ポジ型ホトレジスト組成物
(以下、 「 3成分系化学増幅型ポジ型ホトレジスト組成物」 という場合があ る。 ) において、
前記 (Α' ) 成分は、 下記一般式 (Γ )
Figure imgf000007_0001
… (1,)
(式中、 Rは水素原子またはメチル基を表し、 1は 1〜3の整数を表す。 ) で表 される (α—メチル) ヒドロキシスチレンから誘導される単位 (a l ' ) と、 酸 解離性溶解抑制基を有さないアルカリ不溶性単位 ( a 2 ' ) とを有し、 かつ当該 (Α' ) 成分の 2 . 3 8質量%の丁 八11 (テトラメチルアンモニゥムヒドロキ シド) 水溶液に対する溶解速度が 1 0〜 1 0 0 nmZ秒であることを特徴とす る。
第 2の形態に係るレジストパターン形成方法は、 この化学増幅型ポジ型ホトレ ジスト組成物を基板上に塗布し、 プリべークし、 選択的に露光した後、 P E B (露光後加熱) を施し、 アルカリ現像してレジストパターンを形成することを特 徵とする。 本発明の第 1の形態においては、 高感度、 高耐熱性及び高解像性 (高コントラ スト) であって、 波うち現象を抑制できる化学増幅型ポジ型ホトレジスト組成物 およびレジストパターンの形成方法を提供できる。
また、 本発明の第 2の形態においては、 解像性の向上とディフエクトの低減を 実現できる。 発明を実施するための最良の形態
第 1の形態
[化学増幅型ポジ型ホトレジスト組成物]
本発明の第 1の形態に係る化学増幅型ポジ型ホトレジスト組成物は、 (A) 前 記一般式 (I) で表される構成単位 (a 1) と、 前記一般式 (I I) で表される 構成単位 (a 2) とを有するアルカリ可溶性樹脂、 (B) 前記一般式 (I I I) で表される化合物、 (C) 放射線の照射により酸成分を発生する化合物、 及び有 機溶剤、 を含有することを特徴とする。 (A) 成分
構成単位 (a 1)
一般式 (I) で表される構成単位 (a l) において、 Rは、 水素原子又はメチ ル基であり、 水素原子であることが好ましい。
水酸基の位置は、 o—位、 m—位、 p—位のいずれでもよいが、 容易に入手可 能で低価格であることから p—位が好ましい。
構成単位 (a l) は、 (A) 成分中、 50〜99モル%、 好ましくは 70〜9 0モル%である。 99モル%以下とすることにより構成単位 (a 2) の量が少な すぎて本発明の効果が得られなくなるのを防ぐことができる。 50モル%以上と することにより、 アル力リ水溶液への溶解性の制御が容易となる。 構成単位 ( a 2 )
一般式 (I I) で表される構成単位 (a 2) において、 Rは、 水素原子又はメ チル基であり、 水素原子であることが好ましい。
R1は、 炭素数 1〜5の直鎖又は分岐状アルキル基であり、 メチル基、 ェチル 基、 プロピル基、 イソプロピル基、 n—ブチル基、 イソブチル基、 tert-ブチル 基、 ペンチル基、 イソペンチル基、 ネオペンチル基などが挙げられる。 工業的に はメチル基又はェチル基が好ましい。
nは、 0または 1〜3の整数である。 これらのうち、 nは 0または 1であるこ とが好ましく、 特に工業上 0であることが好ましい。 なお、 nが 1〜3である場合には、 R1の置換位置は o—位、 m—位、 p—位 のいずれでもよく、 さらに、 nが 2または 3の場合には、 任意の置換位置を組み 合わせることができる。
(A) 成分中、 構成単位 (a 2) は、 1〜30モル%、 好ましくは 5〜 15モ ル%である。 1モル%以上とすることにより、 本形態の効果を向上させることが できる。 さらに焦点深度幅 (DOF; depth of focus) 特性、 リニアリティ [同 一露光条件 (レチクル上のマスク寸法は異なるが露光量が同じ条件) で露光した 場合にレチクル上の異なるマスク寸法に対応したレジストパターンを精度良く再 現する特性] も良好となる。
30モル%以下とすることにより、 構成単位 (a 1) とのバランスの点から、 アル力リ水溶液への溶解性の制御が容易となる。
(A) 成分は、 構成単位 (a l) 、 (a 2) 以外の他の構成単位を含んでいても 民い。
構成単位 (a l) 、 (a 2) と共重合可能な他の構成単位としては、 レジスト 組成物に用いられるものであれば特に限定されず、 例えばアクリル酸またはメタ クリル酸等から誘導される構成単位が挙げられる。
なお、 効果の点からは、 (A) 成分のうち、 構成単位 (a l) と構成単位 (a 2) の合計が 80モル%以上、 好ましくは 90モル%以上 (100モル%が最も 好ましい。 ) であることが望ましい。
(A) 成分が構成単位 (a l) と (a 2) のみからなる場合の構成単位 (a 1) と (a 2) との構成比は、 99 : 1〜 80 : 20 (モル比) 、 特には 95 : 5〜85 : 15 (モル比) が好ましい。
(A) 成分としては、 1種または 2種以上の材料を用いることができる。 (A) 成分の質量平均分子量 (ゲルパーミエ一シヨンクロマトグラフィ (GP
C) によるポリスチレン換算の質量平均分子量) は、 例ぇぱ1000〜2000 0、 特には 2000〜5000であることが好ましい。
なお、 アルカリ可溶性樹脂としては、 当該 (A) 成分以外のものも混合して用 いることができるが、 アルカリ可溶性樹脂が (A) 成分のみからなると好まし い。 (A) 成分以外のアルカリ可溶性樹脂としては、 レジスト組成物に用いられ るものであれば特に限定されず、 例えばノポラック榭脂などが挙げられる。 本発明の化学増幅型ポジ型ホトレジスト組成物において、 (A) 成分の配合量 は塗布性の得られる濃度、 粘度であれば特に限定するものではない。
(B) 成分
(B) 成分は架橋剤である。
したがって、 前記工程 (i) において、 基板に化学増幅型ポジ型ホトレジスト 組成物を塗布し、 加熱すると、 (A) 成分の側鎖の水酸基は (B) 成分のビニル 基と反応し、 架橋構造を形成する。 そして、 これにより、 化学増幅型ポジ型ホト レジスト組成物はアル力リ水溶液に対して難溶性となる。
そして、 前記工程 (i i i) において露光し、 露光部において (C) 成分から 酸成分が発生すると、 この酸成分の作用によって上記架橋構造が開裂し、 化学増 幅型ポジ型ホトレジスト組成物はアル力リ水溶液に対して可溶性に変化する。 なお、 (A) 成分と (B) 成分との比率は、 アルカリ水溶液に対して難溶性と し、 さらに酸成分の作用により可溶性となる特性を付与する点等から、 (A) 成 分 100質量部に対して (B) 成分が 1〜30質量部、 好ましくは 1〜20質量 部とされる。
前記一般式 (I I I) において、 R2は置換基を有していてもよい、 炭素数 1 〜 10の分岐鎖状、 直鎖状のアルキレン基、 または前記一般式 (I V) で表され るものである。 なお、 当該アルキレン基は主鎖に酸素結合 (ェ一テル結合) を含 んでいても良い。 一般式 (I V) 中、 R3も、 置換基を有していてもよい、 炭素 数 1〜10の分岐鎖状、 直鎖状のアルキレン基であり、 当該アルキレン基は、 主 鎖に酸素結合 (ェ一テル結合) を含んでいても良い。 R2としては、 — C4H8 一、 一 C2H4〇C2H4—、 —C2H4〇C2H4OC2H4―、 及び一般式 (I V) で表されるもの等が好ましく、 中でも一般式 (I V) で表されるものが好まし く、 特に (IV) において R 3の炭素数が 1で、 mが 1のものが好ましい。
(B) 成分は、 1種または 2種以上混合して用いることができる。 (C) 成分
(C) 成分は、 (A) 成分と (B) 成分とがプリべーク時に熱により架橋して 基板全面にアルカリ不溶化レジスト層を形成するので、 露光部で露光により酸を 発生させ、 前記酸により前記架橋を分解し、 前記不溶化したレジスト層をアル力 リ可溶へ変化させる機能を有するものであればよい。
そのような機能を有する放射線の照射により酸を発生する化合物とは、 化学増 幅型レジストに用いられるいわゆる酸発生剤であり、 これまで多数のものが提案 されており、 これらの中から任意に選択して用いればよい。
L C Dの製造では、 g線、 h線、 i線の共存する紫外線が用いられるので、 こ れらのうち、 このような紫外線の照射を受け、 酸発生効率の高い化合物が好まし い。 また、 解像度を向上させるためには、 波長の短い i線が好ましく利用される ので、 特に、 i線露光に対する酸発生効率の高い化合物が好ましい。
(C) 成分としては、 例えば以下のような化合物が、 i線露光に対する酸発生 効率が高いことから、 好ましく用いられる。
( II -A )
Figure imgf000011_0001
Figure imgf000011_0002
(式中、 mま 0又は 1 ; Xは 1又は 2 ; R は、 1又はそれ以上の炭素数 1〜 1 2のアルキル基が置換していてもよいフエニル基、 ヘテロァリール基等、 又は、 m'が 0の場合はさらに炭素数 2〜 6のアルコキシカルポニル基、 フエノキシカ ルポニル基、 CN等; 1^ 'は炭素数 2〜12のアルキレン基等; R2は 1又はそ れ以上の炭素数 1〜12のアルキル基が置換していてもよいフエニル基、 ヘテロ ァリール基等、 又は、 m'が 0の場合はさらに炭素数 2〜 6のアルコキシ力ルポ ニル基、 フエノキシカルボニル基、 CN等; R3は炭素数 1〜18のアルキル基 等; R3,は、 X=lのとき炭素数 1〜18のアルキル基等、 X=2のとき炭素数 2〜12のアルキレン基、 フエ二レン基等; R4、 R5は独立に水素原子、 ハロ ゲン、 炭素数 1〜6のアルキル基等; Aは S、 0、 NR6等; R6は水素原子、 フエエル基等を示す。 ) で表される化合物 (US P 6004724) 。 具体的 には、 例えば下記式で表されるチオレン含有ォキシムスルホネートなどが挙げら れる。
C3H7
0
/
. CH3
Figure imgf000012_0001
(VI I I) また、 下記式 (I V— A)
Figure imgf000013_0001
(式中、 R6、 R7は、 それぞれ炭素数 1〜3のアルキル基を示す。 ) で表され るビス (トリクロロメチル) トリアジン化合物、 又は、 前記化合物 (I V— A) と下記式 (V— A)
Figure imgf000013_0002
CC13
(式中、 Zは、 4—アルコキシフエ二ル基等を示す。 ) で表されるビス (トリク 口ロメチル) トリアジン化合物とを組み合わせたもの (特開平 6— 2896 14 号公報、 特開平 7— 134412号公報) が挙げられる。
トリアジン化合物 (I V— A) としては、 具体的には、 例えば 2— [2— (3, 4ージメトキシフエエル) ェテニル] —4, 6—ビス (トリクロロメチ ル) 一 1, 3, 5—トリアジン、 2— [2— (3—メトキシー 4—エトキシフエ ニル) ェテニル] —4, 6—ビス (トリクロロメチル) —1, 3, 5—トリアジ ン、 2— [2— (3—メトキシ— 4一プロポキシフエニル) ェテニル] 一 4, 6 一ビス (トリクロロメチル) 一1, 3, 5—トリアジン、 2— [2- (3—エト キシー 4ーメトキシフエ二ル) ェテニル] —4, 6—ビス (トリクロロメチル) 一 1, 3, 5—トリアジン、 2— [2— (3, 4—ジエトキシフエニル) ェテニ ル] 一 4, 6 -ビス (トリクロロメチル) 一 1, 3, 5—卜リアジン、 2— [2 ― (3—エトキシ— 4一プロポキシフエニル) ェテニル] —4, 6—ビス (トリ クロロメチル) 一 1, 3, 5—トリアジン、 2— [2 - (3—プロポキシ一 4— メトキシフエニル) ェテニル] -4, 6—ビス (トリクロロメチル) — 1, 3,
5—トリァジン、 2— [2— (3—プロポキシ—4一エトキシフエニル) ェテニ ル] 一 4, 6—ビス (トリクロロメチル) - 1, 3, 5—卜リアジン、 2- [2 — (3, 4ージプロポキシフエニル) 工テニル] —4, 6—ビス (トリクロロメ チル) 一 1, 3, 5—トリアジンなどを挙げることができる。 これらのトリアジ ン化合物は単独で用いてもよいし、 また 2種以上を組み合わせて用いてもよい。 一方、 前記トリアジン化合物 (IV— A) と所望に応じて組み合わせて用いら れる前記トリアジン化合物 (V— A) としては、 例えば 2— (4ーメトキシフエ ル) -4, 6—ビス (トリクロロメチル) 一 1, 3, 5—トリァジン、 2— (4一エトキシフエニル) —4, 6 -ビス (トリクロロメチル) 一 1, 3, 5― トリアジン、 2— (4—プロポキシフエニル) 一4, 6—ビス (トリクロロメチ ル) —1, 3, 5—トリアジン、 2— (4—ブトキシフエエル〉 一 4, 6—ビス (トリクロロメチル) 一 1, 3, 5—トリアジン、 2— (4ーメトキシナフチ ル) 一4, 6—ビス (トリクロロメチル) 一1, 3, 5—トリアジン、 2— (4 —エトキシナフチル) —4, 6—ビス (トリクロロメチル) 一 1, 3, 5—トリ ァジン、 2— (4—プロポキシナフチル) —4, 6—ビス (トリクロロメチ Jレ) 一 1, 3, 5—トリアジン、 2— (4一ブトキシナフチル) —4, 6—ビス (卜 リク口ロメチル) 一 1, 3, 5—トリァジン、 2— (4ーメトキシー 6—力ルポ キシナフチル) 一 4, 6—ビス (トリクロロメチル) — 1, 3, 5—トリアジ ン、 2— (4—メトキシ一 6—ヒドロキシナフチル) —4, 6—ビス (トリクロ ロメチル) 一 1, 3, 5—トリアジン、 2— [2— (2—フリル) ェテニル] ― 4, 6—ビス (トリクロロメチル) — 1, 3, 5—トリアジン、 2— [2— (5 ーメチルー 2—フリル) ェテニル] 一 4, 6—ビス (トリクロロメチル) 一 1, 3, 5—トリアジン、 2— [2— (5—ェチルー 2—フリル) ェテニル] —4,
6—ビス (トリクロロメチル) 一 1, 3, 5—トリアジン、 2— [2— (5—プ 口ピル— 2—フリル) ェテニル] —4, 6—ビス (トリクロロメチル) — 1,
3, 5—トリアジン、 2— [2— (3, 5—ジメトキシフエ二ル) ェテニル] ―
4, 6—ビス (トリクロロメチル) 一 1, 3, 5—トリアジン、 2— [2— (3 ーメトキシー 5—エトキシフエニル) ェテニル] —4, 6—ビス (トリクロロメ チル) 一 1, 3, 5—トリァジン、 2— [2— (3—メトキシー 5—プロポキシ フエニル) ェテニル] 一 4, 6—ビス (トリクロロメチル) 一1, 3, 5—トリ ァジン、 2— [2— (3—エトキシー 5—メトキシフエニル) ェテニル] 一 4, 6—ビス (トリクロロメチル) 一 1, 3, 5—トリアジン、 2— [2- (3, 5 ージエトキシフエニル) ェテニル] —4, 6—ビス (トリクロロメチル) — 1, 3, 5—トリアジン、 2— [2— (3—エトキシー 5—プロポキシフエニル) ェ テニル] 一 4, 6—ビス (トリクロロメチル) 一 1, 3, 5—トリアジン、 2— [2— (3—プロポキシ—5—メトキシフエ二ル) ェテニル] 一 4, 6—ビス (トリクロロメチル) 一 1, 3, 5—トリアジン、 2— [2— (3—プロポキシ 一 5—エトキシフエニル) ェテニル] -4, 6—ビス (トリクロロメチル) 一 1, 3, 5—トリアジン、 2— [2- (3, 5—ジプロポキシフエニル) ェテニ ル] 一 4, 6一ビス (トリクロロメチル) 一 1, 3, 5—トリアジン、 2- (3, 4—メチレンジォキシフエニル) 一 4, 6—ビス (トリクロロメチル) 一 1, 3, 5—トリアジン、 2— [2— (3, 4ーメチレンジォキシフエニル) ェ テニル ] — 4, 6 -ビス (トリクロロメチル) 一 1, 3, 5—トリアジンなどが 挙げられる。 これらのトリアジン化合物は 1種用いてもよいし、 2種以上を組み 合わせて用いてもよい。
また、 下記式 (V I— A)
Figure imgf000015_0001
(式 (V I—A) 中、 A rは置換又は未置換のフエニル基、 ナフチル基; R" は炭素数 1〜9のアルキル基; n'は 2又は 3の整数を示す。 ) で表される化合 物を挙げることができる。 これらの化合物は単独で用いてもよいし、 また 2種以 上を組み合わせて用いてもよい。 以上例示した化合物の中でも、 特に、 化学式 (VI I I) で表される化合物および下記式 (VI I— A) で表される化合物 は、 i線に対する酸発生効率に優れるため、 好ましく用いられる。
Figure imgf000016_0001
(C) 成分の配合量は、 (A) 成分 100質量部に対し、 1〜30質量部、 特 に 1〜20質量部が好ましい。
(D) 成分
本発明の化学増幅型ポジ型ホトレジスト組成物においては、 引置き安定性
(jpost exposure stability of the latent image formed by the pattern wise exposure of the resist layer) を高めるために、 (D) 成分として、 塩基性化 合物 (好ましくはァミン類) を配合することが好ましい。
当該化合物としては、 レジスト組成物に対する相容性を有するものであれば良 く、 特に制限されるものではないが、 例えば特開平 9— 6001号公報に記載の 化合物等を挙げることができる。 特開平 9— 6001号公報の内容をここに援用 する。
中でも、 3級ァミンが好ましく、 特に、 トリ— n—ペンチルァミン、 メチルー ジ—n—ォクチルァミン、 トリー n—デシルァミン、 トリベンジルァミン、 N, N—ジシクロへキシルメチルァミン等の比較的嵩高いァミン (d l) は、 上記の 引置き安定性を高める効果を有するのみでなく、 レジスト組成物中の経時的な酸 の生成を抑え、 レジス卜溶液としての保存安定性を向上させる効果をも有するの で好適である。
(D) 成分は 1種または 2種以上の混合して用いることができる。
(D) 成分は、 樹脂固形分 100質量部に対して 0. 01〜5. 0質量部、 特 には 0 . 1〜1 . 0質量部の範囲で配合することが、 効果の点から好ましい。 有機溶剤
有機溶剤としては、 化学増幅型のポジ型ホトレジスト組成物に用いられるもの であれば、 特に限定せずに用いることができる。
例えば、 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 (例えばプロ ピレンダリコールモノメチルエーテルアセテート (P GME A) 等) 、 乳酸エス テル (例えば乳酸ェチル等) 等のエステル系溶剤、 アセトン、 メチルェチルケト ン、 シクロへキサノン、 メチルイソアミルケトン、 2一へプタノン等のケトン 類;エチレングリコール、 プロピレングリコール、 ジエチレングリコール、 ある いはこれらのモノメチルエーテル、 モノェチルエーテル、 モノプロピルエーテ ル、 モノブチルエーテルまたはモノフエニルエーテル等の多価アルコール類およ びその誘導体;ジォキサンのような環式エーテル類;等の非エステル系溶剤が挙 げられる。
なおエステル系溶剤は、 有機カルボン酸とアルコールとの反応生成物であるこ とから、 遊離酸である有機カルボン酸を含有する。 そのため、 前記の (d l ) 成 分を配合しないレジスト組成物、 または後述の保存安定剤を配合しないレジスト 組成物においては、 そのような遊離酸を含有しない非エステル系溶剤を選択する ことが好ましく、 特にケトン類 (ケトン系の溶剤) は好ましい。 その中でも 2— ヘプタノンは、 塗膜性、 (C ) 成分の溶解性の点からも好適である。
なお、 エステル系溶剤も非エステル系溶剤も、 ともに経時的に分解して酸を副 生成するが、 前記 (d l ) 成分の存在下、 あるいは後述の保存安定剤の存在下に おいては、 当該分解反応は抑制される。 特にエステル系溶剤においてはその効果 が顕著であり、 当該 (d l ) 成分、 保存安定剤の存在下においては、 むしろエス テル系溶剤が好ましく、 特に P G ME Aは好適である。
なお、 上記分解により副生成する酸成分としては、 例えば 2—ヘプタノンの場 合、 蟻酸、 酢酸、 プロピオン酸等を生じることが確認されている。
有機溶剤は 1種または 2種以上混合して用いることができる。
特に限定するものではないが、 有機溶剤は、 固形分の濃度が 2 0〜5 0質量% となる配合量、 好ましくは 2 5〜4 5質量%となる配合量で用いると、 塗布性の 点から好ましい。 本発明の化学増幅型ポジ型ホトレジスト組成物には、 この他、 必要に応じて以 下の様な保存安定剤を配合すると好ましい。
当該保存安定剤としては、 溶剤の分解反応を抑制する作用を有するものであれ ば特に限定されず、 例えば、 特開昭 5 8 - 1 9 4 8 3 4号公報に記載されている ような酸化防止剤を挙げることができる。 特開昭 5 8 - 1 9 4 8 3 4号公報の内 容をここに援用する。 酸化防止剤としてはフェノ一ル系化合物とアミン系化合物 が知られているが、 特にフエノール系化合物が好ましく、 中でも 2, 6—ジ (t e r tーブチル) 一 p—クレゾール及びその誘導体が、 エステル系溶剤、 ケトン 系溶剤の劣化に対して有効であり、 商業的に入手可能、 かつ安価であって、 さら に保存安定効果に優れる点で好ましい。 特にプロピレングリコ一ルモノアルキル エーテルアセテート、 2—ヘプ夕ノンに対する劣化防止効果に極めて優れる。 上記保存安定剤の配合量は、 樹脂固形分 1 0 0質量部に対して 0 . 0 1〜 3質 量部、 特には 0 . 1〜1 . 0質量部の範囲であることが好ましい。 また、 本発明の化学増幅型ポジ型ホトレジスト組成物には、 本発明の目的を損 なわない範囲で、 必要に応じて相容性のある添加物、 例えばレジスト膜の性能な どを改良するための付加的樹脂、 可塑剤、 安定剤、 界面活性剤、 現像した像をよ り一層可視的にするための着色料、 より増感効果を向上させるための増感剤ゃハ レーション防止用染料、 密着性向上剤などの慣用の添加物を含有させることがで さる。 [レジストパターンの形成方法]
以下に、 レジストパターンの好適な形成方法の一例を示す。
まず、 上述の本発明のポジ型ホトレジスト組成物を、 スピンナ一等で基板に塗 布して塗膜を形成する。 基板としてはシリコン基板、 ガラス基板等が好ましい。 ついで、 この塗膜が形成された基板を例えば加熱処理 (プリべーク) して残存 溶媒を除去し、 レジスト被膜を形成する。
さらに、 前記レジスト被膜に対し、 マスクパターンが描かれたマスク (レチク ル) を用いて選択的露光を行う。
光源としては、 微細なパターンを形成するために i線 (3 6 5 nm) 、 または それよりも短波長な光源を用いることが好ましい。
次いで、 選択的露光後のレジスト被膜に対し、 加熱処理 (ポストェクスポージ ヤーべーク: P E B ) を施す。
前記 P E B後のレジスト被膜に対し、 現像液、 例えば 1〜1 0質量%テトラメ チルァンモニゥムヒドロキシド水溶液のようなアル力リ水溶液を用いた現像処理 を施すと、 露光部分が溶解除去され、 レジストパターンが形成される。
さらに、 レジストパターン表面に残つた現像液を純水などのリンス液で洗い落 とすことによりレジス卜パターンを形成できる。
本形態の組成物は、 高耐熱性に特に優れることから、 膜厚 1 . 5〜7 . Ο ϊη の厚膜プロセスに好適である。 本形態の化学増幅型ポジ型ホトレジスト組成物は、 高感度、 高耐熱性及び高解 像性 (高コントラスト) であって、 波うち現象を抑制できる。
また、 焦点深度幅特性も良好であり、 リニアリティも良好である。
そのため、 この化学増幅型ポジ型ホトレジスト組成物は、 各種用途に対して良 好な特性を有することはもちろん、 特に高耐熱、 高感度が求められる厚膜レジス ト (例えば膜厚 1 . 5〜7 . 0 πύ の分野に好適に用いることができる。 ま た、 さらにリニアリティが良好であるため、 システム L C Dの分野にも本形態の ホトレジスト組成物は好適に用いることができる。 . 第 2の形態
[化学増幅型ポジ型ホトレジスト組成物]
第 2の形態の化学増幅型ポジ型ホトレジスト組成物は、 (Α ' ) アルカリ可溶 性樹脂、 (Β ' ) 放射線の照射により酸を発生する酸発生剤、 及び (C ' ) 架橋 性ポリビニルエーテル化合物を含む 3成分系化学増幅型ポジ型ホトレジスト組成 物において、
前記 (Α' ) 成分は、 前記一般式 (Γ ) で表される (α—メチル) ヒドロキ シスチレンから誘導される単位 (a l ' ) と、 酸解離性溶解抑制基を有さないァ ルカリ不溶性単位 (a 2' ) とを有し、 かつ当該 (Α' ) 成分の 2. 38質量% の ΤΜΑΗ (テトラメチルアンモニゥムヒドロキシド) 水溶液に対する溶解速度 が 10〜 1 00 nmZ秒であることを特徴とする化学増幅型ポジ型ホトレジスト 組成物である。
(Α' ) アルカリ可溶性樹脂
(α—メチル) ヒドロキシスチレンから誘導される単位 (a l' )
一般式 (Γ ) で表される構成単位 (a l' ) を有することにより、 (Α' ) 成分全体がアルカリ可溶性となると共にプリべーク時の加熱により (Α' ) 成分 と (C' ) 成分との架橋化反応生成物が得られる。
一般式 (Γ ) 中、 Rは水素原子又はメチル基であり、 水素原子であることが 好ましい。
1は、 工業上入手しやすい等の点から、 1であることが好ましい。
水酸基の置換位置は ο—位、 m—位、 p—位のいずれでもよい。 1が 2または 3の場合には、 任意の置換位置を組み合わせることができる。 1が 1である場 合、 o—位、 m—位、 p—位のいずれでもよいが、 容易に入手可能で低価格であ ることから p—位が好ましい。
なお、 「 (ひーメチル) ヒドロキシスチレン」 とは、 ヒドロキシスチレンと α ーメチルヒドロキシスチレンの一方あるいは両方を意味する。 「 (α—メチル) ヒドロキシスチレンから誘導される構成単位」 は、 ( —メチル) ヒドロキシス チレンのエチレン性二重結合が開裂して構成される構成単位を意味する。
また、 本特許請求の範囲及び明細書において、 「単位」 または 「構成単位」 と はポリマー (重合体) を構成するモノマー単位を意味する。
構成単位 (a l ' ) の割合は、 後述する (C' ) 成分との反応による溶解性の 制御の点から、 (Α' ) 成分中 60モル%以上であることが好ましく、 さらに好 ましくは 70〜90モル%、 最も好ましくは 75〜85モル%とされる。 酸解離性溶解抑制基を有さないアルカリ不溶性単位 (a 2 ' )
構成単位 ( a 2 ' ) において、 「酸解離性溶解抑制基を有さない」 とは、 フエ ノール性水酸基を有する単位において、 前記水酸基の水素原子が、 上記 t— b o c ( t e r t一ブトキシカルポニル) 基、 エトキシェチル基等のような酸解離性 のアル力リ溶解抑制基で置換されている構成単位や、 (メタ) ァクリレート単位 C (メタ) ァクリレートは、 ァクリレートとメタクリレートの一方または両方を 示す] であって、 (メタ) アクリル酸から誘導される構成単位の力ルポキシル基 の OH基が第 3級アルキルォキシ基で置換された第 3級エステル構成単位を除く 意味である。
後述する (Β ' ) 成分から発生する酸成分による影響を受けがたく、 かつアル カリ不溶性 (アルカリ現像液に対して不溶性) である構成単位 ( a 2 ' ) を有す ることにより、 アル力リ現像によるレジストパターンの膨潤を防ぐことができ、 特に微細なパターンの解像性の向上を図ることができる。
構成単位 ( a 2 ' ) としては、 上述の様に酸解離性溶解抑制基を有さないもの であり、 アルカリ不溶性であれば特に限定するものではないが、 下記一般式 (I I ' ) で表される (α—メチル) スチレンから誘導される単位であると耐ドライ エツチング性に優れ好ましい。
Figure imgf000021_0001
… (u,)
(式中、 Rは水素原子又はメチル基を表し、 尺1 1は炭素数1〜5のァルキル基 を表し、 ηは 0または 1〜3の整数を表す。 )
なお、 「 (α—メチル) スチレン」 とは、 スチレンとひーメチルスチレンの一 方あるいは両方を意味する。 「 (ひ—メチル) スチレンから誘導される構成単 位」 は、 前記一般式 (I I ' ) から明らかであるが、 (α—メチル) スチレンの エチレン性二重結合が開裂して構成される構成単位を意味する。
式 (I Γ ) 中、 R 1 1は、 炭素数 1〜 5の直鎖又は分岐状アルキル基であ り、 メチル基、 ェチル基、 プロピル基、 イソプロピル基、 η—ブチル基、 イソブ チル基、 tert—プチル基、 ペンチル基、 イソペンチル基、 ネオペンチル基などが 挙げられる。 工業的にはメチル基又はェチル基が好ましい。
nは、 0または 1〜 3の整数である。 これらのうち、 nは 0または 1であるこ とが好ましく、 特に工業上 0であることが好ましい。
なお、 nが 1〜3である場合には、 R 3の置換位置は o—位、 m—位、 p—位 のいずれでもよく、 さらに、 nが 2または 3の場合には、 任意の置換位置を組み 合わせることができる。
前記 (Α ' ) 成分中の前記構成単位 ( a 2 ' ) の割合は 5〜 3 5モル%、 好ま しくは 1 0〜 3 0モル%、 さらに好ましくは 1 5〜 2 5モル%であると望まし い。 下限値以上とすることにより現像時の未露光部の膜減り等の不都合を抑制 し、 解像性を向上させることができる。 また、 アルカリ現像によるレジストパ夕 一ンの膨潤を防ぐことができ、 特に微細なパターンの解像性の向上を図ることが できる。 上限値以下にすることにより有機溶剤に可溶とすることが容易となる。 溶解速度
露光された (Α' ) 成分は、 2. 3 8質量%の丁1\1 11 (テトラメチルアンモ 二ゥムヒドロキシド) 水溶液に対する溶角军速度が 1 0〜 1 0 0 nm/秒、 好まし くは 2 0〜8 0 nm/秒である。
露光された (Α' ) 成分が 1 0 O nmZ秒以下という小さな溶解速度を有する ことにより、 解像性が向上する。 これは、 後述する様に、 前記 (C ' ) 成分と前 記 (Α' ) 成分との間で形成される架橋構造が、 露光部では、 酸の作用を受けて 壊れることにより、 アルカリ現像液に溶解する一方で、 未露光部ではアルカリ現 像液に溶解しないことから、 界面のコントラストを大きくすることができるから であると推測される。 また、 ディフエクト低減の効果が得られる。
また、 露光された (Α ' ) 成分の溶解速度を 1 O nm/秒以上とすることによ り、 露光された (Α' ) 成分が有機溶剤に溶解し、 レジストとすることができ る。
溶解速度は例えば構成単位 (a l' ) 、 (a 2' ) の割合を変更することによ つて調整可能である。 例えば構成単位 (a2' ) の割合を多くすることにより、 溶解速度を小さくすることができる。
溶解速度の値は、 具体的には次のようにして求めた値である。 まず、 シリコン基板上に (A, ) 成分を有機溶剤に溶解した溶液を塗布し、 加 熱処理によって有機溶剤を加熱により揮散させることにより、 樹脂被膜 (厚さ 5 00〜: L 300 nm、 例えば厚さ 1000 nm) を形成する。 有機溶剤は後述す る様な化学増幅型ポジ型ホトレジスト組成物に用いられる公知のものの中から適 宜選択する。 また、 (Α' ) 成分の濃度もレジスト組成物中の濃度と同様とする ことができるが、 例えば 10〜25質量%、 例えば 20質量%とされる。 次に前 記樹脂被膜の膜厚を測定した後、 樹脂被膜が形成された基板を、 23°C、 2. 3 8質量%の TMAH水溶液に浸す。 そして、 樹脂膜が完全に溶解する時間を測定 し、 これより単位時間当りの樹脂被膜の膜減り量 (nmZ秒) を求める。
このようにして求めた樹脂被膜の膜減り量が (Α' ) 成分の溶解速度である。 なお、 (Α' ) 成分には、 前記構成単位 (a l ' ) と前記構成単位 (a 2' ) の他に、 これら構成単位 (a l ' ) と構成単位 (a2' ) と共重合可能な構成単 位が含まれていてもよいが、 これら構成単位 (a l' ) と構成単位 (a 2' ) の 合計が 80モル%以上、 好ましくは 90モル%であることが望ましく、 最も好ま しくは 100モル%である。 ただし、 ディフエクト低減の点等から、 (Α' ) 成 分は好ましくは前記構成単位 (a l' ) と前記構成単位 (a 2' ) の合計が 10 0モル%であることが望ましい。
また、 (Α' ) 成分は、 質量平均分子量が異なる樹脂や、 構成単位の割合が異 なる樹脂等を 1種または 2種以上混合して用いることができる。
また、 (Α' ) 成分は、 構成単位 (a l' ) 、 (a 2' ) を誘導するモノマー 等を公知のラジカル重合やリビングァニオン重合することにより製造することが できる。
(A, ) 成分の質量平均分子量 (Mw:ゲルパーミエーシヨンクロマトグラフ ィによるポリスチレン換算の値) は例えば 1500〜30000、 好ましくは 2 000〜 20000、 さらに 3000〜 20000であることが、 経時安定性の 点、 ディフエクト低減の点から好ましい。 また、 この範囲であれば溶剤不溶性と なったり、 耐ドライエッチング性が低下したりすることを防ぐことができる。 なお、 (Α' ) 成分の分散度 (Mw/Mn: Mnは数平均分子量) は、 解像性 向上、 ディフエクト低減の点から、 1. 0〜5. 0、 好ましくは 1. 0〜3. 0 であることが好ましい。
(C ) 架橋性ポリビエルエーテル化合物
(C ) 成分は前記 (Α' ) 成分に対して架橋剤として作用するものである。 (C ) 成分の架橋性ポリビエルエーテル化合物は、 以下の様な作用を有する ものである。 すなわち (C, ) 成分は、 (Α' ) 成分に対して以下の様に機能す る。
3成分系化学増幅型ポジ型ホトレジスト組成物を基板等に塗布し、 80〜 15 0t、 好ましくは 120°C以上の温度でプリべ一クすると、 この加熱により (C ) 成分と (Α' ) 成分との架橋反応が生じ、 基板全面にアルカリ不溶化ま たは難溶化レジスト層が形成される。 そして、 露光工程、 ΡΕΒ工程において は、 (Β' ) 成分から発生した酸の作用により、 前記架橋が分角军され、 露光部は アルカリ可溶性へ変化し、 未露光部はアルカリ不溶のまま変化しない。 そのた め、 アルカリ現像により露光部を除去し、 レジストパターンを形成することがで ぎる。
したがって、 (C' ) 成分としては、 この様な機能を有するものであれば、 そ の種類に特に制限はない。
(C ) 成分としては、 具体的には少なくとも 2個の架橋性のビニルエーテル 基を有する化合物を用いることができる。 具体的には、 エチレングリコールジビ ニルエーテル、 トリエチレングリコールジビニルエーテル、 1, 3—ブタンジォ ールジビエルエーテル、 テトラメチレングリコ一ルジビエルエーテル、 ネオペン チルダリコールジビニルエーテル、 トリメチロールプロパントリビニルエーテ ル、 トリメチロールエタントリビエルエーテル、 へキサンジオールジビエルエー テル、 1, 4ーシクロへキサンジォ一ルジビエルエーテル、 テトラエチレンダリ コールジビニルエーテル、 ペン夕エリスリトールジビニルエーテル、 ペン夕エリ スリトールトリビエルエーテル、 シクロへキサンジメタノールジビニルェ一テル などが挙げられる。 これらの中では、 架橋性ジビニルェ一テル化合物がより好ま しい。
そして、 ジビニルェ一テル化合物としては、 下記一般式 (I I Γ ) で示すも のも好ましい。
H2C=CH— O— R,一 O— CH=CH2 … (Μ')
前記一般式 (I I Γ ) において、 R4は、 置換基を有していてもよい、 炭 〜 10の分岐鎖状、 又は直鎖状のアルキレン基、 または下記一般式 (I V ) で表されるものである。 なお、 当該アルキレン基は主鎖に酸素結合 (エー テル結合) を含んでいても良い。
Figure imgf000025_0001
一般式 (IV' ) 中、 R5は、 置換基を有していてもよい、 炭素数 1〜10の 分岐鎖状、 直鎖状のアルキレン基であり、 当該アルキレン基は、 主鎖に酸素結合 (ェ一テル結合) を含んでいても良い。
Υは 0または 1である。
R4としては、 一 C4H8—、 — C2H4OC2H4—、 -C2H4OC2H4OC2H 4一、 及び一般式 (IV' ) で表されるもの等が好ましく、 中でも一般式 (I V ) で表されるものが好ましく、 特に R 5の炭素数が 1で、 Yが 1のもの (シ クロへキサンジメ夕ノールジビニルエーテル) が好ましい。
( C ) 成分は、 1種または 2種以上混合して用いることができる。
(Β ' ) 放射線の照射により酸を発生する化合物
本形態において、 ポジ型ホトレジスト組成物には、 (Β, ) 成分として、 さら に、 従来の化学増幅型ホトレジスト組成物において使用されている公知の酸発生 剤を含有してもよい。 酸発生剤は、 これまでョ一ドニゥム塩やスルホニゥム塩な どのォニゥム塩、 ォキシムスルホネート類、 ビスアルキルまたはビスァリールス ルホニルジァゾメタン類、 ポリ (ビススルホニル) ジァゾメタン類、 ジァゾメタ ンニトロべンジルスルホネート類、 イミノスルホネート類、 ジスルホン類など多 種のものが知られているので、 (Β ' ) 成分としては、 このような公知の酸発生 剤から特に限定せずに用いることができる。
ジァゾメタン系酸発生剤の具体例としては、 ビス (イソプロピルスルホ二ル) ジァゾメタン、 ビス ( ρ—トルエンスルホニル) ジァゾメタン、 ビス (1 , 1— ジメチルェチルスルホニル) ジァゾメタン、 ビス (シクロへキシルスルホニル) ジァゾメタン、 ビス ( 2 , 4ージメチルフエ二レスルホニル) ジァゾメタン等が 挙げられる。
ォキシムスルホネート系酸発生剤の具体例としては、 ひ一 (メチルスルホニル ォキシィミノ) 一フエ二ルァセトニトリル、 一 (メチルスルホニルォキシイミ ノ) 一 ρ—メトキシフエ二ルァセトニトリル、 a - (トリフルォロメチルスルホ ニルォキシィミノ) 一フエ二ルァセトニトリル、 α— (トリフルォロメチルスル ホニルォキシィミノ) 一 ρ—メトキシフエ二ルァセトニトリル、 ひ— (ェチルス ルホニルォキシィミノ) —ρ—メトキシフエ二ルァセトニトリル、 ひ— (プロピ ルスルホニルォキシィミノ) —ρ—メチルフエ二ルァセトニトリル、 a— (メチ ルスルホニルォキシィミノ) —P—ブロモフエ二ルァセトニトリルなどが挙げら れる。 これらの中で、 α— (メチルスルホニルォキシィミノ) 一ρ—メトキシフ ェニルァセトニトリルが好ましい。
ォニゥム塩系酸発生剤の具体例としては、 ジフエ二ルョ一ドニゥムのトリフル ォロメタンスルホネートまたはノナフルォロブタンスルホネート、 ビス (4— t e r t一ブチルフエニル) ョードニゥムのトリフルォロメタンスルホネートまた はノナフルォロブタンスルホネート、 トリフエニルスルホニゥムのトリフルォロ メタンスルホネート、 そのヘプ夕フルォロプロパンスルホネートまたはそのノナ フルォロブタンスルホネート、 トリ (4一メチルフエニル) スルホ二ゥムのトリ フルォロメタンスルホネート、 そのヘプ夕フルォロプロパンスルホネートまたは そのノナフルォロブタンスルホネート、 ジメチル (4ーヒドロキシナフチル) ス ルホニゥムのトリフルォロメタンスルホネート、 そのヘプ夕フルォロプロパンス ルホネートまたはそのノナフルォロブタンスルホネート、 モノフエニルジメチル スルホ二ゥムのトリフルォロンメタンスルホネート、 そのヘプ夕フルォロプロパ ンスルホネートまたはそのノナフルォロブタンスルホネート、 ジフエニルモノメ チルスルホニゥムのトリフルォロメタンスルホネート、 そのヘプタフルォロプロ パンスルホネートまたはそのノナフルォロブタンスルホネートなどが挙げられ る。
ポリ (ビススルホニル) ジァゾメタン系酸発生剤としては、 例えば、 以下に示 す構造をもつ 1, 3—ビス (フエニルスルホニルジァゾメチルスルホニル) プロ パン (化合物 A、 分解点 135°C) 、 1, 4—ビス (フエニルスルホニルジァゾ メチルスルホニル) ブタン(化合物 B、 分解点 147°C) 、 1, 6—ビス (フエ ニルスルホニルジァゾメチルスルホニル) へキサン (化合物 C、 融点 132°C、 分解点 145 ) 、 1, 10—ビス (フエニルスルホニルジァゾメチルスルホニ ル) デカン (化合物 D、 分解点 147°C) 、 1, 2—ビス (シクロへキシルスル ホニルジァゾメチルスルホニル) ェタン (化合物 E、 分解点 149°C) 、 1, 3 一ビス (シクロへキシルスルホニルジァゾメチルスルホニル) プロパン (化合物 F、 分解点 153°C) 、 1, 6—ビス (シクロへキシルスルホニルジァゾメチル スルホ二ル) へキサン (化合物 G、 融点 109°C、 分解点 122t) 、 1, 10 一ビス (シクロへキシルスルホニルジァゾメチルスルホニル) デカン (化合物 H、 分解点 116°C) などを挙げることができる。 化合物 A
N2 O O II II II
C一 S— (CH2)3 -S
n I c N
Figure imgf000028_0001
上述の酸発生剤の中でも、 化合物の分解点が 1 2 0 °C以上、 好ましくは 1 2 0 °C〜1 6 0 °Cの酸発生剤が好ましく、 その中では特にポリ (ビススルホニル) ジァゾメタン系酸発生剤が好ましく、 化合物 Gを用いることが最も好ましい。 分解点が 1 2 0 °C以上の酸発生剤を用いると、 プリべークゃ露光後過熱の際 に、 分解や昇華を生じない為である。 前記ポリ (ビススルホニル) ジァゾメタン 系酸発生剤は、 3成分系化学増幅型ポジ型ホトレジスト組成物と組みあせて用い ると、 プリべーク温度が高いときでも (Α' ) 成分と (C ' ) 成分の架橋が良好 に進行するため好ましい。
(Β ' ) 成分の含有量は、 (Α ' ) 成分 1 0 0質量部に対し、 0. 5〜3 0質 量部、 好ましくは 1〜1 0質量部とされる。 上記範囲より少ないとパターン形成 が十分に行われないおそれがあり、 上記範囲を超えると均一な溶液が得られにく く、 保存安定性が低下する原因となるおそれがある。
(Β ' ) 成分は 1種または 2種以上混合して用いることができる。 (D ' ) 含窒素有機化合物
本形態のポジ型レジスト組成物には、 レジストパターン形状、 引き置き経時安 定性などを向上させるために、 さらに任意の成分として、 含窒素有機化合物 (D ' ) (以下、 (D ' ) 成分という) を配合させることができる。
この (D ' ) 成分は、 既に多種多様なものが提案されているので、 公知のもの から任意に用いれば良いが、 ァミン、 特に第 2級低級脂肪族アミンゃ第 3級低級 脂肪族ァミンが好ましい。
ここで、 低級脂肪族ァミンとは炭素数 5以下のアルキルまたはアルキルアルコ 一ルのァミンを言う。 その第 2級や第 3級ァミンの例としては、 トリメチルアミ ン、 ジェチルァミン、 トリェチルァミン、 ジ— η—プロピルァミン、 トリー η— プロピルァミン、 トリペンチルァミン、 ジェタノ一ルァミン、 トリエタノールァ ミンなどが挙げられるが、 特にトリェ夕ノールァミンのような第 3級アル力ノ一 ルァミンが好ましい。
これらは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。 (D ' ) 成分は、 (Α ' ) 成分 1 0 0質量部に対して、 通常 0 . 0 1〜5 . 0 質量部の範囲で用いられる。 (E) 成分
本形態のポジ型ホトレジスト組成物には、 前記 (D ' ) 成分との配合による感 度劣化を防ぎ、 またレジストパターン形状、 引き置き安定性等の向上の目的で、 さらに任意の成分として、 有機カルボン酸又はリンのォキソ酸若しくはその誘導 体 (E) (以下、 (E) 成分という) を含有させることができる。 なお、
(D ' ) 成分と (E) 成分は併用することもできるし、 いずれか 1種を用いるこ ともできる。
有機カルボン酸としては、 例えば、 マロン酸、 クェン酸、 リンゴ酸、 コハク 酸、 安息香酸、 サリチル酸などが好適である。
リンのォキソ酸若しくはその誘導体としては、 リン酸、 リン酸ジー n—ブチル エステル、 リン酸ジフエニルエステルなどのリン酸又はそれらのエステルのよう な誘導体、 ホスホン酸、 ホスホン酸ジメチルエステル、 ホス'ホン酸ージ— n—ブ チルエステル、 フエニルホスホン酸、 ホスホン酸ジフエニルエステル、 ホスホン 酸ジベンジルエステルなどのホスホン酸及びそれらのエステルのような誘導体、 ホスフィン酸、 フエニルホスフィン酸などのホスフィン酸及びそれらのエステル のような誘導体が挙げられ、 これらの中で特にホスホン酸が好ましい。
(E) 成分は、 (Α ' ) 成分 1 0 0質量部当り 0 . 0 1〜5 . 0質量部の割合 で用いられる。 有機溶剤
本形態のポジ型レジスト組成物は、 材料を有機溶剤に溶解させて製造すること ができる。
有機溶剤としては、 使用する各成分を溶解し、 均一な溶液とすることができる ものであればよく、 従来、 化学増幅型レジストの溶剤として公知のものの中から 任意のものを 1種または 2種以上適宜選択して用いることができる。
例えば、 ァーブチロラクトン、 アセトン、 メチルェチルケトン、 シクロへキサ ノン、 メチルイソアミルケトン、 2—ヘプ夕ノンなどのケトン類や、 エチレング リコール、 エチレングリコールモノアセテート、 ジエチレングリコール、 ジェチ レングリコールモノアセテート、 プロピレングリコール、 プロピレングリコール モノアセテート、 ジプロピレングリコ一ル、 またはジプロピレングリコールモノ アセテートのモノメチルエーテル、 モノェチルエーテル、 モノプロピルエーテ ル、 モノブチルエーテルまたはモノフエニルエーテルなどの多価アルコール類お よびその誘導体や、 ジォキサンのような環式エーテル類や、 乳酸メチル、 乳酸ェ チル (E L) 、 酢酸メチル、 酢酸ェチル、 酢酸ブチル、 ピルビン酸メチル、 ピル ビン酸ェチル、 メトキシプロピオン酸メチル、 エトキシプロピオン酸ェチルなど のエステル類などを挙げることができる。
これらの有機溶剤は単独で用いてもよく、 2種以上の混合溶剤として用いても よい。
そして、 プロピレングリコー^/モノメチルエーテルアセテート (P GME A) と極性溶剤との混合溶剤は好ましい。 その配合比 (質量比) は、 P GME Aと極 性溶剤との相溶性等を考慮して適宜決定すればよいが、 好ましくは 1 : 9〜8 : 2、 より好ましくは 2 : 8〜5 : 5の範囲内とすることが好ましい。
より具体的には、 極性溶剤として E Lを配合する場合は、 P GME A : E Lの 質量比が好ましくは 2 : 8 - 5 : 5、 より好ましくは 3 : 7〜4 : 6であると好 ましい。
また、 有機溶剤として、 その他には、 P GME A及び E Lの中から選ばれる少 なくとも 1種とァープチロラクトンとの混合溶剤も好ましい。 この場合、 混合割 合としては、 前者と後者の質量比が好ましくは 7 0 : 3 0〜9 5 : 5とされる。 有機溶剤の使用量は特に限定せず、 基板等に塗布可能な濃度で、 塗布膜厚に応 じて適宜設定されるものであるが、 一般的には、 有機溶剤は、 レジスト組成物の 固形分濃度が 2〜 2 0質量%なるように、 好ましくは 5〜1 5質量%となるよう なの範囲内で用いられる。 その他の任意成分
本形態のポジ型レジスト組成物には、 さらに所望によりポジ型ホトレジスト組 成物と混和性のある添加剤、 例えばレジスト膜の性能を改良するための付加的樹 脂、 塗布性を向上させるための界面活性剤、 溶解抑制剤、 可塑剤、 安定剤、 着色 剤、 ハレーション防止剤などを適宜、 添加含有させることができる。
[レジストパターンの形成方法]
本形態のレジストパターン形成方法は例えば以下の様にして行うことができ る。
すなわち、 まずシリコンゥエー八のような基板上に、 上記ポジ型レジスト組成 物をスピンナ一などで塗布し、 80°C以上、 好ましくは 120 以上、 150 以下の温度条件下、 プリべーク (PB) を 40〜; 120秒間、 好ましくは 60〜 90秒間施し、 これに例えば K r F露光装置などにより、 K r Fエキシマレーザ 一光を所望のマスクパターンを介して選択的に露光した後、 80〜15 Otの温 度条件下、 ΡΕΒ (露光後加熱) を 40〜120秒間、 好ましくは 60〜90秒 間施す。
なお、 特に好ましいプリべ一クの条件は、 好ましくは 100°C以上、 さらに好 ましくは 120~150°Cである。
次いでこれをアルカリ現像液、 例えば 0. 1〜10質量%TMAH水溶液を用 いて現像処理する。 このようにして、 マスクパターンに忠実なレジストパターン を得ることができる。
なお、 基板とレジスト組成物の塗布層との間には、 有機系または無機系の反射 防止膜を設けることもできる。
露光に用いる波長は、 特に限定されず、 A rFエキシマレーザ一、 Kr Fェキ シマレーザー、 F2エキシマレ一ザ一、 EUV (極紫外線; extreme
ultraviolet) 、 VUV (真空紫外線; vacuum ultraviolet) 、 EB (電子線; electron beam) 、 X線、 軟 X線などの放射線を用いて行うことができる。 特 に、 本発明にかかる化学増幅型ポジ型ホトレジスト組成物は、 KrFエキシマレ —ザ一に対して有効である。 本発明の第 2の形態の化学増幅型ポジ型ホトレジスト組成物及びレジストパタ ーンの形成方法においては、 良好な解像性が得られる。 例えば KrFエキシマレ 一ザ一等の短波長の光源を使用した場合に要求される微細なパターンを解像でき る。 さらに具体的には、 例えば L & S (ラインアンドスペース) パターンの場 合、 好ましくは幅 3 0 O nm以下程度のパターンの解像が可能となる。 さらに、 ディフエクトの低減を実現できる。 よって、 微細なパターンの不具合が解消さ れ、 高集積化において非常に有利である。
良好な解像性が得られる理由は定かではないが、 (Α ' ) 成分の溶解速度が小 さいことにより、 未露光部分の溶解性と、 露光部分の溶解性の差が大きくなるこ とが要因の一つではないかと推測される。
ディフエクトの低減については、 (Α ' ) 成分は、 酸解離性溶解抑制基で保護 したものとする必要がないため、 アルカリ現像液で現像した後、 純水等でリンス する際にディフエク卜の原因となるアルカリ現像液に溶けていたものが析出する 等の不具合が生じにくいことが要因の一つなのではないかと推測される。
また、 ラインエッジラフネス (L E R; l ine edge roughness:ライン側壁の 不均一な凹凸のこと) も抑制できる。 L E Rの低減はディフエクトと同様の要因 によるものではないかと推測される。
また、 レジストパターンの形成において、 未露光部は (C ' ) 成分により架橋 構造が形成された、 比較的高分子量のベース樹脂を含む被膜となるため、 レジス トパターンの耐熱性が高いという効果も得られる。
また、 (Β ' ) 成分から発生する酸成分により、 アルカリ難溶性または不溶性 からアル力リ可溶性に変化させるエネルギーは比較的低く、 Ρ Ε Β条件を緩和で きる等の効果も得られる。 実施例
第 1の形態に係る実施例
(実施例 1 )
スチレン構成単位ノヒドロキシスチレン構成単位 = 1 0ノ9 0 (モル%) 、 Μ W 2 5 0 0のポリヒドロキシスチレン系樹脂溶液の固形分に対し、 (B) 成分と してシクロへキサンジメタノールジビニルエーテルを 2 5質量%、 (C) 成分と して上記式 (V I I— A) で表される酸発生剤を 5質量%、 (D) 成分としてト リ—n—デシルァミンを o. 28質量%、 ァープチロラクトンを 5質量%配合 し、 上記各種成分を 2—ヘプ夕ノンに溶解し、 35質量%になるように調製した 後、 ろ過してレジスト組成物を調製した。
かかるレジスト組成物について以下の項目について評価した。 結果を表 1に示 した。
(実施例 2 )
スチレン構成単位 ヒドロキシスチレン構成単位 =15ノ 85 (モル%) 、 M w4000のポリヒドロキシスチレン系樹脂溶液の固形分に対し、 (B) 成分と してシクロへキサンジメタノールジビニルェ一テルを 10質量%.、 (C) 成分と して上記式 (V I I -A) で表される酸発生剤を 2質量%、 (D) 成分としてト リ一n—デシルァミンを 0. 28質量%、 ァ—プチロラクトンを 5質量%配合 し、 上記各種成分を 2—ヘプ夕ノンに溶解し、 35質量%になるように調製した 後、 ろ過してレジスト組成物を調製した。
かかるレジスト組成物について以下の項目について評価した。 結果を表 1に示 した。
(1) 感度評価
試料をスピンナーを用いてシリコン基板上に塗布し、 これをホットプレート上 で 140 、 90秒間加熱 (プリべ一ク) して膜厚 1. 5 mのレジスト膜を得 た。 この膜に L&S (ラインアンドスペース) が 1 : 1の 1. 5 mレジストパ ターン対応のマスク (レチクル) を介して、 縮小投影露光装置 NSR— 2205 i 1 E (ニコン社製、 NA (Numerical Aperture) =0. 57) を用いて選択 的露光を行った。 140°C、 90秒間の PEB (露光後加熱) 処理を行い、 2. 38質量%テトラメチルアンモニゥムヒドロキシド水溶液で 23°Cにて 60秒間 現像し、 30秒間水洗して乾燥した。
1. 5 mレジストパターンのラインアンドスペース幅が 1 : 1に形成される 露光時間を感度としてミリ s e c. (ms) 単位で表した (Eop露光量) 。 (2) 波うち現象評価
前記レジストパターンについて、 測長 SEM (製品名 『S 8840』 ; 日立製 作所社製) にて、 1. 5 mの L&Sレジストパターンの上部からの断面形状を 観察し、 波うち現象が見られなかったものを A、 見られたものを Bとして表し た。
(3) 焦点深度幅測定 (DOF)
前記感度評価で得られた E o p 〔マスクパターンの設定寸法 (線幅 1. 5 m、 L&Sレジストパターンが 1 : 1) が忠実に再現されるのに要する露光量〕 を基準露光量とし、 その露光量において、 焦点を適宜上下にずらし、 露光、 現像 を行って得られた L&S (線幅 1. 5 rn, L&Sレジストパターンが 1 : 1) の断面形状の SEM写真 ( (断面 SEM (製品名 『S 4000』 ; 日立製作所社 製) ) の観察を行った。 その SEM写真より 1. 5 mの矩形のレジストパター ンが設定寸法の ±10%の範囲で得られる焦点のずれの最大値 を焦点深 度幅特性とした。
(4) 耐熱性試験
前記感度試験で得られた露光量 (Eop) を用いて、 同様にして 1. 5 zmL &Sレジストパターンを形成し、 これに対して 140°C、 300秒間加熱処理を 行い、 断面 SEM (製品名 『S 4000』 ; 日立製作所社製) を用いて断面形状 を観察した。 レジストパターンの変形がほとんど見られなかったものを A、 シュ リンクしたものを Bとして表した。
(5) 解像性評価
前記 E o p露光量における限界解像度で示した。
(比較例 1 )
ノポラック—ナフトキノン系の i線用ポジ型ホトレジスト組成物である 『TH MR- i P 5800 BE』 (製品名:東京応化工業社製) について、 実施例 1 と同様にして評価した。 (比較例 2 ) 00) を用いた以外は、 実施例 1と同様にしてレジスト組成物を製造し、 評価し た。
(比較例 3 )
(A) 成分として下記ノポラック樹脂 (質量平均分子量 5000、 分散度 (M wZMn) 10) を用いた以外は、 実施例 1と同様にしてレジスト組成物を製造 し、 評価した。 なお Mnは数平均分子量である。
m—クレゾール Zp—クレゾール =40Z60 (モル比) の混合フエノール類 と、 ホルムアルデヒドノサリチルアルデヒド ==1Z0. 3 (モル比) の混合アル デヒド類とを用いて常法により縮重合反応を行って得られたノポラック樹脂。 【表 1】
Figure imgf000036_0001
本形態に係る実施例においては、 波うち現象が抑制され、 高感度、 高耐熱、 高 解像性で、 焦点深度幅も優れる結果となった。 第 2の形態に係る実施例
(実施例 3 )
下記材料を下記有機溶剤に溶解して化学増幅型ポジ型ホトレジスト組成物を製 造した。
(Α' ) 成分 100質量部 C (A' ) 成分中の構成単位 (a 1' ) :上記一般式 (I ' ) において、 Rが水 素原子、 1=1で、 p—位に水酸基が結合したヒドロキシスチレン単位
(Α' ) 成分中構成単位 (a l' ) は 80モル%
(Α' ) 成分中の構成単位 (a 2' ) :上記一般式 (I I ' ) において、 R=水 素原子、 n = 0のスチレン単位 (Α' ) 成分中構成単位 (a 2' ) は 20モ ル%
(Α' ) 成分の溶解速度: 24 nmZ秒
(Α' ) 成分の質量平均分子量 10000、 分散度 = 1. 8]
(Β' ) 成分:上記化合物 (G) で表される酸発生剤 5質量部
(C' ) 成分:シクロへキサンジメタノ一ルジビ二ルェ一テル 20質量部 (D' ) 含窒素有機化合物: トリエタノールァミン 0. 1質量部
有機溶剤: PGMEA/EL=6/4 (質量比) 630質量部
(比較例 4)
樹脂成分 100質量部
[上記一般式 (Γ ) において、 R=水素原子、 1 =1で、 p—位に水酸基が結 合した構成単位 (a l' ) のみからなるヒドロキシスチレン樹脂 (質量平均分子 量 12000、 分散度 =2. 2) の水酸基の 39モル%を 1—エトキシェチル基 で保護した樹脂 75質量部と、 上記一般式 (Γ ) において、 R==水素原子、 1 =1で、 0—位に水酸基が結合した構成単位 (a l' ) のみからなるヒドロキシ スチレン樹脂 (質量平均分子量 12000、 分散度 =2. 2) の水酸基の 35モ ル%を t一 b o c基で保護した樹脂 25質量部との混合物
溶解速度: 0. 5 nmZ秒]
(Β' ) 成分: ビス (シクロへキシルスルホニル) ジァゾメタン 5. 0質量部 (D' ) 成分:実施例 3と同様
有機溶剤: PGMEA 600質量部
(比較例 5)
(Α' ) 成分: ヒドロキシスチレン樹脂 [上記一般式 (1 ' ) において、 R = 水素原子、 1=1で、 p—位に水酸基が結合した構成単位 (a 1' ) のみからな る樹脂] (分子量 12000、 分散度 2. 2) 100質量部
溶解速度: 500 nm/秒以上
(Β' ) 成分:比較例 4と同様
(C ) 成分:シクロへキサンジメタノールジビニルエーテル 20質量部 (D' ) 成分:比較例 4と同様
有機溶剤: PGMEAZEL=6Z4 (質量比) 630質量部
3 ■
7 [評価方法]
上記実施例 3および比較例 4、 5で得られた化学増幅型ポジ型ホトレジスト組 成物について、 以下の評価 (1) 〜 (2) を行った。
(1) 解像性評価
表面にへキサメチルジシラザン (HMDS) 処理した 8インチシリコン基板上 にレジスト組成物をスピンナーを用いて塗布し、 ホット'プレート上で、 実施例 3 については 130 :、 60秒間、 比較例 4については 100°C、 60秒間、 比較 例 5については 130°C、 60秒間の条件でそれぞれプリべーク処理して乾燥 し、 膜厚 420 nmのレジスト膜を得た。
次いで、 KrF露光装置 (製品名 「NSR— S 203B」 、 ニコン社製、 N A= 0. 60、 σ=0. 65) により、 Kr Fエキシマレーザー (248 nm) を、 マスク (バイナリー) を介して選択的に照射 (選択的露光) した後、 実施例 3については 130°C、 60秒間、 比較例 4については 110°C、 60秒間、 比 較例 5については 130° (:、 60秒間の条件でそれぞれ PEB処理し、 さらに 2 3 にて 2. 38質量%テトラメチルアンモニゥムヒドロキシド水溶液で 60秒 間パドル現像し、 その後 10秒間、 純水を用いて水リンスした。 振り切り乾燥を 行った後乾燥させて L&S (ラインアンドスペース) パターンを形成した。 そして、 そのときライン幅 300 nm、 ピッチ 600 nmの L&Sのレジスト パターンを忠実に再現できる露光量 (EOP3。。、 単位: mJZcm2) を求め た。
また、 上記 EOP3。。にて選択的露光を行い、 形成されたパターンを走査型電 子顕微鏡で観察した。
その結果、 実施例 3は 190 nm (ピッチ 380 nm) の L&Sパターンを 3 3mJ/cm2 にて解像できたが、 比較例 4では 28 m Jノ c m2 にて 220 nm (ピッチ 440nm) の L &Sパターンまでしか解像できなかった。 比較例 5は現像の際にレジスト膜がすべて溶解してしまった。
(2) ディフエクト評価
上記評価 (1) で形成されたレジストパターンについて、 ディフエクトを、 K L Aテンコール社製の表面欠陥観察装置 KLA2132 (製品名) を用いて測定 し、 基板内の欠陥数を評価した。
その結果、 1枚の基板当たりの欠陥数は、 実施例 3では 5個、 比較例 4では 2 60個であった。 比較例 5はレジスト膜がすべて溶けてしまった為、 評価できな かった。 上記実施例 3及び比較例 4、 5の評価の結果より、 本発明の第 2の形態に係る 化学増幅型ポジ型ホトレジスト組成物では、 解像性の向上及びディフエクト低減 の効果が得られることが確認できた。
産業上の利用可能性
本発明の化学増幅型ポジ型ホトレジスト組成物及びレジストパターン形成 方法は、 半導体製造分野、 液晶素子製造分野等に好適に用いられる。

Claims

請 求 の 範 囲 (A) 下記一般式 ( I )
(式中、 Rは水素原子またはメチル基を表す。 ) で表される構成単位 (a 1) と、
下記一般式 (I I)
Figure imgf000041_0002
(式中、 Rは水素原子又はメチル基を表し、 R1は炭素数 1〜5のアルキル基を 表し、 nは 0または 1〜3の整数を表す。 ) で表される構成単位 (a 2) とを有 するアルカリ可溶性樹脂、 (B) 下記一般式 (I I I)
H。C = CH— 0— R2— 0— CH = CH2 ■(III)
[式中、 R2は、 置換基を有していてもよい炭素数 1〜10のアルキレン基、 ま たは下記一般式 ( I V)
Figure imgf000042_0001
(式中、 R3は、 置換基を有していてもよい炭素数 1〜10のアルキレン基を示 し、 mは 0または 1を表す。 ) で表される基のいずれかを示し、 これらのアルキ レン基は主鎖中に酸素結合 (エーテル結合) を含んでもよい。 ]で表される化合 物、 (C) 放射線の照射により酸成分を発生する化合物、 及び有機溶剤、 を含有 することを特徴とする化学増幅型ポジ型ホトレジスト組成物。
2. 前記 (A) 成分が、 前記構成単位 (a 1) と、 前記構成単位 (a 2) とから なることを特徴とする請求項 1に記載の化学増幅型ポジ型ホトレジスト組成物。
3. 前記 (A) 成分中の前記構成単位 (a 2) が 1〜20モル%であることを 特徴とする請求項 2に記載の化学増幅型ポジ型ホトレジスト組成物。
4. 前記 (C) 成分が i線 (365 nm) の照射により酸成分を発生する化合 物であることを特徴とする請求項 1に記載の化学増幅型ポジ型ホトレジスト組成 物。
5. さらに (D) 塩基性化合物を前記 (A) 成分 100質量部に対し、 0. 0 1〜 5質量部配合してなる請求項 1に記載の化学増幅型ポジ型ホトレジスト組成 物。
6. 基板の上に、 請求項 1に記載のポジ型ホトレジスト組成物を塗布し、 加熱 処理を行って膜厚 1. 5〜7. O^mのレジスト層を形成する工程と、 選択的露 光を行う工程と、 PEB (露光後加熱処理) を行う工程と、 アルカリ水溶液によ る現像処理を行ってレジストパターンを形成する工程、 とを有する、 レジストパ ターンの形成方法。
7. (Α' ) アルカリ可溶性樹脂、 (Β' ) 放射線の照射により酸を発生する 酸発生剤、 及び (C' ) 架橋性ポリビニルェ一テル化合物を含む化学増幅型ポジ 型ホトレジスト組成物において、
前記 (Α' ) 成分は、 下記一般式 (Γ )
Figure imgf000043_0001
(式中、 Rは水素原子またはメチル基を表し、 1は 1〜3の整数を表す。 ) で表 される (α—メチル) ヒドロキシスチレンから誘導される単位 (al' ) と、 酸 解離性溶解抑制基を有さないアルカリ不溶性単位 (a2' ) とを有し、 かつ当該 (Α' ) 成分の 2. 38質量%のTMAH (テトラメチルアンモニゥムヒドロキ シド) 水溶液に対する溶解速度が 10〜10 OnmZ秒である化学増幅型ポジ型 ホトレジスト組成物。
8. 前記構成単位 (a2' ) が、 下記一般式 (I Γ ) で表される (a—メチ ル) スチレンから誘導される単位であることを特徴とする請求項 7に記載の化学 増幅型ポジ型ホトレジスト組成物。
Figure imgf000043_0002
… (31,) (式中、 Rは水素原子又はメチル基を表し、 R 11は炭素数 1〜5のアルキル基 を表し、 nは 0または 1〜3の整数を表す。 )
9. 前記 (Α' ) 成分中の前記構成単位 (a 2' ) の割合が 5〜 35モル%であ ることを特徴とする請求項 7に記載の化学増幅型ポジ型ホトレジスト組成物。
10. 前記 (Α' ) 成分の質量平均分子量が 1500〜30000であること を特徴とする請求項 7に記載の化学増幅型ポジ型ホトレジスト組成物。
11. 前記 (Β' ) 成分が、 分解点が 120°C以上の酸発生剤であることを特徴 とする請求項 7に記載の化学増幅型ポジ型ホトレジスト組成物。
12. 前記 (Β' ) 成分が、 ポリ (ビススルホエル) ジァゾメタン系酸発生剤 であることを特徴とする請求項 11記載の化学増幅型ポジ型ホトレジスト組成 物。
13. さらに (D) 含窒素有機化合物を含有することを特徴とする請求項 7に 記載の化学増幅型ポジ型ホトレジスト組成物。
14. 請求項 7に記載の化学増幅型ポジ型ホトレジスト組成物を基板上に塗布 し、 プリべークする工程と、 選択的露光を行う工程と、 ΡΕΒ (露光後加熱) を 行う工程と、 アルカリ水溶液による現像処理を行ってレジストパターンを形成す る工程、 とを有するレジストパターンの形成方法。
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